(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素系繊維と、この炭素系繊維を形成するための触媒金属膜と、この触媒金属膜上に形成された絶縁膜とを備え、
前記絶縁膜は、前記触媒金属膜と接触する第１の面と、この第１の面と対向する第２の面と、前記第１の面から前記第２の面まで貫通する亀裂とを有し、
前記炭素系繊維は、前記亀裂内の前記触媒金属膜上に形成されたことを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
請求項１に記載の電子放出素子と、前記触媒金属膜と電気的に接続された陰極母線とを備えたことを特徴とする電界放出陰極。
【請求項３】
前記電子放出素子から電子を引き出す電子引出電極を備えたことを特徴とする請求項２に記載の電界放出陰極。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の電界放出陰極と、この電界放出陰極から放出された前記電子を捕捉する陽極電極とを備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項５】
炭素系繊維を形成するための触媒金属膜上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記絶縁膜を貫通する亀裂を発生させる亀裂発生工程と、前記亀裂内の前記触媒金属膜上に前記炭素系繊維を形成する炭素系繊維形成工程とを含むことを特徴とする電子放出素子の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印加された電界によって電子を放出する電子放出素子、電界放出陰極及び表示装置並びに電子放出素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
印加された電界によって電子を放出する電子放出素子は、加熱することなく電子を放出するため、低消費電力で応答速度の速い電子源として様々な用途に応用可能である。特に最近では、この電子放出素子を画素毎に持たせた、低消費電力で高画質な電界放出型表示装置の研究、開発が活発に行われている。中でも電子放出素子の材料として、カーボンナノチューブ（以下「ＣＮＴ」という。）やグラファイトナノファイバー（以下「ＧＮＦ」という。）のような炭素系の微細な繊維状物質（以下「炭素系微細繊維」という。）は、そのナノスケールの形状から電界集中が生じやすく、低電圧で電子放出を生じる表示装置の電界放出陰極の材料として注目されている。
【０００３】
ＣＮＴやＧＮＦのような炭素系微細繊維を用いた従来の表示装置としては、図９（ａ）及び（ｂ）に示すようなものが知られている。
【０００４】
まず、図９（ａ）に示された従来の表示装置１０は、電界放出陰極基板２０と、陽極基板３０とを有し、電界放出陰極基板２０は、基板２１と、陰極母線２２と、触媒金属膜２３と、炭素系微細繊維２４とを備え、陽極基板３０は、基板３１と、陽極電極３２と、蛍光体層３３とを備えている。従来の表示装置１０は、陰極母線２２と陽極電極３２との間に印加される陽極電圧Ｖによって炭素系微細繊維２４から電子を引き出し、この電子が蛍光体層３３を発光させることにより、所定の画像を表示するようになっている。
【０００５】
また、図９（ｂ）に示された従来の表示装置４０は、電界放出陰極基板５０と、陽極基板６０とを有し、電界放出陰極基板５０は、基板５１と、陰極母線５２と、絶縁膜５３と、ゲート電極５４と、触媒金属膜５５と、炭素系微細繊維５６とを備え、陽極基板６０は、基板６１と、陽極電極６２と、蛍光体層６３とを備えている。従来の表示装置４０は、陰極母線５２とゲート電極５４との間にはゲート電圧Ｖ１、ゲート電極５４と陽極電極６２との間には陽極電圧Ｖ２が印加され、ゲート電圧Ｖ１によって炭素系微細繊維５６から電子を引き出し、この電子を陽極電圧Ｖ２で加速して陽極電極６２が捕捉することによって蛍光体層６３を発光させることにより、所定の画像を表示するようになっている。
【０００６】
次に、従来の表示装置１０が備えた電界放出陰極基板２０の製造方法の概要について図１０を用いて説明する。
【０００７】
まず、基板２１上に陰極母線２２が形成され（図１０（ａ））、陰極母線２２上に触媒金属膜２３が形成される（図１０（ｂ））。そして、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法によって炭素系微細繊維２４が形成される（図１０（ｃ））。なお、炭素系微細繊維２４は、炭素系微細繊維２４にバインダーを混合し、炭素系微細繊維２４を所定方向に配向させた混合物を用いる印刷法によっても形成することができる。
【０００８】
次に、従来の表示装置４０が備えた電界放出陰極基板５０の製造方法の概要について図１１を用いて説明する。
【０００９】
まず、基板５１上に、陰極母線５２、絶縁膜５３及びゲート電極５４が順次形成される（図１１（ａ）〜（ｃ））。次いで、ゲート電極５４上にマスク層５７がパターニングされて形成され（図１１（ｄ））、例えばウェットエッチング法によってゲート開口部５４ａが形成される（図１１（ｅ））。さらに、マスク層５７上に触媒金属膜５５が形成（図１１（ｆ））された後、剥離液によってマスク層５７が除去される（図１１（ｇ））。そして、例えばＣＶＤ法によって炭素系微細繊維５６が形成される（図１１（ｈ））。なお、炭素系微細繊維５６は、前述の炭素系微細繊維２４と同様に印刷法によっても形成することができる。
【００１０】
前述のように、従来の電界放出陰極基板が有する炭素系微細繊維の形成には、印刷法やＣＶＤ法が用いられる。印刷法を用いて炭素系微細繊維が形成されたものは、良好な電子放出特性を得るため、バインダーを取り除いたり、炭素系微細繊維を垂直方向に配向したりするための処理が行われている。一方、ＣＶＤ法を用いて炭素系微細繊維が形成されたものでは、バインダーを取り除く処理は不要であるが、炭素系微細繊維が触媒金属膜上に密集して形成されるため電界が炭素系微細繊維に集中せず、炭素系微細繊維から電子を放出させるために印加する電圧（以下「電子放出電圧」という。）の低減化を図るのが困難であるという課題があった。
【００１１】
この課題を解決する手法としては、例えば非特許文献１に示されたものが知られている。非特許文献１に示された手法は、炭素系微細繊維の密度を減少させることにより、電子放出のための電界集中を生じやすくして電子放出電圧を低減することができるようになっている。
【００１２】
【非特許文献１】Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ／Ｆｉｂｅｒｓ，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｔｈｅ  Ｎｉｎｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ，  ｐｐ．１０６１−１０６３（２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、非特許文献１に示された手法は、例えば高解像度電子ビーム露光法を用いてミクロン単位で微細な触媒を形成する実験的なものであり、表示装置の電子放出素子の製造に適用しようとすると電子放出素子の製造工数が増大し、製造コストが上昇するという問題があった。
【００１４】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたものであり、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる電子放出素子、電界放出陰極及び表示装置並びに電子放出素子の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の電子放出素子は、炭素系繊維と、この炭素系繊維を形成するための触媒金属膜と、この触媒金属膜上に形成された絶縁膜とを備え、前記絶縁膜は、前記触媒金属膜と接触する第１の面と、この第１の面と対向する第２の面と、前記第１の面から前記第２の面まで貫通する亀裂とを有し、前記炭素系繊維は、前記亀裂内の前記触媒金属膜上に形成された構成を有している。
【００１６】
この構成により、本発明の電子放出素子は、絶縁膜を貫通する亀裂により露出した触媒金属膜上に炭素系繊維が形成されるので、炭素系繊維の密度を減少させるための製造工数を従来のものよりも削減することができ、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。
【００１７】
本発明の電界放出陰極は、電子放出素子と、前記触媒金属膜と電気的に接続された陰極母線とを備えた構成を有している。
【００１８】
この構成により、本発明の電界放出陰極は、炭素系繊維の密度を減少させるための製造工数が従来のものよりも削減されて形成された炭素系繊維を備えるので、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。
【００１９】
また、本発明の電界放出陰極は、前記電子放出素子から電子を引き出す電子引出電極を備えた構成を有している。
【００２０】
この構成により、本発明の電界放出陰極は、炭素系繊維の密度を減少させるための製造工数が従来のものよりも削減されて形成された炭素系繊維を備え、電子引出電極が、炭素系繊維から電子を引き出すので、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。
【００２１】
本発明の表示装置は、電界放出陰極と、この電界放出陰極から放出された前記電子を捕捉する陽極電極とを備えた構成を有している。
【００２２】
この構成により、本発明の表示装置は、炭素系繊維の密度を減少させるための製造工数が従来のものよりも削減されて形成された炭素系繊維を含む電界放出陰極を備えるので、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。
【００２３】
本発明の電子放出素子の形成方法は、炭素系繊維を形成するための触媒金属膜上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記絶縁膜を貫通する亀裂を発生させる亀裂発生工程と、前記亀裂内の前記触媒金属膜上に前記炭素系繊維を形成する炭素系繊維形成工程とを含む構成を有している。
【００２４】
この構成により、本発明の電子放出素子の形成方法は、絶縁膜を貫通する亀裂により露出した触媒金属膜上に炭素系繊維が形成されるので、炭素系繊維の密度を減少させるための製造工数を従来のものよりも削減することができ、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができるという効果を有する電子放出素子、電界放出陰極及び表示装置並びに電子放出素子の製造方法を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２９】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態の表示装置の構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る表示装置１００の模式的な概略断面図である。
【００３０】
図１に示すように、本実施の形態の表示装置１００は、印加された電界によって電子を放出する電界放出陰極基板１１０と、放出された電子を捕捉する陽極基板１５０とを備えている。
【００３１】
電界放出陰極基板１１０は、基板１１１と、基板１１１上に順次形成された陰極母線１１２、触媒金属膜１１３及び絶縁膜１１４と、電子を放出する炭素系微細繊維１１５とを備え、絶縁膜１１４は、亀裂１１４ａを有し、炭素系微細繊維１１５は、亀裂１１４ａ内の触媒金属膜１１３上に形成されている。ここで、電界放出陰極基板１１０は、本発明の電界放出陰極を構成している。また、触媒金属膜１１３、絶縁膜１１４及び炭素系微細繊維１１５は、本発明の電子放出素子を構成している。
【００３２】
なお、図１は、炭素系微細繊維１１５が一列に並んだ部分の概略断面図を模式的に示したものであるが、本実施の形態の表示装置１００の構成はこれに限定されるものではなく、例えば炭素系微細繊維１１５がマトリクス状に配列された構成としてもよい。
【００３３】
基板１１１は、例えばガラス、セラミクス、シリコン等の絶縁性を有する材料や、表面を酸化させたシリコン基板のように表面を絶縁膜で覆った導電性を有する材料等で構成されている。
【００３４】
陰極母線１１２は、例えばクロム、アルミニウム、シリコン、ニオブ、金等の導電性を有する材料で構成され、触媒金属膜１１３と電気的に接続されている。
【００３５】
触媒金属膜１１３は、ＣＮＴやＧＮＦ等で構成される炭素系微細繊維１１５をＣＶＤ法で形成する際に炭化ガスの分解に供する材料をいい、例えば鉄やコバルト、ニッケル等の遷移金属、イットリウム等の希土類、パラジウムや白金等の貴金属、又はこれらの合金で構成されている。なお、触媒金属膜１１３は、炭素系微細繊維１１５を形成するためだけでなく、陰極母線１１２の形成も兼ねる構成とすることもできる。
【００３６】
絶縁膜１１４は、例えば酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム等により構成されている。
【００３７】
なお、本実施の形態において、特許請求の範囲に記載した第１の膜及び第２の膜とは、それぞれ、触媒金属膜１１３及び絶縁膜１１４をいう。また、特許請求の範囲の請求項１に記載した第１の膜と接触する第１の面とは、触媒金属膜１１３と接触する側の絶縁膜１１４の面をいい、第１の面と対向する第２の面とは、陽極基板１５０側の絶縁膜１１４の面をいう。
【００３８】
炭素系微細繊維１１５は、ＣＮＴやＧＮＦ等で構成され、陰極母線１１２と陽極電極１５２（後述）との間に陽極電圧Ｖによって電子を放出するようになっている。なお、炭素系微細繊維１１５は、本発明の炭素系繊維を構成している。
【００３９】
陽極基板１５０は、基板１５１と、基板１５１上に形成された陽極電極１５２と、陽極電極１５２上に形成された蛍光体層１５３とを備えている。
【００４０】
基板１５１は、例えばガラスのような透明性を有する基板で構成されている。陽極電極１５２は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：錫ドープ酸化インジウム）のような透明電極によって構成されている。蛍光体層１５３は、陽極電極１５２上に蛍光体が塗布されて形成されている。
【００４１】
本実施の形態に係る表示装置１００は、前述のように構成されており、陰極母線１１２と陽極電極１５２との間に陽極電圧Ｖが印加されると、炭素系微細繊維１１５によって電子が放出され、放出された電子は、陽極電極１５２の方向に進み、蛍光体層１５３を通過して蛍光体層１５３を発光させた後、陽極電極１５２に達する動作を行って、所定の画像を表示する。
【００４２】
次に、本実施の形態に係る表示装置１００の製造方法について説明する。
【００４３】
最初に、本実施の形態に係る表示装置１００の電界放出陰極基板１１０の製造方法について図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態に係る電界放出陰極基板１１０の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図である。
【００４４】
まず、基板１１１上に陰極母線１１２を形成する（図２（ａ））。陰極母線１１２の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、印刷法等を用いる。
【００４５】
次いで、陰極母線１１２上に触媒金属膜１１３を形成する（図２（ｂ））。触媒金属膜１１３の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、ＣＶＤ法等を用いる。なお、触媒金属膜１１３が、炭素系微細繊維１１５の形成（後述）と、陰極母線１１２の形成とを兼ねる構成の場合は、前述の陰極母線１１２の形成工程を省略することもできる。
【００４６】
さらに、触媒金属膜１１３上に絶縁膜１１４を形成する（図２（ｃ））。絶縁膜１１４の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法等を用いる。ここで、後述する次工程において絶縁膜１１４に亀裂１１４ａを生じさせるため、従来の絶縁膜の形成工程とは異なる製造条件とする。
【００４７】
すなわち、本工程の検討結果によれば、絶縁膜１１４の膜厚は３０ｎｍ以下が好ましく、また、絶縁膜１１４を成膜するための温度（以下「絶縁膜成膜温度」という。）は３００℃未満が好ましい。特に、スパッタリング法や蒸着法による従来の成膜時には、絶縁膜を成膜する基材と絶縁膜との密着性を向上させるために絶縁膜成膜温度を３００℃以上とするが、本実施の形態においては、絶縁膜１１４に亀裂１１４ａを生じさせ易くする目的で触媒金属膜１１３と絶縁膜１１４との密着性を従来よりも低減するため絶縁膜成膜温度を３００℃未満とするのが好ましい。そして、絶縁膜１１４に亀裂１１４ａを生じさせる際の環境温度は、検討結果によれば３００℃以上が好ましい。
【００４８】
引き続き、好ましくは３００℃以上の環境において焼成することにより、絶縁膜１１４を貫通する亀裂１１４ａを生じさせる（図２（ｄ））。前述した絶縁膜１１４の形成工程において、絶縁膜成膜温度を３００℃未満として絶縁膜１１４を形成したので、触媒金属膜１１３と絶縁膜１１４との密着性が従来よりも低減されており、絶縁膜１１４に亀裂１１４ａを容易に生じさせることができる。なお、絶縁膜１１４に生じる亀裂１１４ａはランダムに分布する。また、図示を省略したが、絶縁膜１１４を貫通しない亀裂も生じる。
【００４９】
そして、ＣＶＤ法により、ＣＮＴやＧＮＦ等の炭素系微細繊維１１５を形成する（図２（ｅ））。炭素系微細繊維１１５の形成には、例えば一酸化炭素や炭化水素等の炭化ガス、又はそれらのガスを含む混合ガスを使用した熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等を用いる。前工程において絶縁膜１１４に生じた、絶縁膜１１４を貫通する亀裂１１４ａ及び絶縁膜１１４を貫通しない亀裂の内、本工程において、絶縁膜１１４を貫通する亀裂１１４ａにより露出した触媒金属膜１１３上に炭素系微細繊維１１５が形成される。
【００５０】
なお、図２（ｅ）は、炭素系微細繊維１１５が亀裂１１４ａ内の触媒金属膜１１３上に形成された状態を模式的に示すものであり、絶縁膜１１４を貫通する全ての亀裂１１４ａ内に炭素系微細繊維１１５が形成されることを限定して示すものではない。
【００５１】
また、図２（ｅ）において、炭素系微細繊維１１５が複数の炭素系微細繊維で構成された例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、亀裂１１４ａ内の触媒金属膜１１３上に少なくとも１本の炭素系微細繊維が形成されればよい。
【００５２】
次に、本実施の形態に係る表示装置１００の陽極基板１５０の製造方法について説明する。なお、本実施の形態に係る陽極基板１５０の製造方法は、従来のものと同様なので図示を省略して概略を述べる。
【００５３】
まず、スパッタリング法や蒸着法等によって、基板１５１上に例えばＩＴＯを堆積して陽極電極１５２を形成する。次いで、蛍光体を陽極電極１５２上に塗布して蛍光体層１５３を形成することにより、陽極基板１５０が得られる。
【００５４】
そして、図２（ａ）〜（ｄ）に示された製造工程で製造された電界放出陰極基板１１０と、前述の製造工程で製造された陽極基板１５０とが一定の間隔で対向配置されるようスペーサ（図示省略）が固着され、封着されて真空排気された後、チップオフされて表示装置１００が得られる。
【００５５】
以上のように、本実施の形態の表示装置１００によれば、電界放出陰極基板１１０は、炭素系微細繊維１１５を形成するための触媒金属膜１１３と、この触媒金属膜１１３上に形成された絶縁膜１１４とを備え、絶縁膜１１４を貫通する亀裂１１４ａ内の触媒金属膜１１３上に炭素系微細繊維１１５を形成する構成としたので、炭素系微細繊維１１５の密度を減少させるための製造工数を従来のものよりも削減することができ、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。
【００５６】
（第２の実施の形態）
まず、本発明の第２の実施の形態の表示装置の構成について図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る表示装置２００の模式的な概略断面図である。
【００５７】
図３に示すように、本実施の形態の表示装置２００は、印加された電界によって電子を放出する電界放出陰極基板２１０と、放出された電子を捕捉する陽極基板２５０とを備えている。
【００５８】
電界放出陰極基板２１０は、基板２１１と、基板２１１上に順次形成された陰極母線２１２、触媒金属膜２１３及び金属膜２１４と、電子を放出する炭素系微細繊維２１５とを備え、金属膜２１４は、亀裂２１４ａを有し、炭素系微細繊維２１５は、亀裂２１４ａ内の触媒金属膜２１３上に形成されている。ここで、電界放出陰極基板２１０は、本発明の電界放出陰極を構成している。また、触媒金属膜２１３、金属膜２１４及び炭素系微細繊維２１５は、本発明の電子放出素子を構成している。
【００５９】
なお、本実施の形態において、特許請求の範囲に記載した第１の膜及び第２の膜とは、それぞれ、触媒金属膜２１３及び金属膜２１４をいう。また、特許請求の範囲の請求項１に記載した第１の膜と接触する第１の面とは、触媒金属膜２１３と接触する側の金属膜２１４の面をいい、第１の面と対向する第２の面とは、陽極基板２５０側の金属膜２１４の面をいう。
【００６０】
また、図３は、炭素系微細繊維２１５が一列に並んだ部分の概略断面図を模式的に示したものであるが、本実施の形態の表示装置２００の構成はこれに限定されるものではなく、例えば炭素系微細繊維２１５がマトリクス状に配列された構成としてもよい。
【００６１】
また、本実施の形態に係る表示装置２００の構成は、本発明の第１の実施の形態に係る表示装置１００の絶縁膜１１４を金属膜２１４に代えたものである。この金属膜２１４は、例えばアルミニウムによって構成される。表示装置２００の金属膜２１４以外の構成は、表示装置１００と同様であるので説明は省略する。
【００６２】
また、本実施の形態に係る表示装置２００の動作は、本発明の第１の実施の形態に係る表示装置１００と同様であるので説明は省略する。
【００６３】
次に、本実施の形態に係る表示装置２００の電界放出陰極基板２１０の製造方法について図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る電界放出陰極基板２１０の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図である。なお、本実施の形態に係る表示装置２００の陽極基板２５０の製造方法と、電界放出陰極基板２１０及び陽極基板２５０によって表示装置２００を製造する方法については、本発明の第１の実施の形態において説明したものと同様であるので省略する。
【００６４】
まず、基板２１１上に陰極母線２１２を形成する（図４（ａ））。陰極母線２１２の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、印刷法等を用いる。
【００６５】
次いで、陰極母線２１２上に触媒金属膜２１３を形成する（図４（ｂ））。触媒金属膜２１３の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、ＣＶＤ法等を用いる。なお、触媒金属膜２１３が、炭素系微細繊維２１５の形成（後述）と、陰極母線２１２の形成とを兼ねる構成の場合は、前述の陰極母線２１２の形成工程を省略することもできる。
【００６６】
さらに、触媒金属膜２１３上に例えば皮膜形成樹脂２１６をスピンコートにより塗布（図４（ｃ））した後、５０〜６０℃で乾燥する。皮膜形成樹脂２１６の代表的なものとしては、特許昭４７−２４４１６号公報に示されたフィルミング乳剤が知られている。このフィルミング乳剤は、（１）非水溶性皮膜形成アクリル樹脂共重合体を水中に分散した乳剤と、（２）コロイド状シリカを含む水溶液と、（３）過酸化水素を含む水溶液と、（４）ポリビニルアルコールの硼酸錯体と、（５）水酸化アンモニウム水溶液と、（６）水とを混合したものを用いる。
【００６７】
次いで、皮膜形成樹脂２１６上に金属膜２１４を形成する（図４（ｄ））。金属膜２１４の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法等を用いる。ここで、後述する次工程において金属膜２１４に亀裂２１４ａを生じさせるため、従来の金属膜の形成工程とは異なる製造条件とする。
【００６８】
すなわち、本工程の検討結果によれば、金属膜２１４の膜厚は０．１μｍ〜０．８μｍが好ましく、また、金属膜２１４を成膜するための温度（以下「金属膜成膜温度」という。）は１００℃未満が好ましい。そして、金属膜２１４に亀裂２１４ａを形成する際の環境温度は、検討結果によれば３００℃以上が好ましく、４００℃以上がさらに好ましい。
【００６９】
引き続き、好ましくは３００℃以上の環境、さらに好ましくは４００℃以上の環境において焼成することにより皮膜形成樹脂２１６を揮発させると、金属膜２１４を貫通する亀裂２１４ａが生じる（図４（ｅ））。これは、揮発した皮膜形成樹脂２１６が薄い金属膜２１４を押し破り、出ていくためである。なお、金属膜２１４に生じる亀裂２１４ａはランダムに分布する。また、図示を省略したが、金属膜２１４を貫通しない亀裂も生じる。
【００７０】
そして、ＣＶＤ法により、ＣＮＴやＧＮＦ等の炭素系微細繊維２１５を形成する（図４（ｆ））。炭素系微細繊維２１５の形成には、例えば一酸化炭素や炭化水素等の炭化ガス、又はそれらのガスを含む混合ガスを使用した熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等を用いる。前工程において金属膜２１４に生じた、金属膜２１４を貫通する亀裂２１４ａ及び金属膜２１４を貫通しない亀裂の内、本工程において、金属膜２１４を貫通する亀裂２１４ａにより露出した触媒金属膜２１３上に炭素系微細繊維２１５が形成される。
【００７１】
なお、図４（ｆ）は、炭素系微細繊維２１５が亀裂２１４ａ内の触媒金属膜２１３上に形成された状態を模式的に示すものであり、金属膜２１４を貫通する全ての亀裂２１４ａ内に炭素系微細繊維２１５が形成されることを限定して示すものではない。
【００７２】
また、図４（ｆ）において、炭素系微細繊維２１５が複数の炭素系微細繊維で構成された例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、亀裂２１４ａ内の触媒金属膜２１３上に少なくとも１本の炭素系微細繊維が形成されればよい。
【００７３】
以上のように、本実施の形態の表示装置２００によれば、電界放出陰極基板２１０は、炭素系微細繊維２１５を形成するための触媒金属膜２１３と、この触媒金属膜２１３上に形成された金属膜２１４とを備え、金属膜２１４を貫通する亀裂２１４ａ内の触媒金属膜２１３上に炭素系微細繊維２１５を形成する構成としたので、炭素系微細繊維２１５の密度を減少させるための製造工数を従来のものよりも削減することができ、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。
【００７４】
（第３の実施の形態）
まず、本発明の第３の実施の形態の表示装置の構成について図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態に係る表示装置３００の模式的な概略断面図である。
【００７５】
図５に示すように、本実施の形態の表示装置３００は、印加された電界によって電子を放出する電界放出陰極基板３１０と、放出された電子を捕捉する陽極基板３５０とを備えている。
【００７６】
電界放出陰極基板３１０は、基板３１１と、基板３１１上に順次形成された陰極母線３１２、ゲート絶縁層３１３及びゲート電極３１４と、陰極母線３１２上に形成された触媒金属膜３１５と、触媒金属膜３１５上に形成された絶縁膜３１６と、電子を放出する炭素系微細繊維３１７とを備えている。ゲート電極３１４は、ゲート開口部３１４ａを有し、絶縁膜３１６は、亀裂３１６ａを有し、炭素系微細繊維３１７は、亀裂３１６ａ内の触媒金属膜３１５上に形成されている。ここで、電界放出陰極基板３１０は、本発明の電界放出陰極を構成している。また、触媒金属膜３１５、絶縁膜３１６及び炭素系微細繊維３１７は、本発明の電子放出素子を構成している。
【００７７】
なお、図５は、炭素系微細繊維３１７が一列に並んだ部分の概略断面図を模式的に示したものであるが、本実施の形態の表示装置３００の構成はこれに限定されるものではなく、例えば炭素系微細繊維３１７がランダムに配列された構成としてもよい。
【００７８】
基板３１１は、例えばガラス、セラミクス、シリコン等の絶縁性を有する材料や、表面を酸化させたシリコン基板のように表面を絶縁膜で覆った導電性を有する材料等で構成されている。
【００７９】
陰極母線３１２は、例えばクロム、アルミニウム、シリコン、ニオブ、金等の導電性を有する材料で構成され、触媒金属膜３１５と電気的に接続されている。
【００８０】
ゲート絶縁層３１３は、例えば酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム等により構成されている。
【００８１】
ゲート電極３１４は、例えばクロム、アルミニウム、シリコン、ニオブ、金等の導電性を有する材料で構成されている。なお、ゲート電極３１４は、本発明の電子引出電極を構成している。
【００８２】
触媒金属膜３１５は、例えば鉄やコバルト、ニッケル等の遷移金属、イットリウム等の希土類、パラジウムや白金等の貴金属、又はこれらの合金で構成されている。なお、触媒金属膜３１５は、炭素系微細繊維を形成するためだけでなく、陰極母線３１２の形成も兼ねる構成とすることもできる。
【００８３】
絶縁膜３１６は、例えば酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム等により構成されている。
【００８４】
なお、本実施の形態において、特許請求の範囲の請求項１に記載した第１の膜及び第２の膜とは、それぞれ、触媒金属膜３１５及び絶縁膜３１６をいう。また、特許請求の範囲の請求項１に記載した第１の膜と接触する第１の面とは、触媒金属膜３１５と接触する側の絶縁膜３１６の面をいい、第１の面と対向する第２の面とは、陽極基板３５０側の絶縁膜３１６の面をいう。
【００８５】
炭素系微細繊維３１７は、ＣＮＴやＧＮＦ等で構成され、陰極母線３１２とゲート電極３１４との間に印加されるゲート電圧Ｖ１によって電子を放出するようになっている。なお、炭素系微細繊維３１７は、本発明の炭素系繊維を構成している。
【００８６】
陽極基板３５０は、基板３５１と、基板３５１上に形成された陽極電極３５２と、陽極電極３５２上に形成された蛍光体層３５３とを備えている。
【００８７】
基板３５１は、例えばガラスのような透明性を有する基板で構成されている。陽極電極３５２は、例えばＩＴＯのような透明電極によって構成されている。蛍光体層３５３は、陽極電極３５２上に蛍光体が塗布されて形成されている。
【００８８】
本実施の形態に係る表示装置３００は、前述のように構成されており、陰極母線３１２とゲート電極３１４との間にゲート電圧Ｖ１が印加されると、炭素系微細繊維３１７によって電子が放出され、放出された電子は、ゲート電極３１４と陽極電極３５２との間の陽極電圧Ｖ２によって加速されて陽極電極３５２の方向に進み、蛍光体層３５３を通過して蛍光体層３５３を発光させた後、陽極電極３５２に達する動作を行って、所定の画像を表示する。
【００８９】
次に、本実施の形態に係る表示装置３００の電界放出陰極基板３１０の製造方法について図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態に係る電界放出陰極基板３１０の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図である。なお、本実施の形態に係る表示装置３００の陽極基板３５０の製造方法と、電界放出陰極基板３１０及び陽極基板３５０によって表示装置３００を製造する方法については、本発明の第１の実施の形態において説明したものと同様であるので省略する。
【００９０】
まず、基板３１１上に陰極母線３１２を形成する（図６（ａ））。陰極母線３１２の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、印刷法等を用いる。
【００９１】
次いで、陰極母線３１２上にゲート絶縁層３１３を形成する（図６（ｂ））。ゲート絶縁層３１３の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、印刷法等を用い、ゲート絶縁層３１３の膜厚は、概ね１μｍ〜２０μｍ程度が好ましい。
【００９２】
さらに、ゲート絶縁層３１３上にゲート電極３１４を形成する（図６（ｃ））。ゲート電極３１４の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、印刷法等を用いる。
【００９３】
次いで、ゲート開口部３１４ａを形成するため、ゲート電極３１４上にマスク層３１８を形成する（図６（ｄ））。マスク層３１８は、ゲート開口部３１４ａの形成範囲のみを取り除くようゲート電極３１４上にパターニングされる。また、後述の工程においてマスク層３１８を剥離する際に使用する剥離液が、後述する触媒金属膜３１５が陰極母線３１２から剥離しないような選択性を有するレジストや金属膜等をマスク層３１８として用いる。例えば従来の半導体製造工程で用いられているようなフォトレジストをマスク層３１８として用いる。
【００９４】
続いて、ゲート電極３１４及びゲート絶縁層３１３をエッチングし、ゲート開口部３１４ａを形成し、陰極母線３１２を露出させる（図６（ｅ））。ゲート開口部３１４ａの形成には、ウェットエッチング法やドライエッチング法等を用いる。
【００９５】
次いで、マスク層３１８上と、露出した陰極母線３１２上とに触媒金属膜３１５を形成する（図６（ｆ））。触媒金属膜３１５の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、ＣＶＤ法等を用いる。
【００９６】
さらに、触媒金属膜３１５上に絶縁膜３１６を形成する（図６（ｇ））。ここで、後述する次工程において絶縁膜３１６に亀裂３１６ａを生じさせるため、従来の絶縁膜の形成工程とは異なる製造条件とする。
【００９７】
すなわち、本工程の検討結果によれば、絶縁膜３１６の膜厚は３０ｎｍ程度以下が好ましく、また、絶縁膜成膜温度は３００℃未満が好ましい。そして、絶縁膜３１６に亀裂３１６ａを形成する際の環境温度は、検討結果によれば３００℃以上が好ましい。
【００９８】
引き続き、リフトオフ法により、ゲート電極３１４上に形成された触媒金属膜３１５及び絶縁膜３１６と共にマスク層３１８をゲート電極３１４から剥離する（図６（ｈ））。
【００９９】
次いで、好ましくは３００℃以上の環境において焼成することにより、絶縁膜３１６を貫通する亀裂３１６ａを生じさせる（図６（ｉ））。前述した絶縁膜３１６の形成工程において、絶縁膜成膜温度を３００℃未満として絶縁膜３１６を形成したので、触媒金属膜３１５と絶縁膜３１６との密着性が従来よりも低減されており、絶縁膜３１６に亀裂３１６ａを容易に生じさせることができる。なお、絶縁膜３１６に生じる亀裂３１６ａはランダムに分布する。また、図示を省略したが、絶縁膜３１６を貫通しない亀裂も生じる。
【０１００】
そして、ＣＶＤ法により、ＣＮＴやＧＮＦ等の炭素系微細繊維３１７を形成する（図６（ｊ））。炭素系微細繊維３１７の形成には、例えば一酸化炭素や炭化水素等の炭化ガス、又はそれらのガスを含む混合ガスを使用した熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法を用いる。前工程において絶縁膜３１６に生じた、絶縁膜３１６を貫通する亀裂３１６ａ及び絶縁膜３１６を貫通しない亀裂の内、本工程において、絶縁膜３１６を貫通する亀裂３１６ａにより露出した触媒金属膜３１５上に炭素系微細繊維３１７が形成される。
【０１０１】
なお、図６（ｊ）は、炭素系微細繊維３１７が亀裂３１６ａ内の触媒金属膜３１５上に形成された状態を模式的に示すものであり、絶縁膜３１６を貫通する全ての亀裂３１６ａ内に炭素系微細繊維３１７が形成されることを限定して示すものではない。
【０１０２】
また、図６（ｊ）において、炭素系微細繊維３１７が複数の炭素系微細繊維で構成された例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、亀裂３１６ａ内の触媒金属膜３１５上に少なくとも１本の炭素系微細繊維が形成されればよい。
【０１０３】
以上のように、本実施の形態の表示装置３００によれば、電界放出陰極基板３１０は、炭素系微細繊維３１７を形成するための触媒金属膜３１５と、この触媒金属膜３１５上に形成された絶縁膜３１６とを備え、絶縁膜３１６を貫通する亀裂３１６ａ内の触媒金属膜３１５上に炭素系微細繊維３１７を形成する構成としたので、炭素系微細繊維３１７の密度を減少させるための製造工数を従来のものよりも削減することができ、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。
【０１０４】
（第４の実施の形態）
まず、本発明の第４の実施の形態の表示装置の構成について図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態に係る表示装置４００の模式的な概略断面図である。
【０１０５】
図７に示すように、本実施の形態の表示装置４００は、印加された電界によって電子を放出する電界放出陰極基板４１０と、放出された電子を捕捉する陽極基板４５０とを備えている。
【０１０６】
電界放出陰極基板４１０は、基板４１１と、基板４１１上に順次形成された陰極母線４１２、ゲート絶縁層４１３及びゲート電極４１４と、陰極母線４１２上に形成された触媒金属膜４１５と、触媒金属膜４１５上に形成された金属膜４１６と、電子を放出する炭素系微細繊維４１７とを備えている。ゲート電極４１４は、ゲート開口部４１４ａを有し、金属膜４１６は、亀裂４１６ａを有し、炭素系微細繊維４１７は、亀裂４１６ａ内の触媒金属膜４１５上に形成されている。ここで、電界放出陰極基板４１０は、本発明の電界放出陰極を構成している。また、触媒金属膜４１５、金属膜４１６及び炭素系微細繊維４１７は、本発明の電子放出素子を構成している。
【０１０７】
なお、本実施の形態において、特許請求の範囲に記載した第１の膜及び第２の膜とは、それぞれ、触媒金属膜４１５及び金属膜４１６をいう。また、特許請求の範囲の請求項１に記載した第１の膜と接触する第１の面とは、触媒金属膜４１５と接触する側の金属膜４１６の面をいい、第１の面と対向する第２の面とは、陽極基板４５０側の金属膜４１６の面をいう。
【０１０８】
また、図７は、炭素系微細繊維４１７が一列に並んだ部分の概略断面図を模式的に示したものであるが、本実施の形態の表示装置４００の構成はこれに限定されるものではなく、例えば炭素系微細繊維４１７がランダムに配列された構成としてもよい。
【０１０９】
また、本実施の形態に係る表示装置４００の構成は、本発明の第３の実施の形態に係る表示装置３００の絶縁膜３１６を金属膜４１６に代えたものである。この金属膜４１６は、例えばアルミニウムによって構成される。表示装置４００の金属膜４１６以外の構成は、表示装置３００と同様であるので説明は省略する。
【０１１０】
また、本実施の形態に係る表示装置４００の動作は、本発明の第３の実施の形態に係る表示装置３００と同様であるので説明は省略する。
【０１１１】
次に、本実施の形態に係る表示装置４００の電界放出陰極基板４１０の製造方法について図８を用いて説明する。図８は、本実施の形態に係る電界放出陰極基板４１０の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図である。なお、本実施の形態に係る表示装置４００の陽極基板４５０の製造方法と、電界放出陰極基板４１０及び陽極基板４５０によって表示装置４００を製造する方法については、本発明の第１の実施の形態において説明したものと同様であるので省略する。
【０１１２】
まず、基板４１１上に陰極母線４１２を形成する（図８（ａ））。陰極母線４１２の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、印刷法等を用いる。
【０１１３】
次いで、陰極母線４１２上にゲート絶縁層４１３を形成する（図８（ｂ））。ゲート絶縁層４１３の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、印刷法等を用い、ゲート絶縁層４１３の膜厚は、概ね１μｍ〜２０μｍ程度が好ましい。
【０１１４】
さらに、ゲート絶縁層４１３上にゲート電極４１４を形成する（図８（ｃ））。ゲート電極４１４の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、印刷法等を用いる。
【０１１５】
次いで、ゲート開口部４１４ａを形成するため、ゲート電極４１４上にマスク層４１８を形成する（図８（ｄ））。マスク層４１８は、ゲート開口部４１４ａの形成範囲のみを取り除くようゲート電極４１４上にパターニングされている。また、後述の工程においてマスク層４１８を剥離する際に使用する剥離液が、後述する触媒金属膜４１５、皮膜形成樹脂４１９及び金属膜４１６を陰極母線４１２から剥離しないような選択性を有する絶縁膜や金属膜等をマスク層４１８として用いる。例えば銅をマスク層４１８として用いる。
【０１１６】
続いて、ゲート電極４１４及びゲート絶縁層４１３をエッチングし、ゲート開口部４１４ａを形成し、陰極母線４１２を露出させる（図８（ｅ））。ゲート開口部４１４ａの形成には、ウェットエッチング法やドライエッチング法等を用いる。
【０１１７】
次いで、マスク層４１８上と、露出した陰極母線４１２上とに触媒金属膜４１５を形成する（図８（ｆ））。触媒金属膜４１５の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、ＣＶＤ法等を用いる。
【０１１８】
さらに、触媒金属膜４１５上に皮膜形成樹脂４１９を例えばスピンコートにより塗布（図８（ｇ））した後、５０〜６０℃で乾燥する。なお、皮膜形成樹脂４１９としてはフィルミング乳剤があり、このフィルミング乳剤については本発明の第２の実施の形態において説明したので省略する。
【０１１９】
次いで、皮膜形成樹脂４１９上に金属膜４１６を形成する（図８（ｈ））。金属膜４１６の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法等を用いる。ここで、後述する次工程において金属膜４１６に亀裂４１６ａを形成するため、従来の金属膜の形成工程とは異なる製造条件とする。
【０１２０】
すなわち、本工程の検討結果によれば、金属膜４１６の膜厚は０．１μｍ〜０．８μｍが好ましく、また、金属膜成膜温度は１００℃未満が好ましい。そして、金属膜４１６に亀裂４１６ａを形成する際の環境温度は、検討結果によれば３００℃以上が好ましく、４００℃以上がさらに好ましい。
【０１２１】
引き続き、リフトオフ法により、ゲート電極４１４上に形成された触媒金属膜４１５、皮膜形成樹脂４１９及び金属膜４１６と共にマスク層４１８をゲート電極４１４から剥離する（図８（ｉ））。
【０１２２】
次いで、好ましくは３００℃以上の環境、さらに好ましくは４００℃以上の環境において焼成することにより皮膜形成樹脂４１９を揮発させると、金属膜４１６を貫通する亀裂４１６ａが生じる（図８（ｊ））。これは、揮発した皮膜形成樹脂４１９が薄い金属膜４１６を押し破り、出ていくためである。なお、金属膜４１６に生じる亀裂４１６ａはランダムに分布する。また、図示を省略したが、金属膜４１６を貫通しない亀裂も生じる。
【０１２３】
そして、ＣＶＤ法により、ＣＮＴやＧＮＦ等の炭素系微細繊維４１７を形成する（図８（ｋ））。炭素系微細繊維４１７の形成には、例えば一酸化炭素や炭化水素等の炭化ガス、又はそれらのガスを含む混合ガスを使用した熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法を用いる。
前工程において金属膜４１６に生じた、金属膜４１６を貫通する亀裂４１６ａ及び金属膜４１６を貫通しない亀裂の内、本工程において、金属膜４１６を貫通する亀裂４１６ａにより露出した触媒金属膜４１５上に炭素系微細繊維４１７が形成される。
【０１２４】
なお、図８（ｋ）は、炭素系微細繊維４１７が亀裂４１６ａ内の触媒金属膜４１５上に形成された状態を模式的に示すものであり、金属膜４１６を貫通する全ての亀裂４１６ａ内に炭素系微細繊維４１７が形成されることを限定して示すものではない。
【０１２５】
また、図８（ｋ）において、炭素系微細繊維４１７が複数の炭素系微細繊維で構成された例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、亀裂４１６ａ内の触媒金属膜４１５上に少なくとも１本の炭素系微細繊維が形成されればよい。
【０１２６】
以上のように、本実施の形態の表示装置４００によれば、電界放出陰極基板４１０は、炭素系微細繊維４１７を形成するための触媒金属膜４１５と、この触媒金属膜４１５上に形成された金属膜４１６とを備え、金属膜４１６を貫通する亀裂４１６ａ内の触媒金属膜４１５上に炭素系微細繊維４１７を形成する構成としたので、炭素系微細繊維４１７の密度を減少させるための製造工数を従来のものよりも削減することができ、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る表示装置の模式的な概略断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電界放出陰極基板の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る表示装置の模式的な概略断面図
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る電界放出陰極基板の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る表示装置の模式的な概略断面図
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る電界放出陰極基板の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る表示装置の模式的な概略断面図
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る電界放出陰極基板の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図
【図９】（ａ）従来の表示装置の模式的な概略断面図  （ｂ）ゲート電極を有する従来の表示装置の模式的な概略断面図
【図１０】従来の表示装置に係る電界放出陰極基板の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図
【図１１】ゲート電極を有する従来の表示装置に係る電界放出陰極基板の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図
【符号の説明】
【０１２８】
１００、２００、３００、４００  表示装置
１１０、２１０、３１０、４１０  電界放出陰極基板（電界放出陰極）
１１１、１５１、２１１、３１１、３５１、４１１  基板
１１２、２１２、３１２、４１２  陰極母線
１１３、２１３、３１５、４１５  触媒金属膜（第１の膜、電子放出素子）
１１４、３１６  絶縁膜（第２の膜、電子放出素子）
１１４ａ、２１４ａ、３１６ａ、４１６ａ  亀裂
１１５、２１５、３１７、４１７  炭素系微細繊維（炭素系繊維、電子放出素子）
１５０、２５０、３５０、４５０  陽極基板
１５２、３５２  陽極電極
１５３、３５３  蛍光体層
２１４、４１６  金属膜（第２の膜、電子放出素子）
２１６、４１９  皮膜形成樹脂
３１３、４１３  ゲート絶縁層
３１４、４１４  ゲート電極
３１４ａ、４１４ａ  ゲート開口部
３１８、４１８  マスク層
【図１】
0004603436.tif 000002
【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】
0004603436.tif 000007
【図７】
0004603436.tif 000008
【図８】
0004603436.tif 000009
【図９】
0004603436.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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