JPH0917359A

JPH0917359A - 電子源、表示パネルおよび画像形成装置ならびにそれらの製造方法

Info

Publication number: JPH0917359A
Application number: JP16371295A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Suzuki; 義勇鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 1997-01-17
Anticipated expiration: 2018-04-14
Also published as: JP3397520B2

Abstract

(57)【要約】【目的】印刷法で絶縁層を形成する場合でも接続点に
おける不良の発生率を低減させて、低コストで電子源、
表示パネルおよび画像形成装置を製造する方法ならび
に、そのような方法によって製造される信頼性の高い電
子源、表示パネルおよび画像形成装置を提供する。【構成】帯状の層間絶縁層を介して下配線および上配
線が基板上に行列状に形成され、該上下配線の交差部の
基板上に素子電極対を有してなる電子放出素子が配置さ
れている電子源を、前記上配線が前記帯状層間絶縁層の
上を該絶縁層に沿って形成され、該絶縁層が電子放出素
子上で基板面に平行な方向の凹部を有し、該凹部にて前
記上配線と前記電子放出素子の一方の素子電極とが接続
しているものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像形成装置、主とし
て表面伝導型電子放出素子を用いた電子源、表示パネル
および画像形成装置ならびにそれらの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、平面型表示装置を実現する表示技
術としては、単純マトリックス液晶表示装置（ＬＣ
Ｄ）、薄膜トランジスタ液晶表示装置（ＴＦＴ／ＬＣ
Ｄ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、低速電子線蛍
光表示管（ＶＦＤ）等の平面型表示装置技術がある。

【０００３】それらの表示技術の例として、電子源を用
い蛍光体を発光させる発光素子およびそれを用いた平面
型表示装置について以下に説明する。

【０００４】従来、簡単な構造で電子の放出が得られる
素子として、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。

【０００５】これは、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って、電子放出が
生じる現象を利用するものである。

【０００６】そのような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 Sol
id Films, 9, 317(1972)）、Ｉｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂薄膜に
よるもの（M. Hartwell and C.G. Fonstad, IEEE Tran
s. 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（１９８
３））などが報告されている。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、前記のハートウ
ェル（Hartwell）の素子構成を図６に示す。同図におい
て、３１は基板であり、３２は電子放出部形成用薄膜
で、スパッタで形成されたＨ型形状の金属酸化物等から
なり、フォーミング（または通電フォーミング）と呼ば
れる処理により電子放出部３３が形成される。

【０００７】ここで言うフォーミングとは、前記の電子
放出部形成用薄膜３２の両端に電圧を印加通電し、電子
放出部形成用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３３を形
成することである。なお、電子放出部３３は電子放出部
形成用薄膜の一部に亀裂が発生し、その亀裂付近から電
子放出が行なわれる場合もある。

【０００８】また、本発明者らは、ＵＳＰ５０６６８８
３において、素子電極間に電子を放出せしめる微粒子を
分散配置した新規な表面伝導型電子放出素子を開示し
た。そこに開示の方法によれば、上記の従来の表面伝導
型電子放出素子製造の場合と比較して、電子放出位置を
精密に制御でき、より精密に電子放出素子を配列するこ
とができる。そのようにして製造される表面伝導型電子
放出素子の典型的な素子構成を図７に示す。本図におい
て、４１は絶縁性基板、４２および４３は電気的接続を
得るための素子電極、４４は分散配置された微粒子電子
放出材からなる薄膜、４５は電子放出部である。

【０００９】このような表面伝導型電子放出素子におい
て、前記の１対の電極４２および４３の電極間隔は、
０．０１μｍ〜１００μｍ、薄膜４４の電子放出部のシ
ート抵抗は、１×１０³Ω／□〜１×１０⁹Ω／□が適当
である。

【００１０】以上説明してきた表面伝導型電子放出素子
を電子放出素子として用いる際には、電子ビームを飛翔
させるための真空容器内に配置する必要がある。真空容
器内の本素子のほぼ垂直上にフェースプレートを設け
て、蛍光体を配置し、電極間に電圧を印加して、電子放
出部から得られた電子線を蛍光体に照射することによっ
て蛍光体を発光させ、発光素子や平面型表示装置として
用いることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな表面伝導型電子放出素子を用いて画像形成装置を作
製する場合、次のような問題点がある。

【００１２】画素を表示するためには前記表面伝導型電
子放出素子を微細化し、二次元的に多数の素子を配列し
なければならない。多数の素子を個々に制御するために
は、多くの配線が必要であり、そのため絶縁層を介して
２系統以上の配線を積層し、個々の素子を接続する構造
などが用いられている。

【００１３】このような構造を実現するための製造方法
として、従来は、半導体集積回路の作製で多く用いられ
ている薄膜形成とフォトリソグラフ法が用いられてい
た。フォトリソグラフ法は、正確な微細加工が可能であ
るため、絶縁層の上部に設けられた電極配線と素子との
接続は、絶縁層に設けられた微細なコンタクトホールに
よってなされることが多い。

【００１４】しかしながら、フォトリソグラフ法はコス
トが高く、画像形成装置のように面積が大きくなった場
合は、さらに製造コストが高くなり、商品化する上で不
利である。

【００１５】そのため、印刷法等によって低コストの手
法によって製造することが求められているが、その場
合、微細加工の点でフォトリソグラフ法に比べて絶縁層
にコンタクトホールを形成する工程が難かしく、コンタ
クトホールにおける製品歩留りを高めるため多大な努力
が必要であった。

【００１６】従って、本発明は、印刷法で絶縁層を形成
する場合でも接続点における不良の発生率を低減させ
て、低コストで電子源、表示パネルおよび画像形成装置
を製造する方法ならびに、そのような方法によって製造
される信頼性の高い電子源、表示パネルおよび画像形成
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】本発明は、帯状の層間絶
縁層を介して下配線および上配線が基板上に行列状に形
成され、該上下配線の交差部の基板上に素子電極対を有
してなる電子放出素子が配置されている電子源におい
て、前記上配線が前記帯状層間絶縁層の上を該絶縁層に
沿って形成され、該絶縁層が電子放出素子上で基板面に
平行な方向の凹部を有し、該凹部にて前記上配線と前記
電子放出素子の一方の素子電極とが接続していることを
特徴とする電子源、該電子源とと該基板に対向して蛍光
体が配置された基板とが外囲器を介して重なり、これら
両基板と該外囲器によって形成される内部空間が真空排
気されている表示パネル、ならびに該表示パネルに少な
くとも駆動回路が接続されてなる画像形成装置を提供す
る。

【００１８】さらに本発明は、１）基板上に素子電極対を有してなる電子放出素子を形
成する工程、２）前記素子電極対の一方の電極に接続する下配線を基
板上に形成する工程、ならびに３）該下配線の上に帯状の層間絶縁層を介して該下配線
と行列状形状を成すように、前記素子電極対の他方の電
極に接続する上配線を形成する工程を有してなる電子源の製造方法において、前記帯状層間
絶縁層を、電子放出素子上で基板面に平行な方向の凹部
を有する形状として前記上配線と同方向に形成し、該凹
部にて前記上配線と前記電子放出素子の一方の素子電極
とを接続させることを特徴とする電子源の製造方法、該
電子源と該基板に対向して蛍光体が配置された基板とを
外囲器を介して重ね、これら両基板と該外囲器によって
形成される内部空間を真空排気する表示パネルの製造方
法、ならびに該表示パネルに少なくとも駆動回路を接続
する画像形成装置の製造方法を提供する。

【００１９】

【作用】図１に、本発明の方法で製造される表面伝導型
電子放出素子を用いた電子源の１実施態様の模式的平面
図を示す。本図において、１は絶縁体から成る基板、２
および３は電気的接続を得るための素子電極、４は微粒
子電子放出材からなる薄膜である。

【００２０】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μｍ〜数百μｍ、膜
厚は数百Å〜数千Å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Å〜数千Åの範囲が好ましく、その範囲
内で適宜設定することができる。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μｍ〜数十μｍの範囲であ
る。６は絶縁体であり、帯状に形成されており、素子電
極２との交差部に凹部７が設けられその部分で素子電極
２が露出している。８は上配線電極であり、凹部７の位
置で素子電極２とつながっている。９は薄膜４中に形成
された電子放出部となる極微小な亀裂である。

【００２１】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
設けられ電子源が形成されている。

【００２２】図２に、このようにな構成の電子源を用い
た表示パネルの断面図を示す。図１の電子源を真空容器
内に配置し、その電子源の垂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を積層した構成となっている。
ここで、素子電極２・３間に電圧を印加すると、その素
子電極間の薄膜４に形成された亀裂状構造が電子放出部
９となり、メタルバック２３を＋側電極として、蛍光体
に電子が照射されることによって、蛍光体の発光が起こ
り、発光素子や平面型表示装置とすることができる。

【００２３】また、図１に示した上下配線電極５および
８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
に照射して、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。

【００２４】以下、本発明の電子源の製造方法につい
て、図３（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。

【００２５】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
ォトリソグラフ法によって微細加工し、素子電極２およ
び３を形成する（図３（ａ））。

【００２６】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３の一部
と接触するように配置する（図３（ｂ））。

【００２７】その上に、絶縁性ペーストを印刷，焼成
し、凹部７を有する帯状のパターンを形成し、絶縁体６
を形成する。この凹部７は素子電極２の位置に配置する
（図３（ｃ））。

【００２８】更に、前記帯状の絶縁体７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８を形成
する。この上配線電極８は、前記凹部７において素子電
極２と導通している（図３（ｄ））。

【００２９】この上に微粒子電子放出材からなる薄膜を
全面に形成し、その後フォトリソグラフ法によりパター
ニングを行って薄膜４を形成して、フォーミングによっ
て亀裂９を形成する（図３（ｅ））。

【００３０】ここで、基板１としては、石英ガラス、Ｎ
ａ等の不純物含有量の少ないガラス、青板ガラス、Ｓｉ
Ｏ₂を表面に積層したガラス基板、ならびにアルミナ等
のセラミックス基板などが用いられる。

【００３１】対向する素子電極２および３、下配線電極
５、上配線電極８の材料としては、導電性を有するもの
であれば、どのようなものも使用可能であり、例えば、
Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃ
ｕ、Ｐｄ等の金属あるいはそれらの合金、あるいはこれ
らの金属の合金、もしくはＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ
Ｏ₂、Ｐｄ−Ａｇ等の金属あるいは酸化物とガラス等か
ら構成される印刷導体、Ｉｎ ₂０₃−ＳｎＯ₂等の透明導
電体等、ならびにポリシリコンなどの半導体等から適宜
選択される。

【００３２】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。

【００３３】また、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、Ｓｂ₂
Ｏ₃等の酸化物；ＨｆＢ₂、ＺｒＢ₂、ＬａＢ₆、Ｃｅ
Ｂ₆、ＹＢ₄、ＧｄＢ₄等の硼化物；ＴｉＣ、ＺｒＣ、Ｈ
ｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物；ＴｉＮ、Ｚｒ
Ｎ、ＨｆＮ等の窒化物；Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体；カーボ
ン等が挙げられる。

【００３４】なお、ここで言う微粒子膜とは、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
している。

【００３５】電子放出部９はフォーミング処理により導
電性薄膜４の一部に形成された高抵抗の亀裂である。亀
裂内には数Å〜数百Å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導電性薄膜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
９およびその近傍の導電性薄膜４は炭素あるいは炭素化
合物を有することもある。

【００３６】通電フォーミングは、素子電極２・３間に
不図示の電源から通電を行い、導電性薄膜４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
部位が電子放出部９である。通電フォーミングの電圧波
形の例を図８に示す。

【００３７】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、
パルス波高値が一定電圧とした場合（図８（ａ））につ
いて説明する。

【００３８】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〜数十分間印加する。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。

【００３９】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。

【００４０】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、導電性薄膜を局所的に破壊・
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。

【００４１】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。

【００４２】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あ
るいは炭素化合物を導電性薄膜上に堆積させ素子電流Ｉ
f、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。

【００４３】なお、ここで炭素あるいは炭素化合物と
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５００
Å以下が好ましく、より好ましくは３００Å以下であ
る。

【００４４】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。

【００４５】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、新たに炭素あるいは炭素化合物が導電性薄膜上にほ
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。

【００４６】次に、本発明の表示パネルおよび画像形成
装置について説明する。

【００４７】表示パネルに用いられる電子源は複数の表
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。

【００４８】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はしご型配置（以下、はしご
型配置電子源基板と称する）や、表面伝導型電子放出素
子の一対の素子電極のそれぞれ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
置電子源基板と称する）が挙げられる。なお、はしご型
配置電子源基板を有する画像形成装置には、電子放出素
子からの電子の飛翔を制御する電極である制御電極（グ
リッド電極）を必要とする。

【００４９】以下、この原理に基づいて作製した電子源
の構成について、図９を用いて説明する。図中、５１は
電子源基板、５２はＸ方向配線、５３はＹ方向配線、５
４は表面伝導型電子放出素子、５５は結線である。

【００５０】同図において、電子源基板５１に用いる基
板は前述したガラス基板等であり、用途に応じて形状が
適宜設定される。

【００５１】ｍ本のＸ方向配線５２は、Ｄx１、Ｄx２、
・・・Ｄxｍからなり、Ｙ方向配線５３はＤy１、Ｄy
２、・・・Ｄyｎのｎ本の配線よりなる。

【００５２】また多数の表面伝導型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、配線幅は
適宜設定される。

【００５３】これらｍ本のＸ方向配線５２とｎ本のＹ方
向配線５３の間は不図示の層間絶縁層により電気的に分
離されてマトリクス配線を形成する（ｍ、ｎはともに正
の整数）。

【００５４】不図示の層間絶縁層は、Ｘ方向配線５２を
形成した電子源基板５１の全面あるいは一部の所望の領
域に形成される。Ｘ方向配線５２とＹ方向配線５３はそ
れぞれ外部端子として引き出される。

【００５５】さらに表面伝導型電子放出素子５４の素子
電極（不図示）がｍ本のＸ方向配線５２とｎ本のＹ方向
配線５３と結線５５によって電気的に接続されている。

【００５６】また表面伝導型電子放出素子は基板あるい
は不図示の層間絶縁層上のどちらに形成してもよい。

【００５７】また詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配線
５２にはＸ方向に配列する表面伝導型電子放出素子５４
の行を入力信号に応じて走査するための走査信号を印加
するための不図示の走査信号発生手段と電気的に接続さ
れている。

【００５８】一方、Ｙ方向配線５３には、Ｙ方向に配列
する表面伝導型電子放出素子５４の列の各列を入力信号
に応じて変調するための変調信号を印加するための不図
示の変調信号発生手段と電気的に接続されている。

【００５９】さらに、表面伝導型電子放出素子の各素子
に印加される駆動電圧はその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るものである。

【００６０】上記構成において、単純なマトリクス配線
だけで個別の素子を選択して独立に駆動可能になる。

【００６１】次に、以上のようにして作製した単純マト
リクス配線の電子源を用いた画像形成装置について、図
１０、図１１および図１２を用いて説明する。図１０は
画像形成装置の基本構成を示す図であり、図１１は蛍光
膜、図１２はＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を
するための駆動回路のブロック図であり、その駆動回路
を含む画像形成装置を表す。

【００６２】図１０において、５１は電子放出素子を基
板上に作製した電子源基板、６１は電子源基板５１を固
定したリアプレート、６６はガラス基板６３の内面に蛍
光膜６４とメタルバック６５等が形成されたフェースプ
レート、６２は支持枠であり、これらの部材によって外
囲器６８が構成される。

【００６３】５４は電子放出素子であり、前述の電子放
出部に相当する。５２および５３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Ｘ方向配線およびＹ
方向配線である。

【００６４】外囲器６８は、上述のごとくフェースプレ
ート６６、支持枠６２、リアプレート６１で構成されて
いるが、リアプレート６１は主に電子源基板５１の強度
を補強する目的で設けられるため、電子源基板５１自体
で十分な強度を持つ場合は、別体のリアプレート６１は
不要であり、電子源基板５１に直接支持枠６２を接合
し、フェースプレート６６、支持枠６２および電子源基
板５１にて外囲器６８を構成してもよい。またさらに、
フェースプレート６６とリアプレート６１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６８とすること
もできる。

【００６５】図１１中、７２は蛍光体である。蛍光体７
２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、必要となる三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６４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、通常良く使用される黒鉛を主成分とす
る材料だけでなく、導電性があり、光の透過および反射
が少ない材料であれば使用可能である。

【００６６】ガラス基板７３に蛍光体を塗布する方法と
しては、モノクロームであるかカラーであるかによら
ず、沈殿法や印刷法が用いられる。

【００６７】また、蛍光膜６４（図１０）の内面側には
通常メタルバック６５（図１０）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６６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
電極として作用すること、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を真空蒸着等で堆積することで作製できる。

【００６８】フェースプレート６６にはさらに、蛍光膜
６４の導電性を高めるため、蛍光膜６４の外面側に透明
電極（不図示）を設けてもよい。

【００６９】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向させなくてはならず、十
分な位置合わせを行う必要がある。

【００７０】外囲器６８は不図示の排気管を通じ１０^-7
Ｔｏｒｒ程度の真空度にされ、封止が行われる。また、
外囲器６８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６８の封止を行
う直前あるいは封止後の所定の位置（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^-5Ｔｏｒｒ〜１×１０^-7
Ｔｏｒｒ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通電フォーミング以降の工程は適宜
設定される。

【００７１】次に、単純マトリクス配置型基板を有する
電子源を用いて構成した画像形成装置について、ＮＴＳ
Ｃ方式のテレビ信号に基づきテレビジョン表示を行うた
めの駆動回路概略構成を図１２のブロック図を用いて説
明する。８１は前記表示パネルであり、また８２は走査
回路、８３は制御回路、８４はシフトレジスタ、８５は
ラインメモリ、８６は同期信号分離回路、８７は変調信
号発生器、ＶxおよびＶaは直流電圧源である。

【００７２】以下、各部の機能を説明する。

【００７３】まず表示パネル８１は端子Ｄox１〜Ｄox
ｍ、端子Ｄoy１〜Ｄoyｎおよび高圧端子Ｈvを介して外
部の電気回路と接続している。このうち、端子Ｄox１〜
Ｄoxｍには、前記表示パネル内に設けられている電子
源、すなわちｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線された
表面伝導型電子放出素子群を一行（ｎ個の素子）ずつ順
次駆動していくための走査信号が印加される。

【００７４】一方、端子Ｄy１〜Ｄyｎには前記走査信号
により選択された一行の表面伝導型電子放出素子の各素
子の出力電子ビームを制御するための変調信号が印加さ
れる。また、高圧端子Ｈvには直流電圧源Ｖaより、例え
ば１０ｋＶの直流電圧が供給されるが、これは表面伝導
型電子放出素子より出力される電子ビームに蛍光体を励
起するのに十分なエネルギーを付与するための加速電圧
である。

【００７５】次に、走査回路８２について説明する。同
回路は内部にｍ個のスイッチング素子を備えるもので
（図中、Ｓ1〜Ｓmで示されている）、各スイッチング素
子は直流電圧源Ｖxの出力電圧もしくは０（Ｖ）（グラ
ンドレベル）のいずれか一方を選択し、表示パネル８１
の端子Ｄx１ないしＤxｍと電気的に接続するものであ
る。Ｓ1〜Ｓmの各スイッチング素子は制御回路８３が出
力する制御信号Ｔscanに基づいて動作するものである
が、実際には例えばＦＥＴのようなスイッチング素子を
組み合せることにより構成することが可能である。

【００７６】なお、前記直流電圧源Ｖxは前記表面伝導
型電子放出素子の特性（電子放出閾値電圧）に基づき走
査されていない素子に印加される駆動電圧が電子放出閾
値以下となるような一定電圧を出力するよう設定されて
いる。

【００７７】また、制御回路８３は外部より入力する画
像信号に基づいて適切な表示が行われるように各部の動
作を整合させる働きを持つものである。次に説明する同
期信号分離回路８６より送られる同期信号Ｔsyncに基づ
いて各部に対してＴscan、ＴsftおよびＴmryの各制御信
号を発生する。

【００７８】同期信号分離回路８６は外部から入力され
るＮＴＳＣ方式のテレビ信号から同期信号成分と輝度信
号成分とを分離するための回路で周波数分離（フィルタ
ー）回路を用いれば構成できるものである。同期信号分
離回路８６により分離された同期信号は、良く知られる
ように、垂直同期信号と水平同期信号より成るが、ここ
では説明の便宜上、Ｔsync信号として図示した。一方、
前記テレビ信号から分離された画像の輝度信号成分を便
宜上ＤＡＴＡ信号と表すが、同信号はシフトレジスタ８
４に入力される。

【００７９】シフトレジスタ８４は時系列的にシリアル
に入力される前記ＤＡＴＡ信号を画像の１ラインごとに
シリアル／パラレル変換するためのもので、前記制御回
路８３より送られる制御信号Ｔsftに基づいて動作する
（すなわち、制御信号Ｔsftは、シフトレジスタ８４の
シフトクロックであると言い換えてもよい）。

【００８０】シリアル／パラレル変換された画像１ライ
ン分（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当するも
の）のデータは、Ｉd１〜Ｉdｎのｎ個の並列信号として
前記シフトレジスタ８４より出力される。

【００８１】ラインメモリ８５は、画像１ライン分のデ
ータを必要時間の間だけ記憶するための記憶装置であ
り、制御回路８３より送られる制御信号Ｔmryに従って
適宜Ｉd１〜Ｉdｎの内容を記憶する。記憶された内容は
Ｉd１〜Ｉdｎとして出力され、変調信号発生器８７に入
力される。

【００８２】変調信号発生器８７は、前記画像データＩ
d１〜Ｉdｎの各々に応じて表面伝導型電子放出素子の各
々を適切に駆動変調するための信号源で、その出力信号
は端子Ｄoy１〜Ｄoyｎを通じて表示パネル８１内の表面
伝導型電子放出素子に印加される。

【００８３】前述したように、本発明に関わる電子放出
素子は、放出電流Ｉeに対して以下の基本特性を有して
いる。すなわち、前述したように電子放出には明確な閾
値電圧Ｖthがあり、Ｖth以上の電圧を印加された時のみ
電子放出が生じる。

【００８４】また、電子放出閾値以上の電圧に対しては
素子への印加電圧の変化に応じて放出電流も変化してい
く。なお、電子放出素子の材料や構成、製造方法を変え
ることによって、電子放出閾値電圧Ｖthの値や印加電圧
に対する放出電流の変化の度合が変わる場合もあるが、
いずれにしても以下のようなことが言える。

【００８５】すなわち、本素子パルス状電圧を印加する
場合、例えば電子放出閾値以下の電圧を印加しても電子
放出は生じないが、電子放出閾値以上の電圧を印加する
場合には電子ビームが出力される。その際、第一にはパ
ルスの波高値Ｖmを変化させることにより、出力電子ビ
ームの強度を制御することが可能である。第二には、パ
ルスの幅Ｐwを変化させることにより出力される電子ビ
ームの電荷の総量を制御することが可能である。

【００８６】従って、入力信号に応じて電子放出素子を
変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調方
式等が挙げられ、電圧変調方式を実施するには変調信号
発生器８７としては一定の長さの電圧パルスを発生する
が入力されるデータに応じて適宜パルスの波高値を変調
するような電圧変調方式の回路を用いる。

【００８７】またパルス幅変調方式を実施するには、変
調信号発生器８７としては、一定波高値の電圧パルスを
発生するが入力されるデータに応じて適宜電圧パルスの
幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いるも
のである。

【００８８】以上に説明した一連の動作により、本発明
の画像表示装置は表示パネル８１を用いてテレビジョン
の表示を行える。なお、上記説明中特に記載してなかっ
たが、シフトレジスタ８４やラインメモリ８５はデジタ
ル信号式のものでもアナログ信号式のものでもいずれで
も差し支えなく、要は画像信号のシリアル／パラレル変
換や記録が所定の速度で行われればよい。

【００８９】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路８６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化す
る必要があるが、これは８６の出力部にＡ／Ｄ変換器を
備えれば可能である。また、これと関連してラインメモ
リ８５の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かによ
り、変調信号発生器８７に用いられる回路が若干異なっ
たものとなる。

【００９０】まず、デジタル信号の場合について述べ
る。電圧変調方式においては変調信号発生器８７には、
例えば良く知られるＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じ
て増幅回路などを付け加えればよい。

【００９１】また、パルス幅変調方式の場合、変調信号
発生器８７は、例えば高速の発振器および発振器の出力
する波数を計数する計数器（カウンタ）および計数器の
出力値と前記メモリの出力値を比較する比較器（コンパ
レータ）を組み合せた回路を用いることにより構成でき
る。必要に応じて比較器の出力するパルス幅変調された
変調信号を表面伝導型電子放出素子の駆動電圧にまで電
圧増幅するための増幅器を付け加えてもよい。

【００９２】次に、アナログ信号の場合について述べ
る。電圧変調方式においては、変調信号発生器８７に
は、例えば良く知られるオペアンプなどを用いた増幅回
路を用いればよく、必要に応じてレベルシフト回路など
を付け加えてもよい。またパルス幅変調方式の場合に
は、例えば良く知られた電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）
を用いればよく、必要に応じて表面伝導型電子放出素子
の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付け加え
てもよい。

【００９３】以上のように完成した画像表示装置におい
て、こうして各電子放出素子には、容器外端子Ｄox１〜
ＤoxｍおよびＤoy１〜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Ｈvを通じ、メタル
バック８５、あるいは透明電極（不図示）に高圧を印加
し、電子ビームを加速し、蛍光膜６４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。

【００９４】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、詳細な部分は上述の内容に
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。また、入力信号例として、ＮＴＳＣ方
式を挙げたが、これに限定するものではなく、ＰＡＬ、
ＳＥＣＡＭ方式などの諸方式でもよく、また、これより
も多数の走査線から成るＴＶ信号（例えばＭＵＳＥ方式
をはじめとする高品位ＴＶ）方式でもよい。

【００９５】次に、前述のはしご型配置電子源基板およ
びそれを用いた画像表示装置について図１３および図１
４を用いて説明する。

【００９６】図１３において、９０は電子源基板、９１
は電子放出素子、９２のＤx１〜Ｄx１０は前記電子放出
素子に接続する共通配線である。電子放出素子９１は、
基板９０上に、Ｘ方向に並列に複数個配置される（これ
を素子行と呼ぶ）。この素子行を複数個基板上に配置
し、はしご型電子源基板となる。各素子行の共通配線間
に適宜駆動電圧を印加することで、各素子行を独立に駆
動することが可能になる。すなわち、電子ビームを放出
させる素子行には、電子放出閾値以上の電圧の電子ビー
ムを、放出させない素子行には電子放出閾値以下の電圧
を印加すればよい。また、各素子行間の共通配線Ｄx２
〜Ｄx９を、例えばＤx２、Ｄx３を同一配線とするよう
にしてもよい。

【００９７】図１４は、はしご型配置の電子源を備えた
画像形成装置の構造を示す図である。１００はグリッド
電極、１０１は電子が通過するための空孔、１０２はＤ
ox１、Ｄox２・・・Ｄoxよりなる容器外端子、１０３は
グリッド電極１００と接続されたＧ１、Ｇ２・・・Ｇｎ
からなる容器外端子、１０４は前述のように各素子行間
の共通配線を同一配線とした電子源基板である。なお、
図１０、図１３と同一の符号は同一の部材を示す。前述
の単純マトリクス配置の画像形成装置（図１０）との違
いは、電子源基板９０とフェースプレート６６の間にグ
リッド電極１００を備えていることである。

【００９８】グリッド電極１００は、表面伝導型電子放
出素子から放出された電子ビームを変調することができ
るもので、はしご型配置の素子行と直交して設けられた
ストライプ状の電極に電子ビームを通過させるため、各
素子に対応して１個ずつ円形の開口１０１が設けられて
いる。グリッドの形状や設置位置は必ずしも図１４のよ
うなものでなくともよく、開口としてメッシュ状に多数
の通過口を設けることもあり、また例えば表面伝導型電
子放出素子の周囲や近傍に設けてもよい。

【００９９】容器外端子１０２およびグリッド容器外端
子１０３は、不図示の制御回路と電気的に接続されてい
る。

【０１００】本画像形成装置では、素子行を１列ずつ順
次駆動（走査）していくのと同期してグリッド電極列に
画像１ライン分の変調信号を同時に印加することによ
り、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像を１
ラインずつ表示することができる。

【０１０１】また、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。さらには感光性ドラム等で構成された光プリンタ
ーとしての画像形成装置として用いることもできる。

【０１０２】

【実施例】

（実施例１）図１および２を用いて、本発明の方法によ
る、表面伝導型電子放出素子とマトリックス配線を用い
た電子源製造の１例を示す。

【０１０３】図１において、１は青板ガラスから成る基
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および３を形成
した。材質は厚み５０ÅのＴｉを下引きとした厚み１０
００ÅのＮｉ薄膜から成っており、中央部で電極間隔２
０μｍ、電極幅３００μｍである。下配線電極５はＡｇ
ペーストインキの印刷焼成で得られた厚み約７μｍの印
刷配線であり、素子電極３と接続される。

【０１０４】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、下層印刷配線に対して直交
した帯状の絶縁層であり、素子電極２との交差部で凹部
７が設けられている。

【０１０５】８は上配線電極であり、絶縁層６上に形成
してあり、凹部７によって素子電極２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。

【０１０６】４は有機金属溶液の塗布焼成で得られた厚
み約２００ÅのＰｄ微粒子から成る薄膜であり、全面に
塗布成膜した後フォトリソグラフ法によりパターニング
を行い、図１に示すように素子電極２・３上の位置に形
成した。

【０１０７】また２１は青板ガラスから成るガラス基板
で、基板１と５ｍｍ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および３から成る電極間隔部に
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、塗布乾燥した後フ
ォトリソグラフ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３００ÅのＡｌ薄膜を成膜し、
これを焼成してフィルム層を焼失す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。

【０１０８】以上を真空外囲器の中に配置した後、上下
配線電極８・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。

【０１０９】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１
４Ｖ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
像を表示できた。

【０１１０】本実施例の電子源を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の各
色を塗り分けした蛍光体２２を配置した。

【０１１１】３５０個×３５０個の素子を有する電子源
を１０枚作製した結果、上配線電極と素子電極との未接
続による素子不良は生じなかった。

【０１１２】（実施例２）図４に、本発明の製造方法に
よって製造される電子源の別の１例を示した。

【０１１３】本図に示した電子源は、素子電極３を実施
例１のものより長いパターンとし、これにより帯状の絶
縁層６を挟んで反対側の凹部７の位置で上配線８と接続
する構造としたものである。

【０１１４】このような構成は、実施例１の方法での素
子電極２および３のフォトリソグラフ法によるパターニ
ングの際のフォトマスクを変え、絶縁層６の印刷時に用
いるスクリーン版のパターンを変更するだけで作製する
ことができる。

【０１１５】このような構成とすることにより凹部７の
幅を広げることができ、絶縁層６の印刷時の位置ずれの
許容差を大きくすることができる。

【０１１６】即ち実施例１のような構成で凹部７の幅を
広げた場合、絶縁層印刷時の位置ずれ量が大きいと素子
電極２のみならず素子電極３と上配線８が接触する可能
性を生ずる。しかるに、図４に示した構成のように、絶
縁層６を介して反対側の凹部７で接続させることによ
り、素子電極２と上配線８との接触の可能性を小さくす
ることができる。

【０１１７】（実施例３）図５に、本発明の方法を用い
て製造される電子源の第３の例の主要部である素子電極
２・３のパターンを示す。

【０１１８】すなわち、本例の電子源は、実施例２にお
ける凹部７の幅を広げた絶縁層の構成を用い、かつ図５
に示すように素子電極３の接続部分を広げた構造とした
ものである。このことにより素子電極３と上配線８の接
続部における電気抵抗を下げることが可能となり、電子
放出素子の電気特性を向上させることができる。

【０１１９】

【発明の効果】以上説明したように、表面伝導型電子放
出素子を用いた電子源、表示パネルおよび画像形成装置
の製造において、上配線を配する位置に配置される帯状
の絶縁層に凹部を設けその部分において上配線と素子電
極との接続を行うことにより、印刷法で絶縁層を形成す
る場合でも接続点における不良の発生率を低減すること
ができる。

【０１２０】これにより、コストのかかるフォトリソグ
ラフ法による加工に代わり、より低コストな印刷法を用
いることができ、大きなコスト低減が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法で製造される電子源の１例の一部
を示す模式的平面図である。

【図２】図１の電子源を用いて製造される表示パネルの
１例の模式的断面図である。

【図３】図１の電子源を製造する手順を示す工程図であ
る。

【図４】本発明の方法で製造される電子源の別の例の一
部を示す模式的平面図である。

【図５】実施例３の電子源における素子電極パターンを
示す模式図である。

【図６】従来の表面伝導型電子放出素子の模式的平面図
である。

【図７】本発明の方法で製造される電子源における表面
伝導型電子放出素子の構成の１例を示す模式図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図８】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】単純マトリクス配置の電子源基板の１例を示す
模式的部分平面図である。

【図１０】本発明の方法で製造される画像形成装置の１
例の概略構成図である。

【図１１】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１２】本発明の方法で製造される画像形成装置の１
例における駆動回路であって、ＮＴＳＣ方式のテレビ信
号に応じて表示を行うための駆動回路のブロック図であ
る。

【図１３】はしご配置の電子源基板の模式的部分平面図
である。

【図１４】本発明の方法で製造される画像表示装置の１
例を示す、一部を破断した概観斜視図である。

【符号の説明】

１基板２素子電極３素子電極４薄膜５下配線電極６絶縁体７凹部８上配線電極９電子放出部２１ガラス基板２２蛍光体２３メタルバック３１基板３２電子放出部形成用薄膜３３電子放出部４１絶縁性基板４２素子電極４３素子電極４４薄膜４５電子放出部５１電子源基板５２Ｘ方向配線５３Ｙ方向配線５４表面伝導型電子放出素子５５結線６１リアプレート６２支持枠６３ガラス基板６４蛍光膜６５メタルバック６６フェースプレート６７高圧端子６８外囲器７１黒色導電材７２蛍光体７３ガラス基板８１表示パネル８２走査回路８３制御回路８４シフトレジスタ８５ラインメモリ８６同期信号分離回路８７変調信号発生器９０電子源基板９１電子放出素子９２共通配線１００グリッド電極１０１空孔１０２容器外端子１０３容器外端子１０４電子源基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状の層間絶縁層を介して下配線および
上配線が基板上に行列状に形成され、該上下配線の交差
部の基板上に素子電極対を有してなる電子放出素子が配
置されている電子源において、前記上配線が前記帯状層
間絶縁層の上を該絶縁層に沿って形成され、該絶縁層が
電子放出素子上で基板面に平行な方向の凹部を有し、該
凹部にて前記上配線と前記電子放出素子の一方の素子電
極とが接続していることを特徴とする電子源。
【請求項２】電子放出素子が、電子放出部を有する導
電性薄膜を電極対間に有する表面伝導型電子放出素子で
ある請求項１記載の電子源。
【請求項３】請求項１または２記載の電子源と該基板
に対向して蛍光体が配置された基板とが外囲器を介して
重なり、これら両基板と該外囲器によって形成される内
部空間が真空排気されている表示パネル。
【請求項４】請求項３記載の表示パネルに少なくとも
駆動回路が接続されてなる画像形成装置。
【請求項５】１）基板上に素子電極対を有してなる電子
放出素子を形成する工程、２）前記素子電極対の一方の電極に接続する下配線を基
板上に形成する工程、ならびに３）該下配線の上に帯状の層間絶縁層を介して該下配線
と行列状形状を成すように、前記素子電極対の他方の電
極に接続する上配線を形成する工程を有してなる電子源の製造方法において、前記帯状層間絶縁層を、電子放出素子上で基板面に平行
な方向の凹部を有する形状として前記上配線と同方向に
形成し、該凹部にて前記上配線と前記電子放出素子の一
方の素子電極とを接続させることを特徴とする電子源の
製造方法。
【請求項６】電子放出素子を、電子放出部を有する導
電性薄膜を電極対間に有する表面伝導型電子放出素子と
する請求項５記載の電子源の製造方法。
【請求項７】前記帯状層間絶縁層を印刷法によって形
成する請求項５または６記載の電子源の製造方法。
【請求項８】請求項５ないし７のいずれか１項に記載
の電子源と該基板に対向して蛍光体が配置された基板と
を外囲器を介して重ね、これら両基板と該外囲器によっ
て形成される内部空間を真空排気する表示パネルの製造
方法。
【請求項９】請求項８記載の表示パネルに少なくとも
駆動回路を接続する画像形成装置の製造方法。