電子線装置及び画像表示装置
【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。
【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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−４６６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【発明の効果】
【０００８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る電子線装置の一部を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電子線装置の製造工程を順に示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る画像表示装置の構成を示す模式図である。
【図４】図３に示す画像表示装置の蛍光膜の構成を示す模式図である。
【図５】第２の電極配線のたわみを説明する模式的断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る画像表示装置の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る画像表示装置の構成を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る電子線装置の作動方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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））。
【００２９】
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。
【００３０】
（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
（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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【実施例】
【００４５】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳しく説明する。
【００４６】
（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。
【００４７】
（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）。
【００４８】
（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。
【００４９】
（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。
【００５０】
（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。
【００５１】
（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。
【００５２】
（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）。
【００５３】
（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。
【００５４】
（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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
（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。
【００５８】
（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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
（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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【符号の説明】
【００６７】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−４６６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【発明の効果】
【０００８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る電子線装置の一部を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電子線装置の製造工程を順に示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る画像表示装置の構成を示す模式図である。
【図４】図３に示す画像表示装置の蛍光膜の構成を示す模式図である。
【図５】第２の電極配線のたわみを説明する模式的断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る画像表示装置の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る画像表示装置の構成を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る電子線装置の作動方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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））。
【００２９】
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。
【００３０】
（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
（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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【実施例】
【００４５】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳しく説明する。
【００４６】
（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。
【００４７】
（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）。
【００４８】
（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。
【００４９】
（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。
【００５０】
（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。
【００５１】
（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。
【００５２】
（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）。
【００５３】
（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。
【００５４】
（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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
（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。
【００５８】
（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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
（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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【符号の説明】
【００６７】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項１】
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２】
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３】
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４】
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。
【請求項５】
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２６２８９８（Ｐ２０１０−２６２８９８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１４５９２（Ｐ２００９−１１４５９２）
【出願日】平成２１年５月１１日（２００９．５．１１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１１日（２００９．５．１１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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