JP3459720B2 - 電子源の製造方法および画像形成装置の製造方法 - Google Patents

Description

【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
出素子を備えた電子源および画像形成装置、並びにこれ
らの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子は、大別して熱電子
放出素子と冷陰極電子放出素子の２種類が知られてい
る。冷陰極電子放出素子には、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。）、表面伝導型電子放出素子型などがあ
る。ＦＥ型の例としてはW.P.Dyke & W.W.Doran,"Field
Emission",Advance in Electron Physics,8.89(1956)或
いはC.A.Spindt "Physical Properties of thin-film f
ield emission cathodes with molybdenium cones",J.A
ppl.Phys.,47,5248(1976)等に開示されたものが知られ
ている。ＭＩＭ型の例としては、C.A.Mead,"Operation
of Tunnel-Emission Devices",J.Appl.Phys.,32,646(19
61)等に開示されたものが知られている。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.,10.1290(1965)等に開示されたものがあ
る。

【０００３】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
より電子が放出される。この表面伝導型電子放出素子と
しては、前記エリンソン等によるＳｎＯ₂薄膜を用いた
もの、Ａｕ薄膜によるもの（G.Dittmer,Thin Solid Fil
ms,9,317(1972)）、Ｉｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂薄膜によるもの
（M.Hartwell and C.G.Fonstad,IEEE Trans.ED Conf.,5
19(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。

【０００４】図１７に、これらの表面伝導型電子放出素
子の典型的な例として前述のＭ．ハートウェルの素子構
成を模式的に示す。同図において２０１は基板であり、
２０２は、Ｈ型形状のパターンにスパッタで形成された
金属酸化物等からなる導電性薄膜である。この導電性薄
膜（２０２）には、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（２０３）が形成される。な
お、図中の間隔Ｌaは０．５〜１mm、Ｗaは０．１mm程度
に設定される。

【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（２０２）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、変形もしくは変質させ、電気的に高抵抗な状態に
した電子放出部を形成することである。このような電子
放出部は、導電性薄膜の一部に形成された亀裂等からな
り、この亀裂付近等から電子が放出される。このような
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、その導電性薄膜に電圧を印加して素子に電流を流す
ことにより電子放出部から電子が放出される。

【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、大面積にわたって多数素子
を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を活か
した荷電ビーム源や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、後述するはしご状配置型の電子源、すなわち並
列に表面伝導型電子放出素子を配列し、配列された個々
の素子の両端を配線（共通配線）によりそれぞれ結線
し、この結線された素子行を多数配列した電子源が挙げ
られる（特開昭６４−０３１３３２号、特開平１−２８
３７４９号、特開平２−２５７５５２号公報等）。

【０００７】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。しかし、自発光型でないためバックラ
イトを備えていなければならない等の問題があり、自発
光型の表示装置の開発が望まれていた。この自発光型表
示装置としては、表面伝導型電子放出素子を多数配置し
た電子源と、この電子源から放出された電子により可視
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
る画像形成装置が挙げられる（例えば、ＵＳＰ５０６６
８８３号）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような表面伝導型電子放出素子を用いて大画面の画像形
成装置を作製する場合、次のような問題があった。大画
面の画像形成装置の作製において高精細な画面を得るた
めには、多数の表面伝導型電子放出素子を、高密度に配
列させることが必要である。しかし、素子の数を増やし
高密度に配列するほど、配線同士間のショート、配線と
素子電極との間のショート、配線のひび割れ、配線切れ
等の問題が発生し、製造時の歩留まりも低かった。ま
た、このような問題を回避するために配線を細くする方
法が採られているが、配線抵抗が増大するために画像ム
ラが発生し良好な画像が得られないという問題が生じて
いた。

【０００９】そこで本発明の目的は、上記の問題を解決
し、製造時の歩留まりを向上すると共に、配線抵抗の低
抵抗化を実現することにより、信頼性のある高精細で且
つ大画面の画像を形成可能な電子源の製造方法および画
像形成装置の製造方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成するために種々の検討を重ねた結果、本発明を完
成した。

【００１１】

【００１２】第１の発明は、複数の走査側配線と、該複
数の走査側配線の各々に直交するように配設された複数
の信号側配線と、前記走査側配線と信号側配線の直交す
る付近に配設された、各々が一対の素子電極を含む複数
の表面伝導型電子放出素子と、が基板上に配設された単
純マトリクス方式の電子源の製造方法において、前記基
板上に形成された前記一対の素子電極の一方と接続する
ように、前記走査側配線および信号側配線の一方を構成
する配線Ａを形成し、該配線Ａと直交する絶縁帯を、該
絶縁帯上に形成される前記走査側配線および信号側配線
の他方を構成する配線Ｂと前記一対の素子電極の他方と
の接続部付近において該他方の素子電極と重ならないよ
うに凹形状部を有して形成し、次に、前記一対の素子電
極の他方と接続するように、前記配線Ｂを前記絶縁帯上
に印刷法を用いて形成した後に、前記配線Ｂ上に前記配
線Ｂより幅の広い配線Ｃを、前記配線Ｂと前記一対の素
子電極の他方とのコンタクト部を被覆するように、印刷
法を用いて重ねて形成することを特徴とする電子源の製
造方法に関する。

【００１３】第２の発明は、前記配線Ｃは、前記配線Ｂ
を印刷し焼成することによって形成した後に、形成され
ることを特徴とする第１の発明の電子源の製造方法に関
する。

【００１４】第３の発明は、前記配線Ｃは、ポーラスに
形成された前記配線Ｂに染み込むように形成されること
を特徴とする第１または第２の発明の電子源の製造方法
に関する。

【００１５】第４の発明は、電子源を備えた画像形成装
置の製造方法であって、前記電子源が第１ないし３のい
ずれかの製造方法により製造されることを特徴とする電
子源を備えた画像形成装置に関する。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて詳細
に説明する。

【００２２】まず、第１の実施形態として、単純マトリ
クス方式（単純マトリクス配置型）の電子源および画像
形成装置について説明する。

【００２３】図１に、第１の実施形態の電子源の素子構
成を示す。図１（ａ）は表面伝導型電子放出素子を一つ
含む素子構成の一単位を示し、図１（ｂ）は絶縁帯
（４）、素子電極（２）及び配線Ｂ・Ｃ（５、６）の構
成を示す。図中、１及び２は一対の素子電極、３は配線
Ａ、４は絶縁帯、５は配線Ｂ、６は配線Ｃ、７は電子放
出部が形成される導電性薄膜、８は凹形状部である。

【００２４】図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、絶縁
帯（４）には、素子電極（２）と重ならないように凹形
状部（８）が設けられている。このような絶縁帯上に幅
の細い配線Ｂ（５）が形成されている。これにより、こ
の配線Ｂ（５）と素子電極（２）を直接電気的に接続す
ることが可能となる。さらに上記配線Ｂ（５）上には、
この配線Ｂより幅の広い配線Ｃ（６）が覆うように重ね
て設けられている。

【００２５】この第１の実施形態の電子源の製造工程
を、図２（Ｉ）〜（III）及び図３（IV）〜（VI）を用
いて説明する。これらの図は、不図示の基板上に、表面
伝導型電子放出素子（３個×３個、計９個）を配線と共
にマトリクス状に配置した例を示す。

【００２６】まず、あらかじめ洗浄された基板に、素子
電極の印刷・焼成を行い、一対の素子電極（１、２）を
形成する（図２（Ｉ））。これらの素子電極（１、２）
は、電子放出部が形成される導電性薄膜（７）と配線
（３、５、６）とのそれぞれのオーム接触を良好にする
ために設けられるものである。導電性薄膜（７）は、配
線と比ベて著しく薄い膜であるため、「ヌレ性」や「段
差保持性」等の問題を回避することができる。なお、こ
の導電性薄膜（７）は、配線を例えばスパッタリング法
等によって薄膜に形成する場合は、必ずしも設ける必要
はなく、配線と同時に形成することもできる。

【００２７】素子電極（１、２）の形成方法としては、
真空蒸着法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法等の
真空系を用いる方法や、触媒に金属成分およびガラス成
分を混合した厚膜ペーストを印刷・焼成することにより
形成する厚膜印刷法がある。これらの中でも、フォトリ
ソ工程を必要としない厚膜印刷法がもっとも工程の短縮
が図れるため好ましい。しかしながら、電子放出部近傍
の電極は膜厚が薄い方が望ましいため、厚膜印刷法を用
いる場合はその際使用するぺ−ストとして、有機金属化
合物により構成されたＭＯＤペーストを使用することが
好ましい。もちろん上記以外の成膜方法を用いてもさし
つかえなく、また構成材料も電気伝導性のある材料であ
れば特に限定されるものではない。

【００２８】次に、配線Ａ（３）を形成する（図２（I
I））。配線Ａ（３）の形成方法には、素子電極（１、
２）の形成方法と同様の形成方法が適用可能であるが、
配線Ａ（３）の場合は、上記素子電極と異なり、膜厚は
厚いほうが電気抵抗を低減できるため好ましく、厚膜印
刷法を好適に用いることができる。

【００２９】続いて、絶縁帯（４）を形成する（図２
（III））。この絶縁帯（４）は帯状に形成し、素子電
極（２）と重ならないように凹形状部（８）を設ける。
また、絶縁帯（４）の幅は、後に形成するの配線Ｂ・Ｃ
（５、６）より広く設定する。この理由は、配線Ａ
（３）と配線Ｂ・Ｃ（５、６）との交差部でのショート
の発生を防ぐためである。絶縁帯（４）の構成材料とし
ては、絶縁性を保てるものであればよい。例えば、Ｓｉ
Ｏ₂薄膜や、金属成分を含まない厚膜ペーストによる膜
等が挙げられる。

【００３０】次に、本発明の特徴である配線Ｂ（５）を
上記絶縁帯（４）上に形成する（図３（IV））。その
際、配線Ｂ（５）の形成と素子電極（２）ヘの電気的接
続が同時に行われる。配線Ｂ（５）の形成方法は、配線
Ａ（３）と同様の方法が適用可能である。配線Ｂ（５）
の幅は、絶縁帯の凹形状部で素子電極（２）とのコンタ
クトがとれる最小の幅に設定することが望ましい。

【００３１】本発明の構成によれば、配線Ｂ（５）と素
子電極（２）との電気的接続が同一層のパターンで行わ
れるため、配線Ｂ（５）と素子電極（２）との接続が確
実に行われる。さらに、配線Ｂ（５）の形成と同時に素
子電極との接続ができるので、それぞれに独立の製造工
程は不要であり、従来より工程数が低減した。従来は、
絶縁帯に上記凹部形状を設けていないため、絶縁帯と素
子電極（２）とが重なる位置に段差が生じ絶縁帯上にエ
ッジ部が形成されていた。このような絶縁帯上に形成さ
れた配線Ｂは、そのエッジ部において断線したり、ひび
割れしたりすることがあった。しかし、上記凹形状部を
設けることにより、絶縁帯上に確実に配線Ｂ（５）を形
成することができる。さらに、この配線Ｂ（５）の幅が
必要最小限に細く設定されているため凹形状部付近でダ
レを起こさず、素子電極（１）や配線Ａ（３）とのショ
ートを防ぐことが可能となった。

【００３２】次いで、配線Ｃ（６）を、上記配線Ｂ
（５）上に形成する（図３（Ｖ））。この配線Ｃ（６）
は配線Ｂ（５）より幅を広くして、配線Ｂ（５）を覆う
ように重ねて形成する。

【００３３】この配線Ｃ（６）は、配線Ｂ（５）を印刷
し焼成した後に形成することによって、ポーラスな配線
Ｂに染み込むように形成されるため、その幅が広くても
凹形状部付近でのダレを起しにくく、素子電極（１）や
配線Ａ（３）とのショートを防ぐことができる。さら
に、配線Ｂ（５）と素子電極（２）とのコンタクト部に
おいて配線のひび割れや配線切れが生じても、配線Ｃに
よりその部分が被覆されているため電気的コンタクトは
維持される（信頼性の向上）。加えて、配線の厚さが厚
くなるために低抵抗な配線が実現される。

【００３４】最後に、電子放出部を形成するための導電
性薄膜（７）を形成し（図３（VI））、次いで電子放出
部を形成して、冷陰極電子ビーム源用の表面伝導型電子
放出素子（３個×３個、計９個）を有する電子源が完成
する。成膜方法および電子放出部の形成方法は、従来の
方法をそのまま適用することが可能である（後述）。図
２及び図３では、９個の素子単位のみを図示したが、こ
れらを同時に複数形成することで、より大面積の単純マ
トリクス方式の電子源を作製できる。

【００３５】次に、本発明を応用したはしご状配置型の
電子源および画像形成装置について説明する。

【００３６】図４に、はしご状配置型の電子源の素子構
成を示す。同図は、表面伝導型電子放出素子を一つ含む
素子構成の一単位を示しており、２１及び２２は素子電
極、２３は配線Ｄ、２４は配線Ｅ、２５は電子放出部形
成用の導電性薄膜を示す。配線Ｅ（２４）は、配線Ｄ
（２３）上に積層して設けられている。ここで、配線と
素子電極とが接続する部分においては、配線Ｄ（２３）
が素子電極とコンタクトがとれる最小の幅に設定され、
その上を配線Ｄより幅の広い配線Ｅが覆うように重ねて
形成されている。

【００３７】はしご状配置型の電子源の製造工程を、図
５（Ｉ）〜（III）及び図６を用いて説明する。これら
の図は、不図示の基板上に、表面伝導型電子放出素子
（３個×３個、計９個）を短冊状配線と共にはしご状に
配置した例を示す。

【００３８】まず、上記第１の実施形態と同様にして、
洗浄されたガラス基板に、素子電極（２１、２２）を形
成する（図５（Ｉ））。

【００３９】次に、短冊状の配線Ｄ（２３）を形成する
（図５（II））。このとき、配線Ｄ（２３）は、素子電
極（２１、２２）と電気的に接続可能な最小の幅に設定
し、配線Ｄと素子電極とが接続するように配線パターン
を形成した。配線Ｄと接続する素子電極が基板の同一層
上にあるため、配線Ｄの形成と、素子電極との接続を同
一工程で行うことができる。配線Ｄの形成方法は、第１
の実施形態の配線の場合と同様である。

【００４０】以上のようにして形成された配線Ｄはその
幅が狭く細いためにダレが少なく、その近傍のコンタク
トを取る側でない素子電極や他の配線にまでダレによっ
て接続することが無くなる。

【００４１】続いて、配線Ｅ（２４）を上記配線Ｄ（２
３）上に形成する（図５（III））。配線Ｅの幅は、少
なくとも配線Ｄと素子電極とが接続する領域における配
線Ｄ上において広くする。配線の形成方法は、第１の実
施形態と同様である。

【００４２】この配線Ｅ（２４）は、配線Ｄ（２３）を
印刷し焼成した後に形成することによって、ポーラスな
配線Ｄに染み込むように形成されるため、その幅が広く
てもダレを起こしにくく、接続を要しない素子電極や他
の配線とのショートを防ぐことができる。さらに、配線
Ｄと素子電極とのコンタクト部において配線のひび割れ
や配線切れが生じても、配線Ｅによりその部分が被覆さ
れているため電気的コンタクトは維持される（信頼性の
向上）。加えて、配線の厚さが厚くなるために低抵抗な
配線が実現される。

【００４３】最後に、電子放出部を形成するための導電
性薄膜（２５）を形成し（図６）、次いで電子放出部を
形成して電子源基板が完成する。成膜方法および電子放
出部の形成方法は、従来の方法をそのまま適用すること
が可能である（後述）。

【００４４】以下、本発明に好適な表面伝導型電子放出
素子を用いた電子源（以下「電子源基板」という）及び
画像形成装置についてさらに説明する。

【００４５】本発明の表面伝導型電子放出素子の基本的
な構成は、大別して、平面型と垂直型の２つがある。ま
ず、平面型表面伝導型電子放出素子について説明する。

【００４６】図７は、本発明におけ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り、図７（ａ）は
平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線断面図であ
る。これらの図において１０１は基板、１０２と１０３
は素子電極、１０４は導電性薄膜、１０５は電子放出部
である。

【００４７】基板（１０１）としては、石英ガラス、Ｎ
ａ等の不純物の含有量を低減させたガラス、青板ガラ
ス、スパッタ法等によりＳｉＯ₂を堆積させたガラス基
板、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。

【００４８】素子電極（１０２、１０３）の材料として
は、一般的な導電材料を用いることができ、Ｎｉ・Ｃｒ
・Ａｕ・Ｍｏ・Ｗ・Ｐｔ・Ｔｉ・Ａｌ・Ｃｕ・Ｐｄ等の
金属あるいは合金およびＰｄ・Ａｓ・Ａｇ・Ａｕ・Ｒｕ
Ｏ₂・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選択する
ことができる。

【００４９】素子電極間隔（Ｌ）、素子電極の長さ
（Ｗ）、導電性薄膜の形状等は、応用される形態等を考
慮して設計される。素子電極間隔（Ｌ）は、好ましくは
数千オングストロームから数百μｍの範囲であり、より
好ましくは素子電極間に印加する電圧等を考慮して１〜
１００μｍの範囲である。

【００５０】素子電極長さ（Ｗ）は、電極の抵抗値、電
子放出特性を考慮して、数μｍ〜数百μｍの範囲であ
る。素子電極（１０２、１０３）の膜厚（ｄ）は、１０
０オングストロームから１μｍの範囲である。

【００５１】なお、図７に示した構成だけでなく、基板
（１０１）上に、導電性薄膜（１０４）、対向する素子
電極（１０２、１０３）の順に積層した構成とすること
もできる。

【００５２】導電性薄膜（１０４）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好ま
しい。その膜厚は素子電極（１０２、１０３）ヘのステ
ップカバレージ、素子電極（１０２、１０３）間の抵抗
値および後述するフォーミング条件等を考慮して適宜設
定されるが、通常は数オングストロームから数千オング
ストロームの範囲とするのが好ましく、より好ましくは
１０〜５００オングストロームの範囲とするのが良い。
その抵抗値は、Ｒｓが１０²〜１０⁷Ωの値である。ここ
でＲｓは、厚さがｔ、幅がｗで長さがｌの薄膜の抵抗Ｒ
を、Ｒ＝Ｒs（ｌ／ｗ）とおいたときに得られる値で、
薄膜材料の抵抗率をρとするとＲs＝ρ／ｔで表され
る。

【００５３】導電性薄膜（１０４）を構成する材料は、
Ｐｄ・Ｐｔ・Ｒｕ・Ａｇ・Ａｕ・Ｔｉ・ｌｎ・Ｃｕ・Ｃ
ｒ・Ｆｅ・Ｚｎ・Ｓｎ・Ｔａ・Ｗ・Ｐｂ等の金属、Ｐｄ
Ｏ・ＳｎＯ₂・Ｉｎ₂Ｏ₃・ＰｂＯ・Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化
物、ＨｆＢ₂・ＺｒＢ₂・ＬａＢ₆・ＣｅＢ₆・ＹＢ₄・Ｇ
ｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＣ・ＺｒＣ・ＨｆＣ・ＴａＣ・
ＳｉＣ・ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ・ＺｒＮ・ＨｆＮ等の
窒化物、Ｓｉ・Ｇｅ等の半導体、カーボン等の中から適
宜選択される。

【００５４】ここで述ベる微粒子膜とは複数の微粒子が
集合した膜であり、その微細構造は、微粒子が個々に分
散配置した状態あるいは微粒子が互いに隣接または重な
り合った状態（いくつかの微粒子が集合し、全体として
島状構造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、数オングストロームから１μｍの範囲、
好ましくは１０〜２００オングストロームの範囲であ
る。

【００５５】電子放出部（１０５）は、導電性薄膜（１
０４）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（１０４）の膜厚、膜質、材料及び後述
する通電フォーミング等の手法等に依存したものとな
る。電子放出部（１０５）の内部には、１０００オング
ストローム以下の粒径の導電性微粒子を含む場合もあ
る。この導電性微粒子は、導電性薄膜（１０４）を構成
する材料の元素の一部、あるいは全ての元素を含有する
ものとなる。電子放出部（１０５）及びその近傍の導電
性薄膜（１０４）は炭素あるいは炭素化合物を含む場合
もある。

【００５６】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。図８は、本発明における垂直型表面伝導
型電子放出素子の一例を示す模式図である。１０６は、
垂直型素子の特徴的な構成要素である段差形成部であ
る。なお図８においては、図７に示した部位と同じ部位
には、図７に付した符号と同一の符号を付している。

【００５７】基板（１０１）、素子電極（１０２、１０
３）、導電性薄膜（１０４）及び電子放出部（１０５）
は前述した平面型表面伝導型電子放出素子の場合と同様
の材料で構成することができる。

【００５８】段差形成部（１０６）は、真空蒸着法、印
刷法、スパッタ法等によりＳｉＯ₂等の絶縁性材料を用
いて形成することができる。段差形成部（１０６）の膜
厚は、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）に対応し、数百オングストロームから数
十μｍの範囲とする。この膜厚は、段差形成部の製法お
よび素子電極間に印加する電圧を考慮して設定される
が、数千オングストロームから数μｍの範囲が好まし
い。

【００５９】導電性薄膜（１０４）は、素子電極（１０
２、１０３）と段差形成部（１０６）の形成後に、該素
子電極（１０２、１０３）上に積層される。電子放出部
（１０５）は、図８においては段差形成部（１０６）の
側面上の導電性薄膜に形成されているが、作製条件やフ
ォーミング条件等に依存するものであり、形状および位
置ともこれに限られるものでない。

【００６０】上述の表面伝導型電子放出素子の製造方法
としては様々の方法があるが、その一例を図９を用いて
以下に説明する。

【００６１】工程１：基板（１０１）を洗剤、純水、有
機溶剤等を用いて十分に洗浄し、真空蒸着法、スパッタ
法等により素子電極材料を堆積後、例えばフォトリソグ
ラフィー技術を用いて基板（１０１）上に素子電極（１
０２、１０３）を形成する（図９（ａ））。

【００６２】工程２：素子電極（１０２、１０３）を設
けた基板（１０１）に、有機金属溶液を塗布して有機金
属薄膜を形成する。有機金属溶液には、前述の導電性薄
膜の材料の金属を主元素とする有機金属化合物の溶液を
用いる。この有機金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオ
フ、エッチング等によりパターニングし、導電性薄膜
（１０４）を形成する（図９（ｂ））。ここでは，有機
金属溶液の塗布法を挙げて説明したが、導電性薄膜の形
成法はこれに限られるものでなく、真空蒸着法、スパッ
タ法、化学的気相堆積法、分散塗布法、ディッピング
法、スピンナー法等を用いることもできる。

【００６３】工程３：次いでフォーミング処理を施す。
この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（１０２、１０３）間に、不
図示の電源を用いて通電を行うと、導電性薄膜（１０
４）に電子放出部（１０５）が形成される（図９
（ｃ））。通電フォーミングによれば導電性薄膜（１０
４）に局所的に破壊、変形もしくは変質等の構造変化し
た部位が形成される。該部位が電子放出部（１０５）と
なる。

【００６４】通電フォーミングの電圧波形の例を図１０
に示す。電圧波形はパルス波形が好ましい。電圧の印加
には、パルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印
加する手法（図１０（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手法（図１０（ｂ））と
がある。

【００６５】図１０（ａ）におけるＴ1及びＴ2はそれぞ
れ電圧波形のパルス幅及びパルス間隔である。通常、Ｔ
1は１マイクロ秒〜１０ミリ秒、Ｔ2は１０マイクロ秒〜
１００ミリ秒の範囲で設定される。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される。このような条件
のもと、例えば、数秒〜数十分間電圧を印加する。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
の所望の波形を採用することができる。

【００６６】図１０（ｂ）におけるＴ1及びＴ2は、図１
０（ａ）に示したものと同様とすることができる。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る。

【００６７】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（１０４）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、１Ｍオーム
以上の抵抗を示した時、通電フォーミングを終了させ
る。

【００６８】上述のフォーミング処理を終えた素子には
活性化処理を施すことが好ましい。活性化処理を行うこ
とにより、素子電流Ｉf及び放出電流Ｉeが著しく変化す
る。活性化処理は、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。この活性化処理にお
ける雰囲気は、例えば油拡散ポンプやロータリーポンプ
等を用いて真空容器内を排気した際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
ポンプ等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、前述の素子の形態、
真空容器の形状、有機物質の種類などにより異なるた
め、場合に応じて適宜設定される。

【００６９】適当な有機物質としては、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、
プロパン等のＣ_nＨ_2n+2で表される飽和炭化水素、エチ
レン、プロピレンなどのＣ_nＨ_2n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、エタノール、
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。

【００７０】このような活性化処理によって、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及び放出電流Ｉeが著しく変化
する。

【００７１】活性化処理の終了の判断は、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。

【００７２】上記の炭素あるいは炭素化合物とは、ＨＯ
ＰＧ（Highly Oriented PyrolyticGraphite）、ＰＧ（P
yrolytic Graphite）、ＧＣ（Glassy Carbon）等のグラ
ファイト（ＨＯＰＧはほぼ完全な結晶構造をもつグラフ
ァイト、ＰＧは結晶粒が２００オングストローム程度で
結晶構造がやや乱れたグラファイト、ＧＣは結晶粒が２
０オングストローム程度で結晶構造の乱れがさらに大き
くなったものを指す。）や非晶質カーボン（アモルファ
スカーボン、及びアモルファス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）等である。これ
らの膜厚は５００オングストローム以下にするのが好ま
しく、３００オングストローム以下であればより好まし
い。

【００７３】以上の活性化処理を経て得られた電子放出
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、１０^-8Torr以下、好ま
しくは１０^-10Torr以下で行なうのが良い。真空容器内
の圧力は１０^-6.5〜１０^-7Torrが好ましく、特に１０^-8
Torr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加熱して、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。
なお、上記有機物質の分圧は、質量分析装置によりを用
いて、質量数が１０〜２００の炭素及び水素を主成分と
する有機分子の分圧を測定し、それらの分圧を積算する
ことにより求めることができる。

【００７４】上記安定化処理を経た後の駆動時の雰囲気
は、そのまま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及び放出電流
Ｉeが安定する。

【００７５】電子放出素子の配列は種々のものが採用で
き、代表的な例として、はしご状配置とマトリクス配置
がある。

【００７６】はしご状配置は、多数の電子放出素子を並
列に配置し、これら素子の個々を両端で接続して電子放
出素子の行（以下「素子行」という。）を多数形成した
ものであり（以下この素子行の方向を「行方向」とい
う。）、これら行方向の配線と直交する方向（以下「列
方向」という。）でこれら電子放出素子の上方に配され
た制御電極（「グリッド電極」ともいう。）により、電
子放出素子から放出される電子が制御駆動される。

【００７７】一方、マトリクス配置は、電子放出素子を
Ｘ方向及び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電極の一方を、Ｘ方向の配線
に共通に接続し、同じ列に配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したもので
ある。このようなものは所謂単純マトリクス配置であ
る。

【００７８】まず、この単純マトリクス配置型の電子源
基板、及びこの電子源基板を備えた表示パネルについて
以下に詳述する。図１１に、本発明における電子放出素
子を複数個マトリクス状に配した電子源基板を示す。同
図において、１０７は電子源基板、１０８はＸ方向配
線、１０９はＹ方向配線である。１１０は表面伝導型電
子放出素子、１１１は結線である。なお、表面伝導型電
子放出素子（１１０）は、前述した平面型あるいは垂直
型のどちらであってもよい。

【００７９】ｍ本のＸ方向配線（１０８）は、導電性金
属等からなり、真空蒸着法・印刷法・スパッタ法等を用
いて図中のＤx1、Ｄx2、・・・、Ｄxmのように構成され
る。これら配線の材料・膜厚・巾は適宜設計される。Ｙ
方向配線（１０９）は、Ｄy1、Ｄy2、・・・、Ｄynのｎ
本の配線からなり、Ｘ方向配線（１０８）と同様に形成
される。これらｍ本のＸ方向配線（１０８）とｎ本のＹ
方向配線（１０９）との間には、不図示の層間絶縁層が
設けられており、両者を電気的に絶縁している。

【００８０】不図示の層間絶縁層は、ＳｉＯ₂等からな
り、真空蒸着法・印刷法・スパッタ法等を用いて形成さ
れる。例えば、Ｘ方向配線（１０８）を形成した基板の
全面あるいは一部に所望の形状で形成され、特にＸ方向
配線（１０８）とＹ方向配線（１０９）の交差部の電位
差に耐え得るように、膜厚・材料・製法等が選択・設定
される。

【００８１】Ｘ方向配線（１０８）とＹ方向配線（１０
９）は、それぞれに対して外部端子が設けられ引き出さ
れている。

【００８２】表面伝導型放出素子（１１０）を構成する
一対の電極（不図示）は、Ｘ方向配線（１０８）及びＹ
方向配線（１０９）と導電性金属等からなる結線（１１
１）によって電気的に接続されている。

【００８３】Ｘ方向配線（１０８）とＹ方向配線（１０
９）を構成する材料、結線（１１１）を構成する材料お
よび一対の素子電極を構成する材料は、その構成元素の
一部又は全部が同一であっても、またそれぞれ異なって
いてもよい。これらの材料は、前述の素子電極の材料か
ら適宜選択することができる。素子電極を構成する材料
と配線材料と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。

【００８４】Ｘ方向配線（１０８）には、Ｘ方向に配列
した表面伝導型電子放出素子（１１０）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（１０９）には、Ｙ方向
に配列した表面伝導型電子放出素子（１１０）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。各表面伝導型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。

【００８５】以上の単純マトリクス配置を構成すること
によって、個別の素子を選択し、独立に駆動することが
できる。

【００８６】このような単純マトリクス配置の電子源基
板を用いて構成した画像形成装置について、図１２、図
１３及び図１４を用いて以下に説明する。図１２は画像
形成装置の表示パネルの一例を示す斜視図であり、図１
３は画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。
図１４は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一例を示すブロック図である。

【００８７】図１２において、１０７は電子放出素子を
複数配した電子源基板、１１２は電子源基板（１０７）
を固定したリアプレート、１１７はガラス基板（１１
４）の内面に蛍光膜（１１５）とメタルバック（１１
６）が形成されたフェースプレートである。１１３は支
持枠であり、この支持枠にはリアプレート（１１２）及
びフェースプレート（１１７）がフリットガラス等を用
いて接合されている。１１９は外囲器であり、この封着
は、例えば大気中又は窒素中で４００〜５００℃の温度
範囲で１０分以上焼成して行われる。

【００８８】１１０は表面伝導型電子放出素子であり、
１０８及び１０９はそれぞれ、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。

【００８９】外囲器（１１９）は、上述の如く、フェー
スープレート（１１７）、支持枠（１１３）、リアプレ
ート（１１２）で構成される。リアプレート（１１２）
は主に電子源基板（１０７）の強度を補強する目的で設
けられるため、電子源基板自体が十分な強度を持つ場合
は別体のリアプレートは用いなくてもよい。すなわち、
電子源基板（１０７）に直接支持枠（１１３）を封着
し、外囲器（１１９）を構成してもよい。また、フェー
スープレート（１１７）とリアプレート（１１２）との
間に、スペーサー（耐大気圧支持部材）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を構成することもできる。

【００９０】図１３は、蛍光膜を示す模式図である。蛍
光膜は、モノクロームの場合は蛍光体のみから構成する
ことができる。カラーの場合は、蛍光体の配列によりブ
ラックストライプ（図１３（ａ））又はブラックマトリ
クス（図１３（ｂ））等と呼ばれる黒色部材（１２０）
と蛍光体（１２１）とから構成することができる。ブラ
ックストライプ又は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、及び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、
光の透過及び反射が少ない材料であれば、これを用いる
ことができる。ガラス基板（１１４）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
刷法等が採用できる。

【００９１】蛍光膜（１１５）の内面側には、通常メタ
ルバック（１１６）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ヘの光をフェース
プレート（１１７）側ヘ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体を保護すること等
である。メタルパックは、蛍光膜の形成後、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、その後真空蒸着等を用いてＡｌを堆積さ
せることで形成できる。

【００９２】フェースプレート（１１７）には、さらに
蛍光膜（１１５）の導電性を高めるため、蛍光膜の外面
側（ガラス基板側）に透明電極（不図示）を設けてもよ
い。

【００９３】前述の外囲器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である。図１２に示
した表示パネルの場合は、例えば次のようにして製造さ
れる。外囲器（１１９）は、前述の安定化処理と同様に
適宜加熱しながら、イオンポンプ、ソープションポンプ
等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（１１
９）の封止後の真空度を維持するために、ゲッター処理
を行なってもよい。これは、外囲器（１１９）の封止を
行う直前または封止後に、抵抗加熱や高周波加熱等によ
り、外囲器内の所定の位置（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、この蒸着膜の吸着作用に
より、例えば１０^-5〜１０^-7Torrの真空度を維持するこ
とができる。

【００９４】次に、単純マトリクス配置の電子源基板を
用いて構成した表示パネルにおける、ＮＴＳＣ方式のテ
レビ信号に基づいたテレビジョン表示を行うための駆動
回路の構成例について、図１４を用いて説明する。同図
において、１２２は表示パネル、１２３は走査回路、１
２４は制御回路、１２５はシフトレジスタ、１２６はラ
インメモリ、１２７は同期信号分離回路、１２８は変調
信号発生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源である。

【００９５】表示パネル（１２２）は、端子Ｄox1〜Ｄo
xm、端子Ｄoy1〜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。端子Ｄox1〜Ｄoxmには、表
示パネル内に設けられている電子源基板、すなわち、ｍ
行ｎ列の行列状にマトリクス配線された表面伝導型電子
放出素子群を１行（ｎ素子）ずつ順次駆動するための走
査信号が印加される。端子Ｄoy1〜Ｄoyn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ための変調信号が印
加される。高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａ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から放出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。

【００９６】走査回路（１２３）は、内部にｍ個のスイ
ッチング素子を備えたものである（図１４中、Ｓ1〜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（１２２）の
端子Ｄox1〜Ｄoxmと電気的に接続される。Ｓ1〜Ｓmの各
スイッチング素子は、制御回路（１２４）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Ｆ
ＥＴ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。

【００９７】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には表面伝
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
るように設定される。

【００９８】制御回路（１２４）は、外部から入力する
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。この制御回路は、同
期信号分離回路（１２７）から送られる同期信号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。

【００９９】同期信号分離回路（１２７）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、一般的な周
波数分離（フィルター）回路等を用いて構成される。こ
の同期信号分離回路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からなるが、ここでは説明の便
宜上Ｔsync信号として図示した。前記テレビ信号から分
離された画像の揮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（１２５）に
入力される。

【０１００】シフトレジスタ（１２５）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（１２４）から送られる制御信号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（１２５）のシフトクロックであるともいえる）。
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
〜Ｉdnのｎ個の並列信号として前記シフトレジスタ（１
２５）から出力される。

【０１０１】ラインメモリ（１２６）は、画像１ライン
分のデータを必要時間の間だけ記億するための記億装置
であり、制御回路（１２４）から送られる制御信号Ｔmr
yにしたがって適宜Ｉd1〜Ｉdnの内容を記億する。記億
された内容はＩd'1〜Ｉd'nとして出力され、変調信号発
生器（１２８）に入力される。

【０１０２】変調信号発生器（１２８）は、画像データ
Ｉd'1〜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ための信号源であり、その出
力信号は、端子Ｄoy1〜Ｄoynを通じて表示パネル（１２
２）内の表面伝導型電子放出素子に印加される。

【０１０３】本発明の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。即ち、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。電子放出しきい値
以上の電圧に対しては、素子ヘの印加電圧の変化に応じ
て放出電流も変化する。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、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
る。また、パルス幅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。

【０１０４】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（１２８）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。

【０１０５】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（１２８）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。

【０１０６】シフトレジスタ（１２５）やラインメモリ
（１２６）には、デジタル信号式のものもアナログ信号
式のものも採用できる。画像信号のシリアル／パラレル
変換や記億が所定の速度で行なわれればよいからであ
る。

【０１０７】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路（１２７）の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信
号化する必要があるが、これには同期信号分離回路の出
力部にＡ／Ｄ変換器を設ければよい。これに関連して、
ラインメモリ（１２６）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（１２８）に用い
られる回路が若干異なったものとなる。すなわち、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
（１２８）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（１２８）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、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加することもできる。

【０１０８】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（１２８）には、例えばオペアンプ
等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、必要に応じて表面伝導型電子放出素子の駆
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。

【０１０９】以上のような構成をとり得る本発明の画像
形成装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄ
ox1〜Ｄoxm及びＤoy1〜Ｄoynを介して電圧を印加するこ
とにより、電子放出が生ずる。高圧端子Ｈｖを介してメ
タルバック（１１６）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。加速された電子
は、蛍光膜（１１５）に衝突し、発光が生じて画像が形
成される。

【０１１０】ここで述ベた画像形成装置の構成は一例で
あり、本発明の技術思想に基づいて種々の変更が可能で
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、ＰＡＬＳＥＣＡ
Ｍ方式などの他、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Ｔ
Ｖ）方式も採用できる。

【０１１１】次に、はしご状配置型の電子源基板および
表示パネルについて、それぞれ図１５及び図１６を用い
て説明する。

【０１１２】図１５は、はしご状配置型の電子源基板の
一例を示す模式図である。同図において、１２９は電子
源基板、１３０は表面伝導型電子放出素子である。１３
１のＤx1〜Ｄx10は、表面伝導型電子放出素子（１３
０）を接続するための共通配線である。表面伝導型電子
放出素子（１３０）は、基板上に、Ｘ方向に並列に複数
個配されている。この素子行が複数個配されて、電子源
基板が構成されている。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。即ち、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、電子ビームを放出しな
い素子行には電子放出しきい値以下の電圧を印加する。
各素子行間の共通配線Ｄx2〜Ｄx9は、例えばＤx2とＤx3
とを同一配線とすることもできる。

【０１１３】図１６は、上記はしご状配置型の電子源基
板を備えた表示パネルの一例を示す斜視図である。１３
２はグリッド電極、１３３は電子が通過するため開口、
Ｄox1〜Ｄoxmは容器外端子である。Ｇ1〜Ｇnは、グリッ
ド電極（１３２）と接続された容器外端子である。図１
６に示した表示パネルと、図１２に示した単純マトリク
ス配置型の電子源基板を備えた表示パネルとの大きな違
いは、電子源基板（１２９）とフェースプレート（１１
７）との間にグリッド電極（１３２）を備えているか否
かである。

【０１１４】このグリッド電極（１３２）は、表面伝導
型電子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、はしご状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である。それぞれのグリッド
電極には、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（１３３）が設けられている。
なお、グリッド電極の形状や設置位置は図１６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孔を設けることもでき、グリッド
電極を表面伝導型電子放出素子の周囲や近傍に設けるこ
ともできる。

【０１１５】容器外端子（Ｄox1〜Ｄoxm）及びグリッド
容器外端子（Ｇ1〜Ｇn）は、不図示の制御回路と電気的
に接続されている。

【０１１６】本例の表示パネルを備えた画像形成装置で
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ヘの
照射を制御し、画像をｌラインずつ表示することができ
る。

【０１１７】以上に説明した本発明の平板型画像形成装
置は、テレビジョン放送の表示装置、テレビ会議システ
ムやコンピューター等の表示装置の他、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。

【０１１８】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに説明する
が、本発明はこれらに限定するものではない。

【０１１９】実施例１ 本実施例では、図１〜３に示す素子構成を有する電子源
基板を作製し、これを用いて画像形成装置を作製した。

【０１２０】まず、洗浄されたソーダライムガラス基板
に、一対の素子電極（１、２）を形成した（図２
（Ｉ））。本実地例では、膜の成膜を厚膜印刷法で行っ
た。ここで使用した厚膜ペースト材料はＭＯＤペースト
であり、金属成分としてＡｕを用いた。印刷はスクリー
ン印刷法で行い、印刷後、７０℃で１０分間乾燥し、次
いで５５０℃でピーク保持時間約８分の焼成を行った。
形成された素子電極のパターンは３５０×１５０μｍ、
厚みは約０．３μｍであった。

【０１２１】次に、配線Ａ（３）を素子電極（１）の片
側一方に各々接続するように形成した（図２（II））。
本実施例では配線Ａ（３）の形成方法として厚膜スクリ
ーン印刷法を用いた。使用した厚膜ペースト材料はＡｇ
ペーストで金属成分はＡｇである。所望のパターンでス
クリーン印刷後、１１０℃で２０分乾燥し、５５０℃で
ピーク保持時間１５分の焼成を行って幅１００μｍ、厚
み１２μｍの第１の配線（３）を得た。

【０１２２】続いて、図２（III）に示すような凹形状
部（８）を有する絶縁帯（４）を形成した。本実施例で
は、厚膜スクリーン印刷法を用いて形成した。ペースト
材料は、ガラスバインダーを混合したＰｂＯを主成分と
したぺーストを使用した。焼成温度は５５０℃、ピーク
保持時間は約１５分とした。スクリーン印刷・焼成後の
絶縁帯の幅は５００μｍ、厚みは約３０μｍであった。
なお、絶縁帯は、通常、上下層間の絶縁性を確保するた
めに印刷・焼成を２回繰り返す。厚膜ペーストにより形
成される膜は、通常、ポーラスな状態を有するために、
そのポーラスな表面を染み込ませるようにして２回目の
印刷を行い、次いで焼成する。本実施例もこれに従って
印刷・焼成を２回繰り返した。

【０１２３】次に、配線層Ｂ（５）を絶縁帯（４）上に
形成した（図３（IV））。このとき、配線Ｂ（５）の幅
を、絶縁帯の凹形状部で素子電極（２）とのコンタクト
がとれる最小の幅に設定した。配線層Ｂ（５）の形成方
法は、厚膜スクリーン印刷法を用いた。厚膜ペースト材
料としてＡｇペーストを用い、上記パターンで厚膜スク
リーン印刷し、１１０℃で２０分の乾燥を行った後、５
５０℃でピーク保持時間１５分の焼成を行った。その結
果、幅１００μｍ、厚み１０μｍの配線Ｂ（５）を得
た。

【０１２４】次いで、配線Ｃ（６）を、上記配線Ｂ
（５）上に形成した（図３（Ｖ））。この配線Ｃは、配
線Ｂよりも幅を広くし、配線Ｂを被覆するように形成し
た。この配線Ｃ（６）の幅は従来のもののように幅が広
いものであるが、焼成によりポーラスになった配線Ｂ
（５）に染み込みながら形成されるため液ダレが抑制さ
れる。形成方法は配線Ｂと同様にして行い、最終的に、
配線Ｂと配線Ｃからなる配線は幅３００μｍ、厚み約２
０μｍのものとなった。

【０１２５】最後に、電子放出部を形成するための導電
性薄膜（７）を形成し（図３（VI））、次いで電子放出
部を形成して、冷陰極電子ビーム源用の表面伝導型電子
放出素子（３個×３個、計９個）を備えた電子源基板を
完成した。

【０１２６】上記導電性薄膜（７）は次のようにして形
成した。電子放出部ヘの通電用の素子電極（１、２）の
上層に、有機パラジウム（ＣＣＰ４２３０、奥野製薬工
業（株）製）をスピナーにより回転塗布後、３００℃で
１０分間の加熱処理を行い、ＰｄＯからなる電子放出部
形成用の導電性薄膜を形成した。このようにして形成さ
れた導電性薄膜は、Ｐｄを主元素とする微粒子から構成
され、その膜厚は１０ｎｍ、シート抵抗値は５×１０⁴
Ω／□であった。尚、ここで述ベる微粒子膜としては複
数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造としては
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（島状も含む）の
膜をも指し、その粒径とは、前記状態で粒子形状が認識
可能な微粒子についての径をいう。この導電性薄膜をフ
ォトリソグラフィー法を用いて、パターニングすること
によりフォーミング前までの電子源の製造工程が完了す
る（図３（VI））。次いでフォーミングを行い、導電性
薄膜に電子放出部を形成し、本発明の電子源を完成す
る。

【０１２７】次に、以上のようにして作製された電子源
基板を用いた表示パネル（図１２）を備えた画像形成装
置について説明する。

【０１２８】多数の表面伝導型電子放出素子を設けた電
子源基板（１０７）をリアプレート（１１２）上に固定
した後、電子源基板（１０７）の５mm上方に、フェース
プレート（１１７）（ガラス基板（１１４）の内面に蛍
光膜（１１５）とメタルバック（１６）が形成されて構
成される）を支持枠（１１３）を介して配置し、フェー
スプレート（１１７）、支持枠（１１３）、リアプレー
ト（１１２）の接合部にフリットガラスを塗布し、窒素
雰囲気中で４００〜５００℃で１０分以上焼成し封着し
た（図１２）。また、リアプレート（１１２）ヘの電子
源基板（１０７）の固定もフリットガラスで行った。

【０１２９】蛍光膜（１１５）は、モノクロームの場合
は蛍光体のみから成るが、本実施例における蛍光体はス
トライプ形状（図１３（ａ））を採用し、先にブラック
ストライプを形成し、その間隙部に各蛍光体を塗布し、
蛍光膜（１１５）を作製した。ブラックストライプの材
料は、通常良く用いられている黒鉛を主成分とする材料
を用いた。蛍光体をガラス基板（１１４）に塗布する方
法はスラリー法を用いた。

【０１３０】また、蛍光膜（１１５）の内面側には、通
常、メタルバック（１１６）が設けられる。このメタル
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）を行ない、次い
でＡｌを真空蒸着することで作製した。なお、フェース
プレート（１１７）には、更に蛍光膜（１１５）の導電
性を高めるため、蛍光膜（１１５）の外面側に透明電極
（不図示）が設けられる場合もあるが、本実施例では、
メタルバックのみで十分な導電性が得られたので省略し
た。また、前述の封着を行なう際、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いけない
ため、十分な位置合わせを行なった。

【０１３１】以上のようにして完成したガラス容器内の
雰囲気を排気管（図示せず）を通じて真空ポンプにより
排気して十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄxl〜Ｄ
xmとＤy1〜Ｄynを通じて表面伝導型電子放出素子（１１
０）の素子電極間に電圧を印加し、電子放出部形成用の
導電性薄膜（７）を通電処理（フォーミング処理）する
ことにより電子放出部を形成した。フォーミング処理の
電圧波形を図１０に示す。図１０中、Ｔ1及びＴ2はそれ
ぞれ電圧波形のパルス幅およびパルス間隔であり、本実
施例では、Ｔ1を１ミリ秒、Ｔ2を１０ミリ秒、三角波の
波高値（フォーミング時のピーク電圧）を１４Ｖとし
て、フォーミング処理を約１×１０^-6［Torr］の真空雰
囲気下で６０秒間行なった。このようにして形成された
電子放出部は、パラジウム元素を主成分とする微粒子が
分散配置された状態であり、その微粒子の平均粒径は３
０Åであった。

【０１３２】次に、１０^-6［Torr］程度の真空度で、不
図示の排気管をガスバーナーで熱して溶着し外囲器の封
止を行なった。

【０１３３】最後に、封止後の真空度を維持するために
ゲッター処理を行なった。これは封止を行なう直前また
は封止後に、抵抗加熱または高周波加熱等の加熱法によ
り、画像形成装置内の所定の位置（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、該蒸着膜の吸着作
用により、例えば１×１０^-5〜１×１０^-7［torr］の真
空度を維持することができる。

【０１３４】以上のようにして完成した本発明の画像形
成装置において、各表面伝導型電子放出素子（１１０）
に、容器外瑞子Ｄxl〜Ｄxm及びＤyl〜Ｄynを通じて走査
信号及び変調信号を不図示の信号発生手段によりそれぞ
れ印加することにより電子を放出させ、この電子ビーム
を、高圧端子Ｈｖを通じてメタルバック（１１６）に数
ｋＶ以上の高電圧を印加することにより加速して蛍光膜
（１１５）に衝突させ、蛍光膜を励起・発光させること
で画像を表示した。

【０１３５】参考例１ 本参考例は、図４〜６に示す素子構成を有する電子源基
板を作製し、これを用いて画像形成装置を作製した。

【０１３６】まず、実施例１と同様にして、洗浄された
ソーダライムガラス基板に、一対の素子電極（２１、２
２）を形成する（図５（Ｉ））。本実施例では、膜の成
膜を厚膜印刷法で行った。ここで使用した厚膜ペ―スト
材料は、ＭＯＤペーストであり、金属成分としてＰｔを
用いた。印刷はスクリ−ン印刷法で行い、印刷後、７０
℃で１０分間乾燥し、次いで５５０℃でピーク保持時間
約８分の焼成を行った。形成された素子電極の厚みは約
０．２５μｍであった。

【０１３７】次に、短冊状の配線Ｄ（２３）を形成した
（図５（II））。この配線Ｄ（２３）は、素子電極と電
気的に接続可能な最小の幅に設定し、それぞれの素子電
極へ接続するようにパターンを形成した。この配線Ｄ
（２３）は、配線Ｄと同一層上にある素子電極と接続で
きるため、配線Ｄと素子電極との接続を配線Ｄの形成と
同時に行うことができる。配線Ｄの形成は厚膜スクリー
ン印刷法をで行った。使用した厚膜ペースト材料はＡｇ
ペーストであり、全属成分はＡｇである。上記所望のパ
ターンでスクリーン印刷後、１１０℃で２０分の乾燥を
行い、次いで５５０℃でピーク保持時間１５分の焼成を
行い、幅３００μｍ、厚み１０μｍの配線Ｄ（２３）を
得た。

【０１３８】以上のようにして形成された配線は幅が狭
く細いためにダレが少なく、その近傍のコンタクトを取
る側でない素子電極や他の配線にまでダレによって接続
することは無かった。

【０１３９】続いて、図５（III）に示すように配線Ｅ
（２４）を上記配線Ｄ（２３）上に形成した。配線Ｅ
（２４）は、配線Ｄと同様にして形成し、配線Ｅの幅
は、素子電極と接続するパターン部上においてのみ配線
Ｄより広くした。これにより、最終的に、配線Ｄと配線
Ｅからなる配線（素子電極と接続する配線パターン部）
は幅３００μｍ、厚み約２０μｍのものとなった。な
お、この配線Ｅ（２４）は幅が従来のもののように広い
のものであるが、焼成によりポーラスになった配線Ｄに
染み込みながら形成されるために液ダレが生じなかっ
た。

【０１４０】最後に、電子放出部を形成するための導電
性薄膜（２５）を形成し（図６）、次いで電子放出部を
形成して、表面伝導型電子放出素子（３個×３個、計９
個）を備えた電子源基板を完成した。導電性薄膜（７）
及び電子放出部の形成は、実施例１と同様にして行っ
た。

【０１４１】以上のようにして作製したはしご状配置型
の電子源基板を備えた画像形成装置を、前述と同様にし
て作製した。

【０１４２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、 １）配線形成時のダレが防止され、配線間や素子電極と
の電気的なショートがなくなり、 ２）配線のひび割れや配線切れがなくなり、電極と配線
の接触部分の信頼性が向上し、 ３）配線を容易に精度良く厚く形成できるため、低抵抗
配線が実現できた。 以上により、画像の大面積化の際に問題となるショート
等の問題、及び素子間の配線抵抗の増大による画像ムラ
の発生の問題を解決でき、信頼性のある高精細で且つ大
画面の画像を形成可能な電子源および画像形成装置が歩
留まり良く得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子源の素子構成の説明図（要部平面
図）である。

【図２】本発明の電子源の製造工程の説明図である。

【図３】本発明の電子源の製造工程の説明図である。

【図４】本発明を応用したはしご状配置型の電子源の素
子構成の説明図（要部平面図）である。

【図５】図４に示す電子源の製造工程の説明図である。

【図６】図４に示す電子源の要部平面図である。

【図７】本発明における平面型表面伝導型電子放出素子
の説明図である。

【図８】本発明における垂直型表面伝導型電子放出素子
の説明図である。

【図９】本発明における表面伝導型電子放出素子の製造
方法の説明図である。

【図１０】本発明における表面伝導型電子放出素子の製
造に際して採用する通電フォーミング処理における電圧
波形の説明図である。

【図１１】本発明におけるマトリクス配置型の電子源基
板の模式的平面図である。

【図１２】本発明の画像形成装置の表示パネルの説明図
である。

【図１３】本発明の画像形成装置の表示パネルに用いら
れる蛍光膜の模式的平面図である。

【図１４】本発明の画像形成装置における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
ロック図である。

【図１５】本発明を応用したはしご状配置型の電子源基
板の模式的平面図である。

【図１６】はしご状配置型の電子源を備えた画像形成装
置の表示パネルの説明図である。

【図１７】従来の表面伝導型電子放出素子の模式的平面
図である。

【符号の説明】

１、２ 素子電極 ３ 配線Ａ ４ 絶縁帯 ５ 配線Ｂ ６ 配線Ｃ ７ 導電性薄膜 ８ 凹形状部 ２１、２２ 素子電極 ２３ 配線Ｄ ２４ 配線Ｅ ２５ 導電性薄膜 １０１、２０１ 基板 １０２、１０３ 素子電極 １０４、２０２ 導電性薄膜 １０５、２０３ 電子放出部 １０６ 段差形成部 １０７、１２９ 電子源基板 １０８ Ｘ方向配線 １０９ Ｙ方向配線 １１０、１３０ 表面伝導型電子放出素子 １１１ 結線 １１２ リアプレート １１３ 支持枠 １１４ ガラス基板 １１５ 蛍光膜 １１６ メタルバック １１７ フェースプレート １１８ 高圧端子 １１９ 外囲器 １２０ 黒色部材 １２１ 蛍光体 １２２ 表示パネル １２３ 走査回路 １２４ 制御回路 １２５ シフトレジスタ １２６ ラインメモリ １２７ 同期信号分離回路 １２８ 変調信号発生器 Ｖｘ、Ｖａ 直流電圧源 １３１ 共通配線 １３２ グリッド電極 １３３ 開口

───────────────────────────────────────────────────── 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 H01J 29/04 H01J 31/12 H05K 3/12

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の走査側配線と、該複数の走査側配
   線の各々に直交するように配設された複数の信号側配線
   と、前記走査側配線と信号側配線の直交する付近に配設
   された、各々が一対の素子電極を含む複数の表面伝導型
   電子放出素子と、が基板上に配設された単純マトリクス
   方式の電子源の製造方法において、前記基板上に形成された 前記一対の素子電極の一方と接
   続するように、前記走査側配線および信号側配線の一方
   を構成する配線Ａを形成し、 該配線Ａと直交する絶縁帯を、該絶縁帯上に形成される
   前記走査側配線および信号側配線の他方を構成する配線
   Ｂと前記一対の素子電極の他方との接続部付近において
   該他方の素子電極と重ならないように凹形状部を有して
   形成し、次に、前記一対の 素子電極の他方と接続するように、前
   記配線Ｂを前記絶縁帯上に印刷法を用いて形成した後
   に、前記配線Ｂ上に前記配線Ｂより幅の広い配線Ｃを、
   前記配線Ｂと前記一対の素子電極の他方とのコンタクト
   部を被覆するように、印刷法を用いて重ねて形成するこ
   とを特徴とする電子源の製造方法。
2. 【請求項２】 前記配線Ｃは、前記配線Ｂを印刷し焼成
   することによって形成した後に、形成されることを特徴
   とする請求項１に記載の電子源の製造方法。
3. 【請求項３】 前記配線Ｃは、ポーラスに形成された前
   記配線Ｂに染み込むように形成されることを特徴とする
   請求項１または２に記載の電子源の製造方法。
4. 【請求項４】 電子源を備えた画像形成装置の製造方法
   であって、前記電子源が請求項１ないし３のいずれか１
   項に記載の製造方法により製造されることを特徴とする
   電子源を備えた画像形成装置の製造方法。