(57)【要約】【課題】エミッタの先端を損傷させてしまうことがなく、異材料間での熱膨張差の影響を少なくでき、製造コストが低減できる電界放出型冷陰極装置及びその製造方法を提供することにある。【解決手段】真空状態の中に、複数の先鋭先端のエミッタ３を上面に形成したエミッタ金属層７を備えて支持基板１２に支持されたカソード電極部４と、エミッタ３に所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極５とを設け、アノード電極５とこれに対向するエミッタ３との間に所定電位を与えて電子の放出が行われるようにした装置で、カソード電極部４は、エミッタ金属層７の上下両面に、エミッタ金属層７と異なる材質の上側保護膜８、下側保護膜９が設けられていると共に、上面側保護膜８には、アノード電極５に対向する所定部分のエミッタ３上方に、エミッタ開口１１が形成されている。【選択図】図１
2007273364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の真空状態が保持された中に、複数の先鋭な先端を有するエミッタを上面に形成したエミッタ金属層を備えて支持基体に支持されたカソード電極部と、前記エミッタに所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極とを設け、前記アノード電極とこのアノード電極に対向する前記エミッタとの間に所定電位を与えて電子の放出が行われるようにした電界放出型冷陰極装置であって、
前記カソード電極部は、前記エミッタ金属層の上下両面に、前記エミッタ金属層と異なる材質の保護膜が設けられていると共に、上面側の前記保護膜には、前記アノード電極に対向する所定部分の前記エミッタ上方に、エミッタ開口が形成されていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置。
【請求項２】
複数の先鋭な先端を有するエミッタを上面に形成したエミッタ金属層と、このエミッタ金属層の上下両面に、該エミッタ金属層と異なる材質で所定部分の前記エミッタ上方にはエミッタ開口を形成するようにして設けられた保護膜とを有するカソード電極部を備え、支持基体に支持された冷陰極部と、前記エミッタに所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極とを、所定の真空状態が保持された中に設け、前記アノード電極とこのアノード電極に対向する前記エミッタとの間に所定電位を与えて電子の放出が行われるようにした電界放出型冷陰極装置であって、
前記冷陰極部が、所定形状のフィルム状に形成されていると共に、複数の前記冷陰極部が前記支持基体の所定位置にそれぞれ支持されていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置。
【請求項３】
複数の先鋭な先端を有するエミッタを上面に形成したエミッタ金属層と、このエミッタ金属層の上下両面に、該エミッタ金属層と異なる材質で所定部分の前記エミッタ上方にはエミッタ開口を形成するようにして設けられた保護膜とを有するカソード電極部を備え、支持基体に支持された冷陰極部と、前記エミッタに所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極とを、所定の真空状態が保持された中に設け、前記アノード電極とこのアノード電極に対向する前記エミッタとの間に所定電位を与えて電子の放出が行われるようにした電界放出型冷陰極装置であって、
前記冷陰極部が、所定形状のフィルム状に形成されていると共に、前記支持基体の曲面状をなす支持面に支持されていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置。
【請求項４】
前記エミッタ金属層の上下両面にそれぞれ設けられた保護膜は、熱膨張率が略等しいものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の電界放出型冷陰極装置。
【請求項５】
前記エミッタ金属層の上下両面に設けた前記保護膜は、同一材料、同一厚さであることを特徴とする請求項４記載の電界放出型冷陰極装置。
【請求項６】
所定の真空状態が保持された中に、複数の先鋭な先端を有するエミッタを上面に形成したエミッタ金属層を備え支持基体に支持されたカソード電極部と、前記エミッタに所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極とを設け、前記アノード電極とこのアノード電極に対向する前記エミッタとの間に所定電位を与えて電子の放出が行われるようにした電界放出型冷陰極装置であって、
前記カソード電極部は、前記エミッタ金属層の上面に、前記アノード電極に対向する所定部分の前記エミッタ上方にエミッタ開口を形成するようにして、Ｓｉ層と絶縁層を設けたものであることを特徴とする電界放出型冷陰極装置。
【請求項７】
前記エミッタ金属層が、前記エミッタの形成部位の背面部分に凹部を有するものであることを特徴とする請求項６記載の電界放出型冷陰極装置。
【請求項８】
前記カソード電極部と前記アノード電極との間にゲート電極部を配置すると共に、該ゲート電極部が、１つのゲート電極または絶縁膜を間に設けて積層された複数のゲート電極で形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３、請求項６のいずれか１つに記載の電界放出型冷陰極装置。
【請求項９】
前記ゲート電極部の前記ゲート電極が、前記エミッタ開口が形成され、長手方向に所定間隔で形成された狭幅の帯状電極を複数条備えてなるものであることを特徴とする請求項８記載の電界放出型冷陰極装置。
【請求項１０】
前記ゲート電極を複数成層した前記ゲート電極部は、成層した前記ゲート電極が、それぞれ前記エミッタ開口が形成され、長手方向に所定間隔で形成された複数条の狭幅の帯状電極でなると共に、各層の前記狭幅の帯状電極の長手方向が、層間で前記エミッタ開口部分を交差部位として交差するものであることを特徴とする請求項８記載の電界放出型冷陰極装置。
【請求項１１】
最上部となる前記ゲート電極の上面に、保護絶縁膜が設けられていることを特徴とする請求項８記載の電界放出型冷陰極装置。
【請求項１２】
前記エミッタは、前記エミッタ金属層の上面全面に分布するよう形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３、請求項６のいずれか１つに記載の電界放出型冷陰極装置。
【請求項１３】
前記エミッタ金属層は、上面の所定部位にアライメントマークが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３、請求項６のいずれか１つに記載の電界放出型冷陰極装置。
【請求項１４】
前記カソード電極部は、狭幅の帯状に形成され、前記支持基体に形成された溝部内に固着されていることを特徴とする請求項１または請求項６記載の電界放出型冷陰極装置。
【請求項１５】
複数の先鋭な先端を有するエミッタが上面に形成されたエミッタ金属層と、このエミッタ金属層の上下両面に該エミッタ金属層と異なる材質の保護膜を備えて支持基体に支持され、上側の前記保護膜にエミッタ開口が形成されたカソード電極部と、前記エミッタに所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極と、前記カソード電極部の上に設けられ、該カソード電極部と前記アノード電極との間に配置されたゲート電極とを備える電界放出型冷陰極装置の製造方法であって、
前記エミッタ金属層の上面に前記エミッタを埋め尽くすよう上側保護膜を設ける工程と、前記エミッタ金属層の下面に前記上側保護膜と同じ厚さの下側保護膜を設ける工程とを備えていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置の製造方法。
【請求項１６】
複数の先鋭な先端を有するエミッタが上面に形成されたエミッタ金属層と、このエミッタ金属層の上下両面に該エミッタ金属層と異なる材質の保護膜を備えて支持基体に支持され、上側の前記保護膜にエミッタ開口が形成されたカソード電極部と、前記エミッタに所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極と、前記カソード電極部の上に設けられ、該カソード電極部と前記アノード電極との間に配置されたゲート電極とを備える電界放出型冷陰極装置の製造方法であって、
前記エミッタ金属層の上下両面に前記エミッタを埋め尽くすよう前記保護膜を設ける工程と、前記保護膜を形成した前記エミッタ金属層を前記支持基板に固着し、上側の前記保護膜上に絶縁膜を間に設けて前記ゲート電極とする金属層を成層する工程と、前記エミッタ上方の上側の前記保護膜と前記ゲート電極とする金属層、前記絶縁膜に前記エミッタ開口を形成し、該エミッタ開口内に前記エミッタを露出させる工程とを備えていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置の製造方法。
【請求項１７】
複数の先鋭な先端を有するエミッタが上面に形成されたエミッタ金属層と、このエミッタ金属層の上面に前記エミッタ上方にエミッタ開口が形成されたＳｉ層を設けて支持基体に支持されたカソード電極部と、前記エミッタに所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極と、前記カソード電極部の上に設けられ、該カソード電極部と前記アノード電極との間に配置されたゲート電極とを備える電界放出型冷陰極装置の製造方法であって、
前記エミッタの形状が形成されたＳｉ基板に金属層を成層し、接合して前記エミッタ金属層を形成する工程と、前記Ｓｉ基板の接合面の反対面を前記エミッタ先端が露出しない厚さにまで研磨加工して前記Ｓｉ層を形成する工程と、前記Ｓｉ層の研磨された面上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上に前記ゲート電極とする金属層を成層する工程と、前記エミッタ上方の前記Ｓｉ層と前記絶縁層、前記ゲート電極とする金属層に前記エミッタ開口を形成し、該エミッタ開口内に前記エミッタを露出させる工程とを備えていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置の製造方法。
【請求項１８】
複数の先鋭な先端を有するエミッタが上面に形成されたエミッタ金属層と、このエミッタ金属層の上面に前記エミッタ上方にエミッタ開口が形成されたＳｉ層を設けて支持基体に支持されたカソード電極部と、前記エミッタに所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極と、前記カソード電極部の上に設けられ、該カソード電極部と前記アノード電極との間に配置されたゲート電極とを備える電界放出型冷陰極装置の製造方法であって、
片面を前記エミッタ先端が露出しない厚さにまで研磨加工したＳＯＩ基板の片面側の前記Ｓｉ層に前記エミッタの形状を形成する工程と、前記エミッタの形状が形成された前記ＳＯＩ基板の片面側の前記Ｓｉ層に金属層を成層し、接合して前記エミッタ金属層を形成する工程と、前記ＳＯＩ基板の前記エミッタ金属層との接合面の反対面を、該ＳＯＩ基板の絶縁体層が除去されない厚さにまで研磨加工する工程と、研磨加工された前記反対面の上に前記ゲート電極とする金属層を成層する工程と、前記エミッタ上方の前記Ｓｉ層と前記絶縁体層、前記ゲート電極とする金属層に前記エミッタ開口を形成し、該エミッタ開口内に前記エミッタを露出させる工程とを備えていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置の製造方法。
【請求項１９】
前記ゲート電極を、前記エミッタ開口が形成され、長手方向に所定間隔で形成された狭幅の複数条の帯状電極として形成する工程を備えていることを特徴とする請求項１６乃至請求項１８のいずれか１つに記載の電界放出型冷陰極装置の製造方法。
【請求項２０】
前記ゲート電極上に、１つまたは複数の金属膜をそれぞれ間に絶縁膜を設けるようにして成層すると共に、前記金属膜と前記絶縁膜に前記エミッタ開口を形成する工程を備えていることを特徴とする請求項１６乃至請求項１８のいずれか１つに記載の電界放出型冷陰極装置の製造方法。
【請求項２１】
前記ゲート電極上に設けた前記金属膜を、長手方向に所定間隔で形成された複数条の前記ゲート電極に対し交差する狭幅の帯状電極として形成する工程を備えていることを特徴とする請求項１９または請求項２０記載の電界放出型冷陰極装置の製造方法。
【請求項２２】
前記エミッタ開口を形成する際、前記絶縁膜をポリイミド樹脂で形成して、前記ゲート電極とする金属層、前記金属膜と共に所定順に成層した後、レーザーを用いて同時に前記絶縁膜、前記金属層、前記金属膜の各層、各膜に前記エミッタ開口を形成するようにしたことを特徴とする請求項１６乃至請求項１８、請求項２０のいずれか１つに記載の電界放出型冷陰極装置の製造方法。
【請求項２３】
複数の先鋭な先端を有するエミッタが上面に突設されたエミッタ金属層を備えるカソード電極部を支持基体に支持し、前記エミッタと所定離間距離を設けて対向配置したアノード電極との間にゲート電極部とを設けた電界放出型冷陰極装置の製造方法であって、
前記エミッタ金属層の上下両面に上側保護膜と下側保護膜を形成して狭幅帯状にする工程と、上面に前記上側保護膜と同じ厚さに保護膜を形成し、所定深さの支持溝を削設して前記支持基体を形成する工程と、狭幅帯状の前記エミッタ金属層を前記支持基体の支持溝内底部分に固着する工程と、前記エミッタ金属層が固着された前記支持基体上面に絶縁材膜を設けて前記ゲート電極部を形成するための金属層を成層する工程と、前記上側保護膜と前記ゲート電極部を形成するための金属層、前記絶縁材膜に前記エミッタ開口を形成し、該エミッタ開口内に前記エミッタを露出させる工程とを備えていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置の製造方法。
【請求項２４】
複数の先鋭な先端を有するエミッタが上面に突設されたエミッタ金属層を備えるカソード電極を支持基体に支持し、前記エミッタと所定離間距離を設けて対向配置したアノード電極との間にゲート電極とを設けた電界放出型冷陰極装置の製造方法であって、
Ｓｉ層とするＳｉ基板の表面のエミッタ用凹部を埋め込むようして前記エミッタ金属層を成層する工程と、前記エミッタ金属層を狭幅帯状に形成し、前記支持基体に形成された支持溝内底部分に固着するようにして前記支持基体上に前記Ｓｉ基板を設ける工程と、前記Ｓｉ基板の前記エミッタ用凹部の形成面の反対面を所定厚さになるまで研磨加工して前記Ｓｉ層を形成する工程と、前記Ｓｉ層上面に絶縁層を設けて前記ゲート電極とする金属層を成層する工程と、前記Ｓｉ層と前記ゲート電極とする金属層、前記絶縁層に前記エミッタ開口を形成し、該エミッタ開口内に前記エミッタを露出させる工程とを備えていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置の製造方法。
【請求項２５】
複数の先鋭な先端を有するエミッタを上面に形成したエミッタ金属層と、このエミッタ金属層の上下両面に、該エミッタ金属層と異なる材質で所定部分の前記エミッタ上方にはエミッタ開口を形成するようにして設けられた保護膜とを有するカソード電極部を備え、支持基体に支持された冷陰極部と、前記エミッタに所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極とを、所定の真空状態が保持された中に設け、前記アノード電極とこのアノード電極に対向する前記エミッタとの間に所定電位を与えて電子の放出が行われるようにした電界放出型冷陰極装置の製造方法であって、
前記エミッタ金属層の上下両面に前記エミッタを埋め尽くすよう前記保護膜を設ける工程と、前記保護膜を上下両面に形成した前記エミッタ金属層を仮基板に固着して、前記エミッタ開口を上側の前記保護膜または上側の前記保護膜と該保護膜上に形成したゲート電極部に形成して冷陰極部を形成する工程と、前記冷陰極部を前記仮基板から分離してフィルム状とする工程と、フィルム状の前記冷陰極部を前記支持基体の所定位置に固着する工程とを備えていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置の製造方法。
【請求項２６】
複数の先鋭な先端を有する略４角錐状のエミッタが上面に突設され、アライメントマークが形成されたエミッタ金属層を支持基体に支持し、前記エミッタと所定離間距離を設けて対向配置したアノード電極との間にゲート電極とを設けた電界放出型冷陰極装置の製造方法であって、
エミッタ用正方形開口部と、このエミッタ用正方形開口部の正方形の一辺より最小辺が大きい方形開口部が形成されたマスクを用いて異方性エッチングを行い、Ｓｉ単結晶基板に、前記エミッタの形状に対応する略４角錐状のエミッタ用凹部と、前記アライメントマークの形状に対応する略４角錐台状のアライメントマーク用凹部を形成する工程と、前記両凹部が形成されたＳｉ単結晶基板を用いて前記エミッタ金属層を形成する工程を備えていることを特徴とする電界放出型冷陰極装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスや平面型画像表示装置、照明装置等に使用する基板面上に複数のエミッタが配置されている電界放出型冷陰極装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のとおり、電界電子放出現象は、所定の真空状態の中で先鋭形状を有するエミッタの先端部分に大きい電界強度を付加し、先端表面の電位ポテンシャルがエミッタ材料の仕事関数を超えると、トンネル効果により先端表面から電子が放出される現象である。この現象を用いて電子放出を行う電界放出型冷陰極装置は、複数のエミッタをエミッタ金属層の上面に配置し、エミッタ金属層と取り出し配線をガラス板や金属板の支持基体に接合する等してカソード電極を形成している。また、これに対向してアノード電極を配置し、さらに、必要に応じて、カソード電極とアノード電極の間にゲート電極等を配置した装置である。
【０００３】
こうした電界放出型冷陰極装置では、電子を放出するためエミッタ先端に大きい電界強度を付加する必要がある。このため、例えば４角錐状のエミッタでは曲率半径が十数ｎｍ程度に、またカーボンナノチューブを用いたものでは数ｎｍにまでなってきている。そして、複数の略４角錐状のエミッタを有する電界放出型冷陰極を製造する方法としては、例えば、以下に示す方法がある。
【０００４】
すなわち、ｐ型で（１００）結晶面方位のＳｉ単結晶基板（Ｓｉ基板）の片面に、例えば１μｍ角の正方形開口部を有するパターンを用いて異方性エッチングを行って、深さ０．７μｍの逆ピラミッド状の第１の凹部を形成する。続いて、Ｓｉ単結晶基板上に凹部内を含めてＳｉＯ２熱酸化層をＷｅｔ酸化法により形成する。次いで、ＳｉＯ２熱酸化層上にエミッタ材料層のＮｉ層を、凹部が充填されるように形成し、Ｎｉ層の裏面を、接着層を介してガラス基板に接着する。
【０００５】
その後、Ｓｉ単結晶基板、ＳｉＯ２熱酸化層を除去し、ガラス基板に接着したＮｉ層を原盤として用い、樹脂成型により底部をとがらせた凹部がある樹脂基板を作成し、樹脂成型から樹脂基板を取り外す。このようにして複数の樹脂基板を作製し、作製した各々の樹脂基板にエミッタ材料層のＮｉ層を、凹部が充填されるように形成し、Ｎｉ層の裏面を接着層を介して構造基板に接着する。そして樹脂基板を取り外すことで電界放出型冷陰極が完成する。
【０００６】
また他の方法として、Ｓｉ単結晶基板の片面に底部を尖らせた凹部を形成する。次いで、Ｓｉ単結晶基板上に凹部内を含めてＳｉＯ２熱酸化層をＷｅｔ酸化法により形成する。さらに、ＳｉＯ２熱酸化層上に凹部内を含めてＡｕ等の薄膜層を形成し、その上にエミッタ材料の金属層を形成し、さらに構造基板を形成する。次いで、Ｓｉ単結晶基板を取り外し、薄膜層をエミッタを形成した基板から除去し、その後に酸化層、ゲート電極を形成して電界放出型冷陰極が完成する。
【０００７】
さらに他の方法として、厚いＮｉ層の構造基板にピラミッド状凸部のエミッタを形成し、スパッタリングにより絶縁層としてＳｉＯ２層、ゲート層としてＷ層を形成し、続いてゲート層と絶縁層に覆われた凸部の先端が僅かに隠れる程度に、フォトレジストを形成する。次いで、酸素プラズマによるドライエッチングを行い、ゲート層の先端が現れるようにフォトレジストをエッチングし、さらにピラミッド状凸部に沿った絶縁層の先端がある程度現れるように、ゲート層をエッチングする。またさらにピラミッド状凸部の先端がある程度現れるように、絶縁層をエッチングし、さらにフォトレジストを除去することにより、電界放出型冷陰極が完成する等である（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら上記のような工程で電界放出型冷陰極を製作した場合、Ｓｉ基板の除去、ＳｉＯ２層の除去と樹脂基板の除去、酸素プラズマによるドライエッチング等の作業はコストと工程がかかる。また、Ｓｉ基板とピラミッド状凸部のエミッタとエミッタ金属層の金属材料（例えばＮｉ）との線膨張係数が異なっており、製造工程中に温度が上昇する工程がある場合、Ｓｉ基板とエミッタ金属層等の金属材料の熱応力を吸収できる機構が必要となる。しかし、上記のような工程で形成した電界放出型冷陰極には熱応力を吸収する機構が無く、Ｓｉ基板やＳｉＯ２層を除去して、新たに絶縁層やゲート電極を形成する必要がある。
【０００９】
さらに、絶縁層としてスパッタリングによりＳｉＯ２層を形成しているが、スパッタリングによるＳｉＯ２層は、Ｗｅｔ酸化法のＳｉＯ２熱酸化層に比べてポーラスであるため耐電圧の低いという問題点がある。またスパッタリングでは真空中にアルゴンなどの放電用ガスを注入して電極に電圧を加えて放電を発生し、この時、プラズマの中のイオンが陰極のターゲットに衝突して原子をはじき出して形成するため、膜の均一性や再現性が悪いといった問題がある。またさらに、このイオン衝撃によって、エミッタの先端が破損する恐れがある。
【００１０】
また、ゲート電極をマスクとしてＳｉＯ２の絶縁層をエッチングする方法を採用しているが、ＳｉＯ２絶縁層は薄膜で狭隘空間にあるためエッチング制御することが難しい。このためＳｉＯ２絶縁層は過剰にエッチングされたり、逆にエッチングが不足したりする恐れがある。ＳｉＯ２絶縁層を過剰にエッチングした場合、ゲート電極とエミッタ先端の間にはＳｉＯ２絶縁層が無く空間だけとなり、ゲート電極とエミッタ間に電圧を印加するとより接触し易くなり短絡するという問題が考えられる。また、ＳｉＯ２絶縁層のエッチングが不足した場合、エミッタの先端が現れない現象や、ゲート電極とエミッタ間の離間距離が長くなり電圧が高くなるといった問題が考えられる。
【特許文献１】特許第３３５４４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、略４角錐状のエミッタの先端を損傷させてしまうことがなく、またゲート電極とエミッタ間の絶縁層の耐電圧が高く、絶縁層の膜の均一性や再現性が良好であり、ゲート電極とエミッタ間の短絡の恐れが無く、異材料間の熱膨張差を吸収でき、製造コストが低減でき、工程が短縮することができる電界放出型冷陰極装置及び電界放出冷陰極の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の電界放出型冷陰極装置及びその製造方法は、電界放出型冷陰極装置が、
所定の真空状態が保持された中に、複数の先鋭な先端を有するエミッタを上面に形成したエミッタ金属層を備えて支持基体に支持されたカソード電極部と、前記エミッタに所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極とを設け、前記アノード電極とこのアノード電極に対向する前記エミッタとの間に所定電位を与えて電子の放出が行われるようにした電界放出型冷陰極装置であって、
前記カソード電極部は、前記エミッタ金属層の上下両面に、前記エミッタ金属層と異なる材質の保護膜が設けられていると共に、上面側の前記保護膜には、前記アノード電極に対向する所定部分の前記エミッタ上方に、エミッタ開口が形成されていることを特徴とするものであり、
また、複数の先鋭な先端を有するエミッタを上面に形成したエミッタ金属層と、このエミッタ金属層の上下両面に、該エミッタ金属層と異なる材質で所定部分の前記エミッタ上方にはエミッタ開口を形成するようにして設けられた保護膜とを有するカソード電極部を備え、支持基体に支持された冷陰極部と、前記エミッタに所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極とを、所定の真空状態が保持された中に設け、前記アノード電極とこのアノード電極に対向する前記エミッタとの間に所定電位を与えて電子の放出が行われるようにした電界放出型冷陰極装置であって、
前記冷陰極部が、所定形状のフィルム状に形成されていると共に、複数の前記冷陰極部が前記支持基体の所定位置にそれぞれ支持されていることを特徴とするものであり、
また、複数の先鋭な先端を有するエミッタを上面に形成したエミッタ金属層と、このエミッタ金属層の上下両面に、該エミッタ金属層と異なる材質で所定部分の前記エミッタ上方にはエミッタ開口を形成するようにして設けられた保護膜とを有するカソード電極部を備え、支持基体に支持された冷陰極部と、前記エミッタに所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極とを、所定の真空状態が保持された中に設け、前記アノード電極とこのアノード電極に対向する前記エミッタとの間に所定電位を与えて電子の放出が行われるようにした電界放出型冷陰極装置であって、
前記冷陰極部が、所定形状のフィルム状に形成されていると共に、前記支持基体の曲面状をなす支持面に支持されていることを特徴とするものであり、
さらに、前記エミッタ金属層の上下両面にそれぞれ設けられた保護膜は、熱膨張率が略等しいものであることを特徴とするものであり、
さらに、前記エミッタ金属層の上下両面に設けた前記保護膜は、同一材料、同一厚さであることを特徴とするものであり、
また、所定の真空状態が保持された中に、複数の先鋭な先端を有するエミッタを上面に形成したエミッタ金属層を備え支持基体に支持されたカソード電極部と、前記エミッタに所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極とを設け、前記アノード電極とこのアノード電極に対向する前記エミッタとの間に所定電位を与えて電子の放出が行われるようにした電界放出型冷陰極装置であって、
前記カソード電極部は、前記エミッタ金属層の上面に、前記アノード電極に対向する所定部分の前記エミッタ上方にエミッタ開口を形成するようにして、Ｓｉ層と絶縁層を設けたものであることを特徴とするものであり、
さらに、前記エミッタ金属層が、前記エミッタの形成部位の背面部分に凹部を有するものであることを特徴とするものであり、
さらに、前記カソード電極部と前記アノード電極との間にゲート電極部を配置すると共に、該ゲート電極部が、１つのゲート電極または絶縁膜を間に設けて積層された複数のゲート電極で形成されたものであることを特徴とするものであり、
さらに、前記ゲート電極部の前記ゲート電極が、前記エミッタ開口が形成され、長手方向に所定間隔で形成された狭幅の帯状電極を複数条備えてなるものであることを特徴とするものであり、
さらに、前記ゲート電極を複数成層した前記ゲート電極部は、成層した前記ゲート電極が、それぞれ前記エミッタ開口が形成され、長手方向に所定間隔で形成された複数条の狭幅の帯状電極でなると共に、各層の前記狭幅の帯状電極の長手方向が、層間で前記エミッタ開口部分を交差部位として交差するものであることを特徴とするものであり、
さらに、最上部となる前記ゲート電極の上面に、保護絶縁膜が設けられていることを特徴とするものであり、
さらに、前記エミッタは、前記エミッタ金属層の上面全面に分布するよう形成されていることを特徴とするものであり、
さらに、前記エミッタ金属層は、上面の所定部位にアライメントマークが設けられていることを特徴とするものであり、
さらに、前記カソード電極部は、狭幅の帯状に形成され、前記支持基体に形成された溝部内に固着されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、電界放出型冷陰極装置の製造方法が、
複数の先鋭な先端を有するエミッタが上面に形成されたエミッタ金属層と、このエミッタ金属層の上下両面に該エミッタ金属層と異なる材質の保護膜を備えて支持基体に支持され、上側の前記保護膜にエミッタ開口が形成されたカソード電極部と、前記エミッタに所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極と、前記カソード電極部の上に設けられ、該カソード電極部と前記アノード電極との間に配置されたゲート電極とを備える電界放出型冷陰極装置の製造方法であって、
前記エミッタ金属層の上面に前記エミッタを埋め尽くすよう上側保護膜を設ける工程と、前記エミッタ金属層の下面に前記上側保護膜と同じ厚さの下側保護膜を設ける工程とを備えていることを特徴とする方法であり、
また、複数の先鋭な先端を有するエミッタが上面に形成されたエミッタ金属層と、このエミッタ金属層の上下両面に該エミッタ金属層と異なる材質の保護膜を備えて支持基体に支持され、上側の前記保護膜にエミッタ開口が形成されたカソード電極部と、前記エミッタに所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極と、前記カソード電極部の上に設けられ、該カソード電極部と前記アノード電極との間に配置されたゲート電極とを備える電界放出型冷陰極装置の製造方法であって、
前記エミッタ金属層の上下両面に前記エミッタを埋め尽くすよう前記保護膜を設ける工程と、前記保護膜を形成した前記エミッタ金属層を前記支持基板に固着し、上側の前記保護膜上に絶縁膜を間に設けて前記ゲート電極とする金属層を成層する工程と、前記エミッタ上方の上側の前記保護膜と前記ゲート電極とする金属層、前記絶縁膜に前記エミッタ開口を形成し、該エミッタ開口内に前記エミッタを露出させる工程とを備えていることを特徴とする方法であり、
また、複数の先鋭な先端を有するエミッタが上面に形成されたエミッタ金属層と、このエミッタ金属層の上面に前記エミッタ上方にエミッタ開口が形成されたＳｉ層を設けて支持基体に支持されたカソード電極部と、前記エミッタに所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極と、前記カソード電極部の上に設けられ、該カソード電極部と前記アノード電極との間に配置されたゲート電極とを備える電界放出型冷陰極装置の製造方法であって、
前記エミッタの形状が形成されたＳｉ基板に金属層を成層し、接合して前記エミッタ金属層を形成する工程と、前記Ｓｉ基板の接合面の反対面を前記エミッタ先端が露出しない厚さにまで研磨加工して前記Ｓｉ層を形成する工程と、前記Ｓｉ層の研磨された面上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上に前記ゲート電極とする金属層を成層する工程と、前記エミッタ上方の前記Ｓｉ層と前記絶縁層、前記ゲート電極とする金属層に前記エミッタ開口を形成し、該エミッタ開口内に前記エミッタを露出させる工程とを備えていることを特徴とする方法であり、
また、複数の先鋭な先端を有するエミッタが上面に形成されたエミッタ金属層と、このエミッタ金属層の上面に前記エミッタ上方にエミッタ開口が形成されたＳｉ層を設けて支持基体に支持されたカソード電極部と、前記エミッタに所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極と、前記カソード電極部の上に設けられ、該カソード電極部と前記アノード電極との間に配置されたゲート電極とを備える電界放出型冷陰極装置の製造方法であって、
片面を前記エミッタ先端が露出しない厚さにまで研磨加工したＳＯＩ基板の片面側の前記Ｓｉ層に前記エミッタの形状を形成する工程と、前記エミッタの形状が形成された前記ＳＯＩ基板の片面側の前記Ｓｉ層に金属層を成層し、接合して前記エミッタ金属層を形成する工程と、前記ＳＯＩ基板の前記エミッタ金属層との接合面の反対面を、該ＳＯＩ基板の絶縁体層が除去されない厚さにまで研磨加工する工程と、研磨加工された前記反対面の上に前記ゲート電極とする金属層を成層する工程と、前記エミッタ上方の前記Ｓｉ層と前記絶縁体層、前記ゲート電極とする金属層に前記エミッタ開口を形成し、該エミッタ開口内に前記エミッタを露出させる工程とを備えていることを特徴とする方法であり、
さらに、前記ゲート電極を、前記エミッタ開口が形成され、長手方向に所定間隔で形成された狭幅の複数条の帯状電極として形成する工程を備えていることを特徴とする方法であり、
さらに、前記ゲート電極上に、１つまたは複数の金属膜をそれぞれ間に絶縁膜を設けるようにして成層すると共に、前記金属膜と前記絶縁膜に前記エミッタ開口を形成する工程を備えていることを特徴とする方法であり、
さらに、前記ゲート電極上に設けた前記金属膜を、長手方向に所定間隔で形成された複数条の前記ゲート電極に対し交差する狭幅の帯状電極として形成する工程を備えていることを特徴とする方法であり、
さらに、前記エミッタ開口を形成する際、前記絶縁膜をポリイミド樹脂で形成して、前記ゲート電極とする金属層、前記金属膜と共に所定順に成層した後、レーザーを用いて同時に前記絶縁膜、前記金属層、前記金属膜の各層、各膜に前記エミッタ開口を形成するようにしたことを特徴とする方法であり、
また、複数の先鋭な先端を有するエミッタが上面に突設されたエミッタ金属層を備えるカソード電極部を支持基体に支持し、前記エミッタと所定離間距離を設けて対向配置したアノード電極との間にゲート電極部とを設けた電界放出型冷陰極装置の製造方法であって、
前記エミッタ金属層の上下両面に上側保護膜と下側保護膜を形成して狭幅帯状にする工程と、上面に前記上側保護膜と同じ厚さに保護膜を形成し、所定深さの支持溝を削設して前記支持基体を形成する工程と、狭幅帯状の前記エミッタ金属層を前記支持基体の支持溝内底部分に固着する工程と、前記エミッタ金属層が固着された前記支持基体上面に絶縁材膜を設けて前記ゲート電極部を形成するための金属層を成層する工程と、前記上側保護膜と前記ゲート電極部を形成するための金属層、前記絶縁材膜に前記エミッタ開口を形成し、該エミッタ開口内に前記エミッタを露出させる工程とを備えていることを特徴とする方法であり、
また、複数の先鋭な先端を有するエミッタが上面に突設されたエミッタ金属層を備えるカソード電極を支持基体に支持し、前記エミッタと所定離間距離を設けて対向配置したアノード電極との間にゲート電極とを設けた電界放出型冷陰極装置の製造方法であって、
Ｓｉ層とするＳｉ基板の表面のエミッタ用凹部を埋め込むようして前記エミッタ金属層を成層する工程と、前記エミッタ金属層を狭幅帯状に形成し、前記支持基体に形成された支持溝内底部分に固着するようにして前記支持基体上に前記Ｓｉ基板を設ける工程と、前記Ｓｉ基板の前記エミッタ用凹部の形成面の反対面を所定厚さになるまで研磨加工して前記Ｓｉ層を形成する工程と、前記Ｓｉ層上面に絶縁層を設けて前記ゲート電極とする金属層を成層する工程と、前記Ｓｉ層と前記ゲート電極とする金属層、前記絶縁層に前記エミッタ開口を形成し、該エミッタ開口内に前記エミッタを露出させる工程とを備えていることを特徴とする方法であり、
また、複数の先鋭な先端を有するエミッタを上面に形成したエミッタ金属層と、このエミッタ金属層の上下両面に、該エミッタ金属層と異なる材質で所定部分の前記エミッタ上方にはエミッタ開口を形成するようにして設けられた保護膜とを有するカソード電極部を備え、支持基体に支持された冷陰極部と、前記エミッタに所定離間距離を設けて対向配置されたアノード電極とを、所定の真空状態が保持された中に設け、前記アノード電極とこのアノード電極に対向する前記エミッタとの間に所定電位を与えて電子の放出が行われるようにした電界放出型冷陰極装置の製造方法であって、
前記エミッタ金属層の上下両面に前記エミッタを埋め尽くすよう前記保護膜を設ける工程と、前記保護膜を上下両面に形成した前記エミッタ金属層を仮基板に固着して、前記エミッタ開口を上側の前記保護膜または上側の前記保護膜と該保護膜上に形成したゲート電極部に形成して冷陰極部を形成する工程と、前記冷陰極部を前記仮基板から分離してフィルム状とする工程と、フィルム状の前記冷陰極部を前記支持基体の所定位置に固着する工程とを備えていることを特徴とする方法であり、
また、複数の先鋭な先端を有する略４角錐状のエミッタが上面に突設され、アライメントマークが形成されたエミッタ金属層を支持基体に支持し、前記エミッタと所定離間距離を設けて対向配置したアノード電極との間にゲート電極とを設けた電界放出型冷陰極装置の製造方法であって、
エミッタ用正方形開口部と、このエミッタ用正方形開口部の正方形の一辺より最小辺が大きい方形開口部が形成されたマスクを用いて異方性エッチングを行い、Ｓｉ単結晶基板に、前記エミッタの形状に対応する略４角錐状のエミッタ用凹部と、前記アライメントマークの形状に対応する略４角錐台状のアライメントマーク用凹部を形成する工程と、前記両凹部が形成されたＳｉ単結晶基板を用いて前記エミッタ金属層を形成する工程を備えていることを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１４】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、エミッタの先端が損傷せず、ゲート電極とエミッタ間の絶縁層の膜の均一性や再現性が良好で耐電圧が高く、良好な絶縁性能を有し、ゲート電極とエミッタ間の短絡の恐れが無く、また異材料間における熱膨張差の影響を少なくでき、さらに製造コストが低減できる等の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１６】
［第１の実施形態］
先ず第１の実施形態を図１乃至図１１により説明する。図１は電界放出型冷陰極装置の縦断面図であり、図２乃至図１１は電界放出型冷陰極装置の製造過程における第１の工程乃至第１０の工程をそれぞれ示す断面図である。
【００１７】
図１において、電界放出型冷陰極装置１は、例えば１０−６Ｔｏｒｒ程度の高真空状態に保持した真空空間２を間に設け、先鋭な先端を有する複数のエミッタ３が突設されたカソード電極部４とアノード電極５とを、その間に所要の形状に形成されたゲート電極６を配置するようにして構成されている。そして、図示しない電源部によりエミッタ３とゲート電極６の間に所定の電位差を与えることで、エミッタ３から電子を放出させ、さらにアノード電極５に所定の電位を与えることで、放出された電子がアノード電極５に向かうよう動作する。
【００１８】
カソード電極部４は、カソード配線を兼ねると共に、例えば曲率半径が十数ｎｍ程度の先鋭な先端を有する略４角錐状に形成され、例えば高さが０．７μｍ程度の複数のエミッタ３が上面の所定部分に突設されたエミッタ金属層７と、このエミッタ金属層７の上下両面にそれぞれ設けられた上側保護膜８、下側保護膜９とを備えて構成されている。そして、エミッタ３とエミッタ金属層７は、例えばＭｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ等の少なくとも１つの材料でなる、あるいは、いずれかを主材料としてなる導電材料により形成されている。
【００１９】
また、エミッタ金属層７の上面の所定位置には、エミッタ３の高さよりも若干高い４角錐台状に形成され、先端面が上側保護膜８の上面と同じ高さ、または若干突出する高さとなるようにして、例えば上端面形状が正方形のマーク、あるいは正方形を中心に各辺の直交方向に微小間隔を設けて４つの長方形を略十文字状となるよう配してなるマークのアライメントマーク１０が突設されている。さらにエミッタ金属層７の上面に設けられた上側保護膜８については、エミッタ３上方の所定部分にエミッタ開口１１が形成されており、エミッタ開口１１の内底部分に１つまたは複数のエミッタ３が露出するようになっている。なお、ゲート電極６は、上側保護膜８と同じ位置にエミッタ開口１１が、内方に開口縁がせり出しオーバーハング状態となるように形成され、また全体形状が所要の形状となるように形成されている。
【００２０】
また、上側保護膜８と下側保護膜９の材料については、エミッタ金属層７の材料と異なったもので、製造過程での温度上昇でエミッタ金属層７の材料と結合しない材料であり、さらに、エミッタ金属層７にダメージを与えない材料となっている。また上側保護膜８と下側保護膜９とは、エミッタ金属層７の表側と裏側との間での熱変形力をバランスさせ、変形が生じないよう両者の熱膨張率が略同じものとなっており、例えば１０μｍ程度の厚さのＮｉ層で形成されたエミッタ金属層７に対し、両保護膜８，９は、エミッタ３の高さよりも厚い、数μｍ（２〜５μｍ程度）の厚さのＣｕ膜で形成した同一材料、同一厚さのものとなっている。なお、エミッタ３の大きさが大きくなり、高さが高くなった場合には、それに応じて両保護膜８，９の厚さも厚いものとなり、また両保護膜８，９は温度変化に対して変形量が略等しく、両保護膜８，９間の力がエミッタ金属層７の表側と裏側とでバランスするよう熱膨張率が略等しい異種材料の異なる厚さのものの組み合わせ等でもよく、金属膜に限るものでもない。
【００２１】
また、このように構成されたカソード電極部４は、支持基体である例えばガラスやセラミックス、金属等の材料で形成された支持基板１２の上面に、接着材１３によって固着され、支持されている。
【００２２】
また、支持基板１２上に支持されたカソード電極部４の上側保護膜８の上には、ゲート電極部１４が設けられている。このゲート電極部１４は、上側保護膜８の上面に、例えばポリイミド樹脂を所定厚さに成層した絶縁膜１５と、その上に導電材料を薄厚に成層したゲート電極６とでなるゲート積層部材１６を積層することにより形成されている。さらに、ゲート積層部材１６のゲート電極６の上面には、例えばポリイミド樹脂で形成された所定厚さの保護絶縁膜１７が成層されている。
【００２３】
また、このように各成層されたゲート積層部材１６、保護絶縁膜１７にも、エミッタ開口１１が上側保護膜８と同じ位置に、開口縁部分が下方にアンダーカット部分１１ａを形成するようオーバーハング状態に形成されており、開口内底部分にエミッタ３が露出するようになっている。さらに上側保護膜８上のゲート積層部材１６、保護絶縁膜１７には、アライメントマーク１０上方の所定位置にアライメント開口１８が形成されており、開口内にはアライメントマーク１０の上面が露出するようになっている。なお、アライメント開口１８は、上方に成層された上側保護膜８、ゲート積層部材１６、保護絶縁膜１７を透過してアライメントマーク１０が、例えば光学的視認、あるいは他の手法等で確認できる場合は、設けなくてもよく、あるいは確認できる深さのものであってもよい。
【００２４】
一方、ゲート電極６を間に設け、所定の離間距離を設けるようにしてカソード電極部４のエミッタ３の上方に対向配置されるアノード電極５は、アノード基体である例えばガラス等の透明材料で形成されたアノード基板１９と、このアノード基板１９のエミッタ３の側である下面に被着された例えばＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide）、ＩＺＯ（Indium  Zinc  Oxide）等の透明電極材料の薄膜で形成されたアノード電極膜２０と、アノード電極膜２０の下面に被着された例えば光電変換膜や蛍光膜等の機能膜２１とを備えて形成されている。そして、アノード電極５とカソード電極部４やゲート電極６との間には、所定の離間距離が設けられるように、スぺーサ２２が設けられている。
【００２５】
そして、このように構成されたものは、図２乃至図１１に示す各工程を経ることによって形成される。
【００２６】
すなわち、図２に示す第１の工程において、先ずｐ型で（１００）結晶面方位のＳｉ単結晶基板（Ｓｉ基板）２３の表面に、厚さ０．１μｍ程度のＳｉ酸化膜を形成する。このＳｉ酸化膜は、Ｓｉ窒化膜やレジスト等のいずれによって形成してもよい。さらに、形成したＳｉ酸化膜上にレジスト材をスピンコート法により塗布する。塗布、形成されたレジストに露光・現像等のパターニングを行い、エミッタ３を形成する所定部分に例えば１μｍ角の正方形開口を有し、またこの正方形開口の一辺より大きい数μｍの最小辺を有する正方形、あるいは正方形と長方形を組み合せる等した方形開口をアライメントマーク１０形成位置である所定位置に有するマスクを形成する。形成したマスクを用い、ＮＨ４・ＨＦ混合溶液によりＳｉ酸化膜のみを選択的にエッチングする。レジストを除去し、例えば1μｍ角と数μｍ角の正方形開口が形成されたＳｉ酸化膜のマスクを得る。
【００２７】
続いて、正方形開口が形成されたＳｉ酸化膜をマスクとし、ＫＯＨ水溶液等を用いてＳｉ基板２３の異方性エッチングを行う。異方性エッチングを所定時間行った後、ＮＨ４・ＨＦ混合溶液によりＳｉ酸化膜を除去する。これにより、図２（ａ）の断面図に示すように、１μｍ角の正方形開口部分のＳｉ基板２３に、深さ０．７μｍの略４角錐状のエミッタ用凹部２４を形成し、また最小辺が数μｍの方形開口部分のＳｉ基板２３に、０．７μｍよりも深い所要深さの４角錐台状のマーク用凹部２５を形成する。なお、異方性エッチングのエッチング時間は、方形開口部分に０．７μｍよりも深い所要深さの４角錐台状のマーク用凹部２５が形成されるまでの時間とする。この際、１μｍ角の正方形開口部分に深さ０．７μｍの略４角錐状のエミッタ用凹部２４が形成された後にもエッチングが継続されるが、異方性エッチングの特性から、エッチングの時間が長くなってもエミッタ用凹部２４の深さは０．７μｍのままとなる。
【００２８】
その後、図２（ｂ）の断面図に示すように、略４角錐状のエミッタ用凹部２４内及び４角錐台状のマーク用凹部２５内を含めてＳｉ基板２３に、ウエット熱酸化法、スパッタリング法、ドライ熱酸化法等のいずれかの方法によりＳｉ酸化膜２６を形成する。
【００２９】
次に、図３に示す第２の工程において、Ｓｉ酸化膜２６が形成されたＳｉ基板２３に、スパッタリング法、蒸着法、印刷法、電気めっき法のいずれかを用い、略４角錐状のエミッタ用凹部２４及び４角錐台状のマーク用凹部２５を埋め込むようにして、例えば１０μｍ厚さのＮｉ層のエミッタ金属層７を形成する。これにより、エミッタ用凹部２４にエミッタ３が形成され、マーク用凹部２５にアライメントマーク１０が形成されることになる。さらに、エミッタ金属層７の表面に、スパッタリング法、蒸着法、印刷法、電気めっき法のいずれかを用いて、例えば数μｍ厚さのＣｕ膜の下側保護膜９を形成する。
【００３０】
次に、図４に示す第３の工程において、先ず、図４（ａ）の断面図に示すように、エミッタ金属層７と下側保護膜９が積層されているＳｉ基板２３から、水圧あるいはガス圧等を用いて、下側保護膜９が成膜されているエミッタ金属層７を分離する。
【００３１】
その後、図４（ｂ）の断面図に示すように、エミッタ金属層７のエミッタ３やアライメントマーク１０が形成されている面に、下側保護膜９と同様の方法を用いて、下側保護膜９と同一材料、同一厚さである数μｍ厚さのＣｕ膜の上側保護膜８を形成し、カソード電極部４を形成するための３層構造部材を形成する。形成された３層構造部材は、略４角錐状のエミッタ３が上側保護膜８に埋もれた状態で、その頂点が上側保護膜８の上面から突出しない状態となっており、また４角錐台状のアライメントマーク１０も、その頂面が上側保護膜８の上に露出せず、薄い上側保護膜８の下に埋もれた状態となっている。
【００３２】
なお、上記の第２、第３の工程において、Ｓｉ基板２３に形成したままのエミッタ金属層７に下側保護膜９を形成し、その後でＳｉ基板２３から分離したエミッタ金属層７に上側保護膜８を形成するようにして３層構造部材を形成したが、エミッタ金属層７をＳｉ基板２３に形成した後、エミッタ金属層７をＳｉ基板２３から分離し、分離したエミッタ金属層７の両面に、同時に上側保護膜８と下側保護膜９を形成するようにして３層構造部材を形成してもよい。
【００３３】
次に、図５に示す第４の工程において、支持基体である例えばガラスやセラミックス、金属等の材料で形成された支持基板１２の上面に、カソード電極部４を形成するための３層構造部材を、その下側保護膜９を接着材１３で接着し固定する。
【００３４】
次に、図６に示す第５の工程において、支持基板１２に支持された３層構造部材の上側保護膜８の上面に、ゲート積層部材１６を構成する、例えばポリイミド樹脂でなる絶縁膜１５を成膜する。成膜方法については、上側保護膜８の上面にポリイミド液を滴下し、遠心力を用いて製作するスピンコート法や、ポリイミドシートやイミドシート等の貼り付け法等のいずれかを用いる。こうして形成されたポリイミド樹脂膜は、膜厚さが均一にでき、薄膜化できる。なお、スピンコート法により形成する場合は、スピンコートした後に所定温度で本焼成を行いポリイミド樹脂膜とする。またポリイミドシートやイミドシート等の貼り付け法については、熱可塑性接着剤、紫外線硬化接着剤、又は熱硬化性接着剤の接着力による接合方法、熱融着接合方法等のいずれかの接着機構を用い、真空中で貼り付けを行う。
【００３５】
次に、図７に示す第６の工程において、先ず、図７（ａ）の断面図に示すように、先の工程で形成された絶縁膜１５の上に、ゲート電極６を形成する金属層６ａを蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等で形成する。その後、図示しないがゲート電極６を形成する金属層６ａを、フォトレジストを用いたエッチング等によりパターニングし、全体形状を所要の形状に形成する。さらにゲート電極６を形成する金属層６ａの上に、例えばポリイミド樹脂でなる保護絶縁膜１７をスピンコート法や、ポリイミドシートやイミドシート等の貼り付け法等のいずれかを用いて形成する。
【００３６】
続いて、図７（ｂ）の断面図に示すように、保護絶縁膜１７をレーザー等によって、エミッタ３やアライメントマーク１０の上方にそれぞれ所定形状のエミッタ開口１１やアライメント開口１８が形成されるようにパターニングを行う。これにより、エミッタ開口１１やアライメント開口１８内にゲート電極６を形成する金属層６ａの上面が露出する。
【００３７】
なお、保護絶縁膜１７等のポリイミド樹脂膜のパターニングについては、上記工程に限るものでなく、先ずポリイミド液をスピンコート法で金属層６ａの上に塗布した後、低温（１００℃以下）で仮焼成を行う。そして、仮焼成後のポリイミド膜上にフォトレジストを塗布し、さらに露光・現像等によってフォトレジストを所定形状のエミッタ開口１１やアライメント開口１８が形成されるようにパターニングし、フォトレジストを除去してマスクを形成するようにしてもよい。
【００３８】
次に、図８に示す第７の工程において、パターニングした保護絶縁膜１７とエミッタ開口１１やアライメント開口１８内に露出した金属層６ａの上にフォトレジスト２７を塗布し、露光・現像等によってフォトレジスト２７を、所定形状のエミッタ開口１１やアライメント開口１８が形成されるようにパターニングする。これにより、再びエミッタ開口１１やアライメント開口１８内に、ゲート電極６を形成する金属層６ａの上面を露出させる。
【００３９】
次に、図９に示す第８の工程において、パターニングしたフォトレジスト２７をマスクとして、エミッタ開口１１やアライメント開口１８内に露出する金属層６ａをエッチングし、エミッタ開口１１、アライメント開口１８を有するゲート電極６を形成する。またこれにより、開口１１，１８内に絶縁膜１５の上面が露出する。なお、ゲート電極６を形成する金属層６ａのエッチングを、フォトレジスト２７をマスクにして行ったが、エミッタ開口１１やアライメント開口１８が形成された保護絶縁膜１７をマスクにして金属層６ａをエッチングするようにしてもよい。
【００４０】
次に、図１０に示す第９の工程において、エミッタ開口１１やアライメント開口１８内に露出する絶縁膜１５をレーザー等によって除去し、パターニングする。これにより、絶縁膜１５にもエミッタ開口１１とアライメント開口１８を形成し、開口１１，１８内に上側保護膜８の上面を露出させる。そして、パターニングされた１つの絶縁膜１５と１つのゲート電極６とを積層して形成した１つのゲート積層部材１６によるゲート電極部１４が形成される。
【００４１】
また、ゲート電極６を形成する金属層６ａ、ポリイミド樹脂の絶縁膜１５と保護絶縁膜１７のパターニングについては、上記各工程によらず、先ず上側保護膜８の上面にポリイミド樹脂の絶縁膜１５、ゲート電極６を形成する金属層６ａ、ポリイミド樹脂の保護絶縁膜１７を順に積層する。その後、レーザーで同時に、上側保護膜８を除き、その上方の保護絶縁膜１７、金属層６ａ、絶縁膜１５を、所定形状のエミッタ開口１１やアライメント開口１８が形成されるように除去することにより、パターニングを行うようにしてもよい。
【００４２】
次に、図１１に示す第１０の工程において、エミッタ３、エミッタ金属層７をエッチングしないエッチャントを用いて、エミッタ開口１１やアライメント開口１８内に露出する上側保護膜８をエッチングし、エミッタ開口１１内にエミッタ３を、またアライメント開口１８内にアライメントマーク１０を露出、形成する。このエッチングにより上側保護膜８は、厚さ方向だけでなく横方向にもエッチングされ、開口縁部分に、ゲート電極６を形成する金属層６ａ、絶縁膜１５等がオーバーハング状態に残り、アンダーカット部分１１ａが形成される。そして、エミッタ開口１１内にエミッタ３を露出させた上側保護膜８、エミッタ金属層７、下側保護膜９とによる３層構造のカソード電極部４が形成される。
【００４３】
上記各工程を経て支持基板１２上にカソード電極部４及びゲート電極部１４等を形成した後、さらに所定の離間距離を設けるようスぺーサ２２を間に設け、カソード電極部４のエミッタ３の上方にアノード電極５を対向配置することによって、図１に示す電界放出型冷陰極装置１が形成される。
【００４４】
そして、本実施形態は、以上の通りの構成を有していて、エミッタ金属層７の上面に所定厚さ、すなわちエミッタ３の高さより厚い上側保護膜８を設けてエミッタ３全体を覆うことにより、製造過程において発生するごみや汚れがエミッタ３の先端に付着することを防止でき、またゲート電極部１４の絶縁膜１５を形成する際のパターニングで、エミッタ３の先端を損傷してしまうといった事態を回避することができる。これにより、特に清浄度が高いクリーンルーム等で製造工程の各作業を行う必要がなくなるため、製造コストを低減することができる。
【００４５】
さらに、複数の略４角錐状のエミッタ３を設けたエミッタ金属層７の両面に上側保護膜８と下側保護膜９を形成することにより、エミッタ金属層７と両保護膜８，９の線膨張係数が異なることによって熱応力が発生して生じる曲げの影響を低減でき、エミッタ金属層７の平坦度を保つことができる。すなわち、エミッタ金属層７の片面側にのみ、エミッタ金属層７の材料との線膨張係数の差が大きい材料で保護膜を形成すると、製造過程の温度を上昇させる工程で、線膨張係数が大きい一方の金属材料が他方の材料より伸びる。そして、これら材料の伸びが、弾性変形範囲を超えて塑性変形範囲に至る伸びとなると、形状が元の状態に戻らず一部に変形が残り、曲がったままの状態になる。しかし、エミッタ金属層７の両面に、温度変化に対して変形量が略等しくなるよう熱膨張率が等しい同一材料、同一厚さのもので形成する等した上側保護膜８と下側保護膜９とを設け、エミッタ金属層７の表側と裏側との間での力をバランスさせることで、エミッタ金属層７の変形を防止できることになる。
【００４６】
また、エミッタ３を設けたエミッタ金属層７の形成を、略４角錐状のエミッタ用凹部２４を形成したＳｉ基板２３から剥離するようにして行うものであるから、Ｓｉ基板２３は、複数回のエミッタ金属層７の形成に使用でき、エミッタ金属層７を形成する度にＳｉ単結晶基板の除去やＳｉＯ２層の除去等が不要となるため、製造コストを低減でき、さらに製造過程での工数を少なくすることができる。
【００４７】
またさらに、ゲート電極６の上面に保護絶縁膜１７を設けているので、保護絶縁膜１７を設けた後の製造工程での取り扱いが、特段の注意を要することがなく、容易となり、製造性が良好なものとなる。
【００４８】
なお、カソード電極部４の上側保護膜８とゲート電極６の間に設けられた絶縁膜１５を、例えばポリイミド樹脂で形成することにより、その厚さを１μｍより厚いものとすることが容易であり、またエミッタ開口１１部分において、ゲート電極６の下方の上側保護膜８がアンダーカットされ、ゲート電極６の開口縁がオーバーハング状態に設けられるために、ゲート電極６とカソード電極部４の上側保護膜８との間の沿面距離が大きくなり、さらに絶縁膜１５の厚さを所要の厚さとすることで、エミッタ３とゲート電極６との絶縁距離を大きく取ることができ、絶縁耐力を向上させることができる。
【００４９】
［第２の実施形態］
次に第２の実施形態を図１２乃至図２１により説明する。図１２は電界放出型冷陰極装置の縦断面図であり、図１３は電界放出型冷陰極装置の横断面図であり、図１４乃至図２１は電界放出型冷陰極装置の製造過程における第１の工程乃至第８の工程をそれぞれ示す平面図または断面図である。なお、本実施形態は、上記第１の実施形態と主としてエミッタ金属層、ゲート電極の構成が異なるものである。このため、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００５０】
図１２及び図１３において、電界放出型冷陰極装置３１は、例えば１０−６Ｔｏｒｒ程度の高真空状態に保持した真空空間２を間に設け、先鋭な先端を有する複数のエミッタ３が突設されたカソード電極部３２とアノード電極５とを、その間に所要の形状に形成されたゲート電極３３を配置するようにして構成されている。そして、図示しない電源部によりエミッタ３とゲート電極３３の間に所定の電位差を与えることで、エミッタ３から電子を放出させ、さらにアノード電極５に所定の電位を与えることで、放出された電子がアノード電極５に向かうよう動作する。
【００５１】
カソード電極部３２は、カソード配線を兼ねると共に、例えば曲率半径が十数ｎｍ程度の先鋭な先端を有する略４角錐状に形成され、例えば高さが０．７μｍ程度の複数のエミッタ３が、上面全面、または略全面に分布する正三角形の頂点となる位置に突設されたエミッタ金属層３４と、このエミッタ金属層３４の上下両面にそれぞれ設けられた上側保護膜３５、下側保護膜９とを備えて構成されている。そして、エミッタ３とエミッタ金属層３４は、例えばＭｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ等の少なくとも１つの材料でなる、あるいは、いずれかを主材料としてなる導電材料により形成されている。また、エミッタ金属層３４の上面に設けられた上側保護膜３５については、所定部分に所要形状（例えば方形、三角形、円形、多角形、長円等）のエミッタ開口３６が形成されており、エミッタ開口３６の内底部分に複数（例えば３つ以上）のエミッタ３が露出するようになっている。なお、ゲート電極３３は、上側保護膜３５と同じ位置に、エミッタ開口３６が内方に開口縁がせり出しオーバーハング状態となるように形成され、また全体形状が所要の形状となるように形成されている。
【００５２】
また、上側保護膜３５と下側保護膜９の材料については、第１の実施形態と同様に、エミッタ金属層３４の材料と異なったもので、製造過程での温度上昇でエミッタ金属層３４の材料と結合しない材料であり、さらに、エミッタ金属層３４にダメージを与えない材料となっている。また上側保護膜３５と下側保護膜９とは、エミッタ金属層３４の表側と裏側との間での熱変形力をバランスさせ、変形が生じないよう両者の熱膨張率が略同じものとなっており、例えば１０μｍ程度の厚さのＮｉ層で形成したエミッタ金属層３４に対し、上側保護膜３５と下側保護膜９は、エミッタ３の高さよりも厚い、数μｍ（２〜５μｍ程度）の厚さのＣｕ膜で形成した同一材料、同一厚さのものとなっている。
【００５３】
また、このように構成されたカソード電極部３２は、支持基体である例えばガラスやセラミックス、金属等の材料で形成された支持基板１２の上面に、接着材１３によって固着され、支持されている。
【００５４】
また、支持基板１２上に支持されたカソード電極部３２の上側保護膜３５の上には、ゲート電極３３を有するゲート電極部３７が設けられている。このゲート電極部３７は、上側保護膜３５の上面に、例えばポリイミド樹脂の絶縁膜１５と、その上に成層したゲート電極３３とでなるゲート積層部材３８を積層することにより形成されている。さらに、ゲート積層部材３８のゲート電極３３の上面には、例えばポリイミド樹脂の保護絶縁膜１７が成層されている。また、このように各成層されたゲート積層部材３８のゲート電極３３と絶縁膜１５、保護絶縁膜１７にも、所定部分に所要形状（例えば方形、三角形、円形、多角形、長円等）のエミッタ開口３６が上側保護膜３５と同じ位置に、開口縁部分が下方にアンダーカット部分３６ａを形成するようオーバーハング状態に形成されており、開口内底部分に複数のエミッタ３が露出するようになっている。
【００５５】
そして、このように構成されたものは、図１４乃至図２１に示す各工程を経ることによって形成される。なお、以下の各工程は略第１の実施形態と同様に行われる。
【００５６】
すなわち、図１４に示す第１の工程において、先ずｐ型で（１００）結晶面方位のＳｉ単結晶基板（Ｓｉ基板）３９の表面に、厚さ０．１μｍ程度のＳｉ酸化膜を形成する。さらに、形成したＳｉ酸化膜上にレジスト材を塗布し、写真蝕刻法でパターニングしてエミッタ３を形成する所定部分に例えば１μｍ角の正方形開口を有するマスクを形成する。正方形開口の形成位置は、Ｓｉ基板３９表面に分布する正三角形の頂点となる位置となっている。そして、このマスクを用いてＳｉ酸化膜のみを選択的にエッチングし、レジストを除去して、例えば1μｍ角の正方形開口が形成されたＳｉ酸化膜のマスクを得る。
【００５７】
続いて、正方形開口が形成されたＳｉ酸化膜をマスクにしてＳｉ基板３９の異方性エッチングを行う。異方性エッチング後にＳｉ酸化膜を除去する。これにより、図１４（ａ）の平面図及び図１４（ｂ）の断面図に示すように、１μｍ角の正方形開口部分のＳｉ基板３９に、深さ０．７μｍの略４角錐状のエミッタ用凹部２４を形成する。その後、図１４（ｃ）の断面図に示すように、略４角錐状のエミッタ用凹部２４内を含めてＳｉ基板３９に、Ｓｉ酸化膜２６を形成する。
【００５８】
次に、図１５に示す第２の工程において、Ｓｉ酸化膜２６が形成されたＳｉ基板３９に、スパッタリング法、蒸着法、印刷法、電気めっき法等のいずれかを用い、略４角錐状のエミッタ用凹部２４を埋め込むようにして、例えば１０μｍ厚さのＮｉ層のエミッタ金属層３４を形成する。これにより、エミッタ用凹部２４にエミッタ３が形成されることになる。さらに、エミッタ金属層３４の表面に、スパッタリング法、蒸着法、印刷法、電気めっき法のいずれかを用いて、例えば数μｍ厚さのＣｕ膜の下側保護膜９を形成する。
【００５９】
次に、図１６に示す第３の工程において、先ず、図１６（ａ）の断面図に示すように、エミッタ金属層３４と下側保護膜９が積層されているＳｉ基板３９から、水圧あるいはガス圧等を用いて、下側保護膜９が成膜され、エミッタ３が略全面に分布する正三角形の頂点となる位置に形成されているエミッタ金属層３４を分離する。
【００６０】
その後、図１６（ｂ）の断面図に示すように、エミッタ金属層３４のエミッタ３が形成されている面に、下側保護膜９と同様の方法を用いて、下側保護膜９と同一材料、同一厚さである数μｍ厚さのＣｕ膜の上側保護膜３５を形成し、カソード電極部３２を形成するための３層構造部材を形成する。形成された３層構造部材は、略４角錐状のエミッタ３は上側保護膜３５に埋もれた状態で、頂点が上面から突出しない状態となっている。なお、第１の実施形態に記したように、エミッタ金属層３４をＳｉ基板３９から分離した後、エミッタ金属層３４の両面に上側保護膜３５と下側保護膜９を同時に形成するようにして３層構造部材を形成してもよい。
【００６１】
次に、図１７に示す第４の工程において、支持基体である例えばガラスやセラミックス、金属等の材料で形成された支持基板１２の上面に、カソード電極部４を形成するための３層構造部材を、その下側保護膜９を接着材１３で接着し固定する。
【００６２】
次に、図１８に示す第５の工程において、第１の実施形態と同様にして、先ず、図１８（ａ）の断面図に示すように、支持基板１２に支持された３層構造部材の上側保護膜３５の上面に、例えばポリイミド樹脂でなるゲート積層部材３８を構成する絶縁膜１５を成膜する。さらに、絶縁膜１５の上に、ゲート電極３３を形成する金属層６ａを形成する。その後、図示しないがゲート電極３３を形成する金属層６ａをパターニングし、全体形状を所要の形状に形成する。またさらにゲート電極３３を形成する金属層６ａの上に、例えばポリイミド樹脂でなる保護絶縁膜１７を形成する。
【００６３】
続いて、図１８（ｂ）の断面図に示すように、保護絶縁膜１７をレーザー等によって、エミッタ３の上方位置に所定形状のエミッタ開口３６が形成されるようにパターニングを行う。これにより、エミッタ開口３６の内底部にゲート電極３３を形成する金属層６ａの上面が露出する。
【００６４】
次に、図１９に示す第６の工程において、パターニングした保護絶縁膜１７とエミッタ開口３６内に露出した金属層６ａの上にフォトレジスト２７を塗布し、露光・現像等によってフォトレジスト２７を、所定形状のエミッタ開口３６が形成されるようにパターニングする。これにより、再びエミッタ開口３６内に、ゲート電極３３を形成する金属層６ａの上面が露出する。続いて、パターニングしたフォトレジスト２７をマスクとして、エミッタ開口３６内に露出する金属層６ａをエッチングし、エミッタ開口３６を形成し、ゲート電極３３を形成する。またこれにより、開口３６内に絶縁膜１５の上面が露出する。
【００６５】
次に、図２０に示す第７の工程において、フォトレジスト２７を除去した後、エミッタ開口３６内に露出する絶縁膜１５をレーザー等によって除去し、パターニングする。これにより、絶縁膜１５にもエミッタ開口３６を形成し、エミッタ開口３６内に上側保護膜３５の上面を露出させる。こうして、パターニングされた１つの絶縁膜１５と１つのゲート電極３３とを積層して形成される１つのゲート積層部材３８によるゲート電極部３７が形成される。なお、ゲート電極３３を形成する金属層６ａ、ポリイミド樹脂の絶縁膜１５と保護絶縁膜１７のパターニングについては、第１の実施形態と同様に、それぞれを順に積層した後に、レーザーで所定形状のエミッタ開口３６が形成されるよう、上側保護膜３５を除き、その上方の保護絶縁膜１７、絶縁膜１５、金属層６ａについて、同時にパターニングを行うようにしてもよい。また以下に示す各実施形態においても同様に行ってもよい。
【００６６】
次に、図２１に示す第８の工程において、エミッタ３、エミッタ金属層３４をエッチングしないエッチャントを用いて、エミッタ開口３６内に露出する上側保護膜３５をエッチングし、エミッタ開口３６内に複数のエミッタ３を露出、形成する。これにより、エミッタ開口３６内に複数のエミッタ３を露出させた上側保護膜３５、エミッタ金属層３４、下側保護膜９とによる３層構造のカソード電極部３２が形成される。また、このエッチングにより上側保護膜３５のアンダーカットが行われ、開口縁部分で、ゲート電極３３を形成する金属層６ａ、絶縁膜１５等がオーバーハング状態になり、アンダーカット部分３６ａが形成される。
【００６７】
上記各工程を経て支持基板１２上にカソード電極部４及びゲート電極部３２等を形成した後、さらに所定の離間距離を設けるようスぺーサ２２を間に設け、カソード電極部３２のエミッタ３の上方にアノード電極５を対向配置することによって、図１２に示す電界放出型冷陰極装置３１が形成される。
【００６８】
なお、図示しないが、エミッタ金属層３４には、その所定位置に、第１の実施形態と同様に形成されたアライメントマークが設けられている。
【００６９】
そして、本実施形態は、以上の通りの構成を有しているので、上述の第１の実施形態と同様の効果を有する共に、エミッタ金属層３４がエミッタ３を全面、または略全面に分布するものであるため、エミッタ金属層３４と所要の形状を有するゲート電極３３との製造時の位置合わせに高精度を必要とせず、加工が容易なものとなる。
【００７０】
［第３の実施形態］
次に第３の実施形態を図２２乃至図３１により説明する。図２２は電界放出型冷陰極装置の縦断面図であり、図２３乃至図３１は電界放出型冷陰極装置の製造過程における第１の工程乃至第９の工程をそれぞれ示す断面図である。なお、本実施形態は、上記第１の実施形態と主としてゲート電極部の構成が異なるものである。このため、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００７１】
図２２において、電界放出型冷陰極装置４１は、例えば１０−６Ｔｏｒｒ程度の高真空状態に保持した真空空間２を間に設け、先鋭な先端を有する複数のエミッタ３が突設されたカソード電極部４とアノード電極５とを、その間に所要の形状に形成された複数、例えば２つの第１ゲート電極４２、第２ゲート電極４３を配置するようにして構成されている。そして、図示しない電源部によりエミッタ３と各ゲート電極４２，４３の間に各所定の電位差を与えることで、エミッタ３から電子を放出させ、さらにアノード電極５に所定の電位を与えることで、放出された電子がアノード電極５に向かうよう動作する。またエミッタ３と第１ゲート電極４２、第２ゲート電極４３との間に電位差を与える際、エミッタ３から離れた側（アノード電極５側）の第２ゲート電極４３に与える電位差を所定の値とすることで、放出電子がアノード電極５に対し広がって移動するのを抑制したり、放出電子の移動速度を加速したり、減速したりすることができる。
【００７２】
カソード電極部４は、第１の実施形態と同様の構成を有するもので、例えば略４角錐状に形成され、高さが０．７μｍ程度の複数のエミッタ３が上面の所定部分に突設されたＮｉ層でなるエミッタ金属層７と、このエミッタ金属層７の上下両面にそれぞれ設けられた同じ厚さのＣｕ膜でなるエミッタ３上方の所定部分にエミッタ開口１１が形成された上側保護膜８と、下側保護膜９とを備えて構成されており、支持基体である例えばガラスやセラミックス、金属等の材料で形成された支持基板１２の上面に、接着材１３によって固着され、支持されている。なお、エミッタ金属層７の上面の所定位置には、エミッタ３の高さよりも若干高い４角錐台状に形成され、先端面が上側保護膜８の上面と同じ高さ、または若干突出する高さとなるようにアライメントマーク１０が突設されている。
【００７３】
また、支持基板１２上に支持されたカソード電極部４の上側保護膜８の上には、２つの第１ゲート電極４２、第１ゲート電極４３を備えるゲート電極部４４が、第１ゲート電極４２をエミッタ３側にして設けられている。このゲート電極部４４は、上側保護膜８の上面に、例えばポリイミド樹脂を所定厚さに成層した第１絶縁膜１５ａと、その上に導電材料を薄厚に成層した第１ゲート電極４２とでなる第１ゲート積層部材４５と、第１ゲート電極４２の上面に、例えばポリイミド樹脂を所定厚さに成層した第２絶縁膜１５ｂと、その上に導電材料を薄厚に成層した第２ゲート電極４３とでなる第２ゲート積層部材４６とを積層した構成となっている。さらに、第２ゲート積層部材４６の第２ゲート電極４３の上面には、例えばポリイミド樹脂で形成された所定厚さの保護絶縁膜１７が成層されている。
【００７４】
また、このように成層された各ゲート積層部材４５，４６、保護絶縁膜１７にも、エミッタ開口１１が上側保護膜８と同じ位置に、内方に開口縁がせり出し、下方にアンダーカット部分１１ａを形成するようオーバーハング状態に形成されており、開口内底部分に１つまたは複数のエミッタ３が露出するようになっている。さらに上側保護膜８上の各ゲート積層部材４５，４６、保護絶縁膜１７には、アライメントマーク１０上方の所定位置にアライメント開口１８が形成されており、開口内にアライメントマーク１０の上面が露出するようになっている。なお、アライメント開口１８は、上方に成層された上側保護膜８、ゲート積層部材４５，４６、保護絶縁膜１７を透過してアライメントマーク１０が、例えば光学的視認、あるいは他の手法等で確認できる場合は、設けなくてもよく、あるいは確認できる深さのものであってもよい。
【００７５】
そして、このように構成されたものは、第１の実施形態における第１の工程乃至第４の工程を経て、カソード電極部４を形成するための３層構造部材を、その下側保護膜９を接着材１３で支持基板１２の上面に接着し固定したものを得、さらに、図２３乃至図３２に示す各工程を経ることによって形成される。
【００７６】
すなわち、図２３に示す第１の工程において、第１の実施形態と同様にして、支持基板１２に支持された３層構造部材の上側保護膜８の上面に、例えばポリイミド樹脂でなる第１ゲート積層部材４５を構成する第１絶縁膜１５ａを成膜する。さらに、第１絶縁膜１５ａの上に、第１ゲート電極４２を形成する第１金属層４２ａを形成する。
【００７７】
次に、図２４に示す第２の工程において、第１ゲート電極４２を形成する第１金属層４２ａの上にフォトレジスト２７を塗布し、露光・現像等によってフォトレジスト２７を、所定形状のエミッタ開口１１やアライメント開口１８を有し、所要の全体形状とした第１ゲート電極４２が形成されるようにパターニングする。これにより、形成された開口内には第１ゲート電極４２を形成する第１金属層４２ａの上面が露出する。
【００７８】
次に、図２５に示す第３の工程において、パターニングしたフォトレジスト２７をマスクとして、露出する第１金属層４２ａをエッチングし、エミッタ開口１１、アライメント開口１８を有する所要全体形状の第１ゲート電極４２を形成する。またこれにより、開口１１，１８内には第１絶縁膜１５ａの上面が露出する。
【００７９】
次に、図２６に示す第４の工程において、先ず図２６（ａ）の断面図に示すように、開口１１，１８を埋めるようにして、第１ゲート電極４２及び開口１１，１８内等に露出する第１絶縁膜１５ａの上面に、第２ゲート積層部材４６を構成する、例えばポリイミド樹脂でなる第２絶縁膜１５ｂを成膜する。
【００８０】
続いて、図２６（ｂ）の断面図に示すように、第２絶縁膜１５ｂの上に、第２ゲート電極４３を形成する第２金属層４３ａを形成する。
【００８１】
次に、図２７に示す第７の工程において、第２ゲート電極４３を形成する第２金属層４３ａの上にフォトレジスト２７を塗布し、露光・現像等によってフォトレジスト２７を、所定形状のエミッタ開口１１やアライメント開口１８を有し、所要の全体形状とした第２ゲート電極４３が形成されるようにパターニングする。これにより、形成された開口内には第２ゲート電極４３を形成する第２金属層４３ａの上面が露出する。
【００８２】
次に、図２８に示す第６の工程において、パターニングしたフォトレジスト２７をマスクとして、露出する第２金属層４３ａをエッチングし、エミッタ開口１１、アライメント開口１８を有する所要全体形状の第２ゲート電極４３を形成する。またこれにより、開口１１，１８内には第２絶縁膜１５ｂの上面が露出する。
【００８３】
次に、図２９に示す第７の工程において、開口１１，１８を埋めるようにして、第２ゲート電極４３及び開口１１，１８内に露出する第２絶縁膜１５ｂの上面に、例えばポリイミド樹脂でなる保護絶縁膜１７を形成する。
【００８４】
次に、図３０に示す第８の工程において、第１ゲート電極４２や第２ゲート電極４３に形成したエミッタ開口１１とアライメント開口１８を埋める第２絶縁膜１５ｂと保護絶縁膜１７と、その直下の第１絶縁膜１５ａをレーザー等によって除去し、パターニングする。これにより、第１絶縁膜１５ａ、第２絶縁膜１５ｂ、保護絶縁膜１７にもエミッタ開口１１とアライメント開口１８が形成され、開口１１，１８内に上側保護膜８の上面が露出する。そして、パターニングされた第１絶縁膜１５ａと第１ゲート電極４２を積層して形成した第１ゲート積層部材４５と、第２絶縁膜１５ｂと第２ゲート電極４３を積層して形成した第２ゲート積層部材４６とによるゲート電極部４４が形成される。
【００８５】
次に、図３１に示す第９の工程において、エミッタ３、エミッタ金属層７をエッチングしないエッチャントを用いて、エミッタ開口１１やアライメント開口１８内に露出する上側保護膜８をエッチングし、エミッタ開口１１内にエミッタ３を、またアライメント開口１８内にアライメントマーク１０を露出、形成する。これにより、エミッタ開口１１内にエミッタ３を露出させた上側保護膜８は、厚さ方向だけでなく横方向にもエッチングされ、開口縁部分に、ゲート電極４２，４３を形成する金属層４２ａ，４３ａ、絶縁膜１５ａ，１５ｂ等がオーバーハング状態に残り、アンダーカット部分１１ａが形成される。そして、エミッタ開口１１内にエミッタ３を露出させた上側保護膜８、エミッタ金属層７、下側保護膜９とによる３層構造のカソード電極部４が形成される。
【００８６】
上記各工程を経て支持基板１２上にカソード電極部４及びゲート電極部４４等を形成した後、さらに所定の離間距離を設けるようスぺーサ２２を間に設け、カソード電極部４のエミッタ３の上方にアノード電極５を対向配置することによって、図２２に示す電界放出型冷陰極装置４１が形成される。
【００８７】
そして、本実施形態は、以上の通りの構成を有しているので、上述の第１の実施形態と同様の効果を有する共に、第１、第２ゲート電極４２，４３を有するものであるから、各ゲート電極４２，４３に与えるエミッタ３との電位差を、それぞれ所定の値とすることで、放出電子の移動を所望のものとすることができる。なお、上記と同様にしてゲート電極の数を多くすることで、放出電子の移動をより精度良く制御することができる。
【００８８】
また、本実施形態においても、上述の第２の実施形態と同様に、エミッタ金属層７は、その上面の全面に分布するよう複数のエミッタ３が突設されているものでもよい。
【００８９】
［第４の実施形態］
次に第４の実施形態を図３２乃至図４０により説明する。図３２は電界放出型冷陰極装置の縦断面図であり、図３３乃至図３７は電界放出型冷陰極装置の製造過程における第１の工程乃至第５の工程をそれぞれ示す断面図であり、図３８は電界放出型冷陰極装置の変形形態の要部を示す縦断面図であり、図３９は電界放出型冷陰極装置の変形形態におけるエミッタ部分の温度対応を説明する図であり、図４０は電界放出型冷陰極装置の変形形態の製造工程の断面図である。なお、本実施形態は、上記第１の実施形態と主としてカソード電極部の構成が異なるものである。このため、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００９０】
図３２において、電界放出型冷陰極装置５１は、例えば１０−６Ｔｏｒｒ程度の高真空状態に保持した真空空間２を間に設け、先鋭な先端を有する複数のエミッタ３が突設されたカソード電極部５２とアノード電極５とを、その間に所要の形状に形成されたゲート電極６を配置するようにして構成されている。そして、図示しない電源部によりエミッタ３とゲート電極６の間に所定の電位差を与えることで、エミッタ３から電子を放出させ、さらにアノード電極５に所定の電位を与えることで、放出された電子がアノード電極５に向かうよう動作する。
【００９１】
カソード電極部５２は、カソード配線を兼ねると共に、例えば曲率半径が十数ｎｍ程度の先鋭な先端を有する略４角錐状に形成され、例えば高さが０．７μｍ程度の複数のエミッタ３が上面の所定部分に突設されたエミッタ金属層７と、このエミッタ金属層７の上面に絶縁膜のＳｉ酸化膜２６と数μｍ厚から数十μｍ厚に薄層化したＳｉ層５３、さらに、例えばＳｉＯ２あるいはＳｉＮ、ポリイミド樹脂等でなる所定厚さに成層した絶縁層５４を順に積層するようにして構成されている。そして、エミッタ３とエミッタ金属層７は、例えばＭｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ等の少なくとも１つの材料でなる、あるいは、いずれかを主材料としてなる導電材料により形成されている。また、エミッタ金属層７の上面に設けられたＳｉ酸化膜２６とＳｉ層５３、絶縁層５４については、エミッタ３上方の所定部分にエミッタ開口１１が形成されており、エミッタ開口１１の内底部分に１つまたは複数のエミッタ３が露出するようになっている。なお、ゲート電極６は、Ｓｉ層５３と同じ位置にエミッタ開口１１が、内方に開口縁がせり出しオーバーハング状態となるように形成され、また全体形状が所要の形状となるように形成されている。
【００９２】
また、このように構成されたカソード電極部５２は、支持基体である例えばガラスやセラミックス、金属等の材料で形成された支持基板１２の上面に、接着材１３によって固着され、支持されている。
【００９３】
また、支持基板１２上に支持されたカソード電極部５２の絶縁層５４の上面には、ゲート電極６が設けられている。さらに、ゲート電極６の上面には、例えばポリイミド樹脂で形成された所定厚さの保護絶縁膜１７が成層されている。またさらに、このように各成層されたゲート電極６、保護絶縁膜１７にも、エミッタ開口１１がＳｉ層５３と同じ様に形成されており、開口内底部分にエミッタ３が露出するようになっている。
【００９４】
そして、このように構成されたものは、第１の実施形態における第１の工程を経て、Ｓｉ基板２３の表面の所定部分に深さ０．７μｍの略４角錐状のエミッタ用凹部２４が形成され、さらにエミッタ用凹部２４内を含め表面にＳｉ酸化膜２６が形成されたＳｉ基板２３を得、さらに、図３３乃至図３７に示す各工程を経ることによって形成される。
【００９５】
すなわち、図３３に示す第１の工程において、先ず図３３（ａ）の断面図に示すように、第１の実施形態と同様にして、Ｓｉ酸化膜２６が形成されたＳｉ基板２３に、スパッタリング法、蒸着法、印刷法、電気めっき法のいずれかを用い、略４角錐状のエミッタ用凹部２４を埋め込むようにして、例えば１０μｍ厚さのＮｉ層のエミッタ金属層７を形成し、加熱してエミッタ金属層７をＳｉ基板２３に接合する。これにより、エミッタ用凹部２４にエミッタ３が形成されることになる。
【００９６】
続いて、図３３（ｂ）の断面図に示すように、エミッタ金属層７を形成したＳｉ基板２３を、エミッタ金属層７を接着材１３で接着するようにして、支持基体である例えばガラスやセラミックス、金属等の材料で形成された支持基板１２の上面に固定する。
【００９７】
次いで、図３４に示す第２の工程において、先ず図３４（ａ）の断面図に示すように、Ｓｉ基板２３のエミッタ金属層７を形成した面の反対面を、エミッタ用凹部２４に達しない厚さの数μｍから数十μｍ（例えば２μｍ〜５０μｍ程度）の厚さにまで研磨し、薄層化してＳｉ層５３を形成する。
【００９８】
続いて、図３４（ｂ）の断面図に示すように、Ｓｉ層５３の研磨した面上に、例えばＳｉＯ２あるいはＳｉＮ、ポリイミド樹脂等で形成された所定厚さの絶縁層５４を、蒸着法、スパッタリング法、スピンコート法、シートによる貼り付け法等のいずれかを用いて形成する。
【００９９】
次いで、図３５に示す第３の工程において、先ず図３５（ａ）の断面図に示すように、絶縁層５４の上に、蒸着法、スパッタリング法、印刷法、電気めっき法等のいずれかを用いることにより、ゲート電極６を形成する金属層６ａを蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等で形成する。その後、図示しないがゲート電極６を形成する金属層６ａを、フォトレジストを用いたエッチング等によりパターニングし、全体形状を所要の形状に形成する。さらに、パターニングしたゲート電極６を形成する金属層６ａ等の上に、例えばポリイミド樹脂でなる保護絶縁膜１７をスピンコート法や、ポリイミドシートやイミドシート等の貼り付け法等のいずれかを用いて形成する。
【０１００】
続いて、図３５（ｂ）の断面図に示すように、保護絶縁膜１７をレーザー等によって、エミッタ３の上方に所定形状のエミッタ開口１１が形成されるようにパターニングを行う。これにより、エミッタ開口１１内にゲート電極６を形成する金属層６ａの上面が露出する。
【０１０１】
次いで、図３６に示す第４の工程において、先ず図３６（ａ）の断面図に示すように、パターニングした保護絶縁膜１７とエミッタ開口１１内に露出した金属層６ａの上にフォトレジスト２７を塗布し、露光・現像等によってフォトレジスト２７を、所定形状のエミッタ開口１１が形成されるようにパターニングする。
【０１０２】
続いて、図３６（ｂ）の断面図に示すように、パターニングしたフォトレジスト２７をマスクとして、エミッタ開口１１内に露出する金属層６ａをエッチングし、エミッタ開口１１を有するゲート電極６を形成する。これにより、エミッタ開口１１内に絶縁層５４の上面が露出する。
【０１０３】
次いで、図３７に示す第５の工程において、エミッタ開口１１内に露出する絶縁層５４を、ゲート電極６をマスクにしてエッチングあるいはレーザー等で除去する。絶縁層５４が、例えばＳｉＯ２の絶縁層である場合には、ＨＦ等の酸溶液を用いてエッチング除去する。続いて、絶縁層５４をマスクにして、Ｓｉ層５３をドライエッチングあるいはウェットエッチング等する。これにより、エミッタ開口１１が形成される。このエッチングによりＳｉ層５３は、厚さ方向だけでなく横方向にもエッチングされ、開口縁部分に絶縁層５４、ゲート電極６等がオーバーハング状態に残り、アンダーカット部分１１ａが形成される。さらに、エミッタ開口１１内底部分に露出するＳｉ酸化膜２６をＨＦ等の酸溶液を用いてエッチング除去し、エミッタ開口１１内にエミッタ３を露出させ、エミッタ金属層７にＳｉ酸化膜２６、Ｓｉ層５３、絶縁層５４を順に積層してなるカソード電極部５２が形成される。
【０１０４】
上記各工程を経て支持基板１２上にカソード電極部５２及びゲート電極６等を形成した後、さらに所定の離間距離を設けるようスぺーサ２２を間に設け、カソード電極部５２のエミッタ３の上方にアノード電極５を対向配置することによって、図３２に示す電界放出型冷陰極装置５１が形成される。
【０１０５】
そして、本実施形態は、以上の通りの構成を有していて、エミッタ金属層７の上面に所定厚さ、すなわちＳｉ基板２３をエミッタ３の高さより厚い薄層化したＳｉ層５３を設けてエミッタ３全体を覆うことにより、製造過程において発生するごみや汚れがエミッタ３の先端に付着することを防止でき、また製造過程におけるエミッタ３の先端を損傷してしまうといった事態を回避することができる。これにより、特に清浄度が高いクリーンルーム等で製造工程の各作業を行う必要がなくなるため、製造コストを低減することができる。
【０１０６】
さらに、エミッタ３を形成したエミッタ金属層７とゲート電極６の間に、薄膜のＳｉ酸化膜２６と、Ｓｉ基板２３を薄層化したＳｉ層５３、さらに所定厚さの絶縁層５４を設けるようにしているので、エミッタ３とゲート電極６との絶縁距離を大きく取ることができ、絶縁耐力を向上させることができる。
【０１０７】
なお、上記の第４の実施形態においては、エミッタ金属層７を、例えば１０μｍ厚と比較的厚く形成したものとしたが、図３８に示す変形形態のように、比較的薄い厚さ、例えばエミッタ３の高さ寸法（例えば０．７μｍ）と同程度、またはそれ以下の厚さにエミッタ金属層７ａを形成し、他の部分を第４の実施形態と同様に構成したものとしてもよい。すなわち、同一部分には同一符号を付した図３８において、エミッタ金属層７ａは、その層厚がエミッタ３の高さ寸法よりも薄いものとなっており、エミッタ３の形成部位の背面部分に、凹部５５が形成されている。そして、エミッタ金属層７ａが、凹部５５を接着材１３で埋め込むようにして支持基板１２に接着されている。
【０１０８】
また、このように構成された本変形形態の製造過程は、上記の第４の実施形態の各工程と同様のものとなっており、Ｓｉ基板２３にエミッタ金属層７ａを設ける工程が、図４０に断面図を示すようなものとなっている。すなわち、Ｓｉ酸化膜２６が形成されエミッタ用凹部２４が形成されたＳｉ基板２３に、スパッタリング法、蒸着法、電気めっき法等のいずれかを用い、略４角錐状のエミッタ用凹部２４を埋め込むようにして、例えばエミッタ用凹部２４の深さ寸法よりも薄いエミッタ金属層７ａを形成する。これにより、エミッタ用凹部２４にエミッタ３が形成され、エミッタ金属層７ａのエミッタ３の形成部位の背面部分に凹部５５が形成される。
【０１０９】
そして、このように構成された本変形形態においては、上記第４の実施形態で得られる効果の他に、エミッタ金属層７ａがエミッタ３の形成部位の背面部分に凹部５５を有しているため、この凹部５５が製造過程や運転状況によって生じる熱膨張差を吸収することができる。
【０１１０】
すなわち、例えばエミッタ金属層７ａとゲート電極６間の絶縁層５４，Ｓｉ層５３、Ｓｉ酸化膜２６の材料であるＳｉ、ＳｉＯ２、ポリイミド等とエミッタ金属層７ａでは線膨張係数が異なる。これら熱膨張係数が異なる材料同士の組み合わせでは、温度上昇する製造過程や運転状況によって、異材料間による熱膨張差が吸収できず、剥離やクラックが発生する問題がある。しかし、図３９に示すように、エミッタ金属層７ａに形成された凹部５５は、温度上昇に伴い２点鎖線で示す形状であったものが、エミッタ金属層７ａの熱膨張の伸びを実線矢印で示すように変形し、凹部５５で吸収する。エミッタ金属層７ａに設けられた複数のエミッタ３の全てに凹部５５が有り、またエミッタ３間は数十μm程度と小さく、その熱膨張の伸び量は小さいため、それぞれの凹部５５が小さいものであっても、異材料間の熱膨張差を吸収することができる。
【０１１１】
［第５の実施形態］
次に第５の実施形態を図４１乃至図４８により説明する。図４１は電界放出型冷陰極装置の縦断面図であり、図４２乃至図４８は電界放出型冷陰極装置の製造過程における第１の工程乃至第７の工程をそれぞれ示す断面図である。なお、本実施形態は、上記第１の実施形態と主としてカソード電極部の構成が、また第４の実施形態とは主としてＳｉ層が異なるものである。このため、第１の実施形態及び第４の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態及び第４の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【０１１２】
図４１において、電界放出型冷陰極装置６１は、例えば１０−６Ｔｏｒｒ程度の高真空状態に保持した真空空間２を間に設け、先鋭な先端を有する複数のエミッタ３が突設されたカソード電極部６２とアノード電極５とを、その間に所要の形状に形成されたゲート電極６を配置するようにして構成されている。そして、図示しない電源部によりエミッタ３とゲート電極６の間に所定の電位差を与えることで、エミッタ３から電子を放出させ、さらにアノード電極５に所定の電位を与えることで、放出された電子がアノード電極５に向かうよう動作する。
【０１１３】
カソード電極部６２は、カソード配線を兼ねると共に、例えば曲率半径が十数ｎｍ程度の先鋭な先端を有する略４角錐状に形成され、例えば高さが０．７μｍ程度の複数のエミッタ３が上面の所定部分に突設されたエミッタ金属層７と、このエミッタ金属層７の上面に絶縁膜のＳｉ酸化膜２６と数μｍ厚から数十μｍ厚に薄層化したＳｉ層６３、さらに、所定厚さのＳｉＯ２の絶縁体層６４を順に積層した構成となっている。そして、エミッタ３とエミッタ金属層７は、例えばＭｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ等の少なくとも１つの材料でなる、あるいは、いずれかを主材料としてなる導電材料により形成されている。また、エミッタ金属層７の上面に設けられたＳｉ酸化膜２６とＳｉ層６３、絶縁体層６４については、エミッタ３上方の所定部分にエミッタ開口１１が形成されており、エミッタ開口１１の内底部分に１つまたは複数のエミッタ３が露出するようになっている。なお、ゲート電極６は、Ｓｉ層６３と同じ位置にエミッタ開口１１が、内方に開口縁がせり出しオーバーハング状態となるように形成され、また全体形状が所要の形状となるように形成されている。
【０１１４】
また、このように構成されたカソード電極部６２は、支持基体である例えばガラスやセラミックス、金属等の材料で形成された支持基板１２の上面に、接着材１３によって固着され、支持されている。
【０１１５】
また、支持基板１２上に支持されたカソード電極部６２の絶縁体層６４の上面には、ゲート電極６が設けられている。さらに、ゲート電極６の上面には、例えばポリイミド樹脂で形成された所定厚さの保護絶縁膜１７が成層されている。またさらに、このように各成層されたゲート電極６、保護絶縁膜１７にも、エミッタ開口１１がＳｉ層５３と同じ位置に、開口縁部分が下方にアンダーカット部分１１ａを形成するようオーバーハング状態に形成されており、開口内底部分にエミッタ３が露出するようになっている。
【０１１６】
そして、このように構成されたものは、図４２乃至図４８に示す各工程を経ることによって形成される。
【０１１７】
すなわち、図４２に示す第１の工程において、先ず図４２（ａ）の断面図に示すように、ｐ型で（１００）結晶面方位のＳｉ単結晶で基板が形成され、基板中に所定厚さのＳｉＯ２の絶縁体層６４を有するＳＯＩ（Silicon  On  Insulator）基板６５の片面側６５ａを研磨し、片面側６５ａに所定厚（例えば１０μｍ厚以下）の薄層のＳｉ層６３を形成する。Ｓｉ層６３の形成後、Ｓｉ層６３の表面に、厚さ０．１μｍ程度のＳｉ酸化膜を形成する。このＳｉ酸化膜は、Ｓｉ窒化膜やレジスト等のいずれによって形成してもよい。
【０１１８】
続いて、形成したＳｉ酸化膜上にレジスト材をスピンコート法により塗布する。塗布、形成されたレジストに露光・現像等のパターニングを行い、エミッタ３を形成する所定部分に例えば１μｍ角の正方形開口を有するマスクを形成する。形成したマスクを用い、ＮＨ４・ＨＦ混合溶液によりＳｉ酸化膜のみを選択的にエッチングする。レジストを除去し、例えば１μｍ角の正方形開口が形成されたＳｉ酸化膜のマスクを得る。さらに、正方形開口が形成されたＳｉ酸化膜をマスクとし、ＫＯＨ水溶液等を用いてＳｉ層６３の異方性エッチングを行う。異方性エッチングを所定時間行った後、ＮＨ４・ＨＦ混合溶液によりＳｉ酸化膜を除去する。これにより、１μｍ角の正方形開口部分のＳｉ層６３に、深さ０．７μｍの略４角錐状のエミッタ用凹部２４を形成する。
【０１１９】
その後、図４２（ｂ）の断面図に示すように、略４角錐状のエミッタ用凹部２４内を含めてＳｉ層６３に、ウエット熱酸化法、スパッタリング法、ドライ熱酸化法等のいずれかの方法によりＳｉ酸化膜２６を形成する。
【０１２０】
次いで、図４３に示す第２の工程において、先ず図４３（ａ）の断面図に示すように、第４の実施形態と同様にして、ＳＯＩ基板６５のＳｉ酸化膜２６が形成されたＳｉ層６３に、スパッタリング法、蒸着法、印刷法、電気めっき法のいずれかを用い、略４角錐状のエミッタ用凹部２４を埋め込むようにして、例えば１０μｍ厚さのＮｉ層のエミッタ金属層７を形成し、加熱してエミッタ金属層７をＳｉ層６３に接合する。これにより、エミッタ用凹部２４にエミッタ３が形成されることになる。
【０１２１】
続いて、図４３（ｂ）の断面図に示すように、Ｓｉ層６３にエミッタ金属層７を形成したＳＯＩ基板６５を、エミッタ金属層７を接着材１３で接着するようにして、支持基体である例えばガラスやセラミックス、金属等の材料で形成された支持基板１２の上面に固定する。
【０１２２】
次いで、図４４に示す第３の工程において、ＳＯＩ基板６５の他面側６５ｂ、すなわちエミッタ金属層７を形成したＳｉ層６３とは反対側の面を、所定の厚さとなるまで、例えばＳｉＯ２の絶縁体層６４が露出する厚さにまで研磨及びエッチング等する。
【０１２３】
次いで、図４５に示す第４の工程において、先ず図４５（ａ）の断面図に示すように、研磨等した後の面である絶縁体層６４の上に、蒸着法、スパッタリング法、印刷法、電気めっき法等のいずれかを用いることにより、ゲート電極６を形成する金属層６ａを蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等で形成する。その後、図示しないがゲート電極６を形成する金属層６ａを、フォトレジストを用いたエッチング等によりパターニングし、全体形状を所要の形状に形成する。さらにゲート電極６を形成する金属層６ａの上に、例えばポリイミド樹脂でなる保護絶縁膜１７をスピンコート法や、ポリイミドシートやイミドシート等の貼り付け法等のいずれかを用いて形成する。
【０１２４】
続いて、図４５（ｂ）の断面図に示すように、保護絶縁膜１７をレーザー等によって、エミッタ３の上方に所定形状のエミッタ開口１１が形成されるようにパターニングを行う。これにより、エミッタ開口１１内にゲート電極６を形成する金属層６ａの上面が露出する。
【０１２５】
次いで、図４６に示す第５の工程において、パターニングした保護絶縁膜１７とエミッタ開口１１内に露出した金属層６ａの上にフォトレジスト２７を塗布し、露光・現像等によってフォトレジスト２７を、所定形状のエミッタ開口１１が形成されるようにパターニングする。
【０１２６】
次いで、図４７に示す第６の工程において、パターニングしたフォトレジスト２７をマスクとして、エミッタ開口１１内に露出する金属層６ａをエッチングし、エミッタ開口１１を有するゲート電極６を形成する。これにより、エミッタ開口１１内に絶縁体層６４の上面が露出する。
【０１２７】
次いで、図４８に示す第７の工程において、エミッタ開口１１内に露出する絶縁体層６４を、ゲート電極６をマスクにしてエッチングあるいはレーザー等で除去する。絶縁体層６４が、例えばＳｉＯ２である場合には、ＨＦ等の酸溶液を用いてエッチング除去する。続いて、絶縁体層６４をマスクにして、Ｓｉ層６３をドライエッチングあるいはウェットエッチング等する。これにより、エミッタ開口１１が形成される。このエッチングによりＳｉ層６３は、厚さ方向だけでなく横方向にもエッチングされ、開口縁部分に絶縁層６４、ゲート電極６等がオーバーハング状態に残り、アンダーカット部分１１ａが形成される。
【０１２８】
さらに、エミッタ開口１１内底部分に露出するＳｉ酸化膜２６をＨＦ等の酸溶液を用いてエッチング除去し、エミッタ開口１１内にエミッタ３を露出させ、エミッタ金属層７にＳｉ酸化膜２６、Ｓｉ層６３、絶縁体層６４を順に積層してなるカソード電極部６２が形成される。
【０１２９】
上記各工程を経て支持基板１２上にカソード電極部６２及びゲート電極６等を形成した後、さらに所定の離間距離を設けるようスぺーサ２２を間に設け、カソード電極部６２のエミッタ３の上方にアノード電極５を対向配置することによって、図４１に示す電界放出型冷陰極装置６１が形成される。
【０１３０】
そして、本実施形態は、以上の通りの構成を有することで、上述の第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３１】
なお、本実施形態においても、エミッタ金属層７を、上述の第４の実施形態で示した変形形態のエミッタ金属層７ａと同様に、その層厚がエミッタ３の高さ寸法と同程度、またはそれ以下の厚さの薄いものとすることにより、同様の効果が得られるものである。
【０１３２】
［第６の実施形態］
次に第６の実施形態を図４９及び図５０により説明する。図４９は電界放出型冷陰極装置の縦断面図であり、図５０は電界放出型冷陰極装置の横断面図である。なお、本実施形態は、上記第１の実施形態と主としてゲート電極の構成が異なるものである。このため、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【０１３３】
図４９及び図５０において、電界放出型冷陰極装置７１は、例えば１０−６Ｔｏｒｒ程度の高真空状態に保持した真空空間２を間に設け、先鋭な先端を有する複数のエミッタ３が突設されたカソード電極部４とアノード電極５とを、その間に所要の形状に形成されたゲート電極７２を配置するようにして構成されている。そして、図示しない電源部によりエミッタ３とゲート電極７２の複数条の狭幅の帯状ゲート電極膜７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，……，７２ｎの選択した電極膜の間に所定の電位差を与えることで、エミッタ３から電子を放出させ、さらにアノード電極５に所定の電位を与えることで、放出された電子がアノード電極５に向かうよう動作する。
【０１３４】
カソード電極部４は、カソード配線を兼ねると共に、例えば曲率半径が十数ｎｍ程度の先鋭な先端を有する略４角錐状に形成され、高さが例えば０．７μｍ程度の１つまたは複数複数のエミッタ３が、例えばＮｉ層で形成され、１つまたは複数ずつがマトリックス状に配置されるよう上面の所定部分に突設されたエミッタ金属層７と、このエミッタ金属層７の上下両面にそれぞれ設けられた例えばＣｕ膜で形成された同一厚さの上側保護膜８、下側保護膜９とを備えて構成されている。そして、上側保護膜８には、所定部分に所要形状のエミッタ開口１１が形成されており、エミッタ開口１１の内底部分に１つまたは複数のエミッタ３が露出するようになっている。さらに、カソード電極部４は、支持基体である例えばガラスやセラミックス、金属等の材料で形成された支持基板１２の上面に、接着材１３によって固着され、支持されている。なお、エミッタ金属層７の上面の所定位置には、エミッタ３の高さよりも若干高い４角錐台状に形成されたアライメントマーク１０が突設されている。
【０１３５】
また、カソード電極部４の上側保護膜８の上には、例えばポリイミド樹脂の絶縁膜１５を介してゲート電極７２が設けられている。ゲート電極７２は、ライン状（狭幅の帯状）に形成された複数条のゲート電極膜７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，……，７２ｎによって構成されており、各ゲート電極膜７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，……，７２ｎのライン方向は、マトリックス状に配置されたエミッタ３の一方の配列方向と同方向となっている。さらに、各ゲート電極膜７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，……，７２ｎには、ライン方向に等間隔にエミッタ開口１１が形成されており、その内底部分に、それぞれマトリックス状に配置されたエミッタ３が露出するようになっている。
【０１３６】
また、ゲート電極７２の複数条のゲート電極膜７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，……，７２ｎと、絶縁膜１５の上に、例えばポリイミド樹脂で形成された所定厚さの保護絶縁膜１７が成層されている。さらに保護絶縁膜１７にも、エミッタ開口１１が形成されている。なお、上側保護膜８上の絶縁膜１５、ゲート電極膜７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，……，７２ｎのうちの対応する位置にある電極膜、保護絶縁膜１７には、アライメントマーク１０上方の所定位置にアライメント開口１８が形成されており、開口内にアライメントマーク１０の上面が露出するようになっている。
【０１３７】
そして、上記のように構成された本実施形態は、上述の第１の実施形態と同様にして形成される。
【０１３８】
上記のように構成された本実施形態は、上述の第１の実施形態と同様の効果を有すると共に、ゲート電極７２がライン状となっているので、エミッタ３とゲート電極７２の各ゲート電極膜７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，……，７２ｎとの間に与える電位差をライン毎に選択することができる。このため、例えばアノード電極５のアノード電極膜２０を、ゲート電極７２の各ゲート電極膜７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，……，７２ｎのライン方向に直交する方向をライン方向とする複数条のものとすることで、ゲート電極膜７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，……，７２ｎのうちの電位が与えられた電極膜と、アノード電極膜２０の電位が与えられたラインとの交点の下方に位置するエミッタ３が選択され、選択されたエミッタ３から電子を放出することができることになる。さらに機能膜２１を、ゲート電極膜７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，……，７２ｎとライン化したアノード電極膜２０との各交点に対応する部分毎に独立させたものとし、各交点に対応するエミッタ３のうちから選択したものから電子を放出させることで、機能膜２１を各部分毎に例えば画素として動作させることができるようになる。
【０１３９】
［第７の実施形態］
次に第７の実施形態を図５１及び図５２により説明する。図５１は電界放出型冷陰極装置の縦断面図であり、図５２は電界放出型冷陰極装置の横断面図である。なお、本実施形態は、上記第３の実施形態と主としてゲート電極の構成が異なるものである。このため、第３の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第３の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【０１４０】
図５１及び図５２において、電界放出型冷陰極装置７５は、例えば１０−６Ｔｏｒｒ程度の高真空状態に保持した真空空間２を間に設け、先鋭な先端を有する複数のエミッタ３が突設されたカソード電極部４とアノード電極５とを、その間に所要の形状に形成された複数、例えば２つの第１ゲート電極７６、第２ゲート電極７７を配置するようにして構成されている。そして、図示しない電源部によりエミッタ３と第１ゲート電極７６の複数条の狭幅の帯状ゲート電極膜７６ａ，７６ｂ，７６ｃ，……，７６ｎ、第２ゲート電極７７の複数条の狭幅の帯状ゲート電極膜７７ａ，７７ｂ，７７ｃ，……，７７ｎの各選択した電極膜の間に所定の電位差を与えることで、エミッタ３から電子を放出させ、さらにアノード電極５に所定の電位を与えることで、放出された電子がアノード電極５に向かうよう動作する。またエミッタ３と第１ゲート電極７６、第２ゲート電極７７の電極膜との間に電位差を与える際、エミッタ３から離れた側（アノード電極５側）の第２ゲート電極７７に与える電位差を所定の値とすることで、放出電子がアノード電極５に対し広がって移動するのを抑制したり、放出電子の移動速度を加速したり、減速したりすることができる。
【０１４１】
カソード電極部４は、カソード配線を兼ねると共に、例えば曲率半径が十数ｎｍ程度の先鋭な先端を有する略４角錐状に形成され、高さが例えば０．７μｍ程度の１つまたは複数複数のエミッタ３が、例えばＮｉ層で形成され、１つまたは複数ずつがマトリックス状に配置されるよう上面の所定部分に突設されたエミッタ金属層７と、このエミッタ金属層７の上下両面にそれぞれ設けられた例えばＣｕ膜で形成された同一厚さの上側保護膜８、下側保護膜９とを備えて構成されている。そして、上側保護膜８には、所定部分に所要形状のエミッタ開口１１が形成されており、エミッタ開口１１の内底部分に１つまたは複数のエミッタ３が露出するようになっている。さらに、カソード電極部４は、支持基体である例えばガラスやセラミックス、金属等の材料で形成された支持基板１２の上面に、接着材１３によって固着され、支持されている。なお、エミッタ金属層７の上面の所定位置には、エミッタ３の高さよりも若干高い４角錐台状に形成されたアライメントマーク１０が突設されている。
【０１４２】
また、カソード電極部４の上側保護膜８の上面に、例えばポリイミド樹脂の絶縁膜１５ａを介し、等間隔のライン状（狭幅の帯状）に形成された複数条のゲート電極膜７６ａ，７６ｂ，７６ｃ，……，７６ｎにより構成された第１ゲート電極７６が設けられ、さらに第１ゲート電極７６の上面に、例えばポリイミド樹脂の絶縁膜１５ｂを介し、第１ゲート電極７６のライン方向に交差、例えば直交する方向に、同じく等間隔のライン状（狭幅の帯状）に形成された複数条のゲート電極膜７７ａ，７７ｂ，７７ｃ，……，７７ｎにより構成された第２ゲート電極７７が設けられている。なお、第１ゲート電極７６と第２ゲート電極７７の各ライン方向は、マトリックス状に配置されたエミッタ３の配列方向と同方向となっている。
【０１４３】
またさらに、絶縁膜１５ａ、第２ゲート電極７７の上面には、最上層を形成するように、例えばポリイミド樹脂で形成された所定厚さの保護絶縁膜１７が成層されている。そして、第１ゲート電極７６と第２ゲート電極７７の複数条の各電極膜には、ライン方向に等間隔にエミッタ開口１１が形成され、さらにその上層の保護絶縁膜１７にもエミッタ開口１１が形成されており、その内底部分に、それぞれマトリックス状に配置されたエミッタ３が露出するようになっている。なお、アライメントマーク１０上方の各膜には、対応する位置に、開口内にアライメントマーク１０の上面が露出するようにアライメント開口１８が形成されている。
【０１４４】
そして、上記のように構成された本実施形態は、上述の第３の実施形態と同様にして形成される。
【０１４５】
上記のように構成された本実施形態は、上述の第３の実施形態と同様の効果を有すると共に、第１、第２ゲート電極７６，７７がそれぞれライン状の交差直交するものとなっているので、エミッタ３と各第１、第２ゲート電極７６，７７の各ゲート電極膜７６ａ，７６ｂ，７６ｃ，……，７６ｎ，７７ａ，７７ｂ，７７ｃ，……，７７ｎとの間に与える電位差を各ライン毎に選択することができる。このため、第１、第２ゲート電極７６，７７の選択され電位が与えられた電極膜の交点に対応するエミッタ３から電子を放出することができることになる。なお、機能膜２１を、各第１、第２ゲート電極７６，７７の電極膜のライン交点に対応する部分毎に独立させたものとし、各交点に対応するエミッタ３のうちから選択したものから電子を放出させることで、機能膜２１を各部分毎に例えば画素として動作させることができるようになる。
【０１４６】
［第８の実施形態］
次に第８の実施形態を図５３及び図５４により説明する。図５３は電界放出型冷陰極装置の縦断面図であり、図５４は電界放出型冷陰極装置の図５３に直交する方向の縦断面図である。なお、本実施形態は、上記第１の実施形態と主として支持基板とカソード電極部の構成が異なるものである。このため、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【０１４７】
図５３及び図５４において、電界放出型冷陰極装置８１は、例えば１０−６Ｔｏｒｒ程度の高真空状態に保持した真空空間２を間に設け、先鋭な先端を有する複数のエミッタ３が突設されたカソード電極部８２とアノード電極５とを、その間に所要の形状に形成されたゲート電極６を配置するようにして構成されている。そして、図示しない電源部によりエミッタ３とゲート電極６の間に所定の電位差を与えることで、エミッタ３から電子を放出させ、さらにアノード電極５に所定の電位を与えることで、放出された電子がアノード電極５に向かうよう動作する。
【０１４８】
カソード電極部８２は、カソード配線を兼ねると共に、例えば曲率半径が十数ｎｍ程度の先鋭な先端を有する略４角錐状に形成され、例えば高さが０．７μｍ程度の複数のエミッタ３が上面の所定部分に突設された直方体形状のライン状（狭幅の帯状）をなすエミッタ金属層７と、このエミッタ金属層７の上下両面にそれぞれ設けられた上側保護膜８、下側保護膜９とを備えて構成されている。そして、エミッタ３とエミッタ金属層７は、例えばＭｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ等の少なくとも１つの材料でなる、あるいは、いずれかを主材料としてなる導電材料により形成されている。また上側保護膜８は、エミッタ３が突設されているエミッタ金属層７の上面に、エミッタ３上方にエミッタ開口１１が形成されるよう設けられている。なお、エミッタ開口１１は、その内底部分に１つまたは複数のエミッタ３が露出するようになっている。
【０１４９】
また、上側保護膜８と下側保護膜９の材料については、エミッタ金属層７の材料と異なったもので、製造過程での温度上昇でエミッタ金属層７の材料と結合しない材料であり、さらに、エミッタ金属層７にダメージを与えない材料となっている。また上側保護膜８と下側保護膜９とは、エミッタ金属層７の表側と裏側との間での熱変形力をバランスさせ、変形が生じないよう両者の熱膨張率が略同じものとなっており、例えば１０μｍ程度の厚さのＮｉ層で形成されたエミッタ金属層７に対し、両保護膜８，９は、エミッタ３の高さよりも厚い、数μｍ（２〜５μｍ程度）の厚さのＣｕ膜で形成した同一材料、同一厚さのものとなっている。なお、エミッタ３の大きさが大きくなり、高さが高くなった場合には、それに応じて両保護膜８，９の厚さも厚いものとなり、また両保護膜８，９は温度変化に対して変形量が略等しく、両保護膜８，９間の力がエミッタ金属層７の表側と裏側とでバランスするよう熱膨張率が略等しい異種材料の異なる厚さのものの組み合わせ等でもよく、金属膜に限るものでもない。
【０１５０】
また、上側保護膜８の上には、例えばポリイミド樹脂を所定厚さに成層した絶縁膜１５と、その上に導電材料を薄厚に成層したゲート電極６が設けられている。さらに、ゲート電極６の上面には、例えばポリイミド樹脂で形成された所定厚さの保護絶縁膜１７が成層されている。
【０１５１】
また、このように構成されたカソード電極部８２は、支持基体である例えばガラスやセラミックス等の絶縁材料で形成された支持基板８３の上部の所定方向に複数条削設された断面形状が凹形状の細長くライン状の支持溝８４内に、それぞれ接着材１３によって固着され、支持されている。なお、支持溝８４の深さは、支持したカソード電極部８２のエミッタ金属層７の上面が、支持基板８３の上面と同じ高さとなる程度となっている。また、支持基板８３の支持溝８４が削設されていない部分の上面にも、カソード電極部８２と同様に、上側保護膜８と同様構成の保護膜８５と、絶縁膜１５、さらにゲート電極６を形成した金属層６ａ、保護絶縁膜１７が、支持基板８３の上面から順に成層されている。
【０１５２】
そして、上記のように構成された本実施形態は、上述の第１の実施形態の第３の工程で得たエミッタ金属層７の両面に上側保護膜８と下側保護膜９を備えた３層構造部材を、直方体形状のライン状（狭幅の帯状）に形成した後、保護膜８５が成層された支持基板８３の支持溝８４内に固着する。さらに、３層構造部材を支持した支持基板８３の上側保護膜８と保護膜８５の上に絶縁膜１５を成層し、さらに、ゲート電極６を形成する金属層６ａ、保護絶縁膜１７を成層する。その後、上側保護膜８上の各膜、各層をそれぞれエッチングやレーザー等を用いて除去し、さらにアノード電極５を設けることにより形成される。
【０１５３】
その結果、上記のように構成された本実施形態は、上述の第１の実施形態と同様の効果を有すると共に、カソード電極部８２のエミッタ金属層７を支持溝８４内に支持している構成であるため、エミッタ金属層７間の絶縁が、支持溝８４間に設けられる溝壁によって確保されることになり、絶縁性能が向上したものとなる。
【０１５４】
［第９の実施形態］
次に第９の実施形態を図５５乃至図６２により説明する。図５６は電界放出型冷陰極装置の縦断面図であり、図５６乃至図６２は電界放出型冷陰極装置の製造過程における第１の工程乃至第７の工程をそれぞれ示す断面図である。なお、本実施形態は、上記第４の実施形態と主として支持基板とカソード電極部分の構成が異なるものである。このため、第４の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第４の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【０１５５】
図５５において、電界放出型冷陰極装置９１は、例えば１０−６Ｔｏｒｒ程度の高真空状態に保持した真空空間２を間に設け、先鋭な先端を有する複数のエミッタ３が突設されたカソード電極９２とアノード電極５とを、その間に所要の形状に形成されたゲート電極６を配置するようにして構成されている。そして、図示しない電源部によりエミッタ３とゲート電極６の間に所定の電位差を与えることで、エミッタ３から電子を放出させ、さらにアノード電極５に所定の電位を与えることで、放出された電子がアノード電極５に向かうよう動作する。
【０１５６】
カソード電極９２は、例えば曲率半径が十数ｎｍ程度の先鋭な先端を有する略４角錐状に形成され、例えば高さが０．７μｍ程度の複数のエミッタ３と、カソード配線を兼ねると共にエミッタ３が上面の所定部分に突設された直方体形状でライン状（狭幅の帯状）をなす複数条のエミッタ金属層７とで構成されている。さらにカソード電極９２は、支持基体である例えばガラスやセラミックス等の絶縁材料で形成された支持基板９３の上部の所定方向に複数条削設された断面が凹形状の細長くライン状の支持溝９４内に、それぞれ接着材１３によって固着され、支持されている。
【０１５７】
また、カソード電極９２を支持した支持基板９３上には、絶縁膜のＳｉ酸化膜２６と数μｍ厚から数十μｍ厚に薄層化したＳｉ層５３、さらに、例えばＳｉＯ２あるいはＳｉＮ、ポリイミド樹脂等でなる所定厚さに成層した絶縁層５４を順に積層するようにして構成されている。そして、エミッタ３とエミッタ金属層７は、例えばＭｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ等の少なくとも１つの材料でなる、あるいは、いずれかを主材料としてなる導電材料により形成されている。
【０１５８】
さらに、支持基板９３上の絶縁層５４の上面には、ゲート電極６が設けられ、ゲート電極６の上面には、例えばポリイミド樹脂で形成された所定厚さの保護絶縁膜１７が成層されている。またさらに、このように各成層されたＳｉ酸化膜２６とＳｉ層５３、絶縁層５４、さらにゲート電極６、保護絶縁膜１７には、エミッタ３上方の所定部分にエミッタ開口１１が形成されており、エミッタ開口１１の内底部分に１つまたは複数のエミッタ３が露出するようになっている。
【０１５９】
そして、このように構成されたものは、第１の実施形態における第１の工程を経て、Ｓｉ基板２３の表面の所定部分に深さ０．７μｍの略４角錐状のエミッタ用凹部２４が形成され、さらにエミッタ用凹部２４内を含め表面にＳｉ酸化膜２６が形成されたＳｉ基板２３を得、さらに、図５６乃至図６２に示す各工程を経ることによって形成される。
【０１６０】
すなわち、図５６に示す第１の工程において、先ず図５６（ａ）の断面図に示すように、第１の実施形態と同様にして、Ｓｉ酸化膜２６が形成されたＳｉ基板２３に、スパッタリング法、蒸着法、印刷法、電気めっき法のいずれかを用い、略４角錐状のエミッタ用凹部２４を埋め込むようにして、例えば１０μｍ厚さのＮｉ層のエミッタ金属層７を形成し、加熱してエミッタ金属層７をＳｉ基板２３に接合する。これにより、エミッタ用凹部２４にエミッタ３が形成されることになる。
【０１６１】
続いて、図５６（ｂ）の断面図に示すように、エミッタ金属層７を形成したＳｉ基板２３の接合側の反対面にレジスト９５を塗布し、露光・現像によりパターニングして、エミッタ３形成部分の背面にライン状にレジスト９５を残したマスクを形成する。
【０１６２】
次いで、図５７に示す第２の工程において、前工程で形成したマスクを用い、エミッタ金属層７とＳｉ酸化膜２６をそれぞれエッチングして、Ｓｉ基板２３にライン状に形成した複数条のエミッタ金属層７を形成する。
【０１６３】
次いで、図５８に示す第３の工程において、先ず図５８（ａ）の断面図に示すように、予め反応性イオンエッチングで所定部分に所定形状の支持溝９４を形成した支持基板９３に、ライン状のエミッタ金属層７が形成されたＳｉ基板２３を、支持溝９４内に接着剤１３でエミッタ金属層７を固着するようにしながら固定する。
【０１６４】
続いて、図５８（ｂ）の断面図に示すように、Ｓｉ基板２３のエミッタ金属層７を形成した面の反対面を、エミッタ用凹部２４に達しない厚さの数μｍから数十μｍ（例えば２μｍ〜５０μｍ程度）の厚さにまで研磨し、薄層化してＳｉ層５３を形成する。
【０１６５】
次いで、図５９に示す第３の工程において、Ｓｉ層５３の研磨した面上に、例えばＳｉＯ２あるいはＳｉＮ、ポリイミド樹脂等で形成された所定厚さの絶縁層５４を、蒸着法、スパッタリング法、スピンコート法、シートによる貼り付け法等のいずれかを用いて形成する。さらに絶縁層５４の上に、蒸着法、スパッタリング法、印刷法、電気めっき法等のいずれかを用いることにより、ゲート電極６を形成する金属層６ａを蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等で形成する。その後、図示しないがゲート電極６を形成する金属層６ａを、フォトレジストを用いたエッチング等によりパターニングし、全体形状を所要の形状に形成する。またさらにゲート電極６を形成する金属層６ａの上に、例えばポリイミド樹脂でなる保護絶縁膜１７をスピンコート法や、ポリイミドシートやイミドシート等の貼り付け法等のいずれかを用いて形成する。
【０１６６】
次いで、図６０に示す第５の工程において、先ず図６０（ａ）の断面図に示すように、保護絶縁膜１７をレーザー等によって、エミッタ３の上方に所定形状のエミッタ開口１１が形成されるようにパターニングを行う。これにより、エミッタ開口１１内にゲート電極６を形成する金属層６ａの上面が露出する。
【０１６７】
続いて、図６０（ｂ）の断面図に示すように、パターニングした保護絶縁膜１７とエミッタ開口１１内に露出した金属層６ａの上にフォトレジスト２７を塗布し、露光・現像等によってフォトレジスト２７を、所定形状のエミッタ開口１１が形成されるようにパターニングする。
【０１６８】
次いで、図６１に示す第６の工程において、パターニングしたフォトレジスト２７をマスクとして、エミッタ開口１１内に露出する金属層６ａをエッチングし、エミッタ開口１１を有するゲート電極６を形成する。これにより、エミッタ開口１１内に絶縁層５４の上面が露出する。
【０１６９】
次いで、図６２に示す第７の工程において、エミッタ開口１１内に露出する絶縁層５４を、ゲート電極６をマスクにしてエッチングあるいはレーザー等で除去する。絶縁層５４が、例えばＳｉＯ２の絶縁層である場合には、ＨＦ等の酸溶液を用いてエッチング除去する。続いて、絶縁層５４をマスクにして、Ｓｉ層５３をドライエッチングあるいはウェットエッチング等する。これにより、エミッタ開口１１が形成される。このエッチングによりＳｉ層５３は、厚さ方向だけでなく横方向にもエッチングされ、開口縁部分に絶縁層５４、ゲート電極６等がオーバーハング状態に残り、アンダーカット部分１１ａが形成される。さらに、エミッタ開口１１内底部分に露出するＳｉ酸化膜２６をＨＦ等の酸溶液を用いてエッチング除去し、エミッタ開口１１内にエミッタ３を露出させて、複数条のエミッタ金属層７でなるカソード電極９２を形成する。
【０１７０】
上記各工程を経て支持基板９３にカソード電極９２及びゲート電極６等を形成した後、さらに所定の離間距離を設けるようスぺーサ２２を間に設け、カソード電極部５２のエミッタ３の上方にアノード電極５を対向配置することによって、図５５に示す電界放出型冷陰極装置９１が形成される。
【０１７１】
そして、このように構成された本実施形態においては、上述の第４の実施形態と同様の効果を有すると共に、複数条のエミッタ金属層７でなるカソード電極９２を、支持基板９３の支持溝９４内に支持している構成であるため、エミッタ金属層７間の絶縁が、支持溝９４間に形成される溝壁によって確保されることになり、絶縁性能が向上したものとなる。
【０１７２】
［第１０の実施形態］
次に第１０の実施形態を図６３及び図６４により説明する。図６３は電界放出型冷陰極装置の冷陰極部の平面図であり、図６４は電界放出型冷陰極装置の冷陰極部の縦断面図である。なお、本実施形態は、上記第１の実施形態と主として支持基体の構成が異なるものである。このため、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【０１７３】
図６３及び図６４において、電界放出型冷陰極装置１０１は、例えば１０−６Ｔｏｒｒ程度の高真空状態に保持した真空空間２を間に設け、先鋭な先端を有する複数のエミッタ３が突設されたカソード電極部４と図示しないアノード電極５とを、その間に所要の形状に形成されたゲート電極６を配置するようにして構成されている。そして、図示しない電源部によりエミッタ３とゲート電極６の間に所定の電位差を与えることで、エミッタ３から電子を放出させ、さらにアノード電極５に所定の電位を与えることで、放出された電子がアノード電極５に向かうよう動作する。
【０１７４】
カソード電極部４は、例えば曲率半径が十数ｎｍ程度の先鋭な先端を有する略４角錐状に形成され、例えば高さが０．７μｍ程度の複数のエミッタ３が上面の所定部分に突設された、例えば所定層厚のＮｉ層でなるエミッタ金属層７と、このエミッタ金属層７の上下両面にそれぞれ設けられた所定材料、例えばＣｕ膜でなる所定厚さの上側保護膜８、下側保護膜９とを備えて構成されている。
【０１７５】
また、上側保護膜８の上には、例えばポリイミド樹脂を所定厚さに成層した絶縁膜１５と、その上に導電材料を薄厚に成層したゲート電極６が設けられている。さらに、ゲート電極６の上面には、例えばポリイミド樹脂で形成された所定厚さの保護絶縁膜１７が成層され、カソード電極部４の上にゲート電極６を配した所定の大きさの冷陰極部１０２が構成される。なお、ゲート電極６については、必要に応じ設けなくてもよい。
【０１７６】
そして、上記ように構成された複数の冷陰極部１０２は、支持基体である例えばガラスやセラミックス等の絶縁材料で形成され、冷陰極部１０２よりも大きい比較的大面積の支持基板１０３の上面の所定位置に、それぞれ接着材１３により固定される。さらに、複数の冷陰極部１０２が固定された支持基板１０３に対し、図示しないが、所定離間距離を設けて冷陰極部１０２に対向するようアノード電極５が配置されて、大型の電界放出型冷陰極装置１０１が形成される。なお、１０４は、支持基板１０３に形成される等して設けられた各冷陰極部１０２の電極線であり、外部の図示しない回路と接続に用いられる。
【０１７７】
そして、上記のように構成された本実施形態は、上述の第１の実施形態の第３の工程で得たエミッタ金属層７の両面に上側保護膜８と下側保護膜９を備えた３層構造部材を、仮基板に接着し、さらに第１の実施形態の第５の工程から第１０の工程までを行い、ゲート電極６等を形成する。その後、仮基板を分離し、３層構造部材にゲート電極６等が形成されたフィルム状の各冷陰極部１０２を形成する。そして、形成した各冷陰極部１０２を支持基板１０３の所定位置に固定し、アノード電極５を配置することにより形成される。
【０１７８】
その結果、上記のように構成された本実施形態は、上述の第１の実施形態と同様の効果を有すると共に、通常、装置サイズを大きくする場合には、それに対応した大型の金型や製造装置等が必要となり、製造コストが高くなるものが、任意形状を有するサイズの大きい装置を、複数の製造し易く低廉なサイズの冷陰極部１０２によって形成でき、安価な製造コストで実現することができる。また電極線１０４を介し、外部回路により支持基板１０３上の複数の冷陰極部１０２を選択し、独立にあるいは連係して適宜動作させることができる。なお、冷陰極部１０２については、先ず上側保護膜８にエミッタ開口１１を形成せずに支持基板１０３に固定し、その後、実装した状態で内底部にエミッタ３が露出するようにエミッタ開口１１を形成する。このように、最後にエミッタ開口１１を形成することによって、実装過程等においてエミッタ３を損傷する虞がなくなり、製造歩留まりを向上させることができる。
【０１７９】
［第１１の実施形態］
次に第１１の実施形態を図６５及び図６６により説明する。図６５は電界放出型冷陰極装置の冷陰極部の斜視図であり、図６６は電界放出型冷陰極装置の冷陰極部の縦断面図である。なお、本実施形態は、上記第１及び第１０の実施形態と主として支持基体の構成が異なるものである。このため、第１及び第１１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【０１８０】
図６５及び図６６において、電界放出型冷陰極装置１０５は、例えば１０−６Ｔｏｒｒ程度の高真空状態に保持した真空空間２を間に設け、先鋭な先端を有する複数のエミッタ３が突設されたカソード電極部４と図示しないアノード電極５とを、その間に所要の形状に形成されたゲート電極６を配置するようにして構成されている。そして、図示しない電源部によりエミッタ３とゲート電極６の間に所定の電位差を与えることで、エミッタ３から電子を放出させ、さらにアノード電極５に所定の電位を与えることで、放出された電子がアノード電極５に向かうよう動作する。
【０１８１】
カソード電極部４は、例えば曲率半径が十数ｎｍ程度の先鋭な先端を有する略４角錐状に形成され、例えば高さが０．７μｍ程度の複数のエミッタ３が上面の所定部分に突設された、例えば所定層厚のＮｉ層でなるエミッタ金属層７と、このエミッタ金属層７の上下両面にそれぞれ設けられた所定材料、例えばＣｕ膜でなる所定厚さの上側保護膜８、下側保護膜９とを備えて構成されている。
【０１８２】
また、上側保護膜８の上には、例えばポリイミド樹脂を所定厚さに成層した絶縁膜１５と、その上に導電材料を薄厚に成層したゲート電極６が設けられている。さらに、ゲート電極６の上面には、例えばポリイミド樹脂で形成された所定厚さの保護絶縁膜１７が成層され、カソード電極部４の上にゲート電極６を配した所定の大きさの冷陰極部１０２が構成される。なお、ゲート電極６については、必要に応じ設けなくてもよい。
【０１８３】
そして、上記ように構成された複数の冷陰極部１０２は、例えばガラスやセラミックス等の絶縁材料で形成された、断面形状が円形や楕円、長円等の筒体や柱体、またそれらの部分体などでなる支持基体である、例えば支持円筒体１０６の曲面状外面に、接着材１３により固定される。さらに、冷陰極部１０２が固定された支持円筒体１０６に対し、図示しないが、所定離間距離を設けて冷陰極部１０２に対向するようアノード電極５が配置されて、筒体状の電界放出型冷陰極装置１０５が形成される。
【０１８４】
そして、上記のように構成された本実施形態は、第１０の実施形態と同様にして、フィルム状の冷陰極部１０２を形成する。そして、形成した冷陰極部１０２を支持円筒体１０６の曲面状外面に固定し、アノード電極５を配置することにより形成される。
【０１８５】
その結果、上記のように構成された本実施形態は、上述の第１の実施形態と同様の効果を有すると共に、支持基体を例えば円筒状とすることで、直方体形状の装置に比較し真空空間２の形成が容易となり、コストを低減することができ、例えば照明装置等に利用可能となる。また、冷陰極部１０２については、第１０の実施形態と同様に、先ず上側保護膜８にエミッタ開口１１を形成せずに支持円筒体１０６に固定し、その後、実装した状態で最後にエミッタ開口１１を形成することによって、エミッタ３の損傷が防止でき、製造歩留まりを向上させることができる。
【０１８６】
なお、上記の各実施形態においては、ゲート電極の上に保護絶縁膜１７を設けるようにしたが、装置の製造過程が充分クリーンな環境である場合等においては、特に設けなくてもよい。
【０１８７】
また、上述の各実施形態において、エミッタ３をエミッタ金属層の所定部分だけに突設させたものについては、上述の第２の実施形態と同様に、複数のエミッタ３をエミッタ金属層の上面の全面に分布するよう突設させたものでもよい。さらに、ゲート電極をカソード電極の上方に１層だけ設けたものについては、カソード電極の上方に複数のゲート電極をそれぞれの間に絶縁膜を設けるようにして設け、各ゲート電極にそれぞれ所定の電位を与えることで、放出電子の移動をより複雑なものにするようにしてもよい。
【０１８８】
また、上述の第１０、第１１の実施形態において、フィルム状の冷陰極部１０２の固着する側の面に、冷陰極部１０２と略同じ熱膨張率の材料の補強板を予め固着しておき、補強板を介在させて支持基体に固着するようにしてもよい。
【０１８９】
またさらに、本発明は、上述した各実施形態に記載した範囲で、各構成、各工程を種々組み合せるようにして構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１９０】
【図１】本発明の第１の実施形態である電界放出型冷陰極装置を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第１の工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第２の工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第３の工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第４の工程を示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第５の工程を示す断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第６の工程を示す断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第７の工程を示す断面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第８の工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第９の工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第１０の工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態である電界放出型冷陰極装置を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態である電界放出型冷陰極装置を示す横断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第１の工程を示す図で、図１４（ａ）はＳｉ基板の平面図、図１４（ｂ）及び図１４（ｃ）はＳｉ基板の断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第２の工程を示す断面図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第３の工程を示す断面図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第４の工程を示す断面図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第５の工程を示す断面図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第６の工程を示す断面図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第７の工程を示す断面図である。
【図２１】本発明の第２の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第８の工程を示す断面図である。
【図２２】本発明の第３の実施形態である電界放出型冷陰極装置を示す縦断面図である。
【図２３】本発明の第３の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第１の工程を示す断面図である。
【図２４】本発明の第３の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第２の工程を示す断面図である。
【図２５】本発明の第３の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第３の工程を示す断面図である。
【図２６】本発明の第３の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第４の工程を示す断面図である。
【図２７】本発明の第３の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第５の工程を示す断面図である。
【図２８】本発明の第３の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第６の工程を示す断面図である。
【図２９】本発明の第３の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第７の工程を示す断面図である。
【図３０】本発明の第３の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第８の工程を示す断面図である。
【図３１】本発明の第３の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第９の工程を示す断面図である。
【図３２】本発明の第４の実施形態である電界放出型冷陰極装置を示す縦断面図である。
【図３３】本発明の第４の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第１の工程を示す断面図である。
【図３４】本発明の第４の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第２の工程を示す断面図である。
【図３５】本発明の第４の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第３の工程を示す断面図である。
【図３６】本発明の第４の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第４の工程を示す断面図である。
【図３７】本発明の第４の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第５の工程を示す断面図である。
【図３８】本発明の第４の実施形態における電界放出型冷陰極装置の変形形態の要部を示す断面図である。
【図３９】本発明の第４の実施形態における電界放出型冷陰極装置の変形形態におけるエミッタ部分の温度対応を説明する図である。
【図４０】本発明の第４の実施形態における電界放出型冷陰極装置の変形形態の製造工程を示す断面図である。
【図４１】本発明の第５の実施形態である電界放出型冷陰極装置を示す縦断面図である。
【図４２】本発明の第５の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第１の工程を示す断面図である。
【図４３】本発明の第５の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第２の工程を示す断面図である。
【図４４】本発明の第５の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第３の工程を示す断面図である。
【図４５】本発明の第５の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第４の工程を示す断面図である。
【図４６】本発明の第５の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第５の工程を示す断面図である。
【図４７】本発明の第５の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第６の工程を示す断面図である。
【図４８】本発明の第５の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第７の工程を示す断面図である。
【図４９】本発明の第６の実施形態である電界放出型冷陰極装置を示す縦断面図である。
【図５０】本発明の第６の実施形態である電界放出型冷陰極装置を示す横断面図である。
【図５１】本発明の第７の実施形態である電界放出型冷陰極装置を示す縦断面図である。
【図５２】本発明の第７の実施形態である電界放出型冷陰極装置を示す横断面図である。
【図５３】本発明の第８の実施形態である電界放出型冷陰極装置を示す縦断面図である。
【図５４】本発明の第８の実施形態である電界放出型冷陰極装置の図５３に直交する方向の縦断面図である。
【図５５】本発明の第９の実施形態である電界放出型冷陰極装置を示す縦断面図である。
【図５６】本発明の第９の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第１の工程を示す断面図である。
【図５７】本発明の第９の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第２の工程を示す断面図である。
【図５８】本発明の第９の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第３の工程を示す断面図である。
【図５９】本発明の第９の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第４の工程を示す断面図である。
【図６０】本発明の第９の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第５の工程を示す断面図である。
【図６１】本発明の第９の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第６の工程を示す断面図である。
【図６２】本発明の第９の実施形態における電界放出型冷陰極装置の冷陰極部製造過程の第７の工程を示す断面図である。
【図６３】本発明の第１０の実施形態である電界放出型冷陰極装置の冷陰極部を示す平面図である。
【図６４】本発明の第１０の実施形態である電界放出型冷陰極装置の冷陰極部を示す縦断面図である。
【図６５】本発明の第１１の実施形態である電界放出型冷陰極装置の冷陰極部を示す斜視図である。
【図６６】本発明の第１１の実施形態である電界放出型冷陰極装置の冷陰極部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【０１９１】
１…電界放出型冷陰極装置
３…エミッタ
４…カソード電極部
５…アノード電極
７…エミッタ金属層
８…上側保護膜
９…下側保護膜
１１…エミッタ開口
１２…支持基板
【図１】
2007273364.tif 000003
【図２】
2007273364.tif 000004
【図３】
2007273364.tif 000005
【図４】
2007273364.tif 000006
【図５】
2007273364.tif 000007
【図６】
2007273364.tif 000008
【図７】
2007273364.tif 000009
【図８】
2007273364.tif 000010
【図９】
2007273364.tif 000011
【図１０】
2007273364.tif 000012
【図１１】
2007273364.tif 000013
【図１２】
2007273364.tif 000014
【図１３】
2007273364.tif 000015
【図１４】
2007273364.tif 000016
【図１５】
2007273364.tif 000017
【図１６】
2007273364.tif 000018
【図１７】
2007273364.tif 000019
【図１８】
2007273364.tif 000020
【図１９】
2007273364.tif 000021
【図２０】
2007273364.tif 000022
【図２１】
2007273364.tif 000023
【図２２】
2007273364.tif 000024
【図２３】
2007273364.tif 000025
【図２４】
2007273364.tif 000026
【図２５】
2007273364.tif 000027
【図２６】
2007273364.tif 000028
【図２７】
2007273364.tif 000029
【図２８】
2007273364.tif 000030
【図２９】
2007273364.tif 000031
【図３０】
2007273364.tif 000032
【図３１】
2007273364.tif 000033
【図３２】
2007273364.tif 000034
【図３３】
2007273364.tif 000035
【図３４】
2007273364.tif 000036
【図３５】
2007273364.tif 000037
【図３６】
2007273364.tif 000038
【図３７】
2007273364.tif 000039
【図３８】
2007273364.tif 000040
【図３９】
2007273364.tif 000041
【図４０】
2007273364.tif 000042
【図４１】
2007273364.tif 000043
【図４２】
2007273364.tif 000044
【図４３】
2007273364.tif 000045
【図４４】
2007273364.tif 000046
【図４５】
2007273364.tif 000047
【図４６】
2007273364.tif 000048
【図４７】
2007273364.tif 000049
【図４８】
2007273364.tif 000050
【図４９】
2007273364.tif 000051
【図５０】
2007273364.tif 000052
【図５１】
2007273364.tif 000053
【図５２】
2007273364.tif 000054
【図５３】
2007273364.tif 000055
【図５４】
2007273364.tif 000056
【図５５】
2007273364.tif 000057
【図５６】
2007273364.tif 000058
【図５７】
2007273364.tif 000059
【図５８】
2007273364.tif 000060
【図５９】
2007273364.tif 000061
【図６０】
2007273364.tif 000062
【図６１】
2007273364.tif 000063
【図６２】
2007273364.tif 000064
【図６３】
2007273364.tif 000065
【図６４】
2007273364.tif 000066
【図６５】
2007273364.tif 000067
【図６６】
2007273364.tif 000068