JP2003086085A - 冷陰極電界電子放出素子の製造方法、及び、冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】所望のカソード電極の部分の上に簡便な方法で
炭素薄膜選択成長領域を確実に形成し得る方法を含む冷
陰極電界電子放出素子の製造方法を提供する。 【解決手段】冷陰極電界電子放出素子の製造方法は、カ
ソード電極１１、絶縁層１２，第１の開口部１４Ａを有
するゲート電極１３を形成した後、第２の開口部１４Ｂ
を絶縁層１２に形成し、第２の開口部１４Ｂの底部に位
置するカソード電極１１の表面に、金属から成る炭素薄
膜選択成長領域２０を電気メッキにて形成し、その後、
その上にＣＶＤ法にて炭素薄膜を形成する工程から成
り、電気メッキにおける陽極の電位をＶ_A、ゲート電極
の電位をＶ_G、カソード電極の電位をＶ _Cとしたとき、Ｖ
_A≧Ｖ_G＞Ｖ_Cを満足する条件で電気メッキを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

【従来の技術】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。

【０００３】図７に、電界放出素子を利用した冷陰極電
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電界放出素子であ
る。この電界放出素子は、支持体１１０上に形成された
カソード電極１１１と、支持体１１０及びカソード電極
１１１上に形成された絶縁層１１２と、絶縁層１１２上
に形成されたゲート電極１１３と、ゲート電極１１３及
び絶縁層１１２に設けられた開口部１１４と、開口部１
１４の底部に位置するカソード電極１１１上に形成され
た円錐形の電子放出部１１５から構成されている。一般
に、カソード電極１１１とゲート電極１１３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次元マトリクス状に配列されてい
る。

【０００４】一方、アノードパネルＡＰは、基板３０
と、基板３０上に形成され、所定のパターンを有する蛍
光体層３１と、その上に形成されたアノード電極３３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１１１とゲート電極１１３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３１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３１と蛍光体層３１との間の基板３０
上にはブラックマトリックス３２が形成されている。

【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３１とが対向するように
配置し、周縁部において枠体３４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（図示した例では、カソードパネルＣＰの無効
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３４とによって
囲まれた空間は真空となっている。

【０００６】カソード電極１１１には相対的な負電圧が
カソード電極制御回路４０から印加され、ゲート電極１
１３には相対的な正電圧がゲート電極制御回路４１から
印加され、アノード電極３３にはゲート電極１１３より
も更に高い正電圧がアノード電極制御回路４２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１１１にカソード電極制御回路４０か
ら走査信号を入力し、ゲート電極１１３にゲート電極制
御回路４１からビデオ信号を入力する。カソード電極１
１１とゲート電極１１３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
１１５から電子が放出され、この電子がアノード電極３
３に引き付けられ、蛍光体層３１に衝突する。その結
果、蛍光体層３１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１１３に印加される電圧、及びカソー
ド電極１１１を通じて電子放出部１１５に印加される電
圧によって制御される。

【０００７】かかる表示装置の構成において、低い駆動
電圧で大きな放出電子電流を得るためには、電子放出部
の先端部を鋭く尖らせることが有効であり、この観点か
ら、上述のスピント型電界放出素子の電子放出部１１５
は優れた性能を有していると云える。しかしながら、円
錐形の電子放出部１１５の形成には高度な加工技術を要
し、場合によっては数千万個以上にも及ぶ電子放出部１
１５を有効領域の全域に亙って均一に形成することは、
有効領域の面積が増大するにつれて困難となりつつあ
る。

【０００８】そこで、円錐形の電子放出部を使用せず、
開口部の底面に露出した平面状の電子放出部を使用す
る、所謂平面型電界放出素子が提案されている。平面型
電界放出素子における電子放出部は、カソード電極上に
設けられており、平面状であっても高い放出電子電流を
達成し得るように、カソード電極の構成材料よりも仕事
関数が低い材料から構成されている。かかる材料とし
て、近年、炭素系材料を使用することが提案されてい
る。

【０００９】例えば、第５９回応用物理学会学術講演会
講演予稿集ｐ．４８０，演題番号１５ｐ−Ｐ−１３（１
９９８年）には、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボ
ン）薄膜が提案されている。また、炭素系材料を薄膜状
に形成した場合、この薄膜の加工（パターニング）方法
が必要となる。かかるパターニング方法として、例えば
同講演予稿集ｐ．４８９，演題番号１６ｐ−Ｎ−１１
（１９９８年）には、酸素ガスをエッチングガスとして
用いたダイヤモンド薄膜のＥＣＲプラズマ加工が提案さ
れている。ダイヤモンド薄膜のプラズマ加工におけるエ
ッチング用マスクとしては、一般にＳｉＯ₂系材料が用
いられている。

【００１０】更には、第６０回応用物理学会学術講演会
講演予稿集ｐ．６３１，演題番号２ｐ−Ｈ−６（１９９
９年）［文献−１と呼ぶ］には、石英基板上に電子ビー
ム蒸着法によって形成したチタン薄膜表面をダイヤモン
ドパウダーによりスクラッチ加工を施した後、チタン薄
膜をパターニングして中央部に数μｍのギャップを設
け、次いで、ノンドープダイヤモンド薄膜をチタン薄膜
上に成膜する平面構造型電子エミッターが開示されてい
る。あるいは又、第６０回応用物理学会学術講演会講演
予稿集ｐ．６３２，演題番号２ｐ−Ｈ−１１（１９９９
年）［文献−２と呼ぶ］には、金属クロスラインを付け
た石英ガラス上にカーボンナノチューブを形成する技術
が開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】レジスト層をエッチン
グ用マスクとして使用し、酸素ガスを用いてＤＬＣのよ
うな炭素薄膜のプラズマエッチングを行った場合、エッ
チング反応系における反応副生成物として（ＣＨ_x）系
あるいは（ＣＦ_x）系等の炭素系ポリマーが堆積性物質
として生成する。一般に、プラズマエッチングにおいて
堆積性物質がエッチング反応系に生成した場合、この堆
積性物質はイオン入射確率の低いレジスト層の側壁面、
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、レジスト層の
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
加工も困難である。

【００１２】また、文献−１や文献−２に開示された技
術においては、金属薄膜上に炭素薄膜を形成するが、金
属薄膜のどの部位にも炭素薄膜が形成されてしまい、こ
れらの技術を例えば冷陰極電界電子放出素子の製造に適
用することは実用的であるとは云い難い。また、炭素薄
膜を所望の形状にするための炭素薄膜のパターニング
は、上述のとおり困難である。

【００１３】炭素薄膜から構成された電子放出部を有す
る電界放出素子を製造する場合、現実的には、支持体上
に形成されたカソード電極上に炭素薄膜を成膜した後、
全面に絶縁層を形成し、絶縁層上にゲート電極を形成
し、ゲート電極及び絶縁層に開口部を形成して、開口部
の底部に炭素薄膜を露出する工程を経て、電界放出素子
を製造する方法が考えられる。しかしながら、このよう
な方法では、絶縁層に開口部を形成する過程において、
炭素薄膜に損傷が発生する虞がある。

【００１４】また、支持体上に形成されたカソード電極
上に一種の触媒として機能する炭素薄膜選択成長領域を
形成した後、全面に絶縁層を形成し、絶縁層上にゲート
電極を形成し、ゲート電極及び絶縁層に開口部を形成し
て、開口部の底部に炭素薄膜選択成長領域を露出し、次
いで、炭素薄膜選択成長領域上に炭素薄膜を形成する工
程を経て、電界放出素子を製造する方法も考えられる。
しかしながら、このような方法では、絶縁層に開口部を
形成する過程において、炭素薄膜選択成長領域に損傷が
発生し、あるいは又、炭素薄膜選択成長領域の表面に酸
化物層やフッ化物層が形成され、炭素薄膜選択成長領域
も表面が汚染される虞がある。

【００１５】更には、支持体上にカソード電極を形成し
た後、全面に絶縁層を形成し、絶縁層上にゲート電極を
形成し、ゲート電極及び絶縁層に開口部を形成して、開
口部の底部にカソード電極を露出し、次いで、露出した
カソード電極の部分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を形成する
工程を経て、電界放出素子を製造する方法も考えられ
る。しかしながら、このような方法では、露出したカソ
ード電極の部分に炭素薄膜選択成長領域を形成する工程
において、ゲート電極とカソード電極との間が炭素薄膜
選択成長領域によって短絡しないように、例えばリフト
オフ法にて炭素薄膜選択成長領域を形成しなければなら
ず、工程が複雑化するといった問題がある。

【００１６】従って、本発明の目的は、所望のカソード
電極の部分の上に簡便な方法で炭素薄膜選択成長領域を
確実に形成し得る方法を含む冷陰極電界電子放出素子の
製造方法、及び、かかる冷陰極電界電子放出素子の製造
方法を含む冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法を提
供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の冷陰極電界電子放出素子の製造方法は、
（Ａ）支持体上にカソード電極を形成する工程と、
（Ｂ）支持体及びカソード電極上に絶縁層を形成する工
程と、（Ｃ）絶縁層上に第１の開口部を有するゲート電
極を形成する工程と、（Ｄ）ゲート電極に形成された第
１の開口部に連通する第２の開口部を絶縁層に形成する
工程と、（Ｅ）第２の開口部の底部に位置するカソード
電極の表面に、金属から成る炭素薄膜選択成長領域を形
成する工程と、（Ｆ）炭素薄膜選択成長領域上に化学的
気相成長法にて炭素薄膜を形成する工程、から成り、前
記炭素薄膜選択成長領域を形成する工程は電気メッキに
基づき、電気メッキにおける陽極の電位をＶ_A、ゲート
電極の電位をＶ_G、カソード電極の電位をＶ_Cとしたと
き、Ｖ_A≧Ｖ_G＞Ｖ_Cを満足する条件で電気メッキを行う
ことを特徴とする。

【００１８】上記の目的を達成するための本発明の冷陰
極電界電子放出表示装置の製造方法は、アノード電極及
び蛍光体層が形成された基板と、冷陰極電界電子放出素
子が形成された支持体とを、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し、基板と支持体とを
周縁部において接合する冷陰極電界電子放出表示装置の
製造方法であって、冷陰極電界電子放出素子を、（Ａ）
支持体上にカソード電極を形成する工程と、（Ｂ）支持
体及びカソード電極上に絶縁層を形成する工程と、
（Ｃ）絶縁層上に第１の開口部を有するゲート電極を形
成する工程と、（Ｄ）ゲート電極に形成された第１の開
口部に連通する第２の開口部を絶縁層に形成する工程
と、（Ｅ）第２の開口部の底部に位置するカソード電極
の表面に、金属から成る炭素薄膜選択成長領域を形成す
る工程と、（Ｆ）炭素薄膜選択成長領域上に化学的気相
成長法にて炭素薄膜を形成する工程、に基づき形成し、
前記炭素薄膜選択成長領域を形成する工程は電気メッキ
に基づき、電気メッキにおける陽極の電位をＶ_A、ゲー
ト電極の電位をＶ_G、カソード電極の電位をＶ_Cとしたと
き、Ｖ_A≧Ｖ_G＞Ｖ_Cを満足する条件で電気メッキを行う
ことを特徴とする。

【００１９】本発明の冷陰極電界電子放出素子の製造方
法若しくは冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法（以
下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合があ
る）にあっては、第２の開口部の底部に位置するカソー
ド電極の表面に、Ｖ_A≧Ｖ_G＞Ｖ _Cを満足する条件での電
気メッキに基づき、金属から成る炭素薄膜選択成長領域
を形成するので、ゲート電極上に炭素薄膜選択成長領域
が形成されること無く、選択的に、第２の開口部の底部
に位置するカソード電極の表面に炭素薄膜選択成長領域
を形成することができる。また、電気メッキそれ自体、
基本的に簡便な方法である。

【００２０】Ｖ_AとＶ_Gとの関係は、Ｖ_A≧Ｖ_G、好ましく
は、１ボルト≦Ｖ_A−Ｖ_G≦２０ボルトを満足することが
望ましい。陽極の電位Ｖ_Aは正であることが要求され
る。一方、ゲート電極の電位Ｖ_Gは、電気メッキによっ
て形成される前記炭素薄膜選択成長領域を構成する金属
に依存して、正であっても、０ボルトであっても、負で
あってもよいが、ゲート電極上に金属が析出することを
確実に防止するために、正であることが好ましく、負の
場合も０ボルトに近い値とすることが好ましい。更に
は、カソード電極の電位Ｖ_Cも、電気メッキによって形
成される前記炭素薄膜選択成長領域を構成する金属に依
存して、正であっても、０ボルトであっても、負であっ
てもよいが、カソード電極上に金属を確実に析出させる
ために、負であることが好ましい。即ち、陽極の電位Ｖ
_A、ゲート電極の電位Ｖ_G、カソード電極の電位Ｖ_Cの関
係は、Ｖ_A＞Ｖ_G＞０＞Ｖ_Cを満足することが最も好まし
く、あるいは又、Ｖ_A＞０≧Ｖ_G＞Ｖ_Cを満足することが
好ましい。尚、陽極とゲート電極との間に、例えば可変
抵抗器を挿入することで、電位Ｖ_A，Ｖ_Gの制御を容易に
行うことができる。

【００２１】また、本発明においては、第２の開口部の
底部に位置し、一種の触媒としての機能を有する材料か
ら構成された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ので、炭素薄膜選択成長領域の
表面での一種の触媒反応が期待でき、炭素薄膜の初期成
長段階における核生成が円滑に進行し、この核生成が以
降の炭素薄膜の成長を促進し、電子放出部を形成するこ
とができる。しかも、炭素薄膜を所望の形状にするため
の炭素薄膜のパターニングを行う必要が無い。更には、
電子放出部が炭素薄膜から構成されているので、高い電
子放出効率を有する冷陰極電界電子放出素子を得ること
ができる結果、低消費電力、高画質の冷陰極電界電子放
出表示装置を得ることができる。

【００２２】尚、本発明によって得られた冷陰極電界電
子放出素子においては、カソード電極及びゲート電極に
電圧を印加することによって形成された電界（例えば、
１０ ⁶ボルト／ｃｍ程度の強度を有する電界）に基づ
き、炭素薄膜から成る電子放出部から電子が放出され
る。また、本発明によって得られた冷陰極電界電子放出
表示装置においては、カソード電極及びゲート電極に電
圧を印加することによって形成された電界（例えば、１
０⁶ボルト／ｃｍ程度の強度を有する電界）に基づき炭
素薄膜から成る電子放出部から電子を放出させ、これら
の電子を蛍光体層に衝突させることによって画像を得る
ことができる。

【００２３】本発明にあっては、炭素薄膜選択成長領域
を構成する金属は、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍ
ｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎ
ｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）、パラジウム（Ｐｄ）、タンタル（Ｔａ）、白金
（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、
及び、金（Ａｕ）から成る群から選択された少なくとも
１種類の金属から成ることが好ましい。

【００２４】本発明においては、電気メッキにおいて、
一定値の直流電流を流してもよいし、矩形波の電流を流
してもよい。

【００２５】本発明においては、炭素薄膜選択成長領域
を形成した後、炭素薄膜選択成長領域の表面の金属酸化
物（所謂、自然酸化膜）を除去することが、炭素薄膜の
確実な形成といった観点から好ましい。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。

【００２６】本発明において、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、ヘリコン波プラズマＣＶＤ法、容量結合型プ
ラズマＣＶＤ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。炭素薄膜を形成するための原料ガスとして、メタン
（ＣＨ₄）、エタン（Ｃ₂Ｈ₆）、プロパン（Ｃ₃Ｈ₈）、
ブタン（Ｃ₄Ｈ₁₀）、エチレン（Ｃ₂Ｈ₄）、アセチレン
（Ｃ₂Ｈ₂）等の炭素系ガスやこれらの混合ガス、炭素系
ガスと水素ガスとの混合ガスを挙げることができる。更
には、メタノール、 エタノール、アセトン、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン等を気化したガス、またはこれ
らガスと水素の混合ガスを用いることもできる。また、
放電を安定にさせるため及びプラズマ解離を促進するた
めに、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）等の希ガス
を導入してもよい。

【００２７】本発明における冷陰極電界電子放出素子に
あっては、通常、カソード電極の外形形状をストライプ
状とし、ゲート電極の外形形状もストライプ状とする。
ストライプ状のカソード電極とストライプ状のゲート電
極の延びる方向は異なっている。ストライプ状のカソー
ド電極の射影像とストライプ状のゲート電極の射影像
は、互いに直交することが好ましい。尚、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し、
カソード電極とゲート電極との重複領域である）に、１
又は複数の炭素薄膜選択成長領域が位置する。更に、か
かる重複領域が、カソードパネルの有効領域（実際の表
示部分として機能する領域）内に、通常、２次元マトリ
クス状に配列されている。

【００２８】本発明における冷陰極電界電子放出素子に
あっては、ゲート電極及び絶縁層上には更に第２の絶縁
層が設けられ、第２の絶縁層上に収束電極が設けられて
いる構成とすることもできる。あるいは又、ゲート電極
の上方に収束電極を設けてもよい。ここで、収束電極と
は、第１の開口部から放出されアノード電極へ向かう放
出電子の軌道を収束させ、以て、輝度の向上や隣接画素
間の光学的クロストークの防止を可能とするための電極
である。アノード電極とカソード電極との間の電位差が
数キロボルトのオーダーであって、アノード電極とカソ
ード電極との間の距離が比較的長い、所謂高電圧タイプ
の表示装置において、収束電極は特に有効である。収束
電極には、収束電源から相対的な負電圧が印加される。
収束電極は、必ずしも冷陰極電界電子放出素子毎に設け
られている必要はなく、例えば、冷陰極電界電子放出素
子の所定の配列方向に沿って延在させることにより、複
数の冷陰極電界電子放出素子に共通の収束効果を及ぼす
こともできる。尚、収束電極を設ける場合、電気メッキ
における収束電極の電位をＶ_Fとしたとき、Ｖ_A≧Ｖ _F≧
Ｖ_G＞０＞Ｖ_Cを満足する条件で電気メッキを行う必要が
ある。

【００２９】カソード電極、ゲート電極若しくは収束電
極を構成する材料としては、タングステン（Ｗ）、ニオ
ブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、
クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、
ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、ジル
コニウム（Ｚｒ）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、ＷＳｉ
₂、ＭｏＳｉ₂、ＴｉＳｉ₂、ＴａＳｉ₂等のシリサイ
ド）、あるいはシリコン（Ｓｉ）等の半導体、ＩＴＯ
（インジウム錫酸化物）を例示することができる。尚、
これらの電極を構成する材料を、互いに同種材料として
もよいし、異種の材料としてもよい。これらの電極の形
成方法として、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、
イオンプレーティング法、スクリーン印刷法、メッキ法
等、通常の薄膜作製プロセスを利用できる。

【００３０】本発明における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の
２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。
このように、抵抗体層を設けることによって、電子放出
部の電子放出特性の均一化を図ることができる。抵抗体
層として、１ＭΩ・ｃｍ以上の抵抗率を有する材料から
成る層を挙げることができ、具体的には、抵抗体層を構
成する材料として、ＳｉＣＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、高抵抗ｐ
型Ｓｉ、高抵抗ｎ型Ｓｉ、ＳｉＮ、あるいは又、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といった材料を例示することができ
る。

【００３１】本発明において、絶縁層上に第１の開口部
を有するゲート電極を形成する方法として、絶縁層上に
ゲート電極を構成するための導電材料層を形成した後、
導電材料層上にパターニングされた第１のマスク材料層
を形成し、かかる第１のマスク材料層をエッチング用マ
スクとして用いて導電材料層をエッチングすることによ
って導電材料層をパターニングした後、第１のマスク材
料層を除去し、次いで、導電材料層及び絶縁層上にパタ
ーニングされた第２のマスク材料層を形成し、かかる第
２のマスク材料層をエッチング用マスクとして用いて導
電材料層をエッチングして第１の開口部を形成する方
法、あるいは又、例えば、スクリーン印刷法によって第
１の開口部を有するゲート電極を直接形成する方法を例
示することができる。これらの場合、ゲート電極に形成
された第１の開口部に連通する第２の開口部を絶縁層に
形成する方法は、かかる第２のマスク材料層をエッチン
グ用マスクとして用いて絶縁層をエッチングする方法と
してもよいし、ゲート電極に形成された第１の開口部を
エッチング用マスクとして用いて絶縁層をエッチングす
る方法としてもよい。

【００３２】本発明における冷陰極電界電子放出表示装
置にあっては、第１の開口部と第２の開口部とは、一対
一の対応関係にあってもよいし、多対一の対応関係にあ
ってもよい。即ち、１つの第１の開口部に対応して１つ
の第２の開口部が設けられていてもよいし、多数の第１
の開口部に対応して１つの第２の開口部が設けられてい
てもよい。

【００３３】本発明における冷陰極電界電子放出素子等
にあっては、第１の開口部や第２の開口部の平面形状
（カソード電極と平行な仮想平面でこれらの開口部を切
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。

【００３４】本発明において、支持体は、少なくとも表
面が絶縁性部材より構成されていればよく、ガラス基
板、表面に絶縁膜が形成されたガラス基板、石英基板、
表面に絶縁膜が形成された石英基板、表面に絶縁膜が形
成された半導体基板を挙げることができるが、中でも、
コスト低減といった観点からは、ガラス基板、表面に絶
縁膜が形成されたガラス基板を用いることが好ましい。
基板も、支持体と同様に構成することができる。

【００３５】絶縁層や第２の絶縁層の構成材料として
は、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ガラスペースト硬化
物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。絶縁層や第２の絶縁層の形成には、ＣＶＤ法、塗布
法、スパッタリング法、スクリーン印刷法等の公知のプ
ロセスが利用できる。

【００３６】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、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。

【００３７】アノード電極の構成材料は、冷陰極電界電
子放出表示装置の構成によって選択すればよい。即ち、
冷陰極電界電子放出表示装置が透過型（基板が表示部分
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、アノード
電極が形成される基板は元より、アノード電極自身も透
明である必要があり、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等
の透明導電材料を用いる。一方、冷陰極電界電子放出表
示装置が反射型（支持体が表示部分に相当する）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（アノード電極は
メタルバック膜を兼ねている）場合には、ＩＴＯの他、
カソード電極やゲート電極や収束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。

【００３８】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。冷陰極電界電子放出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、冷陰極電界電子放出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。

【００３９】本発明の冷陰極電界電子放出表示装置の製
造方法において、基板と支持体とを周縁部において接合
する場合、接合は接着層を用いて行ってもよいし、ある
いはガラスやセラミック等の絶縁性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、基板と支持体
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）、Ｓｎ₉₅Ｃｕ₅（融点２２７〜３７０゜
Ｃ）等の錫（Ｓｎ）系高温はんだ；Ｐｂ_97.5Ａｇ
_2.5（融点３０４゜Ｃ）、Ｐｂ_94.5Ａｇ_5.5（融点３０４
〜３６５゜Ｃ）、Ｐｂ_97.5Ａｇ_1.5Ｓｎ_1.0（融点３０９
゜Ｃ）等の鉛（Ｐｂ）系高温はんだ；Ｚｎ₉₅Ａｌ₅（融
点３８０゜Ｃ）等の亜鉛（Ｚｎ）系高温はんだ；Ｓｎ₅
Ｐｂ₉₅（融点３００〜３１４゜Ｃ）、Ｓｎ₂Ｐｂ₉₈（融
点３１６〜３２２゜Ｃ）等の錫−鉛系標準はんだ；Ａｕ
₈₈Ｇａ₁₂（融点３８１゜Ｃ）等のろう材（以上の添字は
全て原子％を表す）を例示することができる。

【００４０】基板と支持体と枠体の三者を接合する場
合、三者同時接合を行ってもよいし、あるいは、第１段
階で基板又は支持体のいずれか一方と枠体とを先に接合
し、第２段階で基板又は支持体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、基板と支持体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、基板と支持体と枠体と接着層と
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。

【００４１】接合後に排気を行う場合、排気は、基板及
び／又は支持体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、基板及び／又は支持体の無効領域（即ち、
表示部分として機能する有効領域以外の領域）に設けら
れた貫通孔の周囲に、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。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、発明の実
施の形態（以下、実施の形態と略称する）に基づき本発
明を説明する。

【００４３】（実施の形態１）実施の形態１は、本発明
の冷陰極電界電子放出素子（以下、電界放出素子と略称
する）の製造方法、及び、冷陰極電界電子放出表示装置
（以下、表示装置と略称する）の製造方法に関する。

【００４４】実施の形態１の表示装置の製造方法にて得
られた表示装置の模式的な一部端面図を図３に示し、カ
ソードパネルＣＰとアノードパネルＡＰを分解したとき
の模式的な部分的斜視図を図４に示し、電界放出素子の
基本的な構成を図２に示す。実施の形態１における電界
放出素子は、支持体１０上に形成されたカソード電極１
１、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、第１の開口部１４
Ａを有するゲート電極１３、ゲート電極に形成された第
１の開口部１４Ａに連通し、絶縁層１２に形成された第
２の開口部１４Ｂ、第２の開口部１４Ｂの底部に位置す
るカソード電極１１の表面に形成された炭素薄膜選択成
長領域２０、及び、炭素薄膜選択成長領域２０上に炭素
薄膜２１から構成されている。

【００４５】アノードパネルＡＰは、基板３０と、基板
３０上に形成され、所定のパターンに従って形成された
蛍光体層３１と、全面を覆う例えばアルミニウム薄膜か
ら成るアノード電極３３から構成されている。蛍光体層
３１と蛍光体層３１との間の基板３０上には、ブラック
マトリックス３２が形成されている。尚、ブラックマト
リックス３２を省略することもできる。また、単色表示
装置を想定した場合、蛍光体層３１は必ずしも所定のパ
ターンに従って設けられる必要はない。更には、ＩＴＯ
等の透明導電膜から成るアノード電極を基板３０と蛍光
体層３１との間に設けてもよく、あるいは、基板３０上
に設けられた透明導電膜から成るアノード電極３３と、
アノード電極３３上に形成された蛍光体層３１及びブラ
ックマトリックス３２と、蛍光体層３１及びブラックマ
トリックス３２の上に形成されたアルミニウムから成
り、アノード電極３３と電気的に接続された光反射導電
膜から構成することもできる。

【００４６】実施の形態１における表示装置は、上述の
ような電界放出素子の複数から成る電子放出領域が有効
領域に２次元マトリックス状に多数形成されたカソード
パネルＣＰと、アノードパネルＡＰから構成されてお
り、複数の画素を有する。カソードパネルＣＰとアノー
ドパネルＡＰとは、それらの周縁部において、枠体３４
を介して接合されている。更には、カソードパネルＣＰ
の無効領域には、真空排気用の貫通孔３５が設けられて
おり、この貫通孔３５には、真空排気後に封じ切られる
チップ管３６が接続されている。枠体３４は、セラミッ
クス又はガラスから成り、高さは、例えば１．０ｍｍで
ある。場合によっては、枠体３４の代わりに接着層のみ
を用いることもできる。

【００４７】また、カソードパネルＣＰとアノードパネ
ルＡＰとの間には、両パネル間の距離を一定に維持する
ための補助的手段として、有効領域内に等間隔にスペー
サ（図示せず）が配置されている。

【００４８】１画素は、カソードパネル側においてスト
ライプ状のカソード電極１１、その上方に形成された電
子放出部１５、及びストライプ状のゲート電極１３から
成る電界放出素子と、電界放出素子に対面するようにア
ノードパネルＡＰの有効領域に配列された蛍光体層３１
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。

【００４９】カソード電極１１には相対的な負電圧がカ
ソード電極制御回路４０から印加され、ゲート電極１３
には相対的な正電圧がゲート電極制御回路４１から印加
され、アノード電極３３にはゲート電極１３よりも更に
高い正電圧がアノード電極制御回路４２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にカソード電極制御回路４０から走査
信号を入力し、ゲート電極１３にゲート電極制御回路４
１からビデオ信号を入力する。あるいは又、カソード電
極１１にカソード電極制御回路４０からビデオ信号を入
力し、ゲート電極１３にゲート電極制御回路４１から走
査信号を入力する。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３３に引き付けられ、蛍光
体層３１に衝突する。その結果、蛍光体層３１が励起さ
れて発光し、所望の画像を得ることができる。

【００５０】以下、実施の形態１における電界放出素子
及び表示装置の製造方法を、支持体等の模式的な一部端
面図である図１及び図２を参照して説明する。実施の形
態１においては、ニッケル（Ｎｉ）から成る炭素薄膜選
択成長領域を電気メッキに基づき形成する。

【００５１】［工程−１００］先ず、例えばガラス基板
から成る支持体１０上にカソード電極形成用の導電材料
層を形成し、次いで、周知のリソグラフィ技術及び反応
性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）に基づき導電材料層
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１０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。導電材料層は、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。

【００５２】［工程−１１０］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。具体的に
は、例えばＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を原料ガ
スとして使用するＣＶＤ法により、全面に、厚さ約１μ
ｍの絶縁層１２を形成する。

【００５３】［工程−１２０］その後、絶縁層１２上に
第１の開口部１４Ａを有するゲート電極１３を形成す
る。具体的には、絶縁層１２上にゲート電極を構成する
ためのクロム（Ｃｒ）から成る導電材料層をスパッタリ
ング法にて形成した後、導電材料層上にパターニングさ
れた第１のマスク材料層（図示せず）を形成し、かかる
第１のマスク材料層をエッチング用マスクとして用いて
導電材料層をエッチングして、導電材料層をストライプ
状にパターニングした後、第１のマスク材料層を除去す
る。次いで、導電材料層及び絶縁層１２上にパターニン
グされた第２のマスク材料層（図示せず）を形成し、か
かる第２のマスク材料層をエッチング用マスクとして用
いて導電材料層をエッチングする。これによって、絶縁
層１２上に第１の開口部１４Ａを有するゲート電極１３
を得ることができる。ストライプ状のゲート電極１３
は、カソード電極１１と異なる方向（例えば、図面の紙
面垂直方向）に延びている。引き続き、ゲート電極１３
に形成された第１の開口部１４Ａに連通する第２の開口
部１４Ｂを絶縁層１２に形成する。具体的には、第２の
マスク材料層をエッチング用マスクとして用いて絶縁層
１２をＲＩＥ法にてエッチングした後、第２のマスク材
料層を除去する。こうして、図１の（Ａ）に示す構造を
得ることができる。実施の形態１においては、第１の開
口部１４Ａと第２の開口部１４Ｂとは、一対一の対応関
係にある。即ち、１つの第１の開口部１４Ａに対応し
て、１つの第２の開口部１４Ｂが形成される。尚、第１
及び第２の開口部１４Ａ，１４Ｂの平面形状は、例えば
直径１μｍ〜３０μｍの円形である。これらの開口部１
４Ａ，１４Ｂを、例えば、１画素に１個〜３０００個程
度形成すればよい。

【００５４】［工程−１３０］その後、カソード電極１
１の端部の全てを短絡させ、更には、ゲート電極１３の
端部の全てを短絡させ、第２の開口部１４Ｂの底部に位
置するカソード電極１１の表面に、金属（具体的には、
ニッケル）から成る炭素薄膜選択成長領域２０を電気メ
ッキに基づき形成する（図１の（Ｂ）参照）。電気メッ
キの条件を以下の表１に例示する。尚、陽極としてニッ
ケル板を用いる。

【００５５】 ［表１］ メッキ浴組成：塩化アンモニウム １重量％ ホウ酸 ２重量％ 硫酸ニッケル ４重量％ ドデシル硫酸ナトリウム ０．１重量％ メッキ浴温度：５０゜Ｃ 印加電流 ：陽極／ゲート電極間 ２５ｍＡ／ｄｍ² ：ゲート電極／カソード電極間 ０．５ｍＡ／ｄｍ² 電位 ：陽極の電位Ｖ_A ：１０ボルト ゲート電極電位Ｖ_G ： ２ボルト カソード電極電位Ｖ_C：−５ボルト メッキ時間 ：１０分

【００５６】これによって、厚さ約０．１μｍのニッケ
ルから成る炭素薄膜選択成長領域２０を、第２の開口部
１４Ｂの底部に位置するカソード電極１１の表面にのみ
形成することができた。また、ゲート電極１３上でのニ
ッケルの析出は全く認められなかった。従って、ゲート
電極１３とカソード電極１１とがニッケル薄膜によって
短絡するといった現象の発生は全く認められなかった。

【００５７】［工程−１４０］その後、炭素薄膜選択成
長領域２０上に、厚さ約０．２μｍの炭素薄膜２１を形
成し、電子放出部１５を得る。この状態を図２に示す。
マイクロ波プラズマＣＶＤ法に基づく炭素薄膜２１の成
膜条件を、以下の表２に例示する。従来の炭素薄膜の成
膜条件においては、９００゜Ｃ程度の成膜温度が必要と
されたが、実施の形態１においては、成膜温度４００゜
Ｃで安定した成膜を達成することができた。尚、ゲート
電極１３がクロム（Ｃｒ）から構成されているが、表２
に示す成膜温度では、ゲート電極１３上に炭素薄膜が形
成されることはない。また、形成された炭素薄膜の形態
は、巨視的には薄膜状であり、炭素のナノチューブであ
る。

【００５８】［表２］ ［炭素薄膜の成膜条件］ 使用ガス ：ＣＨ₄／Ｈ₂＝５０／５０ＳＣＣＭ 圧力 ：１．３×１０³Ｐａ マイクロ波パワー：５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 成膜温度 ：４００゜Ｃ

【００５９】次いで、絶縁層１２に設けられた第２の開
口部１４Ｂの側壁面を等方的なエッチングによって後退
させてもよい。これによって、ゲート電極１３の開口端
部を露出させることができる。尚、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、或いはエ
ッチング液を利用するウェットエッチングにより行うこ
とができる。エッチング液としては、例えば４９％フッ
酸水溶液と純水の１：１００（容積比）混合液を用いる
ことができる。

【００６０】［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３１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３０と支持体１０）と
を、枠体３４を介して、周縁部において接合する。接合
に際しては、枠体３４とアノードパネルＡＰとの接合部
位、及び枠体３４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３４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１０〜３
０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３４とフリットガラスとによっ
て囲まれた空間を、貫通孔３５及びチップ管３６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３６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３
４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。

【００６１】実施の形態１においては、第２の開口部１
４Ｂの底部に位置し、一種の触媒としての機能を有する
材料から構成された炭素薄膜選択成長領域２０上に炭素
薄膜２１から成る電子放出部１５を形成するので、炭素
薄膜２１を所望の形状にするための炭素薄膜のパターニ
ングを行う必要が無い。また、電界放出素子の電子放出
部は仕事関数の低い平面状の炭素薄膜２１から成り、そ
の加工には、従来のスピント型電界放出素子に関して必
要とされた複雑、且つ、高度な加工技術を何ら要しな
い。従って、表示装置の有効領域の面積が増大し、これ
に伴って電子放出部の形成数が著しく増大した場合に
も、有効領域の全域に亙って各電子放出部の電子放出効
率を均一化し、輝度ムラが極めて少ない高画質の表示装
置を実現することができる。

【００６２】尚、図３及び図４に示した表示装置におけ
るアノードパネルＡＰの製造方法の一例を、以下、図５
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５０００ｒｐｍ
にて５分間、撹拌を行う。その後、例えば、ポリビニル
アルコール及び重クロム酸アンモニウムを添加して、十
分に撹拌し、濾過する。

【００６３】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３０上の全面に感光性被膜５０
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５３に設けられた孔部５４を通過し
た紫外線によって、基板３０上に形成された感光性被膜
５０を露光して感光領域５１を形成する（図５の（Ａ）
参照）。その後、感光性被膜５０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）
５２を基板３０上に残す（図５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５
２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３０上にカーボン剤から成るブラックマトリ
ックス３２を形成し、併せて、感光性被膜の残部５２を
除去する（図５の（Ｃ）参照）。その後、露出した基板
３０上に、赤、緑、青の各蛍光体層３１を形成する（図
５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３
１及びブラックマトリックス３２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から成るア
ノード電極３３を形成する。尚、スクリーン印刷法等に
より各蛍光体層３１を形成することもできる。

【００６４】（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１にて説明した製造方
法にあっては、炭素薄膜選択成長領域２０の表面が自然
酸化され、炭素薄膜２１の形成が困難となる場合があ
る。実施の形態２においては、炭素薄膜選択成長領域２
０の表面の金属酸化物（所謂、自然酸化膜）を除去す
る。尚、炭素薄膜選択成長領域２０の表面の金属酸化物
を、プラズマ還元処理若しくは洗浄処理によって除去す
る。

【００６５】実施の形態２により製造される電界放出素
子及び表示装置の構造は、実施の形態１にて説明した電
界放出素子及び表示装置の構造と同じであるので、詳細
な説明は省略する。以下、実施の形態２の電界放出素子
の製造方法及び表示装置の製造方法を説明する。

【００６６】［工程−２００］先ず、実施の形態１の
［工程−１００］〜［工程−１３０］と同様にして、例
えばガラス基板から成る支持体１０上にカソード電極１
１を形成し、次いで、支持体１０及びカソード電極１１
上に絶縁層１２を形成し、その後、絶縁層１２上に第１
の開口部１４Ａを有するゲート電極１３を形成し、更
に、ゲート電極１３に形成された第１の開口部１４Ａに
連通する第２の開口部１４Ｂを絶縁層１２に形成した
後、炭素薄膜選択成長領域２０を形成する。

【００６７】［工程−２１０］次に、第２の開口部１４
Ｂの底部に露出した炭素薄膜選択成長領域２０の表面の
金属酸化物（自然酸化膜）を、以下の表３に例示するプ
ラズマ還元処理（マイクロ波プラズマ処理）に基づき除
去する。あるいは又、例えば５０％フッ酸水溶液と純水
の１：４９（容積比）混合液を用いて、露出した炭素薄
膜選択成長領域２０の表面の金属酸化物（自然酸化膜）
を除去することもできる。

【００６８】［表３］ 使用ガス ：Ｈ₂＝１００ＳＣＣＭ 圧力 ：１．３×１０³Ｐａ マイクロ波パワー：６００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 処理温度 ：４００゜Ｃ

【００６９】［工程−２２０］その後、第２の開口部１
４Ｂの底部に露出した炭素薄膜選択成長領域２０の表面
に、厚さ約０．２μｍの炭素薄膜２１を形成し、電子放
出部１５を得る。マイクロ波プラズマＣＶＤ法に基づく
炭素薄膜２１の成膜条件を、以下の表４に例示する。実
施の形態２においては、成膜温度３５０゜Ｃで安定した
成膜を達成することができた。また、形成された炭素薄
膜の形態は、巨視的には薄膜状であり、炭素のナノチュ
ーブである。

【００７０】［表４］ ［炭素薄膜の成膜条件］ 使用ガス ：ＣＨ₄／Ｈ₂＝５０／５０ＳＣＣＭ 圧力 ：１．３×１０³Ｐａ マイクロ波パワー ：５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 成膜温度 ：３５０゜Ｃ

【００７１】［工程−２３０］その後、実施の形態１の
［工程−１５０］と同様にして、表示装置の組み立てを
行う。

【００７２】実施の形態２においては、第２の開口部１
４Ｂの底部に露出した炭素薄膜選択成長領域２０の表面
の金属酸化物（自然酸化膜）を除去した後、かかる炭素
薄膜選択成長領域２０の表面に炭素薄膜を形成するの
で、より一層低い温度での炭素薄膜の形成が可能とな
る。

【００７３】（実施の形態３）実施の形態３も、実施の
形態１の変形である。実施の形態３においては、第２の
開口部１４Ｂの底部に露出した炭素薄膜選択成長領域２
０の表面に凹凸を形成する。これによって、その上に形
成される炭素薄膜には突起部が形成される結果、高い電
子放出効率を有する冷陰極電界電子放出素子を得ること
ができる。以下、実施の形態３における電界放出素子及
び表示装置の製造方法を説明する。

【００７４】［工程−３００］先ず、実施の形態１の
［工程−１００］〜［工程−１３０］と同様にして、例
えばガラス基板から成る支持体１０上にカソード電極１
１を形成し、次いで、支持体１０及びカソード電極１１
上に絶縁層１２を形成し、その後、絶縁層１２上に第１
の開口部１４Ａを有するゲート電極１３を形成し、更
に、ゲート電極１３に形成された第１の開口部１４Ａに
連通する第２の開口部１４Ｂを絶縁層１２に形成し、第
２の開口部１４Ｂの底部の中央部にカソード電極１１の
表面に電気メッキにて炭素薄膜選択成長領域２０を形成
する。

【００７５】［工程−３１０］次に、支持体１０を燐酸
水溶液に浸漬し、ニッケル（Ｎｉ）から構成された炭素
薄膜選択成長領域２０の表面をエッチングし、炭素薄膜
選択成長領域２０の表面に凹凸を形成する。

【００７６】［工程−３２０］その後、平行平板型ＣＶ
Ｄ装置を使用して、以下の表５に例示するマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法に基づき、炭素薄膜選択成長領域２０上
に、厚さ約０．２μｍの炭素薄膜２１を形成し、電子放
出部を得る。また、形成された炭素薄膜の形態は、巨視
的には薄膜状であり、炭素のナノチューブである。

【００７７】［表５］ ［炭素薄膜の成膜条件］ 使用ガス ：Ｃ₂Ｈ₄／Ｈ₂＝５０／５０ＳＣＣＭ 圧力 ：７×１０²Ｐａ マイクロ波パワー：７００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 成膜温度 ：４００゜Ｃ

【００７８】［工程−３３０］次いで、実施の形態１の
［工程−１５０］と同様にして、表示装置の組み立てを
行う。

【００７９】尚、実施の形態３においても、炭素薄膜選
択成長領域２０を形成した後、実施の形態２の［工程−
２２０］と同様にして、炭素薄膜選択成長領域２０の表
面の金属酸化物（自然酸化膜）を除去してもよい。尚、
炭素薄膜選択成長領域２０の表面における凹凸の形成
（エッチング）には、炭素薄膜選択成長領域２０を構成
する金属に依存して、希塩酸、希硫酸、希硝酸、水酸化
ナトリウム水溶液等を用いることができる。

【００８０】（実施の形態４）実施の形態４も、実施の
形態１の変形である。実施の形態４においては、炭素薄
膜選択成長領域２０を鉄（Ｆｅ）あるいはコバルト（Ｃ
ｏ）から構成する。即ち、実施の形態１の［工程−１０
０］〜［工程−１２０］を実行した後、以下に説明する
電気メッキ工程を実行し、更に、実施の形態１の［工程
−１４０］を実行することによって、電界放出素子を得
ることができる。その後、実施の形態１の［工程−１５
０］と同様にして、表示装置の組み立てを行う。尚、実
施の形態４に対しても、実施の形態２あるいは実施の形
態３にて説明した方法を適用することができる。

【００８１】鉄（Ｆｅ）から成る炭素薄膜選択成長領域
２０を形成するためには、以下の表６に例示する条件の
電気メッキを行えばよい。尚、陽極として鉄板を用い
る。また、コバルト（Ｃｏ）から成る炭素薄膜選択成長
領域２０を形成するためには、以下の表７に例示する条
件の電気メッキを行えばよい。尚、陽極としてコバルト
板を用いる。ここで、表７に例示した条件においては、
電気メッキにおいて、矩形波の電流を流した。このと
き、総時間に対する電流を流す時間のデューティ比を２
０％とした。

【００８２】 ［表６］ メッキ浴組成：塩化アンモニウム １重量％ ホウ酸 ２重量％ 硫酸鉄 ４重量％ ドデシル硫酸ナトリウム ０．１重量％ メッキ浴温度：５０゜Ｃ 印加電流 ：陽極／ゲート電極間 ２５ｍＡ／ｄｍ² ：ゲート電極／カソード電極間 ０．５ｍＡ／ｄｍ² 電位 ：陽極の電位Ｖ_A ：１０ボルト ゲート電極電位Ｖ_G ： ２ボルト カソード電極電位Ｖ_C：−５ボルト メッキ時間 ：１０分

【００８３】 ［表７］ メッキ浴組成：塩化アンモニウム １重量％ ホウ酸 ２重量％ 硫酸コバルト ４重量％ ドデシル硫酸ナトリウム ０．１重量％ メッキ浴温度：５０゜Ｃ 印加電流 ：陽極／ゲート電極間 ２５ｍＡ／ｄｍ² ：ゲート電極／カソード電極間 ０．５ｍＡ／ｄｍ² 電位 ：陽極の電位Ｖ_A ：１０ボルト ゲート電極電位Ｖ_G ： ２ボルト カソード電極電位Ｖ_C：−５ボルト メッキ時間 ：１０分

【００８４】これによって、厚さ約５０ｎｍの炭素薄膜
選択成長領域２０を、第２の開口部１４Ｂの底部に位置
するカソード電極１１の表面に形成することができた。
また、ゲート電極１３上での鉄あるいはコバルトの析出
は全く認められなかった。従って、ゲート電極１３とカ
ソード電極１１とが鉄薄膜やコバルト薄膜によって短絡
するといった現象の発生は全く認められなかった。

【００８５】（実施の形態５）実施の形態５も実施の形
態１の変形である。実施の形態５において、電界放出素
子は収束電極を備えている。即ち、ゲート電極１３及び
絶縁層１２には更に第２の絶縁層６１が設けられ、第２
の絶縁層６１上に収束電極６２が設けられている。この
ような構造を有する電界放出素子の模式的な一部端面図
を図６に示す。第２の絶縁層６１には第１の開口部１４
Ａに連通した第３の開口部６３が設けられている。以
下、実施の形態５の電界放出素子及び表示装置の製造方
法を説明する。

【００８６】［工程−５００］先ず、実施の形態１の
［工程−１００］〜［工程−１１０］を実行した後、
［工程−１２０］と同様にして、絶縁層１２上にストラ
イプ状のゲート電極１３を形成する。

【００８７】［工程−５１０］その後、全面に第２の絶
縁層６１を形成し、更に、第２の絶縁層６１上にパター
ニングされた収束電極６２を形成した後、収束電極６
２、第２の絶縁層６１に第３の開口部６３を設け、更
に、ゲート電極１３に第１の開口部１４Ａを設け、更
に、絶縁層１２に第２の開口部１４Ｂを設ける。

【００８８】［工程−５２０］次いで、実施の形態１の
［工程−１３０］及び［工程−１４０］を実行すること
で、収束電極６２を備えた電界放出素子を得ることがで
きる。その後、実施の形態１の［工程−１５０］と同様
にして、表示装置の組み立てを行う。尚、実施の形態５
に対しても、実施の形態２〜実施の形態４にて説明した
方法を適用することができる。尚、［工程−１３０］と
同様の電気メッキ工程においては、収束電極の電位をＶ
_Fとしたとき、Ｖ_A≧Ｖ_F≒Ｖ_G＞Ｖ_Cを満足する条件で電
気メッキを行う。

【００８９】以上、本発明を、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。実
施の形態において説明した各種の条件、使用材料、電界
放出素子や表示装置の構造は例示であり、適宜変更する
ことができる。

【００９０】

【発明の効果】本発明においては、絶縁層に設けられた
第２の開口部の底部に位置するカソード電極の上に電気
メッキにて炭素薄膜選択成長領域を設け、その上にＣＶ
Ｄ法にて炭素薄膜から成る電子放出部を設けることがで
きるので、従来の製造方法と比較して、極めて容易な方
法で冷陰極電界電子放出素子を製造することが可能とな
り、冷陰極電界電子放出表示装置の製造コストの低減を
図ることができる。しかも、炭素薄膜を所望の形状にす
るための炭素薄膜のパターニングを行う必要が無い。ま
た、電子放出部が炭素薄膜から構成されているので、低
閾値電圧を有し、高い電子放出効率を有する冷陰極電界
電子放出素子を得ることができ、更には、低消費電力、
高画質の冷陰極電界電子放出表示装置を得ることができ
る。また、有効領域の面積が増大し、これに伴って冷陰
極電界電子放出素子の形成数が著しく増大した場合に
も、各冷陰極電界電子放出素子の電子放出部を精度良く
形成することができるため、有効領域の全域に亙って各
電子放出部の電子放出効率が均一化され、輝度ムラが極
めて少ない高画質の冷陰極電界電子放出表示装置を製造
することができる。しかも、炭素薄膜の成膜を比較的低
温で行うことができるが故に、支持体としてガラス板を
用いることができ、製造コストの低減を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

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

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

【図３】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。

【図４】発明の実施の形態１の冷陰極電界電子放出表示
装置におけるカソードパネルとアノードパネルを分解し
たときの模式的な部分的斜視図である。

【図５】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。

【図６】収束電極を有する冷陰極電界電子放出素子の模
式的な一部端面図である。

【図７】従来のスピント型冷陰極電界電子放出素子を備
えた従来の冷陰極電界電子放出表示装置の構成例を示す
模式図である。

【符号の説明】

１０・・・支持体、１１・・・カソード電極、１２・・
・絶縁層、１３・・・ゲート電極、１４Ａ・・・第１の
開口部、１４Ｂ・・・第２の開口部、２０・・・炭素薄
膜選択成長領域、２１・・・炭素薄膜、３０・・・基
板、３１・・・蛍光体層、３２・・・ブラックマトリッ
クス、３３・・・アノード電極、３４・・・枠体、３５
・・・貫通孔、３６・・・チップ管、４０・・・カソー
ド電極制御回路、４１・・・ゲート電極制御回路、４２
・・・アノード電極制御回路、６１・・・第２の絶縁
層、６２・・・収束電極、６３・・・第３の開口部、Ｃ
Ｐ・・・カソードパネル、ＡＰ・・・アノードパネル

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）支持体上にカソード電極を形成する
   工程と、 （Ｂ）支持体及びカソード電極上に絶縁層を形成する工
   程と、 （Ｃ）絶縁層上に第１の開口部を有するゲート電極を形
   成する工程と、 （Ｄ）ゲート電極に形成された第１の開口部に連通する
   第２の開口部を絶縁層に形成する工程と、 （Ｅ）第２の開口部の底部に位置するカソード電極の表
   面に、金属から成る炭素薄膜選択成長領域を形成する工
   程と、 （Ｆ）炭素薄膜選択成長領域上に化学的気相成長法にて
   炭素薄膜を形成する工程、から成り、 前記炭素薄膜選択成長領域を形成する工程は電気メッキ
   に基づき、 電気メッキにおける陽極の電位をＶ_A、ゲート電極の電
   位をＶ_G、カソード電極の電位をＶ_Cとしたとき、Ｖ_A≧
   Ｖ_G＞Ｖ_Cを満足する条件で電気メッキを行うことを特徴
   とする冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
2. 【請求項２】前記金属は、クロム、マンガン、鉄、コバ
   ルト、ニッケル、銅、亜鉛、モリブデン、パラジウム、
   タンタル、白金、及び、金から成る群から選択された少
   なくとも１種類の金属から成ることを特徴とする請求項
   １に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
3. 【請求項３】電気メッキにおいて矩形波の電流を流すこ
   とを特徴とする請求項１に記載の冷陰極電界電子放出素
   子の製造方法。
4. 【請求項４】炭素薄膜選択成長領域を形成した後、炭素
   薄膜選択成長領域の表面の金属酸化物を除去することを
   特徴とする請求項１に記載の冷陰極電界電子放出素子の
   製造方法。
5. 【請求項５】炭素薄膜選択成長領域の表面の金属酸化物
   を、プラズマ還元処理若しくは洗浄処理によって除去す
   ることを特徴とする請求項４に記載の冷陰極電界電子放
   出素子の製造方法。
6. 【請求項６】アノード電極及び蛍光体層が形成された基
   板と、冷陰極電界電子放出素子が形成された支持体と
   を、蛍光体層と冷陰極電界電子放出素子とが対向するよ
   うに配置し、基板と支持体とを周縁部において接合する
   冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法であって、 冷陰極電界電子放出素子を、 （Ａ）支持体上にカソード電極を形成する工程と、 （Ｂ）支持体及びカソード電極上に絶縁層を形成する工
   程と、 （Ｃ）絶縁層上に第１の開口部を有するゲート電極を形
   成する工程と、 （Ｄ）ゲート電極に形成された第１の開口部に連通する
   第２の開口部を絶縁層に形成する工程と、 （Ｅ）第２の開口部の底部に位置するカソード電極の表
   面に、金属から成る炭素薄膜選択成長領域を形成する工
   程と、 （Ｆ）炭素薄膜選択成長領域上に化学的気相成長法にて
   炭素薄膜を形成する工程、に基づき形成し、 前記炭素薄膜選択成長領域を形成する工程は電気メッキ
   に基づき、 電気メッキにおける陽極の電位をＶ_A、ゲート電極の電
   位をＶ_G、カソード電極の電位をＶ_Cとしたとき、Ｖ_A≧
   Ｖ_G＞Ｖ_Cを満足する条件で電気メッキを行うことを特徴
   とする冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法。
7. 【請求項７】前記金属は、クロム、マンガン、鉄、コバ
   ルト、ニッケル、銅、亜鉛、モリブデン、パラジウム、
   タンタル、白金、及び、金から成る群から選択された少
   なくとも１種類の金属から成ることを特徴とする請求項
   ６に記載の冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法。
8. 【請求項８】電気メッキにおいて矩形波の電流を流すこ
   とを特徴とする請求項６に記載の冷陰極電界電子放出表
   示装置の製造方法。
9. 【請求項９】炭素薄膜選択成長領域を形成した後、炭素
   薄膜選択成長領域の表面の金属酸化物を除去することを
   特徴とする請求項６に記載の冷陰極電界電子放出表示装
   置の製造方法。
10. 【請求項１０】炭素薄膜選択成長領域の表面の金属酸化
    物を、プラズマ還元処理若しくは洗浄処理によって除去
    することを特徴とする請求項９に記載の冷陰極電界電子
    放出表示装置の製造方法。