(57)【要約】【課題】スピント型のエミッタ構造を有する電子放出素子を製造するにあたって、ゲート電極上に剥離層を形成することなく、金属材料の蒸着によりコーン形状の電子放出部を形成した後、ゲート電極上の不要な金属層を素早く除去することができる方法を提供する。【解決手段】電子放出素子の製造方法として、支持基板４上にカソード電極５、絶縁層６及びゲート電極７を形成した後、ゲート電極７及び絶縁層６に開口部８を形成する工程と、ゲート電極７上への金属材料の蒸着により、開口部８内にコーン形状の電子放出部９を形成する工程と、電子放出部９を保護材１１で被覆する工程と、電子放出部９を保護材１１で保護しつつゲート電極７上の不要な金属層１０をエッチングによって除去する工程とを有する。【選択図】図４
2005123042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にカソード電極、絶縁層及びゲート電極を形成した後、前記ゲート電極及び前記絶縁層に開口部を形成する第１の工程と、
前記ゲート電極上への金属材料の蒸着により、前記開口部内にコーン形状の電子放出部を形成する第２の工程と、
前記電子放出部を保護材で被覆する第３の工程と、
前記電子放出部を前記保護材で保護しつつ前記ゲート電極上の不要な金属層をエッチングによって除去する第４の工程と
を含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項２】
前記第３の工程において、前記ゲート電極上に積層した前記金属層に前記保護材を染み込ませ、この染み込みによって前記開口部内に垂れ落ちた前記保護材により前記電子放出部を被覆する
ことを特徴とする請求項１記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】
前記第３の工程の後に、前記電子放出部の被覆に寄与しない不要な保護材を除去する工程を有する
ことを特徴とする請求項１記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】
前記第４の工程において、エッチング用のエッチング溶液として、硝酸液、酢酸液、リン酸液又は過酸化水素水を用いる
ことを特徴とする請求項１記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項５】
前記第４の工程の後に、前記電子放出部を保護している前記保護材を除去する工程を有する
ことを特徴とする請求項１記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項６】
前記第３の工程において、前記ゲート電極上に積層した前記金属層上に前記保護材を供給するとともに、この保護材を加圧によって前記金属層に染み込ませる
ことを特徴とする請求項２記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項７】
前記第３の工程の後で、前記不要な保護材をアッシングによって除去する
ことを特徴とする請求項３記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項８】
前記第４の工程の後で、前記保護材を有機溶剤により溶解して除去する
ことを特徴とする請求項５記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項９】
基板上にカソード電極、絶縁層及びゲート電極を形成した後、前記ゲート電極及び前記絶縁層に開口部を形成する第１の工程と、
前記ゲート電極上への金属材料の蒸着により、前記開口部内にコーン形状の電子放出部を形成する第２の工程と、
前記電子放出部を保護材で被覆する第３の工程と、
前記電子放出部を前記保護材で保護しつつ前記ゲート電極上の不要な金属層をエッチングによって除去する第４の工程と
を含む電子放出素子の製造工程を有する
ことを特徴とする表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子の製造方法に関し、特に、電子放出素子を備える表示装置の製造方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
真空中におかれた金属等の導体あるいは半導体の表面に、ある閾値以上の電界を与えると、トンネル効果によって電子が障壁を通過し、常温時においても真空中に電子が放出される。この現象は電界放出(Field Emission)と呼ばれ、これによって電子を放出する素子は電界放出型素子(Field Emission Device)と呼ばれている。近年では、電界放出型の電子放出部をエミッタとして用いたＦＥＤ(Field Emission Display)が注目されている。ＦＥＤは、多数の電子放出部がカソード基板上に半導体加工技術等を駆使して形成された表示パネルを備えるフラットディスプレイ装置（平面型の表示装置）である。このＦＥＤでは、電気的に選択（アドレッシング）された電子放出部から電界の集中によって電子を放出させるとともに、この電子をアノード基板側の蛍光体に衝突させて、蛍光体の励起・発光により画像を表示している。
【０００３】
ＦＥＤの中には、電子放出部の形状をコーン形状（円錐形）としたものがある。このような電子放出部はスピント型エミッタとも呼ばれている。スピント型エミッタを採用したＦＥＤの製造プロセスでは、先ず、カソード基板のベースとなる基板上にカソード電極、絶縁層及びゲート電極を形成した後、ゲート電極及び絶縁層に開口部を形成し、この開口部内にコーン形状の電子放出部を形成する。
【０００４】
コーン形状の電子放出部を形成するにあたっては、ゲート電極の上から金属材料を垂直に蒸着させる手法が採られている。その際、絶縁層の開口部内には蒸着金属の堆積によってコーン形状の電子放出部が形成されるが、これと同時にゲート電極上にも蒸着による金属材料が堆積することになる。そのため、電子放出部を形成した後に、ゲート電極上の不要な金属層を除去する必要がある。そこで従来においては、ゲート電極上に予め剥離層を形成しておき、その上から金属材料を蒸着することによりコーン形状の電子放出部を形成した後、剥離層と一緒に不要な金属層を取り除くようにしている（例えば、特許文献１、２を参照）。
【０００５】
【特許文献１】特許第３０９４４６４号公報
【特許文献２】特許第３１１６３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記従来の方法では、金属材料の蒸着によって電子放出部を形成する前に、アルミニウム等の斜め蒸着によってゲート電極上に剥離層を形成する必要があるうえ、この剥離層をウェットエッチング等で取り除くときに、その上に積層した金属層がエッチング液中に溶けずに浮遊し、基板上に再付着する恐れがある。そこで他の方法として、ゲート電極上に剥離層を形成せずに直接金属材料を蒸着し、その後、エッチングによってゲート電極上の不要な金属層を除去するといった方法も考えられるが、この方法ではエッチングによって不要な金属層と一緒に電子放出部がエッチングされないように、エッチング条件（エッチング液やエッチング温度など）を適宜選択してエッチングレートを低く抑える必要がある。そのため、ゲート電極上の不要な金属層を完全に除去するのに時間がかかってしまう。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、スピント型のエミッタ構造を有する電子放出素子を製造するにあたって、ゲート電極上に剥離層を形成することなく、金属材料の蒸着によりコーン形状の電子放出部を形成した後、ゲート電極上の不要な金属層を素早く除去することができる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る電子放出素子の製造方法は、基板上にカソード電極、絶縁層及びゲート電極を形成した後、ゲート電極及び絶縁層に開口部を形成する第１の工程と、ゲート電極上への金属材料の蒸着により、開口部内にコーン形状の電子放出部を形成する第２の工程と、電子放出部を保護材で被覆する第３の工程と、電子放出部を保護材で保護しつつゲート電極上の不要な金属層をエッチングによって除去する第４の工程とを含むものである。また、本発明に係る表示装置の製造方法は、上記第１〜第４の工程を含む電子放出素子の製造工程を有するものである。
【０００９】
本発明の電子放出素子の製造方法及び表示装置の製造方法においては、ゲート電極上への金属材料の蒸着により、開口部内にコーン形状の電子放出部を形成した後、電子放出部を保護材で被覆し、その後、電子放出部を保護材で保護しつつゲート電極上の不要な金属層をエッチングによって除去するため、エッチング作用の強いエッチング溶液をエッチングに用いるなどしてエッチングレートを高めても、電子放出部のエッチングを防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ゲート電極上の不要な金属層をエッチングで除去する際に、電子放出部のエッチングが保護材によって防止されるため、エッチング作用の強いエッチング溶液をエッチングに用いるなどしてエッチングレートを高めることができる。これにより、ゲート電極上に剥離層を形成しなくても、金属材料の蒸着によりコーン形状の電子放出部を形成した後に、ゲート電極上の不要な金属層をエッチングによって素早く除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明が適用される表示装置の一例としてＦＥＤの表示パネルの構成を示す断面図であり、図２はその表示パネルの構成を示す斜視図である。図１及び図２においては、平板状のカソード基板１と、同じく平板状のアノード基板２とを、所定の間隙を介して互いに平行かつ対向する状態に配置するとともに、それら２つの基板１，２の間に長方形の枠体３を介装して一体的に組み付けることにより、画像表示のための一つのパネル構体（表示パネル）が構成されている。
【００１３】
カソード基板１上には複数の電子放出素子が形成されている。これら複数の電子放出素子は、カソード基板１の有効領域（実際に表示部分として機能する領域）に２次元マトリックス状に多数形成されている。各々の電子放出素子は、カソード基板１のベースとなる絶縁性の支持基板（例えば、ガラス基板）４と、この支持基板４上に積層状態で順に形成されたカソード電極５、絶縁層６及びゲート電極７と、ゲート電極７及び絶縁層６に同軸状に形成された開口部８（８Ａ，８Ｂ）と、この開口部８内に形成された電子放出部９とによって構成されている。
【００１４】
カソード電極５は、複数のカソードラインを形成するようにストライプ状に形成されている。ゲート電極７は、各々のカソードラインと交差（直交）する複数のゲートラインを形成するようにストライプ状に形成されている。開口部８は、ゲート電極７に形成された第１の開口部８Ａと、この第１の開口部８Ａに連通する状態で絶縁層６に形成された第２の開口部８Ｂとから構成されている。電子放出部９は、電子の放出源（エミッタ）となるもので、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属をコーン形状（円錐形）に形成した、いわゆるスピント型のエミッタ構造を有している。
【００１５】
一方、アノード基板２は、ベースとなる透明基板（例えば、ガラス基板）１２と、この透明基板１２上に形成された蛍光体層１３及びブラックマトリックス１４と、これら蛍光体層１３及びブラックマトリックス１４を覆う状態で透明基板１２上に形成されたアノード電極１５とを備えて構成されている。蛍光体層１３は、赤色発光用の蛍光体層１３Ｒと、緑色発光用の蛍光体層１３Ｇと、青色発光用の蛍光体層１３Ｂとから構成されている。ブラックマトリックス１４は、各色発光用の蛍光体層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂの間に形成されている。アノード電極１５は、例えばアルミニウムによって構成されるもので、これは、カソード基板１の電子放出部と対向するように、アノード基板２の有効領域の全域に積層状態で形成されている。
【００１６】
これらのカソード基板１とアノード基板２とは、それぞれの外周部（周縁部）で枠体３を介して接合されている。また、カソード基板１の無効領域（有効領域の外側の領域で、実際に表示部分として機能しない領域）には真空排気用の貫通孔１６が設けられている。貫通孔１６には、真空排気後に封じ切られるチップ管１７が接続されている。ただし、図１は表示装置の組み立て完了状態を示しているため、チップ管１７は既に封じ切られた状態となっている。また、図１及び図２においては、各々の基板１，２間のギャップ部分に介装される真空耐圧用のスペーサの表示を省略している。
【００１７】
上記構成のパネル構造を有する表示装置においては、カソード電極５に相対的な負電圧が走査回路１８から印加され、ゲート電極７には相対的な正電圧が制御回路１９から印加され、アノード電極１５にはゲート電極７よりも更に高い正電圧が加速電源２０から印加される。かかる表示装置において、実際に画像の表示を行う場合は、カソード電極５に走査回路１８から走査信号を入力し、ゲート電極７に制御回路１９からビデオ信号を入力する。
【００１８】
これにより、カソード電極５とゲート電極７との間に電圧が印加され、これによって電子放出部９の先鋭部に電界が集中することにより、量子トンネル効果によって電子がエネルギー障壁を突き抜けて電子放出部９から真空中へと放出される。こうして放出された電子はアノード電極１５に引き付けられてアノード基板２側に移動し、透明基板１２上の蛍光体層１３（１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ）に衝突する。その結果、蛍光体層１３が電子の衝突により励起されて発光するため、この発光位置を画素単位で制御することにより、表示パネル上に所望の画像を表示することができる。
【００１９】
続いて、本発明に係る表示装置（ＦＥＤ）の製造方法、特に、電子放出素子の製造方法について図３及び図４を用いて説明する。
【００２０】
先ず、図３（Ａ）に示すように、カソード基板１のベースとなる支持基板４上にカソード電極５、絶縁層６及びゲート電極７を順に積層して形成する。カソード電極５は、例えばクロム（Ｃｒ）等の低抵抗金属材料をスパッタリング法により成膜することにより形成される。絶縁層６は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）等の絶縁材料をＣＶＤ法により成膜することにより形成される。ゲート電極７は、例えば上記カソード電極５と同様にクロム（Ｃｒ）等の低抵抗金属材料をスパッタリング法で成膜することにより形成される。
【００２１】
次に、ゲート電極７上にフォトリソグラフィーによってエッチングマスクを形成し、このマスクマスクを通してゲート電極７をエッチングすることにより、図３（Ｂ）に示すように第１の開口部８Ａをゲート電極７に形成する。次いで、このゲート電極７をエッチングマスクとして絶縁層６を等方性エッチングすることにより、図３（Ｃ）に示すように第１の開口部８Ａよりも径が大きい第２の開口部８Ｂを絶縁層６に形成する。これにより、第１の開口部８Ａ及び第２の開口部８Ｂからなる開口部８がゲート電極７及び絶縁層６に形成されるとともに、開口部８の底部にカソード電極５が露出した状態となる。
【００２２】
続いて、ゲート電極７の上から高融点金属材料（例えば、モリブデン）を垂直に蒸着することにより、図３（Ｄ）に示すように開口部８内にコーン形状の電子放出部９を形成する。電子放出部９の形成に際しては、ゲート電極７の上に高融点金属材料が徐々に積層する。そのため、コーン形状の電子放出部９が得られた段階では、ゲート電極７上に高融点金属材料からなる金属層１０が形成される。また、金属層１０が形成される過程では、開口部８の上方空間が高融点金属材料により次第に狭められ、最終的には開口部８の上方空間がほぼ閉じた状態となる。したがって、開口部８の上方空間を通してカソード電極５上に積層される高融点金属材料は、先端部が尖ったコーン形状の電子放出部９となる。
【００２３】
その後、図４（Ａ）に示すように、金属層１０の上に保護材１１を供給することにより、開口部８内の電子放出部９全体を保護材１１によって被覆する。保護材１１には、後述するエッチングに対してエッチングされない材料（耐エッチング性を有する材料）を用いる。例えば、ノボラック系樹脂をベースにした樹脂材（レジスト等）をプロピレングリコールメチルエーテル（ＰＧＭＥ）で希釈したものを保護材１１として用いる。
【００２４】
この場合、高融点金属材料の蒸着によって形成された金属層１０は、柱状結晶の多孔質構造となっているため、この上に、ほぼ液状とされた低粘度（例えば、１〜５ｃＰ程度）の保護材１１をスピンコート法又はスプレー法により供給（塗布）すると、金属層１０に保護材１１が染み込むとともに、この染み込みにより開口部８の上方空間から電子放出部９へと保護材１１が垂れ落ちる。そのため、開口部８の上方空間が金属層１０で閉じられていても、電子放出部９を保護材１１で被覆することができる。
【００２５】
その際、金属層１０上に保護材１１を塗布した状態で、例えば、支持基板４全体を加圧容器に入れて大気圧よりも高圧の雰囲気に晒したり、金属層１０側から支持基板４側に遠心力が加わるように支持基板４全体を回転させたりして保護材１１を支持基板４の外側から加圧することにより、金属層１０に対する保護材１１の染み込みを促進させることができる。そのため、電子放出部９を保護材１１で素早く被覆することができる。
【００２６】
続いて、図４（Ｂ）に示すように、電子放出部９を被覆している保護材１１を除く、他の不要な保護材１１（金属層１０の上やその内部に残留している、電子放出部９の被覆に寄与しない保護材１１）を、例えば酸素プラズマを用いたドライ方式のアッシングによって除去する。このとき、開口部８の上方空間は金属層１０で閉じられているため、電子放出部９を被覆している保護材１１はアッシングによって除去されることがない。したがって、不要な保護材１１だけを選択的に除去することができる。
【００２７】
次いで、図４（Ｃ）に示すように、電子放出部９を保護材１１で保護しつつゲート電極７上の不要な金属層１０をエッチングによって除去する。このエッチングでは、試料となる支持基板４全体をエッチング溶液に浸漬させることにより、高融点金属材料からなる金属層１１を除去して開口部８の上方空間を開放させる。エッチング溶液としては、被エッチング材料となるモリブデン等の高融点金属材料に強いエッチング作用を示す溶液、例えば硝酸液、酢酸液、リン酸液、過酸化水素水などを用いることができる。
【００２８】
この場合、電子放出部９は、エッチングに対して耐エッチング性を有する保護材１１で被覆保護されるため、ゲート電極７上の不要な金属層１１だけをエッチングによって選択的に除去することができる。また、電子放出部９を保護材１１で保護することにより、強いエッチング作用を示すエッチング溶液を使用したり、エッチング温度を高く設定するなどして、高いエッチングレートを適用することができる。したがって、ゲート電極７上の不要な金属層１１をエッチングによって素早く除去することができる。
【００２９】
続いて、保護材１１を溶解し得る有機溶剤中に支持基板４全体を浸漬させることにより、図４（Ｄ）に示すように、それまで電子放出部９を被覆していた保護材１１を有機溶剤により溶解して除去する。有機溶剤としては、例えば、ＣＨ3ＣＯＣＨ3（製品名；アセトン）溶液を用いることができる。この有機溶剤によって保護材１１を溶解，除去することにより、高融点金属からなるコーン形状の電子放出部９が開口部８内に露出した状態となる。
【００３０】
以上のような製造工程にしたがってカソード基板１上に複数の電子放出素子が形成される。また、このようにして得られたカソード基板１は、別途製造されたアノード基板２に対し、枠体３及びスペーサ（不図示）を介して対向状態に貼り合わせられる。これにより、平面型表示装置であるＦＥＤの表示パネルが得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明が適用される表示装置の一例としてＦＥＤの表示パネルの構成を示す断面図である。
【図２】本発明が適用される表示装置の一例としてＦＥＤの表示パネルの構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電子放出素子の製造方法を示す工程図（その１）である。
【図４】本発明の実施形態に係る電子放出素子の製造方法を示す工程図（その２）である。
【符号の説明】
【００３２】
１…カソード基板、２…アノード基板、５…カソード電極、６…絶縁層、７…ゲート電極、８…開口部、９…電子放出部、１０…金属層、１１…保護材
【図１】
2005123042.tif 000003
【図２】
2005123042.tif 000004
【図３】
2005123042.tif 000005
【図４】
2005123042.tif 000006