JP2003123628A

JP2003123628A - 電子源及びその製造方法

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Publication number: JP2003123628A
Application number: JP2002224349A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Toshima; 博彰戸島; Yoshiki Uda; 芳己宇田; Kazuya Ishiwatari; 和也石渡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-08-02
Filing date: 2002-08-01
Publication date: 2003-04-25

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出部材と配線とを備える電子源におい
て、電子放出部材と配線との電気的接続における信頼性
の向上を図る。【解決手段】基板上に配置され、互いに交差する第一
の導電体５及び第二の導電体８と、絶縁体６と、第一の
導電体５と第二の導電体８とに電気的に接続された電子
放出部材４とを備える電子源であって、第一または第二
の導電体と電子放出部材との接続は、絶縁体６に設けら
れた開口部７を通じて第三の導電体によりなされてお
り、この開口部７は、第一または第二の導電体と電子放
出部材との接続をなす、第三の導電体の一端の領域にお
いてその幅が、当該一端から他端に向けて狭まる領域を
有していることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配線とそれに接続
された電子放出部とを備える電子源及びその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子としては、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、ＥＦと記す）、金属／絶縁層
／金属（以下、ＭＩＭと記す）や表面伝導型電子放出素
子等がある。

【０００３】ＥＦ型の例としては、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈ
ｙｓｉｃｓ，８，８９，（１９５６）等が知られてい
る。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ，“Ｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎａｍｐｌｉｆｉ
ｅｒ”，Ｊ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，３２，６４６（１９
６１）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、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，（１９６５）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長すことによ
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、Ｅｌｉｎｓｏ
ｎ等によるＳｎＯ₂薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜による
もの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦ
ｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］，Ｉｎ₂Ｏ₃／Ｓ
ｎＯ₂薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａｎｄ
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２６
巻、第１号、２２ページ（１９８３）］等が報告されて
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Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌの素子
構成を図１４に示す。この図において９０１は、絶縁性
基板である。９０２は、電子放出部形成用薄膜で、スパ
ッタリングで形成されたＨ型形状の金属酸化物等からな
り、後述のフォーミングと呼ばれる通電処理により電子
放出部９０５が形成される。

【０００８】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行う前に電子放出部形成用薄膜９
０２を予めフォーミングと呼ばれる通電処理によって電
子放出部９０５を形成するのが一般的である。即ち、フ
ォーミングとは、前記電子放出部形成用薄膜９０２の両
端に電圧を印加し電子放出部形成用薄膜を局所的に破
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９０５を形成することである。なお、電
子放出部９０５は電子放出部形成用薄膜９０２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場
合もある。

【０００９】上述の冷陰極電子源、特に表面伝導型電子
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、その特徴を生かせるような様々な応用が研
究されている。例えば、複数の電子放出素子を配列形成
した電子源基板（荷電ビーム源）、かかる電子源基板を
用いた表示装置等の画像形成装置が挙げられる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】複数の電子放出素子を
配列形成した電子源基板の構成として、複数の第一導体
層と、これに交差する複数の第二導体層と、これらの導
体層が交差するそれぞれの位置に配設され両導体層に接
続された複数の電子放出素子とを備える単純マトリクス
方式配線された電子源基板がある。

【００１１】図１２に、冷陰極電子放出素子である表面
伝導型電子放出素子を単純マトリクス方式配線してなる
従来の電子源基板の構成図を示す（第二導体層の一部を
切り欠いて示している）。また、図１３に、この電子源
基板の製造方法の工程フローを示す。尚、図１２及び図
１３には両導体層の交差部近傍のみを示している。

【００１２】図１２及び図１３において、１０１は表面
伝導型電子放出素子、１０２及び１０３は素子電極、１
０４は電子放出部形成用薄膜、１０５は第一導体層、１
０６は層間絶縁層、１０７は層間絶縁層に設けられる抜
けパターン（コンタクトホール）、１０８は第二導体層
である。

【００１３】ここで、素子電極１０２と第二導体層１０
８が接続される部分では、層間絶縁層１０６に設けられ
た抜けパターン１０７によって第二導体層１０８が落ち
込む構成で形成されるために、少なからず第二導体層１
０８の膜厚が厚くなる。さらに、低抵抗マトリクス配線
を実現するに際しても、各導体層の膜厚は厚くなる傾向
にある。

【００１４】一般に、第二導体層１０８は厚膜材料で作
製されるため、熱応力が大きくなり、場合によっては、
第二導体層１０８と接続される左右非等長で長い方の素
子電極１０２が、上記厚膜の保持する熱応力によって、
引き裂かれる現象が発生し、上記部分での電気的接続性
を著しく阻害する場合があることが確認されている。

【００１５】本発明の目的は、電子放出部材と配線との
電気的接続における信頼性の向上を図ることにある。

【００１６】また、本発明の目的は、電子放出素子を用
いた電子源、ひいては該電子源を用いた画像表示装置の
信頼性を高め得る製造方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に配置
され、互いに交差する第一の導電体及び第二の導電体
と、前記第一または第二の導電体の下部に配置され、前
記交差する第一の導電体と第二の導電体とを絶縁する絶
縁体と、前記第一の導電体と前記第二の導電体とに電気
的に接続された電子放出部材とを備える電子源であっ
て、前記第一または第二の導電体と前記電子放出部材と
の接続は、前記絶縁体に設けられた開口部を通じて第三
の導電体によりなされており、当該開口部は、前記第一
または第二の導電体と前記電子放出部材との接続をな
す、当該第三の導電体の一端の領域においてその幅が、
当該一端から他端に向けて狭まる領域を有していること
を特徴とする電子源である。

【００１８】また、本発明の電子源は、前記電子放出部
材が、前記基板上の前記第一または第二の導電体の占有
領域以外の領域に配置されていること、あるいは、前記
電子放出部材は、前記基板上に複数配置されており、前
記第一の導電体の複数と前記第二の導電体の複数とによ
ってマトリクス配線されていること、あるいは、前記第
三の導電体の一端は、前記開口部の下部に在って、当該
開口部内に充填された別の導電体によって、前記第一ま
たは第二の導電体と前記電子放出部材との電気的接続を
なしていること、あるいは、前記別の導電体は、前記開
口部内において、厚さの分布を有していること、あるい
は、前記厚さの分布は、前記第三の導電体の一端から他
端に向けて薄くなる分布であること、あるいは、前記別
の導電体は、前記開口部内に充填された前記第一または
第二の導電体であること、以上の形態をより好ましい形
態として含むものである。

【００１９】また、本発明は、絶縁性基板上に、複数の
第一の導電体と、該複数の第一の導電体と交差する複数
の第二の導電体と、該第一の導電体の各々と該第二の導
電体の各々とが交差する位置にそれぞれ配設され、当該
第一及び第二の導電体に接続された複数の冷陰極電子放
出素子とを備える、マトリクス配線された電子源の製造
方法において、絶縁性基板上に、複数の電極対を形成す
る工程と、前記電極対の一方に接続される複数の第一の
導電体を形成する工程と、前記第一の導電体の一部を覆
う絶縁体を形成する工程と、前記絶縁体上に、前記複数
の第一の導電体と交差させて複数の第二の導電体を形成
する工程と、前記電極対間に電子放出部を形成する工程
とを有し、前記絶縁体を形成する工程において、前記電
極対の他方と前記第二の導電体との電気的接続をなすた
めの開口部を、前記電極対の他方を直線で横切らない形
状で形成することを特徴とする電子源の製造方法であ
る。

【００２０】また、本発明の電子源の製造方法は、前記
電極対の他方と前記第二の導電体との電気的接続は、前
記開口部内に充填された前記第二の導電体によってなさ
れるものであること、あるいは、前記絶縁体の開口部内
において、充填された前記第二の導電体の膜厚が段階的
に変化し、その最も厚い部分が３０μｍ以下になるよう
にすること、あるいは、前記電子放出部を形成する工程
は、電子放出部形成用薄膜を形成する工程と、該電子放
出部形成用薄膜に通電処理を施す工程を有すること、以
上の形態をより好ましい形態として含むものである。

【００２１】また、本発明は、電子源と、これに対向す
る位置に配置され、電子の照射により可視光を発する蛍
光体とを備えた画像表示装置であって、前記電子源が上
述の本発明の電子源であることを特徴とする画像表示装
置である。

【００２２】また、本発明は、電子源と、これに対向す
る位置に配置され、電子の照射により可視光を発する蛍
光体とを備えた画像表示装置の製造方法であって、前記
電子源が上述の本発明の製造方法により製造されること
を特徴とする画像表示装置の製造方法である。

【００２３】本発明の電子源、あるいは、その製造方法
によれば、前記開口部における、前記第一または第二の
導電体と前記電子放出部材との電気的な接続をなす部材
に加わる応力を緩和することが可能であり、よって、電
子放出部材と配線との電気的接続の信頼性の向上が図れ
る。

【００２４】また、本発明の電子源、あるいは、電子源
の製造方法によれば、とりわけ、マトリクス配線におい
て、前記電極対の他方（一般に長く形成される）と接続
される開口部内の導電体の膜厚を段階的に変化させるこ
とができ、これに接続される電極に加わる応力も同様に
段階的に変化させることができる。このため、開口部内
の導電体の応力により、これに接続される電極が引き裂
かれることを防ぐことができ、かかる部分の電気的接続
の信頼性を従来構成に比べて著しく高めることができ
る。

【００２５】また、前記第二の導電体が、完全に絶縁体
に設けられた前記開口部を覆わない構成とするなら、開
口部内に充填される導電体（例えば第二の導電体）と当
該開口部の下部に位置する導電体（例えば電極対の他
方）との間の浮き現象による通電不良も回避される。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説
明する。

【００２７】図１に、本発明の実施形態に係る画像表示
装置で用いられる、冷陰極電子放出素子である表面伝導
型電子放出素子を単純マトリクス方式配線してなる電子
源の構成図を示す（第二の導電体の一部を切り欠いて示
している）。尚、図１には両導体層の交差部近傍のみを
示している。また、図２に、図１の電子源の製造方法の
工程フロー図を示す。

【００２８】これらの図において、１は電子放出素子、
２及び３は素子電極（電極対）、４は電子放出部形成用
薄膜、５は第一の導電体、６は絶縁体、７は絶縁体に設
けた開口部、８は第二の導電体である。

【００２９】以下、図２の工程フロー図を参照して本実
施形態に係る電子源の製造方法を詳細に説明する。

【００３０】まず基板（不図示）に、素子電極２，３を
形成する（図２（ａ））。素子電極２，３は、電子放出
部形成用薄膜４と第一の導電体５及び第二の導電体８と
のオーム性接触を良好にするために設けられるものであ
る。通常、電子放出部形成用薄膜４は、配線用の各導体
層５及び８と比べて著しく薄い膜であるために、「ヌレ
性」、「膜厚保持性」等の問題を回避するために素子電
極２，３を設けているものである。

【００３１】素子電極２，３の形成方法としては、真空
蒸着法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法等の真空
系を用いる方法や、溶媒にＡｇ成分及びガラス成分を混
合した厚膜ペーストを印刷、焼成することにより形成す
る厚膜印刷法、さらには、Ｐｔペーストを用いたオフセ
ット印刷法、等がある。尚、配線用の各導体層５及び８
を、例えばスパッタリング法により薄膜にて構成する場
合は、必ずしも素子電極２，３を設ける必要はなく、配
線用の第一の導電体５と同時に形成することが可能であ
る。

【００３２】次に、素子電極対の一方（本例では素子電
極３）と接続する第一の導電体５を形成する（図２
（ｂ））。第一の導電体５の形成方法には、素子電極
２，３の形成方法と同様の形成方法が適用可能ではある
が、第一の導電体５の場合には、素子電極２，３とは異
なり、膜厚は厚い方が電気抵抗を低減でき有利である。
そこで、厚膜印刷法を用いるのが有利である。

【００３３】近年、厚膜ペースト印刷にフォトリソグラ
フィー技術を導入したフォトペースト法による膜形成技
術も開発されており、フォトペースト法による形成も、
もちろん可能であり、配線（第一の導電体５）の幅が狭
くなる場合、大型基板に対応して位置精度が要求される
場合などは、フォトペースト法が有利である。

【００３４】もちろん、薄膜配線の適用も可能である
が、配線抵抗値を下げる為に膜厚を厚くするには成膜に
多大な時間が必要であり、膜の内部応力の問題で、配線
抵抗を低く抑えたい場合など、膜を厚くできないのが現
状である。

【００３５】次に、絶縁体６を形成する（図２
（ｃ））。絶縁体６は、第一の導電体５の一部、具体的
には第一の導電体５の第二の導電体８との交差部を覆う
様にして、形成することが重要である。

【００３６】本発明の最大の特徴は、素子電極対の他方
（本例では素子電極２）と第二の導電体８との接続を確
保するために、この絶縁体６に設けられる開口部７の形
状が、素子電極２を直線で横切らないパターン形状とし
た点にある。

【００３７】図１２及び図１３に示した従来の方法のよ
うに、開口部１０７を矩形パターンで形成し、素子電極
１０２の形状と平行に配置すると、開口部１０７は素子
電極１０２を直線で横切る形となってしまう。

【００３８】素子電極２を直線で横切らないパターン形
状とは、例えば図１に示したような▽型の他にも、菱
形、円形、楕円形等、が挙げられる。

【００３９】素子電極２を直線で横切らないパターンで
の重要な点は、例えば開口部７を▽型とした場合、第二
の導電体８を形成すると、▽の頂点部分から底辺に向か
うに従って第二の導電体８の膜厚が厚くなるように自然
に形成される点である。このように形成されることで、
一般に長く形成される素子電極２が引き裂かれること無
く第二の導電体８を形成することができる。尚、開口部
７を単に三角形状とすれば良いのではなく、図１に示す
ような▽の配置ではなく、△のように配置してしまう
と、素子電極２を直線で横切るようになってしまい、第
二の導電体８の熱応力により素子電極２が引き裂かれる
場合がある。

【００４０】絶縁体６の構成材料は絶縁性を保てるもの
であればよく、例えば金属成分を含有しない厚膜ペース
トである。もちろん、金属成分を含有しないフォトペー
ストの適用も可能である。

【００４１】次に、第二の導電体８を形成する（図２
（ｄ））。形成方法は第一の導電体５と同様の方法が適
用可能である。

【００４２】次に、電子放出部形成用薄膜４を形成して
冷陰極電子ビーム源用の素子１が完成する（図２
（ｅ））。電子放出部形成用薄膜４の成膜方法および電
子放出部の形成方法は、従来の方法をそのまま適用する
ことが可能である。

【００４３】図１及び図２では、１素子部分のみを図示
したが、これを複数個、同時に形成するようにすること
で、単純マトリクス構成の電子源の構成が完成する。

【００４４】表面伝導型電子放出素子の代表的な構成、
製造方法および特性については、たとえば特開平２−５
６８２２号公報に開示されている。

【００４５】以下に、本実施形態にかかわる表面伝導型
電子放出素子の基本的な構成と製造方法および特性につ
いて概説する。

【００４６】図３は、本発明にかかわる典型的な電子放
出素子の構成を示す図面である。図において、３１は絶
縁性基板、３２と３３は素子電極、３４は電子放出部形
成用薄膜、３５は電子放出部である。

【００４７】本実施形態における、電子放出部３５を含
む電子放出部形成用薄膜３４のうち電子放出部３５とし
ては、粒径が数ｎｍの電気伝導性粒子からなり、電子放
出部３５を含む電子放出部形成用薄膜３４のうち電子放
出部３５以外の部分は、微粒子膜よりなる。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）の膜をさす。

【００４８】電子放出部を含む電子放出部形成用薄膜３
４の構成原子又は分子の具体例としては、Ｐｄ、Ｒｕ、
Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓ
ｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂
Ｏ₃、ＰｂＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化物、ＨｆＢ₂、Ｚｒ
Ｂ₂、ＬａＢ₆、ＣｅＢ₆、ＹＢ₄、ＧｄＢ₄等のホウ化
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、さらにはカーボン、ＡｇＭｇ、ＮｉＣ
ｕ、ＰｂＳｎ等である。

【００４９】また、電子放出部形成用薄膜３４の形成方
法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、化学的気
相成長法、分散塗布法、ディッピング法、スピナー法等
がある。

【００５０】図３に示したような表面伝導型電子放出素
子の形成方法としては様々な方法があるが、その一例を
図４に示す。

【００５１】以下、素子の形成方法を説明する。尚、以
下の説明は、単一の素子の形成方法を説明したものであ
るが、既述の本発明の実施形態による電子源の製造方法
にも適用されるものである。

【００５２】（１）絶縁性基板３１を洗剤、純水および
有機溶剤により十分に洗浄後、真空蒸着技術、フォトリ
ソグラフィー技術により該絶縁性基板３１の面上に素子
電極３２、３３を形成する（図４（ａ））。素子電極３
２、３３の材料としては電気伝導性を有するものであれ
ば、どのようなものであってもかまわないが、例えばニ
ッケル金属が挙げられる。素子電極３２、３３の寸法に
ついては、例えば、素子電極間隔Ｌは１０μｍ、素子電
極長さＷは３００μｍ、膜厚ｄは１００ｎｍである。素
子電極３２、３３の形成方法として、厚膜印刷法を用い
ても一向にさしつかえない。印刷法の場合の材料として
は有機金属ペースト（ＭＯＤ）等がある。

【００５３】（２）絶縁性基板３１上に設けられた素子
電極３２と３３との間に、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。尚、有機金
属溶液とは、前記Ｐｄ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉ
ｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等
の金属を主元素とする有機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してリフトオフ、エッ
チング等によりパターニングし、電子放出部形成用薄膜
３４を形成する（図４（ｂ））。

【００５４】（３）続いて、フォーミングと呼ばれる通
電処理により素子電極３２、３３間に電圧を印加するこ
とにより、電子放出部形成用薄膜３４の部分に構造の変
化した電子放出部３５が形成される（図４（ｃ））。こ
の通電処理により電子放出部形成用薄膜３４を局所的に
破壊、変形もしくは変質せしめ、構造の変化した部位を
電子放出部３３と呼ぶ。先に説明したように電子放出部
３３は金属微粒子で構成されていることが観察された。

【００５５】フォーミング処理中の電圧波形を図５に示
す。図５中、Ｔ₁およびＴ₂はそれぞれ電圧波形のパルス
幅とパルス間隔であり、Ｔ₁を１マイクロ秒〜１０ミリ
秒、Ｔ₂を１０マイクロ秒〜１００ミリ秒、三角波の波
高値（フォーミング時のピーク電圧）は４Ｖから１０Ｖ
程度とし、フォーミング処理は真空雰囲気下で数十秒間
で適宜設定した。

【００５６】以上、説明した電子放出部を形成する際
に、素子電極間の三角波パルスを印加してフォーミング
処理を行っているが、素子電極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
てもよく、その波高値およびパルス幅、パルス間隔等に
ついても上述の値に限るものではなく、電子放出部が良
好に形成されれば所望の値を選択することができる。

【００５７】上記の素子構成をもち上記の製造方法によ
って作製された本実施形態にかかわる電子放出素子の基
本特性について図６と図７を参照して説明する。

【００５８】図６は、図３で示した構成を有する素子の
電子放出特性を測定する為の測定評価装置の概略構成図
である。図６において、３１は絶縁性基板、３２、３３
は素子電極、３４は電子放出部形成用薄膜、３５は電子
放出部を示す。また、６１は素子に素子電圧Ｖｆを印加
するための電源、６０は素子電極３２、３３間の電子放
出部３５を含む電子放出部形成用薄膜３４を流れる素子
電流Ｉｆを測定するための電流計、６４は素子の電子放
出部３５より放出される放出電流Ｉｅを捕捉するための
アノード電極、６３はアノード電極６４に電圧を印加す
るための高圧電源、６２は素子の電子放出部３５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。

【００５９】電子放出素子の上記素子電流Ｉｆ、放出電
流Ｉｅの測定にあたっては、素子電極３２、３３に電源
６１と電流計６０とを接続し、該電子放出素子の上方に
電源６３と電流計６２を接続したアノード電極６４を配
置している。また、本電子放出素子およびアノード電極
６４は真空装置６５内に設置され、その真空装置には排
気ポンプ６６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、所望の真空下にて本素子の測定評価を
行えるようになっている。なお、アノード電極６４の電
圧は１〜１０ｋＶ、アノード電極６４と電子放出素子と
の距離Ｈは３〜８ｍｍの範囲で測定した。

【００６０】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、図７は任意単位で
示されており、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆのおよそ１
０００分の１程度である。図７からも明らかなように、
本電子放出素子は放出電流Ｉｅに対して３つの特性を有
する。

【００６１】第一に、本素子はある電圧（閾値電圧とよ
ぶ、図７中のＶｔｈ）以上の素子電圧を印加すると、急
激に放出電流Ｉｅが増加し、一方、閾値電圧以下では放
出電流Ｉｅがほとんど検出されない。即ち、放出電流Ｉ
ｅに対する明確な閾値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子で
ある。

【００６２】第２に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依
存する為、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆで制御できる。

【００６３】第３に、アノード電極６４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。

【００６４】以上のような特性を有する為、本発明にか
かわる電子放出素子は、多方面への応用が期待される。
また、素子電流Ｉｆは素子電圧Ｖｆに対して単調増加す
る（ＭＩ）特性の例を示したが、このほかにも、素子電
流Ｉｆが素子電圧Ｖｆに対して電圧制御型負性抵抗（Ｖ
ＣＮＲ）特性を示す場合もある。この場合も電子放出素
子は上述した３つの特性を有する。なお、予め導電性微
粒子を分散して構成した表面伝導型電子放出素子におい
ては、前記実施形態の基本的な素子構成の、基本的な製
造方法の一部を変更しても構成できる。

【００６５】また、本実施形態による電子源が適用され
るカラー画像表示装置の代表的な構成としては、まず、
図８に示すように上記特開平２−５６８２２号公報に開
示された製造方法により作製される電子放出素子を複数
個、基板８１上に形成する。該基板８１をリアプレート
８２上に固定した後、基板８１の５ｍｍ上方にフェース
プレート９０（ガラス基板８７の内面に蛍光体膜８８と
メタルバック８９が形成されて構成される）を支持枠８
３を介して配置し、フェースプレート９０、支持枠８
３、リアプレート８２の接合部にフリットガラスを塗布
し、大気中もしくは窒素雰囲気中にて４００℃乃至５０
０℃で１０分間以上焼成することで封着した。また、リ
アプレート８２への基板８１の固定もフリットガラスに
て行った。図８において、３５は電子放出部、８５、８
６は夫々Ｘ方向配線（第一の導電体）およびＹ方向配線
（第二の導電体）である。

【００６６】なお、ここではフェースプレート９０、支
持枠８３、リアプレート８２で外囲器９１を構成した
が、リアプレート８２は主に基板８１の強度を補強する
目的で設けられるため、基板８１自体で十分な強度をも
つ場合には、別体のリアプレート８２は不要であり、基
板８１に直接、支持枠８３を封着し、フェースプレート
９０、支持枠８３、基板８１にて外囲器９１を構成す
る。また、蛍光体膜８８の内面側には通常メタルバック
８９が設けられる。

【００６７】メタルバック８９を設置する目的は、蛍光
体のうち内面側への光をフェースプレート９０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
速電圧を印加する為の電極として作用させること、外囲
器内で発生した負イオンの衝突によるダメージからの蛍
光体を保護することなどである。

【００６８】メタルバック８９は、蛍光体膜作成後、蛍
光体膜の内面の平滑処理（通常フィルミングと呼ばれ
る）を行い、その後Ａｌを真空蒸着することで作成す
る。更に、フェースプレート９０の蛍光体膜８８の電気
伝導性を高めるため、蛍光体膜８８の外面側に透明電極
（図示せず）が設けられる場合もある。

【００６９】前述の封着を行う際、カラー画像表示装置
の場合には、各色に対応する蛍光体と電子放出素子との
位置合わせを十分に行う必要がある。このようにして作
成されるガラス容器内の雰囲気を排気管（図示せず）を
通じて真空ポンプにて排気し、十分な真空度に達した
後、容器外端子Ｄｏｘ１〜ＤｏｘｍとＤｏｙ１からＤｏ
ｙｎを通じ素子電極間に電圧を印加して前述のフォーミ
ング処理を実施し、電子放出部３５を形成し電子放出素
子を作成する。最後に、１０^-4Ｐａ程度の真空度にて、
排気管を熱して溶着し外囲器の封止を行う。さらに、封
止後に真空度を維持するために、ゲッター処理なる工程
を実施する。これは、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により、画像表示装
置の所定の位置（図示せず）に配設されたゲッターを加
熱してゲッター蒸着膜を形成する処理である。ゲッター
としては、通常、Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸
着作用により真空度を維持するものである。

【００７０】以上のような製造方法により構成される画
像表示装置において、各電子放出素子には容器外端子Ｄ
ｏｘ１〜ＤｏｘｍとＤｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じて電圧を
印加することにより電子放出させる。

【００７１】すなわち、走査線に対応する容器外端子Ｄ
ｏｘ１〜Ｄｏｘｍには画像信号の１水平期間づつ順次電
圧が印加され、容器外端子Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎには水平
期間に選択された走査線の画像信号の強度に応じた信号
電圧が印加される。従って、選択された容器外端子Ｄｏ
ｘｉ（１≦ｉ≦ｍ）に接続される各電子放出素子の両端
に画像信号の強度に応じた電圧が印加され、画像信号の
強度に応じた電子が放出される。なお、容器外端子Ｄｏ
ｘ１〜Ｄｏｘｍと容器外端子Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎとは逆
であってもよい。

【００７２】また、高圧端子Ｈｖを通じメタルバック８
９または透明電極に数ｋＶ以上の高圧を印加し電子ビー
ムを加速して蛍光体膜８８に衝突させて蛍光体を励起・
発光させることにより画像が形成される。もちろん、こ
れらの構成は画像表示装置を作成する上で必要な構成の
概略であり、各部材の材料等は上述の内容に限るもので
はない。

【００７３】蛍光体膜８８は、モノクローム表示の場合
には蛍光体のみからなるが、カラー表示の場合は、図９
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と呼ばれる黒色部材９２と
蛍光体９３とで構成される。黒色部材９２を設ける目的
は、カラー表示の場合に必要となる３原色蛍光体の、各
蛍光体９３の塗り分け部分を黒くすることで混色等を目
立たなくすること、蛍光体膜８８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。該黒色部
材としては、通常、黒鉛を主成分とするものが多いが、
電気伝導性があり、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。

【００７４】ガラス基板８７に蛍光体９３を塗布する方
法としては、モノクロームの場合には沈殿法、印刷法等
がある。カラーでは、スラリー法等がある。もちろん、
カラーにおいて印刷法を用いることも可能である。

【００７５】

【実施例】次に、実施例を示して、電子源、特に表面伝
導型電子放出素子を用いた画像表示装置における電子源
の本発明による製造方法について説明する。

【００７６】［実施例１］第１の実施例を、図１及び図
２を参照して説明する。

【００７７】本実施例は、絶縁体６の開口部（コンタク
トホール）７を▽型にし、第二の導電体８の膜厚を段階
的に変化させられる形態としたものである。

【００７８】まず、素子電極２，３を形成する。本実施
例では、Ｐｔのターゲットによりスパッタリング法によ
り膜を真空形成した。膜厚は、〜０．０８μｍであっ
た。スパッタリング法により基板全面に膜を形成後、フ
ォトリソグラフィーにより、所望のパターンを形成し
た。素子電極２，３のパターンは、左右非等長パターン
である（図２（ａ））。

【００７９】次に、第一の導電体５を形成する（図２
（ｂ））。形成方法は、スクリーン印刷法を用いた。印
刷に使用した材料は、導体成分としてＡｇを含有したス
クリーン印刷用ペーストである。

【００８０】次に、本発明の特徴であるコンタクトホー
ル部７の形状を▽型とした層間絶縁層６を形成する（図
２（ｃ））。ペースト材料はＰｂＯを主成分としてガラ
スバインダーと樹脂及び感光成分を混合した感光性絶縁
ペーストである。焼成温度は４８０℃で、ピーク保持時
間は１０分である。また、通常、絶縁体６は上下層間の
絶縁性を十分確保するために、全面印刷、パターン露
光、現像、乾燥、焼成を繰り返す。パターン形成方法は
種々可能であるが、本実施例では、（１）全面印刷、
（２）ＩＲ乾燥を２回繰り返し実施し、（３）パターン
露光、（４）現像、（５）焼成、の順番で工程を実施し
た。尚、膜層数は、絶縁性を考慮して増減される。

【００８１】次に、第二の導電体８を形成する（図２
（ｄ））。形成方法は厚膜スクリーン印刷法を用いた。
以上で、マトリクス配線の部分が完成する。もちろん、
ペースト材料、印刷方法等は、ここに記したものに限る
ものではない。

【００８２】配線完成後、電子放出部形成用薄膜４を形
成する（図２（ｅ））。具体的には、上記配線基板上に
有機パラジウム（ＣＣＰ４２３０、奥野製薬工業（株）
製）をスピンナーにより回転塗布後、３００℃で１０分
間の加熱処理を実施しＰｄからなる薄膜を形成する。こ
のようにして形成されたＰｄ薄膜は、Ｐｄを主元素とす
る微粒子から構成され、その膜厚は１０ｎｍ、シート抵
抗値は５×１０⁴Ω／□であった。シート抵抗値は長さ
と幅が等しい導体の単位長さ換算の抵抗値として定義さ
れる。このＰｄ薄膜をフォトリソグラフィー法を用い
て、パターニングすることにより電子放出部形成用薄膜
４を形成した。

【００８３】次に、フォーミング処理を施す。フォーミ
ング方法は、従来の方法を導入することが可能であり、
本実施例では、以下の条件とした（図５（ａ）参照）。
図５（ａ）中、Ｔ₁およびＴ₂は電圧波形のパルス幅とパ
ルス間隔であり、本実施例ではＴ₁を１ミリ秒、Ｔ₂を１
０ミリ秒とし、三角波の波高値（フォーミング時のピー
ク電圧）は１４Ｖとしフォーミング処理は約１．３×１
０^-4Ｐａの真空雰囲気下で６０秒間実施した。このよう
にして作製された電子放出部は、パラジウム元素を主成
分とする微粒子が分散配置された状態となり、その微粒
子の平均粒径は３ｎｍであった。

【００８４】次に、すべての表面伝導型電子放出素子の
フォーミングが終了後、この電子源を用いて図８に示し
たような画像表示装置の外囲器９１を組み立てた。そし
て、１．３×１０^-4Ｐａ程度の真空度で排気管（図示せ
ず）をガスバーナーで熱して溶着し外囲器の封止を行っ
た。

【００８５】尚、封止後の真空度を維持するために、ゲ
ッター処理を実施した。これは、封止を行う直前に高周
波加熱等の加熱法により、画像表示装置内の所定の位置
（図示せず）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Ｂａ等を主成分とする
ものである。

【００８６】以上のようにして完成した本実施例の画像
表示装置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄ
ｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じて、
走査信号および変調信号を信号発生手段（図示せず）に
より、それぞれ印加することにより、電子放出させ、高
圧端子Ｈｖを通じて、メタルバック８９に数ｋＶの高圧
を印加し、電子ビームを加速して蛍光体膜に衝突、励
起、発光させることで画像を表示させた。

【００８７】［実施例２］第２の実施例を、図１０及び
図１１を参照して説明する。図１０は、本実施例の画像
表示装置で用いられる、表面伝導型電子放出素子を単純
マトリクス方式配線してなる電子源の構成図であり（第
二の導電体の一部を切り欠いて示している）、両導体層
の交差部近傍のみを示している。また、図１１は、電子
源の製造方法の工程フロー図である。

【００８８】本実施例は、絶縁体６の開口部（コンタク
トホール）７を菱形にし、第二の導電体８の膜厚を段階
的に変化させられる形態としたものである。

【００８９】まず、素子電極２，３を形成する。本実施
例では、Ｐｔのターゲットによりスパッタリング法によ
り膜を真空形成した。膜厚は、〜０．０８μｍであっ
た。スパッタリング法により基板全面に膜を形成後、フ
ォトリソグラフィーにより、所望のパターンを形成し
た。素子電極２，３のパターンは、左右非等長パターン
である（図１１（ａ））。

【００９０】次に、第一の導電体５を形成する（図１１
（ｂ））。形成方法は、感光性を付与したペーストを全
面印刷し、フォトリソグラフィー法によりパターン形成
する方法を用いた。全面印刷に使用した材料は、導体成
分としてＡｇを含有したフォトペーストである。

【００９１】次に、本発明の特徴であるコンタクトホー
ル部７の形状を菱形とした層間絶縁層６を形成した（図
１１（ｃ））。ペースト材料はＰｂＯを主成分としてガ
ラスバインダーと樹脂及び感光成分を混合した感光性絶
縁ペーストである。焼成温度は４８０℃で、ピーク保持
時間は１０分である。本実施例では、（１）全面印刷、
（２）ＩＲ乾燥を２回繰り返し実施し、（３）パターン
露光、（４）現像、（５）焼成、の順番で工程を実施し
た。

【００９２】次に、第二の導電体８を形成した（図１１
（ｄ））。形成方法は厚膜スクリーン印刷法を用いた。
以上で、マトリクス配線の部分が完成する。

【００９３】配線完成後、実施例１と同様にして電子放
出部形成用薄膜４を形成した（図１１（ｅ））。

【００９４】さらに、実施例１と同様に、フォーミング
処理を施した後、この電子源を用いて図８に示したよう
な画像表示装置を作製した。

【００９５】以上のようにして完成した本実施例の画像
表示装置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄ
ｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じて、
走査信号および変調信号を信号発生手段（図示せず）に
より、それぞれ印加することにより、電子放出させ、高
圧端子Ｈｖを通じて、メタルバック８９に数ｋＶの高圧
を印加し、電子ビームを加速して蛍光体膜に衝突、励
起、発光させることで画像を表示させた。

【００９６】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、電子放出
部材と配線との電気的接続における信頼性の向上を図る
ことができる。

【００９７】また、電子放出素子を用いた電子源、ひい
ては該電子源を用いた画像表示装置の信頼性を高め得る
製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係わる電子源の一部を模
式的に示す図である。

【図２】本発明の一実施形態に係わる電子源の製造方法
の工程フロー図である。

【図３】表面伝導型電子放出素子の典型的な構成を示す
図である。

【図４】表面伝導型電子放出素子の作製方法のプロセス
工程を示す図である。

【図５】フォーミング処理に用いる典型的な波形を示す
図である。

【図６】本発明に好適な表面伝導型電子放出素子の特性
評価装置を示す図である。

【図７】本発明に好適な表面伝導型電子放出素子の典型
的な特性を示す図である。

【図８】本発明の一実施形態に係わる画像表示装置の一
部を切り欠いて示す斜視図である。

【図９】蛍光体膜のパターン図である。

【図１０】本発明の実施例２に係わる電子源の一部を模
式的に示す図である。

【図１１】本発明の実施例２に係わる電子源の製造方法
の工程フロー図である。

【図１２】従来例の電子源基板の一部を模式的に示す図
である。

【図１３】従来例の電子源基板の製造方法の工程フロー
図である。

【図１４】従来例の表面伝導型電子放出素子を示す図で
ある。

【符号の説明】

１素子２、３素子電極（電極対）４電子放出部形成用薄膜５第一の導電体６絶縁体７開口部（コンタクトホール）８第二の導電体３１絶縁性基板３２、３３素子電極３４電子放出部形成用薄膜３５電子放出部６０素子電流Ｉｆを測定するための電流計６１素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源６２放出電流Ｉｅを測定するための電流計６３高圧電源６４アノード電極６５真空装置６６排気ポンプ８１電子源基板８２リアプレート８３支持枠８５Ｘ方向配線（第一の導電体）８６Ｙ方向配線（第二の導電体）８７ガラス基板８８蛍光体膜８９メタルバック９０フェースプレート９１外囲器９２黒色部材９３蛍光体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石渡和也東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 5C031 DD17 DD19 5C036 EE08 EE14 EF01 EF06 EF09 EG12 EH01 EH06 5C127 AA01 CC11 CC51 CC52 CC53 DD18 DD19 DD43 DD52 DD63 DD64 EE04 EE17 5C135 FF11 FF13 FF14 HH04 HH07 HH17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に配置され、互いに交差する第一
の導電体及び第二の導電体と、前記第一または第二の導
電体の下部に配置され、前記交差する第一の導電体と第
二の導電体とを絶縁する絶縁体と、前記第一の導電体と
前記第二の導電体とに電気的に接続された電子放出部材
とを備える電子源であって、前記第一または第二の導電
体と前記電子放出部材との接続は、前記絶縁体に設けら
れた開口部を通じて第三の導電体によりなされており、
当該開口部は、前記第一または第二の導電体と前記電子
放出部材との接続をなす、当該第三の導電体の一端の領
域においてその幅が、当該一端から他端に向けて狭まる
領域を有していることを特徴とする電子源。
【請求項２】絶縁性基板上に、複数の第一の導電体
と、該複数の第一の導電体と交差する複数の第二の導電
体と、該第一の導電体の各々と該第二の導電体の各々と
が交差する位置にそれぞれ配設され、当該第一及び第二
の導電体に接続された複数の冷陰極電子放出素子とを備
える、マトリクス配線された電子源の製造方法におい
て、絶縁性基板上に、複数の電極対を形成する工程と、前記電極対の一方に接続される複数の第一の導電体を形
成する工程と、前記第一の導電体の一部を覆う絶縁体を形成する工程
と、前記絶縁体上に、前記複数の第一の導電体と交差させて
複数の第二の導電体を形成する工程と、前記電極対間に電子放出部を形成する工程とを有し、前記絶縁体を形成する工程において、前記電極対の他方
と前記第二の導電体との電気的接続をなすための開口部
を、前記電極対の他方を直線で横切らない形状で形成す
ることを特徴とする電子源の製造方法。