JP2006164834A - カソードパネル及び平面型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常放電の発生を防止し、電子放出特性の良好なカソードパネル及び該カソードパネルを用いた平面型表示装置を提供する。
【解決手段】基板１０上に複数本のカソード電極ライン１１と、複数本のゲート電極ライン１４とが絶縁した状態で直交して配置され、カソード電極ライン１１とゲート電極ライン１４とが重なる領域でカソード電極ライン１１上に導電性のマトリクス１２ｂと一端が突出した状態でマトリクス１２ｂに埋まったカーボンナノチューブ１２ａとを有する微小電子源層１２を有し、微小電子源層１２から放出される電子をゲート電極ライン１４の開口部１５から取り出すカソードパネル１において、ゲート電極ライン１４間の露出部分Ａは、２次電子放出係数が１．２以下の絶縁材料からなる絶縁膜Ｉ_１とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、カーボンナノチューブを利用した微小電子源層を有するカソードパネル及び該カソードパネルを用いたＦＥＤ等の平面型表示装置に関するものである。

テレビジョン受像機や情報端末機器等の表示措置は、薄型化、軽量化、大画面化、高精細表示化の要求に答えるため、重量や厚みに限界のあるＣＲＴから平面型表示装置（フラットパネル表示装置）への移行する開発が盛んに行われている。情報端末機器のフラットパネル表示装置としては液晶パネルが広く普及しているが、高輝度化、大型化が困難なために家庭用テレビジョン受像器は開発段階に留まっている。

一方、フィールドエミッションディスプレー（以下、ＦＥＤと略す）は、少ない電力消耗で高解像度・高輝度のカラー表示が行えるというメリットから有力な大型のフラットパネル表示装置用賭して開発が進んでいる。ＦＥＤは電子放出を行うチップ型カソードとカソードから放出された電子が衝突することにより蛍光体を励起発光させて所望のパターン、文字、記号を表示する装置である。

公知のＦＥＤの構成は複数本の行配線につながったカソードと複数本の列配線につながったゲートからなるエミッタアレイパネルと蛍光体を塗布されたアノードパネルを絶縁性のスペーサを挟んで積層するものである（例えば、特許文献１，２参照。）。

また、エミッタアレイパネルはガラス等の誘電体板もしくはＳｉ板上にＣＶＤ法、エッチング法、真空蒸着法もしくはスパッタ法及び光リソグラフィー法により所望の画素数に応じたマトリックスをなす行配線・列配線と１画素当り複数のカソードチップ及びカソードチップと誘電体で絶縁されたカソードチップに対応した穴を開口したゲート電極を形成して作成する。

アノードパネルはガラス等の誘電体板にＩＴＯ等の透明電極を堆積させた上に各１画素に対応した赤(R)、緑(G)、青(B)の３色の蛍光体についてそれぞれ遮光格子を介して縞状に塗布して作成する。

従来の電界放出型ディスプレイでは、電子放射エミッタを２次元的に配列し、これに引き出し電極とカソード電圧用配線をマトリックス状に配置し、カソード先端から強電界によって放射されてきた電子により蛍光体を光らせる手法が用いられている。

従来のＷを始めとする金属製のエミッタが用いられてきたが、近年になってエミッタ材料の仕事関数を下げることにより低しきい値でのエミッションを可能にする材料としてＤＬＣ（ダイヤモンド状カーボン）を始めとするカーボン材料が注目されている。

また、従来の様にエミッタ構造を作ることなく平面から電子放出させる試みが開示されおり（例えば、非特許文献１参照。）、特にカーボンナノチューブと呼ばれる微細構造を有する炭素系構造体は、その良好な電子放出特性を有することから注目を集めている（例えば、非特許文献２参照。）。さらに、これらのカーボンナノチューブの特徴を生かして導電性材料と混合して電子放出源（微小電子源装置）を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。カーボンナノチューブを使用することにより、低い閾値電圧かつ低いドライブ電圧で、電子放出の安定性のある電界放出型の表示装置を実現することができる。

米国特許第４９０８５３９号明細書 特開昭６１-２２１７８３号公報 特開２００３-２２９０４４号公報 第６０回応用物理学会学術講演会 講演予稿集p.631（講演番号2P-H-6） 第６０回応用物理学会学術講演会 講演予稿集p.632（講演番号2P-H-11）

しかしながら、このような表示装置内ではしばしば異常放電が発生し、表示装置は電子デバイスとして致命的なダメージを受けることがあった。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、異常放電の発生を防止し、電子放出特性の良好なカソードパネル及び該カソードパネルを用いた平面型表示装置を提供することを目的とする。

発明者らは、上記異常放電に関して調査したところ、平面型表示装置内の絶縁層が露出した部分に電子やイオンが衝突してチャージアップを引き起こし、異常放電につながっていることを突き止めた。例えば、蛍光体層に衝突した電子の反射成分（反射電子）がゲート電極間の絶縁層の露出部分に衝突すると、２次電子が放出されてこの部分がプラスに帯電する。これが繰り返されることによりたまったエネルギーが絶縁層とゲート電極と真空空間とからなる３極ジャンクションを介して放出され、異常放電という現象として観察されていた。発明者らは、この現象において２次電子が放出されている点に着目し、それを抑制すべく鋭意検討を行い、本発明を成すに至った。

すなわち、前記課題を解決するために提供する本発明は、基板上に複数本のカソード電極ラインと、複数本のゲート電極ラインとが絶縁した状態で直交して配置され、前記カソード電極ラインとゲート電極ラインとが重なる領域でカソード電極ライン上に導電性のマトリクスと一端が突出した状態で前記マトリクスに埋まったカーボンナノチューブとを有する微小電子源層を有し、該微小電子源層から放出される電子をゲート電極ラインの開口部から取り出すカソードパネルにおいて、前記ゲート電極ライン間の露出部分は、２次電子放出係数が１．２以下の絶縁材料からなることを特徴とするカソードパネルである（請求項１）。

また、前記課題を解決するために提供する本発明は、基板上に複数本のカソード電極ラインと、絶縁層と、前記カソード電極ラインに直交する複数本のゲート電極ラインとが順に積層されてなり、前記カソード電極ラインとゲート電極ラインとが重なる領域で該ゲート電極ライン及び絶縁層を貫通する開口部と、該開口部の底部に形成され導電性のマトリクスと一端が突出した状態で前記マトリクスに埋まったカーボンナノチューブとからなる微小電子源層を備えるカソードパネルにおいて、前記ゲート電極ライン間の絶縁層の露出部分は、２次電子放出係数が１．２以下の絶縁材料が被覆されてなることを特徴とするカソードパネルである（請求項２）。

ここで、請求項２の発明において、前記開口部の内壁面は、２次電子放出係数が１．２以下の絶縁材料が被覆されていることが好ましい（請求項３）。
また、請求項１〜３の発明において、前記絶縁材料は、ＭｇＯおよび／またはＡｌ_３Ｎ_４であることが好適である（請求項４）。

前記課題を解決するために提供する本発明は、請求項１〜４のいずれか一に記載のカソードパネルと、透明基板上に前記微小電子源層に対向する蛍光体層とアノード電極を有するアノードパネルとを備えることを特徴とする平面型表示装置である（請求項５）。

ここで、請求項５の発明において、前記透明基板の微小電子源層に対向して露出する部分は、２次電子放出係数が１．２以下の絶縁材料が被覆されていることが好ましい（請求項６）。

本発明のカソードパネルによれば、電子やイオンがゲート電極ライン間の露出部分に衝突しても、その部分の絶縁材料から２次電子が大量に放出されることがないため、その露出部分周辺のゲート電極ラインの帯電を防止することができる。
本発明の平面型表示装置によれば、カソードパネルにおいて電子やイオンがゲート電極ライン間の露出部分に衝突しても、その部分の絶縁材料により２次電子が大量に放出されることがないため、ゲート電極ラインの帯電、ひいてはそれによる異常放電を防止することができ、電子デバイスとしてダメージを受けることが回避できる。

以下に、本発明に係るカソードパネルの第１の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係るカソードパネルの第１の実施の形態における構成を示す断面図である。
カソードパネル１は、絶縁性の基板（例えば、ガラス基板）１０上に複数本のカソード電極ライン１１と、複数本のゲート電極ライン１４とが絶縁した状態で直交して配置され、カソード電極ライン１１とゲート電極ライン１４とが重なる領域でカソード電極ライン１１上に導電性のマトリクス１２ｂと一端が突出した状態でマトリクス１２ｂに埋まったカーボンナノチューブ１２ａとを有する微小電子源層１２を有し、微小電子源層１２から放出される電子をゲート電極ライン１４の開口部１５から取り出す構成であり、ゲート電極ライン１４間の露出部分Ａは、２次電子放出係数が１．２以下の絶縁材料からなることを特徴とする。

すなわち、カソードパネル１は、基板１０と、この基板１０上にカソード電極ライン１１、絶縁層１３、絶縁膜Ｉ_１、ゲート電極ライン１４が順に積層されてなり、ゲート電極ライン１４、絶縁膜Ｉ_１及び絶縁層１３を貫通して形成された開口部１５と、開口部１５の底部に形成された微小電子源層１２とからなる微小電子源装置を複数備え、ゲート電極ライン１４間の領域Ａで絶縁膜Ｉ_１が露出している構造である。

カソード電極ライン１１及びゲート電極ライン１４は、導電材料からなる導電膜である。例えばスパッタリング法により形成される厚み０．２μｍ程度のクロム（Ｃｒ）層である。

微小電子源層１２は、カーボンナノチューブ１２ａとバインダ材料（マトリクス）１２ｂとを含む複合層が加工されてなるものであり、前記カーボンナノチューブ１２ａが導電性のマトリクス１２ｂ中に埋め込まれ、該カーボンナノチューブ１２ａの一端が前記マトリクス１２ｂから突出した状態となっている。

カーボンナノチューブ本体は、例えば平均直径１ｎｍ、平均長さ１μｍといった非常に細長いチューブ構造（繊維状）を有するものを用いる。あるいは、例えば平均直径３０ｎｍ、平均長さ１μｍのファイバー構造を有するカーボンナノファイバーを用いてもよい。

微小電子源層１２を構成するマトリクス１２ｂは、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ａｌの少なくとも１つを含有する有機金属化合物を含む結合剤からなることが好ましい。

絶縁層１３は、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ_２）からなる層間絶縁膜である。

開口部１５は、ゲート電極ライン１４に形成された第１の開口部１５Ａと、この第１の開口部１５Ａに連通する状態で絶縁層１３及び絶縁膜Ｉ_１に形成された第２の開口部１５Ｂとから構成される孔あるいは溝であり、微小電子源層１２から放出される電子が通過する空間である。

絶縁膜Ｉ_１は、２次電子放出係数が１．２以下の絶縁材料からなり、例えばＭｇＯおよび／またはＡｌ_３Ｎ_４からなる。また、絶縁膜Ｉ_１は下層の絶縁層１３が露出しない程度の連続した膜であればよく、その厚みは例えば０．２μｍ程度でよい。

上記構成のカソードパネル１を例えば平面型表示装置に組み込んだ場合、電子やイオンがゲート電極ライン１４間の露出部分Ａに衝突しても、絶縁膜Ｉ_１から２次電子が大量に放出されることがないため、ゲート電極ライン１４の帯電、ひいてはそれによる異常放電を防止することができ、ダメージを受けることを回避できる。

本発明のカソードパネルは次の手順で作製する。
（Ｓ１１）基板１０上にカソード電極ライン形成用の導電膜１１Ｌを形成する（図２（ａ））。導電膜１１Ｌは、例えばスパッタリング法により形成される膜厚０．２μｍのＣｒ等からなる。また、必要に応じて導電膜１１Ｌ上に抵抗層を形成する。抵抗層は、例えばスパッタリング法により形成される膜厚０．２μｍのアモルファスＳｉ，ＳｉＣＮ等からなる後述の微小電子源層１２への放電電流を安定化させる役目を果たす薄膜である。

（Ｓ１２）つぎに、カソード電極ライン上、すなわち導電膜１１Ｌの所望の領域に電子エミッタ材料としてカーボンナノチューブ分散液を塗布する。塗布はスプレー噴霧、スピンコートなどいずれの方法でもよい。
カーボンナノチューブ分散液は、複数のカーボンナノチューブと、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ａｌの少なくとも１つを含有する有機金属化合物を含む結合剤と、揮発性溶媒（例えば、酢酸ブチル）とを所定量混合して調製されたものである。熱分解性有機金属である有機スズ及び有機インジウム化合物（ＩＴＯ溶液）およびカーボンナノチューブを揮発性溶媒、例えば、酢酸ブチル中に分散させて調製する場合の組成例を以下に示す。

（カーボンナノチューブ分散液）
・結合剤（ＩＴＯ溶液） ：固形分１０〜５０重量％
・カーボンナノチューブ ：０．０１〜２０重量％
・溶媒（酢酸ブチル） ：３０〜８０重量％
・分散剤（例えばドデチル硫酸ナトリウム）：０．１〜５重量％

上記のようにカーボンナノチューブの分散性を向上させるために分散剤を添加してもよいし、超音波処理を施してもよい。また、希釈剤には水系、非水系のどちらを添加しても構わないが、それに応じて分散剤も変わることを前提とする。また、カーボンナノチューブは、例えば平均直径１ｎｍ、平均長さ１μｍのチューブ構造を有し、アーク放電法により作製されたものを用いればよい。

（Ｓ１３）上記カーボンナノチューブ分散液を塗布した後、焼成により結合剤からなる導電性のマトリクス中に前記カーボンナノチューブが分散して埋め込まれた状態である複合層１２Ｌを形成する（図２（ｂ））。焼成は例えば、つぎのような２段階で行うとよい。
（第１の焼成）
・雰囲気：大気
・温度：３５０℃
・時間：３０分
（第２の焼成）
・雰囲気：窒素
・温度：５００℃
・時間：３０分

（Ｓ１４）次に、複合層１２Ｌを所定形状に加工する。具体的には、レジスト材料層をスピンコート法にて全面に成膜した後、リソグラフィー技術に基づき、複合層１２Ｌのうち残されるべき領域以外の表面が露出したマスク層を形成する。このとき、例えば開口部１５が略円柱形状の孔の場合には直径６５μｍ程度の複合層１２Ｌが１サブピクセルに５つ配置されるようにマスク層を形成する。また、開口部１５が溝の場合には、幅６５μｍ程度の帯形状の複合層３２Ｌが１サブピクセルに１つ配置されるようにマスク層を形成する。
ついで露出した複合層１２Ｌ領域を、例えば、ＨＣｌを用いてエッチング温度１０〜６０℃、エッチング時間１０秒〜３０分の条件でエッチングする。

なお、上記処理後に所望の領域以外にカーボンナノチューブが存在する場合は、酸素プラズマもしくは、酸化溶液を使用して、カーボンナノチューブのエッチングを行う。このときのエッチング条件例を以下に示す。

（酸素プラズマエッチング）
・装置：ＲＩＥ
・導入ガス：酸素を含むガス
・プラズマ励起パワー：５００Ｗ
・バイアスパワー：０〜１５０Ｗ（ＤＣでもＲＦでも構わないがＲＦが好ましい）
・時間：１０秒以上

（酸化溶液エッチング）
・溶液: ＫＭｎＯ_４
・温度：２０〜８０℃
・時間：１０秒から２０分

（Ｓ１５）ついで、周知のフォトリソグラフィ技術及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により導電膜１１Ｌをエッチング加工してカソード電極ライン１１とする（図２（ｃ））。この時点で基板１０上には複数本のストライプ状のカソード電極ラインが形成される。

（Ｓ１６）基板１０上において、カソード電極ライン１１、複合層１２Ｌの積層部を覆うように層間絶縁膜１３Ｌを形成し、さらに該層間絶縁膜１３Ｌ上に絶縁膜Ｉ_１を形成する。ついで、絶縁膜Ｉ_１上に例えば膜厚０．２μｍのＣｒからなるゲート電極ライン形成用の導電膜１４Ｌを形成する（図３（ｄ））。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、基板１０の全面に例えばＳｉＯ_２からなる厚み１２μｍの層間絶縁膜１３Ｌを形成し、ついで、層間絶縁膜１３Ｌの上にスパッタリング法によりＭｇＯからなる厚み０．２μｍの絶縁膜Ｉ_１を形成し、最後にＣｒからなる導電膜１４Ｌをスパッタリング法によって形成すればよい。

（Ｓ１７）導電膜１４Ｌ上にレジストマスク層を形成し、このレジストマスク層を利用して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により導電膜１４Ｌの所定部位をエッチング加工することにより、絶縁膜Ｉ_１上でゲート電極ライン１４とするとともに、このゲート電極ライン１４を貫通する第１の開口部１５Ａを形成する（図３（ｅ））。このとき、ゲート電極ライン１４は絶縁膜Ｉ_１上でカソード電極ライン１１と略直交する状態のストライプ形状に加工されている。また、導電膜１４Ｌのエッチングされた部位は絶縁膜Ｉ_１が露出している。

（Ｓ１８）つぎに、ゲート電極ライン１４の第１の開口部１５Ａを通して絶縁膜Ｉ_１及び層間絶縁膜１３Ｌを反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチング加工により、複合層１２Ｌが露出するように第２の開口部１５Ｂを形成する。これにより、第１，第２の開口部１５Ａ，１５Ｂからなる開口部（ゲートホール）１５が得られる（図３（ｆ））。

微小電子源装置は、電子放出はピクセル（画素）ごとに選択できるアセンブリでなければならない。そのために、カソード電極ライン１１と電子取り出し電極であるゲート電極ライン１４とが直交して重なる部分でひとつのサブピクセルを形成する。開口部１５は、そのサブピクセルを構成するためのものであり、例えば直径６０μｍの略円柱形状の孔として形成されており、１サブピクセル当たり５個形成される。あるいは、幅６０μｍの溝として形成されており、１サブピクセル当たり１個形成される。

（Ｓ１９）次に、開口部１５の底部に露出した複合層１２Ｌ上層部のマトリックスを虚弱化させる。複合層１２Ｌの上層部を虚弱化させる際の手法としては、ウェットエッチングやドライエッチングなどのエッチング法（ライトエッチング）を好ましく用いることができる。ライトエッチングは例えば、エッチャント：１０％ＨＣｌ水溶液、エッチング時間５〜６０秒の条件で行えばよい。このエッチングにより複合層１２Ｌの上層部でマトリクス材料を選択的に除去することにより、表面に多数のカーボンナノチューブを露出させることができる。

（Ｓ１ａ）その後、エッチングされた複合層１２Ｌの表面で各々のカーボンナノチューブが一様にほぼ垂直に起立するように、カーボンナノチューブの配向処理を行う。具体的には、例えば基板１０上で図示しないアクリル樹脂からなるフィルムをゲート電極ライン１４の上から貼り付けた後、ＵＶ照射して該フィルムを硬化させ、ついで硬化したフィルムを引き剥がすことにより、基板１０に対してカーボンナノチューブの長手方向をほぼ垂直に配向させる。カーボンナノチューブを配向させる際の方向は、基板１０の面方向に対してほぼ垂直な方向とする。このとき、複合層１２Ｌの表面には多数のカーボンナノチューブが露出した状態となっている。そのため、フィルムの貼り付け及び引き剥がしを行うことにより、多数のカーボンナノチューブを垂直に配向させることができる。これにより、前記カーボンナノチューブ１２ａが導電性のマトリクス１２ｂ中に埋め込まれ、該カーボンナノチューブ１２ａの一端がマトリクス１２ｂから突出してなる微小電子源層１２となる（図３（ｇ））。

なお、カーボンナノチューブの配向処理方法としては、上述した粘着テープの貼り付け及び引き剥がしによる方法以外にも、例えば、カソード電極ライン１１に電圧を印加することにより、カソード電極ライン１１とカーボンナノチューブを同じ極性で帯電させ、これに伴う反発力により各々のカーボンナノチューブを互いに分離した状態で垂直に配向させることも可能である。

このようにして、絶縁性の基板（例えば、ガラス基板）１０と、この基板１０上に積層状態で順に形成されたカソード電極ライン１１、絶縁層１３、絶縁膜Ｉ_１及びゲート電極ライン１４と、ゲート電極ライン１４、絶縁膜Ｉ_１及び絶縁層１３に形成された開口部（ゲートホール）１５と、この開口部１５の底部に形成された微小電子源層１２とを有する微小電子源装置を複数備えるカソードパネル１が完成する。なお、ゲート電極ライン１４間の領域Ａでは従来露出していた絶縁層１３に代わって絶縁膜Ｉ_１が露出している。

次に、本発明に係るカソードパネルの第２の実施の形態について説明する。
図４は、本発明に係るカソードパネルの第２の実施の形態における構成を示す断面図である。
カソードパネル４は、絶縁性の基板（例えば、ガラス基板）１０上に複数本のカソード電極ライン１１と、複数本のゲート電極ライン１４とが絶縁した状態で直交して配置され、カソード電極ライン１１とゲート電極ライン１４とが重なる領域でカソード電極ライン１１上に導電性のマトリクス１２ｂと一端が突出した状態でマトリクス１２ｂに埋まったカーボンナノチューブ１２ａとを有する微小電子源層１２を有し、微小電子源層１２から放出される電子をゲート電極ライン１４の開口部４５から取り出す構成であり、ゲート電極ライン１４間の露出部分Ｂは、２次電子放出係数が１．２以下の絶縁材料からなることを特徴とする。

すなわち、カソードパネル４は、基板１０上に複数本のカソード電極ライン１１と、絶縁層１３と、カソード電極ライン１１に直交する複数本のゲート電極ライン１４とが順に積層されてなり、カソード電極ライン１１とゲート電極ライン１４とが重なる領域でゲート電極ライン１４及び絶縁層１３を貫通する開口部４５と、開口部４５の底部に形成され導電性のマトリクス１２ｂと一端が突出した状態でマトリクス１２ｂに埋まったカーボンナノチューブ１２ａとからなる微小電子源層１２を備える構造であり、ゲート電極ライン１４間の絶縁層１３の露出部分Ｂは２次電子放出係数が１．２以下の絶縁材料からなる絶縁膜Ｉ_２が被覆されてなることを特徴とする。

カソードパネル４は、第１の実施の形態のカソードパネル１において絶縁膜Ｉ_１がなく、代わりにゲート電極ライン１４の上から絶縁膜Ｉ_２が被覆されている点で構成が異なる。また、カソードパネル４における基板１０、カソード電極ライン１１、導電性のマトリクス１２ｂと一端が突出した状態でマトリクス１２ｂに埋まったカーボンナノチューブ１２ａとからなる微小電子源層１２、絶縁層１３、ゲート電極ライン１４は、第１の実施の形態と同じ構成である。

開口部４５は、ゲート電極ライン１４に形成された第１の開口部４５Ａと、この第１の開口部４５Ａに連通する状態で絶縁層１３に形成された第２の開口部４５Ｂとから構成される孔あるいは溝であり、微小電子源層１２から放出される電子が通過する空間である。

絶縁膜Ｉ_２は、２次電子放出係数が１．２以下の絶縁材料からなり、例えばＭｇＯおよび／またはＡｌ_３Ｎ_４からなる。また、絶縁膜Ｉ_２はゲート電極ライン１４間の露出部分Ｂにおいて絶縁層１３が露出しない程度の連続した膜であればよく、その厚みは例えば０．２μｍ程度でよい。

また、開口部４５の内壁面は、絶縁膜Ｉ_２が被覆されていることが好ましく、とくに第２の開口部４５Ｂの内壁面、すなわち絶縁層１３の露出部分が被覆されていることが好ましい。

上記構成のカソードパネル４を例えば平面型表示装置に組み込んだ場合、電子やイオンがゲート電極ライン１４間の露出部分Ｂに衝突しても、絶縁膜Ｉ_２から２次電子が大量に放出されることがないため、ゲート電極ライン１４の帯電、ひいてはそれによる異常放電を防止することができ、ダメージを受けることを回避できる。また、本実施形態では、開口部４５の内壁面に電子が衝突する場合に対しても、２次電子の大量放出を防止することができる。

本発明のカソードパネルの作成手順は、第１の実施の形態におけるステップＳ１５までは同じである。以下、それ以降の作製手順を説明する。

（Ｓ２６）基板１０上において、カソード電極ライン１１、複合層１２Ｌの積層部を覆うように層間絶縁膜１３Ｌを形成し、ついで、層間絶縁膜１３Ｌ上に例えば膜厚０．２μｍのＣｒからなるゲート電極ライン形成用の導電膜１４Ｌを形成する（図５（ｈ））。

（Ｓ２７）導電膜１４Ｌ上にレジストマスク層を形成し、このレジストマスク層を利用して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により導電膜１４Ｌの所定部位をエッチング加工することにより、層間絶縁膜１３Ｌ上でゲート電極ライン１４とするとともに、このゲート電極ライン１４を貫通する第１の開口部４５Ａを形成する。このとき、ゲート電極ライン１４は層間絶縁膜１３Ｌ上でカソード電極ライン１１と略直交する状態のストライプ形状に加工されている。また、導電膜１４Ｌのエッチングされた部位は層間絶縁膜１３Ｌが露出している（露出部分Ｂ）。

（Ｓ２８）つぎに、ゲート電極ライン１４の第１の開口部４５Ａを通して層間絶縁膜１３Ｌを反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチング加工により、複合層１２Ｌが露出するように第２の開口部４５Ｂを形成する。これにより、第１，第２の開口部４５Ａ，３５Ｂからなる開口部（ゲートホール）３５が得られる（図５（ｉ））。

（Ｓ２９）次に、露出部分Ｂの絶縁層１３及び開口部４５のない壁面に絶縁膜Ｉ_２を被覆する（図５（ｊ））。絶縁膜Ｉ_２の被覆方法としては、例えば図６に示すような斜め蒸着法によればよい。このとき、被処理物であるステップＳ２８までの処理が施されたものを、蒸発源Ｖに対して複合層１２Ｌに蒸発源Ｖからの蒸気が当たらないように傾けて被処理物を回転させながら処理を行うとよい。なお、このときにゲート電極ライン１４上にも絶縁膜Ｉ_２が被覆されるが、絶縁膜Ｉ_２が薄膜であるためにゲート電極ライン１４の電界機能を阻害しないためこのままでよい。

（Ｓ２ａ）ついで、開口部４５の底部に露出した複合層１２Ｌ上層部のマトリックスをウェットエッチングやドライエッチングなどのエッチング法（ライトエッチング）により虚弱化させる。このエッチングにより複合層１２Ｌの上層部表面に多数のカーボンナノチューブを露出させる。

（Ｓ２ｂ）その後、エッチングされた複合層１２Ｌの表面で各々のカーボンナノチューブが一様にほぼ垂直に起立するように、カーボンナノチューブの配向処理を行う。これにより、前記カーボンナノチューブ１２ａが導電性のマトリクス１２ｂ中に埋め込まれ、該カーボンナノチューブ１２ａの一端がマトリクス１２ｂから突出してなる微小電子源層１２となる（図５（ｋ））。

このようにして、絶縁性の基板（例えば、ガラス基板）１０と、この基板１０上に積層状態で順に形成されたカソード電極ライン１１、絶縁層１３及びゲート電極ライン１４と、ゲート電極ライン１４及び絶縁層１３に形成された開口部（ゲートホール）３５と、この開口部４５の底部に形成された微小電子源層１２とを有する微小電子源装置を複数備えるカソードパネル４が完成する。なお、ゲート電極ライン１４間の領域Ｂでは従来露出していた絶縁層１３に代わって絶縁膜Ｉ_２が露出している。

つぎに、本発明に係る平面型表示装置の構成を説明する。
本発明の平面型表示装置は、上記本発明のカソードパネルを用いて組み立てるものである。
以下、本発明のカソードパネルの第１の実施の形態であるカソードパネル１を用いた場合を例に取り説明する。具体的には、蛍光体層２２と微小電子源装置とが対向するようにアノードパネル２とカソードパネル１とを配置し、アノードパネル２とカソードパネル１（より具体的には、基板２１と基板１０）とを、枠体３を介して、周縁部において接合する。接合に際しては、枠体３とアノードパネル２との接合部位、及び枠体３とカソードパネル１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２とカソードパネル１と枠体３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℃で１０〜３０分の本焼成を行う。その後、アノードパネル２とカソードパネル１と枠体３とフリットガラスとによって囲まれた空間を、貫通孔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２とカソードパネル１と枠体３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、図７に示す平面型表示装置を完成させる。

図７は本発明に係る平面型表示装置のパネル構造の一例を示す断面図である。
図７に示すように、カソードパネル（カソード基板）１とアノードパネル（アノード基板）２とを所定の間隙を介して対向状態に配置するとともに、それらのパネル１，２を枠体３によって一体的に組み付けることにより、画像表示のための一つのパネル構体（表示パネル）が構成されている。

カソードパネル１上には本発明の微小電子源装置が複数形成されている。これら複数の微小電子源装置は、カソードパネル１の有効領域（実際に表示部分として機能する領域）に２次元マトリックス状に多数形成されている。

図８に示すように、カソード電極ライン１１は、複数の電極ラインでありストライプ状に形成されている。ゲート電極ライン１４は、カソード電極ライン１１それぞれと交差（直交）するようにストライプ状に形成されている。

一方、アノードパネル２は、ベースとなる透明基板２１と、この透明基板２１上に形成された蛍光体層２２及びブラックマトリックス２３と、これら蛍光体層２２及びブラックマトリックス２３を覆う状態で透明基板２１上に形成されたアノード電極２４とを備えて構成されている。蛍光体層２２は、赤色発光用の蛍光体層２２Ｒと、緑色発光用の蛍光体層２２Ｇと、青色発光用の蛍光体層２２Ｂとから構成されている。ブラックマトリックス２３は、各色発光用の蛍光体層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの間に形成されている。アノード電極２４は、カソードパネル１の電子放出素子と対向するように、アノードパネル２の有効領域の全域に積層状態で形成されている。

これらのカソードパネル１とアノードパネル２とは、それぞれの外周部（周縁部）で枠体３を介して接合されている。また、カソードパネル１の無効領域（有効領域の外側の領域で、実際に表示部分として機能しない領域）には真空排気用の貫通孔１６が設けられている。貫通孔１６には、真空排気後に封じ切られるチップ管１７が接続されている。ただし、図７は表示装置の組み立て完了状態を示しているため、チップ管１７は既に封じ切られた状態となっている。また、図７、図８においては、各々のパネル１，２間のギャップ部分に介装される耐圧用の基板（スペーサ）の表示を省略している。

上記構成のパネル構造を有する表示装置においては、カソード電極ライン１１に相対的な負電圧がカソード電極制御回路１８から印加され、ゲート電極ライン１４には相対的な正電圧がゲート電極制御回路１９から印加され、アノード電極２４にはゲート電極ライン１４よりも更に高い正電圧がアノード電極制御回路２０から印加される。かかる表示装置において、実際に画像の表示を行う場合は、例えば、カソード電極ライン１１にカソード電極制御回路１８から走査信号を入力し、ゲート電極ライン１４にゲート電極制御回路１９からビデオ信号を入力する。あるいは又、カソード電極ライン１１にカソード電極制御回路１８からビデオ信号を入力し、ゲート電極ライン１４にゲート電極制御回路１９から走査信号を入力する。

これにより、カソード電極ライン１１とゲート電極ライン１４との間に電圧が印加され、これによって微小電子源層１２の先鋭部（カーボンナノチューブ１２ａの先端部）に電界が集中することにより、量子トンネル効果によって電子がエネルギー障壁を突き抜けて微小電子源層１２から真空中へと放出される。こうして放出された電子はアノード電極２４に引き付けられてアノードパネル２側に移動し、透明基板２１上の蛍光体層２２（２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ）に衝突する。その結果、蛍光体層２２が電子の衝突により励起されて発光するため、この発光位置を画素単位で制御することにより、表示パネル上に所望の画像を表示することができる。

また、このときに蛍光体層２２に衝突した電子には反射する成分（反射電子成分）があり、ゲート電極ライン１４間の露出部分Ａの絶縁膜Ｉ_１に衝突するが、そこから放出される２次電子は少ないため、ゲート電極ライン１４間は異常放電が発生するまで帯電することはない。
なお、この作用効果は、本発明のカソードパネルの第２の実施の形態であるカソードパネル３を用いても同様に得られる。この場合には、さらに開口部４５の内壁面に電子が衝突する場合に対しても帯電を防止することができる。

ところで、本発明の平面型表示装置では、アノードパネル２について、図９に示すように、透明基板２１の微小電子源層１２に対向して露出する部分Ｃが、２次電子放出係数が１．２以下の絶縁材料からなる絶縁膜Ｉ_３で被覆されていることが好ましい。
この絶縁膜Ｉ_３は、例えばＭｇＯおよび／またはＡｌ_３Ｎ_４からなる。また、絶縁膜Ｉ_３は露出部分Ｃにおいて透明基板２１が露出しない程度の連続した膜であればよく、その厚みは例えば０．２μｍ程度でよい。

これにより、上記反射電子成分が露出部分Ｃの絶縁膜Ｉ_３に衝突しても、そこから放出される２次電子は少ないため、透明電極２１の帯電は抑制され異常放電を防止することができる。

このアノードパネル２は次の手順で作製する。
（Ｓ３１）洗浄した透明基板２１上に絶縁膜Ｉ_３を形成する。例えば、スパッタリング法などにより絶縁膜Ｉ_３として厚み０．２μｍのＭｇＯを形成すればよい。ついで、周知のフォトリソグラフィ技術及び塩酸などによるウェットエッチングにより絶縁膜Ｉ_３をエッチング加工して透明基板２１の外縁領域に絶縁膜Ｉ_３が残るようにする（図１０（ａ））。

（Ｓ３２）次に周知のフォトリソグラフィ技術により透明基板２１の絶縁膜Ｉ_３を形成した面で該絶縁膜Ｉ_３の内側領域にストライプ状のマスク層を形成する。ついで、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、マスク層及びその上のカーボン剤を除去することにより、透明基板２１上にカーボン剤からなるブラックストライプ２３を形成する（図１０（ｂ））。

（Ｓ３３）次にブラックストライプ２３間の透明基板２１上に、赤、緑、青３色の蛍光体層２２を形成する（図１０（ｃ））。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、緑色、青色の順番でその色に対応する感光性の発光性結晶粒子組成物（蛍光体スラリー）を透明基板２１上全面に塗布し、感光し現像することを繰り返せばよい。

（Ｓ３４）次に蛍光体層２２及びブラックストライプ２３の上に、アクリル酸系エマルジョン（４０重量部）及び水（残余）からなる有機膜形成用塗料を塗布して有機膜２４ａを形成し、ついで該有機膜２４ａ上にスパッタリング法により例えば厚さ０．０７μｍのアルミニウムからなる金属薄膜２４ｂを形成する（図１０（ｄ））。

（Ｓ３５）次に焼成を行って有機膜２４ａを除去する処理を行い、蛍光体層２２及びブラックストライプ２３の上にアノード電極２４のあるアノードパネル２を完成する。なお、アノード電極２４は、蛍光体層２２及びブラックストライプ２３の上の有効領域を１枚のシート状の導電材料で被覆したものとしてもよいし、１または複数の微小電子源装置、あるいは１または複数の画素に対応するアノード電極ユニットが集合したものとしてもよい。

本発明の実施例を以下に示す。なお、本実施例は例示であり、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。

（実施例）
つぎの手順で本発明のカソードパネルの第１の実施の形態であるカソードパネル１を作製した。
（Ｓ４１）ガラス基板である基板１０上にカソード電極形成用の導電膜１１Ｌとしてスパッタリング法により膜厚０．２μｍのＣｒ層を形成した（図２（ａ））。

（Ｓ４２）つぎに、導電膜１１Ｌの所望の領域に以下の組成のカーボンナノチューブ分散液をスプレー塗布した。
（カーボンナノチューブ分散液）
・結合剤（ＩＴＯ溶液） ：固形分２重量％
・カーボンナノチューブ ：０．２重量％
・分散剤（ドデチル硫酸ナトリウム） ：０．１重量％
・溶媒（酢酸ブチル） ：残余

（Ｓ４３）上記カーボンナノチューブ分散液を塗布した後、以下の条件で焼成し、複合層１２Ｌを形成した（図２（ｂ））。
（第１の焼成）
・雰囲気：大気
・温度：３５０℃
・時間：３０分
（第２の焼成）
・雰囲気：窒素
・温度：５００℃
・時間：３０分

（Ｓ４４）次に、複合層１２Ｌ上にレジスト材料層をスピンコート法にて全面に成膜した後、リソグラフィー技術に基づき、複合層１２Ｌのうち残されるべき領域以外の表面が露出したマスク層を形成した。このとき、直径６５μｍの円形の複合層１２Ｌが１サブピクセルに５つ配置されるようにマスク層を形成した。
ついで露出した複合層１２Ｌ領域を、ＨＣｌを用いてエッチングし、複合層１２Ｌを円形に加工した。

（Ｓ４５）ついで、周知のフォトリソグラフィ技術及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により導電膜１１Ｌをエッチング加工してストライプ状のカソード電極ライン１１とした（図２（ｃ））。

（Ｓ４６）基板１０上において、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、カソード電極ライン１１、複合層１２Ｌの積層部を覆うように膜厚１０μｍのＳｉＯ_２からなる層間絶縁膜１３Ｌを形成し、ついで該層間絶縁膜１３Ｌ上にスパッタリング法により膜厚０．２μｍのＭｇＯからなる絶縁膜Ｉ_１を形成し、さらに膜厚０．２μｍのＣｒからなるゲート電極形成用の導電膜１４Ｌを形成した（図３（ｄ））。

（Ｓ４７）導電膜１４Ｌ上にレジストマスク層を形成し、このレジストマスク層を利用して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により導電膜１４Ｌの所定部位をエッチング加工することにより、層間絶縁膜１３Ｌ上でストライプ形状のゲート電極ライン１４とするとともに、このゲート電極ライン１４を貫通する第１の開口部１５Ａを形成した（図３（ｅ））。このとき、ゲート電極ライン１４の間の露出部分Ａから絶縁膜Ｉ_１が露出している。

（Ｓ４８）つぎに、ゲート電極ライン１４の第１の開口部１５Ａを通して層間絶縁膜１３Ｌを反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のドライエッチング加工により、複合層１２Ｌが露出するように第２の開口部１５Ｂを形成した。これにより、直径６０μｍの第１，第２の開口部１５Ａ，１５Ｂからなる略円筒形状の孔である開口部（ゲートホール）１５が得られた（図３（ｆ））。

（Ｓ４９）次に、エッチャント：１０％ＨＣｌ水溶液を用いたウェットエッチング法により、開口部１５の底部に露出した複合層１２Ｌ上層部のマトリックスを虚弱化させた。

（Ｓ４ａ）その後、エッチングされた複合層１２Ｌの表面で各々のカーボンナノチューブが一様にほぼ垂直に起立するように、カーボンナノチューブの配向処理を行い、微小電子源層を形成してカソードパネル１とした（図３（ｇ））。

この微小電子源装置サンプルを用いて、図７に示す構成の平面型表示装置を組み立てた。そして、以下の条件で動作中の平面型表示装置について、ゲート電極ラインの１つへの電圧印加をオフにして、該ゲート電極ライン周辺の放電の状態を観察した。
・観察画面サイズ：対角２インチ
・アノード電極−カソード電極間距離：１．１ｍｍ
・アノード電圧：６．６ｋＶ
・ゲート電圧（全ライン）：４２Ｖ
・カソード電圧（全ライン）：ＧＮＤ

（比較例）
上記実施例において、絶縁膜Ｉ_１を省略し、それ以外は実施例と同じ条件で平面型表示装置を作製した。

以上の結果、比較例ではゲート電極ラインへの電圧印加をオフにすると、このゲート電極ラインの部位で電位差が生じて異常放電が観察され、当該部位がダメージを受けることを確認した。また、この電圧印加オフの状態を継続させると続けてさらに異常放電の発生が認められた。これに対して実施例ではゲート電極ラインへの電圧印加をオフにして、その状態を１０ｓｅｃ継続させても異常放電は認められなかった。
また、本発明のカソードパネルの第２の実施の形態のカソードパネル３を上記平面型表示装置に組み込んで同様の試験を行ったところ、上記実施例を同じように異常放電は認められなかった。

本発明に係るカソードパネルの第１の実施の形態における構成を示す断面図である。 本発明のカソードパネルの製造工程図（１）である。 本発明のカソードパネルの製造工程図（２）である。 本発明に係るカソードパネルの第２の実施の形態における構成を示す断面図である。 本発明のカソードパネルの製造工程図（３）である。 本発明のカソードパネルの第２の実施の形態における絶縁膜の形成方法を示す概略図である。 本発明のカソードパネルを使用した平面型表示装置の構成を示す断面図である。 本発明のカソードパネルを使用した平面型表示装置の構成を示す概略図である。 本発明で使用するアノードパネルの構成を示す断面図である。 本発明のカソードパネルの製造工程図である。

符号の説明

１，４・・・カソードパネル、２・・・アノードパネル、１０・・・基板、１１・・・カソード電極ライン、１１Ｌ，１４Ｌ・・・導電膜、１２・・・微小電子源層、１２Ｌ・・・複合層、１２ａ・・・カーボンナノチューブ、１２ｂ・・・マトリクス、１３・・・絶縁層、１３Ｌ・・・層間絶縁膜、１４・・・ゲート電極ライン、１５，４５・・・開口部（ゲートホール）、１５Ａ，４５Ａ・・・第１の開口部、１５Ｂ，４５Ｂ・・・第２の開口部、１６・・・貫通孔、１７・・・チップ管、１８・・・カソード電極制御回路、１９・・・ゲート電極制御回路、２０・・・アノード電極制御回路、２１・・・透明基板、２２，２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ・・・蛍光体層、２３・・・ブラックマトリクス、２４・・・アノード電極、２４ａ・・・有機膜、２４ｂ・・・金属薄膜、露出部分・・・Ａ，Ｂ，Ｃ、絶縁膜・・・Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３、蒸発源・・・Ｖ

Claims (6)

1. 基板上に複数本のカソード電極ラインと、複数本のゲート電極ラインとが絶縁した状態で直交して配置され、前記カソード電極ラインとゲート電極ラインとが重なる領域でカソード電極ライン上に導電性のマトリクスと一端が突出した状態で前記マトリクスに埋まったカーボンナノチューブとを有する微小電子源層を有し、該微小電子源層から放出される電子をゲート電極ラインの開口部から取り出すカソードパネルにおいて、
   前記ゲート電極ライン間の露出部分は、２次電子放出係数が１．２以下の絶縁材料からなることを特徴とするカソードパネル。
2. 基板上に複数本のカソード電極ラインと、絶縁層と、前記カソード電極ラインに直交する複数本のゲート電極ラインとが順に積層されてなり、前記カソード電極ラインとゲート電極ラインとが重なる領域で該ゲート電極ライン及び絶縁層を貫通する開口部と、該開口部の底部に形成され導電性のマトリクスと一端が突出した状態で前記マトリクスに埋まったカーボンナノチューブとからなる微小電子源層を備えるカソードパネルにおいて、
   前記ゲート電極ライン間の絶縁層の露出部分は、２次電子放出係数が１．２以下の絶縁材料が被覆されてなることを特徴とするカソードパネル。
3. 前記開口部の内壁面は、２次電子放出係数が１．２以下の絶縁材料が被覆されてなることを特徴とする請求項２に記載のカソードパネル。
4. 前記絶縁材料は、ＭｇＯおよび／またはＡｌ_３Ｎ_４であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載のカソードパネル。
5. 請求項１〜４のいずれか一に記載のカソードパネルと、透明基板上に前記微小電子源層に対向する蛍光体層とアノード電極を有するアノードパネルとを備えることを特徴とする平面型表示装置。
6. 前記透明基板の微小電子源層に対向して露出する部分は、２次電子放出係数が１．２以下の絶縁材料が被覆されてなることを特徴とする請求項５に記載の平面型表示装置。

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