JP3728281B2 - 電子源基板及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子放出素子を用いた電子源基板、及び電子源基板を用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子放出素子を利用した画像形成装置として、冷陰極電子放出素子を多数形成した電子源基板と、透明電極および蛍光体を具備した陽極基板とを平行に対向させ、真空に排気した平面型の電子線表示パネルが知られている。このような画像形成装置において、電界放出型電子放出素子を用いたものは、例えば、Ｉ．Ｂｒｏｄｉｅ，”Ａｄｖａｎｃｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ｆｌａｔ ｃｏｌｄ−ｃａｔｈｏｄｅ ＣＲＴｓ”，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ，１／８９，１７（１９８９）に開示されたものがある。また、特開昭６３−２７４０４７号公報、特開昭６３−２７４０４８号公報、ＵＳＰ４９０４８９５などに、基板表面上に一対の電極を有する電界放出型電子放出素子が開示されている。
【０００３】
また、表面伝導型電子放出素子を用いたものは、例えば、ＵＳＰ５０６６８８３号等に開示されている。平面型の電子線表示パネルは、現在広く用いられている陰極線管（ｃａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ：ＣＲＴ）表示装置に比ベ、軽量化、大画面化を図ることができ、また、液晶を利用した平面型表示パネルやプラズマ・ディスプレイ、エレクトロルミネッセント・ディスプレイ等の他の平面型表示パネルに比べて、より高輝度、高品質な画像を提供することができる。
【０００４】
特に、表面伝導型電子放出素子は構成が単純で製造も容易であり、電界放出型電子放出素子のようにフォトリソグラフィ技術を駆使した複雑な製造工程を経ることなく、大面積にわたって多数素子を配列形成した電子源基板を作製できる利点がある。
【０００５】
図１０は、特開平６−３４２６３６号公報において開示された、表面伝導型電子放出素子を用いた電子源基板の一例を示したものである。図１０は電子源の一部の平面図を示している。ここで図１０中、１は基板、２，３は素子電極、４は電子放出部を有する導電性薄膜、５は電子放出部であり、素子電極２，３はそれぞれ下配線６、上配線７に接続され、下配線６と上配線７は層間絶縁層８によって電気的に絶縁されている。１０１は表面伝導型電子放出素子である。
【０００６】
ここで、マトリクス状に配置された上配線７と下配線６にそれぞれ走査信号、情報信号として所定の電圧を順次印加することで、マトリクスの交点に位置する所定の電子放出素子を選択的に駆動できる。
【０００７】
このようなマトリクス配置された電子源基板は、比較的簡単なフォトリソグラフィ技術を用いることによって作製できるが、より大きな基板を形成する場合は、印刷技術を用いるのが好ましい。特に、走査信号を印加する上配線については、１ラインに接続された素子数が多くなるほど配線を流れる電流量が増加するため、配線抵抗による電圧降下が生じるので、配線は厚膜で形成して抵抗をできるだけ小さくするのが好ましい。
【０００８】
特開平８−１８０７９７号公報等には、配線及び層間絶縁層をスクリーン印刷法により形成する製造方法が開示されている。その他の部材についても、例えば、特開平９−１７３３３号公報等には、素子電極をオフセット印刷法等により形成する製造方法が開示されており、導電性薄膜においては、インクジェット法により形成する製造方法が特開平９−６９３３４号公報等に開示されている。これらの印刷技術を用いることで、大面積の電子源基板を容易に製造することができる。
【０００９】
また、表面伝導型放出素子には、上記以外にも様々な報告がなされており、例えば、ＳｎＯ₂薄膜を用いたもの［Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．，１０，１２９０（１９６５）］、［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． 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頁（１９８３）］等が報告されているが、例えば、特開平２−５６８２２号公報において、酸化パラジウム等の金属微粒子膜を用いた表面伝導型電子放出素子を開示している。
【００１０】
表面伝導型電子放出素子を作製するにあたっては、通常、導電性薄膜４にフォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出部５を形成するのが一般的である。フォーミングとは導電性薄膜４の両端に直流電圧あるいは非常にゆっくりとした昇電圧、例えば１Ｖ／分程度を印加通電し、導電性薄膜４を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、亀裂を形成する処理である。
【００１１】
なお、フォーミング処理を施した後、導電性薄膜４に電圧を印加し、素子に電流を流すことにより、亀裂近傍から電子を放出せしめるものである。このとき、電子の放出する部位を電子放出部５と呼ぶ。
【００１２】
さらに、たとえば特開平７−２３５２５５号公報に開示されているように、フォーミングを終えた素子に対して活性化処理と呼ばれる処理を施し、より良好な電子放出を得ることができる。活性化工程は、有機物質のガスを含有する雰囲気下で、フォーミング処理同様、素子にパルス電圧の印加を繰り返すことで行うことができ、雰囲気中に存在する有機物質から、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆積し、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが著しく増加するようになる。
【００１３】
このような処理を経て作製された表面伝導型電子放出素子は、例えばフラットパネルディスプレイ等の画像形成装置に適用可能な電子源として十分な電子放出特性を有する。
【００１４】
従って、上述のように、印刷技術を用いて、表面伝導型電子放出素子からなる大面積の電子源基板を作製することによって、大面積の画像形成装置、例えば大画面フラットパネルディスプレイを実現することができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、十分な電子放出量と寿命、安定性を有する電子放出素子を大面積の電子源基板に形成する場合、以下に述べるような問題がある。
【００１６】
基板表面上に設けられた一対の素子電極間に電子放出部を有する電子放出素子（例えば表面伝導型放出素子）を配線電極で接続した電子源においては、製造コスト、電子放出特性の向上などの要求から、素子電極と配線とを異なる組成物から形成する場合があった。ここで、異なる組成物とは、▲１▼互いに材料が異なる、▲２▼同一元素から構成されその比率が異なる、の両者を意味する。
【００１７】
例えば、▲１▼は、配線として銀（Ａｇ）を用いて、素子電極に白金（Ｐｔ）を用いる場合や、配線に酸化ルテニウム（ＲｕＯ₂）を用いて、素子電極にルテニウム（Ｒｕ）を用いる場合等が該当する。また、合金組成が異なる場合（配線に金とイリジウムの合金（Ａｕ−Ｉｒ）を用いて、素子電極に金とインジウムの合金（Ａｕ−Ｉｎ））も異なる組成物に該当する。また▲２▼は、スズ（Ｓｎ）と鉛（Ｐｂ）合金として、その比率がＳｎ：Ｐｂ＝７：３の半田合金で素子電極を構成し、Ｓｎ：Ｐｂ＝６：４の半田合金で配線を構成する場合が該当する。
【００１８】
そして、このように素子電極と配線を異なる組成物で構成した場合、高温処理などの工程を経ることによって、配線材料が素子電極と基板の界面を伝わって、電子放出部に到達し、電子放出部での予期せぬ変化を引き起こし、電子放出特性を変化させてしまうという不具合があった。特に、この現象は、電子源基板の表面に基板材料の拡散を防止する処理膜などを設けた場合に、発生しやすいことを本発明者らは確認した。以下に具体的な構成例をあげて詳述する。
【００１９】
大面積の電子源基板を安価に製造しようとすれば、使用する部材のコストを下げる必要があり、その基体として、ソーダライムガラスが好ましく用いられる。しかしながら、表面伝導型電子放出素子や上述ＵＳＰ４９０４８９５に開示の横型電界放出素子に代表される、基板表面に一対の素子電極と該素子電極間に電子放出部を有する電子放出素子は、その電子放出部が基板表面に接して形成されるために、電子放出素子を駆動した時の熱や電界がソーダライムガラス表面にも伝わり、基板の熱的な変形やナトリウムイオンの移動、ナトリウム金属やナトリウム化合物の析出等が生じやすい。電子放出素子近傍での基板の変形は素子構造の変化を生じせしめ、またナトリウムの析出は構造のみならず電気的性質をも変えてしまうので、電子放出特性の変動や劣化の原因となる。
【００２０】
そのため、例えば表面伝導型放出素子の場合、特開平１−２７９５３８号公報において開示されているように、ソーダライムガラス表面に二酸化けい素を主成分とする材料で被覆層を形成し、その上に表面伝導型電子放出素子を形成するのが望ましい。特に、この被覆層として、厚さが５００ｎｍ程度以上の膜厚のシリカ層やリンドープシリカ（ＰＳＧ）層を形成すると、表面伝導型電子放出素子の駆動時の熱や電界がソーダライムガラス基体に伝わり難くなり、かつ十分なナトリウム拡散防止層としての役割を持たせることができる。また特開２０００−２１５７８９号公報において開示されるように、ソーダライムガラス表面に導電性酸化物を含有した層を形成し、さらにその表面上に二酸化けい素を主成分とする層を設け、その上に表面伝導型電子放出素子を形成することも可能である。このような２層構成の被膜層でも、熱や電界によるナトリウムの拡散を抑え、ナトリウム拡散防止層としてより十分な役割を果たすことができる。
【００２１】
ところが、このナトリウム拡散防止層は、基体からのナトリウム拡散をブロックするだけでなく、ナトリウム拡散防止層上に配置した金属の基板への拡散も抑えてしまう。金属が基板内部に拡散し難いと、熱処理工程を繰り返した場合、基板表面や基板と他の部材との界面を伝わって、基板表面に平行な方向への拡散が生じる場合がある。
【００２２】
図１０に示したような構成の電子源基板においては、この基板表面に平行な方向への拡散は、配線金属が素子電極と基板の界面に接しているところで生じ、素子電極が金属、特に配線金属と異なる金属で形成されている場合に、更に顕著になる。配線金属が、素子電極と基板表面（ナトリウム拡散防止層表面）との界面を伝わって拡散してしまうと、導電性薄膜と接触するようになる。ここで、更に熱処理が行われたり、駆動のための電界が印加されると、熱や電界によるマイグレーションによって配線金属と導電性薄膜が混合し、電子放出素子が本来の電子放出特性を維持することが困難になり、特性の劣化や変動を引き起こす。従って、できる限り配線金属の界面拡散を抑える必要があった。
【００２３】
このような問題点を解決するために、特開２０００−２４３３２７号公報に開示しているように、素子電極を導電性酸化物を用いて電子放出素子を形成する方法が用いられていた。しかし、素子の駆動中に放電した場合、その影響が大きく、放電した素子だけではなくその周辺の素子へも影響が及んでしまい、基板内の欠陥の大きさが大きくなってしまうという場合があった。
【００２４】
そこで本発明においては、上述の配線材料の拡散による電子放出素子の特性の劣化を解決可能な電子源及びその製造方法を提供することを目的とする。特に、上述のようにナトリウム拡散防止層を形成した基板表面に印刷法等の安価な方法で配線を形成した場合にも、電子放出特性の劣化を防止しえる電子源の提供を目的とする。
【００２５】
また、本発明の別の目的は、かかる電子源基板を用いて良好な画像を長時間にわたり保持し得る大画面の平面型の画像形成装置を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した課題、すなわち、配線金属が素子電極と基板の界面を伝わって拡散することによる電子放出素子の特性の劣化を解決するために成されたものであり、下述する構成のものである。
【００２７】
即ち、第一の本発明は、基板上に、一対の素子電極と電子放出部を有する導電性薄膜とからなる電子放出素子と、該素子電極に接続され、該素子電極と異なる組成からなる金属配線と、を有する電子源基板であって、前記導電性薄膜と前記金属配線との間にある前記素子電極と前記基板との界面に沿った、前記導電性薄膜と前記金属配線との最短距離が５０μｍ以上であることを特徴とする電子源基板にある。
【００２８】
上記第一の本発明は、さらなる特徴として、
「前記最短距離が、１００μｍ以上であること」
「前記電子放出部を有する導電性薄膜は、ＰｄないしＰｄＯ、あるいはそれらの混合物よりなること」、
をも包含する。
【００２９】
また、第二の本発明は、基板上に、一対の素子電極と電子放出部を有する導電性薄膜とからなる電子放出素子と、該一対の素子電極の各々に接続され、該素子電極と異なる組成からなる行方向金属配線及び列方向金属配線と、を有する電子源基板であって、前記一対の素子電極の少なくとも一方は、該素子電極上で前記導電性薄膜と該素子電極に接続する金属配線とを一直線に結ぶことが出来ない形状であることを特徴とする電子源基板にある。
【００３０】
上記第二の本発明は、さらなる特徴として、「前記形状は、前記素子電極上で前記導電性薄膜と該素子電極に接続する金属配線とを結ぶ最短経路が、複数の直線の組み合わせで構成される形状であること」、「前記形状は、Ｌ字型形状であること」、「前記電子放出部を有する導電性薄膜は、ＰｄないしＰｄＯ、あるいはそれらの混合物よりなること」、をも包含する。
【００３１】
また、第三の本発明は、基板上に、一対の素子電極と該素子電極間に電子放出部を有する電子放出素子と、該一対の素子電極の各々に接続され、該素子電極と異なる組成からなる行方向金属配線及び列方向金属配線と、を有する電子源基板であって、前記一対の素子電極の少なくとも一方は、該素子電極上で前記電子放出部と該素子電極に接続する金属配線とを一直線に結ぶことが出来ない形状であることを特徴とする電子源基板にある。
上記第三の本発明は、さらなる特徴として、「前記形状は、前記素子電極上で前記導電性薄膜と該素子電極に接続する金属配線とを結ぶ最短経路が、複数の直線の組み合わせで構成される形状であること」、「前記形状は、Ｌ字型形状であること」、をも包含する。
【００３２】
上述の第一乃至第三の本発明は、更なる特徴として、「前記素子電極は、少なくとも白金材料を含んだ金属材料であること」、「前記基板は、ナトリウムを含有するガラス基体と、該ガラス基体上に形成されたナトリウム拡散防止層よりなること」、「前記ナトリウム拡散防止層は、厚さが５００ｎｍ以上のシリカ被膜よりなること」、「前記電子放出素子は、表面伝導型電子放出素子であること」、をも包含する。
【００３３】
第四の本発明は、入力信号にもとづいて画像を形成する装置であって、少なくとも、画像形成部材と上記第一乃至第三の本発明のいずれかの電子源基板より構成されたことを特徴とする画像形成装置にある。
【００３４】
第一の本発明の電子源基板では、前記導電性薄膜（素子膜）と前記金属配線との間にある前記素子電極と前記基板との界面に沿った、前記導電性薄膜と前記金属配線との最短距離が５０μｍ以上であることにより、電子放出特性の劣化の原因となる導電性薄膜ひいては電子放出部への配線金属の拡散を効果的に防止できる。
【００３５】
また、第二の本発明の電子源基板では、前記一対の素子電極の少なくとも一方は、該素子電極上で前記導電性薄膜と該素子電極に接続する金属配線とを一直線に結ぶことが出来ない形状であることにより、素子電極と前記基板との界面に沿った距離を増大させているため、電子放出特性の劣化の原因となる導電性薄膜ひいては電子放出部への配線金属の拡散を効果的に防止できる。
【００３６】
また、第三の本発明の電子源基板では、前記一対の素子電極の少なくとも一方は、該素子電極上で前記電子放出部と該素子電極に接続する金属配線とを一直線に結ぶことが出来ない形状であることにより、素子電極と前記基板との界面に沿った距離を増大させているため、電子放出特性の劣化の原因となる電子放出部への配線金属の拡散を効果的に防止できる。
【００３７】
本発明は、特に基板として、ナトリウムを含有するガラス基体と、このガラス基体上に形成されたナトリウム拡散防止層よりなる基板を用いた場合に大きな効果が得られ、特に、金属ぺーストの印刷と加熱焼成によって配線を形成する場合に極めて有効である。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される範囲内での各要素の置換や設計変更がなされたものをも包含する。
【００３９】
【実施例】
（実施例１）
図１は、本実施例の電子源基板を示す概略構成図（平面図）で、電子源基板の一部のみを示している。また、図２は、図１に示した電子源基板の一つの電子放出素子を拡大した鳥瞰図である。そして、図３は、図２におけるＡ−Ａ’断面図である。
【００４０】
図１、図２、図３において、１は基体、２，３は素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部、６，７はそれぞれ素子電極２，３に接続された配線、８は配線６と配線７を電気的に絶縁するための層間絶縁層、９はナトリウム拡散防止層である。なお、配線６，７はそれぞれ、図１中の座標軸に照らして、Ｙ方向配線、Ｘ方向配線と呼び、また層間絶縁層８との位置関係により、それぞれ下配線、上配線と呼ぶことがある。尚、説明の便宜上、基体１とナトリウム拡散防止層９は別体として説明しているが、本発明で言う基板とは、これら両者より構成されるものであり、要は、素子電極及び導電性薄膜と接触して界面を形成するものが基板を意味するものであると理解されたい。
【００４１】
基体１は、一般に青板ガラスと呼ばれるソーダライムガラスが安価であるため好ましく用いられるが、ソーダライムガラス中に含有されるナトリウムを一部カリウムに置換して歪み点を上昇させた、高歪み点ガラスを用いることができる。このようなナトリウムを含有するガラス基体は、大量生産可能なフロート法を用いて形成することができ、例えば、対角１ｍ以上の大面積の基体も安価に作製することができるものである。なお、本発明の電子源基板及びそれを用いた画像形成装置は、その製造過程で何度かの熱処理工程を行なう。この時の熱処理温度の設定、及びその熱処理温度における基板の歪みの許容値に応じて上記基体の材料を選択すればよい。
【００４２】
ナトリウム拡散防止層９は、基体１から電子放出素子へのナトリウムの拡散を防止する役割と、電子放出素子に電流が流れるときの発熱を基体１に伝え難くする役割をもった被膜層である。上記の役割を満足するために、ナトリウム拡散防止層９として、シリカを主成分とした被膜層を好ましく用いることができる。ここでシリカとは、ＳｉＯ₂、ＳｉＯ、およびその混合物を意味する。中でも、ＳｉＯ₂の層や、リンを数ｗｔ％含有させたリンドープシリカガラス（ＰＳＧ）からなる層がより好ましく用いられる。これらの被膜層を５００ｎｍ以上の膜厚で形成すると、事実上ナトリウムの拡散が止められるので、ナトリウム拡散防止層９として機能する。
【００４３】
また他のナトリウム拡散防止層として基体１の表面上に、リンをドープした酸化スズを主成分とした微粒子被膜層を厚さ２００ｎｍ以上の膜厚で形成し、かつその上層に厚さ８０ｎｍ以上のシリカを主成分とした被膜層を設けることによってもナトリウムの拡散を抑えることができる。
【００４４】
本実施例では、清浄化した青板ガラス基体１上に、ナトリウム拡散防止層９として厚さ１．０μｍのＳｉＯ₂膜をスパッタ法で形成する。なおナトリウム拡散防止層９の形成法は、スパッタ法に限るものではなく、他の真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、ＣＶＤ法等、有機金属系塗布材によって形成される場合もある。
【００４５】
対向する素子電極２，３の材料としては、以後の熱処理工程を経ても安定した導電性を有し、かつ配線６，７を構成する金属が熱拡散し難いものが好ましい。
【００４６】
前述のように、金属配線６，７から素子電極２，３を介して配線金属が導電性薄膜４および電子放出部５へ拡散すると、電子放出特性が劣化しやすくなる。そこで、導電性薄膜４と金属配線６，７とを電気的に接続している素子電極２，３と基板との界面に沿った、導電性薄膜４と金属配線６，７の最短距離Ｌを長くすることによって、導電性薄膜４および電子放出部５への金属の拡散を効果的に抑えることができる。
【００４７】
従来はかかる最短距離Ｌが１５μｍ程度であったが、本発明においては５０μｍ以上としている。この距離Ｌが５０μｍ未満では、十分な効果が得られず、電子放出特性が劣化しやすくなる。
【００４８】
本実施例では、ナトリウム拡散防止層９を形成した基板１上に真空蒸着法、スパッタ法などにより厚さ５ｎｍのチタニウムを堆積し、その上層に４０ｎｍの白金を真空蒸着法、スパッタ法などにより堆積する。その後、フォトリソグラフィ技術により素子電極２，３のパターンをフォトレジストで形成し、ドライエッチング処理によって素子電極２，３以外のパターンを除去し、最後にフォトレジストパターンを除去して、素子電極２、３を形成する。なお、素子電極２，３の形成は、オフセット印刷等の印刷技術を用い焼成することによって形成することもできる。
【００４９】
配線６，７は、図１に示すように、複数の電子放出素子に給電するためのものである。ｍ本のＸ方向配線７は、ＤＸ１，ＤＸ２、・・・、ＤＸｍ、ｎ本のＹ方向配線６は、ＤＹ１、ＤＹ２、・・・、ＤＹｎからなり、それぞれ、多数の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、配線幅等が設計される。これらｍ本のＸ方向配線７とｎ本のＹ方向配線６の間には、層間絶縁層８が設置され、電気的に分離されて、マトリクス配線を構成する（このｍ、ｎは、共に正の整数）。
【００５０】
配線６，７としては、熱処理工程を経ても安定した導電性を有する金属が好ましいが、特に、大面積にわたって所望のパターンを安価に形成できる印刷法が適用できるものが望ましい。金属ぺーストをスクリーン印刷によってパターン形成し、熱処理して得られる金属膜は、数μｍ以上の厚膜の抵抗が小さい配線を大面積に形成するのに適しているため、印刷可能な金属ペーストが比較的安価に得られる、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕのぺースト、すなわち、それを熱処理して得られるＡｇ、Ｃｕ、Ａｕが好ましく用いられる。また、これらの金属ペーストを混合したものや、例えば、Ｐｄを含有したＡｇペースト等を用いてもよい。なお、配線６，７は、形成後の熱処理工程の条件によっては、表面の酸化による抵抗値上昇があまり顕著にならない場合もあるので、そのような場合は酸化しやすいＡｌを用いることもできる。
【００５１】
本実施例では、ナトリウム拡散防止層９、素子電極２，３を形成した基体１上に、スクリーン印刷により、配線６のパターンをＡｇペーストを用いて形成し、乾燥後、４８０℃で焼成し、Ａｇからなる厚さ２０μｍ〜５０μｍとなるような所望の形状の配線６を形成する。
【００５２】
層間絶縁層８の形状、材料、膜厚、製法は、配線６と配線７の交差部の電位差に耐え得るように適宜設定できるが、配線同様、印刷法により形成できるものが好ましく、またガラスペーストを印刷して得られるガラスの厚膜層が用いられる。図１に示した構成、すなわちマトリクス配置の構成において、Ｘ方向配線７には、Ｘ方向に配列した電子放出素子の行を選択するための走査信号を印加する不図示の走査信号印加手段が接続され、Ｙ方向配線６には、Ｙ方向に配列した電子放出素子の各列を入力信号に応じて、変調するための不図示の変調信号発生手段が接続される。各電子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、単純なマトリクス配線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とすることができる。
【００５３】
一方、このほかに、並列に配置した多数の電子放出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を多数個配し、この配線と直交する方向で、該電子放出素子の上方に配した制御電極により、電子放出素子からの電子を制御駆動するはしご状配置のもの等があるが、本発明は、特にこれらの配置によって限定されるものではない。
【００５４】
本実施例では、下配線６上の所望の位置、すなわち、以後の工程で形成する上配線７と交差する位置に層間絶縁層８のパターンを、スクリーン印刷により、ガラスペーストを用いて形成し、乾燥後、４８０℃で焼成する。十分な絶縁性を得るために、再度、ガラスペーストを印刷、乾燥、焼成を繰り返して、ガラスからなる所望の形状の層間絶縁層８を形成する。なお、層間絶縁層８に十分な絶縁性を付与するために膜厚を厚くしたい場合は、上記印刷、焼成を所望の回数繰り返すこともできる。
【００５５】
そのあと、層間絶縁層８を形成した部位において下配線６と交差するように、上配線７のパターンを、スクリーン印刷により、Ａｇペーストを用いて形成し、乾燥後、４８０℃で焼成し、Ａｇからなる所望の形状の上配線７を形成する。
【００５６】
以上の工程により、素子電極２，３が配線６，７によってマトリクス状に結線された基板が形成できる。
【００５７】
導電性薄膜４の熱的安定性は電子放出特性の寿命を支配する重要なパラメータであるため、導電性薄膜４の材料としてより高融点な材料を用いるのが望ましい。しかしながら、通常、導電性薄膜４の融点が高いほど後述する通電フォーミングが困難となり、電子放出部形成のためにより大きな電力が必要となる。さらに、その結果得られる電子放出部は、電子放出し得る印加電圧（しきい値電圧）が上昇するという問題が生じる場合がある。従って、導電性薄膜４の材料は、適度に高い融点を有し、比較的低いフォーミング電力で良好な電子放出部が形成可能な材料、形態のものを選ぶのがよい。
【００５８】
上述の条件に対し、ＰｄＯは、有機パラジウム化合物の大気中焼成により容易に薄膜形成できること、半導体であるため比較的電気伝導度が低くフォーミングに有する電力が低いこと、電子放出部形成時あるいはその後、容易に還元して金属パラジウムとすることができるので膜抵抗を低減し得ること、等から導電性薄膜４に好適な材料として用いることができる。その膜厚は、素子電極２，３へのステップカバレージ、素子電極２，３間の抵抗値及び後述するフォーミング条件等を考慮して設定される。
【００５９】
本実施例において、上記基板を十分にクリーニングした後、撥水剤を含む溶液で表面を処理し、表面が疎水性になるようにした。これはこの後塗布する素子膜（導電性薄膜）形成用の水溶液が、素子電極上に適度な広がりをもって配置されるようにする事が目的である。そして導電性薄膜４を素子電極２，３のギャップ間にまたがるように有機パラジウム溶液をインクジェット法により所望の位置に塗布し、導電性薄膜４を形成する。本実施例では、素子膜としてパラジウム膜を得る目的で、先ず水８５：イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）１５からなる水溶液に、パラジウム−プロリン錯体０．１５重量％を溶解し、有機パラジウム含有溶液を得た。この他若干の添加剤を加えた。この溶液の液滴を、液滴付与手段として、ピエゾ素子を用いたインクジェット噴射装置を用い、ドット径が６０〜８０μｍとなるように調整して電極間に付与した。その後３５０℃で１０分間の加熱焼成処理をする。こうして得られた導電性薄膜４はＰｄＯが主成分となり、膜厚は約１０ｎｍであった。ここでは、インクジェット法により説明したが、これに限るものでなく、有機金属溶液の塗布法、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法等によって形成される場合もある。
【００６０】
以上の工程により基体１上にナトリウム拡散防止層９、下配線６、層間絶縁層８、上配線７、素子電極２，３、導電性薄膜４を形成し、電子源基板を作製した。
【００６１】
本実施例の電子源基板では、導電性薄膜４と金属配線６との間の素子電極２と基板との界面に沿った最短距離Ｌが５０μｍとなるようにした。なお、本実施例において、導電性薄膜４と金属配線６との間の素子電極２と基板との界面に沿った距離の方が、導電性薄膜４と金属配線７との間の素子電極３と基板との界面に沿った距離よりも短く、金属配線６からのＡｇの影響が大きいため、導電性薄膜４と金属配線６との間の素子電極２と基板との界面に沿った距離を最短距離Ｌとして表している。したがって、導電性薄膜４と金属配線７との間の素子電極３と基板との界面に沿った距離の方が短い場合には、導電性薄膜４と金属配線７との間の素子電極３と基板との界面に沿った距離が最短距離Ｌとなる。
【００６２】
電子放出部５は、導電性薄膜４の一部に形成された、例えば、亀裂等の高抵抗部であり、その亀裂内部に数ｎｍより数十ｎｍの粒径の導電性微粒子、すなわち、ＰｄＯやＰｄＯが還元して生じたＰｄ金属の微粒子を多数個有する場合もあり、導電性薄膜４の膜厚および後述する通電処理条件等の製法に依存している。また、前記導電性微粒子は、導電性薄膜４を構成する材料の元素の一部あるいは全てと同様のものである。
【００６３】
また、電子放出部５の一部、更には、電子放出部５の近傍の導電性薄膜４には、後述する活性化工程を経ることにより、炭素及び炭素化合物を有する。この炭素及び炭素化合物の役割については、電子放出部５を構成する物質として電子放出特性を支配するものと推察されている。
【００６４】
前述したように、本発明では、配線６，７が素子電極２，３と接続される。素子電極２，３が、Ｐｔ，Ａｕ等の貴金属で形成されているので、配線６，７を構成する金属が貴金属よりなる素子電極とナトリウム拡散防止層９の界面に沿って拡散するという現象がみられる。この拡散の詳しいメカニズムは明確にはなっていないが、配線６，７を構成する金属が一旦、素子電極を構成する金属中に拡散し、素子電極とナトリウム拡散防止層９の界面に達する。その後、該界面における粒界を伝わる拡散に起因して起こっていると思われる。
【００６５】
上述のように、配線６，７を構成する金属が界面拡散すると、最終的には導電性薄膜４、さらには電子放出部５にまで達することがある。ここで、電子放出素子を駆動するための電界が印加されると、電界によるマイグレーションや駆動時の熱によって配線６，７を構成する金属と導電性薄膜４が混合し、合金化したり、膜質が変化したりするため、電子放出素子が本来の電子放出特性を維持することが困難になり、特性の劣化や変動を引き起こす。
【００６６】
一方、本実施例のように、導電性薄膜４と金属配線６，７の素子電極２，３と基板との界面に沿った距離Ｌを少なくとも５０μｍ以上確保することにより、配線６，７を構成する金属の上記界面拡散による電子放出素子への影響を効果的に抑制することができ、安定した電子放出特性を長時間保持することができる。
【００６７】
以上のようにして作製した電子源基板にフォーミングと呼ばれる通電処理を、素子電極２，３間、すなわち配線６，７間に電圧を不図示の電源によりパルス状電圧あるいは、昇電圧の印加により行うと、導電性薄膜４の部位に構造の変化した電子放出部５が形成される。この通電処理により導電性薄膜４を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめて亀裂構造の形成された部位を電子放出部５と呼ぶ。図４にフォーミングの電圧波形の例を示す。尚、本実施例では、図４（ａ）の電圧波形を用いてフォーミングを行った。
【００６８】
次に、フォーミングが終了した素子に活性化処理を施す。先に述べたように、この状態では電子放出効率は非常に低いものである。よって電子放出効率を上げるために、上記素子に活性化と呼ばれる処理を行うことが望ましい。具体的には、有機物雰囲気下でフォーミングと同様な通電処理を行う。そしてこの後、安定化工程と呼ばれる有機物を排気した雰囲気中で電子源を加熱して、不要な有機物等を除去する工程を行う。
【００６９】
このような真空雰囲気を採用することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制でき、結果として素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定する。
【００７０】
以上が、本実施例における電子源基板の製造工程であるが、該電子源基板を用いて画像形成装置を構成した例を、図５と図６に示す。尚、図５は、画像形成装置の基本構成図であり、図６はフェースプレート上に設けられた蛍光膜である。
【００７１】
このようにしてできた、本発明の画像形成装置において、各電子放出素子に容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ，Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段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５５、あるいは透明電極（不図示）に１ｋＶの高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜５４に衝突させ、画像を得た。
【００７２】
そして、エレクトロンプローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）の手法により、電子放出部および素子電極上にある導電性薄膜上のＡｇ元素の分布を計測した１素子あたりの結果を、図７に示す。ここで比較のため、導電性薄膜と金属配線の素子電極と基板との界面に沿った最短距離Ｌが１５μｍの場合の例（比較例１）も図７に示す。
【００７３】
このときの測定条件として、１μｍあたりの電子照射条件を１５ｋＶ、０．１μＡとし、分光結晶をＰＥＴ、検出波長を４．１５４Å（Ｌα１次線）として分析した。また本実施例で示した試料を測定する前に、基準として金属配線６または７上を測定した結果、Ａｇのカウント数として約２０００００カウント〜３０００００カウントであった。ここで、本実施例で示しているカウント数に関して、多少ばらつきもあるので、値そのものは相対的なものとして扱った。
【００７４】
図７の結果からわかるように本実施例により、配線６から素子電極２へのＡｇの拡散が抑えられ、導電性薄膜４上および電子放出部５上のＡｇの拡散量が従来例と比べ減少している。そして、それと同時に放出電流Ｉｅの値も増加し、明るい表示装置を作製することができた。
【００７５】
なお、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。
【００７６】
また、本発明の画像形成装置は、テレビジョン放送の表示装置、テレビ会議システムやコンピューター等の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて構成された光プリンターとしての画像形成装置等としても用いることができ、本実施例における画像形成装置は、テレビジョンとして十分満足できる輝度（約１５０ｆＬ）で良好な画像を長時間にわたって安定に表示することができた。
【００７７】
（実施例２）
本実施例では、配線と導電性薄膜との直線最短経路上の距離よりも、素子電極と基板との界面に沿った最短距離のほうが長くなるようにした構成とした。具体的には、素子電極上で導電性薄膜と配線を一直線に結ぶことができないように（換言するならば、素子電極上で導電性薄膜と配線とを結ぶ最短経路が複数の直線の組み合わせで構成されるように）、素子電極の形状をＬ字型とし、配線と導電性薄膜との直線最短経路上に素子電極が存在する領域と存在しない領域を有するようにした。
【００７８】
図８は、本実施例の電子源基板を示す概略構成図（平面図）で、電子源基板の一部のみを示している。また、図８において、１は基体、２，３は素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部、６，７はそれぞれ素子電極２，３に接続された配線、８は配線６と配線７を電気的に絶縁するための層間絶縁層、９はナトリウム拡散防止層である。なお、配線６，７はそれぞれ、図８中の座標軸に照らして、Ｙ方向配線、Ｘ方向配線と呼び、また層間絶縁層８との位置関係により、それぞれ下配線、上配線と呼ぶことがある。
【００７９】
対向する素子電極２，３の材料としては、実施例１と同様、以後の熱処理工程を経ても安定した導電性を有し、かつ配線６，７を構成する金属が熱拡散し難いものが好ましい。
【００８０】
また、金属配線６，７からの金属の拡散が著しいのは、実施例１と同様、配線６から電子放出素子への金属の拡散である。
【００８１】
そこで、本実施例においては、図８に示されるように素子電極２をＬ字型に形成することで、導電性薄膜と金属配線との間での、素子電極と前記基板との界面に沿った最短経路は、複数の直線の組み合わせで構成され、その結果、導電性薄膜４と金属配線６との間での、素子電極と前記基板との界面に沿った距離が増加した。尚、本実施例においては、図８に示すように、導電性薄膜４と金属配線６の直線最短経路上に、素子電極２が存在する領域と存在しない領域を設けることで、配線材料の拡散抑制の効果を高めた。
【００８２】
本実施例では、ナトリウム拡散防止層９を形成した基板１上に真空蒸着法、スパッタ法などにより厚さ５ｎｍのチタニウムを堆積し、その上層に４０ｎｍの白金を真空蒸着法、スパッタ法などにより堆積する。その後、フォトリソグラフィ技術により図８に示したような素子電極２，３のパターンをフォトレジストで形成し、ドライエッチング処理によって素子電極２，３以外のパターンを除去し、最後にフォトレジストパターンを除去して、素子電極２、３を形成する。なお、素子電極２，３の形成は、オフセット印刷等の印刷技術を用い焼成することによって形成することもできる。
【００８３】
尚、このとき、導電性薄膜と金属配線との間の素子電極と基板との界面に沿った最短距離Ｌを１００μｍ、金属配線６との直線最短経路上の距離（直線距離）は４０μｍとなるようにした。また、比較例２として、素子電極２をＬ字型ではなく、実施例１と同様形状の矩形とし、導電性薄膜と金属配線６との直線最短経路上の距離（直線距離）をＬ字型素子電極を用いた電子放出素子同様、４０μｍとしたものも用意した。つまり言い換えるならば、本実施例は、比較例２の矩形素子電極の一部分を削除し、素子電極の存在しない領域をつくることでＬ字型素子電極を形成した。また、比較例２と同様に、形状が矩形の素子電極で、金属配線６との直線最短経路上の距離（直線距離）を１００μｍとしたものを比較例３として用意した。
【００８４】
上記部位以外の基本的な電子源基板の構成、およびその他の作製工程については、実施例１と同様であるため、本実施例では省略する。
【００８５】
このようにしてできた、本実施例の画像形成装置において、各電子放出素子に容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ，Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段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、あるいは透明電極（不図示）に１ｋＶの高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜に衝突させ、放出電流Ｉｅを測定した。
【００８６】
またエレクトロンプローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）の手法により、電子放出部および素子電極上にある導電性薄膜上のＡｇ元素の分布を計測した１素子あたりの結果を、図９に示す。ここで、図９の横軸は配線と導電性薄膜または電子放出部との間の、素子電極と基板との界面に沿った最短距離である。また、比較のため、実施例１の結果も合わせて図９に示す。
【００８７】
このときの測定条件として、島津製作所社製 ＥＰＭ−８１０９ を用い、１μｍあたりの電子照射条件を１５ｋＶ、０．１μＡとし、分光結晶をＰＥＴ、検出波長を４．１５４Å（Ｌα１次線）として分析した。また本実施例で示した試料を測定する前に、基準として金属配線６または７上を測定し、Ａｇのカウント数として約２０００００カウント〜３０００００カウントであった。さらに、上記カウント数に関して、多少ばらつきもあるので、値そのものは相対的なものとして扱った。
【００８８】
図９の結果からわかるように本実施例により、前記最短距離Ｌが長くなるにしたがって金属配線６から素子電極２へのＡｇの拡散が抑えられ、導電性薄膜４上および電子放出部５上のＡｇの拡散量が大きく減少している。さらに前記最短距離Ｌが約１００μｍ前後で電子放出部のＡｇ拡散量が飽和していることがわかる。また、最短距離が大きくなるに従い、放出電流Ｉｅの値も増加し、明るい表示装置を作製することができた。また、図９からもわかるように、前記最短距離Ｌが５０μｍ未満の場合には、導電性薄膜４および電子放出部５への金属の拡散を十分に抑えることができず（急激に拡散量が上昇し）、放出電流Ｉｅは相対的に低い。
【００８９】
なお、本実施例においては、導電性薄膜４と金属配線６との間の素子電極２と基板との界面に沿った距離の方が、導電性薄膜４と金属配線７との間の素子電極３と基板との界面に沿った距離よりも短く、金属配線６からのＡｇの影響が大きいため、導電性薄膜４と金属配線６との間の素子電極２と基板との界面に沿った距離を最短距離Ｌとして表している。したがって、導電性薄膜４と金属配線７との間の素子電極３と基板との界面に沿った距離の方が短い場合には、導電性薄膜４と金属配線７との間の素子電極３と基板との界面に沿った距離が最短距離Ｌとなる。
【００９０】
また、以下に比較例２、３に対する本実施例のＬ字型素子電極との銀の拡散量の比較を記す。
▲１▼比較例３を用いて、本実施例の素子と比較例３の素子で、導電性薄膜での銀のカウント数を比較したところ、図９に示すとおり、本実施例の素子ではカウント数が３０００強であるのに対し、比較例３では４０００カウント強であった。このことより、配線から素子電極と基板との界面に沿った距離が同じであっても、その経路が複数の直線や曲線の組み合わせで構成されることによって、配線材料の拡散を低減できることがわかる。
▲２▼比較例２を用いて、本実施例の素子と比較例２の素子で、導電性薄膜での銀のカウント数を比較したところ、本実施例のＬ字型素子電極の電子放出素子の銀の拡散量が約３０００カウントであったのに対して、比較例２の素子では、約６０００カウントであり、本実施例の形状では、比較例２に比べて約２分の１に減少していた。このことより、配線と導電性薄膜（または電子放出部）との直線最短経路上の距離が等しくても、配線と電子放出部との直線最短経路上に素子電極の存在する領域と存在しない領域を有することによって、配線材料の拡散を妨ぐことができることがわかる。
【００９１】
以上のとおり、本実施例の素子では、導電性薄膜と金属配線との間の素子電極と基板との界面に沿った最短経路が、複数の直線または曲線との組み合わせで構成されることによって、また、導電性薄膜と金属配線との直線最短経路上に、素子電極の存在する領域と存在しない領域とを有することによって、配線材料の拡散を抑制できる。
【００９２】
尚、導電性薄膜と金属配線との間の素子電極と基板との界面に沿った最短経路が、複数の直線または曲線との組み合わせで構成されるとは、上述実施例のＬ字形状のような、基板表面上での複数直線または曲線の組み合わせに限らず、例えば、基板表面を荒らして凹凸を形成するような、基板の厚み方向で、最短経路が複数の直線または曲線の組み合わせによって構成されることで、界面距離を増加させる場合においても、配線材料の拡散を抑制できる。
【００９３】
また、素子電極の形状や導電性薄膜の位置を変えることによって、導電性薄膜と金属配線との直線最短経路上に、素子電極が存在しないようにすることによっても、配線材料の拡散を抑制することができる。
【００９４】
本実施例における画像形成装置においても、テレビジョンとして十分満足できる輝度（約１５０ｆＬ）で良好な画像を長時間にわたって安定に表示することができた。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子放出特性の劣化の原因となる配線金属の導電性薄膜上及び電子放出部上への拡散を効果的に抑えることができる。
【００９６】
また、電子放出部と前記金属配線との直線最短経路上に、前記素子電極の存在する領域と存在しない領域とを有することにより、電子放出特性の劣化の原因となる配線金属の電子放出部への拡散を効果的に抑えることが可能となる。
【００９７】
また、電子放出特性を向上するために用いられるナトリウム拡散防止層と、大面積の電子源基板を低コストで容易に形成できる印刷配線とを用いることができ、安価で高性能な電子源基板が実現できる。さらにそれを用いて、良好な画像を長時間にわたり保持し得る大画面の平面型の画像形成装置、例えば、カラーフラットテレビが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子源基板の一例を示す平面図である。
【図２】本発明の電子源基板の電子放出素子近傍の鳥瞰図である。
【図３】本発明の電子源基板の電子放出素子近傍の断面図である。
【図４】本発明に係るフォーミング処理における電圧波形の一例を示す図である。
【図５】本発明の画像形成装置の基本構成を示す斜視図である。
【図６】図５の画像形成装置に用いられる蛍光膜を示す図である。
【図７】実施例１における本発明の効果を説明する図である。
【図８】本発明の電子源基板の一例を示す平面図である。
【図９】実施例２における本発明の効果を説明する図である。
【図１０】従来の電子源基板の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 基体
２，３ 素子電極
４ 導電性薄膜
５ 電子放出部
６，７ 金属配線
８ 層間絶縁層
９ ナトリウム拡散防止層
５１ 電子源基板
５２ フェースプレート基板
５３ ガラス基板
５４ 蛍光膜
５５ メタルバック
５６ 支持枠
６０ 外囲器
６１ 黒色導電体
６２ 蛍光体
１０１ 電子放出素子

Claims (14)

1. 基板上に、一対の素子電極と電子放出部を有する導電性薄膜とからなる電子放出素子と、該素子電極に接続され、該素子電極と異なる組成からなる金属配線と、を有する電子源基板であって、前記導電性薄膜と前記金属配線との間にある前記素子電極と前記基板との界面に沿った、前記導電性薄膜と前記金属配線との最短距離が５０μｍ以上であることを特徴とする電子源基板。
2. 前記最短距離が、１００μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の電子源基板。
3. 基板上に、一対の素子電極と電子放出部を有する導電性薄膜とからなる電子放出素子と、該一対の素子電極の各々に接続され、該素子電極と異なる組成からなる行方向金属配線及び列方向金属配線と、を有する電子源基板であって、前記一対の素子電極の少なくとも一方は、該素子電極上で前記導電性薄膜と該素子電極に接続する金属配線とを一直線に結ぶことが出来ない形状であることを特徴とする電子源基板。
4. 前記形状は、前記素子電極上で前記導電性薄膜と該素子電極に接続する金属配線とを結ぶ最短経路が、複数の直線の組み合わせで構成される形状であることを特徴とする請求項３に記載の電子源基板。
5. 前記形状は、Ｌ字型形状であることを特徴とする請求項３に記載の電子源基板。
6. 前記電子放出部を有する導電性薄膜は、ＰｄないしＰｄＯ、あるいはそれらの混合物よりなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電子源基板。
7. 基板上に、一対の素子電極と該素子電極間に電子放出部を有する電子放出素子と、該一対の素子電極の各々に接続され、該素子電極と異なる組成からなる行方向金属配線及び列方向金属配線と、を有する電子源基板であって、前記一対の素子電極の少なくとも一方は、該素子電極上で前記電子放出部と該素子電極に接続する金属配線とを一直線に結ぶことが出来ない形状であることを特徴とする電子源基板。
8. 前記形状は、前記素子電極上で前記電子放出部と該素子電極に接続する金属配線とを結ぶ最短経路が、複数の直線の組み合わせで構成される形状であることを特徴とする請求項７に記載の電子源基板。
9. 前記形状は、Ｌ字型形状であることを特徴とする請求項７に記載の電子源基板。
10. 前記素子電極は、少なくとも白金材料を含んだ金属材料であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電子源基板。
11. 前記基板は、ナトリウムを含有するガラス基体と、該ガラス基体上に形成されたナトリウム拡散防止層よりなることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電子源基板。
12. 前記ナトリウム拡散防止層は、厚さが５００ｎｍ以上のシリカ被膜よりなることを特徴とする請求項１１に記載の電子源基板。
13. 前記電子放出素子は、表面伝導型電子放出素子であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の電子源基板。
14. 入力信号にもとづいて画像を形成する装置であって、少なくとも、画像形成部材と請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の電子源基板より構成されたことを特徴とする画像形成装置。

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