JP2976133B2 - 電子線表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、表面伝導形電子放出素子を用いた電子線表
示装置及びその製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来、一対の電極間に電子放出材を配置した表面伝導
形電子放出素子を用いた平板型の電子線表示装置は、電
子放出部となる電極間隔を有する基板のほぼ全面に電子
放出材を配置し、電極間隔部を電子放出部として形成し
た電子線源を用いていた。

また、電子放出部となる電極間隔部領域のみに電子放
出材を配置した電子線源を用いる場合には、予めレジス
トでのリフトオフ法等により、一度基板全面に配置した
電子放出材をパターニングする方法を採っていた。第5,
6,7,8,9図は、かかる表面伝導形電子放出素子を用いた
従来の表示装置の主要構造部材と、組立図を示したもの
である。第５図は、電子源基板と蛍光板との間を支持す
るスペーサー20で、等間隔に貫通口を有している。第６
図は、電子放出素子基板21であり、電子放出部22は図中
Ｘ方向に並列に電極配線23によって接続・配置してあ
る。この電子放出部22は、電極間隔部とその間隔部に配
置された電子放出材とから構成されている。その製造方
法の例としては、例えば、電極ギャップ長さ（ｌ）２μ
m,幅（ｗ）300μｍを形成し、電子放出素子基板面上に
有機金属パラジウム溶液（奥野製薬社製キャタペースト
ccp）をスピンナー塗布し、加熱焼成することによって
得ることができる。ここで電極ギャップ長さ（ｌ）は0.
01μｍ〜100μｍ、電子放出材の抵抗値は１×10³Ω／□
〜１×10⁹Ω／□の範囲内であれば良い。このように電
子放出基板全面に電子放出材を配置する場合、電子放出
部以外の電極間隔は極力大きくして、電子放出に関与し
ない電極配線間のリーク電流を低減する必要が生じる。
第７図は、金属箔をホトリソエッチング法によって形成
した、等間隔に開口を有する短冊状の変調電極24であ
る。

今これらの部材を第８図の様に組み合わせる。尚、25
はガラス面上にITO透明電極と蛍光体が積層された蛍光
板、26は下部スペーサーであり、Ｘ方向に長手方向を有
する角棒状で等間隔に配置してある。このようにして構
成された装置内部は、約２×10^-6Torrの真空状態にして
ある。ここで、Ｘ方向に並列配置された電子放出部22へ
Ｙ方向に順次電圧を印加してライン状に電子を放出さ
せ、Ｙ方向に配置された変調電極24で順次変調信号を送
ることによって蛍光板25に照射する放出電子を制御して
任意の画像を蛍光表示することができる。尚、蛍光板と
電子放出素子間には、電子の加速電圧が印加されてい
る。

第９図は、微粒子膜をパターニングして、電子放出部
のみに電子放出材を配置した電子放出素子基板27を示
す。電子放出部22は、図中Ｘ方向に並列に配置した直線
形状の電極配線23及びその電極ギャップ部28の領域上に
パターニングして配置された電子放出材29の電極ギャッ
プ部に位置する領域となる。

かかる電子放出素子基板も前記従来例と同様に各部材
と第８図の様に組み合わせ、真空状態下で電圧を印加し
て駆動することによって任意の画像を蛍光表示すること
ができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来例では、電子放出素子を形成
した後スペーサー，変調電極等の構成部材を組み立てる
ために、 ．組み立て時に電子放出部と構造部材の開口部を正確
にアライメントする必要があり、組み立て能率が悪い。

．高精細表示や大面積表示においては、組み立て位置
精度を向上させる必要があり、各部材の加工寸法精度が
厳しく製作が困難となる。

という欠点を有しており、更に、電子放出素子基板全面
に電子放出材である微粒子を配置した表示装置では、 ．電子放出素子基板全面に微粒子が配置されるため
に、電子放出部以外の電極間でも、配置された微粒子に
よってリーク電流が流れ、電子放出の電力効率が低下す
る。という欠点を有していた。

すなわち、本発明の目的とするところは、上記のよう
な問題点を解消し得る電子線表示装置及びその製造方法
を提供することにある。

［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明は、第１に、電子放出材、電子放出材とカーボ
ン又は電子放出材と低仕事関数材を含む電子放出部を有
する電子放出素子を設けた基板上方に、電子線通過用の
開口部を有する支持部材を介して画像表示部材を対向配
置した電子線表示装置の製造に際し、 少なくとも前記電子放出材、カーボン又は低仕事関数
材のいずれか１つを前記支持部材をマスクとして前記基
板に付設すると同時に、前記支持部材の開口部側壁にも
付設することで、前記電子放出素子から放出される電子
線による支持部材のチャージアップを抑制できるように
することを特徴とする電子線表示装置の製造方法を提供
するものである。

また、本発明は、第２に、電子放出材、電子放出材と
カーボン又は電子放出材と低仕事関数材を含む電子放出
部を有する電子放出素子を設けた基板上方に、電子線通
過用の開口部を有する支持部材を介して画像表示部材を
対向配置した電子線表示装置において、 前記電子放出素子から放出される電子線による支持部
材のチャージアップを抑制できるようにするために、前
記支持部材の開口部側壁に、少なくとも前記電子放出
材、カーボン又は低仕事関数材のいずれか１つが付設さ
れていることを特徴とする電子線表示装置を提供するも
のである。

すなわち、本発明の技術思想は、電子放出部上部のス
ペーサーである支持部材上方より、そのスペーサーであ
る支持部材の開口部を通して電極ギャップを有する電子
放出基板上に電子放出材を配置するというセルフアライ
ン法を用いることによって、組み立て工程をより簡易化
し、位置精度をも向上させたものである。さらに、電子
放出部上方に位置するスペーサーである支持部材の開口
と同形状に電子放出素子基板上へ電子放出材を配置する
ことによって、開口部直下以外の電子放出基板上での不
用な電極間電流や放出電流が生じない構造とすることが
できるものである。

また、表面伝導形電子放出素子の電子放出安定化のた
めに電子放出材上に設けられるカーボンや、電子放出量
の向上のために電子放出材上に設けられる低仕事関数材
も、スペーサーである支持部材上方より開口部を通して
吹き付け等により配置することによって、電子放出素子
形成の最終工程で必要とされる部分にパターン形成でき
る。さらには、電子放出材、上記カーボンあるいは低仕
事関数材の配置時に、スペーサーである支持部材の開口
部側壁をこれらの材料で被覆して高抵抗な状態とするこ
とにより、この開口部を通過する電子が開口部側壁に衝
突した場合の支持部材のチャージアップ防止を図ること
ができる。

以下、本発明の構成要素及び作用について詳述する。

第１図は、表示装置の電子放出素子基板とその上に位
置するスペーサーを示す斜視図である。本図において、
１は電子放出素子基板、２は素子基板１面上に形成され
た電極で、電極ギャップ３を形成している。４は電子放
出部であり、スペーサー６の開口部７と同形状に電子放
出材５が配置されている。かかる電子放出材５は、スペ
ーサー６をマスクとして、スペーサー６の上部よりセル
フアラインで配置される。従って、スペーサー６の開口
部７と同形状で電極２及び電極ギャップ３上に電子放出
材５を配置することができる。このようなスペーサー６
という支持部材をマスクとして用い、電子放出材をセル
フアライン配置する方法として、図中上部矢印側より、
真空蒸着によって超微粒子材を堆積配置させる方法や有
機金属溶液を噴霧，塗布，焼成して微粒子を得る方法等
がある。ここで前記電極ギャップ３の長さ（ｌ）は、0.
01μｍ〜100μｍ、電子放出材の抵抗値は１×10³Ω／□
〜１×10⁹Ω／□であれば良い。

このようにして得られた電子放出素子基板上方にスペ
ーサーを介して蛍光板を設け、内部を約２×10^-6Torrの
真空状態に保持し、素子電極間及び蛍光板へプラス電圧
を印加すると、各電子放出素子の電子放出部より放出さ
れた電子が、蛍光板の蛍光体を発光させて画像を表示す
る。

この際、電極ギャップ３を流れる電流は、電子放出材
５が配置された電子放出部４のみであり、電子放出材が
配置されなかった電極間では電流が流れない。従って、
本発明では、電極ギャップ３を、電子放出部となる位置
によらず一定の間隔を設けて配列した電極により形成し
ておくことで、図中Ｙ方向に関して素子基板１とスペー
サー６のアライメント精度に関係なく、スペーサーの開
口７の鉛直下に電子放出部が形成されることになる。よ
って、電子放出部４は、スペーサーの開口部領域７直下
のみに形成されることになり、放出された電子は全てス
ペーサーの開口を通過して蛍光板に到達する。そのた
め、電極ギャップ部での不用なリーク電流が無くなり、
また、放出電子がスペーサー６の下部に衝突してスペー
サー６をチャージアップさせ、画像表示特性を著しく悪
化させるような問題も発生しにくくなる。

更には、第２図に示すように、電子放出部18を形成す
るくし型電極16を千鳥状に対向配置した場合、この電極
ギャップ17内であれば任意の位置にスペーサーの開口を
配置しても、該開口上方から放された電子放出材19を開
口パターン形状に電極上及び電極ギャップ部に設けるこ
とができる。この場合電極ギャップ部に電子放出部18が
形成される。従って、素子基板とスペーサーとのアライ
メントは、Ｙ方向のみならずＸ方向に関しても精度を緩
く設定することができる。上記の方法によっても同様に
電極ギャップ部での不用な電流が流れなくなり、放出電
流による構造体のチャージアップという問題も発生しに
くくなる。

以上説明した様に、本発明は、電極ギャップ間に電子
放出材を配置し、この電極ギャップ部が電子放出部とな
る表面伝導形電子放出素子に特有の効果であることは言
うまでもない。また、本発明では、電子放出材以外に、
表面伝導形電子放出素子の電子放出安定化に効果を有す
る厚み数10Åのカーボン薄膜についても前記方法と同様
に形成できる。すなわち、前記電子放出材の配置後に、
真空堆積法によって上部構造体すなわちスペーサー６の
上方からカーボン薄膜を堆積することができる。かかる
工程は、カーボン薄膜の基板や電子放出材への密着性が
小さいこと、更にカーボン薄膜の表面自体が電子放出の
安定性に寄与していると考えられることから、電子放出
素子製作工程中の最終工程とすることが望ましい。本発
明によればこれが実現できる。また、カーボン薄膜は小
さいとは言え導電性を有しており、素子基板全面に堆積
された場合、電子放出材と同様リーク電流の原因とな
る。しかし、本発明によれば電子放出材と同形状すなわ
ち電子放出部にカーボン薄膜をパターニング配置できる
ため、リーク電流の発生を防止することができる。

更に、電子放出材，カーボン薄膜共に素子基板上に配
置された場合、電子放出材では１×10³Ω／□〜１×10⁹
Ω／□、カーボン薄膜では、１×10⁵Ω／□程度以上の
抵抗値である。この配置方法の条件により、スペーサー
６の開口部７の側壁に更に高抵抗に膜を形成することが
可能である。抵抗値としては１×10¹⁰Ω／□程度以上が
好ましい。電子放出に際しスペーサー６の開口部７側壁
に電子が放射されても、側壁が導電性を有するため、側
壁のチャージアップが原因となる高圧の引き出し電圧に
よる沿面放電や磁場の変化による放出電子ビームの変
形，不均一性等は発生しない。上記カーボン薄膜の他
に、低仕事関数材例えばCs₂O,BaO,W/Cs,W/Ba等の材料を
電子放出材表面に堆積することにより、電子放出量を向
上させることもできる。堆積形成方法としては、上記カ
ーボン薄膜と同様の方法が適用できる。一般に、これら
の低仕事関数材料は変質し易く、その仕事関数を低い状
態に保つことが難しい。しかし、本発明を用いれば、変
調電極，スペーサーをも含めた電子放出素子作製の最終
工程に、低仕事関数材を形成できるため、材料の変質を
少なくでき低仕事関数の効果を効率良く利用することが
できる。尚、上記カーボン薄膜と同様、不要なリーク電
流を生ずることもない。

［実施例］ 以下、実施例により、本発明を具体的に詳述する。

実施例１ 第３図及び第４図は、本発明の第１の実施例を示す斜
視構成図と製造工程図である。第３図において、１はガ
ラス基板から成る電子放出素子基板、２は素子基板１面
上に形成された電極で、Crを下引き層としたNiから成
る。３は電極ギャップであり、４は電子放出部、５はPd
微粒子から成る電子放出材、６は感光性ガラスから成る
スペーサー、７はスペーサー６に形成された開口部、９
は感光性ガラスから成る下部スペーサー、10はこの下部
スペーサー９上に配置された金属薄板から成る変調電
極、12は蛍光板であり、ITO薄膜から成る透明電極13を
有し、さらに蛍光体14が配置形成されている。

今、第３図に示す構造内部を約２×10^-6Torrの真空状
態として、各電極ギャップ３に14Vの電圧を順次印加す
ると、電子放出部４より電子が放出される。ここで、透
明電極13へ数kVの電圧を印加すると、放出電子が蛍光体
14に達して発光する。15はこの時の輝点を示す。更に、
各変調電極10に０〜50Vの電圧を順次印加することによ
って、任意の画像を輝点15によって得ることができる。

次に、本実施例の表示装置の製造方法を第４図に基づ
いて説明する。

（ａ）．先ず、清浄した素子基板１上にホトリソグラフ
ィ法で形成したホトレジストパターンのリフトオフによ
り、真空堆積法で成膜した下引き層Cr厚み50Åを有する
Ni電極、厚み950Åを形成し電極２を得る。この時、電
極ギャップ３は２μｍで直線状に形成した。

（ｂ）．次に、下部スペーサー9,変調電極10,スペーサ
ー６を順次素子基板１上に積層配置し、素子基板外周を
不図示の無機系接着剤で固定する。

（ｃ）．次に、組み上がった素子基板の上方矢印側か
ら、有機金属Pd溶液（奥野製薬社製キャタペーストcc
p）をスプレーによって噴霧した後、300℃で12分間焼成
し、Pd微粒子から成る電子放出材５を変調電極10の開口
部７と同様な形状、領域に配置する。この時、電極ギャ
ップ３に配置されたPd微粒子部分が電子放出部４とな
る。

（ｄ）．最後に、蛍光体14を堆積，パターニングした透
明電極13を有する蛍光板12をスペーサー６上に配置し、
素子基板外周を不図示の無機系接着剤で固定し、内部空
間を真空排気して封止する。

以上の工程によって、本実施例の表示装置を製造する
ことができる。尚、上記製造方法中、電子放出材５の配
置方法として、微粒子材の蒸着やガスデポジションの初
期膜を用いることも可能である。

本実施例において、組立て時に、電極ギャップ３の直
線状方向に対して開口部７の位置ずれが発生しても、構
造上，表示特性上何ら問題を生じなかった。更に、上記
スペーサー６の開口部７の側壁の電気抵抗を計測したと
ころ約１×10¹¹Ω程度となり、電子放出時のチャージア
ップが原因と考えられる画像のちらつきや不均一性は発
生しなかった。

また、上記製造方法中、第４図（ｃ）の後に真空堆積
法によって数10Åのカーボン薄膜をスペーサー６の開口
部７へ図面矢印方向から堆積したところ、電子放出素子
駆動のリーク電流を発生せずに、電子放出の安定化が観
られた。

また、カーボン薄膜の代わりにW/Baを同様に堆積した
ところ、電子放出素子駆動のリーク電流を発生せずに電
子放出量の増加が見られた。

実施例２ 本実施例においては、第２図に示すようなくし型電極
を千鳥状に配置して成る電極ギャップ17を素子基板１上
に形成したものである。かかる構成において、くし型電
極16はCr/Ni,厚み50Å/950Åを真空堆積法とホトレジス
トのリフトオフによって形成した。電極ギャップ17の長
さ（ｌ）は２μｍとし、ギャップの領域は配置されるPd
微粒子から成る電子放出材５の領域よりも広く設定して
ある。以上の構成で、実施例１と同様な方法によって表
示装置を製造することができる。

本実施例において、組立て時に第２図の電極ギャップ
17の領域内であれば、第３図に示すような開口部７の位
置ずれが発生しても、構造上，表示特性上問題を生じな
かった。

以上実施例において、素子上方の構造体の部材は、前
記部材以外に真空堆積法とホトリソエッチング法によっ
て形成される薄膜であっても良く、同様な表示装置を得
ることができた。

［発明の効果］ 以上説明したように、電子放出部上方のスペーサーで
ある支持部材の開口部上方から電子放出材を配置し、該
開口パターンと同形状に電子放出素子基板上に電子放出
材を形成することで、 ．支持部材の開口部と素子基板上の電子放出部の位置
を正確にかつ容易に配置することができるため、装置の
組み立て能率が向上する。さらに、各部材の加工寸法精
度や組み立て位置精度を向上させなくとも、高精細表示
や大面積表示が可能となる。

．以上の方法により電極ギャップ部上の必要な部分の
みに電子放出材を配置し、電子放出部とすることがで
き、電子放出部以外での電極間の不用なリーク電流が無
くなる。また、放出電子による内部構造体の不良なチャ
ージアップが発しにくくなり、良好な画像表示が可能と
なる。

さらに、電子放出部上方のスーペーサーである支持部
材の開口部上方からカーボン薄膜を前記電子放出材上に
形成することで、 ．電子放出材上にカーボン薄膜を同形状で形成するこ
とができ、電子放出部以外での電極間のカーボン薄膜に
よる不用なリーク電流が発生せずに、カーボン薄膜効果
により電子放出を安定化することができる。

また、少なくとも電子放出材又はカーボン薄膜の配置
と同様に支持部材の開口部側壁にも少なくとも電子放出
材又はカーボン薄膜の高抵抗状態で配置することで、 ．電子放出時の支持部材のチャージアップが無くな
り、電子ビームの変形や不均一性が発生しにくくなる。

また、低仕事関数材料を電子放出素子基板作製の最終
工程で電子放出材上に同形状で形成することができるた
め、 ．作製工程による変質の小さい低仕事関数材料を電子
放出材上に形成でき、電子放出量を向上させることがで
きる。この時、電子放出部以外での低仕事関数材による
不用なリーク電流は発生しない。

といったような効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施態様を示す斜視構成図である。 第２図は、本発明の実施態様及び実施例２を示す電極の
平面図である。 第３図は、本発明の実施例１を示す斜視構成図である。 第４図は、本発明の実施例１の製造方法を示す工程断面
図である。 第5,6,7,8,9図は、従来例を示す平面図及び断面図であ
る。 1,21,27……素子基板 2,23……電極 3,17,28……電極ギャップ 4,18,22……電子放出部 5,19,29……電子放出材 6,20……スペーサー ７……開口部 9,26……下部スペーサー 10,24……変調電極 12,25……蛍光板 13……透明電極 14……蛍光体 15……輝点 16……くし型電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｊ 31/12 Ｈ０１Ｊ 31/12 Ｃ (72)発明者 武田 俊彦 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 (72)発明者 岩井 久美 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 (56)参考文献 特開 昭63−13247（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−276530（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−118355（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 1/30,9/02 H01J 31/12 - 31/15 H01J 29/87,29/82 H01J 9/24,9/18

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子放出材、電子放出材とカーボン又は電
   子放出材と低仕事関数材を含む電子放出部を有する電子
   放出素子を設けた基板上方に、電子線通過用の開口部を
   有する支持部材を介して画像表示部材を対向配置した電
   子線表示装置の製造に際し、 少なくとも前記電子放出材、カーボン又は低仕事関数材
   のいずれか１つを前記支持部材をマスクとして前記基板
   に付設すると同時に、前記支持部材の開口部側壁にも付
   設することで、前記電子放出素子から放出される電子線
   による支持部材のチャージアップを抑制できるようにす
   ることを特徴とする電子線表示装置の製造方法。
2. 【請求項２】少なくとも前記電子放出材、カーボン又は
   低仕事関数材のいずれか１つを、前記支持部材の開口部
   側壁に、その表面抵抗が１×10¹⁰Ω／□以上となるよう
   に付設することを特徴とする請求項１に記載の電子線表
   示装置の製造方法。
3. 【請求項３】電子放出材、電子放出材とカーボン又は電
   子放出材と低仕事関数材を含む電子放出部を有する電子
   放出素子を設けた基板上方に、電子線通過用の開口部を
   有する支持部材を介して画像表示部材を対向配置した電
   子線表示装置において、 前記電子放出素子から放出される電子線による支持部材
   のチャージアップを抑制できるようにするために、前記
   支持部材の開口部側壁に、少なくとも前記電子放出材、
   カーボン又は低仕事関数材のいずれか１つが付設されて
   いることを特徴とする電子線表示装置。
4. 【請求項４】少なくとも前記電子放出材、カーボン又は
   低仕事関数材のいずれか１つが付設された前記支持部材
   の開口部側壁の表面抵抗が１×10¹⁰Ω／□以上であるこ
   とを特徴とする請求項３に記載の電子線表示装置。