(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に電気的に接続される炭素系材料からなる電界放出冷陰極を有すると共に、前記電界放出冷陰極から離間して配設されるゲート電極を有する冷陰極装置の作製方法において、
前記基板上に絶縁層を介在して第１の方向の第１のゲート電極を形成する工程と、ゲート電極間絶縁膜を介在して前記第１のゲート電極に交差する第２の方向の第２のゲート電極を形成する工程と、前記第１のゲート電極と前記第２のゲート電極とが交差する領域に前記基板から前記第１および第２のゲート電極を貫通する陰極孔を形成する工程と、前記第１のゲート電極と第２のゲート電極それぞれに所定の電圧を印加して、前記陰極孔内の前記基板から伸びる炭素系材料による１つ又は複数の突起からなる電界放出冷陰極の生成を制御する工程とを備えることを特徴とする冷陰極装置の作製方法。
【請求項２】
基板上に形成された陰極母線及び該陰極母線に電気的に接続される炭素系材料からなる電界放出冷陰極を有すると共に、前記電界放出冷陰極から離間して配設されるゲート電極を有する冷陰極装置の作製方法において、
前記基板上に前記陰極母線を形成する工程と、絶縁層を介在して前記陰極母線に交差する前記ゲート電極を形成する工程と、前記陰極母線と前記ゲート電極とが交差する領域に前記陰極母線から前記ゲート電極を貫通する陰極孔を形成する工程と、前記陰極母線と前記ゲート電極間に所定のバイアス電圧を印加し、前記陰極孔内の前記陰極母線表面から伸びる炭素系材料による１つ又は複数の突起からなる電界放出冷陰極を、その形成される領域を選択して形成する工程とを備えることを特徴とする冷陰極装置の作製方法。
【請求項３】
請求項２に記載の冷陰極装置の作製方法において、
前記陰極母線と前記ゲート電極間に印加するバイアス電圧を制御し、前記炭素系材料による突起の堆積速度と堆積量とを調節することを特徴とする冷陰極装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の内の何れか１項に記載の冷陰極装置の作製方法において、
前記基板を加熱あるいは冷却して、前記炭素系材料による突起の堆積速度と堆積量とを調節することを特徴とする冷陰極装置の作製方法。
【請求項５】
請求項２または３に記載の冷陰極装置の作製方法において、
前記冷陰極と前記ゲート電極間に第１の電圧を印加すると共に、前記陰極孔の前面に配置された電極と前記冷陰極間に第２の電圧を印加して、前記炭素系材料による突起からの放出電流を計測し、前記炭素系材料による突起の形成を制御することを特徴とする冷陰極装置の作製方法。
【請求項６】
請求項５に記載の冷陰極装置の作製方法において、
前記放出電流の計測と、前記炭素系材料による突起の形成とを交互に行うことを特徴とする冷陰極装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷陰極装置の作製方法に関し、特に、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏ−Ｔｕｂｅ）あるいはカーボンファイバなど炭素材料を用い、電界で電子を放出する電界放出冷陰極に近接して電子引き出し用のゲート電極を設けて電子放出電圧を低減し、電子放出効率を向上させた冷陰極をアレイ化し配列した冷陰極装置の作成方法に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷陰極装置は、先端が尖鋭なコーン形状をもつ陰極とそれを取り囲むゲート電極との間に電圧を印加して、電界で陰極先端から電子を放出させるスピント型と称される構造が一般的であった。スピント型の冷陰極装置の電子放出効率は、陰極表面に形成される電界集中と、陰極材料の仕事関数φや表面物性などの諸特性とによって大きく左右されていた。
【０００３】
電界集中は、冷陰極の尖鋭度や冷陰極／ゲート電極間距離で決定されるので、従来の冷陰極装置では、効率の大幅な改善はリソグラフィを中心とする微細加工技術の精度向上に依存していた。また、スピント型の冷陰極装置は、主としてＭｏ（モリブデン）やＮｉ（ニッケル）等の高融点金属の蒸着や、シリコンなどの選択エッチングと熱酸化とにより作製されていた。
【０００４】
また、微細加工を必要としない冷陰極装置として、ＭＩＭ型（Ｍｅｔａｌ／Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ／Ｍｅｔａｌ）やＭＩＳ型（Ｍｅｔａｌ／Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ／Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の面放出型の冷陰極装置があった。面放出型の冷陰極装置では、ミクロな電界集中の精度は不明であるが、非晶質炭素、ダイヤモンドやダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ：Ｄｉａｍｏｎｎｄ−Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）、あるいは窒化アルミニウム（ＡＩＮ）や窒化ボロン（ＢＮ）などが試されてきた。これらのバンドギャップの大きい半導体の幾つかは、負性電子親和力（ＮＥＡ：Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ａｆｆｉｎｉｔｙ）特性を持ち、高硬度性能や科学的安定性等の特性を有するとして期待されていたが、はっきりとした高効率電子放出効果は実証されていない。
【０００５】
これらに対して、近年、ＣＴＮやカーボンファイバーなどが良好な電子放出特性を示すことが明らかとなり注目され、蛍光表示管やディスプレイが試作されるに至っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
従来のＣＮＴやカーボンファイバーを冷陰極とした冷陰極装置は、電子放出開始電圧が小さく、電子放出効率が大きいので、ＣＮＴ冷陰極装置はアーク放電、電着、あるいは化学的気相堆積法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等によって基板に作製され、これを蛍光体などの陽極と対向させてディスプレイや蛍光表示管が試作されている。
【０００７】
典型的なＣＶＤ法では、ＣＮＴ冷陰極はハイドロカーボン系材料の熱分解や、プラズマによる分解で堆積させていたので、基板を８００〜１０００度の高温に保持する必要があった。また、原料の供給も堆積チャンバに原料ガスを導入することによって行う必要があったので、ＣＶＤ法では平面の表面を有する基板に作製されていた。このために、ディスプレイや蛍光表示管では、ＣＮＴ冷陰極の形成後にゲート電極構造をＣＮＴ冷陰極に近接して作製することが困難であった。
【０００８】
このために、従来では、ＣＮＴ冷陰極とゲート電極とをそれぞれ別々の基板に作製した後に、それぞれの基板を張り合わせることによって、ディスプレイや蛍光表示管を作製していた。しかしながら、ＣＮＴ冷陰極とゲート電極との間隔をスピント型のように１ミクロン程度以下にすることが困難であったために、この方法では電子放出電圧を大幅に低減させることはできなかった。
【０００９】
ＣＮＴやカーボンファイバを冷陰極とするディスプレイの研究では、その大型化のためにＣＮＴをペースト化して陰極母線を作製しておき、スペーサを介して蛍光体陽極と対向させる構造が提案されている。しかしながら、この方法にあっても、ＣＮＴペースト冷陰極に近接してゲート電極を作製することは困難であるので、電子放出効率を大幅に改善させることができなかった。
【００１０】
また、スピント型のように、ゲート電極構造を有する基板にＣＮＴを直接形成するにしても、ＣＮＴは数ミクロンと長いので、絶縁膜の厚さを厚くしなければならず、従来の基板に酸化膜、ゲート電極を堆積して陰極孔を形成するスピント型冷陰極の作製方法では、ＣＮＴ電極とゲート電極との距離を微細に調節することが困難であった。
【００１１】
本発明の目的は、電子放出効率を改善させることが可能な技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、ＣＮＴ電極とゲート電極との距離を微細に調節することが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１３】
（１）基板に電気的に接続される炭素系材料からなる電界放出冷陰極を有すると共に、前記電界放出冷陰極から離間して配設されるゲート電極を有する冷陰極装置の作製方法において、前記基板上に絶縁層を介在して第１の方向の第１のゲート電極を形成する工程と、ゲート電極間絶縁膜を介在して前記第１のゲート電極に交差する第２の方向の第２のゲート電極を形成する工程と、前記第１のゲート電極と前記第２のゲート電極とが交差する領域に前記基板から前記第１および第２のゲート電極を貫通する陰極孔を形成する工程と、前記第１のゲート電極と第２のゲート電極それぞれに所定の電圧を印加して、前記陰極孔内の前記基板から伸びる炭素系材料による１つ又は複数の突起からなる電界放出冷陰極の生成を制御する工程とを備える。
【００１４】
（２）基板上に形成された陰極母線及び該陰極母線に電気的に接続される炭素系材料からなる電界放出冷陰極を有すると共に、前記電界放出冷陰極から離間して配設されるゲート電極を有する冷陰極装置の作製方法において、前記基板上に前記陰極母線を形成する工程と、絶縁層を介在して前記陰極母線に交差する前記ゲート電極を形成する工程と、前記陰極母線と前記ゲート電極とが交差する領域に前記陰極母線から前記ゲート電極を貫通する陰極孔を形成する工程と、前記陰極母線と前記ゲート電極間に所定のバイアス電圧を印加し、前記陰極孔内の前記陰極母線表面から伸びる炭素系材料による１つ又は複数の突起からなる電界放出冷陰極を、その形成される領域を選択して形成する工程とを備える。
【００１７】
前述した（２）の手段によれば、基板上に陰極母線を被着する工程と、絶縁層を介して陰極母線に交差するゲート電極を被着する工程と、陰極母線とゲート電極とが交差する領域に陰極母線からゲート電極面を貫通する陰極孔を形成する工程と、ゲート電極の形成後に陰極孔内の陰極母線表面から伸びる炭素系材料による１つ又は複数の突起からなる電界放出冷陰極を形成する工程とによって、下記の原理の項に示すように、炭素系材料による突起で形成される電界放出冷陰極と、ゲート電極との距離を微細に調節することができるので、電子放出効率を向上させることができる。
【００１８】
このとき、炭素系材料による突起の形成時に、陰極母線とゲート電極間に所定のバイアス電圧を印加して、陰極孔内の陰極母線表面から伸びる炭素系材料による突起の形成領域を選択して形成することによって、陰極母線とゲート電極とが交差する領域毎に炭素系材料による突起の形成を選択的に制御することができるので、各領域毎の突起の大きさを均一にすることが可能となり、個々の電界放出冷陰極の特性を均一にすることができる。
【００２１】
（原理）
本発明によるゲート電極付きＣＮＴ冷陰極装置の構造例と作製方法とを図１に従って説明する。図１の（ａ）は３行×３列の冷陰極装置の平面図であり、図１の（ｂ）は図１の（ａ）に示すＡ−Ａ’線での断面図である。
【００２２】
図１において、１０１は陰極母線、１０２はゲート電極母線、１０３は陰極孔、１０４は基板ガラス、１０５は絶縁膜、１０６はＣＮＴ冷陰極、１０７はＣＮＴ堆積原料を示す。
【００２３】
スピント型冷陰極のように、基板ガラス１０４の上面に３列の陰極母線１０１を形成し、その上に厚膜の絶縁膜１０５を形成する。さらに、この絶縁膜１０５の上部に３行のゲート電極母線１０２を形成する。これに対して、ＣＮＴを堆積する領域となる陰極孔１０３を陰極母線１０１が露出する深さまでリソグラフィー法などで形成する。
【００２４】
ＣＮＴの堆積については、ＣＶＤ法などで、基板に例えば負バイアス電圧を印加しないと形成できない堆積条件を選ぶ。すなわち、図１の（ｂ）では、負バイアス電圧を印加された陰極母線１０１上のみにＣＮＴがされることとなる（図１の例では、ｉ＝ｎ列）。この堆積条件では、バイアス電圧を印加しないか、もしくは正バイアス電圧を印加すると堆積が起こらないので、図１の（ａ）の例で、ｊ＝ｎ−１及びｊ＝ｎ＋１行のゲート電極母線１０２に正バイアス電圧を加えると、結局、ｉ＝ｎ及びｊ＝ｎの陰極孔のみにＣＮＴがされることになる。一般に、ＣＶＤ法などによる薄膜堆積では、正イオンが膜の堆積に寄与する場合が多いことが分かっており、ＣＮＴのＣＶＤ法による堆積でも、基板に負バイアス電圧を印加することにより、ＣＮＴの堆積が促進される条件領域がある。特に、ＣＮＴの堆積では、触媒金属が必要である場合が多く、図１に示す陰極母線１０１は、この触媒金属で作製する。
【００２５】
陰極母線１０１に負バイアス電圧が印加された状態で、ゲート電極母線１０２に正バイアスを印加して陰極母線１０１へのＣＮＴ堆積原料１０７の流入を阻止する場合、必要な正バイアス電圧の大きさは、陰極孔１０３の直径とその深さ、及び原料中の堆積イオン種、陰極母線１０１の負バイアス電圧に大きく依存するので、予め設定した堆積条件の下で正バイアス電圧の最適化条件を実験等で決定しておく。
【００２６】
このように、陰極母線１０１及びゲート電極母線１０２に印加するバイアス電圧で、個々の陰極孔１０３への成長種の流れ、すなわち堆積速度を制御することができる。
【００２７】
以上の方法で、ＣＮＴ冷陰極の長さ、すなわち陰極／ゲート電極間距離の調整は、以下のように行う。
陰極母線１０１に負電圧を印加し、ゲート電極母線１０２をアースに接地するかあるいは正電圧を印加して、個々のＣＮＴ冷陰極１０６の電子放出特性を測定する。このとき、放射電流は、堆積基板の上方に置いた図示しない陽極により測定する。ＣＮＴ堆積中あるいはＣＮＴ堆積と放射電流計測とを交互に行い、該当する個々のＣＮＴ冷陰極１０６からの放射電流が所定値となるまで堆積を進め、この値に達したＣＮＴ冷陰極１０６については、上記の方法で堆積が停止するように設定する。
【００２８】
以上の方法により、個々のＣＮＴ冷陰極１０６とゲート電極母線１０２との距離を一定に作製し、電子放出特性のバラツキの小さいＣＮＴ冷陰極１０６をアレイ状に配置した冷陰極装置を作製することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、発明の実施の形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。
なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００３０】
（実施の形態１）
図２は本発明による実施の形態１のゲート電極付きＣＮＴ冷陰極装置の構造と作製方法とを説明するための図であり、以下、図２に基づいて、実施の形態１のゲート電極付きＣＮＴ冷陰極装置の作製方法を説明する。ただし、図２中の（ａ）は冷陰極装置の平面図であり、図２中の（ｂ）は図２の（ａ）に示すＡ−Ａ’線での断面図である。なお、以下の説明では、電界放出冷陰極として、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）を形成する場合について説明するが、電界放出冷陰極としては周知のカーボンファイバなど炭素材料を用いた他の冷陰極を形成する場合でもよいことはいうまでもない。また、以下の説明では、基板として絶縁性のガラス基板１０４の上面にＣＮＴ冷陰極をアレイ状に配置した冷陰極装置を形成する場合について説明するが、原料基板としては導電性の導電性シート等でもよいことはいうまでもない。
【００３１】
まず、図２（１）の（ａ）に示すように、基板となるガラス基板１０４に陰極母線１０１となる感光性ペーストを堆積した後に、リソグラフィー法などにより列方向のラインに加工する。特に実施の形態１では、陰極母線１０２は、図２（１）の（ｂ）に示すように、ガラス基板１０４の上面に形成され、２本の陰極母線１０１がそれぞれ独立されている。
【００３２】
次に、図２（２）に示すように、周知のリフロー技術によって数ミクロン以下の厚さのフォト埋め込み用ガラスペーストとしてＰＳＧ（ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）等を堆積し、このフォト埋め込み用ガラスペーストを絶縁層（ゲート絶縁層）１０５とする。次に、陰極母線１０１となる感光性ペーストと同様にして、ゲート絶縁層１０５の上面に感光性ペーストを堆積した後に、列ラインと直交する行方向のラインであるゲート電極母線１０２を作製する。従って、各陰極母線１０１と各ゲート電極母線１０２とは、数ミクロン以下の厚さすなわち厚膜のゲート絶縁層１０５により離間された構造となる。なお、陰極母線１０１とゲート電極母線１０２とが交差するときの角度は、直角に限定されるものではない。
【００３３】
次に、図２（３）の（ｂ）に示すように、前述までの工程によって作製した基板に対して、リソグラフィー法などにより、ＣＮＴ形成領域としての陰極孔１０３をゲート電極母線１０２の側から陰極母線１０１が露出する深さまで形成する。このときの陰極孔１０３は、例えば、図２（３）の（ａ）に示すように、ゲート絶縁層１０５を介して陰極母線１０１とゲート電極母線１０２とが交差する領域のそれぞれに行方向３×列方向３個が形成される構造となっている。
【００３４】
次に、図２（４）に示すように、陰極母線１０１を堆積触媒金属として、周知のＣＶＤ法や電着法などで陰極孔１０３に電界放出冷陰極となるＣＮＴ（カーボンナノチューブ）冷陰極１０６を形成する。このときのＣＮＴ冷陰極１０６は、堆積原料１０７が炭素系材料となるので、陰極母線１０１の表面方向から陰極孔１０３の開口方向に向かった複数本の突起であるＣＮＴが形成されることとなる。
【００３５】
ＣＮＴ冷陰極１０６の堆積厚さ（あるいは長さ）の制御は、図３に示すように、同一の図示しない真空容器内で、堆積途中にあるＣＮＴ冷陰極１０６からの放射電流を検出することによって行う。
【００３６】
すなわち、図３の（ａ）に示すように、図示しない真空容器内でＣＮＴ冷陰極１０６／ゲート電極１０２構造を有する基板に対して、ＣＮＴ冷陰極１０６の堆積を行う工程と、図３の（ｂ）に示すように、堆積と同じ図示しない真空容器内で基板の直上に放射電流検出用のシャッター３０１を移動させ、ＣＮＴ冷陰極１０６／ゲート電極１０２間に第１の電源３０２を設けて所定の電圧Ｖｇを印加すると共に、シャッター３０１／ＣＮＴ冷陰極１０６間に第２の電源３０３と電流計３０４とを設けて所定の電圧Ｖａを印加した時のシャッター３０１／ＣＮＴ冷陰極１０６間の電流である放射電流Ａを検出する工程とを、放電電流３０５が所望の値になるまで交互に繰り返し、電流計３０４で計測される放電電流３０５が所望の値になったところで堆積を停止する。なお、ＣＮＴ冷陰極１０６の堆積を行う工程において、陰極母線１０１とゲート電極母線１０２との間に印加するバイアス電圧の条件については、前述の原理の項の条件に従う。
【００３７】
このとき、ＣＮＴ冷陰極１０６厚さあるいは長さは放射電流量によって特定することが可能となるので、本実施の形態１では放射電流Ａを監視することによって、ＣＮＴ冷陰極１０６厚さあるいは長さが所望の値となるように正確に形成できる。ただし、図３の（ｂ）に示す１枚の板状の放電電流検出用のシャッター３０１を、例えばメッシュ状（網状）の板で形成することによって、ＣＮＴ冷陰極１０６の堆積中であっても放電電流３０５を検出できるので、ＣＮＴ冷陰極１０６のより正確な堆積を行うことができる。
【００３８】
その結果、実施の形態１の冷陰極装置を真空気密容器内に配置すると共に、個の真空気密容器内で冷陰極装置と対向する位置にアノードとなる電極を配置し、このアノード電極の冷陰極装置側に周知の蛍光体を配置することによって、文字やグラフィックス等を表示する蛍光発光型の表示装置を形成することができる。従って、陰極母線１０１及びゲート電極母線１０２並びにアノード電極間に所定電圧の駆動信号を供給することによって、冷陰極装置のＣＮＴ冷陰極１０６から放出された電子により蛍光体が発光し、各電極の形成パターンや駆動信号に応じた文字やグラフィックス等の発光表示あるいは発光素子としての発光表示を行うことができる。このとき、実施の形態１の冷陰極装置では、ＣＮＴ冷陰極１０６に近接してゲート電極１０２が形成された構造となり、ＣＮＴ冷陰極１０６からの電子放出効率が大幅に向上しているので、低電圧駆動で高輝度の発光表示を得ることができる。また、実施の形態１の冷陰極装置では、電子放出源となるＣＮＴ冷陰極１０６の厚さあるいは長さが揃っているので、表示むらを大幅に低減した高品位の発光表示を得ることができる。
【００３９】
（実施の形態２）
図４は本発明による実施の形態２のゲート電極付きＣＮＴ冷陰極装置の構造と作製方法とを説明するための図であり、実施の形態２のゲート電極付きＣＮＴ冷陰極装置はＣＮＴ冷陰極をＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて作製したものである。
【００４０】
図４において、４０１は基板シリコン、４０２は絶縁層、４０３はＳＯＩ層、４０４は第１ゲート電極母線、４０５はゲート電極間絶縁膜、４０６は第２ゲート電極母線、４０７はＣＮＴ触媒金属、４０８はＣＮＴ冷陰極、４０９はＣＮＴ堆積原料を示す。
図４（１）に示すように、実施の形態２では、基板シリコン４０１の上に絶縁層４０２を介してＳＯＩ層４０３が形成された基板を用いる。
【００４１】
まず、図４（２）に示すように、上側の薄膜シリコンすなわちＳＯＩ層４０３をリソグラフィーなどにより、列方向の第１ゲート電極母線（列ライン）４０４として加工する。
【００４２】
次に、図４（３）に示すように、第１ゲート電極母線４０４を熱酸化することによって、第１ゲート電極母線４０４の表面（露出された面）にゲート電極間絶縁膜４０５を形成する。なお、ゲート電極間絶縁膜４０５の形成法としては、第１ゲート電極母線４０４にＣＶＤ法や蒸着法などによって、酸化シリコンや窒化シリコンの絶縁膜を堆積させてもよい。
【００４３】
次に、図４（４）に示すように、第２ゲート電極母線（行ライン）４０６とするための金属材料を蒸着等で堆積した後に、第１ゲート電極母線４０４と直交するように、堆積した金属材料層をリソグラフィー法などで加工し、行方向の第２ゲート電極母線４０６を形成する。
【００４４】
次に、図４（５）に示すように、前述する工程によって作製された基板に対して、冷陰極形成部に基板シリコン４０１に達するまでの深さの陰極孔１０３を形成し、この陰極孔１０３に露出した基板シリコン４０１に対して、ＣＮＴ冷陰極４０８の選択的堆積のための触媒金属（ＮｉやＣｏ等）４０７を堆積する。ただし、実施の形態２では、冷陰極形成部はゲート電極間絶縁膜４０５を介して、第１ゲート電極母線４０４と第２ゲート電極母線４０６とが交差する領域となる。
【００４５】
次に、図４（６）に示すように、ＣＮＴ触媒金属４０７を基板としてＣＶＤ法などによって、ＣＮＴ冷陰極４０８を堆積する。ただし、このＣＮＴ冷陰極４０８の堆積に際しては、行方向及び列方向の第１及び第２ゲート電極母線４０４，４０６に電圧を印加して、個々の電子放出特性が均一となるように電圧の制御を行う。すなわち、負バイアス電圧で堆積が促進する条件を選択した場合においては、基板シリコン４０１に原理の項に従った負バイアス電圧を印加しておく。これに対して、第１及び第２ゲート電極母線４０４，４０６に正バイアス電圧を印加して、陰極孔１０３内に堆積種が入り込むのを防止するか、あるいは無バイアスとして負バイアスの堆積触媒金属まで堆積種を送り込むかすることによって、個々の冷陰極のＣＮＴ冷陰極４０８の長さを調節する。
【００４６】
図５は実施の形態２の冷陰極装置の駆動方法を説明するための図であり、図６は実施の形態２の冷陰極装置の駆動信号を説明するための図である。以下、図５及び図６に基づいて、実施の形態２のＳＯＩ基板を用いて作製した冷陰極アレイの電子放出動作について説明する。ただし、図５の（ａ）は実施の形態２の冷陰極装置の概略構成を説明するための上面図であり、図５の（ｂ）は図５の（ａ）に示すＡ−Ａ’線での断面図である。
【００４７】
図５の（ａ）に示す第１ゲート電極４０４は複数本作製された第１ゲート電極４０４の内のｉ−１列目（ただし、ｉは１以上の自然数）とｉ列目との２本の第１ゲート電極４０４を示しており、第２ゲート電極４０６は複数本作製された第２ゲート電極４０６の内の第ｊ行目（ただし、ｊは１以上の自然数）の第２ゲート電極４０６を示している。従って、以下の説明では、説明を簡単にするための第ｉ列目の第１ゲート電極４０４と第ｊ行目の第２ゲート電極４０６とが交差する領域５０３にある９個の陰極孔１０３に形成されるＣＮＴ冷陰極４０８からの電子放出動作についてのみ説明する。
【００４８】
図５の（ｂ）に示すように、実施の形態２の冷陰極装置では、ＣＮＴ冷陰極４０８（基板シリコン４０１）と第ｉ列目の第１ゲート電極４０４間に第３の電源５０１を配置し、予備電圧Ｖ１を印加する。この予備電圧Ｖ１は、図６の（ａ）の電圧波形に示すように、ｉ列に対応するＣＮＴ冷陰極１０３からの電子放出開始電圧Ｖｓ以下に設定される。従って、第３の電源５０１からの予備電圧Ｖ１の印加では、ＣＮＴ冷陰極４０８からの放出電子の放出はない。
【００４９】
次に、第ｉ列目の第１ゲート電極４０４と第ｊ行目の第２ゲート電極４０６間に第４の電源５０２を配置し、図６の（ｂ）に示す電圧Ｖ２を印加する。ただし、第４の電源５０２からの印加電圧Ｖ２は、電圧（Ｖｓ−Ｖ１）以上の電圧である。
【００５０】
従って、図６の（ｃ）に示すように、ｉｊ点に対応する領域内の陰極孔１０３に形成されたＣＮＴ冷陰極４０８には、電圧（Ｖ１＋Ｖ２）が印加されることになる。このとき、Ｖ２は電圧（Ｖｓ−Ｖ１）以上に設定されているすなわち電圧（Ｖ１＋Ｖ２）が電子放出開始電圧Ｖｓよりも大きく設定されているので、ｉｊ点に対応する領域内の陰極孔１０３に形成されたＣＮＴ冷陰極４０８のみから電子が放出されることとなる。
【００５１】
その結果、任意の第１ゲート電極４０４と第２ゲート電極４０６とが交差する領域毎にＣＮＴ冷陰極４０８の形成を監視し制御することが可能となるので、同一基板内におけるＣＮＴ冷陰極４０８の長さを揃えることができる。
【００５２】
すなわち、実施の形態１と同様に、実施の形態２の冷陰極装置を用いて蛍光発光型の表示装置を形成した場合であっても、電子放出源となるＣＮＴ冷陰極１０６の厚さあるいは長さが揃っているので、表示むらを大幅に低減した高品位の発光表示を得ることができる。
【００５３】
また、実施の形態２の冷陰極装置では、ＣＮＴ冷陰極４０８からの電子放出を制御する第２ゲート電極４０６をＣＮＴ冷陰極４０８の近傍に作製することができるので、ＣＮＴ冷陰極４０８からの電子放出効率を大幅に向上でき、低電圧駆動で高輝度の発光表示を得ることができる。
【００５４】
（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３の冷陰極装置の作製方法を説明するための図である。
図７に示すように、実施の形態３のＣＶＤ装置では、冷陰極装置を作製する原料基板であるガラス基板１０４を所望の位置に固定する基板ホルダー７０１には、例えばその内部に基板ホルダー本体及びこの基板ホルダー７０１に支持される基板を冷却するための冷却媒体を通過させるための複数本の冷却孔７０２が配置されており、この冷却孔７０２に冷却媒体を通過させることによって、基板ホルダー７０１及びこの基板ホルダー７０１に固定される基板を冷却させる構成となっている。
【００５５】
また、実施の形態３では、基板ホルダー７０１に固定される基板上の任意の位置にレーザー光７０３を照射するための図示しないレーザー装置が備えられており、例えば予め設定した陰極孔１０３の位置情報とＣＮＴ冷陰極１０６の堆積量（厚さあるいは長さ）とに応じて、ＣＮＴ冷陰極１０６の堆積量の小さい陰極孔１０３を含む領域にレーザー光７０３を照射する構成となっている。なお、レーザー光７０３の照射範囲を小さくすることによって、各陰極孔１０３毎にレーザー光７０３を照射してもよいことはいうまでもない。
【００５６】
次に、図７に基づいて、実施の形態３での冷陰極装置の作製方法について説明する。ただし、ＣＮＴ冷陰極１０６の堆積を除く他の陰極母線１０１やゲート電極母線１０２等の作製方法は、実施の形態１，２の冷陰極装置と同様となるので、以下の説明では、ＣＮＴ冷陰極１０６の作製方法についてのみ説明する。
【００５７】
ＣＮＴ冷陰極１０６の堆積が所望の厚さ（長さ）に近い領域と、遅れている領域とがある場合には、まずガラス基板１０４を固定する基板ホルダー７０１を冷却して堆積速度を低下させる。次に、ＣＮＴ冷陰極１０６の堆積の遅れている領域にのみレーザー光７０３を照射して加熱を行い、堆積を促進させる。なお、ＣＮＴ冷陰極１０６の堆積は、前述の原理の項に従ったバイアス電圧を陰極母線１０１及びゲート電極母線１０２に印加することによって、選択的に行う。
【００５８】
このように、ガラス基板１０４を加熱あるいは冷却することによって、基板内で一様な厚さ（長さ）のＣＮＴ冷陰極１０６を堆積することができる。
その結果、実施の形態１，２と同様に、実施の形態３の冷陰極装置を用いて蛍光発光型の表示装置を形成した場合であっても、電子放出源となるＣＮＴ冷陰極１０６の厚さあるいは長さが揃っているので、表示むらを大幅に低減した高品位の発光表示を得ることができる。
【００５９】
ただし、以上の説明は、ガラス基板１０４の加熱によってＣＮＴ冷陰極１０６の堆積が加速され、冷却によってＣＮＴ冷陰極１０６の堆積が減速される場合についてである。従って、ＣＮＴ冷陰極１０６の堆積条件が逆の場合、すなわちガラス基板１０４の加熱によってＣＮＴ冷陰極１０６の堆積が減速され、冷却によってＣＮＴ冷陰極１０６の堆積が加速される場合には、前述した条件を逆にすることによって、同一ガラス基板１０４の陰極孔１０３に形成されたＣＮＴ冷陰極１０６の厚さあるいは長さを同一の基板内で揃えることが可能となることはいうまでもない。
【００６０】
また、以上の説明では、実施の形態１の冷陰極装置の作製方法に冷陰極装置の原料基板であるガラス基板１０４の加熱及び冷却とを組み合わせた場合について説明したが、実施の形態２の作製方法に原料基板の加熱及び冷却とを補助的に組み合わせても前述した効果が得られることはいうまでもない。
【００６１】
なお、実施の形態１〜３では、冷陰極装置を蛍光発光型の表示装置に使用した場合についてのみ説明したが、本発明の冷陰極装置の適用範囲は表示装置に限定されることはなく、例えば光導電膜と組み合わせた撮像素子や高周波素子、磁気センサー等に適用できることはいうまでもない。この場合にも、冷陰極からの電子放出効率を向上させることができるので、撮像素子に適用した場合には撮像感度を向上でき、高周波素子に適用した場合には周波数特性が改善でき、磁気センサーに適用した場合には検出感度及び精度を向上させることができる。
【００６２】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００６３】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）陰極孔の作製に続く冷陰極内への冷陰極の作製が同一の装置内でできるので、ＣＮＴ電極とゲート電極との距離を微細に調節することができる。
（２）ＣＮＴ電極とゲート電極との距離を微細に調節することができるので、電子放出効率を向上させることができる。
（３）冷陰極装置の各冷陰極の厚さもしくは長さを一様に揃えることができるので、冷陰極装置で蛍光発光型の表示装置を作成した場合の表示むらを大幅に低減した高品位の発光表示を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるゲート電極付きＣＮＴ冷陰極装置の構造例と作製方法との原理を説明するための図である。
【図２】本発明による実施の形態１のゲート電極付きＣＮＴ冷陰極装置の構造と作製方法とを説明するための図である。
【図３】本発明による実施の形態１のＣＮＴ冷陰極装置の作製過程における冷陰極の電子放出特性の測定方法を説明するための図である。
【図４】本発明による実施の形態２のゲート電極付きＣＮＴ冷陰極装置の構造と作製方法とを説明するための図である。
【図５】実施の形態２の冷陰極装置の駆動方法を説明するための図である。
【図６】実施の形態２の冷陰極装置の駆動信号を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態３の冷陰極装置の作製方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１…陰極母線                    １０２…ゲート電極母線
１０３…陰極孔                      １０４…基板ガラス
１０５…絶縁膜                      １０６，４０８…ＣＮＴ冷陰極
１０７，４０９…ＣＮＴ堆積原料      ３０１…シャッター
３０２…第１の電源                  ３０３…第２の電源
３０４…電流計                      ３０５…放電電流
４０１…基板シリコン                ４０２…絶縁層
４０３…ＳＯＩ層                    ４０４…第１ゲート電極母線
４０５…ゲート電極間絶縁膜          ４０６…第２ゲート電極母線
４０７…ＣＮＴ触媒金属              ５０１…第３の電源
５０２…第４の電源                  ５０３…交差領域
７０１…基板ホルダー                ７０２…冷却孔
７０３…レーザー光
【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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