JP2009170280A - 冷陰極電界電子放出素子の製造方法及び冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】冷陰極電界電子放出素子の製造方法は、支持体10上にカソード電極11、絶縁層12を形成し、次いで、コア部41及びシェル部42を有する多数の球状部材40を絶縁層12上に配置した後、シェル部42を除去し、次に、コア部41を含む絶縁層12上にゲート電極を形成した後、コア部41を除去して絶縁層12の一部を露出させ、次いで、露出した絶縁層12の部分を除去して開口部を形成して、開口部の底部にカソード電極を露出させた後、開口部の底部に露出したカソード電極の部分に電子放出部を形成する各工程から成る。
【選択図】 図3
Description
先ず、例えばガラス基板から成る支持体10の上にカソード電極11を形成した後、その上に絶縁層12、ゲート電極13を形成する。そして、このゲート電極13を含む絶縁層12上にポリスチレンから成る球体118を散布する。次いで、全面にレジスト層119を形成した後(図13の(A)参照)、球体118を除去することで、レジスト層に開口を設ける(図13の(B)参照)。その後、レジスト層の開口の底部に露出したゲート電極13をエッチングし、更に、係るゲート電極13の部分の下の絶縁層12をエッチングすることで、ゲート電極13及び絶縁層12に開口部114を形成する(図13の(C)参照)。尚、これらのエッチング工程において、レジスト層は除去される。
そして、図13の(C)に引き続き、図14の(A)に示すように、ゲート電極13及び絶縁層12上に斜め蒸着法に基づき剥離層16を形成する。このとき、支持体10の法線に対する蒸着粒子の入射角を十分に大きく選択することにより、開口部114の底面には剥離層16を殆ど堆積させることなく、ゲート電極13及び絶縁層12の上に剥離層16を形成することができる。この剥離層16は、開口部114の開口端から庇状に張り出しており、これにより開口部114が実質的に縮径される。
次に、全面に例えば導電材料層17を垂直蒸着する。このとき、図14の(B)に示すように、剥離層16上でオーバーハング形状を有する導電材料層17が成長するに伴い、開口部114の実質的な直径が次第に縮小されるので、開口部114の底部において堆積に寄与する蒸着粒子は、次第に開口部114の中央付近を通過するものに限られるようになる。その結果、開口部114の底部には円錐形の堆積物が形成され、この円錐形の堆積物が電子放出部15となる。
その後、図14の(C)に示すように、所謂リフトオフ法に基づき、電気化学的プロセス及び湿式プロセスによって剥離層16をゲート電極13及び絶縁層12の表面から剥離し、ゲート電極13及び絶縁層12の上方の導電材料層17を選択的に除去する。
(A)支持体上にカソード電極を形成した後、
(B)カソード電極上を含む支持体上に絶縁層を形成し、次いで、
(C)コア部及びコア部の外面に形成されたシェル部を有する多数の球状部材を絶縁層上に配置した後、各球状部材のシェル部を除去し、次に、
(D)球状部材のコア部を含む絶縁層上にゲート電極を形成した後、コア部を除去して絶縁層の一部を露出させ、次いで、
(E)露出した絶縁層の部分を除去して開口部を形成して、開口部の底部にカソード電極を露出させた後、開口部の底部に露出したカソード電極の部分に電子放出部を形成する、
各工程から成ることを特徴とする。
(A)支持体上にカソード電極を形成した後、
(B)カソード電極上を含む支持体上に絶縁層を形成し、絶縁層上にゲート電極を形成した後、
(C)コア部及びコア部の外面に形成されたシェル部を有する多数の球状部材をゲート電極を含む絶縁層上に配置し、その後、各球状部材のシェル部を除去し、次に、
(D)球状部材のコア部を含む絶縁層及びゲート電極上に犠牲層を形成した後、コア部を除去してゲート電極の一部を露出させ、次いで、
(E)露出したゲート電極の部分を除去し、更に、絶縁層に開口部を形成して、開口部の底部にカソード電極を露出させた後、開口部の底部に露出したカソード電極の部分に電子放出部を形成し、次いで、犠牲層を除去する、
各工程から成ることを特徴とする。
電子放出領域を、
(A)支持体上にカソード電極を形成した後、
(B)カソード電極上を含む支持体上に絶縁層を形成し、次いで、
(C)コア部及びコア部の外面に形成されたシェル部を有する多数の球状部材を絶縁層上に配置した後、各球状部材のシェル部を除去し、次に、
(D)球状部材のコア部を含む絶縁層上にゲート電極を形成した後、コア部を除去して絶縁層の一部を露出させ、次いで、
(E)露出した絶縁層の部分を除去して開口部を形成して、開口部の底部にカソード電極を露出させた後、開口部の底部に露出したカソード電極の部分に電子放出部を形成する、
各工程に基づき形成することを特徴とする。
電子放出領域を、
(A)支持体上にカソード電極を形成した後、
(B)カソード電極上を含む支持体上に絶縁層を形成し、絶縁層上にゲート電極を形成した後、
(C)コア部及びコア部の外面に形成されたシェル部を有する多数の球状部材をゲート電極を含む絶縁層上に配置し、その後、各球状部材のシェル部を除去し、次に、
(D)球状部材のコア部を含む絶縁層及びゲート電極上に犠牲層を形成した後、コア部を除去してゲート電極の一部を露出させ、次いで、
(E)露出したゲート電極の部分を除去し、更に、絶縁層に開口部を形成して、開口部の底部にカソード電極を露出させた後、開口部の底部に露出したカソード電極の部分に電子放出部を形成し、次いで、犠牲層を除去する、
各工程に基づき形成することを特徴とする。
(1)基板上に、アノード電極を形成し、アノード電極の上に蛍光体層を形成する構成
(2)基板上に、蛍光体層を形成し、蛍光体層上にアノード電極を形成する構成
を挙げることができる。尚、(1)の構成において、蛍光体層の上に、アノード電極と導通した所謂メタルバック膜を形成してもよい。また、(2)の構成において、アノード電極の上にメタルバック膜を形成してもよい。メタルバック膜自体にアノード電極としての機能を持たせてもよい。
(1)カソード電極11に印加する電圧VCを一定とし、ゲート電極13に印加する電圧VGを変化させる方式
(2)カソード電極11に印加する電圧VCを変化させ、ゲート電極13に印加する電圧VGを一定とする方式
(3)カソード電極11に印加する電圧VCを変化させ、且つ、ゲート電極13に印加する電圧VGも変化させる方式
のいずれを採用してもよい。
先ず、支持体10上にカソード電極11を形成する。具体的には、例えば、ガラス基板から成る支持体10上に、スパッタリング法にてクロム(Cr)から成る厚さ0.5μmのカソード電極形成用導電材料層を形成し、リソグラフィ技術及びエッチング技術によってカソード電極形成用導電材料層をパターニングし、支持体10上に帯状のカソード電極11を形成する。ここで、帯状のカソード電極11は、図面の紙面水平方向に延びている。尚、カソード電極11の上に抵抗体膜を形成し、電界放出素子の動作安定化、電子放出特性の均一化、カソード電極とゲート電極との間のリーク電流の抑制を図ってもよい。
その後、カソード電極11上を含む支持体10上に絶縁層12を形成する。具体的には、全面に、例えば、SiO2から成る絶縁層12をプラズマCVD法にて形成する。尚、絶縁層12の形成は、CVD法に限定されず、例えば、スパッタリング法やスクリーン印刷法等に基づき行うこともできる。
次いで、コア部41及びコア部41の外面に形成されたシェル部42を有する多数の球状部材40を絶縁層12上に配置する(図3参照)。具体的には、球状部材40を構成するコア部41はシリカ(SiO2)から成り、シェル部42はポリスチレンから成る。尚、シェル部42を、その他、ヒドロキシプロピレンセルロース(HPC)やポリメチルメタアクリレート(PMMA)から構成することもできる。ここで、コア部41の平均直径DCは1.5×10-7m(0.15μm)であり、シェル部42の平均直径DSは4.0×10-7m(0.40μm)である。従って、DS/DC=8/3 である。更には、実施例1、あるいは、後述する実施例2にあっては、絶縁層12の平均厚さtIを、tI=2×10-7m(0.20μm)としたので、
tI/(DS−DC)=0.8
である。多数の球状部材40を絶縁層12上に配置する方法として、実施例1にあっては、溶媒中に球状部材を分散させた状態の溶液に基づくスピンコート法を採用した。ここで、絶縁層12上への球状部材40の平均配置密度(平均散布密度)を、4×106個/mm2とした。また、このような配置方法を採用することで、最終的に得られる開口部の10%以上を、仮想の正三角形[一辺の長さは、0.5×DS乃至DSの範囲内にある]の頂点に位置させることができた。後述する実施例2にあっても同様である。
その後、各球状部材40のシェル部42を除去する。具体的には、支持体全体を加熱炉内に搬入し、加熱炉の雰囲気温度を120゜Cとすることで、シェル部42を燃焼させる。こうして、図4の(A)に示す状態を得ることができる。尚、シェル部42の焼成によって、コア部41が絶縁層12から離脱(剥離)することはない。
次に、球状部材40のコア部41を含む絶縁層12上にゲート電極13を形成する(図4の(B)参照)。具体的には、スパッタリング法に基づき、全面にクロムから成り、平均厚さtG=0.05μmのゲート電極13を形成する。ゲート電極13をこのような方法で形成することによって、球状部材40のコア部41を含む絶縁層12上にゲート電極13を形成したとき、球状部材40のコア部41上のゲート電極13の部分と絶縁層12上のゲート電極13の部分との境界領域に位置するゲート電極13の部分は、少なくとも部分的に不連続になっている状態、あるいは、少なくとも部分的に厚さが薄くなっている状態を得ることができる。ここで、tG/DC=0.33である。
その後、コア部41を除去して絶縁層12の一部を露出させる。具体的には、全面に、ブラシを用いた機械的除去を施すことで、即ち、ブラシ掛けを施すことで、コア部41の除去を行うことができる。こうして、図5の(A)に示す状態を得ることができる。
次いで、全面にレジスト層(図示せず)を形成し、リソグラフィ技術に基づき、帯状のゲート電極を形成すべき部分をレジスト層で被覆した状態とし、レジスト層で被覆されていないゲート電極の部分をエッチングすることで、帯状のゲート電極13(図面の紙面垂直方向に延びる)を形成した後、レジスト層を除去する。尚、図面においては、ゲート電極13を帯状に図示していない。
その後、コア部41が除去されたことで露出した絶縁層12の部分を除去して、係る絶縁層12の部分に開口部14を形成する。具体的には、帯状のゲート電極13とゲート電極13との間に露出した絶縁層12の部分をレジスト層(図示せず)で被覆した後、コア部41が除去されたことで開口端13Aが形成されたゲート電極13をエッチング用マスクとして用いて、エッチング法にて絶縁層12をエッチングすることで開口部14を形成し、次いで、レジスト層を除去する。こうして、開口部14の底部にカソード電極11を露出させた状態を得ることができる(図5の(B)参照)。
次いで、開口部14の底部に露出したカソード電極11の部分に電子放出部15を形成する。具体的には、支持体10を回転させながらゲート電極13上を含む絶縁層12上にニッケル(Ni)を斜め蒸着することにより、剥離層16を形成する(図6の(A)参照)。このとき、支持体10の法線に対する蒸着粒子の入射角を十分に大きく選択することにより(例えば、入射角65度〜85度)、開口部14の底部にニッケルを殆ど堆積させることなく、ゲート電極13及び絶縁層12の上に剥離層16を形成することができる。剥離層16は、ゲート電極13に設けられた開口端13Aから庇状に張り出しており、これによって開口部14が実質的に縮径される。
次いで、図1に示す表示装置の組立を行う。具体的には、図示しないスペーサを介して、蛍光体層22と電子放出領域EAとが対向するようにアノードパネルAPとカソードパネルCPとを配置する。アノードパネルAPとカソードパネルCP(より具体的には、支持体10と基板20)とを、例えば接合部材24を介して、周縁部において接合する。接合に際しては、接合部材24とアノードパネルAPとの接合部位、及び、接合部材24とカソードパネルCPとの接合部位に接着層としてのフリットガラスを塗布し、予備焼成にてフリットガラスを乾燥した後、アノードパネルAPとカソードパネルCPと接合部材とを貼り合わせ、約450゜Cで10〜30分の本焼成を行う。その後、アノードパネルAPとカソードパネルCPと接合部材24とによって囲まれた空間を、貫通孔25及び排気管26を通じて排気し、空間の圧力が10-4Pa程度に達した時点で排気管26を加熱溶融や圧接により封じ切る。このようにして、アノードパネルAPとカソードパネルCPと接合部材24とに囲まれた空間を真空にすることができる。その後、必要な外部回路との配線を行い、実施例1の表示装置を完成させることができる。
先ず、実施例1の[工程−100]と同様にして、支持体10上にカソード電極11を形成し、次いで、実施例1の[工程−110]と同様にして、カソード電極11上を含む支持体10上に絶縁層12を形成する。
その後、絶縁層12上にゲート電極13を形成する。具体的には、スパッタリング法に基づき、全面にクロムから成るゲート電極13を形成する。次いで、全面にレジスト層(図示せず)を形成し、リソグラフィ技術に基づき、帯状のゲート電極を形成すべき部分をレジスト層で被覆した状態とし、レジスト層で被覆されていないゲート電極の部分をエッチングすることで、帯状のゲート電極13(図面の紙面垂直方向に延びる)を形成した後、レジスト層を除去する。尚、図面においては、ゲート電極13を帯状に図示していない。
次いで、コア部41及びコア部41の外面に形成されたシェル部42を有する多数の球状部材40をゲート電極13を含む絶縁層12上に配置する(図8参照)。具体的には、実施例1と同じ球状部材40を使用し、実施例1の[工程−120]と同様にして、多数の球状部材40をゲート電極13を含む絶縁層12上に配置する。その後、実施例1の[工程−130]と同様にして、各球状部材40のシェル部42を除去する。こうして、図9の(A)に示す状態を得ることができる。
次に、球状部材40のコア部41を含む絶縁層12及びゲート電極13上に犠牲層50を形成する(図9の(B)参照)。具体的には、全面に、塗布法に基づき高分子樹脂材料から成る犠牲層50を形成する。犠牲層50をこのような方法で形成することによって、球状部材40のコア部41を含む絶縁層12及びゲート電極13上に犠牲層50を形成したとき、球状部材40のコア部41上の犠牲層50の部分とゲート電極13上の犠牲層50の部分との境界領域に位置する犠牲層50の部分は、少なくとも部分的に不連続になっている状態、あるいは、少なくとも部分的に厚さが薄くなっている状態を得ることができる。ここで、実施例2にあっては、ゲート電極13の平均厚さtG、犠牲層50の平均厚さtSを以下のとおりとしている。
tG=50μm
tS=50μm
従って、tG/DC,tS/DCの値は、それぞれ、
tG/DC=1/3
tS/DC=1/3
である。
その後、実施例1の[工程−150]と同様にして、コア部41を除去してゲート電極13及び絶縁層12の一部を露出させる(図10の(A)参照)。
次いで、犠牲層50をエッチング用マスクとして、コア部41が除去されて露出したゲート電極13の部分をエッチング法にて除去し、更に、絶縁層12に開口部14を形成して、開口部14の底部にカソード電極11を露出させる(図10の(B)参照)。
その後、実施例1の[工程−180]と同様にして、開口部14の底部に露出したカソード電極11の部分に電子放出部15を形成する。具体的には、全面に例えば導電材料としてモリブデン(Mo)を垂直蒸着する(入射角3度〜10度)。このとき、図11の(A)に示すように、犠牲層50上でオーバーハング形状を有する導電材料層17が成長するに伴い、開口部14の実質的な直径が次第に縮小されるので、開口部14の底部において堆積に寄与する蒸着粒子は、次第に開口部14の中央付近を通過するものに限られるようになる。その結果、開口部14の底部には円錐形の堆積物が形成され、この円錐形の堆積物が電子放出部15となる。
その後、実施例1の[工程−190]と同様にして図1に示す表示装置の組立を行う。
Claims (14)
- (A)支持体上にカソード電極を形成した後、
(B)カソード電極上を含む支持体上に絶縁層を形成し、次いで、
(C)コア部及びコア部の外面に形成されたシェル部を有する多数の球状部材を絶縁層上に配置した後、各球状部材のシェル部を除去し、次に、
(D)球状部材のコア部を含む絶縁層上にゲート電極を形成した後、コア部を除去して絶縁層の一部を露出させ、次いで、
(E)露出した絶縁層の部分を除去して開口部を形成して、開口部の底部にカソード電極を露出させた後、開口部の底部に露出したカソード電極の部分に電子放出部を形成する、
各工程から成ることを特徴とする冷陰極電界電子放出素子の製造方法。 - コア部は、セラミックス材料から成り、
シェル部は、有機材料から成ることを特徴とする請求項1に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。 - 前記工程(C)における各球状部材のシェル部の除去は燃焼に基づくことを特徴とする請求項1に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
- 前記工程(D)におけるコア部の除去は、ブラシを用いた機械的除去に基づくことを特徴とする請求項1に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
- コア部の平均直径は、8×10-8m乃至2×10-7mであり、
シェル部の平均直径は、2×10-7m乃至6×10-7mであることを特徴とする請求項1に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。 - ゲート電極の平均厚さをtG、コア部の平均直径をDCとしたとき、0.2≦tG/DC≦1.0を満足することを特徴とする請求項1に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
- (A)支持体上にカソード電極を形成した後、
(B)カソード電極上を含む支持体上に絶縁層を形成し、絶縁層上にゲート電極を形成した後、
(C)コア部及びコア部の外面に形成されたシェル部を有する多数の球状部材をゲート電極を含む絶縁層上に配置し、その後、各球状部材のシェル部を除去し、次に、
(D)球状部材のコア部を含む絶縁層及びゲート電極上に犠牲層を形成した後、コア部を除去してゲート電極の一部を露出させ、次いで、
(E)露出したゲート電極の部分を除去し、更に、絶縁層に開口部を形成して、開口部の底部にカソード電極を露出させた後、開口部の底部に露出したカソード電極の部分に電子放出部を形成し、次いで、犠牲層を除去する、
各工程から成ることを特徴とする冷陰極電界電子放出素子の製造方法。 - コア部は、セラミックス材料から成り、
シェル部は、有機材料から成ることを特徴とする請求項7に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。 - 前記工程(C)における各球状部材のシェル部の除去は燃焼に基づくことを特徴とする請求項7に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
- 前記工程(D)におけるコア部の除去は、ブラシを用いた機械的除去に基づくことを特徴とする請求項7に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
- コア部の平均直径は、8×10-8m乃至2×10-7mであり、
シェル部の平均直径は、2×10-7m乃至6×10-7mであることを特徴とする請求項7に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。 - 犠牲層の平均厚さをtS、コア部の平均直径をDCとしたとき、0.1≦tS/DC≦0.6を満足することを特徴とする請求項7に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
- 支持体上に電子放出領域が設けられたカソードパネルと、蛍光体層及びアノード電極が設けられたアノードパネルとが外周部で接合されており、カソードパネルとアノードパネルとによって挟まれた空間が真空に保持されている冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法であって、
電子放出領域を、
(A)支持体上にカソード電極を形成した後、
(B)カソード電極上を含む支持体上に絶縁層を形成し、次いで、
(C)コア部及びコア部の外面に形成されたシェル部を有する多数の球状部材を絶縁層上に配置した後、各球状部材のシェル部を除去し、次に、
(D)球状部材のコア部を含む絶縁層上にゲート電極を形成した後、コア部を除去して絶縁層の一部を露出させ、次いで、
(E)露出した絶縁層の部分を除去して開口部を形成して、開口部の底部にカソード電極を露出させた後、開口部の底部に露出したカソード電極の部分に電子放出部を形成する、
各工程に基づき形成することを特徴とする冷陰極電界電子放出素子の製造方法。 - 支持体上に電子放出領域が設けられたカソードパネルと、蛍光体層及びアノード電極が設けられたアノードパネルとが外周部で接合されており、カソードパネルとアノードパネルとによって挟まれた空間が真空に保持されている冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法であって、
電子放出領域を、
(A)支持体上にカソード電極を形成した後、
(B)カソード電極上を含む支持体上に絶縁層を形成し、絶縁層上にゲート電極を形成した後、
(C)コア部及びコア部の外面に形成されたシェル部を有する多数の球状部材をゲート電極を含む絶縁層上に配置し、その後、各球状部材のシェル部を除去し、次に、
(D)球状部材のコア部を含む絶縁層及びゲート電極上に犠牲層を形成した後、コア部を除去してゲート電極の一部を露出させ、次いで、
(E)露出したゲート電極の部分を除去し、更に、絶縁層に開口部を形成して、開口部の底部にカソード電極を露出させた後、開口部の底部に露出したカソード電極の部分に電子放出部を形成し、次いで、犠牲層を除去する、
各工程に基づき形成することを特徴とする冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
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