(57)【要約】【課題】  電界放出素子及びそれを適用した電界放出表示素子を提供する。【解決手段】  基板（１１０）と、基板上に形成された第１カソード電極（１１１）と、基板上及び第１カソード電極上に形成され、第１カソード電極の一部を露出させる凹部（Ｗ）を有する絶縁層（１１２）と、絶縁層上に形成され、第１カソード電極と電気的に連結される第２カソード電極（１２０）と、第１カソード電極上に形成され、絶縁層によって露出される部分に形成される電子放出源（１５０）と、第２カソード電極上に形成され、凹部を露出させるキャビティ（Ｃ）を有するゲート絶縁膜（１３２）と、ゲート絶縁膜上に形成され、キャビティに対応するゲートホール（１３０ａ）を有するゲート電極（１３０）と、を備えることを特徴とする電界放出素子。【選択図】            図４
2006049322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された第１カソード電極と、
前記基板上及び前記第１カソード電極上に形成され、当該第１カソード電極の一部を露出させる凹部を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、前記第１カソード電極と電気的に連結される第２カソード電極と、
前記第１カソード電極上に形成され、前記絶縁層によって露出される部分に形成される電子放出源と、
前記第２カソード電極上に形成され、前記凹部を露出させるキャビティを有するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記キャビティに対応するゲートホールを有するゲート電極と、を備えることを特徴とする電界放出素子。
【請求項２】
前記凹部は、半球形であることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項３】
前記第２カソード電極と前記ゲート絶縁膜との間には、前記露出された部分に対応するホールを有する非晶質シリコン膜をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項４】
前記電子放出源は、ＣＮＴエミッタであることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項５】
前記第１カソード電極は、前記凹部に対応する透明電極物質のドットであることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項６】
前記第１カソード電極は、複数の前記凹部に対応して形成されることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項７】
基板と、
前記基板上に形成された第１カソード電極と、
前記基板上及び前記第１カソード電極上に形成され、当該第１カソード電極の一部を露出させる凹部を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、前記第１カソード電極と電気的に連結された第２カソード電極と、
前記第１カソード電極上に形成され、前記絶縁層によって露出される部分に形成される電子放出源と、
前記第２カソード電極上に形成され、前記凹部を露出させるキャビティを有するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記キャビティに対応するゲートホールを有するゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成され、前記キャビティを露出させるホールを有するフォーカシングゲート絶縁膜と、
前記フォーカシングゲート絶縁膜上に形成され、前記キャビティに対応するフォーカシングゲートホールを有するフォーカシングゲート電極と、を備えることを特徴とする電界放出素子。
【請求項８】
前記凹部は、半球形であることを特徴とする請求項７に記載の電界放出素子。
【請求項９】
前記第２カソード電極と前記ゲート絶縁膜との間に、前記露出される部分に対応するホールを有する非晶質シリコン膜をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の電界放出素子。
【請求項１０】
前記電子放出源は、ＣＮＴエミッタであることを特徴とする請求項７に記載の電界放出素子。
【請求項１１】
前記第１カソード電極は、前記凹部に対応する透明電極物質のドットであることを特徴とする請求項７に記載の電界放出素子。
【請求項１２】
前記第１カソード電極は、複数の前記凹部に対応して形成されることを特徴とする請求項７に記載の電界放出素子。
【請求項１３】
背面基板と、
前記背面基板に形成された第１カソード電極と、
前記基板上及び前記第１カソード電極上に形成され、当該第１カソード電極の一部を露出させる凹部を有する絶縁層と、  前記絶縁層上に形成され、前記第１カソード電極と電気的に連結された第２カソード電極と、
前記第１カソード電極上に形成され、前記絶縁層によって露出される部分に形成される電子放出源と、
前記第２カソード電極上に形成され、前記凹部を露出させるキャビティを有するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記キャビティに対応するゲートホールを有するゲート電極と、
前記背面基板から所定距離離隔して配置された前面基板と、
前記前面基板上の前記電子放出源に対向する面に形成されるアノード電極と、
前記アノード電極上の前記電子放出源に対向する面に塗布される蛍光層と、を備えることを特徴とする電界放出表示素子。
【請求項１４】
前記凹部は、半球形であることを特徴とする請求項１３に記載の電界放出表示素子。
【請求項１５】
前記第２カソード電極と前記ゲート絶縁膜との間に、前記露出される部分に対応するホールを有する非晶質シリコン膜をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の電界放出表示素子。
【請求項１６】
前記電子放出源は、ＣＮＴエミッタであることを特徴とする請求項１３に記載の電界放出表示素子。
【請求項１７】
前記第１カソード電極は、前記凹部に対応する透明電極物質のドットであることを特徴とする請求項１３に記載の電界放出表示素子。
【請求項１８】
前記第１カソード電極は、複数の前記凹部に対応して形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の電界放出表示素子。
【請求項１９】
背面基板と、
前記背面基板に形成された第１カソード電極と、
前記基板上及び前記第１カソード電極上に形成され、当該第１カソード電極の一部を露出させる凹部を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、前記第１カソード電極と電気的に連結された第２カソード電極と、
前記第１カソード電極上に形成され、前記絶縁層によって露出される部分に形成される電子放出源と、
前記第２カソード電極上に形成され、前記凹部を露出させるキャビティを有するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記キャビティに対応するゲートホールを有するゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成され、前記キャビティを露出させるホールを有するフォーカシングゲート絶縁膜と、
前記フォーカシングゲート絶縁膜上に形成され、前記キャビティに対応するフォーカシングゲートホールを有するフォーカシングゲート電極と、
前記背面基板から所定距離離隔して配置された前面基板と、
前記前面基板上の前記電子放出源に対向する面に形成されるアノード電極と、
前記アノード電極上の前記電子放出源に対向する面に塗布される蛍光層と、を備えることを特徴とする電界放出表示素子。
【請求項２０】
前記凹部は、半球形であることを特徴とする請求項１９に記載の電界放出表示素子。
【請求項２１】
前記第２カソード電極と前記ゲート絶縁膜との間に、前記露出された部分に対応するホールを有する非晶質シリコン膜をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の電界放出表示素子。
【請求項２２】
前記電子放出源は、ＣＮＴエミッタであることを特徴とする請求項１９に記載の電界放出表示素子。
【請求項２３】
前記第１カソード電極は、前記凹部に対応する透明電極物質のドットであることを特徴とする請求項１９に記載の電界放出表示素子。
【請求項２４】
前記第１カソード電極は、複数の前記凹部に対応して形成されることを特徴とする請求項１９に記載の電界放出表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放出素子及びそれを適用した電界放出表示素子に関わり、さらに詳細には、電子ビームのフォーカシング効果（集束効果）を高める電界放出素子及びそれを適用した電界放出表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、情報伝達媒体の重要部分である表示装置が活用される代表的な分野として、パソコンのモニターやＴＶ受像機などが挙げられる。このような表示装置は、高速熱電子放出を利用する陰極線管（ＣＲＴ：Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）と、近年、急速に発展している平板表示装置とに大別され得る。前記平板表示装置としては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ：Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）、電界放出表示素子（ＦＥＤ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）がある。
【０００３】
ＦＥＤは、カソード電極上に一定の間隔で配列された電界放出源とゲート電極との間に強い電場を形成することによって、前記電界放出源から電子を放出させ、この電子をアノード電極上の蛍光物質に衝突させて発光させる表示装置である。このようなＦＥＤは、薄型の表示素子であって、全体厚さが数ｃｍに過ぎず、広い視野角、低い消費電力、低い製造コストなどの長所を有するため、ＬＣＤ、ＰＤＰと共に、次世代表示素子として注目を浴びている。
【０００４】
ＦＥＤは、ＣＲＴと類似した物理的な原理を利用している。すなわち、カソード電極から放出された電子が加速されてアノード電極に衝突すれば、アノード電極上にコーティングされた蛍光体が励起されることによって、特定色相の光が発光する。しかし、ＦＥＤは、ＣＲＴの場合とは違って、電子放出源が冷陰極物質から形成されているという相違がある。
【０００５】
図１及び図２に、電界放出素子の一般的な構造を示す。
【０００６】
図１を参照すれば、電界放出素子は、下部には基板１０上に形成されるカソード電極１２が存在し、上部には電子抽出のための電極として、絶縁層１４上に形成されるゲート電極１６が存在する構造を有する。そして、前記カソード電極１２の一部を露出させるホールの内部には、電子放出源１９が存在する。
【０００７】
しかし、前記のような構造のＦＥＤで、電子ビームの軌跡が制御されなければ、所望の位置の蛍光層が励起されず、所望の色相を正確に発現できなくなる。したがって、電子放出源１９から放出された電子を、蛍光体にコーティングされたアノード電極上の所望の位置に正確に伝える電子ビーム軌跡制御の技術が必要となる。
【０００８】
図２は、電子ビーム軌跡制御のためのフォーカシングゲート電極を備える電子放出エミッタの一例を示す図面である。
【０００９】
図２を参照すれば、ゲート電極２６上に第２絶縁層２７をさらに蒸着した後、その上に再び電子ビーム軌跡制御のためのフォーカシングゲート電極２８を形成した構造である。ゲート電極２６の下部の構造は、図１で示した構造のように、基板２０、カソード電極２２、第１絶縁層２４、電子放出源２９が存在する構造となっている。  図３は、フォーカシングゲート（集束路）を備える電界放出素子からの電子ビーム軌跡をシミュレーションした結果である。
【００１０】
図３を参照すれば、オーバーフォーカスされた電子が対象蛍光層領域から逸脱して他の領域の蛍光層を励起させることにより、色の純度が悪くなるという問題がある。
【００１１】
一方、このような問題を回避するために、特許文献１には、エンベデッドフォーカシング構造を有するＦＥＤが開示されているが、フォーカシングゲート電極が有機物であるポリイミド上に形成されるため、前記ポリイミドから揮発されるガスを排出するための脱ガス工程が必要であり、大型ディスプレイには適用し難いという問題がある。
【特許文献１】米国特許第５９２０１５１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前記従来の技術の問題を改善するためのものであって、電子ビームのフォーカシングに優れる電界放出素子及びそれを備えたＦＥＤを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記技術的課題を達成するために、本発明の一実施形態による電界放出素子は、基板と、前記基板上に形成された第１カソード電極と、前記基板上及び前記第１カソード電極上に形成され、その一部を露出させる凹部を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記第１カソード電極と電気的に連結された第２カソード電極と、前記第１カソード電極上に形成され、前記絶縁層によって露出される部分に形成される電子放出源と、前記第２カソード電極上に形成され、前記凹部を露出させるキャビティを有するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記キャビティに対応するゲートホールを有するゲート電極と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
前記凹部は、半球形であることが望ましい。
【００１５】
前記第２カソード電極と前記ゲート絶縁膜との間に、前記露出された部分に対応するホールを有する非晶質シリコン膜がさらに形成され得る。
【００１６】
前記電子放出源は、ＣＮＴエミッタであることが望ましい。
【００１７】
本発明の一局面によれば、前記第１カソード電極は、前記凹部に対応する透明電極物質のドットである。
【００１８】
本発明の他の局面によれば、前記第１カソード電極は、複数の前記凹部に対応して形成される。
【００１９】
前記技術的課題を達成するために、本発明の他の実施形態による電界放出素子は、基板と、前記基板上に形成された第１カソード電極と、前記基板上及び前記第１カソード電極上に形成され、その一部を露出させる凹部を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記第１カソード電極と電気的に連結された第２カソード電極と、前記第１カソード電極上に形成され、前記絶縁層により露出される部分に形成される電子放出源と、前記第２カソード電極上に形成され、前記凹部を露出させるキャビティを有するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記キャビティに対応するゲートホールを有するゲート電極と、前記ゲート電極上に形成され、前記キャビティを露出させるホールを有するフォーカシングゲート絶縁膜と、前記フォーカシングゲート絶縁膜上に形成され、前記キャビティに対応するフォーカシングゲートホールを有するフォーカシングゲート電極と、を備える。
【００２０】
前記技術的課題を達成するために、本発明のさらに他の実施形態による電界放出素子は、背面基板と、前記背面基板に形成された第１カソード電極と、前記基板上及び前記第１カソード電極上に形成され、その一部を露出させる凹部を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記第１カソード電極と電気的に連結された第２カソード電極と、前記第１カソード電極上に形成され、前記絶縁層により露出される部分に形成される電子放出源と、前記第２カソード電極上に形成され、前記凹部を露出させるキャビティを有するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記キャビティに対応するゲートホールを有するゲート電極と、前記背面基板から所定距離離隔して配置された前面基板と、前記前面基板上の前記電子放出源に対向する面に形成されるアノード電極と、前記アノード電極上の前記電子放出源に対向する面に塗布された蛍光層と、を備えることを特徴とする。  前記技術的課題を達成するために、本発明のさらに他の実施形態による電界放出素子は、背面基板と、前記背面基板に形成された第１カソード電極と、前記基板上及び前記第１カソード電極に形成され、その一部を露出させる凹部を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記第１カソード電極と電気的に連結された第２カソード電極と、前記第１カソード電極上に形成され、前記絶縁層により露出される部分に形成される電子放出源と、前記第２カソード電極上に形成され、前記凹部を露出させるキャビティを有するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記キャビティに対応するゲートホールを有するゲート電極と、前記ゲート電極上に形成され、前記キャビティを露出させるホールを有するフォーカシングゲート絶縁膜と、前記フォーカシングゲート絶縁膜上に形成され、前記キャビティに対応するフォーカシングゲートホールを有するフォーカシングゲート電極と、前記背面基板から所定距離離隔して配置された前面基板と、前記前面基板上の前記電子放出源に対向する面に形成されるアノード電極と、前記アノード電極上での前記電子放出源に対向する面に塗布される蛍光層と、を備える。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による電界放出素子は、ＣＮＴエミッタ周辺のカソード電極が凹状に形成され、ＣＮＴエミッタから放出される電子ビームがゲート電極を抜け出る前に１次的に集束することにより、集束効率を高める。また、本発明によるＦＥＤは、集束効率が高まることにより色純度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態による電界放出素子、それを備えたディスプレイ及びその製造方法を添付された図面を参照して詳細に説明する。この過程で、図面に示された層や領域の厚さは、明細書の明確性のために誇張して示した。
【００２３】
図４は、本発明の一実施形態による電界放出素子の一部断面図である。
【００２４】
図４を参照すれば、ガラス基板１１０上に第１カソード電極１１１が形成されており、基板１１０上で第１カソード電極１１１が露出されるように、第１カソード電極１１１を覆う絶縁層１１２、例えば、酸化ケイ素層が形成されている。この絶縁層１１２には、例えば、半球形の凹部Ｗが形成されており、凹部Ｗの中央部で第１カソード電極１１１が露出される。絶縁層１１２上には、第２カソード電極１２０が第１カソード電極１１１と電気的に連結されるように形成されている。
【００２５】
絶縁層１１２は、第２カソード電極１２０に凹部Ｗを形成するためのものであり、２〜１０μｍの厚さに形成できる。
【００２６】
第１カソード電極１１１及び第２カソード電極１２０は、透明電極、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）で形成されることが望ましい。第２カソード電極１２０上には、非晶質シリコン層１２２が形成されている。非晶質シリコン層１２２は、第１及び第２カソード電極１１１、１２０上の電流の流れを均一にする。また、一般の可視光線には透明であるが、紫外線には不透明な光学的特性を持つ物質層であり、後述する紫外線のバック露光時にマスクの役割を行う。露出された第１カソード電極１１１上には、電子放出源であるＣＮＴエミッタ１５０が形成されている。
【００２７】
非晶質シリコン層１２２上に、ゲート絶縁膜１３２及びゲート電極１３０が順次に積層されている。
【００２８】
ゲート絶縁膜１３２には、所定の直径を有するキャビティＣが形成されており、このキャビティＣに対応して、ゲート電極１３０には、ゲートホール１３０ａが形成されている。
【００２９】
ゲート絶縁膜１３２は、ゲート電極１３０と第２カソード電極１２０との電気的絶縁を維持するための層である。ゲート絶縁膜１３２は、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）のような絶縁物質から形成され、通常、約５〜１０μｍの厚さに形成される。
【００３０】
ゲート電極１３０は、約０．２５μｍの厚さのクロム（Ｃｒ）で製造されることが望ましい。ゲート電極１３０は、ＣＮＴエミッタ１５０から電子ビームを抽出するのに使用される。これにより、ゲート電極１３０に所定のゲート電圧、例えば、＋８０Ｖのゲート電圧が印加され得る。
【００３１】
第１カソード電極１１１は、一つのキャビティＣまたは凹部Ｗに対応して、一つのドット、例えば、ＩＴＯドット形状に形成されることもあり、また、複数のキャビティＣに対応する領域、例えば、表示素子の一つのサブピクセル領域に対応して、一つの第１カソード電極１１１が形成されることもある。
【００３２】
図５は、本発明の実施形態によるＦＥＤの電子放出源からの電子ビームの軌跡をシミュレーションした結果である。
【００３３】
図５を参照すれば、電子ビームがゲート電極を抜け出る前に集束されることが分かる。
【００３４】
図６は、本発明の他の実施形態による電界放出素子の一部断面図である。
【００３５】
図６を参照すれば、ガラス基板２１０上には第１カソード電極２１１が形成されており、基板２１０上で、第１カソード電極２１１が露出されるように第１カソード電極２１１を覆う絶縁層２１２、例えば、酸化ケイ素層が形成されている。この絶縁層２１２には、例えば、半球形の凹部Ｗが形成されており、凹部Ｗの中央部で第１カソード電極２１１が露出される。絶縁層２１２上には、第２カソード電極２２０が第１カソード電極２１１と電気的に連結されるように形成されている。
【００３６】
絶縁層２１２は、カソード電極２２０に凹状の球面を形成するためのものであり、２〜１０μｍ厚さに形成できる。
【００３７】
第１カソード電極２１１及び第２カソード電極２２０は、ＩＴＯ透明電極で形成されることが望ましい。第２カソード電極２２０上には、非晶質シリコン層２２２が形成されている。非晶質シリコン層２２２は、第１及び第２カソード電極２１１、２２０上の電流の流れを均一にする。また、一般の可視光線には透明であるが、紫外線には不透明な光学的特性を持つ物質層であり、後述する紫外線バック露光時にマスクの役割を行う。凹部Ｗ上には、電子放出源であるＣＮＴエミッタ２５０が形成されている。
【００３８】
非晶質シリコン層２２２上にゲート絶縁膜２３２、ゲート電極２３０、フォーカシングゲート絶縁膜２４２及びフォーカシングゲート電極２４０が順次に積層されている。
【００３９】
ゲート絶縁膜２３２及びフォーカシングゲート絶縁膜２４２には、キャビティＣが形成されており、このキャビティＣに対応して、ゲート電極２３０及びフォーカシングゲート電極２４０には、それぞれゲートホール２３０ａ及びフォーカシングゲートホール２４０ａが形成されている。
【００４０】
ゲート絶縁膜２３２は、ゲート電極２３０とカソード電極２２０との電気的絶縁を維持するための層である。ゲート絶縁膜２３２は、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）のような絶縁物質から形成され、通常、約５〜１０μｍの厚さに形成される。
【００４１】
ゲート電極２３０は、約０．２５μｍの厚さのＣｒで製造されることが望ましい。ゲート電極２３０は、ＣＮＴエミッタ２５０から電子ビームを抽出するのに使用される。これにより、ゲート電極２３０に所定のゲート電圧、例えば、８０Ｖのゲート電圧が印加され得る。
【００４２】
フォーカシングゲート絶縁膜２４２は、ゲート電極２３０とフォーカシングゲート電極２４０とを絶縁させる。フォーカシングゲート絶縁膜２４２は、約２〜１５μｍの厚さでシリコン酸化膜から形成され得る。
【００４３】
フォーカシングゲート電極２４０は、約０．２５μｍの厚さのＣｒで形成されることが望ましい。フォーカシングゲート電極２４０には、ゲート電極２３０より低い電圧が印加され、ＣＮＴエミッタ２５０から放出される電子ビームを集束する。
【００４４】
第１カソード電極２１１は、一つのキャビティＣまたは凹部Ｗに対応するように、一つのドット、例えば、ＩＴＯドット形状に形成されることもあり、また、複数のキャビティＣに対応する領域、例えば、表示素子の一つのサブピクセル領域に一つの第１カソード電極２１１が形成されることもある。
【００４５】
図７は、図６のＦＥＤの電子放出源からの電子ビームの軌跡をシミュレーションした結果である。
【００４６】
図７を参照すれば、電子ビームがゲート電極を通過する前に集束され、フォーカシングゲート電極を逸脱しつつ再集束されることが分かる。
【００４７】
図８は、本発明の他の実施形態による電子放出表示装置の構造を示す断面図であり、図６と実質的に同じ構成要素には、同じ名称を使用し、ここで詳細な説明は省略する。
【００４８】
図８を参照すれば、ＦＥＤは、所定の間隔をおいて互いに対応するように配置された前面基板３７０及び背面基板３１０を備える。背面基板３１０及び前面基板３７０は、これらの間に設置されたスペーサ（図示せず）によって間隔が維持される。このような背面基板３１０及び前面基板３７０としては、ガラス基板が使われる。
【００４９】
背面基板３１０上には、電界放出部が形成され、前面基板３７０上には、前記電界放出部から放出された電子によって、所定の光を放出する発光部が形成されている。
【００５０】
具体的には、背面基板３１０上には、第１カソード電極３１１が形成されており、基板３１０上で第１カソード電極３１１が露出されるように、第１カソード電極３１１を覆う絶縁層３１２、例えば、酸化ケイ素層が形成されている。この絶縁層３１２には、例えば、半球形の凹部Ｗが形成されており、凹部Ｗの中央部で、第１カソード電極３１１が露出される。絶縁層３１２上には、第２カソード電極３２０が第１カソード電極３１１と電気的に連結されるように形成されている。第２カソード電極３２０は、所定のパターン、例えば、ストライプ状に互いに所定間隔離れて平行に配列される。
【００５１】
絶縁層３１２上で、第１カソード電極３１１の露出された部分を除外した領域上に、非晶質シリコン層３２２が形成されている。非晶質シリコン層３２２上には、所定のキャビティＣに対応してゲート絶縁膜３３２、ゲート電極３２０、フォーカシングゲート絶縁膜３４２及びフォーカシングゲート電極３４０が順次に積層されている。凹部Ｗには、電子放出源、例えば、ＣＮＴエミッタ３５０が形成されている。
【００５２】
第１カソード電極３１１は、一つのキャビティＣまたは凹部Ｗに対応して、一つのドット、例えば、ＩＴＯドット形状に形成されることもあり、また、複数のキャビティＣに対応する領域、例えば、表示素子の一つのサブピクセル領域または一つのストライプ状の第２カソード電極３２０に対応するように、第１カソード電極３１１が形成されることもある。
【００５３】
前面基板３７０上には、アノード電極３８０が形成されており、アノード電極３８０上には、蛍光層３９０が塗布されている。蛍光層３９０の間には、色純度の向上のためのブラックマトリックス３９２が形成されている。
【００５４】
前記した構造の電子放出表示素子の作用を、図面を参照して詳細に説明する。まず、アノード電極３８０に２．５ｋＶパルス電圧のアノード電圧Ｖａを印加し、ゲート電極３３０及びフォーカシングゲート電極３４０には、それぞれ８０Ｖ、３０Ｖ電圧のゲート電圧Ｖｇ及びフォーカシングゲート電圧Ｖｆを印加する。このとき、ゲート電圧ＶｇによってＣＮＴエミッタ３５０から電子が放出される。この電子は、カソード電極３２０で凹状に集束された状態で放出され、フォーカシングゲート電圧Ｖｆによって再び集束される。このように集束された電子は、対向する位置の蛍光層３９０を励起させ、蛍光層３９０は、所定の可視光線３９４を放出する。
【００５５】
図９は、図８の電子放出表示素子から放出された電子ビームの軌跡をシミュレーションした結果である。
【００５６】
図９を参照すれば、本発明による電界放出素子から放出された電子ビームが、所望のアノード電極上のピクセルに集中して照射されることが分かる。したがって、本発明による電界放出素子を備えたＦＥＤに適用すれば、色純度を高めることができる。
【００５７】
次いで、本発明による電界放出素子の製造方法について、図１０から２３を参照して詳細に説明する。
【００５８】
まず、図１０を参照すれば、ガラス基板４１０上に第１カソード電極４１１、たとえばＩＴＯ物質からなるドットを形成する。
【００５９】
図１１を参照すれば、ガラス基板４１０上にプラズマ気相化学蒸着法（Ｐｌａｚｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＥＣＶＤ）で、絶縁層４１２であるシリコン酸化物層を６μｍの厚さに形成する。次いで、絶縁層４１２上に第１感光膜Ｐ１を塗布する。次いで、第１感光膜Ｐ１に紫外線（ＵＶ）を照射する露光を実施する。露光は、別途のマスク（図示せず）を使用して、前面露光または背面露光を行える。ＵＶは、凹状の部分（図６のＷ）に該当する部分の第１感光膜Ｐ１に入射される。したがって、第１感光膜Ｐ１のうち、凹状の部分Ｗの上方に位置した領域Ｐ１ａのみがＵＶに露光される。露光された領域Ｐ１ａは、現像工程を通じて除去される。その後、所定のベーク工程を実施する。
【００６０】
図１２は、前記現像工程及びベーク工程を順次に経た結果物を示す。露光された領域Ｐ１ａが除去された部分を通じて絶縁層４１２が露出される。
【００６１】
図１３を参照して、絶縁層４１２の一部を露出させる第１感光膜Ｐ１をエッチングマスクとして使用して、絶縁層４１２に対して所定のエッチング液で湿式エッチングを実施する。所定時間エッチングし続けて、半球形の凹状の部分Ｗまたはウェルを形成する。次いで、第１感光膜Ｐ１を除去する。凹状の部分Ｗは、ＣＮＴエミッタ（図６の１５０）に対応する位置であって、直径が約３μｍである。
【００６２】
図１４を参照すれば、絶縁層４１２上にカソード電極４２０、例えば、ＩＴＯ透明電極をスパッタリングして形成する。次いで、カソード電極４２０上に非晶質シリコン膜４２２をＰＥＣＶＤ法で蒸着する。次いで、非晶質シリコン膜４２２上に第２感光膜Ｐ２を塗布した後、凹状の部分Ｗに対応する領域Ｐ２ａを露光させる。
【００６３】
次いで、露光された領域Ｐ２ａは、現像工程を通じて除去される。前記露光された領域Ｐ２ａが除去された部分を通じて非晶質シリコン膜４２２の一部が露出される。第２感光膜Ｐ２をエッチングマスクとして使用して、非晶質シリコン膜４２２の露出された部分を湿式エッチングする。次いで、第２感光膜Ｐ２をエッチングマスクとして使用して、第２カソード電極４２０の露出された部分を湿式エッチングする。
【００６４】
図１５は、第２感光膜Ｐ２に露出された非晶質シリコン膜４２２の露出された領域を湿式エッチングで除去した後、第２感光膜Ｐ２を除去した後の形状である。
【００６５】
図１６を参照すれば、非晶質シリコン層４２２上に前記凹状の部分Ｗを充填するゲート絶縁膜４３２を形成する。ゲート絶縁膜４３２は、シリコン酸化膜から形成するが、５〜１０μｍの厚さに形成する。次いで、ゲート絶縁膜４３２上にゲート電極４３０を形成する。ゲート電極４３０は、Ｃｒをスパッタリング方法で約０．２５μｍの厚さに形成する。次いで、ゲート電極４３０上に第３感光膜Ｐ３を塗布した後、凹状の部分Ｗに対応する領域Ｐ３ａを露光させる。
【００６６】
次いで、露光された領域Ｐ３ａが現像工程を通じて除去される。前記露光された領域Ｐ３ａが除去された部分を通じて、ゲート電極４３０の一部が露出される。第３感光膜Ｐ３をエッチングマスクとして使用して、ゲート電極４３０の露出された部分を湿式エッチングする。
【００６７】
図１７は、第３感光膜Ｐ３から露出されたゲート電極４３０の露出された領域を湿式エッチングで除去した後、第３感光膜Ｐ３を除去した後の態様を示す。ゲートホール４３０ａが形成されたことを示す。
【００６８】
図１８を参照すれば、第３感光膜Ｐ３を除去した後、ゲート絶縁膜４３２上にゲートホール４３０ａを満たすフォーカシングゲート絶縁膜４４２を形成する。フォーカシングゲート絶縁膜４４２は、シリコン酸化膜で形成するが、約２〜１５μｍの厚さに形成する。次いで、フォーカシングゲート絶縁膜４４２上にフォーカシングゲート電極４４０を形成する。フォーカシングゲート電極４４０は、クロムをスパッタリング方法で約０．２５μｍの厚さに形成する。次いで、フォーカシングゲート電極４４０上に第４感光膜Ｐ４を塗布した後、凹部Ｗに対応する領域Ｐ４ａを露光させる。
【００６９】
次いで、露光された領域Ｐ４ａは、現像工程を通じて除去される。前記露光された領域Ｐ４ａが除去された所を通じてフォーカシングゲート電極４４０の一部が露出される。第４感光膜Ｐ４をエッチングマスクとして使用して、フォーカシングゲート電極４４０の露出された部分を湿式エッチングする。
【００７０】
図１９は、第４感光膜Ｐ４から露出されたフォーカシングゲート電極４４０の露出された領域を、湿式エッチングで除去した後、第４感光膜Ｐ４を除去した後の態様を示す。フォーカシングゲートホール４４０ａが形成されたことを示す。
【００７１】
図２０を参照すれば、第４感光膜Ｐ４を除去した後、フォーカシングゲート電極４４０上に第５感光膜Ｐ５を塗布した後、凹状の部分Ｗに対応する領域Ｐ５ａを露光させる。
【００７２】
次いで、露光された領域Ｐ５ａは、現像工程を通じて除去される。次いで、第５感光膜Ｐ５をエッチングマスクとして使用して、フォーカシングゲート絶縁膜４４２及びゲート絶縁膜４３２をエッチングしてカソード電極４２０を露出させる。
【００７３】
図２１は、第５感光膜Ｐ５を除去した後の形状を示す。
【００７４】
図２２を参照すれば、露出されたカソード電極４２０上にネガ型感光性物質が含まれたＣＮＴペースト４５２を塗布した後、非晶質シリコン膜４２２の間に露出された感光ＣＮＴペースト４５２を背面露光させる。このとき、基板４１０の下方から基板４１０に向けてＵＶを照射する背面露光を実施できる。非晶質シリコン膜４２２は、ＵＶを遮断するので、第５感光膜Ｐ５で凹状の部分に対応する領域Ｐ５ａのみが露光される。次いで、現像及びベーキング工程を通じて、図２３に示されたように、第１カソード電極４１１上にＣＮＴエミッタ４５０を形成する。
【００７５】
前記実施形態では、図６の電界放出素子を製造する方法を説明したが、フォーカシングゲート絶縁膜及びフォーカシングゲート電極を形成する段階を除外すれば、図４の電界放出素子を製造する方法も、前述した通りである。
【００７６】
前記実施形態では、プリンティング方法でＣＮＴエミッタを形成したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、カソード電極４２０の凹状の部分に金属触媒層を形成した後、メタンガスのような炭素含有ガスを蒸着させてＣＮＴを成長させることもある。
【００７７】
本発明は、図面を参照して、実施形態を参考として説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であることが分かる。したがって、本発明の真の技術的範囲は、特許請求の範囲によって決定されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の電界放出素子及びそれを適用したＦＥＤは、例えば、パソコン及びＴＶ受像機などに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】電界放出素子の一般的な構造を概略的に示す断面図である。
【図２】フォーカシングゲート電極を備えたＦＥＤの一般的な構造を概略的に示す断面図である。
【図３】図２の電界放出素子からの電子ビームの軌跡をシミュレーションした結果である。
【図４】本発明の一実施形態による電界放出素子の一部を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態によるＦＥＤの電子放出源からの電子ビームの軌跡をシミュレーションした結果を示す図面である。
【図６】本発明の他の実施形態による電界放出素子の一部を示す断面図である。
【図７】図６のＦＥＤの電子放出源からの電子ビームの軌跡をシミュレーションした結果を示す図面である。
【図８】本発明の他の実施形態による電子放出表示装置の構造を示す断面図である。
【図９】図８の電子放出表示素子から放出された電子ビームの軌跡をシミュレーションした結果を示す図面である。
【図１０】本発明の電界放出素子の製造方法を段階別に示す断面図である。
【図１１】本発明の電界放出素子の製造方法を段階別に示す断面図である。
【図１２】本発明の電界放出素子の製造方法を段階別に示す断面図である。
【図１３】本発明の電界放出素子の製造方法を段階別に示す断面図である。
【図１４】本発明の電界放出素子の製造方法を段階別に示す断面図である。
【図１５】本発明の電界放出素子の製造方法を段階別に示す断面図である。
【図１６】本発明の電界放出素子の製造方法を段階別に示す断面図である。
【図１７】本発明の電界放出素子の製造方法を段階別に示す断面図である。
【図１８】本発明の電界放出素子の製造方法を段階別に示す断面図である。
【図１９】本発明の電界放出素子の製造方法を段階別に示す断面図である。
【図２０】本発明の電界放出素子の製造方法を段階別に示す断面図である。
【図２１】本発明の電界放出素子の製造方法を段階別に示す断面図である。
【図２２】本発明の電界放出素子の製造方法を段階別に示す断面図である。
【図２３】本発明の電界放出素子の製造方法を段階別に示す断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１１０    ガラス基板、
１１２    絶縁層、
１１１、１２０    カソード電極、
１２２    非晶質シリコン層、
１３０    ゲート電極、
１３０ａ    ゲートホール、
１３２    ゲート絶縁膜、
１５０    ＣＮＴエミッタ、
Ｗ    凹状の部分、
Ｃ    キャビティ。
【図１】
2006049322.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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