JP3174480B2 - 電子源の製造方法と画像形成装置 - Google Patents

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電子源の
製造方法およびこれを用いた電子源、画像形成装置に関
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) ］、
Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／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電子放出用薄膜でつ
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、素子電極および電子放出用薄膜は、それぞれ
導電性の薄膜をパターニングして得られたものであり、
そ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電子放出用薄膜に予め通
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
電子放出用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電子放出用
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、電子放出用薄
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、電子放出部は電子放出用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
電子放出用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電子放出用薄
膜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、導電性薄膜の形成後の、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、導電性薄膜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、電子放出部が形成される
電子放出用膜となる導電性薄膜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
本発明の電子源の製造方法は、複数の表面伝導型電子放
出素子を備える電子源の製造方法であって、 複数のＸ方
向配線と、該複数のＸ方向配線と電気的に絶縁されて略
垂直方向に複数形成されたＹ方向配線と、一方が前記Ｘ
方向配線と電気的に接続されており残る一方が前記Ｙ方
向配線と電気的に接続されている一対の素子電極を複数
対と、を基板上に形成する工程と、 前記Ｘ方向配線、及
び前記Ｙ方向配線、及び前記素子電極が形成された基板
上の全面に導電性膜を形成し、前記導電性膜にレーザビ
ームを照射して前記導電性膜の一部を線状に除去するこ
とで、前記導電性膜が前記対の素子電極に挟まれる領域
において該素子電極の対向方向に対して所定の幅をなし
て前記対の素子電極間を電気的に接続する部分を形成す
ると共に、該電気的に接続する部分以外での前記配線間
の電気的な回り込みをなくした電子放出用膜を形成する
工程と、 前記電子放出用膜に電圧を印加して対である前
記素子電極の間に電子放出部を形成する工程とを有する
ことを特徴とする。この場合、前記導電性薄膜が微粒子
膜であるとしてもよい。また、前記レーザビームは、波
長領域が０．２μｍ〜１２μｍで、かつ、前記導電性薄
膜表面でのパワー密度が１×１０⁶ Ｗ／ｃｍ²であると
してもよい。本発明の電子源は、上記のいずれかに記載
の電子源の製造方法により製造されている。本発明の画
像形成装置は、上記の電子源と、該電子源から放出され
た電子により発光する蛍光膜が形成された基板とを支持
枠を介して対向配置して外囲器を構成し、該外囲器内を
排気してなることを特徴とする。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【作用】上記のとおり構成された本発明の製造方法で
は、まず、基板上に１対の素子電極を形成し、さらに導
電性膜を形成する。その後、この導電性膜にレーザビー
ムを照射して導電性膜の一部を除去することで、１対の
素子電極をつなぐ電子放出用膜を形成する。そして、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
態として、電子放出用膜に電子放出部を形成すること
で、電子放出素子が得られる。このように、導電性膜の
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
技術によらずに電子放出用膜を形成することができ、工
程が大幅に簡略化される。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、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、前記導電性膜表面での
パワー密度が１×１０⁶ Ｗ／ｃｍ² 以上のものを用いる
ことで、金属や酸化物をはじめとする導電体からなる導
電性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、導電性膜を、少なくとも素子電極
に挟まれる領域を覆うように局所的に形成したり、素子
電極に挟まれる領域において所定の幅でつながれるよう
に線状に除去することで、レーザビームの照射により除
去する部分も少なくなり、導電性膜の不要な部分を除去
するのに要する時間が短縮される。

【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、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／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１０２、１０３
の対向方向に対する幅である素子電極幅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、１
０３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、素子電極１０
２、１０３の対向方向に対する幅が実効素子幅Ｗ’で規
定されており、実効素子幅Ｗ’と素子電極幅Ｗとの関係
は、Ｗ’＜Ｗとなっている。さらに、素子電極１０２、
１０３間を電気的に接続するために、実効素子長さＬ’
と素子電極間隔Ｌとの関係は、Ｌ’＞Ｌとなっている。
また、良好な電子放出特性を得るためには、電子放出用
薄膜１０４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、１０
³ より１０⁷ Ω／□のシート抵抗値である。

【００２８】電子放出用薄膜１０４を構成する材料は、
Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃ
ｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、Ｐｄ
Ｏ、ＳｎＯ₂ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 、等の
酸化物、ＨｆＢ₂ 、ＺｒＢ₂、ＬａＢ₆ 、ＣｅＢ₆ 、Ｙ
Ｂ₄ 、ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、
ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、Ｈ
ｆＮ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、真空蒸着法、スパッタ法等
により基板１０１上に素子電極材料を堆積し、フォトリ
ソグラフィ技術によりパターニングすることで、基板１
０１上に素子電極１０２、１０３を形成する（図２
（ａ））。

【００３３】（２） 素子電極１０２、１０３を形成し
たら、その基板１０１の表面に導電性薄膜を形成する。
この後、導電性薄膜をパターニングし、電子放出用薄膜
１０４を形成する（図２（ｂ））。導電性薄膜の形成方
法は、有機金属溶液の塗布法、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、
スピンコート法等がある。

【００３４】導電性薄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、導電性薄膜に直接レー
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。

【００３５】ここで、導電性薄膜のパターニング工程の
一例について図３および図４を用いて説明する。

【００３６】まず、図３（ａ）に示すように素子電極１
０２、１０３が形成された基板１０１の表面に、図３
（ｂ）に示すように、全面にわたって導電性薄膜１１０
を形成する。次いで、図４に示すように、集束させたレ
ーザビーム１１１を導電性薄膜１１０に直接照射し、基
板１０１とレーザビーム１１１とを相対的に走査させて
導電性薄膜１１０の不要部分を除去することで、図１に
示したような、所定のパターンの電子放出用薄膜１０４
が形成される。

【００３７】加工に用いるレーザは、種類は特に限定さ
れないが、被加工物が金属や酸化物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
れにより導電性薄膜を高精度にパターニングでき、微細
な電子放出用薄膜１０４を容易に形成することができ
る。また、フォトリソグラフィ技術やエッチング技術を
用いずに電子放出用薄膜１０４を形成工程することがで
きるので、電子放出用薄膜１０４の形成工程を大幅に削
減することができる。

【００３８】レーザの照射方法は、上述したような、ビ
ームと被加工物とを相対的に走査させる方法に限らず、
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。また、パターニング形状についても、実効素子
幅Ｗ’で素子電極１０２、１０３間が電気的に接続され
るようにパターニングされていれば、いかなる形状であ
ってもよい。

【００３９】（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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】（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。

【００４４】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。

【００４５】（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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】まず、単純マトリックス配置の電子源につ
いて説明する。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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）。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】（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を製造する例について述べる。

【０１０３】まず、基板１０１にＰｔをスパッタ法によ
り１０００オングストロームの膜厚で成膜し、フォトリ
ソグラフィ技術により図３（ａ）に示すように素子電極
１０２、１０３を形成する。素子電極幅Ｗは１５０μ
ｍ、素子電極間隔Ｌは１０μｍとした。

【０１０４】次に、基板１０１の素子電極１０２、１０
３が形成された面に、有機パラジウム錯体溶液をスピン
コート法により塗布し、大気中で３００℃・１０分間の
熱処理により焼成することで、図３（ｂ）に示すよう
に、基板１０１のほぼ全面にわたってＰｄＯからなる導
電性薄膜１１０を形成する。

【０１０５】そして、図４に示すように、導電性薄膜１
１０の表面に直接レーザビーム１１１を照射し、レーザ
ビーム１１１と基板１０１とを相対的に走査すること
で、導電性薄膜１１０の不要な部分を選択的に除去加工
する。これにより、図１に示した実効素子幅Ｗ’および
実効素子長さＬ’が、それぞれ１００μｍ、１５０μｍ
の電子放出用薄膜１０４が得られた。

【０１０６】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。

【０１０７】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、導電性薄膜１１０が形成された基板１０１（図３
（ｂ）参照）をＸＹステージ３１に固定し、導電性薄膜
１１０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
（ｂ）に示した導電性薄膜１１０から図１（ａ）に示し
た電子放出用薄膜１０４のパターンを得ることができ
る。

【０１０８】ＰｄＯからなる導電性薄膜１１０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１〜３ｋＨｚ、平均
出力は５Ｗ前後で、パルス幅が１００ｎｓ前後、導電性
薄膜１１０の表面での縮小されたレーザビーム２６の形
状が５０μｍ四方の四角形、走査速度が１０ｍｍ／ｓｅ
ｃである。

【０１０９】電子放出用薄膜１０４を形成した後、素子
電極１０２、１０３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１０４に電子放出部１０
５を形成することで、電子放出素子が完成する。

【０１１０】本例では、導電性薄膜１１０の除去加工に
用いるレーザとしてＮｄ：ＹＡＧ第２高調波を用いた例
を示したが、これに限るものではなく、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。例
えば、本例のようにＰｄＯからなる膜を除去する場合、
他のレーザとしてＫｒＦエキシマレーザを用いることも
できる。また、レーザビーム２６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。

【０１１１】（具体例２）具体例１では、基板の全面に
導電性薄膜を形成した例を示したが、ここでは、導電性
薄膜を局部的に形成した例を示す。

【０１１２】図１６に示すように、具体例１と同様にし
て素子電極２０２、２０３が形成された基板２０１に、
少なくとも素子電極間隔Ｌで表わされる領域すなわち素
子電極２０２、２０３に挟まれる領域が完全に覆われる
ように、ＰｄＯからなる導電性薄膜２１０を局所的に形
成する。

【０１１３】導電性薄膜２１０は、有機パラジウム錯体
溶液を、素子電極２０２、２０３の間の部分を主体に、
メタルマスクとスプレー法とを併用して塗布し、その
後、大気中で３００℃・１０分間の熱処理を行い焼成す
ることで局所的に形成可能である。有機パラジウム錯体
溶液の塗布は、ニードルを用いたディスペンサー法や、
またはそれ以外の方法でも可能である。

【０１１４】導電性薄膜２１０を得るための有機パラジ
ウム錯体溶液の塗布は一般的な方法によって行ってお
り、位置精度、形状精度ともに高精度ではない。そのた
め導電性薄膜２１０は、図１６に示したように、はみ出
しやにじみを伴ったいびつな形状であり、少なくとも４
００μｍ程度の領域で素子電極２０２、２０３のほぼ全
体を被覆している。この状態のまま素子電極２０２、２
０３間に電圧を印加しても、素子電極２０２、２０３の
周囲にはみ出した部分の導電性薄膜２１０からの電位が
回り込んでしまい、素子電極間隔Ｌの部分の導電性薄膜
２１０にうまく電位が与えられない。

【０１１５】そこで、電位の回り込みが生じないよう
に、導電性薄膜２１０のパターニングを行うわけである
が、その例を図１７に示す。

【０１１６】図１７（ａ）には、互いに向き合う２つの
Ｔ字形状の除去パターン２１５で線状に除去加工し、導
電性薄膜２１０をパターニングした例を示す。除去パタ
ーン２１５の横のラインは、素子電極２０２、２０３の
対向方向に沿って両素子電極２０２、２０３にまたがっ
ており、縦のラインは、導電性薄膜２１０が存在しなく
なる部分まで達している。また、２つの除去パターン２
１５の間隔は、実効素子幅Ｗ’に等しい。これにより、
実効素子幅Ｗ’で素子電極２０２、２０３を電気的に接
続する電子放出用薄膜２０４ａが形成される。

【０１１７】一方、図１７（ｂ）には、互いに向き合う
２つの矩形波形状の除去パター２１６ンで線状に除去加
工し、導電性薄膜２１０をパターニングした例を示す。
除去パターン２１６の凸状の部分は素子電極２０２、２
０３にまたがっており、裾の部分は導電性薄膜２１０が
存在しなくなる部分まで達している。また、２つの除去
パターン２１６の間隔は実効素子幅Ｗ’に等しい。これ
により、実効素子幅Ｗ’で素子電極２０２、２０３を電
気的に接続する電子放出用薄膜２０４ｂが形成される。

【０１１８】上記図１７（ａ）に示した除去パターン２
１５または図１７（ｂ）に示した除去パターン２１６に
沿った導電性薄膜２１０の除去加工は、図１４に示した
ものと同様の構成の、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧ第２
高調波レーザによるレーザ加工装置を用いた。本例での
加工条件は、Ｑスイッチ周波数が１〜３ｋＨｚ、平均出
力が５Ｗ前後、パルス幅が１００ｎｓ前後、導電性薄膜
２１０上での絞られたビーム形状が１０μｍ四方の正方
形、走査速度が１０ｍｍ／ｓｅｃである。また、いずれ
の除去パターン２１５、２１６によっても、素子電極２
０２、１０３上の導電性薄膜２１０も除去することにな
るが、このような場合には導電性薄膜２１０のみを除去
せず、素子電極２０２、２０３も除去してよいので、レ
ーザ加工装置には光学系の途中にＮＤフィルターを挿入
せず、オーバーパワー気味で加工を行った。

【０１１９】このようにして電子放出用薄膜２０４ａ
（２０４ｂ）を形成した後、素子電極２０２、２０３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２０４ａ（２０４ｂ）に電子放出部を形成し、
電子放出素子が完成する。

【０１２０】以上説明したように、実効素子幅Ｗ’が規
定されるように導電性薄膜２１０を線状のパターンで除
去することで、導電性薄膜２１０の除去領域が最小限で
すみ、導電性薄膜２１０の除去に要する時間が短縮され
る。ここでは、導電性薄膜２１０を線状のパターンで除
去する例を示したが、図１に示した電子放出用薄膜１０
４となる部分を残すように、導電性薄膜２１０を除去し
てもよい。この場合でも、導電性薄膜２１０は局所的に
形成されているので、具体例１に比較して、導電性薄膜
２１０の除去に要する時間は短縮される。

【０１２１】（具体例３）ここでは、具体例２に示した
パターニングを応用して、複数の表面伝導型電子放出素
子がマトリックス状に配置された電子源を製造する例を
説明する。

【０１２２】図１８に、その電子源の要部平面図を示
す。図１８において、基板の表面には、Ａｕ膜からなる
素子電極３０２、３０３が印刷法によりマトリックス状
に形成され、さらに、一方の素子電極３０２に電気的に
接続されるＹ方向配線３７３、層間絶縁層３７６、およ
び他方の素子電極に電気的に接続されるＸ方向配線３７
２が、印刷法により順次形成されている。この配線形式
は、図８に示した単純マトリックス配置に相当する。さ
らに、この最表面層に、有機パラジウム溶液をスピンコ
ート法により塗布し焼成することによって得られた、Ｐ
ｄＯからなる導電性薄膜が形成されている。なお、図１
８では、電子源の構成をわかりやすくするため、導電性
薄膜は図示せずに透視した状態で示し、後述する除去パ
ターン３１５のみを示している。また、素子電極３０
２、３０３、Ｙ方向配線３７３、および層間絶縁層３７
６については、斜線を施して示している。

【０１２３】本例では、図１８に示したように、導電性
薄膜が基板の全面を覆っているため、このままではＸ方
向配線３７２とＹ方向配線３７３とが導通し、相互の素
子電極３０２、３０３同士も導通した状態となってい
る。そこで、レーザ加工により導電性薄膜を除去パター
ン３１５に沿って除去した。この除去パターン３１５
は、図１７（ａ）に示したＴ字形状の除去パターン２１
５を拡張したものであり、これにより配線間の電気的な
回り込みを完全になくするような、電子放出用薄膜が得
られた。

【０１２４】導電性薄膜の除去に用いたレーザ加工装置
は具体例２で用いたものと同様のものであり、また、加
工条件についても具体例２と同様である。

【０１２５】このようにして電子放出用薄膜を形成した
後、各素子電極３０２、３０３間に電圧を印加して通電
フォーミング処理を施して各素子電極３０２、３０３の
間の部分に電子放出部を形成し、電子源が完成する。さ
らに、この電子源を用いて、画像形成装置を製造するこ
とができる。画像形成装置を製造する場合は、通電フォ
ーミング処理は電子源を外囲器内に配置した後、実施し
てもよい。

【０１２６】ここでは、図１７（ａ）に示したＴ字形状
の除去パターン２１５を拡張した除去パターン３１５に
沿って導電性薄膜を除去した例を示したが、それに限ら
ず、図１９に示すように、図１７（ｂ）に示した矩形波
形状の除去パターン２１６を拡張した除去パターン３１
６に沿って導電性薄膜を除去してもよい。さらには、各
素子と配線等の絶縁性が得られれば、これ以外のパター
ンであってもよい。

【０１２７】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。

【０１２８】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。

【０１２９】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。

【０１３０】

【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。

【０１３１】本発明の製造方法は、素子電極が形成され
た基板上に導電性膜を形成し、その導電性膜にレーザビ
ームを照射して導電性膜の一部を除去することで電子放
出部が形成される電子放出用膜を形成するので、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
グ技術によらずに電子放出用膜を形成でき、工程を大幅
に簡略化することができる。

【０１３２】また、レーザビームとして、波長領域が
０．２μｍ〜１２μｍで、かつ、前記導電性膜表面での
パワー密度が１×１０⁶ Ｗ／ｃｍ² 以上のものを用いる
ことで、金属や酸化物をはじめとする導電体からなる導
電性膜を微細に加工することができる。

【０１３３】さらに、導電性膜を、少なくとも対となる
素子電極で挟まれる領域を覆うように局所的に形成した
り、対となる素子電極に挟まれる領域において所定の幅
でつながれるように線状に除去することで、導電性膜の
除去に要する時間が短縮され、結果的に、電子放出素子
や電子源の製造に要する時間を短縮することができる。

【０１３４】本発明は、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。

【０１３５】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
程を説明するための図であり、基板上に導電性薄膜を形
成するまでの工程を示す。

【図４】図１に示した表面伝導型電子放出素子の製造工
程を説明するための図であり、導電性薄膜にレーザビー
ムを照射し、電子放出用薄膜を形成する工程を示す。

【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】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造工程
の他の例を説明するための図であり、導電性薄膜を局部
的に形成した基板の平面図である。

【図１７】図１６に示した導電性薄膜のパターニングの
例を示す基板の平面図であり、同図（ａ）はＴ字形状の
除去パターンにより導電性薄膜を除去した例を示し、同
図（ｂ）は矩形波形状の除去パターンにより導電性薄膜
を除去した例を示す。

【図１８】図１７（ａ）に示した除去パターンを応用し
て得られた電子源の要部平面図である。

【図１９】図１７（ｂ）に示した除去パターンを応用し
て得られた電子源の要部平面図である。

【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 ３１ ＸＹステージ ７８ マスク １０１、２０１ 基板 １０２、１０３、２０２、２０３、３０２、３０３
素子電極 １０４、２０４ａ、２０４ｂ 電子放出用薄膜 １０５ 電子放出部 １１０、２１０ 導電性薄膜 １１１ 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、３７２、３７２ Ｘ方向配線 １７３、３７３、３７３ Ｙ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 ２１５、２１６、３１５、３１６ 除去パターン 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 層間絶縁層 Ｄｘ１〜Ｄｘ１０ 共通配線

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/08

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の表面伝導型電子放出素子を備える
   電子源の製造方法であって、 複数のＸ方向配線と、該複数のＸ方向配線と電気的に絶
   縁されて略垂直方向に複数形成されたＹ方向配線と、一
   方が前記Ｘ方向配線と電気的に接続されており残る一方
   が前記Ｙ方向配線と電気的に接続されている一対の素子
   電極を複数対と、を基板上に形成する工程と、 前記Ｘ方向配線、及び前記Ｙ方向配線、及び前記素子電
   極が形成された基板上の全面に導電性膜を形成し、前記
   導電性膜にレーザビームを照射して前記導電性膜の一部
   を線状に除去することで、前記導電性膜が前記対の素子
   電極に挟まれる領域において該素子電極の対向方向に対
   して所定の幅をなして前記対の素子電極間を電気的に接
   続する部分を形成すると共に、該電気的に接続する部分
   以外での前記配線間の電気的な回り込みをなくした電子
   放出用膜を形成する工程と、 前記電子放出用膜に電圧を印加して対である前記素子電
   極の間に電子放出部を形成する工程とを有することを特
   徴とする電子源 の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電子源の製造方法にお
   いて、 前記導電性薄膜が微粒子膜であることを特徴とする電子
   源の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１もしくは２に記載の電子源の製
   造方法において、 前記レーザビームは、波長領域が０．２μｍ〜１２μｍ
   で、かつ、前記導電性薄膜表面でのパワー密度が１×１
   ０⁶ Ｗ／ｃｍ²であることを特徴とする電子源の製造方
   法。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
   の電子源の製造方法により製造された電子源。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の電子源と、該電子源か
   ら放出された電子により発光する蛍光膜が形成された基
   板とを支持枠を介して対向配置して外囲器を構成し、該
   外囲器内を排気してなることを特徴とする画像形成装
   置。