JPH0636682A - 電界放出型冷陰極の製造方法、それを用いた電界放出型冷陰極、および平板型画像表示装置 - Google Patents
電界放出型冷陰極の製造方法、それを用いた電界放出型冷陰極、および平板型画像表示装置Info
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- JPH0636682A JPH0636682A JP18675392A JP18675392A JPH0636682A JP H0636682 A JPH0636682 A JP H0636682A JP 18675392 A JP18675392 A JP 18675392A JP 18675392 A JP18675392 A JP 18675392A JP H0636682 A JPH0636682 A JP H0636682A
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- H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
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- H01J1/3042—Field-emissive cathodes microengineered, e.g. Spindt-type
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 エミッタの形状再現性や均一性、さらにゲー
ト−エミッタ間の距離の制御性を高め得ると共に、その
形成領域を容易に大面積化することができる電界放出型
冷陰極の製造方法を提供する。 【構成】 底部を尖らせた凹部１２を有する第１の基板
１１に、熱酸化絶縁層１３を形成する。凹部１２内を埋
めつつ、熱酸化絶縁層１３上にエミッタ材料層１４を形
成する。第１の基板１１と構造基板からなる第２の基板
１７とを接合する。第１の基板１１をエッチングにより
除去し、熱酸化絶縁層１３を露出させると共に、凹部内
に充填されたエミッタ材料に相当する凸部１８を突出さ
せる。露出された熱酸化絶縁層１３上にゲート電極層１
９を形成した後、凸部先端部１８ａが露出するように、
熱酸化絶縁層１３およびゲート電極層１４の一部を除去
して、エミッタ１８を形成する。
ト−エミッタ間の距離の制御性を高め得ると共に、その
形成領域を容易に大面積化することができる電界放出型
冷陰極の製造方法を提供する。 【構成】 底部を尖らせた凹部１２を有する第１の基板
１１に、熱酸化絶縁層１３を形成する。凹部１２内を埋
めつつ、熱酸化絶縁層１３上にエミッタ材料層１４を形
成する。第１の基板１１と構造基板からなる第２の基板
１７とを接合する。第１の基板１１をエッチングにより
除去し、熱酸化絶縁層１３を露出させると共に、凹部内
に充填されたエミッタ材料に相当する凸部１８を突出さ
せる。露出された熱酸化絶縁層１３上にゲート電極層１
９を形成した後、凸部先端部１８ａが露出するように、
熱酸化絶縁層１３およびゲート電極層１４の一部を除去
して、エミッタ１８を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電界放出型冷陰極の製
造方法、それを用いた電界放出型冷陰極、および平板型
画像表示装置に関する。
造方法、それを用いた電界放出型冷陰極、および平板型
画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、発達したSi半導体加工技術を利用
して、電界放出型の冷陰極の開発が活発に行われてお
り、超高速マイクロ波デバイス、パワーデバイス、電子
線デバイス、平板型画像表示装置等への応用が進められ
ている。その代表的な例としてはスピント(C.A.Spindt)
らが、Journal of Applied Physics, Vol.47,5248(197
6)に掲載したものが知られている。
して、電界放出型の冷陰極の開発が活発に行われてお
り、超高速マイクロ波デバイス、パワーデバイス、電子
線デバイス、平板型画像表示装置等への応用が進められ
ている。その代表的な例としてはスピント(C.A.Spindt)
らが、Journal of Applied Physics, Vol.47,5248(197
6)に掲載したものが知られている。
【０００３】ここに記載されている電界放出型冷陰極
は、図９に示すように、Si単結晶基板１上に、絶縁層と
して SiO2 層２をＣＶＤ等の堆積法により形成し、さら
にMo層３およびゲート電極層となるAl層４をスパッタリ
ング法等で形成した後、これらの層２、３、４にエッチ
ングにより直径約 1.5μm 程度のピンホール５を開け
（図９（ａ））、エミッタとなる金属、例えばMoを垂直
方向からSi単結晶基板１を回転させながら真空蒸着し、
ピンホール５の直径がMo６の堆積と共に塞がっていくこ
とを利用して、ピンホール５内にMoを円錐状に堆積させ
（図９（ｂ））、最終的にMo層４、６を除去することに
より、円錐型エミッタ７を作製した（図９（ｃ））もの
である。
は、図９に示すように、Si単結晶基板１上に、絶縁層と
して SiO2 層２をＣＶＤ等の堆積法により形成し、さら
にMo層３およびゲート電極層となるAl層４をスパッタリ
ング法等で形成した後、これらの層２、３、４にエッチ
ングにより直径約 1.5μm 程度のピンホール５を開け
（図９（ａ））、エミッタとなる金属、例えばMoを垂直
方向からSi単結晶基板１を回転させながら真空蒸着し、
ピンホール５の直径がMo６の堆積と共に塞がっていくこ
とを利用して、ピンホール５内にMoを円錐状に堆積させ
（図９（ｂ））、最終的にMo層４、６を除去することに
より、円錐型エミッタ７を作製した（図９（ｃ））もの
である。
【０００４】このような冷陰極を用いた電子装置、例え
ば平板型画像表示装置は、図１０に示すように、上記し
た冷陰極を多数形成したSi単結晶基板１と、蛍光体層を
形成したガラスフェイスプレート８とを、所定の間隔を
設けて対向配置させることにより構成されている。な
お、図中Ａは冷陰極の形成領域を示している。このよう
な電界放出型冷陰極を用いた平板型画像表示装置は、液
晶を用いた表示装置とは異なって発光型であり、バック
ライトが不要のために低消費電力化が図れる可能性があ
る等の点から注目されている。
ば平板型画像表示装置は、図１０に示すように、上記し
た冷陰極を多数形成したSi単結晶基板１と、蛍光体層を
形成したガラスフェイスプレート８とを、所定の間隔を
設けて対向配置させることにより構成されている。な
お、図中Ａは冷陰極の形成領域を示している。このよう
な電界放出型冷陰極を用いた平板型画像表示装置は、液
晶を用いた表示装置とは異なって発光型であり、バック
ライトが不要のために低消費電力化が図れる可能性があ
る等の点から注目されている。
【０００５】しかしながら、上述したような従来の電界
放出型冷陰極の製造方法、およびそれにより得られる電
界放出型冷陰極、さらにはその冷陰極を用いた電子装置
においては、以下に述べるような重要な問題点があっ
た。
放出型冷陰極の製造方法、およびそれにより得られる電
界放出型冷陰極、さらにはその冷陰極を用いた電子装置
においては、以下に述べるような重要な問題点があっ
た。
【０００６】まず第１に、上述した従来の回転蒸着法で
は、Al層３にあけたピンホール５の直径が少しずつ小さ
くなることを利用して、ピンホール５内にエミッタ７を
形成しているため、エミッタの高さ、先端部の形状等が
ばらつき易く、得られる冷陰極は電界放出の均一性が悪
い上に、電界放出効率を向上させるのに必要なエミッタ
先端部の鋭さが欠け、電界放出効率の低下、消費電力の
増大等の問題を招いていた。また、形状の再現性や歩留
りが悪いため、多数の電界放出型冷陰極を同一基板上に
作製する場合、製造コストが極めて高くなるという問題
があった。
は、Al層３にあけたピンホール５の直径が少しずつ小さ
くなることを利用して、ピンホール５内にエミッタ７を
形成しているため、エミッタの高さ、先端部の形状等が
ばらつき易く、得られる冷陰極は電界放出の均一性が悪
い上に、電界放出効率を向上させるのに必要なエミッタ
先端部の鋭さが欠け、電界放出効率の低下、消費電力の
増大等の問題を招いていた。また、形状の再現性や歩留
りが悪いため、多数の電界放出型冷陰極を同一基板上に
作製する場合、製造コストが極めて高くなるという問題
があった。
【０００７】また第２に、 SiO2 絶縁層をＣＶＤ法によ
り形成しているため、電界放出の効率を大きく左右する
ゲート−エミッタ間の距離が正確に制御できず、冷陰極
毎の電界放出が不均一となり、例えば平板型画像表示装
置を作製した場合には、個々の冷陰極に対応した画素の
輝度にばらつきが発生してしまう。さらに、平板型画像
表示装置に関して述べれば、ゲート−エミッタ間の距離
やエミッタの先端形状の僅かなばらつき等に伴って、ア
ノード−エミッタ間に流れる電子流に対してゲート−エ
ミッタ間に流れる電子流の割合が大きくなることが多
く、場合によってはゲート−エミッタ間に流れる電子流
が全電流に対して 60%にも達するため、個々の冷陰極に
対応した画素（蛍光体）の発光効率が低下すると共に、
輝度ばらつきが大きくなるという問題がある。
り形成しているため、電界放出の効率を大きく左右する
ゲート−エミッタ間の距離が正確に制御できず、冷陰極
毎の電界放出が不均一となり、例えば平板型画像表示装
置を作製した場合には、個々の冷陰極に対応した画素の
輝度にばらつきが発生してしまう。さらに、平板型画像
表示装置に関して述べれば、ゲート−エミッタ間の距離
やエミッタの先端形状の僅かなばらつき等に伴って、ア
ノード−エミッタ間に流れる電子流に対してゲート−エ
ミッタ間に流れる電子流の割合が大きくなることが多
く、場合によってはゲート−エミッタ間に流れる電子流
が全電流に対して 60%にも達するため、個々の冷陰極に
対応した画素（蛍光体）の発光効率が低下すると共に、
輝度ばらつきが大きくなるという問題がある。
【０００８】第３に、Si単結晶基板の大きさに、電界放
出型冷陰極の形成領域すなわち形成数が制限され、かつ
生産性も低い。このことは、多数の冷陰極を使用する平
板型画像表示装置では装置の大きさが制限されることを
意味する。また、平板型画像表示装置においては、Si単
結晶基板を装置筐体の一部として用いることになるが、
真空容器として強度的に非常に弱くなってしまう。特
に、画面の大型化が進むと強度を保つことが困難とな
る。
出型冷陰極の形成領域すなわち形成数が制限され、かつ
生産性も低い。このことは、多数の冷陰極を使用する平
板型画像表示装置では装置の大きさが制限されることを
意味する。また、平板型画像表示装置においては、Si単
結晶基板を装置筐体の一部として用いることになるが、
真空容器として強度的に非常に弱くなってしまう。特
に、画面の大型化が進むと強度を保つことが困難とな
る。
【０００９】上記したような大きさの制限を解消した
り、強度の向上を図るために、Si単結晶基板をガラス基
板等の構造基板に張り合わて用いることが考えられる
が、単に張り合わせただけでは冷陰極部の厚さが増大す
るため、軽さ、薄さ等を指向する電子装置には不向きと
なる。さらに、Si単結晶基板に代えてガラス基板を用い
た場合には、上記した大きさに関する問題は解消される
ものの、この場合にはエミッタとの導通を保つために、
ガラス基板上に導電層を形成する必要があり、よって S
iO2 絶縁層の形成にＣＶＤ法を用いることができず、電
子ビーム蒸着法やスパッタリング法により形成しなけれ
ばならない。しかし、これらの方法により得られる SiO
2 絶縁層は、ＣＶＤ法よりもポーラスでピンホールが多
く、電界放出効率を左右するゲート−エミッタ間の距離
がより一層ばらついてしまう。
り、強度の向上を図るために、Si単結晶基板をガラス基
板等の構造基板に張り合わて用いることが考えられる
が、単に張り合わせただけでは冷陰極部の厚さが増大す
るため、軽さ、薄さ等を指向する電子装置には不向きと
なる。さらに、Si単結晶基板に代えてガラス基板を用い
た場合には、上記した大きさに関する問題は解消される
ものの、この場合にはエミッタとの導通を保つために、
ガラス基板上に導電層を形成する必要があり、よって S
iO2 絶縁層の形成にＣＶＤ法を用いることができず、電
子ビーム蒸着法やスパッタリング法により形成しなけれ
ばならない。しかし、これらの方法により得られる SiO
2 絶縁層は、ＣＶＤ法よりもポーラスでピンホールが多
く、電界放出効率を左右するゲート−エミッタ間の距離
がより一層ばらついてしまう。
【００１０】一方、従来の電界放出型冷陰極を用いた平
板型画像表示装置に関しては、上述したような冷陰極の
製法上の問題以外にも、以下に示すような問題を有して
いる。すなわち、電界放出型冷陰極を用いた場合、カソ
ード−アノード間の印加電圧を100V程度にあげても、通
常のＣ−ＣＲＴに比較して電子線のエネルギーが小さ
く、蛍光体表面に電荷が溜まり電子線が反発されること
もあり、蛍光体の表面数nmしか電子が侵入することがで
きず、蛍光体の発光効率が低いという問題があった。印
加電圧を増加させれば、電子線エネルギ−が増加し、発
光効率が向上すると同時に、高い加速電圧でも輝度飽和
を起こさない、発光効率の高い蛍光体が使用できるよう
になるが、不純物ガスの電離によるカソ−ド表面のスパ
ッタや、ゲート−カソード間のブレークダウン等の問題
が生じてしまう。このようなことから、Ｃ−ＣＲＴで通
常使用される印加電圧よりも低い印加電圧を用いる必要
があり、本来得られる発光効率よりも、実際には発光効
率が低下してしまう。
板型画像表示装置に関しては、上述したような冷陰極の
製法上の問題以外にも、以下に示すような問題を有して
いる。すなわち、電界放出型冷陰極を用いた場合、カソ
ード−アノード間の印加電圧を100V程度にあげても、通
常のＣ−ＣＲＴに比較して電子線のエネルギーが小さ
く、蛍光体表面に電荷が溜まり電子線が反発されること
もあり、蛍光体の表面数nmしか電子が侵入することがで
きず、蛍光体の発光効率が低いという問題があった。印
加電圧を増加させれば、電子線エネルギ−が増加し、発
光効率が向上すると同時に、高い加速電圧でも輝度飽和
を起こさない、発光効率の高い蛍光体が使用できるよう
になるが、不純物ガスの電離によるカソ−ド表面のスパ
ッタや、ゲート−カソード間のブレークダウン等の問題
が生じてしまう。このようなことから、Ｃ−ＣＲＴで通
常使用される印加電圧よりも低い印加電圧を用いる必要
があり、本来得られる発光効率よりも、実際には発光効
率が低下してしまう。
【００１１】また、このような発光効率の低下を少しで
も補う方法として、蛍光体フェースプレートの観測面に
対して反対側、つまり蛍光体背面にアルミニウム等をコ
ートし、いわゆるメタルバックとして蛍光体背面側に放
射された光を観測面側に反射させる方法があり、通常の
Ｃ−ＣＲＴでは広く用いられている。しかし、メタルバ
ックを施すと、電子線をAl層を通過させるために、 600
0V〜 8000V以上もの高電圧を印加する必要が生じ、上述
したカソードのスパッタや破壊のみならず、アノード−
カソード間のギャップが数μm から 1mm以下と狭いた
め、絶縁性を保つことが極めて困難となってしまう。
も補う方法として、蛍光体フェースプレートの観測面に
対して反対側、つまり蛍光体背面にアルミニウム等をコ
ートし、いわゆるメタルバックとして蛍光体背面側に放
射された光を観測面側に反射させる方法があり、通常の
Ｃ−ＣＲＴでは広く用いられている。しかし、メタルバ
ックを施すと、電子線をAl層を通過させるために、 600
0V〜 8000V以上もの高電圧を印加する必要が生じ、上述
したカソードのスパッタや破壊のみならず、アノード−
カソード間のギャップが数μm から 1mm以下と狭いた
め、絶縁性を保つことが極めて困難となってしまう。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の電界放出型冷陰極の製造方法では、エミッタ形状の再
現性や均一性が非常に低く、電界放出効率の低下や不均
一化、消費電力の増大、歩留りの低下等の種々の問題が
生じると共に、電界放出型冷陰極の形成領域がSi単結晶
基板の大きさに制限されたり、Si単結晶基板を装置筐体
の一部として使用しなければならない等という問題があ
った。
の電界放出型冷陰極の製造方法では、エミッタ形状の再
現性や均一性が非常に低く、電界放出効率の低下や不均
一化、消費電力の増大、歩留りの低下等の種々の問題が
生じると共に、電界放出型冷陰極の形成領域がSi単結晶
基板の大きさに制限されたり、Si単結晶基板を装置筐体
の一部として使用しなければならない等という問題があ
った。
【００１３】また、従来の電界放出型冷陰極を用いた平
板型画像表示装置に関しては、上記したエミッタに関す
る問題を除いても、その構造上の問題として、画素の発
光効率（輝度）が低い、輝度のばらつきが大きい等とい
う問題を有していた。
板型画像表示装置に関しては、上記したエミッタに関す
る問題を除いても、その構造上の問題として、画素の発
光効率（輝度）が低い、輝度のばらつきが大きい等とい
う問題を有していた。
【００１４】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、形状の再現性や均一性に優れたエミ
ッタが容易に得られると共に、ゲート−エミッタ間の距
離を正確に制御することができ、かつその形成領域を冷
陰極部の厚さを厚くすることなく容易に大面積化するこ
とができる、生産性に富んだ電界放出型冷陰極の製造方
法を提供することを目的としており、さらには電子放出
の効率および均一性等に優れ、装置の一部として用いた
場合においても十分な強度が得られる電界放出型冷陰極
を提供することを目的としており、またさらに他の目的
は、画素の発光輝度を増大させると共に、各画素間にお
ける輝度のばらつきを低減し、表示画面の画質の改善を
図った平板型画像表示装置を提供することにある。
になされたもので、形状の再現性や均一性に優れたエミ
ッタが容易に得られると共に、ゲート−エミッタ間の距
離を正確に制御することができ、かつその形成領域を冷
陰極部の厚さを厚くすることなく容易に大面積化するこ
とができる、生産性に富んだ電界放出型冷陰極の製造方
法を提供することを目的としており、さらには電子放出
の効率および均一性等に優れ、装置の一部として用いた
場合においても十分な強度が得られる電界放出型冷陰極
を提供することを目的としており、またさらに他の目的
は、画素の発光輝度を増大させると共に、各画素間にお
ける輝度のばらつきを低減し、表示画面の画質の改善を
図った平板型画像表示装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の電界放出型冷陰
極の製造方法は、第１の基板に底部を尖らせた凹部を設
ける工程と、前記凹部内を含めて前記第１の基板表面に
絶縁層を形成する工程と、前記凹部内を埋めつつ前記絶
縁層上にエミッタ材料層を形成する工程と、前記第１の
基板と構造基板からなる第２の基板とを、前記エミッタ
材料層が介在するように接合する工程と、前記第１の基
板をエッチングにより除去し、前記絶縁層を露出させる
と共に、前記凹部内に充填された前記エミッタ材料に相
当する凸部を突出させる工程と、前記露出された絶縁層
上に、ゲート電極層を形成する工程と、前記凸部の先端
部が露出するように、前記絶縁層およびゲート電極層の
一部を除去し、エミッタを形成する工程と有することを
特徴としている。
極の製造方法は、第１の基板に底部を尖らせた凹部を設
ける工程と、前記凹部内を含めて前記第１の基板表面に
絶縁層を形成する工程と、前記凹部内を埋めつつ前記絶
縁層上にエミッタ材料層を形成する工程と、前記第１の
基板と構造基板からなる第２の基板とを、前記エミッタ
材料層が介在するように接合する工程と、前記第１の基
板をエッチングにより除去し、前記絶縁層を露出させる
と共に、前記凹部内に充填された前記エミッタ材料に相
当する凸部を突出させる工程と、前記露出された絶縁層
上に、ゲート電極層を形成する工程と、前記凸部の先端
部が露出するように、前記絶縁層およびゲート電極層の
一部を除去し、エミッタを形成する工程と有することを
特徴としている。
【００１６】また、本発明の電界放出型冷陰極は、上記
製造方法により得られるものであって、構造基板と、前
記構造基板上に接合形成され、先端部が尖鋭な凸状のエ
ミッタを有するエミッタ材料層と、前記エミッタ材料層
上に、前記エミッタの先端部が露出するように設けられ
た絶縁層と、前記絶縁層を介して前記エミッタの形状に
沿って設けられると共に、該エミッタの先端部を囲う開
口部を有するゲート電極層とを具備することを特徴とし
ている。
製造方法により得られるものであって、構造基板と、前
記構造基板上に接合形成され、先端部が尖鋭な凸状のエ
ミッタを有するエミッタ材料層と、前記エミッタ材料層
上に、前記エミッタの先端部が露出するように設けられ
た絶縁層と、前記絶縁層を介して前記エミッタの形状に
沿って設けられると共に、該エミッタの先端部を囲う開
口部を有するゲート電極層とを具備することを特徴とし
ている。
【００１７】さらに、本発明の平板型画像表示装置は、
蛍光体層とアノード電極層とが順に形成されたフェース
プレートと、前記蛍光体層と対向して配置され、カソー
ド電極層と、このカソード電極層上に設けられたエミッ
タと、前記エミッタから放出される電子流を制御するゲ
ート電極層とを有する電界放出型冷陰極板とを具備し、
前記エミッタ周囲の前記ゲート電極層上および／または
前記ゲート電極層のエミッタ開口部に、第２の蛍光体層
が形成されていることを特徴としている。
蛍光体層とアノード電極層とが順に形成されたフェース
プレートと、前記蛍光体層と対向して配置され、カソー
ド電極層と、このカソード電極層上に設けられたエミッ
タと、前記エミッタから放出される電子流を制御するゲ
ート電極層とを有する電界放出型冷陰極板とを具備し、
前記エミッタ周囲の前記ゲート電極層上および／または
前記ゲート電極層のエミッタ開口部に、第２の蛍光体層
が形成されていることを特徴としている。
【００１８】
【作用】本発明の電界放出型冷陰極の製造方法において
は、凹部を設けた第１の基板上にまず絶縁層を形成し、
その後エミッタ材料層を形成しているため、ゲートーエ
ミッタ間の距離を精度よく制御することができる。また
エミッタは、第１の基板に設けた凹部内に充填したエミ
ッタ材料に相当するため、予め凹部を正確に形成してお
くことによって、先端部が鋭く尖り、かつ高さの均一性
に優れたエミッタを再現性よく得ることができる。この
ようなエミッタは、電界放出効率およびその均一性が大
幅に向上したものとなる。また、エミッタ材料層を第１
の基板上に形成し、これと構造基板とを接着した後、不
要な第１の基板を溶解除去しているため、エミッタが形
成された多数の第１の基板を 1枚の構造基板に集積する
ことができる。よって、冷陰極の形成面積を容易に大面
積化することができると共に、生産性の向上を図ること
ができ、また構造基板を用いた上で、その厚さを薄く保
つことができる。
は、凹部を設けた第１の基板上にまず絶縁層を形成し、
その後エミッタ材料層を形成しているため、ゲートーエ
ミッタ間の距離を精度よく制御することができる。また
エミッタは、第１の基板に設けた凹部内に充填したエミ
ッタ材料に相当するため、予め凹部を正確に形成してお
くことによって、先端部が鋭く尖り、かつ高さの均一性
に優れたエミッタを再現性よく得ることができる。この
ようなエミッタは、電界放出効率およびその均一性が大
幅に向上したものとなる。また、エミッタ材料層を第１
の基板上に形成し、これと構造基板とを接着した後、不
要な第１の基板を溶解除去しているため、エミッタが形
成された多数の第１の基板を 1枚の構造基板に集積する
ことができる。よって、冷陰極の形成面積を容易に大面
積化することができると共に、生産性の向上を図ること
ができ、また構造基板を用いた上で、その厚さを薄く保
つことができる。
【００１９】また、本発明の平板型画像表示装置におい
ては、エミッタ周囲のゲート電極層上および／またはゲ
ート電極層のエミッタ開口部に第２の蛍光体層を設けて
おり、通常は発光に寄与しないゲ−ト−カソ−ド間を流
れる電子流により、上記第２の蛍光体を効率よく発光さ
れることができ、かつこの光は金属性のゲ−ト自身によ
り反射され、ゲ−トがメタルバック作用を持つことにな
る。よって、ゲ−ト電極層上の蛍光体からの発光、並び
にフェースプレート上の蛍光体からの発光と相俟って、
高い発光効率および輝度が得られる。また、ゲ−ト−カ
ソ−ド間距離やカソ−ド−アノ−ド間距離の変化に伴
う、アノ−ド−カソ−ド間の電流にばらつきが生じて
も、ゲ−ト電極層上に形成された蛍光体の発光により、
総発光量のばらつき（各画素間における輝度のばらつ
き）を低減することができる。
ては、エミッタ周囲のゲート電極層上および／またはゲ
ート電極層のエミッタ開口部に第２の蛍光体層を設けて
おり、通常は発光に寄与しないゲ−ト−カソ−ド間を流
れる電子流により、上記第２の蛍光体を効率よく発光さ
れることができ、かつこの光は金属性のゲ−ト自身によ
り反射され、ゲ−トがメタルバック作用を持つことにな
る。よって、ゲ−ト電極層上の蛍光体からの発光、並び
にフェースプレート上の蛍光体からの発光と相俟って、
高い発光効率および輝度が得られる。また、ゲ−ト−カ
ソ−ド間距離やカソ−ド−アノ−ド間距離の変化に伴
う、アノ−ド−カソ−ド間の電流にばらつきが生じて
も、ゲ−ト電極層上に形成された蛍光体の発光により、
総発光量のばらつき（各画素間における輝度のばらつ
き）を低減することができる。
【００２０】
【実施例】以下に、図面を参照しながら本発明の実施例
について説明する。
について説明する。
【００２１】図１は、本発明の一実施例による電界放出
型冷陰極の製造工程を示す図であり、同図に基いてこの
実施例における電界放出型冷陰極の製造方法を説明す
る。
型冷陰極の製造工程を示す図であり、同図に基いてこの
実施例における電界放出型冷陰極の製造方法を説明す
る。
【００２２】まず、第１の基板に底部を尖らせた凹部を
形成する。このような凹部の形成方法としては、以下に
記すようなSi単結晶基板の異方性エッチングを利用する
方法が挙げられる。すなわち、まず p型で (100)結晶面
方位のSi単結晶基板上に、厚さ 0.1μm 程度の SiO2 熱
酸化膜をドライ酸化法により形成し、さらにレジストを
スピンコート法により塗布する。次いで、ステッパを用
いて例えば 1μm 角の正方形開口部が得られるように、
露光、現像等のパターニングを行った後、NH4F ・HF混
合溶液により SiO2 膜のエッチングを行う。レジストを
除去した後、30wt%の KOH水溶液を用いて異方性エッチ
ングを行うことにより、図１（ａ）に示すように、Si単
結晶基板１１に例えば深さ0.71μm の逆ピラミッド上の
凹部１２が形成される。
形成する。このような凹部の形成方法としては、以下に
記すようなSi単結晶基板の異方性エッチングを利用する
方法が挙げられる。すなわち、まず p型で (100)結晶面
方位のSi単結晶基板上に、厚さ 0.1μm 程度の SiO2 熱
酸化膜をドライ酸化法により形成し、さらにレジストを
スピンコート法により塗布する。次いで、ステッパを用
いて例えば 1μm 角の正方形開口部が得られるように、
露光、現像等のパターニングを行った後、NH4F ・HF混
合溶液により SiO2 膜のエッチングを行う。レジストを
除去した後、30wt%の KOH水溶液を用いて異方性エッチ
ングを行うことにより、図１（ａ）に示すように、Si単
結晶基板１１に例えば深さ0.71μm の逆ピラミッド上の
凹部１２が形成される。
【００２３】次に、NH4 F ・HF混合溶液を用いて、 SiO
2 膜を一旦除去した後、図１（ｂ）に示すように、Si単
結晶基板１１上に凹部１２内を含めて SiO2 熱酸化絶縁
層１３を形成する。この実施例では、厚さ 0.5μm とな
るようにウェット酸化法によって、 SiO2 熱酸化絶縁層
１３を形成した。なお、この絶縁層１３は、ＣＶＤ法等
により SiO2 を堆積することによっても形成できるが、
熱酸化 SiO2 層は緻密質で、厚さの制御等が容易である
ことから好ましい。次いで、上記 SiO2 熱酸化絶縁層１
３上に、エミッタ材料層１４として例えば W層やMo層等
を形成する。エミッタ材料層１４は、凹部１２が充分に
埋められると共に、凹部１２以外の部分も一様となるよ
うに形成する。この実施例では、厚さ 2μm となるよう
にエミッタ材料層１４をスパッタリング法により形成し
た。さらに、ＩＴＯ導電層１５を同じくスパッタリング
法により、例えば厚さ 1μm となるように形成する。な
お、この導電層１５は、エミッタ材料層１４の材質によ
っては省くことができ、その場合にはエミッタ材料層１
４がカソード電極層を兼ねることとなる。
2 膜を一旦除去した後、図１（ｂ）に示すように、Si単
結晶基板１１上に凹部１２内を含めて SiO2 熱酸化絶縁
層１３を形成する。この実施例では、厚さ 0.5μm とな
るようにウェット酸化法によって、 SiO2 熱酸化絶縁層
１３を形成した。なお、この絶縁層１３は、ＣＶＤ法等
により SiO2 を堆積することによっても形成できるが、
熱酸化 SiO2 層は緻密質で、厚さの制御等が容易である
ことから好ましい。次いで、上記 SiO2 熱酸化絶縁層１
３上に、エミッタ材料層１４として例えば W層やMo層等
を形成する。エミッタ材料層１４は、凹部１２が充分に
埋められると共に、凹部１２以外の部分も一様となるよ
うに形成する。この実施例では、厚さ 2μm となるよう
にエミッタ材料層１４をスパッタリング法により形成し
た。さらに、ＩＴＯ導電層１５を同じくスパッタリング
法により、例えば厚さ 1μm となるように形成する。な
お、この導電層１５は、エミッタ材料層１４の材質によ
っては省くことができ、その場合にはエミッタ材料層１
４がカソード電極層を兼ねることとなる。
【００２４】一方、第２の基板となる構造基板として、
背面に厚さ 0.3μm のAl層１６をコートしたパイレック
スガラス基板（厚さ1mm)１７を用意し、図１（ｃ）に示
すように、ガラス基板１７と上記Si単結晶基板１１とを
エミッタ材料層１４を介するように接着する。この接着
には、例えば静電接着法を適用することができる。静電
接着法は、冷陰極装置の軽量化や薄型化に寄与する。
背面に厚さ 0.3μm のAl層１６をコートしたパイレック
スガラス基板（厚さ1mm)１７を用意し、図１（ｃ）に示
すように、ガラス基板１７と上記Si単結晶基板１１とを
エミッタ材料層１４を介するように接着する。この接着
には、例えば静電接着法を適用することができる。静電
接着法は、冷陰極装置の軽量化や薄型化に寄与する。
【００２５】ガラス基板１７背面のAl層１６を、 HNO3
・CH3 COOH・HFの混酸溶液で除去した後、エチレンジア
ミン、ピロカテコ−ルおよびピラジンの混合水溶液（エ
チレンジアミン：ピロカテコ−ル：ピラジン：水=75cc:
12g:3mg:10cc）でSi単結晶基板１１のみをエッチング除
去し、図１（ｄ）に示すように、 SiO2 熱酸化絶縁層１
３を露出させると共に、 SiO2 熱酸化絶縁層１３に覆わ
れたエミッタ材料によるピラミット形状（四角錐状）の
凸部１８を突出させる。このピラミット状凸部１８は、
Si単結晶基板１１の凹部１２内に充填されたエミッタ材
料に相当する。次に、ゲート電極層１９として例えば W
層を、図１（ｅ）に示すように、 SiO2 熱酸化絶縁層１
３に覆われた凸部１８の形状に沿って、 SiO2 熱酸化絶
縁層１３上に形成する。この実施例では、厚さ 0.5μm
となるようにスパッタリング法により W層１９を形成し
た。さらに、上記ゲート電極層１９および SiO2 熱酸化
絶縁層１３に覆われた凸部１８の先端が僅かに隠れる程
度に、フォトレジスト２０を形成する。この実施例で
は、約 0.9μm 程度の厚さでスピンコ−ト法によりフォ
トレジスト２０を塗布した。
・CH3 COOH・HFの混酸溶液で除去した後、エチレンジア
ミン、ピロカテコ−ルおよびピラジンの混合水溶液（エ
チレンジアミン：ピロカテコ−ル：ピラジン：水=75cc:
12g:3mg:10cc）でSi単結晶基板１１のみをエッチング除
去し、図１（ｄ）に示すように、 SiO2 熱酸化絶縁層１
３を露出させると共に、 SiO2 熱酸化絶縁層１３に覆わ
れたエミッタ材料によるピラミット形状（四角錐状）の
凸部１８を突出させる。このピラミット状凸部１８は、
Si単結晶基板１１の凹部１２内に充填されたエミッタ材
料に相当する。次に、ゲート電極層１９として例えば W
層を、図１（ｅ）に示すように、 SiO2 熱酸化絶縁層１
３に覆われた凸部１８の形状に沿って、 SiO2 熱酸化絶
縁層１３上に形成する。この実施例では、厚さ 0.5μm
となるようにスパッタリング法により W層１９を形成し
た。さらに、上記ゲート電極層１９および SiO2 熱酸化
絶縁層１３に覆われた凸部１８の先端が僅かに隠れる程
度に、フォトレジスト２０を形成する。この実施例で
は、約 0.9μm 程度の厚さでスピンコ−ト法によりフォ
トレジスト２０を塗布した。
【００２６】さらに、酸素プラズマによるドライエッチ
ングを行い、図１（ｆ）に示すように、ピラミット状凸
部１８に沿ったゲート電極層１９の先端１９ａ(SiO2 熱
酸化絶縁層１３の先端１３ａを含む）がある程度、例え
ば 0.7μm ほど現れるように、フォトレジスト２０をエ
ッチング除去する。その後、反応性イオンエッチングに
より、ピラミット状凸部１８の先端部１８ａの上に位置
するゲ−ト電極層１９および SiO2 熱酸化絶縁層１３を
除去し、図１（ｇ）に示すように、ゲ−ト電極層１９の
ピラミット状凸部１８の先端に相当する部分を開口させ
る。
ングを行い、図１（ｆ）に示すように、ピラミット状凸
部１８に沿ったゲート電極層１９の先端１９ａ(SiO2 熱
酸化絶縁層１３の先端１３ａを含む）がある程度、例え
ば 0.7μm ほど現れるように、フォトレジスト２０をエ
ッチング除去する。その後、反応性イオンエッチングに
より、ピラミット状凸部１８の先端部１８ａの上に位置
するゲ−ト電極層１９および SiO2 熱酸化絶縁層１３を
除去し、図１（ｇ）に示すように、ゲ−ト電極層１９の
ピラミット状凸部１８の先端に相当する部分を開口させ
る。
【００２７】レジスト２０を除去した後、NH4 F ・HF混
合溶液を用いて、さらにピラミット状凸部１８の先端部
１８ａの周囲の SiO2 熱酸化絶縁層１３を選択的にエッ
チング除去する。これによって、図１（ｈ）に示すよう
に、ゲ−ト電極層１９の開口部１９ｂが形成されると共
に、エミッタ材料によるピラミット状凸部１８の先端部
１８ａが露出され、ピラミット状の冷陰極すなわちエミ
ッタが形成される。
合溶液を用いて、さらにピラミット状凸部１８の先端部
１８ａの周囲の SiO2 熱酸化絶縁層１３を選択的にエッ
チング除去する。これによって、図１（ｈ）に示すよう
に、ゲ−ト電極層１９の開口部１９ｂが形成されると共
に、エミッタ材料によるピラミット状凸部１８の先端部
１８ａが露出され、ピラミット状の冷陰極すなわちエミ
ッタが形成される。
【００２８】上記の製造例により得られた電界放出型冷
陰極の構成を図２に示す。なお、図２はＩＴＯ導電層１
５の形成を省いた場合を示している。この電界放出型冷
陰極は、構造基板であるガラス基板１７上に、カソード
電極層を兼ねるエミッタ材料層１４が直接接合形成され
ており、このエミッタ材料層１４にはピラミット状凸部
１８がエミッタ（例えば Wエミッタ）として一体的に設
けられている。このピラミット状エミッタ１８は、Si単
結晶基板１１の凹部１２内に充填されたエミッタ材料に
相当するものである。
陰極の構成を図２に示す。なお、図２はＩＴＯ導電層１
５の形成を省いた場合を示している。この電界放出型冷
陰極は、構造基板であるガラス基板１７上に、カソード
電極層を兼ねるエミッタ材料層１４が直接接合形成され
ており、このエミッタ材料層１４にはピラミット状凸部
１８がエミッタ（例えば Wエミッタ）として一体的に設
けられている。このピラミット状エミッタ１８は、Si単
結晶基板１１の凹部１２内に充填されたエミッタ材料に
相当するものである。
【００２９】ピラミット状エミッタ１８は、電子放出部
となる先端部１８ａを除いて、 SiO2 熱酸化絶縁層１３
に覆われており、またこの SiO2 熱酸化絶縁層１３を介
してゲート電極層１９となる W層が形成されている。ゲ
ート電極層１９は、ピラミット状エミッタ１８の形状に
沿って形成されていると共に、エミッタ１８の先端部１
８ａを囲うよう設けられた開口部１９ｂを有している。
ピラミット状エミッタ１８の先端部１８ａは、上記ゲー
ト電極層１９の開口部１９ｂ内に配置されており、この
開口部１９ｂを介して、エミッタ先端部１８ａから電界
放出により電子が放出されるよう構成されている。
となる先端部１８ａを除いて、 SiO2 熱酸化絶縁層１３
に覆われており、またこの SiO2 熱酸化絶縁層１３を介
してゲート電極層１９となる W層が形成されている。ゲ
ート電極層１９は、ピラミット状エミッタ１８の形状に
沿って形成されていると共に、エミッタ１８の先端部１
８ａを囲うよう設けられた開口部１９ｂを有している。
ピラミット状エミッタ１８の先端部１８ａは、上記ゲー
ト電極層１９の開口部１９ｂ内に配置されており、この
開口部１９ｂを介して、エミッタ先端部１８ａから電界
放出により電子が放出されるよう構成されている。
【００３０】上述した実施例においては、凹部１２を設
けたSi単結晶基板１１上にまず SiO2 熱酸化絶縁層１３
を形成し、その後、エミッタ材料層１４を堆積により形
成しているため、絶縁層をＣＶＤ法等で形成している従
来の電界放出型冷陰極に比べて、ゲートーエミッタ間の
距離を精度よく制御することができる。また、エミッタ
材料としてはSiに限らず、仕事関数の低い種々の材料を
用いることができる。ピラミット状エミッタ１８は、Si
単結晶基板１１に設けた凹部１２内にエミッタ材料を充
填することにより形成しているため、凹部１２の形状に
応じたエミッタ１８を再現性よく得ることができる。そ
して、上記凹部１２は、異方性エッチングによる形状再
現性、および SiO2 熱酸化絶縁層１３の凹部１２内部へ
の成長作用により、底部を良好に尖らせた逆ピラミット
状とすることができるため、先端部１８ａが鋭く尖り、
かつ高さの均一性に優れたピラミッド状のエミッタ１８
を安定して得ることが可能となる。
けたSi単結晶基板１１上にまず SiO2 熱酸化絶縁層１３
を形成し、その後、エミッタ材料層１４を堆積により形
成しているため、絶縁層をＣＶＤ法等で形成している従
来の電界放出型冷陰極に比べて、ゲートーエミッタ間の
距離を精度よく制御することができる。また、エミッタ
材料としてはSiに限らず、仕事関数の低い種々の材料を
用いることができる。ピラミット状エミッタ１８は、Si
単結晶基板１１に設けた凹部１２内にエミッタ材料を充
填することにより形成しているため、凹部１２の形状に
応じたエミッタ１８を再現性よく得ることができる。そ
して、上記凹部１２は、異方性エッチングによる形状再
現性、および SiO2 熱酸化絶縁層１３の凹部１２内部へ
の成長作用により、底部を良好に尖らせた逆ピラミット
状とすることができるため、先端部１８ａが鋭く尖り、
かつ高さの均一性に優れたピラミッド状のエミッタ１８
を安定して得ることが可能となる。
【００３１】このようなエミッタ１８は、電界放出効率
およびその均一性が大幅に向上したものとなり、各種電
界放出型冷陰極を用いた電子装置の効率や均一性の改善
に寄与大きくする。さらに、本発明による電界放出型冷
陰極においては、 SiO2 熱酸化絶縁層１３がエミッタ１
８のピラミット形状に沿って形成されているため、電子
が放出される先端部以外のエミッタ部分が電気的に遮断
され、先端部への電界集中が増加し、電界放出効率の向
上が図れると共に、電界放出動作の安定性が向上する。
およびその均一性が大幅に向上したものとなり、各種電
界放出型冷陰極を用いた電子装置の効率や均一性の改善
に寄与大きくする。さらに、本発明による電界放出型冷
陰極においては、 SiO2 熱酸化絶縁層１３がエミッタ１
８のピラミット形状に沿って形成されているため、電子
が放出される先端部以外のエミッタ部分が電気的に遮断
され、先端部への電界集中が増加し、電界放出効率の向
上が図れると共に、電界放出動作の安定性が向上する。
【００３２】また、ピラミッド状エミッタ１８を含めて
エミッタ材料層１４をSi単結晶基板（第１の基板）１１
上に形成し、これと構造基板（ガラス基板）１７とを接
着した後、不要なSi単結晶を溶解除去しているため、ピ
ラミッド状エミッタ１８が形成された多数のSi単結晶基
板１１を 1枚の構造基板１７に集積することができる。
よって、冷陰極部の形成面積を容易に大きくすることが
でき、大面積の電界放出型冷陰極の形成が可能となる。
さらに、不要なSi単結晶を溶解除去し、エミッタ材料層
１４は結果的に構造基板１７に直接（もしくは導電層１
５を介して）形成された形態となるため、従来の冷陰極
のように、厚さが増大するようなこともない。よって、
薄型化した冷陰極を大面積内に容易に形成することがで
き、生産性の向上が図れると共に、種々の電子装置への
対応が図れる。
エミッタ材料層１４をSi単結晶基板（第１の基板）１１
上に形成し、これと構造基板（ガラス基板）１７とを接
着した後、不要なSi単結晶を溶解除去しているため、ピ
ラミッド状エミッタ１８が形成された多数のSi単結晶基
板１１を 1枚の構造基板１７に集積することができる。
よって、冷陰極部の形成面積を容易に大きくすることが
でき、大面積の電界放出型冷陰極の形成が可能となる。
さらに、不要なSi単結晶を溶解除去し、エミッタ材料層
１４は結果的に構造基板１７に直接（もしくは導電層１
５を介して）形成された形態となるため、従来の冷陰極
のように、厚さが増大するようなこともない。よって、
薄型化した冷陰極を大面積内に容易に形成することがで
き、生産性の向上が図れると共に、種々の電子装置への
対応が図れる。
【００３３】さらに、上述したゲートーエミッタ間の距
離の正確な制御や、エミッタ１８の形状再現性の向上
は、ゲートーエミッタ間を流れる電子流の抑制にも寄与
する。これにより、高効率で電子の放出を行うことが可
能となる。例えば、平板型画像形成装置においては、個
々の冷陰極部に相当する画素の発光効率を高めることが
できると共に、画素間での輝度のばらつきを低減するこ
とが可能となる。
離の正確な制御や、エミッタ１８の形状再現性の向上
は、ゲートーエミッタ間を流れる電子流の抑制にも寄与
する。これにより、高効率で電子の放出を行うことが可
能となる。例えば、平板型画像形成装置においては、個
々の冷陰極部に相当する画素の発光効率を高めることが
できると共に、画素間での輝度のばらつきを低減するこ
とが可能となる。
【００３４】次に、上記実施例による電界放出型冷陰極
を用いた平板型画像表示装置について述べる。この実施
例の平板型画像表示装置３０は、図３に示すように、電
界放出型のピラミッド状エミッタ１８が多数形成された
ガラス基板１７（以下、冷陰極板２１と記す）と、蛍光
体層３１およびＩＴＯからなる透明電極（アノード電
極）層３２が順に積層形成されたガラスフェイスプレイ
ト３３とが所定の間隙を設けて対向配置されており、こ
れらにより真空筐体が構成されている。すなわち冷陰極
板２１は、真空筐体の一部として用いられている。
を用いた平板型画像表示装置について述べる。この実施
例の平板型画像表示装置３０は、図３に示すように、電
界放出型のピラミッド状エミッタ１８が多数形成された
ガラス基板１７（以下、冷陰極板２１と記す）と、蛍光
体層３１およびＩＴＯからなる透明電極（アノード電
極）層３２が順に積層形成されたガラスフェイスプレイ
ト３３とが所定の間隙を設けて対向配置されており、こ
れらにより真空筐体が構成されている。すなわち冷陰極
板２１は、真空筐体の一部として用いられている。
【００３５】冷陰極板２１には、図４に示すように、カ
ソード電極を兼ねるエミッタ材料層１４とゲート電極層
１９とが、互いに交差するネットワークとして形成され
ており、これらの各交点に各画素を形成する冷陰極形成
領域２２がそれぞれ設定されている。 1画素に対応する
各冷陰極形成領域２２は、それぞれ多数例えば50個のピ
ラミット状エミッタ１８を有している。また、ガラスフ
ェイスプレイト３３に形成された蛍光体層３１は、各画
素に対応する赤色発光蛍光体層３１ａ、緑色発光蛍光体
層３１ｂおよび青色発光蛍光体層３１ｃにより構成され
ており、これらは各冷陰極形成領域２２にそれぞれ対応
して設けられている。各色の蛍光体層３１ａ、３１ｂ、
３１ｃは、それぞれ水平方向に順次繰り返し形成されて
いる。
ソード電極を兼ねるエミッタ材料層１４とゲート電極層
１９とが、互いに交差するネットワークとして形成され
ており、これらの各交点に各画素を形成する冷陰極形成
領域２２がそれぞれ設定されている。 1画素に対応する
各冷陰極形成領域２２は、それぞれ多数例えば50個のピ
ラミット状エミッタ１８を有している。また、ガラスフ
ェイスプレイト３３に形成された蛍光体層３１は、各画
素に対応する赤色発光蛍光体層３１ａ、緑色発光蛍光体
層３１ｂおよび青色発光蛍光体層３１ｃにより構成され
ており、これらは各冷陰極形成領域２２にそれぞれ対応
して設けられている。各色の蛍光体層３１ａ、３１ｂ、
３１ｃは、それぞれ水平方向に順次繰り返し形成されて
いる。
【００３６】上述したような平板型画像表示装置３０を
用い、画素信号に応じて、ゲート−カソード間に 30Vの
電圧、およびアノード−カソード間に200Vの電圧を印加
して駆動させたところ、画素の発光輝度に優れると共
に、各画素間での輝度ばらつきが少ない、良好な画像を
得ることができた。
用い、画素信号に応じて、ゲート−カソード間に 30Vの
電圧、およびアノード−カソード間に200Vの電圧を印加
して駆動させたところ、画素の発光輝度に優れると共
に、各画素間での輝度ばらつきが少ない、良好な画像を
得ることができた。
【００３７】この実施例の平板型画像表示装置において
は、前述した形状精度および形状均一性に優れると共
に、ゲート−エミッタ間の距離精度に優れたピラミッド
状電界放出型エミッタ１８を用いているため、発光輝度
に優れ、かつ発光輝度のばらつきが少ない画像を安定し
て得ることができる。さらに、ここで用いた電界放出型
冷陰極は、電子の放出効率に優れているため、消費電力
の低減にも寄与する。
は、前述した形状精度および形状均一性に優れると共
に、ゲート−エミッタ間の距離精度に優れたピラミッド
状電界放出型エミッタ１８を用いているため、発光輝度
に優れ、かつ発光輝度のばらつきが少ない画像を安定し
て得ることができる。さらに、ここで用いた電界放出型
冷陰極は、電子の放出効率に優れているため、消費電力
の低減にも寄与する。
【００３８】また、真空筐体の一部となる冷陰極板２１
は、基材がガラス基板（構造基板）１７であるため、高
真空に絶え得る強度を有している。さらに、冷陰極の製
造時に、ガラス基板１７上にエミッタ１８を形成したSi
単結晶基板（１１）を多数接着すれば、大画面の平板型
画像表示装置を容易に得ることができ、このような場合
においても十分な強度を維持することができる。
は、基材がガラス基板（構造基板）１７であるため、高
真空に絶え得る強度を有している。さらに、冷陰極の製
造時に、ガラス基板１７上にエミッタ１８を形成したSi
単結晶基板（１１）を多数接着すれば、大画面の平板型
画像表示装置を容易に得ることができ、このような場合
においても十分な強度を維持することができる。
【００３９】次に、本発明の他の実施例による平板型画
像表示装置について、図５を参照して説明する。この実
施例の平板型画像表示装置４０は、第２の蛍光体層とし
て、各冷陰極形成領域２２に相当するゲート電極層１９
上にも、それぞれ赤色発光蛍光体層４１ａ、緑色発光蛍
光体層４１ｂおよび青色発光蛍光体層４１ｃが設けられ
いる。これらゲート電極層１９側の各蛍光体層４１ａ、
４１ｂ、４１ｃは、それぞれ対向するガラスフェイスプ
レイト３３側の各蛍光体層３１ａ、３１ｂ、３１ｃと同
色とされている。ゲート電極層１９側の各蛍光体層４１
ａ、４１ｂ、４１ｃは、例えばスパッタリング法によっ
て形成したり、また 1画素当りの大きさが大きいとき
は、印刷法により形成することもできる。なお、平板型
画像表示装置４０の上記した以外の構成は、前述した平
板型画像表示装置３０と同一とされている。
像表示装置について、図５を参照して説明する。この実
施例の平板型画像表示装置４０は、第２の蛍光体層とし
て、各冷陰極形成領域２２に相当するゲート電極層１９
上にも、それぞれ赤色発光蛍光体層４１ａ、緑色発光蛍
光体層４１ｂおよび青色発光蛍光体層４１ｃが設けられ
いる。これらゲート電極層１９側の各蛍光体層４１ａ、
４１ｂ、４１ｃは、それぞれ対向するガラスフェイスプ
レイト３３側の各蛍光体層３１ａ、３１ｂ、３１ｃと同
色とされている。ゲート電極層１９側の各蛍光体層４１
ａ、４１ｂ、４１ｃは、例えばスパッタリング法によっ
て形成したり、また 1画素当りの大きさが大きいとき
は、印刷法により形成することもできる。なお、平板型
画像表示装置４０の上記した以外の構成は、前述した平
板型画像表示装置３０と同一とされている。
【００４０】上述した平板型画像表示装置４０を用い、
画素信号に応じて、ゲート−カソード間に 30Vの電圧、
およびアノード−カソード間に200Vの電圧を印加して駆
動させたところ、画素の発光輝度がより一層優れると共
に、各画素間での輝度ばらつきが少ない、良好な画像を
得ることができた。
画素信号に応じて、ゲート−カソード間に 30Vの電圧、
およびアノード−カソード間に200Vの電圧を印加して駆
動させたところ、画素の発光輝度がより一層優れると共
に、各画素間での輝度ばらつきが少ない、良好な画像を
得ることができた。
【００４１】ここで、一般的な電界放出型冷陰極におい
ては、通常のＣ−ＣＲＴに比較して、カソード−アノー
ド間の放電電流（電子線流）は 50%〜 80%程度であり、
残りの大部分の放電電流はゲート−カソード間に流れ
る。よって、この実施例の平板型画像表示装置４０よう
に、ゲート電極層１９上にも各色の蛍光体層４１ａ、４
１ｂ、４１ｃを設けておくことによって、これらが効率
よく発光し、かつこの光は金属材料からなるゲート電極
層１９自身により反射され、ゲート電極層１９がメタル
バック作用を持つことになるので、このゲート電極層１
９上の蛍光体層４１からの発光とフェイスプレイト３３
上の蛍光体層３１からの発光とが相俟って、高い発光効
率が得られる。
ては、通常のＣ−ＣＲＴに比較して、カソード−アノー
ド間の放電電流（電子線流）は 50%〜 80%程度であり、
残りの大部分の放電電流はゲート−カソード間に流れ
る。よって、この実施例の平板型画像表示装置４０よう
に、ゲート電極層１９上にも各色の蛍光体層４１ａ、４
１ｂ、４１ｃを設けておくことによって、これらが効率
よく発光し、かつこの光は金属材料からなるゲート電極
層１９自身により反射され、ゲート電極層１９がメタル
バック作用を持つことになるので、このゲート電極層１
９上の蛍光体層４１からの発光とフェイスプレイト３３
上の蛍光体層３１からの発光とが相俟って、高い発光効
率が得られる。
【００４２】なお、上記実施例の平板型画像表示装置４
０では、本発明によるピラミット状冷陰極を用いた例に
ついて説明したが、ゲート電極層上の蛍光体層はこれに
限らず、種々の製造方法による電界放出型冷陰極に対し
て有効である。特に、ゲート−カソード間の放電電流が
大きいと考えられる、従来の図９に示した回転蒸着法に
よる冷陰極を用いる場合において、ゲート電極層上の第
２の蛍光体層はより一層効果を発揮する。
０では、本発明によるピラミット状冷陰極を用いた例に
ついて説明したが、ゲート電極層上の蛍光体層はこれに
限らず、種々の製造方法による電界放出型冷陰極に対し
て有効である。特に、ゲート−カソード間の放電電流が
大きいと考えられる、従来の図９に示した回転蒸着法に
よる冷陰極を用いる場合において、ゲート電極層上の第
２の蛍光体層はより一層効果を発揮する。
【００４３】すなわち、図６に示すように、Si単結晶基
板上１の SiO2 絶縁層２に設けたピンホール５内に、上
記回転斜め蒸着法により形成したエミッタ７を用いる場
合、ピンホール５の周囲のゲート電極層３上に、それぞ
れ第２の蛍光体層４１を設ける。このようにすることに
よって、ゲート−エミッタ間の距離のばらつきやエミッ
タ形状のばらつきが大きく、ゲート−カソード間の放電
電流が増大しやすい、回転斜め蒸着法によるエミッタ７
を用いる場合においても、良好な発光効率が得られると
共に、各画素間での輝度のばらつきを低減することがで
きる。
板上１の SiO2 絶縁層２に設けたピンホール５内に、上
記回転斜め蒸着法により形成したエミッタ７を用いる場
合、ピンホール５の周囲のゲート電極層３上に、それぞ
れ第２の蛍光体層４１を設ける。このようにすることに
よって、ゲート−エミッタ間の距離のばらつきやエミッ
タ形状のばらつきが大きく、ゲート−カソード間の放電
電流が増大しやすい、回転斜め蒸着法によるエミッタ７
を用いる場合においても、良好な発光効率が得られると
共に、各画素間での輝度のばらつきを低減することがで
きる。
【００４４】次に、ゲート電極層のエミッタ開口部にも
蛍光体層を形成した、本発明の他の実施例による平板型
画像表示装置の電界放出型冷陰極板の製造工程ついて、
図７を参照して述べる。まず、Si基板５１上に厚さ 1.2
μm の SiO2 絶縁層５２をＣＶＤ法により形成する。次
に、 SiO2 絶縁層５２上に、電子ビーム蒸着により厚さ
0.5μm のMo層５３を形成する。さらに、その上にレジ
ストをスピンコート法を用いて塗布し、電子ビームを照
射してパターニングを行う。レジストを除去した後、Mo
層５３を選択エッチングして開口部５４を開ける。ま
た、レジストを完全に除去した後、HF溶液を用いて SiO
2 絶縁層５２をエッチングし、 SiO2 絶縁層５２に凹部
５５を設ける。次に、Si基板５１を回転させ、一定の角
度で傾けてAlをMo層５３上に蒸着することにより、Al層
５６を形成する。この状態を図７（ａ）に示す。
蛍光体層を形成した、本発明の他の実施例による平板型
画像表示装置の電界放出型冷陰極板の製造工程ついて、
図７を参照して述べる。まず、Si基板５１上に厚さ 1.2
μm の SiO2 絶縁層５２をＣＶＤ法により形成する。次
に、 SiO2 絶縁層５２上に、電子ビーム蒸着により厚さ
0.5μm のMo層５３を形成する。さらに、その上にレジ
ストをスピンコート法を用いて塗布し、電子ビームを照
射してパターニングを行う。レジストを除去した後、Mo
層５３を選択エッチングして開口部５４を開ける。ま
た、レジストを完全に除去した後、HF溶液を用いて SiO
2 絶縁層５２をエッチングし、 SiO2 絶縁層５２に凹部
５５を設ける。次に、Si基板５１を回転させ、一定の角
度で傾けてAlをMo層５３上に蒸着することにより、Al層
５６を形成する。この状態を図７（ａ）に示す。
【００４５】次に、Si基板５１を回転させながら、Si基
板５１に垂直にMo５７を電子ビーム蒸着により堆積す
る。このとき、Mo５７はAl層５６上およびSi基板５１上
のみならず、Al層５６の側面にも堆積するので、開口部
５４の直径は次第に小さくなっていく。これに伴って、
凹部５５内のSi基板５１上に堆積したMoの蒸着範囲も小
さくなっていくために、Si基板５１上にはMoからなる円
錐状のエミッタ５８が形成される。この状態を図７
（ｂ）に示す。
板５１に垂直にMo５７を電子ビーム蒸着により堆積す
る。このとき、Mo５７はAl層５６上およびSi基板５１上
のみならず、Al層５６の側面にも堆積するので、開口部
５４の直径は次第に小さくなっていく。これに伴って、
凹部５５内のSi基板５１上に堆積したMoの蒸着範囲も小
さくなっていくために、Si基板５１上にはMoからなる円
錐状のエミッタ５８が形成される。この状態を図７
（ｂ）に示す。
【００４６】次に、堆積したMo層５７およびAl層５６を
除去した後（図７（ｃ））、Si基板５１を回転させなが
ら、赤色、緑色、青色等の蛍光体層５９を、斜め蒸着法
または斜めスパッタリング法で、斜め方向例えば回転軸
に対して75度の方向から堆積させることによって、開口
部５４にせりだして形成し、この実施例の冷陰極板が完
成する。この状態を図７（ｄ）に示す。
除去した後（図７（ｃ））、Si基板５１を回転させなが
ら、赤色、緑色、青色等の蛍光体層５９を、斜め蒸着法
または斜めスパッタリング法で、斜め方向例えば回転軸
に対して75度の方向から堆積させることによって、開口
部５４にせりだして形成し、この実施例の冷陰極板が完
成する。この状態を図７（ｄ）に示す。
【００４７】このようにして得た冷陰極板を用いた平板
型画像表示装置では、ゲート電極層（Mo層５３）の開口
部５４にも蛍光体層が形成されているため、単にゲート
電極層上に蛍光体層を形成した前述の実施例の平板型画
像表示装置に比較し、ゲート−カソード間に流れる電子
流が有効に蛍光体層５９に入射する。そのため、ゲート
とカソード間に 30Vの電圧、アノードとカソード間に20
0Vの電圧を印加して駆動したところ、単にゲート電極層
上に蛍光体層を形成した平板型画像表示装置に比較し、
さらに画素の輝度が大きく、また輝度のばらつきも一層
少ない良好な画像特性を得ることができた。
型画像表示装置では、ゲート電極層（Mo層５３）の開口
部５４にも蛍光体層が形成されているため、単にゲート
電極層上に蛍光体層を形成した前述の実施例の平板型画
像表示装置に比較し、ゲート−カソード間に流れる電子
流が有効に蛍光体層５９に入射する。そのため、ゲート
とカソード間に 30Vの電圧、アノードとカソード間に20
0Vの電圧を印加して駆動したところ、単にゲート電極層
上に蛍光体層を形成した平板型画像表示装置に比較し、
さらに画素の輝度が大きく、また輝度のばらつきも一層
少ない良好な画像特性を得ることができた。
【００４８】次に、本発明による電子装置の他の例とし
て、図８を参照して電子線描画装置について述べる。図
８は、前述した実施例で作製した電界放出型冷陰極を用
いた電子線描画装置の概略図である。図中６１は、前述
した実施例で作製したピラミット状エミッタを有する電
界放出型冷陰極であり、６２はSiウエハ、６３はステー
ジ、６４は防振台である。電界放出型冷陰極６１から高
真空(7×10-8Torr程度）に保った容器６５内に放射され
た電子線ｅは、電子源駆動装置６６により描画情報信号
に応じて変調（on/off制御）され、また偏向電極６７に
より電子源駆動装置６６の場合と同じく、描画情報信号
に応じて偏向され、Siウエハ６２上にパターンが描画さ
れる。この実施例では、さらに放出された電子線ｅの収
束性を向上させるために、収束用の電磁レンズ６８を設
置し、電磁レンズ駆動装置６９により制御した。また、
ステージ６３と偏向電極６７とは、同期制御機構７０に
より同期させた。このような電子線描画装置において、
電界放出型冷陰極６１に 30Vの電圧を印加し、電子線ｅ
を放出させると共に、電子線ｅの偏向およびステージ６
３の移動を描画情報信号に応じて行ったところ、高精細
のパターンをSiウエハ６２上に描画することができた。
て、図８を参照して電子線描画装置について述べる。図
８は、前述した実施例で作製した電界放出型冷陰極を用
いた電子線描画装置の概略図である。図中６１は、前述
した実施例で作製したピラミット状エミッタを有する電
界放出型冷陰極であり、６２はSiウエハ、６３はステー
ジ、６４は防振台である。電界放出型冷陰極６１から高
真空(7×10-8Torr程度）に保った容器６５内に放射され
た電子線ｅは、電子源駆動装置６６により描画情報信号
に応じて変調（on/off制御）され、また偏向電極６７に
より電子源駆動装置６６の場合と同じく、描画情報信号
に応じて偏向され、Siウエハ６２上にパターンが描画さ
れる。この実施例では、さらに放出された電子線ｅの収
束性を向上させるために、収束用の電磁レンズ６８を設
置し、電磁レンズ駆動装置６９により制御した。また、
ステージ６３と偏向電極６７とは、同期制御機構７０に
より同期させた。このような電子線描画装置において、
電界放出型冷陰極６１に 30Vの電圧を印加し、電子線ｅ
を放出させると共に、電子線ｅの偏向およびステージ６
３の移動を描画情報信号に応じて行ったところ、高精細
のパターンをSiウエハ６２上に描画することができた。
【００４９】なお、上記各実施例においては、本発明に
よる電界放出型冷陰極を平板型画像形成装置や電子線描
画装置に適用した例について説明したが、本発明の電界
放出型冷陰極はこれらに限らず、例えば超高速マイクロ
波デバイス、パワーデバイス、電子線デバイス等の各種
電子装置に有効である。
よる電界放出型冷陰極を平板型画像形成装置や電子線描
画装置に適用した例について説明したが、本発明の電界
放出型冷陰極はこれらに限らず、例えば超高速マイクロ
波デバイス、パワーデバイス、電子線デバイス等の各種
電子装置に有効である。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電界放出
型冷陰極の製造方法によれば、形状の再現性（先端部の
尖鋭さ等）や均一性に優れたエミッタが安定して得られ
ると共に、ゲート−エミッタ間の距離を正確に制御する
ことができる。よって、電界放出効率に優れると共に、
そのばらつきを大幅に抑制した、高性能の電界放出型冷
陰極を再現性よく提供することが可能となる。また、冷
陰極の薄さを維持した上で、その形成領域を大面積化す
ることができるため、生産性の向上を図ることができる
と共に、種々の電子装置への対応が可能となる。さら
に、本発明の電界放出型冷陰極は、それを装置筐体の一
部等として用いた場合においても、十分な強度が得ら
れ、例えば平板型画像表示装置等に好適である。またさ
らに、本発明のによれば、画素の発光輝度を増大させる
と共に、各画素間における輝度のばらつきを低減するこ
とが可能となる。
型冷陰極の製造方法によれば、形状の再現性（先端部の
尖鋭さ等）や均一性に優れたエミッタが安定して得られ
ると共に、ゲート−エミッタ間の距離を正確に制御する
ことができる。よって、電界放出効率に優れると共に、
そのばらつきを大幅に抑制した、高性能の電界放出型冷
陰極を再現性よく提供することが可能となる。また、冷
陰極の薄さを維持した上で、その形成領域を大面積化す
ることができるため、生産性の向上を図ることができる
と共に、種々の電子装置への対応が可能となる。さら
に、本発明の電界放出型冷陰極は、それを装置筐体の一
部等として用いた場合においても、十分な強度が得ら
れ、例えば平板型画像表示装置等に好適である。またさ
らに、本発明のによれば、画素の発光輝度を増大させる
と共に、各画素間における輝度のばらつきを低減するこ
とが可能となる。
【図１】本発明の一実施例による電界放出型冷陰極の製
造工程を示す断面図である。
造工程を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例による電界放出型冷陰極を示
す部分断面斜視図である。
す部分断面斜視図である。
【図３】本発明の一実施例による平板型画像表示装置の
要部を示す断面図である。
要部を示す断面図である。
【図４】図３に示す平板型画像表示装置の要部構成を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図５】本発明の他の実施例による平板型画像表示装置
の要部の構成を示す斜視図である。
の要部の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明のさらに他の実施例による平板型画像表
示装置の要部を示す断面図である。
示装置の要部を示す断面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施例による平板型画像表
示装置の冷陰極板の製造工程を示す断面図である。
示装置の冷陰極板の製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施例による電界放出型冷陰極を用
いた電子線描画装置の概略構成を示す図である。
いた電子線描画装置の概略構成を示す図である。
【図９】従来の電界放出型冷陰極の製造工程を示す断面
図である。
図である。
【図１０】従来の平板型画像表示装置の構成を説明する
ための図である。
ための図である。
１１……Si単結晶基板からなる第１の基板 １２……凹部 １３…… SiO2 熱酸化絶縁 １４……エミッタ材料層 １７……ガラス基板からなる第２の基板 １８……エミッタとなるピラミット状凸部 １８ａ…エミッタ先端部 １９……ゲート電極層 １９ｂ…開口部 ２１……冷陰極板 ３０、４０……平板型画像表示装置 ３１……蛍光体層 ３２……アノード電極層 ３３……ガラスフェースプレート
Claims (3)
- 【請求項１】 第１の基板に、底部を尖らせた凹部を設
ける工程と、 前記凹部内を含めて前記第１の基板表面に絶縁層を形成
する工程と、 前記凹部内を埋めつつ、前記絶縁層上にエミッタ材料層
を形成する工程と、 前記第１の基板と構造基板からなる第２の基板とを、前
記エミッタ材料層が介在するように接合する工程と、 前記第１の基板をエッチングにより除去し、前記絶縁層
を露出させると共に、前記凹部内に充填された前記エミ
ッタ材料に相当する凸部を突出させる工程と、 前記露出された絶縁層上に、ゲート電極層を形成する工
程と、 前記凸部の先端部が露出するように、前記絶縁層および
ゲート電極層の一部を除去し、エミッタを形成する工程
とを有することを特徴とする電界放出型冷陰極の製造方
法。 - 【請求項２】 構造基板と、 前記構造基板上に接合形成され、先端部が尖鋭な凸状の
エミッタを有するエミッタ材料層と、 前記エミッタ材料層上に、前記エミッタの先端部が露出
するように設けられた絶縁層と、 前記絶縁層を介して前記エミッタの形状に沿って設けら
れると共に、該エミッタの先端部を囲う開口部を有する
ゲート電極層とを具備することを特徴とする電界放出型
冷陰極。 - 【請求項３】 蛍光体層とアノード電極層とが順に形成
されたフェースプレートと、 前記蛍光体層と対向して配置され、カソード電極層と、
このカソード電極層上に設けられたエミッタと、前記エ
ミッタから放出される電子流を制御するゲート電極層と
を有する電界放出型冷陰極板とを具備し、 前記エミッタ周囲の前記ゲート電極層上および／または
前記ゲート電極層のエミッタ開口部に、第２の蛍光体層
が形成されていることを特徴とする平板型画像表示装
置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18675392A JP3253683B2 (ja) | 1992-07-14 | 1992-07-14 | 電界放出型冷陰極板の製造方法 |
| DE4310604A DE4310604C2 (de) | 1992-07-14 | 1993-03-31 | Feldemissions-Kathodenaufbau, Verfahren zur Herstellung desselben und diesen verwendende Flachschirm-Anzeigeeinrichtung |
| KR1019930013114A KR0133498B1 (ko) | 1992-07-14 | 1993-07-13 | 전계방출형냉음극제조방법,그것을이용한전계방출형냉음극,및평판형화상표시장치 |
| US08/291,937 US5499938A (en) | 1992-07-14 | 1994-08-16 | Field emission cathode structure, method for production thereof, and flat panel display device using same |
| US08/551,429 US6281621B1 (en) | 1992-07-14 | 1995-11-01 | Field emission cathode structure, method for production thereof, and flat panel display device using same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18675392A JP3253683B2 (ja) | 1992-07-14 | 1992-07-14 | 電界放出型冷陰極板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0636682A true JPH0636682A (ja) | 1994-02-10 |
| JP3253683B2 JP3253683B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=16194044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18675392A Expired - Fee Related JP3253683B2 (ja) | 1992-07-14 | 1992-07-14 | 電界放出型冷陰極板の製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3253683B2 (ja) |
| KR (1) | KR0133498B1 (ja) |
| DE (1) | DE4310604C2 (ja) |
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| US5836797A (en) * | 1995-07-27 | 1998-11-17 | Yamaha Corporation | Method of manufacturing a field emission array |
| US5925975A (en) * | 1996-03-27 | 1999-07-20 | Nec Corporation | Vacuum microdevice and method of manufacturing the same |
| US6297586B1 (en) | 1998-03-09 | 2001-10-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Cold-cathode power switching device of field-emission type |
| KR100287060B1 (ko) * | 1997-11-25 | 2001-10-24 | 정선종 | 전계 방출 소자의 제조 방법 |
| JP2009086531A (ja) * | 2007-10-02 | 2009-04-23 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 画素基板及び空間光変調器並びに画素基板の製造方法 |
| JP2011066273A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Konica Minolta Holdings Inc | 微細マスクパターンの形成方法、ナノインプリントリソグラフィ方法および微細構造体の製造方法 |
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| JP3231528B2 (ja) * | 1993-08-17 | 2001-11-26 | 株式会社東芝 | 電界放出型冷陰極およびその製造方法 |
| US5795208A (en) * | 1994-10-11 | 1998-08-18 | Yamaha Corporation | Manufacture of electron emitter by replica technique |
| US5599749A (en) * | 1994-10-21 | 1997-02-04 | Yamaha Corporation | Manufacture of micro electron emitter |
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| DE19926601B4 (de) * | 1998-09-12 | 2007-03-29 | Witec Wissenschaftliche Instrumente Und Technologie Gmbh | Apertur in einem Halbleitermaterial sowie Herstellung der Apertur und Verwendung |
| US6794296B1 (en) * | 1998-09-12 | 2004-09-21 | Universitat Gesamthochschule Kassel | Aperture in a semiconductor material, and the production and use thereof |
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|---|---|---|---|---|
| NL7604569A (nl) * | 1976-04-29 | 1977-11-01 | Philips Nv | Veldemitterinrichting en werkwijze tot het vormen daarvan. |
-
1992
- 1992-07-14 JP JP18675392A patent/JP3253683B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-03-31 DE DE4310604A patent/DE4310604C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-07-13 KR KR1019930013114A patent/KR0133498B1/ko not_active IP Right Cessation
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE4310604C2 (de) | 2001-10-31 |
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