JP2006073496A - 電界放出型冷陰極装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は電界放出型冷陰極装置の製造にあたって要される工程数を減らし単純化させることのできる電界放出型冷陰極装置の製造方法を提供する。
【解決手段】上記方法はメッシュタイプ（ｍｅｓｈ ｔｙｐｅ）の導電性金属薄膜に所定の厚さで絶縁物質を塗布してゲート電極及び絶縁層を一体に形成した後、または上記メッシュタイプの導電性金属薄膜に絶縁層とスペーサーを同時に形成した後（１００，１１０）、これをカソード電極の上部に付着するものである（１２０〜１４０）。
【選択図】図１

Description

本発明は電界放出型冷陰極装置（Ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｙｐｅ ｃｏｌｄ ｃａｔｈｏｄｅ ｄｅｖｉｃｅ）の製造方法に関するものであって、より詳しくは工程数を減少し単純化させることのできる電界放出型冷陰極装置の製造方法に関するものである。

初期にカラー動画像を表示する画像表示素子としては、金属等を高温で加熱し続けるとその物質を形成している原子中の電子が空間に放出される熱電子放出現象を利用したブラウン管（ＣＲＴ：Ｃａｔｈｏｄｅ−Ｒａｙ−ｔｕｂｅ）が用いられた。しかしながら、こうしたブラウン管方式の画像表示装置は電子ビームが放射される一定の大きさのの電子銃と放出された電子をスクリーンに到達するまで加速させる手段とが具備されなければならないので、スクリーンが大きくなるほど背面の深さ（奥行き）が長くなる。したがって、ブラウン管方式の画像表示装置は空間を広く占め重く移動し難いという欠点がある。

最近は、こうした問題を解決するため様々な研究が重ねられ次世代画像表示装置としてスクリーン背面の幅が短く、重量も軽いＴＦＴ−ＬＣＤ、ＯＬＥＤ、ＰＤＰ、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）のような平板型表示装置が商用化されてきている。

上記電界放出型冷陰極装置（Ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｙｐｅ ｃｏｌｄ ｃａｔｈｏｄｅ ｄｅｖｉｃｅ）は上述したＦＥＤに具備される電子源として、スクリーンを碁盤のように単位区域に分割し、各々の区域のスクリーンに電子ビームを走査してスクリーンの蛍光体を発光させる素子である。

上記の電界放出型冷陰極装置は、基板、電源印加時に電子が放出されるエミッター（ｅｍｉｔｔｅｒ）（例えば、カーボンナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏ ｔｕｂｅ：ＣＮＴ））、電気信号の印加のためのカソード電極、ゲート電極、アノード電極、及び上記カソード電極とゲート電極との絶縁のための絶縁層から成る。さらに、上記アノードとカソードとの間隔を維持するためのスペーサー（ｓｐａｃｅｒ）がさらに具備されてもよい。

こうした電界放出型冷陰極装置は、上記電極の数に応じて２極、３極、４極構造に区分することができるが、２極構造である場合カソード電極とアノード電極のみが具備され、３極構造の場合にはカソード電極、ゲート電極及びアノード電極を含み、４極構造の場合はカソード電極、第１、２ゲート電極及びアノード電極が具備される。

図５は３極構造の電界放出型冷陰極装置を製造する従来の工程を順次に示したものであって、所定のガラス性質の基板（５１）上に先ず下地電極（５２）を形成する。そして、上記下地電極（５２）の上部に所定の厚さでフォトレジスト等の非伝導性物質から成る絶縁層（５３）を塗布し、上記絶縁層（５３）の上部面にマスクパターン（５４）を塗布した後、上記絶縁層（５３）をリソ工程によりエッチングしてパターニングする。こうして、上記絶縁層（５３ａ）はその上面形態が複数の行と列から成る空間を有したメッシュ形態となる。

次の工程として、上記マスクパターン（５４）を除去し、上記絶縁層（５３ａ）の上部にゲート電極（５５）を形成した後、続いて上記露出された下地電極（５２）上にＣＮＴを塗布してカソード電極（５６）を形成する。

そして、上記カソード電極（５６）と所定距離ほど隔てた位置にアノード電極（５７）を形成する。上記アノード電極（５７）には蛍光層が形成されカソード電極（５６）から放出された電子により発光する。この際、上記カソード電極（５６）とアノード電極（５７）との空間は真空状態として、カソード電極（５６）から放出された電子が移動可能な空間を形成する。

上記構造において、下地電極（５２）とゲート電極（５５）に所定の電圧を印加すると、上記カソード電極（５６）から電子が放出され、上記放出電子はアノード電極（５７）の前面に形成された蛍光体に衝突して発光する。この際、上記絶縁層（５３ａ）はゲート電極（５５）とカソード電極（５６）との通電を妨げる絶縁機能を果たす。

上述した従来の方法によると、絶縁層（５３ａ）とゲート電極（５５）を形成するためには、マスクパターン形成、リソ工法によるエッチング、マスク除去 などの諸工程を施さなければならず、さらに上記ゲート電極（５５）の形成のためのメッキ工程中カソード電極（５６）に電極物質がメッキされてはならない。加えて、ゲート電極（５５）を形成した後カソード電極（５６）を形成するので、上記カソード電極（５６）の下部に共通に連結される下地電極（５２）がさらに具備されなければならなかった。したがって、従来の製造方法によると、工程数が多くなり複雑になるという欠点がある。

本発明は、上述した従来の問題を解決するために提案されたものであって、その目的は工程数を減少させ製造工程を単純化させられる電界放出型冷陰極装置の製造方法を提供することである。

上述した本発明の目的を成し遂げるための構成手段として、本発明による電界放出型冷陰極装置の製造方法は導電性の金属薄膜に所定の厚さで絶縁物質を塗布する段階；上記金属薄膜及び絶縁物質をエッチングしてメッシュ構造の絶縁層が付着されたゲート電極を同時に形成する段階；所定の基板上にカソード電極を形成する段階；及び上記カソード電極の上部に上記絶縁層を付着し、カソード電極、絶縁層、ゲート電極順に配する段階、を含んで成ることを特徴とする。

上記本発明の製造方法は、金属薄膜の一面にのみ絶縁層を形成することができ、さらに上記カソード電極、絶縁層、ゲート電極順に配した後、ゲート電極の上部に絶縁物質から成るスペーサーを形成する段階をさらに含んでもよい。また、本発明の電界放出型冷陰極装置の製造方法において、上記金属薄膜に絶縁物質を塗布する段階は、金属薄膜の両平面上に各々第１、２絶縁層を形成する段階であることができる。この場合、一方の絶縁層はカソード電極とゲート電極同士の通電を妨げ、他方の絶縁層は蛍光面に対する電子放出区域を区分するスペーサーとなる。

さらに、本発明の電界放出型冷陰極装置の製造方法において導電性の金属薄膜に所定の厚さで絶縁物質を塗布する段階は、４極構造の冷陰極装置である場合第１導電性金属薄膜上に第１絶縁層を形成した後、上記第１絶縁層の上部に第２導電性金属薄膜を形成し、上記第２導電性金属薄膜の上部に第２絶縁層を形成する段階から成ることができる。

さらに、本発明の電界放出型冷陰極装置の製造方法において、上記絶縁層及びゲート電極を形成する段階は、上記絶縁層の上部にフォトレジストでマスクパターンを形成する段階；エッチング工程により上記マスクパターンにより保護される部分を除いて余る部分の絶縁物質を除去する段階から成り、上記マスクパターンをそのまま絶縁層に用いてカソード電極上に付着することができる。

上述したところによると、本発明は電界放出型冷陰極装置の製造工程数を減少させながらより簡単な工程により冷陰極装置の電極構造を形成することのできるという優れた効果を奏する。

以下、添付の図面を参照しながら本発明による電界放出型冷陰極装置の製造方法について詳しく説明する。図１は本発明による電界放出型冷陰極装置の製造方法における基本的な手順を示したフローチャートである。

本発明による電界放出型冷陰極装置の製造方法は、従来の製造方法と異なり、絶縁層及びゲート電極を別途に形成した後、基板に形成されたゲート電極の上部に付着させるものであって、これにより従来のゲート電極形成時、他電極を保護するために別途の犠牲物質が必要であったことを省き、カソード電極を形成した後ゲート電極を付着できるようにし、それだけ工程数を減少したものである。

即ち、本発明の電界放出型冷陰極装置の製造方法は図１に示したように、所定の伝導性物質から成る金属薄膜を用意し、上記金属薄膜に絶縁層を形成する（１００）。上記金属薄膜は冷陰極装置のゲート電極を具現するためのものであって、電気信号を伝達するために伝導性の金属、例えば銅（ｃｕ）等で具現することが好ましい。

次いで、上記絶縁層の上部にマスクパターンを塗布した後、リソ工法により上記絶縁層及び金属薄膜を同時にエッチングして、絶縁層が一体となったゲート電極を形成する（１１０）。

これとは別途に、ガラス材質の基板上にエミッターとして用いられるＣＮＴを含むカソード電極を形成した後（１２０）、上記予め形成されたゲート電極下部の絶縁層が上記カソード電極上に接するよう付着する（１３０）。これに比して、カソード電極、絶縁層、ゲート電極順に配される。

次に、上記カソード電極と所定の距離ほど隔ててアノード電極を形成する（１４０）。上記アノード電極の形成過程は従来と同様に行われる。

上述した製造方法による電界放出型冷陰極装置の製造工程を図２ないし図４の工程図に基づき例示しながら説明する。

図２は本発明の第１実施形態として、カソード電極、ゲート電極及びアノード電極から成る３極構造の電界放出型冷陰極装置に対する製造工程を示した工程図である。先に説明したように、所定の伝導性金属薄膜（２１）を用意し、上記金属薄膜（２１）の上面に所定の厚さで絶縁物質を塗布して絶縁層（２２）を形成する。

さらに、上記形成された絶縁層（２２）の上部に所定の形態でパターニングされたマスクパターン（２３）を形成した後、リソグラフィー（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ）工法などにより絶縁層（２２）及び金属薄膜（２１）を同時にエッチングして、メッシュ形態のゲート電極（２１ａ）及び絶縁層（２２ａ）を形成する。この際、上記マスクパターン（２３）は除去しても構わないが、除去せず残しておく方が工程数を減少させられ、この際、除去されないマスクパターン（２３）はフォトレジスタ等の絶縁性物質であるので、そのまま絶縁層の効果を奏することができる。

これとは別に、ガラス性質の基板（２４）を用意し、その上部にエミッターとして用いられるＣＮＴを含むカソード電極（２５）を形成する。

上記のように、カソード電極（２５）が形成された基板（２４）と、上記メッシュ形態の絶縁層（２２ａ）及びゲート電極（２１ａ）が各々の工程を経て用意されると、上記形成された絶縁層（２２ａ）をカソード電極（２５）の上部に付着する。

この際、ＣＮＴは上記絶縁層（２２ａ）を付着する前にカソード電極（２５）の上部に塗布されている。これと異なり、従来のように、基板（２４）の上部に下地電極を形成した後、上記下地電極に上記絶縁層（２２ａ）とゲート電極（２１ａ）とを接合させてから露出している下地電極の上部に再びカソード電極（２５）の残りの上部にのみＣＮＴを塗布することもできる。しかし、本発明の製造方法においては絶縁層（２２ａ）及びゲート電極（２１ａ）の形成が別途の工程により形成されるので、上記のようにカソード電極（２５）の上部に直に絶縁層（２２ａ）とゲート電極（２１ａ）を形成しても、カソード電極（２５）に損傷などの問題が生じない。

次に、上記カソード電極（２５）と所定間隔ほど隔てた位置にアノード電極（２６）を形成する。

上記において絶縁層（２２ａ）はカソード電極（２５）とゲート電極（２１ａ）同士の通電を妨げる絶縁機能を行うもので、上記マスクパターン（２３）は普通絶縁性のフォトレジストから成るので、上記マスクパターン（２３）をそのまま絶縁層（２２ａ）に用いることができる。

次に、図３は本発明による第２実施形態として、３極構造の電界放出型冷陰極装置に対する製造工程図である。

上記図３によると、先述した第１実施形態とは、所定の導電性金属薄膜（３１）上に絶縁層を形成する段階（１００）において上記導電性金属薄膜（３１）の上下面に各々第１、２絶縁層（３２、３３）を形成する点に差異があるもので、その他マスクパターン（３４）の形成及びエッチング、カソード電極（３６）の形成、アノード電極（３７）の形成工程は先述した図２において説明した工程と同様である。即ち、所定の導電性金属薄膜（３１）の上下面に絶縁物質を塗布して所定の厚さの第１、２絶縁層（３２、３３）を形成する。

さらに、上記第１、２絶縁層（３２、３３）中一方の面（例えば、第２絶縁層（３３）の上面）にメッシュ構造を形成するためのマスクパターン（３４）を形成した後、エッチング工程を進めて上記第１絶縁層（３２）、金属薄膜（３１）、第２絶縁層（３３）を同時にエッチングすることにより、メッシュ構造から成る第１絶縁層（３２ａ）、ゲート電極（３１ａ）、第２絶縁層（３３ａ）を形成する。
そして、先述したように、所定の基板（３５）の上面にＣＮＴを含むカソード電極（３６）を形成する。この際、上記第１絶縁層（３２ａ）と第２絶縁層（３３ａ）中いずれかはカソード電極（３６）とゲート電極（３１ａ）同士の通電を妨げる絶縁手段として機能し、他方はアノード電極（３７）とカソード電極（３６）同士の一定の間隔を維持するためのスペーサー（ｓｐａｃｅｒ）として機能する。

次に、上記第２絶縁層（３３ａ）をカソード電極（３６）上に接合させ、続いて第１絶縁層（３２ａ）の上部にアノード電極（３７）を形成させる。

したがって、上記実施形態においては第２絶縁層（３３ａ）はゲート電極（３１ａ）とカソード電極（３６）との通電機能を行い、第１絶縁層（３２ａ）はカソード電極（３６）とアノード電極（３７）同士の間隔を維持するためのスペーサーとして機能する。

３極構造の冷陰極装置において、上記アノード電極とカソード電極同士の一定の間隔を維持するためのスペーサーは別途の工程を通して具現することもできる。即ち、上記図２に示したように、金属薄膜の一面に絶縁層を形成し、上記絶縁層をカソード電極上に付着した後、上記ゲート電極の上部にガラス等の絶縁性材質を有し格子形態に形成されたスペーサーを付着する方式から成ることもできる。

次いで、図４は本発明の第３実施形態であって、４極構造の電界放出型冷陰極装置の製造工程を示した工程図である。

４極構造の電界放出型冷陰極装置はアノード電極とカソード電極との間に２個のゲート電極を具備するものであって、上記２個のゲート電極を形成するために、先ず導電性の第１金属薄膜（４１）上に第１絶縁層（４２）を形成し、上記第１絶縁層（４２）の上部に再び伝導性の第２金属薄膜（４３）を形成した後、上記第２金属薄膜（４３）の上部に第２絶縁層（４４）を形成する。

そして、上記第２絶縁層（４４）の上部にメッシュ構造をパターニングするためのマスクパターン（４５）を形成した後、リソ工法によりエッチングして、メッシュ構造を有する第１ゲート電極（４１ａ）、第１絶縁層（４２ａ）、第２ゲート電極（４３ａ）、第２絶縁層（４４ａ）が同時に形成される。

次に、上記第２絶縁層（４４ａ）を所定基板（４６）上に形成されたカソード電極（４７）に接合させる。そしてカソード電極（４７）と所定の間隔を維持するようアノード電極（４８）を形成する。

上記エッチングされた第１絶縁層（４２ａ）は第１ゲート電極（４１ａ）と第２ゲート電極（４３ａ）同士の通電を妨げ、上記第２絶縁層（４４ａ）は第２ゲート電極（４３ａ）とカソード電極（４７）同士の通電を妨げる。

以上の実施形態において、メッシュ構造を形成するためのマスクパターン（３４、４５）等は先述した第１実施形態と同様に、除去されずにそのまま絶縁層の一部に用いることができる。この場合、マスクパターン除去工程が不要となり工程数の減少効果を得ることができる。

本発明による電界放出型冷陰極装置の製造方法を示したフローチャートである。 本発明の第１実施形態であって、３極構造の電界放出型冷陰極装置の製造工程図である。 本発明の第２実施形態であって、スペーサーを含む３極構造の電界放出型冷陰極装置の製造工程図である。 本発明の第３実施形態であって、４極構造の電界放出型冷陰極装置の製造工程図である。 従来の電界放出型冷陰極装置の製造工程図である。

符号の説明

２１ 金属薄膜
２１ａ ゲート電極
２２、２２ａ 絶縁層
２３ マスクパターン
２５ カソード電極
２６ アノード電極

Claims (7)

1. 導電性の金属薄膜に絶縁物質を塗布する段階と、
   上記金属薄膜及び絶縁層をエッチングして、メッシュ構造のゲート電極と絶縁層を形成する段階と、
   所定の基板上にカソード電極を形成する段階と、
   上記カソード電極の上面にメッシュ構造の上記絶縁層とゲート電極を付着する段階と、
   を有することを特徴とする電界放出型冷陰極装置の製造方法。
2. 上記金属薄膜に絶縁物質を塗布する段階は上記金属薄膜の一面に第１絶縁層を形成する段階であることを特徴とする請求項１に記載の電界放出型冷陰極装置の製造方法。
3. 上記金属薄膜に絶縁物質を塗布する段階は金属薄膜の両平面上に各々第１、２絶縁層を形成する段階であることを特徴とする請求項１に記載の電界放出型冷陰極装置の製造方法。
4. 上記金属薄膜に絶縁物質を塗布する段階は第１導電性金属薄膜上に第１絶縁層を形成した後、上記第１絶縁層の上部に第２導電性金属薄膜を形成し、上記第２導電性金属薄膜の上部に第２絶縁層を形成する段階であることを特徴とする請求項１に記載の電界放出型冷陰極装置の製造方法。
5. 上記メッシュ構造のゲート電極及び絶縁層を形成する段階は
   上記導電性金属薄膜上に形成された絶縁層の上部にフォトレジストでマスクパターンを形成する段階と、
   上記マスクパターンにより保護される部分を除く残りの部分をエッチングする段階とから成り、
   上記マスクパターンは除去しないことを特徴とする請求項１に記載の電界放出型冷陰極装置の製造方法。
6. 上記方法は上記カソード電極に絶縁層が形成されたゲート電極を付着した後、上記ゲート電極の上部に絶縁物質から成るスペーサーを付着する段階をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の電界放出型冷陰極装置の製造方法。
7. 上記第１絶縁層と第２絶縁層中一方はカソード電極とゲート電極との間に位置し、他方は上記ゲート電極とアノード電極との間に位置してアノード電極とカソード電極との間隔を維持するスペーサーとなることを特徴とする請求項３に記載の電界放出型冷陰極装置の製造方法。
   

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