JPH07254355A - 電界放出型冷陰極アレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易かつ短いスループットで形成することが
可能な、大面積にわたって均一な寸法および形状の電界
放出型冷陰極アレイを実現する。 【構成】 隣り合う第１の基板１１どうしのスペース
（間隙）に、アノード電極層８とエミッタ２の先端部と
の間隙距離を保持するための基板間隙保持部材５を堆積
形成させる。この基板間隙保持部材５を堆積することに
よって冷陰極アレイ（エミッタ２のアレイ）を大面積化
するとともに、基板間隙保持部材５とアノード電極層８
との間隔距離を大面積にわたって均一に保持すること
を、簡易な方法で実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大面積にわたって電界
放出型冷陰極をアレイ状に形成した電界放出型冷陰極ア
レイに関する。

【０００２】

【従来の技術】電界放出型冷陰極は、超高速マイクロ波
デバイス、パワーデバイス、その他電子デバイス等への
応用が近年進められている。特に、電界放出型冷陰極の
画像表示装置への応用が近年注目され、それを実現する
ための研究・開発が進められている。電界放出型冷陰極
を用いることによって自己発光型の平板な画像表示装置
の実現が可能となる。また従来の液晶表示装置のような
視野角に依存したコントラスト特性が異なるといった視
野角特性の問題が生じることもないというメリットもあ
る。またバックライトあるいは反射鏡が不用で、構造の
簡易化および消費電力の低減が可能といったメリットも
ある。このような意味で、電界放出型冷陰極の画像表示
装置への応用は極めて広がりが大きくかつメリットの大
きなものであるため、この分野は電界放出型冷陰極の応
用が特に期待される分野である。

【０００３】そのような電界放出型冷陰極を用いた画像
表示装置は、表示装置の画質、信頼性の点から、冷陰極
のｔｉｐ先端を一様な寸法および形状に形成することが
望ましい。また画像表示としての応用の展開を考える場
合、小型の表示画面はもとより、大型の表示画面を実現
することも重要である。

【０００４】特に近年、民生用のテレビ等のディスプレ
イ用途をはじめとして、産業用としても例えば情報処理
装置の表示端末装置に画像表示装置が用いられる場合な
どにも、大型の画面で画像を表示することが要求されて
いる。そこで、そのような表示画面の大型化を電界放出
型冷陰極を用いた表示装置で実現する技術が種々検討さ
れているが、特にそのような大型画面の表示装置の実現
には次に述べるような課題があった。

【０００５】冷陰極を形成する方法としては従来、回転
蒸着を用いる方法や結晶の異方性エッチングを用いる方
法等が提案されていた。

【０００６】従来の回転蒸着法では、一つ一つの冷陰極
ごとにそれを中心として基板を回転させながら形成して
いかねばならないため、極めて多数個の冷陰極をアレイ
状に形成する必要のある画像表示装置用の場合には、そ
の製造工程に長時間を要するという問題があった。しか
もそれによって形成される冷陰極アレイは、その一つ一
つが大面積で均一とはならず、ばらつきが大きくなると
いう問題があった。

【０００７】一方、例えば単結晶シリコン等の結晶を異
方性エッチングで加工して冷陰極アレイを形成するとい
う異方性エッチング法では、大面積の結晶基板が必要と
なり、例えばＡ４判サイズの画像表示装置を実現するに
はＡ４判サイズの単結晶シリコンウェハが必要であるこ
とになるが、そのような大型の単結晶基板の作製は実際
上困難であり、現実的でないという問題がある。

【０００８】均一な冷陰極をアレイ状に形成するための
方法として、本出願人は特願平4-186753に開示した転写
法による製造方法を開発した。その技術の要点を簡潔に
述べると、単結晶基板に凹部を形成し、その凹部に冷陰
極材料を堆積させて冷陰極を形成するという技術であ
る。この製造方法によれば、簡易に均一な形状および寸
法の冷陰極を形成することができ、基板内に均一な冷陰
極をアレイ状に形成することが可能となる。

【０００９】しかしながら、このような方法においても
最初に用いる凹部を設けた基板を大面積に形成すること
は、前述の結晶大型基板を用意することが困難であるの
と同様に極めて困難で、この基板の面積は高々従来から
用いられているシリコンウエハーの直径 5乃至 6インチ
程度が限度であり、最高でも 8インチ以下のシリコンウ
ェハーにアレイの外形寸法が限定される。

【００１０】従って、前述のような均一な冷陰極を得る
転写法を用いても、表示装置として必要と考えられる例
えば10インチ以上の大面積対応の電界放出型冷陰極アレ
イの実現は困難であった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
技術では、電界放出型冷陰極を特にアレイ状に均一に大
面積にわたって形成することは困難であった。従って特
に電界放出型冷陰極アレイを用いて大型画面の画像表示
装置を形成することは実質上不可能であった。

【００１２】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたもので、その目的は、簡易かつ短いスループ
ットで形成することが可能な、大面積にわたって均一な
寸法および形状の電界放出型冷陰極アレイを実現するこ
とにある。

【００１３】そしてそのような大面積の電界放出型冷陰
極アレイを実現可能とすることによって、例えば大型画
面の画像表示装置や、大面積に電界放出型冷陰極アレイ
を集積化してなる大規模集積回路を形成することを可能
とすることを、さらにその用途上の目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の電界効果型冷陰極アレイは、先端が尖った
形状の複数のエミッタが主面上にアレイ状に突設された
エミッタ材料層と、前記エミッタの先端部を露出させつ
つ前記エミッタ材料層上を被覆するように形成された絶
縁層と、前記絶縁層上を被覆するとともに前記エミッタ
の先端部を露出させて該先端部の周囲を非接触に囲むよ
うに開口が形成されたゲート電極層と、前記複数のエミ
ッタどうしの間隙部分の前記エミッタ材料層の主面上で
かつ前記エミッタ材料層と同じ形成材料から形成されて
おり前記エミッタ材料層の主面から前記エミッタの先端
までの高さよりも前記エミッタ材料層の主面上からの頂
面の高さが高く形成された基板間隙保持部材とを備えた
冷陰極アレイ基板と、支持基板上にアノード電極が形成
されており、前記基板間隙保持部材の高さ方向頂面で前
記冷陰極アレイ基板に接合されて前記基板間隙保持部材
によって間隙を保持されつつ前記冷陰極アレイ基板と対
向配置されたアノード基板とを具備することを特徴とし
ている。

【００１５】なお、前記のアノード基板上に形成される
アノード電極の上を覆うように蛍光体層を形成すれば、
エミッタから放出されてアノード電極へと飛来して来る
電子が蛍光体層に衝突してその部分で光が発生する。こ
の現象を利用して、前記の蛍光体層を用いることによっ
て本発明に係る電界効果型冷陰極アレイを自発光方式の
画像表示装置として応用することも可能である。

【００１６】また、前記の複数の各エミッタを、例えば
一つ一つを素子分離して電気的に個別に制御可能にし
て、各エミッタを一つ一つ個別の回路素子として集積回
路化することも可能である。

【００１７】また、上記構造中に前記のエミッタ材料層
を支持する基板をさらに付加して、エミッタ材料層の機
械的な強度（つまり大面積にわたっての応力に対しての
耐久性や平面性など）を補強してもよい。

【００１８】

【作用】本発明は、上述の一つ一つの冷陰極について見
ると、その冷陰極の製造方法としては本出願人が特願平
4-186753に開示したいわゆる転写法を用いて製造される
ものである。そしてこの転写法によって各基板上に形成
された冷陰極アレイは、言うまでもなく基板の面積分し
か形成されていないので、そのように各基板ごとに形成
された冷陰極を、基板を複数枚平面的に並列して並べる
ことによってさらに大画面化を図っているが、このと
き、隣り合う基板どうしのスペース（間隙）に、アノー
ド電極とエミッタ先端部との間隙距離を保持するための
基板間隙保持部材を堆積形成させる。この基板間隙保持
部材を堆積することによって簡易に大面積化を図るとと
もに、アノード電極との間隔を大面積にわたって均一に
保持することを簡易な方法で実現化することができる。

【００１９】すなわち、第１の基板に底部を尖らせた凹
部を設け、この凹部を設けた第１の基板の表面に絶縁層
を形成する。次に第１の基板を間隙を有して隣り合うよ
うに複数枚並べる。このように配置された第１の基板ど
うしの間の間隙部分を埋めつつ第１の基板の絶縁層上の
凹部を埋めるようにエミッタ材料を堆積する。エミッタ
材料は、並べられた第１の基板の絶縁層上の凹部に堆積
されるとともに、隣り合う基板どうしの間隔にも堆積さ
れるので、この堆積されたエミッタ材料によって、並置
された第１の基板どうしの間のをエミッタ材料層も一体
化され、かつ冷陰極アレイ基板とアノード電極との間の
間隙を保持するための基板間隙保持部材も形成されるの
である。しかもこのような基板間隙保持部材の堆積はエ
ミッタ材料層の堆積と同時に一つの工程で兼ねて行なわ
れる。

【００２０】つまり、本発明に係る電界放出型冷陰極ア
レイの構造を作製するにあたっては、エミッタ材料を堆
積してエミッタ自体を形成する工程においてエミッタの
形成材料を基板どうしの間隙にも堆積することができる
ので、基板間隙保持部材を別に形成する工程は省略する
ことができ、製造工程の簡易化を図ることができる。し
かも、この基板間隙保持部材の平面的なパターン幅は、
平面的に並列に並べる基板どうしを並べる際にその間隙
を調節することによって極めて簡易に制御することが可
能である。つまり基板一つ一つを並置する際の位置合わ
せを行なえばよい。またその基板間隙保持部材の高さ
（厚さ）は、言うまでもなく前記の第１の基板の厚さに
よって規定されるので、第１の基板の厚さを調節するこ
とにより極めて簡易かつ正確にその高さ（厚さ）を制御
することが可能である。あるいは、その基板間隙保持部
材の高さを第１の基板の厚さよりも小さく形成したい場
合には、第１の基板どうしの間隙に対して嵌脱可能な凸
部であってその凸部の高さの分だけ基板間隙保持部材の
高さが小さくなるような凸部を備えた製造治具などを用
いて、基板間隙保持部材の堆積する高さを制御すればよ
い。

【００２１】本発明は、本出願人による特願平4-186753
に開示した技術をさらに進めて、簡易な製造方法での形
成が可能な、大面積にわたって均一な形状でアノード電
極との間隙も均一な冷陰極アレイの実現を可能とした発
明と言うことができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明に係る電界放出型冷陰極アレイ
の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。

【００２３】（実施例１）図１は、本発明に係る電界放
出型冷陰極アレイの構造の概要を示す断面図である。図
２は本発明に係る電界放出型冷陰極アレイの平面的構造
の概要を示す図である。なお、この第１の実施例におい
ては、本発明に係る電界放出型冷陰極アレイを画像表示
装置に応用した場合についての具体的一例を示す。

【００２４】この第１の実施例の電界放出型冷陰極アレ
イを用いた画像表示装置は、図１に示すように、図中下
から順に、エミッタ材料層１と、その上面にエミッタ材
料を突設してなる四角錐状のエミッタ２、そのエミッタ
２の先端部分を除いてエミッタ２およびエミッタ材料層
１の主面ほぼ全面を覆うように形成された絶縁層３、さ
らにその絶縁層３の上ほぼ全面を覆うとともに絶縁層３
から露出したエミッタ２の周囲をほぼ絶縁層３の厚さ分
の間隔をおいて非接触に囲むように開口部が設けられゲ
ート（あるいはカソード）として機能するゲート電極層
４と、この冷陰極アレイ基板に対向配置されるアノード
電極が形成されたアノード基板との間隙を保持するため
にエミッタ材料層１と同じ材料から形成された基板間隙
保持部材５とが設けられた冷陰極アレイ基板６と、この
冷陰極アレイ基板６に間隙を有してほぼ平行に対向配置
されるガラス基板７上にアノード電極層８と蛍光体層９
とがこの順で形成されたアノード基板１０とからその主
要部が形成されている。

【００２５】これを平面的に見ると、図２に示すよう
に、基板間隙保持部材５の格子によって仕切られた格子
内にエミッタ２がマトリックス状に配列されており、さ
らにそのマトリックスは前記の各格子ごとに形成されて
全体として大面積にわたって配列されている。その格子
にそれぞれ囲まれた領域が、後述する製造プロセスで用
いる単結晶シリコン基板一枚一枚の寸法にほぼ相当して
いる。

【００２６】上記のような構造にその主要部が形成され
た本発明に係る電界放出型冷陰極アレイは、例えば図３
（ａ）〜（ｈ）に模式的に示したような工程を経て製造
される。以下にその製造方法の一例を、図３に基づいて
詳述する。

【００２７】先ず、第１の基板１１としてＳｉ単結晶基
板を用意する。そして図３（ａ）に示す如く、この第１
の基板１１を一方の平面（これを第１主面と呼ぶ）１１
ａから異方性エッチングによりエッチングを施して、所
定のピッチで底部に向かって尖鋭に尖った形状の（図中
で逆ピラミット型に見える）凹部１２を刻設する。

【００２８】これは、例えばｐ型で (1,0,0)結晶面方位
の第１の基板１１の第１主面側１１ａからドライ酸化法
などによる熱酸化処理を施して、厚さ 0.1μｍ程度の薄
い熱酸化膜（ＳｉＯ₂ ）膜１３を形成し、この熱酸化膜
１３面上にフォトレジスト１４をスピンコート法等によ
り塗布する。そして例えばステッパーを用いて 0.8μｍ
の矩形の開口部が得られるように露光・現像処理等を施
してフォトレジスト１４のパターニングを行なった後、
例えばＮＨ₄ Ｆ・ＨＦ混合溶液をエッチャントとして用
いて前記熱酸化膜（ＳｉＯ₂ ）１３の露出領域の選択エ
ッチングを行なう。そしてフォトレジスト１４を除去し
た後、さらに30％のＫＯＨ水溶液で異方性エッチング処
理を行なうことにより、前記の図３（ａ）に示すような
逆ピラミッド状で深さ0.56μｍの凹部１２を第１の基板
１１の第１主面１１ａ側に形成する。

【００２９】次いで、図３（ｂ）に示すように、第１の
基板１１に熱酸化処理を施して厚さ0.2μｍの絶縁層３
を形成する。そして絶縁層３の上に、例えばＷ、Ｍｏ、
Ｔａのような金属材料をスパッタリングして前記のピラ
ミッド型凹部１２を埋めながら厚さ 0.8μｍ程度のエミ
ッタ材料層１を形成する。このエミッタ材料層１のうち
ピラミッド型凹部１２の部分を埋めるように堆積された
凸状の部分が、図１等に示したエミッタ材料からなるエ
ミッタ２となる。一方それと同時に、複数配列された隣
り合う第１の基板１１どうしの間隙部分にもエミッタ材
料層１（の形成材料）が堆積されるので、この部分に例
えば図４に示したように基板間隙保持部材５が形成され
る。本実施例においては、この基板間隙保持部材５の堆
積形成をより確実なものとするとともに後工程で不要に
なる第１の基板１１のエッチング除去をより確実なもの
とするために、隣り合う第１の基板１１どうしの間隙部
分の断面形状が順テーパとなるように、例えば図４等に
示すように第１の基板１１の端面をそれぞれ斜めに順テ
ーパ状に加工した。ここで、エミッタ材料層１を堆積さ
せる際に、第１の基板１１の端面が垂直であってもその
垂直壁面と堆積したエミッタ材料との間にボイド等の欠
陥が発生することが無ければ、この第１の基板１１の端
面は図５に示すように第１の基板１１の端面を垂直に切
り立った形状にしても良いことは言うまでもない。ある
いは、このように垂直に基板間隙保持部材５を堆積させ
る場合には、図６に示したように垂直に凸状に桁が形成
された治具を各第１の基板１１の支持基板として用いて
もよい。このとき、治具６０１の各桁６０２の高さｈ
は、その桁の頂面から上に堆積されるエミッタ材料の高
さすなわち基板間隙保持部材の高さＨを調節するための
高さに設定すればよい。このような治具６０１を用いて
基板間隙保持部材５を形成する場合の一例を前記の図５
に示した。

【００３０】このように、図３（ｂ）のエミッタ材料層
１を堆積させる工程で、エミッタ材料を凹部１２に堆積
させてエミッタ２を形成することに並行して図４に示す
ように第１の基板１１の隣り合う基板どうしの間隙にエ
ミッタ材料を堆積させて基板間隙保持部材５を形成する
ことができる。ここで、基板間隙保持部材５を堆積させ
る際に、エミッタ材料に対してその界面で一体化されな
いような材料を支持基板２１に用いるなどしてその底部
を塞いでおくことは言うまでもない。

【００３１】なお、第１の基板１１に対するエッチング
は、各第１の基板１１ごとに個別に行なってもよく、あ
るいは複数の第１の基板１１を支持基板２１上に配置し
ておき、一括してそれらの上に図３に示すような製造プ
ロセスを用いてエミッタ材料層１、エミッタ２、絶縁層
３、ゲート電極層４を形成してもよい。すなわち、図３
（ａ）に示す工程までは個別の第１の基板１１ごとに行
なってもよく、あるいはまず第１の基板１１を支持基板
２１上に載置し固定しておいて、その上にエミッタ材料
層１を堆積するようにしてもよい。特に、製造プロセス
で用いる成膜装置などの製造装置のサイズが十分に大き
い場合には、一括して大面積アレイ全部を同時に形成す
ることによりスループットの短縮化を図ることができる
ので、一括して形成することが好ましい。一方、大面積
にわたって完全に無欠陥に凹部１２を形成することは、
量産製造ラインにおいては例えば塵埃の混入といった外
乱的要因で不可避的に数％程度の確率で欠陥が発生する
ことから、実際上不可能であるとも考えられる。その場
合には、複数の第１の基板１１をそれぞれ個別に図３
（ａ）までの工程に通し、そのなかで凹部１２が無欠陥
に形成されたものだけを選択して、それらの良品の第１
の基板１１だけを支持基板２１上に載置して固定させて
図３（ｂ）以降の製造プロセスに進む、といった方法を
採るようにしてもよい。

【００３２】ここで、第１の基板１１を支持基板２１な
どの上に複数枚並べる際に、その隣り合う第１の基板１
１どうしの間の間隔距離をｌ_gap とすると、このｌ_gap
＝ 0であることが冷陰極アレイとしては究極的には望ま
しいが、基板間隙保持部材５を形成するスペースが必要
であることから、基板間隙保持部材５のパターン幅が得
られる程度の幅にｌ_gap を設定すればよい。

【００３３】例えば本実施例のような画像表示装置に本
発明に係る電界放出型冷陰極アレイを用いる場合には、
ｌ_gap の値は、20〜50μｍ程度のパターン幅に形成する
ことが望ましい。この程度の幅であれば、表示装置とし
て画面を形成した際に画面中にほとんど目立つことがな
いからである。

【００３４】あるいは、この基板間隙保持部材５の寸法
は、本発明に係る冷陰極アレイが用いられる画像表示装
置の画面全体のサイズや画素サイズ等との兼ね合いから
適宜に目立たないようなサイズでかつ間隙保持機能を十
分に果たすことができるサイズおよびパターンに形成す
ればよい。

【００３５】続いて、前記のエミッタ材料層１の上にス
パッタリング法などにより例えば厚さ 1μｍ程度のＩＴ
Ｏ（インジウム−錫系酸化物）を堆積して導電層１５を
形成し、図３（ｂ）に示したような積層体を得る。

【００３６】ここで、上記のＩＴＯなどからなる導電層
１５は、エミッタ材料層１の材質によっては省略しても
よい。ただしその場合にはエミッタ材料層１の表面に導
電層１５としての機能を兼用させることが望ましい。

【００３７】一方、第２の支持基板として、裏面（背
面）に厚さ 0.4μｍ程度の静電接合電極用のＡｌ層１６
をコーティングした厚さ 1ｍｍ程度のパイレックスガラ
ス板１７を用意し、図３（ｃ）に示すごとく導電層１５
の表面にパイレックスガラス板１７を貼り合わせるよう
に配置して、導電層１５とＡｌ層１６との間に数百Ｖ程
度の電圧を印加し、いわゆる静電接着法によってこれら
の界面を貼り合わせる。この接合は接着剤で行なっても
よいが、確実かつ簡易な接続法という観点から上記のよ
うな静電接着法が好ましい。こうしてパイレックスガラ
ス板１７を貼り合わせた後、パイレックスガラス板１７
の裏面にコーティングされたＡｌ層１６を、例えばＨＮ
Ｏ₃ ・ＣＨ₃ ＣＯＯＨ・ＨＦ混酸溶液でエッチング除去
する。

【００３８】その後、基板全体を今までとは反対に裏返
しにして、エチレンジアミン・ピロカテコール・ピラジ
ンから成る水溶液（混合比は75ｃｃ：12ｇ： 3ｍｇ：10
ｃｃ）をエッチャントとして用いて支持基板としての第
１の基板１１をその第２主面１１ｂ側からエッチング除
去して、図３（ｄ）に示すように絶縁層３と被覆された
エミッタ材料製の凸部１８すなわち後にエミッタ２とな
る部分が形成された積層体を得る。このエッチング工程
においては、絶縁層３は第１の基板１１のエッチング停
止層として機能するとともに先端が尖ったピラミッド型
のエミッタ材料からなるエミッタ２の先端を前記エッチ
ング液による侵食から保護する役割を果たす。

【００３９】次に、図３（ｅ）に示すように、前記の第
１の基板１１をエッチング除去して露出した絶縁層３上
に、例えばスパッタリング法によりＷ（タングステン）
層１９を厚さ 0.5μｍ程度に成膜する。そしてこのＷ層
１９の上を覆うように、例えばスピンコート法により、
ピラミッド型のエミッタ材料製凸部１８の先端部が隠れ
る程度の厚さ、例えば厚さ 0.9μｍ程度の厚さに、フォ
トレジスト２０を塗布する。

【００４０】その後、酸素プラズマによるドライエッチ
ング処理を施して、図３（ｆ）に示す如く、エミッタ材
料製凸部１８の先端部を覆うＷ層１９の先端部１９ａが
露出するようにフォトレジスト２０の一部をエッチング
除去する。

【００４１】そして反応性イオンエッチング処理を施し
て、フォトレジスト２０のエッチング除去で露出したＷ
層１９の先端部１９ａを選択的に除去する。こうしてエ
ミッタ材料製の凸部１８の先端部１８ａを露出させると
ともにその他の部分を覆うようにＷ層１９を加工して、
図２（ｇ）に示したようなゲート電極層４を得る。

【００４２】次いで、フォトレジスト２０の残余分、つ
まりＷ層１９の先端部１９ａの選択的エッチングの際に
マスクとして機能した後にもまだＷ層１９の主平面上に
残されているフォトレジスト２０を除去する。そしてさ
らにＮＨ₄ Ｆ・ＨＦ混合溶液を用いて前記エミッタ材料
製の凸部１８の先端部１８ａに対応する領域に残ってい
る絶縁層３を選択的にエッチング除去して、エミッタ材
料製凸部１８の先端部１８ａを露出させる。

【００４３】こうして、図２（ｈ）に示すごとく、ゲー
ト電極層４の開口部１９ｂからピラミッド型のエミッタ
材料製凸部１８の先端部１８ａつまりエミッタ２の先端
部が露出した構造の本発明に係る電界放出型冷陰極が大
面積にわたってアレイ状に形成され、かつ格子状に基板
間隙保持部材５が形成された冷陰極アレイ基板６が得ら
れる。

【００４４】そして、前記の図１に示す如く、アノード
電極層８および蛍光体層９がガラス基板７上に形成され
たアノード基板１０を、エミッタ２の先端部に対向する
ように冷陰極アレイ基板６と対向配置して、本発明に係
る電界放出型冷陰極を用いた素子の主要部が形成され
る。このとき、図１にも明らかなように、冷陰極アレイ
基板６とアノード基板１０との間隙は、基板間隙保持部
材５の高さＨに支持されてその間隔距離を両基板全面に
わたって均一に保持される。

【００４５】このように主要部が形成された本発明に係
る電界放出型冷陰極アレイは、異方性エッチングなどの
フォトリソグラフィ工程で形成した凹部１２の正確な形
状に沿って形成された絶縁層３をピラミッド状のエミッ
タ２の原形として用いてこれにエミッタ材料層１の形成
材料を堆積するとともに、複数配列された第１の基板１
１どうしの隣り合う間隙部分にもエミッタ材料層１の形
成材料を堆積する。これにより、エミッタ２および基板
間隙保持部材５を一つのエミッタ材料を堆積する一度の
プロセスで形成することができるので、従来の回転堆積
法によるエミッタとは異なり、大面積にわたって効率的
に正確な形状および寸法の冷陰極アレイ基板６を極めて
短かいスループットで形成することができる。

【００４６】また前記のエミッタ２とゲート電極層４と
の間の距離（エミッタ−ゲート間隔）も、前記熱酸化法
によって精度よく制御された厚さで絶縁層３の形成が可
能であることにより、それぞれの電界放出型冷陰極は低
電圧駆動で電子の放射効率が高いものとすることができ
る。

【００４７】また、絶縁層３を熱酸化法で形成すること
により図２（ａ）〜（ｂ）に示した工程でエミッタ２の
先端部を覆う絶縁層３の錐状部分の先端が極めて尖鋭な
形状になるので、それに沿って形成される各冷陰極ごと
のエミッタ２の先端部も極めて好適に尖鋭な形状となり
電界集中効果を飛躍的に高くすることができる。また熱
酸化法は一般的な半導体製造工程等とのプロセス整合性
が良く工程の簡易化を図ることもできる。

【００４８】なお、基板間隙保持部材５は、アノード基
板１０のアノート電極層８が形成されていない部分（エ
ッチング等に除去された格子パターンの部分すなわちア
ノート電極層８および蛍光体層９がエッチング除去され
てガラス基板７の表面が露出している部分）に当接し
て、この部分で接合されるようにすればよい。この基板
間隙保持部材５は導電性の良好なエミッタ材料から形成
されているので、基板間隙保持部材５がアノート電極層
８等に接触すると、この基板間隙保持部材５を介してエ
ミッタ材料層１とアノート電極層８との間で短絡不良等
を引き起こしてしまう恐れがあるため、前述のごとく基
板間隙保持部材５はアノード電極層８を避けてアノード
基板１０のガラス基板７に当接するように、かつエミッ
タ２を避けて非接触の位置に形成されているのである。
あるいは、この基板間隙保持部材５を形成した後そのガ
ラス基板７と当接する頭面およびその近傍の側面を部分
的に覆う、あるいは基板間隙保持部材５ほぼ全面を覆う
ように、絶縁材料等を被着させてもよい。このように上
部を絶縁膜で覆うことによって前述のエミッタ材料層１
とアノート電極層８との短絡をさらに確実に防ぐように
してもよい。

【００４９】また、エミッタ材料としては、例えばＷや
Ｍｏ、Ｐａ、あるいはこれらの合金などを材料として用
いることができる。このような材料の中から所望の冷陰
極アレイとして最も好適であると考えられる材料を適宜
に用いればよい。

【００５０】以上のように、本発明によれば、図４に示
すように第１の基板１１はその端面をテーパー状に形成
されて隣り合う端面同士が基板間隙保持部材５の幅の分
だけ間隙を有してアレイ状に多面取り的に並べられてい
るが、その間隙を含むほぼ全面を覆うようにエミッタ材
料を堆積させることによって、それら複数の第１の基板
１１すべてを覆いかつそれら同士の間隙を埋めるように
エミッタ材料が堆積されるので、そのエミッタ材料で形
成されたエミッタ材料層１およびエミッタ２はほぼ全面
にわたって一繋がりに一体形成された大面積の電極アレ
イ基板６となる。そして最終的には第１の基板１１は前
述のように選択的にエッチング除去されるので第１の基
板１１に対応する各基板間隙保持部材５の格子内のアレ
イはほぼ全面にわたって一体にアレイ状に形成されたこ
とになる。つまり、このようにエミッタ材料を堆積して
エミッタ材料層１、エミッタ２、基板間隙保持部材５を
同時に一体形成することができるので極めて簡易に大面
積な冷陰極アレイ基板を短いスループットで効率よく形
成することができる。また、支持基板２１上に第１の基
板１１をそれぞれの第１の基板１１どうしが前述の20〜
50μｍ程度の間隙を有して並べて載置することは機械精
度上十分に可能である。即ちそのようなアライメント精
度を実現することは十分に可能である。あるいは前述の
図６に示したようなアライメント用の治具を用いてもよ
い。

【００５１】また、アノード基板１０と冷陰極アレイ基
板６とのアライメント精度は、基板間隙保持部材５を隔
てて隣り合うエミッタ２どうしの水平間隔をｌ₂ 、その
一方のエミッタ２とアノート電極層８の端部の位置との
距離をｌ₁ とすると、ｌ₁ ＜ｌ₂ ／2 の条件が満たされ
ていればよい。この条件よりもずれが大きくなるとアノ
ード基板１０とガラス基板７との基板間隙保持部材５を
介しての接着不良が発生したり、あるいは冷陰極アレイ
基板６の基板間隙保持部材５とアノード基板１０のアノ
ート電極層８との短絡不良等が発生する。具体的には、
本実施例に示した一例においては、現状の画像表示装置
ではｌ₂ は20μｍ程度であるので位置合わせの（アライ
メト）のずれの許容値ｌ₁ は10μｍ程度までであるとい
うことになる。

【００５２】また、上記実施例においてはエミッタ材料
層１がカソード電極およびその配線をも兼ねる構造とし
ているが、エミッタ材料層１に用いる材料などとの兼ね
合いから、場合によってはさらにエミッタ材料層１とは
別に配線層等を形成してもよい。

【００５３】また、Ｓｉ単結晶板の代りにＧａＡｓ基板
などを第１の基板１１として用いる、あるいはエミッタ
材料層１の形成材料も、上記実施例で用いたＷの代り
に、Ｍｏ、Ｔａ、Ｓｉ等の仕事関数が低くエミッタとし
て使用可能な材料を用いることもできる。

【００５４】さらには、上記のパイレックスガラス板１
７の代りに例えばソーダガラス板を用いた場合にも、上
記実施例とほぼ同様の効果を得ることができる。

【００５５】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、本発明の電界放出型冷陰極アレイの各部位の形成材
料やその製造方法などの変更が種々可能であることは言
うまでもない。

【００５６】（実施例２）上記の第１の実施例の電界効
果型冷陰極アレイにおいて隣り合う第１の基板１１どう
しの間隙ｌ_gap を制御する方法として、図７に示すよう
に、各第１の基板１１の平面的なパターンを、その平行
に向かい合う端辺のうち一辺には凸状のパターン７０１
を設け、他方の辺には凹状のパターン７０２を設けて、
隣り合う第１の基板１１どうしの間隙を縮めていったと
きに、その隣り合う基板の一端辺の凸状のパターン７０
１と他端辺の凹状のパターン７０２とがそれぞれ嵌合し
合って、所望の間隔ｌ_gap ずつが形成できるようにして
もよい。即ち、この凸状のパターン７０１の張り出し部
分ｄの長さをｌ_gap に等しく形成し、かつその凸状のパ
ターン７０１の先端部を凹状のパターン７０２に丁度嵌
合するような形に形成すれば、所定のｌ_gap を簡易かつ
正確に設けることが可能となる。しかもこのようなパタ
ーンに形成された第１の基板１１は最終的には除去され
るので、この凹／凸パターン７０１、７０２の部分はい
ずれも除去されて、この部分で隣り合う格子どうしが吹
き抜けとなってその各格子に囲まれた領域どうしは一繋
がりになるので、両基板で囲まれて形成される冷陰極ア
レイのセル内部の真空引きを行なう際などに、その各格
子ごとの真空状態の均一化を効果的にかつ簡易に実現で
きるというメリットもある。

【００５７】

【発明の効果】以上、詳細な説明で明示したように、本
発明によれば、電界放出効率が高くかつその特性が大面
積にわたってばらつきの極めて少ない均一な特性であ
り、しかも高歩留まり・短スループットで製作すること
が可能な生産性に富んだ大面積の電界放出型冷陰極アレ
イを実現することができる。そしてその結果、本発明に
係る電界放出型冷陰極アレイを用いて、例えば自発光型
で大面積にわたって均一な視角依存性のない均一で良好
な表示が可能な画像表示装置や高速動作可能な大規模集
積回路等を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電界放出型冷陰極アレイの構造の
概要を示す図である。

【図２】本発明に係る電界放出型冷陰極アレイの平面的
構造の概要を示す図である。

【図３】本発明に係る電界放出型冷陰極アレイの好適な
製造方法の一例を示す図である。

【図４】本発明に係る電界放出型冷陰極アレイのエミッ
タ材料層の形成工程における冷陰極アレイ基板を示す図
である。

【図５】治具６０１を用いて本発明に係る基板間隙保持
部材５を形成する場合の一例を示す図である。

【図６】本発明に係る基板間隙保持部材５を形成する際
に用いることができる電界放出型冷陰極アレイの製造治
具の一例を示す図である。

【図７】本発明に係る第２の実施例の電界放出型冷陰極
アレイの製造の際に用いられる第１の基板１１の平面的
パターンを示す図である。

【符号の説明】

１…エミッタ材料層 ２…エミッタ ３…絶縁層 ４…ゲート電極層 ５…基板間隙保持部材 ６…冷陰極アレイ基板 ７…ガラス基板 ８…アノード電極層 ９…蛍光体層 １０…アノード基板 １１…第１の基板 １２…凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 富男 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 樋口 敏春 神奈川県川崎市幸区堀川町72 株式会社東 芝堀川町工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端が尖った形状の複数のエミッタが主
   面上にアレイ状に突設されたエミッタ材料層と、前記エ
   ミッタの先端部を露出させつつ前記エミッタ材料層上を
   被覆するように形成された絶縁層と、前記絶縁層上を被
   覆するとともに前記エミッタの先端部を露出させて該先
   端部の周囲を非接触に囲むように開口が形成されたゲー
   ト電極層と、前記複数のエミッタどうしの間隙部分の前
   記エミッタ材料層の主面上でかつ前記エミッタ材料層と
   同じ形成材料から形成されており前記エミッタ材料層の
   主面から前記エミッタの先端までの高さよりも前記エミ
   ッタ材料層の主面上からの頂面の高さが高く形成された
   基板間隙保持部材とを備えた冷陰極アレイ基板と、 支持基板上にアノード電極が形成されており、前記基板
   間隙保持部材の高さ方向頂面で前記冷陰極アレイ基板に
   接合されて前記基板間隙保持部材によって間隙を保持さ
   れつつ前記冷陰極アレイ基板と対向配置されたアノード
   基板とを具備することを特徴とする電界放出型冷陰極ア
   レイ。