JP2000268702A

JP2000268702A - 電界放出陰極、画像表示装置、及び電界放出陰極の製造方法

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Publication number: JP2000268702A
Application number: JP7116999A
Authority: JP
Inventors: Miki Mori; 三樹森; Yujiro Hara; 雄二郎原; Masahiko Yamamoto; 正彦山本; Yumi Fukuda; 由美福田; Takeshi Ito; 伊藤　　剛; Masayuki Saito; 雅之斉藤; Katsuyoshi Fukuda; 勝義福田; Hironori Asai; 博紀浅井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】エミッタを微粒子により形成するエミッタ部
において、ゲート−エミッタ間の距離を近づけ、低い電
圧で電界放出が得られる電界放出陰極を提供する。【解決手段】カソード配線、エミッタ、層間絶縁膜、
ゲート配線からなる電界放出陰極の構造において、エミ
ッタを凹型の形状を有する構造とすることで、ゲート−
エミッタ間の距離を近づける構造を得ることができる。
また、層間絶縁膜を材質の異なる2 層とし、エミッタの
高さを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出陰極をア
レイ状に配置した画像表示装置に関し、特に、その電界
放出陰極に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、３０インチを超える大型の画像表
示装置が普及してきている。画像表示装置としては、広
くＣＲＴが用いられてきたが、ＣＲＴは一つの電子銃で
すべての画素を表示するために、画面サイズが大きくな
るに従いディスプレイの奥行きを大きくとる必要があ
る。

【０００３】また最近、奥行きを取らない平面型のディ
スプレイが開発されている。液晶表示装置（ＬＣＤ）、
プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、フィールドエミッタ
ディスプレイ（ＦＥＤ）など平面型の画像表示装置が登
場している。これらの画像表示装置も大型を目指してい
る。特に、電界放出陰極をアレイ状に配置したＦＥＤ
は、従来のブラウン管と同じ性能を持ちながら平面型に
できるので、開発が活発に進められている。

【０００４】ＦＥＤの製造方法には、スピント法、転写
モールド法などいくつかの方法が提案されている。しか
し、大型のディスプレイを得るには、表示の均一性など
の課題があり、未だに大型のＦＥＤは存在しない。同様
にＬＣＤにおいても液晶の応答性、視野角などの課題が
あり、未だに大型のＬＣＤは存在しない。

【０００５】大型ディスプレイを狙ったＦＥＤの構造と
して、図１０に示すような電界放出陰極構造が提案され
ている。これは、基板101 上に、カソード配線１０２が
形成され、その上に、導体や抵抗体１０４の内部または
その上に形成されたダイヤモンド、キュウビックボロン
ナイトライド（ＣＢＮ）、ＳｉＣ、ＡｌＮなどの微粒子
１００が散布されている。この微粒子が電界放出陰極
（電子放出源、エミッタ）として作用する構造となって
いる。さらに層間絶縁膜106 を介してゲート配線108 が
形成された構造を有している。

【０００６】図１０では、ゲート１０８とカソード配線
１０２間にかかる電圧によって、微粒子100 より電界放
出が得られる。この電界放出が得られる電圧は低いほう
が、電界放出陰極の劣化が少ない。またもし、同じ電圧
とした時には、より大きな電界放出が得られるほうが、
画像表示装置とした場合には、消費電力は同じで輝度が
向上し、表示品位が向上するのでよい。

【０００７】より低い電圧で電界放出を得るためには、
エミッタの仕事関数が低いこと（ダイヤモンドなどは負
の電子親和力を持つ）、エミッタの先端曲率半径が小さ
いこと、ゲート−エミッタ間の距離が短いことが必要と
なる。従って、ダイヤモンドからなる粒径1 μｍ以下の
微粒子をエミッタとして用いる方法は、より低い電圧で
電界放出が得られるので望ましい。また、エミッタ−ゲ
ート間の距離は層間絶縁膜１０６を薄くすることによっ
て実現ができる。しかし、層間絶縁膜１０６を薄くしす
ぎると絶縁破壊が生じる問題がある。また、一般にエミ
ッタの形状は図１０に示したように、凸状の形状また
は、平らな形状をしており、ゲート−エミッタ間の距離
を近づけるのには限界があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の方法では、層間絶縁膜を薄くしすぎると絶縁破壊が生
じ、さらにエミッタの形状により、ゲート−エミッタ間
の距離を近づけるのには限界があった。そこで、本発明
は、エミッタの形状を凹型とすることにより、ゲート−
エミッタ間の距離を近づけた電界放出陰極を提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、基板と、前記基板表面に設けられたカソ
ード配線と、前記基板上に設けられた層間絶縁膜と、前
記カソード配線上の前記層間絶縁膜開口部内に設けら
れ、エミッションサイト粒子を含むエミッタ電極部と、
前記層間絶縁膜上のゲート配線とを具備し、前記エミッ
タ電極部は周縁部に比べ中心部が凹形状をしていること
を特徴とする電界放出陰極を提供する。

【００１０】ここで、エミッションサイト粒子とは、電
界放出点となる微粒子を示す。エミッションサイト粒子
の粒径は、一般的には、１μｍφ以下であるが、さらに
は、１〜500nm φ程度がより望ましい。

【００１１】エミッションサイト粒子が金属（導体）場
合は、仕事関数が低いほうが望ましく、具体的には、４
eV以下が望ましいが、多くの金属が含まれる。半導体の
場合は、電子親和力が低いほうが望ましく、具体的には
1eV 以下が望ましい。なお、ダイヤモンドやＣＢＮなど
の負の電子親和力を示すNegative Electron Affinity
（ＮＥＡ）物質も使用できる。

【００１２】また、基板と、前記基板表面に設けられた
カソード配線と、前記基板上に設けられた第一層間絶縁
膜と、前記第一層間絶縁膜上に設けられた第二層間絶縁
膜と、前記カソード配線上の前記第一層間絶縁膜及び前
記第二層間絶縁膜開口部内に設けられ、エミッションサ
イト粒子を含むエミッタ電極部と、前記第二層間絶縁膜
上のゲート配線とを具備し、前記エミッタ電極部は前記
第一層間絶縁膜に接し、前記第一層間絶縁膜と前記第二
層間絶縁膜の境界に達していることを特徴とする電界放
出陰極を提供する。

【００１３】このエミッタ電極部は周縁部に比べ中心部
が凹形状をしていてもよい。ここで、前記カソード配線
と前記エミッタ電極部との間に、更に抵抗層を設けても
良い。

【００１４】更に、前記エミッタ部は抵抗体を含む構成
にしても良い。この他、本発明は、基板と、前記基板表
面に設けられたカソード配線と、前記基板上に設けられ
た層間絶縁膜と、前記カソード配線上の前記層間絶縁膜
開口部内に設けられ、且つ周縁部に比べ中心部が凹形状
をしているエミッションサイト粒子を含むエミッタ電極
部と、前記層間絶縁膜上のゲート配線と、アノード基板
と、前記アノード基板上に設けられたアノード電極と、
前記アノード電極上の蛍光体と、前記基板と前記アノー
ド基板とを封止して成る真空容器とを有することを特徴
とする画像表示装置を提供する。

【００１５】ここで、前記層間絶縁膜は第一層間絶縁膜
及び第二層間絶縁膜から成り、前記エミッタ部は前記第
一層間絶縁膜に接し、前記第一層間絶縁膜と前記第二層
間絶縁膜境界面まで達するようにしても良い。

【００１６】更に、本発明は、基板表面にカソード配線
を設ける工程と、前記基板上に第一絶縁膜を設ける工程
と、前記第一絶縁膜上に、エミッションサイト粒子を含
有する分散液に対する濡れ性が第一絶縁膜よりも悪い第
二絶縁膜を設ける工程と、前記第一絶縁膜及び前記第二
絶縁膜を除去し、前記カソード配線が露出する開口を設
ける工程と、前記分散液を前記開口内に注入する工程と
を含むことを特徴とする電界放出陰極の製造方法を提供
する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の電
界放出陰極を詳細に説明する。 ( 実施例１）図1 に、本発明の第1 の実施例の電界放出
陰極の断面図を示す。

【００１８】基板10上に、カソード配線２が形成され、
その上に、ダイヤモンド、キュウビックボロンナイトラ
イド（ＣＢＮ）、ＳｉＣ、ＡｌＮなどのエミッションサ
イト粒子（微粒子）１が凹状に形成されている。この微
粒子１が電界放出陰極（電子放出源、エミッタ）として
機能する。さらに、層間絶縁膜6 を介してゲート配線8
が形成されている。なお、ここでは、エミッタとして平
均粒径が約200 ｎｍφのＣＢＮ微粒子を用いた。

【００１９】次に、上の構造の製造方法を示す。基板１
０として、例えば、ガラス基板を用いる。ガラスは任意
のガラスでよいが、ここでは、一般のソーダライムガラ
スを用いた。また、基板１０としては表面が絶縁性のも
のであれば良く、ガラス以外のものを用いることも可能
である。

【００２０】まず、基板１０のカソード配線２を形成す
る部分に凹部を整形する。凹部は、基板１０をエッチン
グする、表面をダイシングする、等により得る。凹部の
深さは、約0.5 〜約３μｍが適当で、好ましくは約1 μ
ｍである。しかし、この深さは必要なカソード配線2 の
厚さにより定まるもので、必要に応じて設計することが
できる。

【００２１】この基板１０上に、例えばＭｏをスパッタ
により形成し、パターニングを行い、図1 に示めすカソ
ード配線２を形成する。なお、Ｍｏを基板全体にスパッ
タ後、凹部に成膜されたＭｏのみが残るように、基板１
０全体を研磨してもよい。ここでは、配線の形成方法は
スパッタ法を用いたが、厚膜印刷、めっき法、レジネー
トペーストでの成膜とパターニングによる方法も可能で
ある。また、その他知られた薄膜、厚膜プロセスによっ
て形成することができる。

【００２２】次に、層間絶縁膜６を、例えば液相成長法
（ＬＰＤ法）によりＳｉＯ₂を約８００ｎｍ形成する。
ここに、層間絶縁膜６は、カソード配線２とゲート８の
絶縁を保つものであればよく、ＳｉＯ₂やＳｉＮの無機
物、テフロンやポリイミドの有機物でもよい。また、そ
の製法としては、ＣＶＤ法やスピンオングラス法、液相
成長法、スピンコート法などの湿式成膜法で成膜するこ
とができる。

【００２３】次に、ゲート配線８としてＮｉ−Ｐ系の無
電解めっきにより、Ｎｉを約1 μｍの膜厚で形成し、パ
ターニングを行う。めっき法には、電気めっき、無電解
めっきがあるが、どちらを用いてもよい。また、この
時、エミッタが形成される部分も、下の層間絶縁膜６を
露出させておく。

【００２４】その後、エミッタが形成される部分の層間
絶縁膜６をＲＩＥによりエッチングし、カソード配線２
を露出させる。ただし、エッチングはウエット法、ドラ
イ法のどちらも用いることができる。なお、エミッタが
形成される部分のゲート配線８のエッチングをこの時に
行うこともできる。

【００２５】ここで、露出される穴の形状は任意でよい
が、ここでは円形とした。また、その径は0.5 〜４μｍ
程度、望ましくは0.8 〜２．３μｍ程度が得られるエミ
ッションの効率から算出されるが、ここでは、1.3 μｍ
φとした。

【００２６】次に、例えばＣＢＮ微粒子（昭和電工
（株）製）を含み、エタノールを分散剤とする分散液を
ゲートおよび層間絶縁膜の開口部分に滴下する。ＣＢＮ
は、例えばイオウをドープすることにより様々な抵抗率
を与えることができるが、一般には10^-2〜10¹⁰Ωcmの範
囲のものを選択する。ここでは、ＣＢＮにイオウをドー
プしたが、他にカーボン、シリコン、モリブデンなどを
ドープし、抵抗を調整してもよい。

【００２７】ＣＢＮは、予め界面活性剤で表面処理を施
すのが好ましい。界面活性剤は、アミン系高分子、カル
ボン酸、ノニオン系などを用いることができる。本実施
例においては、花王株式会社製デモールＰ（特殊カルボ
ン酸型高分子活性剤）を用いた。

【００２８】分散材として水、トルエン、キシレン、エ
タノール、αテルピネオールなどの有機溶剤を用いるこ
とができる。分散液中のエタノールとＣＢＮの重量比
は、ＣＢＮが０．１〜４０ｗｔ% の範囲であることが好
ましい。本実施例においては、エタノールとの重量比が
約２５ｗｔ% のものを基に、さらにエタノールを加えて
希釈し、分散液中のＣＢＮとエタノールの重量比が約1
ｗｔ% とする。

【００２９】分散液の塗布方法として、マイクロディス
ペンサによる滴下を行う。この他、微粒子を含む分散液
を、電気泳動法、スピンコーティング法、インクジェッ
ト法、転写法、ディップ法またはそれらの組み合わせに
より塗布することもできる。

【００３０】滴下されたＣＢＮを含む分散液は、表面張
力が働き、図1 に示したように、表面が凹状になる。そ
れをキュアし、有機溶剤を揮発させ、さらに、大気中で
約350 ℃、約2 時間の熱処理を行う。その後、希沸酸で
水素終端化処理により、カソード配線２であるＭｏとＣ
ＢＮの固着、及びＣＢＮ微粒子１表面の水素終端を行
う。これにより、エミッタを形成する。

【００３１】なお、固着された微粒子の形状は絶縁層と
接する部分がその他の部分より高く、形状としては凹状
になっているが、両端の絶縁層に接する以外の部分の形
状においては、平坦あるいは凹凸があってもよい。

【００３２】また、基本的には微粒子はゲート線や絶縁
膜が開口された部分に形成されているが、微粒子がゲー
トがゲート線上に存在しても構わない。（実施例２）本実施例の構造は、図2 に示すように、実
施例1 の構造に加えて、カソード配線２と微粒子１の間
に、約10³〜約10¹⁰Ωの抵抗層4 を設けた構造をしてい
る。この構造により、ゲート−エミッタ間のショートに
よる部分破壊が、その他の領域へ広がることを防ぐ、ま
たは、電界放出のエミッタごとのばらつきを低減するこ
とができる。

【００３３】基板１０として一般の平坦なガラス基板を
用いる。次に、カソード配線２として銀ペーストを印
刷、焼成した後、ガラスフリット１２を印刷する。

【００３４】さらに、ガラスフリット１２とカソード配
線２の平坦化処理として研磨を行う。その後、ＣＶＤ法
により層間絶縁膜６としてＳｉＮ膜を、スパッタにより
ゲート配線８としてＭｏ膜を形成し、図1 と同様に穴開
けを行う。

【００３５】この後、抵抗層4 は、ポリイミドとカーボ
ン含む溶剤を電気泳動法によりカソード配線２に析出さ
せ、熱キュアすることで固着することで形成することが
できる。なお、抵抗層４の抵抗値は抵抗層４のカーボン
の含有量により調整する。

【００３６】次に、ダイヤモンド微粒子（トーメイダイ
ヤ）、金属石鹸（ナフテン酸ジルコニウム）を分散させ
たイソパラフィン（例えば、エクソン化学（株）のアイ
ソパーＬ）溶液中に浸し、電気泳動法により抵抗層４上
にダイヤモンド微粒子１を凹状に固着する。電気泳動の
ための電位は約１Ｖ／μｍ程度とした。なお、抵抗層
４、微粒子１を電気泳動で連続的に行形成し、固着して
も良い。

【００３７】以上の説明では、平面基板１０を用いた
が、実施例1 と同様にして、基板１０上にカソード配線
２、層間絶縁膜６、ゲート電極８を形成し、エミッタ形
成領域のカソード配線2 を露出させることもできる。（実施例３）本実施例は、実施例２と同様の構造の他の
製造方法を説明する。実施例２では、抵抗層４の形成を
ゲート８および層間絶縁膜６の形成後に行ったが、図３
に示すように、カソード配線２の形成の次に行ってもよ
い。

【００３８】基板１０に凹部を設け、ニッケルをめっき
によりカソード配線２を形成する。その後、ＣＶＤによ
り抵抗層４としてＳｉ膜を成膜し、それぞれのパターニ
ングを行った。

【００３９】さらに、ＳｉＣが含まれている分散液をス
ピンコートで塗布、キュアした後、ＳｉＣのパターニン
グを行い、ＳｉＣ層を形成する。そして、ＣＶＤによる
ＳｉＯ₂の層間絶縁膜６の形成、スパッタによるＭｏの
ゲート層の形成を行った。次に、ゲート層のパターニン
グを行い、ゲート配線８を形成し、層間絶縁膜６の穴開
けを行う。この時すでにＳｉＣ層がカソード配線８上に
広く形成されているので、穴開けの際の位置合わせは容
易であり、この位置合わせにより信頼性を損ねることは
ない。

【００４０】このようにしてエミッタのＳｉＣ微粒子を
露出させた後、プラズマ処理などの活性化処理を行いＳ
ｉＣ粒子の表面をクリーシングし、エミッタ微粒子１と
する。このプラズマ処理により、図に示したようにＳｉ
Ｃは凹形状に一部分エッチングされる。

【００４１】（実施例４）図4 には、他の電界放出陰極
の構造を示す。本実施例においては、エミッタ微粒子１
と抵抗体や導体41が混在し形成された構造となってい
る。

【００４２】実施例１と同様にして、エミッタ形成部の
カソード電極２を露出させる。この後、ニッケルとＳｉ
Ｃの複合めっきによりエミッタ微粒子としてＳｉＣを有
するエミッタ部を形成する。この他、エミッタ微粒子、
抵抗体、導体を含むペーストを印刷、または分散液滴下
・ディップ・スピンコートにより得ることもできる。

【００４３】（実施例５）図5 、図6 に、本実施例の構
造を示す。本実施例においては、層間絶縁膜を２層にし
ている。

【００４４】実施例１乃至４の構造においては、ゲート
−エミッタの距離を近づけることはできるが、ゲート−
エミッタ間の距離を制御することが難しい。このため、
ゲート−エミッタ間での短絡による素子の不良が生じる
虞や、ゲート−エミッタ間に同じ電圧をかけた場合でも
ゲート−エミッタ間の電界の大きさがばらつき、電界放
出素子をアレイ状に配置したときに、放出される電子の
数が均一でなくなる虞がある。本実施例は、このような
点を改良したものである。

【００４５】基板10上に、カソード配線２が形成され、
第一の層間絶縁膜６１、第二の層間絶縁膜６２の2 層の
絶縁膜を介してゲート配線8 が形成されている。エミッ
タ形成部のゲート配線8 及び層間絶縁膜61、６２をエッ
チングし、カソード配線２を露出する。その上に、ダイ
ヤモンド、ＣＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮなどの微粒子１が平
面状（図5 ）あるいは凹状（図6 ）に形成されており、
この微粒子１がエミッタとして機能する構造となってい
る。

【００４６】エミッタとなる微粒子１としては、平均粒
径が約200 ｎｍφのＣＢＮ微粒子を母剤となる分散剤に
混入し、分散剤に含まれる微粒子１は第一の層間絶縁膜
６１と第二の層間絶縁膜６２の界面まで達するようにす
る。

【００４７】第一の層間絶縁膜６１は、カソード配線２
とゲート配線８の絶縁ができればよく、分散剤と接触す
る面が分散剤に濡れやすいものを選択する。第二の層間
絶縁膜６２は、やはりカソード配線２とゲート配線８の
絶縁を保ち、第一の層間絶縁膜６１と比べて分散剤と接
触する面が分散剤に濡れにくいものを選択する。例え
ば、第一の層間絶縁膜６１にはＳｉＯ₂やＳｉＮ_xなどの
無機物を、第二の層間絶縁膜６２にはテフロンやポリイ
ミドなどの有機物を選び、分散剤としては有機物より無
機物が濡れやすい材料とすればよい。水または水に混合
する材料が適当である。

【００４８】逆に、第一の層間絶縁膜６１にはテフロン
やポリイミドなどの有機物を、第二の層間絶縁膜６２に
はＳｉＯ₂やＳｉＮ_xなどの無機物を選び、分散剤として
は無機物より有機物が濡れやすい材料としてもよい。こ
の場合、分散剤としてはトルエン、キシレン、αテルピ
ネオールなどの有機溶剤を用いることができる。

【００４９】液体に対する固体表面の濡れは表面への液
体の吸着現象であり、濡れやすさは液体が固体面を濡ら
す際の接触角により表現することができる。接触角につ
いて図１１を用いて説明する。接触角q とは、固体表面
４２上に液滴４１を滴下した場合に、液滴４１の表面が
固体表面４２と交わる点において、液面に引いた接線と
固体表面４２とがなす角のうち、液滴４１を含む方の角
をいう。図１１（ａ）はθが９０°より小さい場合を、
図１１（ｂ）はθが９０°より大きい場合を表す。濡れ
やすい場合には接触角θが小さく、固体表面上に広がり
やすくなる。濡れにくい場合には、反対に滴状になる。

【００５０】次に製造方法を示す。基板10として、本実
施例においてはガラス基板を用いる。ガラスは任意のガ
ラスでよいが、ここでは、一般のソーダライムガラスを
用いる。また基板としては表面が絶縁性のものであれば
全てを適用でき、ガラス基板に限る必要はない。

【００５１】基板１０の形状は、カソード配線２が形成
される部分に凹部を形成する。この凹部は、ガラスをエ
ッチングすることにより、または表面をダイシングする
ことにより得ることができる。凹部の深さは、0.5 〜３
μｍが適当であるが、ここでは、1 μｍとする。

【００５２】基板１０上にＭｏをスパッタにより積層
し、パターニングを行い図５および図６に示すカソード
配線２を形成する。なお、Ｍｏをスパッタ後、凹部に成
膜されたＭｏのみが残るように、ガラス基板全体を研磨
してもよい。ここでは、カソード配線２の形成方法とし
てスパッタ法を用いたが、厚膜印刷、めっき法、レジネ
ートペーストでの成膜とパターニングによる方法でも良
い。また、その他薄膜、厚膜プロセスによって形成する
こともできる。

【００５３】次に、液相成長法（ＬＰＤ法）を用いて無
機材料であるＳｉＯ₂を第一の層間絶縁膜５として基板
１０上に約800 ｎｍの厚さで形成する。次に、スピンコ
ート法を用いて有機材料であるポリイミドを第二の層間
絶縁膜６として約200 ｎｍ成膜する。

【００５４】層間絶縁膜としてＳｉＯ₂やＳｉＮ_xなどの
無機物を用いる場合、その製法としては、液相堆積法
（ＬＰＤ法）や気相堆積法（ＣＶＤ法）で成膜する方法
などを用いることができる。また、テフロンやポリイミ
ドなどの有機膜を用いる場合、その製法としては、スピ
ンオングラス、液相成長、スピンコートなどの湿式成膜
法で成膜する方法などを用いることができる。

【００５５】以上の組み合わせ、即ち、第1 の層間絶縁
膜５として無機材料を、第二の層間絶縁膜６に有機材料
を用いた場合、分散剤として水を用いることが可能であ
る。次に、Ｎｉをめっき法により積層し、パターニング
を行い、ゲート配線８を形成する。めっきには、電気め
っき、無電解めっきがあるが、ここでは、Ｎｉ−Ｐ系の
無電解めっきにより膜厚を1 μｍとした。パターニング
の時に、エミッタが形成される部分のNi層も除去してお
く。

【００５６】その後、エミッタが形成される部分の第一
及び第二層間絶縁膜61、６２をエッチングし、カソード
配線２を露出させる。エッチングはウエット法、ドライ
法を用いることができるが、本実施例においては、ＲＩ
ＥによりポリイミドおよびＳｉＯ₂のエッチングを行っ
た。なお、ゲート配線８のエミッタ形成部の除去は、エ
ミッタ部の開口時に行ってもよい。

【００５７】次に、ＣＢＮ微粒子（昭和電工（株）製）
を含む分散液をゲート配線８及び第一及び第二層間絶縁
膜61、６２の開口部分に滴下する。分散剤としては前述
のように水を用いる。

【００５８】ここで用いるＣＢＮは、界面活性剤により
予め表面処理を施す。界面活性剤もアミン系高分子、カ
ルボン酸、ノニオン系などが用いられるが、ここでは、
花王株式会社のデモールＰ（特殊カルボン酸型高分子活
性剤）を用いる。ＣＢＮはたとえばイオウをドープする
ことにより様々な抵抗率を有するが一般には10^-2〜10¹⁰
Ωcmの範囲のものを用いる。

【００５９】水とＣＢＮの重量比は、ＣＢＮが0.1 〜40
ｗｔ% の範囲のものが市販されているが、本実施例で
は、25ｗｔ% のＣＢＮ分散液をさらに、水を加えて希釈
し、ＣＢＮの含有量を1 ｗｔ% とした。

【００６０】ＣＢＮの塗布方法として、マイクロディス
ペンサによる滴下を行う。ＣＢＮの塗布方法としては、
この他、微粒子を含む分散液を電気泳動法、スピンコー
ティング法、インクジェット法、転写法、ディップ法ま
たはそれらの組み合わせとしても良い。

【００６１】滴下されたＣＢＮ分散液は、表面張力が働
き、図５に示したような平面状または図６に示したよう
な凹状になる。それをキュアし、有機溶剤を揮発させ、
さらに、大気中で約350 ℃、約2 時間の熱処理と、その
後に希沸酸で水素終端化処理を行う。これにより、カソ
ード配線であるＭｏとＣＢＮの固着、ＣＢＮ表面の水素
終端処理を行う。

【００６２】第一層間絶縁膜６１はエミッタ微粒子１を
含む分散液の濡性が良く、第二層間絶縁膜６２は悪いの
で、分散液は第一層間絶縁膜６１の端面には良く接触す
るが、第二層間絶縁膜６２端面には広がらない。この結
果、エミッタの高さが第一層間絶縁膜６１と第二層間絶
縁膜６２の界面により規定される。

【００６３】エミッタ微粒子を含有する分散液の第一層
間絶縁膜に対する濡性が相対的に良く、第二層間絶縁膜
対しては相対的に悪いという性質を有すれば、本実施例
の効果を得る事ができ、層間絶縁膜の種類、分散液の種
類は上述の材料に限定されるものではない。

【００６４】（実施例６）第6 の実施例を図7 及び図8
を用いて説明する。実施例5 では、カソード配線２の上
に微粒子１からなるエミッタを形成したが、ゲート−エ
ミッタ間のショートによる過電流による破壊が、その他
の領域へ広がることを防ぐため、または電界放出のエミ
ッタごとのばらつきを低減するために、図７および図８
に示すように、カソード配線２とエミッタ間に約10³〜1
0¹⁰Ωの抵抗層4 を設ける構造とする。

【００６５】抵抗層4 は、ゲート配線８および第一及び
第二層間絶縁膜61、６２に開口を形成した後、ポリイミ
ドとカーボンを含む溶剤中で電気泳動法によりカソード
配線２に析出させ、熱キュアすることで固着することで
可能である。なお、抵抗値は溶剤中のカーボンの含有量
により調整する。

【００６６】次に、抵抗層４上に、ダイヤモンド微粒子
（トーメイダイヤ）、金属石鹸（ナフテン酸ジルコニウ
ム）、イソパラフィン（エクソン化学（株）のアイソパ
ーＬ）溶液を用いて電気泳動法によりダイヤモンド微粒
子１を平面状または凹状に固着する。このときの電位は
１Ｖ／μm 程度とする。

【００６７】なお、抵抗層４、エミッタ粒子１を電気泳
動で連続的に積層し、熱処理により固着することもでき
る。本実施例においても、第一層間絶縁膜６１はエミッ
タ微粒子１を含む分散液の濡性が良く、第二層間絶縁膜
６２は悪いので、分散液は第一層間絶縁膜６１の端面に
は良く接触するが、第二層間絶縁膜６２端面には広がら
ない。この結果、エミッタの高さが第一層間絶縁膜６１
と第二層間絶縁膜６２の界面により規定される。

【００６８】（実施例７）本実施例では、実施例1 乃至
実施例６に説明したエミッタを用いたＦＥＤを説明す
る。

【００６９】図９は、電子放出素子を用いて組み立てた
ＦＥＤの断面図である。ガラス基板２６上に縞状にカソ
ード配線３０を設け、更にこの上に抵抗層２７、更にこ
の上にアレイ状にエミッタ部２９が形成されている。カ
ソード配線３０、エミッタ部２９及びゲート配線２８の
間には層間絶縁膜が設けられている。以上の構造は実施
例1 乃至実施例6 に説明したエミッタ部の構成である。
ここに、層間絶縁膜は１層構造であっても、材質の異な
る２層構造であってもよい。また、抵抗層２７を設ける
構成を示したが、抵抗層27のない構成も可能である。

【００７０】アノード基板２５上には、アノード電極2
4、その上にカラー表示のため、３色の蛍光体23が設け
られている。ガラス基板２６とアノード基板２５は端部
を封着材料２１により封着されており、スペーサ２２に
より基板間の距離が保たれている。

【００７１】封着されたアノード基板２６とアノード基
板２５内は排気管３２から10 ⁴〜10^- ⁸torr程度の真空
に引かれる。エミッタ、ゲート、アノード間に電圧をか
けることにより、電子３５がエミッタから放出され、ア
ノードに達し、アノード基板25上の蛍光体２３を発光さ
せる。ゲート電位をコントロールすることで、放出され
る電子量を制御し、蛍光体の発光を制御する。

【００７２】一般にゲート電圧は5 〜20kV程度、ゲート
電圧は10〜100V程度、エミッタにかかる電圧は0 〜50V
程度、ゲートとエミッタの電位差は10〜80V 程度、カソ
ード配線に流れる電流は約10μＡ以下である。

【００７３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の電界放出
陰極は、カソード配線、エミッタ、層間絶縁膜、ゲート
配線からなる電界放出陰極の構造において、エミッタを
凹型の形状を有する構造とすることで、ゲート−エミッ
タ間の距離を近づけ、低い電圧で電界放出が得られる電
界放出陰極を提供できる。

【００７４】また、エミッタ微粒子を含む分散剤に対
し、層間絶縁膜のうち下方に配置された第一の絶縁膜の
分散剤と接触する面の方が、上方に配置された第二の絶
縁膜の分散剤と接触する面よりも濡れやすくすることに
より、ゲート−エミッタ間の短絡を防ぐとともに、ゲー
ト−エミッタ間の距離を上記第二の絶縁膜の厚さに制御
することができ、安価で歩留りがよく、生産性に優れ、
低い電圧で電界放出が得られる、均一な電子放出素子を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例1 に係る電界放出陰極構造の断面図。

【図２】実施例２に係る電界放出陰極構造の断面図。

【図３】実施例３に係る電界放出陰極構造の断面図。

【図４】実施例４に係る電界放出陰極構造の断面図。

【図５】実施例５に係る電界放出陰極構造の断面図。

【図６】実施例５に係る電界放出陰極構造の断面図。

【図７】実施例６に係る電界放出陰極構造の断面図。

【図８】実施例６に係る電界放出陰極構造の断面図。

【図９】実施例７に係る電界放出陰極を用いた表示装
置の断面図。

【図１０】従来の電界放出陰極構造の断面図。

【図１１】濡れ性を説明するための図。

【符号の説明】

１…微粒子２…カソード配線４…抵抗体 41…導体と抵抗体 61、62…層間絶縁膜８…ゲート配線１０…基板１２…ガラスフリット 21…アノード基板 22…スペーサ 23…蛍光体 24…アノード電極 25…カソード基板 26…封着材料 27…抵抗層 28…ゲート電極 29…エミッタ 30…カソード電極 31…ゲッター材 32…排気管 35…エミッタ29から放出された電子１００…微粒子１０１…基板１０２…カソード配線１０４…導体と抵抗体１０６…層間絶縁膜１０８ゲート配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本正彦神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者福田由美神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者伊藤剛神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者斉藤雅之神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者福田勝義神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者浅井博紀神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板表面に設けられたカソー
ド配線と、前記基板上に設けられた層間絶縁膜と、前記
カソード配線上の前記層間絶縁膜開口部内に設けられ、
エミッションサイト粒子を含むエミッタ電極部と、前記
層間絶縁膜上のゲート配線とを具備し、前記エミッタ電
極部は周縁部に比べ中心部が凹形状をしていることを特
徴とする電界放出陰極。
【請求項２】基板と、前記基板表面に設けられたカソー
ド配線と、前記基板上に設けられた第一層間絶縁膜と、
前記第一層間絶縁膜上に設けられた第二層間絶縁膜と、
前記カソード配線上の前記第一層間絶縁膜及び前記第二
層間絶縁膜開口部内に設けられ、エミッションサイト粒
子を含むエミッタ電極部と、前記第二層間絶縁膜上のゲ
ート配線とを具備し、前記エミッタ電極部は前記第一層
間絶縁膜に接し、前記第一層間絶縁膜と前記第二層間絶
縁膜の境界に達していることを特徴とする電界放出陰
極。
【請求項３】前記カソード配線と前記エミッタ電極部と
の間に、更に抵抗層を設けたことを特徴とする請求項1
または請求項２に記載の電界放出陰極。
【請求項４】前記エミッタ部は抵抗体を含むことを特徴
とする請求項1 または請求項２に記載の電界放出陰極。
【請求項５】基板と、前記基板表面に設けられたカソー
ド配線と、前記基板上に設けられた層間絶縁膜と、前記
カソード配線上の前記層間絶縁膜開口部内に設けられ、
且つ周縁部に比べ中心部が凹形状をしているエミッショ
ンサイト粒子を含むエミッタ電極部と、前記層間絶縁膜
上のゲート配線と、アノード基板と、前記アノード基板
上に設けられたアノード電極と、前記アノード電極上の
蛍光体と、前記基板と前記アノード基板とを封止して成
る真空容器とを有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】前記層間絶縁膜は第一層間絶縁膜及び第二
層間絶縁膜から成り、前記エミッタ部は前記第一層間絶
縁膜に接し、前記第一層間絶縁膜と前記第二層間絶縁膜
境界面まで達することを特徴とする請求項５記載の画像
表示装置。
【請求項７】基板表面にカソード配線を設ける工程と、
前記基板上に第一絶縁膜を設ける工程と、前記第一絶縁
膜上に、エミッションサイト粒子を含有する分散液に対
する濡れ性が第一絶縁膜よりも悪い第二絶縁膜を設ける
工程と、前記第一絶縁膜及び前記第二絶縁膜を除去し、
前記カソード配線が露出する開口を設ける工程と、前記
分散液を前記開口内に注入する工程とを含むことを特徴
とする電界放出陰極の製造方法。