JPH0467526A - 電子放出素子の製造方法 - 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 本発明は、平板型画像表示装置等に用いられる電子放出
素子の製造方法に関するものである。

従来の技術 最近、平板型画像表示装置等に用いられる電子源として
、加熱を必要としない電子放出素子、いわゆる冷陰極の
開発が活発に行われている。その中で、電界放出型の電
子放出素子は、電子を放出させるために、陰極エミッタ
突起の先端の曲率半径が１μｍ以下となるように針状加
工され、その陰極エミッタ突起の先端に１０ｖ／ｃＩ′
ｎ程度の強電界が集中するように構成される。この電界
放出型の電子放出素子は、一般に次のような長所を有し
ている。

（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）および線（ライン）電子源として
使用することができる。

寸だ、上記電子放出素子をアレイ状に配列した構成も知
られており、同アレイを平面デイスプレィパネルに用い
る試みも行われている。

従来、この電界放出型の電子放出素子の製造方法として
、種々の提案がなされている。その−例として、ジャー
ナル・オプ・アプライド・フィジックス、３５０４〜３
５０５頁、７号、第３９巻、１９６８年（Ｊｏｕｒｎａ
ｌ　　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　’ｖ　
Ｐ３５０４〜３５０５、Ｎｏ、７、Ｖｏｌ、３９．１９
６８）に記載されている製造方法について第３図（ａ）
、（ｂ）を参照し２なから説明する。

第３図（ａ）は上記従来の電子放出素子の製造途中の状
態を示す断面図、第３図（ｂ）は上記従来の電子放出素
子の製造完成状態を示す断面図である。

第３図（ａ）に示すように、才ず、電気絶縁基板１０１
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、順次蒸着等により形成し、
複数のアレイ状に配列した空洞１０５を作製する。次い
で、この空洞１０５の開口部を適当な物質１０６の回転
斜蒸着により閉じさせつつ、この開口部真上より陰極材
料１０７を正蒸着することにより、空洞１０５内におい
て導電性膜１０２上に先端側が次第に細くなる陰極エミ
ッタ突起１０８を形成する。最後に、第３図（ｂ）に示
すように、物質１０６を除去することにより、アレイ状
の電子放出素子（冷陰極）を作製することができる。

そして、導電性膜１０４が正、導電性膜１０２が負とな
るように電源を接続し、陰極エミッタ突起］０８の陰極
材料１０７で定する所定の電圧以上の電圧を印加するこ
とにより、電界が集中する陰極エミッタ突起１０８より
電子を放出させることができる。

発明が解決し２ようとする課題 しかし、以上のような従来例の構成では、複数のアレイ
状の空洞１０５内に陰極エミッタ突起１０８を作製する
際、回転斜蒸着と真上からの正蒸着を同時に行うことが
必要であり、この同時蒸着の制御を正確に行うことは非
常に困難である。寸だ、厚さ約］ｔｒｍの絶縁層１０３
を挾んで両溝電性膜１０２．１０・１間に電圧を印り口
した時、絶縁層１０３がピンポール等を有し、耐電圧が
なかったり、絶縁層１０３の端面での表面リークで耐電
圧が低下するなどの問題を有していた。

本発明は、上記従来技術の問題を解決するものであり、
高い電子放出効率を有し、また、陰極材料層と制御電極
間の絶縁耐電圧を向上させることができ、したがって、
電子放出の信頼性を向上させることができるようにした
電子放出素子を容易に、しかも、歩留まり良く製造する
ことができるようにした製造方法を提供し、また、電子
ビームの広がりを抑えて質の高い電子ビームを得ること
ができるようにした電子放出素子を容易に、しがも、歩
留甘り良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ものである。

課題を解決するだめの手段 上記目的を達成するために、本発明の技術的解決手段は
、絶縁基板上にベース電極を形成し、このベース電極の
上に幅が徐々に変わる陰極材料層パターンと同一形状の
絶縁層を形成し、上記ベース電極における少なくとも上
記絶縁層が形成されていない表面に陽極酸化、熱酸化等
の処理により絶縁層を形成し、上記陰極材料層パターン
の絶縁層を除去して上記ベース電極の上に陰極材料層と
、この陰極材料層とは異なる材料からなる被覆材を順次
形成し、これら被覆材および陰極材料層を上記除去した
絶縁層のパターンとほぼ同一の位置で同一パターン形状
となるようにエツチング加工し、上記ベース電極上の絶
縁層および上記被覆材の上方から絶縁層および制御電極
を形成し、その後、上記被覆材をその上の絶縁層および
制御電極と共に除去するようにしたものである。

そして、上記陰極材料層の外側方の絶縁層を上記陰極材
料層の厚さと同等以上の厚みを有するように形成するの
が好ましい。

また、上記陰極材料層を上記被覆材よりも小さいパター
ンとなるようにエツチング加工することができ、まだ、
上記ベース電極を上記陰極材料層のパターンと同一か、
それよりも小さくなるように絶縁化処理することができ
る。

作用 したがって、本発明によれば、電子を陰極材料層のエツ
ジ部から放出させるので、ベース電極をスパッター法等
により形成し、ベース電極の表面の絶縁層を陽槙酸化、
熱酸化等の処理により形成し、陰極材料層をスパッター
法、エツチング加工等により形成し、ベース電極の表面
の絶縁層の上の絶縁層および制御電極をスパッター法等
により形成するので、陰極を針状に加工する必要がない
。

しかも、所定の形状に形成した陰極材料層を基準に制御
電極を形成し、陰極材料層と制御電極の位置関係の精度
を向上させることができる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図（ａ）−Ｌ（ｇ）は本発明の一実施例における電
子放出素子の製造方法を示し、製造工程説明用の断面図
、第２図（ａ）〜（ｃ）は上記製造方法により製造した
電子放出素子を示し、第２図（ａ）は平面図、第２図（
ｂ）オよび（ｃ）はそれぞれ第２図（ａ）のｎｂ−ｎｂ
線およびＩＩ　ｃ　−ｎ　ｃ線に沿う断面図である（第
２図（ａ）の平面図では、理解しやすいよう、に、第２
図（ｂ）、（ｃ）に対応する各部に同方向の斜線を付し
ている）。

まず、電子放出素子について説明すると、第２図（ａ）
〜（ｃ）に示すように、ガラス等からなる絶縁基板１の
上に導電性物質からなるベース電極２が形成され、ベー
ス電極２の上にこのベース電極２から電流を供給される
陰極材料層３が形成されている。この陰極材料層３とし
ては、仕事関数が低く、かつ高融点の材料、例えば、Ｓ
ｉＣ，ＺｒＣＸＴｉｃ、Ｍｏ、Ｗ等が用いられる。陰極
材料層３は中心より四方に延びる十字状で、エツジ部３
ａを有するように断面において矩形、若しくは台形に形
成され、かつ平面における幅Ｗが先端側から中心側に至
るに従いＯから所定の大きさせで徐々に直線的に変化す
る形状に設定されている。なお、陰極材料層３は上記パ
ターン形状に限定されるものではなく、また幅Ｗの変化
も次第に変化すればよく、直線的な変化に限定されるも
のではない。ベース電極２の上の陰極材料層３の下側外
縁部と陰極材料層３の形成されていない部分、少なくと
も陰極材料層３の形成されていない部分には絶縁層４が
形成されている。陰極材料層３の外側方、図示例では陰
極材料層３の周囲にはこの陰極材料層３に対し、所定の
間隔をおいて絶縁層５と制御電極６が絶縁層４の上に順
次形成されている。絶縁層５はＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等
からなり、陰極材料層３の厚さと同等以上の厚さに形成
され、制御電極６は陰極材料層３から電子を引き出すだ
めのものであり、金属等で形成されている。

以上の構成において、以下、その動作について説明する
。

陰極材料層３が負となり、制御電極６が正となるように
両者の間に電圧を印加する。これにより陰極材料層３の
エツジ部３ａに電気力線が集中し、強電界となる。この
とき、陰極材料層３および制御電極６の幅が場所によっ
て徐々に変わっているので、電界強度も変化する。した
がって、作製時に陰極材料層３および制御電極６のパタ
ーン精度にバラツキが生じても、電子放出するのに必要
な電界強度となる陰極材料層３のエツジ部３ａは必ず存
在し、安定した電子放出特性を得ることができる。また
、制御電極６を陰極材料層３の上面と同等、あるいはそ
れより高い位置に形成しているので、陰極材料層３のエ
ツジ部３ａより放出された電子の広がりを防止すること
ができ、陰極材料層３の上面にほぼ垂直な方向に進行さ
せることができ、したがって、電子ビームの質を向上さ
せることができる。

このように上記電子放出素子によれば、陰極材料層３を
その幅が徐々に変わるパターンに形成することによシ、
陰極材料層３と制御電極６のパタ−ン精度にバラツキが
生じても、電子放出に必要な電界強度となるエツジ部が
必ず存在し、そのエツジ部に電界集中しやすくすること
ができる。したがって、電子放出効率を高めることがで
きる。

また、ベース電極２の表面に絶縁層４を形成し、この絶
縁層４上に絶縁層５を介して制御電極６を形成すること
により、陰極材料層３と制御電極６との間の絶縁耐電圧
を向上させることができ、陰極のエツジ部に電界が集中
しやすくすることができる。したがって、電子放出効率
を高めると共に、信頼性を向上させることができる。

また、制御電極６を陰極材料層３の上面と同等、あるい
はそれより高い位置に形成することによシ、陰極材料層
３のエツジ部３ａより放出された電子の広がりを防止す
ることができる。したがって、質の高い電子ビームを得
ることができる。

また、マトリックス電子放出源として、多くの電子を均
一に放出させることができる。

次に、上記構成の電子放出素子を製造する本発明の製造
方法について第１図（ａ）〜（ｆ）に示す断面図を参照
しながら説明する。

まず、第１図（ａ）に示すように、ガラス等の絶縁基板
１の上に、Ａ１、Ｔａ、Ｍｏ等の導電性物質からなるベ
ース電極２を真空蒸着、あるいはスパッター等の方法で
所定の膜厚に形成する。続いてベース電極２の上に、後
述する陰極材料層３のパターン形状で、例えばＳｉＯ２
からなる絶縁°層７を形成する。このように絶縁層７を
パターン形状に形成するには、ベース電極２の上に絶縁
層７を所定の厚さに形成した後、その上にホトレジスト
　（図示省略）のパターンを形成し、このホトレジスト
をマスクとして絶縁層７をエツチングする（あるいは絶
縁層７はホトレジストパターンそのものでも良い。）。

次に、第１図（ｂ）に示すように、ベース電極２の少な
くとも絶縁層７が形成されていない露出部分の表面を処
理して絶縁層４に形成する。この処理方法としては、ベ
ース電極２となる導電性物質がＡ１、Ｔａであれば陽極
酸化、あるいは酸素雰囲気中での熱酸化があり、ＡＩを
用いたときにはＡｌ２Ｏ３、Ｔａを用いたときには、Ｔ
ａ２０５の酸化物絶縁層４を得ることができる。この処
理時に、絶縁層７の下側外縁部まで、ある程度、絶縁層
４を形成するのが望せしい。

次に、第１図（ｃ）に示すように、絶縁層７を除去した
後、ＳｉＣ，ＺｒＣ，ＴｉｃＸＭｏＸＷ等からなる陰極
材料層３を真空蒸着、スパッター等の方法で所定の膜厚
に形成し、更に、陰極材料層３の上に被覆材としてリフ
トオフ材８を同様にして後述の絶縁層５の膜厚より厚く
形成する。このリフトオフ材８は金属、若しくは絶縁物
を用いることができ、後述する陰極材料層３のエツチン
グ加工時の腐食液に耐え、また、これを除去するときに
用いる腐食液が他の材料を腐食しないような材料であれ
ば良い。

次に、第１図（ｄ）に示すように、上記陰極材料層３の
パターン状で、すなわち、上記絶縁層７を形成した位置
と同じ位置で、ホトレジスト９をリフトオフ材８上に形
成し、このホトレジスト９を保護膜として、リフトオフ
材８および陰極材料層３をエツチング加工する（リフト
オフ材８としてホトレジストそのものであっても良い。

）。更に、第１図（ｅ）に示すように、陰極材料層３の
みをエツチングし、リフトオフ材８より所定量だけ小さ
いパターンに加工する。

次に、第１図（ｆ）に示すように、ホトレジスト９を除
去し、絶縁層４およびリフトオフ材８の上方から絶縁層
５および金属からなる制御電極６をスパッター法等によ
り順次全面に形成する。このとき、絶縁層５の膜厚は、
陰極材料層３の膜厚と同等、若しくはそれ以上とする。

次に、リフトオフ材８を除去することにより、第１図（
ｇ）に示すように、リフトオフ材８の上の絶縁層５およ
び制御電極６も同時に除去し、陰極材料層３を露出させ
てエツジ部３ａを形成すると共に、この陰極材料層３を
所定の間隔をおいて囲むように絶縁層５、制御電極６を
形成することができる。

当然のことながら、制御電極６に使用する金属は、リフ
トオフ材８を除去する工程で腐食されない等、化学的、
物理的に安定な材料である必要がある。

発明の詳細 な説明したように本発明の電子数ｄ素子の製造方法によ
れば、電子を陰極材料層のエツジ部から放出させるので
、ベース電極をスパッター法等により形成し、ベース電
極の表面の絶縁層を陽極酸化、熱酸化等の処理により形
成し、陰極材料層をスパッター法、エツチング加工等に
より形成し、ベース電極の表面の絶縁層の上の絶縁層お
よび制御電極をスパッター法等により形成するので、陰
極を針状に加工する必要がなく、容易に製造することが
できる。しかも、所定の形状に形成した陰極材料層を基
準に制御電極を形成し、陰極材料層と制御電極の位置関
係の精度を向上させることができる。このように、高い
電子放出効率を有し、また、陰極材料層と制御電極間の
絶縁耐電圧を向上させることができ、したがって、電子
放出の信頼性を向上させることができるようにした電子
放出素子を容易に、しかも、歩留捷り良く製造すること
ができる。

また、電子ビームの広がりを抑えて質の高い電子ビーム
を得ることができるようにした電子放出素子を容易に、
しかも、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（ａ）〜（ｇ）は本発明の一実施例における電子
放出素子の製造方法を示す製造工程説明用の断面図、第
２図（ａ）〜（ｃ）は上記製造方法により製造した電子
放出素子を示し、第２図（ａ）は平面図、第２図（ｂ）
および（ｃ）はそれぞれ第２図（ａ）のｎｂ−ｎｂｉお
よびＩＩ　ｃ　−ＩＩ　ｃ線に沿う断面図、第３図（ａ
）は従来の電子放出素子の製造途中の状態を示す断面図
、第３図（ｂ）は従来の電子放出素子の製造完成状態を
示す断面図である。 １・−絶縁基板、２　ベース電極、３　陰極材料層、４
・絶縁層、５　・絶縁層、６　制御電極、７・絶縁層、
８　リフトオフ材、９　ホトレジスト。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　は力・１名第
１図 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁基板上にベース電極を形成し、このベース電
   極の上に幅が徐々に変わる陰極材料層パターンと同一形
   状の絶縁層を形成し、上記ベース電極における少なくと
   も上記絶縁層が形成されていない表面に陽極酸化、熱酸
   化等の処理により絶縁層を形成し、上記陰極材料層パタ
   ーンの絶縁層を除去して上記ベース電極の上に陰極材料
   層と、この陰極材料層とは異なる材料からなる被覆材を
   順次形成し、これら被覆材および陰極材料層を上記除去
   した絶縁層のパターンとほぼ同一の位置で同一パターン
   形状となるようにエッチング加工し、上記ベース電極上
   の絶縁層および上記被覆材の上方から絶縁層および制御
   電極を形成し、その後、上記被覆材をその上の絶縁層お
   よび制御電極と共に除去することを特徴とする電子放出
   素子の製造方法。
2. （２）陰極材料層の外側方の絶縁層を上記陰極材料層の
   厚さと同等以上の厚みを有するように形成する請求項１
   記載の電子放出素子の製造方法。
3. （３）陰極材料層を被覆材よりも小さいパターンとなる
   ようにエッチング加工する請求項１記載の電子放出素子
   の製造方法。
4. （４）ベース電極を陰極材料層のパターンと同一か、そ
   れよりも小さくなるように絶縁化処理する請求項１記載
   の電子放出素子の製造方法。