JPH0428138A - Electron emission element and manufacture thereof - Google Patents
Electron emission element and manufacture thereofInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、平板型画像表示装置等に用いられる電子放出
素子およびその製造方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an electron-emitting device used in flat panel image display devices and the like, and a method for manufacturing the same.
従来の技術
最近、平板型画像表示装置等に用いられる電子源として
、加熱を必要としない電子放出素子、いわゆる冷陰極の
開発が活発に行われている。その中で、電界放出型の電
子放出素子は、電子を放出させるために先端の曲率半径
が１μｍ以下となるように針状加工され、その陰極先端
に１０’Ｖ／ｅ１ｍ程変の強電界が集中するように構成
される。この電界放出型の電子放出素子は、−ａに次の
ような長所を有している。2. Description of the Related Art Recently, electron-emitting devices that do not require heating, so-called cold cathodes, have been actively developed as electron sources for use in flat panel image display devices and the like. Among these, the field emission type electron-emitting device is machined into a needle shape so that the radius of curvature of the tip is 1 μm or less in order to emit electrons, and a strong electric field of about 10'V/e1m is applied to the tip of the cathode. Constructed to focus. This field emission type electron-emitting device has the following advantages in -a.
（１）電流密度が高い。(1) High current density.
（２）陰極を加熱する必要かないので、電力消費が非常
に少ない。(2) There is no need to heat the cathode, so power consumption is extremely low.
（３）点（ポイント）および線（ライン）ｉｉ電子源し
て使用することができる。(3) Point and line II can be used as electron sources.
また、上記電子放出素子をアレイ状に配列した構成も知
られており、同アレイを平面デイスプレィパネルに用い
る試みも行われている。Furthermore, a structure in which the electron-emitting devices are arranged in an array is also known, and attempts have been made to use the same array in a flat display panel.
従来、この電界放出型の電子放出素子およびその製造方
法として、種々の提藁がなされている。Conventionally, various proposals have been made for this field emission type electron-emitting device and its manufacturing method.
その−例として、ジャーナル・オブ・アプライド・フィ
ジックス、３５０４〜３５０５頁、７号、第３９巻、１
９６８年（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｊｅｄ Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ、 Ｐ３５０４〜３５０５、階７、Ｖｏｌ
、３９．１９６８ ）に記載されている構成および製造
方法について第４図（ａ）、 （ｂ）を参照しながら説
明する。For example, Journal of Applied Physics, pp. 3504-3505, No. 7, Vol. 39, 1
968 (Journal of Applejed P.
hysics, P3504-3505, Floor 7, Vol.
, 39.1968) will be explained with reference to FIGS. 4(a) and 4(b).
第４図（ａ）は上記従来の電子放出素子の製造途中の状
態を示す断面図、第４図［有］）は上記従来の電子放出
素子の製造完成状態を示す断面図である。FIG. 4(a) is a cross-sectional view showing the conventional electron-emitting device in a state in the middle of manufacturing, and FIG. 4(a) is a cross-sectional view showing the completed manufacturing state of the conventional electron-emitting device.
第４図（ａ）に示すように、まず、電気絶縁基板１０１
の上に導電性Ｗ！ １０２、絶縁層１０３および導電性
膜１０４を適当なマスクを用い、順次蒸着等により形成
し、複数のアレイ状に配列した空洞１０５を作製する。As shown in FIG. 4(a), first, an electrically insulating substrate 101
Conductive W on top! 102, an insulating layer 103 and a conductive film 104 are sequentially formed by vapor deposition or the like using an appropriate mask, thereby creating a plurality of cavities 105 arranged in an array.
次いで、この空洞１０５の開口部を適当な物質１０６の
回転斜蒸着により閉しさせつつ、この開口部真上より陰
極材料１０７を正蒸着することにより、空洞１０５内に
おいて導電性膜１０２上に先端側が次第に細くなる陰極
エミッタ突起１０８を形成する。最後に、第４図（ｂ）
に示すように、物質１０６を除去することにより、アレ
イ状の電子放出素子（冷陰極）を作製することができる
。Next, while closing the opening of the cavity 105 by rotary oblique deposition of a suitable material 106, a cathode material 107 is deposited directly above the opening, thereby forming a tip on the conductive film 102 within the cavity 105. A cathode emitter protrusion 108 is formed whose sides are tapered. Finally, Figure 4(b)
As shown in FIG. 3, by removing the substance 106, an array of electron-emitting devices (cold cathodes) can be manufactured.
そして、導電性膜１０４が正、導電性膜１０２が負とな
るように電源１０９を接続し、陰極エミッタ突起１０８
の陰極材料１０７で定まる所定の電圧以上の電圧を印加
することにより、電界が集中する陰極エミッタ突起１０
８より電子を放出させることができる。Then, a power source 109 is connected so that the conductive film 104 is positive and the conductive film 102 is negative, and the cathode emitter protrusion 108
By applying a voltage higher than a predetermined voltage determined by the cathode material 107 of the cathode emitter protrusion 10, the electric field is concentrated.
8, electrons can be emitted.
発明が解決しようとする課題
しかし、以上のような従来例の構成では、複数のアレイ
状の空洞１０５内に陰極エミッタ突起１０８を作成する
際、回転斜蒸着と真上からの正蒸着を同時に行うことが
必要であり、この同時蒸着の制御を正確に行うことは非
常に困難である。また、厚さ約１μｍの絶縁層１０３を
挟んで両導電性膜１０２、１０４間に電圧を印加した時
、絶縁層１０３がピンホール等を有し、耐電圧がなかっ
たり、絶縁層１０３の端面での表面リークで耐電圧が低
下するなどの課題を有していた。Problems to be Solved by the Invention However, in the configuration of the conventional example as described above, when creating the cathode emitter projections 108 in the plurality of array-shaped cavities 105, rotational oblique evaporation and forward evaporation from directly above are performed simultaneously. It is very difficult to accurately control this simultaneous vapor deposition. Furthermore, when a voltage is applied between the two conductive films 102 and 104 with the insulating layer 103 having a thickness of approximately 1 μm in between, the insulating layer 103 may have pinholes or the like and may not have a withstand voltage, or the end surface of the insulating layer 103 may There were problems such as a decrease in withstand voltage due to surface leakage.
本発明は、上記従来技術の問題を解決するものであり、
高い電子放出効率を有する電子放出素子を提供し、また
、陰極材料層と制御電極間の絶縁耐電圧を向上させるこ
とができ、したがって、電子放出の信転性を向上させる
ことができるようにした電子放出素子を提供し、また、
電子ビームの広がりを抑えて質の高い電子ビームを得る
ことができるようにした電子放出素子を提供し、また、
容易に、しかも歩留まり良く製造することができるよう
にした電子放出素子の製造方法を提供することを目的と
するものである。The present invention solves the problems of the prior art described above,
Provided is an electron-emitting device that has high electron emission efficiency, and also improves the dielectric strength voltage between the cathode material layer and the control electrode, and therefore improves the reliability of electron emission. Provides an electron-emitting device, and
Provided is an electron-emitting device that can obtain a high-quality electron beam by suppressing the spread of the electron beam, and
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an electron-emitting device that can be manufactured easily and with a high yield.
課題を解決するための手段
上記目的を達成するため、本発明の電子放出素子は、絶
縁基板と、この絶縁基板の上に形成されたベースｔｉと
、このベース電極の上に形成され、エツジ部を有し、幅
が徐々に変わる陰極材料層と、この陰極材料層の外側方
で所定の間隔をおいて順次形成された絶縁層および上記
陰極材料層から電子を引き出すための制御電極とを備え
たものである。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, an electron-emitting device of the present invention includes an insulating substrate, a base ti formed on the insulating substrate, and an edge portion formed on the base electrode. comprising a cathode material layer whose width gradually changes, an insulating layer sequentially formed at predetermined intervals outside the cathode material layer, and a control electrode for extracting electrons from the cathode material layer. It is something that
または、絶縁基板と、この絶縁基板の上に形成されたベ
ース電極と、このベース電極の上に形成され、エツジ部
を有し、幅が徐々に変わる陰極材料層と、上記ベース電
極における少なくとも陰極材料層が形成されていない表
面に形成された絶縁層と、上記陰極材料層の外側方で所
定の間隔をおいて順次形成された絶縁層および上記陰極
材料層から電子を引き出すための制ｉｔ極とを備えたも
のである。Alternatively, an insulating substrate, a base electrode formed on the insulating substrate, a cathode material layer formed on the base electrode, having an edge portion and gradually changing width, and at least a cathode in the base electrode. an insulating layer formed on a surface on which no material layer is formed; an insulating layer formed in sequence at a predetermined interval on the outside of the cathode material layer; and a control electrode for extracting electrons from the cathode material layer. It is equipped with the following.
そして、上記陰極材料層の外側方で形成された絶縁層は
上記陰極材料層の厚さと同等以上の厚みを有するように
設定することができる。The insulating layer formed outside the cathode material layer can be set to have a thickness equal to or greater than the thickness of the cathode material layer.
また、上記ベース電極を所定の幅のストライプ状に形成
して所定のピッチで並列し、上記制御Ｈｚ極を所定の幅
のストライプ状に形成して上記ベース電極と直交するよ
うに所定のピッチで並列し、アレイ状に構成することが
できる。The base electrodes are formed into stripes of a predetermined width and arranged in parallel at a predetermined pitch, and the control Hz poles are formed into stripes of a predetermined width and arranged at a predetermined pitch so as to be orthogonal to the base electrode. They can be arranged in parallel and configured in an array.
また、上記目的を達成するため、本発明の電子放出素子
の製造方法は、絶縁基板上にベース電極を形成し、この
ベース電極の上に陰極材料層とこの陰極材料層とは異な
る材料からなる被覆材を順次形成し、これら被覆材およ
び陰極材料層を幅が徐々に変わる形状にエッチング加工
し、上記ベース電極における少なくとも陰極材料層が形
成されていない表面に陽極酸化、熱酸化等の処理により
絶縁層を形成し、この絶縁層および上記被覆材の上方か
ら絶縁層および制御電極を形成し、その後、上記被覆材
をその上の絶縁層および制御電極と共に除去するように
したものである。In addition, in order to achieve the above object, the method for manufacturing an electron-emitting device of the present invention includes forming a base electrode on an insulating substrate, and forming a cathode material layer on the base electrode, which is made of a material different from the cathode material layer. Coating materials are sequentially formed, these coating materials and the cathode material layer are etched into a shape whose width gradually changes, and at least the surface of the base electrode on which the cathode material layer is not formed is treated by anodic oxidation, thermal oxidation, etc. An insulating layer is formed, an insulating layer and a control electrode are formed from above the insulating layer and the covering material, and then the covering material is removed together with the insulating layer and control electrode thereon.
そして、上記陰極材料層を上記被覆材よりも小さいパタ
ーンとなるようにエツチング加工する。Then, the cathode material layer is etched into a pattern smaller than the coating material.
作用
したがって、本発明の電子放出素子によれば、陰極材料
層をその幅が徐々に変わるパターンに形成することによ
り、陰極材料層と制御電極のパターン精度にバラツキが
生しても、電子放出に必要な電界強度となるエツジ部が
必ず存在し、エツジ部に電界集中しやすくすることがで
きる。Therefore, according to the electron-emitting device of the present invention, by forming the cathode material layer in a pattern whose width gradually changes, electron emission can be improved even if variations occur in the pattern accuracy of the cathode material layer and the control electrode. There is always an edge portion where the required electric field strength is achieved, and the electric field can be easily concentrated at the edge portion.
また、ベース電極の表面に絶縁層を形成し、この絶縁層
上に絶縁層を介して制御電極を形成することにより、陰
極材料層と制御電極との間の絶縁耐電圧を向上させるこ
とができ、陰極のエツジ部に電界が集中しやすくするこ
とができる。Furthermore, by forming an insulating layer on the surface of the base electrode and forming a control electrode on this insulating layer via an insulating layer, the dielectric strength voltage between the cathode material layer and the control electrode can be improved. , the electric field can be easily concentrated at the edge of the cathode.
また、制ｉｔ極を陰極材料層の上面と同等、あるいはそ
れより高い位置に形成することにより、陰極材料層のエ
ツジ部より放出された電子の広がりを防止することがで
きる。Further, by forming the IT control electrode at a position equal to or higher than the upper surface of the cathode material layer, it is possible to prevent electrons emitted from the edge portion of the cathode material layer from spreading.
また、本発明の電子放出素子の製造方法によれば、電子
を陰極材料層のエツジ部から放出させるので、ベース電
極をスパッター法等により形成し、陰極材料層をスパッ
ター法、エツチング加工等により形成し、ベース電極の
表面の絶縁層を陽極酸化、熱酸化等の処理により形成し
、その上の絶縁層および制御電極をスパンター法等によ
り形成し、陰極を針状に加工する必要がない。しかも、
所定の形状に形成した陰極材料層を基準に制御電極を形
成し、陰極材料層と制御電極の位置関係の精度を向上さ
せることができる。Furthermore, according to the method for manufacturing an electron-emitting device of the present invention, since electrons are emitted from the edge portion of the cathode material layer, the base electrode is formed by sputtering or the like, and the cathode material layer is formed by sputtering, etching, or the like. However, the insulating layer on the surface of the base electrode is formed by a treatment such as anodic oxidation or thermal oxidation, and the insulating layer and control electrode thereon are formed by a spunter method or the like, so that there is no need to process the cathode into a needle shape. Moreover,
By forming the control electrode based on the cathode material layer formed in a predetermined shape, it is possible to improve the accuracy of the positional relationship between the cathode material layer and the control electrode.
実施例
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。EXAMPLES Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施例における電子
放出素子を示し、第１図（ａ）は平面図、第１図（ト）
）および（Ｃ）はそれぞれ第１図（ａ）のＴｂ−１ｂ線
およびＩｃ−１ｃ線に沿う断面図である（第１図（ａ）
の平面図では、理解しやすいように、第１図（ｂ）、
（Ｃ）に対応する各部に同方向の斜線を付している）。1(a) to 1(C) show an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1(a) is a plan view, and FIG.
) and (C) are cross-sectional views taken along the Tb-1b line and the Ic-1c line in FIG. 1(a), respectively (FIG. 1(a)
For ease of understanding, the plan view of Figure 1(b),
Each part corresponding to (C) is shaded in the same direction).
第１図（ａ）〜（Ｃ）に示すように、ガラス等からなる
絶縁基板１の上に導電性物質からなるベース電極２が形
成され、ベース電極２の上にこのベース電極２から電流
を供給される陰極材料層３が形成されている。この陰極
材料層３としては、仕事関数が低く、かつ高融点の材料
、例えば、５ｉＣ２ＺｒＣ，ＴｉＣ，Ｍｏ、Ｗ等が用い
られる。陰極材料層３は中心より四方に延びる十字状で
、エツジ部３ａを有するように断面において矩形、若し
くは台形に形成され、かつ平面における幅Ｗが先端側か
ら中心側に至るに従い○から所定の大きさまで徐々に直
線的に変化する形状に設定されている。なお、陰極材料
層３は上記パターン形状に限定されるものではな（、ま
た幅Ｗの変化も次第に変化すればよく、直線的な変化に
限定されるものではない。ベース電極２の上の陰極材料
層３の下側外縁部と陰極材料層３の形成されていない部
分、少なくとも陰極材料層３の形成されていない部分に
は絶縁層４が形成されている。陰極材料層３の外側方、
図示例では陰極材料層３の周囲にはこの陰極材料層３に
対し、所定の間隔をおいて絶縁層５と制御電極６が絶縁
層４の上に順次形成されている。絶縁層５はＡ１．Ｏ，
、Ｓ ｉ Ｏを等からなり、陰極材料層３の厚さと同等
以上の厚さに形成され、制御電極６は陰極材料層３から
電子を引き出すためのものであり、金属等で形成されて
いる。As shown in FIGS. 1(a) to (C), a base electrode 2 made of a conductive material is formed on an insulating substrate 1 made of glass or the like, and a current is passed from this base electrode 2 onto the base electrode 2. A layer 3 of cathode material to be supplied is formed. As this cathode material layer 3, a material having a low work function and a high melting point, such as 5iC2ZrC, TiC, Mo, W, etc., is used. The cathode material layer 3 has a cross shape extending in all directions from the center, and is formed in a rectangular or trapezoidal cross section with an edge portion 3a, and the width W in the plane varies from ○ to a predetermined size from the tip side to the center side. The shape is set to gradually change linearly up to the end. Note that the cathode material layer 3 is not limited to the above pattern shape (also, the width W may change gradually and is not limited to a linear change). An insulating layer 4 is formed on the lower outer edge of the material layer 3 and the portion where the cathode material layer 3 is not formed, at least the portion where the cathode material layer 3 is not formed.
In the illustrated example, an insulating layer 5 and a control electrode 6 are sequentially formed on an insulating layer 4 around the cathode material layer 3 at a predetermined interval. The insulating layer 5 is A1. O,
, SiO, etc., and is formed to have a thickness equal to or greater than the thickness of the cathode material layer 3, and the control electrode 6 is for extracting electrons from the cathode material layer 3, and is made of metal or the like. .
以上の構成において、以下、その動作について説明する
。The operation of the above configuration will be described below.
陰極材料層３が負となり、制御電極６が正となるように
両者の間に電圧を印加する。これにより陰極材料層３の
エツジ部３ａに電気力線が集中し、強を界となる。この
とき、陰極材料層３および制御電極６の幅が場所によっ
て徐々に変わっているので、電界強度も変化する。した
がって、作製時に陰極材料層３および制御電極６のパタ
ーン精度にバラツキが生じても、電子放出するのに必要
な電界強度となる陰極材料層３のエツジ部は必ず存在し
、安定した電子放出特性を得ることができる。また、制
御電極６を陰極材料層３の上面と同等、あるいはそれよ
り高い位置に形成しているので、陰極材料層３のエツジ
部３ａより放出された電子の広がりを防止することがで
き、陰極材料層３の上面にほぼ垂直な方向に進行させる
ことができ、したがって、電子ビームの質を向上させる
ことができる。A voltage is applied between them so that the cathode material layer 3 becomes negative and the control electrode 6 becomes positive. As a result, lines of electric force concentrate on the edge portion 3a of the cathode material layer 3, forming a strong field. At this time, since the widths of the cathode material layer 3 and the control electrode 6 gradually change depending on the location, the electric field strength also changes. Therefore, even if variations occur in the pattern accuracy of the cathode material layer 3 and the control electrode 6 during fabrication, there is always an edge portion of the cathode material layer 3 that provides the electric field strength necessary for electron emission, resulting in stable electron emission characteristics. can be obtained. In addition, since the control electrode 6 is formed at a position equal to or higher than the upper surface of the cathode material layer 3, it is possible to prevent electrons emitted from the edge portion 3a of the cathode material layer 3 from spreading, and the cathode The electron beam can be propagated in a direction substantially perpendicular to the upper surface of the material layer 3, thus improving the quality of the electron beam.
次に、第１図に示した構造の電子放出素子の製造方法に
ついて第２図（ａ）〜ｆｆｌに示す断面図を参照しなが
ら説明する。Next, a method for manufacturing an electron-emitting device having the structure shown in FIG. 1 will be described with reference to cross-sectional views shown in FIGS. 2(a) to ffl.
まず、第２図（ａ）に示すように、ガラス等の絶縁基板
１の上に、ＡＩ、Ｔａ等の導電性物質からなるベース電
極２を真空蒸着、あるいはスパッター等の方法で所定の
膜厚に形成し、続いてベース電極２の上にＳｉＣ，Ｚｒ
Ｃ，ＴｉＣ，Ｍｏ、Ｗ等からなる陰極材料層３を同様に
して所定の膜厚に形成する。更に、陰極材料層３の上に
リフトオフ材７を同様にして後述の絶縁層５の膜厚より
厚く形成して被覆する。このリフトオフ材７は金属、若
しくは絶縁物を用いることができ、後述のプロセスにお
いて、陰極材料層３のエツチング加工時に耐え、また、
これを除去するときに他の材料を腐食しないような材料
であれば良い。First, as shown in FIG. 2(a), a base electrode 2 made of a conductive material such as AI or Ta is deposited on an insulating substrate 1 such as glass to a predetermined thickness by vacuum evaporation or sputtering. SiC and Zr are then formed on the base electrode 2.
A cathode material layer 3 made of C, TiC, Mo, W, etc. is similarly formed to a predetermined thickness. Further, the lift-off material 7 is similarly formed on the cathode material layer 3 to be thicker than the insulating layer 5 described later. This lift-off material 7 can be made of metal or an insulator, and can withstand the etching process of the cathode material layer 3 in the process described later.
Any material may be used as long as it does not corrode other materials when it is removed.
次に、第２図（ｂ）に示すように、上記陰極材料層３の
パターン状でホトレジスト８をリフトオフ材７上に形成
し、このホトレジスト８を保護膜として、リフトオフ材
７および陰極材料層３をエツチング加工する。更に、第
２図（Ｃ）に示すように、陰極材料層３のみをエツチン
グし、リフトオフ材７より所定量だけ小さいパターンに
加工する。Next, as shown in FIG. 2(b), a photoresist 8 is formed on the lift-off material 7 in the pattern of the cathode material layer 3, and using this photoresist 8 as a protective film, the lift-off material 7 and the cathode material layer 3 are Etching process. Further, as shown in FIG. 2(C), only the cathode material layer 3 is etched to form a pattern smaller than the lift-off material 7 by a predetermined amount.
次に、第２図（切に示すように、少なくとも陰極材料層
３が形成されていない導電性物質からなるベース電極２
の表面を絶縁層４となるように処理する。この処理は、
陰極酸化法によって行うことができ、導電性物質として
ＡＩを用いたときには、Ａ１．Ｏ！、Ｔａを用いたとき
には、Ｔａｘ○。Next, as shown in FIG.
The surface of the substrate is treated to form an insulating layer 4. This process is
It can be carried out by a cathodic oxidation method, and when AI is used as the conductive material, A1. O! , when Ta is used, Tax○.
の良質の酸化物絶縁層４を得ることができる。この処理
時に、陰極材料層３の下側外縁部まである程度、絶縁層
４を形成するのが望ましい。An oxide insulating layer 4 of good quality can be obtained. During this treatment, it is desirable to form the insulating layer 4 to some extent up to the lower outer edge of the cathode material layer 3.
次に、第２図（ｅ）に示すように、ホトレジスト８を除
去し、絶縁層４およびリフトオフ材７の上方から絶縁層
５および金属からなる制御電極６をスパッター法等によ
り順次全面に形成する。このとき、絶縁層５の膜厚は、
陰極材料層３の膜厚と同等、若しくはそれ以上とする。Next, as shown in FIG. 2(e), the photoresist 8 is removed, and the insulating layer 5 and the control electrode 6 made of metal are sequentially formed over the entire surface from above the insulating layer 4 and the lift-off material 7 by sputtering or the like. . At this time, the thickness of the insulating layer 5 is
The thickness is equal to or greater than that of the cathode material layer 3.
この工程に入る前に上記のようにホトレジスト８を除去
しなければならないが、絶縁層４と５および絶縁層５と
制御電極６との密着性を向上させるため、全体を加熱す
る場合には、ホトレジスト８を除去しておくことにより
、これが分解して試料を汚さないようにすることができ
る。また、絶縁層５を形成する絶縁層４の表面には、こ
れまでの工程での処理および取り扱い方等で異物が付着
していたり、汚染されている場合が多いため、絶縁層５
をスバ、ター法で形成する場合には、あらかじめ不活性
ガスイオンで絶縁層４の表面を清浄化処理することが望
ましい。Before starting this step, the photoresist 8 must be removed as described above, but in order to improve the adhesion between the insulating layers 4 and 5 and between the insulating layer 5 and the control electrode 6, if the entire structure is heated, By removing the photoresist 8, it is possible to prevent it from decomposing and contaminating the sample. In addition, the surface of the insulating layer 4 forming the insulating layer 5 is often contaminated with foreign matter or contaminated due to processing and handling in previous steps.
When forming the insulating layer 4 by the spacing method, it is desirable to clean the surface of the insulating layer 4 with inert gas ions in advance.
次に、リフトオフ材７を除去することにより、第２図（
ｆ）に示すように、リフトオフ材７の上の絶縁層５およ
び制ｗ′ｒｌ極６も同時に除去して陰極材料層３を露出
させてエツジ部３ａを形成すると共に、この陰極材料層
３を所定の間隔をおいて囲むように絶縁層５、制御電極
６を形成することができる。当然のことながら、制御電
極６に使用する金属は、リフトオフ材７を除去する工程
で腐食されない等、化学的、物理的に安定な材料である
必要がある。Next, by removing the lift-off material 7, as shown in FIG.
As shown in f), the insulating layer 5 and the control w'rl electrode 6 on the lift-off material 7 are also removed at the same time to expose the cathode material layer 3 to form an edge portion 3a, and the cathode material layer 3 is also removed. The insulating layer 5 and the control electrode 6 can be formed so as to be surrounded by a predetermined interval. Naturally, the metal used for the control electrode 6 needs to be a chemically and physically stable material that will not be corroded during the process of removing the lift-off material 7.
次に、上記構造の電子放出素子を平面デイスプレィパネ
ルに用いた例について説明する。第３図（ａ）は平面デ
イスプレィパネルの一部平面図、第３図ら）は第３図（
ａ）のｍｂ−ｍｂ線に沿う断面図である（第３図（ａ）
の平面図では、理解しやすいように、第３図■）に対応
する各部に同方向の斜線を付している）。Next, an example in which the electron-emitting device having the above structure is used in a flat display panel will be described. Figure 3(a) is a partial plan view of a flat display panel; Figure 3(a) is a partial plan view of a flat display panel;
Fig. 3(a) is a cross-sectional view taken along the line mb-mb of Fig.
In the plan view, for ease of understanding, parts corresponding to those in Figure 3 (■) are shaded in the same direction.
第３図（ａ）、 （ｂ）に示すように、絶縁基板１の上
に一例として、垂直方向に長いストライプ状のベース電
極２が水平方向に所定のピッチで多数並列され、このベ
ース電極２の上に陰極材料層３が上記のような所定のパ
ターン形状で多数形成されている。少なくとも陰極材料
層３が形成されていないベース電極２の表面には絶縁層
４が形成されている。陰極材料層３の外側方、図示例で
は陰極材料層３の周囲にはこの陰極材料層３に対し、所
定の間隔をおいて絶縁層５と制御電極６が絶縁層４と絶
縁基板１の上に順次形成されている。制ｉｔ極６はベー
ス電極２と直交するように水平方向に長いストライプ状
に配置され、したがって、陰極材料層３に対応する部分
に窓が開いたように形成されている。そして、制御電極
６は、垂直方向に所定のピッチで互いに電気的に分離さ
れて多数並列されている。制御電極６の前方に所定の距
離をおいて透明基板９が配置され、透明基板９の制ＷＥ
電極６側の内面には透明な導電膜１０と蛍光体からなる
発光層１１が順次形成されている。なお、透明導電膜１
０に代えて発光層１１の上に、通常のブラウン管のよう
に、ＡＩの薄膜を形成してもよい。As shown in FIGS. 3(a) and 3(b), as an example, a large number of vertically long striped base electrodes 2 are arranged in parallel horizontally at a predetermined pitch on an insulating substrate 1. A large number of cathode material layers 3 are formed thereon in a predetermined pattern shape as described above. An insulating layer 4 is formed at least on the surface of the base electrode 2 on which the cathode material layer 3 is not formed. On the outside of the cathode material layer 3, in the illustrated example, around the cathode material layer 3, an insulating layer 5 and a control electrode 6 are placed on the insulating layer 4 and the insulating substrate 1 at a predetermined distance from the cathode material layer 3. are formed sequentially. The IT control electrodes 6 are arranged in long stripes in the horizontal direction so as to be perpendicular to the base electrode 2, and are therefore formed with a window in a portion corresponding to the cathode material layer 3. A large number of control electrodes 6 are arranged in parallel vertically at a predetermined pitch and electrically separated from each other. A transparent substrate 9 is placed in front of the control electrode 6 at a predetermined distance, and the control WE of the transparent substrate 9
A transparent conductive film 10 and a light emitting layer 11 made of phosphor are sequentially formed on the inner surface on the electrode 6 side. Note that the transparent conductive film 1
Instead of 0, a thin film of AI may be formed on the light emitting layer 11 as in a normal cathode ray tube.
以上の構成の平面デイスプレィパネルにおいて、以下、
その動作について説明する。In the flat display panel with the above configuration, the following is performed.
Its operation will be explained.
標準のテレビ方式の画像を表示する場合には、陰極材料
層３が形成されているベース電極２は、必要とする水平
方向の絵素の数の本数だけ並置され、また、制御電極６
は画像表示に有効な走査線数の本数だけ並置される。こ
こで、特定のベース電極２と制ｍａｔ極６に所定の電圧
を印加すると、陰極材料層３の表面は強電界となり、電
子が放出され、この電子が発光層１１に当たって発光す
る。When displaying a standard television image, the base electrodes 2 on which the cathode material layer 3 is formed are juxtaposed as many as the required number of picture elements in the horizontal direction, and the control electrodes 6
are arranged in parallel for the number of scanning lines effective for image display. Here, when a predetermined voltage is applied to a specific base electrode 2 and matte electrode 6, a strong electric field is created on the surface of the cathode material layer 3, electrons are emitted, and the electrons hit the light emitting layer 11 to emit light.
このとき、ベース電極２と制？ｌｌ１ｔ極６の間に印加
する電圧、あるいは所定の一定電圧の印加時間を変える
ことにより、発光層１１からの光量、すなわち、明るさ
を変えることができる。したがって、Ｘ−Ｙマトリクス
構成のプラズマデイスプレィ、液晶デイスプレィと基本
的に同じように駆動することにより、電子線励起による
蛍光体発光画像を表示することができる。At this time, base electrode 2 and control? By changing the voltage applied between the ll1t poles 6 or the application time of a predetermined constant voltage, the amount of light from the light emitting layer 11, that is, the brightness can be changed. Therefore, by driving basically in the same manner as a plasma display or a liquid crystal display having an XY matrix configuration, it is possible to display a phosphor emission image by electron beam excitation.
上記のようにそれぞれ複数本の陰極材料層３と制御電極
６を直交させ、その交点である電子放出部の陰極材料層
３の平面における幅を少なくとも一部が徐々に変化する
形状に形成し、電子放出領域を多くしているので、１絵
素当たりの電子放出量を多くすることができると共に、
均一な電子放出特性をマトリックス電子放出源とするこ
とができる。As described above, each of the plurality of cathode material layers 3 and the control electrode 6 are orthogonally intersected, and the width of the cathode material layer 3 in the plane of the electron emitting portion, which is the intersection point, is formed into a shape in which at least a portion thereof gradually changes. Since the number of electron emission areas is increased, the amount of electron emission per pixel can be increased, and
Uniform electron emission characteristics can be used as a matrix electron emission source.
図示例では、ベース電極２と制御電極６の交叉する部分
に陰極材料層３を４個づつ配置しているが、これに限定
されるものではない。In the illustrated example, four cathode material layers 3 are arranged at each intersection of the base electrode 2 and the control electrode 6, but the invention is not limited to this.
発明の詳細
な説明したように本発明の電子放出素子によれば、陰極
材料層をその幅が徐々に変わるパターンに形成すること
により、陰極材料層と制御電極のパターン精度にバラツ
キが生じても、電子放出に必要な電界強度となるエツジ
部が必ず存在し、そのエツジ部に電界集中しやすくする
ことができる。したがって、電子放出効率を高めること
ができる。As described in detail, according to the electron-emitting device of the present invention, by forming the cathode material layer in a pattern whose width gradually changes, even if variations occur in the pattern accuracy of the cathode material layer and the control electrode, , there is always an edge portion that provides the electric field strength necessary for electron emission, and the electric field can be easily concentrated on the edge portion. Therefore, electron emission efficiency can be increased.
また、ベース電極の表面に絶縁層を形成し、この絶縁層
上に絶縁層を介して制御電極を形成することにより、陰
極材料層と制御電極との間の絶縁耐電圧を向上させるこ
とができ、陰極のエツジ部に電界が集中しやすくするこ
とができる。したがって、電子放出効率を高めると共に
、信幀性を向上させることができる。Furthermore, by forming an insulating layer on the surface of the base electrode and forming a control electrode on this insulating layer via an insulating layer, the dielectric strength voltage between the cathode material layer and the control electrode can be improved. , the electric field can be easily concentrated at the edge of the cathode. Therefore, it is possible to increase electron emission efficiency and improve reliability.
また、制御電極を陰極材料層の上面と同等、あるいはそ
れより高い位置に形成することにより、陰極材料層のエ
ツジ部より放出された電子の広がりを防止することがで
きる。したがって、質の高い電子ビームを得ることがで
きる。Further, by forming the control electrode at a position equal to or higher than the upper surface of the cathode material layer, it is possible to prevent electrons emitted from the edge portion of the cathode material layer from spreading. Therefore, a high quality electron beam can be obtained.
また、マトリックス電子放出源として、多くの電子を均
一に放出させることができる。Further, as a matrix electron emission source, many electrons can be uniformly emitted.
また、本発明の電子放出素子の製造方法によれば、電子
を陰極材料層のエツジ部から放出させるので、ベースｔ
８ｉをスパッター法等により形成し、陰極材料層をスパ
ッター法、エツチング加工等により形成し、ベース電極
の表面の絶縁層を陽極酸化、熱酸化等の処理により形成
し、その上の絶縁層および制御電極をスパッター法等に
より形成し、陰極を針状に加工する必要がなく、したが
って、容易に製造することができる。しかも、所定の形
状に形成した陰極材料層を基準に制御電極を形成し、陰
極材料層と制ｍａｔ極の位置関係の精度を向上させるこ
とができる。したがって、電子放出量の揃った電子放出
素子を歩留まり良く製造することができる。Further, according to the method for manufacturing an electron-emitting device of the present invention, since electrons are emitted from the edge portion of the cathode material layer, the base t
8i by sputtering, a cathode material layer by sputtering, etching, etc., an insulating layer on the surface of the base electrode by anodic oxidation, thermal oxidation, etc. It is not necessary to form the electrode by sputtering or the like and process the cathode into a needle shape, and therefore it can be easily manufactured. Moreover, by forming the control electrode based on the cathode material layer formed in a predetermined shape, it is possible to improve the accuracy of the positional relationship between the cathode material layer and the mat control electrode. Therefore, electron-emitting devices with a uniform amount of electron emission can be manufactured with high yield.
第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施例における電子
放出素子を示し、第１図（ａ）は平面図、第１図［有］
）および（Ｃ）はそれぞれ第１図（ａ）のＩｂ−１ｂ線
およびＩｃ−Ｉｃ線に沿う断面図、第２図（ａ）〜（ｆ
）は上記電子放出素子の製造構成説明用の断面図、第３
図（ａ）は上記電子放出素子を平板デイスプレィパネル
に用いた例を示す平面図、第３図［有］）は第３図（ａ
）のｍｂ−ｍｂ線に沿う断面図、第４図（ａ）は従来の
電子放出素子の製造途中の状態を示す断面図、第４図（
ｂｌは従来の電子放出素子の製造完成状態を示す断面図
である。
ｌ・・・・・・絶縁基板、２・・・・・・ベース電極、
３・・・・・・陰極材料層、４・・・・・・絶縁層、５
・・・・・・絶縁層、６・旧・・制御電極、７・・・・
・・リフトオフ材、８・旧・・ホトレジスト、９・・・
・・・透明基板、１０・・・・・・導電膜、１１・・・
・・・発光層。
代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はが１名筆
図
第
図
第３図
＜ｂ）
９Ａ四基ぽ、FIGS. 1(a) to (C) show an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1(a) is a plan view, and FIG.
) and (C) are sectional views taken along lines Ib-1b and Ic-Ic in FIG. 1(a), respectively, and FIGS. 2(a) to (f)
) is a cross-sectional view for explaining the manufacturing structure of the electron-emitting device, and the third
Figure (a) is a plan view showing an example of using the above electron-emitting device in a flat display panel, and Figure 3 (a) is a plan view showing an example in which the above electron-emitting device is used in a flat display panel.
4(a) is a sectional view taken along the line mb-mb of FIG.
bl is a cross-sectional view showing a completed state of manufacture of a conventional electron-emitting device. l...Insulating substrate, 2...Base electrode,
3... Cathode material layer, 4... Insulating layer, 5
...Insulating layer, 6. Old control electrode, 7.
... Lift-off material, 8. Old... Photoresist, 9...
...Transparent substrate, 10... Conductive film, 11...
...Light-emitting layer. Name of agent: Patent attorney Shigetaka Awano (1 person hand drawing Figure 3<b) 9A four pieces,
Claims (6)
ス電極と、このベース電極の上に形成され、エッジ部を
有し、幅が徐々に変わる陰極材料層と、この陰極材料層
の外側方で所定の間隔をおいて順次形成された絶縁層お
よび上記陰極材料層から電子を引き出すための制御電極
とを備えた電子放出素子。(1) An insulating substrate, a base electrode formed on this insulating substrate, a cathode material layer formed on this base electrode, having an edge portion, and whose width gradually changes; An electron-emitting device comprising an insulating layer sequentially formed at predetermined intervals on the outside and a control electrode for extracting electrons from the cathode material layer.
ス電極と、このベース電極の上に形成され、エッジ部を
有し、幅が徐々に変わる陰極材料層と、上記ベース電極
における少なくとも陰極材料層が形成されていない表面
に形成された絶縁層と、上記陰極材料層の外側方で所定
の間隔をおいて順次形成された絶縁層および上記陰極材
料層から電子を引き出すための制御電極とを備えた電子
放出素子。(2) an insulating substrate, a base electrode formed on the insulating substrate, a cathode material layer formed on the base electrode, having an edge portion, and having a gradually changing width; An insulating layer formed on a surface on which a cathode material layer is not formed, an insulating layer formed in sequence at a predetermined interval on the outside of the cathode material layer, and a control electrode for extracting electrons from the cathode material layer. An electron-emitting device comprising:
極材料層の厚さと同等以上の厚みを有する請求項１また
は２記載の電子放出素子。(3) The electron-emitting device according to claim 1 or 2, wherein the insulating layer formed outside the cathode material layer has a thickness equal to or greater than the thickness of the cathode material layer.
成されて所定のピッチで並列され、制御電極が所定の幅
を有するストライプ状に形成されて上記ベース電極と直
交するように所定のピッチで並列され、アレイ状に構成
された請求項１ないし３のいずれかに記載された電子放
出素子。(4) The base electrodes are formed in stripes having a predetermined width and are arranged in parallel at a predetermined pitch, and the control electrodes are formed in a stripe shape having a predetermined width and arranged in a predetermined pitch so as to be perpendicular to the base electrodes. 4. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting device is arranged in parallel and arranged in an array.
極の上に陰極材料層とこの陰極材料層とは異なる材料か
らなる被覆材を順次形成し、これら被覆材および陰極材
料層を幅が徐々に変わる形状にエッチング加工し、上記
ベース電極における少なくとも陰極材料層が形成されて
いない表面に陽極酸化、熱酸化等の処理により絶縁層を
形成し、この絶縁層および上記被覆材の上方から絶縁層
および制御電極を形成し、その後、上記被覆材をその上
の絶縁層および制御電極と共に除去する電子放出素子の
製造方法。(5) A base electrode is formed on an insulating substrate, and a cathode material layer and a coating material made of a material different from the cathode material layer are sequentially formed on the base electrode. The base electrode is etched into a shape that gradually changes, and an insulating layer is formed by anodic oxidation, thermal oxidation, etc. on at least the surface of the base electrode on which the cathode material layer is not formed, and the insulating layer and the coating material are insulated from above. A method for manufacturing an electron-emitting device, comprising forming a layer and a control electrode, and then removing the covering material together with an overlying insulating layer and a control electrode.
ようにエッチング加工する請求項５記載の電子放出素子
の製造方法。(6) The method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 5, wherein the cathode material layer is etched to form a pattern smaller than the coating material.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13339790A JPH0787074B2 (en) | 1990-05-23 | 1990-05-23 | Electron-emitting device and manufacturing method thereof |
| DE69026353T DE69026353T2 (en) | 1989-12-19 | 1990-12-18 | Field emission device and method of manufacturing the same |
| EP90124623A EP0434001B1 (en) | 1989-12-19 | 1990-12-18 | Electron emission device and method of manufacturing the same |
| US07/629,954 US5243252A (en) | 1989-12-19 | 1990-12-19 | Electron field emission device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13339790A JPH0787074B2 (en) | 1990-05-23 | 1990-05-23 | Electron-emitting device and manufacturing method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0428138A true JPH0428138A (en) | 1992-01-30 |
| JPH0787074B2 JPH0787074B2 (en) | 1995-09-20 |
Family
ID=15103796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13339790A Expired - Fee Related JPH0787074B2 (en) | 1989-12-19 | 1990-05-23 | Electron-emitting device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0787074B2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0474834U (en) * | 1990-11-08 | 1992-06-30 | ||
| JPH0574327A (en) * | 1991-02-22 | 1993-03-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electron emitter |
| JPH06243777A (en) * | 1993-01-05 | 1994-09-02 | Nec Corp | Cold cathode |
| KR100710211B1 (en) * | 2000-10-25 | 2007-04-20 | 엘지전자 주식회사 | Field Emission Display |
-
1990
- 1990-05-23 JP JP13339790A patent/JPH0787074B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0787074B2 (en) | 1995-09-20 |
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