JP2892587B2 - Field emission device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はコールドカソードとして
知られている電界放出素子及びその製造方法に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission device known as a cold cathode and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】金属または半導体表面の印加電界を10
9 [V/m]程度にすると、トンネル効果により電子が
障壁を通過して、常温でも真空中に電子放出が行われる
ようになる。これを電界放出(Field Emission)と呼
び、このような原理で電子を放出するカソードを電界放
出カソード(Field Emission Cathode)(以下、FEC
という)と呼んでいる。2. Description of the Related Art An electric field applied to a metal or semiconductor surface is 10
At about 9 [V / m], electrons pass through the barrier due to the tunnel effect, and electrons are emitted in a vacuum even at room temperature. This is called field emission, and a cathode that emits electrons based on this principle is called a field emission cathode (hereinafter referred to as FEC).
It is called).
【0003】近年、半導体加工技術を駆使して、ミクロ
ンサイズの電界放出カソードからなる面放出型の電界放
出カソードを作製することが可能となっており、電界放
出カソードを基板上に多数個形成したものは、その各エ
ミッタから放出された電子を蛍光面に照射することによ
ってフラットな表示装置や各種の電子装置を構成する素
子として期待されている。In recent years, it has become possible to manufacture a surface emission type field emission cathode composed of a micron size field emission cathode by making full use of semiconductor processing technology. A large number of field emission cathodes are formed on a substrate. The device is expected to be an element constituting a flat display device or various electronic devices by irradiating electrons emitted from the respective emitters to a phosphor screen.
【0004】このような電界放出素子の製造方法の1つ
としてスピントの開発した回転斜め蒸着方法(米国特許
3789471号明細書)がある。スピント(SPINDT)
法によって製造されたFECを図20(a)(b)に示
す。図20(a)のFECは、ガラス等の基板100の
上にカソード電極となる薄膜導体層101が蒸着により
形成されており、さらにその上に不純物をドープしたS
iを成膜して抵抗層102が形成され、さらにSiO2
によって絶縁層103が形成されている。そして、その
上にゲート電極層104となるNbが蒸着される。As one of the methods for manufacturing such a field emission device, there is a rotary oblique deposition method developed by Spindt (US Pat. No. 3,789,471). SPINDT
FIGS. 20A and 20B show the FEC manufactured by the method. In the FEC of FIG. 20A, a thin film conductor layer 101 serving as a cathode electrode is formed on a substrate 100 made of glass or the like by vapor deposition, and an S-doped impurity is further formed thereon.
i deposited by resistive layer 102 is formed a further SiO 2
Thereby, an insulating layer 103 is formed. Then, Nb to be the gate electrode layer 104 is deposited thereon.
【0005】絶縁層103及びゲート電極層104には
ホール114が設けられ、このような基板のホール11
4側にエミッタ材料であるMoを正蒸着によって堆積さ
せることによって、抵抗層102の上にコーン状のエミ
ッタ115が形成されている。A hole 114 is provided in the insulating layer 103 and the gate electrode layer 104, and the hole 11 in such a substrate is provided.
A cone-shaped emitter 115 is formed on the resistance layer 102 by depositing Mo as an emitter material on the fourth side by forward evaporation.
【0006】このようなFECはコーン状のエミッタ1
15とゲート電極層104との距離をサブミクロンとす
ることができるため、エミッタ115とゲート電極層1
04間に僅か数十ボルトの電圧を印加することにより、
エミッタ115から電子を放出させることができる。[0006] Such an FEC is a cone-shaped emitter 1.
Since the distance between the gate electrode layer 104 and the gate electrode layer 104 can be made submicron,
By applying a voltage of only several tens of volts between 04,
Electrons can be emitted from the emitter 115.
【0007】また、図20(b)は3極管構造のFEC
を示し、これはゲート電極層104の上にもう1つ絶縁
層107を設け、その上に第2のゲート電極108を積
層したものである。この第2のゲート電極108はエミ
ッタから引き出された電子を集束させるための役割をな
すことになる。 FIG. 20B shows an FEC having a triode structure.
In this example, another insulating layer 107 is provided on the gate electrode layer 104, and a second gate electrode 108 is stacked thereon. The second gate electrode 108 plays a role for focusing the electrons extracted from the emitter.
【0008】この図20(a)(b)のようなFECを
用いることで表示装置を構成することができ、例えば図
20(b)を用いた表示装置は図21のように構成され
る。即ち、上記のFECがアレイ状に多数個形成されて
いる基板の上方に蛍光体材料が付着されているアノード
基板116を配置する。そして、第1ゲート104に対
して制御電圧VG1、第2ゲート108に集束動作のため
の電圧VG2を、またアノード電圧VA を印加することに
より、エミッタ115から放出された電子によって蛍光
体を発光させることができ、表示装置とすることができ
る。A display device can be constructed by using an FEC as shown in FIGS. 20A and 20B.
A display device using 20 (b) is configured as shown in FIG . That is, the anode substrate 116 to which the phosphor material is attached is disposed above the substrate on which a large number of the FECs are formed in an array. Then, the control voltage V G1 with respect to the first gate 104, a voltage V G2 for the focusing operation to the second gate 108, and by applying the anode voltage V A, the phosphor by electrons emitted from the emitter 115 Can emit light, and a display device can be obtained.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
スピント法によりコーン上のエミッタを形成するFEC
では次のような問題点がある。エミッタコーンを蒸着と
いう比較的制御性の悪い方法で形成するため、エミッタ
形状/サイズやエミッタ−ゲート間の距離などの精度を
保ちにくい。特にエミッタの先端とゲートの位置関係は
電界放出特性に大きく関わるためエミッタ−ゲート間の
精度保持が困難なことは大きな欠点となる。さらに同様
の理由から、製造の再現性や均一性が保ちにくいという
問題もある。By the way, an FEC which forms an emitter on a cone by such a Spindt method.
Then, there are the following problems. Since the emitter cone is formed by a relatively poor controllability method such as vapor deposition, it is difficult to maintain the accuracy of the emitter shape / size and the distance between the emitter and the gate. In particular, since the positional relationship between the tip of the emitter and the gate greatly affects the field emission characteristics, it is a great disadvantage that it is difficult to maintain the accuracy between the emitter and the gate. Further, for the same reason, there is a problem that it is difficult to maintain reproducibility and uniformity of the production.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点に鑑みて、製造精度の良好な保持、再現性や均一性の
保持を容易に実現できる電界放出素子及びその製造方法
を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention provides a field emission device and a method of manufacturing the same which can easily maintain good manufacturing accuracy, high reproducibility and uniformity. The purpose is to:
【0011】このため、電界放出素子としては、カソー
ドとなるシリコン基板の一部エッチングにより形成され
た複数の屋根型エミッタとこの屋根型エミッタに対応す
る制御電極(第1ゲート)及び集束電極(第2ゲート)
を有し、制御電極への印加電圧に応じて電界放出がなさ
れるように構成する。 そしてさらに、屋根型エミッタの
幅をW、その配設ピッチをPとしたときにP/Wが2〜
5となるように、屋根型エミッタが櫛状に配設されてい
るようにする。 [0011] For this reason, as the field emission device, cathode
Formed by etching part of the silicon substrate
Multiple roof-type emitters and corresponding
Control electrode (first gate) and focusing electrode (second gate)
Field emission according to the voltage applied to the control electrode.
To be configured. And furthermore, the roof type emitter
When the width is W and the arrangement pitch is P, P / W is 2
5, the roof-type emitters are arranged in a comb shape.
So that
【0012】また、シリコン基板によるカソードの一部
エッチングにより形成された屋根型エミッタと該屋根型
エミッタに対応する制御電極及び集束電極を有し、制御
電極への印加電圧に応じて電界放出がなされるように構
成された電界放出素子の製造方法としては、カソード層
を形成するシリコン基板上にマスク層を形成しストライ
プ状にパターニングを行なう工程と、パターニングされ
たマスク層をマスクとしてカソード層をクサビ状に加工
しその表面に熱酸化膜を成膜する工程と、熱酸化膜の上
面側に絶縁層、制御電極層を形成し、制御電極のパター
ニングを行なった後においてさらに制御電極層の上面側
に絶縁層、集束電極層、及び保護層を形成する工程と、
エミッタの上方となるマスク層、保護層、及び熱酸化膜
を除去しストライプ形状のエミッタを形成する工程と、
ストライプ形状のエミッタをP/Wが2〜5となるよう
に櫛状に加工し屋根型形状のエミッタとする工程とが、
行 なわれるようにする。 [0012] Further, the device has a roof-type emitter formed by partially etching a cathode with a silicon substrate, and a control electrode and a focusing electrode corresponding to the roof-type emitter. Field emission is performed according to a voltage applied to the control electrode. The method for manufacturing the field emission device configured as described above includes a cathode layer
Form a mask layer on a silicon substrate
Patterning in the shape of a
The cathode layer into a wedge shape using the mask layer as a mask
And forming a thermal oxide film on the surface.
An insulating layer and a control electrode layer are formed on the
After performing the polishing, the top side of the control electrode layer
Forming an insulating layer, a focusing electrode layer, and a protective layer on the
Mask layer, protective layer, and thermal oxide film above the emitter
Removing stripes to form a stripe-shaped emitter;
A stripe-shaped emitter having a P / W of 2 to 5
Process into a comb shape to make a roof-shaped emitter,
To as rope line.
【0013】[0013]
【作用】上記製造方法によれば、エミッタは制御性の高
いエッチングにより製造されるため、精度保持、再現性
保持が容易である。さらにエミッタとカソードが一体的
に形成されることによる工程の容易化や動作特性の均一
化をはかることができる。またエミッタを屋根型とする
ことで電子放出点が定まり、安定したエミッション電流
が得られることにもなる。さらに、シリコンによりエミ
ッタが形成されること、及び集束電極を有することで、
上記P/Wは2〜5の値をとるように広い範囲で設定で
きる。 According to the above manufacturing method, since the emitter is manufactured by etching with high controllability, it is easy to maintain accuracy and reproducibility . Further, since the emitter and the cathode are integrally formed, the process can be facilitated and the operating characteristics can be made uniform. In addition, by making the emitter a roof type, an electron emission point is determined, and a stable emission current can be obtained. In addition, silicon
By forming a locator and having a focusing electrode,
The above P / W can be set in a wide range so as to take a value of 2 to 5.
Wear.
【0014】[0014]
【実施例】以下、本発明の電界放出素子(FEC)及び
その製造方法の実施例を説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a field emission device (FEC) of the present invention and a method of manufacturing the same will be described below.
【0015】 <実施例としてのFEC及びその製造方法>実施例の FECを図1に示す。図1において10はカソ
ード層でありシリコン基板(Si)により形成されてい
る。11は屋根型に形成されるエミッタでありカソード
層と一体的にSiにより形成されている。この屋根型エ
ミッタ11の幅WとピッチPについては、P/Wの値が
2〜5程度の値となるように設定されている。12は例
えばSiO2 による絶縁層、13はNbによる制御電極
(第1ゲート)である。さらに、SiO 2 による絶縁層
14、Nbによる集束電極(第2ゲート)15が設けら
れる。 <FEC as Example and Manufacturing Method Thereof> FIG. 1 shows an FEC according to an example . In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a cathode layer formed of a silicon substrate (Si). Reference numeral 11 denotes a roof-shaped emitter, which is integrally formed of Si with the cathode layer. The width W and pitch P of the roof-type emitter 11 are set so that the value of P / W is about 2 to 5. 12 is an insulating layer made of, for example, SiO 2 , 13 is a control electrode made of Nb
(First gate) . Furthermore, an insulating layer of SiO 2
14, a focusing electrode (second gate) 15 of Nb is provided.
It is.
【0016】このFECの製造方法を図2〜図14によ
り説明する。なお、図2〜図14において(a)は各工
程におけるFECの断面状態、(b)は平面状態を示し
ている。[0016] illustrating a method of manufacturing the FEC by FIGS 14. 2A to 14A show a cross-sectional state of the FEC in each step, and FIG. 2B shows a planar state.
【0017】図2のようにまずシリコン基板Siを3種
の溶液で洗浄(RCA洗浄)する。3種の溶液とは、ア
ンモニアと過酸化水素の溶液、ふっ化水素の溶液、塩酸
と過酸化水素の溶液である。As shown in FIG. 2, first, a silicon substrate Si is cleaned (RCA cleaning) with three kinds of solutions. The three types of solutions are a solution of ammonia and hydrogen peroxide, a solution of hydrogen fluoride, and a solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide.
【0018】次に洗浄したシリコン基板Siを酸化炉に
いれ、図3のように熱酸化膜SiO2 を成膜する。酸化
炉処理は、例えば1100°Cで4〜5時間とし、O2
ガスを流入する。Next, the cleaned silicon substrate Si is placed in an oxidation furnace, and a thermal oxide film SiO 2 is formed as shown in FIG. The oxidation furnace treatment is, for example, at 1100 ° C. for 4 to 5 hours, and O 2
Gas flows in.
【0019】次にストライプ状にレジストを付加してB
HFエッチングを行ない、熱酸化膜SiO2 を図4のよ
うにストライプ状にパターニングする(なお、図面では
1本のパターンのみを示している)。Next, a resist is added in a stripe shape to
HF etching is performed, and the thermal oxide film SiO 2 is patterned in a stripe shape as shown in FIG. 4 (only one pattern is shown in the drawing).
【0020】ここでRIEエッチングを行ない、図5の
ようにシリコン基板Siをクサビ状に加工する。RIE
エッチングについては例えばSF6 40sccm、6Pa、
140W、3.5minの条件で行なう。Here, RIE etching is performed to process the silicon substrate Si into a wedge shape as shown in FIG. RIE
For etching, for example, SF 6 40 sccm, 6 Pa,
It is performed under the conditions of 140 W and 3.5 min.
【0021】そしてこのように加工されたら、熱酸化炉
にいれて図6のように熱酸化膜SiO2 を成膜する。酸
化炉処理は、例えば1100°Cで4〜5時間とし、O
2 ガスを流入する。なお、この処理時間は、熱酸化膜S
iO2 を取り除いた際のエミッタ先端部位が屋根状に先
鋭化するために好適な膜厚の熱酸化膜SiO2 が得られ
る時間に設定される。After processing as described above, the substrate is placed in a thermal oxidation furnace and a thermal oxide film SiO 2 is formed as shown in FIG. The oxidation furnace treatment is, for example, at 1100 ° C. for 4 to 5 hours,
2 Gas flows in. This processing time is determined by the thermal oxide film S
The time is set so that a thermally oxidized film SiO 2 having a suitable thickness can be obtained so that the tip of the emitter when the iO 2 is removed is sharpened like a roof.
【0022】次に、図7のようにその上面から前記熱酸
化膜SiO2 上に絶縁層(SiO2)、ゲート層(N
b)を蒸着する。そしてゲート層(Nb)を図8のよう
にパターニングし、第1ゲート13を形成する。第1ゲ
ート13がパターニングされたら、その上面から絶縁層
(SiO2 )、ゲート層(Nb)を蒸着し、さらに以後
の工程における保護膜としてアルミ層(Al)及びモリ
ブデン層(Mo)を蒸着して、図9に示す状態とする。Next, the insulating layer on the thermal oxide film SiO 2 from its upper surface as shown in FIG. 7 (SiO 2), a gate layer (N
b) is deposited. Then, the gate layer (Nb) is patterned as shown in FIG. 8 to form the first gate 13. After the first gate 13 is patterned, an insulating layer (SiO 2 ) and a gate layer (Nb) are deposited from the upper surface, and an aluminum layer (Al) and a molybdenum layer (Mo) are deposited as protective films in the subsequent steps. To the state shown in FIG .
【0023】そしてこれをBHFエッチングによりエミ
ッタマスクとなっている層を除去し、図10の状態とす
る。BHFエッチング溶液に対してはMo層が保護膜と
なるため、図示のようにエミッタ上方となる部位におい
て熱酸化膜SiO2 等の各層が除去され、断面が略三角
でストライプ状のエミッタ突起が表出されるとともにホ
ールが形成されることになる。Then, the layer serving as the emitter mask is removed by BHF etching to obtain the state shown in FIG . Since the Mo layer serves as a protective film against the BHF etching solution, each layer such as the thermal oxide film SiO 2 is removed at a portion above the emitter as shown in the figure, and a stripe-shaped emitter protrusion having a substantially triangular cross section is displayed. A hole is formed at the same time as it is emitted.
【0024】次に、レジストRを上面に付加してパター
ニングを行ない、図11のように非レジスト部分ROPが
形成されるようにする。レジストRのパターニングは、
ストライプ状のエミッタ突起を櫛きりし、屋根型エミッ
タとするためのものであり、上述のように屋根型エミッ
タ11の幅WとピッチPについてP/Wの値が2〜5程
度の値となるようにパターニングがなされる。そしてこ
の状態でAl層をマスク層としてSF6 ガスでRIEエ
ッチングを行なう。Next, subjected to patterning by adding the resist R on the top surface, so that the non-resist portions R OP as shown in FIG. 11 is formed. The patterning of the resist R
This is for combing the stripe-shaped emitter projections to form a roof-type emitter. As described above, the value of P / W is about 2 to 5 for the width W and the pitch P of the roof-type emitter 11. Patterning is performed as follows. In this state, RIE etching is performed with SF 6 gas using the Al layer as a mask layer.
【0025】RIEエッチングの終了後、レジストRを
はがし、さらにリン硝酸でAl層、Mo層を除去して図
12の状態とする。この状態で、ストライプ状のエミッ
タ突起がRIEエッチングにより櫛切り状に分断されて
複数の屋根型エミッタ11として形成されている。After the RIE etching is completed, the resist R is removed, and the Al layer and the Mo layer are further removed with phosphoric nitric acid .
State 12 is assumed. In this state, the stripe-shaped emitter protrusions are divided into comb-like shapes by RIE etching to form a plurality of roof-type emitters 11.
【0026】次に図13のようにレジストRを付け、R
IEエッチングを行なう。これにより第2ゲート(集束
電極)のパターニングがなされ、RIEエッチング後に
レジストを除去すると図14のようになる。即ち、図1
に示したFECの主要製造プロセスが終了される。Next, a resist R is applied as shown in FIG.
Perform IE etching. As a result, the second gate (focusing electrode) is patterned, and the resist is removed after RIE etching, as shown in FIG . That is, FIG.
The FEC of main manufacturing process shown in ends.
【0027】<実施例に適用できる電極構造> 以上実施例と しての電界放出素子及びその製造方法につ
いて説明してきたが、このような電界放出素子を用いて
表示装置を製造する場合の構成について以下説明する。[0027] Having described the field emission device and a manufacturing method thereof in the above Example <electrode structure can be applied to the embodiment> The configuration of the case of manufacturing a display device using such a field emission device This will be described below.
【0028】図15は実施例のFECを用いた表示装置
の一例としての概略的な構成を示すものである。この表
示装置1においては、表示のための画像データがメモリ
2に供給され、メモリ2からタイミングコントローラ3
の制御によって画像データが読み出されてシフトレジス
タ6に供給される。FIG . 15 shows a schematic configuration as an example of a display device using the FEC of the embodiment . In this display device 1, image data for display is supplied to a memory 2, and a timing controller 3
Is read out and supplied to the shift register 6.
【0029】またタイミングコントローラ3はスキャン
側ドライバ4に対して垂直方向にスキャン動作が行なわ
れるように制御する。即ちこのスキャン側ドライバ4は
カソードC1 〜Cn に対して順次走査電圧を印加するこ
とになる。The timing controller 3 controls the scanning driver 4 so that the scanning operation is performed in the vertical direction. That the scan-side driver 4 will be sequentially applying a scan voltage to the cathode C 1 -C n.
【0030】シフトレジスタ6からは1水平ライン分の
画像データがタイミングコントローラ3からのタイミン
グ信号に基づいてデータ側ドライバ5に供給され、1水
平ライン分で画像データに基づく電圧がゲートラインG
1 〜Gm に印加されることになる。なお、ゲートG1 〜
Gm は、それぞれ制御電極としての第1ゲートGF と集
束電極としての第2ゲートGS が絶縁部を介して積層さ
れた状態に形成されており、画像データは第1ゲートG
F に印加されることになる。そして、各ゲートラインG
1 〜Gm における第2ゲートには第2ゲートドライバ7
から電圧が印加されている。なお、モノクロ表示装置の
場合は第2ゲートドライバ7は各ゲートラインG1 〜G
m の第2ゲートに共通の電圧印加を行なえばよく、また
カラー表示装置の場合は、第2ゲートによって色選択が
行なわれるように第2ゲートドライバ7が動作を行なう
ようにしてもよい。Image data for one horizontal line is supplied from the shift register 6 to the data driver 5 based on a timing signal from the timing controller 3, and a voltage based on the image data for one horizontal line is applied to the gate line G.
It will be applied to 1 ~G m. Note that the gates G 1 to G 1
G m, the second gate G S of the first gate G F and the focusing electrode as each control electrode is formed in a state of being laminated through an insulating portion, the image data is first gate G
F will be applied. And each gate line G
1 to the second gate in ~G m second gate driver 7
Is applied. In the case of a monochrome display device, the second gate driver 7 controls each of the gate lines G 1 to G
A common voltage may be applied to the second gate of m , and in the case of a color display device, the second gate driver 7 may operate so that the second gate selects a color.
【0031】なお、発光画素の選択、発光色の選択動作
については、カソード、第1ゲート、第2ゲート、もし
くはアノードによる選択など、その表示装置の構成に応
じて各種方式が考えられることはいうまでもない。It is to be noted that various methods are conceivable for selecting a luminescent pixel and a luminescent color in accordance with the configuration of the display device, such as selection using a cathode, a first gate, a second gate, or an anode. Not even.
【0032】表示領域においては、例えばガラス基板の
上にカソードC1 〜Cn が水平ライン方向に並べられ、
その上方には上記各実施例で説明したようなエミッタア
レイが形成されている。さらにその上部は各ゲートライ
ンG1 〜Gm における第1ゲートGF ,第2ゲートGS
が配置される。In the display area, for example, cathodes C 1 to C n are arranged in a horizontal line direction on a glass substrate, for example.
Above this, an emitter array as described in each of the above embodiments is formed. Further above the first gate G F and the second gate G S in each of the gate lines G 1 to G m .
Is arranged.
【0033】この図では示していないが、ゲートG1 〜
Gm とカソードC1 〜Cn の交点となる位置にそれぞれ
多数の屋根型エミッタ(11又は22)が形成されてい
ることになり、このゲートG1 〜Gm とカソードC1〜
Cn の交点となる部分における多数のFECアレイが1
つの画素を形成することになる。Although not shown in this figure, the gates G 1 to G 1
Will be G m and the cathode C 1 -C n each multiple roof-type emitter at the intersection with a position of the (11 or 22) is formed, the gate G 1 ~G m and cathode C 1 ~
Many FEC arrays at the intersection of C n
One pixel will be formed.
【0034】一点鎖線で示すAN は、カソードC1 〜C
n 及びゲートG1 〜Gm の上方に配されるアノードを示
し、各画素に対応して蛍光体が施されている。そして、
第1ゲートGF に画像データに基づいて電圧が印加され
ると、その時の垂直走査によりドライブされているカソ
ード(C1 〜Cn )の交点となる画素のFECよりアノ
ードAN に対して電子が放出され、蛍光体を励起し、表
示動作が行なわれるものである。[0034] A N shown by the one-dot chain line, the cathode C 1 -C
2 shows an anode disposed above n and gates G 1 to G m , and a phosphor is applied to each pixel. And
When a voltage is applied on the basis of the image data to the first gate G F, electrons from FEC intersections become pixels of the cathode being driven by the vertical scanning at that time (C 1 -C n) to the anode A N Is emitted to excite the phosphor, and a display operation is performed.
【0035】このような表示装置における本実施例のF
ECアレイとして、ゲートパターンは以下示すような各
種形態が考えられる(なお、以下の説明は第1ゲートG
F と第2ゲートGS が同一パターンであるとして説明す
る)。The F of this embodiment in such a display device
As the EC array, various types of gate patterns described below are conceivable (note that the following description is based on the first gate G).
F and second gate G S is described as the same pattern).
【0036】図16は1つのゲートが斜線部として示す
ように複数のストライプパターンで形成される例であ
る。この場合、ストライプの隙間部分が屋根型エミッタ
11からの電子放出部、即ちゲート開口部となる。FIG . 16 shows an example in which one gate is formed by a plurality of stripe patterns as shown by hatched portions. In this case, the gap between the stripes becomes an electron emission portion from the roof-type emitter 11, that is, a gate opening.
【0037】図17はよりドット(蛍光体1ドット)に
対応する形状としたもので、屋根型エミッタ11に対応
して長孔Hが形成されるようにしたものである。さら
に、屋根型エミッタ11では幅W方向には放出電子が広
がりやすいものとなるため、より効果的にクロストーク
を抑えるためには図18のように長孔Hがカソードライ
ンに平行となるように形成する(ただし、これはゲート
方向にドット間ギャップが小さい場合である)とよい。
さらに図19に示すようにドット形状に対応して長孔H
が形成されるようにゲートパターン及び屋根型エミッタ
11が形成されるようにしてもよい。FIG . 17 shows a shape corresponding to more dots (one dot of phosphor), in which an elongated hole H is formed corresponding to the roof-type emitter 11. Further, in the roof-type emitter 11, the emitted electrons are likely to spread in the width W direction. In order to more effectively suppress the crosstalk, the elongated holes H should be parallel to the cathode lines as shown in FIG. (However, this is the case when the gap between dots is small in the gate direction).
Further, as shown in FIG.
May be formed so that the gate pattern and the roof-type emitter 11 are formed.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上説明したように本発明の電界放出素
子では、屋根型エミッタを、ピッチP/幅Wが2〜5と
なるよう、櫛状に形成していることによりストライプ状
のエミッタに比較してエミッション電流を安定化させる
ことができ、また、屋根型エミッタはカソードと一体的
に形成されることで、カソードとエミッタ間の境界変化
による特性変動は解消され、製造されるFECについて
特性の均一性を得ることができる。また集束電極が設け
られていることにより、表示装置としてはアノード−カ
ソード間のギャップを広げることができ、アノード電圧
を上げて高輝度をはかることができる。さらに、駆動回
路の簡略化、ドライバーコストの低減が可能となる。As described above, in the field emission device according to the present invention, the roof type emitter is provided with a pitch P / width W of 2-5.
As a result, the emission current can be stabilized as compared with the stripe-shaped emitter by being formed in a comb shape, and the roof-type emitter is integrally formed with the cathode, so that the cathode and the emitter can be formed. Variations in characteristics due to boundary changes between them are eliminated, and uniformity of characteristics can be obtained for the manufactured FEC. A focusing electrode is provided
As a result , the display device can widen the gap between the anode and the cathode, and can increase the anode voltage to achieve high brightness. Further, the drive circuit can be simplified and the driver cost can be reduced.
【0039】また本発明の電界放出素子の製造方法によ
り、簡単な工程で上記構成のFECを製造することがで
き、さらに、エミッタ生成方法が蒸着に限られない。さ
らに、蒸着よりも制御性の高いエッチングによりエミッ
タ等が作成されるため、精度保持が容易であり、製造再
現性及び均一性も高いという効果があり、高性能なFE
Cアレイを製造できる。Further, according to the method for manufacturing a field emission device of the present invention, the FEC having the above structure can be manufactured by simple steps, and the method of generating an emitter is not limited to vapor deposition . Further, since the emitter and the like are formed by etching having higher controllability than vapor deposition, it is easy to maintain accuracy, and there is an effect that manufacturing reproducibility and uniformity are high.
A C array can be manufactured.
【図1】本発明の電界放出素子の実施例の構造の説明図
である。FIG. 1 is an explanatory view of a structure of an embodiment of a field emission device of the present invention.
【図2】本発明の製造方法の実施例の説明図である。FIG. 2 is an explanatory view of an embodiment of the manufacturing method of the present invention.
【図3】本発明の製造方法の実施例の説明図である。FIG. 3 is an explanatory view of an embodiment of the manufacturing method of the present invention.
【図4】本発明の製造方法の実施例の説明図である。FIG. 4 is an explanatory view of an embodiment of the manufacturing method of the present invention.
【図5】本発明の製造方法の実施例の説明図である。FIG. 5 is an explanatory view of an embodiment of the manufacturing method of the present invention.
【図6】本発明の製造方法の実施例の説明図である。FIG. 6 is an explanatory view of an embodiment of the manufacturing method of the present invention.
【図7】本発明の製造方法の実施例の説明図である。FIG. 7 is an explanatory view of an embodiment of the manufacturing method of the present invention.
【図8】本発明の製造方法の実施例の説明図である。FIG. 8 is an explanatory view of an embodiment of the manufacturing method of the present invention.
【図9】本発明の製造方法の実施例の説明図である。FIG. 9 is an explanatory view of an embodiment of the manufacturing method of the present invention.
【図10】本発明の製造方法の実施例の説明図である。FIG. 10 is an explanatory view of an embodiment of the manufacturing method of the present invention.
【図11】本発明の製造方法の実施例の説明図である。FIG. 11 is an explanatory view of an embodiment of the manufacturing method of the present invention.
【図12】本発明の製造方法の実施例の説明図である。FIG. 12 is an explanatory view of an embodiment of the manufacturing method of the present invention.
【図13】本発明の製造方法の実施例の説明図である。 FIG. 13 is an explanatory view of an embodiment of the manufacturing method of the present invention.
【図14】本発明の製造方法の実施例の説明図である。FIG. 14 is an explanatory view of an embodiment of the manufacturing method of the present invention.
【図15】本発明の実施例を用いた表示装置の説明図で
ある。 FIG. 15 is an explanatory diagram of a display device using an embodiment of the present invention.
is there.
【図16】本発明の実施例に採用できるゲートパターン
の説明図である。 FIG. 16 shows a gate pattern that can be employed in an embodiment of the present invention .
FIG.
【図17】本発明の実施例に採用できるゲートパターン
の説明図である。 FIG. 17 is a gate pattern that can be employed in an embodiment of the present invention .
FIG.
【図18】本発明の実施例に採用できるゲートパターン
の説明図である。 FIG. 18 is a gate pattern that can be employed in an embodiment of the present invention .
FIG.
【図19】本発明の実施例に採用できるゲートパターン
の説明図である。 FIG. 19 is a gate pattern that can be employed in an embodiment of the present invention .
FIG.
【図20】FECアレイの説明図である。 FIG. 20 is an explanatory diagram of an FEC array.
【図21】FECアレイを使用した表示装置の説明図で
ある。 FIG. 21 is an explanatory diagram of a display device using an FEC array.
is there.
1 表示装置 2 メモリ 3 タイミングコントローラ 4 スキャン側ドライバ 5 データ側ドライバ 6 シフトレジスタ 7 第2ゲートドライバ10, C1 〜Cn カソード11 屋根型エミッタ12,14 絶縁層13,G F 第1ゲート15,G S 第2ゲート G1 〜Gm ゲートライン AN アノード1 display device 2 memory 3 the timing controller 4 the scan-side driver 5 data-side driver 6 shift register 7 second gate driver 10, C 1 -C n cathode 11 roof-type emitter 12, 14 insulating layer 13, G F First gate 15, G S Second gate G 1 ~G m gate lines A N anode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 落合 久隆 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株 式会社内 (72)発明者 伊藤 順司 茨城県つくば市梅園1丁目1番地4号 工業技術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 金丸 正剛 茨城県つくば市梅園1丁目1番地4号 工業技術院電子技術総合研究所内 審査官 江成 克己 (56)参考文献 特開 平6−12974(JP,A) 特開 平5−274997(JP,A) 特開 昭51−50648(JP,A) 特開 平4−312739(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01J 1/30 H01J 9/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hisataka Ochiai 629 Oshiba, Mobara-shi, Chiba Futaba Electronics Industry Co., Ltd. (72) Inventor Junji Ito 1-4-1, Umezono, Tsukuba-shi, Ibaraki Pref. Within the Research Institute of Technology (72) Inventor Masatake Kanamaru 1-1-4 Umezono, Tsukuba-shi, Ibaraki Pref. Katsumi Enari, Examiner at the Electronic Technology Research Laboratory, AIST (56) References JP-A-6-12974 (JP, A JP-A-5-274997 (JP, A) JP-A-51-50648 (JP, A) JP-A-4-312739 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01J 1/30 H01J 9/02
Claims (2)
チングにより形成された複数の屋根型エミッタと、該屋
根型エミッタに対応する制御電極及び集束電極を有し、
前記制御電極への印加電圧に応じて電界放出がなされる
ように構成されるとともに、前記屋根型エミッタの幅を
W、前記屋根型エミッタの配設ピッチをPとしたときに
P/Wが2〜5となるように前記各屋根型エミッタが櫛
状に配設されたことを特徴とする電界放出素子。A plurality of roof-type emitters formed by partially etching a silicon substrate serving as a cathode; a control electrode and a focusing electrode corresponding to the roof-type emitter;
While being configured to field emission is performed in accordance with the voltage applied to the control electrode, the width of the roof-type emitter
W, when the arrangement pitch of the roof type emitter is P
Each roof type emitter is combed so that P / W is 2 to 5.
A field emission device characterized by being arranged in a shape .
チングにより形成された複数の屋根型エミッタと該屋根
型エミッタに対応する制御電極及び集束電極を有し、制
御電極への印加電圧に応じて電界放出がなされるように
構成された電界放出素子の製造方法として、少なくとも
次の(a)〜(f)の工程が実行されることを特徴とす
る電界放出素子の製造方法。 (a)カソード層を形成するシリコン基板上にマスク層
を形成しストライプ状にパターニングを行なう。 (b)パターニングされたマスク層をマスクとしてカソ
ード層をクサビ状に加工し、その表面に熱酸化膜を成膜
する。 (c)熱酸化膜の上面側に絶縁層、制御電極層を形成
し、制御電極のパターニングを行なう。 (d)制御電極層の上面側に絶縁層、集束電極層、及び
保護層を形成する。 (e)エミッタの上方となるマスク層、保護層、及び熱
酸化膜を除去し、ストライプ形状の屋根型エミッタを形
成する。 (f)ストライプ形状の屋根型エミッタを、屋根型エミ
ッタの幅をW、屋根型エミッタの配設ピッチをPとした
ときにP/Wが2〜5となるように櫛状に加工する。 2. A semiconductor device comprising a plurality of roof-type emitters formed by partially etching a silicon substrate serving as a cathode, a control electrode and a focusing electrode corresponding to the roof-type emitters, and an electric field corresponding to a voltage applied to the control electrodes. A method of manufacturing a field emission device, wherein at least the following steps (a) to (f) are performed as a method of manufacturing a field emission device configured to emit light. (A) A mask layer is formed on a silicon substrate on which a cathode layer is to be formed, and is patterned in a stripe shape. (B) The cathode layer is processed into a wedge shape using the patterned mask layer as a mask, and a thermal oxide film is formed on the surface thereof. (C) An insulating layer and a control electrode layer are formed on the upper surface side of the thermal oxide film, and the control electrode is patterned. (D) An insulating layer, a focusing electrode layer, and a protective layer are formed on the upper surface side of the control electrode layer. (E) The mask layer, protective layer, and thermal oxide film above the emitter are removed to form a stripe-shaped roof-type emitter . (F) Stripe-shaped roof-type emitter
The width of the wing was W and the pitch of the roof emitters was P.
Sometimes, it is processed into a comb shape so that P / W becomes 2 to 5.
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