JP2000285796A

JP2000285796A - 冷陰極電界電子放出素子及びその製造方法、並びに、冷陰極電界電子放出表示装置

Info

Publication number: JP2000285796A
Application number: JP2000009079A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Kimura; 和人木村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-01-25
Filing date: 2000-01-18
Publication date: 2000-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】均一な電子放出特性を備え、量産性に優れたプ
ロセスにより精度良く製造し得る冷陰極電界電子放出素
子を組み込んだ冷陰極電界電子放出表示装置を提供す
る。【解決手段】表示装置は、複数の冷陰極電界電子放出素
子を有するカソードパネルＣＰと、基板２０と、冷陰極
電界電子放出素子から放出された電子によって発光する
蛍光体層２１と、電子を蛍光体層２１に向かって誘導す
るためのアノード電極２３から成るアノードパネルＡＰ
とが真空空間を挟んで対向配置されて成り、冷陰極電界
電子放出素子は、電子を放出する隆起部１１Ａと、隆起
部１１Ａに囲まれた凹部１１Ｂとから成る電子放出部
が、複数、一体に設けられたカソード電極１１を、支持
体１０上に備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、均一な電子放出特
性を備えた冷陰極電界電子放出素子、かかる冷陰極電界
電子放出素子の製造方法、並びに、かかる冷陰極電界電
子放出素子を組み込んだ冷陰極電界電子放出表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】真空中に置かれた金属や半導体等に或る
閾値以上の強さの電界を与えると、金属や半導体の表面
近傍のエネルギー障壁を電子がトンネル効果によって通
過し、常温でも真空中に電子が放出されるようになる。
かかる原理に基づく電子放出は、冷陰極電界電子放出、
あるいは単に電界放出（フィールド・エミッション）と
呼ばれる。近年、この電界放出の原理を画像表示に応用
した平面型の冷陰極電界電子放出表示装置、所謂フィー
ルド・エミッション・ディスプレイ（ＦＥＤ）が提案さ
れており、高輝度、低消費電力等の長所を有することか
ら、従来の陰極線管（ＣＲＴ）に代わる画像表示装置と
して期待されている。

【０００３】冷陰極電界電子放出表示装置（以下、単
に、表示装置と呼ぶ場合がある）は、一般に、２次元マ
トリクス状に配列された各画素に対応して電子放出部を
有するカソードパネルと、電子放出部から放出された電
子との衝突により励起されて発光する蛍光体層を有する
アノードパネルとが、真空空間を挟んで対向配置された
構成を有する。カソードパネル上の各画素においては、
通常、複数の電子放出部が形成され、更に、電子放出部
から電子を引き出すためのゲート電極も形成されてい
る。電子の放出に関与する最小構造単位（ここでは、電
子放出部とゲート電極を有する部分）が冷陰極電界電子
放出素子である。以下、冷陰極電界電子放出素子を、単
に電界放出素子と呼ぶ場合がある。

【０００４】かかる従来の電界放出素子の代表例の１つ
として、電子放出部を円錐形の導電体で構成した、所謂
スピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型電界放出素子が知られてい
る。スピント型電界放出素子を組み込んだ表示装置の概
念図を、図２２に示す。この表示装置は、カソードパネ
ルＣＰとアノードパネルＡＰとが、０．１ｍｍ〜１ｍｍ
程度の距離を隔てて対向配置された構成を有し、両パネ
ルの間の空間が真空空間とされている。スピント型電界
放出素子は、カソードパネルＣＰ上に形成されており、
カソード電極２０１と、カソード電極２０１及び支持体
２００上に設けられた絶縁層２０２と、絶縁層２０２上
に形成されたゲート電極２０３と、ゲート電極２０３及
び絶縁層２０２に設けられた開口部２０４と、開口部２
０４の底部に位置するカソード電極２０１上に形成され
た円錐形の電子放出部２０５から構成されている。ゲー
ト電極２０３とカソード電極２０１とは、互いに異なる
方向に各々ストライプ状に形成されており、これらの両
電極の射影像が重複する領域（以下、ゲート電極／カソ
ード電極重複領域と呼ぶ場合がある）に、通常、複数の
スピント型電界放出素子が配列されている。カソード電
極２０１の射影像の延びる方向とゲート電極２０３の射
影像の延びる方向は、通常、互いに９０度ずれている。
ゲート電極／カソード電極重複領域は、カソードパネル
ＣＰの有効領域（実際の表示画面として機能する領域）
内に、通常、２次元マトリクス状に配列されている。

【０００５】一方、アノードパネルＡＰは、基板２１０
と、基板２１０上に設けられた蛍光体層２１１と、蛍光
体層２１１から基板２１０上に亙って設けられたアノー
ド電極２１２から構成されている。図２２では、カラー
表示装置を想定してストライプ状又はドット状にパター
ニングされた蛍光体層２１１を示すが、単色表示の表示
装置については、蛍光体層２１１は特にパターニングさ
れていなくともよい。尚、パターニングされた蛍光体層
２１１間の隙間は、表示画面のコントラスト向上を目的
としたブラックマトリクスで埋め込まれていてもよい。
単色表示装置における各画素（カラー表示装置では各サ
ブピクセル）は、カソードパネルＣＰ側においてゲート
電極／カソード電極重複領域に形成されたスピント型電
界放出素子の一群と、これらのスピント型電界放出素子
の一群に対面したアノードパネルＡＰ側の蛍光体層２１
１とによって構成されている。表示装置の有効領域に
は、かかる画素が、例えば数十万個ものオーダーにて配
列されている。

【０００６】カソード電極２０１とゲート電極２０３と
の間に或る電位差を与えると、電子放出部２０５の近傍
に生じた電界によって電子放出部２０５の先端から電子
が放出される。スピント型電界放出素子における電子放
出部２０５の鋭く尖った先端形状は、低い駆動電圧で大
きな放出電子電流を得る上で効果的な形状である。放出
された電子は、アノードパネルＡＰ側のアノード電極２
１２に引き付けられ、アノード電極２１２と基板２１０
との間に形成された発光体層である蛍光体層２１１に衝
突する。その結果、蛍光体層２１１が励起されて発光
し、所望の画像を得ることができる。この電界放出素子
の動作は、基本的には、ゲート電極２０３及びカソード
電極２０１に印加される電圧によって制御される。

【０００７】かかるスピント型電界放出素子の製造方法
の概要を、以下、図２３及び図２４を参照して説明す
る。この製造方法は、基本的には、円錐形の電子放出部
２０５を金属材料の垂直蒸着により形成する方法であ
る。即ち、開口部２０４に対して蒸着粒子は垂直に入射
するが、開口端部２０４の付近に形成されるオーバーハ
ング状の堆積物による遮蔽効果を利用して、開口部２０
４の底部に到達する蒸着粒子の量を漸減させ、円錐形の
堆積物である電子放出部２０５を自己整合的に形成す
る。ここでは、不要なオーバーハング状の堆積物の除去
を容易とするために、ゲート電極２０３上に剥離層２０
６を予め形成しておく方法について説明する。

【０００８】［工程−１０］先ず、例えばガラス基板か
ら成る支持体２００上にニオブ（Ｎｂ）から成るカソー
ド電極２０１を形成した後、全面にＳｉＯ₂から成る絶
縁層２０２を形成し、更に絶縁層２０２上に導電材料か
ら成るストライプ状のゲート電極２０３を形成する。次
に、このゲート電極２０３と絶縁層２０２とをパターニ
ングすることにより、開口部２０４を形成する（図２３
の（Ａ）参照）。このパターニングは、通常のリソグラ
フィによるレジスト・パターンの形成と、このレジスト
・パターンをマスクとして用いたドライエッチングによ
り行うことができる。

【０００９】［工程−２０］次に、アルミニウムを斜め
蒸着することにより、剥離層２０６を形成する。このと
き、支持体２００の法線に対する蒸着粒子の入射角を十
分に大きく選択することにより、開口部２０４の底部に
アルミニウムを殆ど堆積させることなく、ゲート電極２
０３及び絶縁層２０２上に剥離層２０６を形成すること
ができる。この剥離層２０６は、開口部２０４の開口端
部から庇状に張り出しており、これにより開口部２０４
が実質的に縮径される（図２３の（Ｂ）参照）。

【００１０】［工程−３０］次に、全面に例えばモリブ
デン（Ｍｏ）を垂直蒸着する。このとき、図２４の
（Ａ）に示すように、剥離層２０６上でオーバーハング
形状を有する導電材料層２０５Ａが成長するに伴い、開
口部２０４の実質的な直径が次第に縮小されるので、開
口部２０４の底部において堆積に寄与する蒸着粒子は、
次第に開口部２０４の中央付近を通過するものに限られ
るようになる。その結果、開口部２０４の底部には円錐
形の堆積物が形成され、この円錐形の堆積物が電子放出
部２０５となる。

【００１１】［工程−４０］その後、電気化学的プロセ
ス及び湿式プロセスによって剥離層２０６をゲート電極
２０３の表面から剥離し、ゲート電極２０３の上方の導
電材料層２０５Ａを選択的に除去する。その結果、図２
４の（Ｂ）に示すように、開口部２０４の底部に位置す
るカソード電極２０１上に円錐形の電子放出部２０５を
残すことができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図２４の
（Ｂ）に示した構造を有する電界放出素子の電子放出特
性は、開口部２０４の上端部を成すゲート電極２０３の
縁部２０３Ａから電子放出部２０５の先端部までの距離
に大きく依存する。この距離は、通常、サブミクロンの
オーダーであり、開口部２０４の形状の加工精度や直径
の寸法精度、［工程−３０］において製膜される導電材
料層２０５Ａの膜厚精度、更にはその下地となる剥離層
２０６の形状精度に大きく依存する。しかしながら、実
際に大面積の支持体全体に亙って均一な膜厚を有する導
電材料層２０５Ａを垂直蒸着により形成したり、均一な
寸法の庇形状を有する剥離層２０６を斜め蒸着により形
成することは、極めて困難であり、何らかの面内ばらつ
きやロット間ばらつきは避けられない。このばらつきに
より、表示装置の画像表示特性、例えば画像の明るさに
ばらつきが生じる。しかも、大型の蒸着装置が必要とさ
れること、スループットが低下すること、大面積に亙っ
て形成された剥離層２０６を除去する際に、その残渣が
カソードパネルＣＰを汚染する原因となり、表示装置の
製造歩留まりを低下させること、といった問題もある。

【００１３】しかも、上述の電界放出素子の製造方法に
は、リソグラフィ、ドライエッチング、斜め蒸着等、一
般に半導体装置製造分野で採用されている工程が多く含
まれ、これらの工程では、高価で大規模な半導体製造装
置を用いることが必須である。このため、安価に、簡便
に、しかも優れた量産性をもって電界放出素子を製造す
ることが極めて困難である。

【００１４】従って、本発明は、均一な電子放出特性を
備えた冷陰極電界電子放出素子、かかる冷陰極電界電子
放出素子を簡便且つ量産性に優れたプロセスにより精度
良く製造し得る製造方法、並びに、かかる冷陰極電界電
子放出素子を組み込んだ冷陰極電界電子放出表示装置を
提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の冷陰極電界電子放出素子は、電子を放出す
る隆起部と、隆起部に囲まれた凹部とから成る電子放出
部が、複数、一体に設けられたカソード電極を、支持体
上に備えていることを特徴とする。便宜上、このような
構成の冷陰極電界電子放出素子を、第１の構成と呼ぶ。

【００１６】本発明の冷陰極電界電子放出素子は、カソ
ード電極及び支持体上に設けられた絶縁層と、絶縁層上
に設けられたゲート電極と、ゲート電極及び絶縁層を貫
通した開口部とを更に有し、開口部の底部には、１又は
複数の電子放出部が露出していること構成とすることが
できる。尚、１つの開口部の底部に複数の電子放出部が
露出している構成を、便宜上、第２の構成と呼び、１つ
の開口部の底部に１つの電子放出部が露出している構成
を、便宜上、第３の構成と呼ぶ。

【００１７】本発明の冷陰極電界電子放出素子における
電子放出部を構成する凹部の形状は特に限定されない
が、典型的には略球面を成す。これは、後述する本発明
の冷陰極電界電子放出素子の製造方法において球体が使
用され、凹部が球体の形状の一部を反映して形成される
ことと関連している。従って、凹部が略球面を成す場
合、凹部を囲む隆起部は円環状となり、この場合の凹部
と隆起部とは、全体としてクレーターあるいはカルデ
ラ、王冠のような形状を呈する。隆起部は電子を放出す
る部分であるため、電子放出効率を高める観点からは、
その先端部が先鋭であることが特に好ましい。隆起部の
先端部のプロファイルは、不規則な凹凸を有していて
も、あるいは滑らかであってもよい。また、本発明の冷
陰極電界電子放出素子を冷陰極電界電子放出表示装置の
構成要素として用いる場合、通常、１画素中に、１又は
複数の冷陰極電界電子放出素子を設けるが、複数の冷陰
極電界電子放出素子を設ける場合、１画素内における冷
陰極電界電子放出素子の配置は規則的であってもランダ
ムであってもよい。尚、凹部は、凹部の周方向に沿って
連続した隆起部により囲まれていてもよいし、場合によ
っては、凹部の周方向に沿って不連続な隆起部により囲
まれていてもよい。

【００１８】上記の目的を達成するための本発明の冷陰
極電界電子放出表示装置は、本発明の冷陰極電界電子放
出素子を組み込んだ表示装置であり、複数の冷陰極電界
電子放出素子が支持体上に形成されて成るカソードパネ
ルと、基板と、冷陰極電界電子放出素子から放出された
電子によって発光する蛍光体層と、電子を蛍光体層に向
かって誘導するためのアノード電極から成るアノードパ
ネルとが真空空間を挟んで対向配置され、冷陰極電界電
子放出素子は、電子を放出する隆起部と、隆起部に囲ま
れた凹部とから成る電子放出部が、複数、一体に設けら
れたカソード電極から成ることを特徴とする。尚、この
ような構成の冷陰極電界電子放出表示装置を、便宜上、
第１の構成と呼ぶ。この第１の構成を有する冷陰極電界
電子放出表示装置は、アノード電極とカソード電極を有
する、所謂２電極タイプの冷陰極電界電子放出表示装置
である。

【００１９】第１の構成を有する冷陰極電界電子放出表
示装置においては、アノード電極とカソード電極とは異
なる方向（例えば、ストライプ状のアノード電極の射影
像とストライプ状のカソード電極の射影像とが成す角度
が９０度）に延びており、アノード電極の射影像とカソ
ード電極の射影像とが重複する領域（以下、アノード電
極／カソード電極重複領域と呼ぶ）に位置する電子放出
部から電子が放出される構成とすることができる。この
ような構成の冷陰極電界電子放出表示装置の駆動は、所
謂単純マトリクス方式により行われる。即ち、カソード
電極に相対的に負の電圧、アノード電極に相対的に正の
電圧を印加し、列選択されたカソード電極と行選択され
たアノード電極（あるいは、行選択されたカソード電極
と列選択されたアノード電極）とのアノード電極／カソ
ード電極重複領域に位置する電子放出部から選択的に真
空空間中へ電子が放出され、この電子がアノード電極に
引き付けられてアノードパネル上の蛍光体層に衝突し、
蛍光体層を励起・発光させる。

【００２０】本発明の冷陰極電界電子放出表示装置に
は、上述した第２の構成又は第３の構成を有する冷陰極
電界電子放出素子を組み込んでいてもよい。即ち、冷陰
極電界電子放出素子は、カソード電極及び支持体上に設
けられた絶縁層と、絶縁層上に設けられたゲート電極
と、ゲート電極及び絶縁層を貫通した開口部とを更に有
し、開口部の底部には、１又は複数の電子放出部が露出
している構成とすることもできる。尚、開口部の底部に
複数の電子放出部が露出している構成を、便宜上、第２
の構成と呼び、開口部の底部に１つの電子放出部が露出
している構成を、便宜上、第３の構成と呼ぶ。これらの
第２の構成若しくは第３の構成を有する冷陰極電界電子
放出表示装置は、アノード電極とゲート電極とカソード
電極を有する、所謂３電極タイプの冷陰極電界電子放出
表示装置である。

【００２１】第２の構成及び第３の構成を有する冷陰極
電界電子放出表示装置においては、ゲート電極とカソー
ド電極とは異なる方向（例えば、ストライプ状のゲート
電極の射影像とストライプ状のカソード電極の射影像と
が成す角度が９０度）に延びており、ゲート電極の射影
像とカソード電極の射影像とが重複する領域に位置する
電子放出部から電子が放出される構成とすることが好ま
しい。カソード電極に相対的な負電圧を印加し、ゲート
電極に相対的な正電圧を印加し、アノード電極にゲート
電極よりも更に高い正電圧を印加する。電子は、列選択
されたカソード電極と行選択されたゲート電極（あるい
は、行選択されたカソード電極と列選択されたゲート電
極）とのゲート電極／カソード電極重複領域に位置する
電子放出部から選択的に真空空間中へ放出され、アノー
ド電極へ向かって加速され、アノードパネル上の蛍光体
層に衝突して、蛍光体層を励起・発光させる。

【００２２】上記の目的を達成するための本発明の第１
の態様に係る冷陰極電界電子放出素子の製造方法（以
下、第１の態様に係る製造方法と呼ぶ）は、（Ａ）複数
の球体を被覆したカソード電極を支持体上に形成する工
程と、（Ｂ）球体を除去することによって、球体を被覆
したカソード電極の部分を除去し、以て、電子を放出す
る隆起部と、隆起部に囲まれ、且つ、球体の形状の一部
を反映した凹部とから成る電子放出部を、カソード電極
に形成する工程、を有することを特徴とする。第１の態
様に係る製造方法により、第１の構成を有する冷陰極電
界電子放出素子を製造することができる。

【００２３】第１の態様に係る製造方法においては、前
記工程（Ｂ）の後、更に、（Ｃ）カソード電極及び支持
体上に絶縁層を形成する工程と、（Ｄ）絶縁層上にゲー
ト電極を形成する工程と、（Ｅ）ゲート電極の射影像と
カソード電極の射影像とが重複する領域において、少な
くとも絶縁層に開口部を形成し、以て、開口部の底部に
電子放出部を露出させる工程、を有する構成とすること
ができる。このような方法を、第１Ａの態様に係る製造
方法と呼ぶ。この場合、前記工程（Ｅ）の後、更に、
（Ｆ）絶縁層を等方的にエッチングすることにより、ゲ
ート電極の端部と隆起部の先端部とを絶縁層から突出さ
せる工程を更に備えていてもよい。

【００２４】第１Ａの態様に係る製造方法により、第２
の構成あるいは第３の構成を有する冷陰極電界電子放出
素子を製造することができる。ここで、工程（Ｅ）にお
いて、「少なくとも」絶縁層に開口部を形成すると表現
したのは、ゲート電極の射影像とカソード電極の射影像
とが重複する領域においてゲート電極及び絶縁層に開口
部を形成する形態、並びに、ゲート電極の形成工程にお
いて貫通孔を形成し、この貫通孔を介して絶縁層に開口
部を形成する形態を包含するからである。以下の本明細
書中で同様の表現を使用する場合、その意味するところ
は同様である。また、ゲート電極に形成された貫通孔と
絶縁層に形成された開口部とを総称して、単に開口部と
呼ぶが、以下の説明においても同様である。

【００２５】あるいは又、第１の態様に係る製造方法に
おいては、前記工程（Ｂ）の後、更に、（Ｃ）電子放出
部が底部に露出した開口部を有する絶縁層を、カソード
電極及び支持体上に形成する工程と、（Ｄ）絶縁層上
に、開口部に連通する貫通孔を有するゲート電極を設け
る工程、を有する構成とすることができる。このような
方法を、第１Ｂの態様に係る製造方法と呼ぶ。この場
合、前記工程（Ｄ）の後、更に、（Ｅ）絶縁層を等方的
にエッチングすることにより、ゲート電極の端部と隆起
部の先端部とを絶縁層から突出させる工程を更に備えて
いてもよい。第１Ｂの態様に係る製造方法によっても、
第２の構成あるいは第３の構成を有する冷陰極電界電子
放出素子を製造することができる。

【００２６】上記の目的を達成するための本発明の第２
の態様に係る冷陰極電界電子放出素子の製造方法（以
下、第２の態様に係る製造方法と呼ぶ）は、（Ａ）複数
の球体を被覆したカソード電極を支持体上に形成する工
程と、（Ｂ）カソード電極及び支持体上に絶縁層を形成
する工程と、（Ｃ）絶縁層上にゲート電極を形成する工
程と、（Ｄ）球体を除去することによって、少なくとも
球体を被覆したカソード電極の部分を除去し、以て、ゲ
ート電極及び絶縁層を貫通した開口部を形成すると共
に、電子を放出する隆起部と、隆起部に囲まれ、且つ、
球体の形状の一部を反映した凹部とから成る電子放出部
を、開口部の底部に位置するカソード電極に形成する工
程、を有することを特徴とする。

【００２７】尚、工程（Ｄ）において、「少なくとも」
球体を被覆したカソード電極の部分を除去し、と表現し
たのは、ゲート電極の射影像とカソード電極の射影像と
が重複する領域において、球体の除去前に、ゲート電極
及び絶縁層に開口部を形成する形態、並びに、ゲート電
極の形成工程において貫通孔を形成し、この貫通孔を介
して絶縁層に開口部を形成する形態を包含するからであ
る。尚、このような形態によって、第２の構成を有する
冷陰極電界電子放出素子を製造することができる。ま
た、球体の除去前に、ゲート電極及び絶縁層に開口部を
形成しない場合には、球体を除去することによって、球
体を被覆したカソード電極、絶縁層及びゲート電極の各
部分が除去される。尚、このような形態によって、第３
の構成を有する冷陰極電界電子放出素子を製造すること
ができる。

【００２８】第２の態様に係る製造方法においては、前
記工程（Ｄ）の後、更に、（Ｅ）絶縁層を等方的にエッ
チングすることにより、ゲート電極の端部と隆起部の先
端部とを絶縁層から突出させる工程を更に備えていても
よい。

【００２９】上記の目的を達成するための本発明の第３
の態様に係る冷陰極電界電子放出素子の製造方法（以
下、第３の態様に係る製造方法と呼ぶ）は、（Ａ）支持
体上に複数の球体を配置する工程と、（Ｂ）電子を放出
する隆起部と、隆起部に囲まれ、且つ、球体の形状の一
部を反映した凹部とから成る電子放出部が球体の周囲に
形成されたカソード電極を、支持体上に設ける工程と、
（Ｃ）球体を除去する工程、を有することを特徴とす
る。第３の態様に係る製造方法により、第１の構成を有
する冷陰極電界電子放出素子を製造することができる。
尚、「球体の周囲に」という表現には、カソード電極が
球体と接する場合、及び、球体と一部しか接していない
場合の双方が含まれる。以下の説明においても同様であ
る。

【００３０】第３の態様に係る製造方法においては、前
記工程（Ｃ）の後、更に、（Ｄ）カソード電極及び支持
体上に絶縁層を形成する工程と、（Ｅ）絶縁層上にゲー
ト電極を形成する工程と、（Ｆ）ゲート電極の射影像と
カソード電極の射影像とが重複する領域において、少な
くとも絶縁層に開口部を形成し、以て、開口部の底部に
電子放出部を露出させる工程、を有していてもよい。こ
のような方法を、第３Ａの態様に係る製造方法と呼ぶ。
更には、この場合、前記工程（Ｆ）の後、更に、（Ｇ）
絶縁層を等方的にエッチングすることにより、ゲート電
極の端部と隆起部の先端部とを絶縁層から突出させる工
程を更に備えていてもよい。第３Ａの態様に係る製造方
法により、第２の構成あるいは第３の構成を有する冷陰
極電界電子放出素子を製造することができる。

【００３１】第３の態様に係る製造方法においては、前
記工程（Ｃ）の後、更に、（Ｄ）電子放出部が底部に露
出した開口部を有する絶縁層を、カソード電極及び支持
体上に形成する工程と、（Ｅ）絶縁層上に、開口部に連
通する貫通孔を有するゲート電極を設ける工程、を有し
ていてもよい。このような方法を、第３Ｂの態様に係る
製造方法と呼ぶ。更には、この場合、前記工程（Ｅ）の
後、更に、（Ｆ）絶縁層を等方的にエッチングすること
により、ゲート電極の端部と隆起部の先端部とを絶縁層
から突出させる工程、を更に備えていてもよい。第３Ｂ
の態様に係る製造方法により、第２の構成あるいは第３
の構成を有する冷陰極電界電子放出素子を製造すること
ができる。

【００３２】上記の目的を達成するための本発明の第４
の態様に係る冷陰極電界電子放出素子の製造方法（以
下、第４の態様に係る製造方法と呼ぶ）は、（Ａ）支持
体上に複数の球体を配置する工程と、（Ｂ）電子を放出
する隆起部と、隆起部に囲まれ、且つ、球体の形状の一
部を反映した凹部とから成る電子放出部が球体の周囲に
形成されたカソード電極を支持体上に設ける工程と、
（Ｃ）球体の上方に開口部が形成された絶縁層を、カソ
ード電極及び支持体上に設ける工程と、（Ｄ）開口部と
連通する貫通孔を有するゲート電極を絶縁層上に形成す
る工程と、（Ｅ）開口部の底部に露出した球体を除去す
る工程、を有することを特徴とする。尚、「球体の上方
に開口部が形成される」という表現には、球体の直径よ
りも小さい開口部が形成される場合、等しい開口部が形
成される場合、大きい開口部が形成される場合のいずれ
もが包含される。以下の説明においても同様である。第
４の態様に係る製造方法により、第２の構成あるいは第
３の構成を有する冷陰極電界電子放出素子を製造するこ
とができる。

【００３３】上記の目的を達成するための本発明の第５
の態様に係る冷陰極電界電子放出素子の製造方法（以
下、第５の態様に係る製造方法と呼ぶ）は、（Ａ）支持
体上に複数の球体を配置する工程と、（Ｂ）電子を放出
する隆起部と、隆起部に囲まれ、且つ、球体の形状の一
部を反映した凹部とから成る電子放出部が球体の周囲に
形成されたカソード電極を支持体上に設ける工程と、
（Ｃ）カソード電極及び支持体上に絶縁層を形成する工
程と、（Ｄ）絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、
（Ｅ）球体の上方の少なくとも絶縁層に開口部を形成す
る工程と、（Ｆ）開口部の底部に露出した球体を除去す
る工程、を有することを特徴とする。第５の態様に係る
製造方法により、第２の構成あるいは第３の構成を有す
る冷陰極電界電子放出素子を製造することができる。

【００３４】第４の態様に係る製造方法においては前記
工程（Ｅ）の後、また、第５の態様に係る製造方法にお
いては前記工程（Ｆ）の後、絶縁層を等方的にエッチン
グすることにより、ゲート電極の端部と隆起部の先端部
とを絶縁層から突出させる工程を更に備えている構成と
することができる。

【００３５】第１の態様〜第５の態様に係る製造方法に
おいては、球体の状態変化及び／又は化学変化によって
球体を除去することが好ましい。ここで、球体の状態変
化及び／又は化学変化とは、膨張、昇華、発泡、ガス発
生、分解、燃焼、炭化等の変化若しくはこれらの組合せ
を意味する。例えば、球体が有機材料から成る場合、球
体を燃焼させることによって除去することが一層好まし
い。尚、第１の態様に係る製造方法における球体の除去
と球体を被覆するカソード電極の部分の除去、並びに、
第２の態様に係る製造方法における球体の除去と球体を
被覆するカソード電極、絶縁層及びゲート電極の部分の
除去は、必ずしも同時に起こらなくてもよい。例えば、
球体を被覆するカソード電極の部分、あるいはこれに加
えて絶縁層やゲート電極の部分を除去した後に球体の一
部が残存している場合、残存した球体の除去を後から行
えばよい。

【００３６】特に、球体が有機材料から成る場合、第１
の態様に係る製造方法の工程（Ｂ）において球体を例え
ば燃焼させると、例えば、一酸化炭素、二酸化炭素、水
蒸気が発生し、球体近傍の閉鎖空間の圧力が高まり、球
体近傍のカソード電極は或る耐圧限界を超えた時点で破
裂する。この破裂の勢いによって、球体を被覆するカソ
ード電極の部分が飛散し、隆起部及び凹部と同時に開口
部が形成され、しかも、球体が除去される。また、第２
の態様に係る製造方法の工程（Ｄ）において球体を例え
ば燃焼させると、同様の機構に基づき、カソード電極と
絶縁層とゲート電極は或る耐圧限界を超えた時点で破裂
する。この破裂の勢いによって、球体を被覆するカソー
ド電極と絶縁層とゲート電極の部分が飛散し、隆起部及
び凹部と同時に開口部が形成され、しかも、球体が除去
される。即ち、これらの製造方法において、球体を除去
する以前には開口部が存在せず、球体の除去に伴って開
口部が形成される。このとき、球体の燃焼の初期過程は
閉鎖空間内で進行するため、球体の一部は炭化する可能
性もある。第１の態様に係る製造方法においては、球体
を被覆するカソード電極の部分の厚さを、破裂によって
飛散し得る程度に薄くすることが好ましい。また、第２
の態様に係る製造方法においては、球体を被覆するカソ
ード電極、絶縁層及びゲート電極の部分の厚さを、破裂
によって飛散し得る程度に薄くすることが好ましく、特
に、絶縁層については、球体を被覆していない部分の厚
さを球体の直径と同程度にすることが好適である。

【００３７】第３の態様に係る製造方法においても、球
体の状態変化及び／又は化学変化によって球体を除去す
ることができるが、カソード電極の破裂を伴わないの
で、外力によって除去を行う方が簡便な場合もある。ま
た、第４の態様あるいは第５の態様に係る製造方法で
は、球体を除去する前の時点で既に開口部が完成されて
いるが、開口部の大きさが球体の直径よりも大きい場合
には、球体を外力によって除去することができる。ここ
で、外力とは、空気又は不活性ガスの吹付け圧力、洗浄
液の吹付け圧力、磁気吸引力、静電気力、遠心力等の物
理的な力である。尚、第３の態様〜第５の態様に係る製
造方法においては、第１の態様や第２の態様に係る製造
方法と異なり、球体を被覆する部分のカソード電極、あ
るいは、場合によっては、更に絶縁層やゲート電極を飛
散させる必要がないので、カソード電極、絶縁層あるい
はゲート電極の残渣が発生し難いという利点がある。

【００３８】第３の態様〜第５の態様に係る製造方法で
使用される球体は、少なくとも表面が、カソード電極、
構成に依っては絶縁層やゲート電極を構成する材料の各
界面張力（表面張力）に比べて、大きな界面張力を有す
る材料から構成されていることが好ましい。これによ
り、第３の態様あるいは第５の態様に係る製造方法で
は、カソード電極が少なくとも球体の頂部を被覆するこ
とがなくなる。また、第４の態様に係る製造方法では、
カソード電極、絶縁層及びゲート電極は球体の少なくと
も頂部を被覆することがなく、開口部が最初から形成さ
れた状態が得られる。開口部の直径がどの程度になるか
は、例えば、カソード電極、絶縁層やゲート電極を構成
する材料の厚さと球体の直径との関係や、カソード電
極、絶縁層やゲート電極の形成方法に依存する。

【００３９】第３の態様〜第５の態様に係る製造方法に
おいて、球体は、少なくとも表面が界面張力に関する上
述の条件を満たしていればよい。つまり、カソード電
極、絶縁層及びゲート電極の各界面張力よりも大きな界
面張力を有している部分は、球体の表面のみであっても
全体であってもよく、また、球体の表面及び／又は全体
の構成材料は、無機材料、有機材料、あるいは無機材料
と有機材料の組合せのいずれであってもよい。第３の態
様〜第５の態様に係る製造方法において、カソード電極
やゲート電極が通常の金属系材料から構成され、絶縁層
がガラス等の酸化シリコン系材料から構成される場合、
金属系材料の表面には吸着水分に由来する水酸基、絶縁
層の表面にはＳｉ−Ｏ結合のダングリング・ボンドと吸
着水分とに由来する水酸基が存在し、親水性の高い状態
にあるのが普通である。従って、疎水性の表面処理層を
有する球体を用いることが、特に有効である。疎水性の
表面処理層の構成材料として、フッ素系樹脂、例えばポ
リテトラフルオロエチレンを挙げることができる。球体
が疎水性の表面処理層を有する場合、疎水性の表面処理
層の内側の部分を芯材と称することにすると、芯材の構
成材料は、ガラス、セラミックス、フッ素系樹脂以外の
高分子材料のいずれであってもよい。

【００４０】球体を構成する有機材料は特に限定されな
いが、汎用の高分子材料が好適である。但し、重合度が
極端に大きかったり、多重結合含有量が極端に多い高分
子材料では、燃焼温度が高くなり過ぎ、燃焼による球体
の除去時、カソード電極や絶縁層、ゲート電極に悪影響
が及ぶ虞がある。それ故、これらに対する悪影響が生じ
る虞のない温度にて燃焼若しくは炭化させることが可能
な高分子材料を選択することが好ましい。特に、絶縁層
をガラス・ペーストのような、後工程において焼成を要
する材料を用いて形成する場合には、工数をなるべく減
少させる観点から、ガラス・ペーストの焼成温度にて燃
焼若しくは炭化可能な高分子材料を選択することが好適
である。ガラス・ペーストの典型的な焼成温度は約５３
０゜Ｃなので、かかる高分子材料の燃焼温度は３５０〜
５００゜Ｃ程度であることが好ましい。代表的な高分子
材料として、スチレン系、ウレタン系、アクリル系、ビ
ニル系、ジビニルベンゼン系、メラミン系、ホルムアル
デヒド系、ポリメチレン系のホモポリマー又は共重合体
を挙げることができる。あるいは又、球体として、支持
体上での確実な配置を確保するために、付着力を有する
固着タイプの球体を使用することもできる。固着タイプ
の球体として、アクリル系樹脂から成る球体を例示する
ことができる。

【００４１】あるいは又、例えば、塩化ビニリデン・ア
クリロニトリル共重合体を外殻とし、発泡材としてイソ
ブタンを内包し、カプセル化した加熱膨張型マイクロス
フェアを球体として使用することができる。第１の態様
又は第２の態様に係る製造方法において、かかる加熱膨
張型マイクロスフェアを用い、熱膨張型マイクロスフェ
アを加熱すると、外殻のポリマーが軟化し、しかも、内
包されたイソブタンがガス化して膨張する結果、粒径が
膨張前と比較して約４倍程度の真球の中空体が形成され
る。その結果、第１の態様に係る製造方法において、電
子を放出する隆起部、及び、隆起部に囲まれ、且つ、球
体の形状の一部を反映した凹部を、カソード電極に形成
することができる。また、第２の態様に係る製造方法に
おいては、かかる凹部や隆起部に加え、ゲート電極及び
絶縁層を貫通した開口部を形成することができる。尚、
熱膨張型マイクロスフェアの加熱による膨張も、本明細
書においては、球体の除去という概念に包含する。その
後、熱膨張型マイクロスフェアを適切な溶剤を用いて取
り除けばよい。

【００４２】第１の態様あるいは第２の態様に係る製造
方法においては、前記工程（Ａ）は、支持体上に複数の
球体を配置した後、球体を被覆するカソード電極を形成
する工程から成る構成とすることができる。これらの場
合においては、あるいは又、第３の態様〜第５の態様に
係る製造方法においては、支持体上への複数の球体の配
置方法として、球体を支持体上に散布する乾式法を挙げ
ることができる。球体の散布には、例えば、液晶表示装
置の製造分野において、パネル間隔を一定に維持するた
めのスペーサを散布する技術を応用することができる。
具体的には、圧搾気体で球体をノズルから噴射する、所
謂スプレーガンを用いることができる。尚、球体をノズ
ルから噴射する際、球体を揮発性の溶剤中に分散させた
状態としてもよい。あるいは、静電粉体塗装の分野で通
常使用されている装置や方法を利用して球体を散布する
こともできる。例えば、コロナ放電を利用した静電粉体
吹付けガンにより負に帯電させた球体を、接地した支持
体に向かって吹き付けることができる。本発明の製造方
法で使用する球体は、例えば、後述するように非常に小
さいため、支持体上に散布されると支持体の表面に例え
ば静電気力によって付着し、以降の工程においても容易
に支持体から脱落することはない。支持体上に複数の球
体の配置した後、球体を加圧すれば、支持体上の複数の
球体の重なりを解消することができ、球体を支持体上で
単層に密に配置することができる。

【００４３】あるいは、第１の態様若しくは第２の態様
に係る製造方法にあっては、前記工程（Ａ）は、球体と
カソード電極材料とを分散媒中に分散させて成る組成物
から成る組成物層を支持体上に形成し、以て、支持体上
に複数の球体を配置し、カソード電極材料から成るカソ
ード電極で球体を被覆した後、分散媒を除去する工程か
ら成る構成（便宜上、湿式法と呼ぶ）とすることもでき
る。組成物の性状としては、スラリーやペーストが可能
であり、これらの所望の性状に応じ、分散媒の組成や粘
度を適宜選択すればよい。組成物層を支持体上に形成す
る方法としては、スクリーン印刷法が好適である。カソ
ード電極材料は、典型的には、分散媒中における沈降速
度が球体よりも遅い微粒子であることが好適である。か
かる微粒子を構成する材料として、カーボン、バリウ
ム、ストロンチウム、鉄を挙げることができる。分散媒
を除去した後、必要に応じてカソード電極の焼成を行
う。組成物層を支持体上に形成する方法としては、噴霧
法、滴下法、スピンコーティング法、スクリーン印刷法
を挙げることができる。尚、球体が配置されると共に、
カソード電極材料から成るカソード電極で球体が被覆さ
れるが、組成物層の形成方法に依っては、かかるカソー
ド電極のパターニングを行う必要がある。

【００４４】あるいは、第３の態様〜第５の態様に係る
製造方法にあっては、前記工程（Ａ）は、球体を分散媒
中に分散させて成る組成物から成る組成物層を支持体上
に形成し、以て、支持体上に複数の球体を配置した後、
分散媒を除去する工程から成る構成（便宜上、湿式法と
呼ぶ）とすることができる。組成物の性状としては、ス
ラリーやペーストが可能であり、これらの所望の性状に
応じ、分散媒の組成や粘度を適宜選択すればよい。典型
的には、イソプロピルアルコール等の有機溶媒を分散媒
として用い、蒸発により分散媒を除去することができ
る。組成物層を支持体上に形成する方法としては、噴霧
法、滴下法、スピンコーティング法、スクリーン印刷法
を挙げることができる。

【００４５】ところで、第１の構成を有する冷陰極電界
電子放出表示装置の実用的な構成においては、アノード
電極とカソード電極とが異なる方向（例えば、ストライ
プ状のアノード電極の射影像とストライプ状のカソード
電極の射影像とが成す角度が９０度）に延びており、且
つ、例えばストライプ状にパターニングされており、両
電極の射影像が重複するアノード電極／カソード電極重
複領域に位置する電子放出部の隆起部から電子が放出さ
れるので、電子放出部は、機能上、アノード電極／カソ
ード電極重複領域にのみ存在すればよい。従って、第１
の態様及び第３の態様に係る製造方法においては、アノ
ード電極／カソード電極重複領域にのみ、球体を選択的
に配置しておけば本来は十分である。ところが、上述し
たような球体の各配置方法中、選択的な配置が比較的容
易であると考えられる方法はスクリーン印刷法のみであ
り、その他の散布、噴霧、滴下、スピンコーティングと
いった方法では、適当な遮蔽手段を併用しない限り、球
体は支持体上に全面的に配置され、アノード電極／カソ
ード電極重複領域以外にも隆起部及び凹部が形成され
る。しかしながら、アノード電極／カソード電極重複領
域以外の領域に隆起部及び凹部が形成されたとしても、
電界強度の不足により、かかる隆起部からは電子が放出
され難い。従って、球体を全面に配置しても何ら問題は
生じない。

【００４６】第２の構成及び第３の構成を有する冷陰極
電界電子放出素子や冷陰極電界電子放出表示装置の実用
的な構成においては、ゲート電極とカソード電極は互い
に異なる方向（例えば、ストライプ状のゲート電極の射
影像とストライプ状のカソード電極の射影像とが成す角
度が９０度）に延びており、且つ、例えばストライプ状
にパターニングされており、両電極の射影像が重複する
ゲート電極／カソード電極重複領域に位置する隆起部か
ら電子が放出される。従って、電子放出部は、機能上、
ゲート電極／カソード電極重複領域にのみ存在すればよ
く、隆起部及び凹部が底面に露出した開口部もゲート電
極／カソード電極重複領域にのみ存在すればよい。第１
Ａの態様、第１Ｂの態様、第３Ａの態様、第３Ｂの態
様、第４の態様、若しくは第５の態様に係る製造方法に
おいては、開口部をゲート電極／カソード電極重複領域
にのみ選択的に形成することができ、しかも、ゲート電
極／カソード電極重複領域内における開口部の形成位置
や数は球体の配置とは無関係に決定することができる。
それ故、たとえゲート電極／カソード電極重複領域以外
の領域に隆起部及び凹部が存在していたとしても、この
ような隆起部及び凹部は絶縁層に被覆されたまま、何ら
電子を放出するといった機能を果たさない。従って、球
体を全面に配置しても何ら問題は生じない。

【００４７】これに対して、第２の態様に係る製造方法
においては、個々の球体の配置位置と開口部の形成位置
とが一対一に対応するため、ゲート電極／カソード電極
重複領域以外の領域にも開口部が形成される。以下、ゲ
ート電極／カソード電極重複領域以外の領域に形成され
る開口部を「孔部」と呼び、電子放出に寄与する本来の
開口部と区別する。ところで、ゲート電極／カソード電
極重複領域以外の領域に孔部が形成されたとしても、こ
の孔部は冷陰極電界電子放出素子として何ら機能せず、
ゲート電極／カソード電極重複領域に形成される冷陰極
電界電子放出素子の動作に何ら悪影響を及ぼさない。な
ぜなら、孔部の底部に隆起部及び凹部が露出していて
も、孔部の上端部にゲート電極が形成されていないから
であり、あるいは又、孔部の上端部にゲート電極が形成
されていても底部に隆起部及び凹部が露出していない
か、あるいは、孔部の底部に隆起部及び凹部が露出して
おらず、しかも、上端部にゲート電極が形成されておら
ず、単に支持体の表面が露出しているか、のいずれかで
あるからである。従って、球体を全面に配置しても何ら
問題は生じない。尚、ゲート電極／カソード電極重複領
域とそれ以外の領域との境界線上に形成された孔は、開
口部に含まれる。

【００４８】球体の直径は、所望の開口部の直径、凹部
の直径、冷陰極電界電子放出素子を用いて構成される冷
陰極電界電子放出表示装置の表示画面寸法、画素数、ア
ノード電極／カソード電極重複領域又はゲート電極／カ
ソード電極重複領域の寸法、１画素を構成すべき冷陰極
電界電子放出素子の個数に応じて選択することができる
が、０．１〜１０μｍの範囲で選択することが好まし
い。例えば、液晶表示装置のスペーサとして市販されて
いる球体は、粒径分布が１〜３％と良好なので、これを
利用することが好適である。球体の形状は真球であるこ
とが理想的ではあるが、必ずしも真球である必要はな
い。また、本発明の冷陰極電界電子放出素子の製造方法
に依っては、上述したように、球体の配置された場所に
開口部か孔部のいずれかが形成され得るが、支持体上に
は球体を１００〜５０００個／ｍｍ²程度の密度で配置
することが好適である。例えば球体を約１０００個／ｍ
ｍ²の密度で支持体上に配置すると、例えばゲート電極
／カソード電極重複領域の寸法を仮に０．５ｍｍ×０．
２ｍｍとした場合、このゲート電極／カソード電極重複
領域内に約１００個の球体が存在し、例えば第２の態様
に係る製造方法によれば、約１００個の開口部が形成さ
れることになる。１つのゲート電極／カソード電極重複
領域にこの程度の個数の開口部が形成されていれば、球
体の粒径分布や真球度のばらつきに起因する開口部や凹
部の直径のばらつきはほぼ平均化され、実用上の１画素
（又は１サブピクセル）当たりの放出電子電流密度や輝
度はほぼ均一となる。

【００４９】第１の態様〜第５の態様に係る製造方法に
おいては、球体の形状の一部が電子放出部を構成する凹
部の形状に反映される。隆起部の先端部のプロファイル
は、不規則な凹凸を有していても、あるいは滑らかであ
ってもよいが、特に第１の態様あるいは第２の態様に係
る製造方法においては、この先端部はカソード電極の破
断により形成されるため、隆起部の先端部が不規則形状
となり易い。破断により隆起部に先端部が先鋭化する
と、先端部が高効率の電子放出部として機能し得るの
で、好都合である。第１の態様〜第５の態様に係る製造
方法においては、凹部を囲む隆起部はいずれも概ね円環
状となり、この場合の凹部と隆起部とは、全体としてク
レーターあるいはカルデラ、王冠のような形状を呈す
る。

【００５０】支持体上における冷陰極電界電子放出素子
の配置は規則的であってもランダムであってもよく、配
置方法に依存する。上述の乾式法あるいは湿式法を採用
した場合、支持体上における冷陰極電界電子放出素子の
配置はランダムとなる。尚、凹部の周方向に沿って連続
した隆起部により凹部が囲まれていてもよいし、場合に
よっては、凹部の周方向に沿って不連続な隆起部により
凹部が囲まれていてもよい。

【００５１】本発明の製造方法では、開口部内におい
て、ゲート電極の端部と隆起部の先端部とを絶縁層から
突出させる場合、絶縁層の等方的なエッチング（より具
体的には、開口部の側壁面を構成する絶縁層の部分の等
方的なエッチング）は、ケミカルドライエッチングのよ
うにラジカルを主エッチング種として利用するドライエ
ッチング、あるいは、エッチング液を利用するウェット
エッチングにより行うことができる。ゲート電極の端部
を絶縁層から突出させること、及び、隆起部の先端部を
絶縁層から突出させることにより、電子放出効率を一層
高めることができる。

【００５２】本発明の冷陰極電界電子放出素子、第１の
態様〜第５の態様に係る製造方法、並びに、冷陰極電界
電子放出表示装置において、支持体は、少なくとも表面
が絶縁性部材より構成されていればよく、ガラス基板、
表面に絶縁膜が形成されたガラス基板、石英基板、表面
に絶縁膜が形成された石英基板、表面に絶縁膜が形成さ
れた半導体基板を挙げることができる。基板も、支持体
と同様の構成とすることができる。

【００５３】カソード電極あるいはゲート電極は、タン
グステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、
チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃ
ｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａ
ｕ）、銀（Ａｇ）等の金属又はこれらの金属元素を含む
合金あるいは化合物（例えばＴｉＮ等の窒化物や、ＷＳ
ｉ₂、ＭｏＳｉ₂、ＴｉＳｉ₂、ＴａＳｉ₂等のシリサイ
ド）、あるいは不純物を含有するシリコン等の半導体
層、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、あるいはカーボン
を用いて形成することができる。カソード電極やゲート
電極の形成には、構成する材料に依存して、蒸着法、ス
パッタリング法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法、
印刷法、塗布法、メッキ法等の公知のプロセスが利用で
きる。これらの電極を構成する材料を、互いに同種材料
としてもよいし、異種の材料としてもよい。ゲート電極
の形成を、ゲート電極形成用の導電層の全面製膜とパタ
ーニングの組合せによって行う場合、導電層のパターニ
ングは全面製膜の直後に行ってもよいし、球体を除去し
た後に行ってもよい。尚、カソード電極の形成を、カソ
ード電極を構成する材料層の形成とパターニングを同時
に行い得るプロセス（例えば、印刷法）を採用しない場
合には、カソード電極を構成する材料層を製膜した後、
かかる材料層をパターニングする必要がある。

【００５４】電子放出部を形成した後、絶縁層を形成
し、その後、絶縁層に開口部を形成する場合、開口部の
形成時、電子放出部を構成する隆起部の先端部に損傷が
生じないように、電子放出部を形成した後、被覆層を形
成し、開口部の形成後、被覆層を取り除く構成とするこ
ともできる。被覆層を構成する材料として、クロムを例
示することができる。

【００５５】アノード電極の構成材料は、冷陰極電界電
子放出表示装置の構成によって選択すればよい。即ち、
冷陰極電界電子放出表示装置が透過型（表示画面をアノ
ードパネルの構成要素である基板を通して観察する型
式）であって、且つ、基板上にアノード電極と蛍光体層
がこの順に積層されている場合には、アノード電極が形
成される基板は元より、アノード電極自身も透明である
必要があり、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導
電材料を用いる。一方、冷陰極電界電子放出表示装置が
反射型（表示画面をカソードパネルの構成要素である支
持体を通して観察する型式）である場合、及び、透過型
であっても基板上に蛍光体層とメタルバック膜を兼ねた
アノード電極とがこの順に積層されている場合には、Ｉ
ＴＯの他、カソード電極やゲート電極に関連して上述し
た材料を適宜選択して用いることができる。

【００５６】絶縁層の構成材料としては、ＳｉＯ₂、Ｓ
ｉＮ、ＳｉＯＮ、ガラス・ペースト硬化物を単独あるい
は適宜積層して使用することができる。絶縁層の形成に
は、構成する材料に依存して、ＣＶＤ法、塗布法、スパ
ッタリング法、印刷法等の公知のプロセスが利用でき
る。

【００５７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、発明の実
施の形態（以下、実施の形態と略称する）に基づき、本
発明の冷陰極電界電子放出素子及びその製造方法につい
て説明する。

【００５８】（実施の形態１）実施の形態１は、第１の
態様に係る製造方法、第１の構成を有する冷陰極電界電
子放出素子（以下、電界放出素子と呼ぶ）、及び、第１
の構成を有する冷陰極電界電子放出表示装置（以下、表
示装置と呼ぶ）に関する。図１〜図３に実施の形態１の
製造方法の工程図を示し、図４に工程図を兼ねた表示装
置の一部の分解斜視図を示し、図５に表示装置の一部の
模式的な端面図を示す。

【００５９】図４及び図５に示す表示装置は、複数の電
界放出素子が支持体１０上に形成されて成るカソードパ
ネルＣＰ、並びに、基板２０と、電界放出素子から放出
された電子によって発光する蛍光体層２１と、電子を蛍
光体層２１に向かって誘導するためのアノード電極２３
から成るアノードパネルＡＰが真空空間を挟んで対向配
置された構成を有する。電界放出素子は、電子を放出す
る隆起部１１Ａと、隆起部１１Ａに囲まれた、表面が略
球面を成す凹部１１Ｂとから成る電子放出部が、複数、
一体に設けられたカソード電極１１を、支持体１０上に
備えている。隆起部１１Ａの先端部１１Ｃは先鋭であ
り、且つ、そのプロファイルは不規則な凹凸状である。
これは、後述する製造プロセスにおいて、先端部１１Ｃ
がカソード電極１１の破断により形成されるからであ
る。かかる先端部１１Ｃの形状は、効率の高い電子放出
に寄与している。尚、図４には、凹部１１Ｂが連続した
隆起部１１Ａに囲まれている状態を図示したが、破断の
生じ方によっては隆起部１１Ａの一部が欠損し、不連続
となる場合もあり得る。ストライプ状のカソード電極１
１は、或る一方向に延び、支持体１０上に設けられてい
る。

【００６０】アノードパネルＡＰにおいては、基板２０
上に所定のパターンに従って蛍光体層２１が形成され、
隣り合う蛍光体層２１の間の隙間はブラックマトリクス
２２で埋め込まれ、蛍光体層２１からブラックマトリク
ス２２上に亙ってアノード電極２３が設けられている。
ストライプ状のアノード電極２３は、カソード電極１１
と異なる方向に延びており、アノード電極／カソード電
極重複領域が１画素分の領域に相当する。カラー表示装
置を想定して蛍光体層２１が赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）の発光色を呈する蛍光体粒子のそれぞれから成る
場合、各アノード電極／カソード電極重複領域は１サブ
ピクセル分の領域に相当する。尚、ブラックマトリクス
２２を省略することもできる。また、単色表示装置を想
定した場合、蛍光体層２１が必ずしも所定のパターンに
従って設けられている必要はない。また、図示したアノ
ード電極２３は、通常、アルミニウム等の光反射性導電
膜を用いて構成されるが、ＩＴＯ等の透明導電膜から成
るアノード電極を基板２０と蛍光体層２１の間に設けて
もよく、あるいは、基板２０と蛍光体層２１の間に設け
られた透明導電膜と、蛍光体層２１からブラックマトリ
クス２２上に亙って設けられた光反射性導電膜との双方
から成るアノード電極を設けてもよい。

【００６１】カソードパネルＣＰとアノードパネルＡＰ
とは、周縁部において枠体（図示せず）を介して接合さ
れている。図４及び図５では、両パネル間の距離を一定
に維持するための補助的手段として、有効領域内に等間
隔に配置されたスペーサ１７を図示している。尚、スペ
ーサ１７の形状は、図示したような円柱形に限られず、
例えば球形であってもよいし、ストライプ状の隔壁（リ
ブ）であってもよい。また、スペーサ１７は、必ずしも
全てのアノード電極／カソード電極重複領域の四隅に配
置されている必要はなく、より疎に配置されていてもよ
いし、配置が不規則であってもよい。実施の形態１の表
示装置の駆動方式は、カソード電極１１に走査信号に従
って走査回路２４から相対的な負電圧を印加し、アノー
ド電極２３にビデオ信号に従って制御回路２６から相対
的な正電圧を印加するという、所謂単純マトリクス駆動
である。アノード電極２３とカソード電極１１の双方に
同時に信号が入力された画素（又はサブピクセル）にお
いてのみ、隆起部１１Ａから電子が放出され、蛍光体層
２１が発光する。尚、図示した例とは逆に、走査回路２
４をアノード電極２３に接続し、制御回路２６をカソー
ド電極１１に接続してもよい。実施の形態１の表示装置
においては、隆起部１１Ａの先端部１１Ｃがアノード電
極２３の方へ向かい、且つ、先鋭化されているため、電
流効率、即ち、カソード電流値に対するアノード電流値
の比も良好である。

【００６２】以下、実施の形態１に係る製造方法を、図
１〜図５を参照して説明する。尚、図１の（Ａ）、図２
の（Ａ）及び図３の（Ａ）は模式的な一部端面図であ
り、図１の（Ｂ）、図２の（Ｂ）及び図３の（Ｂ）は、
図１の（Ａ）、図２の（Ａ）及び図３の（Ａ）よりも広
い範囲を模式的に示す一部斜視図である。実施の形態１
において、複数の球体１６を被覆したカソード電極１１
を支持体１０上に形成する工程は、支持体１０上に複数
の球体１６を配置した後、球体１６を被覆するカソード
電極１１を形成する工程から成る。更には、支持体１０
上への複数の球体１６の配置は、球体１６の散布によっ
て行う。

【００６３】［工程−１００］先ず、複数の球体１６を
被覆したカソード電極１１を支持体１０上に形成する。
具体的には、先ず、例えばガラス基板から成る支持体１
０上の全面に、球体１６を配置する。球体１６は、例え
ばポリメチレン系の高分子材料から成り、平均直径約５
μｍ、粒径分布１％未満である。球体１６を、スプレー
ガンを用い、支持体１０上におおよそ１０００個／ｍｍ
²の密度でランダムに配置する。スプレーガンを用いた
散布は、球体を揮発性溶剤と混合して噴霧する方式、あ
るいは粉末状態のままノズルから噴射する方式のいずれ
でもよい。配置された球体１６は、静電気力で支持体１
０上に保持されている。この状態を図１の（Ａ）及び図
１の（Ｂ）に示す。

【００６４】［工程−１１０］次に、球体１６及び支持
体１０上にカソード電極１１を形成する。カソード電極
１１を形成した状態を、図２の（Ａ）及び図２の（Ｂ）
に示す。カソード電極１１は、例えばカーボン・ペース
トをストライプ状に印刷することによって形成すること
ができる。このとき、球体１６は支持体１０上の全面に
配置されているので、球体１６の中には、図２の（Ｂ）
に示すように、カソード電極１１で被覆されないものも
当然存在する。次に、カソード電極１１に含まれる水分
や溶剤を除去し、且つ、カソード電極１１を平坦化する
ために、例えば１５０゜Ｃにてカソード電極１１を乾燥
する。この温度では、球体１６は何ら状態変化及び／又
は化学変化を起こさない。尚、上述のようなカーボン・
ペーストを用いた印刷に替えて、カソード電極１１を構
成する材料層を全面に形成し、この材料層を通常のリソ
グラフィとドライエッチングを経てパターニングし、ス
トライプ状のカソード電極１１を形成することもでき
る。リソグラフィを行う場合、通常、レジスト膜をスピ
ンコーティング法により形成するが、スピンコーティン
グ時の支持体１０の回転数が５００ｒｐｍ程度、回転時
間が数秒間程度であれば、球体１６は脱落したり変位す
ることなく、支持体１０上に保持され得る。

【００６５】［工程−１２０］次に、球体１６を除去す
ることによって、球体１６を被覆したカソード電極１１
の部分を除去し、以て、電子を放出する隆起部１１Ａ
と、隆起部１１Ａに囲まれ、且つ、球体１６の形状の一
部を反映した凹部１１Ｂとから成る電子放出部を、カソ
ード電極１１に形成する。この状態を、図３の（Ａ）及
び図３の（Ｂ）に示す。具体的には、カソード電極１１
の焼成を兼ね、約５３０゜Ｃにて加熱を行うことにより
球体１６を燃焼させる。球体１６の燃焼に伴って球体１
６が閉じ込められていた閉鎖空間の圧力が上昇し、球体
１６を被覆するカソード電極１１の部分が或る耐圧限界
を超えた時点で破裂して除去される。その結果、支持体
１０上に形成されたカソード電極１１の一部分に、隆起
部１１Ａ及び凹部１１Ｂが形成される。

【００６６】［工程−１３０］かかる電界放出素子が多
数形成されたカソードパネルＣＰとアノードパネルＡＰ
と組み合わせると、図４及び図５に示す表示装置を構成
することができる。具体的には、セラミックスやガラス
から作製された高さ約１ｍｍの枠体（図示せず）、及び
スペーサ１７を用意し、枠体とアノードパネルＡＰ、ス
ペーサ１７とアノードパネルＡＰ、枠体とカソードパネ
ルＣＰ、及びスペーサ１７とカソードパネルＣＰとを例
えばフリットガラスを用いて貼り合わせ、フリットガラ
スを乾燥した後、約４５０゜Ｃで１０〜３０分焼成すれ
ばよい。その後、表示装置の内部を１０^-4Ｐａ程度の真
空度となるまで排気し、適当な方法で封止する。

【００６７】（実施の形態２）実施の形態２は、第１Ａ
の態様に係る製造方法、第２の構成を有する電界放出素
子、及び、第２の構成を有する表示装置に関する。図６
及び図７に実施の形態２の製造方法の工程図を示し、図
８に工程図を兼ねた表示装置の一部の分解斜視図を示
し、図９に表示装置の一部の模式的な端面図を示す。
尚、以下の図面で使用する参照符号は、図１〜図５で使
用した参照符号と一部共通であり、共通部分については
詳細な説明を省略する。

【００６８】図８及び図９に示す表示装置を構成する電
界放出素子が実施の形態１の表示装置を構成する電界放
出素子と相違する点は、絶縁層１２、ゲート電極１３及
び開口部１４を備えている点にある。即ち、電界放出素
子は、カソード電極１１及び支持体１０上に設けられた
絶縁層１２と、絶縁層１２上に設けられたゲート電極１
３と、ゲート電極１３及び絶縁層１２を貫通した開口部
１４とを更に有し、開口部１４の底部には、複数の電子
放出部（複数の隆起部１１Ａ及び凹部１１Ｂ）が露出し
ている。ゲート電極１３はカソード電極１１と異なる方
向にストライプ状に延びており、ゲート電極１３の射影
像とカソード電極１１の射影像とが重複する各ゲート電
極／カソード電極重複領域が、１画素分の領域（カラー
表示装置の場合は１サブピクセル分の領域）に相当す
る。図示した例では、正方形の平面形状を有する開口部
１４が各ゲート電極／カソード電極重複領域に１つずつ
形成されているが、開口部１４の平面形状は円形、楕円
形、正方形以外の多角形、丸みを帯びた頂点を有する多
角形のいずれでもよく、また、各ゲート電極／カソード
電極重複領域における開口部１４の数は２以上であって
もよい。以下に説明する実施の形態においても同様とす
ることができる。絶縁層１２に設けられた開口部１４の
側壁面は等方的エッチングによって後退しており、これ
によって、ゲート電極１３の端部及び隆起部１１Ａの先
端部１１Ｃが絶縁層１２から突出している。

【００６９】アノードパネルＡＰにおける蛍光体層２１
やブラックマトリクス２２の構成は、実施の形態１と同
様とすることができる。但し、アノード電極２３Ａは、
有効領域の全面に形成されている。かかる構成を有する
表示装置において、カソード電極１１には走査信号に従
って走査回路２４から相対的な負電圧が印加され、ゲー
ト電極１３にはビデオ信号に従って制御回路２６から相
対的な正電圧が印加され、アノード電極２３Ａにはゲー
ト電極１３よりも更に高い正電圧が加速電源２５から印
加される。カソード電極１１とゲート電極１３との間の
電位差に基づいて生ずる電界により、隆起部１１Ａの先
端部１１Ｃから電子が放出される。この電子が、アノー
ド電極２３Ａに引き付けられて蛍光体層２１に衝突する
と、蛍光体層２１が発光し、所望の画像を得ることがで
きる。

【００７０】以下、実施の形態２の製造方法を、図６〜
図９を参照して説明する。尚、図６の（Ａ）及び図７の
（Ａ）は模式的な一部端面図であり、図６の（Ｂ）及び
図７の（Ｂ）は、図６の（Ａ）及び図７の（Ａ）よりも
広い範囲を模式的に示す一部斜視図である。

【００７１】［工程−２００］先ず、実施の形態１の
［工程−１００］〜［工程−１２０］までを実行する。

【００７２】［工程−２１０］その後、カソード電極１
１及び支持体１０上に絶縁層１２を形成する。具体的に
は、例えば、ガラス・ペーストを全面に約５μｍの厚さ
に印刷する。次に、絶縁層１２に含まれる水分や溶剤を
除去し、且つ、絶縁層１２を平坦化するために、例えば
１５０゜Ｃにて絶縁層１２を乾燥する。上述のようなガ
ラス・ペーストを用いた印刷に替えて、例えばプラズマ
ＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜を形成してもよい。

【００７３】［工程−２２０］次に、絶縁層１２上にゲ
ート電極１３を形成する。ゲート電極１３は、例えばカ
ーボン・ペーストをストライプ状に印刷することによっ
て形成することができる。このときのストライプ状のゲ
ート電極１３の射影像の延びる方向は、カソード電極１
１の射影像の延びる方向と９０度の角度を成している。
次に、ゲート電極１３に含まれる水分や溶剤を除去し、
且つ、ゲート電極１３を平坦化するために、例えば１５
０゜Ｃにてゲート電極１３を乾燥する。尚、カーボン・
ペーストを用いた印刷に替えて、ゲート電極１３を構成
する材料層を絶縁層１２の全面に形成し、次いで、この
材料層を通常のリソグラフィとドライエッチングを経て
パターニングしてもよい。図６の（Ａ）及び図６の
（Ｂ）は、ここまでのプロセスが終了した状態を示す。

【００７４】［工程−２３０］その後、ゲート電極１３
の射影像とカソード電極１１の射影像とが重複する領域
（ゲート電極／カソード電極重複領域）において、少な
くとも絶縁層に（実施の形態２においては、ゲート電極
１３及び絶縁層１２に）開口部１４を形成し、以て、開
口部１４の底部に複数の電子放出部（複数の隆起部１１
Ａ及び凹部１１Ｂ）を露出させる。開口部１４の形成
は、通常のリソグラフィによるレジストマスクの形成
と、レジストマスクを用いたエッチングにより行うこと
ができる。但し、カソード電極１１に対して十分に高い
エッチング選択比が確保できる条件でエッチングを行う
ことが好ましい。あるいは又、電子放出部を形成した
後、例えば、クロムから成る被覆層を形成しておき、次
の［工程−１４０］における開口部１４の側壁面に相当
する絶縁層１２の部分を等方的にエッチングした後、被
覆層を取り除くことが好ましい。その後、レジストマス
クを除去する。図７の（Ａ）及び図７の（Ｂ）は、ここ
までのプロセスが終了した状態を示す。

【００７５】［工程−２４０］次に、開口部１４の側壁
面に相当する絶縁層１２の部分を等方的にエッチングす
ることによって開口部１４の側壁面を後退させ、開口部
１４内において、ゲート電極１３の端部とカソード電極
１１の先端部１１Ｃとを絶縁層１２から突出させる。等
方的なエッチングは、ケミカルドライエッチングのよう
にラジカルを主エッチング種として利用するドライエッ
チング、あるいは、エッチング液を利用するウェットエ
ッチングにより行うことができる。エッチング液として
は、４９％フッ酸と純水の１：１００（容量比）混合液
を用いることができる。以下の説明においても同様とす
ることができる。かかる電界放出素子が多数形成された
カソードパネルＣＰを、実施の形態１の［工程−１３
０］で述べたと同様に、アノードパネルＡＰと組み合わ
せ、図９に示す表示装置を得ることができる。

【００７６】（実施の形態３）実施の形態３は、第１Ｂ
の態様に係る製造方法に関する。実施の形態３の製造方
法が実施の形態２の製造方法と異なる点は、初めから開
口部１４を有する絶縁層１２を形成することによって、
開口部１４を形成するためのエッチングを不要とした点
にある。実施の形態３の製造方法を、図１０を参照して
説明する。

【００７７】［工程−３００］実施の形態１の［工程−
１００］〜［工程−１２０］までを実行する。

【００７８】［工程−３１０］その後、電子放出部が底
部に露出した開口部１４を有する絶縁層１２を、カソー
ド電極１１及び支持体１０上に形成する。具体的には、
例えば開口部１４の形成領域をマスクしたスクリーンを
用いたスクリーン印刷を行うことにより、複数の電子放
出部（複数の隆起部１１Ａ及び凹部１１Ｂ）が底部に露
出した開口部１４を初めから有する絶縁層１２を形成す
ることができる（図１０の（Ａ）参照）。絶縁層１２の
構成材料、厚さ、乾燥条件については、実施の形態２で
述べたと同様とすることができる。

【００７９】［工程−３２０］次に、絶縁層１２上に、
開口部１４に連通する貫通孔１３Ａを有するゲート電極
１３を設ける。具体的には、ゲート電極１３は、例えば
カーボン・ペーストをストライプ状に印刷することによ
って形成することができる。このとき、例えば開口部１
４の形成領域をマスクしたスクリーンを用いてスクリー
ン印刷を行うことにより、開口部１４と連通する貫通孔
１３Ａを初めから有するゲート電極１３を形成すること
ができる（図１０の（Ｂ）参照）。ゲート電極１３の構
成材料、厚さ、乾燥条件については、実施の形態２で述
べたと同様とすることができる。

【００８０】［工程−３３０］その後、開口部１４の側
壁面に相当する絶縁層１２の一部を等方的にエッチング
することによって開口部１４の側壁面を後退させ、開口
部１４内において、ゲート電極１３の端部と隆起部１１
Ａの先端部１１Ｃとを絶縁層から突出させる。図１０の
（Ｃ）は、ここまでのプロセスが終了した状態を示す。
かかる電界放出素子が多数形成されたカソードパネルＣ
Ｐを、実施の形態１の［工程−１３０］で述べたと同様
に、アノードパネルＡＰと組み合わせ、図９に示したと
同様の表示装置を得ることができる。

【００８１】（実施の形態４）実施の形態４は、第２の
態様に係る製造方法、第３の構成を有する電界放出素
子、及び、第３の構成を有する表示装置に関する。実施
の形態４の電界放出素子の概念図を図１１に示し、カソ
ードパネル側における開口部１４の配置状態を図１２に
示し、かかる電界放出素子を備えた表示装置の概念図を
図１３に示し、製造方法の工程図を図１４に示す。

【００８２】実施の形態４の電界放出素子においても、
電子を放出する隆起部１１Ａと、隆起部１１Ａに囲まれ
た凹部１１Ｂとから成る電子放出部が、複数、一体に設
けられたカソード電極１１を、支持体上に備えている。
実施の形態４の電界放出素子は、更に、カソード電極１
１及び支持体１０上に設けられた絶縁層１２と、絶縁層
１２上に設けられたゲート電極１３と、ゲート電極１３
及び絶縁層１２を貫通した開口部１４とを有し、１つの
開口部１４の底部には１つ電子放出部が露出している。
尚、図１１の（Ｂ）では、支持体１０に対して垂直な方
向から見た開口部１４の形状を円形としたが、これは模
式的な表現である。例えば、開口部１４の周辺のゲート
電極１３は、図示するような滑らかな端部ではなく、カ
ソード電極１１の先端部１１Ｃと同様に不規則なプロフ
ァイルを有していてもよい。絶縁層１２の上端部は、ゲ
ート電極１３の端部よりも後退している。

【００８３】図１１には、カソード電極１１の先端部１
１Ｃとゲート電極１３の両者が揃った完全な開口部１４
のみを示したが、かかる完全な開口部１４は、図１２に
示すように、ゲート電極１３の射影像とカソード電極１
１の射影像とが重複するゲート電極／カソード電極重複
領域においてのみ存在し得る。図１２では、絶縁層１２
を省略して、支持体１０とカソード電極１１とゲート電
極１３の重なり具合を模式的に示し、また、明確化のた
めにゲート電極／カソード電極重複領域Ｐに斜線を施し
た。図１２のゲート電極／カソード電極重複領域Ｐに
は、開口部１４を４つ図示したが、これは例示であり、
実際のゲート電極／カソード電極重複領域Ｐにおける開
口部１４の個数は数百個から数千個にも及ぶ場合があ
る。開口部１４の中には、ゲート電極／カソード電極重
複領域Ｐとそれ以外の領域との境界線上にあって、カソ
ード電極１１の先端部１１Ｃの一部及び／又はゲート電
極の一部を欠くものもあるが、カソード電極の先端部１
１Ｃとゲート電極１３とが一部でも共存していれば電界
放出素子としての機能を果たし得る。しかし、支持体１
０上には、完全な開口部１４以外にも様々な孔部１５
Ａ，１５Ｂ，１５Ｃがランダムに存在している。即ち、
孔部１５Ａにおいては、その上端部にはゲート電極１３
が存在しているが、底部にカソード電極１１が存在して
いない。孔部１５Ｂにおいては、底部に隆起部及び凹部
が露出しているが、上端部にはゲート電極１３が存在し
ていない。孔部１５Ｃにおいては、底部にカソード電極
１１が存在しないために支持体１０の表面が露出し、し
かも、上端部にゲート電極１３も存在していない。これ
らの孔部１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、後述の製造プロセ
スにより、いずれも開口部１４と同時に形成されてしま
うが、電界放出素子としての機能は果たし得ないので、
開口部１４と区別する。

【００８４】実施の形態４の表示装置を図１３に示す。
この表示装置の構成は、実質的に実施の形態１の表示装
置と同様であるが故に、詳細な説明を省略する。実施の
形態４の表示装置においては、隆起部１１Ａと開口部１
４とが一対一に対応しているため、放出電子軌道の指向
性は良好である。

【００８５】以下、実施の形態４に係る製造方法を、図
１４を参照して説明するが、実施の形態４の製造方法に
おいては、支持体上に複数の球体を配置した後、球体を
被覆するカソード電極を形成する。また、支持体１０上
への複数の球体１６の配置は、球体の散布によって行
う。更には、球体の除去前に、ゲート電極及び絶縁層に
開口部を形成せず、球体を除去することによって、球体
を被覆したカソード電極、絶縁層及びゲート電極の各部
分を除去する。

【００８６】［工程−４００］先ず、実施の形態１の
［工程−１００］と同様に、複数の球体を被覆したカソ
ード電極を支持体上に形成する（図１４の（Ａ）参
照）。具体的には、支持体１０上の全面に複数の球体１
６を配置する。

【００８７】［工程−４１０］次に、実施の形態１の
［工程−１１０］と同様に、球体１６及び支持体１０上
にカソード電極１１を形成する。このとき、球体１６が
支持体１０上の全面に配置されているので、球体１６の
中には、カソード電極１１で被覆されないものも当然存
在する。

【００８８】［工程−４２０］その後、実施の形態２の
［工程−２１０］と同様に、カソード電極１１及び支持
体１０上に絶縁層１２を形成し、次いで、実施の形態２
の［工程−２２０］と同様に、絶縁層１２上にゲート電
極１３を形成する。ここまでのプロセスが終了した状態
を、図１４の（Ｂ）に示す。

【００８９】［工程−４３０］次に、球体１６を除去す
ることによって、球体１６を被覆したカソード電極１
１、絶縁層１２及びゲート電極１３の各部分を除去し、
以て、ゲート電極１３及び絶縁層１２を貫通した開口部
１４を形成すると共に、電子を放出する隆起部１１Ａ
と、隆起部１１Ａに囲まれ、且つ、球体１６の形状の一
部を反映した凹部１１Ｂとから成る電子放出部を、開口
部１４の底部に位置するカソード電極１１に形成する。
具体的には、カソード電極１１と絶縁層１２とゲート電
極１３の焼成を兼ね、ガラス・ペーストの典型的な焼成
温度である約５３０゜Ｃにて加熱を行うことにより、球
体１６を燃焼させる。このとき、球体１６の燃焼に伴っ
て球体１６が閉じ込められている閉鎖空間の圧力が上昇
し、球体を被覆する部分のカソード電極１１と絶縁層１
２とゲート電極１３とが或る耐圧限界を超えた時点で破
裂し、隆起部１１Ａ及び凹部１１Ｂと同時に開口部１４
が形成され、しかも、球体１６が除去される。開口部１
４は、ゲート電極１３及び絶縁層１２を貫通し、且つ、
球体１６の形状の一部を反映している。また、開口部１
４の底部には、電子を放出する隆起部１１Ａ、及び、隆
起部１１Ａに囲まれ、且つ、球体１６の形状の一部を反
映した凹部１１Ｂが残る。この状態を、図１４の（Ｃ）
に示す。

【００９０】［工程−４４０］その後、開口部１４の側
壁面に相当する絶縁層１２の一部を等方的にエッチング
することによって開口部１４の側壁面を後退させ、開口
部１４内において、ゲート電極１３の端部と隆起部１１
Ａの先端部１１Ｃとを絶縁層から突出させると、図１１
に示した電界放出素子を完成することができる。かかる
電界放出素子が多数形成されたカソードパネルＣＰを、
実施の形態１の［工程−１３０］で述べたと同様に、ア
ノードパネルＡＰと組み合わせ、図１３に示した表示装
置を得ることができる。

【００９１】尚、実施の形態の製造方法の変形例とし
て、［工程−４２０］の後、ゲート電極及び絶縁層に開
口部を形成し、開口部の底部にカソード電極を露出させ
た後、球体を除去することによって、球体を被覆したカ
ソード電極の部分を除去し、以て、ゲート電極及び絶縁
層を貫通した開口部を形成すると共に、電子を放出する
隆起部と、隆起部に囲まれ、且つ、球体の形状の一部を
反映した凹部とから成る電子放出部を、開口部の底部に
位置するカソード電極に形成してもよい。あるいは又、
［工程−４１０］の後、実施の形態３の［工程−３１
０］及び［工程−３２０］を実行し、次いで、開口部の
底部にカソード電極を露出させた状態で、球体を除去す
ることによって、球体を被覆したカソード電極の部分を
除去してもよい。

【００９２】（実施の形態５）実施の形態５も、第２の
態様に係る製造方法、第３の構成を有する電界放出素
子、及び、第３の構成を有する表示装置に関する。実施
の形態５の製造方法を、図１５を参照して説明するが、
支持体１０上に複数の球体１６を配置する工程が、球体
１６とカソード電極材料とを分散媒中に分散させて成る
組成物から成る組成物層を支持体１０上に形成し、以
て、支持体１０上に複数の球体１６を配置し、カソード
電極材料から成るカソード電極１１で球体を被覆した
後、分散媒を除去する工程から成る、即ち、湿式法から
成る点が実施の形態４の製造方法と相違する。

【００９３】［工程−５００］先ず、支持体１０上に複
数の球体１６を配置する。具体的には、球体１６とカソ
ード電極材料１８Ｂとを分散媒１８Ａ中に分散させて成
る組成物から成る組成物層１８を支持体１０上に形成す
る。即ち、例えば、イソプロピルアルコールを分散媒１
８Ａとして使用し、平均直径約５μｍのポリメチレン系
の高分子材料から成る球体１６と、平均直径約０．０５
μｍのカーボン粒子をカソード電極材料１８Ｂとして分
散媒１８Ａ中に分散させて成る組成物を支持体１０上に
ストライプ状に印刷し、組成物層１８を形成する。図１
５の（Ａ）には、組成物層１８の形成直後の状態を示
す。

【００９４】［工程−５１０］支持体１０に保持された
組成物層１８中では、間もなく球体１６が沈降して支持
体１０上に配置されると共に、球体１６から支持体１０
上に亙ってカソード電極材料１８Ｂが沈降し、カソード
電極材料１８Ｂから成るカソード電極１１が形成され
る。これによって、支持体１０上に複数の球体１６を配
置し、カソード電極材料から成るカソード電極１１で球
体１６を被覆することができる。この状態を、図１５の
（Ｂ）に示す。

【００９５】［工程−５２０］その後、分散媒１８Ａを
例えば蒸発させることによって除去する。この状態を、
図１５の（Ｃ）に示す。

【００９６】［工程−５３０］次いで、実施の形態４の
［工程−４２０］〜［工程−４４０］と同様の工程、あ
るいは、実施の形態の製造方法の変形例を実行すること
によって、図１１に示したと同様の電界放出素子を完成
することができる。かかる電界放出素子が多数形成され
たカソードパネルＣＰを、実施の形態１の［工程−１３
０］で述べたと同様に、アノードパネルＡＰと組み合わ
せ、図１３に示したと同様の表示装置を得ることができ
る。

【００９７】（実施の形態６）実施の形態６は、第３の
態様に係る製造方法、第１の構成を有する電界放出素
子、及び、第１の構成を有する表示装置に関する。実施
の形態６の製造方法において、複数の球体を被覆したカ
ソード電極を支持体上に形成する工程は、支持体上に複
数の球体を配置した後、球体を被覆するカソード電極を
形成する工程から成る。また、支持体上への複数の球体
の配置は、球体の散布によって行う。また、球体は疎水
性の表面処理層を有する。以下、実施の形態６を、図１
６を参照して説明する。

【００９８】［工程−６００］先ず、支持体１０上に複
数の球体１１６を配置する。具体的には、ガラス基板か
ら成る支持体１０上の全面に、複数の球体１１６を配置
する。この球体１１６は、例えばジビニルベンゼン系の
高分子材料から成る芯材１１６Ａをポリテトラフルオロ
エチレン系樹脂から成る表面処理層１１６Ｂで被覆して
成り、平均直径約５μｍ、粒径分布１％未満である。球
体１１６を、スプレーガンを用い、支持体１０上におお
よそ１０００個／ｍｍ²の密度でランダムに配置する。
配置された球体１１６は、静電気力で支持体１０上に吸
着されている。ここまでのプロセスが終了した状態を、
図１６の（Ａ）に示す。

【００９９】［工程−６１０］次に、電子を放出する隆
起部１１１Ａと、隆起部１１１Ａに囲まれ、且つ、球体
１１６の形状の一部を反映した凹部１１１Ｂとから成る
電子放出部が球体１１６の周囲に形成されたカソード電
極１１１を、支持体１０上に設ける。具体的には、実施
の形態１で述べたと同様に、例えばカーボン・ペースト
をストライプ状に印刷するが、実施の形態６では、球体
１１６の表面が表面処理層１１６Ｂにより疎水性を帯び
ているために、球体１１６の上に印刷されたカーボン・
ペーストは直ちに弾かれて落下し、球体１１６の周囲に
堆積して隆起部１１１Ａが形成される。隆起部１１１Ａ
の先端部１１１Ｃは、実施の形態１の場合ほど先鋭とは
ならない。球体１１６と支持体１０との間に入り込んだ
カソード電極１１１の部分が、凹部１１１Ｂとなる。図
１６の（Ｂ）では、カソード電極１１１と球体１１６と
の間に隙間が存在するように図示されているが、カソー
ド電極１１１と球体１１６とは接触している場合もあ
る。その後、カソード電極１１１を例えば１５０゜Ｃに
て乾燥させる。ここまでのプロセスが終了した状態を、
図１６の（Ｂ）に示す。

【０１００】［工程−６２０］次に、球体１１６に外力
を与えることによって、支持体１０上から球体１６を除
去する。具体的な除去方法としては、洗浄や圧搾気体の
吹付けを挙げることができる。ここまでのプロセスが終
了した状態を、図１６の（Ｃ）に示す。このようにし
て、第１の構成を有する電界放出素子が得られる。尚、
球体の除去は、球体の状態変化及び／又は化学変化に基
づいて、より具体的には、例えば、燃焼によって球体を
除去することも可能である。以下に説明する実施の形態
７及び実施の形態８においても同様である。

【０１０１】［工程−６３０］その後、かかる電界放出
素子が多数形成されたカソードパネルＣＰを、実施の形
態１の［工程−１３０］で述べたと同様に、アノードパ
ネルＡＰと組み合わせ、図５に示したと同様の表示装置
を得ることができる。

【０１０２】（実施の形態７）実施の形態７は、第３Ａ
の態様に係る製造方法、第２の構成を有する電界放出素
子、及び、第２の構成を有する表示装置に関する。以
下、実施の形態７の製造方法を、図１７を参照して説明
する。

【０１０３】［工程−７００］先ず、実施の形態６の
［工程−６００］〜［工程−６２０］と同様の工程を実
行する。ここまでのプロセスが終了した状態を、図１７
の（Ａ）に示す。

【０１０４】［工程−７１０］その後、例えば、実施の
形態２の［工程−２１０］と同様の工程を実行すること
で、カソード電極１１及び支持体１０上に絶縁層１２を
形成する。次いで、例えば、実施の形態２の［工程−２
２０］と同様の工程を実行することで、絶縁層１２上に
ゲート電極１３を形成する（図１７の（Ｂ）参照）。そ
の後、例えば、実施の形態２の［工程−２３０］と同様
の工程を実行することで、ゲート電極１３の射影像とカ
ソード電極１１の射影像とが重複する領域において、ゲ
ート電極１３及び絶縁層１２に開口部１４を形成し、以
て、開口部１４の底部に複数の電子放出部（複数の隆起
部１１１Ａ及び凹部１１１Ｂ）を露出させる。次いで、
例えば、実施の形態２の［工程−２４０］と同様の工程
を実行することで、図１７の（Ｃ）に示す電界放出素子
を得ることができる。更に、かかる電界放出素子が多数
形成されたカソードパネルＣＰを、実施の形態１の［工
程−１３０］で述べたと同様に、アノードパネルＡＰと
組み合わせ、図９に示したと同様の表示装置を得ること
ができる。

【０１０５】（実施の形態８）実施の形態８は、第３Ｂ
の態様に係る製造方法、第２の構成を有する電界放出素
子、及び、第２の構成を有する表示装置に関する。以
下、実施の形態８の製造方法を、図１８を参照して説明
する。

【０１０６】［工程−８００］先ず、実施の形態６の
［工程−６００］〜［工程−６２０］と同様の工程を実
行する。

【０１０７】［工程−８１０］その後、例えば、実施の
形態３の［工程−３１０］と同様の工程を実行すること
で、電子放出部が底部に露出した開口部１４を有する絶
縁層１２を、カソード電極１１及び支持体１０上に形成
する（図１８の（Ａ）参照）。次いで、例えば、実施の
形態３の［工程−３２０］と同様の工程を実行すること
で、絶縁層１２上に、開口部１４に連通する貫通孔１３
Ａを有するゲート電極１３を設ける（図１８の（Ｂ）参
照）。その後、例えば、実施の形態３の［工程−３３
０］と同様の工程を実行することで、図１８の（Ｃ）示
す電界放出素子を得ることができる。更に、かかる電界
放出素子が多数形成されたカソードパネルＣＰを、実施
の形態１の［工程−１３０］で述べたと同様に、アノー
ドパネルＡＰと組み合わせ、図９に示したと同様の表示
装置を得ることができる。

【０１０８】（実施の形態９）実施の形態９は、第４の
態様に係る製造方法、第２の構成を有する電界放出素
子、及び、第２の構成を有する表示装置に関する。実施
の形態９の製造方法においては、支持体上への複数の球
体の配置は、球体の散布によって行う。また、球体は疎
水性の表面処理層を有する。以下、実施の形態９を、図
１９及び図２０を参照して説明する。

【０１０９】［工程−９００］先ず、支持体１０上に複
数の球体１１６を配置する。具体的には、実施の形態６
の［工程−６００］と同様の工程を実行する。

【０１１０】［工程−９１０］その後、電子を放出する
隆起部１１１Ａと、隆起部１１１Ａに囲まれ、且つ、球
体１１６の形状の一部を反映した凹部１１１Ｂとから成
る電子放出部が球体１６の周囲に形成されたカソード電
極１１１を支持体１０上に設ける。具体的には、実施の
形態６の［工程−６１０］と同様の工程を実行する。

【０１１１】［工程−９２０］次に、球体の上方に開口
部１１４が形成された絶縁層１１２を、カソード電極１
１１及び支持体１０上に設ける。具体的には、例えば、
ガラス・ペーストを全面に約５μｍの厚さに印刷する。
ガラス・ペーストを用いた印刷は、実施の形態１と同様
に行うことができるが、球体１１６の表面が表面処理層
１１６Ｂにより疎水性を帯びているために、球体１１６
の上に印刷されたガラス・ペーストは直ちに弾かれて落
下し、自らの表面張力により絶縁層１１２の球体１１６
の上の部分は収縮する。その結果、球体１１６の頂部は
絶縁層１１２に覆われることなく、開口部１１４内に露
出する。この状態を図１９の（Ａ）に示す。図示した例
では、開口部１１４の上端部の直径は球体１１６の直径
よりも大きいが、表面処理層１１６Ｂの界面張力が、ガ
ラス・ペーストの界面張力、あるいは実施の形態６の
［工程−６１０］で用いたカーボン・ペーストの界面張
力よりも小さい場合には、開口部１１４の直径が小さく
なる傾向にある。逆に、表面処理層１１６Ｂの界面張力
が、ガラス・ペーストやカーボン・ペーストの界面張力
よりも著しく大きい場合には、開口部１１４の直径は大
きくなり易い。その後、絶縁層１１２を例えば１５０゜
Ｃにて乾燥させる。

【０１１２】［工程−９３０］次に、開口部１１４と連
通する貫通孔１１３Ａを有するゲート電極１１３を絶縁
層１１２上に形成する。具体的には、例えば、カーボン
・ペーストをストライプ状に印刷する。カーボン・ペー
ストを用いた印刷は、実施の形態１と同様に行えばよい
が、球体１１６の表面が表面処理層１１６Ｂにより疎水
性を帯びているために、球体１１６の上に印刷されたカ
ーボン・ペーストは直ちに弾かれて、自らの表面張力に
より収縮し、絶縁層１１２の表面のみに付着した状態と
なる。このとき、ゲート電極１１３は、図示するよう
に、絶縁層１１２の開口端部から開口部１１４内へ若干
回り込むように形成されることもある。その後、ゲート
電極１１３を例えば１５０゜Ｃにて乾燥させる。ここま
でのプロセスが終了した状態を、図１９の（Ｂ）に示
す。

【０１１３】［工程−９４０］次に、開口部１１４の底
部に露出した球体１１６を除去する。具体的には、カソ
ード電極１１１と絶縁層１１２とゲート電極１１３の焼
成を兼ね、ガラス・ペーストの典型的な焼成温度である
約５３０゜Ｃにて加熱を行うことにより、球体１１６を
燃焼させる。このとき、実施の形態１と異なり、絶縁層
１１２及びゲート電極１１３には開口部１１４及び貫通
孔１１３Ａが最初から形成されているので、カソード電
極１１１や絶縁層１１２、ゲート電極１１３の一部が飛
散することはなく、球体１１６は速やかに除去される。
尚、開口部１１４の上端部の直径が球体１１６の直径よ
りも大きい場合、球体１１６を燃焼させなくとも、例え
ば、洗浄や圧搾気体の吹付け等の外力によって球体１１
６を除去することが可能である。ここまでのプロセスが
終了した状態を、図２０の（Ａ）に示す。

【０１１４】［工程−９５０］その後、開口部１１４の
側壁面に相当する絶縁層１１２の一部を等方的にエッチ
ングすることによって開口部１１４の側壁面を後退さ
せ、開口部１１４内において、ゲート電極１１３の端部
と隆起部１１１Ａの先端部１１１Ｃとを絶縁層１１２か
ら突出させると、図２０の（Ｂ）に示す電界放出素子を
完成することができる。ここでは、ゲート電極１１３の
端部が下方を向いているが、このことは、開口部１１４
内の電界強度を高める上で好ましい。実施の形態９の電
界放出素子を用いても、実施の形態２と同様の表示装置
を構成することができる。即ち、かかる電界放出素子が
多数形成されたカソードパネルＣＰを、実施の形態１の
［工程−１３０］で述べたと同様に、アノードパネルＡ
Ｐと組み合わせ、図９に示したと同様の表示装置を得る
ことができる。

【０１１５】（実施の形態１０）実施の形態１０は、第
５の態様に係る製造方法、第２の構成を有する電界放出
素子、及び、第２の構成を有する表示装置に関する。実
施の形態１０の製造方法においては、支持体上への複数
の球体の配置は、球体の散布によって行う。また、球体
は疎水性の表面処理層を有する。以下、実施の形態１０
を、図２１を参照して説明する。

【０１１６】［工程−１０００］先ず、支持体１０上に
複数の球体１１６を配置する。具体的には、実施の形態
６の［工程−６００］と同様の工程を実行する。

【０１１７】［工程−１０１０］その後、電子を放出す
る隆起部１１１Ａと、隆起部１１１Ａに囲まれ、且つ、
球体１１６の形状の一部を反映した凹部１１１Ｂとから
成る電子放出部が球体１６の周囲に形成されたカソード
電極１１１を支持体１０上に設ける。具体的には、実施
の形態６の［工程−６１０］と同様の工程を実行する
（図２１の（Ａ）参照）。

【０１１８】［工程−１０２０］次に、カソード電極１
１１及び支持体１０上に絶縁層１２を形成する。具体的
には、例えばプラズマＣＶＤ法にてＳｉＯ₂から成る絶
縁層１２を全面に形成する。

【０１１９】［工程−１０３０］その後、例えば、実施
の形態２の［工程−２２０］と同様の工程を実行するこ
とによって、絶縁層１２上にゲート電極１３を形成する
（図２１の（Ｂ）参照）。

【０１２０】［工程−１０４０］次に、少なくとも球体
の上方の絶縁層（実施の形態１０においては、球体１１
６の上方のゲート電極１３及び絶縁層１２）に開口部１
４を形成する。開口部１４の形成は、通常のリソグラフ
ィによるレジストマスクの形成と、レジストマスクを用
いたエッチングにより行うことができる。但し、カソー
ド電極１１１に対して十分に高いエッチング選択比が確
保できる条件でエッチングを行うことが好ましい。ある
いは又、実施の形態２と同様に、カソード電極を形成し
た後、被覆層を形成しておき、［工程−１０６０］にお
ける開口部の側壁面に相当する絶縁層の部分を等方的に
エッチングした後、被覆層を取り除くことが好ましい。
その後、レジストマスクを除去する。図２１（Ｃ）は、
ここまでのプロセスが終了した状態を示す。

【０１２１】［工程−１０５０］次いで、開口部１４の
底部に露出した球体１１６を除去する。具体的には、球
体１１６を燃焼させればよい。あるいは又、場合によっ
ては、例えば、洗浄や圧搾気体の吹付け等の外力によっ
て球体１１６を除去することも可能である。

【０１２２】［工程−１０６０］その後、開口部１４の
側壁面に相当する絶縁層１２の一部を等方的にエッチン
グすることによって開口部１４の側壁面を後退させ、開
口部１４内において、ゲート電極１３の端部と隆起部１
１１Ａの先端部１１１Ｃとを絶縁層１２から突出させる
と、図１７の（Ｃ）に示したと概ね同様の電界放出素子
を完成することができる。実施の形態１０の電界放出素
子を用いても、実施の形態２と同様の表示装置を構成す
ることができる。即ち、かかる電界放出素子が多数形成
されたカソードパネルＣＰを、実施の形態１の［工程−
１３０］で述べたと同様に、アノードパネルＡＰと組み
合わせ、図９に示したと同様の表示装置を得ることがで
きる。

【０１２３】以上、本発明を、発明の実施の形態に基づ
き説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。電界放出素子の構造の細部、電界放出素子の製造方
法における加工条件や使用した材料等の詳細事項、電界
放出素子を適用した表示装置の構造の細部は例示であ
り、適宜変更、選択、組合せが可能である。球体を除去
した後に、球体の一部分が残渣として残る場合には、使
用する球体を構成する材料にもよるが、適切な洗浄液を
用いて残渣を除去すればよい。

【０１２４】実施の形態５の製造方法における［工程−
５００］〜［工程−５２０］を、他の実施の形態におけ
る製造方法に適用することができる。例えば、実施の形
態１の製造方法においては、［工程−１００］〜［工程
−１２０］の代わりに、［工程−５００］〜［工程−５
２０］を実行すればよいし、実施の形態２の製造方法に
おける［工程−２００］、実施の形態３の製造方法にお
ける［工程−３００］の代わりに、［工程−５００］〜
［工程−５２０］を実行すればよい。また、実施の形態
６の製造方法においては、［工程−６００］〜［工程−
６１０］の代わりに、［工程−５００］〜［工程−５２
０］を実行すればよいし、実施の形態７の製造方法にお
ける［工程−７００］の一部、実施の形態８の製造方法
における［工程−８００］の一部の代わりに、［工程−
５００］〜［工程−５２０］を実行すればよい。更に
は、実施の形態９の製造方法における［工程−９００］
〜［工程−９１０］、実施の形態１０の製造方法におけ
る［工程−１０００］〜［工程−１０１０］の代わり
に、［工程−５００］〜［工程−５２０］を実行すれば
よい。

【０１２５】各電子放出部からの電子放出特性の均一化
を図るために、カソード電極を、下層導電体層、下層に
相当する第１のカソード電極上に形成された抵抗体層、
抵抗体層上に形成され、電子放出部を有する第２のカソ
ード電極といった構成とすることもできる。この場合、
抵抗体層は、ストライプ状に延びる第１のカソード電極
の上に全面に形成されていてもよいし、ゲート電極／カ
ソード電極重複領域あるいはアノード電極／カソード電
極重複領域に相当する領域の第１のカソード電極上に形
成されていてもよい。第２のカソード電極は抵抗体層の
上にのみ形成する必要がある。

【０１２６】また、第１のカソード電極を支持体上に形
成した後、第１のカソード電極及び支持体上に絶縁層、
ゲート電極を順次形成し、次いで、ゲート電極の射影像
と第１のカソード電極の射影像とが重複する領域におい
て、少なくとも絶縁層に開口部を形成した後、複数の球
体を被覆した第２のカソード電極を、開口部の底部に露
出した第１のカソード電極上に形成し、その後、球体を
除去することによって、球体を被覆した第２のカソード
電極の部分を除去し、以て、電子を放出する隆起部と、
隆起部に囲まれ、且つ、球体の形状の一部を反映した凹
部とから成る電子放出部を、第２のカソード電極に形成
してもよい。

【０１２７】更には、第１のカソード電極を支持体上に
形成した後、開口部を有する絶縁層を第１のカソード電
極及び支持体上に形成し、更に、貫通孔を有するゲート
電極を絶縁層上に形成し、次いで、複数の球体を被覆し
た第２のカソード電極を、開口部の底部に露出した第１
のカソード電極上に形成し、その後、球体を除去するこ
とによって、球体を被覆した第２のカソード電極の部分
を除去し、以て、電子を放出する隆起部と、隆起部に囲
まれ、且つ、球体の形状の一部を反映した凹部とから成
る電子放出部を、第２のカソード電極に形成してもよ
い。

【０１２８】また、第１のカソード電極を支持体上に形
成した後、第１のカソード電極及び支持体上に絶縁層、
ゲート電極を順次形成し、次いで、ゲート電極の射影像
と第１のカソード電極の射影像とが重複する領域におい
て、少なくとも絶縁層に開口部を形成した後、開口部の
底部に露出した第１のカソード電極上に複数の球体を配
置し、その後、電子を放出する隆起部と、隆起部に囲ま
れ、且つ、球体の形状の一部を反映した凹部とから成る
電子放出部が球体の周囲に形成された第２のカソード電
極を第１のカソード電極上に設け、開口部の底部に露出
した球体を除去してもよい。

【０１２９】更には、第１のカソード電極を支持体上に
形成した後、開口部を有する絶縁層を第１のカソード電
極及び支持体上に形成し、更に、貫通孔を有するゲート
電極を絶縁層上に形成し、次いで、開口部の底部に露出
した第１のカソード電極上に複数の球体を配置し、その
後、電子を放出する隆起部と、隆起部に囲まれ、且つ、
球体の形状の一部を反映した凹部とから成る電子放出部
が球体の周囲に形成された第２のカソード電極を第１の
カソード電極上に設け、開口部の底部に露出した球体を
除去してもよい。

【０１３０】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の冷陰極電界電子放出素子においては、カソード電極
の中で電子放出に直接寄与する隆起部の先端部が上方を
向くために、放出電子軌道の収束性を高めることが可能
となる。かかる冷陰極電界電子放出素子を用いて構成さ
れた冷陰極電界電子放出表示装置は、表示画面が大画面
化されても、高度に均一な輝度分布と画質とを提供する
ことが可能となる。

【０１３１】本発明の電界放出素子の製造方法において
は、支持体上に球体が一旦配置されれば、その配置場所
に球体の形状の一部を反映した凹部と凹部を囲む隆起部
とを有するカソード電極が形成されるので、従来の冷陰
極電界電子放出素子の製造方法で必要とされていた高精
度のリソグラフィやエッチング等の半導体製造プロセス
を削減することができ、安価に、簡便に、しかも優れた
量産性をもって冷陰極電界電子放出素子を製造すること
が可能となる。尚、電子放出に直接寄与する隆起部の形
状及び寸法の均一性は、形状均一性や寸法均一性が高度
に保証された球体を利用することで、容易に達成するこ
とが可能である。従って、冷陰極電界電子放出表示装置
の表示画面の大面積化を想定した場合にも、製造設備投
資の削減、プロセス時間の短縮化、製造コストの低減を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の製造方法を示す工程図である。

【図２】図１に続き、実施の形態１の製造方法を示す工
程図である。

【図３】図２に続き、実施の形態１の製造方法を示す工
程図である。

【図４】実施の形態１の表示装置の構成例を概念的に示
す一部分の分解斜視図である。

【図５】実施の形態１の表示装置の構成例を示す一部分
の模式的な端面図である。

【図６】実施の形態２の製造方法を示す工程図である。

【図７】図６に続き、実施の形態２の製造方法を示す工
程図である。

【図８】実施の形態２の表示装置の構成例を概念的に示
す一部分の分解斜視図である。

【図９】実施の形態２の表示装置の構成例を示す一部分
の模式的な端面図である。

【図１０】実施の形態３の製造方法を示す工程図であ
る。

【図１１】実施の形態４に係る電界放出素子の構成を概
念的に示す図である。

【図１２】実施の形態４に係る電界放出素子において、
支持体上における開口部の配置を概念的に示す平面図で
ある。

【図１３】実施の形態４に係る電界放出素子を組み込ん
だ表示装置の構成を示す一部分の模式的な端面図であ
る。

【図１４】実施の形態４に係る製造方法を示す工程図で
ある。

【図１５】実施の形態５に係る製造方法を示す工程図で
ある。

【図１６】実施の形態６に係る製造方法を示す工程図で
ある。

【図１７】実施の形態７に係る製造方法を示す工程図で
ある。

【図１８】実施の形態８に係る製造方法を示す工程図で
ある。

【図１９】実施の形態９に係る製造方法を示す工程図で
ある。

【図２０】図１９に続き、実施の形態９に係る製造方法
を示す工程図である。

【図２１】実施の形態１０に係る製造方法を示す工程図
である。

【図２２】スピント型電界放出素子を組み込んだ従来の
表示装置の構成例を示す一部分の模式的な端面図であ
る。

【図２３】従来のスピント型冷陰極電界電子放出素子の
製造方法を示す工程図である。

【図２４】図２３に引き続き、従来のスピント型冷陰極
電界電子放出素子の製造方法を示す工程図である。

【符号の説明】

１０・・・支持体、１１，１１１・・・カソード電極、
１１Ａ，１１１Ａ・・・隆起部、１１Ｂ，１１１Ｂ・・
・凹部、１１Ｃ，１１１Ｃ・・・先端部、１２，１１２
・・・絶縁層、１３，１１３・・・ゲート電極、１４，
１１４・・・開口部、１６，１１６・・・球体、１１６
Ａ・・・芯材、１１６Ｂ・・・表面処理層、１８・・・
組成物層、１８Ａ・・・分散媒、１８Ｂ・・・カソード
電極材料、２０・・・基板、２１・・・蛍光体層、２
３，２３Ａ・・・アノード電極、Ｐ・・・ゲート電極／
カソード電極重複領域、ＣＰ・・・カソードパネル、Ａ
Ｐ・・・アノードパネル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子を放出する隆起部と、隆起部に囲まれ
た凹部とから成る電子放出部が、複数、一体に設けられ
たカソード電極を、支持体上に備えていることを特徴と
する冷陰極電界電子放出素子。
【請求項２】カソード電極及び支持体上に設けられた絶
縁層と、絶縁層上に設けられたゲート電極と、ゲート電
極及び絶縁層を貫通した開口部とを更に有し、開口部の底部には、１又は複数の電子放出部が露出して
いることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極電界電子
放出素子。
【請求項３】凹部が略球面を成していることを特徴とす
る請求項１に記載の冷陰極電界電子放出素子。
【請求項４】（Ａ）複数の球体を被覆したカソード電極
を支持体上に形成する工程と、（Ｂ）球体を除去することによって、球体を被覆したカ
ソード電極の部分を除去し、以て、電子を放出する隆起
部と、隆起部に囲まれ、且つ、球体の形状の一部を反映
した凹部とから成る電子放出部を、カソード電極に形成
する工程、を有することを特徴とする冷陰極電界電子放
出素子の製造方法。
【請求項５】前記工程（Ｂ）の後、更に、（Ｃ）カソード電極及び支持体上に絶縁層を形成する工
程と、（Ｄ）絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、（Ｅ）ゲート電極の射影像とカソード電極の射影像とが
重複する領域において、少なくとも絶縁層に開口部を形
成し、以て、開口部の底部に電子放出部を露出させる工
程、を有することを特徴とする請求項４に記載の冷陰極
電界電子放出素子の製造方法。
【請求項６】前記工程（Ｅ）の後、更に、（Ｆ）絶縁層を等方的にエッチングすることにより、ゲ
ート電極の端部と隆起部の先端部とを絶縁層から突出さ
せる工程、を更に備えていることを特徴とする請求項５
に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項７】前記工程（Ｂ）の後、更に、（Ｃ）電子放出部が底部に露出した開口部を有する絶縁
層を、カソード電極及び支持体上に形成する工程と、（Ｄ）絶縁層上に、開口部に連通する貫通孔を有するゲ
ート電極を設ける工程、を有することを特徴とする請求
項４に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項８】前記工程（Ｄ）の後、更に、（Ｅ）絶縁層を等方的にエッチングすることにより、ゲ
ート電極の端部と隆起部の先端部とを絶縁層から突出さ
せる工程、を更に備えていることを特徴とする請求項７
に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項９】前記工程（Ａ）は、支持体上に複数の球体
を配置した後、球体を被覆するカソード電極を形成する
工程から成ることを特徴とする請求項４に記載の冷陰極
電界電子放出素子の製造方法。
【請求項１０】支持体上への複数の球体の配置は、球体
の散布によって行うことを特徴とする請求項９に記載の
冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項１１】前記工程（Ａ）は、球体とカソード電極
材料とを分散媒中に分散させて成る組成物から成る組成
物層を支持体上に形成し、以て、支持体上に複数の球体
を配置し、カソード電極材料から成るカソード電極で球
体を被覆した後、分散媒を除去する工程から成ることを
特徴とする請求項４に記載の冷陰極電界電子放出素子の
製造方法。
【請求項１２】球体の除去は、球体の状態変化及び／又
は化学変化に基づいて行うことを特徴とする請求項４に
記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項１３】球体は有機材料から成り、燃焼によって
球体を除去することを特徴とする請求項１２に記載の冷
陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項１４】（Ａ）複数の球体を被覆したカソード電
極を支持体上に形成する工程と、（Ｂ）カソード電極及び支持体上に絶縁層を形成する工
程と、（Ｃ）絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、（Ｄ）球体を除去することによって、少なくとも球体を
被覆したカソード電極の部分を除去し、以て、ゲート電
極及び絶縁層を貫通した開口部を形成すると共に、電子
を放出する隆起部と、隆起部に囲まれ、且つ、球体の形
状の一部を反映した凹部とから成る電子放出部を、開口
部の底部に位置するカソード電極に形成する工程、を有
することを特徴とする冷陰極電界電子放出素子の製造方
法。
【請求項１５】前記工程（Ａ）は、支持体上に複数の球
体を配置した後、球体を被覆するカソード電極を形成す
る工程から成ることを特徴とする請求項１４に記載の冷
陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項１６】支持体上への複数の球体の配置は、球体
の散布によって行うことを特徴とする請求項１５に記載
の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項１７】前記工程（Ａ）は、球体とカソード電極
材料とを分散媒中に分散させて成る組成物から成る組成
物層を支持体上に形成し、以て、支持体上に複数の球体
を配置し、カソード電極材料から成るカソード電極で球
体を被覆した後、分散媒を除去する工程から成ることを
特徴とする請求項１４に記載の冷陰極電界電子放出素子
の製造方法。
【請求項１８】球体の除去は、球体の状態変化及び／又
は化学変化に基づいて行うことを特徴とする請求項１４
に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項１９】球体は有機材料から成り、燃焼によって
球体を除去することを特徴とする請求項１８に記載の冷
陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項２０】前記工程（Ｄ）の後、更に、（Ｅ）絶縁層を等方的にエッチングすることにより、ゲ
ート電極の端部と隆起部の先端部とを絶縁層から突出さ
せる工程、を更に備えていることを特徴とする請求項１
４に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項２１】（Ａ）支持体上に複数の球体を配置する
工程と、（Ｂ）電子を放出する隆起部と、隆起部に囲まれ、且
つ、球体の形状の一部を反映した凹部とから成る電子放
出部が球体の周囲に形成されたカソード電極を、支持体
上に設ける工程と、（Ｃ）球体を除去する工程、を有することを特徴とする
冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項２２】前記工程（Ｃ）の後、更に、（Ｄ）カソード電極及び支持体上に絶縁層を形成する工
程と、（Ｅ）絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、（Ｆ）ゲート電極の射影像とカソード電極の射影像とが
重複する領域において、少なくとも絶縁層に開口部を形
成し、以て、開口部の底部に電子放出部を露出させる工
程、を有することを特徴とする請求項２１に記載の冷陰
極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項２３】前記工程（Ｆ）の後、更に、（Ｇ）絶縁層を等方的にエッチングすることにより、ゲ
ート電極の端部と隆起部の先端部とを絶縁層から突出さ
せる工程、を更に備えていることを特徴とする請求項２
２に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項２４】前記工程（Ｃ）の後、更に、（Ｄ）電子放出部が底部に露出した開口部を有する絶縁
層を、カソード電極及び支持体上に形成する工程と、（Ｅ）絶縁層上に、開口部に連通する貫通孔を有するゲ
ート電極を設ける工程、を有することを特徴とする請求
項２１に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項２５】前記工程（Ｅ）の後、更に、（Ｆ）絶縁層を等方的にエッチングすることにより、ゲ
ート電極の端部と隆起部の先端部とを絶縁層から突出さ
せる工程、を更に備えていることを特徴とする請求項２
４に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項２６】支持体上への複数の球体の配置は、球体
の散布によって行うことを特徴とする請求項２１に記載
の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項２７】前記工程（Ａ）は、球体を分散媒中に分
散させて成る組成物から成る組成物層を支持体上に形成
し、以て、支持体上に複数の球体を配置した後、分散媒
を除去する工程から成ることを特徴とする請求項２１に
記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項２８】球体は、疎水性の表面処理層を有するこ
とを特徴とする請求項２１に記載の冷陰極電界電子放出
素子の製造方法。
【請求項２９】球体の除去は、球体の状態変化及び／又
は化学変化に基づいて行うことを特徴とする請求項２１
に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項３０】球体は有機材料から成り、燃焼によって
球体を除去することを特徴とする請求項２９に記載の冷
陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項３１】球体の除去は、球体に外力を与えること
によって行うことを特徴とする請求項２１に記載の冷陰
極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項３２】（Ａ）支持体上に複数の球体を配置する
工程と、（Ｂ）電子を放出する隆起部と、隆起部に囲まれ、且
つ、球体の形状の一部を反映した凹部とから成る電子放
出部が球体の周囲に形成されたカソード電極を支持体上
に設ける工程と、（Ｃ）球体の上方に開口部が形成された絶縁層を、カソ
ード電極及び支持体上に設ける工程と、（Ｄ）開口部と連通する貫通孔を有するゲート電極を絶
縁層上に形成する工程と、（Ｅ）開口部の底部に露出した球体を除去する工程、を
有することを特徴とする冷陰極電界電子放出素子の製造
方法。
【請求項３３】（Ａ）支持体上に複数の球体を配置する
工程と、（Ｂ）電子を放出する隆起部と、隆起部に囲まれ、且
つ、球体の形状の一部を反映した凹部とから成る電子放
出部が球体の周囲に形成されたカソード電極を支持体上
に設ける工程と、（Ｃ）カソード電極及び支持体上に絶縁層を形成する工
程と、（Ｄ）絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、（Ｅ）球体の上方の少なくとも絶縁層に開口部を形成す
る工程と、（Ｆ）開口部の底部に露出した球体を除去する工程、を
有することを特徴とする冷陰極電界電子放出素子の製造
方法。
【請求項３４】支持体上への複数の球体の配置は、球体
の散布によって行うことを特徴とする請求項３２又は請
求項３３に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項３５】前記工程（Ａ）は、球体を分散媒中に分
散させて成る組成物から成る組成物層を支持体上に形成
し、以て、支持体上に複数の球体を配置した後、分散媒
を除去する工程から成ることを特徴とする請求項３２又
は請求項３３に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方
法。
【請求項３６】球体は、疎水性の表面処理層を有するこ
とを特徴とする請求項３２又は請求項３３に記載の冷陰
極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項３７】球体の除去は、球体の状態変化及び／又
は化学変化に基づいて行うことを特徴とする請求項３２
又は請求項３３に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造
方法。
【請求項３８】球体は有機材料から成り、燃焼によって
球体を除去することを特徴とする請求項３７に記載の冷
陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項３９】球体の除去は、球体に外力を与えること
によって行うことを特徴とする請求項３２又は請求項３
３に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項４０】複数の冷陰極電界電子放出素子が支持体
上に形成されて成るカソードパネルと、基板と、冷陰極電界電子放出素子から放出された電子に
よって発光する蛍光体層と、電子を蛍光体層に向かって
誘導するためのアノード電極から成るアノードパネルと
が真空空間を挟んで対向配置され、冷陰極電界電子放出素子は、電子を放出する隆起部と、
隆起部に囲まれた凹部とから成る電子放出部が、複数、
一体に設けられたカソード電極から成ることを特徴とす
る冷陰極電界電子放出表示装置。
【請求項４１】アノード電極とカソード電極とは異なる
方向に延びており、アノード電極の射影像とカソード電
極の射影像とが重複する領域に位置する電子放出部から
電子が放出されることを特徴とする請求項４０に記載の
冷陰極電界電子放出表示装置。
【請求項４２】冷陰極電界電子放出素子は、カソード電
極及び支持体上に設けられた絶縁層と、絶縁層上に設け
られたゲート電極と、ゲート電極及び絶縁層を貫通した
開口部とを更に有し、開口部の底部には、１又は複数の電子放出部が露出して
いることを特徴とする請求項４０に記載の冷陰極電界電
子放出表示装置。
【請求項４３】ゲート電極とカソード電極とは異なる方
向に延びており、ゲート電極の射影像とカソード電極の
射影像とが重複する領域に位置する電子放出部から電子
が放出されることを特徴とする請求項４２に記載の冷陰
極電界電子放出表示装置。