(57)【要約】【課題】ＦＥＤ用カソード基板を容易に作製する方法の提供。【解決手段】カソード電極層２２、絶縁層２４、ゲート電極層２５、およびカーボン系エミッタ成長触媒層２３を少なくとも有するＦＥＤ用カソード基板の作製方法において、絶縁層２４およびゲート電極層２５の形成前にカーボン系エミッタ成長触媒層を形成する。この触媒層２３の膜厚を１ｎｍから５０ｎｍまでの範囲とし、また、この触媒層をＦｅ、Ｃｏ又はこれらの金属の少なくとも１種類を含む合金から形成する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード電極層、絶縁層、ゲート電極層、およびカーボン系エミッタ成長触媒層を少なくとも有するＦＥＤ用カソード基板の作製方法において、該絶縁層形成前にカーボン系エミッタ成長触媒層を形成することを特徴とするＦＥＤ用カソード基板の作製方法。
【請求項２】
前記カーボン系エミッタ成長触媒層が、１ｎｍから５０ｎｍまでの膜厚を有するように形成されることを特徴とする請求項１記載のＦＥＤ用カソード基板の作製方法。
【請求項３】
前記カーボン系エミッタ成長触媒層が、Ｆｅ、Ｃｏ又はこれらの金属の少なくとも１種類を含む合金からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＦＥＤ用カソード基板の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーボン系材料を電子放出源として利用した表示装置用カソード基板の作製方法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カーボン系材料を利用した、カソード電極、ゲート電極およびアノード電極を有する３極構造型の電界電子放出型表示装置（ＦＥＤ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）用カソード基板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カーボン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、カソード電極層、絶縁層、ゲート電極層から構成され、ゲート電極層と絶縁層とに開口されたゲート孔内の底部にカーボン系エミッタ成長触媒層を有するものであって、この触媒層の上にカーボン系材料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】
また、ゲート電極層を持つＦＥＤ用カソード基板の作製方法は、例えば、図１（ａ）〜（ｆ）に示すような複雑な半導体加工技術を用いて行われている。すなわち、カソード電極層（母線）２付基板１上に絶縁層３およびゲート電極層４を順次形成し（図１（ａ））、ゲート電極層４を加工（パターニング、エッチング）して１０μｍ径のゲート孔開口部を形成し（図１（ｂ））、パターニングされたゲート電極層４の上に犠牲層（フォトレジスト層）５を形成し（図１（ｃ））、絶縁層３をエッチングしてゲート孔６を形成し（図１（ｄ））、ゲート孔の底部と犠牲層５の上にカーボン系エミッタ成長触媒層７を成膜し（図１（ｅ））、そして最後に犠牲層５および犠牲層上の触媒層７を除去して、ゲート孔６の底部に残った触媒層７上にカーボン系エミッタ材料を成長させ、ＦＥＤ用カソード基板を作製する。
【０００５】
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。
３極構造型を有する表示素子において、カーボン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。
【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】
図１のような複雑な工程でカソード基板を作製することは、カソード基板作製コストの上昇につながる。また、犠牲層を通してのカーボン系エミッタ成長触媒層の成膜は、大型基板を処理する際に面内分布、壁面への成膜等の問題が生じる。
本発明の課題は、この様な従来技術の問題点を解決することにあり、ＦＥＤ用カソード基板を容易に作製する方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のＦＥＤ用カソード基板の作製方法は、カソード電極層、絶縁層、ゲート電極層、およびカーボン系エミッタ成長触媒層を少なくとも有するＦＥＤ用カソード基板の作製方法において、該絶縁層形成前にカーボン系エミッタ成長触媒層を形成することを特徴とする。カーボン系エミッタ成長触媒層の形成を絶縁層形成前に行うことで、エミッタホールを通しての成膜を避けることができ、ＦＥＤ用カソード基板の作製が容易になる。
【０００９】
本発明においては、１ｎｍから５０ｎｍまでの膜厚を有するカーボン系エミッタ成長触媒層を絶縁層の成膜前に成膜することを特徴とする。膜厚が１ｎｍ未満であるとカーボン系エミッタ材料を成長させることができず、また、５０ｎｍを超えるとゲート孔の端の部分からカーボン系エミッタ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。
また、本発明においては、カーボン系エミッタ成長触媒層は、Ｆｅ、Ｃｏ又はこれらの金属の少なくとも１種類を含む合金からなることを特徴とする。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明に係わるＦＥＤ用カソード基板作製方法の実施例および比較例を図面を参照して説明する。本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
【００１１】
（実施例１）
図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明のカソード基板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。
まず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板２１上に、膜厚１５０ｎｍのＣｒカソード電極層（母線）２２を２００℃の基板加熱を行いながらＤＣスパッタリングにより形成し、このカソード電極層２２の上に、連続的に存在する膜厚２５ｎｍのカーボン系エミッタ成長触媒層（Ｆｅ、Ｃｏ又はこれらの金属の少なくとも１種類を含む合金）２３を形成した後、ライン状に加工した。次いで、膜厚３μｍの絶縁層（ＳｉＯ２）２４、膜厚３００ｎｍのＣｒゲート電極層２５を順次形成した。この絶縁層２４は、３００℃の基板加熱を行いながらＲＦスパッタリングにより形成した。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、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。また、Ｃｒゲート電極層２５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スパッタリングにより形成した。
【００１２】
図２（ｂ）に示すように、上記のようにして得られたゲート電極層２５をライン状に加工して、このラインに径１０μｍのホールを開け、ゲート孔の開口部とした。
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）２６をライン状のゲート電極層２５の上に形成し、そして、図２（ｄ）に示すように、ラインに開けたホールを利用して、エッチャントとしてフッ酸を使用して、絶縁層２４をエッチングし、ゲート孔２７を形成した。犠牲層２６を形成した後にエッチングを行うので、ゲート電極層２５が保護される。
次いで、図２（ｅ）に示すように、犠牲層２６を除去した。
【００１３】
上記したように、カーボン系エミッタ成長触媒層２３を絶縁層２４の形成前に形成したので、エミッタホールを通しての成膜を避けることができ、ＦＥＤ用カソード基板の作製が容易であった。
かくして作製したカソード基板の断面に対する走査型電子顕微鏡写真を図３に示す。また、このカソード基板上にカーボン系エミッタ材料を成長させた場合の断面の走査電子顕微鏡写真を図４に示す。図３および４から明らかなように、カーボン系エミッタ材料は、ゲート孔の端の部分から絶縁層の下の部分にもぐり込むこともなく成長しており、ゲート孔の構造を破壊することはなかった。
【００１４】
（比較例１）
実施例１のプロセス条件に準じて、図５に示すように、ガラス基板５１上に形成されたカソード電極層５２と絶縁層５４との間に、膜厚が５０ｎｍよりも厚い（７５ｎｍ）カーボン系エミッタ成長触媒層５３が連続的に存在するカソード基板を作製し、この触媒層５３の上にカーボン系エミッタ材料を成長させた。図５において、５５はパターニングされたゲート電極層である。
【００１５】
カーボン系エミッタ材料を成長させたカソード基板の断面を走査型電子顕微鏡により観察したところ、図５に模式的に示すように、カーボン系エミッタ材料５６の成長過程で、ゲート孔の端の部分Ａからカーボン系エミッタ材料５６が絶縁層５４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。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、絶縁層およびゲート電極層の形成前にカーボン系エミッタ成長触媒層を形成することにより、エミッタホールを通しての成膜を避けることができるので、ＦＥＤ用カソード基板の加工プロセスを簡略化でき、その際、触媒層を特定の膜厚にすることで、ＦＥＤ用カソード基板の加工プロセスをトラブルなく行うことができ、その結果、ＦＥＤ用カソード基板の作製が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＦＥＤ用カソード基板の作製方法を説明するためのフロー図であり、（ａ）〜（ｆ）は各プロセスでの基板の模式的断面図。
【図２】本発明に係わるＦＥＤ用カソード基板の作製方法を説明するためのフロー図であり、（ａ）〜（ｅ）は各プロセスでの基板の模式的断面図。
【図３】本発明に従って作製したＦＥＤ用カソード基板の断面の走査型電子顕微鏡写真。
【図４】本発明に従って作製したＦＥＤ用カソード基板上にカーボン系エミッタ材料を成長させた場合の基板断面の走査型電子顕微鏡写真。
【図５】従来の方法に従って作製したＦＥＤ用カソード基板の模式的断面図。
【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                    ７  カーボン系エミッタ成長触媒層
２２  カソード電極層                ２３  カーボン系エミッタ成長触媒層
２４  絶縁層                        ２５  ゲート電極層
２７  ゲート孔                      ５２  カソード電極層
５３  触媒層                        ５４  絶縁層
５５  ゲート電極層                  ５６  カーボン系エミッタ材料
【図１】
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【図２】
2004186015.tif 000004
【図３】
2004186015.tif 000005
【図４】
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【図５】
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