JPH09272220A - 電子源、画像形成装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で工程数が少なく、電極と配線部分の構
成が簡略化され、相互の電気的接続部の信頼性が高く、
より高密度な画素配列により高品位画像が実現可能な表
面伝導型電子放出素子を複数設置した電子源及び画像表
示装置並びにその製造方法の提供。 【解決手段】 面状の層間絶縁層を介して厚膜電極より
なる下配線及び上配線が絶縁層を介して行列状に配置さ
れ、該上下配線の交差部に一対の素子電極を有する表面
伝導型電子放出素子が配置された電子放出基板を有する
画像形成装置の、絶縁層がそれぞれの素子電極対向部と
上配線と接続される一方の素子電極の接続部においての
み開口部を具備する構造を有することを特徴とする画像
表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子源及びその応
用である表示装置等の画像形成装置に関し、特に表面伝
導型電子放出素子の多数個を備える電子源及びその応用
である表示装置等の画像形成装置、並びに該装置の製造
方法に関する。

【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と略記）、金属／絶縁層
／金属型（以下、ＭＩＭと略記）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，“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）或いはＣ．Ａ．Ｓｐ
ｉｎｄｔ，“ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉ
ｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎ
ｕｍ ”Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７ ５２４８
（１９７６）等が知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ，“Ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ ａｍ
ｐｌｉｆｉｅｒ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，３２，６４
６（１９６１）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．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．，１０，（１９６５）等がある。
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事により、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Ｓ
ｎＯ2 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの［Ｇ．Ｄ
ｉｔｔｍｅｒ：Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，
９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ2 Ｏ3 ／ＳｎＯ2 薄膜
によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ．
Ｆｏｎｓｔａｄ：ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＥＤ Ｃｏｎ
ｆ”，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。

【０００６】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４に示す。同図において５１は基板である。５
２は導電性薄膜で、スパッタリングで形成されたＨ型形
状の金属酸化物薄膜等からなり、後述の通電のフォーミ
ングと呼ばれる通電処理により電子放出部５３が形成さ
れる。尚、図中の素子電極間隔Ｌ１は０．５〜１．０ｍ
ｍ、Ｗは０．１ｍｍに設定されている。尚、電子放出部
５３の位置及び形状については、不明であるので模式図
として表わした。

【０００７】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行なう前に導電性薄膜５２を予め
通電フォーミング処理によって電子放出部５３を形成す
るのが一般的であった。即ち、通電フォーミングとは、
前記導電性薄膜５２の両端に直流電圧或いは非常に緩や
かに昇電圧、例えば１Ｖ／分程度を印加通電し、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５３を形成することで
ある。尚、電子放出部５３は電子放出部形成用薄膜５２
の一部に亀裂が発生し、その亀裂付近から電子放出が行
われる。

【０００８】前記通電フォーミング処理をした表面伝導
型電子放出素子は、上述の電子放出部を含む薄膜５４に
電圧を印加し、素子表面に電流を流すことにより、上述
の電子放出部５３より電子を放出せしめるものである。
更に、通常はフォーミング工程の終了後に、活性化と呼
ばれる工程が導入されている。この目的は、フォーミン
グにより高抵抗化された表面伝導型電子放出素子に一定
の電圧を一定時間通電し続けることによって、電子放出
量を増加せしめることである。

【０００９】上述の表面伝導型電子放出素子は構造が単
純で製造も容易であることから大面積にわたり多数、素
子を配列形成できる利点がある。そこでこの特徴を生か
せるようないろいろな応用が研究されている。例えば、
荷電ビーム源、画像形成装置等の表示装置等が挙げられ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上説
明したような表面伝導型電子放出素子を画像表示装置と
して大面積化するには以下のような問題点がある。前記
表面伝導型電子放出素子の製造工程において電極や配線
パターンを加工する場合、基板上に電極及び配線材料の
金属薄膜を成膜し、これを通常のフォトリソグラフィ
ー、エッチング技術を用いてパターン加工が行われ、電
極や配線パターンが形成される。しかしながら、例え
ば、４０ｃｍ角以上の大型基板上にフォトリソグラフィ
ー、エッチング技術により製造する場合、蒸着装置を初
め、露光装置、エッチング装置等を含む大型製造設備が
必要となり莫大な費用がかかるだけでなく、基板を大型
化した場合、製造装置自体の大型化が困難となり製造方
法上、或いはコスト上の問題があった。また、大面積化
することで電極数の増加、配線の増加及び複雑化によ
り、工程数が増え、断線や短絡等の欠陥が発生し易くな
り、歩留りが低下する等の問題が生じる場合があった。

【００１１】本発明は、かかる従来の問題に鑑みてなさ
れたものであって、その目的とするところは、表面伝導
型電子放出素子を複数配置した電子源及び画像表示装置
並びにその製造方法において、安価で工程数が少なく、
また電極と配線部分の構成を簡略化することにより、相
互の電気的接続部分の信頼性向上を図ることができ、よ
り高密度な画素配列による高品位な画像が実現可能な表
面伝導型電子放出素子を複数設置した電子源及び画像表
示装置並びにその製造方法を提供することにある。

【００１２】即ち従来、画像形成装置における電子放出
基板の作製手段としてフォトリソグラフィー法に代えて
導電体ペーストと絶縁体ペーストの印刷法を工程の一部
又は全部に用いた場合、フォトリソグラフィー法に比べ
位置合わせ精度の低下や配線形状の不安定性のため短絡
等の不良の発生する場合があった。本発明は印刷法を製
造工程の一部又は全てに用いた場合においても前記の問
題の発生率を低減することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、以下に示
す本発明によって達成される。即ち本発明は、面状の層
間絶縁層を介して厚膜電極よりなる下配線及び上配線が
絶縁層を介して行列状に配置され、前記上下配線の交差
部に一対の素子電極を有する表面伝導型電子放出素子が
配置された電子放出基板を有する画像形成装置におい
て、前記絶縁層が、それぞれの素子電極対向部と上配線
と接続される一方の素子電極の接続部においてのみ開口
部を具備する構造を有することを特徴とする画像形成装
置を開示するものである。

【００１４】そして前記表面伝導型電子放出素子を能動
素子とし、該能動素子を有する基板と対向する基板上に
受動素子として蛍光体が配置され、且つ真空中に保持さ
れてなることを特徴とするものであり、また、前記導電
性薄膜が、微粒子導電膜より構成されてなることを特徴
とするものである。

【００１５】更に本発明は、面状の層間絶縁層を介して
厚膜電極よりなる下配線及び上配線が絶縁層を介して行
列状に配置され、前記上下配線の交差部に一対の素子電
極を有する表面伝導型電子放出素子が配置された電子放
出基板を有する画像形成装置を製造する方法において、
前記絶縁層を、それぞれの素子電極対向部と上配線と接
続される一方の素子電極の接続部においてのみ開口部を
有するよう構成せしめることを特徴とする画像形成装置
の製造方法をも開示するものである。

【００１６】そして前記表面伝導型電子放出素子を能動
素子とし、該能動素子を有する基板と対向する基板上に
受動素子として蛍光体を配置し、且つ真空中に保持する
ことを特徴とする製造方法であり、また、前記導電性薄
膜を、微粒子導電膜より構成せしめることを特徴とする
製造方法である。

【００１７】前記問題点を改善するため本発明では以下
の方法を用いた。

【００１８】（１） 面状の層間絶縁層を介して厚膜電
極よりなる下配線及び上配線が絶縁層を介して行列状に
配置され、その上下配線の交差部に一対の素子電極を有
する表面伝導型電子放出素子が配置された電子放出基板
において、前記絶縁層はそれぞれの素子電極対向部と上
配線と接続される一方の素子電極の接続部においてのみ
開口部を有する構造とし、画像形成装置を作製した。

【００１９】（２） 表面伝導型電子放出素子を能動素
子とし、該能動素子を有する基板と対向する基板上に受
動素子として蛍光体を配置し、これらを真空中に保持し
た画像形成装置を（１）の構造を用いて作製した。

【００２０】（３） （１）及び（２）に記載の画像形
成装置において、導電性薄膜は微粒子導電膜を用い作製
した。

【００２１】上記のような構成とすることにより、アラ
イメントのずれや印刷パターンの形状不良等が発生した
場合においてもショート欠陥の発生率を低減することが
できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図１に表面伝導型電子放出
素子を用いた平面表示装置について本発明の実施態様を
示す。本図において１は基板、２，３は電気的接続を得
るための素子電極である。

【００２３】４は導電性薄膜である。この表面伝導型電
子放出素子において、前記一対の電極２，３の電極間隔
は数ミクロン〜数百ミクロン、膜厚は数百オングストロ
ーム〜数千オングストロームで、真空蒸着法やスパッタ
蒸着法等によって形成された金属薄膜をフォトリソグラ
フ法によってパターニングすることにより形成される。
また薄膜４の膜厚は数十オングストローム〜数千オング
ストロームの範囲が好ましく適宜設定することができ、
薄膜４は前記電極間隔と同様にフォトリソグラフ法によ
ってパターン形成され、分離される。５は素子電極３と
接続する下配線電極であり、膜厚はともに、数ミクロン
〜数十ミクロンの範囲である。６は絶縁体であり、面状
に形成されており、素子電極３との接続部に開口部７が
設けられその部分で素子電極３が露出している。

【００２４】８も開口部であり、薄膜４が形成されてい
る素子電極２，３の対向部が露出する位置に設けられて
いる。９は上配線電極であり開口部７の位置で素子電極
３と繋がっている。また、薄膜４には前述のフォーミン
グ処理により不図示の電子放出部が形成されている。

【００２５】以上の構造を単位として、これが１個の表
面伝導型電子放出素子となり、これらが基板１上に多数
設けられ素子基板が形成されている。図２に本表面伝導
型電子放出素子を用いた画像形成装置の構成図を示す。
本表面伝導型電子放出素子を真空容器内に配置し、本素
子の直上にフェースプレートを設ける。フェースプレー
トはガラス基板２１上に蛍光体２２、メタルバック２３
を積層して構成され、支持枠２４により電子放出基板上
へ固定されている。ここで前記素子電極２，３間に電圧
を印加してメタルバック２３を＋側電位として電圧を加
えると素子電極２，３間の薄膜４に形成された電子放出
部から放出された電子が蛍光体に照射されることによっ
て蛍光体を発光し、発光素子や平面型表示装置とするこ
とができる。

【００２６】上下配線電極９，、５に接続した電子放出
素子に電圧を印加することによって選択的に電子放出素
子から電子を放出させ蛍光体に照射し、任意の位置の蛍
光体を発光させて画像を表示することができる。

【００２７】以下、本実施態様の電子放出素子基板の製
造方法を図３（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。図３に
おいて、良く洗浄した基板１上に金属材料よりなる導電
性薄膜を形成し、このパターンをフォトリソグラフによ
り微細加工し、素子電極２，３を形成する（ａ）。

【００２８】次に、印刷法により導電性ペーストをパタ
ーン印刷し、直接下配線電極５のパターンを形成し、焼
成を行う。これらの下配線電極５は素子電極２の一部と
接触するように配置する（ｂ）。

【００２９】この上に絶縁性ペーストを印刷、焼成し、
開口部７，８を有する面状のパターンを形成し絶縁体６
を形成する。この開口部７は素子電極３の位置に配置
し、開口部８は素子電極２，３対向する位置に形成され
る（ｃ）。

【００３０】更に前記面状の絶縁体上に導電性ペースト
を印刷、焼成することにより、上配線電極９を形成す
る。この上配線電極９は、前記開口部７において素子電
極３と導通している（ｄ）。

【００３１】この上に、微粒子電子放出材からなる薄膜
４を全面に形成する。その後フォトリソグラフによりパ
ターンニングを行い前記図１のような薄膜４とする
（ｅ）。

【００３２】ここで基板１の材料としては、石英ガラ
ス、Ｎａ等の不純物含有量を減少したガラス、青板ガラ
ス、青板ガラスにスパッタ法等により形成したＳｉＯ2
を積層したガラス基板等、及びアルミナ等のセラミック
等が挙げられる。

【００３３】対向する素子電極２，３、下配線電極５、
上配線電極９の材料としては導電性を有するものであれ
ばどのような物であっても構わないが、例えばＮｉ，Ｃ
ｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等
の金属或いは合金、及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ2 ，
Ｐｄ−Ａｇ等の金属或いは金属酸化物とガラス等から構
成される印刷導体、及びポリシリコン等の半導体導体材
料、及びポリシイコン等の半導体材料、及び、Ｉｎ2 Ｏ
3 −ＳｎＯ2 等の透明導電体等が挙げられる。絶縁体６
の材料としては一般的なガラスペーストを用いることが
できる。

【００３４】導電性薄膜４を構成する材料の具体例を挙
げるならば、Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃ
ｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金
属、ＰｂＯ，ＳｎＯ2 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ，ＰｂＯ，Ｓｂ2 Ｏ
3 等の酸化物、ＨｆＢ2 ，ＺｒＢ2 ，ＬａＢ6 ，ＣｅＢ
6 ，ＹＢ4 ，ＧｄＢ4 等のホウ化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，
ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，Ｚ
ｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、カー
ボン等であり、微粒子膜からなる。

【００３５】尚、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
個々に分散配置した状態のみならず、微粒子が互いに隣
接、或いは重なり合った状態（島状も含む）の膜を指
す。

【００３６】

【実施例】以下、図面に基いて実施例により本発明を具
体的に詳細説明するが、本発明がこれらによって何ら限
定されるものではない。

【００３７】［実施例１］図１，２を用いて表面伝導型
電子放出素子とマトリックス配線を用いた本発明の第一
の実施例を示す。

【００３８】図１において、１は青板ガラスからなる基
板であり、スパッタ蒸着法により金属薄膜形成後フォト
リソエッチング法によって素子電極２，３を形成した。
材質は厚み５０オングストロームのＴｉを下引きとした
厚み１０００オングストロームのＮｉ薄膜から成ってお
り、中央部で電極間隔２ミクロン、電極幅３００ミクロ
ンである。下配線電極５はＡｇぺーストインキの印刷焼
成で得られた厚み約７ミクロンの印刷配線であり、素子
電極３と接続される。

【００３９】６はガラスを主成分とするペーストを印刷
後焼成によって形成される。下層印刷配線上に形成した
面状の絶縁層であり、素子電極３との接続部で７の開口
部が、素子電極２，３の対向部で８の開口部が設けられ
ている。

【００４０】９は、上配線電極であり、絶縁層６上に形
成してあり、開口部７によって素子電極３と電気的に接
続しており、印刷金属ペーストを所定のパターンに印刷
後の焼成によって形成される。

【００４１】４は有機金属溶液の塗布焼成で得られた厚
み約２００オングストロームのＰｄＯ微粒子からなる薄
膜であり、全面に塗布成膜した後フォトリソグラフによ
りパターンニングを行い、図１に示すように素子電極
２，３の対向位置に形成された開口部８に形成した。

【００４２】図２において、２１は青板ガラスからなる
ガラス基板で、基板１と５ミリメートル隔たれて対向し
ている。２２は蛍光体で、基板２１上に配置されてお
り、対向した基板１上に配置された素子電極２，３から
なる電極間隔部に対応した位置に形成されている。蛍光
体２２は感光性樹脂を蛍光体を混ぜてスラリー状とし、
塗布乾燥した後ホトリソグラフィ法によってパターニン
グ形成したものである。２３は蛍光体１０上にフィルミ
ング工程を施した後、真空蒸着によって厚み約３００オ
ングストロームのＡｌ薄膜を成膜し、これを焼成してフ
ィルム層を消滅させることによって得られたメタルバッ
クである。基板１上に形成された素子を含めたものを素
子基板、ガラス基板２１上に形成された蛍光体、メタル
バックを含めたものをフェースプレートと呼ぶ。

【００４３】以上を真空外囲器の中に配置した後、上下
配線電極９，５間に電圧を印加して素子電極２，３間の
薄膜４に通電処理を行い亀裂状の電子放出部９を得た。
この後メタルバック２３をアノード電極として電子の引
き出し電圧３ｋＶを印加し、上下配線電極８，５を通し
て素子電極２，３から電子放出部９へ１４Ｖの電圧を印
加したところ、電子が放出された。この放出電子を蛍光
体２２へ照射させ、放出電子量を調整することにより蛍
光体２２を任意の強度で発光させ画像を表示することが
できた。

【００４４】本実施例の素子基板を４０ｃｍ角の大きさ
として、電子放出素子の素子配列ピッチを１ｍｍ、素子
数を３５０個×３５０個のマトリックス状に配置した。
またこれに対応するフェースプレート上にＲ，Ｇ，Ｂ各
色を塗り分けした蛍光体２２を配置した。３５０個×３
５０個の素子を有する素子基板を１０枚作製した結果、
アライメント不良による位置ずれや、配線形状の不良が
原因のショート欠陥は発生しなかった。

【００４５】

【発明の効果】上記のように、表面伝導型電子放出素子
を用いた画像形成装置において、電子放出部と一方の素
子電極の接続部のみ開口部を設けた絶縁体とすることに
より、印刷配線の位置ずれや形状不良によるショート欠
陥発生率を低減することができる。これによりコストの
嵩むフォトリソグラフによる加工に代えて より低コス
トな印刷法を、多くの製造工程に用いることができ、大
巾なコスト低減を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様（実施例１）を示す摸式平面
図。

【図２】本発明の実施態様（実施例１）の画像形成装置
の構成を示す摸式的斜視図。

【図３】本発明の実施態様（実施例１）の製造方法を示
す工程説明図。

【図４】従来の表面伝導型電子放出素子の一例を示す摸
式平面図。

【符号の説明】

１ 基板 ２，３ 素子電極 ４ 薄膜 ５ 下配線電極 ６ 絶縁層 ７，８ 開口部 ９ 上配線電極 ２１ ガラス基板 ２２ 蛍光体 ２３ メタルバック ２４ 支持枠 ５１ 絶縁性基板 ５２ 導電性薄膜 ５３ 電子放出部 ５４ 電子放出部を含む薄膜

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 面状の層間絶縁層を介して厚膜電極より
   なる下配線及び上配線が絶縁層を介して行列状に配置さ
   れ、前記上下配線の交差部に一対の素子電極を有する表
   面伝導型電子放出素子が配置された電子放出素子基板を
   有する画像形成装置において、前記絶縁層が、それぞれ
   の素子電極対向部と上配線と接続される一方の素子電極
   の接続部においてのみ開口部を具備する構造を有するこ
   とを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記表面伝導型電子放出素子を能動素子
   とし、該能動素子を有する基板と対向する基板上に受動
   素子として蛍光体が配置され、且つ真空中に保持されて
   なることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記導電性薄膜が、微粒子導電膜より構
   成されてなることを特徴とする請求項第１又は２記載の
   画像形成装置。
4. 【請求項４】 面状の層間絶縁層を介して厚膜電極より
   なる下配線及び上配線が絶縁層を介して行列状に配置さ
   れ、前記上下配線の交差部に一対の素子電極を有する表
   面伝導型電子放出素子が配置された電子放出基板を有す
   る画像形成装置を製造する方法において、前記絶縁層
   を、それぞれの素子電極対向部と上配線と接続される一
   方の素子電極の接続部においてのみ開口部を有するよう
   構成せしめることを特徴とする画像形成装置の製造方
   法。
5. 【請求項５】 前記表面伝導型電子放出素子を能動素子
   とし、該能動素子を有する基板と対向する基板上に受動
   素子として蛍光体を配置し、且つ真空中に保持すること
   を特徴とする請求項４記載の画像形成装置の製造方法。
6. 【請求項６】 前記導電性薄膜を、微粒子導電膜より構
   成せしめることを特徴とする請求項第４又は５記載の画
   像形成装置の製造方法。