JPH02306521A

JPH02306521A - 電子放出素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH02306521A
Application number: JP1126950A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Tomii; 冨井　薫; Akira Kaneko; 彰金子; Toru Sugano; 亨菅野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1990-12-19
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: JPH0695450B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野との廃明は、電子放出素子（冷陰極）およびその製造方
法に関する。

従来の技術冷陰極（電界放射型陰極）においては、電子放出のため
に、陰極エモッタの先端の曲率が１０μｍ以下となるよ
うに針先加工され、この陰極エミッタ先端に１０６Ｖ／
ＣｒｒＬ程度の強電界が集中するように構成されている
。このような電子放出素子は、一般に電流密度が高く、
また、陰極を加熱する必要がないので、電力消費が非常
に少なく、更には、点（ポイント）電子線源として使用
することができるなどの長所を有する。

５　ヘー。

従来、多数の電子放出素子をアレイ状に配列させた電子
放出素子アレイも知られている。この電子放出素子アレ
イを平面パネルディスプレイなどに使う試みも行われて
いる（ディスプレイ１９８７年１月号第３７頁（Ｄｉｓ
ｌ）１ａｙＲ３７Ｊａｎ、　１９８７　）　）。以下、
従来の電子放出素子アレイの製造方法について図面を参
照しながら説明する。

第６図（ａｌに示すように電気絶縁基板１０１の上に導
電性膜１０２、絶縁層１０３および導電性膜１０４を適
当なマスクを用いて順次蒸着し、複数のアレイ状に配列
した空洞１０５を作製する。次いで、回転斜蒸着によっ
て適当な物質１０７で漸次この空洞１０５の開口部を閉
じさせつつ、この開口部真上より陰極材料１０６を正蒸
着させることによって空洞１０５内の導電性膜１０２の
上にピラミッド状の陰極エミッタ突起１０８を形成する
。最後に、第６図（ｂｌに示すように物質１０７を除去
する（ジャーナル　オブ　アプライド　フィジックス　
第３９巻、第３５０４頁、１９６８年６　へ−］（Ｊ、ＡＩ）Ｉ）ｌ　　Ｐｈｙｓ、Ｖｏｌ　３９．Ｐ３
５０４゜１９６８など））。

従来の電子放出素子アレイの製造方法の他の例を第７図
（ａ）〜（ｆ）を参照しながら説明する。第７図（ａｌ
に示すように電気絶縁性の矩形基板１２１を複数個用意
し、その−表面上に陰極材料薄膜１２２を被着し、陰極
薄膜付着基板１２３を複数個重ね合わせて一体化した後
、この重ね合わせ基板１２４の各表面を機械研磨する。

次いで、第７図ら）に示すようにその広い一表面に金属
層１２５を蒸着し、第７図（ｃｌに示すように金属層１
２５に陰極材料薄膜１２２の直上に位置して陰極材料薄
膜１２２と同程度の幅の狭い電子引出し用の窓１２６を
フォトエツチング法を利用して開ける。次いで、陰極薄
膜付着基板１２３に分離し、第７図（ｄｌに示すように
それぞれの基板１２３上の陰極材料薄膜１２２を先端が
鋭い山型のパターン状となるようにエツチング法によっ
て加工する。このようにして得たすべての基板１２３の
陰極エミッタ１２７の先端近辺が第７図（ｅ）に示すよ
うに基板１２１から離隔７　ヘーノし、かつ電子引出し用窓１２６側の金属１２５が基板１
２１から棚状にせり出す程度まで適当な化学腐食によっ
て基板１２１を部分的に除去して空洞１２８を形成した
基板１２３を作製する。ここで、再び、第７図（ｆ）に
示すように分離する前の重ね合わせ基板１２４と同じに
なるように基板１２３を重ね合わせて固定することによ
って薄膜冷陰極アレイを得ることができる（特公昭！５
４−１７５５１号公報）。

発明が解決、しようとする課題しかしながら、上記従来例のうち、前者の製造方法では
、空洞１０５内に陰極エミッタ突起１０８を形成する際
、回転斜蒸着と真上から行う回転蒸着を同時に行ってい
るが、この同時蒸着の制御を正確に行うことは非常に難
しい。

一方、後者の製造方法では、電子引出し用の窓１２６と
陰極材料薄膜１２２との位置合わせ精度を高めようとす
ると、絶縁基板１２１の板厚および陰極材料薄膜１２２
の膜厚の高い精度が要求される。また、重ね合わせ基板
１２４の分離前後での一体化固定精度が同一でなければ
ならないが、精度良く固定することは非常に（ト）難で
ある。

この発明は、上記のような従来技術の課題を解決するも
のであり、電界集中しやすく、電子引出し効率を向上さ
せることができ、また、陰極と電子引出し用電極の耐圧
を高めることができ、信頼性を向上させることができる
ようにした電子放出素子を提供し、また、陰極材と電子
引出し用窓を正確に位置合わせした電子放出素子を容易
に歩留シよく製造することができるようにした製造方法
を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段上記目的を達成するため、この発明の電子放出素子は、
電気絶縁性基板と、この電気絶縁性基板の間でこの電気
絶縁性基板の厚さ方向に重ねられて設けられた金属層お
よび上記電気絶縁性基板の一方の面より凹入する絶縁体
層と、これら金属層および絶縁体層の中央部に設けられ
、一方が上記絶縁体層より突出された陰極材料と、上記
電気絶縁性基板における上記絶縁体層の凹入側に設けら
９　ヘ−ノれた電子引出し用電極を備えたものである。

また、上記目的を達成するため、この発明の電子放出素
子の製造方法は、金属層およびこの金属層の中央部の陰
極材料を電気絶縁性基板間に介在させ、少なくとも一表
面に陰極材料が露出するように形成した後、陰極材料と
金属層の露出部分にマスクを形成し、このマスクおよび
上気電気絶縁性基板の上に金属層を設けた後、上記マス
クをこのマスク上の金属層と共に除去して上記陰極材料
露出部分に電子引出し用の窓を形成すると共に、上記絶
縁性基板の表面に電子引出し用電極となる金属層を残し
、上記電子引出し用の窓側における陰極材料の外周の金
属層を所定量除去し、この除去側の金属層の一部を絶縁
化処理して絶縁体層を一部を絶縁化処理して絶縁体層を
形成するようにしたものである。

そして、上記電気絶縁性基板を強固に重ね合わせるよう
に溶着法、低融点フリットガラスを用いた接着法および
耐熱性および耐熱性接着剤を用いた接着法のいずれかを
用い、また、マスクの形成１０　ヘ−ジを容易に行うよう等メッキ法で金属を上記陰極材料と上
記金属層の露出部分に付着させてマスクを形成し、また
は、上記電気絶縁性基板を光透過性材料により形成し、
上記電気絶縁性基板、金属層およヒ陰極材料の一方の面
にポジ型のフォトレジストを塗布し、上記電気絶縁性基
板の他方の面側から感光用光を照射し、現像して陰極材
料と金属層の露出部分にマスクを形成し、また、上記金
属層の一部の絶縁化処理を通常の陽極酸化法により行う
ことができる。

また、上記陰極材料の電気絶縁性基板間の肉厚を１００
Å〜１μｍに形成し、上記電子引出し用電極となる金属
層を、マスク除去し、陰極材料の外周の金属層をエツチ
ング除去するエツチング液に対して耐腐食性を有する材
料で形成し、上記陰極材料の外周の金属層を陽極酸化で
絶縁物化処理できるようにＡＩ、　Ｔａのいずれかによ
り形成し、上記陰極材料を融点温度が高く、仕事関数が
低い材料であるＷ、　Ｍｏ、ＴｉＣ，５ｉＣ１ＺｒＣ，
ＬａＢ６のいずれかにより形成する。

作　　　　用この発明の電子放出素子によれば、陰極材料の先端形状
を膜厚のみで決定することができ、非常に）」八さくし
て電界集中しやすくすることができ、また、陰極材料と
電子引出し用の電極の間に空間ギャップおよび絶縁体層
を設けることにより、陰極材料と電子引出し用電極との
間の耐電圧を高めることができる。

また、この発明の電子放出素子の製造方法によれば、電
子引出し用窓や電子引出し用電極を金属層および陰極材
料の露出面に形成したマスクの除去に伴い、その上の金
属層を除去することにより形成することができるので、
従来の困難な斜蒸着と正蒸着の同時制御は不要となる。

また、電子引出し用窓と陰極材料の位置合わせを極めて
簡単に精度良く行うことができる。

実施例以下、この発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。

まず、電子放出素子について説明する。

第１図はこの発明の一実施例における電子放出素子を示
す概略断面図である。第１図に示すようにガラス、セラ
ミックス等からなる電気絶縁性基板１の間でＡＩ、Ｔａ
等からなる金属層２およびＡｌ２Ｏ３等からなる絶縁体
層３が電気絶縁性基板１の厚さ方向に重ねられ、絶縁体
層３が電気絶縁性基板１の一方の面より凹入されている
。金属層２および絶縁体層３の中央部にＷｓ　Ｍｏ　ｓ
　Ｔ　１　ｃ。

ＳｉＣ，、ＺｒＣ，ＬａＢ６等からなる陰極材料４が設
けられ、一方が絶縁体層３より突出され、その突出端面
が電気絶縁性基板１とほぼ同一面になるように形成され
ている。陰極材料４の電気絶縁性基板１間の肉厚は１０
０＾〜１μｍ程度に形成されている。電気絶縁性基板１
における絶縁体層３の凹入側にＷ、　Ｍｏ　、　Ｔ　ａ
等からなる電子引出し電極５が設けられている。また、
電子放出素子のアレイを作製する場合等、必要に応じて
電気絶縁性基板１における電子引出し用電極５とは反対
側の面に陰極材料４と電気的に接続された導電層６が設
けられる。

１３　・＼−ノ上記実施例によれば、陰極材料４の先端形状を非常に小
さくして電界集中がしやすくすることができるので、電
子引出し用電極５との間に印加する電圧が低くても効率
良く電子引出し用窓７から電子を引出すことができる。

また、陰極材料４と電子引出し用電極５との間の耐圧を
高めるため、その間に空間ギャップおよび絶縁体層３を
設けているので、信頼性を向上させることができる。

次に電子放出素子の製造方法について説明する。

第２図（ａｔないしくｋ＋はこの発明の一実施例におけ
る電子放出素子の製造方法を示し、第２図（ａｔないし
くｅｌは製造工程説明用の概略斜視図、第２図（ｆ＋な
いしｆｋ）は第２図（ｅ）の■−■線に沿う製造工程説
明用の概略断面図、第３図（ａｌないしくｄｌは第２図
（ａ）ないしくｄｌの概略平面図である。

本実施例においては、電子放出素子アレイの製・　遣方
法について説明する。第２図（ａｔおよび第３図（ａ）
に示すようにガラス、アルミナ等の絶縁材料からなシ、
表面を十分平滑に研磨した電気絶縁性基板１を用意し、
第２図（ｂｌおよび第３図（ｂ）に示すよ１４　　、、
　　。

うに電気絶縁性基板１の一方の面に容易に絶縁化処理で
きるＡＬ’ｌ’ａ等からなる第１の金属層２ａをストラ
イプパターンで所定の厚み（例えば０．５〜１μｍ）に
形成する。この第１の金属層２ａのストライプパターン
はマスク蒸着法により形成し、若しくは電気絶縁性基板
１の全面に蒸着、スパッター等で形成した後、フォトエ
ツチング法を用いて形成する。なお、第１の金属層２ａ
のパターンは上記のようなストライプに限らず、第４図
（ａｌに示すような格子状、第４図（ｂｌに示すような
くし歯状等、用途等に応じて所望のパターンを選択する
ことができる。

次に第２図（ｃｌおよび第３図（Ｃ）に示すように各第
１の金属層２ａに上Ｗ、Ｍｏ、ＴｔＣｌＳｉｎ、ＺｒＣ
。

ＬａＢ６等からなる陰極材料４をマスク蒸着、若しくは
ＣＶＤ等の方法で所定の厚み（１００＾〜１μｍ）に形
成する。各陰極材料４は第１の金属層２ａと同じ幅か、
若しくは狭い幅に形成する。

次に第２図（ｄｉおよび第３図（ｄｌに示すように各陰
極材料４上から上記第１の金属層２ａと同じ材料１５＝
−７からなる第２の金属層２ｂを第１の金属層２ａと同じ膜
厚でマスク蒸着法等により形成する。

上記のような複合基板８を複数枚作製し、これら複合基
板８と陰極材料４等を有しない電気絶縁性基板１を第２
図ｔｅｌに示すように金属層２ａ、２ｂおよび陰極材料
４が電気絶縁性基板１間に介在するようにして重ね合わ
せて一体化し、重ね合わせ体９を形成する。この重ね合
わせに際し、溶着法、低融点フリットガラスを用いた接
着法や耐熱性接着剤を用いて一体化することにより、強
固に重ね合わせることができ、後述するアレイ基体１０
が丈夫なものとなる・次に第２図ｔｅｌに示すように重ね合わせ体９を一点鎖
線Ａ、Ｂ、Ｃに沿ってストライプ状の陰極材料４の長手
方向を横切るように切断する。そして、それぞれの面を
機械的に研磨して第２図（ｆ）に示すようにプレイ基体
１０を得る。このアレイ基体ｌＯの両表面には、第１と
第２の金属層２ａ、２ｂに囲まれて陰極材料４がアレイ
状に分かれて露出している（アレイ状陰極パターンとな
っている）０次に第２図（ｇｌに示すように各陰極材料
４および金属層２ａ、２ｂの露出部分に、通常の電気メ
ツキ法により、所定の厚みの金属層からなるマスク１１
を選択的に形成する。なお、電気絶縁性基板１が光透過
性材料からなる場合には、アレイ基体１０の一方の表面
にポジ型のフォトレジスト層を均一な膜厚で形成して加
熱乾燥し、その後、プレイ基体１０の他方の面側から紫
外線でフォトレジスト層を露光し、現像してフォトレジ
ストからなるマスク１１に代えることもできる。

マスク１１の形成後、その上から第２図（ｈｌに示すよ
うに電子引出し用電極５を形成するためのＷ、ＭＯｌＴ
ａ等からなる金属層を真空蒸着法等により形成する。そ
して、マスク１１を適当な溶媒でエツチング除去するこ
とにより第２図（ｉｔに示すようにマスクｌｌ上の金属
層も共に除去し、各電子引出し用の窓７を形成すると共
に、アレイ基体１０の表面に電子引出し用電極５を残す
ことができる。

この時電子引出し用電極５は前記アレイ間で電気的に分
割して複数の独立した変誌電極としても良１７　へ−ジいＯ次に第２図（ｊｌに示すように各電子引出し用の窓７に
臨み各陰極材料４を囲んでいる金属層２ａ、２ｂを化学
エツチング等により所定の深さ、例えば１００Å〜５μ
ｍ除去し、各陰極材料４を所定長さ突出させる。このエ
ツチングにより電子引出し用電極５および陰極材料４が
腐食されないように各材料を選ぶ必要がある。

次に第２図（ｋ＋に示すように金属層２ａ、２ｂの除去
側を所定の厚みで絶縁物化処理して絶縁体層３ａを形成
する。金属層２ａ、２ｂに上記のようにＡＩ、Ｔａを用
いると、通常の陽極酸化法によりこれを絶縁物化処理す
ることができる。そして、必要に応じて、横列方向に並
ぶ陰極材料４を一つに接続したい場合には、アレイ基体
１０における電子引出し用電極５とは反対側の面に導電
層を形成する。

このようにして得られた電子放出素子アレイは、第５図
に示すように裏面に発光層１２を備えた透明絶縁基板１
３と組み合わせ、平面パネルディス１８　ヘーノプレイとして使用することができる。

このように、上記実施例によれば、重ね合わせ体９を陰
極材料４のパターンを横切るように切断するだけで、陰
極材料４がアレイ状に分布して露出したアレイ基体１０
を得ることができ、しかも、電子引出し用窓７や電子引
出し電極５を、各陰極材料４の蕗出面に選択的に形成し
ておいたマスク１１の除去に伴い、その上の金属層を除
去することにより形成することができるので、従来の困
難な斜め蒸着と正蒸着の同時制御は不要となシ、しかも
、電子引出し用窓７と陰極材料４の位置合わせをきわめ
て簡単に精度良く行うことができる。

なお、この発明は上記実施例に限らない。

上記実施例では、第１の金属層２ａを所定のパターンで
形成しているが、電気絶縁性基板１の全面に形成し、こ
の第１の金属層２ａ上に陰極材料４を所定のパターンで
形成し、その上から第２の金属層２ｂを全面に形成して
もよい。また、上記実施例はいずれも、二次元アレイで
あったが、−次元アレイであってもよく、この場合、重
ね合わ１９　ヘ一／せ体として、２枚の基板間に１層の陰極材料層だけが介
在しているものを使う。つまシ、陰極材料４のパターン
のある電気絶縁性基板１と無い電気絶縁性基板１を一枚
づつ接着し、重ね合わせ体を作るか、陰極材料４のパタ
ーンのある電気絶縁性基板を２枚、パターン形成面同士
接着し、重ね合わせ体を作るようにする。また、二次元
アレイの作成を、複数の一次元アレイを作成してから、
これを組み付けるようにしてもよい。また、点状アレイ
に限らず、線状アレイでもよい。また、電子放出素子ア
レイは平面パネルディスプレイに限らず、プリンター等
に使用することができる。また、アレイには限らず、素
子単体でもよい。

発明の効果以上述べたようにこの発明の電子放出素子によれば、陰
極材料の先端形状を膜厚のみで決定することができ、非
常に小さくして電界集中しやすくすることができ、した
がって、電子引出し効率を向上させることができる。ま
た、陰極材料と電子引出し用の電極の間に空間ギャップ
および絶縁体層を設けることにより、陰極材料と電子引
出し用電極との間の耐電圧を高めることができ、したが
って、信頼性を向上させることができる。

したがって、容易に歩留シよく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における電子放出素子を示
す概略断面図、第２図（ａｌないしくｋ＋はこの発明の
一実施例における電子放出素子の製造方法を示し、第２
図（ａｌないしくｅｌは製造工程説明用の概略斜視図、
第２図ｆｆｌないしくｋ＋は第２図ｔｅｌのｎ−ｎ線に
沿う製造工程説明用の概略断面図、第３図（ａｔないし
くｄｌは第２図（ａｔないしくｄｉの概略平面図、第４
２１　・＼−ノ図（ａ）、（ｂｌはそれぞれ金属層および陰極材料の他
の例のパターンを示す部分正面図、第５図はこの発明に
より得られた電子放出素子アレイの利用例を示す概略斜
視図、第６図（ａｌ、（ｂｌおよび第７１ｇ（ａｔ〜（
ｆｌはそれぞれ従来の電子放出素子アレイの製造方法を
示す工程説明図である。１・・・電気絶縁性基板、２．．２ａ、２ｂ・・・金属
層、３・・・絶縁体層、４・・・陰極材料、５・・・電
子引出し用電極、６・・・導電層、７・・・電子引出し
用窓、８・・・複合基板、９・・・重ね合わせ体、１０
・・・アレイ基体、１１・・・マスク、１２・・・発光
層、１３・・・透明絶縁基板０代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名第１
図第３図− （ＯＯ（ｂン（Ｃ〕　　　　　　　　　（ｄ）第４図第５図１２歎層第６図第７図（久）ｏ８（ｂ）惺Ｈしｉ＝が二１０３

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電気絶縁性基板と、この電気絶縁性基板の間でこ
の電気絶縁性基板の厚さ方向に重ねられて設けられた金
属層および上記電気絶縁性基板の一方の面より凹入する
絶縁体層と、これら金属層および絶縁体層の中央部に設
けられ、一方が上記絶縁体層より突出された陰極材料と
、上記電気絶縁性基板における上記絶縁体層の凹入側に
設けられた電子引出し用電極を備えたことを特徴とする
電子放出素子。
（２）陰極材料の電気絶縁性基板間の肉厚が１００Å〜
１μｍである請求項１記載の電子放出素子。
（３）電子引出し用電極がエッチング液に対して耐腐食
性を有する材料からなる請求項１または２記載の電子放
出素子。
（４）陰極材料の外周の金属層がＡｌ、Ｔａから選ばれ
る請求項１ないし３のいずれかに記載の電子放出素子。
（５）陰極材料がＷ、Ｍｏ、ＴｉＣ、ＳｉＣ、ＺｒＣ、
ＬａＢ＿６から選ばれる請求項ないし４のいずれかに記
載の電子放出素子。
（６）金属層およびこの金属層の中央部の陰極材料を電
気絶縁性基板間に介在させ、少なくとも一表面に陰極材
料と金属層が露出するように形成した後、陰極材料と金
属層の露出部分にマスクを形成し、このマスクおよび上
記電気絶縁性基板の上に金属層を設けた後、上記マスク
をこのマスク上の金属層と共に除去して上記陰極材料露
出部分に電子引出し用の窓を形成すると共に、上記絶縁
性基板の表面に電子引出し用電極となる金属層を残し、
上記電子引出し用の窓側における陰極材料の外周の金属
層を所定量除去し、この除去側の金属層の一部を絶縁化
処理して絶縁体層を形成することを特徴とする電子放出
素子の製造方法。
（７）電気絶縁性基板の重ね合わせを溶着法、低融点フ
リットガラスを用いた接着法および耐熱性接着剤を用い
た接着法のいずれかにより行う請求項６記載の電子放出
素子の製造方法。
（８）メッキ法で金属を陰極材料と金属層の露出部分に
付着させてマスクを形成する請求項６または７記載の電
子放出素子の製造方法。
（９）電気絶縁性基板を光透過性材料により形成し、上
記電気絶縁性基板、金属層および陰極材料の一方の面に
ポジ型のフォトレジストを塗布し、上記電気絶縁性基板
の他方の面側から感光用光を照射し、現像して陰極材料
と金属層の露出部分にマスクを形成する請求項６または
７記載の電子放出素子の製造方法。
（１０）金属層の一部の絶縁化処理を陽極酸化法により
行う請求項６記載の電子放出素子の製造方法。
（１１）電子引出し用電極となる金属層を、マスク除去
し、陰極材料の外周の金属層をエッチング除去するエッ
チング液に対して耐腐食性を有する材料で形成する請求
項６ないし１０のいずれかに記載の電子放出素子の製造
方法。
（１２）陰極材料の外周の金属層をＡｌ、Ｔａのいずれ
かにより形成する請求項６ないし１１のいずれかに記載
の電子放出素子の製造方法。
（１３）陰極材料をＷ、Ｍｏ、ＴｉＣ、ＳｉＣ、ＺｒＣ
、ＬａＢ＿６のいずれかにより形成する請求項６ないし
１２のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。