JPH03261024A

JPH03261024A - 電子放出装置及び画像表示装置

Info

Publication number: JPH03261024A
Application number: JP2056515A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kaneko; 哲也金子; Toshihiko Takeda; 俊彦武田; Shinya Mishina; 伸也三品; Yoshikazu Sakano; 坂野　嘉和; Ichiro Nomura; 一郎野村; Haruto Ono; 治人小野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-03-09
Filing date: 1990-03-09
Publication date: 1991-11-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、同一基板上に表面伝導形電子放出素子及び変
調電極を形成した電子放出装置及び、これらを用いた画
像表示装置に関する。

［従来の技術］従来、電子線を利用した画像表示装置は、ブラウン管を
用いたＣＲＴ装置の他に（大面積フラットパネルデイス
プレィを目指すものとして）、（１）ラインカソードか
らの熱放出電子を変調するタイプ、（２）極微細突起表面からの電界放出電子を変調するタ
イプ、等が研究開発されてきている。

かかる（１）の手段としては、従来ＳＩＤ　８９゜ＤＩ
ＧＥＳＴ　Ｐ２Ｏ３，”Ａ　４０　ｉｎ、　Ｍａｔｒｉ
ｘ−Ｄｒｉｖｅｎ　ＨｉｇｈＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　Ｆ
ｌａｔ−Ｐａｎｅｌ　ＣＲＴ”に記載されているように
、ラインカソードに対し薄板金属を各々独立して成形し
、これを変調、偏向電極として組みあげる構造となって
いる。これは、第４図に示すように、ラインカソード２
０から生じた熱電子が、走査電極２１とグリッド電極２
２に変調放出され、さらに、偏向電極２３．２４によっ
て偏向されて、電圧が印加されている蛍光体面２５に照
射され、画像表示を行う構造となっている。

次に、前述（２）の手段としては、従来工ｎｆｏｒｍａ
−ｔｉｏｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ　１／８９　ＰＩ３−Ｐ１
９°’Ａｄｖａｎｃｅｄ　ｔｅｃｈ−ｎｏｌｏｇｙ　ｆ
ｌａｔ　ｃｏｌｄ−ｃａｔｈｏｄｅ　ＣＲＴｓ”に記載
されているように、基板上に金属から成る極微細突起と
そこへ高電界を与えるためのゲート電極をｌｐｍ以下の
寸法に近接して配置する構造となっている。

かかる構成は、第５図に示すように、基板上に厚さ約３
７４　ｐｍの絶縁層２７、その上に約１ｐｍ径の開口を
有したゲート電極２６を設け、さらに、金属から成る極
微細突起２８をゲート電極２６の開口径中心に配置し、
ゲート電極２６に印加した電圧により高電界を生じさせ
、極微細突起２８より電子流を生じさせるものである。

また、かかる構成をした素子を、第６図に示すように複
数個設けて、一つの画素を形成する電子源とすることが
できる。ここで、第６図中、２９は極微細突起２８の裏
面に接続している水平走査電極、３０は第５図のゲート
電極２６に相当する垂直走査電極である。今、水平走査
電極２９と垂直走査電極３０に適当な電圧を印加すると
、極微細突起２８より電子が任意９選択的に放出される
。この放出電子を、真空容器とした対向板の蛍光体面３
１へ電圧印加により加速照射し、画像表示を行うことが
できる。

以上のような電子放出装置あるいは画像表示装置におい
ては、例えば、極微細突起２８の先端径寸法、ゲート電
極２６の開口径寸法、極微細突起２８とゲート電極２６
開口との位置関係等は、精密に制御される必要があり、
これらの精度にサブミクロン程度の不良が発生しても電
界放出の駆動に大電圧が必要になったり、更には、電界
放出しなくなる場合もある。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記従来例（１）では、電子放出部や変
調電極が各々独立した部材を組み立てる構造であるため
、次のような欠点があった。

■、電子光学的に変調電極の位置精度が重要であるが、
各独立部材を組み立てるために高精度化が難しい。

■、パネル化のための真空封着熱過程や電子放出による
発熱により、電子放出部や変調電極が各々部材として独
立しているために熱変形し易く、表示画像の劣化を生じ
る。

■、変調電極等内部構造体が独立しているため、真空パ
ネル中では放熱効率が悪く、熱変形の度合いが大きい。

■、変調電極等の部材が独立しているため、大面積化に
する場合重量による部材の変形が発生し、大版化が容易
でない。

また、上記従来例（２）では、電界放出に必要な高電界
を電子放出部先端に印加する必要があり、ゲート電極２
６を電子放出部（極微細突起２８）先端近傍に接近させ
た構造であるため、次のような欠点があった。

■、ゲート電極２６と電子放出部（極微細突起２８）先
端部の位置精度や寸法精度が１μｍ以下に厳しく限定さ
れ、構造上均一に多数の素子列を作製するのは難しい。

以上のような問題点に鑑み、本発明の目的とするところ
は、構造上の位置精度２寸法精度等を向上させた電子放
出装置及び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及び作用］本発明の特徴と
するところは、基板上に、電極間に電子放出部を有する
表面伝導形電子放出素子及びその上方に絶縁層を介して
変調電極を設け、かつ、該表面伝導形電子放出素子の電
子放出装置方の絶縁層及び変調電極が開口した構造とな
っている電子放出装置（Ａ）にある。

また、基板上に、複数の表面伝導形電子放出素子を２本
の配線電極に並列接続したものを複数列設け、その上に
絶縁層を介して前記配線電極列に直交方向に変調電極を
設けてマトリックス構成とし、かつ、少なくとも表面伝
導形電子放出素子の電子放出装置方の絶縁層及び変調電
極が開口した構造となっている電子放出装置（Ｂ）にも
特徴がある。

さらには、前記電子放出装置（Ａ）又はＣＢ）の電子放
出側に、スペーサを介して放出電子の照射により画像を
表示する画像表示部材を対向配置させた真空パネル構造
の画像表示装置をも特徴とするものである。

すなわち、本発明は、表面伝導形電子放出素子と絶縁層
を介した変調電極を同一基板に形成することによって、
部材の位置精度及び放熱の向上と、部材の変形を小さく
し、大版化を可能にした。

更に、表面伝導形電子放出素子を用いることによって、
構造及び製法が少々粗い寸法、精度となっても、十分な
る電子を放出する電子放出源を提供することができ、製
法上容易な構造とすることができるものである。

［実施例］以下、実施例にて本発明を具体的に詳述する。

第１〜３図に、本発明の実施例を示す。

第１図は、本発明の特徴を最も良く表わす電子放出装置
を用いた画像表示装置の断面図であり、同図においてｌ
は基板であるところの青板ガラス、２は基板上上に薄膜
技術によって形成された表面伝導形電子放出素子である
。４はかかる素子の電子放出部で、２ＩＬｍの電極ギャ
ップ３に配置されている。５は基板１上に形成された絶
縁層であり、電極ギャップ３上では開口を有している。

６は絶縁層５及び基板１の上に薄膜で形成された変調電
極であるところのグリッドであり、電極ギャップ３上で
開口を有している。７は青板ガラスから成る蛍光体８と
メタルバック９が表面に形成されたフェイスプレートで
あり、フリットガラス１０でスペーサ１１を介して基板
１と封着されパネルを構成する。また、表面伝導形電子
放出素子２、グリッド６、メタルバック９においては、
封着パネルの外側へ、電気的な配線が取り出されている
。

かかる封着パネル内を真空排気して、電極ギャップ３に
電圧を印加すると、電子放出材４から電子が放出される
。ここで、メタルバック９に電極ギャップ３に対してプ
ラスの高電圧を印加すると、放出電子は蛍光体８へ照射
し輝点が生じる。更に、グリッド６に適当な電圧を印加
し、これをオン・オフすることによって、放出電子が蛍
光体８に照射するか、または、表面伝導形電子放出素子
２に再び吸い込まれることによって、蛍光体８での輝点
を制御することができる。

第２図は、第１図で示した本発明の電子放出装置を用い
た画像表示装置を示す斜視図である。

尚、説明上、フェイスプレート７、フリットガラス１０
．スペーサ１１は、部分的に切り取って示しである。

この図において１２は基板１上に平行に千鳥配置された
表面伝導形電子放出素子の電極を接続する配線電極であ
り、かかる素子を配線電極間で並列に配置接続し、電極
ギャップ３に対し配線電極ラインごとに順次電圧を印加
することができる。また、１３は真空排気のために真空
ポンプと封着パネル内とを接続するための真空排気管で
あり、ガラス管から成っている。１４は真空排気管１３
を封止した後封着パネル内を更に高真空にするため、抵
抗可熱により気体吸着材を蒸発させるところのゲッター
である。１５はメタルバック９を封着パネル外へ電気的
に取り出すための高圧電極である。さらに、１６は表面
伝導形電子放出素子２及びグリッド６へ、外部の駆動装
置から電気信号を送るために接続されたフレキシブルリ
ードである。

また、第２図に示されるように、並列した表面伝導形電
子放出素子２とグリッド６の列とは、各々直角に交差し
たマトリックス構造となるように構成されている。

すなわち、素子の配線電極１２によって並列に接続され
た表面伝導形電子放出素子２の列に対し、絶縁層５を介
して電子放出部である電極ギャップ３上に開口を有する
グリッド６の列が直交して形成されている。ここで、グ
リッド６の列は、表面伝導形電子放出素子２の列に直交
したひと並びの素子を覆ったマトリックスとなっている
。今、メタルバック９に高電圧を印加しておき、配線電
極１２の千鳥配線列に順次電圧な印加掃印し、表面伝導
形電子放出素子２を線順次に電子放出させる。次に、グ
リッド６列に任意の信号電圧を順次印加することによっ
て、蛍光面８へ照射される放出電子が変調され、蛍光面
発光による任意の画像表示をすることができる。

次に、本発明の電子放出装置及び画像表示装置の製造方
法及び構造を、第３図■〜■及び第２図によって具体的
に説明する。

第３図は、本発明の電子放出装置、すなわち同一基板１
上に形成される表面伝導形電子放出素子２及び変調電極
であるグリッド６の製造工程を示す図であり、以下順に
説明する。

■、先ず、清浄化した青板ガラスから成る基板１上に、
ネガ型ホトレジストＲＤ２００ＯＮ−１０（日立化成社
製）をスピンナーにより回転塗布、ベークした後、Ｄｅ
ｅｐＵＶコンタクトマスクアライナ−によりホトマスク
像を露光、現像、乾燥して、約２叩幅の電極ギャップと
なるべきホトレジストパターン１７を形成する。

そして、抵抗加熱真空蒸着法により、厚さ１０００人の
Ｎｉ／厚さ５０人のＴｊを、表面伝導形電子放出素子の
画電極１８用として堆積する。

００次に、ホトレジストパターン■７を有機溶剤で溶解
して、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフし、電極ギャップ
３を有する素子電極１８を形成する。

◎、その後、電極ギャップ３及びこの近傍に開口を有す
るように、膜厚１０００人のＣｒ堆積膜１９をパターニ
ングし、その上に有機Ｐｄ（ＣＣＰ４２３０奥野製薬■
社製）をスピンナーにより回転塗布、焼成して、Ｐｄ微
粒子から成る電子放出材４、配置する。

００次に、Ｃｒ堆積膜１９を酸エッチャントによりウェ
ットエッチして取り除き、電子放出材４をバターニング
する。

０１次に、この上に厚さ２０．０００大のＡｊ？／厚さ
１０００人のＣｒを真空堆積法で成膜し、フォトリソ１２エツチング法によりパターニングして素子の配線電極１
２を形成する。

■、更にこの上に、厚さ８５．０００人のＳｉＯ□から
成る絶縁層５と、厚さ１０００人のＣｒ／厚さ２０．０
００人のＮｉ／厚さ１００ＯＡのＣｒ／厚さ１０．００
０人のＡＩ！から成るグリッド６を順次真空堆積する。

０１次に、フォトリソエツチングにより、電極ギャップ
３上に１９０　ｐｍＸ　３４ＩＬｍの長方形の開口を設
けるように、５ｉＯｚ及びＯｒ／Ｎｉ／Ｃ：ｒ／Ａｊ２
をバターニングして、絶縁層５及びグリッド６を形成し
た。

以上の工程は、同一基板上に表面伝導形電子放出素子２
、絶縁層５、グリッド６を順次形成する構造であるため
、薄膜、フォトリソグラフィ。

エツチング等の技術を用いることができる。従って、各
部材の材料に自由度があり、寸法精度９位置精度も半導
体装置製造程度の高精度を得ることができる。また、フ
ォトリソグラフィにおいては、ステップアンドスキャン
タイプのような大基板用マスクアライナ−を用いること
で、容易に大面積化することができる。

更に、前述において表面伝導形電子放出素子２の電極ギ
ャップ３の幅を２ｇｍとしたが、寸法精度として２ＩＬ
ｍ±ｌｐｍ程度であれば特性上何ら問題のない電子源が
得られる。また、グリッド６の開口においても１９０　
ｐｍＸ　３４ｐｍに対し±４μｍ程度であれば、駆動電
圧が若干変動するものの十分に変調することができる。

また、絶縁層５においても厚さ８．５ＩＬｒｒｌから１
２ｐｍの間であれば、同様に駆動上十分に変調すること
ができる。

上記各寸法範囲内であれば、実際に同様の蛍光面の輝点
な得ることができた。

前述の様にして作製した電子放出装置を、第２図に示す
ように、フェイスプレート７とスペーサ】１をフリット
ガラス１０により封着し、封着パネルとした。尚、フリ
ットガラスｌＯの封着は、４３０°Ｃにて１時間の焼成
により実施したが、配線電極１２、電極ギャップ３．絶
縁層５．グリッド６のいずれも、応力によって剥離した
り、位置ずれを生じるようなことはなかった。また、ス
ペーサ１１の高さは４ｍｍとした。

次に、真空排気管１３より真空ポンプにて封着パネル内
を真空引きし、その後、かかる状態でパネルをベークし
て吸着ガスを脱ガスさせた後、真空排気管１３をガスバ
ーナーにて溶着封止した。更に、ゲッター１４に通電し
て気体吸着材を蒸発させ、封着パネル内を高真空（約１
　ｘ　１Ｏ−６Ｔｏｒｒ）とした。

最後に、配線電極１２及びグリッド６の封着パネル外へ
取り出された部分に、フレキシブルリード１６を接続し
た。

以上の様にして、本実施例の画像表示装置は作製される
。尚、表面伝導形電子放出素子の配列ピッチは、７２０
　ＩＬｍＸ　６９０　ＩＬｍとした。

以上のようにして作製された画像表示装置において、素
子の配線電極１２に並列接続した電極ギャップ３に対し
、線順次に１４Ｖ掃印し、グリッド６列へは、任意にＯ
■又は−５０Ｖを印加し、メタルバック９へは＋６ＫＶ
印加したところ、表面伝導形電子放出素子２の１素子に
対し１画素が蛍光面輝点として変調制御でき、任意の画
像表示が可能であった。この時の蛍光面の輝点形状はほ
ぼ楕円形であり、７２０　Ｘ　６９０　ｇｍの長方形よ
りもやや小さい寸法であった。また、本条件により得ら
れた放出電流量は１画素当り約１枇Ａであった。

また、本画像表示装置の全電子源を任意に駆動した場合
、徐々に表面伝導形電子放出素子からの発熱により基板
１の温度が上昇する。しかし、基板１の裏面に適当なヒ
ートシンクを接着しておけば、基板（の裏面全域に渡っ
て放熱が行われるため、基板１における温度上昇の均一
化が図れ、蓄熱量も非常に小さく（約４０°Ｃ程度以下
）することができた。

また、この時の発熱、蓄熱による表面伝導形電子放出素
子２やグリッド６の位置ズレ、変形は、画像表示上全く
発生していない。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の電子放出装置及び画像表
示装置によれば、同一基板上に表面伝導形電子放出素子
と絶縁層を介したグリッド電極を５６形成した構造とし、あるいは、これらをマトリックス化
して真空封着パネルとした画像表示装置とすることによ
って、 ■、電子源及び変調電極の寸法及び位置精度を半導体装
置製造程度まで高めることができる。

■、パネル化のための真空封着熱過程、電子放出による
発熱等による各部材の熱変形や相対的位置ズレが小さく
、表示画像の劣化が無い。

■１発熱部である電子源や変調電極（グリッド）のよう
な内部構造体が、基板上に直接形成され、この基板の裏
面から直接ヒートシンク等により均一に高効率で大気へ
放熱することができるため、各部材の熱変形の度合が小
さい。

■、電子源や変調電極を同一基板上に形成するために、
−皮形成されてしまえば基本的に各部材の相対的な位置
ずれがなく、大面積化時でも問題にならない。

■１表面伝導形電子放出素子を用いることによって、電
子源の電極寸法精度が士数ミクロン程度と比較的粗くて
も良く、また、変調電極との相対的位置精度も同じく比
較的粗くても同様な蛍光面輝点を得ることができる。

■１画像表示装置においては、１画素につき１電子源が
対応する構成であるために、偏向電極が不要であり、ま
た、変調電極の位置２寸法、駆動法を変えることによっ
て、蛍光面の輝点寸法を設計制御することができる。

というような、従来技術だけでは両立することのできな
い効果を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の電子放出装置及び画像表示装置の断
面図である。第２図は、本発明の電子放出装置及び画像表示装置の斜
視図である。第３図は■〜■は、本発明の電子放出装置の製造工程図
である。第４．５．６図は、従来例電子放出装置及び画像表示装
置を示す図である。１・・・基板　　　　　　２・・・表面伝導形電子放出
素子３・・・電極ギャップ５，２７・・・絶縁層７・・・フェイスプレート９・・・メタルバック１１・・・スペーサ１３・・・真空排気管１５・・・高圧電極１７・・・ホトレジストパターン１９・・・堆積膜２３、２４・・・偏向電極２８・・・極微細突起３０・・・垂直走査電極４・・・電子放出材６．２２・・・変調電極（グリッド）８、２５．３１・・・蛍光体１０・・・フリットガラス１２・・・配線電極１４・・・ゲッター１６・・・フレキシブルリード１８・・・表面伝導形電子放出素子の電極２０・・・ラインカソード２１・・・走査電極２６・・・ゲート電極２９・・・水平走査電極

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板上に、電極間に電子放出部を有する表面伝導
形電子放出素子及びその上方に絶縁層を介して変調電極
を設け、かつ、該表面伝導形電子放出素子の電子放出部
上方の絶縁層及び変調電極が開口した構造となっている
ことを特徴とする電子放出装置。
（２）基板上に、複数の表面伝導形電子放出素子を２本
の配線電極に並列接続したものを複数列設け、その上に
絶縁層を介して前記配線電極列に直交方向に変調電極を
設けてマトリックス構成とし、かつ、少なくとも表面伝
導形電子放出素子の電子放出部上方の絶縁層及び変調電
極が開口した構造となっていることを特徴とする電子放
出装置。
（３）請求項（１）又は（２）記載の電子放出装置の電
子放出側に、スペーサを介して放出電子の照射により画
像を表示する画像表示部材を対向配置させた真空パネル
構造を特徴とする画像表示装置。