JP3397468B2 - 電子源基板及び画像形成装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子源基板、画像形成装
置の製造方法に関する。

【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型と略す）、金属／絶縁層／金属
型（以下ＭＩＭ型と略す）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 ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ，８．８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎ
ｄｔ、“Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ
ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ
ｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕ
ｍ” Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７５２４８（１９
７６）等が知られている。

【０００３】ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａｄ、
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、３２６４６（１９６１）等
が知られている。

【０００４】表面伝導型電子放出素子型の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ． Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．、１０（１９６５）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、前記エリソン等によるＳｎ
Ｏ₂ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの［Ｇ．Ｄｉ
ｔｔｍｅｒ：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”、
９ ３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜
によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ．
Ｆｏｎｓｔａｄ：”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ＥＤ Ｃ
ｏｎｆ．”、５１９（１９７５）］、カーボン薄膜によ
るもの［荒木久 他：真空、第２６巻、第１号、２２頁
（１９８３）］等が報告されている。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．ハ
ートウェルの素子構成を従来図４に示す。同図において
４０１は基板である。４０４は導電性薄膜で、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４０５が形成される。尚、図中の素子
電極間隔はＬは、０．５〜１ｍｍ、Ｗ’は０．１ｍｍで
設定されている。尚、電子放出部４０５の位置及び形状
については、不明であるので模式図として表した。

【０００５】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行なう前に導電性薄膜４０４を予
め通電フォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放
出部４０５を形成するのが一般的であった。即ち、通電
フォーミングとは前記導電性薄膜４０４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４０５を形成することである。尚、電子放出部４０
５は導電性薄膜４０４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、上述導電性薄膜４０
４に電圧を印加し、素子に電流を流すことにより上述電
子放出部４０５より電子を放出せしめるものである。

【０００６】上述の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り多数素子を配
列形成できる利点がある。そこでこの特徴を生かせるよ
うにいろいろな応用が研究されている。例えば、電荷ビ
ーム源、画像表示装置等の表示装置があげられる。

【０００７】しかしながら、前記画像形成装置の作製方
法としてはフォトリソグラフィより形成されていた（特
開平３−２６１０２４）。

【０００８】

【発明が解決しようとしている課題】フォトリソグラフ
ィや真空堆積法により電子源基板を製造しているため、
電子源基板の大面積化を行うほど大規模な露光装置や真
空堆積装置が必要になり高コストとなったりするという
問題があった。

【０００９】また、真空堆積法により配線を形成してい
るため、厚膜化には限界が有り、配線抵抗を低くするこ
とが困難であり電子源基板の大面積化を行うほど配線部
での発熱、消費電力の上昇という問題があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、素子電極を有
する電子放出素子と、該電子放出素子を駆動するための
互いに交差する第１の配線と第２の配線とを有する電子
源基板の製造方法において、前記素子電極と、前記第１
の配線と、前記第１の配線との交差部を除く前記第２の
配線の一部とを次の（ａ）〜（ｄ）のサブ工程：（ａ）
素子電極材料を素子電極形成位置と配線形成位置に配
置するサブ工程、（ｂ） 素子電極形成位置にメッキマ
スクを配置するサブ工程、（ｃ） 該配線形成位置に配
置された素子電極材料上にメッキ法により導電性材料を
形成するサブ工程、および（ｄ）該メッキマスクを除去
するサブ工程により形成する工程と、該交差部に印刷法
により絶縁層を配置する工程と、該絶縁層上に、前記第
２の配線の一部と接するように導電性材料を印刷法によ
り配置し、該第２の配線を形成する工程とを有すること
を特徴とする電子源基板の製造方法に関する。

【００１１】また、前記電子放出素子が表面伝導型放出
素子であっても良い。

【００１２】また、前記電子源基板の製造方法を用いて
画像形成装置を製造するものである。

【００１３】

【作用】本発明により、素子電極材料を配置する１回の
高精細パターニングおよびメッキ法を利用して低コス
ト、低抵抗、高精細な電子源基板を提供する。

【００１４】以下本発明を好ましい実施態様に基ずき更
に詳細に説明する。

【００１５】図１に本発明に関わる素子電極および配線
の製造工程を示す。

【００１６】ａ）石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を
減圧させたガラス、青板ガラス、青板ガラスにスパッタ
法等によりＳｉＯ₂ を積層したガラス基板等およびアル
ミナ等のセラミックス等の絶縁性基板上にＮｉ，Ｃｒ，
Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金
属あるいは合金およびＩｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の透明導
電体およびポリシリコン等の半導体導電材料あるいはガ
ラス等からなる印刷導体等の導電性を有する素子電極材
料１０１を用いて所望の位置に配置する。配置する手段
としては印刷、焼成あるいは印刷、スピナ、スプレー等
の方法により塗布、焼成するかスパッタ、ＣＶＤ（ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ／ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、
真空蒸着法などにより素子電極材料を形成した後、レジ
スト塗布、露光、エッチングして素子電極材料を所望の
位置に配置してもかまわない。ここで、レジスト塗布、
露光、エッチングに限らずリフトオフ法により所望の位
置に配置してもかまわない。

【００１７】ｂ）つぎに、電子放出素子が配置される位
置を十分被うようにポリアミド、ポリビニルアルコー
ル、レジスト等の容易に除去可能なメッキ用マスク材料
１０２を電子放出素子を形成する位置を十分被うように
印刷、ホトリソグラフィー等により配置する。

【００１８】ｃ）その後、メッキ処理を施し、選択的に
配線形成部にＣｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｐｄ等の
導電性配線材料１０３を配置する。ここで、選択的に配
置する手段として電界メッキにより基板表面に露出して
いる素子電極材料上に形成する方法あるいは工程ａ）に
おいてリフトオフ法を用いた場合レジスト等のパターニ
ング材料を利用する方法等がある。

【００１９】ｄ）工程ｂ）において配置したマスク材料
を除去する。

【００２０】本発明は以上述べた素子電極、配線製造工
程を用いて電子源基板およびこれを用いた画像形成装置
を製造するものである。

【００２１】以下に本発明に関わる電子源基板および画
像形成装置について説明する。

【００２２】本発明で用いる冷陰電子源は単純な構成で
あり、製法が容易な表面伝導型電子放出素子が好適であ
る。

【００２３】本発明に用いることのできる表面伝導型電
子放出素子は基本的に平面型表面伝導型電子放出素子及
び垂直型表面伝導型電子放出素子の２種類があげられ
る。

【００２４】図５は基本的な表面伝導型電子放出素子の
構成を示す模式的平面及び断面図である。

【００２５】図５において５０１は基板、５０２，５０
３は素子電極、５０４は導電性薄膜、５０５は電子放出
部である。

【００２６】素子電極間隔Ｌは好ましくは数百オングス
トロームより数百マイクロメートルである。また素子電
極間に印加する電圧は低い方が望ましく、再現良く作成
することが要求されるため好ましい素子電極間隔は数マ
イクロメートルより数十マイクロメートルである。

【００２７】素子電極長さＷは電極の抵抗値、電子放出
特性から数マイクロメートルより数百マイクロメートル
であり、また素子電極５０２，５０３の膜厚ｄは、数百
オングストロームより数マイクロメートルが好ましい。

【００２８】導電性薄膜５０４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５０２，５０３へのステップカ
バレージ、素子電極５０２，５０３間の抵抗値及び後述
する通電フォーミング条件等によって、適宜設定させる
が、好ましくは数オングストロームから数千オングスト
ロームで、特に好ましくは１０オングストロームより５
００オングストロームである。そのシート抵抗値は１０
の３乗乃至１０の７乗オーム／□である。

【００２９】尚、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、その微粒子構造として、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あった状態（島状も含む）の膜をさ
しており、微粒子の粒径は数オングストロームから数千
オングストロームであり、好ましくは１０オングストロ
ームより２００オングストロームである。

【００３０】電子放出部５０５は導電性薄膜５０４の一
部に形成された高抵抗の亀裂であり、通電フォーミング
等により形成される。また亀裂内に数オングストローム
から数百オングストロームの粒径の導電性微粒子を有す
ることもある。この導電性微粒子は導電性薄膜５０４を
構成する物質の少なくとも一部の元素を含んでいる。ま
た電子放出部５０５及びその近傍の導電性薄膜５０４は
炭素あるいは炭素化合物を有することもある。

【００３１】図６は基本的な垂直型表面伝導型電子放出
素子の構成を示す模式的図面である。

【００３２】図６において図５と同一の部材については
同一符号を付与してある。６２１は段差形成部である。

【００３３】基板５０１、素子電極５０２と５０３、導
電性薄膜５０４、電子放出部５０５は前述した平面型表
面伝導型電子放出素子と同様の材料で構成することがで
き、段差形成部６２１は絶縁性材料で構成され、段差形
成部６２１の膜厚が先に述べた平面型表面伝導型電子放
出素子の素子電極間隔Ｌに相当する。その間隔は数百オ
ングストロームより数十マイクロメートルである。また
その間隔は段差形成部の製法及び素子電極間に印加する
電圧により制御することができるが、好ましくは数百オ
ングストロームより数マイクロメートルである。

【００３４】導電性薄膜５０４は素子電極５０２，５０
３と段差形成部６２１作成後に形成するため、素子電極
５０２，５０３の上に積層される。尚、図６において電
子放出部５０５は段差形成部６２１に直線状に形成され
ているように示されているが、作成条件、通電フォーミ
ング条件等に依存し、形状、位置ともこれに限るもので
はない。通電フォーミングと呼ばれる通電処理を行う。
通電フォーミングは素子電極５０２，５０３間に不図示
の電源より通電を行い、導電性薄膜５０４を局所的に破
壊、変形もしくは変質せしめ、溝を変化させた部位を形
成させるものである。この局所的に構造変化させた部位
を電子放出部５０５とよぶ。通電フォーミングの電圧波
形の例を図７に示す。

【００３５】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７ａ）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７ｂ）とがある。まずパルス波高
値が一定電圧とした場合（図７ａ）について説明する。

【００３６】図７ａにおけるＴ１及びＴ２は電圧波形の
パルス幅とパルス間隔であり、Ｔ１マイクロ秒〜１０ミ
リ秒とし、Ｔ２を１０マイクロ秒〜１００ミリ秒とし、
三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は
表面伝導型電子放出素子の形態に応じて適宜選択し、適
当な真空度、例えば、１０の−５乗ｔｏｒｒ程度の真空
雰囲気下で、数秒から数十分印加する。尚、素子の電極
間に印加する波形は三角波に限定することはなく、矩形
波など所望の波形を用いても良い。

【００３７】図７ｂにおけるＴ１及びＴ２は、図７ａと
同様であり、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ステップ程度づつ増加さ
せ適当な真空雰囲気下で印加する。

【００３８】尚、この場合の通電フォーミング処理はパ
ルス間隔Ｔ２中に、導電性薄膜を局所的に破壊、変形し
ない程度の電圧で、例えば０．１Ｖ程度の電圧で、素子
電流を測定し、抵抗値を求め、例えば１Ｍオーム以上の
抵抗を示した時に通電フォーミング終了とする。

【００３９】次に通電フォーミングが終了した素子に活
性化工程と呼ぶ処理を施すことが望ましい。活性化工程
とは、例えば、１０の−４乗〜１０の−５乗ｔｏｒｒ程
度の真空度で、通電フォーミング同様、パルス波高値が
一定の電圧パルスを繰り返し印加する処理のことであ
り、真空中に存在する有機物質に起因する炭素及び炭素
化合物を導電薄膜上に堆積させ素子電流Ｉ_f 、放出電流
Ｉ_e を著しく変化させる処理である。活性化工程は素子
電流Ｉ_f と放出電流Ｉ_e を測定しながら、例えば、放出
電流Ｉ_e が飽和した時点で終了する。また印加する電圧
パルスは動作駆動電圧で行うことが好ましい。

【００４０】尚、ここで炭素あるいは炭素化合物とはグ
ラファイト（単、多結晶双方を指す）非晶質カーボン
（非晶質カーボン及び多結晶グラファイトとの混合物を
指す）であり、その膜厚は５００オングストローム以下
が好ましく、より好ましくは３００オングストローム以
下である。

【００４１】こうして作成した電子放出素子をフォーミ
ング工程、活性化工程における真空度よりも高い真空度
の雰囲気下に置いて動作駆動させるのが良い。また更に
高い真空度の雰囲気下で８０℃〜１５０℃の加熱後動作
させることが望ましい。

【００４２】尚、フォーミング工程、活性化処理した真
空度とは、例えば約１０の−６乗以上の真空度であり、
より好ましくは超高真空系であり、新たに炭素あるいは
炭素化合物が導電薄膜上にほとんど堆積しない真空度で
ある。こうすることによって素子電流Ｉ_f 、放出電流Ｉ
_e を安定化させることが可能になる。

【００４３】次に本発明の画像形成装置について述べ
る。

【００４４】画像形成装置に用いられる電子源基板は複
数の表面伝導型電子放出素子を基板上に配列することに
より形成される。

【００４５】表面伝導型電子素子放出素子の配列の方式
には例えば表面伝導型電子放出素子を並列に配置し、個
々の素子の両端を配線で接続するはしご型配置（以下は
しご型配置電子源と呼ぶ）や、表面伝導型電子放出素子
の一対の素子電極にそれぞれＸ方向配線、Ｙ方向配線を
接続した単純マトリクス配置（以下マトリクス型配置電
子源基板と呼ぶ）があげられる。尚、はしご型配置電子
源基板を有する画像形成装置には電子放出素子からの電
子の飛翔を制御する電極である制御電極（グリッド電
極）を必要とする。

【００４６】以下この原理に基づき構成した電子源の構
成について、図８を用いて説明する。８７１は電子源基
板、８７２はＸ方向配線、８７３はＹ方向配線、８７４
は表面伝導型電子放出素子、８７５は結線である。尚、
表面伝導型電子放出素子８７４は前述した平面型あるい
は垂直型どちらであってもよい。

【００４７】同図において電子源基板８７１に用いる基
板は前述したガラス基板等であり、用途に応じて形状が
適宜設定される。

【００４８】ｍ本のＸ方向配線８７２は、ＤＸ₁ ，ＤＸ
₂ ，…ＤＸ_m からなり、Ｙ方向配線８７３はＤＹ₁ ，Ｄ
Ｙ₂ …ＤＹ_n のｎ本の配線よりなる。

【００４９】これらｍ本のＸ方向配線８７２とｎ本のＹ
方向配線８７３間は不図示の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。（ｍ，ｎは共
に正の整数） 不図示の層間絶縁層はＸ方向配線８７２を形成した基板
８７１の全面或は一部に所望の領域に形成される。Ｘ方
向配線８７２とＹ方向配線８７３はそれぞれ外部端子と
して引き出される。

【００５０】更に表面伝導型放出素子８７４の素子電極
（不図示）がｍ本のＸ方向配線８７２とｎ本のＹ方向配
線８７３と結線８７５によって電気的に接続されてい
る。

【００５１】また表面伝導型電子放出素子は基板あるい
は不図示の層間絶縁層上のどちらに形成してもよい。

【００５２】また詳しくは後述するが前記Ｘ方向配線８
７２にはＸ方向に配列する表面伝導型放出素子８７４の
行を入力信号に応じて走査するための走査信号を印加す
るための不図示の走査信号発生手段と電気的に接続され
ている。一方、Ｙ方向配線８７３にはＹ方向に配列する
表面伝導型放出素子８７４の列の各列を入力信号に応じ
て、変調するための変調信号を印加するための不図示の
変調信号発生手段と電気的に接続されている。

【００５３】更に表面伝導型電子放出素子の各素子に印
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。

【００５４】上記構成において、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。

【００５５】つぎ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図
９、図１０及び図１１を用いて説明する。図９は画像形
成装置の基本構成図であり、図１０は蛍光膜、図１１は
ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示をするための駆
動回路のブロック図を示し、その駆動回路を含む画像形
成装置を表す。

【００５６】図９において９７１は電子放出素子を基板
上に作製した電子源基板、９８１は電子源基板８７１を
固定したリアプレート、９８６はガラス基板９８３の内
面に蛍光膜９８４とメタルバック９８５等が形成された
フェースプレート、９８２は支持枠であり、リアプレー
ト９８１、支持枠９８２及びフェースプレート９８６を
フリットガラス等を塗布し、大気中あるいは窒素中で４
００〜５００度で１０分以上焼成することで封着して外
囲器９８８を構成する。

【００５７】図９において９７４は図５における電子放
出部に相当する。９７２，９７３は表面伝導型電子放出
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。

【００５８】外囲器９８８は、上述の如くフェースプレ
ート９８６、支持枠９８２、リアプレート９８１で外囲
器９８８を構成したが、リアプレート９８１は主に電子
源基板９７１の強度を補強する目的で設けられるため、
電子源基板９７１自体で十分な強度を持つ場合は別体の
リアプレート９８１は不要であり、電子源基板９７１に
直接支持枠９８２を封着し、フェースプレート９８６、
支持枠９８２、電子源基板９７１にて外囲器９８８を構
成しても良い。またさらにはフェースプレート９８６、
リアプレート９８１間に、スペーサーとよばれる耐大気
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９８８にすることもできる。

【００５９】図１０中１０９２は蛍光体である。蛍光体
１０９２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
れる黒色部材１０９１と蛍光体１０９２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が設け
られ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１０９２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９８４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、光の透
過及び反射が少ない材料であればこれに限るものではな
い。

【００６０】ガラス基板９８３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や印刷法が用い
られる。

【００６１】また蛍光膜９８４（図９）の内面側には通
常メタルバック９８５（図９）が設けられる。メタルバ
ックの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９８６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である。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
真空蒸着等で堆積することで作製できる。

【００６２】フェースプレート９８６には、更に蛍光膜
９８４の導電性を高めるため蛍光膜９８４の外面側に透
明電極（不図示）を設けてもよい。

【００６３】前述の封着を行う際、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なくてはならず、十
分な位置合わせを行う必要がある。

【００６４】外囲器９８８は不図示の排気管を通じ、１
０^-7ｔｏｒｒ程度の真空度にされ、封止がおこなわれ
る。また外囲器９８８の封止後の真空度を維持するため
にゲッター処理を行なう場合もある。これは外囲器９８
８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９８８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Ｂａ等が主成分
であり、該蒸着膜の吸引作用により、例えば１×１０^-5
ｔｏｒｒ乃至は１×１０^-7ｔｏｒｒの真空度を維持する
ものである。尚、表面伝導型電子放出素子のフォーミン
グ以降の工程は適宜設定される。

【００６５】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画像形成装置を、ＮＴＳＣ方
式のテレビ信号に基づきテレビジョン表示を行う為の駆
動回路の概略構成を図１１のブロック図を用いて説明す
る。１１０１は前記表示パネルであり、また１１０２は
走査回路、１１０３は制御回路、１１０４はシフトレジ
スタ、１１０５はラインメモリ、１１０６は同期信号分
離回路、１１０７は変調信号発生器、Ｖ_x およびＶ_a は
直流電圧源である。

【００６６】以下、各部の機能を説明するがまず表示パ
ネル１１０１は端子Ｄｏｘ₁ ないしＤｏｘ_m および端子
Ｄｏｙ₁ ないしＤｏｙ_n および高圧端子Ｈ_v 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Ｄｏｘ_m には前記表示パネル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
次駆動してゆく為の走査信号が印加される。

【００６７】一方、端子Ｄｙ₁ ないしＤｙ_n には前記走
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為の変調信号が印
加される。また高圧端子Ｈ_v には直流電圧源Ｖ_a より例
えば１０Ｋ［Ｖ］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為の加速
電圧である。

【００６８】次に走査回路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を備えるもので
（図中、Ｓ₁ ないしＳ_m 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Ｖ_x 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１１０１の端子Ｄｘ₁ ないしＤｘ_m と電気的に
接続するものである。Ｓ₁ ないしＳ_m の各スイッチング
素子は制御回路１１０３が出力する制御信号Ｔ_scanに基
づいて動作するものだが実際には例えばＦＥＴのような
スイッチング素子を組み合わせる事により構成する事が
可能である。

【００６９】尚、前記直流電圧源Ｖ_x 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。

【００７０】また制御回路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。次に説明する
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_{sc an}，Ｔ_sft およびＴ_mry の
各制御信号を発生する。

【００７１】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周波数分離（フィル
ター）回路を用いれば構成できるものである。同期信号
分離回路１１０６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成るが、こ
こでは説明の便宜上Ｔ_sync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１１
０４に入力される。

【００７２】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。（すなわち制御信号Ｔ _sft は、シフトレジスタ１
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Ｉ
ｄ₁ 乃至Ｉｄ_n 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。

【００７３】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 にし
たがって適宜Ｉｄ₁ ないしＩｄ_n の内容を記憶する。記
憶された内容はＩｄ₁ ないしＩｄ_n として出力され変調
信号発生器１１０７に入力される。

【００７４】変調信号発生器１１０７は前記画像データ
Ｉｄ₁ ないしＩｄ_n 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為の信号源で、その出
力信号は端子Ｄｏｙ₁ ないしＤｏｙ_n を通じて表示パネ
ル１１０内の表面伝導型電子放出素子に印加される。

【００７５】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Ｉ_e 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Ｖ_thがあり、Ｖ_th以上の電圧を印加されたときの
み電子放電が生じる。

【００７６】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
ゆく。尚、電子放出素子の材料や構成、製造方法を変え
る事により電子放出しきい値電圧Ｖ_thの値や印加電圧に
対する放電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事がいえる。

【００７７】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、第一には
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事が可能である。第二には、パルス
の幅Ｐ_w を変化させる事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。

【００７８】したがって、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１１０７としては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。

【００７９】またパルス幅変調方式を実施するには変調
信号発生器１１０７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
るものである。

【００８０】以上に説明した一連の動作により本発明の
画像表示装置は表示パネル１１０１を用いてテレビジョ
ンの表示を行なえる。尚、上記説明中の特に記載しなか
ったがシフトレジスタやラインメモリ１１０５はデジタ
ル信号式のものでもアナログ信号式のものでも差し支え
なく、要は画像信号のシリアル／パラレル変換や記憶が
所定の速度で行なわれればよい。

【００８１】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、これは１１０６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。

【００８２】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は変調信号発生器１１０７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。

【００８３】またパルス幅変調方式の場合、変調信号発
生器１１０７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）および計数器
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。

【００８４】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１１０７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。

【００８５】以上のように完成した画像表示装置におい
て、こうして各電子放出素子には、容器外端子Ｄｏｘ₁
ないしＤｏｘ_m ，Ｄｏｙ₁ ないしＤｏｙ_n を通じ、電圧
を印加することにより、電子放出させ、高圧端子Ｈ_v を
通じ、メタルバック、あるいは透明電極（不図示）に高
圧を印加し、電圧ビームを加速し、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。

【００８６】以上述べた構成は、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、ＳＥＣＡ
Ｍ方式などの諸方式でもよく、また、これよりも、多数
の走査からなる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。

【００８７】次に、前述のはしご型配置電子源基板及び
それを用いた画像表示装置について図１２、図１３によ
り説明する。

【００８８】図１２において、１２１０は電子源基板、
１２１１は電子放出素子、１２１２のＤｘ₁ 〜Ｄｘ₁₀、
は前記電子放出素子に接続する共通配線である。電子放
出素子１２１１は、基板１２１０上に、Ｘ方向に並列に
複数個配置される。（これを素子行と呼ぶ）。この素子
行を複数個基板上に配置し、はしご型電子源基板とな
る。各素子行の共通配線間に適宜駆動電圧を印加するこ
とで、各素子行を独立に駆動することが可能になる。す
なわち、電子ビームを放出させる素子行には、電子放出
しきい値以上の電圧を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を、例えばＤ
ｘ₂ ，Ｄｘ₃ を同一配線とする様にしても良い。

【００８９】図１３ははしご型配置の電子源を備えた画
像形成装置の構造を示すための図である。１３２０はグ
リッド電極、１３２１は電子が通過するため空孔、１３
２２は、Ｄｏｘ₁ ，Ｄｏｘ₂ …Ｄｏｘ_m よりなる容器外
端子、１３２３はグリッド電極１３２０と接続されたＧ
₁ ，Ｇ₂ ，…Ｇ_n からなる容器外端子、１３２４は前述
の様に各素子行間の共通配線を同一配線とした電子源基
板である。尚、図９、１０と同一の符号は同一の部材を
示す。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、電子側基板１３２４とフェースプレー
ト９８６の間にグリッド電極１３２０を備えている事で
ある。

【００９０】基板１３２４とフェースプレート９８６の
中間には、グリッド電極１３２０が設けられている。グ
リッド電極１３２０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ことができるもので、はしご
型配置の素子行と直交して設けられたストライブ状の電
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１３２１が設けられている。グリッド
の形状や設置位置は必ずしも図１３のようなものでなく
ともよく、開口としてメッシュ状に多数の通過口を設け
ることもあり、また例えば表面伝導型放出素子の周囲や
近傍に設けてもよい。

【００９１】容器外端子１３２２およびグリッド容器外
端子１３２３は、不図示の制御回路と電気的に接続され
ている。

【００９２】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印加することにより、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。

【００９３】また本発明によればテレビジョン放送の表
示装置のみならずテレビ会議システム、コンピューター
等の表示装置に適した画像形成装置を提供することがで
きる。さらには感光性ドラム等で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。

【００９４】

【実施例】以下実施例により詳細に説明する。 実施例１ 本発明による電子源基板の作製方法の第１の実施例につ
いて説明する。

【００９５】図２に本実施例による電子源基板の工程図
を示す。 工程−ａ 清浄化した青板ガラス２０１上にレジスト（ＡＺ１３５
０Ｈｏｅｃｈｓｔ社製）２０２を塗布、露光、現像後、
１２０℃で１０分間加熱処理を施して、所望の位置に配
置した。 工程−ｂ Ｔｉ（１００オングストローム）、Ｐｔ（５００オング
ストローム）（素子電極材料）２０３を順次、スパッタ
法により堆積させた。 工程−ｃ レジスト（ＡＺ４６２０Ｈｏｅｃｈｓｔ社製）２０４を
スクリーン印刷後、１２０℃で加熱処理して、電子放出
素子形成位置を十分に含む所望の位置に配置した。 工程−ｄ ７０℃のシアン化金メッキ液（ｐＨ３）を用いて、無電
解メッキ処理を施し、Ａｕ（Ｘ方向配線およびＹ方向配
線の一部）２０５を膜厚５μｍで形成した。 工程−ｅ つぎに、レジストをＭｉｃｒｏｐｏｓｉｔ Ｒｅｍｏｖ
ｅｒ（Ｓｈｉｐｌｅｙ社製）により除去し、不要部分の
Ａｕを取り去った（リフトオフ）。 工程−ｆ フリットガラス（２０μｍ）２０６をスクリーン印刷
後、１５０℃で１５分間乾燥、６００℃で３０分間焼成
して、Ｘ方向配線交差部形成位置を十分に含む所望の位
置に配置した。 工程−ｇ つぎに、図２−ｇに示すようにＡｇペーストをスクリー
ン印刷後、１２０℃で３０分間乾燥し、６１０℃で１時
間焼成して、Ｘ方向配線に接することなく、工程−ｄに
おいて形成したＹ方向配線の一部に接するようにＹ方向
配線２０７を形成した。 工程−ｈ その後、有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０奥野製薬（株）社
製）をスプレー塗布、焼成して、フォトリソグラフィー
法、ドライエッチング法を用いて所望の位置に主元素と
してＰｄよりなる微粒子からなる電子放出部形成用薄膜
２０８を形成した。

【００９６】このようにして作製した電子放出部形成用
薄膜にフォーミング処理を施して電子放出部を形成し、
電子源基板を作製した。

【００９７】このようにして得られた表面伝導型電子放
出素子を有する単純マトリックス配置型電子源基板（図
２−ｈ）を用い、電子源及び画像形成装置を作製した。

【００９８】以上のように作製した電子源、画像形成装
置は比較的簡易なプロセスで高精細に形成でき、低コス
ト化ができた。また、厚膜の配線が形成でき、高アスペ
クト比配線を実現し、配線の低抵抗化できた。 実施例２ 本発明による電子源基板の作製方法の第２の実施例につ
いて説明する。

【００９９】図３に本実施例による電位源基板の工程図
を示す。 工程−ａ 清浄化した青板ガラス３０１上Ａｕレジネートペースト
を用いてスクリーン印刷、乾燥（１２０℃で１０分間）
焼成（６００℃で１０分間）により０．５μｍのＡｕ
（素子電極材料）３０２を図３−ａに示す所望の位置に
配置した。 工程−ｂ レジスト（ＡＺ４６２０Ｈｏｅｃｈｓｔ）３０３をスク
リーン印刷、１２０℃で１０分間焼成して、電子放出素
子形成位置を十分に含む所望の位置に配置した。 工程−ｃ ２０℃で硫酸銅、硫酸の混合液を用いて、工程−ａにお
いて配置したＡｕに電圧を印加して、電解メッキ処理を
施し、選択的にＣｕ（配線材料）３０４を３μｍ形成し
た。 工程−ｄ つぎに、レジストをｍｉｃｒｏｐｏｓｉｔ ｒｅｍｏｖ
ｅｒにより除去し、不要部分のＣｕを取り去った。 工程−ｅ その後、有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０奥野製薬（株）社
製）をスプレー塗布、焼成して、フォトリソグラフィー
法、ドライエッチング法を用いて所望の位置に主元素と
してＰｄよりなる微粒子からなる電子放出部形成用薄膜
３０５を配置した。 工程−ｆ フリットガラスをスクリーン印刷後、１２０℃で１０分
間乾燥、６００℃で３０分間焼成して、グリッド電極形
成用絶縁膜３０６を所望の位置に配置した。 工程−ｇ つぎに、Ａｇペーストをスクリーン印刷後、１２０℃で
３０分間乾燥し、６１０℃で１時間焼成して、グリッド
電極３０７を形成した。

【０１００】そして、電子放出部形成用薄膜にフォーミ
ング処理を施して電子放出部を形成し、電子源基板を作
製した。

【０１０１】このようにして得られた表面伝導型電子放
出素子を有するはしご型電子源基板（図３−ｇ）を用
い、前述した電子源及び画像形成装置を作製した。

【０１０２】以上のように作製した電子源、画像形成装
置は真空装置を用いず、比較的簡易なプロセスで高精細
に形成でき、ローコスト化ができた。

【０１０３】

【発明の効果】本発明によって、以下のような効果が確
認できた。 １）真空堆積装置等のスループットが悪くかつ高価な装
置の使用を削減でき、生産性が向上し、低コスト化でき
た。 ２）メッキ法を使うことにより厚膜配線が実現でき、高
アスペクト比配線、低抵抗配線が実現できた。 ３）フォトリソグラフィ、レジネートペーストを用いた
印刷により素子電極、配線配置を決定しているため、通
常の厚膜ペーストのみを用いた場合に比べ、より高精細
化ができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明
による素子電極、配線の工程図。

【図２】図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），
（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ）は本発明による電子源
基板の作製工程実施図。

【図３】図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），
（ｅ），（ｆ），（ｇ）は本発明による電子源基板の作
製工程実施図。

【図４】素子構成の従来図。

【図５】本発明の基本的な表面伝導型電子放出素子の構
成を示す模式的平面図及び断面図。

【図６】本発明の基本的な垂直型表面伝導型電子放出素
子の構成を示す模式図。

【図７】本発明の通電フォーミングの電圧波形の一例を
示す図。

【図８】単純マトリックス配置の電子源を示す図。

【図９】画像形成装置の概略構成図。

【図１０】図１０（ａ），（ｂ）は蛍光膜の構成を示す
図。

【図１１】ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行
なうための駆動回路のブロック図。

【図１２】梯子配置の電子源を示す図。

【図１３】梯子型配置の電子源を備えた画像形成装置の
概略構成図。

【符号の説明】

１０１ 素子電極材料 １０２ メッキマスク材料 １０３ 導電性配線材料 ２０１ 青板ガラス ２０２ レジスト ２０３ Ｔｉ／Ｐｔ ２０４ レジスト ２０５ Ａｕ ２０６ フリットガラス ２０７ Ｙ方向配線 ２０８ 電子放出部形成用薄膜 ３０１ 青板ガラス ３０２ Ａｕ ３０３ レジスト ３０４ Ｃｕ ３０５ 電子放出素子形成用薄膜 ３０６ フリットガラス ３０７ グリッド電極 ４０１ 基板 ４０２，４０３，４０４ 導電性薄膜 ４０５ 電子放出部 ５０１ 基板 ５０２，５０３ 素子電極 ５０４ 導電性薄膜 ５０５ 電子放出部 ６２１ 段差形成部 ８７１ 電子源基板 ８７２ Ｘ方向配線 ８７３ Ｙ方向配線 ８７４ 表面伝導型電子放出素子 ８７５ 結線 ９８１ リアプレート ９８２ 支持枠 ９８３ ガラス基板 ９８４ 蛍光膜 ９８５ メタルバック ９８６ フェースプレート ９８７ 高圧電子 ９８８ 外囲器 １０９１ 黒色部材 １０９２ 蛍光体 １０９３ ガラス基板 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、Ｖ_x 及びＶ_a ：直流電圧源 １２１０ 電子源基板 １２１１ 電子放出素子 １２１２ Ｄｘ₁ 〜Ｄｘ₁₀は前記電子放出素子を配線す
るための共通配線 １３２０ グリッド電極 １３２１ 電子が通過するための空孔 １３２２ Ｄｏｘ₁ ，Ｄｏｘ₂ …Ｄｏｘ_m よりなる容器
外端子 １３２３ グリッド電極１３２０と接続されたＧ₁ ，Ｇ
₂ ，…Ｇ_n からなる容器外端子 １３２４ 電子源基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 9/02 H01J 1/316

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素子電極を有する電子放出素子と、該電
   子放出素子を駆動するための互いに交差する第１の配線
   と第２の配線とを有する電子源基板の製造方法におい
   て、 前記素子電極と、前記第１の配線と、前記第１の配線と
   の交差部を除く前記第２の配線の一部とを次の（ａ）〜
   （ｄ）のサブ工程： （ａ） 素子電極材料を素子電極形成位置と配線形成位
   置に配置するサブ工程、 （ｂ） 素子電極形成位置にメッキマスクを配置するサ
   ブ工程、 （ｃ） 該配線形成位置に配置された素子電極材料上に
   メッキ法により導電性材料を形成するサブ工程、および （ｄ） 該メッキマスクを除去するサブ工程により形成
   する工程と、該交差部に印刷法により絶縁層を配置する
   工程と、 該絶縁層上に、前記第２の配線の一部と接するように導
   電性材料を印刷法により配置し、該第２の配線を形成す
   る工程とを有することを特徴とする電子源基板の製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記電子放出素子が表面伝導型放出素子
   であることを特徴とする請求項１記載の電子源基板の製
   造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の電子源基板の製
   造方法を用いたことを特徴とする画像形成装置の製造方
   法。