(57)【要約】【課題】カソードベース基板の中に直接炭素系電子放出素子を作製する際に、室温〜７００℃の熱サイクルをもつ炭素系電子放出材料成長プロセスに耐えうるカソードベース基板構造を使用した炭素系材料電子放出源表示装置の作製方法の提供。【解決手段】３極構造型の電界電子放出型表示装置の作製方法において、触媒金属層２７をゲート電極層２４のゲート孔２６内にのみ形成すると共に、絶縁層２３を３００℃以上の温度で形成する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード電極、ゲート電極およびアノード電極からなる３極構造型の電極層と、絶縁層と、触媒金属層と、炭素系材料からなる電子放出源とを具備した電界電子放出型表示装置の作製方法において、該触媒金属層を該ゲート電極のゲート孔内にのみ形成すると共に、該絶縁層を３００℃以上の温度で形成することを特徴とする電界電子放出型表示装置の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、該触媒金属層としてＦｅ、Ｃｏまたはこれらの金属の少なくとも１種類を含む合金で形成することを特徴とする電界電子放出型表示装置の作製方法。
【請求項３】
カソード電極、ゲート電極およびアノード電極からなる３極構造型の電極層と、絶縁層と、触媒金属層と、炭素系材料からなる電子放出源とを具備した電界電子放出型表示装置の作製方法において、ガラス基板上にカソード電極層、絶縁層およびゲート電極層を順次形成し、該ゲート電極層に対してパターニングとエッチングを行ってゲート孔の開口部を形成した後、このパターニングされたゲート電極層上に犠牲層を形成し、次いでエッチングによりゲート孔を形成し、このゲート孔内の底部にのみ該触媒金属層を形成することを特徴とする電界電子放出型表示装置の作製方法。
【請求項４】
請求項３において、該絶縁層を３００℃以上の温度で形成することを特徴とする電界電子放出型表示装置の作製方法。
【請求項５】
請求項３または４において、該触媒金属層としてＦｅ、Ｃｏまたはこれらの金属の少なくとも１種類を含む合金で形成することを特徴とする電界電子放出型表示装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素系材料を電子放出源として利用した表示装置に関するものである。特に、グラファイト・ナノファイバやカーボン・ナノチューブなどの炭素系材料を利用した、カソード電極、ゲート電極およびアノード電極からなる３極構造型の電界電子放出型表示装置（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ，  ＦＥＤ）の作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、グラファイト・ナノファイバやカーボン・ナノチューブなどの炭素系材料を電子放出源に利用したＦＥＤのような表示装置の作製法について、いくつかの報告がなされている。
【０００３】
電子放出源を利用した表示装置には、カソード電極およびアノード電極のみで構成される２極構造型の素子とカソード電極、ゲート電極およびアノード電極から構成される３極構造型の素子を用いる場合がある。３極構造型の素子としては、例えば、図１に模式的に示すように、ガラス基板１、カソード電極層２、絶縁層３、ゲート電極層４から構成され、ゲート電極層４と絶縁層３とに開口されたゲート孔内の底部に炭素系電子放出材料５を有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この場合、ゲート電極層に形成した開口部の絶縁層に、ゲート電極層をマスクとしてエッチングによりマイクロキャビティを形成し、その後に犠牲層（分離層）を形成している。
【０００４】
３極構造型の素子では、カソード−ゲート電極間距離を小さくすることにより、電子放出源に印加される実効的な電場を大きくすることが可能であり、２極構造型の素子よりも駆動電圧を低くできる。実際に、ＦＥＤを作製し、駆動させることを考慮すると、駆動電圧は低いほうが望ましく、現在、ＦＥＤの構造は３極構造型の素子を使用するのが主流である。
【０００５】
３極構造型を有する表示素子において、炭素系電子放出素子を作製する方法には大別して２種類の方法がある。１つはスピン・コーティング法、スプレー法もしくは印刷法などによる塗布法であり、もう１つはＣＶＤ技術等を利用してカソードベース基板に直接形成する方法である。後者の方法では、炭素系電子放出材料をカソードベース基板上で成長させる際に、基板が４００〜７００℃程度のプロセス温度にさらされてしまうため、室温〜７００℃の熱サイクルに耐えうるカソードベース基板の構造が要求される。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２３６８７９号公報（特許請求の範囲、図９など）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＥＤを作製する際の従来技術の問題点には以下の２つがある。
（１）炭素系電子放出材料を基板上に成長させる場合、この基板が、触媒金属層が連続的に存するカソードベース基板であると、ゲート電極層に開口されたゲート孔の底部の端の部分から炭素系電子放出材料が絶縁層の下の部分にもぐり込んでで成長し、その成長過程でゲート孔の構造を破壊してしまう。
（２）カソードベース基板の絶縁層が、室温〜７００℃の熱サイクルで破壊されてしまう。
【０００８】
本発明の課題は、カソードベース基板の中に直接炭素系電子放出素子を作製する際の上記従来技術の問題点を解決するＦＥＤの作製方法、特に、上述したような室温〜７００℃の熱サイクルをもつ炭素系電子放出材料成長プロセスに耐えうるカソードベース基板構造を作製し、この基板構造を使用した電界電子放出型表示装置の作製方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電界電子放出型表示装置の作製方法は、カソード電極、ゲート電極およびアノード電極からなる３極構造型の電極層と、絶縁層と、触媒金属層と、炭素系材料からなる電子放出源とを具備した電界電子放出型表示装置の作製方法において、該触媒金属層を該ゲート電極のゲート孔内にのみ形成すると共に、絶縁層を３００℃以上の温度で形成することを特徴とする。
【００１０】
このように絶縁層形成プロセスを３００℃以上の高温で行うことにより、室温〜７００℃の熱サイクルをもつ炭素系電子放出材料の成長プロセスに耐えうるカソードベース基板を提供できるので、ゲート−カソード間の絶縁層の破壊の問題が解決でき、炭素系材料を電子放出源とした３極構造型ＦＥＤの作製が可能となる。
この触媒金属層として、Ｆｅ、Ｃｏまたはこれらの金属の少なくとも１種類を含む合金で形成する。
【００１１】
本発明の電界電子放出型表示装置の作製方法はまた、カソード電極、ゲート電極およびアノード電極からなる３極構造型の電極層と、絶縁層と、触媒金属層と、炭素系材料からなる電子放出源とを具備した電界電子放出型表示装置の作製方法において、ガラス基板上にカソード電極層、絶縁層およびゲート電極層を順次形成し、該ゲート電極層に対してパターニングとエッチングを行ってゲート孔の開口部を形成した後、このパターニングされたゲート電極層上に犠牲層を形成し、次いでエッチングによりゲート孔を形成し、このゲート孔内の底部にのみ該触媒金属層を形成することを特徴とする。
この場合の絶縁層の形成温度は３００℃以上であり、触媒金属層は、Ｆｅ、Ｃｏまたはこれらの金属の少なくとも１種類を含む合金層である。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例および比較例として、炭素系材料を利用した３極構造型ＦＥＤの作製方法について図面を参照して説明する。
（実施例１）
本実施例では、（１）カソードベース基板上のゲート孔内触媒金属層は、リフト・オフ法を使用して形成し、また、（２）ゲート−カソード電極間の絶縁層は、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法などを使用して形成し、この絶縁層形成プロセスでは、基板を３００℃以上に加熱して行った。
図２（ａ）〜（ｆ）は、リフト・オフ法を用いたカソードベース基板の作製方法における各プロセスを説明するための基板の模式的断面図である。
【００１３】
図２（ａ）に示すように、ガラス基板２１上にカソード電極層２２、絶縁層２３、ゲート電極層２４を順次形成した。以下にその作製条件を示す。ここで、物質Ａを膜厚Ｘｎｍで積層した場合、Ａ（Ｘｎｍ）と表記することにする。カソード電極層２２として、２００℃の基板加熱を行いながらＤＣスパッタリングを使用してＣｒ（１００ｎｍ）を成膜した。フォトリソグラフィでＣｒカソード電極層２２のパターニングを施した後、その上に絶縁層２３を形成した。絶縁層２３は、３００℃の基板加熱を行いながらＲＦスパッタリングを使用してＳｉＯ２（３μｍ）を成膜した。これは、成膜後の絶縁層の応力による破損を防ぐためである。この絶縁層形成の際、このＲＦスパッタリング時に基板に付着するダストによるピンホールを防ぐため、ＳｉＯ２膜は１．５μｍずつ２回にわけて形成し、ＳｉＯ２（１．５μｍ）を成膜した後、純水でこすり洗浄を行った。最後に、ゲート電極層２４としてＣｒ（３００ｎｍ）を成膜した。このＣｒの成膜条件は、カソード電極層２２の場合と同様に、２００℃の基板加熱をしながらＤＣスパッタリングで行った。
【００１４】
図２（ｂ）に示すように、Ｃｒゲート電極層２４のパターニングとゲート孔開口部形成のためのエッチングを行った。本実施例では、ゲート孔開口部の孔径が１０μｍになるようにエッチングした。
図２（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ法を使用して、ゲート孔以外の部分を保護するための犠牲層（フォトレジスト層）２５をパターニングされたＣｒゲート電極層２４の上に形成した。
図２（ｄ）に示すように、エッチャントとしてフッ酸を使用して、ＳｉＯ２絶縁層２３のエッチングを行い、ゲート孔２６を形成した。犠牲層２５を形成した後にエッチングを行うので、ゲート電極層が保護される。
【００１５】
図２（ｅ）に示すように、触媒金属層２７としてＦｅ合金であるＦｅ５２Ｎｉ４２Ｃｒ６層をＲＦスパッタリングで形成した。スパッタリング以外に蒸着などの他の成膜方法でも形成できる。
図２（ｆ）に示すように、犠牲層２５および犠牲層上の触媒金属層２７を除去した。
【００１６】
以上のようなプロセスで形成したカソードベース基板に対して、熱ＣＶＤ法を用いて、４００〜７００℃で炭素系電子放出材料をゲート孔２６内の触媒金属層２７上に成長させ、３極構造型の電界電子放出型表示装置を作製した。このようにして作製した電界電子放出型表示装置に対し、ゲート電圧およびアノード電圧を印加すると、安定した３極電流電圧特性が得られた。作製した電界電子放出型表示装置のカソードベース基板の断面に対する走査電子顕微鏡による観察写真を図３に示す。この図から明らかなように、炭素系電子放出材料の形成プロセスにおける熱サイクルでも絶縁層は破壊されていなかった。
また、絶縁層の形成を、基板温度を変えて（３５０℃）、上記と同様に行ったところ、得られた電界電子放出型表示装置のカソードベース基板においても、炭素系電子放出材料の形成プロセスにおける熱サイクルで絶縁層は破壊されていなかった。
【００１７】
（比較例１）
実施例１のプロセス条件に準じて、図４に示すように、ガラス基板４１上に形成されたカソード電極層４２と絶縁層４４との間に触媒金属層４３が連続的に存在するカソードベース基板を作製した。図４において、４５はパターニングされたゲート電極層であり、４６は炭素系電子放出材料である。このカソードベース基板を用いて電界電子放出型表示装置を作製した。得られた表示装置の断面を走査型電子顕微鏡により観察したところ、炭素系電子放出材料４６をこの基板上に成長させる際に、ゲート孔の端の部分Ａから炭素系電子放出材料４６が絶縁層４４の下にもぐり込んで成長しており、その成長過程でゲート孔の構造が破壊されていたことが分かった。
【００１８】
（比較例２）
実施例１のプロセス条件に準じてカソードベース基板を作製した。但し、絶縁層形成時の基板温度を３００℃より低い温度（２００〜２５０℃）で行った。作製されたカソードベース基板上に炭素系電子放出材料を成長させ、このカソードベース基板の断面を走査型電子顕微鏡により観察したところ、炭素系電子放出材料をカソードベース基板上に成長させる際に、室温〜７００℃の熱サイクルによってカソードベース基板の絶縁層が破壊されていたことが分かった（図５）。
【００１９】
【発明の効果】
炭素系電子材料を基板上に成長させる場合、触媒金属層が連続的に存在するカソードベース基板であると、ゲート孔の端の部分から炭素系電子放出材料が絶縁層の下の部分にもぐり込んで成長し、その成長過程でゲート孔の構造を破壊してしまう。
これに対して、本発明によれば、触媒金属層をゲート電極層のゲート孔内にのみ形成すると共に、絶縁層を３００℃以上の温度で形成することにより、ゲート孔の構造を破壊することなく、室温〜７００℃の熱サイクルをもつ炭素系電子放出材料成長プロセスに耐えうるカソードベース基板を作製でき、この基板を用いて、炭素系電子放出材料を電子放出源とした有用な３極構造型の電界電子放出型表示装置を作製できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の３極構造型ＦＥＤ用カソードベース基板の模式的断面図。
【図２】本発明の作製方法に従って、リフト・オフ法によるカソードベース基板の作製手順を示す図であり、（ａ）〜（ｆ）は各プロセスでの基板の模式的断面図。
【図３】実施例１に従って、リフト・オフ法により作製した３極構造型ＦＥＤ用カソードベース基板の断面の走査型電子顕微鏡写真。
【図４】比較例１で作製した３極構造型ＦＥＤ用カソードベース基板の模式的断面図。
【図５】比較例２で作製した３極構造型ＦＥＤ用カソードベース基板の断面の走査型電子顕微鏡写真。
【符号の説明】
２  カソード電極層                  ３  絶縁層層
４  ゲート電極層                    ５  炭素系電子放出材料
２２  カソード電極層                ２３  絶縁層
２４  ゲート電極層                  ２５  犠牲層
２６  ゲート孔                      ２７  触媒金属層
４２  カソード電極層                ４３  触媒金属層
４４  絶縁層                        ４５  ゲート電極層
４６  炭素系電子放出材料
【図１】
2004186014.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004186014.tif 000005
【図４】
2004186014.tif 000006
【図５】
2004186014.tif 000007