JPH09213247A - 電界放出型蛍光管およびその製造方法およびこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微小なドットサイズを実現すべく、エミッタ
アノード間隔を大面積にわたって精度よく小さな間隔と
し、しかもエミッタへの汚染や損傷がなく実現性の高い
電界放出型蛍光管を提供する。また電界放出型蛍光管を
用いた高精度で信頼性の高い画像形成装置を提供する。 【解決手段】 容器と、前記容器内に収容され、電子を
放出可能なエミッタ１と、制御用のゲート電極２とを具
備した第１の基板Ａと、前記第１の基板に相対向して配
設され、アノード電極６と、蛍光体１１とを具備してな
る第２の基板Ｂとを含む電界放出型蛍光管において、前
記エミッタ１およびゲート電極２は、その先端が前記第
１の基板表面よりも低い位置にくるように、前記第１の
基板に穿設された溝２１の底部に配設され、前記第１お
よび第２の基板が、前記溝形成面および前記蛍光体形成
面が互いに向かい合うように密着せしめられ、前記エミ
ッタ１とアノード電極６との距離が前記溝の深さを制御
することにより調整されていることにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電界放出型蛍光管およ
びその製造方法およびこれを用いた画像形成装置に係
り、特に電界放出部の形成された基板と、蛍光体が塗布
せしめられたフェイスガラスなどの透明板とによって構
成されており、該電界放出装置から新空中に放出された
電子が加速され、該透明板に塗布されている蛍光体に当
たって発光ドットを形成するタイプのイメージバーやデ
ィスプレイなどの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、金属、または半導体の鋭利部に高
電界を印加し、その鋭利部先端から電子を真空中に電界
放出させるフィールドエミッタ（Field Emitter(FE) ）
と呼ばれるマイクロデバイスの研究が進められている
（テレビジョン学会誌Vol.47,No5,pp.570 〜574 (199
3)）。このデバイスの代表的な構造について説明する。
フィールドエミッタは図３５に示すように、ガラス基板
４上に、カソード電極（陰極）１３を形成するととも
に、所定の間隔で円錐型エミッタ１を形成するととも
に、これら円錐型エミッタ１の近傍に位置するように前
記ガラス基板４上に絶縁膜３を介してゲート電極２を形
成してなる第１の基板Ａと、この第１の基板Ａに相対向
するように配設されたアノード電極２を形成してなる第
２の基板Ｂとから構成される。円錐型エミッタ１とアノ
ード電極６との間の領域は１０^-7Torr程度の高真空であ
る。電子を放出する円錐型エミッタ１は、半導体の異方
性エッチングあるいは金属のスパッタリングあるいは転
写モールド法（Applied Physics Letters ，Vol.64,pp.
2742(1994)）などによって作成される。電子放出方法
は、陰極となる円錐型エミッタ１に対し、ゲート電極２
に＋１００Ｖ以下の正電位を印加し、円錐型エミッタ１
の先端部に高電界を形成する。ゲート電極２の空孔径７
は１μm 以下と非常に小さいため、円錐型エミッタ１の
先端部に電界集中が起こり、電界は１０⁸ Ｖ／cm² まで
達し、円錐型エミッタ１の先端部の電子が真空準位にト
ンネリングする。すなわち、真空中に電子が電界放出さ
れる。一旦、真空中へ放出された電子５は、アノード電
極６の＋４００Ｖ程度の正電位によって加速され最終的
にアノード電極６に吸収される。

【０００３】このデバイスの応用として、フラットパネ
ルディスプレイ（IEDM９１−１９７）やゼログラフィー
方式プリンターのイメージバー（特開平４−１３１２５
６、特開平６−７１９３７）が提案されている。具体的
には図３６に示すようにガラス基板１０表面に透光性の
酸化インジウム錫（ＩＴＯ）層をアノード電極６として
蒸着形成し、その上に亜鉛ドープの酸化亜鉛（ＺｎＯ：
Ｚｎ）などの低速電子線蛍光体１１を塗布し多数のドッ
トを形成した第２の基板Ｂと、前述したような円錐型エ
ミッタ１が集積形成せしめられた第１の基板Ａとで構成
され、第１の基板Ａと第２の基板Ｂはスペーサ１２を介
して相対させ、円錐型エミッタ１とアノード電極６とに
向かって高真空中を飛来し、アノード電極６の手前の蛍
光体１１に衝突し蛍光体を発光せしめる。ここでは、蛍
光体１１はドットパターンに区切って塗布されている。
ディスプレイならば、ドットを２次元配列、イメージバ
ーならば１次元配列または２次元配列しておき、発光ド
ットを選択してイメージ情報を形成する。発光ドットの
選択は、各ＦＥのゲート電極２への電圧印加によりなさ
れる。

【０００４】図３７にＦＥを用いたイメージバーの概観
説明図（上面図および側面図）を示す。この例では、１
ドットは４×４の１６個の円錐型エミッタ１から構成さ
れており、各ドットのゲート電極２にアドレッシング電
極１４が接続されており、アドレッシング電極の末端に
ワイヤボンディング用のパッド１５が設置され、駆動回
路ＩＣとの接続を可能となっている。また、ＦＥの集積
部を、アノード電極６と蛍光体１１の付設されているガ
ラス基板１０で覆い、アノードと円錐型エミッタの先端
との間隔９をとるためにスペーサ１２を挿入している。
上記構成物が形成されている第１の基板Ａを密閉したガ
ラス容器１６に封入し、該ガラス容器内を高真空にして
いる。

【０００５】このようなイメージ表示装置では、軽量コ
ンパクト薄型である以外に次のようなデバイスの特徴が
ある。１素子のサイズが１μm 以下と非常に小さいた
め、小さなドットサイズに合わせて１素子の細かな配置
が可能となる。また、図３６および図３７に示すように
１ドットを複数の素子で構成すれば、歩留まりの向上を
はかると共に平均化効果によるドット間の特性ばらつき
を抑制することが可能となる。

【０００６】円錐型エミッタには、デバイス構造に起因
して生じる放出電流の広がりという本質的な特性があ
り、ＦＥで構成するドットパターン、およびそのサイズ
が必ずしも、蛍光体上に形成される発光ドットパターン
と一致しない。なぜならば、図３５で円錐型エミッタ１
より放出された電子５は、ゲート電極２によって第１の
基板Ａの面内方向に加速され、結果としてアノード電極
６の位置では、広がり径８を有するビームスポットとな
るからである。そこでこのビームの広がりを利用して、
図３８に示すように径２００μm のグラスボールからな
るスペーサを円錐型エミッタの設置されている基板とア
ノード電極の付設されている基板との間に挿入し、発光
ドットパターンの１ドットサイズが０．１２mm² になる
ＦＥのディスプレイを試作している（ＩＥＤＭ−９１−
１９９）。

【０００７】しかしながら、高解像度ディスプレイや、
ゼログラフィー方式のプリンターのイメージバーとして
ＦＥを使用する場合は、発光ドットのサイズを数十μm
まで小さくしなければならない。例えば、１２００ｄｐ
ｉ（ｄｏｔ／ｉｎｃｈ）の高解像度イメージバーには、
２０μm ×２０μm （半径１０μm ）の小ドットが必要
である。

【０００８】発光ドットの小径化には、次に示す２つの
解決方法がある。第１は、円錐型エミッタから放出され
る電流の広がり特性を利用して、円錐型エミッタの電子
放出位置とアノード電極との間隔（ＥＡ間隔）を所望の
発光ドットサイズが得られるような値に設定する方法で
ある。また第２は、収束電極をエミッタのまわりに付設
し、収束電極に正電圧を印加して放出電流を絞り込む方
法である。後者は収束電極を付設するスペースが必要で
あるため高集積化を困難にし、また、積層電極構造とす
るため、歩留まりを低下させ、さらに収束電極に印加す
る正電圧によって放出電流が減少するなどの欠点があ
る。一方前者の方法によれば、蛍光体に高密度の放出電
流を効率よく照射することができるため、高密度化をは
かることができるのみならず、エミッタの周りの電界密
度が増加するためアノード電圧やゲート電圧を低減する
ことができるという利点がある。したがって、前者のＥ
Ａ間隔を狭くして発光ドットを所望のサイズとする方法
が現時点では最良の方法であると考えられる。

【０００９】そこで、実際にはどの程度のＥＡ間隔が必
要であるかについて考えてみる。ビームスポットの広が
り径８（図３５参照）の値とＥＡ間隔との関係をシミュ
レーション（ジャーナルオヴサイエンスアンドテクノロ
ジーJournal of Vacuum Science & Technology B,Vol.1
1,No2,pp.518(1993)）した結果、図３９に示すような結
果を得ることができた。この図からあきらかなように２
０μm ×２０μm （半径１０μm ）の小ドットを得るに
はＥＡ間隔を２０μm と極めて小さな間隔にしなければ
ならないことがわかる。

【００１０】ところで電子を電界放出するＦＥが集積形
成されている第１の基板Ａと、蛍光体およびアノード電
極の付設されている第２のガラス基板Ｂとの間隔を、広
い範囲に渡って一定にする方法として代表的な方法は、
前述したディスプレイで使用されているグラスボールを
使用する方法である（図３８）。このディスプレイのＥ
Ａ間隔は２００μm であり、直径２００μm のグラスボ
ール１９を相当数、ＦＥが集積されている第１の基板Ａ
と、蛍光体およびアノード電極が付設されている第２の
ガラス基板Ｂとの間に挿入し、２００μm の間隔を保持
するようにしている。しかしながらこの構造で数十μm
と小さい間隔を実現するたえには、直径数十μm の大き
さのグラスボールが必要であるのに対し、現在の技術レ
ベルで精度よく数十μm の大きさの均一なグラスボール
を相当数作成することは不可能であった。

【００１１】一方、シリコンプロセスを用いてＦＥが集
積形成されている第１の基板と蛍光体およびアノード電
極の付設されている第２のガラス基板Ｂとの間の間隔を
均一にするスペーサを形成する方法も提案されている
（特開平６−６０８０４号，ＵＳＰ５２３２５４９）。
特開平６−６０８０４号では、ポリイミドで該スペーサ
を作成しており、図４０(a) に示すように、ＦＥを形成
した第１の基板Ａ表面にポリイミド膜１７を塗布し、ス
ピンコータで所望の厚さにしてから、フォトリソグラフ
ィ法によるパターン露光後デベロップすることにより、
スペーサの必要な部分のみを残すようにパターニング
し、図４０(b) に示すようにポリイミドスペーサ１８を
形成する。

【００１２】この方法によれば、一旦形成した円錐型エ
ミッタなどのＦＥをポリイミドで埋め込んでしまうた
め、円錐型エミッタの先端をいためたり、汚染してしま
うなどの問題がある。

【００１３】またＵＳＰ５２３２５４９においても、ポ
リイミドなどの絶縁膜でスペーサを形成しているが、同
様に円錐型エミッタを絶縁性材料により埋め込んでしま
うプロセスであるため、同様の問題があった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように、種々の方
法が提案されているが、高密度化に際し必須となる、高
精度高精彩電界放出型蛍光イメージバーあるいは表示装
置の実現に必要不可欠である数十μm のエミッタ−アノ
ード間隔をいかにして実現するか、有効な方法がなかっ
た。

【００１５】本発明は前記実情に鑑みてなされたもの
で、微小なドットサイズを実現すべく、エミッタアノー
ド間隔を大面積にわたって精度よく小さな間隔とし、し
かもエミッタへの汚染や損傷がなく実現性の高い電界放
出型蛍光管を提供することを目的とする。

【００１６】また電界放出型蛍光管を用いた高精度で信
頼性の高い画像形成装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、容器
と、前記容器内に収容され、電子を放出可能なエミッタ
と、制御用のゲート電極とを具備した第１の基板と、前
記第１の基板に相対向して配設され、アノード電極と、
蛍光体とを具備してなる第２の基板とを含む電界放出型
蛍光管において、前記エミッタおよびゲート電極は、そ
の先端が前記第１の基板表面よりも低い位置にくるよう
に、前記第１の基板に穿設された溝の底部に配設され、
前記第１および第２の基板が、前記溝形成面および前記
蛍光体形成面が互いに向かい合うように密着せしめら
れ、前記エミッタとアノード電極との距離が前記溝の深
さを制御することにより調整されていることにある。

【００１８】また本発明の第２の特徴は、感光体ドラム
と、画情報に基づいて前記感光体ドラムを感光せしめる
電界放出型蛍光管アレイとを具備してなる画像形成装置
において、前記電界放出型蛍光管アレイが、容器と、前
記容器内に収容され、電子を放出可能なように所定の間
隔を隔てて複数個配列されたエミッタからなるエミッタ
アレイと、前記エミッタに近接して配設された制御用の
ゲート電極とを具備した第１の基板と、前記第１の基板
に相対向して配設され、アノード電極と、蛍光体とを具
備してなる第２の基板とを含み、前記各エミッタおよび
ゲート電極は、その先端が前記第１の基板表面よりも低
い位置にくるように、前記第１の基板に穿設された溝の
底部に配設され、前記第１および第２の基板が、前記溝
形成面および前記蛍光体形成面が互いに向かい合うよう
に密着せしめられ、前記エミッタとアノード電極との距
離が前記溝の深さを制御することにより調整せしめられ
てなる画像形成装置を構成することにある。

【００１９】また本発明の第３は、第１の基板表面に異
方性エッチングに所望の深さでかつ所望の幅の平坦な底
面をもつ溝を形成する工程と、前記溝内の所望の位置に
カソード電極を形成するとともに、前記カソード電極か
ら突出し、前記第１の基板の表面よりも低い位置に尖端
がくるように、エミッタを形成するとともに、エミッタ
に近接してゲート電極を形成する工程と、第２の基板表
面にアノード電極を形成するとともに蛍光体を形成する
工程と、前記第１および第２の基板を前記エミッタが前
記アノード電極と向かいあうように密着固定する固着工
程とを含むことにある。

【００２０】

【作用】すなわち、エミッタ・アノード間隔を所望の値
に高精度に揃えるために、基板の一部をスペーサとして
用いる方法を提案するものである。

【００２１】すなわち本発明は少なくとも電界放出可能
な鋭利部と電界放出を誘導するゲート電極とが形成され
ている第１の基板Ａに、あらかじめ所望の深さの溝を形
成しておくことにより、溝以外の部分をエミッタ・アノ
ード間隔を確保するスペーサとすることができ、電界放
出可能な鋭利部の形成後に行うスペーサ作製プロセスを
省くことができるため、プロセス中に起こるエミッタの
汚染や損傷を避けることができる。また、ドライエッチ
ングなどにより溝を形成するため、エッチング深さを高
精度に制御することができ、大面積にわたってスペーサ
の高さを均一にすることができる。

【００２２】溝の形成と、溝内にエミッタやゲートを形
成する工程がモノリシックに達成できるため、製造が容
易でもある。従って、第１の基板形成後は第２の基板を
形成してこれらを密着させればよく、また密着させる領
域は第１の基板のもともとの表面であるため、平坦度が
高く、密着度を高めることが可能となる。

【００２３】また、このプロセスでは、溝底面は平坦に
なるので、この溝内に薄膜プロセスを用いてエミッタを
形成すれば、高精度の高さ制御が可能となる。

【００２４】このように、基板表面の平坦性、溝底面の
平坦性、エミッタの高さ制御の達成により、エミッタ・
アノード間隔を小さくかつ高精度に制御することがで
き、高輝度かつ高精彩度の電界放出型蛍光管を得ること
ができる。

【００２５】また、かかる構成によれば、寸法精度の高
いものを得ることができるため、画像形成装置等に重要
な数十μm と小さなエミッタ・アノード間隔を精度良く
実現することができる。

【００２６】なお、ここで第１の基板そのものに溝を形
成しても良いし、シリコン基板などの素材基板の表面に
ポリイミド膜や酸化シリコン膜、窒化シリコン膜を形成
し、この膜内に溝を形成するようにしてもよい。

【００２７】さらに、１つの溝に多数のエミッタを形成
してもよいし、複数の溝を配列して、各溝に１個または
複数のエミッタを形成するようにしてもよい。

【００２８】また、蛍光体層はドットに分割して形成し
てもよいし、一体的に形成しても良い。

【００２９】

【実施例】以下、本発明について、図面を参照しつつ詳
細に説明する。図１は、本発明実施例の電界放出型蛍光
管を用いた表示装置の全体概要図、図２は同装置のＸＹ
断面の要部図である。この表示装置は、図２に示すよう
に、シリコン基板２０表面にあらかじめ形成された溝２
１の底部に所定の間隔で配列せしめられ、電子を放出可
能なエミッタ１と、このエミッタ１を囲むように配設さ
れた制御用のゲート電極２とを具備した第１の基板Ａ
と、前記第１の基板Ａに相対向して配設されたガラス基
板１０表面にアノード電極６とさらにアノード電極６の
上層に形成された蛍光体層１１とを具備してなる第２の
基板Ｂとが、溝形成面および蛍光体形成面が互いに向か
い合うように密着せしめられ、前記エミッタ１およびゲ
ート電極２の先端が前記シリコン基板２０の表面２３よ
りも低い位置にくるように制御せしめられ、エミッタ１
とアノード電極６との距離が高精度に制御されているこ
とを特徴とする。このような構造体が図１に示すように
真空を維持することができ光を透過する部分を有する容
器３９内に配設されている。

【００３０】すなわち第１の基板Ａでは、シリコン基板
表面に窄設せしめられる溝２１の深さ２２が高精度に制
御せしめられ、溝２１内の領域が素子形成部を構成する
とともに、シリコン基板表面２３がスペーサの役割を果
たしている。またここでシリコン基板表面２３は絶縁膜
である膜厚数μm のポリイミド膜２６で被覆せしめられ
ており、この構成により、エミッタ・アノード間の耐電
圧を高めるという効果がある。さらに溝２１の底部には
カソード電極２４が一体的に形成されており、この上層
に絶縁膜３を介してゲート電極２が形成されている。

【００３１】一方第２の基板はガラス基板１０の表面の
溝内に相当する領域にＩＴＯからなるアノード電極６が
形成され、この表面に蛍光体層１１が形成されている。

【００３２】ここで第１の基板Ａ上には図１に示すよう
に駆動回路３１がモノリシックに形成されており、駆動
回路３１に接続されている電源電極３７と信号電極３８
とが同じ第１の基板Ａ上に形成されている。素子部の拡
大図において、複数の電界放出可能な鋭利部（エミッ
タ）１により１ドットが形成されており、１ドットは４
分割されたゲート電極２からなり、該ゲート電極２のそ
れぞれは、ゲート電極用の引き出し配線３０により駆動
回路３１に接続されている。そして第１および第２の基
板は、真空を維持することができ光を透過する領域を有
する容器３９内に格納され、この容器３９内には１０^-8
Torr程度の高真空に保たれている。

【００３３】なお、電極配線については図３(a) および
(b) に示すように、このアノード電極６は第１および第
２の基板の間の密着部分から引き出され、第１の基板表
面に絶縁膜２６を介して形成された配線電極２８に接続
されるようにしてもよい。また、ゲート電極の取り出し
は溝の傾斜側面２９から第１の基板表面にかけて配線電
極２７を付設し、同様にして、第１の基板と第２の基板
との間の密着部分から引き出すようにしてもよい。

【００３４】また、前記実施例では、第１の基板に１つ
の溝を形成し、この溝内に多数のエミッタを配列した
が、これに限定されることなく、主走査方向にそって複
数の溝を配列し、この溝内に副走査方向に沿って１列に
複数のエミッタを配設するなど適宜変更可能である。

【００３５】次に、この電界放出型蛍光管の製造工程に
ついて説明する。まず第１の基板Ａを形成する。図４に
示すように、（１００）シリコン基板２０表面にスピン
コーターを用いてフォトレジストを塗布し、１００μm
幅の溝の長手方向が＜−１１０＞方向となるように、マ
スクアライナーまたはステッパで露光し、レジストパタ
ーンＲ１を形成する。次いで図５に示すように、水酸化
カリウム（ＫＯＨ）の１０Wt% 溶液に浸漬し約１０分間
エッチングを行い、このレジストパターンＲ１をマスク
として、深さ２０μm の溝２１を形成する。シリコン単
結晶のアルカリ溶液に対するエッチング特性は、反応律
速であり、（１００）面は（１１１）面に対して６０〜
１００倍エッチング速度が早い。この選択エッチング性
のために（１００）面をエッチングすると、溝両脇の
（１１１）面がテーパ部となる形状となる。このよう
に、ＫＯＨを用いたエッチングでは、シリコン単結晶の
最密方向である＜１１１＞方向でエッチング速度が遅
く、従って溝の側壁部分は、シリコンの（１１１）面が
でて図５のような溝が形成される。ここでＫＯＨの濃度
は１０〜３０Wt% 程度がよく、液温は５０〜９０℃、エ
ッチング速度は数μm ／分とするのが望ましい。次に図
６に示すように、熱酸化により膜厚０．５μm 程度の酸
化シリコン膜３を形成する。なお、ここで酸化シリコン
膜の形成は、熱酸化法に限定されることなく、ＣＶＤ法
やスパッタリング法などを用いるようにしてもよい。

【００３６】この後、図７に示すように膜厚１μm 程度
のレジストパターンＲ２を形成し、この上層に蒸着法に
より膜厚０．２μm のモリブデン薄膜Ｍ１を形成する。
そしてこのレジストパターンＲ２を除去することにより
レジストパターンＲ２上のモリブデン薄膜Ｍ１を除去し
（リフトオフ）、引き出し電極のパターニングおよび、
溝底部以外のモリブデン薄膜Ｍ１を除去する（図８）。

【００３７】さらにこの上層に図９に示すように、レジ
ストパターンＲ３を再度形成する。なお、以下の工程図
では図８の溝底部のみを拡大して示すものとする。

【００３８】そして王水を用いて図１０に示すようにレ
ジストパターンＲ３から露呈するモリブデン薄膜Ｍ１を
エッチングする。

【００３９】最後に図１１に示すようにバッファ弗酸
（ＢＨＦ）により酸化シリコン膜３をエッチングし、レ
ジストパターンＲ３を剥離し、酸化シリコン膜３表面に
形成されたゲート電極２を得る。

【００４０】そして図１２に示すように、基板を回転さ
せながら基板にたてた垂線に対して８０度の角度をなす
ようにニッケルＭ２を蒸着する。

【００４１】そして図１３に示す状態まで蒸着を続行す
ると、モリブデンからなる円錐型エミッタ１が形成され
る。

【００４２】そして塩酸（ＨＣｌ）溶液を用いてニッケ
ルＭ２を剥離するとリフトオフにより、図１４に示すよ
うにゲート電極２および円錐型エミッタ１が得られる。

【００４３】このようにして、図１５に示すように、極
めて高精度にエミッタ高さの制御された第１の基板Ａが
形成される。図１５は、これを図８に示したように溝の
外側領域まで示した図である。

【００４４】第２の基板Ｂについては通常の薄膜プロセ
スで形成でき、位置合わせをして両者を固着することに
より図２に示した電界放出型蛍光管が得られる。固着に
際しては、接着剤層を介して接着するか、または治具を
用いてねじ止めなどにより固着してもよい。

【００４５】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。前記第１の実施例ではシリコン基板表面をエッチ
ングすることにより、溝を形成して第１の基板Ａを形成
したが、この例では図１６に示すように、ガラス基板４
表面に所望の膜厚のポリイミド膜２５を塗布後キュア
（熱処理）して形成しておき、このポリイミド膜２５に
溝２１をＯ₂ ガスによるドライエッチングで形成するよ
うにしたことを特徴とするものである。Ｏ₂ ガスによる
ドライエッチングでは、ポリイミドと酸化シリコンとの
エッチング選択性が高いため、ポリイミドはエッチング
されるが、基板の酸化シリコンやシリコンはエッチング
されない。従って基板が露呈した時点でエッチングが終
了する。従って溝底部は平坦性が高い。このように、溝
はフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術とを
用いて高精度に形成される。他の部分については第１の
実施例と同様に、溝２１の底部に、カソード電極２４を
形成するとともに、円錐型のエミッタ１および絶縁層３
を介してゲート電極２が形成されている。

【００４６】なお、エッチング深さを制御するために、
ガラス基板表面にエッチングストッパとなる金属層など
を形成し、この上層にポリイミド膜２５を形成するよう
にすれば、エッチング終点の検出が容易となり、エッチ
ング深さを高精度に制御することが可能となる。

【００４７】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。この例では図１７に示すように、まずガラス基板
４表面にモリブデン薄膜を形成しフォトリソグラフィお
よびエッチングによりパターニングしカソード電極２４
を形成するとともに、さらにこの上層に所望の膜厚のポ
リイミド膜からなる第１の絶縁膜３２を形成し、さらに
ゲート電極を形成するためのモリブデン（Ｍｏ）薄膜を
形成し、さらに所望の膜厚のポリイミド膜からなる第２
の絶縁膜３４を形成する。そして、まず第２の絶縁膜を
フォトリソグラフィによりパターニングし溝２１を形成
する。さらにフォトリソグラフィによりレジストパター
ンを形成してモリブデン膜および第１の絶縁膜３２をパ
ターニングしゲート電極２を形成する。なおこのポリイ
ミド膜は、ゲート電極を担持するゲート電極下の絶縁膜
３をも構成する。そしてこのときのレジストパターンを
残したまま、この上層にモリブデンをスパッタリング
し、リフトオフにより円錐型エミッタ１を形成する。

【００４８】一方ゲート電極のパターニングに際し、配
線金属３０のパターニングも同時に行い、さらに駆動回
路３１をも形成しておく。

【００４９】このようにして第１の基板を形成した後前
記第１の実施例と同様にして第２の基板と密着し、電界
放出型蛍光管が完成する。

【００５０】なお、前記第３の実施例ではガラス基板上
に第１の絶縁膜としてポリイミド膜を形成したが、アモ
ルファスシリコン層を形成し、このアモルファスシリコ
ン層にゲート電極用駆動回路を作り込むようにし、モノ
リシックに駆動回路を形成しても良い。またこのアモル
ファスシリコン層をレーザアニールなどにより単結晶化
し、単結晶シリコン層内に駆動回路を形成するようにし
てもよい。

【００５１】さらに前記第３の実施例では駆動回路形成
領域を溝２１の外側に形成したが、図１８に第４の実施
例を示すように、溝２１の内部に駆動回路３１を形成し
てもよい。

【００５２】また第５の実施例を図１９(a) および(b)
に示すように、前記第４の実施例と同様にして第１の基
板Ａを形成するとともに、第２の基板Ｂにもアモルファ
スシリコン層を形成しこのアモルファスシリコン層内に
アノード電極駆動回路３６をモノリシックに形成したこ
とを特徴とするもので、図１９(b) に示すように同様に
第１の基板Ａと密着させることにより、極めて容易に本
発明の電界放出型蛍光管が完成する。

【００５３】次に、本発明の第６の実施例として図２０
に示すように第１の基板Ａに形成するスペーサとしての
第２の絶縁膜３４が一方の側にのみ形成されており、第
１の基板Ａに対して第２の基板Ｂが傾斜して固着される
ようにしてもよい。

【００５４】かかる構成により、ビーム径がより小さく
なるため、高画質化に有利なドットパターンになるとい
う効果がある。

【００５５】また、図２１に本発明の第７の実施例を示
すように、円錐型エミッタ１の下部にリチウムニオベー
ト（ＬｉＮｂＯ₃ ）層からなる圧電素子３３を形成して
おくようにし、エミッタ・アノード間隔をドット毎に僅
かに変化させるようにしてもよく、中間調画像の形成な
どに有効である。ここで３８は圧電素子用の信号電極で
ある。

【００５６】かかる構成によれば、必要とするドット濃
度に応じて、圧電素子電極への印加電圧を調整し、エミ
ッタ先端高さを変化させることによりエミッタ・アノー
ド間距離を変化させるようにすれば、ビーム径を変化さ
せることができる。これは、中間調画像の形成に極めて
有効である。

【００５７】なお、圧電素子を構成する圧電材料として
はＬｉＮｂＯ₃ の他ペロブスカイト型構造の強誘電体が
望ましく、バリウムチタネート（ＢａＴｉＯ₃ ）、Ｂａ
ＴｉＯ₃ とＰｂＴｉＯ₃ との固溶体、ＢａＴｉＯ₃ とＣ
ａＴｉＯ₃ との固溶体、ＰｂＺｎＯ₃ 、ＰｂＴｉＯ₃ な
どが適用可能である。形成に際しても、電極層、圧電層
の形成がいずれも薄膜プロセスで実現可能であり、容易
に製造可能である。

【００５８】また、エミッタ電極の材料としては、モリ
ブデンの他、タングステン（Ｗ）、ダイアモンド状炭素
（Ｃ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）被膜を有するシリ
コン、硼化ランタン（ＬａＢ₆ ），チタン（Ｔｉ），ニ
ッケル（Ｎｉ），モリブデンなどを用いてもよい。

【００５９】次に、円錐型エミッタの形成方法の他の実
施例について説明する。

【００６０】前記第１の実施例において図４乃至図１５
の工程中で説明したリフトオフによる方法に代えて、
さらにまた転写モールド法を用いても良い。この方法は
図２２に示すように支持基板としてのシリコン基板５０
表面にレジストパターンＲを形成しＫＯＨによるエッチ
ングを行うことにより逆ピラミッド状のエッチピットを
多数個形成する（図２３）。

【００６１】この表面に図２４に示すように熱酸化によ
り酸化シリコン膜５１を形成し、溝先端の先鋭化をはか
る。次いで蒸着法により図２５に示すようにモリブデン
薄膜Ｍ１を形成する。

【００６２】この後図２６に示すように、図５に示した
方法と同様の異方性エッチングによりシリコン基板２０
に溝２１を形成し、この溝２１内に熱転写により前記シ
リコン基板５０のモリブデン薄膜側を固着する。

【００６３】そして図２７に示すようにＢＨＦを用いた
エッチングにより酸化シリコン膜５１を除去し、支持基
板を除去する。

【００６４】そして図２８に示すようにポリイミド膜３
を形成し、図２９に示すようにこの突出部にレジストパ
ターンＲ４を形成する。

【００６５】そして図３０に示すようにモリブデン薄膜
Ｍ１を形成し、リフトオフにより図３１に示すように突
出部のまわりの領域にのみモリブデン薄膜Ｍ１を残留さ
せ、ゲート電極２を得る。

【００６６】そして最後にこのゲート電極２であるモリ
ブデン薄膜をマスクとしてポリイミド膜３をパターニン
グし、モリブデンの突出部のまわりのポリイミド膜３を
エッチング除去することにより、円錐型エミッタ１が形
成される。他の工程は前記第１の実施例で説明したのと
同様に形成すればよい。さらにまた、図３３(a) 乃至
(e) に示すようにフォーカストイオンビーム（ＦＩＢ）
の回転を用いた、イオンビームエッチングにより円錐型
の尖端部を形成し、これによりエミッタを形成すること
も可能である。まず、シリコン基板２０に溝２１を形成
しておき、この溝底部に相当する領域のシリコン基板２
０（図３３(a) ）表面に膜厚０．５μm 程度の酸化シリ
コン膜３を形成する（図３３(b) ）。

【００６７】この後この上層に金薄膜Ｍ１を形成し（図
３３(c) ）、ＦＩＢを図３３(d) に示すように幅１μm
領域に回転しながら照射し図３３(e) に示すように円錐
状の尖端部を形成し、これをエミッタ１とする。一方溝
の回りに残留する金薄膜はゲート電極２となる。このよ
うにして極めて容易に高精度のエミッタを形成すること
ができる。

【００６８】さらにまた、図３４(a) 乃至(h) に示すよ
うに、反応性イオンエッチングにより突出部を形成して
おきこの尖端を保護した状態で熱酸化を行い、最後にシ
リコンに対して選択性をもつような条件で酸化シリコン
膜をエッチングすることにより尖端部を残すようにする
方法も適用可能である。この方法でもまず、シリコン基
板２０に溝２１を形成しておき、この溝底部に相当する
領域のシリコン基板２０（図３４(a) ）表面に、レジス
トＲ５を形成し、このレジストＲ５をＦＩＢによりパタ
ーニングし幅１μm 程度の溝を形成する（図３４(b)
）。この後スパッタリング法により酸化シリコン膜３
を形成し（図３４(c) ），この後リフトオフによりレジ
ストＲ５を除去し酸化シリコン膜３のパターンを得る
（図３４(d) ）。ここで図３４(d) 以降は部分拡大図と
して示す。そしてこの酸化シリコン膜３パターンをマス
クとして反応性イオンエッチングを行い、酸化シリコン
膜３の下層のみが残留するようにしシリコン突起を形成
する（図３４(e) ）。続いて熱酸化を行い図３４(f) に
示すように、シリコン突起が円錐状に残るように酸化を
行う。そしてさらに所望の膜厚の酸化シリコン膜３を形
成し、酸化シリコン膜の表面高さがシリコン突起の尖端
に近付くようにし、さらにこの上層に金を形成する（図
３４(g) ）。そして、酸化シリコン膜のエッチング速度
がシリコンのエッチング速度よりもはるかに大きくなる
ような条件で選択エッチングを行いシリコン突起の尖端
の周りの酸化シリコン膜３を除去することにより、図３
４(h) に示すように円錐状のエミッタ１が形成されると
ともに、ゲート電極２も形成される。

【００６９】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、製造が容易で信頼性の高い高輝度高解像度の電界放
出型蛍光管を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の電界放出型蛍光管を用いた表示
装置の全体概要図

【図２】同装置のＸＹ断面の要部図

【図３】本発明の第１の実施例で用いられる電界放出型
蛍光管の変形例を示す図

【図４】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図５】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図６】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図７】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図８】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図９】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図１０】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図１１】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図１２】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図１３】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図１４】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図１５】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図１６】本発明の第２の実施例の電界放出型蛍光管を
示す図

【図１７】本発明の第３の実施例の電界放出型蛍光管を
示す図

【図１８】本発明の第４の実施例の電界放出型蛍光管を
示す図

【図１９】本発明の第５の実施例の電界放出型蛍光管を
示す図

【図２０】本発明の第６の実施例の電界放出型蛍光管を
示す図

【図２１】本発明の第７の実施例の電界放出型蛍光管の
要部を示す図

【図２２】本発明の他の実施例の電界放出型蛍光管の製
造工程図

【図２３】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図２４】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図２５】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図２６】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図２７】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図２８】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図２９】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図３０】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図３１】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図３２】同電界放出型蛍光管の製造工程図

【図３３】本発明の他の実施例の電界放出型蛍光管の製
造工程図

【図３４】本発明の他の実施例の電界放出型蛍光管の製
造工程図

【図３５】従来例の電界放出型蛍光管を示す図

【図３６】従来例のイメージバーを示す斜視図

【図３７】ＦＥを用いたイメージバーの上面図

【図３８】従来例のＦＥを用いたディスプレイを示す図

【図３９】ビームスポットの広がり径の値とＥＡ間隔と
の関係をシミュレーションした結果を示す図

【図４０】従来例の電界放出型蛍光管の製造工程を示す
図

【符号の説明】

Ａ 第１の基板 Ｂ 第２の基板 １ エミッタ ２ ゲート電極 ３ ポリイミド膜 ６ アノード電極 ７ ビーム広がり径 １０ ガラス基板 １１ 蛍光体層 １２ スペーサ １３ カソード １４ アドレッシング電極 １５ パッド １６ ガラス容器 １７ ポリイミド膜 １８ ポリイミドスペーサ １９ グラスボール ２０ シリコン基板 ２１ 溝 ２２ 溝の深さ ２３ シリコン基板表面 ２４ カソード電極 ２５ ポリイミド膜 ２６ ポリイミド膜 ２７ 配線電極 ２８ 配線電極 ２９ 溝の傾斜側面 ３０ 引き出し配線 ３１ 駆動回路 ３２ 第１の絶縁膜 ３３ 圧電素子 ３４ 第２の絶縁膜 ３７ 電源電極 ３８ 信号電極 ３９ 容器 ５０ シリコン基板 ５１ 酸化シリコン膜

フロントページの続き (72)発明者 布施 マリオ 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器と、 前記容器内に収容され、電子を放出可能なエミッタと、
   制御用のゲート電極とを具備した第１の基板と、 前記第１の基板に相対向して配設され、アノード電極
   と、蛍光体とを具備してなる第２の基板とを含む電界放
   出型蛍光管において、 前記エミッタおよびゲート電極は、その先端が前記第１
   の基板表面よりも低い位置にくるように、前記第１の基
   板に穿設された溝の底部に配設され、 前記第１および第２の基板が、前記溝形成面および前記
   蛍光体形成面が互いに向かい合うように密着せしめら
   れ、前記エミッタとアノード電極との距離が前記溝の深
   さを制御することにより調整されていることを特徴とす
   る電界放出型蛍光管。
2. 【請求項２】 感光体ドラムと、 画情報に基づいて前記感光体ドラムを感光せしめる電界
   放出型蛍光管アレイとを具備してなる画像形成装置にお
   いて、 前記電界放出型蛍光管アレイが、 容器と、 前記容器内に収容され、電子を放出可能なように所定の
   間隔を隔てて複数個配列されたエミッタからなるエミッ
   タアレイと、前記エミッタに近接して配設された制御用
   のゲート電極とを具備した第１の基板と、 前記第１の基板に相対向して配設され、アノード電極
   と、蛍光体とを具備してなる第２の基板とを含み、 前記各エミッタおよびゲート電極は、その先端が前記第
   １の基板表面よりも低い位置にくるように、前記第１の
   基板に穿設された溝の底部に配設され、 前記第１および第２の基板が、前記溝形成面および前記
   蛍光体形成面が互いに向かい合うように密着せしめら
   れ、前記エミッタとアノード電極との距離が、前記溝の
   深さを制御することにより調整せしめられることを特徴
   とする画像形成装置。
3. 【請求項３】 第１の基板表面に異方性エッチングに所
   望の深さでかつ所望の幅の平坦な底面をもつ溝を形成す
   る工程と、 前記溝内の所望の位置にカソード電極を形成するととも
   に、前記カソード電極から突出し、前記第１の基板の表
   面よりも低い位置に尖端がくるように、エミッタを形成
   するとともに、エミッタに近接してゲート電極を形成す
   る工程と、 第２の基板表面にアノード電極を形成するとともに蛍光
   体を形成する工程と、 前記第１および第２の基板を前記エミッタが前記アノー
   ド電極と向かいあうように密着固定する固着工程とを含
   むことを特徴とする電界放出型蛍光管の製造方法。