(57)【要約】【課題】リーク電流の発生や膜剥がれなどの不具合を招くことなく、高い信頼性をもって電子放出素子を製造することができる方法を提供する。【解決手段】カソード基板１上にカソード電極及びエミッタ層４を形成する第１の工程と、カソード基板１と異なる支持基板５上に絶縁層、ゲート電極及びゲートホール１２を形成する第２の工程と、エミッタ層４上にゲートホール１２を位置合わせした状態でカソード基板１と支持基板５とを貼り合わせる第３の工程とによって電子放出素子を製造する。【選択図】図４
2006040739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード基板上にカソード電極及びエミッタ層を形成する第１の工程と、
前記カソード基板と異なる支持基板上に絶縁層、ゲート電極及びゲートホールを形成する第２の工程と、
前記エミッタ層上に前記ゲートホールを位置合わせした状態で前記カソード基板と前記支持基板とを貼り合わせる第３の工程と
を含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項２】
前記エミッタ層をカーボンナノチューブを用いて形成する
ことを特徴とする請求項１記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】
前記支持基板に感光性ガラスを使用し、当該感光性ガラスを露光後、エッチングすることにより前記ゲートホールの一部を形成する
ことを特徴とする請求項１記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】
紫外線レーザによるレーザ加工によって前記ゲートホールを形成する
ことを特徴とする請求項３記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項５】
カソード基板上にカソード電極及びエミッタ層を形成する第１の工程と、
前記カソード基板と異なる支持基板上に絶縁層、ゲート電極及びゲートホールを形成する第２の工程と、
前記エミッタ層上に前記ゲートホールを位置合わせした状態で前記カソード基板と前記支持基板とを貼り合わせる第３の工程と
を含む電子放出素子の製造工程を有する
ことを特徴とする表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子を放出する電子放出素子の製造方法及び表示装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代のフラットパネルディスプレイとして、電界放出型の電子放出素子をエミッタとして用いたＦＥＤ(Field Emission Display)が注目されている。ＦＥＤは、多数の電子放出素子がカソード基板上に半導体加工技術等を駆使して形成された表示パネルを備えるもので、代表的なフラットパネルディスプレイである液晶表示装置に比べて、自発光性があり、応答性が高く、視野角依存性がない等の特長を有している。このようなＦＥＤの実用化を図るために、電子放出効率の向上、画面の高精細化、大画面化などが必要とされている。
【０００３】
ＦＥＤのエミッタ構造には大きく２つのタイプがある。１つは、メタルを突起形状に形成したスピント型タイプであり、もう一つは、エミッタ材料にカーボンナノチューブを用いたタイプである。前者に比較すると後者は電子の放出効率が高く、低消費電力化が可能である。
【０００４】
カーボンナノチューブを用いたＦＥＤを具現化するためには、エミッタ構造やその形成方法を確立していくことが重要課題の一つになっている。カーボンナノチューブは非常に細かい繊維状の微粒子（粉末）であるため、カーボンナノチューブを用いてエミッタを形成する場合は、カーボンナノチューブを基板に固着する必要がある。一般に、カーボンナノチューブの固着には、銀ペーストやＩＴＯ(Indium Tin Oxide)溶液などのように導電性の高いバインダ材料が用いられる。具体的には、バインダ材料にカーボンナノチューブを混入してペースト状（又はスラリー状、あるいはインク状）とし、これを印刷法、スプレー法等の手法で基板の表面に塗布することにより、バインダ材料の接着性を利用して基板上にカーボンナノチューブを固着する。
【０００５】
カーボンナノチューブを用いた電子放出素子の製造方法としては、主に２つの方法が知られている。１つは、図８（Ａ）に示すように、ガラス基板５１上にカソード電極５２を介して絶縁層５３、ゲート電極５４及びゲートホール５５を形成した後、図８（Ｂ）に示すように、ゲートホール５５内にエミッタ層（カーボンナノチューブを含む層）５６を導入する方法である。もう１つは、図９（Ａ）に示すように、ガラス基板６１上にカソード電極６２、エミッタ層（カーボンナノチューブを含む層）６３、絶縁層６４及びゲート電極６５を形成した後、図９（Ｂ）に示すように、ゲート電極６５及び絶縁層６４を貫通する状態でゲートホール６６を形成することにより、エミッタ層６３の表面をゲートホール６６の底部に露出させる方法である。
【０００６】
また、これ以外にも、例えば下記特許文献１には、ガラス基板上に先鋭な凸部形状のエミッタ部を形成した後、導電層を有する絶縁シートをエミッタ部に押し当てることにより、エミッタ部の先端を絶縁シート上に突き破って露出させる方法も提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２８５７９８号公報（段落００６３、図５参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記図８（Ａ），（Ｂ）に示す方法では、ゲートホール５５内にエミッタ層５６を導入するにあたって、ゲートホール５５の側壁部分にエミッタ層５６の形成材料（バインダ材料等）が残渣５７として残り易く、これが原因でカソード電極５２とゲート電極５４との間にリーク電流が発生するという問題があった。また、上記図９（Ａ），（Ｂ）に示す方法では、カーボンナノチューブを含むエミッタ層６３の表面が荒れた状態となるため、その上に成膜される各々の層間、特にエミッタ層６３と絶縁層６４の間の密着性が悪くなり、一連の成膜工程中に膜剥がれなどが発生しやすくなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る電子放出素子の製造方法は、カソード基板上にカソード電極及びエミッタ層を形成する第１の工程と、カソード基板と異なる支持基板上に絶縁層、ゲート電極及びゲートホールを形成する第２の工程と、エミッタ層上にゲートホールを位置合わせした状態でカソード基板と支持基板とを貼り合わせる第３の工程とを含むものである。また、本発明に係る表示装置の製造方法は、上記第１の工程、第２の工程及び第３の工程を含む電子放出素子の製造工程を有するものである。
【００１０】
本発明に係る電子放出素子の製造方法及び表示装置の製造方法においては、第１の工程で得られたカソード基板と第２の工程で得られた支持基板とを第３の工程で貼り合わせることにより、支持基板側に設けられたゲートホールの底部にエミッタ層が露出した状態となり、これによってカソード基板上にカソード電極、エミッタ層、絶縁層、ゲート電極及びゲートホールを含む電子放出素子が形成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電子放出素子の製造方法及び表示装置の製造方法によれば、第１の工程でカソード基板上にカソード電極及びエミッタ層を形成するとともに、第２の工程でカソード基板と異なる支持基板上に絶縁層、ゲート電極及びゲートホールを形成し、かつ第３の工程でエミッタ層上にゲートホールを位置合わせした状態でカソード基板と支持基板とを貼り合わせることにより、カソード基板上に電子放出素子を形成することができる。かかる製造方法においては、ゲートホールの側壁部分にエミッタ層の形成材料が残渣として残ることがないため、カソード電極とゲート電極との間のリーク電流の発生を確実に防止することができる。また、エミッタ層の上に他の層を成膜することがないため、成膜工程中に膜剥がれなどが発生する恐れもない。よって、高い信頼性をもって電子放出素子を製造することができる。また、表示装置の大画面化や高精細化に適切に対応することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１３】
本発明に係る表示装置の製造方法は、電界放出型表示装置であるＦＥＤの製造方法に係り、特に、ＦＥＤの表示パネルの製造方法、さらに詳しくはカソードパネル側での電子放出素子の製造方法に適用して好適なものである。以下に具体的な製造手順を説明する。
【００１４】
まず、ＦＥＤの表示パネル製造工程は、カソードパネル製造工程と、アノードパネル製造工程と、パネル組立工程に大別される。また、カソードパネル製造工程は、主に３つの工程（第１の工程、第２の工程、第３の工程）に大別される。
【００１５】
第１の工程では、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、カソードパネルのベースとなるカソード基板１上に、カソード電極２、抵抗層３及びエミッタ層４を順に積層して形成する。その後、エミッタ層４、抵抗層３及びカソード電極２を順にパターニングすることにより、図１（Ｄ）に示すようにカソード基板１上にストライプ状のカソードパターンを形成する。以上で、カソード基板１上にカソード電極２、抵抗層３及びエミッタ層４が形成される。
【００１６】
カソード基板１としては、例えば厚さ１．１ｍｍのガラス基板、さらに詳しくは旭硝子株式会社製のＰＤ２００（商品名）などの高歪点ガラス基板を用いることができる。カソード電極２は、例えばチタン（５ｎｍ）、アルミニウム（３００ｎｍ）、チタン（５ｎｍ）の３層構造で形成する。抵抗層３は、例えば厚さ０．１μｍのＳｉＣＮ膜により形成する。この抵抗層３は、エミッタ部分への放電電流を安定化させるために、必要に応じて形成されるものである。エミッタ層４は、例えばＩＴＯ溶液からなるバインダ材料中に粉末状のカーボンナノチューブを分散させた混合溶液をガラス基板１上に塗布して焼成することにより形成する。
【００１７】
第２の工程では、先ず、図２（Ａ）に示すように、上記カソード基板１と異なる支持基板５の一面にフォトマスク６を形成する。支持基板５にはカソード基板１よりも外径寸法が小さいガラス基板を用いる。また、支持基板５には例えば厚さ０．３ｍｍの感光性ガラスを用いる。そして、フォトマスク６の開口を通して支持基板５を部分的に露光する。支持基板５の露光部分５Ａはゲートホールの一部を形成するものとなる。次に、図２（Ｂ）に示すように、支持基板５の一面にゲート電極７を形成する。ゲート電極７は、例えば支持基板５の一面にクロムの電極層を成膜することにより形成する。
【００１８】
次いで、図２（Ｃ）に示すように、ゲート電極７上にレジストマスク８を形成した後、このレジストマスク８を通してゲート電極７をエッチングすることにより、図２（Ｄ）に示すようにゲート電極７をパターニングする。ゲート電極７のパターニングは、上記カソード電極２のストライプパターンと直交する向きで、当該ゲート電極７をストライプ状にエッチングすることにより行う。
【００１９】
続いて、図２（Ｅ）に示すように、ゲート電極７のストライプパターンを覆う状態で支持基板５上に絶縁層９を形成する。絶縁層９は、例えば支持基板５上に厚さ５μｍでＳｉＯを成膜することにより形成する。次に、図３（Ａ）に示すように、絶縁層９の表面を保護フィルム１０で被覆した状態で、支持基板５をエッチングして上記露光部分５Ａを除去することにより、支持基板５に平面視円形の貫通孔１１を形成する。この貫通孔１１はゲートホールの一部を形成するもので、その直径は例えば３０μｍに設定される。保護フィルム１０としては、例えばレジスト、カプトン（登録商標）フィルムなどを用いることができる。
【００２０】
その後、図３（Ｂ），（Ｃ）に示すように、支持基板５の貫通孔１１を通してゲート電極７と絶縁層９を順にエッチングすることにより、当該ゲート電極７と絶縁層９を貫通する状態でゲートホール１２（貫通孔１１を含む）を形成する。以上で、支持基板５上に絶縁層９、ゲート電極７及びゲートホール１２が形成される。保護フィルム１０は、後述する第３の工程を実施する前に剥がせばよい。
【００２１】
第３の工程では、上述のように作製したカソード基板１と支持基板５とを貼り合わせる。基板の貼り合わせに際しては、図４（Ａ）に示すように、上記エミッタ層４と絶縁層９が向かい合うようにカソード基板１と支持基板５を対向させた状態で、各々の基板１，５に設けられたアライメントマークＭ１，Ｍ２を用いて基板相互の位置合わせを行う。このとき、カソード基板１のエミッタ層４上に支持基板５のゲートホール１２を位置合わせする。アライメントマークＭ１は上記第１の工程でカソード基板１に形成され、アライメントマーク２は上記第２の工程で支持基板５に形成されるものである。また、カソード基板１には、アライメントマークＭ１と合わせて、パネル組立時に用いられるアライメントマークＭ３や真空排気口１３も設けられている。
【００２２】
次に、双方の基板１，５を位置合わせしたままの状態で、図４（Ｂ）に示すように、カソード基板１上に支持基板５を載置するとともに、一対の固定治具１４で基板１，５を固定しつつ、支持基板５の外周にフリット１５を塗布し、これを焼成する。フリット１５としては、例えば日本電気ガラス株式会社製のガラスフリット（商品名：ＬＳ−３０８１）を用いることができる。
【００２３】
このようにカソード基板１と支持基板５とを貼り合わせることにより、各々の基板の貼り合わせ境界部分では、図５に示すように、エミッタ層４の上に絶縁層９の表面が積層した状態になるとともに、支持基板５側に設けられたゲートホール１２の底部にエミッタ層４が露出した状態となる。以上の３つの工程により、カソードパネルが得られるとともに、このカソードパネルのベールとなるカソード基板１上にカソード電極２、エミッタ層４、絶縁層９、ゲート電極７及びゲートホール１２を含む電子放出素子が形成される。
【００２４】
一方、アノードパネル製造工程は、アノードパネルのベースとなるアノード基板（透明基板）に対して、ブラックマトリクス層を形成する工程と、光の三原色であるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色の蛍光体層を形成する工程と、こららブラックマトリクス層及び蛍光体層を覆うようにアノード電極を形成する工程とを含むものである。
【００２５】
また、パネル組立工程は、カソードパネル製造工程で得られたカソードパネルと、アノードパネル製造工程で得られたアノードパネルとを用いて、１つの表示パネルを組み立てるものである。さらに詳述すると、パネル組立工程では、図６に示すように、カソードパネル製造工程でカソード基板１と支持基板５の貼り合わせて作製したカソードパネルＣＰと、アノードパネル製造工程で作製したアノードパネルＡＰとを貼り合わせるとともに、カソードパネルＣＰの裏面側にパネル裏面ガラス１６を貼り合わせることにより、１つの表示パネルを組み立てる。パネル裏面ガラス１６は、真空排気口１７を有するガラス基板からなるもので、カソードパネルＣＰとほぼ同じ外径寸法を有する。カソードパネルＣＰとアノードパネルＡＰの貼り合わせ、及びカソードパネルＣＰとパネル裏面ガラス１６の貼り合わせは、それぞれフリット１８，１９を用いて同時に行われる。
【００２６】
その際、カソードパネルＣＰとアノードパネルＡＰの位置合わせは、各々のパネルに設けられたアライメントマークＭ３，Ｍ４を用いて行う。また、カソードパネルＣＰとアノードパネルＡＰの間には四角いフレーム形状のスペーサ２０を介装することにより適度な隙間を設ける。同様に、カソードパネルＣＰとパネル裏面ガラス１６の間にも四角いフレーム形状のスペーサ２１を介装することにより適度な隙間を設ける。また、貼り合わせ用のフリット１８，１９は、各々のスペーサ２０，２１の上端面と下端面に供給（塗布）される。以上のような貼り合わせを行った後は、フリットの焼成、パネル内部の真空排気等の処理を経てＦＥＤの表示パネルが完成する。
【００２７】
このように本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法においては、電子放出素子を製造するにあたって、カソードパネル製造工程を第１の工程、第２の工程及び第３の工程に大別するとともに、第１の工程では、カソード基板１上にカソード電極２、抵抗層３及びエミッタ層４を形成し、第２の工程では、支持基板５上にゲート電極７、絶縁層９及びゲートホール１２を形成し、第３の工程では、第１の工程で得られたカソード基板１と第２の工程で得られた支持基板５とを貼り合わせることにより、カソード基板１上にカソード電極２、エミッタ層４、絶縁層９、ゲート電極７及びゲートホール１２を含む電子放出素子を形成するものとしている。そのため、ゲートホール１２の側壁部分にエミッタ層４の形成材料が残渣として残ることがない。また、エミッタ層４の上に他の層を成膜することがないため、成膜工程中に膜剥がれなどが発生する恐れもない。よって、高い信頼性をもって電子放出素子を製造することができる。
【００２８】
なお、上記実施形態においては、支持基板５に貫通孔１１を形成し、この貫通孔１１を通してゲート電極７と絶縁層９を順にエッチングすることにより、ゲートホール１２の部分を形成するものとしたが、本発明はこれに限らず、例えば上記実施形態と同様に支持基板５に貫通孔１１を形成した後で、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、絶縁膜９の上にレジストマスク２２を形成し、このレジストマスク２２の開口を通して絶縁膜９をエッチングするとともに、上記貫通孔１１を通してゲート電極７をエッチングすることにより、ゲートホール１２の部分を形成することも可能である。
【００２９】
また、これ以外にも、例えば支持基板５に厚さ０．１ｍｍのガラス基板（旭硝子株式会社製のＰＤ２００など）を用い、このガラス基板にエキシマ紫外線レーザ（波長：２４８ｎｍ）によるレーザ加工によってゲートホール１２の部分を形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係るカソードパネル製造工程の第１の工程を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態に係るカソードパネル製造工程の第２の工程を説明する図（その１）である。
【図３】本発明の実施形態に係るカソードパネル製造工程の第２の工程を説明する図（その２）である。
【図４】本発明の実施形態に係るカソードパネル製造工程の第３の工程を説明する図である。
【図５】基板の貼り合わせ状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に係るパネル組立工程を説明する図である。
【図７】本発明の実施形態に係るカソードパネル製造工程の他の例を説明する図である。
【図８】従来方法の一例を説明する図である。
【図９】従来方法の他の例を説明する図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…カソード基板、２…カソード電極、３…抵抗層、４…エミッタ層、５…支持基板、７…ゲート電極、９…絶縁層、１２…ゲートホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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