JPH03190034A

JPH03190034A - 電子放出素子とその製造方法

Info

Publication number: JPH03190034A
Application number: JP1330740A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Tomii; 冨井　薫; Toru Sugano; 亨菅野; Akira Kaneko; 彰金子
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-12-19
Filing date: 1989-12-19
Publication date: 1991-08-20
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPH0793097B2

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、平板形表示装置等に用いられる電子放出素子
とその製造方法に関するものである。

従来の技術最近、平板形表示装置等に用いられる電子源として冷陰
極を用いた電子放出素子の開発が活発に行なわれている
。

この冷陰極（電界放出型陰極）は、電子放出を行なわせ
るために針の先端の曲率が１０μｍ以下となるように加
工し、その陰極エミーｌり先端に、１０６ｖ／ｃＩｎ程
度の強電界が集中するように構成さンづ参。

れている。寺陰極は、一般に次のような長所を有する。

（１）電流密度が高い、（２）陰極を加熱する必要がな
いので電力消費が非常に少ない、（３）点（ポイント）
および線（ライン）電子線源として使用できる、の３点
である。

また、これらの冷陰極は、多数の冷陰極をアレイ状に配
列させた冷陰極アレイも知られている。

同アレイを用い、平面パネルデイスプレィなどに使う試
みもなさｎている。

この冷陰極アレイの製造方法として種々の提案がなされ
ている。その−例として、ジャーナル・オブ・アプライ
ド・フィジックス、　３５０４〜３５０５頁、Ｎｏ７．
第３９巻、１９６８年（ＪＯＵＲＮＡＬＯＦ　　ＡＰＰ
ＬＩＥＤ　　ＰＨＹＳＩＣ８，Ｐ、３５０４〜３５０５
、Ｎｏ７．Ｖｏｌ、３９．１９６８）に記載されている
方法について第７図（ａｌ、　（ｂｌを参照しながら説
明する。

第７図（ａｔにおいて、（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を作成し、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
蒸着することによって空洞１０５内の導電性膜１０８を
形成させ、最後に第７図（ｂ＞に示すように、物質１０
７を除去するようにすることにより冷陰極プレイが完成
する。

次に、他の方法の一例として、特公昭５４−１７５５１
号公報に記載されている方法につき第８図（ａｔ〜（ｆ
ｌを参照しながら説明する。

第８図（ａｔ〜げ）において、電気絶縁性の矩形基板５
１を複数個用意し、その−表面上に陰極材料薄膜５２を
被着し、陰極薄膜付着基板５３を複数個重ね合わせて一
体化した後、第８図（ａｔに示すように、重ね合わせ基
板５４の各表面を機械研磨する。

次いで、第８図Ｔｂｌに示すように、その広い一表面に
金属５５を蒸着し、第８図（ｃｌに示すように、陰極材
料５２直上の金属５５に、これと同程度の幅の狭い電子
引き出し用の窓５６をフォトエツチング法を利用して設
ける。この後、陰極薄膜付着基板５３を分離し、第８図
（ｄｉに示すように、それぞれの基板５３上の陰極材料
薄膜５２を、先端が鋭い山型のパターン状にエツチング
法によって加工する。このようにして得たすべての基板
５３の陰極エミツタ５７の先端近辺が基板５１から孤立
し、かつ電子引き出し用窓５６側の金属５５が基板５１
から棚状にせシ出す程度まで適当な化学腐食によって基
板５１を部分的に除去して空洞５８を形成した基板５３
を作る（第８図（ｅ））。ここでふたたび第８図（ｆｌ
に示すように、分離する前の重ね合わせ基板５４と同じ
ようになるように基板５３を束ね合わせて固定すること
によって薄膜冷陰極アレイが得られる。

発明が解決しようとする課題しかし、以上のような構成では、複数のアレイ状の空洞
内に陰極エミツタ突起を作成する際、回転斜蒸着と真上
から行う正蒸着を同時に行うことが必要で、この同時蒸
着の制御を正確に行うことが必要であるという課題を有
していた。

一方、電子引き出し用の窓と陰極との位置合わせ精度を
高めようとすると、電気絶縁性基板の板厚、および導電
性膜の膜厚の精度が高く要求され、かつ重ね合わせ基板
の分離前後での一体固定精度が同一である必要があり、
これらを精度よく固定することは非常に困難であるとい
う課題を有していた。

本発明は、上記課題に鑑み、製造が容易な構造の電子放
出素子とその製造方法を提供するものである。

課題を解決するための手段本発明は、第１に断面の一部が矩形の形状をした陰極材
料と、絶縁層が絶縁基板の同一面上に形成され、絶縁層
は陰極材料の両側もしくは片側に所定の間隔をおいて配
置されておシ、絶縁層の表面には陰極材料から電子を引
き出すための制御電極によって電子放出素子を構成し、
陰極断面形状を矩形とし、そのエッヂ部に電界が集中し
やすい構造にすることにより、効率良く電子放出が得ら
れるようにしたものである。

また、第２には放出された電子が陰極面に垂直な方向に
進行するように、陰極面と同等、あるいはそれより高い
位置に制御電極を設けたものである。

また、第３には、陰極と制御電極の位置関係を精度良く
保つために、所定の形状に形成した陰極を基準に制御電
極を形成したものである。

また、第４には、それぞれ複数本の陰極と制御電極を直
交させ、その交点である電子放出部の陰極の平面形状を
ジグザグ形状にし、電子放出領域を多くしたものである
。

作　　　　用本発明は上記構成により、第１に陰極からの電子放出効
率を高く、かつ陰極と制御電極の耐電圧を高くすること
が可能となシ、その結果信頼性を向上させることができ
る。

また、第２に陰極と制御電極の位置合わせの高精度化が
可能となり、電子放出量の揃った電子放出素子を歩留ま
り良く製造することができる。

また、第３に１絵素当たりの電子放出量を多くできると
ともに、均一な電子放出特性のマトリックス電子放出源
を得ることができる。

実施例以下、本発明の第１実施例について説明する。

第１図（ａ）、及び（ｂｌは電子放出素子のそれぞれ斜
視図、及び断面図である。第１図（ａｌ、及び（ｂｌに
おいて、４は絶縁基板であり、絶縁基板４上には、陰極
材料１、絶縁層２、及び絶縁層２上に設けた制御電極３
である。

以上のような第１図の構成において、陰極材料１はガラ
ス等の絶縁基板４の上に膜厚１０００λ以上で形成され
、その材料ｌとしては仕事関数が低く、かつ高融点のも
の、例えばＳｉｇｎ　ＺｒＣ，ＴｉＣ。

Ｍｏ、Ｗ等を用いる。また、陰極材料１の幅（ｗ　）は
、電子放出素子の用途によ−て決められるものであり、
特に限定するものではない。陰極材料１の両側、（片側
でも良い）には、陰極材料１の厚さと少なくとも同等以
上のＡ１２０ｓｓ　ＳｉＯ２等からなる絶縁層２が陰極
材料１とは離れた位置で絶縁性基板４の上に形成され、
さらに絶縁１ｍ　２０表面には、陰極から電子を引き出
すための金属膜等からなる制御電極３が形成される。

上記の構造の電子放出素子は、陰極材料１に対して制御
電極３に正の電圧を印加すると、陰極材料１のエッヂ部
（第１図Ｃ，Ｄ）に電：碍顎集中し、強電界となる。し
たがって従来よりも低い電圧を制御電極３に印加して、
陰極材料１のエッヂ部から電子を引き出すことができる
。

次に、第１）図１と示した構造の電子放出素子の製造方
法につき第２図（ａｔ〜（ｈｌ’ｉ用いて説明する。

まず、第２図（ａｌに示すように、ガラス等の透光性の
絶縁性基板４の表面に、後述の陰極材料１を形成する部
分以外にホトレジスト５を形成する。

そしてその上から一面に陰極材料１を真空蒸着、スバブ
ター等の方法で、１０００＾程度以上の膜厚に形成し、
その後、ホトレジスト５を除去する。

この方法により絶縁性基板４上に陰極材料１のパターン
を形成することができる。以上のようにリフトオフ法で
陰極材料１を形成すると、そのエッヂ部（第２図（ｂｌ
に示すＣ，Ｄ部分）が鋭くなり、電子放出効率を一段と
高める。なお、透光性の絶縁基板４０表面に所定の厚さ
の陰極材料１を形成した後、エツチング法によって第２
図（ｂｌのパターンの陰極材料１を形成しても良い。次
に、第２図（ｃｌに示すように陰極材料ｌが形成されて
いる絶縁性基板４０表面にポジ型のホトレジス）５”ｉ
ｆｉ布し、絶縁性基板４の陰極材料１とは反対面側から
紫外線平行光６を照射し、露光後ホトレジスト５′を現
像すると第２図（ｄｌに示すように、陰極材料１と同じ
パターンのホトレジスト５′がその上に形成される。次
にその上からＡｌ２Ｏ５，５ｉ０２等の絶縁材料２を陰
極材料層１の厚みと同等か、あるいはそれ以上の厚みに
なるまで真空蒸着法等によって、全面に形成した後、更
にその上に電子引き出し用制御電極３となる金属膜を所
定の厚み（１００ＯＡ〜５０００Ａ）　　で形成する。

（第２図（ｅｌ）　　その後、ホトレジスト５′を除去
することにより、第２図（ｆｌに示すように、陰極材料
１上の絶縁層２と金属も同時に除去される。次に絶縁層
２のみを軽くエツチングしく第２図［ｇｌ　）　、続い
て制御電極３となる金属も軽くエツチングすると、第２
図（ｈｌに示すように、陰極材料ｌのエッチ部が露出し
、陰極材料幅（ｗ）よシ少し広い間隔で電子引出し用制
御電極３を形成することができる。

なお絶縁層２と制御電極３となる金属のエツチングは、
両者のエツチング液を所定の混合比で混合したエツチン
グ液等を用いて同時に行なっても良い。また第２図（ｄ
ｌにおいて、ホトレジスト５′を現像する際、現像時間
を制御する等によって陰極材料１の幅（ｗ　）よりもわ
ずかに広く、陰極材料１を覆うようにホトレジスト５′
を形成すれば、第２図（ｇｌ、　（ｈｌで述べた工程を
省略することができる。

進方法の中で（ｃｌ（ｄｉの工程を変えたものであシ、
同一符号を付けている。（ｂｌは第２図（ｂｌと同一で
あシ、透光性の絶縁基板４に陰極材料１が所定の形状に
形成されたものである。次に第３図（（＋に示すように
、ネガタイプのホトレジスト５“を全面に塗布し、絶縁
基板４側から紫外［６で露光し、現像・定着を行なうと
第３図（＃１に示すように、陰極材料ｌの表面上のホト
レジストが除去される。次にその表面上ＫＮｉ、Ｃｕ等
を無電解メツキ、あるいは蒸着、スバ、１ター等によっ
てＡＩ等の金ｊｒ＆７管形成しく第３図（守））、ホト
レジスト５＃ヲ除去すＩすると、第３図（ｄｌに示すように陰極材料１の上にこｌ
れと異なる金属７が形成されたものが得られる。

この後の工程は第２図（ｅｌ〜（ｈｌと同一である。第
３Ｌｂ＋＋山Ｗｙｐした電子放出素子の製造方法は、絶縁層２、制御
電極３を形成する工程時に、絶縁性基板４と絶縁層２、
及び絶縁層２と制御電極３との密着力を強くするためホ
トレジスト５′の耐熱温度以上に加熱処理を施こす場合
に適している。

次に、本発明の第３実施例について説明する。

第４霜子放出素子の製造方法を示す各工程どとの素子の
断面図である。

まず、第４図（ａｔに示すように１絶縁性基板４に陰極
材料１を所定の形状に形成した後、陰極材料ｌの表面に
陰極材料１と異なる金属等８をメツキで形成する（第４
図（ｂ））。その後、Ａ１２ｏ３，５ｉ０２等の絶縁物
２を真空蒸着、スパヴタ〜等によって全面に形成し、次
いで制御電極３なる金属をその上に形成する（第４図（
Ｃ））。次に、メツキ形成した金属８を絶縁性基板上４
からエツチング除去することにより第４図（ｄｌに示す
電子放出素子を製作することができる。尚、第４図（ｃ
ｌにおいて、制御電極３なる金属はメツキ形成する金［
８と異にし、金属８をエツチング除去する際に制御電極
３なる金属が腐食されないように、それぞれの金属を選
定しておけば良い。

次に、上記した本発明の電子放出素子を用いた平面デイ
スプレィパネルの一実施例を第４実施例として第５図に
示す。第５図は平板デイスプレィパネルの一部断面の斜
視図である。絶縁性基板４の表面に垂直方向（第５図中
矢印Ｖ）に長いストライプ状の陰極材料１が水平方向（
第５図中矢印Ｈ）に所定のピッチで多数配列され、これ
に直交するように制御電極３が設けられている。制御電
極３は水平方向に長いストライプ状の形状をしており、
電子ビームを取り出すための窓１）がその中に設けられ
ている。そして制御電極３は垂直方向に所定のピッチで
互いに電気的に分離されて多数並置されている。なお制
御電極３の下には第１実施例で説明した絶縁層が設けら
れるが、図面上は省略している。次に、制御電極３から
所定の距離を離して、螢光体からなる発行部９を表面に
形成した透明なガラス等の基板１０が設置されている。

次に上記構成の平面デイスプレィパネルの動作につき説
明する。まず、標準のテレビ方式の画像を表示しようと
すると、陰極材料１は必要とする水平方向の絵素の数の
本数が並置される。また制御電極３は画像表示に有効な
走査線数の本数だけ並置される。以上の構成において、
陰極材料１と制御電極３のある特定のものに、所定の電
圧を印加して、陰極材料１０表面（コーナ一部）に電子
放出に必要な電界がかかるようにして電子ビームをとり
出し、この電子が螢光面９にあたると発光する。すなわ
ちＸ−Ｙマトリックス構成のプラズマデイスプレィ、液
晶デイスプレィと基本的に同じ駆動方法を用いｎは、電
子線励起による螢光体発光像を得ることができる。

次に、本発明の電子放出素子の第５実施例について説明
する。第６図は第５図に示す平面デイスプレィパネルに
使用する陰極１の他の形状を示す平面図である。第６図
において、陰極１と制御電極３の交点である１絵素分に
あたる陰極部からの電子放出部ならびに各絵素の電子放
出部のバラツキを平均化して均一になるように、電子放
出部をジグザグ状に形成している。

なお、陰極ｌと制御電極３はそれぞれ水平、並びに垂直
方向に逆の関係（９０°回転）として用いても良い。

発明の効果以上のように本発明は、断面の一部が矩形の形状をした
陰極材料と、絶縁層が絶縁基板の同一面上に形成され、
絶縁層は陰極材料の両側もしくは片側に所定の間隔をお
いて配置し、絶縁層の表面には陰極材料から電子を引き
出すための制御電極を設けることによシ、陰極材料のエ
ツジ部から電子放出がなされるため、針状の陰極を配置
する必要がなく、製造が極めて容易となる。

また、本発明は、陰極と制御電極の位置合わせ精度の高
い電子放出素子を極めて容易に歩留まシ良く製造するこ
とができ、また、マトリックス電子放出源は、多くの電
子を均一に放出させることができる。

Ｋおける電子放出素子のそれぞれ斜視図、断面図、及び
製造工程における構成図、第層１ぼ本発明のる電子放出素子の製造工程における構成図、第５図は本
発明の第４実施例における平板デイスプレィパネルの斜
視図、第６図は本発明の第５実施例第１図（■ 作工程における構成図である。

ｌ・・・陰極材料、２・・・絶縁層、３・・・制御電極
、４・・・絶縁性基板　５，５／、５／／・・・ホトレ
ジスト、６・・・紫外線、７・・・金属、８・・・金属
、９・・・螢光面、ＩＯ・・・ガラス。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）断面の一部が矩形の形状をした陰極材料と、絶縁
層が絶縁基板の同一面上に形成され、前記絶縁層は前記
陰極材料の両側、もしくは片側に所定の間隔をおいて配
置し、前記絶縁層の表面には前記陰極材料から電子を引
き出すための制御電極を具備してなることを特徴とする
電子放出素子。
（２）絶縁層は陰極材料の厚さと同等あるいはそれ以上
の厚みを有する請求項１記載の電子放出素子。
（３）絶縁基板上に所定の形状の陰極材料を形成し、さ
らに前記陰極材料面上に陰極材料と異なる材料を所定の
厚さで形成し、その後、絶縁材料膜、金属膜を所定の厚
さで全面に形成し、その後、少なくとも陰極材料面上の
材料を前記絶縁基板上から除去してなる電子放出素子の
製造方法。
（４）絶縁基板上に形成した所定の形状の陰極材料の全
曲に、陰極材料と異なる金属を所定の厚さにメッキ法に
より形成した後、絶縁薄膜、金属薄膜を順次所定の厚さ
で全面に形成し、その後、少なくとも前記陰極材料面上
の金属を前記絶縁基板上から除去してなる電子放出素子
の製造方法。
（５）所定の幅を有するストライプ状の請求項１記載の
陰極材料を、所定のピッチで少なくとも平行に並置し、
これらと直交するように所定の幅を有した制御電極を所
定のピッチで平行に複数本具備したことを特徴とするマ
トリックス電子放出源。
（６）少なくとも陰極材料は、電子を放出する領域が、
ジグザグ形状をしている請求項５記載のマトリックス電
子放出源。