JP4401245B2

JP4401245B2 - 冷陰極電子源の製造方法

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Publication number: JP4401245B2
Application number: JP2004176636A
Authority: JP
Inventors: 修平中田; 克巳大野; 光男犬持; 誠太郎牧野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2024-06-15
Also published as: JP2006004643A

Description

本発明は、冷陰極電子源の製造方法に関し、より特定的には、第１および第２ゲート電極に印加された電圧によって電子放出膜から電子を放出する冷陰極電子源の製造方法に関する。

現在主流の陰極線管（ＣＲＴ）に代わる画像表示装置として、平面型（フラットパネル形式）の表示装置が種々検討されている。このような平面型の表示装置として、液晶表示装置（ＬＣＤ）、エレクトロルミネッセンス表示装置（ＥＬＤ）、プラズマ表示装置（ＰＤＰ）などが挙げられる。また、熱的励起によらず固体から真空中に電子を放出することが可能な冷陰極電子源（冷陰極電界電子放出表示装置）、いわゆるフィールド・エミッション・ディスプレイ（ＦＥＤ）も提案されており、高解像度、高輝度のカラー表示、および低消費電力の観点から注目を集めている。

冷陰極電子源は、一般に、２次元マトリクス状に配列された各画素に対応して冷陰極電子放出領域が形成されたカソード・パネルと、電子放出領域から放出された電子との衝突により励起されて発光する蛍光体層を有するアノード・パネルとが、真空層を介して対向配置された構成を有する。カソード・パネル上に形成された各電子放出領域は、通常、１つあるいは複数の冷陰極電界電子放出素子から構成されている。

従来の画像表示装置の構造が、たとえば特開平１１−２３３０４４号公報（特許文献１）に開示されている。上記特許文献１には、真空に保持された真空容器中に、蛍光体層と、複数の電子源を有する電子放出源と、電子放出源から放出された電子ビームを偏向させる偏向電極と、電子ビームを集束させ、その集束された電子ビームを蛍光体層の所定位置にランディングさせる機能を有する超集束電極とを備えた画像表示装置が開示されている。具体的には、電子放出源と蛍光体層との間に超集束電極が配置されており、電子放出源と超集束電極との間に偏向電極が配置されている。また、蛍光体層、超集束電極、偏向電極、および電子放出源の各々は板状であり、互いに所定の間隔を隔てて配置されている。偏向電極および超集束電極には、複数の電子源の各々から放出される電子を通過させるための複数の電子通過窓の各々が開口されている。

この画像表示装置では、電子放出源、偏向電極、および超集束電極の各々に適切な電圧が印加されると、電子放出源の表面に強い電場がかかり、トンネル効果により電子放出源から電子が放出される。放出された電子は、超集束電極に印加された電圧により所定のスポット径に集束されて、蛍光体層にランディングする。

しかしながら、上記特許文献１に開示された画像表示装置では、超集束電極と偏向電極と電子放出源との各々が、互いに空間を隔てて配置されているので、電子放出源から放出された電子が超集束電極と偏向電極との間、あるいは偏向電極と電子放出源との間の空間を通過して、隣接する別の電子通過窓を通過して蛍光体層にランディングする問題があった。

そこで、このような問題を解決すべく、電子放出源から放出された電子が超集束電極と偏向電極との間、および偏向電極と電子放出源との間の空間を無くすために、積層した導電層および絶縁層の上にゲート電極を形成する技術が、たとえば特開２０００−９０８６１号公報（特許文献２）に開示されている。

上記特許文献２には、第１ゲート電極と、第１絶縁層と、電子放出層と、第２絶縁層と、第２ゲート電極と、開口部とから構成されている冷陰極電界電子放出装置が開示されている。具体的には、第１ゲート電極はカソード・パネル用基板に相当する支持体上に形成され、第１絶縁層は第１ゲート電極上を含む支持体上に形成されている。また、電子放出層は第１絶縁層上に形成され、第２絶縁層は電子放出層上を含む第１絶縁層上に形成され、第２ゲート電極は第２絶縁層上に形成されている。開口部は、第２ゲート電極、第２絶縁層、電子放出層および第１絶縁層を貫通しており、開口部の底部には第１ゲート電極の表面が露出している。そして、開口部の壁面から突出した電子放出層の端部から電子が放出される。

この冷陰極電界電子放出装置において、第１ゲート電極、第２ゲート電極、および電子放出層の各々に適切な電圧を印加すると、電子放出層の端部から放出された電子のほとんどが、まず、第１ゲート電極に向かって飛翔する。そして、第１ゲート電極に衝突した電子のほとんどは、反跳して蛍光体層に向かって飛翔する。また、第１ゲート電極に衝突した電子の一部によって２次電子放出が生じる。これらの反跳した電子および２次電子は、開口部の直上方向に方向性良く飛翔して蛍光体層に衝突する。
特開平１１−２３３０４４号公報特開２０００−９０８６１号公報

蛍光体層に衝突する電子ビームのスポット径をより小さくすることにより、解像度を高めることができる。蛍光体層に衝突する電子ビームのスポット径を小さくするためには、カソード電極から集束電極（第２ゲート電極）の上面までの距離を大きくし、かつ電子を放出するための開口部の径を小さくすることが必要である。上記特許文献２において、電子放出層から第２ゲート電極までの距離を大きくするためには、第２ゲート電極と電子放出層との間に存在する第２絶縁膜の膜厚を大きくすることや、第２ゲート電極自体の膜厚を大きくすることが考えられる。しかしながら、第２絶縁膜の膜厚を大きくすることや、第２ゲート電極自体の膜厚を大きくすることは困難であった。

第２絶縁膜は通常、印刷法を用いて形成するので、第２絶縁膜の膜厚を大きくしようとすると、何度も絶縁膜を重ねて印刷する必要がある。このため、製造工程が複雑になるという問題があった。また、下層の絶縁膜と上層の絶縁膜との間で位置ずれが生じやすく、寸法精度が悪化するという問題があった。このため、第２絶縁膜の膜厚を大きくすることは困難であった。

また、第２ゲート電極自体の膜厚を大きくしようとすると、開口部（孔）を容易に形成することができなくなるという問題があった。すなわち、膜厚の大きな導電体に孔を形成するには、製造効率の観点からウエットエッチングが用いられる。しかし、膜厚の大きな第２ゲート電極を形成し、ウエットエッチングにより第２ゲート電極に孔を形成しようとすると、第２ゲート電極が等方的にエッチングされるので、第２ゲート電極の膜厚と同程度の口径を有する孔が形成される。このように、第２ゲート電極には第２ゲート電極の厚さよりも小さい口径を有する孔を形成することができないという問題があった。このため、第２ゲート電極自体の膜厚を大きくすることは困難であった。

したがって、本発明の目的は、容易に製造することができ、かつ解像度の高い冷陰極電子源の製造方法を提供することである。

本発明の冷陰極電子源の製造方法は、第１および第２ゲート電極膜に印加された電圧によって電子放出膜から電子を放出する冷陰極電子源の製造方法であって、以下の工程を有する。
電子放出膜と、第１絶縁膜と、第１ゲート電極膜とが積層されて形成される。電子放出膜に達する第１の孔が第１絶縁膜および第１ゲート電極膜に形成される。第２ゲート電極膜をエッチングすることにより凹部が形成される。第２ゲート電極膜をエッチングすることにより、凹部内に貫通孔が形成される。第１ゲート電極膜上に第２絶縁膜を介して第２ゲート電極膜が接着される。凹部を埋めるように第２ゲート電極膜上に第２絶縁膜が形成される。貫通孔を通して第２絶縁膜の一部が露光される。露光された第２絶縁膜が除去される。

本発明の冷陰極電子源の製造方法によれば、第２ゲート電極をエッチングすることで、第２ゲート電極の膜厚よりも小さい口径の凹部が形成される。凹部では第２ゲート電極の膜厚が小さくなっているので、この凹部内に第２ゲート電極の膜厚よりも小さい口径を有する貫通孔を形成することにより、第２絶縁膜から離れるに従って口径が減少している第２の孔を形成することができる。したがって、容易に製造することができ、かつ解像度の高い冷陰極電子源を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における冷陰極電子源の構造を示す平面図である。図２は、本発明の実施の形態１における冷陰極電子源の第１ゲート電極膜より下部の構造を示す平面図である。

図１および図２を参照して、本実施の形態の冷陰極電子源３０の上部には第２ゲート電極膜としての導電膜６が露出している。導電膜６にはマトリクス状に配列した複数の孔１２（第２の孔）が開口されている。複数の孔１２の各々の口径は変化している。すなわち、複数の孔１２の各々は、導電膜６の上部表面に開口している複数の孔６ｂの各々と、導電膜６の内部で複数の孔６ｂの各々と連通している孔６ａとを有している。複数の孔６ｂの各々はたとえばレーストラック状の平面形状を有している。

導電膜６の下部には、第１ゲート電極膜としての複数の導電膜５が形成されている。複数の導電膜５の各々は行方向（図２中横方向）に延びている。また、複数の導電膜５の下部のガラス基板１上にはカソード電極としての複数の導電膜３の各々が形成されている。複数の導電膜３の各々は列方向（図２中縦方向）に延びている。複数の導電膜５の各々と複数の導電膜３の各々とは互いに交差するように配置されている。複数の導電膜５の各々と複数の導電膜３の各々との各交差部近傍にドットが形成されている。なお、本実施の形態では、１つのドットが６個のゲートホールで形成されており、６個のゲートホールの各々は列方向に並んでいる。ゲートホールを構成している孔５ａ，２ａの底部には、導電膜３と、導電膜３上に形成された電子放出膜としてのＣＮＴ（Carbon Nano Tube）膜４とが露出している。行方向に延びた導電膜５のうちいずれかに電圧を印加して、列方向に延びた導電膜３のうちいずれかに電圧を印加することにより、電圧を印加した導電膜同士が交差する位置に形成されたドットを選択することができる。

図３は、図２における１つのゲートホールの構造を示す斜視図である。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図５は、図１のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。

図３〜図５を参照して、本実施の形態の冷陰極電子源３０は、ガラス基板１と、絶縁膜２（第１絶縁膜）と、導電膜５と、絶縁膜７（第２絶縁膜）と、導電膜６と、導電膜３と、ＣＮＴ膜４とを備えている。ガラス基板１の主表面上に絶縁膜２が形成されており、絶縁膜２上に導電膜５が形成されている。導電膜５上に絶縁膜７が形成されており、絶縁膜７上に導電膜６が形成されている。絶縁膜２および導電膜５の各々には第１の孔としての孔２ａおよび孔５ａの各々が開口している。また、絶縁膜７および導電膜６の各々には孔７ａおよび孔１２の各々が開口している。孔２ａ、孔５ａ、孔７ａ、および孔１２は互いに繋がっており、これらの孔によって１つのゲートホールが構成されている。導電膜６に形成された孔１２は、孔６ａと孔６ｂとを有しており、孔６ｂの口径は孔６ａの口径よりも小さくなっている。すなわち、絶縁膜７から離れるに従って孔１２の口径が減少している。孔２ａの底部のガラス基板１の主表面上には導電膜３が形成されており、導電膜３の一部を覆うようにＣＮＴ膜４が形成されている。

冷陰極電子源３０では、導電膜３がカソード電極として機能し、導電膜５が引出電極として機能し、導電膜６が集束電極として機能する。すなわち、導電膜３、導電膜５、および導電膜６の各々に適切な電圧が印加されると、ＣＮＴ膜４の表面に強い電場がかかり、トンネル効果によりＣＮＴ膜４から電子が放出される。放出された電子は、孔２ａ、孔５ａ、孔７ａ、および孔１２を通過し、導電膜６に印加された電圧により所定のスポット径に集束されて、冷陰極電子源３０の上方（図４中上方）に配置された図示しない蛍光体層（スクリーン）に衝突する。このように、導電膜６は電子ビームを集束する集束レンズとして機能する。なお、ＣＮＴのアスペクト比は非常に大きく、ＣＮＴの先端は尖鋭であるので、ＣＮＴ膜４の表面に強い電場を集中させ易い。このため、ＣＮＴは冷陰極電子源の電子放出膜に好適である。

導電膜５および導電膜６は、ＣＮＴ膜４の各々から放出された電子が適切に集束してスクリーンに衝突するように、ＣＮＴ膜４とスクリーンとの間の適切な位置に設けられている。具体的には、導電膜６は、スクリーンになるべく近い位置であって、導電膜５からなるべく離れた位置に設けられている。このように、導電膜６をスクリーンに近づけることは、レンズを物面より像面に近づけることに相当するので、導電膜６の集束レンズとしての倍率を容易に小さくすることができる。その結果、スクリーンに衝突する電子ビームのスポット径をより小さくすることが可能となり、高い解像度を得ることができる。導電膜５から導電膜６の上面までの距離は、たとえば２００μｍであり、孔６ｂの短軸の長さはたとえば１４０μｍであり、短軸の長さはたとえば１０μｍである。

次に、本実施の形態における冷陰極電子源の製造方法を、図６〜図１０を用いて説明する。なお、図６〜図１０では１つのゲートホールの製造方法について示している。

図６を参照して、たとえば透明導電膜であるＩＴＯ膜から成る導電膜３の膜をガラス基板１上に形成する。導電膜３は、たとえばスパッタリング法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などを用いて形成される。本実施の形態では透明導電膜を用いているが、本発明は透明導電膜に限定されるものではなく、また、印刷法を用いて形成することも可能であり、本発明に係る効果に差異はない。導電膜３の膜厚はたとえば０.３μｍである。次に、フォトリソグラフィなどの方法を用いてこの膜をパターニングし、ライン状の電極である導電膜３を得る。

次に、導電膜３上にＣＮＴ膜４を形成する。その際、導電膜３の上面の一部を覆うようにＣＮＴ膜４を形成する。ＣＮＴ膜４の幅（図６中横方向の長さ）はたとえば１００μｍである。

より具体的には、ＣＮＴ粉末を含むスクリーン印刷ペーストを用いて、スクリーン印刷法によりＣＮＴ膜４を形成する。このとき、ＣＮＴ粉末の平均粒径を１.５μｍとし、ペーストの組成比は、重量比で、（ＣＮＴ）：（エチルセルロース）：（ブチルカルビトール）：（ブチルカルビトールアセテート）＝４：１３：４２：４１とする。スクリーン印刷用マスクとしては、２５０番メッシュのスクリーン版を用いる。

ＣＮＴ膜４の印刷後は、たとえば大気中において１２０℃のＣＮＴ膜４を乾燥し、その後、大気中において５００℃〜５５０℃でＣＮＴ膜４を１０分間焼成し、ＣＮＴ膜４中の樹脂および溶剤を燃焼分解する。その後、ＣＮＴ膜４にたとえば近紫外波長のレーザを４ＭＷ/ｃｍ²の密度で照射する。これにより、冷陰極電子源３０の放出電流密度を改善することができる。

図７を参照して、導電膜３およびＣＮＴ膜４を覆うように、たとえば粒径５μｍ〜１０μｍのガラス粒子とバインダとを混合したガラスペーストをガラス基板１上に塗布する。そして、ガラスペーストを熱処理することにより、たとえば１０μｍの膜厚のガラスよりなる絶縁膜２を形成する。なお、ガラスよりなる絶縁膜２の他、真空蒸着法、スパッタリング法またはＣＶＤ法によりＳｉＯ₂、ＳｉＮ、またはＳｉＯＮよりなる絶縁膜２を形成してもよい。また、スピンコートによりＳＯＧ（Spin On Glass）やポリイミド樹脂よりなる絶縁膜２を形成してもよい。また、コーティング法などによって形成することも可能である。

次に、導電膜５を構成する導電性材料としての銀粒子と、樹脂などの有機物よりなるバインダとを含む銀ペーストをスクリーン印刷法により絶縁膜２上に印刷する。導電性材料としては銀粒子の他に、金や白金などを用いてもよい。続いて、空気中においてたとえば４００℃で２時間、熱処理される。この熱処理で銀ペーストに含まれているバインダが酸化して飛散し、絶縁膜２上には銀粒子のみが残る。銀粒子同士は互いに密着して連続膜となり、銀粒子同士の導通が保たれる。この銀の連続膜が導電膜５となる。

図８を参照して、たとえばフォトリソグラフィなどの方法を用いて導電膜５および絶縁膜２をエッチングし、ＣＮＴ膜４に達する孔５ａおよび孔２ａを開口する。孔２ａの底部には導電膜３およびＣＮＴ膜４が露出する。

なお、ここで挙げたフォトリソグラフィとは、半導体製造技術において、光や電子線等を利用して平面基板にパターンを転写する写真製版のことを意味する。この工程では、レジストの塗布、露光、エッチングおよびレジストの除去等の様々な工程を含んでいるが、一般的な工程であるため、ここでは一つの工程に含めて説明する。

図９を参照して、ガラス基板１とは別にたとえば２００μｍの厚さの導電膜６を準備し、導電膜６中のゲートホールが形成されるべき位置に孔６ａ（凹部）の各々を形成する。導電膜６は、たとえばＦｅ（鉄）−Ｎｉ（ニッケル）系合金や、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ（コバルト）系合金よりなっている。これらの材料の熱膨張率はガラス基板１の熱膨張率に近いので、ガラス基板１との間に熱応力が発生することを抑止できる。孔６ａはウエットエッチングにより形成される。このため、導電膜６は等方的にエッチングされ、孔６ａの口径ａと孔６ａの深さｂとはほぼ同じ（１：１）になる。本実施の形態では、たとえば１５０μｍの深さｂの孔６ａを形成する。このとき、孔６ａの口径ａもほぼ１５０μｍとなる。なお、図１において、互いに隣接する孔１２の中心間の距離は、通常２００μｍ以上あるので、孔１２同士の間隔は少なくとも５０μｍ確保される。

図１０を参照して、孔６ａと貫通するように、たとえばウエットエッチングにより導電膜６に孔６ｂ（貫通孔）を開口する。ここで、導電膜６の膜厚は２００μｍであり、孔６ａの深さは１５０μｍであるので、孔６ａが形成されている部分の導電膜６の膜厚は５０μｍとなっている。上述のように、ウエットエッチングにより開口された孔では、孔の口径と孔の深さとがほぼ同じになるので、孔６ｂの口径を５０μｍとすることができる。このように、本実施の形態では、導電膜６に凹部を形成し、その後凹部内に貫通孔を形成することで、導電膜６の膜厚よりも小さい口径を有する孔１２を形成することができる。

続いて、図５を参照して、たとえばフリットガラスのような接着性のある絶縁膜７を導電膜６に塗布する。次に、酸素雰囲気中で仮焼成を行ないフリットガラス中に含まれている有機物を除去する。そして、絶縁膜７を介して導電膜５上に導電膜６を配置し、たとえば希ガス雰囲気中においてフリットガラスが溶融する温度まで加熱して導電膜５と導電膜６とを接着する。これにより、孔７ａを有する絶縁膜７が導電膜５と導電膜６との間に形成される。フリットガラスは流動性が高いため、絶縁膜７としてフリットガラスを用いることで孔６ａ，６ｂが絶縁膜７によって目詰まりしにくくなる。さらに、目詰まりしてもブロア等で吹き飛ばすことで容易に目詰まりを解消することができる。

なお、導電膜５と導電膜６とを接着する際、導電膜６を導電膜５に押し付けることにより、導電膜６の平坦性を確保することができる。また、導電膜５と導電膜６との接触面積を増やすことができるので、導電膜５と導電膜６との固着性を向上することができる。以上の工程により、本実施の形態の冷陰極電子源３０が完成する。

本実施の形態の冷陰極電子源３０は、導電膜５および導電膜６に印加された電圧によってＣＮＴ膜４から電子を放出する冷陰極電子源であって、絶縁膜２と、絶縁膜２上に形成された導電膜５と、導電膜５上に形成された導電膜６と、導電膜５と導電膜６との間に形成された絶縁膜７とを備えている。絶縁膜２および導電膜５の各々には孔２ａ，５ａの各々が開口しており、導電膜６には孔２ａ，５ａに繋がる孔１２が開口している。さらに、孔２ａ，５ａの底部に形成されたＣＮＴ膜４を備えている。絶縁膜７から離れるに従って孔１２の口径が減少している。

本実施の形態の冷陰極電子源３０の製造方法は、導電膜５および導電膜６に印加された電圧によってＣＮＴ膜４から電子を放出する冷陰極電子源の製造方法であって、以下の工程を備えている。ＣＮＴ膜４と、絶縁膜２と、導電膜５とを積層して形成する。ＣＮＴ膜４に達する孔２ａ，５ａの各々を絶縁膜２および導電膜５に形成する。導電膜６をエッチングすることにより孔６ａを形成する。導電膜６をエッチングすることにより、孔６ａ内に孔６ｂを形成する。導電膜５上に絶縁膜７を介して導電膜６を接着する。

本実施の形態の冷陰極電子源３０およびその製造方法によれば、導電膜６をエッチングすることで、導電膜６の膜厚よりも小さい口径の孔６ａが形成される。孔６ａでは導電膜６の膜厚が小さくなっているので、孔６ａ内に導電膜６の膜厚よりも小さい口径を有する孔６ｂを形成することにより、絶縁膜７から離れるに従って口径が減少している孔１２を形成することができる。したがって、容易に製造することができ、かつ解像度の高い冷陰極電子源を得ることができる。

また、絶縁膜７から離れるに従って口径が減少していることで、以下の効果を得ることができる。ＣＮＴ膜４から放出された電子は、導電膜６に開口された孔１２の最も口径の小さい部分において集束される。言い換えれば、導電膜６に開口された孔１２の最も口径の小さい部分が集束レンズとして機能する。上述のように、導電膜３から集束レンズを離すほど集束特性が向上する。したがって、絶縁膜７から離れるに従って孔１２の口径が減少していることで、集束特性を向上できる。

本実施の形態の冷陰極電子源３０の製造方法において、絶縁膜７は接着層であり、導電膜６の接着の際、導電膜５と導電膜６とを絶縁膜７で接着する。

これにより、導電膜５と導電膜６との間の絶縁の確保と、導電膜５と導電膜６との接着とを同時に行なうことができるので、製造工程を簡略化することができる。

本願発明者らは、上記の効果を確認すべく、カソード電極（図１の導電膜３）から集束電極（図１の導電膜６）の上面までの距離と電子ビーム径との関係について２次元でのシミュレーションを行なった。

図１１は、シミュレーションを行なった冷陰極電子源の構造を示す断面図である。

図１１を参照して、ガラス基板１０１上に絶縁膜１０２が形成されており、絶縁膜１０２上にゲート電極１０５が形成されている。絶縁膜１０２、ゲート電極１０５の各々には、孔１０２ａ、孔１０５ａの各々が形成されており、孔１０２ａ、孔１０５ａの各々の底部のガラス基板１０１上にはカソード電極１０３と、電子放出膜１０４とが積層して形成されている。また、ゲート電極１０５の上部には、集束電極１０６が配置されている。集束電極１０６には孔１０６ａが形成されている。カソード電極１０３から集束電極１０６の上面までの距離を距離ｄとし、集束電極１０６の孔１０６ａの口径を口径ｗとした。ガラス基板１から９ｍｍ離れた位置にスクリーン（図示なし）が配置されている。カソード電極１０３とスクリーンとの間には９ｋＶの電圧が印加されている。電子放出膜１０４の幅は４０μｍである。距離ｄおよび口径ｗを変化させて電子ビーム径を算出した。

図１２は、カソード電極から集束電極の上面までの距離ｄと電子ビーム径との関係を示す図である。

図１２を参照して、距離ｄが大きくなるに従って電子ビーム径が小さくなっていることが分かる。これは、集束電極１０６の位置に集束レンズがあり、物点（カソード電極１０３）の位置とレンズ（集束電極１０６の上面）の位置とが離れるに従って、スクリーン上での結像状態での倍率が低下しているためであると考えられる。

通常、スクリーンには０．２ｍｍ間隔で赤、緑、および青の蛍光体層が塗布されており、電子放出膜１０４から放出される電子は、所定の色の蛍光体層に衝突する。電子ビーム径が蛍光体層の各色の間隔よりも大きいと、所定の色以外の蛍光体層にも電子が衝突する。その結果、蛍光体層において意図しない発光が起こり、色純度が低下し画質が劣化する。このような理由により、画質劣化を防止するためには電子ビーム径が０．２ｍｍ以下である必要がある。そして、図１２の結果から、電子ビーム径を０．２ｍｍ以下とするためには距離ｄを２００μｍ以上とする必要があることが分かる。

次に、本願発明者らは、集束電極の口径ｗと電子ビーム径との関係について２次元でのシミュレーションを行なった。

また、図１３は、集束電極の口径ｗと電子ビーム径との関係を示す図である。

図１３を参照して、集束電極１０６の口径ｗを小さくするとスクリーン上の電子ビーム径は若干小さくなることが分かる。一方で、集束電極１０６の口径ｗを小さくすると、電子が孔１０６ａを透過する透過効率が低下するというマイナスの効果も生じる。透過効率を大きく低下させることなく電子ビーム径を０．２ｍｍ以下にするためには、集束電極１０６の口径ｗを６０μｍとする必要があることが分かる。

図１２および図１３の結果から、冷陰極電子源の解像度を高くするためには、カソード電極から集束電極の上面までの距離ｄを２００μｍ以上とし、集束電極１０６の口径ｗを６０μｍとする必要があることが分かる。本実施の形態の冷陰極電子源によれば、集束電極１０６の膜厚よりも小さい口径ｗの孔１０６ａを形成することができるので、このような構造を容易に実現することができる。具体的には、図４において、導電膜６の膜厚をたとえば１４０μｍとし、絶縁膜７の膜厚をたとえば６０μｍとし、導電膜６の孔６ｂの口径をたとえば４０μｍとすることにより実現可能である。

なお、本実施の形態においては、絶縁膜７としてフリットガラスを用いる場合について示したが、本発明はこのような場合の他、絶縁膜７としてポリイミド系の絶縁材料を用いてもよい。ポリイミド系の絶縁材料を用いることにより、高温加熱する必要がなくなるので、加熱により導電膜３などに与えるダメージを低減することができる。また、ポリイミド系の絶縁材料は緻密であるので、絶縁膜７中に隙間が発生することなく良好な絶縁耐力を確保することができる。

また、本実施の形態においては、図４および図５に示す断面形状を有する導電膜６を形成する場合について示したが、本発明はこのような場合の他、図５に示す断面形状の導電膜６に代わって、たとえば図１４に示すような台形の断面形状の孔１２を有する導電膜６を形成してもよい。この場合には、１回のエッチングで孔１２を形成することができる。

（実施の形態２）
図１５は、本発明の実施の形態２における冷陰極電子源の構造を示す平面図である。図１６は、図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った断面図である。なお、図１５のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図は図４と同様になっている。

図１５および図１６を参照して、本実施の形態の冷陰極電子源３０においては、孔６ａが列方向に直線状に延びている。そして、直線状に延びた孔６ａ内の所定の位置に孔６ｂが開口されている。つまり、列方向に並んでいる孔６ｂの各々は同一の孔６ａ内に開口されている。このような構造は、図９に示す孔６ａの形成の際、列方向に延びた孔６ａを形成することによって得られる。なお、図１５のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図は、図４と同様になっている。

なお、これ以外の構造およびその製造方法は、図１〜図１０に示す実施の形態１の冷陰極電子源３０およびその製造方法とほぼ同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態の冷陰極電子源３０によれば、実施の形態１の冷陰極電子源と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態１の場合に比べて、孔６ａを開口する際の加工誤差が生じにくくなるので、冷陰極電子源の製造時の歩留まりを改善することができる。

（実施の形態３）
図１７は、本発明の実施の形態３における冷陰極電子源の構造を示す断面図である
図１７を参照して、本実施の形態の冷陰極電子源３０においては、絶縁膜９が絶縁膜７上に形成されている。孔６ａ内には絶縁膜９の一部が形成されている。絶縁膜９は孔９ａを有している。本実施の形態においては、絶縁膜７および９が第２絶縁膜に対応している。

なお、これ以外の構造は、図１〜図５に示す実施の形態１の冷陰極電子源３０とほぼ同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。

続いて、本実施の形態における冷陰極電子源３０の製造方法について説明する。

本実施の形態の製造方法は、まず図６〜図１０に示す実施の形態１の製造工程と同様の製造工程を経る。よってその説明を省略する。

図１８〜図２０は、本発明の実施の形態３における冷陰極電子源の製造方法を工程順に示す断面図である。

図１８を参照して、孔６ａ内を埋めるように導電膜６上（図１８中下方）に感光性のフォト誘電体よりなる絶縁膜９を形成する。このとき、孔１２内を完全に埋めるように絶縁膜９を形成してもよい。

図１９を参照して、孔６ｂを通して絶縁膜９の一部へたとえばＵＶ（ultraviolet）光１０を照射し、絶縁膜９を露光する。

図２０を参照して、絶縁膜９におけるＵＶ光１０を照射した部分を除去し、絶縁膜９に孔９ａを開口する。孔９ａの口径は孔６ｂの口径とほぼ同じになっている。

図１７を参照して、たとえばフリットガラスよりなる絶縁膜７を用いて絶縁膜９と導電膜５とを接触し、絶縁膜７および９を介して導電膜５上に導電膜６を配置する。以上の工程により、本実施の形態の冷陰極電子源３０が完成する。

本実施の形態の冷陰極電子源３０においては、孔１２内には絶縁膜９の一部が形成されている。

本実施の形態の冷陰極電子源３０の製造方法は、以下の工程をさらに備えている。孔６ａを埋めるように導電膜６上に絶縁膜９を形成する。孔６ｂを通して絶縁膜９の一部を露光する。露光された絶縁膜９を除去する。

本実施の形態の冷陰極電子源３０およびその製造方法によれば、孔６ａを埋めるように絶縁膜９を形成しても、孔６ｂを通して絶縁膜９の一部を露光することで孔９ａを絶縁膜９の所定の位置に開口することができる。したがって、孔９ｂ以外の部分への絶縁膜９の形成が容易になる。

（実施の形態４）
図２１は、本発明の実施の形態４における冷陰極電子源の構造を示す断面図である。

図２１を参照して、本実施の形態の冷陰極電子源３０においては、たとえばフリットガラスよりなる絶縁膜７が絶縁体粒子１３を含んでいる。絶縁体粒子１３は、たとえばガラスよりなっている。

本実施の形態の冷陰極電子源３０において、絶縁膜７は絶縁体粒子１３を含んでいる。

本実施の形態の冷陰極電子源３０によれば、絶縁体粒子１３の存在により導電膜５と導電膜６との絶縁を安定して確保することができる。絶縁体粒子１３は、特に導電膜５と導電膜６とを絶縁膜７を用いて接着する場合に有効である。すなわち、導電膜５と導電膜６とを絶縁膜７を用いて接着する場合、導電膜６の平坦性を確保するために導電膜６を導電膜５に押し付ける。このとき、加圧により導電膜５と導電膜６との間から絶縁膜７が流出しても、絶縁体粒子１３によって導電膜５と導電膜６との絶縁を安定して確保することができる。このように、絶縁膜７が絶縁体粒子１３を含んでいることによって良好な絶縁耐力を確保することができる。

（実施の形態５）
図２２は、本発明の実施の形態５における冷陰極電子源の構造を示す断面図である。

図２２を参照して、本実施の形態の冷陰極電子源３０においては、導電膜５に最も近い部分における孔１２の口径Ｄ１が孔２ａおよび孔５ａの口径Ｄ２よりも小さい。つまり、導電膜５上に導電膜６が配置される際に互いに対向する導電膜５の表面１１ａと導電膜６の表面１１ｂとのうち、導電膜５の表面１１ａの方が導電膜６の表面１１ｂよりも広い。絶縁膜７は、たとえばフリットガラスのような流動性の大きい材料よりなっており、導電膜６の表面１１ｂからその一部がはみ出るように導電膜６の表面１１ａ上に形成されている。孔１２の口径Ｄ１および孔５ａの口径Ｄ２詳細な条件は、導電膜６の配置精度、孔６ａの寸法精度、絶縁膜７の粘度、絶縁膜７の表面張力、および絶縁膜７の粘性等によって決められることが好ましい。

本実施の形態の冷陰極電子源３０において、導電膜５に最も近い部分における孔１２の口径Ｄ１は孔２ａおよび孔５ａの口径Ｄ２よりも大きい。

導電膜５と導電膜６とを絶縁膜７を用いて接着する場合、導電膜６の平坦性を確保するために導電膜６を導電膜５に押し付ける。このとき、加圧により導電膜５と導電膜６との間から絶縁膜７が流出しやすい。本実施の形態の冷陰極電子源３０では、導電膜５の表面１１ａの方が導電膜６の表面１１ｂよりも広くなっているので、流出した絶縁膜７は導電膜５の表面１１ａ上に留まる。したがって、導電膜５から垂れ落ちてＣＮＴ膜４に付着することが抑止されるので、冷陰極電子源の品質を向上することができる。

以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。

本発明の実施の形態１における冷陰極電子源の構造を示す平面図である。本発明の実施の形態１における冷陰極電子源の第１ゲート電極膜より下部の構造を示す平面図である。図２における１つのゲートホールの構造を示す斜視図である。図１のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図１のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。本発明の実施の形態１における冷陰極電子源の製造方法の第１工程を示す断面図である。本発明の実施の形態１における冷陰極電子源の製造方法の第２工程を示す断面図である。本発明の実施の形態１における冷陰極電子源の製造方法の第３工程を示す断面図である。本発明の実施の形態１における冷陰極電子源の製造方法の第４工程を示す断面図である。本発明の実施の形態１における冷陰極電子源の製造方法の第５工程を示す断面図である。シミュレーションを行なった冷陰極電子源の構造を示す断面図である。カソード電極から集束電極の上面までの距離ｄと電子ビーム径との関係を示す図である。集束電極の口径ｗと電子ビーム径との関係を示す図である。本発明の実施の形態１における冷陰極電子源の他の構造を示す断面図である。本発明の実施の形態２における冷陰極電子源の構造を示す平面図である。図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った断面図である。本発明の実施の形態３における冷陰極電子源の構造を示す断面図である。本発明の実施の形態３における冷陰極電子源の製造方法の第１工程を示す断面図である。本発明の実施の形態３における冷陰極電子源の製造方法の第２工程を示す断面図である。本発明の実施の形態３における冷陰極電子源の製造方法の第３工程を示す断面図である。本発明の実施の形態４における冷陰極電子源の構造を示す断面図である。本発明の実施の形態５における冷陰極電子源の構造を示す断面図である。

符号の説明

１，１０１ガラス基板、２，７，９，１０２絶縁膜、３，５，６導電膜、４ＣＮＴ膜、２ａ，５ａ，６ａ，６ｂ，７ａ，９ａ，９ｂ，１２，１０２ａ，１０５ａ，１０６ａ孔、１０ＵＶ光、１１ａ，１１ｂ表面、１３絶縁体粒子、３０冷陰極電子源、１０３カソード電極、１０４電子放出膜、１０５ゲート電極、１０６集束電極。

Claims

第１および第２ゲート電極膜に印加された電圧によって電子放出膜から電子を放出する冷陰極電子源の製造方法であって、
前記電子放出膜と、第１絶縁膜と、前記第１ゲート電極膜とを積層して形成する工程と、
前記電子放出膜に達する第１の孔を前記第１絶縁膜および前記第１ゲート電極膜に形成する工程と、
前記第２ゲート電極膜をエッチングすることにより凹部を形成する工程と、
前記第２ゲート電極膜をエッチングすることにより、前記凹部内に貫通孔を形成する工程と、
前記第１ゲート電極膜上に第２絶縁膜を介して前記第２ゲート電極膜を接着する接着工程と、
前記凹部を埋めるように前記第２ゲート電極膜上に前記第２絶縁膜を形成する工程と、
前記貫通孔を通して前記第２絶縁膜の一部を露光する工程と、
露光された前記第２絶縁膜を除去する工程とを備える、冷陰極電子源の製造方法。
前記第２絶縁膜は接着層であり、
前記接着工程において、前記第１ゲート電極膜と前記第２ゲート電極膜とを前記第２絶縁膜で接着することを特徴とする、請求項１に記載の冷陰極電子源の製造方法。