JPH0562620A - 冷陰極画像表示装置 - Google Patents

冷陰極画像表示装置

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JPH0562620A
JPH0562620A JP22277191A JP22277191A JPH0562620A JP H0562620 A JPH0562620 A JP H0562620A JP 22277191 A JP22277191 A JP 22277191A JP 22277191 A JP22277191 A JP 22277191A JP H0562620 A JPH0562620 A JP H0562620A
Authority
JP
Japan
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cathode
silicon
substrate
anode
layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP22277191A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuhiro Ono
克弘 大野
Tetsuo Fukada
哲生 深田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP22277191A priority Critical patent/JPH0562620A/ja
Publication of JPH0562620A publication Critical patent/JPH0562620A/ja
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  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体結晶でマトリクス状に陰極群が形成さ
れ、対向する陽極とで画素群が形成された冷陰極画像表
示装置で、加工精度の向上および内部抵抗の低減を図っ
て高特性、高信頼性にすると共に、製造作業を容易にし
て工数削減し、安価な冷陰極画像表示装置を提供する。 【構成】 マトリクス状の各陰極群を、SOIとよばれ
る絶縁層上の単結晶シリコン基板に異方性エッチングに
より形成して絶縁分離し、陽極を共通電極化して、シリ
コン基板と陽極を形成したガラス基板の位置合わせが不
要で簡単に組み立てられる構造とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は2次元に配列された冷陰
極の電界による電子放出現象を利用した画像表示装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体工業における微細加工技術を利用
して製作される先端の曲率が小さな針状電極の電界によ
る電子放出を利用する電子デバイス技術は真空マイクロ
エレクトロニクスと呼ばれ、たとえば特表昭61-502151
号公報に電界放出陰極が列状に配列された例が開示され
ている。またこのようなデバイスの1つとして2次元に
配列された針状陰極マトリクスで構成される画像表示装
置も提案されている。
【0003】このような画像表示装置の冷陰極の画素を
構成する針状陰極群は、特定の方位をもつシリコン単結
晶の異方性エッチング(食刻性が結晶の方位に依存する
ことを利用したエッチング)により、微小曲率で容易に
形成することができ、電界依存の電子放出性能が優れて
いる。しかし同一シリコン基板上に針状陰極のマトリク
スを同時に形成しているため、個々の針状陰極の電気的
分離が不可能であり、同一基板内のシリコン針状陰極群
は常に共通電位の陰極として画像表示パネルを構成しな
ければならず、画像表示パネルの画素アドレスの制御電
極となしえない問題がある。
【0004】図4は従来のこの種の画像表示装置におけ
る1画素部分の断面構造の例であり、図面に基づいてそ
の構造と機能を説明する。図4において1は単結晶シリ
コン基板で、1aはその片面に形成された角錘状のシリコ
ン針状の陰極であり、(100)方位の単結晶シリコン基
板にSiO2をマスクとして水酸化カリウム溶液などに
よる異方性エッチングで形成する。続いて異方性エッチ
ングのSiO2マスクを残した状態でシリコン基板上に
形成された角錘状の陰極1aと同じ高さ(約1μm)まで
SiO2膜を化学的または物理的蒸着法で成膜し、ゲー
ト分離絶縁層3を形成する。このとき角錘状の陰極1a上
にもSiO2膜が堆積されるが、続いてSiO2膜上にゲ
ート電極4とする金属膜を成膜し、この金属膜をマスク
として角錘状の陰極1a上のSiO2膜を等方性エッチン
グすることにより角錘状の陰極1a上のSiO2は除去さ
れる。ゲート電極4となる金属膜は、続いて表示装置の
画素アドレスを達成するための一方の電極として、複数
の角錘状の陰極群を制御するため列または行分離のメタ
ル選択エッチングが行われる。
【0005】一方、別途準備した透明ガラス基板5の片
面上に透明導電膜、たとえばIn23-SnO2を成膜し
陽極6とする。この陽極6は画素アドレスのもう一方の
電極となるため、ゲート電極4の列または行と対応し
て、行または列に分離するためエッチングされ、ストラ
イプ状の陽極電極群が形成される。この透明電極膜の陽
極群上に蛍光体7をデポジションし、透明ガラス基板5
とシリコン基板1を微小間隔を保って真空中でたとえば
印刷法により形成された低融点フリットガラス8により
貼り合わせ、真空空間9を形成する。
【0006】この方式の画像表示装置はシリコン基板上
に形成された角錘状のシリコン針状マトリクスを陰極1
a、ガラス基板上の透明電極膜を陽極として、この間に
電界放出が起こるに十分な電圧を印加すると同時に、シ
リコン基板のSiO2上に設けたゲート電極4とシリコ
ン針状陰極間に逆電圧を印加しシリコン針状の陰極1aか
らの電子放出を制御するが、陰極1aがすべての画素に渡
って共通電位となるため、画素のアドレスはゲート電極
4および陽極6を列および行に分離して制御しなければ
ならない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述のごとく、ガラス
基板上の透明導電膜を行または列にライン分離しなけれ
ばならないことから透明導電膜の比抵抗は金属のごとき
充分に低い比抵抗値を持たないため、陰極と陽極間の内
部抵抗を増加させる原因となると同時に、陰極およびゲ
ート電極ラインの作り込まれたシリコン基板と透明導電
膜陽極ラインの作り込まれたガラス基板をそれぞれの行
および列の位置を整合し、ガラス封止して真空室を形成
するのが極めて難しいという問題がある。
【0008】本発明は従来のシリコン単結晶の異方性エ
ッチングにより形成されたシリコン針状の陰極による冷
陰極画像表示装置において、前記のような問題を解消
し、シリコン基板とガラス基板上の電極の位置合わせを
必要としない冷陰極画像表示装置を提供せんとするもの
である。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる冷陰極画
像表示装置はシリコン・オン・インシュレータ(Silico
n On Insulator、以下SOIという)とよばれるSiO
2絶縁層を介して貼り合わされた単結晶シリコン基板を
用い、片面のシリコン単結晶に異方性エッチングによる
シリコン針状の陰極群を形成すると同時に、同陰極群を
SiO2上で行または列に電気的に分離し、さらにその
上に形成された金属ゲート電極群を針状陰極群と対向す
る列または行に電気的に分離することにより、陰極とゲ
ート電極対による各画素の電子放出を制御しうる構造と
し、ガラス基板上の陽極を共通電極とした。
【0010】
【作用】本発明における冷陰極画像表示装置によれば、
SiO2を介在して貼り合わされたシリコン単結晶基板
にシリコン針状の陰極を形成し、かつその陰極群をSi
2上で行または列に電気的に分離しているため、ガラ
ス基板上の陽極のライン分離をしなくても画素分離を達
成でき、高精度の微細加工はシリコン基板上でのみ行わ
れ、加工精度の改善および内部抵抗の低減を計れる。さ
らに、シリコン基板とガラス基板の位置合わせ組み立て
も不要となり、真空室形成の組み立ておよびガラス封止
の作業が容易になる。
【0011】
【実施例】つぎに、本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図1は本発明の冷陰極画像表示装置の1画素に
対応する部分断面図であり、第1のシリコン基板1とS
iO2絶縁層2を介して結晶学的整合性を考慮して貼り
合わされた第2のシリコン層10を備えた(100)面方位
のSOI基板を用い、湿式異方性エッチング法により第
2のシリコン層10に形成された角錘状の針状マトリクス
を陰極10aとし、さらに同基板10上にSiO2絶縁層3を
介し、その上のシリコン針状の陰極10aの先端と同位置
に成膜された金属膜をゲート電極4として、陰極10aお
よびゲート電極4を任意の画素アドレスする行および列
電極とし、透明導電膜の成膜により形成された陽極6、
さらにその上の蛍光体層7を備えたガラス基板5をシリ
コン基板1上のシリコン針状の陰極10a群とガラス基板
上の陽極6が一定の間隙を有し、そのあいだを真空空間
9に保持するように低融点ガラス8により、封止された
構造であり、ガラス基板上の陽極6はすべての画素につ
いて共通の陽極として働く。
【0012】つぎに、本発明の表示装置の製法を図2お
よび図3に基づいて、プロセスを追って説明する。まず
始めに図2のa工程に示されるごとく、本発明で利用さ
れるSiO2絶縁層2を有する(100)方位SOIシリコ
ンを準備する。この種の基板はシラノールボンド法また
は陽極接合法などのよく知られたシリコン貼り合わせ技
術で製作される。この基板は片面のシリコン層を数μ
m、望ましくは3μm以下に研磨して薄層化され、続い
てシリコン上にエッチングマスクとなるSiO2層11を
化学蒸着法(CVD)またはRFスパッタのごとき物理
蒸着法(PVD)で成膜し、レジスト被覆、写真製版、
SiO2エッチングにより図2のb工程のごとく、SO
I基板の第2のシリコン層10をライン分離するため、S
iO2のパターン化を行う。続いて水酸化カリウム溶液
で図2のc工程のごとく、シリコンをSiO2層までエ
ッチングしてライン分離する。続いてシリコン第2層上
のSiO2 11を図2のd工程のごとく再びレジスト被
覆、写真製版、エッチングして、シリコンを角錘状にエ
ッチングするためのレジストマスク形状を形成する。
【0013】つぎに水酸化カリウム-イソプロパノール-
水またはヒドラジン-イソプロパノール-水のいずれかの
エッチング液でエッチングし、図2のe工程に示すよう
にシリコン角錘状の陰極10a群を形成する。このシリコ
ン角錘状の陰極10aは、SiO2マスク下のシリコンのア
ンダーカットにより形成され、エッチングはe工程に示
されるごとく、SiO2マスクを残した状態で停止す
る。続いてe工程の状態の基板上にSiO2 3をシリコ
ン角錘状の陰極10aの高さまで成膜する(図3のf工
程)。そののち、SiO2エッチングのマスクとして機
能する金属膜(たとえばAu、Moなど)4を数千Å成
膜し(図3のg工程)、シリコン角錘状の陰極10a上の
SiO2 3aを湿式エッチングにより除去する(図3の
h工程)。この状態でシリコン角錘状の陰極10aを形成
した第2のシリコン層10は紙面に垂直方向には電気的に
連続し、左右方向には電気的に分離されており、シリコ
ン角錘状の陰極10aは複数個で1画素を構成するように
紙面に垂直方向においても同数の陰極ごとに分割されて
いる。またゲート電極4は紙面左右方向に電気的に連続
であり、垂直方向に画素ごとの分離が行われている。
【0014】最後に図3のi工程に示すごとく、ガラス
基板5上に形成した陽極6および蛍光体層7を備えたパ
ネルを一定間隔の真空空間9を形成するよう低融点ガラ
ス8を介して真空中で封止し、本発明の冷陰極表示装置
が完成する。なお図2のi工程で陽極6が形成されてい
るガラス基板と陰極10aおよびゲート電極4が形成され
ているシリコンSOI基板は本発明の表示装置では画素
毎に低融点ガラスの封止により分離されているかのごと
く示されているが、必ずしもその必要はなく基板全域の
周辺のみを低融点ガラス封止して基板全体を単一真空室
としてもよい。
【0015】
【発明の効果】以上のように、本発明の冷陰極画像表示
装置は、結晶方位整合をとって貼り合わされた(100)
方位のシリコンSOI基板を用いて異方性エッチングに
よりライン分離とシリコンの針状の陰極を形成し、また
その基板上に金属薄膜でゲート電極を形成することによ
り、表示装置の画素アドレスを同一基板内に形成された
陰極ラインとゲート電極ラインにより行えるようにして
いるため、ガラス基板上の陽極を共通化でき、陽極と陰
極の位置合わせの困難さを排除するとともに、陽極を共
通化することで各画素ごとの内部抵抗の低減を計ること
ができた。その結果、製造が容易で工数を削減でき、安
価で高特性、高信頼性の冷陰極画像表示装置がえられ、
TV受像器、パソコンモニターなどの電子機器の発達に
及ぼす効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による冷陰極画像表示装置の1
画素相当の部分断面構造図である。
【図2】図1に示した本発明の冷陰極画像表示装置の製
作工程の前半を示す図である。
【図3】本発明の陰極画像表示装置の製作工程の後半を
示す図である。
【図4】従来の冷陰極画像表示装置の1画素相当の部分
断面図である。
【符号の説明】
1 第1のシリコン基板 2 絶縁層 4 ゲート電極 5 ガラス基板 6 陽極 9 真空空間 10 第2のシリコン層 10a シリコン針状陰極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁層を中間に挟み、その両面に単結晶
    シリコンを持つ、いわゆる誘電体分離形シリコン基板の
    片側のシリコン層に異方性エッチングにより形成された
    針状陰極のマトリクスを有する冷陰極画像表示装置。
JP22277191A 1991-09-03 1991-09-03 冷陰極画像表示装置 Pending JPH0562620A (ja)

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JP22277191A JPH0562620A (ja) 1991-09-03 1991-09-03 冷陰極画像表示装置

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JPH0562620A true JPH0562620A (ja) 1993-03-12

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ID=16787636

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JP (1) JPH0562620A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08293243A (ja) * 1995-04-21 1996-11-05 Nec Corp 電界放出型冷陰極素子及びその実装方法
US5905330A (en) * 1995-01-25 1999-05-18 Nec Corporation Field emission cathode with uniform emission

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5905330A (en) * 1995-01-25 1999-05-18 Nec Corporation Field emission cathode with uniform emission
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