JP2006073514A - 電子放出素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子ビームの広がりを制御する。
【解決手段】 対向配置される第１基板２及び第２基板４と，第１基板２上に形成されるカソード電極６と，カソード電極６に電気的に連結される電子放出部１２と，電子放出部１２が第１基板２上に露出されるようにする開口部８ａを有して第１基板２上に形成される第１絶縁層８と，第１絶縁層８上に形成されるゲート電極１０とを含み；電子放出部１２は，カソード電極６上に形成される少なくとも一つの多孔性アルミナテンプレート１４の複数の気孔内で垂直に成長して形成されるように構成した。また，多孔性アルミナテンプレート１４の気孔は，第１基板２とカソード電極６に電圧を印加してカソード電極６を陽極酸化させることにより，カソード電極６の面に対して垂直に形成されるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は，電子放出素子及びその製造方法に関する。

一般に，電子放出素子は，電子源として熱陰極を用いる方式と，冷陰極を用いる方式が知られている。このうち，冷陰極を用いる方式の電子放出素子としては，電界放出（ＦＥ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｔｔｅｒ）型，表面伝導（ＳＣＥ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｍｉｔｔｅｒ）型，金属−絶縁層−金属（ＭＩＭ：Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）型，金属−絶縁層−半導体（ＭＩＳ：Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型，及び弾道電子（ＢＳＥ：Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ）型の電子放出素子が知られている。

上記のような電子放出素子はその種類によって細部構造が異なるが，基本的には，真空容器内に電子を放出する構造物としての電子放出部が形成され，上記電子放出部から放出された電子が電子ビーム経路上に設けられた蛍光層に衝突して蛍光体を励起させることにより，所定の発光または表示を行う。

電子放出素子のうち，ＦＥ（またはＦＥＡ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ａｒｒａｙ）型は，強い電界を与えると電子を放出する物質によって形成される電子放出部と，上記電子放出部の周囲に配設される，例えばカソード電極及びゲート電極からなる駆動電極とを含んで構成される。そして，上記ＦＥ型電子放出素子は，両電極間の電圧差により電子放出部の周囲に電界が形成されるとき，上記電子放出部から電子が放出される原理を用いている。

上記ＦＥ型電子放出素子の典型的な構造は，基板上にカソード電極，絶縁層及びゲート電極を順次形成し，カソード電極とゲート電極の交差領域ごとに，ゲート電極と絶縁層にそれぞれ開口部を形成してカソード電極の一部表面を露出させた後，開口部内のカソード電極上に電子放出部を形成した構造を有する。

初期に提案されたＦＥ型電子放出素子としては，上記電子放出部に，主にモリブデン（Ｍｏ）を真空中で蒸着またはスパッタリングして形成された先の尖ったスピント（ｓｐｉｎｄｔ）タイプのものを用いた電子放出素子が知られている（例えば，特許文献１参照。）。上記特許文献１により開示された電界冷陰極の製造方法では，スピントタイプの電子放出部は，底面直径がおよそ０．５μｍ，高さがおよそ０．５〜１μｍの微細な大きさに形成される。

前述したスピントタイプの電子放出部を有する電子放出素子を製作する場合，一般には公知の半導体製造工程を用いて制作が行われるが，このような半導体製造工程は複雑であり，高難易度の技術を必要とするため，電子放出素子の製造単価を上昇させていた。また，複数の電子放出素子を同一基板上に制作する場合，大面積化または大型化が難しいという欠点があった。

したがって，最近の電子放出素子分野においては，仕事関数（ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の低いカーボン系物質，例えばカーボンナノチューブ，グラファイト，ダイアモンド状カーボンなどを用い，スクリーン印刷などの公知の厚膜工程により，電子放出部を形成する技術が研究及び開発されている。このようなカーボン系の電子放出部は，表面に露出される電子放出物質，すなわちカーボン系物質から電子が容易に放出されるので，低電圧駆動が可能であり，製造が容易であり，大型化にも有利であるといった利点がある。

米国特許第５，９３８，４９５号明細書

しかしながら，従来の電子放出素子は，電子放出部がスクリーン印刷と乾燥及び焼成工程により形成されるため，電子放出物質が表面に露出されずに固形分に埋められた状態となりエミッション効率が低下するという問題があった。例えば，カーボンナノチューブのようなカーボン系物質からなる電子放出物質は、溶媒及びバインダー樹脂などと混合されたペーストとして基板上にスクリーン印刷された後、乾燥及び焼成工程により電子放出部として形成される。この際，カーボン系物質はペーストの固形分と混ざって固形分の内部に不規則的に分布するため，ほとんどのカーボンナノチューブの末端は固形分の内部に埋まった状態となり，有効に電子を放出することができず，電子放出素子のエミッション効率が低下するという問題があった。したがって，従来の電子放出素子においては，電子放出構造物上に粘着テープを付着させた後，これを剥がして電子放出部の表面の一部を除去して電子放出部の表面に電子放出物質が露出されるようにする表面処理を施したものもある。また，上記のようにペースト状態の物質を用いて形成される電子放出部は，電子放出物質が無作為に分布して電子ビームが広がる現象を引き起こすとういう問題もあった。このような電子ビームの広がりは，電子ビームの絶縁層やゲート電極への衝突や，電子ビームによる絶縁層の帯電を引き起こし，蛍光体に到達する電子量を減少させて電子放出素子のエミッション効率を低下させていた。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，電子放出部から放出された電子が絶縁層または電極などの構造物にぶつからないように電子ビームを制御することができる電子放出素子及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，対向配置される第１基板及び第２基板と，上記第１基板上に形成されるカソード電極と，上記カソード電極に電気的に連結される電子放出部と，上記電子放出部が上記第１基板上に露出されるようにする開口部を有して上記第１基板上に形成される第１絶縁層と，上記第１絶縁層上に形成されるゲート電極とを含み；上記電子放出部は，上記カソード電極上に形成される少なくとも一つの多孔性アルミナテンプレートの複数の気孔内で上記カソード電極の面に対して垂直に成長して形成されること；を特徴とする電子放出素子が提供される。

このような本発明にかかる電子放出素子によれば，カソード電極上の多孔性アルミナテンプレートの気孔内に電子放出物質を成長させることにより，基板またはカソード電極に対して垂直に電子放出部が形成されるので，電子ビームの広がりを抑制することができる。これにより，電子放出部から放出された電子ビームが，例えば絶縁層または電極などに衝突して目的位置に届かないといった現象が防止され，電子放出量が増えて優れた電子放出特性を示す電子放出素子を提供できるものである。また，上記電子放出部は基板またはカソード電極に対して垂直に形成されるのがよいが，完全に垂直でなくとも，略垂直に形成されてもよい。

このとき，上記多孔性アルミナテンプレートの気孔は，上記第１基板と上記カソード電極に電圧を印加して上記カソード電極を陽極酸化させることにより，上記カソード電極にの面に対して垂直に形成されるようにするのがよい。上記多孔性アルミナテンプレートの気孔が上記カソード電極に対して垂直に形成されることにより，気孔内で成長して形成される電子放出部も上記カソード電極に対して垂直に形成される。

また，上記カソード電極は，アルミニウム簿膜からなるように構成されるのがよい。そして，上記電子放出部の直径は，上記多孔性アルミナテンプレートの気孔の孔径と同一であるのがよい。

そして，上記電子放出部は，カーボンナノチューブ，グラファイト，グラファイトナノファイバ，ダイアモンド状カーボン，Ｃ_６０，またはシリコンナノワイヤのいずれか一つまたはこれらの組合せからなるように構成されるのがよい。

また，上記電子放出素子は，上記第２基板上に形成される少なくとも一つのアノード電極と，上記アノード電極のいずれかの面に形成される蛍光層とをさらに含むことができる。あるいは，上記電子放出素子は，上記ゲート電極を覆うように上記基板の全面に形成される第２絶縁層と，上記第２絶縁層を介在して上記第１絶縁層及び上記ゲート電極上に形成される集束電極とをさらに含むこともできる。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，基板（第１基板）上にカソード電極を形成するカソード電極形成段階と；上記カソード電極を覆うように上記基板の全面に第１絶縁層を形成する第１絶縁層形成段階と；上記第１絶縁層上に，上記カソード電極との交差領域ごとに少なくとも一つの開口部を有するゲート電極を形成するゲート電極形成段階と；上記ゲート電極をマスクとして使用して上記カソード電極のみを露出させ，上記カソード電極を陽極酸化して，上記カソード電極上に多孔性アルミナテンプレートを形成する多孔性アルミナテンプレート形成段階と；上記多孔性アルミナテンプレート形成段階にて得られた構造物を化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応器に装着し，炭化水素の含まれた運搬ガスを上記反応器に投入しながら上記基板と上記カソード電極との間に電圧を印加することにより，上記カソード電極上の多孔性アルミナテンプレートの気孔内に電子放出物質を上記カソード電極の面に対して垂直に成長させて電子放出部を直接形成する電子放出部形成段階と；を含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法が提供される。

このような本発明にかかる電子放出素子の製造方法によれば，カソード電極上の多孔性アルミナテンプレートの気孔内で直接電子放出物質を成長させて電子放出部を形成しており，上記多孔性アルミナテンプレートの気孔が上記カソード電極の面に対して垂直に形成されるので，電子放出部も基板またはカソード電極に対して垂直に形成される。このように基板に対して垂直に形成された電子放出部は，電子ビームを垂直方向に放出することができ，ビームの広がりが抑制されている。従って，電子ビームが例えば絶縁層または電極などに衝突するといった現象が防止され，電子ビームを目標とする位置に放出することができるので，電子放出素子の電子放出量は増大し，優れた電子放出特性を示すことができるようになる。また，上記電子放出部は基板またはカソード電極に対して垂直に形成されるのがよいが，完全に垂直でなくとも，略垂直に形成されてもよい。

このとき，上記多孔性アルミナテンプレート形成段階のカソード電極の陽極酸化は，上記カソード電極が露出された上記基板を電解液に含浸させ，上記基板と上記カソード電極に電圧を印加することによりなされるのがよい。また，上記電解液はシュウ酸からなることができる。

上記電子放出部形成段階において，上記電子放出部は，６００℃以下の温度での化学気相蒸着により形成されるのがよい。また，上記電子放出部の直径は，上記多孔性アルミナテンプレートの気孔の孔径によって制御されるようにするのがよい。これにより，上記多孔性アルミナテンプレートの気孔の孔径を変化させることにより，上記電子放出部の直径を所望の値に制御することができる。

また，上記電子放出部は，カーボンナノチューブ，グラファイト，グラファイトナノファイバ，ダイアモンド状カーボン，Ｃ_６０，またはシリコンナノワイヤのいずれか一つまたはこれらの組合せからなるように構成されるのがよい。

そして，上記電子放出素子の製造方法は，上記ゲート電極形成段階と上記多孔性アルミナテンプレート形成段階との間に，上記ゲート電極を覆うように上記基板の全面に第２絶縁層を形成する第２絶縁層形成段階と，上記第２絶縁層上に，少なくとも一つの開口部を有する集束電極を形成する集束電極形成段階とをさらに含み，上記第２絶縁層と上記第１絶縁層を順次パターニングすることにより開口部を形成する開口部形成段階をさらに含むことができる。

本発明によれば，基板上の多孔性アルミナテンプレート内で直接成長された電子放出部が基板に対して垂直に配置されて分布されることにより，電子放出部から放出された電子が絶縁層または電極などの構造物にぶつからないので，電子ビームの広がりを制御することができ，電子放出量が増大されて優れた電子放出特性を示す電子放出素子を提供できるものである。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は本発明の実施の形態にかかる電子放出素子の部分断面図である。図１に示すように，本実施形態にかかる電子放出素子は，所定の大きさを有する第１基板２と第２基板４とが，間に内部空間部が形成されるように相互に所定の距離だけ離隔されて平行に配設された構造を有する。そして，上記内部空間部すなわち真空空間を介して対向配置された状態で第１基板２と第２基板４とを一つに接合することにより，電子放出素子の外観である真空容器が形成される。ここで，第１基板２には，電子を放出する電子放出部（電子放出構造物）が形成される。また，第２基板４には，第１基板２側から放出された電子によって可視光を発光して所定のイメージを具現する発光部が設けられる。また，第１基板２と第２基板４との間には，第１基板２と第２基板４の間隔を所定の距離に維持するためのスペーサ２６を設けることができる。図１には，一つのスペーサ２６のみを示しているが，スペーサ２６は第１基板２と第２基板４との間に複数設けることができる。

第１基板２の構成についてより具体的に説明する。第１基板２上には，所定のパターン，たとえばストライプ状のパターンのカソード電極６が，相互に所定の距離だけ離隔されて第１基板２の一方向（図面のｙ軸方向）に沿って複数形成される。そして，カソード電極６を覆うように，第１基板２の全面に第１絶縁層８が形成される。第１絶縁層８上には，ゲート電極１０が相互に所定の距離だけ離隔されて，カソード電極６と交差する方向（図面のｘ方向）に複数形成される。

本実施形態において，カソード電極６とゲート電極１０の交差領域を画素領域と定義すると，カソード電極６上に画素領域ごとに少なくとも一つの電子放出部１２が形成される。また，第１絶縁層８とゲート電極１０には，電子放出部１２に対応する第１絶縁層８の開口部８ａ及びゲート電極１０の開口部１０ａがそれぞれ形成されることにより，第１基板上に電子放出部１２が露出される。

ここで，本実施形態にかかる電子放出素子は，従来のように開口部内においてカソード電極上に電子放出部を平らに形成せずに，カソード電極６上に電子放出部１２を直接成長させた構造を有する。すなわち，本実施形態にかかる電子放出素子は，多孔性アルミナテンプレートを用いて，電子放出物質を基板に直接，垂直方向に成長させることによって電子放出部を形成する。これにより，従来の電子放出素子にて発生していた電子放出部から放出された電子が絶縁層または電極などにぶつかって生じる電子ビームの広がり現象を制御することができる。このとき，上記電子放出部は，第１基板またはカソード電極に対して垂直に形成されるのがよいが，完全に垂直でなくとも，略垂直に形成されてもよい。

図２は，本実施形態にかかる電子放出素子の電子放出部の断面図である。図３は，図２に示す電子放出素子の電子放出部の電子顕微鏡写真である。図２に示すように，電子放出部１２はカソード電極６上に電子放出物質を直接成長させることにより形成され，カソード電極６に対して垂直に配置されて分布される。

多孔性アルミナテンプレート１４は，アルミニウム薄膜からなるカソード電極６を陽極酸化させて形成されるものである。多孔性アルミナテンプレート１４は，複数のナノメートル単位の気孔を有し，上記気孔の大きさは第１基板２とカソード電極６に印加される電圧の大きさに比例する。また，上記気孔は，カソード電極６の面に対して垂直方向に長い形状に形成されることができる。また，多孔性アルミナテンプレート１４内で成長する電子放出部１２の直径は，多孔性アルミナテンプレート１４の気孔の大きさ，すなわち気孔の孔径と一致するので，上記印加される電圧の大きさを変化させることにより気孔の大きさを制御すれば，所望の直径を有する電子放出部１２を形成することができる。

電子放出部１２を直接成長させて形成する方法としては，化学気相蒸着法によりカソード電極６上で電子放出物質を成長させる方法を用いることができる。このとき，電子放出部１２のカソード電極６に対する垂直方向の長さは，化学気相蒸着の時間及び多孔性アルミナテンプレート１４の厚さによって調節することができる。ここで，多孔性アルミナテンプレート１４の厚さは，カソード電極６を陽極酸化させる際の反応時間によって調節することができる。

また，本実施形態にかかる電子放出素子は，ゲート電極１０を覆うように基板全面に形成される第２絶縁層１６と，第２絶縁層１６を介在して第１絶縁層８及びゲート電極１０上に形成される集束電極１８とをさらに含むことができる。

より具体的に説明すると，ゲート電極１０と第１絶縁層８上には第２絶縁層１６と集束電極１８を形成することができる。このとき，第２絶縁層１６と集束電極１８には，第１基板２上に電子放出部１２が露出されるようにする第２絶縁層１６の開口部１６ａ及び集束電極１８の開口部１８ａ（図４ｃ及び図４ｄ参照）がそれぞれ形成される。この際，第２絶縁層１６の開口部１６ａ及び集束電極１８の開口部１８ａは，第１基板２上に設定される画素領域ごとに一つずつ提供されて複数の電子放出部１２を取り囲むように形成されることができる。

そして，第２絶縁層１６の開口部１６ａと第１絶縁層８の開口部８ａは，第２絶縁層１６と第１絶縁層８を順次パターニングすることにより形成することができる。この際，パターニングの方法としては，通常のフォトリソグラフィー法を使用することができる。また，第１絶縁層８と第２絶縁層８は，食刻液または食刻ガスに対する第１絶縁層８の食刻率が，第２絶縁層１６の食刻液に対する食刻率の３倍以上となるように形成されるのがよい。

ついで，第１基板２に対向する第２基板４の一面には，例えば赤色，緑色及び青色などの蛍光層２０が，相互に所定の距離だけ離隔されて形成される。各蛍光層２０の間には，画面のコントラストを向上させるための黒色層２２を形成することができる。蛍光層２０及び黒色層２２上には，蒸着によって形成される例えばアルミニウム膜などの金属膜からなるアノード電極２４が形成される。アノード電極２４は，外部より電子ビームの加速に必要な電圧を受け，メタルバック（ｍｅｔａｌ ｂａｃｋ）効果により画面の輝度を高める役割を果たす。

一方，アノード電極２４は，金属膜ではない例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜などの透明導電膜からなることもできる。この場合，第２基板４上に透明なアノード電極（図示せず）を先に形成し，その上に蛍光層２０と黒色層２２を形成し，必要に応じて蛍光層２０と黒色層２２上に金属膜を形成して画面の輝度を高めることができる。このようなアノード電極２４は，第２基板４の全面に形成されるか，あるいは所定のパターンに区分されて複数のパターンとして形成されることができる。

上記のように構成される電子放出素子においては，カソード電極６とゲート電極１０に所定の駆動電圧を印加すると，両電極の電圧差によって，垂直に分布された電子放出部１２の周囲に電界が形成される。これにより，電子放出部１２から電子が放出され，放出された電子は，集束電極１８に印加された，例えば数十ボルトの（−）電圧によって発散角が小さくなる方向に力を受けて集束される。そして集束された電子は，アノード電極２４に印加された高電圧に引き寄せられて第２基板４の方向に進み，対応する画素の蛍光層２０に衝突して該蛍光層２０を発光させる。

ここで，本実施形態の電子放出素子は，電子放出部１２の垂直分布により，電子が第１絶縁層８及び第２絶縁層１６にぶつかって絶縁層をチャージさせるか，あるいはゲート電極１０にぶつかり，これを介して漏洩される電子量を最少化することができる。そして，上記のように電子が一定の直進性を持って第２基板４に向かって放出されることにより，発光の対象である蛍光層２０以外の，例えば隣接した他の色の蛍光層２０に電子が放出されることを最小限に抑制し，画面の色再現率を高める利点が予想される。

次に，図４ａ〜図４ｅに基づいて，本発明の実施の形態にかかる電子放出素子の製造方法について説明する。

まず，図４ａに示すように，第１基板（または基板）２上に第１基板２の一方向に沿ってカソード電極６を，例えばストライプパターンなどの所定のパターンに形成する（カソード電極形成段階）。その後，カソード電極６を覆うように第１基板２の全面に第１絶縁層８を形成する（第１絶縁層形成段階）。第１絶縁層８は，スクリーン印刷と乾燥及び焼成過程を数回繰り返すことにより，約５〜３０μｍの厚さに形成することができる。

そして，第１絶縁層８上に，カソード電極６と交差する方向にゲート電極１０を，例えばストライプパターンなどの所定のパターンに形成する（ゲート電極形成段階）。ゲート電極１０は，カソード電極６との交差領域，つまり画素領域ごとに少なくとも一つの開口部１０ａを有する。

次に，図４ｂに示すように，第１絶縁層８及びゲート電極１０上に第２絶縁層１６を形成する（第２絶縁層形成段階）。第２絶縁層１６もスクリーン印刷と乾燥及び焼成過程を数回繰り返すことにより，約５〜３０μｍの厚さに形成することができる。そして，第２絶縁層１６上に導電物質をコーティングし，これをパターニングすることにより，開口部１８ａを有する集束電極１８を形成する（集束電極形成段階）。

ついで，図４ｃ及び図４ｄに示すように，第２絶縁層１６と第１絶縁層８を順次パターニングして第２絶縁層開口部１６ａと第１絶縁層開口部８ａを形成する（開口部形成段階）。第１絶縁層８及び第２絶縁層１６のそれぞれの開口部８ａ，１６ａは，通常のフォトリソグラフィー工程による厚膜工程でパターニングすることによって形成することができる。また，互いに異なる食刻率を有する物質で形成して，任意の食刻液または食刻ガスでそれぞれ開口部８ａ，１６ａを形成することもできる。

ついで，図４ｅに示すように，第１基板２上のカソード電極６上に多孔性アルミナテンプレート１４を形成する（多孔性アルミナテンプレート形成段階）。そして，この多孔性アルミナテンプレート１４の気孔内で電子放出物質を垂直に成長させて電子放出部１２を形成する（電子放出部形成段階）。

多孔性アルミナテンプレート１４は，完成された第１基板２（カソード基板）を，ゲート電極１０をマスクとして使用して，フォトレジストでマスキングすることにより，電子放出部１２が位置すべきカソード電極６のみを露出させて，カソード電極６を陽極酸化させることにより形成することができる。

上記カソード電極６の陽極酸化は，カソード電極６が露出された第１基板２を電解液に含浸させ，第１基板２とカソード電極６に電圧を印加することによりなされる。カソード電極６はアルミニウム薄膜からなり，上記電解液に露出されたアルミニウム薄膜部分が両極酸化されることにより，ナノメートル単位の気孔が形成されて多孔性アルミナテンプレート１４が形成される。上記電解液はシュウ酸からなることができる。

そして，電子放出部１２は，カソード電極６上に形成された多孔性アルミナテンプレート１４の気孔内に電子放出物質を直接，垂直に成長させることにより形成される。この電子放出物質を成長させる過程は，多孔性アルミナテンプレート１４の形成が終了した第１基板２の構造物を，化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応器に装着し（図示せず），炭化水素が含まれた運搬ガスを上記反応器に投入しながら第１基板２とカソード電極６の間に電圧を印加することによりなされる。

上記化学気相蒸着法としては，公知のプラズマ化学気相蒸着法または熱化学気相蒸着法を適用することができる。また，電子放出部１２は，６００℃以下の温度で化学気相蒸着により成長形成されるのがよい。

化学気相蒸着法のうち，プラズマ化学気相蒸着法は，両電極に印加される高周波電源によりチャンバーまたは反応炉内にグロー放電を引き起こす方法である。カーボンナノチューブを合成するための反応気体としては，一例としてＣ_２Ｈ_２，ＣＨ_４，Ｃ_２Ｈ_４，ＣＯガスなどを使用することができる。また，触媒金属としては，Ｓｉ，ＳｉＯ_２またはガラス基板上にＦｅ，Ｎｉ，ＣＯガスなどを熱蒸着法またはスパッタリング法にて蒸着して使用することができる。基板に蒸着された触媒金属はアンモニアと水素ガスなどで食刻してナノメートル（ｎｍ）サイズの微細な触媒金属粒子を形成し，反応ガスをチャンバー内に供給しながら両電極に高周波電源を印加するとき，グロー放電が引き起こされて基板上の微細な触媒金属粒子からカーボンナノチューブを合成する。

一方，熱化学気相蒸着法は，基板上に触媒金属としてＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏまたはこの３種の触媒金属の合金を蒸着する段階と，水で希釈させた弗酸（ＨＦ）で上記基板を食刻処理する段階と，食刻された試料を石英ボートに装着させた後，石英ボートをＣＶＤ装置の反応炉に装入する段階と，高温でＮＨ_３ガスを用いて上記触媒金属膜をさらに食刻してナノメートル（ｎｍ）サイズの微細な触媒金属粒子を形成する段階とを含むことができる。カーボンナノチューブはこの微細な触媒金属粒子上で合成可能である。

電子放出部１２を構成する電子放出物質としては，大別してカーボン系とナノメートルサイズ物質を挙げることができる。上記カーボン系物質としては，例えば，カーボンナノチューブ，グラファイト，ダイアモンド状カーボン，Ｃ_６０などがある。また，ナノメートルサイズ物質としては，例えば，カーボンナノチューブ，グラファイトナノファイバ，シリコンナノワイヤなどがある。

以下，本発明の好ましい実施例及び比較例について説明する。下記実施例は本発明をより明らかに表現する目的で提示したものであるだけで，本発明の範囲は下記実施例に限定されるものではない。

（比較例１）
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）１０ｇ，ガラスフリット（ｇｌａｓｓ ｆｒｉｔ）１ｇ，及び無機バインダ樹脂２ｇを混合した。その後，感光性モノマー１０ｇ，光開始剤５ｇ，溶媒としてテルピネオール１０ｇ，有機バインダ樹脂としてアクリラート樹脂５０ｇを混合してビークルを得た。その後，上記１次混合物とビークルを混合し撹拌してペースト組成物を製造した。このペースト組成物を印刷機で第１基板のカソード電極上にスクリーンプリントした後，９０℃で１０分間熱処理を行った。そして，平行光露光器で露光を行い（露光エネルギー：１０〜２００００ｍＪ／ｃｍ^２），アルカリ現像液を用いてスプレー法で現像した。その後，５５０℃の焼成炉で焼成を行ってＣＮＴ膜を得た。その後，粘着テープをＣＮＴ膜に付着し，テープを垂直方向に取り離すことでＣＮＴ膜を表面処理した。

（実施例１）
カソード電極が形成された基板をシュウ酸電解液に含浸させ，電圧を印加してカソード電極を陽極酸化することにより，カソード基板上にナノメートルサイズの多孔性アルミナテンプレートを形成した。この際，ゲート電極をマスクとして使用した。
その後，得られた構造物を化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応器に装着し，炭化水素の含まれた運搬ガスを上記反応器に投入しながら上記基板とカソード電極との間に電圧を印加して，カソード電極上の多孔性アルミナテンプレート内で電子放出物質を垂直に直接成長させて電子放出部を形成した。この際，上記電子放出物質としてはカーボンナノチューブを使用した。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，例えば表示装置などに用いられる電子放出素子及びその製造方法に適用可能である。

本発明の実施の形態にかかる電子放出素子を示す部分断面図である。 本実施形態にかかる電子放出素子の電子放出部の部分断面図である。 図２に示す電子放出素子の電子放出部の電子顕微鏡写真である。 本発明の実施の形態にかかる電子放出素子の製造方法を説明する図である。 本発明の実施の形態にかかる電子放出素子の製造方法を説明する図である。 本発明の実施の形態にかかる電子放出素子の製造方法を説明する図である。 本発明の実施の形態にかかる電子放出素子の製造方法を説明する図である。 本発明の実施の形態にかかる電子放出素子の製造方法を説明する図である。

符号の説明

２ 第１基板
４ 第２基板
６ カソード電極
８ 第１絶縁層
８ａ 第１絶縁層の開口部
１０ ゲート電極
１０ｂ ゲート電極の開口部
１２ 電子放出部
１４ 多孔性アルミナテンプレート
１６ 第２絶縁層
１６ａ 第２絶縁層の開口部
１８ 集束電極
１８ａ 集束電極の開口部
２０ 蛍光層
２２ 黒色層
２４ アノード電極

Claims (14)

1. 対向配置される第１基板及び第２基板と，
   前記第１基板上に形成されるカソード電極と，
   前記カソード電極に電気的に連結される電子放出部と，
   前記電子放出部が前記第１基板上に露出されるようにする開口部を有し，前記第１基板上に形成される第１絶縁層と，
   前記第１絶縁層上に形成されるゲート電極とを含み；
   前記電子放出部は，前記カソード電極上に形成される少なくとも一つの多孔性アルミナテンプレートの複数の気孔内で前記カソード電極の面に対して垂直に成長して形成されること；
   を特徴とする電子放出素子。
2. 前記多孔性アルミナテンプレートの気孔は，
   前記第１基板と前記カソード電極に電圧を印加して前記カソード電極を陽極酸化させることにより，前記カソード電極の面に対して垂直に形成されることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
3. 前記カソード電極は，アルミニウム簿膜からなることを特徴とする請求項２に記載の電子放出素子。
4. 前記電子放出部の直径は，前記多孔性アルミナテンプレートの気孔の孔径と同一であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
5. 前記電子放出部は，カーボンナノチューブ，グラファイト，グラファイトナノファイバ，ダイアモンド状カーボン，Ｃ_６０，またはシリコンナノワイヤのいずれか一つまたはこれらの組合せからなることを特徴とする請求項１又は４のいずれか１項に記載の電子放出素子。
6. 前記第２基板上に形成される少なくとも一つのアノード電極と，前記アノード電極のいずれかの面に形成される蛍光層とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
7. 前記ゲート電極を覆うように前記第１基板の全面に形成される第２絶縁層と，前記第２絶縁層を介在して前記第１絶縁層及び前記ゲート電極上に形成される集束電極とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
8. 基板上にカソード電極を形成するカソード電極形成段階と；
   前記カソード電極を覆うように前記基板の全面に第１絶縁層を形成する第１絶縁層形成段階と；
   前記第１絶縁層上に，前記カソード電極との交差領域ごとに少なくとも一つの開口部を有するゲート電極を形成するゲート電極形成段階と；
   前記ゲート電極をマスクとして使用して前記カソード電極のみを露出させ，前記カソード電極を陽極酸化して，前記カソード電極上に多孔性アルミナテンプレートを形成する多孔性アルミナテンプレート形成段階と；
   前記多孔性アルミナテンプレート形成段階にて得られた構造物を化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応器に装着し，炭化水素の含まれた運搬ガスを前記反応器に投入しながら前記基板と前記カソード電極との間に電圧を印加することにより，前記カソード電極上の多孔性アルミナテンプレートの気孔内に電子放出物質を前記カソード電極の面に対して垂直に成長させて電子放出部を直接形成する電子放出部形成段階と；
   を含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
9. 前記多孔性アルミナテンプレート形成段階のカソード電極の陽極酸化は，前記カソード電極が露出された前記基板を電解液に含浸させ，前記基板と前記カソード電極に電圧を印加することによりなされることを特徴とする請求項８に記載の電子放出素子の製造方法。
10. 前記電解液はシュウ酸からなることを特徴とする請求項９に記載の電子放出素子の製造方法。
11. 前記電子放出部形成段階において，前記電子放出部は，６００℃以下の温度での化学気相蒸着により形成されることを特徴とする請求項８に記載の電子放出素子の製造方法。
12. 前記電子放出部の直径は，前記多孔性アルミナテンプレートの気孔の孔径によって制御されることを特徴とする請求項８に記載の電子放出素子の製造方法。
13. 前記電子放出部は，カーボンナノチューブ，グラファイト，グラファイトナノファイバ，ダイアモンド状カーボン，Ｃ_６０，またはシリコンナノワイヤのいずれか一つまたはこれらの組合せからなることを特徴とする，請求項８に記載の電子放出素子の製造方法。
14. 前記ゲート電極形成段階と前記多孔性アルミナテンプレート形成段階との間に，前記ゲート電極を覆うように前記基板の全面に第２絶縁層を形成する第２絶縁層形成段階と，前記第２絶縁層上に，少なくとも一つの開口部を有する集束電極を形成する集束電極形成段階とをさらに含み，
    前記第２絶縁層と前記第１絶縁層を順次パターニングすることにより開口部を形成する開口部形成段階をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の電子放出素子の製造方法。