JP2003109492A

JP2003109492A - 電子放出素子、電子源および画像形成装置の製造方法

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Publication number: JP2003109492A
Application number: JP2001304603A
Authority: JP
Inventors: Yoji Teramoto; 洋二寺本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-11

Abstract

(57)【要約】【課題】微細孔内に制御良く、電子放出層が物理的・
化学的ダメージを受けないように電子放出層を成膜およ
びパターニングすることにより、ビーム収束および、リ
ークの低減を目的とした電子放出素子及び電子源の製造
方法を提供する。【解決手段】基板１上にカソード電極２、絶縁層３、
ゲート電極４および開口部が形成された構造体をチャン
バ内に配置して、プラズマ成膜により構造体上に電子放
出膜を成膜する。続いて同一チャンバ内にて、構造体を
所定角度θ傾けて回転させつつ、プラズマ中のイオンを
照射することにより、開口部内の電子放出膜以外の電子
放出膜をエッチングにより除去し、電子放出層５を所望
の形状に形成する。

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、電
子源および画像形成装置の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】画像形成装置として、冷陰極を有する電
界放出型カソードを備えた画像形成装置が開発されてい
る。従来のＦＥ型冷陰極素子の例としてＳｐｉｎｄｔ型
の電子放出素子がある。Ｓｐｉｎｄｔ型では、放出点と
してマイクロチップが形成され、その先端から電子が放
出される構成が一般的である。このようなＳｐｉｎｄｔ
型の素子は、蛍光体を発光させるために放出電流密度を
大きくすると、電子放出部の熱的な破壊を誘起し、ＦＥ
素子の寿命を制限するという欠点がある。また、先端か
ら放出された電子は、ゲート電極で形成された電場によ
って広がる傾向があり、ビーム径を小さくできないとい
う欠点もある。

【０００３】このようなＦＥ素子の欠点を克服するため
に、個別の解決策として様々な例が提案されている。

【０００４】例えば、孔内に配置した薄膜から電子放出
を行わせるものは、電子放出面上に平坦な等電位面が形
成され電子ビームの広がりが小さくなるという利点があ
る。

【０００５】また、電子放出物質として低仕事関数の構
成材料を使用することで、マイクロチップを形成しなく
ても電子放出が可能であり、低駆動電圧が図れる。また
製造方法が比較的に簡易であるという利点もある。

【０００６】さらに、電子放出が面で行われるために、
電界の集中がおきず、チップの破壊がおこらず、長寿命
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記電子放出素子の構
造では、一般に電子放出層を取り囲むように微細孔の上
部にゲート電極が配置される。この微細孔のサイズは、
ビームサイズにかかわるものであり、そのサイズは数μ
ｍからそれ以下に小さくするのが一般的である。そのよ
うな微細孔の作製は、孔が小さくなるほど難しくなる。

【０００８】微細孔内に、電子放出膜を配置するために
は、基板上に、カソード電極、絶縁層、ゲート電極を成
膜した後、微細孔を形成する方法が有る。

【０００９】例えば、特開平８−９６７０３号公報で
は、電子放出層を成膜した後、エッチングする方法が示
されている。しかしながら、この方法ではエッチングの
際に電子放出層にダメージを与え、電子放出特性の劣化
につながるおそれがある。また、電子放出膜が開口部の
底面の全面に存在しているため、開口部側壁側から出る
電子は、開口内に形成される電界により外側方向に軌道
を曲げられるので、電子ビームが広がってしまう傾向に
ある。

【００１０】また、微細孔を作製した後、電子放出膜を
孔内のみに作製する方法も、特開２０００−１９５４４
８号公報にて提案されている。しかし、この方法では、
電子放出層の周辺先端が先鋭な王冠状をなすため、電子
ビームが広がってしまう。更に、電子放出層を成膜した
後、ウエットエッチングを施すため、電子放出層表面が
ダメージを受け、電子放出のための閾電界が高くなる恐
れがある。

【００１１】また、電子放出層を最後に成膜するプロセ
スを含む製造方法の場合、絶縁層側壁が汚染されること
で、カソード電極とゲート電極間に側壁を介したリーク
が生じやすくなり、消費電力の増大を招き易い。上記特
開２０００−１９５４４８号公報では、カソード−ゲー
ト間のリークをリフトオフにより防いでいる。

【００１２】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、微細
孔内に制御良く、電子放出層が物理的・化学的ダメージ
を受けないように電子放出層を成膜およびパターニング
することにより、ビーム収束および、リークの低減を目
的とした電子放出素子及び電子源の製造方法を提案する
ものであり、さらに、その電子源を利用して、画質が良
好で高精細な画像形成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】上記目的を達成するため
に本発明の電子放出素子の製造方法は、基板上にカソー
ド電極、絶縁層およびゲート電極を順に積層し、前記絶
縁層および前記ゲート電極を貫通する開口部を形成して
前記カソード電極の一部領域を露出させた後、前記カソ
ード電極の前記露出領域上に該カソード電極と電気的に
接続する電子放出層を形成する電子放出素子の製造方法
であって、基板上にカソード電極、絶縁層、ゲート電極
および開口部が形成された構造体をチャンバ内に配置し
て、プラズマ成膜により前記構造体上に電子放出膜を成
膜する成膜工程と、前記電子放出膜を成膜した後に、同
一チャンバ内にて、前記露出領域上の電子放出膜にイオ
ンの照射にさらされない非照射領域を有する構造体に、
加速したイオンを照射してエッチングすることにより、
電子放出層を形成するエッチング工程と、を含むことを
特徴とする。

【００１４】前記エッチング工程において、イオンの照
射方向と前記露出領域の法線方向とを非平行にすること
で、前記非照射領域を設けることが好適である。

【００１５】前記非照射領域を、前記電子放出膜のうち
前記露出領域上に位置する部分全体とすることが好適で
ある。

【００１６】前記非照射領域を、前記電子放出膜のうち
前記露出領域上に位置する部分の一部とすることも好適
である。

【００１７】前記非照射領域を、前記露出領域の中央部
に位置させることが好適である。

【００１８】前記非照射領域を、前記露出領域の中央か
らずらして位置させることも好適である。

【００１９】プラズマを発生させる装置としてＥＣＲプ
ラズマ装置を用いることが好適である。

【００２０】前記エッチング工程において、前記ＥＣＲ
プラズマ装置にて発生させたプラズマをイオン源として
用いることが好適である。

【００２１】前記エッチング工程において、前記構造体
をイオン照射方向に対して所定角度傾けるとともに、前
記電子放出膜をイオン照射方向に臨ませつつ該構造体を
回転させることが好適である。

【００２２】前記所定角度を０度より大きく且つ９０度
より小さくしたことが好適である。

【００２３】前記開口部の幅が１μｍ以下であることが
好適である。

【００２４】前記開口部の深さが３μｍ以下であること
が好適である。

【００２５】前記開口部の開口形状が、円形、楕円形ま
たは多角形であることが好適である。

【００２６】前記電子放出層は、ダイヤモンド、ダイヤ
モンドライクカーボンまたはアモルファスカーボンを含
むことが好適である。

【００２７】また、本発明の電子源の製造方法は、複数
の電子放出素子を備えた電子源の製造方法であって、前
記電子放出素子を上記製造方法によって製造することを
特徴とする。

【００２８】また、本発明の画像形成装置の製造方法
は、電子源と該電子源から放出された電子によって画像
を形成する画像形成部材とを備えた画像形成装置の製造
方法であって、前記電子源を上記製造方法によって製造
することを特徴とする。

【００２９】前記画像形成部材として、電子の衝突によ
って発光する蛍光体を用いることが好適である。

【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】図１は本発明の実施の形態にかかる電子放
出素子の製造方法の流れ図である。同図に示すように、
電子放出素子は、構造体を製造する工程１、構造体表面
をクリーニングする工程２、構造体上に電子放出膜を成
膜する工程３（成膜工程）、電子放出膜の一部をエッチ
ングして電子放出層を形成する工程４（エッチング工
程）からなる。

【００３２】図２は、本実施の形態で用いるＥＣＲプラ
ズマ装置の要部を示す概略図である。図３は本実施の形
態のドライエッチングによるエッチング時の、基板ホル
ダーの動きを示す図である。

【００３３】図４は本実施の形態の成膜時の様子を示す
ものである。

【００３４】図５は本実施の形態のドライエッチング時
の様子を示すものである。

【００３５】初めに、工程２〜工程３までを連続して行
うＥＣＲプラズマ装置について説明する。

【００３６】本実施の形態のＥＣＲプラズマ装置の要部
概略構成を図２に示す。

【００３７】本実施の形態のＥＣＲプラズマ装置は、Ｅ
ＣＲイオン源を利用してＥＣＲプラズマ成膜とＥＣＲプ
ラズマエッチングを連続して行えるようにしたものであ
る。

【００３８】基板ホルダー２０１に設置した構造体と該
構造体に成膜とエッチング処理を行うチャンバ２０２と
チャンバ２０２にプラズマを供給するプラズマ室２０
３、プラズマ室２０３にマイクロ波を送り込む導波管２
０４、マイクロ波を作り出すマイクロ波発振器２０５、
発散磁界を形成する電磁石２０６、基板ホルダー２０１
に交流バイアスを印加する高周波電源２０７、プラズマ
室２０３で発生したイオンを引き出すための移動式のイ
オン引き出し電極２０８、成膜ガスを導入するガス導入
口Ａ２０９、エッチングガスを導入するガス導入口Ｂ２
１０、排気を行うための排気口２１６、プラズマあるい
はイオンを遮断するシャッター２１１、基板ホルダー２
０１に直流電圧を印加する直流電源２１２からなる。

【００３９】前記イオン引き出し電極２０８は、導電性
を持ちメッシュ状になっており、イオン引き出し電源２
１５に接続され、プラズマ室と同電位の電極２１４との
間で所望の電圧が印加され、イオンが引き出される。前
記電圧は、好ましくは、２００Ｖ〜２０００Ｖの範囲で
決定される。

【００４０】次に、ＥＣＲイオン源について説明する。
ＥＣＲイオン源とは、電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃ
ｅ）イオン源の略であり、熱フィラメントを用いないイ
オン源である。イオン源の中で発生した電子は２．４５
ＧＨｚのマイクロ波によって非常に速いスピードで振動
する。この時イオン源にマイクロ波の進行方向と平行な
磁界を印加すると磁場とマイクロ波による電場との相互
作用により電子が螺旋を描きサイクロトロン運動を起こ
す。磁場の強度が８７５Ｇａｕｓｓの時、電子サイクロ
トロン共鳴の条件が満たされ、電子がイオン源の中で加
速され、イオン源の中での電子衝突による中性粒子の電
離確率が高まり１０Ｅ−３Ｐａ大の比較的高い真空度に
おいて、高電離プラズマが生成される。

【００４１】本実施の形態では前記イオン源を用いた、
ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置およびＥＣＲイオンシャワー
エッチング装置が使用されている。

【００４２】ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置は、前記ＥＣＲ
イオン源から発散磁界を用いて引き出されるプラズマに
より、成膜を行うものである。ＥＣＲイオンシャワーエ
ッチング装置は、イオン引き出し電極２０８により加速
されたイオンを構造体に照射することによりエッチング
を行う装置である。

【００４３】図３は、基板ホルダー２０１のエッチング
時の動きを示したものである。構造体の設置された基板
ホルダー２０１は、イオン源から照射されるイオンに対
してθだけ傾いており、同時に回転する機構を有してい
る。傾きθ及び回転数は、構造体の形状及び、成膜され
る膜質などにより、適宜選択される。また、基板ホルダ
ー２０１は、開口部２１３との距離を１０ｃｍから４０
ｃｍの間で調節できる機構を有している。

【００４４】図４は、電子放出膜を成膜した後の構造体
の断面図を示している。同図において、構造体は基板１
上にカソード電極２と絶縁層３とゲート電極４とが順に
積層されてなり、絶縁層３およびゲート電極４を貫通す
る開口部が形成されてカソード電極２の一部領域が露出
されている。

【００４５】この構造体を基板ホルダー２０１に設置
し、チャンバ２０２内にセットする。成膜時の基板ホル
ダー２０１の傾きθは０度である。カソード電極２は、
直流電源２１２から印加されるバイアスと高周波電源２
０７から供給される電力により電圧が印加されている。
そして、イオン源から発散されたプラズマと構造体表面
の間にシース領域が形成され、電子放出膜５′が形成さ
れる。電子放出膜５′は、図４に示すようにゲート電極
４の上部とカソード電極２の露出領域の上部に一様に形
成される。この時、イオン引き出し電極２０８は、イオ
ン源の開口部２１３に位置せず、チャンバ２０２側壁と
密着した状態になっている。成膜時の開口部２１３と基
板ホルダー２０１間距離は１３ｃｍとした。

【００４６】図５は、ドライエッチング時の電子放出層
エッチングの様子を示している。プラズマ室２０３で発
生したプラズマ中のイオンを、イオン引き出し電極２０
８に電位を印加することで、加速させ、イオンと電子放
出膜５′とを衝突・反応させ電子放出膜５′をエッチン
グしている。

【００４７】図５（ａ）と図５（ｂ）は、それぞれ、イ
オンの入射角度θの違いによる電子放出層のエッチング
の様子の違いを示したものである。同図に示すように、
エッチング工程においては、構造体をイオン照射方向に
対して所定角度θ傾けるとともに、電子放出膜５′をイ
オン照射方向に臨ませつつ構造体（基板ホルダー２０
１）を回転させる。基板ホルダー２０１を回転させるこ
とにより、電子放出膜５′を均一にエッチングできる。
なおこのとき、高周波電源はＯＦＦ状態であり、カソー
ド電極２は、接地されている。エッチング時の開口部２
１３と基板ホルダー２０１間距離は３２ｃｍとした。

【００４８】このようにイオンの照射方向とカソード電
極２の露出領域の法線方向とを非平行にすることで、照
射イオンが開口部の段差に遮られるかたちとなり、電子
放出膜５′のうち前記露出領域上に位置する部分（非照
射領域）にはイオンが照射されないことになる。すなわ
ち、構造体を傾けることで、露出領域上の電子放出膜
５′にイオンの照射にさらされない非照射領域を設け、
その非照射領域を有する構造体に加速したイオンを照射
してエッチングすることで、当該非照射領域に電子放出
層５を形成する（残留させる）のである。

【００４９】そして、図５（ａ），（ｂ）に示すように
基板ホルダー２０１の傾きθを変化させることで、ゲー
ト電極４上の電子放出膜５′だけではなく、カソード電
極２上の電子放出膜５′の一部をエッチングすることが
できる。具体的には、傾きθを９０度に近づけるほど、
照射イオンが露出領域の周辺に衝突するようになり、形
成される（残留する）電子放出層５の大きさが小さくな
る。

【００５０】このように傾きθを変化させることで、非
照射領域の大きさが変化し、結果として形成される電子
放出層５の大きさを自由に設定することができる。非照
射領域は、電子放出膜５′のうち露出領域上に位置する
部分全体としてもよいし、当該部分の一部にしてもよ
い。また、一部にする場合でも、非照射領域を露出領域
の中央部に位置させてもよいし、露出領域の中央からず
らして位置させることも好適である。

【００５１】この非照射領域の大きさや位置、すなわち
電子放出層５の大きさや位置は、基板ホルダー２０１の
傾きθや回転軸の採り方で自由に設定することが可能で
ある。そして、電子放出層５の大きさや位置によって電
子放出特性が異なるものとなる。この点については後述
する。

【００５２】上記方法で製造する電子放出素子の構成に
ついて説明する。

【００５３】図７に示すように、電子放出素子は、基板
１上に配置されたカソード電極２と、絶縁層３を介して
カソード電極２上に積層されたゲート電極４と、絶縁層
３およびゲート電極４を貫通してカソード電極２の一部
領域を露出せしめる開口部と、カソード電極２の露出領
域上に形成された電子放出層５と、を備えて構成され
る。電子放出層５はカソード電極２と電気的に接続され
ている。なお、カソード電極２，絶縁層３，ゲート電極
４の厚さはほぼ一定である。

【００５４】また、７は、電子放出素子の上方に距離Ｈ
だけ離れて配置されたアノード電極である。アノード電
極７には、高圧電源８によりアノード電圧（加速電圧）
Ｖａが与えられる。なお、アノード電極−素子間距離Ｈ
を定義する際の素子の位置とは、通常はカソード電極２
の位置を基準とすればよい。

【００５５】上記構成の電子放出素子において、駆動電
源６によりカソード電極２とゲート電極４の間に駆動電
圧Ｖｇを印加すると、電子放出層５から電子が放出され
る。この放出電子は、アノード電極７に印加されたアノ
ード電圧Ｖａによって加速され、アノード電極７に捕捉
される。これにより電子放出電流Ｉｅが検出される。

【００５６】次に、工程１から工程４を順次詳しく説明
する。

【００５７】（工程１：構造体の製造方法）図６は製造
された構造体の模式図であり、図６（ａ）は、同図
（ｂ）のＡ−ＡにおけるＺ−Ｘ断面図、図６（ｂ）はＸ
−Ｙ平面図である。以下に、この構造体について説明す
る。

【００５８】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たガラス、青板
ガラス、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、アルミナ等セラミックスの絶縁性基
板のうち、いずれか一つを基板１として用い、基板１上
にカソード電極２を積層する。

【００５９】カソード電極２は、導電性を有している。
例えば、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｐｔ，
Ｐｄ等の金属または合金材料、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から適宜選択される。カ
ソード電極２の厚さとしては、数十ｎｍから数ｍｍの範
囲で設定され、好ましくは数百ｎｍから数μｍの範囲で
選択される。

【００６０】前記カソード電極２上に絶縁層３、ゲート
電極４を堆積する。絶縁層３は、スパッタ法等の一般的
な真空成膜法、ＣＶＤ法、真空蒸着法で形成され、その
厚さとしては、数ｎｍから数μｍの範囲で設定され、好
ましくは数十ｎｍから数百ｎｍの範囲から選択される。
望ましい材料としてはＳｉＯ₂，ＳｉＮ，Ａｌ₂Ｏ₃，Ｃ
ａＦなどの高電界に絶えられる耐圧の高い材料が望まし
い。

【００６１】ゲート電極４は、カソード電極２と同様に
導電性を有しており、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。ゲート電極４の材料は、例えば、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等の金属または合金
材料、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ
等の炭化物、ＨｆＢ₂，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆，ＣｅＢ₆，Ｙ
Ｂ₄，ＧｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の
窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、有機高分子材料等から
適宜選択される。

【００６２】フォトリソグラフィー技術により、エッチ
ングを行い孔（開口部）を形成する。このときカソード
電極２でエッチングは停止しても良いし、カソード電極
２の一部がエッチングされても良い。ただし、エッチン
グ工程はそれぞれの各層（カソード電極２，絶縁層３，
ゲート電極４）の材料に応じて、エッチング方法を選択
する必要がある。

【００６３】開口部の径（幅）を図７に示す。Ｗ１は、
素子の電子放出特性に大きく依存する因子であり、素子
を構成する材料の特性、特に電子放出層５の仕事関数や
膜厚、素子の駆動電圧、その時に必要とする電子放出ビ
ームの形状により適宜設定される。通常、Ｗ１は数百ｎ
ｍから数十μｍの範囲から選択される。

【００６４】開口部の開口形状は特に定められるもので
はなく、円形、楕円形の他、矩形などの多角形でもよ
い。開口部の長さ（深さ）は、電子放出量に依存する因
子であり適宜設定される。

【００６５】ここで述べた構造体は積層を繰り返した非
常に単純な構成であり、簡便で、製造プロセスが容易で
あり、歩留まり良く製造できる。

【００６６】（工程２：構造体表面のクリーニング）構
造体に成膜する場合、カソード電極２の表面を清浄にす
ることが望ましい。望ましい方法としては、イオン照射
や化学的な洗浄などがある。

【００６７】（工程３：電子放出層の成膜）次に、図４
に示されるように、電子放出膜５′がＥＣＲプラズマＣ
ＶＤ法により形成される。成膜ガスは、ガス導入口Ａ２
０９から導入されるものであって、ＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₄、Ｃ₂
Ｈ₂、ＣＨ₃ＣＯＣＨ₃等の炭化水素系ガスなどから適宜
決定され、場合によっては前記炭化水素系ガスを２種類
以上のガスを混合する場合や、Ｎ₂ガスあるいは、Ｂ、
Ｐを含む物質を蒸発し混合する場合もある。

【００６８】電子放出膜５′は、低仕事関数の材料を選
択するのが好ましい。例えば、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から適宜選択され
る。好ましくはより仕事関数の低いダイヤモンド薄膜、
ダイヤモンドライクカーボン等が良い。電子放出膜５′
の膜厚としては、数ｎｍから数百ｎｍの範囲で設定さ
れ、好ましくは数ｎｍから数十ｎｍの範囲で選択され
る。

【００６９】（工程４：電子放出層のエッチング）続い
て同一チャンバ内において、図５に示されるように電子
放出層５をエッチングにより形成した。エッチングガス
は、ガス導入口Ｂ２１０から導入されるものであって、
Ｈ₂、Ａｒ、Ｏ₂、ＣＦ₄、Ｃｌ、ＣＨＦ₃、ＢＣｌ₃など
から適宜決定され、場合によっては、２種類以上のガス
を混合する場合もある。

【００７０】以上述べた製造方法によれば、電子放出層
が物理的・化学的ダメージを受けないように電子放出層
５を成膜およびパターンニングすることができる。

【００７１】また、構造体の傾きθや回転軸を適宜設定
することで、自由に電子放出層５の大きさや形状、位置
を制御することができる。

【００７２】また、開口部内の絶縁層３の側壁が汚染さ
れることもないので、カソード−ゲート間のリークの心
配もない。

【００７３】また、成膜工程とエッチング工程とを同一
チャンバ内で行うため、作製が容易かつ迅速に行うこと
ができる。

【００７４】また、開口部の大きさＷ１がサブミクロン
のオーダーになってくると、従来のフォトリソ工程を利
用した半導体プロセスでは電子放出層のエッチングが困
難であるが、本実施の形態のプロセスによれば開口部の
サイズが微細な場合にも容易且つ精度よく電子放出層５
を形成することができる。

【００７５】次に、本実施の形態に係る電子源および画
像形成装置について説明する。

【００７６】図８は、上記電子放出素子を複数備えた電
子源の構成を模式的に示した平面図である。

【００７７】電子源における電子放出素子の配列につい
ては、種々のものが採用される。図８には、その一例と
して、電子放出素子をＸ方向およびＹ方向に行列状に複
数個配し、同じ行に配された複数の電子放出素子のカソ
ード電極をＸ方向の配線（カソード配線）に共通に結線
し、同じ列に配された複数の電子放出素子のゲート電極
をＹ方向の配線（ゲート配線）に共通に接続してなる単
純マトリクス配置のものを示す。以下単純マトリクス配
置について詳述する。

【００７８】図８において、８０１は電子源基体、８０
２はＸ方向配線、８０３はＹ方向配線である。８０４は
電子放出素子である。なお、ここで電子放出素子とは、
単一の電子放出部（電子放出層）を有する素子であって
もよいし、図６に示すように複数の電子放出部を有する
素子であってもよい。

【００７９】Ｘ方向配線８０２は、Ｄｘ１，Ｄｘ２，
…，Ｄｘｍのｍ本の配線からなり、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。配線の材料、膜厚、幅は、適宜設
計される。Ｙ方向配線８０３は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，…，
Ｄｙｎのｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線８０２と同様
に形成される。これらｍ本のＸ方向配線８０２とｎ本の
Ｙ方向配線８０３との間には、層間絶縁層（不図示）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）。

【００８０】層間絶縁層（不図示）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。例えば、Ｘ方向配線８０２を形成した基体８
０１の全面或いは一部に所望の形状で形成され、特に、
Ｘ方向配線８０２とＹ方向配線８０３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８０２とＹ方向配線８０３は、それぞれ
外部端子として引き出されている。

【００８１】なお、ｍ本のＸ方向配線８０２は、電子放
出素子８０４のカソード電極２をかねる場合もあり、ｎ
本のＹ方向配線８０３は、ゲート電極４をかねる場合が
あり、層間絶縁層は絶縁層３をかねる場合がある。

【００８２】Ｘ方向配線８０２には、Ｘ方向に配列した
電子放出素子８０４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。一方、
Ｙ方向配線８０３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子
８０４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。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。

【００８３】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。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９を用い
て説明する。図９は、画像形成装置の表示パネルの一例
を示す模式図である。

【００８４】図９において、９０９は電子放出素子、９
１０は電子放出素子９０９を複数配した電子源基板、９
０１は電子源基板９１０を固定したリアプレート、９０
６はガラス基体９０３の内面に蛍光膜（画像形成部材）
９０４とメタルバック９０５等が形成されたフェースプ
レート９０６である。９０２は支持枠であり、該支持枠
９０２には、リアプレート９０１、フェースプレート９
０６がフリットガラスなどを用いて接続される。

【００８５】外囲器（パネル）９０８は、上述の如く、
フェースプレート９０６、支持枠９０２、リアプレート
９０１で構成される。リアプレート９０１は主に電子源
基板９１０の強度を補強する目的で設けられるため、電
子源基板９１０自体で十分な強度を持つ場合は別体のリ
アプレート９０１は不要とすることができ、電子源基板
９１０とリアプレート９０１が一体構成の部材であって
も構わない。

【００８６】支持枠９０２の蛍光膜９０４とメタルバッ
ク９０５とをその内側表面に配置したフェースプレート
９０６とリアプレート９０１と支持枠９０２とが接合す
る接着面にフリットガラスを塗布し、フェースプレート
９０６と支持枠９０２とリアプレート９０１とを、所定
の位置で合わせ、固定し、加熱して焼成し封着する。

【００８７】また、焼成し封着する加熱手段は、赤外線
ランプ等を用いたランプ加熱、ホットプレート等、種々
のものが採用でき、これらに限定されるものではない。

【００８８】また、外囲器を構成する複数の部材を加熱
接着する接着材料は、フリットガラスに限るものではな
く、封着工程後、充分な真空雰囲気を形成できる材料で
あれば、種々の接着材料を採用することができる。

【００８９】上述した外囲器は、本発明の一実施態様で
あり、限定されるものではなく、種々のものが採用でき
る。

【００９０】他の例として、電子源基板９１０に直接支
持枠９０２を封着し、フェースプレート９０６、支持枠
９０２及び基体９１０で外囲器９０８を構成しても良
い。また、フェースプレート９０６、リアプレート９０
１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
９０８を構成することもできる。

【００９１】また、図１０にフェースプレート９０６に
形成された蛍光膜９０４を模式図で示す。蛍光膜９０４
は、モノクロームの場合は蛍光体１００５のみから構成
することができる。カラーの蛍光膜の場合は、ブラック
ストライプ（同図（ａ））、ブラックマトリクス（同図
（ｂ））などと呼ばれる黒色導電材１００６と蛍光体１
００５とから構成することができる。

【００９２】ブラックストライプ、ブラックマトリクス
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１００５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９０４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
にある。ブラックストライプの材料としては、通常用い
られている黒鉛を主成分とする材料の他、導電性があ
り、光の透過及び反射が少ない材料を用いることができ
る。

【００９３】ガラス基体９０３に蛍光体を塗布する方法
は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法、印刷法等
が採用できる。蛍光膜９０４の内面側には、通常メタル
バック９０５が設けられる。メタルバックを設ける目的
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９０６側へ鏡面反射させることにより輝度を向上させ
ること、電子ビーム加速電圧を印加するための電極とし
て作用させること、外囲器内で発生した負イオンの衝突
によるダメージから蛍光膜９０４を保護すること等であ
る。メタルバック９０５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
させることで作製できる。

【００９４】フェースプレート９０６には、更に蛍光膜
９０４の導電性を高めるため、蛍光膜９０４の外面側に
透明電極（不図示）を設けてもよい。

【００９５】本実施の形態においては、電子放出素子９
０９の直上に電子ビームが到達するため、電子放出素子
９０９の直上に蛍光膜９０４が配置されるように、位置
あわせされて構成される。

【００９６】次に、封着工程を施した外囲器（パネル）
を封止する真空封止工程について説明する。

【００９７】真空封止工程は、外囲器（パネル）９０８
を加熱して、８０℃〜２５０℃に保持しながら、イオン
ポンプ、ソープションポンプなどの排気装置によりの排
気管（不図示）を通じて排気し、有機物質の十分少ない
雰囲気にした後、排気管をバーナーで熱して溶解させて
封じきる。外囲器９０８の封止後の圧力を維持するため
に、ゲッター処理を行なうこともできる。これは、外囲
器９０８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を用いた加熱により、外囲器９０
８内の所定の位置（不図示）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Ｂ
ａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により、外囲
器９０８内の雰囲気を維持するものである。

【００９８】以上の工程によって製造された単純マトリ
クス配置の電子源を用いて構成した画像形成装置は、電
子源の各電子放出素子に、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、
Ｄｙ１〜Ｄｙｎを介して電圧を印加することにより、電
子放出が生ずる。

【００９９】高圧端子９０７を介してメタルバック９０
５、あるいは透明電極（不図示）に高圧を印加し、電子
ビームを加速する。

【０１００】加速された電子は、蛍光膜９０４に衝突
し、発光が生じて画像が形成される。

【０１０１】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一例を示すブロック図
である。

【０１０２】走査回路１１０２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（図中、Ｓ１ない
しＳｍで模式的に示している）を備えたものである。各
スイッチング素子は、直流電圧源Ｖｘ１の出力電圧もし
くは電圧源Ｖｘ２のいずれか一方を選択し、表示パネル
１１０１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気的に接続され
る。Ｓ１乃至Ｓｍの各スイッチング素子は、制御回路１
１０３が出力する制御信号Ｔ_SCAN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。

【０１０３】直流電圧源は、電子放出素子の特性に基づ
き設定されている。

【０１０４】制御回路１１０３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。制御回路１１０３は、
同期信号分離回路１１０６より送られる同期信号Ｔ_SYNC
に基づいて、各部に対してＴ _SCANおよびＴ_SFTおよびＴ
_MRYの各制御信号を発生する。

【０１０５】同期信号分離回路１１０６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。同期信
号分離回路１１０６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Ｔ_SYNC信号として図示した。前記テレビ信号から分
離された画像の輝度信号成分は便宜上ＤＡＴＡ信号と表
した。このＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１１０４に入
力される。

【０１０６】シフトレジスタ１１０４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、前記
制御回路１１０３より送られる制御信号Ｔ_SFTに基づい
て動作する（即ち、制御信号Ｔ_SFTは，シフトレジスタ
１１０４のシフトクロックであるということもでき
る。）。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前記シフ
トレジスタ１１０４より出力される。

【０１０７】ラインメモリ１１０５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１１０３より送られる制御信号Ｔ_MRYに従
って適宜Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶され
た内容は、Ｉ′ｄ１乃至Ｉ′ｄｎとして出力され、変調
信号発生器１１０７に入力される。

【０１０８】変調信号発生器１１０７は、画像データ
Ｉ′ｄ１乃至Ｉ′ｄｎの各々に応じて電子放出素子の各
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Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを通じて表示パネル１１０
１内の電子源（電子放出素子）に印加される。

【０１０９】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。その際、パルスの波高値Ｖ
ｍ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。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
する事も可能である。

【０１１０】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１１０７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。

【０１１１】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１１０７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。

【０１１２】シフトレジスタ１１０４やラインメモリ１
１０５は、デジタル信号式あるいはアナログ信号式のも
のを採用できる。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良いからである。

【０１１３】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１１０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号
化する必要があるが、これには１１０６の出力部にＡ／
Ｄ変換器を設ければ良い。これに関連してラインメモリ
１１０５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１１０７に用いられる回路が若干
異なったものとなる。即ち、デジタル信号を用いた電圧
変調方式の場合、変調信号発生器１１０７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。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１１
０７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加する
こともできる。

【０１１４】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１１０７には、例えばオペアンプな
どを用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシ
フト回路などを付加することもできる。パルス幅変調方
式の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）
を採用でき、必要に応じて電子電子放出素子の駆動電圧
まで電圧増幅するための増幅器を付加することもでき
る。

【０１１５】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、種々の変形
が可能である。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、ＰＡ
Ｌ，ＳＥＣＡＭ方式などの他、これらよりも多数の走査
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。

【０１１６】また表示装置の他、感光性ドラム等を用い
て構成された光プリンターとしての画像形成装置等とし
ても用いることができる。

【０１１７】次に、本実施の形態に係る電子放出素子、
電子源および画像形成装置の実施例について、図面を参
照して詳しく説明する。

【０１１８】

【実施例】［実施例１］実施例１の電子放出素子の製造
方法について以下に説明する。構造体の製造方法につい
ては、前記実施の形態に示した通りである。

【０１１９】本実施例で使用した構造体は、図６で示し
た構造体で、開口部の径が０．５μｍ、開口部の深さは
０．５μｍ、隣接する開口部と開口部の距離は３μｍの
ものを使用した。以下に、図１の工程２から工程４まで
の製造方法の詳細を述べる。

【０１２０】（工程２）構造体表面のクリーニングは、
ＥＣＲプラズマ中に基板を配置することで行った。クリ
ーニングガスは、ガス導入口Ｂ２１０からＨ₂ガスを２
０ｓｃｃｍ導入した。そして電磁石２０６を１７Ａの電
流を流すことで８７５Ｇａｕｓｓになるように調整し、
マイクロ波を導入することでプラズマを発生させた。こ
の時のマイクロ波発振器２０５の電力は４００Ｗに設定
し、この状態で１０分間クリーニングを行った。イオン
引き出し電極２０８は、開口部から移動させておいた。
基板バイアスは印加せずに、セルフバイアスとした。

【０１２１】（工程３）工程２に引き続き、電子放出膜
の成膜を行った、成膜ガスは、ＣＨ₄を４０ｓｃｃｍ導
入した。この時のＥＣＲの電力は３００Ｗ、高周波電源
２０７は２０Ｗで基板バイアスを−２００Ｖに設定し、
この状態で５分間成膜した。この時の膜厚は５０ｎｍで
あった。

【０１２２】（工程４）工程３に引き続き、電子放出層
のエッチングを行った。エッチングガスはＯ₂を２０ｓ
ｃｃｍ、イオン引き出し電極２０８の電圧は−３００
Ｖ、ＥＣＲの電力は３００Ｗとし、傾きθは４５度とし
た。エッチング時間は２分、基板回転速度は４０ｒｐｍ
とした。そして、図５（ａ）に示すような電子放出素子
を製造した。この時製造された素子は、開口部のカソー
ド電極２の露出領域全面に電子放出層５が成膜された状
態になっている。

【０１２３】以上のようにして製造した電子放出素子
を、アノード電極−素子間距離Ｈ＝１ｍｍとして配置し
た。Ｖａ＝５ＫＶ、Ｖｇ＝１０Ｖとした。このときの、
電子放出素子のＺ−Ｘ断面図は図７に示されている。

【０１２４】このように製造した電子放出素子と、比較
例として、斜めエッチングを施さなかった素子を用意
し、これら２つの電子放出素子を同時に駆動させて比較
することとした。なお、比較例の電子放出素子は、電子
放出層５の構成以外は、本実施例のものと同様である。

【０１２５】アノード電極７として、蛍光体を塗布した
電極を用い、２つの電子放出素子のカソード電極２とゲ
ート電極４間の電流のリーク量を比較した。

【０１２６】その結果、本実施例の電子放出素子では、
比較例と比べて、電流のリーク量は１／１０以下に減少
した。

【０１２７】［実施例２］実施例１と同じ構造体を使用
し、工程２では実施例１と同条件でクリーニングを施し
た。

【０１２８】工程２に引き続き、電子放出層の成膜を行
った、成膜ガスは、ＣＨ₄を４０ｓｃｃｍ、Ｎ₂ガスを５
ｓｃｃｍ導入した。この時のＥＣＲの電力は３００Ｗ、
高周波電源は２０Ｗで基板バイアスを−２００Ｖに設定
し、この状態で５分間成膜した。この時作製された、電
子放出層の膜厚は４０ｎｍであった。

【０１２９】工程４以下は同様で、その効果も同様であ
った。

【０１３０】［実施例３］実施例１と同じ構造体を使用
し、工程２、工程３は実施例１と同条件で行った。

【０１３１】工程３に引き続き、電子放出層のエッチン
グを行った。エッチングガスはＯ₂を２０ｓｃｃｍ、イ
オン引き出し電極２０８の電圧は−３００Ｖ、ＥＣＲの
電力は３００Ｗとし、傾きθは５０度とした。エッチン
グ時間は２分、基板回転速度は４０ｒｐｍとした。そし
て、図５（ｂ）に示すような電子放出素子を製造した。
この時製造された素子は、開口部のカソード電極２の露
出領域の一部に電子放出層５が成膜された状態になって
いる。

【０１３２】以上のようにして製造した電子放出素子
を、アノード電極−素子間距離Ｈ＝１ｍｍとして配置し
た。Ｖａ＝５ＫＶ、Ｖｇ＝１０Ｖとした。このときの、
電子放出素子のＺ−Ｘ断面図は図７に示されている。

【０１３３】このように製造した電子放出素子と、比較
例として、斜めエッチングを施さなかった素子を用意
し、これら２つの電子放出素子を同時に駆動させて比較
することとした。なお、比較例の電子放出素子は、電子
放出層５の構成以外は、本実施例のものと同様である。

【０１３４】アノード電極７として、蛍光体を塗布した
電極を用い、２つの電子放出素子のカソード電極２とゲ
ート電極４間の電流のリーク量とビーム径を比較した。

【０１３５】その結果、本実施例の電子放出素子では、
比較例と比べて、電流のリーク量は１／１０以下に減少
し、ビーム径も約−３０％を実現した。

【０１３６】ビーム径が小さくなったのは次の理由から
である。電子放出層５から放出された電子は等電位面に
直交する方向に軌道をとる。ここで開口部の中央付近で
は電子放出層５の表面に略平行な平坦な等電位面が形成
されるので、電子放出層５の中央部から放出された電子
は外側にほとんど広がることなく、アノード電極７に導
かれる。しかしその一方で、開口部の側壁近傍では等電
位面が落ち込むような電界が形成されるため、その近傍
での放出電子は外側方向に軌道を曲げられ、電子ビーム
のビーム径を広げてしまう。そこで、本実施例のごと
く、カソード電極２の露出領域の略中央部にのみ電子放
出層５を形成したことで、開口部側壁近傍の電界の影響
を受けることが低減され、ビーム径を縮小することが可
能となったのである。

【０１３７】［実施例４］本実施例で使用した構造体
は、図１２で示した構造体で、開口部の径が０．５μ
ｍ、開口部の深さは０．３μｍ、隣接する開口部と開口
部のピッチは３μｍのものを使用した。

【０１３８】工程２、工程３は実施例１と同条件でおこ
なった。

【０１３９】工程３に引き続き、電子放出層のエッチン
グを行った。エッチングガスはＯ₂を２０ｓｃｃｍ、イ
オン引き出し電極２０８の電圧は−３００Ｖ、ＥＣＲの
電力は３００Ｗとし、傾きθは３７度とした。エッチン
グ時間は２分、基板回転速度は４０ｒｐｍとした。この
時製造された素子は、開口部のカソード電極２の一部に
電子放出層５が成膜された状態になっている。

【０１４０】以上のように、構造体の開口径と高さのア
スペクト比が異なる場合においても、傾きθや回転速度
などを適宜設定することで、実施例１と同様の構成の電
子放出素子を製造することができる。そして、本実施例
の電子放出素子も実施例１と同様の効果を得ることがで
きた。

【０１４１】［実施例５］本実施例で使用した構造体
は、図１３で示した構造体で、開口部の径は０．５μ
ｍ、開口部の深さは０．５μｍ、絶縁層３のリセス幅は
０．１μｍ、隣接する開口部と開口部のピッチは５μｍ
のものを使用した。

【０１４２】工程２、工程３は実施例１と同条件でおこ
なった。

【０１４３】工程３に引き続き、電子放出層のエッチン
グを行った。エッチングガスはＯ₂を２０ｓｃｃｍ、イ
オン引き出し電極２０８の電圧は−３００Ｖ、ＥＣＲの
電力は３００Ｗとし、傾きθは５０度とした。エッチン
グ時間は２分、基板回転速度は４０ｒｐｍとした。この
時製造された素子は、開口部のカソード電極２の一部に
電子放出層５が成膜された状態になっている。

【０１４４】以上のように、リセスを有する構造体の場
合においても、傾きθや回転速度などを適宜設定するこ
とで、実施例１と同様の構成の電子放出素子を製造する
ことができる。そして、本実施例の電子放出素子も実施
例１と同様の効果を得ることができた。

【０１４５】［実施例６］本実施例で使用した構造体
は、図１４で示した構造体で、開口部の径は０．５μ
ｍ、開口部の深さは０．５μｍ、隣接する開口部と開口
部のピッチは５μｍのものを使用した。

【０１４６】工程２、工程３は実施例１と同条件でおこ
なった。

【０１４７】工程３に引き続き、電子放出層のエッチン
グを行った。エッチングガスはＯ₂を２０ｓｃｃｍ、イ
オン引き出し電極２０８の電圧は−３００Ｖ、ＥＣＲの
電力は３００Ｗとし、傾きθは５０度とした。エッチン
グ時間は２分、基板回転は行なっていない。この時製造
された素子は、開口部内のカソード電極２の露出領域の
中央からずれた位置に電子放出層５が形成された状態に
なっている。換言すれば、電子放出層５が開口部の開口
中心に対して非対称な形状となっている。

【０１４８】上述したように、開口部の側壁近傍で放出
された電子は外側方向に広がる軌道をとる。そこで、本
実施例の構成では、開口中心から偏った形状の電子放出
層５を形成することで、所定の領域からの電子放出を無
くすことができ、ビーム径を所望の形状に絞ることが可
能となる。図示の構成では、符号６の破線で示される部
分の電子放出がなくなり、電子ビームの図中右側方向へ
の広がりが抑制されていることがわかる。

【０１４９】たとえば、複数の電子放出層５を有する電
子放出素子において、素子中心から離れた位置に配置さ
れた電子放出層５を本実施例のような形状とすることに
より、素子中心に向かう軌道をとる電子放出は残しつ
つ、素子中心から離れる方向に軌道をとる電子放出のみ
を抑制することができる。

【０１５０】［実施例７］上記実施例１の電子放出素子
を用いて、画像形成装置を製造した。

【０１５１】実施例１の電子放出素子を１０×１０の単
純マトリクス状に配置して電子源を作成した。電子放出
素子は、横１００μｍ、縦１００μｍのピッチで配置し
た。電子源上部には、１ｍｍに距離を隔てた位置に蛍光
体を配置した。蛍光体には加速電圧として５ｋＶの電圧
を印加した。電子源駆動電圧はＶｇ＝１０Ｖとした。

【０１５２】この結果、高精細で消費電力の少ない画像
形成装置が形成できた。

【０１５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
微細孔内であっても制御良く、且つ電子放出層が物理的
・化学的ダメージを受けないように電子放出層を成膜お
よびパターンニングできるので、ビーム径が小さく、リ
ークの少ない電子放出素子及び電子源を容易に製造する
ことができる。

【０１５４】さらに、本発明により製造された電子放出
素子及び電子源を用いると、画質が良好で高精細な画像
形成装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる電子放出素子の製
造方法の流れ図である。

【図２】本発明の実施の形態にかかるマイクロ波プラズ
マ装置の概観図である。

【図３】本発明の実施の形態にかかる基板ホルダーの動
きを表す概観図である。

【図４】本発明の実施の形態にかかる電子放出層の成膜
時の模式的断面図である。

【図５】本発明の実施の形態にかかる電子放出層のエッ
チング時の模式的断面図である。

【図６】本発明の実施の形態にかかる構造体の模式図で
あり、（ａ）はＺ−Ｘ断面図、（ｂ）はＸ−Ｙ平面図で
ある。

【図７】本発明の実施の形態にかかる電子放出素子の模
式的断面図である。

【図８】本発明の実施の形態にかかる電子源の構成を示
す模式的平面図である。

【図９】本発明の実施の形態にかかる画像形成装置の構
成を示す模式的斜視図である。

【図１０】図９の画像形成装置に備えて好適な蛍光膜の
模式図である。

【図１１】図９の画像形成装置に備えて好適な駆動回路
のブロック図である。

【図１２】本発明の実施の形態の実施例４にかかる電子
放出素子の模式的断面図である。

【図１３】本発明の実施の形態の実施例５にかかる電子
放出素子の模式的断面図である。

【図１４】本発明の実施の形態の実施例６にかかる電子
放出素子の模式的断面図である。

【符号の説明】

１基板２カソード電極３絶縁層４ゲート電極５電子放出層５′ 電子放出膜６駆動電源７アノード電極８高圧電源２０１基板ホルダー２０２チャンバ２０３プラズマ室２０４導波管２０５マイクロ波発振器２０６電磁石２０７高周波電源２０８イオン引き出し電極２０９ガス導入口Ａ２１０ガス導入口Ｂ２１１シャッター２１２直流電源２１３開口部２１４電極２１５イオン引き出し電源２１６排気口８０１電子源基体８０２Ｘ方向配線８０３Ｙ方向配線８０４電子放出素子９０１リアプレート９０２支持枠９０３ガラス基体９０４蛍光膜９０５メタルバック９０６フェースプレート９０７高圧端子９０８外囲器９０９電子放出素子９１０電子源基板１００５蛍光体１００６黒色導電材１１０１表示パネル１１０２走査回路１１０３制御回路１１０４シフトレジスタ１１０５ラインメモリ１１０６同期信号分離回路１１０７変調信号発生器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上にカソード電極、絶縁層およびゲー
ト電極を順に積層し、前記絶縁層および前記ゲート電極
を貫通する開口部を形成して前記カソード電極の一部領
域を露出させた後、前記カソード電極の前記露出領域上
に該カソード電極と電気的に接続する電子放出層を形成
する電子放出素子の製造方法であって、基板上にカソード電極、絶縁層、ゲート電極および開口
部が形成された構造体をチャンバ内に配置して、プラズ
マ成膜により前記構造体上に電子放出膜を成膜する成膜
工程と、前記電子放出膜を成膜した後に、同一チャンバ内にて、
前記露出領域上の電子放出膜にイオンの照射にさらされ
ない非照射領域を有する構造体に、加速したイオンを照
射してエッチングすることにより、電子放出層を形成す
るエッチング工程と、を含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項２】前記エッチング工程において、イオンの照射方向と前記露出領域の法線方向とを非平行
にすることで、前記非照射領域を設けることを特徴とす
る請求項１に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】前記非照射領域を、前記電子放出膜のうち
前記露出領域上に位置する部分全体とすることを特徴と
する請求項１または２に記載の電子放出素子の製造方
法。
【請求項４】前記非照射領域を、前記電子放出膜のうち
前記露出領域上に位置する部分の一部とすることを特徴
とする請求項１または２に記載の電子放出素子の製造方
法。
【請求項５】前記非照射領域を、前記露出領域の中央部
に位置させ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】前記非照射領域を、前記露出領域の中央か
らずらして位置させ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７】プラズマを発生させる装置としてＥＣＲプ
ラズマ装置を用いることを特徴とする請求項１〜６のう
ちいずれか１項に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項８】前記エッチング工程において、前記ＥＣＲプラズマ装置にて発生させたプラズマをイオ
ン源として用いることを特徴とする請求項７に記載の電
子放出素子の製造方法。
【請求項９】前記エッチング工程において、前記構造体をイオン照射方向に対して所定角度傾けると
ともに、前記電子放出膜をイオン照射方向に臨ませつつ
該構造体を回転させることを特徴とする請求項１〜８の
うちいずれか１項に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１０】前記所定角度を０度より大きく且つ９０
度より小さくしたことを特徴とする請求項９に記載の電
子放出素子の製造方法。
【請求項１１】前記開口部の幅が１μｍ以下であること
を特徴とする請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載
の電子放出素子の製造方法。
【請求項１２】前記開口部の深さが３μｍ以下であるこ
とを特徴とする請求項１〜１１のうちいずれか１項に記
載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１３】前記開口部の開口形状が、円形、楕円形
または多角形であることを特徴とする請求項１〜１２の
うちいずれか１項に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１４】前記電子放出層は、ダイヤモンド、ダイ
ヤモンドライクカーボンまたはアモルファスカーボンを
含むことを特徴とする請求項１〜１３のうちいずれか１
項に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１５】複数の電子放出素子を備えた電子源の製
造方法であって、前記電子放出素子を請求項１〜１４のうちいずれか１項
に記載の製造方法によって製造することを特徴とする電
子源の製造方法。
【請求項１６】電子源と該電子源から放出された電子に
よって画像を形成する画像形成部材とを備えた画像形成
装置の製造方法であって、前記電子源を請求項１５に記載の製造方法によって製造
することを特徴とする画像形成装置の製造方法。
【請求項１７】前記画像形成部材として、電子の衝突に
よって発光する蛍光体を用いることを特徴とする請求項
１６に記載の画像形成装置の製造方法。