JP2006185820A - 電子放出素子及びそれを用いた電子源並びに画像表示装置および情報表示再生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基体表面上に配置された第1導電膜と第2導電膜とを備え、該第1および第2導電膜の各々の端部は間隔を置いて互いに対向しており、前記第2導電膜までの最短距離d1が10nm以下である部分を前記第1導電膜の前記端部が備えている電子放出素子の、前記第1導電膜の前記端部の一部であって前記第2導電膜までの最短距離d1が10nm以下である前記部分から前記最短距離d1離れた部分と、前記第2導電膜の前記端部との最短距離d2とした際に、d2/d1を、1.2以上とする。
【選択図】 図30
Description
基板1を十分に洗浄後、補助電極(2,3)を形成するための材料を、真空蒸着法、スパッタ法等により堆積後、フォトリソグラフィー技術などを用いることにより、第1補助電極2および第2補助電極3を形成する(図4(a))。
基板1上に設けられた第1補助電極2と第2補助電極3との間を接続する導電性薄膜4を形成する(図4(b))。導電性薄膜4の製造方法としては、例えば、有機金属溶液を塗布して乾燥することにより、有機金属膜を形成した後に、有機金属膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等によりパターニングする方法を採用とすることができる。
つづいて、「フォーミング」と呼ばれる処理を、補助電極2、3間に電圧を印加することにより行う。電圧の印加により、導電性薄膜4の一部に第二の間隙7が形成される。その結果、間隙7を挟んで、基板1表面に対して横方向に、第1電極4aと第2電極4bとを対向して配置することができる。(図4(c))。
次に、「活性化」処理を施す(図4(d))。「活性化」処理は、例えば、図3に示したような真空装置内に炭素含有ガスを導入し、炭素含有ガスを含む雰囲気下で、補助電極2,3間に両極性の電圧を印加することで行うことができる。この処理により、雰囲気中に存在する炭素含有ガスから、炭素を含む膜(カーボン膜)からなる導電性膜(21a、21b)を第1電極4aと第2電極4bとの間の基板1上およびその近傍の第1電極4aおよび第2電極4b上に堆積させることができる。
SiO2+C→SiO↑+CO↑
この様な反応が起こることによって基板中のSiが消費され、基板表面が削れた形状(凹部)が形成されるのではないかと考える。
次に、第1カーボン膜21aと第2カーボン膜21bの形状を図1や図2に示した形状にするための、加工処理を施す。
本実施例にかかわる基本的な電子放出素子の構成は、図1と同様である。以下、図1、図3、図4を用いて、本実施例にかかわる素子の基本的な構成及び製造方法を説明する。
最初に、清浄化した石英基板1上に、補助電極2、3のパターンに対応してホトレジストを形成する。次いで、電子ビーム蒸着法により、厚さ5nmのTiと厚さ45nmのPtを順次堆積した。ホトレジストパターンを有機溶剤で溶解し、Pt/Ti堆積膜をリフトオフして、20μmの間隔Lを隔てて対向する第1補助電極2と第2補助電極3を形成した。尚、補助電極2,3の幅W(図1参照)は500μmとした(図4(a))。
第1補助電極2と第2補助電極3とをつなぐように有機パラジウム化合物溶液をスピンナーにより回転塗布した後に、加熱焼成処理をした。こうしてPdを主元素として含む導電性薄膜が形成された。
続いて、導電性薄膜をパターニングして、幅W’(図1参照)が100μmである導電性薄膜4を形成した(図4(b))。
次に、上記基板1を図3の測定評価装置に設置し、真空ポンプにて排気し、1×10−6Paの真空度に達した後、電源41を用いて補助電極2、3間に電圧Vfを印加し、フォーミング処理を行い、導電性薄膜4に第二の間隙7を形成して、電極4a、4bを形成した(図4(c))。フォーミング処理における電圧波形は図7(b)に示したものを用いた。
続いて、活性化工程を行うために、アクリロニトリルをスローリークバルブを通して真空装置内に導入し、1.3×10−4Paを維持した。次に、図8(a)に示した波形のパルス電圧を、T1が2msec、T2が7msecの条件で、補助電極2、3間に印加した。尚、「活性化」処理においては、第1補助電極2は常にグランド電位に固定して、図8(a)に示した波形のパルス電圧を第2補助電極3に印加した。
次に、(工程−e)を終えた本実施例の電子放出素子(A、B、C)を図3の測定評価装置から大気に取り出し、実施の形態で述べたように、AFMを用いて第1カーボン膜21aの加工処理を行った(図10(a)、(b)参照)。
次に、(工程−f)を終了した本実施例で作成した電子放出素子と、比較例1の電子放出素子とを、図3の測定評価装置に設置し、内部を真空にした後、「安定化」処理を行った。
本実施例では、本発明のさらに好ましい実施例を示す。
工程−dに続いて、活性化工程を行うために、アクリロニトリルをスローリークバルブを通して真空装置内に導入した。次に、図8(b)に示した波形のパルス電圧を、T1が1msec、T1´が0.3msec、T2が5msecの条件で、補助電極2、3間に印加した。尚、「活性化」処理においては、第1補助電極2は常にグランド電位に固定して、図8(b)に示した波形のパルス電圧を第2補助電極3に印加した。
次に、(工程−e)を終えた本実施例の電子放出素子(D、E、F)を図3の測定評価装置から大気に取り出し、実施の形態で述べたように、AFMを用いて第1カーボン膜21aの加工処理を行った(図11(a)、(b)、(c)参照)。
次に、(工程−f)を終了した本実施例の電子放出素子と、比較例2の電子放出素子とを、図3の測定評価装置に設置し、内部を真空にした後、「安定化」処理を行った。
本実施例は、図27(a)〜(c)に示した電子放出素子を、電子線照射を用いて作製する例である。尚、工程(a)は実施例1との工程(a)と同じであるので、以下では省略した。
次に、補助電極2、3が形成された基板1を、図3の測定評価装置(不図示の電子線照射手段を配置)に設置した。その後、装真空ポンプにて置内を1×10−6Paの真空度に達するまで排気した。その後、アクリロニトリルをスローリークバルブを通して真空装置内に導入した。次に、電極2、3をグランド電位に設定し、電子線を照射し、図27(a)〜(c)に示したような第1カーボン膜21a、第2カーボン膜21bになるように形成した。電子線の加速電圧を5kV、電流値を10μAとした。カーボン膜21a、21bの幅W’は、100μmとした。
次に、(工程−b)を終了した本実施例の電子放出素子を、真空装置内の排気を続けながら、ヒーターにより加熱すると同時に電圧を印加した。20時間後、ヒーターによる加熱を止め、室温に戻したところ真空装置内の圧力は1×10−8Pa程度に達した。続いて、電子放出特性の測定を行った。
本実施例は、図28(a)〜(d)に示した第1カーボン膜21a、第2カーボン膜21bを備える電子放出素子を、電子線照射を用いて作製する例である。本実施例では、実施例3の電子放出素子(G1〜G5)の製造方法における工程−bにおいて、以下に示す変更を加えて電子放出素子(G1’〜G5’)を作成した。それ以外は基本的に実施例3と同様の製造方法により作成した。
本実施例では、上述した本発明の実施例1で作成した電子放出素子C3と同様の製造方法によって形成した電子放出素子を多数基板上にマトリクス状に配列して電子源を形成し、この電子源を用いて図14に示した画像表示装置を作成した。以下に本実施例で作成した画像表示装置の製造工程を説明する。
ガラス基板71上にSiO2膜を成膜した。さらに第1および第2補助電極2、3を、基板71上に多数形成した(図16)。具体的には、チタニウムTiと白金Ptとの積層膜を40nmの厚みで基板71上に成膜した後、フォトリソグラフィー法によってパターニングして形成した。本実施例では第1補助電極2と第2補助電極3との間隔Lを10μmとし、長さWを100μmとした。
次に、図17に示すように、銀を主成分とするY方向配線73を、補助電極3に接続するように形成した。このY方向配線73は変調信号が印加される配線として機能する。
次に図18に示すように、次の工程で作成するX方向配線72と前述のY方向配線73を絶縁するために、酸化シリコンからなる絶縁層75を配置する。後述するX方向配線72の下であって、且つ、先に形成したY方向配線73を覆うように、絶縁層75を配置する。X方向配線72と補助電極2との電気的接続が可能なように、絶縁層75の一部にコンタクトホールを開けて形成した。
図19に示すように、銀を主成分とするX方向配線72を、先に形成した絶縁層75の上に形成した。X方向配線72は絶縁層75を挟んでY方向配線24と交差しており、絶縁層75のコンタクトホール部分で補助電極2に接続される。このX方向配線72は走査信号が印加される配線として機能する。このようにしてマトリクス配線を有する基板71が形成された。
上記マトリクス配線が形成された基板71上の補助電極2,3間にインクジェット法により、導電性薄膜4を形成した(図20)。
次に、上述した工程によって、補助電極2,3と、補助電極2,3間を接続する導電性薄膜4とで構成されたユニットが多数形成された基板71を、真空容器の中に配置した。そして、真空容器23内を排気した後、「フォーミング」処理と「活性化処理」とを行った。「フォーミング」処理と「活性化処理」において、各ユニットに印加する電圧の波形などは、実施例1の電子放出素子C3の作成方法で示したとおりである。
次に、「活性化」処理が終了した電子放出素子を多数有する上記2種類の基板1を真空容器から大気中に取り出し、実施例1の電子放出素子C3の作成方法で述べたようにAFMを用いてカーボン形状を加工する処理を行った。
2、3 補助電極
4a、4b 電極
21a、21b 導電性膜
8 間隙
Claims (12)
- 基体表面上に配置された第1導電膜と第2導電膜とを備え、
該第1および第2導電膜の各々の端部は間隔を置いて互いに対向しており、
前記第2導電膜までの最短距離d1が10nm以下であり且つ前記第2導電膜に向けられている凸部を、前記第1導電膜の前記端部が備えている電子放出素子であって、
前記第1導電膜の前記端部の一部であって前記凸部から前記最短距離d1離れた部分と、前記第2導電膜の前記端部との最短距離をd2とした際に、d2/d1が、1.2以上であることを特徴とする電子放出素子。 - 前記凸部から前記最短距離d1離れた部分が、前記凸部を含み前記基体表面と平行な平面内に位置することを特徴とする請求項1に記載の電子放出素子。
- 前記第1導電膜の端部が前記凸部を複数備えており、該複数の凸部の各々は、前記基体表面に対する垂直方向において互いに重ならないように配されていることを特徴とする請求項1に記載の電子放出素子。
- 前記複数の凸部の各々の間隔が3d1以上であることを特徴とする請求項3に記載の電子放出素子。
- 前記複数の凸部の各々の間隔が2000d1以下であることを特徴とする請求項3または4に記載の電子放出素子。
- 基体表面上に配置された第1導電膜と第2導電膜とを備え、
該第1および第2導電膜の各々の端部は間隔を置いて互いに対向しており、
前記第2導電膜までの最短距離d1が10nm以下である部分を前記第1導電膜の前記端部が備えている電子放出素子であって、
前記第1導電膜の前記端部の一部であって前記第2導電膜までの最短距離d1が10nm以下である前記部分から前記最短距離d1離れた部分と、前記第2導電膜の前記端部との最短距離をd2とした際に、d2/d1が、1.2以上であることを特徴とする電子放出素子。 - 前記間隔は、前記基体表面と平行な平面内を蛇行していることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 前記第1および第2導電膜は、炭素を含む膜であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 前記第1導電膜と第2導電膜との間において、前記基体表面は凹部を有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 複数の電子放出素子を有する電子源であって、各々の前記電子放出素子が請求項1乃至9のいずれか1項に記載の電子放出素子であることを特徴とする電子源。
- 電子源と該電子源から放出された電子の照射によって発光する発光体とを備える画像表示装置であって、前記電子源が請求項10に記載の電子源であることを特徴とする画像表示装置。
- 受信した放送信号に含まれる映像情報、文字情報および音声情報の少なくとも1つを出力する受信器と、該受信器に接続された画像表示装置とを少なくとも備える情報表示再生装置であって、前記画像表示装置が請求項11に記載の画像表示装置であることを特徴とする情報表示再生装置。
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