JPH097501A

JPH097501A - 表面伝導型電子放出素子の製造方法および画像形成装置の製造方法

Info

Publication number: JPH097501A
Application number: JP15492695A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Miyamoto; 雅彦宮本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-06-21
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】素子電極のパターニング工程の大幅な簡略化
を図る。【構成】基板１０１の表面に導体膜を形成しておき、
この導体膜にレーザビームを照射して不要な部分を除去
し、素子電極長さＷ、素子電極間隔Ｌで規定される１対
の素子電極１０２、１０３を形成する。その後、素子電
極１０２、１０３をつないで導電性薄膜１０４を形成
し、素子電極１０２、１０３を通じて導電性薄膜１０４
に通電することで、導電性薄膜１０４に、局所的に電気
的に高抵抗な状態となった電子放出部１０５を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１対の素子電極と、こ
の素子電極間をつなぐ微粒子膜とで構成される表面伝導
型電子放出素子の製造方法、該表面伝導型電子放出素子
を備えた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陰極型と冷
陰極型の２種類が知られている。冷陰極型には、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。

【０００３】ＦＥ型の例としては、W.P.Dyke & W.W.Dol
an, "Field emission", Advance inElectron Physics,
8, 89(1956)あるいはC.A.Spindt, "PHYSICAL Propertie
s of thin-film field emission cathodes with molbde
ninmcones", J.Appl.phys.,47, 52488(1976) 等が知ら
れている。ＭＩＭ型の例としては、C.A.Mead, "Thetunn
el-emission amplifire, J.Appl.Phys., 32, 646(1961)
等が知られている。表面伝導型電子放出素子の例として
は、M.I.Elinson, Radio Eng. Electron Pys., 10, (19
65) 等がある。

【０００４】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 Films", 9, 317(1972) ］、
Ｉｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂薄膜によるもの［M.Hartwell and
C.G.Fonstad: "IEEETrans. ED Conf.", 519(1975)
］、カーボン薄膜によるもの［荒木久他：真空、第2
6巻、第１号、22頁（1983）］等が報告されている。

【０００５】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
を図２０に示す。同図において１００１は基板である。
１００４は、金属酸化物薄膜等からなる導電性薄膜で、
一般的な半導体製造技術によりＨ型状にパターニングし
て形成され、両端部が素子電極１００２、１００３とな
る。その後、後述の通電フォーミングと呼ばれる通電処
理により、導電性薄膜１００４に電子放出部１００５が
形成される。なお、図中の素子電極１００２、１００３
の間隔Ｌ１は０．５〜１ｍｍ、幅Ｗは０．１ｍｍで設定
されている。

【０００６】また、特開平２−５６８２２号公報には、
所定の間隔をおいて１対の素子電極を対向配置し、この
素子電極間を、微粒子で構成された導電性薄膜でつない
だ表面伝導型電子放出素子が開示されている。この場合
にも、素子電極および導電性薄膜のパターニングには、
フォトリソグラフィー技術やエッチング技術といった一
般的な半導体製造技術が用いられている。

【０００７】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に予め通電フ
ォーミングと呼ばれる通電処理を行うことによって導電
性薄膜に電子放出部を形成するのが一般的であった。す
なわち、通電フォーミングとは前記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、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。なお、電子放出部
は導電性薄膜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、上述した導電性薄膜に電圧を
印加し、素子に電流を流すことにより、電子放出部より
電子を放出させるものである。

【０００８】上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純で、しかも一般的な半導体製造技術により容易に製
造できることから、大面積にわたって多数の素子を配列
形成できる利点がある。そこで、この特徴を生かせるよ
ういろいろな応用が研究されている。例えば、電荷ビー
ム源や表示装置等が挙げられる。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、はしご型配置と呼
ぶ、並列に表面伝導型電子放出素子を配列し、個々の素
子の両端を配線（共通配線とも呼ぶ）で、それぞれ結線
した行を多数行配列した電子源が挙げられる（例えば、
特開昭６４−３１３３２号公報、特開平１−２８３７４
９号公報、特開平１−２５７５５２号公報等）。

【０００９】また、特に表示装置等の画像形成装置にお
いては、近年、液晶を用いた平板型表示装置が、ＣＲＴ
に替わって普及してきたが、自発光型でないためバック
ライトを持たなければならない等の問題点があり、自発
光型の表示装置の開発が望まれてきた。自発光型表示装
置としては、表面伝導型電子放出素子を多数配置した電
子源と電子源より放出された電子によって、可視光を発
光させる蛍光体とを組み合せた表示装置である画像形成
装置が挙げられる（例えば、米国特許第５０６６８８３
号明細書）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の表面伝導型電子放出素子における素子電極の形
成には一般的な半導体製造技術が用いられているので、
素子電極となる導体膜の形成後の、所定の形状へのパタ
ーニングのためには、レジスト塗布→レジスト固化
→パターン露光→ドライエッチ→レジスト剥離→
洗浄・乾燥、といった多段階の工程を必要とする。そ
のため、素子電極のパターニングのための処理時間が長
くなり、ひいては製造コストが高くなってしまうという
問題点があった。

【００１１】そこで本発明は、素子電極のパターニング
工程の大幅な簡略化を図ることで表面伝導型電子放出素
子の製造工程を簡略化する、表面伝導型電子放出素子の
製造方法、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を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法は、基板上
に１対の素子電極を形成した後、前記１対の素子電極を
つなぐ導電性の電子放出用膜を形成し、前記１対の素子
電極を通じ前記電子放出用膜に電圧を印加して、前記電
子放出用膜に局所的に電気的に高抵抗な状態となった電
子放出部を形成する表面伝導型電子放出素子の製造方法
において、前記基板上に導体膜を形成しておき、前記導
体膜にレーザビームを照射して前記導体膜の一部を除去
することで前記１対の素子電極を形成することを特徴と
する。

【００１３】また、前記レーザビームは、波長領域が
０．２μｍ〜１２μｍで、かつ、前記導体膜表面でのパ
ワー密度が１×１０⁶ Ｗ／ｃｍ² 以上のものを用いるも
のであってもよいし、前記導体膜を印刷法により形成し
てもよい。この場合、前記印刷法により導体膜を形成
し、前記導体膜の中央部に前記レーザビームを照射して
所定の幅で除去することで、前記１対の素子電極を形成
してもよい。

【００１４】また、基板上に行列状に配置された複数対
の素子電極を形成した後、それぞれ前記対の素子電極を
つなぐ複数の導電性の電子放出用膜を形成し、前記対の
素子電極を通じて前記各電子放出用膜に電圧を印加し
て、前記各電子放出用膜にそれぞれ局所的に電気的に高
抵抗な状態となった電子放出部を形成する表面伝導型電
子放出素子の製造方法において、前記基板上に導体膜を
形成しておき、前記導体膜にレーザビームを照射して前
記導体膜の一部を除去することで前記複数対の素子電極
を形成することを特徴とするものであってもよい。

【００１５】この場合も、前記レーザビームは、波長領
域が０．２μｍ〜１２μｍで、かつ、前記導体膜表面で
のパワー密度が１×１０⁶ Ｗ／ｃｍ² 以上のものを用い
るものであってもよいし、前記導体膜を印刷法により形
成してもよい。さらに、前記印刷法により、行列状に配
置された複数の導体膜を形成し、前記各導体膜の中央部
にそれぞれ前記レーザビームを照射して所定の幅で除去
することで、前記複数対の素子電極を形成してもよい。

【００１６】本発明の画像形成装置の製造方法は、上記
本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法により表面
伝導型電子放出素子を製造し、前記表面伝導型電子放出
素子に支持枠を介して、前記電子放出素子から放出され
た電子が衝突することにより画像が形成される画像形成
部材を対向配置して外囲器を構成した後、前記外囲器の
内部を排気することを特徴とする。

【００１７】また、前記画像形成部材を、前記電子放出
素子から放出された電子が衝突することにより発光する
蛍光体を含む蛍光膜で構成してもよい。

【００１８】

【作用】上記のとおり構成された本発明の表面伝導型電
子放出素子の製造方法では、まず、基板上に導体膜を形
成しておき、この導体膜にレーザビームを照射して導体
膜の一部を除去することで１対の素子電極を形成する。
そして、１対の素子電極をつなぐ電子放出用膜を形成
し、通電等により電子放出用膜を局所的に電気的に高抵
抗な状態とし、電子放出用膜に電子放出部を形成するこ
とで、表面伝導型電子放出素子が得られる。このよう
に、素子電極のパターニングをレーザ加工により行うこ
とで、従来のように工程数の多いフォトリソグラフィ技
術やエッチング技術によらずに素子電極を形成すること
ができ、工程が大幅に簡略化される。表面伝導型電子放
出素子の製造工程が簡略化されることにより、結果的
に、表面伝導型電子放出素子を備えた電子源や、この電
子源を備えた画像形成装置の製造工程も簡略化されるこ
とになる。

【００１９】また、レーザビームとして、波長領域が
０．２μｍ〜１２μｍで、かつ、前記導体膜表面でのパ
ワー密度が１×１０⁶ Ｗ／ｃｍ² 以上のものを用いるこ
とで、金属をはじめとする導電体からなる導体膜を精度
よく加工することができ、微細なパターニングが可能と
なる。

【００２０】さらに、導体膜を印刷法により形成すれ
ば、導体膜をある程度パターニングして形成することが
できる。その結果、素子電極の外形のパターニングを必
要とせず、導体膜の中央部へのレーザビームの照射のみ
で１対の素子電極が得られるので、素子電極の形成工程
がより簡略化される。

【００２１】

【実施例】本発明は、表面伝導型電子放出素子の新規な
製造方法、およびそれを用いた電子源や画像形成装置の
製造方法に係わり、これらについての好ましい実施態様
について以下に説明する。

【００２２】図１は、本発明に好適な基本的な表面伝導
型電子放出素子の構成を示す図で、同図（ａ）はその平
面図、同図（ｂ）はその断面図である。以下、図１を用
いて、本発明の実施に好適な表面伝導型電子放出素子の
基本的な構成を説明する。

【００２３】図１において、基板１０１上には互いに間
隔をおいて２つの素子電極１０２、１０３が配置され、
各素子電極１０２、１０３をつないで、電子放出部１０
５が形成された電子放出用薄膜１０４が設けられてい
る。

【００２４】基板１０１としては、石英ガラス、Ｎａ等
の不純物含有量を減少したガラス、青板ガラス、青板ガ
ラスにスパッタ法等により形成した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が用い
られる。

【００２５】対向する素子電極１０２、１０３の材料と
しては、一般的な導体材料が用いられ、例えば、Ｎｉ、
Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ
等の金属あるいは合金、およびＰｄ、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
透明導体、およびポリシリコン等の半導体導体材料等か
ら適宜選択される。

【００２６】素子電極間隔Ｌ、素子電極幅Ｗ、電子放出
用薄膜１０４の形状等は、応用される形態等によって設
計される。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μｍである。また、素子電極１０２、
１０３間に印加する電圧は低い方が望ましく、さらに、
再現性よく作製することが要求されるため、より好まし
くは数μｍより数十μｍである。素子電極幅Ｗは、好ま
しくは、電極の抵抗値、電子放出特性により、数μｍよ
り数百μｍである。素子電極１０２、１０３の膜厚ｄ
は、数百オングストロームより数μｍである。

【００２７】電子放出用薄膜１０４は、良好な電子放出
特性を得るためには、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１０２、１０３への
ステップカバレージ、素子電極１０２、１０３間の抵抗
値および後述する通電フォーミング条件等によって適宜
設定され、好ましくは、数オングストロームより数千オ
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５００オングストロームであり、その抵抗値
は、１０³より１０⁷Ω／□のシート抵抗値である。

【００２８】また、電子放出用薄膜１０４を構成する材
料は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃ
ｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金
属、ＰｄＯ、ＳｎＯ₂ 、Ｉｎ₂Ｏ₃ 、ＰｂＯ、Ｓｂ₂Ｏ
₃ 、等の酸化物、ＨｆＢ₂、ＺｒＢ₂、ＬａＢ₆、Ｃｅ
Ｂ₆、ＹＢ₄、ＧｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、
ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ、Ｚ
ｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、カー
ボン、さらにはＡｇＭｇ、ＮｉＣｕ、ＰｂＳｎ等が挙げ
られる。

【００２９】なお、ここで述べる微粒子膜とは、複数の
微粒子が集合した膜であり、その微細構造として、微粒
子が個々に分散配置した状態のみならず、微粒子が互い
に隣接、あるいは重なり合った状態（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よ
り数千オングストローム、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１０５は、電子放出用薄膜１０
４の一部に形成され、電気的に高抵抗な状態となった亀
裂であり、電子放出用薄膜１０４の膜厚、膜質、材料お
よび後述する通電フォーミング等の製法に依存して形成
される。また、数オングストロームより数百オングスト
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、電子放出用薄膜１０４を構成する材料
の元素の一部、あるいは全てと同様のものである。ま
た、電子放出部１０５およびその近傍の電子放出用薄膜
１０４には、炭素あるいは炭素化合物を有することもあ
る。

【００３１】上述の表面伝導型電子放出素子の製造方法
としては様々な方法が考えられるが、その一例を図２に
示す。

【００３２】（１）基板１０１を洗剤、純水および有
機溶剤により十分に洗浄後、基板１０１上に、素子電極
１０２、１０３を構成する材料からなる導体膜を数百オ
ングストロームより数μｍの膜厚で形成し、その導体膜
を所定の形状にパターニングすることで、基板１０１上
に素子電極１０２、１０３を形成する（図２（ａ））。

【００３３】導体膜の形成方法としては、従来と同様の
真空蒸着法やスパッタ法等の真空成膜法はもちろん、真
空を用いない手法、例えば、有機金属ペーストを塗布後
焼成する方法や、溶液中の金属イオンを基板１０１に析
出させる無電解メッキ手法等も用いることができ、基板
１０１の大きさ等の諸条件に応じて適宜選択すればよ
い。る。有機金属ペーストを塗布する方法による場合、
その塗布方法としては、スプレー法、スピンコート法、
ディッピング法、ディスペンサー法、あるいはスクリー
ン印刷法、オフセット印刷法をはじめとするあらゆる塗
布方法が可能である。また、無電解メッキ法による場合
にも、そのメッキ方法に何ら制限はない。

【００３４】導体膜のパターニングは本発明の特徴とな
る工程であり、パターニングする手段としては、レーザ
加工が用いられる。これは、導体膜に直接レーザビーム
を照射することで、主に熱による溶融蒸発を生じさせ、
不要な部分を除去加工するものである。加工に用いるレ
ーザは、種類は特に限定されないが、被加工物が金属を
はじめとする導電体であり、このような材料を溶融蒸発
させることを考慮すると、照射面でのパワー密度が少な
くとも１×１０⁶ Ｗ／cm² 以上で、かつ、被加工物の波
長に対する吸収係数との兼ね合いや、加工精度との兼ね
合い等により、波長領域が０．２〜１２μｍの範囲にあ
るレーザから、適宜その加工に適したレーザを選択する
のが好ましい。これにより導体膜を高精度にパターニン
グでき、微細な素子電極１０２、１０３を容易に形成す
ることができる。特に、複数の電子放出素子を配置した
電子源を製造する場合には、素子電極１０２、１０３の
高密度配置が可能となり、この電子源を画像形成装置に
適用すると、高解像度の画像形成装置を得ることができ
る。レーザの照射方法は、集束したビームと被加工物と
を相対的に走査させる方法でも、加工したい形状のマス
クパターンを縮小投影する方法でもよい。

【００３５】また、導体膜のパターニング工程は、先に
述べた素子電極幅Ｗで規定される矩形状に形成する（以
下、矩形状に形成された導電膜を、便宜的に「電極パッ
ド」と称する）工程と、電極パッドの中央部を素子電極
間隔Ｌの幅で除去する工程とに大別される。

【００３６】電極パッドを形成する工程は、導体膜の形
成方法によって異なる。先に述べた導体膜の形成方法の
うち、真空成膜法や印刷法以外の塗布法、あるいは無電
解メッキ法により導体膜を形成した場合には、図３
（ａ）に示すように、基板１０１の全面あるいは、ほぼ
全面に導体膜１０７が形成される。こうして得られた導
体膜１０７に、図３（ｂ）に示すように、直接レーザビ
ーム１０８を照射すれば、不要部分を除去してパターニ
ングを行うことができる。一般的にレーザの加工精度
は、用いるレーザとその光学系にもよるが、数μｍから
数ｍｍであり、加工に必要な精度を適宜選択すれば、図
３（ｃ）に示すように所望の形状の電極パッド１０７’
が得られる。

【００３７】また、導体膜を、有機金属ペーストである
印刷用のＭＯＤペーストを用いたスクリーン印刷法等の
印刷法により形成した場合には、導電膜の形成と同時に
百μｍ四方程度の大きさでのパターニングができ、その
まま電極パッド１０７’を得ることが可能である。さら
に細かい精度、例えば数μｍ程度の位置精度や加工精度
が必要な場合には、印刷法のみで電極パッド１０７’を
得ることは困難なので、予め、印刷法により電極パッド
の大まかな形状をパターニングしておき、その後、微細
加工に適したレーザと光学系による高精度除去加工を行
い、所望の形状を得ることができる。

【００３８】一方、電極パッド１０７’の中央部を除去
する工程は、図４（ａ）に示すように上記のいずれかの
方法で得られた電極パッド１０７’の中央部にレーザビ
ーム１０８を直接照射し、数μｍから数十μｍの幅で除
去することにより行う。これにより、図４（ｂ）に示す
ように、素子電極幅Ｗ、素子電極間隔Ｌで規定される１
対の素子電極１０２、１０３が得られる。

【００３９】なお、基板１０１には、素子電極１０２、
１０３に電圧を印加するための配線（不図示）が形成さ
れるが、電極パッド１０７’の中央部を除去する工程
は、この配線を形成する前に行ってもよいし、配線を形
成した後に行ってもよい。

【００４０】このように、導体膜にレーザビーム１０８
を照射して素子電極１０２、１０３を形成することで、
フォトリソグラフィ技術やエッチング技術を用いずに素
子電極１０２、１０３を形成することができ、素子電極
１０２、１０３の形成工程を大幅に削減することができ
る。

【００４１】（２）素子電極１０２、１０３を形成し
たら、その基板１０１の表面に、有機金属溶液を塗布し
て放置することにより、有機金属薄膜を形成する。有機
金属溶液とは、前述の電子放出用薄膜１０４の材料の金
属を主元素とする有機金属化合物の溶液である。この
後、有機金属薄膜を加熱焼成処理、およびパターニング
し、電子放出用薄膜１０４を形成する（図２（ｂ））。
ここでは、有機金属溶液の塗布法により説明したが、こ
れに限るものでなく、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
法等によって形成される場合もある。

【００４２】（３）続いて、素子電極１０２、１０３
間に、不図示の電源により通電すると、電子放出用薄膜
１０４の部位に、構造の変化した電子放出部１０５が形
成される（図２（ｃ））。この通電処理は通電フォーミ
ングと呼ばれ、通電フォーミングにより電子放出用薄膜
１０４を局所的に破壊、変形もしくは変質させ、構造の
変化した部位を電子放出部１０５と呼ぶ。通電フォーミ
ングの電圧波形の例を図５に示す。

【００４３】電圧波形は、特に、パルス波形が好まし
く、パルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印加
する場合（図５（ａ））と、パルス波高値を増加させな
がら電圧パルスを印加する場合（図５（ｂ））とがあ
る。まず、パルス波高値を定電圧とした場合について説
明する。

【００４４】図５（ａ）におけるＴ１および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、Ｔ
１を１マイクロ秒〜１０ミリ秒、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前述
した形態に応じて適宜選択し、適当な真空度、例えば１
０^-5Ｔｏｒｒ程度の真空雰囲気下で、数秒から数十分印
加する。なお、素子電極１０２、１０３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
形を用いてもよい。

【００４５】図５（ｂ）におけるＴ１およびＴ２は、そ
れぞれ図５（ａ）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
ップ程度ずつ増加させ、適当な真空雰囲気下で印加す
る。なお、この場合の通電フォーミング処理の終了は、
パルス間隔Ｔ２中に、電子放出用薄膜１０４を局所的に
破壊、変形させない程度の電圧、例えば１Ｍオーム以上
の抵抗を示したとき、通電フォーミングを終了とする。

【００４６】（４）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好ましくは施す。活性
化工程とは、例えば、１０^-4〜１０^-5Ｔｏｒｒ程度の真
空度で、通電フォーミング同様、パルス波高値を定電圧
としたパルスの印加を繰り返す処理のことをいい、真空
中に存在する有機物質から、炭素あるいは炭素化合物を
堆積することで、電子放出用薄膜１０４を流れる素子電
流Ｉｆ、電子放出部１０５より放出される放出電流Ｉｅ
が著しく変化する処理である。素子電流Ｉｆと放出電流
Ｉｅを測定しながら、例えば、放出電流Ｉｅが飽和した
時点で、活性化工程を終了する。また、パルス波高値
は、好ましくは動作駆動電圧である。

【００４７】なお、ここでいう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（非晶質カーボンおよ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、好ましくは５００
オングストローム以下、より好ましくは３００オングス
トローム以下である。

【００４８】（５）こうして作製した表面伝導型電子
放出素子を、通電フォーミング工程、活性化工程での真
空度より高い真空度の真空雰囲気にし、好ましく動作駆
動する。また、より好ましくは、これより高い真空度の
真空雰囲気下で、８０℃〜１５０℃に加熱後、動作駆動
する。

【００４９】通電フォーミング工程、活性化処理した真
空度より高い真空度の真空雰囲気とは、例えば、約１０
^-6Ｔｏｒｒ以上の真空度を有する真空度であり、より好
ましくは、超高真空系であり、炭素あるいは炭素化合物
が新たに、ほぼ堆積しない真空度である。従って、これ
によって、これ以上の炭素あるいは炭素化合物の堆積を
抑制することが可能となり、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉ
ｅが安定する。

【００５０】上述のような構成と製造方法によって作製
された表面伝導型電子放出素子の特性評価について、図
６および図７を用いて説明する。

【００５１】図６は、図１に示した構成を有する素子の
電子放出特性を測定するための測定評価装置の概略構成
図である。図６において、図１と同一ものについては、
同一の符号で示した。また、１５１は、表面伝導型電子
放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、１５０
は素子電極１０２、１０３間の電子放出用薄膜１０４を
流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、１５４
は、素子の電子放出部１０５より放出される放出電流Ｉ
ｅを捕捉するためのアノード電極、１５３はアノード電
極１５４に電圧を印加するための高圧電源、１５２は素
子の電子放出部１０５より放出される放出電流Ｉｅを測
定するための電流計である。

【００５２】また、表面伝導型電子放出素子およびアノ
ード電極１５４は真空装置内に設置され、その真空装置
には排気ポンプ１５６および真空計等の真空装置に必要
な機器が具備されており、所望の真空下で本素子の測定
評価を行えるようになっている。なお、排気ポンプ１５
６は、ターボポンプ、ロータリーポンプからなる通常の
高真空装置系と、更に、イオンポンプからなる超高真空
装置系とからなる。また、真空装置１５５全体および基
板は、不図示のヒータにより２００℃まで加熱できる。
従って、本測定装置では、前述の通電フォーミング以降
の工程も行うことができる。アノード電極１５４の電圧
は、１ｋＶ〜１０ｋＶ、アノード電極１５４と表面伝導
型電子放出素子との距離Ｈは２ｍｍ〜８ｍｍの範囲で測
定した。

【００５３】図６に示した測定評価装置により測定され
た放出電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関
係の典型的な例を図７に示す。なお、放出電流Ｉｅは素
子電流Ｉｆに比べて著しく小さいので、図７では任意単
位で示されており、素子電流Ｉｆのおよそ１０００分の
１程度である。

【００５４】図７からも明らかなように、本発明に好適
な表面伝導型電子放出素子は、放出電流Ｉｅに対する三
つの特徴的特性を有する。

【００５５】まず第一に、本素子は、ある電圧（しきい
値電圧と呼ぶ、図１０中のＶｔｈ）以上の素子電圧Ｖｆ
を印加すると急激に放出電流Ｉｅが増加し、一方、しき
い値電圧Ｖｔｈ以下では放出電流Ｉｅがほとんど検出さ
れない。すなわち、放出電流Ｉｅに対する明確なしきい
値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。

【００５６】第二に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依
存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御でき
る。

【００５７】第三に、アノード電極１５４に捕捉される
放出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に依存する。
すなわち、アノード電極１５４に捕捉される電荷量は、
素子電圧Ｖｆを印加する時間により制御できる。

【００５８】以上のような、本発明に好適な表面伝導型
電子放出素子の特徴的特性のため、入力信号に応じて、
電子放出特性が、複数の表面伝導型電子放出素子を配置
した電子源、画像形成装置等でも容易に制御できること
となり、多方面への応用ができる。

【００５９】また、素子電流Ｉｆは素子電圧Ｖｆに対し
て単調増加する（ＭＩ特性と呼ぶ）、より好ましい特性
の例を図７に実線で示したが、この他にも、素子電流Ｉ
ｆが素子電圧Ｖｆに対して電圧制御型負性抵抗（ＶＣＮ
Ｒ特性と呼ぶ）特性を示す場合もある（図７中、破線で
示す）。また、これら素子電流Ｉｆの特性は、その製法
および測定時の測定条件等に依存する。なお、この場合
も、本表面伝導型電子放出素子は上述した三つの特性上
の特徴を有する。

【００６０】次に、本発明に好適な電子源および画像形
成装置について述べる。本発明に好適な電子源は、複数
個の表面伝導型電子放出素子を、上述した製造方法によ
り同一の基板上に配列したもので、さらに、この電子源
を用いて画像形成装置が構成できる。

【００６１】表面伝導型電子放出素子の配列の方式に
は、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したはしご型配置や、表面伝導型
電子放出素子の１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ックス配置が挙げられ
る。なお、はしご型配置の電子源を有する画像形成装置
には、表面伝導型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。

【００６２】まず、単純マトリックス配置の電子源につ
いて説明する。

【００６３】前述した表面伝導型電子放出素子の３つの
基本的特性の特徴によれば、単純マトリックス配置され
た表面伝導型電子放出素子においても、表面伝導型電子
放出素子からの放出電子は、しきい値電圧以上では、対
向する素子電極間に印加するパルス状電圧の波高値と幅
で制御される。一方、しきい値電圧以下では、殆ど放出
されない。この特性によれば、多数の表面伝導型電子放
出素子を配置した場合においても、個々の素子に上記パ
ルス状電圧を適宜印加すれば、入力信号に応じて、表面
伝導型電子放出素子を選択し、その電子放出量が制御で
きることとなる。

【００６４】以下、この原理に基づき構成した電子源に
ついて、図８を用いて説明する。図８は、単純マトリッ
クス配置の電子源の一例の構成図である。図８に示すよ
うに、電子源基板１７１には、ｍ本のＸ方向配線１７２
とｎ本のＹ方向配線１７３とがマトリクス状に配線され
ている。各Ｘ方向配線１７２と各Ｙ方向配線１７３との
間には、それぞれ表面伝導型電子放出素子１７４が、結
線１７５により電気的に接続されている。

【００６５】同図において、電子源基板１７１は、前述
したガラス基板等であり、用途に応じて、設置される表
面伝導型電子放出素子１７４の個数および個々の素子の
設計上の形状が適宜設定される。

【００６６】各Ｘ方向配線１７２は、Ｄｘ１、Ｄｘ２、
・・・、Ｄｘｍのｍ本の配線からなり、真空蒸着法、印
刷法、スパッタ法等で形成した導電性金属等である。ま
た、多数の表面伝導型電子放出素子１７４にほぼ均等な
電圧が供給されるように、材料、膜厚、配線幅が適宜設
定される。各Ｙ方向配線１７３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、・
・・、Ｄｙｎのｎ本の配線からなり、Ｘ方向配線１７２
と同様に作製される。これらｍ本のＸ方向配線１７２と
ｎ本のＹ方向配線１７３との間には、不図示の層間絶縁
層が設けられ、Ｘ方向配線１７２とＹ方向配線１７３と
は、互いに電気的に分離されて、マトリックス配線を構
成する（このｍ、ｎは、ともに正の整数である）。

【００６７】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂ 等であり、Ｘ方
向配線１７２を形成した電子源基板１７１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１７
２とＹ方向配線１７３と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
１７２とＹ方向配線１７３は、それぞれ外部端子として
引き出されている。

【００６８】更に、表面伝導型電子放出素子１７４の対
向する電極（不図示）が、ｍ本のＸ方向配線１７２とｎ
本のＹ方向配線１７３と、真空蒸着法、印刷法、スパッ
タ法等で形成された導電性金属等からなる結線１７５に
よって電気的に接続されている。

【００６９】ここで、ｍ本のＸ方向配線１７２とｎ本の
Ｙ方向配線１７３と結線１７５と対向する素子電極の導
電性金属は、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く、前述の素子電
極の材料等により適宜選択される。なお、これら素子電
極への配線は、素子電極と配線材料が同一である場合
は、素子電極と総称する場合もある。また、表面伝導型
電子放出素子１７４は、電子源基板１７１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。

【００７０】また、詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配
線１７２には、Ｘ方向に配列される表面伝導型電子放出
素子１７４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１７３には、Ｙ方向
に配列される表面伝導型電子放出素子１７４の列の各列
を入力信号に応じて変調するための変調を信号を印加す
る不図示の変調信号発生手段を電気的に接続されてい
る。さらに、表面伝導型電子放出素子１７４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
と変調信号との差電圧として供給されるものである。

【００７１】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。

【００７２】次に、以上のようにして作製した単純マト
リクス配置の電子源を用いた画像形成装置について説明
する。図９は、図８に示した電子源を用いた画像形成装
置の基本構成図である。

【００７３】図９に示すように、上述のようにして表面
伝導型電子放出素子１７４、Ｘ方向配線１７２およびＹ
方向配線１７３を作製した電子源基板１７１が、リアプ
レート１８１に固定されている。リアプレート１８１に
は、支持枠１８２を介してフェースプレート１８６が対
向配置されている。フェースプレート１８６は、ガラス
基板１８３の内面に、蛍光膜１８４およびメタルバック
１８５等が形成されたものである。リアプレート１８
１、支持枠１８２およびフェースプレート１８６は互い
に気密固着（封着）され、リアプレート１８１と支持枠
１８２とフェースプレート１８６とで外囲器１８８を構
成する。リアプレート１８１、支持枠１８２およびフェ
ースプレート１８６の封着は、互いの固着面にフリット
ガラス等を塗布し、大気中あるいは窒素中で、４００℃
〜５００℃で１０分以上焼成することで行われる。

【００７４】外囲器１８８は上述のごとく、フェースプ
レート１８６、支持枠１８２およびリアプレート１８１
で構成されているが、リアプレート１８１は主に電子源
基板１７１の強度を補強する目的で設けられるため、電
子源基板１７１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリ
アプレート１８１は必ずしも必要でなく、電子源基板１
７１に直接、支持枠１８２を封着し、フェースプレート
１８６、支持枠１８２および電子源基板１７１にて外囲
器１８８を構成してもよい。また、さらには、フェース
プレート１８６、リアプレート１８１間に、スペーサと
呼ばれる不図示の支持体を設置することで、大気圧に対
して十分な強度をもつ外囲器１８８の構成にすることも
できる。

【００７５】蛍光膜１８４は、モノクロームの場合は画
像形成部材である蛍光体のみからなるが、カラーの場合
は、図１０に示すように、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クスなどと呼ばれる
黒色導電材１８４ｂと蛍光体１８４ａとで構成される。
ブラックストライプ、ブラックマトリクスが設けられる
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１８４ａ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１８４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、通常よく用いられ
ている黒鉛を主成分とする材料だけでなく、導電性があ
り、光の透過および反射が少ない材料であればこれに限
るものではない。ガラス基板１８３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、沈殿法や印刷
法が用いられる。さらに、カラーの場合には、スラリー
法を用いることも可能である。

【００７６】また、蛍光膜１８４の内面側には通常メタ
ルバック１８５が設けられる。メタルバック１８５の目
的は、蛍光体１８４ａに照射された電子が帯電するのを
防止すること、蛍光体１８４ａの発光のうち内面側への
光をフェースプレート１８６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１８８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１８４
ａの保護等である。メタルバック１８５は、蛍光膜１８
４を作製後、蛍光膜１８４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。

【００７７】フェースプレート１８６には、さらに蛍光
膜１８４の導電性を高めるため、蛍光膜１８４の外側面
に透明電極（不図示）を設けてもよい。

【００７８】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体１８４ｂと表面伝導型電子放出素子１７４とを対
応させなくてはならないため、十分な位置合わせを行う
必要がある。

【００７９】リアプレート１８１と支持枠１８２とフェ
ースプレート１８６とを互いに封着し、外囲器１８８が
構成されたら、不図示の排気管を通じて排気系により外
囲器１８８内を１０^-7Ｔｏｒｒ程度の真空度まで排気
し、外囲器１８８を封止する。また、外囲器１８８の封
止後の真空度を維持するために、ゲッター処理を行う場
合もある。これは、外囲器１８８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１８８内の所定の位置に配置されたゲッ
ター（不図示）を加熱し、蒸着膜を形成する工程であ
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１０-5〜１０-7Ｔｏｒｒの
真空度を維持するものである。なお、表面伝導型電子放
出素子１７４の通電フォーミング処理以降の工程は、適
宜設定される。

【００８０】次に、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づき
テレビジョン表示を行うための駆動回路の概略構成を、
図１１のブロック図を用いて説明する。符号１９１は図
９に示した画像形成装置に相当する表示パネルであり、
また、１９２は走査回路、１９３は制御回路、１９４は
シフトレジスタ、１９５はラインメモリ、１９６は同期
信号分離回路、１９７は変調信号発生器、Ｖ_x、Ｖ_aは
直流電圧源をそれぞれ示す。

【００８１】以下、各部の機能を説明していくが、まず
表示パネル１９１は、端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、および
Ｄｙ１ないしＤｙｎ、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Ｄｘ１ない
しＤｘｍには、前記表示パネル１９１内に設けられてい
る電子源、すなわちｍ行ｎ列の行列状にマトリックス配
線された表面伝導型電子放出素子群を一行（ｎ素子）ず
つ順次駆動してゆくための走査信号が印加される。

【００８２】一方、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎ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。また、高圧端子Ｈ_vには、直流電圧源Ｖ
_aより、例えば１０ｋＶの直流電圧が供給されるが、こ
れは、表面伝導型電子放出素子より出力される電子ビー
ムに蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与する
ための加速電極である。

【００８３】次に、走査回路１９２について説明する。
走査回路１９２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）を備えるも
ので、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０Ｖ（グランドレベル）のいずれか一方を選
択し、表示パネル１９１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電
気的に接続するものである。Ｓ１ないしＳｍの各スイッ
チング素子は、制御回路１９３が出力する制御信号に基
づいて動作するものであるが、実際には、例えばＦＥＴ
のようなスイッチング素子を組み合せることにより容易
に構成することが可能である。

【００８４】なお、前記直流電圧源Ｖ_xは、本実施例の
場合に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に設定されている。

【００８５】また、制御回路１９３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１９６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。

【００８６】同期信号分離回路１９６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、よく知られて
いるように周波数分離（フィルター）回路を用いれば、
容易に構成できるものである。同期信号分離回路１９６
により分離された同期信号は、よく知られるように垂直
同期信号と水平同期信号よりなるが、ここでは説明の便
宜上、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
信号と表わすが、同信号はシフトレジスタ１９４に入力
される。

【００８７】シフトレジスタ１９４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
御信号１９３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
１９４のシフトクロックであると言い替えてもよい）。
シリアル／パラレル変換された画像１ライン分（表面伝
導型電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当する）の
データは、Ｉｄ１ないしＩｄｎのｎ個の並列信号として
前記シフトレジスタ１９４より出力される。

【００８８】ラインメモリ１９５は、画像１ライン分の
データを必要時間の間だけ記憶するための記憶装置であ
り、制御回路１９３より送られる制御信号Ｔ_MRYにした
がって適宜Ｉｄ１ないしＩｄｎの内容を記憶する。記憶
された内容は、Ｉ’ｄ１ないしＩ’ｄｎとして出力さ
れ、変調信号発生器１９７に入力される。

【００８９】変調信号発生器１９７は、前記画像データ
Ｉ’ｄ１ないしＩ’ｄｎ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、その出力信号は、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて
表示パネル１９１内の表面伝導型電子放出素子に印加さ
れる。

【００９０】前述したように、本発明に係わる表面伝導
型電子放出素子は、放出電流Ｉｅに対して以下の基本特
性を有している。すなわち、前述したように、電子放出
には明確なしきい値電圧Ｖｔｈがあり、Ｖｔｈ以上の電
圧を印加されたときのみ電子放出が生じる。また、電子
放出しきい値以上の電圧に対しては、素子への印加電圧
の変化に応じて放出電流も変化してゆく。なお、表面伝
導型電子放出素子の材料や構成、製造方法を変えること
により、電子放出しきい値電圧Ｖｔｈの値や、印加電圧
に対する放出電流の変化の度合が変る場合もあるが、い
ずれにしても以下のようなことがいえる。

【００９１】すなわち、本素子にパルス状の電圧を印加
する場合、例えば電子放出しきい値以下の電圧を印加し
ても電子放出は生じないが、電子放出しきい値以上の電
圧を印加する場合には電子ビームが出力される。その
際、第一には、パルスの波高値Ｖｍを変化させることに
より出力電子ビームの強度を制御することが可能であ
る。第二には、パルスの幅Ｐｗを変化させることにより
出力電子ビームの電荷の総量を制御することが可能であ
る。

【００９２】したがって、入力信号に応じて、表面伝導
型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挙げられ、電圧変調方式を実
施するには、変調信号発生器１９７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。

【００９３】また、パルス幅変調方式を実施するには、
変調信号発生器１９７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。

【００９４】以上説明した一連の動作により、表示パネ
ル１９１を用いてテレビジョンの表示を行える。なお、
上記説明中、特に記載しなかったが、シフトレジスタ１
９４やラインメモリ１９５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、画像信号の
シリアル／パラレル変換や記憶が所定の速度で行われれ
ばよい。

【００９５】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１９６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化
する必要があるが、これは同期信号分離回路１９６の出
力部にＡ／Ｄ変換器を備えれば容易に可能であることは
いうまでもない。また、これと関連してラインメモリ１
９５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１９７に用いられる回路が若干異な
ったものとなるのはいうまでもない。すなわち、デジタ
ル信号の場合には、電圧変調方式の場合、変調信号発生
器１９７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等を付け加えればよい。また
パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１９７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ライ
ンメモリ１９５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れば当業者であれば容易に
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。

【００９６】一方、アナログ信号の場合には、電圧変調
方式の場合、変調信号発生器１９７には、例えばよく知
られるオペアンプ等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等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。

【００９７】以上のように完成した画像表示装置におい
て、電子源基板１７１の各表面伝導型電子放出素子１７
４に、端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎを
通じ、電圧を印加することにより、電子を放出させ、高
圧端子Ｈ_vを通じ、メタルバック１８５あるいは透明電
極（不図示）に高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍
光膜１８４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。

【００９８】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
に適宜選択する。また、入力信号例として、ＮＴＳＣ方
式を挙げたが、これに限るものでなく、ＰＡＬ、ＳＥＣ
ＡＭ方式等の諸方式でもよく、また、これよりも、多数
の走査線からなるＴＶ信号（例えば、ＭＵＳＥ方式をは
じめとする高品位ＴＶ）方式でもよい。

【００９９】次に、前述のはしご型配置の電子源および
画像形成装置について説明する。

【０１００】図１２は、はしご型配置の電子源の一例の
構成図である。図１２において、表面伝導型電子放出素
子２７４は、電子源基板２７１上に、Ｘ方向に並列に復
数個配置される（これを「素子行」と呼ぶ）。この素子
行がＹ方向に複数個配置され、電子源となる。表面伝導
型電子放出素子２７４に配線される各素子行の共通配線
Ｄｘ１、Ｄｘ２、・・・、Ｄｘ１０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
である。すなわち、電子ビームを放出したい素子行に
は、放出しきい値以上の電圧を印加し、電子ビームを放
出しない素子行には、放出しきい値以上の電圧を印加す
ればよい。また、各素子行間の共通配線Ｄｘ２、Ｄｘ
３、・・・、Ｄｘ９を、例えばＤｘ２、Ｄｘ３を同一配
線としてもよい。

【０１０１】図１３は、はしご型配置の電子源を用いた
画像形成装置の一例の基本構成図である。単純マトリッ
クス配置の電子源を用いた画像形成装置との大きな違い
は、電子源基板２７１とフェースプレート２８６との間
にグリッド電極２９０を備え、グリッド電極２９０と接
続されたＧ１、Ｇ２、・・・、Ｇｎからなるグリッド容
器外端子２９１と、電子源基板２７１の共通配線と接続
された、Ｄｏｘ１、Ｄｏｘ２、・・・、Ｄｏｘｍからな
る容器外端子２９２とを設けた点である。

【０１０２】グリッド電極２９０は、表面伝導型電子放
出素子２７４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
られたストライプ状の電極である。また、グリッド電極
２９０には、電子ビームを通過させるため、各素子行に
対応して１個ずつ円形の開口２９０ａが設けられてい
る。グリッド電極２９０の形状や設置位置は、必ずしも
図示した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
表面伝導型電子放出素子２７４の周囲や近傍に設けても
よい。容器外端子２９２およびグリッド容器外端子２９
１は、不図示の制御回路と電気的に接続されている。

【０１０３】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２９
０の列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加するこ
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。

【０１０４】以下に、本発明の表面伝導型電子放出素子
の製造方法を用いた具体例について述べる。

【０１０５】（具体例１）ここでは、図１に示した表面
伝導型電子放出素子の素子電極１０２、１０３の形成工
程について述べる。

【０１０６】まず、図３（ａ）に示すように、基板１０
１に導体膜１０７として、Ｐｔをスパッタ法により１０
００オングストロームの膜厚で成膜する。この導電膜１
１０は、基板１０１のほぼ全面にわたって形成されてい
る。

【０１０７】次に、図３（ｂ）に示すように、導体膜１
０７の表面に直接レーザビーム１０８を照射して不要部
分を選択的に除去し、図３（ｃ）に示すような電極パッ
ド１０７’を形成する。電極パッド１０７’の形状は、
辺の長さが４００μｍ×２００μｍの長方形とした。

【０１０８】さらに、図４（ａ）に示すように、電極パ
ッド１０７’の中央部に上記と同様、レーザビーム１０
８を照射して約１０μｍの幅で除去した。これにより、
図４（ｂ）に示すように、素子電極間隔Ｌが約１０μ
ｍ、素子電極幅Ｗが約２００μｍの、Ｐｔ薄膜による素
子電極１０２、１０３を形成した。

【０１０９】上記レーザ加工には、図１４に示すような
構成のレーザ加工装置を用いた。図１４において、Ｘ方
向およびＹ方向に移動可能に設けられたＸＹステージ３
１には、被加工物３０が固定される。一方、レーザ発振
器２５から発せられたレーザビーム２６は、ミラー２７
によって直角に曲げられ、アパーチャ２８およびレンズ
２９を通過してビーム形状が縮小され、ＸＹステージ３
１上の被加工物３０に照射される構成となっている。レ
ーザ発振器２５としては、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧ
第２高調波レーザを用いた。

【０１１０】上記構成に基づき、被加工物３０にレーザ
ビーム２６を照射しつつ、ＸＹステージ３１を移動させ
ることで、被加工物３０の任意の部位にレーザビーム２
６を照射し、主に熱による溶融蒸発による被加工物３０
の加工を行うことができる。ここで、被加工物３０にか
えて、導体膜１０７が形成された基板１０１（図３
（ａ）参照）をＸＹステージ３１に固定し、導体膜１０
７を除去する部位のみにレーザビーム２６が照射される
ようにＸＹステージ３１を移動させれば、図３（ａ）に
示した導体膜１０７から図４（ｂ）に示した素子電極１
０２、１０３のパターンを得ることができる。

【０１１１】厚みが１０００オングストロームのＰｔ薄
膜の加工条件は、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧ第２高調
波レーザを用いた場合、Ｑスイッチの周波数は１〜３ｋ
Ｈｚ、平均出力は５Ｗ前後で、パルス幅が１００ｎｓ前
後、被加工物３０の表面での縮小されたレーザビーム２
６の形状が１０μｍ四方の四角形、走査速度が１０ｍｍ
／ｓｅｃである。

【０１１２】そして、素子電極１０２、１０３のパター
ンを得た後、素子電極１０２、１０３間をつないで電子
放出用薄膜（不図示）を形成し、素子電極１０２、１０
３間に電圧を印加して通電フォーミング処理を施して電
子放出用薄膜に電子放出部を形成することで、電子放出
素子が完成する。

【０１１３】本例では、スパッタ法によりＰｔからなる
導体膜１０７を形成した場合について説明したが、導体
膜１０７の形成方法は何ら制限されるものではなく、無
電解メッキ法等により形成してもよい。

【０１１４】レーザの種類についても、Ｎｄ：ＹＡＧ第
２高調波レーザに限定されるものではなく、Ｎｄ：ＹＡ
Ｇ基本波レーザもしくは第３高調波レーザ、またはＫｒ
Ｆエキシマレーザ等、加工する材料や加工形状に応じて
適宜レーザ種を選択すればよい。また、レーザビーム２
６の照射方式についても、レーザ種に応じて変更するこ
とができる。例えばエキシマレーザを用いた場合には、
図１５に示すようなマスクパターン露光方式を採用すれ
ばよい。この方式は、ミラー７７とレンズ７９との間
に、加工すべきパターンが形成されたマスク７８を配置
することによって、レーザ発振器７５から発せられたレ
ーザビーム７６がマスク７８を通過して所定の形状とな
り、さらにレンズ７９で縮小され、被加工物８０に所定
のパターンを露光するものである。

【０１１５】（具体例２）ここでは、複数の表面電子放
出素子を同一基板上にマトリックス状に配置した電子源
を製造した例について述べる。

【０１１６】まず、図１６に示すように、基板１１１上
に、印刷法にてＡｕ膜である所定の大きさの導体膜１１
７をマトリックス状に形成し、そのまま電極パッドとす
る。印刷方法は、スクリーン印刷法であり、粘性率が１
０万ｃｐｓのＡｕ−ＭＯＤペースト（有機Ａｕ化合物ペ
ースト）を印刷し、７０℃で３０分間乾燥した後、熱処
理炉で５８０℃まで昇温温度１０℃／分で加熱し、５８
０℃で１０分間保持後、降温温度１０℃／分で室温まで
冷却することによって導体膜１１７を形成した。導体膜
１１７のそれぞれの大きさは、辺の長さが１００μｍ×
１４０μｍの長方形であり、膜厚は５０００オングスト
ロームとした。

【０１１７】次いで、図１７に示すように、導体膜１１
７の中央部に直接レーザビーム１１８を照射し、１０μ
ｍの幅で除去する。この加工を導体膜１１７毎に順次行
うことで、図１８に示すように、基板１１１上に行列状
に配置された、素子電極幅Ｗが約１００μｍ、素子電極
間隔Ｌが約１０μである素子電極１１２、１１３の対を
得た。

【０１１８】導体膜１１７の中央部をレーザビーム１１
８の照射により除去する際のレーザ加工装置としては図
１４に示したようなものを用い、加工条件は具体例１と
全く同一条件とした。

【０１１９】以上のようにして素子電極１１２、１１３
が得られたら、対の素子電極１１２、１１３に電圧を印
加するための配線を形成するわけであるが、配線のパタ
ーンとしては、図８に示したような単純マトリックス型
の配線でもよいし、図１２に示したようなはしご型の配
線でもよい。

【０１２０】配線が形成されたら、対の素子電極１１
２、１１３をつなぐ電子放出用薄膜（不図示）を形成す
る。ここでは、電子放出用薄膜は、有機パラジウム錯体
によるＰｄＯ薄膜で形成した。そして、配線を介して素
子電極１１２、１１３間に電圧を印加して通電フォーミ
ング処理を行い、電子放出用薄膜に電子放出部（不図
示）を形成することで、電子源を作製した。なお、電子
源を画像表示装置に用いる場合には、電子放出用薄膜を
形成した基板１１１を、図９または図１３に示したよう
な外囲器内に配置し、その後、通電フォーミング処理を
実施してもよい。

【０１２１】（具体例３）具体例２では導体膜（電極パ
ッド）の中央部の除去し素子電極を形成した後に配線を
形成した例を示したが、ここでは、配線を形成した後に
導体膜（電極パッド）の中央部を除去する例を示す。配
線のパターンは、単純マトリックス型とした。

【０１２２】まず、図１９（ａ）に示すように、具体例
２と同様にして基板１２１上にスクリーン印刷法により
膜厚５０００オングストロームのＡｕ薄膜からなる導体
膜１２７を形成して電極パッドとし、その後、Ｘ方向配
線３７２とＹ方向配線３７３とを、互いに層間絶縁膜３
７６により絶縁されるように形成する。Ｘ方向配線３７
２、層間絶縁膜３７６およびＹ方向配線３７３の形成方
法はスクリーン印刷法を用い、Ｙ方向配線３７３、層間
絶縁膜３７６、Ｘ方向配線３７２の順に形成した。これ
により、個々の導体膜１２７は、Ｙ方向の長さ（素子電
極幅Ｗに相当する長さ）×Ｘ方向の長さ＝１００μｍ×
１２０μｍの部分が露出した状態となった。

【０１２３】次に、図１９（ｂ）に示すようなレーザ描
画パターン１２９で各導体膜１２７の中央部に直接、Ｙ
方向に沿ってレーザビーム１２８を照射し、各導体膜１
２７の中央部を幅１０μｍにわたって除去する。レーザ
ビーム１２８の照射による導体膜１２７の除去加工は、
具体例１および具体例２と同様に、図１４に示したよう
なレーザ加工装置によって行い、また、その加工条件も
具体例１および具体例２と同一条件とした。

【０１２４】以上のようにして、図１９（ｃ）に示すよ
うに、基板１２１上に、Ｘ方向配線３７２とＹ方向配線
３７３とに電気的に接続された対の素子電極１２２、１
２３を形成した。

【０１２５】そして、具体例２と同様に対の素子電極１
２２、１２３をつなぐ電子放出用薄膜（不図示）を形成
し、さらに通電フォーミング処理を行い、電子放出用薄
膜に電子放出部（不図示）を形成することで、単純マト
リックス型の配線の電子源を作製した。

【０１２６】以上説明した実施例から明らかなように、
本発明に係わる電子源および画像形成装置は基本的には
表面伝導型電子放出素子を用いている。表面伝導型電子
放出素子は冷陰極型の電子放出素子に含まれ、この種の
冷陰極型の電子放出素子としては、ＭＩＭ型、ＦＥ型、
表面伝導型等がある。しかし、ＭＩＭ型の電子放出素子
は絶縁層や上部電極の厚さを比較的精密に制御する必要
があり、また、ＦＥ型の電子放出素子は針状の電子放出
部の先端形状を精密に制御する必要がある。そのため、
これらの素子は比較的製造コストが高くなったり、製造
プロセス上の制限から大面積のものを作製するのが困難
となる場合があった。これに対して、表面伝導型の電子
放出素子は構造が単純で構造が簡単であり、大面積のも
のを容易に作製できる。近年、特に大面積で安価な表示
装置が求められる状況においては、とりわけ好適な冷陰
極型の電子放出素子であるといえる。

【０１２７】また、本発明の製造方法により製造される
電子源は、例えば、電子顕微鏡のように、放出電子の被
照射部材が、画像形成部材以外の部材である場合につい
ても適用でき、被照射部材を特定しない電子線発生装置
としての形態も取り得る。

【０１２８】さらに、上述した実施例では、画像形成装
置として画像を表示する画像表示装置を例に挙げて説明
したが、本発明の思想によれば、例えば、感光性ドラム
と発光ダイオード等で構成された光プリンタの発光ダイ
オード等の代替の発光源としても用いることもできる。
この場合、画像形成部材としては、上述の実施例で用い
た蛍光体のような、直接発光する物質に限るものではな
く、電子の帯電による潜像画像が形成されるような部材
を用いることもできる。

【０１２９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したとおり構成され
ているので、以下に記載する効果を奏する。

【０１３０】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方
法は、基板上に形成された導体膜にレーザビームを照射
して導体膜の一部を除去することで素子電極対を形成す
るので、従来のように工程数の多いフォトリソグラフィ
技術やエッチング技術によらずに素子電極を形成でき、
工程を大幅に簡略化することができる。

【０１３１】また、レーザビームとして、波長領域が
０．２μｍ〜１２μｍで、かつ、前記導体膜表面でのパ
ワー密度が１×１０⁶ Ｗ／ｃｍ² 以上のものを用いるこ
とで、金属をはじめとする導電体からなる導体膜の微細
な加工が可能となる。その結果、特に電子源を製造する
場合には、複数対の素子電極を高密度に配置することが
できる。

【０１３２】さらに、導体膜を印刷法により形成すれ
ば、導体膜を予め対の素子電極の外形に合わせてパター
ニングして形成することができるので、導体膜の中央部
へのレーザビームの照射のみで対の素子電極が得られ、
素子電極の形成工程をより簡略化することができる。

【０１３３】本発明の画像形成装置の製造方法は、本発
明の表面伝導型電子放出素子の製造方法により製造され
た表面伝導型電子放出素子を用いて画像形成装置を製造
しているので、上述したように電子源の素子電極を形成
する工程が大幅に簡略化され、結果的に、画像形成装置
の製造工程も簡略化することができるようになる。

【０１３４】また、画像形成部材として、電子放出素子
から放出される電子が衝突することにより発光する蛍光
体を含む蛍光膜を用いることで、画像を表示する画像表
示装置を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に好適な基本的な表面伝導型の表面伝導
型電子放出素子の構成を示す図で、同図（ａ）はその平
面図、同図（ｂ）はその断面図である。

【図２】図１に示した表面伝導型電子放出素子の製造工
程の一例を説明するための図である。

【図３】図１に示した表面伝導型電子放出素子の製造工
程のうち、基板の表面に形成された導体膜から電極パッ
ドを得る工程を説明するための図である。

【図４】図１に示した表面伝導型電子放出素子の製造工
程のうち、電極パッドから１対の素子電極を得る工程を
説明するための図である。

【図５】表面伝導型電子放出素子に電子放出部を形成す
る際に行われる通電フォーミング時に与えられる電圧波
形の例を示す図である。

【図６】図１に示した構成を有する素子の電子放出特性
を測定するための測定評価装置の概略構成図である。

【図７】図６に示した測定評価装置により測定された放
出電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の
典型的な例を示すグラフである。

【図８】単純マトリックス配置の電子源の一例の構成図
である。

【図９】図８に示した電子源を用いた画像形成装置の一
例の基本構成図である。

【図１０】図９に示した画像形成装置の蛍光膜の、蛍光
体の配置例を示す図である。

【図１１】図９に示した画像形成装置により、ＮＴＳＣ
方式のテレビ信号に応じて表示を行う例の駆動回路のブ
ロック図である。

【図１２】はしご型配置の電子源の一例の構成図であ
る。

【図１３】はしご型配置の電子源を用いた画像形成装置
の一例の基本構成図である。

【図１４】本発明の表面電子放出素子の製造方法の実施
に用いられるレーザ加工装置の一例の構成図である。

【図１５】本発明の表面電子放出素子の製造方法の実施
に用いられるレーザ加工装置の他の例の構成図である。

【図１６】本発明の表面電子放出素子の製造方法を用い
て電子源を製造する例を説明するための図であり、導体
膜をマトリックス状に配置した基板の平面図である。

【図１７】図１６に示した導電膜の中央部をレーザ加工
で除去する工程を示す図である。

【図１８】図１７に示した工程で素子電極が形成された
基板の平面図である。

【図１９】配線の形成後に電極パッドの中央部の除去加
工を行って電子源を製造する例を説明するための図であ
る。

【図２０】従来の表面伝導型電子放出素子の典型的な素
子構成を示す図である。

【符号の説明】

２５、７５レーザ発振器２６、７６レーザビーム２７、７７ミラー２８アパーチャ２９、７９レンズ３０、８０被加工物３１ＸＹステージ７８マスク１０１、１１１、１２１基板１０２、１０３、１１２、１１３、１２２、１２３
素子電極１０４電子放出用薄膜１０５電子放出部１０７、１１７、１２７導体膜１０７’ 電極パッド１０８、１１８、１２８レーザビーム１５０、１５２電流計１５１電源１５３高圧電源１５４アノード電極１５５真空装置１５６排気ポンプ１７１、２７１電子源基板１７２、３７２Ｘ方向配線１７３、３７３Ｙ方向配線１７４、２７４表面伝導型電子放出素子１７５結線１８１リアプレート１８２支持枠１８３ガラス基板１８４蛍光膜１８４ａ蛍光体１８４ｂ黒色導電材１８５メタルバック１８６、２８６フェースプレート１８８外囲器１９１表示パネル１９２走査回路１９３制御回路１９４シフトレジスタ１９５ラインメモリ１９６同期信号分離回路１９７変調信号発生器２９０グリッド電極２９０ａ開口２９１グリッド容器外端子２９２容器外端子３７６層間絶縁膜Ｄｘ１〜Ｄｘ１０共通配線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に１対の素子電極を形成した後、
前記１対の素子電極をつなぐ導電性の電子放出用膜を形
成し、前記１対の素子電極を通じ前記電子放出用膜に電
圧を印加して、前記電子放出用膜に局所的に電気的に高
抵抗な状態となった電子放出部を形成する表面伝導型電
子放出素子の製造方法において、前記基板上に導体膜を形成しておき、前記導体膜にレー
ザビームを照射して前記導体膜の一部を除去することで
前記１対の素子電極を形成することを特徴とする表面伝
導型電子放出素子の製造方法。
【請求項２】前記レーザビームは、波長領域が０．２
μｍ〜１２μｍで、かつ、前記導体膜表面でのパワー密
度が１×１０⁶ Ｗ／ｃｍ² 以上のものを用いる請求項１
に記載の表面伝導型電子放出素子の製造方法。
【請求項３】前記導体膜を印刷法により形成する請求
項１または２に記載の表面伝導型電子放出素子の製造方
法。
【請求項４】前記印刷法により導体膜を形成し、前記
導体膜の中央部に前記レーザビームを照射して所定の幅
で除去することで、前記１対の素子電極を形成する請求
項３に記載の表面伝導型電子放出素子の製造方法。
【請求項５】基板上に行列状に配置された複数対の素
子電極を形成した後、それぞれ前記対の素子電極をつな
ぐ複数の導電性の電子放出用膜を形成し、前記対の素子
電極を通じて前記各電子放出用膜に電圧を印加して、前
記各電子放出用膜にそれぞれ局所的に電気的に高抵抗な
状態となった電子放出部を形成する表面伝導型電子放出
素子の製造方法において、前記基板上に導体膜を形成しておき、前記導体膜にレー
ザビームを照射して前記導体膜の一部を除去することで
前記複数対の素子電極を形成することを特徴とする表面
伝導型電子放出素子の製造方法。
【請求項６】前記レーザビームは、波長領域が０．２
μｍ〜１２μｍで、かつ、前記導体膜表面でのパワー密
度が１×１０⁶ Ｗ／ｃｍ² 以上のものを用いる請求項５
に記載の表面伝導型電子放出素子の製造方法。
【請求項７】前記導体膜を印刷法により形成する請求
項６または７に記載の表面伝導型電子放出素子の製造方
法。
【請求項８】前記印刷法により、行列状に配置された
複数の導体膜を形成し、前記各導体膜の中央部にそれぞ
れ前記レーザビームを照射して所定の幅で除去すること
で、前記複数対の素子電極を形成する請求項７に記載の
表面伝導型電子放出素子の製造方法。
【請求項９】請求項５ないし８のいずれか１項に記載
の表面伝導型電子放出素子の製造方法により表面伝導型
電子放出素子を製造し、前記表面伝導型電子放出素子に
支持枠を介して、前記表面伝導型電子放出素子から放出
された電子が衝突することにより画像が形成される画像
形成部材を対向配置して外囲器を構成した後、前記外囲
器の内部を排気することを特徴とする画像形成装置の製
造方法。
【請求項１０】前記画像形成部材を、前記電子放出素
子から放出された電子が衝突することにより発光する蛍
光体を含む蛍光膜で構成する請求項９に記載の画像形成
装置の製造方法。