JP2001283714A - Field-emission cold-cathode element, its manufacturing method, and field-emission-type display - Google Patents
Field-emission cold-cathode element, its manufacturing method, and field-emission-type displayInfo
- Publication number
- JP2001283714A JP2001283714A JP2000091816A JP2000091816A JP2001283714A JP 2001283714 A JP2001283714 A JP 2001283714A JP 2000091816 A JP2000091816 A JP 2000091816A JP 2000091816 A JP2000091816 A JP 2000091816A JP 2001283714 A JP2001283714 A JP 2001283714A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- control electrode
- field emission
- cold cathode
- emission cold
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出冷陰極素
子、その製造方法、及び電界放出型表示装置（ＦＥＤ：
Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）に関
するものであり、特に、エミッタ先端部から放出された
電子の放出効率を高くし、かつ、電子の広がりを抑制す
ることができる電界放出冷陰極素子、その製造方法、及
び電界放出型表示装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission cold cathode device, a method of manufacturing the same, and a field emission display (FED:
The present invention relates to a field emission display, and more particularly, to a field emission cold cathode device capable of increasing the emission efficiency of electrons emitted from the tip of an emitter and suppressing the spread of electrons, a method of manufacturing the same, and a field emission device The present invention relates to a type display device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】微小な円錐状のエミッタと、エミッタの
近傍に形成されエミッタからの電流を引き出す機能なら
びに電流制御機能を持つゲート電極とで構成された微小
冷陰極素子をアレイ状に並べた冷陰極構造がＣ．Ａ．Ｓ
ｐｉｎｄｔらによって提案されている（Ｊ．Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．３９，ｐ．３５０４，１９６８）。2. Description of the Related Art A cold-cathode device comprising a small conical emitter and a gate electrode formed in the vicinity of the emitter and having a function of extracting a current from the emitter and having a current control function is arranged in an array. The cathode structure is C.I. A. S
pindt et al. (J. Appl.
Phys. 39, p. 3504, 1968).
【０００３】このスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型冷陰極
は、熱陰極と比較して高い電流密度が得られることと、
放出電子の速度分散が小さいこと等の利点を持つ。ま
た、単一の電界放出エミッタと比較して電流雑音が小さ
く、数１０Ｖ〜数１００Ｖ程度の低いゲート電圧で動作
するという特徴を有している。[0003] This Spindt-type cold cathode is capable of obtaining a higher current density than a hot cathode,
It has advantages such as small velocity dispersion of emitted electrons. Further, compared to a single field emission emitter, the current noise is small, and the device operates at a gate voltage as low as several tens of volts to several hundred volts.
【０００４】図５は、従来のスピント型冷陰極素子の構
造図である。図５において、１０１は導電性の基板、１
０２は基板１０１上に形成し、先鋭化した先端部をもつ
エミッタ、１０３は基板１０１上に形成された絶縁層、
１０５は基板１０１上に形成されたエミッタ１０２と絶
縁層１０３との空間領域である開口部、１０６は絶縁層
１０３上に形成されたゲート電極である。FIG. 5 is a structural view of a conventional Spindt-type cold cathode device. In FIG. 5, reference numeral 101 denotes a conductive substrate, 1
02 is an emitter formed on the substrate 101 and having a sharpened tip, 103 is an insulating layer formed on the substrate 101,
An opening 105 is a space region between the emitter 102 and the insulating layer 103 formed on the substrate 101, and a gate electrode 106 is formed on the insulating layer 103.
【０００５】図５より、基板１０１上には高さ約１μｍ
の微小な円錐状のエミッタ１０２がスパッタ法によって
形成され、エミッタ１０２の周囲には絶縁層１０３とゲ
ート電極１０６が形成されている。基板１０１とエミッ
タ１０２とは電気的に接続されており、ゲート電極１０
６には約１００Ｖの電圧が印加されている。基板１０１
とゲート電極１０６の間隔は約１μｍであり、ゲート電
極１０６の開口径１０５も約１μｍと狭く形成されてい
る。また、エミッタ１０２の先端は極めて先鋭に作られ
ているので、エミッタ１０２の先端には強い電界強度が
加わる。この電界強度が１×１０7（Ｖ／ｃｍ）以上に
なるとエミッタ１０２の先端から電子が放出される。こ
のように微小冷陰極素子を基板１０１の上にアレイ状に
並べることにより、大きな電流を放出する平面状の冷陰
極構造を構成することができる。As shown in FIG. 5, a height of about 1 μm
Is formed by sputtering, and an insulating layer 103 and a gate electrode 106 are formed around the emitter 102. The substrate 101 and the emitter 102 are electrically connected, and the gate electrode 10
6, a voltage of about 100 V is applied. Substrate 101
The distance between the gate electrode 106 and the gate electrode 106 is about 1 μm, and the opening diameter 105 of the gate electrode 106 is formed as narrow as about 1 μm. In addition, since the tip of the emitter 102 is extremely sharp, a strong electric field is applied to the tip of the emitter 102. When the electric field intensity becomes 1 × 10 7 (V / cm) or more, electrons are emitted from the tip of the emitter 102. By arranging the micro cold cathode elements in an array on the substrate 101 in this manner, a planar cold cathode structure that emits a large current can be formed.
【０００６】例えば、特開平６−３０２２６６号に開示
された発明によれば、ゲート電極の開口部１０５周辺の
厚みを厚くしたので、エミッタ１０２の高さに不均一性
があってもエミッション電流のばらつきを比較的小さく
抑えることができる。For example, according to the invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-302266, the thickness of the periphery of the opening 105 of the gate electrode is increased. Variations can be kept relatively small.
【０００７】図６に上記開示された発明の従来のスピン
ト型冷陰極の断面図を示す。図６において、図５と同じ
構成については同じ符号を付して説明を省略する。図６
に示すように、ゲート開口部１０５周辺を除く部分では
ゲート電極１０６を電圧印加に必要な部分を除いて取り
除くか、あるいは（以下図示しないが）絶縁層１０３を
部分的に除去した構造とするか、あるいは、ゲート電極
の開口部１０５を除く部分を薄くするか、ゲート電極の
開口部１０５付近を少なくとも２層構造とすることによ
り、温度を上昇、降下させるときに生じる熱歪みを低減
し、ゲート膜の剥がれや基板クラックを防ぐことができ
るため、信頼性が高く、放出電流安定性の良い電界放出
冷陰極素子を提供することができる。FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional Spindt-type cold cathode of the invention disclosed above. 6, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. FIG.
As shown in FIG. 7, in the portion excluding the periphery of the gate opening 105, the gate electrode 106 is removed except for a portion necessary for voltage application, or is a structure in which the insulating layer 103 is partially removed (not shown). Alternatively, by reducing the thickness of the gate electrode except for the opening 105 or by forming at least a two-layer structure in the vicinity of the opening 105 of the gate electrode, thermal distortion caused when the temperature is increased or decreased can be reduced. Since peeling of the film and cracking of the substrate can be prevented, it is possible to provide a field emission cold cathode device having high reliability and good emission current stability.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電界放出冷陰極素子の構造においては、エミッタ先
端から放出される電子に対して、エミッタ先端付近の等
電位面が凹レンズの効果を与えるため、中心軸に対して
横方向の加速度成分をもち、放出電子の軌道を発散させ
やすいという不具合があった。However, in the structure of the conventional field emission cold cathode device, the equipotential surface near the emitter tip gives the effect of the concave lens to the electrons emitted from the emitter tip. There is a problem that it has an acceleration component in the lateral direction with respect to the central axis and easily diverges the trajectory of the emitted electrons.
【０００９】このように電界放出冷陰極素子を使用して
蛍光体面と電子源とを画素ごとに形成し、狭い空間を介
して対面したフラットパネルディスプレイパネルに装着
した場合、冷陰極から放出された電子が隣の画素の蛍光
体に当たって解像度やコントラストが低下するだけでな
く、カラーフラットパネルディスプレイにおいては色純
度が低下するという問題があった。As described above, when the phosphor surface and the electron source are formed for each pixel using the field emission cold cathode device and mounted on a flat panel display panel facing each other via a narrow space, the light emitted from the cold cathode is emitted. There is a problem that not only the resolution and contrast are reduced by the electrons hitting the phosphor of the adjacent pixel, but also the color purity is reduced in the color flat panel display.
【００１０】また、この問題点を解決する方法として、
特開平６−１２９７４に開示された発明によれば、図７
に示すように、第２絶縁層１１２の上に集束電極１１１
を備えた陰極構造が提案されている。しかし、このよう
な広がり抑制電極は、パネル構造が複雑になり、製造工
程が増加する問題や、広がり抑制電極に調整可能な電圧
を印加する外部回路およびその接続が複雑になるという
などの問題も有している。[0010] As a method for solving this problem,
According to the invention disclosed in JP-A-6-12974, FIG.
As shown in FIG. 3, the focusing electrode 111 is formed on the second insulating layer 112.
There has been proposed a cathode structure provided with: However, such a spread suppressing electrode also has a problem that a panel structure is complicated and a manufacturing process is increased, and an external circuit for applying an adjustable voltage to the spread suppressing electrode and a connection thereof are complicated. Have.
【００１１】本発明は、かかる問題点を解消するために
なされたものであり、電子放出を効率良く得るのに必要
な強い電界強度を保持したままエミッタから電子を放出
することができ、かつ集束電極を用いることなく、放出
電子の広がりをも抑制することができるという電界放出
冷陰極素子、その製造方法、及び電界放出型表示装置を
提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and can emit electrons from an emitter while maintaining a strong electric field strength necessary for efficiently obtaining electrons. It is an object of the present invention to provide a field emission cold cathode device capable of suppressing the spread of emitted electrons without using an electrode, a method of manufacturing the same, and a field emission display device.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の請求項１に記載の電界放出冷陰極素子は、
導電性を持つ基板と、該基板上に形成し先端を先鋭化し
た電極と、該電極を形成した電極形成部を除いて上記基
板上に形成した絶縁層と、該絶縁層上に積層し上記電極
を取り囲む開口部を持つ制御電極とを備えた電界放出冷
陰極素子において、上記制御電極の開口部は、該制御電
極の上端側の開口部を、該制御電極の下端側の開口部よ
り大きく形成することを特徴とするものである。In order to solve this problem, a field emission cold cathode device according to claim 1 of the present invention comprises:
A conductive substrate, an electrode formed on the substrate and having a sharpened tip, an insulating layer formed on the substrate except for an electrode forming portion on which the electrode is formed, and an insulating layer formed on the insulating layer. A field emission cold cathode device comprising: a control electrode having an opening surrounding the electrode; wherein the opening of the control electrode is larger than the opening on the upper end of the control electrode. It is characterized by forming.
【００１３】また、本発明の請求項２に記載の電界放出
冷陰極素子は、請求項１記載の電界放出冷陰極素子にお
いて、上記制御電極は、該制御電極の開口部近傍に、上
記基板面と平行な面に対して任意の傾斜角度をなす制御
電極傾斜面を有することを特徴とするものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided the field emission cold cathode device according to the first aspect, wherein the control electrode is provided near an opening of the control electrode, and the substrate surface is provided on the substrate surface. And a control electrode inclined surface having an arbitrary inclination angle with respect to a plane parallel to the control electrode.
【００１４】また、本発明の請求項３に記載の電界放出
冷陰極素子は、請求項１記載の電界放出冷陰極素子にお
いて、上記制御電極は、該制御電極の開口部に近接する
部位の厚みが該制御電極の開口部に近接する部位の外側
の周辺部の厚みより厚く形成することを特徴とするもの
である。According to a third aspect of the present invention, there is provided a field emission cold-cathode device according to the first aspect, wherein the control electrode has a thickness close to an opening of the control electrode. Is formed so as to be thicker than a thickness of a peripheral portion outside a portion close to the opening of the control electrode.
【００１５】また、本発明の請求項４に記載の電界放出
冷陰極素子は、請求項３記載の電界放出冷陰極素子にお
いて、上記制御電極は、該制御電極の開口部に近接する
部位の厚みを１０μｍ以下とすることを特徴とするもの
である。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the field emission cold cathode device according to the third aspect, wherein the control electrode has a thickness close to an opening of the control electrode. Is set to 10 μm or less.
【００１６】また、本発明の請求項５に記載の電界放出
冷陰極素子は、請求項１記載の電界放出冷陰極素子にお
いて、上記制御電極は、該制御電極の厚みを厚く形成
し、上記制御電極の上端部分に先端が先鋭化した部分を
有することを特徴とするものである。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a field emission cold-cathode device according to the first aspect, wherein the control electrode is formed to have a large thickness. The electrode has a sharpened portion at the upper end portion of the electrode.
【００１７】また、本発明の請求項６に記載の電界放出
冷陰極素子は、請求項１記載の電界放出冷陰極素子にお
いて、上記制御電極は、該制御電極の開口部の中心方向
に先端が先鋭化した部分を有することを特徴とするもの
である。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the field emission cold cathode device according to the first aspect, wherein the control electrode has a tip in a center direction of an opening of the control electrode. It has a sharpened portion.
【００１８】また、本発明の請求項７に記載の電界放出
冷陰極素子は、請求項１記載の電界放出冷陰極素子にお
いて、上記制御電極の上端部分は、上記電極の先端部分
よりも高く形成することを特徴とするものである。According to a seventh aspect of the present invention, in the field emission cold cathode device according to the first aspect, an upper end portion of the control electrode is formed higher than a tip portion of the electrode. It is characterized by doing.
【００１９】また、本発明の請求項８に記載の電界放出
冷陰極素子は、請求項７記載の電界放出冷陰極素子にお
いて、上記制御電極の上端部分は、上記電極の先端部分
との間が、１μｍ以下の高低差を有することを特徴とす
るものである。The field emission cold cathode device according to claim 8 of the present invention is the field emission cold cathode device according to claim 7, wherein the upper end of the control electrode is located between the tip of the electrode. And a height difference of 1 μm or less.
【００２０】また、本発明の請求項９に記載の電界放出
冷陰極素子は、請求項２記載の電界放出冷陰極素子にお
いて、上記制御電極の制御電極傾斜面は、上記基板面に
対して０度以上９０度未満の角度を有することを特徴と
するものである。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the field emission cold cathode device according to the second aspect, wherein the control electrode inclined surface of the control electrode is set at 0 with respect to the substrate surface. The angle is not less than 90 degrees and less than 90 degrees.
【００２１】また、本発明の請求項１０に記載の電界放
出冷陰極素子の製造方法は、基板上に、熱酸化法あるい
はＣＶＤ法により絶縁層を形成する工程と、上記絶縁層
上にスパッタ法により制御電極層を形成する工程と、上
記制御電極層上にネガレジスト層を形成する工程と、フ
ォトマスクを用いて紫外線露光によってパターニングを
行い、ネガレジスト層と制御電極層とをそれぞれエッチ
ング除去する工程と、上記制御電極層をマスクとして、
フッ化水素酸を用いて絶縁層をエッチング除去する工程
とを含む電界放出冷陰極素子の製造方法において、上記
制御電極側面部の傾斜角度は、等方性エッチングまたは
異方性エッチングを使用することにより任意の角度に調
整することを特徴とするものである。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a field emission cold cathode device, comprising: forming an insulating layer on a substrate by a thermal oxidation method or a CVD method; Forming a control electrode layer, forming a negative resist layer on the control electrode layer, patterning by exposure to ultraviolet light using a photomask, and etching and removing the negative resist layer and the control electrode layer, respectively. Process, using the control electrode layer as a mask,
Etching the insulating layer using hydrofluoric acid, wherein the inclination angle of the side surface of the control electrode is determined by using isotropic etching or anisotropic etching. The angle is adjusted to an arbitrary angle by using
【００２２】また、本発明の請求項１１に記載の電界放
出冷陰極素子の製造方法は、請求項１０記載の電界放出
冷陰極素子の製造方法において、上記制御電極側面部の
傾斜角度は、集光装置を用いて露出光を集光させる工程
と、エッチングにてレジスト層を除去して、露出光の集
光角度と同じ傾斜角度をもつレジスト層を加工する工程
と、該レジスト層上に制御電極層を積層する工程により
形成することを特徴とするものである。In the method of manufacturing a field emission cold cathode device according to claim 11 of the present invention, in the method of manufacturing a field emission cold cathode device according to claim 10, the inclination angle of the side surface of the control electrode is preferably Condensing the exposed light using an optical device; removing the resist layer by etching to process a resist layer having the same inclination angle as the condensing angle of the exposed light; and controlling the resist layer on the resist layer. It is characterized by being formed by a step of laminating electrode layers.
【００２３】また、本発明の請求項１２に記載の電界放
出冷陰極素子の製造方法は、請求項１１記載の電界放出
冷陰極素子の製造方法において、上記集光装置は、ホロ
グラムを使用することを特徴とするものである。According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a field emission cold cathode device according to the eleventh aspect, wherein the condensing device uses a hologram. It is characterized by the following.
【００２４】また、本発明の請求項１３に記載の電界放
出冷陰極素子は、請求項１記載の電界放出冷陰極素子に
おいて、上記制御電極の電極材料は、モリブデン、タン
グステン、タングステンシリサイド、ニオブ、アルミニ
ウム、チタン、タンタル、銅のうちの少なくとも１つを
含むことを特徴とするものである。According to a thirteenth aspect of the present invention, in the field emission cold cathode device of the first aspect, the electrode material of the control electrode is molybdenum, tungsten, tungsten silicide, niobium, It is characterized by containing at least one of aluminum, titanium, tantalum, and copper.
【００２５】また、本発明の請求項１４に記載の電界放
出冷陰極素子は、請求項１記載の電界放出冷陰極素子に
おいて、上記電界放出電極の電極材料は、シリコン、モ
リブデン、タングステンのうちの少なくとも１つを含む
ことを特徴とするものである。According to a fourteenth aspect of the present invention, in the field emission cold cathode device according to the first aspect, the electrode material of the field emission electrode is selected from the group consisting of silicon, molybdenum and tungsten. It is characterized by including at least one.
【００２６】また、本発明の請求項１５に記載の表示装
置は、真空外囲器内に、電子放出源と、該電子放出源に
対向して設けた蛍光体層とを有する表示装置において、
上記電子放出源は、導電性を持つ基板と、該基板上に形
成し先端を先鋭化した電極と、該電極を形成した電極形
成部を除いて上記基板上に形成した絶縁層と、該絶縁層
上に積層し上記電極を取り囲む開口部を持つ制御電極と
を有し、上記制御電極の開口部は、上記電極の底面より
も上記電極の先端部分の開口径を大きく形成した電界放
出冷陰極素子であることを特徴とするものである。A display device according to a fifteenth aspect of the present invention is a display device having an electron emission source and a phosphor layer provided facing the electron emission source in a vacuum envelope.
The electron emission source includes a substrate having conductivity, an electrode formed on the substrate and having a sharpened tip, an insulating layer formed on the substrate except for an electrode forming portion on which the electrode is formed, and an insulating layer formed on the substrate. A field emission cold cathode having a control electrode laminated on a layer and having an opening surrounding the electrode, wherein the opening of the control electrode is formed to have a larger opening diameter at the tip of the electrode than at the bottom of the electrode. It is characterized by being an element.
【００２７】[0027]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。 （実施の形態１）本発明の実施の形態１による電界放出
冷陰極素子は、ゲート開口部を基板側に対抗する面の開
口径の大きさよりもアノード電極側に対抗する面の開口
径の大きさの方を大きく形成し、さらにゲート電極の開
口部は開口周辺部よりも厚く形成するものである。Embodiments of the present invention will be described below. (Embodiment 1) In the field emission cold cathode device according to Embodiment 1 of the present invention, the opening diameter of the surface facing the anode electrode side is larger than the opening diameter of the surface facing the substrate side of the gate opening. The gate electrode is formed larger, and the opening of the gate electrode is formed thicker than the periphery of the opening.
【００２８】図１は本発明の実施の形態１による電界放
出冷陰極素子の構造図である。図１において、１は導電
性の基板、２は基板１と電気的に接続されており、電子
を放出する円錐状のエミッタ、３は基板１上に形成した
絶縁層、４は絶縁層３上に形成したゲート層である。５
は基板１に形成されたエミッタ２及び絶縁層３の空間部
分であるゲート開口部、６はゲート層４においてゲート
開口部５側に形成されたゲート電極であり、ゲート電極
６は基板１面と平行な面に対して任意の傾斜角度に形成
された傾斜側面部をもつ。FIG. 1 is a structural diagram of a field emission cold cathode device according to Embodiment 1 of the present invention. 1, reference numeral 1 denotes a conductive substrate, 2 denotes a conical emitter that is electrically connected to the substrate 1, and emits electrons, 3 denotes an insulating layer formed on the substrate 1, and 4 denotes an insulating layer. This is the gate layer formed on the substrate. 5
Is a gate opening which is a space between the emitter 2 and the insulating layer 3 formed on the substrate 1; 6 is a gate electrode formed on the gate layer 4 side in the gate layer 4; It has an inclined side surface portion formed at an arbitrary inclination angle with respect to a parallel surface.
【００２９】次に本実施の形態１による電界放出冷陰極
素子の動作について説明する。ゲート電極６には、基板
１と同じ電位のエミッタ２に対して、１００Ｖの電圧が
印加されている。エミッタ２の先端部分は極めて鋭利に
形成され、しかもエミッタ２の先端部分とゲート電極６
とは近接した位置に存在するため、エミッタ２の先端部
分には強い電界強度が加わり、電子が放出される。放出
された電子は、エミッタ２より基板１に対向して上方に
設置したアノード電極により発生する上方向の電界強度
の加速度成分と、エミッタ２の先端部分の近傍にあるゲ
ート電極６により発生する横方向の電界強度の加速度成
分との２つのベクトル合成により運動が行われる。そし
て、放出電子は運動するにつれてゲート電極６から離れ
ていき、やがて、放出電子はアノード電極により発生す
る上方向のみの運動となり、ついにはアノード電極に到
達してアノード電極に設置した蛍光体を発光させる。Next, the operation of the field emission cold cathode device according to the first embodiment will be described. A voltage of 100 V is applied to the gate electrode 6 with respect to the emitter 2 having the same potential as the substrate 1. The tip of the emitter 2 is formed extremely sharp, and the tip of the emitter 2 and the gate electrode 6 are formed.
Is located at a position close to, and a strong electric field intensity is applied to the tip of the emitter 2 to emit electrons. The emitted electrons are an acceleration component of the electric field strength in the upward direction generated by an anode electrode provided above and opposed to the substrate 1 from the emitter 2 and a lateral electrode generated by a gate electrode 6 near the tip of the emitter 2. Motion is performed by combining two vectors with the acceleration component of the electric field strength in the direction. The emitted electrons move away from the gate electrode 6 as they move, and eventually, the emitted electrons move only in the upward direction generated by the anode electrode, and eventually reach the anode electrode to emit light from the phosphor provided on the anode electrode. Let it.
【００３０】ここで従来の電界放出冷陰極素子の構成と
比較してみると、電界放出効率を向上させるためには、
エミッタ２の先端部分の電界強度を強くしてゲート開口
部５の周囲にあるゲート電極６の厚みを厚くするという
手段が取られていた。しかしながら、そのような構造に
すれば、放出された電子に関係する電界強度は、アノー
ド電極により発生する上方向の電界強度だけでなく、ゲ
ート電極６より発生する横方向の電界強度も強くなって
しまうために、放出された電子は横方向の加速度成分を
持ち、電子の軌道を発散させてしまうという不具合な点
も合わせもっていた。さらにシミュレーション計算の結
果によると、最も外側の電子軌道は中心軸に対して３０
度以上の傾きをもつ場合もあった。Here, comparing with the structure of the conventional field emission cold cathode device, in order to improve the field emission efficiency,
A measure has been taken to increase the thickness of the gate electrode 6 around the gate opening 5 by increasing the electric field intensity at the tip of the emitter 2. However, with such a structure, the electric field intensity related to the emitted electrons is increased not only in the upward electric field intensity generated by the anode electrode but also in the horizontal electric field intensity generated from the gate electrode 6. For this reason, the emitted electrons have a lateral acceleration component, and also have the disadvantage that the trajectories of the electrons are diverged. Further, according to the result of the simulation calculation, the outermost electron orbit is 30 degrees with respect to the central axis.
In some cases, the slope was more than degrees.
【００３１】このように本実施の形態１による電界放出
冷陰極素子では、ゲート開口部を基板側に対向する面の
開口径の大きさよりもアノード電極側に対向する面の開
口径の大きさの方を大きく形成し、さらにゲート電極の
開口部は開口周辺部よりも厚く形成する構成としたか
ら、エミッタの先端部分の近傍付近では、従来のゲート
開口径と同じ大きさの開口部が形成されているために、
高い電界放出効率を維持したまま電子を放出することが
できる。また、エミッタの先端部分から放出された電子
が上方向への運動を行うと、ゲート電極６から発生する
横方向の電界強度が従来の電界放出冷陰極素子よりも急
激に弱くなるために、電子の軌道を発散させないように
することができる。As described above, in the field emission cold cathode device according to the first embodiment, the gate opening has a larger opening diameter on the surface facing the anode electrode side than the opening diameter on the surface facing the substrate side. The opening of the gate electrode is formed thicker than the periphery of the opening, so that an opening of the same size as the conventional gate opening diameter is formed near the tip of the emitter. To be
Electrons can be emitted while maintaining high field emission efficiency. Also, when the electrons emitted from the tip of the emitter move upward, the lateral electric field intensity generated from the gate electrode 6 becomes sharply weaker than that of the conventional field emission cold cathode device. Divergence can be prevented from diverging.
【００３２】なお、本実施の形態１による電界放出冷陰
極素子において、ゲート電極は基板面と平行な面に対し
て任意の傾斜角度をもつ構造としたが、このようなゲー
ト電極の構造を有し、さらにゲート電極開口部は、開口
周辺部よりも厚く形成した構造としてもよい。ただし、
そのような構造とする場合は、電極の厚みを１０μｍ以
下とし、実際には１μｍ以下であることが望ましい。In the field emission cold cathode device according to the first embodiment, the gate electrode has a structure having an arbitrary inclination angle with respect to a plane parallel to the substrate surface. In addition, the gate electrode opening may be formed to be thicker than the periphery of the opening. However,
In the case of such a structure, it is desirable that the thickness of the electrode is 10 μm or less, and in practice, it is 1 μm or less.
【００３３】また、ゲート電極は任意の傾斜角度をもつ
構造としたが、ゲート電極６のアノード方向の電極先端
が先鋭化した部分を有する構造、あるいはゲート電極６
の開口部５の開口径中心方向の電極先端が先鋭化した部
分を有する構造であってもよいことは言うまでもない。Although the gate electrode has a structure having an arbitrary inclination angle, a structure in which the tip of the gate electrode 6 in the anode direction has a sharpened portion, or the gate electrode 6
Needless to say, the electrode 5 may have a sharpened portion in the direction of the center of the opening diameter of the opening 5.
【００３４】また、図１においてエミッタの先端部分と
ゲート電極の底辺部分とは面一の高さに構成している
が、エミッタの先端部分の高さをゲート電極のアノード
側に向いた面よりも低くする構成とすることにより、本
発明の効果をより十分に得ることができる。その場合、
その高低差を１μｍ以下、特に１００ｎｍ以下にするこ
とが望ましい。In FIG. 1, the tip of the emitter and the bottom of the gate electrode are flush with each other, but the height of the tip of the emitter is higher than the face of the gate electrode facing the anode. The effect of the present invention can be more sufficiently obtained by adopting a configuration in which the height is also reduced. In that case,
It is desirable that the height difference be 1 μm or less, particularly 100 nm or less.
【００３５】さらに、本発明による効果を十分に得るた
めには、エミッタ２の先端部の高さは、ゲート電極５の
アノード側に向いた面よりも低くしないといけないので
あるが、その高低差は１μｍ以下、とくに１００ｎｍ以
下であることが望ましい。Further, in order to sufficiently obtain the effect of the present invention, the height of the tip of the emitter 2 must be lower than the surface of the gate electrode 5 facing the anode side. Is preferably 1 μm or less, particularly preferably 100 nm or less.
【００３６】かかる構成とした電界放出冷陰極素子を電
子放出源として、真空外囲器内に電子放出源と、電子放
出源に対向するように蛍光体層とを配置して構成したフ
ラットパネルディスプレイパネルでは、陰極から放出さ
れた電子が隣の画素の蛍光体に当たることなく、高解像
度と高いコントラストを維持することができる。A flat panel display in which the field emission cold cathode device having such a configuration is used as an electron emission source, and an electron emission source and a phosphor layer are arranged in a vacuum envelope so as to face the electron emission source. In the panel, high resolution and high contrast can be maintained without the electrons emitted from the cathode hit the phosphor of the adjacent pixel.
【００３７】（実施の形態２）本発明の実施の形態２に
よる電界放出冷陰極素子は、ゲート層が本発明による任
意の傾斜角度をもった傾斜側面部を有する場合と、従来
のゲート層とを比較して、どのような条件の基で良好な
電界放出が行われるかを検討した。(Embodiment 2) In the field emission cold cathode device according to Embodiment 2 of the present invention, the case where the gate layer has the inclined side surface portion having an arbitrary inclination angle according to the present invention and the conventional gate layer Were compared, and the conditions under which good field emission was performed were examined.
【００３８】図２は本発明の実施の形態２による電界放
出冷陰極素子の構造図（ａ）と、従来例の電界放出冷陰
極素子の構造図（ｂ）を示している。FIG. 2 shows the structure of a field emission cold cathode device according to a second embodiment of the present invention (a) and the structure of a conventional field emission cold cathode device (b).
【００３９】図２より、７はゲート電極６の側面の傾斜
角度である。１０，１１０はエミッタ（２，１０２）先
端部分より放出される電子の放出電子軌道である。な
お、その他の構成について図１及び従来例と同じ構成に
ついては同じ符号を付して説明を省略する。As shown in FIG. 2, reference numeral 7 denotes the inclination angle of the side surface of the gate electrode 6. Reference numerals 10 and 110 are emission electron trajectories of electrons emitted from the tip of the emitter (2, 102). In addition, about the other structure, the same code | symbol is attached | subjected about the structure same as FIG. 1 and the conventional example, and description is abbreviate | omitted.
【００４０】図２（ａ）より本発明の電界放出冷陰極素
子の構造は、ゲート開口部以外ではゲート厚みが０．１
μｍであり、ゲート開口部ではゲート開口端から０．５
μｍだけ離れた位置のところから基板１に対して垂直上
方向に０．５μｍの高さを有し、その上端部から開口端
に向かって斜辺形状を有している。また、ゲート開口径
は１．０μｍである。一方、図２（ｂ）の従来の電界放
出冷陰極素子の構造は、ゲート電極の厚みが１．０μｍ
のゲート開口部の径は０．５μｍである。エミッタ電極
２とエミッタ電極１０２は同じ形状を有しており、エミ
ッタ先端部は、ゲート電極（６，１０６）の底面と同一
面になるように配置した。FIG. 2A shows that the structure of the field emission cold cathode device of the present invention has a gate thickness of 0.1 except for the gate opening.
μm, and 0.5 mm from the gate opening end at the gate opening.
It has a height of 0.5 μm vertically upward with respect to the substrate 1 from a position separated by μm, and has a hypotenuse shape from its upper end toward the open end. The gate opening diameter is 1.0 μm. On the other hand, in the structure of the conventional field emission cold cathode device shown in FIG.
Has a diameter of 0.5 μm. The emitter electrode 2 and the emitter electrode 102 have the same shape, and the tip of the emitter is arranged so as to be flush with the bottom surface of the gate electrode (6, 106).
【００４１】次に、上述した本発明及び従来の電界放出
冷陰極素子の構造について、静電界解析ソフトを用いて
放出電子の電子軌道のシミュレーション計算を行った結
果について説明する。Next, the results of a simulation calculation of the electron trajectory of the emitted electrons using the electrostatic field analysis software will be described for the structures of the above-described present invention and the conventional field emission cold cathode device.
【００４２】まず、ゲート電極６に１００Ｖの電圧をか
けたときのエミッタ電極２の先端部の電界強度を調べた
結果について説明する。解析した結果、本発明のモデル
の電界強度は１×１０7 （Ｖ／ｃｍ）以上であり、この
値は従来例のモデルとほぼ同様である。すなわち、電子
を放出させるために必要な電界強度を十分に有している
ことがわかった。また、電界強度はゲート電極より横方
向に発生するが、その電界強度の大きさは、本発明の構
造の方が従来例の構造よりも小さいことがわかった。そ
こで、これらの構造についてエミッタ先端部から電子を
放出させた場合を考えると、従来例では、図２（ｂ）に
示すようにゲート電極１０６の厚みが０．５μｍと厚い
ために、放出された電子１１０がゲート電極１０６に衝
突してゲート電極１０６が損傷しやすくなる。それに対
して、本発明の構造では、放出された電子１０はゲート
電極６に衝突しにくいため、衝突によるゲート電極６の
損傷を防ぐことができる。First, the result of examining the electric field intensity at the tip of the emitter electrode 2 when a voltage of 100 V is applied to the gate electrode 6 will be described. As a result of the analysis, the electric field intensity of the model of the present invention is 1 × 10 7 (V / cm) or more, and this value is almost the same as that of the conventional model. In other words, it was found that the electric field strength required for emitting electrons was sufficient. The electric field strength is generated in the lateral direction from the gate electrode, but the magnitude of the electric field strength is found to be smaller in the structure of the present invention than in the conventional structure. Considering the case where electrons are emitted from the tip of the emitter in these structures, in the conventional example, since the thickness of the gate electrode 106 is as thick as 0.5 μm as shown in FIG. The electrons 110 collide with the gate electrode 106 and the gate electrode 106 is easily damaged. On the other hand, in the structure of the present invention, the emitted electrons 10 hardly collide with the gate electrode 6, so that the gate electrode 6 can be prevented from being damaged by the collision.
【００４３】さらに、静電界解析ソフトの結果によれ
ば、ゲート電極６のゲート開口部の三角形の底辺の長さ
（基板１に対して平行方向）を０．５μｍとしたとき、
ゲート電極の高さ（基板１に対して垂直方向）が０．１
μｍ〜０．５μｍの範囲であれば、良好な電子放出が得
られることがわかった。また上述した三角形の底辺部を
Ｘ方向、また三角形の高さの部分をＹ方向とし、ゲート
電極６の側面の傾斜角度７をθと規定し、これらの解析
データをもとに傾斜角度θの正接（ｔａｎθ＝Ｙ／Ｘ）
から逆算すると、本発明に有効なゲート電極６の傾斜角
度７は、１０度以上６０度以下であれば良好な電界放出
が得られることがわかった。Further, according to the result of the electrostatic field analysis software, when the length of the base of the triangle of the gate opening of the gate electrode 6 (the direction parallel to the substrate 1) is 0.5 μm,
The height of the gate electrode (perpendicular to the substrate 1) is 0.1
It was found that good electron emission was obtained in the range of μm to 0.5 μm. Further, the base of the above-described triangle is defined as the X direction, the height of the triangle is defined as the Y direction, and the inclination angle 7 of the side surface of the gate electrode 6 is defined as θ. Tangent (tan θ = Y / X)
From the above calculation, it was found that good field emission can be obtained when the inclination angle 7 of the gate electrode 6 effective for the present invention is 10 degrees or more and 60 degrees or less.
【００４４】このように本実施の形態２による電界放出
冷陰極素子では、ゲート電極６はシミュレーション計算
に基づいて得られた最適な傾斜角度をもつ構造としたの
で、エミッタ先端部から放出された電子の電界放出効率
が高く得られるだけでなく、電子の広がりを抑制するこ
とができ、ゲート電極の損傷をも防ぐことができる。As described above, in the field emission cold cathode device according to the second embodiment, the gate electrode 6 has a structure having the optimum inclination angle obtained based on the simulation calculation. Not only can obtain a high field emission efficiency, but also can suppress the spread of electrons and prevent the gate electrode from being damaged.
【００４５】なお、本実施の形態１による電界放出冷陰
極素子において、ゲート電極６の最大の高さが０．５μ
ｍで、その上端部から開口端に向かって斜辺状を有する
構造を使用して説明したが、このゲート電極の構造は、
ゲート電極の高さとエミッタの先端部分の高さとの差が
１μｍ以下の場合でも同様の効果を有することができ
る。また、上述したゲート電極の傾斜角度はシミュレー
ション計算より、１０度以上６０度以下が望ましいとし
たが、０度以上９０度未満の角度を有した構造であって
も同様の効果を有することができる。In the field emission cold cathode device according to the first embodiment, the maximum height of gate electrode 6 is 0.5 μm.
m, a structure having a hypotenuse from the upper end toward the open end has been described.
The same effect can be obtained even when the difference between the height of the gate electrode and the height of the tip of the emitter is 1 μm or less. Further, the above-mentioned inclination angle of the gate electrode is preferably set to 10 degrees or more and 60 degrees or less from simulation calculations. However, the same effect can be obtained even with a structure having an angle of 0 degree or more and less than 90 degrees. .
【００４６】（実施の形態３）本発明の実施の形態３に
よる電界放出冷陰極素子の製造方法は、ゲート層４の側
面に任意の傾斜角度をもったゲート電極６を有するよう
に形成したものである。(Embodiment 3) A method of manufacturing a field emission cold cathode device according to Embodiment 3 of the present invention is such that a gate electrode 6 having an arbitrary inclination angle is formed on a side surface of a gate layer 4. It is.
【００４７】図３は本発明の実施の形態３による電界放
出冷陰極素子の製造方法の概略図である。図３より、１
１はネガレジスト層、１２はフォトマスクである。な
お、その他の構成について図１と同じ部分については同
じ符号を付して説明を省略する。FIG. 3 is a schematic view of a method for manufacturing a field emission cold cathode device according to the third embodiment of the present invention. From FIG. 3, 1
1 is a negative resist layer, and 12 is a photomask. In addition, about the other structure, the same code | symbol is attached | subjected about the same part as FIG. 1, and description is abbreviate | omitted.
【００４８】図３（ａ）において、シリコンから構成さ
れた基板１上に、熱酸化法あるいはＣＶＤ法等により約
１μｍの厚さで絶縁層３を形成する。次に、絶縁層３の
上にスパッタ法によりゲート層４を形成する。さらに、
ゲート層４の上にネガレジスト層１１を形成する。なお
本実施の形態では、絶縁層３の材料として二酸化シリコ
ン膜を使用した例で説明する。また、ゲート層４の材料
としては、例えば、モリブデン、タングステン、タング
ステンシリサイド、ニオブ、アルミニウム、チタン、タ
ンタル、銅等を使用する。In FIG. 3A, an insulating layer 3 having a thickness of about 1 μm is formed on a substrate 1 made of silicon by a thermal oxidation method or a CVD method. Next, the gate layer 4 is formed on the insulating layer 3 by a sputtering method. further,
A negative resist layer 11 is formed on the gate layer 4. In this embodiment, an example in which a silicon dioxide film is used as a material of the insulating layer 3 will be described. Further, as a material of the gate layer 4, for example, molybdenum, tungsten, tungsten silicide, niobium, aluminum, titanium, tantalum, copper, or the like is used.
【００４９】次に、図３（ｂ）において、フォトマスク
１２を用いて、紫外線露光によってパターニングを行
い、ネガレジスト層１１とゲート層４をそれぞれエッチ
ング除去する。Next, in FIG. 3B, patterning is performed by exposure to ultraviolet light using a photomask 12, and the negative resist layer 11 and the gate layer 4 are respectively etched and removed.
【００５０】次に、図３（ｃ）において、ゲート層４は
等方性エッチングまたは異方性エッチングの手法を使用
して、下方向と横方向のそれぞれの方向を調節すること
により、ゲート層４の側面に任意の傾斜角度をもったゲ
ート電極６を形成する。その後、残りのネガレジスト層
１１は溶剤にて除去する。さらに、ゲート層４をマスク
として、フッ化水素酸を用いて絶縁層３をエッチング除
去することによって、開口部５を形成する。Next, in FIG. 3C, the gate layer 4 is formed by adjusting the respective downward and lateral directions by using an isotropic etching or anisotropic etching technique. A gate electrode 6 having an arbitrary inclination angle is formed on the side surface of the gate electrode 4. After that, the remaining negative resist layer 11 is removed with a solvent. Further, using the gate layer 4 as a mask, the opening 5 is formed by etching and removing the insulating layer 3 using hydrofluoric acid.
【００５１】以降の工程は、従来のスピント型冷陰極素
子の製造方法と同様であり、図３（ｄ）に示すような電
界放出冷陰極素子を得ることができる。The subsequent steps are the same as in the conventional method of manufacturing a Spindt-type cold cathode device, and a field emission cold cathode device as shown in FIG. 3D can be obtained.
【００５２】このように本実施の形態３による電界放出
冷陰極素子の製造方法では、等方性エッチングまたは異
方性エッチングの手法を使用して、下方向と横方向のそ
れぞれの方向を調節することにより、ゲート層４の側面
に任意の傾斜角度をもったゲート電極を形成するものと
したので、エミッタ先端部から放出された電子の電界放
出効率が高く得られるだけでなく、電子の広がりを抑制
することができ、動作の信頼性及び耐久性を向上させる
ことができる。As described above, in the method of manufacturing the field emission cold cathode device according to the third embodiment, the respective downward and lateral directions are adjusted by using the isotropic etching or the anisotropic etching. As a result, the gate electrode having an arbitrary inclination angle is formed on the side surface of the gate layer 4, so that the field emission efficiency of the electrons emitted from the tip of the emitter can be obtained high, and the spread of the electrons can be improved. Thus, the reliability and durability of the operation can be improved.
【００５３】（実施の形態４）(Embodiment 4)
【００５４】本発明の実施の形態４による電界放出冷陰
極素子の製造方法は、集光装置としてホログラムを使用
するものである。図４は本発明の実施の形態４による電
界放出冷陰極素子の製造方法の該略図である。The method for manufacturing a field emission cold cathode device according to the fourth embodiment of the present invention uses a hologram as a light-collecting device. FIG. 4 is a schematic view of a method for manufacturing a field emission cold cathode device according to a fourth embodiment of the present invention.
【００５５】図４より、１３はポジレジスト層、１５は
ホログラム、１６は未露光レジスト層である。なお、そ
の他の構成について図１と同じ部分については同じ符号
を付して説明を省略する。As shown in FIG. 4, 13 is a positive resist layer, 15 is a hologram, and 16 is an unexposed resist layer. In addition, about the other structure, the same code | symbol is attached | subjected about the same part as FIG. 1, and description is abbreviate | omitted.
【００５６】図４（ａ）において、シリコンから構成さ
れた基板１上に、熱酸化法あるいはＣＶＤ法等により約
１μｍの厚さで絶縁層３を形成する。なお、本実施の形
態では、絶縁層３の材料として二酸化シリコン膜を使用
した例で説明する。続いて、この絶縁層３の上にポジレ
ジスト層１３をスピン塗布する。In FIG. 4A, an insulating layer 3 having a thickness of about 1 μm is formed on a substrate 1 made of silicon by a thermal oxidation method or a CVD method. In this embodiment, an example in which a silicon dioxide film is used as a material of the insulating layer 3 will be described. Subsequently, the positive resist layer 13 is spin-coated on the insulating layer 3.
【００５７】次に、図４（ｂ）において、約１μｍの露
光穴の設けられたフォトマスク１４に露出光を通過さ
せ、ホログラム１５を用いてマスクを通過した露出光を
集光する。本実施例では、露出光として紫外線を使用し
た例で説明する。集光した紫外線によってパターニング
を行い、未露光レジスト層１６を除去して、レジスト側
面に露出光の集光角度と同じ傾斜角度をもったレジスト
層１３を形成する。Next, in FIG. 4B, the exposure light is passed through a photomask 14 provided with an exposure hole of about 1 μm, and the exposure light passing through the mask is collected using a hologram 15. In this embodiment, an example using ultraviolet light as the exposure light will be described. The unexposed resist layer 16 is removed by patterning with the condensed ultraviolet rays, and a resist layer 13 having the same inclination angle as the condensing angle of the exposed light is formed on the side surface of the resist.
【００５８】次に、図４（ｃ）において、スパッタ法に
よりゲート層４を形成し、このゲート層４上に、ネガレ
ジスト層１１を形成する。このとき、ゲート層４の材料
として、例えば、モリブデン、タングステン、タングス
テンシリサイド、ニオブ、アルミニウム、チタン、タン
タル、銅等を使用する。Next, in FIG. 4C, a gate layer 4 is formed by a sputtering method, and a negative resist layer 11 is formed on the gate layer 4. At this time, as a material of the gate layer 4, for example, molybdenum, tungsten, tungsten silicide, niobium, aluminum, titanium, tantalum, copper, or the like is used.
【００５９】次に、図４（ｄ）において、フォトマスク
１２を用い、紫外線露光によってパターニングを行う。
ネガレジスト層１１を溶剤にて、ゲート層４を酸にて、
ポジレジスト層１３を溶剤にてそれぞれエッチング除去
する。さらに、モリブデンのゲート層４をマスクとし
て、フッ化水素酸を用いて絶縁層３をエッチング除去す
ることによって、図４（ｅ）に示すような開口部５を形
成する。Next, in FIG. 4D, patterning is performed by using a photomask 12 and exposing it to ultraviolet light.
The negative resist layer 11 is dissolved in a solvent and the gate layer 4 is dispersed in an acid.
The positive resist layer 13 is removed by etching with a solvent. Further, by using the molybdenum gate layer 4 as a mask, the insulating layer 3 is etched away using hydrofluoric acid to form an opening 5 as shown in FIG.
【００６０】以降の工程は、従来のスピント型冷陰極素
子の製造方法と同様であり、図４（ｆ）に示すような本
発明の電界放出冷陰極素子を得る。The subsequent steps are the same as those in the conventional method of manufacturing a Spindt-type cold cathode device, and a field emission cold cathode device of the present invention as shown in FIG.
【００６１】[0061]
【発明の効果】以上のように、本発明の電界放出冷陰極
素子によれば、基板対向面側のゲート開口部は従来と同
じ大きさの開口径とする構造により、エミッタ先端部か
ら高い電界放出効率が得られる。さらに、基板対向面と
反対側の面に行くにしたがって徐々にゲート開口径を広
くするという構造により、電子の広がりを抑制すること
ができ、動作の信頼性および耐久性を向上させることが
できるという有利な効果が得られる。As described above, according to the field emission cold-cathode device of the present invention, the gate opening on the substrate-facing surface side has the same size as the conventional one, so that a high electric field is applied from the tip of the emitter. Release efficiency is obtained. Furthermore, the structure in which the gate opening diameter is gradually widened toward the surface opposite to the substrate facing surface can suppress the spread of electrons, thereby improving the operation reliability and durability. An advantageous effect is obtained.
【００６２】また、この電界放出冷陰極を用いたフラッ
トパネルディスプレイにおいては、高い解像度を実現で
きるとともに陰極と蛍光体面との間隔を大きくできるの
で、高い加速電圧を印加でき、発光効率を向上させるこ
とができる。さらに、隣の画素の蛍光体に当たる電子が
少なくなるので、コントラストおよび色純度が大幅に改
善される。In the flat panel display using the field emission cold cathode, high resolution can be realized and the distance between the cathode and the phosphor surface can be increased, so that a high accelerating voltage can be applied and the luminous efficiency can be improved. Can be. Further, since the number of electrons hitting the phosphor of the adjacent pixel is reduced, the contrast and the color purity are greatly improved.
【図１】本発明の実施の形態１による電界放出冷陰極の
構造図FIG. 1 is a structural diagram of a field emission cold cathode according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態２による電界放出冷陰極の
構造図FIG. 2 is a structural diagram of a field emission cold cathode according to a second embodiment of the present invention;
【図３】本発明の実施の形態３による電界放出冷陰極の
製造方法の概略図FIG. 3 is a schematic diagram of a method for manufacturing a field emission cold cathode according to a third embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施の形態４による電界放出冷陰極の
製造方法の概略図FIG. 4 is a schematic diagram of a method for manufacturing a field emission cold cathode according to a fourth embodiment of the present invention.
【図５】従来のスピント型冷陰極の断面図FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional Spindt-type cold cathode.
【図６】従来のスピント型冷陰極の断面図FIG. 6 is a sectional view of a conventional Spindt-type cold cathode;
【図７】従来のスピント型冷陰極の断面図FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional Spindt-type cold cathode.
１、１０１ 基板 ２、１０２ エミッタ ３、１０３ 絶縁層 ４ ゲート層 ５、１０５ ゲート開口部 ６、１０６ ゲート電極 ７ ゲート側面傾斜角度θ １０、１１０ 放出電子軌道 １１ ネガレジスト層 １２ フォトマスク １３ ポジレジスト層 １４ フォトマスク １５ ホログラム １６ 未露光レジスト層 １１１ 集束電極 １１２ 第２絶縁層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 101 Substrate 2, 102 Emitter 3, 103 Insulating layer 4 Gate layer 5, 105 Gate opening 6, 106 Gate electrode 7 Gate side surface inclination angle θ 10, 110 Emission electron orbit 11 Negative resist layer 12 Photo mask 13 Positive resist layer Reference Signs List 14 photomask 15 hologram 16 unexposed resist layer 111 focusing electrode 112 second insulating layer
Claims (15)
先端を先鋭化した電極と、該電極を形成した電極形成部
を除いて上記基板上に形成した絶縁層と、該絶縁層上に
積層し上記電極を取り囲む開口部を持つ制御電極とを備
えた電界放出冷陰極素子において、 上記制御電極の開口部は、該制御電極の上端側の開口部
を、該制御電極の下端側の開口部より大きく形成する、 ことを特徴とする電界放出冷陰極素子。1. A substrate having conductivity, an electrode formed on the substrate and having a sharpened tip, an insulating layer formed on the substrate except for an electrode forming portion on which the electrode is formed, and an insulating layer formed on the substrate. A field emission cold cathode device comprising: a control electrode having an opening laminated thereon and having an opening surrounding the electrode; wherein the opening of the control electrode has an opening at an upper end of the control electrode and a lower end of the control electrode. A field emission cold-cathode device, wherein the field emission cold-cathode device is formed larger than an opening of the field emission cold cathode device.
いて、 上記制御電極は、該制御電極の開口部近傍に、上記基板
面と平行な面に対して任意の傾斜角度をなす制御電極傾
斜面を有する、 ことを特徴とする電界放出冷陰極素子。2. The field emission cold-cathode device according to claim 1, wherein the control electrode has an arbitrary tilt angle with respect to a plane parallel to the substrate surface near an opening of the control electrode. A field emission cold cathode device having a surface.
いて、 上記制御電極は、該制御電極の開口部に近接する部位の
厚みが該制御電極の開口部に近接する部位の外側の周辺
部の厚みより厚く形成する、 ことを特徴とする電界放出冷陰極素子。3. The field emission cold cathode device according to claim 1, wherein a thickness of a portion of the control electrode close to the opening of the control electrode is a peripheral portion outside a portion of the control electrode close to the opening of the control electrode. A field emission cold cathode device characterized by being formed thicker than the thickness of the field emission cold cathode device.
いて、 上記制御電極は、該制御電極の開口部に近接する部位の
厚みを１０μｍ以下とする、 ことを特徴とする電界放出冷陰極素子。4. The field emission cold cathode device according to claim 3, wherein a thickness of a portion of the control electrode adjacent to an opening of the control electrode is 10 μm or less. .
いて、 上記制御電極は、該制御電極の厚みを厚く形成し、上記
制御電極の上端部分に先端が先鋭化した部分を有する、 ことを特徴とする電界放出冷陰極素子。5. The field emission cold cathode device according to claim 1, wherein the control electrode is formed such that the thickness of the control electrode is large, and the control electrode has a sharpened tip at an upper end portion. Characteristic field emission cold cathode device.
いて、 上記制御電極は、該制御電極の開口部の中心方向に先端
が先鋭化した部分を有する、 ことを特徴とする電界放出冷陰極素子。6. The field-emission cold cathode device according to claim 1, wherein the control electrode has a portion whose tip is sharpened toward the center of the opening of the control electrode. element.
いて、 上記制御電極の上端部分は、上記電極の先端部分よりも
高く形成する、 ことを特徴とする電界放出冷陰極素子。7. The field emission cold-cathode device according to claim 1, wherein an upper end portion of the control electrode is formed higher than a tip portion of the electrode.
いて、 上記制御電極の上端部分は、上記電極の先端部分との間
が、１μｍ以下の高低差を有する、 ことを特徴とする電界放出冷陰極素子。8. The field emission cold cathode device according to claim 7, wherein an upper end portion of the control electrode has a height difference of 1 μm or less from a tip end portion of the electrode. Cold cathode device.
いて、 上記制御電極の制御電極傾斜面は、上記基板面に対して
０度以上９０度未満の角度を有する、 ことを特徴とする電界放出冷陰極素子。9. The electric field emission cold cathode device according to claim 2, wherein the control electrode inclined surface of the control electrode has an angle of 0 degree or more and less than 90 degrees with respect to the substrate surface. Emission cold cathode device.
により絶縁層を形成する工程と、上記絶縁層上にスパッ
タ法により制御電極層を形成する工程と、上記制御電極
層上にネガレジスト層を形成する工程と、フォトマスク
を用いて紫外線露光によってパターニングを行い、ネガ
レジスト層と制御電極層とをそれぞれエッチング除去す
る工程と、上記制御電極層をマスクとして、フッ化水素
酸を用いて絶縁層をエッチング除去する工程とを含む電
界放出冷陰極素子の製造方法において、 上記制御電極の側面部の傾斜角度は、等方性エッチング
または異方性エッチングを使用することにより任意の角
度に調整する、 ことを特徴とする電界放出冷陰極素子の製造方法。10. A step of forming an insulating layer on a substrate by a thermal oxidation method or a CVD method, a step of forming a control electrode layer on the insulating layer by a sputtering method, and a step of forming a negative resist layer on the control electrode layer. Forming, patterning by ultraviolet exposure using a photomask, and etching and removing the negative resist layer and the control electrode layer, respectively; insulating using hydrofluoric acid with the control electrode layer as a mask A step of etching and removing the layer, wherein the inclination angle of the side surface of the control electrode is adjusted to an arbitrary angle by using isotropic etching or anisotropic etching. A method for manufacturing a field emission cold cathode device, comprising the steps of:
の製造方法において、 上記制御電極側面部の傾斜角度は、集光装置を用いて露
出光を集光させる工程と、エッチングにてレジスト層を
除去して、露出光の集光角度と同じ傾斜角度をもつレジ
スト層を加工する工程と、該レジスト層上に制御電極層
を積層する工程により形成する、 ことを特徴とする電界放出冷陰極素子の製造方法。11. The method for manufacturing a field emission cold cathode device according to claim 10, wherein the angle of inclination of the side surface of the control electrode is determined by condensing exposure light using a condensing device, and etching the resist layer. Forming a resist layer having the same inclination angle as the condensing angle of the exposure light, and a step of laminating a control electrode layer on the resist layer. Device manufacturing method.
の製造方法において、 上記集光装置は、ホログラムを使用する、 ことを特徴とする電界放出冷陰極素子の製造方法。12. The method for manufacturing a field emission cold cathode device according to claim 11, wherein the light-collecting device uses a hologram.
おいて、 上記制御電極の電極材料は、モリブデン、タングステ
ン、タングステンシリサイド、ニオブ、アルミニウム、
チタン、タンタル、銅のうちの少なくとも１つを含む、 ことを特徴とする電界放出冷陰極素子。13. The field emission cold cathode device according to claim 1, wherein the electrode material of the control electrode is molybdenum, tungsten, tungsten silicide, niobium, aluminum,
A field emission cold cathode device comprising at least one of titanium, tantalum, and copper.
おいて、 上記電界放出電極の電極材料は、シリコン、モリブデ
ン、タングステンのうちの少なくとも１つを含む、 ことを特徴とする電界放出冷陰極素子。14. The field emission cold cathode device according to claim 1, wherein an electrode material of the field emission electrode includes at least one of silicon, molybdenum, and tungsten. .
子放出源に対向して設けた蛍光体層とを有する表示装置
において、 上記電子放出源は、導電性を持つ基板と、該基板上に形
成し先端を先鋭化した電極と、該電極を形成した電極形
成部を除いて上記基板上に形成した絶縁層と、該絶縁層
上に積層し上記電極を取り囲む開口部を持つ制御電極と
を有し、上記制御電極の開口部は、上記電極の底面より
も上記電極の先端部分の開口径を大きく形成した電界放
出冷陰極素子である、 ことを特徴とする表示装置。15. A display device having, in a vacuum envelope, an electron emission source and a phosphor layer provided to face the electron emission source, wherein the electron emission source comprises: a conductive substrate; An electrode formed on the substrate and having a sharpened tip, an insulating layer formed on the substrate except for an electrode forming portion on which the electrode is formed, and an opening laminated on the insulating layer and surrounding the electrode And a control electrode, wherein the opening of the control electrode is a field emission cold-cathode element in which the opening diameter of the tip of the electrode is larger than the bottom surface of the electrode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000091816A JP2001283714A (en) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | Field-emission cold-cathode element, its manufacturing method, and field-emission-type display |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000091816A JP2001283714A (en) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | Field-emission cold-cathode element, its manufacturing method, and field-emission-type display |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001283714A true JP2001283714A (en) | 2001-10-12 |
Family
ID=18607237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000091816A Pending JP2001283714A (en) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | Field-emission cold-cathode element, its manufacturing method, and field-emission-type display |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001283714A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002061789A1 (en) * | 2001-02-01 | 2002-08-08 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emission device and field emission display |
| JP2003016916A (en) * | 2001-07-03 | 2003-01-17 | Canon Inc | Electron emitting element, electron source and image forming device |
| KR20040034251A (en) * | 2002-10-21 | 2004-04-28 | 삼성에스디아이 주식회사 | Field emission device |
| WO2005122204A1 (en) * | 2004-06-08 | 2005-12-22 | Ngk Insulators, Ltd. | Electron emission element and electron emission element manufacturing method |
| EP1746620A2 (en) * | 2005-07-19 | 2007-01-24 | Samsung SDI Co., Ltd. | Electron emission device, electron emission type backlight unit and flat display apparatus having the same |
| US7528539B2 (en) | 2004-06-08 | 2009-05-05 | Ngk Insulators, Ltd. | Electron emitter and method of fabricating electron emitter |
-
2000
- 2000-03-29 JP JP2000091816A patent/JP2001283714A/en active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002061789A1 (en) * | 2001-02-01 | 2002-08-08 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emission device and field emission display |
| US7030550B2 (en) | 2001-02-01 | 2006-04-18 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emission device with multi-layered fate electrode |
| JP2003016916A (en) * | 2001-07-03 | 2003-01-17 | Canon Inc | Electron emitting element, electron source and image forming device |
| KR20040034251A (en) * | 2002-10-21 | 2004-04-28 | 삼성에스디아이 주식회사 | Field emission device |
| WO2005122204A1 (en) * | 2004-06-08 | 2005-12-22 | Ngk Insulators, Ltd. | Electron emission element and electron emission element manufacturing method |
| US7528539B2 (en) | 2004-06-08 | 2009-05-05 | Ngk Insulators, Ltd. | Electron emitter and method of fabricating electron emitter |
| EP1746620A2 (en) * | 2005-07-19 | 2007-01-24 | Samsung SDI Co., Ltd. | Electron emission device, electron emission type backlight unit and flat display apparatus having the same |
| EP1746620A3 (en) * | 2005-07-19 | 2007-04-25 | Samsung SDI Co., Ltd. | Electron emission device, electron emission type backlight unit and flat display apparatus having the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6445124B1 (en) | Field emission device | |
| US7517710B2 (en) | Method of manufacturing field emission device | |
| US6803708B2 (en) | Barrier metal layer for a carbon nanotube flat panel display | |
| JP2008251548A (en) | Triode structure of field emission display, and manufacturing method thereof | |
| US20050266766A1 (en) | Method for manufacturing carbon nanotube field emission display | |
| JPH0729484A (en) | Field emission cathode having focusing electrode, and its manufacture | |
| JP2004146376A (en) | Field emission element | |
| KR100661142B1 (en) | Electron emission device and field emission display | |
| JPH07201273A (en) | Field emission cold cathode and electron tube using it | |
| JP2001283714A (en) | Field-emission cold-cathode element, its manufacturing method, and field-emission-type display | |
| JP2009104827A (en) | Image display device | |
| US7271527B2 (en) | Method and structure of converging electron-emission source of field-emission display | |
| JP2969081B2 (en) | Electron emitting device having horizontal field effect and method of manufacturing the same | |
| JPH07122179A (en) | Field emitting cathode and manufacture of field emitting cathode | |
| JP2005116417A (en) | Manufacturing method of field emission cold-cathode device, field emission cold-cathode device, light-emitting device and display device | |
| JP2606406Y2 (en) | Vacuum sealing device and display device | |
| JPH07282718A (en) | Display using field emission element | |
| JPH10221861A (en) | Self-aligning method which can be used for microelectronics and application of focusing grid for micropoint flat screen for production process | |
| JP2001312956A (en) | Electron emission element, image-forming device and electron beam lithography system | |
| US20060138927A1 (en) | Method and structure of converging electron-emission source of field-emission display | |
| KR20060001503A (en) | Electron emission device comprising resistance layer between cathode electrodes | |
| JP2001110343A (en) | Field emission type display device | |
| KR970030063A (en) | Horizontal field effect electron-emitting device and manufacturing method thereof | |
| JP2002208345A (en) | Manufacturing method of cold cathode field electron emission element and manufacturing method of cold cathode field electron emission display device | |
| JPH08273515A (en) | Cold electron emitting element and manufacture thereof |