JP3459675B2 - 電界放射形陰極及びその製造方法 - Google Patents
電界放射形陰極及びその製造方法Info
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- cathode
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- layer
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
- H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
- H01J31/10—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
- H01J1/304—Field-emissive cathodes
- H01J1/3042—Field-emissive cathodes microengineered, e.g. Spindt-type
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的にマイクロセンサ
ー、高速スイッチング素子及び各種ディスプレイ装置等
に用いられる電界放射形陰極及びその製造方法に係り、
詳細には電子放出面積がより拡張され高い電子放出特性
が得られチップの磨耗が極小化できる電界放射形陰極及
びその製造方法に関する。
ー、高速スイッチング素子及び各種ディスプレイ装置等
に用いられる電界放射形陰極及びその製造方法に係り、
詳細には電子放出面積がより拡張され高い電子放出特性
が得られチップの磨耗が極小化できる電界放射形陰極及
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１は一般的に上の各種分野に用いられ
る従来の技術の電界放射形陰極の立断面図である。
る従来の技術の電界放射形陰極の立断面図である。
【０００３】先ず、その構造を見ると、基板１の上に針
状の電界放出用チップ４を有するカソード２が所定のパ
ターンで形成され、このチップ４の周辺のカソードの上
部にはカソード酸化膜３が形成されており、その上に絶
縁層５が積層され、ピンホール７が形成される。そし
て、この絶縁層５の上にはゲート電極６が積層された構
造よりなっている。
状の電界放出用チップ４を有するカソード２が所定のパ
ターンで形成され、このチップ４の周辺のカソードの上
部にはカソード酸化膜３が形成されており、その上に絶
縁層５が積層され、ピンホール７が形成される。そし
て、この絶縁層５の上にはゲート電極６が積層された構
造よりなっている。
【０００４】このような構造を形成するためには図３乃
至図８に示したような工程の順で進行される。
至図８に示したような工程の順で進行される。
【０００５】即ち、基板１の上に図３のようにカソード
層２が平面積層されその上部が熱酸化され酸化膜が形成
される。前記酸化膜が所定の模様で蝕刻（エッチング）
され、図４のようなマスクが形成される。後に、図５の
ように蝕刻工程による蝕刻が成されカソード層に電界放
出用チップの概略的な模様が形成され、再び図６に示し
た通りその表面が熱酸化され、この酸化膜が取り除かれ
ると電界放出用チップが完全に尖った針の形になる。と
ころが、この電界放出用チップを完成する前に図７のよ
うにその周辺に絶縁層５及びゲート電極６が先ず順次積
層されチップがピンホール７に取り囲まれた形となる。
そして終わりに、図８に示したようにチップの上部の積
層が持ち上げられ酸化膜が取り除かれ針状のチップが露
出される。
層２が平面積層されその上部が熱酸化され酸化膜が形成
される。前記酸化膜が所定の模様で蝕刻（エッチング）
され、図４のようなマスクが形成される。後に、図５の
ように蝕刻工程による蝕刻が成されカソード層に電界放
出用チップの概略的な模様が形成され、再び図６に示し
た通りその表面が熱酸化され、この酸化膜が取り除かれ
ると電界放出用チップが完全に尖った針の形になる。と
ころが、この電界放出用チップを完成する前に図７のよ
うにその周辺に絶縁層５及びゲート電極６が先ず順次積
層されチップがピンホール７に取り囲まれた形となる。
そして終わりに、図８に示したようにチップの上部の積
層が持ち上げられ酸化膜が取り除かれ針状のチップが露
出される。
【０００６】このように構成された従来の電界放射形陰
極では、前記カソード２とゲート電極６に所定電位の電
圧が印加され、所定電位の電界効果により前記カソード
に形成された電界放出チップ４から電子が放出される。
極では、前記カソード２とゲート電極６に所定電位の電
圧が印加され、所定電位の電界効果により前記カソード
に形成された電界放出チップ４から電子が放出される。
【０００７】しかしながら、前述したような従来の電界
放射形の陰極で、前記カソードに形成された電界放出チ
ップが単一の針状よりなり電子放出が成される表面の面
積が非常に小さくて放出される電子量が非常に少ない。
そして、図２に示した通り、使用中電界放出チップ４の
端部が傷んだ場合には前記電界放出チップ４の端部から
の電子放出能力が急激に低下する問題点がある。
放射形の陰極で、前記カソードに形成された電界放出チ
ップが単一の針状よりなり電子放出が成される表面の面
積が非常に小さくて放出される電子量が非常に少ない。
そして、図２に示した通り、使用中電界放出チップ４の
端部が傷んだ場合には前記電界放出チップ４の端部から
の電子放出能力が急激に低下する問題点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記のような
従来の電界放射形の陰極の問題を解決するために創案さ
れたものであり、その目的は電子を放出する電界放出チ
ップの表面積を拡張し、電子放出特性を向上させること
ができ、特に電界放出チップの寿命を向上させ得る電界
放射形陰極及びその製造方法を提供することである。
従来の電界放射形の陰極の問題を解決するために創案さ
れたものであり、その目的は電子を放出する電界放出チ
ップの表面積を拡張し、電子放出特性を向上させること
ができ、特に電界放出チップの寿命を向上させ得る電界
放射形陰極及びその製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による新しい電界
放出陰極及びその製造方法において、電子を放出する電
界放出チップの表面積を拡張し電子放出特性を向上さ
せ、第２カソード層の端部が環形を成すように第１カソ
ード層の蒸着された基板を所定の回転手段により一方向
へ回転させチップの端部を環形で形成させる方法を用い
る。
放出陰極及びその製造方法において、電子を放出する電
界放出チップの表面積を拡張し電子放出特性を向上さ
せ、第２カソード層の端部が環形を成すように第１カソ
ード層の蒸着された基板を所定の回転手段により一方向
へ回転させチップの端部を環形で形成させる方法を用い
る。
【００１０】前記目的を達成するために本発明は、基板
と、前記基板上に多数の突起を有するように形成された
第１カソード層と、前記第１カソード層の上に積層され
て前記第１カソード層の突起を取り囲み電気的に同一体
である第２カソード層と、前記第１カソード層および前
記第２カソード層によって形成された火山噴火口形の電
界放出チップと、前記電界放出チップを取り囲む多数の
貫通口を有する絶縁層と、前記絶縁層上に積層された前
記貫通孔に連続する貫通孔の形成されたゲート電極と、
を具備してなることを特徴とする電界放射形陰極であ
る。
と、前記基板上に多数の突起を有するように形成された
第１カソード層と、前記第１カソード層の上に積層され
て前記第１カソード層の突起を取り囲み電気的に同一体
である第２カソード層と、前記第１カソード層および前
記第２カソード層によって形成された火山噴火口形の電
界放出チップと、前記電界放出チップを取り囲む多数の
貫通口を有する絶縁層と、前記絶縁層上に積層された前
記貫通孔に連続する貫通孔の形成されたゲート電極と、
を具備してなることを特徴とする電界放射形陰極であ
る。
【００１１】又、その製造方法は、基板上に全面的に所
定の厚さの第１カソード層とマスク膜を順次的に積層す
る工程と、前記マスク膜を蝕刻処理し所定パターンのマ
スクを形成する工程と、前記マスクを通じて第１カソー
ド層をエッチングし多数の突起を形成する工程と、前記
多数の突起を形成した後、前記マスクを残したままの前
記第１カソード層に全面的に第２カソード層を蒸着する
工程と、前記第２カソード層の上面に絶縁層と、ゲート
電極層を順次積層する工程と、前記突起上に形成された
前記マスク、前記絶縁層、および前記ゲート電極層を除
去する工程と、前記第２カソード層の端部が環形を成す
ように前記第１カソード層の突起を湿式エッチングする
工程とを含むことを特徴とする。
定の厚さの第１カソード層とマスク膜を順次的に積層す
る工程と、前記マスク膜を蝕刻処理し所定パターンのマ
スクを形成する工程と、前記マスクを通じて第１カソー
ド層をエッチングし多数の突起を形成する工程と、前記
多数の突起を形成した後、前記マスクを残したままの前
記第１カソード層に全面的に第２カソード層を蒸着する
工程と、前記第２カソード層の上面に絶縁層と、ゲート
電極層を順次積層する工程と、前記突起上に形成された
前記マスク、前記絶縁層、および前記ゲート電極層を除
去する工程と、前記第２カソード層の端部が環形を成す
ように前記第１カソード層の突起を湿式エッチングする
工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
【作用】上端部を環形の突起形、即ち、その上端部が印
入されその縁は先鋭に飛び出した形を有するように形成
することにより、従来の電界放出チップに比べその電子
放出表面積が非常に広くなり電子放出特性を向上させ得
る。
入されその縁は先鋭に飛び出した形を有するように形成
することにより、従来の電界放出チップに比べその電子
放出表面積が非常に広くなり電子放出特性を向上させ得
る。
【００１３】
【実施例】図９に示したように、本発明による電界放射
形陰極を製造するためには先ず、基板１１の上に所定の
パターンの第１カソード層１２及び第２カソード層１３
が積層される。そして、このカソード層１２、１３の上
には多数の貫通孔を有する絶縁層１５が積層される。こ
の際前記貫通孔のそれぞれの内には前記カソード層１
２、１３と物理的及び電気的に同一体である火山噴火口
形の電界放出チップ１４が備えられる。そして、前記絶
縁層１５の上には前記絶縁層１５の貫通孔に連続する貫
通孔の形成されたゲート電極層１６が積層される。この
ように絶縁層の貫通孔とゲート電極層の貫通孔が連続的
に形成され電界放出用陰極を取り囲むピンホール１７を
成す。
形陰極を製造するためには先ず、基板１１の上に所定の
パターンの第１カソード層１２及び第２カソード層１３
が積層される。そして、このカソード層１２、１３の上
には多数の貫通孔を有する絶縁層１５が積層される。こ
の際前記貫通孔のそれぞれの内には前記カソード層１
２、１３と物理的及び電気的に同一体である火山噴火口
形の電界放出チップ１４が備えられる。そして、前記絶
縁層１５の上には前記絶縁層１５の貫通孔に連続する貫
通孔の形成されたゲート電極層１６が積層される。この
ように絶縁層の貫通孔とゲート電極層の貫通孔が連続的
に形成され電界放出用陰極を取り囲むピンホール１７を
成す。
【００１４】一方、前記カソード層は前記基板１１の上
に全面的に形成され多数の突起が備えられた第１カソー
ド層１２と、この第１カソード層１２の上に蒸着されそ
の端部が火山噴火口形の開口部を有することにより実質
的に電界を放出するチップ１４を有する第２カソード層
１３より構成されている。
に全面的に形成され多数の突起が備えられた第１カソー
ド層１２と、この第１カソード層１２の上に蒸着されそ
の端部が火山噴火口形の開口部を有することにより実質
的に電界を放出するチップ１４を有する第２カソード層
１３より構成されている。
【００１５】そして、前記のように構成された本発明に
よる電界放射形陰極の製造方法を図１０乃至図１５に示
した各工程段階を参照し詳細に説明すれば次の通りであ
る。
よる電界放射形陰極の製造方法を図１０乃至図１５に示
した各工程段階を参照し詳細に説明すれば次の通りであ
る。
【００１６】先ず、本発明による電界放射形陰極の製造
方法は、図１０に示したように基板１１の上に第１カソ
ード層１２を全面的に形成しこの第１カソード層１２の
上にマスク膜３０を全面的に形成する。
方法は、図１０に示したように基板１１の上に第１カソ
ード層１２を全面的に形成しこの第１カソード層１２の
上にマスク膜３０を全面的に形成する。
【００１７】そして、図１１に示したように前記マスク
が所定のパターンを有するように蝕刻処理する。
が所定のパターンを有するように蝕刻処理する。
【００１８】そして、図１２に示したように蝕刻処理に
より所定のパターンを有するようになったマスクを通じ
て第１カソード層１２をエッチングして多数の突起を形
成する。この時前記第１カソード層１２の突起の端部上
には前記マスクが残されている状態となる。
より所定のパターンを有するようになったマスクを通じ
て第１カソード層１２をエッチングして多数の突起を形
成する。この時前記第１カソード層１２の突起の端部上
には前記マスクが残されている状態となる。
【００１９】この状態で図１３に示したように前記第１
カソード層１２の上に全面的に第２カソード層１３を蒸
着する。
カソード層１２の上に全面的に第２カソード層１３を蒸
着する。
【００２０】そして、この第２カソード層１３の上に図
１４に示したような絶縁層１５とゲート電極層１６を順
次積層する。この際前記第１カソード層１２に第２カソ
ード層１３を蒸着する工程と、前記第２カソード層１３
に絶縁層１５とゲート電極層１６を蒸着する工程を行う
ことにおいて前記第１カソード層１２がその上面に形成
された基板１１を所定の回転手段により一方向へ回転さ
せながら蒸着することが望ましい。Ｅ−ｇｕｎ蒸発器や
スパッタリングマシンが第２カソード層１３を形成する
ことに利用され得る。第２カソード層１３の上に絶縁層
１５及びゲート電極層１６を積層する工程は所定の積層
手段により前記基板１１に垂直方向へ蒸着することが望
ましい。
１４に示したような絶縁層１５とゲート電極層１６を順
次積層する。この際前記第１カソード層１２に第２カソ
ード層１３を蒸着する工程と、前記第２カソード層１３
に絶縁層１５とゲート電極層１６を蒸着する工程を行う
ことにおいて前記第１カソード層１２がその上面に形成
された基板１１を所定の回転手段により一方向へ回転さ
せながら蒸着することが望ましい。Ｅ−ｇｕｎ蒸発器や
スパッタリングマシンが第２カソード層１３を形成する
ことに利用され得る。第２カソード層１３の上に絶縁層
１５及びゲート電極層１６を積層する工程は所定の積層
手段により前記基板１１に垂直方向へ蒸着することが望
ましい。
【００２１】このような状態で前記第１カソード層１２
の突起上に形成されたマスク及びこのマスクの上部に蒸
着された絶縁層１５及びゲート電極層１６を第１カソー
ド層１２の突起をアタックすることにより取り除く。従
って、図１５に示したように第１カソード層１２に蒸着
された第２カソード層１３の突起の各端部が火山噴火口
形の開口部を成すようになる。このようにして前記第２
カソード層１３の端部は火山噴火口のような模様の開口
部を有する。
の突起上に形成されたマスク及びこのマスクの上部に蒸
着された絶縁層１５及びゲート電極層１６を第１カソー
ド層１２の突起をアタックすることにより取り除く。従
って、図１５に示したように第１カソード層１２に蒸着
された第２カソード層１３の突起の各端部が火山噴火口
形の開口部を成すようになる。このようにして前記第２
カソード層１３の端部は火山噴火口のような模様の開口
部を有する。
【００２２】即ち、その内部側が所定の深さで引き込ま
れた形状を有する火山噴火口の形の電界放出チップ１４
が形成される。
れた形状を有する火山噴火口の形の電界放出チップ１４
が形成される。
【００２３】
【発明の効果】本発明は、前述した通り、電界放射形陰
極の製造方法により製造された電界放射形陰極は、その
上端部が環形の突起形、即ち、その上端部が印入されそ
の縁は先鋭に飛び出した形を有するので、従来の電界放
出チップに比べその電子放出表面積が非常に広くなり電
子放出特性を向上させ得る。そして、各装置に前記電界
放射形陰極の適用時正イオンにより前記電界放出チップ
の一部が傷んでも先鋭な突出部が飛び出した縁により環
形で形成されているので大きい性能の低下なく電子放出
が可能である。
極の製造方法により製造された電界放射形陰極は、その
上端部が環形の突起形、即ち、その上端部が印入されそ
の縁は先鋭に飛び出した形を有するので、従来の電界放
出チップに比べその電子放出表面積が非常に広くなり電
子放出特性を向上させ得る。そして、各装置に前記電界
放射形陰極の適用時正イオンにより前記電界放出チップ
の一部が傷んでも先鋭な突出部が飛び出した縁により環
形で形成されているので大きい性能の低下なく電子放出
が可能である。
【００２４】又、本発明による電界放射形陰極及びその
製造方法は電界放出チップの端部を噴火口形の環形で形
成することにより従来に比べ出力電流特性を大幅向上さ
せることができ、特に画像形成装置、マイクロセンサ
ー、スイッチ素子等に適用する際これらの装置の性能を
大幅向上させ得るという利点がある。
製造方法は電界放出チップの端部を噴火口形の環形で形
成することにより従来に比べ出力電流特性を大幅向上さ
せることができ、特に画像形成装置、マイクロセンサ
ー、スイッチ素子等に適用する際これらの装置の性能を
大幅向上させ得るという利点がある。
【図１】 従来の電界放射形陰極の立断面図である。
【図２】 図１の電界放出チップを抜粋拡大した側面図
である。
である。
【図３】 従来の電界放射形陰極の工程段階別の垂直断
面図である。
面図である。
【図４】 図３に続く従来の電界放射形陰極の工程段階
別の垂直断面図である。
別の垂直断面図である。
【図５】 図４に続く従来の電界放射形陰極の工程段階
別の垂直断面図である。
別の垂直断面図である。
【図６】 図５に続く従来の電界放射形陰極の工程段階
別の垂直断面図である。
別の垂直断面図である。
【図７】 図６に続く従来の電界放射形陰極の工程段階
別の垂直断面図である。
別の垂直断面図である。
【図８】 図７に続く従来の電界放射形陰極の工程段階
別の垂直断面図である。
別の垂直断面図である。
【図９】 本発明による電界放射形陰極の立断面図であ
る。
る。
【図１０】 本発明による電界放射形陰極の製造方法を
工程段階別に示した立断面図である。
工程段階別に示した立断面図である。
【図１１】 図１０に続く本発明による電界放射形陰極
の製造方法を工程段階別に示した立断面図である。
の製造方法を工程段階別に示した立断面図である。
【図１２】 図１１に続く本発明による電界放射形陰極
の製造方法を工程段階別に示した立断面図である。
の製造方法を工程段階別に示した立断面図である。
【図１３】 図１２に続く本発明による電界放射形陰極
の製造方法を工程段階別に示した立断面図である。
の製造方法を工程段階別に示した立断面図である。
【図１４】 図１３に続く本発明による電界放射形陰極
の製造方法を工程段階別に示した立断面図である。
の製造方法を工程段階別に示した立断面図である。
【図１５】 図１４に続く本発明による電界放射形陰極
の製造方法を工程段階別に示した立断面図である。
の製造方法を工程段階別に示した立断面図である。
１１…基板、
１２、１３…カソード層、
１４…電界放出チップ、
１５…絶縁層、
１６…ゲート電極層、
１７…ピンホール、
３０…マスク膜。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−111712（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−176685（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−52788（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01J 1/30
H01J 9/02
Claims (2)
- 【請求項１】 基板と、 前記基板上に多数の突起を有するように形成された第１
カソード層と、 前記第１カソード層の上に積層されて前記第１カソード
層の突起を取り囲み電気的に同一体である第２カソード
層と、前記第１カソード層および前記第２カソード層によって
形成された火山噴火口形の電界放出チップと、 前記電界放出チップを取り囲む多数の貫通口を有する 絶
縁層と、 前記絶縁層上に積層された前記貫通孔に連続する貫通孔
の形成されたゲート電極と、を具備してなることを特徴
とする電界放射形陰極。 - 【請求項２】 基板上に全面的に所定の厚さの第１カソ
ード層とマスク膜を順次的に積層する工程と、 前記マスク膜を蝕刻処理し所定パターンのマスクを形成
する工程と、 前記マスクを通じて第１カソード層をエッチングし多数
の突起を形成する工程と、前記多数の突起を形成した後、前記マスクを残したまま
の 前記第１カソード層に全面的に第２カソード層を蒸着
する工程と、 前記第２カソード層の上面に絶縁層と、ゲート電極層を
順次積層する工程と、前 記突起上に形成された前記マスク、前記絶縁層、およ
び前記ゲート電極層を除去する工程と、 前記第２カソード層の端部が環形を成すように前記第１
カソード層の突起を湿式エッチングする工程とを含むこ
とを特徴とする電界放射形陰極の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019930004093A KR100274865B1 (ko) | 1993-03-17 | 1993-03-17 | 전계방사형 음극 및 그 제조방법 |
| KR93P4093 | 1993-03-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06295660A JPH06295660A (ja) | 1994-10-21 |
| JP3459675B2 true JP3459675B2 (ja) | 2003-10-20 |
Family
ID=19352314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04080594A Expired - Fee Related JP3459675B2 (ja) | 1993-03-17 | 1994-03-11 | 電界放射形陰極及びその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5506476A (ja) |
| JP (1) | JP3459675B2 (ja) |
| KR (1) | KR100274865B1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5643032A (en) * | 1995-05-09 | 1997-07-01 | National Science Council | Method of fabricating a field emission device |
| GB2349271B (en) * | 1998-07-23 | 2001-08-29 | Sony Corp | Cold cathode field emission device and cold cathode field emission display |
| KR100585523B1 (ko) * | 1999-12-10 | 2006-06-02 | 엘지전자 주식회사 | 전계방출소자의 에미터의 제조방법 |
| KR20070003467A (ko) * | 2005-07-02 | 2007-01-05 | 삼성전자주식회사 | 면광원장치와 이를 포함하는 액정표시장치 |
| KR100943971B1 (ko) * | 2008-06-30 | 2010-02-26 | 한국과학기술원 | 탄소 미세 구조물을 갖는 전계방출 어레이 및 그 제조방법 |
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