JPH08160881A

JPH08160881A - 表面伝導型電子放出素子、電子源基板および画像形成装置ならびにそれらの製造方法

Info

Publication number: JPH08160881A
Application number: JP30582194A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Watanabe; 信男渡邊; Masato Niibe; 正人新部; Masahiko Miyamoto; 雅彦宮本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-12-09
Filing date: 1994-12-09
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【構成】基板上に金属元素を含有する液体を堆積させ
た後、レーザ照射により該金属元素を含有する堆積物を
形状加工し、次に該金属元素以外の成分を除去して金属
膜とすることによって電極対を形成し、その電極間に導
電性薄膜を形成し、その薄膜に電子放出部を形成して表
面伝導型電子放出素子を製造し、その素子を用いて電子
源基板、画像形成装置を製造する。【効果】従来の半導体加工技術を用いることなく電子
放出素子の素子電極を形成することができ、素子電極作
製工程に大型設備を必要とせず、また製造工程を大幅に
簡略化して表面伝導型電子放出素子、電子源基板および
画像形成装置を得ることができ、コスト低減が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面伝導型電子放出素
子、電子源基板および画像形成装置ならびにそれらの製
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型と称する）、金属／絶縁層／
金属型（以下、ＭＩＭ型と称する）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、Dykeらの報告（W.
P. Dyke and W. W. Dolan, "Field emission", Advance
in Electron Physics, 8, 89(1956)）に記載のもの、S
pindtの報告（C. A. Spindt, "Physical Properties of
thin-film field emission cathodes with molybdeniu
m cones", J. Appl. Phys., 47, 5248(1976)）に記載の
もの等が知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Meadの報告（C.
A. Mead, "The tunnel-emission amplifier", J. Appl.
Phys., 32, 646(1961)）に記載のもの等が知られてい
る。

【０００５】表面伝導型電子放出素子の例としては、エ
リンソンの報告（M. I. Elinson, Radio Eng. Electron
Phys., 10(1965)）に記載のもの等がある。

【０００６】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、前記のエリンソン
の報告に記載のＳｎＯ₂薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜に
よるもの（G. Dittmer, Thin Solid Films, 9, 317(197
2)）、Ｉｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂薄膜によるもの（M. Hartwell
and C. G. Fonstad,IEEE Trans. ED Conf., 519(197
5)）、カーボン薄膜によるもの（荒木ら，真空，第２６
巻，第１号，２２頁（１９８３））などが報告されてい
る。

【０００７】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ハートウェル（Hartwell）の素
子の構成を図１４に示す。同図において、１は基板であ
る。４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５が
形成される。なお、図中の素子電極間隔Ｌは０．５〜１
ｍｍ、Ｗ’は０．１ｍｍで設定されている。なお、電子
放出部５の位置および形状については不明であるので、
模式図として表した。

【０００８】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４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
５を形成するのが一般的であった。すなわち、通電フォ
ーミングとは前記の導電性薄膜４の両端に直流電圧ある
いは非常にゆっくりした昇電圧例えば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５を
形成することである。なお、電子放出部５は導電性薄膜
４の一部に亀裂が発生し、その亀裂付近から電子放出が
行なわれる。前記通電フォーミング処理を行なった表面
伝導型電子放出素子は、導電性薄膜４に電圧を印加し、
素子に電流を流すことによって、上述の電子放出部５よ
り電子を放出せしめるものである。

【０００９】上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純で製造も容易であることから、大面積で多数の素子
を配列形成できる利点がある。そこで、その特徴を生か
せるような色々な応用が研究されている。例としては、
荷電ビーム源、画像表示装置等の表示装置が挙げられ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したような表
面伝導型電子放出素子は、構成が簡単であることが特徴
の一つであるが、従来の製造技術のうちの特に素子電極
の形成においては、通常の半導体製造技術の一種である
真空成膜、フォトリソグラフィー、エッチング技術を利
用していた。例えば特開平２−５６８２２号公報に記載
のような従来の製造方法では、特に大型の平面型画像形
成装置を製造する場合には、真空成膜装置やマスクアラ
イナー、エッチング装置等としても大型装置が必要とな
るため、大規模な設備投資も必要となる。従って、安価
な製造装置を用いた簡略な製造方法の開発が望まれてい
た。

【００１１】本発明はこのような課題を解決すべくなさ
れたもので、その目的は、大型の設備を用いることな
く、また非常に簡略化された工程で、表面伝導型電子放
出素子を製造する方法、ならびに特性の優れた素子、そ
のような素子を用いた電子源基板および画像形成装置を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に少な
くとも１対の電極を形成し、該電極間に導電性薄膜を形
成し、該薄膜に電子放出部を形成する工程を有してなる
表面伝導型電子放出素子の製造方法において、電極対の
形成を、基板上に金属元素を含有する液体を堆積させた
後、レーザ照射により該金属元素を含有する堆積物を形
状加工し、次に該金属元素以外の成分を除去して金属膜
とすることによって行うことを特徴とする表面伝導型電
子放出素子の製造方法を提供する。

【００１３】このようにして、金属元素を含有する液体
を基板上に堆積し、その堆積物をレーザ照射によってパ
ターニングした後、金属元素以外の成分を除去すること
によって、所望の形状の金属膜を得ることができ、従来
の表面伝導型電子放出素子の素子電極形成プロセスに比
べて大幅に工程を簡略化することができ、さらに、真空
装置やマスクアライナー等の大型設備を必要としないた
め、コストの大幅な低減が可能となる。

【００１４】

【作用】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。

【００１５】本発明が有効に利用できる表面伝導型電子
放出素子としては、基本的に平面型表面伝導型電子放出
素子が挙げられる。

【００１６】図１および図２は、本発明によって得られ
る表面伝導型電子放出素子の１例の構成を示す図であ
り、図１は平面図、図２は断面図である。

【００１７】図１および２において、１は基板、２およ
び３は素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部であ
る。

【００１８】基板１としては石英ガラス、Ｎａ等の不純
物含有量の少ないガラス、青板ガラス、ＳｉＯ₂を表面
に形成したガラス基板およびアルミナ等のセラミックス
基板が用いられる。

【００１９】素子電極２および３の材料としては、一般
的な導電体が用いられ、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属または
合金、ならびにＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂、Ｐｄ−Ａ
ｇ等の金属また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。

【００２０】素子電極間隔Ｌは、好ましくは数百Å〜数
百μｍ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、再現よく作製することが要求されるた
め、好ましい素子電極間隔は、数μｍ〜数十μｍであ
る。

【００２１】素子電極長さＷは、電極の抵抗値および電
子放出特性の観点から、数μｍ〜〜数百μｍであり、ま
た素子電極２および３の膜厚ｄは、数百Å〜数μｍが好
ましい。

【００２２】なお、本発明の素子は、図１，２のような
構成のものに限らず、基板上に導電性薄膜、素子電極対
を順に積層したものとしてもよい。

【００２３】ここで本発明の特徴である素子電極の作製
工程に関して、順を追って説明する。

【００２４】先ず、金属元素を含有する液体としては、
前述の金属粒子を有機溶媒等の液媒体に分放させた混合
物を用いても良いし、またはこれらの有機金属化合物、
有機金属錯体、有機金属塩のように金属元素を化学結合
によって分子中に有する有機化合物を液媒体に溶解させ
たものを用いても良い。なお、この液体の粘度は塗布法
に応じて適宜選択される。例えば、スクリーン印刷法な
どの場合は、ペースト状とすることが好ましい。

【００２５】これらの金属元素を含有する液体を基板上
に堆積する手段としては、例えば、スプレー塗布法、ス
ピン塗布法、ディップ（浸漬引き上げ）塗布法、ロール
塗布法など、通常の塗布方法が適用可能である。また、
スクリーン印刷に代表される各種印刷法により、基板上
の所望の位置にある程度の形状で堆積することも可能で
ある。ただし、それぞれの塗布法に適した前記金属元素
を含有する液体となるように、粘性率あるいは蒸発速度
（固化速度）などを適性化するために有機溶媒などを適
宜添加すると良い。

【００２６】ここで代表例として、金属元素を含有する
液体として印刷ペ一スト（例えばＭＯＤペーストと呼ば
れる有機金属化合物ペースト）を用い、前記基板ヘの塗
布方法としてスクリーン印刷により行った場合について
更に説明する。

【００２７】ＭＯＤペーストとしては、従来よりスクリ
ーン印刷用に開発されている、Ａｕ−ＭＯＤ、Ｐｔ―Ｍ
ＯＤ、ＡｕＰｄ−ＭＯＤなど、各種金属を分子中に化学
結合によって有する有機金属化合物を、例えばテルピネ
オール等のオイルに溶解し、粘性率として１万ｃｐｓ〜
百万ｃｐｓ程度に調整したものを用いることができる。
このようなＭＯＤペーストを、前記基板に通常のスクリ
ーン印刷により塗布したのち、７０℃で３０分間程度の
乾燥処理を行い有機溶媒を蒸発させると、ペーストの粘
性率などにより、厚さとして３０μｍ以下程度の有機金
属化合物膜が得られる。

【００２８】次に、このようにして基板上に堆積した有
機金属化合物膜に対してレーザを照射する。するとこの
有機金属化合物膜のレーザ照射された部分が選択的に基
板表面より除去される。従って実際の加工では、使用す
るレーザの波長および照射時の試料表面におけるパワー
密度が重要となる。ここで波長および出力はレーザの種
類により選択されるので、どのレーザ発振器を用いるか
により、適切な加工が可能かどうかが決定する。また、
試料にレーザ光を照射する方法としては、例えば、図１
１に示したようにレーザ光をレンズにより細く集束し
て、試料とレーザ光との相対的な位置関係を変えて加工
する方法と、図１３に示したように太いレーザ光をマス
クにより成型し（必要に応じて縮小して）、試料表面で
任意の形状のレーザ光として照射する方法とが適応可能
である。

【００２９】本発明のように有機物を除去するのに必要
な波長およびパワー密度は、その有機材料および基板上
での膜厚などにより決まるが、波長としておおよそ０．
２μｍ〜１０μｍ、パワー密度としては１×１０⁶Ｗ／
ｃｍ²以上が有効である。従って、有効なレーザ発振器
としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（基本波、第２高調波、
第３高調波など）およびＫｒＦなどのエキシマレーザな
どがこれらに適したレーザとなる。ここで有機物のレー
ザ加工（除去）の原理としては一般的に、赤外線などの
長波長レーザの照射では加熱による蒸発除去が起こり、
また紫外線よりも短波長レーザの照射では化学結合部の
切断による有機物のガス化除去が、それぞれ起こるため
に加工できるものと考えられている。

【００３０】具体的には例えば、通常のＱスイッチ付き
Ｎｄ：ＹＡＧ第２高調波（波長０．５３２μｍ）レーザ
を用いて加工した。Ｑスイッチ周波数１ｋＨｚで平均出
力約５Ｗのレーザビームを、アパーチャおよび集光レン
ズを用いて、試料表面で約１０μｍ角に集束し、試料を
１０ｍｍ／秒で線走査すると、この有機金属化合物膜の
レーザ照射した部分のみ選択的に除去され、幅約１０μ
ｍの溝が形成された。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザとして
は、第２高調波以外に基本波（波長１．０６μｍ）、第
３高調波（波長０．３５３μｍ）、第４高調波（波長
０．２６５μｍ）などが適応可能である。

【００３１】またＮｄ：ＹＡＧレーザ以外のレーザを用
いた例として、ＫｒＦエキシマレーザ（波長０．２４８
μｍ）を用いた例を示す。

【００３２】発振周波数２００Ｈｚで平均出力約１０Ｗ
のレーザビームを、スリットおよびレンズを用いて、試
料表面で幅約１０μｍ、長さ約３００μｍに成型し、固
定した試料表面に５０パルス照射すると、この有機金属
化合物膜のレーザ照射した部分のみ選択的に除去され、
幅約１０μｍ、長さ約３００μｍの溝が形成された。

【００３３】このようにしてレーザ照射により所望の形
状に加工した金属を含有する有機物膜から、有機物を除
去して所望の素子電極となる金属膜を基板上に得る。こ
の有機物の除去方法としては、例えば、大気中あるいは
酸素雰囲気での熱処理が適応できる。有機物は、材料に
もよるが、通常６００℃前後以下の温度で分解反応（熱
分解）が起こり、二酸化炭素や水などに化学変化するの
で、この金属元素を含有する液体も金属のみを基板上に
残して有機物が除去されるので、結果としてレーザ加工
により得られた形状と同様の金属膜が基板上に得られ
る。この熱分解反応は、スクリーン印刷等の印刷ペース
ト（例えばＭＯＤペーストと呼ばれる有機金属化合物ペ
ースト）から金属膜を得る場合に一般的に用いられる方
法である。有機物のみを除去する方法としては、前記熱
分解反応以外の例えば、オゾン雰囲気中で紫外線を照射
（更に必要に応じて基板を加熱）することによる分解反
応などの通常の方法が適応可能である。

【００３４】導電性薄膜４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２および３へのステップカバレー
ジ、素子電極２・３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るが、好ましくは
数Å〜数千Åで、特に好ましくは１０Å〜５００Åであ
る。そのシート抵抗値は、１０³〜１０⁷Ω／□である。

【００３５】また、導電性薄膜４を構成する材料は、Ｐ
ｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、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、カーボン等が挙げられ
る。

【００３６】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
指しており、微粒子の粒径は、数Å〜数千Å、好ましく
は１０Å〜２００Åである。

【００３７】電子放出部５は導電性薄膜４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、亀裂内には数Å〜数百Å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４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５およびその近傍の導電性
薄膜４は、炭素あるいは炭素化合物を有することもあ
る。

【００３８】また、電子放出部５は、導電性薄膜４なら
びに素子電極２および３が形成されてなる素子の通電フ
ォーミングと呼ばれる通電処理を行うことによって形成
される。通電フォーミングは、素子電極２・３間に不図
示の電源より通電を行い、導電性薄膜４を局所的に破
壊、変形もしくは変質せしめ、構造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５と呼ぶ（図３（ｃ））。通電フォーミ
ングの電圧波形の例を図４に示す。

【００３９】電圧波形は特にパルス形状が好ましく、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４（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４（ｂ））とがある。まず、
パルス波高値が一定電圧とした場合（図４（ａ））につ
いて説明する。

【００４０】図４におけるＴ1およびＴ2は電圧波形のパ
ルス幅とパルス間隔であり、Ｔ1を１μ秒〜１０ミリ
秒、Ｔ2を１０μ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１×１０^-5Ｔｏｒｒ程度の真空雰囲気下で、数秒
から数十分印加する。なお、素子の電極間に印加する波
形は三角波に限定する必要はなく、矩形波など所望の波
形を用いてもよい。

【００４１】図４（ｂ）におけるＴ1およびＴ2は、図４
（ａ）の場合と同様であり、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。

【００４２】なお、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４を局所的に破壊
・変形しない程度の電圧、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１ＭΩ以
上の抵抗を示した時に通電フォーミング終了とする。

【００４３】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。

【００４４】活性化工程とは、例えば、１０^-4〜１０^-5
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および炭
素化合物を導電薄膜上に堆積させ素子電流Ｉf、放出電
流Ｉeを著しく変化させる処理である。活性化工程は素
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。

【００４５】なお、ここで炭素あるいは炭素化合物と
は、グラファイト（単結晶および多結晶の両方を指
す。）、非晶質カーボン（非晶質カーボンおよび多結晶
グラファイトの混合物を指す）であり、その膜厚は５０
０Å以下が好ましく、より好ましくは３００Å以下であ
る。

【００４６】こうして作製した電子放出素子は、通電フ
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よい。ま
た、さらに高い真空度の雰囲気下で、８０℃〜１５０℃
の加熱後に動作駆動させることが望ましい。

【００４７】なお、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とは、例えば約１０^-6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
に炭素および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Ｉeを安定化させることが可能となる。

【００４８】次に、本発明の画像形成装置について説明
する。

【００４９】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。

【００５０】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するはしご型配置（以下、はしご
型配置電子源基板と称する）や、表面伝導型電子放出素
子の一対の素子電極のそれぞれ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
置電子源基板と称する）が挙げられる。なお、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。

【００５１】以下、この原理に基づいて作製した電子源
の構成について、図５を用いて説明する。図中、７１は
電子源基板、７２はＸ方向配線、７３はＹ方向配線、７
４は表面伝導型電子放出素子、７５は結線である。な
お、表面伝導型電子放出素子７４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。

【００５２】同図において、電子源基板７１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。

【００５３】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄx１、Ｄx２、
・・・Ｄxｍからなり、Ｙ方向配線７３はＤy１、Ｄy
２、・・・Ｄyｎのｎ本の配線よりなる。

【００５４】また多数の表面伝導型電子放出素子にほぼ
均等な電圧が供給されるように、材料、膜厚、配線幅は
適宜設定される。これらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本の
Ｙ方向配線７３間は不図示の層間絶縁層により電気的に
分離されてマトリクス配線を形成する（ｍ、ｎはともに
正の整数）。

【００５５】不図示の層間絶縁層は、Ｘ方向配線７２を
形成した電子源基板７１の全面あるいは一部の所望の領
域に形成される。Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３はそ
れぞれ外部端子として引き出される。

【００５６】さらに表面伝導型電子放出素子７４の素子
電極（不図示）がｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向
配線７３と結線７５によって電気的に接続されている。

【００５７】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。

【００５８】また詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配線
７２にはＸ方向に配列する表面伝導型電子放出素子７４
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。

【００５９】一方、Ｙ方向配線７３には、Ｙ方向に配列
する表面伝導型電子放出素子７４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。

【００６０】さらに、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その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。

【００６１】上記構成において、単純なマトリクス配線
だけで個別の素子を選択して独立に駆動可能になる。

【００６２】次に、以上のようにして作製した単純マト
リクス配線の電子源を用いた画像形成装置について、図
６、図７および図８を用いて説明する。図６は画像形成
装置の基本構成を示す図であり、図７は蛍光膜、図８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であり、その駆動回路を含む画像形
成装置を表す。

【００６３】図６において、７１は電子放出素子を基板
上に作製した電子源基板、８１は電子源基板７１を固定
したリアプレート、８６はガラス基板８３の内面に蛍光
膜８４とメタルバック８５等が形成されたフェースプレ
ート、８２は支持枠であり、リアプレート８１、支持枠
８２およびフェースプレート８６を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℃の温
度で１０分以上焼成することで封着し、外囲器８８を構
成する。

【００６４】図６において７４は図１における電子放出
部に相当する。７２および７３は表面伝導型電子放出素
子の１対の素子電極と接続されたＸ方向配線およびＹ方
向配線である。

【００６５】外囲器８８は、上述のごとくフェースプレ
ート８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成されて
いるが、リアプレート８１は主に電子源基板７１の強度
を補強する目的で設けられるため、電子源基板７１自体
で十分な強度を持つ場合は、別体のリアプレート８１は
不要であり、電子源基板７１に直接支持枠８２を封着
し、フェースプレート８６、支持枠８２および電子源基
板７１にて外囲器８８を構成してもよい。またさらに
は、フェースプレート８６とリアプレート８１の間にス
ペーサーと呼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持つ外囲器８８とすること
もできる。

【００６６】図７中、９２は蛍光体である。蛍光体９２
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クスなどと呼ばれる黒色部材
９１と蛍光体９２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９２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８４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、通常良く使用される黒鉛を主成分とする材
料だけでなく、光の透過および反射が少ない材料であれ
ば使用可能である。

【００６７】ガラス基板９３に蛍光体を塗布する方法と
しては、モノクロームであるかカラーであるかによら
ず、沈殿法や印刷法が用いられる。

【００６８】また、蛍光膜８４（図６）の内面側には通
常メタルバック８５（図６）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８６側へ鏡面反射す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。

【００６９】フェースプレート８６にはさらに、蛍光膜
８４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明
電極（不図示）を設けてもよい。

【００７０】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向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。

【００７１】外囲器８８は不図示の排気管を通じ１０^-7
Ｔｏｒｒ程度の真空度にされ、封止が行われる。また、
外囲器８８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８８の封止を行
う直前あるいは封止後の所定の位置（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、その蒸着膜の吸
着作用により、例えば１×１０^-5Ｔｏｒｒ〜１×１０^-7
Ｔｏｒｒの真空度を維持するものである。なお、表面伝
導型電子放出素子の通電フォーミング以降の工程は適宜
設定される。

【００７２】次に、単純マトリ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について、ＮＴＳ
Ｃ方式のテレビ信号に基づきテレビジョン表示を行うた
めの駆動回路概略構成を図８のブロック図を用いて説明
する。１０１は前記表示パネルであり、また１０２は走
査回路、１０３は制御回路、１０４はシフトレジスタ、
１０５はラインメモリ、１０６は同期信号分離回路、１
０７は変調信号発生器、ＶxおよびＶaは直流電圧源であ
る。

【００７３】以下、各部の機能を説明する。

【００７４】まず表示パネル１０１は端子Ｄox１〜Ｄox
ｍ、端子Ｄoy１〜Ｄoyｎおよび高圧端子Ｈv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〜
Ｄoxｍ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クス配線された
表面伝導型電子放出素子群を一行（ｎ個の素子）ずつ順
次駆動していくための走査信号が印加される。

【００７５】一方、端子Ｄy１〜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Ｈvには直流電圧源Ｖa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圧
である。

【００７６】次に、走査回路１０２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〜Ｓmで示されている）、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１０
１の端子Ｄx１ないしＤxｍと電気的に接続するものであ
る。Ｓ1〜Ｓmの各スイッチング素子は制御回路１０３が
出力する制御信号Ｔscan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構成することが可能である。

【００７７】なお、前記直流電圧源Ｖxは前記表面伝導
型電子放出素子の特性（電子放出閾値電圧）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閾
値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。

【００７８】また、制御回路１０３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持つものである。次に説明する
同期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔsyncに
基づいて各部に対してＴscan、ＴsftおよびＴmryの各制
御信号を発生する。

【００７９】同期信号分離回路１０６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１０６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、Ｔsync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１０４に入力される。

【００８０】シフトレジスタ１０４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ラインごと
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１０３より送られる制御信号Ｔsftに基づいて動作
する（すなわち、制御信号Ｔsftは、シフトレジスタ１
０４のシフトクロックであると言い換えてもよい）。

【００８１】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も
の）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１０４より出力される。

【００８２】ラインメモリ１０５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１０３より送られる制御信号Ｔmryに従っ
て適宜Ｉd１〜Ｉdｎの内容を記憶する。記憶された内容
はＩd１〜Ｉdｎとして出力され、変調信号発生器１０７
に入力される。

【００８３】変調信号発生器１０７は、前記画像データ
Ｉd１〜Ｉdｎ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Ｄoy１〜Ｄoyｎを通じて表示パネル１０１内の
表面伝導型電子放出素子に印加される。

【００８４】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閾
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。

【００８５】また、電子放出閾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い
く。なお、電子放出素子の材料や構成、製造方法を変え
ることによって、電子放出閾値電圧Ｖthの値や印加電圧
に対する放出電流の変化の度合が変わる場合もあるが、
いずれにしても以下のようなことが言える。

【００８６】すなわち、本素子パルス状電圧を印加する
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。

【００８７】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
式等が挙げられ、電圧変調方式を実施するには変調信号
発生器１０７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。

【００８８】またパルス幅変調方式を実施するには、変
調信号発生器１０７としては、一定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。

【００８９】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１０１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てなか
ったが、シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０５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い
ずれでも差し支えなく、要は画像信号のシリアル／パラ
レル変換や記録が所定の速度で行われればよい。

【００９０】デジタル信号式を用いる場合には、周期信
号分離回路１０６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１０６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１０５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１０７に用いられる回路が若
干異なったものとなる。

【００９１】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１０７に
は、例えば良く知られる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。

【００９２】また、パルス幅変調方式の場合、変調信号
発生器１０７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。

【００９３】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１０７に
は、例えば良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、例えば良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、こうして各電子放出素子には、容器外端子Ｄox１〜
ＤoxｍおよびＤoy１〜Ｄoyｎ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Ｈvを通じ、メタル
バック８５、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、詳細な部分は上述の内容に
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
式を挙げたが、これに限定するものではなく、ＰＡＬ、
ＳＥＣＡＭ方式などの諸方式でもよく、また、これより
も多数の走査線から成る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電子源基板およ
びそれを用いた画像表示装置について図９および図１０
を用いて説明する。

【００９７】図９において、１１０は電子源基板、１１
１は電子放出素子、１１２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１１
１は、基板１１０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、電子放出閾値以上の電圧の電
子ビームを、放出させない素子行には電子放出閾値以下
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Ｄx２、Ｄx３を同一配線とする
ようにしてもよい。

【００９８】図１０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図である。１２０はグリッド
電極、１２１は電子が通過するための空孔、１２２はＤ
ox１、Ｄox２・・・Ｄoxよりなる容器外端子、１２３は
グリッド電極１２０と接続されたＧ１、Ｇ２・・・Ｇｎ
からなる容器外端子、１２４は前述のように各素子行間
の共通配線を同一配線とした電子源基板である。なお、
図６、図９と同一の符号は同一の部材を示す。前述の単
純マトリクス配置の画像形成装置（図６）との違いは、
電子源基板１１０とフェースプレート８６の間にグリッ
ド電極１２０を備えていることである。

【００９９】基板１１０とフェースプレート８６の中間
には、グリッド電極１２０が設けられている。グリッド
電極１２０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１２１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１０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電子放出素子の周囲や近
傍に設けてもよい。

【０１００】容器外端子１２２およびグリッド容器外端
子１２３は、不図示の制御回路と電気的に接続されてい
る。

【０１０１】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。

【０１０２】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
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用いることもできる。

【０１０３】

【実施例】本発明の表面伝導型電子放出素子の素子電極
の製造方法について、表面伝導型電子放出素子を用いた
マトリクス配線型の画像形成装置を作製した例をもと
に、図１、図５、図６、図１１および図１３を用いて説
明する。

【０１０４】図１は、表面伝導型電子放出素子の一素子
を示した概略図であり、図５は単純マトリクス配線型電
子放出素子の配置図、図６は図５の基板を用いた画像形
成装置の概略構成図、図１１はレーザ加工装置Ａ、図１
３は本発明の表面伝導型電子放出素子の素子電極の製造
プロセスの概略図である。

【０１０５】まず図１１および図１３を用いて、本発明
の製造方法について具体的に説明する。

【０１０６】工程１基板１に、通常のスクリーン印刷法により粘性率約１０
万ｃｐｓのＡｕ−Ｍ○Ｄ（有機Ａｕ化合物ベースト）を
印刷した。この時用いたスクリーン版には、後に素子電
極となる１００μｍ角のぬけパターンが行列状に配置し
ており、これに対応して基板上には約ｌ００μｍ角のＡ
ｕ−ＭＯＤパターンを行列状に堆積した。その後、７０
℃で３０分間の乾燥を行ったところ、Ａｕ−ＭＯＤの厚
さは約１５ミクロンとなった。（図１３（ａ））工程２図１１に示した構成と同様のＱスイッチ付きＮｄ：ＹＡ
Ｇ第２高調波レーザ装置を用い、スクリーン印刷により
印刷したＡｕ−ＭＯＤパターンのほぼ中央に、レーザ照
射しながら、試料ステージを移動して加工した。この時
のレーザのＱスイッチ周波数は１０ｋＨｚ、平均出力は
１．５Ｗ、アパーチャおよび集光レンズにより、試料表
面でのレーザビームを約１０μｍ角とし、試料の送り速
度を１０ｍｍ／秒とした。すると、レーザの照射した部
分のみＡｕ−ＭＯＤが選択的に除去された（図１３
（ｂ））。

【０１０７】工程３次に通常の熱処理炉で、室温の基板を５８０℃まで昇温
速度１０℃／分で加熱し、５８０℃で１０分間保持した
後、降温速度１０℃／分で室温まで冷却した。すると、
Ａｕ−ＭＯＤは有機成分が熱分解除去され、熱処理前の
Ａｕ−ＭＯＤの形状とほぼ同形状のＡｕ膜が得られた。
ただし、得られたＡｕ膜厚は約０．５μｍであった。即
ち、素子電極間隔Ｌ＝約１０μｍ、素子電極長さＷ＝約
１００μｍのＡｕ素子電極が形成された（図１３
（ｃ））。

【０１０８】工程４図５に示したＸ方向配線７２、絶縁膜（不図示）、およ
びＹ方向配線７３を通常の印刷法により作製した。

【０１０９】工程５次に、従来の表面伝導型電子放出素子と同様にパラジウ
ム換算で約１重量％濃度とした酢酸パラジウム・ビス・
ジ・プロピルアミン錯体の酢酸ブチル溶液を、基板１に
適量滴下した後速やかに１０００ｒｐｍで３０秒間回転
塗布し、大気中３００℃で１０分間の熱処理を行った。
この塗布・熱処理を３回繰り返した後、パターニングし
て、ＰｄＯよりなる電子放出部を含む薄膜４を形成し
た。

【０１１０】工程６続いて、フォーミング処理と呼ばれる通電処理を、素子
電極間に図４に示したような電圧を印加することにより
行った。この時、フォーミング電圧波形としては、パル
ス幅Ｔ1を１ミリ秒、パルス間隔Ｔ2を１０ミリ秒の矩形
波で波高値１５Ｖとし、真空雰囲気下で行った。この通
電処理により導電性薄膜２を局所的に破壊、変形もしく
は変質せしめ、構造の変化した電子放出部３が得られ
た。

【０１１１】このようにして表面伝導型電子放出素子が
単一基板上にマトリクス状に形成された電子源基板（図
５）を作製した。またこの基板にフェースプレート８６
等を封着して画像形成装置（図６）を作製した。これら
の電子源基板および画像形成装置は、素子電極の従来の
製造方法である真空成膜、フォトリソグラフィー、エッ
チングの各製造技術を用いて作製したものと同様の電子
放出特性および画像表示特性を示した。

【０１１２】本発明のレーザ加工法で素子電極を作製し
たことにより、真空成膜装置、マスクアライナー、エッ
チング装置などの、大型かつ高価な装置を減らし、製造
工程も大幅に簡略化したことから、コスト低減の効果が
認められた。

【０１１３】（実施例２）本発明の表面伝導型電子放出
素子の素子電極の製造方法について、表面伝導型電子放
出素子を用いたはしご配線型の画像形成装置を作製した
例をもとに、図１、図９、図１０、図１１および図１３
を用いて説明する。図１は、表面伝導型電子放出素子の
一素子を示した概略図であり、図９ははしご配線型電子
放出素子の配置図、図１０は図９の基板を用いた画像形
成装置の概略構成図、図１１はレーザ加工装置Ａ、図１
３は本発明の表面伝導型電子放出素子の素子電極の製造
プロセスの概略図である。

【０１１４】まず、図１１および図１３を用いて、本発
明の製造方法について具体的に説明する。

【０１１５】工程１基板１に、通常のスクリーン印刷法により粘性率約５万
ｃｐｓのＰｔ−ＭＯＤ（有機Ｐｔ化合物ペースト）を印
刷した。この時用いたスクリーン版には、後に素子電極
となる１００μｍ角のぬけパターンを行列状に配置して
おり、これに対応して基板上には約１００μｍ角のＰｔ
−ＭＯＤパターンが行列状に堆積した。その後、９０℃
で１時間の乾燥を行ったところ、Ｐｔ―ＭＯＤの厚さは
約１２μｍとなった（図１３（ａ））。

【０１１６】工程２図１１に示した構成と同様のＱスイッチ付きＮｄ：ＹＡ
Ｇ第２高調波レーザ装置を用い、スクリーン印刷により
印刷したＰｔ−ＭＯＤパターンのほぼ中央に、レーザ照
射しながら、試料ステージを移動し加工した。この時の
レーザのＱスイッチ周波数は１０ｋＨｚ、平均出力は３
Ｗ、アパーチャおよび集光レンズにより、試料表面での
レーザビームを約８μｍ角とし、試料の送り速度を２０
ｍｍ／秒とした。すると、レーザの照射した部分のみＰ
ｔ−ＭＯＤが選択的に除去された（図１３（ｂ））。

【０１１７】工程３次に通常の熱処理炉で、室温の基板を６５０℃まで昇温
速度１０℃／分で加熱し、６５０℃で１０分間保持した
後、降温速度１０℃／分で室温まで冷却した。すると、
Ｐｔ−ＭＯＤは有機成分が熱分解除去され、熱処理前の
Ｐｔ−ＭＯＤの形状とほぼ同形状のＰｔ膜が得られた。
ただし、得られたＰｔ膜厚は約０．４μｍであった。即
ち、素子電極間隔Ｌ＝約８μｍ、素子電極長さＷ＝約１
００μｍのＰｔ素子電極が形成された（図１３
（ｃ））。

【０１１８】工程４図９に示した共通配線ｌｌ２を通常の印刷法により作製
した。

【０１１９】工程５次に、従来の表面伝導型電子放出素子と同様にパラジウ
ム換算で約１重量％濃度とした酢酸パラジウム・ビス・
ジ・プロピルアミン錯体の酢酸ブチル溶液を、基板１に
適量滴下した後速やかに１０００ｒｐｍで３０秒間回転
塗布し、大気中で３００℃で１０分間の熱処理を行っ
た。この塗布・熱処理を３回繰り返した後、パターニン
グして、ＰｄＯよりなる導電性薄膜４を形成した。

【０１２０】工程６続いて、フォーミング処理と呼ばれる通電処理を、素子
電極間に図４（ａ）に示したような電圧を印加すること
により行った。この時、フォーミング電圧波形として
は、パルス幅Ｔ1を１ミリ秒、パルス間隔Ｔ2を１０ミリ
秒の矩形波で波高値１５Ｖとし、真空雰囲気下で行っ
た。この通電処理により導電性薄膜４を局所的に破壊、
変形もしくは変質せしめ、構造の変化した電子放出部３
が得られた。

【０１２１】このようにして表面伝導型電子放出素子が
単一基板上にはしご状に配置された電子源基板（図９）
を作製した。またこの基板に、グリッド電極１２０、フ
ェースプレート８６等を封着して、図８に示したような
駆動機構を有する画像形成装置を作製した。これらの電
子源基板および画像形成装置は、素子電極の従来の製造
方法である真空成膜、フォトリソグラフィー、エッチン
グの各製造技術を用いて作製したものと同様の電子放出
特性および画像表示特性を示した。

【０１２２】本発明のレーザ加工法で素子電極を作製し
たことにより、真空成膜装置、マスクアライナー、エッ
チング装置などの、大型かつ高価な装置を減らし、製造
工程も大幅に簡素化したことから、コスト低減の効果が
認められた。

【０１２３】（実施例３）本発明の表面伝導型電子放出
素子の素子電極の製造方法としてエキシマレーザ装置を
用いた例について、表面伝導型電子放出素子を用いたは
しご配線型の画像形成装置を作製した例をもとに、図
１、図５、図６、図１２および図１３を用いて説明す
る。図１は、表面伝導型電子放出素子の１素子を示した
概略図であり、図５はマトリクス配線型電子放出素子の
配置図、図６は図５の基板を用いた画像形成装置の概略
構成図、図１２はレーザ加工装置Ｂ、図ｌ３は本発明の
表面伝導型電子放出素子の素子電極の製造プロセスの概
略図である。

【０１２４】先ず図１２および図１３を用いて、本発明
の製造方法について具体的に説明する。ただし、金属を
含有する有機物の塗布方法（工程１）およびレーザ加工
後の有機物の除去方法以降（工程４〜６）は実施例１と
同様なのでここでは省略し、工程２についてのみ記述す
る。

【０１２５】工程２図１２に示した構成と同様のＫｒＦエキシマレーザ装置
を用いた。この時のレーザの発振周波数は２００Ｈｚ、
平均出力は１０Ｗであり、図示したように、所望のレー
ザ光形状が得られるようなマスクを用い、かつ対物レン
ズにより１／６に縮小し、試料表面でのレーザビームを
約１０μｍ×１５０μｍ角とした。スクリーン印刷によ
り印刷したＡｕ−ＭＯＤパターンのほぼ中央に、レーザ
ビームを２０パルス照射した後試料ステージを移動し
て、別のＡｕ−ＭＯＤパターンを加工する、所謂ステッ
プ＆リピート法で加工した。すると、レーザの照射した
部分のみＡｕ−ＭＯＤが選択的に除去された（図１２
（ｂ））。

【０１２６】このようにして表面伝導型電子放出素子が
単一基板上にマトリクス状に形成された電子源基板（図
５）を作製した。またこの基板にフェースプレート８６
等を封着して画像形成装置（図６）を作製した。これら
の電子源基板および画像形成装置は、素子電極の従来の
製造方法である真空成膜、フォトリソグラフィー、エツ
チングの各製造技術を用いて作製したものと同様の電子
放出特性および画像表示特性を示した。

【０１２７】ただし、本発明のレーザ加工法で作製した
ことにより、真空成膜装置、マスクアライナー、エッチ
ング装置などの、大型かつ高価な装置を減らし、製造工
程も大幅に簡略化したことから、コスト低減の効果が認
められた。

【０１２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、従
来の真空成膜、フォトリソグラフィー、エッチング等の
半導体加工技術を用いることなく素子電極を形成するこ
とができる。それによって、素子電極作製工程に関し
て、真空装置やマスクアライナー等の大型設備を必要と
せず、また製造工程を大幅に簡略化して表面伝導型電子
放出素子、電子源基板および画像形成装置を得ることが
でき、コスト低減が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面伝導型電子放出素子の１例を示す
平面図である。

【図２】図１の素子の側断面図である。

【図３】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法の
１例の手順を示す工程図である。

【図４】通電フォーミングの電圧波形の１例を示すグラ
フであり、（ａ）はパルス波高値一定の場合、（ｂ）は
パルス波高値を増加させる場合のものである。

【図５】本発明の電子源基板で単純マトリクス配置のも
のの１例を示す模式図である。

【図６】本発明の画像形成装置の１例の概略構成を示す
模式的斜視図である。

【図７】蛍光膜の構成を示す模式的部分図であり、
（ａ）はブラックストライプの設けられたもの、（ｂ）
はブラックマトリクスの設けられたものの図である。

【図８】本発明の画像形成装置の１例における駆動回路
であって、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行
うための駆動回路のブロック図である。

【図９】はしご配置の電子源の模式的部分平面図であ
る。

【図１０】本発明の画像形成装置の別の１例の概略構成
を示す模式的斜視図である。

【図１１】本発明の素子製造方法に用いるレーザ加工装
置（装置Ａ）の１例を示す模式図である。

【図１２】本発明の素子製造方法に用いるレーザ加工装
置（装置Ｂ）の１例を示す模式図である。

【図１３】本発明の素子製造方法における素子電極の製
造手順を示す工程図である。

【図１４】従来の表面伝導型電子放出素子の１例の概略
構成を示す平面図である。

【符号の説明】

１基板２、３素子電極４導電性薄膜５電子放出部２１段差形成部５０電流計５１電源５３高圧電源５４アノード電極５５電流計５６真空装置５７排気ポンプ７１電子源基板７２Ｘ方向配線７３Ｙ方向配線７４表面伝導型電子放出素子７５結線８１リアプレート８２支持枠８３ガラス基板８４蛍光膜８５メタルノバック８６フェースプレート８７高圧端子８８外囲器９１黒色部材９２蛍光体９３ガラス基板１０ｌ表示パネル１０２走査回路１０３制御回路１０４シフトレジスタ１０５ラインメモリ１０６同期信号分離回路１０７変調信号発生器１１０電子源基板１１１電子放出素子１１２共通配線１２０グリッド電極１２１電子が通過するため空孔１２２容器外端子１２３容器外端子１２４電子源基板１２５レーザ発振器１２６レーザビーム１２７ミラー１２８アパーチャ１２９レンズ１３０基板１３１ＸＹステージ１３２マスク１３３レンズ１３４ＸＹステージ１３５金属元素を含有する液の膜１３６レーザビーム１３７レーザ加工により形成した素子電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に少なくとも１対の電極を形成
し、該電極間に導電性薄膜を形成し、該薄膜に電子放出
部を形成する工程を有してなる表面伝導型電子放出素子
の製造方法において、電極対の形成を、基板上に金属元
素を含有する液体を堆積させた後、レーザ照射により該
金属元素を含有する堆積物を形状加工し、次に該金属元
素以外の成分を除去して金属膜とすることによって行う
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】金属元素を含有する液体の堆積を印刷法
によって行う請求項１記載の製造方法。
【請求項３】金属元素を含有する液体を、該金属の粒
子が液媒体に分散した混合材料とする請求項１または２
記載の製造方法。
【請求項４】金属元素を含有する液体を、該金属元素
を化学結合によって分子中に有する有機化合物が液媒体
に溶解したものとする請求項１または２記載の製造方
法。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれか１項に記載
の製造方法によって複数個の表面伝導型電子放出素子を
形成する工程と、複数個の電極対を行方向配線と絶縁層
を介して積層された列方向配線によって接続する工程と
を有する電子源基板の製造方法。
【請求項６】請求項５記載の電子源基板を有してなる
リアプレートと蛍光膜を有するフェースプレートとを両
プレートが対向するように支持枠を介して接合させ、少
なくとも駆動回路を接続する工程を有してなる画像形成
装置の製造方法。
【請求項７】請求項１ないし４のいずれか１項に記載
の方法によって製造される表面伝導型電子放出素子。
【請求項８】請求項５記載の方法によって製造される
電子源基板。
【請求項９】請求項６記載の方法によって製造される
画像形成装置。