JP2002231124A - Cold cathode field electron emission element and cold cathode field electron emission display device - Google Patents

Cold cathode field electron emission element and cold cathode field electron emission display device

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JP2002231124A
JP2002231124A JP2001024076A JP2001024076A JP2002231124A JP 2002231124 A JP2002231124 A JP 2002231124A JP 2001024076 A JP2001024076 A JP 2001024076A JP 2001024076 A JP2001024076 A JP 2001024076A JP 2002231124 A JP2002231124 A JP 2002231124A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cold cathode field electron emission element having focus poles capable of surely having an electron collection effect on a plurality of field emission elements even with a simple structure. SOLUTION: This cold cathode field emission element comprises (A) a support body 10, (B) a cathode electrode 11 formed on the support body 10 and extending in a first direction, (C) a gate electrode 13 disposed above the cathode electrode 11 and extending in a second direction, (D) a hole part 14A provided in the area of the gate electrode 13 overlapped with the cathode electrode 11, (E) an electron emission part 15 disposed at the bottom part of the hole part, and (F) a focus electrode 30. The focus electrode 30 extends in the second direction, and disposed between the gate electrode 13 and the gate electrode 13.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極電界電子放
出素子及び冷陰極電界電子放出表示装置に関する。
The present invention relates to a cold cathode field emission device and a cold cathode field emission display.

【0002】[0002]

【従来の技術】テレビジョン受像機や情報端末機器に用
いられる表示装置の分野では、従来主流の陰極線管(C
RT)から、薄型化、軽量化、大画面化、高精細化の要
求に応え得る平面型(フラットパネル型)の表示装置へ
の移行が検討されている。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(PD
P)、冷陰極電界電子放出表示装置(FED:フィール
ドエミッションディスプレイ)を例示することができ
る。このなかでも、液晶表示装置は情報端末機器用の表
示装置として広く普及しているが、据置き型のテレビジ
ョン受像機に適用するには、高輝度化や大型化に未だ課
題を残している。これに対して、冷陰極電界電子放出表
示装置は、熱的励起によらず、量子トンネル効果に基づ
き固体から真空中に電子を放出することが可能な冷陰極
電界電子放出素子(以下、電界放出素子と呼ぶ場合があ
る)を利用しており、高輝度及び低消費電力の点から注
目を集めている。
2. Description of the Related Art In the field of display devices used for television receivers and information terminal equipment, the conventional mainstream cathode ray tubes (C
RT) to a flat-panel (flat panel) display device that can meet the demands for thinner, lighter, larger screen, and higher definition. As such a flat display device, a liquid crystal display device (LCD), an electroluminescence display device (ELD), a plasma display device (PD)
P), a cold cathode field emission display (FED: field emission display). Among them, liquid crystal display devices are widely used as display devices for information terminal equipment, but there are still problems in high brightness and large size for application to stationary television receivers. . On the other hand, a cold cathode field emission display device is a cold cathode field emission device (hereinafter, referred to as a field emission device) capable of emitting electrons from a solid into a vacuum based on a quantum tunnel effect without using thermal excitation. (Which may be referred to as an element), and has attracted attention in terms of high luminance and low power consumption.

【0003】図47に、電界放出素子を備えた冷陰極電
界電子放出表示装置(以下、表示装置と呼ぶ場合があ
る)の構成例を示す。図示した電界放出素子は、円錐形
の電子放出部を有する、所謂スピント(Spindt)
型電界放出素子と呼ばれるタイプの素子である。この電
界放出素子は、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13に設けられた孔部14A及び絶
縁層12に設けられた開口部14Bと、開口部14Bの
底部に位置するカソード電極11上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。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領域(1
画素分の領域に相当する。この領域を、以下、重複領域
と呼ぶ)に、通常、複数の電界放出素子が配列されてい
る。更に、かかる重複領域が、カソードパネルCPの有
効領域(実際の表示部分として機能する領域)内に、通
常、2次元マトリックス状に配列されている。
FIG. 47 shows a configuration example of a cold cathode field emission display device (hereinafter, may be referred to as a display device) provided with a field emission element. The illustrated field emission device has a conical electron emission portion, a so-called Spindt.
This is a type of device called a field emission device. The field emission device includes a cathode electrode 11 formed on a support 10, an insulating layer 12 formed on the support 10 and the cathode electrode 11, a gate electrode 13 formed on the insulating layer 12, It comprises a hole 14A provided in the electrode 13, an opening 14B provided in the insulating layer 12, and a conical electron emitting portion 15 formed on the cathode electrode 11 located at the bottom of the opening 14B. . Generally, the cathode electrode 11 and the gate electrode 13 are formed such that the projected images of these two electrodes are formed in a stripe shape in a direction orthogonal to each other, and a region (1) where the projected images of these two electrodes overlap.
This corresponds to a pixel area. Usually, a plurality of field emission elements are arranged in this area (hereinafter, referred to as an overlap area). Further, such overlapping areas are usually arranged in a two-dimensional matrix in an effective area (area functioning as an actual display portion) of the cathode panel CP.

【0004】一方、アノードパネルAPは、基板20
と、基板20上に形成され、所定のパターンを有する蛍
光体層22と、その上に形成されたアノード電極23か
ら構成されている。1画素は、カソードパネル側のカソ
ード電極11とゲート電極13との重複領域に配列され
た電界放出素子の一群と、これらの電界放出素子の一群
に対面したアノードパネル側の蛍光体層22とによって
構成されている。有効領域には、かかる画素が、例えば
数十万〜数百万個ものオーダーにて配列されている。
尚、蛍光体層22と蛍光体層22との間の基板20上に
は、ブラックマトリックス21が形成されている。
On the other hand, the anode panel AP is
And a phosphor layer 22 formed on a substrate 20 and having a predetermined pattern, and an anode electrode 23 formed thereon. One pixel is composed of a group of field emission elements arranged in an overlapping region of the cathode electrode 11 and the gate electrode 13 on the cathode panel side, and a phosphor layer 22 on the anode panel side facing the group of these field emission elements. It is configured. In the effective area, such pixels are arranged, for example, in the order of several hundred thousand to several million.
Note that a black matrix 21 is formed on the substrate 20 between the phosphor layers 22.

【0005】アノードパネルAPとカソードパネルCP
とを、電界放出素子と蛍光体層22とが対向するように
配置し、周縁部において枠体(図示せず)を介して接合
することによって、表示装置を作製することができる。
有効領域を包囲し、画素を選択するための周辺回路が形
成された無効領域には真空排気用の貫通孔(図示せず)
が設けられており、この貫通孔には真空排気後に封じ切
られたチップ管(図示せず)が接続されている。即ち、
アノードパネルAPとカソードパネルCPと枠体とによ
って囲まれた空間は真空となっている。
Anode panel AP and cathode panel CP
Are arranged so that the field emission element and the phosphor layer 22 face each other, and are joined at a peripheral portion via a frame (not shown), whereby a display device can be manufactured.
A through hole (not shown) for evacuation is provided in the ineffective area surrounding the effective area and a peripheral circuit for selecting a pixel is formed.
A chip tube (not shown) sealed after vacuum evacuation is connected to the through hole. That is,
The space surrounded by the anode panel AP, the cathode panel CP, and the frame is a vacuum.

【0006】このような表示装置においては、電子放出
部15から電子が或る程度の発散角をもって放出される
(図48参照)。従って、画素の大きさ(蛍光体層の大
きさ)によっては、電子放出部15から放出された電子
の全てが電子放出部15と対向した領域に位置する蛍光
体層22に衝突せず、表示装置全体の消費電力に対する
輝度効率が低下するといった問題や、電子放出部15か
ら放出された電子が隣接する画素を構成する蛍光体層2
2に衝突する結果、光学的クロストークが発生するとい
った問題が生じる。表示装置の精細化に伴い、画素が小
さくなるに従い、これらの問題は一層顕著になる。
In such a display device, electrons are emitted from the electron emitting section 15 at a certain divergence angle (see FIG. 48). Therefore, depending on the size of the pixel (the size of the phosphor layer), all of the electrons emitted from the electron emitting portion 15 do not collide with the phosphor layer 22 located in the region facing the electron emitting portion 15 and the display is performed. There is a problem that the luminance efficiency with respect to the power consumption of the entire device is reduced, and the electron emission part 15 emits electrons from the phosphor layer 2 constituting an adjacent pixel.
As a result, a problem arises that optical crosstalk occurs. These problems become more remarkable as the pixels become smaller with the refinement of the display device.

【0007】これらの問題を解決するための手段とし
て、ゲート電極の上方にフォーカス電極(収束電極)を
設ける技術が、例えば、特開平9−82213号公報、
あるいは、1994年秋季応用物理学会関係連合講演会
予稿集21p−ZQ−5(以下、文献1と呼ぶ)から公
知である。
As a means for solving these problems, a technique of providing a focus electrode (converging electrode) above a gate electrode is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-82213,
Alternatively, it is known from the abstract of the 1994 Fall Meeting of the Japan Society of Applied Physics, 21p-ZQ-5 (hereinafter referred to as Document 1).

【0008】フォーカス電極は、電子光学の見地から
は、電子収束レンズとしての役割を担う。フォーカス電
極には、ゲート電極に印加される電圧よりも低い電圧が
印加され、これによって生じる電位差により電子が通過
する空間近傍の等電位面を湾曲させ、電子の軌道を収束
させる。
The focus electrode plays a role as an electron converging lens from the viewpoint of electron optics. A voltage lower than the voltage applied to the gate electrode is applied to the focus electrode, and the resulting potential difference causes the equipotential surface in the vicinity of the space through which the electrons pass to be curved, thereby converging the trajectories of the electrons.

【0009】特開平9−82213号公報に開示された
フォーカス電極は、1つあるいは複数の電界放出素子を
取り囲むように、しかも、電子放出部先端部を含む平面
よりもアノード電極側の平面上に配置されている。ま
た、電子放出部とフォーカス電極との間を隔てるために
絶縁膜が形成され、フォーカス電極は、絶縁膜の頂面及
び側面に形成されている。
The focus electrode disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-82213 surrounds one or a plurality of field emission elements and is located on a plane closer to the anode electrode than a plane including the tip of the electron emission portion. Are located. Further, an insulating film is formed to separate the electron emitting portion from the focus electrode, and the focus electrode is formed on the top surface and the side surface of the insulating film.

【0010】また、文献−1に開示された電界放出素子
において、1つの電子放出部を取り囲むようにリング状
のゲート電極が絶縁層上に形成され、このゲート電極の
外側の絶縁層上に更にリング状のフォーカス電極が形成
されている。
Further, in the field emission device disclosed in Document 1, a ring-shaped gate electrode is formed on the insulating layer so as to surround one electron emitting portion, and further on the insulating layer outside the gate electrode. A ring-shaped focus electrode is formed.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】特開平9−82213
号公報に開示されたフォーカス電極において、1つの電
子放出部の周囲にフォーカス電極を配置した場合、表示
装置に設け得る電子放出部の数に制限を受ける。また、
フォーカス電極を形成するための絶縁膜の膜厚を、絶縁
層の膜厚よりも或る程度厚くする必要があるため、CV
D法やスパッタリング法等によって絶縁膜を成膜するた
めに長時間を要し、表示装置の製造スループットが低下
するといった問題がある。更には、絶縁膜を構成する材
料と、絶縁層を構成する材料とが異なる場合、表示装置
製造時の加熱工程において、熱膨張係数の差異によって
絶縁層や絶縁膜に応力が発生し、最悪の場合、表示装置
に損傷が発生する虞がある。あるいは又、絶縁膜を構成
する材料に依っては、加熱工程における加熱温度に制限
を受ける場合もある。また、電子放出部から放出された
絶縁膜に電子が衝突すると、絶縁膜に損傷が発生した
り、絶縁膜が帯電する結果、絶縁膜近傍の等電位面が歪
められ、電子の軌道が変化するといった問題や、絶縁膜
の帯電によって放電が生じる虞もある。
SUMMARY OF THE INVENTION Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-82213
In the focus electrode disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-107, when a focus electrode is arranged around one electron emission portion, the number of electron emission portions that can be provided in the display device is limited. Also,
Since it is necessary to make the thickness of the insulating film for forming the focus electrode somewhat thicker than the thickness of the insulating layer, CV
There is a problem that it takes a long time to form the insulating film by the D method, the sputtering method, or the like, and the manufacturing throughput of the display device is reduced. Further, when the material forming the insulating film is different from the material forming the insulating layer, in the heating step in manufacturing the display device, stress is generated in the insulating layer or the insulating film due to a difference in the coefficient of thermal expansion, and the worst case occurs. In this case, the display device may be damaged. Alternatively, depending on the material of the insulating film, the heating temperature in the heating step may be limited. In addition, when electrons collide with the insulating film emitted from the electron emitting portion, the insulating film is damaged or the insulating film is charged, so that the equipotential surface near the insulating film is distorted, and the trajectory of electrons changes. There is also a possibility that discharge may occur due to such a problem or charging of the insulating film.

【0012】また、文献−1に開示された技術を応用し
た場合にも、1つの電子放出部の周囲にフォーカス電極
を配置する必要があり、表示装置に設け得る電子放出部
の数に制限を受ける。
Also, when the technique disclosed in Document 1 is applied, it is necessary to arrange a focus electrode around one electron emitting portion, and the number of electron emitting portions that can be provided in a display device is limited. receive.

【0013】従って、本発明の目的は、上述の各種の問
題を回避することができ、簡素な構造を有するにも拘わ
らず複数の電界放出素子に電子収束効果を確実に及ぼし
得るフォーカス電極を有する冷陰極電界電子放出素子、
及び、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にある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a focus electrode which can avoid the above-mentioned various problems and can surely exert an electron focusing effect on a plurality of field emission devices despite having a simple structure. Cold cathode field emission device,
Another object of the present invention is to provide a cold cathode field emission display device incorporating such a cold cathode field emission device.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の第1の態様に係る冷陰極電界電子放出素子
は、(A)支持体と、(B)支持体上に形成され、第1
の方向に延びるカソード電極と、(C)カソード電極の
上方に配設され、第1の方向とは異なる第2の方向に延
びるゲート電極と、(D)カソード電極と重複するゲー
ト電極の領域に設けられた孔部と、(E)孔部の底部に
配設された電子放出部と、(F)フォーカス電極、から
構成された冷陰極電界電子放出素子であって、該フォー
カス電極は、第2の方向に延び、且つ、ゲート電極とゲ
ート電極の間に配設されていることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a cold-cathode field emission device which is formed on (A) a support and (B) a support. , First
(C) a gate electrode disposed above the cathode electrode and extending in a second direction different from the first direction, and (D) a gate electrode overlapping the cathode electrode. A cold cathode field emission device including: a hole provided; (E) an electron emission portion disposed at the bottom of the hole; and (F) a focus electrode. 2 and is disposed between the gate electrodes.

【0015】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表示装置は、冷陰極電
界電子放出素子が形成されたカソードパネルと、アノー
ド電極及び蛍光体層が形成されたアノードパネルとが、
蛍光体層と冷陰極電界電子放出素子とが対向するように
配置され、カソードパネルとアノードとが周縁部におい
て接合されており、冷陰極電界電子放出素子が、(A)
支持体と、(B)支持体上に形成され、第1の方向に延
びるカソード電極と、(C)カソード電極の上方に配設
され、第1の方向とは異なる第2の方向に延びるゲート
電極と、(D)カソード電極と重複するゲート電極の領
域に設けられた孔部と、(E)孔部の底部に配設された
電子放出部と、(F)フォーカス電極、から構成された
冷陰極電界電子放出表示装置であって、該フォーカス電
極は、第2の方向に延び、且つ、ゲート電極とゲート電
極の間に配設されていることを特徴とする。
The first object of the present invention for achieving the above object is as follows.
The cold cathode field emission display according to the aspect, the cathode panel on which the cold cathode field emission device is formed, and the anode panel on which the anode electrode and the phosphor layer are formed,
The phosphor layer and the cold cathode field emission device are arranged so as to face each other, and the cathode panel and the anode are joined at a peripheral portion.
A support; (B) a cathode electrode formed on the support and extending in a first direction; and (C) a gate disposed above the cathode electrode and extending in a second direction different from the first direction. An electrode, (D) a hole provided in a region of the gate electrode overlapping the cathode electrode, (E) an electron-emitting portion provided at the bottom of the hole, and (F) a focus electrode. A cold cathode field emission display, wherein the focus electrode extends in a second direction and is disposed between the gate electrodes.

【0016】本発明の第1の態様に係る冷陰極電界電子
放出素子あるいは冷陰極電界電子放出表示装置(以下、
本発明の第1の態様に係る電界放出素子あるいは表示装
置と呼ぶ)にあっては、フォーカス電極とゲート電極と
は略同一平面にあることが好ましい。ここで、略同一平
面であるとは、厳密に同一平面ではなくともよいことを
意味し、フォーカス電極の占める仮想平面とゲート電極
が占める仮想平面との間に、製造工程におけるばらつき
によって若干ギャップが存在する場合を包含し、あるい
は又、後述するように、フォーカス電極の下に絶縁膜が
形成されている構成を包含する。
A cold cathode field emission device or a cold cathode field emission display according to the first embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as a cold cathode field emission device).
In the field emission device or the display device according to the first aspect of the present invention), it is preferable that the focus electrode and the gate electrode are substantially on the same plane. Here, the term “substantially the same plane” means that the planes do not have to be strictly the same plane. This includes the case where the insulating film is present, or the structure where an insulating film is formed below the focus electrode as described later.

【0017】本発明の第1の態様に係る電界放出素子あ
るいは表示装置にあっては、第2のフォーカス電極を更
に備え、該第2のフォーカス電極は、第1の方向に延
び、且つ、カソード電極とカソード電極の間の領域の上
方に配設されている構成とすることもできる。即ち、こ
のような構成にあっては、フォーカス電極及び第2のフ
ォーカス電極の射影像が合成された射影像は井桁状であ
り、井桁の真中においてカソード電極の射影像とゲート
電極の射影像とが重なり合う。
The field emission device or the display device according to the first aspect of the present invention further comprises a second focus electrode, wherein the second focus electrode extends in the first direction and has a cathode. It is also possible to adopt a configuration that is provided above the region between the electrode and the cathode electrode. That is, in such a configuration, the projected image in which the projected images of the focus electrode and the second focus electrode are combined has a cross-girder shape. Overlap.

【0018】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は、(A)支持体
と、(B)支持体上に形成され、第1の方向に延びるカ
ソード電極と、(C)カソード電極の上方に配設され、
第1の方向とは異なる第2の方向に延びるゲート電極
と、(D)カソード電極と重複するゲート電極の領域に
設けられた孔部と、(E)孔部の底部に配設された電子
放出部と、(F)フォーカス電極、から構成された冷陰
極電界電子放出素子であって、該フォーカス電極は、第
1の方向に延び、且つ、カソード電極とカソード電極の
間の領域の上方に配設されていることを特徴とする。
The second object of the present invention for achieving the above object is as follows.
The cold cathode field emission device according to the aspect (A) is provided on a support, (B) a cathode electrode formed on the support and extending in a first direction, and (C) disposed above the cathode electrode. ,
A gate electrode extending in a second direction different from the first direction; (D) a hole provided in a region of the gate electrode overlapping the cathode electrode; and (E) an electron provided at the bottom of the hole. A cold cathode field emission device comprising: an emission unit; and (F) a focus electrode, wherein the focus electrode extends in a first direction and extends above a region between the cathode electrodes. It is characterized by being provided.

【0019】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表示装置は、冷陰極電
界電子放出素子が形成されたカソードパネルと、アノー
ド電極及び蛍光体層が形成されたアノードパネルとが、
蛍光体層と冷陰極電界電子放出素子とが対向するように
配置され、カソードパネルとアノードとが周縁部におい
て接合されており、冷陰極電界電子放出素子が、(A)
支持体と、(B)支持体上に形成され、第1の方向に延
びるカソード電極と、(C)カソード電極の上方に配設
され、第1の方向とは異なる第2の方向に延びるゲート
電極と、(D)カソード電極と重複するゲート電極の領
域に設けられた孔部と、(E)孔部の底部に配設された
電子放出部と、(F)フォーカス電極、から構成された
冷陰極電界電子放出表示装置であって、該フォーカス電
極は、第1の方向に延び、且つ、カソード電極とカソー
ド電極の間の領域の上方に配設されていることを特徴と
する。
The second object of the present invention for achieving the above object.
The cold cathode field emission display according to the aspect, the cathode panel on which the cold cathode field emission device is formed, and the anode panel on which the anode electrode and the phosphor layer are formed,
The phosphor layer and the cold cathode field emission device are arranged so as to face each other, and the cathode panel and the anode are joined at a peripheral portion.
A support; (B) a cathode electrode formed on the support and extending in a first direction; and (C) a gate disposed above the cathode electrode and extending in a second direction different from the first direction. An electrode, (D) a hole provided in a region of the gate electrode overlapping with the cathode electrode, (E) an electron-emitting portion provided at the bottom of the hole, and (F) a focus electrode. A cold cathode field emission display, wherein the focus electrode extends in a first direction and is disposed above a region between the cathode electrodes.

【0020】本発明の第2の態様に係る冷陰極電界電子
放出素子あるいは冷陰極電界電子放出表示装置(以下、
本発明の第2の態様に係る電界放出素子あるいは表示装
置と呼ぶ)にあっては、フォーカス電極とゲート電極と
は略同一平面にあることが好ましい。ここで、略同一平
面であるとは、フォーカス電極とゲート電極との間の短
絡を防止するための絶縁膜がフォーカス電極とゲート電
極との間に形成されている程度に、フォーカス電極の占
める仮想平面とゲート電極が占める仮想平面との間にギ
ャップが存在するような構成を包含することを意味す
る。
A cold cathode field emission device or a cold cathode field emission display (hereinafter, referred to as a cold cathode field emission device) according to a second embodiment of the present invention.
(Referred to as a field emission device or a display device according to the second aspect of the present invention), the focus electrode and the gate electrode are preferably substantially on the same plane. Here, the term “substantially the same plane” means that the focus electrode occupies an extent to which an insulating film for preventing a short circuit between the focus electrode and the gate electrode is formed between the focus electrode and the gate electrode. This means that a configuration in which a gap exists between the plane and the virtual plane occupied by the gate electrode is included.

【0021】本発明の第2の態様に係る電界放出素子あ
るいは表示装置においては、カソード電極、ゲート電極
及びフォーカス電極の平面形状はストライプ状であるこ
とが望ましいが、かかる平面形状に限定されるものでは
ない。
In the field emission device or the display device according to the second aspect of the present invention, it is desirable that the cathode electrode, the gate electrode, and the focus electrode have a planar shape in a stripe shape, but are not limited to such a planar shape. is not.

【0022】尚、本発明の第1の態様あるいは第2の態
様に係る電界放出素子あるいは表示装置(以下、これら
を総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある)において
は、フォーカス電極に印加する電圧VFを(第2のフォ
ーカス電極を設ける場合には、第2のフォーカス電極に
印加する電圧VF2も)、ゲート電極に印加する電圧V G
よりも低くする必要がある。即ち、以下の式(2−
1)、(2−2)を満足する必要がある。
The first or second embodiment of the present invention
Field emission device or display device according to
Are sometimes simply referred to as the present invention).
Is the voltage V applied to the focus electrodeFTo the second
When a focus electrode is provided, the second focus electrode
Applied voltage VF2), The voltage V applied to the gate electrode G
Need to be lower than That is, the following equation (2-
It is necessary to satisfy 1) and (2-2).

【0023】[数2] VF <VG (2−1) VF2<VG (2−2)[0023] [Equation 2] V F <V G ( 2-1) V F2 <V G (2-2)

【0024】尚、ゲート電極に印加する電圧は、表示装
置の構成によって、一定値である場合もあるし、可変の
値である場合もある。また、フォーカス電極に印加する
電圧も、表示装置の構成によって、一定値である場合も
あるし、可変の値である場合もある。これらの電圧を可
変とする場合には、ゲート電極に印加する電圧VGをそ
の最小値とし、フォーカス電極あるいは第2のフォーカ
ス電極に印加する電圧VF,FF2をその最大値としたと
き、式(2−1)、(2−2)を満足すればよい。ここ
で、ゲート電極に印加される電圧は正の値であり、フォ
ーカス電極に印加される電圧は、後述する式(1)及び
式(2−1)を満足する限りにおいて、正の値、0ボル
ト、負の値とすることができ、第2のフォーカス電極に
印加される電圧も、式(2−2)を満足する限りにおい
て、正の値、0ボルト、負の値とすることができる。
尚、フォーカス電極に印加する電圧VFと第2のフォー
カス電極に印加する電圧FF2とは、同じであっても異な
っていてもよい。
The voltage applied to the gate electrode may be a constant value or a variable value depending on the configuration of the display device. Also, the voltage applied to the focus electrode may be a constant value or a variable value depending on the configuration of the display device. When the variable these voltages, the voltage V G applied to the gate electrode and its minimum value, the voltage V F applied to the focus electrode or the second focus electrode, when the F F2 and its maximum value, It suffices to satisfy Expressions (2-1) and (2-2). Here, the voltage applied to the gate electrode is a positive value, and the voltage applied to the focus electrode is a positive value, 0, as long as the following expressions (1) and (2-1) are satisfied. The voltage applied to the second focus electrode can be a positive value, 0 volt, or a negative value as long as the expression (2-2) is satisfied. .
Incidentally, the voltage F F2 applied to the voltage V F and the second focus electrode applied to the focus electrode may be different even in the same.

【0025】フォーカス電極のそれぞれをフォーカス電
極駆動回路に接続してもよいし、フォーカス電極のそれ
ぞれを1つに纏めて、即ち、形状的に1つにして、ある
いは又、電気的に相互に接続した状態で、フォーカス電
極駆動回路に接続してもよい。第2のフォーカス電極も
同様とすればよい。更には、フォーカス電極と第2のフ
ォーカス電極とを、形状的に1つにして、あるいは又、
電気的に相互に接続した状態で、フォーカス電極駆動回
路に接続してもよいし、フォーカス電極と第2のフォー
カス電極とを異なるフォーカス電極駆動回路に接続して
もよい。
Each of the focus electrodes may be connected to a focus electrode drive circuit, or each of the focus electrodes may be integrated into one, that is, one in shape, or electrically connected to each other. In this state, it may be connected to the focus electrode drive circuit. The same applies to the second focus electrode. Further, the focus electrode and the second focus electrode are formed into one shape, or
In a state where they are electrically connected to each other, they may be connected to the focus electrode drive circuit, or the focus electrodes and the second focus electrode may be connected to different focus electrode drive circuits.

【0026】本発明の第1の態様に係る電界放出素子あ
るいは表示装置においては、(a)支持体及びカソード
電極上には、絶縁層が形成され、(b)該絶縁層上に、
ゲート電極及びフォーカス電極が形成され、(c)該絶
縁層には、ゲート電極に設けられた孔部に連通した開口
部が設けられ、(d)開口部の底部に電子放出部が位置
する構成とすることができる。
In the field emission device or the display device according to the first aspect of the present invention, (a) an insulating layer is formed on the support and the cathode electrode, and (b) the insulating layer is formed on the insulating layer.
A structure in which a gate electrode and a focus electrode are formed, (c) an opening communicating with a hole provided in the gate electrode is provided in the insulating layer, and (d) an electron emission portion is located at the bottom of the opening. It can be.

【0027】この場合、本発明の第1の態様に係る電界
放出素子あるいは表示装置においては、ゲート電極及び
フォーカス電極の平面形状はストライプ状であることが
望ましいが、かかる平面形状に限定されるものではな
い。そして、更には、この場合、絶縁層はSiO2系材
料から成り、ゲート電極とフォーカス電極との間の距離
をLG-L(単位:m)、ゲート電極に印加される電圧を
G(単位:ボルト)、フォーカス電極に印加される電
圧をVF(単位:ボルト)としたとき、下記の式(1)
を満足することが好ましい。これによって、フォーカス
電極とゲート電極との間の絶縁層の表面に沿った沿面放
電の発生を確実に防止することができる。
In this case, in the field emission device or the display device according to the first embodiment of the present invention, it is desirable that the gate electrode and the focus electrode have a planar shape in the form of a stripe, but are not limited to such a planar shape. is not. And, furthermore, in this case, the insulating layer is made of SiO 2 based materials, distance L GL between the gate electrode and the focus electrode (unit: m), a voltage applied to the gate electrode V G (unit: Volts) and the voltage applied to the focus electrode as V F (unit: volts), the following equation (1)
Is preferably satisfied. Thus, it is possible to reliably prevent the occurrence of creeping discharge along the surface of the insulating layer between the focus electrode and the gate electrode.

【0028】[数3] (VG−VF)/LG-F<7×107(V/m) (1)[Equation 3] (V G -V F ) / L GF <7 × 10 7 (V / m) (1)

【0029】尚、先に述べたように、ゲート電極に印加
する電圧は、表示装置の構成によって、一定値である場
合もあるし、可変の値である場合もある。また、フォー
カス電極に印加する電圧も、表示装置の構成によって、
一定値である場合もあるし、可変の値である場合もあ
る。これらの電圧を可変とする場合には、式(1)にお
けるゲート電極に印加する電圧VGをその最大値とし、
フォーカス電極に印加する電圧VFをその最小値とした
とき、式(1)を満足すればよい。
As described above, the voltage applied to the gate electrode may be a constant value or a variable value depending on the configuration of the display device. Further, the voltage applied to the focus electrode also depends on the configuration of the display device.
It may be a constant value or a variable value. These voltage when the variable is set to its maximum value a voltage V G applied to the gate electrode in equation (1),
When the voltage V F applied to the focus electrode is set to the minimum value, it is only necessary to satisfy Expression (1).

【0030】一方、本発明の第2の態様に係る電界放出
素子あるいは表示装置においては、(a)支持体及びカ
ソード電極上には、絶縁層が形成され、(b)該絶縁層
上に、ゲート電極が形成され、(c)該絶縁層上に、絶
縁膜を介してフォーカス電極が形成され、(d)該絶縁
層には、ゲート電極に設けられた孔部に連通した開口部
が設けられ、(e)開口部の底部に電子放出部が位置す
る構成とすることができる。尚、本発明の第2の態様に
係る電界放出素子あるいは表示装置においては、代替的
に、(a)支持体及びカソード電極上には、絶縁層が形
成され、(b)該絶縁層上に、フォーカス電極が形成さ
れ、(c)該絶縁層上に、絶縁膜を介してゲート電極が
形成され、(d)該絶縁膜及び絶縁層には、ゲート電極
に設けられた孔部に連通した開口部が設けられ、(e)
開口部の底部に電子放出部が位置する構成とすることも
できる。
On the other hand, in the field emission device or the display device according to the second aspect of the present invention, (a) an insulating layer is formed on the support and the cathode electrode, and (b) an insulating layer is formed on the insulating layer. A gate electrode is formed, (c) a focus electrode is formed on the insulating layer via an insulating film, and (d) an opening communicating with a hole provided in the gate electrode is provided in the insulating layer. (E) The electron emission portion may be located at the bottom of the opening. In the field emission device or the display device according to the second aspect of the present invention, (a) an insulating layer is alternatively formed on the support and the cathode electrode, and (b) an insulating layer is formed on the insulating layer. A focus electrode is formed; (c) a gate electrode is formed on the insulating layer via an insulating film; and (d) the insulating film and the insulating layer communicate with a hole provided in the gate electrode. An opening is provided, (e)
A configuration in which the electron-emitting portion is located at the bottom of the opening may be employed.

【0031】尚、本発明の第1の態様に係る電界放出素
子あるいは表示装置において、第2のフォーカス電極を
設ける場合、本発明の第2の態様に係る電界放出素子あ
るいは表示装置におけるフォーカス電極と同様の構成と
することができる。あるいは又、ゲート電極及び絶縁層
の上に井桁状の絶縁膜を形成し、かかる絶縁膜上にフォ
ーカス電極及び第2のフォーカス電極を形成してもよ
い。
In the case where the second focus electrode is provided in the field emission device or the display device according to the first aspect of the present invention, the focus electrode and the focus electrode in the field emission device or the display device according to the second aspect of the present invention are provided. A similar configuration can be used. Alternatively, a grid-shaped insulating film may be formed over the gate electrode and the insulating layer, and the focus electrode and the second focus electrode may be formed over the insulating film.

【0032】本発明の第2の態様に係る電界放出素子あ
るいは表示装置においては、あるいは又、本発明の第1
の態様に係る電界放出素子あるいは表示装置において第
2のフォーカス電極を設ける場合、ゲート電極とこれら
のフォーカス電極との間に絶縁性が確保できる限りにお
いて、これらのフォーカス電極の幅、絶縁膜の厚さは本
質的には任意である。但し、絶縁膜は、出来る限り薄い
ことが、成膜時間の短縮といった観点から好ましい。
In the field emission device or the display device according to the second aspect of the present invention, or in the first aspect of the present invention,
In the case where the second focus electrode is provided in the field emission device or the display device according to the above aspect, as long as insulation between the gate electrode and these focus electrodes can be ensured, the width of these focus electrodes and the thickness of the insulating film are provided. The nature is essentially arbitrary. However, it is preferable that the insulating film be as thin as possible from the viewpoint of shortening the film formation time.

【0033】そして、これらの場合、電子放出部が開口
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
ている構成(便宜上、第1の構成と呼ぶ)とすることが
でき、あるいは又、開口部の底部に位置するカソード電
極の部分が電子放出部に相当する構成(便宜上、第2の
構成と呼ぶ)とすることができ、あるいは又、開口部の
底部に位置するカソード電極の部分に設けられた開口の
エッジ部が電子放出部に相当する構成(便宜上、第3の
構成と呼ぶ)とすることができる。
In these cases, a configuration in which the electron-emitting portion is provided on a portion of the cathode electrode located at the bottom of the opening (for convenience, referred to as a first configuration) can be adopted, or The cathode electrode located at the bottom of the opening may have a configuration corresponding to the electron emission portion (for convenience, referred to as a second configuration), or the cathode electrode located at the bottom of the opening. May be configured such that the edge of the opening provided in the device corresponds to the electron-emitting portion (for convenience, referred to as a third configuration).

【0034】第1の構成を有する電界放出素子として、
スピント型(円錐形の電子放出部が、開口部の底部に位
置するカソード電極の部分の上に設けられた電界放出素
子)、クラウン型(王冠状の電子放出部が、開口部の底
部に位置するカソード電極の部分の上に設けられた電界
放出素子)、扁平型(略平面の電子放出部が、開口部の
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
界放出素子)を挙げることができる。また、第2の構成
を有する電界放出素子として、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界放出素子、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
レータ型電界放出素子を挙げることができる。更には、
第3の構成を有する電界放出素子としてエッジ型電界放
出素子を挙げることができる。
As the field emission device having the first configuration,
Spindt type (a field emission element in which a conical electron emission portion is provided on a portion of the cathode electrode located at the bottom of the opening), crown type (a crown-shaped electron emission portion is located at the bottom of the opening) (A field emission device provided on a portion of a cathode electrode which is provided above) and a flat type (a field emission device provided on a portion of a cathode electrode where a substantially flat electron emission portion is located at the bottom of an opening). be able to. Further, as the field emission device having the second configuration, a flat field emission device that emits electrons from a flat cathode electrode surface, and a crater-type field emission device that emits electrons from a projection on the surface of the cathode electrode having unevenness. Emission elements can be mentioned. Furthermore,
An edge-type field emission device can be given as a field emission device having the third configuration.

【0035】第1の構成、第2の構成若しくは第3の構
成を有する電界放出素子におけるゲート電極を構成する
材料として、あるいは又、フォーカス電極や第2のフォ
ーカス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(Ta)、チタン
(Ti)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、アル
ミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)、銀(A
g)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ジルコニ
ウム(Zr)、鉄(Fe)、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;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、TiSi
2、TaSi2等のシリサイド);あるいはシリコン(S
i)等の半導体;ITO(インジウム錫酸化物)、酸化
インジウム、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物を例示する
ことができる。尚、フォーカス電極や第2のフォーカス
電極を、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、ジル
コニウム−アルミニウム合金、ジルコニウム−バナジウ
ム−アルミニウム合金、ジルコニウム−バナジウム−鉄
合金、ジルコニウム粉末とグラファイト粉末の混合物、
あるいはマグネシウムのように、真空層内で固体状態を
保ったままゲッタリング機能を発揮する所謂非蒸発型の
材料から構成することもできる。ゲート電極やフォーカ
ス電極、第2のフォーカス電極を作製するには、CVD
法、スパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング
法、電解メッキ法、無電解メッキ法、スクリーン印刷
法、レーザーアブレーション法、ゾル−ゲル法等の公知
の薄膜形成技術により、上述の構成材料から成る薄膜を
絶縁層や絶縁膜上に形成する。尚、薄膜を絶縁層や絶縁
膜の全面に形成した場合には、公知のパターニング技術
を用いて薄膜をパターニングし、所望の平面形状を有す
るゲート電極やフォーカス電極、第2のフォーカス電極
を形成する。所望の平面形状を有するゲート電極の形成
後、ゲート電極に孔部を形成してもよいし、所望の平面
形状を有するゲート電極の形成と同時に、ゲート電極に
孔部を形成してもよい。また、薄膜を形成する前の絶縁
層や絶縁膜上に予めレジストパターンを形成しておけ
ば、リフトオフ法によるゲート電極やフォーカス電極、
第2のフォーカス電極の形成が可能である。更には、ゲ
ート電極やフォーカス電極、第2のフォーカス電極の形
状に応じた開口を有するマスクを用いて蒸着を行った
り、かかる開口を有するスクリーンを用いてスクリーン
印刷を行えば、成膜後のパターニングは不要となる。ゲ
ート電極を構成する材料と、フォーカス電極や第2のフ
ォーカス電極を構成する材料を、同じ材料、同種の材
料、異なる材料とすることができる。また、ゲート電極
とフォーカス電極を、これらの構成に依存して、同時に
形成することもできるし、異なる工程にて形成すること
もできる。更には、フォーカス電極と第2のフォーカス
電極とを、これらの構成に依存して、同時に形成するこ
ともできるし、異なる工程にて形成することもできる。
As a material for forming a gate electrode in a field emission device having the first structure, the second structure or the third structure, or as a material for forming a focus electrode or a second focus electrode, tungsten ( W), niobium (Nb), tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), chromium (Cr), aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), silver (A)
g), nickel (Ni), cobalt (Co), zirconium (Zr), iron (Fe), platinum (Pt) and zinc (Z
n) at least one metal selected from the group consisting of: n) alloys or compounds containing these metal elements (eg, nitrides such as TiN, WSi 2 , MoSi 2 , TiSi
2 , silicide such as TaSi 2 ); or silicon (S
semiconductors such as i); and conductive metal oxides such as ITO (indium tin oxide), indium oxide, and zinc oxide. Note that the focus electrode or the second focus electrode may be made of zirconium (Zr), titanium (Ti), a zirconium-aluminum alloy, a zirconium-vanadium-aluminum alloy, a zirconium-vanadium-iron alloy, a mixture of zirconium powder and graphite powder,
Alternatively, it may be made of a so-called non-evaporable material that exhibits a gettering function while maintaining a solid state in a vacuum layer, such as magnesium. To manufacture a gate electrode, a focus electrode, and a second focus electrode, CVD
A thin film composed of the above-mentioned constituent materials by a known thin film forming technique such as a method, a sputtering method, an evaporation method, an ion plating method, an electrolytic plating method, an electroless plating method, a screen printing method, a laser ablation method, and a sol-gel method. Is formed on an insulating layer or an insulating film. When the thin film is formed over the entire surface of the insulating layer or the insulating film, the thin film is patterned using a known patterning technique to form a gate electrode, a focus electrode, and a second focus electrode having a desired planar shape. . After the formation of the gate electrode having a desired planar shape, a hole may be formed in the gate electrode, or the hole may be formed in the gate electrode simultaneously with the formation of the gate electrode having the desired planar shape. In addition, if a resist pattern is formed in advance on an insulating layer or an insulating film before a thin film is formed, a gate electrode, a focus electrode,
The formation of the second focus electrode is possible. Further, if evaporation is performed using a mask having an opening corresponding to the shape of the gate electrode, the focus electrode, or the second focus electrode, or screen printing is performed using a screen having such an opening, patterning after film formation can be performed. Becomes unnecessary. The material forming the gate electrode and the material forming the focus electrode or the second focus electrode can be the same material, the same kind of material, or different materials. Further, the gate electrode and the focus electrode can be formed at the same time, or can be formed in different steps, depending on these structures. Furthermore, the focus electrode and the second focus electrode can be formed at the same time, or can be formed in different steps, depending on these configurations.

【0036】スピント型電界放出素子から成る第1の構
成を有する電界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、クロム及び
クロム合金、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。
In the field emission device having the first structure including the Spindt-type field emission device, the materials constituting the electron emission portion include tungsten, tungsten alloy, molybdenum, molybdenum alloy, titanium, titanium alloy, niobium, and the like. At least one material selected from the group consisting of niobium alloy, tantalum, tantalum alloy, chromium and chromium alloy, and silicon containing impurities (polysilicon or amorphous silicon) can be given.

【0037】クラウン型電界放出素子から成る第1の構
成を有する電界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系樹脂や、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。
In the field emission device having the first structure composed of the crown type field emission device, the material constituting the electron emission portion may be conductive particles or a combination of the conductive particles and a binder. it can. As conductive particles, carbon-based materials such as graphite; tungsten (W);
Niobium (Nb), tantalum (Ta), titanium (Ti),
Refractory metals such as molybdenum (Mo) and chromium (Cr);
Alternatively, a transparent conductive material such as ITO (indium tin oxide) can be used. As the binder, for example, glass such as water glass or a general-purpose resin can be used. General-purpose resins include thermoplastic resins such as vinyl chloride resin, polyolefin resin, polyamide resin, cellulose ester resin, and fluorine resin, and thermosetting resins such as epoxy resin, acrylic resin, and polyester resin. Can be exemplified. In order to improve the electron emission efficiency, it is preferable that the particle size of the conductive particles is sufficiently smaller than the size of the electron emission portion. The shape of the conductive particles is not particularly limited, such as a sphere, a polyhedron, a plate, a needle, a column, and an irregular shape. However, it is preferable that the shape is such that the exposed portions of the conductive particles can be sharp projections. Conductive particles having different sizes and shapes may be mixed and used.

【0038】扁平型電界放出素子から成る第1の構成を
有する電界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。電界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=4.02〜4.87eV)、
モリブデン(Φ=4.53〜4.95eV)、アルミニ
ウム(Φ=4.28eV)、銅(Φ=4.6eV)、タ
ンタル(Φ=4.3eV)、クロム(Φ=4.5e
V)、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=2.14eV)、La
6(Φ=2.66〜2.76eV)、BaO(Φ=
1.6〜2.7eV)、SrO(Φ=1.25〜1.6
eV)、Y23(Φ=2.0eV)、CaO(Φ=1.
6〜1.86eV)、BaS(Φ=2.05eV)、T
iN(Φ=2.92eV)、ZrN(Φ=2.92e
V)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。
In the field emission device having the first configuration of the flat field emission device, the electron emission portion is made of a material having a work function Φ smaller than that of the cathode electrode. Preferably, the material to be selected is determined based on the work function of the material constituting the cathode electrode, the potential difference between the gate electrode and the cathode electrode, the required magnitude of the emitted electron current density, and the like. do it. As a typical material forming the cathode electrode in the field emission device, tungsten (Φ = 4.
55 eV), niobium (Φ = 4.02 to 4.87 eV),
Molybdenum (Φ = 4.53-4.95 eV), aluminum (Φ = 4.28 eV), copper (Φ = 4.6 eV), tantalum (Φ = 4.3 eV), chromium (Φ = 4.5 eV)
V) and silicon (Φ = 4.9 eV). The electron emitting portion preferably has a work function Φ smaller than these materials, and the value is approximately 3 eV.
The following is preferred. Such materials include carbon (Φ <1 eV), cesium (Φ = 2.14 eV), La
B 6 (Φ = 2.66 to 2.76 eV), BaO (Φ =
1.6 to 2.7 eV), SrO (Φ = 1.25 to 1.6)
eV), Y 2 O 3 (Φ = 2.0 eV), CaO (Φ = 1.
6 to 1.86 eV), BaS (Φ = 2.05 eV), T
iN (Φ = 2.92 eV), ZrN (Φ = 2.92 eV)
V). It is more preferable that the electron emission portion is made of a material having a work function Φ of 2 eV or less. Note that the material forming the electron emitting portion does not necessarily need to have conductivity.

【0039】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
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。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、電界放出素子の長寿命
化を図ることができる。
Particularly preferred constituent materials of the electron-emitting portion include carbon, more specifically, diamond, especially amorphous diamond. When the electron emitting portion is made of amorphous diamond, 5 × 1
At 0 7 V / m or less of the electric field strength, can be obtained current density of emitted electrons required for the display device. Further, since the amorphous diamond is an electric resistor, the emission electron current obtained from each electron emission portion can be made uniform, and thus, it is possible to suppress the variation in brightness when incorporated into a display device. Further, since amorphous diamond has extremely high resistance to a sputtering action by ions of residual gas in the display device, the life of the field emission device can be extended.

【0040】あるいは又、扁平型電界放出素子から成る
第1の構成を有する電界放出素子にあっては、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(A
u)、コバルト(Co)、銅(Cu)、モリブデン(M
o)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)、白金(P
t)、タンタル(Ta)、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(Al23)、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。
Alternatively, in the field emission device having the first configuration including the flat field emission device, the secondary electron gain δ of such a material may be used as a material forming the electron emission portion.
Is the secondary electron gain δ of the conductive material forming the cathode electrode
It may be appropriately selected from materials that are larger than the above.
That is, silver (Ag), aluminum (Al), gold (A
u), cobalt (Co), copper (Cu), molybdenum (M
o), niobium (Nb), nickel (Ni), platinum (P
t), metals such as tantalum (Ta), tungsten (W) and zirconium (Zr); semiconductors such as silicon (Si) and germanium (Ge); inorganic simple substances such as carbon and diamond; and aluminum oxide (Al 2 O 3) ), Barium oxide (BaO), beryllium oxide (BeO), calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), tin oxide (SnO 2 ), barium fluoride (BaF 2 ), calcium fluoride (CaF 2 ), etc. It can be appropriately selected from the compounds. Note that the material forming the electron emitting portion does not necessarily need to have conductivity.

【0041】第2の構成を有する電界放出素子(平面型
電界放出素子あるいはクレータ型電界放出素子)、若し
くは第3の構成を有する電界放出素子(エッジ型電界放
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、スパッタリング法、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。
In a field emission device having the second configuration (a flat field emission device or a crater type field emission device) or a field emission device having a third configuration (edge type field emission device), electron emission is performed. As materials constituting the cathode electrode corresponding to the portion, tungsten (W), tantalum (Ta), niobium (Nb), titanium (Ti), molybdenum (Mo), chromium (Cr), aluminum (A)
l), metals such as copper (Cu), gold (Au), silver (Ag),
Alternatively, examples thereof include alloys and compounds thereof (for example, nitrides such as TiN, and silicides such as WSi 2 , MoSi 2 , TiSi 2 , and TaSi 2 ), semiconductors such as diamond, and carbon thin films. The thickness of such a cathode electrode is approximately 0.05 to 0.5 μm, preferably 0.1 to 0.5 μm.
It is desirable that the thickness be in the range of 1 to 0.3 μm, but it is not limited to such a range. Examples of the method for forming the cathode electrode include a vapor deposition method such as an electron beam vapor deposition method and a hot filament vapor deposition method, a sputtering method, a combination of a CVD method, an ion plating method and an etching method, a screen printing method, and a plating method. . According to the screen printing method or the plating method, it is possible to directly form a striped cathode electrode.

【0042】あるいは又、第2の構成(平面型電界放出
素子あるいはクレータ型電界放出素子)、第3の構成を
有する電界放出素子(エッジ型電界放出素子)、あるい
は、扁平型電界放出素子から成る第1の構成を有する電
界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、リフトオフ法によ
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。
Alternatively, the light emitting device comprises a second structure (a flat field emission device or a crater type field emission device), a field emission device having a third structure (edge type field emission device), or a flat field emission device. In the field emission device having the first configuration, the cathode electrode and the electron emission portion are
It can also be formed using a conductive paste in which conductive fine particles are dispersed. As the conductive fine particles, graphite powder; barium oxide powder, strontium oxide powder,
Graphite powder mixed with at least one of metal powders; diamond particles or diamond-like carbon powder containing impurities such as nitrogen, phosphorus, boron, and triazole; carbon nanotube powder; (Sr, Ba,
Ca) CO 3 powder; and silicon carbide powder. In particular, it is preferable to select graphite powder as the conductive fine particles from the viewpoint of reduction of the threshold electric field and durability of the electron emitting portion. The shape of the conductive fine particles
In addition to a spherical shape and a scale-like shape, an arbitrary regular shape or an irregular shape can be adopted. Also, the particle size of the conductive fine particles may be smaller than the thickness or pattern width of the cathode electrode or the electron emitting portion. The smaller the particle size, the more the number of emitted electrons per unit area can be increased. However, if the particle size is too small, the conductivity of the cathode electrode and the electron emitting portion may be deteriorated. Therefore, the preferable range of the particle size is approximately 0.01 to 4.0 μm.
m. Such conductive fine particles are mixed with a glass component or other suitable binder to prepare a conductive paste, a desired pattern is formed by a screen printing method using the conductive paste, and then the pattern is fired to emit electrons. A cathode electrode and an electron-emitting portion functioning as a portion can be formed. Alternatively, a cathode electrode or an electron-emitting portion functioning as an electron-emitting portion can be formed by a combination of a spin coating method and an etching technique or a lift-off method.

【0043】また、スピント型電界放出素子やクラウン
型電界放出素子から成る第1の構成を有する電界放出素
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);シリコン(Si)等の半導体;あるいは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、スパッタリ
ング法、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、リフト
オフ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。
Further, in the field emission device having the first configuration including the Spindt-type field emission device and the crown-type field emission device, the cathode electrode is made of tungsten (W), niobium (Nb), or niobium (Nb). Tantalum (T
a), metals such as molybdenum (Mo), chromium (Cr), aluminum (Al), and copper (Cu); alloys or compounds containing these metal elements (for example, nitrides such as TiN, WSi 2 , MoSi 2 , A silicide such as TiSi 2 or TaSi 2 ); a semiconductor such as silicon (Si);
TO (indium tin oxide) can be exemplified.
Examples of the method for forming the cathode electrode include a vapor deposition method such as an electron beam vapor deposition method and a hot filament vapor deposition method, a sputtering method, a combination of a CVD method, an ion plating method and an etching method, a screen printing method, a plating method, and a lift-off method. be able to. According to the screen printing method or the plating method, it is possible to directly form a striped cathode electrode.

【0044】アノード電極の構成材料は、表示装置の構
成によって適宜選択すればよい。即ち、表示装置が透過
型(アノードパネルが表示面に相当する)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、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、表示装置が反射型
(カソードパネルが表示面に相当する)である場合、及
び、透過型であっても基板上に蛍光体層とアノード電極
とがこの順に積層されている場合には、ITO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。
The constituent material of the anode electrode may be appropriately selected depending on the structure of the display device. That is, when the display device is a transmissive type (the anode panel corresponds to the display surface) and the anode electrode and the phosphor layer are laminated on the substrate in this order, the substrate is not replaced with the anode electrode. The material itself must be transparent, ITO (indium tin oxide)
And the like. On the other hand, when the display device is a reflection type (a cathode panel corresponds to a display surface), and when a phosphor layer and an anode electrode are laminated on a substrate in this order even when the display device is a transmission type, In addition to ITO, the materials described above in connection with the cathode electrode and the gate electrode can be appropriately selected and used.

【0045】蛍光体層を構成する蛍光体として、高速電
子励起用蛍光体や低速電子励起用蛍光体を用いることが
できる。表示装置が単色表示装置である場合、蛍光体層
は特にパターニングされていなくともよい。また、表示
装置がカラー表示装置である場合、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を交互に配置するこ
とが好ましい。尚、パターニングされた蛍光体層間の隙
間は、表示画面のコントラスト向上を目的としたブラッ
クマトリックスで埋め込まれていてもよい。
As the phosphor constituting the phosphor layer, a phosphor for fast electron excitation or a phosphor for slow electron excitation can be used. When the display device is a monochromatic display device, the phosphor layer does not have to be particularly patterned. In the case where the display device is a color display device, phosphor layers corresponding to the three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) patterned in stripes or dots may be alternately arranged. preferable. The gap between the patterned phosphor layers may be filled with a black matrix for the purpose of improving the contrast of the display screen.

【0046】アノード電極と蛍光体層の構成例として、
(1)基板上に、アノード電極を形成し、アノード電極
の上に蛍光体層を形成する構成、(2)基板上に、蛍光
体層を形成し、蛍光体層上にアノード電極を形成する構
成、を挙げることができる。尚、(1)の構成におい
て、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。また、(2)の構成にお
いて、アノード電極の上にメタルバック膜を形成しても
よい。
As an example of the configuration of the anode electrode and the phosphor layer,
(1) An anode electrode is formed on a substrate, and a phosphor layer is formed on the anode electrode. (2) A phosphor layer is formed on the substrate, and an anode electrode is formed on the phosphor layer. Configuration. In the configuration of (1), a so-called metal back film that is electrically connected to the anode electrode may be formed on the phosphor layer. In the configuration of (2), a metal back film may be formed on the anode electrode.

【0047】第2の方向に延びるゲート電極の射影像と
第1の方向に延びるカソード電極の射影像とが直交する
方向に延びていることが、電界放出素子あるいは表示装
置の構造の簡素化の観点から好ましい。尚、カソード電
極とゲート電極の射影像が重複する重複領域(1画素分
の領域あるいは1サブピクセル分の領域に相当する)に
電子放出部(1又は複数の電界放出素子)が設けられて
おり、かかる重複領域が、カソードパネルの有効領域
(実際の表示画面として機能する領域)内に、通常、2
次元マトリックス状に配列されている。
The fact that the projected image of the gate electrode extending in the second direction and the projected image of the cathode electrode extending in the first direction extend in a direction orthogonal to each other can simplify the structure of the field emission device or the display device. Preferred from a viewpoint. Note that an electron emission portion (one or a plurality of field emission elements) is provided in an overlapping area where the projected images of the cathode electrode and the gate electrode overlap (corresponding to an area for one pixel or an area for one subpixel). Usually, such an overlapping area is within the effective area of the cathode panel (the area functioning as an actual display screen),
They are arranged in a dimensional matrix.

【0048】第1の構成〜第3の構成を有する電界放出
素子において、開口部の平面形状(支持体表面と平行な
仮想平面で開口部を切断したときの形状)は、円形、楕
円形、矩形、多角形、丸みを帯びた矩形、丸みを帯びた
多角形等、任意の形状とすることができる。開口部の形
成は、例えば、等方性エッチング、異方性エッチングと
等方性エッチングの組合せによって行うことができる。
ゲート電極に1つの孔部を設け、かかるゲート電極に設
けられた1つの孔部と連通する1つの開口部を絶縁層に
設け、かかる絶縁層に設けられた開口部内に1つあるい
は複数の電子放出部を設けてもよいし、ゲート電極に複
数の孔部を設け、かかるゲート電極に設けられた複数の
孔部と連通する1つの開口部を絶縁層に設け、かかる絶
縁層に設けられた1つの開口部内に1つあるいは複数の
電子放出部を設けてもよい。
In the field emission device having the first to third configurations, the planar shape of the opening (shape when the opening is cut by a virtual plane parallel to the surface of the support) is circular, elliptical, Any shape such as a rectangle, a polygon, a rounded rectangle, and a rounded polygon can be used. The opening can be formed by, for example, isotropic etching, or a combination of anisotropic etching and isotropic etching.
One hole is provided in the gate electrode, one opening communicating with one hole provided in the gate electrode is provided in the insulating layer, and one or a plurality of electrons are provided in the opening provided in the insulating layer. An emission portion may be provided, a plurality of holes may be provided in the gate electrode, one opening communicating with the plurality of holes provided in the gate electrode may be provided in the insulating layer, and the opening may be provided in the insulating layer. One or a plurality of electron-emitting portions may be provided in one opening.

【0049】絶縁層や絶縁膜の構成材料として、SiO
2、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、
SiON、SOG(スピンオングラス)、低融点ガラ
ス、ガラスペーストといったSiO2系材料、SiN、
ポリイミド等の絶縁性樹脂を、単独あるいは適宜組み合
わせて使用することができる。絶縁層や絶縁膜の形成に
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。絶縁層と絶縁
膜とを、同じ材料から構成することが、各種の熱処理時
に熱膨張係数の相違からの問題の発生を回避するといっ
た観点から好ましい。
As a constituent material of the insulating layer and the insulating film, SiO 2
2 , BPSG, PSG, BSG, AsSG, PbSG,
SiO 2 materials such as SiON, SOG (spin-on glass), low melting point glass, glass paste, SiN,
Insulating resins such as polyimide can be used alone or in appropriate combination. Known processes such as a CVD method, a coating method, a sputtering method, and a screen printing method can be used for forming the insulating layer and the insulating film. It is preferable to form the insulating layer and the insulating film from the same material from the viewpoint of avoiding the occurrence of a problem due to a difference in thermal expansion coefficient during various heat treatments.

【0050】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、電界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、スパッタリング
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。
A resistor layer may be provided between the cathode electrode and the electron emission section. Alternatively, when the surface of the cathode electrode or its edge portion corresponds to the electron emission portion,
The cathode electrode may have a three-layer structure including a conductive material layer, a resistor layer, and an electron emission layer corresponding to an electron emission portion. By providing the resistor layer, the operation of the field emission device can be stabilized, and the electron emission characteristics can be made uniform. Examples of the material forming the resistor layer include a carbon-based material such as silicon carbide (SiC), a semiconductor material such as SiN and amorphous silicon, and a high-melting metal oxide such as ruthenium oxide (RuO 2 ), tantalum oxide, and tantalum nitride. be able to. Examples of the method for forming the resistor layer include a sputtering method, a CVD method, and a screen printing method. The resistance value may be approximately 1 × 10 5 to 1 × 10 7 Ω, preferably several MΩ.

【0051】カソードパネルを構成する支持体あるいは
アノードパネルを構成する基板は、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
に絶縁材料層が形成されたガラス基板、石英基板、表面
に絶縁材料層が形成された石英基板、表面に絶縁材料層
が形成された半導体基板を挙げることができる。
The support constituting the cathode panel or the substrate constituting the anode panel only needs to have at least the surface made of an insulating member, and is a glass substrate, a glass substrate having an insulating material layer formed on the surface, a quartz substrate. A quartz substrate having an insulating material layer formed on its surface; and a semiconductor substrate having an insulating material layer formed on its surface.

【0052】カソードパネルとアノードパネルとを周縁
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ス等の絶縁剛性
材料から成る枠体と接着層とを併用して行ってもよい。
枠体と接着層とを併用する場合には、枠体の高さを適宜
選択することにより、接着層のみを使用する場合に比
べ、カソードパネルとアノードパネルとの間の対向距離
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;Sn80Ag20(融点220〜370゜C)、S
95Cu5(融点227〜370゜C)等の錫(Sn)
系高温はんだ;Pb97.5Ag2.5(融点304゜C)、
Pb94.5Ag5.5(融点304〜365゜C)、Pb
97.5Ag1.5Sn1.0(融点309゜C)等の鉛(Pb)
系高温はんだ;Zn95Al5(融点380゜C)等の亜
鉛(Zn)系高温はんだ;Sn5Pb95(融点300〜
314゜C)、Sn2Pb98(融点316〜322゜
C)等の錫−鉛系標準はんだ;Au88Ga12(融点38
1゜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。
When the cathode panel and the anode panel are joined at the peripheral portion, the joining may be performed using an adhesive layer, or a frame made of an insulating rigid material such as glass or ceramic and an adhesive layer may be used in combination. You may go.
When the frame and the adhesive layer are used together, by appropriately selecting the height of the frame, the facing distance between the cathode panel and the anode panel is set longer than when using only the adhesive layer. It is possible to In addition, as a constituent material of the adhesive layer, frit glass is generally used, but a so-called low melting point metal material having a melting point of about 120 to 400 ° C. may be used. Examples of such low melting point metal materials include In (indium: melting point: 157 ° C.); indium-gold based low melting point alloy; Sn 80 Ag 20 (melting point: 220 to 370 ° C.);
n 95 Cu 5 (melting point 227 to 370 ° C) such as tin (Sn)
High-temperature solder: Pb 97.5 Ag 2.5 (melting point 304 ° C),
Pb 94.5 Ag 5.5 (melting point 304-365 ° C), Pb
Lead (Pb) such as 97.5 Ag 1.5 Sn 1.0 (melting point 309 ° C)
-Based high-temperature solder; zinc (Zn) -based high-temperature solder such as Zn 95 Al 5 (melting point 380 ° C.); Sn 5 Pb 95 (melting point 300 to
314 ° C.), Sn 2 Pb 98 (melting point 316-322 ° C.), etc .; tin-lead based solder; Au 88 Ga 12 (melting point 38
Brazing filler metal such as 1 ° C) (All subscripts above represent atomic%)
Can be exemplified.

【0053】カソードパネルとアノードパネルと枠体の
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段階でカソードパネル又はアノードパネ
ルのいずれか一方と枠体とを接合し、第2段階でカソー
ドパネル又はアノードパネルの他方と枠体とを接合して
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、カソードパネルとアノードパネルと
枠体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、カソードパネ
ルとアノードパネルと枠体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。
When the cathode panel, the anode panel and the frame are joined together, the three may be joined simultaneously,
Alternatively, one of the cathode panel and the anode panel may be joined to the frame in the first stage, and the other of the cathode panel and the anode panel may be joined to the frame in the second stage. If the three-member simultaneous bonding and the bonding in the second stage are performed in a high vacuum atmosphere, the space surrounded by the cathode panel, the anode panel, the frame, and the adhesive layer is evacuated simultaneously with the bonding. Alternatively, after the three members have been joined, the space surrounded by the cathode panel, the anode panel, the frame, and the adhesive layer can be evacuated to a vacuum. When evacuation is performed after the bonding, the pressure of the atmosphere at the time of the bonding may be either normal pressure or reduced pressure. The gas constituting the atmosphere may be air, nitrogen gas, or group 0 of the periodic table. May be an inert gas containing a gas belonging to (for example, Ar gas).

【0054】接合後に排気を行う場合、排気は、カソー
ドパネル及び/又はアノードパネルに予め接続されたチ
ップ管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、カソードパネル及び/
又はアノードパネルの無効領域に設けられた貫通部の周
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。
When evacuation is performed after the bonding, the evacuation can be performed through a chip tube previously connected to the cathode panel and / or the anode panel. The chip tube is typically configured using a glass tube, and includes a cathode panel and / or
Alternatively, frit glass or the above-mentioned low melting point metal material is used to join the periphery of the penetrating portion provided in the ineffective area of the anode panel, and after the space reaches a predetermined degree of vacuum, it is sealed off by heat fusion. Note that if the entire display device is once heated and then cooled before the sealing is performed, the residual gas can be released into the space, and the residual gas can be removed to the outside of the space by exhaustion, which is preferable. is there.

【0055】本発明においては、フォーカス電極が、第
2の方向に延び、且つ、ゲート電極とゲート電極の間に
配設されており、あるいは又、第1の方向に延び、且
つ、カソード電極とカソード電極の間の領域の上方に配
設されているので、電界放出素子の構造を簡素化するこ
とができるし、第2の方向あるいは第1の方向に沿って
配列された複数の電界放出素子から放出された電子に収
束効果を及ぼすことができる。更には、本発明の第1の
態様に係る電界放出素子あるいは表示装置においては、
例えば、ゲート電極とフォーカス電極を同時に形成する
ことが可能であるが故に、電界放出素子や表示装置の製
造工程が増加することがない。一方、本発明の第2の態
様に係る電界放出素子あるいは表示装置においては、例
えば、ゲート電極とフォーカス電極との間に短絡防止の
ために絶縁膜を形成すればよいので、電界放出素子や表
示装置の製造工程が大幅に増加することがない。
In the present invention, the focus electrode extends in the second direction and is provided between the gate electrodes, or alternatively, extends in the first direction and is connected to the cathode electrode. Since it is arranged above the region between the cathode electrodes, the structure of the field emission device can be simplified, and a plurality of field emission devices arranged along the second direction or the first direction Can have a convergence effect on the electrons emitted from. Furthermore, in the field emission device or the display device according to the first aspect of the present invention,
For example, since the gate electrode and the focus electrode can be formed at the same time, the number of manufacturing steps of the field emission device and the display device does not increase. On the other hand, in the field emission device or the display device according to the second aspect of the present invention, for example, an insulating film may be formed between the gate electrode and the focus electrode to prevent a short circuit. The manufacturing process of the device does not increase significantly.

【0056】[0056]

【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(実施の形態と略称する)に基づき本発明を説
明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings based on embodiments of the invention (abbreviated as embodiments).

【0057】(実施の形態1)実施の形態1は、本発明
の第1の態様に係る電界放出素子及び表示装置に関す
る。実施の形態1の表示装置の模式的な一部分解斜視図
を図1に示し、模式的な一部端面図を図2に示し、電界
放出素子の模式的な一部端面図を図3に示す。
Embodiment 1 Embodiment 1 relates to a field emission device and a display device according to the first aspect of the present invention. FIG. 1 is a schematic partial exploded perspective view of the display device according to the first embodiment, FIG. 2 is a schematic partial end view, and FIG. 3 is a schematic partial end view of a field emission device. .

【0058】実施の形態1の電界放出素子は、所謂スピ
ント型電界放出素子から成る第1の構成を有する電界放
出素子であり、(A)支持体10と、(B)支持体10
上に形成され、第1の方向(図3の紙面に平行な方向)
に延びるカソード電極11と、(C)カソード電極11
の上方に配設され、第1の方向とは異なる第2の方向
(図3の紙面垂直方向)に延びるゲート電極13と、
(D)カソード電極11と重複するゲート電極13の領
域に設けられた孔部14Aと、(E)孔部14Aの底部
に配設された円錐形の電子放出部15と、(F)フォー
カス電極30から構成されている。そして、(a)支持
体10及びカソード電極11上には、絶縁層12が形成
され、(b)絶縁層12上に、ゲート電極13及びフォ
ーカス電極30が形成され、(c)絶縁層12には、ゲ
ート電極13に設けられた孔部14Aに連通した開口部
14Bが設けられ、(d)開口部14Bの底部に電子放
出部15が位置する。即ち、円錐形の電子放出部15
は、開口部14B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。
The field emission device according to the first embodiment is a field emission device having a first structure composed of a so-called Spindt-type field emission device.
And a first direction (a direction parallel to the plane of FIG. 3)
A cathode electrode 11 extending to the cathode electrode;
, A gate electrode 13 extending in a second direction (a direction perpendicular to the plane of FIG. 3) different from the first direction;
(D) a hole 14A provided in a region of the gate electrode 13 overlapping the cathode electrode 11, (E) a conical electron emitting portion 15 provided at the bottom of the hole 14A, and (F) a focus electrode. 30. Then, (a) the insulating layer 12 is formed on the support 10 and the cathode electrode 11, (b) the gate electrode 13 and the focus electrode 30 are formed on the insulating layer 12, and (c) the insulating layer 12 is formed on the insulating layer 12. The opening 14B communicating with the hole 14A provided in the gate electrode 13 is provided, and (d) the electron emitting portion 15 is located at the bottom of the opening 14B. That is, the conical electron emitting portion 15
Is provided on the portion of the cathode electrode 11 located at the bottom of the opening 14B.

【0059】実施の形態1の電界放出素子にあっては、
フォーカス電極30は、第2の方向(図3の紙面垂直方
向)に延び、且つ、ゲート電極13とゲート電極13の
間に、しかも、絶縁層12上に配設されている。即ち、
フォーカス電極30とゲート電極13とは同一平面にあ
る。また、実施の形態1における電界放出素子にあって
は、ゲート電極13及びフォーカス電極30の平面形状
はストライプ状である。即ち、これらの電極13,30
の両辺は平行で直線状である。
In the field emission device of the first embodiment,
The focus electrode 30 extends in the second direction (the direction perpendicular to the plane of FIG. 3), and is disposed between the gate electrodes 13 and on the insulating layer 12. That is,
The focus electrode 30 and the gate electrode 13 are on the same plane. In the field emission device according to the first embodiment, the gate electrode 13 and the focus electrode 30 have a stripe shape in plan view. That is, these electrodes 13, 30
Are parallel and straight.

【0060】尚、絶縁層12はSiO2系材料(具体的
には、SiO2)から成り、ゲート電極13とフォーカ
ス電極30との間の距離をLG-L(単位:m)、ゲート
電極に印加される電圧をVG(単位:ボルト)、フォー
カス電極に印加される電圧をVF(単位:ボルト)とし
たとき、下記の式(1)を満足している。具体的には、
Gを50ボルト、VFを0ボルト、LG-Fを20μmと
した。尚、ゲート電極13の幅を100μm、フォーカ
ス電極30の幅を110μmとした。
The insulating layer 12 is made of SiOTwoSystem material (specific
Contains SiOTwo), The gate electrode 13 and the focus
The distance between the electrodes 30 is LGL(Unit: m), gate
The voltage applied to the electrodes is VG(Unit: volt), four
The voltage applied to the cas electrode is VF(Unit: volts)
Then, the following expression (1) is satisfied. In particular,
V GIs 50 volts, VF0 volts, LGFWith 20 μm
did. The width of the gate electrode 13 is 100 μm,
The width of the electrode 30 was 110 μm.

【0061】[数4] (VG−VF)/LG-F<7×107(V/m) (1)[Equation 4] (V G -V F ) / L GF <7 × 10 7 (V / m) (1)

【0062】また、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
射影像が重複する領域(1画素分の領域に相当する)
に、複数の電界放出素子が配列されている。更に、かか
る重複領域が、カソードパネルCPの有効領域(実際の
表示部分として機能する領域)内に、通常、2次元マト
リックス状に配列されている。
The cathode electrode 11 and the gate electrode 13
Means that the projected images of these two electrodes are each formed in a stripe shape in a direction orthogonal to each other, and the projected images of these two electrodes overlap (corresponding to a region for one pixel).
, A plurality of field emission devices are arranged. Further, such overlapping areas are usually arranged in a two-dimensional matrix in an effective area (area functioning as an actual display portion) of the cathode panel CP.

【0063】一方、アノードパネルAPは、基板20
と、基板20上に形成され、所定のパターンを有する蛍
光体層22(赤色発光蛍光体層22R、緑色発光蛍光体
層22G、青色発光蛍光体層22B。但し、青色発光蛍
光体層22Bは図示せず)と、その上に形成されたアノ
ード電極23から構成されている。1画素は、カソード
パネル側のカソード電極11とゲート電極13との重複
領域に配列された電界放出素子の一群と、これらの電界
放出素子の一群に対面したアノードパネル側の蛍光体層
22とによって構成されている。有効領域には、かかる
画素が、例えば数十万〜数百万個ものオーダーにて配列
されている。尚、蛍光体層22と蛍光体層22との間の
基板20上には、ブラックマトリックス21が形成され
ている。
On the other hand, the anode panel AP is
And a phosphor layer 22 (red light emitting phosphor layer 22R, green light emitting phosphor layer 22G, blue light emitting phosphor layer 22B) formed on the substrate 20 and having a predetermined pattern. (Not shown) and an anode electrode 23 formed thereon. One pixel is composed of a group of field emission elements arranged in an overlapping region of the cathode electrode 11 and the gate electrode 13 on the cathode panel side, and a phosphor layer 22 on the anode panel side facing the group of these field emission elements. It is configured. In the effective area, such pixels are arranged, for example, in the order of several hundred thousand to several million. Note that a black matrix 21 is formed on the substrate 20 between the phosphor layers 22.

【0064】アノードパネルAPとカソードパネルCP
とを、電界放出素子と蛍光体層22とが対向するように
配置し、周縁部において枠体(図示せず)を介して接合
することによって、表示装置を作製することができる。
有効領域を包囲し、画素を選択するための周辺回路が形
成された無効領域には、真空排気用の貫通孔(図示せ
ず)が設けられており、この貫通孔には真空排気後に封
じ切られたチップ管(図示せず)が接続されている。即
ち、アノードパネルAPとカソードパネルCPと枠体と
によって囲まれた空間は真空となっている。
Anode panel AP and cathode panel CP
Are arranged so that the field emission element and the phosphor layer 22 face each other, and are joined at a peripheral portion via a frame (not shown), whereby a display device can be manufactured.
A through-hole (not shown) for evacuation is provided in an ineffective area surrounding the effective area and a peripheral circuit for selecting a pixel is formed. The connected tip tube (not shown) is connected. That is, the space surrounded by the anode panel AP, the cathode panel CP, and the frame is in a vacuum.

【0065】カソード電極11には相対的な負電圧(0
ボルト以上)がカソード電極駆動回路24から印加さ
れ、ゲート電極13には相対的な正電圧VGがゲート電
極駆動回路25から印加され、アノード電極23にはゲ
ート電極13よりも更に高い正電圧(例えば、数キロボ
ルト)が加速電源26から印加される。また、フォーカ
ス電極30には、式(1)及び式(2−1)を満足する
電圧VFが、フォーカス電極駆動回路27から印加され
る。かかる表示装置において表示を行う場合、例えば、
カソード電極11にカソード電極駆動回路24から走査
信号を入力し、ゲート電極13にゲート電極駆動回路2
5からビデオ信号を入力する。カソード電極11とゲー
ト電極13との間に電圧を印加した際に生ずる電界によ
り、量子トンネル効果に基づき電子放出部15から電子
が放出され、この電子がアノード電極23に引き付けら
れ、蛍光体層22に衝突する。その結果、蛍光体層22
が励起されて発光し、所望の画像を得ることができる。
つまり、この表示装置の動作は、基本的に、ゲート電極
13に印加される電圧、及びカソード電極11を通じて
電子放出部15に印加される電圧によって制御される。
The cathode electrode 11 has a relative negative voltage (0
Volts) is applied from the cathode electrode driving circuit 24, a relatively positive voltage V G is applied from the gate electrode driving circuit 25 to the gate electrode 13, higher positive voltage than the gate electrode 13 to the anode electrode 23 ( For example, several kilovolts) is applied from the acceleration power supply 26. Further, a voltage V F that satisfies Expressions (1) and (2-1) is applied to the focus electrode 30 from the focus electrode drive circuit 27. When displaying on such a display device, for example,
A scanning signal is inputted to the cathode electrode 11 from the cathode electrode driving circuit 24, and the gate electrode driving circuit 2 is inputted to the gate electrode 13.
5 to input a video signal. Due to an electric field generated when a voltage is applied between the cathode electrode 11 and the gate electrode 13, electrons are emitted from the electron emitting portion 15 based on the quantum tunnel effect, and the electrons are attracted to the anode electrode 23, and the fluorescent layer 22 Collide with As a result, the phosphor layer 22
Are excited to emit light, and a desired image can be obtained.
That is, the operation of the display device is basically controlled by the voltage applied to the gate electrode 13 and the voltage applied to the electron emission unit 15 through the cathode electrode 11.

【0066】VGを50ボルト、VFを0ボルト、LG-F
を20μmとし、ゲート電極13の幅を100μm、フ
ォーカス電極30の幅を110μmとしたときに、ゲー
ト電極13及びフォーカス電極30によって、どのよう
な電界が形成されるかをシミュレーションした結果を図
4に示す。ゲート電極13とフォーカス電極30の間の
領域の上方における空間にあっては、等電位面がフォー
カス電極30の影響によって歪められており、電子放出
部15(図4には図示せず)から放出され、ゲート電極
13を通過し、フォーカス電極30の上方に向かう電子
は、フォーカス電極30の影響によって、ゲート電極1
3の上方へと戻されていることが判る。即ち、フォーカ
ス電極30は、電子に対して収束効果を発揮しているこ
とが判る。
[0066] The V G 50 volts, the V F 0 volt, L GF
FIG. 4 shows a simulation result of what electric field is formed by the gate electrode 13 and the focus electrode 30 when the width of the gate electrode 13 is 100 μm and the width of the focus electrode 30 is 110 μm. Show. In the space above the region between the gate electrode 13 and the focus electrode 30, the equipotential surface is distorted by the influence of the focus electrode 30 and emits from the electron emission portion 15 (not shown in FIG. 4). Then, electrons passing through the gate electrode 13 and traveling upward of the focus electrode 30 are affected by the focus electrode 30, and the
It can be seen that it has been returned to above 3. That is, it can be seen that the focus electrode 30 exerts a convergence effect on electrons.

【0067】実施の形態1の電界放出素子であるスピン
ト型電界放出素子の製造方法の概要を、以下、支持体等
の模式的な一部端面図である図5及び図6を参照して説
明する。尚、以下の説明にあっては、ゲート電極13に
設けられた孔部14Aと、絶縁層に設けられた開口部1
4Bを総称して、開口部114と呼ぶ場合がある。
The outline of the method of manufacturing the Spindt-type field emission device which is the field emission device of the first embodiment will be described below with reference to FIGS. 5 and 6 which are schematic partial end views of a support and the like. I do. In the following description, the hole 14A provided in the gate electrode 13 and the opening 1A provided in the insulating layer will be described.
4B may be collectively referred to as an opening 114.

【0068】尚、スピント型電界放出素子の製造方法
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、孔部14A
に対して蒸着粒子は垂直に入射するが、孔部14A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14B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。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
13上に剥離層17を予め形成しておく方法について説
明する。
The manufacturing method of the Spindt-type field emission device is basically a method of forming the conical electron emitting portion 15 by vertical vapor deposition of a metal material. That is, the hole 14A
However, the amount of vapor deposition particles that reach the bottom of the opening 14B is gradually reduced by utilizing the shielding effect of the overhang-like deposit formed near the hole 14A. , Electron emitting portion 15 which is a conical deposit
Are formed in a self-aligned manner. Here, a method of forming a release layer 17 on the gate electrode 13 in advance to facilitate removal of unnecessary overhang-like deposits will be described.

【0069】[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
ら成る絶縁層12を形成し、更に、タングステン(W)
から成るストライプ状のゲート電極13及びフォーカス
電極30を絶縁層12上に形成する。ゲート電極13及
びフォーカス電極30の形成は、例えば、スパッタリン
グ法、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。
[Step-100] First, a striped cathode electrode 11 made of niobium (Nb) is formed on a support 10 made of, for example, glass, and then an insulating layer 12 made of SiO 2 is formed on the entire surface. , Tungsten (W)
A gate electrode 13 and a focus electrode 30 are formed on the insulating layer 12. The formation of the gate electrode 13 and the focus electrode 30 can be performed based on, for example, a sputtering method, a lithography technique, and a dry etching technique.

【0070】[工程−110]次に、ゲート電極13、
フォーカス電極30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5の(A)参照)。その後、RI
E(反応性イオン・エッチング)法にてゲート電極13
に孔部14Aを形成し、更に、絶縁層12に開口部14
Bを形成する。開口部14B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5の(B)に示す
構造を得ることができる。
[Step-110] Next, the gate electrode 13,
A resist layer 16 functioning as an etching mask is formed on the focus electrode 30 and the insulating layer 12 by a lithography technique (see FIG. 5A). Then RI
Gate electrode 13 by E (reactive ion etching) method
A hole 14A is formed in the insulating layer 12 and an opening 14A is formed in the insulating layer 12.
Form B. The cathode electrode 11 is provided at the bottom of the opening 14B.
Is exposed. After that, the resist layer 16 is removed by an ashing technique. Thus, the structure shown in FIG. 5B can be obtained.

【0071】[工程−120]次に、開口部14B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、先ず、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14B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、フォ
ーカス電極30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、孔部14Aの開口
端部から庇状に張り出しており、これにより孔部14A
が実質的に縮径される(図5の(C)参照)。
[Step-120] Next, the electron-emitting portion 15 is formed on the cathode electrode 11 exposed at the bottom of the opening 14B. Specifically, first, the release layer 17 is formed by obliquely depositing aluminum. At this time, by selecting a sufficiently large incident angle of the vapor deposition particles with respect to the normal line of the support 10, almost no aluminum is deposited on the bottom of the opening 14 </ b> B, and the gate electrode 13, the focus electrode 30, and the insulating layer 12 are formed. The release layer 17 can be formed on the substrate. The release layer 17 protrudes in an eaves shape from the opening end of the hole 14A, thereby forming the hole 14A.
Is substantially reduced in diameter (see FIG. 5C).

【0072】[工程−130]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6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材料層18が成長す
るに伴い、孔部14Aの実質的な直径が次第に縮小され
るので、開口部14Bの底部において堆積に寄与する蒸
着粒子は、次第に孔部14A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14B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。
[Step-130] Next, for example, molybdenum (Mo) is vertically deposited on the entire surface. At this time, as shown in FIG. 6A, as the conductive material layer 18 made of molybdenum having an overhang shape grows on the release layer 17, the substantial diameter of the hole 14A is gradually reduced. Therefore, vapor deposition particles contributing to deposition at the bottom of the opening 14B are gradually limited to those passing near the center of the hole 14A. As a result, a conical deposit is formed at the bottom of the opening 14B, and the conical deposit made of molybdenum becomes the electron emission portion 15.

【0073】[工程−140]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1
2、フォーカス電極30及びゲート電極13の表面から
剥離し、絶縁層12、フォーカス電極30及びゲート電
極13の上方の導電材料層18を選択的に除去する。そ
の結果、図6の(B)に示すように、開口部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を残すことができる。その後、絶縁層12を等方的
にエッチングし、ゲート電極13に設けられた孔部14
Aの端部を露出させることが好ましい(図6の(C)参
照)。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1:10
0(容積比)混合液を用いることができる。
[Step-140] Thereafter, the release layer 17 is formed on the insulating layer 1 by an electrochemical process and a wet process.
2. The insulating layer 12, the conductive material layer 18 above the focus electrode 30 and the gate electrode 13 is selectively removed by peeling off from the surfaces of the focus electrode 30 and the gate electrode 13. As a result, as shown in FIG. 6B, the conical electron emitting portion 15 can be left on the cathode electrode 11 located at the bottom of the opening 14B. After that, the insulating layer 12 is isotropically etched to form a hole 14 provided in the gate electrode 13.
It is preferable to expose the end of A (see FIG. 6C). The isotropic etching can be performed by dry etching using radicals as a main etching species, such as chemical dry etching, or wet etching using an etchant. As an etching solution, for example, a 49% hydrofluoric acid aqueous solution and pure water 1:10
A 0 (volume ratio) mixture can be used.

【0074】[工程−150]その後、表示装置の組み
立てを行う。具体的には、蛍光体層22と電界放出素子
とが対向するようにアノードパネルAPとカソードパネ
ルCPとを配置し、アノードパネルAPとカソードパネ
ルCP(より具体的には、基板20と支持体10)と
を、枠体(図示せず)を介して、周縁部において接合す
る。接合に際しては、枠体とアノードパネルAPとの接
合部位、及び枠体とカソードパネルCPとの接合部位に
フリットガラスを塗布し、アノードパネルAPとカソー
ドパネルCPと枠体とを貼り合わせ、予備焼成にてフリ
ットガラスを乾燥した後、約450゜Cで10〜30分
の本焼成を行う。その後、アノードパネルAPとカソー
ドパネルCPと枠体とフリットガラスとによって囲まれ
た空間を、貫通孔(図示せず)及びチップ管を通じて排
気し、空間の圧力が10-4Pa程度に達した時点でチッ
プ管(図示せず)を加熱溶融により封じ切る。このよう
にして、アノードパネルAPとカソードパネルCPと枠
体とに囲まれた空間を真空にすることができる。その
後、必要な外部回路との配線を行い、表示装置を完成さ
せる。こうして、図2に示した表示装置を得ることがで
きる。
[Step-150] Thereafter, the display device is assembled. Specifically, the anode panel AP and the cathode panel CP are arranged such that the phosphor layer 22 and the field emission device face each other, and the anode panel AP and the cathode panel CP (more specifically, the substrate 20 and the support 10) at the peripheral portion via a frame (not shown). At the time of joining, frit glass is applied to a joint portion between the frame body and the anode panel AP and a joint portion between the frame body and the cathode panel CP, and the anode panel AP, the cathode panel CP, and the frame are bonded together and pre-baked. After the frit glass is dried, the main firing is performed at about 450 ° C. for 10 to 30 minutes. Thereafter, the space surrounded by the anode panel AP, the cathode panel CP, the frame, and the frit glass is evacuated through a through-hole (not shown) and a chip tube, and when the pressure in the space reaches about 10 −4 Pa. To seal off the tip tube (not shown) by heating and melting. Thus, the space surrounded by the anode panel AP, the cathode panel CP, and the frame can be evacuated. After that, wiring to necessary external circuits is performed to complete the display device. Thus, the display device shown in FIG. 2 can be obtained.

【0075】アノードパネルAPの製造方法の一例を、
以下、図46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、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50
00rpm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。
An example of a method for manufacturing the anode panel AP is as follows.
This will be described below with reference to FIG. First, a luminescent crystal particle composition is prepared. For this purpose, for example, a dispersant is dispersed in pure water, and the mixture is stirred for 1 minute at 3000 rpm using a homomixer. Next, the luminescent crystal particles are put into pure water in which a dispersant is dispersed, and 50
Stir at 00 rpm for 5 minutes. Then, for example,
Add polyvinyl alcohol and ammonium bichromate, stir well and filter.

【0076】アノードパネルAP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に設けられた開口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46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46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
ックマトリックス21とを形成し、併せて、感光性被膜
の残部42を除去する(図46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2
2を形成する(図46の(D)参照)。具体的には、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22及びブラックマトリックス21上
にスパッタリング法にて厚さ約0.07μmのアルミニ
ウム薄膜を成膜することによって、アノード電極23を
形成する。こうして、アノードパネルAPを得ることが
できる。尚、スクリーン印刷法等により蛍光体層22を
形成することもできる。
In the manufacture of the anode panel AP, the photosensitive film 40 is formed on the entire surface of the substrate 20 made of, for example, glass.
Is formed (applied). Then, the photosensitive film 40 formed on the substrate 20 is exposed by exposure light emitted from an exposure light source (not shown) and passing through an opening 44 provided in the mask 43 to form a photosensitive region 41 ( (See FIG. 46A). Thereafter, the photosensitive film 40 is developed and selectively removed to leave the remaining photosensitive film (the photosensitive film after exposure and development) 42 on the substrate 20 (see FIG. 46B). Next, a carbon agent (carbon slurry) is applied to the entire surface, dried and baked, and then the remaining portion 42 of the photosensitive film and the carbon agent thereon are removed by a lift-off method, so that the carbon on the exposed substrate 20 is removed. A black matrix 21 made of an agent is formed, and at the same time, the remaining portion 42 of the photosensitive film is removed (see FIG. 46C). Then, on the exposed substrate 20, each of the red, green, and blue phosphor layers 2
2 (see FIG. 46D). Specifically, a luminescent crystal particle composition prepared from each luminescent crystal particle (phosphor particle) is used. For example, a red photosensitive luminescent crystal particle composition (phosphor slurry) is applied to the entire surface. Coating, exposing and developing, then applying a green photosensitive luminescent crystal particle composition (phosphor slurry) over the entire surface, exposing and developing, and further, a blue photosensitive luminescent crystal particle composition (Phosphor slurry) may be applied to the entire surface, exposed and developed.
Then, an anode electrode 23 is formed on the phosphor layer 22 and the black matrix 21 by forming an aluminum thin film having a thickness of about 0.07 μm by a sputtering method. Thus, the anode panel AP can be obtained. Note that the phosphor layer 22 can also be formed by a screen printing method or the like.

【0077】(実施の形態2)実施の形態2は、実施の
形態1の変形である。実施の形態2の表示装置における
カソードパネルの模式的な一部斜視図を図7に示す。実
施の形態2の電界放出素子あるいは表示装置は、第2の
フォーカス電極32を更に備えている。第2のフォーカ
ス電極32は、第2の方向に延び、即ち、カソード電極
11と平行に延び、且つ、カソード電極11とカソード
電極11の間の領域の上方に配設されている。実施の形
態2においては、絶縁層12、ゲート電極13及びフォ
ーカス電極30上に絶縁膜31を介して第2のフォーカ
ス電極32が形成されており、これによって、ゲート電
極13と第2のフォーカス電極32との短絡を防止する
ことができる。フォーカス電極30の射影像と第2のフ
ォーカス電極32の射影像が合成された射影像は井桁状
であり、井桁の真中においてカソード電極11の射影像
とゲート電極13の射影像とが重なり合う。
(Embodiment 2) Embodiment 2 is a modification of Embodiment 1. FIG. 7 is a schematic partial perspective view of the cathode panel in the display device according to the second embodiment. The field emission device or the display device according to the second embodiment further includes a second focus electrode 32. The second focus electrode 32 extends in the second direction, that is, extends in parallel with the cathode electrode 11, and is disposed above a region between the cathode electrodes 11. In the second embodiment, the second focus electrode 32 is formed on the insulating layer 12, the gate electrode 13, and the focus electrode 30 via the insulating film 31, whereby the gate electrode 13 and the second focus electrode are formed. 32 can be prevented. The projected image obtained by synthesizing the projected image of the focus electrode 30 and the projected image of the second focus electrode 32 has a cross-girder shape.

【0078】実施の形態2の電界放出素子における絶縁
膜31及び第2のフォーカス電極32は、実施の形態1
の電界放出素子の製造方法の[工程−100]と[工程
−110]の間で、全面に、前述の式(1)を満足する
G-F程度の厚さのSiO2から成る絶縁膜31を成膜し
た後、クロム(Cr)から成る第2のフォーカス電極形
成用導電層をスパッタリング法にて絶縁膜31上に形成
し、次いで、第2のフォーカス電極形成用導電層及び絶
縁膜31をストライプ状にパターニングすることによっ
て得ることができる。
The insulating film 31 and the second focus electrode 32 in the field emission device of the second embodiment are different from those of the first embodiment.
Between [Step-100] and [Step-110] of the method for manufacturing the field emission device described above, an insulating film 31 made of SiO 2 having a thickness of about LGF satisfying the above-mentioned equation (1) is formed on the entire surface. After the film formation, a second conductive layer for focus electrode formation made of chromium (Cr) is formed on the insulating film 31 by a sputtering method, and then the second conductive layer for focus electrode formation and the insulating film 31 are striped. It can be obtained by patterning in a shape.

【0079】図8には、実施の形態2の電界放出素子の
変形例を示す。この電界放出素子にあっては、ゲート電
極13及び絶縁層12の上に井桁状の絶縁膜33が形成
され、かかる絶縁膜33上にフォーカス電極30及び第
2のフォーカス電極32が一体に形成されている。これ
によって、ゲート電極13と第2のフォーカス電極32
との短絡を防止することができる。フォーカス電極30
の射影像と第2のフォーカス電極32の射影像が合成さ
れた射影像は井桁状であり、井桁の真中においてカソー
ド電極11の射影像とゲート電極13の射影像とが重な
り合う。
FIG. 8 shows a modification of the field emission device of the second embodiment. In this field emission device, a grid-shaped insulating film 33 is formed on the gate electrode 13 and the insulating layer 12, and the focus electrode 30 and the second focus electrode 32 are formed integrally on the insulating film 33. ing. As a result, the gate electrode 13 and the second focus electrode 32
Can be prevented from short-circuiting. Focus electrode 30
Is combined with the projected image of the second focus electrode 32 in a grid shape, and the projected image of the cathode electrode 11 and the projected image of the gate electrode 13 overlap in the middle of the grid.

【0080】実施の形態2のこの変形例にあっては、電
界放出素子における絶縁膜33及びフォーカス電極3
0、第2のフォーカス電極32は、実施の形態1の電界
放出素子の製造方法の[工程−100]において、スト
ライプ状のゲート電極13を形成した後、全面に、前述
の式(1)を満足するLG-F程度の厚さのSiO2から成
る絶縁膜33を成膜し、次いで、クロム(Cr)から成
るフォーカス電極形成用導電層をスパッタリング法にて
絶縁膜33上に形成した後、フォーカス電極形成用導電
層及び絶縁膜33を井桁状にパターニングすることによ
って得ることができる。
In this modification of the second embodiment, the insulating film 33 and the focus electrode 3 in the field emission device are used.
0, the second focus electrode 32 is obtained by forming the above-described formula (1) on the entire surface after forming the stripe-shaped gate electrode 13 in the [Step-100] of the method for manufacturing the field emission device of the first embodiment. An insulating film 33 made of SiO 2 having a thickness of about LGF which is satisfactory is formed, and a conductive layer for forming a focus electrode made of chromium (Cr) is formed on the insulating film 33 by a sputtering method. It can be obtained by patterning the conductive layer for electrode formation and the insulating film 33 in a grid pattern.

【0081】(実施の形態3)実施の形態3は、本発明
の第2の態様に係る電界放出素子及び表示装置に関す
る。実施の形態3の表示装置におけるカソードパネルの
模式的な一部斜視図を図9に示す。尚、実施の形態3の
表示装置は、フォーカス電極を除き、図2に示したと同
様の構成を有するので詳細な説明は省略する。
Embodiment 3 Embodiment 3 relates to a field emission device and a display device according to the second aspect of the present invention. FIG. 9 is a schematic partial perspective view of the cathode panel in the display device according to the third embodiment. The display device according to the third embodiment has the same configuration as that shown in FIG. 2 except for the focus electrode, and thus a detailed description is omitted.

【0082】実施の形態3の電界放出素子も、所謂スピ
ント型電界放出素子から成る第1の構成を有する電界放
出素子であり、(A)支持体10と、(B)支持体10
上に形成され、第1の方向に延びるカソード電極11
と、(C)カソード電極11の上方に配設され、第1の
方向とは異なる第2の方向に延びるゲート電極13と、
(D)カソード電極11と重複するゲート電極13の領
域に設けられた孔部14Aと、(E)孔部14Aの底部
に配設された電子放出部15と、(F)フォーカス電極
35から構成されている。そして、(a)支持体10及
びカソード電極11上には、SiO2から成る絶縁層1
2が形成され、(b)絶縁層12上に、ゲート電極13
が形成され、(c)絶縁層12上に、SiO2から成る
絶縁膜34を介してフォーカス電極35が形成され、
(d)絶縁層12には、ゲート電極13に設けられた孔
部14Aに連通した開口部14Bが設けられ、(e)開
口部14Bの底部に電子放出部15が位置する。即ち、
円錐形の電子放出部15は、開口部14B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。
The field emission device according to the third embodiment is also a field emission device having a first configuration composed of a so-called Spindt-type field emission device.
A cathode electrode 11 formed thereon and extending in a first direction;
(C) a gate electrode 13 disposed above the cathode electrode 11 and extending in a second direction different from the first direction;
(D) A hole 14A provided in a region of the gate electrode 13 overlapping the cathode electrode 11, (E) an electron emission portion 15 provided at the bottom of the hole 14A, and (F) a focus electrode 35. Have been. Then, (a) on the support member 10 and the cathode electrode 11, an insulating layer 1 made of SiO 2
2 is formed, and (b) a gate electrode 13 is formed on the insulating layer 12.
Is formed, and (c) a focus electrode 35 is formed on the insulating layer 12 via an insulating film 34 made of SiO 2 .
(D) The insulating layer 12 is provided with an opening 14B communicating with the hole 14A provided in the gate electrode 13, and (e) the electron emitting portion 15 is located at the bottom of the opening 14B. That is,
The conical electron emission section 15 is provided on a portion of the cathode electrode 11 located at the bottom of the opening 14B.

【0083】実施の形態3の電界放出素子にあっては、
フォーカス電極35は、第1の方向に延び、且つ、カソ
ード電極11とカソード電極11の間の領域の上方に配
設されている。即ち、フォーカス電極35とゲート電極
13とは略同一平面にある。また、実施の形態3におけ
る電界放出素子にあっては、カソード電極11、ゲート
電極13及びフォーカス電極30の平面形状はストライ
プ状である。即ち、これらの電極11,13,30の両
辺は平行で直線状である。
In the field emission device of the third embodiment,
The focus electrode 35 extends in the first direction and is provided above a region between the cathode electrodes 11. That is, the focus electrode 35 and the gate electrode 13 are substantially on the same plane. In the field emission device according to the third embodiment, the cathode electrode 11, the gate electrode 13, and the focus electrode 30 have a stripe shape in plan view. That is, both sides of these electrodes 11, 13, 30 are parallel and linear.

【0084】また、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
射影像が重複する領域(1画素分の領域に相当する)
に、通常、複数の電界放出素子が配列されている。更
に、かかる重複領域が、カソードパネルCPの有効領域
内に、通常、2次元マトリックス状に配列されている。
The cathode electrode 11 and the gate electrode 13
Means that the projected images of these two electrodes are each formed in a stripe shape in a direction orthogonal to each other, and the projected images of these two electrodes overlap (corresponding to a region for one pixel).
Usually, a plurality of field emission devices are arranged. Further, such overlapping areas are usually arranged in a two-dimensional matrix in the effective area of the cathode panel CP.

【0085】実施の形態3の電界放出素子における絶縁
膜34及びフォーカス電極35は、実施の形態1の電界
放出素子の製造方法の[工程−100]において、スト
ライプ状のゲート電極13を形成した後、全面に、前述
の式(1)を満足するLG-F程度の厚さのSiO2から成
る絶縁膜34を成膜し、次いで、クロム(Cr)から成
るフォーカス電極形成用導電層をスパッタリング法にて
絶縁膜34上に形成した後、フォーカス電極形成用導電
層及び絶縁膜34をストライプ状にパターニングするこ
とによって得ることができる。
The insulating film 34 and the focus electrode 35 in the field emission device of the third embodiment are formed after the stripe-shaped gate electrode 13 is formed in [Step-100] of the method of manufacturing the field emission device of the first embodiment. Then, on the entire surface, an insulating film 34 of SiO 2 having a thickness of about LGF satisfying the above formula (1) is formed, and then a focus electrode forming conductive layer of chromium (Cr) is formed by sputtering. After being formed on the insulating film 34, the conductive layer for forming a focus electrode and the insulating film 34 can be obtained by patterning in a stripe shape.

【0086】尚、実施の形態3にて説明した電界放出素
子にあっては、ゲート電極13とフォーカス電極35の
垂直方向の位置関係を逆にしてもよい。即ち、(a)支
持体10及びカソード電極11上には、絶縁層12が形
成され、(b)絶縁層12上に、フォーカス電極35が
形成され、(c)絶縁層12及びフォーカス電極35上
に、絶縁膜34を介してゲート電極13が形成され、
(d)絶縁膜34及び絶縁層12には、ゲート電極13
に設けられた孔部14Aに連通した開口部14Bが設け
られ、(e)開口部14Bの底部に電子放出部が位置す
る構成とすることもできる。
In the field emission device described in the third embodiment, the vertical positional relationship between gate electrode 13 and focus electrode 35 may be reversed. That is, (a) the insulating layer 12 is formed on the support 10 and the cathode electrode 11, (b) the focus electrode 35 is formed on the insulating layer 12, and (c) the focus electrode 35 is formed on the insulating layer 12 and the focus electrode 35. In addition, a gate electrode 13 is formed via an insulating film 34,
(D) The gate electrode 13 is formed on the insulating film 34 and the insulating layer 12.
An opening 14B communicating with the hole 14A provided in the opening 14B is provided, and (e) the electron emitting portion may be located at the bottom of the opening 14B.

【0087】(実施の形態4)以下の実施の形態におい
ては、各種の電界放出素子の構造及びその製造方法につ
いて説明する。尚、以下に参照する図面においては、フ
ォーカス電極の図示を省略している。また、実施の形態
1にて説明したフォーカス電極を形成する例に基づき、
以下、説明するが、実施の形態2あるいは実施の形態3
にて説明したフォーカス電極を形成できることは云うま
でもない。
(Embodiment 4) In the following embodiments, structures of various field emission devices and a method of manufacturing the same will be described. In the drawings referred to below, illustration of a focus electrode is omitted. Further, based on the example of forming the focus electrode described in Embodiment 1,
Hereinafter, the second embodiment or the third embodiment will be described.
Needless to say, the focus electrode described in (1) can be formed.

【0088】実施の形態4は、クラウン型電界放出素子
から成る第1の構成を有する電界放出素子に関する。ク
ラウン型電界放出素子から成る電界放出素子の模式的な
一部端面図を図11の(A)に示し、一部を切り欠いた
模式的な斜視図を図11の(B)に示す。クラウン型電
界放出素子は、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13及び絶縁層12を貫通した開口
部114と、開口部14Bの底部に位置するカソード電
極11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。
Embodiment 4 relates to a field emission device having a first configuration composed of a crown type field emission device. FIG. 11A is a schematic partial end view of a field emission device including a crown-type field emission device, and FIG. 11B is a schematic perspective view in which a part is cut away. The crown-type field emission device includes a cathode electrode 11 formed on a support 10, an insulating layer 12 formed on the support 10 and the cathode electrode 11, a gate electrode 13 formed on the insulating layer 12, An opening 114 penetrates through the gate electrode 13 and the insulating layer 12 and a crown-type electron emitting portion 15A provided on the cathode electrode 11 located at the bottom of the opening 14B.

【0089】以下、クラウン型電界放出素子の製造方法
を、支持体等の模式的な一部端面図等である図10〜図
11を参照して説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing a crown type field emission device will be described with reference to FIGS.

【0090】[工程−400]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抑制するために、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。尚、このようなカソード電極の
構成を、他の電界放出素子のカソード電極に適用するこ
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、20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。
[Step-400] First, a striped cathode electrode 11 is formed on a support 10 made of, for example, glass. Note that the cathode electrode 11 extends in the left-right direction of the drawing. The striped cathode electrode 11
For example, after forming an ITO film over the entire surface to a thickness of about 0.2 μm on the support 10 by a sputtering method,
It can be formed by patterning an O film. The cathode electrode 11 may be a single material layer, or may be formed by laminating a plurality of material layers. For example, the surface layer of the cathode electrode 11 can be made of a material having a higher electrical resistivity than the rest in order to suppress the variation in the electron emission characteristics of each electron emission portion formed in a later step. Note that such a configuration of the cathode electrode can be applied to a cathode electrode of another field emission device. Next, an insulating layer 12 is formed on the support 10 and the cathode electrode 11. Here, as an example, a glass paste is screen-printed on the entire surface to a thickness of about 3 μm. Next, moisture and a solvent contained in the insulating layer 12 are removed,
Further, in order to flatten the insulating layer 12, for example, two-stage baking such as temporary baking at 100 ° C. for 10 minutes and main baking at 500 ° C. for 20 minutes are performed. Instead of the screen printing using the glass paste as described above, an SiO 2 film may be formed by, for example, a plasma CVD method.

【0091】次に、絶縁層12上に、ストライプ状のゲ
ート電極13及びフォーカス電極を形成する。尚、ゲー
ト電極13及びフォーカス電極は、図面の紙面垂直方向
に延びている。即ち、ゲート電極13及びフォーカス電
極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。
Next, a gate electrode 13 and a focus electrode in the form of stripes are formed on the insulating layer 12. The gate electrode 13 and the focus electrode extend in a direction perpendicular to the plane of the drawing. That is, the direction in which the projected images of the gate electrode 13 and the focus electrode extend is 90 degrees with the direction in which the projected image of the striped cathode electrode 11 extends.

【0092】[工程−410]次に、[工程−110]
と同様にして、ゲート電極13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1
2に開口部114を形成し、開口部14Bの底部にカソ
ード電極11を露出させる。開口部114の直径を約2
〜50μmとする。
[Step-410] Next, [Step-110]
The gate electrode 13 and the insulating layer 12 are
The gate electrode 13 and the insulating layer 1
2, an opening 114 is formed, and the cathode electrode 11 is exposed at the bottom of the opening 14B. The diameter of the opening 114 is about 2
5050 μm.

【0093】[工程−420]次に、ゲート電極13
上、フォーカス電極上、絶縁層12上、及び開口部11
4の側壁面上に剥離層51を形成する(図10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14B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えばよい。この時点で、開口部1
14の実質的な直径は、約1〜20μmに縮径される。
[Step-420] Next, the gate electrode 13
Above, on the focus electrode, on the insulating layer 12, and in the opening 11
A release layer 51 is formed on the side wall surface of No. 4 (FIG. 10A).
reference). In order to form the release layer 51, for example, a photoresist material may be applied to the entire surface by spin coating, and patterning may be performed to remove only a part of the bottom of the opening 14B. At this point, opening 1
The substantial diameter of 14 is reduced to about 1-20 μm.

【0094】[工程−430]次に、図10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
B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14Bの側壁面に沿って
迫り上がり、開口部14B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。
[Step-430] Next, as shown in FIG. 10B, a conductive composition layer 52 made of a composition material is formed on the entire surface. The composition raw material used here contains, for example, 60% by weight of graphite particles having an average particle size of about 0.1 μm as conductive particles, and 40% by weight of No. 4 water glass as a binder. This composition raw material is, for example, 1400 rpm,
Spin coating is performed on the entire surface for 10 seconds. Opening 14
The surface of the conductive composition layer 52 in B rises along the side wall surface of the opening 14B due to the surface tension of the composition raw material, and becomes concave toward the center of the opening 14B. Thereafter, calcination for removing moisture contained in the conductive composition layer 52 is performed, for example, at 400 ° C. for 30 minutes in the air.

【0095】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114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。
In the composition raw materials, the binder is (1)
It may itself be a dispersion medium of conductive particles,
(2) The conductive particles may be coated, or (3) a dispersion medium of the conductive particles may be formed by being dispersed or dissolved in an appropriate solvent. A typical example of the case (3) is water glass, which is described in Japanese Industrial Standard (JIS) K140.
Nos. 1 to 4 specified in No. 8 or equivalents thereof can be used. Nos. 1 to 4 are four-grade grades based on the difference in the number of moles (about 2 to 4 moles) of silicon oxide (SiO 2 ) with respect to 1 mole of sodium oxide (Na 2 O) as a constituent of water glass. , Each greatly differ in viscosity. Therefore, when using water glass in the lift-off process, various conditions such as the type and content of the conductive particles dispersed in the water glass, affinity with the release layer 51, and the aspect ratio of the opening 114 are taken into consideration. It is preferable to select the best grade of water glass or to prepare and use water glass equivalent to these grades.

【0096】バインダは一般に導電性に劣るので、組成
物原料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。
Since the binder is generally inferior in conductivity, if the content of the binder is too large relative to the content of the conductive particles in the composition raw material, the electric resistance value of the electron emitting portion 15A to be formed increases, There is a risk that electron emission will not be performed smoothly. Therefore, for example, in the case of a composition raw material obtained by dispersing carbon-based material particles as conductive particles in water glass, for example, the ratio of the carbon-based material particles to the total weight of the composition raw material is determined by the ratio of the electron emission portion 15A. It is preferable to select approximately 30 to 95% by weight in consideration of characteristics such as the electric resistance value, the viscosity of the composition raw material, and the adhesiveness between the conductive particles. By selecting the ratio of the carbon-based material particles within such a range, it is possible to sufficiently lower the electric resistance of the electron-emitting portion 15A to be formed and to maintain good adhesion between the carbon-based material particles. . However, when the alumina particles are mixed with the carbon-based material particles as the conductive particles, the adhesiveness between the conductive particles tends to decrease. Therefore, the carbon-based material particles may be adjusted according to the content of the alumina particles. Is preferably increased, and particularly preferably 60% by weight or more. The composition raw material may contain a dispersant for stabilizing the dispersed state of the conductive particles, and additives such as a pH adjuster, a drying agent, a curing agent, and a preservative. A composition raw material obtained by dispersing a powder in which conductive particles are covered with a coating of a binder (binder) in an appropriate dispersion medium may be used.

【0097】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。
As an example, when the diameter of the crown-shaped electron-emitting portion 15A is approximately 1 to 20 μm and carbon-based material particles are used as the conductive particles, the particle diameter of the carbon-based material particles is approximately 0.1 μm to 1 μm. It is preferable to set the range. By selecting the particle diameter of the carbon-based material particles in such a range, sufficiently high mechanical strength is provided at the edge of the crown-shaped electron emission portion 15A, and the adhesion of the electron emission portion 15A to the cathode electrode 11 is improved. It will be good.

【0098】[工程−440]次に、図10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
4B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14Bの中央部に向かって窪み、王冠状とな
る。[工程−440]が終了した時点における状態を、
図11に示す。図11の(B)は、電界放出素子の一部
を示す模式的な斜視図であり、図11の(A)は図11
の(B)の線A−Aに沿った模式的な一部端面図であ
る。図11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、5〜10
0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。
[Step-440] Next, as shown in FIG. 10C, the release layer 51 is removed. Peeling is 2% by weight
In sodium hydroxide aqueous solution for 30 seconds. At this time, the peeling may be performed while applying ultrasonic vibration. Thereby, together with the release layer 51, the release layer 5
1 is removed, and the opening 1 is removed.
Only the portion of the conductive composition layer 52 on the cathode electrode 11 exposed at the bottom of 4B is left. The remaining portion becomes the electron emission portion 15A. The shape of the electron-emitting portion 15A has a crown-like shape with its surface depressed toward the center of the opening 14B. The state at the end of [Step-440] is
As shown in FIG. FIG. 11B is a schematic perspective view showing a part of the field emission device, and FIG.
FIG. 3B is a schematic partial end view along line AA of FIG. In FIG. 11B, a part of the insulating layer 12 and the gate electrode 13 is cut away so that the entire electron emitting portion 15A can be seen. In one electron emission region, 5 to 10
It is sufficient to provide about 0 electron emitting portions 15A. The binder exposed on the surface of the electron-emitting portion 15A may be removed by etching so that the conductive particles are reliably exposed on the surface of the electron-emitting portion 15A.

【0099】[工程−450]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、フォーカス電極、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、フォーカス電極、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。
[Step-450] Next, the electron emitting portion 15A
Is fired. Baking is performed in dry air at 400 ° C., 30
Perform under the condition of minutes. In addition, what is necessary is just to select a baking temperature according to the kind of binder contained in a composition raw material. For example,
When the binder is an inorganic material such as water glass,
The heat treatment may be performed at a temperature at which the inorganic material can be fired. When the binder is a thermosetting resin, the heat treatment may be performed at a temperature at which the thermosetting resin can be cured. However, in order to maintain the adhesion between the conductive particles, it is preferable to perform the heat treatment at a temperature at which the thermosetting resin does not excessively decompose or carbonize. Regardless of which binder is used, the heat treatment temperature depends on the gate electrode, focus electrode, cathode electrode,
It is necessary that the temperature be such that no damage or defects occur in the insulating layer.
The heat treatment atmosphere should be an inert gas atmosphere so that the electrical resistivity of the gate electrode, focus electrode, and cathode electrode does not increase due to oxidation, or defects and damage do not occur in the gate electrode and the cathode electrode. preferable. When a thermoplastic resin is used as a binder, heat treatment may not be required.

【0100】(実施の形態5)実施の形態5は、扁平型
電界放出素子から成る第1の構成を有する電界放出素子
に関する。実施の形態5の電界放出素子の模式的な一部
断面図を、図12の(C)に示す。この扁平型電界放出
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及びフォーカス電極、ゲート電極13及
び絶縁層12を貫通した開口部114、並びに、開口部
14Bの底部に位置するカソード電極11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12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及びフォーカス電極は、図12の
(C)の紙面左右方向に延びている。カソード電極1
1、ゲート電極13及びフォーカス電極はクロム(C
r)から成る。電子放出部15B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、
電界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S
iCから成る抵抗体層60が設けられている。図12の
(C)に示した扁平型電界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14B
の底部に電子放出部15Bが設けられていればよい。
(Embodiment 5) Embodiment 5 relates to a field emission device having a first configuration composed of a flat field emission device. FIG. 12C shows a schematic partial cross-sectional view of the field emission device of the fifth embodiment. The flat field emission device includes a cathode electrode 11 formed on a support 10 made of, for example, glass, the support 10 and the cathode electrode 11.
The insulating layer 12 formed thereon, the gate electrode 13 and the focus electrode formed on the insulating layer 12, the opening 114 penetrating the gate electrode 13 and the insulating layer 12, and the cathode electrode located at the bottom of the opening 14B. 11 comprises a flat electron-emitting portion 15B. Here, the electron-emitting portion 15B is formed on the striped cathode electrode 11 extending in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. Further, the gate electrode 13 and the focus electrode extend in the left-right direction on the paper of FIG. Cathode electrode 1
1. The gate electrode 13 and the focus electrode are made of chrome (C
r). The electron emitting portion 15B is specifically formed of a thin layer made of graphite powder. Also,
In order to stabilize the operation of the field emission device and to make the electron emission characteristics uniform, an S
A resistor layer 60 made of iC is provided. In the flat field emission device shown in FIG. 12C, the resistor layer 60 and the electron emission portion 15B are formed over the entire surface of the cathode electrode 11, but such a structure is adopted. It is not limited, but the point is that at least the opening 14B
It is sufficient that the electron emitting portion 15B is provided at the bottom of the substrate.

【0101】以下、支持体等の模式的な一部断面図であ
る図12を参照して、実施の形態5の扁平型電界放出素
子の製造方法を説明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the flat field emission device according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG. 12 which is a schematic partial cross-sectional view of a support and the like.

【0102】[工程−500]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
パッタリング法にて形成した後、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12の(A)参照)。尚、カソード電極11は、
図12の紙面垂直方向に延びている。
[Step-500] First, on the support 10,
After a cathode electrode conductive material layer made of chromium (Cr) is formed by a sputtering method, the cathode electrode conductive material layer is patterned based on a lithography technique and a dry etching technique. Thus, the striped cathode electrode 11 can be formed on the support 10 (see FIG. 12A). The cathode electrode 11 is
It extends in the direction perpendicular to the paper surface of FIG.

【0103】[工程−510]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、全面にスパッタリング法にて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12の(B)参照)。
電子放出部15Bから電子が放出される。
[Step-510] Next, the cathode electrode 11
An electron emitting portion 15B is formed on the upper portion. Specifically, first, a resistor layer 60 made of SiC is formed on the entire surface by a sputtering method, and then an electron emission portion 15B made of a graphite powder paint is formed on the resistor layer 60 by a spin coating method. Then, the electron emission section 15B is dried.
Thereafter, the electron-emitting portion 15B and the resistor layer 60 are patterned according to a known method (see FIG. 12B).
Electrons are emitted from the electron emitting portion 15B.

【0104】[工程−520]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、スパッタリング法にて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、SiO 2層をC
VD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及びフォー
カス電極を絶縁層12上に形成する。
[Step-520] Next, the insulating layer 12 is formed on the entire surface.
To form Specifically, the electron-emitting portion 15B and the support
10 on, for example, SiO 2 by sputtering.TwoFrom
Is formed. The insulating layer 12 is made of glass
Screen printing of paste, SiO TwoLayer C
It can also be formed based on the method of forming by the VD method.
You. Thereafter, the stripe-shaped gate electrode 13 and the
A scum electrode is formed on the insulating layer 12.

【0105】[工程−530]次に、[工程−110]
と同様の方法に基づき、ゲート電極13及び絶縁層12
に開口部114を形成し、開口部14Bの底部に電子放
出部15Bを露出させる。その後、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。その後、絶縁層12を等方的にエッチング
し、ゲート電極13の孔部14Aの端部を露出させるこ
とが好ましい。こうして、図12の(C)に示した電界
放出素子を得ることができる。
[Step-530] Next, [Step-110]
The gate electrode 13 and the insulating layer 12 are formed based on the same method as described above.
An opening 114 is formed at the bottom, and the electron-emitting portion 15B is exposed at the bottom of the opening 14B. Thereafter, a heat treatment is performed at 400 ° C. for 30 minutes in order to remove the organic solvent in the electron emitting portion 15B. After that, it is preferable that the insulating layer 12 is isotropically etched to expose the end of the hole 14A of the gate electrode 13. Thus, the field emission device shown in FIG. 12C can be obtained.

【0106】(実施の形態6)実施の形態6は、実施の
形態5の電界放出素子の変形である。実施の形態6の扁
平型電界放出素子の模式的な一部断面図を、図13の
(C)に示す。図13の(C)に示す扁平型電界放出素
子においては、電子放出部15Bの構造が、図12の
(C)に示した実施の形態5の扁平型電界放出素子と若
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13を参照して、かかる実施の形態6の扁平型
電界放出素子の製造方法を説明する。
(Embodiment 6) Embodiment 6 is a modification of the field emission device of Embodiment 5. FIG. 13C is a schematic partial cross-sectional view of the flat field emission device according to the sixth embodiment. In the flat field emission device shown in FIG. 13C, the structure of the electron emitting portion 15B is slightly different from that of the flat field emission device of the fifth embodiment shown in FIG. Hereinafter, a method for manufacturing the flat field emission device according to the sixth embodiment will be described with reference to FIG. 13 which is a schematic partial cross-sectional view of a support and the like.

【0107】[工程−600]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リング法にて形成す
る。更に、全面にスパッタリング法にて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13の(A)参
照)。
[Step-600] First, a conductive material layer for a cathode electrode is formed on the support 10. Specifically, after a resist material layer (not shown) is formed on the entire surface of the support 10, the resist material layer where the cathode electrode is to be formed is removed. Thereafter, a cathode electrode conductive material layer made of chromium (Cr) is formed on the entire surface by a sputtering method. Further, a resistor layer 60 made of SiC is formed on the entire surface by a sputtering method, and then a graphite powder coating layer is formed on the resistor layer 60 by a spin coating method, and the graphite powder coating layer is dried. Thereafter, when the resist material layer is removed using a stripping solution, the cathode electrode conductive material layer, the resistor layer 60 and the graphite powder paint layer formed on the resist material layer are also removed. Thus, based on the so-called lift-off method, the cathode electrode 11,
A structure in which the resistor layer 60 and the electron emitting portion 15B (electron emitting layer) are stacked can be obtained (see FIG. 13A).

【0108】[工程−610]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及びフォーカス電極を形成する(図13の(B)
参照)。その後、[工程−110]と同様の方法に基づ
き、ゲート電極13及び絶縁層12に開口部114を形
成することによって、開口部14Bの底部に電子放出部
15Bを露出させる(図13の(C)参照)。その後、
絶縁層12を等方的にエッチングし、ゲート電極13の
孔部14Aの端部を露出させることが好ましい。開口部
14B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。
[Step-610] Next, the insulating layer 12 is formed on the entire surface.
Is formed, a gate electrode 13 and a focus electrode in the form of stripes are formed on the insulating layer 12 (FIG. 13B).
reference). Thereafter, based on the same method as in [Step-110], an opening 114 is formed in the gate electrode 13 and the insulating layer 12, thereby exposing the electron-emitting portion 15B at the bottom of the opening 14B ((C in FIG. 13). )reference). afterwards,
It is preferable that the insulating layer 12 is isotropically etched to expose the end of the hole 14A of the gate electrode 13. Electrons are emitted from the electron emission portion 15B provided on the surface of the cathode electrode 11 exposed at the bottom of the opening 14B.

【0109】(実施の形態7)実施の形態7も扁平型電
界放出素子に関する。実施の形態7における扁平型電界
放出素子の模式的な一部端面図を、図15の(B)に示
す。この実施の形態7の扁平型電界放出素子において
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。
Embodiment 7 Embodiment 7 also relates to a flat field emission device. FIG. 15B is a schematic partial end view of the flat field emission device according to the seventh embodiment. In the flat type field emission device according to the seventh embodiment, the electron emission portion 15C is formed of a carbon thin film formed based on a CVD method.

【0110】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/m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。
It is preferable to form the electron emission portion from a carbon thin film because the work function of carbon (C) is low and a high emission electron current can be achieved. In order to emit electrons from the carbon thin film, the carbon thin film may be placed in an appropriate electric field (for example, an electric field having an intensity of about 10 6 volt / m).

【0111】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(C
x)系あるいは(CFx)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。
When a resist material is used as an etching mask and plasma etching of a carbon thin film such as a diamond thin film is performed using oxygen gas,
As a reaction by-product in the etching reaction system, (C
A carbon-based polymer such as an (H x ) -based or (CF x ) -based polymer is generated as a deposition material. Generally, when a depositable substance is generated in an etching reaction system in plasma etching,
This deposited substance is deposited on the side wall surface of the resist material having a low ion incidence probability or on the processed end surface of the object to be etched to form a so-called side wall protective film. Contribute. However, when an oxygen gas is used as an etching gas, the sidewall protective film made of a carbon-based polymer is immediately removed by the oxygen gas even if formed. Also,
When oxygen gas is used as an etching gas,
The consumption of resist material is also severe. For these reasons, in the conventional oxygen plasma processing of a diamond thin film,
The dimensional conversion difference between the diamond thin film and the mask is large, and anisotropic processing is often difficult.

【0112】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、実施の形態7
の扁平型電界放出素子の製造においては、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。
In order to solve such a problem, for example, a configuration is adopted in which a carbon thin film selective growth region is formed on the surface of the cathode electrode, and an electron emitting portion made of a carbon thin film is formed on the carbon thin film selective growth region. I just need. That is, Embodiment 7
In the manufacture of the flat field emission device, a cathode electrode is formed on a support, a carbon thin film selective growth region is formed on the surface of the cathode electrode, and then a carbon thin film (electron emission region) is formed on the carbon thin film selective growth region. (Corresponding to a part).
The step of forming a carbon thin film selective growth region on the surface of the cathode electrode is referred to as a carbon thin film selective growth region forming step.

【0113】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。
Here, the carbon thin film selective growth region is preferably a portion of the cathode electrode on which metal particles are adhered on the surface or a portion of the cathode electrode on which a metal thin film is formed on the surface. In order to further secure the selective growth of the carbon thin film in the carbon thin film selective growth region, sulfur (S), boron (B)
Or it is desirable that phosphorus (P) is attached, and these substances are considered to act as a kind of catalyst,
Thereby, the selective growth of the carbon thin film can be further improved. The carbon thin film selective growth region may be formed on the surface of the portion of the cathode electrode located at the bottom of the opening. May be formed to extend to the surface of the portion. The carbon thin film selective growth region may be formed on the entire surface of the portion of the cathode electrode located at the bottom of the opening, or may be formed partially.

【0114】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
フェニルボロ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。
In the carbon thin film selective growth region forming step, the surface of the portion of the cathode electrode where the carbon thin film selective growth region is to be formed (hereinafter, may be simply referred to as the surface of the cathode electrode).
And a step of forming a metal thin film on the surface, thereby selectively growing a carbon thin film comprising a portion of the cathode electrode having the metal particles attached to the surface or the metal thin film formed on the surface. Preferably, an area is obtained.
In this case, in order to further ensure the selective growth of the carbon thin film in the carbon thin film selective growth region, sulfur (S), boron (B) or phosphorus (P) is added to the surface of the carbon thin film selective growth region. It is desirable that the carbon thin film be adhered, so that the selective growth of the carbon thin film can be further improved. As a method of attaching sulfur, boron or phosphorus to the surface of the carbon thin film selective growth region, for example, a compound layer made of a compound containing sulfur, boron or phosphorus is formed on the surface of the carbon thin film selective growth region, and then, for example, heating is performed. By subjecting the compound layer to treatment, the compound constituting the compound layer is decomposed to leave sulfur, boron, or phosphorus on the surface of the carbon thin film selective growth region. Examples of compounds containing sulfur include thionaphthene, thiophthene, and thiophene. Examples of the compound containing boron include triphenylboron. Examples of the phosphorus-containing compound include triphenylphosphine.

【0115】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。
Alternatively, in order to further ensure the selective growth of the carbon thin film in the carbon thin film selective growth region,
After attaching metal particles to the surface of the cathode electrode or forming a metal thin film, it is desirable to remove metal oxide (so-called natural oxide film) on the surface of the metal particles or the surface of the metal thin film. The removal of metal oxide on the surface of metal particles or the surface of a metal thin film can be performed, for example, by a microwave plasma method in a hydrogen gas atmosphere, a trans-coupled plasma method, an inductively-coupled plasma method, an electron cyclotron resonance plasma method, an RF plasma method, or the like. It is preferable to perform the plasma reduction process based on the above, a sputtering process in an argon gas atmosphere, or a cleaning process using an acid or a base such as hydrofluoric acid. In the case where a step of adhering sulfur, boron or phosphorus to the surface of the carbon thin film selective growth region, or a step of removing metal oxide on the surface of the metal particles or the surface of the metal thin film, an opening is formed in the insulating layer. It is preferable to perform these steps after the provision and before the formation of the carbon thin film on the carbon thin film selective growth region.

【0116】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。
As a method of attaching metal particles to the surface of the cathode electrode in order to obtain the carbon thin film selective growth region, for example, a region other than the cathode electrode region where the carbon thin film selective growth region is to be formed is made of an appropriate material (for example, After forming a layer composed of a solvent and metal particles on the surface of the portion of the cathode electrode where the carbon thin film selective growth region is to be formed in a state covered with the mask layer), a method of removing the solvent and leaving the metal particles is given. Can be. Alternatively, as a step of attaching metal particles to the surface of the cathode electrode, for example, in a state where a region other than the region of the cathode electrode where the carbon thin film selective growth region is to be formed is covered with an appropriate material (for example, a mask layer), After the metal compound particles containing metal atoms constituting the metal particles are attached to the surface of the cathode electrode, the metal compound particles are decomposed by heating, thereby comprising a portion of the cathode electrode with the metal particles attached to the surface. A method for obtaining a carbon thin film selective growth region can be mentioned. In this case, specifically, a method of forming a layer comprising a solvent and metal compound particles on the surface of the portion of the cathode electrode where the carbon thin film selective growth region is to be formed, and then removing the solvent to leave the metal compound particles is exemplified. can do. The metal compound particles include a metal halide constituting the metal particles (e.g., iodide, chloride,
It is preferable to be made of at least one material selected from the group consisting of bromide, etc.), oxides, hydroxides and organometallics. In these methods, at an appropriate stage, a material (for example, a mask layer) covering a region other than the region of the cathode electrode where the carbon thin film selective growth region is to be formed is removed.

【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
メッキ法や無電解メッキ法といったメッキ法、MOCV
D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極スパッタリング法、直流スパッタリング
法、直流マグネトロンスパッタリング法、高周波スパッ
タリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンビ
ームスパッタリング法、バイアススパッタリング法等の
各種スパッタリング法、(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。
As a method for forming a metal thin film on the surface of the cathode electrode in order to obtain a carbon thin film selective growth region, for example, a region other than the cathode electrode region where the carbon thin film selective growth region is to be formed is coated with an appropriate material. Plating method such as electrolytic plating method and electroless plating method in the state, MOCV
Known methods such as a CVD method (chemical vapor deposition method) including the D method and a physical vapor deposition method (PVD method, Physical Vapor Deposition method) can be used. Examples of physical vapor deposition methods include (a) electron beam heating, resistance heating, various vacuum evaporation methods such as flash evaporation, (b) plasma evaporation, (c) two-electrode sputtering, DC sputtering, Various sputtering methods such as direct current magnetron sputtering method, high frequency sputtering method, magnetron sputtering method, ion beam sputtering method, bias sputtering method, etc., (d) DC (direct current)
, An RF method, a multi-cathode method, an activation reaction method, an electric field vapor deposition method, a high-frequency ion plating method, a reactive ion plating method and the like.

【0118】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。
Here, the metal particles or metal thin films are made of molybdenum (Mo), nickel (Ni), titanium (T
i), chromium (Cr), cobalt (Co), tungsten (W), zirconium (Zr), tantalum (Ta),
Iron (Fe), copper (Cu), platinum (Pt) and zinc (Z
Preferably, it is composed of at least one metal selected from the group consisting of n).

【0119】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、平行平板型CVD装置を用いた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。
Examples of the carbon thin film include a graphite thin film, an amorphous carbon thin film, a diamond-like carbon thin film, and a fullerene thin film. As a method of forming a carbon thin film, a microwave plasma method, a trans-coupled plasma method, an inductively-coupled plasma method, an electron cyclotron resonance plasma method, a CVD method based on an RF plasma method, etc., and a CVD method using a parallel plate type CVD apparatus are used. Examples can be given. The form of the carbon thin film includes not only a thin film but also carbon whiskers and carbon nanotubes (including hollow and solid).

【0120】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。
The structure of the cathode electrode may be a single-layer structure of a conductive material layer, a lower conductive material layer, a resistor layer formed on the lower conductive material layer, and a resistor layer formed on the resistor layer. It is also possible to adopt a three-layer structure of the upper conductive material layer formed. In the latter case, a carbon thin film selective growth region is formed on the surface of the upper conductive material layer. Thus, by providing the resistor layer, the electron emission characteristics in the electron emission portion can be made uniform.

【0121】以下、支持体等の模式的な一部端面図であ
る図14及び図15を参照して、実施の形態7の扁平型
電界放出素子の製造方法の一例を説明する。
Hereinafter, an example of a method of manufacturing the flat field emission device according to the seventh embodiment will be described with reference to FIGS. 14 and 15, which are schematic partial end views of a support and the like.

【0122】[工程−700]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、例えばスパッタリング法により形成された厚さ約
0.2μmのクロム(Cr)層から成る。
[Step-700] First, a conductive material layer for a cathode electrode is formed on a support 10 made of, for example, glass, and then the conductive material layer for a cathode electrode is patterned based on a well-known lithography technique and RIE method. As a result, the striped cathode electrode 11 is
0. The striped cathode electrode 11
It extends in the horizontal direction of the drawing. Cathode electrode 11
Consists of a chromium (Cr) layer having a thickness of about 0.2 μm formed by, for example, a sputtering method.

【0123】[工程−710]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。
[Step-710] Thereafter, the insulating layer 1 is formed on the entire surface, specifically, on the support 10 and the cathode electrode 11.
Form 2

【0124】[工程−720]次いで、ストライプ状の
ゲート電極13及びフォーカス電極を絶縁層12上に形
成した後、[工程−110]と同様の方法に基づき、ゲ
ート電極13及び絶縁層12に開口部114を形成し、
開口部14Bの底部にカソード電極11を露出させる
(図14の(A)参照)。ストライプ状のゲート電極1
3及びフォーカス電極は図面の紙面垂直方向に延びてい
る。開口部114の平面形状は、例えば直径1μm〜3
0μmの円形である。開口部114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。
[Step-720] Next, after forming the gate electrode 13 and the focus electrode in the form of stripes on the insulating layer 12, an opening is formed in the gate electrode 13 and the insulating layer 12 by the same method as in [Step-110]. Forming a portion 114;
The cathode electrode 11 is exposed at the bottom of the opening 14B (see FIG. 14A). Striped gate electrode 1
The reference numeral 3 and the focus electrode extend in the direction perpendicular to the plane of the drawing. The planar shape of the opening 114 is, for example, 1 μm to 3 μm in diameter.
It is a circle of 0 μm. For example, one to 3,000 openings 114 may be formed in a region (electron emission region) for one pixel.

【0125】[工程−730]次に、開口部14B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14B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14B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14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
114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14B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14Bの
底部に位置するカソード電極11の一部分、開口部11
4の側壁、ゲート電極13、フォーカス電極及び絶縁層
12を被覆している。これによって、次の工程で、開口
部14B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。
[Step-730] Next, the electron emitting portion 15C is placed on the cathode electrode 11 exposed at the bottom of the opening 14B.
To form Specifically, first, the carbon thin film selective growth region 70 is formed on the surface of the cathode electrode 11 located at the bottom of the opening 14B. For this purpose, first, a mask layer 71 in which the surface of the cathode electrode 11 is exposed is formed at the center of the bottom of the opening 14B (see FIG. 14B). Specifically, after a resist material layer is formed on the entire surface including the inside of the opening 114 by a spin coating method, holes are formed in the resist material layer located at the center of the bottom of the opening 14B based on lithography technology. By forming, the mask layer 71
Can be obtained. The mask layer 71 includes a portion of the cathode electrode 11 located at the bottom of the opening 14B,
4, the gate electrode 13, the focus electrode, and the insulating layer 12. Thereby, in the next step, a carbon thin film selective growth region is formed on the surface of the cathode electrode 11 located at the center of the bottom of the opening 14B, but the cathode electrode 11 and the gate electrode 13 are short-circuited by metal particles. Can be reliably prevented.

【0126】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15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。
Next, metal particles are deposited on the mask layer 71 including the exposed surface of the cathode electrode 11. Specifically, a solution in which nickel (Ni) fine particles are dispersed in a polysiloxane solution (isopropyl alcohol is used as a solvent) is applied to the entire surface by spin coating to form a cathode thin film selective growth region 70. Electrode 11
A layer composed of a solvent and metal particles is formed on the surface of the portion.
Thereafter, the mask layer 71 is removed, the solvent is removed by heating to about 400 ° C., and the metal particles 72 are left on the exposed surface of the cathode electrode 11, whereby the carbon thin film selective growth region 70 can be obtained. (See FIG. 15A). The polysiloxane is exposed on the exposed cathode electrode 1.
1 has a function of fixing the metal particles 72 to the surface (so-called adhesive function).

【0127】[工程−740]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15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1に例示する。
[Step-740] Thereafter, a carbon thin film 73 having a thickness of about 0.2 μm is formed on the carbon thin film selective growth region 70 to obtain the electron emitting portion 15C. This state is shown in FIG. The conditions for forming the carbon thin film 73 based on the microwave plasma CVD method are exemplified in Table 1 below.

【0128】[表1] [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[Table 1] [Film formation conditions for carbon thin film] Gas used: CH 4 / H 2 = 100/10 SCCM Pressure: 1.3 × 10 3 Pa Microwave power: 500 W (13.56 MHz) Film formation temperature: 500 ゜ C

【0129】尚、カソード電極11を形成した後、例え
ば、リフトオフ法に基づき、カソード電極11の上に炭
素薄膜選択成長領域70を形成し、その後、[工程−7
10]、[工程−720]、[工程−740]を実行し
てもよい。
After the cathode electrode 11 is formed, a carbon thin film selective growth region 70 is formed on the cathode electrode 11 based on, for example, a lift-off method.
10], [Step-720], and [Step-740].

【0130】(実施の形態8)実施の形態8は、平面型
電界放出素子から成る第2の構成を有する電界放出素子
に関する。実施の形態8の平面型電界放出素子の模式的
な一部断面図を、図16の(C)に示す。この平面型電
界放出素子は、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及
びフォーカス電極、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114から成る。カソード電極11は、図16の
(C)の紙面垂直方向に延び、ゲート電極13及びフォ
ーカス電極は、図16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14Bの
底部に露出したカソード電極11の部分が電子放出部1
5Dに相当する。
(Eighth Embodiment) An eighth embodiment relates to a field emission device having a second structure composed of a flat field emission device. FIG. 16C is a schematic partial cross-sectional view of the planar field emission device according to the eighth embodiment. This flat-type field emission device includes a stripe-shaped cathode electrode 11 formed on a support 10 made of, for example, glass, and a support 10.
And an insulating layer 12 formed on the cathode electrode 11, a stripe-shaped gate electrode 13 and a focus electrode formed on the insulating layer 12, and the gate electrode 13 and the insulating layer 12; Consists of an exposed opening 114. The cathode electrode 11 extends in the direction perpendicular to the plane of FIG. 16C, and the gate electrode 13 and the focus electrode extend in the horizontal direction of the plane of FIG. 16C. The cathode electrode 11 is made of chromium (Cr), and the insulating layer 12 is made of SiO 2 . Here, the portion of the cathode electrode 11 exposed at the bottom of the opening 14B is the electron-emitting portion 1
5D.

【0131】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、実施の形態8の平面型電界放出素
子の製造方法を説明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the flat field emission device according to the eighth embodiment will be described with reference to FIG. 16, which is a schematic partial cross-sectional view of a support and the like.

【0132】[工程−800]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リング法に
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16の
(A)参照)。尚、カソード電極11は、図16の紙面
垂直方向に延びている。
[Step-800] First, the cathode electrode 11 functioning as the electron-emitting portion 15D is formed on the support. Specifically, after a cathode electrode conductive material layer made of chromium (Cr) is formed on the support 10 by a sputtering method, the cathode electrode conductive material layer is patterned based on a lithography technique and a dry etching technique. Thereby, the stripe-shaped cathode electrode 11 is formed.
Can be formed on the support 10 (see FIG. 16A). The cathode electrode 11 extends in a direction perpendicular to the plane of the paper of FIG.

【0133】[工程−810]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。
[Step-810] Next, an insulating layer 12 made of SiO 2 is formed on the support 10 and the cathode electrode 11 by, eg, CVD. Note that the insulating layer 12 can also be formed from a glass paste based on a screen printing method.

【0134】[工程−820]その後、ストライプ状の
ゲート電極13及びフォーカス電極を絶縁層12上に形
成する(図16の(B)参照)。尚、ゲート電極13及
びフォーカス電極は、図16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及びフォーカス電極を絶縁層12上に、直接
形成することもできる。
[Step-820] Thereafter, a gate electrode 13 and a focus electrode in the form of stripes are formed on the insulating layer 12 (see FIG. 16B). The gate electrode 13 and the focus electrode extend in the left-right direction on the paper of FIG. For example, the gate electrode 13 and the focus electrode in a stripe shape can be directly formed on the insulating layer 12 by a screen printing method.

【0135】[工程−830]次に、[工程−110]
と同様の方法に基づき、ゲート電極13及び絶縁層12
に開口部114を形成し、開口部14B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16の(C)参照)。その後、絶縁層12を等方
的にエッチングし、ゲート電極13の孔部14Aの端部
を露出させることが好ましい。
[Step-830] Next, [Step-110]
The gate electrode 13 and the insulating layer 12 are formed based on the same method as described above.
An opening 114 is formed at the bottom, and the cathode electrode 11 functioning as the electron-emitting portion 15D is exposed at the bottom of the opening 14B (see FIG. 16C). After that, it is preferable that the insulating layer 12 is isotropically etched to expose the end of the hole 14A of the gate electrode 13.

【0136】(実施の形態9)実施の形態9の電界放出
素子は、実施の形態8の電界放出素子の変形である。図
17の(A)に模式的な一部断面図を示す実施の形態9
の平面型電界放出素子が図16の(C)に示した実施の
形態8の平面型電界放出素子と相違する点は、開口部1
4B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。このような実施の形態9の平面型電界放出
素子は、以下の製造方法にて製造することができる。
Ninth Embodiment A field emission device according to a ninth embodiment is a modification of the field emission device according to the eighth embodiment. Embodiment 9 showing a schematic partial cross-sectional view in FIG.
Is different from the planar field emission device of the eighth embodiment shown in FIG.
The point is that minute uneven portions 11A are formed on the surface (corresponding to the electron emission portion) of the cathode electrode 11 exposed at the bottom of 4B. Such a flat field emission device according to the ninth embodiment can be manufactured by the following manufacturing method.

【0137】[工程−900]先ず、[工程−800]
〜[工程−820]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及び
フォーカス電極を絶縁層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、スパッタリング法
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、TEOS(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及びフォーカス電極を形成する。ここまでのプロ
セスが終了した状態は、実質的に、図16の(B)に示
したと同様である。
[Step-900] First, [Step-800]
To [Step-820], a stripe-shaped cathode electrode 11 is formed on the support 10 and an insulating layer 12 is formed on the entire surface. Form on top. That is, a tungsten layer having a thickness of about 0.2 μm is formed on a support 10 made of, for example, glass by a sputtering method, and the tungsten layer is patterned in a stripe shape according to a normal procedure to form a cathode electrode 11. I do. Next, an insulating layer 12 is formed on the support 10 and the cathode electrode 11. The insulating layer 12 can be formed by a CVD method using TEOS (tetraethoxysilane) as a source gas. Further, a gate electrode 13 and a focus electrode are formed on the insulating layer 12. The state in which the process up to this point has been completed is substantially the same as that shown in FIG.

【0138】[工程−910]次に、[工程−830]
と同様にして、ゲート電極13及び絶縁層12に開口部
114を形成し、開口部14Bの底部にカソード電極1
1を露出させる。その後、開口部14B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SF 6を用い、カソード電極11を構成する
タングステン結晶粒のエッチング速度よりも粒界のエッ
チング速度の方が早くなるような条件を設定してRIE
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。
[Step-910] [Step-830]
In the same manner as described above, an opening is formed in the gate electrode 13 and the insulating layer 12.
114 is formed, and the cathode electrode 1 is formed at the bottom of the opening 14B.
Expose 1 Then, it is exposed at the bottom of the opening 14B.
A minute uneven portion 11A is formed on the cathode electrode 11
I do. When forming the minute uneven portion 11A, etching is performed.
SF as gas 6To form the cathode electrode 11
The etching rate of the grain boundary is lower than the etching rate of the tungsten crystal grain.
RIE by setting conditions such that the chining speed is faster
Dry etching based on the method is performed. As a result, the tongue
Small irregularities with dimensions almost reflecting the crystal grain size of stainless steel
The portion 11A can be formed.

【0139】このような実施の形態9の平面型電界放出
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
14Bの底部に単に平滑なカソード電極11が露出して
いる実施の形態8の平面型電界放出素子に比べて、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17の(A)に示した実施の形態9の平面型電
界放出素子によれば、ゲート電極13とカソード電極1
1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。
In the configuration of the flat field emission device according to the ninth embodiment, a large electric field is applied from the gate electrode 13 to the minute uneven portion 11A of the cathode electrode 11, more specifically, the convex portion of the minute uneven portion 11A. Is added. At this time, since the electric field concentrated on the convex portion is larger than when the surface of the cathode electrode 11 is smooth, electrons are efficiently emitted from the convex portion by the quantum tunnel effect. Therefore, compared to the flat field emission device according to the eighth embodiment in which the smooth cathode electrode 11 is simply exposed at the bottom of the opening 14B, an improvement in luminance when incorporated in a display device can be expected. Therefore, according to the planar field emission device of the ninth embodiment shown in FIG.
Even if the potential difference between the two is relatively small, a sufficient emission electron current density can be obtained, and a high luminance display device can be achieved. Alternatively, the gate voltage required to achieve the same luminance may be low, so that low power consumption can be achieved.

【0140】尚、絶縁層12をエッチングすることによ
って開口部を形成し、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114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14B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14B
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。
The opening is formed by etching the insulating layer 12 and then the minute uneven portion 11A is formed in the cathode electrode 11 based on the anisotropic etching technique. Thereby, it is also possible to form the minute uneven portions 11A at the same time. That is, when the insulating layer 12 is etched, anisotropic etching conditions under which a certain degree of ion sputtering action can be expected are adopted, and the etching is continued even after the opening 14B having the vertical wall is formed. Part 14B
The minute uneven portion 11A can be formed in the portion of the cathode electrode 11 exposed at the bottom of the substrate. After that, isotropic etching of the insulating layer 12 may be performed.

【0141】また、[工程−900]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リング法にて形成した後、
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−810]〜[工程−830]と同様
の工程を実行することによって、図17の(A)に示し
たと同様の電界放出素子を作製することもできる。
In the same step as [Step-900], after forming a cathode conductive material layer made of tungsten on the support 10 by a sputtering method,
After patterning the conductive material layer for a cathode electrode based on a lithography technique and a dry etching technique, and then forming minute irregularities 11A on the surface of the conductive material layer for a cathode electrode, [Step-810] to [Step-830] By performing similar steps, a field emission device similar to that shown in FIG. 17A can be manufactured.

【0142】あるいは又、[工程−900]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リング法にて形成し
た後、カソード電極用導電材料層の表面に微小凹凸部1
1A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−810]〜[工程−830]
と同様の工程を実行することによって、図17の(A)
に示したと同様の電界放出素子を作製することもでき
る。
Alternatively, in the same step as in [Step-900], a cathode conductive material layer made of tungsten is formed on the support 10 by a sputtering method, and then formed on the surface of the cathode electrode conductive material layer. Small irregularities 1
After forming 1A and then patterning the cathode electrode conductive material layer based on the lithography technique and the dry etching technique, [Step-810] to [Step-830]
By performing the same steps as in (A) of FIG.
A field emission device similar to that shown in FIG.

【0143】図17の(B)には、図17の(A)に示
した電界放出素子の変形例を示す。図17の(B)に示
す電界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
電界放出素子を形成するには、[工程−910]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14Bの中央部近傍の電界
強度を一層高めることができる。
FIG. 17B shows a modification of the field emission device shown in FIG. In the field emission device shown in FIG. 17B, the average height position of the tip of the minute uneven portion 11A is closer to the support 10 than the lower surface position of the insulating layer 12 (that is, the height is lower). Is). To form such a field emission device, the duration of the dry etching in [Step-910] may be extended. According to such a configuration, the electric field intensity near the center of the opening 14B can be further increased.

【0144】図18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
電界放出素子を示す。
FIG. 18 shows a flat field emission device in which a coating layer 11B is formed on the surface of the cathode electrode 11 corresponding to the electron emission portion (more specifically, on at least the minute uneven portion 11A).

【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。
The coating layer 11B is preferably made of a material having a work function Φ smaller than that of the material forming the cathode electrode 11. The material to be selected depends on the work of the material forming the cathode electrode 11. It may be determined based on the function, the potential difference between the gate electrode 13 and the cathode electrode 11, the required magnitude of the emitted electron current density, and the like.
As a constituent material of the coating layer 11B, amorphous diamond can be exemplified. When the coating layer 11B is formed using amorphous diamond, 5 × 10
An emission electron current density required for a display device can be obtained at an electric field strength of 7 V / m or less.

【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。
The thickness of the coating layer 11B is
Should be selected to reflect the This is because the concave portion of the minute uneven portion 11A is buried by the coating layer 11B, and the surface of the electron emission portion is smoothed.
This is because the meaning of providing is lost. Therefore, depending on the size of the minute uneven portion 11A, for example, when the minute uneven portion 11A is formed by reflecting the crystal grain size of the electron-emitting portion, the thickness of the coating layer 11B is set to about 30 to 100 nm. Is preferably selected. When the average height position of the tip portion of the minute uneven portion 11A is lower than the lower surface position of the insulating layer 12, strictly speaking, the average height position of the tip portion of the coating layer 11B is set to the lower surface position of the insulating layer 12. It is more preferable that the temperature is lower than the above.

【0147】具体的には、[工程−810]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11B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。
More specifically, after [Step-810], a coating layer 11B made of amorphous diamond may be formed on the entire surface by, eg, CVD. In addition, the coating layer 11B
Is also deposited on a resist layer (not shown) formed on the gate electrode 13 and the insulating layer 12, but this deposited portion is removed at the same time when the resist layer is removed. The coating layer 11B can be formed based on a CVD method using, for example, a CH 4 / H 2 mixed gas or a CO / H 2 mixed gas as a raw material gas. The layer 11B is formed.

【0148】あるいは又、[工程−800]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リング法にて形成し
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11
Aを形成し、次いで、被覆層11Bを形成した後、[工
程−810]〜[工程−830]と同様の工程を実行す
ることによって、図18に示す電界放出素子を作製する
こともできる。
Alternatively, in the same step as [Step-800], a cathode conductive material layer made of tungsten is formed on the support 10 by a sputtering method, and then the cathode is formed based on a lithography technique and a dry etching technique. The conductive material layer for the electrode is patterned, and then the fine irregularities 11 are formed on the surface of the conductive material layer for the cathode electrode.
After forming A and then forming the coating layer 11B, by performing the same steps as [Step-810] to [Step-830], the field emission device shown in FIG. 18 can also be manufactured.

【0149】あるいは又、[工程−800]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リング法にて形成し
た後、カソード電極用導電材料層の表面に微小凹凸部1
1A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11B、カソード電極用導電材料層をパターニングし
た後、[工程−810]〜[工程−830]と同様の工
程を実行することによって、図18に示す電界放出素子
を作製することもできる。
Alternatively, in the same step as in [Step-800], a cathode conductive material layer made of tungsten is formed on the support 10 by a sputtering method, and then formed on the surface of the cathode electrode conductive material layer. Small irregularities 1
After forming 1A and then forming the covering layer 11B, the covering layer 11B and the conductive material layer for the cathode electrode are patterned based on the lithography technique and the dry etching technique, and then [Step-810] to [Step-830]. By performing similar steps, the field emission device shown in FIG. 18 can be manufactured.

【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。
Alternatively, as the material constituting the coating layer, a material may be appropriately selected such that the secondary electron gain δ of such a material is larger than the secondary electron gain δ of the conductive material constituting the cathode electrode. it can.

【0151】尚、図16の(C)に示した平面型電界放
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−8
30]の後、開口部14B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−800]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。
Incidentally, the electron emission portion 15D (the surface of the cathode electrode 11) of the flat field emission device shown in FIG.
May be formed with a coating layer. In this case, [Step-8]
30], the coating layer 11B may be formed on the surface of the cathode electrode 11 exposed at the bottom of the opening 14B.
After forming a cathode electrode conductive material layer thereon, forming a coating layer 11B on the cathode electrode conductive material layer,
Based on lithography technology and dry etching technology,
These layers may be patterned.

【0152】(実施の形態10)実施の形態10は、ク
レータ型電界放出素子から成る第2の構成を有する電界
放出素子に関する。実施の形態10のクレータ型電界放
出素子の模式的な一部断面図を、図22の(B)に示
す。実施の形態10のクレータ型電界放出素子において
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21の(B)に示す。
(Embodiment 10) Embodiment 10 relates to a field emission device having a second configuration composed of a crater type field emission device. FIG. 22B is a schematic partial cross-sectional view of the crater type field emission device according to the tenth embodiment. In the crater type field emission device of the tenth embodiment, a cathode electrode 111 having a plurality of raised portions 111A for emitting electrons and a concave portion 111B surrounded by each raised portion 111A is provided on a support 10. I have. Note that FIG. 21B is a schematic perspective view in which the insulating layer 12 and the gate electrode 13 have been removed.

【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界放出
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。
The shape of the concave portion is not particularly limited, but typically forms a substantially spherical surface. This is because a sphere is used in the method for manufacturing the crater type field emission device, and the concave portion 111B is used.
Is formed to reflect a part of the shape of the sphere. Therefore, when the concave portion 111B forms a substantially spherical surface, the raised portion 111A surrounding the concave portion 111B has an annular shape. In this case, the concave portion 111B and the raised portion 111A have a shape like a crater or a caldera as a whole. Since the raised portion 111A is a portion that emits electrons, it is particularly preferable that the tip portion 111C is sharp from the viewpoint of increasing the electron emission efficiency. Tip 11 of ridge 111A
Even if the profile of 1C has irregular irregularities,
Alternatively, it may be smooth. The arrangement of the protrusions 111A within one pixel may be regular or random. In addition, the concave portion 111B may be surrounded by a raised portion 111A continuous along the circumferential direction of the concave portion 111B, or in some cases, may be surrounded by a discontinuous raised portion 111A along the circumferential direction of the concave portion 111B. You may.

【0154】このようなクレータ型電界放出素子の製造
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。
In such a method of manufacturing a crater-type field emission device, the step of forming a striped cathode electrode on a support is, more specifically, a step of supporting the striped cathode electrode covering a plurality of spheres. Forming on the body, removing the sphere, removing the portion of the cathode electrode covering the sphere, and thereby, a plurality of ridges emitting electrons, surrounded by each ridge, and the sphere Forming a cathode electrode having a concave portion reflecting a part of the shape of the cathode electrode.

【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。
It is preferable to remove the sphere by a change in the state of the sphere and / or a chemical change. Here, the state change and / or chemical change of the sphere means a change such as expansion, sublimation, foaming, gas generation, decomposition, combustion, and carbonization, or a combination thereof. For example, if the sphere is made of an organic material, it is more preferable to remove the sphere by burning it. It should be noted that the removal of the sphere and the removal of the portion of the cathode electrode covering the sphere need not necessarily occur simultaneously. For example, when a part of the sphere remains after removing the part of the cathode electrode covering the sphere, the remaining sphere may be removed later.

【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。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。
In particular, when the sphere is made of an organic material, when the sphere is burned, for example, carbon monoxide, carbon dioxide, and water vapor are generated, the pressure in the closed space near the sphere increases, and the cathode electrode near the sphere is Explodes when a certain pressure limit is exceeded. Due to the force of the rupture, the portion of the cathode electrode covering the sphere is scattered to form a raised portion and a concave portion, and the sphere is removed. At this time, since the initial process of burning the sphere proceeds in the closed space, a part of the sphere may be carbonized. It is preferable that the thickness of the portion of the cathode electrode covering the sphere be thin enough to be scattered by bursting.

【0157】後述する実施の形態12におけるクレータ
型電界放出素子においても、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、実
施の形態12においては、実施の形態10におけるクレ
ータ型電界放出素子と異なり、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。
In the crater-type field emission device according to Embodiment 12 to be described later, the sphere can be removed by a change in the state and / or a chemical change of the sphere. Sometimes it is easier to do so. Here, the external force is a physical force such as a blowing pressure of air or an inert gas, a blowing pressure of a cleaning liquid, a magnetic attraction force, an electrostatic force, a centrifugal force, or the like. In the twelfth embodiment, unlike the crater-type field emission device according to the tenth embodiment, there is no need to scatter the cathode electrode in a portion that covers the sphere, so that there is an advantage that a residue of the cathode electrode hardly occurs. .

【0158】後述する実施の形態12におけるクレータ
型電界放出素子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。実施の形態12におけるクレ
ータ型電界放出素子において、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。実施の形態12に
おけるクレータ型電界放出素子にあっては、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。
The sphere used in the crater-type field emission device according to the twelfth embodiment described later has at least a surface made of a material having a higher interfacial tension (surface tension) than the interfacial tension (surface tension) of the material forming the cathode electrode. Preferably, it is configured. In the crater-type field emission device according to Embodiment 12, at least the surface of the sphere only needs to satisfy this condition regarding interfacial tension. In other words, the portion having an interfacial tension higher than the interfacial tension of the cathode electrode may be only the surface of the sphere or the whole, and the surface of the sphere and / or the entire constituent material may be inorganic. Any of a material, an organic material, or a combination of an inorganic material and an organic material may be used. In the crater-type field emission device according to the twelfth embodiment, when the cathode electrode and the like are made of a normal metal-based material, the surface of the metal-based material has a hydroxyl group derived from adsorbed moisture, and the surface of the insulating layer has Is generally in a state of high hydrophilicity, in which a hydroxyl group derived from a dangling bond of an Si—O bond and adsorbed moisture is present. Therefore, it is particularly effective to use a sphere having a hydrophobic surface treatment layer. As a constituent material of the hydrophobic surface treatment layer, a fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene can be used. When the sphere has a hydrophobic surface treatment layer, the inside of the hydrophobic surface treatment layer is referred to as a core material, and the core material is made of a polymer material other than glass, ceramics, and fluororesin. Any of these may be used.

【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。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。
The organic material constituting the sphere is not particularly limited, but a general-purpose polymer material is preferable. However, in the case of a polymer material having an extremely high degree of polymerization or an extremely large content of multiple bonds, the combustion temperature becomes too high, and the cathode electrode may be adversely affected when the sphere is removed by combustion. Therefore, it is preferable to select a polymer material that can be burned or carbonized at a temperature at which there is no risk of adversely affecting these materials. Representative polymer materials include styrene, urethane, acrylic, vinyl, divinylbenzene, melamine, formaldehyde, and polymethylene homopolymers and copolymers. Alternatively, a fixed-type sphere having an adhesive force may be used as the sphere in order to secure a reliable arrangement on the support. As the fixed type sphere, a sphere made of an acrylic resin can be exemplified.

【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。実施の形態
10のクレータ型電界放出素子において、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、実施の形態10のクレータ型電界放出素
子において、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。
Alternatively, for example, a heat-expandable microsphere encapsulated with vinylidene chloride-acrylonitrile copolymer as an outer shell, isobutane as a foam material, and encapsulated can be used as a sphere. In the crater-type field emission device of the tenth embodiment, when such a heat-expandable microsphere is used and the heat-expandable microsphere is heated, the polymer of the outer shell is softened, and the contained isobutane is gasified and expanded. As a result, a true sphere hollow body having a particle size of about four times as much as that before the expansion is formed. As a result, in the crater-type field emission device of the tenth embodiment, a raised portion for emitting electrons and a concave portion surrounded by the raised portion and reflecting a part of the shape of a sphere are formed on the cathode electrode. Can be. Incidentally, the expansion of the heat-expandable microspheres due to heating is also referred to in the present specification.
Included in the concept of sphere removal. Thereafter, the thermal expansion type microspheres may be removed using an appropriate solvent.

【0161】実施の形態10におけるクレータ型電界放
出素子においては、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、後述する実施の形態1
2のクレータ型電界放出素子においては、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
用して、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。
In the crater-type field emission device according to the tenth embodiment, after a plurality of spheres are arranged on a support, a cathode electrode covering the spheres may be formed. In this case, or in Embodiment 1 described later,
In the crater-type field emission device of No. 2, as a method of disposing a plurality of spheres on the support, a dry method of scattering the spheres on the support can be used. For example, in the field of manufacturing a liquid crystal display device, a technique of spraying spacers for maintaining a constant panel interval can be applied to the spraying of spheres. Specifically, a so-called spray gun that sprays a sphere from a nozzle with compressed gas can be used.
When the sphere is ejected from the nozzle, the sphere may be dispersed in a volatile solvent. Alternatively, the spheres can be sprinkled using an apparatus or method commonly used in the field of electrostatic powder coating. For example, using a corona discharge, a sphere negatively charged by an electrostatic powder spray gun can be sprayed toward a grounded support. Since the sphere used is very small as described later, when the sphere is sprayed on the support, it adheres to the surface of the support by, for example, electrostatic force, and does not easily fall off the support in the subsequent steps. After arranging a plurality of spheres on the support, if the spheres are pressurized, overlapping of the plurality of spheres on the support can be eliminated, and the spheres can be densely arranged in a single layer on the support. it can.

【0162】あるいは、後述する実施の形態11におけ
るクレータ型電界放出素子のように、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。
Alternatively, like a crater-type field emission device in Embodiment 11 described later, a composition layer composed of a composition in which a sphere and a cathode electrode material are dispersed in a dispersion medium is formed on a support. Thus, after disposing a plurality of spheres on the support and covering the spheres with the cathode electrode made of the cathode electrode material, the dispersion medium can be removed. The composition may be in the form of a slurry or a paste, and the composition and viscosity of the dispersion medium may be appropriately selected according to the desired properties. As a method for forming the composition layer on the support, a screen printing method is suitable. Typically, the cathode electrode material is preferably fine particles whose sedimentation speed in the dispersion medium is lower than that of a sphere. Examples of a material constituting such fine particles include carbon, barium, strontium, and iron. After removing the dispersion medium, the cathode electrode is fired if necessary. Examples of the method for forming the composition layer on the support include a spraying method, a dropping method, a spin coating method, and a screen printing method. In addition, while the sphere is arranged, the sphere is covered with a cathode electrode made of a cathode electrode material,
Depending on the method of forming the composition layer, it is necessary to pattern the cathode electrode.

【0163】あるいは、後述する実施の形態12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。
Alternatively, in a twelfth embodiment to be described later, a composition layer composed of a composition obtained by dispersing spheres in a dispersion medium is formed on a support. After placing the sphere, the dispersion medium can be removed. The composition may be in the form of a slurry or a paste, and the composition and viscosity of the dispersion medium may be appropriately selected according to the desired properties. Typically, an organic solvent such as isopropyl alcohol is used as a dispersion medium, and the dispersion medium can be removed by evaporation. Examples of the method for forming the composition layer on the support include a spraying method, a dropping method, a spin coating method, and a screen printing method.

【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。
The gate electrode and the cathode electrode extend in directions different from each other (for example, the angle formed by the projected image of the striped gate electrode and the projected image of the striped cathode electrode is 90 degrees). It is patterned in a stripe shape, and electrons are emitted from the ridge located in the electron emission region. Therefore, the raised portion only needs to be present only in the electron emission region in terms of function. However, even if the protrusions and recesses exist in a region other than the electron emission region, such protrusions and recesses do not perform any function of emitting electrons while being covered with the insulating layer. Therefore, no problem occurs even if the sphere is arranged on the entire surface.

【0165】球体の直径は、所望の開口部の直径、凹部
の直径、電界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
成すべき電界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
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。
The diameter of the sphere should form a desired opening diameter, concave portion diameter, display screen size, number of pixels, size of electron emission region, and one pixel of a display device using a field emission element. The selection can be made according to the number of field emission devices, but is preferably selected in the range of 0.1 to 10 μm. For example, a sphere commercially available as a spacer for a liquid crystal display device has a good particle size distribution of 1 to 3%, and it is preferable to use this. Ideally, the shape of the sphere is a true sphere, but it need not necessarily be a true sphere. It is preferable to arrange spheres on the support at a density of about 100 to 5000 spheres / mm 2 . For example, when spheres are arranged on the support at a density of about 1000 / mm 2 , for example, the size of the electron emission region is assumed to be 0.5 mm × 0.2 mm
In this case, about 100 spheres exist in the electron emission region, and about 100 ridges are formed.
If such a number of protrusions are formed in one electron emission region, the variation in the diameter of the concave portion due to the variation in the particle size distribution and the sphericity of the sphere is almost averaged, and in practice,
The emission electron current density and luminance per pixel (or one sub-pixel) are substantially uniform.

【0166】実施の形態10におけるクレータ型電界放
出素子あるいは後述する実施の形態11、実施の形態1
2におけるクレータ型電界放出素子においては、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、実施の形態10あるいは実施の形態11におけるク
レータ型電界放出素子においては、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。実施の形態10あるいは実施
の形態11におけるクレータ型電界放出素子において
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。
The crater type field emission device according to the tenth embodiment or the eleventh and the first embodiments described later.
In the crater-type field emission device of No. 2, part of the shape of the sphere is reflected in the shape of the concave portion forming the electron-emitting portion. The profile of the tip of the protruding portion may have irregular irregularities or may be smooth. Since the tip is formed by breaking the cathode electrode, the tip of the raised portion is likely to have an irregular shape. When the tip is sharpened to the ridge due to the breakage, the tip can function as a highly efficient electron-emitting portion, which is advantageous. In the crater-type field emission device according to the tenth or eleventh embodiment, each of the raised portions surrounding the concave portion has a substantially annular shape. Present.

【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。
The arrangement of the ridges on the support may be regular or random, depending on the arrangement of the spheres. When the above-mentioned dry method or wet method is adopted,
The arrangement of the ridges on the support is random.

【0168】実施の形態10あるいは実施の形態11、
実施の形態12におけるクレータ型電界放出素子におい
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。
Embodiment 10 or Embodiment 11,
In the crater-type field emission device according to the twelfth embodiment, an opening is formed in the insulating layer after the formation of the insulating layer. After the opening is formed, the protective layer may be removed. Chromium can be exemplified as a material forming the protective layer.

【0169】以下、図19〜図22を参照して、実施の
形態10におけるクレータ型電界放出素子の製造方法を
説明するが、図19の(A)、図20の(A)、図21
の(A)模式的な一部端面図であり、図22の(A)及
び(B)は模式的な一部断面図であり、図19の
(B)、図20の(B)及び図21の(B)は、図19
の(A)、図20の(A)及び図21の(A)よりも広
い範囲を模式的に示す一部斜視図である。
A method of manufacturing the crater type field emission device according to the tenth embodiment will be described below with reference to FIGS. 19 to 22. FIGS. 19 (A), 20 (A), and 21
(A) is a schematic partial end view, FIG. 22 (A) and (B) are schematic partial cross-sectional views, FIG. 19 (B), FIG. 20 (B) and FIG. (B) of FIG.
FIG. 22 (A), FIG. 20 (A) and FIG. 21 (A) are partial perspective views schematically showing a wider range.

【0170】[工程−1000]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19の(A)及び
(B)に示す。
[Step-1000] First, a plurality of spheres 80
Is formed on the support 10. Specifically, first, a support 1 made of, for example, glass is used.
The sphere 80 is arranged on the entire surface on the zero. The sphere 80 is made of, for example, a polymethylene-based polymer material and has an average diameter of about 5 mm.
μm, particle size distribution less than 1%. Approximately 1000 spheres / mm were placed on the support 10 using a spray gun.
Place randomly at a density of 2 . Spraying using a spray gun may be either a method of spraying a sphere mixed with a volatile solvent or a method of spraying it from a nozzle in a powder state. The placed sphere 80 is supported by the support 1 by electrostatic force.
It is held above zero. This state is shown in FIGS. 19A and 19B.

【0171】[工程−1010]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20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20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111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。
[Step-1010] Next, the cathode electrode 111 is formed on the sphere 80 and the support 10. FIGS. 20A and 20B show a state in which the cathode electrode 111 is formed. The cathode electrode 111 can be formed, for example, by screen-printing a carbon paste in a stripe shape. At this time, since the sphere 80 is disposed on the entire surface of the support 10, the sphere 80 has a cathode electrode 111 as shown in FIG.
There are, of course, some that are not coated with. Next, the cathode electrode 111 is dried at, for example, 150 ° C. in order to remove moisture and a solvent contained in the cathode electrode 111 and to flatten the cathode electrode 111. At this temperature, the sphere 80 undergoes no state change and / or chemical change.
Instead of the screen printing using the carbon paste as described above, a cathode electrode conductive material layer constituting the cathode electrode 111 is formed on the entire surface, and the cathode electrode conductive material layer is formed by a usual lithography technique and dry etching. The stripe-shaped cathode electrode 111 can also be formed by patterning using a technique. When the lithography technique is applied, the resist material layer is usually formed by a spin coating method, but if the rotation speed of the support 10 during spin coating is about 500 rpm and the rotation time is about several seconds, the sphere 80 falls off. It can be held on the support body 10 without being displaced.

【0172】[工程−1020]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1
11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
80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21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。
[Step-1020] Next, by removing the sphere 80, the cathode electrode 1 coated with the sphere 80 is removed.
A cathode electrode 111 having a plurality of raised portions 111A that emit electrons and a concave portion 111B that is surrounded by each raised portion 111A and reflects a part of the shape of the sphere 80 is removed. Form. This state is shown in FIGS. 21A and 21B. Specifically, the cathode electrode 1
The sphere 80 is burned by heating at about 530 ° C., also serving as firing of 11. With the burning of the sphere 80, the pressure in the closed space in which the sphere 80 was trapped increases,
When the portion of the cathode electrode 111 covering the sphere 80 exceeds a certain withstand pressure limit, it is ruptured and removed. as a result,
A raised portion 111A and a concave portion 111B are formed in a part of the cathode electrode 111 formed on the support 10.
When a part of the sphere remains as a residue after the sphere is removed, it depends on the material constituting the sphere to be used.
The residue may be removed using an appropriate cleaning solution.

【0173】[工程−1030]その後、カソード電極
111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。
[Step-1030] Thereafter, the insulating layer 12 is formed on the cathode electrode 111 and the support 10. Specifically, for example, a glass paste is screen-printed on the entire surface to a thickness of about 5 μm. Next, the insulating layer 12 is dried at, for example, 150 ° C. in order to remove moisture and a solvent contained in the insulating layer 12 and to planarize the insulating layer 12. Instead of screen printing using a glass paste as described above, an SiO 2 film may be formed by, for example, a plasma CVD method.

【0174】[工程−1040]次に、絶縁層12上
に、ストライプ状のゲート電極13及びフォーカス電極
を形成する(図22の(A)参照)。ストライプ状のゲ
ート電極13及びフォーカス電極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。
[Step-1040] Next, a stripe-shaped gate electrode 13 and a focus electrode are formed on the insulating layer 12 (see FIG. 22A). The direction in which the projected images of the striped gate electrode 13 and the focus electrode extend is at an angle of 90 degrees with the direction in which the projected images of the striped cathode electrode 111 extend.

【0175】[工程−1050]その後、ゲート電極1
3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、[工程−110]と同様の方法
に基づき、ゲート電極13及び絶縁層12に開口部11
4を形成し、以て、開口部14B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114を形
成した後、保護層を取り除くことが好ましい。こうし
て、図22の(B)に示した電界放出素子を得ることが
できる。
[Step-1050] Thereafter, the gate electrode 1
3 and the projection image of the cathode electrode 111 overlap with each other, the opening 11 is formed in the gate electrode 13 and the insulating layer 12 based on the same method as in [Step-110].
4, thereby exposing a plurality of ridges 111A and recesses 111B at the bottom of the opening 14B. Note that it is preferable to perform etching under a condition that a sufficiently high etching selectivity with respect to the cathode electrode 111 can be secured.
Alternatively, it is preferable to form a protection layer made of, for example, chromium after forming the protruding portion 111A and remove the protection layer after forming the opening 114. Thus, the field emission device shown in FIG. 22B can be obtained.

【0176】(実施の形態11)実施の形態11は、実
施の形態10にて説明したクレータ型電界放出素子の変
形である。実施の形態11のクレータ型電界放出素子の
製造方法の図23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、
実施の形態10のクレータ型電界放出素子の製造方法と
相違する。
(Eleventh Embodiment) The eleventh embodiment is a modification of the crater type field emission device described in the tenth embodiment. The method of manufacturing the crater-type field emission device according to the eleventh embodiment will be described with reference to FIG. 23. Forming a composition layer 81 made of a composition dispersed on a support 10; a plurality of spheres 80 are arranged on the support 10; and the spheres are covered with a cathode electrode 111 made of a cathode electrode material. After that, the step of removing the dispersion medium, that is, the point of the wet method,
This is different from the method of manufacturing the crater type field emission device of the tenth embodiment.

【0177】[工程−1100]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
81A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0.0
5μm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23の(A)には、組成物層81の形成直後
の状態を示す。
[Step-1100] First, a plurality of spheres 80 are arranged on the support 10. Specifically, a composition layer 81 made of a composition obtained by dispersing a sphere 80 and a cathode electrode material 81B in a dispersion medium 81A is formed on the support 10. That is, for example, a sphere 80 made of a polymethylene-based polymer material having an average diameter of about 5 μm and an average diameter of about 0.0
A composition formed by dispersing 5 μm carbon particles as a cathode electrode material 81B in a dispersion medium 81A is screen-printed in stripes on a support 10 to form a composition layer 81. FIG. 23A shows a state immediately after the formation of the composition layer 81.

【0178】[工程−1110]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1
0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2
3の(B)に示す。
[Step-1110] In the composition layer 81 held by the support 10, the spheres 80 will soon settle down and be disposed on the support 10, and the spheres 80 will be removed from the support 1.
The cathode electrode material 81B is settled on 0, and the cathode electrode 111 made of the cathode electrode material 81B is formed. Thereby, the plurality of spheres 80 are arranged on the support 10 and the cathode electrode 111 made of the cathode electrode material is formed.
Can cover the sphere 80. This state is shown in FIG.
3 (B).

【0179】[工程−1120]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23の(C)に示す。
[Step-1120] Thereafter, the dispersion medium 81A
Is removed, for example, by evaporation. This state is shown in FIG.

【0180】[工程−1130]次いで、実施の形態1
0における[工程−1020]〜[工程−1050]と
同様の工程を実行することによって、図22の(B)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。
[Step-1130] Next, Embodiment 1
By performing the same steps as [Step-1020] to [Step-1050] in Step 0, a field emission device similar to that shown in FIG. 22B can be completed.

【0181】(実施の形態12)実施の形態12も、実
施の形態10のクレータ型電界放出素子の製造方法の変
形である。実施の形態12のクレータ型電界放出素子の
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、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、かかる電界放出素子の製造方
法を、図24を参照して説明する。
Twelfth Embodiment A twelfth embodiment is also a modification of the method of manufacturing the crater type field emission device of the tenth embodiment. In the method for manufacturing a crater-type field emission device according to the twelfth embodiment, the step of forming a striped cathode electrode on a support is, more specifically, a step of arranging a plurality of spheres on the support, A plurality of ridges for emitting a sphere, and a recess surrounded by each ridge and reflecting a part of the shape of the sphere, and each of the ridges is formed around the sphere by a cathode electrode. And a step of removing the sphere. The arrangement of the plurality of spheres on the support is performed by scattering the spheres. The sphere has a hydrophobic surface treatment layer. Hereinafter, a method for manufacturing such a field emission device will be described with reference to FIG.

【0182】[工程−1200]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
24の(A)に示す。
[Step-1200] First, a plurality of spheres 180 are arranged on the support. Specifically, a plurality of spheres 180 are arranged on the entire surface of the support 10 made of glass. The sphere 180 is formed by coating a core material 180A made of, for example, a divinylbenzene polymer material with a surface treatment layer 180B made of a polytetrafluoroethylene resin, and has an average diameter of about 5 μm and a particle size distribution of less than 1%. . The spheres 180 are randomly arranged on the support 10 at a density of about 1000 / mm 2 using a spray gun. The placed sphere 180 is adsorbed on the support 10 by electrostatic force. FIG. 24A shows a state in which the processes up to this point have been completed.

【0183】[工程−1210]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、実施の形態10にて述べたと同様に、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、実施の形態12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1
80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11
1Cは、実施の形態10のクレータ型電界放出素子の場
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11
1Bとなる。図24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
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24の(B)に示す。
[Step-1210] Next, a plurality of raised portions 111A for emitting electrons, and each of the raised portions 111A are surrounded by the raised portions 111A.
And a recess 111B reflecting a part of the shape of the sphere 180
And a cathode electrode 111 in which each protruding portion 111 </ b> A is formed around the sphere 180 is provided on the support 10.
Specifically, in the same manner as described in the tenth embodiment, for example, a carbon paste is screen-printed in a stripe shape, but in the twelfth embodiment, the surface of the sphere 180 is made hydrophobic by the surface treatment layer 180B. Sphere 1
The carbon paste screen-printed on 80 is immediately flipped and dropped, and is deposited around the sphere 180 to form a raised portion 111A. Tip 11 of ridge 111A
1C is not as sharp as in the case of the crater type field emission device of the tenth embodiment. The portion of the cathode electrode 111 that has entered between the sphere 180 and the support 10 is
1B. In FIG. 24B, the cathode electrode 111
Although a gap is present between the sphere 180 and the sphere 180, the cathode electrode 111 may be in contact with the sphere 180. Thereafter, the cathode electrode 111 is dried at, for example, 150 ° C. FIG. 24B shows a state in which the processes up to this point have been completed.

【0184】[工程−1220]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24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。
[Step-1220] Next, by applying an external force to the sphere 180, the sphere 180
Is removed. As a specific removing method, cleaning and blowing of compressed gas can be mentioned. FIG. 24C shows a state in which the processes up to this point have been completed. The removal of the sphere can be based on the state change and / or the chemical change of the sphere, and more specifically, for example, the sphere can be removed by combustion.

【0185】[工程−1230]その後、実施の形態1
0の[工程−1030]〜[工程−1050]を実行す
ることによって、図22の(B)に示したと略同様の電
界放出素子を得ることができる。
[Step-1230] Then, the embodiment 1
By performing [Step-1030] to [Step-1050] of Step 0, a field emission device substantially similar to that shown in FIG. 22B can be obtained.

【0186】(実施の形態13)実施の形態13は、エ
ッジ型電界放出素子から成る第3の構成を有する電界放
出素子に関する。エッジ型電界放出素子の模式的な一部
断面図を図25の(A)に示す。このエッジ型電界放出
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211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及びフォーカス電極か
ら構成されており、開口部114がゲート電極13及び
絶縁層12に設けられている。開口部14B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2
11Aから電子が放出される。
(Thirteenth Embodiment) A thirteenth embodiment relates to a field emission device having a third structure composed of an edge type field emission device. FIG. 25A is a schematic partial cross-sectional view of the edge-type field emission device. The edge type field emission device includes a stripe-shaped cathode electrode 211 formed on a support 10, a support 10 and a cathode electrode 211.
An insulating layer 12 is formed on the insulating layer 12, a gate electrode 13 and a focus electrode are formed in a stripe shape on the insulating layer 12, and an opening 114 is provided in the gate electrode 13 and the insulating layer 12. An edge 211A of the cathode electrode 211 is exposed at the bottom of the opening 14B. By applying a voltage to the cathode electrode 211 and the gate electrode 13, the edge portion 2 of the cathode electrode 211 is
Electrons are emitted from 11A.

【0187】尚、図25の(B)に示すように、開口部
114内のカソード電極211の下の支持体10に凹部
10A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25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
12A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114が、第2のゲート電極13
B、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114の側壁にはカソ
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21
1Aから電子が放出される。
As shown in FIG. 25B, a recess 10A may be formed in the support 10 below the cathode electrode 211 in the opening 114. Alternatively, as shown in a schematic partial cross-sectional view of FIG.
The first gate electrode 13A formed thereon and the support 10
And an interlayer insulating layer 12A formed on the first gate electrode 13A, a cathode electrode 211 formed on the interlayer insulating layer 12A, an interlayer insulating layer 12A and the cathode electrode 211.
And the second gate electrode 13B formed on the insulating layer 12B. The opening 114 is formed in the second gate electrode 13.
B, the insulating layer 12B, the cathode electrode 211, and the interlayer insulating layer 12A. An edge portion 211A of the cathode electrode 211 is exposed on a side wall of the opening 114. The cathode electrode 211, the first gate electrode 13A, the second
By applying a voltage to the gate electrode 13B, the edge portion 21 of the cathode electrode 211 corresponding to the electron-emitting portion is formed.
Electrons are emitted from 1A.

【0188】例えば、図25の(C)に示したエッジ型
電界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26を参照して、以下、説明する。
For example, a method of manufacturing the edge type field emission device shown in FIG. 25C will be described below with reference to FIG. 26 which is a schematic partial end view of a support or the like.

【0189】[工程−1300]先ず、例えばガラスか
ら成る支持体10の上に、スパッタリング法により厚さ
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26の
(A)参照)。
[Step-1300] First, a tungsten film having a thickness of about 0.2 μm is formed on a support 10 made of, for example, glass by a sputtering method, and is subjected to a photolithography technique and a dry etching technique according to a usual procedure. This tungsten film is patterned to form a first gate electrode 13A. Next, on the entire surface, SiO 2
After forming a 0.3 μm-thick interlayer insulating layer 12A made of tungsten, a striped cathode electrode 211 made of tungsten is formed on the interlayer insulating layer 12A (see FIG. 26A).

【0190】[工程−1310]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及びフォーカス電極を形成する(図2
6の(B)参照)。
[Step-1310] Thereafter, an insulating layer 12B made of, for example, SiO 2 and having a thickness of 0.7 μm is formed on the entire surface. (FIG. 2)
6 (B)).

【0191】[工程−1320]次に、[工程−11
0]と同様の方法に基づき、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、孔部を形
成する。次に、孔部の底面に露出した絶縁層12Bを等
方的にエッチングし、開口部14B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に形成された開口部14Bの壁面は、第2のゲー
ト電極13Bに形成された孔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
された開口部14Bの下端が、第2のゲート電極13B
に形成された孔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。
[Step-1320] Next, [Step-11]
0], the second gate electrode 13B is anisotropically etched by, eg, RIE to form a hole. Next, the insulating layer 12B exposed at the bottom of the hole is isotropically etched to form an opening 14B. Since the insulating layer 12B is formed using SiO 2 , wet etching using a buffered hydrofluoric acid aqueous solution is performed. The wall surface of the opening 14B formed in the insulating layer 12B recedes from the opening end surface of the hole formed in the second gate electrode 13B, and the amount of retreat at this time can be controlled by the length of the etching time. it can. Here, the lower end of the opening 14B formed in the insulating layer 12B corresponds to the second gate electrode 13B.
The wet etching is performed until the hole formed in the hole is retracted from the opening end surface.

【0192】次に、開口部14B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14B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14B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。
Next, the cathode electrode 211 exposed at the bottom of the opening 14B is dry-etched under the condition that ions are used as main etching species. In dry etching using ions as a main etching species, charged particles can be accelerated by applying a bias voltage to an object to be etched or by using an interaction between a plasma and a magnetic field.
Generally, anisotropic etching proceeds, and the processed surface of the object to be etched becomes a vertical wall. However, in this step, there are some incident components having an angle other than perpendicular also in the main etching species in the plasma, and the oblique incident components also occur due to scattering at the end of the opening 14B. In the exposed surface of the cathode electrode 211, the main etching species is also incident with a certain probability to a region that should be blocked by the opening 14B and should not reach ions. At this time, the main etching species having a smaller incident angle with respect to the normal line of the support 10 have a higher incidence probability, and the main etching species having a larger incident angle have a lower incidence probability.

【0193】従って、カソード電極211に形成された
開口の上端部の位置は、絶縁層12Bに形成された開口
部14Bの下端部とほぼ揃っているものの、カソード電
極211に形成された開口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21
1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。
Therefore, although the position of the upper end of the opening formed in the cathode electrode 211 is almost aligned with the lower end of the opening 14B formed in the insulating layer 12B, the position of the lower end of the opening formed in the cathode electrode 211 is small. The position of the portion protrudes from its upper end. That is, the cathode electrode 21
The thickness of the one edge portion 211A becomes thinner toward the front end portion in the protruding direction, and the edge portion 211A is sharpened. For example, by using a SF 6 as an etching gas, it is possible to perform a good machining of the cathode electrode 211.

【0194】次に、カソード電極211に形成された開
口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に開口部を形成し、開口部1
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
成された開口部の壁面は、カソード電極211に形成さ
れた開口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1
14の完成後に第1のレジスト層を除去すると、図25
の(C)に示した構成を得ることができる。
Next, the interlayer insulating layer 12A exposed at the bottom of the opening formed in the cathode electrode 211 is isotropically etched to form an opening in the interlayer insulating layer 12A.
14 is completed. Here, wet etching using a buffered hydrofluoric acid aqueous solution is performed. The wall surface of the opening formed in interlayer insulating layer 12A is recessed from the lower end of the opening formed in cathode electrode 211. The amount of retreat at this time can be controlled by the length of the etching time. Opening 1
When the first resist layer is removed after the completion of FIG. 14, FIG.
(C) can be obtained.

【0195】(実施の形態14)実施の形態14は、実
施の形態1にて説明したスピント型電界放出素子の製造
方法の変形に関する。実施の形態14のスピント型電界
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27〜図30を参照して説明す
るが、このスピント型電界放出素子は、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13及
びフォーカス電極を形成する工程 (d)底部にカソード電極11が露出した開口部114
を、ゲート電極13及び絶縁層12に形成する工程 (e)開口部114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114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14B内に露出したカソード電極11上に形
成する工程
(Embodiment 14) Embodiment 14 relates to a modification of the method for manufacturing a Spindt-type field emission device described in Embodiment 1. A modification of the Spindt-type field emission device of the fourteenth embodiment will be described below with reference to FIGS. 27 to 30 which are schematic partial end views of a support and the like. The emission element is basically manufactured based on the following steps. (A) Stripe-shaped cathode electrode 11 on support 10
(B) forming the insulating layer 12 on the support 10 including the cathode electrode 11 (c) forming the striped gate electrode 13 and the focus electrode on the insulating layer 12 (d) bottom Opening 114 in which cathode electrode 11 is exposed
(E) a step of forming a conductive material layer 91 for forming an electron-emitting portion over the entire surface including the inside of the opening 114; Conductive material layer 91
(G) forming a mask material layer 92 on the conductive material layer 91 so as to cover the region of the mask material layer 92. (g) The etching rate of the conductive material layer 91 in the direction perpendicular to the support 10 The conductive material layer 91 and the mask material layer 92 are etched under anisotropic etching conditions in which the etching rate in the direction perpendicular to the
1, the electron emitting portion 15 having a conical tip.
Step of Forming E on Cathode Electrode 11 Exposed in Opening 14B

【0196】[工程−1400]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
ッタリング法や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を形成することができる。カソード電極11
の幅を例えば50μm、カソード電極間スペースを例え
ば30μmとする。その後、カソード電極11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12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11の射影像と直交する方向に射影像が延び、且
つ、互いに平行に延びるストライプ状のゲート電極13
及びフォーカス電極を形成する。
[Step-1400] First, a cathode electrode 1 made of chromium (Cr) is formed on a support 10 having a SiO 2 layer having a thickness of about 0.6 μm formed on a glass substrate, for example.
1 is provided. Specifically, a cathode conductive material layer made of chromium is deposited on the support 10 by, for example, a sputtering method or a CVD method, and the cathode conductive material layer is patterned to form a plurality of cathode electrodes 11. Can be formed. Cathode electrode 11
Is 50 μm, for example, and the space between the cathode electrodes is, for example, 30 μm. Thereafter, SiO 2 is deposited on the support 10 including the cathode electrode 11 by plasma CVD using TEOS (tetraethoxysilane) as a source gas.
Is formed. The thickness of the insulating layer 12 is about 1 μm. Next, the projected image extends in the direction orthogonal to the projected image of the cathode electrode 11 over the entire surface on the insulating layer 12 and is a stripe-shaped gate electrode 13 extending parallel to each other.
And forming a focus electrode.

【0197】次に、カソード電極11とゲート電極13
との重複領域である電子放出領域、即ち、1画素の領域
において、ゲート電極13と絶縁層12とを貫通した開
口部114を、[工程−110]と同様の方法に基づき
形成する(図27の(A)参照)。開口部114の平面
形状は、例えば、直径0.3μmの円形である。開口部
114は、通常、1画素の領域に数百乃至千個程度形成
される。
Next, the cathode electrode 11 and the gate electrode 13
In the electron emission region which is an overlap region with the above, that is, in one pixel region, an opening 114 penetrating through the gate electrode 13 and the insulating layer 12 is formed based on the same method as in [Step-110] (FIG. 27). (A)). The planar shape of the opening 114 is, for example, a circle having a diameter of 0.3 μm. Usually, about several hundred to one thousand openings 114 are formed in one pixel region.

【0198】[工程−1410]次に、全面に密着層9
0をスパッタリング法にて形成する(図27の(B)参
照)。この密着層90は、ゲート電極13が形成されて
いない絶縁層12の露出面や開口部114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スパッタリング法により0.07μmの厚さに
形成する。
[Step-1410] Next, the adhesion layer 9 is formed on the entire surface.
0 is formed by a sputtering method (see FIG. 27B). The adhesion layer 90 is formed of a conductive material formed entirely on the exposed surface of the insulating layer 12 where the gate electrode 13 is not formed and the insulating layer 12 exposed on the side wall surface of the opening 114 in the next step. This layer is provided to increase the adhesion between the layer 91 and the layer 91. Assuming that the conductive material layer 91 is formed of tungsten, the adhesion layer 90 made of tungsten is used.
Is formed to a thickness of 0.07 μm by a DC sputtering method.

【0199】[工程−1420]次に、開口部114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C
VD法により形成する(図28の(A)参照)。成膜さ
れた導電材料層91の表面には、開口部114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。
[Step-1420] Next, over the entire surface including the inside of the opening 114, a conductive material layer 91 for forming an electron emitting portion made of tungsten having a thickness of about 0.6 μm is reduced with hydrogen reduction pressure C.
It is formed by a VD method (see FIG. 28A). On the surface of the conductive material layer 91 on which the film is formed, a concave portion 91A reflecting a step between the upper end surface and the bottom surface of the opening 114 is formed.

【0200】[工程−1430]次に、開口部114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、スピンコート法により厚さ0.
35μm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28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
29の(A)参照)。
[Step-1430] Next, a mask material layer 92 is formed so as to shield the region of the conductive material layer 91 (specifically, the concave portion 91A) located at the center of the opening 114. Specifically, first, a thickness of 0.
A 35 μm resist material is formed as a mask material layer 92 on the conductive material layer 91 (see FIG. 28B). The mask material layer 92 absorbs the concave portions 91A of the conductive material layer 91 and has a substantially flat surface. Next, the mask material layer 92 is etched by RIE using an oxygen-based gas. This etching is completed when the flat surface of the conductive material layer 91 is exposed. Thereby, the concave portions 91 of the conductive material layer 91 are formed.
The mask material layer 92 remains so that A is buried flat (see FIG. 29A).

【0201】[工程−1440]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29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2に例示する。
[Step-1440] Next, the conductive material layer 91
And the mask material layer 92 and the adhesion layer 90 are etched to form a conical electron emission portion 15E (FIG. 29B).
reference). The etching of these layers is performed under anisotropic etching conditions in which the etching rate of the conductive material layer 91 is higher than the etching rate of the mask material layer 92. The etching conditions are illustrated in Table 2 below.

【0202】[表2] [導電材料層91等のエッチング条件] SF6流量 :150SCCM O2流量 :30SCCM Ar流量 :90SCCM 圧力 :35Pa RFパワー:0.7kW(13.56MHz)[Table 2] [Etching conditions for conductive material layer 91 etc.] SF 6 flow rate: 150 SCCM O 2 flow rate: 30 SCCM Ar flow rate: 90 SCCM Pressure: 35 Pa RF power: 0.7 kW (13.56 MHz)

【0203】[工程−1450]その後、等方的なエッ
チング条件にて開口部14Bの内部において絶縁層12
に設けられた開口部14Bの側壁面を後退させると、図
30に示す電界放出素子が完成される。等方的なエッチ
ングは[工程−140]にて説明したと同様とすればよ
い。
[Step-1450] Thereafter, the insulating layer 12 is formed inside the opening 14B under isotropic etching conditions.
30 is completed, the field emission device shown in FIG. 30 is completed. The isotropic etching may be the same as that described in [Step-140].

【0204】ここで、[工程−1440]において、電
子放出部15Eが形成される機構について、図31を参
照して説明する。図31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
1の(B)は、エッチング時間と開口部114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114の中心におけるマスク材料層の厚さを
p、開口部114の中心における電子放出部15Eの
高さをheとする。
Here, the mechanism for forming the electron-emitting portion 15E in [Step-1440] will be described with reference to FIG. FIG. 31A is a schematic diagram showing how the surface profile of the object to be etched changes at regular intervals as the etching proceeds.
FIG. 1B is a graph showing the relationship between the etching time and the thickness of the object to be etched at the center of the opening 114. The thickness of the mask material layer in the center of the opening 114 h p, the height of the electron-emitting portion 15E at the center of the opening 114 and h e.

【0205】表2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(hp
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(he減少区間)。he
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114の中心で最も遅く、マスク材料層9
2の薄い開口部114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。
Under the etching conditions shown in Table 2, the etching rate of the conductive material layer 91 is naturally higher than the etching rate of the mask material layer 92 made of the resist material.
In a region where the mask material layer 92 does not exist, the conductive material layer 9
1 immediately starts to be etched, and the surface of the object to be etched quickly descends. On the other hand, in the region where the mask material layer 92 exists, the etching of the conductive material layer 91 thereunder does not start unless the mask material layer 92 is first removed. rate of decrease in the thickness of the object to be etched is slow (h p decreasing segment), the first time when the mask material layer 92 is lost,
Rate of decrease in the thickness of the object to be etched is similar to the nonexistent areas of the mask material layer 92 faster (h e decreasing segment). h e
The start time of the decreasing section is the latest at the center of the opening 114 where the mask material layer 92 has the maximum thickness, and the mask material layer 9
2 toward the periphery of the thin opening 114. Thus, a conical electron emitting portion 15E is formed.

【0206】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32を参照し
て説明する。図32の(A)は、対レジスト選択比が相
対的に小さい場合、図32の(C)は、対レジスト選択
比が相対的に大きい場合、図32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
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。
The ratio of the etching rate of the conductive material layer 91 to the etching rate of the mask material layer 92 made of the resist material will be referred to as “resist selectivity”.
The fact that the selectivity with respect to the resist is an important factor in determining the height and shape of the electron-emitting portion 15E will be described with reference to FIG. FIG. 32A shows the case where the resist selectivity is relatively small, FIG. 32C shows the case where the resist selectivity is relatively large, and FIG. In this case, the shape of the electron-emitting portion 15E is shown. The larger the selectivity with respect to the resist, the more the mask material layer 92
Since the film thickness of the conductive material layer 91 is more severe than that of the electron emission portion 15, it can be seen that the electron emitting portion 15E is higher and sharper. The resist selectivity decreases as the ratio of O 2 flow to SF 6 flow increases. Also, when using an etching apparatus that can change the incident energy of ions by using a substrate bias, it is possible to increase the RF bias power or reduce the frequency of the AC power supply for bias application to select the resist. The ratio can be reduced.
The value of the resist selectivity is selected to be 1.5 or more, preferably 2 or more, and more preferably 3 or more.

【0207】尚、上記のエッチングにおいては当然、ゲ
ート電極13やフォーカス電極、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2に示した
条件で全く問題はない。なぜなら、ゲート電極13やフ
ォーカス電極、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。
In the above-described etching, it is naturally necessary to ensure a high selectivity with respect to the gate electrode 13, focus electrode and cathode electrode 11, but there is no problem at all under the conditions shown in Table 2. This is because the material constituting the gate electrode 13, the focus electrode, and the cathode electrode 11 is hardly etched by the fluorine-based etching species, and an etching selectivity of about 10 or more can be obtained under the above conditions.

【0208】(実施の形態15)実施の形態15におけ
るスピント型電界放出素子の製造方法は、実施の形態1
4のスピント型電界放出素子の製造方法の製造方法の変
形である。実施の形態15における製造方法において
は、マスク材料層により遮蔽される導電材料層の領域
を、実施の形態14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、実施の形態15におけ
るスピント型電界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。
(Embodiment 15) A method of manufacturing a Spindt-type field emission device according to Embodiment 15 is described in Embodiment 1.
14 is a modification of the manufacturing method of the Spindt-type field emission device of FIG. In the manufacturing method according to the fifteenth embodiment, the region of the conductive material layer shielded by the mask material layer can be made narrower than in the manufacturing method according to the fourteenth embodiment. That is, in the manufacturing method of the Spindt-type field emission device according to the fifteenth embodiment, the columnar portion and the enlarged portion communicating with the upper end of the columnar portion reflect the step between the upper end surface and the bottom surface of the opening. A substantially funnel-shaped recess is formed on the surface of the conductive material layer, and in step (f), after forming a mask material layer on the entire surface of the conductive material layer, the mask material layer and the conductive material layer are formed on the surface of the support. By removing the mask material in a plane parallel to the surface, a mask material layer is left on the columnar portion.

【0209】以下、実施の形態15におけるスピント型
電界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33〜図35を参照して説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing a Spindt-type field emission device according to Embodiment 15 will be described with reference to FIGS. 33 to 35 which are schematic partial end views of a support and the like.

【0210】[工程−1500]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は、例
えばDCスパッタリング法により、TiN層(厚さ0.
1μm)、Ti層(厚さ5nm)、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
ングして形成することができる。尚、図ではカソード電
極11を単層で表した。次に、支持体10とカソード電
極11の上に、厚さ0.7μmの絶縁層12を、TEO
S(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13及びフォーカス電極を形成する。
[Step-1500] First, the cathode electrode 11 is formed on the support 10. The cathode electrode 11 is formed, for example, by a DC sputtering method using a TiN layer (having a thickness of 0.1 nm).
1 μm), a Ti layer (5 nm in thickness), an Al—Cu layer (0.4 μm in thickness), a Ti layer (5 nm in thickness), a TiN layer (0.02 μm in thickness), and a Ti layer (0.02 μm). The stacked films can be formed by sequentially stacking to form a stacked film and subsequently patterning the stacked film. In the drawing, the cathode electrode 11 is represented by a single layer. Next, an insulating layer 12 having a thickness of 0.7 μm is formed on the support 10 and the cathode electrode 11 by TEO.
It is formed based on a plasma CVD method using S (tetraethoxysilane) as a source gas. Next, a gate electrode 13 and a focus electrode are formed on the insulating layer 12.

【0211】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、電界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114を、[工程−110]と同様の方法
に基づき形成する。このようにして、図33の(A)に
示す状態が得られる。
Further, an etching stopper layer 93 made of, for example, SiO 2 and having a thickness of 0.2 μm is formed on the entire surface. The etching stop layer 93 is not an indispensable member for the function of the field emission device, and serves to protect the gate electrode 13 when the conductive material layer 91 is etched in a later step. still,
The gate electrode 1 for the etching conditions of the conductive material layer 91
If 3 can have a sufficiently high etching resistance, the etching stop layer 93 may be omitted. Then, R
Etching stop layer 93, gate electrode 1 by IE method
3. An opening 114 penetrating the insulating layer 12 and exposing the cathode electrode 11 at the bottom is formed based on the same method as in [Step-110]. Thus, the state shown in FIG. 33A is obtained.

【0212】[工程−1510]次に、開口部114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。次いで、開口部114
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(図33の(B)参照)。但し、実施の形態15
における導電材料層91は、実施の形態14の製造方法
で述べた凹部91Aよりも深い凹部91A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114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91Aを導電材
料層91の表面に生成させることができる。
[Step-1510] Next, an adhesion layer 90 made of, for example, tungsten having a thickness of 0.03 μm is formed on the entire surface including the inside of the opening 114. Next, the opening 114
A conductive material layer 91 for forming an electron emission portion is formed on the entire surface including the inside (see FIG. 33B). However, Embodiment 15
The thickness of the conductive material layer 91 is selected so that a concave portion 91A deeper than the concave portion 91A described in the manufacturing method of the fourteenth embodiment is formed on the surface. That is, by appropriately setting the thickness of the conductive material layer 91, the columnar portion 91 </ b> B and the enlarged portion communicating with the upper end of the columnar portion 91 </ b> B, reflecting the step between the upper end surface and the bottom surface of the opening 114. A substantially funnel-shaped recess 91 </ b> A made of the conductive material 91 </ b> C can be formed on the surface of the conductive material layer 91.

【0213】[工程−1520]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34の(A)参照)。無電解メッキ条件を以下の表
3に例示する。
[Step-1520] Next, the conductive material layer 91
Over the entire surface, for example, by electroless plating, a thickness of about 0.5
A mask material layer 92 made of μm copper (Cu) is formed (see FIG. 34A). The electroless plating conditions are illustrated in Table 3 below.

【0214】 [表3] 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[0214] [Table 3] Plating liquid: copper sulfate (CuSO 4 · 5H 2 O) 7g / liter Formalin (37% HCHO) 20ml / l sodium hydroxide (NaOH) 10 g / l sodium potassium tartrate 20 g / l plating bath temperature : 50 ℃

【0215】[工程−1530]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34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。
[Step-1530] Thereafter, the mask material layer 92 and the conductive material layer 91 are removed in a plane parallel to the surface of the support 10 so that the mask material layer 92 is left on the columnar portion 91B ( FIG. 34 (B)). This removal can be performed by, for example, a chemical mechanical polishing method (CMP method).

【0216】[工程−1540]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114内に錐状形
状を有する電子放出部15Eが形成される(図35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。
[Step-1540] Next, the conductive material layer 91
The conductive material layer 91, the mask material layer 92, and the adhesion layer 90 are etched under anisotropic etching conditions in which the etching rate of the adhesion layer 90 is higher than the etching rate of the mask material layer 92. As a result, an electron-emitting portion 15E having a conical shape is formed in the opening 114 (see FIG. 35A). If the mask material layer 92 remains at the tip of the electron emitting portion 15E, the mask material layer 92 can be removed by wet etching using a dilute hydrofluoric acid aqueous solution.

【0217】[工程−1550]次に、等方的なエッチ
ング条件で開口部14Bの内部において絶縁層12に設
けられた開口部14Bの側壁面を後退させると、図35
の(B)に示す電界放出素子が完成される。等方的なエ
ッチングについては、実施の形態14の製造方法で説明
したと同様とすればよい。
[Step-1550] Next, when the side wall surface of the opening 14B provided in the insulating layer 12 inside the opening 14B is receded under isotropic etching conditions, FIG.
(B) is completed. The isotropic etching may be the same as that described in the manufacturing method of the fourteenth embodiment.

【0218】ところで、実施の形態15の製造方法で形
成された電子放出部15Eにおいては、実施の形態14
の製造方法で形成された電子放出部15E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36を参照しながら説明す
る。図36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3
6の(A)は銅から成るマスク材料層92を用いた場
合、図36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36に
おいては密着層90の図示を省略する。
Incidentally, in the electron emitting portion 15E formed by the manufacturing method of the fifteenth embodiment, the fourteenth embodiment
A sharper conical shape is achieved as compared with the electron-emitting portion 15E formed by the manufacturing method of (1). This is due to the difference between the shape of the mask material layer 92 and the ratio of the etching rate of the conductive material layer 91 to the etching rate of the mask material layer 92. This difference will be described with reference to FIG. FIG. 36 is a diagram showing how the surface profile of the object to be etched changes at regular intervals, and FIG.
6A shows a case where a mask material layer 92 made of copper is used, and FIG. 36B shows a case where a mask material layer 92 made of a resist material is used. For simplicity, it is assumed that the etching rate of the conductive material layer 91 is equal to the etching rate of the adhesion layer 90, and the illustration of the adhesion layer 90 is omitted in FIG.

【0219】銅から成るマスク材料層92を用いた場合
(図36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36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。
When the mask material layer 92 made of copper is used (see FIG. 36A), the etching rate of the mask material layer 92 is sufficiently lower than the etching rate of the conductive material layer 91. The mask material layer 92 does not disappear inside, and therefore, the electron emitting portion 1 having a sharp tip portion
5E can be formed. On the other hand, when the mask material layer 92 made of a resist material is used (see FIG. 36B), the etching rate of the mask material layer 92 is not so slow as compared with the etching rate of the conductive material layer 91. In addition, the mask material layer 92 tends to disappear during the etching, so that the conical shape of the electron emission portion 15E after the mask material layer has disappeared tends to be blunt.

【0220】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。電界放出素子の電子
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。
[0220] The mask material layer 9 remaining in the columnar portion 91B is formed.
2 has an advantage that the shape of the electron-emitting portion 15E is hard to change even if the depth of the columnar portion 91B slightly changes.
That is, the depth of the columnar portion 91B can change due to the thickness of the conductive material layer 91 and variations in step coverage.
Since the width of the columnar portion 91B is substantially constant irrespective of the depth, the width of the mask material layer 92 is also substantially constant, and there is no great difference in the shape of the finally formed electron emitting portion 15E. On the other hand, in the mask material layer 92 remaining in the concave portion 91A, the width of the mask material layer also changes depending on whether the concave portion 91A is shallow or deep, so that the concave portion 91A is shallow and the thickness of the mask material layer 92 is small. The thinner the thinner, the earlier the blunting of the conical shape of the electron emitting portion 15E starts. The electron emission efficiency of the field emission device is determined by the potential difference between the gate electrode and the cathode electrode, the distance between the gate electrode and the cathode electrode, the work function of the constituent materials of the electron emission portion, and the tip of the electron emission portion. It also changes depending on the shape. Therefore, it is preferable to select the shape of the mask material layer and the etching rate as described above as necessary.

【0221】(実施の形態16)実施の形態16のスピ
ント型電界放出素子の製造方法は、実施の形態15のス
ピント型電界放出素子の製造方法の変形である。実施の
形態16のスピント型電界放出素子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、実施の形態16のスピント型電界放
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37及び図38を参照して説明する。
(Embodiment 16) The method of manufacturing a Spindt-type field emission device of the embodiment 16 is a modification of the method of manufacturing a Spindt-type field emission device of the embodiment 15. In the method for manufacturing a Spindt-type field emission device according to the sixteenth embodiment, in the step (e), the column is communicated with the upper end of the column, reflecting the step between the upper end surface and the bottom surface of the opening. A substantially funnel-shaped concave portion including an enlarged portion is formed on the surface of the conductive material layer, and in step (f), a mask material layer is formed on the entire surface of the conductive material layer, and then the mask material on the conductive material layer and in the enlarged portion is formed. By removing the layer, a mask material layer is left on the columnar portion. Hereinafter, a method for manufacturing a Spindt-type field emission device according to Embodiment 16 will be described with reference to FIGS. 37 and 38 which are schematic partial end views of a support and the like.

【0222】[工程−1600]先ず、図34の(A)
に示したマスク材料層92の形成までを実施の形態15
の[工程−1500]〜[工程−1520]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37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9
1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36の(A)を
参照しながら前述した柱状部91B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。
[Step-1600] First, FIG.
Embodiment 15 up to the formation of the mask material layer 92 shown in FIG.
After performing [Step-1500] to [Step-1520], only the mask material layer 92 on the conductive material layer 91 and in the enlarged portion 91C is removed, so that the mask material layer 92 is formed on the columnar portion 91B. Leave (see FIG. 37A). At this time, for example, by performing wet etching using a diluted hydrofluoric acid aqueous solution, the conductive material layer 9 made of tungsten is formed.
1 can be selectively removed without removing the mask material layer 92 made of copper. Although the height of the mask material layer 92 remaining in the columnar portion 91B depends on the etching time, this etching time is not so long as the portion of the mask material layer 92 buried in the enlarged portion 91C is sufficiently removed. Does not require strictness. This is because the discussion regarding the height of the mask material layer 92 is substantially the same as the discussion regarding the shallow depth of the columnar portion 91B described above with reference to FIG. This is because the shape of the formed electron-emitting portion 15E is not significantly affected.

【0223】[工程−1610]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、実施
の形態15のスピント型電界放出素子の製造方法と同様
に行い、図37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35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37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15Eとしての機能に何ら
支障はない。
[Step-1610] Next, the conductive material layer 91
The etching of the mask material layer 92 and the adhesion layer 90 is performed in the same manner as in the method of manufacturing the Spindt-type field emission device of the fifteenth embodiment, and the electron emission portion 15E as shown in FIG.
To form This electron emitting portion 15E is provided as shown in FIG.
Of course, the whole may have a conical shape as shown in FIG. 37. However, FIG. 37B shows a modification in which only the tip portion has a conical shape. Such a shape can occur when the height of the mask material layer 92 embedded in the columnar portion 91B is low or the etching rate of the mask material layer 92 is relatively high. No problem.

【0224】[工程−1620]その後、等方的なエッ
チング条件で開口部14Bの内部において絶縁層12に
設けられた開口部14Bの側壁面を後退させると、図3
8に示す電界放出素子が完成される。等方的なエッチン
グは[工程−140]にて説明したと同様とすればよ
い。
[Step-1620] After that, when the side wall surface of the opening 14B provided in the insulating layer 12 inside the opening 14B is receded under isotropic etching conditions, FIG.
8 is completed. The isotropic etching may be the same as that described in [Step-140].

【0225】(実施の形態17)実施の形態17のスピ
ント型電界放出素子の製造方法は、実施の形態14のス
ピント型電界放出素子の製造方法の変形である。実施の
形態17におけるスピント型電界放出素子の模式的な一
部端面図を図39に示す。実施の形態17のスピント型
電界放出素子の製造方法が実施の形態14のスピント型
電界放出素子の製造方法と異なる点は、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9
4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の孔部14Aの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114が形成されている。
(Embodiment 17) The manufacturing method of the Spindt-type field emission device of the embodiment 17 is a modification of the method of manufacturing the Spindt-type field emission device of the embodiment 14. FIG. 39 is a schematic partial end view of the Spindt-type field emission device according to the seventeenth embodiment. The manufacturing method of the Spindt-type field emission device of the seventeenth embodiment is different from the manufacturing method of the Spindt-type field emission device of the fourteenth embodiment in that
It is characterized by comprising a base 94 and a conical electron emitting portion 15E stacked on the base 94. Here, the base 9
4 and the electron-emitting portion 15E are made of different conductive materials. Specifically, the base 94 is a member for adjusting the distance between the electron emitting portion 15E and the end of the hole 14A of the gate electrode 13, and has a function as a resistor layer. It is composed of a polysilicon layer containing impurities. The electron emission portion 15E is made of tungsten, and has a conical shape, more specifically, a conical shape.
Note that an adhesion layer 90 made of TiN is formed between the base 94 and the electron-emitting portion 15E. In addition, the adhesion layer 90
Are not essential components for the function of the electron-emitting portion, but are formed for manufacturing reasons. The opening 114 is formed by digging the insulating layer 12 from immediately below the gate electrode 13 to the upper end of the base 94.

【0226】以下、実施の形態17のスピント型電界放
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〜図42を参照して説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing the Spindt-type field emission device of the seventeenth embodiment will be described with reference to FIGS. 40 to 42 which are schematic partial end views of a support and the like.

【0227】[工程−1700]先ず、開口部114の
形成までを、実施の形態14の[工程−1400]と同
様に行う。続いて、開口部114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40(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114の底部を上面が平坦な
基部94で埋め込む(図40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。
[Step-1700] First, the steps up to the formation of the opening 114 are performed in the same manner as in [Step-1400] of the fourteenth embodiment. Subsequently, a conductive material layer 94A for forming a base is formed on the entire surface including the inside of the opening 114. Conductive material layer 94A
Functions also as a resistor layer, is composed of a polysilicon layer, and can be formed by a plasma CVD method.
Next, a flattening layer 95 made of a resist material is formed on the entire surface by spin coating so that the surface is substantially flat (see FIG. 40A). Next, both layers are etched under the condition that the etching rates of the planarization layer 95 and the conductive material layer 94A are substantially equal to each other, and the bottom of the opening 114 is filled with the base 94 having a flat upper surface (see FIG. 40B). ). Etching can be performed by an RIE method using an etching gas containing a chlorine-based gas and an oxygen-based gas. Since the etching is performed after the surface of the conductive material layer 94A is once flattened by the flattening layer 95, the upper surface of the base 94 becomes flat.

【0228】[工程−1710]次に、開口部114の
残部を含む全面に密着層90を成膜し、更に、開口部1
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114の残部を導電材料層91で
埋め込む(図41の(A)参照)。密着層90は、スパ
ッタリング法により形成される厚さ0.07μmのTi
N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114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。
[Step-1710] Next, the adhesion layer 90 is formed on the entire surface including the remaining portion of the opening 114, and the opening 1
A conductive material layer 91 for forming an electron-emitting portion is formed on the entire surface including the remaining portion 14 and the remaining portion of the opening 114 is filled with the conductive material layer 91 (see FIG. 41A). The adhesion layer 90 is made of Ti having a thickness of 0.07 μm formed by a sputtering method.
The conductive material layer 91 is an N layer, and is a 0.6 μm thick tungsten layer formed by a low pressure CVD method. On the surface of the conductive material layer 91, a recess 91A is formed reflecting the step between the upper end surface and the bottom surface of the opening 114.

【0229】[工程−1720]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から成る
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41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42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114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。
[Step-1720] Next, the conductive material layer 91
A mask material layer 92 made of a resist material is formed on the entire surface by spin coating so that the surface is substantially flat (see FIG. 41B). The mask material layer 92 has a flat surface by absorbing the concave portions 91A on the surface of the conductive material layer 91. Next, the mask material layer 92 is etched by an RIE method using an oxygen-based gas (see FIG. 42A). This etching ends when the flat surface of the conductive material layer 91 is exposed. As a result, the mask material layer 92 is left flat in the concave portions 91A of the conductive material layer 91, and the mask material layer 92 is formed so as to shield the region of the conductive material layer 91 located at the center of the opening 114. I have.

【0230】[工程−1730]次に、実施の形態14
の[工程−1440]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42の(B)
参照)。その後、開口部14Bの内部において絶縁層1
2に設けられた開口部14Bの側壁面を後退させると、
図39に示した電界放出素子を得ることができる。
[Step-1730] Next, Embodiment 14
In the same manner as in [Step-1440], the conductive material layer 91,
When both the mask material layer 92 and the adhesion layer 90 are etched, the electron emission portion 15E and the adhesion layer 90 having a conical shape corresponding to the magnitude of the resist selectivity are formed based on the mechanism described above, and the electron emission portion is completed. ((B) of FIG. 42)
reference). After that, the insulating layer 1 is formed inside the opening 14B.
When the side wall surface of the opening 14B provided in 2 is retracted,
The field emission device shown in FIG. 39 can be obtained.

【0231】(実施の形態18)実施の形態18のスピ
ント型電界放出素子の製造方法は、実施の形態15のス
ピント型電界放出素子の製造方法の変形である。実施の
形態18のスピント型電界放出素子の模式的な一部端面
図を図44の(B)に示す。実施の形態18のスピント
型電界放出素子が実施の形態15のスピント型電界放出
素子と異なる点は、電子放出部が、実施の形態17のス
ピント型電界放出素子と同様に、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の孔部
14Aの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114
が形成されている。
(Embodiment 18) The manufacturing method of the Spindt-type field emission device of the embodiment 18 is a modification of the method of manufacturing the Spindt-type field emission device of the embodiment 15. FIG. 44B is a schematic partial end view of the Spindt-type field emission device of the eighteenth embodiment. The difference between the Spindt-type field emission device of the eighteenth embodiment and the Spindt-type field emission device of the fifteenth embodiment is that the electron-emitting portion has a base 94 and a base portion similar to the Spindt-type field emission device of the seventeenth embodiment. 94
And a conical electron emitting portion 15E stacked on the upper portion. Here, the base 94 and the electron emitting portion 15E
And different conductive materials. In particular,
The base 94 is a member for adjusting the distance between the electron-emitting portion 15E and the end of the hole 14A of the gate electrode 13, and has a function as a resistor layer, and is made of poly-containing impurity. It is composed of a silicon layer. Electron emission unit 1
5E is made of tungsten and has a conical shape, more specifically, a conical shape. Note that an adhesion layer 90 made of TiN is formed between the base 94 and the electron-emitting portion 15E. Note that the adhesion layer 90 is not an essential component for the function of the electron-emitting portion, but is formed for manufacturing reasons. The insulating layer 12 is formed just below the gate electrode 13 from the base 94.
The opening 114
Are formed.

【0232】以下、実施の形態18のスピント型電界放
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43及び図44を参照して説明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the Spindt-type field emission device according to the eighteenth embodiment will be described with reference to FIGS. 43 and 44 which are schematic partial end views of a support and the like.

【0233】[工程−1800]先ず、開口部114の
形成までを、実施の形態14の[工程−1400]と同
様に行う。次に、開口部114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114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、実施の
形態17の[工程−1700]と同様のプロセスによっ
て形成可能である。更に、開口部114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9
1を順次形成する。このとき、開口部114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92は、例えば銅を用いて形成する。図4
3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。
[Step-1800] First, the steps up to the formation of the opening 114 are performed in the same manner as in [Step-1400] of the fourteenth embodiment. Next, a conductive material layer for forming a base is formed on the entire surface including the inside of the opening 114, and the conductive material layer is etched, so that the base 94 filling the bottom of the opening 114 is formed.
Can be formed. Although the illustrated base 94 has a flattened surface, the surface may be concave. The base 94 having a flattened surface can be formed by the same process as [Step-1700] in the seventeenth embodiment. Further, the adhesive layer 90 and the conductive material layer 9 for forming an electron emission portion are formed on the entire surface including the remaining portion of the opening 114.
1 are sequentially formed. At this time, a substantially funnel-shaped concave portion 91A composed of a columnar portion 91B reflecting a step between the upper end surface and the bottom surface of the remaining portion of the opening 114 and an enlarged portion 91C communicating with the upper end of the columnar portion 91B is formed of a conductive material layer. The thickness of the conductive material layer 91 is selected so as to be generated on the surface of the conductive material layer 91. next,
A mask material layer 92 is formed over the conductive material layer 91. This mask material layer 92 is formed using, for example, copper. FIG.
3 (A) shows a state in which the process up to this point has been completed.

【0234】[工程−1810]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43の(B)参照)。この除去は、
[工程−1530]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。
[Step-1810] Next, the mask material layer 9
2 and the conductive material layer 91 are removed in a plane parallel to the surface of the support 10 to leave the mask material layer 92 on the columnar portion 91B (see FIG. 43B). This removal
Similarly to [Step-1530], the chemical mechanical polishing method (C
MP method).

【0235】[工程−1820]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、実施の形態15の[工程−
1540]と同様に行うことができる。電子放出部15
Eと基部94、及び、電子放出部15E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44の(A)には基部94の一部が開
口部114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
子放出部としての機能に何ら支障はない。
[Step-1820] Next, the conductive material layer 91
When the mask material layer 92 and the adhesion layer 90 are etched, the electron emission portion 15E having a conical shape corresponding to the magnitude of the resist selectivity is formed based on the mechanism described above.
The etching of these layers is performed according to the [Step-
1540]. Electron emission unit 15
An electron emission portion is formed by E and the base 94, and the adhesion layer 90 remaining between the electron emission portion 15E and the base 94. Of course, the electron emitting portion may have a conical shape as a whole. However, FIG. . This shape is such that the height of the mask material layer 92 buried in the columnar portion 91B is low or the height of the mask material layer 9 is small.
2, which may occur when the etching rate is relatively high, but does not hinder the function as the electron emitting portion.

【0236】[工程−1830]その後、等方的なエッ
チング条件で開口部14Bの内部において絶縁層12の
側壁面を後退させると、図44の(B)に示した電界放
出素子が完成される。等方的なエッチング条件は、実施
の形態14の製造方法で説明したと同様とすればよい。
[Step-1830] Thereafter, the side wall surface of the insulating layer 12 is retreated inside the opening 14B under isotropic etching conditions, whereby the field emission device shown in FIG. 44B is completed. . The isotropic etching conditions may be the same as those described in the manufacturing method of the fourteenth embodiment.

【0237】(実施の形態19)実施の形態19のスピ
ント型電界放出素子の製造方法は、実施の形態16のス
ピント型電界放出素子の製造方法の変形である。実施の
形態19のスピント型電界放出素子が実施の形態16の
スピント型電界放出素子と異なる点は、電子放出部が、
実施の形態17のスピント型電界放出素子と同様に、基
部94と、基部94上に積層された錐状の電子放出部1
5Eとから構成されている点にある。以下、実施の形態
19のスピント型電界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45を参照して説明す
る。
(Embodiment 19) The method for manufacturing a Spindt-type field emission device according to the nineteenth embodiment is a modification of the method for manufacturing a Spindt-type field emission device according to the sixteenth embodiment. The difference between the Spindt-type field emission device of the nineteenth embodiment and the Spindt-type field emission device of the sixteenth embodiment is that
Similarly to the Spindt-type field emission device of the seventeenth embodiment, the base 94 and the conical electron emission portion 1 stacked on the base 94
5E. Hereinafter, a method of manufacturing the Spindt-type field emission device according to the nineteenth embodiment will be described with reference to FIG. 45 which is a schematic partial end view of a support and the like.

【0238】[工程−1900]マスク材料層92の形
成までを実施の形態18の[工程−1800]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91
Bにマスク材料層92を残す(図45参照)。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91とマスク材料層9
2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、実施の形態18のスピント型電界放
出素子の製造方法と同様に行うことができる。
[Step-1900] The steps up to the formation of the mask material layer 92 are performed in the same manner as in [Step-1800] of the eighteenth embodiment. Thereafter, only the mask material layer 92 on the conductive material layer 91 and in the enlarged portion 91C is removed, so that the columnar portion 91 is removed.
The mask material layer 92 is left in B (see FIG. 45). For example, wet etching using a dilute hydrofluoric acid aqueous solution is performed without removing the conductive material layer 91 made of tungsten.
Only the mask material layer 92 made of copper can be selectively removed. After this, the conductive material layer 91 and the mask material layer 9
2 and the process of isotropically etching the insulating layer 12, etc., can all be performed in the same manner as in the manufacturing method of the Spindt-type field emission device of the eighteenth embodiment.

【0239】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アノードパネルやカ
ソードパネル、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。
As described above, the present invention has been described based on the embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to these. The structures, configurations, and manufacturing methods of the anode panel, the cathode panel, and the display device described in the embodiment of the invention are merely examples, and can be appropriately changed.

【0240】更には、電界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。電界放出素子においては、専ら、ゲート電極に設け
られた1つの孔部に1つの電子放出部が対応する形態を
説明したが、電界放出素子の構造に依っては、1つの孔
部に複数の電子放出部が対応した形態、あるいは、複数
の孔部に1つの電子放出部が対応する形態とすることも
できる。
Further, various materials used in the manufacture of the field emission device are also examples, and can be changed as appropriate. In the field emission device, one electron emission portion corresponds to one hole portion provided in the gate electrode. However, depending on the structure of the field emission device, a plurality of holes are provided in one hole portion. It is also possible to adopt a form in which the electron emitting portions correspond, or a form in which one electron emitting portion corresponds to a plurality of holes.

【0241】ゲート電極やフォーカス電極の平面形状は
ストライプ状に限定されない。例えば、カソード電極と
ゲート電極の射影像が重複する重複領域におけるゲート
電極の幅を広くし、更には、重複領域近傍のフォーカス
電極の幅を広くする構成とすることもできる。
The planar shape of the gate electrode and the focus electrode is not limited to the stripe shape. For example, the width of the gate electrode in the overlap region where the projected images of the cathode electrode and the gate electrode overlap, and the width of the focus electrode in the vicinity of the overlap region may be increased.

【0242】ゲート電極や、本発明の第1の態様に係る
電界放出素子や表示装置におけるフォーカス電極を、孔
部が形成された帯状あるいはシート状の金属箔から構成
し、支持体上にゲート電極支持部及びフォーカス電極支
持部を形成し、金属箔がかかるゲート電極支持部及びフ
ォーカス電極支持部の頂面に接するように、且つ、ゲー
ト電極に設けられた孔部が電子放出部の上方に位置する
ように、金属箔が張架された構成とすることもできる。
尚、この場合、金属箔に形成された複数の孔部の下方に
1つの電子放出部が形成されていてもよいし、金属箔に
形成された1つの孔部の下方に1つの電子放出部が形成
されていてもよい。尚、電子放出部として、第1の構成
〜第3の構成を有する電界放出素子における各種電子放
出部を適用することができる。
The gate electrode and the focus electrode in the field emission device and the display device according to the first embodiment of the present invention are formed of a band-shaped or sheet-shaped metal foil having a hole, and the gate electrode is formed on a support. The support portion and the focus electrode support portion are formed, and the metal foil is in contact with the top surface of the gate electrode support portion and the focus electrode support portion, and the hole provided in the gate electrode is positioned above the electron emission portion. In this case, a metal foil may be stretched.
In this case, one electron emitting portion may be formed below the plurality of holes formed in the metal foil, or one electron emitting portion may be formed below the one hole formed in the metal foil. May be formed. Note that various electron-emitting portions in the field emission device having the first to third configurations can be applied as the electron-emitting portion.

【0243】表面伝導型電界放出素子と通称される電界
放出素子から電子放出領域を構成することもできる。こ
の表面伝導型電界放出素子は、例えばガラスから成る支
持体上に酸化錫(SnO2)、金(Au)、酸化インジ
ウム(In23)/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
対の電極がマトリッ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。かかる電子をア
ノードパネル上の蛍光体層に衝突させることによって、
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。
The electron emission region can be constituted by a field emission element commonly called a surface conduction type field emission element. This surface conduction type field emission device is, for example, tin oxide (SnO 2 ), gold (Au), indium oxide (In 2 O 3 ) / tin oxide (SnO 2 ), carbon, palladium oxide (SnO 2 ) on a support made of glass. A pair of electrodes formed of a conductive material such as PdO), having a small area, and arranged at a predetermined interval (gap) are formed in a matrix. A carbon thin film is formed on each electrode. Then, a row-direction wiring is connected to one electrode of the pair of electrodes, and a column-direction wiring is connected to the other electrode of the pair of electrodes. When a voltage is applied to the pair of electrodes, an electric field is applied to the carbon thin films facing each other across the gap, and electrons are emitted from the carbon thin films. By causing such electrons to collide with the phosphor layer on the anode panel,
The phosphor layer is excited to emit light, and a desired image can be obtained.

【0244】[0244]

【発明の効果】本発明においては、電界放出素子の構造
を簡素化することができるし、複数の電界放出素子から
放出された電子に収束効果を及ぼすことができ、所謂光
学的クロストークの発生を効果的に防止することができ
る結果、表示装置の消費電力当たりの輝度効率を高める
ことができる。更には、本発明の第1の態様に係る電界
放出素子あるいは表示装置においては、例えば、ゲート
電極とフォーカス電極を同時に形成することが可能であ
るが故に、電界放出素子や表示装置の製造工程が増加す
ることがない。一方、本発明の第2の態様に係る電界放
出素子あるいは表示装置においては、例えば、ゲート電
極とフォーカス電極との間に短絡防止のための絶縁膜を
形成すればよいので、電界放出素子や表示装置の製造工
程が大幅に増加することがない。
According to the present invention, the structure of the field emission device can be simplified, the electrons emitted from the plurality of field emission devices can be converged, and so-called optical crosstalk occurs. As a result, the luminance efficiency per power consumption of the display device can be increased. Furthermore, in the field emission device or the display device according to the first aspect of the present invention, for example, since the gate electrode and the focus electrode can be formed at the same time, the manufacturing process of the field emission device or the display device is reduced. Does not increase. On the other hand, in the field emission device or the display device according to the second aspect of the present invention, for example, an insulating film for preventing short circuit may be formed between the gate electrode and the focus electrode. The manufacturing process of the device does not increase significantly.

【0245】また、ゲート電極の上方にフォーカス電極
を形成する必要が無いので、アノード電極とフォーカス
電極との間に異常放電が発生することが無い。しかも、
従来の電界放出素子と異なり、ゲート電極に設けられた
孔部から放出された電子の軌道近傍に厚い絶縁膜が存在
しないので、電子がかかる絶縁膜に衝突し絶縁膜が帯電
することも無い。その結果、電子の軌道が歪められるこ
とが無いし、異常放電が発生することも無く、また、電
子の衝突によって絶縁膜に損傷が発生することも無い。
Further, since there is no need to form a focus electrode above the gate electrode, abnormal discharge does not occur between the anode electrode and the focus electrode. Moreover,
Unlike a conventional field emission device, since a thick insulating film does not exist near the trajectory of electrons emitted from the hole provided in the gate electrode, electrons do not collide with the insulating film and the insulating film is not charged. As a result, the electron trajectory is not distorted, abnormal discharge does not occur, and damage to the insulating film due to collision of electrons does not occur.

【0246】更には、従来の冷陰極電界電子放出表示装
置と比較して、空間に露出したカソードパネルの部分の
面積が少ないため、かかるカソードパネルの部分に吸着
したガスが放出される量を低減し得る。その結果、電子
放出部に吸着するガス量が少なくなり、電界放出素子の
劣化を抑制することができ、電界放出素子の長寿命化を
図ることができるし、電界放出素子が電子を放出する閾
値電圧を低減することができ、表示装置の消費電力の減
少を図ることができる。また、電界放出素子からの電子
放出特性が均一化する。更には、カソード電極あるいは
ゲート電極とアノード電極との間の耐圧が向上するの
で、アノード電極へ印加する電圧を高くすることができ
る。その結果、蛍光体層の輝度劣化の抑制を図ることが
できるし、高輝度を達成でき、しかも、加速された電子
の衝突による蛍光体層からのガス放出が減り、表示装置
の長寿命化を図ることができる。
Furthermore, since the area of the portion of the cathode panel exposed to the space is smaller than that of the conventional cold cathode field emission display, the amount of gas adsorbed on the portion of the cathode panel is reduced. I can do it. As a result, the amount of gas adsorbed on the electron-emitting portion is reduced, the deterioration of the field-emitting device can be suppressed, the life of the field-emitting device can be extended, and the threshold value at which the field-emitting device emits electrons can be obtained. Voltage can be reduced, and power consumption of the display device can be reduced. In addition, the electron emission characteristics from the field emission device are made uniform. Further, the withstand voltage between the cathode electrode or the gate electrode and the anode electrode is improved, so that the voltage applied to the anode electrode can be increased. As a result, it is possible to suppress the luminance degradation of the phosphor layer, achieve high luminance, and reduce gas emission from the phosphor layer due to accelerated electron collision, thereby extending the life of the display device. Can be planned.

【0247】以上の結果として、高い信頼性を有し、長
寿命で、しかも、低消費電力の冷陰極電界電子放出表示
装置を安価に製造することが可能となる。
As a result, a cold cathode field emission display having high reliability, long life, and low power consumption can be manufactured at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】発明の実施の形態1の冷陰極電界電子放出表示
装置の模式的な一部分解斜視図である。
FIG. 1 is a schematic partial exploded perspective view of a cold cathode field emission display according to a first embodiment of the present invention.

【図2】発明の実施の形態1の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。
FIG. 2 is a schematic partial end view of the cold cathode field emission display according to the first embodiment of the invention;

【図3】発明の実施の形態1の冷陰極電界電子放出素子
の模式的な一部端面図である。
FIG. 3 is a schematic partial end view of the cold cathode field emission device according to the first embodiment of the invention;

【図4】VGを50ボルト、VFを0ボルト、LG-Fを2
0μmとし、ゲート電極の幅を100μm、フォーカス
電極の幅を110μmとしたときに、ゲート電極及びフ
ォーカス電極によって、どのような電界が形成されるか
をシミュレーションした結果、得られた等電位面及び電
子の軌跡を示すグラフである。
[4] 50 volts V G, the V F 0 V, the L GF 2
When the width of the gate electrode was set to 100 μm and the width of the focus electrode was set to 110 μm, the equipotential surface and the electron were obtained. 5 is a graph showing the locus of the trajectory.

【図5】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。
FIG. 5 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining a method for manufacturing a Spindt-type cold cathode field emission device.

【図6】図5に引き続き、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。
FIG. 6 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining a method of manufacturing the Spindt-type cold cathode field emission device following FIG. 5;

【図7】発明の実施の形態2の冷陰極電界電子放出表示
装置におけるカソードパネルの模式的な一部斜視図であ
る。
FIG. 7 is a schematic partial perspective view of a cathode panel in a cold cathode field emission display according to Embodiment 2 of the present invention.

【図8】発明の実施の形態2の冷陰極電界電子放出表示
装置の変形におけるカソードパネルの模式的な一部斜視
図である。
FIG. 8 is a schematic partial perspective view of a cathode panel in a modification of the cold cathode field emission display according to the second embodiment of the invention;

【図9】発明の実施の形態3の冷陰極電界電子放出表示
装置におけるカソードパネルの模式的な一部斜視図であ
る。
FIG. 9 is a schematic partial perspective view of a cathode panel in a cold cathode field emission display according to Embodiment 3 of the present invention.

【図10】発明の実施の形態4におけるクラウン型冷陰
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。
FIG. 10 is a schematic partial end view of a support and the like for describing a method of manufacturing a crown-type cold cathode field emission device according to Embodiment 4 of the present invention.

【図11】図10に引き続き、発明の実施の形態4にお
けるクラウン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。
FIG. 11 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining a method of manufacturing the crown-type cold cathode field emission device according to the fourth embodiment of the invention, following FIG. 10;

【図12】発明の実施の形態5における扁平型冷陰極電
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
模式的な一部断面図である。
FIG. 12 is a schematic partial cross-sectional view of a support and the like for describing a method of manufacturing a flat cold cathode field emission device according to Embodiment 5 of the present invention.

【図13】発明の実施の形態6における扁平型冷陰極電
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
模式的な一部断面図である。
FIG. 13 is a schematic partial cross-sectional view of a support and the like for describing a method of manufacturing a flat cold cathode field emission device according to Embodiment 6 of the present invention.

【図14】発明の実施の形態7の扁平型冷陰極電界電子
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。
FIG. 14 is a schematic partial end view of a support and the like for describing a method of manufacturing a flat cold cathode field emission device according to Embodiment 7 of the present invention.

【図15】図15に引き続き、実施の形態7の扁平型冷
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。
FIG. 15 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining the method of manufacturing the flat cold cathode field emission device of the seventh embodiment, following FIG. 15;

【図16】発明の実施の形態8における平面型冷陰極電
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
模式的な一部断面図である。
FIG. 16 is a schematic partial cross-sectional view of a support and the like for describing a method of manufacturing a flat-type cold cathode field emission device according to Embodiment 8 of the present invention.

【図17】発明の実施の形態9における平面型冷陰極電
界電子放出素子の模式的な一部断面図である。
FIG. 17 is a schematic partial cross-sectional view of a flat-type cold cathode field emission device according to Embodiment 9 of the present invention.

【図18】発明の実施の形態9における平面型冷陰極電
界電子放出素子の変形例の模式的な一部断面図である。
FIG. 18 is a schematic partial cross-sectional view of a modification of the flat-type cold cathode field emission device according to the ninth embodiment of the invention.

【図19】発明の実施の形態10におけるクレータ型冷
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、及び、部分的な斜視図であ
る。
FIG. 19 is a schematic partial end view and a partial perspective view of a support and the like for describing a method for manufacturing a crater-type cold cathode field emission device according to Embodiment 10 of the present invention.

【図20】図19に引き続き、発明の実施の形態10に
おけるクレータ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、及び、
部分的な斜視図である。
20 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining a method of manufacturing the crater-type cold cathode field emission device according to Embodiment 10 of the present invention, following FIG. 19;
It is a partial perspective view.

【図21】図20に引き続き、発明の実施の形態10に
おけるクレータ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、及び、
部分的な斜視図である。
FIG. 21 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining a method of manufacturing the crater-type cold cathode field emission device according to Embodiment 10 of the present invention, following FIG. 20,
It is a partial perspective view.

【図22】図21に引き続き、発明の実施の形態10に
おけるクレータ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断面図である。
FIG. 22 is a schematic partial cross-sectional view of a support and the like for explaining the method for manufacturing the crater-type cold cathode field emission device according to Embodiment 10 of the present invention, following FIG. 21;

【図23】発明の実施の形態11のクレータ型冷陰極電
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
模式的な一部断面図である。
FIG. 23 is a schematic partial cross-sectional view of a support and the like for describing a method for manufacturing a crater-type cold cathode field emission device according to Embodiment 11 of the present invention.

【図24】発明の実施の形態12のクレータ型冷陰極電
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
模式的な一部断面図である。
FIG. 24 is a schematic partial cross-sectional view of a support and the like for describing a method for manufacturing a crater-type cold cathode field emission device according to Embodiment 12 of the present invention.

【図25】エッジ型冷陰極電界電子放出素子の模式的な
一部断面図である。
FIG. 25 is a schematic partial sectional view of an edge-type cold cathode field emission device.

【図26】エッジ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。
FIG. 26 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining a method of manufacturing an edge-type cold cathode field emission device.

【図27】発明の実施の形態14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。
FIG. 27 is a schematic partial end view of a support and the like for describing a method for manufacturing a Spindt-type cold cathode field emission device according to Embodiment 14 of the present invention;

【図28】図27に引き続き、発明の実施の形態14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。
FIG. 28 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining the method for manufacturing the Spindt-type cold cathode field emission device of the fourteenth embodiment of the invention, following FIG. 27;

【図29】図28に引き続き、発明の実施の形態14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。
FIG. 29 is a schematic partial end view of the support and the like for explaining the method for manufacturing the Spindt-type cold cathode field emission device according to the fourteenth embodiment of the invention, following FIG. 28;

【図30】図29に引き続き、発明の実施の形態14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。
FIG. 30 is a schematic partial end view of the support and the like for explaining the method for manufacturing the Spindt-type cold cathode field emission device according to the fourteenth embodiment of the invention, following FIG. 29;

【図31】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。
FIG. 31 is a view for explaining a mechanism for forming a conical electron emitting portion.

【図32】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。
FIG. 32 is a diagram schematically showing a relationship between a resist selectivity and the height and shape of an electron-emitting portion.

【図33】発明の実施の形態15におけるスピント型冷
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。
FIG. 33 is a schematic partial end view of a support and the like for describing a method for manufacturing a Spindt-type cold cathode field emission device according to Embodiment 15 of the present invention;

【図34】図33に引き続き、発明の実施の形態15に
おける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。
FIG. 34 is a schematic partial end view of a support and the like for illustrating a method for manufacturing a Spindt-type cold cathode field emission device according to Embodiment 15 of the present invention, following FIG. 33;

【図35】図34に引き続き、発明の実施の形態15に
おける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。
FIG. 35 is a schematic partial end view of the support and the like for illustrating the method for manufacturing the Spindt-type cold cathode field emission device according to the fifteenth embodiment of the present invention, following FIG. 34;

【図36】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。
FIG. 36 is a diagram showing how the surface profile of an object to be etched changes at regular intervals.

【図37】発明の実施の形態16におけるスピント型冷
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。
FIG. 37 is a schematic partial end view of a support and the like for describing a method of manufacturing a Spindt-type cold cathode field emission device according to Embodiment 16 of the present invention.

【図38】図37に引き続き、発明の実施の形態16に
おけるスピント型冷陰極電界電子放出素子を説明するた
めの支持体等の模式的な一部端面図である。
FIG. 38 is a schematic partial end view of a support and the like for describing a Spindt-type cold cathode field emission device according to Embodiment 16 of the invention, following FIG. 37;

【図39】発明の実施の形態17のスピント型冷陰極電
界電子放出素子の製造方法にて得られるスピント型冷陰
極電界電子放出素子の模式的な一部端面図である。
FIG. 39 is a schematic partial end view of a Spindt-type cold cathode field emission device obtained by the method for manufacturing a Spindt-type cold cathode field emission device according to Embodiment 17 of the present invention;

【図40】発明の実施の形態17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。
FIG. 40 is a schematic partial end view of a support and the like for describing a method for manufacturing a Spindt-type cold cathode field emission device according to Embodiment 17 of the present invention;

【図41】図40に引き続き、発明の実施の形態17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。
FIG. 41 is a schematic partial end view of the support and the like for explaining the method for manufacturing the Spindt-type cold cathode field emission device of the seventeenth embodiment of the invention, following FIG. 40;

【図42】図41に引き続き、発明の実施の形態17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。
FIG. 42 is a schematic partial end view of the support and the like for explaining the method for manufacturing the Spindt-type cold cathode field emission device according to the seventeenth embodiment of the invention, following FIG. 41;

【図43】発明の実施の形態18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。
FIG. 43 is a schematic partial end view of a support and the like for describing a method of manufacturing a Spindt-type cold cathode field emission device according to Embodiment 18 of the present invention;

【図44】図43に引き続き、発明の実施の形態18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。
FIG. 44 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining the method for manufacturing the Spindt-type cold cathode field emission device according to the eighteenth embodiment of the invention, following FIG. 43;

【図45】発明の実施の形態19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。
FIG. 45 is a schematic partial end view of a support and the like for describing a method for manufacturing a Spindt-type cold cathode field emission device according to Embodiment 19 of the present invention;

【図46】発明の実施の形態1の冷陰極電界電子放出表
示装置におけるアノードパネル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。
FIG. 46 is a schematic partial cross-sectional view of a substrate and the like for describing a method for manufacturing an anode panel in the cold cathode field emission display according to the first embodiment of the present invention;

【図47】従来の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。
FIG. 47 is a schematic partial end view of a conventional cold cathode field emission display.

【図48】従来の冷陰極電界電子放出素子を構成する電
子放出部から電子が或る程度の発散角をもって放出され
る状態を模式的に示す図である。
FIG. 48 is a view schematically showing a state in which electrons are emitted from an electron emission portion constituting a conventional cold cathode field emission device at a certain divergence angle.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

CP・・・カソードパネル、AP・・・アノードパネ
ル、10・・・支持体、11,111,211・・・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、12,12A,12B・・・絶縁
層、13,13A,13B・・・ゲート電極、14A・
・・孔部、14B,114・・・開口部、15,15
A,15B,15C,15D,15E・・・電子放出
部、16・・・レジスト層、17・・・剥離層、18・
・・導電材料層、20・・・基板、21・・・ブラック
マトリックス、22,22R,22G,22B・・・蛍
光体層、23・・・アノード電極、24・・・カソード
電極駆動回路、25・・・ゲート電極駆動回路、26・
・・加速電源、27・・・フォーカス電極駆動回路、3
0,35・・・フォーカス電極、31,33,34・・
・絶縁膜、32・・・第2のフォーカス電極、40・・
・感光性被膜、41・・・感光領域、42・・・感光性
被膜の残部(露光、現像後の感光性被膜)、43・・・
マスク、44・・・開口、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
CP: cathode panel, AP: anode panel, 10: support, 11, 111, 211 ... cathode electrode, 111A ... ridge, 111B ... recess, 111C ... tip Part, 11A ... minute uneven part,
11B: coating layer, 12, 12A, 12B: insulating layer, 13, 13A, 13B: gate electrode, 14A
..Hole portions, 14B, 114 ... opening portions, 15, 15
A, 15B, 15C, 15D, 15E: electron emission portion, 16: resist layer, 17: release layer, 18
..Conductive material layer, 20 substrate, 21 black matrix, 22R, 22G, 22B phosphor layer, 23 anode electrode, 24 cathode electrode drive circuit, 25 ... Gate electrode drive circuits 26
..Acceleration power supply, 27 ... focus electrode drive circuit, 3
0, 35 ... Focus electrode, 31, 33, 34 ...
.Insulating film, 32... Second focus electrode, 40.
・ Photosensitive film, 41: photosensitive area, 42: remainder of photosensitive film (photosensitive film after exposure and development), 43 ...
Mask, 44 ... opening, 51 ... release layer, 52 ...
-Conductive composition layer, 60 ... resistor layer, 70 ... carbon thin film selective growth area, 71 ... mask layer, 72 ...
Metal particles, 73: carbon thin film, 80, 180: sphere, 81: composition layer, 81A: dispersion medium, 81B
... cathode electrode material, 180A ... core material, 180
B: surface treatment layer, 90: adhesion layer, 91: conductive material layer, 91A: concave portion, 91B: columnar portion, 9
1C: enlarged portion, 92: mask material layer, 93 ...
Etching stop layer, 94: base, 94A: conductive material layer, 95: flattening layer

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(A)支持体と、 (B)支持体上に形成され、第1の方向に延びるカソー
ド電極と、 (C)カソード電極の上方に配設され、第1の方向とは
異なる第2の方向に延びるゲート電極と、 (D)カソード電極と重複するゲート電極の領域に設け
られた孔部と、 (E)孔部の底部に配設された電子放出部と、 (F)フォーカス電極、から構成された冷陰極電界電子
放出素子であって、 該フォーカス電極は、第2の方向に延び、且つ、ゲート
電極とゲート電極の間に配設されていることを特徴とす
る冷陰極電界電子放出素子。
1. A support, (B) a cathode electrode formed on the support and extending in a first direction, and (C) a cathode electrode disposed above the cathode electrode, wherein the first direction is A gate electrode extending in a different second direction; (D) a hole provided in a region of the gate electrode overlapping the cathode electrode; (E) an electron emission portion provided at a bottom of the hole; A) a cold cathode field emission device comprising a focus electrode, wherein the focus electrode extends in the second direction and is disposed between the gate electrodes. Cold cathode field emission device.
【請求項2】フォーカス電極とゲート電極とは略同一平
面にあ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。
2. The cold cathode field emission device according to claim 1, wherein the focus electrode and the gate electrode are substantially on the same plane.
【請求項3】(a)支持体及びカソード電極上には、絶
縁層が形成され、 (b)該絶縁層上に、ゲート電極及びフォーカス電極が
形成され、 (c)該絶縁層には、ゲート電極に設けられた孔部に連
通した開口部が設けられ、 (d)開口部の底部に電子放出部が位置することを特徴
とする請求項2に記載の冷陰極電界電子放出素子。
(A) an insulating layer is formed on the support and the cathode electrode; (b) a gate electrode and a focus electrode are formed on the insulating layer; and (c) the insulating layer has 3. The cold cathode field emission device according to claim 2, wherein an opening communicating with the hole provided in the gate electrode is provided, and (d) the electron emission portion is located at the bottom of the opening.
【請求項4】電子放出部は、開口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ていることを特徴とす
る請求項3に記載の冷陰極電界電子放出素子。
4. The cold cathode field emission device according to claim 3, wherein the electron-emitting portion is provided on a portion of the cathode electrode located at the bottom of the opening.
【請求項5】開口部の底部に位置するカソード電極の部
分が電子放出部に相当することを特徴とする請求項3に
記載の冷陰極電界電子放出素子。
5. The cold cathode field emission device according to claim 3, wherein a portion of the cathode electrode located at the bottom of the opening corresponds to an electron emission portion.
【請求項6】開口部の底部に位置するカソード電極の部
分に設けられた開口のエッジ部が電子放出部に相当する
ことを特徴とする請求項3に記載の冷陰極電界電子放出
素子。
6. The cold cathode field emission device according to claim 3, wherein an edge portion of the opening provided at a portion of the cathode electrode located at the bottom of the opening corresponds to an electron emission portion.
【請求項7】ゲート電極及びフォーカス電極の平面形状
はストライプ状であることを特徴とする請求項3に記載
の冷陰極電界電子放出素子。
7. The cold cathode field emission device according to claim 3, wherein the planar shape of the gate electrode and the focus electrode is a stripe shape.
【請求項8】絶縁層はSiO2系材料から成り、 ゲート電極とフォーカス電極との間の距離をLG-L(単
位:m)、ゲート電極に印加される電圧をVG(単位:
ボルト)、フォーカス電極に印加される電圧をVF(単
位:ボルト)としたとき、下記の式(1)を満足するこ
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。 [数1] (VG−VF)/LG-F<7×107(V/m) (1)
8. The insulating layer is made of a SiO 2 material, the distance between the gate electrode and the focus electrode is L GL (unit: m), and the voltage applied to the gate electrode is V G (unit:
Volts), voltage V F (unit applied to the focus electrode: when the bolt), a cold cathode field emission device according to claim 7, characterized by satisfying the equation (1) below. [Number 1] (V G -V F) / L GF <7 × 10 7 (V / m) (1)
【請求項9】第2のフォーカス電極を更に備え、 該第2のフォーカス電極は、第1の方向に延び、且つ、
カソード電極とカソード電極の間の領域の上方に配設さ
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。
9. A semiconductor device further comprising a second focus electrode, wherein the second focus electrode extends in a first direction, and
2. The cold cathode field emission device according to claim 1, wherein the cold cathode field emission device is provided above a region between the cathode electrodes.
【請求項10】(A)支持体と、 (B)支持体上に形成され、第1の方向に延びるカソー
ド電極と、 (C)カソード電極の上方に配設され、第1の方向とは
異なる第2の方向に延びるゲート電極と、 (D)カソード電極と重複するゲート電極の領域に設け
られた孔部と、 (E)孔部の底部に配設された電子放出部と、 (F)フォーカス電極、から構成された冷陰極電界電子
放出素子であって、 該フォーカス電極は、第1の方向に延び、且つ、カソー
ド電極とカソード電極の間の領域の上方に配設されてい
ることを特徴とする冷陰極電界電子放出素子。
(A) a support; (B) a cathode electrode formed on the support and extending in a first direction; and (C) a cathode electrode provided above the cathode electrode, wherein the first direction is A gate electrode extending in a different second direction; (D) a hole provided in a region of the gate electrode overlapping the cathode electrode; (E) an electron emission portion provided at a bottom of the hole; A) a cold cathode field emission device comprising a focus electrode, wherein the focus electrode extends in a first direction and is disposed above a region between the cathode electrodes. A cold cathode field emission device characterized by the following.
【請求項11】フォーカス電極とゲート電極とは略同一
平面にあることを特徴とする請求項10に記載の冷陰極
電界電子放出素子。
11. The cold cathode field emission device according to claim 10, wherein the focus electrode and the gate electrode are substantially on the same plane.
【請求項12】(a)支持体及びカソード電極上には、
絶縁層が形成され、 (b)該絶縁層上に、ゲート電極が形成され、 (c)該絶縁層上に、絶縁膜を介してフォーカス電極が
形成され、 (d)該絶縁層には、ゲート電極に設けられた孔部に連
通した開口部が設けられ、 (e)開口部の底部に電子放出部が位置することを特徴
とする請求項11に記載の冷陰極電界電子放出素子。
12. (a) On a support and a cathode electrode,
An insulating layer is formed; (b) a gate electrode is formed on the insulating layer; (c) a focus electrode is formed on the insulating layer via an insulating film; The cold cathode field emission device according to claim 11, wherein an opening communicating with the hole provided in the gate electrode is provided, and (e) the electron emission portion is located at the bottom of the opening.
【請求項13】電子放出部は、開口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ていることを特徴と
する請求項12に記載の冷陰極電界電子放出素子。
13. The cold cathode field emission device according to claim 12, wherein the electron emission portion is provided on a portion of the cathode electrode located at the bottom of the opening.
【請求項14】開口部の底部に位置するカソード電極の
部分が電子放出部に相当することを特徴とする請求項1
2に記載の冷陰極電界電子放出素子。
14. A device according to claim 1, wherein a portion of the cathode electrode located at the bottom of the opening corresponds to an electron emitting portion.
3. The cold cathode field emission device according to item 2.
【請求項15】開口部の底部に位置するカソード電極の
部分に設けられた開口のエッジ部が電子放出部に相当す
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。
15. The cold cathode field emission device according to claim 12, wherein an edge of the opening provided at a portion of the cathode electrode located at the bottom of the opening corresponds to an electron emission portion.
【請求項16】カソード電極、ゲート電極及びフォーカ
ス電極の平面形状はストライプ状であることを特徴とす
る請求項10に記載の冷陰極電界電子放出素子。
16. The cold cathode field emission device according to claim 10, wherein a planar shape of the cathode electrode, the gate electrode, and the focus electrode is a stripe shape.
【請求項17】冷陰極電界電子放出素子が形成されたカ
ソードパネルと、アノード電極及び蛍光体層が形成され
たアノードパネルとが、蛍光体層と冷陰極電界電子放出
素子とが対向するように配置され、カソードパネルとア
ノードとが周縁部において接合されており、 冷陰極電界電子放出素子が、 (A)支持体と、 (B)支持体上に形成され、第1の方向に延びるカソー
ド電極と、 (C)カソード電極の上方に配設され、第1の方向とは
異なる第2の方向に延びるゲート電極と、 (D)カソード電極と重複するゲート電極の領域に設け
られた孔部と、 (E)孔部の底部に配設された電子放出部と、 (F)フォーカス電極、から構成された冷陰極電界電子
放出表示装置であって、 該フォーカス電極は、第2の方向に延び、且つ、ゲート
電極とゲート電極の間に配設されていることを特徴とす
る冷陰極電界電子放出表示装置。
17. A cathode panel on which a cold cathode field emission device is formed and an anode panel on which an anode electrode and a phosphor layer are formed such that the phosphor layer and the cold cathode field emission device face each other. A cathode panel and an anode are joined at a peripheral portion, and a cold cathode field emission device is formed on the support; and (B) a cathode electrode formed on the support and extending in a first direction. (C) a gate electrode provided above the cathode electrode and extending in a second direction different from the first direction; and (D) a hole provided in a region of the gate electrode overlapping the cathode electrode. (E) a cold cathode field emission display comprising: an electron emission portion disposed at the bottom of the hole; and (F) a focus electrode, wherein the focus electrode extends in a second direction. And gate power A cold cathode field emission display, characterized in that disposed between the gate electrode.
【請求項18】冷陰極電界電子放出素子が形成されたカ
ソードパネルと、アノード電極及び蛍光体層が形成され
たアノードパネルとが、蛍光体層と冷陰極電界電子放出
素子とが対向するように配置され、カソードパネルとア
ノードとが周縁部において接合されており、 冷陰極電界電子放出素子が、 (A)支持体と、 (B)支持体上に形成され、第1の方向に延びるカソー
ド電極と、 (C)カソード電極の上方に配設され、第1の方向とは
異なる第2の方向に延びるゲート電極と、 (D)カソード電極と重複するゲート電極の領域に設け
られた孔部と、 (E)孔部の底部に配設された電子放出部と、 (F)フォーカス電極、から構成された冷陰極電界電子
放出表示装置であって、 該フォーカス電極は、第1の方向に延び、且つ、カソー
ド電極とカソード電極の間の領域の上方に配設されてい
ることを特徴とする冷陰極電界電子放出表示装置。
18. A cathode panel on which a cold cathode field emission device is formed and an anode panel on which an anode electrode and a phosphor layer are formed such that the phosphor layer and the cold cathode field emission device face each other. A cathode panel and an anode are joined at a peripheral portion, and a cold cathode field emission device is formed on the support; and (B) a cathode electrode formed on the support and extending in a first direction. (C) a gate electrode provided above the cathode electrode and extending in a second direction different from the first direction; and (D) a hole provided in a region of the gate electrode overlapping the cathode electrode. (E) a cold cathode field emission display comprising: an electron emission portion disposed at the bottom of the hole; and (F) a focus electrode, wherein the focus electrode extends in a first direction. And cathode Cold cathode field emission display, characterized in that disposed above the region between the electrode and the cathode electrode.
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