JPH11317146A - 電子放出素子及びその製造方法 - Google Patents

電子放出素子及びその製造方法

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JPH11317146A
JPH11317146A JP10121391A JP12139198A JPH11317146A JP H11317146 A JPH11317146 A JP H11317146A JP 10121391 A JP10121391 A JP 10121391A JP 12139198 A JP12139198 A JP 12139198A JP H11317146 A JPH11317146 A JP H11317146A
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JP
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electron
thin film
laser
emitting device
conductive thin
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JP10121391A
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English (en)
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Junji Takashita
順治 高下
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Canon Inc
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30Cold cathodes
    • H01J2201/316Cold cathodes having an electric field parallel to the surface thereof, e.g. thin film cathodes
    • H01J2201/3165Surface conduction emission type cathodes

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  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 塗布された導電性薄膜材料をエキシマレーザ
でパターニング法により除去する場合に、通常のエネル
ギーよりも低い値で除去できるようにして、現状程度の
レーザ出力で一括加工面積を広くすることができる表面
伝導型電子放出素子を提供する。 【解決手段】 絶縁基板上に少なくとも一対の電極を形
成し、電極回りに導電性薄膜を形成し、レーザにより導
電性薄膜の不要部を除去して一対の電極間の電子放出膜
を形成する表面伝導型電子放出素子において、導電性薄
膜と基板の間に、レーザを吸収し易い高吸収薄膜を介在
させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、大型で薄型のディ
スプレイの電子源パネルの心臓部である電子放出素子を
高精度かつ短時間に所定の寸法に加工する方法に関す
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型」という)、金属/絶縁層
/金属型(以下、「MIM型」という)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、Sp
indtの報告(C.A.Spindt,“Phycical 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,RadioEng.Electron Phy
s.,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。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 Films,9,317(197
2))、In2 O3 /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。
【0007】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(Hartwel
l)の素子の構成を図4に示す。同図において、3は導
電性薄膜で、形成された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6が形成される。なお、図中の2つの電極の間隙部
の長さLは0.5〜1mmで間隙幅Wは0.1mmに設
定されている。なお、電子放出部6の位置および形状に
ついては不明であるので、模式図として表した。
【0008】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3を予め通
電フォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出部
6を形成するのが一般的であった。すなわち、通電フォ
ーミングとは前記の導電性薄膜3の両端に直流電圧ある
いは非常にゆっくりした昇電圧例えば1V/分程度を印
加通電し、導電性薄膜3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6
を形成することである。なお、電子放出部6は導電性薄
膜3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。前記通電フォーミング処理を行なった表
面伝導型電子放出素子は、導電性薄膜3に電圧を印加
し、素子に電流を流すことによって、上述の電子放出部
6より電子を放出せしめるものである。
【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、大面積で多数の素子
を配列形成できる利点がある。そこで、その特徴を生か
せるような色々な応用が研究されている。例としては、
荷電ビーム源、画像表示装置等の表示装置が挙げられ
る。
【0010】表示装置での発光量は素子間で均一である
必要があり、発光量は電子源の面積により決まる電子放
出量に依存する。
【0011】表面伝導型電子放出素子の別の例として、
一対の電極間に電子放出部を有する導電性薄膜を備える
構成の表面伝導型電子放出素子がある。
【0012】導電性の材料はPdOなどの金属酸化物
で、該電極間隔は、数10μmである。また、該導電性
薄膜の厚みは数10nmである。ミクロ的には電子放出
部は電極間の該導電性薄膜中に形成された亀裂で、その
亀裂の幅によって電子放出量が変化する。亀裂の幅は形
成原理上2つの電極間の距離により決定される。
【0013】2つの電極はPt等の電気良導体でできて
おり、オフセット等の印刷法によりガラス基板上に電極
ポートとして塗布される。電極間の距離は印刷装置や条
件を適正に選べば、印刷塗布された程度の距離精度で十
分安定した電子源溝幅を形成することが可能である。
【0014】一方で、電子放出部である亀裂の長さは、
一対の電極間に塗布された導電性薄膜の長さできまる。
導電性薄膜の長さが約160μmであれば、長さの誤差
は数ミクロンまでしか許容されない。それ以上の誤差は
電子放出素子毎の放出電子量の差となり、電子放出素子
間の輝度むらの原因になる。通常の印刷法ではそれだけ
の精度で導電性膜材料を塗布することが困難である。
【0015】以上の問題を解決するために、本出願人
は、レーザを用い、大きめの面積に印刷塗布された導電
性薄膜材料の不要部分を除去し、素子毎に導電性薄膜材
料塗布長を一定にするレーザトリミング法や、レーザパ
ターニング法を提案した(特開平8−160881号公
報)。
【0016】レーザトリミング法は集光されたビームス
ポットを該導電性薄膜材料の塗布膜上を走査させて、該
導電性薄膜材料を除去して膜長を決めるもので、パター
ニング法はマスク結像されたパターンで、ある面積の導
電性薄膜材料の塗布膜を一括除去し、膜長を決めるもの
である。加工能率の良い後者が用いられる傾向にある。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】大面積のディスプレイ
パネルを能率よく加工するためには、一括加工面積を大
きく取ることが有効であるが、拡大光学系でレーザの照
射範囲の面積を広げると光量の低下をともなう。また、
結像性能が良く加工熱が小さいため、エキシマレーザを
用いるが、エキシマレーザのレーザ発振器には出力が他
のレーザのレーザ発信器程大きいものがなく、一括加工
面面積を広げるには上限がある。
【0018】本発明は、塗布された導電性薄膜材料をエ
キシマレーザでパターニング法により除去する場合に、
通常のエネルギーよりも低い値で除去できるようにし
て、現状程度のレーザ出力で一括加工面積を広くするこ
とができる電子放出素子を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明は、除去すべき電
子源材料の下方にレーザで吸収分解し易い異種材料の薄
膜を塗布し、基板からの除去を容易にするものである。
【0020】電子源材料、例えばPdOはエキシマレー
ザを透過し易く、また一部を吸収もするが、低エネルギ
ーでは分解しにくい材料である。下層の材料は、ガラス
基板と密着性が良く、かつエキシマレーザーにより容易
に分解する材料を選ぶ。電子源材料は厚みが0.03μ
m程度の薄膜であるから、照射されたレーザの大部分は
透過し下層の材料(以下、「下層材」という)に達す
る。下層材がレーザにより分解すると、密着していた電
子原材料も同時に分解し、上方空間へ飛ばされ、ガラス
基板上には何もない状態になる。
【0021】下層の吸収材料としては、金属系のものと
樹脂系のものとがある。下層材を電極ポートとして使用
する場所には、印刷等の手段で導電性の金属系、Pt,
Au,Ag,Alを薄膜状にしたものを下層材とする。
【0022】電子源の素子間の電気絶縁性を必要とする
場所の下層材としては樹脂系材料を用い、印刷等の手段
でガラス基板に密着させて樹脂系材料よりなる下層材を
形成する。エキシマレーザで分解しやすい樹脂系材料
は、ポリイミド、ポリエステル、エポキシ、ポリサルフ
ォン、ポリカーボネイト、アクリル、ポリウレタンであ
る。
【0023】
【発明の実施の形態】図1は本発明の主要部を説明する
もので、レーザ加工前の電子源基板の部分図である。
【0024】1はガラス基板(絶縁基板)、2は良導電
性の下層材であり、より詳しくは、発光素子毎に一対が
印刷された金属系のレーザ吸収分解膜であり、この一部
分はレーザで除去され、残存部分は電極ポートとして機
能する。3は電子源材料であり、例えば、PdOが選ば
れ、レーザ加工前にスピナー、ディッピング等の塗布方
法で、パネル全面に均一に塗布される。
【0025】4はそれぞれの表面伝導型電子放出素子を
絶縁する目的で形成される絶縁性の下層材であり、ガラ
ス基板1と良導電性の下層材2と絶縁性の下層材4との
上面に全面に亘って塗布される導電性を有する電子源材
料3を後にレーザによりトリミングをするために、表面
伝導型電子放出素子間に縦横のライン形状でガラス基板
1と電子源材料3との間に膜状に塗布される。
【0026】絶縁性の下層材4を各表面伝導型電子放出
素子を絶縁するために格子状に形成するだけではなく、
導電性の下層材2までも足を延ばすように形成するの
は、電極周囲に導電性膜3があると、通電による亀裂形
成の際に、電極周囲の導電性膜がリークパスとなり亀裂
が形成されないからである。
【0027】この場合は絶縁性の下層材4には、電極ポ
ートとしての機能は不要であるから、絶縁性の下層材4
の材料としては、樹脂材料で、レーザにより分解しやす
い材料を用いる。
【0028】図2は図1の電子源基板を、レーザで加工
した後の形状を示すもので、クロスハッチ部は電子源材
料3がレーザにより除去された部分を示す。20はレー
ザにより上下方向が除去され、電子源材料3の長さが正
確に決められた部分を示し、10は電子源材料3が格子
状に除去された範囲を示す。
【0029】上記では、レーザーを電子源材料3を塗布
した表側から照射することを想定しているが、ガラス基
板1がレーザに対し透明の場合には、ガラス基板1の裏
側から照射することもできる。
【0030】なお、電子源材料としては、PdOの他に
Niなどを使用しても良い。
【0031】
【実施例】以下に説明する実施例は上記の実施形態が可
能であるかどうかを確認するための基礎実験の結果であ
る。
【0032】ガラス基板上に印刷機での印刷により白金
微粉を密着形成することにより、20μm間隔の一対の
電極ポートとして機能する導電性の下層材2を形成し
た。印刷機でポリスチレン樹脂をガラス基板上の素子間
の絶縁除去部に、厚み2μm、幅100μmのライン状
に密着形成して、絶縁性の下層材4を形成した。次に、
電子源材料としてのPdO微粉を溶剤に解かしたもの
を、電極ポートが印刷された石英ガラス基板上にスピン
コートにより塗布・焼成を4回繰り返し、厚み0.03
μmでPdOを均一に塗布して、電子源材料よりなる膜
3を形成した。次に、KrFエキシマレーザの発振出力
を10W、50mm・joule/shotで、パターンマスク、結
像光学系を通して2ショット照射することにより、白金
上のPdO及びポリスチレン樹脂とPdOをマスクパタ
ーンの形状に除去した。従って、レーザにより上下方向
が除去され、電子源材料3の長さが正確に決められた部
分20が得られた。一方、白金がなく、ガラス基板上に
直接塗布されたPdOの箇所は厚み0.01μmまでし
か除去されず基板上にPdOが残った。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表面伝導型電子放出素子の導電性薄膜を正確な寸法にレ
ーザで加工するにあたり、導電性薄膜の下層にレーザで
吸収分解され易い物質の薄膜を形成することにより、微
弱なエネルギーのレーザで導電性薄膜を除去加工するこ
とができるため、マスクパターニング法の場合は、レー
ザビームを拡大光学系を通して広げて、電子源基板の大
面積部分を一括して加工することができ、短時間で電子
源基板を製造することができる効果がある。また、集光
ビームの走査によるトリミング法の場合は、走査速度を
より高速にでき、短時間で電子源基板を製造することが
できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による2層膜構成でレーザーパターニン
グを行う前の電子源基板の部分平面図である。
【図2】本発明による図1の基板のレーザーパターニン
グ後の各々の膜の形状である。
【図3】本発明によるレーザパターニング装置全体図で
ある。
【図4】単体の表面伝導型電子放出素子の拡大図であ
る。
【符号の説明】
2 金属膜(電極) 3 電子源膜(PdO) 4 絶縁膜(樹脂膜) 6 電極溝(電子源部)=電子放出部 10 絶縁用除去部 12 寸法決定用除去部 20 電子源長さ 30 レーザ発振器 32 パターンマスク 34 結像レンズ 36 加工ガラス基板

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁基板上に少なくとも一対の電極を形
    成し、該電極回りに導電性薄膜を形成し、レーザにより
    前記導電性薄膜の不要部を除去して前記一対の電極間の
    電子放出膜を形成する電子放出素子において、前記導電
    性薄膜と前記基板の間に、前記レーザを吸収し易い高吸
    収薄膜が介在することを特徴とする電子放出素子。
  2. 【請求項2】 請求項1の電子放出素子において、前記
    導電性薄膜がPdO又はNiであり、前記レーザ高吸収
    薄膜がPt、Ag、Au、Alのいずれかであることを
    特徴とする電子放出素子。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の電子放出素子におい
    て、前記導電性薄膜がPdO又はNiであり、前記レー
    ザ高吸収膜が、アクリル、ポリカーボネート、ポリイミ
    ド、ポリエステル、エポキシ、ポリサルフォン、ポリウ
    レタンのいずれかであることを特徴とする電子放出素
    子。
  4. 【請求項4】 前記電子放出素子は、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乃至3の何れか
    1項に記載の電子放出素子。
  5. 【請求項5】 絶縁基板上にレーザを吸収しやすい下層
    を形成するステップと、前記絶縁基板と前記下層の上に
    導電性薄膜を形成するステップと、前記下層と前記導電
    性薄膜の不要部分をレーザにより除去するステップと、
    を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記下層は絶縁材であることを特徴とす
    る請求項5に記載の電子放出素子の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記絶縁材はポリイミド、ポリエステ
    ル、エポキシ、ポリサルフォン、ポリウレタンのいずれ
    かであることを特徴とする請求項6に記載の電子放出素
    子の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記下層は導電材であることを特徴とす
    る請求項5に記載の電子放出素子の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記導電材はPt、Ag、Au、Alの
    いずれかであることを特徴とする請求項8に記載の電子
    放出素子の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記電子放出素子は、電子放出部を有
    する導電性薄膜を備えることを特徴とする請求項5乃至
    9の何れか1項に記載の電子放出素子の製造方法。
  11. 【請求項11】 前記電子放出素子は、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5乃至9の何れ
    か1項に記載の電子放出素子の製造方法。
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