JP2007287369A - 電界放出型冷陰極及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子放出層の表面が凹凸を生じることなく基板全体で平坦化され、陽極と冷陰極の電子放出層との間の間隔を所定の間隔で一定に制御でき、かつ微細なパターンを作成できる電界放出型冷陰極及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 絶縁性基板の一部を除去することにより電極層表面を露出させ、底面を電極層とし、かつ側面を絶縁性基板で囲まれた溝を形成する工程と、絶縁性基板と溝との表面全体に、電子放出部材を含むペーストを塗布し、熱処理が行われたペースト及び絶縁性基板を一体的に研磨して電子放出層を形成する工程と、を含む電界放出型冷陰極の製造方法を提供する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、平板型表示装置（フラットパネルディスプレイ）などに用いられる電界放出型冷陰極及びその製造方法に関する。特に、炭素系材料を含む電子放出層の陽極側表面と陽極との間隔を一定に制御できる電界放出型冷陰極及びその製造方法に関する。

近年、省スペースや低消費電力などの観点から、フラットパネルディスプレイの開発が積極的に行われている。特に、加熱源を必要としない電界放出型冷陰極を備え、これらを平面上に多数配置した電界放出型フラットパネルディスプレイは、高輝度、広視野角、高速応答、低消費電力を実現できる表示装置として注目されている。

電界放出型冷陰極は、絶縁性基板、例えばガラス基板上に電極層が形成され、電極層の陽極側表面上に電子放出層を形成したものであり、さらに、電極層上の絶縁性基板の陽極側表面上にゲート電極を設けたものもある。冷陰極（電極層）と陽極との間に電圧が印加されると、電子放出層の陽極側表面に電界集中が起こり、電子が放出される。

ここで、冷陰極の電極層と陽極との間に印加する電圧は、冷陰極における電子放出層の陽極側表面と陽極との間隔により決まる。例えば、電子放出層の陽極側表面と陽極との間隔が狭い場合、小さな電圧で十分な電子放出量が得られる。一方、電子放出層の陽極側表面と陽極との間隔が広い場合、同程度の電子放出量を得るために必要とする電圧は大きくなる。したがって、電子放出量を精度よく制御するためには、電子放出層の陽極側表面における凹凸を管理し、できる限り平坦化することが重要である。
この問題を解決するため、電極層の陽極側表面上において所望する電子放出層形状に形成した炭素系材料に対して、ロールの押し付け処理やプレス処理を加えて、電子放出層の陽極側表面の凹凸を押し潰し、電子放出層の陽極側表面と陽極との間隔を一定に調整する方法が提案されている（特許文献１参照）。

また、炭素系材料、特にカーボンナノチューブを、電界放出型冷陰極の電子放出層に含ませることにより、優れた電界放出特性を得られることから、スクリーン印刷法により冷陰極の電極層の陽極側表面上にカーボンナノチューブを含むペーストを所定の形状に印刷し、電極層の表面上に形成したカーボンナノチューブにシリカゲル溶液を塗布し、シリカゲル溶液の溶媒を乾燥除去した後に研磨することにより電極層の陽極側表面上に電子放出層を形成し、平坦化された電子放出層の陽極側表面を有する電界放出型冷陰極を製造する方法が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００４−２８８５６９号公報 特開２００２−３７３５６９号公報

しかし、特許文献１の電界放出型冷陰極の製造方法では、電子放出層の陽極側表面と陽極との間隔を一定にするため、ロールの押し付け処理やプレス処理を加えることから、複雑かつ大規模な制御装置を必要とする。

また、特許文献２の電界放出型冷陰極の製造方法では、冷陰極の電極層の陽極側表面上に形成された各電子放出層同士間に隙間を有していることから、研磨した結果、各電子放出層の陽極側表面は陽極に対して一定の間隔とはならず、さらには電子放出層のエッジ部が研磨されて丸くなるという問題が生じる。また、スクリーン印刷法を適用していることから、隣接する印刷部分との接触による短絡が生じ、微細なパターンの形成が困難であるという問題も生じる。

さらに、印刷法により、電界放出型冷陰極を含むトライオード構造の電界放出型素子を形成する場合、電子放出層を形成した後、ゲート電極と冷陰極の電極層との間にスペーサを設ける必要があり、スペーサの位置決めが困難であるという問題が生じる。さらに、スペーサと電子放出層端部との間に形成される隙間により、電子放出層の陽極側表面の面積を有効に活用することができないという問題も生じていた。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、電子放出層の陽極側表面が凹凸を生じることなく基板全体で平坦化され、電子放出層の陽極側表面と陽極との間隔を一定の間隔に制御でき、印刷法よりも微細なパターンを作成可能な電界放出型冷陰極及びその製造方法を提供することを目的とする。その結果、電子放出層の陽極側表面と陽極との間隔を狭くすることが可能となり、小さな電圧で十分な電子放出量が得られる。

上記の目的を達成するため、本発明に係る電界放出型冷陰極は、電極層と、電極層の陽極側表面上に形成された電子放出層並びに第１の絶縁性基板と、を備える電界放出型冷陰極であって、第１の絶縁性基板の厚みは略同一であり、電子放出層は、電極層に接しない電子放出層の陽極側表面に平坦化された電子放出面を有し、電子放出層の側面は第１の絶縁性基板と密着し、電子放出面は、第１の絶縁性基板の陽極側表面と同一の高さに設けられるか、又は第１の絶縁性基板の陽極側表面から所定の深さに凹設される。

また、本発明に係る他の電界放出型冷陰極は、第２の絶縁性基板が、さらに、電子放出層並びに第１の絶縁性基板が形成された電極層の表面に接しない電極層の面に接して形成される。

さらに、本発明に係る他の電界放出型冷陰極は、電極層と、電極層の陽極側表面上に形成された電子放出層並びに絶縁性基板と、絶縁性基板の陽極側表面上に形成されたゲート電極層と、を備える電界放出型冷陰極であって、絶縁性基板の厚みは、電極層とゲート電極層との間において略同一であり、電子放出層は、電極層に接しない電子放出層の陽極側表面に平坦化された電子放出面を有し、電子放出層の側面は絶縁性基板と密着し、電子放出面は、絶縁性基板の陽極側表面と同一の高さに設けられるか、又は絶縁性基板の陽極側表面から所定の深さに凹設される。

そして、上記の目的を達成するため、本発明に係る電界放出型冷陰極の製造方法は、電極層上に形成された第１の絶縁性基板の一部を除去することにより電極層表面を露出させ、底面を電極層とし、かつ側面を第１の絶縁性基板で囲まれた溝を形成する工程と、第１の絶縁性基板と溝との表面全体に、電子放出部材を含むペーストを塗布し、熱処理を行う工程と、熱処理が行なわれたペーストと、第１の絶縁性基板とを一体的に研磨して電子放出層を形成する工程と、を含む。

また、本発明に係る他の電界放出型冷陰極の製造方法は、第２の絶縁性基板上に形成された前記電極層上に形成された第１の絶縁性基板の一部を除去することにより電極層表面を露出させるとともに、底面を電極層とし、かつ側面を第１の絶縁性基板で囲まれた溝を形成する工程と、第１の絶縁性基板と溝との表面全体に、電子放出部材を含むペーストを塗布し、熱処理を行う工程と、熱処理が行なわれたペーストと、第１の絶縁性基板とを一体的に研磨して前記電子放出層を形成する工程と、を含む。

さらに、本発明に係る他の電界放出型冷陰極の製造方法は、絶縁性基板上に、ゲート電極層を形成する工程と、絶縁性基板とゲート電極層とを所定の面積で除去することにより、側面を絶縁性基板で囲まれた溝を形成する工程と、ゲート電極層と溝との表面全体に、電子放出部材を含むペーストを塗布し、熱処理を行う工程と、熱処理が行なわれたペーストと、ゲート電極層とを一体的に研磨して前記電子放出層を形成する工程と、電子放出層に接続する電極層を形成する工程と、を含む。

さらに、本発明に係る電界放出型冷陰極の製造方法として、溝がフォトリソグラフィにより形成されることが好ましい。

さらに、電子放出層が、炭素系材料と、ＳｉＯ_２と、を含むことが好ましく、特に、炭素系材料が、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン及びカーボンナノコーンから選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。

本発明の電界放出型冷陰極によれば、電子放出層の陽極側表面である電子放出面が凹凸を生じることなく基板全体で平坦化された電子放出層を有することから、電子放出層の電子放出面と陽極との間隔を一定の間隔に制御できるため、電子放出面と陽極との間隔を狭くすることが可能となり、小さな電圧で十分な電子放出量が得られ、所望の電子放出量を精度良く制御できる。さらに、電子放出層は絶縁性基板と密着することから、電子放出面の面積を有効に活用することができる。

さらに、本発明の電界放出型冷陰極の製造方法によれば、溝を形成する工程とペーストを塗布し熱処理を行う工程とを含むことから、形成された溝内に電子放出材を含むペーストを隙間なく塗布することができるため、形成される電子放出層を絶縁性基板と密着させることが可能となり、電子放出面の面積を有効に活用することができる電子放出層を有する電界放出型冷陰極を製造できる。さらに、ペーストと第１の絶縁性基板又はゲート電極層とを一体的に研磨して電子放出層を形成する工程を含むことから、電子放出材と絶縁性基板又はゲート電極層との硬度差により、電子放出面は絶縁性基板の表面と同一の高さに平坦化されて設けられるか、又は絶縁性基板の表面から所定の深さで平坦化されて凹設させた電界放出型冷陰極を製造することができる。

［電界放出型冷陰極］
本発明に係る電界放出型冷陰極は、電極層と、電極層の陽極側表面上に形成された電子放出層並びに第１の絶縁性基板と、を備える電界放出型冷陰極であって、第１の絶縁性基板の厚みは略同一であり、電子放出層は、電極層に接しない電子放出層の陽極側表面に平坦化された電子放出面を有し、電子放出層の側面は第１の絶縁性基板と密着し、電子放出面は、第１の絶縁性基板の陽極側表面と同一の高さに設けられるか、又は第１の絶縁性基板の陽極側表面から所定の深さに凹設され、第２の絶縁性基板が、さらに、電子放出層並びに第１の絶縁性基板が形成された電極層の表面に接しない電極層の面に接して形成される、電界放出型冷陰極である。

本発明で使用する絶縁性基板の材料は、熱的変形や変質を起こさない材料であればどのような材料でもよい。例えば、酸化アルミニウム、酸化ニッケル若しくは酸化銅等の酸化金属、ガラス、又は、熱可塑性液晶ポリマー、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリアミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスチレン、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリ三フッ化塩化エチレン若しくはこれらの共重合体等の絶縁性ポリマー等が挙げられる。

また、本発明で使用する電極層の材料は、導電性物質を含む導電性材料であればどのような材料でもよい。導電性物質としては、例えば、チタン、モリブデン、タンタル、ニオブ、コバルト、ニッケル、ステンレス鋼、タングステン、白金、パラジウム、金、銀、銅、クロム、バナジウム、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、スズ、亜鉛及び鉄から選ばれる１種の金属、これら金属の合金（例えば、銀−パラジウム、銀−スズ、鉄−ニッケル等）、これら金属の酸化物（例えば、ＩＴＯ等）、これら金属の塩（アルミニウム塩、ニッケル塩又は銅塩）と金属塩の錯体等の有機イオン導電性物質、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス、カーボンブラック、ポリアセチレン、又はこれらの混合物等が挙げられる。本発明においては、導電性物質が金属であることが好ましく、特に、アルミニウム、ニッケル、銅、クロム又はこれらの合金であることが好ましい。

本発明で使用する電子放出層の電子放出材は、カーボンナノチューブであって、少なくとも炭素原子を１個有するナノチューブであり、ナノチューブの一部が少なくとも円筒形の構造を有していれば特に限定されない。例えば、アームチェア型カーボンナノチューブ、ジグザグ型カーボンナノチューブ又はカイラル型カーボンナノチューブ等が挙げられる。カーボンナノチューブは多層であっても、単層であってもよい。本発明においては、特に、カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブであることが好ましい。

本発明で使用する電子放出材を含むペーストは、絶縁性基板及び電極層表面に塗布し熱処理を行った後に後述する研磨を行い、電極層に接しない第１の絶縁性基板の陽極側表面と同一の高さに設ける電子放出面又は第１の絶縁性基板の陽極側表面から所定の深さに凹設する電子放出面を形成することができるものであれば、どのようなものでも良い。

尚、本発明の冷陰極において、研磨により平坦化された電子放出面を得るため、ペーストと絶縁性基板との組合せとして、例えば、研磨スラリーにエタノールを添加して溶解度差を利用する選択的研磨方法の場合、カーボンナノチューブ、エチルセルロース及び有機系シリカ溶液を含むペーストと、ガラスの絶縁性基板との組合せが挙げられる。ここで、平坦化された電子放出面とは、凹凸のない電子放出面だけでなく、例えば、基準面に対して±２０μm以下の範囲にあるものをいう。好ましくは、±１５μm以下の範囲にあるものをいう。

［電界放出型冷陰極の製造方法］
本発明に係る電界放出型冷陰極の製造方法は、第２の絶縁性基板上に形成された電極層の上に形成された第１の絶縁性基板の一部を除去することにより電極層表面を露出させるとともに、底面を電極層とし、かつ側面を第１の絶縁性基板で囲まれた溝を形成する工程と、第１の絶縁性基板と溝との表面全体に、電子放出部材を含むペーストを塗布し、熱処理を行う工程と、熱処理が行なわれたペーストと、第１の絶縁性基板とを一体的に研磨して電子放出層を形成する工程と、を含む電界放出型冷陰極の製造方法である。

本発明の絶縁性基板上の電極層の形成は、絶縁性基板上に真空成膜技術、例えば、スパッタ、蒸着、ＣＶＤや、電界鍍金や非電界鍍金の湿式成膜技術により行われる。また、金属超微粒子の含まれる導電性ペーストを印刷やインクジェット方式を用いても可能である。さらに、形成された電極層上の絶縁性基板の形成は、一般的な真空成膜技術を用いる方法、有機系シリカ材料をスピンコートし、焼成することで作製する方法を用いても可能である。また、印刷やインクジェットを用いた場合、後述する絶縁性基板の一部を除去して溝を形成する工程を省略できる。
また、絶縁性基板の一部を除去することにより電極層表面を露出させるためには、エキシマレーザを用いて、絶縁性基板を貫通除去し、電極層表面を露出させる。また、上記方法に限らず、例えば、エッチングやイオンビーム等を用いても良い。

本発明の絶縁性基板と溝との表面全体に、電子放出部材を含むペーストを塗布する方法は、後述する研磨工程により、塗布方法の違いによる表面の凹凸は問題にならないため、簡易な方法を用いてペーストを塗布することが可能である。

そして、本発明の研磨は、電子放出層と絶縁性基板とに対する研磨選択性を高度に制御できる方法を用いて行う。例えば、スラリーに対する被研磨物の溶解度差や硬度差を利用する方法、スラリーのｐＨを調整する方法等が挙げられる。

本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。図１〜図３は、本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係る電界放出型冷陰極１０、電界放出型冷陰極２０そして電界放出型冷陰極３０の構成を示す断面図である。図４、図５は本発明の第１実施形態に係る電界放出型冷陰極１０、第３実施形態に係る電界放出型冷陰極３０の製造方法を説明する概略図である。

＜第１実施形態＞
電界放出型冷陰極１０は、絶縁性基板１４と、絶縁性基板１４の陽極側表面上に形成された電極層１１と、電極層１１の陽極側表面上に形成された絶縁性基板１２並びに電子放出層１３とから構成される。そして、電子放出層１３は平坦化された電子放出面を電極層１１に接しない電子放出層１３の陽極側表面に有するとともに、電子放出層１３の側面は隙間なく絶縁性基板１２と密着している。さらに、電子放出面は、電極層１１に接しない絶縁性基板１２の陽極側表面と同一の高さに設けられるか、又は絶縁性基板１２の陽極側表面から所定の深さで凹設されている。

したがって、電界放出型冷陰極１０は、電子放出層１３の電子放出面が凹凸を生じることなく基板１４全体で平坦化されていることから、電子放出層１３の陽極側表面である電子放出面と陽極との間隔を一定の間隔に制御できるため、電子放出面と陽極との間隔を狭くすることが可能となり、小さな電圧で十分な電子放出量が得られ、所望の電子放出量を精度良く制御できる。さらに、電子放出層１３は絶縁性基板１２と密着することから、電子放出面の面積を有効に活用することができる。

さらに、電界放出型冷陰極１０を光源として用いた場合、ガラスなどの透明の絶縁基板上にＩＴＯ等の透明電極を用いることにより、蛍光体からの光だけでなく、基板裏面から光の取り出しも可能であるため、光の利用効率を高めることができる。

次に、電界放出型冷陰極１０の製造方法を、図４を用いて説明する。図４は本発明の第１実施形態に係る電界放出型冷陰極１０の製造方法を説明する概略図である。

先ず、図４（ａ）に示す通り、絶縁性基板１４上に電極層１１を形成し、形成された電極層１１の上に、さらに絶縁性基板１２を形成する。具体的には、絶縁性基板１４上に蒸着法を用いて電極層１１を成膜し、形成された電極層１１上にスパッタを用いてＳｉＯ_２層を成膜して、図４（ａ）に示す３層構造を形成する。尚、本実施形態では、蒸着法を用いて絶縁性基板１４上に電極層１１を成膜したが、他の真空成膜技術、例えば、スパッタ、ＣＶＤや、電界鍍金や非電界鍍金の湿式成膜技術により成膜することができる。また、金属超微粒子の含まれる導電性ペーストを印刷やインクジェット方式を用いても可能である。
さらに、スパッタを用いて形成された電極層１１上にＳｉＯ_２層を成膜したが、他の真空成膜技術例や、有機系シリカ材料をスピンコートし、焼成することによっても可能であり、印刷やインクジェットを用いた場合、後述する溝を形成する工程を省略できる。

次いで、図４（ｂ）に示す通り、絶縁性基板１２の一部を除去することにより電極層１１表面を露出させ、底面を電極層１１とし、かつ側面を絶縁性基板１２で囲まれた溝を形成する。この溝には、後述する電子放出層１３が形成される。溝は、フォトレジストの塗布、パターンの露光、現像、パターンのエッチング、フォトレジストの除去からなるフォトリソグラフィにより形成することができる。また、エキシマレーザを用いて、絶縁性基板を貫通除去し、電極層表面を露出させる方法等を用いても良い。

次いで、図４（ｃ）に示す通り、絶縁性基板１２と溝との表面全体に、溝の底面と側面とに密着させるように、電子放出部材としてカーボンナノチューブを含むペースト１５を塗布する。ペースト１５を塗布する方法は、簡易な方法を用いてペーストを塗布することが可能である。これは、図４（ｄ）により説明される研磨により、塗布方法の違いによる表面の凹凸は問題にならないためである。

そして、図４（ｄ）に示す通り、ペースト１５と、絶縁性基板１２とを有する電極層１１と、絶縁性基板１４とに熱処理を行い、塗布されたペースト１５を絶縁性基板１２の表面と溝の底面と側面とに密着させるように固着させる。さらに、熱処理後、固化したペースト１５と絶縁性基板１２とを一体的に研磨することにより、電子放出層１４を形成し、電界放出型冷陰極１０を製造する。具体的には、熱処理は、４００℃で３０分（昇温１０℃／min、保持３０分、その後自然冷却）の条件で行った。そして、熱処理後の研磨は、溶解度差を利用する方法を用い、コロイダルシリカを分散させたスラリーに２５wt%エタノールを添加した。研磨条件は、研磨Ｐａｄ：ＩＣ１４００、スラリー：コロイダルシリカ＋エタノール（エタノール２５wt％）、研磨圧力：３psi、Platen/Carrier speed：１８０/６４rpm、スラリー流量：３０ml/min、テンプレートDepth：５８０μmで行った。なお、研磨方法は、上記方法に限られず、電子放出層と絶縁性基板とに対する研磨選択性を高度に制御できる方法であれば良い。例えば、スラリーに対する被研磨物の硬度差を利用する方法、スラリーのｐＨを調整する方法等が挙げられる。

したがって、フォトリソグラフィにより形成される溝内に電子放出材を含むペースト１５を隙間なく塗布することができるため、形成される電子放出層１３を絶縁性基板１２に密着させることが可能となり、電子放出面の面積を有効に活用することができる電子放出層１３を有する電界放出型冷陰極１０を製造できる。さらに、熱処理された電子放出材を含むペースト１５と絶縁性基板１２とを一体的に研磨すると、これらの溶解度差により、電子放出層１３は絶縁性基板１２の陽極側表面と同一の高さに平坦化されて設けられるか、又は絶縁性基板１２の陽極側表面から所定の深さで平坦化されて凹設された電子放出層１４を有する電界放出型冷陰極１０を製造できる。

さらに、ペースト１５を塗布した後、熱処理を行い研磨することから、絶縁性基板１４全体で各電子放出層１３間における短絡を生じることがないため、画面欠点を発生しない電界放出型冷陰極１０を製造できる。また、熱処理された電子放出材を含むペースト１５と絶縁性基板１２とを一体的に研磨することから、各電子放出層１３間の間隔はフォトリソグラフィにより形成される溝の間隔となるため、フォトリソグラフィにより達成できる加工精度にまで各電子放出層１３間の間隔を狭小化した電界放出型冷陰極１０を製造できる。この結果、製造された電界放出型冷陰極１０を平面上に多数配置した電界放出型フラットパネルディスプレイにより、高輝度を実現することができる。

＜第２実施形態＞
電界放出型冷陰極２０は、電極層２１と、電極層２１上に形成された絶縁性基板２２並びに電子放出層２３とから構成される。具体的には、電極層２１は、複数の電子放出層２３を陽極側表面に形成した基板と陰極側電極との役割を果たす。そして、電子放出層２３は平坦化された電子放出面を電極層２１に接しない電子放出層２３の陽極側表面に有するとともに、電子放出層２３の側面は隙間なく絶縁性基板２２と密着している。さらに、電子放出面は、電極層２１に接しない絶縁性基板２２の陽極側表面と同一の高さに設けられるか、又は絶縁性基板２２の陽極側表面から所定の深さで凹設されている。尚、本実施形態の電極層２１の材料は、導電性物質を含む導電性材料の他、半導体基板であっても良く、平滑な平面基板、例えば、シリコンウェハのように研磨された基板が好ましい。特に、本実施形態の電極層２１は、基板の役割をも果たすことから基板に要求される硬度等の条件を満たすものが望ましい。

したがって、電子放出層２３の電子放出面が凹凸を生じることなく、基板の役割をも果たす電極層２１全体で平坦化されていることから、電子放出面と陽極との間隔を狭くすることが可能となり、小さな電圧で十分な電子放出量が得られ、所望の電子放出量を精度良く制御できる。さらに、電子放出層２３は絶縁性基板２２と密着していることから、電子放出面の面積を有効に活用することができる。さらに、実施態様１の電界放出型冷陰極１０と比較すると、電極層２１裏全面で導通があるため絶縁対策が必要となるが、積層構造を作成するプロセスおよび材料が少なく、低コストで作製することができる。

次に、電界放出型冷陰極２０の製造方法を説明する。先ず、電極層２１上に、絶縁性基板２２を形成する。次いで、絶縁性基板２２の一部を除去することにより電極層２１表面を露出させ、底面を電極層２１とし、かつ側面を絶縁性基板２２で囲まれた溝を形成する。この溝には、後述する電子放出層２３が形成される。溝は、フォトレジストの塗布、パターンの露光、現像、パターンのエッチング、フォトレジストの除去からなるフォトリソグラフィにより形成することができる。
次いで、絶縁性基板２２と溝との表面全体に、溝の底面と側面とに密着させるように、電子放出部材としてカーボンナノチューブを含むペーストを塗布する。そして、ペーストと、絶縁性基板２２とを有する電極層２１とに熱処理を行い、塗布されたペーストを絶縁性基板２２の表面と溝の底面と側面とに密着させるように固着させる。さらに、熱処理されたペーストと絶縁性基板２２とを一体的に研磨することにより、電子放出層２３を形成し、電界放出型冷陰極２０を製造する。

したがって、実施形態１の電界放出型冷陰極と同様、フォトリソグラフィにより形成される溝内に電子放出材を含むペーストを隙間なく塗布することができるため、電子放出層２３を絶縁性基板２２に密着させることが可能となり、電子放出面の面積を有効に活用することができる電子放出層２３を製造できる。さらに、熱処理された電子放出材を含むペーストと絶縁性基板２２とを一体的に研磨すると、これらの硬度差により、電子放出層２３は絶縁性基板２２の陽極側表面と同一の高さに平坦化されて設けられるか、又は絶縁性基板２２の陽極側表面から所定の深さで平坦化されて凹設された電子放出層２３を有する電界放出型冷陰極２０を製造することができる。

さらに、ペーストを塗布した後、熱処理を行い研磨することから、基板の役割をも果たす電極層２１全体で各電子放出層２３間における短絡を生じることがないため、画面欠点を発生しない電界放出型冷陰極２０を製造できる。また、熱処理された電子放出材を含むペーストと絶縁性基板２２とを一体的に研磨することから、各電子放出層２３間の間隔はフォトリソグラフィにより形成される溝の間隔となるため、フォトリソグラフィにより達成できる加工精度にまで各電子放出層２３間の間隔を狭小化した電界放出型冷陰極２０を製造できる。この結果、製造された電界放出型冷陰極２０を平面上に多数配置した電界放出型フラットパネルディスプレイにより、高輝度を実現することができる。

＜第３実施形態＞
電界放出型冷陰極３０は、トライオード構造の電界放出型素子に含まれる電界放出型冷陰極であり、電極層３１と、電極層３１上に形成された絶縁性基板３２並びに電子放出層３３と、絶縁性基板３２上に形成されるゲート基板３４とから構成される。電極層３１は陰極側電極の役割を果たすとともに基板の役割も果たす。そして、電子放出層３３は平坦化された電子放出面を電極層３１に接しない電子放出層３３の陽極側表面に有するとともに、電子放出層３３の側面は隙間なく絶縁性基板３２と密着している。さらに、電子放出面は、電極層３１に接しない絶縁性基板３２の陽極側表面と同一の高さに設けられるか、又は絶縁性基板３２の陽極側表面から所定の深さで凹設されている。

したがって、電子放出層３３の電子放出面が凹凸を生じることなく、基板の役割をも果たす電極層３１全体で平坦化されていることから、電子放出面と陽極との間隔を狭くすることが可能となり、小さな電圧で十分な電子放出量が得られ、所望の電子放出量を精度良く制御できる。さらに、電子放出層３３は絶縁性基板３２と密着していることから、電子放出面の面積を有効に活用することができる。

次に、電界放出型冷陰極３０の製造方法を、図５を用いて説明する。図５は本発明の第３実施形態に係る電界放出型冷陰極３０の製造方法を説明する概略図である。

先ず、図５（ａ）に示す通り、絶縁性基板３２上にゲート電極層３４を形成する。
次いで、図５（ｂ）に示す通り、ゲート電極層３４とともに絶縁性基板３２の一部を所定の面積で除去することにより、底面及び周囲を絶縁性基板３２で囲まれた溝を形成する。この溝には、後述する電子放出層３３が形成される。溝は、フォトレジストの塗布、パターンの露光、現像、パターンのエッチング、フォトレジストの除去からなるフォトリソグラフィにより形成することができる。
次いで、図５（ｃ）に示す通り、ゲート電極層３４と溝との表面全体に、溝の底面と側面とに密着させるように、電子放出部材としてカーボンナノチューブを含むペースト３５を塗布する。
そして、ペースト３５と、ゲート電極３４とを有する絶縁性基板３２とに熱処理を行い、塗布されたペースト３５を溝の底面と側面とに密着させるように固着させる。さらに、図５（ｄ）に示す通り、熱処理後、固化したペースト３５とゲート電極層３４とを一体的に研磨すると、ペースト３５とゲート電極層３４との硬度差により、ゲート電極層３４の陽極側表面高さより低く、かつ絶縁性基板３２の陽極側表面から所定の深さで凹設される電子放出層３３を形成する。その後、電子放出層３３に接続する電極層３１を形成し、電界放出型冷陰極３０を製造する。このような所定の深さで凹設される電子放出層３３を形成するため、一体的に研磨される固化したペースト３５とゲート電極層３４との組合せとして、例えば、研磨スラリーにエタノールを添加して溶解度差を利用する選択的研磨方法の場合、カーボンナノチューブ、エチルセルロース及び有機系シリカ溶液を含むペーストと、アルミのゲート電極層との組合せが挙げられる。

尚、電子放出層３３に接続する電極層３１の形成は、エキシマレーザを用いて、絶縁性基板３２を貫通除去し、電子放出層３３を露出させる溝を形成した後、導電性樹脂を塗布することにより、電子放出層３３に接続する電極層３１を形成する。また、本方法に限らず、例えば、エッチングやイオンビーム等などを用いても良い。

図６は、本発明の製造方法により製造された電界放出型冷陰極のＥＭ断面図であり、４１は絶縁性基板を、４２はゲート電極層を、４３は電子放出層を示している。表１は、印刷法により製造された電界放出型冷陰極と、本発明の製造方法により製造された電界放出型冷陰極とを比較するため、冷陰極表面と基準面との距離を示した表である。

表１において、本願製造方法の最大距離とは、ゲート電極層４２の陽極側面を基準面とし、研磨により形成された各パターン内の電子放出層４３における基準面から凹部の最大深さ距離をいい、接触式段差計により任意の抽出点を測定点として最大距離を計測した。一方、印刷法の最大距離とは、電極層の表面にパターン印刷を行い、印刷が施された電極層表面を基準面とし、基準面から印刷パターンの突出部の最大高さをいい、接触式段差計により任意の抽出点を測定点として最大距離を計測した。

また、図７は、印刷法により製造された電界放出型冷陰極と、本発明の製造方法により製造された電界放出型冷陰極とを比較するための光学顕微鏡写真である。図７（ａ）は印刷法により製造された電界放出型冷陰極の光学顕微鏡写真であり、図７（ｂ）は本発明の製造方法により製造された電界放出型冷陰極の光学顕微鏡写真である。さらに、図８は、印刷法により製造された電界放出型冷陰極と、本発明の製造方法により製造された電界放出型冷陰極とを比較するための各電界放出型冷陰極の光学顕微鏡写真である。図８（ａ）は印刷法により製造された電界放出型冷陰極の光学顕微鏡写真であり、図８（ｂ）は本発明の製造方法により製造された電界放出型冷陰極の光学顕微鏡写真である。表２は図７（ａ）のＡ−Ａ’線上の電界放出型冷陰極の間隔と、図７（ｂ）のＢ−Ｂ’線上の電界放出型冷陰極の間隔とを比較するための表である。

図６から、フォトリソグラフィにより形成される溝内に電子放出材としてカーボンナノチューブを含むペーストを隙間なく塗布することができるため、電子放出層を絶縁性基板に密着させることが可能となり、電子放出面の面積を有効に活用することができる電子放出層を製造できることが確認できる。さらに、表１から、本製造方法による電界放出型冷陰極では、熱処理された電子放出材を含むペーストと絶縁性基板上のゲート電極層とを一体的に研磨することから、これらの溶解度差により、電子放出層は絶縁性基板の陽極側表面から所定の深さで平坦化されて凹設されることが確認できる。したがって、図示しない陽極と平坦化された電子放出面を有する電子放出層との間の間隔を一定の間隔に制御できるため、電子放出面と陽極との間隔を狭くすることが可能となり、小さな電圧で十分な電子放出量が得られ、所望の電子放出量を精度良く制御できる。

また、図７〜図８及び表２から、ペーストを塗布した後、熱処理を行い研磨することから、絶縁性基板全体で各電子放出層間における短絡を生じることがないことが確認できる（図７（ｂ）、図８（ｂ））（これに対して、印刷法により製造された電界放出型冷陰極同士は短絡していることが確認できる（図７（ａ）及び図８（ａ）））。この結果、画面欠点が発生しない。さらに、熱処理された電子放出材を含むペーストと絶縁性基板上のゲート電極とを一体的に研磨することから、各電子放出層間の間隔はフォトリソグラフィにより形成される溝の間隔となるため、フォトリソグラフィにより達成できる加工精度にまで各電子放出層間の間隔を狭小化した電界放出型冷陰極を製造できる。この結果、製造された電界放出型冷陰極を平面基板上に多数配置した電界放出型フラットパネルディスプレイにより、高輝度を実現することができる。

なお、電界放出型冷陰極を含むトライオード構造の電界放出型素子を形成する場合でも、絶縁性基板の厚さと位置が制御されるため、ゲート電極層と、絶縁性基板並びに陰極側電極の役割を果たす電極層との間に設けられるスペーサである絶縁性基板の位置決めを的確に行うことができる。

本発明の第１の実施形態による電界放出型冷陰極１０の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態による電界放出型冷陰極２０の構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態による電界放出型冷陰極３０の構成を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る電界放出型冷陰極１０の製造方法を説明する概略図である。 本発明の第３実施形態に係る電界放出型冷陰極３０の製造方法を説明する概略図である。 本発明の製造方法により製造された電界放出型冷陰極におけるＳＥＭ断面図である。 （ａ）印刷法により製造された電界放出型冷陰極の光学顕微鏡写真である。（ｂ）本発明の製造方法により製造された電界放出型冷陰極の光学顕微鏡写真である。 （ａ）印刷法により製造された電界放出型冷陰極の光学顕微鏡写真である。（ｂ）本発明の製造方法により製造された電界放出型冷陰極の光学顕微鏡写真である。

符号の説明

１０，２０，３０ 電界放出型冷陰極
１１ 電極層（電極層）
１２ 絶縁性基板（第１の絶縁性基板）
１３ 電子放出層（電子放出層）
１４ 絶縁性基板（第２の絶縁性基板）
１５ ペースト
２１ 電極層（電極層）
２２ 絶縁性基板（第１の絶縁性基板）
２３ 電子放出層（電子放出層）
３１ 電極層（電極層
３２ 絶縁性基板（絶縁性基板）
３３ 電子放出層
３４ ゲート電極層
３５ ペースト

Claims (9)

1. 電極層と、前記電極層の陽極側表面上に形成された電子放出層並びに第１の絶縁性基板と、を備える電界放出型冷陰極であって、
   前記第１の絶縁性基板の厚みは略同一であり、
   前記電子放出層は、前記電極層に接しない前記電子放出層の陽極側表面に平坦化された電子放出面を有し、
   前記電子放出層の側面は前記第１の絶縁性基板と密着し、
   前記電子放出面は、前記第１の絶縁性基板の陽極側表面と同一の高さに設けられるか、又は前記第１の絶縁性基板の陽極側表面から所定の深さに凹設される、
   ことを特徴とする電界放出型冷陰極。
2. 第２の絶縁性基板が、さらに、前記電子放出層並びに前記第１の絶縁性基板が形成された前記電極層の表面に接しない前記電極層の面に接して形成される、
   ことを特徴とする請求項１記載の電界放出型冷陰極。
3. 電極層と、前記電極層の陽極側表面上に形成された電子放出層並びに絶縁性基板と、前記絶縁性基板の陽極側表面上に形成されたゲート電極層と、を備える電界放出型冷陰極であって、
   前記絶縁性基板の厚みは、前記電極層と前記ゲート電極層との間において略同一であり、
   前記電子放出層は、前記電極層に接しない前記電子放出層の陽極側表面に平坦化された電子放出面を有し、
   前記電子放出層の側面は前記絶縁性基板と密着し、
   前記電子放出面は、前記絶縁性基板の陽極側表面から所定の深さに凹設される、
   ことを特徴とする電界放出型冷陰極。
4. 前記電子放出層が、炭素系材料と、ＳｉＯ_２と、を含む、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電界放出冷陰極。
5. 前記炭素系材料が、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン及びカーボンナノコーンから選択される少なくとも１種を含む、
   ことを特徴とする請求項４記載の電界放出型冷陰極。
6. 請求項１記載の電界放出型冷陰極の製造方法であって、
   前記電極層上に形成された前記第１の絶縁性基板の一部を除去することにより前記電極層表面を露出させ、底面を前記電極層とし、かつ側面を前記第１の絶縁性基板で囲まれた溝を形成する工程と、
   前記第１の絶縁性基板と前記溝との表面全体に、電子放出部材を含むペーストを塗布し、熱処理を行う工程と、
   熱処理が行なわれた前記ペーストと、前記第１の絶縁性基板とを一体的に研磨して前記電子放出層を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする電界放出型冷陰極の製造方法。
7. 請求項２記載の電界放出型冷陰極の製造方法であって、
   前記第２の絶縁性基板上に形成された前記電極層上に形成された前記第１の絶縁性基板の一部を除去することにより前記電極層表面を露出させるとともに、底面を前記電極層とし、かつ側面を前記第１の絶縁性基板で囲まれた溝を形成する工程と、
   前記第１の絶縁性基板と前記溝との表面全体に、電子放出部材を含むペーストを塗布し、熱処理を行う工程と、
   熱処理が行なわれた前記ペーストと、前記第１の絶縁性基板とを一体的に研磨して前記電子放出層を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする電界放出型冷陰極の製造方法。
8. 請求項３記載の電界放出型冷陰極の製造方法であって、
   前記絶縁性基板上に、前記ゲート電極層を形成する工程と、
   前記絶縁性基板と前記ゲート電極層とを所定の面積で除去することにより、側面を前記絶縁性基板で囲まれた溝を形成する工程と、
   前記ゲート電極層と前記溝との表面全体に、電子放出部材を含むペーストを塗布し、熱処理を行う工程と、
   熱処理が行なわれた前記ペーストと、前記ゲート電極層とを一体的に研磨して前記電子放出層を形成する工程と、
   前記電子放出層に接続する前記電極層を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする電界放出型冷陰極の製造方法。
9. 前記溝が、フォトリソグラフィにより形成される、
   ことを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項記載の電界放出型冷陰極の製造方法。