JP2010262898A - 電子線装置及び画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極配線の交差領域における静電容量を低減する。
【解決手段】電子線装置11は、基板1と、基1板上に形成された第1の電極配線2と、第1の電極配線2を覆う絶縁層4と、絶縁層4の上に、第1の電極配線2と交差して形成された第2の電極配線3と、基板上1の、第1の電極配線2と第2の電極配線3とが交差する電極配線交差領域9から離れた領域10に位置し、第1の電極配線2と第2の電極配線3の双方に接続されて第1の電極配線2及び第2の電極配線3から駆動エネルギーを受ける電子放出素子6と、を備えている。少なくとも一部の電極配線交差領域9において、第1の電極配線2と第2の電極配線3との間に空隙5が形成されている。
【選択図】図5
【解決手段】電子線装置11は、基板1と、基1板上に形成された第1の電極配線2と、第1の電極配線2を覆う絶縁層4と、絶縁層4の上に、第1の電極配線2と交差して形成された第2の電極配線3と、基板上1の、第1の電極配線2と第2の電極配線3とが交差する電極配線交差領域9から離れた領域10に位置し、第1の電極配線2と第2の電極配線3の双方に接続されて第1の電極配線2及び第2の電極配線3から駆動エネルギーを受ける電子放出素子6と、を備えている。少なくとも一部の電極配線交差領域9において、第1の電極配線2と第2の電極配線3との間に空隙5が形成されている。
【選択図】図5
Description
本発明は、電子放出素子を備えた電子線装置と、該電子線装置を備えた画像表示装置に関する。
電子線装置を用いた画像表示装置において消費電力を低減するためには、電子放出素子やその駆動回路の静電容量を低減し、駆動時に電子放出素子や駆動回路に流れ込む充放電電流を低減させることが望ましい。
従来の電子線装置では、帯状に形成された複数本のカソード電極配線と、カソード電極配線の上部にカソード電極配線と交差して帯状に形成された複数本のゲート電極配線と、が設けられ、それぞれの配線の交差する各領域に電子放出素子が配置されている。画像表示装置用の電子線装置においては、ゲート電極配線とカソード電極配線とがマトリックス状に配置された場合に、各電極配線が交差することは不可避であり、絶縁層を介したゲート電極配線とカソード電極配線との交差領域では静電容量が発生する。また、配線の交差する領域に電子放出素子が形成されるため、電子放出素子の配置領域を確保するために交差領域における電極配線の交差面積が大きくなる。このため、交差領域における静電容量が一層増加する傾向にある。
特許文献1には、Xアレー電極(X電極配線)とYアレー電極(Y電極配線)とでマトリックス電極が構成され、プレーナー型の電子放出部を備えた画像表示装置が開示されている。電子放出部はXアレー電極とYアレー電極の交差領域以外の基板表面に形成されている。このため、電子放出部がXアレー電極とYアレー電極の交差部に配置されることがなく、アレー電極間の静電容量が低減される。
特許文献1に記載の電子放出素子を備える電子線装置においても静電容量の低減は十分でなく、消費電力の低減のため一層の静電容量の低減が望まれている。本発明は、電極配線の交差領域における静電容量の低減が容易な電子線装置を提供することを目的とする。
本発明の電子線装置は、基板と、基板上に形成された第1の電極配線と、第1の電極配線を覆う絶縁層と、絶縁層の上に、第1の電極配線と交差して形成された第2の電極配線と、基板上の、第1の電極配線と第2の電極配線とが交差する電極配線交差領域から離れた領域に位置し、第1の電極配線と第2の電極配線の双方に接続されて第1の電極配線及び第2の電極配線から駆動エネルギーを受ける電子放出素子と、を備えている。少なくとも一部の電極配線交差領域において、第1の電極配線と第2の電極配線との間に空隙が形成されている。
電極配線交差領域において、第1の電極配線と第2の電極配線との間に空隙が形成されている。これは、絶縁層の少なくとも一部が比誘電率の小さい物質に置換されたのと同等の効果を奏する。従って、第1の電極配線と第2の電極配線との間の静電容量が低減し、それに伴い電極配線交差領域に流れ込む充放電電流が低減するため、消費電力の低減が容易となる。
まず、電子放出素子を備えた電子線装置の一実施形態を、図面を参照して説明する。本発明においては、電子放出素子の材料や形状あるいは製法に限定はない。電子放出素子として、例えば表面伝導型電子放出素子や電界放出型、あるいはMIM(Metal In Metal)型などの冷陰極素子を用いることができる。
図1は本発明の実施の形態に係わる電子線装置の模式図である。図1(a)は模式的平面図であり、図1(b)は図1(a)におけるA−A´線での断面図、図1(c)は図1(a)におけるB−B´線での断面図である。
電子線装置11の基板1上には第1の電極配線2が形成されている。第1の電極配線2は絶縁層4によって覆われており、絶縁層4の上には、第1の電極配線2と交差して第2の電極配線3が形成されている。基板1上の第1の電極配線2と第2の電極配線3とが交差する領域は電極配線交差領域9となっている。電極配線交差領域9から離れた領域10には電子放出素子6が設けられている。電子放出素子6は、素子電極7を介して第1の電極配線2に接続され、素子電極8を介して第2の電極配線3に接続されている。この結果、電子放出素子6は、第1の電極配線2及び第2の電極配線3から電子を放出するための駆動エネルギーを受ける。
基板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、青板ガラスやSi基板等にスパッタ法等によりSiO2を積層した積層体、アルミナ等のセラミックスからなる絶縁性を有する基板が用いられる。
第1の電極配線2及び第2の電極配線3は、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などで形成される。配線の材料、膜厚、幅は、適宜設定することができる。第1の電極配線2の材料と第2の電極配線3の材料は、同じであっても構わないし、互いに異なっていても構わない。
絶縁層4は、SiO2などの酸化物、Si3N4などの窒化物で形成され、高電界に耐えられる耐圧性能の高い材料が選択される。絶縁層4の膜厚は、絶縁破壊耐圧を確保できる範囲で適宜設定される。
電子放出素子6としては、スパッタリング法、真空蒸着法、CVD法等により成膜された導電性膜が用いられる。導電性膜を構成する材料を含む化合物溶液をディッピング法、スピンコート法、インクジェット法などによって塗布して導電性膜を形成することもできる。導電性膜の材料は、例えば、Pd、Pt、Ru、PdO、SnO2などから適宜選択される。導電性膜の厚さは適宜設定される。
電子放出素子6は、第1の電極配線2と第2の電極配線3を介して素子電極7と素子電極8の間に電圧を印加して、電子放出素子6に電子が放出される電界を生成することで電子を放出する。第1の電極配線2と第2の電極配線3は、いずれか一方をゲート電極とし、他方をカソード電極とすることができる。
素子電極7,8は、CVD法、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術により形成された導電性金属等によって形成される。素子電極7,8の材料は、例えば、Be,Mg,Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,Al,Cu,Ni,Cr,Au,Pt,Pd等の金属または合金材料から適宜選択される。あるいは、TiC,ZrC,HfC,TaC,SiC,WC等の炭化物や、HfB2,ZrB2,LaB6,CeB6,YB4,GbB4等の硼化物、TaN,TiN,ZrN,HfN等の窒化物、Si,Ge等の半導体を用いることもできる。有機高分子材料、アモルファスカーボン、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドを分散した炭素及び炭素化合物等も選択することができる。素子電極7,8の厚さは適宜設定される。
電子放出素子6は、第1の電極配線2と、絶縁層4を介して形成された第2の電極配線3と、が交差する電極配線交差領域9と異なる領域10に配置されている。このため、電子放出素子6の配置領域を確保するために電極配線交差領域9における電極配線2,3の交差面積を増加させる必要がなく、電極配線交差領域9における静電容量の増加を抑えることができる。本実施形態ではさらに、電極配線交差領域9の、第1の電極配線2と第2の電極配線3との間の領域において、絶縁層4の一部が欠損し、空隙5が形成されている。第1の電極配線2と第2の電極配線3との間の絶縁層4が見かけ上、比誘電率の低い材料に置き換わったことになり、電極配線交差領域9における静電容量が低減する。本実施形態では、空隙5は電極配線交差領域9の外側まで広がり、水平断面が概ね円形形状となっているが、空隙5は電極配線交差領域9の内部だけに設けられてもよく、空隙5の断面形状も楕円形その他の適宜の形状であってよい。
次に、図2を参照して、上述の電子線装置11の製造方法の一例を説明する。
予めその表面を十分に洗浄した基板1上に、第1の電極配線2を形成する(図2(a))。第1の電極配線2は、蒸着法、スパッタ法等の一般的成膜技術により形成しても構わないし、印刷技術によって形成しても構わない。第1の電極配線2の製造方法は、第1の電極配線2の必要膜厚や必要配線幅によって適宜選択される。
続いて、基板1及び第1の電極配線2上に、一般的成膜技術により素子電極7の材料となる膜を堆積する。次に、フォトリソグラフィー技術により、この堆積された膜の一部を除去して、素子電極7を形成する(図2(b))。一例では、フォトレジストのスリットコーティングと、マスクパターン露光と、現像と、を順次行い、エッチングにより堆積膜の一部を除去し、素子電極7を形成する。エッチング方法は、素子電極7の材料に応じて適宜選択可能である。
次に、基板1、第1の電極配線2、及び素子電極7の上に、スパッタ法等の一般的真空成膜法、CVD法、真空蒸着法等を用いて絶縁層4を形成する。さらに、絶縁層4上に第2の電極配線3を形成する(図2(c))。第2の電極配線3は、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術により形成しても構わないし、印刷技術によって形成しても構わない。第2の電極配線3の製造方法は、第2の電極配線3の必要膜厚や必要配線幅によって適宜選択される。第2の電極配線3は、第1の電極配線2と同じ方法で形成しても構わないし、異なる方法で形成しても構わない。
続いて、空隙5を形成する。まず、フォトリソグラフィー工程で、第2の電極配線3上の所望の位置に開口を有するレジストパターンを形成する。開口の大きさは、次に行われるエッチングの際にエッチャントが流入できる範囲で選択される。次に、エッチングによって、第2の電極配線3に開口部20を形成する(図2(d))。エッチング方法は第2の電極配線3の材料に応じて適宜選択できる。例えば、第2の電極配線3にCuを用いた場合には、エッチャントとして硝酸、酢酸、リン酸の混酸溶液を選択して、ウェットエッチングにてエッチングすることが好ましい。
続いて、ウェットエッチング等により絶縁層4に空隙5を形成する(図2(e))。例えば、第2の電極配線3にCu等を、絶縁層4にSiO2を選択した場合は、エッチャントとしてバッファードフッ酸を用いてウェットエッチングを行う。これによって、開口部20直下の絶縁層4が選択的にエッチングされ空隙5が形成される。その後、純水を用いたディッピングによる洗浄を行い、エッチャント及び残渣の除去を行う。
次に、電子放出素子6を配置する領域10を形成する。まず、第1の電極配線2と第2の電極配線3上の所望の部分にフォトリソグラフィー工程でレジストパターンを形成する。続いて、エッチングにより絶縁層4の一部を取り除いて、領域10を含む開口部21を形成する(図2(f))。開口部21は、少なくとも第2の電極配線3の一部にかかるように形成して、第2の電極配線3の一部を露出させるのが好ましい。エッチング工程は、基板1の上面で停止してもよいし、基板1の一部がエッチングされてもよい。エッチング方法は絶縁層4の材料に応じて適宜選択できる。例えば、絶縁層4にSiO2を選択した場合には、エッチャントとしてバッファードフッ酸を用いてウェットエッチングを行うことが好ましい。本エッチング工程は、空隙5の形成と同時に行っても構わない。
次に、素子電極8を形成する。まず、一般的成膜技術により素子電極8の材料となる膜を堆積する。次に、フォトリソグラフィー技術により、この堆積された膜の一部を除去して、開口部21に露出している第2の電極配線3の一部に接続するように、素子電極8を形成する(図2(g))。一例では、フォトレジストのスリットコーティングと、マスクパターン露光と、現像と、を順次行い、エッチングにより堆積膜の一部を除去し、素子電極8を形成する。エッチング方法は、素子電極8の材料に応じて適宜選択可能である。
次に、電子放出素子6を形成する。まず、インクジェット法などによって、導電性膜を素子電極7及び素子電極8に接続するように形成する。次に、第1の電極配線2及び第2の電極配線3を介して導電性膜に給電して、通電フォーミング処理と通電活性化処理を行う。以上の工程により、電子放出素子6が形成される(図2(h))。
以下、本発明の実施の形態に係る電子線装置11を備えた画像表示装置のいくつかの実施形態について説明する。
(画像表示装置の第1の実施形態)
図3に、第1の実施形態に係る画像表示装置を模式的に示す。画像表示装置16は、上述の電子線装置(リアプレート)11と、画像形成部材(フェースプレート)12と、電子線装置11と画像形成部材12との間に位置し、電子線装置11及び画像形成部材12とともに気密容器14を構成する支持枠13と、を有している。気密容器14の内部空間15は大気圧より低い圧力に維持され、内部空間15を挟んで電子線装置11と画像形成部材12とが対向配置されている。支持枠13と電子線装置11、及び支持枠13と画像形成部材12とは各々、低融点のフリットガラスなどで接合されている。
図3に、第1の実施形態に係る画像表示装置を模式的に示す。画像表示装置16は、上述の電子線装置(リアプレート)11と、画像形成部材(フェースプレート)12と、電子線装置11と画像形成部材12との間に位置し、電子線装置11及び画像形成部材12とともに気密容器14を構成する支持枠13と、を有している。気密容器14の内部空間15は大気圧より低い圧力に維持され、内部空間15を挟んで電子線装置11と画像形成部材12とが対向配置されている。支持枠13と電子線装置11、及び支持枠13と画像形成部材12とは各々、低融点のフリットガラスなどで接合されている。
画像形成部材12は、ガラス基板31と、発光体である蛍光膜32と、メタルバック33と、を含んでいる。電子線装置11から放出された電子は蛍光膜32に衝突し、蛍光膜32が発光することによって画像が形成される。図4に蛍光膜32の一部を模式的に示す。表示したい発光色に対応する蛍光体34が規則的に配置されており、所望の蛍光体34を発光させることで、ガラス基板31の外面に画像が表示される。蛍光体34は、カラー表示で必要となる三原色、すなわちR(赤色)、G(緑色)、B(青色)のいずれかに割り当てられている。蛍光体34は、例えば、x方向には、R、G、Bの順に配置され、y方向には同色の蛍光体34が配置されている。蛍光体34は光吸収部材35によって仕切られており、異なる色の蛍光体34同士の混色やコントラストの低下が抑制される。
電子線装置11の基板1には、画像表示装置の画素数に応じた所定本数の第1の電極配線2が互いに平行に設けられている。同様に、基板1には、絶縁層4(図1参照)を介して、画像表示装置の画素数に応じた所定本数の第2の電極配線3が互いに平行に設けられている。第1の電極配線2と第2の電極配線3は互いに直交して設けられ、その交点が電極配線交差領域9(図1参照)となっている。各電極配線交差領域9には空隙5が形成されている。なお、図3及び後述する図6,7では空隙は強調して表示されている。各電極配線交差領域9に対応して、電子放出素子6が、対応する電極配線交差領域9に隣接する領域に配置されている。第2の電極配線3の上には板状のスペーサ18が設けられている。スペーサ18は気密容器14が大気圧に押されて内側に変形しようとする力に対抗し、気密容器14に十分な耐圧強度を与える。スペーサ18は全ての第2の電極配線3の上に設ける必要はなく、耐圧上必要な範囲で、一部の第2の電極配線3の上のみに、例えば一定のピッチで設けることができる。
図5に示すように、気密容器14の内部と外部との圧力差によってスペーサ18が第2の電極配線3を押しつけることによって第2の電極配線3が第1の電極配線2の方向にたわむ。空隙5の中心位置における第2の電極配線3のたわみ量ωは、
ω=3.42e-7×(m×a4)/h3 < (1−(1/ε))×t
の関係を満たすことが望ましい。ここで、
m:(スペーサ18の配置間隔×絵素のX方向幅)/(スペーサ18のY方向長さ×第1の電極配線2の幅)
a:空隙5の最大幅の半値(m)
h:第2の電極配線3の厚さ(m)
ε:絶縁層4の比誘電率
t:絶縁層4の厚さ(m)
である。
ω=3.42e-7×(m×a4)/h3 < (1−(1/ε))×t
の関係を満たすことが望ましい。ここで、
m:(スペーサ18の配置間隔×絵素のX方向幅)/(スペーサ18のY方向長さ×第1の電極配線2の幅)
a:空隙5の最大幅の半値(m)
h:第2の電極配線3の厚さ(m)
ε:絶縁層4の比誘電率
t:絶縁層4の厚さ(m)
である。
ここで、絵素は、画像形成部材12の、電子放出素子6の各々に対応する各蛍光体34を意味し、絵素のX方向幅は、絵素のスペーサ18の長手方向における幅である。また、スペーサのY方向長さはスペーサの厚さである。なお、係数mは無単位である。
第2の電極配線3がたわむことによって、第1の電極配線2と第2の電極配線3との間隔が縮小し、配線2,3間の静電容量は増加する。一方、空隙5の存在によって配線2,3間の静電容量が減少する。たわみ量ωを(1−(1/ε))×tより小さくすることによって、前者の静電容量の増加分を後者の静電容量の減少分よりも小さくすることができる。これによって配線2,3間の静電容量が低減し、画像表示装置の消費電力を抑制することができる。
(画像表示装置の第2の実施形態)
図6に、第2の実施形態に係る画像表示装置を模式的に示す。本実施形態は空隙の形成位置とスペーサの配置だけが第1の実施形態と異なり、その他は第1の実施形態と同様である。従って、以下に記載のない事項は第1の実施形態を参照されたい。
図6に、第2の実施形態に係る画像表示装置を模式的に示す。本実施形態は空隙の形成位置とスペーサの配置だけが第1の実施形態と異なり、その他は第1の実施形態と同様である。従って、以下に記載のない事項は第1の実施形態を参照されたい。
本実施形態では、気密容器14aは、電子線装置11aと、大気圧より低い圧力に維持された内部空間を挟んで電子線装置11aと対向配置された画像形成部材12と、を有している。画像形成部材12は第1の実施形態と同様の構成である。
第2の電極配線3は複数本が互いに平行に設けられている。本実施形態では、一部の第2の電極配線3aは電極配線交差領域9に空隙5が形成されておらず、残りの第2の電極配線3bは空隙5が形成されている。そして、空隙5が形成されていない第2の電極配線3aの上のみに、第1の実施形態と同様の板状のスペーサ18が配置されている。
スペーサ18は、大気圧による外力に対抗できるように、その形状(大きさ)や配置箇所(配置間隔)が設定される。しかし、画像形成部材12と電子線装置11との間の電位分布はスペーサ18の存在によって影響され、変動する。電位分布の変動は、電子放出素子6から放出される電子の軌道に悪影響を与える可能性がある。よって、電子の軌道への悪影響防止の観点からは、スペーサ18は電子放出素子6からできるだけ遠い位置に設けることが好ましく、第2の電極配線3の上は一つの有力な設置位置である。一方、気密容器に大気圧による外力がかかると、スペーサ18は第2の電極配線3を押し付け、この力は絶縁層4を介して基板1に伝達される。しかし、電極配線交差領域9に絶縁層4がないと、第2の電極配線3がたわんで、第2の電極配線3の直下にある第1の電極配線2と接触して短絡する可能性がある。また、たとえ短絡が生じなくても、第1の電極配線2と第2の電極配線3との間の間隔が著しく減少し、静電容量の増加につながる可能性もある。つまり、空隙5を有する第2の電極配線3は、空隙5の大きさにもよるものの、スペーサ18の支持には必ずしも好適といえない場合があり、スペーサの支持の観点からは、スペーサ18は第2の電極配線3を避けて配置するのが好ましい。
本実施形態では、第2の電極配線3bに空隙5を形成することによって、空隙5の設けられた電極配線交差領域9における静電容量を抑制している。一方、スペーサの支持強度が求められるスペーサ18直下の第2の電極配線3aには空隙5が形成されず、絶縁層4が形成されている。従って、スペーサ18は第2の電極配線3aを介して、従来と同様に基板1に安定して支持される。本実施形態ではこのような構成によって、上記の2つの相反する要求を両立することが可能となっている。
(画像表示装置の第3の実施形態)
図7に、第3の実施形態に係る画像表示装置を模式的に示す。本実施形態は空隙の形成位置とスペーサの配置だけが第1の実施形態と異なり、その他は第1の実施形態と同様である。従って、以下に記載のない事項は第1の実施形態を参照されたい。
図7に、第3の実施形態に係る画像表示装置を模式的に示す。本実施形態は空隙の形成位置とスペーサの配置だけが第1の実施形態と異なり、その他は第1の実施形態と同様である。従って、以下に記載のない事項は第1の実施形態を参照されたい。
本実施形態では、気密容器14bは、電子線装置11bと、大気圧より低い圧力に維持された内部空間を挟んで電子線装置11bと対向配置された画像形成部材12と、を有している。画像形成部材12は第1の実施形態と同様の構成である。
第2の電極配線3cは各々が複数の電極配線交差領域9を有しており、一部の電極配線交差領域9aには空隙5が形成されておらず、残りの電極配線交差領域9bには空隙5が形成されている。そして、空隙5が形成されていない電極配線交差領域9aの上のみに柱状のスペーサ18bが配置されている。
第2実施形態と同様、スペーサ18bの配置に当たっては、電子の軌道への悪影響防止の観点と、スペーサの支持の観点とを両立させることが望ましい。電子の軌道への悪影響防止の観点からは、電極配線交差領域9に柱状のスペーサ18bを配置することは、第2実施形態と比べてもスペーサ18bを電子放出素子6から一層離れた位置に置くことを意味し、極めて好ましい。しかし、電極配線交差領域9が空隙を有していると、第2の実施形態で述べたのと同様の問題が生じる。そこで、本実施形態では一部の電極配線交差領域9bに空隙5を形成することによって、空隙5の設けられた電極配線交差領域9bにおける静電容量を抑制している。一方、スペーサ18bの支持強度が求められるスペーサ18b直下の電極配線交差領域9aには空隙5を形成せず、絶縁層4が形成されている。従って、スペーサ18bは電極配線交差領域9aを介して、従来と同様に基板1に安定して支持される。本実施形態ではこのような構成によって、上記の2つの相反する要求を両立することが可能となっている。
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳しく説明する。
(実施例1)
本実施例は、図1に示される電子線装置11の例である。
本実施例は、図1に示される電子線装置11の例である。
(工程1)
基板1に青板ガラスを用い、十分洗浄を行った後、フォトリソグラフィー工程でポジ型フォトレジスト(TSMR−8900/東京応化社製)をスリットコーティングした。引き続き、フォトマスクパターンでフォトレジストを露光し、現像することによって、開口を有するリフトオフパターンを形成した。その後、スパッタによって厚さ3μmのCu膜を堆積させ、リフトオフによって幅25μmの第1の電極配線2を形成した(図2(a)に示す状態)。
基板1に青板ガラスを用い、十分洗浄を行った後、フォトリソグラフィー工程でポジ型フォトレジスト(TSMR−8900/東京応化社製)をスリットコーティングした。引き続き、フォトマスクパターンでフォトレジストを露光し、現像することによって、開口を有するリフトオフパターンを形成した。その後、スパッタによって厚さ3μmのCu膜を堆積させ、リフトオフによって幅25μmの第1の電極配線2を形成した(図2(a)に示す状態)。
(工程2)
続いて、基板1と第1の電極配線2の上にスパッタによって、素子電極7の材料となる膜として、厚さ100nmのTaN膜を堆積させた。次に、工程1と同様にフォトリソグラフィー工程でレジストパターンを形成した。その後、パターニングしたフォトレジストをマスクとして、堆積した膜をSF6ガスを用いてドライエッチングし、基板1上でエッチング工程を停止させて、素子電極7を形成した(図2(b)に示す状態)。素子電極7は第1の電極配線2と重なるように形成した。
続いて、基板1と第1の電極配線2の上にスパッタによって、素子電極7の材料となる膜として、厚さ100nmのTaN膜を堆積させた。次に、工程1と同様にフォトリソグラフィー工程でレジストパターンを形成した。その後、パターニングしたフォトレジストをマスクとして、堆積した膜をSF6ガスを用いてドライエッチングし、基板1上でエッチング工程を停止させて、素子電極7を形成した(図2(b)に示す状態)。素子電極7は第1の電極配線2と重なるように形成した。
(工程3)
続いて、基板1、第1の電極配線2、及び素子電極7の上にスパッタ法により、絶縁層4として、厚さ3μmのSiO2膜(比誘電率ε=4)を形成した。
続いて、基板1、第1の電極配線2、及び素子電極7の上にスパッタ法により、絶縁層4として、厚さ3μmのSiO2膜(比誘電率ε=4)を形成した。
(工程4)
続いて、絶縁層4上に、マスクを用いて、印刷技術によって、第2の電極配線3として、厚さ2μm、幅320μmのCu膜を形成した(図2(c)に示す状態)。本実施例では、電極配線交差領域9は320×240のマトリクス状に形成された。
続いて、絶縁層4上に、マスクを用いて、印刷技術によって、第2の電極配線3として、厚さ2μm、幅320μmのCu膜を形成した(図2(c)に示す状態)。本実施例では、電極配線交差領域9は320×240のマトリクス状に形成された。
(工程5)
続いて、前述の工程と同様にフォトリソグラフィー工程によって、フォトマスクパターンでフォトレジストを露光、現像し、開口部20用と開口部21用の開口を持つレジストパターンを形成した。その後、パターニングしたフォトレジストをマスクとして、第2の電極配線3をウェットエッチングによってエッチングし、開口部20を形成した(図2(d)に示す状態)。エッチングには、硝酸2.19%、酢酸32.24%、リン酸43.75%、水21.82%の混合溶液である混酸を用いた。なお、この工程では開口部21用のSiO2はエッチングされない。
続いて、前述の工程と同様にフォトリソグラフィー工程によって、フォトマスクパターンでフォトレジストを露光、現像し、開口部20用と開口部21用の開口を持つレジストパターンを形成した。その後、パターニングしたフォトレジストをマスクとして、第2の電極配線3をウェットエッチングによってエッチングし、開口部20を形成した(図2(d)に示す状態)。エッチングには、硝酸2.19%、酢酸32.24%、リン酸43.75%、水21.82%の混合溶液である混酸を用いた。なお、この工程では開口部21用のSiO2はエッチングされない。
(工程6)
工程5で形成された開口部20に、バッファードフッ酸(LAL100/ステラケミファ社製)をエッチング液として流し込み、6分間ウェットエッチングを施した。このウェットエッチングで開口部21を同時に形成した。開口部21は、第2の電極配線3の一部が露出するように形成し、素子電極7も露出させた。その後、ディッピングによる純水洗浄を10分間行い、エッチャント及び残渣を除去した。そして、工程5で形成したレジストパターンの剥離を行った(図2(e)と(f)に示す状態)。
工程5で形成された開口部20に、バッファードフッ酸(LAL100/ステラケミファ社製)をエッチング液として流し込み、6分間ウェットエッチングを施した。このウェットエッチングで開口部21を同時に形成した。開口部21は、第2の電極配線3の一部が露出するように形成し、素子電極7も露出させた。その後、ディッピングによる純水洗浄を10分間行い、エッチャント及び残渣を除去した。そして、工程5で形成したレジストパターンの剥離を行った(図2(e)と(f)に示す状態)。
(工程7)
続いて、スパッタによって、素子電極8の材料となる膜として、厚さ100nmのTaN膜を堆積させた。次に、工程1と同様にフォトリソグラフィー工程でレジストパターンを形成した。その後、パターニングしたフォトレジストをマスクとして、堆積した膜をSF6ガスを用いてドライエッチングし、基板1上でエッチング工程を停止させて、素子電極8を形成した(図2(g)に示す状態)。素子電極8は第2の電極配線3の一部と接続するように形成した。
続いて、スパッタによって、素子電極8の材料となる膜として、厚さ100nmのTaN膜を堆積させた。次に、工程1と同様にフォトリソグラフィー工程でレジストパターンを形成した。その後、パターニングしたフォトレジストをマスクとして、堆積した膜をSF6ガスを用いてドライエッチングし、基板1上でエッチング工程を停止させて、素子電極8を形成した(図2(g)に示す状態)。素子電極8は第2の電極配線3の一部と接続するように形成した。
(工程8)
最後に、素子電極7,8に重なるように、インクジェット法により有機Pd溶液を塗布し、焼成を行って、導電性膜を形成した。その後、通電フォーミング処理と通電活性化処理を行い、電子放出素子6を形成した(図2(h)に示す状態)。電子放出素子6は320×240のマトリクス状に形成された。
最後に、素子電極7,8に重なるように、インクジェット法により有機Pd溶液を塗布し、焼成を行って、導電性膜を形成した。その後、通電フォーミング処理と通電活性化処理を行い、電子放出素子6を形成した(図2(h)に示す状態)。電子放出素子6は320×240のマトリクス状に形成された。
以上のようにして作製された電子線装置の断面形状を走査型電子顕微鏡(SEM)にて確認したところ、開口部20の幅は1μm、空隙5の最大幅は30μmであった。第1の電極配線2と第2の電極配線3との間の静電容量は0.05pFであった。
本実施例の電子線装置から放出された電子ビームの観察を行った。電子ビームの観察に用いた装置の概略図を図8に示す。電子線装置の基板1上の第2の配線3上に厚さ2.0mm、幅200μmのスペーサ18を配置し、さらに、その上に蛍光体が配置された画像形成部材(フェースプレート)12を配置した。画像形成部材12に電圧Va=6kV、第1の電極配線2にゲート電圧Vf=16Vを印加して、放出電子を画像形成部材12に衝突させ、励起、発光させて電子ビーム像を表示することで、電子放出を確認した。また、第2の電極配線3にゲート電圧Vf=16Vを印加させることによっても、同様に電子放出を確認することができた。
(比較例)
絶縁層4に空隙5を形成しないことを除いて実施例1と同様の工程で、比較例の電子線装置を作製した。具体的には、まず実施例1の工程1〜工程4を行い、続いて、フォトリソグラフィー工程で、フォトレジストをフォトマスクパターンで露光、現像し、開口部21の露出用開口を持つ、レジストパターンを形成した。次に、前工程で形成された、電子放出領域露出用の開口パターンを持つフォトレジストをマスクとして、バッファードフッ酸(LAL100/ステラケミファ社製)をエッチング液としてウェットエッチングを施した。絶縁層4が選択的にエッチングされて開口部21が形成された。開口部21は、第2の電極配線3の一部を露出するように形成し、素子電極7も露出させた。その後、実施例1の工程7〜工程8を行った。以上のようにして作製された電子線装置の第1の電極配線2と第2の電極配線3との間の静電容量は0.18pFであった。
絶縁層4に空隙5を形成しないことを除いて実施例1と同様の工程で、比較例の電子線装置を作製した。具体的には、まず実施例1の工程1〜工程4を行い、続いて、フォトリソグラフィー工程で、フォトレジストをフォトマスクパターンで露光、現像し、開口部21の露出用開口を持つ、レジストパターンを形成した。次に、前工程で形成された、電子放出領域露出用の開口パターンを持つフォトレジストをマスクとして、バッファードフッ酸(LAL100/ステラケミファ社製)をエッチング液としてウェットエッチングを施した。絶縁層4が選択的にエッチングされて開口部21が形成された。開口部21は、第2の電極配線3の一部を露出するように形成し、素子電極7も露出させた。その後、実施例1の工程7〜工程8を行った。以上のようにして作製された電子線装置の第1の電極配線2と第2の電極配線3との間の静電容量は0.18pFであった。
(実施例2)
本実施例は、実施例1で作製された電子線装置を用いて、図3に示される画像表示装置を作製した例である。
本実施例は、実施例1で作製された電子線装置を用いて、図3に示される画像表示装置を作製した例である。
実施例1の電子線装置11において、第1の電極配線2の幅を25μm、第2の電極配線3の幅を320μm、絵素の大きさを200μm×630μmとして、基板1上に320×240の電子放出素子をマトリクス状に配置した。本実施例の電子線装置11では、第1の電極配線2と第2の電極配線3の電極配線交差領域9の絶縁層4には、すべて空隙5を形成した。
次に、基板1の2mm上方に画像形成部材(フェースプレート)12を、支持枠13を介して真空中で封着し、気密容器14を形成した。基板1と画像形成部材12との間には、x方向長さ64mm、y方向長さ200μmの板状スペーサ18を配置し、大気圧に耐えられる構造とした。使用したスペーサ18の本数は5本である。気密容器14内には容器内の高真空を保つためのゲッター(不図示)を配置した。基板1と支持枠13、及び支持枠13と画像形成部材12の接合にはインジウムを用いた。
次に、第1の電極配線2に情報信号を印加し、第2の電極配線3に走査信号を印加しながら電子放出素子6を駆動した。情報信号として+6Vのパルス電圧を用い、走査信号として−10Vのパルス電圧を用いた。メタルバックに6kVの電圧を印加して、放出電子を蛍光膜に衝突させ、励起、発光させて画像を表示したところ、明るい画像を表示することができた。
以上のようにして作製された画像表示装置を分解し、スペーサ18が配置された第2の電極配線3のスペーサ当接部の当接痕の断面形状を走査型電子顕微鏡(SEM)にて確認した。スペーサの押し付け応力による第2の電極配線3のたわみ量は1.75μmであった。第2の電極配線3のたわみ量は、(1−(1/ε))×t(ε=4、t=3μm)=2.25μmよりも小さくなった。
本実施例の画像表示装置の静電容量を測定したところ、従来の29%にまで低減したことが確認された。これに伴い、消費電力も低減することができた。
(実施例3)
本実施例は、本発明により作製される電子線装置11を用いて、図7に示される第3の実施形態に係る画像表示装置を作製した例である。本実施例について、実施例1,2と異なる点のみ説明する。
本実施例は、本発明により作製される電子線装置11を用いて、図7に示される第3の実施形態に係る画像表示装置を作製した例である。本実施例について、実施例1,2と異なる点のみ説明する。
本実施例では、実施例1と同様、電極配線交差領域9が320×240のマトリクス状に形成された。空隙5は、空隙5のある電極配線交差領域9bと空隙5のない電極配線交差領域9aとが交互に配置されるように、つまり千鳥配置されるように形成した。よって、空隙5が形成された電極配線交差領域は、実施例2の半分となっている。そして、空隙5が形成されていない電極配線交差領域9aに、半径100μmの柱状スペーサ18bを配置し、基板1と画像形成部材12を支持する構造とした。
以上のようにして作製された画像表示装置を分解して確認したところ、空隙5が形成されている電極配線交差領域9bにはスペーサ18bが配置されていないため、第2の電極配線3のたわみは確認されなかった。また、実施例2と同様に画像表示装置の容量を測定したところ、従来の57%にまで容量を低減することができた。これに伴い、消費電力も低減することができた。
1 基板
2 第1の電極配線
4 絶縁層
3 第2の電極配線
5 空隙
6 電子放出素子
9 電極配線交差領域
11 電子線装置
2 第1の電極配線
4 絶縁層
3 第2の電極配線
5 空隙
6 電子放出素子
9 電極配線交差領域
11 電子線装置
Claims (5)
- 基板と、
前記基板上に形成された第1の電極配線と、
前記第1の電極配線を覆う絶縁層と、
前記絶縁層の上に、前記第1の電極配線と交差して形成された第2の電極配線と、
前記基板上の、前記第1の電極配線と前記第2の電極配線とが交差する電極配線交差領域から離れた領域に位置し、前記第1の電極配線と前記第2の電極配線の双方に接続されて前記第1の電極配線及び前記第2の電極配線から駆動エネルギーを受ける電子放出素子と、
を備え、
少なくとも一部の前記電極配線交差領域において、前記第1の電極配線と前記第2の電極配線との間に空隙が形成されている、電子線装置。 - 請求項1に記載の電子線装置と、大気圧より低い圧力に維持された内部空間を挟んで前記電子線装置と対向配置され、該電子線装置から放出された電子によって画像を形成する画像形成部材と、前記電子線装置と前記画像形成部材との間に位置する板状のスペーサとを有する気密容器を有し、
前記第2の電極配線は複数本が互いに平行に設けられ、全ての前記電極配線交差領域に前記空隙が形成されており、一部の前記第2の電極配線の上のみに前記板状のスペーサが配置されている、画像表示装置。 - 請求項1に記載の電子線装置と、大気圧より低い圧力に維持された内部空間を挟んで前記電子線装置と対向配置され、該電子線装置から放出された電子によって画像を形成する画像形成部材と、前記電子線装置と前記画像形成部材との間に位置する板状のスペーサとを有する気密容器を有し、
前記第2の電極配線は複数本が互いに平行に設けられ、一部の前記第2の電極配線では前記電極配線交差領域に前記空隙が形成されておらず、該空隙が形成されていない前記第2の電極配線の上のみに前記板状のスペーサが配置されている、画像表示装置。 - 請求項1に記載の電子線装置と、大気圧より低い圧力に維持された内部空間を挟んで前記電子線装置と対向配置され、該電子線装置から放出された電子によって画像を形成する画像形成部材と、前記電子線装置と前記画像形成部材との間に位置する柱状のスペーサとを有する気密容器を有し、
前記第2の電極配線は複数本が互いに平行に設けられ、一部の前記第2の電極配線では前記電極配線交差領域には前記空隙が形成されておらず、該空隙が形成されていない前記電極配線交差領域の上のみに前記柱状のスペーサが配置されている、画像表示装置。 - 前記電子線装置は複数の電子放出素子を有し、前記画像形成部材は前記複数の電子放出素子の各々に対応する複数の蛍光体を有し、前記気密容器の内部と外部との圧力差によって前記スペーサが前記第2の電極配線を押しつけることによって生じる、前記空隙の中心位置における前記第2の電極配線のたわみ量ωが、
ω=3.42e-7×(m×a4)/h3 < (1−(1/ε))×t
ただし、
m:(前記スペーサの配置間隔×前記スペーサの長手方向における絵素の幅)/(前記スペーサの厚さ×前記第1の電極配線の幅)
a:前記空隙の最大幅の半値(m)
h:前記第2の電極配線の厚さ(m)
ε:前記絶縁層の比誘電率
t:前記絶縁層の厚さ(m)
ここで絵素は、前記画像形成部材の、前記電子放出素子の各々に対応する各蛍光体
の関係を満たす、請求項2または3に記載の画像表示装置。
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