(57)【要約】【課題】ＣＶＤ法によってＳｉＯ2を主成分とする層を積層した基板上に、良好なカーボン膜を備えた電子放出素子を製造する方法を提供する。【解決手段】基体１上にＣＶＤ法によって、Ｎの元素比率が２％以下であるＳｉＯ2を主成分とする層８を形成して基板１とし、その上に素子電極２，３、導電性膜４を形成し、さらに、活性化処理によってカーボン膜６を堆積させる。【選択図】図２
2010010017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に一対の素子電極と、該素子電極間に形成された第１の間隙を有する導電性膜と、少なくとも該第１の間隙内に第２の間隙を有するカーボン膜と、を備えた電子放出素子の製造方法であって、
ＳｉＯ2を主成分とする層をＣＶＤ法により基体上に形成して基板とする工程と、
上記基板上に一対の素子電極を形成する工程と、
該素子電極間に導電性膜を形成する工程と、
該導電性膜に第１の間隙を形成する工程と、
炭素含有ガスを含む雰囲気下に、上記一対の素子電極間に電圧を印加することによって第２の間隙を有するカーボン膜を形成する工程と、
を有し、
上記ＳｉＯ2を主成分とする層のＮの元素比率が２％以下であることを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項２】
前記ＳｉＯ2を主成分とする層を、ＳｉＨ4とＮ2Ｏを用いたＣＶＤ法により形成する請求項１に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】
一対の素子電極と、該素子電極間に形成された第１の間隙を有する導電性膜と、少なくとも該第１の間隙内に第２の間隙を有するカーボン膜と、を備えた電子放出素子を複数個、基板上に有する電子源の製造方法であって、
ＳｉＯ2を主成分とする層をＣＶＤ法により基体上に形成して基板とする工程と、
上記基板上に複数の素子電極対を形成する工程と、
各素子電極対において、素子電極間に導電性膜を形成する工程と、
該導電性膜に第１の間隙を形成する工程と、
炭素含有ガスを含む雰囲気下に、上記一対の素子電極間に電圧を印加することによって第２の間隙を有するカーボン膜を形成する工程と、
を有し、
上記ＳｉＯ2を主成分とする層のＮの元素比率が２％以下であることを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項４】
前記ＳｉＯ2を主成分とする層を、ＳｉＨ4とＮ2Ｏを用いたＣＶＤ法により形成する請求項３に記載の電子源の製造方法。
【請求項５】
基板上に一対の素子電極と、該素子電極間に形成された第１の間隙を有する導電性膜と、少なくとも該第１の間隙内に第２の間隙を有するカーボン膜と、を備えた電子放出素子であって、
上記基板が、基体上にＣＶＤ法によって形成されたＳｉＯ2を主成分とする層であって、Ｎの元素比率が２％以下であることを特徴とする電子放出素子。
【請求項６】
基板上に複数の電子放出素子を有する電子源であって、該電子放出素子が請求項５に記載の電子放出素子であること特徴とする電子源。
【請求項７】
請求項６に記載の電子源と、該電子源の電子放出素子と対向して該電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光体が配置された第２の基板とを対向配置させてなることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットパネルディスプレイに用いられる電子放出素子とその製造方法、該電子放出素子を配置してなる電子源、該電子源を用いて構成した画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子放出素子としては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素子（ＦＥ型素子）、金属／絶縁層／金属型素子（ＭＩＭ素子）、表面伝導型電子放出素子等がある。
【０００３】
特許文献１には表面伝導型電子放出素子の構成及び製造方法が示されている。係る電子放出素子は、基板上に一対の素子電極を形成し、該素子電極間に導電性膜を形成した後、該導電性膜に電圧を印加して間隙を形成し、さらに、活性化処理と呼ばれる処理によって該間隙付近にカーボン膜を堆積させてなる。特許文献１には、基板上にＳｉＯ2層を設け、基板に含まれるナトリウムの素子への拡散防止を図った構成が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０７１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたような、ＳｉＯ2からなるナトリウム拡散防止層は、スパッタ法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；化学気相成長）法により形成することができる。このうち、スパッタ法は成膜時間が長く、真空装置を用いる必要があることから、時間やコストの面で不利である。一方、ＣＶＤ法によれば効率良く成膜することができるが、ＣＶＤ法によってＳｉＯ2層を形成した基板上に電子放出素子を形成した場合、前記した活性化処理を施した場合、良好なカーボン膜が堆積できない（活性化不良）という問題があった。
【０００６】
本発明の課題は、ＣＶＤ法によってＳｉＯ2を主成分とする層を積層した基板上に、良好なカーボン膜を備えた電子放出素子を製造する方法を提供し、高品質の電子放出素子を提供することにある。さらには、該電子放出素子を複数備えた電子源とその製造方法を提供することにあり、該電子源を用いた高画質の画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１は、基板上に一対の素子電極と、該素子電極間に形成された第１の間隙を有する導電性膜と、少なくとも該第１の間隙内に第２の間隙を有するカーボン膜と、を備えた電子放出素子の製造方法であって、
ＳｉＯ2を主成分とする層をＣＶＤ法により基体上に形成して基板とする工程と、
上記基板上に一対の素子電極を形成する工程と、
該素子電極間に導電性膜を形成する工程と、
該導電性膜に第１の間隙を形成する工程と、
炭素含有ガスを含む雰囲気下に、上記一対の素子電極間に電圧を印加することによって第２の間隙を有するカーボン膜を形成する工程と、
を有し、
上記ＳｉＯ2を主成分とする層のＮの元素比率が２％以下であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２は、一対の素子電極と、該素子電極間に形成された第１の間隙を有する導電性膜と、少なくとも該第１の間隙内に第２の間隙を有するカーボン膜と、を備えた電子放出素子を複数個、基板上に有する電子源の製造方法であって、
ＳｉＯ2を主成分とする層をＣＶＤ法により基体上に形成して基板とする工程と、
上記基板上に複数の素子電極対を形成する工程と、
各素子電極対において、素子電極間に導電性膜を形成する工程と、
該導電性膜に第１の間隙を形成する工程と、
炭素含有ガスを含む雰囲気下に、上記一対の素子電極間に電圧を印加することによって第２の間隙を有するカーボン膜を形成する工程と、
を有し、
上記ＳｉＯ2を主成分とする層のＮの元素比率が２％以下であることを特徴とする。
【０００９】
上記本発明においては、前記ＳｉＯ2を主成分とする層を、ＳｉＨ4とＮ2Ｏを用いたＣＶＤ法により形成することを好ましい態様として含む。
【００１０】
本発明の第３は、基板上に一対の素子電極と、該素子電極間に形成された第１の間隙を有する導電性膜と、少なくとも該第１の間隙内に第２の間隙を有するカーボン膜と、を備えた電子放出素子であって、
上記基板が、基体上にＣＶＤ法によって形成されたＳｉＯ2を主成分とする層であって、Ｎの元素比率が２％以下であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第４は、基板上に複数の電子放出素子を有する電子源であって、該電子放出素子が上記本発明の電子放出素子であること特徴とする。
【００１２】
本発明の第５は、上記本発明の電子源と、該電子源の電子放出素子と対向して該電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光体が配置された第２の基板とを対向配置させてなることを特徴とする画像表示装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＳｉＯ2を主成分とする層を積層した基板において、良好なカーボン膜を備え、電子放出特性に優れた電子放出素子が製造される。よって、本発明によれば、該電子放出素子を複数備えた電子源を効率良く製造することができ、高画質の画像表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明者等が、ＳｉＯ2を主成分とする層と活性化不良との関係を詳細に検討したところ、ＳｉＯ2を主成分とする層に含まれるＮの元素比率が活性化処理に影響を与えていることを見出した。そこで、Ｎの比率を異ならせたＳｉＯ2層を形成した基板を用いて活性化を行ったところ、Ｎの元素比率が２％以下であれば活性化不良を生じないことがわかり、本発明を達成した。
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を例示的に詳しく説明する。但し、下記の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などに本発明が限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本発明の電子放出素子の好ましい実施形態を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。図中、１は基体、２，３は素子電極、４は導電性膜、５は導電性膜４に形成された第１の間隙、６はカーボン膜、７は第２の間隙、８はＳｉＯ2を主成分とする層（以下、便宜上ＳｉＯ2層と記す）、１０は基体１上にＳｉＯ2層８を積層してなる基板である。
【００１７】
本発明においては、基板１０として、基体上にＳｉＯ2層８を積層して用いる。基体１としては、例えば石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス等のガラス基板及びアルミナ等のセラミックス基板等が好ましく用いられる。入手のしやすさやコストを考慮すると、低アルカリガラス、例えば、旭硝子社製ＰＤ２００が適している。尚、この基板中にはアルカリ金属、特にＮａが混入しており、素子に拡散した場合には好ましくないが、本発明においてはＳｉＯ2層８を積層して用いるため、Ｎａの素子への拡散は防止される。
【００１８】
本発明に係るＳｉＯ2層８は、ＳｉＯ2を主成分とする層である。本発明においては、該ＳｉＯ2層８に含まれるＮの元素比率が０．５％以上２％以下であることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係るＳｉＯ2層８は、ＣＶＤ法によって形成されるが、より具体的には、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤなど一般的なＣＶＤ層を使用することができ、好ましくは、ＳｉＨ4（モノシラン）とＮ2Ｏ（還元剤）を用いて成膜することができる。但し、本発明において係るＳｉＯ2層８は、Ｎの元素比率が２％となるようにＮ2Ｏの比率やガス圧力、成膜時間といった成膜条件を調整する必要がある。
【００２０】
また、ＳｉＯ2層８の厚さとしては、基体１からのＮａの拡散防止効果から鑑みて、１μｍ以上が好ましく、より好ましくは２乃至１０μｍである。この膜厚範囲では下地（基体１の表面）の影響が出やすいため、ＳｉＯ2層８は、表面の平均粗さＲａを４ｎｍ以下にすることが望ましい。Ｒａが４ｎｍを超えると、素子の形成工程における、フォーミング工程（第１の間隙５の形成工程）、活性化工程（カーボン膜６の形成工程）において、下地粗さの影響で導電性膜４の抵抗値が大きくなり、良好な素子の形成に影響を及ぼす恐れがある。
【００２１】
素子電極２，３の材料としては、一般的な導体材料を用いることができる。例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ2、Ｐｄ−Ａｇ等の金属或は金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体が用いられる。また、Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2等の透明導電体及びポリシリコン等の半導体導体材料等も用いられる。
【００２２】
素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷは、応用される形態等を考慮して、設計される。素子電極間隔Ｌは、好ましくは、数百ｎｍから数百μｍの範囲とすることができ、より好ましくは、素子電極２，３間に印加する電圧等を考慮して数μｍから数十μｍの範囲とすることができる。素子電極長さＷは、電極の抵抗値、電子放出特性を考慮して、数μｍから数百μｍの範囲とすることができる。素子電極２，３の膜厚ｄは、数十ｎｍから数μｍの範囲とすることができる。
【００２３】
導電性膜４の材料としては、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＰｂＯ、Ｓｂ2Ｏ3、ＲｕＯ2等の酸化物が用いられる。また、ＨｆＢ2、ＺｒＢ2、ＬａＢ6、ＣｅＢ6、ＹＢ4、ＧｄＢ4等の硼化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、カーボン等が挙げられる。また、上記材料の抵抗値を制御するために、ＳｉＯ2や金属酸化物を混入することも可能である。
【００２４】
導電性膜４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特に好ましい。また、その膜厚は、導電性膜４の抵抗値及び後述する通電フォーミング条件等によって適宜設定されるが、好ましくは１０Å乃至５００Åで、特に好ましくは１０Å乃至１００Åであり、そのシート抵抗値は、好ましくは１０3乃至１０7Ω／□である。
【００２５】
尚、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或いは重なり合った状態（島状も含む）の膜を指し、該微粒子の粒径は、１０Å乃至２００Åである。
【００２６】
次に、本発明の電子放出素子の製造方法を、図１に示した素子を製造する場合を例に挙げ、図２に基づいて説明する。尚、図２においても図１に示した部位と同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を付している。
【００２７】
〈工程１〉
基体１を洗剤、純水及び有機溶剤等を用いて十分に洗浄し、ＣＶＤ法によりＳｉＯ2層８を積層し、基板１０を形成する〔図２（ａ）〕。
【００２８】
〈工程２〉
真空蒸着法、スパッタ法等により素子電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて基体１上に素子電極２及び３を形成する〔図２（ｂ）〕。
【００２９】
次に、基板１０上の素子電極２，３間に、導電性膜４を形成する。導電性膜４の形成方法は、スパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スピンナー法等を用いることができるが、これらに限定するものではない。また、例えばインクジェット方式により、金属含有溶液を塗布し、加熱して形成する方法も用いることができる〔図２（ｃ）〕。
【００３０】
〈工程３〉
次に、導電性膜４に間隙５を形成する。ここでは、「通電フォーミング」と呼ばれる処理を施す例を説明する。
【００３１】
所定の真空度のもとで素子電極２，３間に不図示の電源より通電すると、導電性膜４に構造の変化した第１の間隙（亀裂）５が形成される〔図２（ｄ）〕。このフォーミングにより形成した間隙５付近から所定の電圧下では電子放出が起こるが、現状の条件ではまだ電子放出効率が非常に低いものである。
【００３２】
通電フォーミングの電圧波形の例を図３に示す。電圧波形は、特にパルス波形が好ましい。これにはパルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印加する図３（ａ）に示した手法と、パルス波高値を増加させながらパルスを印加する図３（ｂ）に示した手法がある。
【００３３】
先ず、パルス波高値を定電圧とした場合について図３（ａ）で説明する。図３（ａ）におけるＴ１及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔である。通常、Ｔ１は１μ秒乃至１０ｍ秒、Ｔ２は１０μ秒乃至１００ｍ秒の範囲で設定される。三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、電子放出素子の形態に応じて適宜選択される。このような条件のもと、例えば、数秒から数十分間電圧を印加する。パルス波形は、三角波に限定されるものではなく、矩形波等の所望の波形を採用することができる。
【００３４】
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について図３（ｂ）で説明する。図３（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図３（ａ）に示したのと同様とすることができる。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、増加させることができる。
【００３５】
通電フォーミング処理の終了は、パルス電圧印加中の素子に流れる電流を測定して抵抗値を求めて、例えば１ＭΩ以上の抵抗を示した時に通電フォーミングを終了させることができる。
【００３６】
〈工程４〉
先に述べたように、フォーミング後の状態では電子放出効率は非常に低いものである。よって電子放出効率を上げるために、上記素子に活性化と呼ばれる処理を行うことが望ましい。
【００３７】
活性化処理は、炭素含有ガスを含む雰囲気下、適当な真空度のもとで、パルス電圧を素子電極２，３間に繰り返し印加することによって炭素或いは炭素化合物を、導電性膜４に形成された第１の間隙５近傍にカーボン膜６として堆積させる〔図２（ｅ）〕。カーボン膜６は、導電性膜４の第１の間隙に面する端部上及び第１の間隙内に堆積する。よって、図２（ｅ）に示すように、導電性膜４，４を介して素子電極２，３にそれぞれ接続されるカーボン膜６，６が第２の間隙７を介して対向配置する。
【００３８】
本発明の電子放出素子において、素子電極２，３間に所定の駆動電圧を印加すると、カーボン膜６から電子が放出される。
【００３９】
本工程において、炭素源としては有機化合物が用いられるが、例えばトルニトリルを用い、スローリークバルブを通して真空空間内に導入し、１．３×１０-4Ｐａ程度を維持する。導入するトルニトリルの圧力は、真空装置の形状や真空装置に使用している部材等によって若干影響されるが、１×１０-5Ｐａ乃至１×１０-2Ｐａ程度が好適である。
【００４０】
図４に、活性化工程で用いられる電圧印加の好ましい一例を示す。印加する最大電圧値は、１０乃至２０Ｖの範囲で適宜選択される。
【００４１】
図４（ａ）において、Ｔ１は電圧波形の正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている。また、図４（ｂ）に於いて、Ｔ１及びＴ１’はそれぞれ電圧波形の正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、Ｔ１＞Ｔ１’、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている。
【００４２】
本工程では、放出電流Ｉｅがほぼ飽和に達した時点で通電を停止し、スローリークバルブを閉め、活性化処理を終了する。
【００４３】
以上の工程により図１に示したような電子放出素子を製造することができる。
【００４４】
本発明の電子放出素子の電子放出特性は、図５に示す測定評価装置を用いて測定することができる。
【００４５】
図５は係る測定評価装置の概略図であり、図中、２１は素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、２０は素子の電極部を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、２４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である。また、２３はアノード電極２４に電圧を印加するための高圧電源、２２は素子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。
【００４６】
電子放出素子の素子電極２，３間を流れる素子電流Ｉｆ、及びアノードへの放出電流Ｉｅの測定にあたっては、素子電極２，３間に電源２１と電流計２０とを接続し、該電子放出素子の上方に電源２３と電流計２２とを接続したアノード電極２４を配置している。
【００４７】
また、本電子放出素子及びアノード電極２４は真空装置２５内に設置され、その真空装置には排気ポンプ２６及び真空計等の真空装置に必要な機器が具備されており、所望の真空下で本素子の測定評価を行えるようになっている。尚、アノード電極２４の電圧は１ｋＶ乃至１０ｋＶ、アノード電極２４と電子放出素子との距離Ｈは２ｍｍ乃至８ｍｍの範囲で測定する。
【００４８】
図５に示した測定評価装置により測定された放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の典型的な例を図６に示す。尚、放出電流Ｉｅと素子電流Ｉｆは大きさが著しく異なるが、図６ではＩｆ、Ｉｅの変化の定性的な比較検討のために、リニアスケールで縦軸を任意単位で表記した。
【００４９】
本電子放出素子は放出電流Ｉｅに対する三つの特徴を有する。
【００５０】
先ず第一に、図６からも明らかなように、本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図６中のＶｔｈ）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流Ｉｅが増加し、一方しきい値電圧Ｖｔｈ以下では放出電流Ｉｅがほとんど検出されない。即ち、放出電流Ｉｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子としての特性を示しているのが判る。
【００５１】
第二に、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。
【００５２】
第三に、アノード電極２４に捕捉される放出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に依存する。即ち、アノード電極２４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。
【００５３】
本発明の電子放出素子の駆動時の雰囲気は、上記安定化工程終了時の雰囲気を維持するのが好ましい。しかしながら、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。このような真空雰囲気を採用することにより、新たな炭素或いは炭素化合物の、電子放出素子上や電子放出素子周辺の基板１表面上への堆積を抑制でき、結果として素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが、安定する。
【００５４】
次に、本発明の電子放出素子を複数個基板上に配列し、電子源や画像表示装置を構成する例について説明する。
【００５５】
電子放出素子の配列については、種々のものが採用できる。一例として、図７に模式的に示すマトリクス配列を採用できる。
【００５６】
図７において、３１は基板、３２はＸ方向配線、３３はＹ方向配線である。３４は電子放出素子である。尚、基板３１は、図１に示した基板１０に相当する。
【００５７】
ｍ本のＸ方向配線３２は、Ｄｘ１、Ｄｘ２、……Ｄｘｍからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成された導電性金属等で構成することができる。配線の材料、膜厚、幅は適宜設計される。Ｙ方向配線３３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、……Ｄｙｎのｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線３２と同様に形成される。これらｍ本のＸ方向配線３２とｎ本のＹ方向配線３３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に分離している（ｍ、ｎは、共に正の整数）。
【００５８】
不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ2や絶縁性の金属酸化物及びそれらの混合物等で構成される。例えば、Ｘ方向配線３２を形成した基板３１の全面或いは一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配線３２とＹ方向配線３３の交差部の電位差に耐え得るように、膜厚、材料、製法が適宜設定される。Ｘ方向配線３２とＹ方向配線３３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【００５９】
電子放出素子３４を構成する前述した一対の電極２，３は、それぞれｍ本のＸ方向配線３２とｎ本のＹ方向配線３３に電気的に接続されている。
【００６０】
配線３２と配線３３を構成する材料及び一対の電極２，３を構成する材料は、その構成元素の一部或いは全部が同一であっても、またそれぞれが異なってもよい。これらの材料は、例えば前述の電極の材料より適宜選択される。電極を構成する材料と配線材料が同一である場合には、電極に接続した配線は電極ということもできる。
【００６１】
Ｘ方向配線３２には、Ｘ方向に配列した電子放出素子３４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る。一方、Ｙ方向配線３３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子３４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。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る。
【００６２】
上記構成においては、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。
【００６３】
本発明の電子源の製造方法は、同一基板上に複数の電子放出素子を同時に作り込み、配線を形成する以外は、基本的に先に示した電子放出素子の製造方法と同じである。
【００６４】
このような単純マトリクス配置の電子源を用いて構成した画像表示装置について、図８と図９を用いて説明する。図８は、画像表示装置の表示パネルの一例を示す模式図である。
【００６５】
図８において、３１は図７に示した電子源基板、４２はガラス基板４３の内面に電子の照射によって発光する発光体としての蛍光膜４４とメタルバック４５等が形成されたフェースプレート（第２の基板）、４６は支持枠である。電子源基板３１、支持枠４６及びフェースプレート４２をフリットガラスによって接着し、４００乃至５００℃で、１０分以上焼成することで、封着して、外囲器４７を構成する。
【００６６】
尚、フェースプレート４２と電子源基板３１との間に、スペーサーと呼ばれる不図示の支持体を設置することにより、大面積パネルの場合にも大気圧に対して十分な強度を持つ外囲器４７を構成することもできる。
【００６７】
図９はフェースプレート４２上に設ける蛍光膜４４の説明図である。蛍光膜４４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或いはブラックマトリクスなどと呼ばれる黒色導電体５１と蛍光体５２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５２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である。また、蛍光膜４４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。
【００６８】
また、蛍光膜４４の内面側には通常メタルバック４５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４２側へ鏡面反射することにより輝度を向上すること、電子ビーム加速電圧を印加するためのアノード電極として作用すること等である。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。
【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応させなくてはいけないため、上下基板の突き当て法などで十分な位置合わせを行う必要がある。
【００７０】
封着時の真空度は１０-5Ｐａ程度の真空度が要求される他、外囲器４７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４７の封止を行う直前或いは封止後に、抵抗加熱或いは高周波加熱等の加熱法により、外囲器４７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、真空度を維持するものである。
【００７１】
前述した電子放出素子の基本的特性によれば、電子放出素子から放出された電子は、しきい値電圧以上では対向する電極間に印加するパルス状電圧の波高値と幅によって制御され、その中間値によっても電流量が制御され、もって中間調表示が可能になる。
【００７２】
また多数の電子放出素子を配置した電子源においては、各ラインの走査線信号によって選択ラインを決め、各情報信号ラインを通じて個々の素子に上記パルス状電圧を適宜印加すれば、任意の素子に適宜電圧を印加して、各素子をＯＮすることができる。
【００７３】
また中間調を有する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、パルス幅変調方式が挙げられる。
【００７４】
以下に具体的な駆動装置について説明する。
【００７５】
単純マトリクス配置の電子源基板を用いて構成した表示パネルを利用した、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいたテレビジョン表示用の画像表示装置の構成例を、図１０に示す。
【００７６】
図１０において、６１は図８に示したような画像表示パネル、６２は走査回路、６３は制御回路、６４はシフトレジスタ、６５はラインメモリ、６６は同期信号分離回路、６７は情報信号発生器、Ｖａは直流電圧源である。
【００７７】
電子源基板３１を用いた画像表示パネル６１のＸ方向配線には、走査線信号を印加するＸドライバーの走査回路６２が、Ｙ配線には情報信号が印加されるＹドライバーの情報信号発生器６７が接続されている。
【００７８】
電圧変調方式を実施するには、情報信号発生器６７として、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回路を用いる。また、パルス幅変調方式を実施するには、情報信号発生器６７としては、一定の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回路を用いる。
【００７９】
制御回路６３は、同期信号分離回路６６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ，Ｔｓｆｔ及びＴｍｒｙの各制御信号を発生する。
【００８０】
同期信号分離回路６６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ある。この輝度信号成分は、同期信号に同期してシフトレジスタ６４に入力される。
【００８１】
シフトレジスタ６４は、時系列的にシリアルに入力される前記輝度信号を、画像の１ライン毎にシリアル／パラレル変換して、制御回路６３より送られるシフトクロックＴｓｆｔに基づいて動作する。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分のデータ（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）は、ｎ個の並列信号として前記シフトレジスタ６４より出力される。
【００８２】
ラインメモリ６５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為の記憶装置であり、記憶された内容は、情報信号発生器６７に入力される。
【００８３】
情報信号発生器６７は、各々の輝度信号に応じて、電子放出素子の各々を適切に駆動する為の信号源である。その出力信号はＹ方向配線を通じて表示パネル６１内に入り、走査回路６２によって選択中のＸ方向配線との交点にある各々の電子放出素子に印加される。
【００８４】
Ｘ方向配線を順次走査する事によって、パネル全面の電子放出素子を駆動する事が可能になる。
【００８５】
以上のように本発明の画像表示装置において、各電子放出素子にＸＹ方向配線を通じ、電圧を印加することにより電子放出させる。一方、直流電圧源Ｖａに接続された高圧端子Ｈｖを通じ、アノード電極であるメタルバック４５に高圧を印加し、発生した電子ビームを加速し、蛍光膜４４に衝突させることによって、画像を表示することができる。
【００８６】
ここで述べた画像表示装置の構成は、本発明の画像表示装置の一例であり、本発明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号についてはＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限られるものではなく、ＰＡＬ、ＨＤＴＶなどでも同じである。
【実施例】
【００８７】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳しく説明する。本発明で用いたＣＶＤ装置は、最大Ｇ５サイズ基板に対応した装置であるが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。
【００８８】
（実施例１）
〈ＳｉＯ2層の形成〉
サイズ３００×３５０ｍｍ、厚さ１．８ｍｍのガラス基板（基体）上に、以下の条件でＳｉＯ2膜を成膜した。
【００８９】
反応ガス：ＳｉＨ4＝１０００ｓｃｃｍ、Ｎ2Ｏ＝２００００ｓｃｃｍ
ガス圧力：８０Ｐａ（０．６ｔｏｒｒ）
基板温度：３５０℃
ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚ
成膜時間：５ｍｉｎ
【００９０】
得られたＳｉＯ2層の膜厚を段差触針測定機で測定したところ、１．２０μｍであった。膜の組成はＸＰＳ（Ｘ線光電子分光装置）を用いて、Ｎの元素比率が１％であった。この基板を用いて、画像表示装置を作製した。電子源の製造工程を図１１乃至図１６に示す。
【００９１】
〈素子電極の形成〉
金属有機化合物の水溶液と、感光剤（４，４’−ジアジドスチルベン−２，２’−ジスルホン酸ナトリウム）を含有した樹脂（ポリビニルアルコール）の水溶液を以下の比率で混合し、組成物を調製した。
金属有機化合物：５０質量部
〔酢酸テトラキス（モノエタノールアミノ）白金（ＩＩ）錯体、白金含有量５質量％〕
樹脂：５０質量部（感光剤１０質量部を含む）
【００９２】
この組成物を上記ＳｉＯ2層を積層した基板３１にスリットコータで全面に塗布し、真空乾燥装置で１３３Ｐａ（１ｔｏｒｒ）で６０ｓｅｃ乾燥し、さらにホットプレートで８０℃で１０分間乾燥した。乾燥後の塗膜の厚みは２．０５μｍであった。
【００９３】
次いで、ネガフォトマスクを用い、素子電極２，３を形成する領域に超高圧水銀ランプ（照度＝２０ｍＷ／ｃｍ2）にて、１００μｍのギャップを保持して、露光時間１０秒で露光した。露光後、現像液として純水を用い、ディッピングで３０秒間処理し、電極領域をパターニングされた塗膜を得た。これを熱風循環炉に入れ、５２０℃で１時間焼成した。これにより、白金薄膜からなる素子電極２，３が形成された（図１１）。
【００９４】
本例における素子電極は、幅６０μｍ、長さ４８０μｍの電極３と、幅１２０μｍ、長さ２００μｍの電極２とを、電極間ギャップ２０μｍ（図１のＬ）で対向させたものとした。また、素子電極対のピッチは、横方向３００μｍ、縦方向６５０μｍとし、素子電極対の数は７２０×２４０としてマトリクス形状に配置した。
【００９５】
〈下配線の形成〉
共通配線としてのＹ方向配線（下配線）３３は、一方の素子電極２に接して、かつそれらを連結するようにライン状のパターンで形成した。材料にはＡｇフォトぺーストインキを用い、スクリーン印刷した後、乾燥させてから、所定のパターンに露光し現像した。この後４８０℃前後の温度で焼成してＹ方向配線３３を形成した（図１２）。このＹ方向配線３３の厚さは約１０μｍ、幅は約５０μｍである。尚、終端部は配線取り出し電極として使うために、線幅をより大きくした。
【００９６】
〈絶縁層の形成〉
上下配線を絶縁するために、絶縁層７１を形成した。後述のＸ方向配線（上配線）３２下に、先に形成したＹ方向配線３３との交差部を覆うように、且つＸ方向配線３２と他方の素子電極３との電気的接続が可能なように、接続部にコンタクトホールを開けて形成した（図１３）。
【００９７】
具体的には、Ｂｉ2Ｏ3を主成分とする感光性のガラスペーストをスクリーン印刷した後、露光−現像した。これを４回繰り返し、最後に５００℃前後の温度で焼成した。この絶縁層７１の厚みは、全体で約３０μｍであり、幅は１５０μｍである。
【００９８】
〈上配線の形成〉
先に形成した絶縁層７１の上に、Ａｇぺーストインキをスクリーン印刷した後乾燥させ、この上に再度同様に印刷を行い２度塗りしてから、４８０℃前後の温度で焼成してＸ方向配線（上配線）３２を形成した（図１４）。Ｘ方向配線３２は絶縁層７１を挟んでＹ方向配線３３と交差しており、絶縁層７１のコンタクトホール部分で電極３とも接続されている。このＸ方向配線３２の厚さは、約１５μｍである。図示していないが、外部駆動回路への取り出し電極部もこれと同様の方法で形成した。
【００９９】
このようにして、基板３１上に形成した複数の素子電極２，３をＸＹマトリクス配線接続した。
【０１００】
〈導電性膜の形成工程〉
上記基板を純水で洗浄した。ポリビニルアルコールを０．０５質量％、２−プロパノールを１５質量％、エチレングリコールを１質量％で溶解した水溶液に、酢酸パラジウム−モノエタノールアミン錯体をパラジウムが約０．１５質量％となるように溶解して淡黄色水溶液を得た。この水溶液の液滴を、インクジェット法によって、各素子電極対を成す素子電極２，３上から当該素子電極２，３間の電極ギャップ内に亘って付設されるよう、同じ箇所に４回付与した（ドット径＝約１００μｍ）。
【０１０１】
上記水溶液の液滴を付設した基板３１を３５０℃の焼成炉にて３０分間焼成し、各素子電極対間に、当該素子電極２，３を連絡する、パラジウムからなる導電性膜４を形成した（図１５）。
【０１０２】
〈フォーミング工程〉
次に、基板３１の周囲の取り出し電極部を残して、基板全体を覆うようにフード状の蓋をかぶせて基板３１との間で内部に真空空間を作った。この状態で、外部電源より電極端子部からＸＹ方向配線３２，３３間に電圧を印加し、素子電極２，３間に通電することによって、導電性膜４を局所的に破壊、変形もしくは変質させることにより、間隙５を形成した。
【０１０３】
フォーミング処理に用いた電圧波形は図３（ｂ）の様な矩形パルス波形を用い、Ｔ１を０．１ｍｓｅｃ、Ｔ２を５０ｍｓｅｃとした。印加した電圧は０．１Ｖから始めて５秒ごとに０．１Ｖステップ程度ずつ増加させた。通電フォーミング処理の終了は、パルス電圧印加時に素子に流れる電流を測定して抵抗値を求めて、１ＭΩ以上の抵抗を示した時に通電フォーミングを終了した。
【０１０４】
〈活性化工程〉
前記のフォーミングと同様にフード状の蓋をかぶせて基板３１との間で内部に真空空間を作り、炭素源としてトリニトリルを、スローリークバルブを通して真空空間内に導入し、１．３×１０-4Ｐａを維持し、活性化処理を行った。
【０１０５】
パルスは１８Ｖ、１ｍｓの短形パルスと、−１８Ｖ、１ｍｓの短形パルスとを交替で１００Ｈｚで印加した。約６０分後に放出電流Ｉｅがほぼ飽和に達した時点で通電を停止し、スローリークバルブを閉め、活性化処理を終了した。
【０１０６】
以上の工程で、基板上に多数の電子放出素子をマトリクス配線接続してなる電子源を作製することができた。
【０１０７】
以上のようにして製造した単純マトリクス配置の電子源を用いて図８に示す表示パネルを製造し、図１０の走査回路・制御回路・変調回路・直流電圧源などからなる駆動回路を接続し、パネル状の画像表示装置を製造した。
【０１０８】
Ｘ方向端子とＹ方向端子を通じて、各電子放出素子に時分割で所定電圧を印加し、高電圧端子４８を通じてメタルバック４５に高電圧を印加することによって、任意のマトリクス画像パターンを駆動させたところ、良好な画像品質で表示することができた。
【０１０９】
（実施例２）
〈ＳｉＯ2層の形成〉
サイズ３００×３５０ｍｍ、厚さ１．８ｍｍのガラス基板（基体）上に、以下の条件でＳｉＯ2層を成膜した。
反応ガス：ＳｉＨ4＝５０００ｓｃｃｍ、Ｎ2Ｏ＝５００００ｓｃｃｍ
ガス圧力：２６７Ｐａ（２．０ｔｏｒｒ）
基板温度：３５０℃
ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚ
成膜時間：１．５ｍｉｎ
【０１１０】
得られたＳｉＯ2層の膜厚を段差触針測定機で測定したところ、１．５０μｍであった。膜の組成はＸＰＳ（Ｘ線光電子分光装置）を用いて、Ｎの元素比率が２％であった。この基板３１を用いて、実施例１と全く同様にして画像表示装置を作製した。
【０１１１】
得られた画像表示装置のＸ方向端子とＹ方向端子を通じて、各電子放出素子に時分割で所定電圧を印加し、高電圧端子４８を通じてメタルバック４５に高電圧を印加することによって、任意のマトリクス画像パターンを駆動させた。その結果、良好な画像品質で表示することができた。
【０１１２】
（比較例１）
〈ＳｉＯ2層の形成〉
サイズ３００×３５０ｍｍ、厚さ１．８ｍｍのガラス基板（基体）上に、以下の条件でＳｉＯ2層を成膜した。
反応ガス：ＳｉＨ4＝６２５０ｓｃｃｍ、Ｎ2Ｏ＝５００００ｓｃｃｍ
ガス圧力：２６７Ｐａ（２．０ｔｏｒｒ）
基板温度：３５０℃
ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚ
成膜時間：１ｍｉｎ
【０１１３】
得られたＳｉＯ2層の膜厚を段差触針測定機で測定したところ、１．３５μｍであった。膜の組成はＸＰＳ（Ｘ線光電子分光装置）を用いて、Ｎの元素比率が３％であった。この基板を用いて、実施例１と全く同様にして画像表示装置を作製した。
【０１１４】
但し、活性化工程の時に一部の素子において放出電流Ｉｅが飽和に達しなかった。得られた装置のＸ方向端子とＹ方向端子を通じて、各電子放出素子に時分割で所定電圧を印加し、高電圧端子４８を通じてメタルバック４５に高電圧を印加することによって、任意のマトリクス画像パターンを駆動させた。その結果、活性化が充分に行われていない素子の存在によって実施例ほどの良好な画像で表示することはできなかった。
【０１１５】
（比較例２）
〈ＳｉＯ2層の形成〉
サイズ３００×３５０ｍｍ、厚さ１．８ｍｍのガラス基板（基体）上に、以下の条件でＳｉＯ2層を成膜した。
反応ガス：ＳｉＨ4＝５０００ｓｃｃｍ、Ｎ2Ｏ＝２００００ｓｃｃｍ
ガス圧力：２００Ｐａ（１．５ｔｏｒｒ）
基板温度：３５０℃
ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚ
成膜時間：１ｍｉｎ
【０１１６】
得られたＳｉＯ2層の膜厚を段差触針測定機で測定したところ、１．２０μｍであった。膜の組成はＸＰＳ（Ｘ線光電子分光装置）を用いて、Ｎの元素比率が９％であった。この基板を用いて、実施例１と全く同様にして画像表示装置を作製した。
【０１１７】
但し、活性化工程の時に一部の素子において放出電流Ｉｅが飽和に達しなかった。得られた装置のＸ方向端子とＹ方向端子を通じて、各電子放出素子に時分割で所定電圧を印加し、高電圧端子４８を通じてメタルバック４５に高電圧を印加することによって、任意のマトリクス画像パターンを駆動させた。その結果、活性化が充分に行われていない素子の存在によって実施例ほどの良好な画像で表示することはできなかった。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の電子放出素子の一実施形態の構成を示す模式図である。
【図２】図１の電子放出素子の製造工程を示す模式図である。
【図３】本発明の電子放出素子の製造方法において、通電フォーミング処理に用いられる電圧波形を示す図である。
【図４】本発明の電子放出素子の製造方法において、活性化処理に用いられる電圧波形を示す図である。
【図５】本発明の電子放出素子の電子放出特性の測定評価装置の構成を示す概略図である。
【図６】本発明の電子放出素子の放出特性を示す図である。
【図７】本発明の電子源の構成例を示す模式図である。
【図８】本発明の画像表示装置の一例の表示パネルの構成を模式的に示す斜視図である。
【図９】本発明の画像表示装置に用いられる蛍光膜の構成を模式的に示す図である。
【図１０】テレビジョン表示用の画像表示装置の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の実施例における電子源の製造工程を示す図である。
【図１２】本発明の実施例における電子源の製造工程を示す図である。
【図１３】本発明の実施例における電子源の製造工程を示す図である。
【図１４】本発明の実施例における電子源の製造工程を示す図である。
【図１５】本発明の実施例における電子源の製造工程を示す図である。
【図１６】本発明の実施例における電子源の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１  基体
２，３  素子電極
４  導電性膜
５  第１の間隙
６  カーボン膜
７  第２の間隙
８  ＳｉＯ2層
１０  基板
【図１】
2010010017.tif 000003
【図２】
2010010017.tif 000004
【図３】
2010010017.tif 000005
【図４】
2010010017.tif 000006
【図５】
2010010017.tif 000007
【図６】
2010010017.tif 000008
【図７】
2010010017.tif 000009
【図８】
2010010017.tif 000010
【図９】
2010010017.tif 000011
【図１０】
2010010017.tif 000012
【図１１】
2010010017.tif 000013
【図１２】
2010010017.tif 000014
【図１３】
2010010017.tif 000015
【図１４】
2010010017.tif 000016
【図１５】
2010010017.tif 000017
【図１６】
2010010017.tif 000018