JP3253683B2 - 電界放出型冷陰極板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電界放出型冷陰極板の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、発達したSi半導体加工技術を利用
して、電界放出型の冷陰極の開発が活発に行われてお
り、超高速マイクロ波デバイス、パワーデバイス、電子
線デバイス、平板型画像表示装置等への応用が進められ
ている。その代表的な例としてはスピント(C.A.Spindt)
らが、Journal of Applied Physics, Vol.47,5248(197
6)に掲載したものが知られている。

【０００３】ここに記載されている電界放出型冷陰極
は、図９に示すように、Ｓｉ単結晶基板１上に、絶縁層
としてＳｉＯ_２層２をＣＶＤ等の堆積法により形成し、
さらにＭｏ層３およびゲート電極層となるＡｌ層４をス
パッタリング法等で形成した後、これらの層２、３、４
にエッチングにより直径約１．５μｍ程度のピンホール
５を開け（図９（ａ））、エミッタとなる金属、例えば
Ｍｏを垂直方向からＳｉ単結晶基板１を回転させながら
真空蒸着し、ピンホール５の直径がＭｏ６の堆積と共に
塞がっていくことを利用して、ピンホール５内にＭｏを
円錐状に堆積させ（図９（ｂ））、最終的にＡｌ層４、
Ｍｏ層６を除去することにより、円錐型エミッタ７を作
製した（図９（ｃ））ものである。

【０００４】このような冷陰極を用いた電子装置、例え
ば平板型画像表示装置は、図１０に示すように、上記し
た冷陰極を多数形成したSi単結晶基板１と、蛍光体層を
形成したガラスフェイスプレート８とを、所定の間隔を
設けて対向配置させることにより構成されている。な
お、図中Ａは冷陰極の形成領域を示している。このよう
な電界放出型冷陰極を用いた平板型画像表示装置は、液
晶を用いた表示装置とは異なって発光型であり、バック
ライトが不要のために低消費電力化が図れる可能性があ
る等の点から注目されている。

【０００５】しかしながら、上述したような従来の電界
放出型冷陰極の製造方法、およびそれにより得られる電
界放出型冷陰極、さらにはその冷陰極を用いた電子装置
においては、以下に述べるような重要な問題点があっ
た。

【０００６】まず第１に、上述した従来の回転斜め蒸着
法では、Ａｌ層４にあけたピンホール５の直径が少しず
つ小さくなることを利用して、ピンホール５内にエミッ
タ７を形成しているため、エミッタの高さ、先端部の形
状等がばらつき易く、得られる冷陰極は電界放出の均一
性が悪い上に、電界放出効率を向上させるのに必要なエ
ミッタ先端部の鋭さが欠け、電界放出効率の低下、消費
電力の増大等の問題を招いていた。また、形状の再現性
や歩留りが悪いため、多数の電界放出型冷陰極を同一基
板上に作製する場合、製造コストが極めて高くなるとい
う問題があった。

【０００７】また第２に、 SiO₂ 絶縁層をＣＶＤ法によ
り形成しているため、電界放出の効率を大きく左右する
ゲート−エミッタ間の距離が正確に制御できず、冷陰極
毎の電界放出が不均一となり、例えば平板型画像表示装
置を作製した場合には、個々の冷陰極に対応した画素の
輝度にばらつきが発生してしまう。さらに、平板型画像
表示装置に関して述べれば、ゲート−エミッタ間の距離
やエミッタの先端形状の僅かなばらつき等に伴って、ア
ノード−エミッタ間に流れる電子流に対してゲート−エ
ミッタ間に流れる電子流の割合が大きくなることが多
く、場合によってはゲート−エミッタ間に流れる電子流
が全電流に対して 60%にも達するため、個々の冷陰極に
対応した画素（蛍光体）の発光効率が低下すると共に、
輝度ばらつきが大きくなるという問題がある。

【０００８】第３に、Si単結晶基板の大きさに、電界放
出型冷陰極の形成領域すなわち形成数が制限され、かつ
生産性も低い。このことは、多数の冷陰極を使用する平
板型画像表示装置では装置の大きさが制限されることを
意味する。また、平板型画像表示装置においては、Si単
結晶基板を装置筐体の一部として用いることになるが、
真空容器として強度的に非常に弱くなってしまう。特
に、画面の大型化が進むと強度を保つことが困難とな
る。

【０００９】上記したような大きさの制限を解消した
り、強度の向上を図るために、Si単結晶基板をガラス基
板等の構造基板に張り合わて用いることが考えられる
が、単に張り合わせただけでは冷陰極部の厚さが増大す
るため、軽さ、薄さ等を指向する電子装置には不向きと
なる。さらに、Si単結晶基板に代えてガラス基板を用い
た場合には、上記した大きさに関する問題は解消される
ものの、この場合にはエミッタとの導通を保つために、
ガラス基板上に導電層を形成する必要があり、よって S
iO₂ 絶縁層の形成にＣＶＤ法を用いることができず、電
子ビーム蒸着法やスパッタリング法により形成しなけれ
ばならない。しかし、これらの方法により得られる SiO
₂ 絶縁層は、ＣＶＤ法よりもポーラスでピンホールが多
く、電界放出効率を左右するゲート−エミッタ間の距離
がより一層ばらついてしまう。

【００１０】一方、従来の電界放出型冷陰極を用いた平
板型画像表示装置に関しては、上述したような冷陰極の
製法上の問題以外にも、以下に示すような問題を有して
いる。すなわち、電界放出型冷陰極を用いた場合、カソ
ード−アノード間の印加電圧を100V程度にあげても、通
常のＣ−ＣＲＴに比較して電子線のエネルギーが小さ
く、蛍光体表面に電荷が溜まり電子線が反発されること
もあり、蛍光体の表面数nmしか電子が侵入することがで
きず、蛍光体の発光効率が低いという問題があった。印
加電圧を増加させれば、電子線エネルギ−が増加し、発
光効率が向上すると同時に、高い加速電圧でも輝度飽和
を起こさない、発光効率の高い蛍光体が使用できるよう
になるが、不純物ガスの電離によるカソ−ド表面のスパ
ッタや、ゲート−カソード間のブレークダウン等の問題
が生じてしまう。このようなことから、Ｃ−ＣＲＴで通
常使用される印加電圧よりも低い印加電圧を用いる必要
があり、本来得られる発光効率よりも、実際には発光効
率が低下してしまう。

【００１１】また、このような発光効率の低下を少しで
も補う方法として、蛍光体フェースプレートの観測面に
対して反対側、つまり蛍光体背面にアルミニウム等をコ
ートし、いわゆるメタルバックとして蛍光体背面側に放
射された光を観測面側に反射させる方法があり、通常の
Ｃ−ＣＲＴでは広く用いられている。しかし、メタルバ
ックを施すと、電子線をAl層を通過させるために、 600
0V〜 8000V以上もの高電圧を印加する必要が生じ、上述
したカソードのスパッタや破壊のみならず、アノード−
カソード間のギャップが数μm から 1mm以下と狭いた
め、絶縁性を保つことが極めて困難となってしまう。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の電界放出型冷陰極の製造方法では、エミッタ形状の再
現性や均一性が非常に低く、電界放出効率の低下や不均
一化、消費電力の増大、歩留りの低下等の種々の問題が
生じると共に、電界放出型冷陰極の形成領域がSi単結晶
基板の大きさに制限されたり、Si単結晶基板を装置筐体
の一部として使用しなければならない等という問題があ
った。

【００１３】また、従来の電界放出型冷陰極を用いた平
板型画像表示装置に関しては、上記したエミッタに関す
る問題を除いても、その構造上の問題として、画素の発
光効率（輝度）が低い、輝度のばらつきが大きい等とい
う問題を有していた。

【００１４】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、形状の再現性や均一性に優れたエミ
ッタが容易に得られると共に、ゲート−エミッタ間の距
離を正確に制御することができ、かつその形成領域を冷
陰極部の厚さを厚くすることなく容易に大面積化するこ
とができる、生産性に富んだ電界放出型冷陰極板の製造
方法を提供することを目的としており、さらには電子放
出の効率および均一性等に優れ、装置の一部として用い
た場合においても十分な強度が得られる電界放出型冷陰
極板を提供することを目的としており、またさらに他の
目的は、画素の発光輝度を増大させると共に、各画素間
における輝度のばらつきを低減し、表示画面の画質の改
善を図った平板型画像表示装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の電界放出型冷陰
極板の製造方法は、第１の基板に底部を尖らせた凹部を
設ける工程と、前記凹部内を含めて前記第１の基板表面
に絶縁層を形成する工程と、前記凹部内を埋めつつ前記
絶縁層上にエミッタ材料層を形成する工程と、前記第１
の基板に前記エミッタ材料層が介在するように第２の基
板を接着する工程と、前記第１の基板を全て除去し、前
記絶縁層を露出させると共に、前記凹部内に充填された
前記エミッタ材料に相当する凸部を突出させる工程と、
前記露出された絶縁層上に、ゲート電極層を形成する工
程と、前記凸部の先端部が露出するように、前記絶縁層
およびゲート電極層の一部を除去し、エミッタを形成す
る工程とを順に実施することを特徴としている。前記第
１の基板は、例えばエッチングにより除去される。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【作用】本発明の電界放出型冷陰極板の製造方法におい
ては、凹部を設けた第１の基板上にまず絶縁層を形成
し、その後エミッタ材料層を形成しているため、ゲート
−エミッタ間の距離を精度よく制御することができる。
またエミッタは、第１の基板に設けた凹部内に充填した
エミッタ材料に相当するため、予め凹部を正確に形成し
ておくことによって、先端部が鋭く尖り、かつ高さの均
一性に優れたエミッタを再現性よく得ることができる。
このようなエミッタは、電界放出効率およびその均一性
が大幅に向上したものとなる。また、エミッタ材料層を
第１の基板上に形成し、これと構造基板とを接着した
後、不要な第１の基板を除去しているため、エミッタが
形成された多数の第１の基板を 1枚の構造基板に集積す
ることができる。よって、冷陰極の形成面積を容易に大
面積化することができると共に、生産性の向上を図るこ
とができ、また構造基板を用いた上で、その厚さを薄く
保つことができる。

【００１９】また、本発明の平板型画像表示装置におい
ては、エミッタ周囲のゲート電極層上および／またはゲ
ート電極層のエミッタ開口部に第２の蛍光体層を設けて
おり、通常は発光に寄与しないゲ−ト−カソ−ド間を流
れる電子流により、上記第２の蛍光体を効率よく発光さ
れることができ、かつこの光は金属性のゲ−ト自身によ
り反射され、ゲ−トがメタルバック作用を持つことにな
る。よって、ゲ−ト電極層上の蛍光体からの発光、並び
にフェースプレート上の蛍光体からの発光と相俟って、
高い発光効率および輝度が得られる。また、ゲ−ト−カ
ソ−ド間距離やカソ−ド−アノ−ド間距離の変化に伴
う、アノ−ド−カソ−ド間の電流にばらつきが生じて
も、ゲ−ト電極層上に形成された蛍光体の発光により、
総発光量のばらつき（各画素間における輝度のばらつ
き）を低減することができる。

【００２０】

【実施例】以下に、図面を参照しながら本発明の実施例
について説明する。

【００２１】図１は、本発明の一実施例による電界放出
型冷陰極板の製造工程を示す図であり、同図に基いてこ
の実施例における電界放出型冷陰極板の製造方法を説明
する。

【００２２】まず、第１の基板に底部を尖らせた凹部を
形成する。このような凹部の形成方法としては、以下に
記すようなＳｉ単結晶基板の異方性エッチングを利用す
る方法が挙げられる。すなわち、まずｐ型で（１００）
結晶面方位のＳｉ単結晶基板上に、厚さ０．１μｍ程度
のＳｉＯ_２熱酸化膜をドライ酸化法により形成し、さら
にレジストをスピンコート法により塗布する。次いで、
ステッパを用いて例えば１μｍ角の正方形開口部が得ら
れるように、露光、現像等のパターニングを行った後、
ＮＨ_４Ｆ・ＨＦ混合溶液によりＳｉＯ_２膜のエッチング
を行う。レジストを除去した後、３０ｗｔ％のＫＯＨ水
溶液を用いて異方性エッチングを行うことにより、図１
（ａ）に示すように、Ｓｉ単結晶基板１１に例えば深さ
０．７１μｍの逆ピラミッド状の凹部１２が形成され
る。

【００２３】次に、NH₄ F ・HF混合溶液を用いて、 SiO
₂ 膜を一旦除去した後、図１（ｂ）に示すように、Si単
結晶基板１１上に凹部１２内を含めて SiO₂ 熱酸化絶縁
層１３を形成する。この実施例では、厚さ 0.5μm とな
るようにウェット酸化法によって、 SiO₂ 熱酸化絶縁層
１３を形成した。なお、この絶縁層１３は、ＣＶＤ法等
により SiO₂ を堆積することによっても形成できるが、
熱酸化 SiO₂ 層は緻密質で、厚さの制御等が容易である
ことから好ましい。次いで、上記 SiO₂ 熱酸化絶縁層１
３上に、エミッタ材料層１４として例えば W層やMo層等
を形成する。エミッタ材料層１４は、凹部１２が充分に
埋められると共に、凹部１２以外の部分も一様となるよ
うに形成する。この実施例では、厚さ 2μm となるよう
にエミッタ材料層１４をスパッタリング法により形成し
た。さらに、ＩＴＯ導電層１５を同じくスパッタリング
法により、例えば厚さ 1μm となるように形成する。な
お、この導電層１５は、エミッタ材料層１４の材質によ
っては省くことができ、その場合にはエミッタ材料層１
４がカソード電極層を兼ねることとなる。

【００２４】一方、第２の基板となる構造基板として、
背面に厚さ 0.3μm のAl層１６をコートしたパイレック
スガラス基板（厚さ1mm)１７を用意し、図１（ｃ）に示
すように、ガラス基板１７と上記Si単結晶基板１１とを
エミッタ材料層１４を介するように接着する。この接着
には、例えば静電接着法を適用することができる。静電
接着法は、冷陰極装置の軽量化や薄型化に寄与する。

【００２５】ガラス基板１７背面のAl層１６を、 HNO₃
・CH₃ COOH・HFの混酸溶液で除去した後、エチレンジア
ミン、ピロカテコ−ルおよびピラジンの混合水溶液（エ
チレンジアミン：ピロカテコ−ル：ピラジン：水=75cc:
12g:3mg:10cc）でSi単結晶基板１１のみをエッチング除
去し、図１（ｄ）に示すように、 SiO₂ 熱酸化絶縁層１
３を露出させると共に、 SiO₂ 熱酸化絶縁層１３に覆わ
れたエミッタ材料によるピラミット形状（四角錐状）の
凸部１８を突出させる。このピラミット状凸部１８は、
Si単結晶基板１１の凹部１２内に充填されたエミッタ材
料に相当する。次に、ゲート電極層１９として例えば W
層を、図１（ｅ）に示すように、 SiO₂ 熱酸化絶縁層１
３に覆われた凸部１８の形状に沿って、 SiO₂ 熱酸化絶
縁層１３上に形成する。この実施例では、厚さ 0.5μm
となるようにスパッタリング法により W層１９を形成し
た。さらに、上記ゲート電極層１９および SiO₂ 熱酸化
絶縁層１３に覆われた凸部１８の先端が僅かに隠れる程
度に、フォトレジスト２０を形成する。この実施例で
は、約 0.9μm 程度の厚さでスピンコ−ト法によりフォ
トレジスト２０を塗布した。

【００２６】さらに、酸素プラズマによるドライエッチ
ングを行い、図１（ｆ）に示すように、ピラミッド状凸
部１８に沿ったゲート電極層１９の先端１９ａ（ＳｉＯ
_２熱酸化絶縁層１３の先端１３ａを含む）がある程度、
例えば０．７μｍほど現れるように、フォトレジスト２
０をエッチング除去する。その後、反応性イオンエッチ
ングにより、ピラミッド状凸部１８の先端部１８ａの上
に位置するゲート電極層１９およびＳｉＯ_２熱酸化絶縁
層１３を除去し、図１（ｇ）に示すように、ゲート電極
層１９のピラミッド状凸部１８の先端に相当する部分を
開口させる。

【００２７】レジスト２０を除去した後、ＮＨ_４Ｆ・Ｈ
Ｆ混合溶液を用いて、さらにピラミッド状凸部１８の先
端部１８ａの周囲のＳｉＯ_２熱酸化絶縁層１３を選択的
にエッチング除去する。これによって、図１（ｈ）に示
すように、ゲート電極層１９の開口部１９ｂが形成され
ると共に、エミッタ材料によるピラミッド状凸部１８の
先端部１８ａが露出され、ピラミッド状の冷陰極すなわ
ちエミッタが形成される。

【００２８】上記の製造例により得られた電界放出型冷
陰極の構成を図２に示す。なお、図２はＩＴＯ導電層１
５の形成を省いた場合を示している。この電界放出型冷
陰極は、構造基板であるガラス基板１７上に、カソード
電極層を兼ねるエミッタ材料層１４が直接接合形成され
ており、このエミッタ材料層１４にはピラミッド状凸部
１８がエミッタ（例えばＷエミッタ）として一体的に設
けられている。このピラミッド状エミッタ１８は、Ｓｉ
単結晶基板１１の凹部１２内に充填されたエミッタ材料
に相当するものである。

【００２９】ピラミッド状エミッタ１８は、電子放出部
となる先端部１８ａを除いて、ＳｉＯ_２熱酸化絶縁層１
３に覆われており、またこのＳｉＯ_２熱酸化絶縁層１３
を介してゲート電極層１９となるＷ層が形成されてい
る。ゲート電極層１９は、ピラミッド状エミッタ１８の
形状に沿って形成されていると共に、エミッタ１８の先
端部１８ａを囲うよう設けられた開口部１９ｂを有して
いる。ピラミッド状エミッタ１８の先端部１８ａは、上
記ゲート電極層１９の開口部１９ｂ内に配置されてお
り、この開口部１９ｂを介して、エミッタ先端部１８ａ
から電界放出により電子が放出されるよう構成されてい
る。

【００３０】上述した実施例においては、凹部１２を設
けたＳｉ単結晶基板１１上にまずＳｉＯ_２熱酸化絶縁層
１３を形成し、その後、エミッタ材料層１４を堆積によ
り形成しているため、絶縁層をＣＶＤ法等で形成してい
る従来の電界放出型冷陰極に比べて、ゲート−エミッタ
間の距離を精度よく制御することができる。また、エミ
ッタ材料としてはＳｉに限らず、仕事関数の低い種々の
材料を用いることができる。ピラミッド状エミッタ１８
は、Ｓｉ単結晶基板１１に設けた凹部１２内にエミッタ
材料を充填することにより形成しているため、凹部１２
の形状に応じたエミッタ１８を再現性よく得ることがで
きる。そして、上記凹部１２は、異方性エッチングによ
る形状再現性、およびＳｉＯ_２熱酸化絶縁層１３の凹部
１２内部への成長作用により、底部を良好に尖らせた逆
ピラミッド状とすることができるため、先端部１８ａが
鋭く尖り、かつ高さの均一性に優れたピラミッド状のエ
ミッタ１８を安定して得ることが可能となる。

【００３１】このようなエミッタ１８は、電界放出効率
およびその均−性が大幅に向上したものとなり、各種電
界放出型冷陰極を用いた電子装置の効率や均一性の改善
に大きく寄与する。さらに、本発明による電界放出型冷
陰極においては、ＳｉＯ_２熱酸化絶縁層１３がエミッタ
１８のピラミッド形状に沿って形成されているため、電
子が放出される先端部以外のエミッタ部分が電気的に遮
断され、先端部への電界集中が増加し、電界放出効率の
向上が図れると共に、電界放出動作の安定性が向上す
る。

【００３２】また、ピラミッド状エミッタ１８を含めて
エミッタ材料層１４をＳｉ単結晶基板（第１の基板）１
１上に形成し、これと構造基板（ガラス基板）１７とを
接着した後、不要なＳｉ単結晶を除去しているため、ピ
ラミッド状エミッタ１８が形成された多数のＳｉ単結晶
基板１１を１枚の構造基板１７に集積することができ
る。よって、冷陰極部の形成面積を容易に大きくするこ
とができ、大面積の電界放出型冷陰極の形成が可能とな
る。さらに、不要なＳｉ単結晶を除去し、エミッタ材料
層１４は結果的に構造基板１７に直接（もしくは導電層
１５を介して）形成された形態となるため、従来の冷陰
極のように、厚さが増大するようなこともない。よっ
て、薄型化した冷陰極を大面積内に容易に形成すること
ができ、生産性の向上が図れると共に、種々の電子装置
への対応が図れる。

【００３３】さらに、上述したゲートーエミッタ間の距
離の正確な制御や、エミッタ１８の形状再現性の向上
は、ゲートーエミッタ間を流れる電子流の抑制にも寄与
する。これにより、高効率で電子の放出を行うことが可
能となる。例えば、平板型画像形成装置においては、個
々の冷陰極部に相当する画素の発光効率を高めることが
できると共に、画素間での輝度のばらつきを低減するこ
とが可能となる。

【００３４】次に、上記実施例による電界放出型冷陰極
を用いた平板型画像表示装置について述べる。この実施
例の平板型画像表示装置３０は、図３に示すように、電
界放出型のピラミッド状エミッタ１８が多数形成された
ガラス基板１７（以下、冷陰極板２１と記す）と、蛍光
体層３１およびＩＴＯからなる透明電極（アノード電
極）層３２が順に積層形成されたガラスフェイスプレイ
ト３３とが所定の間隙を設けて対向配置されており、こ
れらにより真空筐体が構成されている。すなわち冷陰極
板２１は、真空筐体の一部として用いられている。

【００３５】冷陰極板２１には、図４に示すように、カ
ソード電極を兼ねるエミッタ材料層１４とゲート電極層
１９とが、互いに交差するネットワークとして形成され
ており、これらの各交点に各画素を形成する冷陰極形成
領域２２がそれぞれ設定されている。１画素に対応する
各冷陰極形成領域２２は、それぞれ多数例えば５０個の
ピラミッド状エミッタ１８を有している。また、ガラス
フェイスプレイト３３に形成された蛍光体層３１は、各
画素に対応する赤色発光蛍光体層３１ａ、緑色発光蛍光
体層３１ｂおよび青色発光蛍光体層３１ｃにより構成さ
れており、これらは各冷陰極形成領域２２にそれぞれ対
応して設けられている。各色の蛍光体層３１ａ、３１
ｂ、３１ｃは、それぞれ水平方向に順次繰り返し形成さ
れている。

【００３６】上述したような平板型画像表示装置３０を
用い、画素信号に応じて、ゲート−カソード間に 30Vの
電圧、およびアノード−カソード間に200Vの電圧を印加
して駆動させたところ、画素の発光輝度に優れると共
に、各画素間での輝度ばらつきが少ない、良好な画像を
得ることができた。

【００３７】この実施例の平板型画像表示装置において
は、前述した形状精度および形状均一性に優れると共
に、ゲート−エミッタ間の距離精度に優れたピラミッド
状電界放出型エミッタ１８を用いているため、発光輝度
に優れ、かつ発光輝度のばらつきが少ない画像を安定し
て得ることができる。さらに、ここで用いた電界放出型
冷陰極は、電子の放出効率に優れているため、消費電力
の低減にも寄与する。

【００３８】また、真空筐体の一部となる冷陰極板２１
は、基材がガラス基板（構造基板）１７であるため、高
真空に絶え得る強度を有している。さらに、冷陰極の製
造時に、ガラス基板１７上にエミッタ１８を形成したSi
単結晶基板（１１）を多数接着すれば、大画面の平板型
画像表示装置を容易に得ることができ、このような場合
においても十分な強度を維持することができる。

【００３９】次に、本発明の他の実施例による平板型画
像表示装置について、図５を参照して説明する。この実
施例の平板型画像表示装置４０は、第２の蛍光体層とし
て、各冷陰極形成領域２２に相当するゲート電極層１９
上にも、それぞれ赤色発光蛍光体層４１ａ、緑色発光蛍
光体層４１ｂおよび青色発光蛍光体層４１ｃが設けられ
いる。これらゲート電極層１９側の各蛍光体層４１ａ、
４１ｂ、４１ｃは、それぞれ対向するガラスフェイスプ
レイト３３側の各蛍光体層３１ａ、３１ｂ、３１ｃと同
色とされている。ゲート電極層１９側の各蛍光体層４１
ａ、４１ｂ、４１ｃは、例えばスパッタリング法によっ
て形成したり、また 1画素当りの大きさが大きいとき
は、印刷法により形成することもできる。なお、平板型
画像表示装置４０の上記した以外の構成は、前述した平
板型画像表示装置３０と同一とされている。

【００４０】上述した平板型画像表示装置４０を用い、
画素信号に応じて、ゲート−カソード間に 30Vの電圧、
およびアノード−カソード間に200Vの電圧を印加して駆
動させたところ、画素の発光輝度がより一層優れると共
に、各画素間での輝度ばらつきが少ない、良好な画像を
得ることができた。

【００４１】ここで、一般的な電界放出型冷陰極におい
ては、通常のＣ−ＣＲＴに比較して、カソード−アノー
ド間の放電電流（電子線流）は 50%〜 80%程度であり、
残りの大部分の放電電流はゲート−カソード間に流れ
る。よって、この実施例の平板型画像表示装置４０よう
に、ゲート電極層１９上にも各色の蛍光体層４１ａ、４
１ｂ、４１ｃを設けておくことによって、これらが効率
よく発光し、かつこの光は金属材料からなるゲート電極
層１９自身により反射され、ゲート電極層１９がメタル
バック作用を持つことになるので、このゲート電極層１
９上の蛍光体層４１からの発光とフェイスプレイト３３
上の蛍光体層３１からの発光とが相俟って、高い発光効
率が得られる。

【００４２】なお、上記実施例の平板型画像表示装置４
０では、本発明によるピラミッド状冷陰極を用いた例に
ついて説明したが、ゲート電極層上の蛍光体層はこれに
限らず、種々の製造方法による電界放出型冷陰極に対し
て有効である。特に、ゲート−カソード間の放電電流が
大きいと考えられる、従来の図９に示した回転蒸着法に
よる冷陰極を用いる場合において、ゲート電極層上の第
２の蛍光体層はより一層効果を発揮する。

【００４３】すなわち、図６に示すように、Si単結晶基
板上１の SiO₂ 絶縁層２に設けたピンホール５内に、上
記回転斜め蒸着法により形成したエミッタ７を用いる場
合、ピンホール５の周囲のゲート電極層３上に、それぞ
れ第２の蛍光体層４１を設ける。このようにすることに
よって、ゲート−エミッタ間の距離のばらつきやエミッ
タ形状のばらつきが大きく、ゲート−カソード間の放電
電流が増大しやすい、回転斜め蒸着法によるエミッタ７
を用いる場合においても、良好な発光効率が得られると
共に、各画素間での輝度のばらつきを低減することがで
きる。

【００４４】次に、ゲート電極層のエミッタ開口部にも
蛍光体層を形成した、本発明の他の実施例による平板型
画像表示装置の電界放出型冷陰極板の製造工程ついて、
図７を参照して述べる。まず、Si基板５１上に厚さ 1.2
μm の SiO₂ 絶縁層５２をＣＶＤ法により形成する。次
に、 SiO₂ 絶縁層５２上に、電子ビーム蒸着により厚さ
0.5μm のMo層５３を形成する。さらに、その上にレジ
ストをスピンコート法を用いて塗布し、電子ビームを照
射してパターニングを行う。レジストを除去した後、Mo
層５３を選択エッチングして開口部５４を開ける。ま
た、レジストを完全に除去した後、HF溶液を用いて SiO
₂ 絶縁層５２をエッチングし、 SiO₂ 絶縁層５２に凹部
５５を設ける。次に、Si基板５１を回転させ、一定の角
度で傾けてAlをMo層５３上に蒸着することにより、Al層
５６を形成する。この状態を図７（ａ）に示す。

【００４５】次に、Si基板５１を回転させながら、Si基
板５１に垂直にMo５７を電子ビーム蒸着により堆積す
る。このとき、Mo５７はAl層５６上およびSi基板５１上
のみならず、Al層５６の側面にも堆積するので、開口部
５４の直径は次第に小さくなっていく。これに伴って、
凹部５５内のSi基板５１上に堆積したMoの蒸着範囲も小
さくなっていくために、Si基板５１上にはMoからなる円
錐状のエミッタ５８が形成される。この状態を図７
（ｂ）に示す。

【００４６】次に、堆積したMo層５７およびAl層５６を
除去した後（図７（ｃ））、Si基板５１を回転させなが
ら、赤色、緑色、青色等の蛍光体層５９を、斜め蒸着法
または斜めスパッタリング法で、斜め方向例えば回転軸
に対して75度の方向から堆積させることによって、開口
部５４にせりだして形成し、この実施例の冷陰極板が完
成する。この状態を図７（ｄ）に示す。

【００４７】このようにして得た冷陰極板を用いた平板
型画像表示装置では、ゲート電極層（Mo層５３）の開口
部５４にも蛍光体層が形成されているため、単にゲート
電極層上に蛍光体層を形成した前述の実施例の平板型画
像表示装置に比較し、ゲート−カソード間に流れる電子
流が有効に蛍光体層５９に入射する。そのため、ゲート
とカソード間に 30Vの電圧、アノードとカソード間に20
0Vの電圧を印加して駆動したところ、単にゲート電極層
上に蛍光体層を形成した平板型画像表示装置に比較し、
さらに画素の輝度が大きく、また輝度のばらつきも一層
少ない良好な画像特性を得ることができた。

【００４８】次に、本発明による電子装置の他の例とし
て、図８を参照して電子線描画装置について述べる。図
８は、前述した実施例で作製した電界放出型冷陰極を用
いた電子線描画装置の概略図である。図中６１は、前述
した実施例で作製したピラミッド状エミッタを有する電
界放出型冷陰極であり、６２はＳｉウエハ、６３はステ
ージ、６４は防振台である。電界放出型冷陰極６１から
高真空（７×１０^−８Ｔｏｒｒ程度）に保った容器６５
内に放射された電子線ｅは、電子源駆動装置６６により
描画情報信号に応じて変調（ｏｎ／ｏｆｆ制御）され、
また偏向電極６７により電子源駆動装置６６の場合と同
じく、描画情報信号に応じて偏向され、Ｓｉウエハ６２
上にパターンが描画される。この実施例では、さらに放
出された電子線ｅの収束性を向上させるために、収束用
の電磁レンズ６８を設置し、電磁レンズ駆動装置６９に
より制御した。また、ステージ６３と偏向電極６７と
は、同期制御機構７０により同期させた。このような電
子線描画装置において、電界放出型冷陰極６１に３０Ｖ
の電圧を印加し、電子線ｅを放出させると共に、電子線
ｅの偏向およびステージ６３の移動を描画情報信号に応
じて行ったところ、高精細のパターンをＳｉウエハ６２
上に描画することができた。

【００４９】なお、上記各実施例においては、本発明に
よる電界放出型冷陰極を平板型画像形成装置や電子線描
画装置に適用した例について説明したが、本発明の電界
放出型冷陰極はこれらに限らず、例えば超高速マイクロ
波デバイス、パワーデバイス、電子線デバイス等の各種
電子装置に有効である。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電界放出
型冷陰極板の製造方法によれば、形状の再現性（先端部
の尖鋭さ等）や均一性に優れたエミッタが安定して得ら
れると共に、ゲート−エミッタ間の距離を正確に制御す
ることができる。よって、電界放出効率に優れると共
に、そのばらつきを大幅に抑制した、高性能の電界放出
型冷陰極を再現性よく提供することが可能となる。ま
た、冷陰極板の薄さを維持した上で、その形成領域を大
面積化することができるため、生産性の向上を図ること
ができると共に、種々の電子装置への対応が可能とな
る。さらに、本発明の電界放出型冷陰極板は、それを装
置筐体の一部等として用いた場合においても、十分な強
度が得られ、例えば平板型画像表示装置等に好適であ
る。またさらに、本発明の平板型画像表示装置によれ
ば、画素の発光輝度を増大させると共に、各画素間にお
ける輝度のばらつきを低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による電界放出型冷陰極の製
造工程を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施例による電界放出型冷陰極を示
す部分断面斜視図である。

【図３】本発明の一実施例による平板型画像表示装置の
要部を示す断面図である。

【図４】図３に示す平板型画像表示装置の要部構成を示
す斜視図である。

【図５】本発明の他の実施例による平板型画像表示装置
の要部の構成を示す斜視図である。

【図６】本発明のさらに他の実施例による平板型画像表
示装置の要部を示す断面図である。

【図７】本発明のさらに他の実施例による平板型画像表
示装置の冷陰極板の製造工程を示す断面図である。

【図８】本発明の一実施例による電界放出型冷陰極を用
いた電子線描画装置の概略構成を示す図である。

【図９】従来の電界放出型冷陰極の製造工程を示す断面
図である。

【図１０】従来の平板型画像表示装置の構成を説明する
ための図である。

【符号の説明】

１１……Ｓｉ単結晶基板からなる第１の基板 １２……凹部 １３……ＳｉＯ_２熱酸化絶縁 １４……エミッタ材料層 １７……ガラス基板からなる第２の基板 １８……エミッタとなるピラミッド状凸部 １８ａ…エミッタ先端部 １９……ゲート電極層 １９ｂ…開口部 ２１……冷陰極板 ３０、４０……平板型画像表示装置 ３１……蛍光体層 ３２……アノード電極層 ３３……ガラスフェースプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−225721（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−160740（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−133241（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 9/02 H01J 31/12

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の基板に、底部を尖らせた凹部を設け
   る工程と、 前記凹部内を含めて前記第１の基板表面に絶縁層を形成
   する工程と、 前記凹部内を埋めつつ、前記絶縁層上にエミッタ材料層
   を形成する工程と、 前記第１の基板に、前記エミッタ材料層が介在するよう
   に第２の基板を接着する工程と、 前記第１の基板を全て除去し、前記絶縁層を露出させる
   と共に、前記凹部内に充填された前記エミッタ材料に相
   当する凸部を突出させる工程と、 前記露出された絶縁層上に、ゲート電極層を形成する工
   程と、 前記凸部の先端部が露出するように、前記絶縁層および
   ゲート電極層の一部を除去し、エミッタを形成する工程
   とを順に実施することを特徴とする電界放出型冷陰極板
   の製造方法。
2. 【請求項２】前記絶縁層を、前記凹部内を含めて前記第
   １の基板表面を熱酸化することにより形成することを特
   徴とする、請求項１記載の電界放出型冷陰極板の製造方
   法。
3. 【請求項３】前記第１の基板と前記第２の基板とを、静
   電接着法により接着することを特徴とする、請求項１記
   載の電界放出型冷陰極板の製造方法。