JP2005116231A

JP2005116231A - 冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP2005116231A
Application number: JP2003346072A
Authority: JP
Inventors: Takeyoshi Asano; 剛良浅野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2003-10-03
Publication date: 2005-04-28

Abstract

【課題】エミッタの後入れプロセスでゲートホール内にエミッタ形成する際、エミッタ材料の品質低下を防ぎ、位置合わせ装置を使用せずに精度よく、安価に形成することができる冷陰極線電界電子放出表示装置の製造方法を提供するものである。
【解決手段】本発明の冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法は、基板１上にカソードとなる第1の電極２を形成する工程と、第１の電極２と交叉するように絶縁層３を介してゲート電極となる第２の電極４を形成する工程と、交叉する位置の絶縁層３及び第２の電極４に第1の電極２が臨む開口５を形成する工程と、開口５の内面及び第２の電極４上にエミッタ６を成膜する工程と、開口５の底面のエミッタ６上に選択的にレジスト層を形成し、開口５のレジスト層によって保護されているエミッタ６以外のエミッタ６をエッチング除去する工程と、開口５内のレジスト層を除去して所要のエミッタ６を形成する工程とを有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷陰極電界電子放出表示装置（いわゆるフィールド・エミッション・ディスプレイ：ＦＥＤ）の製造方法に関する。

従来、フィールド・エミッション・ディスプレイ（ＦＥＤ）は、図３に示すように、一方の平板ガラス基板、いわゆる背面基板４１の内面にカソード電極４２と、ゲート電極４４と、カソード電極４４と、カソード電極４２及びゲート電極４４の交叉部分にカソード電極に接続された電子放出部となるエミッタ４６とからなる３極構造のカソード基板４７と、他方の平板ガラス基板、いわゆる前面基板５１の内面に蛍光面５４を形成したアノード基板５５とを真空空間を挟んで配置して構成される。カソード基板４７は、背面基板４１の内面に複数のストライプ状のカソード電極４２を形成し、カソード電極４２を覆って絶縁層４３を形成し、この絶縁層４３の上面にカソード電極４３と直交する複数のストライプ状のゲート電極４４を形成し、カソード電極４２とゲート電極との交叉部分に形成された開口（所謂ゲートホール）４５の底面に臨むカソード電極４２上にエミッタ４６を形成して構成される。アノード基板５５は、前面基板５４の内面にエミッタ４６に対向するように例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色蛍光体ストライプ５２［５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂ］を形成すると共に、隣り合う各色蛍光体ストライプ５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂ間にブラックマトリクスパターン、例えばカーボンストライプ（ＣＳ）を形成し、前面にメタルバック層５３を被着形成して構成される。

このフィールド・エミッション・ディスプレイでは、ゲート電極によりエミッタ４６から電子ｅの電界放出が制御され、電界放出された電子ｅがアノード電位に引かれてアノード基板５５に達し蛍光体ストライプ５２を励起発光して所要の画像を表示するようになされる。

このようなフィールド・エミッション・ディスプレイの製造に際し、エミッタを形成するプロセスとしては、２種類あり、絶縁層４３を形成する前にエミッタ４６を形成する「先入れプロセス」と、ゲートホール４５を形成した後にエミッタ４６を形成する「後入れプロセス」が考えられている。
特許文献１には、有効領域に冷陰極電界電子放出素子を備えた第１パネルと有効領域に蛍光体層とアノード電極とを備えた第２パネルとが真空層ＶＡＣを挟んで対向配置されて、冷陰極電界電子放出素子が、カソードとその上の絶縁層を介して形成されたゲートと、開口部底面のカソード上に形成されたピント型電子放出素子とから構成されてなる平面型表示装置が開示されている。
特開２００１−２１０２２５号公報

上述のエミッタ４６の先入れプロセスでは、絶縁層４３及びゲート電極４４の積層プロセスやエッチング等の複数のプロセスにより、エミッタ材料がプロセス時の熱や薬品等で物理的又は化学的にダメージを受ける。また、各層の層間密着性を考慮に入れた設計も必要であり、さらに、エミッタ特性の向上を目的とする材料変更時や物理的な特性面などからの様々な制約を受ける。
そこでプロセス上エミッタ材料の受けるダメージを低減するには、エミッタ４６の後入れプロセスが有効であると考えられる。しかしこの場合、エミッタ材料をゲートホール４５の１つ１つの底部に直接注入していく方式では、位置合わせの精度が問題となる。また、エミッタ材料を注入しているとき、ゲートホール４５の壁面にエミッタ４６が付着すると、ゲート−カソード間での電流リークが発生する。電流リークが発生すると、所望の電界をエミッタ４６に印加することが困難になるなどの不具合を発生する。

本発明は、上述の点に鑑み、上述のエミッタの後入れプロセスでゲートホール内にエミッタ形成する際、エミッタ材料の品質低下を防ぎ、位置合わせ装置を使用せずに精度よく、安価に形成することができる冷陰極線電界電子放出表示装置の製造方法を提供するものである。

本発明の冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法は、基板上にカソードとなる第1の電極を形成する工程と、第１の電極と交叉するように絶縁層を介してゲート電極となる第２の電極を形成する工程と、交叉する位置の絶縁層及び第２の電極に第1の電極が臨む開口を形成する工程と、開口の内面及び第２の電極上にエミッタを成膜する工程と、開口の底面のエミッタ上に選択的にレジスト層を形成し、開口のレジスト層によって保護されているエミッタ以外のエミッタをエッチング除去する工程と、開口内のレジスト層を除去して所要のエミッタを形成する工程とを有することを特徴とする。

本発明の冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法では、ゲート電極及び絶縁膜に開口を形成した後、エミッタを開口の内面及びゲート電極上にわたってエミッタを成膜し、開口底面のエミッタ上に選択的に形成したレジスト層をマスクに、エミッタを選択的に除去することにより、自己整合的に開口壁面に接触することなくエミッタが形成される。また、エミッタの選択除去に際しては、レジスト層により最終的に残るエミッタが保護される。

本発明の冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法によれば、基板作製過程でのエミッタ材料への物理的及び化学的ダメージが少ないため、エミッタの電界電子放出特性の劣化が少なくすることができる。さらに、製造工程中、エミッタを開口底部に形成する際、エミッタの位置合わせが不要となるため、精度よくまた安価にエミッタ形成ができる。エミッタと開口壁面との間にエミッタの厚み分だけすき間を設けることができ、ゲートへのリーク電流を少なくすることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の製法で得られた冷陰極電界電子放出表示装置（フィールド・エミッション・ディスプレイ：ＦＥＤ）の一例を示す。本実施の形態に係る冷陰極電界電子放出表示装置２０は、一方の平板ガラス基板、いわゆる背面基板１の内面にカソード電極２と、ゲート電極４と、カソード電極２及びゲート電極４の交叉部分にカソード電極２に接続された電子放出部となるエミッタ６とからなる３極構造のカソード基板７と、他方の平板ガラス基板、いわゆる前面基板２１の内面に蛍光面２６を形成したアノード基板２５とを真空空間を挟んで配置して構成される。カソード基板７は、背面基板１の内面に複数のストライプ状のカソード電極２を形成し、カソード電極２を覆って絶縁層３を形成し、この絶縁層３の上面にカソード電極３と直交する複数のストライプ状のゲート電極４を形成し、カソード電極２とゲート電極４との交叉部分に形成された開口（所謂ゲートホール）５の底面に臨むカソード電極２上にエミッタ６を形成し構成される。エミッタ６は、エミッタ６の膜厚分だけ開口５の内壁から離れて形成される。アノード基板２５は、前面基板２１の内面にエミッタ６に対向するように例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色蛍光体ストライプ２２［２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ］を形成すると共に、隣り合う各色蛍光体ストライプ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ間にブラックマトリックスパターン、例えばカーボンストライプ（ＣＳ）を形成し、前面にメタルバック層２４を被着形成して構成される。

図２は、本実施の形態に係る冷陰極電界電子放出表示装置２０、特にそのカソード基板７の製造方法を示す。
本実施の形態において、先ず、図２Ａに示すように、ガラス基板１上にカソード電極２となる金属膜をスパッタや蒸着などにより成膜する、例えば、厚みを約０．１〜０．２μｍとする。金属膜を成膜する。その後フォトリソグラフィ法によってストライプ状のレジストマスクを形成し、選択エッチングにて金属膜をストライプ状にパターニングして複数のストライプ状のカソード電極２を形成する。もしくはゾルゲル法によるパターン印刷にてガラス基板１上に直接ストライプ状に金属ペーストを印刷し、焼結することで複数のストライプ状のカソード電極２を形成してもよい。例えば、ストライプ幅を約４００μm程度とし、ストライプピッチを約４２０μmとしてストライプ状のカソード電極２を形成する。

次に、図２Ｂに示すように、カソード電極２上を含むガラス基板１の全面に絶縁層３を形成し、さらに絶縁層３の上面にゲート電極４となる導電膜を成膜する。例えば、絶縁層３はスパッタや印刷、ＣＶＤ（化学気相成長）法などで全面に形成することができる。本例では、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜等を用いる。絶縁層３の厚みの一例としては、約２〜１０μmとすることができる。ゲート電極となるその電極は、スパッタや蒸着、印刷などで形成することができる。この導電膜をフォトリソグラフィ法により複数のストライプ状にパターンニングして複数のゲート電極４を形成する、例えば、ゲート電極厚みの一例として、約０．１〜０．２μm、ゲートストライプ幅の一例として、約８５〜１００μm、ゲートストライプピッチの一例として、約１２０μmとすることができる。
その後、フォトリソグラフィ法によりゲートホールパターンのレジストマスクを形成し、エッチングにより開口、即ちゲートホール５を形成する、例えば、ゲートホール形状の一例としては、丸型、四角型などとすることができる。ゲートホール径の一例としては、約５〜４０μmとすることができる。

次に、図２Ｃに示すように、ゲートホール５の内面（側壁及び底面）及びゲート電極４上を含む全面に電子放出部となるエミッタ材料膜６Ａを成膜する。エミッタ材料膜６Ａとしては、例えば、カーボンナノチューブをバインダーに分散させてなるペースト状体を作り、印刷、スプレー等により成膜することができる。膜は、カーボンナノチューブを混ぜたＡｇペーストをロールコートにより塗布して成膜することができる。エミッタ材料膜６Ａの厚みの一例としては、例えば約０．１μmとすることができる。

次に、図２Ｄに示すように、ゲートホール５内に埋め込むように全面にレジスト層８を形成する。レジスト層８の塗布厚みの一例としては、例えば約３〜１５μm程度とし、ゲートホール５が埋まるように塗布し、且つゲートホール５上のレジスト表面がへこまないようにレベリングする。

次に、図２Ｅに示すように、レジスト層８をゲートホール５内のみに残るようにエッチバックする。例えば、レジスト剥離剤でのエッチングやドライエッチング装置によるレジストマスクの表層剥離などで、基板表面のレジスト層８を取り除く。

次に、図２Ｆに示すように、ゲートホール５内のレジスト層、即ちレジストマスク８で覆われている部分以外のエミッタ材料６Ａをエッチング除去する。このエッチングにより、ゲート電極４上及びゲートホール５の内壁のエミッタ材料６Ａが選択的に除去され、ゲートホール５の底面のエミッタ材料６Ａのみが残る。

次に、図２Ｇに示すように、ゲートホール５底部のレジストマスク８を除去し、ゲートホール５底部のみにエミッタ６を形成する。このエミッタ６は、ゲートホール５の底面にあって、ゲートホール内壁からエミッタ材料６Ａの膜厚だけ離れて形成される。このようにして、カソード基板７を作製する。

一方、図示せざるも、他方のガラス基板２１上にカーボンストライプＣＳと赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の各色蛍光体ストライプ２２［２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ］から成る蛍光面２６を形成し、さらにメタルバック層２４を形成して、アノード基板２５を作製する。そして、上記カソード基板７とアノード基板２５を真空空間を挟んで気密封止して、図１に示す目的の冷陰極電界電子放出表示装置２０を得る。

本実施の形態によれば、ゲートホール５を形成した後にエミッタ６を形成する、いわゆる後入れプロセスにより、エミッタ６を形成するので、エミッタ材料への物理的及び化学的ダメージが少なくなり、エミッタ６の電界電子放出特性の劣化が少なくなり、エミッタ材料の品質低下を防ぐことができる。ゲートホール５内へのエミッタ６の形成に際して、ゲートホール５の内面（内壁、底面）に沿い且つゲート電極４上を含む全面にエミッタ材料６Ａを成膜し、ゲートホール５内に選択的にレジストマスク８を形成した後、レジストマスク８で保護された部分以外のエミッタ材料６Ａを選択除去するので、自己整合的にゲートホール５の底面にエミッタ６を形成することができる。即ち、エミッタ６をゲートホール５底面に形成する際に位置合わせ装置による位置合わせが不要になり、精度良くまた安価にエミッタ６を形成することができる。さらに、エミッタ６とゲートホール５の内壁面との間にエミッタ材料６の膜厚分だけ隙間ｔ１が形成されるので、エミッタ６からゲート電極４へのリーク電流を低減することができる。

本実施の形態に係る冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法によれば、カソード基板を作製する場合、大型化が容易である。この方法自体は基板サイズを選ばない為、電極や絶縁層の成膜装置およびエッチング装置の大型化が進めば、容易に大型化が可能となる。

本実施の形態に係る冷陰極電界電子放出表示装置の一例の断面図である。本実施の形態に係る冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法を示す工程図である。従来の冷陰極電界電子放出表示装置の一例の断面図である。

符号の説明

１，４１・・ガラス基板
２，４２・・カソード電極
３，４３・・絶縁層
４，４４・・ゲート電極
５・・ゲートホール
６，４６・・エミッタ
７，４７・・カソード基板
８・・レジストマスク
１０・・電子放出部
２０，４０・・冷陰極電界電子放出表示装置
２１，５１・・ガラス基板
２２，５２・・蛍光体ストライプ
２３，５３・・ブラックマトリクス
２４，５４・・メタルバック
２５，５５・・アノード基板

Claims

基板上にカソードとなる第1の電極を形成する工程と、
前記第１の電極と交叉するように絶縁層を介してゲート電極となる第２の電極を形成する工程と、
前記交叉する位置の前記絶縁層及び前記第２の電極に前記第1の電極が臨む開口を形成する工程と、
前記開口の内面及び第２の電極上にエミッタを成膜する工程と、
前記開口の底面の前記エミッタ上に選択的にレジスト層を形成し、
前記開口のレジスト層によって保護されているエミッタ以外の前記エミッタをエッチング除去する工程と、
前記開口内のレジスト層を除去して所要のエミッタを形成する工程とを有する
ことを特徴とする冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法。
前記所要のエミッタは、前記開口の壁面からエミッタの厚さだけ離れて形成する
ことを特徴とする請求項１記載の冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法。