JP2007149594A - 冷陰極電界電子放出素子及び冷陰極電界電子放出素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低電圧駆動で効率良く電子放出が可能な冷陰極電界電子放出素子を提供すること。
【解決手段】 支持体１０１、カソード電極１０２、絶縁層１０３、ゲートホール１０６を有するゲート電極１０４及びレジスト１０７を積層被着した後、ゲートホール１０６よりも径が小さい炭素物質配設用ホール１２１をゲートホール１０６からカソード電極１０２に至るまで形成し、次に、触媒金属１０９、１１０を被着形成し、レジスト１０７のリフトオフ処理や絶縁層１０３の炭素物質配設用ホール１２１の拡張処理を行った後、カーボンナノチューブ等の炭素物質１１１を触媒金属１１０上に成長させることにより、冷陰極電界電子放出素子を作製する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノウォール（ＣＮＷ）、カーボンナノファイバ（ＣＮＦ）等の炭素物質を用いた冷陰極電界電子放出素子及びその製造方法に関する。

従来のディスプレイはＣＲＴ（カソードレイチューブ）ディスプレイが中心であったが、最近、平面ディスプレイとして液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの平面型のディスプレイが普及してきた。
しかしながら、液晶ディスプレイは視野角が狭いことや自発光でないことなどの問題がある。また、プラズマディスプレイは消費電力や発熱量が大きいなどの問題がある。

近年、次世代の平面ディスプレイとして、冷陰極電界電子放出の原理を利用したＦＥＤ（フィールドエミッションディスプレイ）がＣＲＴに変わる平面ディスプレイとして期待されている。ＦＥＤは自発光型で発光効率がよく、大型の平面ディスプレイに好適である。
ＦＥＤは通常、冷陰極電界電子放出部を含むカソードパネルと、電子の衝突により発光するアノードパネルとを備えている。最近、電子放出部として円錐形の電子放出部を持ったスピント型とよばれる冷陰極電界電子放出素子が実用化された。このスピント型は、電界を印加することによって、尖った先端を持った金属から電子を発生させる冷陰極電界電子放出素子であるが、その製造方法が複雑であり、コストが高く、現在のところでは大型の平面ディスプレイを製造するのには適していない。

近年、炭素系材料を用いた冷陰極電界電子放出素子が注目されている。炭素系材料、主にＣＮＴ等のナノ炭素物質を用いた電子放出物質は、そのアスペクト比からの電子放出のしやすさ、化学的物理的安定性等の優れた利点を有している。
ＣＮＴ等の炭素物質を用いた電界電子放出素子としては、ＣＮＴ等の炭素物質をペースト状にして支持体にスクリーン印刷を施す手法と、ＣＶＤ（ケミカルベーパーデポジッション）を用いた直接成長による２種類が検討されている。

前記炭素物質をペースト状にして支持体にスクリーン印刷を施し冷陰極電界電子放出素子を製造する手法は、後処理が必要であったり、ゲート電極と炭素物質との距離が遠いため駆動電圧が高い等の問題がある。
前記炭素物質のＣＶＤ直接成長による冷陰極電界電子放出素子が検討されているが、電子放出物質とゲート電極との距離を適度な距離に接近させてＣＮＴ等の電子放出物質を成長させるのは容易ではない。

一方、このような状況下、ＣＶＤ法によるＣＮＴ等を用いたＦＥＤの製造のための冷陰極電界電子放出素子の製造において、ＣＮＴ等の炭素物質とゲート電極との距離をコントロールすることが重要な要件であることが判明したが、前記炭素物質を所望の位置や形状に正確に製造することは非常に難しい。
前記重要な要件である理由は、電子放出物質であるＣＮＴ等の炭素物質とゲート電極との距離が接近するほど低い駆動電圧にできるが、接近させるほど接触しやすく信頼性を確保するのが難しい。通常複数箇所に配置される炭素物質のうち、ひとつでも接触すると電子源としての役割を果たさない。また、前記炭素物質とゲート電極との距離が近いものと遠いものが同時に存在すれば安定した電子源になりにくい。したがって、炭素物質とゲートが近接して接触しない最適な距離に設定することが重要である。

図４及び図５は、特許文献１に記載された従来の冷陰極電界電子放出素子の製造方法を示す図である。
図４及び図５において、先ず、ガラス等の支持体３０１にカソード電極３０２を被着形成する（図４（ａ））。
次に、カソード電極３０２上に、主にシリコン酸化物や窒化物等より成る絶縁層３０３を被着形成し（同図（ｂ））、その後、ゲート電極３０４を被着形成する（同図（ｃ））。
次に、フォトレジスト３０５をゲート電極３０４に塗布し、フォトリソグラフィ行程を行うことによってゲートホール（ゲート電極に形成した穴）形成用のホール３２０をレジスト３０５に形成し（同図（ｄ））、その後、ゲート電極３０４をエッチングして、ゲート電極３０４にゲートホール３０６を形成する（同図（ｅ））。

次に、ゲートホール３０６と同一大きさの炭素物質配設用ホール３２１をカソード電極３０２に達するまで絶縁層３０３に形成する（同図（ｈ））。
次に、エッチングによって絶縁層３０３の炭素物質配設用ホール３２１の径を更に大きく拡張した後（同図（ｉ））、触媒金属層３０８、３０９を被着形成し（同図（ｊ））し、レジスト３０５をリフトオフする（同図（ｋ））。
最後に、ＣＮＴ等の炭素物質３１０を触媒金属３０９上に成長させる（同図（ｌ））。
このようにして、冷陰極電界電子放出素子の製造が行われる。

しかしながら、ゲートホール３０６の径と触媒金属３０９の径が同じであるため、ＣＮＴ等の炭素物質３１０の成長にともない、炭素物質３１０とゲート電極３０４が接触する恐れがある。特許文献１の図８に示されている工程においてはゲートホールよりも小さい触媒金属層を作製しているが、触媒金属層の形成の際に、そのエッジは通常なだらかに広がるためＣＮＴ等を成長させた炭素物質とゲート電極との距離を正確に制御することは容易ではない。したがって、低電圧駆動で高効率な電子放出が可能な冷陰極電界電子放出素子の製造は困難という問題がある。

一方、特許文献２の図９から示されている行程６００〜６５０において、ゲートホールサイズのホールを形成した後に、より小さい径の触媒金属を形成するためにマスク層を設けているが、この手法ではレジストの塗布やマスクの作製は容易ではないという問題がある。したがって、特許文献２に記載された発明おいても、低電圧駆動で高効率な電子放出が可能な冷陰極電界電子放出素子の製造は困難という問題がある。

特開２００３−１１５２５７号公報 特開２００２−１９７９６５号公報 特開２００３−９５６２５号公報

本発明は、低電圧駆動で効率良く電子放出が可能な冷陰極電界電子放出素子を提供することを課題としている。
本発明は、前記冷陰極電界電子放出素子の製造に適した冷陰極電界電子放出素子の製造方法を提供することを課題としている。

本発明によれば、ゲートホールを有するゲート電極と、カソード電極と、前記ゲート電極とカソード電極との間に配設され、前記ゲートホールから前記カソード電極に至る炭素物質配設用ホールを有する絶縁層と、前記炭素物質配設用ホール内のカソード電極上であって前記ゲートホールに対向する位置に形成された、前記ゲートホールよりも小さい径を有する触媒金属と、前記触媒金属上に形成された炭素物質とを備えて成り、前記炭素物質配設用ホールは、前記触媒金属が前記絶縁層に接触しないように形成されて成ることを特徴とする冷陰極電界電子放出素子が提供される。
ここで、前記ゲート電極とカソード電極との間に配設され、前記ゲートホールから前記カソード電極に至る炭素物質配設用ホールを有する絶縁層を備えて成り、前記炭素物質は、前記触媒金属上であって、前記絶縁層に接触しないよう前記炭素物質配設用ホール内に配設されて成るように構成してもよい。

また、前記ゲートホールの直径は０．２μｍ〜４０μｍの範囲内の値であり、前記ゲートホールの周辺部を通り前記カソード電極に直交する垂線と前記触媒金属の側端部との距離が８０ｎｍ〜１０μｍの範囲内の値であるように構成してもよい。
また、前記炭素物質には、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール及びカーボンナノファイバの中の少なくとも１種類が含まれて成るように構成してもよい。

また、本発明によれば、ゲートホールを有するゲート電極と、前記ゲート電極と対向するように配設されたカソード電極と、前記ゲート電極とカソード電極の間に形成された触媒金属と、前記触媒金属上に形成された炭素物質とを備えて成る冷陰極電界電子放出素子の製造方法において、カソード電極、絶縁層及びゲート電極を積層形成する工程と、前記ゲート電極に前記ゲートホールを最終的な寸法で加工する工程と、前記ゲートホールに対向する位置に前記ゲートホールより小さいパターン面積の炭素物質配設用ホールを前記カソード電極に達するまで前記絶縁層に形成する工程と、前記炭素物質配設用ホール中に前記触媒金属を被着形成する工程と、前記炭素物質配設用ホールの大きさを拡張した後、前記炭素物質を前記触媒金属上に成長させる工程とを備えて成ることを特徴とする冷陰極電界電子放出素子の製造方法が提供される。

また、本発明によれば、ゲートホールを有するゲート電極と、前記ゲート電極と対向するように配設されたカソード電極と、前記ゲート電極とカソード電極の間に形成された触媒金属と、前記触媒金属上に形成された炭素物質とを備えて成る冷陰極電界電子放出素子の製造方法において、カソード電極、絶縁層及びゲート電極を積層形成する工程と、前記ゲート電極に前記ゲートホールを最終的な寸法で加工する工程と、前記ゲートホールに対向する位置に前記ゲートホールより小さいパターン面積の炭素物質配設用ホールを前記カソード電極に達するまで前記絶縁層に形成する工程と、前記炭素物質配設用ホール中に前記触媒金属を被着形成する工程と、前記炭素物質を前記触媒金属上に成長させた後、前記炭素物質配設用ホールの大きさを拡張する工程とを備えて成ることを特徴とする冷陰極電界電子放出素子の製造方法が提供される。

ここで、前記ゲート電極に前記ゲートホールを最終的な寸法で加工する工程には、第１のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程が含まれ、前記ゲートホールに対向する位置に前記ゲートホールより小さいパターン面積の炭素物質配設用ホールを前記カソード電極に達するまで前記絶縁層に形成する工程には、第２のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程が含まれるように構成してもよい。

本発明の冷陰極電界電子放出素子によれば、低電圧駆動で効率良く電子放出が可能になる。
本発明の冷陰極電界電子放出素子の製造方法によれば、ゲート電極と炭素物質間の距離を適切に確保することが可能になるため、低電圧駆動で効率良く電子放出が可能な冷陰極電界電子放出素子を製造することが可能になる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る冷陰極電界電子放出素子及び冷陰極電界電子放出素子について説明する。
図１及び図２は、本発明の実施の形態に係る冷陰極電界電子放出素子の製造方法における製造工程を示す部分正断面図である。また、図３は、本発明の実施の形態に係る冷陰極電界電子放出素子の製造過程中の構成を示す説明図である。尚、図１〜図３において、同一部分には同一符号を付している。

以下、図１〜図３を用いて、冷陰極電界電子放出素子の構成及びその製造方法を詳細に説明する。
先ず、ガラス、シリコン、ステンレス等によって構成される基板としての支持体１０１にカソード電極１０２を被着形成する（図１（ａ））。支持体１０１としては、ディスプレイ用途には通常は絶縁材料であるガラスを使用する。
次に、カソード電極１０２上に、主にシリコン酸化物や窒化物等によって構成された絶縁層１０３を被着形成し（同図（ｂ））、その後、絶縁層１０３上にゲート電極１０４を被着形成する（同図（ｃ））。

最終的な寸法のゲートホール（ゲート電極１０４に形成した穴）１０６をゲート電極１０４にはじめから加工形成するため、ゲート電極１０４の全面にフォトレジスト１０５を塗布した後、径がゲートホール１０６の最終寸法に等しい大きさの開口１２０を形成可能な第１のマスクを用いてフォトリソグラフィ行程を行うことによって、径がゲートホール１０６の最終寸法に等しい大きさの開口１２０をレジスト１０５に形成した後（同図（ｄ））、ゲート電極１０４をエッチングしてゲート電極１０４に径が最終的な大きさのゲートホール１０６を形成する（同図（ｅ））。これにより、ゲート電極１０４には開口としての円形のゲートホール１０６が所定大きさで形成される。

この時、ゲートホール１０６の直径（図３のＣ）は主にプロセス技術の制約および生産コストの観点から、０．２μｍ〜４０μｍの範囲内の値に設定するのが好ましい。ゲートホール１０６の直径Ｃが０．２μｍよりも小さくなると、高度なプロセス技術が必要となりＦＥＤの生産性という点で劣る。従来の可視光線ｇ線や紫外線ｉ線露光ではそれぞれ１μｍ、０．５μｍ程度の解像度を有し、さらに波長の短い遠紫外線のエキシマレーザー露光では０．２μｍ〜０．１μｍ以下の解像度を有しており、又、現在量産されているＬＳＩの分野では、ラインやスペースは９０ｎｍルールや６０ｎｍルールである。しかしながら、ディスプレイの様な大面積デバイスに対しては、このような高度の露光装置を用いた生産技術を導入することはコストやスループット等を考慮すると現状では事実上困難である。したがって、直径は０．２μｍ以上の大きさにするのが好ましい。

一方、ゲートホール１０６の直径Ｃが４０μｍよりも大きい場合、冷陰極電界電子放出素子の駆動電圧を高くせざるをえなくなり、駆動電圧が上昇すればドライバコストが急激に高価となる。少なくともゲートホール１０６の中央部における閾値電圧を実用的な電圧である２００Ｖ以下に抑えるためには、ＣＮＴ等の炭素物質の電界電子放射閾値電界は１０Ｖ／μｍ程度であるので、ゲートホール１０６の半径を２０μｍ（直径４０μｍ）以下に設定する必要がある。

本実施の形態では、以上の理由から、ゲートホール１０６の直径Ｃを、０．２μｍ〜４０μｍの範囲の値に設定している。また、これにあわせて、触媒金属１１０の大きさを後述するような大きさに選定している。
尚、前述した寸法はゲートホール１０６の形状が、平面図において円形の例であるが、ゲートホール１０６の形状は、円形に限らず正方形、長方形、多角形、その他を含み、種々設計要件に応じて選択することが可能であり、寸法も形状に応じて適宜設定する。
このようにして、ゲート電極１０４のゲートホール１０６を最終的な寸法に加工した後、レジスト１０５を除去する（同図（ｆ））。

次に、ゲート電極１０４及び絶縁層１０３上の全面に再度フォトレジスト１０７を塗布した後、ゲートホール１０６よりも小さい触媒金属形成用のホール（触媒金属形成用穴）１０８を形成可能な第２のマスクを用いてフォトリソグラフィ行程をおこなうことにより、ゲートホール１０６よりも小さい触媒金属形成用のホール１０８をレジスト１０７に形成した後（同図（ｇ））、径がホール１０８と同一大きさの炭素物質配設用のホール（炭素物質配設用穴）１２１を、カソード電極１０２に達するまで絶縁層１０３に形成する（図２（ｈ））。
この時、触媒金属形成用のホール１０８のパターン面積（ホール１０８の平面図における面積である。本実施の形態ではホール１０８の平面図形状は円形である。）、換言すれば径は、ゲートホール１０６よりも小さくしている。したがって、炭素物質配設用ホール１２１の面積もゲートホール１０６の面積よりも小さくなっている。

次に、触媒金属を全面に、即ち、触媒金属１０９、１１０を各々レジスト１０７、カソード電極１０２上に被着形成した後（同図（ｉ））、レジスト１０７をリフトオフする（同図（ｊ））。触媒金属１１０の直径（図３のＡ）は、ゲートホール１０６の直径Ｃよりも小さく形成される。尚、触媒金属１１０はカソード電極１０２に対して全面に被着している必要は無く、分割されていたり、あるいは島状になっていてもよい。最後に、絶縁層１０３をエッチングして炭素物質配設用ホール１２１の大きさを拡張した後（同図（ｋ））、ＣＮＴ等の炭素物質１１１を金属触媒層１１０上に成長形成する（同図（ｌ））。

この時、ＣＮＴ等の炭素物質１１１の生成と絶縁層１０３のエッチングによる炭素物質配設用ホール１２１の拡張の順序を逆にすることも出来る。逆にした場合は前記炭素物質の成長の広がりを抑えることができる。即ち、ゲートホール１０６の径よりも大きく炭素物質配設用ホール１２１の径を拡張した後に炭素物質１１１を触媒金属１１０上に成長させるようにしてもよく、あるいは、炭素物質１１１を触媒金属１１０上に成長させた後、ゲートホール１０６の径よりも大きく炭素物質配設用ホール１２１の径を拡張するようにしてもよい。

本実施の形態では、図３に示すように、ゲートホール１０６に対向する位置に、ゲートホール１０６の周辺部からカソード電極１０２に対して垂直に設けた垂線２０１と、触媒金属１１０の側端部２０２との距離Ｂが８０ｎｍ〜１０μｍの範囲内の値になるように、絶縁層１０３をエッチングすることによって炭素物質配設用ホール１２１を形成している。
前記距離Ｂが８０ｎｍよりも小さい場合は、ゲート電極１０４と炭素物質１１１とが接触する恐れがあり信頼性が劣る。この寸法は主に加工精度によって決定される。加工時の位置のずれ範囲、及び、カソード電極１０２やゲート電極１０４間の接触防止を考慮すると、８０ｎｍ以上に設定する必要がある。ただし、さらなる加工精度の向上が望めるのならば、例えば５０ｎｍと、カソード電極１０２及びゲート電極１０４間をできるだけ接近させることが望ましい。

一方、前記距離Ｂが１０μｍよりも大きい場合は、ゲート電極１０４と炭素物質１１１との平均距離が遠くなり、駆動電圧を高くする必要が生じてしまう。また、電子放出素子における電子放出領域の面積の割合も小さくなり、電流効率も劣ることになる。かかる観点から、距離Ｂを前記範囲内の値に設定している。
絶縁層１０３をエッチングにより拡張するのは、炭素物質１１１の周辺に真空空間をつくることによって、ゲート電圧によってＣＮＴ等の炭素物質１１１の先端に強い集中電界を発生させ、効率よく電界電子放射を得るためである。また、炭素物質１１１が絶縁層１０３に接触するのを防止するためでもある。ゲートホール１０６より小さい触媒金属形成用のホール１０８に触媒金属１１０をパターニングした後に絶縁層１０３のホールの径を拡張することで、触媒金属１１０のパターンを従来よりも正確に設定できる。

尚、ＣＮＴ等の炭素物質１１１の生成工程（同図（ｉ））において、ＣＮＴ等の炭素物質１１１がカソード電極１０２に対して垂直配向するような電界や磁界を印加しながら、炭素物質１１１を成長させることにより、炭素物質１１１とゲート電極１０４が近接して接触しない最適な距離に設定でき、信頼性の高い電界電子放出素子が作製できる。これによって炭素物質１１１の先端付近に電界集中を起こしやすく、優れた電圧−電流特性が得やすくなる。ＣＮＴ等の炭素物質１１１の長さは、最適な電子放出条件を得るため、炭素物質の先端がゲートホール１０６とほぼ等しい高さになることが好ましい。

以上のようにして、ゲートホール１０６を有するゲート電極１０４と、カソード電極１０２と、ゲート電極１０４とカソード電極１０２との間に配設され、ゲートホール１０６からカソード電極１０２に至る炭素物質配設用ホール１２１を有する絶縁層１０３と、炭素物質配設用ホール１２１内のカソード電極１０２上であってゲートホール１０６に対向する位置に形成されたゲートホール１０６よりも小さい径を有する触媒金属１１０と、触媒金属１１０上に形成された炭素物質１１１とを備えて成り、炭素物質配設用ホール１２１は、触媒金属１１０の側端部が絶縁層１０３に接触しないように形成されて成ることを特徴とする冷陰極電界電子放出素子が作成される。

本発明の実施の形態によれば、ゲートホール１０６下部のゲートホール１０６に対向する位置にゲートホール１０６より小さく触媒金属１１０をパターニングするために、始めにゲートホール１０６を最終的な寸法に加工しておき、その後、より小さい触媒金属形成用のホール１０８をカソード電極１０２に達するまで絶縁層１０３に開け、ゲートホール１０６より小さい触媒金属形成用のホール１０８に触媒金属１１０をパターニングすることで、触媒金属１１０の面積を正確に決定することができる。その後、絶縁層１０３の孔を広げ正確に配置された触媒金属１１０に炭素物質１１１を成長させることで、電子放出源１１１とゲート１０４が近接して接触しない最適な距離に設定できる。この場合、ＣＮＴ等の炭素物質１１１は絶縁層１０３を広げる前に成長させることもできる。

これにより、本実施の形態に係る冷陰極電界電子放出素子の製造方法は、ＣＮＴ等の電子放出用炭素物質１１１とゲート１０４が近接して接触しない最適な距離に設定でき、低電圧駆動可能で電子放出特性に優れ、信頼性の高い冷陰極電界電子放出素子を作製することが可能になる。
また、本実施の形態に係る製造方法では、ゲート電極１０４にゲートホール１０６を最終的な寸法で加工する工程には、第１のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程が含まれ、ゲートホール１０６に対向する位置にゲートホール１０６より小さいパターン面積の炭素物質配設用ホール１２１をカソード電極１０２に達するまで絶縁層１０３に形成する工程には、第２のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程が含まれるようにしている。即ち、ゲートホール１０６及び触媒金属形成用ホール１０８を形成するための２つのフォトマスク（図１（ｄ）、（ｇ））のみでフォトリソグラフィ行程が行えるため、行程が簡単で生産に有利であるという効果を奏する。
また、以上のようにして作製された冷陰極電界電子放出素子は、電子放出用炭素物質１１１とゲート１０４が近接して接触しない最適な距離に設定されるため、低電圧駆動可能で電子放出特性に優れている。

尚、前記実施の形態では、炭素物質としてカーボンナノチューブを使用したが、カーボンナノウォールやカーボンナノファイバ等の炭素物質を用いてもよい。即ち、前記炭素物質として、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール及びカーボンナノファイバの中の少なくとも１種類が含まれていればよい。また、カーボンナノチューブとしては、要求される特性に応じて、単層カーボンナノチューブと多層カーボンナノチューブの一方又は双方を選択して使用することができる。

本発明の冷陰極電界電子放出素子の製造方法は、ＦＥＤ等の表示装置をはじめとして電子放出素子を必要とする機器の冷陰極電界電子放出素子の製造に適用可能である。また、本発明の冷陰極電界電子放出素子は、ＦＥＤ等の表示装置をはじめとして冷陰極電界電子放出素子を必要とする各種機器に適用可能である。

本発明の実施の形態に係る冷陰極電界電子放出素子の製造過程を示す図である。 本発明の実施の形態に係る冷陰極電界電子放出素子の製造過程を示す図である。 本発明の実施の形態に係る冷陰極電界電子放出素子の製造過程における部分正面図である。 従来の冷陰極電界電子放出素子の製造過程を示す図である。 従来の冷陰極電界電子放出素子の製造過程を示す図である。

符号の説明

１０１・・・支持体
１０２・・・カソード電極
１０３・・・絶縁層
１０４・・・ゲート電極
１０５・・・第１のレジスト
１０６・・・ゲートホール
１０７・・・第２のレジスト
１０８・・・触媒金属形成用ホール
１０９、１１０・・・触媒金属
１１１・・・炭素物質
１２０・・・開口
１２１・・・炭素物質配設用ホール
２０１・・・垂線
２０２・・・側端部

Claims (6)

1. ゲートホールを有するゲート電極と、カソード電極と、前記ゲート電極とカソード電極との間に配設され、前記ゲートホールから前記カソード電極に至る炭素物質配設用ホールを有する絶縁層と、前記炭素物質配設用ホール内のカソード電極上であって前記ゲートホールに対向する位置に形成された、前記ゲートホールよりも小さい径を有する触媒金属と、前記触媒金属上に形成された炭素物質とを備えて成り、
   前記炭素物質配設用ホールは、前記触媒金属が前記絶縁層に接触しないように形成されて成ることを特徴とする冷陰極電界電子放出素子。
2. 前記ゲートホールの直径は０．２μｍ〜４０μｍの範囲内の値であり、前記ゲートホールの周辺部を通り前記カソード電極に直交する垂線と前記触媒金属の側端部との距離が８０ｎｍ〜１０μｍの範囲内の値であることを特徴とする請求項１記載の冷陰極電界電子放出素子。
3. 前記炭素物質には、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール及びカーボンナノファイバの中の少なくとも１種類が含まれて成ることを特徴とする請求項１又は２記載の冷陰極電界電子放出素子。
4. ゲートホールを有するゲート電極と、前記ゲート電極と対向するように配設されたカソード電極と、前記ゲート電極とカソード電極の間に形成された触媒金属と、前記触媒金属上に形成された炭素物質とを備えて成る冷陰極電界電子放出素子の製造方法において、
   カソード電極、絶縁層及びゲート電極を積層形成する工程と、前記ゲート電極に前記ゲートホールを最終的な寸法で加工する工程と、前記ゲートホールに対向する位置に前記ゲートホールより小さいパターン面積の炭素物質配設用ホールを前記カソード電極に達するまで前記絶縁層に形成する工程と、前記炭素物質配設用ホール中に前記触媒金属を被着形成する工程と、前記炭素物質配設用ホールの大きさを拡張した後、前記炭素物質を前記触媒金属上に成長させる工程とを備えて成ることを特徴とする冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
5. ゲートホールを有するゲート電極と、前記ゲート電極と対向するように配設されたカソード電極と、前記ゲート電極とカソード電極の間に形成された触媒金属と、前記触媒金属上に形成された炭素物質とを備えて成る冷陰極電界電子放出素子の製造方法において、
   カソード電極、絶縁層及びゲート電極を積層形成する工程と、前記ゲート電極に前記ゲートホールを最終的な寸法で加工する工程と、前記ゲートホールに対向する位置に前記ゲートホールより小さいパターン面積の炭素物質配設用ホールを前記カソード電極に達するまで前記絶縁層に形成する工程と、前記炭素物質配設用ホール中に前記触媒金属を被着形成する工程と、前記炭素物質を前記触媒金属上に成長させた後、前記炭素物質配設用ホールの大きさを拡張する工程とを備えて成ることを特徴とする冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
6. 前記ゲート電極に前記ゲートホールを最終的な寸法で加工する工程には、第１のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程が含まれ、
   前記ゲートホールに対向する位置に前記ゲートホールより小さいパターン面積の炭素物質配設用ホールを前記カソード電極に達するまで前記絶縁層に形成する工程には、第２のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程が含まれることを特徴とする請求項４又は５記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。

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