(57)【要約】【課題】電子放出部の電子放出特性が良好で、駆動電圧の低い電界放出型カソード基板およびその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の電界放出型カソード基板１００は、基板１０と、基板１０の上に設けられたカソード電極２０と、カソード電極２０の上に設けられた触媒層３０と、触媒層３０の上に設けられた電子放出部４０と、を含む。そして、電子放出部４０は、繊維状物質の凝集体が複数集合して形成され、前記凝集体の下部は、連続しており、前記凝集体の上部は、離れており、前記凝集体の頂部４２は、互いに１．２μｍ以上の距離で離間している。【選択図】図１
2008108631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に設けられたカソード電極と、
前記カソード電極の上に設けられた触媒層と、
前記触媒層の上に設けられた電子放出部と、
を含み、
前記電子放出部は、繊維状物質の凝集体が複数集合して形成され、
前記凝集体の上部は、互いに離間しており、
前記凝集体の頂部は、互いに１．２μｍ以上の距離で離間している、
電界放出型カソード基板。
【請求項２】
請求項１において、
前記凝集体の頂部は、互いに１．２ないし３．０μｍの距離で離間している、
電界放出型カソード基板。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記凝集体の下部は、連続している、
電界放出型カソード基板。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、
前記繊維状物質は、カーボンナノチューブである電界放出型カソード基板。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、
前記触媒層の厚みＴが、５ｎｍ≦Ｔ≦５０ｎｍである電界放出型カソード基板。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電界放出型カソード基板と、
前記電界放出型カソード基板の上側に対向して設けられ、透明基板と、前記透明基板の下に設けられたアノード電極と、前記アノード電極の下に設けられた蛍光体層とを有するアノード基板と、
を含む電界放出型光源。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電界放出型カソード基板と、
前記電界放出型カソード基板の上側に対向して設けられ、透明基板と、前記透明基板の下に設けられた蛍光体層と、前記蛍光体層の下に設けられたアノード電極とを有するアノード基板と、
を含む電界放出型光源。
【請求項８】
請求項６または請求項７において、
さらに、前記カソード電極と前記アノード電極の間に設けられたゲート電極を有する電界放出型光源。
【請求項９】
請求項１ないし請求項５のいずれかの電界放出型カソード基板と、
前記電界放出型カソード基板の上側に対向して設けられ、透明基板と、前記透明基板の下に設けられたアノード電極と、前記アノード電極の下に設けられた蛍光体層とを有するアノード基板と、
を含む電界放出型表示素子。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電界放出型カソード基板と、
前記電界放出型カソード基板の上側に対向して設けられ、透明基板と、前記透明基板の下に設けられた蛍光体層と、前記蛍光体層の下に設けられたアノード電極とを有するアノード基板と、
を含む電界放出型表示素子。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０において、
さらに、前記カソード電極の上に設けられ、貫通孔を有する絶縁層と、
前記絶縁層の上に設けられたゲート電極と、
を含む電界放出型表示素子。
【請求項１２】
基板の上に、カソード電極を形成する工程と、
前記カソード電極の上に触媒層を形成する工程と、
前記触媒層の上に電子放出部を形成する工程と、
を含み、
前記触媒層の上に前記電子放出部を形成する工程では、
前記触媒層の上に繊維状物質の凝集体を化学気相堆積法によって形成し、
前記凝集体は、前記化学気相堆積法において印加される交流電源の出力を、当該化学気相堆積法に用いる装置のカソードに発生するオートバイアスが−２０Ｖないし−１００Ｖとなるように調整して形成する、電界放出型カソード基板の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記化学気相堆積法の反応容器内の圧力は、１ないし５０Ｐａであり、かつ、反応容器内に炭素原子数１ないし５の脂肪族炭化水素と水素との混合気体、または、芳香族炭化水素と水素との混合気体が導入される電界放出型カソード基板の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３において、
前記化学気相堆積法は、前記触媒層の法線方向に磁場を与えて行われる電界放出型カソード基板の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２ないし請求項１４のいずれかに記載の製造方法によって電界放出型カソード基板を製造する工程と、
透明基板の下にアノード電極を形成する工程と、前記透明基板の下に蛍光体層を形成する工程とを含むアノード基板を製造する工程と、
前記電界放出型カソード基板と前記アノード基板とを離間して重ね合わせる工程と、
前記電界放出型カソード基板と前記アノード基板の間の空間を封止する工程と、
をさらに含む電界放出型光源の製造方法。
【請求項１６】
請求項１２ないし請求項１４のいずれかに記載の製造方法によって電界放出型カソード基板の製造する工程と、
透明基板の下にアノード電極を形成する工程と、前記透明基板の下に蛍光体層を形成する工程とを含むアノード基板を製造する工程と、
前記電界放出型カソード基板と前記アノード基板とを離間して重ね合わせる工程と、
前記電界放出型カソード基板と前記アノード基板の間の空間を封止する工程と、
をさらに含む電界放出型表示素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界によって電子を放出する電子源を備えた、電界放出型カソード基板、電界放出型光源、および電界放出型表示素子（フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ））、並びにこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像表示用デバイスとして、発明以来１００年余に亘ってブラウン管（ＣＲＴ）が用いられてきた。しかし近年スペース効率の良い液晶（ＬＣＤ）やプラズマ（ＰＤＰ）ディスプレイの本格的な実用化が始まり、ＴＶ、情報端末用などにおいて、これらフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）は、ＣＲＴに代わって急速に普及しつつある。
【０００３】
一方、ＣＲＴに代わるディスプレイとして、ＦＰＤの一種であるフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）が実用化されている。ＦＥＤは、電子線照射により蛍光体を発光させるという原理を用いており、ＣＲＴに匹敵する特性を有する自発光型の素子である。すなわち、ＦＥＤは、明るさや色調などの表示特性、その表示の応答速度などがＣＲＴと同等またはそれ以上に高い。
【０００４】
ＦＥＤは、電子線を取り出す電子源（エミッタ）（以下、「電子放出部」ということがある。）が、画面全体に配置された素子である。該エミッタから電界電子放射により電子が取り出され、この電子が対極の蛍光体に照射される。そして該蛍光体が発光することによって画面に画像等が表示される。一般的なＦＥＤは、画面を構成する画素に対して１：１に電子源が設けられるため、ＣＲＴのように電子ビームを偏向する機構を設ける必要がなく、装置内のスペースを節約することができる。これにより、ＦＥＤは、蛍光体を塗布したアノード基板とエミッタを配置したカソード基板とを０．１ないし５ｍｍの間隔で設けることができ、最も薄いＦＰＤとなりうる。また、消費電力については、ＬＣＤではバックライトが必要であり、ＰＤＰでは放電エネルギーと蛍光体による発光の変換効率が悪く、またＣＲＴでは熱電子放射のためカソード加熱電力および電子ビームの偏向電力が必要となることを考慮すると、このようなエネルギーが不要であるＦＥＤは、最も有利な画像表示用デバイスであると考えられる。このような理由から、ＦＥＤは将来期待されるＦＰＤの一つである。
【０００５】
次にエミッタの従来技術について述べる。フィールドエミッションの理論は、１９２８年にファウラー・ノルドハイムにより発表されている。この理論は、歴史が古いながらもいまだ有用である。この理論に基づき実用化された装置の代表的事例としては、金属の単針を用いたフィールドエミッション走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）がある。この理論のディスプレイへの応用は、スピントタイプと呼ばれる金属の針をＸ−Ｙマトリクスに配列したもの（アレイ）が１９８６年にメイヤーにより初めて発表されている。その後、多くの研究開発を経て、スピントタイプを利用したディスプレイは、現在では実用域に達している。しかし未だ動作電圧がやや高いこと、金属エミッタを製造するプロセスの生産性が十分でないこと、など改良すべき点は残っている。
【０００６】
前述の金属エミッタは、先端が鋭利であり電界が集中するために電子を放出するということが、その機能の本質である。近年、金属エミッタに代わり、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）などの繊維状炭素を電界集中点に用いる方法が検討されている。ＣＮＴは、１９９１年に発見されている。ＣＮＴの特性としては、その材質が炭素で構成されるため、導電性を有すること、さらにその構造がナノメートルオーダーで見ると、繊維状あるいはチューブ状であるため、先端の曲率半径がきわめて小さいことが挙げられる。ＣＮＴは、このような特性を有するため、電子エミッタの電界集中点に適していると考えられている。このことから、発見以来、電子エミッタに適用することが重要な応用用途と目され、多くの研究が行われてきている。ＣＮＴを電子エミッタとして利用する際の課題の１つとしては、ＣＮＴの合成方法および配置方法が挙げられる。
【０００７】
ＣＮＴの合成方法には、（ａ）気体雰囲気中において炭素棒間でアーク放電を行わせ、陰極上にＣＮＴを生成させるアーク放電法、（ｂ）触媒を混ぜたグラファイト表面に強いパルスレーザー光をあて、電気炉で加熱し、反応炉の冷却部にＣＮＴを付着させるレーザー蒸着法、（ｃ）触媒金属微粒子上で炭素化合物を熱分解させる化学気相成長法、などがある。そして、得られたＣＮＴは、以下に述べる方法により、電子エミッタとして配列される。
【０００８】
上記の製法で作られたＣＮＴは、巨視的には粉体状であり、微視的にはＣＮＴの繊維状の構造がランダムな方向を向いて絡み合った状態となっている。一般に電子源としてＣＮＴを用いる場合には、ＣＮＴを溶剤、バインダ等と混合し、ペースト状にしたものを基板上に塗布した後これを固着する。この状態ではＣＮＴの繊維は、殆どのものが基板表面に平行な状態であり、電界集中点となりうる繊維の先端やヘアピン状の屈曲部が基板から突き出した状態にあらず、真空中で電界を与えても電界集中を起こしにくい。このため、固着後さらにレーザーアブレーションやメカニカルな表面処理によって毛髪状の突起を作り、電界集中点を形成し、エミッション特性を改善する方法が提案されている。しかしこの方法によると、特性は改善されるものの、突起を意図的に規則正しく配列することは困難である。
【０００９】
またＦＥＤのエミッタとしてＣＮＴを用いる場合、通常はカソード電極にエミッタが設けられ、さらにゲート電極およびアノード電極が設けられた三極管構造となる。この場合、ＣＮＴエミッタの先端に生ずる集中電界はＣＮＴとゲート電極の距離に強く依存する。従ってＣＮＴとゲート電極の距離は、ゲート電極の動作電圧を数十Ｖ以下に抑えるために、サブミクロンないしミクロンオーダーであることが望ましい。しかし前述のペースト塗布法ではエミッタ作製の後、ゲート電極を設ける工程で、ゲート電極−エミッタ間の距離をサブミクロンにすることが極めて難しい。このように整然としたＣＮＴの突起の作製、ＣＮＴエミッタ先端に近接したゲート電極の作製が難しいことが原因となり、前述のペースト塗布による製造方法が本格的に実用化されない状況である。
【００１０】
一方、化学気相堆積法（ＣＶＤ）を用いて基板上の触媒金属層にＣＮＴを直接垂直に成長させる方法が研究されている。ＣＶＤによるＣＮＴの成長法は熱ＣＶＤによる方法とプラズマＣＶＤによる方法に大別される。熱ＣＶＤによる方法は、処理温度が５００℃ないし７００℃となりディスプレイ等に用いるガラス基板に対しては、高温のため、基板の変形、伸び、収縮などの障害の原因となる。また熱ＣＶＤによって成長させたＣＮＴは必ずしも基板に垂直ではなくランダムな方向に成長して絡み合ったりするのが通常であり、電子エミッタとして理想的とは言いがたい。
【００１１】
その点、プラズマＣＶＤによる方法は、処理温度を低く抑えることができ、かつＣＮＴを垂直に被着させることができるため有望である。ところがこの方法では、ＣＮＴが高密度に被着し、ＣＮＴの先端が密集して形成されるため、全体の表面形状として、フラットで突起物を有さないに近い状態となり、ＣＮＴの先端に電界集中が起きにくいという問題がある。たとえば、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｉｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，７６（１５），２０７１−２０７３（２０００）には、ＣＮＴから電子を電界放出するためには、電界集中点の密度が高すぎると、電界集中が不十分となり、電子放出効率が悪化し、結果として素子に発生する電流（電流密度）が小さくなるとの記述がある。反対に、電界集中点の密度が低すぎると、電界集中点の電子放出効率は良くなるものの、その数が少なくなるために、結果として素子に発生する電流（電流密度）が小さくなるとの記述がある。そして、電界集中点の密度と、電子放出効率の間にはトレードオフの関係があり、電流密度を大きくするためには、ＣＮＴエミッタの密度に最適点が存在するとの記述がある。
【００１２】
このような電界集中点であるＣＮＴの先端は、ある程度の距離を離間して、配置されることが発光素子の明るさ等を改善する上で、有効である。この問題点に関しては、特開２００２−２８９０８６号公報に、ＣＮＴが被着する領域を制限して、ＣＮＴの密度を小さくする方法が開示されている。
【００１３】
以上述べたように、ＣＮＴのエミッタは、プラズマＣＶＤにより製造する方法が、ＣＮＴを基板に垂直に配向でき、レーザーアブレーションやメカニカルな表面処理などの後処理を必要としないため有望であると考えられる。しかしＦＥＤの性能をさらに高めるためには、さらに良い電気特性を有するエミッタが求められている。
【特許文献１】特開２００２−２８９０８６号公報
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｉｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，７６（１５），２０７１−２０７３（２０００）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、電子放出部の電子放出特性が良好で、かつ駆動電圧の低い電界放出型カソード基板およびその製造方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の別の目的は、電子放出部の電子放出特性が良好で、明るさに優れ、かつ駆動電圧の低い電子放出型光源およびその製造方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の別の目的は、電子放出部の電子放出特性が良好で、明るさに優れ、かつ駆動電圧の低い電子放出型表示素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明にかかる電界放出型カソード基板は、
基板と、
前記基板の上に設けられたカソード電極と、
前記カソード電極の上に設けられた触媒層と、
前記触媒層の上に設けられた電子放出部と、
を含み、
前記電子放出部は、繊維状物質の凝集体が複数集合して形成され、
前記凝集体の上部は、互いに離間しており、
前記凝集体の頂部は、互いに１．２μｍ以上の距離で離間している。
【００１８】
このような構成により、電子放出部の電子放出特性が良好で、かつ駆動電圧の低い電界放出型カソード基板を提供することができる。
【００１９】
本発明にかかる電界放出型カソード基板は、前記凝集体の頂部は、互いに１．２ないし３．０μｍの距離で離間していることができる。
【００２０】
本発明にかかる電界放出型カソード基板は、前記凝集体の下部が、連続していることができる。
【００２１】
本発明にかかる電界放出型カソード基板は、前記繊維状物質が、カーボンナノファイバーであることができる。
【００２２】
本発明にかかる電界放出型カソード基板は、前記触媒層の厚みＴが、５ｎｍ≦Ｔ≦５０ｎｍであることができる。
【００２３】
本発明にかかる電界放出型光源は、
前記電界放出型カソード基板と、
前記電界放出型カソード基板の上側に対向して設けられ、透明基板と、前記透明基板の下に設けられたアノード電極と、前記アノード電極の下に設けられた蛍光体層とを有するアノード基板と、を含む。
【００２４】
このような構成により、電子放出部の電子放出特性が良好で、明るさに優れ、かつ駆動電圧の低い電界放出型光源を提供することができる。
【００２５】
本発明にかかる電界放出型光源は、前記電界放出型カソード基板の上側に対向して設けられ、透明基板と、前記透明基板の下に設けられた蛍光体層と、前記蛍光体層の下に設けられたアノード電極とを有するアノード基板と、を含むことができる。
【００２６】
本発明にかかる電界放出型光源は、
さらに、前記カソード電極と前記アノード電極の間に設けられたゲート電極を有することができる。
【００２７】
本発明にかかる電界放出型表示素子は、
前記電界放出型カソード基板と、
前記電界放出型カソード基板の上側に対向して設けられ、透明基板と、前記透明基板の下に設けられたアノード電極と、前記アノード電極の下に設けられた蛍光体層とを有するアノード基板と、を含む。
【００２８】
このような構成により、電子放出部の電子放出特性が良好で、明るさに優れ、かつ駆動電圧の低い電界放出型表示素子を提供することができる。
【００２９】
本発明にかかる電界放出型表示素子は、前記電界放出型カソード基板の上側に対向して設けられ、透明基板と、前記透明基板の下に設けられた蛍光体層と、前記蛍光体層の下に設けられたアノード電極とを有するアノード基板と、を含むことができる。
【００３０】
本発明にかかる電界放出型表示素子は、
さらに、前記カソード電極の上に設けられ、貫通孔を有する絶縁層と、
前記絶縁層の上に設けられたゲート電極と、
を有することができる。
【００３１】
本発明にかかる電界放出型カソード基板の製造方法は、
基板の上に、カソード電極を形成する工程と、
前記カソード電極の上に触媒層を形成する工程と、
前記触媒層の上に電子放出部を形成する工程と、
を含み、
前記触媒層の上に前記電子放出部を形成する工程では、
前記触媒層の上に繊維状物質の凝集体を化学気相堆積法によって形成し、
前記凝集体は、前記化学気相堆積法において印加される交流電源の出力を、当該化学気相堆積法に用いる装置のカソードに発生するオートバイアスが−２０Ｖないし−１００Ｖとなるように調整して形成する。
【００３２】
このようにすることで、電子放出部の電子放出特性が良好で、かつ駆動電圧の低い電界放出型カソード基板を製造することができる。
【００３３】
本発明にかかる電界放出型カソード基板の製造方法は、
前記化学気相堆積法の反応容器内の圧力が、１ないし５０Ｐａであり、かつ、反応容器内に炭素原子数１ないし５の脂肪族炭化水素と水素との混合気体、または、芳香族炭化水素と水素との混合気体を導入しておこなうことができる。
【００３４】
本発明にかかる電界放出型カソード基板の製造方法は、
前記化学気相堆積法は、前記触媒層の法線方向に磁場を与えて行うことができる。
【００３５】
本発明にかかる電界放出型光源の製造方法は、
前記いずれかの電界放出型カソード基板を製造する工程と、
透明基板の下にアノード電極を形成する工程と、前記透明基板の下に蛍光体層を形成する工程とを含むアノード基板を製造する工程と、
前記電界放出型カソード基板と前記アノード基板とを離間して重ね合わせる工程と、
前記電界放出型カソード基板と前記アノード基板の間の空間を封止する工程と、
をさらに有する。
【００３６】
このようにすることで、電子放出部の電子放出特性が良好で、明るさに優れ、かつ駆動電圧の低い電界放出型光源を製造することができる。
【００３７】
本発明にかかる電界放出型表示素子の製造方法は、
前記いずれかの電界放出型カソード基板を製造する工程と、
透明基板の下にアノード電極を形成する工程と、前記透明基板の下に蛍光体層を形成する工程とを含むアノード基板を製造する工程と、
前記電界放出型カソード基板と前記アノード基板とを離間して重ね合わせる工程と、
前記電界放出型カソード基板と前記アノード基板の間の空間を封止する工程と、
をさらに有する。
【００３８】
このようにすることで、電子放出部の電子放出特性が良好で、明るさに優れ、かつ駆動電圧の低い電界放出型光源を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４０】
１．第１実施形態
１．１．電界放出型カソード基板１００
図１は、本実施形態の電界放出型カソード基板１００を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態の電界放出型カソード基板１００の電子放出部４０の表面の走査型電子顕微鏡写真である。図３は、本実施形態の電界放出型カソード基板１００の電子放出部４０を拡大して模式的に示す断面図である。図１および図３の電子放出部４０を示す破線は、電子放出部を構成する繊維状物質の凝集体の輪郭を表す包絡線を示している。
【００４１】
本発明にかかる電界放出型カソード基板１００は、基板１０と、基板１０の上に設けられたカソード電極２０と、カソード電極２０の上に設けられた触媒層３０と、触媒層３０の上に設けられた電子放出部４０とを含む。そして、電子放出部４０は、繊維状物質の凝集体が複数集合して形成され、前記凝集体の上部は、互いに離間しており、前記凝集体の頂部４２は、互いに１．２μｍ以上の距離で離間している。
【００４２】
基板１０は、カソード電極２０の支持体としての機能を有する。基板１０は、平板状で、電界放出型カソード基板１００の背面に対応する。基板１０は、たとえば、ガラス基板を用いることができる。
【００４３】
カソード電極２０は、基板１０の上に設けられる。カソード電極２０は、触媒層３０および電子放出部４０に電気的に接続している。カソード電極２０の材質は、導電性を有する物質であれば特に制限されない。たとえば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、ＮｂおよびＣｒから選ばれる１種、またはその複数種からなる合金が好適に用いられる。
【００４４】
触媒層３０は、カソード電極２０の上に設けられる。触媒層３０は、その上に電子放出部４０が設けられる。触媒層３０は、カソード電極２０、および電子放出部４０と電気的に接続している。触媒層３０の上面は、電子放出部４０が形成されるときの触媒としての機能を有する。触媒層３０の厚みＴは、その上面が触媒性能を有する限り任意であるが、厚すぎると後述の電子放出部４０の表面形状が平坦になってしまい、薄すぎると触媒性能が失われることから、特定の範囲が選択される。たとえば、触媒層３０の厚みＴは、５ｎｍ≦Ｔ≦５０ｎｍが好ましい。触媒層３０の材質は、導電性を有し、かつ、電子放出部４０を構成する物質の触媒となるものであれば特に限定されない。たとえば触媒層３０はＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｗ、Ｐｔ、ＲｈおよびＰｄから選ばれる１種、またはその複数種からなる合金が好適である。
【００４５】
電子放出部４０は、触媒層３０の上に設けられる。電子放出部４０の上部は、走査型電子顕微鏡で観察するオーダーで凹凸形状を有し、互いに離間している。図２は、電子放出部４０の上面を走査型電子顕微鏡で観察した結果の一例を示す。図２の例では、横方向の大きさが１μｍ程度の突起が多数観察されている。図３に示すように、以下、突起の先端付近を頂部４２と呼び、符号を付す。
【００４６】
電子放出部４０は、全体が図２および図３に示すように、繊維状物質の凝集体が横方向に集合して構成されている。繊維状物質の凝集体は、繊維状物質が複雑に絡み合っていてもよいし、互いに平行な部分を有して配置されていてもよい。繊維状物質の形状は、直線状であっても屈曲していてもよい。電子放出部４０の下部は、横方向に連続していてもよい。繊維状物質の材質は、導電性を有し、形状が繊維状のものであれば特に限定されない。繊維状物質は、たとえば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバ（ＣＮＦ）など、炭素を主成分としたアスペクト比の大きい物質が望ましい。
【００４７】
電子放出部４０の上部の複数の頂部４２は、互いに１．２μｍ以上の間隔をあけて設けられる。頂部４２は、電界が印加されるとその形状に依存して電界が集中し、電子を放出する機能を有する。電界集中は、頂部４２の形状が電界が印加される方向に向かって、その周囲よりも突出しているほど起こりやすい。具体的には、頂部４２は、カソード電極２０に電気的に接続しているため、カソード電極２０と、別に設けられる電極との間に電位差を与えることによって、頂部４２が電界集中点となって電子を放出する。したがって隣り合う頂部４２の間の間隔は、狭すぎると電界集中点が近接して平面状となって電界集中が起こりにくくなり、放出される電子の数が減少する。
【００４８】
図４（Ａ）、（Ｂ）は、電界集中の様子を模式的に示す。すなわち、図４（Ａ）、（Ｂ）は、導電性を有する突起Ｐの間隔と、下部電極Ｑと対向して設けられる上部電極Ｒとの間の電界（等電位線Ｓ）の状態の概念図である。ここで、突起Ｐは簡略化して、線状に描かれている。図４（Ａ）のように隣り合う突起Ｐが近接して存在する場合は隣の突起Ｐの影響を受けて突起Ｐの先端に集中電界がかかりにくく、図４（Ｂ）のように突起Ｐの間隔が十分広い場合には各突起Ｐに集中電界が発生し、相対的に低い電圧で電界放射が得られることがわかる。このような理由で、電界集中点から、より小さい電位差で効率よく電子を放出させ、明るさに優れ、駆動電圧の低いものとするためには、電界集中点の間隔をある程度広くすることが必要である。本実施形態では、隣り合う突起Ｐの頂点間の距離は１．２μｍ以上で離間していることが好ましい。
【００４９】
また、隣り合う突起Ｐの頂点間の距離は、素子の単位面積あたりの電流密度を考慮する場合には、最適な範囲が存在する。すなわち、素子の単位面積あたりの電流密度を高くする場合には、隣り合う突起Ｐの頂点間の距離は１．２ないし３．０μｍの範囲で離間していることが好ましい。
【００５０】
電界放出型カソード基板１００において、隣り合う頂部４２の頂点間の距離の好適な範囲は、本願発明者によって、次に述べる実験により見いだされた。その結果を図５および図６を用いて説明する。
【００５１】
実験は、隣り合う電界集中点の中心間の間隔を１．０、１．５、２．５、３．５μｍと変化させておこなった。この実験は、基板上の所定の位置にフォトリソグラフィにより触媒金属をパターニングし、その上にＣＮＴを成長させたサンプルにより行われた。以下、触媒金属上に成長したＣＮＴをＣＮＴエミッタと呼ぶ。サンプルの一例としてＣＮＴエミッタの間隔が、２．５μｍのもののＳＥＭ像を図５に示す。図６（Ａ）、（Ｂ）は、一定個数のＣＮＴエミッタを有する基板に、対向して平板電極を有する別の基板を設け、２枚の基板間に８Ｖ/μｍの電界を印加したときに発生するトータル電流値を縦軸にとり、サンプルのＣＮＴエミッタの間隔を横軸にとりプロットしたグラフである。図６（Ａ）をみると間隔１．５μｍで電流はほぼ飽和しており、ＣＮＴエミッタの間隔がほぼ１．２５μｍ以上であればＣＮＴエミッタ先端の電界集中は隣接するエミッタの影響を受けないことを示している。このようなことから、エミッタの離間距離の最適値は、取り出す電流値、ＣＮＴの形状などにより多少変化するが、１．２μｍ以上であることが実験により確かめられた。
【００５２】
一方、単位面積あたりの電流量は、単位面積に配置できるＣＮＴエミッタの数に比例する。配置できるＣＮＴエミッタの数は計算上ＣＮＴエミッタの間隔の２乗に反比例するのでＣＮＴエミッタの間隔が広がれば急速に減少する。ＣＮＴエミッタ１個あたりの電流量を求め、単位面積（１ｍｍ２）に配置されるＣＮＴエミッタの本数を乗ずれば、単位面積あたりの電流量が得られる。このように図６（Ａ）の縦軸（電流）を電流密度に変換してプロットすると、図６（Ｂ）のようになる。図６（Ｂ）をみると、ＣＮＴエミッタの間隔と電流密度との間に最適値が存在することがわかった。このようなことから、エミッタの離間距離の最適値は、取り出す電流値、ＣＮＴの形状などにより多少変化するが、１．２ないし３．０μｍであることが実験により確かめられた。
【００５３】
１．２．電界放出型カソード基板１００の製造方法
電界放出型カソード基板１００の製造方法は、以下の工程を有することができる。
【００５４】
（１）カソード電極２０を、基板１０の上に形成する工程は、公知の方法が選択される。基板１０の上に、たとえば、スパッタ、蒸着などの方法を用いて、上述した材質からなるカソード電極２０を形成することができる。カソード電極２０をパターニングする場合は、本工程に公知のフォトリソグラフィ法などの工程を含むことができる。
【００５５】
（２）触媒層３０をカソード電極２０の上に形成する工程は、公知の方法が選択される。カソード電極２０の上に、たとえば、スパッタ、蒸着などの方法を用いて、上述した材質からなる触媒層３０を形成することができる。触媒層３０をパターニングする場合には、本工程に公知のフォトリソグラフィ法などの工程を含むことができる。
【００５６】
（３）電子放出部４０を触媒層３０の上に形成する工程は、化学気相堆積法（ＣＶＤ）を用いる。本工程に用いられるＣＶＤ装置は、種々の形態のものを用いることができる。
【００５７】
本工程に使用する装置は、たとえば、特開２００３−０９５６２５号に記載の装置を用いることができる。図７は、本工程で用いるＣＶＤ装置の一例を模式的に示す。本装置は、図示のように反応容器（チャンバ）２０１、アノード２０２、ステンレスリング２０３、ステンレス製試料台２０４、テフロン（登録商標）リング２０６、カソード２０７、永久磁石２０８、高周波電源２０９を有している。ソースガスは、管２１０から供給され、チャンバ２０１を通って、管２１１を通って真空ポンプ（図示せず）に導かれる。高周波電源２０９は、アノード２０２と、カソード２０７の間の領域にプラズマを発生するために設けられ、永久磁石２０８は、ステンレス試料台２０４の近傍に高密度のプラズマを発生するため、および成長する繊維状物質の垂直配向を促進するための磁界を加えるために設けられる。本実施形態の基板１０は、符号２０５の位置に設置される。
【００５８】
チャンバ２０１内に炭化水素と水素の混合ガスを導入し、チャンバ２０１内のアノード２０２とカソード２０７の間に高周波電源２０９から所定周波数の交流電力を供給しプラズマを発生させる。これによって５００℃程度の低い基板温度で、基板１０上に露出しているの触媒層３０の上面にＣＮＴを成長させることができる。この方法によると、カソード２０７とアノード２０２の間に発生するプラズマ中で炭化水素と水素が反応し、ＣＮＴは、触媒層３０の表面に対して、略垂直方向に配向性を有して成長する。
【００５９】
高周波電源出力（ＲＦパワー）は、一例として約３００ＷからＣＮＴの生成が始まり約３５０ＷでＣＮＴは緻密に効率よく生成される。触媒層３０の上に成長するＣＮＴは、装置に印加するＲＦパワーによって、負電位に自己バイアスされるため、ＣＮＴが生成されると同時に一部はスパッタによって失われてる。ＲＦパワーを大きくすると、ＣＮＴは、スパッタにより失われる量のほうが、陽イオンが射突しＣＮＴが生成される量よりも多くなり、ＣＮＴの生成がほとんど観察されなくなる。一方、ＣＮＴのスパッタにより失われる部分は、ＣＮＴの生成面全体に均一に発生するわけではなく、まばらに強弱を有して発生する。このようなことから、ＲＦパワーを調節することによって、ＣＮＴの成長速度と、頂部４２の間隔を調節することができる。頂部４２間の間隔を１．２μｍ以上とするために、ＲＦパワーの適した範囲としては３５０Ｗ以上、６００Ｗ以下が望ましい。ただし、これは装置の加工面積により変化するため、次に述べるように装置の加工面積等に依存しない普遍的指標を用いて表す。
【００６０】
イオンの射突によるスパッタ現象は、入射イオンの運動エネルギーが数１０ｅＶに達する程度から始まり、さらに入射エネルギーを増大し数１００ｅＶに達すると、被照射固体にダメージが生じ始める（非特許文献「電子・イオンビーム工学（電気学会刊行）ｐｐ１９８−２００」参照）。本実施形態ではＣＶＤによってＣＮＴを生成させる過程で軽度のスパッタ現象を期待しているため、本実施形態の装置におけるＲＦパワーの好ましい範囲、すなわち３５０Ｗから６００Ｗという値の範囲は、射突するイオンの運動エネルギーの範囲で表せば、数１０ｅＶから大きくとも１００ｅＶに相当すると考えられる。一方、チャンバ２０１内のプラズマ中で発生するイオンにエネルギーを与える自己バイアス（オートバイアス）は、ＲＦパワーが３５０Ｗ〜６００Ｗの範囲において、−２０Ｖ〜−１００Ｖであった。この自己バイアス（オートバイアス）の値は、装置の加工面積等に依存しない普遍的指標の１つである。この指標によれば、軽度のスパッタ現象を起こさせる適切なオートバイアスの値の範囲は、−２０Ｖないし−１００Ｖが望ましいといえる。
【００６１】
１．３．作用効果
本実施形態にかかる電界放出型カソード基板１００は、電子放出部４０の電子放出特性が良好で、かつ駆動電圧が低い。
【００６２】
本実施形態の電界放出型カソード基板１００は、電子放出部４０の上部に複数の頂部４２が互いに１．２μｍ以上離間して配置されている。このため頂部４２は、電界集中を効率的に受けることができる。したがって、電界集中の効率がよいために、素子の駆動電圧が低くなる。
【００６３】
本実施形態にかかる電界放出型カソード基板の製造方法によれば、電子放出部４０の電子放出特性が良好で、かつ駆動電圧の低い電界放出型カソード基板を得ることができる。
【００６４】
本実施形態の製造方法によれば、電界放出型カソード基板１００の電子放出部４０の上部に複数の頂部４２が互いに１．２μｍ以上離間して配置することができる。しかも、触媒層３０を目的の距離に分割するなどの工程を要さず、プロセスが簡単になる。
【００６５】
１．４．実施例
図８は、電界放出型カソード基板１００の電子放出部４０の上面を走査型電子顕微鏡にて観察した結果を示す。図８（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、ＣＶＤ工程における、装置のＲＦパワーをそれぞれ３５０Ｗ、４５０Ｗおよび５４０Ｗとした結果を示す。ＣＶＤ工程におけるＲＦパワー以外の条件は、図８（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）において共通である。すなわち、装置は、図７に模式的に示したものを用い、ソースガスは、水素とアセチレンの混合ガスを用い、高周波電源の周波数は、１３．５６ＭＨｚ、チャンバー内圧力は１０Ｐａである。
【００６６】
図８に示すように、３５０Ｗから５４０ＷのＲＦパワーの範囲において、電子放出部４０の上部に頂部４２が生じており、かつ、頂部４２の離間距離が１．２μｍ以上であることが確認された。
【００６７】
図９は、上記で得られた電界放出型カソード基板１００に対極であるアノード電極を設けた二極型の素子の電流−電界強度特性を測定したグラフである。電界放出型カソード基板１００とアノード電極との間のギャップは、５０μｍである。縦軸は、素子に発生する電流を示し、横軸は電界強度を示す。図９には、ＣＶＤ装置のＲＦパワーを３５０Ｗ（添え字ａ）として製造した素子と、ＣＶＤ装置のＲＦパワーを５４０Ｗ（添え字ｂ）として製造した素子についてプロットしてある。図９をみると、ＲＦパワーを（ａ）３５０Ｗとして製造した場合、ＲＦパワーを（ｂ）５４０Ｗとして製造した場合ともに電界放出現象を示していることがわかる。そして、５４０Ｗ（ｂ）のほうが３５０Ｗ（ａ）に対しておよそ２５％低い電界強度で電界放出現象が起きていることが確認できる。
【００６８】
２．第２実施形態
２．１．電界放出型光源２００
図１０は、本実施形態の電界放出型光源２００を模式的に示す断面図である。
【００６９】
本実施形態の電界放出型光源２００は、前述の第１実施形態の電界放出型カソード基板１００に、その他の部材を組み合わせて構成される。第１実施形態における電界放出型カソード基板１００の部材と実質的に同一の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。すなわち、以下に述べる本実施形態の基板１０、カソード電極２０、触媒層３０および電子放出部４０は、第１実施形態で述べた、基板１０、カソード電極２０、触媒層３０および電子放出部４０とそれぞれ実質的に同一である。
【００７０】
具体的には、本実施形態にかかる電界放出型光源２００は、基板１０と基板１０の上に設けられたカソード電極２０とカソード電極２０の上に設けられた触媒層３０と触媒層３０の上に設けられた電子放出部４０とを含む電界放出型カソード基板１００と、基板１０の上側に対向して設けられ、透明基板１２と透明基板１２の下に設けられたアノード電極２２とアノード電極２２の下に設けられた蛍光体層５０とを有するアノード基板１１０と、を含む。そして、電子放出部４０は、繊維状物質の凝集体が複数集合して形成され、前記凝集体の上部は、互いに離間しており、前記凝集体の頂部４２は、互いに１．２μｍ以上の距離で離間している。
【００７１】
アノード基板１１０は、電界放出型カソード基板１００と対になって、本実施形態の電界放出型光源２００を構成する。アノード基板１１０は、透明基板１２と、アノード電極２２と、蛍光体層５０とを有して構成される。アノード基板１１０は、電界放出型カソード基板１００の上側に対向して設けられる。アノード基板１１０と電界放出型カソード基板１００の間の距離は、適宜スペーサを設けて隔てられる。たとえば、アノード基板１１０と電界放出型カソード基板１００の間の距離は、０．１ｍｍないし５ｍｍが好適である。次にアノード基板１１０の構成を説明する。
【００７２】
透明基板１２は、アノード基板１１０の基体である。透明基板１２は、平板状で、電界放出型光源２００の発光面に対応する。透明基板１２の材質は、電界放出型光源２００の内部を減圧状態に保つ機能を有すれば任意である。たとえば、透明基板１２は、ガラス基板を用いることができる。
【００７３】
アノード電極２２は、アノード基板１１０を構成する部材であり、透明基板１２の下に設けられる。アノード電極２２は、カソード電極２０と対になり二極管構造を構成する。アノード電極２２は、透明で導電性を有するものとすることができるほか、不透明な場合はメッシュ状またはストライプ状の金属などで形成することができる。アノード電極２２の材質は、透明かつ導電性を有する物質の場合は、たとえば、ＩＴＯ（ＩｎＳｎＯ２）が好適に用いられる。また、アノード電極２２の材質を不透明なものとする場合は、カソード電極１０と同様に、たとえば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、ＮｂおよびＣｒから選ばれる１種、またはその複数種からなる合金が好適で、メッシュ状またはストライプ状の形状とすることができる。アノード電極２２と蛍光体層５０との位置は、上から、透明基板１２、アノード電極２２および蛍光体層５０の順に設けることができる。また、カソード電極２０とアノード電極２２との間におよそ５ｋＶ以上の電圧を印加して用いる場合には、蛍光体層５０に、公知のメタルバックとして、たとえばＡｌなどの金属を被覆して設けることができる。そして被覆したＡｌ層をアノード電極２２として使用することにより、上から、透明基板１２、蛍光体層５０およびアノード電極２２の順に構成することもできる。なお、アノード電極２２と、蛍光体層５０との間に、中間層をさらに設けることもできる。
【００７４】
蛍光体層５０は、アノード基板１１０を構成する部材であり、アノード電極２２の下に設けられる。蛍光体層５０は、電子放出部４０から放出された電子を受け、発光する機能を有する。蛍光体層５０が発光した光が、少なくとも透明基板１２を透過することにより、電界放出型光源２００の発光が実現される。また、カソード電極２０、触媒層３０および電子放出部４０の形状をたとえばストライプ状とし、かつ基板１０を透明な材質とすれば、電界放出型光源２００は基板１０側すなわち電界放出型カソード基板１００側にも発光することができる。蛍光体層５０の発光色は、その材料によって任意に選ぶことができる。蛍光体層５０とアノード電極２２の位置は、上から、透明基板１２、アノード電極２２および蛍光体層５０の順に設けることができる。また、カソード電極２０とアノード電極２２との間におよそ５ｋＶ以上の電圧を印加して用いる場合には、蛍光体層５０には、さらに公知のメタルバックたとえばＡｌなどの金属を被覆して設けることができる。そして被覆したＡｌ層をアノード電極２２として使用することにより、上から、透明基板１２、蛍光体層５０およびアノード電極２２の順に構成することもできる。なお、蛍光体層５０とアノード電極２２の間に、中間層をさらに設けることもできる。
【００７５】
本実施形態の電界放出型光源２００は、その構成に種々の変形を施すことができる。たとえば、一例として、二極管構造にさらにゲート電極２４を構成に加えて、三極管構造とすることができる。ゲート電極２４は、一例として図１０に破線で示したように、カソード電極２０とアノード電極２２の間に設けられる。ゲート電極２４は、他の電極および電子放出部４０と電気的に接触しないように設けられる。ゲート電極２４は、たとえば金属メッシュなどで構成することができる。
【００７６】
２．２．電界放出型光源２００の製造方法
電界放出型光源２００の製造方法は、第１実施形態で述べた電界放出型カソード基板１００の製造工程に加えて、以下の工程を有することができる。また、第１実施形態における電界放出型カソード基板１００の部材と実質的に同一の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７７】
（４）アノード電極２２を透明基板１２の下に形成する工程は、公知の方法が選択される。透明基板１２の下に、たとえば、スパッタ、蒸着などの方法を用いて形成することができる。アノード電極２２をパターニングする場合は、本工程に公知のフォトリソグラフィ法などの工程を含むことができる。また、アノード電極２２として、蛍光体層５０の下にメタルバックとして形成した金属層を用いる場合には、蛍光体層５０の下に、選択した金属の層を、たとえば、スパッタ、蒸着などの公知の方法を用いて形成することができる。蛍光体層５０の下に中間層を設ける場合は、適宜公知の方法で設けることができる。
【００７８】
（５）蛍光体層５０をアノード電極２２の下に設ける工程は、公知の方法が選択される。たとえば、蛍光体層５０は、スピンコート法、スクリーン印刷およびインクジェット法などの公知の方法で形成することができる。また蛍光体層５０をパターニングする場合は、感光性レジストを用いて現像する方法およびフォトリソグラフィ法などの公知の方法でパターニングすることができる。また蛍光体層５０をアノード基板２２の下に設ける場合の工程についても、同様の方法で行うことができる。
【００７９】
（６）電界放出型カソード基板１００とアノード基板１１０を重ね合わせる工程は、公知の方法が選択される。電界放出型カソード基板１００の上面に、アノード基板１１０の下面と向かい合うように、ガラスファイバなどのスペーサを配置して重ね合わせる。そして位置調整は、カメラ等を用いた公知の技術を用いておこなうことができる。
【００８０】
（７）電界放出型カソード基板１００とアノード基板１１０の間の空間を封止する工程は、公知の方法が選択される。たとえば、前述の（６）の工程に引き続いて、重なり合った電界放出型カソード基板１００とアノード基板１１０の周囲を低融点のフリットガラスなどで塞ぐ方法を用いることができる。
【００８１】
２．３．作用効果
本実施形態にかかる電界放出型光源２００は、電子放出部４０の電子放出特性が良好で、明るさに優れ、駆動電圧が低い。
【００８２】
本実施形態の電界放出型光源２００は、電子放出部４０の上部に複数の頂部４２が互いに１．２μｍ以上離間して配置されている。このため頂部４２は、対極であるアノード電極２２との間に電界が印加されたときに、電界集中を効率的に受けることができる。したがって素子の発光がの明るくなる。また、電界集中の効率がよいために、素子の駆動電圧も低くなる。
【００８３】
３．第３実施形態
３．１．電界放出型表示素子３００
図１１（Ａ）は、本実施形態の電界放出型表示素子３００を模式的に示す平面図であり、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のＢ−Ｂ断面を模式的に示す断面図である。図１１は、各部材の寸法が、一例として描いてある。
【００８４】
本実施形態の電界放出型表示素子３００は、前述の第１実施形態における電界放出型カソード基板１００に、その他の部材を組み合わせて構成される。第１実施形態における電界放出型カソード基板１００の部材と実質的に同一の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。すなわち、以下に述べる本実施形態の基板１０、カソード電極２０、触媒層３０および電子放出部４０は、第１実施形態で述べた、基板１０、カソード電極２０、触媒層３０および電子放出部４０とそれぞれ実質的に同一である。また、本実施形態の電界放出型表示素子３００は、第１実施形態におけるアノード基板１１０の部材と実質的に同一の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。すなわち、以下に述べる本実施形態の透明基板１２、アノード電極２２および蛍光体層５０は、第２実施形態で述べた、透明基板１２、アノード電極２２および蛍光体層５０とそれぞれ実質的に同一である。
【００８５】
具体的には、本実施形態にかかる電界放出型表示素子３００は、基板１０と基板１０の上に設けられたカソード電極２０とカソード電極２０の上に設けられた触媒層３０と触媒層３０の上に設けられた電子放出部４０とを含む電界放出型カソード基板１００と、基板１０の上側に対向して設けられ、透明基板１２と透明基板１２の下に設けられたアノード電極２２とアノード電極２２の下に設けられた蛍光体層５０とを有するアノード基板１１０と、を含む。そして、電子放出部４０は、繊維状物質の凝集体が複数集合して形成され、前記凝集体の上部は、互いに離間しており、前記凝集体の頂部４２は、互いに１．２ないし３．０μｍの距離で離間している。
【００８６】
電界放出型表示素子３００は、ゲート電極２４を欠く場合には、カソード電極２０およびアノード電極２２の組が、ゲート電極２４を構成に加える場合には、カソード電極２０およびゲート電極２４の組が、ＸＹマトリクスを構成する。すなわち、電極の組のうちそれぞれの電極が、ストライプ状にパターニングされ、かつ互いのストライプが交差するように設けられる。電界放出型表示素子３００は、このような構成により、画像の表示を実現できる。
【００８７】
電界放出型表示素子３００は、カソード電極２０およびアノード電極２２の組がＸＹマトリクスを構成する場合は、各々の電極がストライプ状にパターニングされる以外の構成は第２実施形態で述べた電界放出型光源２００と同様である。そして、電界放出型表示素子３００は、たとばカソード電極２０またはアノード電極２２の一方を走査電極とし、他方を信号電極として、線順次に画像の表示をおこなうことができる。
【００８８】
蛍光体層５０は、本実施形態では、電子放出部４０が特定数含まれる領域ごとにパターニングされることができ、パターニングされた各部位の発色が互いに異なって配置されることができる。パターニングされた蛍光体層５０に含まれる電子放出部４０の数は、蛍光体層５０の発光の強度や、パターニングされた区域内の発光の均一性が確保される範囲で選択される。パターニングされた蛍光体層５０は、たとえば、その１つの領域に対して、数十ないし数百の電子放出部４０を含むことができる。また、パターニングされた各部位の発色は、たとえば、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の三色とすることができる。
【００８９】
電界放出型表示素子３００のアノード基板１１０は、さらに、カソード電極２０の上に設けられ貫通孔６２を有する絶縁層６０と、絶縁層６０の上に設けられたゲート電極２４と、を有することができる。そして以下は、ゲート電極２４が設けられ、カソード電極２０およびゲート電極２２の組がＸＹマトリクスを構成した場合を例として各構成につき説明する。
【００９０】
ゲート電極２４は、他の電極および電子放出部４０と電気的に接触しないように設けられる。ゲート電極２４は、例として図１１に示すように、カソード電極２０の上に設けられ、貫通孔６２を有する絶縁層６０の上に設けられる。ゲート電極２４は、カソード電極２０およびアノード電極２２と組になり、三極管のゲートの機能を有する。ゲート電極２４は、図１１に示すようにストライプ状に設けられ、カソード電極２０のストライプと交差して設けられる。図示の例では、電極が交差した領域（画素）あたりに１つの電子放出部４０が設けられているが、画素あたりに設けられる電子放出部４０の数は、複数個であってもよい。ゲート電極２４は、絶縁層６０の貫通孔６２に対応して孔２３を有する。ゲート電極２４の材質は、導電性を有する物質で、触媒活性を有しない材質であれば特に制限されない。たとえば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、ＮｂおよびＣｒが好適に用いられる。
【００９１】
絶縁層６０は、カソード電極２０の上に設けられる。絶縁層６０は、触媒層３０を露出させる貫通孔６２を有している。貫通孔６２は、触媒層３０に、電子放出部４０を設けることができるように配置される。すなわち、貫通孔６２は、図１１（Ｂ）のように、貫通孔６２の内部に、触媒層３０および電子放出部４０が含まれるように設けられる。絶縁層６０は、ゲート電極２４を、カソード電極２０、触媒層３０および電子放出部４０から電気的に絶縁させる機能を有する。また、絶縁層６０は、電子放出部４０の上端とゲート電極２４との間の距離を調節し、電子放出部４０に印加される電界の強度を調節する機能を有する。したがって、絶縁層６０の厚みは、電子放出のために印加される電圧の大きさを調節する因子の１つとなる。たとえば絶縁層６０の厚みは、０．５μｍないし１μｍとするのが好適である。絶縁層６０の材質は、絶縁性を有すれば特に限定されない。たとえば絶縁層６０の材質としては、ＳｉＯ２、有機高分子、ＳｉＮなどを好適に用いることができる。
【００９２】
触媒層３０は、パターニングして設けることができる。図示の例では、触媒層３０の端部は、絶縁層６０の貫通孔６２の内壁から離れて設置されている。また、触媒層３０の端部は、貫通孔６２の側面と、触媒層３０の端部は接触していてもよい。また、触媒層３０は、パターニングされずに設けられることができ、この場合は、触媒層３０は、絶縁層６０によって覆われる部分と、貫通孔６２によって露出する部分を有する。
【００９３】
３．２．電界放出型表示素子３００の製造方法
電界放出型表示素子３００の製造方法は、第１実施形態で述べた電界放出型カソード基板１００の製造工程および第２実施形態で述べたアノード基板１１０の製造工程に加えて、以下の工程を有することができる。また、電界放出型カソード基板１００および電界放出型光源２００の部材と実質的に同一の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００９４】
（８）絶縁層６０を、基板１０、カソード電極２０の上に形成し、貫通孔６２を形成する工程は、公知の方法が選択される。該方法は、たとえば、スピンコート法などを用いて絶縁層６０を形成した後、フォトリソグラフィ法など公知の方法で貫通孔６２を形成することができる。
【００９５】
（９）ゲート電極２４を絶縁層６０の上に形成する工程は、公知の方法が選択される。絶縁層６０の上に、たとえば、スパッタ、蒸着などの公知の気相の成膜方法を用いて、上述した材質からなるゲート電極２４を形成することができる。そして、ゲート電極２４は、その下の絶縁層６０の貫通孔６２に対応して、公知のフォトリソグラフィ法などによってパターニングされることができる。
【００９６】
これらの工程を有する電界放出型表示素子３００の製造方法のうち、パターニングされる前のゲート電極２４ａを形成した後、絶縁層６０に貫通孔６２を形成するまでの一連の工程の一例を図１２を用いてさらに説明する。
【００９７】
電界放出型表示素子３００の第１電極１０に形成される構成は、たとえば次に述べるように製造される。図１２（ａ）は、基板１０の上にカソード電極２０と、カソード電極２０の上にパターニング前の絶縁層６０ａと、絶縁層６０ａの上にパターニング前のゲート電極２４ａを形成した状態を示す断面図である。次に第１レジストＲ１を用いて、ゲート電極２４ａをストライプ状に形成するとともに、孔２３を形成する。図１２（ｂ）は、ゲート電極２４ａをストライプ状に形成するとともに、孔２３を形成するための第１レジストＲ１をゲート電極２４ａ上に形成した状態を示している。図１２（ｃ）は、ゲート電極２４ａをエッチングして、ゲート電極２４を形成した後、第１レジストＲ１を除去した状態を示している。引き続き、図１２（ｄ）に示すように、第２レジストＲ２を、ゲート電極２２の孔２３に開口部を有するように設け、図１２（ｅ）に示すように、絶縁層６０ａをエッチングして、絶縁層６０ｂとし、カソード電極２０の一部を露出させる。次いで、図１２（ｆ）に示すように、触媒層３０を形成し、図１２（ｇ）に示すように、絶縁層６０ｂを異方性エッチングにより、横方向にエッチングして拡張し、貫通孔６２を形成する。そして、図１２（ｈ）に示すように、第２レジストおよびレジスト上の触媒層３０をリフトオフして除去する。
【００９８】
３．３．作用効果
本実施形態にかかる電界放出型表示素子３００は、電子放出部４０の電子放出特性が良好で、明るさに優れ、駆動電圧が低い。
【００９９】
本実施形態の電界放出型表示素子３００は、電子放出部４０の上部に複数の頂部４２が互いに１．２μｍ以上離間して配置されている。このため頂部４２は、対極であるアノード電極２２またはゲート電極２４との間に電界が印加されたときに、電界集中を効率的に受けることができる。したがって素子の発光が明るい。また、電界集中の効率がよいために、素子の駆動電圧が低い。
【０１００】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施形態にかかる電界放出型カソード基板１００を模式的に示す断面図。
【図２】本発明の実施形態にかかる電界放出型カソード基板１００の電子放出部４０の走査型電子顕微鏡写真の一例。
【図３】本発明の実施形態にかかる電界放出型カソード基板１００の電子放出部４０を拡大して模式的に示す断面図。
【図４】突起Ｐの間隔を変えたときの等電位面の変化を示す模式図。（Ａ）突起Ｐの間隔が狭い場合、（Ｂ）突起Ｐの間隔が広い場合。
【図５】ＣＮＴエミッタの間隔を広げた場合の走査型電子顕微鏡写真。
【図６】ＣＮＴエミッタの電流特性を測定した結果を示すグラフ。横軸は、ＣＮＴエミッタの離間距離を示し、縦軸は、（Ａ）はトータル電流、（Ｂ）は電流密度を示す。
【図７】本発明の実施形態で用いるＣＶＤ装置の概略図。
【図８】本発明の実施形態にかかる電界放出型表示素子１００の電子放出部４０の走査型電子顕微鏡写真。（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ、ＣＶＤによるＣＮＴ成長工程において印加されるＲＦパワーが、３５０Ｗ、４５０Ｗおよび５４０Ｗの場合を示す。
【図９】本発明の電界放出型カソード基板１００の電流−電界強度特性を示すグラフ。
【図１０】本発明の実施形態にかかる電界放出型光源２００を模式的に示す断面図。
【図１１】（Ａ）本発明の実施形態にかかる電界放出型表示素子３００を模式的に示す平面図。（Ｂ）電界放出型表示素子３００のＢ−Ｂ断面を模式的に示す断面図。
【図１２】本発明の実施形態にかかる電界放出型表示素子３００の製造工程の一部の説明図。
【符号の説明】
【０１０２】
１０  基板、１２  透明基板、２０  カソード電極、
２２  アノード電極、２３  孔、２４  ゲート電極、３０  触媒層、４０  電子放出部、
４２  頂部、５０  蛍光体層、６０  絶縁層、６２  貫通孔、７０  等電位線、
Ｐ  突起、Ｑ  下部電極、Ｒ  上部電極、Ｓ  等電位線、
１００  電界放出型カソード基板、１１０  アノード基板、
２００  電界放出型光源、２０１  反応容器（チャンバ）、
２０２  アノード、２０３  ステンレスリング、２０４  ステンレス製試料台、
２０５  試料位置、２０６  テフロン（登録商標）リング、２０７  カソード、２０８  永久磁石、
２０９  高周波電源、２１０  管、２１１  管、３００  電界放出型表示素子、
Ｒ１  第１レジスト、Ｒ２  第２レジスト
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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