JP2000251627A - 電子源基板及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子放出素子の発熱によって、フォーミング
工程等の素子形成プロセスの不安定化や、電子放出特性
の変動や劣化を生じるという問題を解決する。 【解決手段】 基体と、該基体上に表面コート層を介し
て多数配置された、一対の素子電極と電子放出部を有す
る導電性薄膜とを備える電子放出素子を有する電子源基
板であって、該表面コート層は軟化点が７５０℃以上の
ガラスであることを特徴とする電子源基板、および該電
子源基板より構成された画像形成装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術】本発明は、電子放出素子を用いた
電子源基板、該電子源基板を用いた画像形成装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子を利用した画像形成
装置として、冷陰極電子放出素子を多数形成した電子源
基板と、透明電極および蛍光体を具備した陽極基板とを
平行に対向させ、真空に排気した平面型の電子線表示パ
ネルが知られている。このような画像形成装置におい
て、電界放出型電子放出素子を用いたものは、例えば、
Ｉ．Ｂｒｏｄｉｅ，”Ａｄｖａｎｃｅｄ ｔｅｃｈｎｏ
ｌｏｇｙ：ｆｌａｔ ｃｏｌｄ−ｃａｔｈｏｄｅ ＣＲ
Ｔｓ”，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ，１
／８９，１７（１９８９）に開示されたものがある。ま
た、表面伝導型電子放出素子を用いたものは、例えば、
ＵＳＰ５０６６８８３等に開示されている。平面型の電
子線表示パネルは、現在広く用いられている陰極線管
（ｃａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ：ＣＲＴ）表示装
置に比べ、軽量化、大画面化を図ることができ、また、
液晶を利用した平面型表示パネルやプラズマ・ディスプ
レイ、エレクトロルミネッセント・ディスプレイ等の他
の平面型表示パネルに比べて、より高輝度、高品質な画
像を提供することができる。特に、表面伝導型電子放出
素子は構成が単純で製造も容易であり、電界放出型電子
放出素子のようにフォトリソグラフィ技術を駆使した複
雑な製造工程を経ることなく、大面積にわたって多数素
子を配列形成した電子源基板を作製できる利点がある。

【０００３】図９、図１０は、本出願人によって、特開
平０６−３４２６３６公報において開示された、表面伝
導型電子放出素子を用いた電子源基板の一例を示したも
のである。図９は電子源の一部の平面図を示している。
ここで７は上配線、６は下配線、８１は表面伝導型電子
放出素子、８は層間絶縁層である。図１０は、図９にお
ける表面伝導形電子放出素子９１を取り出した斜視図で
ある。図１０中、９１は基板、２、３は素子電極、４は
電子放出部を有する導電性薄膜、５は電子放出部であ
り、素子電極２、３はそれぞれ下配線６、上配線７に接
続され、下配線６と上配線７は層間絶縁層８によって電
気的に絶縁されている。ここで、マトリックス状に配置
された上配線７と下配線６にそれぞれ走査信号、情報信
号として所定の電圧を順次印加することで、マトリック
スの交点に位置する所定の電子放出素子を選択的に駆動
できる。

【０００４】このようなマトリクス配置された電子源基
板は、比較的簡単なフォトリソグラフィ技術を用いるこ
とによって作製できるが、より大きな基板を形成する場
合は、印刷技術を用いるのが好ましい。特に、走査信号
を印加する上配線については、１ラインに接続された素
子数が多くなるほど配線を流れる電流量が増加するた
め、配線抵抗による電圧降下が生じるので、配線は厚膜
で形成して抵抗をできるだけ小さくするのが好ましい。
特開平０８−１８０７９７公報等には、配線及び層間絶
縁層をスクリーン印刷法により形成する製造方法が開示
されている。その他の部材についても、例えば、特開平
０９−１７３３３公報等には、素子電極をオフセット印
刷法等により形成する製造方法が開示されており、導電
性薄膜においては、インクジェット法により形成する製
造方法が特開平０９−６９３３４公報等に開示されてい
る。これらの印刷技術を用いることで、大面積の電子源
基板を容易に製造することができる。

【０００５】次に、表面伝導型電子放出素子について説
明する。表面伝導型電子放出素子は基板上に形成された
小面積の導電性薄膜に、膜面に並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。こ
の表面伝導型電子放出素子としては、ＳｎＯ₂ 薄膜を用
いたもの［Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、Ｒａｄｉｏ Ｅｎ
ｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．、１０，１２９０，
（１９６５）］、Ａｕ薄膜によるもの［Ｇ．Ｄｉｔｍｍ
ｅｒ，Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，９，３１７
（１９７２）］，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの
［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔ
ｅｄ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＥＤ Ｃｏｎｆ．，５１
９（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頁（１９８３）］等
が報告されているが、本出願人は、例えば、特開平０２
−５６８２２公報において、酸化パラジウム等の金属微
粒子膜を用いた表面伝導型電子放出素子を開示してい
る。

【０００６】表面伝導型電子放出素子を作製するにあた
っては、通常、導電性薄膜４にフォーミングと呼ばれる
通電処理によって電子放出部５を形成するのが一般的で
ある。フォーミングとは導電性薄膜４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４を局所的に破壊、変形
もしくは変質せしめ、亀裂を形成する処理である。な
お、フォーミング処理を施した後、導電性薄膜４に電圧
を印加し、素子に電流を流すことにより、亀裂近傍から
電子を放出せしめるものである。このとき、電子の放出
する部位を電子放出部５と呼ぶ。

【０００７】さらに本出願人によって、たとえば特開平
７−２３５２５５公報に開示されているように、フォー
ミングを終えた素子に対して活性化処理と呼ばれる処理
を施し、より良好な電子放出を得ることができる。活性
化工程は、有機物質のガスを含有する雰囲気下で、フォ
ーミング処理同様、素子にパルス電圧の印加を繰り返す
ことで行うことができ、雰囲気中に存在する有機物質か
ら、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆積し、素子電
流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが、著しく増加するようになる。

【０００８】このような処理を経て作製された表面伝導
型電子放出素子は、例えばフラットパネルディスプレイ
等の画像形成装置に適用可能な電子源として十分な電子
放出特性を有する。

【０００９】従って、上述のように、印刷技術を用い
て、表面伝導型電子放出素子からなる大面積の電子源基
板を作製することによって、大面積の画像形成装置、例
えば大画面フラットパネルディスプレイを実現すること
ができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】十分な電子放出量と寿
命、安定性を有する電子放出素子を大面積の電子源基板
に形成する場合、以下に述べるような問題がある。表面
伝導型電子放出素子は、その電子放出部が基板表面に接
して形成されるために、素子を駆動した時の熱や電界が
基板表面にも伝わり、基板の熱的な変形等が生じやす
い。素子近傍での基板の変形は素子構造の変化を生じせ
しめ、電子放出特性の変動や劣化の原因となる。そのた
め、特開平０１−２７９５３８公報に開示されているよ
うに、基板表面に基板よりも低熱膨張率の低い材料で表
面コート層を形成し、その上に素子を形成するという手
法が用いられることがある。

【００１１】更に、大面積の電子源基板を安価に製造し
ようとすれば、使用する部材のコストを下げる必要があ
り、その基板として、例えば、ソーダライムガラスが好
ましく用いられるが、ソーダライムガラスは、組成によ
っても異なるが、軟化点がおよそ６８０〜７３０℃と比
較的低いガラスである。

【００１２】軟化点の低い材料を基板として用いた場
合、素子を駆動した時の熱により、電子放出部近傍の基
板温度が基板の軟化点を超えることによって基板の変形
が生じやすくなる。素子近傍での基板の変形は素子構造
の変化を生じせしめ、構造のみならず電気的性質をも変
えてしまうので、電子放出特性の変動や劣化の原因とな
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課
題、すなわち、基板の表面コート層の軟化により、フォ
ーミング工程等の素子形成プロセスの不安定化や、電子
放出特性の変動や劣化、という問題を解決するために成
されたものであり、下述する構成のものである。

【００１４】即ち、本発明の電子源基板は、ガラス基体
と、該ガラス基体上に表面コート層を介して多数配置さ
れた、一対の素子電極と電子放出部を有する導電性薄膜
とを備える電子放出素子を有する電子源基板であって、
該表面コート層は軟化点が７５０℃以上のガラスである
ことを特徴とする。

【００１５】ここで、上記間隙部を有する導電性薄膜と
して、ＰｄないしＰｄＯ、あるいはそれらの混合物を主
成分とする薄膜が好ましく用いられる。

【００１６】また、上記電子放出素子としては、表面伝
導型電子放出素子が好ましく用いられ、上記電子放出部
には、炭素あるいは炭素化合物、あるいはそれらを主成
分とする堆積物を有するものを好ましく用いることがで
きる。

【００１７】本発明は、上記電子放出素子を基板上に複
数個配置して、入力信号に応じて電子を放出する電子源
基板、基板上に複数の電子放出素子を複数個並列に配置
し、個々の素子の両端を金属配線に接続した電子放出素
子の行を複数もち、更に、変調手段を有する電子源基
板、基板に、互いに電気的に絶縁されたｍ本のＸ方向金
属配線とｎ本のＹ方向金属配線とに、該電子放出素子の
一対の素子電極とを接続した電子放出素子を複数個配列
した電子源基板に好ましく適用される。

【００１８】さらに、本発明は、画像形成部材と上記電
子源基板より構成された、入力信号にもとづいて画像を
形成する画像形成装置をも含む。

【００１９】

【作用】本発明は、電子源基板として、基体と、該基体
上に形成された軟化点の高い表面コート層で構成される
基板を用いることで、電子放出部近傍での電子源基板の
軟化、及びそれによる電子放出部の変形を抑えることが
できるので、フォーミングや活性化の工程での不安定性
が低減され、安定で再現性の良い電子源基板を作製する
ことができる。また、電子放出素子の駆動中の発熱によ
るガラス基体の軟化及びそれよる電子放出部の変形も防
止できるため、長時間にわたり、安定で良好な電子放出
特性を得ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
を説明する。図１は、本発明の電子源基板の１例を示す
概略構成図（平面図）で、電子源基板の一部のみを示し
ている。また、図２は、図１に示した電子源基板の一つ
の電子放出素子を拡大した鳥瞰図である。図３には、図
２におけるＡ−Ａ’断面図を示した。

【００２１】図１、図２、図３において、１は基体、
２、３は素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部、
６、７はそれぞれ素子電極２、３に接続された配線、８
は配線６と７を電気的に絶縁するための層間絶縁層、９
は表面コート層である。なお、配線６、７はそれぞれ、
図１中の座標に照らして、Ｙ方向配線、Ｘ方向配線と呼
び、また絶縁層８との位置関係により、それぞれ下配
線、上配線と呼ぶことがある。

【００２２】以下、本発明の基板について詳細に説明す
る。基体１は、一般に青板ガラスと呼ばれるソーダライ
ムガラスが安価であるため好ましく用いられる。本発明
で用いられるガラス基体はナトリウムを含有するため、
大量生産可能なフロート法を用いて基体を形成すること
ができ、例えば、対角１ｍ以上の大面積の基体も安価に
作製することができるものである。基体としては、その
他石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラ
ス、アルミナ等のセラミックス等が用いられる。

【００２３】表面コート層９は、電子放出素子に電流が
流れるときの発熱を基体１に伝え難くする役割をもった
被膜層である。ここで、表面コート層９は、電子放出素
子に電流が流れるときの発熱による変形を抑制するため
に、軟化点が７５０℃以上のガラスである。

【００２４】上記表面コート層としては、ホウケイ酸ガ
ラス、亜鉛ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、
アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラ
ス、ソーダバリウムケイ酸ガラス、ソーダカリウムアル
ミナガラス、チタンケイ酸ガラスなどを含む。ただし、
上記のガラスの軟化点は、ガラスの組成によって変化す
るので、軟化点が７５０℃以上になるように調整された
組成のものを用いる。

【００２５】対向する素子電極２，３の材料としては、
以後の熱処理工程を経ても安定した導電性を有するもの
が好ましく、例えばＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等の貴金属或はそ
の合金を主成分とする金属薄膜が用いられる。

【００２６】素子電極２、３の膜厚は、数十ｎｍ程度と
すると十分な導電性を有しかつ導電性薄膜４のステップ
カバレージが良好となり好ましい。

【００２７】なお、上記貴金属薄膜を表面コート層９上
に形成する場合、十分な密着強度が得られない場合があ
る。その時は、素子電極２，３と表面コート層９の密着
性を上げるためにＴｉやＣｒ等の卑金属材料を下引きと
して形成してもよい。

【００２８】導電性薄膜４には、良好な電子放出特性を
得るために、微粒子で構成された微粒子膜が好ましく用
いられる。導電性薄膜４の熱的安定性は電子放出特性の
寿命を支配する重要なパラメータであるため、導電性薄
膜４の材料としてより高融点な材料を用いるのが望まし
い。しかしながら、通常、導電性薄膜４の融点が高いほ
ど後述する通電フォーミングが困難となり、電子放出部
形成のためにより大きな電力が必要となる。さらに、そ
の結果得られる電子放出部は、電子放出し得る印加電圧
（しきい値電圧）が上昇するという問題が生じる場合が
ある。従って、導電性薄膜４の材料は、適度に高い融点
を有し、比較的低いフォーミング電力で良好な電子放出
部が形成可能な材料・形態のものを選ぶのがよい。

【００２９】上述の条件に対し、ＰｄＯは、有機パラジ
ウム化合物の大気中焼成により容易に薄膜形成できるこ
と、半導体であるため比較的電気伝導度が低くフォーミ
ングに有する電力が低いこと、電子放出部形成時あるい
はその後、容易に還元して金属パラジウムとすることが
できるので膜抵抗を低減し得ること、等から導電性薄膜
４に好適な材料として用いることができる。

【００３０】導電性薄膜４の膜厚は，素子電極２、３へ
のステップカバレージ、素子電極２、３間の抵抗値及び
後述するフォーミング条件等を考慮して設定されるが、
良好な電子放出を得るためには、数ｎｍ程度の微粒子で
構成された数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の微粒子膜が好ましく
用いられる。

【００３１】電子放出部５は、導電性薄膜４の一部に形
成された、例えば、亀裂等の高抵抗部であり、その亀裂
内部に数ｎｍより数十ｎｍの粒径の導電性微粒子、すな
わち、ＰｄＯやＰｄＯが還元して生じたＰｄ金属の微粒
子を多数個有する場合もあり、導電性薄膜４の膜厚およ
び後述する通電処理条件等の製法に依存している。ま
た、前記導電性微粒子は、導電性薄膜４を構成する材料
の元素の一部あるいは全てと同様のものである。

【００３２】また、電子放出部５の一部、更には、電子
放出部５の近傍の導電性薄膜４には、後述する活性化工
程を経ることにより、炭素及び炭素化合物を有する。こ
の炭素及び炭素化合物の役割については、電子放出部５
を構成する物質として電子放出特性を支配するものと推
察されている。

【００３３】配線６、７は、図１に示すように、複数の
電子放出素子に給電するためのものである。ｍ本のＸ方
向配線７は，ＤＸ１、ＤＸ２、・・・ＤＸｍ、ｎ本のＹ
方向配線６は、ＤＹ１、ＤＹ２、・・・ＤＹｎからなり
（ｍ，ｎは，共に正の整数）、それぞれ、多数の電子放
出素子にほぼ均等な電圧が供給されるように、材料、膜
厚、配線幅等が設計される。これらｍ本のＸ方向配線７
とｎ本のＹ方向配線７の間には、層間絶縁層８が設置さ
れ、電気的に分離されて、マトリックス配線を構成す
る。

【００３４】配線６、７としては、素子電極２、３と同
様に、熱処理工程を経ても安定した導電性を有する金属
が好ましいが、特に、大面積の基板に安価に形成できる
印刷法が適用できるものが望ましい。金属ペーストをス
クリーン印刷によってパターン形成し、熱処理して得ら
れる金属膜は、数ミクロン以上の厚膜の抵抗の小さい配
線を大面積に形成するのに適しているため、印刷可能な
金属ペーストが比較的安価に得られる、Ａｇ、Ｃｕ、Ａ
ｕのペースト、すなわち、それを熱処理して得られるＡ
ｇ、Ｃｕ、Ａｕが好ましく用いられる。また、これらの
金属ペーストを混合したものや、例えば、Ｐｄを含有し
たＡｇペースト等を用いてもよい。

【００３５】層間絶縁層８の形状、材料、膜厚、製法
は、配線６と配線７の交差部の電位差に耐え得るように
適宜設定できるが、配線同様、印刷法により形成できる
ものが好ましく、ガラスペーストを印刷して得られるガ
ラスの厚膜層が用いられる。

【００３６】図１に示した構成、すなわちマトリクス配
置の構成において、Ｘ方向配線７には、Ｘ方向に配列し
た電子放出素子５の行を選択するための走査信号を印加
する不図示の走査信号印加手段が接続され、Ｙ方向配線
６には、Ｙ方向に配列した電子放出素子の各列を入力信
号に応じて、変調するための不図示の変調信号発生手段
が接続される。

【００３７】各電子放出素子に印加される駆動電圧は、
当該素子に印加される走査信号と変調信号の差電圧とし
て供給され、単純なマトリクス配線を用いて、個別の素
子を選択し、独立に駆動可能とすることができる。

【００３８】一方、このほかに、並列に配置した多数の
電子放出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行
を多数個配し、この配線と直交する方向で、該電子放出
素子の上方に配した制御電極により、電子放出素子から
の電子を制御駆動するはしご状配置のもの等があるが、
本発明は、特にこれらの配置によって限定されるもので
はない。

【００３９】本発明の電子源基板の製造方法としては様
々な方法が考えられるが、その一例を図４および図５に
示す。以下、製造方法の説明を図１、２、３、４及び図
５に基づいて順をおって説明する。 （１）ガラス等の基体１を洗剤、純水および有機溶剤に
より十分に洗浄後、ゾルゲル法等により、表面コート層
９を形成する（図４（ａ））。この時、軟化点が７５０
℃以上である材料、例えばホウケイ酸ガラス等を用い
る。

【００４０】（２）つづいて、表面コート層９を形成し
た基体１に、素子電極材料を、真空蒸着法、スパッタ法
等により堆積後、フォトリソグラフィ技術により素子電
極２、３を形成する（図４（ｂ））。なお、素子電極
２、３の形成は、オフセット印刷等の印刷技術を用い、
有機金属系ペーストを塗布後、焼成することによって形
成することもできる。

【００４１】（３）素子電極２、３を形成した基体１
に、スクリーン印刷法により導電性ペーストのパターン
を形成し、該導電性ペーストのパターンを焼成すること
で金属から成る下配線６を形成する（図４（ｃ））。

【００４２】（４）さらに、下配線６上の所望の位置、
すなわち、以後の工程で形成する上配線７と交差する位
置に、層間絶縁層８を形成する（図４（ｄ））。層間絶
縁層８についても、スクリーン印刷法によりガラスペー
ストのパターンを形成し、該ガラスペーストのパターン
を焼成することで形成できる。なお、層間絶縁層８に十
分な絶縁性を付与するために膜厚を厚くしたい場合は、
上記印刷・焼成を所望の回数繰り返すこともできる。

【００４３】（５）つづいて、下配線６上に形成された
層間絶縁層８上で交差するように、上配線７を形成する
（図５（ｅ））。上配線７も、下配線６同様に、導電性
ペーストのパターンを形成し、該導電性ペーストのパタ
ーンを焼成することで形成できる。

【００４４】（６）上記基体１上に設けられた素子電極
２と素子電極３との間に、有機金属化合物の溶液を塗布
して乾燥することにより、有機金属化合物からなる膜を
形成する。この後、有機金属化合物膜を加熱焼成処理
し、リフトオフ、エッチング等によりパターニングし、
導電性薄膜４を形成する（図５（ｆ））。なお、ここで
は，有機金属溶液の塗布法により説明したが，これに限
るものでなく，真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、分
散塗布法、ディッピング法、スピンナー法、インクジェ
ット法等によって形成される場合もある。

【００４５】（７）つづいて、フォーミングと呼ばれる
通電処理を、素子電極２、３間、すなわち配線６、７間
に電圧を不図示の電源によりパルス状電圧あるいは、昇
電圧の印加により行うと、導電性薄膜４の部位に構造の
変化した電子放出部５が形成される（図５（ｇ））。こ
の通電処理により導電性薄膜４を局所的に破壊、変形も
しくは変質せしめ、亀裂構造の形成された部位を電子放
出部５と呼ぶ。

【００４６】フォーミング処理は、パルス波高値が定電
圧のパルスを印加する場合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とがある。まず、パル
ス波高値が定電圧のパルスを印加の場合の電圧波形を図
６の（ａ）に示す。

【００４７】図６の（ａ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形
のパルス幅とパルス間隔であり、Ｔ１を１μｓｅｃ〜１
０ｍｓｅｃ、Ｔ２を１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃと
し、三角波の波高値（フォーミング時のピーク電圧）は
適宜選択する。

【００４８】次に、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の電圧波形を、図６の（ｂ）に
示す。図６の（ｂ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形のパル
ス幅とパルス間隔であり、Ｔ１を１μｓｅｃ〜１０ｍｓ
ｅｃ、Ｔ２を１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃとし、三角
波の波高値（フォーミング時のピーク電圧）は、例えば
０．１Ｖステップ程度づつ、増加させる。

【００４９】なお、フォーミング処理は、フォーミング
用パルスの間に、導電性薄膜２を局所的に破壊、変形し
ない程度の電圧例えば０．１Ｖ程度のパルス電圧を挿入
して素子電流を測定し、その電流が所定の値以下に減少
したところで終了する。

【００５０】（８）次に、フォーミングが終了した素子
に活性化処理を施す。活性化処理の工程は、有機物質を
含有する雰囲気下で、上記フォーミング処理同様、パル
ス電圧を印加することによって行うが、この雰囲気は、
電子源基板を真空容器内に配し、適当な有機物質を導入
することによって得られる。なお、後述する画像形成装
置のように、電子源基板を用いて真空外囲器を形成する
場合は、その真空外囲器内に有機物質を導入することで
活性化処理を行なうことができる。

【００５１】適当な有機物質としては、アルカン、アル
ケン、アルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素
類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン
類、ニトリル類、フェノール、カルボン、スルホン酸等
の有機酸類等を挙げることが出来、具体的には、メタ
ン、エタン、プロパンなどＣ_n Ｈ_2n+2で表される飽和炭
化水素、エチレン、プロピレンなどＣ_n Ｈ_2n等の組成式
で表される不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メタ
ノール、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデ
ヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミン、
エチルアミン、フェノール、ベンゾニトリル、アセトニ
トリル、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が使用できる。

【００５２】この処理により、雰囲気中に存在する有機
物質から、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆積し、
素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが、著しく変化するように
なる。活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉｆおよび／
または放出電流Ｉｅを測定しながら、適宜行う。なおパ
ルス幅、パルス間隔、パルス波高値などは適宜設定され
る。

【００５３】炭素及び炭素化合物とは、例えばグラファ
イト（いわゆるＨＯＰＧ、ＰＧ、ＧＣを包含する；ＨＯ
ＰＧはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、ＰＧは結晶
粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたもの、ＧＣは
結晶粒が２ｎｍ程度になり結晶構造の乱れがさらに大き
くなったものを指す。）、非晶質カーボン（アモルファ
スカーボン及び、アモルファスカーボンと前記グラファ
イトの微結晶の混合物を指す）である。

【００５４】（９）こうして作製した電子源基板に、好
ましくは、安定化工程を行う。この工程は、活性化処理
時に導入した有機物質の残留物を排気する工程である。
真空容器内の圧力は、１〜３×１０^-7Ｔｏｒｒ以下が好
ましく、さらに１×１０^-8Ｔｏｒｒ以下が特に好まし
い。真空容器を排気する真空排気装置は、装置から発生
するオイルが素子の特性に影響を与えないように、オイ
ルを使用しないものを用いるのが好ましい。具体的に
は、ソープションポンプ、イオンポンプ等の真空排気装
置を挙げることが出来る。さらに真空容器内を排気する
ときには、真空容器全体を加熱して、真空容器内壁や、
電子源基板に吸着した有機物質分子を排気しやすくする
のが好ましい。このときの加熱条件は、８０〜２５０
℃、好ましくは１５０℃以上でできるだけ長時間行なう
のが望ましいが、特にこの条件に限るものではなく、真
空容器の大きさや形状、電子源基板の構成などの諸条件
により適宜選ばれる条件により行う。

【００５５】安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、圧力自体は多少上昇しても十分安定な特
性を維持することが出来る。

【００５６】このような真空雰囲気を採用することによ
り、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制でき、
結果として素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが安定する。

【００５７】以上が、本発明における電子源基板の製造
工程であるが、該電子源基板を用いて画像形成装置を構
成した例を、図７と図８を用いて以下に説明する。図７
は、画像形成装置の基本構成図であり、図８は蛍光膜で
ある。

【００５８】図７において、６１は電子放出素子を複数
配した電子源基板、６２は電子源基板６１を固定したリ
アプレート、６７はガラス基板６４の内面に蛍光膜６５
とメタルバック６６等が形成されたフェースプレートで
ある。６３は、支持枠であり、リアプレート６２、支持
枠６３及びフェースプレート６７をフリットガラスを塗
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６９を構
成する。

【００５９】外囲器６９は、上述の如く、フェースープ
レート６７、支持枠６３、リアプレート６２で構成した
が、リアプレート６２は主に基板６１の強度を補強する
目的で設けられるため、基板５１自体で十分な強度を持
つ場合は別体のリアプレート６２は不要であり、基板６
１に直接支持枠６３を封着し、フェースプレート６７、
支持枠６３、基板６１で外囲器６９を構成しても良い。

【００６０】一方、フェースープレート６７、リアプレ
ート６２間に、スペーサーとよばれる不図示の支持体を
設置することにより、大気圧に対して十分な強度をもつ
外囲器６９を構成することもできる。

【００６１】図８は、蛍光膜である。蛍光膜６５は、モ
ノクロームの場合は蛍光体のみから成るが、カラーの蛍
光膜の場合は、蛍光体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導電材
７１と蛍光体７２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３原色蛍光体の、各蛍光体７２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６５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にある。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、導電性があり、光の透過及び反射が
少ない材料であればこれに限るものではない。

【００６２】ガラス基板６４に蛍光体を塗布する方法
は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法、印刷法等
が用いられる。

【００６３】また、蛍光膜６５の内面側には通常メタル
バック６６が設けられる。メタルバックの目的は、蛍光
体の発光のうち内面側への光をフェースプレート６７側
へ鏡面反射させ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
ージからの蛍光体の保護等である。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）を行い、その後Ａｌを真空蒸着
等を用いて堆積させることで作製できる。

【００６４】フェースプレート６７には、更に蛍光膜６
５の導電性を高めるため、蛍光膜６５の外面側に透明電
極（不図示）を設けてもよい。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
くてはいけないため、十分な位置合わせを行なう必要が
ある。

【００６５】外囲器６９は、不図示の排気管を通じ、１
×１０^-7Ｔｏｒｒ程度の真空度にした後、封止がおこな
われる。また、外囲器６９の封止後の真空度を維持する
ために、ゲッター処理を行なう場合もある。これは、外
囲器６９の封止を行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、外囲器６９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、該蒸着膜の吸着作用により、たとえば１
×１０^-5ないしは１×１０^-7Ｔｏｒｒの真空度を維持す
るものである。

【００６６】以上により完成した本発明の画像表示装置
において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄｏｘ１な
いしＤｏｘｍ、Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎ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６８を通
じ、メタルバック６６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
６５に衝突させ、励起・発光させることで画像を表示す
るものである。

【００６７】なお、以上述べた構成は、表示等に用いら
れる好適な画像形成装置を作製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、画像装置の用途に適するよう
適宜選択する。

【００６８】

【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳し
く説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の目的が達成される範囲内での各要素
の置換や設計変更がなされたものをも包含する。

【００６９】［実施例１］本実施例にかかわる基本的な
電子源基板の構成は、図１、図２、図３と同様である。
本実施例における電子源基板の製造法は、図４および図
５に示している。以下、図１、図２、図４、図５を用い
て、本発明に関わる画像形成装置の基本的な構成及び製
造法を説明する。

【００７０】図４および図５は簡便のため、一個の電子
放出素子近傍の製造工程を拡大して示しているが、本実
施例は、多数の電子放出素子を単純マトリクス配置した
電子源基板の例である。

【００７１】（工程−ａ）清浄化した青板ガラス基体１
上に、表面コート層９として厚さ１．０μｍのホウケイ
酸ガラス膜を形成して、基板を形成する。ホウケイ酸ガ
ラス膜は、有機金属分解形成用の塗布型有機金属材料を
用い、所望の金属を含有する有機金属材料を混合し、ス
ピンコート法を用いて該ガラス基板上に展開し、焼成す
ることによって形成した。このとき、ホウケイ酸ガラス
膜は、軟化点が約８４５℃になるように組成を調整し
た。

【００７２】更に、該基板上に、レジスト材を塗布、ベ
ークした後、所望の開口を有するレジストパターンを形
成する。

【００７３】（工程−ｂ）次に、基板１上に、スパッタ
法により厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５０ｎｍのＰｔを順次
堆積する。その後、素子電極２、３のパターンをフォト
レジストで形成し、ドライエッチング処理によって素子
電極２、３のパターン以外のＰｔ／Ｔｉ堆積層を除去
し、最後にフォトレジストパターンを除去して、素子電
極２、３を形成する。

【００７４】（工程−ｃ）表面コート層９、素子電極
２、３を形成した基体１上に、スクリーン印刷により、
配線６のパターンをＡｇペーストを用いて形成し、乾燥
後、５００℃で焼成し、Ａｇからなる所望の形状の配線
６を形成する。

【００７５】（工程−ｄ）次に層間絶縁層８のパターン
を、スクリーン印刷により、ガラスペーストを用いて形
成し、乾燥後、５００℃で焼成する。十分な絶縁性を得
るために、再度、ガラスペーストを印刷、乾燥、焼成を
繰り返して、ガラスからなる所望の形状の層間絶縁層８
を形成する。

【００７６】（工程−ｅ）層間絶縁層８を形成した部位
において下配線６と交差するように、上配線７のパター
ンを、スクリーン印刷により、Ａｇペーストを用いて形
成し、乾燥後、５００℃で焼成し、Ａｇからなる所望の
形状の上配線７を形成する。以上の工程により、素子電
極２、３が配線６、７によってマトリックス状に結線さ
れた、基板が形成できる。

【００７７】（工程−ｆ）次に、導電性薄膜４を素子電
極２、３のギャップ間にまたがるように形成する。導電
性薄膜４の形成は、有機パラジウム溶液をインクジェッ
ト法により所望の位置に塗布し、３５０℃で３０分間の
加熱焼成処理をする。こうして得られた導電性薄膜４は
ＰｄＯを主成分とする微粒子からなり、膜厚は約１０ｎ
ｍであった。以上の工程により基体１上に表面コート層
９、下配線６、層間絶縁層８、上配線７、素子電極２、
３、導電性薄膜４を形成し、電子源基板を作製した。

【００７８】以下に、本実施例の電子源基板を用いて、
画像形成装置を構成した例を、図７と図１を用いて説明
する。以上のようにして作製した電子源基板６１をリア
プレート６２上に固定した後、電子源基板６１の５ ｍ
ｍ上方に、フェースプレート６７（ガラス基板６４の内
面に蛍光膜６５とメタルバック６６が形成されて構成さ
れる）を支持枠６３を介し配置し、フェースプレート６
７、支持枠６３、リアプレート６２の接合部にフリット
ガラスを塗布し、大気中で４００℃で１０分焼成するこ
とで封着した。またリアプレート６２への電子源基板６
１の固定もフリットガラスで行った。

【００７９】蛍光膜６５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
隙部に各色蛍光体を塗布し、蛍光膜６５を作製した。ブ
ラックストライプの材料として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。ガラス基板６４に蛍
光体を塗布する方法はスラリー法を用いた。

【００８０】また、蛍光膜６５の内面側には通常メタル
バック６６が設けられる。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）を行い、その後、Ａｌを真空蒸着するこ
とで作製した。

【００８１】フェースプレート６７には、更に蛍光膜６
５の導伝性を高めるため、蛍光膜６５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伝性が得られたので省
略した。

【００８２】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いけないた
め、十分な位置合わせを行った。

【００８３】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Ｄｏｘ１ない
しＤｏｘｍとＤｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ素子電極
２、３間に電圧を印加し、導電性薄膜４をフォーミング
処理した。フォーミング処理の電圧波形は、図６の
（ｂ）と同様である。

【００８４】本実施例ではＴ１を１ｍｓｅｃ、Ｔ２を１
０ｍｓｅｃとし、約１×１０^-5Ｔｏｒｒの真空雰囲気下
で行った。

【００８５】次に、パネル内の圧力が１０^-8Ｔｏｒｒ台
の達するまで排気を続けた後、パネルの排気管より、全
圧が１×１０^-6Ｔｏｒｒとなるように有機物質をパネル
内に導入し、維持した。容器外端子Ｄｏｘ１ないしＤｏ
ｘｍとＤｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ素子電極２、３間
に、１５Ｖの波高値のパルス電圧を印加し、活性化処理
を行った。このように、フォーミング、活性化処理を行
ない、電子放出部５を形成した。

【００８６】次に１０^-6Ｔｏｒｒ程度の圧力まで排気
し、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った。最後に封止後の圧力を維持す
るために、高周波加熱法でゲッター処理を行った。

【００８７】以上のように完成した本発明の画像表示装
置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄｏｘ１
ないしＤｏｘｍ，Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ、走査
信号及び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞ
れ、印加することにより、電子放出させ、高圧端子６８
を通じ、メタルバック６６、あるいは透明電極（不図
示）に５ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビームを加速
し、蛍光膜６５に衝突させ、励起・発光させることで画
像を表示した。

【００８８】本実施例における画像表示装置は、テレビ
ジョンとして十分満足できる輝度（約１５０ｆＬ）で良
好な画像を長時間にわたって安定に表示することができ
た。

【００８９】［実施例２］本実施例にかかわる電子源基
板の基本的な構成は、実施例１と同様である。 （工程−ａ）清浄化した青板ガラス基体１上に、表面コ
ート層９として厚さ１．０μｍのアルミノケイ酸ガラス
膜を形成して、基板を形成する。このとき、アルミノケ
イ酸ガラス膜は、有機金属分解形成用の塗布型有機金属
材料を用い、所望の金属を含有する有機金属材料を混合
し、スピンコート法を用いて該ガラス基板上に展開し、
焼成することによって形成した。このとき、アルミノケ
イ酸ガラスは、軟化点が約９１５℃になるように組成を
調整した。

【００９０】更に、該基板上に、レジスト材を塗布、ベ
ークした後、所望の開口を有するレジストパターンを形
成する。

【００９１】（工程−ｂ）次に、基板１上に、スパッタ
法により厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５０ｎｍのＰｔを順次
堆積する。その後、素子電極２、３のパターンをフォト
レジストで形成し、ドライエッチング処理によって素子
電極２、３のパターン以外のＰｔ／Ｔｉ堆積層を除去
し、最後にフォトレジストパターンを除去して、素子電
極２、３を形成する。

【００９２】（工程−ｃ）表面コート層９、素子電極
２、３を形成した基体１上に、スクリーン印刷により、
配線６のパターンをＡｇペーストを用いて形成し、乾燥
後、５００℃で焼成し、Ａｇからなる所望の形状の配線
６を形成する。

【００９３】（工程−ｄ）次に層間絶縁層８のパターン
を、スクリーン印刷により、ガラスペーストを用いて形
成し、乾燥後、５００℃で焼成する。十分な絶縁性を得
るために、再度、ガラスペーストを印刷、乾燥、焼成を
繰り返して、ガラスからなる所望の形状の層間絶縁層８
を形成する。

【００９４】（工程−ｅ）層間絶縁層８を形成した部位
において下配線６と交差するように、上配線７のパター
ンを、スクリーン印刷により、Ａｇペーストを用いて形
成し、乾燥後、５００℃で焼成し、Ａｇからなる所望の
形状の上配線７を形成する。以上の工程により、素子電
極２、３が配線６、７によってマトリックス状に結線さ
れた、基板が形成できる。

【００９５】（工程−ｆ）次に、導電性薄膜４を素子電
極２、３のギャップ間にまたがるように形成する。導電
性薄膜４の形成は、有機パラジウム溶液をインクジェッ
ト法により所望の位置に塗布し、３５０℃で３０分間の
加熱焼成処理をする。こうして得られた導電性薄膜４は
ＰｄＯを主成分とする微粒子からなり、膜厚は約１０ｎ
ｍであった。以上の工程により基体１上に表面コート層
９、下配線６、層間絶縁層８、上配線７、素子電極２、
３、導電性薄膜４を形成し、電子源基板を作製した。

【００９６】以後、実施例１と同様に、本実施例の電子
源基板を用いて画像形成装置を構成したところ、本実施
例における画像表示装置においても、テレビジョンとし
て十分満足できる輝度（約１５０ｆＬ）で良好な画像を
長時間にわたって安定に表示することができた。

【００９７】［比較例］本比較例では、表面コート層の
材料が異なる以外は、実施例２と同様の工程を行なった
ものである。 （工程−ａ〜ｅ）清浄化した青板ガラス基体１（軟化
点、約７００℃）上に、表面コート層９として厚さ１．
０μｍのホウケイ酸ガラス（軟化点約７００℃）膜を形
成した基板をもちいて、実施例２と同様の工程を行な
い、該基板上に下配線６、層間絶縁層８、上配線７、素
子電極２、３、導電性薄膜４を形成し、電子源基板を作
製した。

【００９８】ここで、基体１の青板ガラスは軟化点が約
７００℃になるように組成が調整されたものを用いた。
また、表面コート層９のホウケイ酸ガラスは、有機金属
分解形成用の塗布型有機金属材料を用い、所望の金属を
含有する有機金属材料を混合し、スピンコート法を用い
て該ガラス基板上に展開し、焼成することによって形成
した。このとき、ホウケイ酸ガラスは、軟化点が約７０
０℃になるように組成を調整した。

【００９９】さらに、実施例１〜２と同様に、封着を行
った後、フォーミング、活性化処理を行ない、電子放出
部５を形成した。

【０１００】以後、実施例１〜２と同様に、本実施例の
電子源基板を用いて画像形成装置を構成したところ、本
比較例における画像表示装置においては、画像を長時間
表示すると、次第に輝度が低下し、十分な電子源特性が
得られなくなった。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、電
子放出特性を向上するために、表面コート層として軟化
点が７５０℃以上のガラスを用いたことで、良好な画像
を長時間にわたり保持し得る大画面の平面型の画像形成
装置、例えば、カラーフラットテレビが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の電子源基板の１例を示す平面図であ
る。

【図２】 本発明の電子源基板の電子放出素子近傍の鳥
瞰図である。

【図３】 本発明の電子源基板の電子放出素子近傍の断
面図である。

【図４】 本発明に係る電子源基板の基本的な製造方法
を説明するための図である。

【図５】 本発明に係る電子源基板の基本的な製造方法
を説明するための図である。

【図６】 本発明に係るフォーミング処理における電圧
波形の一例を示す図である。

【図７】 本発明に係る画像形成装置の基本構成を示す
図である。

【図８】 図７の画像形成装置に用いられる蛍光膜を示
す図である。

【図９】 従来の電子源基板の構成を示す平面図であ
る。

【図１０】 従来の電子源基板の構成を示す鳥瞰図であ
る。

【符号の説明】

１：基体、２、３：素子電極、４：導電性薄膜、５：電
子放出部、６、７：配線、８：層間絶縁層、９：表面コ
ート層、６１：電子源基板、６２：リアプレート、６
３：外枠、６４：リアプレート基板、６５：蛍光膜、６
６：メタルバック、６７：フェースプレート、６８：高
圧端子、６９：真空外囲器、７１：黒色導電体、７２：
蛍光体、８１：電子放出素子、９１：基板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 雅章 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 宮崎 和也 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 Ｆターム(参考） 5C031 DD09 DD17 DD20 5C036 EE01 EE12 EF01 EF06 EF09 EG12 EH06 EH26

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体と、該基体上に表面コート層を介し
   て多数配置された、一対の素子電極と電子放出部を有す
   る導電性薄膜とを備える電子放出素子を有する電子源基
   板であって、該表面コート層は軟化点が７５０℃以上の
   ガラスであることを特徴とする電子源基板。
2. 【請求項２】 上記電子放出素子は、表面伝導型電子放
   出素子であることを特徴とする請求項１に記載の電子源
   基板。
3. 【請求項３】 上記電子放出素子が複数個配置され、入
   力信号に応じて電子を放出することを特徴とする請求項
   １または２のいずれかに記載の電子源基板。
4. 【請求項４】 上記電子放出素子を複数個並列に配置
   し、個々の素子の両端を金属配線に接続した電子放出素
   子の行を複数もち、更に、変調手段を有することを特徴
   とする請求項３に記載の電子源基板。
5. 【請求項５】 互いに電気的に絶縁されたｍ本のＸ方向
   金属配線とｎ本のＹ方向金属配線とに、上記電子放出素
   子の一対の素子電極とを接続し、電子放出素子をマトリ
   ックス状に配列したことを特徴とする請求項４に記載の
   電子源基板。
6. 【請求項６】 入力信号にもとづいて、画像を形成する
   装置であって、少なくとも、画像形成部材と請求項１か
   ら５のいずれかに記載の電子源基板より構成されたこと
   を特徴とする画像形成装置。