JPH0950757A

JPH0950757A - 電子源基板および画像形成装置ならびにそれらの製造方法

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Publication number: JPH0950757A
Application number: JP20069095A
Authority: JP
Inventors: Osamu Takamatsu; 修高松
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1995-08-07
Publication date: 1997-02-18
Anticipated expiration: 2015-08-07
Also published as: JP3372720B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子源基板形成において、配線形成時の素子
電極との短絡を低減して電気的接続部分の信頼性向上を
実現し、その電子源基板を用いる画像形成装置におい
て、より高密度な画素配列による高品位な画像を得られ
るようにする。【解決手段】単純マトリクス型の電子源基板を作製す
る際に、行方向配線に直交して設けられた絶縁膜の開口
部に素子電極と接続する接続電極を設け、その絶縁膜の
上に列方向配線を形成して、前記接続電極を介して列方
向配線と素子電極の接続を行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子源およびその
応用である表示装置等の画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子として熱電子源と冷
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と称する）、金属／絶縁層／金
属型（以下、ＭＩＭと称する）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、Dykeらの報告（W.
P. Dyke and W. W. Dolan, "Field emission", Advance
in Electron Physics, 8, 89(1956)）に記載のもの、S
pindtの報告（C. A. Spindt, "Physical Properties of
thin-film field emission cathodes with molybdeniu
m cones", J. Appl. Phys., 47, 5248(1976)）に記載の
もの等が知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Meadの報告（C.
A. Mead, "The tunnel-emission amplifier", J. Appl.
Phys., 32, 646(1961)）に記載のもの等が知られてい
る。

【０００５】表面伝導型電子放出素子の例としては、エ
リンソンの報告（M. I. Elinson, Radio Eng. Electron
Phys., 10(1965)）に記載のもの等がある。

【０００６】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ことに
より、電子放出が生ずる現象を利用するものである。

【０００７】この表面伝導型電子放出素子としては、前
記のエリンソンの報告に記載のＳｎＯ₂薄膜を用いたも
の、Ａｕ薄膜によるもの（G. Dittmer,"Thin Solid Fil
ms",9, 317(1972)）、Ｉｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂薄膜によるも
の（M. Hartwell and C. G. Fonstad,"IEEE Trans. ED
Conf.", 519(1975)）、カーボン薄膜によるもの（荒木
ら，真空，第２６巻，第１号，２２頁（１９８３））な
どが報告されている。

【０００８】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ハートウェル（Hartwell）の素
子の構成を図５に示す。同図において、１は基板であ
る。２は電子放出部形成用薄膜で、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
通電フォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出部
３が形成される。なお、図中の素子電極間隔Ｌ1は、
０．５〜１．０ｍｍ、Ｗ’は、０．１ｍｍで設定されて
いる。なお、電子放出部３の位置および形状については
不明であるので模式図として表わした。

【０００９】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出をおこなう前に電子放出部形成用薄
膜２に予めフォーミングと呼ばれる通電処理を施して、
電子放出部３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、前記電子放出部形成用薄膜２の両
端に直流電圧あるいは非常にゆっくりとした昇電圧、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３を形成することである。なお、電子
放出部３は電子放出部形成用薄膜２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。以下、フォ
ーミングにより発生した電子放出部を含む電子放出部形
成用薄膜を電子放出部を含む薄膜（図中４）と呼ぶ。前
記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４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３より電
子を放出せしめるものである。

【００１０】さらに、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つづけるこ
とによって、電子放出量を増加せしめることである。

【００１１】上述の表面伝導型放出素子は構造が単純で
製造も容易であることから、それを大面積にわたり多数
配列形成できるという利点を有している。そこでこの特
徴を生かすべく各種の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への応用が
あげられる。

【００１２】配線、絶縁膜の形成には、スクリーン印刷
法が用いられることがある。これは導電性ペーストや絶
縁性ペーストをスクリーンを通して直接パターン印刷し
た後、焼成して電極配線パターンや絶縁膜を形成する方
法であり、この印刷法によるパターニングは大面積基板
に対応可能であり、１基板当りの処理時間もホトリソ技
術に比べて短く、低コストにできる。

【００１３】

【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形成装置と
して大面積化するには以下のような問題点がある。

【００１４】上記のような印刷法を用いてレジストイン
クや導電性ペースト、絶縁性ペーストの流動性、転写性
等に起因して印刷パターンが変形しやすいことから、パ
ターンの寸法精度が低かった。そのため、特に素子電極
上の絶縁膜開口部で、絶縁膜印刷時のペーストのダレに
より、列方向配線と素子電極の接触不良を生じ、歩留り
が低かった。また、そのために、画像形成装置を作製し
たときには、接続部の抵抗により電圧降下を生じ、画像
として輝度のばらつきを生じていた。

【００１５】従って、本発明は上記の課題を解決すべく
行われたものであって、その目的とするところは、電子
源基板形成において、配線形成時の素子電極との短絡を
低減して電気的接続部分の信頼性向上を実現し、その電
子源基板を用いる画像形成装置において、より高密度な
画素配列による高品位な画像を得られるようにすること
にある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に、絶
縁膜を介して行方向配線の上に該配線に直交する列方向
配線が形成され、該両配線の交差する位置近傍に、一対
の素子電極を含む電子放出素子複数個が配設され、該素
子電極対の一方の電極が行方向配線と、他方の電極が列
方向配線と接続されている電子源基板において、列方向
配線が絶縁膜の凹部を介して素子電極に設けられた接続
電極と接続されていることを特徴とする電子源基板、な
らびに上記の電子源基板と、画像が形成される領域を備
えた基板とが支持枠を介して対向し、両基板の間の空間
が減圧状態となっていて、前記電子源基板に画像形成用
の駆動回路が接続されている画像形成装置を提供する。

【００１７】さらに本発明は、１）基板上に複数の素子電極対を形成する工程、２）前記素子電極対近傍を通る複数の行方向配線を形成
する工程、３）前記素子電極対の一方の電極と前記行方向配線とを
接続する工程、４）前記行方向配線と接続される素子電極に対向配置さ
れた素子電極に接続電極を形成する工程、５）前記素子電極対の行方向配線に接続される素子電極
に対向配置された素子電極上を通り、前記接続電極の形
成箇所に凹部を有し、前記行方向配線に直交する帯状絶
縁膜を形成する工程、６）前記絶縁膜上に、該絶縁膜の幅より小さい幅で、前
記接続電極に接続する列方向配線を形成する工程、７）前記素子電極対に基づいて電子放出素子を形成する
工程を含むことを特徴とする電子源基板の製造方法、ならび
に上記の方法で製造された電子源基板と、画像が形成さ
れる領域を備えた基板とを支持枠を介して対向させ、両
基板の間の空間を減圧し、前記電子源基板に画像形成用
の駆動回路を接続する画像形成装置の製造方法を提供す
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。

【００１９】本発明に関わる表面伝導型電子放出素子に
おいては、１）フォーミングと呼ばれる通電処理前の電子放出部形
成用薄膜は、微粒子分散体を分散し形成された微粒子か
らなる薄膜、あるいは有機金属等を加熱焼成し形成され
た微粒子からなる薄膜等、基本的には、微粒子より構成
され、２）フォーミングと呼ばれる通電処理後の電子放出部を
含む薄膜は、電子放出部、電子放出部を含む薄膜とも基
本的には微粒子より構成される。

【００２０】図６（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本
発明にかかわる基本的な表面伝導型電子放出素子の構成
を示す平面図および断面図である。図６を用いて、本発
明にかかわる素子の基本的な構成を説明するが、本発明
の電子源および画像形成装置では後述するように、この
表面伝導型電子放出素子を多数個、同一基体上に配線電
極と共に形成しているものである。

【００２１】図６において１は絶縁性基板、５と６は素
子電極、４は電子放出部を含む薄膜、３は電子放出部で
ある。

【００２２】絶縁性基板１としては、石英ガラス、Ｎａ
等の不純物含有量を減少させたガラス、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（絶縁
体層）を積層したガラス基板等およびアルミナ等のセラ
ミックス等があげられる。

【００２３】対向する素子電極５および６の材料として
は一般的な導電体が用いられ、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａ
ｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ、
Ｒｕ、Ｔａ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｂ、Ｌａ等の金属、
あるいはこれらの金属の合金、ならびにＰｄ、Ａｇ、Ａ
ｕ、ＲｕＯ₂、Ｐｄ−Ａｇ等の金属または金属酸化物と
ガラス等から構成される印刷導体、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂
等の透明導電体およびポリシリコン等の半導体材料等が
挙げられる。

【００２４】素子電極間隔Ｌ1は、数Å〜数百μｍであ
り、素子電極の製法の基本となるフォトリソグラフォイ
ー技術、即ち、露光機の性能とエッチング方法等や、素
子電極間に印加する電圧と電子放出し得る電界強度等に
より設定されるが、好ましくは、数μｍ〜より数十μｍ
である。素子電極長さＷ1、素子電極５および６の膜厚
ｄは、電極の抵抗値、後述するＸ、Ｙ配線との結線、多
数配置された電子源の配置上の間題より適宜設計され、
通常は、素子電極長さＷ1は、数μｍ〜数百μｍであ
り、素子電極５および６の膜厚ｄは、数百Å〜数千Åで
ある。

【００２５】絶縁性基板１上に設けられた対向する素子
電極対５・６間および素子電極対５・６上に設けられた
電子放出部を含む薄膜４は、電子放出部３を含むが、図
７（ｂ）に示された場合だけでなく、素子電極５および
６上には設けられない場合もある。すなわち、絶縁性基
板１上に、先述した電子放出部形成用薄膜、対向する素
子電極対５・６の順に積層される場合もあり得る。ま
た、製法によっては、対向する素子電極対５・６間の間
隔部全体が電子放出部として機能する場合もある。この
電子放出部を含む薄膜４の膜厚は、数Å〜数千Åであ
り、素子電極５および６へのステップカバレージ、電子
放出部３と素子電極５・６間の抵抗値および電子放出部
３の導電性微粒子の粒径、後述する通電処理条件等によ
って適宜設定される。その抵抗値は、１０³〜１０⁷Ω／
□のシート抵抗値を示す。

【００２６】電子放出部を含む薄膜４を構成する材料と
しては、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、
Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金
属；ＰｄＯ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＰｂＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃等
の酸化物；ＨｆＢ₂、ＺｒＢ₂、ＬａＢ₆、ＣｅＢ₆、ＹＢ
₄、ＧｄＢ₄等の硼化物；ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、Ｔａ
Ｃ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物；ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ
等の窒化物；Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体；カーボン等を挙げ
ることができる。

【００２７】なお、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
に隣接あるいは重なり合った状態（島状も含む）の膜を
指しており、微粒子の粒径は、数Å〜数千Å、好ましく
は１０Å〜２００Åである。

【００２８】電子放出部３は電子放出部を含む薄膜４の
一部に形成された高抵抗の亀裂であり、通電フォーミン
グ等により形成される。また、亀裂内には数Å〜数百Å
の粒径の導電性微粒子を有することもある。この導電性
微粒子は電子放出部を含む薄膜４を構成する物質の少な
くとも一部の元素を含んでいる。また、電子放出部３お
よびその近傍の電子放出部を含む薄膜４は炭素または炭
素化合物を有することもある。

【００２９】電子放出部３を有する電子放出素子の製造
方法としては様々な方法が考えられるが、その１例を図
７に示す。２は電子放出部形成用薄膜で例えば微粒子膜
が挙げられる。

【００３０】以下、順を追ってこの素子の製造方法の説
明を図６および図７に基づいて説明する。

【００３１】１）絶縁性基板１を洗剤、純水および有機
溶剤により十分に洗浄後、真空蒸着法、スパッタ法等に
より素子電極材料を堆積後、フォトリソグラフィー技術
により、その絶縁性基板１の面上に素子電極５および６
を形成する（図７（ａ））。

【００３２】２）絶縁性基板１上に設けられた素子電極
５と６の間に有機金属溶液を塗布して放置することによ
り、有機金属薄膜を形成する。なおここで言う有機金属
溶液とは、前記Ｐｄ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，
Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金
属を構成元素とする有機化合物の溶液である。この後、
有機金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチン
グ等によりパターニングし、電子放出部形成用薄膜２を
形成する（図７（ｂ））。

【００３３】なお、ここでは有機金属の塗布法により説
明したが、これに限るものではなく、真空蒸着法、スパ
ッタ法、化学的気相堆積法、分散塗布法、ディッピング
法、スピナー法等によって形成される場合もある。

【００３４】３）続いて、フォーミングと呼ばれる通電
処理を行う。通電フォーミングは素子電極５・６間に不
図示の電源により通電を行い、電子放出部形成用薄膜２
を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、構造を変化
させた部位を形成させるものである。この局所的に構造
変化させた部位を電子放出部３と呼ぶ（図７（ｃ））。
先に説明したように、電子放出部３は導電性微粒子で構
成されていることを本発明者は観察している。

【００３５】次に上記フォーミング処理の電圧波形の１
例を図８に示す。

【００３６】電圧波形は特にパルス形状が好ましく、パ
ルス波高値が一定の電圧パルスを連続的に印加する場合
（図８（ａ））と、パルス波高値を増加させながら電圧
パルスを印加する場合（図８（ｂ））とがある。まず、
パルス波高値を一定電圧とした場合（図８（ａ））につ
いて説明する。

【００３７】図８（ａ）におけるＴ1およびＴ2は電圧波
形のパルス幅とパルス間隔であり、Ｔ1を１μ秒〜１０
ミリ秒、Ｔ2を１０μ秒〜１００ミリ秒とし、三角波の
波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は表面伝導
型電子放出素子の形態に応じて適宜選択し、適当な真空
度、例えば１×１０^-5Ｔｏｒｒ程度の真空雰囲気下で、
数秒〜数十分印加する。なお、素子の電極間に印加する
波形は三角波に限定する必要はなく、矩形波など所望の
波形を用いてもよい。また、その波高値およびパルス幅
・パルス間隔等についても上述の値に限ることなく、電
子放出部が良好に形成されれば所望の値を選択すること
ができる。

【００３８】図８（ｂ）におけるＴ1およびＴ2は、図８
（ａ）の場合と同様であり、三角波の波高値（通電フォ
ーミング時のピーク電圧）は、例えば０．１Ｖステップ
程度ずつ増加させ適当な真空雰囲気下で印加する。

【００３９】なお、この場合の通電フォーミング処理
は、パルス間隔Ｔ2中に、電子放出部形成用薄膜２を局
所的に破壊・変形しない程度の電圧、例えば０．１Ｖ程
度の電圧で、素子電流を測定し、抵抗値を求め、例えば
１ＭΩ以上の抵抗を示した時に通電フォーミング終了と
する。

【００４０】次に通電フォーミングが終了した素子に活
性化工程と呼ぶ処理を施すことが望ましい。

【００４１】活性化工程とは、例えば、１０^-4〜１０^-5
Ｔｏｒｒ程度の真空度で、通電フォーミング同様、パル
ス波高値が一定の電圧パルスを繰返し印加する処理のこ
とであり、真空中に存在する有機物質に起因する炭素も
しくは炭素化合物を薄膜上に堆積させ素子電流Ｉf、放
出電流Ｉeを著しく変化させる処理である。活性化工程
は素子電流Ｉfと放出電流Ｉeを測定しながら、例えば、
放出電流Ｉeが飽和した時点で終了する。また、印加す
る電圧パルスは動作駆動電圧で行うことが好ましい。

【００４２】なお、ここで炭素もしくは炭素化合物と
は、グラファイト（単結晶および多結晶の両方を指
す。）、非晶質カーボン（非晶質カーボンおよび多結晶
グラファイトの混合物を指す）であり、その膜厚は５０
０Å以下が好ましく、より好ましくは３００Å以下であ
る。

【００４３】こうして作製した電子放出素子は、通電フ
ォーミング工程、活性化工程における真空度よりも高い
真空度の雰囲気下に置いて動作駆動させるのがよい。ま
た、さらに高い真空度の雰囲気下で、８０℃〜１５０℃
の加熱後に動作駆動させることが望ましい。

【００４４】なお、通電フォーミング工程、活性化処理
した真空度より高い真空度とは、例えば約１０^-6Ｔｏｒ
ｒ以上の真空度であり、より好ましくは超高真空系であ
り、新たに炭素もしくは炭素化合物が導電薄膜上にほと
んど堆積しない真空度である。こうすることによって、
素子電流Ｉf、放出電流Ｉeを安定化させることが可能と
なる。

【００４５】次に上述のような素子構成と製造方法によ
って作成された本発明に関わる電子放出素子の基本特性
について図９および図１０を用いて説明する。

【００４６】図９は図６で示した構成を有する素子の電
子放出特性を測定するための測定評価装置の概略構成図
である。図９において、１は絶縁性基板、５および６は
素子電極、４は電子放出部を含む薄膜、３は電子放出部
を示す。また、９１は素子に素子電圧Ｖfを印加するた
めの電源、９０は素子電極５・６間の電子放出部を含む
薄膜４を流れる素子電流Ｉfを測定するための電流計、
９４は素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉeを
捕捉するためのアノード電極、９３はアノード電極９４
に電圧を印加するための高圧電源、９２は素子の電子放
出部３より放出される放出電流Ｉeを測定するための電
流計である。電子放出素子の上記素子電流Ｉfおよび放
出電流Ｉeの測定にあたっては、素子電極５および６に
電源９１と電流計９０とを接続し、その電子放出素子の
上方に高圧電源９３と電流計９２とを接続したアノード
電極９４を配置している。また、本電子放出素子および
アノード電極９４は真空装置内に配置され、その真空装
置には排気ポンプおよび真空計等の真空装置に必要な機
器が具備されており、所望の真空下にて本素子の測定評
価を行えるようになっている。なお、アノード電極の電
圧は１〜１０ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との距
離Ｈは３〜８ｍｍの範囲で測定した。

【００４７】図９に示した測定評価装置により測定され
た放出電流Ｉeおよび素子電流Ｉfと素子電圧Ｖfの関係
の典型的な例を図１０に示す。なお、図１０は任意単位
で示されており、放出電流Ｉeは素子電流Ｉfのおよそ１
０００分の１程度である。図からも明らかなように、本
電子放出素子は放出電流Ｉeに対して３つの特性を有す
る。

【００４８】第１に、本素子では、ある電圧（閾値電圧
と呼ぶ。図１０中のＶth）以上の素子電圧を印加する
と、急激に放出電流Ｉeが増加する。一方、閾値電圧よ
り低い電圧では放出電流Ｉeはほとんど検出されない。
すなわち、放出電流Ｉeに対する明確な閾値電圧Ｖthを
持った非線形素子である。

【００４９】第２に、放出電流Ｉeが素子電圧Ｖfに依存
するため、放出電流Ｉeは素子電圧Ｖfで制御できる。

【００５０】第３に、アノード電極９４に捕捉される電
荷量は、素子電圧Ｖfを印加する時間により制御でき
る。

【００５１】以上のような特性を有するため、本発明に
関わる電子放出素子は、他方面への応用が期待される。
また、素子電流Ｉfは素子電圧Ｖfに対して単調に増加す
る（Ｍ１）特性の例を図１０に示したが、この他にも、
素子電流Ｉfが素子電圧Ｖfに対して電圧制御型負性抵抗
（ＶＣＮＲ）特性を示す場合もある。この場合も電子放
出素子は上述した３つの特性を有する。なお、予め導電
性微粒子を分散して構成した表面伝導型電子放出素子に
おいては、前記本発明の基本的な素子構成の基本的な製
造方法の一部を変更しても作製できる。

【００５２】次に、本発明の電子源および画像形成装置
について述ベる。

【００５３】画像形成装置に用いられる電子源基板は複
数の表面伝導型電子放出素子を基板上に配列することに
より形成される。表面伝導型電子放出素子の配列の方式
には表面伝導型電子放出素子を並列に配置し、個々の素
子の両端を配線で接続する梯子型配置や、表面伝導型電
子放出素子の一対の素子電極にそれぞれＸ方向配線、Ｙ
方向配線を接続した単純マトリクス配置（以下、マトリ
クス型配置電子源基板と呼ぶ）があげられるが、本発明
はマトリクス型配置電子源基板に関するものである。

【００５４】図１に、本発明の方法で製造される電子源
基板の代表的な素子構造を示す。図中、１は絶縁体から
なる基板であり、５および６は電気的接続を得るための
素子電極、４は電子放出部を含む薄膜である。それらを
構成する材料については、前述の通りである。

【００５５】さらに、３６は素子電極５と接続する行方
向配線であり、膜厚は数μｍ〜数十μｍの範囲である。
５１は接続電極であり、素子電極６上に形成されてい
る。５０は絶縁膜であり、接続電極５１に対応した位置
に開口部が形成されている。３５は列方向配線であり、
接続電極５１を介して素子電極６と接続している。な
お、接続電極５１は、絶縁膜５０の形成前に形成する必
要があり、そうすることによって、絶縁膜にダレが生じ
ても接続電極があるために、開口部にダレが進入せず、
接続不良を生じないようにすることができる。行方向配
線３６、列方向配線３５、接続電極５１としては、厚膜
印刷法により形成することが好ましいため、銀、金、
銅、ニッケル等およびそれらの合金の導電性ペーストを
用いることが好ましい。また、絶縁膜５０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。

【００５６】以上の構造を単位として、それが１個の表
面伝導型電子放出素子となり、それが基板上に多数設け
られて、本発明の電子源基板が構成される。

【００５７】図２に、本発明の電子源基板の製造方法の
手順を示した。

【００５８】以下、図２に従って本発明の電子源基板製
造方法を詳細に説明する。

【００５９】まず、良く洗浄された基板１に、金属材料
からなる導電性薄膜を形成し、そのパターンをフォトリ
ソグラフィーによって微細加工し、素子電極５・６から
なる素子電極対を形成する（図２（ａ））。本電極は電
子放出部薄膜と配線とのオーム接触を良好にするために
設けられるものである。通常、電子放出部薄膜は、配線
用の導体層と比ベて著しく薄い膜であるために「ヌレ
性」、「段差保持性」等の問題を回避するために設けて
いるものである。従って、スパッタリング法等によって
配線用の導体層を薄膜にて構成する場合は、素子電極の
形成は必ずしも別個に行う必要はなく、配線導体と同時
に形成することが可能である。

【００６０】電極の形成方法としては、真空蒸着法、ス
パッタリング法、プラズマＣＶＤ法等の真空系を用いる
方法や、触媒に金属成分およびガラス成分を混合した厚
膜ペーストを印刷、焼成することにより形成する厚膜印
刷法がある。

【００６１】次に、導電性ペーストをスクリーン印刷法
によって塗布し、直接、行方向配線３６および接続電極
５１のパターンを形成し、焼成を行う。その際、行方向
配線３６は素子電極５と接続するように形成する。ま
た、接続電極５１は、素子電極６上に形成する（図２
（ｂ））。配線は膜厚が大きい方が電気抵抗を低減でき
るため有利であることから、厚膜印刷法を用いて形成を
行うのが好適である。

【００６２】次に、絶縁性ペーストを行方向配線３６に
直交する方向に形成する（図２（ｃ））。その絶縁膜５
０は、接続電極５１に対応した位置に開口部が設けられ
ているため、櫛型形状となっている。その開口部を通し
て素子電極６と接続電極５１、後述する列方向配線３５
が接続される。その際、開口部にダレが生じても、接続
電極５１が形成されているため、開口部が塞がることは
ない。このように、印刷、焼成してパターンを形成し、
絶縁膜５０を得る。なお、絶縁膜５０の形成を多層にて
行う方が、絶縁性向上の点から好ましい。

【００６３】さらに、前記絶縁膜５０上に導電性ペース
トを印刷、焼成することにより、列方向配線３５を形成
する（図２（ｄ））。その際、列方向配線３５に接続電
極６が接続するように構成する。形成方法は、行方向配
線３５の場合と同様の方法が適用可能である。

【００６４】次に微粒子電子放出材からなる薄膜を形成
し、その後フォトリソグラフィー等によってパターニン
グを行うことで、電子放出部を含む薄膜４を形成する
（図２（ｅ））。

【００６５】以上のような手順で、表面伝導型電子放出
素子をマトリクス状に配置した電子源基板を作製するこ
とができる。

【００６６】次に、以上のようにして作製される単純マ
トリクス配置の電子源基板を用いた画像形成装置につい
て、図３および図４を用いて説明する。図３は画像形成
装置の基本構成図であり、図４はその画像形成装置に用
いられる蛍光膜のパターンである。

【００６７】図３において３１は上述のようにして電子
放出素子を基板上に作成した電子源基板、３４は電子放
出素子に相当し、３５および３６は表面伝導型電子放出
素子の一対の素子電極と接続された列方向配線および行
方向配線である。３２は電子源基板３１を固定したリア
プレート、４０はガラス基板３７の内面の蛍光膜３８と
メタルバック３９等が形成されたフェースプレート、３
３は支持枠であり、リアプレート３２、支持枠３３およ
びフェースプレート４０にフリットガラス等を塗布し、
大気中あるいは窒素中で４００〜５００℃で１０分以上
焼成することで封着して外囲器４１を構成する。

【００６８】外囲器４１は、上述の如くフェースプレー
ト４０、支持枠３３、リアプレート３２で構成される
が、リアプレート３２は主に電子源基板３１の強度を補
強する目的で設けられることから、電子源基板３１自体
で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート３２は不
要であり、電子源基板３１に直接、支持枠３３を封着
し、フェースプレート４０、支持枠３３および電子源基
板３１で外囲器４１を構成しても良い。さらには、フェ
ースプレート４０とリアプレート３２の間にスペーサー
と呼ばれる耐大気圧支持部材を設置することで大気圧に
対して十分な強度を持つ外囲器４１にすることもでき
る。

【００６９】図３中、３８は蛍光膜である。蛍光膜３８
はモノクロームの場合は蛍光体のみからなるが、カラー
の蛍光膜３８の場合は、図４に示されるように、蛍光体
４３の配列によりブラックストライプあるいはブラック
マトリクスなどと呼ばれる黒色部材４２と蛍光体４３と
で構成される。ブラックストライプ、ブラックマトリク
スが設けられる目的は、カラー表示の場合、必要となる
三原色蛍光体の各蛍光体４３間の塗り分け部を黒くする
ことで混色等を目立たなくすることと、蛍光膜３８にお
ける外光反射によるコントラストの低下を抑制すること
である。ブラックストライプの材料としては通常、良く
用いられている黒鉛を主成分とする材料だけでなく、光
の透過および反射が少ない材料であればこれに限るもの
ではない。

【００７０】ガラス基板３７に蛍光体４３を塗布する方
法は、モノクロームかカラーかによらず、沈殿法や印刷
法が用いられる。

【００７１】また、蛍光膜３８の内面側には通常メタル
バック３９が設けられる。メタルバック３９の目的は、
蛍光体４３に照射された電子が帯電するのを防止するこ
と、蛍光体４３の発光のうち内面側への光をフェースプ
レート４０側へ鏡面反射することにより輝度を向上させ
ること、電子ビーム加速電圧を印加するための電極とし
て作用させること、外囲器内で発生した負イオンの衝突
によるダメージからの蛍光体４３の保護等である。メタ
ルバック３９は、蛍光膜３８作製後に蛍光膜３８の内面
側表面の平滑化処理（通常、フィルミングと呼ばれる）
を行い、その後、Ａｌを真空蒸着等で堆積することで作
製できる。フェースプレート４０には、さらに蛍光膜３
８の導電性を高めるため、蛍光膜３８の外面側に透明電
極（不図示）を設けてもよい。

【００７２】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体と電子放出素子とを対応させなくてはならないた
め、十分な位置合わせを行う必要がある。

【００７３】外囲器４１は不図示の排気管を通じ、１０
^-7Ｔｏｒｒ程度の真空度にされ、封止が行われる。ま
た、外囲器４１の封止後の真空度を維持するために、ゲ
ッター処理を行う場合もある。これは、外囲器４１の封
止を行う直前、あるいは封止後に抵抗加熱、高周波加熱
等の加熱法により、外囲器４１内の所定の位置（不図
示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する
処理である。ゲッターは通常、Ｂａ等が主成分であり、
その蒸着膜の吸着作用により、例えば１×１０^-5〜１×
１０^-7Ｔｏｒｒの真空度を維持するものである。なお、
表面伝導型電子放出素子のフォーミング以降の工程は適
宜設定される。

【００７４】以上のようにして作製される本発明の画像
形成装置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄ
x１〜Ｄxｍ、Ｄy１〜Ｄyｎを通じ、電圧を印加すること
により電子放出させ、高圧端子Ｈｖを通じ、メタルバッ
ク３９あるいは透明電極（不図示）に数ｋＶ以上の高圧
を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜３８に衝突さ
せ、励起・発光させることで画像を表示することができ
る。

【００７５】以上述べた構成は、画像表示等に用いられ
る好適な画像形成装置を作成する上で必要な概略構成で
あり、例えば各部材の材料等、詳細な部分は上述内容に
限られるものではなく、画像形成装置の用途に適するよ
う適宜選択する。

【００７６】本発明によれば、テレビジョン放送の表示
装置のみならずテレビ会議システム、コンピュータ等の
表示装置に適した画像形成装置を提供することができ
る。さらには本発明の電子源を、感光性ドラム等で構成
された光プリンタとしての画像形成装置として用いるこ
ともできる。

【００７７】

【実施例】次に本発明の実施例を説明する。

【００７８】（実施例１）図２に示した手順で、図１に
示したような構成を有する電子源基板を作製した。ま
ず、青板ガラスからなる基板１に、スパッタ蒸着法によ
って金属薄膜を形成した後、フォトリソエッチング法に
よって素子電極５および６を形成した。その材質は、厚
さ５０ÅのＴｉを下引きとした厚さ１０００ÅのＮｉ薄
膜である。なお、素子電極間隔は２μｍ、素子電極５の
長さは２００μｍ、素子電極６は３００μｍに形成した
（図２（ａ））。

【００７９】次に、素子電極５と接続するように行方向
配線３６を形成した。また、素子電極６上に接続電極５
１も同時に形成した。行方向配線３６はＡｇペーストイ
ンキを用い、スクリーン印刷法でパターン化し、続いて
焼成（焼成温度は５５０℃、ピーク保持時間は約１５
分）された幅１００μｍ、厚さ約１０μｍの印刷配線で
ある。また、接続電極は、幅および長さとも１００μｍ
とした（図２（ｂ））。

【００８０】次に、絶縁膜５０を、ガラスを主成分とす
るペーストを印刷後焼成することによって形成した（図
２（ｃ））。これは行方向配線３６に対して直交する帯
状の絶縁層であるが、部分的に切り欠きの開口部を有し
ており、その部分を前記で作製した接続電極５１に位置
合わせした。ペースト材料はＰｂＯを主成分としてガラ
スバインダーを混合したペーストである。焼成温度は５
５０℃、ピーク保持時間は１５分であった。印刷・焼成
後の膜厚は約３０μｍであった。また、通常、絶縁層は
上下層間の絶縁性を確保するために、印刷と焼成を２回
ずつ実施する。これは、厚膜ペーストにより形成される
膜は通常ポーラスな膜であるからである。そのため、１
回の印刷・焼成の後、再度印刷を行って、１回目の膜の
ポーラス状態を埋め込むようにして２回目の膜を印刷、
焼成する。これにより、絶縁性が確実となる。本実施例
でもその方法を行った。

【００８１】次に、列方向配線３５を絶縁膜５０の上に
形成した（図２（ｄ））。列方向配線３５は帯状のパタ
ーンであり、接続電極にかかるように形成されており、
接続電極５１ひいては素子電極６と電気的に接続してい
る。行方向配線と同様にＡｇペーストを所定のパターン
に印刷した後、焼成によって形成した。幅３００μｍ、
厚さ２０μｍであった。

【００８２】続いて、電子放出部を含む薄膜４は、有機
金属溶液の塗布焼成で得られた厚さ約２００ÅのＰｄ微
粒子からなる薄膜であり、全面に塗布成膜した後、フォ
トリソグラフィーによってパターニングして形成した
（図２（ｅ））。その際、行方向配線３６、列方向配線
３５を各１００本とし、１００００素子からなるマトリ
クス状の表面伝導型電子放出素子からなる電子源基板を
得た。

【００８３】以上のようにして電子源基板を作製したと
ころ、接続電極を介して素子電極と列方向配線との接続
が確実にできていることが明らかとなった。

【００８４】（実施例２）本実施例では、実施例１で作
製した電子源基板を使用して画像形成装置を得た。これ
について図３、図４および図８を用いて説明する。

【００８５】図３に示したように、多数の表面伝導型電
子放出素子を形成した電子源基板３１をリアプレート３
２上に固定した後、基板３１の５ｍｍ上方に、フェース
プレート４０（ガラス基板３７の内面に蛍光膜３８とメ
タルバック３９が形成されて構成される）を支持枠３３
を介し配置し、フェースプレート４０、支持枠３３、リ
アプレート３２の接合部にフリットガラスを塗布し、４
５０℃で１０分間焼成することで封着した（図３参
照）。また、リアプレート３２への基板３１の固定もフ
リットガラスで行った。

【００８６】図３において、３４は電子放出素子、３５
および３６はそれぞれ列方向および行方向の配線であ
る。

【００８７】蛍光膜３８は、モノクロームの場合は蛍光
体のみから成るが、本実施例では蛍光体はストライプ形
状（図４参照）を採用し、先にブラックストライプを形
成し、その間隙部に各蛍光体を塗布し、蛍光膜３８を作
製した。ブラックストライプの材料は、通常良く用いら
れている黒鉛を主成分とする材料を用いた。

【００８８】ガラス基板３７に蛍光体を塗布する方法は
スラリー法を用いた。

【００８９】また、蛍光膜３８の内面側には通常、メタ
ルバック３９が設けられる。本例では、メタルバック
は、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理
（通常、フィルミングと呼ばれる）を行ない、その後、
Ａｌを真空蒸着することで作製した。

【００９０】フェースプレート４０には、更に蛍光膜３
８の導電性を高めるため、蛍光膜３８の外面側に透明電
極（不図示）が設けられる場合もあるが、本実施例で
は、メタルバックのみで十分な導電性が得られたので省
略した。

【００９１】前述の封着を行なう際、カラーの場合は各
色蛍光体と電子放出素子とを対応させなくてはいけない
ため、十分な位置合わせを行なった。

【００９２】以上のようにして完成したガラス容器内の
雰囲気を排気管（図示せず）を通じ真空ポンプにて排気
し、十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄx１〜Ｄxｍ
とＤy１〜Ｄyｎを通じ、電子放出素子３４の素子電極間
に電圧を印加し、電子放出部形成用薄膜２を通電処理
（フォーミング処理）することにより、電子放出部３を
作製した。フォーミング処理の電圧波形を図８に示す。

【００９３】図８中、Ｔ1およびＴ2は電圧波形のパルス
幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ1を１ミリ秒、
Ｔ2を１０ミリ秒とし、三角波の波高値（フォーミング
時のピーク電圧）は１４Ｖとし、フォーミング処理は約
１×１０^-6Ｔｏｒｒの真空雰囲気下で６０秒間行なっ
た。

【００９４】このように作製された電子放出部３はパラ
ジウム元素を主成分とする微粒子が分散配置された状態
となり、その微粒子の平均粒径は３０Åであった。

【００９５】次に、１×１０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空度で
不図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶着し、
外囲器の封止を行なった。

【００９６】最後に封止後の真空度を維持するために、
ゲッター処理を行なった。ゲッター処理とは、封止を行
なう直前、あるいは封止後に抵抗加熱、あるいは高周波
加熱等の加熱法により、画像形成装置内の所定の位置
（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形
成する処理である。ゲッターは通常Ｂａ等が主成分であ
り、その蒸着膜の吸着作用により、例えば１×１０^-5〜
１×１０^-7Ｔｏｒｒの真空度を維持するものである。

【００９７】以上のようにして作製した本発明の画像形
成装置において、各表面伝導型電子放出素子には、容器
外端子Ｄx１〜Ｄxｍ、Ｄy１〜Ｄyｎを通じ、走査信号お
よび変調信号を不図示の信号発生手段によりそれぞれ印
加することにより、電子放出させ、高圧端子Ｈｖを通じ
て、メタルバック３９に５ｋＶの高圧を印加し、電子ビ
ームを加速して、蛍光膜３８に衝突させ、励起・発光さ
せることで画像を表示した。その結果、欠陥のない良好
な画質の画像が得られた。

【００９８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、電子源基板の配線形成時に素子電極と列方向
配線の間に接続電極を設けることにより、絶縁膜形成時
のダレによる素子電極と列方向配線の接続不良を防止で
きるため、電極と配線の接続部分の信頼性が向上し、歩
留りが向上する。さらに、その電子源基板を画像形成装
置に用いた場合に、接続抵抗による電圧降下が原因で生
じる輝度のばらつきが低減できることから、輝度ばらつ
きの少ない良好な画像形成装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子源基板の代表的な素子構成を示す
模式的平面図である。

【図２】本発明の電子源基板の製造手順の１例を示す工
程図である。

【図３】本発明の画像形成装置の１例の構成を示す部分
切り欠き斜視図である。

【図４】蛍光膜の構成を示す模式的部分図であり、
（ａ）はブラックストライプの設けられたもの、（ｂ）
はブラックマトリクスの設けられたものの図である。

【図５】表面伝導型電子放出素子の１例の構成を示す模
式的平面図である。

【図６】本発明の電子源に設けられる表面伝導型電子放
出素子の１例の構成を示す示す模式図であり、（ａ）は
平面図、（ｂ）は断面図である。

【図７】図６の素子の形成手順を示す工程図である。

【図８】本発明の電子源における表面伝導型電子放出素
子製造時の通電フォーミングにおける電圧波形を示すグ
ラフであり、（ａ）はパルス波高値が一定の場合、
（ｂ）はパルス波高値が増加する場合である。

【図９】表面伝導型電子放出素子の電子放出特性の測定
評価装置の概略構成図である。

【図１０】表面伝導型電子放出素子の電流―電圧特性を
示す図である。

【符号の説明】

１絶縁性基板２電子放出部形成用薄膜３電子放出部４電子放出部を含む薄膜５素子電極６素子電極３１電子源基板３２リアプレート３３支持枠３４電子放出素子３５列方向配線３６行方向配線３７ガラス基板３８蛍光膜３９メタルバック４０フェースプレート４１外囲器４２黒色部材４３蛍光体５０絶縁膜５１接続電極９０電流計９１電源９２電流計９３高圧電源９４アノード電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、絶縁膜を介して行方向配線の
上に該配線に直交する列方向配線が形成され、該両配線
の交差部近傍に、一対の素子電極を含む電子放出素子複
数個が配設され、該素子電極対の一方の電極が行方向配
線と、他方の電極が列方向配線と接続されている電子源
基板において、列方向配線が絶縁膜の凹部を介して素子
電極に設けられた接続電極と接続されていることを特徴
とする電子源基板。
【請求項２】前記電子放出素子が、表面伝導型電子放
出素子である請求項１記載の電子源基板。
【請求項３】前記接続電極が、行方向配線と同一の材
料によって同時に形成されたものである請求項１または
２記載の電子源基板。
【請求項４】前記列方向配線が、ストライプ状の配線
である請求項１ないし３のいずれかに記載の電子源基
板。
【請求項５】行方向配線、列方向配線、絶縁膜および
接続電極のうちの少なくとも１つが、スクリーン印刷法
によって形成されたものである請求項１ないし４のいず
れかに記載の電子源基板。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の電
子源基板と、画像が形成される領域を備えた基板とが支
持枠を介して対向し、両基板の間の空間が減圧状態とな
っていて、前記電子源基板に画像形成用の駆動回路が接
続されている画像形成装置。
【請求項７】１）基板上に複数の素子電極対を形成する
工程、２）前記素子電極対近傍を通る複数の行方向配線を形成
する工程、３）前記素子電極対の一方の電極と前記行方向配線とを
接続する工程、４）前記行方向配線と接続される素子電極に対向配置さ
れた素子電極に接続電極を形成する工程、５）前記素子電極対の行方向配線に接続される素子電極
に対向配置された素子電極上を通り、前記接続電極の形
成箇所に凹部を有し、前記行方向配線に直交する帯状絶
縁膜を形成する工程、６）前記絶縁膜上に、該絶縁膜の幅より小さい幅で、前
記接続電極に接続する列方向配線を形成する工程、７）前記素子電極対に基づいて電子放出素子を形成する
工程を含むことを特徴とする電子源基板の製造方法。
【請求項８】前記電子放出素子を、表面伝導型電子放
出素子とする請求項７記載の製造方法。
【請求項９】行方向配線を一方の素子電極と接続する
位置に形成して、前記２）および３）の工程を同時に行
う請求項７または８記載の製造方法。
【請求項１０】前記接続電極と前記行方向配線とを同
じ材料で同時に形成する請求項７ないし９のいずれかに
記載の製造方法。
【請求項１１】前記列方向配線を、ストライプ状の配
線とする請求項７ないし１０のいずれかに記載の製造方
法。
【請求項１２】行方向配線、列方向配線、絶縁膜およ
び接続電極のうちの少なくとも１つを、スクリーン印刷
法によって形成する請求項７ないし１１のいずれかに記
載の製造方法。
【請求項１３】請求項７ないし１２のいずれかに記載
の方法で製造された電子源基板と、画像が形成される領
域を備えた基板とを支持枠を介して対向させ、両基板の
間の空間を減圧し、前記電子源基板に画像形成用の駆動
回路を接続する画像形成装置の製造方法。