JPH08250019A

JPH08250019A - 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: JPH08250019A
Application number: JP4804495A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Shigeoka; 和也重岡; Masahiko Miyamoto; 雅彦宮本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-03-08
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】素子電極間隔および膜厚が正確かつ均一な素
子電極を形成して、素子特性のばらつきを低減させるこ
とができ、コスト低減および製造歩留りの向上した、表
面伝導型電子放出素子の製造方法、その電子放出素子を
用いた電子源基板および画像形成装置の製造方法を提供
する。【構成】絶縁性基板上に、少なくとも１対の素子電極
を対向させて形成する工程および該素子電極間に電子放
出部を含む薄膜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、素子電極対の形成
を、印刷法によって電極対を形成してから、該電極対に
挟まれた間隔部に対してレーザ照射による成形を施すこ
とによって行う。

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、それを用いた電子源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】近年、ディスプレイの大面積化、高精細
化にともない、ＣＲＴディスプレイに代わるものとし
て、フラットパネルディスプレイの研究開発が様々なメ
ーカーで行われている。フラットパネルディスプレイに
は、プラズマディスプレイや液晶パネルディスプレイ、
表面伝導型電子放出素子ディスプレイ等がある。

【０００３】その中で、視野角、輝度等の良好な表面伝
導型電子放出素子ディスプレイは、基板上に形成された
小面積の薄膜に、膜面に平衡に電流を流すことにより、
電子放出が生じる現象を利用したものである。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。

【０００４】このような電子放出素子と蛍光体とを組み
合わせ、描画することにより、画像表示装置を作製する
ことができる。

【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、ハートウェル（Hartwell）の素子構
成を図２に示す。同図において、１は基板であり、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
れた金属酸化物等からなり、後述のフォーミングと呼ば
れる処理により電子放出部５が形成される。ここで、電
子放出素子に均一に電圧をかける必要があるため、素子
電極は素子電極間隔と膜厚が正確かつ均一であることが
望ましい。

【０００６】これらの表面伝導型電子放出素子は、構造
が簡単であるため、多数個配置することが可能である、
対向する素子電極をそれぞれ結線することにより、画像
形成装置を構成する。

【０００７】電子放出は真空中で行う必要があるため、
配線、電子放出部の形成された前記電子源基板と、蛍光
対を備えたフェイスプレートを対向させ、支持枠を介し
てフリットガラスで、４００℃程度以上の温度で封着す
ることによって真空容器部を形成する。

【０００８】前記の封着工程の後、実装と呼ばれる、真
空容器外部にある配線端部と電気駆動装置を電気的に接
続し、その後フォーミングと呼ばれる、薄膜に電界を印
加して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する工程を通して電子放出部を
形成する。この電子放出部の膜面に平行に電流を流すこ
とにより、電子放出が生じ、その電子がフェイスプレー
トの蛍光体に衝突して、画像表示が行われる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
表面伝導型電子放出素子ディスプレイの電子源基板は、
薄膜プロセスを用いて作製されていたが（特開昭３−２
０９４１）、薄膜プロセスでは大面積化にあたり、工程
数が多く、コストが非常に高いものとなっていた。

【００１０】一方、スクリーン印刷等の印刷プロセス
を、電子源基板の作製に用いることが試みられている
が、素子電極は、電子放出素子に均一に電圧をかけるた
め、素子電極は電子放出素子に均一に電圧をかけるた
め、素子電極間隔が正確で、膜厚が均一でなければなら
ない。しかし、スクリーン印刷ではペーストがにじん
で、素子特性のばらつきが大きくなる場合があり、その
製造方法を用いた表面伝導型電子放出素子ディスプレイ
では、製造歩留りが低かった。

【００１１】従って、本発明の目的は、素子電極間隔お
よび膜厚が正確かつ均一な素子電極を形成して、素子特
性のばらつきを低減させることができ、コスト低減およ
び製造歩留りの向上した、表面伝導型電子放出素子の製
造方法、その電子放出素子を用いた電子源基板および画
像形成装置の製造方法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、絶縁性基板上
に、少なくとも１対の素子電極を対向させて形成する工
程および該素子電極間に電子放出部を含む薄膜を形成す
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、素子電極対の形成を、印刷法によって電極対
を形成してから、該電極対に挟まれた間隔部に対してレ
ーザ照射による成形を施す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】

【作用】図３（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本発明に
係わる表面伝導型電子放出素子の基本構成を示す模式的
平面図および断面図である。図３において３１は基板、
３２および３３は素子電極、３４は導電性薄膜、３５は
電子放出部である。

【００１４】基板３１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
表面に積層したガラス基板、ならびにアルミナ等のセラ
ミックス基板などが用いられる。

【００１５】素子電極３２および３３の材料としては一
般的導電体が用いられ、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属あるい
はそれらの合金、あるいはこれらの金属の合金、もしく
はＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ ₂、Ｐｄ−Ａｇ等の金属あ
るいは酸化物とガラス等から構成される印刷導体、Ｉｎ
₂０₃−ＳｎＯ₂等の透明導電体等、ならびにポリシリコ
ンなどの半導体等から適宜選択される。

【００１６】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、再現性よく作製することが要求されるた
め、さらに好ましい素子電極間隔は数μｍ〜数十μｍで
ある。

【００１７】素子電極長さＷは電極の抵抗値、電子放出
特性から数μｍ〜数百μｍであり、また素子電極３２お
よび３３の膜厚ｄは、数百Å〜数μｍが好ましい。

【００１８】なお、図３に示した構成に限らず、本発明
においては、基板上に導電性薄膜、素子電極をその順に
形成した構成としてもよい。

【００１９】ここで、本発明の特徴である素子電極の形
成工程に関して、代表例として、有機金属ペースト（以
下、ＭＯＤペーストと称する）を用い、スクリーン印刷
法により行った場合について説明する。

【００２０】ＭＯＤペーストは、Ａｕ−ＭＯＤ、Ｐｔ−
ＭＯＤ、ＡｕＰｄ−ＭＯＤなど、各種金属を置換基とし
て含有する有機金属化合物をテルピネオール等のオイル
に溶解し、粘性率を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。

【００２１】このようなＭＯＤペーストを素子電極パタ
ーンの版を用いて、前記基板上にスクリーン印刷によっ
て塗布し、その後ペーストから有機物を除去するため
に、大気中あるいは酸素雰囲気中で６００℃の熱処理を
行う。

【００２２】以上のようにして作製された素子電極の中
には、印圧、ペーストの粘度等によりペーストが滲んだ
り、薄く繋がったりしているものがある。

【００２３】そこで、素子の素子電極間隔部３６にレー
ザを照射し、ペーストを選択的に除去する。

【００２４】加工に用いるレーザは、金属等の導電体を
溶融蒸発させることを考えると、少なくとも１×１０⁷
Ｗ／ｃｍ²程度以上のパワー密度で、加工対象物の材料
の波長に対する吸収係数とレーザ波長との兼ね合いで
０．２〜１０μｍの波長領域から適宜その加工に適した
レーザを選択すればよく、レーザの種類は特に限定され
るものではない。

【００２５】また、ペーストにレーザを照射する方法と
しては、レーザ光をレンズにより収束し、ペーストとレ
ーザ光の相対的な位置を変えて加工する方法と、太いレ
ーザ光をマスクにより整形し、ペースト表面で任意のレ
ーザ光として照射する方法とが適応可能である。

【００２６】次に、上記方法により作製した素子電極上
に導電性薄膜３４を形成する。

【００２７】導電性薄膜３４は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３２および３３へのステップカバレージ、
素子電極３２・３３間の抵抗値、さらには後述する通電
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。

【００２８】また、導電性薄膜３４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、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。

【００２９】なお、ここで言う微粒子膜とは、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。

【００３０】電子放出部３５はフォーミング処理により
導電性薄膜４の一部に形成された高抵抗の亀裂である。
亀裂内には数Å〜数百Å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３４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３５およびその近傍の導電性薄膜３４は炭素あるい
は炭素化合物を有することもある。

【００３１】通電フォーミングは、素子電極３２・３３
間に不図示の電源から通電を行い、導電性薄膜３４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３５と称する。通電フォーミン
グの電圧波形の例を図４に示す。

【００３２】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。

【００３３】図４（ａ）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〜数十分間印加する。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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】活性化工程とは、例えば、１０^-4〜１０^-5
Ｔｏｒｒ程度の真空度で、通電フォーミング同様、パル
ス波高値が一定の電圧パルスを繰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あ
るいは炭素化合物を導電性薄膜上に堆積させ素子電流Ｉ
f、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。

【００３８】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５００
Å以下が好ましく、より好ましくは３００Å以下であ
る。

【００３９】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。

【００４０】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^-6Ｔｏｒ
ｒ以上の真空度であり、より好ましくは超高真空系であ
り、新たに炭素あるいは炭素化合物が導電性薄膜上にほ
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Ｉf、放出電流Ｉeを安定化させることが可
能となる。

【００４１】次に、本発明の画像形成装置について説明
する。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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、５１は
電子源基板、５２はＸ方向配線、５３はＹ方向配線、５
４は表面伝導型電子放出素子、５５は結線である。

【００４５】同図において、電子源基板５１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。

【００４６】ｍ本のＸ方向配線５２は、Ｄx１、Ｄx２、
・・・Ｄxｍからなり、Ｙ方向配線５３はＤy１、Ｄy
２、・・・Ｄyｎのｎ本の配線よりなる。

【００４７】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。

【００４８】これらｍ本のＸ方向配線５２とｎ本のＹ方
向配線５３の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）。

【００４９】不図示の層間絶縁層は、Ｘ方向配線５２を
形成した電子源基板５１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５２とＹ方向配線５３はそ
れぞれ外部端子として引き出される。

【００５０】さらに表面伝導型電子放出素子５４の素子
電極（不図示）がｍ本のＸ方向配線５２とｎ本のＹ方向
配線５３と結線５５によって電気的に接続されている。

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

【００５２】また詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配線
５２にはＸ方向に配列する表面伝導型電子放出素子５４
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。

【００５３】一方、Ｙ方向配線５３には、Ｙ方向に配列
する表面伝導型電子放出素子５４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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】図６において、５１は電子放出素子を基板
上に作製した電子源基板、６１は電子源基板５１を固定
したリアプレート、６６はガラス基板６３の内面に蛍光
膜６４とメタルバック６５等が形成されたフェースプレ
ート、６２は支持枠であり、これらの部材によって外囲
器６８が構成する。

【００５８】５４は電子放出素子であり、図３の電子放
出部に相当する。５２および５３は表面伝導型電子放出
素子の一対の素子電極と接続されたＸ方向配線およびＹ
方向配線である。

【００５９】外囲器６８は、上述のごとくフェースプレ
ート６６、支持枠６２、リアプレート６１で構成されて
いるが、リアプレート６１は主に電子源基板５１の強度
を補強する目的で設けられるため、電子源基板５１自体
で十分な強度を持つ場合は、別体のリアプレート６１は
不要であり、電子源基板５１に直接支持枠６２を接合
し、フェースプレート６６、支持枠６２および電子源基
板５１にて外囲器６８を構成してもよい。またさらに、
フェースプレート６６とリアプレート６１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６８とすること
もできる。

【００６０】図７中、７２は蛍光体である。蛍光体７２
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導電
材７１と蛍光体７２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７２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６４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、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使用可能である。

【００６１】ガラス基板７３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。

【００６２】また、蛍光膜６４（図６）の内面側には通
常メタルバック６５（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６６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。

【００６３】フェースプレート６６にはさらに、蛍光膜
６４の導電性を高めるため、蛍光膜６４の外面側に透明
電極（不図示）を設けてもよい。

【００６４】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。

【００６５】外囲器６８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６８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６８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。

【００６６】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１０のブロック図を用いて説
明する。８１は前記表示パネルであり、また８２は走査
回路、８３は制御回路、８４はシフトレジスタ、８５は
ラインメモリ、８６は同期信号分離回路、８７は変調信
号発生器、ＶxおよびＶaは直流電圧源である。

【００６７】以下、各部の機能を説明する。

【００６８】まず表示パネル８１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。

【００６９】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。

【００７０】次に、走査回路８２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８１
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８３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。

【００７１】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。

【００７２】また、制御回路８３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８６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。

【００７３】同期信号分離回路８６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８６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８
４に入力される。

【００７４】シフトレジスタ８４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８３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８４の
シフトクロックであると言い換えてもよい）。

【００７５】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８４より出力される。

【００７６】ラインメモリ８５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８３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８７に入
力される。

【００７７】変調信号発生器８７は、前記画像データＩ
d１〜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８１内の表面
伝導型電子放出素子に印加される。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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８７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。

【００８２】またパルス幅変調方式を実施するには、変
調信号発生器８７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。

【００８３】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８１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８４やラインメモリ８５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。

【００８４】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路８６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８６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８５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８７に用いられる回路が若干異なっ
たものとなる。

【００８５】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８７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。

【００８６】また、パルス幅変調方式の場合、変調信号
発生器８７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。

【００８７】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８７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。

【００８８】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６４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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】図９において、９０は電子源基板、９１は
電子放出素子、９２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９１は、基
板９０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。

【００９２】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。１００はグリッド
電極、１０１は電子が通過するための空孔、１０２はＤ
ox１、Ｄox２・・・Ｄoxよりなる容器外端子、１０３は
グリッド電極１００と接続されたＧ１、Ｇ２・・・Ｇｎ
からなる容器外端子、１０４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９０とフェースプレート６６の間にグリッド
電極１００を備えていることである。

【００９３】グリッド電極１００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１０１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。

【００９４】容器外端子１０２およびグリッド容器外端
子１０３は、不図示の制御回路と電気的に接続されてい
る。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】

【実施例】

（実施例１）図１は、本発明の特徴を最もよく表す図で
あり、この図を用いて、素子電極の形成方法を説明す
る。

【００９８】先ず、図１（ａ）において、清浄化した青
板ガラスからなる基板１に、スクリーン印刷法の素子電
極パターン（素子電極間隔２０μｍ）の版を用い、Ａｕ
材料のＭＯＤペースト２で素子電極対を形成した。この
時、Ａｕペーストが一部滲んでしまい、極端な場合は繋
がってしまう場合もあった。なお、ペーストの材料はＡ
ｕに限らず、Ｃｕ、Ａｇ等でも同様であった。

【００９９】次に、図１（ｂ）において、この基板１の
素子電極間隔部にＮｄ：ＹＡＧ第二高調波のレーザビー
ム８をスキャニングにて１０μｍで照射し、（ａ）の滲
み部を除去し、成形した。滲み部のペーストの膜厚は、
素子電極部の膜厚に比べて非常に薄いことから、レーザ
によるドロースは少ない。そのようにして、図１（ｃ）
に示したような素子電極間隔および膜厚が均一な素子電
極が形成された。

【０１００】本実施例では、レーザはＮｄ：ＹＡＧの第
二高調波を用いたが、それに限らず、Ｎｄ：ＹＡＧ基本
波、第三高調波、ＫｒＦエキシマ等でも同様に使用する
ことができ、ギャップ幅は１〜５０μｍで制御可能であ
る。また、スキャニングではなく、マスクを用いてレー
ザをパターンに照射することも可能である。

【０１０１】この製造方法による素子電極を用いて特性
を評価した結果、ばらつきが小さく良好な結果を与え
た。

【０１０２】（実施例２）本実施例では、実施例１の製
造方法で作製した素子電極を用い、表面伝導型電子放出
素子ディスプレイの電子源基板および画像形成装置を作
製した。

【０１０３】図２に、単純マトリクス型電子配置の表面
伝導型電子放出素子ディスプレイの電子源基板の一部を
示す。

【０１０４】まず、実施例１で素子電極４を形成したガ
ラス基板に、スクリーン印刷法で、行方向配線６、層間
絶縁膜７および列方向配線８を順次形成した。次に、素
子電極に重なるように、マトリクス状にＰｄを用いた電
子放出素子９を形成した。

【０１０５】ここで、配線６および８の形成方法は、ス
クリーン印刷で薄く形成した後、メッキ法で厚く形成す
ることも可能である。

【０１０６】その後、配線、電子放出部の形成されたリ
アプレートと、蛍光体を備えたフェイスプレートを対向
させ、支持枠を解してフリットガラスで４００℃程度以
上の温度で封着を行う。

【０１０７】封着工程後、前述の実装、そしてフォーミ
ングを行い、電子放出部を形成した。その電子放出部の
膜面に平行に電流を流し、画像表示したところ、均一な
輝度が得られた。

【０１０８】なお、本実施例では、先ず最初に素子電極
を形成したが、配線および絶縁層を先に印刷法で形成
し、その後、実施例１の方法で素子電極を形成すること
もできる。

【０１０９】以上のような製造方法で表面伝導型電子放
出素子ディスプレイを歩留り良く、作製できた。

【０１１０】（実施例３）本実施例では、実施例１の方
法で作製した素子電極を用いて、はしご型電子配置の表
面伝導型電子放出素子ディスプレイの電子源基板および
画像形成装置の作製について説明する。

【０１１１】図１２に、はしご型電子配置の表面伝導型
電子放出素子ディスプレイの電子源基板の一部を示す。

【０１１２】まず。実施例１で素子電極を作製したガラ
ス基板に、スクリーン印刷法で、配線１０を形成した。
次に、素子電極に重なるように、マトリクス状に電子放
出素子９を形成した。

【０１１３】ここで、配線１０の形成方法は、スクリー
ン印刷で薄く形成した後、メッキ法で厚く形成すること
も可能である。

【０１１４】その後、実施例２のマトリクス型電子配置
の電子源基板と同様に封着、実装、フォーミングを行
い、画像を表示させたところ、均一な輝度が得られた。

【０１１５】なお、本実施例では、まず始めに素子電極
を形成したが、配線および絶縁層を先に印刷法で形成
し、その後実施例１の方法で素子電極を形成してもよ
い。

【０１１６】以上のような製造方法で表面伝導型電子放
出素子ディスプレイを歩留り良く作製できた。

【０１１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
により、素子電極間隔および膜厚が正確かつ均一な素子
電極が形成でき、素子特性のばらつきが低減される。さ
らに、その方法で形成された素子電極を用いた表面伝導
型電子放出素子ディスプレイでは、コストを削減でき、
さらに製造歩留りを向上させることが可能である。

【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製造方法の１
例を示す工程図である。

【図２】従来の表面伝導型電子放出素子の模式的平面図
である。

【図３】本発明の方法で製造される表面伝導型電子放出
素子の構成の１例を示す模式図であり、（ａ）は平面
図、（ｂ）は断面図である。

【図４】本発明の表面伝導型電子放出素子製造時の通電
フォーミングにおける電圧波形を示すグラフであり、
（ａ）はパルス波高値が一定の場合、（ｂ）はパルス波
高値が増加する場合である。

【図５】単純マトリクス配置の電子源の１例を示す模式
的部分平面図である。

【図６】本発明の方法で製造される画像形成装置の１例
の概略構成図である。

【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】本発明の方法で製造される画像形成装置の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】本発明の方法で製造される画像表示装置の１
例を示す、一部を破断した概観斜視図である。

【図１１】本発明の方法で製造される単純マトリクス型
電子配置の表面伝導型電子放出素子ディスプレイの１例
のリアプレートの一部を示す模式図である。

【図１２】本発明の方法で製造されるはしご型電子配置
の表面伝導型電子放出素子ディスプレイの１例のリアプ
レートの一部を示す模式図である。

【符号の説明】

１ガラス基板２ペースト３導電性薄膜４素子電極５レーザビーム６素子電極間隔７行方向配線８層間絶縁膜９列方向配線１０電子放出素子１１配線３１基板３２、３３素子電極３４導電性薄膜３５電子放出部５１電子源基板５２Ｘ方向配線５３Ｙ方向配線５４表面伝導型電子放出素子５５結線６１リアプレート６２支持枠６３ガラス基板６４蛍光膜６５メタルバック６６フェースプレート６７高圧端子６８外囲器７１黒色導電材７２蛍光体７３ガラス基板８１表示パネル８２走査回路８３制御回路８４シフトレジスタ８５ラインメモリ８６同期信号分離回路８７変調信号発生器９０電子源基板９１電子放出素子９２共通配線１００グリッド電極１０１空孔１０２容器外端子１０３容器外端子１０４電子源基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板上に、少なくとも１対の素子
電極を対向させて形成する工程および該素子電極間に電
子放出部を含む薄膜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、素子電極対の形
成を、印刷法によって電極対を形成してから、該電極対
に挟まれた間隔部に対してレーザ照射による成形を施す
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】絶縁性基板上に、請求項１記載の方法で
表面伝導型電子放出素子を複数個形成し、該素子の対向
する素子電極対のそれぞれを、前記基板上の行方向配線
と、絶縁層を介して積層された列方向配線とによって結
線する電子源基板の製造方法。
【請求項３】絶縁性基板上に、請求項１記載の方法で
表面伝導型電子放出素子を並列に複数個形成し、個々の
該素子の両端を配線で接続する電子源基板の製造方法。
【請求項４】少なくとも、請求項２または３に記載の
方法で電子源基板を形成し、該電子源基板を有するリア
プレートを形成して、該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る工程を有する画像形成装置の製
造方法。
【請求項５】請求項１記載の方法で製造される表面伝
導型電子放出素子。
【請求項６】請求項２または３記載の方法で製造され
る電子源基板。
【請求項７】請求項４記載の方法で製造される画像形
成装置。