(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にカソード層を形成するステップと、
前記基板上に前記カソード層を覆うように絶縁層を形成するステップと、
前記絶縁層を貫通して前記カソード層に到る開口部を形成するステップと、
前記絶縁層の上面上であって前記開口部の周辺部に突出部を形成するステップと、
前記開口部を充填するとともに前記突出部を覆うようにカーボンナノチューブ電子放出層を形成するステップと、
前記突出部を含めて前記カーボンナノチューブ電子放出層の上面から前記絶縁層の所定の深さ位置までの部分を研磨によって除去するステップとを備えた、電子放出源の製造方法。
【請求項２】
前記突出部を形成するステップは、
前記絶縁層の上面上であって前記開口部の周辺部に突出部形成用部材を設けるステップと、
前記突出部形成用部材を溶融させて前記絶縁層と一体化させるステップとを含む、請求項１に記載の電子放出源の製造方法。
【請求項３】
前記開口部を形成するステップにおいては、前記絶縁層の上面から前記カソード層の上面に向かって前記開口部の幅が徐々に大きくなるように、前記開口部が形成され、
前記突出部を形成するステップにおいては、前記絶縁層が溶融して、前記絶縁層の一部が前記突出部に変化する、請求項１に記載の電子放出源の製造方法。
【請求項４】
基板上にカソード層を形成するステップと、
前記基板上に前記カソード層を覆うように第１絶縁層を形成するステップと、
前記第１絶縁層を貫通して前記カソード層に到る第１開口部を形成するステップと、
前記第１絶縁層の上面上であって前記第１開口部の周辺部に突出部を形成するステップと、
前記第１開口部を充填するとともに前記突出部を覆うようにカーボンナノチューブ電子放出層を形成するステップと、
前記カーボンナノチューブ電子放出層を焼成するステップと、
前記カーボンナノチューブ電子放出層を保護層で覆うステップと、
前記突出部を含めて前記カーボンナノチューブ電子放出層の上面から前記第１絶縁層の所定の深さ位置までの部分を研磨によって除去するステップと、
前記保護層を焼失させるステップと、
前記絶縁層および前記カーボンナノチューブ電子放出層を覆うように第２絶縁層を形成するステップと、
前記第２絶縁層上にゲート電極層を形成するステップと、
前記ゲート電極層および前記第２絶縁層を貫通して前記カーボンナノチューブ電子放出層に到りかつ前記第１開口部よりも小さな幅を有する第２開口部を形成するステップとを備えた、電子放出源の製造方法。
【請求項５】
前記研磨するステップにおいては、湿式ベルト研磨機を用いて前記研磨を実行する、請求項１または４に記載の電子放出源の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果によって電子を放出する電子放出源の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、たとえば、カーボンナノチューブおよびグラファイトファイバー等の繊維状の電子放出素子が開発されている。電子放出素子は電子放出層として形成される。電子放出層は、電子放出源の主要部となる。従来の電子放出源の製造方法の一例が、特開２００２−１１００７３号公報に開示されている。この特開２００２−１１００７３号公報にはカソード層上にインクジェット法等によってカーボンナノチューブペーストを塗布する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１１００７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来においては、微細な電子放出源を形成するためにフォトプロセスおよびエッチングプロセスによって絶縁層にカソード層を露出させるための開口部を形成した後に、開口部内にインクジェット等によってカーボンナノチューブ等の電子放出素子を埋め込む方法が用いられている。
【０００４】
また、開口部の底部に鉄ニッケル等の触媒金属を入れ、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて、触媒金属からカーボンナノチューブ等の電子放出素子を成長させる方法などがある。
【０００５】
しかしながら、カーボンナノチューブ等の電子放出素子の先端とゲート電極層との間の距離が所望の値になるように電子放出素子の成長量を制御することが困難である。そのため、電子放出素子とゲート電極とが短絡してしまう。その結果、電子放出素子から電子が放出されず、画素同士の間の電子放出の均一性が劣化してしまう。
【０００６】
本発明は、上述の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、電子放出の均一性が向上した電子放出源およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の局面の電子放出源の製造方法においては、まず、カソード層が基板上に形成される。次に、絶縁層が、カソード層を覆うように基板上に形成される。その後、絶縁層を貫通してカソード層に到る開口部が形成される。次に、絶縁層の上面上であって開口部の周辺部に突出部が形成される。その後、開口部を充填するとともに突出部を覆うように電子放出層が形成される。次に、突出部を含めて電子放出層の上面から絶縁層の所定の深さ位置までの部分が研磨によって除去される。
【０００８】
本発明の他の局面の電子放出源の製造方法においては、まず、カソード層が基板上に形成される。次に、第１絶縁層がカソード層を覆うように基板上に形成される。その後、第１絶縁層を貫通してカソード層に到る第１開口部が形成される。次に、第１絶縁層の上面上であって第１開口部の周辺部に突出部が形成される。その後、第１開口部を充填するとともに突出部を覆うように電子放出層が形成される。次に、電子放出層が焼成される。その後、電子放出層が保護層で覆われる。次に、突出部を含めて電子放出層の上面から第１絶縁層の所定の深さ位置までの部分が研磨によって除去される。その後、保護層が焼失させられる。次に、絶縁層および電子放出層を覆うように第２絶縁層が形成される。第２絶縁層上にゲート電極層が形成される。その後、ゲート電極層および第２絶縁層を貫通して電子放出層に到りかつ第１開口部よりも小さな幅を有する第２開口部が形成される。
【発明の効果】
【０００９】
上記の本発明の一の局面の電子放出源の製造方法によれば、絶縁層の上面上であって開口部の周辺部に突出部が設けられている状態で研磨ステップが実行される。そのため、研磨ステップにおいて研磨屑が電子放出層に衝突して電子放出層を損傷させるおそれが低減される。その結果、電子放出層の電子放出の均一性が向上する。
【００１０】
上記の本発明の他の局面の電子放出源の製造方法によれば、前述の一の局面の電子放出源の製造方法と同様の理由で、電子放出層の電子放出の均一性が向上する。さらに、電子放出層は、焼成されるときに、保護層によって保護される。そのため、電子放出層の収縮量が小さい。その結果、電子放出層の上面と第１絶縁層の上面との間の段差が小さい。その結果、電子放出層が形成されている領域の上側に位置する第２絶縁層の上面とそれ以外の領域の第２絶縁層の上面との間の段差も小さい。したがって、ゲート電極層の断線または亀裂のおそれが低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の電子放出源およびその製造方法を説明する。
【００１２】
実施の形態１．
図１〜図１０を用いて、実施の形態１の電子放出源の製造方法が説明される。
【００１３】
まず、図１を用いて、実施の形態１の電子放出源を備えたフィールドエミッションディスプレイのカソード基板の電子放出源が説明される。
【００１４】
図１に示されるように、カソード基板は、本発明の基板の一例としてのガラス基板１上に複数のカソード層２を備えている。カソード層２上には電子放出装置の一例としてのカーボンナノチューブ層６が形成されている。絶縁層３は、ガラス基板１、ならびに、カソード層２およびカーボンナノチューブ層６を覆っている。カーボンナノチューブ層６は、本発明の電子放出素子の一例である。したがって、本発明の電子放出層としては、電界効果によって電子を放出することができるものであれば、いかなる材料が用いられてもよい。たとえば、カーボンナノチューブの代わりにカーボンナノファイバーが用いられてもよい。電子放出層の材料としては、繊維状カーボンに代表される繊維状の電子放出素子が有望である。絶縁層３は、第１絶縁層３ａおよび第２絶縁層３ｂからなる。絶縁層３上には複数のゲート電極層４が設けられている。
【００１５】
カソード層２とゲート電極層４とは、平面的に見て、直交するように設けられている。つまり、複数のカソード層２と複数のゲート電極層４とは、平面的に見て、格子状に設けられている。カソード層２とゲート電極層４との交差位置には複数の開口部５が設けられている。複数の開口部５は、ゲート電極層４および絶縁層３を貫通してカソード層２に至っている。
【００１６】
図示されていないが、本実施のフィールドエミッションディスプレイは、カソード層２とゲート電極層４とが交差する位置に対向する位置に、赤、緑、および青のそれぞれの蛍光体が塗布されたアノード層を有するガラス基板が設けられている。カソード基板とアノード基板との間には柱状のスペーサが設けられている。カソード基板とアノード基板との間の空間は真空状態に保持されている。
【００１７】
カソード層２の厚さは、０．１μｍであり、かつ、カソード層２の幅は、１００μｍである。互いに並列なカソード層２同士の間隔は、１００μｍである。
【００１８】
また、絶縁層３は、第１絶縁層３ａおよび第２絶縁層３ｂからなる２層構造を有する。また、第１絶縁層３ａの厚さが５μｍであり、第２絶縁層３ｂの厚さが６μｍである。
【００１９】
また、ゲート電極層４の厚さが０．５μｍであり、ゲート電極層４の幅が５００μｍであり、かつ、ゲート電極層４同士の間の距離が１００μｍである。
【００２０】
また、複数の開口部５のそれぞれの幅または径は５０μｍである。複数の開口部５のそれぞれの底面においてはカソード層２が露出している。カソード層２の厚さは５μｍである。
【００２１】
次に、図２〜図１０を参照しながら、電子放出源の製造方法が説明される。
まず、図２に示されるように、厚さ２．８ｍｍのガラス基板１上に、スパッタ法によって、薄膜金属膜、たとえばアルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、およびＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等が形成される。次に、レジスト塗布、露光、および現像工程を含むフォトプロセスにおいて、複数のカソード層２が形成される。複数のカソード層２のそれぞれはストライプパターンを有する。
【００２２】
次に、図３に示されるように、カソード層２上に第１絶縁層３ａが形成される。第１絶縁層３ａは、微細なガラス粒子および感光性樹脂からなるペーストの印刷によって形成される。第１絶縁層３ａは、印刷後においては、１３μｍ程度の膜厚を有する。
【００２３】
また、図４に示されるように、露光および現像処理のフォトプロセスを用いて、第１絶縁層３ａに複数の開口部５が所定の位置に形成される。複数の開口部５のそれぞれの直径は５０μｍである。
【００２４】
次に、第１絶縁層３がガラス基板１上に固着されるように、３０Ｌ／ｍｉｎの乾燥空気を流しながらガラス基板１が５５０℃の温度で２０分間焼成される。焼成後のガラス基板１上の第１絶縁層３ａの厚さは５μｍである。
【００２５】
その後、カーボンナノチューブ、樹脂、および有機溶剤からなるカーボンナノチューブペーストが開口部５に充填される。たとえば、粉砕されかつ分散されたカーボンナノチューブ、エチルセルロース樹脂、およびターピネオールからなるカーボンナノチューブペーストが作成される。充填方法は、特に限定されないが、カーボンナノチューブ層は、たとえば、印刷法によって、ドット形状、ライン形状、または画素エリア全体にわたる平面形状に印刷される。したがって、カーボンナノチューブ層は、開口部５内に容易に充填される。カーボンナチューブ膜の厚さが開口部５の深さ５μｍよりも大きくなるように、カーボンナノチューブペーストが、複数回印刷され、積層される。
【００２６】
印刷された直後のカーボンナノチューブ層６は、開口部５以外の画素同士の間の領域に位置する絶縁層３上にも形成されている。そのために、上下左右の画素同士が短絡し、電子放出源の機能が発揮されないおそれがある。そのため、余分なカーボンナノチューブを除去するとともに、第１絶縁層３ａの平坦な上面を露出させることが必要である。したがって、研磨処理によって絶縁層３上の不要なカーボンナノチューブ層６が除去されるとともに、絶縁層３が研磨される。その結果、絶縁層３は平坦な上面を有する状態になる。
【００２７】
ただし、この方法によれば、ガラスのように硬い物質の中にカーボンナノチューブ層６のような柔らかい物質が埋め込まれ、それらが同時に研磨される場合には、研磨テープ表面の砥粒および硬い物質を削った粒子くずが柔らかいカーボンナノチューブ層６に衝突するため、カソード層２が露出するような大きな研磨傷が形成されてしまう。また、カーボンナノチューブ層６が全て脱落してしまうような不具合が発生するおそれもある。その結果、電子放出特性の均一性が低下するという問題が生じる。
【００２８】
そこで、本実施の形態の電子放出源の製造方法においては、図５に示されるように、平坦な絶縁層３の上面上の開口部５の周辺部に突出部形成用部材７０が形成される。なお、突出部形成用部材７０は、絶縁層３を構成するガラス材料と同様のガラス材料からなる。突出部形成用材料７０は、後述するように、突出部７に変化する。この突出部７によって、研磨時に直接研磨テープの砥粒および研磨されたガラス屑などが、開口部５内のカーボンナノチューブ層６に接触することが防止される。それによって、開口部５内のカーボンナノチューブ層６に研磨による欠陥が残存することが防止される。
【００２９】
なお、本実施の形態においては、後述される突出部７の高さｈが、少なくとも３μｍ以上であることが望ましい。また、突出部７の高さｈは、３μｍ〜５μｍであることがより好ましい。したがって、突出部７の高さに応じて、突出部形成用部材７０の高さが決定される。
【００３０】
本実施の形態においては、図４に示されるように、フォトプロセスによって第１絶縁層３ａに開口部５が形成される。その後、図５に示されるように、印刷法によって絶縁層３の上面上の開口部５の周辺部に幅１０μｍかつ高さ３〜５μｍの突出部形成用部材７０が形成される。次に、図６に示されるように、５５０℃の大気中で２０分間、第１絶縁層３ａが焼成される。それにより、突出部形成用部材７０と第１絶縁層３ａとが溶融して一体化する。その結果、図７に示されるように、突出部７を有する第１絶縁層３ａが形成される。なお、マスク露光、現像、およびエッチング処理を用いて、第１絶縁層３ａに対して突出部７が形成されてもよい。
【００３１】
次に研磨ステップが行なわれる。研磨ステップにおいては、湿式研磨装置が用いられる。湿式研磨装置は、アルミナ１０００番の粗さの研磨ベルトを有する。研磨ベルトには研磨テープ１０が貼り付けられている。研磨処理においては、図２０に示されるように、カーボンナノチューブ層６および第１絶縁層３ａが積層された電子源基板９が準備される。この電子源基板９が研磨テープ１０によって研磨される。電子源基板９を送る搬送台２００と研磨テープ１０との間の研磨ギャップｇは、ガラス基板厚さである２．８ｍｍから０．０５ｍｍずつ変更される。それにより、複数回の研磨が行なわれる。
【００３２】
まず、最も上側に位置する第１絶縁層３ａ上のカーボンナノチューブ層６が研磨され除去される。徐々に第１絶縁層３ａの突出部７が現れる。最終的には突出部７の全てが研磨される。さらに、電子源基板９の第１絶縁層３ａの上部が研磨される。その結果、図８に示されるように、電子源基板９の上面は平坦な面になる。このとき、電子源基板９には研磨方向に延びる大きな研磨傷が残る。この研磨傷の表面粗さが表面粗さ計で測定される。それによれば、研磨傷の溝の深さが１．０μｍであり、表面粗さＲａは０．１５μｍである。表面粗さＲａが０．１５という値は、表面粗度としては、高い値である。そのため、最初に用いられた研磨ベルトは、砥粒の細かいアルミナ２０００番の研磨テープ１０に交換される。その後、複数回の研磨が実行され、表面粗さが測定される。その測定によれば、表面粗さＲａは０．０３μｍである。
【００３３】
アルミナ２０００番テープにおいては、砥粒が小さく、研磨される切削量が小さいのでカーボンナノチューブ層６の表面に直接研磨テープが接触するが、カーボンナノチューブ層６の表面の損傷およびカーボンナノチューブ層６の剥離などの不具合はない。
【００３４】
研磨された電子源基板９は、純水を用いて洗浄される。それにより、電子源基板９の表面上の汚れが除去される。その後、カーボンナノチューブ層６が焼成される。カーボンナノチューブ層６の焼成工程においては、カーボンナノチューブ層６に含まれる樹脂が焼成されるとともに、カーボンナノチューブ層６に含まれるガラス成分が溶融する。その結果、ガラス成分を介したカーボンナノチューブ層６とカソード層２との密着力が高められる。また、カーボンナノチューブ層６が収縮する。そのため、図９に示される構造が得られる。
【００３５】
たとえば、カーボンナノチューブペーストの作成のためにエチルセルロース樹脂が用いられる場合には、樹脂が消失する温度である３５０℃以上の温度で、カーボンナノチューブペーストが焼成される。なお、３５０℃で１時間、カーボンナノチューブペーストが焼成されることが好ましい。その後、ガラス軟化点以上の温度、たとえば４８０℃の温度の大気中で２０分間、カーボンナノチューブペーストが焼成される。
【００３６】
エチルセルロースの燃焼ステップおよびガラスの軟化ステップは連続して実行されてもよいが、それらのステップが個別に実行されてもよい。また、カーボンナノチューブが消失してしまうおそれがある高い温度で前述のエチルセルロースの燃焼ステップおよびガラスの軟化ステップが実行される場合には、窒素等の酸素がほとんど含まれていない雰囲気中において、前述のエチルセルロースの燃焼ステップおよびガラスの軟化ステップが行なわれることが望ましい。
【００３７】
カーボンナノチューブ層６が形成された後に、第２絶縁層３ｂが形成される。第２絶縁層３ｂはシリコンラダーポリマーからなる。シリコンラダーポリマーは、スピンコート法によってカーボンナノチューブ層６および第１絶縁層３ａを覆うように塗布され、大気中で３５０℃の温度で焼成される。焼成された第２絶縁層３ｂの膜厚は６μｍである。
【００３８】
次に、スパッタ法で第二の絶縁層３ｂ上に金属薄膜が形成される。金属薄膜は、たとえば０．５μｍのアルミニウム膜からなる。このアルミニウム膜は、露光、現像、およびエッチング等のフォトプロセスを経て、パターニングされる。それにより、図１０に示されるように、カソード層２と直交する複数のストライプ状のゲート電極層４が形成される。
【００３９】
その後、ゲート電極層４とカソード層２とが交差する領域に複数の開口部５０が設けられている。開口部５０の形成のためには、フォトプロセスが用いられる。フォトプロセスにおいては、スピンコート法でレジストが塗布され後、フォトマスクを介してレジスト膜に露光が施される。
【００４０】
次に、ウェットエッチングまたはドライエッチングによって、ゲート電極層４がパターニングされる。また、ゲート電極層４および第２絶縁層３ｂにそれそれの直径が３０μｍである複数の開口部５が形成される。その結果、開口部５０内においてカーボンナノチューブ層６が露出する。最後に、カーボンナノチューブ層６の活性化処理が行なわれる。活性化処理としては、開口部５０内のカーボンナノチューブ層６へレーザーが照射されるか、または、開口部５０内のカーボンナノチューブ層６に対してテープピーリング処理が施される。それにより、図１０に示される構造を有する、電子放出源１００が完成する。
【００４１】
この電子放出源１００と蛍光体が塗布されたアノード層とが１００μｍの距離を置いて対向するように配置される。アノード電極とカソード層２との間には５００Ｖの電圧が印加され、カソード層２とゲート電極層４との間に５０Ｖの電圧が印加される。それにより、電子は、カーボンナノチューブ層６から放出され、開口部５０を経て蛍光面に衝突する。このときの蛍光面での発光状態が観察される。この観察によれば、カソード層２とゲート電極層４との短絡等の不具合が生じることなく、蛍光体が均一に発光していることが確認される。
【００４２】
上記本実施の形態の電子源の製造方法によれば、隣接する画素のカーボンナノチューブ層６同士が短絡することが防止される。また、カーボンナノチューブ層６の表面が研磨によって凹凸の小さい滑らかな面になる。そのため、カーボンナノチューブ層６を介してのカソード層２とゲート電極層４との短絡が防止される。
【００４３】
また、上記電子源の製造方法によれば、凹凸の小さいカーボンナノチューブ層６の研磨面とゲート電極層４との間の距離がいずれの位置においてもほぼ同一である。そのため、ガラス基板１の主表面に平行な方向における電子放出の特性が均一化される。その結果、蛍光体の発光輝度の均一性が向上する。
【００４４】
実施の形態２．
次に、図１１〜図１３を用いて、本発明の実施の形態２の電子放出源およびその製造方法が説明される。
【００４５】
実施の形態１の電子放出源の製造方法においては、第１絶縁層３ａの開口部５が形成された後に、印刷法またはフォトプロセスを用いて、突出部７が形成される。一方、本実施の形態においては、第１絶縁層３ａがエッチングされた後の開口部５の形状を焼成によって変化させて突出部７を形成する。それにより、突出部７を形成することのみを目的とする工程を実行することなく、突出部７を形成することができる。つまり、本実施の形態の電子放出源の製造方法においては、実施の形態１における突出部形成用部材７０を形成するためのステップが省略されている。
【００４６】
本実施の形態の電子放出源の製造工程においては、まず、実施の形態１の電子放出源の製造方法の図１〜図３を用いて説明された工程が実行される。それにより、実施の形態１の図３に示された構造が形成される。次に、第１絶縁層３ａに対してフォトマスクを用いて露光を施す。このとき、露光量が変更される。それにより、図１１に示されるように、第１絶縁層３ａに形成された開口部５の断面形状が台形状になる。つまり、露光マスクを介して第１絶縁層３ａに十分な量の光が照射されれば、開口部５の断面形状は矩形になるが、露光工程において徐々に露光量が低減されれば、上部の幅が小さくかつ下部の幅が大きい、いわゆる台形状の断面形状を有する開口部５が形成される。つまり、第１絶縁層３ａの上面から下面へ向かって徐々に径または幅が大きくなる開口部５が形成される。
【００４７】
その後、第１絶縁層３ａを乾燥させるための焼成工程が実行される。それにより、第１絶縁層３ａの上部が収縮する。その結果、図１２に示されるように、第１絶縁層３ａ上の開口部５の周辺部に突出部７が形成される。突出部７の高さｈは、露光量およびマスクパターン形状に応じて変更され得るものである。
【００４８】
また、露光量が調整される代わりに、第１絶縁層３ａの膜厚を大きくして、通常の条件同一の条件で、露光処理が実行されて、断面形状が台形である開口部５が形成されてもよい。たとえば、膜厚１３μｍの第１絶縁層３ａが印刷法によって形成されてもよい。
【００４９】
また、マスク露光、現像、およびエッチングによって開口部５を形成する場合には、台形状の断面を有する開口部５においては、上部の幅が５０μｍであり、下部の幅が１００μｍである。この状態で、５５０℃で大気中で焼成工程が実行されれば、膜厚が６．５μｍでありかつ突出部７の高さが３μｍである第１絶縁層３ａが形成される。次に、図１３に示されるように、開口部５内に充填されるとともに突出部７および第１絶縁層３ａを覆うように、カーボンナノチューブ層６が形成される。
【００５０】
その後、実施の形態１の電子放出源の製造方法の図８〜図１０を用いて説明された研磨ステップ等が実行される。つまり、カーボンナノチューブ層６、突出部７、および第１絶縁層３ａの上部が研磨される。
【００５１】
本実施の形態の電子放出源の製造方法においても、研磨ステップにおいて直接研磨テープの砥粒および研磨されたガラス屑などが、開口部５内のカーボンナノチューブ層６に接触することが突出部７によって防止される。その結果、カーボンナノチューブ層６に研磨による欠陥が発生することが防止される。
【００５２】
実施の形態３．
次に、図１４〜図１９を用いて、実施の形態４の電子放出源の製造方法が説明される。
【００５３】
実施の形態１において説明されたように、研磨後の電子源基板９が焼成されるときには、カーボンナノチューブ層６は、通常樹脂を含むペースト状態になっている。そのため、カーボンナノチューブ層６が焼成されるときには、樹脂成分が消失して、カーボンナノチューブ層６が収縮する。カーボンナノチューブ層６の収縮率はそのペースト中の樹脂の割合によって決定される。
【００５４】
たとえば、粘度７０Ｐａ・ｓのカーボンナノチューブペースト中における有機溶剤を除く固形成分の比率は５５％である。この固形成分が、カーボンナノチューブ層６の焼成後に残存する。たとえば、カーボンナノチューブ層６は、焼成されると、収縮して、その膜厚が６μｍから３．３μｍへ低減される。
【００５５】
また、第１絶縁層３ａの開口部５と第２絶縁層３ｂおよびゲート電極層４の開口部５との位置合わせにおけるマージンを考慮すると、第１絶縁層３ｂの開口部５は、第２絶縁層３ｂおよびゲート電極層４の開口部５０よりもわずかに大きく設計される。言い換えれば、開口部５０の幅は、開口部５の幅よりも小さく設計される。
【００５６】
そのため、カーボンナノチューブ層６が収縮した領域においてのみ、収縮したカーボンナノチューブ層６の上側に位置する第２絶縁層３ｂおよびゲート電極層４のそれぞれの上面が、他の領域に位置する第２絶縁層３ｂおよびゲート電極層４のそれぞれの上面より低くなる。つまり、第２絶縁層３ｂおよびゲート電極層４のそれぞれの上面に段差が生じる。たとえば、前述の電子源基板９においては、２．７μｍの段差が発生する。そのため、ゲート電極層４に亀裂または断線が生じてしまうことがある。
【００５７】
ゲート電極層４の亀裂または断線を防止するためには、カーボンナノチューブ層６を焼成した後に研磨することによって、収縮したカーボンナノチューブ層６の上側の領域に位置する第２絶縁層３ｂとそれ以外の領域に位置する第２絶縁層３ｂの上面との間に段差が残存しないようにすることが必要である。ただし、焼成されたカーボンナノチューブ層６においては、樹脂が消失している。そのため、焼成されたカーボンナノチューブ層６は、カーボンナノチューブ粉体に近い状態になっている。したがって、焼成されたカーボンナノチューブ層６においては、部分同士の密着力が非常に小さく、かつ、研磨耐性が低い。故に、カーボンナノチューブ層６の部分同士の密着力を向上させることによって、カーボンナノチューブ層６の研磨耐性を改善する必要がある。そのため、カーボンナノチューブ層６の焼成ステップの後であってかつ研磨ステップの前に、カーボンナノチューブ層６上に樹脂等からなる保護層８を塗布する必要がある。これにより、カーボンナノチューブ層６に樹脂が浸透し、カーボンナノチューブ層６の部位同士の密着力が増加する。その結果、カーボンナノチューブ層６の研磨耐性が向上する。なお、保護層８の材料は、カーボンナノチューブ層６の研磨耐性を向上させることができるものであれば、いかなる材料であってもよい。
【００５８】
焼成されたカーボンナノチューブ層６が研磨される工程が、図１４〜図１９を用いて説明される。なお、第１絶縁層３ａ上面上であって開口部５の周辺部に突出部７が形成されるまでの工程は、実施の形態２において図１１および図１２を用いて説明された工程と同一であるため、その説明は繰り返さない。
【００５９】
本実施の形態においては、カーボンナノチューブペーストが開口部５内に充填されるとともに突出部７および第１絶縁層３ａの上面を覆うように塗布される。その結果，図１４に示す構造が形成される。このとき、カーボンナノチューブペーストの膜厚は、通常、焼成されたカーボンナノチューブ層６の膜厚が７μｍ程度であることを考慮すると、７μｍよりも焼成によって収縮する分だけ大きな１２μｍ程度である。
【００６０】
次に、図１４に示される状態において、カーボンナノチューブ層６が大気中で５５０℃の温度で焼成される。その結果、図１５に示されるように、カーボンナノチューブ層６は、収縮して、その膜厚が６．３μｍになる。なお、焼成後のカーボンナノチューブ層６の密着力は、焼成前のカーボンナノチューブ層６の密着力よりも小さい。
【００６１】
そのため、図１６に示されるように、カーボンナノチューブ層６の上面上にエチルセルロースなどの樹脂またはシランカップリング剤などの保護層８が塗布される。その後、１２０℃の温度で２０分間の乾燥処理が実行される。
【００６２】
次に、実施の形態１において説明された研磨ステップと同様のステップが実行される。本実施の形態においては、研磨ステップの後に、塗布された樹脂からなる保護層８を消失させるために、大気中で３５０℃の温度で焼成ステップが実行される。この焼成ステップの後の第１絶縁層３ａの上面とカーボンナノチューブ層６の上面との高低差は、図１７に示されるように、０．２３μｍというかなり小さい値である。
【００６３】
その後、第２絶縁層３ｂが第１絶縁層３ａ上にスピンコート法によって形成される。次に、図１８に示されるように、第２絶縁層３ｂ上にゲート電極層４となるアルミニウム膜がスパッタ法によって形成される。その後、図１９に示されるように、フォトプロセスを用いてアルミニウム膜がパターニングされ、ゲート電極層４が形成される。その後、平面視におけるカソード層２とゲート電極層４との交差点に開口部５０が形成される。第１絶縁層３ａの上面とカーボンナノチューブ層６の上面との間の段差は、０．２μｍである。したがって、断線または亀裂が生じ難い、良好なゲート電極層４が得られる。
【００６４】
実施の形態４．
本実施の形態においては、上記実施の形態１〜３の電子放出源の製造方法において用いられる研磨機の説明がなされる。
【００６５】
上記各実施の形態の研磨処理のように、板状の電子源基板９の片面を研磨するにためには、図２０に示されるようなベルト研磨方式が適している。研磨ベルトに付された研磨テープ１０としては、ポリエステルフィルムに砥粒が接着剤によって均一に付着されたものが用いられる。このポリエステルフィルムにおいては、厚さが小さくかつ均一である。そのため、砥粒切れ刃高さのバラツキが小さい。したがって、良好な仕上げ面が得られる。上記各実施の形態の電子放出源の製造方法において用いられた研磨テープ１０の厚さは５ｍｉｌ（１２５μｍ）である。
【００６６】
また、たとえば、湿式ベルト研磨機Ｔ−２６ＭＷ(菊川鉄工所)が用いられる場合には、その研磨テープ１０の砥粒の材料、粗さ、送り速度、回転方向、カソード基板の送り速度、および、電子源基板９が搬送される搬送台２００と研磨テープ１０と間のギャップｇの設定に応じて、研磨状態が変化する。
【００６７】
研磨テープ１０は、被研磨材料であるガラスに応じたものが用いられる。したがって、研磨材としては、アルミナおよび酸化セリウムなどが用いられる。この研磨材が研磨テープ１０に接着される。カーボンナノチューブ層６および突出部７を研磨するためには、研磨能力が高い、１０００番(砥粒１５μｍ)の研磨材が用いられる。また、表面仕上げのためには、砥粒が小さくかつ硬い、２０００番(砥粒９μｍ)の研磨材が用いられる。
【００６８】
湿式ベルト研磨機の設定としては、送り速度が１ｍ／ｓで固定され、研磨テープの速度が湿式ベルト研磨機の調整範囲である２００ｍ／ｓ〜６００ｍ／ｓでテストが行なわれる。このテストにより、研磨テープ１０の速度が４００ｍ／ｓである場合に、カーボンナノチューブ層６を良好に研磨することができる、すなわち、カーボンナノチューブ層６の研磨傷が少ない。なお、研磨ベルトの回転方向が、図７および図８に示された電子源基板９の送り方向に対して順方向であれば、カーボンナノチューブ層６の研磨傷が少ないが、一方、電子源基板９の送り方向に対して逆方向であれば、カーボンナノチューブ層６の研磨傷が多い。
【００６９】
研磨テープ１０と電子源基板９を送る搬送台２００との間のギャップｇは、当初、ガラス基板厚およびその上に積層された膜の合計の厚さに設定される。その後、ギャップｇが徐々に小さくなる。それにより、突出部７が研磨され、第１絶縁層３ａおよびカーボンナノチューブ層６の上面が平坦になる。
【００７０】
当初に用いられる１０００番の研磨材を用いての突出部７の研磨のテストにおいては、ガラス基板１の厚さとカーボンナノチューブ層６の厚さとの合計の厚さである２．８５ｍｍから０．０５ｍｍずつ、ギャップｇが低減され、２．６０ｍｍになる。突出部７が完全に消滅して第１絶縁層３ａの上面が平坦になるまで、研磨が実行される。ガラス基板１の反りおよび研磨機のセッティングなどに起因して、研磨方向において研磨量に差が生じる場合には、１回の研磨工程ごとに電子源基板９の送り方向を逆にする、すなわち順方向の送りと逆方向の送りとを交互に行なう。
【００７１】
また、電子源基板９の前端および後端において電極等が露出しているために、電極が形成されている領域を避けて研磨を実行すると、画素領域の研磨量が低下する。その結果、電極の内側の電子源基板９の前端の近傍および後端の近傍のそれぞれの研磨量が大きくなる。つまり、電子源基板９の送り方向の中央部の研磨量が小さくなる。したがって、両電極の間でアーチ型の高さ分布を有する電子源基板９が形成されてしまう。これを避けるためには、研磨ギャップの変化量を木目細かく調整する。たとえば、０．０３ｍｍ〜０．０１ｍｍの範囲内でギャップが調整されれば、研磨回数は多くなるが、電子源基板９全体の膜厚の均一性は向上する。表面仕上げ２０００番の研磨材が用いられる場合には、カーボンナノチューブ層に形成される研磨傷の大きさは小さい。そのため、０．０５ｍｍごとにギャップが変更される。この際、研磨テープの砥粒の先端は、ＳＵＳ（ステンレス）板を砥材として、ＳＵＳ板の厚さ以下のギャップで、ＳＵＳ板に接触させられ、ほぼ同一の大きさに揃えられる。研磨テストにおいては、キャップが２．６０ｍｍから２．５０ｍｍまで変更され、６回研磨が行なわれる。その結果、電子源基板９の表面粗さＲａが０．０４μｍになる。
【００７２】
研磨処理の後に、電子源基板９が純水で洗浄され、乾燥される。その後、第１絶縁層３ａ上に、スピンコート法によって、膜厚が６μｍである第２絶縁層３ｂがスパッタ法によって形成される。次に、第２絶縁層３ｂ上に膜厚が０．５μｍのゲート電極層４が形成される。その結果、表面の凹凸が小さい良好な電子放出源が得られる。
【００７３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態の電子放出源の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１の電子放出源の製造工程を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１の電子放出源の製造工程を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１の電子放出源の製造工程を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１の電子放出源の製造工程を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１の電子放出源の製造工程を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１の電子放出源の製造工程を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１の電子放出源の製造工程を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１の電子放出源の製造工程を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の電子放出源の製造工程を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２の電子放出源の製造工程を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２の電子放出源の製造工程を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２の電子放出源の製造工程を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態３の電子放出源の製造工程を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態３の電子放出源の製造工程を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態３の電子放出源の製造工程を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態３の電子放出源の製造工程を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態３の電子放出源の製造工程を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態３の電子放出源の製造工程を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態の電子放出源の研磨機の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  ガラス基板、２  カソード層、３  絶縁層、３ａ  第１絶縁層、３ｂ  第２絶縁層、４  ゲート電極層、５，５０  開口部、６  カーボンナノチューブ層、７  突出部、８  保護層、９  電子源基板、１０  研磨テープ、７０  突出部形成用部材。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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