JP2009032585A - 集束型電界放出カソードと電界放出型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮｂＮ金属を使用しないで集束型ＦＥＣを製造する際の電極構造を提供すること。
【解決手段】ゲート電極５の上にエミッタ８から放出された電子を集束する集束電極７を第２の絶縁層６を介して一体に形成する。第２の絶縁層６にはコンタクトホ−ル６ａが設けられ、このコンタクトホールを介して切り離されたゲート電極層５ｂと集束電極層７が導通するように構成されている。前記切り離されたゲート電極を、集束電極引出部５ｂとすると、気密容器を形成する際に、シールガラス９と集束電極層７が直接接触しないような構造にでき、窒化工程において発生する種種の問題点を解消することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷陰極として知られている電界放出カソードに関するものであり、特に、集束電極を有する電界放出カソードと、このカソード基板を使用した電界放出型表示装置に関するものである。

金属、又は半導体表面の尖端部分に電圧を印加し、その印加電圧が１０⁹ ［Ｖ／ｍ］程度になると、電子が障壁を通過して常温でも真空中に電子放出が行われる。
このような現象を一般的に電界放出（Field Emission）と云い、このような原理で電子を放出するカソードを電界放出カソード（Field Emission Cathode）と呼んでいる。
近年、半導体加工技術を駆使して、ミクロンサイズの電界放出カソードからなる面放出型の電界放出カソード（ＦＥＣ）を作成することが可能となっており、電界放出カソードを適応した主要なデバイスとし電界放出型の表示装置も提案されている。

図６は集束電極を備えている電界放出カソードと、該電界放出カソードから放出された電子を補足して発光するアノードからなる電界放出型表示装置の一部分を拡大して示したものである。
この図において電界放出型表示装置（ＦＥＤ）は電界放出カソード（ＦＥＣ）が形成されている第１のガラス基板（カソード基板）１００と、電界放出カソードから放出された電子を加速するアノード電極と、このアノード電極に塗布されている蛍光体２０１を有する第２のガラス基板（アノード基板）２００が対向配置されている。
そして、第１，及び第２のガラス基板１００，及び２００が対向する空間部分は、ガラス基板の周辺部に設けた側壁（例えば、ガラスシール３００）によって封止され、真空状態に排気されている。

電界放出カソードは第１のガラス基板１００の上にスパッタ法によりに形成された複数本のライン状のカソードアレイ層１０１と、このストライプ状に形成されたカソードアレイ層１０１を覆うようにスパッタ法、或いはＳｉＨ₄とＮ₂Ｏをガス種として使用しプラズマＣＶＤ法により作成した酸化シリコン膜（ＳｉＯ₂）によって形成された第１の絶縁層（ＳｉＯ₂）１０２、さらにこの第１の絶縁層１０２の表面に蒸着されたゲート電極層１０３を備え、集束電極層１０５を設ける場合は、このゲート電極層１０３の上にさらに第２の絶縁層（ＳｉＯ₂）１０４を成膜し、この第２の絶縁層の表面にニオブ等の金属からなる集束電極層１０５を蒸着等により積層している。

上記したような電界放出カソードにおける層構造は、一般的に、第１の絶縁層１０２、及び第２の絶縁層１０４をスパッタ法、或いはＳｉＨ₄とＮ₂Ｏをガス種として使用しプラズマＣＶＤ法により作成した酸化シリコン膜（ＳｉＯ₂）により成膜される。
このとき第１の絶縁層１０２の厚さは例えば約１．０μｍとされ、第２の絶縁層１０４の厚さは例えば１．０μｍ位である。

ゲート電極層１０３の材料としてはＮｉ、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ、Ｗ等を使用してこれらの材料をスパッタ法等で、約０．４μｍ程度の厚さとなるように第１の絶縁層１０２の上に成膜する。集束電極層１０５も同様な材料で第２の絶縁層上に同様な方法で成膜している。

アノード電極のドットパターンに対応するように電子ビームを放出するためには、集束電極層１０５、及び第２の絶縁層１０４にフォト・リソグラフィ法、及びエッチング法により、画素領域に対応する大きさの開口部が形成される。
この開口部の形成には、集束電極層１０５に対してＳＦ₆等を使用したドライエッチングにより、第２の絶縁層１０４に対してはバッファードフッ素（ＢＨＦ）のウエットエッチング法が適応されるが、ＣＨＦ₃等のガスを用いて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により形成することもできる。

開口部内に露出したゲート電極層１０３にも、所定の数の小さいホール（開口部約１．０μｍ）をドライエッチングにより形成し、次に第１の絶縁層１０３に対してこのホールからＢＨＦ等を使用したウエットエッチング等を行い、カソードアレイ表面（抵抗層が被覆されているカソードアレイ表面）が露出するように加工をする。
そして、モリブデン（Ｍｏ）等のエミッタ材料を電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）等により第１のガラス基板１００に対して垂直方向から正蒸着を行う。
すると、よく知られているようにエミッタ材料層がこの微細な各ホール内に積層されて行き、先細になっている円錐状（コーン状）のエミッタ１０６が各ホール内の底面となっている抵抗層又はカソードアレイ層１０１の表面に形成される。

ところで、ＦＥＤの製造過程では、矩形状に形成されている第１のガラス基板１００と第２のガラス基板２００は、互いに少しずらせた状態で対向し、表示面となる領域の外周辺をシールガラス３００で封着し、このシールガラスで封着された部分を挿通して各電極の引出電極が引き出され、引き出された電極はガラス基板上で外部電極パターンとして形成されたり、また、このずらしたガラス基板上に、駆動用のＩＣチップ等を載置して引き出される場合もある。

例えば、図７に示されているように電界放出カソードが形成されている第１のガラス基板１００と、アノードが形成されている第２のガラス基板２００の周辺部は、気密容器とするためにシールガラス３００によって封止されるが、このときに、第１のガラス基板１００に対して第２のガラス基板２００は周辺部が少しずれるように配置され、例えば、基板の短辺の方向（水平方向）にカソードアレイ電極Ｃｎの端子群が導出されると共に、基板の長辺の側（垂直方向）からゲート電極アレイＧｎの電極群が導出される。
（実際は電極群Ｃｎ，Ｇｎの幅はＣＯＦパターンに合致するように狭くなっている）
また、集束電極やアノード電極は図示されていないが単一の電極として、いずれかの外周辺から出力されるが、先に図６に示されているように集束電極層１０５はシールガラス３００と直接接触した状態で外部端子として出力されることになる。

このような電界放出型表示装置は、その大きさによって異なるが、真空状態を維持するために、例えば第１，及び第２のガラス基板の厚みは、ほぼ１．８ｍｍ位であり、電子の放出される空間は、ほぼ０．２〜２．０ｍｍである。
また、絶縁層や各種電極層を含めた電界放出カソード層は１〜３μｍ程度の厚みに設計される。

電界放出カソードはストライプ状に結線されているゲート電極及びカソード電極に対して所定の電圧を順次印加しながら走査することにより、マトリックス状に配置されているカソード電極アレイとゲート電極アレイの交点に位置している複数個のエミッタの尖端部分から電子が放出され、放出された電子はさらに集束電極層１０５の電位によってビーム状に集束されながら、上記した第２のガラス基板２００に形成されている高電位のアノード電極２０１の所定の画素領域（ドットパーン）に衝突する。

ＦＥＣにより画像表示行う装置では、一般的に電界放出カソード側に集束電極を有することによって、放出された電子が効果的にアノード基板のドットパターン到達し、当該画素領域に塗布されている蛍光材を発光することにより、画像表示を高解像で表示することができる電界放出型の表示装置にしている。

上記した各電極層を形成する金属として比較的高融点で薄膜加工がし易い高純度のニオブ（Ｎｂ）を使用することが多い。
ところが、高純度のニオブはガラス基板との付着強度があまり強くないため、各種エッチング加工の後のエッチング残りをフッ酸等で溶かしたときにこのフッ酸が染み込んで、ガラス基板や絶縁層との間で膜剥離が生じる場合がある。
特開平８−２２２１２４号公報

例えば、先に述べたように、電界放出カソードは第１のガラス基板１００の上にスパッタ法によりに形成された複数本のカソードアレイ（ライン）１０１と、このストライプ状に形成されたカソードアレイ層１０１を覆うようにシリコンを熱酸化させて形成された第１の絶縁層（ＳｉＯ₂）、さらにこの第１の絶縁層１０２の表面に蒸着されたゲート電極層１０２を備え、集束電極層１０５を設ける場合は、このゲート電極層１０２の上にさらに第２の絶縁層（ＳｉＯ₂）１０４を形成し、この第２の絶縁層の表面にもニオブ等の金属からなる集束電極層１０５を蒸着等により積層する。

上記各電極層を窒化ニオブによって形成する場合は、スパッタリング装置にセットして、例えば、スパッタリング装置のチャンバー内を約３×１０^-4Ｐａ位まで排気させた後、アルゴン（Ａｒ）によるプリスパッタを行う。その後、スパッタガスであるＡｒに、反応性ガスとして窒素（Ｎ₂ ）ガスをＡｒガスの１／５〜１／１００の割合で加えてチャンバー内に供給し、約１．０ｋＷのパワーにてＮｂＮ薄膜の成膜を行う。
なお、成膜ガスの圧力は、窒化膜であるＮｂＮ薄膜の応力がゼロに近くなるように制御するのが好適である。

成膜されたＮｂＮ薄膜からなる電極層を所定の形となるようにパターニングするときは、よく知られているようにフォトリソグラフィ法により、フォトレジスト塗布→露光→現像により行われる。
次いで、ＲＩＥ等のドライエッチングを成膜されたＮｂＮ薄膜に施している。
さらに、フォトレジストを剥離して、洗浄を行うことにより、カソードライン電極や、ゲートライン電極、或いは集束電極層等が作成される。

なお、ゲートライン電極を支えている第１の絶縁層に対しては、エミッタコーンを堆積させるために、フォトリソグラフィ法により微細な開口部を形成するよう、フォトレジスト塗布→露光→現像を行うことによりパターニングを行う。
そして、このパターニングされたゲート電極層をウエットエッチングすることによって絶縁層内にホールを形成し、このホール内には、従来からよく知れているようにモリブデン等を堆積してエミッタコーンを形成する。
特願平７−４５１１５号公報

しかしながら、前記図６および図７に示すような構造の集束電極を有する電界放出型の表示装置を、窒化ニオブによって形成する際に、特に、電界放出カソードの領域を拡大して、例えば、大画面の電界放出型の表示装置にしようとすると、以下のような問題点が生じる。

（１）ニオブはシールガラスに対して比較的、熱膨張係数が近似できるように成膜できるため、集束電極等をシールガラスに直接接触した状態で引き出すことができる等の利点を有しているが、ＮｂＮ層を形成する際に所定の温度と、真空度を維持しながら広い範囲を均一にスパッタリングすることは、加工領域が広くなるほど難しくなり、均一性の高いＮｂＮ層を成膜することが困難になり、製品の再現性が悪くなる。
そのため、成膜ロット毎に製品の均質性を維持することが困難になる。

（２）基板の大きい領域にＮｂＮ膜質を成膜すると、上記したように部分的に膜質の悪い箇所が発生する。そして、そのような部分がシールガラスに当接して外部端子となるような箇所であると、シールガラスの封着工程で外部端子との間で断線が生じる虞がある。

本発明の集束型電界放出カソードは、かかる問題点を軽減するためになされたもので、
ガラス基板上に形成されているカソード電極層と、前記カソード電極層を覆うように形成されている第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層の表面に周辺部が切離部により分離された状態で成膜されているゲート電極層と、前記第１の絶縁層及び前記ゲート電極層に設けられたゲート開口部内に形成された電子を放出するエミッタと、前記ゲート電極層の表面に第２の絶縁層を介して形成された集束電極層とを備え、
前記切り離されたゲート電極層の上方であって、前記第２の絶縁層の所定の箇所にスルーホールを形成し、該スルーホールを介して前記集束電極層と前記ゲート電極層を導電部材を介して導通し、前記切り離されたゲート電極層が集束電極引出部となるように構成したものである。

上記導電部材は上記集束電極層の成膜課程で同時に形成することができるし、別の方法としては、上記導電部材はゲッタ材料の塗布によって形成することにより、ＦＥＤとして使用する際に真空空間の残留ガスを吸着させるような効果を持たせるようにしている。

また、本発明は上記したような集束型電界放出カソード基板に対して、アノード電極に塗布された蛍光部材を表示部とするアノード基板とを、シールガラスを介して対向するように配置し、前記集束型電界放出カソード基板と前記アノード基板の対向空間を真空状態に排気して比較的大画面の表示装置を提供するものである。

集束型電界放出カソードの処理工程を特に増加することなく、特に、集束電極と外部引出端子との間でコンタクトを確実にとれるようにできる。
容器の周辺部を封着するシールガラスと金属層が直接接しないような構造を取ることができるため不安定要素をなくすることができる。
集束電極層をＮｂＮで成膜する必要がないので、スパッタリング装置の負荷が軽減できる。
また集束電極層をＮｂＮ以外の比較的エッチング処理に強い導電性材料（例えば、Ｎｂ、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ等）にすることができるので、後加工のエッチングの均一性が向上し、特にエミッタのチップフォーミング条件が安定化するため電子放出作用が向上する。
コンタクトホールにゲッタ材料を塗布することによって、集束電極の引出と同時に、管内の真空度を向上させる効果を奏することができる。

以下、図１において本発明の電界放出型のデバイスに適応されるカソード基板側の製造工程を順次簡単に説明する。
この図１（Ａ）において、ガラス等の基板１の上にスパッタ法により複数本のストライプ状のカソード電極２、２，・・・の導体膜を成膜し、通常は、さらに均一な抵抗層３をカソード電極２上に形成する。（以下、図面上では抵抗層３を省略する）
この抵抗層３の上には第１絶縁層４とゲート電極層５の導体膜及び第２絶縁層６とを積層する。
なお、第１の絶縁層４と第の２絶縁層６とはスパッタ法あるいはＳｉＨ₄ とＮ₂ Ｏをガス種として使用してプラズマＣＶＤ法により作製したＳｉＯ₂ 膜により成膜されている。第１の絶縁層４は例えばその厚さは約１．０μｍとされ、第２の絶縁層６の厚さは例えば約１．０μｍ位とされる。

また、ゲート電極層５の導体膜の材料として、Ｎｂ、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ等を使用して、この材料をスパッタ法等により例えば約０．４μｍの厚さで第１の絶縁層４の上に成膜するが、本発明の実施例では後で説明するようにこのゲート電極層５の外周辺部には切離部５ａが形成され、表示エリアの外側にゲート電極層の一部が独立した集束電極引出部５ｂとなるようにしている点に本発明の１つの特徴を有する。

次に、図１（Ｂ）に示したように、第２の絶縁層６に対して集束電極層７を成膜する前に、第２の絶縁層６に対して所定の箇所、例えばＸで示した箇所、（集束電極層７が分割されているときは複数箇所）の集束電極引出部５ｂの上方をエッチングしてコンタクトホール６ａを作る。
そして、次に図１（Ｃ）に示すように、スパッタ法によってニオブ（Ｎｂ）を第２の絶縁層６の表面に蒸着し、例えば０．２μｍ厚み程度の集束電極層７を形成する。
この集束電極７の成膜工程で前記したコンタクトホール６ａの側壁にもニオブ（Ｎｂ）が蒸着され、集束電極引出部５ｂとの間で導電路が形成される。
但し、この集束電極層７の外周辺（シールガラスによって図示されていないアノード基板と封着される領域）に対しては、シール部となる領域と画素領域とを同時にエッチング除去する。

なお、本実施の形態の場合は、この集束電極層７の導体膜は、電子放出エミッタに対して電圧を印加するため表示領域の全面にするが、ある領域毎に数カ所に分割されていてもよく、ゲート電極層５の材料と同じ材料を使用することも可能である。

次に、図１（Ｄ）に示すように、電子ビームを放出するために、ストライプ状に形成されている各カソード電極の上方に位置する第２の絶縁層６、及び集束電極層７に開口部７ａを形成する。
この開口部７ａの形成は集束電極層７に所定のパターニングを施したレジスト層を形成し、フォトリソグラフィ法およびエッチング法により、集束電極の導体層及び第２の絶縁層６に開口部７ａが形成されている。

すなわち、集束電極層７にはＳＦ₆ 等を用いてドライエッチングにより開口部７ａが形成され、この開口部７ａを介して第２絶縁層６にはバッファードフッ酸（ＢＨＦ）でウエットエッチングするか、あるいはＣＨＦ₃ 等のガスを用いて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により第２の絶縁層６に電子の集束用ホール６ｂを形成する。
このとき、開口部７ａの底部にはエッチングの選択性によりゲート電極５の導体の表面が露出される。

この開口部７ａは電子を放出するためのエミッタコーンが図１（Ｅ）に示すように前記したカソード電極２（抵抗層３）上に積層されるような大きさに設定される。
そして、開口部７ａの底面に露出したゲート電極層５をエッチングして、先に述べたようにエミッタを形成するためのゲート開口部５ｂ、５ｂ・・を形成する。

ＳｉＯ₂ で作製された第１の絶縁層４をＢＨＦでウエットエッチングあるいはＣＨＦ₃ 等のガスを用いてＲＩＥでドライエッチングによりカソード電極２（抵抗層３）が露出するまでエッチングを行うことにより、ゲート開口部５ｂ、５ｂ、・・内に複数個のエミッタホール４ａ、４ａ・・が形成される。

各エミッタホール４ａ内にコーン状のエミッタを堆積させるためには、スピント型のＦＥＣにおける製造法としてよく知られているように、剥離層としての、Ａｌ又はその酸化物或いはＮｉ等の上からモリブデン（Ｍｏ）等のエミッタ材料を電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）等により、ガラス基板１に対し垂直方向から正蒸着を行う。
すると、エミッタ材料層が剥離層１１の上に堆積されるに従って、ゲート開口部５ｂ、５ｂ、・・がだんだん狭くなり、カソード電極層２（抵抗層３）上にエミッタ材料がコーン状に堆積して複数個のエミッタ８が開口部７ａ内の各エミッタホール４ａ、４ａ、・・・に形成される。

最終的には、第１のガラス基板１をリン酸またはアルカリ溶液中に浸し、図示されていないが、Ａｌ等で形成されている剥離層と共に、エミッタ材料層を除去する。これにより、集束電極を有する電界放出カソード（ＦＥＣ）を得ることができる。

この第１のガラス基板１上にはこのような処理過程で数万から数１０万個のエミッタ８，８，８，．．．．が同時に作製されるので、このカソード基板１の周辺部にシールガラス９を載置または塗布して高温で加熱し、図示されていないアノード基板との間の空間を封着すると共に、真空排気を行うことにより電界放出型の表示装置を作ることができる。

上記実施の形態の電界放出カソードは、図１（Ｅ）に示されているように、集束電極層７は、コンタクトホール６ａ内に蒸着された集束電極層７が導電部材となり、先に形成しておいた集束電極引出部５ｂと接続され、シールガラス９と接触することなく真空容器の側辺から引き出されるので、集束電極層７として、ＮｂＮ以外の金属（例えば、Ｎｂ、やＴｉ、Ｃｒ等）を使用することができ、先に述べたように窒化工程で問題となる種種の問題点も解消することができる。

図２は、本発明の他の集束電極型の電界放出カソードの製造過程を示したものである。
この図に置いて図１と同一部分は同一符号を付けて説明する。
この実施形態の場合も、図２の（Ａ）に示すように、ガラス等の基板１の上にスパッタ法により複数本のストライプ状のカソード電極２、２，・・・の導体膜を成膜し、必要に応じて抵抗層３をカソード電極２上に形成する。
以下、抵抗層３の図示を省略するが、さらにこ抵抗層３の上には第１の絶縁層４とゲート電極層５の導体膜及び第２の絶縁層６と集束電極層７とを順次積層する。

なお、第１の絶縁層４と第２の絶縁層６とはスパッタ法あるいはＳｉＨ₄ とＮ₂ Ｏをガス種として使用してプラズマＣＶＤ法により作製したＳｉＯ₂ 膜により成膜されている。この第１の絶縁層４は例えばその厚さは約１．０μｍとされ、第２の絶縁層６の厚さは例えば約１．０μｍ位とされる。

また、ゲート電極層５の導体膜の材料として、Ｎｂ、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ等を使用して、この材料をスパッタ法等により例えば約０．４μｍの厚さで第の１絶縁層４の上に成膜するが、本例の場合も、このゲート電極層５の外周辺部を取り囲むよう切離部５ａが、ゲート電極層５の成膜時に形成され、表示エリヤの外側でゲート電極の一部が独立した集束電極引出部５ｂとなるようにしている。

ゲート電極層５を形成する工程を繰り返すことによって、第２の絶縁層６に対して、スパッタ法によって、例えば、ニオブ（Ｎｂ）を第２の絶縁層６の表面に蒸着し、例えば０．２μｍ厚み程度の集束電極層７を形成する。
但し、このニオブを全面に蒸着した集束電極層７の外周辺（シールガラスによって図示されていないアノード基板と封着される領域）となる、シール部は画素領域となる部分を形成する際に同時にエッチングで除去する。
なお、本実施の形態の場合はこの集束電極層７の導体膜はゲート電極層５の材料と同じ材料を使用することで処理工程が簡易化される。

次に、図２（Ｂ）に示すように、電子ビームを放出するために、ストライプ状に形成されたカソード電極２の上方に位置する第２の絶縁層６、及び集束電極層７に開口部７ａ、及び集束用ホール６ａを形成すると共に、前記集束電極引出部５ｂの上方にも、開口部７ａ１，コンタクトホール６ａ１を形成する。
すなわち、集束電極層７にはＳＦ₆ 等を用いてドライエッチングにより開口部７ａ、７ａ１が形成され、この開口部７ａ、７ａ１を介して第２絶縁層６にはバッファードフッ酸（ＢＨＦ）でウエットエッチングするか、あるいはＣＨＦ₃ 等のガスを用いて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により第２の絶縁層６に電子の集束用ホール６ａ、コンタクトホール６ａ１を形成する。
このとき、開口部７ａ、７ａ１の底部にはエッチングの選択性によりゲート電極層５の導体の表面が露出されるようにする。

開口部７ａは電子を放出するためのエミッタコーンが前記したカソード電極層２（抵抗層３）上に積層されるような大きさに設定される。
また、開口部７ａ１は集束電極層７とゲート電極層５のコンタクトを取るものであるが、本例はこのコンタクトを取る導体が後で述べるようにゲッタ材料とされるため、その大きさは単にコンタクトを取る場合に比較して大きくすることが好ましい。

エミッタを形成するために、先に図１（Ｅ）で説明したように開口部７ａの底面に露出しているゲート電極層５に対して複数個のゲート開口部５ｂ、５ｂ・・をエッチングによって形成する。
次に、ＳｉＯ₂ で作製された第１の絶縁層４をＢＨＦでウエットエッチングあるいはＣＨＦ₃ 等のガスを用いてＲＩＥでドライエッチングによりカソード電極２が露出するまでエッチングを行うことにより、複数個のエミッタホール４ａ、４ａ・・２が形成される。

エミッタホール４ａ内にコーン状のエミッタ８を堆積させるためには、先に述べたように、剥離層としての、Ａｌ又はその酸化物或いはＮｉ等の上からモリブデン（Ｍｏ）等のエミッタ材料を電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）等により、ガラス基板１に対し垂直方向から正蒸着を行う。すると、エミッタ材料層が剥離層１１の上に堆積されるに従って、ゲート開口部５ｂがだんだん狭くなり、カソード電極２（抵抗層３）上にエミッタ材料がコーン状に堆積して複数個のエミッタ８が形成される。

剥離層がアモルファスシリコンＡｌ等で形成されている場合は、第１のガラス基板１をリン酸あるいはアルカリ溶液に浸し、剥離層と共にエミッタ材料層を共に除去する。これにより、集束電極を有する電界放出カソード（ＦＥＣ）を得ることができる。

本例では、図２（Ｄ）に示すように、このエミッタコーンの形成後にさらに前記したコンタクトホール６ａ１に対して、ディスペンサ等による押出塗布装置によって、真空容器内に残留するガスを吸着することができるゲッタ材料１０を塗布（埋設）する。
そして、このゲッタ材料１０を導電部材ととして集束電極層７が集束電極引出部５ｂと導電的に接続され、後で第１のガラス基板１とアノード基板を重ねて、図２（Ｅ）のように周辺部をシールガラス９で封着し、真空容器を形成し時に前記集束電極がシールガラスと接触することなく外部電極として引き出される。
したがって、集束電極層７としてはＮｂＮ以外の金属（例えば、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｃｒ等）を使用することができ、先に述べたように窒化工程で問題となる種種の問題点も解消することができる。

ＦＥＤを構成するときは、図２（Ｅ）に示すように、カソード基板の周辺部に封止剤として、シールガラス９を所定の厚みとなるように載置し、アノード基板と対向してアルゴン雰囲気中で例えば４８０℃で容器の周辺部を溶着して気密容器を作り、さらに３００〜４００℃の雰囲気中で排気して真空空間を形成し、ここでゲッタ材料１０が活性化されるようにする。
ゲッタ材料１０としては、種種のガス吸着作用がある金属が考えられるが、例えば、本例では、非蒸発性のゲッタ材料であるＺｒＶ（ジルコニウムの合金）を有機溶媒に分散させてペースト状にしたもので、このゲッタ材料１０をジエットディスペンサ等によって通常の雰囲気中で塗布（印刷）するようにしているが、他の付加手段を使用しても良い。

その後カソード基板を１００℃〜２００℃に加熱して前記ＺｒＶを分散させたペーストの有機溶剤を飛散させて、ＺｒＶがコンタクトホール内で固着し集束電極層と引出集束電極との導電性を確保する。

この実施の形態の場合は、先に図示した電界放出カソードの成膜処理において、コンタクトホール６ａ１と集束用ホール６ａを、第２の絶縁層６に対して同一工程で形成するようにしているので、コンタクトホールを形成する処理工程が省略されると共に、集束電極層７に電圧を印加するための集束電極引出部５ｂが、シールガラス９と直接接触することなく外部の配線パターンに接続できるので、シールガラス９に当接する集束電極層を窒化することによる種種の問題点を解消することができる。

なお、ゲッタ材料１０を付加する工程は、真空容器を構築する際に、常に必要とされる工程（通常アノード基板側で行っている）であり、上記したようにカソード基板側でゲッタ材料を付加することによる工数の増加は、特に問題とならない。

図３は、上記したような方法で作られた電界放出型の表示装置の概要図であり、２０は電界放出カソードが形成されている第１のガラス基板、３０はアノード電極と蛍光体による発光パターンが形成されている第２のガラス基板である。
第１のガラス基板２０の表示領域２１（２点鎖線の領域）を囲むように真空容器を構築するためのシールガラス２２が載置され、このシールガラス２２を溶着することによって真空容器が形成され、電子ビームの飛跡空間が作られる。

２３は真空容器の排気孔の位置を示しており、２４は先に述べたように第１のガラス基板２０上にストライプ状にパターニングされて引き出されたカソード電極アレイ端子部、２５ａ、２５ｂは同じくカソード電極に対して直交するように配置され、画素領域を指定してエミッタから所定の量の電子ビームを引き出すためのゲート電極アレイ端子部である。
なお、このゲート電極端子部２５（ａ、ｂ）は図１，又は図２において、水平方向にストライプ状に分割形成されたゲート電極層５か引き出されたものである。

上記した電界放出カソードにおける集束電極を引き出すためのコンタクトホール６ａ１は、例えば２６，２６、２６ｎによってその位置が例示されており、このコンタクトホールを介して導電的に接続される集束電極が、先に説明したようにシールガラス２２に接触していない集束電極引出部２６ａ（集束電極引出部５ｂ）から引き出されるようにしている。
集束電極を導き出すコンタクトホール６ａ１を設ける位置及び数は、任意に定めることができるが、耐圧やゲート電極と接触不良の生じ難い場所であって、外部端子として使用しやすい位置に設ければよい。

図４は先に述べたコンタクトホール６ａ１の一例を示す詳細な拡大図であって、１つのコンタクトホールの位置２６には、複数個の小さなマイクロホールＣｔ１，Ｃｔ２・・・・Ｃｔｎが形成されている。この場合は全てのマイクロホールＣｔ１，Ｃｔ２・・・・Ｃｔｎの側面積は、１個のコンタクトホールで構成した場合の側面の面積より大きくなるので、導電性をさらに改善することができると共に、複数箇所にこのようなコンタクトホールを作ることによって排気後に必要されるゲッタ材料を適切な量にすることができる。

前述のゲッタ材として使用するＺｒＶは、平均粒径が約２μｍ、最大粒径が約５μｍの燐片状の粒子をペースト状にして塗布形成することが好適である。今回の実施例に於いては、ＺｒＶを充分充填し充分な接続をえるため一辺１１６μｍとした。しかしながら、マイクロホールの大きさは最小でもＺｒＶの最大粒径約５μｍよりも大きければよい。従って、複数個のマイクロホールは５μｍ以上の大きさであればよく、全体の開口領域は一辺１１６μｍ程度の矩形で良く、これ位の大きさの開口領域であれば何れの形状でもよい。

図５は先に述べた集束電極層７を引き出すための第３の実施形態を示したものである。
この図において、１１は第１のガラス基板であり、カソード電極層１２，エミッタ１３、第１の絶縁層１４とゲート電極層１５，第２の絶縁層１６と集束電極層１７が示されている。

集束電極層１７の周辺部には、先に図２で示したように、コンタクトホールがエッチングによって形成され、このコンタクトホール内に塗布（埋設）されたゲッタ材料１０によって切り離されたゲート電極（集束電極引出部１５ｂ）と集束電極層１７が図２（Ｄ）の場合と同様に導通するように形成されている。
ところで、本実施の形態では、先に集束電極引出部１５ｂとされた引出電極は、第１の絶縁層１４に形成された第２のコンタクトホール１５ａを介して、さらに一層下に位置するカソード電極層１２と、図１（Ｃ）の場合と同様にゲート電極層１５の蒸着成膜時に接続されるように構成されている。

従って、この実施の形態ではカソード電極層１２の周辺部に切り離されて形成したカソードパターンは第２の集束電極引出部１２ａとして、集束電極層１７と導通することになり、この導通路を構成することによって、ガラス基板１１上にパターニングされた導電パターンから電圧を印加することができるようになる。

このような電極構造にすると、集束電極層１７の電圧はガラス基板上に形成されたガラス基板上の第２の集束電極引出部１２ａから供給できるようになり、かつ、シールガラス１９に接触しない状態で集束電極を外部に引き出すことができる。
また、本例の実施の形態では、各ゲート電極１５の下側に上記したような第２のコンタクトホール１５ａを第１の絶縁層１４に形成すれば、ゲート電極層の成膜時に各ゲート電極１５もカソード電極面まで落として、図示されていないがゲート引出電極部として外部に導出できるようになるので、集束型電界放出カソードを駆動するための各電極が、同一のガラス平面上に引き出されるようになり、第１のガラス基板１１上にカソード電極（引出部）と共に、集束電極引出部、及びゲート電極引出部が直接、一回のパターニングで形成でき、ガラス基板１１上にＩＣチップを搭載する例えばＣＯＧタイプの表示装置に適応させることが容易にできる。

集束電極を設けることによって大画面表示を行うような電界放出型表示装置、及び種種の電界放出型デバイス。

本発明の集束型電界放出カソードを製造する過程を説明するための模式図である。 本発明の集束電極を有する電界放出カソードを製造する過程の一部を示す説明図である。 本発明の集束型電界表示装置の外観を示した模式図である。 コンタクトホールの形状を例示した説明図である。 集束電極の引出構造を説明した断面図である。 集束電極構造を有する電界放出カソードとアノード基板の配置を示した部分的断面図である。 電界放出型デバイスの容器と電極の配置図を例示した説明図である。

符号の説明

１ 第１のガラス基板
２ カソード電極層
３ 抵抗層
４ 第１の絶縁層
５ ゲート電極層
６ 第２の絶縁層
７ 集束電極層
８ エミッタ

Claims (8)

1. ガラス基板上に形成されているカソード電極層と、
   前記カソード電極層を覆うように形成されている第１の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層の表面に周辺部が切離部により分離された状態で成膜されているゲート電極層と、
   前記第１の絶縁層及び前記ゲート電極層に設けられたゲート開口部内に形成されたエミッタと、
   前記ゲート電極層の表面に第２の絶縁層を介して形成された集束電極層と、
   前記切り離されたゲート電極層の上方であって、前記第２の絶縁層の所定の箇所に形成されたスルーホールと、
   該スルーホールを介して前記集束電極層と前記切り離されたゲート電極層を導通する導電部材とを備え、
   前記切り離されたゲート電極層が集束電極引出部となるように構成されていることを特徴とする集束型電界放出カソード。
2. 上記導電部材は上記集束電極層の成膜課程で同時に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の集束型電界放出カソード。
3. 上記導電部材はゲッタ材料の塗布によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の集束型電界放出カソード。
4. 上記導電部材は上記スルーホールを分割したマイクロスルーホール内に塗布されたゲッタ材料により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の集束型電界放出カソード。
5. 上記カソード電極の上に抵抗層を形成し、該抵抗層の上に上記エミッタが形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の集束型電界放出カソード。
6. 上記集束電極層は、一定電圧を印加できる単一、または複数の領域の電極構造とを持つことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の集束型電界放出カソード。
7. 集束電極引出部を切り離されたカソード電極層により形成し、該カソード電極層がゲッタ材料、及び蒸着時のゲート電極層を介して前記集束電極層と導通するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の集束型電界放出カソード。
8. ガラス基板上に形成されているカソード電極層と、
   前記カソード電極層を覆うように形成されている第１の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層の表面に周辺部が切離部により分離された状態で成膜されているゲート電極層と、
   前記第１の絶縁層及び前記ゲート電極層に設けられたゲート開口部内に形成されたエミッタと、
   前記ゲート電極層の表面に第２の絶縁層を介して形成された集束電極層と、
   前記切り離されたゲート電極層の上方であって、前記第２の絶縁層の所定の箇所に形成されたスルーホールと、
   該スルーホールを介して前記集束電極層と前記ゲート電極層を導通する導電部材とを備え、
   前記切り離されたゲート電極層が集束電極引出部となるように構成されている集束型電界放出カソード基板と、
   該集束型電界放出カソード基板と、アノード電極に塗布された蛍光部材を表示部とするアノード基板とを、シールガラスを介して対向するように配置し、
   前記集束型電界放出カソード基板と前記アノード基板の対向空間を真空状態に排気して構成されていることを特徴とする電界放出表示装置。

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