(57)【要約】【課題】  絶縁層としてスクリーン印刷で形成したポリイミドを用い、半導体プロセスを用いた無機物の形成伴う製造のプロセス数および製造コストを大幅に減少させることを課題としている。【解決手段】  基板５上に、カソード電極７を積層する工程と、前記カソード電極７を被覆するように、電子放出膜６を基板５上に積層する工程と、前記電子放出膜６の一部を露出するように、ポリイミド系樹脂等の絶縁ペーストを、スクリーン印刷の手段により、前記電子放出膜６上に塗布し、塗布された絶縁ペーストを乾燥、硬化させて絶縁層８を形成した後に、この絶縁層８上にゲート電極１０を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にカソード電極を積層する工程と、前記カソード電極を被覆するように、電子放出膜を基板上に積層する工程と、前記電子放出膜の一部を露出するように、ポリイミド系樹脂等の絶縁ペーストを、スクリーン印刷の手段により、前記電子放出膜上に塗布し、塗布された絶縁ペーストを乾燥、硬化させて絶縁層を形成した後に、この絶縁層上にゲート電極を積層することを特徴とする冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項２】
前記ゲート電極は、金属ペーストを、スクリーン印刷の手段により、絶縁層上に塗布し、塗布されたペーストを乾燥、硬化させて形成する請求項１に記載の冷陰極電界電子放出素子の製造方法。
【請求項３】
基板上に、帯状の複数本のカソード電極、電子放出膜、絶縁層およびゲート電極とが順に積層され、絶縁層およびゲート電極には、電子放出膜の一部が露出するように、開口部が設けられた冷陰極電界電子放出素子において、
前記電子放出膜は、所定領域の全面に設けられ、この電子放出膜上に、前記絶縁層が積層されていることを特徴とする冷陰極電界電子放出素子。
【請求項４】
前記絶縁層がポリイミドを含む請求項３に記載の冷陰極電界電子放出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出効率に優れた冷陰極電界電子放出素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、画像表示装置として所謂フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）が、画面の明るさ及び低消費電力の観点から注目を集めている。フィールドエミッションディスプレイは、電界放出で真空中に放出された電子により、蛍光体を発光させて画像を表示する冷陰極電界電子放出表示装置（フィールドエミッション型デバイス）である。かかる表示装置は、一般に、２次元マトリクス状に配列された各画素に対応して電子放出部を有するカソードパネルと、この電子放出部から放出された電子との衝突により励起されて発光する蛍光体層を有するアノードパネルとが、真空層を介して対向配置されたものである。カソードパネル上の各画素においては、通常、複数の電子放出部が形成され、更に、電子放出部から電子を引き出すためのゲート電極も形成されている。この電子放出部とゲート電極を有する部分が、冷陰極電界電子放出素子（以下、単に電子放出素子と称する。）である（特許文献１参照）。
【０００３】
この電子放出素子は、カソード側の基板に、カソード電極（配線）とゲート電極とが絶縁層を介して互いに対向して設けられ、カソード電極とゲート電極との間に電圧を印加することによって、電子をカソード電極側からアノードパネル側に放出するように構成される。
【特許文献１】特開２００２−２４５９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、フィールドエミッションディスプレイは、絶縁層としてＳｉＯ２等の無機物が用いられており、その絶縁層の形成に際しては、半導体プロセスを利用するため、無機物の堆積、レジスト塗布、レジストプリベーク、露光、現像、レジストポストベーク、エッチング、レジスト除去といった少なくとも８つ以上の高価な装置を用いた半導体プロセスを利用する必要がある。
【０００５】
前記特許文献１は、ポリイミドを含むペーストをスクリーン印刷手段により、基板上に全面塗布した後に、マスクを使用して露光、現像し、パターニングして絶縁層を形成する構成である。しかも、絶縁層形成後に、電子放出部となるカーボンを絶縁層間に埋め込むため、マスクアラインが必要になる。このため、多くの製造プロセス数を必要とし、製造コストおよび製造にかける時間ともに負担が大きくなる欠点があった。
【０００６】
本発明は、冷陰極電界電子放出表示装置に使用される電子放出素子の絶縁層を、スクリーン印刷手段を利用して、基板に積層されている電子放出膜上に形成することにより、電子放出素子の製造のプロセス数および製造コストを大幅に減少させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の冷陰極電界電子放出素子の製造方法は、基板上にカソード電極を積層する工程と、前記カソード電極を被覆するように、電子放出膜を基板上に積層する工程と、前記電子放出膜の一部を露出するように、ポリイミド系樹脂等の絶縁ペーストを、スクリーン印刷の手段により、前記電子放出膜上に塗布し、塗布された絶縁ペーストを乾燥、硬化させて絶縁層を形成した後に、この絶縁層上にゲート電極を積層することにある。
【０００８】
そして、絶縁層は、絶縁ペーストをスクリーン印刷の手段により、前記電子放出膜上に塗布して形成するため、従来の半導体プロセスを使用する場合に比し、露光、現像等の工程が不要となり、絶縁層の製造工程の簡素化を図れる。しかも、絶縁層をスクリーン印刷する工程において、電子放出膜の一部を露出するため、同時に電子放出部も形成することができる。
【０００９】
さらに、前記ゲート電極は、金属ペーストを、スクリーン印刷の手段により、絶縁層上に塗布し、塗布されたペーストを乾燥、硬化させて形成するのが好ましい。かかる場合には、ゲート電極の製造工程の簡素化も図ることができる。
【００１０】
本発明の冷陰極電界電子放出素子は、基板上に、帯状の複数本のカソード電極、電子放出膜、絶縁層およびゲート電極とが順に積層され、絶縁層およびゲート電極には、電子放出膜の一部が露出するように開口部が設けられた冷陰極電界電子放出素子において、前記電子放出膜は、所定領域の全面に設けられ、この電子放出膜上に、前記絶縁層が積層されている。
【００１１】
前記所定領域とは、電子放出膜により電子放出部を形成するのに要する領域をいう。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電子放出素子の製造コストおよび製造にかける時間の短縮が図れ、製造のプロセス数および製造コストを大幅に減少することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の具体的な実施の形態について説明する。図１は本実施の形態に係るフィールドエミッションディスプレイの概略断面図、図２（ａ）〜（ｄ）は本実施の形態に係る電子放出素子の製造工程を示す概略平面図、図３（ａ）および（ｂ）並びに図４（ａ）および（ｂ）は本実施の形態に係る電子放出素子の製造工程を示す斜視図である。
【００１４】
本実施の形態に係るフィールドエミッションディスプレイ１は、電子放出素子２を含むカソードパネル４と、この電子放出素子２に対向した蛍光面パネル（アノードパネル）３と、電子放出素子２を含むカソードパネル４およびアノードパネル３を支持する枠体（図示省略）とを備えている。
【００１５】
電子放出素子２は、例えばガラス材からなる基板５と、この基板５の表面上に形成されたカソード電極７と、基板５及びカソード電極７上に形成された炭素系材料からなる電子放出膜６と、絶縁層８と、ゲート電極１０とから主構成されている。ゲート電極１０及び絶縁層８には、複数の開口部１１が形成されており、電子放出膜６における開口部１１の底面に露出した部分が電子放出部（エミッタ）６ａとなっている。
【００１６】
前記カソード電極７は、導電性を有する材料から帯状に形成され、複数本が基板５上に配置されている。カソード電極７の厚さとしては、数百ｎｍ〜数ｍｍの範囲で設定される。
【００１７】
前記電子放出膜６は、カーボン膜からなり、例えば、グラファイト、フラーレン、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドを分散した炭素及び炭素化合物等から適宜選択される。電子放出膜６は、カソード電極７を含む基板５の所定領域の全面に形成され、その厚さは、数ｎｍ〜数μｍの範囲で設定されている。
【００１８】
前記絶縁層８は、例えばポリイミド、エポキシ等を含む有機高分子材料からなり、前記電子放出膜６の一部を露出するように、この電子放出膜６上に形成されている。絶縁層８の厚さとしては、数十ｎｍ〜数ｍｍの範囲で設定される。
【００１９】
前記ゲート電極１０は、前記カソード電極７と同様に導電性を有しており、例えば金属材料からなり、絶縁層８上に積層されている。ゲート電極１０の厚さは、数百ｎｍ〜数μｍの範囲で設定されている。
【００２０】
前記アノードパネル３は、基板１３と、基板１３上に形成され、所定のパターンを有する蛍光体層１５と、その上に形成されたアノード電極１６から構成されている。なお、アノードパネル３と電子放出素子２と枠体３４とによって囲まれた空間は真空となっている。
【００２１】
以上の構成からなるフィールドエミッションディスプレイにおいて、カソード電極７には相対的な負電圧が印加され、ゲート電極１０には相対的な正電圧が印加され、アノード電極１６にはゲート電極１０よりも更に高い正電圧が印加されるようになっている。そして、カソード電極７とゲート電極１０との間に電圧を印加した際に生ずる電界により、電子放出膜６の電子放出部６ａから電子が放出され、この電子がアノード電極１６に引き付けられ、蛍光体層１５に衝突する。その結果、蛍光体層１５が励起されて発光し、所望の画像を得ることができる。
【００２２】
次に、前記電子放出素子２について、好ましい製造方法を、図２〜図４を参照しながら詳述する。
【００２３】
まず、図２（ａ）および図３（ａ）に示すように、ガラス材料からなる基板５上に、帯状の複数本のカソード電極７を積層する。カソード電極７は、例えばクロム、モリブデン、タングステン、アルミニウムなどの金属もしくはＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide)などの透明電極からなり、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィ技術により形成される。
【００２４】
さらに、図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すように、前記カソード電極７の所定部分を被覆するように、電子放出膜としてのカーボン膜６を基板５上に積層する。カーボン膜６の積層方法としては、例えば、カソーディックアーク法(特願2001-207625号公報に記載の方法)にしたがって、全面もしくはメタルマスク等によって任意の形状に製膜されたカーボン膜であり、この膜は、厚さもおおよそ２００nmと薄く他のカーボン膜作成技術により製膜されたものと比較して凹凸が少なく、また，その後の熱処理や多少の衝撃にも耐えられるため、スクリーンプリントプロセスを行うのにもっとも適している。その他一般的なカーボン膜６の積層方法としては、カーボンペーストを、スクリーン印刷の手段により塗布し、乾燥、硬化させたものなどがある。
【００２５】
次に、図２（ｃ）および図４（ａ）に示すように、ポリイミド系樹脂ペーストを、スクリーン印刷の手段により、カーボン膜６上にこのカーボン膜６の一部を露出するように塗布し、塗布されたポリイミド系樹脂を乾燥、硬化させて絶縁層８とする。絶縁層８は、例えばカソード電極７と交差するように、複数本形成される。かかるスクリーン印刷工程を採用することにより、印刷および加熱の２工程へと大幅削減を図れる。
【００２６】
さらに、図２（ｄ）および図４（ｂ）に示すように、金属材料等からなるペーストを、スクリーン印刷の手段により、絶縁層８上に塗布し、塗布されたペーストを乾燥、硬化させゲート電極１０を形成する。
【００２７】
実施例
フィールドエミッションディスプレイのカソード側となる基板に配線（カソード電極７）とエミッタとなる薄膜（カーボン膜６）を作成した後、絶縁層としてポリイミド系樹脂ペーストを、メッシュ４００、乳剤厚１５μｍ、線径２３μｍのスクリーン印刷用マスクを用いてパターンを印刷した。その後、塗布されたポリイミド系樹脂ペーストを約３００°Ｃまで加熱して溶媒を除去し、ポリイミドを硬化させて絶縁層を作成した。このとき絶縁層の膜厚はゲート絶縁層として用いるのに十分な値、すなわち１μｍ程度を作成することが可能であった。さらに、ポリイミドの絶縁層上に金属電極層を作成し、絶縁性を測定した。その結果、ポリイミドの比抵抗値は、一般的なＳＩＯ２以上（４×１０１９Ω・ｃｍ以上）であることが確認でき、フィールドエミッションディスプレイの絶縁層として十分な絶縁性を示した。
【００２８】
また、図５に示す如く、絶縁層として使用するポリイミドの熱重量変化を測定した。同図から明らかなように、一度温度を上昇させると、２５０℃〜５００℃の範囲でポリイミドの重量減少は、ほとんどない。電子放出素子の製造時のガラス封止は、４２０℃前後で行われるため、重量変化はほとんどなく安定しており、耐熱性の点でも問題はない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の電子放出素子を使用したフィールドエミッションディスプレイの概略断面図
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の電子放出素子の製造工程をそれぞれ示す概略断面図
【図３】（ａ）および（ｂ）は、本発明の電子放出素子の製造工程をそれぞれ示す概略斜視図
【図４】（ａ）および（ｂ）は、本発明の電子放出素子の製造工程をそれぞれ示す概略斜視図
【図５】本発明の電子放出素子に使用される断熱層の耐熱性を示す図
【符号の説明】
【００３０】
５    基板
６    電子放出膜
７    カソード電極
８    絶縁層
１０  ゲート電極
【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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