(57)【要約】【課題】  電界放出表示装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】第１基板と、第１基板上に形成されたカソード電極と、カソード電極上に形成され、第１開口を有する導電層と、導電層の上面及び側面を覆うように第１基板上に形成され、第１開口内に位置してカソード電極の一部を露出させる第２開口を有する絶縁層と、絶縁層上に形成され、第２開口と連通される第３開口を有するゲート電極と、第２開口内に露出されたカソード電極上に形成され、互いに所定間隔離隔されるように第２開口の両側エッジに沿って配置されたエミッタと、第１基板と所定間隔で対向するように配置され、その一面にアノード電極と所定パターンの蛍光層とが形成された第２基板と、を備える電界放出表示装置である。そして、カソード電極には、第１基板を露出させるキャビティが形成され、このキャビティは、エミッタ間に配置される。【選択図】            図３
2005340200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
前記第１基板上に形成されたカソード電極と、
前記カソード電極上に形成され、第１開口を有する導電層と、
前記導電層の上面及び側面を覆うように、前記第１基板上に形成され、前記第１開口内に位置して、前記カソード電極の一部を露出させる第２開口を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、前記第２開口と連通される第３開口を有するゲート電極と、
前記第２開口内に露出された前記カソード電極上に形成され、互いに所定間隔離隔されるように、前記第２開口の両側エッジに沿って配置されたエミッタと、
前記第１基板と所定間隔で対向するように配置され、その一面にアノード電極と所定パターンの蛍光層とが形成された第２基板と、を備えることを特徴とする電界放出表示装置。
【請求項２】
前記カソード電極には、前記第１基板を露出させるキャビティが形成され、前記キャビティは、前記エミッタ間に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の電界放出表示装置。
【請求項３】
前記第１開口、第２開口、第３開口及び前記キャビティは、四角形の形状を有することを特徴とする請求項２に記載の電界放出表示装置。
【請求項４】
前記第１開口の幅は、前記第２開口の幅より広く、前記キャビティの幅は、前記第２開口の幅より狭いことを特徴とする請求項３に記載の電界放出表示装置。
【請求項５】
前記エミッタ間の間隔は、前記第２開口の幅より狭く、前記キャビティの幅より広いことを特徴とする請求項４に記載の電界放出表示装置。
【請求項６】
前記第３開口の幅は、前記第２開口の幅と同じであることを特徴とする請求項４に記載の電界放出表示装置。
【請求項７】
前記第３開口の幅は、前記第２開口の幅より広いことを特徴とする請求項４に記載の電界放出表示装置。
【請求項８】
前記導電層は、前記カソード電極の両側エッジそれぞれに沿って、その長手方向に延びつつ、その間に前記第１開口を形成することを特徴とする請求項１に記載の電界放出表示装置。
【請求項９】
前記導電層は、前記カソード電極の両側エッジそれぞれに所定長さほど形成されつつ、その間に前記第１開口を形成することを特徴とする請求項１に記載の電界放出表示装置。
【請求項１０】
前記導電層は、前記カソード電極上に前記第１開口の周りを全部取り囲む形状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電界放出表示装置。
【請求項１１】
前記エミッタは、前記絶縁層の側面に接触されるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電界放出表示装置。
【請求項１２】
前記エミッタは、カーボン系物質から形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電界放出表示装置。
【請求項１３】
前記エミッタは、炭素ナノチューブから形成されたことを特徴とする請求項１２に記載の電界放出表示装置。
【請求項１４】
前記第１、第２及び第３開口は、一つの画素に対してそれぞれ複数個が設けられ、前記複数の第２開口それぞれの内部に前記エミッタが配置されることを特徴とする請求項１に記載の電界放出表示装置。
【請求項１５】
第１基板と、
前記第１基板上に形成されたカソード電極と、
前記カソード電極上に形成され、円形の第１開口を有する導電層と、
前記導電層の上面及び側面を覆うように前記第１基板上に形成され、前記第１開口内に位置して、前記カソード電極の一部を露出させる円形の第２開口を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、前記第２開口と連通される円形の第３開口を有するゲート電極と、
前記第２開口内に露出された前記カソード電極上に形成されたリング状のエミッタと、
前記第１基板と所定間隔で対向するように配置され、その一面にアノード電極と所定パターンの蛍光層とが形成された第２基板と、を備えることを特徴とする電界放出表示装置。
【請求項１６】
前記カソード電極には、前記第１基板を露出させる円形のキャビティが形成され、前記キャビティは、前記エミッタの内側に配置されたことを特徴とする請求項１５に記載の電界放出表示装置。
【請求項１７】
前記第１開口の内径は、前記第２開口の内径より大きく、前記キャビティの内径は、前記第２開口の内径より小さいことを特徴とする請求項１６に記載の電界放出表示装置。
【請求項１８】
前記エミッタの内径は、前記第２開口の内径より小さく、前記キャビティの内径より大きいことを特徴とする請求項１７に記載の電界放出表示装置。
【請求項１９】
前記第３開口の内径は、前記第２開口の内径と同じであることを特徴とする請求項１７に記載の電界放出表示装置。
【請求項２０】
前記第３開口の内径は、前記第２開口の内径より大きいことを特徴とする請求項１７に記載の電界放出表示装置。
【請求項２１】
前記エミッタは、前記絶縁層の側面に接触されるように形成されたことを特徴とする請求項１５に記載の電界放出表示装置。
【請求項２２】
前記エミッタは、カーボン系物質から形成されたことを特徴とする請求項１５に記載の電界放出表示装置。
【請求項２３】
前記エミッタは、炭素ナノチューブから形成されたことを特徴とする請求項２２に記載の電界放出表示装置。
【請求項２４】
前記第１、第２及び第３開口は、一つの画素についてそれぞれ複数個が設けられ、前記複数の第２開口それぞれの内部に前記エミッタが形成されることを特徴とする請求項１５に記載の電界放出表示装置。
【請求項２５】
（Ａ）基板上にカソード電極を形成する工程と、
（Ｂ）前記カソード電極上に前記カソード電極の一部を露出させる第１開口を有する導電層を形成する工程と、
（Ｃ）前記基板上に前記カソード電極及び導電層を覆う絶縁層を形成する工程と、
（Ｄ）前記絶縁層上に前記第１開口より小さなサイズのホールを有する金属物質層を形成する工程と、
（Ｅ）前記ホールを通じて、前記絶縁層をエッチングして前記第１開口内に位置し、前記カソード電極の一部を露出させる第２開口を形成する工程と、
（Ｆ）前記金属物質層をパターニングして、前記第２開口と連通される第３開口を有するゲート電極を形成する工程と、
（Ｇ）前記第２開口を通じて露出された前記カソード電極上にエミッタを形成する工程と、を備えることを特徴とする電界放出表示装置の製造方法。
【請求項２６】
前記（Ａ）工程で、前記カソード電極は、前記基板上に所定厚さの導電性物質を蒸着した後、これをストライプ状にパターニングすることによって形成されることを特徴とする請求項２５に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項２７】
前記（Ａ）工程で、前記カソード電極に前記基板を露出させるキャビティを形成することを特徴とする請求項２５に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項２８】
前記キャビティは、前記第２開口より小さく形成されることを特徴とする請求項２７に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項２９】
前記（Ｂ）工程で、前記導電層は、前記カソード電極上に感光性を有する導電性ペーストを塗布した後、これを露光及び現像によってパターニングすることによって形成されることを特徴とする請求項２５に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項３０】
前記導電性ペーストは、スクリーンプリンティング法によって塗布されることを特徴とする請求項２９に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項３１】
前記（Ｃ）工程で、前記絶縁層は、前記基板上にペースト状態の絶縁物質をスクリーンプリンティング法によって塗布した後、これを所定温度で焼結することによって形成されることを特徴とする請求項２５に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項３２】
前記（Ｄ）工程で、前記金属物質層は、前記絶縁層上に導電性金属物質をスパッタリングによって所定厚さに蒸着することによって形成され、前記ホールは、前記金属物質層を部分的にエッチングすることによって形成されることを特徴とする請求項２５に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項３３】
前記（Ｅ）工程で、前記絶縁層は、前記金属物質層をエッチングマスクとして利用してエッチングされることを特徴とする請求項２５に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項３４】
前記（Ｆ）工程で、前記ゲート電極は、前記金属物質層をストライプ状にパターニングすることによって形成されることを特徴とする請求項２５に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項３５】
前記（Ｇ）工程は、
前記第２開口の内部に感光性を有する炭素ナノチューブペーストを塗布する工程と、
前記基板の後面から光を照射して、前記炭素ナノチューブペーストのうち、前記カソード電極上に位置した部分のみを選択的に露光させる工程と、
前記炭素ナノチューブペーストのうち、露光されていない部分を除去することによって、残存した炭素ナノチューブから形成された前記エミッタを形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項２５に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項３６】
前記基板は、透明ガラス基板から形成され、前記カソード電極は、ＩＴＯから形成されたことを特徴とする請求項３５に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項３７】
前記（Ｇ）工程は、
前記第２開口の内部にホトレジストを塗布した後、これをパターニングして、前記カソード電極の表面にのみ前記ホトレジストを残存させる工程と、
前記第２開口の内部に炭素ナノチューブペーストを塗布する工程と、
前記基板を所定温度で加熱することによって、前記ホトレジストと炭素ナチューブペーストとを熱化学反応させて、前記エミッタを形成する工程と、
前記炭素ナノチューブペーストのうち、化学反応を起こさない部分を除去する工程と、を含むことを特徴とする請求項２５に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項３８】
前記（Ｇ）工程は、
前記カソード電極の表面に触媒金属層を形成する工程と、
前記触媒金属層に炭素を含有したガスを供給して、前記触媒金属層の表面から炭素ナノチューブを垂直成長させることによって、前記エミッタを形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項２５に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項３９】
前記第１開口、第２開口及び第３開口は、四角形に形成されることを特徴とする請求項２５に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項４０】
前記エミッタは、前記第２開口の両側エッジに沿って棒状に形成されることを特徴とする請求項３９に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項４１】
前記第１開口、第２開口及び第３開口は、円形に形成されることを特徴とする請求項２５に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項４２】
前記エミッタは、リング状に形成されることを特徴とする請求項４１に記載の電界放出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、電界放出表示装置に関わり、さらに詳細には、電子ビームフォーカシング特性を向上させることができ、電流密度の低下を防止できる電子放出構造を有する電界放出表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の情報伝達媒体の重要部分である表示装置の代表的な活用分野としては、パソコンのモニター及び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、最近急速に発展しつつある液晶表示装置（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、プラズマ表示装置（ＰＤＰ：Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）及び電界放出表示装置（ＦＥＤ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）のような平板表示装置に大別される。
【０００３】
このような平板表示装置のうち、ＦＥＤは、カソード電極上に一定の間隔で配列されたエミッタに、ゲート電極から強い電場を印加することによって、エミッタから電子を放出させ、この電子をアノード電極の表面に塗布された蛍光物質に衝突させて発光させる表示装置である。このように、冷陰極電子を電子放出源として使用してイメージを形成する装置であるＦＥＤは、電子放出源であるエミッタの材料及び構造などの特性によって、表示装置全体の画質特性が大きく影響を受ける。
【０００４】
初期のＦＥＤでは、前記エミッタとして、主にモリブデン（Ｍｏ）を主材質としてスピント型の金属チップ（または、マイクロチップ）が使われてきた。
【０００５】
しかし、前記金属チップ状のエミッタを有するＦＥＤにおいては、エミッタを配置するためには、極微細なホールが形成されていなければならず、モリブデンを蒸着して、画面全域で均一な金属マイクロチップを形成させねばならないため、製造工程が複雑で高難度の技術を必要とするだけでなく、高コストの装備を使用せねばならないので、製品コストが上昇するという問題点がある。したがって、金属チップ状のエミッタを有するＦＥＤは、大画面化に制約があると指摘されている。
【０００６】
これにより、ＦＥＤの関連業界では、低電圧の駆動条件でも、良質の電子放出が得られ、製造工程も簡略にするために、前記エミッタを平坦な形状に形成させる技術を研究開発しつつある。
【０００７】
従来の技術動向によれば、平坦な形状のエミッタとしては、カーボン系物質、例えば、グラファイト、ダイアモンド、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）、Ｃ６０または炭素ナノチューブ（ＣＮＴ：Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ）が適していると知られており、このうち、特に、ＣＮＴが比較的低い駆動電圧でも、電子放出を円滑にすることができて、ＦＥＤのエミッタとして最も理想的な物質と期待されている。
【０００８】
図１Ａ及び図１Ｂは、従来のＦＥＤの一例を示す図面であって、図１Ａは、部分断面図であり、図１Ｂは、部分平面図である。
【０００９】
図１Ａ及び図１Ｂを共に参照すれば、ＦＥＤは、一般的に、カソード電極１２、アノード電極２２及びゲート電極１４を有する３極管の構造で形成されている。前記カソード電極１２及びゲート電極１４は、背面基板１１上に形成されており、アノード電極２２は、前面基板２１の底面に形成されており、アノード電極２２の底面には、それぞれＲ、Ｇ、Ｂ蛍光体から形成された蛍光層２３とコントラスト向上のためのブラックマトリックス２４とが形成されている。そして、背面基板１１と前面基板２１とは、その間に配置されるスペーサ３１によって、相互間の間隔が維持されるようになっている。このようなＦＥＤは、ほとんど背面基板１１上に、まずカソード電極１２を形成し、その上に微細な開口１５を有する絶縁層１３とゲート電極１４とを積層した後、前記開口１５内に位置するカソード電極１２上にエミッタ１６を配置させる構造を有する。
【００１０】
しかし、前記一般的な３極管構造を有するＦＥＤは、実質的な駆動において、色純度の低下と同時に鮮明な画質を具現し難いという問題点を有している。このような問題点は、前記エミッタ１６から放出される電子のほとんどが、エミッタ１６のエッジ部から放出されるものであり、また、その電子が電子ビーム化して蛍光層２３に向かう時、ゲート電極１４に印加される電圧（数〜数十ボルトの＋電圧）の影響によって電子ビームが広がるにつれて、所望の画素の蛍光体だけでなく、隣接した他の画素の蛍光体まで発光させるためである。
【００１１】
このような問題点を改善するために、一つの画素に対応するエミッタ１６を小面積化して、これを複数個に配置することによって、前記エミッタ１６から放出された電子ビームの広がり現象を最小化させようとする努力があった。しかし、所定のサイズの画素内に、前記複数のエミッタ１６を良好に形成させるには制約があるだけでなく、当該画素の蛍光体を発光させるためのエミッタ１６の全体面積が小さくなるという問題点があり、かつ、電子ビームの集束においても、その効果が十分でないという問題点がある。
【００１２】
一方、前記電子ビームの発散現象を防止するために、図２Ａ及び図２Ｂに示されたように、ゲート電極５３，６３の周囲に電子ビームの集束のための別途の電極５４，６４を配置した構造を有するＦＥＤが提案されたことがある。
【００１３】
その一例として、図２Ａには、ゲート電極５３の周囲にリング状のフォーカシング電極５４を配置して電子ビームをフォーカシングさせる構造を有するＦＥＤが示されており、他の例として、図２Ｂには、下部ゲート電極６３と上部ゲート電極６４とから形成された二重ゲートを利用して、電子ビームをフォーカシングさせる構造を有するＦＥＤが示されている。しかし、このようなＦＥＤは、その構造が複雑になるという短所を有している。また、前記構造は、主にカソード電極５１，６１上に金属マイクロチップ状のエミッタ５２，６２が形成されたＦＥＤに適用されてきたので、このような構造を平板型エミッタを有するＦＥＤに適用する場合には、まだ満足するほどの効果が得られない。
【００１４】
さらに一方、特許文献１には、エミッタが配置される基板側に形成された非絶縁層の厚さと誘電層の厚さとを限定して、電子ビームの発散を減らせしめる電子放出構造が開示されている。しかし、このような電子放出構造は、一つの画素に対応して複数個の孔が形成され、それぞれの孔内に複数の電子放出源が微細構造をなして形成されるにつれて、その構造が非常に複雑で製造し難いだけでなく、空間的にも制約を受ける。したがって、一つの画素に対応するエミッタの数またはその面積を最大化させるのに限界があって、寿命短縮の問題点がもたらされる。
【００１５】
そして、特許文献２、３及び４には、平板型エミッタを有する電子放出構造が開示されており、この電子放出構造は、カソード電極の形状を変更して電子ビームをフォーカシングできるようになっている。しかし、従来の平板型エミッタを有するＦＥＤにおいては、一般的に、エミッタから放出される電流の密度が低下して駆動電圧が高まるという問題点がある。
【特許文献１】米国特許ＵＳ５,５５２,６５９号明細書
【特許文献２】特開２０００−３４８６０２号公報
【特許文献３】特開２００３−１６９０７号公報
【特許文献４】特開２００３−１６９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、前記従来の技術の問題点を解決するために創出されたものであって、特に、電子ビームのフォーカシング特性を向上させることができ、電流密度の低下を防止できる電子放出構造を有するＦＥＤ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記目的を達成するための本発明の一特徴によるＦＥＤは、第１基板と、前記第１基板上に形成されたカソード電極と、前記カソード電極上に形成され、第１開口を有する導電層と、前記導電層の上面及び側面を覆うように前記第１基板上に形成され、前記第１開口内に位置して、前記カソード電極の一部を露出させる第２開口を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記第２開口と連通される第３開口を有するゲート電極と、前記第２開口内に露出された前記カソード電極上に形成され、互いに所定間隔離隔されるように、前記第２開口の両側エッジに沿って配置されたエミッタと、前記第１基板と所定間隔で対向するように配置され、その一面にアノード電極と所定パターンの蛍光層とが形成された第２基板と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
ここで、前記カソード電極には、前記第１基板を露出させるキャビティが形成され、前記キャビティは、前記エミッタ間に配置されたことが望ましい。
【００１９】
本発明において、前記第１開口、第２開口、第３開口及び前記キャビティは、四角形の形状を有することができる。
【００２０】
この場合、前記第１開口の幅は、前記第２開口の幅より広く、前記キャビティの幅は、前記第２開口の幅より狭いことが望ましい。そして、前記エミッタ間の間隔は、前記第２開口の幅より狭く、前記キャビティの幅より広いことが望ましい。また、前記第３開口の幅は、前記第２開口の幅と同じであることもあり、前記第２開口の幅より広いこともある。
【００２１】
本発明において、前記導電層は、前記カソード電極の両側エッジそれぞれに沿ってその長手方向に延びつつ、その間に前記第１開口を形成できる。
【００２２】
一方、前記導電層は、前記カソード電極の両側エッジそれぞれに所定長さほど形成されつつ、その間に前記第１開口を形成することもある。
【００２３】
さらに一方、前記導電層は、前記カソード電極上に前記第１開口の周りを全部取り囲む形状に形成される。
【００２４】
そして、前記目的を達成するための本発明の他の特徴によるＦＥＤは、第１基板と、前記第１基板上に形成されたカソード電極と、前記カソード電極上に形成され、円形の第１開口を有する導電層と、前記導電層の上面及び側面を覆うように前記第１基板上に形成され、前記第１開口内に位置して前記カソード電極の一部を露出させる円形の第２開口を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記第２開口と連通される円形の第３開口を有するゲート電極と、前記第２開口内に露出された前記カソード電極上に形成されたリング状のエミッタと、前記第１基板と所定間隔で対向するように配置され、その一面にアノード電極と所定パターンの蛍光層とが形成された第２基板と、を備えることを特徴とする。
【００２５】
ここで、前記カソード電極には、前記第１基板を露出させる円形のキャビティが形成され、前記キャビティは、前記エミッタの内側に配置されたことが望ましい。
【００２６】
本発明において、前記第１開口の内径は、前記第２開口の内径より大きく、前記キャビティの内径は、前記第２開口の内径より小さいことが望ましい。そして、前記エミッタの内径は、前記第２開口の内径より小さく、前記キャビティの内径より大きいことが望ましい。また、前記第３開口の内径は、前記第２開口の内径と同じであることもあり、前記第２開口の内径より大きいこともある。
【００２７】
本発明において、前記エミッタは、前記絶縁層の側面に接触されるように形成されたことが望ましい。そして、前記エミッタは、カーボン系物質、例えば、ＣＮＴから形成されたことが望ましい。
【００２８】
本発明において、前記第１、第２及び第３開口は、一つの画素についてそれぞれ複数個が設けられ、前記複数の第２開口それぞれの内部に、前記エミッタが配置される。
【００２９】
そして、前記目的を達成するための本発明によるＦＥＤの製造方法は、（Ａ）基板上にカソード電極を形成する工程と、（Ｂ）前記カソード電極上に前記カソード電極の一部を露出させる第１開口を有する導電層を形成する工程と、（Ｃ）前記基板上に前記カソード電極と導電層とを覆う絶縁層を形成する工程と、（Ｄ）前記絶縁層上に前記第１開口より小さなサイズのホールを有する金属物質層を形成する工程と、（Ｅ）前記ホールを通じて前記絶縁層をエッチングして前記第１開口内に位置し、前記カソード電極の一部を露出させる第２開口を形成する工程と、（Ｆ）前記金属物質層をパターニングして、前記第２開口と連通される第３開口を有するゲート電極を形成する工程と、（Ｇ）前記第２開口を通じて露出された前記カソード電極上にエミッタを形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００３０】
本発明において、前記（Ａ）工程で、前記カソード電極は、前記基板上に所定厚さの導電性物質を蒸着した後、これをストライプ状にパターニングすることによって形成される。
【００３１】
前記（Ａ）工程で、前記カソード電極に、前記基板を露出させるキャビティを形成できる。この場合、前記キャビティは、前記第２開口より小さく形成されることが望ましい。
【００３２】
前記（Ｂ）工程で、前記導電層は、前記カソード電極上に感光性を有する導電性ペーストを塗布した後、これを露光及び現像によってパターニングすることによって形成される。この場合、前記導電性ペーストは、スクリーンプリンティング法によって塗布される。
【００３３】
前記（Ｃ）工程で、前記絶縁層は、前記基板上にペースト状態の絶縁物質をスクリーンプリンティング法によって塗布した後、これを所定温度で焼結することによって形成される。
【００３４】
前記（Ｄ）工程で、前記金属物質層は、前記絶縁層上に導電性金属物質をスパッタリングによって所定厚さに蒸着することによって形成され、前記ホールは、前記金属物質層を部分的にエッチングすることによって形成される。
【００３５】
前記（Ｅ）工程で、前記絶縁層は、前記金属物質層をエッチングマスクとして利用してエッチングされる。
【００３６】
前記（Ｆ）工程で、前記ゲート電極は、前記金属物質層をストライプ状にパターニングすることによって形成される。
【００３７】
前記（Ｇ）工程は、前記第２開口の内部に感光性を有するＣＮＴペーストを塗布する工程と、前記基板の後面から光を照射して、前記ＣＮＴペーストのうち、前記カソード電極上に位置した部分のみを選択的に露光させる工程と、前記ＣＮＴペーストのうち、露光されない部分を除去することによって、残存したＣＮＴから形成された前記エミッタを形成する工程と、を含むことができる。
【００３８】
この場合、前記基板は、透明ガラス基板から形成され、前記カソード電極は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）から形成される。
【００３９】
一方、前記（Ｇ）工程は、前記第２開口の内部にホトレジストを塗布した後、これをパターニングして、前記カソード電極の表面にのみ前記ホトレジストを残存させる工程と、前記第２開口の内部にＣＮＴペーストを塗布する工程と、前記基板を所定温度で加熱することによって、前記ホトレジストとＣＮＴペーストとを熱化学反応させて、前記エミッタを形成する工程と、前記ＣＮＴペーストのうち、化学反応を起こさない部分を除去する工程と、を含むことができる。
【００４０】
さらに一方、前記（Ｇ）工程は、前記カソード電極の表面に触媒金属層を形成する工程と、前記触媒金属層に炭素を含有したガスを供給して、前記触媒金属層の表面からＣＮＴを垂直成長させることによって、前記エミッタを形成する工程と、を含むことができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によるＦＥＤによれば、開口の両側エッジに沿って配置された平板型エミッタとエミッタの両側の外側に配置された導電層によって、エミッタから放出された電子ビームのフォーカシング特性が向上して画像の色純度が高まり、これにより、高画質の画像を具現できる。
【００４２】
そして、本発明によるＦＥＤによれば、カソード電極に形成されたキャビティによって、エミッタの周囲に形成される電界の等電位線がエミッタを取り囲むように形成される。このような電界の影響で電流密度が増加するので、画像の輝度が向上する。
【００４３】
また、導電性金属ペーストから形成された導電層が絶縁層によって完全に覆われるので、エッチング工程によって絶縁層に開口を形成する時、導電層がエッチング液の影響を受けて損傷されるという問題点を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明によるＦＥＤの望ましい実施形態を詳細に説明する。以下の図面で、同じ参照符号は、同じ構成要素を表す。
【００４５】
図３は、本発明の望ましい第１実施形態によるＦＥＤの構造を示す部分断面図であり、図４は、図３に示されたＦＥＤにおいて、背面基板上に形成された構成要素の配置構造を示す部分平面図である。
【００４６】
図３及び図４を共に参照すれば、本発明によるＦＥＤは、所定間隔で相互対向するように配置された二つの基板、すなわち、通常的に背面基板と称す第１基板１１０と前面基板と称す第２基板１２０とを備える。前記背面基板１１０及び前面基板１２０は、これらの間に設置されたスペーサ１３０によってその間隔が維持される。このような背面基板１１０及び前面基板１２０としては、通常的にガラス基板が使われる。
【００４７】
前記背面基板１１０上には、電界放出をなすことができる構成が設けられ、前記前面基板１２０には、電界放出によって放出された電子によって所定の画像を具現できる構成が設けられる。
【００４８】
具体的には、前記背面基板１１０上には、所定のパターン、例えば、ストライプ状に互いに所定間隔で配列された複数のカソード電極１１１が形成される。前記カソード電極１１１は、導電性金属物質または透明な導電性物質、例えば、ＩＴＯから形成される。前記カソード電極１１１をなす物質は、後述する製造方法で説明されるように、エミッタ１１５の形成方法によって変わる。
【００４９】
そして、前記カソード電極１１１には、前記背面基板１１０を露出させるキャビティ１１１ａが形成されることが望ましい。前記キャビティ１１１ａは、エミッタ１１５の間に配置される。このようなキャビティ１１１ａは、各画素１２５に対応して一つずつ形成され、画素１２５の形状に相応する縦長型の形状、すなわち、前記カソード電極１１１の長手方向（Ｙ方向）にさらに長い四角形の形状を有することができる。
【００５０】
前記カソード電極１１１上には、このカソード電極１１１と電気的に連結される導電層１１２が形成される。前記導電層１１２は、導電性金属ペーストを使用して、約２〜５μｍほどの厚さを有するように形成される。そして、この導電層１１２には、カソード電極１１１の一部を露出させる第１開口１１２ａが形成される。前記第１開口１１２ａは、各画素１２５に対応して一つずつ形成され、画素１２５の形状に相応する縦長型の形状、すなわち、前記カソード電極１１１の長手方向（Ｙ方向）にさらに長い四角形の形状を有することができる。前記カソード電極１１１に、前述したように、キャビティ１１１ａが形成された場合には、前記第１開口１１２ａは、前記キャビティ１１１ａの幅ＷＣより広い幅Ｗ１を有する。
【００５１】
前記カソード電極１１１と導電層１１２とが形成されている前記背面基板１１０上には、絶縁層１１３が形成される。この絶縁層１１３は、図３に示されたように、前記導電層１１２の上面及び側面を覆うように形成される。このような絶縁層１１３は、例えば、ペースト状態の絶縁物質を使用して、約１０〜２０μｍほどの厚さを有するように形成される。そして、この絶縁層１１３には、前記第１開口１１２ａ内に位置して前記カソード電極１１１の一部を露出させる第２開口１１３ａが形成される。前記第２開口１１３ａは、第１開口１１２ａと同様に、前記カソード電極１１１の長手方向（Ｙ方向）にさらに長い四角形の形状を有し、その幅Ｗ２は、第１開口１１２ａの幅Ｗ１より狭く形成される。このように、前記導電層１１２は、絶縁層１１３によって完全に覆われて、第２開口１１３ａを通じて全く露出されない。したがって、絶縁層１１３に第２開口１１３ａを形成する時、前記導電層１１２は、エッチング液に全く影響を受けない。これについては、後述する。
【００５２】
前記絶縁層１１３上には、所定のパターン、例えば、ストライプ状に互いに所定間隔で配列された複数のゲート電極１１４が形成される。前記ゲート電極１１４は、前記カソード電極１１１の長手方向（Ｙ方向）に直交する方向（Ｘ方向）に延びる。このようなゲート電極１１４は、導電性のある金属、例えば、Ｃｒから形成され、ほぼ数千Åほどの厚さを有することができる。そして、前記ゲート電極１１４には、前記第２開口１１３ａと連通される第３開口１１４ａが形成される。前記第３開口１１４ａは、前記第２開口１１３ａと同じ形状を有し、その幅Ｗ３も、第２開口１１３ａの幅Ｗ２と同一に形成される。
【００５３】
前記第２開口１１３ａ内に露出された前記カソード電極１１１上には、エミッタ１１５が形成される。前記エミッタ１１５は、前記導電層１１２より薄くて平坦な形態に形成される。このエミッタ１１５は、カソード電極１１１とゲート電極１１４との間に印加される電圧によって形成される電界によって電子を放出する役割を行う。本発明では、このようなエミッタ１１５として、カーボン系物質、例えば、グラファイト、ダイアモンド、ＤＬＣ、Ｃ６０またはＣＮＴを使用する。特に、前記エミッタ１１５として、比較的低い駆動電圧でも、電子放出を円滑に行えるＣＮＴを使用することが望ましい。
【００５４】
そして、本実施形態において、前記エミッタ１１５は、互いに所定間隔離隔されるように、前記第２開口１１３ａの両側エッジに沿って配置される。すなわち、一つの第２開口１１３ａ内に、二つのエミッタ１１５が配置され、このエミッタ１１５は、前記第２開口１１３ａの両側の絶縁層１１３の側面に接触された状態で、第２開口１１３ａの長手方向（Ｙ方向）に互いに平行に延びた棒状を有する。したがって、従来に比べて、エミッタ１１５の面積が広がることができるので、長時間駆動時にも、その寿命についての信頼性を確保できる。そして、前述したように、前記エミッタ１１５の間にキャビティ１１１ａが配置される場合には、前記エミッタ１１５間の間隔Ｄは、前記第２開口１１３ａの幅Ｗ２より狭く、前記キャビティ１１１ａの幅ＷＣより広く形成される。
【００５５】
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃには、前記カソード電極１１１上に形成された導電層１１２の３つの形態が示されている。
【００５６】
まず、図５Ａを参照すれば、前記導電層１１２は、前記カソード電極１１１の両側エッジそれぞれに沿って、その長手方向に延びるように形成される。この場合、前記第１開口１１２ａは、カソード電極１１１の両側に形成された導電層１１２間に形成される。そして、前記エミッタ１１５は、前記第２開口１１３ａの両側の絶縁層１１３の側面それぞれに接触された状態で、カソード電極１１１の長手方向に所定長さほど形成される。また、前記カソード電極１１１に形成されるキャビティ１１１ａは、前記エミッタ１１５の間にエミッタ１１５の長さと同一に形成される。
【００５７】
次いで、図５Ｂを参照すれば、前記導電層１１２は、前記カソード電極１１１の両側エッジそれぞれに所定長さほど形成されつつ、その間に前記第１開口１１２ａを形成することもある。この場合、前記導電層１１２は、前記エミッタ１１５の長さと同一に形成される。
【００５８】
そして、図５Ｃを参照すれば、前記導電層１１２は、前記カソード電極１１１上に前記第１開口１１２ａの周りを取り囲む形状に形成されることもある。この場合、前記第１開口１１２ａは、４面が何れも前記導電層１１２によって限定される。
【００５９】
また、図３及び図４を共に参照すれば、前記前面基板１２０の一面、すなわち、背面基板１１０に対向する底面には、アノード電極１２１が形成され、このアノード電極１２１の表面には、Ｒ、Ｇ、Ｂ蛍光体から形成された蛍光層１２２が形成される。前記アノード電極１２１は、前記蛍光層１２２から発散される可視光が透過されるように透明な導電性物質、例えば、ＩＴＯから形成される。前記蛍光層１２２は、前記カソード電極１１１の長手方向（Ｙ方向）に沿って長く拡張された縦長型のパターンを有する。
【００６０】
そして、前記前面基板１２０の底面には、コントラスト向上のために、前記蛍光層１２２の間にブラックマトリックス１２３が形成される。
【００６１】
また、前記蛍光層１２２及びブラックマトリックス１２３の表面には、金属薄膜層１２４が形成される。前記金属薄膜層１２４は、主にアルミニウムから形成され、エミッタ１１５から放出された電子が容易に透過できるように、数百Åほどに薄い。このような金属薄膜層１２４は、輝度を向上させる機能を行う。すなわち、前記蛍光層１２２のＲ、Ｇ、Ｂ蛍光体がエミッタ１１５から放出された電子ビームによって励起されて可視光を発散する時、この可視光が前記金属薄膜層１２４によって反射されるので、ＦＥＤから出射される可視光の光量が増加して輝度が向上する。
【００６２】
一方、前記前面基板１２０に、金属薄膜層１２４が設けられた場合には、前記アノード電極１２１を形成しないことがある。これは、前記金属薄膜層１２４が導電性を有するので、ここに、電圧を印加すれば、金属薄膜層１２４がアノード電極の役割に代えられるためである。
【００６３】
前記のように構成された背面基板１１０及び前面基板１２０は、互いに所定間隔で前記エミッタ１１５と蛍光層１２２とが対向するように配置され、その周りに塗布されるシーリング物質（図示せず）によって互いに封着される。このとき、前述したように、背面基板１１０と前面基板１２０との間には、これら間の間隔を維持させるためのスペーサ１３０が設置される。
【００６４】
以下では、前記のように構成された本発明によるＦＥＤの作用を説明する。
【００６５】
本発明によるＦＥＤにおいて、前記カソード電極１１１、ゲート電極１１４及びアノード電極１２１に所定の電圧が印加されれば、前記電極１１１，１１４，１２１の間に電界が形成されつつ、前記エミッタ１１５から電子が放出される。このとき、前記カソード電極１１１には、０〜数十ボルトの−電圧、前記ゲート電極１１４には、数〜数十ボルトの＋電圧、前記アノード電極１２１には、数百〜数千ボルトの＋電圧が印加される。そして、前記導電層１１２は、カソード電極１１１の上面に接触されているので、前記導電層１１２にも、カソード電極１１１と同じ電圧が同時に印加される。前記エミッタ１１５から放出された電子は、電子ビーム化して前記アノード電極１２１へ誘導されて前記蛍光層１２２に衝突する。これにより、前記蛍光層１２２のＲ、Ｇ、Ｂ蛍光体が励起されて可視光を発散する。
【００６６】
前記のような本発明によるＦＥＤの作用において、前記第２開口１１３ａの両側にそれぞれ配置されたエミッタ１１５によれば、このエミッタ１１５から放出された電子によって形成された電子ビームが広く広がらずに集束される効果がある。また、前記エミッタ１１５の両側の外側に、エミッタ１１５より高い導電層１１２が形成されるので、この導電層１１２が形成する電界によって電子ビームの集束がさらに効率的になされる。
【００６７】
そして、前記カソード電極１１１にキャビティ１１１ａを形成すれば、電界の等電位線がエミッタ１１５を取り囲むように形成される。このような電界の影響で電流密度が増加し、これにより、画像の輝度が上昇して、駆動電圧を低めることができる。また、前記キャビティ１１１ａの幅ＷＣを調節することによって、電子ビームをさらに効果的に集束させることができるので、電流密度のピークを当該画素内に正確に位置させることができる。
【００６８】
前記のように、本発明によるＦＥＤによれば、エミッタ１１５から放出された電子ビームのフォーカシング特性が向上し、電流密度が高まり、電流密度のピークが当該画素内に正確に位置するので、画像の色純度が高まり、画像の輝度が向上して、結果的に、高画質の画像を具現できる。
【００６９】
前記のような本発明によるＦＥＤの長所については、後でシミュレーション結果を参照しつつ再び説明する。
【００７０】
図６は、図３に示された本発明の第１実施形態によるＦＥＤの変形例を示す部分断面図である。
【００７１】
図６を参照すれば、前記ゲート電極１１４に形成される第３開口１１４ａは、その幅Ｗ３が前記絶縁層１１３に形成される第２開口１１３ａの幅Ｗ２より広く形成される。このように、前記第３開口１１４ａの幅Ｗ３が前記第２開口１１３ａの幅Ｗ２より広くなれば、前記カソード電極１１１と前記ゲート電極１１４との距離を遠くできるので、耐電圧特性が向上するという長所を有する。
【００７２】
以下では、本発明の他の実施形態野について説明する。
【００７３】
図７は、本発明の第２実施形態によるＦＥＤの構造を示す部分平面図である。本発明の第２実施形態によるＦＥＤの断面構造は、図４に示された第１実施形態によるＦＥＤの断面構造と同じであるので、その図示は省略する。
【００７４】
図７に示されたように、本実施形態においては、一つの画素２２５について、導電層２１２に形成された第１開口２１２ａと、絶縁層２１３に形成された第２開口２１３ａと、ゲート電極２１４に形成された第３開口２１４ａとが、それぞれ複数個、例えば、２個が設けられる。そして、前記複数の第２開口２１３ａそれぞれの内部にエミッタ２１５が形成される。前記エミッタ２１５は、前述した第１実施形態のように、前記第２開口２１３ａ内に露出されたカソード電極２１１上に形成され、互いに所定間隔離隔されるように、第２開口２１３ａの両側エッジに沿って配置される。
【００７５】
そして、本実施形態においても、カソード電極２１１にキャビティ２１１ａが形成され、このキャビティ２１１ａも一つの画素２２５について、複数個、例えば、２個が設けられる。
【００７６】
本実施形態において、前記構成を除外した他の構成は、前述した第１実施形態と同一であるので、その説明は省略する。また、本実施形態においても、図６に示された変形例が適用される。
【００７７】
図８は、本発明の第３実施形態によるＦＥＤの構造を示す部分平面図である。本発明の第３実施形態によるＦＥＤの断面構造も、図４に示された第１実施形態によるＦＥＤの断面構造と同一であるので、その図示は省略する。
【００７８】
図８に示されたように、本実施形態においては、導電層３１２に形成された第１開口３１２ａと、絶縁層３１３に形成された第２開口３１３ａと、ゲート電極３１４に形成された第３開口３１４ａとが、何れも円形の形状を有する。前記第２開口３１３ａの内径Ｄ２は、前記第１開口３１２ａの内径Ｄ１より小さく形成される。そして、前記第３開口３１４ａの内径Ｄ３は、前記第２開口３１３ａの内径Ｄ２と同一に形成される。
【００７９】
前記第２開口３１３ａ内に露出された前記カソード電極３１１上には、リング状のエミッタ３１５が形成される。そして、前記エミッタ３１５は、その外周面が前記絶縁層３１３の側面に接触されるように形成される。前記エミッタ３１５の内径ＤＥは、前記第２開口３１３ａの内径Ｄ２より小さく形成される。このようなエミッタ３１５は、前述した第１実施形態のように、カーボン系物質、例えば、ＣＮＴから形成される。
【００８０】
そして、本実施形態においても、前記カソード電極３１１には、背面基板（図示せず）を露出させる円形のキャビティ３１１ａが形成され、このキャビティ３１１ａは、前記リング状のエミッタ３１５の内側に配置される。したがって、前記キャビティ３１１ａの内径ＤＣは、前記第２開口３１３ａの内径Ｄ２及び前記エミッタ３１５の内径ＤＥそれぞれより小さく形成される。
【００８１】
また、本実施形態によるＦＥＤにおいては、前記第１開口３１２ａ、第２開口３１３ａ及び第３開口３１４ａは、一つの画素３２５について、それぞれ複数個が設けられる。そして、前記複数の第２開口３１３ａそれぞれの内部に、前記リング状のエミッタ３１５が形成される。
【００８２】
本実施形態において、前記構成を除外した他の構成は、前述した第１実施形態と同一であるので、その説明は省略する。
【００８３】
そして、本実施形態においても、図６に示された変形例が適用される。すなわち、ゲート電極３１４に形成される前記第３開口３１４ａは、その内径Ｄ３が絶縁層３１３に形成される前記第２開口３１３ａの内径Ｄ２より大きく形成される。
【００８４】
以下では、前記構成を有する本発明によるＦＥＤの製造方法を説明する。後述される製造方法は、図３に示されたＦＥＤを基準として説明されるが、この製造方法は、図６ないし図８に示されたＦＥＤについても適用される。
【００８５】
図９Ａないし図９Ｈは、本発明によるＦＥＤの製造方法を工程的に示す断面図である。
【００８６】
まず、図９Ａに示されたように、基板１１０を準備した後、この基板１１０上にカソード電極１１１を形成する。ここで、前記基板１１０としては、後述する後面露光のために透明基板、例えば、ガラス基板が使われる。そして、前記カソード電極１１１も、前記のような理由で透明な導電性物質、例えば、ＩＴＯから形成される。具体的に、前記カソード電極１１１は、ガラス基板１１０上にＩＴＯを所定厚さ、例えば、数百Å〜数千Åほどの厚さに蒸着した後、これをストライプ状にパターニングすることによって形成される。このとき、ＩＴＯのパターニングは、ホトレジストの塗布、露光及び現像によるエッチングマスクの形成と、このエッチングマスクを利用したＩＴＯのエッチングのような、公知の物質層のパターニング方法によって行われる。
【００８７】
そして、前記カソード電極１１１の形成過程中に、カソード電極１１１に所定形状のキャビティ１１１ａを形成できる。前記キャビティ１１１ａは、前記ＩＴＯのパターニングによって、カソード電極１１１と同時に形成される。このとき、前記キャビティ１１１ａは、図４に示されたように、カソード電極１１１の長手方向（Ｙ方向）にさらに長い四角形の形状を有するように形成される。
【００８８】
一方、図８に示されたＦＥＤを製造する場合には、カソード電極に円形のキャビティが形成される。
【００８９】
次いで、図９Ｂに示されたように、前記カソード電極１１１上に、カソード電極１１１と電気的に連結される導電層１１２を形成する。具体的には、前記導電層１１２は、カソード電極１１１上に、感光性を有する導電性ペーストをスクリーンプリンティング法によって、所定厚さ、例えば、約２〜５μｍほどの厚さに塗布した後、これを露光及び現像によって、所定形態にパターニングすることによって形成される。このとき、前記導電層１１２に、カソード電極１１１の一部を露出させる第１開口１１２ａを形成する。前記導電層１１２と第１開口１１１ａとは、図５Ａないし図５Ｃに示された形態に形成され、この場合、前記第１開口１１２ａは、前記キャビティ１１１ａの幅より十分に広く形成される。
【００９０】
一方、図８に示されたように、第１開口は、円形に形成され、この場合、第１開口は、キャビティの直径より十分に大きく形成される。
【００９１】
図９Ｃは、図９Ｂの結果物上に絶縁層１１３を形成した状態を示す図面である。
【００９２】
図９Ｃを参照すれば、前記カソード電極１１１と導電層１１２とが形成されている基板１１０上に、例えば、ペースト状態の絶縁物質をスクリーンプリンティング法によって塗布した後、所定温度で焼結することによって、約１０〜２０μｍほどの厚さを有する絶縁層１１３を形成する。
【００９３】
次いで、図９Ｄに示されたように、前記絶縁層１１３上に金属物質層１１４’を形成する。前記金属物質層１１４’は、以後にゲート電極１１４を形成するものであって、導電性のある金属、例えば、Ｃｒをスパッタリングによって、約数千Åほどの厚さに蒸着することによって形成される。次いで、前記金属物質層１１４’にホール１１７を形成する。前記ホール１１７は、ホトレジストの塗布、露光及び現像によるエッチングマスクの形成と、このエッチングマスクを利用した金属物質層１１４’の部分的エッチングとによって形成される。このとき、前記ホール１１７は、前記導電層１１２に形成された第１開口１１２ａに対応する位置に形成され、第１開口１１２ａの幅より狭い四角形の形状に形成される。
【００９４】
一方、図８に示されたように、第１開口が円形に形成される場合には、前記ホールも第１開口の直径より小さな円形に形成される。
【００９５】
次いで、前記ホール１１７を通じて露出された絶縁層１１３を、金属物質層１１４’をエッチングマスクとして利用して、カソード電極１１１が露出されるまでエッチングする。
【００９６】
それにより、図９Ｅに示されたように、前記絶縁層１１３には、第１開口１１２ａ内に位置して前記カソード電極１１１の一部を露出させる四角形の第２開口１１３ａが形成される。結果的に、前記導電層１１２は、絶縁層１１３によって、その上面及び側面が完全に覆われており、第２開口１１３ａを通じて外部に全く露出されない。したがって、絶縁層１１３に第２開口１１３ａを形成する時、導電性金属ペーストから形成された導電層１１２は、エッチング液に全く影響を受けないので、エッチング液によって導電層１１２が損傷される問題点は発生しない。
【００９７】
一方、図８に示されたＦＥＤを製造するために、ホールを円形に形成した場合には、絶縁層に形成される第２開口も円形の形状を有する。
【００９８】
次いで、金属物質層１１４’をストライプ状にパターニングしてゲート電極１１４を形成する。金属物質層１１４’のパターニングは、前記のような一般的な物質層のパターニング方法を利用できる。このとき、前記ゲート電極１１４に第３開口１１４ａを形成する。前記第３開口１１４ａは、第２開口１１３ａと同じ形状に第２開口１１３ａと連通されるように形成される。そして、前記第３開口１１４ａは、第２開口１１３ａの幅と同一であるか、またはさらに広く形成される。
【００９９】
図９Ｆないし図９Ｈは、カソード電極１１１上にエミッタ１１５を形成する方法を工程的に示す図面である。
【０１００】
まず、図９Ｆに示されたように、図９Ｅの結果物の全面に感光性を有するＣＮＴペースト１１８を、スクリーンプリンティング法によって塗布する。このとき、第２開口１１３ａ内にＣＮＴペースト１１８を完全に充填させる。
【０１０１】
次いで、図９Ｇに示されたように、基板１１０の後面から光、例えば、紫外線（ＵＶ）を照射してカソード電極１１１上に形成されたＣＮＴペースト１１８のみを選択的に露光させる。このとき、露光量を調節すれば、ＣＮＴペースト１１８の露光深さが制御される。
【０１０２】
一方、前記後面露光の代りに、別途のホトマスクを使用して、基板１１０の前面から露光が行われることもある。
【０１０３】
次いで、露光されていないＣＮＴペースト１１８を除去すれば、図９Ｈに示されたように、露光されたＣＮＴペーストのみが残ってＣＮＴエミッタ１１５を形成する。結果的に、前記エミッタ１１５は、第２開口１１３ａ内に露出されたカソード電極１１１上に形成され、互いに所定間隔離隔されるように第２開口１１３ａの両側エッジに沿って配置される。そして、前記エミッタ１１５は、前記導電層１１２より薄い厚さ、例えば、０.５〜４μｍほどの厚さを有し、平坦な形態に形成される。
【０１０４】
一方、図８に示されたように、第２開口が円形に形成された場合には、エミッタをリング状に形成する。
【０１０５】
図１０Ａないし図１０Ｃは、本発明によるＦＥＤの他の製造方法を工程的に示す断面図である。
【０１０６】
後述される製造方法は、エミッタ形成工程を除いては、前述した製造方法とほぼ同一である。したがって、本製造方法にあっても、図９Ａないし図９Ｅに示された工程を経る。但し、本製造方法は、後面露光を利用しないので、基板１１０とカソード電極１１１とが透明である必要はない。すなわち、本製造方法においては、基板１１０として、ガラス基板だけでなく、他の加工性の良好な基板、例えば、シリコン基板またはプラスチック基板が使用され、カソード電極１１１として、ＩＴＯだけでなく、不透明な導電性金属物質が使用される。
【０１０７】
本製造方法においては、図９Ａないし図９Ｅに示された工程を経た後、図１０Ａに示されたように、第２開口１１３ａを通じて露出されたカソード電極１１１の表面にホトレジスト１１９を塗布する。具体的に、第２開口１１３ａ内にホトレジスト１１９を塗布した後、これをパターニングして、カソード電極１１１の表面のうち、エミッタ１１５が位置する部分の表面にのみホトレジスト１１９を残存させる。
【０１０８】
次いで、図１０Ｂに示されたように、図１０Ａの結果物の全面にＣＮＴペースト１１８を、スクリーンプリンティング法によって塗布する。このとき、第２開口１１３ａ内にＣＮＴペースト１１８を完全に充填させる。次いで、前記基板１１０を所定温度、例えば、約８０℃以上の温度で加熱する。それにより、ホトレジスト１１９とＣＮＴペースト１１８とが熱的な化学反応を起こして、ＣＮＴエミッタ１１５を形成する。
【０１０９】
次いで、化学反応を起こさないＣＮＴペースト１１８を除去すれば、図１０Ｃに示されたように、カソード電極１１１の表面に所定厚さを有するＣＮＴエミッタ１１５が形成される。
【０１１０】
一方、前記ＣＮＴエミッタ１１５は、さらに他の方法で形成される。すなわち、図１０Ａに示された工程で、カソード電極１１１の表面のうち、エミッタ１１５が位置する部分の表面に、ホトレジスト１１９の代りに、ＮｉまたはＦｅから形成された触媒金属層を形成した後、この触媒金属層にＣＨ４、Ｃ２Ｈ２またはＣＯ２のような炭素を含有したガスを供給して、触媒金属層の表面からＣＮＴを垂直成長させることによって、前記エミッタ１１５を形成することもある。
【０１１１】
以下では、従来のＦＥＤと本発明によるＦＥＤとにおける電子ビームの放出についてのシミュレーション結果を説明する。
【０１１２】
本シミュレーションで、従来のＦＥＤとしては、図１に示された構造のＦＥＤが使われた。一方、本発明の第１、第２及び第３実施形態によるＦＥＤは、ほぼ同じ断面構造を有するので、これによる電子ビームの放出特性もほぼ類似している。したがって、図３に示された本発明の第１実施形態によるＦＥＤを基準として、電子ビームの放出についての本シミュレーションが実施された。
【０１１３】
そして、本シミュレーションの前に、本シミュレーションに必要なＦＥＤの各構成要素の設計値が設定された。例えば、ＦＥＤの画面が１６：９の縦横比を有し、その対角線長さが３８インチである時、ＨＤ級の画質を具現するために、水平解像度を１２８０ラインに設計する場合、Ｒ、Ｇ、Ｂトリオピッチは、０.６９ｍｍほどに設定される。
【０１１４】
この場合、絶縁層の高さは１０〜２０μｍ、導電層の高さは２〜５μｍ、導電層に形成される第１開口の幅Ｗ１は７０〜９０μｍ、絶縁層に形成される第２開口の幅Ｗ２は６０〜８０μｍ、ゲート電極に形成される第３開口の幅Ｗ３は６０〜９０μｍほどに設定することが適切であり、カソード電極に形成されるキャビティの幅ＷＣは１０〜３０μｍほどに設定することが適切である。
【０１１５】
しかし、前記で限定された各構成要素の寸法は、ＦＥＤの画面のサイズ、縦横比及び解像度などの前提条件によって変わることは明らかである。
【０１１６】
図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、図１に示された従来のＦＥＤにおける電子ビームの放出についてのシミュレーション結果を示す図面である。
【０１１７】
まず、図１１Ａを参照すれば、エミッタから放出された電子ビームが蛍光層側に進みつつ、次第に広く発散されるということが分かる。
【０１１８】
図１１Ｂで、縦軸は、電流密度を表すが、図１１Ｂを参照すれば、電流密度のピークが画素のエッジ部位に位置するということが分かる。これは、前述したように、電子が主にエミッタのエッジ部から放出されるためである。このように、画素の中心部位における電流密度が低ければ、その画素の蛍光体が十分に励起できず、輝度が低下する。
【０１１９】
結果的に、図１１Ｃに示されたように、蛍光層に到達した電子ビームのスポットのサイズが、画素のサイズより大きくなって、電子ビームが、当該画素だけでなく、隣接した他の画素まで侵犯する。特に、エミッタが開口内の正確な位置に形成されていないか、または前面基板と背面基板とを封着する時に正確な整列がなされていない場合には、電流密度のピークが当該画素のエッジ部位にさらに偏るか、またはその画素からはずれて電子ビームが他の画素の蛍光体まで励起させるので、色純度が甚だしく低下する。
【０１２０】
このように、図１に示された構造を有する従来のＦＥＤにおいては、色純度の低下と同時に、鮮明な画質を具現し難いという短所がある。
【０１２１】
図１２Ａ、図１２Ｂ及び図１２Ｃは、図３に示された本発明によるＦＥＤにおける電子ビームの放出についてのシミュレーション結果を示す図面である。
【０１２２】
このシミュレーション結果、図１２Ａを参照すれば、第２開口の両側エッジに沿って配置されたエミッタから放出された電子ビームが、導電層によって形成された電界の影響を受けて蛍光層側に進みつつ、広く広がらずに集束されていることが分かる。特に、カソード電極に形成されたキャビティによって、エミッタの周囲に形成された電界の等電位線がエミッタを取り囲むように形成されており、これにより、エミッタから放出された電子ビームがさらに効果的に集束されていることが分かる。
【０１２３】
そして、図１２Ｂを参照すれば、電流密度のピークが当該画素内に位置することが分かり、画素の中心部位における電流密度も非常に高いということが分かる。
【０１２４】
結果的に、図１２Ｃに示されたように、蛍光層に到達した電子ビームのスポットサイズは、従来に比べてはなはだしく小さくなり、これにより、電子ビームが隣接した他の画素に侵犯する従来の問題点が防止される。
【０１２５】
前記のように、本発明によるＦＥＤによれば、電子ビームのフォーカシング特性がさらに向上し、電流密度の向上と共に、電流密度のピークが当該画素内に正確に位置することによって、色純度と輝度とがさらに向上する。
【０１２６】
図１３Ａ、図１３Ｂ及び図１３Ｃは、図３に示された本発明によるＦＥＤにおいて、導電層とエミッタとの間隔が一定でない場合の電子ビームの放出についてのシミュレーション結果を示す図面である。
【０１２７】
ＦＥＤの製造過程中には、図１３Ａに示されたように、導電層とエミッタとの間隔が一定に形成されていない場合、エミッタが第２開口内の正確な位置に形成されていない場合、または前面基板と背面基板とを封着する時に正確な整列されない場合が発生する。
【０１２８】
しかし、このような場合においても、図１３Ａに示されたように、電子ビームの効果的な集束がなされており、図１３Ｂに示されたように、電流密度のピークが当該画素内に位置することが分かる。
【０１２９】
その結果、図１３Ｃに示されたように、蛍光層に到達した電子ビームのスポットが当該画素をはずれて隣接した他の画素に侵犯する問題点は発生しない。
【０１３０】
本発明は、開示された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保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明は、電子ビームのフォーカシング特性を向上させることができ、電流密度の低下を防止できる電子放出構造を有するＦＥＤ及びその製造方法に関連した技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１Ａ】従来のＦＥＤの一例を示す部分断面図である。
【図１Ｂ】従来のＦＥＤの一例を示す部分平面図である。
【図２Ａ】従来のＦＥＤの他の例を示す概略的な部分断面図である。
【図２Ｂ】従来のＦＥＤの他の例を示す概略的な部分断面図である。
【図３】本発明の望ましい第１実施形態によるＦＥＤの構造を示す部分断面図である。
【図４】図３に示されたＦＥＤにおいて、背面基板上に形成された構成要素の配置構造を示す部分平面図である。
【図５Ａ】図３に示されたＦＥＤにおいて、カソード電極上に形成された導電層の一形態を示す部分斜視図である。
【図５Ｂ】図３に示されたＦＥＤにおいて、カソード電極上に形成された導電層の一形態を示す部分斜視図である。
【図５Ｃ】図３に示されたＦＥＤにおいて、カソード電極上に形成された導電層の一形態を示す部分斜視図である。
【図６】図３に示された本発明の第１実施形態によるＦＥＤの変形例を示す部分断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態によるＦＥＤの構造を示す部分平面図である。
【図８】本発明の第３実施形態によるＦＥＤの構造を示す部分平面図である。
【図９Ａ】本発明によるＦＥＤの製造方法を工程的に示す断面図である。
【図９Ｂ】本発明によるＦＥＤの製造方法を工程的に示す断面図である。
【図９Ｃ】本発明によるＦＥＤの製造方法を工程的に示す断面図である。
【図９Ｄ】本発明によるＦＥＤの製造方法を工程的に示す断面図である。
【図９Ｅ】本発明によるＦＥＤの製造方法を工程的に示す断面図である。
【図９Ｆ】本発明によるＦＥＤの製造方法を工程的に示す断面図である。
【図９Ｇ】本発明によるＦＥＤの製造方法を工程的に示す断面図である。
【図９Ｈ】本発明によるＦＥＤの製造方法を工程的に示す断面図である。
【図１０Ａ】本発明によるＦＥＤの他の製造方法を工程的に示す断面図である。
【図１０Ｂ】本発明によるＦＥＤの他の製造方法を工程的に示す断面図である。
【図１０Ｃ】本発明によるＦＥＤの他の製造方法を工程的に示す断面図である。
【図１１Ａ】図１に示された従来のＦＥＤにおける電子ビームの放出についてのシミュレーション結果を示す図面である。
【図１１Ｂ】図１に示された従来のＦＥＤにおける電子ビームの放出についてのシミュレーション結果を示す図面である。
【図１１Ｃ】図１に示された従来のＦＥＤにおける電子ビームの放出についてのシミュレーション結果を示す図面である。
【図１２Ａ】図３に示された本発明によるＦＥＤにおける電子ビームの放出についてのシミュレーション結果を示す図面である。
【図１２Ｂ】図３に示された本発明によるＦＥＤにおける電子ビームの放出についてのシミュレーション結果を示す図面である。
【図１２Ｃ】図３に示された本発明によるＦＥＤにおける電子ビームの放出についてのシミュレーション結果を示す図面である。
【図１３Ａ】図３に示された本発明によるＦＥＤにおいて、導電層とエミッタとの間隔が一定でない場合の電子ビームの放出についてのシミュレーション結果を示す図面である。
【図１３Ｂ】図３に示された本発明によるＦＥＤにおいて、導電層とエミッタとの間隔が一定でない場合の電子ビームの放出についてのシミュレーション結果を示す図面である。
【図１３Ｃ】図３に示された本発明によるＦＥＤにおいて、導電層とエミッタとの間隔が一定でない場合の電子ビームの放出についてのシミュレーション結果を示す図面である。
【符号の説明】
【０１３３】
１１０    第１基板（背面基板）
１１１    カソード電極
１１１ａ    キャビティ
１１２    導電層
１１２ａ    第１開口
１１３    絶縁層
１１３ａ    第２開口
１１４    ゲート電極
１１５    エミッタ
１２０    第２基板（前面基板）
１２１    アノード電極
１２２    蛍光層
１２３    ブラックマトリックス
１２４    金属薄膜層
１３０    スペーサ
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，ＷＣ    幅
【図１Ａ】
2005340200.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
2005340200.tif 000021
【図９Ｈ】
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【図１０Ａ】
2005340200.tif 000023
【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
2005340200.tif 000029
【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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