JP2003077388A

JP2003077388A - 電子放出素子の製造方法及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2003077388A
Application number: JP2001269395A
Authority: JP
Inventors: Shin Kitamura; 伸北村; Takeo Tsukamoto; 健夫塚本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2003-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】駆動電圧が低く、電子ビームの広がりが少な
く、さらに電子放出効率の高い電子放出素子の製造方法
及び画像形成装置を提供する。【解決手段】電界電子放出素子において、陰極として
複数の微細突起のカーボンファイバーの集合体４を形成
する工程（図６の（ｂ））と、複数の微細突起のカーボ
ンファイバーの集合体４の一部にエネルギービームを照
射し、複数の微細突起のカーボンファイバーの集合体４
にエッジを形成する工程（図６の（ｃ）、（ｄ））とを
備えることを特徴とする電子放出素子の製造方法とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子の製
造方法及び画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属に対し１０⁶Ｖ／ｃｍ以上の
強電界をかけて金属表面から電子を放出させる電界放出
型（ＦＥ型）電子放出素子が冷電子源の一つとして注目
されている。

【０００３】また、近年、特に表示装置等の画像形成装
置においては、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
光型表示装置が望まれてきた。

【０００４】ＦＥ型の冷電子源が実用化されれば、薄型
の自発光画像表示装置が可能となり、消費電力の低減、
軽量化にも貢献する。

【０００５】縦型ＦＥ型の例としては図１７に示すよう
にエミッタ１５４が基板１から略鉛直方向に円錐あるい
は四角錐の形状をなしたもの、例えばＣ．Ａ．Ｓｐｉｎ
ｄｔ，“ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏ
ｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎｕ
ｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，
５２４８（１９７６）等に開示されたもの（以下スピン
ト型）が知られている。図１７は、縦型ＦＥの従来例を
示す概略図である。

【０００６】炭素繊維を用いた横形ＦＥの例としてはＵ
ＳＰ４７２８８５１に示されているように、図１８に示
すように炭素繊維エミッタ１６４が基板１と平行に形成
され、炭素繊維エミッタ１６４の先端を加工により先鋭
化し、対向するゲート電極２にカソード電極３が対面
し、電子が引き出される方向と直行した方向にコレクタ
１６２（本件ではアノードと呼ぶ）が構成されるたもの
が開示されている。図１８は、横型ＦＥの従来例を示す
概略図である。

【０００７】繊維状カーボン集合体を用いた横型ＦＥの
例としては特開平８−１１５６５２に示すように、（図
１９に模式図を示した。）基板１上に、素子引き出し電
極２０１と素子陰極３０１とが微細亀裂１７１を隔て配
置され、その微細亀裂１７１周辺にて、有機化合物ガス
を用いて微細な触媒金属５０１上で熱分解を行い、触媒
金属５０１の直径と同程度の大きさのカーボン繊維４０
１を、堆積させた構成が開示されている。図１９は、繊
維状カーボン集合体を有する横型ＦＥの従来例の概略図
である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来ＦＥ型電子源を用
いた画像形成装置では、電子源から蛍光体までの距離Ｈ
とアノード電圧Ｖａと素子の駆動電圧Ｖｆに応じた電子
ビームスポット（以下ビーム径と呼ぶ）が得られる。

【０００９】前述のビーム径はサブミリメートル程度で
あり、画像形成装置としては十分の解像度を持ってい
る。

【００１０】しかしながら画像形成装置においては、近
年より高精細な解像度が必要とされ、さらに安価に製造
できる事が要求されている。

【００１１】このような要求を満たすために電子放出素
子としては、電子ビームの広がりを抑制する事による高
精細化、及び駆動電圧を低減する事により駆動装置によ
るコスト増を避けるというような要求がある。加えて消
費電力の低減のために電子放出効率が高いほうがよい事
はいうまでもない。

【００１２】前述の図１８のような横型ＦＥでは用いる
炭素繊維エミッタ１６４の先端径が２００ｎｍ程度と太
く、さらにゲート電極２との間の距離が遠いために駆動
に数百ボルトを必要とするため、駆動装置が大きくなる
傾向がある。

【００１３】また、前述の図１９のようなカーボン繊維
４０１の集合体を有する素子では、引き出された電子
が、対向の素子引き出し電極２０１上に設けられた素子
陰極３０１上と同質の繊維状カーボンによって散乱する
ため、ゲート電極に入射する電子による電流ロスがない
とは言えず、電子の散乱によるものと、繊維状カーボン
のうち電界の集中し易い部分を特に制御するような構成
ではなく、電子ビームの引き出される方向が様々である
ため、電子ビームをより小さくして使用するには限界が
ある。

【００１４】以上のような理由により、従来の電子放出
素子の製造方法は、安価にて高精彩な解像度を持つ画像
形成装置には不向きであった。

【００１５】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、駆動
電圧が低く、電子ビームの広がりが少なく、さらに電子
放出効率の高い電子放出素子の製造方法及び画像形成装
置を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る電子放出素子の製造方法は、電界電子
放出素子において、陰極として複数の微細突起の集合体
を形成する工程と、前記複数の微細突起の集合体の一部
にエネルギービームを照射し、前記複数の微細突起の集
合体にエッジを形成する工程とを備えることを特徴とす
る。

【００１７】また、本発明に係る電子放出素子の製造方
法は、電界電子放出素子において、基板上に導電性の電
極を形成する工程と、該導電性の電極上に複数の微細突
起の集合体を形成する工程と、前記複数の微細突起の集
合体とともに前記電極の一部にエネルギービームを照射
し、前記複数の微細突起の集合体にエッジを形成すると
同時に、前記導電性の電極を電気的に分割し、ゲート電
極とカソード電極を形成する工程とを備えることを特徴
とする。

【００１８】また、本発明に係る電子放出素子の製造方
法は、電界電子放出素子において、基板上にゲート電
極、絶縁層、カソード電極の順で積層する工程と、カソ
ード電極上に複数の微細突起の集合体を形成する工程
と、前記複数の微細突起の集合体とともに前記カソード
電極及び絶縁層の一部にエネルギービームを照射し、前
記複数の微細突起の集合体にエッジを形成すると同時
に、前記カソード電極と絶縁層の一部を除去する工程と
を備えることを特徴とする。

【００１９】また、本発明に係る電子放出素子の製造方
法は、前記複数の微細突起の集合体は炭素を主成分とす
る材料で構成されていることを特徴とする。

【００２０】また、本発明に係る電子放出素子の製造方
法は、前記炭素を主成分とする材料は繊維状カーボンの
集合体であることを特徴とする。

【００２１】また、本発明に係る電子放出素子の製造方
法は、前記繊維状カーボンの材料はグラファイトナノフ
ァイバー、カーボンナノチューブ、アモルファスカーボ
ンもしくはこれらの混合物からなることを特徴とする。

【００２２】また、本発明に係る電子放出素子の製造方
法は、前記エネルギービームは、レーザービーム、イオ
ンビームまたは電子ビームのうちのいずれかである。

【００２３】また、本発明に係る電子放出素子の製造方
法は、前記導電性の電極上に複数の微細突起の集合体を
形成する工程が、触媒となる金属材料を導電性の電極上
に配置する工程と、有機ガス雰囲気下にて熱分解を行う
事により、触媒配置領域上に、複数の微細突起の集合体
を形成する工程とからなることを特徴とする。

【００２４】また、本発明に係る電子放出素子の製造方
法は、前記触媒となる金属材料を導電性の電極上に配置
する工程が、金属を含有する有機溶剤を前記電極上に塗
布する工程であることを特徴とする。

【００２５】また、本発明に係る電子放出素子の製造方
法は、前記エネルギービームを照射する工程が、前記複
数の微細突起の集合体を形成する材料に対し、化学的反
応性の高いガスの雰囲気下で行われることを特徴とす
る。

【００２６】また、本発明に係る電子放出素子の製造方
法は、前記複数の微細突起の集合体がカーボンを主成分
として構成され、かつ前記化学的反応性の高いガスの雰
囲気が水、酸素、二酸化炭素及び水素のうち少なくとも
ひとつを含むことを特徴とする。

【００２７】また、本発明に係る電子放出素子の製造方
法は、第１の電極と、該第１の電極に接続する複数の突
起と、前記第１の電極と間隔を置いて配置された第２の
電極とを有する電子放出素子の製造方法であって、電極
上に複数の突起を配置する工程と、前記複数の突起の一
部を除去すると共に、前記電極を第１の電極と第２の電
極に分割する工程と、を備えることを特徴とする。

【００２８】さらに、本発明に係る画像形成装置は、上
記電子放出素子の製造方法により製造される電子放出素
子を複数有し、陽極としての蛍光体と、情報信号により
各電子放出素子の電子量を制御する機構とを備えた。

【００２９】これらのような製造方法によって電子放出
素子を製造することにより、複数の微細突起の集合体の
エッジ部から電子が放出され易くなり、駆動電圧が低減
され、電子ビームの引き出される方向が揃う。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。

【００３１】また、以下の図面において、前述の従来技
術の説明で用いた図面に記載された部材、及び既述の図
面に記載された部材と同様の部材には同じ番号を付す。

【００３２】（本発明に係る電子放出素子の製造方法の
一実施形態）以下に本発明の特徴である高エネルギービ
ーム照射による、微細突起集合体へのエッジ形成処理に
ついて、図面を用いて説明する。

【００３３】電子放出素子の陰極として、より微細で高
アスペクト比を有する突起物（例えばカーボンファイバ
ー等）を用いる事が、駆動電圧の低減等に有効である
が、カーボンファイバーのような微細突起を個々に取り
扱う事は困難であるため、それらの集合体として陰極と
して用いる事が便利である。

【００３４】陰極として微細突起の集合体を配置する方
法としては、有機溶剤等に微細突起を分散して塗布する
方法や、触媒微粒子の配置後に炭化水素ガスを用いて気
相成長させる方法等がある。

【００３５】前記のような方法で作製される微細突起の
集合体、特にカーボンファイバー等の気相成長法におい
ては、熱分解のみにより作製する場合は図１のように個
々のカーボンファイバーの成長方向や、太さ、形状等が
バラつく傾向がある。図１は、本発明に係る電子放出素
子の製造方法の一実施形態において利用されるグラファ
イトナノファイバーの構造を示す概要図である。

【００３６】これらを制御するにはさらなる手段を必要
であり、安価で複数の電子放出素子を大面積にわたり製
造するためには、図２のように電極上に触媒５１を配置
して、気相からの熱分解により成長させたカーボンファ
イバーの集合体４をそのまま用いる事が有効である。図
２は、カーボンの集合体を利用した電子放出素子の一例
を示す概略図である。

【００３７】図２において、１は基板、２はゲート電
極、３はカソード電極、４は電子放出部材としてのカー
ボンファイバーの集合体、５１は触媒である。

【００３８】その場合図２のように熱分解気相成長によ
るカーボンファイバーは横方向に成長する場合もあり、
カーボンファイバーの集合体４をマクロ形状で眺めた場
合に電界の集中し易い形状にはならず、個々のカーボン
ファイバーの形状等により、電界の集中し易いサイトが
決まる事になる。

【００３９】そうすると図３（ａ）のようにゲート電極
から電圧を印加した際に、電子が放出され易い点は、カ
ーボンファイバーの集合具合に依存し、電子の取り出さ
れる方向がバラつく場合がある。図３は、本発明に係る
電子放出素子の製造方法の一実施形態における、カーボ
ンファイバーの集合体を利用した電子放出素子からの電
子放出状態の模式図である。

【００４０】本発明の電子放出素子の製造方法では、形
成したカーボンファイバーの集合体をエネルギービーム
で加工することにより、図３（ｂ）のようにカーボンフ
ァイバーの集合体のマクロ形状にエッジを形成する。

【００４１】本発明でいうエッジとは、図４に示すよう
な、電子放出部材のエネルギービーム加工面が基板とほ
ぼ直角になるようにした場合（図４の（ａ））におい
て、加工されずに残った電子放出部材の端部１９１の事
（図４の（ｂ），（ｃ））である。図４は、本発明に係
る電子放出素子の製造方法の一実施形態における、エッ
ジ形成についての説明図である。

【００４２】エネルギービームの加工面は電子放出部材
で構成されていてもよく、電子放出部材を完全に除去し
て基板を加工面としてもよい。

【００４３】このようにする事で、カーボンファイバー
自身の形状効果（模式図を図５（ａ）に示す。）に加
え、エッジ部の形状効果（模式図を図５（ｂ）に示
す。）による電界集中効果が利用できる。図５は、本発
明に係る電子放出素子の製造方法の一実施形態におけ
る、繊維状カーボンの集合体の模式図である。

【００４４】よって、エッジ部周辺のカーボンファイバ
ーからの電子放出が起き易くなり、より低い電圧にてエ
ッジ周辺から電子が放出され、駆動電圧を低減する事が
できる。

【００４５】さらに、電子の取り出される方向をそろえ
る事ができ、電子ビームの広がりが抑制される。

【００４６】以下に図面を参照して、前述のエネルギー
ビームによるエッジ形成処理を利用した本発明の電子放
出素子の製造方法の一実施形態をさらに例示的に詳しく
説明する。

【００４７】ただし、この実施の形態に記載されている
構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは、特
に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれら
のみに限定する趣旨のものではない。

【００４８】本発明のエネルギービームによるエッジ形
成処理がより有効となる、電子放出素子の製造方法の一
例を図６に示す。図６は、本発明による電子放出素子の
製造方法の一実施形態の工程図である。

【００４９】図６において、１は基板、３１は導電性電
極、２はゲート電極、３はカソード電極、４はカーボン
ファイバーの集合体である。以下図６に沿って本発明の
電子放出素子の製造方法の一実施形態を順を追って説明
する。

【００５０】予め、その表面を十分に洗浄した、石英ガ
ラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少させＫなどに一部置
換したガラス、青板ガラス及びシリコン基板等にスパッ
タ法等によりＳｉＯ₂を積層した積層体、アルミナ等の
セラミックス等の絶縁性基板を基板１とする。

【００５１】上記基板１上に、導電性電極３１を堆積す
る。導電性電極３１は導電性を有しており、印刷法や、
蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリ
ソグラフィー技術により形成される。

【００５２】素子電極の材料は、例えば、炭素、金属、
金属の窒化物、金属の炭化物、金属のホウ化物、半導
体、半導体の金属化合物から適宜選択される。

【００５３】導電性電極３１の厚さとしては、数十ｎｍ
から数μｍの範囲で設定される、好ましくは炭素、金
属、金属の窒化物、金属の炭化物の耐熱性材料が望まし
い。

【００５４】なおこの電極の厚さが薄いために電位降下
などが心配される時、あるいはマトリクス配列でこの素
子を用いる場合は必要に応じて低抵抗の配線用金属材料
が電子放出に関与しない部分で用いられる（図６
（ａ））。

【００５５】次に、電子放出部材として機能するカーボ
ンファイバーの集合体４を導電性電極３１上に蒸着す
る。カーボンファイバーの集合体４は、例えばＣＶＤに
おける核成長を利用した針状結晶の成長や、ひげ結晶の
成長などを利用する。

【００５６】ＣＶＤによる形成方法では基板の種類、ガ
スの種類、流量、成長温度などで制御される。また予め
作製した針状結晶等を有機溶剤等に分散し塗布する方法
でもよい。

【００５７】スパッタリング等による一般的な真空製膜
技術等により作製してもよい。

【００５８】電子放出部材としてのカーボンファイバー
の集合体４に用いる材料は、好ましくはＷ、Ｔａ、Ｍ
ｏ，等の耐熱性の材料、あるいはＴｉＣ、ＺｒＣ、Ｈｆ
Ｃ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ₂、Ｚｒ
Ｂ₂、ＬａＢ₆、ＣｅＢ₆、ＹＢ₄、ＧｄＢ₄等の硼化物、
ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半
導体、有機高分子材料、アモルファスカーボン、グラフ
ァイト、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドを
分散した炭素及び炭素化合物等、カーボンナノチュー
ブ、繊維状カーボン（グラファイトカーボンファイバ
ー）などが良い。

【００５９】本発明の電子放出素子の製造方法をより有
効にする、数Ｖ／μｍの閾値電界を持つ複数の微細突起
の集合体の材料として、例えば触媒を用いて炭化水素ガ
スを分解して出来るカーボンナノチューブを図７に示
す。図７は、本発明に係る電子放出素子の製造方法の一
実施形態において用いられる、カーボンナノチューブの
構造を示す概要図である。

【００６０】図７では、一番左側（ａ）に光学顕微鏡レ
ベル（〜１０００倍）で見える形態、真中（ｂ）は走査
電子顕微鏡（ＳＥＭ）レベル（〜３００００倍）で見え
る形態、右側（ｃ）は透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）レベル
（〜１００万倍）で見えるカーボンの形態を模式的に示
している。

【００６１】カーボンナノチューブはグラフェンが円筒
形状に構成され、特にチューブ先端を開放させた構造の
時に、最もその閾値が下がる。

【００６２】あるいは、カーボンナノチューブと同様に
触媒を用い、比較的低温で生成される繊維状カーボンを
図１に示す。繊維状カーボンはグラフェンの積層体で構
成されている。

【００６３】カーボンナノチューブと繊維状カーボンは
触媒の種類、及び分解の温度によって異なり、同一の触
媒で、両方の構造を持つ物を温度によって選択可能であ
る場合もあるし、どちらかの構造しか出来ない場合もあ
る。

【００６４】どちらも電子放出の閾値が１Ｖ〜１０Ｖ／
μｍ程度であり、本発明の電子放出部として好ましい。

【００６５】繊維状カーボンはグラファイト構造あるい
はアモルファス構造カーボンからなりその混合の形態を
とる場合もある。

【００６６】前述の触媒材料としてはＦｅ、Ｃｏ、など
がカーボンナノチューブの形成において一般的に使用さ
れるが、Ｐｄ、Ｎｉにおいてもカーボン形成用の核とし
て用いることが出来る。

【００６７】Ｐｄ、Ｎｉにおいては低温（４５０℃以上
の温度）で繊維状カーボンを生成することが可能であ
る。

【００６８】Ｆｅ、Ｃｏ、を用いたカーボンナノチュー
ブの生成温度は８００℃以上必要なことから、Ｐｄ、Ｎ
ｉを用いてのエミッタ材料の作成は、低温で可能なた
め、他の部材への影響や、製造コストの観点からも好ま
しい。

【００６９】さらにＰｄにおいては酸化物が水素により
低温（室温）で還元される特性を用いて、核形成材料と
して酸化パラジウムを用いることが可能である。

【００７０】酸化パラジウムの水素還元処理を行うと、
一般的な核形成技法として従来から使用されている金属
薄膜の熱凝集を用いずとも、比較的低温（２００℃以
下）で初期凝集核の形成が可能となった。

【００７１】前述の炭化水素ガスとしては例えばエチレ
ン、メタン、プロパン、プロピレンなどの炭化水素ガ
ス、あるいはエタノールやアセトンなどの有機溶剤の蒸
気を用いることもある。

【００７２】必要な放出電流を得るには図に示すように
複数の凸形状を形成するのが有利であるし、プロセスも
容易である（図６（ｂ））。

【００７３】次に形成した、電子放出部材に高エネルギ
ービームを照射してエッジを形成する。

【００７４】エネルギービームとしては、例えばレーザ
ービーム、イオンビーム、電子ビーム等が利用できる。
ここでいうエッジ形成とは、電子放出材料の集合体のマ
クロな形状が、電界をエンハンスし易いように形成する
という意味であり例えば図に示すように電子放出材料の
一部を切断し、角をつくるという意味である。角が鋭利
であるほど電界のエンハンスには有効である。

【００７５】エネルギービームのエネルギーは、電子放
出部材の材料の結合エネルギーと関連して決定する。イ
オンビーム、電子ビーム等を利用する場合には、前述し
た材料の結合エネルギー以上のエネルギーを有し直接化
学結合を切断する事ができるが、エネルギービームの平
均自由工程を稼ぐために、真空を形成する必要がある。

【００７６】よって安価に製造するという目的として
は、大気中にて行えるレーザービーム照射が好ましい。
電子放出部材を形成する材料の結合エネルギー（例えば
Ｃ−Ｃ結合等は８０×４．１８６ｋＪ／ｍｏｌ）よりも
低いエネルギービームによる加工（いわゆる分子振動の
発熱に起因する溶断）によっても、レーザーパワー、照
射時間によっては、十分に電界をエンハンスしうる形状
を作製できる。エネルギービームの発生装置のコストを
考慮して選択してもよい。

【００７７】本発明の電子放出素子の製造方法の一実施
形態では、例えば図６のようにエネルギービームの照射
により電子放出材料にエッジを形成するとともに、導電
性電極３１を電気的に切断して、ゲート電極２とカソー
ド電極３とに分割する。

【００７８】このようにする事で、カソード電極３の最
もゲート電極２よりになる部分と、電子放出部材として
のカーボンファイバーの集合体４のエッジ部の位置を合
わせる事が可能であり、電子放出する際にゲート電極２
に印加する電圧を最大限に利用する事ができる効果が生
まれる。

【００７９】画像形成装置のように複数の電子放出素子
を配置する際には、導電性電極３１を作製した後、隣接
する電子放出素子との電気的分断をもエネルギービーム
照射によって行ってもよい。

【００８０】ゲート電極２とカソード電極３の間隔は、
前述したとおり用いる電子放出部材料の電子放出電界と
駆動電圧により、間隔を決めればよい。

【００８１】もちろんゲート電極２とカソード電極３の
間の距離を、フォトリソ等によるパターニングにより決
めておき、電子放出部材としてのカーボンファイバーの
集合体４の一部のみを加工する場合もある（図６
（ｃ））。

【００８２】以上のような方法により電子放出素子が完
成する。図に示したように、電子は最もゲート電極２よ
りである、電子放出部材のエッジ部から放出される。

【００８３】複数の微細突起の集合体の場合には、電子
はエッジ部周辺の微細突起らから放出され、エッジ部周
辺以外の微細突起は電子の放出にはあまり関与しない
が、プロセス上取り残される（図６（ｄ））。

【００８４】このようにして製造した本発明の電子放出
素子を、図８に示すような真空装置６０に設置し、真空
排気装置６３によって１０^-5Ｐａ程度に到達するまで十
分に排気した、図８に示したように高電圧電源を用い
て、基板から数ミリの高さＨの位置に陽極（アノード）
６１を設け、数キロボルトからなる高電圧Ｖａを印加し
た。図８は、図６に示される電子放出素子の製造方法に
より製造される電子放出素子を動作させる時の構成図で
ある。

【００８５】なお、アノード６１には導電性フィルムを
被覆した蛍光体６２が設置されている。素子には駆動電
圧Ｖｆ＝数十Ｖ程度からなるパルス電圧を印加して流れ
る素子電流Ｉｆと電子放出電流Ｉｅを計測した。

【００８６】この時、等電位線６６は図のように形成さ
れ、電界の集中する点は６４で示される電子放出部材と
してのカーボンファイバーの集合体４の最もアノードよ
り、かつギャップの内側の場所である。

【００８７】以下この原理に基づき、本発明を適用可能
な電子放出素子を複数配して得られる画像成装置につい
て、図９を用いて説明する。図９は、図６に示される電
子放出素子の製造方法により製造される電子放出素子を
複数用いて電子源とし、この電子源を用いた単純マトリ
クス回路の構成図である。

【００８８】図９において、８１は電子源基体、８２は
Ｘ方向配線、８３はＹ方向配線である。８４は本発明に
係る電子放出素子の製造方法の一実施形態により製造さ
れる電子放出素子、８５は結線である。

【００８９】ｍ本のＸ方向配線８２は，ＤＸ１，ＤＸ
２，・・，ＤＸｍからなり，真空蒸着法，印刷法スパッ
タ法等を用いて形成された導電性金属等で構成すること
ができる。

【００９０】配線の材料、膜厚、巾は、適宜設計され
る。Ｙ方向配線８３は、ＤＹ１，ＤＹ２，・・，ＤＹｎ
のｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線８２と同様に形成さ
れる。

【００９１】これらｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ方
向配線８３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられ
ており、両者を電気的に分離している（ｍ，ｎは，共に
正の整数）。

【００９２】不図示の層間絶縁層は，真空蒸着法，印刷
法，スパッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ２等で構成
される。

【００９３】例えば、Ｘ方向配線８２を形成した電子源
基体８１の全面或は一部に所望の形状で形成され，特
に、Ｘ方向配線８２とＹ方向配線８３の交差部の電位差
に耐え得るように、膜厚、材料、製法が、適宜設定され
る。Ｘ方向配線８２とＹ方向配線８３はそれぞれ外部端
子として引き出されている。

【００９４】電子放出素子８４を構成するゲート電極及
びカソード電極（不図示、以下素子電極）は、ｍ本のＸ
方向配線８２とｎ本のＹ方向配線８３と導電性金属等か
らなる結線８５によって電気的に接続されている。

【００９５】Ｘ方向配線８２とＹ方向配線８３を構成す
る材料、結線８５を構成する材料及び素子電極を構成す
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よい。

【００９６】これら材料は、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は
素子電極ということもできる。

【００９７】Ｘ方向配線８２には、Ｘ方向に配列した電
子放出素子８４の行を、選択するための走査信号を印加
する不図示の走査信号印加手段が接続される。

【００９８】一方、Ｙ方向配線８３には、Ｙ方向に配列
した電子放出素子８４の各列を入力信号に応じて、変調
するための不図示の変調信号発生手段が接続される。

【００９９】各電子放出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。

【０１００】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子を選択し、独立に動可能とする
ことができる。

【０１０１】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図１０を用いて
説明する。図１０は、図６に示される電子放出素子の製
造方法により製造される電子放出素子を用いた画像形成
装置の表示パネルの一例を示す模式図である。

【０１０２】図１０において、８１は電子放出素子を複
数配した電子源基体、９１は電子源基体８１を固定した
リアプレート、９６はガラス基体９３の内面に蛍光膜９
４とメタルバック９５等が形成されたフェースプレート
である。

【０１０３】９２は、支持枠であり該支持枠９２には、
リアプレート９１、フェースプレート９６がフリットガ
ラス等を用いて接続されている。外囲器９７は、例えば
大気中、真空中あるいは、窒素中で、４００〜５００℃
の温度範囲で１０分以上焼成することで、封着して構成
される。

【０１０４】外囲器９７は、上述の如く、フェースプレ
ート９６、支持枠９２、リアプレート９１で構成され
る。

【０１０５】リアプレート９１は主に基体８１の強度を
補強する目的で設けられるため、電子源基体８１自体で
十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート９１は不要
とすることができる。

【０１０６】即ち、電子源基体８１に直接支持枠９２を
封着し、フェースプレート９６、支持枠９２及び電子源
基体８１で外囲器９７を構成しても良い。

【０１０７】一方、フェースプレート９６、リアプレー
ト９１間に、スペーサーとよばれる不図示の支持体を設
置することにより、大気圧に対して十分な強度をもつ外
囲器９７を構成することもできる。

【０１０８】ここで、上記実施形態では、電子放出部材
としてカーボンファイバーの集合体４を用いたが、本発
明の電子放出素子の製造方法に適用される電子放出部と
しては、このカーボンファイバーの集合体４に限定され
るものではなく、例えば、金属等の電子放出部を用いる
こともできる。

【０１０９】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。（実施例１）実施例１として、可紫光レーザービーム照
射により電子放出部材にエッジを形成するとともに、ゲ
ート電極とカソード電極の分割を行った例について示
す。図１１に、本発明に係る電子放出素子の製造方法の
実施例１の工程図を示し、図１２に、図１１に示される
方法により作製した電子放出素子の概略図を示し、図１
２の（ａ）は平面図、図１２の（ｂ）は図１２の（ａ）
に示されるＡ−Ａ’断面図を示した。

【０１１０】以下に、本実施例の電子放出素子の製造工
程を詳細に説明する。

【０１１１】（工程１）基板１に石英基板を用い、十分
洗浄を行った後、導電性電極１１としてスパッタ法によ
り厚さ５ｎｍのＴｉ及び厚さ３０ｎｍのＰｔを連続的に
蒸着を行なった（図１１（ａ））。

【０１１２】（工程２）次にフォトリソグラフィーと、
スパッタ法により、導電性電極１１の一部に触媒金属と
してＰｄ薄膜を形成した後、基板を２００℃に加熱し、
大気を排気後、窒素で希釈した２％水素気流中で熱処理
を行った。

【０１１３】この段階で素子表面には粒子の直径が約３
〜１０ｎｍの微粒子５が形成された。この時の粒子の密
度は約１０¹¹〜１０¹²個／ｃｍ²と見積もられた（図１
１（ｂ））。

【０１１４】（工程３）続いて、窒素希釈した０．１％
エチレン気流中で５００℃、１０分間加熱処理をした。

【０１１５】これを走査電子顕微鏡で観察すると、Ｐｄ
配置領域に直径１０ｎｍ〜２５ｎｍ程度で、屈曲しなが
ら繊維状に伸びた繊維状のカーボンファイバーの集合体
４が形成されているのがわかった。このとき繊維状のカ
ーボンファイバーの集合体４の厚さは約１μｍとなって
いた（図１１（ｃ））。

【０１１６】（工程４）次に、ＹＡＧの第２高調波によ
るレーザービームを、繊維状のカーボンファイバーの集
合体４の一部に照射して、カーボンファイバーの集合体
４の一部を除去するとともに、導電性電極１１の一部を
取り除いた。

【０１１７】ここで、基板１はレーザー光に透明である
ため、選択的に集合体４及び、導電性電極１１を除去す
る事ができる。本工程にてカーボンファイバーの集合体
４にエッジを形成し、導電性電極１１をゲート電極２
と、カソード電極３に分割した。このときゲート電極２
とカソード電極３との間の距離ｄは５μｍとした（図１
１（ｄ））。

【０１１８】上述のような方法にて電子放出素子が完成
した（図１１（ｅ））。

【０１１９】本素子を図８の真空装置６０中で、真空排
気装置６３によって２×１０−６Ｐａに到達するまで十
分に排気した、図８に示したように素子からＨ＝２ｍｍ
離れた陽極（アノード）６１に、陽極（アノード）電圧
としてＶａ＝６ｋＶ印加した。このとき素子には駆動電
圧Ｖｆ＝２０Ｖからなるパルス電圧を印加して流れる素
子電流Ｉｆと電子放出電流Ｉｅを計測した。

【０１２０】素子のＩｆ、Ｉｅ特性は図１３に示すよう
な特性であった。ＩｆはＩｅの特性に類似していたが、
その値はＩｅと比較して一桁小さな値であった。図１３
は、本発明に係る電子放出素子の製造方法の実施例１に
より製造した電子放出素子の動作特性を示すグラフであ
る。なお得られたビームはＹ方向に細長く、Ｘ方向に短
い、略矩形形状であった。

【０１２１】（実施例２）実施例２として、触媒微粒子
をインクジェット法により塗布した例について示す。

【０１２２】（工程１）基板上に印刷法にて導電性電極
を形成した。

【０１２３】（工程２）Ｐｄ錯体にイソプロピルアルコ
ール等を加えた錯体溶液を、インクジェット法により導
電性電極上の一部に塗布した。塗布後、大気中３００℃
で熱処理を行い、酸化パラジウムを約１０ｎｍの厚さに
形成した。

【０１２４】（工程３）次に基板を２００℃に加熱し、
大気を排気後、窒素で希釈した２％水素気流中で熱処理
を行った。この段階で素子表面には粒子の直径が約３〜
１０ｎｍの微粒子が形成された。

【０１２５】（工程４）実施例１の工程３と同様にし
て、Ｐｄ微粒子が形成されている領域に繊維状カーボン
の集合体を形成した。

【０１２６】（工程５）実施例１の工程４と同様にし
て、ＹＡＧの第２高調波によるレーザービームを照射し
て、繊維状カーボンの集合体の一部を除去するととも
に、導電性電極の一部を取り除いた。

【０１２７】本工程にてカーボンの集合体にエッジを形
成し、導電性電極をゲート電極２と、カソード電極３に
分割した。このとき、プロセス上ゲート電極側に繊維状
カーボンの集合体が残る場合があるが電子放出素子の性
能には影響しないので取り残される。上述のような方法
にて電子放出素子が完成した。

【０１２８】（実施例３）実施例３として、積層構造の
電子放出素子を作製した例を示す。図１４に、本発明に
係る電子放出素子の製造方法の実施例３の工程図を示
す。

【０１２９】（工程１）基板１上に、スパッタ法にてゲ
ート電極２として３００ｎｍのＴｉＮ、絶縁層１１１と
して２００ｎｍのアルミナ、及びカソード電極３として
３０ｎｍのＰｔを連続的に蒸着を行なった（図１４
（ａ））。

【０１３０】（工程２）実施例１の工程２と同様にし
て、カソード電極３上の一部に触媒金属５としてＰｄ微
粒子を形成した（図１４（ｂ））。

【０１３１】（工程３）実施例１の工程３と同様にし
て、Ｐｄ微粒子が形成されている領域に繊維状カーボン
の集合体４を形成した（図１４（ｃ））。

【０１３２】（工程４）ＹＡＧの第２高調波によるレー
ザービームを照射して、繊維状カーボンの集合体の一部
を除去するとともに、カソード電極３、絶縁層１１１の
一部を取り除き（図１４（ｄ））、電子放出素子を製造
した（図１４（ｅ））。

【０１３３】本工程ではゲート電極２であるＴｉＮが完
全に除去されないようにレーザーの強度を選択した。

【０１３４】本実施例のような製造方法では、ゲート電
極の位置をより電子放出材料に近づける事が容易である
ため、さらに駆動電圧を低減する事ができた。

【０１３５】（実施例４）実施例４として、レーザービ
ームにて繊維状カーボンの集合体の形状を加工した例を
示す。図１５に、本発明に係る電子放出素子の製造方法
の実施例４における電子放出素子の製造方法の工程図を
示す。

【０１３６】（工程１）基板１に基板を用い十分洗浄を
行った後、フォトリソグラフィーとスパッタ法によりゲ
ート電極２及びカソード電極３として、厚さ５ｎｍのＴ
ｉ及び厚さ５０ｎｍのＰｔを連続的に蒸着を行なった
（図１５（ａ））。

【０１３７】（工程２）実施例１の工程２、工程３にな
らい、触媒金属として微粒子５を配置し（図１１
（ｂ））、繊維状のカーボンファイバーの集合体４を形
成した。ここで繊維状のカーボンファイバーの集合体４
の厚さを５μｍとした（図１５（ｃ））。

【０１３８】（工程３）実施例１の工程４と同様にし
て、レーザービームを繊維状のカーボンファイバーの集
合体４の一部に照射した。このとき照射部のカーボンフ
ァイバーの集合体４が図のように完全に除去されないよ
うにレーザーパワーを調整した（図１５（ｄ））。

【０１３９】上述のような方法にて電子放出素子が完成
した。本実施例の製造方法では、ゲート電極２とカソー
ド電極３の間の距離はフォトリソグラフィーによるパタ
ーニングで決定される（図１５（ｅ））。

【０１４０】（実施例５）本発明の製造方法による電子
放出素子を、複数配置して得られる画像形成装置につい
て、図９、図１０、図１６を用いて説明する。図１６
は、図１０に示される画像形成装置の回路図である。

【０１４１】図９において、８１は電子源基体、８２は
Ｘ方向配線、８３はＹ方向配線である。８４は本発明の
本発明の電子放出素子、８５は結線である。

【０１４２】複数配置したことに伴う素子の容量が増大
すると、図９に示すマトリクス配線においては、パルス
幅変調に伴う短いパルスを加えても容量成分により波形
がなまり、期待した階調が取れないなどの問題が生じ
る。

【０１４３】このため本実施例では電子放出部のすぐ脇
に、図１０に示す層間絶縁層を配し、電子放出部以外で
の容量成分の増加を低減する構造を採用した。

【０１４４】図９においてｍ本のＸ方向配線８２はＤＸ
１，ＤＸ２，・・，ＤＸｍからなり、蒸着方法にて形成
された厚さ約１μｍ、幅３００μｍのアルミニウム系配
線材料で構成されている。

【０１４５】配線の材料、膜厚、巾は、適宜設計され
る。Ｙ方向配線８３は厚さ０．５μｍ、幅１００μｍ，
ＤＹ１，ＤＹ２，・・，ＤＹｎのｎ本の配線よりなり、
Ｘ方向配線８２と同様に形成される。

【０１４６】これらｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ方
向配線８３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられ
ており、両者を電気的に分離している（ｍ，ｎは，共に
正の整数）。

【０１４７】不図示の層間絶縁層は、スパッタ法等を用
いて厚さ約０．８μｍのＳｉＯ２で構成された。

【０１４８】Ｘ方向配線８２を形成した電子源基体８１
の全面或は一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向
配線８２とＹ方向配線８３の交差部の電位差に耐え得る
ように、本実施例では１素子当たりの素使容量が１ｐＦ
以下、素子耐圧３０Ｖになるように層間絶縁層の厚さが
決められた。Ｘ方向配線８２とＹ方向配線８３は、それ
ぞれ外部端子として引き出されている。

【０１４９】本発明の電子放出素子８４を構成する一対
の電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ
方向配線８３と導電性金属等からなる結線８５によって
電気的に接続されている。

【０１５０】Ｘ方向配線８２には、Ｘ方向に配列した本
発明の電子放出素子８４の行を、選択するための走査信
号を印加する不図示の走査信号印加手段が接続される。

【０１５１】一方、Ｙ方向配線８３には、Ｙ方向に配列
した本発明の電子放出素子８４の各列を入力信号に応じ
て、変調するための不図示の変調信号発生手段が接続さ
れる。

【０１５２】各電子放出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。本発明においてはＹ方向配線８３は高電
位、Ｘ方向配線８２は低電位になるように接続された。

【０１５３】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とす
ることができる。

【０１５４】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図１０を用いて
説明する。図１０は、ガラス基板材料としてソーダライ
ムガラスを用いた画像形成装置の表示パネルを示す。

【０１５５】図１０において、８１は電子放出素子を複
数配した電子源基体、９１は電子源基体８１を固定した
リアプレート、９６はガラス基体９３の内面に蛍光膜９
４とメタルバック９５等が形成されたフェースプレート
である。

【０１５６】９２は、支持枠であり該支持枠９２には、
リアプレート９１、フェースプレート９６がフリットガ
ラス等を用いて接続されている。９７は外囲器であり、
真空中で、４５０℃の温度範囲で１０分焼成すること
で、封着して構成される。

【０１５７】８４は、図１０における電子放出部に相当
する。８２、８３は、本発明の電子放出素子の一対の素
子電極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線である。

【０１５８】外囲器９７は、上述の如く、フェースプレ
ート９６、支持枠９２、リアプレート９１で構成され
る。一方、フェースプレート９６、リアプレート９１間
に、スペーサーとよばれる不図示の支持体を設置するこ
とにより、大気圧に対して十分な強度をもつ外囲器９７
を構成した。

【０１５９】メタルバックは、蛍光膜作製後、蛍光膜の
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を真空蒸着等を用いて堆
積させることで作られた。

【０１６０】フェースプレート９６には、更に蛍光膜９
４の導電性を高めるため、蛍光膜９４の外面側に透明電
極（不図示）を設けた。

【０１６１】前述の封着を行う際には、カラーの場合は
各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、
十分な位置合わせが不可欠となる。

【０１６２】本実施例では電子源からの電子放出はゲー
ト電極側に出射されるので、８ｋＶのアノード電圧、ア
ノード間距離２ｍｍの時は、２００μｍ、ゲート側に偏
移した位置に対応する蛍光体が配置された。

【０１６３】次に、図１６に示される走査回路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
素子を備えたもので（図中，Ｓ１ないしＳｍで模式的に
示している）ある。

【０１６４】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０［Ｖ］（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Ｄｘ１ないし
Ｄｘｍと電気的に接続される。

【０１６５】Ｓ１乃至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
動作するものであり、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でき
る。

【０１６６】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には本発明
の電子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。

【０１６７】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なわれるように各部の動
作を整合させる機能を有する。

【０１６８】制御回路１０３は、同期信号分離回路１０
６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基づいて、各部に
対してＴｓｃａｎおよびＴｓｆｔおよびＴｍｒｙの各制
御信号を発生する。

【０１６９】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為の回路で、一般的な周波数分
離（フィルター）回路等を用いて構成できる。

【０１７０】同期信号分離回路１０６により分離された
同期信号は、垂直同期信号と水平同期信号より成るが、
ここでは説明の便宜上Ｔｓｙｎｃ信号として図示した。

【０１７１】テレビ信号から分離された画像の輝度信号
成分は便宜上ＤＡＴＡ信号と表した。該ＤＡＴＡ信号は
シフトレジスタ１０４に入力される。

【０１７２】シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリ
アルに入力される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、制御回路１
０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて動作する
（即ち、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いうこともできる。）。

【０１７３】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）のデ
ータは、Ｉｄ１乃至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。

【０１７４】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為の記憶装置であ
り、制御回路１１３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従
って適宜Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。

【０１７５】記憶された内容は、Ｉｄ’１乃至Ｉｄ’ｎ
として出力され、変調信号発生器１０７に入力される。

【０１７６】変調信号発生器１０７は、画像データＩ
ｄ’１乃至Ｉｄ’ｎの各々に応じて本発明の電子電子放
出素子の各々を適切に駆動変調する為の信号源であり、
その出力信号は、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じて表
示パネル１０１内の本発明の電子電子放出素子に印加さ
れる。

【０１７７】前述したように、本発明を適用可能な電子
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。

【０１７８】即ち、電子放出には明確なしきい値電圧Ｖ
ｔｈ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。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す
る。

【０１７９】このことから、本素子にパルス状の電圧を
印加する場合、例えば電子放出閾値以下の電圧を印加し
ても電子放出は生じないが、電子放出閾値以上の電圧を
印加する場合には電子ビームが出力される。

【０１８０】その際、パルスの波高値Ｖｍを変化させる
事により出力電子ビームの強度を制御することが可能で
ある。

【０１８１】また、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事が
可能である。

【０１８２】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
方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器１０７として、一定長さの電圧パル
スを発生し、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こと
ができる。

【０１８３】パルス幅変調方式を実施するに際しては、
変調信号発生器１０７として、一定の波高値の電圧パル
スを発生し、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
ことができる。

【０１８４】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式を用いた。本実施例では、変調信
号発生器１０７には、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必
要に応じて増幅回路などを付加する。

【０１８５】パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器
１０７には、例えば高速の発振器および発振器の出力す
る波数を計数する計数器（カウンタ）及び計数器の出力
値と前記メモリ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た。

【０１８６】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の技
術思想に基づいて種々の変形が可能である。

【０１８７】入力信号については、ＮＴＳＣ方式を挙げ
たが入力信号はこれに限られるものではなく、ＰＡＬ，
ＳＥＣＡＭ方式など他、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）方式をも採用できる。

【０１８８】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明による電子放
出素子の製造方法を用いると、駆動電圧が低く、電子ビ
ームの広がりの少ない電子放出素子が安価に製造でき
る。

【０１８９】また画像形成装置においては、電子放出素
子より構成され、入力信号に基づいて画像を形成するた
め、より高精細な画像形成装置例えば、カラーフラット
テレビが、実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子放出素子の製造方法の一実施
形態において利用されるグラファイトナノファイバーの
構造を示す概要図である。

【図２】カーボンの集合体を利用した電子放出素子の一
例を示す概略図である。

【図３】本発明に係る電子放出素子の製造方法の一実施
形態における、カーボンの集合体を利用した電子放出素
子からの電子放出状態の模式図である。

【図４】本発明に係る電子放出素子の製造方法の一実施
形態における、エッジ形成についての説明図である。

【図５】本発明に係る電子放出素子の製造方法の一実施
形態における、繊維状カーボンの集合体の模式図であ
る。

【図６】本発明による電子放出素子の製造方法の一実施
形態の工程図である。

【図７】本発明に係る電子放出素子の製造方法の一実施
形態において用いられる、カーボンナノチューブの構造
を示す概要図である。

【図８】図６に示される電子放出素子の製造方法により
製造される電子放出素子を動作させる時の構成図であ
る。

【図９】図６に示される電子放出素子の製造方法により
製造される電子放出素子を複数用いて電子源とし、この
電子源を用いた単純マトリクス回路の構成図である。

【図１０】図６に示される電子放出素子の製造方法によ
り製造される電子放出素子を用いた画像形成装置の表示
パネルの一例を示す模式図である。

【図１１】本発明に係る電子放出素子の製造方法の実施
例１の工程図である。

【図１２】図１１に示される方法により作製した電子放
出素子の概略図である。

【図１３】本発明に係る電子放出素子の製造方法の実施
例１により製造した電子放出素子の動作特性を示すグラ
フである。

【図１４】本発明に係る電子放出素子の製造方法の実施
例３の工程図である。

【図１５】本発明に係る電子放出素子の製造方法の実施
例４における電子放出素子の製造方法の工程図である。

【図１６】図１０に示される画像形成装置の回路図であ
る。

【図１７】縦型ＦＥの従来例を示す概略図である。

【図１８】横型ＦＥの従来例を示す概略図である。

【図１９】繊維状カーボン集合体を有する横型ＦＥの従
来例の概略図である。

【符号の説明】

１基板２ゲート電極３カソード電極４カーボンファイバーの集合体５微粒子１１導電性電極３１導電性電極４１カーボンファイバーの集合体５１触媒６０真空装置６１アノード６２蛍光体６３真空排気装置６６等電位線８１電子源基体８２Ｘ方向配線８３Ｙ方向配線８４電子放出素子８５結線９１リアプレート９２支持枠９３ガラス基体９４蛍光膜９５メタルバック９６フェースプレート９７外囲器１０１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１１１絶縁層１１３制御回路１５４エミッタ１６２コレクタ１６４炭素繊維エミッタ１７１微細亀裂１９１端部２０１素子引き出し電極３０１素子陰極４０１カーボン繊維５０１触媒金属

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電界電子放出素子において、陰極として
複数の微細突起の集合体を形成する工程と、前記複数の微細突起の集合体の一部にエネルギービーム
を照射し、前記複数の微細突起の集合体にエッジを形成
する工程とを備えることを特徴とする電子放出素子の製
造方法。
【請求項２】電界電子放出素子において、基板上に導
電性の電極を形成する工程と、該導電性の電極上に複数の微細突起の集合体を形成する
工程と、前記複数の微細突起の集合体とともに前記電極の一部に
エネルギービームを照射し、前記複数の微細突起の集合
体にエッジを形成すると同時に、前記導電性の電極を電
気的に分割し、ゲート電極とカソード電極を形成する工
程とを備えることを特徴とする電子放出素子の製造方
法。
【請求項３】電界電子放出素子において、基板上にゲ
ート電極、絶縁層、カソード電極の順で積層する工程
と、カソード電極上に複数の微細突起の集合体を形成する工
程と、前記複数の微細突起の集合体とともに前記カソード電極
及び絶縁層の一部にエネルギービームを照射し、前記複
数の微細突起の集合体にエッジを形成すると同時に、前
記カソード電極と絶縁層の一部を除去する工程とを備え
ることを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項４】前記複数の微細突起の集合体は炭素を主
成分とする材料で構成されていることを特徴とする請求
項１から３のいずれか１項に記載の電子放出素子の製造
方法。
【請求項５】前記炭素を主成分とする材料は繊維状カ
ーボンの集合体であることを特徴とする請求項４に記載
の電子放出素子の製造方法。
【請求項６】前記繊維状カーボンの材料はグラファイ
トナノファイバー、カーボンナノチューブ、アモルファ
スカーボンもしくはこれらの混合物からなることを特徴
とする請求項５に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項７】前記エネルギービームは、レーザービー
ム、イオンビームまたは電子ビームのうちのいずれかで
ある請求項１から６のいずれか１項に記載の電子放出素
子の製造方法。
【請求項８】前記導電性の電極上に複数の微細突起の
集合体を形成する工程が、触媒となる金属材料を導電性の電極上に配置する工程
と、有機ガス雰囲気下にて熱分解を行う事により、触媒配置
領域上に、複数の微細突起の集合体を形成する工程とか
らなることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項
に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項９】前記触媒となる金属材料を導電性の電極
上に配置する工程が、金属を含有する有機溶剤を前記電
極上に塗布する工程であることを特徴とする請求項８に
記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１０】前記エネルギービームを照射する工程
が、前記複数の微細突起の集合体を形成する材料に対
し、化学的反応性の高いガスの雰囲気下で行われること
を特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の電
子放出素子の製造方法。
【請求項１１】前記複数の微細突起の集合体がカーボ
ンを主成分として構成され、かつ前記化学的反応性の高
いガスが水、酸素、二酸化炭素及び水素のうち少なくと
もひとつを含むことを特徴とする請求項１０に記載の電
子放出素子の製造方法。
【請求項１２】第１の電極と、該第１の電極に接続す
る複数の突起と、前記第１の電極と間隔を置いて配置さ
れた第２の電極とを有する電子放出素子の製造方法であ
って、電極上に複数の突起を配置する工程と、前記複数の突起の一部を除去すると共に、前記電極を第
１の電極と第２の電極に分割する工程と、を備えること
を特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項１３】上記請求項１から１２のいずれか１項
に記載の電子放出素子の製造方法により製造される電子
放出素子を複数有し、陽極としての蛍光体と、情報信号
により各電子放出素子の電子量を制御する機構とを備え
た画像形成装置。