JPH1012166A

JPH1012166A - 電界放出型画像表示装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1012166A
Application number: JP16565696A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Matsumoto; 秀俊松本; Koji Nakajima; 晃治中島; Keita Ihara; 慶太井原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】冷陰極とゲート電極の間隔がばらつく場合に
おいても、冷陰極からの電子放出量を容易にかつ十分に
制御することができる電界放出型画像表示装置及びその
製造方法を提供することを目的としている。【解決手段】本発明の電界放出型画像表示装置は、ｐ
型半導体基板１と、ｐ型半導体基板１内に形成されたｎ
型半導体伝導部２と、ｐ型半導体基板１及びｎ型半導体
伝導部２上に順に積層された第２絶縁層７と、制御電極
５と、第１絶縁層４と、ゲート電極８と、制御電極５、
ｎ型半導体伝導部２、ゲート電極８にそれぞれ電圧を印
加する電圧印加用電源１５、１６、１７を備えた構成よ
りなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出型画像表
示装置及びその製造方法、特に複数の微小な冷陰極がエ
ミッション源として使用される電界放出型画像表示装置
及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像表示装置として電界放出型画
像表示装置（以下、ＦＥＤと略称する。）が開発されて
おり、米国特許５１３８２３７号や米国特許３９７０８
８７号等に開示されている。

【０００３】米国特許５１３８２３７号に記載のＦＥＤ
（第１従来例）について図６を用いて説明する。

【０００４】図６はＦＥＤの第１従来例を示す要部断面
図である。図６において、２１はｐ型半導体基板、２２
は冷陰極、２３は絶縁層、２４は導電層、２５は空乏
層、２６は陽極、２７は電子、２８は電子放出面、２９
は冷陰極側面、３０、３１、３２は電源である。

【０００５】図６に示したように第１従来例のＦＥＤ
は、ｐ型半導体基板２１の上面の中央部に、ダイヤモン
ド中に他の元素を拡散させて作製された円筒形の冷陰極
２２が形成され、その周辺部には絶縁層２３と導電層２
４が、冷陰極側面２９と接するように順に積層されてい
る。導電層２４の上面は冷陰極２２の電子放出面２８と
ほぼ同じ高さとなるように形成されている。陽極２６
は、ｐ型半導体基板２１、冷陰極２２、導電層２４とは
いずれも絶縁されて冷陰極２２の上方に配設されてお
り、陽極２６の冷陰極２２側の表面には蛍光体（図示せ
ず）が形成されている。また、ｐ型半導体基板２１、導
電層２４、陽極２６は、それぞれ電源３０、３１、３２
に接続されている。

【０００６】このような構成において、ｐ型半導体基板
２１と導電層２４に、それぞれ電源３０、３１より負の
電圧を印加し、陽極２６に電源３２より正の高電圧を印
加すると、陽極２６の高い印加電圧により冷陰極２２の
電子放出面２８から電子２７が放出され、陽極２６上に
形成された蛍光体に衝突して蛍光体が発光する。この
時、導電層２４に印加された負の電圧により、冷陰極側
面２９の導電層２４と接している一部分には空乏層２５
が形成される。この空乏層２５は冷陰極２２内部に発生
する伝導電子が少ない部分となり、電源３１の印加電圧
を制御することにより、冷陰極２２から放出される電子
２７の量を制御することが可能になる。

【０００７】次に、米国特許３９７０８８７号に記載の
ＦＥＤ（第２従来例）について図７を用いて説明する。

【０００８】図７はＦＥＤの第２従来例を示す要部断面
図である。図７において、３３はｐ型半導体基板、３４
はｎ型半導体伝導部、３５は冷陰極、３６は絶縁層、３
７はゲート電極、３８は保護層、３９は陽極、４０は電
子、４１、４２、４３は電源である。

【０００９】図７に示したように第２従来例のＦＥＤ
は、ｐ型半導体基板３３の一部にはｎ型半導体伝導部３
４が形成されており、ｎ型半導体伝導部３４の一部は先
端が尖った円錐状の冷陰極３５となっている。ｐ型半導
体基板３３の上面には、この冷陰極３５とは非接触な絶
縁層３６、ゲート電極３７、保護層３８が順に積層され
ている。陽極３９は、ｐ型半導体基板３３、冷陰極３
５、ゲート電極３７とはいずれも絶縁されて冷陰極３５
の上方に配設されており、陽極３９の冷陰極３５側の表
面には蛍光体（図示せず）が形成されている。また、ｎ
型半導体伝導部３４、ゲート電極３７、陽極３９は、そ
れぞれ電源４１、４２、４３に接続されている。

【００１０】このような構成において、ゲート電極３
７、陽極３９に、それぞれ電源４２、４３により正の電
圧を印加し、ｎ型半導体伝導部３４に電源４１より負の
電圧を印加すると、ゲート電極３７の電圧により冷陰極
３５から電子が放出され、陽極３９の電圧で加速された
後、陽極３９上に形成された蛍光体に衝突して蛍光体が
発光する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＦＥＤは以下のような問題点を有していた。

【００１２】（１）第１従来例のＦＥＤでは、冷陰極と
導電層がほぼ同じ高さで平面的に設置されているため、
冷陰極と導電層には陽極より同様にアノード電界が印加
される。したがって、冷陰極の電子放出面からのみ選択
的に電子を放出するためには、陽極に電圧を印加するこ
とにより発生するアノード電界が、冷陰極からの電子放
出に対するしきい値電界と導電層からの電子放出に対す
るしきい値電界の中間となるように、陽極への印加電圧
を制御しなければならない。すなわち、導電層からの電
子の放出がないように、陽極への印加電圧とそれにより
生じるアノード電界を十分に制御する必要があるが、こ
れらの制御を容易に行うことは極めて難しい。

【００１３】（２）第２従来例のＦＥＤでは、ゲート電
極と冷陰極との間隔が微小に異なるだけで、ゲート電極
に印加すべき電圧が大きく変化し、ゲート電極に同じ電
圧を印加しても冷陰極から電子が放出されなかったり、
反対に大量の電子を放出して冷陰極が溶断するという不
具合があった。この不具合を解決するために冷陰極の下
部に高抵抗の膜を設置する方法等が考えられているが、
基板の表面をエッチング加工して冷陰極を作製する場合
には、このような高抵抗の膜は設置できない。したがっ
て、冷陰極とゲート電極の間隔のばらつきに対して、冷
陰極からの電子放出量を容易にかつ十分に制御できるこ
とが要求されている。

【００１４】本発明は上記従来の問題を解決するもので
あり、冷陰極とゲート電極の間隔がばらつく場合におい
ても、冷陰極からの電子放出量を容易にかつ十分に制御
することができる電界放出型画像表示装置の提供及び冷
陰極とゲート電極の間隔がばらつく場合においても、冷
陰極からの電子放出量を容易にかつ十分に行う制御する
ことができる電界放出型画像表示装置を簡便に製造でき
る電界放出型画像表示装置の製造方法の提供を目的とし
ている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の電界放出型画像表示装置は、ｐ型半導体基板
と、ｐ型半導体基板内に形成されたｎ型半導体伝導部
と、ｎ型半導体伝導部の一部分に形成された針状の冷陰
極と、ｐ型半導体基板及びｎ型半導体伝導部上に形成さ
れた第２絶縁層と、第２絶縁層上に形成された制御電極
と、制御電極上に形成された第１絶縁層と、第１絶縁層
上に形成されたゲート電極と、制御電極とｎ型半導体伝
導部とゲート電極のそれぞれに電圧を印加する電源と、
を備えている構成よりなる。

【００１６】この構成により、冷陰極とゲート電極の間
隔がばらつく場合においても、冷陰極からの電子放出量
を容易にかつ十分に制御することができる電界放出型画
像表示装置を提供することが可能となる。

【００１７】また、本発明の電界放出型画像表示装置の
製造方法は、ｐ型半導体基板内にｎ型半導体伝導部を形
成する伝導部形成工程と、ｎ型半導体伝導部の一部分に
針状の冷陰極を形成する冷陰極形成工程と、ｐ型半導体
基板及びｎ型半導体伝導部上に第２絶縁層を形成する第
２絶縁層形成工程と、第２絶縁層上に制御電極を形成す
る制御電極形成工程と、制御電極上に第１絶縁層を形成
する第１絶縁層形成工程と、第１絶縁層上にゲート電極
を形成するゲート電極形成工程と、を備えた構成よりな
る。

【００１８】この構成により、冷陰極とゲート電極の間
隔がばらつく場合においても、冷陰極からの電子放出量
を容易にかつ十分に制御することができる電界放出型画
像表示装置を簡便に製造できる電界放出型画像表示装置
の製造方法を提供することが可能になる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、ｐ型半導体基板と、ｐ型半導体基板内に形成された
ｎ型半導体伝導部と、ｎ型半導体伝導部の一部分に形成
された針状の冷陰極と、ｐ型半導体基板及びｎ型半導体
伝導部上に形成された第２絶縁層と、第２絶縁層上に形
成された制御電極と、制御電極上に形成された第１絶縁
層と、第１絶縁層上に形成されたゲート電極と、制御電
極とｎ型半導体伝導部とゲート電極のそれぞれに電圧を
印加する電源と、を備えていることとしたものであり、
冷陰極とゲート電極の間隔がばらつく場合においても、
冷陰極からの電子放出量を容易にかつ十分に制御するこ
とができるという作用を有する。

【００２０】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載の発明において、ゲート電極上に形成されたス
ペーサーと、スペーサー上に配設されたガラス基板と、
ガラス基板の下面に形成された陽極と、陽極上に形成さ
れた蛍光体と、を備えていることとしたものであり、陽
極上に形成された蛍光体に冷陰極から放出される電子を
衝突させて蛍光体を発光させることができるという作用
を有する。

【００２１】本発明の請求項３に記載の発明は、ｐ型半
導体基板内にｎ型半導体伝導部を形成する伝導部形成工
程と、ｎ型半導体伝導部の一部分に針状の冷陰極を形成
する冷陰極形成工程と、ｐ型半導体基板及びｎ型半導体
伝導部上に第２絶縁層を形成する第２絶縁層形成工程
と、第２絶縁層上に制御電極を形成する制御電極形成工
程と、制御電極上に第１絶縁層を形成する第１絶縁層形
成工程と、第１絶縁層上にゲート電極を形成するゲート
電極形成工程と、を備えたこととしたものであり、冷陰
極とゲート電極の間隔がばらつく場合においても、冷陰
極からの電子放出量を容易にかつ十分に制御することが
できる電界放出型画像表示装置を簡便に製造できるとい
う作用を有する。

【００２２】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
３に記載の発明において、ゲート電極形成工程により形
成されたゲート電極上にスペーサーを形成するスペーサ
ー形成工程と、スペーサー上に陽極と蛍光体を備えたガ
ラス基板を配設するとともにｐ型半導体基板とガラス基
板の間を真空にするガラス基板配設工程と、を備えたこ
ととしたものであり、陽極上に形成された蛍光体に冷陰
極から放出される電子を衝突させて蛍光体を発光させる
ことができるという作用を有する。

【００２３】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
３又は４の内のいずれか１に記載の発明において、第２
絶縁層形成工程及び制御電極形成工程において、いずれ
も斜め蒸着により第２絶縁層及び制御電極を形成すると
ともに、第２絶縁層のｐ型半導体基板表面に対する斜め
蒸着角度が、制御電極の斜め蒸着角度よりも小さいこと
としたものであり、制御電極と冷陰極との間隔を第２絶
縁層と冷陰極との間隔よりも大きくすることができると
いう作用を有する。

【００２４】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
３乃至５の内のいずれか１に記載の発明において、第２
絶縁層の斜め蒸着角度が３０±５度であり、制御電極の
斜め蒸着角度が４５±５度であることとしたものであ
り、制御電極又は第２絶縁層と冷陰極との絶縁性がいず
れも向上するという作用を有する。

【００２５】上記記載のｐ型半導体基板及びｎ型半導体
伝導部としては、シリコン半導体やダイヤモンド半導体
等が用いられる。

【００２６】また、第１絶縁層及び第２絶縁層として
は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化珪素等が用
いられる。

【００２７】また、制御電極及びゲート電極としては、
ニオブ、チタン、ニッケル、アルミニウム、銅、金等が
用いられる。

【００２８】また、電源としては、直流電源等が用いら
れる。また、スペーサーとしては、アルミナ、シリカ等
が用いられる。

【００２９】また、陽極としては、ニオブ、チタン、ニ
ッケル、アルミニウム、銅、金、ＩＴＯ等が用いられ
る。

【００３０】また、蛍光体としては、ＺｎＯ：Ｚｎ、Ｚ
ｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＳ：〔Ｚｎ〕＋Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＺｎＳ：
Ｃｕ，Ａｌ＋Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＺｎＳ：Ａｕ，Ａｌ＋Ｉｎ₂
Ｏ₃、（Ｚｎ_0.9 Ｃｄ_0.1 ）Ｓ：Ａｕ，Ａｌ＋Ｉｎ₂ Ｏ₃
、（Ｚｎ_0.8 Ｃｄ_0.2 ）Ｓ：Ａｕ，Ａｌ＋Ｉｎ₂ Ｏ
₃ 、（Ｚｎ_0.3 Ｃｄ_0.7 ）Ｓ：Ａｇ，Ｃｌ＋Ｉｎ₂
Ｏ₃、（Ｚｎ_0.2 Ｃｄ_0.8 ）Ｓ：Ａｇ，Ｃｌ＋Ｉｎ₂ Ｏ₃
等が用いられる。

【００３１】以下に、本発明の実施の形態の具体例を説
明する。（実施の形態１）図１は本発明の一実施の形態における
電界放出型画像表示装置の要部断面図、図２は本発明の
一実施の形態における電界放出型画像表示装置のｐ型半
導体基板周辺部を示す要部断面図である。

【００３２】図１及び図２において、１はｐ型半導体基
板、２はｎ型半導体伝導部、３は冷陰極、４は第１絶縁
層、５は制御電極、６は空乏層、７は第２絶縁層、８は
ゲート電極、９は電子、１０は蛍光体、１１は陽極、１
２はガラス基板、１３はスペーサー、１４は電流路、１
５、１６、１７、１８は電源である。

【００３３】図１に示したように、本実施の形態１にお
ける電界放出型画像表示装置では、ｐ型半導体基板１の
一部にｎ型半導体伝導部２が形成され、ｎ型半導体伝導
部２の一部が針状又は先端が尖った円錐状の冷陰極３と
なっている。またｐ型半導体基板１及びｎ型半導体伝導
部２の上面には、冷陰極３と非接触な第２絶縁層７、制
御電極５、第１絶縁層４、ゲート電極８が順に積層され
ている。ゲート電極８上には絶縁体であるスペーサー１
３を介して、ガラス基板１２が配設されており、ガラス
基板１２の下面には陽極１１が形成され、さらに陽極１
１上の冷陰極３と対向する位置に蛍光体１０が配設され
ている。また、ｎ型半導体伝導部２、制御電極５、ゲー
ト電極８、陽極１１は、それぞれ電源１５、１６、１
７、１８と接続されている。

【００３４】以下に、上記構成を有する本実施の形態に
おける電界放出型画像表示装置の動作を説明する。ｎ型
半導体伝導部２に電源１５により負の電圧を印加し、陽
極１１に電源１８により２００〜５００Ｖの正の電圧を
印加する。次に、ゲート電極８に電源１７により２０〜
１００Ｖの正の電圧を印加すると、冷陰極３の先端部よ
り電子９が放出される。放出された電子９は陽極１１の
アノード電界により加速され、蛍光体１０に衝突して蛍
光体１０が発光する。

【００３５】上記動作の際に、電源１６により制御電極
５に０〜−１００Ｖの負の電圧を印加すると、ｎ型半導
体伝導部２の一部に空乏層６が形成されて、図１に示し
たように冷陰極３への電流路１４が狭くなる。これに伴
って、冷陰極３へは電子９が流れにくくなり、結果的に
冷陰極３からの電子放出量は少なくなる。この電子放出
量は、制御電極５に印加する負の電圧の値に依存してお
り、制御電極５への印加電圧を変えることで冷陰極３か
らの電子放出量を制御することができる。

【００３６】以上のように本実施の形態１によれば、ｐ
型半導体基板１とゲート電極８の間に冷陰極３からの電
子放出量を制御することができる制御電極５を備え、こ
の制御電極５に印加する電圧によって、冷陰極３とゲー
ト電極８の間隔がばらつく場合においても、冷陰極３か
らの電子放出量を容易にかつ十分に制御することが可能
となる。

【００３７】尚、本実施の形態１においては、図２に示
したようにｐ型半導体基板１に複数の冷陰極３が形成さ
れた構造でもよい。

【００３８】（実施の形態２）図３及び図４は本発明の
一実施の形態２による電界放出型画像表示装置の製造方
法を示すものであり、図３（ａ）が伝導部形成工程にお
いて得られる中間物の要部断面図、図３（ｂ）〜図３
（ｆ）が冷陰極形成工程において得られる中間物の要部
断面図、図４（ａ）が制御電極形成工程において得られ
る中間物の要部断面図、図４（ｂ）が第１絶縁層形成工
程において得られる中間物の要部断面図、図４（ｃ）〜
（ｅ）がゲート電極形成工程において得られる中間物の
要部断面図である。

【００３９】図３（ａ）〜（ｆ）及び図４（ａ）〜
（ｅ）において、１９は酸化膜、２０はレジスト層であ
り、ｐ型半導体基板１、ｎ型半導体伝導部２、冷陰極
３、第１絶縁層４、制御電極５、第２絶縁層７、ゲート
電極８は第１実施の形態と同様のものであるので、同一
の符号を付して説明を省略する。

【００４０】次に、図３（ａ）〜（ｆ）及び図４（ａ）
〜（ｅ）を用いて本実施の形態２による電界放出型画像
表示装置の製造方法について説明する。

【００４１】まず、伝導部形成工程として、図３（ａ）
に示したように結晶方位面１００面が上部表面であるシ
リコン半導体等のｐ型半導体基板１に、拡散法とフォト
リソグラフィ技術によりライン状のｎ型半導体伝導部２
を形成する。

【００４２】次に、冷陰極形成工程として、ｐ型半導体
基板１を１２００℃程度で約２０時間熱処理して、ｐ型
半導体基板１及びｎ型半導体伝導部２の表面に酸化膜１
９を形成した後、図３（ｂ）に示したように酸化膜１９
上にレジスト層２０を塗布する。このレジスト層２０を
フォトリソグラフィ法により、図３（ｃ）に示したよう
にｎ型半導体伝導部２の中央部上方に相当する部分を残
して他の部分を除去した後、バッファード沸酸等で酸化
膜１９をエッチングして、図３（ｄ）に示したようにレ
ジスト層２０下部以外の酸化膜１９の除き、さらにレジ
スト層２０を除去して図４（ｅ）に示したような円形の
酸化膜１９を形成する。この後、ｐ型半導体基板１及び
ｎ型半導体伝導部２の最表面をバッファード沸酸に数秒
浸漬して前処理し、すぐにＫＯＨ等の異方性のエッチン
グ液で酸化膜１９をマスクとしてｐ型半導体基板１及び
ｎ型半導体伝導部２をエッチングする。これにより、酸
化膜１９の下部はサイドエッチされて、図３（ｆ）に示
したような略針状又は略円錐状の冷陰極３が形成され
る。

【００４３】尚、ｐ型半導体基板１及びｎ型半導体伝導
部２のエッチングは、酸化膜１９がｎ型半導体伝導部２
から脱離しない程度とする。

【００４４】次に、第２絶縁層形成工程として、冷陰極
形成工程により得られた中間物のｐ型半導体基板１及び
ｎ型半導体伝導部２上に、酸化シリコン等からなる第２
絶縁層７を蒸着法により成膜する。

【００４５】次に、制御電極形成工程として、第２絶縁
層形成工程により得られた中間物の第２絶縁層７上に、
ニオブ等からなる制御電極５を蒸着法により成膜して、
図４（ａ）に示したような中間物を得る。

【００４６】尚、制御電極形成工程では、制御電極５
が、冷陰極３及びｎ型半導体伝導部２と接触しないよう
に成膜する。

【００４７】次に、第１絶縁層形成工程として、制御電
極形成工程により得られた中間物の制御電極５上に、酸
化シリコン等からなる第１絶縁層４をスパッタリング法
あるいは蒸着法により成膜し、図４（ｂ）に示したよう
な中間物を得る。

【００４８】尚、本工程では酸化膜１９の下部にまで第
１絶縁層４が成膜されないように、斜め蒸着は行わな
い。

【００４９】次に、ゲート電極形成工程として、第１絶
縁層形成工程により得られた中間物の第１絶縁層４上
に、図４（ｃ）に示したようにニオブ等からなるゲート
電極８を成膜した後、フォトリソグラフィ技術により所
定の形状にパターニングして、図４（ｄ）に示したよう
な中間物を得る。さらに、この中間物を９５０℃程度で
約１６時間の熱処理を行うことにより、冷陰極３の側部
を酸化する。この後、冷陰極３の上部の積層物をバッフ
ァード沸酸で化学的ウェットエッチングして全て除去す
るとともに、冷陰極３の上部形状を針状又は先端の尖っ
た針状又は先端の尖った円錐状に成形して、図４（ｅ）
に示したような中間物を作製する。

【００５０】次に、スペーサー形成工程として、ゲート
電極形成工程により得られた中間物のゲート電極８上
に、アルミナやシリカ等からなるスペーサー１３を形成
する。

【００５１】さらに、ガラス基板配設工程として、スペ
ーサー形成工程により得られた中間物のスペーサー１３
上に、陽極１１と蛍光体が順に積層されたガラス基板１
２を、蛍光体が冷陰極３と対向するように配設するとと
もに、ｐ型半導体基板１とガラス基板１２の間を密閉し
て、その内部を１０^-8Ｔｏｒｒ程度の真空状態とする。

【００５２】以上のように本実施の形態２によれば、ｐ
型半導体基板１とゲート電極８の間に制御電極５を備
え、冷陰極３とゲート電極８の間隔がばらつく場合にお
いても、冷陰極３からの電子放出量を容易にかつ十分に
制御することが可能な電界放出型画像表示装置を簡便に
製造することが可能となる。

【００５３】尚、本実施の形態２においては、ｐ型半導
体基板１上に単一の冷陰極３を形成する場合を例に挙げ
て説明したが、図２に示したようなｐ型半導体基板１に
複数の冷陰極３が形成された電界放出型画像表示装置に
ついても本実施の形態３と同様な方法により製造するこ
とが可能である。

【００５４】（実施の形態３）図５は、本発明の一実施
の形態３による電界放出型画像表示装置の製造方法の第
２絶縁層形成工程及び制御電極形成工程により得られる
中間物の要部断面図である。

【００５５】図５において、ｐ型半導体基板１、ｎ型半
導体伝導部２、冷陰極３、制御電極５、第２絶縁層７、
酸化膜１９は第２実施の形態と同様のものであるので、
同一の符号を付して説明を省略する。

【００５６】本実施の形態３による電界放出型画像表示
装置の製造方法が第２実施の形態と異なっているのは、
第２絶縁層形成工程及び制御電極形成工程において、斜
め蒸着により第２絶縁層及び制御電極を形成することで
ある。

【００５７】尚、これらの工程以外については、本実施
の形態３による電界放出型画像表示装置の製造方法は第
２実施の形態と同様ものである。

【００５８】以下に、本実施の形態３による第２絶縁層
形成工程及び制御電極形成工程についてより詳細に説明
する。

【００５９】まず、第２絶縁層形成工程では、冷陰極形
成工程により得られた中間物のｐ型半導体基板１及びｎ
型半導体伝導部２上に、酸化シリコン等からなる第２絶
縁層７を斜め蒸着法により成膜する。

【００６０】尚、斜め蒸着の際には、ｐ型半導体基板１
は蒸着装置内で回転させながら成膜し、これにより図５
に示したように酸化膜１９の下部まで第２絶縁層が形成
される。

【００６１】次に、制御電極形成工程として、第２絶縁
層形成工程により得られた中間物の第２絶縁層７上に、
ニオブ等からなる制御電極５を、第２絶縁層形成工程と
同様にｐ型半導体基板１を回転させながら斜め蒸着法に
より成膜する。これにより、図５に示したように酸化膜
１９の下部まで制御電極５が形成されるが、制御電極５
は第２絶縁層７よりも内側まで蒸着されないために、制
御電極５と冷陰極３の間隔が第２絶縁層７と冷陰極３の
間隔よりも大きくなる。制御電極５と冷陰極３の絶縁性
を良好にするためには、このように上層の制御電極５が
下層の第２絶縁層７よりも冷陰極３から離れているほう
が良い。

【００６２】また、制御電極５及び第２絶縁層７を斜め
蒸着する際に、図５中に示したｐ型半導体基板１表面に
対する第２絶縁層７の斜め蒸着角度ａを、制御電極５の
斜め蒸着角度ｂよりも小さくすれば、制御電極５と冷陰
極３との間隔を第２絶縁層７と冷陰極３との間隔よりも
確実に大きくすることができる。また、これらの角度を
制御することによって、制御電極５と冷陰極３との間隔
及び第２絶縁層７と冷陰極３との間隔をより正確に設定
することが可能となる。

【００６３】例えば、第２絶縁層７の斜め蒸着角度ａを
３０±５度とし、制御電極５の斜め蒸着角度ｂを４５±
５度とすることによって、制御電極５の内周部分の位置
を第２絶縁層７の内周部分よりも０．３μｍ外側に設定
することが可能となる。

【００６４】以上のように本実施の形態３によれば、第
２絶縁層７と制御電極５をいずれも斜め蒸着し、かつ第
２絶縁層７の斜め蒸着角度を制御電極５よりも小さくす
ることによって、制御電極５と冷陰極３との間隔を第２
絶縁層７と冷陰極３との間隔よりも大きくすることがで
きるとともに、斜め蒸着角度を制御して制御電極５又は
第２絶縁層７と冷陰極３との絶縁性をいずれも向上させ
ることが可能となる。

【００６５】

【実施例】結晶方位面１００面が上部表面であるｐ型シ
リコン半導体基板に、拡散法とフォトリソグラフィ技術
により、幅約１０μｍで深さ５μｍ程度のライン状のｎ
型半導体伝導部を形成した。このｐ型シリコン半導体基
板を１２００℃程度で約２０時間の熱処理して、ｐ型シ
リコン半導体基板の表面に１μｍ程度の酸化シリコン膜
を形成した後、酸化シリコン膜にレジスト層を形成し
た。

【００６６】次に、フォトリソグラフィ法により、ｎ型
半導体伝導部の中央部上方に相当する直径３μｍ程度の
レジスト層のみを残して他のレジスト層を除去した後、
バッファード沸酸等で酸化シリコン膜をエッチングし
て、レジスト層下部以外の酸化シリコン膜を除き、さら
にレジスト層を除去してｎ型半導体伝導部上の中央部に
直径約３μｍ、厚さ１μｍ程度の円形の酸化シリコン膜
を形成した。

【００６７】次に、ｐ型シリコン半導体基板及びｎ型半
導体伝導部の最表面をバッファード沸酸に数秒浸漬して
前処理し、すぐにＫＯＨ等の異方性のエッチング液で酸
化シリコン膜をマスクとしてｐ型シリコン半導体基板及
びｎ型半導体伝導部を９分間エッチングして、ｎ型半導
体伝導部の中心部に略針状の冷陰極を形成した。

【００６８】次に、冷陰極周辺のｐ型シリコン半導体基
板及びｎ型半導体伝導部上に、酸化シリコンからなる厚
み０．３μｍの第２絶縁層を斜め蒸着角度３０±５度で
斜め蒸着法により成膜した後、第２絶縁層上にニオブか
らなる厚み０．３μｍの制御電極を斜め蒸着角度４５±
５度で斜め蒸着法により成膜した。この時、第２絶縁層
及び制御電極は、いずれも冷陰極と接触しないようにし
た。

【００６９】次に、制御電極上に、酸化シリコンからな
る厚み１μｍの第１絶縁層を蒸着法により成膜した後、
第１絶縁層上にニオブからなる厚み０．３μｍのゲート
電極を成膜してから、９５０℃程度で約１６時間の熱処
理して冷陰極側部を酸化した。さらに、冷陰極上部に形
成された積層物をバッファード沸酸で化学的ウェットエ
ッチングして全て除去するとともに、冷陰極の上部形状
を針状に成形した。

【００７０】次に、ゲート電極上に、アルミナからなる
厚み２００μｍのスペーサーを形成し、さらにスペーサ
ー上にＩＴＯからなるライン状の陽極とＺｎＯ：Ｚｎか
らなる蛍光体が順に積層されたガラス基板を、蛍光体が
冷陰極と対向するように配設するとともに、ｐ型シリコ
ン半導体基板とガラス基板の間を密閉して、その内部を
１０^-8Ｔｏｒｒ程度の真空状態として本発明の電界放出
型画像表示装置を作製した。

【００７１】上記方法により得られた電界放出型画像表
示装置を冷陰極先端の位置ずれ量が０．１μｍ以下のも
の、０．２μｍのもの、０．３μｍのものの３種類に分
類した。尚、本実施例における位置ずれ量とは、冷陰極
先端とゲート電極の内周の擬似中心との距離であり、顕
微鏡観察により決定した。

【００７２】各電界放出型画像表示装置について、直流
電源によりｎ型半導体伝導部に０Ｖ、陽極に４００Ｖ、
ゲート電極に１００Ｖの電圧を印加し、蛍光体を発光さ
せる動作試験を行った。この動作試験時に、制御電極に
−５０Ｖの電圧を印加した場合を実施例１〜３とし、制
御電極に電圧を印加しない場合を比較例１〜３として、
各動作試験時における動作率を決定し、その結果を（表
１）に示した。

【００７３】この動作率とは、ｐ型シリコン半導体基板
上に形成された複数の冷陰極の内、動作試験時に作動し
かつ動作試験後に破損していなかった冷陰極の全冷陰極
数に対する割合を示すもので、顕微鏡観察により破損し
なかった冷陰極の数により決定した。

【００７４】

【表１】

【００７５】（表１）から明らかなように、制御電極に
電圧を印加しない比較例１〜３では、位置ずれ量の増加
とともに動作率が著しく低下している。しかしながら、
実施例１〜３では、位置ずれ量の最も大きい０．３μｍ
の場合でも動作率は８０％であり、制御電極で冷陰極か
らの電子放出量を制御することによって、冷陰極とゲー
ト電極の間隔がばらつく場合においても高い動作率を保
持できることが明らかとなった。

【００７６】

【発明の効果】以上のように本発明の電界放出型画像表
示装置によれば、冷陰極とゲート電極の間隔がばらつく
場合においても、冷陰極からの電子放出量を容易にかつ
十分に制御することができることから、冷陰極とゲート
電極の短絡による蛍光体の非発光部分の発生による画面
輝度の低下やコントラスト不良等を防止することができ
るという優れた効果が得られる。また、冷陰極からの電
子放出量を容易にかつ十分に制御することにより冷陰極
とゲート電極の短絡を防止できることから、長期間の使
用における耐久性や信頼性を向上させることができると
いう優れた効果が得られる。

【００７７】また、本発明の電界放出型画像表示装置の
製造方法によれば、冷陰極とゲート電極の間隔がばらつ
く場合においても、冷陰極からの電子放出量を容易にか
つ十分に制御することが可能な制御電極をｐ型半導体基
板とゲート電極の間に備えた電界放出型画像表示装置を
簡便に製造することが可能となることから、画面輝度の
低下やコントラスト不良のない電界放出型画像表示装置
を低コストで製造することができるという優れた効果が
得られる。また、制御電極と冷陰極との間隔を第２絶縁
層と冷陰極との間隔よりも大きくできるとともに、これ
らの間隔を斜め蒸着角度を設定することで制御して制御
電極又は第２絶縁層と冷陰極との絶縁性をいずれも向上
させることが可能になることから、制御電極と冷陰極と
の短絡を確実に防止することができるという優れた効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における電界放出型画像
表示装置の要部断面図

【図２】本発明の一実施の形態における電界放出型画像
表示装置のｐ型半導体基板周辺部を示す要部断面図

【図３】（ａ）伝導部形成工程において得られる中間物
の要部断面図（ｂ）冷陰極形成工程において得られる中間物の要部断
面図（ｃ）冷陰極形成工程において得られる中間物の要部断
面図（ｄ）冷陰極形成工程において得られる中間物の要部断
面図（ｅ）冷陰極形成工程において得られる中間物の要部断
面図（ｆ）冷陰極形成工程において得られる中間物の要部断
面図

【図４】（ａ）制御電極形成工程において得られる中間
物の要部断面図（ｂ）第１絶縁層形成工程において得られる中間物の要
部断面図（ｃ）ゲート電極形成工程において得られる中間物の要
部断面図（ｄ）ゲート電極形成工程において得られる中間物の要
部断面図（ｅ）ゲート電極形成工程において得られる中間物の要
部断面図

【図５】本発明の一実施の形態による電界放出型画像表
示装置の製造方法の第２絶縁層形成工程及び制御電極形
成工程により得られる中間物の要部断面図

【図６】ＦＥＤの第１従来例を示す要部断面図

【図７】ＦＥＤの第２従来例を示す要部断面図

【符号の説明】

１、２１、３３ｐ型半導体基板２、３４ｎ型半導体伝導部３、２２、３５冷陰極４第１絶縁層５制御電極６、２５空乏層７第２絶縁層８、３７ゲート電極９、２７、４０電子１０蛍光体１１、２６、３９陽極１２ガラス基板１３スペーサー１４電流路１５、１６、１７、１８、３０、３１、３２、４１、４
２、４３電源１９酸化膜２０レジスト層２３、３６絶縁層２４導電層２８電子放出面２９冷陰極側面３８保護層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｐ型半導体基板と、前記ｐ型半導体基板内
に形成されたｎ型半導体伝導部と、前記ｎ型半導体伝導
部の一部分に形成された針状の冷陰極と、前記ｐ型半導
体基板及び前記ｎ型半導体伝導部上に形成された第２絶
縁層と、前記第２絶縁層上に形成された制御電極と、前
記制御電極上に形成された第１絶縁層と、前記第１絶縁
層上に形成されたゲート電極と、前記制御電極と前記ｎ
型半導体伝導部と前記ゲート電極のそれぞれに電圧を印
加する電源と、を備えている電界放出型画像表示装置。
【請求項２】前記ゲート電極上に形成されたスペーサー
と、前記スペーサー上に配設されたガラス基板と、前記
ガラス基板の下面に形成された陽極と、前記陽極上に形
成された蛍光体と、を備えていることを特徴とする請求
項１に記載の電界放出型画像表示装置。
【請求項３】ｐ型半導体基板内にｎ型半導体伝導部を形
成する伝導部形成工程と、前記ｎ型半導体伝導部の一部
分に針状の冷陰極を形成する冷陰極形成工程と、前記ｐ
型半導体基板及び前記ｎ型半導体伝導部上に第２絶縁層
を形成する第２絶縁層形成工程と、前記第２絶縁層上に
制御電極を形成する制御電極形成工程と、前記制御電極
上に第１絶縁層を形成する第１絶縁層形成工程と、前記
第１絶縁層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工
程と、を備えたことを特徴とする電界放出型画像表示装
置の製造方法。
【請求項４】前記ゲート電極形成工程により形成された
ゲート電極上にスペーサーを形成するスペーサー形成工
程と、前記スペーサー上に陽極と蛍光体を備えたガラス
基板を配設するとともに、前記ｐ型半導体基板と前記ガ
ラス基板の間を真空にするガラス基板配設工程と、を備
えたことを特徴とする請求項３に記載の電界放出型画像
表示装置の製造方法。
【請求項５】前記第２絶縁層形成工程及び前記制御電極
形成工程において、いずれも斜め蒸着により前記第２絶
縁層及び前記制御電極を形成するとともに、前記第２絶
縁層の前記基板表面に対する斜め蒸着角度が、前記制御
電極の前記斜め蒸着角度よりも小さいことを特徴とする
請求項３又は４の内のいずれか１に記載の電界放出型画
像表示装置の製造方法。
【請求項６】前記第２絶縁層の前記斜め蒸着角度が３０
±５度であり、前記制御電極の前記斜め蒸着角度が４５
±５度であることを特徴とする請求項３乃至５の内のい
ずれか１に記載の電界放出型画像表示装置の製造方法。