JP4818802B2 - Manufacturing method of electron emission source - Google Patents
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本発明は、電子放出源の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing an electron emission source.
電界放出型表示装置(Field Emission Display:以下「FED」ともいう。)は、電子放出源を備えている。電子放出源は、基板上に形成されたカソード層、カソード層に接触する電子放出材料、および絶縁層を介してカソード層に対向する引き出し電極層(以下、引き出し電極層は、ゲート電極層と呼ばれる。)を有している。電子放出源においては、絶縁層およびゲート電極層には電子放出用の開口部が設けられている。電子放出材料はその開口部の底面または下部において露出している。 A field emission display (hereinafter referred to as “FED”) includes an electron emission source. The electron emission source includes a cathode layer formed on a substrate, an electron emission material in contact with the cathode layer, and an extraction electrode layer facing the cathode layer through an insulating layer (hereinafter, the extraction electrode layer is referred to as a gate electrode layer). .)have. In the electron emission source, an opening for electron emission is provided in the insulating layer and the gate electrode layer. The electron emission material is exposed at the bottom or lower part of the opening.
また、電子放出源が電子を放出するときには、真空中でカソード層を基準としてゲート電極層に正電位が与えられる。それにより、電子放出材料の表面に電界が印加される。その結果、電子放出材料内の繊維状電子放出源の先端で電界集中が発生し、繊維状電子放出源の先端から電子が放出される。その後、電子は、さらに電界によって加速され、電子放出材料に対応する蛍光板に衝突する。その結果、蛍光板で発光が生じる。 In addition, when the electron emission source emits electrons, a positive potential is applied to the gate electrode layer with reference to the cathode layer in vacuum. Thereby, an electric field is applied to the surface of the electron emission material. As a result, electric field concentration occurs at the tip of the fibrous electron emission source in the electron emission material, and electrons are emitted from the tip of the fibrous electron emission source. Thereafter, the electrons are further accelerated by the electric field and collide with the fluorescent plate corresponding to the electron emission material. As a result, light emission occurs on the fluorescent screen.
上記のように、電子放出材料の上方にゲート電極層が形成される。つまり、いわゆる三極構造が形成される。そのため、カソード層、ゲート電極層、および電子放出材料の形成のために、微細加工工程および位置合わせ工程が必要である。これらの工程において、位置合わせのズレを低減するために、露光用のマスクの枚数を低減することが望ましい。 As described above, the gate electrode layer is formed above the electron emission material. That is, a so-called tripolar structure is formed. Therefore, a microfabrication process and an alignment process are necessary for forming the cathode layer, the gate electrode layer, and the electron emission material. In these steps, it is desirable to reduce the number of masks for exposure in order to reduce misalignment.
また、繊維状電子放出源としてカーボンナノチューブを用いた三極構造の製造方法に関する技術としては、たとえば、特開2002−245928号公報に開示された技術がある。この特許文献に開示された技術によれば、基板上に透明電極および不透明電極のそれぞれが形成され、背面露光が行なわれる。その結果、カソード層に対するカーボンナノチューブ層およびゲート電極層の位置ズレが低減される。
前述の特許文献に開示された製造方法によれば、カーボンナノチューブペーストにネガティブ感光特性、すなわち感光されない部分の膜が除去されるような感光特性を付与することが必要である。そのため、以下のような不都合が発生する。 According to the manufacturing method disclosed in the above-mentioned patent document, it is necessary to provide the carbon nanotube paste with a negative photosensitive characteristic, that is, a photosensitive characteristic that removes the unexposed part of the film. Therefore, the following inconvenience occurs.
カーボンナノチューブペーストのように黒色のペーストに感光特性を付与するためには、カーボンナノチューブの濃度を低下させなければならない。そのため、充分な量のカーボンナノチューブを含有したペーストを作成することが困難である。また、背面露光が行なわれるときの露光深度に依存して、残存するカーボンナノチューブの膜厚が決定される。そのため、電子放出材料の膜厚のばらつきが大きくなる。その結果、ゲート電極層とカーボンナノチューブ層との間の距離にばらつきが生じる。したがって、最終的に電子放出材料の面方向における発光の均一性が低下する。 In order to impart photosensitive characteristics to a black paste such as a carbon nanotube paste, the concentration of carbon nanotubes must be reduced. Therefore, it is difficult to create a paste containing a sufficient amount of carbon nanotubes. Further, the film thickness of the remaining carbon nanotubes is determined depending on the exposure depth when the back exposure is performed. Therefore, the variation in the film thickness of the electron emission material is increased. As a result, the distance between the gate electrode layer and the carbon nanotube layer varies. Therefore, finally, the uniformity of light emission in the surface direction of the electron emission material is lowered.
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い発光均一性を有する電子放出源の製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a method for manufacturing an electron emission source having high light emission uniformity.
本発明の電子放出源の製造方法においては、まず、基板上にカソード層が形成される。次に、カソード層上に絶縁層が形成される。その後、絶縁層に開口部が形成される。その後、開口部内に電子放出材料が形成される。次に、電子放出材料が焼結され、絶縁層と電子放出材料との間に空隙が形成される。 In the method for manufacturing an electron emission source according to the present invention, first, a cathode layer is formed on a substrate. Next, an insulating layer is formed on the cathode layer. Thereafter, an opening is formed in the insulating layer. Thereafter, an electron emission material is formed in the opening. Next, the electron emission material is sintered, and a gap is formed between the insulating layer and the electron emission material.
本発明によれば、高い発光均一性を有する電子放出源が得られる。 According to the present invention, an electron emission source having high emission uniformity can be obtained.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の電子放出源の製造方法を説明する。
(実施の形態1)
図1〜図13を用いて、本発明の実施の形態の電子放出源の製造方法を説明する。本実施の形態の電子放出源は、FEDの背面パネルに設置されるものである。
Hereinafter, a method for manufacturing an electron emission source according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
A method for manufacturing an electron emission source according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The electron emission source of the present embodiment is installed on the rear panel of the FED.
本実施の形態の電子放出源の製造方法においては、まず、図1に示されるように、ガラス基板1の上面上にカソード層2が形成される。次に、カソード層2の上面上に感光性ガラスペーストがスクリーン印刷によって塗布される。その後、ガラスペーストが乾燥させられる。その結果、図2に示されるように、膜厚約30μmの絶縁層3が形成される。次に、図3に示されるように、絶縁層3にカソード層2の表面まで到る開口部3aが形成される。開口部3aの径は30μm程度である。また、開口部3aの断面形状においては、カソード層2の表面における径よりも絶縁層3の表面における径の方が小さい。つまり、開口部3aは、いわゆる逆テーパー形状を有している。開口部3aは、写真製版工程を経て形成される。
In the manufacturing method of the electron emission source of the present embodiment, first, as shown in FIG. 1, the
次に、図4に示されるように、絶縁層3の焼結工程が実行される。その後、図5に示されるように、絶縁層3の開口部3a内および絶縁層3上に電子放出材料4が形成される。次に、図6に示されるように、電子放出材料4の表面が研磨される。それにより、絶縁層3の表面の電子放出材料4が除去され、絶縁層3の上面が平坦化される。次に、図7に示されるように、電子放出材料4の焼結工程が実行され、電子放出材料4と絶縁層3とが分離される。その後、図8に示されるように、電子放出材料4と絶縁層3との間の空隙に樹脂5が充填される。樹脂5は、350℃程度の大気雰囲気中での焼成工程によって分解され得る。この樹脂5は平坦化される。
Next, as shown in FIG. 4, the sintering process of the
次に、絶縁層3の表面上に樹脂5を覆うように、図9に示されるように、本発明の導電層の一例の金属薄膜6がスパッタ法によって形成される。その後、図10に示されるように、金属薄膜6上にゲート電極層をパターニングするためのリソグラフィが実行される。次に、図11に示されるように、熱処理によって樹脂5が分解される。その後、図12に示されるように、金属薄膜6のうち分解された樹脂5上に形成されていた部分7が除去される。その結果、電子放出材料4が露出する。次に、露出した電子放出材料4に対して表面処理が施される。
Next, as shown in FIG. 9, a metal
本実施の形態の電子放出源は、以上のような工程を経て製造されるため、以下のような特徴を有する。 Since the electron emission source of the present embodiment is manufactured through the above processes, it has the following characteristics.
本実施の形態の電子放出源は、電子放出材料と絶縁層とが焼結工程において膜収縮作用によって分離される。そのため、ゲート電極層と電子放出材料との間の耐電圧の確保のために必要な距離が容易に確保され得る。また、電子放出材料、絶縁層およびゲート電極層を個々のマスクを用いてパターニングする必要がない。そのため、マスク数が低減される。また、アライメントのズレが低減される。そのため、ゲート電極層と電子放出源との位置関係のばらつきが生じ難い。その結果、電子放出材料の面方向の電子放出量の均一化を図ることができる。したがてって、良好な発光均一性を有する背面パネルが得られる。 In the electron emission source of the present embodiment, the electron emission material and the insulating layer are separated from each other by the film shrinking action in the sintering process. Therefore, the distance necessary for securing the withstand voltage between the gate electrode layer and the electron emission material can be easily secured. Further, it is not necessary to pattern the electron emission material, the insulating layer, and the gate electrode layer using individual masks. Therefore, the number of masks is reduced. In addition, misalignment is reduced. Therefore, variation in the positional relationship between the gate electrode layer and the electron emission source hardly occurs. As a result, the electron emission amount in the surface direction of the electron emission material can be made uniform. Therefore, a back panel having good light emission uniformity can be obtained.
以下、本実施の形態の電子放出源の製造方法を詳細に説明する。
工程1:カソード層2の形成(図1参照)
図1に示されるように、ガラス基板1の上面上に透明導電膜が形成される。透明導電性膜としては、たとえばITO(Indium Tin Oxide)膜が用いられる。ITO膜は、カソード層2となる膜である。また、ITO膜は、スパッタ法によって形成される。その後、フォトリソグラフィ等の方法を用いて、ITO膜がパターニングされる。それにより、カソード層2がライン状に形成される。
Hereinafter, the manufacturing method of the electron emission source of the present embodiment will be described in detail.
Step 1: Formation of cathode layer 2 (see FIG. 1)
As shown in FIG. 1, a transparent conductive film is formed on the upper surface of the
なお、カソード層2の膜厚は、たとえば0.3μmである。また、前述のフォトリソグラフィとは、半導体製造技術において、光または電子線等を利用して、基板上にパターンを転写する写真製版のことを意味する。このリソグラフィ工程は、レジストの塗布、露光、エッチング、および、レジストの除去等の様々な工程を含んでいる。ただし、これらの工程は、一般的な工程であるため、本実施の形態においては、それらの工程が一つの工程として説明される。
The film thickness of the
工程2:絶縁層の形成(図2参照)
次に、図2に示されるように、ガラス基板1およびカソード層2を覆うようにたとえば感光性ガラスペーストがスクリーン印刷によって形成される。この後、150℃で30分間、乾燥工程が実行される。それにより、ガラスペーストが乾燥させられる。その結果、膜厚30μmの乾燥膜が得られる。ここで、乾燥膜の膜厚は、ペーストの粘度、固形分比、スクリーン版のメッシュワイヤ径、および乳剤厚などよって様々である。そのため、所望の膜厚が得られるように、ペーストの粘度、固形分比、スクリーン版のメッシュワイヤ径、および乳剤厚が調整される。また、本実施の形態においては、乾燥膜の膜厚が30μmであるが、後述される焼成工程を経て絶縁層と電子放出材料とが分離しさえすれば、乾燥膜の膜厚は、30μmに限定されず、いかなる値であってもよい。
Step 2: Formation of an insulating layer (see FIG. 2)
Next, as shown in FIG. 2, for example, a photosensitive glass paste is formed by screen printing so as to cover the
工程3:絶縁層内への開口部の形成(図3参照)
次に、図3に示されるように、感光性ガラスペーストからなる絶縁層3に、フォトリソグラフィの方法を用いて、開口部3aが形成される。本実施の形態においては、感光性ガラスペーストはネガ型の感光性を有する。そのため、露光された部分が、光硬化し、現像後に残存する。また、開口部3aの断面形状においては、カソード層2の表面における径よりも絶縁層3の表面における径の方が小さい。つまり、開口部3aは、いわゆる逆テーパー形状を有している。開口部3aが逆テーパー形状に形成される理由は次のようなものである。
Step 3: Formation of an opening in the insulating layer (see FIG. 3)
Next, as shown in FIG. 3, an
感光性ガラスペーストが直径0.3〜1μm程度のガラス粉末を内包している。そのため、光の散乱が起き易い。そのため、感光性ガラスペースト膜の深い位置ではパターンの輪郭がぼやける。つまり、感光ガラスペーストの深い位置においては、浅い位置に比較して、比較的狭い範囲でしか、光硬化が生じない。その結果、逆テーパー形状を有する開口部3aが形成される。
The photosensitive glass paste contains glass powder having a diameter of about 0.3 to 1 μm. Therefore, light scattering is likely to occur. Therefore, the outline of the pattern is blurred at a deep position of the photosensitive glass paste film. That is, at a deep position of the photosensitive glass paste, photocuring occurs only in a relatively narrow range as compared with a shallow position. As a result, an
工程4:絶縁層の焼成(図4参照)
次に、図4に示されるように、感光性ガラスペースト内に含有される樹脂成分、主にはエチルセルロースが、大気中350℃で、焼成される。その結果、エチルセルロースは焼失する。さらに、550℃まで温度が上昇し、一旦、ガラスが軟化する。その後、感光性ガラスペーストは、室温まで冷却される。その結果、均質な絶縁層3が得られる。このとき、絶縁層3の膜厚は、エチルセルロースの焼失に起因して、12μm程度になっている。また、絶縁層3のパターン形状は縮小される。膜厚の減少およびパターン形状の縮小の程度は、感光性ガラスペースト中のエチルセルロースの含有率および焼成温度に依存している。
Step 4: Insulating layer firing (see FIG. 4)
Next, as shown in FIG. 4, the resin component contained in the photosensitive glass paste, mainly ethyl cellulose, is baked at 350 ° C. in the atmosphere. As a result, the ethylcellulose is burned out. Furthermore, the temperature rises to 550 ° C., and the glass softens once. Thereafter, the photosensitive glass paste is cooled to room temperature. As a result, a uniform insulating
工程5:電子放出材料の形成(図5参照)
次に、電子放出材料としてのカーボンナノチューブを含有したペーストが、スクリーン印刷法によって、ガラス基板1上に塗布される。カーボンナノチューブペーストはカーボンナノチューブの他にエチルセルロースおよびターピネオールなどを含有している。また、ペースト中には、鉛ガラス微粒子、銀微粒子、または、ニッケル微粒子が含有されていてもよい。
Step 5: Formation of electron-emitting material (see FIG. 5)
Next, a paste containing carbon nanotubes as an electron emission material is applied onto the
印刷されたカーボンナノチューブ膜の厚さは、周囲の絶縁層3の膜厚より大きい。印刷されたカーボンナノチューブ膜の膜厚は、印刷ペーストの粘度、固形分比、スクリーン版のメッシュワイヤ径、および乳剤厚などによって様々である。そのため、印刷後のカーボンナノチューブ膜の膜厚が所望の値になるように、印刷ペーストの粘度、固形分比、スクリーン版のメッシュワイヤ径、および乳剤厚等のパラメータが調整される。また、1回の印刷ではカーボンナノチューブ膜の膜厚が所望の膜厚に至らない場合には、印刷されたカーボンナノチューブ膜が乾燥された後、2層目以降のカーボンナノチューブ膜が、1層目のカーボンナノチューブ膜上に重ねて印刷されても、所望の膜厚を有する電子放出材料を形成することができる。
The thickness of the printed carbon nanotube film is larger than the film thickness of the surrounding insulating
工程6:電子放出材料膜の研磨工程(図6参照)
次に、図6に示されるように、絶縁層3の開口部3a内の領域以外の領域に形成された電子放出材料4が研磨によって除去される。研磨のために回転ベルト形式自動研磨機が使用される。その研磨機においては、約#1000番の研磨テープが、ゴムローラーに巻きつけられている。研磨時には、カーボンナノチューブ膜上に水を流しながら研磨テープがゴムローラーとともに回転させられる。この研磨機によって研磨面が平坦化される。その結果、絶縁層3の上面上の電子放出材料4が全て除去され、開口部3a内に埋め込まれた電子放出材料4の表面が周囲の絶縁層3表面と同じ高さに位置付けられる。
Process 6: Polishing process of electron emission material film (see FIG. 6)
Next, as shown in FIG. 6, the
この工程においては、絶縁層3の開口部3a内における電子放出材料4としてのカーボンナノチューブ膜の膜厚が、周囲の絶縁層3の膜厚よりも大きくなっている。そのため、研磨時に開口部3a内のカーボンナノチューブ膜の表面も研磨される。その結果、開口部3a内のカーボンナノチューブ膜の上面の高さとその周囲の絶縁層3の上面の高さとが一致する。
In this step, the film thickness of the carbon nanotube film as the
工程7:電子放出材料膜の焼成(図7参照)
次に、電子放出材料4としてのカーボンナノチューブ膜内に含有される樹脂成分、主にはエチルセルロースが、焼成される。エチルセルロースは、大気中で350の温度で焼失する。したがって、電子放出材料4の温度が、550℃まで上げられた後、室温まで下げられる。その間に、カーボンナノチューブ膜中の樹脂が焼失する。そのため、カーボンナノチューブ膜の体積は減少する。その結果、図7に示されるように、カーボンナノチューブ膜の膜厚が減少し、周囲の絶縁層3の表面よりも低い位置にカーボンナノチューブ膜の表面が位置付けられる。
Step 7: Firing of the electron emission material film (see FIG. 7)
Next, the resin component contained in the carbon nanotube film as the
一方、カーボンナノチューブ膜は、面内方向にも収縮する。そのため、カーボンナノチューブ膜と絶縁層3とは面内方向において分離される。つまり、電子放出材料4と絶縁層3とは、面内方向において分離される。さらに、絶縁層3は、550℃の温度の雰囲気中で軟化する。そのとき、絶縁層3の表面張力によって、逆テーパー形状を有する開口部3aは、カソード層2の主表面に対して垂直方向に延びる壁面を有する開口部3bへ変化する。その結果、カーボンナノチューブ膜と絶縁層3との分離が促進される。
On the other hand, the carbon nanotube film contracts in the in-plane direction. Therefore, the carbon nanotube film and the insulating
工程8:樹脂の充填および研磨(図8参照)
次に、溶剤に樹脂が溶解したペーストが、スクリーン印刷等を用いて、絶縁層3の開口部3bに充填され、樹脂5が形成される。このとき、開口部3bの領域以外の領域にペーストが塗布され、前述の工程6における電子放出材料4の研磨方法と同じ方法で、樹脂が研磨され、開口部3b内に樹脂5が残存させられる。
Step 8: Filling and polishing resin (see FIG. 8)
Next, the paste in which the resin is dissolved in the solvent is filled in the
電子放出材料4の焼成工程における収縮によって電子放出材料4の上面は周囲の絶縁層3の上面よりも低く位置付けられている。そのため、樹脂5の研磨が実行されても、電子放出材料4上には樹脂5が残存している。言い換えれば、樹脂5が研磨された後においても電子放出材料4は樹脂5によって被覆されている。
The upper surface of the
この工程において使用される樹脂5は、350℃程度の温度の大気中で焼失するものであることが必要である。また、本実施の形態で使用された樹脂5は、エチルセルロースがターピネオールに溶解したペースト状態のものである。
The
工程9:ゲート電極層の形成(図9参照)
図9に示されるように、絶縁層3および樹脂5を連続して覆うように、絶縁層3および樹脂5上に導電性材料が形成される。導電性材料は、後述されるパターニング工程を経て導電性膜としてのゲート電極層6になる。本実施の形態では、ゲート電極層6は、AL膜からなり、スパッタリング法によって形成され、0.3μmという膜厚を有している。
Step 9: Formation of gate electrode layer (see FIG. 9)
As shown in FIG. 9, a conductive material is formed on insulating
工程10:ゲート電極層のパターニング(図10参照)
導電性材料が、ゲート電極層6として機能するように、通常のリソグラフィの工程を用いて、ストライプ状にパターニングされる。ただし、この工程では、ゲート電極層のみがパターニングされ、ゲート電極層6に接続された電子取出部は形成されない。
Step 10: Patterning of the gate electrode layer (see FIG. 10)
The conductive material is patterned in a stripe shape using a normal lithography process so as to function as the
工程11:樹脂の焼成工程(図11参照)
図11に示されるように、樹脂5が350度の大気中で1時間焼成される。それにより、樹脂5が焼失する。このとき、樹脂5はゲート電極層6となるAL膜で被覆されているが、AL膜に微小なピンホールを開けながら蒸発することが確認されている。図11においては、便宜上、ゲート電極層6と電子放出材料4との間には空隙が設けられている描画が行なわれているが、実際の完全に樹脂5が焼失した状態では、ピンホールを多数含んだAL膜7が電子放出材料4の上面に密着している。
Step 11: Resin baking step (see FIG. 11)
As shown in FIG. 11, the
工程12:不要部分の導電性膜としてのAL膜の除去工程(図12参照)
図12に示されるように、本実施の形態においては、ピンホールを多数含んだAL膜7の除去に粘着テープが使用される。ピンホールを多数含んだAL膜7に粘着テープを貼り付け、その粘着テープを引き剥がす。それにより、脆くなったAL膜7のみが粘着テープに付着して除去される。その結果、絶縁層3の上面上に、絶縁層3の開口部3bのパターン形状と同一のパターン形状の開口部を有するゲート電極層6が残存する。
Step 12: Step of removing the AL film as the conductive film of unnecessary portions (see FIG. 12)
As shown in FIG. 12, in the present embodiment, an adhesive tape is used to remove the
工程13:電子放出材料の表面処理(図13参照)
図13に示されるように、本実施の形態においては、電子放出材料4としてスクリーン印刷されたカーボンナノチューブ膜が使用されている。そのため、良好な電界電子放出を得るために、レーザ照射による表面活性化処理が実行される。YAG(Yttrium Aluminum Garnet)レーザの3倍高調波が、100mJ/cm2のエネルギー密度で、電子放出材料4に照射される。その結果、カーボンナノチューブ膜の表面に、電子放出特性が良好な起毛したカーボンナノチューブが得られる。
Step 13: Surface treatment of electron emission material (see FIG. 13)
As shown in FIG. 13, in this embodiment, a screen-printed carbon nanotube film is used as the electron-emitting
(実施の形態2)
本実施の形態の電子放出源の製造方法は、実施形態1の電子放出源の製造方法とほぼ同様である。そのため、以下においては、本実施の形態の電子放出源の製造方法と実施の形態1の電子放出源の製造方法とが異なる点のみが説明される。
(Embodiment 2)
The manufacturing method of the electron emission source of the present embodiment is almost the same as the manufacturing method of the electron emission source of the first embodiment. Therefore, in the following, only the difference between the electron emission source manufacturing method of the present embodiment and the electron emission source manufacturing method of the first embodiment will be described.
実施の形態1の電子放出源の製造方法においては、絶縁層3を形成するための感光性ガラスペーストが、30μmの乾燥膜厚が得られるように、スクリーン印刷される。一方、本実施の形態においては、図2に示される絶縁層3が上下2層に分けて印刷される。
In the manufacturing method of the electron emission source of
ネガ型である感光性ガラスペーストが、露光および現像によって、パターンニングされるときに、ペーストの表面からガラス基板の上面までの間において露光光が散乱する。そのため、ガラス基板の上面の近傍の開口部の幅が、ペーストの上面の開口部の幅よりも大きくなる。そのため、開口部が、いわゆる逆テーパー型になる。 When a negative photosensitive glass paste is patterned by exposure and development, exposure light is scattered from the surface of the paste to the upper surface of the glass substrate. Therefore, the width of the opening near the upper surface of the glass substrate is larger than the width of the opening on the upper surface of the paste. Therefore, the opening is a so-called reverse taper type.
本実施の形態の電子放出源の製造方法によれば、それぞれの膜厚が15μmになる2層の乾燥膜が重ねて印刷されるため、逆テーパーの勾配が、実施の形態1の電子放出源の製造方法における逆テーパーの勾配より大きくなる。 According to the manufacturing method of the electron emission source of the present embodiment, since two dry films each having a film thickness of 15 μm are printed in an overlapping manner, the gradient of the reverse taper is the electron emission source of the first embodiment. It becomes larger than the gradient of the reverse taper in the manufacturing method.
膜厚15μmである一層目のペーストが、スクリーン印刷される。その後、1層目のペーストが熱風炉内において150℃の温度で30分間乾燥される。それにより、1層目のペースト内の溶剤が蒸発する。その結果、ペーストが固化し、1層目の乾燥膜が形成される。 A first layer paste having a film thickness of 15 μm is screen-printed. Thereafter, the first layer paste is dried in a hot air oven at a temperature of 150 ° C. for 30 minutes. Thereby, the solvent in the paste of the first layer evaporates. As a result, the paste is solidified and a first dry film is formed.
その後、膜厚が15μmである2層目のペーストがスクリーン印刷される。その後、2層目のペーストが、熱風炉内において150℃の温度で30分間、乾燥される。それにより、2層目のペースト内の溶剤が蒸発する。その結果、ペーストが固化し、2層目の乾燥膜が形成される。その結果、膜厚が30μmである2層からなる乾燥膜が形成される。 Thereafter, a second layer paste having a film thickness of 15 μm is screen-printed. Thereafter, the second layer paste is dried in a hot air oven at a temperature of 150 ° C. for 30 minutes. Thereby, the solvent in the paste of the second layer evaporates. As a result, the paste is solidified and a second dry film is formed. As a result, a two-layer dry film having a film thickness of 30 μm is formed.
2層からなる乾燥膜は、両主表面から15μmの位置に界面を有する。そのため、ガラス基板1に近い位置においては、界面に比較して、露光時に露光光が減衰する。その結果、ガラス基板1に近いほど開口部の幅が大きくなる。本実施の形態の2層からなる乾燥膜からなる絶縁層の開口部がガラス基板1へ向かって広がる度合いは、実施の形態1の開口部3aがガラス基板1へ向かって広がる度合いよりも大きい。
The two-layer dry film has an interface at a position of 15 μm from both main surfaces. Therefore, exposure light attenuates at the time of exposure at a position close to the
(実施の形態3)
実施の形態1においては、ゲート電極層としてスパッタによって形成された金属薄膜が用いられているが、金属薄膜の代わりに金属電極層が用いられてもよい。これによれば、電子放出材料の上に樹脂などを形成する必要がない。そのため、電子放出材料の表面の汚染を防止することができる。その結果、良好な電子放出特性を得ることが可能になる。
(Embodiment 3)
In
また、電子放出材料の表面が、電子放出材料の焼結によって絶縁層の表面よりも低く位置付けられる。そのため、金属電極層が絶縁層の表面に接するように設置されれば、金属電極層と電子放出材料との間に隙間が形成される。また、電子放出材料と絶縁層との間に距離が十分に大きければ、電子放出材料と金属電極との間の耐電圧は充分なものになる。 Further, the surface of the electron emission material is positioned lower than the surface of the insulating layer by sintering the electron emission material. Therefore, if the metal electrode layer is installed so as to be in contact with the surface of the insulating layer, a gap is formed between the metal electrode layer and the electron emission material. If the distance between the electron emitting material and the insulating layer is sufficiently large, the withstand voltage between the electron emitting material and the metal electrode is sufficient.
以下では、本実施の形態の電子放出源の製造方法が、実施の形態1の電子放出源の製造方法との比較しながら詳細に説明される。
Below, the manufacturing method of the electron emission source of this Embodiment is demonstrated in detail, comparing with the manufacturing method of the electron emission source of
本実施の形態の電子放出源の製造方法においては、まず、実施の形態1の工程1から工程7までの工程が実行される。工程1〜工程7の説明は、ここでは、繰り返さない。
In the method for manufacturing an electron emission source according to the present embodiment, first, steps 1 to 7 in the first embodiment are performed. The description of
工程8:導電性メッシュ電極としての金属電極層の設置(図14参照)
次に、絶縁層3上にゲート電極層となる導電層の一例の金属電極層9が形成される。本実施の形態において使用される金属電極層9およびそれに対応する電子放出材料4が、図14に示されている。金属電極層9には複数の電子放出用開口部9aが形成されている。電子放出用開口部9aのそれぞれは、平面的に見て、電子放出材料4のサイズよりも小さなサイズを有している。つまり、金属電極層9は、複数の貫通孔を有する導電性メッシュ電極層である。そのため、ゲート電極層による電子ビームの収束および偏向作用が画素ごとに発生することはない。その結果、金属電極層9の設置のために、高い精度で位置合わせを行なう必要がない。
Step 8: Installation of a metal electrode layer as a conductive mesh electrode (see FIG. 14)
Next, a
図15においては、比較的短い金属電極層9が2本示されている。しかしながら、実際のデバイスにおいては、表示領域の横幅に相当する長さの短冊状電極が、ゲートラインの本数分並んで配置されることが必要である。そのため、金属電極層9の長手方向に沿ってゲートラインにテンションをかけながら、金属電極層9の位置合わせが行なわれる。また、短冊状の金属電極層9が並んで繋がった状態で設置された後、短冊状の金属電極層9同士が接続されている部分が、レーザカット等によって切断されてもよい。
In FIG. 15, two relatively short
この後、良好な電界電子放出特性を得るために、図16に示されるように、電子放出用開口部11を介して、レーザ光が電子放出材料4に照射されてもよい。これにより、表面活性化処理が電子放出材料12に施される。この表面活性化処理は実施の形態1において説明された処理と同様の処理であるため、ここではその詳細な説明は繰り返されない。
Thereafter, in order to obtain good field electron emission characteristics, as shown in FIG. 16, the
(実施の形態4)
実施の形態1の電子放出源の製造方法におけるゲート電極層のパターニング方法においては、金属薄膜がスパッタによって形成され、かつ、犠牲層である樹脂の熱分解によってゲート電極層としては不要な部分の金属薄膜が除去される。
(Embodiment 4)
In the patterning method of the gate electrode layer in the manufacturing method of the electron emission source according to the first embodiment, the metal thin film is formed by sputtering, and the metal which is unnecessary as the gate electrode layer is obtained by thermal decomposition of the resin which is the sacrificial layer. The thin film is removed.
一方、本実施の形態の電子放出源の製造方法においては、絶縁層上にのみゲート電極層のための材料が形成される方法が採用される。電子放出材料が焼結された後においては、絶縁層の表面が最も高く位置付けられている。そのため、導電体含有ペーストが転写ローラー上に塗布され、転写ローラーが転がされれば、絶縁層の上面にのみ導電体ペーストが転写される。 On the other hand, in the manufacturing method of the electron emission source of the present embodiment, a method in which a material for the gate electrode layer is formed only on the insulating layer is employed. After the electron emitting material is sintered, the surface of the insulating layer is positioned highest. Therefore, when the conductor-containing paste is applied on the transfer roller and the transfer roller is rolled, the conductor paste is transferred only to the upper surface of the insulating layer.
以下、本実施の形態の電子放出源の製造方法が具体的に説明される。
本実施の形態の電子放出源の製造方法においては、ゲート電極層の形成工程において、電子放出材料上に樹脂などの材料が形成される必要がない。そのため、電子放出材料の特性を劣化させることがない。さらに、ゲート電極層は、絶縁層の平面形状に一致するような平面形状に、自己整合的に形成される。そのため、絶縁層とゲート電極層との位置合わせ(アライメント)誤差が発生しない。
Hereinafter, the manufacturing method of the electron emission source of the present embodiment will be specifically described.
In the manufacturing method of the electron emission source of the present embodiment, it is not necessary to form a material such as resin on the electron emission material in the step of forming the gate electrode layer. Therefore, the characteristics of the electron emission material are not deteriorated. Further, the gate electrode layer is formed in a self-aligned manner in a planar shape that matches the planar shape of the insulating layer. Therefore, an alignment error between the insulating layer and the gate electrode layer does not occur.
以下、図17〜図36を参照しながら、本実施の形態の電子放出源の製造方法が説明される。 Hereinafter, the manufacturing method of the electron emission source of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
工程1:カソード層2の形成(図17および18参照)
まず、ガラス基板1の上面上に透明導電膜が形成される。透明導電膜としては、たとえばITO膜が用いられる。ITO膜は、カソード層2となる膜である。ITO膜は、スパッタによって形成される。TIO膜の膜厚は、たとえば0.3μmである。その後、フォトリソグラフィ等の方法を用いて、ITO膜がパターニングされ、カソード層2がライン状に形成される。
Step 1: Formation of cathode layer 2 (see FIGS. 17 and 18)
First, a transparent conductive film is formed on the upper surface of the
また、ここで挙げたフォトリソグラフィとは、半導体製造技術において、光または電子線等を利用して基板上にパターンを転写する写真製版のことを意味する。このフォトリソグラフィは、レジストの塗布、露光、エッチング、および、レジストの除去等様々な工程を含んでいるが、一般的な工程であるため、ここでは一つの工程として説明される。 In addition, the photolithography mentioned here means a photoengraving process in which a pattern is transferred onto a substrate using light or an electron beam in the semiconductor manufacturing technology. Although this photolithography includes various processes such as resist application, exposure, etching, and resist removal, it is a general process and will be described here as one process.
工程2:第1絶縁層21の形成(図19および図20参照)
ガラス基板1のほぼ全面上に、カソード層2を覆うように、たとえば感光性ガラスペーストがスクリーン印刷によって形成される。その後、150℃で30分間、乾燥工程が実行される。それにより、膜厚が5μmである乾燥膜が得られる。乾燥膜の膜厚は、ペーストの粘度、固形分比、スクリーン版のメッシュワイヤ径、および乳剤厚等によって決定される。そのため、乾燥膜の膜厚が所望の値になるように、ペーストの粘度、固形分比、スクリーン版のメッシュワイヤ径、および乳剤厚などが調整される。また、本実施の形態においては、膜厚が5μmである乾燥膜が形成されるが、カソード層2とゲート電極層との間の絶縁性を確保することができる乾燥膜であれば、膜厚はその値に限定されず、いかなる値であってもよい。この乾燥膜が第1絶縁層21となる。
Step 2: Formation of the first insulating layer 21 (see FIGS. 19 and 20)
For example, a photosensitive glass paste is formed on almost the entire surface of the
その後、第1絶縁層21に、リソグラフィの方法を用いて、ストライプ状の開口部21aが形成される。ストライプ状の開口部21aはストライプ状のカソード層2と直交するように配置される。その後、第1絶縁層21を構成するガラス材料の軟化点より高い温度である550℃まで第1絶縁層21の温度が上昇させられる。それにより、第1絶縁層21を構成するガラス材料が軟化する。その後、第1絶縁層21が室温まで冷却され、均質な第1絶縁層21が形成される。
Thereafter, a stripe-shaped
工程3:第2絶縁層3の形成(図21および図22参照)
ガラス基板1のほぼ全面上に、カソード層2および第1絶縁層21を覆うように、たとえば感光性ガラスペーストがスクリーン印刷によって形成される。その後、150℃の温度で30分間、乾燥工程が実行され、膜厚が30μmである乾燥膜が得られる。この乾燥膜の膜厚も、ペーストの粘度、固形分比、スクリーン版のメッシュワイヤ径、および乳剤厚等を考慮して決定される。そのため、ペーストの粘度、固形分比、スクリーン版のメッシュワイヤ径、および乳剤厚等が、所望の膜厚の乾燥膜が得られるように調整される。また、本実施の形態においては、膜厚が30μmである乾燥膜が説明されているが、後述される焼成工程を経て絶縁層と電子放出材料との分離が生じさえすれば、乾燥膜の膜厚は、30μmに限ったものではない。
Step 3: Formation of the second insulating layer 3 (see FIGS. 21 and 22)
For example, a photosensitive glass paste is formed on the substantially entire surface of the
次に、感光性ガラスペーストからなる絶縁層3に、フォトリソグラフィの方法を用いて、開口部3aおよび3bが形成される。本実施の形態においては、感光性ガラスペーストはネガ型であり、露光された部分は、光硬化し、現像後に膜が残存する部分である。開口部3aおよび3bのそれぞれの断面形状においては、図21および図22に示されるように、カソード層2の上面における径または幅よりも絶縁層3の上面における径または幅が小さい。すなわち、開口部3aおよび3bは、いわゆる逆テーパー形状を有している。
Next,
開口部3aは、ストライプ状の開口部同士の間に位置する楕円形の貫通孔であり、開口部3bは、ストライプ状のスリットである。ストライプ状の開口部3bは、平面的に見て、ストライプ状のカソード層2と直交し、かつ、第1絶縁層21のストライプ状の開口部21aと重ならない。また、開口部3aは、画素に対応するものであり、平面的に見て、第1絶縁層21のストライプ状の開口部21aに内包される。
The
工程4:第2絶縁層3の焼成(図23および図24参照)
次に、感光性ガラスペースト内に含有される樹脂成分、主にエチルセルロースが、大気雰囲気中で350℃の温度で焼成される。それにより、エチルセルロースは焼失する。その後、ガラスペースト中のガラスの軟化点より高い温度である550℃まで感光性ガラスペーストが熱せられる。それにより、ガラスペースト中のガラスが軟化する。その後、ガラスペーストは、室温まで冷却される。その結果、均質な絶縁層3が得られる。このとき、絶縁層3に関しては、エチルセルロースの焼失に起因した体積収縮によって、膜厚が12μm程度まで減少し、パターン形状が縮小される。この膜厚の減少およびパターン形状の縮小の程度は、感光性ガラスペースト中のエチルセルロースの含有率および焼成温度に依存する。
Step 4: Firing of the second insulating layer 3 (see FIGS. 23 and 24)
Next, the resin component contained in the photosensitive glass paste, mainly ethyl cellulose, is baked at a temperature of 350 ° C. in an air atmosphere. Thereby, the ethyl cellulose is burned off. Thereafter, the photosensitive glass paste is heated to 550 ° C., which is higher than the softening point of the glass in the glass paste. Thereby, the glass in the glass paste is softened. Thereafter, the glass paste is cooled to room temperature. As a result, a uniform insulating
工程5:電子放出材料の形成(図25および図26参照)
本実施の形態においては、電子放出材料として、カーボンナノチューブを含有したペーストが、スクリーン印刷によって、開口部21a,3a,3b内に埋め込まれるとともに、第2絶縁層3上に形成される。カーボンナノチューブペーストは、カーボンナノチューブの他にエチルセルロースおよびターピネオールなどを含有している。また、ペーストは、鉛ガラス微粒子、銀微粒子、またはニッケル微粒子を含有してもよい。
Step 5: Formation of electron-emitting material (see FIGS. 25 and 26)
In the present embodiment, a paste containing carbon nanotubes as an electron emission material is embedded in the
カーボンナノチューブ膜が印刷された後の膜厚は、刷ペーストの粘度、固形分比、スクリーン版のメッシュワイヤ径、および乳剤厚等によって決定される。そのため、ペーストの粘度、固形分比、スクリーン版のメッシュワイヤ径、および乳剤厚などが、印刷膜が所望の膜厚になるように、調整される。また、1回の印刷のみでは、印刷されたカーボンナノチューブ膜の膜厚が所望の大きさより小さい場合には、印刷されたカーボンナノチューブ膜が乾燥された後に、2層目以降のカーボナノチューブ膜が重ねて印刷され、全体として所望の膜厚を有する印刷膜が形成されてもよい。 The film thickness after the carbon nanotube film is printed is determined by the viscosity of the printing paste, the solid content ratio, the mesh wire diameter of the screen plate, the emulsion thickness, and the like. Therefore, the viscosity of the paste, the solid content ratio, the mesh wire diameter of the screen plate, the emulsion thickness, and the like are adjusted so that the printed film has a desired film thickness. In addition, if the thickness of the printed carbon nanotube film is smaller than a desired size by only one printing, the carbon nanotube films of the second and subsequent layers are overlapped after the printed carbon nanotube film is dried. A printed film having a desired film thickness as a whole may be formed.
工程6:電子放出材料の研磨工程(図27および図28参照)
本工程においては、絶縁層3の開口部3aおよび3bが設けられている領域以外の領域に形成された電子放出材料4が研磨によって除去される。すなわち、第2絶縁層3上の電子放出材料4が研磨によって除去される。研磨のために回転ベルト形式自動研磨機が使用される。その研磨機においては、#1000番の研磨テープがゴムローラーに巻き付けられている。研磨時には、研磨テープが電子放出材料4に圧着され、電子放出材料4上に水を流しながら、研磨テープが、ゴムローラーとともに回転させられる。この研磨機を使用することによって、研磨面が平坦に仕上げられる。そのため、絶縁層3上の電子放出材料は、全て除去され、開口部3aおよび3b内に埋め込まれた電子放出材料4の表面は、周囲の絶縁層3の表面と同じ高さに位置付けられる。
Step 6: Electron emitting material polishing step (see FIGS. 27 and 28)
In this step, the
この工程においては、工程5の説明で述べられたように、電子放出材料4、すなわちカーボンナノチューブ膜の膜厚は、周囲の絶縁層3の膜厚よりも大きい。そのため、研磨時に開口部3a内のカーボンナノチューブ膜の表面も研磨される。その結果、開口部3aのカーボンナノチューブ膜の表面と周囲の絶縁層の表面とが同一平面内に位置付けられる。
In this step, as described in the description of
工程7:電子放出材料膜の焼成(図29および図30参照)
電子放出材料4の一例としてのカーボンナノチューブ膜内に含有される樹脂成分、主にはエチルセルロースが、大気雰囲気中で、350℃の温度で焼成される。それにより、エチルセルロースは焼失する。また、樹脂成分は、550℃の温度で熱処理され、その後、室温まで冷却される。これにより、カーボンナノチューブ膜中の樹脂が焼失する。そのため、カーボンナノチューブ膜の体積は小さくなる。そのため、図29および図30に示されるように、カーボンナノチューブ膜の膜厚が減少する。その結果、周囲の絶縁層3の上面よりも低い位置にカーボンナノチューブ膜の上面が位置付けられる。一方、カーボンナノチューブ膜は、面内方向にも収縮する。そのため、カーボンナノチューブ膜と第1絶縁層21および第2絶縁層3とは面内方向において分離される。さらに、絶縁層は550℃の雰囲気中で軟化する。それにより、絶縁層3に表面張力が生じる。前述の処理によって、カソード電極層2上に位置する電子放出材料4を内包する開口部300が形成される。開口部300は、平面形状が楕円形の貫通孔である。また、絶縁層21上に位置する電子放出材料4を挟む開口部3000が形成される。開口部3000はスリット形状を有している。
Step 7: Firing of the electron emission material film (see FIGS. 29 and 30)
A resin component, mainly ethyl cellulose, contained in a carbon nanotube film as an example of the
その結果、逆テーパー形状からガラス基板1の主表面に対して垂直な方向に延びる貫通孔300が形成される。その結果、絶縁層3の側面とカーボンナノチューブ膜すなわち電子放出材料4との分離を促進することができる。
As a result, a through
ここで、第2絶縁層3から分離された電子放出材料4は、位置に応じて2種類の役割を果たす。図29および図30に示されるように、開口部300内の電子放出材料4はカソード層2に接触しており、平面形状が楕円形であり、画素に対応して配置されている。一方、開口部3000内の電子放出材料4は、カソード層2に接触していない。そのため、電子放出材料4は電子を放出しない。開口部3000内の電子放出材料4は、ストライプ状であり、ストライプ形状のゲート電極層を分離する役割を果たす。
Here, the
工程8:ゲート電極層22の形成(図31および図32参照)
本実施の形態においては、導電体含有ペーストとして、銀微粒子が含有されたペーストが使用されている。銀含有ペーストが転写ローラー上に塗布され、転写ローラーが第2絶縁層3上を転がる。それにより、最も高く位置付けられた第二絶縁層3の上面のみに導電膜が転写される。その後、焼成工程が実行され、銀含有ペーストに含有されている樹脂成分が消失する。その結果、銀からなる連続膜が形成される。その連続膜がゲート電極層22となる。
Step 8: Formation of the gate electrode layer 22 (see FIGS. 31 and 32)
In the present embodiment, a paste containing silver fine particles is used as the conductor-containing paste. The silver-containing paste is applied on the transfer roller, and the transfer roller rolls on the second insulating
この後、良好な電界電子放出を得るために、ゲート電極層22を介して、レーザ照射による表面活性化処理が実行される。この表面活性化処理は、実施の形態1において説明された表面活性化処理と同様であるため、本実施の形態においては、その説明は繰り返されない。
Thereafter, in order to obtain good field electron emission, a surface activation process by laser irradiation is performed through the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 ガラス基板、2 カソード層、3 絶縁層、4 電子放出材料、5 樹脂層、6 金属薄膜、7 ピンホールを多数含んだ金属薄膜、8 レーザ光、9 金属電極層、12 電子放出材料、21 絶縁層、22 ゲート電極層。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記カソード層上に絶縁層を形成するステップと、
前記絶縁層に開口部を形成するステップと、
前記開口部内に電子放出材料を形成するステップと、
前記電子放出材料を焼結して前記絶縁層と前記電子放出材料との間に空隙を形成するステップとを備え、
前記電子放出材料を形成するステップは、
前記開口部に電子放出材料を充填するステップと、
前記電子放出材料を乾燥させるステップと、
前記絶縁層上の前記電子放出材料を研磨によって除去するとともに、前記絶縁層および前記電子放出材料の上面を平坦化するステップとを含む、電子放出源の製造方法。 Forming a cathode layer on the substrate;
Forming an insulating layer on the cathode layer;
Forming an opening in the insulating layer;
Forming an electron emission material in the opening;
Sintering the electron emitting material to form a gap between the insulating layer and the electron emitting material;
Forming the electron-emitting material comprises:
Filling the opening with an electron emitting material;
Drying the electron emitting material;
Wherein together is removed by polishing the electron emission material on the insulating layer, and a step of planarizing the upper surface of the insulating layer and the electron-emitting material, electron emission source manufacturing method.
前記カソード層上に絶縁層を形成するステップと、
前記絶縁層に開口部を形成するステップと、
前記開口部内に電子放出材料を形成するステップと、
前記電子放出材料を焼結して前記絶縁層と前記電子放出材料との間に空隙を形成するステップと、
前記絶縁層上にゲート電極層を形成するステップとを備え、
前記ゲート電極層を形成するステップは、
前記絶縁層と前記電子放出材料との間の空隙に樹脂を充填するステップと、
前記樹脂を乾燥させるステップと、
前記絶縁層上の前記樹脂を研磨によって除去し、前記絶縁層および前記樹脂の上面を平坦化するステップと、
平坦化された前記絶縁層および前記樹脂上の上面に導電性膜を形成するステップと、
前記樹脂を熱処理によって分解させるステップと、
前記樹脂上に形成されていた導電性膜を除去するステップとを含む、電子放出源の製造方法。 Forming a cathode layer on the substrate;
Forming an insulating layer on the cathode layer;
Forming an opening in the insulating layer;
Forming an electron emission material in the opening;
Sintering the electron emitting material to form a gap between the insulating layer and the electron emitting material;
And a step of forming a gate electrode layer on the insulating layer,
Forming the gate electrode layer comprises:
Filling a gap between the insulating layer and the electron-emitting material with a resin;
Drying the resin;
Removing the resin on the insulating layer by polishing, and planarizing the upper surface of the insulating layer and the resin;
Forming a conductive film on the planarized insulating layer and the upper surface of the resin;
Decomposing the resin by heat treatment;
Method of manufacturing steps and a, electron emission source to remove the conductive film formed on the resin.
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