(57)【要約】【課題】電子放出素子を有する電子源基板を安定して製造する新規な製造装置を提供する。【解決手段】基板１４上の複数対の各素子電極２，３間に導電性薄膜を形成するための材料を含有する溶液の液滴４２を吐出口径Φ２５μｍ以下のインクジェットヘッド３３により噴射付与し、導電性薄膜による表面伝導型電子放出素子群を形成する。導電性薄膜を形成するための材料を含有する溶液（液滴）４３は、液体に金属微粒子を分散させた溶液であり、該金属微粒子は前記吐出口を構成する部材よりやわらかい材料とする。【選択図】　　　　図４
2004146142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の複数対の各素子電極間に導電性薄膜を形成するための材料を含有する溶液の液滴を吐出口径Φ２５μｍ以下の液滴噴射ヘッドにより噴射付与し、導電性薄膜による表面伝導型電子放出素子群を形成する電子源基板製造装置において、前記導電性薄膜を形成するための材料を含有する溶液は、液体に金属微粒子を分散させた溶液であり、該金属微粒子は前記吐出口を構成する部材よりやわらかい材料であることを特徴とする電子源基板製造装置。
【請求項２】
基板上の複数対の各素子電極間に導電性薄膜を形成するための材料を含有する溶液の液滴を吐出口径Φ２５μｍ以下の液滴噴射ヘッドにより噴射付与し、導電性薄膜による表面伝導型電子放出素子群を形成する電子源基板製造装置に使用する溶液において、該溶液に含有される前記導電性薄膜を形成するための材料は、前記吐出口を構成する部材よりやわらかい金属微粒子であることを特徴とする溶液。
【請求項３】
基板上の複数対の各素子電極間に導電性薄膜を形成するための材料を含有する溶液の液滴を吐出口径Φ２５μｍ以下の液滴噴射ヘッドにより噴射付与し、導電性薄膜による表面伝導型電子放出素子群を形成する電子源基板製造装置によって製作される電子源基板において、前記導電性薄膜は前記液滴付与後に溶媒成分を揮発させてなる薄膜であるとともに、該薄膜は前記吐出口を構成する部材よりやわらかい金属微粒子を含有することを特徴とする電子源基板。
【請求項４】
請求項３に記載の電子源基板と、該電子源基板に対向して配置され、蛍光体を搭載し、前記電子源基板とほぼ同じ形状、大きさのフェースプレートとを有することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面伝導型電子放出素子を用いた電子源基板の製造装置、該装置に使用される溶液、該装置により製作される電子源基板、及び該電子源基板を用いた画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子放出素子として熱電子源と冷陰極電子源の２種類が知られている。冷陰極電子源には電界放出型（以下、ＦＥ型という）、金属／絶縁層／金属型（以下、ＭＩＭ型という）や表面伝導型電子放出素子等がある。
ＦＥ型の例としては「Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ　＆　Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ、“Ｆｉｅｌｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ　ｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、８　８９（１９５６）」（非特許文献１）あるいは「Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ　ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｃａｔｈｏｄｅｓ　ｗｉｔｈ　ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍ”Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７５２４８（１９７６）」（非特許文献２）等が知られている。
ＭＩＭ型の例としては「Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ，“Ｔｈｅ　Ｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ”、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２　６４６（１９６１）」（非特許文献３）等が知られている。
【０００３】
表面伝導型電子放出素子型の例としては、「Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｇ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１２９０（１９６５）」（非特許文献４）等がある。表面伝導型電子放出素子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用するものである。この表面伝導型電子放出素子としては、前記Ｅｌｉｎｓｏｎ等によるＳｎＯ２薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの（例えば「Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔｈｉｎ　ＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ”，９　３１７（１９７２）」（非特許文献５）），Ｉｎ２Ｏ３／ＳｎＯ２薄膜によるもの（例えば「Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ　ａｎｄ　Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＥＤ　Ｃｏｎｆ．”，５１９（１９７５）」（非特許文献６））、カーボン薄膜によるもの（例えば「荒木久他：真空、第２６巻、第１号、２２頁（１９８３）」（非特許文献７））等が報告されている。
【０００４】
これらの表面伝導型電子放出素子の典型的な素子構成として、前述のＭ．Ｈａｒｔｗｅｌｌの素子構成を図１４に示す。図１４において、１は基板、２、３は素子電極、４は導電性薄膜で、該導電性薄膜４はＨ型形状のパターンに、スパッタで形成された金属酸化物薄膜等からなり、後述の通電フォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出部５が形成される。なお、図中の素子電極２、３間の間隔Ｌ１は、０．５〜１ｍｍ、Ｗ１は、０．１ｍｍで設定されている。
【０００５】
従来、これらの表面伝導型電子放出素子においては、電子放出を行う前に導電性薄膜４に対して予め通電フォーミングと呼ばれる通電処理を施すことによって電子放出部５を形成するのが一般的である。通電フォーミングとは導電性薄膜４の両端に直流電圧あるいは非常にゆっくりとした昇電圧例えば１Ｖ／分程度を印加通電し、導電性薄膜４を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部５を形成することである。尚、電子放出部５では導電性薄膜４の一部に亀裂が発生し、その亀裂付近から電子放出が行われる。前記通電フォーミング処理をした表面伝導型電子放出素子は、導電性薄膜４に電圧を印加し、素子に電流を流すことにより電子放出部５より電子を放出せしめるものである。
【０００６】
上述したような表面伝導型放出素子は、構造が単純で製造も容易であることから、大面積にわたって多数の素子を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を活かした荷電ビーム源、表示装置等の応用研究がなされている。多数の表面伝導型電子放出素子を配列形成した例としては、後述するように、梯型配置と呼ぶ並列に表面伝導型電子放出素子を配列し、個々の素子の両端を配線（共通配線とも呼ぶ）で、それぞれ結線した行を多数行配列した電子源があげられる（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００７】
また、特に、表示装置等の画像形成装置においては、近年、液晶を用いた平板型表示装置がＣＲＴに替わって普及してきたが、自発光型でないためバックライトを持たなければならない等の問題点があり、自発光型の表示装置の開発が望まれてきた。自発光型表示装置としては、表面伝導型放出素子を多数配置した電子源と、電子源より放出された電子によって可視光を発光せしめる蛍光体とを組み合わせた表示装置である画像形成装置があげられる（例えば、特許文献４）。
【０００８】
しかしながら、表面伝導型電子放出素子の上記従来例による製造方法は、真空成膜と半導体プロセスにおけるフォトリソグラフィ・エッチング法を多用するものであり、大面積にわたって素子を形成するには、工程数も多く、電子源基板の生産コストが高いといった欠点がある。
【０００９】
上述のような課題に対して、本発明者は、上述のごとき表面伝導型電子放出素子の素子部の導電性薄膜を形成するにあたり、米国特許第３０６０４２９号明細書（特許文献５）、第３２９８０３０号明細書（特許文献６）、第３５９６２７５号明細書（特許文献７）、第３４１６１５３号明細書（特許文献８）、第３７４７１２０号明細書（特許文献９）、第５７２９２５７号明細書（特許文献１０）等として知られるようなインクジェット液滴付与手段によって、真空成膜法とフォトリソグラフィ・エッチング法によらずに、安定的に歩留まり良くかつ低コストで上記の導電性薄膜を形成することができるのではないかと考えた。そして、特開２００１―３１９５６７号公報（特許文献１１）にその具体的な制作方法について多岐にわたって検討した結果を開示している。
【００１０】
しかしながら、いわゆるインクを紙に向けて飛翔、記録を行うインクジェット記録と違い、導電性薄膜となる元素を含有する溶液を安定的に飛翔させ、基板上に付与するにはまだまだ未解決の要素が多々存在する。たとえば、このような元素は一般に金属元素であり、金属微粒子を含有する溶液を、長期にわたって安定して噴射する技術はいまだ未知の部分が多い。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭６４−３１３３２号公報
【特許文献２】
特開平１−２８３７４９号公報
【特許文献３】
特開平２−２５７５５２号公報
【特許文献４】
米国特許第５０６６８８３号明細書
【特許文献５】
米国特許第３０６０４２９号明細書
【特許文献６】
米国特許第３２９８０３０号明細書
【特許文献７】
米国特許第３５９６２７５号明細書
【特許文献８】
米国特許第３４１６１５３号明細書
【特許文献９】
米国特許第３７４７１２０号明細書
【特許文献１０】
米国特許第５７２９２５７号明細書
【特許文献１１】
特開２００１―３１９５６７号公報
【非特許文献１】
Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ　＆　Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ、“Ｆｉｅｌｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ　ｉｎ　Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、８　８９（１９５６）
【非特許文献２】
Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ　ｆｉｅｌｄｅｍｉｓ
ｓｉｏｎ　ｃａｔｈｏｄｅｓ　ｗｉｔｈ　ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍ”Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７５２４８（１９７６）
【非特許文献３】
Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ，“Ｔｈｅ　Ｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ”、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．
，３２　６４６（１９６１）
【非特許文献４】
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｐｈｙｓ．，１２９０（１９６５）
【非特許文献５】
Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔｈｉｎ　ＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ”，９　３１７（１９７２）
【非特許文献６】
Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ　ａｎｄ　Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＥＤ　Ｃｏｎｆ．”，５１９（１
９７５）
【非特許文献７】
荒木久他：真空、第２６巻、第１号、２２頁（１９８３）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のごとき表面伝導型電子放出素子を用いた画像表示装置の電子源基板ならびにそれを用いた画像表示装置に関するものであり、
第１の目的は、電子放出素子を有する電子源基板を安定して製造する新規な製造装置を提供することにある。
第２の目的は、このような製造装置に使用する導電性薄膜を形成するための溶液を提供することにある。
第３の目的は、高品位な電子放出素子を有する電子源基板を提供することにある。
第４の目的は、高品位な電子放出素子を有する電子源基板を用いた画像表示装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、基板上の複数対の各素子電極間に導電性薄膜を形成するための材料を含有する溶液の液滴を吐出口径Φ２５μｍ以下の液滴噴射ヘッドにより噴射付与し、導電性薄膜による表面伝導型電子放出素子群を形成する電子源基板製造装置において、前記導電性薄膜を形成するための材料を含有する溶液は、液体に金属微粒子を分散させた溶液であり、該金属微粒子は前記吐出口を構成する部材よりやわらかい材料としたことを特徴としたものである。
【００１４】
第２の発明は、基板上の複数対の各素子電極間に導電性薄膜を形成するための材料を含有する溶液の液滴を吐出口径Φ２５μｍ以下の液滴噴射ヘッドにより噴射付与し、導電性薄膜による表面伝導型電子放出素子群を形成する電子源基板製造装置に使用する溶液において、該溶液に含有される前記導電性薄膜を形成するための材料は、前記吐出口を構成する部材よりやわらかい金属微粒子であることを特徴としたものである。
【００１５】
第３の発明は、基板上の複数対の各素子電極間に導電性薄膜を形成するための材料を含有する溶液の液滴を吐出口径Φ２５μｍ以下の液滴噴射ヘッドにより噴射付与し、導電性薄膜による表面伝導型電子放出素子群を形成する電子源基板製造装置によって製作される電子源基板において、前記導電性薄膜は前記液滴付与後に溶媒成分を揮発させてなる薄膜であるとともに、該薄膜は前記吐出口を構成する部材よりやわらかい金属微粒子を含有することを特徴としたものである。
【００１６】
第４の発明は、第３の発明による電子源基板と、該電子源基板に対向して配置され、蛍光体を搭載し、前記電子源基板とほぼ同じ形状、大きさのフェースプレートとを有することを特徴としたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る平面型表面伝導型電子放出素子を構成した電子源基板の一例を示す模式図で、図１（Ａ）はその平面図、図１（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図で、図中、１は基板、２、３は素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部である。本発明の表面伝導型電子放出素子の基本的な構成は平面型であり、ここでは簡略化して、１つの平面型表面伝導型電子放出素子の構成を模式的に示しているが、実際には、後述するように、このような平面型表面伝導型電子放出素子がマトリックス配置された素子群として構成される。
【００１８】
基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を低減させたガラス、青板ガラス、ＳｉＯ２を表面に堆積させたガラス基板およびアルミナ等のセラミックス基板等を用いることができる。素子電極２、３の材料としては、一般的な導電材料を用いることができ、例えば、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属あるいは合金、Ｐｄ，Ａｓ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ２，Ｐｄ−Ａｇ等の金属あるいは金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２等の透明導電体、ポリシリコン等の半導体材料等から適宜選択される。
【００１９】
素子電極２、３間の間隔Ｌは、好ましくは数千Åないし数百μｍの範囲であり、より好ましくは、素子電極２、３間に印加する電圧等を考慮して１μｍないし１００μｍの範囲である。素子電極２、３の長さＷは、電極の抵抗値および電子放出特性を考慮して、数μｍないし数百μｍであり、また、素子電極２、３の膜厚ｄは、１００Åないし１μｍの範囲である。尚、本発明は図１に示した構成に限らず、基板１上に導電性薄膜４、素子電極２、３の電極を順に形成させた構成にしてもよい。
【００２０】
図２は、図１に示した平面型表面伝導型電子放出素子の製造方法を説明するための図で、図２（Ａ）は基板１に素子電極２、３を形成した図、図２（Ｂ）は素子電極２、３に導電性薄膜４を形成した図、図２（Ｃ）は該導電性薄膜４に電子放出部５を形成した図を示す。導電性薄膜４としては、良好な電子放出特性を得るために、微粒子で構成された微粒子膜が特に好ましく、その膜厚は素子電極２、３へのステップカバレージ、素子電極２、３間の抵抗値および後述する通電フォーミング条件等によって適宜設定されるが、好ましくは、数Åないし数千Åで、特に好ましくは、１０Åないし５００Åである。また、その抵抗値は、Ｒｓが１０の２乗ないし１０の７乗Ωの値である。なお、Ｒｓは厚さがｔ、幅がｗで長さが１の薄膜の抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（１／ｗ）とおいたときに現われる値で、薄膜材料の抵抗率をρとすると、Ｒｓ＝ρ／ｔで表される。ここでは、フォーミング処理について通電処理を例に挙げて説明するが、フォーミング処理はこれに限られるものではなく、膜に亀裂を生じさせて高抵抗状態を形成する方法であればいかなる方法を用いても良い。
【００２１】
導電性薄膜４を構成する材料としては、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｗ，Ｐｂ等の金属が本発明の表面伝導型電子放出素子として、良好な電子放出を行うことができる材料としてあげられる。しかし、後述するように、本発明の製造装置に使用される液滴噴射ヘッドとの適合性を考慮する必要があり、これらの材料が全て好適に使用できるわけではない。
【００２２】
ここで述べる微粒子膜とは複数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造として、微粒子が個々に分散配置した状態のみならず、微粒子が互いに隣接、あるいは重なり合った状態（いくつかの微粒子が集合し、全体として島状を形成している場合も含む）をとっている。微粒子の粒径は、数Åないし１μｍであり、好ましくは１０Åないし２００Åである。
【００２３】
以下、本発明の一実施形態に係る表面伝導型電子放出素子を形成した電子源基板の製造装置について述べる。図３は、本発明に係る電子源基板の製造装置の一例を示す図で、図中、１１は吐出ヘッドユニット（噴射ヘッド）、１２はキャリッジ、１３は基板保持台、１４は平面型表面伝導型電子放出素子群を形成する基板、１５は導電性薄膜の材料を含有する溶液の供給チューブ、１６は信号供給ケーブル、１７は噴射ヘッドコントロールボックス、１８はキャリッジ１２のＸ方向スキャンモータ、１９はキャリッジ１２のＹ方向スキャンモータ、２０はコンピュータ、２１はコントロールボックス、２２（２２Ｘ１、２２Ｙ１、２２Ｘ２、２２Ｙ２）は、基板位置決め／保持手段である。
【００２４】
図３に示す構成は、基板保持台１３に置かれた基板１４の前面を噴射ヘッド１１がキャリッジ走査により移動し、導電性薄膜材料を含有する溶液を噴射付与する例を示すものである。噴射ヘッド１１は、任意の液滴を定量吐出できるものであれば如何なる機構でも良く、特に数１０〜数ピコリットル程度の液滴を形成できるインクジェット方式の機構が望ましい。インクジェット方式としては、圧電素子を用いたピエゾジェット方式、ヒータの熱エネルギーを利用して気泡を発生させるバブルインクジェット方式、あるいは荷電制御方式（連続流方式）等いずれのものでも構わない。
【００２５】
図４は、本発明の電子源基板の製造方法を適用しうる液滴付与装置の構成の一例を説明するための概略図で、図５は、図４の液滴付与装置の吐出ヘッドユニットの要部概略構成図である。図４の構成は、図３の構成と異なり、基板側を移動させて電子放出素子群を基板に形成するものである。図４及び図５において、２、３は素子電極、１４は基板、３０は吐出ヘッドユニット（図３の吐出ヘッド１１に相当）、３１はヘッドアライメント制御機構、３２は検出光学系、３３はインクジェットヘッド、３４はヘッドアライメント微動機構、３５は制御コンピュータ、３６は画像識別機構、３７はＸＹ方向走査機構、３８は位置検出機構、３９は位置補正制御機構、４０はインクジェットヘッド駆動・制御機構、４１は光軸、４２は液滴、４３は液滴着弾位置である。
【００２６】
吐出ヘッドユニット３０の液滴付与装置（インクジェットヘッド３３）としては、図３の場合と同様に、インクジェット方式の機構が望ましく、圧電素子を用いたピエゾジェット方式、ヒータの熱エネルギーを利用して気泡を発生させるバブルインクジェット方式、あるいは荷電制御方式（連続流方式）等いずれのものでも構わない。
【００２７】
以下に、上記のごとくの基板１４側を移動させる装置の構成を説明する。まず、図４において、ＸＹ方向走査機構３７の上に基板１４が載置してある。基板１４上の表面伝導型電子放出素子は図１のものと同じ構成であり、単素子としては図１に示したものと同様、基板１、素子電極２、３及び導電性薄膜（微粒子膜）４よりなっている。この基板１４の上方に液滴を付与する吐出ヘッドユニット３０が位置している。本実施例では、吐出ヘッドユニット３０は固定で、基板１４がＸＹ方向走査機構３７により任意の位置に移動することで吐出ヘッドユニット３０と基板１４との相対移動が実現される。
【００２８】
次に、図５により吐出ヘッドユニット３０の構成を説明する。検出光学系３２は、基板１４上の画像情報を取り込むもので、液滴４２を吐出させるインクジェットヘッド３３に近接し、検出光学系３２の光軸４１および焦点位置と、インクジェットヘッド３３による液滴４２の着弾位置４３とが一致するよう配置されている。この場合、検出光学系３２とインクジェットヘッド３３との位置関係はヘッドアライメント微動機構３４とヘッドアライメント制御機構３１により精密に調整できるようになっている。また、検出光学系３２には、ＣＣＤカメラとレンズとを用いている。
【００２９】
再度、図４に戻って説明する。画像識別機構３６は、先の検出光学系３２で取り込まれた画像情報を識別するもので、画像のコントラストを２値化し、２値化した特定コントラスト部分の重心位置を算出する機能を有したものである。具体的には（株）キーエンス製の高精度画像認識装置；ＶＸ−４２１０を用いることができる。これによって得られた画像情報に基板１４上における位置情報を与える手段が位置検出機構３８である。これには、ＸＹ方向走査機構３７に設けられたリニアエンコーダ等の測長器を利用することができる。また、これらの画像情報と基板１４上での位置情報をもとに、位置補正を行なうのが位置補正制御機構３９であり、この機構によりＸＹ方向走査機構３７の動きに補正が加えられる。また、インクジェットヘッド駆動・制御機構４０によってインクジェットヘッド３３が駆動され、液滴が基板１４上に塗布される。これまで述べた各制御機構は、制御コンピュータ３５により集中制御される。
【００３０】
なお、以上の説明は、吐出ヘッドユニット３０は固定で、基板１４がＸＹ方向走査機構３７により任意の位置に移動することで吐出ヘッドユニット３０と基板１４との相対移動を実現しているが、図３に示すように、基板１４を固定とし、吐出ヘッドユニット３０がＸＹ方向に走査するような構成としてもよいことはいうまでもない。特に２００ｍｍ×２００ｍｍ程度の中画面〜２０００ｍｍ×２０００ｍｍあるいはそれ以上の大画面の画像形成装置の製作に適用する場合には、後者のように基板１４を固定とし、吐出ヘッドユニット３０が直交するＸ、Ｙの２方向に走査するようにし、溶液の液滴の付与をこのような直交する２方向に順次行うようにする構成としたほうがよい。
【００３１】
基板サイズが２００ｍｍ×２００ｍｍ程度以下の場合には、液滴付与のための吐出ヘッドユニットを２００ｍｍの範囲をカバーできるラージアレイマルチノズルタイプとし、吐出ヘッドユニットと基板の相対移動を直交する２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に行うことなく、１方向のみ（例えばＸ方向のみ）に相対移動させることも可能であり、また量産性も高くすることができるが、基板サイズが２００ｍｍ×２００ｍｍ以上の場合には、そのような２００ｍｍの範囲をカバーできるラージアレイマルチノズルタイプの吐出ヘッドユニットを製作することは技術的／コスト的に実現困難であり、本発明のように吐出ヘッドユニット３０が直交するＸ、Ｙの２方向に走査するようにし、溶液の液滴の付与をこのような直交する２方向に順次行うようにする構成としたほうがよい。
【００３２】
液滴４２の材料には、先に述べた導電性薄膜となる元素あるいは化合物を含有する水溶液、有機溶剤等を用いることができる。例えば、導電性薄膜となる元素あるいは化合物がパラジウム系の例を以下に示すと、酢酸パラジウム−エタノールアミン錯体（ＰＡ−ＭＥ）、酢酸パラジウム−ジエタノール錯体（ＰＡ−ＤＥ）、酢酸パラジウム−トリエタノールアミン錯体（ＰＡ−ＴＥ）、酢酸パラジウム−ブチルエタノールアミン錯体（ＰＡ−ＢＥ）、酢酸パラジウム−ジメチルエタノールアミン錯体（ＰＡ−ＤＭＥ）等のエタノールアミン系錯体を含んだ水溶液、また、パラジウム−グリシン錯体（Ｐｄ−Ｇｌｙ）、パラジウム−β−アラニン錯体（Ｐｄ−β−Ａｌａ）、パラジウム−ＤＬ−アラニン錯体（Ｐｄ−ＤＬ−Ａｌａ）等のアミン酸系錯体を含んだ水溶液、さらには酢酸パラジウム・ビス・ジ・プロピルアミン錯体の酢酸ブチル溶液等が挙げられる。
【００３３】
より具体的には、たとえば、酢酸パラジウム−トリエタノールアミン水溶液の例で説明すると、以下のようにして製造される。すなわち５０ｇの酢酸パラジウムを５００ｃｃのイソプロピルアルコールに懸濁させ、さらに１００ｇのトリエタノールアミンを加え３５℃で１２時間攪拌する。反応終了後、イソプロピルアルコールを蒸発により除去し、固形物にエチルアルコールを加えて溶解、濾過し、濾液から酢酸パラジウム−トリエタノールアミンを再結晶させる。このようにして得た酢酸パラジウム−トリエタノールアミン１０ｇを１９０ｇの純水に溶解し、噴射用溶液とすることができる。
【００３４】
他の例としては、パラジウム微粒子を電圧６０Ｖ、周波数５０Ｈｚ、酸素流量４０ｍｌ／ｍｉｎのオゾン発生装置でオゾン処理し、その処理済みのパラジウム微粒子７ｇをエチレングリコール５ｇ、エタノール８ｇ、純水８０ｇの溶液に分散させ、噴射用溶液とすることができる。
【００３５】
以上の説明より明らかなように、本発明の電子源基板は、導電性薄膜となる元素あるいは化合物を含有する溶液をインクジェットの原理で空中を飛翔させ、基板上に液滴として付与して製作されるものであるが、高品位な表面伝導型電子放出素子を長期にわたって安定して形成するためには、その製造装置が安定して一定の性能を維持するものでなくてはならない。ここで、一番重要な点は噴射ヘッドの長期性能安定性である。前述のように、本発明では、導電性薄膜を形成するための材料を含有する溶液は、液体に金属微粒子を分散させた溶液である。
【００３６】
しかしながら、この金属微粒子は溶液中に分散している砥粒のような存在であり、この溶液を大量使用した場合、噴射ヘッドの溶液の通り道を損傷させたり、摩耗させたりするという問題がある。通り道の中でもとりわけ吐出口部（ノズル部）のキズや、摩耗は溶液の液滴噴射性能に影響を及ぼすため問題となる。
【００３７】
ところで、このキズや、摩耗は、２つの物体が互いにぶつかり合う、あるいは、こすれあう際に生ずるものであるから、互いの物体の硬さを適切に選ぶことにより、解決できるものと考えられる。また、キズについても、これが噴射ヘッドの液滴噴射性能に影響を及ぼすのは事実ではあるが、どのくらい影響を及ぼすのかは、キズの大きさと溶液の通り道の大きさとによって決まると考えられる。たとえば、内径Φ１５ｍｍ〜Φ２０ｍｍの放水用のホースにナノメーターオーダーのキズがあったとしても、放水流量に多大な影響を及ぼすことはあり得ない。
【００３８】
本発明ではこれらの点を考慮しながら、吐出口部の材質の硬さと、金属微粒子の材質の硬さならびに吐出口部の大きさを鋭意検討したものである。
具体的には、図５に示したような噴射ヘッドで、矩形のノズル部５８（図６参照）の面にマルチノズルプレートを貼り付けた噴射ヘッドを使用し、一定時間溶液噴射を行うことにより、吐出口部（ノズル孔部）にキズが生じるかどうか、また、溶液滴吐出性能の劣化により、形成される素子形状（ドットパターンの形状良否）、素子性能の劣化が生じるかどうかを調べた。マルチノズルプレートは、材料およびノズル径（ここでは丸形状とした）を変えたものを準備した。素子性能は、後述のフォーミング処理等を行った後、性能を調べた。
【００３９】
使用した噴射ヘッドは、熱エネルギーを使用するサーマルインクジェット方式であり、前述のように、図６の噴射ヘッドに、ノズルプレートを装着したもの（ノズルプレートは図示せず）であるが、図６に示したものは、説明を簡単にするため吐出口を４個しか示していない。実際に使用したのは吐出口の数が６４個で、その配列密度が４００ｄｐｉのものである。なお、図６において、５０は噴射ヘッド、５１は発熱体基板、５２は蓋基板、５３はシリコン基板、５４は個別電極、５５は共通電極、５６は発熱体、５７は溶液流入口、５８はノズル、５９は溝部、６０は凹部領域で、図６（Ａ）は噴射ヘッドの斜視図、図６（Ｂ）は発熱体基板５１と蓋基板５２とを分解した分解図、図６（Ｃ）は蓋基板５２を裏側から見た斜視図である。
【００４０】
発熱体の大きさは、２２μｍ×９０μｍで、その抵抗値は１１１Ωであり、液滴噴射の駆動電圧は２４Ｖ、駆動パルス幅は６．５μｓ、駆動周波数は１２ｋＨｚとした。噴射は１００時間連続噴射とし、噴射後吐出口部分をＳＥＭ観察して、キズの有無を調べた。
吐出口径は、Φ２５μｍ（Ｈ１）、Φ１６μｍ（Ｈ２）、Φ１０μｍ（Ｈ３）のものを用意した。比較参考例として、吐出口径がΦ３６μｍのもの（参考ヘッド）も用意した。この場合は、吐出口の数が４８個で、その配列密度が２４０ｄｐｉのものである。そして、この発熱体の大きさは３５μｍ×１５０μｍで、その抵抗値は１２０Ωであり、インク噴射の駆動電圧は３０Ｖ、駆動パルス幅は７μｓ、駆動周波数は３．８ｋＨｚとした。ノズルプレートの厚さは、Ｈ１、Ｈ２は３０μｍとし、Ｈ３は２０μｍ、参考ヘッドは４０μｍとした。噴射時の液滴の速度は、いずれの噴射ヘッドの場合も約８ｍ／ｓとした。
【００４１】
ノズルプレート材質はＮｉとオーステナイト系ステンレスＳＵＳ３０４とし、Ｎｉ材質のものはエレクトロフォーミング法でマルチノズルプレートを製作し、ＳＵＳ３０４材質のものは、ステンレス箔に放電加工によってノズル孔を穿孔した。それぞれ硬度をビッカース硬度計で測定したところ、Ｎｉ材質の場合はビッカース硬度Ｈｖが５８〜６３、ＳＵＳ３０４材質のものはビッカース硬度Ｈｖが１７０〜１９０であった。
【００４２】
使用した液体は、表１に示すＳ１からＳ７であり、それぞれ含有金属粒子の元素名と、そのバルク状態におけるビッカース硬度Ｈｖを示した。なお、このビッカース硬度Ｈｖは、金属データブック（日本金属学会編、改定３版、出版：丸善）の値を掲載した。それぞれの溶液における訓族微粒子含有量は約７％とし、また微粒子径は１５０Å〜２００Åであった。
【００４３】
【表１】
2004146142.tif 000003
【００４４】
これらのサンプル溶液および噴射ヘッドを使用して評価した結果を表２〜表５に示す。表中、キズの○は１００時間噴射後に、目立ったキズが確認できなかったもの、×はノズル形状、あるいは寸法にまでも影響をおよぼすような多数のすりキズが存在したものである。素子形状の○は１００時間噴射後に、素子を作製した際の、ドットパターンが、狙いの位置（一対の電極間）に良好な丸い形状で形成されたものであり、×は位置がやや狙いの場所から外れていたり、形状がいびつであったり、微小滴が周囲に飛散していたりしたものである。素子性能の○×は後述のフォーミング処理等を行った後の電子放出の良（○）否（×）である。
【００４５】
【表２】
2004146142.tif 000004
【００４６】
【表３】
2004146142.tif 000005
【００４７】
【表４】
2004146142.tif 000006
【００４８】
【表５】
2004146142.tif 000007
【００４９】
以上の結果より、含有金属微粒子の硬度が、吐出口材質より大であるもの（Ｓ３、Ｓ６）の場合、吐出口に傷がつくことがわかる。また、それによって形成された素子形状は悪く、素子性能も悪いことがわかる。よって、本発明のような製造装置によって、このような表面伝導型電子放出素子を形成する場合には、金属微粒子は吐出口を構成する部材よりやわらかい材料を選ぶ必要があることがわかる。
【００５０】
なお、そのキズに関しては、吐出口の大きさとの関係で、素子形状が悪くならないものもある。参考ヘッドのように、吐出口径がΦ３６μｍもある（＝面積が約１０００μｍ２）ような場合には、キズはついても吐出口径が大きいために、噴射性能を劣化に至らしめるほどのキズではなく、十分に使用可能な素子形状が得られている。一方、吐出口径がΦ２５μｍ以下（＝面積が約５００μｍ２未満）の場合のように、面積比較で参考ヘッドの半分以下のような場合には、同じようにキズがついても、吐出口径との比較において与える影響は大であり、良好な素子形状、素子性能が得られないことがわかる。
【００５１】
つまり、それほど微細な表面伝導型電子放出素子を形成しないのであれば、キズの問題は素子性能に影響を与えないので気にすることはないが、本発明のように、吐出口径Φ２５μｍ以下の液滴噴射ヘッドにより、１０Åないし２００Åの金属微粒子を含有する溶液を噴射付与し、導電性薄膜による表面伝導型電子放出素子群を形成するような場合には、吐出口部のキズは、素子性能にとって致命的であるので、キズができないような溶液および吐出口部材の組み合わせを選ぶ必要がある。すなわち、金属微粒子は吐出口を構成する部材よりやわらかい材料とする必要がある。
【００５２】
なお、実験では、丸形状のΦ２５μｍノズル（面積が約４９０μｍ２）、Φ１６μｍノズル（面積が約２００μｍ２）、Φ１０μｍノズル（面積が約８０μｍ２）を使用したが、噴射ヘッドのノズルとして他の形状（たとえば矩形等）のものを使用する場合には、その面積比較をすればよく、たとえば、２２μｍ×２２μｍのノズルが、本発明の丸形状のΦ２５μｍノズルと同等である。言い換えるならば、本発明は面積が５００μｍ２未満のノズルを使用した噴射ヘッドで、このような溶液を噴射して表面伝導型電子放出素子群を形成する場合に適用されるものである。
【００５３】
また、実験はサーマルインクジェット（バブルインクジェット）方式の噴射ヘッドを使用したが、本発明の製造装置に使用される噴射ヘッドはこれに限定されることなく、圧電素子を用いたピエゾジェット方式、静電力を利用した方式、あるいは荷電制御方式（連続流方式）等いずれのものでも構わない。特にサーマルインクジェット方式は熱を利用するため、使用する溶液が熱劣化するためある程度制限を受けるが、ピエゾジェット方式等のように機械的変位で液滴を噴射する方式は、そのようなことがないため使用できる溶液の選択肢が広いというメリットがある。
【００５４】
このようにして、良好な形状の表面伝導型電子放出素子群のパターン形成を行った後、本発明では以下に説明するようなフォーミング処理によって、電子放出部５を形成する（図１、図２参照）。
電子放出部５は、導電性薄膜４の一部に形成された高抵抗の亀裂により構成され、導電性薄膜４の膜厚、膜質、材料等、あるいはフォーミング処理条件等に依存したものとなる。電子放出部５の内部には、１００Å以下の粒径の導電性微粒子を含む場合もある。
【００５５】
この導電性薄膜４に施すフォーミング処理方法の一例として、通電処理による方法を説明する。素子電極２、３間に、図示しない電源を用いて通電を行うと、導電性薄膜４の部位に構造の変化した電子放出部５が形成される。すなわち、通電フォーミングによれば導電性薄膜４に局所的に破壊、変形もしくは変質等の構造変化した部位が形成され、この部位が電子放出部５となる。
【００５６】
図７は、本発明に適用する上記のごとくの通電フォーミング処理の電圧波形の例を示す図である。電圧波形は特にパルス波形が好ましく、パルス波高値が一定の電圧パルスを連続的に印加する場合（図７（Ａ））と、パルス波高値を増加させながら、電圧パルスを印加する場合（図７（Ｂ））とがある。まずパルス波高値が一定電圧とした場合（図７（Ａ））について説明する。
【００５７】
図７（Ａ）におけるＴ１およびＴ２はそれぞれ電圧波形のパルス幅とパルス間隔であり、Ｔ１を１μｓ〜１０ｍｓ、Ｔ２を１０μｓ〜１００ｍｓとし、三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）を表面伝導型電子放出素子の形態に応じて適宜選択する。このような条件のもと、例えば、数秒ないし数十分間電圧を印加する。また、パルス波形は三角波に限定されるものではなく、矩形波など所望の波形を用いても良い。
図７（Ｂ）におけるＴ１およびＴ２は、図７（Ａ）に示したものと同様にそれぞれ電圧波形のパルス幅とパルス間隔を示し、三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、例えば０．１Ｖステップ程度ずつ増加させることができる。
【００５８】
通電フォーミング処理の終了は、パルス間隔Ｔ２中に、導電性薄膜４を局所的に破壊、変形しない程度の電圧を印加し、電流を測定して検知することができる。例えば０．１Ｖ程度の電圧印加により流れる素子電流を測定し、抵抗値を求めて、１ＭΩ以上の抵抗を示した時に通電フォーミングを終了させる。
【００５９】
通電フォーミングを終了した素子には、活性化工程と呼ぶ処理を施すことが望ましい。活性化処理を施すことにより、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが著しく変化する。活性化工程は、例えば、有機物質のガスを含有する雰囲気下で、通電フォーミングと同様に、パルスの印加を繰り返すことで行うことができる。上記の雰囲気は、例えば、油拡散ポンプやロータリーポンプなどを用いて真空容器内を廃棄した場合に、雰囲気内に残留する有機ガスを利用して形成することができる他、イオンポンプなどにより一旦十分に排気した真空中に適当な有機物質のガスを導入することによっても得られる。このときの好ましい有機物質のガス圧は、前述の応用の形態、真空容器の形状や、有機物質の種類などにより異なるため場合に応じ適宜設定される。
【００６０】
上記の有機物質としては、アルカン、アルケン、アルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フェノール、カルボン酸、スルホン酸等の有機酸類等を挙げることができ、具体的には、メタン、エタン、プロパンなどＣｎＨ２ｎ＋２で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどＣｎＨ２ｎ等の組成式で表される不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が使用できる。この処理により雰囲気中に存在する有機物質から炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆積し、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが著しく変化する。活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅを測定しながら行う。なおパルス幅、パルス間隔、パルス波高値などは適宜設定される。炭素あるいは炭素化合物とは、グラファイト（単結晶、多結晶の両者を指す）、非晶質カーボン（非晶質カーボンおよび非晶質カーボンと前記グラファイトの微結晶の混合物を含むカーボン）であり、その膜厚は５００Å以下にするのが好ましく、より好ましくは３００Å以下である。
【００６１】
上述のようにして作成した電子放出素子は、安定化処理を行うことが好ましい。この処理は真空容器内の有機物質の分圧が、１×１０−８Ｔｏｒｒ以下、望ましくは、１×１０−１０Ｔｏｒｒ以下で行うのが良い。真空容器内の圧力は、１０−６〜１０−７Ｔｏｒｒ以下が好ましく、特に、１×１０−８Ｔｏｒｒ以下が好ましい。真空容器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイルが素子の特性に影響を与えないように、オイルを使用しないものを用いるのが好ましい。具体的には、ソープションポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げることができる。さらに、真空容器内を排気するときには、真空容器全体を過熱して真空容器内壁や電子放出素子に吸着した有機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。このときの加熱した状態での真空排気条件は、８０〜２００℃で５時間以上が望ましいが、特に、この条件に限るものではなく、真空容器の大きさや形状、電子放出素子の構成などの諸条件により変化する。
【００６２】
なお、上記有機物質の分圧は、質量分析装置により質量数が１０〜２００の炭素と水素を主成分とする有機分子の分圧を測定し、それらの分圧を積算することにより求められる。安定化工程を経た後、駆動時の雰囲気は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ましいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去されていれば、真空度自体は多少低下しても十分安定な特性を維持することができる。このような真空雰囲気を採用することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制でき、結果として素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定する。
【００６３】
次に、本発明の画像形成装置について述べる。画像形成装置に用いる電子源基板の電子放出素子の配列については種々のものが採用できる。まず、並列に配置した多数の電子放出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を多数個配置し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向（列方向と呼ぶ）で電子放出素子の上方に配置した制御電極（グリッドとも呼ぶ）により、電子放出素子からの電子を制御駆動する梯子状配置のものがある。これとは別に、電子放出素子をＸ方向およびＹ方向に行列状に複数個配置し、同じ行に配置された複数の電子放出素子の電極の一方を、Ｘ方向の配線に共通に接続し、同じ列に配置された複数の電子放出素子の電極の他方を、Ｙ方向の配線に共通に接続するものが挙げられる。このようなものは、所謂、単純マトリックス配置である。まず単純マトリックス配置について以下に詳述する。
【００６４】
図８は、電子放出素子を複数個マトリックス状に配置して得られる電子源基板の一例を示す図で、図中、７１は電子源基板、７２はＸ方向配線、７３はＹ方向配線、７４は表面伝導型電子放出素子、７５は結線である。Ｘ方向配線７２は、ＤＸ１、ＤＸ２、・・・ＤＸｍのｍ本の配線からなり、Ｙ方向配線７３はＤＹ１、ＤＹ２、・・・ＤＹｎのｎ本の配線よりなる。また、多数の表面伝導型素子７４にほぼ均等な電圧が供給されるように、材料、膜厚、配線幅が適宜設定される。これらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７３間は図示しない層間絶縁層により電気的に分離されてマトリックス配線を構成する（なお、上記ｍ、ｎは共に正の整数である）。
【００６５】
図示しない層間絶縁層は、Ｘ方向配線７２を形成した電子源基板７１の全面域または一部の所望の領域に形成される。Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３はそれぞれ外部端子として引き出される。更に、表面伝導型放出素子７４の素子電極（図示せず）がｍ本のＸ方向配線７２およびｎ本のＹ方向配線７３と結線７５によって電気的に接続されている。Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３を構成する材料、結線７５を構成する材料、及び一対の素子電極を構成する材料は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であっても、また、それぞれ異なっても良い。これらの材料は、例えば、前述の素子電極の材料より適宜選択される。素子電極を構成する材料と配線材料が同一である場合には、素子電極に接続した配線も含めて素子電極ということもできる。
【００６６】
Ｘ方向配線７２は、Ｘ方向に配列する表面伝導型放出素子７４の行を入力信号に応じて走査する走査信号を印加するための走査信号発生手段（図示せず）と電気的に接続されている。一方、Ｙ方向配線７３は、Ｙ方向に配列する表面伝導型放出素子７４の各列を入力信号に応じて変調する変調信号を印加するための変調信号発生手段（図示せず）と電気的に接続されている。更に表面伝導型電子放出素子７４の各素子に印加される駆動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変調信号の差電圧として供給されるものである。これにより、単純なマトリックス配線だけで個別の素子を選択して独立に駆動可能になる。
【００６７】
次に、以上のようにして作成した単純マトリックス配置の電子源を用いた画像形成装置について説明する。図９は画像形成装置の表示パネルの基本構成の一例を説明するための図で、図中、７１は電子放出素子７４を基板上に作製した電子源基板、８１は電子源基板７１を固定したリアプレート、８２は支持枠、８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバック８５等が形成されたフェースプレートで、リアプレート８１、支持枠８２及びフェースプレート８６にフリットガラス等を塗布し、大気中あるいは窒素中で４００〜５００度で１０分以上焼成することで封着して外囲器８８を構成する。また、図９において、７４は図１に示す構成に相当する表面伝導型電子放出素子、７２、７３はそれぞれ表面伝導型電子放出素子７４の一対の素子電極と接続されたＸ方向配線およびＹ方向配線である。
【００６８】
外囲器８８は、上述の如くフェースプレート８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成したが、リアプレート８１は主に電子源基板７１の強度を補強する目的で設けられるため、電子源基板７１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート８１は不要であり、電子源基板７１に直接支持枠８２を封着し、フェースプレート８６、支持枠８２、及び電子源基板７１にて外囲器８８を構成しても良い。また、さらには、フェースプレート８６、リアプレート８１間に、スペーサとよばれる耐大気圧支持部材を設置することで大気圧に対して十分な強度をもつ外囲器８８を構成することもできる。
いずれにしろ、このようなフェースプレートは、電子源基板と積層、一体化して画像形成装置（画像表示装置）を構成するので、電子源基板とほぼ同じ形状、大きさとされる。
【００６９】
図１０は、図９の画像形成装置に用いられる蛍光膜の構成例を示す模式図で、ブラックストライプタイプの蛍光膜を図１０（Ａ）に、ブラックマトリックスタイプの蛍光膜を図１０（Ｂ）に示すものである。図１０において、８４は蛍光膜、９１は黒色導電材、９２は蛍光体である。
【００７０】
蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみからなるが、カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配列によりブラックストライプあるいはブラックマトリックスなどと呼ばれる黒色導電材９１と蛍光体９２とで構成される。ブラックストライプ、ブラックマトリックスを設ける目的は、カラー表示の場合、必要となる三原色蛍光体の各蛍光体９２間の塗り分け部を黒くすることで混色等を目立たなくすることと、蛍光膜８４における外光反射によるコントラストの低下を抑制することである。ブラックストライプの材料としては、通常良く用いられている黒鉛を主成分とする材料だけでなく、導電性があり、光の透過および反射が少ない材料であればこれに限るものではない。
【００７１】
本発明では、上記のようなマトリックス化された蛍光体９２のストライプの方向、あるいはマトリックスの互いに直交する２方向と、前述の表面伝導型電子放出素子７４の互いに直交する２方向とそれぞれが互いに平行になるようにし、かつ、各電子放出素子７４に蛍光体９２が一致するように位置決めして積層し、画像表示装置を構成している。このような構成の画像表示装置は、互いのマトリックスの方向およびその位置が一致しているため、非常に高画質な画像表示装置を実現できる。
ガラス基板８３に蛍光体を塗布する方法としては、モノクローム、カラーによらず、沈澱法や印刷法が用いられる。また、蛍光膜８４（図１０）の内面側には通常、メタルバック８５が設けられる。メタルバック８５は、蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート８６側へ鏡面反射することにより輝度を向上すること、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用すること、外囲器８８内で発生した負イオンの衝突によるダメージからの蛍光体の保護等の役割を有する。
【００７２】
メタルバック８５は、蛍光膜８４を作製後、蛍光膜８４の内面側表面の平滑化処理（通常、フィルミングと呼ばれる）を行い、その後、Ａｌを真空蒸着等で堆積することで作製できる。また、フェースプレート８６には、更に、蛍光膜８４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電極（図示せず）を設けてもよい。前述の外囲器８８を作成するための封着を行う際、カラーの場合は各色蛍光体９２と表面伝導型電子放出素子７４とを対応させなくてはならず、十分な位置合わせを行う必要がある。この十分な位置合わせを行うために、本発明では、前述のように、表面伝導型電子放出素子７４に対向する位置に蛍光体９２を配置するとともに、表面伝導型電子放出素子７４と蛍光体９２のそれぞれのマトリックスの互いに直交する２方向がそれぞれ互いに平行となるようにしている。このような構成の高精度な画像表示装置を得るためには、蛍光体基板も、本発明の電子源基板と同様な位置決め手法をとることが望ましい。
【００７３】
図９に示した画像形成装置は、具体的には、以下のようにして製造される。外囲器８８は前述の安定化工程と同様に、適宜加熱しながらイオンポンプ、ソープションポンプなどのオイルを使用しない排気装置により不図示の排気管を通じて排気し、１０−７Ｔｏｒｒ程度の真空度の有機物質の十分少ない雰囲気にした後、封止される。外囲器８８の封止後の真空度を維持するためにゲッター処理を行う場合もある。これは、外囲器８８の封止を行う直前あるいは封止後に抵抗加熱あるいは高周波加熱等の加熱法により、外囲器８８内の所定の位置（図示せず）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは通常Ｂａ等が主成分であり、蒸着膜の吸着作用により、例えば１×１０−５Ｔｏｒｒないし１×１０−７Ｔｏｒｒの真空度を維持するものである。
【００７４】
次に、単純マトリックス配置型基板を有する電子源を用いて構成した表示パネルを駆動してＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づきテレビジョン表示を行うための駆動回路の一例を示す概略構成を説明する。図１１は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うための駆動回路のブロック図で、その駆動回路を含む画像形成装置を表すものである。図１１において、１０１は画像の表示パネル、１０２は走査回路、１０３は制御回路、１０４はシフトレジスタ、１０５はラインメモリ、１０６は同期信号分離回路、１０７は変調信号発生器、ＶｘおよびＶａは直流電圧源である。
【００７５】
以下、図１１に示す各部の機能を説明する。表示パネル１０１は端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍ、端子Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎ、及び高圧端子Ｈｖを介して外部の電気回路と接続している。このうち、端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍには表示パネル１０１内に設けられている電子源、すなわちＭ行Ｎ列の行列状にマトリックス配線された表面伝導型電子放出素子群を一行（Ｎ素子）ずつ順次駆動してゆくための走査信号が印加される。一方、端子Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎには前記の走査信号により選択された一行の表面伝導型電子放出素子の各素子の出力電子ビームを制御するための変調信号が印加される。また、高圧端子Ｈｖには直流電圧源Ｖａより、例えば、１０ｋＶの直流電圧が供給されるが、これは、表面伝導型電子放出素子より出力される電子ビームに蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与するための加速電圧である。
【００７６】
次に、走査回路１０２について説明する。同回路は内部にＭ個のスイッチング素子を備えるもので（図中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示している）、各スイッチング素子は直流電圧源Ｖｘの出力電圧もしくは０Ｖ（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、表示パネル１０１の端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍと電気的に接続するものである。Ｓ１ないしＳｍの各スイッチング素子は制御回路１０３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作するものであるが、実際には、例えば、ＦＥＴのようなスイッチング素子を組み合わせることにより構成することが可能である。
【００７７】
なお、前記直流電圧源Ｖｘは、前記表面伝導型電子放出素子の特性（電子放出しきい値電圧）に基づき、走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子放出しきい値電圧以下となるような一定電圧を出力するよう設定されている。
【００７８】
制御回路１０３は、外部より入力する画像信号に基づいて適切な表示が行われるように、各部の動作を整合させる働きをもつものである。この後説明する同期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ、Ｔｓｆｔ及びＴｍｒｙの各制御信号を発生する。
【００７９】
同期信号分離回路１０６は、外部から入力されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から同期信号成分と輝度信号成分とを分離するための回路であり、周波数分離（フィルタ）回路を用いれば構成できる。同期信号分離回路１０６により分離された同期信号は、良く知られるように垂直同期信号と水平同期信号よりなるが、ここでは、説明の便宜上Ｔｓｙｎｃ信号として図示した。一方、前記テレビ信号から分離された画像の輝度信号成分を便宜上ＤＡＴＡ信号と表すが、同信号はシフトレジスタ１０４に入力される。
【００８０】
シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリアルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を画像の１ライン毎にシリアル／パラレル変換するためのものであり、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて動作する。すなわち制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ１０４のシフトクロックであると言い換えても良い。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分（電子放出素子Ｎ素子分の駆動データに相当する）のデータはＩｄ１ないしＩｄｎのＮ個の並列信号としてシフトレジスタ１０４より出力される。
【００８１】
ラインメモリ１０５は、画像１ライン分のデータを必要時間の間だけ記憶するための記憶装置であり、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従って適宜Ｉｄ１ないしＩｄｎの内容を記憶する。記憶した内容は、Ｉｄ１ないしＩｄｎとして出力され変調信号発生器１０７に入力する。
【００８２】
変調信号発生器１０７は、前記画像データＩｄ１ないしＩｄｎの各々に応じて表面伝導型電子放出素子の各々を適切に駆動変調するための信号源であり、その出力信号は端子Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じて表示パネル１０１内の表面伝導型電子放出素子に印加される。
【００８３】
前述したように、本発明に関わる電子放出素子は、放出電流Ｉｅに対して以下の基本特性を有している。すなわち、前述したように電子放出には明確なしきい値電圧Ｖｔｈがあり、Ｖｔｈ以上の電圧を印加された時のみ電子放出が生じる。また電子放出しきい値以上の電圧に対しては素子への印加電圧の変化に応じて放出電流も変化していく。なお、電子放出素子の材料や構成、製造方法を変えることにより電子放出しきい値電圧Ｖｔｈの値や印加電圧に対する放出電流の変化の度合いが変わる場合もあるが、いずれにしても以下のようなことがいえる。
【００８４】
すなわち、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、例えば電子放出しきい値以下の電圧を印加しても電子放出は生じないが、電子放出しきい値以上の電圧を印加する場合には電子ビームが出力される。その際、第一にはパルスの波高値Ｖｍを変化させることにより出力電子ビームの強度を制御することが可能であり、第二には、パルスの幅Ｐｗを変化させることにより出力される電子ビームの電荷の総量を制御することが可能である。
【００８５】
従って、入力信号に応じて電子放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調方式等があげられ、電圧変調方式を実施するには、変調信号発生器１０７として、一定の長さの電圧パルスを発生するが、入力されるデータに応じて適宜パルスの波高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いる。またパルス幅変調方式を実施するには、変調信号発生器１０７としては、一定の波高値の電圧パルスを発生するが、入力されるデータに応じて適宜電圧パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いる。
【００８６】
シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０５は、デジタル信号式のものであってもアナログ信号式のものであっても差し支えなく、画像信号のシリアル／パラレル変換や記憶が所定の速度で行われればよい。
デジタル信号式のものを用いる場合には、同期信号分離回路１０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化する必要があるが、これは同期信号分離回路１０６の出力部にＡ／Ｄ変換器を備えれば可能である。また、これと関連してラインメモリ１０５の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かにより、変調信号発生器１０７に用いられる回路が若干異なったものとなる。
【００８７】
まず、デジタル信号の場合について述べる。電圧変調方式において、変調信号発生器１０７には、例えば、よく知られるＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて、増幅回路などを付け加えればよい。また、パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１０７は、例えば、高速の発振器、発振器が出力する波数を計数する計数器（カウンタ）、及び計数器の出力値とラインメモリ１０５の出力値を比較する比較器（コンパレータ）を組み合せた回路を用いることにより構成できる。必要に応じて、比較器の出力するパルス幅変調された変調信号を表面伝導型電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付け加えてもよい。
【００８８】
次に、アナログ信号の場合について述べる。電圧変調方式においては変調信号発生器１０７には、例えば、よく知られるオペアンプなどを用いた増幅回路を用いればよく、必要に応じて、レベルシフト回路などを付け加えてもよい。また、パルス幅変調方式の場合には、例えば、よく知られた電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を用いればよく、必要に応じて、表面伝導型電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付け加えてもよい。
【００８９】
以上のような構成を有する画像表示装置において、表示パネル１０１の各電子放出素子には、容器外端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍ、Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ、電圧を印加することにより、電子放出させるとともに、高圧端子Ｈｖを通じ、メタルバック８５あるいは透明電極（図示せず）に高圧を印加して電子ビームを加速し、蛍光膜８４に衝突させ、励起・発光させることで画像を表示することができる。
【００９０】
以上に述べた構成は、表示等に用いられる好適な画像形成装置を作製する上で必要な概略構成であり、例えば、各部材の材料等、詳細な部分は上述内容に限られるものではなく、画像形成装置の用途に適するよう適宜選択する。また、入力信号例として、ＮＴＳＣ方式をあげたが、これに限るものでなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式などの諸方式でもよく、また、これよりも、多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式でもよい。
【００９１】
次に、梯子型配置電子源基板および画像表示装置について説明する。
図１２は、電子放出素子を梯子型に配置した電子源基板の構成例を示す模式図で、図中、１１０は電子源基板、１１１は電子放出素子、１１２は電子放出素子１１１に接続したＤｘ１〜Ｄｘ１０よりなる共通配線である。電子放出素子１１１は、基板１１０上にＸ方向に並列に複数個配置されている（この配列を素子行と呼ぶ）。この素子行が複数個基板上に配置され、電子源基板１１０が構成されている。各素子行の共通配線間に駆動電圧を印加することで、各素子行を独立に駆動させることができる。すなわち、電子ビームを放出させたい素子行には、電子放出しきい値以上の電圧を印加し、電子ビームを放出させない素子行には電子放出しきい値以下の電圧を印加すればよい。また、各素子行間の共通配線Ｄｘ２〜Ｄｘ９、例えばＤｘ２、Ｄｘ３を同一配線とするようにしても良い。
【００９２】
図１３は、図１２に示した梯子型配置電子源基板を備えた画像形成装置におけるパネル構造を説明するための図で、図中、１１０は各素子行間の共通配線を同一配線とした電子源基板、１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過するための開口、１２２はＤｏｘ１、Ｄｏｘ２・・・Ｄｏｘｍよりなる容器外端子、１２３はグリッド電極１２０と接続されたＧ１、Ｇ２、・・・Ｇｎからなる容器外端子で、その他、図９または図１１と同様の機能を有する部分には、同一符号を付してある。図１３に示す画像形成装置における前述の単純マトリックス配置の画像形成装置（図９）との違いは、電子源基板１１０とフェースプレート８６の間にグリッド電極１２０を備えていることである。
【００９３】
グリッド電極１２０は、表面伝導型放出素子から放出された電子ビームを変調するためのものであり、梯子型配置の素子行と直交して設けられたストライプ状の電極に電子ビームを通過させるため、各素子に対応して１個ずつ円形の開口１２１が設けられている。なお、グリッドの形状や設置位置は図１２に示したものに限定されるものではない。例えば、開口としてメッシュ状に多数の通過口を設けることもでき、グリッドを表面伝導型放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。また、容器外端子１２２及びグリッド容器外端子１２３は、図示しない制御回路と電気的に接続されている。
【００９４】
本画像形成装置では、素子行を１列ずつ順次駆動（走査）していくのと同期してグリッド電極列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加する。これにより、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像を１ラインずつ表示することができる。これによれば、テレビジョン放送の表示装置、テレビ会議システム、コンピュータ等の表示装置の他、感光性ドラム等で用いて構成された光プリンターとしての画像形成装置としても用いることもできる。
【００９５】
【発明の効果】
基板上の複数対の各素子電極間に導電性薄膜を形成するための材料を含有する溶液の液滴を吐出口径Φ２５μｍ以下の液滴噴射ヘッドにより噴射付与し、導電性薄膜による表面伝導型電子放出素子群を形成する電子源基板製造装置において、前記導電性薄膜を形成するための材料を含有する溶液は、液体に金属微粒子を分散させた溶液であり、該金属微粒子は前記吐出口を構成する部材よりやわらかい材料としたので、噴射ヘッドの吐出口がキズついたり、摩耗したりしてその噴射性能劣化が起こることのない、安定して使用できる新規な電子源基板製造装置とすることができた。
【００９６】
上述のような電子源基板製造装置に使用する溶液において、該溶液に含有される前記導電性薄膜を形成するための材料は、前記吐出口を構成する部材よりやわらかい金属微粒子であるようにしたので、このような新規な電子源基板製造装置の噴射ヘッドの吐出口をキズつけたり、摩耗させたりして、その噴射性能劣化を引き起こすということが皆無となり、電子源基板を安定して製造できるようになった。
【００９７】
上述のような電子源基板製造装置によって製作される電子源基板において、前記導電性薄膜は前記液滴付与後に溶媒成分を揮発させてなる薄膜であるとともに、該薄膜は前記電子源基板製造装置の噴射ヘッドの吐出口を構成する部材よりやわらかい金属微粒子を含有するようにして製作されるので、噴射ヘッドの吐出口をキズつけたり、摩耗させたりして、その噴射性能劣化を引き起こすということが皆無となり、高品位な電子放出素子を有する電子源基板が得られるようになった。
【００９８】
また、高品位な表面伝導型電子放出素子のパターンを有し、電子放出素子特性も優れた電子源基板を使用することにより、高画質な画像表示装置を得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る平面型表面伝導型電子放出素子の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す表面伝導型電子放出素子の製造方法を説明するための模式図である。
【図３】本発明に係る電子源基板の製造装置の一例を示す構成図である。
【図４】本発明を適用し得る液滴付与装置の構成の一例を説明するための図である。
【図５】図４の液滴付与装置の吐出ヘッドユニットの要部概略構成図である。
【図６】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の製造装置に使用される噴射ヘッドの１例を示す図である。
【図７】本発明による表面伝導型電子放出素子の製造に採用できる通電フォーミング処理における電圧波形の例を示す図である。
【図８】本発明を適用し得るマトリックス配置型電子源基板の一例を示す模式図である。
【図９】本発明を適用し得るマトリックス配置型電子源基板による画像形成装置の表示パネルの基本構成の一例を説明するための図である。
【図１０】本発明を適用し得る画像形成装置に用いられる蛍光膜の構成例を示す模式図である。
【図１１】画像形成装置にＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うための駆動回路の一例を示すブロック図である。
【図１２】本発明を適用し得る梯子型配置型電子源基板の一例を示す模式図である。
【図１３】本発明を適用し得る梯子型配置型電子源基板による画像形成装置の表示パネル基本構成の一例を説明するための図である。
【図１４】従来の電子放出素子の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…基板、２、３…素子電極、４…導電性薄膜、５…電子放出部、１０…電子源基板、１１…吐出ヘッドユニット（噴射ヘッド）、１２…キャリッジ、１３…基板保持台、１４…基板、１５…供給チューブ、１６…信号供給ケーブル、１７…噴射ヘッドコントロールボックス、１８…キャリッジ１２のＸ方向スキャンモータ、１９…キャリッジ１２のＹ方向スキャンモータ、２０…コンピュータ、２１…コントロールボックス、２２（２２Ｘ１、２２Ｙ１、２２Ｘ２、２２Ｙ２）…基板位置決め／保持手段、３０…吐出ヘッドユニット、３１…ヘッドアライメント制御機構、３２…検出光学系、３３…インクジェットヘッド、３４…ヘッドアライメント微動機構、３５…制御コンピュータ、３６…画像識別機構、３７…ＸＹ方向走査機構、３８…位置検出機構、３９…位置補正制御機構、４０…インクジェットヘッド駆動・制御機構、４１…光軸、４２…液滴、４３…液滴着弾位置、５０…噴射ヘッド（インクジェットヘッド）、５１…発熱体基板、５２…蓋基板、５３…発熱体基板５１の作成に用いるシリコン基板、５４…個別電極、５５…共通電極、５６…発熱体、５７…溶液流入口、５８…ノズル、５９…溝部、６０…凹部領域、７１…電子源基板、７２…Ｘ方向配線、７３…Ｙ方向配線、７４…表面伝導型電子放出素子、７５…結線、８１…リアプレート、８２…支持枠、８３…ガラス基板、８４…蛍光膜、８５…メタルバック、８６…フェースプレート、８８…外囲器、９１…黒色導電材、９２…蛍光体、１０１…画像の表示パネル、１０２…走査回路、１０３…制御回路、１０４…シフトレジスタ、１０５…ラインメモリ、１０６…同期信号分離回路、１０７…変調信号発生器、ＶｘおよびＶａ…直流電圧源、１０８…電子放出素子７４に接続したＤｘ１〜Ｄｘ１０よりなる共通配線、１１０…電子源基板、１１１…電子放出素子、１１２…共通配線、１２０…グリッド電極、１２１…開口、１２２…容器外端子、１２３…グリッド容器外端子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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