JPH11329217A - 電界放出型カソードの製造方法 - Google Patents
電界放出型カソードの製造方法Info
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- JPH11329217A JPH11329217A JP13395798A JP13395798A JPH11329217A JP H11329217 A JPH11329217 A JP H11329217A JP 13395798 A JP13395798 A JP 13395798A JP 13395798 A JP13395798 A JP 13395798A JP H11329217 A JPH11329217 A JP H11329217A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
- H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
- H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電子放出特性が劣化することのない大画面カ
ソードプレートを歩留まり良く容易に作製することが可
能な製造方法を提供する。 【解決手段】 基板上にカソード電極を形成し、この上
に微細孔を有する絶縁層及びゲート電極を順次形成した
後、電子放出物質の粒子を分散した溶液中に浸し、上記
カソード電極を陽極または陰極として電気泳動を行い、
上記微細孔に臨むカソード電極上に電子放出物質の粒子
を電着することにより電子放出部を形成する。電子放出
部は、湿式法により形成しており、設備投資を大幅に削
減することができ、大画面としたときの歩留まりも大幅
に改善される。また、電子放出物質の粒子が完全に露出
した構造とすることができることから、電子放出部の作
製精度を格段に下げることができる。
ソードプレートを歩留まり良く容易に作製することが可
能な製造方法を提供する。 【解決手段】 基板上にカソード電極を形成し、この上
に微細孔を有する絶縁層及びゲート電極を順次形成した
後、電子放出物質の粒子を分散した溶液中に浸し、上記
カソード電極を陽極または陰極として電気泳動を行い、
上記微細孔に臨むカソード電極上に電子放出物質の粒子
を電着することにより電子放出部を形成する。電子放出
部は、湿式法により形成しており、設備投資を大幅に削
減することができ、大画面としたときの歩留まりも大幅
に改善される。また、電子放出物質の粒子が完全に露出
した構造とすることができることから、電子放出部の作
製精度を格段に下げることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゲート電極との間
に印加される電界により電子を放出する電界放出型カソ
ードの製造方法に関するものである。
に印加される電界により電子を放出する電界放出型カソ
ードの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ディスプレイ装置に関する研究開
発は、ディスプレイを薄型化する方向に推し進められて
いる。このような状況において、特に注目を浴びている
ディスプレイ装置としては、いわゆる電界放出型カソー
ドが配設された電界放出型ディスプレイ装置（以下、Ｆ
ＥＤと略称する。）を挙げることができる。
発は、ディスプレイを薄型化する方向に推し進められて
いる。このような状況において、特に注目を浴びている
ディスプレイ装置としては、いわゆる電界放出型カソー
ドが配設された電界放出型ディスプレイ装置（以下、Ｆ
ＥＤと略称する。）を挙げることができる。
【０００３】このＦＥＤは、電界放出型の平面陰極線管
であり、各画素に対応した部分に、電界放出型カソード
とこの電界放出型カソードと対向するように配設された
アノード電極及び蛍光体とを有し、この画素がマトリク
ス状に配列されることによりディスプレイを構成してい
る。
であり、各画素に対応した部分に、電界放出型カソード
とこの電界放出型カソードと対向するように配設された
アノード電極及び蛍光体とを有し、この画素がマトリク
ス状に配列されることによりディスプレイを構成してい
る。
【０００４】そして、上記ＦＥＤでは、電界放出型カソ
ードから放出された電子が、当該電界放出型カソードと
アノード電極との間の電界により加速されて蛍光体に衝
突し、これにより蛍光体が励起されて発光し、画像を表
示する。
ードから放出された電子が、当該電界放出型カソードと
アノード電極との間の電界により加速されて蛍光体に衝
突し、これにより蛍光体が励起されて発光し、画像を表
示する。
【０００５】この種の電界放出型の平面陰極線管に用い
られる電界放出型カソードは、強電界による電子のトン
ネル効果を利用するもので、電子放出材料には、これま
でＭｏ、Ｎｉ、Ｗ等の高融点金属や、Ｓｉ等が用いられ
ている。また、カソードチップの構造は、スピント型と
称されるものが多く使われている。
られる電界放出型カソードは、強電界による電子のトン
ネル効果を利用するもので、電子放出材料には、これま
でＭｏ、Ｎｉ、Ｗ等の高融点金属や、Ｓｉ等が用いられ
ている。また、カソードチップの構造は、スピント型と
称されるものが多く使われている。
【０００６】スピント型のカソードチップを作製するに
は、先ず、ガラス等の基板上に形成した導電性膜からな
るベース電極上に絶縁膜を形成し、この上にさらに導電
性膜からなるゲート電極を設け、これにゲート電極側か
らベース電極まで達する微細な孔（直径１μｍ）を形成
する。次いで、この孔に前記の高融点金属またはＳｉを
用いてカソードチップを形成する。このとき、リフトオ
フ法等を利用して、先端の曲率半径が数十ｎｍ程度とさ
れた錘状形状とし、錘状の先端がゲート電極側を向くよ
うに形成している。
は、先ず、ガラス等の基板上に形成した導電性膜からな
るベース電極上に絶縁膜を形成し、この上にさらに導電
性膜からなるゲート電極を設け、これにゲート電極側か
らベース電極まで達する微細な孔（直径１μｍ）を形成
する。次いで、この孔に前記の高融点金属またはＳｉを
用いてカソードチップを形成する。このとき、リフトオ
フ法等を利用して、先端の曲率半径が数十ｎｍ程度とさ
れた錘状形状とし、錘状の先端がゲート電極側を向くよ
うに形成している。
【０００７】錘状形状の高さは、１μｍ以下であり、ベ
ース電極とゲート電極の距離も絶縁膜を介して１μｍ以
下になっている。このスピント型のカソードチップにお
いて、ゲート電極にベース電極に対し数十ボルトの正の
電圧を加えると、錘状形状を有するカソードチップの先
端部は、およそ１０7 Ｖ／ｃｍの電界となり、この先端
部から電子の電界放出が起こる。
ース電極とゲート電極の距離も絶縁膜を介して１μｍ以
下になっている。このスピント型のカソードチップにお
いて、ゲート電極にベース電極に対し数十ボルトの正の
電圧を加えると、錘状形状を有するカソードチップの先
端部は、およそ１０7 Ｖ／ｃｍの電界となり、この先端
部から電子の電界放出が起こる。
【０００８】電界放出型の平面陰極線管では、この放出
される電子を０．２〜１ｍｍ程度の距離を隔てて対向さ
せたアノード電極上の蛍光体に着弾させ、蛍光発光を得
ている。
される電子を０．２〜１ｍｍ程度の距離を隔てて対向さ
せたアノード電極上の蛍光体に着弾させ、蛍光発光を得
ている。
【０００９】ここで、平面陰極線管の一画素は、数十〜
数千のスピント型カソードチップからなり、例えばコン
ピュータディスプレイの標準的仕様であるＸＧＡクラス
の画素数（１０２４×７６８×ＲＧＢ）を持つディスプ
レイを構築するには、１〜１０００億のカソードチップ
が必要である。
数千のスピント型カソードチップからなり、例えばコン
ピュータディスプレイの標準的仕様であるＸＧＡクラス
の画素数（１０２４×７６８×ＲＧＢ）を持つディスプ
レイを構築するには、１〜１０００億のカソードチップ
が必要である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のスピ
ント型の電界放出型カソードでは、次のような問題があ
る。
ント型の電界放出型カソードでは、次のような問題があ
る。
【００１１】先ず第１に、歩留まりやコストの問題であ
る。スピント型の電界放出型カソードは、上記の構造と
原理であるため、カソードチップの先端形状が電界集中
の基本である。電界集中のためには、先端の曲率半径を
蒸着等の成膜によって数十ｎｍ以下にする必要があり、
サブミクロン以下の加工精度が必要であるため、集積回
路を製造する場合と同様のプロセス、装置が必要であ
る。したがって、例えば対角１７インチ以上の面積を有
する中〜大画面のカソードチップ群（カソードプレー
ト）を作製しようとすると、装置規模が非常に大きくな
り、多大な設備投資を要し、製造コストが大幅に上昇す
ることになる。しかも、カソードプレート全面にわたっ
てカソードチップを均一に欠陥なく作らなければなら
ず、大型になればなるほどカソードチップ数は増大して
いくので、歩留まりが悪くなる傾向にあり、中〜大画面
への適用は事実上難しい。
る。スピント型の電界放出型カソードは、上記の構造と
原理であるため、カソードチップの先端形状が電界集中
の基本である。電界集中のためには、先端の曲率半径を
蒸着等の成膜によって数十ｎｍ以下にする必要があり、
サブミクロン以下の加工精度が必要であるため、集積回
路を製造する場合と同様のプロセス、装置が必要であ
る。したがって、例えば対角１７インチ以上の面積を有
する中〜大画面のカソードチップ群（カソードプレー
ト）を作製しようとすると、装置規模が非常に大きくな
り、多大な設備投資を要し、製造コストが大幅に上昇す
ることになる。しかも、カソードプレート全面にわたっ
てカソードチップを均一に欠陥なく作らなければなら
ず、大型になればなるほどカソードチップ数は増大して
いくので、歩留まりが悪くなる傾向にあり、中〜大画面
への適用は事実上難しい。
【００１２】第２に、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｗ等の高融点金属や
Ｓｉは、イオン衝撃に弱く、残留ガスや蛍光体から発生
するイオンの衝撃により劣化し易いことが挙げられる。
このため、カソード寿命を確保するには、通常の陰極線
管の真空度である１０-6〜１０-7Torrに比べて一桁以上
低い真空度を維持する必要がある。
Ｓｉは、イオン衝撃に弱く、残留ガスや蛍光体から発生
するイオンの衝撃により劣化し易いことが挙げられる。
このため、カソード寿命を確保するには、通常の陰極線
管の真空度である１０-6〜１０-7Torrに比べて一桁以上
低い真空度を維持する必要がある。
【００１３】これらの問題を解消する技術として、例え
ばＷＯ９７／６５４９には、導電性粒子を基板の上に設
けた導電層の上に誘電体層を挟んで配置し、さらに導電
性粒子の上部に誘電体層を設け、各誘電体層の厚みを導
電性粒子の粒径の１／１０〜１／１００にした構造の電
界放出プレートやそれを用いた平面陰極線管に関する記
述があり、この構造を印刷等の方法によって作成する技
術が、大画面の平面ディスプレイに適した廉価な構造、
製造方法として提唱されている。
ばＷＯ９７／６５４９には、導電性粒子を基板の上に設
けた導電層の上に誘電体層を挟んで配置し、さらに導電
性粒子の上部に誘電体層を設け、各誘電体層の厚みを導
電性粒子の粒径の１／１０〜１／１００にした構造の電
界放出プレートやそれを用いた平面陰極線管に関する記
述があり、この構造を印刷等の方法によって作成する技
術が、大画面の平面ディスプレイに適した廉価な構造、
製造方法として提唱されている。
【００１４】また、米国特許第５６０８２８３号には、
基板上の導電層に形成した高抵抗の柱の上や導電層自体
の上にグラファイト、アモルファスカーボン、シリコン
カーバイトの粒子を接着層を介して配置する電界放出カ
ソードプレートも提案されている。
基板上の導電層に形成した高抵抗の柱の上や導電層自体
の上にグラファイト、アモルファスカーボン、シリコン
カーバイトの粒子を接着層を介して配置する電界放出カ
ソードプレートも提案されている。
【００１５】しかしながら、前者では、導電性粒子を誘
電体層を介して配置し、特に誘電体層の厚さを数百Åの
オーダーで制御しなければならないが、その制御が難し
く、大画面のカソードプレートの作成には適さない。
電体層を介して配置し、特に誘電体層の厚さを数百Åの
オーダーで制御しなければならないが、その制御が難し
く、大画面のカソードプレートの作成には適さない。
【００１６】また、後者は、導電性の接着剤により導電
性粒子を接着することを特徴としているが、導電性の接
着材料が導電性粒子を覆ってしまう危険性が高く、この
場合には電子放出が起こらないという問題が発生する。
この問題を回避するためには、導電性接着剤の厚さを数
百Åのオーダーで制御することが必要となるが、かかる
制御は非常に難しく、特に大画面のカソードプレートの
作成には適さない。さらに、高抵抗の柱の上に選択的に
導電性粒子を配することは難しく、通常の成膜技術、印
刷手法では実現は難しい。
性粒子を接着することを特徴としているが、導電性の接
着材料が導電性粒子を覆ってしまう危険性が高く、この
場合には電子放出が起こらないという問題が発生する。
この問題を回避するためには、導電性接着剤の厚さを数
百Åのオーダーで制御することが必要となるが、かかる
制御は非常に難しく、特に大画面のカソードプレートの
作成には適さない。さらに、高抵抗の柱の上に選択的に
導電性粒子を配することは難しく、通常の成膜技術、印
刷手法では実現は難しい。
【００１７】本発明は、このような従来の実情に鑑みて
提案されたものであり、大画面のカソードプレートを歩
留まり良く容易に作製することが可能な電界放出型カソ
ードの製造方法を提供することを目的とする。
提案されたものであり、大画面のカソードプレートを歩
留まり良く容易に作製することが可能な電界放出型カソ
ードの製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】さらに本発明は、電子放出特性が劣化する
ことのない電界放出型カソードを作製することが可能な
電界放出型カソードの製造方法を提供することを目的と
する。
ことのない電界放出型カソードを作製することが可能な
電界放出型カソードの製造方法を提供することを目的と
する。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、基板上にカソード電極を形成し、この
上に微細孔を有する絶縁層及びゲート電極を順次形成し
た後、電子放出物質の粒子を分散した溶液中に浸し、上
記カソード電極を陽極または陰極として電気泳動を行
い、上記微細孔に臨むカソード電極上に電子放出物質の
粒子を電着することにより電子放出部を形成することを
特徴とするものである。
めに、本発明は、基板上にカソード電極を形成し、この
上に微細孔を有する絶縁層及びゲート電極を順次形成し
た後、電子放出物質の粒子を分散した溶液中に浸し、上
記カソード電極を陽極または陰極として電気泳動を行
い、上記微細孔に臨むカソード電極上に電子放出物質の
粒子を電着することにより電子放出部を形成することを
特徴とするものである。
【００２０】本発明では、湿式法により電界放出型カソ
ードを形成しており、設備投資を大幅に削減することが
でき、大画面としたときの歩留まりも大幅に改善され
る。
ードを形成しており、設備投資を大幅に削減することが
でき、大画面としたときの歩留まりも大幅に改善され
る。
【００２１】また、電子放出物質の粒子が完全に露出し
た構造とすることができることから、電子放出部の作製
精度を格段に下げることができ、この点からも、歩留ま
りや生産性、製造コストを改善することができる。
た構造とすることができることから、電子放出部の作製
精度を格段に下げることができ、この点からも、歩留ま
りや生産性、製造コストを改善することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した電界放出
型カソードの製造方法について、図面を参照しながら詳
細に説明する。
型カソードの製造方法について、図面を参照しながら詳
細に説明する。
【００２３】先ず、電界放出型カソードを用いたディス
プレイ装置（ＦＥＤ）の構造、及び各電界放出型カソー
ドの構造について説明する。
プレイ装置（ＦＥＤ）の構造、及び各電界放出型カソー
ドの構造について説明する。
【００２４】フィールドエミッションディスプレイ（Ｆ
ＥＤ）は、図１に示すように、電界の印加により電子放
出を行う電界放出型カソード１が形成されたバックプレ
ート２と、このバックプレート２と対向して配設され、
アノード電極３が形成されたフェイスプレート４とから
構成され、これらバックプレート２とフェイスプレート
４との間を高度な真空状態とすることで、平面陰極線管
として構成される。
ＥＤ）は、図１に示すように、電界の印加により電子放
出を行う電界放出型カソード１が形成されたバックプレ
ート２と、このバックプレート２と対向して配設され、
アノード電極３が形成されたフェイスプレート４とから
構成され、これらバックプレート２とフェイスプレート
４との間を高度な真空状態とすることで、平面陰極線管
として構成される。
【００２５】上記フェイスプレート４には、全面にアノ
ード電極３が形成されるとともに、このアノード電極３
上には、赤色に発光する赤色蛍光体５Ｒ、緑色に発光す
る緑色蛍光体５Ｇ、青色に発光する青色蛍光体５Ｂが順
次ストライプ状に形成されており、上記電界放出型カソ
ード１と交差する部分が各画素に対応する。
ード電極３が形成されるとともに、このアノード電極３
上には、赤色に発光する赤色蛍光体５Ｒ、緑色に発光す
る緑色蛍光体５Ｇ、青色に発光する青色蛍光体５Ｂが順
次ストライプ状に形成されており、上記電界放出型カソ
ード１と交差する部分が各画素に対応する。
【００２６】一方、電界放出型カソード１は、図２に示
すように、ガラス等からなる基板１１上に、カソード電
極１２、絶縁層１３、ゲート電極１４を積層形成し、さ
らに絶縁層１３及びゲート電極１４に設けられたカソー
ド孔１５内に電子放出部１６を形成してなるものであ
る。
すように、ガラス等からなる基板１１上に、カソード電
極１２、絶縁層１３、ゲート電極１４を積層形成し、さ
らに絶縁層１３及びゲート電極１４に設けられたカソー
ド孔１５内に電子放出部１６を形成してなるものであ
る。
【００２７】この電界放出型カソード１において、カソ
ード電極１２及びゲート電極１４間に所定の電圧が印加
されると、カソード電極１２上に形成された電子放出部
１６（エミッタ電極に相当する。）とゲート電極１４と
の間に電界が発生する。そして、電子放出部１６は、こ
の電界により励起され電子を放出する。すなわち、電子
放出部１６とゲート電極１４との間には、電界の大きさ
に応じたトンネル電流が流れることになる。
ード電極１２及びゲート電極１４間に所定の電圧が印加
されると、カソード電極１２上に形成された電子放出部
１６（エミッタ電極に相当する。）とゲート電極１４と
の間に電界が発生する。そして、電子放出部１６は、こ
の電界により励起され電子を放出する。すなわち、電子
放出部１６とゲート電極１４との間には、電界の大きさ
に応じたトンネル電流が流れることになる。
【００２８】このとき、電子放出部１６から放出された
電子は、アノード電極３に印加された電圧により加速さ
れ、蛍光体に衝突する。これにより、蛍光体が発光し、
画像が表示される。
電子は、アノード電極３に印加された電圧により加速さ
れ、蛍光体に衝突する。これにより、蛍光体が発光し、
画像が表示される。
【００２９】上記構造の電界放出型カソード１におい
て、電子放出部１６は、通常、高融点金属やＳｉ等を蒸
着することにより形成されるが、ここではカーボン粒子
等の電子放出物質粒子を電気泳動することにより形成す
る。
て、電子放出部１６は、通常、高融点金属やＳｉ等を蒸
着することにより形成されるが、ここではカーボン粒子
等の電子放出物質粒子を電気泳動することにより形成す
る。
【００３０】以下、電界放出型カソード１の製造方法に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００３１】上記の電界放出型カソードを作製するに
は、先ず、図３に示すように、ソーダガラス等からなる
基板１１を用意し、この上に蒸着法、スパッタ法等の成
膜法を用いてクロム等からなる低抵抗金属層を成膜し、
さらにフォトエッチング等の手法によって、例えば幅６
０μｍ、厚さ０．５μｍにパターニングし、カソード電
極１２を形成する。
は、先ず、図３に示すように、ソーダガラス等からなる
基板１１を用意し、この上に蒸着法、スパッタ法等の成
膜法を用いてクロム等からなる低抵抗金属層を成膜し、
さらにフォトエッチング等の手法によって、例えば幅６
０μｍ、厚さ０．５μｍにパターニングし、カソード電
極１２を形成する。
【００３２】さらに、この上に、蒸着法、ＣＶＤ法等の
成膜法によりＳｉＯ2 等からなる絶縁層１３を厚さ０．
５μｍ程度形成し、さらにその上に、低抵抗金属層をス
パッタ法等により成膜し、これをカソード電極１２と直
交するように、例えば幅１００μｍ、厚さ０．５μｍに
パターニングし、ゲート電極１４とする。
成膜法によりＳｉＯ2 等からなる絶縁層１３を厚さ０．
５μｍ程度形成し、さらにその上に、低抵抗金属層をス
パッタ法等により成膜し、これをカソード電極１２と直
交するように、例えば幅１００μｍ、厚さ０．５μｍに
パターニングし、ゲート電極１４とする。
【００３３】次に、図４に示すように、フォトエッチン
グ技術によりカソード電極１２にカソード孔１５を加工
する。カソード孔１５の形状は、円形、長方形等、任意
の形状にすることができる。カソード孔１５の大きさも
任意であるが、ここでは、４０μｍ×８０μｍの長方形
とした。
グ技術によりカソード電極１２にカソード孔１５を加工
する。カソード孔１５の形状は、円形、長方形等、任意
の形状にすることができる。カソード孔１５の大きさも
任意であるが、ここでは、４０μｍ×８０μｍの長方形
とした。
【００３４】続いて、図５に示すように、ゲート電極１
４をマスクとして、絶縁層１３をエッチングし、カソー
ド電極１２に達するカソード孔１５を形成する。
４をマスクとして、絶縁層１３をエッチングし、カソー
ド電極１２に達するカソード孔１５を形成する。
【００３５】次いで、図６に示すように、カーボン粒子
を分散させたアンモニア溶液を電解液とし、これを入れ
た金属製の電解槽２０の中に、上記カソード孔１５を形
成した構造物を浸漬する。
を分散させたアンモニア溶液を電解液とし、これを入れ
た金属製の電解槽２０の中に、上記カソード孔１５を形
成した構造物を浸漬する。
【００３６】なお、電解液の水素イオン濃度（ｐＨ）
は、ここでは１０とした。ただし、電解液の最適な水素
イオン濃度は、カーボン粒子の分散状態によって異な
り、所望の分散状態に応じて任意に設定することができ
る。
は、ここでは１０とした。ただし、電解液の最適な水素
イオン濃度は、カーボン粒子の分散状態によって異な
り、所望の分散状態に応じて任意に設定することができ
る。
【００３７】そして、電解槽２０を負極とし、これを基
準にして、カソード電極１２に正電圧を、ゲート電極１
４にゼロ、または負電圧、あるいはカソードに印加する
電圧よりも十分低い正電圧を印加する。
準にして、カソード電極１２に正電圧を、ゲート電極１
４にゼロ、または負電圧、あるいはカソードに印加する
電圧よりも十分低い正電圧を印加する。
【００３８】これにより、水酸基イオン（ＯＨ- ）の吸
着によって負に帯電したカーボン粒子は、電気泳動によ
りカソード電極１２上に移動し、カソード電極１２上で
電子を失って、カソード電極１２に付着する。
着によって負に帯電したカーボン粒子は、電気泳動によ
りカソード電極１２上に移動し、カソード電極１２上で
電子を失って、カソード電極１２に付着する。
【００３９】その結果、カソード孔１５内には、先端が
ゲート電極１４と若干の間隙を有する電子放出部１６が
形成される。形成される電子放出部１６は、カーボン粒
子からなるもので、接着剤等は含まず、カーボン粒子は
完全に露出している。
ゲート電極１４と若干の間隙を有する電子放出部１６が
形成される。形成される電子放出部１６は、カーボン粒
子からなるもので、接着剤等は含まず、カーボン粒子は
完全に露出している。
【００４０】電子放出部１６とゲート電極１４の間隙
は、カソード孔１５の大きさ、深さ、形状等によって変
化し、任意に設定することができる。本実施例の場合、
上記間隙は５μｍである。
は、カソード孔１５の大きさ、深さ、形状等によって変
化し、任意に設定することができる。本実施例の場合、
上記間隙は５μｍである。
【００４１】上記電子放出部１６を形成した後、純水で
洗浄を行い、５０〜５００℃で乾燥、焼成する。
洗浄を行い、５０〜５００℃で乾燥、焼成する。
【００４２】得られた電解放出型カソードにおいて、カ
ソード電極１２とゲート電極１４間にカソード電極１２
を負にするような電圧を印加すると、電子放出部１６の
ゲート電極１４と対向する部分におよそ１０5 Ｖ／ｃｍ
から１０7 Ｖ／ｃｍの電界がかかり、この付近のカーボ
ン粒子から電子放出が起こる。
ソード電極１２とゲート電極１４間にカソード電極１２
を負にするような電圧を印加すると、電子放出部１６の
ゲート電極１４と対向する部分におよそ１０5 Ｖ／ｃｍ
から１０7 Ｖ／ｃｍの電界がかかり、この付近のカーボ
ン粒子から電子放出が起こる。
【００４３】カソード電極１２とゲート電極１４は、マ
トリクス構造になっており、電圧を印加するカソード電
極１２、ゲート電極１４を選択することによって画素選
択ができる。
トリクス構造になっており、電圧を印加するカソード電
極１２、ゲート電極１４を選択することによって画素選
択ができる。
【００４４】カソード孔１５の形状は、図７に示すよう
に、ゲート電極１４とカソード電極１２の交差部を４辺
に沿って若干残した形状としてもよいし、図８に示すよ
うに、カソード電極１２の幅のスリット形状でもよい。
あるいは、図９に示すように、１画素の中に多数の円形
の微細なカソード孔１５があってもよい。このとき、カ
ソード孔１５の数は任意に設定でき、電子放出の時間変
動の平均化等を目的に、１画素に数百〜数千のカソード
孔１５を設けることもある。
に、ゲート電極１４とカソード電極１２の交差部を４辺
に沿って若干残した形状としてもよいし、図８に示すよ
うに、カソード電極１２の幅のスリット形状でもよい。
あるいは、図９に示すように、１画素の中に多数の円形
の微細なカソード孔１５があってもよい。このとき、カ
ソード孔１５の数は任意に設定でき、電子放出の時間変
動の平均化等を目的に、１画素に数百〜数千のカソード
孔１５を設けることもある。
【００４５】以上のプロセスにおいて、カソード孔１５
を形成するプロセスは一例であって、リフトオフ、感光
性ペースト法、スクリーン印刷法等によってもよく、そ
の手法は問わない。
を形成するプロセスは一例であって、リフトオフ、感光
性ペースト法、スクリーン印刷法等によってもよく、そ
の手法は問わない。
【００４６】また、カソード電極１２やゲート電極１４
の材質についても、特に制約はなく、ニッケル、タング
ステン、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）等でもよ
い。
の材質についても、特に制約はなく、ニッケル、タング
ステン、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）等でもよ
い。
【００４７】さらに、絶縁層１３についても、ＳｉＯ2
は一例であり、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ガラス等でもよい。
は一例であり、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ガラス等でもよい。
【００４８】電子放出部１６を形成するためのカーボン
粒子は、グラファイト、ダイヤモンド、ダイヤモンドラ
イクカーボン、フラーレン、カーボンナノチューブ等、
あるいはこれらの混合物でもよい。電子放出部１６を形
成する材料としては、カーボン粒子に限らず、電子放出
物質であればよく、導電性粒子、絶縁性粒子のいずれで
あってもよい。
粒子は、グラファイト、ダイヤモンド、ダイヤモンドラ
イクカーボン、フラーレン、カーボンナノチューブ等、
あるいはこれらの混合物でもよい。電子放出部１６を形
成する材料としては、カーボン粒子に限らず、電子放出
物質であればよく、導電性粒子、絶縁性粒子のいずれで
あってもよい。
【００４９】また、粒子の大きさは、本例の場合、平均
粒径４μｍとしたが、これもカソード孔１５の大きさ等
に応じて任意に設定でき、粒径分布も任意である。
粒径４μｍとしたが、これもカソード孔１５の大きさ等
に応じて任意に設定でき、粒径分布も任意である。
【００５０】カーボン粒子を分散させる分散媒は、ここ
ではアンモニアを主成分とするものを用いたが、疎水基
である長鎖状の炭化水素、例えばアルキル基に−ＣＯＯ
Ｎａ等の親水基が結合した、いわゆる界面活性剤を含ま
せることも可能である。
ではアンモニアを主成分とするものを用いたが、疎水基
である長鎖状の炭化水素、例えばアルキル基に−ＣＯＯ
Ｎａ等の親水基が結合した、いわゆる界面活性剤を含ま
せることも可能である。
【００５１】この場合、親水基は、−ＣＯＯ- 、−ＳＯ
4 -等、陰イオンを作る陰イオン性でも、−ＮＨ3 +等、陽
イオンを作る陽イオン性のいずれでもよい。
4 -等、陰イオンを作る陰イオン性でも、−ＮＨ3 +等、陽
イオンを作る陽イオン性のいずれでもよい。
【００５２】ただし、陰イオン性の場合には、先に述べ
たような極性の電位をカソード電極１２、ゲート電極１
４に印加すればよいが、陽イオン性の場合には、電界槽
２０を正極とし、正極を基準にして、カソード電極１２
に負電圧を、ゲート電極１４にゼロ、または正電圧、あ
るいはカソード電極１２に加える電圧より十分高い負電
圧を印加する。
たような極性の電位をカソード電極１２、ゲート電極１
４に印加すればよいが、陽イオン性の場合には、電界槽
２０を正極とし、正極を基準にして、カソード電極１２
に負電圧を、ゲート電極１４にゼロ、または正電圧、あ
るいはカソード電極１２に加える電圧より十分高い負電
圧を印加する。
【００５３】前記のような界面活性剤を加えた場合、カ
ーボン粒子が疎水性（親油性）であるため、界面活性剤
の疎水基側がカーボン粒子に吸着され、親水基のイオン
によって電気泳動が起こり、カーボン粒子の電着が行わ
れる。このとき、分散保持の目的で、水素イオン濃度の
調整が必要な場合には、アンモニア等をアルカリを加え
ることによって容易に行うことができる。
ーボン粒子が疎水性（親油性）であるため、界面活性剤
の疎水基側がカーボン粒子に吸着され、親水基のイオン
によって電気泳動が起こり、カーボン粒子の電着が行わ
れる。このとき、分散保持の目的で、水素イオン濃度の
調整が必要な場合には、アンモニア等をアルカリを加え
ることによって容易に行うことができる。
【００５４】また、カーボン粒子の保存等の理由によ
り、一度アルカリまたは酸溶液によてカーボン粒子を分
散させた溶液を中和し、これに界面活性剤を加えること
により前記イオン化させたカーボン粒子コロイドを作る
ようにしてもよい。
り、一度アルカリまたは酸溶液によてカーボン粒子を分
散させた溶液を中和し、これに界面活性剤を加えること
により前記イオン化させたカーボン粒子コロイドを作る
ようにしてもよい。
【００５５】さらに、カーボン粒子の電着をより強固に
するために、付着剤として硝酸マグネシウム等を分散媒
に添加してもよい。硝酸マグネシウムの場合、分散媒中
でイオン反応を起こし、水酸化マグネシウムとなって、
これが付着剤として機能する。
するために、付着剤として硝酸マグネシウム等を分散媒
に添加してもよい。硝酸マグネシウムの場合、分散媒中
でイオン反応を起こし、水酸化マグネシウムとなって、
これが付着剤として機能する。
【００５６】以上の方法により電界放出型カソードを作
製することにより、次のような利点がある。
製することにより、次のような利点がある。
【００５７】先ず、スパッタ法や蒸着法ではカーボンの
微粒子からなる構造体を基板上に付着させることはでき
ないが、電気泳動を利用することにより、カーボン微粒
子からなる電子放出部構造体を直接基板上に作製するこ
とができる。
微粒子からなる構造体を基板上に付着させることはでき
ないが、電気泳動を利用することにより、カーボン微粒
子からなる電子放出部構造体を直接基板上に作製するこ
とができる。
【００５８】また、従来のスピント型カソードでは、そ
の電子放出部である錘状形状の先端形状の曲率半径を蒸
着等の成膜法によって数十ｎｍ以下にする必要があるた
め、サブミクロン以下の精度が必要であり、集積回路と
同種のプロセス、装置を必要としたが、本発明では、電
子放出部の作製精度を格段に下げることができ、また、
湿式法であるため、製造装置、製造コストが安価で済
み、中〜大画面のカソードチップ群（カソードプレー
ト）への適用が容易である。
の電子放出部である錘状形状の先端形状の曲率半径を蒸
着等の成膜法によって数十ｎｍ以下にする必要があるた
め、サブミクロン以下の精度が必要であり、集積回路と
同種のプロセス、装置を必要としたが、本発明では、電
子放出部の作製精度を格段に下げることができ、また、
湿式法であるため、製造装置、製造コストが安価で済
み、中〜大画面のカソードチップ群（カソードプレー
ト）への適用が容易である。
【００５９】さらに、グラファイト、ダイヤモンド等の
カーボン系導電性粒子は、化学的に安定で、また、たと
えイオン衝撃があっても、衝撃部は新たな活性部が露出
することになるため、高い真空度を必要とせず、通常の
陰極線管並の真空度で良い。したがって、真空封止の点
でも大型化に適している。
カーボン系導電性粒子は、化学的に安定で、また、たと
えイオン衝撃があっても、衝撃部は新たな活性部が露出
することになるため、高い真空度を必要とせず、通常の
陰極線管並の真空度で良い。したがって、真空封止の点
でも大型化に適している。
【００６０】また、導電性粒子の外側が高抵抗層あるい
は誘電体層で覆われている構造のカソード電極では、高
抵抗層や誘電体層の厚みを制御しなければならず、製造
が非常に難しいが、本発明では、導電性粒子は完全に露
出している構造となっているため、焼成によってバイン
ダーや付着物を完全に除去し、プラズマエッチング等の
手法によりマクロ的に表面層の酸化物の除去等の活性化
ができ、製造が容易で製造コストも低くて済む。
は誘電体層で覆われている構造のカソード電極では、高
抵抗層や誘電体層の厚みを制御しなければならず、製造
が非常に難しいが、本発明では、導電性粒子は完全に露
出している構造となっているため、焼成によってバイン
ダーや付着物を完全に除去し、プラズマエッチング等の
手法によりマクロ的に表面層の酸化物の除去等の活性化
ができ、製造が容易で製造コストも低くて済む。
【００６１】導電性粒子の外側が高抵抗層あるいは誘電
体層で覆われている構造のカソード電極では、イオン衝
撃によって高抵抗層や誘電体層が破壊され、電子の放出
特性が劣化してしまうが、本発明では、導電性粒子は完
全に露出している構造となっているため、イオン衝撃に
曝されても、曝された部分は洗浄効果を受けたのと同じ
で、そこが新たな活性面となり、電子放出特性が劣化す
ることがない。
体層で覆われている構造のカソード電極では、イオン衝
撃によって高抵抗層や誘電体層が破壊され、電子の放出
特性が劣化してしまうが、本発明では、導電性粒子は完
全に露出している構造となっているため、イオン衝撃に
曝されても、曝された部分は洗浄効果を受けたのと同じ
で、そこが新たな活性面となり、電子放出特性が劣化す
ることがない。
【００６２】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、電子放出特性が劣化することのない大画面
カソードプレートを歩留まり良く容易に作製することが
可能である。
明によれば、電子放出特性が劣化することのない大画面
カソードプレートを歩留まり良く容易に作製することが
可能である。
【図１】フィールドエミッションディスプレイの概略構
成を示す要部斜視図である。
成を示す要部斜視図である。
【図２】電界放出型カソードの構成例を示す概略断面図
である。
である。
【図３】電界放出型カソードの製造プロセスを工程順に
示すもので、電極成膜工程を示す概略断面図である。
示すもので、電極成膜工程を示す概略断面図である。
【図４】ゲート電極へのカソード孔形成工程を示す概略
断面図である。
断面図である。
【図５】絶縁層へのカソード孔形成工程を示す概略断面
図である。
図である。
【図６】カーボン粒子の電着工程を示す模式図である。
【図７】カソード孔の形状の一例を示す概略平面図であ
る。
る。
【図８】カソード孔の形状の他の例を示す概略平面図で
ある。
ある。
【図９】カソード孔の形状のさらに他の例を示す概略平
面図である。
面図である。
１ 電界放出型カソード、１１ 基板、１２ カソード
電極、１３ 絶縁層、１４ ゲート電極、１５ カソー
ド孔、１６ 電子放出部
電極、１３ 絶縁層、１４ ゲート電極、１５ カソー
ド孔、１６ 電子放出部
Claims (5)
- 【請求項１】 基板上にカソード電極を形成し、この上
に微細孔を有する絶縁層及びゲート電極を順次形成した
後、 電子放出物質の粒子を分散した溶液中に浸し、上記カソ
ード電極を陽極または陰極として電気泳動を行い、上記
微細孔に臨むカソード電極上に電子放出物質の粒子を電
着することにより電子放出部を形成することを特徴とす
る電界放出型カソードの製造方法。 - 【請求項２】 上記電子放出物質の粒子を分散した溶液
が、コロイド溶液であることを特徴とする請求項１記載
の電界放出型カソードの製造方法。 - 【請求項３】 上記電子放出物質の粒子を分散した溶液
が、界面活性剤を含むことを特徴とする請求項１記載の
電界放出型カソードの製造方法。 - 【請求項４】 上記電子放出物質の粒子を分散した溶液
が、電解質を含むことを特徴とする請求項１記載の電界
放出型カソードの製造方法。 - 【請求項５】 上記電子放出物質の粒子が、カーボン粒
子であることを特徴とする請求項１記載の電界放出型カ
ソードの製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13395798A JPH11329217A (ja) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | 電界放出型カソードの製造方法 |
| US09/301,556 US6116975A (en) | 1998-05-15 | 1999-04-29 | Field emission cathode manufacturing method |
| EP99401177A EP0957503A3 (en) | 1998-05-15 | 1999-05-14 | Method of manufacturing a field emission cathode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13395798A JPH11329217A (ja) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | 電界放出型カソードの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11329217A true JPH11329217A (ja) | 1999-11-30 |
Family
ID=15117041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13395798A Withdrawn JPH11329217A (ja) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | 電界放出型カソードの製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6116975A (ja) |
| EP (1) | EP0957503A3 (ja) |
| JP (1) | JPH11329217A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001110303A (ja) * | 1999-08-12 | 2001-04-20 | Samsung Sdi Co Ltd | 電気泳動法を利用したカーボンナノチューブフィールドエミッタの製造方法 |
| JP2001236907A (ja) * | 2000-02-15 | 2001-08-31 | Samsung Sdi Co Ltd | 隔壁リブを用いた３極管カーボンナノチューブ電界放出素子及びその製造方法 |
| JP2001312955A (ja) * | 2000-05-01 | 2001-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電子放出素子、電子放出素子の製造方法、および画像表示素子 |
| US6796870B2 (en) | 2000-03-31 | 2004-09-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Field emission type cold cathode device, manufacturing method thereof and vacuum micro device |
| JP2005327498A (ja) * | 2004-05-12 | 2005-11-24 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 冷陰極素子及びその製造方法 |
| JP2005340200A (ja) * | 2004-05-22 | 2005-12-08 | Samsung Sdi Co Ltd | 電界放出表示装置及びその製造方法 |
| CN100342473C (zh) * | 1999-08-21 | 2007-10-10 | 可印刷发射体有限公司 | 场发射器和器件 |
| KR100778991B1 (ko) * | 2001-11-02 | 2007-11-22 | 삼성에스디아이 주식회사 | 접촉저항을 줄인 ｆｅｄ의 전계방출전극 제조방법 |
| KR100800567B1 (ko) * | 2002-04-15 | 2008-02-04 | 나노퍼시픽(주) | 탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 조명장치 |
| US9399826B2 (en) | 2014-05-15 | 2016-07-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Thin film deposition apparatus and thin film deposition method using electric field |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6250984B1 (en) * | 1999-01-25 | 2001-06-26 | Agere Systems Guardian Corp. | Article comprising enhanced nanotube emitter structure and process for fabricating article |
| JP3595718B2 (ja) * | 1999-03-15 | 2004-12-02 | 株式会社東芝 | 表示素子およびその製造方法 |
| US6342755B1 (en) * | 1999-08-11 | 2002-01-29 | Sony Corporation | Field emission cathodes having an emitting layer comprised of electron emitting particles and insulating particles |
| GB0015928D0 (en) * | 2000-06-30 | 2000-08-23 | Printable Field Emitters Limit | Field emitters |
| KR100658666B1 (ko) * | 2001-02-16 | 2006-12-15 | 삼성에스디아이 주식회사 | 카본 나노튜브 에미터를 갖는 전계 방출 표시소자 |
| US6902658B2 (en) | 2001-12-18 | 2005-06-07 | Motorola, Inc. | FED cathode structure using electrophoretic deposition and method of fabrication |
| TWI313478B (en) * | 2006-04-13 | 2009-08-11 | Tatung Compan | Method for manufacturing field emission substrate |
| US9362078B2 (en) | 2012-12-27 | 2016-06-07 | Schlumberger Technology Corporation | Ion source using field emitter array cathode and electromagnetic confinement |
| US20140183349A1 (en) * | 2012-12-27 | 2014-07-03 | Schlumberger Technology Corporation | Ion source using spindt cathode and electromagnetic confinement |
| US8866068B2 (en) | 2012-12-27 | 2014-10-21 | Schlumberger Technology Corporation | Ion source with cathode having an array of nano-sized projections |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2123940A1 (en) * | 1993-06-21 | 1994-12-22 | Philip A. Guadagno | Electrophoresis plate |
| US5608283A (en) * | 1994-06-29 | 1997-03-04 | Candescent Technologies Corporation | Electron-emitting devices utilizing electron-emissive particles which typically contain carbon |
| FR2726689B1 (fr) * | 1994-11-08 | 1996-11-29 | Commissariat Energie Atomique | Source d'electrons a effet de champ et procede de fabrication de cette source, application aux dispositifs de visualisation par cathodoluminescence |
| FR2726688B1 (fr) * | 1994-11-08 | 1996-12-06 | Commissariat Energie Atomique | Source d'electrons a effet de champ et procede de fabrication de cette source, application aux dispositifs de visualisation par cathodoluminescence |
| US5709577A (en) * | 1994-12-22 | 1998-01-20 | Lucent Technologies Inc. | Method of making field emission devices employing ultra-fine diamond particle emitters |
| US5713775A (en) * | 1995-05-02 | 1998-02-03 | Massachusetts Institute Of Technology | Field emitters of wide-bandgap materials and methods for their fabrication |
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-
1998
- 1998-05-15 JP JP13395798A patent/JPH11329217A/ja not_active Withdrawn
-
1999
- 1999-04-29 US US09/301,556 patent/US6116975A/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-05-14 EP EP99401177A patent/EP0957503A3/en not_active Withdrawn
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0957503A3 (en) | 2002-10-23 |
| EP0957503A2 (en) | 1999-11-17 |
| US6116975A (en) | 2000-09-12 |
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