JP4147072B2 - 電子源基板とその製造方法、並びに該電子源基板を用いた画像表示装置 - 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２次元平面上に複数個配設した電子源基板及びその製造方法、並びに該電子源を用いた画像表示装置に関する。或いは、それら電子源や表示装置やトランジスタアレイなどの電子デバイスに用いられる配線基板とその製造方法に関するものである。
【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、ＦＥ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】
ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９，（１９５６）等が知られている。
【０００４】
ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ，“Ｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ”，Ｊ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，３２，６４６（１９６１）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．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．，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。この表面伝導型電子放出素子としては、前記Ｅｌｉｎｓｏｎ等によるＳｎＯ₂薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの［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１６に示す。この図において９０１は、絶縁性基板である。９０２は導電性薄膜で、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導電性薄膜９０２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った。即ち、フォーミングとは、前記導電性薄膜９０２の両端に電圧を印加し導電性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。
【０００９】
電子源基板においては、前記電子放出素子を複数個配置し、行配線および列配線によってマトリクス状に配線する。この場合、各配線と素子電極の接続部の電気的導通が確保されていないと、配線によりフォーミング時各素子への均等な印加電圧が供給されず、その結果、素子特性のばらつきが発生する。
【００１０】
上記のような理由から、各配線と素子電極の接続部の電気的導通が全素子に渡り完全に接続されているマトリクス配線が要求されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図１３に従来法による電子源基板における配線構造の上面模式図、図１４に従来法による電子源基板の製造方法の工程フロー図、図１５に従来法の場合に発生する体積収縮による膜浮きの概念図を示す。尚、図１３及び図１４においては、行方向配線の一部を切り欠いて示している。また、説明のために１素子分のエリアのみを抽出して図示しており、実際の装置においてはこれが縦横に複数個配列される。
【００１２】
これらの図において、１は電子放出部を含む導電性膜、３は列方向配線、４は層間絶縁層、５は上部導電層としての行方向配線、６，７は下部導電層としての素子電極、８は層間絶縁層４に形成された抜けパターン（コンタクトホールやスルーホールまたはビアホール等と呼ばれる）である。
【００１３】
ここで、行方向配線５と素子電極７の接続部は、行方向配線５が抜けパターン８に落ち込む構成で形成されるために、接続部においては行方向配線５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、膜厚は厚くなる傾向にある。
【００１４】
その結果、行方向配線５は厚膜材料で作製されるので、熱応力が大きくなり、場合によっては、行方向配線５と接続される素子電極７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】
また、図１５に示すように、別の現象として、行方向配線５は厚膜材料で作製されるが、材料の乾燥状態の体積から高温焼成後の状態の体積が減少する。この体積収縮の際の力により、行方向配線５と接続される素子電極７との接続部分の界面に浮きが発生し、体積収縮の度合いによって結果的に上記部分での電気的接続性を著しく阻害することが確認されている。
【００１６】
本発明の主たる目的は、上記問題を解決し、電子放出素子を用いた電子源基板、ひいては該電子源基板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。
本発明の別の目的は、上下の導電層の電気的接続の信頼性を高めることができる配線基板及び配線基板の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、複数の電極対を形成する工程と、該電極対の一方に接続される複数の第一の配線層を形成する工程と、該第一の配線層上に層間絶縁層を形成する工程と、該層間絶縁層上に、厚膜ペーストを付与し、焼成して、該複数の第一の配線層と交差する複数の第二の配線層を形成する工程と、該電極対間に電子放出部を形成する工程とを有する電子源基板の製造方法において、
前記第二の配線層は、前記電極対よりも厚さが厚く、
前記厚膜ペーストを付与し、焼成して第二の配線層を形成する工程の前に、前記電極対の他方と前記第二の配線層とを電気的に接続するために前記層間絶縁層に設けられる抜けパターン部分に、導電性ペーストを充填し、焼成して導体材料を形成する工程を有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の電子源基板の製造方法によれば、単純マトリクス構成の配線構造（マトリクス配線）において、第二の配線層（上配線）と接続される素子の電極との界面の浮き現象もしくは亀裂現象を緩和し、かかる部分での電気的接続の信頼性を高めることができる。
【００２１】
また、本発明の配線基板の製造方法によれば、下部導電層と接続される上部導電層との界面の浮き現象もしくは亀裂現象を、より一層緩和し、かかる部分での電気的接続の信頼性を更に高めることができる。
【００２２】
上述した本発明においては、
「前記抜けパターン部分を充填するための前記導体材料は、焼成時における体積減少率が１０％以下の材料であること」、
「前記抜けパターン部分を充填するための前記導体材料は、導電体を主成分とし、体積減少抑止剤として炭化珪素を混合した材料であること」、
「前記炭化珪素の粒度上限値が２０μｍ以下であること」、
「前記第二の配線層の構成成分であるガラス成分の比率が、０．１重量％以上、３重量％以下であること」、
が好ましいものである。
【００２３】
また、上述した本発明においては、
「前記体積減少抑止剤は、多数の層状部材であること」、
「前記体積減少抑止剤は、炭化珪素からなること」、
「前記炭化珪素の粒度上限値が２０μｍ以下であること」、
が好ましいものである。
【００２４】
また、本発明は、上記本発明の電子源基板の製造方法により製造した電子源基板である。
【００２５】
また、本発明は、上記本発明の電子源基板と、該電子源基板に対向する位置に配設され電子の照射により可視光を発する蛍光体とを備えることを特徴とする画像表示装置である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２７】
以下、電子源基板を例に挙げて説明するが、本発明は電子源基板に限定されるものではなく、ＰＤＰ、ＬＣＤ、ＥＬなどの各種表示装置、トランジスタアレイを有するアクティブマトリクス基板などの電子デバイス用の配線基板にも適用できる。
【００２８】
図１は、冷陰極電子ビーム源である表面伝導型電子放出素子を用いた本発明の電子源基板における配線構造の特徴を表す上面模式図である。同図において、１は導電性膜（電子放出部形成用薄膜）、３は列方向配線、４は層間絶縁層、５は上部導電層としての行方向配線、６、７は下部導電層としての素子電極、８は層間絶縁層４に形成された抜けパターン（コンタクトホール、スルーホール、ビアホール）、９は抜けパターン８に充填された導体材料である。
【００２９】
なお、図１においては、行方向配線５の一部を切り欠いて示している。また、説明のために１素子分のエリアのみを抽出して図示しており、実際の装置においてはこれが縦横に複数個配列される。
【００３０】
図２に、上記電子源基板の製造工程フロー図を示す。以下、図２を参照して本実施形態による電子源基板の製造方法を詳細に説明する。
【００３１】
まず基板（不図示）上に、素子電極６、７及び列方向配線３を形成する（図２（ａ））。素子電極６、７は、導電性膜１と列方向配線３及び行方向配線５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。
【００３２】
素子電極６、７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。
【００３３】
列方向配線３の形成方法には、素子電極６、７の形成方法と同様の形成方法が適用可能ではあるが、列方向配線３の場合には、素子電極６、７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。
【００３４】
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。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、層間絶縁層４を形成する（図２（ｂ））。層間絶縁層４は、列方向配線３の一部を覆う様にして、形成することが重要である。
【００３６】
層間絶縁層４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。特に、層間絶縁層４に形成する抜けパターン８をコンタクトホール形状とする場合には、パターン形成の容易さから、フォトペーストを適用するのが簡便である。
【００３７】
次に、層間絶縁層４に設けられた抜けパターン８部を導体材料９で充填する（図２（ｃ））。
【００３８】
導電材料９として導電性ペーストを用いる場合には、その粘度は１０Ｐａ・ｓ〜１００Ｐａ・ｓ程度の範囲から選択できるが、現実には導体材料９の充填に際しては、ペーストの粘度は低いほうが好ましく、数十Ｐａ・ｓ程度がよい。
【００３９】
スクリーン印刷法にて用いるスクリーン版のパターンは、層間絶縁層４に設けられた抜けパターン８の大きさよりも若干小さい寸法のペースト吐出部を設けて、注入するようにして印刷する方法が最も容易にかつ確実に充填可能である。もちろん、全パターン同時に充填することが可能である。
【００４０】
充填後、乾燥して溶剤分を揮発させ、さらに高温で焼成することにより、充填部に導電性の膜が形成される。ここで重要な点は、充填される材料の乾燥から焼成にいたる過程での体積および膜厚の挙動である。
【００４１】
導体材料は、抜けパターン内全部に充填されてもよいし、その一部であってもよい。
【００４２】
従来より適用されていた配線材料用の導体材料、つまり、導電体としてＡｇを主成分とする材料は一般的に乾燥から焼成にいたる過程にて、体積及び膜厚は６０％程度に収縮する。この過程で、Ａｇ膜と素子電極との密着性が小さい場合、特に、抜けパターン８がコンタクトホール形状の場合、図１５に示したように、膜の浮きが発生し電気導通が劣化する。
【００４３】
本発明においては、この充填材料（導体材料）として、乾燥から焼成にいたる過程での体積（膜厚）の減少率が１０％以下のものを用いることが好ましく、かかる焼成時において体積が増加するものが特に好ましい。具体的には、導電体としてＡｇなどを主成分とし、体積減少抑止剤として炭化珪素（ＳｉＣ）、黒鉛などから選択されるものを混合した材料が好適である。特に、ひとつひとつの形状は微小な層状で、円又は楕円或いは多角形に近似した平面形状あることが好ましい。
【００４４】
また、上記充填材料により、層間絶縁層４に設けられた抜けパターン部分への充填を容易にする為には、印刷性能を考慮してＳｉＣの粒度上限値（最大直径）が２０μｍ以下であることが望ましい。このＳｉＣの粒度上限値が粒径が２０μｍを超えると、導体としての性能が著しく低下する場合がある。
【００４５】
次に、行方向配線５を形成する（図２（ｄ））。この行方向配線５の形成方法は、列方向配線３と同様の方法が適用可能である。
【００４６】
本発明において、第二の配線層である行方向配線の材料としてガラス成分を混合した厚膜ペーストを用いる際、このガラス成分の比率は、０．１重量％以上、３重量％以下であることが望ましい。このガラス成分の比率が０．１重量％以下であると、焼成された膜と基板もしくは下層膜との密着力が低下する。また、このガラス成分の比率が３重量％を超えると、下層膜特に絶縁膜に対して熱応力もしくは熱収縮による力によって亀裂が発生する確率が著しく上昇する。
【００４７】
最後に、導電性膜１を形成して冷陰極電子ビーム源用の素子（１素子分）が完成する（図２（ｅ））。導電性膜１の成膜方法および電子放出部分（表面伝導型電子放出素子）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（後述）。
【００４８】
図３は、以上のようにして製造された電子源基板における、層間絶縁層４に形成された抜けパターン８部分の断面図を示している。図３に示されるように、行方向配線５を形成する前に、層間絶縁層４に形成された抜けパターン８に導体材料９を充填することにより、特に素子電極が金属膜として形成される場合において、素子電極７が行方向配線５の保持する熱応力によって引き裂かれる現象を抑制でき、かかる部分での電気的接続の信頼性を高めることができる。
【００４９】
また、特に、抜けパターン８を充填するための導体材料９として、高温焼成時における体積の減少率が１０％以下である材料を用いることにより、焼成後に行方向配線５と接続される素子電極７との接続部分の界面に浮きが発生する現象を抑制でき、かかる部分での電気的接続の信頼性をより一層高めることができる。
【００５０】
本発明の電子源基板に好適に用いられる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、例えば特開平２−５６８２２号公報に開示されている。
【００５１】
以下に、本発明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。図４は、典型的な表面伝導型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は導電性膜、３５は電子放出部である。
【００５２】
本実施形態における、電子放出部３５を含む導電性膜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を含む導電性膜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。
【００５３】
電子放出部を含む導電性膜３４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、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＰｂＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化物、ＨｆＢ₂、ＺｒＢ₂、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、ＮｉＣｕ、ＰｂＳｎ等である。
【００５４】
また、導電性膜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。
【００５５】
上記のような構成を有する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、以下にその一具体例を説明する。
【００５６】
（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。素子電極３２、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、たと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。
【００５７】
（２）絶縁性基板３１上に設けられた素子電極３５と３６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、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てリフトオフ、エッチング等によりパターニングし、導電性膜３４を形成する。
【００５８】
（３）続いて、フォーミングとよ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、導電性膜３４の部分に構造の変化した電子放出部３５が形成される。この通電処理により導電性膜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３５と呼ぶ。先に説明したように電子放出部３５は金属微粒子で構成されている事が観察された。
【００５９】
フォーミング処理中の電圧波形を図５に示す。
【００６０】
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（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。
【００６１】
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。
【００６２】
通電フォーミング処理の終了は、パルス電圧印加中の素子に流れる電流を測定して抵抗値を求めて、例えば１ＭΩ以上の抵抗を示した時に通電フォーミングを終了させることができる。
【００６３】
このフォーミング処理後の状態では電子発生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。
【００６４】
（４）この活性化処理は、有機化合物が存在する適当な真空度のもとで、パルス電圧を素子電極３２，３３間に繰り返し印加することによって行うことができる。そして炭素原子を含むガスを導入し、それに由来する炭素あるいは炭素化合物を、前記フォーミング処理によって形成した電子放出部の近傍にカーボン膜として堆積させる。
【００６５】
本工程の一例を説明すると、例えばカーボン源としてトルニトリルを用い、スローリークバルブを通して真空空間内に導入し、１．３×１０^-4Ｐａ程度を維持する。導入するトルニトリルの圧力は、真空装置の形状や真空装置に使用している部材等によって若干影響されるが、１×１０^-5Ｐａ〜１×１０^-2Ｐａ程度が好適である。
【００６６】
図６に、活性化工程で用いられる電圧印加の好ましい一例を示した。印加する最大電圧値は、１０〜２０Ｖの範囲で適宜選択される。
【００６７】
図６（ａ）に於いて、Ｔ１は電圧波形の正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている。また、図６（ｂ）に於いて、Ｔ１およびＴ１’はそれぞれ電圧波形の正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、Ｔ１＞Ｔ１’、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている。
【００６８】
このとき、約６０分後に放出電流Ｉｅがほぼ飽和に達した時点で通電を停止し、スローリークバルブを閉め、活性化処理を終了する。
【００６９】
以上の工程により図４に示したような電子放出素子を作製することができる。
【００７０】
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７と図８を参照して説明する。
【００７１】
図７は、図４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７において、３１は絶縁性基板、３２、３３は素子電極、３４は導電性膜、３５は電子放出部を示す。また、５１は素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、５０は素子電極３２、３３間の電子放出部３５を含む導電性膜３４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、５４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、５３はアノード電極５４に電圧を印加するための高圧電源、５２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。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５１と電流計５０とを接続し、該電子放出素子の上方に電源５３と電流計５２を接続したアノード電極５４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５４は真空装置５５内に設置され、その真空装置には排気ポンプ５６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５４の電圧は１〜１０ｋＶ、アノード電極５４と電子放出素子との距離Ｈは３〜８ｍｍの範囲で測定した。
【００７２】
図７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８に示す。なお、図８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１０００分の１程度である。図８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。
【００７３】
第一に、本素子はある電圧（閾値電圧とよぶ、図８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Ｉｅに対する明確な閾値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。
【００７４】
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。
【００７５】
第３に、アノード電極５４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。
【００７６】
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（ＶＣＮＲ）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、予め電導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、前記本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。
【００７７】
また、本実施形態による電子源基板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９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、電子源基板８０上に形成する。該電子源基板８０をガラス基板からなるリアプレート８１上に固定した後、電子源基板８０の５ｍｍ上方にフェースプレート８２（ガラス基板８３の内面に蛍光体膜８４とメタルバック８５が形成されて構成される）を支持枠８６を介して配置し、フェースプレート８２、支持枠８６、リアプレート８１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５００℃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８１への電子源基板８０の固定もフリットガラスにて行った。
【００７８】
図９において、８７は電子放出素子、８８はＸ方向配線（第二の配線層）、８９はＹ方向配線（第一の配線層）である。
【００７９】
なお、ここではフェースプレート８２、支持枠８６、リアプレート８１で外囲器９０を構成したが、リアプレート８１は主に電子源基板８０の強度を補強する目的で設けられるため、電子源基板８０自体で十分な強度をもつ場合には、別体のリアプレート８１は不要であり、電子源基板８０に直接、支持枠８６を封着し、フェースプレート８２、支持枠８６、電子源基板８０にて外囲器９０を構成する。
【００８０】
また、蛍光体膜８４の内面側には通常メタルバック８５が設けられる。メタルバック８５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８２側へ鏡面反射する事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。
【００８１】
メタルバック８５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よばれる）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８２の蛍光体膜８４の電気電導性を高めるため、蛍光体膜８４の外面側に透明電極（図示せず）が設けられる場合もある。
【００８２】
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。
【００８３】
このようにして作成されるガラス容器（外囲器９０）内の雰囲気を十分に行う必要がある。外囲器９０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、各配線に接続されている容器外端子を通じ各電子放出素子８７の素子電極間に電圧を印加して前述のフォーミング処理以降の工程を実施し、電子放出部を形成し電子放出素子を作成する。最後に、約１．３×１０^-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い完成する。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。
【００８４】
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於いて、各電子放出素子には各配線に接続された容器外端子を通じて電圧を印加することにより電子放出させる。
【００８５】
すなわち、走査線に対応するＸ方向配線８８に接続された容器外端子には画像信号の１水平期間づつ順次電圧が印加され、変調信号線に対応するＹ方向配線８９に接続された容器外端子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Ｘ方向配線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。
【００８６】
また、高圧端子Ｈｖを通じメタルバック８５または透明電極（不図示）に数ｋＶ以上の高圧を印加して電子ビームを加速し蛍光体膜８４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。
【００８７】
蛍光体膜８４は、モノクローム表示の場合には蛍光体にのみからなるが、カラー表示の場合は、図１０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９１と蛍光体９２とで構成される。黒色部材９１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９２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８４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。
【００８８】
ガラス基板８３に蛍光体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。
【００８９】
【実施例】
次に、実施例を示して、電子源基板、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基板の本発明による製造方法について説明する。
【００９０】
［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。図１は電子源基板における配線構造の特徴を表す上面模式図であり、図２は電子源基板の製造工程フロー図である。これらの図は、説明のために１素子分のエリアのみを抽出して図示しており、実際の装置においてはこれが縦横に複数個配列される。
【００９１】
本実施例は、絶縁層４に形成される抜けパターン８部分のみに導電性ペーストを充填させるようにした、最も典型的、かつ形状の優れた実施例であり、本発明の特徴をもっとも良好に実現できるものである。
【００９２】
まず、素子電極６、７を形成した。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６，７のパターンは、左右非等長パターンとした。（図２（ａ））。
【００９３】
次に、列方向配線３を形成した（図２（ａ））。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。
【００９４】
次に、行方向配線５との接触を実現する抜けパターン８の形状をコンタクトホールとした層間絶縁層４を形成した（図２（ｂ））。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、層間絶縁層４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。
【００９５】
次に、層間絶縁層４に形成した抜けパターン８部分に、導体材料９を充填した。充填に際しては、ペーストの粘度は低いほうが好ましく、数十Ｐａ・ｓ程度がよい。スクリーン印刷法にて用いるスクリーン版のパターンは、層間絶縁膜４に設けられた抜けパターン８の大きさよりも若干小さい寸法のペースト吐出部を設けて、注入するようにして印刷する方法が最も容易にかつ確実に充填可能であり、本実施例をそれに従った。もちろん、全パターン同時に充填することが可能である。
【００９６】
本実施例では、導体材料９として、上述した多数の層状炭化珪素からなる体積減少抑止剤と、主成分として多数の銀粒子からなる導電体とを含むペースト状の材料を用いた。このＳｉＣの粒度としては最大１０μｍの直径をもつものであった。
【００９７】
層間絶縁層４に形成した抜けパターン８部分に導体材料９を充填後、１１０℃２０分熱風循環炉にて乾燥し溶剤分を揮発させ、さらに、４５０℃で１０分保持するプロファイルにて高温焼成することにより、充填部に導電性の膜（導体材料９）を形成した。
【００９８】
このとき充填材料は、乾燥から焼成にいたる過程での体積および膜厚の変化が、約９５％（約５％の減少）となった。このことにより、焼成時の膜収縮が極めて小さいため、導体材料９と素子電極７との電気的接続が確実に保たれた。
【００９９】
次に、行方向配線５を形成した（図２（ｄ））。形成方法は厚膜スクリーン印刷法を用いた。
【０１００】
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。
【０１０１】
配線完成後、電子放出部形成用の導電性膜１を形成した（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した。このようにして形成された薄膜は、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導電性膜１を形成した。これにより、フォーミング前までの素子の製造工程が完了する。
【０１０２】
もちろん、導電性膜１の製造方法は、本実施例に記したものに限るものではなく、種々の製造方法が可能である。
【０１０３】
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事が可能であり、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１４Ｖとしフォーミング処理は約１．３×１０^-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。
【０１０４】
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、この電子源基板を用いて図９に示したような画像表示装置の外囲器９０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。
【０１０５】
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、表示パネル（外囲器９０）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。
【０１０６】
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、各配線８８，８９に接続している容器外端子を通じて、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８５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。
【０１０７】
［実施例２］
第２の実施例を、図１１及び図１２を参照して説明する。図１１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基板の構成図であり（行方向配線５の一部を切り欠いて示している）、両方向配線の交差部近傍のみを示している。また、図１２は、電子源基板の作製プロセスを説明する工程図である。
【０１０８】
本実施例は、層間絶縁層４に形成される抜けパターン部分を充填する方法として、導電性ペーストの印刷パターンを線状にし、簡略化した印刷版を用いた。本実施例の方法にても、十分に抜けパターン部分を充填させるように膜を形成することが可能である。
【０１０９】
まず、素子電極６，７を形成した。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６，７のパターンは、左右非等長パターンである（図１２（ａ））。
【０１１０】
次に、列方向配線３を形成した（図１２（ａ））。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。
【０１１１】
次に、行方向配線５との接触を実現する抜けパターン８の形状をコンタクトホールとした層間絶縁層４を形成した（図１２（ｂ））。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、層間絶縁層４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。膜層数は、絶縁性を考慮して増減される。
【０１１２】
次に、層間絶縁層４に形成した抜けパターン８部分に、実施例１と同様の導体材料９を充填した。本実施例では、充填する際に用いるスクリーン版のパターンを線状とした。線状にすることは、スクリーン印刷法にて充填を実施する場合、特に印刷性の面で有利であり、また膜の形成上の信頼性は高い。しかしながら、本来必要でない部分にも膜が充填材料により形成される。もちろん充填性の問題はなく、電気的接続を信頼性よく確保された。
【０１１３】
次に、行方向配線５を形成した（図１２（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。
【０１１４】
配線完成後、実施例１と同様にして電子放出部形成用の導電性膜１を形成した（図１２（ｅ））。
【０１１５】
さらに、実施例１と同様に、フォーミング処理を施した後、この電子源基板を用いて図９に示したような画像表示装置を作製した。
【０１１６】
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８５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。
【０１１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、配線基板において、第二の配線層（上部導電層）を形成する前に、層間絶縁層に形成された抜けパターンに導体材料を充填することにより、第二の配線層に電気的に接続される電極が、この第二の配線層の保持する熱応力によって引き裂かれる現象を抑制でき、かかる部分での電気的接続の信頼性を高めることができる。
【０１１８】
また、特に、層間絶縁層に形成された抜けパターンを充填するための導体材料として、焼成時における体積の減少率が１０％以下である材料を用いることにより、焼成後に第二の配線層に電気的に接続される電極との接続部分の界面に浮きが発生する現象を抑制でき、かかる部分での電気的接続の信頼性をより一層高めることができる。
【０１１９】
この結果、単純マトリクス方式配線された電子源及び画像表示装置などの電子デバイスの信頼性を高めることができると共に、これらを高歩留まりで製造することができる。
【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基板の一部を模式的に示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる電子源基板の製造方法の工程フロー図である。
【図３】本発明における作用効果の説明図であり、電子源基板の層間絶縁層に形成された抜けパターン部分の断面図である。
【図４】本発明の電子源基板に好適に用いられる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】活性化処理に用いる典型的な波形を示す図である。
【図７】本発明に好適な表面伝導型電子放出素子の特性評価装置を示す図である。
【図８】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９】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１０】蛍光体膜のパターン図である。
【図１１】本発明の実施例２に係わる電子源基板の一部を模式的に示す平面図である。
【図１２】本発明の実施例２に係わる電子源基板の製造方法の工程フロー図である。
【図１３】従来例の電子源基板の一部を模式的に示す平面図である。
【図１４】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１５】従来例の電子源基板の製造方法における問題点を説明するための断面図である。
【図１６】従来例の表面伝導型電子放出素子を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 電子放出部形成用薄膜（導電性膜）
３ 第一の配線層（列方向配線）
４ 層間絶縁層
５ 第二の配線層（行方向配線）
６、７ 素子電極（電極対）
８ 抜けパターン（コンタクトホール）
９ 導体材料
３１ 絶縁性基板
３２、３３ 素子電極
３４ 電子放出部形成用薄膜（導電性膜）
３５ 電子放出部
５０ 素子電流Ｉｆを測定するための電流計
５１ 素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源
５２ 放出電流Ｉｅを測定するための電流計
５３ 高圧電源
５４ アノード電極
５５ 真空装置
５６ 排気ポンプ
８０ 電子源基板
８１ リアプレート
８２ フェースプレート
８３ ガラス基板
８４ 蛍光体膜
８５ メタルバック
８６ 支持枠
８７ 電子放出素子
８８ 第二の配線層（行方向配線）
８９ 第一の配線層（列方向配線）
９０ 外囲器
９１ 黒色部材
９２ 蛍光体

Claims (7)

1. 基板上に、複数の電極対を形成する工程と、該電極対の一方に接続される複数の第一の配線層を形成する工程と、該第一の配線層上に層間絶縁層を形成する工程と、該層間絶縁層上に、厚膜ペーストを付与し、焼成して、該複数の第一の配線層と交差する複数の第二の配線層を形成する工程と、該電極対間に電子放出部を形成する工程とを有する電子源基板の製造方法において、
   前記第二の配線層は、前記電極対よりも厚さが厚く、
   前記厚膜ペーストを付与し、焼成して第二の配線層を形成する工程の前に、前記電極対の他方と前記第二の配線層とを電気的に接続するために前記層間絶縁層に設けられる抜けパターン部分に、導電性ペーストを充填し、焼成して導体材料を形成する工程を有することを特徴とする電子源基板の製造方法。
2. 前記抜けパターン部分を充填するための前記導体材料は、焼成時における体積減少率が１０％以下の材料であることを特徴とする請求項１に記載の電子源基板の製造方法。
3. 前記抜けパターン部分を充填するための前記導体材料は、導電体を主成分とし、体積減少抑止剤として炭化珪素を混合した材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子源基板の製造方法。
4. 前記炭化珪素の粒度上限値が２０μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の電子源基板の製造方法。
5. 前記第二の配線層の構成成分であるガラス成分の比率が、０．１重量％以上、３重量％以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子源基板の製造方法。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の製造方法により製造した電子源基板。
7. 請求項６に記載の電子源基板と、該電子源基板に対向する位置に配設され電子の照射により可視光を発する蛍光体とを備えることを特徴とする画像表示装置。

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