專利名稱：冷陰極電子源的制造方法及冷陰極電子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在形成于陰極電極上的絕緣層及柵極電極形成有孔洞且在該孔 洞的底部設(shè)置有與陰極電極導(dǎo)通的射極的構(gòu)造的冷陰極電子源，特別是關(guān)于可在短時(shí)間在 寬廣的面積施予孔洞加工且形成的孔洞徑具有一定范圍內(nèi)的變異(variation)的冷陰極 電子源的制造方法，及由該制造方法所制造的冷陰極電子源。
背景技術(shù)：
一般的史品脫(Spindt)型冷陰極電子源形成為下述構(gòu)造在形成于襯底上的陰 極電極上疊層有絕緣層及柵極電極，在該絕緣層與柵極電極形成有孔洞，在該孔洞的底部 以與陰極電極導(dǎo)通的方式設(shè)置有圓錐形狀的射極。在該一般的史品脫型冷陰極電子源中，柵極電極及絕緣層的所述孔洞的開口徑通 常為lym左右。如下述專利文獻(xiàn)1所述，已知有一種利用荷電粒子徑跡(track)的孔洞形 成方法，其通過(guò)將該開口徑設(shè)定為平均徑0. 1 y m至0. 2 y m，同時(shí)使絕緣層的厚度變薄，而 提升電子射出元件的密度，以謀求驅(qū)動(dòng)電壓的減低。依據(jù)專利文獻(xiàn)1所揭示的方法，首先使荷電粒子隨機(jī)通過(guò)由光刻膠(resist)等所 構(gòu)成的徑跡層，而在該徑跡層隨機(jī)形成多個(gè)荷電粒子徑跡。接著，對(duì)荷電粒子通過(guò)后的該徑 跡層進(jìn)行蝕刻時(shí)，該徑跡層沿著荷電粒子徑跡被蝕刻，而在徑跡層的對(duì)應(yīng)部分形成開口空 間。然后，在位于徑跡層的開口空間的比較中央的部分形成電子射出性元件(特別是，請(qǐng)參 照所述文獻(xiàn)的圖5及圖10及對(duì)應(yīng)該等圖的記載)。(專利文獻(xiàn)1)日本特表平9-504900號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明所欲解決的問題)依據(jù)利用上述專利文獻(xiàn)1所示的荷電粒子徑跡的孔洞形成方法，有以下的問題 為了形成高能量的荷電粒子，需要有以加速器為基準(zhǔn)的大規(guī)模裝置。再者，通過(guò)該孔洞形成方法而將所述冷陰極電子源形成為平面顯示元件的電子源 時(shí)，由于可均勻地照射荷電粒子的面積受限于某種程度，因此為了進(jìn)行如顯示裝置的大面 積的加工，必須以可照射的面積為單位而遍及全面反復(fù)進(jìn)行照射，因此制造的制程時(shí)間會(huì) 變長(zhǎng)，且裝置會(huì)變得更復(fù)雜化而不得不成為高價(jià)者。本發(fā)明鑒于上述現(xiàn)有問題點(diǎn)而研創(chuàng)，其目的在于提供一種無(wú)須使用大規(guī)模的裝 置，即能以簡(jiǎn)單的步驟對(duì)某種程度的面積以一次進(jìn)行加工的冷陰極電子源的制造方法及由 該制造方法所制造的冷陰極電子源。(用于解決問題的手段)根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供一種冷陰極電子源的制造方法，該冷陰極電 子源具有陰極電極；絕緣層，形成于所述陰極電極上；柵極電極，形成在所述絕緣層上；及 射極，在形成于所述柵極電極及所述絕緣層的孔洞的底部，以與所述陰極電極導(dǎo)通的方式形成；該冷陰極電子源的制造方法的特征為具有利用第2聚合物的溶解度比第1聚合物的溶解度高的溶劑，使具有彼此不會(huì)相溶 的性質(zhì)的所述第1聚合物與所述第2聚合物相互溶解，并使其被覆在形成所述孔洞前的所 述柵極電極的表面的步驟；通過(guò)使所述溶劑蒸發(fā)，而使所述第1聚合物以微粒子狀析出在所述第2聚合物中 而固定化的步驟；利用所述第1聚合物的溶解度比所述第2聚合物的溶解度高的顯影液，去除析出 成微粒子狀的所述第1聚合物，藉此在所述第2聚合物形成蝕刻孔洞的步驟；及透過(guò)所述蝕刻孔洞進(jìn)行蝕刻，藉此在所述柵極電極形成孔洞的步驟。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在上述的冷陰極電子源的制造方法中，所述顯影液為水。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在上述的冷陰極電子源的制造方法中，所述顯影液為有 機(jī)溶劑。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，在上述的冷陰極電子源的制造方法中，所述溶劑由單一 種類的有機(jī)溶劑所構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，在上述的冷陰極電子源的制造方法中，所述溶劑包含所 述第2聚合物的溶解度比所述第1聚合物的溶解度高且沸點(diǎn)相對(duì)較高的第1有機(jī)溶劑；及 所述第1聚合物的溶解度比所述第2聚合物的溶解度高且沸點(diǎn)相對(duì)較低的第2有機(jī)溶劑。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，在上述的冷陰極電子源的制造方法中，透過(guò)所述蝕刻孔 洞進(jìn)行干蝕刻前，在形成有所述蝕刻孔洞的所述第2聚合物的表面，設(shè)置用以保護(hù)所述第2 聚合物不會(huì)受到干蝕刻侵蝕的保護(hù)層。根據(jù)本發(fā)明的第七方面，本發(fā)明提供一種冷陰極電子源，其具有陰極電極；絕緣 層，形成于所述陰極電極上；柵極電極，形成在所述絕緣層上；及射極，在形成于所述柵極 電極及所述絕緣層的孔洞的底部，以與所述陰極電極導(dǎo)通的方式形成；該冷陰極電子源的特征為以多個(gè)形成的所述孔洞的徑以在0. 04 y m至0. 3 y m的范圍內(nèi)產(chǎn)生變異的狀態(tài)進(jìn) 行分布。(發(fā)明效果)依據(jù)本發(fā)明的第一方面記載的冷陰極電子源的制造方法，由于以成為第1聚合物 以分子級(jí)分散在第2聚合物的狀態(tài)使兩聚合物相互溶解，因此若使溶劑從被覆在柵極電極 的表面的兩聚合物的溶解液蒸發(fā)，即可通過(guò)層分離特性不連續(xù)地使第1聚合物以微粒子狀 析出在第2聚合物中，并且可將由第1聚合物所構(gòu)成的多個(gè)微粒子以點(diǎn)狀方式存在的狀態(tài) 予以固定化于作為母材(matrix)的第2聚合物內(nèi)。因此，若以顯影液去除如上述方式析出 成微粒子狀的第1聚合物，即可將微細(xì)且徑尺寸有既定的變異的蝕刻孔洞多個(gè)地形成在第 2聚合物中。因此通過(guò)該蝕刻孔洞進(jìn)行蝕刻，即可對(duì)于某種程度的面積的柵極電極，以一次 形成微細(xì)且徑尺寸有變異的孔洞。依據(jù)本發(fā)明的第二方面記載的冷陰極電子源的制造方法，在本發(fā)明的第一方面記 載的冷陰極電子源的制造方法所產(chǎn)生的效果中，能以水去除析出成微粒子狀的第1聚合 物，藉此可將微細(xì)且徑尺寸有變異的蝕刻孔洞多個(gè)地形成在第2聚合物中。本發(fā)明的第三方面記載的冷陰極電子源的制造方法為在本發(fā)明的第一方面記載的冷陰極電子源的制造方法所產(chǎn)生的效果中，能以有機(jī)溶劑去除析出成微粒子狀的第1聚 合物，藉此可將微細(xì)且徑尺寸有變異的蝕刻孔洞多個(gè)地形成在第2聚合物中。依據(jù)本發(fā)明的第四方面記載的冷陰極電子源的制造方法，在本發(fā)明的第一方面至 第三方面中任一方面所述的冷陰極電子源的制造方法所產(chǎn)生的效果中，可通過(guò)單一種類的 有機(jī)溶劑，使兩聚合物相互溶解而成為第1聚合物以分子級(jí)分散在第2聚合物的狀態(tài)，且通 過(guò)兩聚合物對(duì)于該有機(jī)溶劑的溶解度的差異，即可獲得第1聚合物會(huì)在該有機(jī)溶劑蒸發(fā)時(shí) 析出的作用效果。依據(jù)本發(fā)明的第五方面記載的冷陰極電子源的制造方法，在本發(fā)明的第一方面至 第三方面中任一方面所述的冷陰極電子源的制造方法所產(chǎn)生的效果中，可通過(guò)對(duì)于第1及 第2聚合物的溶解度不同的沸點(diǎn)較高的第1有機(jī)溶劑及沸點(diǎn)較低的第2有機(jī)溶劑，使兩聚 合物相互溶解而成為第1聚合物以分子級(jí)分散在第2聚合物的狀態(tài)，且通過(guò)兩聚合物對(duì)于 兩有機(jī)溶劑的溶解度的大小互為相反的情事，即可獲得第1聚合物會(huì)在該有機(jī)溶劑蒸發(fā)時(shí) 析出的作用效果。依據(jù)本發(fā)明的第六方面記載的冷陰極電子源的制造方法，在本發(fā)明的第一方面至 第三方面中任一方面所述的冷陰極電子源的制造方法所產(chǎn)生的效果中，由于在透過(guò)蝕刻孔 洞進(jìn)行干蝕刻前，將保護(hù)層設(shè)置在形成有蝕刻孔洞的第2聚合物的表面而具有干蝕刻耐 性，因此不會(huì)在對(duì)于干蝕刻的耐性小的第2聚合物中的不想以蝕刻去除的表面部分造成損 傷，而可僅對(duì)位在殘留于蝕刻孔洞的底部的第2聚合物及該第2聚合物下的柵極電極、及露 出于蝕刻孔洞的底部的柵極電極進(jìn)行蝕刻。依據(jù)本發(fā)明的第七方面記載的冷陰極電子源，由于以多個(gè)形成的孔洞的徑以在 0. (Mym至0.3 ym的范圍內(nèi)產(chǎn)生變異的方式進(jìn)行，因此在所制造的冷陰極電子源中，各電 子射出元件的尺寸在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生變異，因此即使孔洞的徑因制程變動(dòng)而整體地變大或 變小，也不會(huì)有電子完全不會(huì)從所有的電子射出元件射出的情形，只要保持既定的驅(qū)動(dòng)電 壓的范圍，即可恒常地獲得電子射出，藉此具有容易地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的效果。相反地，與本 發(fā)明不同，若將孔洞的徑過(guò)于均勻，則可能有在所設(shè)定的既定的驅(qū)動(dòng)電壓中，電子完全不會(huì) 從所有的電子射出元件射出的情形。


圖1為顯示本發(fā)明的實(shí)施例的冷陰極電子源的制造方法中的聚合物溶液的涂覆 步驟的示意剖面圖。圖2為顯示本發(fā)明的實(shí)施例的冷陰極電子源的制造方法中的顯影步驟的示意剖 面圖，且為顯示俯視下的電子顯微鏡照片(照片1)的圖。圖3為顯示本發(fā)明的實(shí)施例的冷陰極電子源的制造方法中的保護(hù)層的形成步驟 的示意剖面圖。圖4為顯示本發(fā)明的實(shí)施例的冷陰極電子源的制造方法中的干蝕刻步驟的示意 剖面圖。圖5為顯示本發(fā)明的實(shí)施例的冷陰極電子源的制造方法中的剝離步驟的示意剖 面圖、及俯視下的電子顯微鏡照片(照片2)。圖6為顯示本發(fā)明的實(shí)施例的冷陰極電子源的制造方法中的濕蝕刻步驟的示意剖面圖、及該剖面的電子顯微鏡照片(照片3)。圖7為顯示本發(fā)明的實(shí)施例的冷陰極電子源的制造方法中的犧牲層的形成步驟 的示意剖面圖。圖8為顯示本發(fā)明的實(shí)施例的冷陰極電子源的制造方法中的鉬(Mo)的蒸鍍步驟 的示意剖面圖、及該剖面的電子顯微鏡照片(照片4)。圖9為顯示本發(fā)明的實(shí)施例的冷陰極電子源的制造方法中的鉬(Mo)的去除步驟 的示意剖面圖、及該剖面的電子顯微鏡照片(照片5)。圖10為顯示柵極電極及絕緣層的孔洞的開口徑為lym左右的已知一般史品脫型 冷陰極電子源的剖面的電子顯微鏡照片。圖11(a)為顯示以與圖10相同的比例尺表示的由本例所制造的冷陰極電子源的 剖面的電子顯微鏡照片，圖11(b)為將圖11(a)的主要部分放大顯示的電子顯微鏡照片。圖12為顯示由本發(fā)明的制造方法所制造的冷陰極電子源的孔洞徑的分布的一例 的直方圖。圖13(a)至(c)為顯示本發(fā)明的實(shí)施例的冷陰極電子源的制造方法中的孔洞形成 原理的圖。主要組件符號(hào)說(shuō)明1襯底2陰極電極
3電阻層4絕緣層
5柵極電極6孔洞
7射極9蝕刻孔洞
10冷陰極電子源12保護(hù)層
13犧牲層a溶劑
A水溶性聚合物(第1聚合物)
B非水溶性聚合物(第2聚合物)
具體實(shí)施例方式1.本實(shí)施例的基本原理本例的冷陰極電子源的制造方法為有關(guān)于冷陰極電子源10的制造方法，該冷陰 極電子源10如之后說(shuō)明的制造方法的最后步驟的圖9所示，具有設(shè)置在襯底1上的陰極 電極2及電阻層3 ；形成在電阻層3上的絕緣層4 ；形成于絕緣層4上的柵極電極5 ；以及在 形成于柵極電極5與絕緣層4的孔洞6的底部以與陰極電極2導(dǎo)通的方式形成在電阻層3 的射極7 ；本例的陰極電子源的制造方法尤關(guān)于在所述柵極電極5形成孔洞6的方法。此 外，在本例的冷陰極電子源10的構(gòu)成上，電阻層3并不一定為必須，也可為在陰極電極2上 直接設(shè)置有射極7的構(gòu)成。其原理性特征在于，利用聚合物制造用以形成孔洞6的蝕刻所用的掩膜。S卩，如圖13(a)所示，利用溶劑a使具有彼此不相溶的性質(zhì)的第1聚合物A與第2 聚合物B相互溶解時(shí)，如圖13 (b)所示，由于溶劑a蒸發(fā)，溶解性低的第1聚合物A會(huì)因?qū)?分離特性而以微粒子狀析出在溶解性高的第2聚合物B中，且如圖13(c)所示，當(dāng)溶劑a進(jìn) 一步蒸發(fā)時(shí)，第1聚合物A在彼此凝聚前通過(guò)第2聚合物B直接以微粒子狀的狀態(tài)被固定化。若使該現(xiàn)象發(fā)生在形成孔洞前的柵極電極5上，并以溶解第1聚合物A的顯影液去除 析出成微粒子狀而固定化的第1聚合物A，則在柵極電極5上會(huì)殘留形成有多個(gè)微細(xì)的孔的 第2聚合物B的層。若利用該第2聚合物B的層作為掩膜，將通過(guò)第1聚合物A的去除而 形成的孔作為蝕刻孔洞以進(jìn)行蝕刻，則可將微細(xì)的孔洞6形成在柵極電極5。2.第1實(shí)施例的制造方法接著，針對(duì)實(shí)際上利用上述原理將孔洞6形成在柵極電極5，并經(jīng)由其他步驟制造 冷陰極電子源10的方法進(jìn)行說(shuō)明。在本例中，使用具水溶性且對(duì)于后述的有機(jī)溶劑具有一定溶解度而屬于第1聚合 物A的PEI (聚乙烯亞胺，polyethylenimine)、及非水溶性且對(duì)于后述的有機(jī)溶劑具有比 第1聚合物A高的溶解度而屬于第2聚合物B的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，Polymethyl methacrylate)。將兩種聚合物A、B混合在屬于所述有機(jī)溶劑的PGMEA (丙二醇單甲醚醋酸 酉旨,propylene glycol monomethyl ether acetate)及甲醇,將兩種聚合物A、B予以溶解， 而作成聚合物溶液。 在此，若將兩種聚合物A、B完全溶解至分子級(jí)為止，由于在析出時(shí)第1聚合物A會(huì) 均勻地分散，因此更為理想。水溶性聚合物A與非水溶性聚合物B的混合比在孔洞形成時(shí)至為重要。必要者為， 形成所析出的水溶性聚合物A分散在非水溶性聚合物B中的狀態(tài)，當(dāng)水溶性聚合物A的比 率多時(shí)，粒子密度并不會(huì)提升，而是粒子開始凝聚而成為大的粒子。因此，關(guān)于本實(shí)施例的 兩種聚合物A、B的混合比率，當(dāng)以體積比將非水溶性聚合物B設(shè)為1時(shí)，將水溶性聚合物A 設(shè)在0. 05至0. 15的范圍，藉此獲得良好的結(jié)果。如圖1所示，在襯底1上設(shè)置陰極電極2及電阻層3，在電阻層3上形成絕緣層4， 并且在絕緣層4上形成柵極電極5。準(zhǔn)備好此種襯底1，并以適當(dāng)?shù)哪ず駥苄跃酆?物A及非水溶性聚合物B的所述聚合物溶液涂覆在該柵極電極5上。再者，在該涂覆步驟中，可使用將聚合物溶液涂覆在襯底1上并通過(guò)使襯底1進(jìn) 行旋轉(zhuǎn)，而以離心力將聚合物溶液擴(kuò)展成覆膜狀的旋轉(zhuǎn)涂覆法，然而就成膜手段/方法而 言并未限定于此，也可利用以滾筒將聚合物溶液涂覆在襯底1的滾筒涂覆法，或使用噴墨 裝置將聚合物溶液吐出至襯底1以進(jìn)行涂覆的噴墨法。關(guān)于所涂覆的聚合物溶液的膜厚，由于析出的水溶性聚合物A的微粒子為球狀， 因此若膜厚比其微粒子徑厚，則會(huì)成為該析出物被內(nèi)包于膜中而無(wú)助于孔洞的形成，且粒 子密度會(huì)降低而變得沒有效率。相反地若變得過(guò)薄，則在孔洞的形成后，在后述的保護(hù)層的 形成步驟中會(huì)產(chǎn)生缺失。即，雖具有以鋁層在形成有孔洞的非水溶性聚合物B的表面形成 用以防止干蝕刻的保護(hù)層的步驟，但在該步驟中進(jìn)行的鋁的傾斜蒸鍍時(shí)，鋁不但會(huì)附著在 聚合物B的表面，也會(huì)附著在孔洞的底部，因此無(wú)法以孔洞內(nèi)的蝕刻進(jìn)行柵極電極5的孔洞 形成。因此，若粒子徑設(shè)為0. liim至0. 2iim (丨000人至2000人)，則膜厚以設(shè)定為0. liim 至 0. 15iim(1000A至1500A)為佳。如圖1所示，使涂覆在柵極電極5上的所述聚合物溶液干燥。聚合物溶液以使水 溶液聚合物A以分子級(jí)分散在非水溶液聚合物B中的方式，處于兩種聚合物A、B互相溶解 的狀態(tài)，因此若溶劑從被覆在柵極電極5的表面的聚合物溶液蒸發(fā)，則如圖1所示，會(huì)成為 以下狀態(tài)水溶性聚合物A會(huì)通過(guò)層分離特性不連續(xù)地以微粒子狀析出在非水溶性聚合物B中，且由水溶性聚合物A所構(gòu)成的多個(gè)微粒子會(huì)以點(diǎn)狀存在于作為母材的非水溶性聚合 物B中被固定化。如前所述，孔洞形成的原理應(yīng)用以下現(xiàn)象以分子級(jí)混合的兩種聚合物因溶解度 的差而隨著溶劑的蒸發(fā)產(chǎn)生析出，而析出物在凝聚前固定化在屬于母材側(cè)的非水溶性聚合 物B。其前提為水溶性聚合物A與非水溶性聚合物B以不會(huì)彼此混合的方式進(jìn)行層分離。 因此，若干燥過(guò)快，則析出的粒子會(huì)變小，若干燥過(guò)慢時(shí)，析出的粒子會(huì)變大，因此優(yōu)選為也 考量其他條件而由所希望的微粒子的粒徑來(lái)實(shí)驗(yàn)性決定。此外，關(guān)于溶劑從聚合物溶液的干燥，只要使用作為溶劑不易蒸發(fā)(不易干燥)的 松脂醇(terpineol)等以外的容易蒸發(fā)的有機(jī)溶劑，則在涂覆步驟中采用旋轉(zhuǎn)涂覆法時(shí)， 聚合物溶液會(huì)在涂覆中自然干燥，且聚合物A的析出也完成。然而，由于依據(jù)所使用的有機(jī) 溶劑的種類，也有例如松脂醇不易蒸發(fā)的情形，因此在此情形下也可不用自然干燥方式，而 利用加熱手段進(jìn)行加熱干燥，以使步驟提早進(jìn)行。如圖2所示，將襯底1的整體浸入水槽中的水，將水作為顯影液，將析出成微粒子 狀的水溶性聚合物A予以溶解去除。藉此，在非水溶性聚合物B形成蝕刻孔洞9。照片1為 顯示孔洞徑在既定的范圍產(chǎn)生變異的多個(gè)蝕刻孔洞9在非水溶性聚合物B中形成于隨機(jī)的 位置的狀態(tài)。如圖3所示，在形成有蝕刻孔洞9的非水溶性聚合物B的表面，設(shè)置用以保護(hù)該聚 合物B不會(huì)受到干蝕刻侵蝕的保護(hù)層12。在本例中，采用鋁作為保護(hù)層12的材質(zhì)，通過(guò)蒸 鍍將鋁成膜在聚合物B上而作成保護(hù)層12，以保護(hù)對(duì)于作為干蝕刻所進(jìn)行的反應(yīng)性離子蝕 刻(以下稱RIE)耐性弱的聚合物B的表面，而可將形成有蝕刻孔洞9的聚合物B的層利用 作為掩膜。保護(hù)層12的厚度設(shè)定為100A至200A。在此，鋁的蒸鍍采用傾斜蒸鍍法。即，使襯底1整體載置在未圖示的旋轉(zhuǎn)臺(tái)等并使 的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)從相對(duì)于襯底1的表面呈傾斜的方向(例如10°左右的角度)蒸鍍鋁。依據(jù) 該傾斜蒸鍍法，僅在對(duì)于RIE耐性小的聚合物B中的不想以蝕刻去除的表面形成有保護(hù)膜， 而在殘留于蝕刻孔洞9的底部的聚合物B或該底部之下露出的柵極層并未形成有保護(hù)層 12。如圖4所示，從保護(hù)層12的正上方往下進(jìn)行RIE。位于蝕刻孔洞9內(nèi)而未被保護(hù) 層12所保護(hù)的的聚合物B及該聚合物B之下的柵極電極5、及露出于聚合物B的蝕刻孔洞 9內(nèi)的柵極電極5通過(guò)RIE進(jìn)行蝕刻，而形成被刻入的狀態(tài)的孔洞6。如圖5所示，利用堿及有機(jī)溶劑將聚合物B的膜連同保護(hù)層12 —起去除。照片2 為顯示孔洞徑在既定的范圍產(chǎn)生變異的多個(gè)孔洞6于柵極電極5中形成于隨機(jī)的位置的狀 態(tài)。如圖6所示，通過(guò)將形成有孔洞6的柵極電極5作為掩膜并應(yīng)用氟酸，而對(duì)絕緣層 4進(jìn)行濕蝕刻。在絕緣層4，以接續(xù)于柵極電極5的各孔洞6的方式，分別形成有比柵極電 極5的各孔洞6略為擴(kuò)徑的孔洞6，且在該等孔洞的底部露出有設(shè)置在陰極電極2上的電阻 層3的表面。照片3為顯示經(jīng)擴(kuò)大的孔洞6形成在柵極電極5的孔洞6的下方的絕緣層4 的狀態(tài)。如圖7所示，在形成有孔洞6的柵極電極5的表面設(shè)置犧牲層13，其中，該犧牲層 13乃為了在后續(xù)步驟中形成射極7而蒸鍍Mo時(shí)用以剝離/去除堆積在柵極電極5上的Mo。在本例中，采用鋁作為犧牲層13的材質(zhì)，并通過(guò)傾斜蒸鍍法將鋁僅成膜在柵極電極5上而 作成犧牲層13。犧牲層13的厚度設(shè)定為100A左右。如圖8所示，通過(guò)正蒸鍍法使Mo從以犧牲層13所覆蓋的柵極電極5的上方進(jìn)行 蒸鍍。即，使襯底1整體載置在未圖示的旋轉(zhuǎn)臺(tái)等并使的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)使Mo從大致垂直方向 蒸鍍?cè)谝r底1的表面。依據(jù)該正蒸鍍法，Mo會(huì)堆積在露出于絕緣層4的孔洞6內(nèi)的電阻層 3的表面而形成圓錐狀的射極7。此外，Mo也堆積在覆蓋柵極電極5的表面的犧牲層13上。 照片4為顯示在孔洞6內(nèi)的電阻層3之上形成有圓錐狀的射極7，且Mo也在柵極電極5之 上形成層并進(jìn)行堆積的狀態(tài)。如圖9所示，通過(guò)堿溶解犧牲層13并去除射極7以外的Mo。照片5為顯示去除堆 積在柵極電極5之上的Mo，并從電阻層3的孔洞窺視內(nèi)部的射極7的狀態(tài)。圖10為顯示柵極電極及絕緣層的孔洞的開口徑為lym左右的已知一般史品脫型 冷陰極電子源的剖面的電子顯微鏡照片。圖11 (a)為顯示以與圖10相同的比例尺表示的由 本例所制造的冷陰極電子源10的剖面的電子顯微鏡照片。由兩張照片得知，本例的冷陰極 電子源10遠(yuǎn)比已知的一般史品脫型冷陰極電子源小。此外，如圖11(b)的放大照片所示， 本例的冷陰極電子源10的柵極電極5的孔洞6的直徑在既定尺寸范圍內(nèi)產(chǎn)生變異，而如圖 10的照片的已知的一般史品脫型冷陰極電子源、或以在“背景技術(shù)”所說(shuō)明過(guò)的“專利文獻(xiàn) 1”中記載的利用荷電粒子徑跡的方法所形成的柵極電極的孔洞，其孔洞徑并不均勻。圖12為顯示由本發(fā)明的制造方法所制造的冷陰極電子源10的孔洞徑的分布的一 例的直方圖。該直方圖所示的孔洞徑的分布為40nm至300nm(0. 04 y m至0. 3 y m)。如此，依據(jù)本例的冷陰極電子源10，由于以多個(gè)形成的柵極電極5的孔洞6的徑 在0. 04 y m至0. 3 y m的范圍內(nèi)產(chǎn)生變異，因此絕緣層4的孔洞6的徑或射極7的尺寸也會(huì) 在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生變異，故即使孔洞的徑因制程變動(dòng)而整體地變大或變小，也不會(huì)有電子 無(wú)法從所有的電子射出元件射出的情形，相對(duì)于既定的驅(qū)動(dòng)電壓，可恒常地從任一個(gè)射極7 獲得電子射出，因此可容易進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。再者，依據(jù)由本例的制造步驟乃至本例的制法所制造的冷陰極電子源10，可獲得 以下所述的效果不需要如荷電粒子的照射裝置的大規(guī)模且高價(jià)的設(shè)備，而能以簡(jiǎn)單、短時(shí) 間、高生產(chǎn)性、低成本，以使內(nèi)徑在0. 04y m至0.3 ym的范圍內(nèi)產(chǎn)生變異的方式，進(jìn)行用以 將孔洞6形成在柵極電極5的作業(yè)。除此之外，也可獲得以下的效果由于無(wú)須為了產(chǎn)生柵極電極5的孔洞6而進(jìn)行每 一單位面積的曝光及荷電粒子照射，因此不會(huì)發(fā)生孔洞徑因每一單位面積的曝光條件等的 變動(dòng)所致的變異、及起因于該孔洞的變異所致的顯示元件的顯示不均。由于電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)強(qiáng)力地起作用，因此能以低電壓獲得放射，驅(qū)動(dòng)電壓因此變低。由于射極7較小，因此膜的材料成本較低。由于可增加1個(gè)像素中的射極7的數(shù)量，因此顯示品質(zhì)會(huì)提升。3.第1實(shí)施例的制造方法的變形例在以上說(shuō)明的第1實(shí)施例的制造方法中，性質(zhì)不同的二種類的聚合物，列舉水溶 性的PEI (聚乙烯亞胺)、及非水溶性的PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)，而使兩聚合物溶解的有 機(jī)溶劑，例示PGMEA (丙二醇甲醚醋酸酯)及甲醇。然而，可適用于本發(fā)明的聚合物及溶劑并不限定于上述者，也可使用包含上述化合物而為例如以下列示者，通過(guò)與使用上述化合物的第1實(shí)施例不同的聚合物或溶劑的組 合的變形例，也可獲得與第1實(shí)施例同等的效果。3. 1水溶性聚合物與非水溶性聚合物的具體例
(1)水溶性聚合物(溶解于有機(jī)溶劑的水溶性聚合物)PVP(Polyvinylpyrrolidone，聚乙烯吡咯燒酮)HPC(羥丙基纖維素，hydroxy propyl cellulose)PVA(聚乙烯醇，Poly (vinyl Alcohol))PEG (聚乙二醇，poly (ethylene glycol))PEI (聚乙烯亞胺，polyethyleneimine)等(2)非水溶性聚合物(可溶解于有機(jī)溶劑的非水溶性聚合物)EC(乙基纖維素，ethylcellulose)PMMA (聚甲基丙烯酸甲酉旨，Poly (methyl methacrylate))PC (聚碳酸酯，polycarbonate)PET (聚對(duì)苯二甲酸乙二酉旨，poly (ethylene terephthalate))聚乙烯聚苯乙烯就從上述二種聚合物群一一選擇的組合中特別良好的組合而言，除了第1實(shí)施例 所說(shuō)明的PEI及PMMA以外，可例示PVP與EC、HPC與PMMA。3. 2良好的有機(jī)溶劑溶劑為了使兩聚合物以成為第1聚合物以分子級(jí)分散在第2聚合物中的狀態(tài)彼此 溶解所需者，適當(dāng)?shù)娜軇┛闪信e以下例示的有機(jī)溶劑。(1)沸點(diǎn)較高的有機(jī)溶劑PGMEA (丙二醇單甲基醚醋酸酯)PGME (丙二醇單甲基醚，Propylene glycol monomethyl ether)松脂醇(Terpineol)乳酸乙酯醋酸丁酯可單獨(dú)或組合使用該等有機(jī)溶劑。該等有機(jī)溶劑基本上為沸點(diǎn)100°C以上且蒸氣 壓比較高的有機(jī)溶劑。就松脂醇而言，由于水溶性聚合物的溶解度比非水溶性聚合物的溶 解度小，因此在聚合物溶液的涂覆后的干燥下，水溶性聚合物會(huì)先析出，因此松脂醇適用使 用作為單獨(dú)的溶劑。此外，為了控制水溶性聚合物的溶解性，可在該等有機(jī)溶劑適當(dāng)添加下 述的沸點(diǎn)較低的有機(jī)溶劑來(lái)使用。(2)沸點(diǎn)較低的有機(jī)溶劑IPA (異丙醇)甲醇、其他醇類三氯甲燒通過(guò)組合上述沸點(diǎn)較高的有機(jī)溶劑、及沸點(diǎn)較低的有機(jī)溶劑，在使水溶性聚合物 與非水溶性聚合物溶解時(shí)，對(duì)于沸點(diǎn)較高的有機(jī)溶劑的溶解度，非水溶性聚合物的溶解度 必須比水溶性聚合物的溶解度高，而對(duì)于沸點(diǎn)較低的有機(jī)溶劑的溶解度，水溶性聚合物的溶解度必須比非水溶性聚合物的溶解度高。若滿足上述條件，在聚合物溶液成膜后，隨著有 機(jī)溶劑的蒸發(fā)，水溶性聚合物可比非水溶性聚合物先進(jìn)行層分離而析出成微粒子狀，因此 若通過(guò)顯影去除該析出后的水溶性聚合物，即可制造如第1實(shí)施例所說(shuō)明的可利用在蝕刻 步驟的掩膜。綜上所述，就用以使二種類的聚合物溶解的溶劑而言，只要在聚合物溶液的涂覆/ 干燥步驟中，可因?yàn)槎N類的聚合物對(duì)于溶劑的溶解性的差異，使一方聚合物在另一方聚 合物內(nèi)因?qū)臃蛛x特性而先析出成微粒子狀，則不論為單獨(dú)的溶劑或組合后的多種溶劑的任
一者，皆可采用。
4.第2實(shí)施例的制造方法本實(shí)施例以有機(jī)溶劑溶解二種類的聚合物，并經(jīng)過(guò)與第1實(shí)施例相同的步驟進(jìn)行 制造，但在顯影步驟中與第1實(shí)施例不同，其特征為以作為顯影液的溶劑對(duì)所析出的微粒 子狀的聚合物進(jìn)行顯影/去除者。在本例中，作為第1聚合物的水溶性聚合物也可為3. 1(1)中列舉的水溶性聚合物 的任一者。再者，作為第2聚合物的非水溶性聚合物為PC (聚碳酸酯)。此外，就使兩聚合 物溶解的溶劑而言，使用PGMEA(丙二醇單甲基醚醋酸酯)及IPA(異丙醇)。此外，就顯影 液而言，使用IPA(異丙醇)。在本例中，通過(guò)經(jīng)過(guò)與第1實(shí)施例相同的步驟，也可獲得同樣的效果。5.第3實(shí)施例的制造方法本實(shí)施例為在第1實(shí)施例中的形成射極7的圖8以后的步驟不同。在第1實(shí)施例 中，從為了形成史品脫型的射極7而設(shè)置有犧牲層13的柵極電極5的上方蒸鍍Mo，而在本 例中，使碳奈米管堆積在露出于柵極電極5及絕緣層4的孔洞6內(nèi)的電阻層3上，而形成與 史品脫型不同的別種射極7。通過(guò)本例的制造方法及由本例所制造的冷陰極電子源，也可獲得與第1實(shí)施例相 同的效果。6.第4實(shí)施例的制造方法本實(shí)施例在第1實(shí)施例中的于圖3所示的步驟中并未將鋁的保護(hù)層12形成在聚 合物B，而進(jìn)行圖4所示的RIE的方法，其他步驟與第1實(shí)施例相同。在本例的情形中，由于 聚合物B需要RIE中的耐蝕刻性，因此必須選擇可使用的聚合物。就聚合物A而言，可使用 與設(shè)置有鋁的保護(hù)層12的第1實(shí)施例的情形相同的種類。就聚合物B而言，可選擇聚碳酸 酯、聚苯乙烯、酚醛清漆樹脂等包含芳基的聚合物，做為具有RIE中的耐蝕刻性的聚合物。 有機(jī)溶劑可使用與設(shè)置有鋁的保護(hù)層12的第1實(shí)施例的情形相同的種類。通過(guò)本例的制造方法及由本例所制造的冷陰極電子源，除了可獲得與第1實(shí)施例 相同的效果以外，也可獲得步驟數(shù)刪減、保護(hù)膜的材料費(fèi)刪減等的更進(jìn)一步的效果。
權(quán)利要求
一種冷陰極電子源的制造方法，該冷陰極電子源具有陰極電極；絕緣層，形成于所述陰極電極上；柵極電極，形成在所述絕緣層上；及射極，在形成于所述柵極電極及所述絕緣層的孔洞的底部，以與所述陰極電極導(dǎo)通的方式形成；該冷陰極電子源的制造方法的特征在于具有利用第2聚合物的溶解度比第1聚合物的溶解度高的溶劑，使具有彼此不會(huì)相溶的性質(zhì)的所述第1聚合物與所述第2聚合物相互溶解，并使其被覆在形成所述孔洞前的所述柵極電極的表面的步驟；通過(guò)使所述溶劑蒸發(fā)，而使所述第1聚合物以微粒子狀析出在所述第2聚合物中而固定化的步驟；利用所述第1聚合物的溶解度比所述第2聚合物的溶解度高的顯影液，去除析出成微粒子狀的所述第1聚合物，藉此在所述第2聚合物形成蝕刻孔洞的步驟；及透過(guò)所述蝕刻孔洞進(jìn)行蝕刻，藉此在所述柵極電極形成孔洞的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷陰極電子源的制造方法，其特征在于，所述顯影液為水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷陰極電子源的制造方法，其特征在于，所述顯影液為有機(jī) 溶劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的冷陰極電子源的制造方法，其特征在于， 所述溶劑由單一種類的有機(jī)溶劑所構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的冷陰極電子源的制造方法，其特征在于， 所述溶劑包含所述第2聚合物的溶解度比所述第1聚合物的溶解度高且沸點(diǎn)相對(duì)較高的 第1有機(jī)溶劑；及所述第1聚合物的溶解度比所述第2聚合物的溶解度高且沸點(diǎn)相對(duì)較低 的第2有機(jī)溶劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的冷陰極電子源的制造方法，其特征在于， 透過(guò)所述蝕刻孔洞進(jìn)行干蝕刻前，在形成有所述蝕刻孔洞的所述第2聚合物的表面，設(shè)置 用以保護(hù)所述第2聚合物不會(huì)受到干蝕刻侵蝕的保護(hù)層。
7.一種冷陰極電子源，其特征在于，具有陰極電極；絕緣層，形成于所述陰極電極上； 柵極電極，形成在所述絕緣層上；及射極，在形成于所述柵極電極及所述絕緣層的孔洞的底 部，以與所述陰極電極導(dǎo)通的方式形成；該冷陰極電子源的特征在于以多個(gè)形成的所述孔洞的徑以在0. 04 μ m至0. 3 μ m的范圍內(nèi)產(chǎn)生變異的狀態(tài)進(jìn)行分布。
全文摘要
本發(fā)明提供一種冷陰極電子源的制造方法及冷陰極電子源，提供能以簡(jiǎn)單的步驟對(duì)某種程度的面積以一次進(jìn)行加工的冷陰極電子源的制造方法。本發(fā)明的冷陰極電子源的制造方法為在襯底(1)上重疊陰極電極(2)、絕緣層(4)及柵極電極(5)，以溶劑溶解不會(huì)相溶的聚合物A、B并使其被覆在柵極電極的表面。使溶劑蒸發(fā)而將聚合物A以微粒子狀析出在聚合物B中并予以固定化，再以顯影液去除聚合物A而形成蝕刻孔洞(9)，并進(jìn)行蝕刻而在柵極電極形成孔洞(6)。并且，從孔洞(6)進(jìn)行蝕刻而在絕緣層也形成孔洞，在孔洞內(nèi)形成射極而作成冷陰極電子源(10)。
文檔編號(hào)H01J1/304GK101840822SQ201010145409
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者兼重敏男, 北川和典, 白神崇生, 西村則雄 申請(qǐng)人:雙葉電子工業(yè)株式會(huì)社