JP2001345042A

JP2001345042A - 冷陰極電界電子放出素子の製造方法、及び、冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法

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Publication number: JP2001345042A
Application number: JP2000164210A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kubota; 紳治久保田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2000-06-01
Publication date: 2001-12-14

Abstract

(57)【要約】【課題】冷陰極電界電子放出素子の製造方法において、
左程複雑な工程を経ることなく、多数の微細な、且つ、
均一な開口部を確実に形成し得る方法を提供する。【解決手段】冷陰極電界電子放出素子の製造方法は、絶
縁層１２及びゲート電極構成層１３Ａ上に第１のレジス
ト層３０、保護膜３１、粒子３３が分散された第２のレ
ジスト層３２を順次形成した後、第２のレジスト層３２
を選択的に除去して粒子３３の下に第２のレジスト層３
２を残し、次いで、露出した保護膜３１を除去した後、
粒子３３、第２のレジスト３２層及び保護膜３１を除去
し、更に、粒子３３、第２のレジスト層３２及び保護膜
３１の下方に位置していた第１のレジスト層３０を除去
し、その後と、残された第１のレジスト層３１をエッチ
ング用マスクとしてゲート電極構成層をエッチングする
工程を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極電界電子放
出素子の製造方法、及び、冷陰極電界電子放出表示装置
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在主流の陰極線管（ＣＲＴ）に代わる
画像表示装置として、平面型（フラットパネル形式）の
表示装置が種々検討されている。このような平面型の表
示装置として、液晶表示装置（ＬＣＤ）、エレクトロル
ミネッセンス表示装置（ＥＬＤ）、プラズマ表示装置
（ＰＤＰ）を例示することができる。また、熱的励起に
よらず、固体から真空中に電子を放出することが可能な
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）も提案されており、画面の
明るさ及び低消費電力の観点から注目を集めている。

【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）の代表的な構成例を図６〜
図８に示す。尚、図６に表示装置の模式的な一部端面図
を示し、図７に表示装置を分解した概念図を示し、図８
には表示装置の一部分の分解斜視図を示す。ここで、図
６はカソード電極の延びる方向を含む仮想垂直面で表示
装置を切断したときの図である。また、図７において、
一点鎖線で囲まれた領域が有効領域である。

【０００４】この表示装置においては、第１パネルＰ₁
（カソードパネル）と第２パネルＰ₂（アノードパネ
ル）とが対向配置され、両パネルＰ₁，Ｐ₂は、各々の周
縁部において枠体２４を介して互いに接着され、両パネ
ル間の閉鎖空間が真空空間とされている。第１パネルＰ
₁は、電子放出体として冷陰極電界電子放出素子（以
下、電子放出素子と呼ぶ場合がある）を備えている。図
６では、電子放出素子の一例として、円錐形の電子放出
部１５を有する、所謂スピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型電子
放出素子を示す。スピント型電子放出素子は、支持体１
０上に形成されたストライプ状のカソード電極１１と、
カソード電極１１及び支持体１０上に形成された絶縁層
１２と、絶縁層１２上に形成されたストライプ状のゲー
ト電極１３と、ゲート電極１３及び絶縁層１２に設けら
れた開口部１４内に形成された円錐形の電子放出部１５
から構成されている。尚、電子放出部１５は、開口部１
４の底部に位置するカソード電極１１の部分の上に設け
られている。通常、多数の電子放出部１５が、後述する
蛍光体層２１の１つの領域に対応付けられている。一般
に、カソード電極１１とゲート電極１３とは、これらの
両電極の射影像が互いに直交す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
る部分に相当する領域（１画素分の領域に相当する。こ
の領域を、以下、電子放出領域と呼ぶ）に、１又は複数
の電子放出素子が設けられている。更に、かかる電子放
出領域が、第１パネルＰ₁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、第２パネルＰ₁は、ガラス等から成
る基板２０上にドット状あるいはストライプ状に形成さ
れた複数の蛍光体層２１と、蛍光体層２１及び基板２０
上に形成された導電性反射膜から成るアノード電極２３
を有する。アノード電極２３には、加速電源（アノード
電極駆動回路）２７から、ゲート電極１３に印加される
正電圧よりも高い正電圧が印加され、電子放出部１５か
ら真空空間中へ放出された電子を、蛍光体層２１に向か
って誘導する役割を果たす。また、アノード電極２３
は、蛍光体層２１を構成する蛍光体粒子をイオン等の粒
子によるスパッタから保護する機能、電子励起によって
生じた蛍光体層２１の発光を基板２０側へ反射させ、基
板２０の外側から観察される表示画面の輝度を向上させ
る機能、及び、過剰な帯電を防止して第２パネルＰ₂の
電位を安定化させる機能も有する。即ち、アノード電極
２３は、アノード電極としての機能を果たすだけでな
く、陰極線管（ＣＲＴ）の分野でメタルバック膜として
知られている部材が果たす機能とを兼ねている。アノー
ド電極２３は、通常、アルミニウム薄膜を用いて構成さ
れている。尚、蛍光体層２１と蛍光体層２１との間の基
板２０上には、ブラックマトリクス２２が形成されてい
る。

【０００６】表示装置における画像の表示に際しては、
電子放出部１５に、カソード電極駆動回路２５からカソ
ード電極１１を通じて相対的に負電圧（制御信号・ビデ
オ信号）が印加され、ゲート電極１３にはゲート電極駆
動回路２６から相対的に正電圧（走査信号、スキャン信
号）が印加される。これらの電圧印加によって生じた電
界に応じ、電子放出部１５の先端から電子が量子トンネ
ル効果に基づき放出される。尚、電子放出体としては、
上述のようなスピント型電子放出素子に限られず、所謂
エッジ型や平面型やクラウン型等、各種のタイプの電子
放出素子が用いられる場合もある。また、上述とは逆
に、走査信号がカソード電極１１に入力され、制御信号
がゲート電極１３に入力される場合もある。

【０００７】以下、従来のスピント型電子放出素子の製
造方法の概要を説明するが、この製造方法は、基本的に
は、円錐形の電子放出部１５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１４に対して蒸着
粒子は垂直に入射するが、開口部１４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１４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１５を自己整合的
に形成する。以下、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１３上に剥離層１
７を予め形成しておく方法に基づくスピント型電子放出
素子の製造方法の概要を、支持体等の模式的な一部端面
図である図４９及び図５０を参照して説明する。

【０００８】［工程−１０］先ず、例えばガラスから成
る支持体１０上にニオブ（Ｎｂ）から成るストライプ状
のカソード電極１１を形成した後、全面にＳｉＯ₂から
成る絶縁層１２を形成し、更に、ストライプ状のゲート
電極構成層１３Ａを絶縁層１２上に形成する。ゲート電
極構成層１３Ａの形成は、例えば、スパッタ法、リソグ
ラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき行うこと
ができる。

【０００９】［工程−２０］次に、ゲート電極構成層１
３Ａ及び絶縁層１２に、エッチング用マスクとして機能
するレジスト層１６をリソグラフィ技術によって形成す
る（図４９の（Ａ）参照）。その後、ＲＩＥ（反応性イ
オン・エッチング）法にてゲート電極構成層１３Ａに開
口部１４Ａを形成し、更に、この開口部１４Ａと連通し
た孔部１４Ｂを絶縁層１２に形成する。尚、開口部１４
Ａ及び孔部１４Ｂを総称して、開口部１４と呼ぶ。開口
部１４の底部にカソード電極１１が露出している。その
後、レジスト層１６をアッシング技術によって除去す
る。こうして、図４９の（Ｂ）に示す構造を得ることが
できる。

【００１０】［工程−３０］次に、開口部１４の底部に
露出したカソード電極１１上に、電子放出部１５を形成
する。具体的には、アルミニウムを斜め蒸着することに
より、剥離層１７を形成する。このとき、支持体１０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１４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１３及び絶縁層１２上に
剥離層１７を形成することができる。この剥離層１７
は、開口部１４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１４が実質的に縮径される（図４９の
（Ｃ）参照）。

【００１１】［工程−４０］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５０の
（Ａ）に示すように、剥離層１７上でオーバーハング形
状を有するモリブデンから成る導電体層１８が成長する
に伴い、開口部１４の実質的な直径が次第に縮小される
ので、開口部１４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１４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１４の底部には円
錐形の堆積物が形成され、この円錐形のモリブデンから
成る堆積物が電子放出部１５となる。

【００１２】［工程−５０］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１７を絶縁層１２及
びゲート電極１３の表面から剥離し、絶縁層１２及びゲ
ート電極１３の上方の導電体層１８を選択的に除去す
る。その結果、図５０の（Ｂ）に示すように、開口部１
４の底部に位置するカソード電極１１上に円錐形の電子
放出部１５を残すことができる。

【００１３】［工程−６０］かかる電子放出素子が多数
形成された第１パネル（カソードパネル）Ｐ₁と第２パ
ネル（アノードパネル）Ｐ₂とを組み合わせると、図６
〜図８に示した表示装置を得ることができる。具体的に
は、例えば、セラミックスやガラスから作製された高さ
約１ｍｍの枠体２４を用意し、枠体２４と第１パネルＰ
₁と第２パネルＰ₂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。あるいは又、例えば、枠体２４と第１
パネルＰ₁と第２パネルＰ₂との貼り合わせを高真空雰囲
気中で行ってもよい。あるいは又、表示装置の構造に依
っては、枠体無しで、第１パネルＰ₁と第２パネルＰ₂と
を貼り合わせてもよい。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図５０の
（Ｂ）に示した構造を有する電子放出素子の電子放出特
性は、開口部１４の上端部を成すゲート電極１３の縁部
から電子放出部１５の先端部までの距離等に大きく依存
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１４の形状の加工精度や直径の寸法精度に大
きく依存する。しかしながら、実際に大面積の支持体全
体に亙って均一な形状の開口部１４を形成することは、
極めて困難である。また、電子放出素子の電子放出特性
は、電子放出部１５の密度（即ち、開口部１４の密度）
にも大きく影響を受ける。

【００１５】リソグラフィ技術によって開口部１４を形
成する方法においては、ガラス基板から成る支持体を用
いる場合、最高解像度は１μｍ前後である。そして、現
在、入手可能なステップ式投影露光装置（ステッパ）の
最大投影サイズは４４ｍｍ角である。従って、大面積の
支持体を用いる場合、ショット数が多数となり、処理時
間が著しく長くなり、表示装置の製造コストの上昇を招
くといった問題がある。更には、ステッパを用いた場
合、その焦点深度が±５μｍ程度と非常に浅く、支持体
表面の凹凸の影響を受け易く、開口部１４の直径にばら
つきが生じ易い。

【００１６】このような問題を解決するための方法とし
て、レジスト層にイオンを照射し、微細な孔をレジスト
層に形成した後、この孔を拡径する方法が、国際出願番
号ＰＣＴ／ＵＳ９４／０９７６２（国際公開番号ＷＯ９
５／０７５４３）に開示されている。この方法によれ
ば、直径０．１２μｍ程度の開口部１４が形成可能であ
るが、イオンがレジスト層に対してランダムに照射され
るので、本来、開口部が形成されてはならないゲート電
極構成層にまで開口部が形成されてしまうといった問題
があるし、開口部の密度を高くした場合、開口部が重な
り合う確率が高くなり、有効に機能する電子放出部の密
度が低下してしまうといった問題もある。また、孔を拡
径するためにウエットエッチングを行うが、得られた開
口部の直径にばらつきが生じ易い。

【００１７】また、マスクパーティクルを用いて開口部
を形成する方法が、特許第２９６３３７６号公報、特許
第２９６３３７７号公報から公知である。この方法は、
マスクパーティクルを予め被加工物の表面に吸着させて
おき、その後、蒸着法やスパッタ法にて薄膜を形成する
と、マスクパーティクルの影の部分には薄膜が形成され
ないことを利用している。この方法においても、マスク
パーティクル同士が接触している場合、得られた開口部
と開口部とがつながってしまう。また、マスクパーティ
クルが完全に除去されない場合、マスクパーティクルの
表面に付着した導電性材料によって電子放出素子に短絡
が発生する虞がある。しかも、支持体全面に亙って均一
に、しかも、単層にてマスクパーティクルを配列するこ
とは極めて困難であるし、本来、開口部が形成されては
ならないゲート電極構成層にまで開口部が形成されてし
まうといった問題がある。

【００１８】従って、本発明の第１の目的は、冷陰極電
界電子放出素子の製造方法あるいは冷陰極電界電子放出
表示装置の製造方法において、左程複雑な工程を経るこ
となく、多数の微細な、且つ、均一な開口部を確実に形
成し得る方法を提供することにある。また、本発明の第
２の目的は、冷陰極電界電子放出素子の製造方法あるい
は冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法において、第
１の目的に加え、本来、開口部が形成されてはならない
部分に開口部が形成されてしまうことなく、開口部を確
実に形成し得る方法を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の第１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の製造方法
は、（ａ）支持体の上方に形成されたカソード電極と、
（ｂ）少なくともカソード電極上に形成された絶縁層
と、（ｃ）絶縁層上に形成され、開口部を有するゲート
電極と、（ｄ）絶縁層に形成され、開口部と連通し、底
部にカソード電極が露出した孔部と、（ｅ）孔部内に設
けられた電子放出部、から成る冷陰極電界電子放出素子
の製造方法であって、（Ａ）絶縁層上にゲート電極構成
層を形成する工程と、（Ｂ）絶縁層及びゲート電極構成
層上に第１のレジスト層を形成する工程と、（Ｃ）第１
のレジスト層上に保護膜を形成する工程と、（Ｄ）保護
膜上に、粒子が分散された第２のレジスト層を形成する
工程と、（Ｅ）第２のレジスト層を選択的に除去し、粒
子の下に第２のレジスト層を残す工程と、（Ｆ）露出し
た保護膜を除去する工程と、（Ｇ）粒子、第２のレジス
ト層及び保護膜を除去し、更に、粒子、第２のレジスト
層及び保護膜の下方に位置していた第１のレジスト層を
除去する工程と、（Ｈ）残された第１のレジスト層をエ
ッチング用マスクとしてゲート電極構成層をエッチング
し、以て、開口部が形成されたゲート電極を得る工程、
を含むことを特徴とする。

【００２０】上記の第１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の製造方法は、第１パネ
ルと第２パネルとが真空層を挟んで対向して配置され、
画素が２次元マトリックス状に配列されて成る有効領域
を有する冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法であっ
て、第１パネルは、支持体と、該支持体上に２次元マト
リックス状に配置され、画素を構成する複数の電子放出
領域から成り、各電子放出領域は、１又は複数の冷陰極
電界電子放出素子から構成され、該冷陰極電界電子放出
素子は、（ａ）支持体の上方に形成されたカソード電極
と、（ｂ）少なくともカソード電極上に形成された絶縁
層と、（ｃ）絶縁層上に形成され、開口部を有するゲー
ト電極と、（ｄ）絶縁層に形成され、開口部と連通し、
底部にカソード電極が露出した孔部と、（ｅ）孔部内に
設けられた電子放出部、から成る冷陰極電界電子放出表
示装置の製造方法であって、第１パネルの製造工程に
は、（Ａ）絶縁層上にゲート電極構成層を形成する工程
と、（Ｂ）絶縁層及びゲート電極構成層上に第１のレジ
スト層を形成する工程と、（Ｃ）第１のレジスト層上に
保護膜を形成する工程と、（Ｄ）保護膜上に、粒子が分
散された第２のレジスト層を形成する工程と、（Ｅ）第
２のレジスト層を選択的に除去し、粒子の下に第２のレ
ジスト層を残す工程と、（Ｆ）露出した保護膜を除去す
る工程と、（Ｇ）粒子、第２のレジスト層及び保護膜を
除去し、更に、粒子、第２のレジスト層及び保護膜の下
方に位置していた第１のレジスト層を除去する工程と、
（Ｈ）残された第１のレジスト層をエッチング用マスク
としてゲート電極構成層をエッチングし、以て、開口部
が形成されたゲート電極を得る工程、が含まれることを
特徴とする。

【００２１】本発明の冷陰極電界電子放出素子（以下、
単に電子放出素子と略称する）の製造方法あるいは冷陰
極電界電子放出表示装置（以下、単に表示装置と略称す
る）の製造方法（以下、これらを総称して、単に本発明
と呼ぶ場合がある）における前記工程（Ｅ）において、
第２のレジスト層の選択的な除去を、粒子をエッチング
用マスクとした異方性エッチング法に基づき行うことが
好ましい。これによって、粒子の径と略同一の径を有す
る第２のレジスト層が残され、最終的に、粒子の径と略
同一の径を有する開口部が形成されたゲート電極を得る
ことができる。

【００２２】あるいは又、本発明における前記工程
（Ｅ）において、第２のレジスト層の選択的な除去を、
粒子をエッチング用マスクとした異方性エッチング法に
基づき行い、前記工程（Ｆ）において、併せて、粒子の
一部分もエッチングし、粒子の径を縮径することが好ま
しい。これによって、縮径された粒子の径と略同一の径
を有する第２のレジスト層が残され、最終的には、縮径
された粒子の径と略同一の径を有する開口部が形成され
たゲート電極を得ることができる。また、第２のレジス
ト層中で、粒子同士が近接し、あるいは、接触していた
場合であっても、粒子の径を縮径するので、粒子の下に
残された第２のレジスト層同士が接触することがなくな
り、ゲート電極に最終的に得られる開口部の径は均一な
ものとなる。

【００２３】また、上記の第２の目的を達成するため
に、前記工程（Ｃ）と工程（Ｄ）の間で、開口部を形成
しないゲート電極構成層の領域の上方の第２のレジスト
層を除去する工程を含む構成とすることができる。

【００２４】本発明においては、工程（Ｈ）に引き続
き、（Ｉ）絶縁層に孔部を形成し、以て、孔部の底部に
カソード電極を露出させる工程を更に含む構成とするこ
とができる。この場合、前記工程（Ｉ）に引き続き、孔
部の底部に露出したカソード電極上に電子放出部を形成
することが好ましい。これによって、円錐形の電子放出
部を有する所謂スピント型電子放出素子、王冠型の電子
放出部を有する所謂クラウン型電子放出素子、扁平な電
子放出部を有する所謂扁平型電子放出素子を製造するこ
とができる。あるいは又、この場合、カソード電極が電
子放出部として機能する形態とすることもできる。かか
る形態の電子放出素子は、平面型電子放出素子、クレー
タ型電子放出素子と呼ばれる。あるいは又、工程（Ｈ）
に引き続き、（Ｉ）絶縁層に孔部を形成し、次いで、
（Ｊ）カソード電極に孔部を形成する工程を更に含み、
カソード電極に設けられた孔部の端部が電子放出部に相
当する構成とすることもできる。これによって、所謂エ
ッジ型電子放出素子を得ることができる。尚、これらの
各種の電子放出素子の詳細については後述する。

【００２５】電子放出素子のタイプにもよるが、カソー
ド電極が支持体の上方に形成されているとは、支持体上
に直接形成されている場合と、支持体上に形成された層
間絶縁層や絶縁膜の上に形成されている場合を包含す
る。また、絶縁層が、少なくともカソード電極上に形成
されているとは、絶縁層が、カソード電極及び支持体上
に形成されている場合と、カソード電極及び層間絶縁層
や絶縁膜上に形成されている場合を包含する。

【００２６】本発明においては、第１のレジスト層をネ
ガ型レジスト材料から構成し、第２のレジスト層をポジ
型レジスト材料から構成することが好ましい。レジスト
材料は周知の材料とすることができる。尚、第１のレジ
スト層、第２のレジスト層にエネルギー線を照射する
が、エネルギー線として、紫外線、イオンビーム、電子
線、Ｘ線を例示することができ、使用するエネルギー線
の種類によって適宜レジスト材料を選択する。

【００２７】本発明において、第１のレジスト層をネガ
型レジスト材料から構成し、第２のレジスト層をポジ型
レジスト材料から構成する場合、第２のレジスト層への
エネルギー線の照射は、工程（Ｄ）の後に行う必要があ
る。また、第１のレジスト層へのエネルギー線の照射
は、用いるレジスト層、保護膜の構成材料、エネルギー
線の種類にもよるが、工程（Ｅ）の後に行ってもよい
し、工程（Ｆ）の後に行ってもよい。

【００２８】第２のレジスト層に含まれる粒子として、
ガラスビーズ（組成：例えばＳｉＯ ₂９９．９％）を挙
げることができる。粒子は球状であることが好ましく、
直径は、形成すべき開口部の直径に依存するが、０．５
μｍ乃至３．０μｍ程度とすることが望ましい。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。保護膜としては、非感光性のカーボ
ン含有樹脂膜、クロム（Ｃｒ）膜、ＳｉＣ膜、カーボン
膜、黒色の顔料を含む有機系材料膜を例示することがで
きる。

【００２９】本発明において、支持体は、少なくとも表
面が絶縁性部材から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。また、第２
パネルの構成要素である基板も、支持体と同様に構成す
ることができる。

【００３０】絶縁層の構成材料として、ＳｉＯ₂、Ｓｉ
Ｎ、ＳｉＯＮ、ＳＯＧ（スピンオングラス）を、単独あ
るいは適宜組み合わせて使用することができる。絶縁層
の形成には、ＣＶＤ法、塗布法、スパッタリング法、ス
クリーン印刷法等の公知のプロセスが利用できる。

【００３１】本発明の表示装置における第２パネルの具
体的な構成として、有効領域にアノード電極と蛍光体層
とを備え、蛍光体層が電子放出領域と対向している構成
とすることができる。アノード電極と蛍光体層は、基板
上に、蛍光体層、アノード電極の順に、あるいは又、ア
ノード電極、蛍光体層の順に形成されている。前者の場
合、アノード電極の上にメタルバック膜を形成してもよ
い。また、後者の場合、蛍光体層の上に、アノード電極
と導通した所謂メタルバック膜を形成してもよい。アノ
ード電極は、有効領域を１枚のシート状の導電材料で被
覆した形式のアノード電極としてもよいし、１又は複数
の電子放出領域に対応するアノード電極ユニットが集合
した形式のアノード電極としてもよい。蛍光体層は、ス
トライプ状あるいはドット状に形成されている。尚、カ
ラー表示用の場合、ストライプ状又はドット状にパター
ニングされた赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色に
対応する蛍光体層が交互に配置されている。ストライプ
状あるいはドット状の蛍光体層は、電子放出領域と対向
している。蛍光体層と蛍光体層の間には、ブラックマト
リクスが形成されていてもよい。アノード電極は、例え
ば、アルミニウムから成る金属薄膜や、ＩＴＯ（インジ
ウム錫酸化物）等の透明導電材料から構成することがで
きる。

【００３２】本発明においては、第２のレジスト層を選
択的に除去し、更に、粒子の下に第２のレジスト層及び
保護膜を残し、かかる第２のレジスト層及び保護膜を一
種のエッチング用マスクとして第１のレジスト層に開口
領域を形成するので、最終的には、残された第２のレジ
スト層の大きさと略同一の大きさを有する開口部が形成
されたゲート電極を得ることができる。

【００３３】

【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
明を説明する。

【００３４】（実施の形態１）実施の形態１は、本発明
の電子放出素子の製造方法、及び、表示装置の製造方法
に関する。図６に表示装置の模式的な一部端面図を示
し、図７に表示装置を分解した概念図を示し、図８に表
示装置の一部分の分解斜視図を示し、１つの電子放出素
子の拡大した模式的な一部端面図を図５の（Ｃ）に示
す。尚、図６はカソード電極の延びる方向を含む仮想垂
直面で表示装置を切断したときの図である。また、図７
において、一点鎖線で囲まれた領域が有効領域である。

【００３５】この表示装置における第１パネルＰ₁（カ
ソードパネル）と第２パネルＰ₂（アノードパネル）の
構成等は、従来の技術において説明した従来の表示装置
と同一であるので、詳細な説明は省略する。実施の形態
１においては、電子放出素子は、円錐形の電子放出部１
５を有する、所謂スピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型電子放出
素子である。スピント型電子放出素子の構造も従来のス
ピント型電子放出素子と同一であるので、詳細な説明は
省略する。更には、表示装置における画像の表示方法
も、従来の技術において説明した従来の表示装置と同一
であるので、詳細な説明は省略する。

【００３６】以下、実施の形態１の電子放出素子の製造
方法、及び、表示装置の製造方法を、支持体等の模式的
な一部端面図である図１〜図５を参照して説明する。
尚、実施の形態１においては、第２のレジスト層の選択
的な除去を、粒子をエッチング用マスクとした異方性エ
ッチング法に基づき行う。

【００３７】［工程−１００］先ず、例えばガラスから
成る支持体１０上にニオブ（Ｎｂ）から成るストライプ
状のカソード電極１１を形成した後、全面にＳｉＯ₂か
ら成る絶縁層１２を形成し、更に、クロム（Ｃｒ）から
成り、ストライプ状のゲート電極構成層１３Ａを絶縁層
１２上に形成する。ゲート電極構成層１３Ａの形成は、
例えば、スパッタ法、リソグラフィ技術及びドライエッ
チング技術に基づき行うことができる。ストライプ状の
カソード電極１１は、図面の紙面垂直方向に延び、スト
ライプ状のゲート電極構成層１３Ａは図面の左右方向に
延びている。

【００３８】［工程−１１０］その後、絶縁層１２及び
ゲート電極構成層１３Ａ上に第１のレジスト層３０をス
ピンコート法にて形成する。厚さが例えば２μｍの第１
のレジスト層３０は、ネガ型レジスト材料から構成され
ている。次に、スピンコート法にて、遮光性を有する非
感光性のカーボン含有樹脂から成る、厚さ１μｍの保護
膜３１を、第１のレジスト層３０上に形成する。その
後、保護膜３１上に、粒径０．５μｍ±０．０１μｍの
粒子径の揃ったガラスビーズ（組成：ＳｉＯ₂９９．９
％）から成る粒子３３が分散された第２のレジスト層３
２を、スピンコート法にて形成する。尚、このようなガ
ラスビーズは、液晶表示装置におけるスペーサとして使
用されている。厚さが例えば２μｍの第２のレジスト層
３２は、ポジ型レジスト材料から構成されている。以上
の工程により、図１の（Ａ）に示す構造を得ることがで
きる。

【００３９】第２のレジスト層３２をスピンコート法に
て形成すれば、保護膜３１全体に亙って均一な第２のレ
ジスト層３２を形成することができる。また、スピンコ
ーティングにおける支持体の回転数や第２のレジスト層
３２の粘度を最適化することによって、保護膜３１全体
に亙って粒子を一層だけ含む第２のレジスト層３２を形
成し得る。しかも、絶縁性の粒子を用いれば、たとえ、
最終的に粒子が残存したとしても、粒子によって短絡が
発生することがない。

【００４０】［工程−１２０］次に、開口部を形成しな
いゲート電極構成層１３Ａの領域の上方の第２のレジス
ト層３２を除去するために、露光用マスク３４を用い
て、開口部を形成しないゲート電極構成層１３Ａの領域
の上方の第２のレジスト層３２を紫外線を用いて露光す
る（図１の（Ｂ）参照）。露光された第２のレジスト層
３２の領域を参照番号３２Ａで示す。露光された第２の
レジスト層３２の領域３２Ａは、分解して現像液に可溶
性となる。尚、粒子３３の下の第２のレジスト層３２の
部分にも露光光が当たり、可溶性となる。その後、第２
のレジスト層３２を現像し、可溶性となった領域３２Ａ
を除去すると、図２の（Ａ）に示す構造を得ることがで
きる。

【００４１】［工程−１３０］その後、第２のレジスト
層３２を選択的に除去し、粒子３３の下に第２のレジス
ト層３２を残す（図２の（Ｂ）参照）。具体的には、平
行平板のＲＩＥエッチング装置を使用して、第２のレジ
スト層３２を、以下の表１に例示する条件にて異方性エ
ッチングする。尚、このエッチング条件では、ガラスビ
ーズから成る粒子３３及び保護膜３１はエッチングされ
ず、粒子の下には柱状の第２のレジスト層３２が残され
る。第２のレジスト層３２の異方性エッチングは保護膜
３１の表面で停止する。

【００４２】［表１］Ｏ₂ ：２００ＳＣＣＭ圧力：０．７ＰａＲＦパワー：１．３ｋＷ支持体温度：０゜Ｃ

【００４３】［工程−１４０］次いで、エッチング用ガ
スを代えて、以下の表２に例示する条件にて、露出した
保護膜３１を、異方性エッチング法にて除去する（図３
の（Ａ）参照）。

【００４４】［表２］ＣＦ₄ ：３０ＳＣＣＭＯ₂ ：３０／１０ＳＣＣＭ圧力：０．７ＰａＲＦパワー：１．３ｋＷ支持体温度：０゜Ｃ

【００４５】［工程−１５０］その後、粒子３３、第２
のレジスト層３２及び保護膜３１を除去し、更に、粒子
３３、第２のレジスト層３２及び保護膜３１の下方に位
置していた第１のレジスト層３０を除去する。具体的に
は、残された第２のレジスト層３２及び保護膜３１を一
種のエッチング用マスクとして、第１のレジスト層３０
を紫外線を用いて露光する（図３の（Ｂ）参照）。露光
された第１のレジスト層３０の領域を参照番号３０Ａで
示す。露光された第２のレジスト層３０の領域３０Ａ
は、現像液に対して不可溶性あるいは難溶性となる。次
いで、カーボン含有樹脂から成る保護膜３１を溶解する
溶液を用いて保護膜３１を除去すると、これと同時に、
保護膜３１上に残された粒子３３及び第２のレジスト層
３２も除去される（図３の（Ｃ）参照）。

【００４６】次いで、第１のレジスト層３０を現像し、
粒子３３、第２のレジスト層３２及び保護膜３１の下方
に位置していた第１のレジスト層３０の可溶性の部分を
除去すると、開口領域３０Ｂが形成された図４の（Ａ）
に示す構造を得ることができる。

【００４７】［工程−１６０］その後、残された第１の
レジスト層３１をエッチング用マスクとしてゲート電極
構成層１３Ａをエッチングし、以て、開口部１４Ａが形
成されたゲート電極１３を得る。クロムから成るゲート
電極構成層１３Ａのエッチング条件を以下の表３に例示
する。

【００４８】［表３］Ｃｌ₂流量：１００ＳＣＣＭＯ₂流量：１００ＳＣＣＭ圧力：０．７ＰａＲＦパワー：０．８ｋＷ（１３．５６ＭＨｚ）エッチング温度：６０°Ｃ

【００４９】次いで、絶縁層１２に孔部１４Ｂを形成
し、以て、孔部１４Ｂの底部にカソード電極１１を露出
させる（図４の（Ｂ）参照）。ＳｉＯ₂から成る絶縁層
１２のエッチング条件を、以下の表４に例示する。

【００５０】［表４］エッチング装置：平行平板型ＲＩＥ装置Ｃ₄Ｆ₈流量：３０ＳＣＣＭＣＯ流量：７０ＳＣＣＭＡｒ流量：３００ＳＣＣＭ圧力：７．３ＰａＲＦパワー：１．３ｋＷ（１３．５６ＭＨｚ）エッチング温度：２０°Ｃ

【００５１】その後、第１のレジスト層３０をアッシン
グ処理によって除去し、図４の（Ｃ）に示す構造を得る
ことができる。尚。開口部１４Ａと孔部１４Ｂを纏め
て、開口部１４と呼ぶ場合がある。

【００５２】［工程−１７０］次に、開口部１４の底部
に露出したカソード電極１１上に、電子放出部１５を形
成する。具体的には、アルミニウムを斜め蒸着すること
により、剥離層１７を形成する。このとき、支持体１０
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１４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１３及び絶縁層１２上
に剥離層１７を形成することができる。この剥離層１７
は、開口部１４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１４が実質的に縮径される（図５の
（Ａ）参照）。

【００５３】［工程−１８０］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５の
（Ｂ）に示すように、剥離層１７上でオーバーハング形
状を有するモリブデンから成る導電体層１８が成長する
に伴い、開口部１４の実質的な直径が次第に縮小される
ので、開口部１４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１４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１４の底部には円
錐形の堆積物が形成され、この円錐形のモリブデンから
成る堆積物が電子放出部１５となる。

【００５４】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１７を絶縁層１２及びゲート電極１
３の表面から剥離し、絶縁層１２及びゲート電極１３の
上方の導電体層１８を選択的に除去する。その結果、図
５の（Ｃ）に示すように、孔部１４Ｂ内に設けられた電
子放出部１５、具体的には、開口部１４（孔部１４Ｂ）
の底部に位置するカソード電極１１上に円錐形の電子放
出部１５を得ることができる。

【００５５】［工程−１９０］かかる電子放出素子が多
数形成された第１パネル（カソードパネル）Ｐ₁と第２
パネル（アノードパネル）Ｐ₂とを組み合わせると、図
６〜図８に示した表示装置を得ることができる。具体的
には、例えば、セラミックスやガラスから作製された高
さ約１ｍｍの枠体２４を用意し、枠体２４と第１パネル
Ｐ₁と第２パネルＰ₂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。あるいは又、例えば、枠体２４と第
１パネルＰ₁と第２パネルＰ₂との貼り合わせを高真空雰
囲気中で行ってもよい。あるいは又、表示装置の構造に
依っては、枠体無しで、第１パネルＰ₁と第２パネルＰ₂
とを貼り合わせてもよい。

【００５６】第２パネルＰ₂の製造方法の一例を、以
下、図１２を参照して説明する。先ず、発光性結晶粒子
組成物を調製する。そのために、例えば、純水に分散剤
を分散させ、ホモミキサーを用いて３０００ｒｐｍにて
１分間、撹拌を行う。次に、先に説明した発光性結晶粒
子を分散剤が分散した純水中に投入し、ホモミキサーを
用いて５０００ｒｐｍにて５分間、撹拌を行う。その
後、例えば、ポリビニルアルコール及び重クロム酸アン
モニウムを添加して、十分に撹拌し、濾過する。

【００５７】第２パネル（アノードパネル）Ｐ₂の製造
においては、例えばガラスから成る基板２０上の全面に
感光性被膜４０を形成（塗布）する。そして、露光光源
（図示せず）から射出され、マスク４３に設けられた孔
部４４を通過した露光光によって、基板２０上に形成さ
れた感光性被膜４０を露光して感光領域４１を形成する
（図１２の（Ａ）参照）。その後、感光性被膜４０を現
像して選択的に除去し、感光性被膜の残部（露光、現像
後の感光性被膜）４２を基板２０上に残す（図１２の
（Ｂ）参照）。次に、全面にカーボン剤（カーボンスラ
リー）を塗布し、乾燥、焼成した後、リフトオフ法にて
感光性被膜の残部４２及びその上のカーボン剤を除去す
ることによって、露出した基板２０上にカーボン剤から
成るブラックマトリクス２２とを形成し、併せて、感光
性被膜の残部４２を除去する（図１２の（Ｃ）参照）。
その後、露出した基板２０上に、赤、緑、青の各蛍光体
層２１を形成する（図１２の（Ｄ）参照）。具体的に
は、上述した各発光性結晶粒子（蛍光体粒子）から調製
された発光性結晶粒子組成物を使用し、例えば、赤色の
感光性の発光性結晶粒子組成物（蛍光体スラリー）を全
面に塗布し、露光、現像し、次いで、緑色の感光性の発
光性結晶粒子組成物（蛍光体スラリー）を全面に塗布
し、露光、現像し、更に、青色の感光性の発光性結晶粒
子組成物（蛍光体スラリー）を全面に塗布し、露光、現
像すればよい。その後、蛍光体層２１及びブラックマト
リクス２２上にスパッタリング法にて厚さ約０．０７μ
ｍのアルミニウム薄膜から成るアノード電極２３を形成
する。尚、スクリーン印刷法等により各蛍光体層２１を
形成することもできる。

【００５８】表示装置において、第１パネルＰ₁と第２
パネルＰ₂とを周縁部において接合する場合、接合は接
着層を用いて行ってもよいし、あるいはガラスやセラミ
ック等の絶縁剛性材料から成る枠体２４と接着層とを併
用して行ってもよい。枠体２４と接着層とを併用する場
合には、枠体２４の高さを適宜選択することにより、接
着層のみを使用する場合に比べ、第１パネルＰ₁と第２
パネルＰ₂との間の対向距離をより長く設定することが
可能である。尚、接着層の構成材料としては、フリット
ガラスが一般的であるが、融点が１２０〜４００゜Ｃ程
度の所謂低融点金属材料を用いてもよい。かかる低融点
金属材料としては、Ｉｎ（インジウム：融点１５７゜
Ｃ）；インジウム−金系の低融点合金；Ｓｎ₈₀Ａｇ
₂₀（融点２２０〜３７０゜Ｃ）、Ｓｎ₉₅Ｃｕ₅（融点２
２７〜３７０゜Ｃ）等の錫（Ｓｎ）系高温はんだ；Ｐｂ
_97.5Ａｇ_2.5（融点３０４゜Ｃ）、Ｐｂ_94.5Ａｇ_5.5（融
点３０４〜３６５゜Ｃ）、Ｐｂ_97.5Ａｇ_1.5Ｓｎ_1.0（融
点３０９゜Ｃ）等の鉛（Ｐｂ）系高温はんだ；Ｚｎ₉₅Ａ
ｌ₅（融点３８０゜Ｃ）等の亜鉛（Ｚｎ）系高温はん
だ；Ｓｎ₅Ｐｂ₉₅（融点３００〜３１４゜Ｃ）、Ｓｎ₂Ｐ
ｂ₉₈（融点３１６〜３２２゜Ｃ）等の錫−鉛系標準はん
だ；Ａｕ₈₈Ｇａ₁₂（融点３８１゜Ｃ）等のろう材（以上
の添字は全て原子％を表す）を例示することができる。

【００５９】表示装置において、第１パネルＰ₁と第２
パネルＰ₂と枠体２４の三者を接合する場合、三者を同
時に接合してもよいし、あるいは、第１段階で第１パネ
ルＰ₁又は第２パネルＰ₂のいずれか一方と枠体２４とを
接合し、第２段階で第１パネルＰ₁又は第２パネルＰ₂の
他方と枠体２４とを接合してもよい。三者同時接合や第
２段階における接合を高真空雰囲気中で行えば、第１パ
ネルＰ₁と第２パネルＰ₂と枠体２４と接着層とにより囲
まれた空間は、接合と同時に真空となる。あるいは、三
者の接合終了後、第１パネルＰ₁と第２パネルＰ₂と枠体
２４と接着層とによって囲まれた空間を排気し、真空と
することもできる。接合後に排気を行う場合、接合時の
雰囲気の圧力は常圧／減圧のいずれであってもよく、ま
た、雰囲気を構成する気体は、大気であっても、あるい
は窒素ガスや周期律表０族に属するガス（例えばＡｒガ
ス）を含む不活性ガスであってもよい。

【００６０】接合後に排気を行う場合、排気は、第１パ
ネルＰ₁及び／又は第２パネルＰ₂に予め接続されたチッ
プ管（図示せず）を通じて行うことができる。チップ管
は、典型的にはガラス管を用いて構成され、第１パネル
Ｐ₁及び／又は第２パネルＰ₂の無効領域に設けられた貫
通孔（図示せず）の周囲に、フリットガラス又は上述の
低融点金属材料を用いて接合され、空間が所定の真空度
に達した後、熱融着によって封じ切られる。尚、封じ切
りを行う前に、表示装置全体を一旦加熱してから降温さ
せると、空間に残留ガスを放出させることができ、この
残留ガスを排気により空間外へ除去することができるの
で好適である。

【００６１】（実施の形態２）実施の形態２の電子放出
素子の製造方法、及び、表示装置の製造方法は、実施の
形態１の変形である。実施の形態２の方法が実施の形態
１の方法と相違する点は、第２のレジスト層を選択的に
除去した後、粒子をエッチング用マスクとした異方性エ
ッチング法に基づき、併せて、粒子の一部分もエッチン
グし、粒子の径を縮径する点にある。以下、支持体等の
模式的な一部端面図である図９を参照して、実施の形態
２の方法を説明する。尚、実施の形態２においては、粒
径０．５μｍ±０．０１μｍの粒子径の揃ったガラスビ
ーズ（組成：ＳｉＯ₂９９．９％）から成る粒子３３を
使用した。

【００６２】先ず、実施の形態１の［工程−１００］〜
［工程−１３０］と同様の工程を実行する。これによっ
て、図９の（Ａ）に示す構造を得ることができる。

【００６３】次に、露出した保護膜３１を除去するが、
同時に、粒子３３の一部分もエッチングし、粒子３３の
径を縮径する。エッチング条件を、以下の表５に例示す
る。これによって、第２のレジスト層３２もエッチング
され、粒子３３Ａの下の第２のレジスト層３２及び保護
膜３１の径も縮径される（図９の（Ｂ）参照）。

【００６４】［表５］ＣＦ₄ ：５０ＳＣＣＭＣＯ：１５０ＳＣＣＭＡｒ：２００ＳＣＣＭＯ₂ ：５ＳＣＣＭ圧力：４．７ＰａＲＦパワー：１．３５ｋＷ支持体温度：２５゜Ｃ

【００６５】以降、実施の形態１の［工程−１５０］〜
［工程−１９０］と同様の工程を実行すればよい。

【００６６】粒子３３Ａの径と、第１のレジスト層３０
に形成された開口領域の直径の関係を調べた結果を図１
０に示す。粒子３３Ａの径と、第１のレジスト層３０に
形成された開口領域の直径とは、概ね一次関数の関係に
ある。つまり、エッチング条件と保護膜３１の厚さを最
適化することによって、支持体１０の面内で直径の揃っ
た開口部１４Ａを形成することができる。また、第２の
レジスト層３２中で、粒子３３同士が近接し、あるい
は、接触していた場合であっても、粒子３３の径を縮径
するので、粒子３３Ａの下に残された第２のレジスト層
３２同士が接触することがなくなり、ゲート電極１３に
最終的に得られる開口部１４Ａの径は均一なものとな
る。

【００６７】（実施の形態３）実施の形態３の電子放出
素子の製造方法、及び、表示装置の製造方法も、実施の
形態１の変形である。実施の形態３の方法が実施の形態
１の方法と相違する点は、第１のレジスト層を構成する
レジスト材料として、電子線に感光するネガ型レジスト
材料を用いた点、第１のレジスト層３０への電子線の照
射を、第２のレジスト層３２を選択的に除去し、粒子３
３の下に第２のレジスト層３２を残した後、露出した保
護膜３１を除去する前とした点にある。また、保護膜３
１をエッチングストッパーとして機能するクロム（Ｃ
ｒ）から構成した。以下、支持体等の模式的な一部端面
図である図１１を参照して、実施の形態３の方法を説明
する。

【００６８】先ず、実施の形態１の［工程−１００］〜
［工程−１３０］と同様の工程を実行する。これによっ
て、図２の（Ｂ）に示したと同様の構造を得ることがで
きる。尚、保護膜３１をエッチングストッパーとして機
能するクロム（Ｃｒ）から構成したので、第２のレジス
ト層３２のエッチングの際、第１のレジスト層３０に損
傷が発生することを確実に防止することができる。

【００６９】次に、残された第２のレジスト層３２を一
種のエッチング用マスクとして、第１のレジスト層３０
を電子線を用いて露光する（図１１参照）。電子線のエ
ネルギーを、保護膜３１を貫通して第１のレジスト層３
０を確実に感光するようなエネルギーとすればよい。

【００７０】その後、実施の形態１の［工程−１４
０］、［工程−１５０］（但し、第１のレジスト層３０
の露光はこの工程では不要である）、［工程−１６０］
〜［工程−１９０］と同様の工程を実行すればよい。但
し、実施の形態１の［工程−１４０］と同様の工程にお
いて、クロムから成る保護膜３１を異方性エッチング法
にて除去するとき、表２に示した条件において、ＣＦ₄
ガスの代わりにＣｌ₂ガスを使用する。また、実施の形
態１の［工程−１４０］と同様の工程において、クロム
から成る保護膜３１を溶解する溶液［Ｃｅ（ＮＯ₃）₄・
２ＮＨ₄ＮＯ₃（１０〜２０％）と、ＨＣｌＯ₄（１〜１
０％）とＨ₂Ｏ（７５〜８５％）の混合溶液］を用いて
保護膜３１を除去すると、これと同時に、保護膜３１上
に残された粒子３３及び第２のレジスト層３２も除去さ
れる。

【００７１】尚、実施の形態３の方法に対して、実施の
形態２にて説明した方法を適用することもできるが、こ
の場合には、粒子の一部分もエッチングし、粒子の径を
縮径した後、残された第２のレジスト層３２を一種のエ
ッチング用マスクとして、第１のレジスト層３０を電子
線を用いて露光し、次いで、露出した保護膜を除去す
る。また、第２のレジスト層３２を電子線に感光するポ
ジ型レジスト材料から構成することもできる。

【００７２】（実施の形態４）以下の実施の形態におい
ては、各種の構成、構造の電子放出素子及びその製造方
法を説明するが、これらの電子放出素子の全てを、実施
の形態１〜実施の形態３にて説明した本発明の方法に対
して適用することができる。

【００７３】電子放出素子は、以下の３つの範疇に分類
することができる。即ち、第１の構造の電子放出素子
は、（イ）支持体と、（ロ）支持体上に設けられたスト
ライプ状のカソード電極と、（ハ）基板及びカソード電
極上に形成された絶縁層と、（ニ）絶縁層上に設けられ
たストライプ状のゲート電極と、（ホ）ゲート電極を貫
通した開口部、及び、絶縁層を貫通し、開口部と連通し
た孔部と、（ヘ）孔部の底部に位置するカソード電極の
部分の上に設けられた電子放出部、から成り、孔部の底
部に露出した電子放出部から電子が放出される構造を有
する。かかる電子放出素子の形式として、先に説明した
スピント型（円錐形の電子放出部が、孔部の底部に位置
するカソード電極の部分の上に設けられた電子放出素
子）、クラウン型（王冠状の電子放出部が、孔部の底部
に位置するカソード電極の部分の上に設けられた電子放
出素子）、扁平型（略平面の電子放出部が、孔部の底部
に位置するカソード電極の部分の上に設けられた電子放
出素子）を挙げることができる。

【００７４】第２の構造の電子放出素子は、（イ）支持
体と、（ロ）支持体上に設けられたストライプ状のカソ
ード電極と、（ハ）基板及びカソード電極上に形成され
た絶縁層と、（ニ）絶縁層上に設けられたストライプ状
のゲート電極と、（ホ）ゲート電極を貫通した開口部、
及び、絶縁層を貫通し、開口部と連通し、底部にカソー
ド電極が露出した孔部、から成り、孔部の底部に露出し
たカソード電極の部分が電子放出部に相当し、かかる孔
部の底部に露出したカソード電極の部分から電子を放出
する構造を有する。かかる電子放出素子の形式として、
平坦なカソード電極の表面から電子を放出する平面型電
子放出素子、凹凸が形成されたカソード電極の表面の凸
部から電子を放出するクレータ型電子放出素子を挙げる
ことができる。

【００７５】第３の構造の電子放出素子は、（イ）支持
体と、（ロ）支持体の上方に設けられ、エッジ部を有す
るストライプ状のカソード電極と、（ハ）少なくともカ
ソード電極上に形成された絶縁層と、（ニ）絶縁層上に
設けられたストライプ状のゲート電極と、（ホ）少なく
とも、ゲート電極を貫通した開口部、及び、絶縁層を貫
通し、開口部と連通した孔部、から成り、孔部の底部若
しくは側壁に露出したカソード電極のエッジ部が電子放
出部に相当し、孔部の底部若しくは側壁に露出したカソ
ード電極のエッジ部から電子を放出する構造を有する。
このような構造を有する電子放出素子はエッジ型電子放
出素子とも呼ばれる。

【００７６】スピント型電子放出素子にあっては、電子
放出部を構成する材料として、タングステン、タングス
テン合金、モリブデン、モリブデン合金、チタン、チタ
ン合金、ニオブ、ニオブ合金、タンタル、タンタル合
金、クロム、クロム合金、及び、不純物を含有するシリ
コン（ポリシリコンやアモルファスシリコン）から成る
群から選択された少なくとも１種類の材料を挙げること
ができる。スピント型電子放出素子の電子放出部は、例
えば、蒸着法やスパッタリング法、ＣＶＤ法によって形
成することができる。

【００７７】クラウン型電子放出素子にあっては、電子
放出部を構成する材料として、導電性粒子、あるいは、
導電性粒子とバインダの組合せを挙げることができる。
導電性粒子として、黒鉛等のカーボン系材料；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（Ｃｒ）等の
高融点金属；あるいはＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等
の透明導電材料を挙げることができる。バインダとし
て、例えば水ガラスといったガラスや汎用樹脂を使用す
ることができる。汎用樹脂として、塩化ビニル系樹脂、
ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、セルロース
エステル系樹脂、フッ素系樹脂等の熱可塑性樹脂や、エ
ポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂等
の熱硬化性樹脂を例示することができる。電子放出効率
の向上のためには、導電性粒子の粒径が電子放出部の寸
法に比べて十分に小さいことが好ましい。導電性粒子の
形状は、球形、多面体、板状、針状、柱状、不定形等、
特に限定されないが、導電性粒子の露出部が鋭い突起と
なり得るような形状であることが好ましい。寸法や形状
の異なる導電性粒子を混合して使用してもよい。クラウ
ン型電子放出素子の電子放出部は、例えば、リフトオフ
法と組み合わせた塗布法、蒸着法、スパッタリング法に
よって形成することができる。

【００７８】扁平型電子放出素子にあっては、電子放出
部を構成する材料として、カソード電極を構成する材料
よりも仕事関数Φの小さい材料から構成することが好ま
しく、どのような材料を選択するかは、カソード電極を
構成する材料の仕事関数、ゲート電極とカソード電極と
の間の電位差、要求される放出電子電流密度の大きさ等
に基づいて決定すればよい。電子放出素子におけるカソ
ード電極を構成する代表的な材料として、タングステン
（Φ＝４．５５ｅＶ）、ニオブ（Φ＝４．０２〜４．８
７ｅＶ）、モリブデン（Φ＝４．５３〜４．９５ｅ
Ｖ）、アルミニウム（Φ＝４．２８ｅＶ）、銅（Φ＝
４．６ｅＶ）、タンタル（Φ＝４．３ｅＶ）、クロム
（Φ＝４．５ｅＶ）、シリコン（Φ＝４．９ｅＶ）を例
示することができる。電子放出部は、これらの材料より
も小さな仕事関数Φを有していることが好ましく、その
値は概ね３ｅＶ以下であることが好ましい。かかる材料
として、炭素（Φ＜１ｅＶ）、セシウム（Φ＝２．１４
ｅＶ）、ＬａＢ₆（Φ＝２．６６〜２．７６ｅＶ）、Ｂ
ａＯ（Φ＝１．６〜２．７ｅＶ）、ＳｒＯ（Φ＝１．２
５〜１．６ｅＶ）、Ｙ₂Ｏ₃（Φ＝２．０ｅＶ）、ＣａＯ
（Φ＝１．６〜１．８６ｅＶ）、ＢａＳ（Φ＝２．０５
ｅＶ）、ＴｉＮ（Φ＝２．９２ｅＶ）、ＺｒＮ（Φ＝
２．９２ｅＶ）を例示することができる。仕事関数Φが
２ｅＶ以下である材料から電子放出部を構成すること
が、一層好ましい。尚、電子放出部を構成する材料は、
必ずしも導電性を備えている必要はない。

【００７９】特に好ましい電子放出部の構成材料とし
て、炭素、より具体的にはダイヤモンド、中でもアモル
ファスダイヤモンドを挙げることができる。電子放出部
をアモルファスダイヤモンドから構成する場合、５×１
０⁷Ｖ／ｍ以下の電界強度にて、表示装置に必要な放出
電子電流密度を得ることができる。また、アモルファス
ダイヤモンドは電気抵抗体であるため、各電子放出部か
ら得られる放出電子電流を均一化することができ、よっ
て、表示装置に組み込まれた場合の輝度ばらつきの抑制
が可能となる。更に、アモルファスダイヤモンドは、表
示装置内の残留ガスのイオンによるスパッタ作用に対し
て極めて高い耐性を有するので、電子放出素子の長寿命
化を図ることができる。

【００８０】あるいは又、電子放出部を構成する材料と
して、かかる材料の２次電子利得δがカソード電極を構
成する導電性材料の２次電子利得δよりも大きくなるよ
うな材料から適宜選択してもよい。即ち、銀（Ａｇ）、
アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、コバルト（Ｃ
ｏ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎ
ｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔ
ａ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の
金属；シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の半
導体；炭素やダイヤモンド等の無機単体；及び酸化アル
ミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化
ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸
化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化錫（ＳｎＯ₂）、フッ
化バリウム（ＢａＦ₂）、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）
等の化合物の中から、適宜選択することができる。尚、
電子放出部を構成する材料は、必ずしも導電性を備えて
いる必要はない。

【００８１】第２の構造を有する電子放出素子（平面型
電子放出素子あるいはクレータ型電子放出素子）、若し
くは第３の構造を有する電子放出素子（エッジ型電子放
出素子）にあっては、電子放出部に相当するカソード電
極を構成する材料として、タングステン（Ｗ）やタンタ
ル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、モリブ
デン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、
あるいはこれらの合金や化合物（例えばＴｉＮ等の窒化
物や、ＷＳｉ₂、ＭｏＳｉ₂、ＴｉＳｉ₂、ＴａＳｉ₂等の
シリサイド）、あるいはダイヤモンド等の半導体、炭素
薄膜を例示することができる。かかるカソード電極の厚
さは、おおよそ０．０５〜０．５μｍ、好ましくは０．
１〜０．３μｍの範囲とすることが望ましいが、かかる
範囲に限定するものではない。カソード電極の形成方法
として、例えば電子ビーム蒸着法や熱フィラメント蒸着
法といった蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法やイオンプレ
ーティング法とエッチング法との組合せ、スクリーン印
刷法、メッキ法等を挙げることができる。スクリーン印
刷法やメッキ法によれば、直接、ストライプ状のカソー
ド電極を形成することが可能である。

【００８２】あるいは又、第２の構造（平面型電子放出
素子あるいはクレータ型電子放出素子）、第３の構造を
有する電子放出素子（エッジ型電子放出素子）、あるい
は、扁平型電子放出素子から成る第１の構造を有する電
子放出素子にあっては、カソード電極や電子放出部を、
導電性微粒子を分散させた導電性ペーストを用いて形成
することもできる。導電性微粒子としては、グラファイ
ト粉末；酸化バリウム粉末、酸化ストロンチウム粉末、
金属粉末の少なくとも一種を混合したグラファイト粉
末；窒素、リン、ホウ素、トリアゾール等の不純物を含
むダイヤモンド粒子又はダイヤモンドライク・カーボン
粉末；カーボン・ナノ・チューブ粉末；（Ｓｒ，Ｂａ，
Ｃａ）ＣＯ₃粉末；シリコン・カーバイド粉末を例示す
ることができる。特に、導電性微粒子としてグラファイ
ト粉末を選択することが、閾値電界の低減や電子放出部
の耐久性の観点から好ましい。導電性微粒子の形状を、
球状、鱗片状の他、任意の定形形状や不定形形状とする
ことができる。また、導電性微粒子の粒径は、カソード
電極や電子放出部の厚さやパターン幅以下であればよ
い。粒径が小さい方が、単位面積当たりの放出電子数を
増大させることができるが、あまり小さ過ぎるとカソー
ド電極や電子放出部の導電性が劣化する虞がある。よっ
て、好ましい粒径の範囲はおおよそ０．０１〜４．０μ
ｍである。かかる導電性微粒子をガラス成分その他の適
当なバインダと混合して導電性ペーストを調製し、この
導電性ペースを用いてスクリーン印刷法により所望のパ
ターンを形成した後、パターンを焼成することによって
電子放出部として機能するカソード電極や電子放出部を
形成することができる。あるいは、スピンコーティング
法とエッチング技術の組み合わせにより、電子放出部と
して機能するカソード電極や電子放出部を形成すること
もできる。

【００８３】また、スピント型電子放出素子やクラウン
型電子放出素子から成る第１の構造を有する電子放出素
子にあっては、カソード電極を構成する材料として、タ
ングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔ
ａ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニ
ウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の金属、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、ＷＳｉ₂、ＭｏＳｉ₂、ＴｉＳｉ₂、ＴａＳｉ₂等のシ
リサイド）、あるいはシリコン（Ｓｉ）等の半導体、Ｉ
ＴＯ（インジウム錫酸化物）を例示することができる。
カソード電極の形成方法として、例えば電子ビーム蒸着
法や熱フィラメント蒸着法といった蒸着法、スパッタ
法、ＣＶＤ法やイオンプレーティング法とエッチング法
との組合せ、スクリーン印刷法、メッキ法等を挙げるこ
とができる。スクリーン印刷法やメッキ法によれば、直
接、ストライプ状のカソード電極を形成することが可能
である。

【００８４】第１の構造〜第３の構造を有する電子放出
素子において、ゲート電極及び絶縁層に設けられた１つ
の開口部及び孔部内に１つの電子放出部が存在してもよ
いし、ゲート電極及び絶縁層に設けられた１つの開口部
及び孔部内に複数の電子放出部が存在してもよいし、ゲ
ート電極に複数の開口部を設け、かかる開口部と連通す
る１つの孔部を絶縁層に設け、絶縁層に設けられた１つ
の孔部内に１又は複数の電子放出部が存在してもよい。

【００８５】第１の構造〜第３の構造を有する電子放出
素子において、カソード電極と電子放出部との間に抵抗
体層を設けてもよい。あるいは又、カソード電極の表面
あるいはそのエッジ部が電子放出部に相当している場
合、カソード電極を導電材料層、抵抗体層、電子放出部
に相当する電子放出層の３層構成としてもよい。抵抗体
層を設けることによって、電子放出素子の動作安定化、
電子放出特性の均一化を図ることができる。抵抗体層を
構成する材料として、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）と
いったカーボン系材料、ＳｉＮ、アモルファスシリコン
等の半導体材料、酸化ルテニウム（ＲｕＯ₂）、酸化タ
ンタル、窒化タンタル等の高融点金属酸化物を例示する
ことができる。抵抗体層の形成方法として、スパッタ法
や、ＣＶＤ法やスクリーン印刷法を例示することができ
る。抵抗値は、概ね１×１０⁵〜１×１０⁷Ω、好ましく
は数ＭΩとすればよい。

【００８６】各種の電子放出素子におけるゲート電極を
構成する導電性材料として、タングステン（Ｗ）、ニオ
ブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、
クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等
の金属、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、ＷＳｉ₂、ＭｏＳｉ₂、Ｔ
ｉＳｉ₂、ＴａＳｉ₂等のシリサイド）、あるいはシリコ
ン（Ｓｉ）等の半導体やダイヤモンド、カーボン、ＩＴ
Ｏ（インジウム錫酸化物）を例示することができる。

【００８７】以下、各種の電子放出素子及びその製造方
法を説明する。

【００８８】［電子放出素子−１：スピント型電子放出
素子］スピント型電子放出素子の構造、及び、その製造
方法は、実施の形態１〜実施の形態３にて説明したとお
りである。尚、以下の説明においては、ゲート電極を貫
通した開口部、及び、絶縁層を貫通し、開口部と連通し
た孔部とを総称して、開口部１４と呼ぶ場合がある。ま
た、「孔部の底部」を「開口部１４の底部」と表記する
場合がある。

【００８９】［電子放出素子−２：クラウン型電子放出
素子］クラウン型電子放出素子から成る第１の構造を有
する電子放出素子の模式的な一部端面図を図１４の
（Ａ）に示し、一部を切り欠いた模式的な斜視図を図１
４の（Ｂ）に示す。クラウン型電子放出素子は、支持体
１０上に形成されたカソード電極１１と、支持体１０及
びカソード電極１１上に形成された絶縁層１２と、絶縁
層１２上に形成されたゲート電極１３と、ゲート電極１
３及び絶縁層１２を貫通した開口部１４と、開口部１４
（孔部）の底部に位置するカソード電極１１の部分の上
に設けられたクラウン（王冠）型の電子放出部１５Ａか
ら構成されている。

【００９０】以下、クラウン型電子放出素子の製造方法
を、基板等の模式的な一部端面図等である図１３〜図１
４を参照して説明する。

【００９１】［工程−２００］先ず、例えばガラスから
成る支持体１０上に、ストライプのカソード電極１１を
形成する。尚、カソード電極１１は、図面の紙面左右方
向に延びている。ストライプ状のカソード電極１１は、
例えば支持体１０上にＩＴＯ膜をスパッタリング法によ
り約０．２μｍの厚さに全面に亙って成膜した後、ＩＴ
Ｏ膜をパターニングすることによって形成することがで
きる。カソード電極１１は、単一の材料層であってもよ
く、複数の材料層を積層することによって構成すること
もできる。例えば、後の工程で形成される各電子放出部
の電子放出特性のばらつきをカバーするために、カソー
ド電極１１の表層部を残部よりも電気抵抗率の高い材料
で構成することができる。次に、支持体１０及びカソー
ド電極１１上に絶縁層１２を形成する。ここでは、一例
としてガラスペーストを全面に約３μｍの厚さにスクリ
ーン印刷する。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１００゜Ｃ、１０分間の仮焼成、及び５００゜Ｃ、２
０分間の本焼成といった２段階の焼成を行う。尚、上述
のようなガラスペーストを用いたスクリーン印刷に替え
て、例えばプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜を形成し
てもよい。

【００９２】次に、絶縁層１２上に、ストライプ状のゲ
ート電極構成層を形成する。尚、ゲート電極構成層は、
図面の紙面垂直方向に延びている。即ち、ゲート電極構
成層の射影像の延びる方向は、ストライプ状のカソード
電極１１の射影像の延びる方向と９０度を成す。

【００９３】［工程−２１０］次に、実施の形態１〜実
施の形態３にて説明した方法に基づき、ゲート電極構成
層及び絶縁層１２をＲＩＥ法に基づきエッチングし、ゲ
ート電極１３及び絶縁層１２に開口部１４を形成し、開
口部１４（孔部）の底部にカソード電極１１を露出させ
る。開口部１４の直径を約２〜５０μｍとする。

【００９４】［工程−２２０］次に、第１のレジスト層
を除去し、ゲート電極１３上、絶縁層１２上、及び開口
部１４の側壁面上に剥離層５１を形成する（図１３の
（Ａ）参照）。かかる剥離層５１を形成するには、例え
ば、フォトレジスト材料をスピンコーティング法により
全面に塗布し、開口部１４の底部の一部分のみを除去す
るようなパターニングを行う。この時点で、開口部１４
の実質的な直径は、約１〜２０μｍに縮径される。

【００９５】［工程−２３０］次に、図１３の（Ｂ）に
示すように、全面に組成物原料から成る導電性組成物層
５２を形成する。ここで使用する組成物原料は、例え
ば、導電性粒子として平均粒径約０．１μｍの黒鉛粒子
を６０重量％、バインダとして４号の水ガラスを４０重
量％含む。この組成物原料を、例えば１４００ｒｐｍ、
１０秒間の条件で全面にスピンコートする。開口部１４
内における導電性組成物層５２の表面は、組成物原料の
表面張力に起因して、開口部１４の側壁面に沿って迫り
上がり、開口部１４の中央部に向かって窪む。その後、
導電性組成物層５２に含まれる水分を除去するための仮
焼成を、例えば大気中、４００゜Ｃで３０分間行う。

【００９６】組成物原料において、バインダは、（１）
それ自身が導電性粒子の分散媒であってもよいし、
（２）導電性粒子を被覆していてもよいし、（３）適当
な溶媒に分散あるいは溶解されることによって、導電性
粒子の分散媒を構成してもよい。（３）のケースの典型
例は水ガラスであり、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｋ１４０
８に規定される１号乃至４号、又はこれらの同等品を使
用することができる。１号乃至４号は、水ガラスの構成
成分である酸化ナトリウム（Ｎａ₂Ｏ）１モルに対する
酸化珪素（ＳｉＯ₂）のモル数（約２〜４モル）の違い
に基づく４段階の等級であり、それぞれ粘度が大きく異
なる。従って、リフトオフ・プロセスで水ガラスを使用
する際には、水ガラスに分散させる導電性粒子の種類や
含有量、剥離層５１との親和性、開口部１４のアスペク
ト比等の諸条件を考慮して、最適な等級の水ガラスを選
択するか、又は、これらの等級と同等の水ガラスを調製
して使用することが好ましい。

【００９７】バインダは一般に導電性に劣るので、導電
性組成物中の導電性粒子の含有量に対してバインダの含
有量が多過ぎると、形成される電子放出部１５Ａの電気
抵抗値が上昇し、電子放出が円滑に行われなくなる虞が
ある。従って、例えば水ガラス中に導電性粒子としてカ
ーボン系材料粒子を分散させて成る組成物原料を例にと
ると、組成物原料の全重量に占めるカーボン系材料粒子
の割合は、電子放出部１５Ａの電気抵抗値、組成物原料
の粘度、導電性粒子同士の接着性等の特性を考慮し、概
ね３０〜９５重量％の範囲に選択することが好ましい。
カーボン系材料粒子の割合をかかる範囲内に選択するこ
とにより、形成される電子放出部１５Ａの電気抵抗値を
十分に下げると共に、カーボン系材料粒子同士の接着性
を良好に保つことが可能となる。但し、導電性粒子とし
てカーボン系材料粒子にアルミナ粒子を混合して用いた
場合には、導電性粒子同士の接着性が低下する傾向があ
るので、アルミナ粒子の含有量に応じてカーボン系材料
粒子の割合を高めることが好ましく、６０重量％以上と
することが特に好ましい。尚、組成物原料には、導電性
粒子の分散状態を安定化させるための分散剤や、ｐＨ調
整剤、乾燥剤、硬化剤、防腐剤等の添加剤が含まれてい
てもよい。尚、導電性粒子を結合剤（バインダ）の被膜
で覆った粉体を、適当な分散媒中に分散させて成る組成
物原料を用いてもよい。

【００９８】一例として、王冠状の電子放出部１５Ａの
直径を概ね１〜２０μｍとし、導電性粒子としてカーボ
ン系材料粒子を使用した場合、カーボン系材料粒子の粒
径は概ね０．１μｍ〜１μｍの範囲とすることが好まし
い。カーボン系材料粒子の粒径をかかる範囲に選択する
ことにより、王冠状の電子放出部１５Ａの縁部に十分に
高い機械的強度が備わり、且つ、カソード電極１１に対
する電子放出部１５Ａの密着性が良好となる。

【００９９】［工程−２４０］次に、図１３の（Ｃ）に
示すように、剥離層５１を除去する。剥離は、２重量％
の水酸化ナトリウム水溶液中に、３０秒間浸漬すること
により行う。このとき、超音波振動を加えながら剥離を
行ってもよい。これにより、剥離層５１と共に剥離層５
１上の導電性組成物層５２の部分が除去され、開口部１
４（孔部）の底部に露出したカソード電極１１上の導電
性組成物層５２の部分のみが残される。この残存した部
分が電子放出部１５Ａとなる。電子放出部１５Ａの形状
は、表面が開口部１４の中央部に向かって窪み、王冠状
となる。［工程−２４０］が終了した時点における状態
を、図１４に示す。図１４の（Ｂ）は、電子放出素子の
一部を示す模式的な斜視図であり、図１４の（Ａ）は図
１４の（Ｂ）の線Ａ−Ａに沿った模式的な一部端面図で
ある。図１４の（Ｂ）では、電子放出部１５Ａの全体が
見えるように、絶縁層１２とゲート電極１３との一部を
切り欠いている。尚、１つの電子放出領域には、５〜１
００個程度の電子放出部１５Ａを設けることで十分であ
る。尚、導電性粒子の粒径が電子放出部１５Ａの表面に
確実に露出するように、電子放出部１５Ａの表面に露出
したバインダをエッチングによって除去してもよい。

【０１００】［工程−２５０］次に、電子放出部１５Ａ
の焼成を行う。焼成は、乾燥大気中、４００゜Ｃ、３０
分間の条件で行う。尚、焼成温度は、組成物原料に含ま
れるバインダの種類に応じて選択すればよい。例えば、
バインダが水ガラスのような無機材料である場合には、
無機材料を焼成し得る温度で熱処理を行えばよい。バイ
ンダが熱硬化性樹脂である場合には、熱硬化性樹脂を硬
化し得る温度で熱処理を行えばよい。但し、導電性粒子
同士の密着性を保つために、熱硬化性樹脂が過度に分解
したり炭化する虞のない温度で熱処理を行うことが好適
である。いずれのバインダを用いるにしても、熱処理温
度は、ゲート電極やカソード電極、絶縁層に損傷や欠陥
が生じない温度とする必要がある。熱処理雰囲気は、ゲ
ート電極やカソード電極の電気抵抗率が酸化によって上
昇したり、あるいはゲート電極やカソード電極に欠陥や
損傷が生ずることがないように、不活性ガス雰囲気とす
ることが好ましい。尚、バインダとして熱可塑性樹脂を
使用した場合には、熱処理を必要としない場合がある。

【０１０１】［電子放出素子−３：扁平型電子放出素
子］扁平型電子放出素子から成る第１の構造を有する電
子放出素子の模式的な一部断面図を、図１５の（Ｃ）に
示す。扁平型電子放出素子は、例えばガラスから成る支
持体１０上に形成されたカソード電極１１、支持体１０
及びカソード電極１１上に形成された絶縁層１２、絶縁
層１２上に形成されたゲート電極１３、ゲート電極１３
及び絶縁層１２を貫通した開口部１４、並びに、開口部
１４（孔部）の底部に位置するカソード電極１１の部分
の上に設けられた扁平の電子放出部１５Ｂから成る。こ
こで、電子放出部１５Ｂは、図１５の（Ｃ）の紙面垂直
方向に延びたストライプ状のカソード電極１１上に形成
されている。また、ゲート電極１３は、図１５の（Ｃ）
の紙面左右方向に延びている。カソード電極１１及びゲ
ート電極１３はクロム（Ｃｒ）から成る。電子放出部１
５Ｂは、具体的には、グラファイト粉末から成る薄層か
ら構成されている。また、電子放出素子の動作安定化、
電子放出特性の均一化のために、カソード電極１１と電
子放出部１５Ｂとの間にＳｉＣから成る抵抗体層６０が
設けられている。図１５の（Ｃ）に示した扁平型電子放
出素子においては、カソード電極１１の表面の全域に亙
って、抵抗体層６０及び電子放出部１５Ｂが形成されて
いるが、このような構造に限定するものではなく、要
は、少なくとも開口部１４（孔部）の底部に電子放出部
１５Ｂが設けられていればよい。

【０１０２】以下、支持体等の模式的な一部断面図であ
る図１５を参照して、扁平型電子放出素子の製造方法を
説明する。

【０１０３】［工程−３００］先ず、支持体１０上に、
クロム（Ｃｒ）から成るカソード電極用導電材料層をス
パッタ法にて形成した後、リソグラフィ技術及びドライ
エッチング技術に基づきカソード電極用導電材料層をパ
ターニングする。これによって、ストライプ状のカソー
ド電極１１を支持体１０上に形成することができる（図
１５の（Ａ）参照）。尚、カソード電極１１は、図１５
の紙面垂直方向に延びている。

【０１０４】［工程−３１０］次に、カソード電極１１
上に、電子放出部１５Ｂを形成する。具体的には、先
ず、全面にスパッタ法にてＳｉＣから成る抵抗体層６０
を形成し、次いで、抵抗体層６０の上にグラファイト粉
末塗料から成る電子放出部１５Ｂをスピンコーティング
法にて形成し、電子放出部１５Ｂを乾燥させる。その
後、電子放出部１５Ｂ及び抵抗体層６０を公知の方法に
基づきパターニングする（図１５の（Ｂ）参照）。電子
放出部１５Ｂから電子が放出される。

【０１０５】［工程−３２０］次に、全面に絶縁層１２
を形成する。具体的には、電子放出部１５Ｂ及び支持体
１０上に、例えば、スパッタ法にてＳｉＯ₂から成る絶
縁層１２を形成する。尚、絶縁層１２を、ガラスペース
トをスクリーン印刷する方法や、ＳｉＯ₂層をＣＶＤ法
にて形成する方法に基づき形成することもできる。その
後、ストライプ状のゲート電極１３を絶縁層１２上に形
成する。

【０１０６】［工程−３３０］次に、実施の形態１〜実
施の形態３にて説明した方法に基づき、ゲート電極１３
及び絶縁層１２に開口部１４を形成し、開口部１４（孔
部）の底部に電子放出部１５Ｂを露出させる。その後、
第１のレジスト層を除去し、電子放出部１５Ｂ中の有機
溶剤を除去するために、４００゜Ｃ、３０分の熱処理を
施す。こうして、図１５の（Ｃ）に示した電子放出素子
を得ることができる。

【０１０７】［電子放出素子−４：扁平型電子放出素子
の変形］扁平型電子放出素子から成る第１の構造を有す
る電子放出素子の変形例の模式的な一部断面図を、図１
６の（Ｃ）に示す。図１６の（Ｃ）に示す扁平型電子放
出素子においては、電子放出部１５Ｂの構造が、図１５
の（Ｃ）に示した扁平型電子放出素子と若干異なってい
る。以下、支持体等の模式的な一部断面図である図１６
を参照して、かかる［電子放出素子−４］の製造方法を
説明する。

【０１０８】［工程−４００］先ず、支持体１０上にカ
ソード電極用導電材料層を形成する。具体的には、支持
体１０の全面にレジスト材料層（図示せず）を形成した
後、カソード電極を形成すべき部分のレジスト材料層を
除去する。その後、全面にクロム（Ｃｒ）から成るカソ
ード電極用導電材料層をスパッタ法にて形成する。更
に、全面にスパッタ法にてＳｉＣから成る抵抗体層６０
を形成し、次いで、抵抗体層６０の上にグラファイト粉
末塗料層をスピンコーティング法にて形成し、グラファ
イト粉末塗料層を乾燥させる。その後、剥離液を用いて
レジスト材料層を除去すると、レジスト材料層上に形成
されたカソード電極用導電材料層、抵抗体層６０及びグ
ラファイト粉末塗料層も除去される。こうして、所謂リ
フトオフ法に基づき、カソード電極１１、抵抗体層６０
及び電子放出部１５Ｂ（電子放出層）が積層された構造
を得ることができる（図１６の（Ａ）参照）。

【０１０９】［工程−４１０］次に、全面に絶縁層１２
を形成した後、絶縁層１２上にストライプ状のゲート電
極１３を形成する（図１６の（Ｂ）参照）。その後、実
施の形態１〜実施の形態３にて説明した方法に基づき、
ゲート電極１３及び絶縁層１２に開口部１４を形成する
ことによって、開口部１４（孔部）の底部に電子放出部
１５Ｂを露出させる（図１６の（Ｃ）参照）。開口部１
４（孔部）の底部に露出したカソード電極１１の表面に
設けられた電子放出部１５Ｂから電子が放出される。

【０１１０】［電子放出素子−５：扁平型電子放出素子
の変形］扁平型電子放出素子から成る第１の構造を有す
る電子放出素子の別の変形例の模式的な一部端面図を、
図１８の（Ｂ）に示す。この扁平型電子放出素子におい
ては、電子放出部１５Ｃは、ＣＶＤ法に基づき形成され
た炭素薄膜から構成されている。

【０１１１】電子放出部を炭素薄膜から構成すること
は、炭素（Ｃ）の仕事関数が低く、高い放出電子電流を
達成することができるので、好ましい。炭素薄膜から電
子を放出させるためには、炭素薄膜が適切な電界（例え
ば、１０⁶ボルト／ｃｍ程度の強度を有する電界）中に
置かれた状態とすればよい。

【０１１２】ところで、レジスト材料をエッチング用マ
スクとして使用し、酸素ガスを用いてダイヤモンド薄膜
のような炭素薄膜のプラズマエッチングを行った場合、
エッチング反応系における反応副生成物として（ＣＨ）
_x系あるいは（ＣＦ）_x系等の炭素系ポリマーが堆積性物
質として生成する。一般に、プラズマエッチングにおい
て堆積性物質がエッチング反応系に生成した場合、この
堆積性物質はイオン入射確率の低いレジスト材料の側壁
面、あるいは被エッチング物の加工端面に堆積して所謂
側壁保護膜を形成し、被エッチング物の異方性加工によ
って得られる形状の達成に寄与する。しかしながら、酸
素ガスをエッチング用ガスとして使用した場合には、炭
素系ポリマーから成る側壁保護膜は、生成しても、直ち
に酸素ガスによって除去されてしまう。また、酸素ガス
をエッチング用ガスとして使用した場合には、レジスト
材料の消耗も激しい。これらの理由により、従来のダイ
ヤモンド薄膜の酸素プラズマ加工においては、ダイヤモ
ンド薄膜のマスクの寸法に対する寸法変換差が大きく、
異方性加工も困難な場合が多い。

【０１１３】このような問題を解決するためには、例え
ば、カソード電極の表面に炭素薄膜選択成長領域を形成
し、炭素薄膜選択成長領域上に炭素薄膜から成る電子放
出部を形成する構成とすればよい。即ち、この［電子放
出素子−５］の製造においては、支持体上にカソード電
極を形成した後、カソード電極の表面に炭素薄膜選択成
長領域を形成し、その後、炭素薄膜選択成長領域上に炭
素薄膜（電子放出部に相当する）を形成する。尚、カソ
ード電極の表面に炭素薄膜選択成長領域を形成する工程
を、炭素薄膜選択成長領域形成工程と呼ぶ。

【０１１４】ここで、炭素薄膜選択成長領域は、表面に
金属粒子が付着したカソード電極の部分、若しくは、表
面に金属薄膜が形成されたカソード電極の部分であるこ
とが好ましい。尚、炭素薄膜選択成長領域における炭素
薄膜の選択成長を一層確実なものとするために、炭素薄
膜選択成長領域の表面には、硫黄（Ｓ）、ホウ素（Ｂ）
又はリン（Ｐ）が付着していることが望ましく、これら
の物質は一種の触媒としての作用を果たすと考えられ、
これによって、炭素薄膜の選択成長性を一層向上させる
ことができる。尚、炭素薄膜選択成長領域は、開口部
（孔部）の底部に位置するカソード電極の部分の表面に
形成されていればよく、開口部の底部に位置するカソー
ド電極の部分から開口部の底部以外のカソード電極の部
分の表面に延在するように形成されていてもよい。ま
た、炭素薄膜選択成長領域は、開口部の底部に位置する
カソード電極の部分の表面の全面に形成されていても、
部分的に形成されていてもよい。

【０１１５】炭素薄膜選択成長領域形成工程は、炭素薄
膜選択成長領域を形成すべきカソード電極の部分の表面
（以下、単にカソード電極の表面と呼ぶ場合がある）
に、金属粒子を付着させ、若しくは、金属薄膜を形成す
る工程から成り、以て、表面に金属粒子が付着し、若し
くは、表面に金属薄膜が形成されたカソード電極の部分
から成る炭素薄膜選択成長領域を得ることが好ましい。
また、この場合、炭素薄膜選択成長領域における炭素薄
膜の選択成長を一層確実なものとするために、炭素薄膜
選択成長領域の表面に、硫黄（Ｓ）、ホウ素（Ｂ）又は
リン（Ｐ）を付着させることが望ましく、これによっ
て、炭素薄膜の選択成長性を一層向上させることができ
る。炭素薄膜選択成長領域の表面に硫黄、ホウ素又はリ
ンを付着させる方法としては、例えば、硫黄、ホウ素又
はリンを含む化合物から成る化合物層を炭素薄膜選択成
長領域の表面に形成し、次いで、例えば加熱処理を化合
物層に施すことによって化合物層を構成する化合物を分
解させ、炭素薄膜選択成長領域の表面に硫黄、ホウ素又
はリンを残す方法を挙げることができる。硫黄を含む化
合物としてチオナフテン、チオフテン、チオフェンを例
示することができる。ホウ素を含む化合物として、トリ
フェニルボランを例示することができる。リンを含む化
合物として、トリフェニルフォスフィンを例示すること
ができる。

【０１１６】あるいは又、炭素薄膜選択成長領域におけ
る炭素薄膜の選択成長を一層確実なものとするために、
カソード電極の表面に、金属粒子を付着させ、若しく
は、金属薄膜を形成した後、金属粒子の表面若しくは金
属薄膜の表面の金属酸化物（所謂、自然酸化膜）を除去
することが望ましい。金属粒子の表面若しくは金属薄膜
の表面の金属酸化物の除去を、例えば、水素ガス雰囲気
におけるマイクロ波プラズマ法、トランス結合型プラズ
マ法、誘導結合型プラズマ法、電子サイクロトロン共鳴
プラズマ法、ＲＦプラズマ法等に基づくプラズマ還元処
理、アルゴンガス雰囲気におけるスパッタ処理、若しく
は、例えばフッ酸等の酸や塩基を用いた洗浄処理によっ
て行うことが望ましい。尚、炭素薄膜選択成長領域の表
面に硫黄、ホウ素又はリンを付着させる工程、あるいは
又、金属粒子の表面若しくは金属薄膜の表面の金属酸化
物を除去する工程を含む場合、絶縁層に開口部を設けた
後、炭素薄膜選択成長領域上に炭素薄膜を形成する前に
これらの工程を実行することが好ましい。

【０１１７】炭素薄膜選択成長領域を得るためにカソー
ド電極の表面に金属粒子を付着させる方法として、例え
ば、炭素薄膜選択成長領域を形成すべきカソード電極の
領域以外の領域を適切な材料（例えば、マスク層）で被
覆した状態で、溶媒と金属粒子から成る層を炭素薄膜選
択成長領域を形成すべきカソード電極の部分の表面に形
成した後、溶媒を除去し、金属粒子を残す方法を挙げる
ことができる。あるいは又、カソード電極の表面に金属
粒子を付着させる工程として、例えば、炭素薄膜選択成
長領域を形成すべきカソード電極の領域以外の領域を適
切な材料（例えば、マスク層）で被覆した状態で、金属
粒子を構成する金属原子を含む金属化合物粒子をカソー
ド電極の表面に付着させた後、金属化合物粒子を加熱す
ることによって分解し、以て、表面に金属粒子が付着し
たカソード電極の部分から成る炭素薄膜選択成長領域を
得る方法を挙げることができる。この場合、具体的に
は、溶媒と金属化合物粒子から成る層を炭素薄膜選択成
長領域を形成すべきカソード電極の部分の表面に形成し
た後、溶媒を除去し、金属化合物粒子を残す方法を例示
することができる。金属化合物粒子は、金属粒子を構成
する金属のハロゲン化物（例えば、ヨウ化物、塩化物、
臭化物等）、酸化物、水酸化物及び有機金属から成る群
から選択された少なくとも１種類の材料から成ることが
好ましい。尚、これらの方法においては、適切な段階
で、炭素薄膜選択成長領域を形成すべきカソード電極の
領域以外の領域を被覆した材料（例えば、マスク層）を
除去する。

【０１１８】炭素薄膜選択成長領域を得るためにカソー
ド電極の表面に金属薄膜を形成する方法として、例え
ば、炭素薄膜選択成長領域を形成すべきカソード電極の
領域以外の領域を適切な材料で被覆した状態での、電解
メッキ法、無電解メッキ法、ＭＯＣＶＤ法を含むＣＶＤ
法（化学的気相成長法）、物理的気相成長法（ＰＶＤ
法、Physical Vapor Deposition 法）等の公知の方法を
挙げることができる。尚、物理的気相成長法として、
（ａ）電子ビーム加熱法、抵抗加熱法、フラッシュ蒸着
等の各種真空蒸着法、（ｂ）プラズマ蒸着法、（ｃ）２
極スパッタ法、直流スパッタ法、直流マグネトロンスパ
ッタ法、高周波スパッタ法、マグネトロンスパッタ法、
イオンビームスパッタ法、バイアススパッタ法等の各種
スパッタ法、（ｄ）ＤＣ(direct current)法、ＲＦ法、
多陰極法、活性化反応法、電界蒸着法、高周波イオンプ
レーティング法、反応性イオンプレーティング法等の各
種イオンプレーティング法を挙げることができる。

【０１１９】ここで、金属粒子あるいは金属薄膜は、モ
リブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔ
ｉ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステ
ン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、
鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）及び亜鉛（Ｚ
ｎ）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属
から構成されていることが好ましい。

【０１２０】炭素薄膜として、グラファイト薄膜、アモ
ルファスカーボン薄膜、ダイヤモンドライクカーボン薄
膜、あるいはフラーレン薄膜を挙げることができる。炭
素薄膜の形成方法として、マイクロ波プラズマ法、トラ
ンス結合型プラズマ法、誘導結合型プラズマ法、電子サ
イクロトロン共鳴プラズマ法、ＲＦプラズマ法等に基づ
くＣＶＤ法を例示することができる。炭素薄膜の形態に
は、薄膜状はもとより、炭素のウィスカー、炭素のナノ
チューブ（中空及び中実を含む）が包含される。

【０１２１】尚、カソード電極の構造としては、導電材
料層の１層構成とすることもできるし、下層導電材料
層、下層導電材料層上に形成された抵抗体層、抵抗体層
上に形成された上層導電材料層の３層構成とすることも
できる。後者の場合、上層導電材料層の表面に炭素薄膜
選択成長領域を形成する。このように、抵抗体層を設け
ることによって、電子放出部における電子放出特性の均
一化を図ることができる。

【０１２２】以下、支持体等の模式的な一部端面図であ
る図１７及び図１８を参照して、扁平型電子放出素子の
製造方法の一例を説明する。

【０１２３】［工程−５００］先ず、例えばガラスから
成る支持体１０上にカソード電極用導電材料層を形成
し、次いで、周知のリソグラフィ技術及びＲＩＥ法に基
づきカソード電極用導電材料層をパターニングすること
によって、ストライプ状のカソード電極１１を支持体１
０上に形成する。ストライプ状のカソード電極１１は、
図面の紙面左右方向に延びている。カソード電極１１
は、例えばスパッタ法により形成された厚さ約０．２μ
ｍのクロム（Ｃｒ）層から成る。

【０１２４】［工程−５１０］その後、全面に、具体的
には、支持体１０上及びカソード電極１１上に絶縁層１
２を形成する。

【０１２５】［工程−５２０］次いで、ストライプ状の
ゲート電極１３を絶縁層１２上に形成した後、実施の形
態１〜実施の形態３にて説明した方法に基づき、ゲート
電極１３及び絶縁層１２に開口部１４を形成し、開口部
１４（孔部）の底部にカソード電極１１を露出させた
後、第１のレジスト層を除去する（図１７の（Ａ）参
照）。ストライプ状のゲート電極１３は図面の紙面垂直
方向に延びている。開口部１４の平面形状は、例えば直
径１μｍ〜３０μｍの円形である。開口部１４を、例え
ば、１画素分の領域（電子放出領域）に１個〜３０００
個程度形成すればよい。

【０１２６】［工程−５３０］次に、開口部１４（孔
部）の底部に露出したカソード電極１１上に、電子放出
部１５Ｃを形成する。具体的には、先ず、開口部１４
（孔部）の底部に位置するカソード電極１１の表面に炭
素薄膜選択成長領域７０を形成する。そのために、先
ず、開口部１４（孔部）の底部の中央部にカソード電極
１１の表面が露出したマスク層７１を形成する（図１７
の（Ｂ）参照）。具体的には、レジスト材料層をスピン
コーティング法にて開口部１４内を含む全面に成膜した
後、リソグラフィ技術に基づき、開口部１４（孔部）の
底部の中央部に位置するレジスト材料層に孔部を形成す
ることによって、マスク層７１を得ることができる。マ
スク層７１は、開口部１４（孔部）の底部に位置するカ
ソード電極１１の一部分、開口部１４の側壁、ゲート電
極１３及び絶縁層１２を被覆している。これによって、
次の工程で、開口部１４（孔部）の底部の中央部に位置
するカソード電極１１の表面に炭素薄膜選択成長領域を
形成するが、カソード電極１１とゲート電極１３とが金
属粒子によって短絡することを確実に防止し得る。

【０１２７】次に、露出したカソード電極１１の表面を
含むマスク層７１上に、金属粒子を付着させる。具体的
には、ニッケル（Ｎｉ）微粒子をポリシロキサン溶液中
に分散させた溶液（溶媒としてイソプロピルアルコール
を使用）をスピンコーティング法にて全面に塗布し、炭
素薄膜選択成長領域７０を形成すべきカソード電極１１
の部分の表面に溶媒と金属粒子から成る層を形成する。
その後、マスク層７１を除去し、４００゜Ｃ程度に加熱
することによって溶媒を除去し、露出したカソード電極
１１の表面に金属粒子７２を残すことで、炭素薄膜選択
成長領域７０を得ることができる（図１８の（Ａ）参
照）。尚、ポリシロキサンは、露出したカソード電極１
１の表面に金属粒子７２を固定させる機能（所謂、接着
機能）を有する。

【０１２８】［工程−５４０］その後、炭素薄膜選択成
長領域７０上に、厚さ約０．２μｍの炭素薄膜７３を形
成し、電子放出部１５Ｃを得る。この状態を図１８の
（Ｂ）に示す。マイクロ波プラズマＣＶＤ法に基づく炭
素薄膜７３の成膜条件を、以下の表６に例示する。

【０１２９】［表６］［炭素薄膜の成膜条件] 使用ガス：ＣＨ₄／Ｈ₂＝１００／１０ＳＣＣＭ圧力：１．３×１０³Ｐａマイクロ波パワー：５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）成膜温度：５００゜Ｃ

【０１３０】［電子放出素子−６：平面型電子放出素
子］平面型電子放出素子から成る第２の構造を有する電
子放出素子の模式的な一部断面図を、図１９の（Ｃ）に
示す。この平面型電子放出素子は、例えばガラスから成
る支持体１０上に形成されたストライプ状のカソード電
極１１、支持体１０及びカソード電極１１上に形成され
た絶縁層１２、絶縁層１２上に形成されたストライプ状
のゲート電極１３、並びに、ゲート電極１３及び絶縁層
１２を貫通し、底部にカソード電極１１が露出した開口
部１４から成る。カソード電極１１は、図１９の（Ｃ）
の紙面垂直方向に延び、ゲート電極１３は、図１９の
（Ｃ）の紙面左右方向に延びている。カソード電極１１
はクロム（Ｃｒ）から成り、絶縁層１２はＳｉＯ₂から
成る。ここで、開口部１４（孔部）の底部に露出したカ
ソード電極１１の部分が電子放出部１５Ｄに相当する。

【０１３１】以下、支持体等の模式的な一部断面図であ
る図１９を参照して、平面型電子放出素子の製造方法を
説明する。

【０１３２】［工程−６００］先ず、支持体１０上に電
子放出部１５Ｄとして機能するカソード電極１１を形成
する。具体的には、支持体１０上に、クロム（Ｃｒ）か
ら成るカソード電極用導電材料層をスパッタ法にて形成
した後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術に
基づきカソード電極用導電材料層をパターニングする。
これによって、ストライプ状のカソード電極１１を支持
体１０上に形成することができる（図１９の（Ａ）参
照）。尚、カソード電極１１は、図１９の紙面垂直方向
に延びている。

【０１３３】［工程−６１０］次に、例えばＣＶＤ法に
てＳｉＯ₂から成る絶縁層１２を、支持体１０及びカソ
ード電極１１の上に形成する。尚、絶縁層１２を、スク
リーン印刷法に基づきガラスペーストから形成すること
もできる。

【０１３４】［工程−６２０］その後、ストライプ状の
ゲート電極１３を絶縁層１２上に形成する（図１９の
（Ｂ）参照）。尚、ゲート電極１３は、図１９の紙面左
右方向に延びている。例えばスクリーン印刷法にて、ス
トライプ状のゲート電極１３を絶縁層１２上に、直接形
成することもできる。

【０１３５】［工程−６３０］次に、実施の形態１〜実
施の形態３にて説明した方法に基づき、ゲート電極１３
及び絶縁層１２に開口部１４を形成し、開口部１４（孔
部）の底部に電子放出部１５Ｄとして機能するカソード
電極１１を露出させる（図１９の（Ｃ）参照）。

【０１３６】［電子放出素子−７：平面型電子放出素子
の変形］図２０の（Ａ）に模式的な一部断面図を示す平
面型電子放出素子が図１９の（Ｃ）に示した平面型電子
放出素子と相違する点は、開口部１４（孔部）の底部に
露出したカソード電極１１の表面（電子放出部に相当す
る）に、微小凹凸部１１Ａが形成されている点にある。
このような平面型電子放出素子は、以下の製造方法にて
製造することができる。

【０１３７】［工程−７００］先ず、［工程−６００］
〜［工程−６２０］と略同様にして、支持体１０上にス
トライプ状のカソード電極１１を形成し、全面に絶縁層
１２を形成した後、ストライプ状のゲート電極１３を絶
縁層１２上に形成する。即ち、例えばガラスから成る支
持体１０の上に、スパッタ法により厚さ約０．２μｍの
タングステン層を成膜し、通常の手順に従って、このタ
ングステン層をストライプ状にパターニングし、カソー
ド電極１１を形成する。次に、支持体１０及びカソード
電極１１上に絶縁層１２を形成する。絶縁層１２は、Ｔ
ＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を原料ガスとして用い
るＣＶＤ法により形成することができる。更に、この絶
縁層１２の上に、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は、実質的に、図１９の
（Ｂ）に示したと同様である。

【０１３８】［工程−７１０］次に、［工程−６３０］
と同様にして、実施の形態１〜実施の形態３にて説明し
た方法に基づき、ゲート電極１３及び絶縁層１２に開口
部１４を形成し、開口部１４（孔部）の底部にカソード
電極１１を露出させる。その後、開口部１４（孔部）の
底部に露出したカソード電極１１の部分に、微小凹凸部
１１Ａを形成する。微小凹凸部１１Ａの形成に際して
は、エッチングガスとしてＳＦ₆を用い、カソード電極
１１を構成するタングステンの結晶粒と粒界との間でエ
ッチング速度の差が大きくなるような条件を設定してＲ
ＩＥ法に基づくドライエッチングを行う。その結果、タ
ングステンの結晶粒径をほぼ反映した寸法を有する微小
凹凸部１１Ａを形成することができる。

【０１３９】このような平面型電子放出素子の構成にお
いては、カソード電極１１の微小凹凸部１１Ａ、より具
体的には微小凹凸部１１Ａの凸部に、ゲート電極１３か
ら大きな電界が加わる。このとき凸部に集中する電界
は、カソード電極１１の表面が平滑である場合に比べて
大きいため、凸部からは量子トンネル効果によって電子
が効率良く放出される。従って、開口部１４（孔部）の
底部に単に平滑なカソード電極１１が露出している平面
型電子放出素子に比べて、表示装置に組み込まれた場合
の輝度の向上が期待できる。それ故、図２０の（Ａ）に
示した平面型電子放出素子によれば、ゲート電極１３と
カソード電極１１との間の電位差が比較的小さくても、
十分な放出電子電流密度を得ることができ、表示装置の
高輝度化が達成される。あるいは、同じ輝度を達成する
ために必要なゲート電圧が低くて済み、以て、低消費電
力化を達成することが可能である。

【０１４０】尚、絶縁層１２をエッチングすることによ
って孔部を形成し、しかる後に異方性エッチング技術に
基づきカソード電極１１に微小凹凸部１１Ａを形成した
が、開口部１４を形成するためのエッチングによって、
微小凹凸部１１Ａを同時に形成することも可能である。
即ち、絶縁層１２をエッチングする際に、ある程度のイ
オンスパッタ作用が期待できる異方的なエッチング条件
を採用し、垂直壁を有する開口部１４が形成された後も
エッチングを継続することにより、開口部１４（孔部）
の底部に露出したカソード電極１１の部分に微小凹凸部
１１Ａを形成することができる。その後、絶縁層１２の
等方性エッチングを行えばよい。

【０１４１】また、［工程−６００］と同様の工程にお
いて、支持体１０上に、タングステンから成るカソード
電極用導電材料層をスパッタ法にて形成した後、リソグ
ラフィ技術及びドライエッチング技術に基づきカソード
電極用導電材料層をパターニングし、次いで、カソード
電極用導電材料層の表面に微小凹凸部１１Ａを形成した
後、［工程−６１０］〜［工程−６３０］と同様の工程
を実行することによって、図２０の（Ａ）に示したと同
様の電子放出素子を作製することもできる。

【０１４２】あるいは又、［工程−６００］と同様の工
程において、支持体１０上に、タングステンから成るカ
ソード電極用導電材料層をスパッタ法にて形成した後、
カソード電極用導電材料層の表面に微小凹凸部１１Ａを
形成し、次いで、リソグラフィ技術及びドライエッチン
グ技術に基づきカソード電極用導電材料層をパターニン
グした後、［工程−６１０］〜［工程−６３０］と同様
の工程を実行することによって、図２０の（Ａ）に示し
たと同様の電子放出素子を作製することもできる。

【０１４３】図２０の（Ｂ）には、図２０の（Ａ）に示
した電子放出素子の変形例を示す。図２０の（Ｂ）に示
す電子放出素子においては、微小凹凸部１１Ａの先端部
の平均高さ位置が、絶縁層１２の下面位置よりも支持体
１０側に存在している（即ち、下がっている）。かかる
電子放出素子を形成するには、［工程−７１０］におけ
るドライエッチングの継続時間を延長すればよい。この
ような構成によれば、開口部１４の中央部近傍の電界強
度を一層高めることができる。

【０１４４】図２１には、電子放出部に相当するカソー
ド電極１１の表面（より具体的には、少なくとも微小凹
凸部１１Ａ上）に被覆層１１Ｂが形成されている平面型
電子放出素子を示す。

【０１４５】この被覆層１１Ｂは、カソード電極１１を
構成する材料よりも仕事関数Φの小さい材料から構成す
ることが好ましく、どのような材料を選択するかは、カ
ソード電極１１を構成する材料の仕事関数、ゲート電極
１３とカソード電極１１との間の電位差、要求される放
出電子電流密度の大きさ等に基づいて決定すればよい。
被覆層１１Ｂの構成材料として、アモルファスダイヤモ
ンドを例示することができる。被覆層１１Ｂをアモルフ
ァスダイヤモンドを用いて構成した場合には、５×１０
⁷Ｖ／ｍ以下の電界強度にて、表示装置に必要な放出電
子電流密度を得ることができる。

【０１４６】被覆層１１Ｂの厚さは、微小凹凸部１１Ａ
を反映し得る程度に選択する。これは、被覆層１１Ｂに
よって微小凹凸部１１Ａの凹部が埋め込まれ、電子放出
部の表面が平滑化されてしまっては、微小凹凸部１１Ａ
を設けた意味が無くなるからである。従って、微小凹凸
部１１Ａの寸法にも依るが、例えば微小凹凸部１１Ａが
電子放出部の結晶粒径を反映して形成されている場合に
は、被覆層１１Ｂの厚さを概ね３０〜１００ｎｍ程度に
選択することが好ましい。また、微小凹凸部１１Ａの先
端部の平均高さ位置を絶縁層１２の下面位置よりも下げ
る場合には、厳密には、被覆層１１Ｂの先端部の平均高
さ位置を絶縁層１２の下面位置よりも下げることが、一
層好ましい。

【０１４７】具体的には、［工程−７１０］の後、全面
に例えばＣＶＤ法によりアモルファスダイヤモンドから
成る被覆層１１Ｂを形成すればよい。尚、被覆層１１Ｂ
は、ゲート電極１３及び絶縁層１２の上に形成された第
１のレジスト層（図示せず）の上にも堆積するが、この
堆積部分は第１のレジスト層の除去時、同時に除去され
る。原料ガスとして例えばＣＨ₄／Ｈ₂混合ガスや、ＣＯ
／Ｈ₂混合ガスを使用したＣＶＤ法に基づき被覆層１１
Ｂを形成することができ、それぞれ炭素を含む化合物の
熱分解によってアモルファスダイヤモンドから成る被覆
層１１Ｂが形成される。

【０１４８】あるいは又、［工程−６００］と同様の工
程において、支持体１０上に、タングステンから成るカ
ソード電極用導電材料層をスパッタ法にて形成した後、
リソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づきカ
ソード電極用導電材料層をパターニングし、その後、カ
ソード電極用導電材料層の表面に微小凹凸部１１Ａを形
成し、次いで、被覆層１１Ｂを形成した後、［工程−６
１０］〜［工程−６３０］と同様の工程を実行すること
によって、図２１に示す電子放出素子を作製することも
できる。

【０１４９】あるいは又、［工程−６００］と同様の工
程において、支持体１０上に、タングステンから成るカ
ソード電極用導電材料層をスパッタ法にて形成した後、
カソード電極用導電材料層の表面に微小凹凸部１１Ａを
形成し、次いで、被覆層１１Ｂを形成した後、リソグラ
フィ技術及びドライエッチング技術に基づき被覆層１１
Ｂ、カソード電極用導電材料層をパターニングした後、
［工程−６１０］〜［工程−６３０］と同様の工程を実
行することによって、図２１に示す電子放出素子を作製
することもできる。

【０１５０】あるいは又、被覆層を構成する材料とし
て、かかる材料の２次電子利得δがカソード電極を構成
する導電性材料の２次電子利得δよりも大きくなるよう
な材料を適宜選択することもできる。

【０１５１】尚、図１９の（Ｃ）に示した平面型電子放
出素子の電子放出部１５Ｄ（カソード電極１１の表面）
に被覆層を形成してもよい。この場合には、［工程−６
３０］の後、開口部１４（孔部）の底部に露出したカソ
ード電極１１の表面に被覆層１１Ｂを形成すればよく、
あるいは又、［工程−６００］において、例えば、支持
体１０上にカソード電極用導電材料層を形成した後、カ
ソード電極用導電材料層上に被覆層１１Ｂを形成し、次
いで、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基
づき、これらの層をパターニングすればよい。

【０１５２】［電子放出素子−８：クレータ型電子放出
素子］クレータ型電子放出素子の模式的な一部断面図
を、図２５の（Ｂ）に示す。クレータ型電子放出素子
は、電子を放出する複数の隆起部１１１Ａと、各隆起部
１１１Ａに囲まれた凹部１１１Ｂとを有するカソード電
極１１１が、支持体１０上に備えられている。尚、絶縁
層１２及びゲート電極１３を取り除いた模式的な斜視図
を図２４の（Ｂ）に示す。

【０１５３】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、かかるクレータ型電子放出
素子の製造方法において球体が使用され、凹部１１１Ｂ
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１１１Ｂが略球面を成す場合、凹
部１１１Ｂを囲む隆起部１１１Ａは円環状となり、この
場合の凹部１１１Ｂと隆起部１１１Ａとは、全体として
クレータあるいはカルデラのような形状を呈する。隆起
部１１１Ａ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１１１Ｃが先鋭で
あることが特に好ましい。隆起部１１１Ａの先端部１１
１Ｃ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。１画素内における隆起
部１１１Ａ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１１１Ｂは、凹部１１１Ｂの周方向に
沿って連続した隆起部１１１Ａにより囲まれていてもよ
いし、場合によっては、凹部１１１Ｂの周方向に沿って
不連続な隆起部１１１Ａにより囲まれていてもよい。

【０１５４】このようなクレータ型電子放出素子の製造
方法において、支持体上にストライプ状のカソード電極
を形成する工程は、より具体的には、複数の球体を被覆
したストライプ状のカソード電極を支持体上に形成する
工程と、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、電子を放出する複
数の隆起部と、各隆起部に囲まれ、且つ、球体の形状の
一部を反映した凹部とを有するカソード電極を形成する
工程、から成る。

【０１５５】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、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。

【０１５６】特に、球体が有機材料から成る場合、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、隆起部及び凹部が形成
され、しかも、球体が除去される。あるいは又、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孔部が形成され、しか
も、球体が除去される。即ち、球体を除去する以前には
カソード電極には孔部が存在せず、球体の除去に伴って
孔部が形成される。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。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。

【０１５７】後述する［電子放出素子−１０］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。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、［電子放出素子−１０］
においては、［電子放出素子−８］と異なり、球体を被
覆する部分のカソード電極を飛散させる必要がないの
で、カソード電極の残渣が発生し難いという利点があ
る。

【０１５８】後述する［電子放出素子−１０］で使用さ
れる球体は、少なくとも表面が、カソード電極を構成す
る材料の界面張力（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。後
述する［電子放出素子−１０］において、球体は、少な
くとも表面が界面張力に関するこの条件を満たしていれ
ばよい。つまり、カソード電極の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。［電子
放出素子−１０］において、カソード電極等が通常の金
属系材料から構成されている場合、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。

【０１５９】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５３０゜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。

【０１６０】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。［電子放出
素子−８］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、［電
子放出素子−８］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。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。

【０１６１】［電子放出素子−８］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
電極を形成すればよい。この場合においては、あるいは
又、後述する［電子放出素子−１０］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。使用する球体は、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。

【０１６２】あるいは、後述する［電子放出素子−９］
のように、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。

【０１６３】あるいは、後述する［電子放出素子−１
０］にあっては、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。

【０１６４】ところで、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、電子放出領域に位置する
隆起部から電子が放出される。従って、隆起部は、機能
上、電子放出領域にのみ存在すればよい。但し、たとえ
電子放出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。

【０１６５】球体の直径は、所望の開口部の直径、凹部
の直径、電子放出素子を用いて構成される表示装置の表
示画面寸法、画素数、電子放出領域の寸法、１画素を構
成すべき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。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／ｍｍ²の密度で支持体上に配置すると、例
えば電子放出領域の寸法を仮に０．５ｍｍ×０．２ｍｍ
とした場合、この電子放出領域内に約１００個の球体が
存在し、約１００個の隆起部が形成されることになる。
１つの電子放出領域にこの程度の個数の隆起部が形成さ
れていれば、球体の粒径分布や真球度のばらつきに起因
する凹部の直径のばらつきはほぼ平均化され、実用上、
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。

【０１６６】［電子放出素子−８］あるいは後述する
［電子放出素子−９］、［電子放出素子−１０］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、［電子放出素子−８］や［電子放出素
子−９］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。［電子放出素子−８］〜［電子放出素子−
１０］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
クレータあるいはカルデラのような形状を呈する。

【０１６７】支持体上における隆起部の配置は規則的で
あってもランダムであってもよく、球体の配置方法に依
存する。上述の乾式法あるいは湿式法を採用した場合、
支持体上における隆起部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。

【０１６８】［電子放出素子−８］〜［電子放出素子−
１０］において、絶縁層の形成後、絶縁層に開口部を形
成するが、隆起部の先端部に損傷が生じないように、隆
起部を得た後、保護層を形成し、開口部の形成後、保護
層を取り除く構成とすることもできる。保護層を構成す
る材料として、クロムを例示することができる。

【０１６９】以下、図２２〜図２５を参照して、［電子
放出素子−８］の電子放出素子の製造方法を説明する
が、図２２の（Ａ）、図２３の（Ａ）、図２４の（Ａ）
模式的な一部端面図であり、図２５の（Ａ）及び（Ｂ）
は模式的な一部断面図であり、図２２の（Ｂ）、図２３
の（Ｂ）及び図２４の（Ｂ）は、図２２の（Ａ）、図２
３の（Ａ）及び図２４の（Ａ）よりも広い範囲を模式的
に示す一部斜視図である。

【０１７０】［工程−８００］先ず、複数の球体８０を
被覆したカソード電極１１１を支持体１０上に形成す
る。具体的には、先ず、例えばガラスから成る支持体１
０上の全面に、球体８０を配置する。球体８０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８０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８０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２２の（Ａ）及び
（Ｂ）に示す。

【０１７１】［工程−８１０］次に、球体８０及び支持
体１０上にカソード電極１１１を形成する。カソード電
極１１１を形成した状態を、図２３の（Ａ）及び（Ｂ）
に示す。カソード電極１１１は、例えばカーボンペース
トをストライプ状にスクリーン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８０は支持体１０
上の全面に配置されているので、球体８０の中には、図
２３の（Ｂ）に示すように、カソード電極１１１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
１に含まれる水分や溶剤を除去し、且つ、カソード電極
１１１を平坦化するために、例えば１５０゜Ｃにてカソ
ード電極１１１を乾燥する。この温度では、球体８０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スクリーン印刷に
替えて、カソード電極１１１を構成するカソード電極用
導電材料層を全面に形成し、このカソード電極用導電材
料層を通常のリソグラフィ技術とドライエッチング技術
を用いてパターニングし、ストライプ状のカソード電極
１１１を形成することもできる。リソグラフィ技術を適
用する場合、通常、レジスト材料層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８０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。

【０１７２】［工程−８２０］次に、球体８０を除去す
ることによって、球体８０を被覆したカソード電極１１
１の部分を除去し、以て、電子を放出する複数の隆起部
１１１Ａと、各隆起部１１１Ａに囲まれ、且つ、球体８
０の形状の一部を反映した凹部１１１Ｂとを有するカソ
ード電極１１１を形成する。この状態を、図２４の
（Ａ）及び（Ｂ）に示す。具体的には、カソード電極１
１１の焼成を兼ね、約５３０゜Ｃにて加熱を行うことに
より球体８０を燃焼させる。球体８０の燃焼に伴って球
体８０が閉じ込められていた閉鎖空間の圧力が上昇し、
球体８０を被覆するカソード電極１１１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１１１の一部分
に、隆起部１１１Ａ及び凹部１１１Ｂが形成される。
尚、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依るが、
適切な洗浄液を用いて残渣を除去すればよい。

【０１７３】［工程−８３０］その後、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、ガラスペーストを全面に約５μｍの厚さ
にスクリーン印刷する。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スクリーン印刷に替え
て、例えばプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜を形成し
てもよい。

【０１７４】［工程−８４０］次に、絶縁層１２上に、
ストライプ状のゲート電極１３を形成する（図２５の
（Ａ）参照）。ストライプ状のゲート電極１３の射影像
の延びる方向は、ストライプ状のカソード電極１１１の
射影像の延びる方向と９０度の角度を成している。

【０１７５】［工程−８５０］その後、ゲート電極１３
の射影像とカソード電極１１１の射影像とが重複する電
子放出領域において、実施の形態１〜実施の形態３にて
説明した方法に基づき、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（孔部）の底
部に複数の複数の隆起部１１１Ａ及び凹部１１１Ｂを露
出させる。尚、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、隆起部１１１Ａを形成し
た後、例えば、クロムから成る保護層を形成しておき、
開口部１４を形成した後、保護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。こうして、
図２５の（Ｂ）に示した電子放出素子を得ることができ
る。

【０１７６】尚、［電子放出素子−８］の製造方法の変
形例として、［工程−８１０］の後、［工程−８３０］
〜［工程−８５０］を実行し、次いで、［工程−８２
０］を実行してもよい。この場合、球体の燃焼とゲート
電極１３及び絶縁層１２を構成する材料の焼成を同時に
行えばよい。

【０１７７】［電子放出素子−９：クレータ型電子放出
素子の変形］クレータ型電子放出素子の製造方法の変形
を図２６を参照して説明するが、支持体１０上に複数の
球体８０を配置する工程が、球体８０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８１を支持体１０上に形成し、以て、支持体１０上に
複数の球体８０を配置し、カソード電極材料から成るカ
ソード電極１１１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、［電子放
出素子−８］の製造方法と相違する。

【０１７８】［工程−９００］先ず、支持体１０上に複
数の球体８０を配置する。具体的には、球体８０とカソ
ード電極材料８１Ｂとを分散媒８１Ａ中に分散させて成
る組成物から成る組成物層８１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８
１Ａ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８０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８１Ｂとして分
散媒８１Ａ中に分散させて成る組成物を支持体１０上に
ストライプ状にスクリーン印刷し、組成物層８１を形成
する。図２６の（Ａ）には、組成物層８１の形成直後の
状態を示す。

【０１７９】［工程−９１０］支持体１０に保持された
組成物層８１中では、間もなく球体８０が沈降して支持
体１０上に配置されると共に、球体８０から支持体１０
上に亙ってカソード電極材料８１Ｂが沈降し、カソード
電極材料８１Ｂから成るカソード電極１１１が形成され
る。これによって、支持体１０上に複数の球体８０を配
置し、カソード電極材料から成るカソード電極１１１で
球体８０を被覆することができる。この状態を、図２６
の（Ｂ）に示す。

【０１８０】［工程−９２０］その後、分散媒８１Ａ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２６の（Ｃ）に示す。

【０１８１】［工程−９３０］次いで、［電子放出素子
−８］の［工程−８２０］〜［工程−８５０］と同様の
工程、あるいは、［電子放出素子−８］の製造方法の変
形例を実行することによって、図２５の（Ｂ）に示した
と同様の電子放出素子を完成することができる。

【０１８２】［電子放出素子−１０：クレータ型電子放
出素子の変形］このクレータ型電子放出素子の製造方法
の変形において、支持体上にストライプ状のカソード電
極を形成する工程は、より具体的には、支持体上に複数
の球体を配置する工程と、電子を放出する複数の隆起部
と、各隆起部に囲まれ、且つ、球体の形状の一部を反映
した凹部とを有し、各隆起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、球体を除去
する工程、から成る。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、かかる電子放出素子の製造方
法を、図２７を参照して説明する。

【０１８３】［工程−１０００］先ず、支持体１０上に
複数の球体１８０を配置する。具体的には、ガラスから
成る支持体１０上の全面に、複数の球体１８０を配置す
る。この球体１８０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１８０Ａ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１８０Ｂ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
１８０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１８０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
２７の（Ａ）に示す。

【０１８４】［工程−１０１０］次に、電子を放出する
複数の隆起部１１１Ａと、各隆起部１１１Ａに囲まれ、
且つ、球体１８０の形状の一部を反映した凹部１１１Ｂ
とを有し、各隆起部１１１Ａが球体１８０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、［電子放出素子−８］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スクリーン印
刷するが、［電子放出素子−１０］では、球体１８０の
表面が表面処理層１８０Ｂにより疎水性を帯びているた
めに、球体１８０の上にスクリーン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１８０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、［電子放出素子−８］の場合ほど
先鋭とはならない。球体１８０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２７の（Ｂ）では、カソード電極１１１と球体
１８０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１８０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１５
０゜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２７の（Ｂ）に示す。

【０１８５】［工程−１０２０］次に、球体１８０に外
力を与えることによって、支持体１０上から球体１８０
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２７の（Ｃ）に示す。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。

【０１８６】［工程−１０３０］その後、［電子放出素
子−８］の［工程−８３０］〜［工程−８５０］を実行
することによって、図２５の（Ｂ）に示したと略同様の
電子放出素子を得ることができる。

【０１８７】［電子放出素子−１１：エッジ型電子放出
素子］エッジ型電子放出素子の模式的な一部断面図を図
２８の（Ａ）に示す。このエッジ型電子放出素子は、支
持体１０上に形成されたストライプ状のカソード電極２
１１と、支持体１０及びカソード電極２１１上に形成さ
れた絶縁層１２と、絶縁層１２上に形成されたストライ
プ状のゲート電極１３から構成されており、開口部１４
がゲート電極１３及び絶縁層１２に設けられている。開
口部１４（孔部）の底部にはカソード電極２１１のエッ
ジ部２１１Ａが露出している。カソード電極２１１及び
ゲート電極１３に電圧を印加することによって、カソー
ド電極２１１のエッジ部２１１Ａから電子が放出され
る。

【０１８８】尚、図２８の（Ｂ）に示すように、開口部
１４内のカソード電極２１１の下の支持体１０に凹部１
０Ａが形成されていてもよい。あるいは又、模式的な一
部断面図を図２８の（Ｃ）に示すように、支持体１０上
に形成された第１のゲート電極１３Ａと、支持体１０及
び第１のゲート電極１３Ａ上に形成された層間絶縁層１
２Ａと、層間絶縁層１２Ａ上に形成されたカソード電極
２１１と、層間絶縁層１２Ａ及びカソード電極２１１に
形成された絶縁層１２Ｂと、絶縁層１２Ｂ上に形成され
た第２のゲート電極１３Ｂから構成することもできる。
そして、開口部１４が、第２のゲート電極１３Ｂ、絶縁
層１２Ｂ、カソード電極２１１及び層間絶縁層１２Ａに
設けられており、開口部１４の側壁にはカソード電極２
１１のエッジ部２１１Ａが露出している。カソード電極
２１１並びに第１のゲート電極１３Ａ、第２のゲート電
極１３Ｂに電圧を印加することによって、電子放出部に
相当するカソード電極２１１のエッジ部２１１Ａから電
子が放出される。

【０１８９】例えば、図２８の（Ｃ）に示したエッジ型
電子放出素子の製造方法を、支持体等の模式的な一部端
面図である図２９を参照して、以下、説明する。

【０１９０】［工程−１１００］先ず、例えばガラスか
ら成る支持体１０の上に、スパッタリングにより厚さ約
０．２μｍのタングステン膜を成膜し、通常の手順に従
ってフォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術
によりこのタングステン膜をパターニングし、第１のゲ
ート電極１３Ａを形成する。次に、全面に、ＳｉＯ₂か
ら成る厚さ０．３μｍの層間絶縁層１２Ａを形成した
後、層間絶縁層１２Ａの上にタングステンから成るスト
ライプ状のカソード電極２１１を形成する（図２９の
（Ａ）参照）。

【０１９１】［工程−１１１０］その後、全面に、例え
ばＳｉＯ₂から成る厚さ０．７μｍの絶縁層１２Ｂを形
成し、次いで、絶縁層１２Ｂ上にストライプ状の第２の
ゲート電極１３Ｂを形成する（図２９の（Ｂ）参照）。

【０１９２】［工程−１１２０］次に、実施の形態１〜
実施の形態３にて説明した方法に基づき、第２のゲート
電極１３Ｂを例えばＲＩＥ法により異方的にエッチング
し、開口部を形成する。次に、開口部の底面に露出した
絶縁層１２Ｂを等方的にエッチングし、孔部を形成す
る。絶縁層１２ＢをＳｉＯ₂を用いて形成しているの
で、緩衝化フッ酸水溶液を用いたウェットエッチングを
行う。絶縁層１２Ｂに形成された孔部の壁面は、第２の
ゲート電極１３Ｂに形成された開口部の開口端面よりも
後退するが、このときの後退量はエッチング時間の長短
により制御することができる。ここでは、絶縁層１２Ｂ
に形成された孔部の下端が、第２のゲート電極１３Ｂに
形成された開口部の開口端面よりも後退するまで、ウェ
ットエッチングを行う。

【０１９３】次に、孔部の底面に露出したカソード電極
２１１を、イオンを主エッチング種とする条件によりド
ライエッチングする。イオンを主エッチング種とするド
ライエッチングでは、被エッチング物へのバイアス電圧
の印加やプラズマと磁界との相互作用を利用して荷電粒
子であるイオンを加速することができるため、一般には
異方性エッチングが進行し、被エッチング物の加工面は
垂直壁となる。しかし、この工程では、プラズマ中の主
エッチング種の中にも垂直以外の角度を有する入射成分
が若干存在すること、及び開口部の端部における散乱に
よってもこの斜め入射成分が生ずることにより、カソー
ド電極２１１の露出面の中で、本来であれば開口部によ
って遮蔽されてイオンが到達しないはずの領域にも、あ
る程度の確率で主エッチング種が入射する。このとき、
支持体１０の法線に対する入射角の小さい主エッチング
種ほど入射確率は高く、入射角の大きい主エッチング種
ほど入射確率は低い。

【０１９４】従って、カソード電極２１１に形成された
孔部の上端部の位置は、絶縁層１２Ｂに形成された孔部
の下端部とほぼ揃っているものの、カソード電極２１１
に形成された孔部の下端部の位置はその上端部よりも突
出した状態となる。つまり、カソード電極２１１のエッ
ジ部２１１Ａの厚さが、突出方向の先端部に向けて薄く
なり、エッジ部２１１Ａが先鋭化される。例えば、エッ
チング・ガスとしてＳＦ₆を用いることにより、カソー
ド電極２１１の良好な加工を行うことができる。

【０１９５】次に、カソード電極２１１に形成された孔
部の底面に露出した層間絶縁層１２Ａを等方的にエッチ
ングし、層間絶縁層１２Ａに孔部を形成し、開口部１４
を完成させる。ここでは、緩衝化フッ酸水溶液を用いた
ウェットエッチングを行う。層間絶縁層１２Ａに形成さ
れた孔部の壁面は、カソード電極２１１に形成された孔
部の下端部よりも後退する。このときの後退量はエッチ
ング時間の長短により制御可能である。開口部１４の完
成後に第１のレジスト層を除去すると、図２８の（Ｃ）
に示した構成を得ることができる。

【０１９６】［電子放出素子−１２：スピント型電子放
出素子の製造方法の変形］［電子放出素子−１］にて説
明したスピント型電子放出素子の製造方法の変形例を、
以下、支持体等の模式的な一部端面図である図３０〜図
３２を参照して説明するが、このスピント型電子放出素
子は、基本的には、以下の工程に基づき作製される。即
ち、（ａ）支持体１０上にストライプ状のカソード電極１１
を形成する工程（ｂ）カソード電極１１上を含む支持体１０上に絶縁層
１２を形成する工程（ｃ）絶縁層１２上にストライプ状のゲート電極構成層
を形成する工程（ｄ）底部にカソード電極１１が露出した開口部１４
を、ゲート電極構成層及び絶縁層１２に形成する工程（ｅ）開口部１４内を含む全面に電子放出部形成用の導
電材料層９１を形成する工程（ｆ）開口部１４の中央部に位置する導電材料層９１の
領域を遮蔽するように、マスク材料層９２を導電材料層
９１上に形成する工程（ｇ）導電材料層９１の支持体１０に対して垂直な方向
におけるエッチング速度がマスク材料層９２の支持体に
対して垂直な方向におけるエッチング速度よりも速くな
る異方性エッチング条件下で導電材料層９１とマスク材
料層９２とをエッチングすることにより、導電材料層９
１から成り、先端部が錐状形状を有する電子放出部１５
Ｅを開口部１４内に露出したカソード電極１１上に形成
する工程

【０１９７】［工程−１２００］先ず、例えばガラス基
板上に厚さ約０．６μｍのＳｉＯ₂層を形成して成る支
持体１０上に、クロム（Ｃｒ）から成るカソード電極１
１を設ける。具体的には、支持体１０上に、例えばスパ
ッタ法やＣＶＤ法にてクロムから成るカソード電極用導
電材料層を堆積させ、かかるカソード電極用導電材料層
をパターニングすることによって、複数のカソード電極
１１を含む、行方向に平行に延びるストライプ状のカソ
ード電極用導電材料層を形成することができる。カソー
ド電極用導電材料層の幅を例えば５０μｍ、カソード電
極用導電材料層間スペースを例えば３０μｍとする。そ
の後、カソード電極１１上及びカソード電極用導電材料
層上を含む支持体１０上に、原料ガスとしてＴＥＯＳ
（テトラエトキシシラン）を使用するプラズマＣＶＤ法
にてＳｉＯ₂から成る絶縁層１２を形成する。絶縁層１
２の厚さを約１μｍとする。次に、絶縁層１２上の全面
に、カソード電極用導電材料層と直交する方向に平行に
延びるストライプ状のゲート電極構成層を形成する。

【０１９８】次に、カソード電極用導電材料層とゲート
電極構成層との重複領域である電子放出領域、即ち、１
画素領域において、ゲート電極構成層と絶縁層１２とを
貫通した開口部１４を、実施の形態１〜実施の形態３に
て説明した方法に基づき形成する（図３０の（Ａ）参
照）。開口部１４の平面形状は、例えば、直径０．３μ
ｍの円形である。開口部１４は、通常、１画素領域に数
百乃至千個程度形成される。

【０１９９】［工程−１２１０］次に、全面に密着層９
０をスパッタ法にて形成する（図３０の（Ｂ）参照）。
この密着層９０は、ゲート電極構成層の非形成部や開口
部１４の側壁面に露出している絶縁層１２と、次の工程
で全面的に成膜される導電材料層９１との間の密着性を
高めるために設けられる層である。導電材料層９１をタ
ングステンで形成することを前提とし、タングステンか
ら成る密着層９０を、ＤＣスパッタ法により０．０７μ
ｍの厚さに形成する。

【０２００】［工程−１２２０］次に、開口部１４内を
含む全面に、厚さ約０．６μｍのタングステンから成る
電子放出部形成用の導電材料層９１を水素還元減圧ＣＶ
Ｄ法により形成する（図３１の（Ａ）参照）。成膜され
た導電材料層９１の表面には、開口部１４の上端面と底
面との間の段差を反映した凹部９１Ａが形成される。

【０２０１】［工程−１２３０］次に、開口部１４の中
央部に位置する導電材料層９１の領域（具体的には凹部
９１Ａ）を遮蔽するようにマスク材料層９２を形成す
る。具体的には、先ず、ピンコート法により厚さ０．３
５μｍのレジスト材料をマスク材料層９２として導電材
料層９１の上に形成する（図３１の（Ｂ）参照）。マス
ク材料層９２は、導電材料層９１の凹部９１Ａを吸収
し、ほぼ平坦な表面となる。次に、マスク材料層９２を
酸素系ガスを用いたＲＩＥ法によりエッチングする。こ
のエッチングを、導電材料層９１の平坦面が露出した時
点で終了する。これにより、導電材料層９１の凹部９１
Ａを平坦に埋め込むようにマスク材料層９２が残る（図
３２の（Ａ）参照）。

【０２０２】［工程−１２４０］次に、導電材料層９１
とマスク材料層９２と密着層９０とをエッチングし、円
錐形状の電子放出部１５Ｅを形成する（図３２の（Ｂ）
参照）。これらの層のエッチングは、導電材料層９１の
エッチング速度がマスク材料層９２のエッチング速度よ
りも速くなる異方性エッチング条件下で行う。エッチン
グ条件を以下の表７に例示する。

【０２０３】［表７］［導電材料層９１等のエッチング条件］ＳＦ₆流量：１５０ＳＣＣＭＯ₂流量：３０ＳＣＣＭＡｒ流量：９０ＳＣＣＭ圧力：３５ＰａＲＦパワー：０．７ｋＷ（１３．５６ＭＨｚ）

【０２０４】［工程−１２５０］その後、等方的なエッ
チング条件にて開口部１４（孔部）の内部において絶縁
層１２に設けられた開口部１４（孔部）の側壁面を後退
させると、図３３に示す電子放出素子が完成される。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、例えば４９％フッ酸水溶液と純水の１：１００（容
積比）混合液を用いることができる。

【０２０５】ここで、［工程−１２４０］において、電
子放出部１５Ｅが形成される機構について、図３４を参
照して説明する。図３４の（Ａ）は、エッチングの進行
に伴って、被エッチング物の表面プロファイルが一定時
間毎にどのように変化するかを示す模式図であり、図３
４の（Ｂ）は、エッチング時間と開口部１４の中心にお
ける被エッチング物の厚さとの関係を示すグラフであ
る。開口部１４の中心におけるマスク材料層の厚さをｈ
_p、開口部１４の中心における電子放出部１５Ｅの高さ
をｈ_eとする。

【０２０６】表７に示したエッチング条件では、レジス
ト材料から成るマスク材料層９２のエッチング速度より
も、導電材料層９１のエッチング速度の方が当然速い。
マスク材料層９２が存在しない領域では、導電材料層９
１が直ぐにエッチングされ始め、被エッチング物の表面
が速やかに下降してゆく。これに対して、マスク材料層
９２が存在する領域では、最初にマスク材料層９２が除
去されないとその下の導電材料層９１のエッチングが始
まらないので、マスク材料層９２がエッチングされてい
る間は被エッチング物の厚さの減少速度は遅く（ｈ_p減
少区間）、マスク材料層９２が消失した時点で初めて、
被エッチング物の厚さの減少速度がマスク材料層９２の
存在しない領域と同様に速くなる（ｈ_e減少区間）。ｈ_p
減少区間の開始時期は、マスク材料層９２が厚さが最大
となる開口部１４の中心で最も遅く、マスク材料層９２
の薄い開口部１４の周辺に向かって早くなる。このよう
にして、円錐形状の電子放出部１５Ｅが形成される。

【０２０７】レジスト材料から成るマスク材料層９２の
エッチング速度に対する導電材料層９１のエッチング速
度の比を、「対レジスト選択比」と称することにする。
この対レジスト選択比が、電子放出部１５Ｅの高さと形
状を決定する重要な因子であることを、図３５を参照し
て説明する。図３５の（Ａ）は、対レジスト選択比が相
対的に小さい場合、図３５の（Ｃ）は、対レジスト選択
比が相対的に大きい場合、図３５の（Ｂ）はこれらの中
間である場合の、電子放出部１５Ｅの形状を示してい
る。対レジスト選択比が大きいほど、マスク材料層９２
の膜減りに比べて導電材料層９１の膜減りが激しくなる
ので、電子放出部１５Ｅはより高く、且つ鋭くなること
が判る。対レジスト選択比は、ＳＦ₆流量に対するＯ₂流
量の割合を高めると低下する。また、基板バイアスを併
用してイオンの入射エネルギーを変化させることが可能
なエッチング装置を用いる場合には、ＲＦバイアスパワ
ーを高めたり、バイアス印加用の交流電源の周波数を下
げることで、対レジスト選択比を下げることができる。
対レジスト選択比の値は１．５以上、好ましくは２以
上、より好ましくは３以上に選択される。

【０２０８】尚、上記のエッチングにおいては当然、ゲ
ート電極１３やカソード電極１１に対して高い選択比を
確保する必要があるが、表７に示した条件で全く問題は
ない。なぜなら、ゲート電極１３やカソード電極１１を
構成する材料は、フッ素系のエッチング種では殆どエッ
チングされず、上記の条件であれば、概ね１０以上のエ
ッチング選択比が得られるからである。

【０２０９】［電子放出素子−１３：スピント型電子放
出素子の製造方法の変形］［電子放出素子−１３］の製
造方法は、［電子放出素子−１２］の製造方法の変形で
ある。この製造方法においては、マスク材料層により遮
蔽される導電材料層の領域を、［電子放出素子−１２］
における製造方法におけるよりも狭くすることが可能で
ある。即ち、［電子放出素子−１３］におけるスピント
型電子放出素子の製造方法においては、開口部の上端面
と底面との間の段差を反映して、柱状部とこの柱状部の
上端に連通する拡大部とから成る略漏斗状の凹部を導電
材料層の表面に生成させ、工程（ｆ）において、導電材
料層の全面にマスク材料層を形成した後、マスク材料層
と導電材料層とを支持体の表面に対して平行な面内で除
去することにより、柱状部にマスク材料層を残す。

【０２１０】以下、［電子放出素子−１３］におけるス
ピント型電子放出素子の製造方法を、支持体等の模式的
な一部端面図である図３６〜図３８を参照して説明す
る。

【０２１１】［工程−１３００］先ず、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を含む
カソード電極用導電材料層は、例えばＤＣスパッタ法に
より、ＴｉＮ層（厚さ０．１μｍ）、Ｔｉ層（厚さ５ｎ
ｍ）、Ａｌ−Ｃｕ層（厚さ０．４μｍ）、Ｔｉ層（厚さ
５ｎｍ）、ＴｉＮ層（厚さ０．０２μｍ）及びＴｉ層
（０．０２μｍ）をこの順に積層して積層膜を形成し、
続いてこの積層膜をパターニングして形成する。尚、図
ではカソード電極１１を単層で表した。次に、支持体１
０とカソード電極１１の上に、厚さ０．７μｍの絶縁層
１２を、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を原料ガス
とするプラズマＣＶＤ法に基づき形成する。次いで、絶
縁層１２の上にゲート電極構成層を形成する。

【０２１２】更に、全面に例えばＳｉＯ₂から成る厚さ
０．２μｍのエッチング停止層９３を形成する。エッチ
ング停止層９３は、電子放出素子の機能上不可欠な部材
ではなく、後工程で行われる導電材料層９１のエッチン
グ時に、ゲート電極１３を保護する役割を果たす。尚、
導電材料層９１のエッチング条件に対してゲート電極１
３が十分に高いエッチング耐性を持ち得る場合には、エ
ッチング停止層９３を省略しても構わない。その後、Ｒ
ＩＥ法により、エッチング停止層９３、ゲート電極１
３、絶縁層１２を貫通し、底部にカソード電極１１が露
出した開口部１４を、実施の形態１〜実施の形態３にて
説明した方法に基づき形成する。このようにして、図３
６の（Ａ）に示す状態が得られる。

【０２１３】［工程−１３１０］次に、開口部１４内を
含む全面に、例えば厚さ０．０３μｍのタングステンか
ら成る密着層９０を形成する（図３６の（Ｂ）参照）。
次いで、開口部１４内を含む全面に電子放出部形成用の
導電材料層９１を形成する。但し、［電子放出素子−１
３］における導電材料層９１は、［電子放出素子−１
２］の製造方法で述べた凹部９１Ａよりも深い凹部９１
Ａが表面に生成されるように、導電材料層９１の厚さを
選択する。即ち、導電材料層９１の厚さを適切に設定す
ることによって、開口部１４の上端面と底面との間の段
差を反映して、柱状部９１Ｂとこの柱状部９１Ｂの上端
に連通する拡大部９１Ｃとから成る略漏斗状の凹部９１
Ａを導電材料層９１の表面に生成させることができる。

【０２１４】［工程−１３２０］次に、導電材料層９１
の全面に、例えば無電解メッキ法により、厚さ約０．５
μｍの銅（Ｃｕ）から成るマスク材料層９２を形成する
（図３７の（Ａ）参照）。無電解メッキ条件を以下の表
８に例示する。

【０２１５】［表８］メッキ液：硫酸銅（ＣｕＳＯ₄・５Ｈ₂Ｏ）７ｇ／リットルホルマリン（３７％ＨＣＨＯ）２０ｍｌ／リットル水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）１０ｇ／リットル酒石酸ナトリウムカリウム２０ｇ／リットルメッキ浴温度：５０゜Ｃ

【０２１６】［工程−１３３０］その後、マスク材料層
９２と導電材料層９１とを支持体１０の表面に対して平
行な面内で除去することにより、柱状部９１Ｂにマスク
材料層９２を残す（図３７の（Ｂ）参照）。この除去
は、例えば化学的機械的研磨法（ＣＭＰ法）により行う
ことができる。

【０２１７】［工程−１３４０］次に、導電材料層９１
と密着層９０のエッチング速度がマスク材料層９２のエ
ッチング速度よりも速くなる異方性エッチング条件下
で、導電材料層９１とマスク材料層９２と密着層９０と
をエッチングする。その結果、開口部１４内に錐状形状
を有する電子放出部１５Ｅが形成される（図３８の
（Ａ）参照）。尚、電子放出部１５Ｅの先端部にマスク
材料層９２が残存する場合には、希フッ酸水溶液を用い
たウェットエッチングによりマスク材料層９２を除去す
ることができる。

【０２１８】［工程−１３５０］次に、等方的なエッチ
ング条件で開口部１４（孔部）の内部において絶縁層１
２に設けられた開口部１４（孔部）の側壁面を後退させ
ると、図３８の（Ｂ）に示す電子放出素子が完成され
る。等方的なエッチングについては、［電子放出素子−
１２］の製造方法で説明したと同様とすればよい。

【０２１９】ところで、［電子放出素子−１３］の製造
方法で形成された電子放出部１５Ｅにおいては、［電子
放出素子−１２］の製造方法で形成された電子放出部１
５Ｅに比べ、より鋭い錐状形状が達成されている。これ
は、マスク材料層９２の形状と、マスク材料層９２のエ
ッチング速度に対する導電材料層９１のエッチング速度
の比の違いに起因する。この違いについて、図３９を参
照しながら説明する。図３９は、被エッチング物の表面
プロファイルが一定時間毎にどのように変化するかを示
す図であり、図３９の（Ａ）は銅から成るマスク材料層
９２を用いた場合、図３９の（Ｂ）はレジスト材料から
成るマスク材料層９２を用いた場合をそれぞれ示す。
尚、簡略化のために導電材料層９１のエッチング速度と
密着層９０のエッチング速度とをそれぞれ等しいものと
仮定し、図３９においては密着層９０の図示を省略す
る。

【０２２０】銅から成るマスク材料層９２を用いた場合
（図３９の（Ａ）参照）は、マスク材料層９２のエッチ
ング速度が導電材料層９１のエッチング速度に比べて十
分に遅いために、エッチング中にマスク材料層９２が消
失することがなく、従って、先端部の鋭い電子放出部１
５Ｅを形成することができる。これに対して、レジスト
材料から成るマスク材料層９２を用いた場合（図３９の
（Ｂ）参照）は、マスク材料層９２のエッチング速度が
導電材料層９１のエッチング速度に比べてそれ程遅くな
いために、エッチング中にマスク材料層９２が消失し易
く、従って、マスク材料層消失後の電子放出部１５Ｅの
錐状形状が鈍化する傾向がある。

【０２２１】また、柱状部９１Ｂに残るマスク材料層９
２には、柱状部９１Ｂの深さが多少変化しても、電子放
出部１５Ｅの形状は変化し難いというメリットもある。
即ち、柱状部９１Ｂの深さは、導電材料層９１の厚さや
ステップカバレージのばらつきによって変化し得るが、
柱状部９１Ｂの幅は深さによらずほぼ一定なので、マス
ク材料層９２の幅もほぼ一定となり、最終的に形成され
る電子放出部１５Ｅの形状には大差が生じない。これに
対して、凹部９１Ａに残るマスク材料層９２において
は、凹部９１Ａが浅い場合と深い場合とでマスク材料層
の幅も変化してしまうため、凹部９１Ａが浅くマスク材
料層９２の厚さが薄い場合ほど、より早期に電子放出部
１５Ｅの錐状形状の鈍化が始まる。電子放出素子の電子
放出効率は、ゲート電極とカソード電極との間の電位
差、ゲート電極とカソード電極との間の距離、電子放出
部の構成材料の仕事関数の他、電子放出部の先端部の形
状によっても変化する。このため、必要に応じて上述の
ようにマスク材料層の形状やエッチング速度を選択する
ことが好ましい。

【０２２２】［電子放出素子−１４：スピント型電子放
出素子の製造方法の変形］［電子放出素子−１４］の製
造方法は、［電子放出素子−１３］のスピント型電子放
出素子の製造方法の変形である。［電子放出素子−１
４］の製造方法においては、工程（ｅ）において、開口
部の上端面と底面との間の段差を反映して、柱状部とこ
の柱状部の上端に連通する拡大部とから成る略漏斗状の
凹部を導電材料層の表面に生成させ、工程（ｆ）におい
て、導電材料層の全面にマスク材料層を形成した後、導
電材料層上と拡大部内のマスク材料層を除去することに
より、柱状部にマスク材料層を残す。以下、［電子放出
素子−１４］におけるスピント型電子放出素子の製造方
法を、支持体等の模式的な一部端面図である図４０及び
図４１を参照して説明する。

【０２２３】［工程−１４００］先ず、図３７の（Ａ）
に示したマスク材料層９２の形成までを［電子放出素子
−１３］の製造方法の［工程−１３００］〜［工程−１
３２０］と同様に行った後、導電材料層９１上と拡大部
９１Ｃ内のマスク材料層９２のみを除去することによ
り、柱状部９１Ｂにマスク材料層９２を残す（図４０の
（Ａ）参照）。このとき、例えば希フッ酸水溶液を用い
たウェットエッチングを行うことにより、タングステン
から成る導電材料層９１を除去することなく、銅から成
るマスク材料層９２のみを選択的に除去することができ
る。柱状部９１Ｂ内に残るマスク材料層９２の高さは、
エッチング時間に依存するが、このエッチング時間は、
拡大部９１Ｃに埋め込まれたマスク材料層９２の部分が
十分に除去される限りにおいて、それ程の厳密さを要し
ない。なぜなら、マスク材料層９２の高低に関する議論
は、図３９の（Ａ）を参照しながら前述した柱状部９１
Ｂの浅深に関する議論と実質的に同じであり、マスク材
料層９２の高低は最終的に形成される電子放出部１５Ｅ
の形状に大きな影響を及ぼさないからである。

【０２２４】［工程−１４１０］次に、導電材料層９１
とマスク材料層９２と密着層９０のエッチングを、［電
子放出素子−１３］の製造方法と同様に行い、図４０の
（Ｂ）に示すような電子放出部１５Ｅを形成する。この
電子放出部１５Ｅは、図３８の（Ａ）に示したように全
体が錐状形状を有していても勿論構わないが、図４０の
（Ｂ）には先端部のみが錐状形状を有する変形例を示し
た。かかる形状は、柱状部９１Ｂに埋め込まれたマスク
材料層９２の高さが低いか、若しくは、マスク材料層９
２のエッチング速度が比較的速い場合に生じ得るが、電
子放出部１５Ｅとしての機能に何ら支障はない。

【０２２５】［工程−１４２０］その後、等方的なエッ
チング条件で開口部１４（孔部）の内部において絶縁層
１２に設けられた開口部１４（孔部）の側壁面を後退さ
せると、図４１に示す電子放出素子が完成される。等方
的なエッチングについては、［電子放出素子−１２］の
作製方法で説明したと同様とすればよい。

【０２２６】［電子放出素子−１５：スピント型電子放
出素子の製造方法の変形］［電子放出素子−１５］の製
造方法は、［電子放出素子−１２］の製造方法の変形で
ある。［電子放出素子−１５］の模式的な一部端面図を
図４２に示す。［電子放出素子−１５］が［電子放出素
子−１２］と異なる点は、電子放出部が、基部９４と、
基部９４上に積層された錐状の電子放出部１５Ｅとから
構成されている点にある。ここで、基部９４と電子放出
部１５Ｅとは異なる導電材料から構成されている。具体
的には、基部９４は、電子放出部１５Ｅとゲート電極１
３の開口端部との間の距離を調節するための部材であ
り、且つ、抵抗体層としての機能を有し、不純物を含有
するポリシリコン層から構成されている。電子放出部１
５Ｅはタングステンから構成されており、錐状形状、よ
り具体的には円錐形状を有する。尚、基部９４と電子放
出部１５Ｅとの間には、ＴｉＮから成る密着層９０が形
成されている。尚、密着層９０は、電子放出部の機能上
不可欠な構成要素ではなく、製造上の理由で形成されて
いる。絶縁層１２がゲート電極１３の直下から基部９４
の上端部にかけてえぐられることにより、開口部１４が
形成されている。

【０２２７】以下、［電子放出素子−１５］の製造方法
を、支持体等の模式的な一部端面図である図４３〜図４
５を参照して説明する。

【０２２８】［工程−１５００］先ず、開口部１４の形
成までを、［電子放出素子−１２］の製造方法の［工程
−１２００］と同様に行う。続いて、開口部１４内を含
む全面に基部形成用の導電材料層９４Ａを形成する。導
電材料層９４Ａは、抵抗体層としても機能し、ポリシリ
コン層から構成され、プラズマＣＶＤ法により形成する
ことができる。次いで、全面に、スピンコート法にてレ
ジスト材料から成る平坦化層９５を表面が略平坦となる
ように形成する（図４３の（Ａ）参照）。次に、平坦化
層９５と導電材料層９４Ａのエッチング速度が共に略等
しくなる条件で両層をエッチングし、開口部１４（孔
部）の底部を上面が平坦な基部９４で埋め込む（図４３
の（Ｂ）参照）。エッチングは、塩素系ガスと酸素系ガ
スとを含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法により行う
ことができる。導電材料層９４Ａの表面を平坦化層９５
で一旦平坦化してからエッチングを行っているので、基
部９４の上面が平坦となる。

【０２２９】［工程−１５１０］次に、開口部１４の残
部を含む全面に密着層９０を成膜し、更に、開口部１４
の残部を含む全面に電子放出部形成用の導電材料層９１
を成膜し、開口部１４の残部を導電材料層９１で埋め込
む（図４４の（Ａ）参照）。密着層９０は、スパッタ法
により形成される厚さ０．０７μｍのＴｉＮ層であり、
導電材料層９１は減圧ＣＶＤ法により形成される厚さ
０．６μｍのタングステン層である。導電材料層９１の
表面には、開口部１４の上端面と底面との間の段差を反
映して凹部９１Ａが形成されている。

【０２３０】［工程−１５２０］次に、導電材料層９１
の全面に、スピンコート法によりレジスト材料ら成るマ
スク材料層９２を表面が略平坦となるように形成する
（図４４の（Ｂ）参照）。マスク材料層９２は、導電材
料層９１の表面の凹部９１Ａを吸収して平坦な表面とな
っている。次に、マスク材料層９２を酸素系ガスを用い
たＲＩＥ法によりエッチングする（図４５の（Ａ）参
照）。このエッチングは、導電材料層９１の平坦面が露
出した時点で終了する。これにより、導電材料層９１の
凹部９１Ａにマスク材料層９２が平坦に残され、マスク
材料層９２は、開口部１４の中央部に位置する導電材料
層９１の領域を遮蔽するように形成されている。

【０２３１】［工程−１５３０］次に、［電子放出素子
−１２］の製造方法の［工程−１２４０］と同様にし
て、導電材料層９１、マスク材料層９２及び密着層９０
を共にエッチングすると、前述の機構に基づき対レジス
ト選択比の大きさに応じた円錐形状を有する電子放出部
１５Ｅと密着層９０とが形成され、電子放出部が完成さ
れる（図４５の（Ｂ）参照）。その後、開口部１４（孔
部）の内部において絶縁層１２に設けられた開口部１４
（孔部）の側壁面を後退させると、図４２に示した電子
放出素子を得ることができる。

【０２３２】［電子放出素子−１６：スピント型電子放
出素子の製造方法の変形］［電子放出素子−１６］の製
造方法は、［電子放出素子−１３］の製造方法の変形で
ある。［電子放出素子−１６］の模式的な一部端面図を
図４７の（Ｂ）に示す。［電子放出素子−１６］が［電
子放出素子−１３］と異なる点は、電子放出部が、［電
子放出素子−１５］と同様に、基部９４と、基部９４上
に積層された錐状の電子放出部１５Ｅとから構成されて
いる点にある。ここで、基部９４と電子放出部１５Ｅと
は異なる導電材料から構成されている。具体的には、基
部９４は、電子放出部１５Ｅとゲート電極１３の開口端
部との間の距離を調節するための部材であり、且つ、抵
抗体層としての機能を有し、不純物を含有するポリシリ
コン層から構成されている。電子放出部１５Ｅはタング
ステンから構成されており、錐状形状、より具体的には
円錐形状を有する。尚、基部９４と電子放出部１５Ｅと
の間には、ＴｉＮから成る密着層９０が形成されてい
る。尚、密着層９０は、電子放出部の機能上不可欠な構
成要素ではなく、製造上の理由で形成されている。絶縁
層１２がゲート電極１３の直下から基部９４の上端部に
かけてえぐられることにより、開口部１４が形成されて
いる。

【０２３３】以下、［電子放出素子−１６］の製造方法
を、支持体等の模式的な一部端面図である図４６及び図
４７を参照して説明する。

【０２３４】［工程−１６００］先ず、開口部１４の形
成までを、［電子放出素子−１２］の製造方法の［工程
−１２００］と同様に行う。次に、開口部１４内を含む
全面に基部形成用の導電材料層を形成し、導電材料層を
エッチングすることによって、開口部１４（孔部）の底
部を埋め込む基部９４を形成することができる。尚、図
示される基部９４は平坦化された表面を有しているが、
表面が窪んでいてもよい。尚、平坦化された表面を有す
る基部９４は、［電子放出素子−１５］の製造方法の
［工程−１５００］と同様のプロセスによって形成可能
である。更に、開口部１４の残部を含む全面に、密着層
９０及び電子放出部形成用の導電材料層９１を順次形成
する。このとき、開口部１４の残部の上端面と底面との
間の段差を反映した柱状部９１Ｂとこの柱状部９１Ｂの
上端に連通する拡大部９１Ｃとから成る略漏斗状の凹部
９１Ａが導電材料層９１の表面に生成されるように、導
電材料層９１の厚さを選択する。次に、導電材料層９１
上にマスク材料層９２を形成する。このマスク材料層９
２は、例えば銅を用いて形成する。図４６の（Ａ）は、
ここまでのプロセスが終了した状態を示している。

【０２３５】［工程−１６１０］次に、マスク材料層９
２と導電材料層９１とを支持体１０の表面に対して平行
な面内で除去することにより、柱状部９１Ｂにマスク材
料層９２を残す（図４６の（Ｂ）参照）。この除去は、
［工程−１３３０］と同様に、化学的機械的研磨法（Ｃ
ＭＰ法）により行うことができる。

【０２３６】［工程−１６２０］次に、導電材料層９１
とマスク材料層９２と密着層９０とをエッチングする
と、前述の機構に基づき対レジスト選択比の大きさに応
じた円錐形状を有する電子放出部１５Ｅが形成される。
これらの層のエッチングは、［電子放出素子−１３］の
製造方法の［工程−１３４０］と同様に行うことができ
る。電子放出部１５Ｅと基部９４、及び、電子放出部１
５Ｅと基部９４の間に残存する密着層９０とによって、
電子放出部が形成される。電子放出部は、全体が錐状形
状を有していても勿論構わないが、図４７の（Ａ）には
基部９４の一部が開口部１４（孔部）の底部を埋め込む
ように残存した状態を示した。かかる形状は、柱状部９
１Ｂに埋め込まれたマスク材料層９２の高さが低いか、
若しくは、マスク材料層９２のエッチング速度が比較的
速い場合に生じ得るが、電子放出部としての機能に何ら
支障はない。

【０２３７】［工程−１６３０］その後、等方的なエッ
チング条件で開口部１４（孔部）の内部において絶縁層
１２の側壁面を後退させると、図４７の（Ｂ）に示した
電子放出素子が完成される。等方的なエッチング条件
は、［電子放出素子−１２］の製造方法で説明したと同
様とすればよい。

【０２３８】［電子放出素子−１７：スピント型電子放
出素子の製造方法の変形］［電子放出素子−１７］の製
造方法は、［電子放出素子−１４］のスピント型電子放
出素子の製造方法の変形である。［電子放出素子−１
７］が電子放出素子−１４と異なる点は、電子放出部
が、［電子放出素子−１５］と同様に、基部９４と、基
部９４上に積層された錐状の電子放出部１５Ｅとから構
成されている点にある。以下、スピント型電子放出素子
である［電子放出素子−１７］の製造方法を、支持体等
の模式的な一部端面図である図４８を参照して説明す
る。

【０２３９】［工程−１７００］マスク材料層９２の形
成までを［電子放出素子−１６］の製造方法の［工程−
１６００］と同様に行う。その後、導電材料層９１上と
拡大部９１Ｃ内のマスク材料層９２のみを除去すること
により、柱状部９１Ｂにマスク材料層９２を残す（図４
８参照）。例えば希フッ酸水溶液を用いたウェットエッ
チングを行い、タングステンから成る導電材料層９１を
除去することなく、銅から成るマスク材料層９２のみを
選択的に除去することができる。この後の導電材料層９
１とマスク材料層９２のエッチング、絶縁層１２の等方
的なエッチング等のプロセスは、全て、［電子放出素子
−１６］の製造方法と同様に行うことができる。

【０２４０】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。発明の実施の形態にて説明した第１パネルや表示装
置の構造、構成、製造方法は例示であり、適宜変更する
ことができる。

【０２４１】更には、電子放出素子の製造において使用
した各種材料も例示であり、適宜変更することができ
る。電子放出素子においては、専ら１つの開口部に１つ
の電子放出部が対応する形態を説明したが、電子放出素
子の構造に依っては、１つの開口部に複数の電子放出部
が対応した形態、あるいは、複数の開口部に１つの電子
放出部が対応する形態とすることもできる。

【０２４２】更には、表面伝導型電子放出素子と通称さ
れる素子から電子放出領域を構成することもできる。こ
の表面伝導型電子放出素子は、例えばガラスから成る基
板上に酸化錫（ＳｎＯ₂）、金（Ａｕ）、酸化インジウ
ム（Ｉｎ₂Ｏ₃）／酸化錫（ＳｎＯ₂）、カーボン、酸化
パラジウム（ＰｄＯ）等の導電材料から成り、微小面積
を有し、所定の間隔（ギャップ）を開けて配された一対
の電極がマトリクス状に形成されて成る。それぞれの電
極の上には炭素薄膜が形成されている。そして、一対の
電極の内の一方の電極に行方向配線が接続され、一対の
電極の内の他方の電極に列方向配線が接続された構成を
有する。一対の電極に電圧を印加することによって、ギ
ャップを挟んで向かい合った炭素薄膜に電界が加わり、
炭素薄膜から電子が放出される。かかる電子を第２パネ
ル（アノードパネル）上の発光層（蛍光体層）に衝突さ
せることによって、発光層（蛍光体層）が励起されて発
光し、所望の画像を得ることができる。

【０２４３】電子放出素子を構成しない絶縁層の部分の
上に収束電極を形成する構造とすることもできる。ここ
で収束電極とは、開口部から放出されアノード電極へ向
かう放出電子の軌道を収束させ、以て、輝度の向上や隣
接画素間の色濁りの防止を可能とするための電極であ
り、アノード電極とカソード電極との間の電位差が数キ
ロボルトのオーダーであって、第１パネルと第２パネル
との間の距離が比較的長い、所謂高電圧タイプの平面型
表示装置を想定した場合に、特に有効な部材である。収
束電極には、収束電源から相対的な負電圧が印加され
る。収束電極は、必ずしも各冷陰極電界電子放出素子ご
とに設けられている必要はなく、例えば、冷陰極電界電
子放出素子の所定の配列方向に沿って延在させることに
より、複数の冷陰極電界電子放出素子に共通の収束効果
を及ぼすこともできる。

【０２４４】

【発明の効果】本発明においては、所謂フォトリソグラ
フィ技術を用いることなく、しかも、左程複雑な工程を
経ることなく、多数の微細な、且つ、均一な開口部を確
実に形成することができる。形成される開口部の径は、
第２のレジスト層に含まれる粒子の径あるいは、エッチ
ングされた粒子の径に依存するので、形成すべき開口部
の径の自由度が高い。しかも、第２のレジスト層に含ま
れる粒子の密度を決定しておけば、開口部の形成密度、
更には、電子放出部の密度を高い自由度をもって決定す
ることができる。また、場合によっては、開口部が形成
されてはならない部分に開口部が形成されてしまうこと
なく、開口部を確実に形成することができる。更には、
粒子をエッチングすれば、第２のレジスト層中でたとえ
粒子同士が重なり合っても、形成された開口部同士が重
なり合うことがなく、所望の形状を有する開口部を形成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態１の冷陰極電界電子放出素子
及び冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法を説明する
ための支持体等の模式的な一部端面図である。

【図２】図１に引き続き、発明の実施の形態１の冷陰極
電界電子放出素子及び冷陰極電界電子放出表示装置の製
造方法を説明するための支持体等の模式的な一部端面図
である。

【図３】図２に引き続き、発明の実施の形態１の冷陰極
電界電子放出素子及び冷陰極電界電子放出表示装置の製
造方法を説明するための支持体等の模式的な一部端面図
である。

【図４】図３に引き続き、発明の実施の形態１の冷陰極
電界電子放出素子及び冷陰極電界電子放出表示装置の製
造方法を説明するための支持体等の模式的な一部端面図
である。

【図５】図４に引き続き、発明の実施の形態１の冷陰極
電界電子放出素子及び冷陰極電界電子放出表示装置の製
造方法を説明するための支持体等の模式的な一部端面図
である。

【図６】冷陰極電界電子放出表示装置の模式的な一部端
面図である。

【図７】冷陰極電界電子放出表示装置を分解した概念図
である。

【図８】冷陰極電界電子放出表示装置の模式的な分解斜
視図である。

【図９】発明の実施の形態２の冷陰極電界電子放出素子
及び冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法を説明する
ための支持体等の模式的な一部端面図である。

【図１０】縮径された粒子の径と、第１のレジスト層に
形成された開口領域の直径の関係を調べた結果を示すグ
ラフである。

【図１１】発明の実施の形態３の冷陰極電界電子放出素
子及び冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法を説明す
るための支持体等の模式的な一部端面図である。

【図１２】第２パネル（アノードパネル）の製造方法の
一例を説明するための支持体等の模式的な一部端面図で
ある。

【図１３】クラウン型電子放出素子から成る第１の構造
を有する電子放出素子［電子放出素子−２］の製造方法
を説明するための基板等の模式的な一部端面図である。

【図１４】図１３に引き続き、クラウン型電子放出素子
から成る第１の構造を有する電子放出素子［電子放出素
子−２］の製造方法を説明するための基板等の模式的な
一部端面図である。

【図１５】扁平型電子放出素子から成る第１の構造を有
する電子放出素子［電子放出素子−３］の製造方法を説
明するための基板等の模式的な一部断面図である。

【図１６】扁平型電子放出素子から成る第１の構造を有
する電子放出素子［電子放出素子−４］の製造方法を説
明するための基板等の模式的な一部断面図である。

【図１７】扁平型電子放出素子から成る第１の構造を有
する電子放出素子［電子放出素子−５］の製造方法を説
明するための基板等の模式的な一部端面図である。

【図１８】図１８に引き続き、扁平型電子放出素子から
成る第１の構造を有する電子放出素子［電子放出素子−
５］の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部
端面図である。

【図１９】平面型電子放出素子から成る第２の構造を有
する電子放出素子［電子放出素子−６］の製造方法を説
明するための基板等の模式的な一部断面図である。

【図２０】平面型電子放出素子から成る第２の構造を有
する電子放出素子の変形例の模式的な一部断面図であ
る。

【図２１】平面型電子放出素子から成る第２の構造を有
する電子放出素子の別の変形例の模式的な一部断面図で
ある。

【図２２】平面型電子放出素子から成る第２の構造を有
する電子放出素子［電子放出素子−８］の製造方法を説
明するための基板等の模式的な一部端面図、及び、部分
的な斜視図である。

【図２３】図２３に引き続き、平面型電子放出素子から
成る第２の構造を有する電子放出素子［電子放出素子−
８］の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部
端面図、及び、部分的な斜視図である。

【図２４】図２４に引き続き、平面型電子放出素子から
成る第２の構造を有する電子放出素子［電子放出素子−
８］の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部
端面図、及び、部分的な斜視図である。

【図２５】図２５に引き続き、平面型電子放出素子から
成る第２の構造を有する電子放出素子［電子放出素子−
８］の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部
断面図である。

【図２６】平面型電子放出素子から成る第２の構造を有
する電子放出素子［電子放出素子−９］の製造方法を説
明するための基板等の模式的な一部断面図である。

【図２７】平面型電子放出素子から成る第２の構造を有
する電子放出素子［電子放出素子−１０］の製造方法を
説明するための基板等の模式的な一部端面図である。

【図２８】エッジ型電子放出素子から成る第３の構造を
有する電子放出素子［電子放出素子−１１］の模式的な
一部断面図である。

【図２９】エッジ型電子放出素子から成る第３の構造を
有する電子放出素子［電子放出素子−１１］の製造方法
を説明するための基板等の模式的な一部端面図である。

【図３０】図３３に示すスピント型電子放出素子［電子
放出素子−１２］の製造方法を説明するための支持体等
の模式的な一部端面図である。

【図３１】図３０に引き続き、図３３に示すスピント型
電子放出素子［電子放出素子−１２］の製造方法を説明
するための支持体等の模式的な一部端面図である。

【図３２】図３１に引き続き、図３３に示すスピント型
電子放出素子［電子放出素子−１２］の製造方法を説明
するための支持体等の模式的な一部端面図である。

【図３３】スピント型電子放出素子［電子放出素子−１
２］の模式的な一部端面図である。

【図３４】円錐形状の電子放出部が形成される機構を説
明するための図である。

【図３５】対レジスト選択比と、電子放出部の高さと形
状の関係を模式的に示す図である。

【図３６】スピント型電子放出素子［電子放出素子−１
３］の製造方法を説明するための支持体等の模式的な一
部端面図である。

【図３７】図３６に引き続き、スピント型電子放出素子
［電子放出素子−１３］の製造方法を説明するための支
持体等の模式的な一部端面図である。

【図３８】図３７に引き続き、スピント型電子放出素子
［電子放出素子−１３］の製造方法を説明するための支
持体等の模式的な一部端面図である。

【図３９】被エッチング物の表面プロファイルが一定時
間毎にどのように変化するかを示す図である。

【図４０】スピント型電子放出素子［電子放出素子−１
４］の製造方法を説明するための支持体等の模式的な一
部端面図である。

【図４１】図４０に引き続き、スピント型電子放出素子
［電子放出素子−１４］の製造方法を説明するための支
持体等の模式的な一部端面図である。

【図４２】スピント型電子放出素子［電子放出素子−１
５］の模式的な一部端面図である。

【図４３】スピント型電子放出素子［電子放出素子−１
５］の製造方法を説明するための支持体等の模式的な一
部端面図である。

【図４４】図４３に引き続き、スピント型電子放出素子
［電子放出素子−１５］の製造方法を説明するための支
持体等の模式的な一部端面図である。

【図４５】図４４に引き続き、スピント型電子放出素子
［電子放出素子−１５］の製造方法を説明するための支
持体等の模式的な一部端面図である。

【図４６】スピント型電子放出素子［電子放出素子−１
６］の製造方法を説明するための支持体等の模式的な一
部端面図である。

【図４７】図４６に引き続き、スピント型電子放出素子
［電子放出素子−１６］の製造方法を説明するための支
持体等の模式的な一部端面図である。

【図４８】スピント型電子放出素子［電子放出素子−１
７］の製造方法を説明するための支持体等の模式的な一
部端面図である。

【図４９】従来のスピント型冷陰極電界電子放出素子の
製造方法を説明するための支持体等の模式的な一部端面
図である。

【図５０】図４９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説明するための支持体等
の模式的な一部端面図である。

【符号の説明】

Ｐ₁・・・第１パネル（カソードパネル）、Ｐ₂・・・第
２パネル（アノードパネル）、１０・・・支持体、１
１，１１１，２１１・・・カソード電極、１１１Ａ・・
・隆起部、１１１Ｂ・・・凹部、１１１Ｃ・・・先端
部、１１Ａ・・・微小凹凸部、１１Ｂ・・・被覆層、１
２，１２Ａ，１２Ｂ・・・絶縁層、１３，１３Ａ，１３
Ｂ・・・ゲート電極、１４．１４Ａ・・・開口部、１４
Ｂ・・・孔部、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５
Ｄ，１５Ｅ・・・電子放出部、１７・・・剥離層、１８
・・・導電体層、２０・・・基板、２１，２１Ｒ，２１
Ｇ，２１Ｂ・・・蛍光体層、２２・・・ブラックマトリ
クス、２３・・・アノード電極、２４・・・枠体、２５
・・・カソード電極駆動回路、２６・・・ゲート電極駆
動回路、２７・・・加速電源（アノード電極駆動回
路）、３０・・・第１のレジスト層、３１・・・保護
膜、３２・・・第２のレジスト層、３３・・・粒子、３
４・・・露光用マスク、５１・・・剥離層、５２・・・
導電性組成物層、６０・・・抵抗体層、７０・・・炭素
薄膜選択成長領域、７１・・・マスク層、７２・・・金
属粒子、７３・・・炭素薄膜、８０，１８０・・・球
体、８１・・・組成物層、８１Ａ・・・分散媒、８１Ｂ
・・・カソード電極材料、１８０Ａ・・・芯材、１８０
Ｂ・・・表面処理層、９０・・・密着層、９１・・・導
電材料層、９１Ａ・・・凹部、９１Ｂ・・・柱状部、９
１Ｃ・・・拡大部、９２・・・マスク材料層、９３・・
・エッチング停止層、９４・・・基部、９４Ａ・・・導
電材料層、９５・・・平坦化層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）支持体の上方に形成されたカソード
電極と、（ｂ）少なくともカソード電極上に形成された絶縁層
と、（ｃ）絶縁層上に形成され、開口部を有するゲート電極
と、（ｄ）絶縁層に形成され、開口部と連通し、底部にカソ
ード電極が露出した孔部と、（ｅ）孔部内に設けられた電子放出部、から成る冷陰極
電界電子放出素子の製造方法であって、（Ａ）絶縁層上にゲート電極構成層を形成する工程と、（Ｂ）絶縁層及びゲート電極構成層上に第１のレジスト
層を形成する工程と、（Ｃ）第１のレジスト層上に保護膜を形成する工程と、（Ｄ）保護膜上に、粒子が分散された第２のレジスト層
を形成する工程と、（Ｅ）第２のレジスト層を選択的に除去し、粒子の下に
第２のレジスト層を残す工程と、（Ｆ）露出した保護膜を除去する工程と、（Ｇ）粒子、第２のレジスト層及び保護膜を除去し、更
に、粒子、第２のレジスト層及び保護膜の下方に位置し
ていた第１のレジスト層を除去する工程と、（Ｈ）残された第１のレジスト層をエッチング用マスク
としてゲート電極構成層をエッチングし、以て、開口部
が形成されたゲート電極を得る工程、を含むことを特徴
とする冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項２】前記工程（Ｅ）において、第２のレジスト
層の選択的な除去を、粒子をエッチング用マスクとした
異方性エッチング法に基づき行う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の製造方法。
【請求項３】前記工程（Ｅ）において、第２のレジスト
層の選択的な除去を、粒子をエッチング用マスクとした
異方性エッチング法に基づき行い、前記工程（Ｆ）にお
いて、併せて、粒子の一部分もエッチングし、粒子の径
を縮径することを特徴とする請求項１に記載の冷陰極電
界電子放出素子の製造方法。
【請求項４】前記工程（Ｃ）と工程（Ｄ）の間で、開口
部を形成しないゲート電極構成層の領域の上方の第２の
レジスト層を除去する工程を含む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の製造方法。
【請求項５】工程（Ｈ）に引き続き、（Ｉ）絶縁層に孔部を形成し、以て、孔部の底部にカソ
ード電極を露出させる工程を更に含むことを特徴とする
請求項１に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項６】前記工程（Ｉ）に引き続き、孔部の底部に
露出したカソード電極上に電子放出部を形成することを
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】カソード電極は電子放出部として機能する
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８】工程（Ｈ）に引き続き、（Ｉ）絶縁層に孔部を形成し、次いで、（Ｊ）カソード電極に孔部を形成する工程を更に含み、カソード電極に形成された孔部の端部が電子放出部に相
当することを特徴とする請求項１に記載の冷陰極電界電
子放出素子の製造方法。
【請求項９】第１のレジスト層はネガ型レジスト材料か
ら構成され、第２のレジスト層はポジ型レジスト材料か
ら構成され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の製造方法。
【請求項１０】第１パネルと第２パネルとが真空層を挟
んで対向して配置され、画素が２次元マトリックス状に
配列されて成る有効領域を有する冷陰極電界電子放出表
示装置の製造方法であって、第１パネルは、支持体と、該支持体上に２次元マトリッ
クス状に配置され、画素を構成する複数の電子放出領域
から成り、各電子放出領域は、１又は複数の冷陰極電界電子放出素
子から構成され、該冷陰極電界電子放出素子は、（ａ）支持体の上方に形成されたカソード電極と、（ｂ）少なくともカソード電極上に形成された絶縁層
と、（ｃ）絶縁層上に形成され、開口部を有するゲート電極
と、（ｄ）絶縁層に形成され、開口部と連通し、底部にカソ
ード電極が露出した孔部と、（ｅ）孔部内に設けられた電子放出部、から成る冷陰極
電界電子放出表示装置の製造方法であって、第１パネルの製造工程には、（Ａ）絶縁層上にゲート電極構成層を形成する工程と、（Ｂ）絶縁層及びゲート電極構成層上に第１のレジスト
層を形成する工程と、（Ｃ）第１のレジスト層上に保護膜を形成する工程と、（Ｄ）保護膜上に、粒子が分散された第２のレジスト層
を形成する工程と、（Ｅ）第２のレジスト層を選択的に除去し、粒子の下に
第２のレジスト層を残す工程と、（Ｆ）露出した保護膜を除去する工程と、（Ｇ）粒子、第２のレジスト層及び保護膜を除去し、更
に、粒子、第２のレジスト層及び保護膜の下方に位置し
ていた第１のレジスト層を除去する工程と、（Ｈ）残された第１のレジスト層をエッチング用マスク
としてゲート電極構成層をエッチングし、以て、開口部
が形成されたゲート電極を得る工程、が含まれることを
特徴とする冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法。
【請求項１１】前記工程（Ｅ）において、第２のレジス
ト層の選択的な除去を、粒子をエッチング用マスクとし
た異方性エッチング法に基づき行うことを特徴とする請
求項１０に記載の冷陰極電界電子放出表示装置の製造方
法。
【請求項１２】前記工程（Ｅ）において、第２のレジス
ト層の選択的な除去を、粒子をエッチング用マスクとし
た異方性エッチング法に基づき行い、前記工程（Ｆ）において、併せて、粒子の一部分もエッ
チングし、粒子の径を縮径することを特徴とする請求項
１０に記載の冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法。
【請求項１３】前記工程（Ｃ）と工程（Ｄ）の間で、開
口部を形成しないゲート電極構成層の領域の上方の第２
のレジスト層を除去する工程を含むことを特徴とする請
求項１０に記載の冷陰極電界電子放出表示装置の製造方
法。
【請求項１４】工程（Ｈ）に引き続き、（Ｉ）絶縁層に孔部を形成し、以て、孔部の底部にカソ
ード電極を露出させる工程を更に含むことを特徴とする
請求項１０に記載の冷陰極電界電子放出表示装置の製造
方法。
【請求項１５】前記工程（Ｉ）に引き続き、孔部の底部
に露出したカソード電極上に電子放出部を形成すること
を特徴とする請求項１４に記載の冷陰極電界電子放出表
示装置の製造方法。
【請求項１６】カソード電極は電子放出部として機能す
ることを特徴とする請求項１４に記載の冷陰極電界電子
放出表示装置の製造方法。
【請求項１７】工程（Ｈ）に引き続き、（Ｉ）絶縁層に孔部を形成し、次いで、（Ｊ）カソード電極に孔部を形成する工程を更に含み、カソード電極に形成された孔部の端部が電子放出部に相
当することを特徴とする請求項１０に記載の冷陰極電界
電子放出表示装置の製造方法。
【請求項１８】第１のレジスト層はネガ型レジスト材料
から構成され、第２のレジスト層はポジ型レジスト材料
から構成されていることを特徴とする請求項１０に記載
の冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法。