JP4219724B2 - 冷陰極発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平板型画像表示装置（フラットパネルディスプレイ）に関するものであり、特に、カーボンナノチューブ（以下、「ＣＮＴ」と略記する）やグラファイトナノファイバー（以下、「ＧＮＦ」と略記する）等を利用した冷陰極を電子源とする発光素子を画面に用いる電界放出型画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＮＴ等の微細構造物質を電界放出源として利用した従来の冷陰極発光素子及びその製造方法としては、例えば特許文献１に記載のものがある。この特許文献１では、微細構造物質を充填する開口部を通常のホトプロセス及びドライプロセス等の利用により形成した後、インクジェット法などの手法によりカソード電極表面の所望の位置にＣＮＴ含有膜の膜厚を数十ミクロンに制御して作製する。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１１００７３公報（図1、明細書[００１４]）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来技術では、インクジェット法などの手法によりカソード電極（第１の電極）表面の所望位置に設けられる開口部にＣＮＴの含有膜を充填する際に技術的な問題が生じる場合がある。すなわち、ＣＮＴの含有膜を充填時の条件（充填時の圧力や粘性の変動、充填位置の位置ズレなど）によって、ＣＮＴ含有膜が開口部からあふれ出る場合ある。あふれ出たＣＮＴ含有膜は、カソード電極（第１の電極）とゲート電極（第２の電極）間に短絡回路を形成するため、電極間ショートが発生しやすい。
【０００５】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、カソード電極とゲート電極との間の短絡回避を容易に行うことができる冷陰極発光素子の製造方法を提供する。
【０００６】
また、本発明は、ゲートホール内に形成する微細繊維構造物質を含む物質層の膜厚管理を容易に行うことができ、大画面の表示装置の製造に好適な冷陰極発光素子の製造方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は冷陰極発光素子を製造する方法であって、前記冷陰極発光素子は、複数の第１の電極と、前記複数の第１の電極上に積層して設けられた複数の絶縁層と、前記複数の絶縁層上に設けられ、前記複数の絶縁層を挟んで前記複数の第１の電極と交差するように配置され、前記第１の電極側から電子を引き出すための複数の第２の電極と、前記第２の電極に対向して配置され、前記電子を加速するための電圧が前記第１の電極との間で印加されて、前記電子の入射により発光する第３の電極と、を備え、前記第１の電極と前記第２の電極との交差部において、前記第２の電極及び前記複数の絶縁層を貫通して前記第１の電極の表面に到達するように、少なくとも１つのホール部が設けられ、前記ホール部における前記複数の絶縁層が前記第１の電極と接触する部分の第１の孔径ｄ１と、前記ホール部における前記複数の絶縁層が前記第２の電極と接触する部分の第２の孔径ｄ２とが、ｄ１＜ｄ２の関係を満たすように設定され、前記ホール部における前記第１の孔径ｄ１を有する前記第１の電極側の開口部内において、前記第１の電極上には、微細繊維構造を有する物質層が設けられる。
【００１０】
そして当該製造方法は、前記複数の絶縁層のうちの最下層の絶縁層を前記第１の電極上に形成する工程と、前記最下層の絶縁層を選択的に除去することによって、前記ホール部の下端部分を構成する前記第１の電極側の前記開口部を形成する工程と、前記開口部内及び前記最下層の絶縁層の表面に、前記微細繊維構造物質を溶剤に分散させてなる液を塗布して乾燥させる工程と、前記微細繊維構造物質を含む乾燥膜に対して研磨テープによる表面研磨で平坦化処理を行うことによって、前記乾燥膜の前記開口部内に位置する部分以外の部分を除去する工程と、を備える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷陰極発光素子の構成を概略的に示す分解斜視図である。本実施の形態に係る冷陰極発光素子は、カソード基板構造に特徴があるため、カソード基板構造に限定して説明を行う。
【００１２】
この冷陰極発光素子は、図１に示すように、電子源アレイが設けられた背面パネルたるカソード基板１１０と、電子源の位置に合わせて、蛍光体ストライプ又はドットが設けられた前面パネルたる蛍光体表示板１１２と、スペーサたる枠ガラス１１１とを備えている。枠ガラス１１１は、カソード基板１１０と蛍光体表示板１１２とを一定間隔に保持して固定し、カソード基板１１０と蛍光体表示板１１２との間に密閉空間を形成するためのものである。また、図には示していないが、画面サイズが大きくなると枠ガラス１１１内部にもカソード基板１１０と蛍光体表示板１１２とを一定間隔に保つためのスペーサが必要となる。
【００１３】
カソード基板１１０は、ガラス基板１００と、複数のカソード電極１０１と、複数のゲート電極１０２と、カソード電極１０１とゲート電極１０２との間に設けられる複数の絶縁層１０４Ａ，１０４Ｂとを備えている。第１の電極たるカソード電極１０１は、略帯状の形状を有し、互いに間隔をあけて平行にガラス基板１００上に配置されている。第２の電極たるゲート電極１０２は、カソード電極１０１側から電子を引き出すためのものであり、略帯状の形状を有している。ゲート電極１０２は、カソード電極１０１と交差するように、互いに間隔をあけて互いに平行に配置されている。カソード電極１０１とゲート電極１０２との交差部には、電子源が充填されたホール部たる少なくとも１つのゲートホール１０３が形成される。
【００１４】
蛍光体表示板１１２の前記密閉空間内に面する部分には、第３の電極たる不図示のアノード電極が設けられる。このアノード電極は、電子源から引き出された電子を加速するための電圧がカソード電極１０１との間で印加されており、電子の入射により発光するようになっている。
【００１５】
そして、カソード電極１０１に走査信号を入力するとともにゲート電極１０２に画像信号を入力して、カソード電極１０１と前記アノード電極との間に加速電圧を印加することにより、前記アノード電極の発光によって画像表示が行われる。
【００１６】
図２（ａ）は図１の冷陰極発光素子のカソード基板１１０の要部を拡大した平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ１−Ａ１断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ１−Ｂ１断面図である。まず、カソード基板１１０の要部の構造について説明する。本実施の形態では、図２（ａ）ないし図２（ｃ）に示すように、ガラス基板１００の表面には、ストライプ構造を有する複数のカソード電極１０１が形成されている。カソード電極１０１は、金属、例えばクロムからなる金属薄膜により形成され、その幅Ｗｃが例えば２００μｍに設定され、カソード電極１０１間の間隔Ｓｃが例えば４００μｍに設定される。カソード電極１０１の膜厚は例えば１００ｎｍに設定される。
【００１７】
また、本実施の形態では、２つの絶縁層１０４Ａ，１０４Ｂが形成されている。絶縁層１０４Ａ，１０４Ｂは、ガラス粉末が樹脂中に分散されてなる絶縁層用ガラスペーストが焼結されて構成されており、カソード電極１０１側に位置する下層側の絶縁層１０４Ａの方が、上層側の絶縁層１０４Ｂよりもガラス軟化点の高いガラス粉末が用いられている。また、下層側の絶縁層１０４Ａの厚さｔ１と、上層側の絶縁層１０４Ｂの厚さｔ２とが、ｔ１＜ｔ２の関係を満たすように設定されている。例えば、ｔ１は６μｍに設定され、ｔ２は１２μｍに設定される。
【００１８】
ここで、ゲート電極１０２寄りの絶縁層１０４Ｂは、ゲート電極１０２と、カソード電極１０１及び後述する電子源たる物質層１０５との間の絶縁を確保する役割を担うため、カソード電極１０１寄りの絶縁層１０４Ａより大きな厚みに設定されている。
【００１９】
複数のゲート電極１０２は、カソード電極１０１と同様にストライプ構造を形成しており、金属、例えばクロムからなる金属薄膜によって形成されている。ゲート電極１０２の幅Ｗｇは例えば１．０１ｍｍに設定され、ゲート電極１０２の間の間隔Ｓｇは例えば０．１ｍｍに設定される。ゲート電極１０２の膜厚は例えば２００ｎｍに設定される。
【００２０】
ゲートホール１０３は、カソード電極１０１とゲート電極１０２との交差部において、ゲート電極１０２及び絶縁層１０４Ａ，１０４Ｂを貫通してカソード電極１０１の表面に到達するように設けられている。ゲートホール１０３の開口部の形状は、任意の形状が採用可能であるが、本実施の形態では円形が採用されている。ここで、このゲートホール１０３の内部の形状を説明するため、ゲートホール１０３を、絶縁膜１０４Ａに対応する第１の区間と、絶縁膜１０４Ｂに対応する第２の区間と、ゲート電極１０２に対応する第３の区間とに分けて考えることにする。すなわち、本実施の形態では、ゲートホール１０３の絶縁膜１０４Ａに対応する第１の区間の孔径ｄ１と、絶縁膜１０４Ｂに対応する第２の区間の孔径ｄ２とが、ｄ１＜ｄ２の関係を満たすように設定されている。例えば、ｄ１が２０μｍに設定され、ｄ２が５０μｍに設定される。ゲートホール１０３のゲート電極１０２に対応する第３の区間の孔径は、第２の区間の上端部の孔径ｄ２とほぼ等しく設定されている。すなわち、本実施の形態では、ゲートホール１０３の孔径サイズは、第１の区間ではほぼ一定の孔径ｄ１の値に設定され、第２及び第３の区間ではほぼ一定の孔径ｄ２の値に設定されている。
【００２１】
隣接するゲートホール１０３の間隔は、その中心同士の間の距離が所定値、例えば１００μｍになるように設定されている。
【００２２】
このようなゲートホール１０３の底部開口部１０３ａ内には、微細繊維構造物質たるＣＮＴを含み、微細繊維構造を有する物質層１０５が形成されている。この物質層１０５は、ゲートホール１０３の絶縁層１０４Ａに対応する第１の区間内に形成されている。すなわち、物質層１０５は、ゲートゲートホール１０３の底部開口部１０３ａを介して露出するカソード電極１０１上に形成されている。物質層１０５の厚みは、絶縁層１０４Ａの膜厚からカソード電極１０１の膜厚を引いた値とほぼ等しくなっている。
【００２３】
図３は図２（ａ）ないし図２（ｃ）の冷陰極発光素子の製造工程のフローチャートである。図４（ａ）ないし図４（ｇ）は図２（ａ）のＡ１−Ａ１断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図であり、図５（ａ）ないし図５（ｅ）は図２（ａ）のＡ１−Ａ１断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図であり、図６（ａ）ないし図６（ｇ）は図２（ａ）のＢ１−Ｂ１断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図であり、図７（ａ）ないし図７（ｅ）は図２（ａ）のＢ１−Ｂ１断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。
【００２４】
まず、ガラス基板１００の表面に、金属、例えばクロムの金属薄膜１１５がスパッタ法等の手法により形成される（図３のＳｔ１、図４（ａ）及び図６（ａ））。続いて、金属薄膜１１５をフォトリソグラフィ工程により選択的に除去することにより、カソード電極１０１が形成される（図３のＳｔ２、図４（ｂ）及び図６（ｂ））。ここで、フォトリソグラフィ工程とは、レジスト塗布、乾燥、露光、現像、エッチング、レジスト剥離を備える一連の処理である（以下、同様）。
【００２５】
続いて、ガラス基板１００の表面全体に、カソード電極１０１の上から絶縁層用ガラスペーストが印刷され、その印刷されたガラスペースト層が乾燥された後に、焼成されて、それによって絶縁層１０４Ａが形成される（図３のＳｔ３、図４（ｃ）及び図６（ｃ））。続いて、絶縁層１０４Ａがフォトリソグラフィ工程により選択的に除去されて、ゲートホール１０３の底部開口部１０３ａを構成するための孔径ｄ１のホール部１１６が所定間隔、例えば１００μｍをあけて形成される（図３のＳｔ４、図４（ｄ）及び図６（ｄ））。
【００２６】
続いて、ホール部１１６内を含む絶縁層１０４Ａの表面全体に、絶縁層用ガラスペーストが印刷され、その印刷されたガラスペースト層が乾燥された後に、焼成されて、それによって絶縁層１０４Ｂが形成される（図３のＳｔ５、図４（ｅ）及び図６（ｅ））。このとき、絶縁層１０４Ｂの方が絶縁層１０４Ａよりもガラス軟化点が低いガラス材料が用いられているため、絶縁層１０４Ｂの焼成時に下層側の絶縁層１０４Ａが軟化するのを抑制でき、ホール部１１６等の構造が変形、劣化するのを防止できる。
【００２７】
続いて、絶縁層１０４Ｂの表面に金属、例えばクロムの金属薄膜１１７がスパッタ法等の手法により形成され（図３のＳｔ６、図４（ｆ）及び図６（ｆ））、その金属薄膜１１７がフォトリソグラフィ工程により選択的に除去される（図３のＳｔ７）。すなわち、金属薄膜１１７上に形成されたレジストパターン１１８を用いて、金属薄膜１１７がパターニングされる（図４（ｇ）及び図６（ｇ））。マスク１１８は、その後除去される。
【００２８】
続いて、ゲートホール１０３の形成が行われる（図３のＳｔ８）。すなわち、絶縁層１０４Ｂの表面に、ゲート電極１０２の上からゲートホール形成用のレジストパターン１１９が形成される（図５（ａ）及び図７（ａ））。このレジストパターン１１９は、ゲート電極１０２及び絶縁層１０４Ｂのエッチングマスクとして用いられるものであり、ゲートホール形成用の孔径ｄ２ｒ、例えば５０μｍのホール部１１９ａが所定位置に設けられている。
【００２９】
続いて、レジストパターン１１９を介してゲート電極１０２が混酸で化学エッチングされ、続いて絶縁層１０４Ｂが硝酸で化学エッチングされてカソード電極１０１表面まで貫通するゲートホール１０３が形成される（図５（ｂ）及び図７（ｂ））。レジストパターン１１９はその後除去される（図５（ｃ）及び図７（ｃ））。
【００３０】
続いて、ゲートホール１０３内を含むガラス基板１００の全面にＣＮＴを溶剤に分散させた液が高圧で噴射されて塗布され、その後乾燥される（図３のＳｔ９、図５（ｄ）及び図７（ｄ））。ＣＮＴが分散された液が乾燥すると、そのＣＮＴを含む乾燥膜１２０のうちの、ゲートホール１０３の底部開口部１０３ａ内以外の領域に存在する不要部分の除去処理がサンドブラストにより行われる（図３のＳｔ１０、図５（ｅ）及び図７（ｅ））。すなわち、乾燥膜１２０のうちの底部開口部１０３ａ内に残留する部分によって微細繊維構造を有する物質層１０５が形成される。具体的には、乾燥膜１２０の表面に、研磨粒子たる炭酸カルシウム粒子が高圧で噴射されて吹き付けられて行われる。使用する炭酸カルシウム粒子は、その粒径ｄｓがゲートホール１０３の孔径ｄ１，ｄ２に対して、ｄ１＜ｄｓ＜ｄ２の関係を満たすものが用いられる。このため、炭酸カルシウム粒子は、ゲートホール１０３内にも入り込むが、その底部開口部１０３ａ内には入り込まない。その結果、底部開口部１０３ａ内にある乾燥膜１２０のみが残され、それ以外はすべて除去される。炭酸カルシウム粒子は、例えば粒径ｄｓが２５〜３０μｍのものが用いられる。
【００３１】
続いて、乾燥膜１２０の不要部の除去後、ゲートホール１０３内に形成された物質層１０５をカソード電極１０１に固着させるため、例えば温度４５０℃〜５５０℃で焼成され（図３のＳｔ１１）、これによって図２（ａ）ないし図２（ｃ）に示すカソード基板１１０が得られる。
【００３２】
そして、このように構成される冷陰極発光素子は、その冷陰極発光素子を画面に備えた平面型の画像表示装置に用いられる。
【００３３】
このように、本実施の形態に係る冷陰極発光素子においては、ゲートホール１０３における絶縁層１０４Ｂがゲート電極１０２と接触する部分の孔径ｄ２が絶縁層１０４Ａがカソード電極１０１と接触する部分（底部開口部１０３ａ）の孔径ｄ１よりも大きく設定されており、その底部開口部１０３ａ内に微細繊維構造を有する物質層１０５が設けられている。このため、絶縁層１０４Ａ，１０４Ｂ全体の厚さを抑制しつつ、ゲート電極１０２とカソード電極１０１及び物質層１０５との間の距離を拡大させることができ、底部開口部１０３ａ内に設けられた物質層１０５とゲート電極１０２とが構造物形成工程の中の熱工程等において接触するのを容易に回避することができる。また、絶縁層１０４ＡがＣＮＴを含有する物質層１０５の膜厚及び位置を規定するガイドして機能するため、物質層１０５の膜厚及び形成位置の管理を容易に行うことができるとともに、均一な膜厚の物質層１０５を形成することができる。
【００３４】
さらに、物質層１０５がゲートホール１０３内のゲート電極１０２側の開口径よりも小さな開口径の底部開口部１０３ａ内に形成されるため、ゲートホール１０３のゲート電極１０２側の部分（第２及び第３の区間）を形成する際に、その部分の底部開口部１０３ａに対する位置決め精度の要求水準が緩和される。このため、熱履歴による各部の寸法変動の影響が抑制され、製造しやすい冷陰極発光素子を提供できる。
【００３５】
また、絶縁層１０４Ａに追加して絶縁層１０４Ｂを設けたことにより、カソード電極１０１とゲート電極１０２との間の距離を一定に保持することができ、両電極間の短絡回路の発生を回避しつつ、安定した発光動作を行わせることができる。
【００３６】
さらに、積載された複数の絶縁層１０４Ａ，１０４Ｂにゲートホール１０３を形成するため、孔径がその方向に内して段階的に変化するゲートホール１０３を容易に形成することができる。
【００３７】
また、ゲートホール１０３のカソード電極１０１側の開口径ｄ１及びゲート電極１０２側の開口径ｄ２の各大きさ及び互いの比、及び、絶縁層１０４Ａの厚みｔ１及び絶縁層１０４Ｂの厚みｔ２の各大きさ及び互いの比などを調節することにより、所望の電圧でゲート動作を行わせることができる。
【００３８】
さらに、ゲートホール１０３の絶縁層１０４Ｂに対応する第２の区間が実質的に孔径変化のない、寸胴な形状に設定されている。このため、乾燥膜１２０の不要部分の除去工程において、絶縁層１０４Ｂによって構成されるゲートホール１０３内の内側壁に研磨粒子が直接衝突し、内側壁が損傷を受けるのを防止することができる。また、仮に、絶縁層１０４Ｂの焼成がゲートホール１０３の形成後に行われるようにした場合であっても、その熱工程による形状変性によりゲート電極１０２がゲートホール１０３内に陥没しにくい。
【００３９】
また、絶縁層１０４Ａ，１０４Ｂが、ガラス粉末が樹脂中に分散されてなるペースト材料が焼結されて構成されているため、ＣＶＤ等の成膜工程を用いることなく、絶縁層１０４Ａ，１０４Ｂを容易に形成することができる。
【００４０】
さらに、ゲート電極１０２寄りの絶縁層１０４Ｂの方がカソード電極１０１よりの絶縁層１０４Ａよりも厚みが大きく設定されているため、絶縁層１０４Ａ，１０４Ｂ全体の厚さを抑制しつつ、ゲート電極１０２と、カソード電極１０１及び物質層１０５との間の絶縁を確実に確保することができる。
【００４１】
また、ゲート電極１０２寄りの絶縁層１０４Ｂに用いられるガラス材料の方が、カソード電極１０４Ａの絶縁層１０４Ａに用いられるガラス材料よりもガラス軟化点の低いものが用いらているため、絶縁層１０４Ｂの焼成時に下層側の絶縁層１０４Ａが軟化して形状等が劣化するのを防止できる。
【００４２】
さらに、ゲートホール１０３を形成したカソード基板１１０の全面に、ＣＮＴを含む液の塗布等により乾燥膜１２０を形成し、その乾燥膜１２０に対して、研磨粒子を吹き付けてその不要部分の除去を行う。このため、サンドブラストに用いる研磨粒子の粒径ｄｓを適切な値、すなわちｄ１＜ｄｓ＜ｄ２に設定することにより、ゲートホール１０３内に充填された乾燥膜１２０の不要部分の除去を容易に行うことができる。
【００４３】
また、乾燥膜１２０の不要部除去工程において、底部開口部１０３ａ内の乾燥膜１２０の表面が研磨粒子によりたたかれるため、不規則な方向に向いていたＣＮＴに一定の方向性を付与する効果が得られ、ＣＮＴからの電子放出特性を改善することができる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、微細繊維構造物質としてＣＮＴを用いたが、他の物質、例えばＧＮＦを用いてもよい。この点については、以下の実施の形態２〜８においても同様である。
【００４５】
また、本実施の形態では、カソード電極１０１及びゲート電極１０２をクロムを用いて形成したが、電極形成工程における熱処理により伝導性を失わない導電材料であれば、任意の金属材料を用いてもよい。この点については、以下の実施の形態２〜８においても同様である。
【００４６】
実施の形態２．
図８（ａ）は本発明の実施の形態２に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０の要部を拡大した平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ２−Ａ２断面図であり、図８（ｃ）は図８（ａ）のＢ２−Ｂ２断面図である。本実施の形態に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０が前述の実施の形態１に係るカソード基板１１０と実質的に異なる点は、前述の絶縁層１０４Ｂの代わりに設けられる絶縁層２０４Ｂの構成である。よって、ここでは絶縁層２０４Ｂの構成についてのみ説明し、実施の形態１に係るカソード基板１１０と共通する部分については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００４７】
本実施に係るカソード基板１１０では、図８（ａ）ないし図８（ｃ）に示すように、２つの絶縁層１０４Ａ，２０４Ｂのうちのゲート電極１０２寄りの絶縁層２０４Ｂが、前記蛍光体表示板１１２側から見てゲート電極１０２と同一パターン形状を有している。
【００４８】
なお、本実施の形態における各パラメータｄ１、ｄ２、ｔ１、ｔ２等の数値は、実施の形態１と同一に設定されている。
【００４９】
このように、本実施の形態に係る冷陰極発光素子においては、実施の形態１に係る冷陰極発光素子とほぼ同様な効果が得られるとともに、隣接するゲート電極１０２間の距離が実効的に拡大され、その結果、隣接ゲート電極１０２間の短絡回路の発生が抑制される。
【００５０】
また、ゲート電極１０２用のフォトマスクを使った単一のフォトリソグラフィ工程によって、ゲート電極１０２及び絶縁層２０４Ｂのパターンニングと、ゲートホール１０３の形成とを行うことができ、その結果、工程数が減り、これによって生産性が向上する。
【００５１】
実施の形態３．
図９（ａ）は本発明の実施の形態３に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０の要部を拡大した平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ３−Ａ３断面図であり、図９（ｃ）は図９（ａ）のＢ３−Ｂ３断面図である。本実施の形態に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０が前述の実施の形態１に係るカソード基板１１０と実質的に異なる点は、ゲートホール１０３の構造及びカソード基板１１０の製造工程である。よって、その異なっている点についてのみ説明を行い、共通する構成部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００５２】
本実施の形態に係るカソード基板１１０では、図９（ａ）ないし図９（ｃ）に示すように、ゲートホール１０３における絶縁層１０４Ａに対応する第１の区間の孔径サイズが孔径ｄ１と設定され、絶縁層１０４Ｂに対応する第２の区間の上端部における孔径サイズが孔径ｄ２（ただし、ｄ２＞ｄ１）に設定され、第２の区間の下端部における孔径サイズが孔径ｄｍ（ただし、ｄｍ＞ｄ２）に設定されている。そして、ゲートホール１０３の第２区間における孔径サイズが、絶縁層１０４Ｂの下端面から上端面に向けて孔径ｄｍから孔径ｄ２に先細り状に減少している。本実際の形態では、例えば、ｄ１は２０μｍ、ｄ２は４０μｍ、ｄｍは６０μｍに設定されている。
【００５３】
また、本実施の形態では、絶縁層１０４Ｂが感光性を有する絶縁層用ガラスペーストを用いて形成される。絶縁層１０４Ａの厚みｔ１は、例えば６μｍに設定され、絶縁層１０４Ｂの厚みｔ２は、例えば１０μｍに設定されている。
【００５４】
図１０は、図９（ａ）ないし図９（ｃ）の冷陰極発光素子の製造工程のフローチャートである。図１１（ａ）ないし図１１（ｇ）は図９（ａ）のＡ３−Ａ３断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図であり、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は図９（ａ）のＡ３−Ａ３断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。図１３（ａ）ないし図１３（ｇ）は図９（ａ）のＢ３−Ｂ３断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図であり、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は図９（ａ）のＢ３−Ｂ３断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。
【００５５】
まず、ガラス基板１００の表面に、金属、例えばクロムの金属薄膜１１５がスパッタ法等の手法により形成される（図１０のＳｔ２１、図１１（ａ）及び図１３（ａ））。続いて、金属薄膜１１５をフォトリソグラフィ工程により選択的に除去することにより、カソード電極１０１が形成される（図１０のＳｔ２２、図１１（ｂ）及び図１３（ｂ））。
【００５６】
続いて、ガラス基板１００の表面全体に、カソード電極１０１の上から絶縁層用ガラスペーストが印刷され、その印刷されたガラスペースト層が乾燥された後に、焼成されて、それによって絶縁層１０４Ａが形成される（図１０のＳｔ２３、図１１（ｃ）及び図１３（ｃ））。続いて、絶縁層１０４Ａがフォトリソグラフィ工程により選択的に除去されて、ゲートホール１０３の底部開口部１０３ａを構成するための孔径ｄ１のホール部１１６が所定間隔、例えば１００μｍをあけて形成される（図１０のＳｔ２４、図１１（ｄ）及び図１３（ｄ））。
【００５７】
続いて、ホール部１１６内を含むガラス基板１００の全面にＣＮＴを溶剤に分散させた液が高圧で噴射されて塗布され、その後乾燥される（図１０のＳｔ２５、図１１（ｅ）及び図１３（ｅ））。ＣＮＴが分散された液が乾燥すると、そのＣＮＴを含む乾燥膜３２１のうちの、ホール部１１６内以外の領域に存在する不要部分の除去が平坦化処理によって行われる（図１０のＳｔ２６、図１１（ｆ）及び図１３（ｆ））。本実施の形態では、乾燥膜３２１の不要部分の除去は、研磨テープにより乾燥膜３２１の表面研磨を行うことにより行われる。この表面研磨は、絶縁層１０４Ａ上に形成された乾燥膜３２１がすべて除去され、ホール部１１６の上端の開口縁が露出するまで行われる。ここで、研磨テープとは、フィルム状のシートの表面に研磨粒子が塗り込められたものである。
【００５８】
続いて、物質層１０５及び絶縁層１０４Ａの表面全体に、感光性を有する絶縁層用ガラスペーストが印刷され、その印刷されたガラスペースト層が乾燥されてペースト乾燥層３２２が形成される。このとき、乾燥層３２２の厚みは、例えば２０μｍに設定されている。その後、ペースト乾燥層３２２に対して、ゲートホールパターン（孔径４０μｍ、間隔１００μｍ）が露光される（図１０のＳｔ２７、図１１（ｇ）及び図１３（ｇ））。
【００５９】
続いて、ペースト乾燥層３２２の表面に感光性を有する導電性銀ペーストが印刷されて、乾燥され、これによって電極材料層３２３が形成される。その後、ゲートホールパターン（孔径５０μｍ，間隔１００μｍ）とストライプパターン（幅Ｗｇ１．０１ｍｍ、間隔Ｓｇ０．１ｍｍ）を備えたフォトマスクを介して電極材料層３２３が露光される（図１０のＳｔ２８、図１２（ａ）及び図１４（ａ））。
【００６０】
続いて、露光処理済みのペースト乾燥層３２２と、露光処理済みの電極材料層３２３とが同時に現像される（図１０のＳｔ２９、図１２（ｂ）及び図１４（ｂ））。その後、例えば４５０℃〜５５０℃の温度で焼成されて（図１０のＳｔ３０）、これによって図９（ａ）ないし図９（ｃ）に示すカソード基板１１０が得られる。
【００６１】
ここで、ゲートホール１０３の第２の区間の各部の孔径サイズｄｍ、ｄ２の大小関係及びテーパ形状は、露光現像条件の適正化により実現することができる。
【００６２】
このように、本実施の形態に係る冷陰極発光素子は、ゲートホール１０３の絶縁層１０４Ｂに対応する第２の区間の形状が前述の実施の形態１に係る冷陰極発光素子と異なるが、それ以外の構成はほぼ同様な構成であるため、実施の形態１に係る冷陰極発光素子とほぼ同様な効果が得られる。
【００６３】
ただし、本実施の形態では、ゲートホール１０３の第２の区間が、絶縁層１０４Ｂのカソード電極１０１側からゲート電極１０２側に向けて、孔径ｄｍ（ただし、ｄｍはｄｍ＞ｄ２＞ｄ１）から孔径ｄ２に先細り状に徐々に減少に縮径されているため、カソード電極１０１及び物質層１０５とゲート電極１０２との距離を拡大させることができ、その結果、カソード電極１０１とゲート電極１０２との間の短絡回路の発生をより確実に抑制することができる。
【００６４】
また、ゲート電極１０２のストライプパターン及びゲートホールパターンの形成を単一のマスクを用いて行うことができるため、工程数を抑制でき、その結果生産性の向上が図れる。
【００６５】
実施の形態４．
図１５（ａ）は本発明の実施の形態４に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０の要部を拡大した平面図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＡ４−Ａ４断面図であり、図１５（ｃ）は図１５（ａ）のＢ４−Ｂ４断面図である。本実施の形態に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０が前述の実施の形態１に係るカソード基板１１０と実質的に異なる点は、ゲートホール１０３の構造及びカソード基板１１０の製造工程である。よって、その異なっている点についてのみ説明を行い、共通する構成部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００６６】
本実施の形態に係るカソード基板１１０では、図１５（ａ）ないし図１５（ｃ）に示すように、ゲートホール１０３における絶縁層１０４Ａに対応する第１の区間の孔径サイズが孔径ｄ１と設定され、絶縁層１０４Ｂに対応する第２の区間の上端部における孔径サイズが孔径ｄ２（ただし、ｄ２＞ｄ１）に設定され、第２の区間の下端部における孔径サイズが孔径ｄｍ（ただし、ｄ１＜ｄｍ＜ｄ２）に設定されている。そして、ゲートホール１０３の第２区間における孔径サイズが、絶縁層１０４Ｂの下端面から上端面に向けて孔径ｄｍから孔径ｄ２に末広がり状に拡大している。本実際の形態では、例えば、ｄ１は２０μｍ、ｄ２は４０μｍに設定されている。
【００６７】
また、本実施の形態では、例えば、絶縁層１０４Ａの厚みｔ１は６μｍ、絶縁層１０４Ｂの厚みｔ２は１２μｍに設定されている。
【００６８】
図１６（ａ）ないし図１６（ｇ）は図１５（ａ）のＡ４−Ａ４断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図であり、図１７（ａ）ないし図１７（ｅ）は図１５（ａ）のＡ４−Ａ４断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。図１８（ａ）ないし図１８（ｇ）は図１５（ａ）のＢ４−Ｂ４断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図であり、図１９（ａ）ないし図１９（ｅ）は図１５（ａ）のＢ４−Ｂ４断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。
【００６９】
まず、ガラス基板１００の表面に、金属、例えばクロムの金属薄膜１１５がスパッタ法等の手法により形成される（図１６（ａ）及び図１８（ａ））。続いて、金属薄膜１１５をフォトリソグラフィ工程により選択的に除去することにより、カソード電極１０１が形成される（図１６（ｂ）及び図１８（ｂ））。
【００７０】
続いて、ガラス基板１００の表面全体に、カソード電極１０１の上から絶縁層用ガラスペーストが印刷され、その印刷されたガラスペースト層が乾燥された後に、焼成されて、それによって絶縁層１０４Ａが形成される（図１６（ｃ）及び図１８（ｃ））。続いて、絶縁層１０４Ａがフォトリソグラフィ工程により選択的に除去されて、ゲートホール１０３の底部開口部１０３ａを構成するための孔径ｄ１のホール部１１６が所定間隔、例えば１００μｍをあけて形成される（図１６（ｄ）及び図１８（ｄ））。
【００７１】
続いて、ホール部１１６内を含む絶縁層１０４Ａの表面全体に、絶縁層用ガラスペーストが印刷され、その印刷されたガラスペースト層が乾燥された後に、焼成されて、それによって絶縁層１０４Ｂが形成される（図１６（ｅ）及び図１８（ｅ））。
【００７２】
続いて、絶縁層１０４Ｂの表面に金属、例えばクロムの金属薄膜１１７がスパッタ法等の手法により形成され（図１６（ｆ）及び図１８（ｆ））、その金属薄膜１１７がフォトリソグラフィ工程により選択的に除去される。すなわち、金属薄膜１１７上に形成されたレジストパターン１１８を用いて、金属薄膜１１７がパターニングされる（図１６（ｇ）及び図１８（ｇ））。マスク１１８は、その後除去される。
【００７３】
続いて、ゲートホール１０３の形成が行われる。すなわち、絶縁層１０４Ｂの表面に、ゲート電極１０２の上からゲートホール形成用のレジストパターン１１９がドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）により形成される（図１７（ａ）及び図１９（ａ））。このレジストパターン１１９は、ゲート電極１０２及び絶縁層１０４Ｂのエッチングマスクとして用いられるものであり、ゲートホール形成用の孔径Ｄのホール部１１９ａが所定位置に設けられている。ホール部１１９ａの孔径Ｄは、形成すべきゲートホール１０３の上端部の開口径（例えば、ｄ２）よりもやや大きな値、例えば５０μｍに設定されている。
【００７４】
続いて、レジストパターン１１９を介してゲート電極１０２が混酸で化学エッチングされ、続いて絶縁層１０４Ｂが硝酸で化学エッチングされてカソード電極１０１表面まで貫通するゲートホール１０３が形成される（図１７（ｂ）及び図１９（ｂ））。
【００７５】
ここで、ゲートホール１０３の第２の区間の各部の孔径サイズｄｍ、ｄ２の大小関係及び逆テーパ形状は、エッチング条件の適正化により実現することができる。
【００７６】
続いて、レジストパターン１１９を犠牲層として残した状態で、ゲートホール１０３内を含むガラス基板１００の全面にＣＮＴを溶剤に分散させた液が高圧で噴射されて塗布され、その後乾燥される（図１７（ｃ）及び図１９（ｃ））。ＣＮＴが分散された液が乾燥すると、そのＣＮＴを含む乾燥膜３２１のうちの、ゲートホール１０３の底部開口部１０３ａ内以外の領域に存在する不要部分の除去処理がサンドブラストにより行われる（図１７（ｄ）及び図１９（ｄ））。すなわち、乾燥膜３２１のうちの底部開口部１０３ａ内に残留する部分によって微細繊維構造を有する物質層１０５が形成される。具体的には、乾燥膜３２１の表面に、研磨粒子たる炭酸カルシウム粒子が高圧で噴射されて吹き付けられて行われる。使用する炭酸カルシウム粒子は、その粒径ｄｓがゲートホール１０３の孔径ｄ１，ｄ２に対して、ｄ１＜ｄｓ＜ｄ２の関係を満たすものが用いられる。粒径ｄｓは例えば２５μｍ〜３０μｍに設定される。
【００７７】
続いて、乾燥膜３２１の不要部の除去後、犠牲層として使用したレジストパターン１１９が除去され（図１７（ｅ）及び図１９（ｅ））、その後、ゲートホール１０３内に形成された物質層１０５をカソード電極１０１に固着させるため、例えば温度４５０℃〜５５０℃で焼成され、これによって図１５（ａ）ないし図１５（ｃ）に示すカソード基板１１０が得られる。
【００７８】
このように、本実施の形態に係る冷陰極発光素子は、ゲートホール１０３の絶縁層１０４Ｂに対応する第２の区間の形状が前述の実施の形態１に係る冷陰極発光素子と異なるが、それ以外の構成はほぼ同様な構成であるため、実施の形態１に係る冷陰極発光素子とほぼ同様な効果が得られる。
【００７９】
ただし、本実施の形態では、ゲートホール１０３の第２の区間が、絶縁層１０４Ｂのカソード電極１０１側からゲート電極１０２側に向けて、孔径ｄｍ（ただし、ｄｍはｄ２＞ｄｍ＞ｄ１）から孔径ｄ２に末広がり状に徐々に拡径されているため、カソード電極１０１とゲート電極１０２との間の絶縁性がより向上され、その結果、絶縁層１０４Ｂの厚みｔ２を実施の形態１の場合よりもより小さくできる。これによって、より低い駆動電圧で発光させることができる。
【００８０】
また、ゲートホール形成用のレジストパターン１１９を犠牲層として残した状態で、そのレジストパターン１１９の上からＣＮＴを含んだ乾燥膜３２１を形成し、その乾燥膜３２１の不要部分をサンドブラストにより除去するようになっている。このため、乾燥膜３２１がゲートホール１０３内以外の他の部分、例えばゲート電極１０２の表面等に付着するの防止することができるとともに、乾燥膜３２１の不要部分の除去処理時に、研磨粒子によってゲート電極１０２が損傷等を受けるのを防止することができる。また、ゲートホール形成用のレジストパターン１１９を犠牲層として利用するので、わざわざ専用に犠牲層を形成する必要がなく、効率的である。
【００８１】
実施の形態５．
図２０（ａ）は本発明の実施の形態５に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０の要部を拡大した平面図であり、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＡ５−Ａ５断面図であり、図２０（ｃ）は図２０（ａ）のＢ５−Ｂ５断面図である。本実施の形態に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０が前述の実施の形態１に係るカソード基板１１０と実質的に異なる点は、前述の絶縁層１０４Ａが材質及び製法の異なる絶縁層５０４Ａに変更されている点である。よって、その異なっている点についてのみ説明を行い、共通する構成部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８２】
本実施の形態に係るカソード基板１１０では、図２０（ａ）ないし図２０（ｃ）に示すように、カソード電極１０１寄りの絶縁層５０４Ａが、絶縁性の膜材料が堆積されて形成された堆積絶縁層によって形成されている。堆積絶縁層５０４Ａは、例えば、ＳｉＯ2膜、Ａｌ2Ｏ3膜等の酸化物絶縁膜からなり、スパッタやＣＶＤ等の薄膜製造設備によって形成される。堆積絶縁層５０４Ａの厚みｔ１は例えば２μｍ〜３μｍに設定される。また、ゲート電極１０２寄りの絶縁層１０４Ｂの厚みｔ２は例えば５μｍに設定される。
【００８３】
また、本実施の形態では、ゲートホール１０３の底部開口部１０３ａの孔径ｄ１は例えば２０μｍに設定され、絶縁層１０４Ｂの上端面における孔径ｄ２は例えば６０μｍに設定される。
【００８４】
図２１（ａ）ないし図２１（ｄ）は図２０（ａ）のＡ５−Ａ５断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の一部を示す図である。なお、本実施の形態に係る冷陰極発光素子の製造工程は、前述の実施の形態３に係る冷陰極発光素子の製造工程との類似性が高いため、前述の図１０、図１１（ａ）〜図１１（ｇ）、及び、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）等に示す製造工程を参照しつつ説明を行う。
【００８５】
まず、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示す工程と同様にして、ガラス基板１００の表面にクロム等の金属薄膜１１５が形成され、その金属薄膜１１５がパターニングされて、カソード電極１０１が形成される。続いて、ガラス基板１００上の全面にカソード電極１０１の上から、スパッタ法等の手法によりＳｉＯ2膜等の堆積絶縁層５０４Ａが厚みｔ１で形成される（図２１（ａ））。
【００８６】
続いて、堆積絶縁層５０４Ａ上の全面に、ゲートホール１０３の底部開口部１０３ａに対応するホール部１１６を形成するためのレジストパターン５２１が形成され、このレジストパターン５２１を用いたフォトリソグラフィ工程により、堆積絶縁層５０４Ａにホール部１１６が形成される。ここで、このレジストパターン５２１には、ホール部１１６に対応して孔径ｄ１が例えば２０μｍのホール部５２１ａが間隔１００μｍで設けられている。なお、このレジストパターン５２１は、剥離せずに次ぎの工程（ＣＮＴ層の形成）に犠牲層として使用される。
【００８７】
続いて、ホール部１１６内を含むガラス基板１００の全面にレジストパターン５２１の上からＣＮＴを溶剤に分散させた液が高圧で噴射されて塗布され、その後乾燥される（図２１（ｃ））。ガラス基板１００上にはＣＮＴを含んだ乾燥膜５２２が形成される。
【００８８】
続いて、乾燥膜５２２のうちの、ホール部１１６内以外の領域に存在する不要部分の除去と、レジストパターン５２１の除去が同時に行われる（図２１（ｄ））。この除去処理では、加工面を剥離液で浸してレジストパターン５２１を剥離することにより、レジストパターン５２１と乾燥膜５２２の不要部分とが同時に除去される。これによって、堆積絶縁層５０４Ａのホール部１１６内に填り込んだ乾燥膜５２２の部分のみが残留し、その残留部分によって微細繊維構造を有する物質層１０５が構成される。
【００８９】
続いて、物質層１０５及び堆積絶縁層５０４Ａの表面全体に、感光性を有する絶縁層用ガラスペーストが印刷され、その印刷されたガラスペースト層が乾燥されてペースト乾燥層（膜厚１０μｍ）が形成される。その後、ペースト乾燥層に対して、ゲートホールパターン（孔径５０μｍ、間隔１００μｍ）が露光される。
【００９０】
続いて、ペースト乾燥層の表面に感光性を有する導電性銀ペーストが印刷されてして、乾燥され、これによって電極材料層が形成される。その後、ゲートホールパターン（孔径６０μｍ，間隔１００μｍ）とストライプパターン（幅Ｗｇ１．０１ｍｍ、間隔Ｓｇ０．１ｍｍ）を備えたフォトマスクを介して電極材料層が露光される。
【００９１】
続いて、露光処理済みのペースト乾燥層と、露光処理済みの電極材料層とが同時にアルカリ現像液（炭酸ソーダ）で現像される。その後、例えば４５０℃〜５５０℃の温度で焼成されて、これによって図２０（ａ）ないし図２０（ｃ）に示すカソード基板１１０が得られる。
【００９２】
このように、本実施の形態に係る冷陰極発光素子は、前述の絶縁層１０４Ａが堆積絶縁層５０４Ａに変更されている点で前述の実施の形態１に係る冷陰極発光素子と異なるが、それ以外の構成はほぼ同様な構成であるため、実施の形態１に係る冷陰極発光素子とほぼ同様な効果が得られる。
【００９３】
ただし、カソード電極１０１寄りの絶縁層５０４ＡをＳｉＯ2等を堆積して形成された堆積絶縁層で構成しため、カソード電極１０１とゲート電極１０２との間の絶縁耐性を、焼結ガラスを用いた絶縁層１０４Ａよりも向上させることができる。その結果、カソード電極１０１とゲート電極１０２との間の絶縁耐性を確保しつつ、絶縁層５０４Ａの厚みｔ１を抑制して、より低い駆動電圧で発光させることができる。
【００９４】
また、薄膜製造設備により膜材料を堆積して絶縁層５０４Ａを形成するため、容易に薄膜の絶縁層５０４Ａを形成することができる。
【００９５】
さらに、ホール部１１６を形成するめのレジストパターン５２１を犠牲層として残した状態で、そのレジストパターン５２１の上からＣＮＴを含んだ乾燥膜５２２を形成し、そのレジストパターン５２１を乾燥膜５２２の不要部分と一緒に剥離するようになっている。このため、乾燥膜５２２が絶縁層５０４Ａのホール部１１６内以外の他の部分に付着するの防止することができる。また、レジストパターン５２１を犠牲層として利用するので、わざわざ専用に犠牲層を形成する必要がなく、効率的である。
【００９６】
実施の形態６．
図２２（ａ）は本発明の実施の形態６に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０の要部を拡大した平面図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）のＡ６−Ａ６断面図であり、図２２（ｃ）は図２２（ａ）のＢ６−Ｂ６断面図である。本実施の形態に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０が前述の実施の形態３に係るカソード基板１１０と実質的に異なる点は、前述の絶縁層１０４Ｂの代わりに設けられる絶縁層６０４Ｂの構成である。よって、ここでは絶縁層６０４Ｂの構成についてのみ説明し、実施の形態３に係るカソード基板１１０と共通する部分については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００９７】
本実施に係るカソード基板１１０では、図２２（ａ）ないし図２２（ｃ）に示すように、２つの絶縁層１０４Ａ，６０４Ｂのうちのゲート電極１０２寄りの絶縁層６０４Ｂが、前記蛍光体表示板１１２側から見てゲート電極１０２と同一パターン形状を有している。
【００９８】
このように、本実施の形態に係る冷陰極発光素子においては、実施の形態３に係る冷陰極発光素子とほぼ同様な効果が得られるとともに、隣接するゲート電極１０２間の距離が実効的に拡大され、その結果、隣接ゲート電極１０２間の短絡回路の発生が抑制される。
【００９９】
また、ゲート電極１０２用のフォトマスクを使った単一のフォトリソグラフィ工程によって、ゲート電極１０２及び絶縁層６０４Ｂのパターンニングとゲートホール１０３の形成を行うことができ、その結果、工程数が減り、これによって生産性が向上する。
【０１００】
実施の形態７．
図２３（ａ）は本発明の実施の形態７に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０の要部を拡大した平面図であり、図２３（ｂ）は図２３（ａ）のＡ７−Ａ７断面図であり、図２３（ｃ）は図２３（ａ）のＢ７−Ｂ７断面図である。本実施の形態に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０が前述の実施の形態５に係るカソード基板１１０と実質的に異なる点は、ゲートホール１０３の構造である。よって、その異なっている点についてのみ説明を行い、共通する構成部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【０１０１】
本実施の形態に係るカソード基板１１０では、図２３（ａ）ないし図２３（ｃ）に示すように、ゲートホール１０３の絶縁層１０４Ｂに対応する第２の区間における内周面が、前述の実施の形態４の場合とほぼ同様に、上方側に向けて末広がり状に形成されている。すなわち、ゲートホール１０３における絶縁層５０４Ａに対応する第１の区間の孔径サイズが孔径ｄ１と設定され、絶縁層１０４Ｂに対応する第２の区間の上端部における孔径サイズが孔径ｄ２（ただし、ｄ２＞ｄ１）に設定され、第２の区間の下端部における孔径サイズが孔径ｄｍ（ただし、ｄ１＜ｄｍ＜ｄ２）に設定されている。
【０１０２】
このように、本実施の形態に係る冷陰極発光素子は、ゲートホール１０３の絶縁層１０４Ｂに対応する第２の区間の形状が前述の実施の形態５に係る冷陰極発光素子と異なるが、それ以外の構成はほぼ同様な構成であるため、実施の形態５に係る冷陰極発光素子とほぼ同様な効果が得られる。
【０１０３】
ただし、本実施の形態では、ゲートホール１０３の第２の区間が上方側に向けて末広がり状に徐々に拡径されているため、カソード電極１０１とゲート電極１０２との間の絶縁性がより向上され、その結果、絶縁層１０４Ｂの厚みｔ２を実施の形態１の場合よりもより小さくできる。これによって、より低い駆動電圧で発光させることができる。
【０１０４】
特に、本実施の形態では、ゲートホール１０３の第２の区間が上方側に向けて末広がり状に拡径されていることと、堆積絶縁層５０４Ａの絶縁耐性が焼結ガラス層よりも高いこととの相乗効果によって、カソード電極１０１とゲート電極１０２間の絶縁性がより向上され、絶縁層１０４Ｂの厚みｔ２をより小さくでき、その結果、より低い駆動電圧で発光させることができる。
【０１０５】
実施の形態８．
図２４（ａ）は本発明の実施の形態８に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０の要部を拡大した平面図であり、図２４（ｂ）は図２４（ａ）のＡ８−Ａ８断面図であり、図２４（ｃ）は図２４（ａ）のＢ８−Ｂ８断面図である。本実施の形態に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０が前述の実施の形態５に係るカソード基板１１０と実質的に異なる点は、前述の絶縁層１０４Ｂの代わりに設けられる絶縁層８０４Ｂの構成である。よって、ここでは絶縁層８０４Ｂの構成についてのみ説明し、実施の形態５に係るカソード基板１１０と共通する部分については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【０１０６】
本実施に係るカソード基板１１０では、図２４（ａ）ないし図２４（ｃ）に示すように、２つの絶縁層５０４Ａ，８０４Ｂのうちのゲート電極１０２寄りの絶縁層８０４Ｂが、前記蛍光体表示板１１２側から見てゲート電極１０２と同一パターン形状を有している。
【０１０７】
このように、本実施の形態に係る冷陰極発光素子においては、実施の形態５に係る冷陰極発光素子とほぼ同様な効果が得られるとともに、隣接するゲート電極１０２間の距離が実効的に拡大され、その結果、隣接ゲート電極１０２間の短絡回路の発生が抑制される。
【０１０８】
また、ゲート電極１０２用のフォトマスクを使った単一のフォトリソグラフィ工程によって、ゲート電極１０２及び絶縁層８０４Ｂのパターンニングと、ゲートホール１０３の形成とを行うことができ、その結果、工程数が減り、これによって生産性が向上する。
【０１０９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る方法で製造された冷陰極発光素子によれば、複数の絶縁層全体の厚さを抑制しつつ、カソード電極（第１の電極）及び物質層とゲート電極（第２の電極）との間の距離を拡大させることができ、物質層とゲート電極とが構造物形成工程の中の熱工程等において接触するのを容易に回避することができる。
【０１１０】
また、複数の絶縁層のうちの最下層の絶縁層が微細繊維構造を有する物質層の膜厚及び位置を規定するガイドとして機能するため、物質層の膜厚及び形成位置の管理を容易に行うことができるとともに、均一な膜厚の物質層を形成することができる。
【０１１３】
そして本発明に係る冷陰極発光素子の製造方法によれば、微細繊維構造物質を含有した乾燥膜の形成後に研磨テープによる表面研磨で行われる平坦化処理によって、最下層の絶縁層に形成された開口部以外の部分に設けられた乾燥膜の不要部分の除去を容易に行うことができる。
【０１１４】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る冷陰極発光素子の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図２】 図２（ａ）は図１の冷陰極発光素子のカソード基板の要部を拡大した平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ１−Ａ１断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ１−Ｂ１断面図である。
【図３】 図２（ａ）ないし図２（ｃ）の冷陰極発光素子の製造工程のフローチャートである。
【図４】 図４（ａ）ないし図４（ｇ）は図２（ａ）のＡ１−Ａ１断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図である。
【図５】 図５（ａ）ないし図５（ｅ）は図２（ａ）のＡ１−Ａ１断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。
【図６】 図６（ａ）ないし図６（ｇ）は図２（ａ）のＢ１−Ｂ１断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図である。
【図７】 図７（ａ）ないし図７（ｅ）は図２（ａ）のＢ１−Ｂ１断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。
【図８】 図８（ａ）は本発明の実施の形態２に係る冷陰極発光素子のカソード基板の要部を拡大した平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ２−Ａ２断面図であり、図８（ｃ）は図８（ａ）のＢ２−Ｂ２断面図である。
【図９】 図９（ａ）は本発明の実施の形態３に係る冷陰極発光素子のカソード基板の要部を拡大した平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ３−Ａ３断面図であり、図９（ｃ）は図９（ａ）のＢ３−Ｂ３断面図である。
【図１０】 図９（ａ）ないし図９（ｃ）の冷陰極発光素子の製造工程のフローチャートである。
【図１１】 図１１（ａ）ないし図１１（ｇ）は図９（ａ）のＡ３−Ａ３断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図である。
【図１２】 図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は図９（ａ）のＡ３−Ａ３断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。
【図１３】 図１３（ａ）ないし図１３（ｇ）は図９（ａ）のＢ３−Ｂ３断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図である。
【図１４】 図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は図９（ａ）のＢ３−Ｂ３断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。
【図１５】 図１５（ａ）は本発明の実施の形態４に係る冷陰極発光素子のカソード基板の要部を拡大した平面図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＡ４−Ａ４断面図であり、図１５（ｃ）は図１５（ａ）のＢ４−Ｂ４断面図である。
【図１６】 図１６（ａ）ないし図１６（ｇ）は図１５（ａ）のＡ４−Ａ４断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図である。
【図１７】 図１７（ａ）ないし図１７（ｅ）は図１５（ａ）のＡ４−Ａ４断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。
【図１８】 図１８（ａ）ないし図１８（ｇ）は図１５（ａ）のＢ４−Ｂ４断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図である。
【図１９】 図１９（ａ）ないし図１９（ｅ）は図１５（ａ）のＢ４−Ｂ４断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。
【図２０】 図２０（ａ）は本発明の実施の形態５に係る冷陰極発光素子のカソード基板の要部を拡大した平面図であり、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＡ５−Ａ５断面図であり、図２０（ｃ）は図２０（ａ）のＢ５−Ｂ５断面図である。
【図２１】 図２１（ａ）ないし図２１（ｄ）は図２０（ａ）のＡ５−Ａ５断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の一部を示す図である。
【図２２】 図２２（ａ）は本発明の実施の形態６に係る冷陰極発光素子のカソード基板の要部を拡大した平面図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）のＡ６−Ａ６断面図であり、図２２（ｃ）は図２２（ａ）のＢ６−Ｂ６断面図である。
【図２３】 図２３（ａ）は本発明の実施の形態７に係る冷陰極発光素子のカソード基板の要部を拡大した平面図であり、図２３（ｂ）は図２３（ａ）のＡ７−Ａ７断面図であり、図２３（ｃ）は図２３（ａ）のＢ７−Ｂ７断面図である。
【図２４】 図２４（ａ）は本発明の実施の形態８に係る冷陰極発光素子のカソード基板の要部を拡大した平面図であり、図２４（ｂ）は図２４（ａ）のＡ８−Ａ８断面図であり、図２４（ｃ）は図２４（ａ）のＢ８−Ｂ８断面図である。
【符号の説明】
１００ ガラス基板、１０１ カソード電極、１０２ ゲート電極、１０３ ゲートホール、１０３ａ 底部開口部、１０４Ａ，５０４Ａ 絶縁層、１０４Ｂ，２０４Ｂ，６０４Ｂ，８０４Ｂ 絶縁層、１０５ 物質層、１１０ カソード基板、１１１ 枠ガラス、１１２ 蛍光体表示板、１１５ 金属薄膜、１１７〜１１９，３２３，５２１ レジストパターン、１２０，３２１，５２２ 乾燥膜、３２２ ペースト乾燥層、ｄ１，ｄ２，ｄｍ ゲートホールの孔径、ｔ１，ｔ２ 絶縁層の厚み。
【発明の属する技術分野】
本発明は、平板型画像表示装置（フラットパネルディスプレイ）に関するものであり、特に、カーボンナノチューブ（以下、「ＣＮＴ」と略記する）やグラファイトナノファイバー（以下、「ＧＮＦ」と略記する）等を利用した冷陰極を電子源とする発光素子を画面に用いる電界放出型画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＮＴ等の微細構造物質を電界放出源として利用した従来の冷陰極発光素子及びその製造方法としては、例えば特許文献１に記載のものがある。この特許文献１では、微細構造物質を充填する開口部を通常のホトプロセス及びドライプロセス等の利用により形成した後、インクジェット法などの手法によりカソード電極表面の所望の位置にＣＮＴ含有膜の膜厚を数十ミクロンに制御して作製する。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１１００７３公報（図1、明細書[００１４]）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来技術では、インクジェット法などの手法によりカソード電極（第１の電極）表面の所望位置に設けられる開口部にＣＮＴの含有膜を充填する際に技術的な問題が生じる場合がある。すなわち、ＣＮＴの含有膜を充填時の条件（充填時の圧力や粘性の変動、充填位置の位置ズレなど）によって、ＣＮＴ含有膜が開口部からあふれ出る場合ある。あふれ出たＣＮＴ含有膜は、カソード電極（第１の電極）とゲート電極（第２の電極）間に短絡回路を形成するため、電極間ショートが発生しやすい。
【０００５】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、カソード電極とゲート電極との間の短絡回避を容易に行うことができる冷陰極発光素子の製造方法を提供する。
【０００６】
また、本発明は、ゲートホール内に形成する微細繊維構造物質を含む物質層の膜厚管理を容易に行うことができ、大画面の表示装置の製造に好適な冷陰極発光素子の製造方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は冷陰極発光素子を製造する方法であって、前記冷陰極発光素子は、複数の第１の電極と、前記複数の第１の電極上に積層して設けられた複数の絶縁層と、前記複数の絶縁層上に設けられ、前記複数の絶縁層を挟んで前記複数の第１の電極と交差するように配置され、前記第１の電極側から電子を引き出すための複数の第２の電極と、前記第２の電極に対向して配置され、前記電子を加速するための電圧が前記第１の電極との間で印加されて、前記電子の入射により発光する第３の電極と、を備え、前記第１の電極と前記第２の電極との交差部において、前記第２の電極及び前記複数の絶縁層を貫通して前記第１の電極の表面に到達するように、少なくとも１つのホール部が設けられ、前記ホール部における前記複数の絶縁層が前記第１の電極と接触する部分の第１の孔径ｄ１と、前記ホール部における前記複数の絶縁層が前記第２の電極と接触する部分の第２の孔径ｄ２とが、ｄ１＜ｄ２の関係を満たすように設定され、前記ホール部における前記第１の孔径ｄ１を有する前記第１の電極側の開口部内において、前記第１の電極上には、微細繊維構造を有する物質層が設けられる。
【００１０】
そして当該製造方法は、前記複数の絶縁層のうちの最下層の絶縁層を前記第１の電極上に形成する工程と、前記最下層の絶縁層を選択的に除去することによって、前記ホール部の下端部分を構成する前記第１の電極側の前記開口部を形成する工程と、前記開口部内及び前記最下層の絶縁層の表面に、前記微細繊維構造物質を溶剤に分散させてなる液を塗布して乾燥させる工程と、前記微細繊維構造物質を含む乾燥膜に対して研磨テープによる表面研磨で平坦化処理を行うことによって、前記乾燥膜の前記開口部内に位置する部分以外の部分を除去する工程と、を備える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷陰極発光素子の構成を概略的に示す分解斜視図である。本実施の形態に係る冷陰極発光素子は、カソード基板構造に特徴があるため、カソード基板構造に限定して説明を行う。
【００１２】
この冷陰極発光素子は、図１に示すように、電子源アレイが設けられた背面パネルたるカソード基板１１０と、電子源の位置に合わせて、蛍光体ストライプ又はドットが設けられた前面パネルたる蛍光体表示板１１２と、スペーサたる枠ガラス１１１とを備えている。枠ガラス１１１は、カソード基板１１０と蛍光体表示板１１２とを一定間隔に保持して固定し、カソード基板１１０と蛍光体表示板１１２との間に密閉空間を形成するためのものである。また、図には示していないが、画面サイズが大きくなると枠ガラス１１１内部にもカソード基板１１０と蛍光体表示板１１２とを一定間隔に保つためのスペーサが必要となる。
【００１３】
カソード基板１１０は、ガラス基板１００と、複数のカソード電極１０１と、複数のゲート電極１０２と、カソード電極１０１とゲート電極１０２との間に設けられる複数の絶縁層１０４Ａ，１０４Ｂとを備えている。第１の電極たるカソード電極１０１は、略帯状の形状を有し、互いに間隔をあけて平行にガラス基板１００上に配置されている。第２の電極たるゲート電極１０２は、カソード電極１０１側から電子を引き出すためのものであり、略帯状の形状を有している。ゲート電極１０２は、カソード電極１０１と交差するように、互いに間隔をあけて互いに平行に配置されている。カソード電極１０１とゲート電極１０２との交差部には、電子源が充填されたホール部たる少なくとも１つのゲートホール１０３が形成される。
【００１４】
蛍光体表示板１１２の前記密閉空間内に面する部分には、第３の電極たる不図示のアノード電極が設けられる。このアノード電極は、電子源から引き出された電子を加速するための電圧がカソード電極１０１との間で印加されており、電子の入射により発光するようになっている。
【００１５】
そして、カソード電極１０１に走査信号を入力するとともにゲート電極１０２に画像信号を入力して、カソード電極１０１と前記アノード電極との間に加速電圧を印加することにより、前記アノード電極の発光によって画像表示が行われる。
【００１６】
図２（ａ）は図１の冷陰極発光素子のカソード基板１１０の要部を拡大した平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ１−Ａ１断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ１−Ｂ１断面図である。まず、カソード基板１１０の要部の構造について説明する。本実施の形態では、図２（ａ）ないし図２（ｃ）に示すように、ガラス基板１００の表面には、ストライプ構造を有する複数のカソード電極１０１が形成されている。カソード電極１０１は、金属、例えばクロムからなる金属薄膜により形成され、その幅Ｗｃが例えば２００μｍに設定され、カソード電極１０１間の間隔Ｓｃが例えば４００μｍに設定される。カソード電極１０１の膜厚は例えば１００ｎｍに設定される。
【００１７】
また、本実施の形態では、２つの絶縁層１０４Ａ，１０４Ｂが形成されている。絶縁層１０４Ａ，１０４Ｂは、ガラス粉末が樹脂中に分散されてなる絶縁層用ガラスペーストが焼結されて構成されており、カソード電極１０１側に位置する下層側の絶縁層１０４Ａの方が、上層側の絶縁層１０４Ｂよりもガラス軟化点の高いガラス粉末が用いられている。また、下層側の絶縁層１０４Ａの厚さｔ１と、上層側の絶縁層１０４Ｂの厚さｔ２とが、ｔ１＜ｔ２の関係を満たすように設定されている。例えば、ｔ１は６μｍに設定され、ｔ２は１２μｍに設定される。
【００１８】
ここで、ゲート電極１０２寄りの絶縁層１０４Ｂは、ゲート電極１０２と、カソード電極１０１及び後述する電子源たる物質層１０５との間の絶縁を確保する役割を担うため、カソード電極１０１寄りの絶縁層１０４Ａより大きな厚みに設定されている。
【００１９】
複数のゲート電極１０２は、カソード電極１０１と同様にストライプ構造を形成しており、金属、例えばクロムからなる金属薄膜によって形成されている。ゲート電極１０２の幅Ｗｇは例えば１．０１ｍｍに設定され、ゲート電極１０２の間の間隔Ｓｇは例えば０．１ｍｍに設定される。ゲート電極１０２の膜厚は例えば２００ｎｍに設定される。
【００２０】
ゲートホール１０３は、カソード電極１０１とゲート電極１０２との交差部において、ゲート電極１０２及び絶縁層１０４Ａ，１０４Ｂを貫通してカソード電極１０１の表面に到達するように設けられている。ゲートホール１０３の開口部の形状は、任意の形状が採用可能であるが、本実施の形態では円形が採用されている。ここで、このゲートホール１０３の内部の形状を説明するため、ゲートホール１０３を、絶縁膜１０４Ａに対応する第１の区間と、絶縁膜１０４Ｂに対応する第２の区間と、ゲート電極１０２に対応する第３の区間とに分けて考えることにする。すなわち、本実施の形態では、ゲートホール１０３の絶縁膜１０４Ａに対応する第１の区間の孔径ｄ１と、絶縁膜１０４Ｂに対応する第２の区間の孔径ｄ２とが、ｄ１＜ｄ２の関係を満たすように設定されている。例えば、ｄ１が２０μｍに設定され、ｄ２が５０μｍに設定される。ゲートホール１０３のゲート電極１０２に対応する第３の区間の孔径は、第２の区間の上端部の孔径ｄ２とほぼ等しく設定されている。すなわち、本実施の形態では、ゲートホール１０３の孔径サイズは、第１の区間ではほぼ一定の孔径ｄ１の値に設定され、第２及び第３の区間ではほぼ一定の孔径ｄ２の値に設定されている。
【００２１】
隣接するゲートホール１０３の間隔は、その中心同士の間の距離が所定値、例えば１００μｍになるように設定されている。
【００２２】
このようなゲートホール１０３の底部開口部１０３ａ内には、微細繊維構造物質たるＣＮＴを含み、微細繊維構造を有する物質層１０５が形成されている。この物質層１０５は、ゲートホール１０３の絶縁層１０４Ａに対応する第１の区間内に形成されている。すなわち、物質層１０５は、ゲートゲートホール１０３の底部開口部１０３ａを介して露出するカソード電極１０１上に形成されている。物質層１０５の厚みは、絶縁層１０４Ａの膜厚からカソード電極１０１の膜厚を引いた値とほぼ等しくなっている。
【００２３】
図３は図２（ａ）ないし図２（ｃ）の冷陰極発光素子の製造工程のフローチャートである。図４（ａ）ないし図４（ｇ）は図２（ａ）のＡ１−Ａ１断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図であり、図５（ａ）ないし図５（ｅ）は図２（ａ）のＡ１−Ａ１断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図であり、図６（ａ）ないし図６（ｇ）は図２（ａ）のＢ１−Ｂ１断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図であり、図７（ａ）ないし図７（ｅ）は図２（ａ）のＢ１−Ｂ１断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。
【００２４】
まず、ガラス基板１００の表面に、金属、例えばクロムの金属薄膜１１５がスパッタ法等の手法により形成される（図３のＳｔ１、図４（ａ）及び図６（ａ））。続いて、金属薄膜１１５をフォトリソグラフィ工程により選択的に除去することにより、カソード電極１０１が形成される（図３のＳｔ２、図４（ｂ）及び図６（ｂ））。ここで、フォトリソグラフィ工程とは、レジスト塗布、乾燥、露光、現像、エッチング、レジスト剥離を備える一連の処理である（以下、同様）。
【００２５】
続いて、ガラス基板１００の表面全体に、カソード電極１０１の上から絶縁層用ガラスペーストが印刷され、その印刷されたガラスペースト層が乾燥された後に、焼成されて、それによって絶縁層１０４Ａが形成される（図３のＳｔ３、図４（ｃ）及び図６（ｃ））。続いて、絶縁層１０４Ａがフォトリソグラフィ工程により選択的に除去されて、ゲートホール１０３の底部開口部１０３ａを構成するための孔径ｄ１のホール部１１６が所定間隔、例えば１００μｍをあけて形成される（図３のＳｔ４、図４（ｄ）及び図６（ｄ））。
【００２６】
続いて、ホール部１１６内を含む絶縁層１０４Ａの表面全体に、絶縁層用ガラスペーストが印刷され、その印刷されたガラスペースト層が乾燥された後に、焼成されて、それによって絶縁層１０４Ｂが形成される（図３のＳｔ５、図４（ｅ）及び図６（ｅ））。このとき、絶縁層１０４Ｂの方が絶縁層１０４Ａよりもガラス軟化点が低いガラス材料が用いられているため、絶縁層１０４Ｂの焼成時に下層側の絶縁層１０４Ａが軟化するのを抑制でき、ホール部１１６等の構造が変形、劣化するのを防止できる。
【００２７】
続いて、絶縁層１０４Ｂの表面に金属、例えばクロムの金属薄膜１１７がスパッタ法等の手法により形成され（図３のＳｔ６、図４（ｆ）及び図６（ｆ））、その金属薄膜１１７がフォトリソグラフィ工程により選択的に除去される（図３のＳｔ７）。すなわち、金属薄膜１１７上に形成されたレジストパターン１１８を用いて、金属薄膜１１７がパターニングされる（図４（ｇ）及び図６（ｇ））。マスク１１８は、その後除去される。
【００２８】
続いて、ゲートホール１０３の形成が行われる（図３のＳｔ８）。すなわち、絶縁層１０４Ｂの表面に、ゲート電極１０２の上からゲートホール形成用のレジストパターン１１９が形成される（図５（ａ）及び図７（ａ））。このレジストパターン１１９は、ゲート電極１０２及び絶縁層１０４Ｂのエッチングマスクとして用いられるものであり、ゲートホール形成用の孔径ｄ２ｒ、例えば５０μｍのホール部１１９ａが所定位置に設けられている。
【００２９】
続いて、レジストパターン１１９を介してゲート電極１０２が混酸で化学エッチングされ、続いて絶縁層１０４Ｂが硝酸で化学エッチングされてカソード電極１０１表面まで貫通するゲートホール１０３が形成される（図５（ｂ）及び図７（ｂ））。レジストパターン１１９はその後除去される（図５（ｃ）及び図７（ｃ））。
【００３０】
続いて、ゲートホール１０３内を含むガラス基板１００の全面にＣＮＴを溶剤に分散させた液が高圧で噴射されて塗布され、その後乾燥される（図３のＳｔ９、図５（ｄ）及び図７（ｄ））。ＣＮＴが分散された液が乾燥すると、そのＣＮＴを含む乾燥膜１２０のうちの、ゲートホール１０３の底部開口部１０３ａ内以外の領域に存在する不要部分の除去処理がサンドブラストにより行われる（図３のＳｔ１０、図５（ｅ）及び図７（ｅ））。すなわち、乾燥膜１２０のうちの底部開口部１０３ａ内に残留する部分によって微細繊維構造を有する物質層１０５が形成される。具体的には、乾燥膜１２０の表面に、研磨粒子たる炭酸カルシウム粒子が高圧で噴射されて吹き付けられて行われる。使用する炭酸カルシウム粒子は、その粒径ｄｓがゲートホール１０３の孔径ｄ１，ｄ２に対して、ｄ１＜ｄｓ＜ｄ２の関係を満たすものが用いられる。このため、炭酸カルシウム粒子は、ゲートホール１０３内にも入り込むが、その底部開口部１０３ａ内には入り込まない。その結果、底部開口部１０３ａ内にある乾燥膜１２０のみが残され、それ以外はすべて除去される。炭酸カルシウム粒子は、例えば粒径ｄｓが２５〜３０μｍのものが用いられる。
【００３１】
続いて、乾燥膜１２０の不要部の除去後、ゲートホール１０３内に形成された物質層１０５をカソード電極１０１に固着させるため、例えば温度４５０℃〜５５０℃で焼成され（図３のＳｔ１１）、これによって図２（ａ）ないし図２（ｃ）に示すカソード基板１１０が得られる。
【００３２】
そして、このように構成される冷陰極発光素子は、その冷陰極発光素子を画面に備えた平面型の画像表示装置に用いられる。
【００３３】
このように、本実施の形態に係る冷陰極発光素子においては、ゲートホール１０３における絶縁層１０４Ｂがゲート電極１０２と接触する部分の孔径ｄ２が絶縁層１０４Ａがカソード電極１０１と接触する部分（底部開口部１０３ａ）の孔径ｄ１よりも大きく設定されており、その底部開口部１０３ａ内に微細繊維構造を有する物質層１０５が設けられている。このため、絶縁層１０４Ａ，１０４Ｂ全体の厚さを抑制しつつ、ゲート電極１０２とカソード電極１０１及び物質層１０５との間の距離を拡大させることができ、底部開口部１０３ａ内に設けられた物質層１０５とゲート電極１０２とが構造物形成工程の中の熱工程等において接触するのを容易に回避することができる。また、絶縁層１０４ＡがＣＮＴを含有する物質層１０５の膜厚及び位置を規定するガイドして機能するため、物質層１０５の膜厚及び形成位置の管理を容易に行うことができるとともに、均一な膜厚の物質層１０５を形成することができる。
【００３４】
さらに、物質層１０５がゲートホール１０３内のゲート電極１０２側の開口径よりも小さな開口径の底部開口部１０３ａ内に形成されるため、ゲートホール１０３のゲート電極１０２側の部分（第２及び第３の区間）を形成する際に、その部分の底部開口部１０３ａに対する位置決め精度の要求水準が緩和される。このため、熱履歴による各部の寸法変動の影響が抑制され、製造しやすい冷陰極発光素子を提供できる。
【００３５】
また、絶縁層１０４Ａに追加して絶縁層１０４Ｂを設けたことにより、カソード電極１０１とゲート電極１０２との間の距離を一定に保持することができ、両電極間の短絡回路の発生を回避しつつ、安定した発光動作を行わせることができる。
【００３６】
さらに、積載された複数の絶縁層１０４Ａ，１０４Ｂにゲートホール１０３を形成するため、孔径がその方向に内して段階的に変化するゲートホール１０３を容易に形成することができる。
【００３７】
また、ゲートホール１０３のカソード電極１０１側の開口径ｄ１及びゲート電極１０２側の開口径ｄ２の各大きさ及び互いの比、及び、絶縁層１０４Ａの厚みｔ１及び絶縁層１０４Ｂの厚みｔ２の各大きさ及び互いの比などを調節することにより、所望の電圧でゲート動作を行わせることができる。
【００３８】
さらに、ゲートホール１０３の絶縁層１０４Ｂに対応する第２の区間が実質的に孔径変化のない、寸胴な形状に設定されている。このため、乾燥膜１２０の不要部分の除去工程において、絶縁層１０４Ｂによって構成されるゲートホール１０３内の内側壁に研磨粒子が直接衝突し、内側壁が損傷を受けるのを防止することができる。また、仮に、絶縁層１０４Ｂの焼成がゲートホール１０３の形成後に行われるようにした場合であっても、その熱工程による形状変性によりゲート電極１０２がゲートホール１０３内に陥没しにくい。
【００３９】
また、絶縁層１０４Ａ，１０４Ｂが、ガラス粉末が樹脂中に分散されてなるペースト材料が焼結されて構成されているため、ＣＶＤ等の成膜工程を用いることなく、絶縁層１０４Ａ，１０４Ｂを容易に形成することができる。
【００４０】
さらに、ゲート電極１０２寄りの絶縁層１０４Ｂの方がカソード電極１０１よりの絶縁層１０４Ａよりも厚みが大きく設定されているため、絶縁層１０４Ａ，１０４Ｂ全体の厚さを抑制しつつ、ゲート電極１０２と、カソード電極１０１及び物質層１０５との間の絶縁を確実に確保することができる。
【００４１】
また、ゲート電極１０２寄りの絶縁層１０４Ｂに用いられるガラス材料の方が、カソード電極１０４Ａの絶縁層１０４Ａに用いられるガラス材料よりもガラス軟化点の低いものが用いらているため、絶縁層１０４Ｂの焼成時に下層側の絶縁層１０４Ａが軟化して形状等が劣化するのを防止できる。
【００４２】
さらに、ゲートホール１０３を形成したカソード基板１１０の全面に、ＣＮＴを含む液の塗布等により乾燥膜１２０を形成し、その乾燥膜１２０に対して、研磨粒子を吹き付けてその不要部分の除去を行う。このため、サンドブラストに用いる研磨粒子の粒径ｄｓを適切な値、すなわちｄ１＜ｄｓ＜ｄ２に設定することにより、ゲートホール１０３内に充填された乾燥膜１２０の不要部分の除去を容易に行うことができる。
【００４３】
また、乾燥膜１２０の不要部除去工程において、底部開口部１０３ａ内の乾燥膜１２０の表面が研磨粒子によりたたかれるため、不規則な方向に向いていたＣＮＴに一定の方向性を付与する効果が得られ、ＣＮＴからの電子放出特性を改善することができる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、微細繊維構造物質としてＣＮＴを用いたが、他の物質、例えばＧＮＦを用いてもよい。この点については、以下の実施の形態２〜８においても同様である。
【００４５】
また、本実施の形態では、カソード電極１０１及びゲート電極１０２をクロムを用いて形成したが、電極形成工程における熱処理により伝導性を失わない導電材料であれば、任意の金属材料を用いてもよい。この点については、以下の実施の形態２〜８においても同様である。
【００４６】
実施の形態２．
図８（ａ）は本発明の実施の形態２に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０の要部を拡大した平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ２−Ａ２断面図であり、図８（ｃ）は図８（ａ）のＢ２−Ｂ２断面図である。本実施の形態に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０が前述の実施の形態１に係るカソード基板１１０と実質的に異なる点は、前述の絶縁層１０４Ｂの代わりに設けられる絶縁層２０４Ｂの構成である。よって、ここでは絶縁層２０４Ｂの構成についてのみ説明し、実施の形態１に係るカソード基板１１０と共通する部分については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００４７】
本実施に係るカソード基板１１０では、図８（ａ）ないし図８（ｃ）に示すように、２つの絶縁層１０４Ａ，２０４Ｂのうちのゲート電極１０２寄りの絶縁層２０４Ｂが、前記蛍光体表示板１１２側から見てゲート電極１０２と同一パターン形状を有している。
【００４８】
なお、本実施の形態における各パラメータｄ１、ｄ２、ｔ１、ｔ２等の数値は、実施の形態１と同一に設定されている。
【００４９】
このように、本実施の形態に係る冷陰極発光素子においては、実施の形態１に係る冷陰極発光素子とほぼ同様な効果が得られるとともに、隣接するゲート電極１０２間の距離が実効的に拡大され、その結果、隣接ゲート電極１０２間の短絡回路の発生が抑制される。
【００５０】
また、ゲート電極１０２用のフォトマスクを使った単一のフォトリソグラフィ工程によって、ゲート電極１０２及び絶縁層２０４Ｂのパターンニングと、ゲートホール１０３の形成とを行うことができ、その結果、工程数が減り、これによって生産性が向上する。
【００５１】
実施の形態３．
図９（ａ）は本発明の実施の形態３に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０の要部を拡大した平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ３−Ａ３断面図であり、図９（ｃ）は図９（ａ）のＢ３−Ｂ３断面図である。本実施の形態に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０が前述の実施の形態１に係るカソード基板１１０と実質的に異なる点は、ゲートホール１０３の構造及びカソード基板１１０の製造工程である。よって、その異なっている点についてのみ説明を行い、共通する構成部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００５２】
本実施の形態に係るカソード基板１１０では、図９（ａ）ないし図９（ｃ）に示すように、ゲートホール１０３における絶縁層１０４Ａに対応する第１の区間の孔径サイズが孔径ｄ１と設定され、絶縁層１０４Ｂに対応する第２の区間の上端部における孔径サイズが孔径ｄ２（ただし、ｄ２＞ｄ１）に設定され、第２の区間の下端部における孔径サイズが孔径ｄｍ（ただし、ｄｍ＞ｄ２）に設定されている。そして、ゲートホール１０３の第２区間における孔径サイズが、絶縁層１０４Ｂの下端面から上端面に向けて孔径ｄｍから孔径ｄ２に先細り状に減少している。本実際の形態では、例えば、ｄ１は２０μｍ、ｄ２は４０μｍ、ｄｍは６０μｍに設定されている。
【００５３】
また、本実施の形態では、絶縁層１０４Ｂが感光性を有する絶縁層用ガラスペーストを用いて形成される。絶縁層１０４Ａの厚みｔ１は、例えば６μｍに設定され、絶縁層１０４Ｂの厚みｔ２は、例えば１０μｍに設定されている。
【００５４】
図１０は、図９（ａ）ないし図９（ｃ）の冷陰極発光素子の製造工程のフローチャートである。図１１（ａ）ないし図１１（ｇ）は図９（ａ）のＡ３−Ａ３断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図であり、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は図９（ａ）のＡ３−Ａ３断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。図１３（ａ）ないし図１３（ｇ）は図９（ａ）のＢ３−Ｂ３断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図であり、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は図９（ａ）のＢ３−Ｂ３断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。
【００５５】
まず、ガラス基板１００の表面に、金属、例えばクロムの金属薄膜１１５がスパッタ法等の手法により形成される（図１０のＳｔ２１、図１１（ａ）及び図１３（ａ））。続いて、金属薄膜１１５をフォトリソグラフィ工程により選択的に除去することにより、カソード電極１０１が形成される（図１０のＳｔ２２、図１１（ｂ）及び図１３（ｂ））。
【００５６】
続いて、ガラス基板１００の表面全体に、カソード電極１０１の上から絶縁層用ガラスペーストが印刷され、その印刷されたガラスペースト層が乾燥された後に、焼成されて、それによって絶縁層１０４Ａが形成される（図１０のＳｔ２３、図１１（ｃ）及び図１３（ｃ））。続いて、絶縁層１０４Ａがフォトリソグラフィ工程により選択的に除去されて、ゲートホール１０３の底部開口部１０３ａを構成するための孔径ｄ１のホール部１１６が所定間隔、例えば１００μｍをあけて形成される（図１０のＳｔ２４、図１１（ｄ）及び図１３（ｄ））。
【００５７】
続いて、ホール部１１６内を含むガラス基板１００の全面にＣＮＴを溶剤に分散させた液が高圧で噴射されて塗布され、その後乾燥される（図１０のＳｔ２５、図１１（ｅ）及び図１３（ｅ））。ＣＮＴが分散された液が乾燥すると、そのＣＮＴを含む乾燥膜３２１のうちの、ホール部１１６内以外の領域に存在する不要部分の除去が平坦化処理によって行われる（図１０のＳｔ２６、図１１（ｆ）及び図１３（ｆ））。本実施の形態では、乾燥膜３２１の不要部分の除去は、研磨テープにより乾燥膜３２１の表面研磨を行うことにより行われる。この表面研磨は、絶縁層１０４Ａ上に形成された乾燥膜３２１がすべて除去され、ホール部１１６の上端の開口縁が露出するまで行われる。ここで、研磨テープとは、フィルム状のシートの表面に研磨粒子が塗り込められたものである。
【００５８】
続いて、物質層１０５及び絶縁層１０４Ａの表面全体に、感光性を有する絶縁層用ガラスペーストが印刷され、その印刷されたガラスペースト層が乾燥されてペースト乾燥層３２２が形成される。このとき、乾燥層３２２の厚みは、例えば２０μｍに設定されている。その後、ペースト乾燥層３２２に対して、ゲートホールパターン（孔径４０μｍ、間隔１００μｍ）が露光される（図１０のＳｔ２７、図１１（ｇ）及び図１３（ｇ））。
【００５９】
続いて、ペースト乾燥層３２２の表面に感光性を有する導電性銀ペーストが印刷されて、乾燥され、これによって電極材料層３２３が形成される。その後、ゲートホールパターン（孔径５０μｍ，間隔１００μｍ）とストライプパターン（幅Ｗｇ１．０１ｍｍ、間隔Ｓｇ０．１ｍｍ）を備えたフォトマスクを介して電極材料層３２３が露光される（図１０のＳｔ２８、図１２（ａ）及び図１４（ａ））。
【００６０】
続いて、露光処理済みのペースト乾燥層３２２と、露光処理済みの電極材料層３２３とが同時に現像される（図１０のＳｔ２９、図１２（ｂ）及び図１４（ｂ））。その後、例えば４５０℃〜５５０℃の温度で焼成されて（図１０のＳｔ３０）、これによって図９（ａ）ないし図９（ｃ）に示すカソード基板１１０が得られる。
【００６１】
ここで、ゲートホール１０３の第２の区間の各部の孔径サイズｄｍ、ｄ２の大小関係及びテーパ形状は、露光現像条件の適正化により実現することができる。
【００６２】
このように、本実施の形態に係る冷陰極発光素子は、ゲートホール１０３の絶縁層１０４Ｂに対応する第２の区間の形状が前述の実施の形態１に係る冷陰極発光素子と異なるが、それ以外の構成はほぼ同様な構成であるため、実施の形態１に係る冷陰極発光素子とほぼ同様な効果が得られる。
【００６３】
ただし、本実施の形態では、ゲートホール１０３の第２の区間が、絶縁層１０４Ｂのカソード電極１０１側からゲート電極１０２側に向けて、孔径ｄｍ（ただし、ｄｍはｄｍ＞ｄ２＞ｄ１）から孔径ｄ２に先細り状に徐々に減少に縮径されているため、カソード電極１０１及び物質層１０５とゲート電極１０２との距離を拡大させることができ、その結果、カソード電極１０１とゲート電極１０２との間の短絡回路の発生をより確実に抑制することができる。
【００６４】
また、ゲート電極１０２のストライプパターン及びゲートホールパターンの形成を単一のマスクを用いて行うことができるため、工程数を抑制でき、その結果生産性の向上が図れる。
【００６５】
実施の形態４．
図１５（ａ）は本発明の実施の形態４に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０の要部を拡大した平面図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＡ４−Ａ４断面図であり、図１５（ｃ）は図１５（ａ）のＢ４−Ｂ４断面図である。本実施の形態に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０が前述の実施の形態１に係るカソード基板１１０と実質的に異なる点は、ゲートホール１０３の構造及びカソード基板１１０の製造工程である。よって、その異なっている点についてのみ説明を行い、共通する構成部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００６６】
本実施の形態に係るカソード基板１１０では、図１５（ａ）ないし図１５（ｃ）に示すように、ゲートホール１０３における絶縁層１０４Ａに対応する第１の区間の孔径サイズが孔径ｄ１と設定され、絶縁層１０４Ｂに対応する第２の区間の上端部における孔径サイズが孔径ｄ２（ただし、ｄ２＞ｄ１）に設定され、第２の区間の下端部における孔径サイズが孔径ｄｍ（ただし、ｄ１＜ｄｍ＜ｄ２）に設定されている。そして、ゲートホール１０３の第２区間における孔径サイズが、絶縁層１０４Ｂの下端面から上端面に向けて孔径ｄｍから孔径ｄ２に末広がり状に拡大している。本実際の形態では、例えば、ｄ１は２０μｍ、ｄ２は４０μｍに設定されている。
【００６７】
また、本実施の形態では、例えば、絶縁層１０４Ａの厚みｔ１は６μｍ、絶縁層１０４Ｂの厚みｔ２は１２μｍに設定されている。
【００６８】
図１６（ａ）ないし図１６（ｇ）は図１５（ａ）のＡ４−Ａ４断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図であり、図１７（ａ）ないし図１７（ｅ）は図１５（ａ）のＡ４−Ａ４断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。図１８（ａ）ないし図１８（ｇ）は図１５（ａ）のＢ４−Ｂ４断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図であり、図１９（ａ）ないし図１９（ｅ）は図１５（ａ）のＢ４−Ｂ４断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。
【００６９】
まず、ガラス基板１００の表面に、金属、例えばクロムの金属薄膜１１５がスパッタ法等の手法により形成される（図１６（ａ）及び図１８（ａ））。続いて、金属薄膜１１５をフォトリソグラフィ工程により選択的に除去することにより、カソード電極１０１が形成される（図１６（ｂ）及び図１８（ｂ））。
【００７０】
続いて、ガラス基板１００の表面全体に、カソード電極１０１の上から絶縁層用ガラスペーストが印刷され、その印刷されたガラスペースト層が乾燥された後に、焼成されて、それによって絶縁層１０４Ａが形成される（図１６（ｃ）及び図１８（ｃ））。続いて、絶縁層１０４Ａがフォトリソグラフィ工程により選択的に除去されて、ゲートホール１０３の底部開口部１０３ａを構成するための孔径ｄ１のホール部１１６が所定間隔、例えば１００μｍをあけて形成される（図１６（ｄ）及び図１８（ｄ））。
【００７１】
続いて、ホール部１１６内を含む絶縁層１０４Ａの表面全体に、絶縁層用ガラスペーストが印刷され、その印刷されたガラスペースト層が乾燥された後に、焼成されて、それによって絶縁層１０４Ｂが形成される（図１６（ｅ）及び図１８（ｅ））。
【００７２】
続いて、絶縁層１０４Ｂの表面に金属、例えばクロムの金属薄膜１１７がスパッタ法等の手法により形成され（図１６（ｆ）及び図１８（ｆ））、その金属薄膜１１７がフォトリソグラフィ工程により選択的に除去される。すなわち、金属薄膜１１７上に形成されたレジストパターン１１８を用いて、金属薄膜１１７がパターニングされる（図１６（ｇ）及び図１８（ｇ））。マスク１１８は、その後除去される。
【００７３】
続いて、ゲートホール１０３の形成が行われる。すなわち、絶縁層１０４Ｂの表面に、ゲート電極１０２の上からゲートホール形成用のレジストパターン１１９がドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）により形成される（図１７（ａ）及び図１９（ａ））。このレジストパターン１１９は、ゲート電極１０２及び絶縁層１０４Ｂのエッチングマスクとして用いられるものであり、ゲートホール形成用の孔径Ｄのホール部１１９ａが所定位置に設けられている。ホール部１１９ａの孔径Ｄは、形成すべきゲートホール１０３の上端部の開口径（例えば、ｄ２）よりもやや大きな値、例えば５０μｍに設定されている。
【００７４】
続いて、レジストパターン１１９を介してゲート電極１０２が混酸で化学エッチングされ、続いて絶縁層１０４Ｂが硝酸で化学エッチングされてカソード電極１０１表面まで貫通するゲートホール１０３が形成される（図１７（ｂ）及び図１９（ｂ））。
【００７５】
ここで、ゲートホール１０３の第２の区間の各部の孔径サイズｄｍ、ｄ２の大小関係及び逆テーパ形状は、エッチング条件の適正化により実現することができる。
【００７６】
続いて、レジストパターン１１９を犠牲層として残した状態で、ゲートホール１０３内を含むガラス基板１００の全面にＣＮＴを溶剤に分散させた液が高圧で噴射されて塗布され、その後乾燥される（図１７（ｃ）及び図１９（ｃ））。ＣＮＴが分散された液が乾燥すると、そのＣＮＴを含む乾燥膜３２１のうちの、ゲートホール１０３の底部開口部１０３ａ内以外の領域に存在する不要部分の除去処理がサンドブラストにより行われる（図１７（ｄ）及び図１９（ｄ））。すなわち、乾燥膜３２１のうちの底部開口部１０３ａ内に残留する部分によって微細繊維構造を有する物質層１０５が形成される。具体的には、乾燥膜３２１の表面に、研磨粒子たる炭酸カルシウム粒子が高圧で噴射されて吹き付けられて行われる。使用する炭酸カルシウム粒子は、その粒径ｄｓがゲートホール１０３の孔径ｄ１，ｄ２に対して、ｄ１＜ｄｓ＜ｄ２の関係を満たすものが用いられる。粒径ｄｓは例えば２５μｍ〜３０μｍに設定される。
【００７７】
続いて、乾燥膜３２１の不要部の除去後、犠牲層として使用したレジストパターン１１９が除去され（図１７（ｅ）及び図１９（ｅ））、その後、ゲートホール１０３内に形成された物質層１０５をカソード電極１０１に固着させるため、例えば温度４５０℃〜５５０℃で焼成され、これによって図１５（ａ）ないし図１５（ｃ）に示すカソード基板１１０が得られる。
【００７８】
このように、本実施の形態に係る冷陰極発光素子は、ゲートホール１０３の絶縁層１０４Ｂに対応する第２の区間の形状が前述の実施の形態１に係る冷陰極発光素子と異なるが、それ以外の構成はほぼ同様な構成であるため、実施の形態１に係る冷陰極発光素子とほぼ同様な効果が得られる。
【００７９】
ただし、本実施の形態では、ゲートホール１０３の第２の区間が、絶縁層１０４Ｂのカソード電極１０１側からゲート電極１０２側に向けて、孔径ｄｍ（ただし、ｄｍはｄ２＞ｄｍ＞ｄ１）から孔径ｄ２に末広がり状に徐々に拡径されているため、カソード電極１０１とゲート電極１０２との間の絶縁性がより向上され、その結果、絶縁層１０４Ｂの厚みｔ２を実施の形態１の場合よりもより小さくできる。これによって、より低い駆動電圧で発光させることができる。
【００８０】
また、ゲートホール形成用のレジストパターン１１９を犠牲層として残した状態で、そのレジストパターン１１９の上からＣＮＴを含んだ乾燥膜３２１を形成し、その乾燥膜３２１の不要部分をサンドブラストにより除去するようになっている。このため、乾燥膜３２１がゲートホール１０３内以外の他の部分、例えばゲート電極１０２の表面等に付着するの防止することができるとともに、乾燥膜３２１の不要部分の除去処理時に、研磨粒子によってゲート電極１０２が損傷等を受けるのを防止することができる。また、ゲートホール形成用のレジストパターン１１９を犠牲層として利用するので、わざわざ専用に犠牲層を形成する必要がなく、効率的である。
【００８１】
実施の形態５．
図２０（ａ）は本発明の実施の形態５に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０の要部を拡大した平面図であり、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＡ５−Ａ５断面図であり、図２０（ｃ）は図２０（ａ）のＢ５−Ｂ５断面図である。本実施の形態に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０が前述の実施の形態１に係るカソード基板１１０と実質的に異なる点は、前述の絶縁層１０４Ａが材質及び製法の異なる絶縁層５０４Ａに変更されている点である。よって、その異なっている点についてのみ説明を行い、共通する構成部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８２】
本実施の形態に係るカソード基板１１０では、図２０（ａ）ないし図２０（ｃ）に示すように、カソード電極１０１寄りの絶縁層５０４Ａが、絶縁性の膜材料が堆積されて形成された堆積絶縁層によって形成されている。堆積絶縁層５０４Ａは、例えば、ＳｉＯ2膜、Ａｌ2Ｏ3膜等の酸化物絶縁膜からなり、スパッタやＣＶＤ等の薄膜製造設備によって形成される。堆積絶縁層５０４Ａの厚みｔ１は例えば２μｍ〜３μｍに設定される。また、ゲート電極１０２寄りの絶縁層１０４Ｂの厚みｔ２は例えば５μｍに設定される。
【００８３】
また、本実施の形態では、ゲートホール１０３の底部開口部１０３ａの孔径ｄ１は例えば２０μｍに設定され、絶縁層１０４Ｂの上端面における孔径ｄ２は例えば６０μｍに設定される。
【００８４】
図２１（ａ）ないし図２１（ｄ）は図２０（ａ）のＡ５−Ａ５断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の一部を示す図である。なお、本実施の形態に係る冷陰極発光素子の製造工程は、前述の実施の形態３に係る冷陰極発光素子の製造工程との類似性が高いため、前述の図１０、図１１（ａ）〜図１１（ｇ）、及び、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）等に示す製造工程を参照しつつ説明を行う。
【００８５】
まず、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示す工程と同様にして、ガラス基板１００の表面にクロム等の金属薄膜１１５が形成され、その金属薄膜１１５がパターニングされて、カソード電極１０１が形成される。続いて、ガラス基板１００上の全面にカソード電極１０１の上から、スパッタ法等の手法によりＳｉＯ2膜等の堆積絶縁層５０４Ａが厚みｔ１で形成される（図２１（ａ））。
【００８６】
続いて、堆積絶縁層５０４Ａ上の全面に、ゲートホール１０３の底部開口部１０３ａに対応するホール部１１６を形成するためのレジストパターン５２１が形成され、このレジストパターン５２１を用いたフォトリソグラフィ工程により、堆積絶縁層５０４Ａにホール部１１６が形成される。ここで、このレジストパターン５２１には、ホール部１１６に対応して孔径ｄ１が例えば２０μｍのホール部５２１ａが間隔１００μｍで設けられている。なお、このレジストパターン５２１は、剥離せずに次ぎの工程（ＣＮＴ層の形成）に犠牲層として使用される。
【００８７】
続いて、ホール部１１６内を含むガラス基板１００の全面にレジストパターン５２１の上からＣＮＴを溶剤に分散させた液が高圧で噴射されて塗布され、その後乾燥される（図２１（ｃ））。ガラス基板１００上にはＣＮＴを含んだ乾燥膜５２２が形成される。
【００８８】
続いて、乾燥膜５２２のうちの、ホール部１１６内以外の領域に存在する不要部分の除去と、レジストパターン５２１の除去が同時に行われる（図２１（ｄ））。この除去処理では、加工面を剥離液で浸してレジストパターン５２１を剥離することにより、レジストパターン５２１と乾燥膜５２２の不要部分とが同時に除去される。これによって、堆積絶縁層５０４Ａのホール部１１６内に填り込んだ乾燥膜５２２の部分のみが残留し、その残留部分によって微細繊維構造を有する物質層１０５が構成される。
【００８９】
続いて、物質層１０５及び堆積絶縁層５０４Ａの表面全体に、感光性を有する絶縁層用ガラスペーストが印刷され、その印刷されたガラスペースト層が乾燥されてペースト乾燥層（膜厚１０μｍ）が形成される。その後、ペースト乾燥層に対して、ゲートホールパターン（孔径５０μｍ、間隔１００μｍ）が露光される。
【００９０】
続いて、ペースト乾燥層の表面に感光性を有する導電性銀ペーストが印刷されてして、乾燥され、これによって電極材料層が形成される。その後、ゲートホールパターン（孔径６０μｍ，間隔１００μｍ）とストライプパターン（幅Ｗｇ１．０１ｍｍ、間隔Ｓｇ０．１ｍｍ）を備えたフォトマスクを介して電極材料層が露光される。
【００９１】
続いて、露光処理済みのペースト乾燥層と、露光処理済みの電極材料層とが同時にアルカリ現像液（炭酸ソーダ）で現像される。その後、例えば４５０℃〜５５０℃の温度で焼成されて、これによって図２０（ａ）ないし図２０（ｃ）に示すカソード基板１１０が得られる。
【００９２】
このように、本実施の形態に係る冷陰極発光素子は、前述の絶縁層１０４Ａが堆積絶縁層５０４Ａに変更されている点で前述の実施の形態１に係る冷陰極発光素子と異なるが、それ以外の構成はほぼ同様な構成であるため、実施の形態１に係る冷陰極発光素子とほぼ同様な効果が得られる。
【００９３】
ただし、カソード電極１０１寄りの絶縁層５０４ＡをＳｉＯ2等を堆積して形成された堆積絶縁層で構成しため、カソード電極１０１とゲート電極１０２との間の絶縁耐性を、焼結ガラスを用いた絶縁層１０４Ａよりも向上させることができる。その結果、カソード電極１０１とゲート電極１０２との間の絶縁耐性を確保しつつ、絶縁層５０４Ａの厚みｔ１を抑制して、より低い駆動電圧で発光させることができる。
【００９４】
また、薄膜製造設備により膜材料を堆積して絶縁層５０４Ａを形成するため、容易に薄膜の絶縁層５０４Ａを形成することができる。
【００９５】
さらに、ホール部１１６を形成するめのレジストパターン５２１を犠牲層として残した状態で、そのレジストパターン５２１の上からＣＮＴを含んだ乾燥膜５２２を形成し、そのレジストパターン５２１を乾燥膜５２２の不要部分と一緒に剥離するようになっている。このため、乾燥膜５２２が絶縁層５０４Ａのホール部１１６内以外の他の部分に付着するの防止することができる。また、レジストパターン５２１を犠牲層として利用するので、わざわざ専用に犠牲層を形成する必要がなく、効率的である。
【００９６】
実施の形態６．
図２２（ａ）は本発明の実施の形態６に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０の要部を拡大した平面図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）のＡ６−Ａ６断面図であり、図２２（ｃ）は図２２（ａ）のＢ６−Ｂ６断面図である。本実施の形態に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０が前述の実施の形態３に係るカソード基板１１０と実質的に異なる点は、前述の絶縁層１０４Ｂの代わりに設けられる絶縁層６０４Ｂの構成である。よって、ここでは絶縁層６０４Ｂの構成についてのみ説明し、実施の形態３に係るカソード基板１１０と共通する部分については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００９７】
本実施に係るカソード基板１１０では、図２２（ａ）ないし図２２（ｃ）に示すように、２つの絶縁層１０４Ａ，６０４Ｂのうちのゲート電極１０２寄りの絶縁層６０４Ｂが、前記蛍光体表示板１１２側から見てゲート電極１０２と同一パターン形状を有している。
【００９８】
このように、本実施の形態に係る冷陰極発光素子においては、実施の形態３に係る冷陰極発光素子とほぼ同様な効果が得られるとともに、隣接するゲート電極１０２間の距離が実効的に拡大され、その結果、隣接ゲート電極１０２間の短絡回路の発生が抑制される。
【００９９】
また、ゲート電極１０２用のフォトマスクを使った単一のフォトリソグラフィ工程によって、ゲート電極１０２及び絶縁層６０４Ｂのパターンニングとゲートホール１０３の形成を行うことができ、その結果、工程数が減り、これによって生産性が向上する。
【０１００】
実施の形態７．
図２３（ａ）は本発明の実施の形態７に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０の要部を拡大した平面図であり、図２３（ｂ）は図２３（ａ）のＡ７−Ａ７断面図であり、図２３（ｃ）は図２３（ａ）のＢ７−Ｂ７断面図である。本実施の形態に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０が前述の実施の形態５に係るカソード基板１１０と実質的に異なる点は、ゲートホール１０３の構造である。よって、その異なっている点についてのみ説明を行い、共通する構成部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【０１０１】
本実施の形態に係るカソード基板１１０では、図２３（ａ）ないし図２３（ｃ）に示すように、ゲートホール１０３の絶縁層１０４Ｂに対応する第２の区間における内周面が、前述の実施の形態４の場合とほぼ同様に、上方側に向けて末広がり状に形成されている。すなわち、ゲートホール１０３における絶縁層５０４Ａに対応する第１の区間の孔径サイズが孔径ｄ１と設定され、絶縁層１０４Ｂに対応する第２の区間の上端部における孔径サイズが孔径ｄ２（ただし、ｄ２＞ｄ１）に設定され、第２の区間の下端部における孔径サイズが孔径ｄｍ（ただし、ｄ１＜ｄｍ＜ｄ２）に設定されている。
【０１０２】
このように、本実施の形態に係る冷陰極発光素子は、ゲートホール１０３の絶縁層１０４Ｂに対応する第２の区間の形状が前述の実施の形態５に係る冷陰極発光素子と異なるが、それ以外の構成はほぼ同様な構成であるため、実施の形態５に係る冷陰極発光素子とほぼ同様な効果が得られる。
【０１０３】
ただし、本実施の形態では、ゲートホール１０３の第２の区間が上方側に向けて末広がり状に徐々に拡径されているため、カソード電極１０１とゲート電極１０２との間の絶縁性がより向上され、その結果、絶縁層１０４Ｂの厚みｔ２を実施の形態１の場合よりもより小さくできる。これによって、より低い駆動電圧で発光させることができる。
【０１０４】
特に、本実施の形態では、ゲートホール１０３の第２の区間が上方側に向けて末広がり状に拡径されていることと、堆積絶縁層５０４Ａの絶縁耐性が焼結ガラス層よりも高いこととの相乗効果によって、カソード電極１０１とゲート電極１０２間の絶縁性がより向上され、絶縁層１０４Ｂの厚みｔ２をより小さくでき、その結果、より低い駆動電圧で発光させることができる。
【０１０５】
実施の形態８．
図２４（ａ）は本発明の実施の形態８に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０の要部を拡大した平面図であり、図２４（ｂ）は図２４（ａ）のＡ８−Ａ８断面図であり、図２４（ｃ）は図２４（ａ）のＢ８−Ｂ８断面図である。本実施の形態に係る冷陰極発光素子のカソード基板１１０が前述の実施の形態５に係るカソード基板１１０と実質的に異なる点は、前述の絶縁層１０４Ｂの代わりに設けられる絶縁層８０４Ｂの構成である。よって、ここでは絶縁層８０４Ｂの構成についてのみ説明し、実施の形態５に係るカソード基板１１０と共通する部分については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【０１０６】
本実施に係るカソード基板１１０では、図２４（ａ）ないし図２４（ｃ）に示すように、２つの絶縁層５０４Ａ，８０４Ｂのうちのゲート電極１０２寄りの絶縁層８０４Ｂが、前記蛍光体表示板１１２側から見てゲート電極１０２と同一パターン形状を有している。
【０１０７】
このように、本実施の形態に係る冷陰極発光素子においては、実施の形態５に係る冷陰極発光素子とほぼ同様な効果が得られるとともに、隣接するゲート電極１０２間の距離が実効的に拡大され、その結果、隣接ゲート電極１０２間の短絡回路の発生が抑制される。
【０１０８】
また、ゲート電極１０２用のフォトマスクを使った単一のフォトリソグラフィ工程によって、ゲート電極１０２及び絶縁層８０４Ｂのパターンニングと、ゲートホール１０３の形成とを行うことができ、その結果、工程数が減り、これによって生産性が向上する。
【０１０９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る方法で製造された冷陰極発光素子によれば、複数の絶縁層全体の厚さを抑制しつつ、カソード電極（第１の電極）及び物質層とゲート電極（第２の電極）との間の距離を拡大させることができ、物質層とゲート電極とが構造物形成工程の中の熱工程等において接触するのを容易に回避することができる。
【０１１０】
また、複数の絶縁層のうちの最下層の絶縁層が微細繊維構造を有する物質層の膜厚及び位置を規定するガイドとして機能するため、物質層の膜厚及び形成位置の管理を容易に行うことができるとともに、均一な膜厚の物質層を形成することができる。
【０１１３】
そして本発明に係る冷陰極発光素子の製造方法によれば、微細繊維構造物質を含有した乾燥膜の形成後に研磨テープによる表面研磨で行われる平坦化処理によって、最下層の絶縁層に形成された開口部以外の部分に設けられた乾燥膜の不要部分の除去を容易に行うことができる。
【０１１４】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る冷陰極発光素子の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図２】 図２（ａ）は図１の冷陰極発光素子のカソード基板の要部を拡大した平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ１−Ａ１断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ１−Ｂ１断面図である。
【図３】 図２（ａ）ないし図２（ｃ）の冷陰極発光素子の製造工程のフローチャートである。
【図４】 図４（ａ）ないし図４（ｇ）は図２（ａ）のＡ１−Ａ１断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図である。
【図５】 図５（ａ）ないし図５（ｅ）は図２（ａ）のＡ１−Ａ１断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。
【図６】 図６（ａ）ないし図６（ｇ）は図２（ａ）のＢ１−Ｂ１断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図である。
【図７】 図７（ａ）ないし図７（ｅ）は図２（ａ）のＢ１−Ｂ１断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。
【図８】 図８（ａ）は本発明の実施の形態２に係る冷陰極発光素子のカソード基板の要部を拡大した平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ２−Ａ２断面図であり、図８（ｃ）は図８（ａ）のＢ２−Ｂ２断面図である。
【図９】 図９（ａ）は本発明の実施の形態３に係る冷陰極発光素子のカソード基板の要部を拡大した平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ３−Ａ３断面図であり、図９（ｃ）は図９（ａ）のＢ３−Ｂ３断面図である。
【図１０】 図９（ａ）ないし図９（ｃ）の冷陰極発光素子の製造工程のフローチャートである。
【図１１】 図１１（ａ）ないし図１１（ｇ）は図９（ａ）のＡ３−Ａ３断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図である。
【図１２】 図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は図９（ａ）のＡ３−Ａ３断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。
【図１３】 図１３（ａ）ないし図１３（ｇ）は図９（ａ）のＢ３−Ｂ３断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図である。
【図１４】 図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は図９（ａ）のＢ３−Ｂ３断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。
【図１５】 図１５（ａ）は本発明の実施の形態４に係る冷陰極発光素子のカソード基板の要部を拡大した平面図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＡ４−Ａ４断面図であり、図１５（ｃ）は図１５（ａ）のＢ４−Ｂ４断面図である。
【図１６】 図１６（ａ）ないし図１６（ｇ）は図１５（ａ）のＡ４−Ａ４断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図である。
【図１７】 図１７（ａ）ないし図１７（ｅ）は図１５（ａ）のＡ４−Ａ４断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。
【図１８】 図１８（ａ）ないし図１８（ｇ）は図１５（ａ）のＢ４−Ｂ４断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の前半部を示す図である。
【図１９】 図１９（ａ）ないし図１９（ｅ）は図１５（ａ）のＢ４−Ｂ４断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の後半部を示す図である。
【図２０】 図２０（ａ）は本発明の実施の形態５に係る冷陰極発光素子のカソード基板の要部を拡大した平面図であり、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＡ５−Ａ５断面図であり、図２０（ｃ）は図２０（ａ）のＢ５−Ｂ５断面図である。
【図２１】 図２１（ａ）ないし図２１（ｄ）は図２０（ａ）のＡ５−Ａ５断面図に対応し、その冷陰極発光素子の製造工程の一部を示す図である。
【図２２】 図２２（ａ）は本発明の実施の形態６に係る冷陰極発光素子のカソード基板の要部を拡大した平面図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）のＡ６−Ａ６断面図であり、図２２（ｃ）は図２２（ａ）のＢ６−Ｂ６断面図である。
【図２３】 図２３（ａ）は本発明の実施の形態７に係る冷陰極発光素子のカソード基板の要部を拡大した平面図であり、図２３（ｂ）は図２３（ａ）のＡ７−Ａ７断面図であり、図２３（ｃ）は図２３（ａ）のＢ７−Ｂ７断面図である。
【図２４】 図２４（ａ）は本発明の実施の形態８に係る冷陰極発光素子のカソード基板の要部を拡大した平面図であり、図２４（ｂ）は図２４（ａ）のＡ８−Ａ８断面図であり、図２４（ｃ）は図２４（ａ）のＢ８−Ｂ８断面図である。
【符号の説明】
１００ ガラス基板、１０１ カソード電極、１０２ ゲート電極、１０３ ゲートホール、１０３ａ 底部開口部、１０４Ａ，５０４Ａ 絶縁層、１０４Ｂ，２０４Ｂ，６０４Ｂ，８０４Ｂ 絶縁層、１０５ 物質層、１１０ カソード基板、１１１ 枠ガラス、１１２ 蛍光体表示板、１１５ 金属薄膜、１１７〜１１９，３２３，５２１ レジストパターン、１２０，３２１，５２２ 乾燥膜、３２２ ペースト乾燥層、ｄ１，ｄ２，ｄｍ ゲートホールの孔径、ｔ１，ｔ２ 絶縁層の厚み。
Claims (5)
- 冷陰極発光素子を製造する方法であって、前記冷陰極発光素子は
複数の第１の電極と、
前記複数の第１の電極上に積層して設けられた複数の絶縁層と、
前記複数の絶縁層上に設けられ、前記複数の絶縁層を挟んで前記複数の第１の電極と交差するように配置され、前記第１の電極側から電子を引き出すための複数の第２の電極と、
前記第２の電極に対向して配置され、前記電子を加速するための電圧が前記第１の電極との間で印加されて、前記電子の入射により発光する第３の電極と、
を備え、
前記冷陰極発光素子では前記第１の電極と前記第２の電極との交差部において、前記第２の電極及び前記複数の絶縁層を貫通して前記第１の電極の表面に到達するように、少なくとも１つのホール部が設けられ、
前記冷陰極発光素子では前記ホール部における前記複数の絶縁層が前記第１の電極と接触する部分の第１の孔径ｄ１と、前記ホール部における前記複数の絶縁層が前記第２の電極と接触する部分の第２の孔径ｄ２とが、ｄ１＜ｄ２の関係を満たすように設定され、
前記冷陰極発光素子では前記ホール部における前記第１の孔径ｄ１を有する前記第１の電極側の開口部内において、前記第１の電極上には、微細繊維構造を有する物質層が設けられ、
当該方法は、
前記複数の絶縁層のうちの最下層の絶縁層を前記第１の電極上に形成する工程と、
前記最下層の絶縁層を選択的に除去することによって、前記ホール部の下端部分を構成する前記第１の電極側の前記開口部を形成する工程と、
前記開口部内及び前記最下層の絶縁層の表面に、前記微細繊維構造物質を溶剤に分散させてなる液を塗布して乾燥させる工程と、
前記微細繊維構造物質を含む乾燥膜に対して研磨テープによる表面研磨で平坦化処理を行うことによって、前記乾燥膜の前記開口部内に位置する部分以外の部分を除去する工程と、
を備える、冷陰極発光素子の製造方法。 - 前記冷陰極発光素子において、
前記ホール部を、前記複数の絶縁層のうちの前記第１の電極と接触する最下層の絶縁層に対応する第１区間と、その最下層の絶縁層よりも上に位置する残りの絶縁層に対応する第２区間と、前記第２の電極に対応する第３区間とに分けて考えた場合に、前記第１区間における前記ホール部の孔径サイズが前記第１の孔径ｄ１に設定され、前記第２区間における上端部の孔径サイズが前記第２の孔径ｄ２に設定され、前記第２区間における下端部の孔径サイズが第３の孔径ｄｍ（ただし、ｄｍ＞ｄ２）に設定される、請求項１に記載の冷陰極発光素子の製造方法。 - 前記冷陰極発光素子において、
前記ホール部を、前記複数の絶縁層のうちの前記第１の電極と接触する最下層の絶縁層に対応する第１区間と、その最下層の絶縁層よりも上に位置する残りの絶縁層に対応する第２区間と、前記第２の電極に対応する第３区間とに分けて考えた場合に、前記第１区間における前記ホール部の孔径サイズが前記第１の孔径ｄ１に設定され、前記第２区間における孔径サイズが前記第２の電極側に向けて先細り状に減少するように設定される、請求項１に記載の冷陰極発光素子の製造方法。 - 前記冷陰極発光素子において、
前記ホール部を、前記複数の絶縁層のうちの前記第１の電極と接触する最下層の絶縁層に対応する第１区間と、その最下層の絶縁層よりも上に位置する残りの絶縁層に対応する第２区間と、前記第２の電極に対応する第３区間とに分けて考えた場合に、前記第１区間における前記ホール部の孔径サイズが前記第１の孔径ｄ１に設定され、前記第２区間の全体における孔径サイズが前記第２の孔径ｄ２にほぼ等しい一定の値に設定される、請求項 １に記載の冷陰極発光素子の製造方法。 - 前記冷陰極発光素子において、
前記ホール部を、前記複数の絶縁層のうちの前記第１の電極と接触する最下層の絶縁層に対応する第１区間と、その最下層の絶縁層よりも上に位置する残りの絶縁層に対応する第２区間と、前記第２の電極に対応する第３区間とに分けて考えた場合に、前記第１区間における前記ホール部の孔径サイズが前記第１の孔径ｄ１に設定され、前記第２区間における孔径サイズが前記第２の電極側に向けて末広がり状に拡大するように設定される、請求項１に記載の冷陰極発光素子の製造方法。
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