(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】  ガラス基板に形成され、凹状の部分を備える物質層と、物質層上に形成されたカソード電極と、凹状の部分に対応するカソード電極上に形成された電子放出源と、カソード電極上で凹状の部分に連通されたキャビティが形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上でキャビティに対応するゲートホールが形成されたゲート電極と、を備えることを特徴とする電界放出素子である。【選択図】            図４
2005340194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板と、
前記ガラス基板に形成され、凹状の部分を備える物質層と、
前記物質層上に形成されたカソード電極と、
前記凹状の部分に対応する前記カソード電極上に形成された電子放出源と、
前記カソード電極上で前記凹状の部分に連通されたキャビティが形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上で前記キャビティに対応するゲートホールが形成されたゲート電極と、を備えることを特徴とする電界放出素子。
【請求項２】
前記凹状の部分は、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】
前記物質層は、
絶縁層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４】
前記物質層は、
金属層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】
前記金属層は、
前記カソード電極と同じ物質から形成されたことを特徴とする請求項４に記載の電界放出素子。
【請求項６】
前記カソード電極及び前記ゲート絶縁膜の間には、前記凹状の部分に該当するホールが形成された非晶質シリコン膜がさらに形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項７】
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８】
ガラス基板と、
前記ガラス基板に形成され、凹状の部分を形成する物質層と、
前記物質層上に形成されたカソード電極と、
前記凹状の部分に対応する前記カソード電極上に形成された電子放出源と、
前記カソード電極上で前記凹状の部分に連通されたキャビティが形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上で前記キャビティに対応するゲートホールが形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上で前記キャビティに連通され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で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が形成された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９】
前記凹状の部分は、半球形であることを特徴とする請求項８に記載の電界放出素子。
【請求項１０】
前記物質層は、
絶縁層であることを特徴とする請求項８に記載の電界放出素子。
【請求項１１】
前記物質層は、
金属層であることを特徴とする請求項８に記載の電界放出素子。
【請求項１２】
前記金属層は、
前記カソード電極と同じ物質から形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の電界放出素子。
【請求項１３】
前記カソード電極及び前記ゲート絶縁膜の間には、前記凹状の部分に該当するホールの形成された非晶質シリコン膜がさらに形成されたことを特徴とする請求項８に記載の電界放出素子。
【請求項１４】
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８に記載の電界放出素子。
【請求項１５】
背面基板と、
前記背面基板に形成され、所定の凹状の部分を備える物質層と、
前記物質層上に形成されたカソード電極と、
前記凹状の部分に対応する前記カソード電極上に形成された電子放出源と、
前記カソード電極上で前記凹状の部分に連通されるキャビティが形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上で前記キャビティに対応するゲートホールが形成されたゲート電極と、
前記背面基板から所定距離ほど離隔されて配置された前面基板と、
前記前面基板上で前記電子放出源に対向する面に形成されたアノード電極と、
前記アノード電極上に塗布された蛍光層と、を備えることを特徴とする電界放出表示素子。
【請求項１６】
前記凹状の部分は、半球形であることを特徴とする請求項１５に記載の電界放出表示素子。
【請求項１７】
前記物質層は、
絶縁層であることを特徴とする請求項１５に記載の電界放出表示素子。
【請求項１８】
前記物質層は、
金属層であることを特徴とする請求項１５に記載の電界放出表示素子。
【請求項１９】
前記金属層は、
前記カソード電極と同じ物質から形成されたことを特徴とする請求項１８に記載の電界放出表示素子。
【請求項２０】
前記カソード電極及び前記ゲート絶縁膜の間には、前記凹状の部分に該当するホールの形成された非晶質シリコン膜がさら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素子。
【請求項２１】
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１５に記載の電界放出表示素子。
【請求項２２】
背面基板と、
前記背面基板に形成され、所定の凹状の部分を備える物質層と、
前記物質層上に形成されたカソード電極と、
前記凹状の部分に対応する前記カソード電極上に形成された電子放出源と、
前記カソード電極上で前記凹状の部分に連通されるキャビティが形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上で前記キャビティに対応するゲートホールが形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上で前記キャビティに連通され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で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が形成された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ほど離隔されて配置された前面基板と、
前記前面基板上で前記電子放出源に対向する面に形成されたアノード電極と、
前記アノード電極上に塗布された蛍光層と、を備えることを特徴とする電界放出表示素子。
【請求項２３】
前記凹状の部分は、半球形であることを特徴とする請求項２２に記載の電界放出表示素子。
【請求項２４】
前記物質層は、
絶縁層であることを特徴とする請求項２２に記載の電界放出表示素子。
【請求項２５】
前記物質層は、
金属層であることを特徴とする請求項２２に記載の電界放出表示素子。
【請求項２６】
前記金属層は、
前記カソード電極と同じ物質から形成されたことを特徴とする請求項２５に記載の電界放出表示素子。
【請求項２７】
前記カソード電極及び前記ゲート絶縁膜の間には、前記凹状の部分に該当するホールの形成された非晶質シリコン膜がさらに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素子。
【請求項２８】
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２２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と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、最近急速に発展している平板表示装置とに大別されうる。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差がある。
【０００５】
図１及び図２には、電界放出素子の一般的な構造が示されている。
【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を励起させず、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、蛍光体の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。図２で、２０、２２、２４、２９は、それぞれ基板、カソード電極、第１絶縁層、電子放出源を表す。
【００１０】
図３は、フォーカシングゲート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。
【００１１】
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、これにより、色の純度が悪くなる結果をもたらす。
【００１２】
一方、このような問題を回避するために、特許文献１には、インベディッドフォーカシング構造を有するＦＥＤを開示しているが、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アウト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５,９２０,１５１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
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点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】
【００１４】
前記課題を達成するために、本発明による電界放出素子は、ガラス基板と、前記ガラス基板に形成され、凹状の部分を備える物質層と、前記物質層上に形成されたカソード電極と、前記凹状の部分に対応する前記カソード電極上に形成された電子放出源と、前記カソード電極上で前記凹状の部分に連通されたキャビティが形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上で前記キャビティに対応するゲートホールが形成されたゲート電極と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
前記凹状の部分は、半球形でありうる。
【００１６】
本発明の一局面によれば、前記物質層は、絶縁層である。
【００１７】
本発明の他の局面によれば、前記物質層は、前記カソード電極と同じ金属層から形成される。
【００１８】
また、前記カソード電極及び前記ゲート絶縁膜の間には、前記凹状の部分に該当するホールが形成された非晶質シリコン膜がさらに形成されうる。
【００１９】
前記電子放出源は、ＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ）エミッタであることが望ましい。
【００２０】
前記課題を達成するために、本発明による電界放出素子は、ガラス基板と、前記ガラス基板に形成され、凹状の部分を形成する物質層と、前記物質層上に形成されたカソード電極と、前記凹状の部分に対応する前記カソード電極上に形成された電子放出源と、前記カソード電極上で前記凹状の部分に連通されたキャビティが形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上で前記キャビティに対応するゲートホールが形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上で前記キャビティに連通され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で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が形成されたフォーカシングゲート電極と、を備える。
【００２１】
前記課題を達成するために、本発明によるＦＥＤは、背面基板と、前記背面基板に形成され、所定の凹状の部分を備える物質層と、前記物質層上に形成されたカソード電極と、前記凹状の部分に対応する前記カソード電極上に形成された電子放出源と、前記カソード電極上で前記凹状の部分に連通されるキャビティが形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上で前記キャビティに対応するゲートホールが形成されたゲート電極と、前記背面基板から所定距離ほど離隔されて配置された前面基板と、前記前面基板上で前記電子放出源に対向する面に形成されたアノード電極と、前記アノード電極上に塗布された蛍光層と、を備える。
【００２２】
前記課題を達成するために、本発明によるＦＥＤは、背面基板と、前記背面基板に形成され、所定の凹状の部分を備える物質層と、前記物質層上に形成されたカソード電極と、前記凹状の部分に対応する前記カソード電極上に形成された電子放出源と、前記カソード電極上で前記凹状の部分に連通されるキャビティが形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上で前記キャビティに対応するゲートホールが形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上で前記キャビティに連通され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で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が形成された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ほど離隔されて配置された前面基板と、前記前面基板上で前記電子放出源に対向する面に形成されたアノード電極と、前記アノード電極上に塗布された蛍光層と、を備える。
【発明の効果】
【００２３】
本発明による電界放出素子は、カソード電極が凹状の部分を含み、この凹状の部分にＣＮＴエミッタが形成されることによって、ＣＮＴエミッタから放出される電子の集束効率が向上する。また、本発明によるＦＥＤは、集束効率が向上して色純度が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
図４を参照すれば、ガラス基板１１０上に凹状の部分Ｗ、例えば、半球形に形成された絶縁層１１２及びカソード電極１２０が順次に形成されている。
【００２７】
前記絶縁層１１２、例えば、シリコン酸化物層は、前記カソード電極１２０に凹状の部分Ｗを形成するためのものであるので、絶縁層１１２を省略し、カソード電極１２０を凹状にガラス基板１１０上に形成することもある。前記絶縁層１１２は、２〜１０μｍの厚さに形成される。
【００２８】
前記カソード電極１２０は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）透明電極であることが望ましい。カソード電極１２０上で凹状の部分Ｗを除外した領域には、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、カソード電極１２０上の電流のフローを均一にする。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有する物質層であって、後述する紫外線（ＵＶ）の背面露光時にマスクの役割を行う。前記凹状の部分Ｗ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。
【００２９】
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。
【００３０】
前記ゲート絶縁膜１３２には、所定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。
【００３１】
前記ゲート絶縁膜１３２は、ゲート電極１３０とカソード電極１２０との電気的絶縁を維持するための層である。前記ゲート絶縁膜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、１μｍ以上の厚さに形成される。
【００３２】
ゲート電極１３０は、０.２５μｍほどの厚さの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うる。
【００３３】
一方、図４のＥは、ゲート電極１３０及びカソード電極１２０に電圧を印加する時、ＣＮＴエミッタ１５０から放出される電子ビームを表す。Ｆは、曲面状のカソード電極１２０によって形成される電場の等電位を表す。ＣＮＴエミッタ１５０から放出された電子は、等電位の電場で垂直に進められ、したがって、電子が集束される。
【００３４】
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。
【００３５】
図５を参照すれば、電子ビームがゲート電極を逸脱する前に集束されることが分かる。
【００３６】
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。
【００３７】
図６を参照すれば、ガラス基板２１０上に凹状の部分Ｗが形成された絶縁層２１２及びカソード電極２２０が順次に形成されている。
【００３８】
前記絶縁層２１２、例えば、シリコン酸化物層は、前記カソード電極２２０に凹状の球面を形成するためのものであるので、絶縁層２１２を省略し、カソード電極２２０を凹状の部分Ｗとしてガラス基板２１０上に形成することもある。前記絶縁層２１２は、２〜１０μｍの厚さに形成されうる。
【００３９】
前記カソード電極２２０は、ＩＴＯ透明電極であることが望ましい。カソード電極２２０上で凹状の部分Ｗを除外した領域には、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、カソード電極２２０上の電流のフローを均一にする。また、一般の可視光線には透明であるが、前記ＵＶには不透明な光学的特性を有する物質層であって、後述するＵＶの背面露光時にマスクの役割を行う。前記凹状の部分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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、各々ゲートホール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。
【００４２】
前記ゲート絶縁膜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。前記ゲート絶縁膜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、１μｍ以上の厚さに形成される。
【００４３】
ゲート電極２３０は、０.２５μｍほどの厚さの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うる。
【００４４】
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電極２４０は、１μｍ以上の厚さでシリコン酸化膜から形成されうる。
【００４５】
フォーカシングゲート電極２４０は、０.２５μｍほどの厚さの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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
図８を参照すれば、ＦＥＤは、所定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。
【００５０】
前記背面基板３１０上には、電界放出部が形成され、前記前面基板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。
【００５１】
具体的に、背面基板３１０上には、凹状の部分Ｗが形成された絶縁層３１２が形成されている。前記絶縁層３１２上で前記凹状の部分Ｗ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平行に配列されたカソード電極３２０が形成される。
【００５２】
前記絶縁層３１２上で前記カソード電極３２０の凹状の部分Ｗを露出させる非晶質シリコン層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３３０、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。前記凹状の部分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。
【００５３】
前記前面基板３７０上には、アノード電極３８０が形成されており、前記アノード電極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、該当する位置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、図面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上にプラズマ気相化学蒸着（Ｐｌａｚｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＥＣＶＤ）方法で、絶縁層４１２であるシリコン酸化物層を１μｍ以上の厚さに形成する。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。
【００５９】
図１１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。
【００６０】
図１２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を続けて、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。前記凹状の部分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以上である。
【００６１】
図１３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方法で蒸着する。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。
【００６２】
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。
【００６３】
図１４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を示す。
【００６４】
図１５を参照すれば、第２感光膜Ｐ２を除去した後、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、１μｍ以上の厚さに形成する。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０.２５μｍほどの厚さに形成する。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。
【００６５】
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。
【００６６】
図１６は、第３感光膜Ｐ３に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を除去した後の形状を示す。ゲートホール４３０ａが形成されたところを示す。
【００６７】
図１７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を充填する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、シリコン酸化膜から形成するが、１μｍ以上の厚さに形成する。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、Ｃｒをスパッタリング方法で０.２５μｍほどの厚さに形成する。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、凹状の部分Ｗに対応する領域Ｐ４ａを露光させる。
【００６８】
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が除去された部分を通じて、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。
【００６９】
図１８は、第４感光膜Ｐ４で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を除去した後の形状を示す。フォーカシングゲートホール４４０ａが形成されたところを示す。
【００７０】
図１９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。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Ｗに対応する領域Ｐ５ａのみが露光される。
【００７１】
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。
【００７２】
図２０は、第５感光膜Ｐ５を除去した後の形状を示す。
【００７３】
図２１を参照すれば、露出されたカソード電極４２０上に負の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。次いで、現像及びベーキング工程を通じて、図２２に示されたように、凹状のカソード電極４２０上にＣＮＴエミッタ４５０を形成する。
【００７４】
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。
【００７５】
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Ｗ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。
【００７６】
また、絶縁層４１２の代りに、カソード電極４２０のような金属層を使用して凹状の部分Ｗを形成する場合、絶縁層４１２及びカソード電極４２０の形成工程を一つの工程にすることもある。
【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】
【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。
【符号の説明】
【００８０】
１１０    ガラス基板
１１２    絶縁層
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
Ｅ    電子ビーム
Ｆ    電場の等電位
【図１】
2005340194.tif 000003
【図２】
2005340194.tif 000004
【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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