JPH11317153A

JPH11317153A - 電子放出源製造方法

Info

Publication number: JPH11317153A
Application number: JP12156898A
Authority: JP
Inventors: Hirohiko Murakami; 村上　　裕彦; Hiroyuki Yamakawa; 洋幸山川
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1998-05-01
Filing date: 1998-05-01
Publication date: 1999-11-16

Abstract

(57)【要約】【課題】製造が容易で、寿命の長い電子放出源を提供す
る。【解決手段】電極６表面に感光性樹脂液を塗布し、フォ
トリソグラフ工程によって所望パターンの感光性樹脂層
７を成形した後、真空雰囲気中で焼成し、炭素膜から成
る電子放出源９を電極上に形成する。針状の成形しなく
ても、低電界で電子を放出することができる。焼成温度
は電極６の材質によって異なり、ＩＴＯや金属材料の場
合は５００℃〜８００℃、シリコンの場合は８００℃〜
１１００℃が適している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子放出源に関し、
特に、炭素膜から成る電子放出源に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年では、液晶ディスプレイやプラズマ
ディスプレイなど、色々な平面型表示装置が開発、実用
化されている。それらのうち、消費電力が小さく、高精
細な表示が可能な装置として、フィールドエミッション
ディスプレイ(ＦＥＤ)が注目されている。

【０００３】図４の符号１０２は、従来技術のＦＥＤで
あり、陰極側パネル１０２₁と陽極側パネル１０２₂とか
ら構成されている。

【０００４】陽極側パネル１０２₂は、透明導電膜１２
２と、三色(ＲＧＢ)の発光体１２３₁〜１２３₃とが形成
されたガラス基板１２１を有しており、他方、陰極側パ
ネル１０２₁は、配線膜１１２と、電子放出源１１４
と、ゲート電極膜１１５とが形成されたガラス基板１１
１を有している。

【０００５】その陰極側パネル１０２₁の製造工程を説
明すると、図５(ａ)に示すように、先ず、ガラス基板１
１１上に配線膜１１２を形成し、その表面に、絶縁膜１
１７とゲート電極膜１１５とをこの順に形成する。

【０００６】次いで、ゲート電極膜１１５をパターニン
グし、ゲート電極膜１１５の所定位置に円形の窓部１３
５を形成し(図５(ｂ))、その状態でエッチングを行い、
窓部１３５底面下の絶縁膜１１７を除去すると、その部
分に凹部１３６が形成される(同図(ｃ))。

【０００７】その状態では凹部１３６の底面に配線膜１
１２表面が露出しており、ゲート電極膜１１５上にＮｉ
膜１３３とＭｏ膜１３４とをこの順に成長させると、円
錐形形状の電子放出源１１４が形成される(同図(ｄ)、
(ｅ))。そして、Ｍｏ膜１３４とＮｉ膜１３３を除去す
ると、窓部１３５が開口し、電子放出源１１４が露出さ
れる(同図(ｆ))。

【０００８】陰極側パネル１０２₁と陽極側パネル１０
２₂とを互いに平行に配置し、電子放出源１１４の頂点
が、発光体１２３₁〜１２３₃に対向するように位置合わ
せし、その間を真空雰囲気にすると、ＦＥＤ１０２がで
きあがる。

【０００９】このようなＦＥＤ１０２では、透明導電膜
１２２に正電圧(例えば２００Ｖ)、配線膜１１２を介し
て電子放出源１１４に負電圧(例えば−３５Ｖ)を印加し
た状態で、ゲート電極膜１１５に正電圧(例えば３５Ｖ)
を印加すると、ゲート電極膜１１５が引き出し電極とし
て作用し、電子放出源１１４の頂点から電子が放射され
る。

【００１０】この場合、配線膜１１２と透明電極膜１２
２を選択して電圧を印加すると、所望位置の発光体１２
３₁〜１２３₃に電子が入射し、それらの発光体１２３₁
〜１２３₃から放射された光は、陽極側パネル１０２₂の
ガラス基板１２１を透過して外部に放出される。

【００１１】上記のような電子放出源１１４は、電界を
印加するだけで真空中に電子を放出するため、加熱する
必要が無く、また、電子放出源１１４は陰極側パネル１
０２ ₁表面に均一に配置されているため、陰極側パネル
１０２₁と陽極側パネル１０２ ₂とを近接させることがで
き、更に、液晶等のフィルタを必要としないことから、
低消費電力、高集積化が可能、且つ視野角が広いという
利点があり、近年、薄型表示装置のうちでも特に注目さ
れている。

【００１２】ところが、上記のようなＭｏ膜１３４から
成る電子放出源１１４の場合、電子を放出させるために
高電界(１００Ｖ／μｍ以上)を必要とするという欠点が
ある。そこで電子放出源を構成させる材料について精力
的な研究が行われており、例えばＳｉＣ、ＴｉＣ、Ｔａ
Ｃ、Ｃ等の材料から成る電子放出源の特性が測定されて
いる。

【００１３】カーボン(Ｃ)の場合、繊維を電界研磨して
針状に加工した電子放出源や、また、粘着性のカーボン
樹脂液を発熱体状に滴下して、形を針状に整えた後、焼
成して形成した電子放出源等がその特性測定が行われて
いる。

【００１４】しかしながら、いずれの電子放出源につい
ても、電子放出源近傍の電界強度を高めるために、先端
を鋭くする必要があり、そのため、構造は、上記のＦＥ
Ｄ１０２のように針状にされたものが多い。また、その
ような電子放出源は、先端を発光体に向けた状態で多数
個形成する必要があるため、製造工程が複雑となり、実
用化が困難である。

【００１５】更に、それら針状の電子放出源は、表示装
置としての動作中に、陽イオンの入射によって電子放出
源１１４がスパッタリングされてしまい、頂点部分が削
られてしまうと電子が放出できなくなるという問題があ
る。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合を解決するために創作されたものであり、その
目的は、製造が容易で、寿命の長い電子放出源を提供す
ることにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、電子放出源製造方法であっ
て、電極表面に感光性樹脂液を塗布し、フォトリソグラ
フ工程又は印刷工程によって所望のパターンに成形した
後、焼成し、前記電極上に炭素膜から成る電子放出源を
形成することを特徴とする。

【００１８】請求項２記載の発明方法は、請求項１記載
の電子放出源製造方法であって、前記焼成温度を前記電
極の材質に応じて設定することを特徴とする。

【００１９】請求項３記載の発明装置は、電極表面に形
成された炭素膜から成る電子放出源であって、前記炭素
膜は、前記電極表面に塗布された感光性樹脂液が、フォ
トリソグラフ工程又は印刷工程によって所望のパターン
に成形された後、真空雰囲気中で焼成されて形成された
ことを特徴とする。

【００２０】請求項４記載の発明装置は、電極と、該電
極上に形成された電子放出源と、前記電子放出源から放
出された電子が入射すると発光する発光体とを有する表
示装置であって、前記電子放出源は炭素膜から成り、該
炭素膜は、前記電極表面に塗布されて形成された感光性
樹脂液層が、フォトリソグラフ工程又は印刷工程によっ
て所望のパターンに成形された後、焼成されて形成され
たことを特徴とする。

【００２１】請求項５記載の発明装置は、請求項４記載
記載の表示装置であって、前記電極はガラス基板表面に
形成されたことを特徴とする。

【００２２】本発明は上記のように構成されており、炭
素膜から成る電子放出源を製造するために、フォトレジ
スト等の感光性樹脂液を電極表面に塗布し、露光及び現
像を行うフォトリソグラフ工程を経て所望のパターンに
成形しており、次いで、焼成を行うとパターニングされ
た炭素膜が形成される。

【００２３】この炭素膜は、電子放出源としての使用が
可能であり、電子放出源を真空雰囲気中に置いた状態で
電極に電圧を印加すると、電子を放出させることができ
る。その電子放出源は、針状ではなく、膜上であるか
ら、劣化が少なく、パターニングも容易である。

【００２４】電子放出が可能な炭素膜を得るためには、
感光性樹脂液の焼成温度は、電極の材質に応じて異な
る。電極がクロム、ニッケル、ステンレス等の金属材料
である場合は５００℃〜８００℃の温度範囲がよく、特
に７００℃前後の焼成温度にすると、性能のよい炭素膜
を得られることは実験で確認されている。他方、シリコ
ンで構成された電極の場合、８００℃〜１１００℃、特
に１０００℃前後の焼成温度が適していることが確認さ
れている。

【００２５】以上のように、本発明では、焼成温度が比
較的低温であるため、ガラス基板上に電極を形成し、ガ
ラス基板ごと真空雰囲気で焼成することができる。ま
た、４００℃程度の低温で焼成できるため、電極材料に
ＩＴＯ(インジウム・スズ酸化物)を用いることができ
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を説明する。図
１(ａ)の符号２は、本発明の一例の表示装置を示してい
る。この表示装置２は、フィールドエミッション(ＦＥ)
型のディスプレイであり、陰極側パネル２₁と陽極側パ
ネル２₂とから構成されている。陽極側パネル２₂はガラ
ス基板２１を有しており、そのガラス基板２１上には、
直線状の電極２２が設けられている(図１(ａ)では、３
個の２２₁〜２２₃を示す。)。

【００２７】各電極２２は、透明導電膜がパターニング
されて形成されており、それらの表面には、各電極２２
と同一方向を向けられた直線状の三色(ＲＧＢ)の発光体
２３ ₁〜２３₃が１色ずつ形成されている。

【００２８】陰極側パネル２₁は、ガラス基板５を有し
ており、その表面には、直線状の複数の電極６が設けら
れている(図１(ａ)では２個の電極６₁、６₂を示す)。各
電極６は、クロム薄膜がパターニングされて形成されて
おり、それらの表面には、各電極膜６と同一方向に向け
られた、直線状の電子放出源９が形成されている(図１
(ａ)では、各電極６₁、６₂上の２個の電子放出源９₁、
９₂を示す。)。

【００２９】陰極側パネル２₁と陽極側パネル２₂とは、
電子放出源９が形成された面と、発光体２３₁〜２３₃が
形成された面とが、互いに平行になるように対向配置さ
れており、電子放出源１４と発光体２３₁〜２３₃とは、
互いに直交する方向に向けられている。

【００３０】この陰極側パネル２₁の製造方法を説明す
ると、図２(ａ)〜(ｄ)を参照し、ガラス基板５表面に、
予め直線状の電極６を設けておき(図２(ａ))、電極６及
びガラス基板５表面の全面に感光性樹脂液を塗布する。
ここでは、感光性樹脂液として、半導体デバイスのパタ
ーニングに用いる市販のフォトレジスト液(例えばヘキ
ストジャパン(株)製ＡＺ１３００／ＳＦ、又は東京応化
(株)製ＯＦＰＲ−８００等の一般的なフォトレジスト
液)を使用した。

【００３１】塗布後、プレベークし、ガラス基板５表面
及び電極６表面に、所定膜厚の感光性樹脂層７を形成し
た(同図(ｂ))。次に、遮光及び透光パターンが形成され
たフォトマスク１５を感光性樹脂層７上に配置し、紫外
線１６を照射すると、フォトマスク１５の透光部分を透
過した紫外線１６が感光性樹脂層７に照射され、露光を
行うことができる。

【００３２】図２(ｃ)の符号８は、紫外線１６が照射さ
れて変質した部分を示しており、ポジ型のフォトレジス
トの場合、変質部分８は溶解するため、現像することに
より、その部分を除去する。次いで、ポストベークを行
うと、紫外線１６が照射されなかった部分だけが残り、
感光性樹脂層７がパターニングされる。

【００３３】その状態のガラス基板５を真空電気炉内に
搬入し、真空雰囲気中で加熱し、感光性樹脂層７を、ガ
ラス基板５が損傷を受けない温度(４００℃〜９００
℃：ここでは７００℃)に昇温させ１時間焼成すると炭
素膜が形成され、その炭素膜から成る電子放出源９が得
られる(図２(ｄ))。

【００３４】この電子放出源９は直線状にパターニング
されており、発光体２３₁〜２３₃に対して垂直方向に向
けられている。従って、陰極側パネル２₁の電極６と、
陽極側パネル２₂の電極２２を選択し、その間に電圧を
印加すると、電子放出源９から放出された電子は、所望
位置の発光体２３に入射し、その発光体２３を発光させ
ることができる。

【００３５】上記炭素膜から成る電子放出源９の特性を
測定した。その結果を図３のグラフに示す。横軸は印加
電界強度、縦軸は、面積１ｃｍ²当たりの電子放出量で
ある。この図３のグラフから分かるように、ゼロの状態
から印加電界を徐々に大きくすると、４Ｖ／μｍに達し
たところで電子放出が確認され、その後は印加電界の大
きさに応じて電子放出量が増加し、１０Ｖ／μｍで、約
１００μＡ(１×１０^- ⁴Ａ)に達した。

【００３６】次に、２４時間連続して１０Ｖ／μｍの電
界を印加し、電子放出量の経時変化を測定した。その結
果、電子放出量は、約１００μＡ〜１２０μＡの間で変
動したが、その変動は気温変化に連動しており、気温が
高いと放出電子量が増加することが確認された。

【００３７】従来技術の針状の電子放出源では、１００
Ｖ／μｍ程度の印加電圧を必要としていたが、以上説明
したように、本発明の電子放出源１４では、非常に小さ
い印加電圧で大きな電子放出量が得られている。なお、
電子放出源９の表面をＳＥＭ(走査型電子顕微鏡)によっ
て観察したところ、その炭素膜表面には凹凸が観察され
た。

【００３８】次に、本発明の表示装置の他の例を、図１
(ｂ)に、その陰極側パネル１２の部分を示して説明す
る。図１(ｂ)のこの陰極側パネル１２は、クロム、ニッ
ケル又はステンレスが薄板状に成形された基板１１を有
している。

【００３９】その基板１１表面には、直線状の電子放出
源１０(図１(ｂ)では、２個の電子放出源１０₁、１０₂
を示す。)が形成されている。その電子放出源１０は、
上記図２の製造工程と同様の製造工程で形成された炭素
膜で構成されている。

【００４０】この電子放出源１０でも、上記図３のグラ
フと同様の電子放出特性を有しており、金属で構成され
た基板１１では、焼成温度が５００℃〜８００℃の場合
に電子放出特性が高い電子放出源１０が得られた。

【００４１】他方、上記基板１１は、シリコンウェハで
構成することもでき、その場合は、焼成温度を８００℃
〜１１００℃の範囲、特に１０００℃前後にしたときに
電子放出特性がよい電子放出源が得られている。

【００４２】以上は、フォトリソグラフ工程によって樹
脂層をパターニングし、電子放出源１０を作成する場合
について説明したが、本発明はスクリーン印刷法等の印
刷工程によってパターニングした樹脂層を形成し、真空
雰囲気中で焼成して電子放出源を作成することもでき
る。要するに、所望パターンの樹脂層が形成でき、その
樹脂層を真空雰囲気中で焼成した場合に、炭素膜から成
る電子放出源を作成できればよい。

【００４３】なお、本発明の電極は、ＦＥＤ等の表示装
置に用いることができる他、蓄電池等の電極にも用いる
ことができる。

【００４４】

【発明の効果】低電界で電子を放出できるので、低電圧
駆動のＦＥＤが得られる。また、電子が頂点ではなく、
面から放出されるので電極寿命が長い。その電極の膜厚
は簡単に厚くすることができるので、膜減りに対する耐
性が高く、長寿命の表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(ａ)、(ｂ)：本発明の電極及びＦＥＤの一例

【図２】(ａ)〜(ｄ)：本発明の電極の製造工程図の例

【図３】本発明の電極の電子放出特性を示すグラフ

【図４】従来技術のＦＥＤ

【図５】(ａ)〜(ｆ)：その製造工程を説明するための図

【符号の説明】

２……表示装置６(６₁、６₂)……電極７……感光
性樹脂液層９、１０……電子放出源２３(２３₁
〜２３₃)……発光体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極表面に感光性樹脂液を塗布し、フォト
リソグラフ工程又は印刷工程によって所望のパターンに
成形した後、真空雰囲気中で焼成し、前記電極上に炭素
膜から成る電子放出源を形成することを特徴とする電子
放出源製造方法。
【請求項２】前記焼成温度を前記電極の材質に応じて設
定することを特徴とする請求項１記載の電子放出源製造
方法。
【請求項３】電極表面に形成された炭素膜から成る電子
放出源であって、前記炭素膜は、前記電極表面に塗布された感光性樹脂液
が、フォトリソグラフ工程又は印刷工程によって所望の
パターンに成形された後、焼成されて形成されたことを
特徴とする電子放出源。
【請求項４】電極と、該電極上に形成された電子放出源
と、前記電子放出源から放出された電子が入射すると発
光する発光体とを有する表示装置であって、前記電子放出源は炭素膜から成り、該炭素膜は、前記電
極表面に塗布されて形成された感光性樹脂液層が、フォ
トリソグラフ工程又は印刷工程によって所望のパターン
に成形された後、焼成されて形成されたことを特徴とす
る表示装置。
【請求項５】前記電極はガラス基板表面に形成されたこ
とを特徴とする請求項４記載記載の表示装置。