JPH02276129A

JPH02276129A - プレーナ型冷陰極およびその製造法

Info

Publication number: JPH02276129A
Application number: JP1040852A
Authority: JP
Inventors: Masanori Watanabe; 正則渡辺; Hiroyuki Kado; 博行加道; Michio Okajima; 道生岡嶋; Kazuyuki Sakiyama; 一幸崎山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-01-13
Filing date: 1989-02-21
Publication date: 1990-11-13
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: JP2615490B2

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】産業上の利用分野本発明はブレーナ型冷陰極を用いた電子源に関するもの
である。

従来の技術従来から薄膜電界放出型の冷陰極は数多く報告されてい
る。その中でも第６図（特開昭６３−２７４０４７号公
報の第５図）に示すようなブレーナ型冷陰極は、８０Ｖ
以上のゲート電圧で電子放出が起こるとされている。こ
の冷陰極は第６図に示すように絶縁体基板１の表面に冷
陰極２とゲート電極３をお互い対向させて構成されてい
る。ゲート電極に対向する冷陰極の端面には多数の凸状
部４が形成されている。この冷陰極に設けられた凸状部
の尖端とゲート電極の間隔は０．１μｍである。このよ
うに構成された冷陰極とゲート電極間に８０Ｖ以上の電
圧を印加すると、冷陰極の凸状部の尖端曲率半径が小さ
いため、凸状部には２Ｘ１０’Ｖ／ｃｍの強電界が発生
し、尖端部から電子放出が起こる。

発明が解決しようとする課題前記のブレーナ型冷陰極は前述のような特徴を有してい
るが、実用化するためには製造工程のコスト面から、冷
陰極とゲート電極の間隔を２〜４μｍ程度にまで広げる
必要がある。これらの条件を満たすためには、さらに小
さい曲率半径を有する冷陰極の凸状部が必要であるが、
現在のホトエツチング技術では限度がある。また、冷陰
極とゲート電極を形成する電極材料の厚さが０．１μｍ
以下になるとシート抵抗が大きくなり、特に大型の表示
装置を実現しようとすると電圧降下が大きな課題となる
。更に、冷陰極先端部に凸状部を設けると凸状部尖端の
電気力線に沿って電子が放出されるため、放出された電
子は半円状に拡散し、例えば表示装置の電子源として使
用する場合には隣接する画素にも流入し、クロストーク
の原因となるなどの欠点があった。

課題を解決するための手段絶縁体基板の表面に形成した導電層の厚さを０．１μｍ
以上とし、冷陰極の先端部の厚さを０．１μｍ以下とす
る。

作用このように先端部の厚さを０．１μｍ以下とじた冷陰極
とゲート電極との間に電圧を印加すると１０７Ｖ／ｃｍ
以上の強電界が発生し、冷陰極とゲート電極との間隔が
２〜５μｍ程度でも印加電圧１００ｖ以下で電子放出が
起こる。これは冷陰極先端部の厚さ方向の曲率半径が０
．０５μｍ以下となることによるものであって、従来の
冷陰極のように凸状部を設ける必要がなく、従来の構成
のブレーナ型冷陰極に比較して製造コスト面で著しく有
利なブレーナ型冷陰極となる。

実施例実施例１第１図に実施例１の電極構成の要部を示す。電極は基板
５の表面に形成された絶縁層θの表面に冷陰極７とゲー
ト電極８をお互いに平行平板状に対向させて構成されて
いる。

このブレーナ型冷陰極の製造方法について説明する。Ｓ
Ｎウェハー基板５の表面に絶縁層として熱酸化により厚
さ１μｍのＳｉＯ２膜６を形成後この５ｉＯａ膜の表面
に厚さ０．２　ａ　ｍのＷＳｉ２Ｈ！Ｘを形成しホトエ
ツチング技術によって冷陰極７とゲ−ト電極８を同時に
形成する。冷陰極とゲート電極の間隔は１〜４μｍであ
る。次にこの基板をバッファエッチ溶液（ＨＦ１容とＮ
Ｈ４Ｆｅ容の混合液）に浸漬して８１０ｗ膜をエツチン
グし冷陰極先端部下部に凹部９を形成し、冷陰極先端部
を庇状にする。更にこの基板をフッ硝酸に浸漬して、冷
陰極の庇状部分を上下方向からエツチングし厚さ２００
Ａから１００ＯＡの先端部１０を有する冷陰極を形成し
た。

電極材料と絶縁材料の組合せは、ＷＳ！＊と５１０２に
限られるものではなく、電極材料としてＷ。

Ｍ　Ｏ＋　　Ｗ２Ｃ＋　　Ｎ　ｂ　Ｃ＋　　Ｈｆ　Ｃ等
高融点、低仕事関数でかつバッファエッチ溶液に難溶の
材料、および絶縁体基板材料としてガラス板等バッファ
エッチ溶液に溶解する材料を組合せることが可能である
。

このように構成した冷陰極とゲート電極間に６０〜１０
０Ｖの電圧を印加すると、冷陰極先端には１０７Ｖ／ａ
ｍ以上の強電界が発生し、先端部から電子放出が起こる
。

第２図に冷陰極先端部の厚さと電子放出開始電圧の関係
を示す。０、口、Δおよびは冷陰極とゲート電極の間隔
をそれぞれ１．２μｍ１１．７μｍ１２．２μｍおよび
２．６μｍとした時の電子放出開始電圧を示している。

第２図かられかるように、電子放出開始電圧は冷陰極と
ゲート電極との間隔にはほとんど依存しないで、冷陰極
先端部の厚さに依存していることがわかる。更に、冷陰
極先端部の曲率半径が１μｍの凸状部を有する冷陰極と
、第３図に示すように冷陰極２４とゲート電極２５との
対向面がほぼ平行なものについて比較したが、電子放出
開始電圧に殆ど差が見られなかった。

本発明のように、冷陰極先端部の厚さを１０００Ａ以下
とし、画電極の間隔を１μｍ以上とすると、冷陰極先端
部断面から放射状に電気力線が発生する。従って、冷陰
極から放射される電子の一部がゲート電極に流入し、大
部分の電子ビームは外部に取り出すことができる。また
、第３図に示すような電極構成にすると、冷陰極から放
射する電子は対向する電極面に垂直に放射され、ギャッ
プの長手方向への拡がりが発生せず、表示装置の電子源
として使用する場合、クロストークを著しく低減するこ
とができる特長がある。

実施例２第４図に実施例２の電極構成の要部を示す。Ｓｉウェハ
ー基板１１の表面に絶縁層として熱酸化により厚さ１μ
ｍの５ＩＯｉ膜１２を形成後、この５ｉＯｚ膜の表面に
厚さ０．２μｍのＷ　Ｓ　ｉ　Ｑ膜を形成し、ホトエツ
チング技術によって冷陰極１３とゲート電極１４を同時
に形成する。冷陰極１３とゲート電極１４の間隔は１〜
４μｍである。次にこの基板をバッファエッチ溶液に浸
漬して、Ｓｉｏ２膜を冷陰極の庇部分が０．１μｍの長
さになるまでエツチングする。次にこの基板をフッ硝酸
に浸漬して、冷陰極の庇状部分を上下方向からエツチン
グし、尖った先端形状１５を有する冷陰極を形成する。

更にこの基板を再びバッファ溶液に浸漬しＳｉＯ２膜を
エツチングして冷陰極先端部下部に凹部１６を形成する
。

このように構成した冷陰極とゲート電極間に６０〜８０
ｖの電圧を印加すると、冷陰極先端には１０’Ｖ／ｃｍ
以上の強電界が発生し、先端部から電子放出が起こる。

実施例３第５図ｄに実施例３の電極構成の要部を示す。

電極は導電性材料１７と冷陰極材料１８の二重層で形成
されている。

このブレーナ型冷陰極の製造プロセスを第５図に示す。

絶縁体基板であるガラス板１９の表面に、厚さ０．２μ
ｍのＷ　Ｓ　ｉ　２膜１７を形成しその表面に厚さ５０
０ＡのＷＣ膜１８を積層する（第５図ａ）。このＷＳＩ
ｅ、ＷＣの二重層をホトエツチング技術によって冷陰極
２０とゲート電極２１を同時に形成する。冷陰極とゲー
ト電極の間隔は１〜４μｍである（第５図ｂ）。次にこ
の基板をバッファエッチ溶液に浸漬してガラス基板１９
をエツチングし冷陰極先端部下部に凹部２２を形成し、
冷陰極先端部を庇状にする（第５図Ｃ）。更にこの基板
をフッ硝酸に浸漬して、電極二重層のうち先端部下部の
Ｗ　Ｓ　ｉ　２膜１７のみをエツチングによって除去し
、厚さ５００ＡのＷＣの先端部２３を有する冷陰極を形
成した（第５図ｄ）。

導電性材料１７は陰極、ゲート電極および配線抵抗を小
さくするためと、冷陰極材料と基板材料の接着強度を大
きくする役目をしている。

電極部二重層の導電性材料と冷陰極材料の組合せはＷＳ
ｉ２とＷＣに限られるものではなく、導電性材料として
Ｗ＋　　Ｍ　０９Ｗｓ　Ｃｒ　　Ｎ　ｂ　Ｃｒ　　Ｈｆ
　Ｃ等、フッ硝酸に溶解し、バッファエッチ溶液に難溶
の材料、および冷陰極材料としてはｗｃ、ｓｔｃ。

Ｔａ１　ＢａＣ等、フッ硝酸及びバッファエッチ溶液に
難溶の低仕事関数材料の組合せが可能である。

更に、基板材料をエツチングする溶液および導電性材料
をエツチングする酸、アルカリ溶液に難溶で、比較的仕
事関数の低い材料であれば冷陰極材料として使用するこ
とができる。また、導電性材料としてはフッ硝酸以外の
酸、またはアルカリ溶液に溶解する金属材料およびＡｕ
Ｃｒなどの合金材料を使用することができる。更に、必
要に応じて二重層以上の電極で構成することができる。

このように構成した冷陰極とゲート電極間に６０〜１０
０Ｖの電圧を印加すると、冷陰極先端には１０”Ｖ／ｃ
ｍ以上の強電界が発生し、先端部から電子放出が起こる
。

発明の効果本発明によれば、冷陰極の厚さ制御が容易であるため、
均一な電子放射が得られる。また冷陰極およびゲート電
極の先端部のみを肉薄とするため配線抵抗を小さくでき
、大型表示装置にも使用できる。更に、両電極間の間隔
を１μｍ以上にすることによって、ゲート電極に流れ込
む電子の割合を小さくでき効率のよい電子源が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例におけるブレーナ型冷陰極
の断面図、第２図は、冷陰極先端部の厚さと電子放出開
始電圧の関係を示すグラフ、第３図は、本発明の一実施
例における・ブレーナ型冷陰極の斜視図、第４図は、本
発明の他の実施例におけるブレーナ型冷陰極の断面図、
第５図は、本発明の更に他の実施例におけるブレーナ型
冷陰極の製造プロセスを説明するための断面図、第６図
は、従来のブレーナ型冷陰極の斜視図である。１・・・絶縁体基板、２．　７．　１３．　２０．２４
・・・冷陰極、３．　８．　１４．　　・２Ｌ２５・・
・ゲート電極、４・・・冷陰極先端部、５．１１、・−
・Ｓｉウェハー基板、Ｅ３．１２・・・絶縁層、９、　
１６．２２・・・絶縁層凹部、１０，１５゜２３争・・
冷陰極先端部、１７・・・導電性材料、１８拳・・冷陰
極材料、１９・−・ガラス基板。代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名ＩＩＩ図第２図ｏ　　　　　　　ｓｏｏ　　　　　　＋ｏｏ。ｉ９隋描乃し戊邪の廊さ　（λ）第図第図第因ム

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁体基板上に冷陰極とゲート電極をお互い対向
させて配置し、前記冷陰極には前記ゲート電極に対向す
る凸状部を設け、前記冷陰極と前記ゲート電極間に電圧
を印加することにより前記冷陰極の凸状部の尖端部から
電子放出を起こさせるよう構成したブレーナ型冷陰極に
おいて、前記冷陰極が前記絶縁体基板の表面に形成した
導電層を含み、その導電層の厚さが０．１μｍ以上であ
るとともに、前記冷陰極の凸状部先端部の厚さが０．１
μｍ以下であることを特徴とするブレーナ型冷陰極。
（２）冷陰極先端部と対向するゲート電極がほぼ平行に
構成されていることを特徴とする請求項１に記載のブレ
ーナ型冷陰極。
（３）冷陰極先端部と対向するゲート電極との間隔が０
．３μｍ以上、５μｍ以下であることを特徴とする請求
項１または２に記載のブレーナ型冷陰極。
（４）冷陰極の電極材料として、絶縁体基板をエッチン
グする溶液に難溶であるものを用いたことを特徴とする
請求項１から３のいずれかに記載のブレーナ型冷陰極。
（５）冷陰極の電極材料が２種類以上の電極材料を積層
して構成され、その中の少なくとも１種類の電極材料と
して絶縁体基板をエッチングする溶液に難溶であるもの
を用いたことを特徴とする請求項４に記載のブレーナ型
冷陰極。
（６）冷陰極先端部下部の絶縁体基板の一部が除去され
、冷陰極先端部が庇状に形成されていることを特徴とす
る請求項１から５のいずれかに記載のブレーナ型冷陰極
。
（７）絶縁体基板表面に冷陰極材料を０．１μｍ以上成
膜し、冷陰極および対向電極を形成後、前記絶縁体基板
表面をエッチングして庇状の冷陰極を形成し、庇状の冷
陰極の厚さが０．１μｍ以下となるようにエッチングす
ることを特徴とするブレーナ型冷陰極の製造方法。
（８）絶縁体基板表面に冷陰極材料を０．１μｍ以上成
膜し、冷陰極およびゲート電極を形成後、前記絶縁体基
板表面を冷陰極先端の庇状部分が冷陰極先端部の厚さの
半分の長さになるようにエッチングし、更に冷陰極を所
定の厚さにエッチングして尖った断面形状を有する冷陰
極を形成し、再び絶縁体基板をエッチングし、請求項１
から３のいずれかに記載のブレーナ型冷陰極を形成する
ことを特徴とするブレーナ型冷陰極の製造方法。
（９）絶縁体基板表面に２種類以上の電極材料を成膜し
、冷陰極およびゲート電極を形成後、前記絶縁体基板表
面をエッチングして庇状の冷陰極を形成し、更に少なく
とも１種類の電極材料を残してエッチングし、請求項１
から３のいずれかに記載のブレーナ型冷陰極を形成する
ことを特徴とするブレーナ型冷陰極の製造方法。