JP3581296B2

JP3581296B2 - 冷陰極及びその製造方法

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Publication number: JP3581296B2
Application number: JP2000106874A
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Inventors: 博大木; 紀基常定; 雅夫浦山; 昌孝松浦
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Publication date: 2004-10-27
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷陰極ランプ、蛍光表示管、液晶デバイス用のバックライト、フィールドエミッションディスプレイ等に用いられる冷陰極及びその製造方法に関し、詳細には、大画面フィールドエミッションディスプレイに用いられる、大面積冷陰極を形成可能な構造及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、冷陰極を用いたフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）として、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）が精力的に研究、開発されている。このＦＥＤは、その原理がＣＲＴと同様の電子励起発光であることから、ＣＲＴと同等、又は、それ以上の高画質を有するＦＰＤとして大きな期待が持たれている。このようなＦＥＤに用いられる従来の冷陰極は、スピント型エミッタと呼ばれる、モリブデン等の高融点金属材料から形成される、コーン状の金属エミッタである。
【０００３】
一方、円筒状に巻いたグラファイト層が入れ子状になった形状を有するカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が飯島ら（Ｓ．Ｉｉｊｉｍａ，Ｎａｔｕｒｅ，３５４，５６．１９９１）によって発見され、ダイアモンド、ダイアモンドライクカーボン等と同様に、炭素系の電子デバイス材料として期待されている。
【０００４】
このようなＣＮＴを用いた電子デバイスとしては、例えば特開平１０−１２１２４号公報、ＷＯ９９／２５６５２等で開示されたものがある。従来のＣＮＴを用いた電子デバイスの一例として、特開平１０−１２１２４号公報に記載の冷陰極構造について説明する。
【０００５】
図６は、従来のカーボンナノチューブを用いた冷陰極構造を示す図である。図６に示すように、ガラス基板１００上にアルミニウム層１０１を介してアルミナの陽極酸化皮膜１０２を有し、この陽極酸化皮膜１０２の細孔１０３中にＣＶＤ法でＣＮＴを選択成長させることで、３極管構成の電界放出電子源１０４を形成している。このようにＣＮＴを秩序高い細孔中に充填することにより、エミッション電流の時間的な安定性を確保する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高融点金属材料で構成されるスピント型エミッタを用いたＦＥＤは、動作駆動電圧が高く、動作真空度が高く、またイオン衝撃耐性が弱いため、エミッション特性、信頼性の確保が課題であった。
【０００７】
また、従来のスピント型金属エミッタを用いたＦＥＤは、エミッタ形状バラツキ制御が困難であり、均一性、再現性、安定性の確保が課題であった。また、２０インチを越えるようなパネルサイズのＦＥＤの構築は、蒸着等の真空装置に制約があり、事実上不可能であった。
【０００８】
更に、従来の炭素系材料、特にＣＮＴを用いたＦＥＤは、動作駆動電圧、動作真空度が低減され、イオン衝撃耐性が強いものの、電子放出領域のパターニングが難しかった。また、配向制御が十分にできないため、エミッション電流の均一性が課題であった。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、動作駆動電圧、動作真空度が低減可能な電界放出電子源を配向制御することができ、所望の形状にパターニングできる大面積冷陰極構造の構築を可能にする冷陰極及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷陰極は、カソード電極上に電子放出領域が形成された冷陰極において、多数の電界放出電子源と、前記多数の電界放出電子源を分散して、それぞれを電気的に絶縁する絶縁材料とからなる二次元的な平面構造を有する複合体微粒子を有し、前記複合体微粒子の電界放出電子源が接着層を介して電気的に前記カソード電極に接続され、前記複合体微粒子の被覆により前記電子放出領域が形成される構造を特徴とするものであることで、電子放出領域をパターニングして、大面積デバイスが構築可能になる。
【００１１】
また、前記複合体微粒子は、二次元的な平面構造の一方の面から他方の面へ貫通する多数の貫通孔を有する絶縁材料と、前記貫通孔に充填された電界放出電子源とからなることで、電界放出電子が高密度に、高配向制御することが可能になる。
【００１２】
また、好ましい具体的な態様としては、前記電子放出材料が、コバルト、ニッケル、すず、タングステン、銀、テルル、セレン、マンガン、亜鉛、カドミウム、鉛、クロム、鉄等の金属材料のいずれかを含有するものであることで、微細な先端形状を有する電界放出微粒子の形状バラツキを低減可能にし、デバイス面内及び電子放出領域内のエミッション電流の均一性が向上可能になる。
【００１３】
また、好ましい具体的な態様としては、前記電子放出材料が、カーボンナノチューブ、ダイアモンド、ダイアモンドライクカーボン、グラファイト等の炭素材料のいずれかを含有するものであることで、動作駆動電圧、動作真空度が低減し、イオン衝撃耐性が優れると共に、電子放出材料を所望の形状にパターニングして、配向制御が可能になる。
また、前記絶縁材料が、アルミナであることで、自発的に細孔が形成され、半導体プロセスで用いられるような微細加工技術を不要にし、製造コストが低減可能になる。
【００１４】
本発明の冷陰極の製造方法は、支持基板上にカソード電極を形成する工程と、前記カソード電極上に接着層を形成する工程と、前記接着層上に多数の電子放出電子源と、前記多数の電界放出電子源を分散して、それぞれを電気的に絶縁する絶縁材料とからなる二次元的な平面構造を有する複合体微粒子を散布する工程と、前記複合体微粒子を前記カソード電極上に固着する工程と、ゲート絶縁層及びゲート電極を形成する工程と、を含むことを特徴とするもので、大面積デバイス構築可能な冷陰極を製造することができる。
【００１５】
また、前記複合体微粒子は、金属材料を電解研磨する工程と、前記電解研磨した金属材料上に酸化皮膜を形成する工程と、前記酸化皮膜を前記金属材料から剥離する工程と、前記剥離した酸化皮膜に電子放出材料を充填する工程と、前記酸化皮膜の表面部分を除去して前記電子放出材料を露出する工程と、前記電子放出材料が露出した酸化皮膜を破砕する工程と、を経て製造することで、半導体プロセスで用いられるような微細加工技術を不要にし、製造コスト低減可能な冷陰極の製造方法を提供する。
【００１６】
また、前記剥離した酸化皮膜に電子放出材料を充填する工程が、金属材料の電気化学的堆積法、又は、炭素材料の気相炭素化法であることで、金属材料の電気化学的堆積法を用いた場合には、微細な先端形状を有する電界放出微粒子の形状バラツキを低減可能にし、デバイス面内及び電子放出領域内のエミッション電流の均一性を向上可能な冷陰極の製造方法を提供できる。また、炭素材料の気相炭素化法を用いた場合には、動作駆動電圧、動作真空度が低減し、イオン衝撃耐性が優れる冷陰極のパターニング、配向制御可能な製造方法を提供できる。
また、前記接着層上に電子放出材料を含有する複合体の微粒子を散布する工程が、乾燥した窒素ガス、又は、空気を用いて散布されることで、大面積を均一に散布可能な冷陰極の製造方法を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、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。
図１は、本発明の実施の形態の冷陰極構造の斜視図であり、図２は、本実施の形態の電子放出材料と絶縁材料とからなる複合体の微粒子の斜視図である。本実施の形態の冷陰極線構造は、フィールドエミッションディスプレイ（以下、ＦＥＤという）に適用した例である。このようなＦＥＤの基本構成は、冷陰極ランプ、液晶デバイスのバックライト、及び蛍光表示管と同様である。すなわち、冷陰極ランプは電子放出領域（画素）をアドレスする必要がなく、ゲート電極及びカソード電極が単純な平板でよい。また、液晶デバイスのバックライト及びＦＥＤはゲート電極及びカソード電極をラインに分割してアドレスする必要があると共に、ＦＥＤはゲート電極とカソード電極を直交するように配設する。更に、蛍光表示管はセグメントに対応したゲート電極及びカソード電極を配設する。本発明の冷陰極線構造は、これらすべての電子デバイスに利用可能である。
【００１８】
図１において、１はバックプレートの背面側より、フェイスプレートを支持する支持基板であり、支持基板１上にカソード電極（配線）２が形成される。支持基板１は、ガラス基板、セラミック基板等が用いられる。支持基板１としては、これらに限定されるものではなく、真空環境でのデガス、真空封止の際のベークに対する基板ダメージにそれぞれ問題ないようであれば、自由に選択できる。また、従来の気相炭素化法で炭素材料の電子放出材料を形成する冷陰極の場合、プロセス温度が１０００℃前後と高温度処理を必要とするため、支持基板にダメージを与えるが、本実施の形態の構成によれば、このような問題はない。
【００１９】
カソード電極（配線）２は、材料を限定するものではなく、金、白金、銀、銅、クロム、アルミニウム等が用いられる。カソード電極（配線）２上には接着層３を形成する。この場合、接着層３とカソード電極（配線）２との層間に、電流制限するための抵抗層を挿入し、エミッションの均一性、信頼性を向上する構造を設けても構わない。接着層３は、電界放出電子源５と絶縁材料４とからなる複合体６を固着するためのものであり、一般にペーストとして知られている材料が用いられる。用いられるペーストとしては、低融点ガラスと有機化合物からなるバインダーを含有するものが好ましい。このようなペーストは、低融点ガラスをメルトすることにより、カソード電極（配線）２上に散布された複合体６を容易に固着する。
【００２０】
電界放出電子源５（電子放出材料）と絶縁材料４とから構成される複合体６は、どのような材料の組合せでも構わない。複合体６が、例えば電界放出電子源５の微粒子のように、電界放出電子源５だけで構成されていても構わない。複合体６の形状は、以下に述べるような形状であることが好ましい。すなわち、複合体６中の絶縁材料４は、電界放出電子源５を分散して、それそれを電気的に絶縁するものであり、気相中で散布された場合、空気抵抗を十分受けられる構造であることが好ましい。空気抵抗を十分受けられる構造とは、二次元状の構造を示すものであり、このような構造を有することにより、表面方向を上下方向、厚さ方向を左右方向に向けた配向方向で、接着層３表面に散布される。
【００２１】
図２は、このような二次元構造の複合体６を示す一例であり、本実施の形態を説明するために好ましい形状を有する。図２に示す複合体６の絶縁材料４は、例えばアルミナで形成する。アルミナはアルミニウムの陽極酸化で形成することが好ましく、陽極酸化により、数十ｎｍ程度の直径を有する微細な細孔が形成され、この細孔に電子放出材料を充填することにより、それぞれの電界放出電子源５が電気的に絶縁される。また、複合体６の形状は絶縁材料４で決定され、図２に示すように二次元的な形状を有する。このような絶縁材料４の形状はアルミナを破砕することで容易に形成される。例えば、一例としてカーボンナノチューブからなる電界放出電子源５とアルミナ陽極酸化膜からなる絶縁材料４とからなる複合体６の破砕について説明する。複合体６としては、電界放出電子源５の機械強度が絶縁材料４の機械強度よりも大きい組み合わせであれば、どのような組み合わせでも構わない。カーボンナノチューブとアルミナ陽極酸化膜からなる複合体６を破砕すると、アルミナ陽極酸化膜は容易に粉砕されるが、カーボンナノチューブはほとんど粉砕されなかった。粉砕は、数十μｍ程度の粒子を得るものであり、一般的に市販されている乳鉢（ボールミール）、スタンプミル、自動乳鉢を用いることができる。
【００２２】
また、図２に示す複合体６は、細孔に電界放出電子源５を充填し、絶縁材料４表面を一部エッチング除去している。このようなエッチング除去によって電界放出電子源５の先端露出することにより、先端部の電界集中を高めている。
一方、電界放出電子源５は、絶縁材料４の空隙（アルミナを用いた場合、細孔）に充填され、絶縁材料４の厚さ方向に大きさを有する。すなわち、電界放出電子源５は、絶縁材料４の厚さ方向に配向制御されている。このような構造を有することが、本実施の形態で重要な意味を示すものであり、接着層３上に複合体６を散布することにより、自発的に垂直方向に配向制御した構造が形成でき、このような配向制御された構造は、１ｍ角程度の支持基板上に対しても、均一性良く構築することができるようになる。電子放出材料としては、コバルト、ニッケル、すず、タングステン、銀、テルル、セレン、マンガン、亜鉛、カドミウム、鉛、クロム、鉄等の金属材料、又は、カーボンナノチューブ、ダイアモンド、ダイアモンドライクカーボン、グラファイト等の炭素材料等が用いられる。
特に、カーボンナノチューブのように円筒形状を有する電界放出電子源５は、本実施の形態で説明する複合体形成に好都合な形状を有する。
【００２３】
以上のような構造を構築することにより、カソード電極２とアノード電極により構成される、いわゆる２極管冷陰極構造が形成され、冷陰極ランプ等のＸＹアドレス不要のデバイスに適用できる。アノード電極とカソード電極（配線）２との間に、１Ｖ／μｍ程度の電界を印加すると、１０ｍＡ／ｃｍ^２程度のエミッション電流が観測され、アノード電極上に蛍光体を設けると、蛍光体が発光し、１００００ｃｄ／ｍ^２程度の発光輝度が得られた。
【００２４】
３極管冷陰極構造は、ゲート電極（配線）８と、ゲート電極（配線）８とカソード電極（配線）２とを電気的に絶縁するゲート絶縁層７を設けることにより、構築される。ゲート電極（配線）８と、カソード電極（配線）２とが直交する領域に、電子放出領域（画素）９を配設する。この電子放出領域（画素）９は、接着層３の形状に依存するものであり、任意に変更可能である。また、電子放出領域（画素）９には、電界放出電子源５を含有する複合体６が多数固着している。
【００２５】
以上のような３極管冷陰極構造のデバイスを試作し、ビデオ信号を与え、画像表示を試みた。デバイスサイズは対角５インチ程度で、画素数は３２０×２４０である。静止画像表示、動画像表示を共に確認した。
次に、本実施の形態の冷陰極の製造方法を図３乃至図５の工程断面図に基づいて説明する。
【００２６】
図３は絶縁材料４と電界放出電子源５との複合体６の製造方法を示す工程断面図であり、図４及び図５は本実施の形態の３極管冷陰極構造の製造方法を示す工程断面図である。
まず、図３（ａ）〜（ｃ）を用い、複合体６の製造方法を説明する。
【００２７】
図３（ａ）において、絶縁材料４と電界放出電子源５との複合体６を形成する。本実施の形態においては、絶縁材料４としてアルミナ陽極酸化膜を用い、電界放出電子源５としてカーボンナノチューブを用いた。図３（ａ）に示すように、アルミニウム地金（膜厚：０．５ｍｍ）を氷水浴中の２０％硫酸溶液中、電圧：２０Ｖで陽極酸化した。その後、１０分間電極に逆電圧を印加し、アルミニウム地金表面に形成した陽極酸化膜４を剥離した。更に、前記硫酸溶液中に静置し、バリア層を除去した。このような陽極酸化膜４は、細孔径が約３０ｎｍ程度、膜厚が約５μｍ程度であった。次に、気相炭素化法で陽極酸化膜４の細孔にカーボンナノチューブ５を形成する。原料ガスとしてプロピレンを用い、８００℃で炭素化した。このような気相炭素化により、陽極酸化膜４の細孔にカーボンナノチューブ５が形成すると共に、陽極酸化膜４の表面にカーボン１０が堆積した。
【００２８】
次に、図３（ｂ）において、陽極酸化膜４の表面に堆積したカーボン１０を除去する。このような表面カーボン１０は、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置を用い、酸素プラズマエッチングで除去した。本実施の形態によれば、パワー：５００Ｗ、圧力：１０Ｐａ、酸素流量：１００ｓｃｃｍで、約１０分程度で除去できた。表面カーボン１０を除去すると、電界放出電子源５が露出すると共に、陽極酸化膜４の表面１１が露出した。
【００２９】
次に、図３（ｃ）に示すように、陽極酸化膜４の表面１１を除去し、電界放出電子源５の先端部分１２を露出させる。陽極酸化膜４の表面１１除去は、リン酸系エッチャント、アルカリエッチャント等を用いることができる。本実施の形態においては、アルカリエッチャントとして水酸化ナトリウム水溶液を用い、１５０℃で、２時間、カーボンナノチューブが形成したアルミナ陽極酸化膜を処理した。このような処理を行うと、カーボンナノチューブ５がアルミナ陽極酸化膜表面から露出した構造が得られ、このような構造を有する複合体６は、図４（ｃ）で後述する工程で接着層３上に散布して固着され、冷陰極構造を形成するために用いられる。
【００３０】
次に、図４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）〜（ｂ）を用い、本実施の形態の冷陰極構造の製造方法を説明する。
まず、図４（ａ）において、支持基板１上にカソード電極２を形成する。支持基板１は一般に市販されているガラス基板を用い、カソード電極２は、スクリーン印刷法を用い、３００μｍピッチのライン／スペースを形成して得た。カソード電極２材料には、銅を用いた。
【００３１】
次に、図４（ｂ）に示すように、カソード配線２上に接着層３を形成する。接着層３は、スクリーン印刷法を用い、カソード電極２の所望の位置に３００×３００μｍのパターンを形成して得た。この接着層３は、電子放出領域（画素）の形状、配設位置にパターニングするものであり、当業者のデバイス設計により決められる。接着層３材料は、蛍光表示管に用いられるフリットガラス系のペースト材料を用いた。この接着層３材料は、真空中でデガスが少ないこと、デバイスを真空封止の際のベークに耐えられること等により選択されるものであり、一般に市販される銀ペーストでも使用可能である。
【００３２】
次に、図４（ｃ）に示すように、電界放出電子源５を含有する複合体６の微粒子をデバイス表面上に散布する。複合体６の微粒子は、図３（ａ）〜（ｃ）で説明した複合体６を微粒子化して用いる。また、複合体６の微粒子の散布は、従来の液晶デバイスのスペーサー散布プロセスで行った。実験的に液相中で試みたが、気相中と比較すると、散布後の均一性が劣化していた。本実施の形態においては、複合体６を乳鉢で機械的に粉砕し、５０μｍ程度（膜厚方向と垂直な長軸方向）の微粒子を得た。微粒子の粒径は、陽極酸化膜の膜厚と密接に関連する。すなわち、複合体６の形状は「木の葉」のような二次元的構造が好ましく、実験的に検証したところ、長軸方向の長さ（陽極酸化膜の膜厚方向と垂直、以下、単に長さという）と短軸方向の長さ（陽極酸化膜の膜厚方向と平行、以下、単に厚さという）との比が１０以上であることが好ましい。
【００３３】
この長さと厚さの比が１０以上の場合、「木の葉」が地表に堆積するように、複合体６表面が接着層３に接触して堆積する。この場合、複合体６表面の表裏が対象なため、複合体６の表、裏は拘らない。複合体６の微粒子は、図４（ｃ）に示すように接着層３上に多重に堆積する。
【００３４】
次に、図５（ａ）に示すように、電界放出電子源５を含有する複合体６の微粒子を接着層３上に固着する。接着方法は接着層３のガラス成分の溶融で行い、４００〜５００℃程度の加熱を行った。このような加熱処理により、接着層３中のガラスが溶解し、冷却に伴う凝固で複合体６微粒子が接着層３に固着する。次に、多重に堆積した不要な微粒子を窒素ブロー等で除去することにより、１層に相当する微粒子のみをカソード電極２と電気的に接続した。
【００３５】
最後に、図５（ｂ）に示すように、ゲート電極８、ゲート絶縁層７を形成し、３極管冷陰極構造を製造する。電子放出領域（画素）９を開口部とし、ゲート電極８とゲート絶縁層７を形成する。ゲート電極８とゲート絶縁層７の形成は、スクリーン印刷法を用いて形成した。ゲート絶縁層としては、粒子が緻密なフリットガラスを用い、リブ形状を形成した。更に、ゲート電極８としては、ゲート絶縁層７上に、高融点金属、例えばニオブを形成した。なお、ゲート電極８の形成は、スクリーン印刷法、直接描画法で形成可能である。ゲート電極８材料としては、モリブデン、ニオブ等の従来から用いられている材料を用いることができる。
【００３６】
このようにして本実施の形態の３極管冷陰極構造が製造されるが、本実施の形態の冷陰極構造の優れる点は、電界放出電子源５が多種多様な材料種に拡張可能であることである。すなわち、上述のような製造方法により、カーボンナノチューブだけではなく、ダイアモンド、ダイアモンドライクカーボン、グラファイト等の炭素材料からなる電界放出電子源５が形成できる。
【００３７】
また、陽極酸化膜４の細孔への電界放出電子源５の充填方法を電気化学的堆積法、すなわち電解メッキ法で行うと、炭素材料以外に金属材料からなる電界放出電子源５が得られた。具体的には、コバルト、ニッケル、すず、タングステン、銀、テルル、セレン、マンガン、亜鉛、カドミウム、鉛、クロム、鉄等の金属材料が電解メッキ可能であり、３極管冷陰極構造の形成が可能であった。
【００３８】
以上に説明したように、本実施の形態の冷陰極構造は、電界放出電子源５と電界放出電子源５を電気的に絶縁する絶縁材料４とからなる二次元的な平面構造を有する複合体６と、複合体６の電界放出電子源５が接着層３を介して電気的に接続されたカソード電極２とを有し、電子放出領域９が複合体６の被覆により形成される。また、複合体６は、絶縁材料４に細孔を設け、この細孔に電界放出電子源６を充填する。また、冷陰極の製造方法は、支持基板１上にカソード電極２を形成する工程と、カソード電極２上に接着層３を形成する工程と、接着層３上に電子放出材料を含有する複合体６の微粒子を散布する工程と、複合体６微粒子をカソード電極２上に固着する工程と、ゲート絶縁層及びゲート電極８を形成する工程と、を含むようにしたので、動作駆動電圧、動作真空度が低減可能な電界放出電子源を配向制御することができ、所望の形状にパターニングした冷陰極構造が可能になり、大面積冷陰極構造の構築が実現可能となる。
【００３９】
また、電子放出材料がコバルト、ニッケル、すず、タングステン、銀、テルル、セレン、マンガン、亜鉛、カドミウム、鉛、クロム、鉄等の金属材料のいずれかを含有することにより、微細な先端形状を有する電界放出電子源の形状バラツキを低減することができ、デバイス面内及び電子放出領域内のエミッション電流の均一化した冷陰極構造を実現することができる。
【００４０】
また、電子放出材料がカーボンナノチューブ、ダイアモンド、ダイアモンドライクカーボン、グラファイト等の炭素材料のいずれかを含有することにより、動作駆動電圧、動作真空度を低減することができ、イオン衝撃耐性が優れた冷陰極構造を実現することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項１記載の発明によれば、電界放出電子源と絶縁材料からなる二次元構造の複合体微粒子を電子放出領域（画素）に被覆するように構成したので、大面積デバイスに展開可能な冷陰極構造を実現することができる。
【００４２】
請求項２記載の発明によれば、複合体を形成する絶縁材料に細孔を形成すると共に、片面からもう一方の片側へ貫通する貫通孔とし、この貫通孔に電界放出電子源を充填する構成としたので、電界放出電子源形状が直線状に高集積化でき、高密度に、高配向制御された電界放出電子源を用いた冷陰極構造を実現することができる。
【００４３】
請求項３記載の発明によれば、アルミナ陽極酸化膜を複合体の絶縁材料として用いているので、高密度に、高配向制御された電界放出電子源形成を実現可能にすると共に、半導体プロセスで用いられるような微細加工技術を不要にし、製造コスト低減可能な冷陰極構造を実現することができる。
【００４４】
請求項４記載の発明によれば、支持基板上に形成したカソード電極上の接着層に対して、接着層上に電子放出材料を含有する複合体の微粒子を散布し、カソード電極上に固着する工程を含むことにより、大面積デバイス構築可能にした冷陰極構造の製造方法を実現することができる。
【００４５】
請求項５記載の発明によれば、陽極酸化法で細孔を形成し、細孔に電界放出電子源を充填する工程を含むことにより、半導体プロセスで用いられるような微細加工技術を不要にし、製造コストを低減可能な冷陰極構造の製造方法を実現することができる。
【００４６】
請求項６記載の発明によれば、剥離した酸化皮膜に電子放出材料を充填する工程が金属材料の電気化学的堆積法を含むことにより、微細な先端形状を有する電界放出微粒子の形状バラツキを低減可能にし、デバイス面内及び電子放出領域内のエミッション電流の均一性を向上可能な冷陰極構造の製造方法を実現することができる。また、剥離した酸化皮膜に電子放出材料を充填する工程が炭素材料の気相炭素化法を含むことにより、動作駆動電圧、動作真空度が低減し、イオン衝撃耐性が優れる冷陰極めパターニング、配向制御可能な製造方法を実現することができる。
【００４７】
請求項７記載の発明によれば、接着層上に電子放出材料を含有する複合体の微粒子を散布する工程が、乾燥した窒素ガス、又は、空気中で散布されることにより、電界放出電子源の複合体微粒子を大面積に対して均一に散布可能な冷陰極構造の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の冷陰極構造の斜視図である。
【図２】本実施の形態の電子放出材料と絶縁材料とからなる複合体の微粒子の斜視図である。
【図３】本実施の形態の絶縁材料と電界放出電子源との複合体の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】本実施の形態の３極管冷陰極構造の製造方法を示す工程断面図である。
【図５】本実施の形態の３極管冷陰極構造の製造方法を示す工程断面図である。
【図６】従来のカーボンナノチューブを用いた冷陰極の断面図である。
【符号の説明】
１支持基板
２カソード電極（配線）
３接着層
４複合体を形成する絶縁材料
５電界放出電子源（電子放出材料）
６電界放出電子源と絶縁材料からなる複合体
７ゲート絶縁層
８ゲート電極（配線）
９電子放出領域（画素）

Claims

カソード電極上に電子放出領域が形成された冷陰極において、
多数の電界放出電子源と、前記多数の電界放出電子源を分散して、それぞれを電気的に絶縁する絶縁材料とからなる二次元的な平面構造を有する複合体微粒子を有し、
前記複合体微粒子の電界放出電子源が接着層を介して電気的に前記カソード電極に接続され、
前記複合体微粒子の被覆により前記電子放出領域が形成される構造を備えることを特徴とする冷陰極。
前記複合体微粒子は、二次元的な平面構造の一方の面から他方の面へ貫通する多数の貫通孔を有する絶縁材料と、前記貫通孔に充填された電界放出電子源とからなることを特徴とする請求項１記載の冷陰極。
前記絶縁材料が、アルミナであることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の冷陰極。
支持基板上にカソード電極を形成する工程と、
前記カソード電極上に接着層を形成する工程と、
前記接着層上に多数の電子放出電子源と、前記多数の電界放出電子源を分散して、それぞれを電気的に絶縁する絶縁材料とからなる二次元的な平面構造を有する複合体微粒子を散布する工程と、
前記複合体微粒子を前記カソード電極上に固着する工程と、
ゲート絶縁層及びゲート電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする冷陰極の製造方法。
前記複合体微粒子は、金属材料を電解研磨する工程と、前記電解研磨した金属材料上に酸化皮膜を形成する工程と、前記酸化皮膜を前記金属材料から剥離する工程と、前記剥離した酸化皮膜に電子放出材料を充填する工程と、前記酸化皮膜の表面部分を除去して前記電子放出材料を露出する工程と、前記電子放出材料が露出した酸化皮膜を破砕する工程と、を経て製造することを特徴とする請求項４記載の冷陰極の製造方法。
前記剥離した酸化皮膜に電子放出材料を充填する工程が、金属材料の電気化学的堆積法、又は、炭素材料の気相炭素化法であることを特徴とする請求項５記載の冷陰極の製造方法。
前記接着層上に電子放出材料を含有する複合体の微粒子を散布する工程が、乾燥した窒素ガス、又は、空気を用いて散布されることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の冷陰極の製造方法。