(57)【要約】【課題】  電子放出特性のばらつきの発生が抑制された電界放出型電子源を提供する。【解決手段】  基板１上にはカソード配線層２が形成されている。カソード配線層２上には電子放出膜３が形成されている。電子放出膜３上には絶縁膜４が形成されている。ゲート電極膜５には、開口２００が形成されている。絶縁膜４には、ゲート電極膜５から電子放出膜３へ向かって延びる開口１００が形成されている。絶縁膜４は、ゲート電極５の開口２００の内周面から内側に突出している突出部２０を有している。突出部２０の突出幅Ｗｇｉ（ｍｉｎ）のゲート開口寸法Ｗｇに対する比が０％以上５％以下である。【選択図】        図１
2006253065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたカソード配線層と、
前記カソード配線層上に形成された電子放出膜と、
前記電子放出膜上に形成され絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成されたゲート電極膜とを備え、
前記ゲート電極膜および前記絶縁膜が前記電子放出膜を露出させる開口を有しており、
前記絶縁膜の開口は、前記電子放出膜側の寸法が前記ゲート電極膜側の寸法より大きく、
前記絶縁膜は、平面的に見て、前記ゲート電極膜の開口の位置および寸法と同一の位置および寸法の開口を有するか、または、前記ゲート電極膜の内周面から突出する突出部を有し、
前記絶縁膜が前記突出部を有する場合には、前記突出部の幅が、前記ゲート電極膜の開口寸法の５％以下である、電界放出型電子源。
【請求項２】
前記絶縁膜は、単一の絶縁膜からなり、
前記絶縁膜の膜厚は、硬化深度よりも大きく、
前記絶縁膜の硬化深度よりも下側の部分は、前記電界放出膜側の開口寸法が前記ゲート電極膜側の開口寸法に比較して大きい、請求項１に記載の電界放出型電子源。
【請求項３】
前記絶縁膜は、前記電子放出膜上に形成された第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に形成された第２絶縁膜とからなり、
前記第１絶縁膜および前記第２絶縁膜のそれぞれは、膜厚が硬化深度よりも小さく、
前記開口は、前記第１絶縁膜に形成された第１開口と、前記第２絶縁膜に形成された第２開口とからなり、
前記ゲート電極膜の開口寸法は、前記第１開口の寸法より小さく、かつ、前記第２開口の寸法より大きい、請求項１に記載の電界放出型電子源。
【請求項４】
前記絶縁膜の電子放出膜の露出面での開口寸法が、前記ゲート電極膜の開口寸法に比較して、０μｍ以上２０μｍ以下だけ大きい、請求項１に記載の電界放出型電子源。
【請求項５】
基板上にカソード配線層を形成するステップと、
前記カソード配線層上に電子放出膜を形成するステップと、
前記電子放出膜上に感光性材料を含む絶縁膜を形成するステップと、
第１マスクを介して前記絶縁膜を露光するステップと、
前記絶縁膜上に感光性材料を含むゲート電極膜を形成するステップと、
第２マスクを介して前記ゲート電極膜を露光するステップと、
前記ゲート電極膜および前記絶縁膜を現像することによって、前記ゲート電極膜および前記絶縁膜に開口を形成し、前記電子放出膜を露出させるステップと、
前記各ステップ終了後の構造を焼成するステップとを備え、
前記ゲート電極膜の焼成による焼き縮み率がＫｇであり、前記絶縁膜の焼成による焼き縮み率がＫｉである場合に、前記第１マスクの寸法Ｗｍ１と前記第２マスクの寸法Ｗｍ２との間には、０≦{（１＋Ｋｇ）・Ｗｍ２−（１＋Ｋｉ）・Ｗｍ１}／{（１＋Ｋｇ）・Ｗｍ２}≦０．１という関係が成立する、電界放出型電子源の製造方法。
【請求項６】
前記絶縁膜の厚さが、前記絶縁膜の硬化深度よりも大きい、請求項５に記載の電界放出型電子源の製造方法。
【請求項７】
基板上にカソード配線層を形成するステップと、
前記カソード配線層上に電子放出膜を形成するステップと、
前記電子放出膜上に感光性材料を含む第１絶縁膜を形成するステップと、
第１マスクを介して前記第１絶縁膜を露光するステップと、
前記第１絶縁膜上に感光性材料を含む第２絶縁膜を形成するステップと、
第２マスクを介して前記第２絶縁膜を露光するステップと、
前記第２絶縁膜上に感光性材料を含むゲート電極膜を形成するステップと、
第３マスクを介して前記ゲート電極膜を露光するステップと、
前記ゲート電極膜、前記第２ゲート絶縁膜、および前記第１絶縁膜を現像することによって、前記ゲート電極膜、前記第２絶縁膜、および前記第１絶縁膜に開口を形成し、前記電子放出膜を露出させるステップと、
前記各ステップ終了後の構造を焼成するステップとを備え、
前記ゲート電極膜の焼成による焼き縮み率がＫｇであり、前記第２絶縁膜の焼成による焼き縮み率がＫｉである場合に、前記第２マスクの寸法Ｗｍ１と前記第３マスクの寸法Ｗｍ２との間には、０≦{（１＋Ｋｇ）・Ｗｍ２−（１＋Ｋｉ）・Ｗｍ１}／{（１＋Ｋｇ）Ｗｍ２}≦０．１という関係が成立する、電界放出型電子源の製造方法。
【請求項８】
前記第１マスクの寸法が、前記第３マスクの寸法に比較して、０μｍ以上２０μｍ以下だけ大きい、請求項７に記載の電界放出型電子源の製造方法。
【請求項９】
前記第１絶縁膜の膜厚および前記第２絶縁膜の膜厚のそれぞれが、硬化深度よりも小さい、請求項７に記載の電界放出型電子源の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲート電極に電圧を印加することによって、電子放出膜から電子を放出させる電界放出型電子源およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電界放出型電子源においては、電子放出膜上の絶縁膜およびゲート電極は、感光性の材料で形成されている。また、従来の電界放出型電子源の製造工程においては、絶縁膜およびゲート電極の双方が、露光された後、同一工程において現像される。それにより、電子放出材料上の絶縁膜およびゲート電極に開口が形成される。その結果、電子放出膜が露出する。
【特許文献１】特開２００１−１４３６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の電界放出型電子源の製造工程によれば、前述の露光工程および現像工程によって形成される開口の形状にばらつきが生じる。このばらつきに起因して、電界放出型電子源の電子放出特性に大きなばらつきが生じるという問題点がある
この発明は、上述の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、電子放出特性のばらつきの発生が抑制された電界放出型電子源およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の電界放出型電子源は、基板上に形成されたカソード配線層と、カソード配線層上に形成された電子放出膜と、電子放出膜上に形成され絶縁膜と、絶縁膜上に形成されたゲート電極膜とを備えている。また、ゲート電極膜および絶縁膜が電子放出膜を露出させる開口を有している。また、絶縁膜の開口は、電子放出膜側の寸法がゲート電極膜側の寸法より大きい。また、絶縁膜は、平面的に見て、ゲート電極の開口の位置および寸法と同一の位置および寸法の開口を有するか、または、ゲート電極膜の内周面から突出する突出部を有している。絶縁膜が突出部を有する場合には、突出部の幅が、前記ゲート電極膜の開口寸法の５％以下である。この構成によれば、電子放出特性のばらつきが抑制された電界放出型電子源が得られる。
【０００５】
また、絶縁膜は、単一の絶縁膜からなり、絶縁膜の膜厚は、硬化深度よりも大きく、絶縁膜の硬化深度よりも下側の部分は、電子放出膜側の開口寸法がゲート電極膜側の開口寸法に比較して大きくてもよい。この構成によれば、絶縁膜を１回の成膜プロセスで形成することができるため、電界放出型電子源の製造プロセスを簡略化することができる。
【０００６】
また、絶縁膜は、電子放出膜上に形成された第１絶縁膜と、第１絶縁膜上に形成された第２絶縁膜とからなり、第１絶縁膜および第２絶縁膜のそれぞれは、膜厚が硬化深度よりも小さく、開口は、第１絶縁膜に形成された第１開口と、第２絶縁膜に形成された第２開口とからなり、ゲート電極膜の開口寸法は、第１開口の寸法より小さく、かつ、第２開口の寸法より大きくてもよい。この構成によれば、第１絶縁膜および第２絶縁膜は、それぞれ、膜厚が硬化深度よりも小さいため、開口寸法の制御が容易になる。
【０００７】
また、絶縁膜の電子放出膜の露出面での開口寸法が、ゲート電極膜の開口寸法に比較して、０μｍ以上２０μｍ以下だけ大きいことが望ましい。この構成によれば、電子放出膜の露出面をできる限り大きくしながらも、自重によって絶縁膜が変形することが防止される。
【０００８】
本発明の第一の局面の電界放出型電子源の製造方法においては、まず、基板上にカソード配線層が形成される。次に、カソード配線層上に電子放出膜が形成される。その後、電子放出膜上に感光性材料を含む絶縁膜が形成される。次に、第１マスクを介して絶縁膜が露光される。その後、絶縁膜上に感光性材料を含むゲート電極膜が形成される。次に、第２マスクを介してゲート電極膜が露光される。次に、ゲート電極膜および絶縁膜が現像される。それにより、ゲート電極膜および絶縁膜に開口が形成され、電子放出膜が露出する。次に、前述の各ステップ終了後の構造が焼成される。ゲート電極膜の焼成による焼き縮み率がＫｇであり、絶縁膜の焼成による焼き縮み率がＫｉである場合に、第１マスクの寸法Ｗｍ１と第２マスクの寸法Ｗｍ２との間には、０≦{（１＋Ｋｇ）・Ｗｍ２−（１＋Ｋｉ）・Ｗｍ１}／{（１＋Ｋｇ）・Ｗｍ２}≦０．１という関係が成立する。この製法によれば、絶縁膜がゲート電極膜の内周面から突出する部分の幅がゲート電極膜の開口寸法の０％以上５％以下になるため、電子放出特性のばらつきの発生が抑制された電界放出型電子源が製造される。
【０００９】
また、絶縁膜の厚さは、絶縁膜の硬化深度よりも大きいことが望ましい。これによれば、現像工程によって絶縁膜の電子放出膜側の開口寸法を絶縁膜のゲート電極膜側の開口寸法に比較して大きくすることができる。
【００１０】
本発明の他の局面の電界放出型電子源の製造方法においては、まず、基板上にカソード配線層が形成される。次に、カソード配線層上に電子放出膜が形成される。その後、電子放出膜上に感光性材料を含む第１絶縁膜が形成される。次に、第１マスクを介して第１絶縁膜が露光される。その後、第１絶縁膜上に感光性材料を含む第２絶縁膜が形成される。次に、第２マスクを介して第２絶縁膜が露光される。次に、第２絶縁膜上に感光性材料を含むゲート電極膜が形成される。その後、第３マスクを介してゲート電極膜が露光される。次に、ゲート電極膜、第２ゲート絶縁膜、および第１絶縁膜が現像される。それによって、ゲート電極膜、第２絶縁膜、および第１絶縁膜に開口が形成され、電子放出膜が露出する。その後、前述の各ステップ終了後の構造が焼成される。ゲート電極膜の焼成による焼き縮み率がＫｇであり、第２絶縁膜の焼成による焼き縮み率がＫｉである場合に、第２マスクの寸法Ｗｍ１と第３マスクの寸法Ｗｍ２との間には、０≦{（１＋Ｋｇ）・Ｗｍ２−（１＋Ｋｉ）・Ｗｍ１}／{（１＋Ｋｇ）Ｗｍ２}≦０．１という関係が成立する。この製法によれば、第２絶縁膜がゲート電極膜の内周面から突出する部分の幅がゲート電極膜の開口寸法の０％以上５％以下になるため、電子放出特性のばらつきの発生が抑制された電界放出型電子源が製造される。
【００１１】
また、第１マスクの寸法は、第３マスクの寸法に比較して、０μｍ以上２０μｍ以下だけ大きいことが望ましい。これによれば、第１絶縁膜の開口寸法を、ゲート電極膜の開口寸法に比較して、０μｍ以上２０μｍ以下だけ大きくすることができる。その結果、電子放出膜の露出面をできるかぎり大きくしながらも、自重によって第２絶縁膜が変形することが防止される。
【００１２】
また、第１絶縁膜の膜厚および第２絶縁膜の膜厚のそれぞれが、硬化深度よりも小さいことが望ましい。これによれば、第１開口の寸法および第２開口の寸法の制御が容易になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電子放出特性のばらつきの発生が抑制された電界放出型電子源を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の電界放出型電子源およびその製造方法を説明する。
【００１５】
実施の形態１．
まず、図１を用いて、実施の形態１の電界放出型電子源を説明する。電界放出型電子源は、基板１を備えている。基板１上には所定の形状のカソード配線層２が形成されている。カソード配線層２上には電子放出膜３が形成されている。電子放出膜３上には絶縁膜４が形成されている。絶縁膜４は感光性材料からなっている。また、絶縁膜４上には、ゲート電極膜５が形成されている。ゲート電極膜５は感光性材料からなっている。
【００１６】
絶縁膜４には、ゲート電極膜５から電子放出膜３へ向かって延びる開口１００が形成されている。ゲート電極膜５には、開口１００の最小径よりも大きな径を有する開口２００が形成されている。したがって、電子放出膜３は露出している。
【００１７】
また、前述の開口１００および２００が形成された後、電子放出特性を改善するために、電子放出膜３にレーザ照射およびピーリング等の表面処理が施されている。また、絶縁膜４の厚さは約１５μｍであり、ゲート電極膜５の厚さは約３μｍである。図１に示されるように、開口１００の径は、絶縁膜４の上面から所定の深さまで一定であり、所定の深さより深い位置においては、ゲート電極膜５側からカソード配線層２側へ向かって除々に大きくなっている。開口１００は、最小開口寸法がＷｉ（ｍｉｎ）であり、最大開口寸法がＷｉ（ｍａｘ）である。また、ゲート電極膜５のゲート開口寸法がＷｇである。また、ゲート開口寸法Ｗｇは、最小開口寸法Ｗｉ（ｍｉｎ）よりも大きく、かつ、最大開口寸法Ｗｉ（ｍａｘ）よりも小さくなっている。また、ゲート開口寸法Ｗｇは、ほぼ一定であり、約４０μｍである。また、絶縁膜４は、ゲート電極膜５の開口２００の内周面から内側に突出している突出部２０を有している。突出部２０の突出幅がＷｇｉ（ｍｉｎ）＝（Ｗｇ−Ｗｉ（ｍｉｎ））／２である。
【００１８】
図２には、突出幅Ｗｇｉ（ｍｉｎ）のゲート開口寸法Ｗｇに対する比と、電界放出型電子源の電子放出開始電界との関係が示されている。図２に示されるように、突出幅Ｗｇｉ（ｍｉｎ）のゲート開口寸法Ｗｇに対する比が５％以下である場合には、電子放出開始電界が一定（約１０５Ｖ）である。一方、突出幅Ｗｇｉ（ｍｉｎ）のゲート開口寸法Ｗｇに対する比が５％よりも大きい場合には、電子放出開始電界が、突出幅Ｗｇｉ（ｍｉｎ）の増加に伴って増加する。つまり、図２から、突出幅Ｗｇｉが５％以下であれば、電子放出開始電界が低い値であってかつ一定値になることが分かる。さらに、このような電界放出型電子源が複数個集積されたアレイにおいて、複数の電界放出型電子源のそれぞれの突出幅Ｗｇｉ（ｍｉｎ）がゲート開口寸法Ｗｇの５％以下であれば、複数の電界放出型電子源の突出幅Ｗｇｉ（ｍｉｎ）のそれぞれにばらつきが生じている場合にも、複数の電界放出型電子源のそれぞれの電子放出開始電界はほぼ一定の値になる。したがって、アレイ上の位置によって電子放出特性が異なってしまうという不具合の発生が抑制される。すなわち、アレイ全体において電子放出特性にばらつきが生じることが防止される。
【００１９】
また、図３に示すように、絶縁膜４の最小開口寸法Ｗｉ（ｍｉｎ）がゲート開口寸法Ｗｇよりも大きい場合、つまり、突出幅Ｗｇｉ（ｍｉｎ）が負の値になる場合も想定される。その場合には、図３に示されるように、ゲート電極膜５は、絶縁膜４の開口１００の内周面から内部に向かって突出しているゲート突出部３０を有している。ゲート突出部３０の強度は小さい。そのため、レーザ処理およびピーリング処理においてゲート突出部３０が損傷すると、電界放出型電子源は良好な電子放出特性を得ることができなくなるという問題が生じる。また、前述のように、複数の電界放出型電子源のそれぞれの電子放出特性がアレイ上の位置によってばらついてしまうという問題が生じる。しかしながら、本実施の電界放出型電子源においては、突出幅Ｗｇｉ（ｍｉｎ）がゲート開口寸法Ｗｇの０％以上５％以下であるため、前述の問題の発生が抑制されている。なお、突出幅Ｗｇｉ（ｍｉｎ）がゲート開口寸法Ｗｇの０％であることは、絶縁膜４が、平面的に見て、ゲート電極膜５の開口の位置および寸法と同一の位置および寸法の開口を有していることを意味する。
【００２０】
次に、電子放出膜３の電子放出特性を改善する手法を説明する。一般に、電子放出膜３の電子放出特性を改善する手法としては、レーザ照射またはピーリング等の表面処理が用いられる。この表面処理は、ゲート電極膜５および絶縁膜４に開口１００および２００が形成されることによって電子放出膜３が露出した後で実行される。
【００２１】
なお、本実施の形態においては、電子放出膜３にレーザ処理が施された電界放出型電子源の説明がなされている。
【００２２】
本実施の形態の電界放出型電子源の製造工程においては、まず、ゲート電極膜５に開口２００が形成され、絶縁膜４に開口１００が形成される。それにより、電子放出膜３が露出する。その後、図４に示されるように、レーザ光１１が電子放出膜３に照射される。それにより、電子放出膜３の表面が処理され、電子放出特性が改善される。
【００２３】
前述の工程において、電子放出膜３の一部は、ゲート電極膜５および絶縁膜４によって遮蔽されているため、最小開口寸法Ｗｉ（ｍｉｎ）である開口１００の直下に位置する表面処理領域１２のみがレーザ光１１によって表面処理される。なお、電子放出膜３は、表面処理領域１２のみから電子を放出する。表面処理領域１２の面積が大きければ、電界放出特性が向上し、電界放出開始電圧が小さくなる。したがって、絶縁膜４によるレーザ光１１の遮蔽を抑制すれば、つまり突出部２０の突出幅Ｗｇｉ（ｍｉｎ）を小さくすれば、表面処理領域１２が大きくなるため、電子放出開始電圧を小さくすることができる。
【００２４】
さらに、突出幅Ｗｇｉ（ｍｉｎ）が大きくなると、電子放出膜３から放出された電子が、図４に示される絶縁膜４のテーパ部１３に衝突し、テーパ部１３が負に帯電する。テーパ部１３が負に帯電すると、その影響で電子放出膜３の表面の電界が弱くなる。したがって、電子放出が抑制され、電子放出膜３の電子放出特性が劣化する。また、テーパ部１３の帯電に起因して電子放出特性が劣化する場合には、テーパ部１３の帯電の状態が不安定であるため、電子放出特性のばらつきが大きくなる。したがって、電子放出特性ばらつきを小さくするためには、テーパ部１３の帯電の影響を小さくすること、つまり、突出部２０の突出幅Ｗｇｉを小さくすることが望ましい。
【００２５】
また、電子放出膜３の露出面にピーリング処理が施される場合においても、レーザ処理が電子放出膜３の表面に施される場合と同様に、表面処理領域１２は、絶縁膜４の開口１００よりも内側に位置する電子放出膜３の表面のみであるため、突出部２０の突出幅Ｗｇｉ（ｍｉｎ）を小さくすることが望ましい。
【００２６】
なお、電子放出開始電圧は、ゲート電極膜５と表面処理領域１２との間の距離にも依存する。つまり、ゲート電極膜５と表面処理領域１２との間の距離が大きくなるほど、電子放出開始電圧が高くなる。したがって、電子放出開始電圧を小さくするためには、ゲート電極膜５と表面処理領域１２との間の距離を小さくすることが望ましい。
【００２７】
実施の形態２．
次に、図５〜図１２を用いて、本発明の実施の形態２の電界放出型電子源の製造方法を説明する。本実施の形態で説明される製造方法によれば、図１に示す実施の形態１の電界放出型電子源が形成される。
【００２８】
本実施の形態の電界放出型電子源の製造方法においては、まず、図５に示すように、カソード配線層２が基板１上に形成される。カソード配線層２は、所定の形状に形成されており、導電性膜からなっている。この導電性膜は、たとえば、スパッタ法または蒸着法によって形成されるＡｌ膜もしくはＣｒ等の金属膜、ＩＴＯ膜、これらの積層膜、または、印刷法で形成されるＡｇ膜からなっている。
【００２９】
次に、図６に示されるように、カソード配線層２上に電子放出材料が印刷される。電子放出材料は、たとえば、グラファイト、カーボンナノチューブ、またはダイヤモンドを含むペーストからなっている。次に、電子放出材料が加工され、所定の形状の電子放出膜３がカソード配線層２上に形成される。
【００３０】
その後、図７に示されるように、絶縁膜４がカソード配線層２および電子放出膜３を覆うように形成される。絶縁膜４は感光性誘電体膜からなっている。ただし、絶縁膜４は、光が照射された部分のみが露光工程後に残存する特性を有していれば、感光性誘電体膜以外の膜であってもよい。
【００３１】
次に、図８に示されるように、電子放出膜３上に所定の形状のレジスト膜からなるマスク６が形成される。このマスク６は、電子放出膜３を露出させるためのエッチング工程においてエッチングマスクとして用いられる。また、マスク６は、前述の開口１００が設けられる位置の上方に配置されている。なお、マスク６の径はＷｍ１である。その後、図９に示されるように、絶縁膜４がマスク６とともに露光される。なお、露光工程後、マスク６が絶縁膜４の上表面から除去される。
【００３２】
次に、図９に示されるように、絶縁膜４上にゲート電極膜５が形成される。ゲート電極膜５は感光性Ａｇ膜からなっている。ただし、ゲート電極膜５は、光が照射された部分のみが露光工程後に残存する特性を有していれば、感光性Ａｇ膜以外の膜であってもよい。
【００３３】
その後、図１０に示されるように、ゲート電極膜５の上に所定の形状のレジスト膜からなるマスク７が形成される。マスク７の寸法Ｗｍ２は、前述のマスク６の寸法Ｗｍ１よりも大きい。次に、ゲート電極膜５の上表面がマスク７とともに露光される。なお、露光工程後、マスク７はゲート電極膜５から除去される。その後、ゲート電極膜５および絶縁膜４が現像される。それにより、図１１に示されるように、ゲート電極膜５に開口２００が形成されるとともに、絶縁膜４に開口１００が形成される。その結果、電子放出膜３が露出する。
【００３４】
最後に、図１１に示される構造が所定の温度（４００℃〜５５０℃）で焼成される。その焼成によって、電子放出膜３、絶縁膜４、およびゲート電極膜５に含まれていた樹脂成分が除去される。その結果、図１に示される実施の形態１において説明された構造の電界放出型電子源が形成される。
【００３５】
一般的に、前述の感光性誘電体膜または感光性Ａｇ膜を用いて絶縁膜４およびゲート電極膜５を形成する場合には、前述の焼成の工程において、感光性誘電体膜または感光性Ａｇ膜中に含まれる樹脂成分の分解およびガラス成分の融解が生じる。それによって、感光性誘電体膜または感光性Ａｇ膜は、それぞれ、その形状が変化するとともに収縮する。つまり、感光性誘電体膜および感光性Ａｇ膜のそれぞれの焼き縮みが生じる。このとき、焼き縮み率は、感光性誘電体膜の材料および感光性Ａｇ膜の材料の中に含まれる樹脂成分およびガラス成分の含有量および焼成時の温度によって異なる。前述の感光性Ａｇ膜が５３０℃で焼成された場合、焼き縮み率は、次のような式によって算出される。
【００３６】
Ｋｇ＝（Ｗｇ−Ｗｍ２）／Ｗｍ２＝０．０５
Ｋｉ＝（Ｗｉ（ｍｉｎ）−Ｗｍ１)／Ｗｍ１＝０．３７
ここで、Ｋｇは、ゲート電極膜５としての感光性誘電体膜の焼成による焼き縮み率であり、Ｋｉは、絶縁膜４としての感光性Ａｇ膜の焼成による焼き縮み率である。また、Ｗｇは、図１に示されるゲート開口寸法であり、Ｗｉ（ｍｉｎ）は、図１に示される絶縁膜４の最小開口寸法であり、Ｗｍ１は、図８に示されるマスク６の寸法であり、Ｗｍ２は、図１０に示されるマスク７の寸法である。
【００３７】
マスク６およびマスク７のそれぞれは、焼成後の絶縁膜４の最小開口寸法Ｗｉ（ｍｉｎ）がゲート開口寸法Ｗｇよりも小さくなるように設計されている。また、マスク６およびマスク７のそれぞれは、絶縁膜４のゲート電極膜５から突出する部分の突出幅Ｗｇｉ（ｍｉｎ）が、ゲート開口寸法Ｗｇの０％以上５％以下になるように設計されている。これらの設計値に関しては、絶縁膜４の材質およびゲート電極膜５の焼成による縮み量によって異なる。ただし、絶縁膜４の露光のときに用いられるマスク６の寸法Ｗｍ１とゲート電極膜５の露光のときに用いられるマスク７の寸法Ｗｍ２との間には、０≦{（１＋Ｋｇ）・Ｗｍ２−（１＋Ｋｉ）・Ｗｍ１}／{（１＋Ｋｇ）・Ｗｍ２}≦０．１の関係が成立する必要がある。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、レジスト膜からなるマスク６および７を用いる製法が示されているが、フォトマスク（レチクル）を構成するガラス基板上に形成された遮光膜をマスクとして用いる製法であっても、２つのフォトマスクの遮光膜同士の間に前述のマスク６の寸法とマスク７の寸法との間に成立する関係と同様の関係が成立すれば、本実施の形態の製法と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
また、本実施の電界放出型電子源は、焼成後のゲート電極膜５の開口寸法Ｗｇが４２μｍである。さらに、本実施の形態の電界放出型電子源の製造方法においては、突出幅Ｗｇｉ（ｍｉｎ）のゲート開口寸法Ｗｇに対する比を０％以上５％以下にするために、絶縁膜４に開口１００を形成するためのマスク６の寸法Ｗｍ１が３０μｍであり、ゲート電極膜５の開口２００を形成するためのマスク７の寸法Ｗｍ２が４０μｍである。
【００４０】
実施の形態３．
次に、図１２を用いて、実施の形態３の電界放出型電子源を説明する。なお、本実施の形態の電界放出型電子源の構造は、実施の形態１において図１に示される電界放出型電子源の構造と基本的に同一である。したがって、以下においては、本実施の形態の電界放出型電子源の構造と、実施の形態１の電界放出型電子源の構造との相違点が主に説明される。
【００４１】
本実施の形態の電界放出型電子源においても、図１に示されるように、絶縁膜４の電子放出膜３上での最大開口寸法Ｗｉ（ｍａｘ）は、ゲート開口寸法Ｗｇと等しいか、または、ゲート開口寸法Ｗｇよりも大きくなっている。この点は、実施の形態１と同様である。
【００４２】
また、一般に、最大開口寸法Ｗｉ（ｍａｘ）とゲート開口寸法Ｗｇとの差Ｗｉｇ（ｍａｘ）と電子放出開始電圧との関係が図１２に示すような関係になっている。
【００４３】
図１２に示されるように、最大開口寸法Ｗｉ（ｍａｘ）が、ゲート開口寸法Ｗｇと等しいかまたはゲート開口寸法Ｗｇよりも大きい場合、つまり、差Ｗｉｇ（ｍａｘ）＝Ｗｉ（ｍａｘ）−Ｗｇ≧０の関係が成立する場合には、電子放出開始電圧は一定（１０５Ｖ）である。
【００４４】
一方、最大開口寸法Ｗｉ（ｍａｘ）が、ゲート開口寸法Ｗｇより小さい、つまり、差Ｗｉｇ（ｍａｘ）＝Ｗｉ（ｍａｘ）−Ｗｇ＜０の関係が成立する場合には、差Ｗｉｇ（ｍａｘ）が小さくなるにつれて、電子放出開始電界の値が増加する。したがって、電子放出開始電圧がＷｉｇ（ｍａｘ）に依存しないようにするためには、つまり、差Ｗｉｇ（ｍａｘ）がばらついた場合においても、電子放出開始電界がばらつかないためには、差Ｗｉｇ（ｍａｘ）＝Ｗｉ（ｍａｘ）−Ｗｇ≧０の関係が成立することが必要である。
【００４５】
本実施の形態の電界放出型電子源の製造工程においても、電子放出膜３中への絶縁膜４を構成する材料の拡散に起因する電子放出膜３の電子放出特性の劣化を防止する必要がある。そのため、実施の形態２において説明されたように、ゲート電極膜５および絶縁膜４に開口１００が形成された後に、図１１に示す構造の焼成が行なわれ、電子放出膜３中の樹脂成分が除去される。電子放出膜３中の樹脂の除去が不十分であると、樹脂の残渣に起因して電子放出膜３の電子放出特性自体が劣化する。その結果、電界放出型電子源の電子放出特性が劣化する。したがって、良好な電子放出特性を有する電界放出型電子源を得るためには、電子放出に寄与する部分の電子放出膜３中の樹脂成分を十分に除去する必要がある。そのためには、焼成の段階において、電子放出に寄与する部分、つまり、ゲート電極膜５の開口２００より内側の領域の電子放出膜３が露出している必要がある。したがって、そのためにも、絶縁膜４の電子放出膜３上での最大開口寸法Ｗｉ（ｍａｘ）をゲート開口寸法Ｗｇよりも大きくする必要がある。
【００４６】
一般的に、電子放出膜３中の樹脂成分が焼成により焼失する温度は、絶縁膜４中に含まれるガラス成分の焼き縮みによって絶縁膜４の開口１００の寸法が大きくなる温度よりも十分に低い。そのため、ゲート電極膜５および絶縁膜４に露光および現像によって開口１００および２００を形成する段階で、ゲート電極膜５の開口２００の内側の領域の電子放出膜３を露出させておくことが望ましい。
【００４７】
なお、図１３に示すように、絶縁膜４のオーバーハング部１４は、絶縁膜４が電子放出膜３の上面に接することなく、電子放出膜３の主表面と平行な方向に突出している。そのため、差Ｗｉｇ（ｍａｘ）が２０μｍを超えると、オーバーハング部１４は、その自重によって変形する。そのため、開口１００の形状が適切な形状でなくなる。したがって、２０μｍ≧Ｗｉｇ（ｍａｘ）＝Ｗｉ（ｍａｘ）−Ｗｇ≧０μｍの関係が成立する必要がある。すなわち、絶縁膜４の膜厚は１５μｍであるため、絶縁膜４の膜厚に対する差Ｗｉｇの比が、２０／１５以下であればよい。
【００４８】
さらに、最大開口寸法Ｗｉ（ｍａｘ）がゲート開口寸法Ｗｇよりも大きいと、電界放出型電子源の電子放出開始電圧が差Ｗｉｇ（ｍａｘ）に依存しないため、電界放出型電子源の形状のばらつきに起因する電子放出特性ばらつきが抑制される。
【００４９】
また、このような電界放出型電子源が複数個集まったアレイにおいても、複数の電子源のそれぞれのＷｇｉ（ｍｉｎ）が０％以上かつ５％以下であれば、絶縁膜４のゲート電極膜５の開口２００の内周面から突出する突出部２０の幅がばらついた場合にも、複数の電子源の電子放出開始電界がほぼ均一になるため、アレイ上の位置に起因する電子源の電子放出特性ばらつきが抑制される。
【００５０】
実施の形態４．
次に、図１４〜図１７を用いて、実施の形態４の電界放出型電子源の製造方法を説明する。本実施の形態においては、図１４に示す電子放出膜３上に形成された絶縁膜４がマスク６によって覆われた状態で露光が行なわれるときに、電子放出膜３上の絶縁膜４の最大開口寸法Ｗｉ（ｍａｘ）をゲート電極膜５のゲート開口寸法Ｗｇよりも大きくするための第１方法が説明される。なお、本実施の形態の電界放出型電子源の製造方法によれば、図１に示す実施の形態１の電界放出型電子源の構造が得られる。
【００５１】
本実施の形態の電界放出型電子源においては、図１４に示されるように、絶縁膜４の厚さｔ１が絶縁膜４の硬化深度ｔ２より大きくなっている。なお、硬化深度とは、露光よって硬化した部分の絶縁膜４の上表面からの深さを意味する。また、露光による硬化とは、露光によって絶縁膜４が変質し、現像工程においてエッチングされ難くなることを意味する。したがって、現像工程においては、絶縁膜４の上表面から硬化深度ｔ２まで、絶縁膜４の主表面に垂直な方向に沿って開口が延びるように絶縁膜４のエッチングが進行する。
【００５２】
つまり、絶縁膜４は、感光性を有しているため、露光工程において光が照射された部分（露光領域）のみが現像工程の後に残留する。したがって、図１４に示されるように、露光工程においてマスク６が絶縁膜４上に形成されている場合には、現像工程においてマスク６の直下の光が照射されていない部分の絶縁膜４のみがエッチングされる。
【００５３】
図１５〜図１７には、現像工程によって絶縁膜４がエッチングされるときの様子が段階的に示されている。図１５は、現像の初期の絶縁膜４の状態を示している。現像初期においては、硬化深度ｔ２の深さまで、露光工程において光がマスク６により遮蔽された領域の絶縁膜４のみがエッチングされる。このとき、絶縁膜４は、硬化深度ｔ２まで、電子放出膜３の主表面と垂直な方向にのみエッチングされる。さらに、絶縁膜４の硬化深度ｔ２よりも深い位置に存在する部分が現像されはじめると、図１６に示されるように、絶縁膜４は、電子放出膜３の主表面と平行な方向にもエッチングされる。その結果、絶縁膜４においては、ゲート電極膜５側の開口よりも電子放出膜３側の開口が大きくなる。その後、現像が進行すると、図１７に示されるように、絶縁膜４の硬化深度ｔ２よりも深い部分にテーパ部１３が形成されるように、絶縁膜４がエッチングされる。その後、電子放出膜３が露出する。それにより、図１に示される実施の形態１の電界放出型電子源と同様の構造が形成される。
【００５４】
一般に、絶縁膜４の硬化深度ｔ２は、絶縁膜４を構成する材料および露光条件によって異なる。一方、硬化深度ｔ２よりも深い部分の絶縁膜４の深さ方向と垂直な方向のエッチングは深さが深いほど大きく進行する。そのため、絶縁膜４の厚さｔ１が硬化深度ｔ２よりも大きく、かつ、現像時間が十分であれば、絶縁膜４の最大開口寸法Ｗｉ（ｍａｘ）をゲート開口寸法Ｗｇよりも大きくすることが可能になる。
【００５５】
本実施の形態においては、絶縁膜４の開口１００を形成するときの露光エネルギは、１７０ｍ・J／ｃｍ2である。また、絶縁膜４は、その露光工程後の硬化深度ｔ２が１４μｍであり、その厚さｔ１が２５μｍである。また、絶縁膜４は印刷法によって形成される。また、開口１００の形成のためのマスク６の寸法は３０μｍである。また、ゲート開口寸法Ｗｇが４０μｍよりも大きな絶縁膜４の開口１００が電子放出膜３上に形成される。
【００５６】
また、本実施の形態の電界放出型電子源の製造方法においても、最大開口寸法Ｗｉ（ｍａｘ）をゲート開口寸法Ｗｇよりも大きくするとともに、差Ｗｉｇ（ｍａｘ）＝Ｗｉ（ｍａｘ）−Ｗｇ≦２０μｍの関係を成立させる。そのため、開口１００を形成するために必要な絶縁膜４の現像時間は、２５μｍの絶縁膜４が完全に現像され、電子放出膜３が露出するまでの時間（ブレークポイント）の１．３倍以上でありかつ３倍以下である。
【００５７】
また、本実施の形態においては、実施の形態２と同様に、絶縁膜４の露光のために用いられるマスク６の寸法Ｗｍ１とゲート電極膜５の露光のために用いられるマスク７の寸法Ｗｍ２が、０≦{（１＋Ｋｇ）・Ｗｍ２−（１＋Ｋｉ）・Ｗｍ１}／{（１＋Ｋｇ）・Ｗｍ２}≦０．１という条件を具備することが望ましい。これによれば、焼成プロセス後、図１に示す絶縁膜４のゲート電極膜５の開口２００の内周面から突出する部分の突出幅Ｗｇｉ（ｍｉｎ）＝Ｗｇ−Ｗｉ（ｍｉｎ）をゲート開口寸法Ｗｇの０％以上５％以下にすることができる。
【００５８】
なお、本実施の形態においても、レジスト膜からなるマスク６および７を用いる製法が示されているが、フォトマスク（レチクル）を構成するガラス基板上に形成された遮光膜をマスクとして用いる製法であっても、２つのフォトマスクの遮光膜同士の間に前述のマスク６の寸法とマスク７の寸法との間に成立する関係と同様の関係が成立すれば、本実施の形態の製法と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
実施の形態５．
次に、図１８を用いて、実施の形態５の電界放出型電子源を説明する。本実施の形態の電界放出型電子源は、基板上１を備えている。基板１上にはカソード配線層２が形成されている。カソード配線層２は所定の形状にパターニングされている。また、カソード配線層２上には電子放出膜３が形成されている。また、電子放出膜３上には第１絶縁膜８が形成されている。第１絶縁膜８は、露光工程における硬化深度ｔ２よりも小さい膜厚ｔ３を有している。また、第１絶縁膜８上には、第２絶縁膜１０が形成されている。第２絶縁膜１０も、硬化深度ｔ２よりも小さい膜厚ｔ４を有している。また、第２絶縁膜１０上にはゲート電極膜５が形成されている。前述の第１絶縁膜８、第２絶縁膜１０、およびゲート電極のそれぞれは、感光性材料からなっている。
【００６０】
第１絶縁膜８には、開口１００ａが形成されている。第２絶縁膜１０には開口１００ｂが形成されている。ゲート電極膜５には開口２００が形成されている。したがって、電子放出膜３は露出している。本実施の形態においては、開口１００ａの寸法を最大開口寸法Ｗｉ（ｍａｘ）とする。また、開口１００ｂの寸法を最小開口寸法Ｗｉ（ｍｉｎ）とする。開口２００の寸法をゲート開口寸法Ｗｇとする。ゲート開口寸法Ｗｇは、最小開口寸法Ｗｉ（ｍｉｎ）より大きく、かつ、最大開口寸法Ｗｉ（ｍａｘ）よりも小さい。
【００６１】
また、第２絶縁膜１０のゲート電極膜５の開口２００の内周面から突出する部分の突出幅Ｗｇｉ（ｍｉｎ）＝（Ｗｇ−Ｗｉ（ｍｉｎ））／２は、ゲート電極膜５のゲート開口寸法Ｗｇの０％以上５％以下である。
【００６２】
また、本実施の形態の電界放出型電子源においても、前述の実施の形態の電界放出型電子源と同様に、電子放出開始電圧が差Ｗｉｇ（ｍａｘ）＝Ｗｉ（ｍａｘ）−Ｗｇに依存しないようにするために、つまり、差Ｗｉｇ（ｍａｘ）がばらついた場合においても、電子放出開始電界がばらつかないためには、差Ｗｉｇ（ｍａｘ）＝Ｗｉ（ｍａｘ）−Ｗｇ≧０の関係が成立することが必要である。
【００６３】
実施の形態６．
次に、図１９〜図２４を用いて、本発明の実施の形態６の電界放出型電子源の製造方法を説明する。本実施の形態においては、電子放出膜３上の絶縁膜４の最大開口寸法Ｗｉ（ｍａｘ）をゲート電極膜５のゲート開口寸法Ｗｇよりも大きくするための第２方法が説明される。本実施の形態の電界放出型電子源の製造方法によれば、図１８に示す実施の形態５の電界放出型電子源の構造が得られる。
【００６４】
本実施の形態の電界放出型電子源の製造工程においては、まず、基板上１上にカソード配線層２が形成される。カソード配線層２は所定の形状にパターニングされている。次に、カソード配線層２上に電子放出膜３が形成される。その後、硬化深度ｔ２よりも小さい膜厚ｔ３の第１絶縁膜８が電子放出膜３上に形成される。それにより、図１９に示す構造が得られる。次に、第１絶縁膜８上にマスク９が形成される。次に、図２０に示すように、マスク９とともに第１絶縁膜８が露光される。なお、マスク９は露光工程の後、第１絶縁膜８の上表面から除去される。その後、図２１に示されるように、第１絶縁膜８上に硬化深度ｔ２よりも小さい膜厚ｔ４の第２絶縁膜１０が形成される。次に、第２絶縁膜１０上にマスク６が形成される。次に、図２２に示されるように、マスク６とともに第２絶縁膜１０が露光される。なお、マスク６は露光工程の後、第２絶縁膜１０の上表面から除去される。その後、図２３に示されるように、第２絶縁膜１０上にゲート電極膜５が形成される。次に、図２４に示されるように、ゲート電極膜５上にマスク７が形成される。その後、マスク７とともにゲート電極膜５が露光される。最後に、現像によって、図１８に示されるように、ゲート電極膜５に開口２００が形成され、第２絶縁膜１０に開口１００ｂが形成され、第１絶縁膜８に開口１００ａが形成される。その結果、電子放出膜３が露出する。つまり、実施の形態５で図１８を用いて説明された電界放出型電子源の構造が得られる。
【００６５】
第１絶縁膜８の露光のために用いられるマスク９の寸法Ｗｍ３が、ゲート電極膜５の露光のときに用いられるマスク７の寸法Ｗｍ２と等しいかまたはマスク７の寸法Ｗｍ２より大きければ、最大開口寸法Ｗｉ（ｍａｘ）をゲート開口寸法ｗｇより大きくすることができる。
【００６６】
このように、本実施の形態の電界放出型電子源の製造方法によれば、ゲート開口寸法Ｗｇより大きな領域において電子放出膜３を露出させることが可能になる。したがって、本実施の形態の電界放出型電子源の製造方法においても、焼成時に電子放出膜３の樹脂成分を十分に焼失させることが可能となる。また、第２絶縁膜１０の開口１００ｂの内周面から突出するオーバーハング部１４（図１８参照）の形状が自重によって崩壊しないようにするために、マスク９の寸法をマスク７の寸法より２０μｍを超えて大きくすることはできない。このことは、前述の実施の形態と同様である。
【００６７】
なお、本実施の形態においては、第１絶縁膜８の厚さ、および、第２絶縁膜１０の厚さを、これらの材料である感光性誘電体膜の硬化深度ｔ２である１４μｍより小さい１２μｍとした。
【００６８】
また、第２絶縁膜１０の露光のために用いられるマスク６の寸法Ｗｍ１およびゲート電極膜５の露光のために用いられるマスク７の寸法Ｗｍ２は、０≦{（１＋Ｋｇ）・Ｗｍ２−（１＋Ｋｉ）・Ｗｍ１}／{（１＋Ｋｇ）・Ｗｍ２}≦０．１という条件を具備している。したがって、図２４に示す焼成プロセス後における第２絶縁膜１０のゲート電極膜５の開口２００の内周面から突出する部分の突出幅Ｗｇｉ（ｍｉｎ）をゲート開口寸法Ｗｇの０％以上５％以下にすることができる。
【００６９】
なお、本実施の形態においても、レジスト膜からなるマスク６および７を用いる製法が示されているが、フォトマスク（レチクル）を構成するガラス基板上に形成された遮光膜をマスクとして用いる製法であっても、２つのフォトマスクの遮光膜同士の間に前述のマスク６の寸法とマスク７の寸法との間に成立する関係と同様の関係が成立すれば、本実施の形態の製法と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
なお、今回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えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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変更が含まれていることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】実施の形態１の電界放出型電子源の構造を示す断面図である。
【図２】実施の形態１の絶縁膜の突出幅ｇｉ（ｍｉｎ）のゲート開口寸法Ｗｇに対する比と電子放出開始電圧との関係を示すグラフである。
【図３】ゲート電極膜が絶縁膜の内周面から突出している構造を有する電界放出型電子源の断面図である。
【図４】露光工程において光が照射される部分を示すための断面図である。
【図５】実施の形態２の電界放出型電子源の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】実施の形態２の電界放出型電子源の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】実施の形態２の電界放出型電子源の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】実施の形態２の電界放出型電子源の製造方法を説明するための断面図である。
【図９】実施の形態２の電界放出型電子源の製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】実施の形態２の電界放出型電子源の製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】実施の形態２の電界放出型電子源の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】差Ｗｉｇ（ｍａｘ）＝Ｗｉ（ｍａｘ）−Ｗｇと電子放出開始電圧との関係を示す図である。
【図１３】絶縁膜の突出部を説明するための図である。
【図１４】実施の形態４の電界放出型電子源の製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】実施の形態４の電界放出型電子源の製造方法を説明するための断面図である。
【図１６】実施の形態４の電界放出型電子源の製造方法を説明するための断面図である。
【図１７】実施の形態４の電界放出型電子源の製造方法を説明するための断面図である。
【図１８】実施の形態５の電界放出型電子源の構造を示す断面図である。
【図１９】実施の形態６の電界放出型電子源の製造方法を説明するための断面図である。
【図２０】実施の形態６の電界放出型電子源の製造方法を説明するための断面図である。
【図２１】実施の形態６の電界放出型電子源の製造方法を説明するための断面図である。
【図２２】実施の形態６の電界放出型電子源の製造方法を説明するための断面図である。
【図２３】実施の形態６の電界放出型電子源の製造方法を説明するための断面図である。
【図２４】実施の形態６の電界放出型電子源の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  基板、２  カソード配線層、３  電子放出膜、４  絶縁膜、５  ゲート電極膜、６  マスク（絶縁膜露光用）、７  マスク（ゲート電極膜露光用）、８  第１絶縁膜、９  マスク（絶縁膜露光用）、１０  第２絶縁膜、１１  レーザ光、１２  表面処理領域、  １３  テーパ部（帯電部）、１４  オーバーハング部、２０  突出部。
【図１】
2006253065.tif 000003
【図２】
2006253065.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006253065.tif 000006
【図５】
2006253065.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006253065.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006253065.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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