JP3094459B2 - 電界放出型カソードアレイの製造方法 - Google Patents

電界放出型カソードアレイの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電界放出型カソード
アレイの製造方法に関し、例えばフラットパネルディス
プレイの製造に適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】ミクロンオーダーのサイズのマイクロテ
ィップによる電界放出型カソードアレイを用いたフラッ
トパネルディスプレイの製造方法として、図2A〜図2
Eに示すようなものが知られている。
【0003】この製造方法によれば、図2Aに示すよう
に、まず導電性のシリコン(Si)基板101上に例えば
熱酸化法やCVD法やスパッタリング法により二酸化シ
リコン(SiO2 )膜102を形成した後、このSiO2
102上に例えばスパッタリング法や電子ビーム蒸着法
により例えばモリブデン(Mo)膜やニオブ(Nb)膜など
のゲート電極形成用の金属膜103を形成する。この
後、この金属膜103上に、形成すべきゲート電極に対
応した形状のレジストパターン104をリソグラフィー
により形成する。
【0004】次に、このレジストパターン104をマス
クとして金属膜103をウエットエッチング法またはド
ライエッチング法によりエッチングすることによって、
図2Bに示すように、ゲート電極105を形成する。こ
の後、レジストパターン104及びゲート電極105を
マスクとしてSiO2 膜102をウエットエッチング法ま
たはドライエッチング法によりエッチングして、キャビ
ティ102aを形成する。
【0005】次に、レジストパターン104を除去した
後、図2Cに示すように、基板表面に対して所定角度傾
斜した方向から電子ビーム蒸着法により斜め蒸着を行う
ことにより、ゲート電極105上に例えばアルミニウム
(Al)やニッケル(Ni)から成る剥離層106を形成す
る。この後、基板表面に対して垂直な方向からカソード
形成用の材料として例えばMoを電子ビーム蒸着法により
蒸着する。これによって、キャビティ102aの内部の
Si基板101上にマイクロティップから成るカソード
(エミッタ)107が形成される。符号108は剥離層
106上に蒸着された金属膜を示す。
【0006】次に、剥離層106をその上に形成された
金属膜108とともにリフトオフ法により除去し、図2
Dに示す状態とする。この後、図2Eに示すように、デ
ィスプレイの画面となるガラス板109上に蛍光体11
0を形成したものをこの蛍光体110が内側にくるよう
にして上述のカソードアレイが形成されたSi基板101
と対向させ、それらの間の空間を真空に保ったまま封止
する。このようにして、目的とするフラットパネルディ
スプレイが完成される。このフラットパネルディスプレ
イの動作時には、各カソード107には、例えば−50
V程度の負電圧が印加される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来のフラット
パネルディスプレイの製造方法において、蒸着法により
同時に形成される多数(例えば、数万個)のカソード1
07の先端の曲率半径を全てそろえることは極めて難し
く、これらのカソード107の先端の曲率半径にわずか
なばらつきが生じるのは避け難い。
【0008】一方、図3に示すように、一般にカソード
の先端の曲率半径とこのカソードに対する許容印加電圧
との間には一定の相関がある。図3において、Vmin
電流放射を行わせることができる最小電圧(絶対値)で
あり、Vmax は放電を生じることなく電流放射を行わせ
ることができる最大電圧(絶対値)である。図3からわ
かるように、カソードの先端の曲率半径が大きくなるに
従って、電流放射を行わせることができる電圧は大きく
なる。このため、例えば数万個のカソードのうちに一つ
だけ他のものより先端の曲率半径が小さいカソードが存
在すると、これらのカソードに徐々に負電圧を印加した
時、この先端の曲率半径が他のものよりも小さいカソー
ドからのみ電流放射が始まる。そして、他のカソードか
ら電流放射が始まる時には、許容印加電圧を越えてしま
い、そのカソードは放電して先端が丸くなり、電流放射
が停止してしまうという問題がある。
【0009】このような問題を解決するために、各カソ
ードと電源との間に抵抗を設けて一定の電流以上の放射
が起きないようにする方法も提案されているが、この方
法は製造プロセス的に見て極めて困難であるという問題
がある。
【0010】従って、この発明の目的は、カソードアレ
イを構成する全てのカソードの先端の曲率半径を高い精
度でしかも容易にそろえることができる電界放出型カソ
ードアレイの製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、導電性基板(1)上に複数のカソード
(4)が形成された電界放出型カソードアレイの製造方
法において、複数のカソード(4)を形成した後、複数
のカソード(4)に正の電圧を印加し、この電圧を、複
数のカソード(4)のうち先端の曲率半径が最も小さい
ものの先端から電界蒸発が起きない電圧から、少なくと
も複数のカソード(4)のうち先端の曲率半径が最も大
きいものの先端から電界蒸発が開始する電圧まで徐々に
増加させるようにしている。
【0012】
【作用】上述のように構成されたこの発明の電界放出型
カソードアレイの製造方法によれば、カソードアレイを
構成する複数のカソードの先端の曲率半径がそろってい
ない場合、これらのカソードに所定の電圧を印加する
と、まず先端の曲率半径が最も小さいカソードの先端か
ら電界蒸発が起こる。すなわち、このカソードの先端の
表面の原子がイオンとして取り除かれる。この電界蒸発
により、このカソードの先端の曲率半径は次第に大きく
なる。そして、このカソードの先端の曲率半径が、先端
の曲率半径が次に小さいカソードの曲率半径に一致する
と、これらのカソードから電界蒸発が起き始める。
【0013】このようにして、先端の曲率半径が小さい
カソードから順次電界蒸発が起き、一定時間経過後には
カソードアレイを構成する全てのカソードの先端の曲率
半径が同一となる。これによって、カソードアレイを構
成する全てのカソードの先端の曲率半径を高い精度でし
かも容易にそろえることができる。そして、各カソード
からの電流放射の均一化を図ることができる。
【0014】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら説明する。図1A〜図1Cはこの発明の一実
施例によるフラットパネルディスプレイの製造方法を示
す断面図である。
【0015】この実施例においては、図2A〜図2Eに
示す従来のフラットパネルディスプレイの製造方法と同
様にして、図1Aに示すように、例えば導電性のSi基板
1上に、キャビティ2aを有する例えばSiO2 膜のよう
な絶縁膜2、ゲート電極3及びマイクロティップから成
るカソード4を形成する。
【0016】今、このようにして形成された多数のカソ
ード4のうち、図2A中、中央のカソードの先端の曲率
半径が例えば180Åで、他のカソードの先端の曲率半
径が例えば200Åであり、中央のカソードだけが他の
カソードよりも先端の曲率半径が小さいものとする。
【0017】この実施例においては、まず、全てのカソ
ード4と電気的に接続された導電性のSi基板1に、フラ
ットパネルディスプレイの動作時にカソード4に印加す
る電圧(負電圧)と反対極性、すなわち正の電圧Vを印
加し、この電圧Vを0Vから中央のカソードの先端の曲
率半径に応じた電圧、例えば500Vまで徐々に増加さ
せる。なお、この電圧Vを印加するための電圧印加手段
は、好適にはフラットパネルディスプレイに内蔵され
る。
【0018】上述のようにして正の電圧Vをカソードア
レイに徐々に印加すると、図2A中、他のものよりも先
端の曲率半径が小さい中央のカソードの先端から優先的
に電界蒸発が起き始め、この電界蒸発に伴いその先端の
曲率半径が次第に大きくなっていく。そして、図2Bに
示すように、この中央のカソードの先端の曲率半径は他
のカソードの先端の曲率半径と同一になる。すなわち、
全てのカソード4の先端の曲率半径が例えば200Åに
そろう。この後、電圧Vを例えば600Vまで増加させ
ると、全てのカソード4から電界蒸発が起き始めるよう
になる。そこで、この時点で電圧Vの印加を停止する。
【0019】この後、図2Cに示すように、ディスプレ
イの画面となるガラス板5上に蛍光体6を形成したもの
をこの蛍光体6が内側にくるようにして上述のカソード
アレイが形成されたSi基板1と対向させ、それらの間の
空間を真空に保ったまま封止する。これによって、目的
とするフラットパネルディスプレイが完成される。
【0020】なお、以上は多数のカソード4のうちに一
つだけ先端の曲率半径が小さいものが存在する場合であ
るが、カソードアレイを構成するカソードの先端の曲率
半径がそろっていない全ての場合に、同様な手法を適用
することが可能である。この場合も、上述と同様にして
カソードアレイに電圧Vを印加していくと、先端の曲率
半径が小さいカソードから順次電界蒸発が起き始め、最
終的には全てのカソードの先端の曲率半径がそろうこと
になる。
【0021】以上のように、この実施例によれば、カソ
ードアレイに正の電圧Vを印加することにより、先端の
曲率半径が小さいカソード4から優先的に電界蒸発を起
こさせるようにしているので、カソードアレイを構成す
る全てのカソード4の先端の曲率半径を高い精度でしか
も容易にそろえることができる。これによって、フラッ
トパネルディスプレイの輝度の不均一性をなくすことが
でき、高品質のフラットパネルディスプレイを実現する
ことができる。
【0022】さらに、各カソード4に正の電圧Vを印加
して電界蒸発を起こさせるようにしていることから、こ
のカソード4の表面に付着した汚染物質を除去すること
ができる。これによって、カソード4から良好な電流放
射を行わせることができる。
【0023】以上、この発明の一実施例について説明し
たが、この発明は、上述の実施例に限定されるものでは
なく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能
である。
【0024】例えば、上述の実施例で述べた各数値は単
なる例に過ぎず、これらの数値は必要に応じて変更可能
であることは言うまでもない。また、上述の実施例によ
るフラットパネルディスプレイのカソードアレイは、上
述の実施例で述べたものと異なる方法により形成するこ
とも可能である。さらに、カソードアレイは、上述の実
施例と異なる構造のものであってもよい。
【0025】また、上述の実施例においては、フラット
パネルディスプレイの基板としてSi基板1を用いている
が、Si基板1以外の各種の導電性基板を用いることが可
能であり、例えばガラス基板やセラミック基板のような
絶縁基板上に金属膜のような導体膜を全面または選択的
に形成したものを用いることも可能である。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、複数のカソードに正の電圧を印加し、この電圧を、
複数のカソードのうち先端の曲率半径が最も小さいもの
の先端から電界蒸発が起きない電圧から、少なくとも複
数のカソードのうち先端の曲率半径が最も大きいものの
先端から電界蒸発が開始する電圧まで徐々に増加させる
ようにしているので、カソードアレイを構成する全ての
カソードの先端の曲率半径を高い精度でしかも容易にそ
ろえることができる。そして、例えばフラットパネルデ
ィスプレイを製造するような場合には、ディスプレイの
輝度の均一化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例によるフラットパネルディ
スプレイの製造方法を説明するための断面図である。
【図2】従来のフラットパネルディスプレイの製造方法
を説明するための断面図である。
【図3】カソードの先端の曲率半径とカソードに対する
許容印加電圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 Si基板 2 絶縁膜 2a キャビティ 3 ゲート電極 4 カソード

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性基板上に複数のカソードが形成さ
    れた電界放出型カソードアレイの製造方法において、 上記複数のカソードを形成した後、上記複数のカソード
    正の電圧を印加し、この電圧を、上記複数のカソード
    のうち先端の曲率半径が最も小さいものの先端から電界
    蒸発が起きない電圧から、少なくとも上記複数のカソー
    ドのうち先端の曲率半径が最も大きいものの先端から電
    界蒸発が開始する電圧まで徐々に増加させるようにした
    ことを特徴とする電界放出型カソードアレイの製造方
    法。
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