(57)【要約】      （修正有）【課題】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る電子放出構造を有する電界放出表示素子を提供する。【解決手段】第１基板110と、第１基板上に所定高さを有するように所定形態に形成された第１絶縁層112と、第１絶縁層を覆い、第１絶縁層を覆う部分の間に凹状に形成された第１開口111aを有するカソード電極111と、第１開口と連通されてカソード電極の一部を露出させる第２開口113aを有する第２絶縁層113と、第２絶縁層上に形成され、第２開口と連通される第３開口114aを有するゲート電極114と、カソード電極のうち、第１開口内に位置した部分上に形成され、互いに所定間隔離隔されるように第１開口の両側エッジに沿って配置されたエミッタ115と、第１基板と所定間隔をおいて対向するように配置され、その一面にアノード電極121と蛍光層122とが形成された第２基板120とを備える。【選択図】図３
2005340220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
前記第１基板上に所定高さを有するように所定形態で形成された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層を覆うように前記第１基板上に形成され、前記第１絶縁層を覆う部分の間に凹状に形成された第１開口を有するカソード電極と、
前記第１基板及びカソード電極上に形成され、前記第１開口と連通されて前記カソード電極の一部を露出させる第２開口を有する第２絶縁層と、
前記第２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、
前記カソード電極のうち、前記第１開口内に位置した部分上に形成され、互いに所定間隔離隔されるように前記第１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基板と所定間隔をおいて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、前記エミッタの間に配置されるキャビティが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２開口の幅は、前記第１開口の幅より広く、前記キャビティの幅は、前記第１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１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】
前記第１絶縁層は、前記第１開口の両側の外側に配置され、前記カソード電極の両側エッジに沿ってその長手方向に延び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９】
前記第１絶縁層は、前記第１開口の両側の外側に配置され、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１０】
前記第１絶縁層は、前記第１開口の周りを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、前記第１開口の両側に位置した前記カソード電極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】
前記エミッタの高さは、前記第１絶縁層より低い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、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１４】
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１３に記載の電界放出表示装置。
【請求項１５】
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１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１６】
第１基板と、
前記第１基板上に所定高さを有するように所定形態で形成された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層を覆うように前記第１基板上に形成され、前記第１絶縁層を覆う部分の内側に凹状に形成された円形の第１開口を有するカソード電極と、
前記第１基板及びカソード電極上に形成され、前記第１開口と連通されて前記カソード電極の一部を露出させる円形の第２開口を有する第２絶縁層と、
前記第２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、
前記カソード電極のうち、前記第１開口内に位置した部分上に形成されたリング状のエミッタと、
前記第１基板と所定間隔をおいて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１７】
前記カソード電極には、前記エミッタの内側に配置される円形のキャビティが形成された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】
前記第２開口の内径は、前記第１開口の内径より大きく、前記キャビティの内径は前記第１開口の内径より小さ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】
前記エミッタの内径は、前記第１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１８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開口の内径と同じであることを特徴とする請求項１８に記載の電界放出表示装置。
【請求項２１】
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１８に記載の電界放出表示装置。
【請求項２２】
前記エミッタは、前記第１開口を取り囲む前記カソード電極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１６に記載の電界放出表示装置。
【請求項２３】
前記エミッタの高さは、前記第１絶縁層の高さより低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２４】
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１６に記載の電界放出表示装置。
【請求項２５】
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２４に記載の電界放出表示装置。
【請求項２６】
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１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１６に記載の電界放出表示装置。
【請求項２７】
（Ａ）基板上に第１絶縁層を形成する工程と、
（Ｂ）前記基板上に前記第１絶縁層を覆い、前記第１絶縁層を覆う部分の間に凹状に形成された第１開口を有するカソード電極を形成する工程と、
（Ｃ）前記基板上に前記カソード電極を覆う第２絶縁層を形成する工程と、
（Ｄ）前記第２絶縁層上に前記第１開口と対応する位置に所定形状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第２絶縁層をエッチングして、前記第１開口と連通されて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）前記カソード電極のうち、前記第１開口内に位置した部分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２８】
前記（Ａ）工程で、前記第１絶縁層は、前記基板上にペースト状態の絶縁物質を塗布した後、これを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】
前記ペースト状態の絶縁物質は、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２８に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項３０】
前記（Ｂ）工程で、前記カソード電極は、前記基板上に前記第１絶縁層を覆うよう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２７に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項３１】
前記（Ｂ）工程で、前記カソード電極に、前記第１開口内に位置し、前記第１開口より小さなキャビティを形成す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３２】
前記（Ｃ）工程で、前記第２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２７に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項３３】
前記（Ｄ）工程で、前記金属物質層は、前記第２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２７に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項３４】
前記（Ｅ）工程で、前記第２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２７に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項３５】
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２７に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項３６】
前記（Ｇ）工程は、
前記第１開口と第２開口と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、前記第１開口内の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２７に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項３７】
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３６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、
前記第１開口と第２開口と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、前記第１開口内の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１開口と第２開口と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に加熱することによって、前記ホトレジストと炭素ナノ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、化学反応を起こしてい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２７に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項３９】
前記（Ｇ）工程は、
前記第１開口内に位置した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２７に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項４０】
前記（Ｇ）工程で、前記エミッタは、前記第１絶縁層より低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４１】
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２７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、前記第１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４１に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項４３】
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２７に記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項４４】
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４３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、最近に急速に発展している液晶表示装置（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とに大別される。
【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、スピントタイプの金属チップ（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、画面全領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、かつ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、金属チップ形状のエミッタを有するＦＥＤは、大画面化において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、ダイヤモンド、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）、Ｃ６０または炭素ナノチューブ（ＣＮＴ：Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ）が適したものと知られており、このうち、特に、ＣＮＴが比較的低い駆動電圧でも、電子放出を円滑になして、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極管の構造になっている。前記カソード電極１２とゲート電極１４とは、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、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（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ている。このようなＦＥＤは、大体、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を配置させた構造を有する。
【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ということであり、また、その電子が電子ビーム化されて蛍光層２３に向ける時、ゲート電極１４に印加される電圧（数〜数十ボルトの＋電圧）の影響によって発散力が強くなって、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のには、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、また、電子ビームの集束においても、その効果が十分ではないという問題点がある。
【００１２】
一方、前記電子ビームの広がり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、まだ満足できるほどの効果は得られていない。
【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少させた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個の電子放出源が微細構造で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を有し、寿命短縮の問題をもたらす恐れがある。
【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可能になっている。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、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基板上に所定高さを有するように所定形態に形成された第１絶縁層と、前記第１絶縁層を覆うように前記第１基板上に形成され、前記第１絶縁層を覆う部分の間に凹状に形成された第１開口を有するカソード電極と、前記第１基板及びカソード電極上に形成され、前記第１開口と連通されて前記カソード電極の一部を露出させる第２開口を有する第２絶縁層と、前記第２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、前記カソード電極のうち、前記第１開口内に位置した部分上に形成され、互いに所定間隔離隔されるように前記第１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基板と所定間隔をおいて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、前記エミッタ間に配置されるキャビティが形成されることが望ましい。
【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２開口の幅は、前記第１開口の幅より広く、前記キャビティの幅は、前記第１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１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開口の幅と同一であることもあり、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、前記第１絶縁層は、前記第１開口の両側の外側に配置され、前記カソード電極の両側エッジに沿ってその長手方向に延びることができる。
【００２２】
一方、前記第１絶縁層は、前記第１開口の両側の外側に配置され、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る。
【００２３】
さらに一方、前記第１絶縁層は、前記第１開口の周りを取り囲む形状に形成される。
【００２４】
本発明において、前記エミッタは、前記第１開口の両側に位置した前記カソード電極の側面に接触されるように形成されることが望ましい。
【００２５】
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基板上に所定高さを有するように所定形態に形成された第１絶縁層と、前記第１絶縁層を覆うように前記第１基板上に形成され、前記第１絶縁層を覆う部分の内側に凹状に形成された円形の第１開口を有するカソード電極と、前記第１基板及びカソード電極上に形成され、前記第１開口と連通されて前記カソード電極の一部を露出させる円形の第２開口を有する第２絶縁層と、前記第２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、前記カソード電極のうち、前記第１開口内に位置した部分上に形成されたリング状のエミッタと、前記第１基板と所定間隔をおいて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。
【００２６】
ここで、前記カソード電極には、前記エミッタの内側に配置される円形のキャビティが形成されることが望ましい。
【００２７】
本発明において、前記第２開口の内径は、前記第１開口の内径より大きく、前記キャビティの内径は、前記第１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１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開口の内径と同一であることもあり、前記第２開口の内径より大きいこともある。
【００２８】
本発明において、前記エミッタは、前記第１開口を取り囲む前記カソード電極の側面に接触されるように形成されることが望ましい。そして、前記エミッタの高さは、前記第１絶縁層より低いことが望ましい。また、前記エミッタは、カーボン系物質、例えば、ＣＮＴから形成されることが望ましい。
【００２９】
本発明において、前記第１、第２及び第３開口は、一つの画素に対してそれぞれ複数個が設けられ、前記複数の第１開口それぞれの内部に前記エミッタが配置されることができる。
【００３０】
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）基板上に第１絶縁層を形成する工程と、（Ｂ）前記基板上に前記第１絶縁層を覆い、前記第１絶縁層を覆う部分の間に凹状に形成された第１開口を有するカソード電極を形成する工程と、（Ｃ）前記基板上に前記カソード電極を覆う第２絶縁層を形成する工程と、（Ｄ）前記第２絶縁層上に前記第１開口と対応する位置に所定形状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第２絶縁層をエッチングして、前記第１開口と連通されて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）前記カソード電極のうち、前記第１開口内に位置した部分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。
【００３１】
本発明において、前記（Ａ）工程で、前記第１絶縁層は、前記基板上にペースト状態の絶縁物質を塗布した後、これを所定形態にパターニングすることによって形成される。この場合、前記ペースト状態の絶縁物質は、スクリーンプリンティング法によって塗布される。
【００３２】
前記（Ｂ）工程で、前記カソード電極は、前記基板上に前記第１絶縁層を覆うよう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。
【００３３】
前記（Ｂ）工程で、前記カソード電極に前記第１開口内に位置し、前記第１開口より小さくキャビティを形成できる。
【００３４】
前記（Ｃ）工程で、前記第２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。
【００３５】
前記（Ｄ）工程で、前記金属物質層は、前記第２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。
【００３６】
前記（Ｅ）工程で、前記第２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。
【００３７】
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。
【００３８】
前記（Ｇ）工程は、前記第１開口と第２開口と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、前記第１開口内の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、露光されてい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。
【００３９】
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）から形成されることが望ましい。
【００４０】
一方、前記（Ｇ）工程は、前記第１開口と第２開口と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、前記第１開口内の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１開口と第２開口との内部にＣＮＴペーストを塗布する工程と、前記基板を所定温度に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、化学反応を起こしていない部分を除去する工程と、を含むことができる。
【００４１】
さらに一方、前記（Ｇ）工程は、前記第１開口内に位置した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】
【００４２】
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高く形成されたカソード電極とによって、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。
【００４３】
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、電流密度が高まるので、画像の輝度が向上できる。
【００４４】
また、ＩＴＯまたは金属物質から形成されたカソード電極によって、第１絶縁層が完全に覆われるので、エッチング工程によって第２絶縁層に開口を形成する時、第１絶縁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を解消できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
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。
【００４６】
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に示した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。
【００４７】
図３及び図４を共に参照すれば、本発明によるＦＥＤは、所定間隔をおいて互いに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。
【００４８】
前記背面基板１１０上には、電界放出をなす構成が設けられ、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。
【００４９】
具体的に、前記背面基板１１０上には、第１絶縁層１１２が形成される。前記第１絶縁層１１２は、図５Ａないし図５Ｃに示されたような形態に形成され、これについては、後で詳細に説明する。前記第１絶縁層１１２は、ペースト状態の絶縁物質を使用して、約２〜５μｍほどの厚さを有するように形成される。
【００５０】
そして、前記背面基板１１０上には、例えば、ストライプ状に配列されたカソード電極１１１が形成される。このとき、前記カソード電極１１１は、第１絶縁層１１２を覆うように形成される。これにより、前記カソード電極１１１のうち、第１絶縁層１１２を覆う部分は、他の部分に比べて、第１絶縁層１１２の高さほど高まり、前記カソード電極１１１のうち、第１絶縁層１１２を覆う部分の間には、凹状の第１開口１１１ａが形成される。前記第１開口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。
【００５１】
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を形成する物質は、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。
【００５２】
このように、カソード電極１１１が第１絶縁層１１２を完全に覆っているので、後述する第２絶縁層１１３に第２開口１１３ａを形成する時、第１絶縁層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。
【００５３】
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１１１ｂが形成されることが望ましい。前記キャビティ１１１ｂは、エミッタ１１５の間に配置される。このようなキャビティ１１１ｂ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。そして、前記キャビティ１１１ｂの幅ＷＣは、前記第１開口１１１ａの幅Ｗ１より狭く形成される。
【００５４】
前記背面基板１１０及びカソード電極１１１上には、第２絶縁層１１３が形成される。前記第２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、前記第２絶縁層１１３には、前記第１開口１１１ａと連通される第２開口１１３ａが形成される。前記第２開口１１３ａは、第１開口１１１ａ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１１１ａの幅Ｗ１より広く形成される。したがって、前記第２開口１１３ａを通じて第１開口１１１ａが完全に露出されるので、カソード電極１１１のうち、第１開口１１１ａ内に位置した部分も完全に露出される。
【００５５】
前記第２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をおいて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、約数千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。
【００５６】
前記第１開口１１１ａ内に位置したカソード電極１１１上には、エミッタ１１５が形成される。前記エミッタ１１５は、前記第１絶縁層１１２より薄く、かつ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沿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、ダイヤモンド、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。
【００５７】
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１開口１１１ａの両側エッジに沿って配置される。すなわち、一つの第１開口１１１ａ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１開口１１１ａの両側のカソード電極１１１の側面に接触された状態で、第１開口１１１ａ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の面積が広くなるので、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１１１ｂが配置される場合には、前記エミッタ１１５の間の間隔Ｄは、前記第１開口１１１ａの幅Ｗ１より狭く、前記キャビティ１１１ｂの幅ＷＣより広く形成される。
【００５８】
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃには、前記第１絶縁層１１２及びカソード電極１１１の３つの形態が示されている。
【００５９】
まず、図５Ａを参照すれば、前記第１絶縁層１１２は、前記カソード電極１１１の両側エッジに沿ってその長手方向に延びるように形成される。すなわち、第１開口１１１ａの両側の外側に第１絶縁層１１２が形成される。そして、前記エミッタ１１５は、前記第１開口１１１ａの両側に位置したカソード電極１１１の側面に接触された状態で、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１１１ｂは、前記エミッタ１１５の間にエミッタ１１５と同じ長さに形成される。
【００６０】
次いで、図５Ｂを参照すれば、前記第１絶縁層１１２は、第１開口１１１ａの両側の外側に配置され、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る。この場合、前記第１絶縁層１１２は、前記エミッタ１１５と同じ長さに形成される。
【００６１】
そして、図５Ｃを参照すれば、前記第１絶縁層１１２は、第１開口１１１ａの周りを全部取り囲む形状に形成されることもできる。この場合、前記第１開口１１１ａは、４側面が何れも前記第１絶縁層１１２を覆うカソード電極１１１によって限定される。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
また、前記蛍光層１２２とブラックマトリックス１２３との表面には、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ほどの薄い厚さを有する。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。
【００６５】
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を形成しないこともある。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ることができるためである。
【００６６】
前記のように構成された背面基板１１０及び前面基板１２０は、互いに所定間隔をおいて前記エミッタ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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。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。
【００６９】
前記のような本発明によるＦＥＤの作用において、前記第１開口１１１ａの両側エッジに沿って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、カソード電極１１１がエミッタ１１５の両側の外側位置で高く形成されるので、この部分のカソード電極１１１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行われる。
【００７０】
そして、前記カソード電極１１１にキャビティ１１１ｂを形成すれば、エミッタ１１５の周囲に形成された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、電流密度が高まり、これにより、画像の輝度が向上して、駆動電圧を低めることができる。また、前記キャビティ１１１ｂ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。
【００７１】
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、画像の色純度が向上し、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。
【００７２】
前記のような本発明によるＦＥＤの長所については、シミュレーション結果を参照しつつ後述する。
【００７３】
図６は、図３に示した本発明の第１実施形態によるＦＥＤの変形例を示す部分断面図である。
【００７４】
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が前記第２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。
【００７５】
以下では、本発明の他の実施形態について説明する。
【００７６】
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に示した第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。
【００７７】
図７に示したように、本実施形態においては、一つの画素２２５に対してカソード電極２１１に形成された第１開口２１１ａと、第２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１開口２１１ａ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、前記カソード電極２１１のうち、第１開口２１１ａ内に位置した部分上に形成され、互いに所定間隔離隔されるように、第１開口２１１ａの両側エッジに沿って配置される。
【００７８】
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２１１ｂが形成され、このキャビティ２１１ｂ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。
【００７９】
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に示した変形例が適用される。
【００８０】
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に示した第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。
【００８１】
図８に示したように、本実施形態においては、カソード電極３１１に形成された第１開口３１１ａと、第２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３１１ａの内径Ｄ１より大きく形成される。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。
【００８２】
前記第１開口３１１ａ内に位置したカソード電極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、その外周面が前記カソード電極３１１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１開口３１１ａの内径Ｄ１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から形成されることができる。
【００８３】
そして、本実施形態においても、前記カソード電極３１１に円形のキャビティ３１１ｂが形成され、このキャビティ３１１ｂ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３１１ｂの内径ＤＣは、前記第１開口３１１ａの内径Ｄ１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。
【００８４】
また、本実施形態によるＦＥＤにおいては、前記第１開口３１１ａ、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１開口３１１ａ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。
【００８５】
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。
【００８６】
そして、本実施形態においても、図６に示し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が第２絶縁層３１３に形成される第２開口３１３ａの内径Ｄ２より大きく形成される。
【００８７】
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に示した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に示したＦＥＤについても適用される。
【００８８】
図９Ａないし図９Ｉは、本発明によるＦＥＤの製造方法を段階的に示す断面図である。
【００８９】
まず、図９Ａに示したように、基板１１０を準備した後、この基板１１０上に第１絶縁層１１２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、前記第１絶縁層１１２は、前記基板１１０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、約２〜５μｍほどの高さを有するように形成され、この以外にも色々な方法によって形成される。
【００９０】
次いで、図９Ｂに示したように、前記第１絶縁層１１２を所定形態、例えば、図５Ａないし図５Ｃに示した形態のうち、何れか一つの形態にパターニングする。このとき、第１絶縁層１１２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第１絶縁層１１２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。
【００９１】
次いで、図９Ｃに示したように、第１絶縁層１１２が形成されている基板１１０上にカソード電極１１１を形成する。ここで、前記カソード電極１１１も、後面露光のために透明な導電性物質、例えばＩＴＯから形成される。具体的に、前記基板１１０と第１絶縁層１１２との表面に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。このとき、ＩＴＯのパターニングも、前記のような物質層のパターニング方法によって行われる。それにより、図５Ａないし図５Ｃに示したような形状にカソード電極１１１が形成される。具体的に、前記カソード電極１１１は、第１絶縁層１１２の上面及び側面を覆うように形成され、これにより、所定高さを有する第１絶縁層１１２によって、カソード電極１１１には、第１開口１１１ａが形成される。すなわち、前記第１開口１１１ａの両側に位置した前記カソード電極１１１の部分は、第１絶縁層１１２の高さほど約２〜５μｍに高まる。
【００９２】
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１１１ｂを形成できる。前記キャビティ１１１ｂ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１１１ｂは、第１開口１１１ａ内に位置するように第１開口１１１ａのサイズより小さく形成され、また、図４に示したように、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に形成される。
【００９３】
一方、図８に示したように、第１開口とキャビティとは、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大きく形成される。
【００９４】
図９Ｄは、図９Ｃの結果物上に、第２絶縁層１１３を形成した状態を示す図面である。
【００９５】
図９Ｄを参照すれば、前記第１絶縁層１１２とカソード電極１１１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第２絶縁層１１３を形成する。
【００９６】
次いで、図９Ｅに示したように、前記第２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ほどの厚さで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、前記第１開口１１１ａに対応する位置に、前記第１開口１１１ａと相応する形状に形成される。
【００９７】
次いで、金属物質層１１４’をエッチングマスクとして利用して、前記ホール１１７を通じて露出された第２絶縁層１１３を、カソード電極１１１が露出されるまでエッチングすることによって、図９Ｆに示したように、前記第２絶縁層１１３に第１開口１１１ａより広い幅を有し、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を形成する。このとき、ＩＴＯから形成されたカソード電極１１１によって、第１絶縁層１１２が完全に覆われているので、エッチング工程によって、第２絶縁層１１３に第２開口１１３ａを形成する時に、第１絶縁層１１２がエッチング液の影響を受けて損傷されるという問題は発生しない。
【００９８】
一方、図８に示したＦＥＤを製造するために、ホールを円形に形成した場合には、第２絶縁層に形成される第２開口も円形の形状を有する。
【００９９】
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、またはさらに広い幅に形成される。
【０１００】
図９Ｇないし図９Ｉは、カソード電極１１１上にエミッタ１１５を形成する方法を段階的に示す図面である。
【０１０１】
まず、図９Ｇに示したように、図９Ｆの結果物の全表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１開口１１１ａ及び第２開口１１３ａ内にＣＮＴペースト１１８を完全に充填させる。
【０１０２】
次いで、図９Ｈに示したように、基板１１０の後面から光、例えば、紫外線（ＵＶ）を照射して、第１開口１１１ａ内に位置したカソード電極１１１上に塗布された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。
【０１０３】
一方、前記後面露光の代りに、別途のフォトマスクを使用して、基板１１０の前面から露光がなされることもできる。
【０１０４】
次いで、露光されていないＣＮＴペースト１１８を除去すれば、図９Ｉに示したように、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１開口１１１ａ内に位置したカソード電極１１１上に形成され、互いに所定間隔離隔されるように第１開口１１１ａ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、前記第１開口１１１ａの両側に位置した第１絶縁層１１２の高さより低く、例えば、０.５〜４μｍほどの高さを有し、平坦な形態に形成される。
【０１０５】
一方、図８に示したように、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。
【０１０６】
図１０Ａないし図１０Ｅは、本発明によるＦＥＤの他の製造方法を段階的に示す断面図である。
【０１０７】
後述される製造方法は、エミッタの形成工程を除いては、前述した製造方法と類似している。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ことができる。
【０１０８】
本製造方法を説明すれば、まず、図１０Ａに示したように、基板１１０上に第１絶縁層１１２を形成した後、これを所定形態にパターニングする。このとき、前記第１絶縁層１１２は、前述した製造方法でさらに高く形成されることができる。この場合、前記第１絶縁層１１２をパターニングする時、基板１１０は露出させない。すなわち、基板１１０の全表面に第１絶縁層１１２を残存させ、第１絶縁層１１２の厚い部分と薄い部分との高さ差は、約２〜５μｍほどにする。
【０１０９】
次いで、図１０Ｂに示したように、第１絶縁層１１２が形成されている基板１１０上にカソード電極１１１を形成する。ここで、前記カソード電極１１１は、前述したように、透明な導電性物質であるＩＴＯだけでなく、不透明な導電性金属が使われることができる。前記カソード電極１１１の具体的な形成方法は、前述した製造方法と同じである。
【０１１０】
次いで、図９Ｄないし図９Ｆに示した工程を経た後、図１０Ｃに示したように、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。具体的には、第１開口１１１ａ及び第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、第１開口１１１ａ内に位置したカソード電極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。
【０１１１】
次いで、図１０Ｄに示したように、図１０Ｃの結果物の全表面に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１開口１１１ａ及び第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℃以上の温度に加熱する。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。
【０１１２】
次いで、化学反応を起こしていないＣＮＴペースト１１８を除去すれば、図１０Ｅに示したように、第１開口１１１ａ内に位置したカソード電極１１１の表面に、所定高さを有するＣＮＴエミッタ１１５が形成される。
【０１１３】
一方、前記ＣＮＴエミッタ１１５はまた、他の方法で形成される。すなわち、図１０Ｃに示した工程で、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を形成することもできる。
【０１１４】
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。
【０１１５】
本シミュレーションで、従来のＦＥＤとしては、図１に示した構造の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に示した本発明の第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。
【０１１６】
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、その対角線の長さが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、約０.７０ｍｍ以下のサイズに設定される。
【０１１７】
この場合、第２絶縁層の高さは１０〜２０μｍ、第１絶縁層の高さは２〜５μｍ、カソード電極に形成される第１開口の幅Ｗ１は７０〜９０μｍ、カソード電極に形成されるキャビティの幅ＷＣは１０〜３０μｍ、第２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る。
【０１１８】
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、縦横比及び解像度のような前提条件によって変わるということは明らかである。
【０１１９】
図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、図１に示した従来の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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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、画素の中心部位での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なくて輝度が低下する。
【０１２２】
結果的に、図１１Ｃに示したように、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外れて、電子ビームが他の画素の蛍光体まで励起させるので、色純度が顕著に低下する。
【０１２３】
このように、図１に示し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。
【０１２４】
図１２Ａ、図１２Ｂ及び図１２Ｃは、図３に示した本発明による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。
【０１２５】
このシミュレーション結果、図１２Ａを参照すれば、第１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、第１開口の両側に高く形成されたカソード電極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。
【０１２６】
そして、図１２Ｂを参照すれば、電流密度のピークが当該画素の中心部位に位置して、画素の中心部位での電流密度がとても高いということが分かる。
【０１２７】
結果的に、図１２Ｃに示したように、蛍光層に到達した電子ビームのスポットサイズは、従来に比べて顕著に小さくなり、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が解消される。
【０１２８】
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、電流密度の増加と共に、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。
【０１２９】
図１３Ａ、図１３Ｂ及び図１３Ｃは、図３に示した本発明によるＦＥＤにおいて、カソード電極に形成されたキャビティの幅を変更した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。
【０１３０】
このシミュレーションにおいては、前記シミュレーションと同じ条件が適用された。但し、カソード電極に形成されたキャビティの幅ＷＣのみさらに広く設定された。
【０１３１】
このシミュレーション結果、図１３Ａを参照すれば、エミッタの周囲に形成された電界の等電位線が、エミッタをさらに確実に取り囲むように形成されることが分かる。そして、図１３Ｂを参照すれば、当該画素に向かって流れる電流の密度が全体的に高まり、電流密度のピークも画素内に正確に位置することが分かる。また、図１３Ｃに示したように、蛍光層に到達した電子ビームのスポットサイズは、従来に比べて顕著に小さくなることが分かる。
【０１３２】
結果的に、カソード電極に形成されたキャビティの幅ＷＣを調節すれば、電流密度をさらに高めることができ、これにより、画像の輝度が向上し、駆動電圧を低めることができる。
【０１３３】
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】
【０１３４】
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】
【０１３５】
【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に示した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に示したＦＥＤにおいて、第１絶縁層とカソード電極との形態を示す部分斜視図である。
【図５Ｂ】図３に示したＦＥＤにおいて、第１絶縁層とカソード電極との形態を示す部分斜視図である。
【図５Ｃ】図３に示したＦＥＤにおいて、第１絶縁層とカソード電極との形態を示す部分斜視図である。
【図６】図３に示した本発明の第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の製造方法を段階的に示す断面図である。
【図９Ｂ】本発明によるＦＥＤの製造方法を段階的に示す断面図である。
【図９Ｃ】本発明によるＦＥＤの製造方法を段階的に示す断面図である。
【図９Ｄ】本発明によるＦＥＤの製造方法を段階的に示す断面図である。
【図９Ｅ】本発明によるＦＥＤの製造方法を段階的に示す断面図である。
【図９Ｆ】本発明によるＦＥＤの製造方法を段階的に示す断面図である。
【図９Ｇ】本発明によるＦＥＤの製造方法を段階的に示す断面図である。
【図９Ｈ】本発明によるＦＥＤの製造方法を段階的に示す断面図である。
【図９Ｉ】本発明によるＦＥＤの製造方法を段階的に示す断面図である。
【図１０Ａ】本発明によるＦＥＤの他の製造方法を段階的に示す断面図である。
【図１０Ｂ】本発明によるＦＥＤの他の製造方法を段階的に示す断面図である。
【図１０Ｃ】本発明によるＦＥＤの他の製造方法を段階的に示す断面図である。
【図１０Ｄ】本発明によるＦＥＤの他の製造方法を段階的に示す断面図である。
【図１０Ｅ】本発明によるＦＥＤの他の製造方法を段階的に示す断面図である。
【図１１Ａ】図１に示した従来の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に示した従来の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に示した従来の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に示した本発明による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に示した本発明による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に示した本発明による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に示した本発明によるＦＥＤにおいて、カソード電極に形成されたキャビティの幅を変更した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に示した本発明によるＦＥＤにおいて、カソード電極に形成されたキャビティの幅を変更した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に示した本発明によるＦＥＤにおいて、カソード電極に形成されたキャビティの幅を変更した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】
【０１３６】
１１０   背面基板（第１基板）
１１１    カソード電極
１１２    第１絶縁層
１１３    第２絶縁層
１１３ａ    第２開口
１１４    ゲート電極
１１４ａ    第３開口
１１５    エミッタ
１２０    前面基板（第２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
Ｄ    エミッタ間の間隔
【図１Ａ】
2005340220.tif 000003
【図１Ｂ】
2005340220.tif 000004
【図２Ａ】
2005340220.tif 000005
【図２Ｂ】
2005340220.tif 000006
【図３】
2005340220.tif 000007
【図４】
2005340220.tif 000008
【図５Ａ】
2005340220.tif 000009
【図５Ｂ】
2005340220.tif 000010
【図５Ｃ】
2005340220.tif 000011
【図６】
2005340220.tif 000012
【図７】
2005340220.tif 000013
【図８】
2005340220.tif 000014
【図９Ａ】
2005340220.tif 000015
【図９Ｂ】
2005340220.tif 000016
【図９Ｃ】
2005340220.tif 000017
【図９Ｄ】
2005340220.tif 000018
【図９Ｅ】
2005340220.tif 000019
【図９Ｆ】
2005340220.tif 000020
【図９Ｇ】
2005340220.tif 000021
【図９Ｈ】
2005340220.tif 000022
【図９Ｉ】
2005340220.tif 000023
【図１０Ａ】
2005340220.tif 000024
【図１０Ｂ】
2005340220.tif 000025
【図１０Ｃ】
2005340220.tif 000026
【図１０Ｄ】
2005340220.tif 000027
【図１０Ｅ】
2005340220.tif 000028
【図１１Ａ】
2005340220.tif 000029
【図１１Ｂ】
2005340220.tif 000030
【図１１Ｃ】
2005340220.tif 000031
【図１２Ａ】
2005340220.tif 000032
【図１２Ｂ】
2005340220.tif 000033
【図１２Ｃ】
2005340220.tif 000034
【図１３Ａ】
2005340220.tif 000035
【図１３Ｂ】
2005340220.tif 000036
【図１３Ｃ】
2005340220.tif 000037