JP3044434B2

JP3044434B2 - 電子源の製造方法及び画像形成装置

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Publication number: JP3044434B2
Application number: JP34699193A
Authority: JP
Inventors: 宣明大栗; 哲也金子
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 2000-05-22
Anticipated expiration: 2015-05-22
Also published as: JPH07192605A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子源の製造方法及び
その製法により得られた電子源を有する表示装置等の画
像形成装置にかかわり、特に表面伝導型放出素子を多数
個備える電子源の製造方法およびその製法により得られ
た電子源を有する表示装置等の画像形成装置の新規な構
成に関する。

【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型と略す）、金属／絶縁層／金属
型（以下ＭＩＭ型と略す）や表面伝導型放出素子（以下
ＳＣＥと略す）等がある。

【０００３】ＦＥ型の例としてはＷ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，”Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈ
ｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓ
ｐｉｎｄｔ，”ＰＨＹＳＩＣＡＬＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓ
ｉｏｎＣａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄ
ｅｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，４７，５２４８（１９７６）等が知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ，”Ｔｈｅｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎａｍ
ｐｌｉｆｉｅｒ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２，
６４６（１９６１）等が知られている。

【０００５】ＳＣＥ型の例としては、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎ
ｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈ
ｙｓ．，１０，（１９６５）等がある。

【０００６】ＳＣＥ型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。この表面伝導型放出
素子としては、前記エリンソン等によるＳｎＯ₂薄膜を
用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅ
ｒ：”ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ”，９，３１
７（１９７２）］、Ｉｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂薄膜によるもの
［Ｍ．ＨａｒｔｗｅｌｌａｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａ
ｄ：”ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”，５
１９（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頁（１９８３）］
等が報告されている。これらの表面伝導型放出素子の典
型的な素子構成として前述のＭ．ハートウェルの伝子構
成を図５に示す。同図において１は絶縁性基板である。
２は電子放出部形成用薄膜で、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
のフォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出部３
が形成される。４は電子放出部を含む薄膜と呼ぶことに
する。尚、図中のＬ１は０．５〜１ｍｍ、Ｗは０．１ｍ
ｍで設定されている。

【０００７】従来、これらの表面伝導型放出素子におい
ては、電子放出を行う前に電子放出部形成用薄膜２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
３を形成するのが一般的であった。即ち、フォーミング
とは前記電子放出部形成用薄膜２の両端に電圧を印加通
電し、電子放出部形成用薄膜２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３を形成することである。尚、電子放出部３は電子
放出部形成用薄膜２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。以下フォーミングにより形成
した電子放出部を含む電子放出部形成用薄膜２を電子放
出部を含む薄膜４と呼ぶ。前記フォーミング処理をした
表面伝導型放出素子は、上述電子放出部を含む薄膜４に
電圧を印加し、素子に電流を流すことにより、上述電子
放出部３により電子を放出せしめるものである。しかし
ながら、これら従来の表面伝導型放出素子においては、
実用化にあたっては、様々の問題があったが、本出願人
等は、後述する様な様々な改善を鋭意検討し、実用化上
の様々な問題点を解決してきた。

【０００８】上述の表面伝導型放出素子は、構造が単純
で製造も容易であることから、大面積にわたり多数素子
を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を生か
せるようないろいろな応用が研究されている。例えば、
荷電ビーム源、表示装置等があげられる。多数の表面伝
導型放出素子を配列形成した例としては、並列に表面伝
導型放出素子を配列し、個々の素子の両端を配線にてそ
れぞれ結線した行を多数行配列した電子源があげられる
（例えば、本出願人の特開平１−０３１３３２）。ま
た、特に表示装置等の画像形成装置においては、近年、
液晶を用いた平板型表示装置が、ＣＲＴに替わって普及
してきたが、自発光型でないため、バックライト等を持
たなければならない等の問題点があり、自発光型の表示
装置の開発が望まれてきた。表面伝導型放出素子を多数
配置した電子源と電子源より放出された電子によって、
可視光を発光せしめる蛍光体とを組み合わせた表示装置
である画像形成装置は、大画面の装置でも比較的容易に
製造でき、かつ表示部位の優れた自発光型表示装置であ
る（例えば、本出願人のＵＳＰ５０６６８８３）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】表面伝導型放出素子を
複数配置した電子源を用いて構成される表示装置の画面
を大面積化して電気的に駆動する場合、画面内に配置さ
れる駆動配線の長さが長くなり、電圧印加した配線電極
端と反対の配線電極端間では配線長さ分の配線抵抗が増
大する。これにより以下の問題点が発生する。

【００１０】（１）印加した電圧に対する電圧降下が生
じ、配線両端の接続素子間で与えられる電圧が異なるた
め表示輝度の差となって画像のむらが生じる。

【００１１】（２）印加した素子駆動信号の時間的遅延
が生じ、これが配線両端の接続素子間で与えられる駆動
信号の時間的ずれとなって画像の乱れが生じる。

【００１２】このような問題を解消するために、配線幅
を広げて配線抵抗を小さくしようとすると、対応する画
面内一素子の面積が大きくなり高精細画像表示ができな
くなる。一方、配線のたかさを高くして配線抵抗を小さ
くする場合には、配線の幅に対する高さの比、すなわち
アスペクト比を大きくする必要がある。この高アスペク
ト比配線の製造方法としてはメッキレジストを用いたパ
ターンメッキ法が有効な方法であるが、メッキ法によっ
て得られた配線は一般的に緻密であり、膜厚が厚くなる
程、成長途中でメッキ膜の内部応力が大きくなり基板か
ら剥離する可能性が高くなる。また、薄膜配線や印刷配
線においても膜厚が厚くなる程基板から剥離したり、配
線自体に亀裂が入る可能性が高くなる。

【００１３】更に、高アスペクト比配線を実現できて
も、多層配線構造とした場合に生ずる段差が、平面型画
像表示装置の大面積化に際し、電子光学系の設計自由度
の障害となっていた。

【００１４】本発明は、かかる従来の問題を鑑みて、簡
易な構成でかつ容易に、多数素子からなる電子源より任
意の素子を選択し、放出電子量を制御する電子源及び該
電子源と対向した位置に蛍光体等の画像形成部材を配置
した表示装置等の画像形成装置において、特に配線用電
極の抵抗を低減し、より高品位な画像を得られるように
することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために成された本発明は、絶縁性基板に第１の凹部
状溝を形成し、該第１の凹部状溝に第１の配線電極を埋
め込み形成し、該絶縁性基板上及び該第１の配線電極上
に絶縁体層を形成し、該絶縁体層に第２の凹部状溝を形
成し、該第２の凹部状溝に第２の配線電極を埋め込み形
成し、該絶縁体層に設けられたコンタクトホールに充填
されて第１の配線電極と接続した結線と第２の配線電極
に表面伝導型放出素子を接続することを特徴とする電子
源の製造方法であり、更には、該製法により得られた電
子源を具備する画像形成装置である。

【００１６】特に本発明によれば、後に詳細に説明する
ように、配線用電極が前記基体に埋め込まれる構造のた
め、配線用電極を容易に厚くすることができ、低抵抗の
配線が実現できるものである。

【００１７】以下に特に、本出願人による本発明に関わ
る表面伝導型放出素子の基本的な構成と製造方法及びそ
の特徴（例えば、特開平２−５６８２２等を参考にし
て）について概説する。

【００１８】本発明に係わる表面伝導型放出素子の構
成、及び製法の特徴は、次の様なものがあげられる。

【００１９】１）フォーミングとよばれる通電処理前の
電子放出部形成用薄膜は、微粒子分散体を分散し形成さ
れた微粒子からなる薄膜、あるいは、有機金属等を加熱
焼成し形成された微粒子からなる薄膜等、基本的には、
微粒子より構成される。

【００２０】２）フォーミングとよばれる通電処理後の
電子放出部を含む薄膜は、電子放出部、電子放出部を含
む薄膜とも基本的には、微粒子より構成される。

【００２１】図６（ａ），（ｂ）は、それぞれ、本発明
にかかわる基本的な表面伝導型放出素子の構成を示す平
面図及び断面図である。図６を用いて、本発明に関わる
素子の基本的な構成を説明するが、本発明の電子源及び
画像形成装置では後述するように、この表面伝導型放出
素子を多数個、同一基体上に配線電極と共に形成してい
るものである。

【００２２】図６において１は絶縁性基板、５と６は素
子電極、４は電子放出部を含む薄膜、３は電子放出部で
ある。

【００２３】絶縁性基板１としては、石英ガラス，Ｎａ
等の不純物含有量を減少したガラス，青板ガラス，青板
ガラスにスパッタ法等により形成したＳｉＯ₂（絶縁体
層）を積層したガラス基板等及びアルミナ等のセラミッ
ク等が、あげられる。

【００２４】対向する素子電極５，６の材料としては導
電性を有するものであればどのようなものであっても構
わないが、例えばＮｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，
Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ，Ａ
ｇ，Ａｕ，ＲｕＯ₂，Ｐｄ−Ａｇ等の金属或は金属酸化
物とガラス等から構成される印刷導体、Ｉｎ₂Ｏ₃−Ｓｎ
Ｏ₂等の透明導電体及びポリシリコン等の半導体材料等
が挙げられる。素子電極間隔Ｌ１は、数百オングストロ
ームより数百マイクロメートルであり、素子電極の製法
の基本となるフォトリソグラフィー技術、即ち、露光機
の性能とエッチング方法等、及び、素子電極間に印加す
る電圧と電子放出し得る電界強度等により設定される
が、好ましくは、１マイクロメートルより十マイクロメ
ートルである。素子電極長さＷ１，素子電極５，６の膜
厚ｄは、電極の抵抗値，前述したＸ，Ｙ配線との結線、
多数配置された電子源の配置上の問題より適宜設計さ
れ、通常は、素子電極長さＷ１は、数マイクロメートル
より数百マイクロメートルであり、素子電極５，６の膜
厚ｄは、好ましくは、数百オングストロームより数マイ
クロメートルである。

【００２５】絶縁性基板１上に設けられた対向する素子
電極５と素子電極６間及び素子電極５，６上に設置され
た電子放出部を含む薄膜４は、電子放出部３を含むが、
図６（ｂ）に示された場合だけでなく、素子電極５，６
上には設置されない場合もある。即ち、絶縁性基板１上
に、先述した電子放出部形成用薄膜、対向する素子電極
５，６の電極順に積層構成した場合である。また、対向
する素子電極５と素子電極６間全てが、製法によって
は、電子放出部として機能する場合もある。この電子放
出部を含む薄膜４の膜厚は、数オングストロームより数
千オングストロームであり、好ましくは１０オングスト
ロームより２００オングストロームであり、素子電極
５，６へのステップカバレージ、電子放出部３と素子電
極５，６間の抵抗値及び電子放出部３の導電性微粒子の
粒径、後述する通電処理条件等によって、適宜設定され
る。その抵抗値は、１０の３乗より１０の７乗オーム／
□のシート抵抗値を示す。電子放出部を含む薄膜４を構
成する材料の具体例を挙げるならばＰｄ，Ｒｕ，Ａｇ，
Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，
ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化物、ＨｆＢ₂，ＺｒＢ₂，Ｌａ
Ｂ₆，ＣｅＢ₆，ＹＢ₄，ＧｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＣ，Ｚ
ｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、Ｔｉ
Ｎ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導
体、カーボン，ＡｇＭｇ，ＮｉＣｕ，Ｐｂ，Ｓｎ等であ
り、微粒子膜からなる。

【００２６】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
さす。

【００２７】電子放出部３は、数オングストロームより
数千オングストロームの粒径の導電性微粒子多数個から
なり、好ましくは１０オングストロームから２００オン
グストロームである。電子放出部を含む薄膜４の膜厚及
び後述する通電処理条件等の製法に依存しており、適宜
設定される。電子放出部３を構成する材料は、電子放出
部を含む薄膜４を構成する材料の元素の一部あるいは全
てと同様の物である。

【００２８】電子放出部３を有する電子放出素子の製造
方法としては様々な方法が考えられるが、その一例を図
７に示す。２は電子放出部形成用薄膜で例えば微粒子膜
が挙げられる。

【００２９】以下、順を追って製造方法の説明を図６及
び図７に基づいて説明する。

【００３０】１）絶縁性基板１を洗剤、純水および有機
溶剤により十分に洗浄後、真空蒸着法、スパッタ法等に
より素子電極材料を堆積後、フォトリソグラフィー技術
により該絶縁性基板１の面上に素子電極５，６を形成す
る（図７（ａ））。

【００３１】２）絶縁性基板１上に設けられた素子電極
５と素子電極６との間に、素子電極５と６を形成した絶
縁性基板上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。なお、有機金属溶液と
は、前記Ｐｄ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，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、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２を形成する
（図７（ｂ））。尚、ここでは、有機金属溶液の塗布法
により説明したが、これに限る物でなく、真空蒸着法，
スパッタ法，化学的気相堆積法，分散塗布法，ディッピ
ング法，スピナー法等によって形成される場合もある。

【００３２】３）つづいて、フォーミングと呼ばれる通
電処理を、素子電極５，６間に不図示の電源によりパル
ス状電圧を印加して行うと、電子放出部形成用薄膜２の
部位に構造の変化した電子放出部３が形成される（図７
（ｃ））。この通電処理により電子放出部形成用薄膜２
を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、構造の変化
した部位を電子放出部３と呼ぶ。先に説明したように、
電子放出部３は導電性微粒子で構成されていることを本
出願人らは観察している。

【００３３】上記フォーミング処理の電圧波形の一例を
図８に示す。

【００３４】図８中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形のパルス
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ミリ秒とし、三角波
の波高値（フォーミング時のピーク電圧）は４Ｖ〜１０
Ｖ程度とし、フォーミング処理は真空雰囲気下で数十秒
間程度で適宜設定した。

【００３５】以上説明した電子放出部を形成する際に、
素子の電極間に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、素子の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、その波高値及びパルス幅・パルス間隔等につ
いても上述の値に限ることなく、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出来る。

【００３６】図９は、図６で示した構成を有する本発明
にかかわる電子放出素子の電子放出特性を測定するため
の測定評価装置の概略構成図である。図９において、１
は絶縁性基体、５及び６は素子電極、４は電子放出部を
含む薄膜、３は電子放出部を示す。また、９１は素子に
素子電圧Ｖｆを印加するための電源、９０は素子電極５
・６間の電子放出部を含む薄膜４を流れる素子電流Ｉｆ
を測定するための電流計、９４は素子の電子放出部より
放出される放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノード電
極、９３はアノード電極９４に電圧を印加するための高
圧電源、９２は素子の電子放出部３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。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５，６に電源９１と電流計９０とを接続
し、該電子放出素子の上方に電源９４と電流計９２とを
接続したアノード電極９４を配置している。また、本電
子放出素子及びアノード電極９４は真空装置内に設置さ
れ、その真空装置には不図示の排気ポンプ及び真空計等
の真空装置に必要な機器が具備されており、所望の真空
下で本素子の測定評価を行えるようになっている。

【００３７】なお、アノード電極の電圧は１ｋＶ〜１０
ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との距離Ｈは３ｍｍ
〜８ｍｍの範囲で測定した。

【００３８】なお、表面伝導型放出素子においては、前
記の基本的な素子構成の基本的な製造方法のうち一部を
変更してもよい。

【００３９】次に、本発明の電子源及び画像形成装置に
ついて、図１０を用いて説明する。１１１は絶縁性基
板、１１２はＸ方向配線、１１３はＹ方向配線、１１４
は表面伝導型放出素子、１１５は結線である。

【００４０】同図において、絶縁性基板１１１は、前述
したガラス基板等であり、その大きさ及びその厚みは、
絶縁性基板１１１に設置される表面伝導型放出素子の個
数及び個々の素子の設計上の形状、及び電子源の使用時
に容器の一部を構成する場合には、その容器を真空に保
持するための条件等に依存して適宜設定される。ｍ本の
Ｘ方向配線１１２は、ＤＸ₁，ＤＸ₂，・・ＤＸ_mからな
り、絶縁性基板１１１上に、真空蒸着法，印刷法，スパ
ッタ法等で形成し、所望のパターンとした導電性金属等
からなり、多数の表面伝導型放出素子にできるだけほぼ
均等な電圧が供給される様に、材料，膜厚，配線巾が設
定される。Ｙ方向配線１１３は、ＤＹ₁，ＤＹ₂・・ＤＹ
_nのｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線１１２と同様に真
空蒸着法，印刷法，スパッタ法等で形成し、所望のパタ
ーンとした導電性金属等からなり、多数の表面伝導型放
出素子にほぼ均等な電圧が供給される様に、材料，膜
厚，配線巾等が設定される。これらｍ本のＸ方向配線１
１２とｎ本のＹ方向配線１１３間には、不図示の層間絶
縁層が設置され、電気的に分離されて、マトリックス配
線を構成する。尚、このｍ，ｎは、共に正の整数であ
る。不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法，印刷法，スパ
ッタ法等で形成されたＳｉＯ₂等であり、Ｘ方向配線１
１２を形成した絶縁性基板１１１の全面或は一部に所望
の形状で形成され、特に、Ｘ方向配線１１２とＹ方向配
線１１３の交差部の電位差に耐え得る様に、膜厚，材
料，製法が、適宜設定される。また、Ｘ方向配線１１２
とＹ方向配線１１３は、それぞれ外部端子として引き出
されている。

【００４１】尚、ｍ本のＸ方向配線１１２の上にｎ本の
Ｙ方向配線１１３を、層間絶縁層を介して設置した例で
説明したが、ｎ本のＹ方向配線１１３の上にｍ本のＸ方
向配線１４２を、層間絶縁層を介して設置する場合もあ
る。

【００４２】更に、前述と同様にして、表面伝導型放出
素子１１４の対向する素子電極（不図示）が、ｍ本のＸ
方向配線ＤＸ₁，ＤＸ₂，・・ＤＸ_mのｍ本とＸ方向配線
１１２と、ＤＹ₁，ＤＹ₂，・・ＤＹ_nのｎ本のＹ方向配
線１１３と、真空蒸着法，印刷法，スパッタ法等で形成
された導電性金属等からなる結線１１５によって電気的
に接続されているものである。

【００４３】尚、ｍ本のＸ方向配線１１２とｎ本のＹ方
向配線１１３と結線１１５と素子電極の導電性金属は、
その構成元素の一部あるいは全部が同一であっても、ま
たそれぞれ異なってもよく、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，
Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属或は合金及
びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ₂，Ｐｄ−Ａｇ等の金属或
は金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、Ｉｎ
₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂等の透明導体及びポリシリコン等の半導
体材料等より適宜選択される。また表面伝導型放出素子
は、絶縁性基板１１１あるいは、不図示の層間絶縁層上
どちらに形成してもよい。

【００４４】また、前記Ｘ方向配線１１２には、Ｘ方向
に配列する表面伝導型放出素子１１４の行を任意に走査
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。

【００４５】一方、Ｙ方向配線１１３には、Ｙ方向に配
列する表面伝導型放出素子１１４の列の各列を任意に変
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。

【００４６】更に、各表面伝導型放出素子に印加される
駆動電圧は、当該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。

【００４７】つぎに、以上のようにして作成した電子源
を用いた表示等にもちいる画像形成装置について図３と
図４を用いて説明する。図３は画像形成装置の基本構成
図であり、図４は該画像形成装置に用いられる蛍光膜の
パターンである。３１は上述のようにして電子放出素子
を作製した電子源基板、３２は電子源基板３１を固定し
たリアプレート、４０はガラス基板３７の内面の蛍光膜
３８とメタルバック３９等が形成されたフェースプレー
ト、３３は支持枠であり、リアプレート３２及びフェー
スプレート４０をフリットガラス等で封着して、外囲器
４１を構成する。

【００４８】外囲器４１は上述の如く、フェースプレー
ト４０、支持枠３３、リアプレート３２で構成したが、
リアプレート３２は主に基板３１の強度を補強する目的
で設けられるため、基板３１自体で十分な強度を持つ場
合は別体のリアプレート３２は不要であり、基板３１に
直接支持枠３３を封着し、フェースプレート４０、支持
枠３３、基板３１にて外囲器４１を構成しても良い。

【００４９】蛍光膜３８は、モノクロームの場合は蛍光
体のみから成るが、カラーの蛍光膜の場合は、図４に示
される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などと呼ばれる黒色導電材４
２と蛍光体４３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４３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３８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、通常良く用いられている黒鉛を主成分とする
材料だけでなく、導電性があり、光の透過及び反射が少
ない材料であればこれに限るものではない。

【００５０】ガラス基板３７に蛍光体を塗布する方法は
モノクローム、カラーによらず、沈殿法や印刷法が用い
られる。

【００５１】また、蛍光膜３８の内面側には通常メタル
バック３９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４０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。フェースプレート４０に
は、更に蛍光膜３８の導電性を高めるため、蛍光膜３８
の外面側に透明電極（不図示）を設けてもよい。

【００５２】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応させなくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行なう必要がある。

【００５３】外囲器４１は、不図示の排気管に通じ、１
０のマイナス６乗［Ｔｏｒｒ］程度の真空度にされ、外
囲器４１の封止をおこなわれる。

【００５４】尚、容器外端子Ｄｘ₁〜ＤｘｍとＤｙ₁〜Ｄ
ｙｎを通じ対向する素子電極間に電圧を印加し、上述の
フォーミングを行い、電子放出部を形成し電子放出素子
を作製する。また、外囲器４１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４１の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の加熱法により、外囲器４１内
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、該蒸着膜の吸着作用により、たとえ
ば１×１０マイナス５乗ないしは１×１０マイナス７乗
［Ｔｏｒｒ］の真空度を維持するものである。

【００５５】以上のように完成した本発明の画像表示装
置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄｘ₁〜
Ｄｘｍ，Ｄｙ₁〜Ｄｙｎ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３９、あるいは透明電極（不図示）に数ｋＶ以上の高
圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜３８に衝突さ
せ、励起・発光させることで画像を表示するものであ
る。

【００５６】以上述べた構成は、画像表示等に用いられ
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。

【００５７】また、本発明の思想によれば、画像表示に
用いられる好適な画像形成装置に限るものでなく、感光
性ドラムと発光ダイオード等で構成された光プリンター
の発光ダイオード等の代替の発光源として、上述の画像
形成装置を用いることもできる。またこの際、上述のｍ
本の行方向配線とｎ本の列方向配線を、適宜選択するこ
とで、ライン状発光源だけでなく、２次元状の発光源と
しても応用できる。

【００５８】次に、本発明の特徴である凹部状溝に電極
層（配線電極）が埋め込まれている構造を有する基体上
に、先述した様な特性を有する表面伝導型放出素子を一
体化形成する例を説明する。

【００５９】図１は、本発明の電子源に係る基体の一実
施態様を示しており、図１（ａ）は部分平面図、図１
（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’の断面図、図１（ｃ）は
図１（ａ）のＢ−Ｂ’の断面図である。

【００６０】本実施態様は、多数個の表面伝導型放出素
子を行列状にマトリクス配線したものである。これは、
先ず絶縁性基板１１にＸ方向配線電極を形成するための
凹部状溝を直接形成する。

【００６１】次に、配線電極材料を該凹部に充填し、絶
縁性基板１１中にＸ方向配線電極１２を得る。

【００６２】次に、絶縁体層１３を基板上全面に形成す
る。

【００６３】続いて、Ｘ方向配線電極１２上の絶縁体層
１３に素子電極５と接続するためのコンタクトホール１
５’を開ける。

【００６４】更に、Ｙ方向配線電極１４を形成するため
の凹部状溝を絶縁体層１３に形成する。

【００６５】更に、配線電極材料を絶縁体層１３に形成
したコンタクトホール１５’及びＹ方向配線電極形成用
凹部状溝に充填し、絶縁体層１３中に結線１５及びＹ方
向配線電極１４を得る。

【００６６】以上の様にしてＸ方向及びＹ方向配線電極
が埋め込まれた基体上に、表面伝導型放出素子の素子電
極５及び６を各々Ｙ方向配線電極１４及び結線１５に接
続されるようにして、先述した素子の作成方法により表
面伝導型放出素子を一体化形成する。

【００６７】本発明において、上記凹部状溝の深さは基
本的に制限はないが、一般に薄膜で成膜する厚み以上す
なわち約１０μｍ以上の深さであれば薄膜法に比べて配
線の厚みを厚くすることができ、低抵抗配線としての効
果を生じる。

【００６８】また液晶表示装置（ＬＣＤ）のような配線
では、ＴＮ液晶のセル厚が７μｍ位となるため、一般に
は基板上に１０μｍ厚の配線が存在することができな
い。すなわち、セル厚の制御ができない等の問題を生じ
る。本発明による配線は基板に埋め込まれているため、
これらの表示装置に用いる場合にも充分に低抵抗配線と
して形成できるため有効である。

【００６９】上記凹部状溝の加工方法は特に限定するも
のではないが、例えば一般的に良く知られるダイシング
ソーによる機械的切削法やその他の機械的切削法、ある
いは型を用いたプレスによる圧縮法等を用いることがで
きる。

【００７０】また、上記配線電極の形成方法としては、
メッキ膜を形成するメッキ法や導電性ペーストを用いた
ブレードコート法等を用いることができる。配線電極材
料として導電性ペーストを用いた場合、導電性ペースト
の焼成温度は、基板をガラス材とした場合５５０℃〜６
００℃の範囲で推奨される。

【００７１】また、絶縁体層は、電気駆動上、充分に絶
縁されれば、その寸法，厚みは特に限定されない。絶縁
体層として例えば絶縁性ガラスペーストを用いる場合に
は、スクリーン印刷あるいはディップ塗布法を用いて形
成することができる。

【００７２】以上の様な構成を有する本発明の電子源及
び該電子源を具備する画像形成装置は、埋め込み構造の
ため各配線用電極を厚くすることができ、低抵抗配線が
実現できる。また、凹部状溝加工精度により、配線形状
が制御できるため、各配線の寸法精度が向上する利点を
有している。一般的にはスクリーン印刷などでは、スク
リーンの伸び、ペーストの流動などにより印刷配線の絶
対寸法精度を精密に制御することは困難であった。

【００７３】更に、各配線，絶縁体層が平坦な状態で形
成されるため、多層配線構造において下部電極のエッジ
の部分で絶縁層が薄く形成されてその部分で絶縁破壊を
生じるという問題がなくなる。また、積層される膜面に
段差を生じないため、段切れ等の問題も生じなくなる等
の利点を有している。更には、基体表面上の構造が簡素
化されるため、大面積化した際に生じる種々の障害物が
なく、電子光学系の設計自由度が拡大する。

【００７４】また、本発明の構成によれば容易にＸＹマ
トリクス状に多数の素子を配置することができ、大画面
の画像表示装置を提供できる。

【００７５】

【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。

【００７６】実施例１本実施例は図１に示したような構成を有する電子源基板
を作成し、これを用いて画像形成装置を作成したもので
ある。

【００７７】先ず初めに、４０ｃｍ角，厚さ３ｍｍ程度
の青板ガラスからなる絶縁性基板１１を十分洗浄した
後、Ｘ方向配線電極１２を形成するための凹部状溝を絶
縁性基板１１に直接形成した。溝の形成は一般的に良く
知られるダイシングソー（商品名ディスコカッタ：ディ
スコ社製）により行った。本実施例では、このＸ方向配
線電極形成用凹部は、幅１００μｍ，深さ１００μｍと
した。

【００７８】次に配線電極材料である銀ペーストを、ブ
レードコータを使用して絶縁性基板１１に形成した凹部
に充填する。更に、５８０℃程度で１５分焼成して絶縁
性基板１１中にＸ方向配線電極１２を得た。

【００７９】次に、スクリーン印刷によって絶縁性ガラ
スペーストを基板上全面に印刷し、５８０℃程度で１５
分間焼成して絶縁体層１３とした。この時の絶縁体層１
３の厚さは８０μｍとした。

【００８０】続いて、Ｘ方向配線電極１２上の絶縁体層
１３に素子電極６と接続するためのコンタクトホール１
５’を開け、更に、Ｘ方向配線電極と交差する方向にＹ
方向配線電極１４を形成するための凹部状溝を絶縁体層
１３にダイシングソーにより形成した。Ｙ方向配線電極
形成用凹部は幅１００μｍ，深さ６０μｍとした。

【００８１】更に、配線電極材料である銀ペーストをブ
レードコータを使用して、絶縁体層１３に形成したコン
タクトホール及びＹ方向配線電極形成用凹部状溝に同時
充填した。更に、５８０℃程度で１５分焼成して絶縁体
層１３中に結線１５及びＹ方向配線電極１４を得た。

【００８２】このように形成されたＸ，Ｙマトリクス状
の埋め込み配線電極は、連続且つ平坦な膜となり、その
抵抗率は膜厚１００μｍで約１ｍΩ／□以下と、充分低
抵抗とすることができた。また、埋め込み状態も良好で
あった。

【００８３】更に、本実施例において電極の形成法にメ
ッキ法による金メッキ膜を用いた場合には、先ずはじめ
に凹部状溝を形成した基板上全面に真空成膜によりＮｉ
膜を全面形成し、凹部状溝以外の不要なＮｉ膜はフォト
リソグラフィ，エッチングにより除去した。続いてＮｉ
を電極として電解メッキを行ないＡｕ電極を形成した。

【００８４】このように形成されたメッキ法による埋め
込み電極も、その抵抗率は膜厚１００μｍで約１ｍΩ／
□以下と充分低抵抗とすることができた。

【００８５】続いて、フォトリソグラフィ技術とエッチ
ング技術により図６に示したような表面伝導型放出素子
を形成する。

【００８６】先ず、素子電極５，６と素子電極間ギャッ
プと成るべきパターンをホトレジスト（ＲＤ−２０００
Ｎ−４１日立化成社製）形成し、真空蒸着法により、
厚さ５０ÅのＴｉ、厚さ１０００ÅのＮｉ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、Ｎｉ／
Ｔｉ堆積膜をリフトオフし、素子電極間隔Ｌ₁は３ミク
ロンとし、素子電極の幅Ｗ₁を３００ミクロン、を有す
る素子電極５，６を形成した。

【００８７】次に、図２に示されるような、素子電極間
ギャップＬ１及びこの近傍に開口を有するマスクにより
膜厚１０００ÅのＣｒ膜を真空蒸着により堆積・パター
ニングし、そのうえに有機パラジウム（ｃｃｐ４２３０
奥野製薬（株）社製）をスピンナーにより回転塗布、３
００℃で１０分間の加熱焼成処理をした。また、こうし
て形成された主元素としてパラジウムよりなる微粒子か
らなる電子放出部形成用薄膜２の膜厚は１００Å、シー
ト抵抗値は５×１０の４乗Ω／□であった。なおここで
述べる微粒子膜とは、上述したように、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）の膜をさ
し、その粒径とは、前記状態で粒子形状が認識可能な微
粒子についての径をいう。

【００８８】続いて、Ｃｒ膜および焼成後の電子放出部
形成用薄膜２を酸エッチャントによりエッチングして所
望のパターンを形成した。

【００８９】つぎに、以上のようにして作成した電子源
基板を用いて画像形成装置を構成した例を、図３と図４
を用いて説明する。

【００９０】以上のようにして多数の表面伝導型放出素
子を作成した電子源基板３１をリアプレート３２上に固
定した後、基板３１の５ｍｍ上方に、フェースプレート
４０（ガラス基板３７の内面に蛍光膜３８とメタルバッ
ク３９が形成されて構成される）を支持枠３３を介し配
置し、フェースプレート４０、支持枠３３、リアプレー
ト３２の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中ある
いは窒素雰囲気中で４００℃ないし５００℃で１０分以
上焼成することで封着した（図３参照）。またリアプレ
ート３２への基板３１の固定もフリットガラスで行っ
た。

【００９１】図３において、３４は電子放出素子、３
５，３６はそれぞれＸ方向及びＹ方向の配線である。

【００９２】蛍光膜３８は、モノクロームの場合は蛍光
体のみから成るが、本実施例では蛍光体はストライプ形
状（図４参照）を採用し、先にブラックストライプを形
成し、その間隙部に各蛍光体を塗布し、蛍光膜３８を作
製した。ブラックストライプの材料として通常良く用い
られている黒鉛を主成分とする材料を用いた。

【００９３】ガラス基板３７に蛍光体を塗布する方法は
スラリー法を用いた。

【００９４】また、蛍光膜３８の内面側には通常メタル
バック３９が設けられる。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を真空蒸着するこ
とで作製した。

【００９５】フェースプレート４０には、更に蛍光膜３
８の導電性を高めるため、蛍光膜３８の外面側に透明電
極（不図示）が設けられる場合もあるが、本実施例で
は、メタルバックのみで十分な導電性が得られたので省
略した。

【００９６】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応させなくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行った。

【００９７】以上のようにして完成したガラス容器内の
雰囲気を排気管（図示せず）を通じ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Ｄ_X1〜Ｄ_Xmと
Ｄ_Y1〜Ｄ_Ynを通じ電子放出素子３４の素子電極間に電圧
を印加し、電子放出部形成用薄膜２を通電処理（フォー
ミング処理）することにより電子放出部３を作成した。
フォーミング処理の電圧波形を図８に示す。

【００９８】図８中、Ｔ₁及び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１０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５Ｖとし、フォーミング処理は約１×１
０マイナス６乗ｔｏｒｒの真空雰囲気下で６０秒間行っ
た。

【００９９】このように作成された電子放出部３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３０Åであった。

【０１００】次に、１０のマイナス６乗［Ｔｏｒｒ］程
度の真空度で、不図示の排気管をガスバーナーで熱する
ことで溶着し外囲器の封止を行った。

【０１０１】最後に封止後の真空度を維持するために、
ゲッター処理を行った。これは封止を行う直前に、高周
波加熱等の加熱法により、画像形成装置内の所定の位置
（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形
成する処理した。ゲッターはＢａを主成分とした。

【０１０２】以上のように完成した本発明の画像表示装
置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄ_X1〜Ｄ
_Xm，Ｄ_Y1〜Ｄ_Ynを通じ、走査信号及び変調信号を不図示
の信号発生手段によりそれぞれ、印加することにより電
子放出させ、高圧端子Ｈｖを通じ、メタルバック３９に
数ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光
膜３８に衝突させ、励起・発光させることで画像を表示
した。

【０１０３】以上説明したように本実施例による埋め込
み電極で構成される電子源によれば、埋め込み構造にす
ることで各配線用電極を厚くすることができ、低抵抗配
線を実現できた。また、凹部状溝加工精度により、配線
形状が制御でき、各配線の寸法精度が向上した。

【０１０４】更に、各配線，絶縁層が平坦な状態で形成
されるため、多層配線構造で問題となっていた下部電極
のエッジの部分での絶縁破壊を生じない。また、積層さ
れる膜面に段差を生じないため、段切れ等の問題をも生
じなかった。更に、本発明による本実施例の電子源及び
画像形成装置では、電子源基板の表面形状が簡素化さ
れ、大面積化した際に生じる種々の障害物がなく、電子
光学系の計設自由度が拡大する。

【０１０５】また、本実施例の構成によれば、容易に
Ｘ，Ｙマトリクス状に多数の表面伝導型放出素子を配置
することができ、大画面の画像形成装置の作成に適して
いる。

【０１０６】

【０１０７】

【０１０８】

【０１０９】

【０１１０】

【０１１１】

【０１１２】

【０１１３】

【０１１４】

【０１１５】

【０１１６】

【０１１７】

【０１１８】

【０１１９】更に本発明の応用として、上記実施例１の
電子源の形成方法により、長さ４０ｃｍのアレイ状発光
素子を作製し、感光性ドラム上に配置することにより、
電子写真記録装置を構成することができた。

【０１２０】さらには、電子写真記録装置にアレイ状発
光素子を作製した場合においても同様の効果を得ること
ができる。

【０１２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下の効果を奏する。

【０１２２】（１）配線用電極を精度良く容易に厚く形
成でき、低抵抗配線を実現できたことにより、画像形成
装置等の大面積化の際に問題とされていた配線抵抗の増
大による画像むらの発生を防止でき、高精細大画面の画
像形成装置が得られる。

【０１２３】（２）電子源基体表面の構造が簡素化され
平坦化されると共に、多層配線構造において問題とされ
ていた絶縁破壊等を解消できるため、電子光学系の設計
自由度が拡大し、高信頼度の大画面画像形成装置を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１において、ＸＹマトリクス配
線して形成した電子源基板の概略構成図である。

【図２】本発明の電子源の製造工程にかかわる素子平面
図である。

【図３】本発明による画像形成装置の構成例を示す一部
切り欠き斜視図である。

【図４】本発明による画像形成装置における蛍光膜の構
成例を示す図である。

【図５】表面伝導型放出素子の一例を示す構成図であ
る。

【図６】本発明に係る表面伝導型放出素子の実施態様例
を示す概略構成図である。

【図７】本発明に係る表面伝導型放出素子の製造方法の
一例を示す概略的な断面図である。

【図８】表面伝導型放出素子の通電フォーミングの電圧
波形の一例である。

【図９】表面伝導型放出素子の電子放出特性の測定評価
装置を示す概略構成図である。

【図１０】多数の表面伝導型放出素子を単純マトリクス
配線して構成した電子源基板の概略図である。

【符号の説明】１１絶縁性基板１２Ｘ方向配線電極１３絶縁体層１４Ｙ方向配線電極１５結線１５’ コンタクトホール２１絶縁性基板２２ライン配線電極３１電子源基板３２リアプレート３３支持枠３４電子放出素子３５行方向配線３６列方向配線３７ガラス基板３８蛍光膜３９メタルバック４０フェースプレート４１外囲器４２黒色導電材４３蛍光体１絶縁性基板２電子放出部形成用薄膜３電子放出部４電子放出部を含む薄膜５素子電極６素子電極９０電流計９１電源９２電流計９３高圧電源９４アノード電極１１１絶縁性基板１１２Ｘ方向配線１１３Ｙ方向配線１１４表面伝導型放出素子１１５結線

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 9/02 H01J 1/30 H01J 31/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板に第１の凹部状溝を形成し、
該第１の凹部状溝に第１の配線電極を埋め込み形成し、
該絶縁性基板上及び該第１の配線電極上に絶縁体層を形
成し、該絶縁体層に第２の凹部状溝を形成し、該第２の
凹部状溝に第２の配線電極を埋め込み形成し、該絶縁体
層に設けられたコンタクトホールに充填されて第１の配
線電極と接続した結線と第２の配線電極に表面伝導型放
出素子を接続することを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項２】前記凹部状溝を、機械的切削または圧縮
法を用いて形成することを特徴とする請求項１に記載の
電子源の製造方法。
【請求項３】前記配線電極材料が、メッキ膜または導
電性ペーストであることを特徴とする請求項１に記載の
電子源の製造方法。
【請求項４】前記配線電極を、メッキ法またはブレー
ドコート法を用いて形成することを特徴とする請求項１
に記載の電子源の製造方法。
【請求項５】請求項１〜４いずれかに記載の製造方法
により製造された電子源を具備する画像形成装置。