(57)【要約】【課題】ディスプレイ上に輝点を発生させない電子放出特性の良好な微小電子源装置及び平面型表示装置を提供する。【解決手段】基板１０上にカソード電極１１、絶縁層１３、ゲート電極１４が順に積層されてなり、ゲート電極１４及び絶縁層１３を貫通して形成された開口部１５と、開口部１５の底部に形成され導電性のマトリクス１２ｂと一端が突出した状態でマトリクス１２ｂに埋まったカーボンナノチューブ１２ａとからなる微小電子源層１２とを備える微小電子源装置において、開口部１５は略円柱形状の孔であり、微小電子源層１２は開口部１５の円形底部と同心のドーナツ形状の層であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にカソード電極、絶縁層、ゲート電極が順に積層されてなり、前記ゲート電極及び絶縁層を貫通して形成された開口部と、該開口部の底部に形成され導電性のマトリクスと一端が突出した状態で前記マトリクスに埋まったカーボンナノチューブとからなる微小電子源層とを備える微小電子源装置において、
前記開口部は略円柱形状の孔であり、前記微小電子源層は前記開口部の円形底部と同心のドーナツ形状の層であることを特徴とする微小電子源装置。
【請求項２】
前記微小電子源層の内径領域は、平面型表示装置としてアノード電圧を印加した場合に生じる電界成分についてゲート電極ではカットオフできない前記微小電子源層上の領域であることを特徴とする請求項１に記載の微小電子源装置。
【請求項３】
前記開口部の深さと底部直径との比が１：６以上であることを特徴とする請求項１に記載の微小電子源装置。
【請求項４】
基板上にカソード電極、絶縁層、ゲート電極が順に積層されてなり、前記ゲート電極及び絶縁層を貫通して形成された開口部と、該開口部の底部に形成され導電性のマトリクスと一端が突出した状態で前記マトリクスに埋まったカーボンナノチューブとからなる微小電子源層とを備える微小電子源装置において、
前記開口部は断面形状が略矩形の溝であり、前記微小電子源層は前記溝の幅方向の中央に中空のスリットが入った前記溝の長手方向に延びる帯形状の層であることを特徴とする微小電子源装置。
【請求項５】
前記微小電子源層のスリット領域は、平面型表示装置としてアノード電圧を印加した場合に生じる電界成分についてゲート電極ではカットオフできない前記微小電子源層上の領域であることを特徴とする請求項４に記載の微小電子源装置。
【請求項６】
前記開口部の深さと溝幅との比が１：６以上であることを特徴とする請求項４に記載の微小電子源装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一に記載の微小電子源装置が平面上に複数形成されたカソードパネルと、前記微小電子源装置に対向する蛍光体層とアノード電極を有するアノードパネルとを備えることを特徴とする平面型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小電子源装置及該微小電源装置を用いたＦＥＤ等の平面型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テレビジョン受像機や情報端末機器等の表示措置は、薄型化、軽量化、大画面化、高精細表示化の要求に答えるため、重量や厚みに限界のあるＣＲＴから平面型表示装置（フラットパネル表示装置）への移行する開発が盛んに行われている。情報端末機器のフラットパネル表示装置としては液晶パネルが広く普及しているが、高輝度化、大型化が困難なために家庭用テレビジョン受像器は開発段階に留まっている。
【０００３】
一方、フィールドエミッションディスプレー（以下、ＦＥＤと略す）は、少ない電力消耗で高解像度・高輝度のカラー表示が行えるというメリットから有力な大型のフラットパネル表示装置用賭して開発が進んでいる。ＦＥＤは電子放出を行うチップ型カソードとカソードから放出された電子が衝突することにより蛍光体を励起発光させて所望のパターン、文字、記号を表示する装置である。
【０００４】
公知のＦＥＤの構成は複数本の行配線につながったカソードと複数本の列配線につながったゲートからなるエミッタアレイパネルと蛍光体を塗布されたアノードパネルを絶縁性のスペーサを挟んで積層するものである（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００５】
また、エミッタアレイパネルはガラス等の誘電体板もしくはＳｉ板上にＣＶＤ法、エッチング法、真空蒸着法もしくはスパッタ法及び光リソグラフィー法により所望の画素数に応じたマトリックスをなす行配線・列配線と１画素当り複数のカソードチップ及びカソードチップと誘電体で絶縁されたカソードチップに対応した穴を開口したゲート電極を形成して作成する。
【０００６】
アノードパネルはガラス等の誘電体板にＩＴＯ等の透明電極を堆積させた上に各１画素に対応した赤(R)、緑(G)、青(B)の３色の蛍光体についてそれぞれ遮光格子を介して縞状に塗布して作成する。
【０００７】
従来の電界放出型ディスプレイでは、電子放射エミッタを２次元的に配列し、これに引き出し電極とカソード電圧用配線をマトリックス状に配置し、カソード先端から強電界によって放射されてきた電子により蛍光体を光らせる手法が用いられている。
【０００８】
従来のＷを始めとする金属製のエミッタが用いられてきたが、近年になってエミッタ材料の仕事関数を下げることにより低しきい値でのエミッションを可能にする材料としてＤＬＣ（ダイヤモンド状カーボン）を始めとするカーボン材料が注目されている。
【０００９】
また、従来の様にエミッタ構造を作ることなく平面から電子放出させる試みが開示されおり（例えば、非特許文献１参照。）、特にカーボンナノチューブと呼ばれる微細構造を有する炭素系構造体は、その良好な電子放出特性を有することから注目を集めている（例えば、非特許文献２参照。）。さらに、これらのカーボンナノチューブの特徴を生かして導電性材料と混合して電子放出源（微小電子源装置）を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。カーボンナノチューブを使用することにより、低い閾値電圧かつ低いドライブ電圧で、電子放出の安定性のある微小電子源装置を実現することができる。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４９０８５３９号明細書
【特許文献２】特開昭６１-２２１７８３号公報
【特許文献３】特開２００３-２２９０４４号公報
【非特許文献１】第６０回応用物理学会学術講演会  講演予稿集p.631（講演番号2P-H-6）
【非特許文献２】第６０回応用物理学会学術講演会  講演予稿集p.632（講演番号2P-H-11）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、平面型表示装置に上記微小電子源装置を用いると、ディスプレイ上に輝点が現れる不具合が発生した。輝点は黒点よりも人間の認識感度が高いためにひとつでもあると、それはディスプレイとして致命的な欠陥となる。
【００１２】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、ディスプレイ上に輝点を発生させない電子放出特性の良好な微小電子源装置及び平面型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発明者らは、輝点の発生原因を調査したところ、対極であるアノード電極に電圧を印加すると、微小電子源装置において電子抽出電極であるゲート電極によりカットオフできないアノード電圧の電界成分が主にゲート孔（開口部）底部のカソード電極にかかり、このときにカソード電極上に配置された微小電子源層の閾値電圧の低い電子放出源、例えば、高さの高いカーボンナノチューブがストレー源となり電子を放出してディスプレイ上で輝点となって現れることを把握した。そこで、前記ゲート電極により電圧をカットオフできない電界成分が開口部底部のカソード電極の中心領域にかかっている点に着目し、鋭意検討を行い、本発明を成すに至った。
【００１４】
すなわち、前記課題を解決するために提供する本発明は、基板上にカソード電極、絶縁層、ゲート電極が順に積層されてなり、前記ゲート電極及び絶縁層を貫通して形成された開口部と、該開口部の底部に形成され導電性のマトリクスと一端が突出した状態で前記マトリクスに埋まったカーボンナノチューブとからなる微小電子源層とを備える微小電子源装置において、前記開口部は略円柱形状の孔であり、前記微小電子源層は前記開口部の円形底部と同心のドーナツ形状の層であることを特徴とする微小電子源装置である（請求項１）。
【００１５】
ここで、前記微小電子源層の内径領域は、平面型表示装置としてアノード電圧を印加した場合に生じる電界成分についてゲート電極ではカットオフできない前記微小電子源層上の領域であることが好ましい。
また、前記開口部の深さと底部直径との比が１：６以上であることが好ましい。
【００１６】
前記課題を解決するために提供する本発明は、基板上にカソード電極、絶縁層、ゲート電極が順に積層されてなり、前記ゲート電極及び絶縁層を貫通して形成された開口部と、該開口部の底部に形成され導電性のマトリクスと一端が突出した状態で前記マトリクスに埋まったカーボンナノチューブとからなる微小電子源層とを備える微小電子源装置において、前記開口部は断面形状が略矩形の溝であり、前記微小電子源層は前記溝の幅方向の中央に中空のスリットが入った前記溝の長手方向に延びる帯形状の層であることを特徴とする微小電子源装置である（請求項４）。
【００１７】
ここで、前記微小電子源層のスリット領域は、平面型表示装置としてアノード電圧を印加した場合に生じる電界成分についてゲート電極ではカットオフできない前記微小電子源層上の領域であることが好ましい。
また、前記開口部の深さと溝幅との比が１：６以上であることが好ましい。
【００１８】
前記課題を解決するために提供する本発明は、請求項１〜６のいずれか一に記載の微小電子源装置が平面上に複数形成されたカソードパネルと、前記微小電子源装置に対向する蛍光体層とアノード電極を有するアノードパネルとを備えることを特徴とする平面型表示装置である（請求項７）。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の微小電子源装置によれば、微小電子源層をドーナツ形状あるいはスリットのある帯形状とすることにより中央の領域を予め中空として電子を放出しない構成としたので、ストレー源を低減することができる。
また、微小電子源層を形成した後に開口部底部のカソード電極上の真中だけを選択的に電子放出源であるカーボンナノチューブを除去すること（ＣＮＴ除去プロセス）が考えられるが、本発明では予め従来の微小電子源装置の製造工程の中でストレー源となると予期される箇所に微小電子源層を配置しない工夫をしているため、製造プロセスとして工程数を増やすことなく輝点発生を抑えることができる。さらに、ＣＮＴ除去プロセスにおいて選択的にカーボンナノチューブを除去することは困難であり微小電子源装置としての信頼性が低下する可能性があるが、本発明によればこの信頼性を低下させることなく輝点抑制が可能である。
また、本発明の平面型表示装置によれば、微小電源層をドーナツ形状あるいはスリットのある帯形状とすることにより中央の領域を予め中空として電子を放出しない構成としたので、ディスプレイ上の輝点発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る微小電子源装置の第１の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の微小電子源装置の第１の実施の形態における構成を示す概略図である。
本発明の微小電子源装置は、平面型表示装置においてカソードパネル１のベースとなる絶縁性の基板（例えば、ガラス基板）１０と、この基板１０上に積層状態で順に形成されたカソード電極１１、絶縁層１３及びゲート電極１４と、ゲート電極１４及び絶縁層１３に形成された開口部（ゲートホール）１５と、この開口部１５の底部に形成されたドーナツ形状の微小電子源層１２とによって構成されている。
なお、図中微小電子源層１２はドーナツ形状のものが１つのみ示しているが、表示装置に供する場合には１サブピクセルとして１つのカソード電極１１のライン上に複数個の微小電子源層１２が並んで配置される。
【００２１】
カソード電極１１及びゲート電極１４は、導電材料からなる導電膜である。例えばスパッタリング法により形成される厚み０．２μｍ程度のクロム（Ｃｒ）層である。
【００２２】
微小電子源層１２は、カーボンナノチューブ１２ａとバインダ材料（マトリックス）１２ｂとを含む複合層が加工されてなるものであり、前記カーボンナノチューブ１２ａが導電性のマトリクス１２ｂ中に埋め込まれ、該カーボンナノチューブ１２ａの一端が前記マトリクス１２ｂから突出した状態となっている。また、微小電子源層１２は開口部１５の円形底部と同心のドーナツ形状である（図１（ｂ））。
【００２３】
カーボンナノチューブ本体は、例えば平均直径１ｎｍ、平均長さ１μｍといった非常に細長いチューブ構造（繊維状）を有するものを用いる。あるいは、例えば平均直径３０ｎｍ、平均長さ１μｍのファイバー構造を有するカーボンナノファイバーを用いてもよい。
【００２４】
微小電子源層１２を構成するマトリクス１２ｂは、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ａｌの少なくとも１つを含有する有機金属化合物を含む結合剤からなることが好ましい。
【００２５】
微小電子源層１２の内径領域は、カーボンナノチューブ１２ａ及びマトリクス１２ｂが存在せず電子放出のない中空の領域であり、平面型表示装置としてアノード電圧を印加した場合に生じる電界成分についてゲート電極１４ではカットオフできない微小電子源層１２上の領域である。
【００２６】
内径ＩＤは、微小電子源層１２上のアノード電圧の電界成分がゲート電極１４によりカットオフできない領域（カットオフ不能領域）を予め求めておき、その領域に基づいて設定するとよい。カットオフ不能領域は、開口部１５の直径Ｄ、深さｄ１、アノード電圧、ゲート電圧、アノード電極−カソード電極間距離等の要因が影響を及ぼす。
また、画面サイズが対角４０インチ以下の表示装置に対応する場合には、内径ＩＤは５〜３０μｍであることが好ましい。
【００２７】
絶縁層１３は、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ２）からなる層間絶縁膜である。
【００２８】
開口部１５は、ゲート電極１４に形成された第１の開口部１５Ａと、この第１の開口部１５Ａに連通する状態で絶縁層１３に形成された第２の開口部１５Ｂとから構成される略円柱形状の孔であり、微小電子源層１２から放出される電子が通過する空間である。この孔の形状は頭頂部（ゲート電極１４側）と底部（カソード電極１１側）が円形であればよく、孔の側面（すなわち絶縁層１３の壁面）は放出電子の通過を阻害しない限りどのような形状でもよい。
【００２９】
この開口部１５の深さｄ１と底部直径Ｄとの比（アスペクト比）は、１：６以上であることが好ましい。アスペクト比が１：６より小さくなると、ディスプレイ上の輝点が発生しやすくなり好ましくない。
【００３０】
本発明の微小電子源装置は次の手順で作製する。
（Ｓ１１）基板１０上にカソード電極形成用の導電膜１１Ｌを形成する（図２（ａ））。導電膜１１Ｌは、例えばスパッタリング法により形成される膜厚０．２μｍのＣｒ等からなる。また、必要に応じて導電膜１１Ｌ上に抵抗層を形成する。抵抗層は、例えばスパッタリング法により形成される膜厚０．２μｍのアモルファスＳｉ，ＳｉＣＮ等からなる後述の微小電子源層１２への放電電流を安定化させる役目を果たす薄膜である。
【００３１】
（Ｓ１２）つぎに、カソード電極上、すなわち導電膜１１Ｌの所望の領域に電子エミッタ材料としてカーボンナノチューブ分散液を塗布する。塗布はスプレー噴霧、スピンコートなどいずれの方法でもよい。
カーボンナノチューブ分散液は、複数のカーボンナノチューブと、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ａｌの少なくとも１つを含有する有機金属化合物を含む結合剤と、揮発性溶媒（例えば、酢酸ブチル）とを所定量混合して調製されたものである。熱分解性有機金属である有機スズ及び有機インジウム化合物（ＩＴＯ溶液）およびカーボンナノチューブを揮発性溶媒、例えば、酢酸ブチル中に分散させて調製する場合の組成例を以下に示す。
【００３２】
（カーボンナノチューブ分散液）
・結合剤（ＩＴＯ溶液）                ：固形分１０〜５０重量％
・カーボンナノチューブ                ：０．０１〜２０重量％
・溶媒（酢酸ブチル）                  ：３０〜８０重量％
・分散剤（例えばドデチル硫酸ナトリウム）：０．１〜５重量％
【００３３】
上記のようにカーボンナノチューブの分散性を向上させるために分散剤を添加してもよいし、超音波処理を施してもよい。また、希釈剤には水系、非水系のどちらを添加しても構わないが、それに応じて分散剤も変わることを前提とする。また、カーボンナノチューブは、例えば平均直径１ｎｍ、平均長さ１μｍのチューブ構造を有し、アーク放電法により作製されたものを用いればよい。
【００３４】
（Ｓ１３）上記カーボンナノチューブ分散液を塗布した後、焼成により結合剤からなる導電性のマトリクス中に前記カーボンナノチューブが分散して埋め込まれた状態である複合層１２Ｌを形成する（図２（ｂ））。焼成は例えば、つぎのような２段階で行うとよい。
（第１の焼成）
・雰囲気：大気
・温度：３５０℃
・時間：３０分
（第２の焼成）
・雰囲気：窒素
・温度：５００℃
・時間：３０分
【００３５】
（Ｓ１４）次に、複合層１２Ｌをドーナツ形状に加工する。具体的には、レジスト材料層をスピンコート法にて全面に成膜した後、リソグラフィー技術に基づき、複合層１２Ｌのうち残されるべき領域以外の表面が露出したマスク層を形成する。このとき、例えば外径６５μｍ、内径２０μｍのドーナツ形状の複合層１２Ｌが１サブピクセルに５つ配置されるようにマスク層を形成する。
ついで露出した複合層１２Ｌ領域を、例えば、ＨＣｌを用いてエッチング温度１０〜６０℃、エッチング時間１０秒〜３０分の条件でエッチングする（図２（ｃ））。
【００３６】
なお、上記処理後に所望の領域以外にカーボンナノチューブが存在する場合は、酸素プラズマもしくは、酸化溶液を使用して、カーボンナノチューブのエッチングを行う。このときのエッチング条件例を以下に示す。
【００３７】
（酸素プラズマエッチング）
・装置：ＲＩＥ
・導入ガス：酸素を含むガス
・プラズマ励起パワー：５００Ｗ
・バイアスパワー：０〜１５０Ｗ（ＤＣでもＲＦでも構わないがＲＦが好ましい）
・時間：１０秒以上
【００３８】
（酸化溶液エッチング）
・溶液: ＫＭｎＯ４
・温度：２０〜８０℃
・時間：１０秒から２０分
【００３９】
（Ｓ１５）ついで、周知のフォトリソグラフィ技術及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により導電膜１１Ｌをエッチング加工してストライプ状のカソード電極１１とする（図２（ｄ））。この時点で基板１０上には複数本のカソードラインが形成される。
【００４０】
（Ｓ１６）基板１０上において、カソード電極１１、複合層１２Ｌの積層部を覆うように層間絶縁膜１３Ｌを形成し、さらに該層間絶縁膜１３Ｌ上に例えば膜厚０．２μｍのＣｒからなるゲート電極形成用の導電膜１４Ｌを形成する（図３（ｅ））。例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を原料ガスとして使用するＣＶＤ法により、基板１０の全面に例えばＳｉＯ２からなる厚さ１２μｍの層間絶縁膜１３Ｌを形成し、次いで、層間絶縁膜１３Ｌの上にＣｒからなる導電膜１４Ｌをスパッタリング法によって形成すればよい。
【００４１】
（Ｓ１７）導電膜１４Ｌ上にレジストマスク層を形成し、このレジストマスク層を利用して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により導電膜１４Ｌの所定部位をエッチング加工することにより、層間絶縁膜１３Ｌ上でストライプ形状のゲート電極１４とするとともに、このゲート電極１４を貫通する第１の開口部１５Ａを形成する（図３（ｆ））。このとき、ゲート電極１４は層間絶縁膜１３Ｌ上でカソード電極１１と略直交する状態のストライプ形状に加工されている。すなわち、上記カソードラインに直交する複数本のゲートラインが形成される。また、導電膜１４Ｌのエッチングされた部位は層間絶縁膜１３Ｌが露出している。
【００４２】
（Ｓ１８）つぎに、ゲート電極１４の第１の開口部１５Ａを通して層間絶縁膜１３Ｌを反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチング加工により、複合層１２Ｌが露出するように第２の開口部１５Ｂを形成する。これにより、第１，第２の開口部１５Ａ，１５Ｂからなる開口部（ゲートホール）１５が得られる（図３（ｇ））。
【００４３】
微小電子源装置は、電子放出はピクセル（画素）ごとに選択できるアセンブリでなければならない。そのために、カソード電極１１と電子取り出し電極であるゲート電極１４とが直交して重なる部分でひとつのサブピクセルを形成する。開口部１５は、そのサブピクセルを構成するためのものであり、例えば直径６０μｍの略円柱形状の孔として形成されており、１サブピクセル当たり５個形成される。この場合の開口部１５のアスペクト比は１：５となる。また、開口部１５は１画素に数十個ほど形成される。
【００４４】
（Ｓ１９）次に、開口部１５の底部に露出した複合層１２Ｌ上層部のマトリックスを虚弱化させる（図４（ｈ））。複合層１２Ｌの上層部を虚弱化させる際の手法としては、ウェットエッチングやドライエッチングなどのエッチング法（ライトエッチング）を好ましく用いることができる。ライトエッチングは例えば、エッチャント：１０％ＨＣｌ水溶液、エッチング時間５〜６０秒の条件で行えばよい。このエッチングにより複合層１２Ｌの上層部でマトリクス材料を選択的に除去することにより、表面に多数のカーボンナノチューブを露出させることができる。
【００４５】
（Ｓ１ａ）その後、エッチングされた複合層１２Ｌの表面で各々のカーボンナノチューブが一様にほぼ垂直に起立するように、カーボンナノチューブの配向処理を行う。具体的には、例えば基板１０上で図示しないアクリル樹脂からなるフィルムをゲート電極１４の上から貼り付けた後、ＵＶ照射して該フィルムを硬化させ、ついで硬化したフィルムを引き剥がすことにより、基板１０に対してカーボンナノチューブの長手方向をほぼ垂直に配向させる。カーボンナノチューブを配向させる際の方向は、基板１０の面方向に対してほぼ垂直な方向とする。このとき、複合層１２Ｌの表面には多数のカーボンナノチューブが露出した状態となっている。そのため、フィルムの貼り付け及び引き剥がしを行うことにより、多数のカーボンナノチューブを垂直に配向させることができる。これにより、前記カーボンナノチューブ１２ａが導電性のマトリクス１２ｂ中に埋め込まれ、該カーボンナノチューブ１２ａの一端がマトリクス１２ｂから突出してなる微小電子源層１２となる（図４（ｉ））。
【００４６】
なお、カーボンナノチューブの配向処理方法としては、上述した粘着テープの貼り付け及び引き剥がしによる方法以外にも、例えば、カソード電極１１に電圧を印加することにより、カソード電極１１とカーボンナノチューブを同じ極性で帯電させ、これに伴う反発力により各々のカーボンナノチューブを互いに分離した状態で垂直に配向させることも可能である。
【００４７】
このようにして、平面型表示装置においてカソードパネル１のベースとなる絶縁性の基板（例えば、ガラス基板）１０と、この基板１０上に積層状態で順に形成されたカソード電極１１、絶縁層１３及びゲート電極１４と、ゲート電極１４及び絶縁層１３に形成された開口部（ゲートホール）１５と、この開口部１５の底部に形成されたドーナツ形状の微小電子源層１２とによって構成される微小電子源装置が完成する。
【００４８】
次に、本発明に係る微小電子源装置の第２の実施の形態について説明する。
図５は、本発明に係る微小電子源装置の第２の実施の形態における構成を示す概略図である。
本発明の微小電子源装置は、平面型表示装置においてカソードパネル１のベースとなる絶縁性の基板（例えば、ガラス基板）３０と、この基板３０上に積層状態で順に形成されたカソード電極３１、絶縁層３３及びゲート電極３４と、ゲート電極３４及び絶縁層３３に形成された開口部（ゲートホール）３５と、この開口部３５の底部に形成された微小電子源層３２とによって構成されている。なお、図中微小電子源層３２は表示装置の１サブピクセルに対応する状態を示している。
また、この微小電子源装置の構成材料は、第１の実施の形態の微小電子源装置と同じである。以下、第１の実施の形態と相違する点について説明する。
【００４９】
微小電子源層３２は、開口部３５の溝の長手方向に延びる帯形状の層であり、溝の幅方向の中央に中空のスリットが入っている。（図５（ｂ））。
【００５０】
微小電子源層３２のスリット領域は、カーボンナノチューブ３２ａ及びマトリクス３２ｂが存在せず電子放出のない中空の領域であり、平面型表示装置としてアノード電圧を印加した場合に生じる電界成分についてゲート電極３４ではカットオフできない微小電子源層３２上の領域である。
【００５１】
スリット幅Ｓは、微小電子源層３２上のアノード電圧の電界成分がゲート電極３４によりカットオフできない領域（カットオフ不能領域）を予め求めておき、その領域に基づいて設定するとよい。カットオフ不能領域は、開口部３５の溝幅Ｗ、深さｄ２、アノード電圧、ゲート電圧、アノード電極−カソード電極間距離等の要因が影響を及ぼす。
また、画面サイズが対角４０インチ以下の表示装置に対応する場合には、スリット幅Ｓは５〜３０μｍであることが好ましい。
【００５２】
開口部３５は、ゲート電極３４に形成された第１の開口部と、この第１の開口部に連通する状態で絶縁層３３に形成された第２の開口部とから構成される断面形状が略矩形の溝であり、微小電子源層３２から放出される電子が通過する空間である。この溝の形状は頭頂部（ゲート電極３４側）と底部（カソード電極３１側）が長方形であればよく、溝の側面（すなわち絶縁層３３の壁面）は放出電子の通過を阻害しない限りどのような形状でもよい。
【００５３】
この開口部３５の深さｄ２とスリット幅Ｗとの比（アスペクト比）は、１：６以上であることが好ましい。アスペクト比が１：６より小さくなると、ディスプレイ上の輝点が発生しやすくなり好ましくない。
【００５４】
第２の実施の形態の微小電子源装置は第１の実施の形態と同様の手順で作製するが、微小電子源層３２をスリットのある帯状の層に加工し、開口部３５を断面形状が略矩形の溝に加工する点で異なる。具体的には第１の実施の形態におけるステップＳ１４に代えて以下に示すステップＳ２４を行い、ステップＳ１７，１８に代えてステップＳ２７，２８を行う。
【００５５】
（Ｓ２４）複合層３２Ｌを幅方向中央に中空のスリットのある帯形状に加工する。具体的には、レジスト材料層をスピンコート法にて全面に成膜した後、リソグラフィー技術に基づき、複合層３２Ｌのうち残されるべき領域以外の表面が露出したマスク層を形成する。このとき、例えば帯の幅６５μｍ、スリット幅２０μｍのスリットのある帯形状の複合層３２Ｌが１サブピクセルに１つ配置されるようにマスク層を形成する。
ついで露出した複合層３２Ｌ領域を、例えば、ＨＣｌを用いてエッチング温度１０〜６０℃、エッチング時間１０秒〜３０分の条件でエッチングする。
【００５６】
（Ｓ２７）導電膜３４Ｌ上にレジストマスク層を形成し、このレジストマスク層を利用して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により導電膜３４Ｌの所定部位をエッチング加工することにより、層間絶縁膜３３Ｌ上でストライプ形状のゲート電極３４とするとともに、このゲート電極３４を貫通する第１の開口部３５Ａを形成する。このとき、ゲート電極３４は層間絶縁膜３３Ｌ上でカソード電極３１と略直交する状態のストライプ形状に加工されている。すなわち、上記カソードラインに直交する複数本のゲートラインが形成される。また、導電膜３４Ｌのエッチングされた部位は層間絶縁膜３３Ｌが露出している。
【００５７】
（Ｓ２８）つぎに、ゲート電極３４の第１の開口部３５Ａを通して層間絶縁膜３３Ｌを反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチング加工により、複合層３２Ｌが露出するように第２の開口部３５Ｂを形成する。これにより、第１，第２の開口部３５Ａ，３５Ｂからなり断面形状が略矩形の溝である開口部３５が得られる。
【００５８】
上記以外の工程は構成物の符号が第２の実施の形態の構成に対応して変わるだけで処理内容は第１の実施の形態と同じであり、最終的に図５に示す微小電子源装置が完成する。
【００５９】
その後、平面型表示装置の組み立てを行う。具体的には、蛍光体層２２と微小電子源装置とが対向するようにアノードパネル２とカソードパネル１とを配置し、アノードパネル２とカソードパネル１（より具体的には、基板２１と基板１０）とを、枠体３を介して、周縁部において接合する。接合に際しては、枠体３とアノードパネル２との接合部位、及び枠体３とカソードパネル１との接合部位にフリットガラスを塗布し、アノードパネル２とカソードパネル１と枠体３とを貼り合わせ、予備焼成にてフリットガラスを乾燥した後、約４５０℃で１０〜３０分の本焼成を行う。その後、アノードパネル２とカソードパネル１と枠体３とフリットガラスとによって囲まれた空間を、貫通孔及びチップ管を通じて排気し、空間の圧力が１０-4Ｐａ程度に達した時点でチップ管を加熱溶融により封じ切る。このようにして、アノードパネル２とカソードパネル１と枠体３とに囲まれた空間を真空にすることができる。その後、必要な外部回路との配線を行い、図６に示す平面型表示装置を完成させる。
【００６０】
図６は本発明に係る平面型表示装置のパネル構造の一例を示す断面図である。
図６に示すように、カソードパネル（カソード基板）１とアノードパネル（アノード基板）２とを所定の間隙を介して対向状態に配置するとともに、それらのパネル１，２を枠体３によって一体的に組み付けることにより、画像表示のための一つのパネル構体（表示パネル）が構成されている。
【００６１】
カソードパネル１上には本発明の微小電子源装置が複数形成されている。これら複数の微小電子源装置は、カソードパネル１の有効領域（実際に表示部分として機能する領域）に２次元マトリックス状に多数形成されている。ここでは第１の実施の形態の微小電子源装置を形成した例を示しているが、第２の実施の形態の微小電子源装置を形成してもよい。
【００６２】
図７に示すように、カソード電極１１は、複数のカソードラインを形成するようにストライプ状に形成されている。ゲート電極１４は、各々のカソードラインと交差（直交）する複数のゲートラインを形成するようにストライプ状に形成されている。
【００６３】
一方、アノードパネル２は、ベースとなる透明基板２１と、この透明基板２１上に形成された蛍光体層２２及びブラックマトリックス２３と、これら蛍光体層２２及びブラックマトリックス２３を覆う状態で透明基板２１上に形成されたアノード電極２４とを備えて構成されている。蛍光体層２２は、赤色発光用の蛍光体層２２Ｒと、緑色発光用の蛍光体層２２Ｇと、青色発光用の蛍光体層２２Ｂとから構成されている。ブラックマトリックス２３は、各色発光用の蛍光体層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの間に形成されている。アノード電極２４は、カソードパネル１の電子放出素子と対向するように、アノードパネル２の有効領域の全域に積層状態で形成されている。
【００６４】
これらのカソードパネル１とアノードパネル２とは、それぞれの外周部（周縁部）で枠体３を介して接合されている。また、カソードパネル１の無効領域（有効領域の外側の領域で、実際に表示部分として機能しない領域）には真空排気用の貫通孔１６が設けられている。貫通孔１６には、真空排気後に封じ切られるチップ管１７が接続されている。ただし、図６は表示装置の組み立て完了状態を示しているため、チップ管１７は既に封じ切られた状態となっている。また、図６、図７においては、各々のパネル１，２間のギャップ部分に介装される耐圧用の基板（スペーサ）の表示を省略している。
【００６５】
上記構成のパネル構造を有する表示装置においては、カソード電極１１に相対的な負電圧がカソード電極制御回路１８から印加され、ゲート電極１４には相対的な正電圧がゲート電極制御回路１９から印加され、アノード電極２４にはゲート電極１１よりも更に高い正電圧がアノード電極制御回路２０から印加される。かかる表示装置において、実際に画像の表示を行う場合は、例えば、カソード電極１１にカソード電極制御回路１８から走査信号を入力し、ゲート電極１４にゲート電極制御回路１９からビデオ信号を入力する。あるいは又、カソード電極１１にカソード電極制御回路１８からビデオ信号を入力し、ゲート電極１４にゲート電極制御回路１９から走査信号を入力する。
【００６６】
これにより、カソード電極１１とゲート電極１４との間に電圧が印加され、これによって微小電子源層１２の先鋭部（カーボンナノチューブ１２ａの先端部）に電界が集中することにより、量子トンネル効果によって電子がエネルギー障壁を突き抜けて微小電子源層１２から真空中へと放出される。こうして放出された電子はアノード電極２４に引き付けられてアノードパネル２側に移動し、透明基板２１上の蛍光体層２２（２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ）に衝突する。その結果、蛍光体層２２が電子の衝突により励起されて発光するため、この発光位置を画素単位で制御することにより、表示パネル上に所望の画像を表示することができる。
【００６７】
また、アノード電極２４に電圧を印加しても、本発明の微小電子源装置により、ディスプレイ上の輝点発生を抑制することが可能である。
【実施例】
【００６８】
本発明の実施例を以下に示す。なお、本実施例は例示であり、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。
【００６９】
（実施例１）
つぎの手順で微小電子源装置を作製した。
（Ｓ３１）ガラス基板である基板１０上にカソード電極形成用の導電膜１１Ｌとしてスパッタリング法により膜厚０．２μｍのＣｒ層を形成した（図２（ａ））。
【００７０】
（Ｓ３２）つぎに、導電膜１１Ｌの所望の領域に以下の組成のカーボンナノチューブ分散液をスプレー塗布した。
（カーボンナノチューブ分散液）
・結合剤（ＩＴＯ溶液）                ：固形分２重量％
・カーボンナノチューブ                ：０．２重量％
・分散剤（ドデチル硫酸ナトリウム）    ：０．１重量％
・溶媒（酢酸ブチル）                  ：残余
【００７１】
（Ｓ３３）上記カーボンナノチューブ分散液を塗布した後、以下の条件で焼成し、複合層１２Ｌを形成した（図２（ｂ））。
（第１の焼成）
・雰囲気：大気
・温度：３５０℃
・時間：３０分
（第２の焼成）
・雰囲気：窒素
・温度：５００℃
・時間：３０分
【００７２】
（Ｓ３４）次に、複合層１２Ｌ上にレジスト材料層をスピンコート法にて全面に成膜した後、リソグラフィー技術に基づき、複合層１２Ｌのうち残されるべき領域以外の表面が露出したマスク層を形成した。このとき、外径６５μｍ、内径２０μｍのドーナツ形状の複合層１２Ｌが１サブピクセルに５つ配置されるようにマスク層を形成した。
ついで露出した複合層１２Ｌ領域を、ＨＣｌを用いてエッチングし、複合層１２Ｌをドーナツ形状に加工した（図２（ｃ））。
【００７３】
（Ｓ３５）ついで、周知のフォトリソグラフィ技術及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により導電膜１１Ｌをエッチング加工してストライプ状のカソード電極１１とした（図２（ｄ））。
【００７４】
（Ｓ３６）基板１０上において、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を原料ガスとして使用するＣＶＤ法により、カソード電極１１、複合層１２Ｌの積層部を覆うようにＳｉＯ２からなる層間絶縁膜１３Ｌを形成し、さらに該層間絶縁膜１３Ｌ上に膜厚０．２μｍのＣｒからなるゲート電極形成用の導電膜１４Ｌを形成した（図３（ｅ））。このとき、層間絶縁膜１３Ｌの厚みを７，１０，２０μｍに変化させた３種類のサンプルを作製した。
【００７５】
（Ｓ３７）導電膜１４Ｌ上にレジストマスク層を形成し、このレジストマスク層を利用して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により導電膜１４Ｌの所定部位をエッチング加工することにより、層間絶縁膜１３Ｌ上でストライプ形状のゲート電極１４とするとともに、このゲート電極１４を貫通する第１の開口部１５Ａを形成した（図３（ｆ））。
【００７６】
（Ｓ３８）つぎに、ゲート電極１４の第１の開口部１５Ａを通して層間絶縁膜１３Ｌを反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のドライエッチング加工により、複合層１２Ｌが露出するように第２の開口部１５Ｂを形成した。これにより、直径６０μｍの第１，第２の開口部１５Ａ，１５Ｂからなる略円筒形状の孔である開口部（ゲートホール）１５が得られた（図３（ｇ））。
【００７７】
（Ｓ３９）次に、エッチャント：１０％ＨＣｌ水溶液を用いたウェットエッチング法により、開口部１５の底部に露出した複合層１２Ｌ上層部のマトリックスを虚弱化させた（図４（ｈ））。
【００７８】
（Ｓ３ａ）その後、エッチングされた複合層１２Ｌの表面で各々のカーボンナノチューブが一様にほぼ垂直に起立するように、カーボンナノチューブの配向処理を行い、微小電子源装置とした（図４（ｉ））。
【００７９】
この微小電子源装置サンプルを用いて、図６に示す構成の平面型表示装置を組み立て、以下の条件でディスプレイ（透明基板２１）上で発生する輝点を目視で観察し、その数をカウントした。
・観察画面サイズ：対角２インチ
・アノード電極−カソード電極間距離：１．１ｍｍ
・アノード電圧：６．６ｋＶ
・ゲート電圧：４２Ｖ
・カソード電圧：ＧＮＤ
【００８０】
（実施例２）
微小電子源装置の第２の実施の形態に準じてサンプルを作製した。すなわち、実施例１において、ステップＳ３４，３７，３８それぞれに代えて以下に示すステップＳ４４，４７，４８の処理を行い、それ以外は実施例１と同じ条件で平面型表示装置を組み立て、評価を行った。
【００８１】
（Ｓ４４）複合層３２Ｌ上にレジスト材料層をスピンコート法にて全面に成膜した後、リソグラフィー技術に基づき、複合層３２Ｌのうち残されるべき領域以外の表面が露出したマスク層を形成した。このとき、帯の幅６５μｍ、スリット幅２０μｍのスリットのある帯形状の複合層３２Ｌが１サブピクセルとして形成されるようにマスク層を形成した。
ついで露出した複合層３２Ｌ領域を、ＨＣｌを用いてエッチングし、複合層３２Ｌをスリットのある帯形状に加工した。
【００８２】
（Ｓ４７）導電膜３４Ｌ上にレジストマスク層を形成し、このレジストマスク層を利用して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により導電膜３４Ｌの所定部位をエッチング加工することにより、層間絶縁膜３３Ｌ上でストライプ形状のゲート電極３４とするとともに、このゲート電極３４を貫通する溝である第１の開口部を形成した。
【００８３】
（Ｓ４８）つぎに、ゲート電極３４の第１の開口部を通して層間絶縁膜３３Ｌを反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のドライエッチング加工により、複合層３２Ｌが露出するように第２の開口部を形成した。これにより、溝幅６０μｍの第１，第２の開口部からなる断面形状が略矩形の溝である開口部３５が得られた。
【００８４】
（比較例）
実施例１において、微小電子源層を従来の形状（円形状）とし、開口部の直径を２０μｍ、絶縁層の厚みを２．５，３．５，７μｍの３種類として、それ以外は実施例１と同じ条件で平面型表示装置を組み立て、評価を行った。
【００８５】
以上の結果を表１に示す。
実施例１，２ではいずれも比較例よりも輝点の優れた抑制効果が認められ、とくにアスペクト比（絶縁層の厚みと開口部の直径あるいは溝幅との比）が１：６以上では輝点ゼロであった。
【００８６】
【表１】
2006164835.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明に係る微小電子源装置の第１の実施の形態における構成を示す概略図である。
【図２】本発明の微小電子源装置の製造工程図（１）である。
【図３】本発明の微小電子源装置の製造工程図（２）である。
【図４】本発明の微小電子源装置の製造工程図（３）である。
【図５】本発明に係る微小電子源装置の第２の実施の形態における構成を示す概略図である。
【図６】本発明の微小電子源装置を使用した平面型表示装置の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の微小電子源装置を使用した平面型表示装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００８８】
１・・・カソードパネル、２・・・アノードパネル、１０，３０・・・基板、１１，３１・・・カソード電極、１１Ｌ，１４Ｌ・・・導電膜、１２，３２・・・微小電子源層、１２Ｌ・・・複合層、１２ａ，３２ａ・・・カーボンナノチューブ、１２ｂ，３２ｂ・・・マトリクス、１３，３３・・・絶縁層、１３Ｌ・・・層間絶縁膜、１４，３４・・・ゲート電極、１５，３５・・・開口部、１５Ａ・・・第１の開口部、１５Ｂ・・・第２の開口部、１６・・・貫通孔、１７・・・チップ管、１８・・・カソード電極制御回路、１９・・・ゲート電極制御回路、２０・・・アノード電極制御回路、２１・・・透明基板、２２，２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ・・・蛍光体層、２３・・・ブラックマトリクス、２４・・・アノード電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006164835.tif 000007
【図５】
2006164835.tif 000008
【図６】
2006164835.tif 000009
【図７】
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