JPH0935623A

JPH0935623A - 電子放出素子を用いた画像形成装置の作製方法

Info

Publication number: JPH0935623A
Application number: JP17900095A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Fujiwara; 良治藤原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1995-07-14
Publication date: 1997-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】大面積型の画像形成装置の全領域に亘って形
成される電子放出部形成用薄膜をパターニングしレーザ
ートリミングする場合の、トリミング時間を短縮化でき
る電子放出素子を用いた画像形成装置の作製方法の提
供。【解決手段】電子放出素子を用いた画像形成装置の作
製方法の作製工程が（ａ）電子放出部形成用薄膜をマト
リクス部のみに形成する工程（ｂ）電子放出部形成用薄
膜をレーザーを用いて複数の電子放出素子の電子放出部
領域に分割・孤立化させる工程の各工程を有する画像形
成装置の作製方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子源の応用であ
る表示装置等の画像形成装置の作製方法、特に大面積の
画像形成装置を作製する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子として熱電子源と冷
陰極素子の２種類が知られている。冷陰極素子は更にバ
ルク型と薄膜型に分類される。バルク型の例としては、
FE[W.P.Dyke & W.W.Dolan,“Field emission”, Advanc
e in Electron Physicis, 8, 89 (1956)] や、Avalanch
e タイプやＮＥＡタイプの半導体［J.A.Burton, “Elec
tron emission from silicon”, Phys. Rev, 108, 1342
(1957)]、或いはMgO[“Tung-sol confirms cold catho
de tube ”, Electronics News, (26. Jan. 1959)]、そ
の他ホトカソード等が知られている。

【０００３】一方、薄膜型の例としては、MIM[C.A.Mea
d, “The tunnel-emission amplifier, J. Appl. Phy
s., 32, 646 (1961)]や、スピントタイプ[C.A.Spindt,
“Physical properties of thin-film field emission
cathodes with molybdenum cones”,J.Appl.Phys., 47,
5248 (1976)] 、或いは表面伝導型電子放出素子SCE[M.
I.Elinson, Radio Eng. Electron Pys., 10, (1965)]等
がある。

【０００４】表面伝導型電子放出素子 (SCM)は基板上に
形成された小面積の薄膜に、膜内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。この表面伝導型電子放出素子としては、前記のエリ
ンソン等により開発されたＳｎＯ₂ （Ｓｂ）薄膜を用い
たもの、Ａｕ薄膜によるもの［G.Dittmer,“Thin Solid
s Films, 9, 317 (1972)] 、ＩＴＯ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頁（１９８３）］等
が報告されている。

【０００５】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．ハートウェルの素子構成を
図５に示す。同図において５１は絶縁性基板である。５
２は電子放出部形成用薄膜で、Ｈ型形成パターンに、ス
パッタで形成された金属酸化物薄膜等から成り、後述の
フォーミングと称される通電処理により電子放出部５３
が形成される。５４は電子放出部を含む薄膜と称するこ
とにする。尚、図中のＬ１は０．５〜１ｍｍ、Ｗは０．
１ｍｍに設定されている。

【０００６】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行う前に予めフォーミングと称さ
れる通電加熱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、フォーミングとは前記電子放
出部形成用薄膜５２の両端に直流電圧或いは非常にゆっ
くりとした昇電圧、例えば１Ｖ／分程度を印加通電し、
電子放出部形成用薄膜を局所的に破壊、変形若しくは変
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。（以下、フォーミングにより形
成された電子放出部形成用薄膜５２を電子放出部を含む
薄膜５４と称する。）前記フォーミング処理を施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。

【０００７】然しながら、これら従来の表面伝導型電子
放出素子においては、実用化に際しての多くの問題があ
り、本願出願人等により種々の改善が鋭意検討され、実
用化上の多様な問題が解決されている。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、大面積に亘る多数素子を配列形成することができ
る利点がある。そして、この特徴を生かすべく種々の応
用が研究されており、例えば、荷電ビーム源、表示装置
等が挙げられる。

【０００８】多数の表面伝導型電子放出素子を配列形成
した例としては、並列に表面伝導型電子放出素子を配列
し、個々の電子放出素子の両端を配線にてそれぞれ結線
した行を多数行配列した電子源（例えば、特開平１−０
３１３３２号公報参照）が挙げられる。また特に、表示
装置の画像形成装置においては、近年、液晶を用いた平
板型表示装置がＣＲＴに代わって、普及してきたが、自
発光型でないため、バックライト等を持たなければなら
ない等の問題点があり、自発光型の表示素子の開発が望
まれてきた。表面伝導型電子放出素子を多数配列した電
子源と電子源より放出された電子によって、可視光を発
光せしめる蛍光体とを組み合わせた表示装置である画像
形成装置は、大画面の装置でも比較的容易に製造するこ
とができ、且つ表示品位の優れた自発光型表示素子（例
えば、ＵＳＰ５０６６８８３号明細書参照）である。

【０００９】尚、従来、多数の表面伝導型電子放出素子
より構成された電子源より電子放出、させて、蛍光体を
発光させる素子の選択は、上述の多数の表面伝導型電子
放出素子を並列に配置し結線した配線（行方向配線と称
する）、行方向と直交する方向（列方向と称する）、該
電子源と蛍光体間の空間に設置される制御電極（グリッ
ドと称する）と列方向配線への適当な駆動信号によるも
の（例えば、特開平１−２８３７４９号公報参照）等で
ある。

【００１０】次に上述した表面伝導型電子放出素子を用
いた画像形成装置の作製方法について説明する。図４
に、該表面伝導型電子放出素子を用いた画像形成装置の
素子構成図を示す。図中、１及び２は第１及び第２の配
線層、３は第１層の配線と第２層の配線との間の層間絶
縁層、４は電子放出部形成用薄膜、５は電子放出部近傍
の電極部分である。以下、図４に従って、上述した表面
伝導型電子放出素子を電子放出素子とした画像形成装置
の作製方法について詳述する。

【００１１】先ず、予め洗浄された基板に電子放出部に
通電するための、素子電極５を形成する。本電極は電子
放出部形成用薄膜４と配線とのオーミック接触を良好に
するために設けられているものである。通常、電子放出
部形成用薄膜は、配線用の導体層と比べて薄い膜である
ために「ヌレ性」、「段差保持性」等の問題を回避する
ために設けられているものである。配線用の導体層も例
えば、スパッタリング法等により薄膜にて構成する場合
は、必ずしも設ける必要はなく、配線導体と同時に形成
することが可能である。

【００１２】次に第１層目の配線（下配線）１を形成す
る。成膜方法としては既述の真空蒸着法、スパッタリン
グ法等の真空系を用いる方法や、溶媒に金属成分及びガ
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等、いずれの方法をも適用す
ることが可能である。

【００１３】続いて第１層目の配線と第２層目の配線と
の間の層間絶縁層膜３を形成する。成膜方法としては第
１の配線と同様、真空蒸着法、スパッタリング法等の真
空系を用いる方法や、溶媒に金属成分及びガラス成分を
混合した厚膜ペーストを印刷、焼成することにより形成
する厚膜印刷法等、いずれの方法をも適用することが可
能である。更に、第２層目の配線（上配線）２を形成す
る。形成法は上記下配線や層間絶縁層形成方法と同様で
ある。

【００１４】最後に、電子放出部形成用薄膜４を形成し
て、図４に示すような画像形成装置のマトリクス画素部
を完成する。電子放出部形成用薄膜の成膜方法として
は、電子放出部形成用材料のスピナー塗布法、ディッピ
ング法、スプレー法等が適用可能である。また電子放出
部形成用薄膜をパターニングして電子放出部を形成する
方法としては通常フォトリソグラフィーが用いられる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】次に、上述の従来の表
面伝導型電子放出源を用いた画像形成装置の作製方法に
おいて発生していた問題点、特に通常のフォトリソグラ
フィーではパターニングできないような大きい面積での
該画像形成装置の作製方法において発生していた問題点
について説明する。

【００１６】上述したように電子放出部形成用薄膜をパ
ターニングして電子放出部を形成する方法としては通常
フォトリソグラフィーが用いられるが、電子放出部領域
（電子放出素子が形成されている領域（マトリクス
部））が大面積化してゆくと、フォトリソグラフィー技
術の適用が困難になる。従って電子放出部形成用薄膜を
電子放出部領域（主としてマトリクス部）以外の部分の
配線と電気的に絶縁をしなければ該画像形成装置におけ
る各画素が電子放出部形成用薄膜によりリークしてしま
うという問題点が生じる。そこで不必要な部分をトリミ
ングする必要性が生じる訳であるが、その方法の一つと
してレーザーで電子放出部形成用薄膜をトリミングする
ことが考えられる。その場合、配線部の領域は非常に大
きく、トリミングに時間を要するといった問題点が生じ
てくる。

【００１７】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あって、その目的とするところは、大きな面積の画像形
成装置の作製方法において、電子放出部形成用薄膜をパ
ターニングする場合、特に全領域に亘って形成されてい
る電子放出部形成用薄膜をレーザートリミングする場
合、トリミング時間を短縮化することのできるプロセス
を提供することにある。

【００１８】

【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、電子放出
素子が走査側配線と信号側配線の直交する位置の近傍に
配置され、且つ該配線の一組又は複数組を順次選択する
ことにより、該電子放出素子に通電がなされる構成の単
純マトリクス方式による画像形成装置の作製方法におい
て、該電子放出素子が表面伝導型電子放出素子であっ
て、（ａ）電子放出部形成用薄膜をマトリクス部のみに
形成する工程、（ｂ）該電子放出部形成用薄膜をレーザ
ーを用いて複数の電子放出素子の電子放出部領域に分割
・孤立化させる工程、の各工程を有することを特徴とす
る、電子放出素子を用いた画像形成装置の作製方法を開
示するものである。

【００１９】更に本発明は、画像形成装置のマトリクス
部のみに電子放出部形成用薄膜を形成する工程が、該マ
トリクス部以外にレジストマスクを形成する工程である
ことを特徴とする電子放出素子を用いた画像形成装置の
作製方法を開示するものであり、また本発明は、画像形
成装置のマトリクス部のみに電子放出部形成用薄膜を形
成する工程が、上記マトリクス部以外に形成された上記
有機Ｐｄ錯体、若しくは有機Ｐｄ錯体を含む有機混合物
堆積膜をクロロホルム等の有機溶剤で拭き取ることを特
徴とする電子放出素子を用いた画像形成装置の作製方法
を開示するものである。

【００２０】更に本発明は、画像形成装置の電子放出部
形成用薄膜が、有機Ｐｄ錯体、若しくは有機Ｐｄ錯体を
含む有機混合物であり、該有機Ｐｄ錯体、若しくは有機
Ｐｄ錯体を含む有機混合物を堆積させる工程がラングミ
ュア・ブロジェット法（ＬＢ法）によることを特徴とす
る電子放出素子を用いた画像形成装置の作製方法を開示
するものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、実施例により本発明を更に
詳細に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定さ
れるものではない。［実施例１］第１の実施例を、図１を参照して説明す
る。尚、図中（ａ）〜（ｅ）は以下に述べる各工程ａ〜
ｅに対応する。

【００２２】（工程ａ）前記にて述べたフォトリソグラ
フィーによる方法で洗浄されたソーダライムガラス基板
上に配線電極・層間絶縁層等を形成した。図中、１１は
マトリクス部、１２は配線部を示す。

【００２３】（工程ｂ）マトリクス部以外の部分をＡＺ
１３７０レジストで覆った。パターニングのマスキング
はメタルマスクで行い、ＵＶ光で露光後、現像処理を行
うことでレジストパターンを形成した。図中、１３はレ
ジストマスクを示す。

【００２４】（工程ｃ）基板全体にラングミュア・ブロ
ジェット法（ＬＢ法）により有機ＬＢ−Ｐｄ膜を３００
層堆積した。以下該ＬＢ法について述べる。有機パラジ
ウム錯体、即ち、Ｐｄ［ＣＨ₃ ＣＯＯ］₂ ［（Ｃ
₁₀Ｈ₂₁）₂ ＮＨ］₂（以下、Ｃ₁₀−Ｐｄと略記する）の
クロロホルム溶液（０．５ｍｏｌ／ｌ）とベヘン酸ＣＨ
₃ （ＣＨ₂ ）₂₀ＣＯＯＨ（以下、Ｃ₂₂と略記する）のク
ロロホルム溶液（０．５ｍｏｌ／ｌ）とを容積比１：４
になるように混合し、２０℃の純水上に展開した後、表
面圧を２０ｍＮ／ｍにまで高め、Ｃ₁₀−Ｐｄ：Ｃ₂₂＝
１：４の混合単分子膜を上記純水上に形成した。係る表
面圧を保持したまま、速度２ｍｍ／ｓｅｃにて前記単分
子膜を横切る方向に静かに浸漬し、引き続き同じ速度で
これを引き上げて、２層のＣ₁₀−Ｐｄ：Ｃ ₂₂＝１：４の
混合ＬＢ膜を堆積した。係る浸漬・引き上げ操作を繰り
返して３００層のＬＢ膜を形成させた。

【００２５】（工程ｄ）ＵＶ／Ｏ₃ ストリッパー中、室
温で３時間ＵＶ照射を行い市販のＵＶアッシング装置
（ＵＶ３００、サムコ社製）、上記有機ＬＢ−Ｐｄ膜を
無機化した後、アセトンで十分にレジストを剥離し、３
００℃のオーブンで１５分間大気焼成を行ってＰｄＯ微
粒子膜１５を形成した。

【００２６】（工程ｅ）レーザー加工機（ＳＦＬ−９４
００−２、ファインマシンニング社製）を用い、レーザ
ートリミングを行い、電子放出部が素子電極間に１７０
μｍの素子長になるように加工した。この時のレーザー
光はＹＡＧの第２高調波（５３２ｎｍ）を用い、ランプ
電流を２８．３Ａ、Ｑスイッチ周波数を５ＫＨｚ、加工
速度を１０ｍｍ／ｓｅｃとする条件で行った。このとき
のトリミングパターンを図２に示す。黒い実線部分がレ
ーザー加工部である。

【００２７】次に、以上のようにして作製した電子源を
用いて表示装置を構成した例を図６及び図７を用いて説
明する。以上のようにして多数の平面型表面伝導型電子
放出素子を作製した基板８１をリアプレート８２上に固
定した後、基板８１の４ｍｍ上方に、フェースプレート
９０（ガラス基板８７の内面に蛍光膜８８とメタルバッ
ク８９が形成されて構成される）を支持枠８３を介して
配置し、フェースプレート９０、支持枠８３、リアプレ
ート８２の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中或
いは窒素雰囲気中で４００〜５００℃で１０分間以上焼
成することにより封着した（図６参照）。またリアプレ
ート８２への基板８１の固定もフリットガラスで行っ
た。図７において９４は電子放出素子、９２，９３はそ
れぞれＸ方向及びＹ方向の素子配線である。

【００２８】蛍光膜８８は、モノクロの場合は蛍光体の
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、その間隔部
に各色蛍光体を塗布し、蛍光膜８８を作製した。ブラッ
クストライプの材料として通常よく用いられている黒鉛
を主成分とする材料を用い、ガラス基板８７に蛍光体を
塗布する方法はスラリー法を用いた。また、蛍光膜８８
の内面側には通常メタルバック８９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により作製した。

【００２９】フェースプレート９０には、更に蛍光膜８
８の導電性を高めるため、蛍光膜８８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。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、
十分な位置合わせ行った。

【００３０】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（不図示）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〜Ｄ
ｏｘｍとＤｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ電子放出素子９４の
素子電極間に電圧を印加することにより作製した。フォ
ーミング処理の電圧波形は図３（ｂ）と同様である。本
実施例ではＴ１を１ミリ秒、Ｔ２を１０ミリ秒とし、約
１Ｅ−５ｔｏｒｒの真空雰囲気下で行った。

【００３１】このように作製された電子放出部７３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３０オングストロ
ームであった。次にフォーミングと同一の矩形波で、印
加電圧１４Ｖ、真空度２Ｅ−５ｔｏｒｒの条件下で素子
電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅを測定しながら、高抵抗活性化
処理を行った。その後、イオンポンプ等のオイルを使用
しないポンプを用いた超高真空排気系に切り替え、Ｈ₂
を２Ｅ−５ｔｏｒｒ導入し、１時間その状態を保持した
後１２０℃にて十分にベーキングを施した。ベーキング
後の真空度は１Ｅ−８ｔｏｒｒであった。次に不図示の
排気管をガスバーナーで熱することにより溶着し、外囲
器の封止を行った。最後に封止後の真空度を維持するた
めに、高周波加熱法でゲッター処理を行った。

【００３２】以上のようにして完成した本発明の画像形
成装置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄｘ
１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎ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Ｈｖを通じ、メタルバ
ック８９に数ｋＶ以上の高圧を印加することにより電子
ビームを加速し、蛍光膜８８に衝突させ、励起・発光さ
せることにより画像を表示した。本実施例の画像形成装
置は放置時間変動の少ない、極めて安定な表示画像の得
られる画像形成装置であった。更に、階調特性及びフル
カラー表示特性に優れたコントラストの高い画像形成装
置であった。

【００３３】［実施例２］前記にて述べたフォトリソグ
ラフィーによる方法で洗浄されたソーダライムガラス基
板上に配線電極・層間絶縁層等を形成した後、ＬＢ法を
用いて基板全体に有機ＬＢ−Ｐｄ膜を形成した後、マト
リクス部以外をクロロホルムを用いて拭き取り、ＵＶ／
Ｏ₃ 処理、大気焼成処理を施し、マトリクス部のみにＰ
ｄＯ微粒子を形成した。その後、実施例１と同様にレー
ザートリミングにて素子部のみに電子放出部を形成し
た。

【００３４】

【発明の効果】上記のように本発明は、電子放出素子を
用いた画像形成装置の作製方法において、選択的にマト
リクス部にＰｄＯ微粒子膜を堆積せしめ、レーザートリ
ミングにより電子放出部を加工することにより、大面積
の画像形成装置においても非常に簡易に確実に、且つ容
易にその作製を可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を説明するためのプロセス工程を示す
図。

【図２】実施例１におけるレーザートリミングパターン
を示す図。

【図３】本発明のフォーミング処理の電圧波形を示す
図。

【図４】表面導電型電子放出素子を用いた画像形成装置
の素子構成を示す図。

【図５】表面導電型電子放出素子の典型的な従来例の素
子構成を示す図。

【図６】画像形成装置の基本構成を示す図。

【図７】表面導電型電子放出素子を電子放出素子とした
画像形成装置の電子源の構成を示す図。

【符号の説明】

１第１の配線層（下配線）２第２の配線層（上配線）３層間絶縁層膜４，５２電子放出部形成用薄膜５電子放出部近傍の電極素子１１マトリクス部１２配線部１３レジストマスク１４シフトレジスタ１５微粒子膜５１絶縁性基板５３電子放出部５４電子放出部を含む薄膜７３電子放出部８１基板８２リアプレート８３支持枠８７ガラス基板８８蛍光膜８９メタルバック９０フェースプレート９２Ｘ方向素子配線９３Ｙ方向素子配線９４電子放出素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子放出素子が走査側配線と信号側配線
の直交する位置の近傍に配置され、且つ該配線の一組又
は複数組を順次選択することにより、該電子放出素子に
通電がなされる構成の単純マトリクス方式による画像形
成装置の作製方法において、該電子放出素子が表面伝導
型電子放出素子であって、（ａ）電子放出部形成用薄膜
をマトリクス部のみに形成する工程、（ｂ）該電子放出
部形成用薄膜をレーザーを用いて複数の電子放出素子の
電子放出部領域に分割・孤立化させる工程、の各工程を
有することを特徴とする、電子放出素子を用いた画像形
成装置の作製方法。
【請求項２】前記電子放出部形成用薄膜を形成する工
程が、有機Ｐｄ錯体、若しくは有機Ｐｄ錯体を含む有機
混合物を堆積させる工程、前記堆積させた有機Ｐｄ錯体
に対して紫外線を照射する工程、及び引き続き加熱焼成
を行う工程から成ることを特徴とする、請求項１記載の
電子放出素子を用いた画像形成装置の作製方法。
【請求項３】前記電子放出部形成用薄膜をマトリクス
部のみに形成する工程が、該マトリクス部以外にレジス
トマスクを形成する工程であることを特徴とする、請求
項１記載の電子放出素子を用いた画像形成装置の作製方
法。
【請求項４】前記電子放出部形成用薄膜をマトリクス
部のみに形成する工程が、前記マトリクス部以外に形成
された前記有機Ｐｄ錯体、若しくは有機Ｐｄ錯体を含む
有機混合物堆積膜を有機溶剤で拭き取ることを特徴とす
る、請求項１記載の電子放出素子を用いた画像形成装置
の作製方法。
【請求項５】前記有機Ｐｄ錯体、若しくは有機Ｐｄ錯
体を含む有機混合物を堆積させる工程が、ラングミュア
・ブロジェット法によることを特徴とする、請求項１記
載の電子放出素子を用いた画像形成装置の作製方法。