JP2001143600A - 電界放出型冷陰極及びその製造方法 - Google Patents
電界放出型冷陰極及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電界放出電子源を電界放出領域（画素）に高
配向状態で、高集積化できると共に、電界放出電子源が
カソード電極上に選択的に配設可能となり、かつ任意の
材質の支持基板の使用を可能にした電界放出型冷陰極及
びその製造方法を提供する。 【解決手段】 微細な細孔９を有するゲート絶縁層１
と、前記ゲート絶縁層１中に埋め込まれた電界放出電子
源２と、前記ゲート絶縁層１上に配設されたゲート電極
６と、前記電界放出電子源２と電気的に接続したカソー
ド電極１０とを具備する電界放出型冷陰極であって、前
記電界放出電子源９が前記カソード電極１０上の細孔９
に対してのみ選択的に形成されている。
配向状態で、高集積化できると共に、電界放出電子源が
カソード電極上に選択的に配設可能となり、かつ任意の
材質の支持基板の使用を可能にした電界放出型冷陰極及
びその製造方法を提供する。 【解決手段】 微細な細孔９を有するゲート絶縁層１
と、前記ゲート絶縁層１中に埋め込まれた電界放出電子
源２と、前記ゲート絶縁層１上に配設されたゲート電極
６と、前記電界放出電子源２と電気的に接続したカソー
ド電極１０とを具備する電界放出型冷陰極であって、前
記電界放出電子源９が前記カソード電極１０上の細孔９
に対してのみ選択的に形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極ランプ、蛍
光表示管、液晶デバイス用のバックライト、フィールド
エミッションディスプレイ等に用いられる電界放出型冷
陰極及びその製造方法に関する。
光表示管、液晶デバイス用のバックライト、フィールド
エミッションディスプレイ等に用いられる電界放出型冷
陰極及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、強電界を印加することにより、電
界放出電子を放出する電界放出型冷陰極の研究、開発が
盛んに行われ、フラットパネルディスプレイ、すなわち
フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）への応
用が期待されている。
界放出電子を放出する電界放出型冷陰極の研究、開発が
盛んに行われ、フラットパネルディスプレイ、すなわち
フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）への応
用が期待されている。
【０００３】冷陰極に用いられる電界放出電子源とし
て、ピラミッド形状の金属材料からなる構造のものが知
られている（米国特許第３６５２４１号公報参照）が、
このような電界放出電子源は、１μｍ程度の微細加工が
必要であること、各々の電界放出電子源の形状が均一に
制御できないことが課題となっていた。また、一方で
は、更に微細な電界放出電子源が切望されていた。この
ような課題を解決する技術として、特許第２８０６９７
８号、あるいは特開平７−２２０６１９号公報に記載の
電界放出型冷陰極が開示されている。
て、ピラミッド形状の金属材料からなる構造のものが知
られている（米国特許第３６５２４１号公報参照）が、
このような電界放出電子源は、１μｍ程度の微細加工が
必要であること、各々の電界放出電子源の形状が均一に
制御できないことが課題となっていた。また、一方で
は、更に微細な電界放出電子源が切望されていた。この
ような課題を解決する技術として、特許第２８０６９７
８号、あるいは特開平７−２２０６１９号公報に記載の
電界放出型冷陰極が開示されている。
【０００４】すなわち、特許第２８０６９７８号公報に
は、陽極処理されたアルミナの層であってそれの主表面
に対して実質的に直交関係にある複数の細長い孔を有す
る陽極処理アルミナ層を設け、前記孔を電子放出材料で
完全に充填し、次に前記層の少なくとも一部分を除去し
てその層の画定された表面を形成し、かつこの画定され
た表面からそれに対して角度をもって延長した複数の電
子放出スパイクを形成して、複数の電子放出構造を作成
し、この構造がそれぞれ互に傾斜した複数の電子放出ス
パイクを具備しているようにした冷陰極電界放出装置が
開示されている。
は、陽極処理されたアルミナの層であってそれの主表面
に対して実質的に直交関係にある複数の細長い孔を有す
る陽極処理アルミナ層を設け、前記孔を電子放出材料で
完全に充填し、次に前記層の少なくとも一部分を除去し
てその層の画定された表面を形成し、かつこの画定され
た表面からそれに対して角度をもって延長した複数の電
子放出スパイクを形成して、複数の電子放出構造を作成
し、この構造がそれぞれ互に傾斜した複数の電子放出ス
パイクを具備しているようにした冷陰極電界放出装置が
開示されている。
【０００５】また、特開平７−２２０６１９号公報に
は、図８に示すように、アルミニウム基板１００にシリ
コン酸化膜１０１とモリブデン１０２の層を形成し（８
ａ）、開口部１０４を複数個開口し（図８ｂ）、開口部
１０４に陽極酸化膜１０５を形成し（８ｃ）、次に、バ
リア層１０６を除去し（８ｄ）、陽極酸化膜１０５に形
成される微小孔１０７にニッケル１０８を埋め込み（８
ｅ）、フォトレジスト１０３を除去し（８ｆ）、埋め込
んだニッケル１０８を冷陰極とし、モリブデン１０２を
ゲート電極とする構造が開示されている。
は、図８に示すように、アルミニウム基板１００にシリ
コン酸化膜１０１とモリブデン１０２の層を形成し（８
ａ）、開口部１０４を複数個開口し（図８ｂ）、開口部
１０４に陽極酸化膜１０５を形成し（８ｃ）、次に、バ
リア層１０６を除去し（８ｄ）、陽極酸化膜１０５に形
成される微小孔１０７にニッケル１０８を埋め込み（８
ｅ）、フォトレジスト１０３を除去し（８ｆ）、埋め込
んだニッケル１０８を冷陰極とし、モリブデン１０２を
ゲート電極とする構造が開示されている。
【０００６】上記の技術は、いずれもアルミニウムの陽
極酸化皮膜に形成された細孔中に電界放出電子源を形成
するものであり、従来の微細加工技術を用いることな
く、数十ｎｍ程度の微小な電界放出電子源の形成を可能
にしている。
極酸化皮膜に形成された細孔中に電界放出電子源を形成
するものであり、従来の微細加工技術を用いることな
く、数十ｎｍ程度の微小な電界放出電子源の形成を可能
にしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の冷陰極にあっては、基板がアルミニウムに限
定されるという問題があった。また、基板全体にわたっ
て電界放出領域（画素）が形成されるため、ＸＹアドレ
スを可能にする電極の配設が難しく高集積化が困難であ
るという問題があった。
うな従来の冷陰極にあっては、基板がアルミニウムに限
定されるという問題があった。また、基板全体にわたっ
て電界放出領域（画素）が形成されるため、ＸＹアドレ
スを可能にする電極の配設が難しく高集積化が困難であ
るという問題があった。
【０００８】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、電界放出電子源を電界放出領域に高配
向状態で、高集積化できると共に、電界放出電子源がカ
ソード電極上に選択的に配設可能となり、かつ任意の材
質の支持基板の使用を可能にする電界放出型冷陰極及び
その製造方法を提供することを目的とする。
たものであって、電界放出電子源を電界放出領域に高配
向状態で、高集積化できると共に、電界放出電子源がカ
ソード電極上に選択的に配設可能となり、かつ任意の材
質の支持基板の使用を可能にする電界放出型冷陰極及び
その製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の電界放出型冷陰
極は、微細な細孔を有するゲート絶縁層と、前記ゲート
絶縁層中に埋め込まれた電界放出電子源と、前記ゲート
絶縁層上に配設されたゲート電極と、前記電界放出電子
源と電気的に接続したカソード電極とを有する冷陰極構
造体が支持基板に支持されている電界放出型冷陰極であ
って、前記電界放出電子源が前記カソード電極上の細孔
に対してのみ選択的に形成されていることを特徴とす
る。
極は、微細な細孔を有するゲート絶縁層と、前記ゲート
絶縁層中に埋め込まれた電界放出電子源と、前記ゲート
絶縁層上に配設されたゲート電極と、前記電界放出電子
源と電気的に接続したカソード電極とを有する冷陰極構
造体が支持基板に支持されている電界放出型冷陰極であ
って、前記電界放出電子源が前記カソード電極上の細孔
に対してのみ選択的に形成されていることを特徴とす
る。
【００１０】また、前記ゲート電極及び前記カソード電
極が互いに直交していることで、ゲート電極及び前記カ
ソード電極が任意に形成可能となり、互いに直交する位
置に具備することができる。また、前記電界放出電子源
が集積した電子放出領域以外の領域の前記ゲート絶縁層
と前記ゲート電極との間に短絡防止層が配設されている
ことで、ゲート電極とカソード電極の間の短絡を防止で
きる。
極が互いに直交していることで、ゲート電極及び前記カ
ソード電極が任意に形成可能となり、互いに直交する位
置に具備することができる。また、前記電界放出電子源
が集積した電子放出領域以外の領域の前記ゲート絶縁層
と前記ゲート電極との間に短絡防止層が配設されている
ことで、ゲート電極とカソード電極の間の短絡を防止で
きる。
【００１１】また、前記ゲート絶縁層がアルミニウムの
陽極酸化皮膜であることで、アルミニウムの陽極酸化皮
膜からなる鋳型をゲート絶縁層とした用いることで、３
０ｎｍ以下の先端径を有する電界放出電子源が電子放出
領域（画素）に高集積化できる。
陽極酸化皮膜であることで、アルミニウムの陽極酸化皮
膜からなる鋳型をゲート絶縁層とした用いることで、３
０ｎｍ以下の先端径を有する電界放出電子源が電子放出
領域（画素）に高集積化できる。
【００１２】また、前記電界放出電子源が、コバルト、
ニッケル、すず、タングステン、銀、テルル、セレン、
マンガン、亜鉛、カドミウム、鉛、クロム、鉄のいずれ
かを含有することを特徴とする。これらの材料のうち２
つ以上のものの混合物又はそれらの合金でもよい。
ニッケル、すず、タングステン、銀、テルル、セレン、
マンガン、亜鉛、カドミウム、鉛、クロム、鉄のいずれ
かを含有することを特徴とする。これらの材料のうち２
つ以上のものの混合物又はそれらの合金でもよい。
【００１３】また、本発明の電界放出型冷陰極の製造方
法は、金属基板を陽極酸化して細孔を有する酸化皮膜を
形成する工程と、前記陽極酸化した金属基板から未酸化
の金属を除去して酸化皮膜を分離する工程と、前記酸化
皮膜の一方の表面にカソード電極を形成する工程と、前
記カソード電極を形成した表面に絶縁材料を堆積する工
程と、前記絶縁材料を平坦化する工程と、前記細孔中に
電子放出材料を埋め込んで電界放出電子源を形成する工
程と、前記カソード電極を形成した酸化皮膜表面と反対
側の表面にゲート電極を形成する工程と、前記カソード
電極側の表面を絶縁性の支持基板に貼り合わせる工程
と、を含むことを特徴とする。
法は、金属基板を陽極酸化して細孔を有する酸化皮膜を
形成する工程と、前記陽極酸化した金属基板から未酸化
の金属を除去して酸化皮膜を分離する工程と、前記酸化
皮膜の一方の表面にカソード電極を形成する工程と、前
記カソード電極を形成した表面に絶縁材料を堆積する工
程と、前記絶縁材料を平坦化する工程と、前記細孔中に
電子放出材料を埋め込んで電界放出電子源を形成する工
程と、前記カソード電極を形成した酸化皮膜表面と反対
側の表面にゲート電極を形成する工程と、前記カソード
電極側の表面を絶縁性の支持基板に貼り合わせる工程
と、を含むことを特徴とする。
【００１４】また、本発明の電界放出型冷陰極の製造方
法は、絶縁性の支持基板上にカソード電極を形成する工
程と、前記カソード電極上に絶縁材料を堆積する工程
と、前記絶縁材料を除去して前記カソード電極の表面を
露出する工程と、前記カソード電極の表面を陽極酸化し
て細孔を有する酸化皮膜を形成する工程と、前記細孔中
に電子放出材料を埋め込んで電界放出電子源を形成する
工程と、前記カソード電極を形成した酸化皮膜表面と反
対側の表面にゲート電極を形成する工程と、を含むこと
を特徴とする。
法は、絶縁性の支持基板上にカソード電極を形成する工
程と、前記カソード電極上に絶縁材料を堆積する工程
と、前記絶縁材料を除去して前記カソード電極の表面を
露出する工程と、前記カソード電極の表面を陽極酸化し
て細孔を有する酸化皮膜を形成する工程と、前記細孔中
に電子放出材料を埋め込んで電界放出電子源を形成する
工程と、前記カソード電極を形成した酸化皮膜表面と反
対側の表面にゲート電極を形成する工程と、を含むこと
を特徴とする。
【００１５】また、前記細孔中に電子放出材料を埋め込
んで電界放出電子源を形成する工程では、前記細孔中に
埋め込まれた電子放出材料にキャップを形成する工程
と、該キャップをリフトオフする工程とを含むことで、
自己整合的にゲート電極の形成が可能となる。
んで電界放出電子源を形成する工程では、前記細孔中に
埋め込まれた電子放出材料にキャップを形成する工程
と、該キャップをリフトオフする工程とを含むことで、
自己整合的にゲート電極の形成が可能となる。
【００１６】また、前記細孔中に電子放出材料を埋め込
んで電界放出電子源を形成する工程では、前記カソード
電極を形成した酸化皮膜表面と反対側の表面に絶縁材料
を堆積する工程と、前記絶縁材料の電子放出領域を窓開
けする工程と、前記細孔中に電子放出材料を埋め込む工
程とを含むことで、カソード電極下層に短絡防止層の形
成が可能となる。また、前記細孔中に電子放出材料を埋
め込む工程が電気化学的堆積方法であることで、電気化
学的堆積法で電界放出電子源を形成が可能となる。
んで電界放出電子源を形成する工程では、前記カソード
電極を形成した酸化皮膜表面と反対側の表面に絶縁材料
を堆積する工程と、前記絶縁材料の電子放出領域を窓開
けする工程と、前記細孔中に電子放出材料を埋め込む工
程とを含むことで、カソード電極下層に短絡防止層の形
成が可能となる。また、前記細孔中に電子放出材料を埋
め込む工程が電気化学的堆積方法であることで、電気化
学的堆積法で電界放出電子源を形成が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。図１
は、本発明の第１の実施の形態の電界放出型冷陰極の平
面図、図２及び図３は、図１のII−II及びIII−III矢視
線断面図である。
発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。図１
は、本発明の第１の実施の形態の電界放出型冷陰極の平
面図、図２及び図３は、図１のII−II及びIII−III矢視
線断面図である。
【００１８】このような冷陰極の構造は、フィールドエ
ミッションディスプレイに利用可能なものであり、ゲー
ト電極とカソード電極を用いて、電子放出領域（画素）
をＸＹアドレスする。
ミッションディスプレイに利用可能なものであり、ゲー
ト電極とカソード電極を用いて、電子放出領域（画素）
をＸＹアドレスする。
【００１９】これらの図において、冷陰極構造体２０
は、絶縁性の電子放出基体（以下、ゲート絶縁層とい
う）１と、ゲート電極６と、カソード電極１０とを備え
る。ゲート絶縁層１には、多数の細孔９が形成されてい
る。この細孔９には、電子放出材料２（電界放出電子
源）が完全に充填された細孔９０１と、電子放出材料２
の充填が不十分である細孔９０２と、全く充填されてい
ない細孔９０３との３種類が存在する。電子放出材料２
が不十分に充填された細孔９０２が形成される確率は著
しく小さいものの、カソード電極５とゲート電極６が電
気的に接続し、短絡を引き起こす可能性があるため、こ
のような短絡を防止する構造として、第１実施の形態で
は、短絡防止層７を設けている。すなわち、図２及び図
３に示すように、短絡防止層７は、電子放出領域（画
素）８以外の領域のゲート絶縁層１とゲート電極６の間
に配設されている。
は、絶縁性の電子放出基体（以下、ゲート絶縁層とい
う）１と、ゲート電極６と、カソード電極１０とを備え
る。ゲート絶縁層１には、多数の細孔９が形成されてい
る。この細孔９には、電子放出材料２（電界放出電子
源）が完全に充填された細孔９０１と、電子放出材料２
の充填が不十分である細孔９０２と、全く充填されてい
ない細孔９０３との３種類が存在する。電子放出材料２
が不十分に充填された細孔９０２が形成される確率は著
しく小さいものの、カソード電極５とゲート電極６が電
気的に接続し、短絡を引き起こす可能性があるため、こ
のような短絡を防止する構造として、第１実施の形態で
は、短絡防止層７を設けている。すなわち、図２及び図
３に示すように、短絡防止層７は、電子放出領域（画
素）８以外の領域のゲート絶縁層１とゲート電極６の間
に配設されている。
【００２０】上記構造の冷陰極構造体２０はガラス基板
等の支持基板１５に貼り合わせられて第１実施の形態の
電界放出型冷陰極Ａが構成されている。一例として、対
角１インチのゲート絶縁層１にカソード電極１０とゲー
ト電極６を配設し、１００×１００のマトリクスを形成
した。カソード電極１０とゲート電極６が直交する電子
放出領域８は１００μｍ×１００μｍ程度の大きさであ
り、電界放出材料２が約８００万個存在する。また、こ
のような構成の冷陰極と対向するように蛍光体を被着し
たアノード電極（図示せず）を配設し、ゲート電極６に
数１０Ｖ、アノード電極に数ＫＶを印加し、カソード電
極１０を接地すると、エミッション、蛍光体の発光が行
われる。
等の支持基板１５に貼り合わせられて第１実施の形態の
電界放出型冷陰極Ａが構成されている。一例として、対
角１インチのゲート絶縁層１にカソード電極１０とゲー
ト電極６を配設し、１００×１００のマトリクスを形成
した。カソード電極１０とゲート電極６が直交する電子
放出領域８は１００μｍ×１００μｍ程度の大きさであ
り、電界放出材料２が約８００万個存在する。また、こ
のような構成の冷陰極と対向するように蛍光体を被着し
たアノード電極（図示せず）を配設し、ゲート電極６に
数１０Ｖ、アノード電極に数ＫＶを印加し、カソード電
極１０を接地すると、エミッション、蛍光体の発光が行
われる。
【００２１】また、冷陰極ランプ、蛍光表示管、液晶デ
バイス用のバックライトについては、カソード電極、ゲ
ート電極を任意の形状に分割することで、前記のフィー
ルドエミッションディスプレイと同様に形成可能であ
る。すなわち、冷陰極ランプはカソード電極及びゲート
電極の分割を必要とせず、蛍光表示管はセグメントに分
割し、液晶デバイス用のバックライトは、カソード電極
及びゲート電極をラインに分割することにより形成され
る。
バイス用のバックライトについては、カソード電極、ゲ
ート電極を任意の形状に分割することで、前記のフィー
ルドエミッションディスプレイと同様に形成可能であ
る。すなわち、冷陰極ランプはカソード電極及びゲート
電極の分割を必要とせず、蛍光表示管はセグメントに分
割し、液晶デバイス用のバックライトは、カソード電極
及びゲート電極をラインに分割することにより形成され
る。
【００２２】次に、第１の実施の形態の電界放出型冷陰
極の製造方法を図４及び図５の工程断面図に基づいて説
明する。まず、陽極酸化可能な金属基板を陽極酸化し、
片側の表面にカソード電極１０を形成する。陽極酸化可
能な金属基板としては、アルミニウムが好適に使用され
る。アルミニウムを陽極酸化すると、直径数１０ｎｍ〜
数百ｎｍ程度の細孔が点在する陽極酸化皮膜と、陽極酸
化皮膜下層に存在するバリア層と、未酸化のアルミニウ
ム層とが形成される。逆電圧を電極に印加すると、未酸
化のアルミニウムとバリア層は陽極酸化皮膜から剥離す
ることができる。このようにして得られた陽極酸化皮膜
が、図４（ａ）に示すように絶縁性の電子放出基体（ゲ
ート絶縁層）１となる。この陽極酸化皮膜、すなわちゲ
ート絶縁層１には、一例として直径が３０ｎｍ程度の細
孔９が密度６００〜１０００個／μｍ2 で形成されてい
る。
極の製造方法を図４及び図５の工程断面図に基づいて説
明する。まず、陽極酸化可能な金属基板を陽極酸化し、
片側の表面にカソード電極１０を形成する。陽極酸化可
能な金属基板としては、アルミニウムが好適に使用され
る。アルミニウムを陽極酸化すると、直径数１０ｎｍ〜
数百ｎｍ程度の細孔が点在する陽極酸化皮膜と、陽極酸
化皮膜下層に存在するバリア層と、未酸化のアルミニウ
ム層とが形成される。逆電圧を電極に印加すると、未酸
化のアルミニウムとバリア層は陽極酸化皮膜から剥離す
ることができる。このようにして得られた陽極酸化皮膜
が、図４（ａ）に示すように絶縁性の電子放出基体（ゲ
ート絶縁層）１となる。この陽極酸化皮膜、すなわちゲ
ート絶縁層１には、一例として直径が３０ｎｍ程度の細
孔９が密度６００〜１０００個／μｍ2 で形成されてい
る。
【００２３】以上のように、ゲート絶縁層１の片面の表
面上にカソード電極１０を形成し、更に絶縁材料１１を
堆積し、カソード電極１０の表面が露出するまで絶縁材
料１１を研磨する。
面上にカソード電極１０を形成し、更に絶縁材料１１を
堆積し、カソード電極１０の表面が露出するまで絶縁材
料１１を研磨する。
【００２４】次に、図４（ｂ）において、カソード電極
１０と対向電極を用い、電解メッキ法で細孔９に電子放
出材料２を埋め込み電界放出電子源を構成する。電子放
出材料２としては、コバルト、ニッケル、すず、タング
ステン、銀、テルル、セレン、マンガン、亜鉛、カドミ
ウム、鉛、クロム、鉄のいずれかから選択可能である。
また、微細な細孔９への電子放出材料２の埋め込みは電
解メッキ法が好ましく、数１０ｎｍ程度の細孔９に対し
て十分な充填が可能である。このように、カソード電極
１０を電解メッキの際の電極として用いることで、電子
放出材料２、すなわち電界放出電子源の選択形成が可能
となる。実験結果によると、図４（ｂ）に示すように、
細孔９のうち、カソード電極１０上に位置する細孔９０
１には電子放出材料２が完全に充填されて電界放出電子
源を構成し、カソード電極１０のエッジ部分に位置する
細孔９０２では不完全に充填された電子放出材料２０２
があり、更に絶縁材料１１上に位置する細孔９０３では
電子放出材料が全く充填されない孔のみの構成になっ
た。
１０と対向電極を用い、電解メッキ法で細孔９に電子放
出材料２を埋め込み電界放出電子源を構成する。電子放
出材料２としては、コバルト、ニッケル、すず、タング
ステン、銀、テルル、セレン、マンガン、亜鉛、カドミ
ウム、鉛、クロム、鉄のいずれかから選択可能である。
また、微細な細孔９への電子放出材料２の埋め込みは電
解メッキ法が好ましく、数１０ｎｍ程度の細孔９に対し
て十分な充填が可能である。このように、カソード電極
１０を電解メッキの際の電極として用いることで、電子
放出材料２、すなわち電界放出電子源の選択形成が可能
となる。実験結果によると、図４（ｂ）に示すように、
細孔９のうち、カソード電極１０上に位置する細孔９０
１には電子放出材料２が完全に充填されて電界放出電子
源を構成し、カソード電極１０のエッジ部分に位置する
細孔９０２では不完全に充填された電子放出材料２０２
があり、更に絶縁材料１１上に位置する細孔９０３では
電子放出材料が全く充填されない孔のみの構成になっ
た。
【００２５】次に、図４（ｃ）において、完全に充填し
た電子放出材料（電界放出電子源）２上にキャップ１２
を電解メッキ法により形成する。細孔９の直径が大き
く、ゲート電極６の形成が回転斜め蒸着で可能である場
合、これ以降の製造方法は不要となり、直ちにゲート電
極６の形成が可能である。本実施の形態においては、細
孔９の直径が３０ｎｍ程度としているため、キャップ１
２を形成した後、ゲート電極６を形成する。キャップ１
２は完全に充填した電子放出材料２の細孔９０１部分に
のみ形成される。電子放出材料２が不完全に充填されて
いる細孔９０２及び電子放出材料２が存在しない細孔９
０３の部分は導電性が悪く、電解メッキができないた
め、キャップ１２は形成されない。
た電子放出材料（電界放出電子源）２上にキャップ１２
を電解メッキ法により形成する。細孔９の直径が大き
く、ゲート電極６の形成が回転斜め蒸着で可能である場
合、これ以降の製造方法は不要となり、直ちにゲート電
極６の形成が可能である。本実施の形態においては、細
孔９の直径が３０ｎｍ程度としているため、キャップ１
２を形成した後、ゲート電極６を形成する。キャップ１
２は完全に充填した電子放出材料２の細孔９０１部分に
のみ形成される。電子放出材料２が不完全に充填されて
いる細孔９０２及び電子放出材料２が存在しない細孔９
０３の部分は導電性が悪く、電解メッキができないた
め、キャップ１２は形成されない。
【００２６】次に、図５（ｄ）において、短絡防止層７
を電子放出領域（画素）１３以外の領域のゲート電極６
とカソード電極１０間に形成する。この短絡防止層７
は、不完全に充填された電子放出材料２ｂに対する短絡
防止が主な役割であり、ゲート電極６とカソード電極１
０間の短絡が問題ない場合には省略してもよい。図５
（ｄ）のように、短絡防止層７を堆積し、フォトレジス
トで電子放出領域１３を窓開けし、短絡防止層７をエッ
チング除去する。エッチング除去した後、フオトレジス
トは除去する。
を電子放出領域（画素）１３以外の領域のゲート電極６
とカソード電極１０間に形成する。この短絡防止層７
は、不完全に充填された電子放出材料２ｂに対する短絡
防止が主な役割であり、ゲート電極６とカソード電極１
０間の短絡が問題ない場合には省略してもよい。図５
（ｄ）のように、短絡防止層７を堆積し、フォトレジス
トで電子放出領域１３を窓開けし、短絡防止層７をエッ
チング除去する。エッチング除去した後、フオトレジス
トは除去する。
【００２７】次に、図５（ｅ）において、ゲート電極材
料６０１を堆積する。ゲート電極材料６０１を堆積する
と、キャップ１２上に堆積したゲート電極材料６０１が
マスクとなり、ゲート電極材料６０１がキャップ１２の
周辺で不連続となる。
料６０１を堆積する。ゲート電極材料６０１を堆積する
と、キャップ１２上に堆積したゲート電極材料６０１が
マスクとなり、ゲート電極材料６０１がキャップ１２の
周辺で不連続となる。
【００２８】最後に、図５（ｆ）において、キャップ１
２をリフトオフし、ゲート電極材料６０１からゲート電
極６を形成する。すなわち、ゲート電極材料６０１、電
子放出基体（ゲート絶縁層）１と選択比が高いエッチャ
ントを用い、キャップ１２を除去すると、ゲート電極６
が形成される。このようにして製造した冷陰極構造体２
０をガラス基板等の支持基板１５に貼り合わせると、図
５（ｆ）のような電界放出型冷陰極Ａが製造される。支
持基板１５との貼り合わせは静電接着法が好ましく、電
圧を印加し、数百℃の加熱を行うことにより、冷陰極構
造体２０と支持基板１５を確実に静電接着できる。
２をリフトオフし、ゲート電極材料６０１からゲート電
極６を形成する。すなわち、ゲート電極材料６０１、電
子放出基体（ゲート絶縁層）１と選択比が高いエッチャ
ントを用い、キャップ１２を除去すると、ゲート電極６
が形成される。このようにして製造した冷陰極構造体２
０をガラス基板等の支持基板１５に貼り合わせると、図
５（ｆ）のような電界放出型冷陰極Ａが製造される。支
持基板１５との貼り合わせは静電接着法が好ましく、電
圧を印加し、数百℃の加熱を行うことにより、冷陰極構
造体２０と支持基板１５を確実に静電接着できる。
【００２９】次に、本発明の第２の実施の形態について
図６及び図７を用いて説明する。本実施の形態では、第
１の実施の形態とは異なる製造方法により、電界放出型
冷陰極を製造する。
図６及び図７を用いて説明する。本実施の形態では、第
１の実施の形態とは異なる製造方法により、電界放出型
冷陰極を製造する。
【００３０】まず、図６（ａ）において、ガラス等の絶
縁性の支持基板１５上に任意の形状のカソード電極１０
を形成する。カソード電極材料としては、後述の陽極酸
化を考慮に入れ、アルミニウムとする。カソード電極１
０の形状は、上述のように、電界放出型冷陰極Ａを冷陰
極ランプ、蛍光表示管、液晶用のバックライト、フィー
ルドェミッションディスプレイのいずれに用いるかで設
計されるべきものである。絶縁材料１１を堆積した後、
絶縁材料１１を研磨するとカソード電極１０の表面が露
出する。
縁性の支持基板１５上に任意の形状のカソード電極１０
を形成する。カソード電極材料としては、後述の陽極酸
化を考慮に入れ、アルミニウムとする。カソード電極１
０の形状は、上述のように、電界放出型冷陰極Ａを冷陰
極ランプ、蛍光表示管、液晶用のバックライト、フィー
ルドェミッションディスプレイのいずれに用いるかで設
計されるべきものである。絶縁材料１１を堆積した後、
絶縁材料１１を研磨するとカソード電極１０の表面が露
出する。
【００３１】次に、図６（ｂ）において、カソード電極
１０を陽極酸化する。本実施の形態においては、アルミ
ニウムを陽極酸化し、陽極酸化皮膜１８中に約３０ｎｍ
程度の細孔９を形成する。更に、陽極酸化後、カソード
電極（すなわち未酸化のアルミニウム）１６と対向電極
を同電位にし、陽極酸化皮膜１８と未酸化のアルミニウ
ムであるカソード電極１０の界面に存在するバリア層を
除去する。このようにすると、図６（ｂ）示すように、
陽極酸化皮膜１８中の細孔９がカソード電極１６にまで
到達する。
１０を陽極酸化する。本実施の形態においては、アルミ
ニウムを陽極酸化し、陽極酸化皮膜１８中に約３０ｎｍ
程度の細孔９を形成する。更に、陽極酸化後、カソード
電極（すなわち未酸化のアルミニウム）１６と対向電極
を同電位にし、陽極酸化皮膜１８と未酸化のアルミニウ
ムであるカソード電極１０の界面に存在するバリア層を
除去する。このようにすると、図６（ｂ）示すように、
陽極酸化皮膜１８中の細孔９がカソード電極１６にまで
到達する。
【００３２】次に、図６（ｃ）において、細孔９に電子
放出材料２を埋め込み電界放出電子源を構成し、電子放
出領域８以外の領域に短絡防止層７を形成する。細孔９
への電子放出材料２の埋め込みは、電解メッキ法が好ま
しく、電子放出材料２としては、第１の実施の形態と同
様、コバルト、ニッケル、すず、タングステン、銀、テ
ルル、セレン、マンガン、亜鉛、カドミウム、鉛、クロ
ム、鉄のいずれかを使用する。引き続き、短絡防止層７
としての絶縁材料を堆積し、フォトリソグラフィでパタ
ーニングして電子放出領域８を形成し、絶縁材料をエッ
チング除去すると、図６（ｃ）のように、電子放出領域
８が開口する。なお、第１実施の形態で説明したよう
に、短絡防止層７が不要な場合は省略してもよい。
放出材料２を埋め込み電界放出電子源を構成し、電子放
出領域８以外の領域に短絡防止層７を形成する。細孔９
への電子放出材料２の埋め込みは、電解メッキ法が好ま
しく、電子放出材料２としては、第１の実施の形態と同
様、コバルト、ニッケル、すず、タングステン、銀、テ
ルル、セレン、マンガン、亜鉛、カドミウム、鉛、クロ
ム、鉄のいずれかを使用する。引き続き、短絡防止層７
としての絶縁材料を堆積し、フォトリソグラフィでパタ
ーニングして電子放出領域８を形成し、絶縁材料をエッ
チング除去すると、図６（ｃ）のように、電子放出領域
８が開口する。なお、第１実施の形態で説明したよう
に、短絡防止層７が不要な場合は省略してもよい。
【００３３】次に、図７（ｄ）において、電子放出材料
２の上部にキャップ１２を形成する。キャップ１２の形
成は、図７（ｃ）での電子放出材料２の埋め込みと同様
に電解メッキ法で形成される。次に、図７（ｅ）におい
て、ゲート電極材料６０１を堆積する。ゲート電極材料
６０１を堆積すると、図７（ｅ）に示すように、キャッ
プ１２の上層にゲート電極材料６０１が堆積し、これが
マスクとなり、電子放出材料２の周辺でゲート電極材料
６０１の堆積が不連続となる。
２の上部にキャップ１２を形成する。キャップ１２の形
成は、図７（ｃ）での電子放出材料２の埋め込みと同様
に電解メッキ法で形成される。次に、図７（ｅ）におい
て、ゲート電極材料６０１を堆積する。ゲート電極材料
６０１を堆積すると、図７（ｅ）に示すように、キャッ
プ１２の上層にゲート電極材料６０１が堆積し、これが
マスクとなり、電子放出材料２の周辺でゲート電極材料
６０１の堆積が不連続となる。
【００３４】最後に、図７（ｆ）において、キャップ１
２をリフトオフする。図７（ｆ）のように、支持基板１
５上に陽極酸化皮膜からなるゲート絶縁層１８と電子放
出材料２と、ゲート電極６と、カソード電極１０とが形
成された電界放出型冷陰極Ａが得られる。
２をリフトオフする。図７（ｆ）のように、支持基板１
５上に陽極酸化皮膜からなるゲート絶縁層１８と電子放
出材料２と、ゲート電極６と、カソード電極１０とが形
成された電界放出型冷陰極Ａが得られる。
【００３５】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の電界放
出型冷陰極によれば、電界放出電子源が前記カソード電
極上の細孔に対してのみ選択的に形成したので、電界放
出電子源を電界放出領域（画素）に高配向状態で、高集
積化できると共に、支持基板の材質を任意に選択するこ
とができる。また、本発明の電界放出型冷陰極の製造方
法では、支持基板とは独立して冷陰極の形成が可能とな
り、支持基板の材質を任意に選択することができる。
出型冷陰極によれば、電界放出電子源が前記カソード電
極上の細孔に対してのみ選択的に形成したので、電界放
出電子源を電界放出領域（画素）に高配向状態で、高集
積化できると共に、支持基板の材質を任意に選択するこ
とができる。また、本発明の電界放出型冷陰極の製造方
法では、支持基板とは独立して冷陰極の形成が可能とな
り、支持基板の材質を任意に選択することができる。
【００３６】また、本発明の電界放出型冷陰極の製造方
法では、支持基板上に、直接、冷陰極の形成が可能とな
り、製造工程を簡略化することができる。したがって、
微細加工技術を用いることなく、高集積化した微小な電
界放出型冷陰極を製造することができ、ＸＹアドレス可
能で、大型化パネルに適用して好適である。
法では、支持基板上に、直接、冷陰極の形成が可能とな
り、製造工程を簡略化することができる。したがって、
微細加工技術を用いることなく、高集積化した微小な電
界放出型冷陰極を製造することができ、ＸＹアドレス可
能で、大型化パネルに適用して好適である。
【図１】本発明の第１の実施の形態の電界放出型冷陰極
の平面図である。
の平面図である。
【図２】図１のII−II線矢視断面図である。
【図３】図１のIII−III線矢視断面図である。
【図４】本発明の電界放出型冷陰極の製造方法の第１の
実施の形態の工程断面図（その１）である。
実施の形態の工程断面図（その１）である。
【図５】第１の実施の形態の工程断面図（その２）であ
る。
る。
【図６】本発明の電界放出型冷陰極の製造方法の第２の
実施の形態の工程断面図（その１）である。
実施の形態の工程断面図（その１）である。
【図７】第２の実施の形態の工程断面図（その２）であ
る。
る。
【図８】従来の電界放出型冷陰極の製造方法の工程断面
図である。
図である。
１ 電子放出基体（ゲート絶縁層） ２ 電子放出材料（電界放出電子源） ５ カソード電極 ６ ゲート電極 ７ 短絡防止層 ８ 電子放出領域（画素） ９ 細孔 １０ カソード電極 １２ キャップ １５ 支持基板
Claims (10)
- 【請求項１】 微細な細孔を有するゲート絶縁層と、前
記ゲート絶縁層中に埋め込まれた電界放出電子源と、前
記ゲート絶縁層上に配設されたゲート電極と、前記電界
放出電子源と電気的に接続したカソード電極とを有する
冷陰極構造体が支持基板に支持されている電界放出型冷
陰極であって、 前記電界放出電子源が前記カソード電極上の細孔に対し
てのみ選択的に形成されていることを特徴とする電界放
出型冷陰極。 - 【請求項２】 前記ゲート電極及び前記カソード電極が
互いに直交していることを特徴とする請求項１記載の電
界放出型冷陰極。 - 【請求項３】 前記電界放出電子源が集積した電子放出
領域以外の領域の前記ゲート絶縁層と前記ゲート電極の
間に短絡防止層が配設されていることを特徴とする請求
項１又は２いずれかに記載の電界放出型冷陰極。 - 【請求項４】 前記ゲート絶縁層がアルミニウムの陽極
酸化皮膜であることを特徴とする請求項１乃至３いずれ
かに記載の電界放出型冷陰極。 - 【請求項５】 前記電界放出電子源が、コバルト、ニッ
ケル、すず、タングステン、銀、テルル、セレン、マン
ガン、亜鉛、カドミウム、鉛、クロム、鉄のいずれかを
含有することを特徴とする請求項１又は３いずれかに記
載の電界放出型冷陰極。 - 【請求項６】 金属基板を陽極酸化して細孔を有する酸
化皮膜を形成する工程と、前記陽極酸化した金属基板か
ら未酸化の金属を除去して酸化皮膜を分離する工程と、
前記酸化皮膜の一方の表面にカソード電極を形成する工
程と、前記カソード電極を形成した表面に絶縁材料を堆
積する工程と、前記絶縁材料を平坦化する工程と、前記
細孔中に電子放出材料を埋め込んで電界放出電子源を形
成する工程と、前記カソード電極を形成した酸化皮膜表
面と反対側の表面にゲート電極を形成する工程と、前記
カソード電極側の表面を絶縁性の支持基板に貼り合わせ
る工程と、を含むことを特徴とする電界放出型冷陰極の
製造方法。 - 【請求項７】 絶縁性の支持基板上にカソード電極を形
成する工程と、前記カソード電極上に絶縁材料を堆積す
る工程と、前記絶縁材料を除去して前記カソード電極の
表面を露出する工程と、前記カソード電極の表面を陽極
酸化して細孔を有する酸化皮膜を形成する工程と、前記
細孔中に電子放出材料を埋め込んで電界放出電子源を形
成する工程と、前記カソード電極を形成した酸化皮膜表
面と反対側の表面にゲート電極を形成する工程と、を含
むことを特徴とする電界放出型冷陰極の製造方法。 - 【請求項８】 前記細孔中に電子放出材料を埋め込んで
電界放出電子源を形成する工程では、 前記細孔中に埋め込まれた電子放出材料にキャップを形
成する工程と、該キャップをリフトオフする工程とを含
むことを特徴とする請求項６又は７いずれかに記載の電
界放出型冷陰極の製造方法。 - 【請求項９】 前記細孔中に電子放出材料を埋め込んで
電界放出電子源を形成する工程では、 前記カソード電極を形成した酸化皮膜表面と反対側の表
面に絶縁材料を堆積する工程と、前記絶縁材料の電子放
出領域を窓開けする工程と、前記細孔中に電子放出材料
を埋め込む工程とを含むことを特徴とする請求項６又は
７いずれかに記載の電界放出型冷陰極の製造方法。 - 【請求項１０】 前記細孔中に電子放出材料を埋め込ん
で電界放出電子源を形成する工程が、電気化学的堆積方
法であることを特徴とする請求項６又は７いずれかに記
載の電界放出型冷陰極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32002699A JP3597739B2 (ja) | 1999-11-10 | 1999-11-10 | 電界放出型冷陰極及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32002699A JP3597739B2 (ja) | 1999-11-10 | 1999-11-10 | 電界放出型冷陰極及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001143600A true JP2001143600A (ja) | 2001-05-25 |
| JP3597739B2 JP3597739B2 (ja) | 2004-12-08 |
Family
ID=18116931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32002699A Expired - Fee Related JP3597739B2 (ja) | 1999-11-10 | 1999-11-10 | 電界放出型冷陰極及びその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3597739B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009181757A (ja) * | 2008-01-30 | 2009-08-13 | Takamatsu Mekki:Kk | 電子銃の製造方法及び電子銃 |
| WO2018212166A1 (ja) * | 2017-05-18 | 2018-11-22 | シャープ株式会社 | 電子放出素子およびその製造方法 |
| US10643815B2 (en) | 2017-09-11 | 2020-05-05 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emission device, method for manufacturing same, and method for manufacturing electronic device |
| US10692680B2 (en) | 2018-03-30 | 2020-06-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emission device and method for manufacturing the same |
| WO2021033467A1 (ja) * | 2019-08-16 | 2021-02-25 | 富士フイルム株式会社 | 構造体の製造方法 |
-
1999
- 1999-11-10 JP JP32002699A patent/JP3597739B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009181757A (ja) * | 2008-01-30 | 2009-08-13 | Takamatsu Mekki:Kk | 電子銃の製造方法及び電子銃 |
| WO2018212166A1 (ja) * | 2017-05-18 | 2018-11-22 | シャープ株式会社 | 電子放出素子およびその製造方法 |
| CN110622275A (zh) * | 2017-05-18 | 2019-12-27 | 夏普株式会社 | 电子发射元件及其制造方法 |
| JPWO2018212166A1 (ja) * | 2017-05-18 | 2020-05-21 | シャープ株式会社 | 電子放出素子およびその製造方法 |
| US10763068B2 (en) | 2017-05-18 | 2020-09-01 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emission element and method for same |
| CN110622275B (zh) * | 2017-05-18 | 2022-04-26 | 夏普株式会社 | 电子发射元件及其制造方法 |
| US10643815B2 (en) | 2017-09-11 | 2020-05-05 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emission device, method for manufacturing same, and method for manufacturing electronic device |
| US10692680B2 (en) | 2018-03-30 | 2020-06-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emission device and method for manufacturing the same |
| WO2021033467A1 (ja) * | 2019-08-16 | 2021-02-25 | 富士フイルム株式会社 | 構造体の製造方法 |
| JPWO2021033467A1 (ja) * | 2019-08-16 | 2021-02-25 | ||
| JP7220796B2 (ja) | 2019-08-16 | 2023-02-10 | 富士フイルム株式会社 | 構造体の製造方法 |
| US12002713B2 (en) | 2019-08-16 | 2024-06-04 | Fujifilm Corporation | Method for manufacturing structure |
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| JP3597739B2 (ja) | 2004-12-08 |
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