JPH0298031A - 熱電子線源及びその製造方法 - Google Patents

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］ 本発明は、電子線加速型の平板状デイスプレィ装置に用
いられる熱電子線源に係り、その熱電子線源の改良とそ
の製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来、平板状デイスプレィ装置としては、種々のタイプ
のものが提案されているが、その代表的なものとしては
ルミネッセンス方式、プラズマ方式、及び液晶方式等を
用いた平板状デイスプレィ装置がある。

しかし、上記方式を例えば、カラーテレビジョン等の様
な嵩速走査で画素密度の高い画像の要求されるデイスプ
レィ装置に用いようとした場合には、その発光効率に限
度があり又、大画面用としても実用的ではない。この為
テレビジョン用等には従来、真空中で電子源より放出さ
れた電子を、高電圧で加速して蛍光体に衝突発光させて
、画像を再現させる電子線加速型の平板状デイスプレィ
装置が有力候補の一つとなっている。

この電子線加速型の平板状デイスプレィ装置に於ては、
耐大気圧性能を持たせるために例えば、画素に電子源が
一対一で対応しているマルチ電子源構造とすることが考
えられており、この場合の電子線源としては例えば、特
開昭５８−１９５６号公報に開示されている如く、薄膜
による熱電子線源の利用が提案されている。

第４図は、この従来の熱電子線源の断面構造を示すもの
であるが、第４図によれば、基板１上にガラス質の絶縁
層（支持層）７が形成され、その上にスパッタ法等でタ
ングステン薄膜を成膜後、フォトリソグラフィー法を用
いて、通電することにより熱電子を放出する薄膜フィラ
メント３、薄膜フィラメント３に通電するための導電路
８とを一体的に形成し、その後、前記絶縁層（支持層）
７の薄膜フィラメント３の下部の一部をウェットエツチ
ング法にて除去して間隙９を形成した薄膜中空構造の熱
電子線源を示している。

しかしながら、上記従来の熱電子線源では、フィラメン
ト部３とフィラメント部３に通電するための導電路８（
以下一体型導電路という）が−体形成された構造となっ
ているため、以下のような問題点があった。

即ち、デイスプレィの大画面化に際しては、上記熱電子
線源のフィラメント３が多数配列されることとなるが、
この場合は一体型導電路の距離が長くなるため、一体型
導電路８の低抵抗化を図るためには、その線幅を犬ぎ（
するか、膜厚を厚くする必要がある。しかし、画素密度
の高い高精細デイスプレィを目的とする場合には、上記
の様に、一体型導電路８の線幅を大きくすることは、画
素のピッチを大きくする結果となり、画素密度を高くす
ることができなくなる。又、膜厚を厚くすることは、同
時にフィラメント部３の厚さをも厚くする結果となり、
フィラメント部３の熱容届が大ぎくなって、消費電力が
設計値を満たすことができなくなる。

さらに、上記熱電子線源の一体型導電路８は、フィラメ
ント部３と一体形成されるために、フィラメント部３と
同一材料、即ち５通常、導電材として好適な銅、アルミ
ニウム、金などにくらべてその比抵抗値の高い、タング
ステン、タングステン合金又はタンタル等の材料を使用
せざるを得す、一体型導電路８を低抵抗化するうえで不
利である。

以上のような問題点に鑑み、特開昭６２−４０１４４号
公報には大画面高精細化を目的として、配線抵抗を下げ
るために第５図に示す如く、基板１上に絶縁層７を設け
、その上に下層金属膜と上層金属膜とからなる積層体を
設けた後、）オドリソエツチング法によりフィラメント
部３と導電路部１０とをそれぞれ独立に形成し、さらに
その後に絶縁層７のフィラメント部３の下部の一部をエ
ツチングして間隙９を形成した薄膜中空構造の熱電子線
源が開示されている。

第４図に示される熱電子線源は、フィラメント部３と導
電路１０とを異なる材料、即ち、導電路１０側を上記低
抵抗の導電材料で、フィラメント部３とは独立に形成す
ることができるため、配線抵抗を低くすることが可能で
あるが、フィラメント部３の上部に導電路１０が設けら
れているため、対向する一対の導電路間、即ちフィラメ
ント部３の上部に電場が発生し、フィラメント部３より
、その上方へ放出される電子線が電場の方向に力を受け
て軌道を曲げられる等の悪影響を与える 塁。さらに、フィラメント部３の上部に導電路１０を設
けることは、上部にグリッド電極を形成する場合、段差
が生じにくい等の問題点をも生じる。又、第５図に示さ
れるような熱電子線源の製造方法は、フィラメント部３
の上部に導電路１０を形成し、導電路パターンとフィラ
メントパターンを別７９′オドリソエツチングして形成
する必要があり、又その後、絶縁基板又は絶縁層もエツ
チングする必要があるため、工程が複雑になり工程数も
増加する。さらには材料として、導電材、フィラメント
材、絶縁材とがあるため、この３種類ともに選択性を持
たせたエツチング法が要求されるため、材料が制限され
る等の問題点を有している。

［発明が解決しようとしている問題点］本発明は上記問
題点を解決するために成されたものであり、とりわけ、
電子線加速型平板状デイスプレィ装置に於て用いられる
熱電子線源に関し、その配線抵抗が小さく、高精細化及
び効率の良い電子放出が可能であり、しかもその製造工
程が簡易化される熱電子線源及びその製造方法を提供す
ることを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は基体面に、複数の導電路と前記導電路に支持さ
れた複数のフィラメント部とを有することを特徴とした
熱電子線源及び、基体上に、下層膜体と上層膜体とから
成る積層体を設ける工程と、前記積層体をエツチング処
理することで上層膜体より成るフィラメント部と下層膜
体より成る導電路、及び少なくとも前記フィラメント部
の下部に間隙部とを形成する工程を有する熱電子線源の
製造方法であって、少なくとも前記フィラメント部がト
ライエツチング処理によって形成されることを特徴とし
た熱電子線源の製造方法である。

以下、本発明について、第１図を用いて説明する。

第１図は、本発明による熱電子線源の構成を示す斜視図
であり、１は電気的絶縁性を有する材料から成る基体で
　、その上には、Ａｕ、Ａｇ。

Ｃｕ、ＡＩ、Ｎｉ等のうち少なくとも１種より成る導電
路２（２８〜２ｄ）が複数形成されている。さらに、そ
の上には、タンタル、タンタル合金、タングステン等か
ら成る薄膜により、複数のフィラメント部３が形成され
ている。即ち、導電路２（２ａ〜２ｄ）は、フィラメン
ト部３を有する薄膜支持体としての機能をも有する。

ここで、上記熱電線子源の電子放出の効率化及びその配
線抵抗の低下等の面からも導電路２（２ａ〜２ｄ）の厚
さは１〜３００μｍ、幅は１０〜１０００μｍ程度とさ
れるのが好ましく、又、フィラメント部３の厚さは０．
１〜３μｍ、長さ（Ｌ）は１０〜２０００μｍ、幅（Ｗ
）は１〜５０μｍ程度とされるのが好ましい。

上記熱電子線源においては、導電路２　ａ　−２ｂ間、
２　ｃ　−２ｄ間に電位差を印加することによりフィラ
メント部３に電流が流れ、発熱して、フィラメント部３
より電子が放出される。

次に、第２図（ａ）〜（ｄ）を用いて本発明の熱電子線
源の製造方法について説明する。

第２図は、第１図の断面Ａ−Ａから見たときの状態であ
る。

まず、第２図（ａ）の様に、絶縁基体１上にＥＢ蒸着法
にて下層膜体４としてＣｕを８μｍ１上層膜体５として
Ｔａを０．５μｍの厚さで成膜する。

次に第２図（ｂ）のように、レジストを塗布してフィラ
メントパターンと導電路パターンとを露光、エツチング
し、導電路の幅２００μｍ、フィラメント部の幅５μｍ
、長さ１００μｍのレジストパターン６を形成する。

更に図２（ｃ）のように、ドライエツチング法にてレジ
ストパターン６をマスクとし、Ｔａ上上層鉢体５Ｃｕ下
層膜体４のレジストパターンのない部分を基体１上面ま
で除去して、フィラメント部３を形成する。このドライ
エツチング法は、例えば、真空中に導入したＡｒガスを
イオン化した後、加速し、途中で中性子化したＡｒ粒子
を被エツチング材に衝突させることによって、Ａｒ粒子
の衝突力で被エツチング材を除去するイオンミーリング
法などの物理的なドライエツチング法を用いる。又、反
応性ガスを被エツチング材の入った真空中に導入して、
化学反応によりエツチングを行うＲＩＥ法のような化学
的ドライエツチング法も使用することができるが、上層
膜体と下層膜体共にエツチング可能な適当な反応性ガス
を準備する必要があり、上記物理的ドライエツチング法
によるのが簡便で好ましい。

その後、フィラメント部３の下部の下層膜体４（Ｃｕ）
をウェットエツチングするため、Ｔａと選択性のあるエ
ツチング液（例えば、（ＮＨ，＋）Ｃｅ　ＣＮ０３）ｅ
　：　ＨＣ１０４：　Ｈ２０混合液）を用いてエツチン
グを行なう。この時、エツチングは、フィラメント部３
の下部の下層膜体４が両側からエツチングされて消失し
た時点で終了すれ厚が０．５μｍ、中空部（間隙）の高
さ８μｍとすることができる。

ドライエツチング工程後に残ったレジストは通当な時に
除去する。

以上の様な工程により、第１図に示される構造の熱電子
線源が得られる。

又、上記製造方法に於てドライエツチングは、上層膜体
５のみ実施して終了しても、下層膜体４の途中で終了し
ても良い。ただ、上層膜体５と下層膜体４に対するウェ
ットエツチング液のエツチング選択性が少し劣るものや
、エツチング時間が長くなるにつれてフィラメントがダ
メージを受けるようなフィラメント材については、基体
上面までドライエツチングを行うか、基体上面からの下
層膜体のエツチング残りの膜厚がフィラメント部３の幅
の１／２より少なくなるところまでエツチングを行うこ
とが好ましい。このようにすれば、フィラメント部３の
下部の下層膜体４が両側からエツチングされる間に、基
体上面に残存する下層膜体４までもエツチングされるた
め、エツチング時間は、フィラメント部３の下部の下層
膜体４が両側からエツチングされて消失するまでの時間
だけで良く、導電路２及びフィラメント部３のサイドエ
ッチやダメージを最小にすることができる。

更に、上記ウェットエツチング処理に於て、導電路２の
サイドエッチを完全に防止したい場合には、第２図（Ｃ
）のように絶縁基体上面までドライエツチングを実施し
た後、ウェットエツチング前にレジスト等で導電路２を
保護してからウェットエツチングを実施すると良い。

本発明の熱電子線源に於て、そのフィラメント材として
は、上記Ｔａに限らず、Ｗ、Ｗ合金等の高融点金属、或
いは高融点金属＋低仕事関数材のような積層体も含めて
考えることができる。又、導電路材としてもＣｕに限ら
ずＡ１．Ａｇ、Ａｕ等の低抵抗材料、或いは低抵抗材料
＋Ｃｒ（又はＴａ）のような低抵抗材料を電気的に安定
化し腐食や拡散を防止したり、膜の密着力を強化するな
どの目的の積層体、或いはＣｕ−Ｃｒのような合金も含
めて考えることができる。

又、本発明の熱電子線源の構造は、第１図に示されたも
のに限定されるわけではなく、例えば第３図に示される
様な形態のものであっても構わない。

更に、本発明の熱電子源の製造方法に於て、上記下層膜
体や上層膜体の成膜方法は、ＥＢ蒸着法をはじめ、スパ
ッタ法、ＣＶＤ法などの薄膜成膜法、並びに電着法、或
いはスクリーン印刷法などが利用できる。又、ドライエ
ツチング法についても、各種物理的、化学的エツチング
法が利用できる。

又、上記下層膜体として任意の材料（例えば、ガラスな
どの絶縁材料）を用い、導電路と兼用しないような構造
の熱電子線源に於ても、上記の様にトライエツチングに
て上層膜体と下層膜体の全て、或いは途中までをエツチ
ングして、その後、選択性のあるウェットエツチング液
にてエツチングを行い、熱電子線源を形成することによ
り高精細デイスプレィを実現する場合に要求される微細
パターンを制度良く作ることができる。

［効果コ 以上説明した様に、本発明の電子線源は、複数のフィラ
メント部の支持体としての機能をも兼ね備えた導電路を
有することにより、 （１）導電路の膜厚がフィラメント部の膜厚と独立に設
定できるため、複数個並ぶ長い配線の配線抵抗を小さく
することができる。

（２）導電路はフィラメント部と独立して設けられてい
るため、配線抵抗の低い材料を用いることができる。

（３）導電路はフィラメント部の下方に設けられている
ため、放出電子は電場の影響を受けない。

等の効果を有する。

又、本発明の製造方法は、パターン形成にトライエツチ
ング法を用い、その後フィラメント部の下部に間隙を作
るためにウェットエツチング法を用いるので、 （４）ウェットエツチング時間を最小にすることができ
、パターン形成精度が良好なものになる。

（５）フィラメント部をドライエツチング法で加工する
ため、フィラメント材料の違いによるエツチング効率の
差を考慮することなく精細なパターンを形成できる。

（６）フィラメント部の支持体と独立に、導電路を作る
必要がないため製造工程が少なくてすむ。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の熱電子線源の斜視図、第２図は、・
第１図のＡ−Ａ断面図で、本発明の熱電子Ｐｉ！源の製
造方法を示した図、第３図は別の本発明の熱電子線源の
斜視図、第４図、第５図は、従来例の熱電子線源の断面
図である。 １　基体　　　　　　２，１０．導電路３、フィラメン
ト部　４．下層膜体 ５、上層膜体　　　　６．レジストパターン７、絶縁層
（支持層）８．一体型導電路９、間隙

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体面に、複数の導電路と、前記導電路に支持さ
   れた複数のフィラメント部とを有することを特徴とした
   熱電子線源。
2. （２）基体面に、下層膜体と上層膜体とから成る積層体
   を設ける工程と、前記積層体をエッチング処理すること
   で上層膜体より成るフィラメント部と下層膜体より成る
   導電路、及び少なくとも前記フィラメント部の下部に間
   隙部とを形成する工程を有する熱電子線源の製造方法で
   あって、少なくとも前記フィラメント部がドライエッチ
   ング処理によって形成されることを特徴とした熱電子線
   源の製造方法。