JPH02239539A - 電子放出素子アレイの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、電子放出素子（冷陰極）アレイの製造方法
に関する。

従来の技術 冷陰極（電界放射型陰極）の場合、電子放出のために、
ｌｏ’Ｖ／ｃｍ程度の強電界が、その先端の曲率が１０
μ０１以下となるように針先加工された陰極エミッタ先
端に集中するように構成されている。

冷陰極は、一般に次のような長所を有する。（１）電流
密度が高い。（２）陰極を加熱する必要がないので電力
消費が非常に少ない。（３）点（ポイント）電子線源と
して使用できる。

従来、多数の冷陰極なアレイ状に配列した冷陰極アレイ
も知られている。この冷陰極アし・イを平面パネルディ
スプレイなどに使用する試みもなされている（ディスプ
レイ　１９８７年１月号　第３７頁（Ｄｉｓｐｌｙ　Ｐ
．３７　Ｊａｎ．　１９Ｂ？））。以下、従来の冷陰極
プレイの製造方法について図面を参照しながら説明する
。

第６図（ａ）に示すように、（電気）絶縁基板１０・１
の上に導電性膜１０２、絶縁層１０３および導電性膜１
０４を適当なマスクを用いて順次蒸着し、複数のアレイ
状に配列した空洞１０５を作製する。次いで、回転斜蒸
着によって適当な物質１０７で漸次この空洞１０５の開
口部を閉じさせつつ、この開口部真上より陰極材料１０
６を正蒸着させることによって空洞１０５内の導電性膜
１０２の上にピラミッド状の陰極エミクタ突起１０８を
形成する。最後に、第６図＋ｂｉに示すように、物質１
０７を除去する（ジャーナル　オブ　アプライド　フィ
ジククス　第３９巻、第３５０４頁、１９６８年（　Ｊ
．　Ａｐｐｌ　Ｐｈｙｓ．　ＶｏＪ３９，Ｐ　３５０４
，１９６８など））。

従来の冷陰極プレイの製造方法の他の例を第７図（ａ）
〜山を参照しながら説明する。第７図（ａｌＫ示すよう
に、電気絶縁性の矩形基板１２１を複数個用意し、その
一表面上に陰極材料薄膜１２２を被着し、陰極薄膜付着
基板１２３を複数個重ね合わせて一体化した後、この重
ね合わせ基板１２４の各表面を機械研磨する。次いで、
第７図（ｂｌに示すように、その広い一表面に金属層１
２５を蒸着し、第７図（ｃｌに示すように、金属層１２
５に陰極材料薄膜１２２の直−Ｆに位置して陰極材料薄
膜１２２と同程度の幅の狭い電子引出し用の窓１２６を
フォトエッチング法を利用して開ける。次いで、陰做薄
膜付着基板１２３に分離し、第７図ｆｄ）に示すように
、それぞれの基板１２３上の陰極材料薄膜１２２を先端
が鋭い山型のパターン状にエノチング法によって加工す
る。このようにして得たすべての基板１２３の陰極エミ
ッタ１２７の先端近辺が第７図（ｅｌに示すように、基
板１２１から離隔し、かつ電子引出し用窓１２６側の金
属１２５が基板１２１から棚状にせり出す程度まで適当
な化学腐食によって基板１２１を部分的に除去して空洞
１２８を形成した基板１２３を作製する。ここで、再び
、第７図山に示すように、分離する前の重ね合わせ基板
１２４と同じになるように基板１２３を重ね合わせて固
定することによって薄膜冷陰極アレイを得ることができ
る（特公昭５４−　１７５５１号公報）。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来例のうち、前者の製造方法では
、空洞１０５内に陰極エミッタ突起１０８を形成する際
、斜蒸着と真上から行う回転蒸着を同時に行っているが
、この同時蒸着の制御を正確に行うことは非常に難しい
。

一方、後者の製造方法では、電子引出し用の窓１２６と
陰極材料薄膜１２２との位置合せ精度を高めようとする
と、絶縁基板１２１の板厚および陰極材料薄膜１２２の
膜厚の高い精度が要求される。また重ね合わせ基板１２
４の分離前後での一体化固定精度が同一でなければなら
ないが、精度良く固定することは非常に困難である。

この発明は、土記のような従来技術の課題を解決するも
のであり、アレイ状の突起状の陰極材と電子引出し用窓
を正確に位置合わせした電子放出素子（冷陰極）アレイ
を容易に歩留まりよく製造することができるようにした
製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するための本発明の技術的手段は、絶縁
基板上に金属層を形成し、この金属層上に陰極材を形成
し、この陰極材上に所定の大きさのレジストを形成した
後、上記陰極材をエッチングして突起状の陰極材のアレ
イを形成し、上記金属層の表面を絶縁化処理した後、上
記突起状の陰極材表面に金属層を形成し、−ト記絶縁層
およびレジスト上より絶縁層および金属層を順次形成し
、上記レジストおよび上記突起状の陰極材表面の金属層
を除去することにより、上記突起状の陰極材の上方に電
子引出し用窓を形成するようにしたものである。

または、絶縁基板上に金属層を形成し、この金属層上に
陰極材を形成し、この陰極材上に所定の大きさのレジス
トを形成した後、上記陰極材をエソチングして突起状の
陰極材のアレイを形成し、上記レジストを除去して上記
金属層の表面を絶縁化処理した後、上記突起状の陰極材
表面に金属層を形成し、上記絶縁層および突起状の陰極
材表面の金属層上より絶縁層および金属層を順次形成し
、上記突起状の陰極材表面の金属層を除去することによ
り、上記突起状の陰極材の上方に電子引出し用窓を形成
するようにしたものである。

そして、上記絶縁基板上の金属層をＡＩ，若１，　（は
Ｔａにより形成し、この金属層表面部に陽極酸化により
絶縁層を形成するのが好ましい。

または、上記金属層の表面を絶縁化処理により絶縁層を
形成する方法に替えて、金属層の表面に別材料からなる
絶縁層を形成するようにしたものである。

または、上記突起状の陰極材プレイを形成し、この突起
状の陰極材アレイ以外の表面に絶縁層を形成する方法と
して、絶縁基板上に陰極材を形成し、この陰極材の表面
にレジストを形成した後、陰極材を所定の厚さだけエッ
チング除去して突起状の陰極材を形成し、上記の除去し
た側の陰極材上に絶縁層を形成するようにしたものであ
る。

または、上記突起状の陰極材アレイを形成し、この突起
状の陰極材アレイ以外の表面に絶縁層を形成する方法と
して、絶縁基板上に金属層を形成し、この金属層上にレ
ジストを形成し，このレジストを除く上記金属層上に絶
縁層を形成した後、上記レジストを除去し、上記金属層
および絶縁層上に陰極材を形成し、この陰極材上に所定
の大きさのレジストを形成した後、上記陰極材をエッチ
ングして突起状の陰極材のアレイを形成するようにした
ものである。

または、上記絶縁基板を金属に替えたものである。

作用 本発明によれば、アレイ状の突起状の陰極材の表面に金
属層を形成し、更に絶縁層および電子引出し用電極とな
る金属層な形成した後、上記陰極材表面の金属層を除去
することにより、各陰極材と電子引出し電極の電子引出
し用窓を精度良く位置合わせすることができる。

実施例 以下、この発明の実施例について図面を参照しながら詳
細に説明する。

まず、この発明の第１の実施例について説明する。第１
図（ａｌ〜山はこの発明の第１の実施例における電子放
出素子アレイの製造方法を示す概略断面図である。

第１図ｆａｌに示すように、ガラス、アルミナ等の絶縁
材料からなり、表面を十分に平滑研磨した電気絶縁基板
】の一面に金属層２を所定の厚さ（例えば２０００〜３
０００Ａ　）に形成する。この金属層２け後述の工程で
その表面が容易に酸化等の化学反応で絶縁物となる材料
、例えばＡＩ．Ｔｈ等により形成する。次に、金属層２
の−トにＪ　Ｍｏ、ＢａＢ一等からなる陰極材３を所定
の厚さ（例えば１−２μＩ１１）に形成する、、次に、
第１図（ｂｌに示すように、所定のアレイ状パターンと
なるように陰極材３土にレジスト４な形成Ｌ、陰極材３
をエッチングし，、レジスト４の下側の突起状の陰極材
３の断面形状がメザ型になるように形成する。次に、第
１図（ｃｌに示すように、金属層２の露出部分を酸化等
によって絶縁層５に変える。例えば金属層２がＡＩ，　
Ｔａのような金属予あれば、通常良く知られている陽極
酸化によってＡＩｔｏｓ．　ＴａｔＯｉの酸化物絶縁層
５を容易に形成することができる。次に、第１図｛山に
示すように、アレイ状パターンの突起状の陰極材３の露
出した側面に所定の厚さ（例えば約Ｉ　Ｉｔｎ）の金属
層６を電気メッキにより形成する。金属層６としては、
これをエソチング除去する時のエッチ；′グ；で、で後
述の電子引ｊ｛冒一，用電極となる金悶層８が容易にエ
ノチングされないようなものを使用する。次に、第１図
（ｅ）に示すように、絶縁層５およびレジスト４上にＡ
ＬＯ．、Ｓｉｎｓ等からなる絶縁層７を突起状の陰極材
３の肉厚とほぼ等Ｉ，い肉厚となるよ５に真空蒸着法等
によって形成Ｉ，、更にその絶縁層７上に所定の厚さの
電子引出し用電極となる金属層８を蒸着等によって形成
する。以上の工程が終了すると、まず、レジスト４を除
去する。これにより、１／ジスト４の上の槍縁層７と金
属層８も同時に除去され、メッキ形成した金属層６が一
部露出する。し，たがって、金属層Ｇ用の工，ノチンダ
液を用い、この金属層６をエクチング除去することＫ工
り、第１図山に示すように、突起状の陰極材３のＬ部に
電子引出１−用窓９を有する電子引出Ｉ−電極（金属層
）８を備えた電子放出素子アレイを製作することができ
る。

このように構成された電子放出素子アレイは突起状の隙
極材３と、この陰極材３とにぼ等しい高さに形成された
絶縁／１ｉ７とに間隔を有しているので、リーク電流を
少なくすることができる。

次にこの発明の第２の実施例について説明する。

第２図（ａｌ〜（［１はこの発明の第２の実施例におけ
る電子放出素子アレイの製造方法を示す概略断面図であ
る。

本実施例において、第２図（ａｌ〜（ｃｌに示すように
、上記第１の実施例の第１図（ａ＞〜（ｃｌと同様の工
程を経た後、陰極材３上のレジスト４を除去し、除去後
、第２図（ｄ）に示すように突起状の陰極材３０表面に
金属層６を所定の厚さ（例えば１μｍ）に電気メノキに
より形成する。次に、第２図（ｅ）に示すように、絶縁
層５および金属層６上に上記第１の実施例と同様の絶縁
層７および金属層８を順次形成し、その後、金属層６を
エッチング除去することにより、第２図（ｆｌに示すよ
うに、突起状の陰極材３の上部に電子引出し用窓９を有
する電子引出し電極（金属層）８を備えた電子放出素子
アし・・イを製作することができる。

次にこの発明の第３の実施例について説明する。

第３図（ａ）〜（ｅ）はこの発明の第；｝の実施例にお
ける電ｔ放出素子アレ・イの製造方法を示す概略断面図
である。

第３図（ａｌに示すように、電気絶縁基板１の一面に陰
極材３を所定の厚さ（例えば２〜３μｍ）に形成＋，、
次いで、第３図（ｂｌに示すように、陰極材３上゜に所
定の７レイ状パターンとなるように７ォトレジスト４を
形成し．陰極拐３を所定の厚さ（例えば１〜２μｍ）だ
けＪツチング除去し、フォトレジスト４の下側の突起状
の陰極材３の断面形状なメサ型に形成する。次に、第３
図（Ｃｌに示すように、陰極材３の平面部とフォトレジ
スト４士に絶縁層５ヶ蒸着等により１０００〜２ｏｏｏ
Ａ程度の厚さに蒸着する。この絶縁層５としては、例え
ばＡｍ　霊Ｏ　ｍ．　ＳｔＯ　！を用いる。次に、アレ
イ状パターンの突起状の陰極材３の露出した何面に金属
層６を電気メッキにより形成する。以下、上記第１の実
施例と同様に第３図｛山に示すように、絶縁層５および
レジスト４土に絶縁層７および金属層８を形成し、レジ
スト４をその上の絶縁層７および金Ｒ層８と共に除去し
、金属層６をエッチング除去することにより第３図（ｅ
ｌに示すように、電子放出素子アレイを製作することが
できる。

次にこの発明の第４の実施例について説明する。

第４図ｆａｔ〜ｆｄ）ほこの発明の第４の実施例におけ
る電子放出素子アレイの製造方法を示す概略断面図であ
る。本実施例においては、上記第１の実施例の第１図（
ａ）〜（ｃｌまでの工程のみを異にするので、この異な
る工程のみを図示している。

第４図（ａ）に示すように絶縁基板１０一面に金属層２
な蒸着等によって所定の厚さに形成し７、その金属層２
の表面に陰極アレイ状パターンを形成する時のフォトマ
スクを用いてフォトレジスト４のパターンを形成する。

次に、第４図（ｂｌに示すように、金属層２およびフォ
トレジスト４上に絶縁層５（例えばＡＩ　雪Ｏ　ｓ　，
　ＳＩＯ　＊等）をＩＯＯＯＡ程度の厚さに真空蒸着等
によって形成した後、フォトレジスト４を除去する。次
に、第４図（Ｃ）に示すように金属層２および絶縁層５
上に陰衡材３を所定の厚さ（例えば１〜２μｍ）に形成
し、上記フォトマスクを用いて再度フォトレジスト４の
パターンを陰極材３土に形成し、陰極材３を工／チング
除去し、フォトレジスト４の下側の突起状の陰極材：３
の断面形状をメサ型に形成する。この時、アレイ状の突
起状の陰極材３と金属層２が直接接触するようにＬてお
〈。以後、第１図（ｄｉ〜山、若し＜１二第２図ｆｃｌ
〜山の工程な経て電子放出素子アレイを製作することが
できる。

上記第１ないし第４の実施例のようにして製作された電
子放出素子（冷陰極）アレイは、例えば第５図に示すよ
うに、裏面に発光層１０を備えた透明絶縁基板１１と組
合わせ、平面パネルディスプレイとして使用することが
できる。

なお、上記各実施例では、ａ基板１に電気絶縁材を使用
し、た場合について説明したが、金属を使用してもよく
、この時、個々の電子放出（冷陰極）素子を独立に駆動
するには，７金属層８からなる電子引出し電極を分割す
るように形成すればよい。また、突起状の陰極材３の先
端形状も上記例示のものに限定されるものではない。ま
た、−１記第１、第２の実施例においても金属層２　．
−ｉ二に別材料の絶縁層５な形成してもよく、また、第
４の実施例においても金属層２の表面を酸化して絶縁層
５を形成してもよい。この他、この発明はその基本的技
術思想を逸脱しない範囲で種々設計変更することができ
る。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、アレイ状の突起状の
陰極材の表面に金属層を形成し、更に絶縁層および電子
引出し用電極となる金属層を形成した後、上記陰極材表
面の金属層を除去することにより、各陰極材と電子引出
し電極の電子引出し用窓を精度良く位置合わせすること
ができ、したがって、精度の高い電子放出素子アレイを
容易に歩留まり良く製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ〜山はこの発明の第１の実施例におりる電
子放出素子アレイの製造方法を示す概略断面図、第２図
（ａ）〜山はこの発明の第２の実施例を示す概略断面図
、第３図（ａ）〜（ｅｌはこの発明の第３の実施例を示
す概略断面図、第４図（ａｌ〜（ｄ）はこの発明の第４
の実施例を示す概略断面図、第５図はこの発明により製
造した電子放出素子アレイの使用例を示す斜視図、第６
図（ａｌ、（１）ｌは従来の電子放出素子アレイの製造
方法を示す概略断面図、第７図（ａｌ〜（ｆｌは従来の
他の例の電子放出．素子アレイの製造方法を示す概略断
面図である。 １・・・絶縁基板、２・・・金属層、３・・・陰極材、
４・・・レジスト、５・・・絶縁層、６・・・金属層、
７・・・絶縁層、８・・・金属層（電子引出し７用電極
）、９・・・電子引出し用窓。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝ほか１名弟 図 第 図 第 図 ／ｏ８ 第 図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁基板上に金属層を形成し、この金属層上に陰
   極材を形成し、この陰極材上に所定の大きさのレジスト
   を形成した後、上記陰極材をエッチングして突起状の陰
   極材のアレイを形成し、上記金属層の表面を絶縁化処理
   した後、上記突起状の陰極材表面に金属層を形成し、上
   記絶縁層およびレジスト上より絶縁層および金属層を順
   次形成し、上記レジストおよび上記突起状の陰極材表面
   の金属層を除去することにより、上記突起状の陰極材の
   上方に電子引出し用窓を形成することを特徴とする電子
   放出素子アレイの製造方法。
2. （２）絶縁基板上に金属層を形成し、この金属層上に陰
   極材を形成し、この陰極材上に所定の大きさのレジスト
   を形成した後、上記陰極材をエッチングして突起状の陰
   極材のアレイを形成し、上記レジストを除去して上記金
   属層の表面を絶縁化処理した後、上記突起状の陰極材表
   面に金属層を形成し、上記絶縁層および突起状の陰極材
   表面の金属層上より絶縁層および金属層を順次形成し、
   上記突起状の陰極材表面の金属層を除去することにより
   、上記突起状の陰極材の上方に電子引出し用窓を形成す
   ることを特徴とする電子放出素子アレイの製造方法。
3. （３）絶縁基板上の金属層をＡｌ、若しくはＴａにより
   形成し、この金属層表面部に陽極酸化により絶縁層を形
   成する請求項１または２記載の電子放出素子アレイの製
   造方法。
4. （４）金属層の表面を絶縁化処理により絶縁層を形成す
   る方法に替えて、金属層の表面に別材料からなる絶縁層
   を形成することを特徴とする請求項１または２記載の電
   子放出素子アレイの製造方法。
5. （５）突起状の陰極材アレイを形成し、この突起状の陰
   極材アレイ以外の表面に絶縁層を形成する方法として、
   絶縁基板上に陰極材を形成し、この陰極材の表面にレジ
   ストを形成した後、陰極材を所定の厚さだけエッチング
   除去して突起状の陰極材を形成し、上記の除去した側の
   陰極材上に絶縁層を形成することを特徴とする請求項１
   または２記載の電子放出素子アレイの製造方法。
6. （６）突起状の陰極材アレイを形成し、この突起状の陰
   極材アレイ以外の表面に絶縁層を形成する方法として、
   絶縁基板上に金属層を形成し、この金属層上にレジスト
   を形成し、このレジストを除く上記金属層上に絶縁層を
   形成した後、上記レジストを除去し、上記金属層および
   絶縁層上に陰極材を形成し、この陰極材上に所定の大き
   さのレジストを形成した後、上記陰極材をエッチングし
   て突起状の陰極材のアレイを形成することを特徴とする
   請求項１または２記載の電子放出素子アレイの製造方法
   。
7. （７）絶縁基板を金属に替えた請求項１ないし６のいず
   れかに記載の電子放出素子アレイの製造方法。