JP2002134017A - Method of manufacturing cold-cathode field electron emission display device and method of manufacturing anode panel for cold-cathode field electron emission display device - Google Patents
Method of manufacturing cold-cathode field electron emission display device and method of manufacturing anode panel for cold-cathode field electron emission display deviceInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極電界電子放
出表示装置用のアノードパネルの製造方法、及び、かか
る製造方法を適用した冷陰極電界電子放出表示装置の製
造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an anode panel for a cold cathode field emission display, and a method for manufacturing a cold cathode field emission display to which the manufacturing method is applied.
【0002】[0002]
【従来の技術】テレビジョン受像機や情報端末機器に用
いられる表示装置の分野では、従来主流の陰極線管(C
RT)から、薄型化、軽量化、大画面化、高精細化の要
求に応え得る平面型(フラットパネル型)の表示装置へ
の移行が検討されている。このような平面型の表示装置
として、液晶表示装置(LCD)、エレクトロルミネッ
センス表示装置(ELD)、プラズマ表示装置(PD
P)、冷陰極電界電子放出表示装置(FED:フィール
ドエミッションディスプレイ)を例示することができ
る。このなかでも、液晶表示装置は情報端末機器用の表
示装置として広く普及しているが、据置き型のテレビジ
ョン受像機に適用するには、高輝度化や大型化に未だ課
題を残している。これに対して、冷陰極電界電子放出表
示装置は、熱的励起によらず、量子トンネル効果に基づ
き固体から真空中に電子を放出することが可能な冷陰極
電界電子放出素子(以下、電界放出素子と呼ぶ場合があ
る)を利用しており、高輝度及び低消費電力の点から注
目を集めている。2. Description of the Related Art In the field of display devices used for television receivers and information terminal equipment, the conventional mainstream cathode ray tubes (C
RT) to a flat-panel (flat-panel) display device that can meet the demands for thinner, lighter, larger screen, and higher definition. As such a flat display device, a liquid crystal display device (LCD), an electroluminescence display device (ELD), a plasma display device (PD)
P), a cold cathode field emission display (FED: field emission display). Among them, the liquid crystal display device is widely used as a display device for information terminal equipment, but there is still a problem in high brightness and large size for application to a stationary television receiver. . On the other hand, a cold cathode field emission display device is a cold cathode field emission device (hereinafter, referred to as a field emission device) capable of emitting electrons from a solid into a vacuum based on a quantum tunnel effect without using thermal excitation. (Which may be referred to as an element), and has attracted attention in terms of high luminance and low power consumption.
【0003】電界放出素子を利用した冷陰極電界電子放
出表示装置(以下、表示装置と呼ぶ場合がある)の模式
的な一部端面図を図3に示し、カソードパネルCPの模
式的な部分的斜視図を図4に示す。図示した電界放出素
子は、円錐形の電子放出部15を有する、所謂スピント
(Spindt)型電界放出素子と呼ばれるタイプの素
子である。この電界放出素子は、支持体10上に形成さ
れたカソード電極11と、支持体10及びカソード電極
11上に形成された絶縁層12と、絶縁層12上に形成
されたゲート電極13と、ゲート電極13及び絶縁層1
2に設けられた開口部14と、開口部14の底部に位置
するカソード電極11上に形成された円錐形の電子放出
部15から構成されている。一般に、カソード電極11
とゲート電極13とは、これらの両電極の射影像が互い
に直交する方向に各々ストライプ状に形成されており、
これらの両電極の射影像が重複する部分に相当する領域
(1画素分の領域に相当する。この領域を、以下、重複
領域と呼ぶ)に、通常、複数の電界放出素子が配列され
ている。更に、かかる重複領域が、カソードパネルCP
の有効領域(実際の表示画面として機能する領域)内
に、通常、2次元マトリクス状に配列されている。FIG. 3 is a schematic partial end view of a cold cathode field emission display device (hereinafter, may be referred to as a display device) using a field emission device, and a schematic partial view of a cathode panel CP. FIG. 4 shows a perspective view. The illustrated field emission device is a so-called Spindt-type field emission device having a conical electron emission portion 15. The field emission device includes a cathode electrode 11 formed on a support 10, an insulating layer 12 formed on the support 10 and the cathode electrode 11, a gate electrode 13 formed on the insulating layer 12, Electrode 13 and insulating layer 1
2, and a conical electron emitting portion 15 formed on the cathode electrode 11 located at the bottom of the opening 14. Generally, the cathode electrode 11
And the gate electrode 13, the projected images of these two electrodes are formed in stripes in directions orthogonal to each other,
Usually, a plurality of field emission elements are arranged in a region corresponding to a portion where the projected images of these two electrodes overlap (corresponding to a region of one pixel. This region is hereinafter referred to as an overlap region). . Further, such an overlapping area is the cathode panel CP
Are usually arranged in a two-dimensional matrix in the effective area (area functioning as an actual display screen).
【0004】一方、アノードパネルAPは、基板20
と、基板20上に形成され、所定のパターンを有する蛍
光体層22と、その上に形成されたアノード電極25か
ら構成されている。1画素は、カソードパネルCP側の
カソード電極11とゲート電極13との重複領域に所定
数配列された電界放出素子の一群と、これらの電界放出
素子の一群に対面したアノードパネルAP側の蛍光体層
22とによって構成されている。有効領域には、かかる
画素が、例えば数十万〜数百万個ものオーダーにて配列
されている。尚、蛍光体層22と蛍光体層22との間の
基板20上には隔壁21が形成されている。尚、隔壁2
1と隔壁21と蛍光体層22の配置状態を模式的に図4
6に示す。On the other hand, the anode panel AP is
And a phosphor layer 22 formed on a substrate 20 and having a predetermined pattern, and an anode electrode 25 formed thereon. One pixel includes a group of a predetermined number of field emission elements arranged in an overlapping area of the cathode electrode 11 and the gate electrode 13 on the cathode panel CP side, and a phosphor on the anode panel AP side facing the group of these field emission elements. And a layer 22. In the effective area, such pixels are arranged, for example, in the order of several hundred thousand to several million. Note that a partition 21 is formed on the substrate 20 between the phosphor layers 22. The partition 2
FIG. 4 schematically shows the arrangement of the first, partition 21 and phosphor layers 22.
6 is shown.
【0005】アノードパネルAPとカソードパネルCP
とを、電界放出素子と蛍光体層22とが対向するように
配置し、周縁部において枠体30を介して接合すること
によって、表示装置を作製することができる。有効領域
を包囲し、画素を選択するための周辺回路が形成された
無効領域には、真空排気用の貫通孔(図示せず)が設け
られており、この貫通孔には真空排気後に封じ切られた
チップ管(図示せず)が接続されている。即ち、アノー
ドパネルAPとカソードパネルCPと枠体30とによっ
て囲まれた空間は真空となっている。Anode panel AP and cathode panel CP
Are arranged so that the field emission element and the phosphor layer 22 face each other, and are joined via the frame 30 at the peripheral edge, whereby a display device can be manufactured. An ineffective area surrounding the effective area and having a peripheral circuit for selecting a pixel formed therein is provided with a through-hole (not shown) for evacuation, which is sealed after evacuation. The connected tip tube (not shown) is connected. That is, the space surrounded by the anode panel AP, the cathode panel CP, and the frame 30 is in a vacuum.
【0006】カソード電極11には相対的な負電圧が走
査回路40から印加され、ゲート電極13には相対的な
正電圧が制御回路41から印加され、アノード電極25
にはゲート電極13よりも更に高い正電圧が加速電源4
2から印加される。かかる表示装置において表示を行う
場合、例えば、カソード電極11に走査回路40から走
査信号を入力し、ゲート電極13に制御回路41からビ
デオ信号を入力する。カソード電極11とゲート電極1
3との間に電圧を印加した際に生ずる電界により、量子
トンネル効果に基づき電子放出部15から電子が放出さ
れ、この電子がアノード電極25に引き付けられ、蛍光
体層22に衝突する。その結果、蛍光体層22が励起さ
れて発光し、所望の画像を得ることができる。つまり、
この表示装置の動作は、基本的に、ゲート電極13に印
加される電圧、及びカソード電極11を通じて電子放出
部15に印加される電圧によって制御される。A relative negative voltage is applied to the cathode electrode 11 from the scanning circuit 40, a relative positive voltage is applied to the gate electrode 13 from the control circuit 41, and the anode electrode 25
A positive voltage higher than that of the gate electrode 13
2 is applied. When displaying on such a display device, for example, a scanning signal is input to the cathode electrode 11 from the scanning circuit 40, and a video signal is input to the gate electrode 13 from the control circuit 41. Cathode electrode 11 and gate electrode 1
An electron is emitted from the electron-emitting portion 15 by a quantum tunnel effect due to an electric field generated when a voltage is applied between the electron-emitting device 3 and the electron-emitting device 3. As a result, the phosphor layer 22 is excited to emit light, and a desired image can be obtained. That is,
The operation of the display device is basically controlled by a voltage applied to the gate electrode 13 and a voltage applied to the electron emission unit 15 through the cathode electrode 11.
【0007】アノード電極25は、蛍光体層22からの
発光を反射させる機能、蛍光体層22から反跳した電
子、あるいは放出された二次電子を反射させる機能を有
する。また、隔壁21は、蛍光体層22から反跳した電
子、あるいは放出された二次電子が他の蛍光体層22に
入射し、所謂光学的クロストーク(色濁り)が発生する
ことを防止する機能を有する。The anode electrode 25 has a function of reflecting light emitted from the phosphor layer 22 and a function of reflecting electrons recoiled from the phosphor layer 22 or emitted secondary electrons. In addition, the partition wall 21 prevents electrons recoiled from the phosphor layer 22 or emitted secondary electrons from being incident on another phosphor layer 22 to cause so-called optical crosstalk (color turbidity). Has functions.
【0008】以下、図45及び図46を参照して、従来
の表示装置におけるアノードパネルAPの製造方法の概
要を説明する。Referring to FIGS. 45 and 46, an outline of a method for manufacturing the anode panel AP in the conventional display device will be described.
【0009】[工程−10]先ず、ガラス基板から成る
基板20上に隔壁21を形成する(図45の(A)参
照)。隔壁の平面形状は略矩形形状である。[Step-10] First, a partition 21 is formed on a substrate 20 made of a glass substrate (see FIG. 45A). The planar shape of the partition is substantially rectangular.
【0010】[工程−20]次に、赤色発光蛍光体層を
形成するために、例えばポリビニルアルコール(PV
A)樹脂と水に赤色発光蛍光体粒子を分散させ、更に、
重クロム酸アンモニウムを添加した赤色発光蛍光体スラ
リーを全面に塗布した後、かかる赤色発光蛍光体スラリ
ーを乾燥、露光、現像することによって、所定の隔壁2
1の間に赤色発光蛍光体層22Rを形成する(図45の
(B)参照)。この操作を、緑色発光蛍光体スラリー、
青色発光蛍光体スラリーについても同様に行うことによ
って、最終的に、所定の隔壁21の間に、赤色発光蛍光
体層22R、緑色発光蛍光体層22G、青色発光蛍光体
層22Bを形成する(図45の(C)、及び、図46の
模式的な部分的平面図を参照)。[Step-20] Next, in order to form a red light emitting phosphor layer, for example, polyvinyl alcohol (PV)
A) Dispersing red light-emitting phosphor particles in resin and water;
After applying the red light-emitting phosphor slurry to which ammonium bichromate is added to the entire surface, the red light-emitting phosphor slurry is dried, exposed to light, and developed to obtain a predetermined partition wall 2.
The red light-emitting phosphor layer 22R is formed between the two (see FIG. 45B). This operation is performed using a green light-emitting phosphor slurry,
By performing the same process for the blue light emitting phosphor slurry, a red light emitting phosphor layer 22R, a green light emitting phosphor layer 22G, and a blue light emitting phosphor layer 22B are finally formed between the predetermined partitions 21 (FIG. 45 (C) and a schematic partial plan view of FIG. 46).
【0011】[工程−30]その後、各蛍光体層22
R,22G,22B(これらを総称して、単に蛍光体層
22と呼ぶ場合がある)の上に、主にアクリル系樹脂か
ら成る中間膜24を形成する(図45の(D)参照)。
具体的には、水槽内に蛍光体層22が形成された基板2
0を沈め、水面にアクリル系樹脂膜を形成した後、水槽
内の水を抜くことによって、アクリル系樹脂から成る中
間膜24を蛍光体層22の上に形成することができる。
尚、アクリル系樹脂に添加された可塑剤の量や、水面に
アクリル系樹脂膜を形成するときの条件によって、アク
リル系樹脂膜の硬さや延び率を変えることができ、これ
らを最適化することによって、中間膜24を蛍光体層2
2の上に形成することができる。[Step-30] After that, each phosphor layer 22
An intermediate film 24 mainly made of an acrylic resin is formed on R, 22G, and 22B (these may be collectively simply referred to as a phosphor layer 22) (see FIG. 45D).
Specifically, the substrate 2 on which the phosphor layer 22 is formed in the water tank
By submerging 0 and forming an acrylic resin film on the water surface, the water in the water tank is drained, whereby the intermediate film 24 made of acrylic resin can be formed on the phosphor layer 22.
The hardness and elongation of the acrylic resin film can be changed by changing the amount of the plasticizer added to the acrylic resin and the conditions for forming the acrylic resin film on the water surface. As a result, the intermediate film 24 is
2 can be formed.
【0012】[工程−40]その後、全面にアルミニウ
ムから成るアノード電極25を真空蒸着法に基づき形成
する(図45の(E)参照)。最後に、400゜C程度
の加熱処理を行うことによって、中間膜24を焼成する
と、図45の(F)に示すような構造を得ることができ
る。[Step-40] Thereafter, an anode electrode 25 made of aluminum is formed on the entire surface by vacuum evaporation (see FIG. 45 (E)). Finally, when the intermediate film 24 is baked by performing a heat treatment at about 400 ° C., a structure as shown in FIG. 45F can be obtained.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】アルミニウムから成る
アノード電極25は、先に説明したように、蛍光体層2
2からの発光を反射させる機能を有するが故に、出来る
限り平滑であることが要求される。ところで、アノード
電極25の平滑性は、中間膜24の平滑性に大きく依存
する。従って、蛍光体層22上に出来るだけ平滑な中間
膜24を形成する必要がある。然るに、上述のアノード
パネルAPの製造方法においては、[工程−30]にお
いて、恰も、井戸の底に形成するかのように、隔壁21
の間に中間膜24を形成しなければならない。それ故、
上述の製造方法では、平滑な中間膜24を形成すること
は困難である。尚、陰極線管の製造における中間膜の形
成において採用されているようなスピンコーティング法
は、隔壁21が存在するが故に、採用が困難である。As described above, the anode electrode 25 made of aluminum is used for the phosphor layer 2.
Since it has a function of reflecting light emitted from the light source 2, it is required to be as smooth as possible. Incidentally, the smoothness of the anode electrode 25 largely depends on the smoothness of the intermediate film 24. Therefore, it is necessary to form the intermediate film 24 as smooth as possible on the phosphor layer 22. However, in the above-described method for manufacturing the anode panel AP, in [Step-30], the partition wall 21 is formed as if formed at the bottom of the well.
The intermediate film 24 must be formed between them. Therefore,
With the above-described manufacturing method, it is difficult to form a smooth intermediate film 24. It is difficult to employ a spin coating method such as that employed in the formation of an intermediate film in the manufacture of a cathode ray tube because the partition wall 21 exists.
【0014】従って、本発明の目的は、出来る限り平滑
なアノード電極を形成することを可能とする冷陰極電界
電子放出表示装置用のアノードパネルの製造方法、並び
に、かかる製造方法を適用した冷陰極電界電子放出表示
装置の製造方法を提供することにある。Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an anode panel for a cold cathode field emission display device, which can form an anode electrode as smooth as possible, and a cold cathode to which such a manufacturing method is applied. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a field emission display.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の冷陰極電界電子放出表示装置用のアノード
パネルの製造方法は、(A)基板上に隔壁を形成する工
程と、(B)隔壁間に、樹脂と蛍光体粒子から成る蛍光
体形成層を形成する工程と、(C)隔壁及び蛍光体形成
層上に、金属薄膜から成るアノード電極を形成する工程
と、(D)加熱処理を行うことによって蛍光体形成層を
構成する樹脂を除去し、以て、隔壁の間の基板上に蛍光
体層を得る工程、から成ることを特徴とする。According to the present invention, there is provided a method of manufacturing an anode panel for a cold cathode field emission display device, which comprises the steps of: (A) forming a partition on a substrate; B) a step of forming a phosphor forming layer composed of a resin and phosphor particles between partition walls; (C) a step of forming an anode electrode made of a metal thin film on the partition wall and the phosphor forming layer; Removing the resin constituting the phosphor-forming layer by performing a heat treatment, thereby obtaining a phosphor layer on the substrate between the partition walls.
【0016】上記の目的を達成するための本発明の冷陰
極電界電子放出表示装置の製造方法は、冷陰極電界電子
放出素子が形成されたカソードパネルと、アノードパネ
ルを、それらの外周部にて接合して成る冷陰極電界電子
放出表示装置の製造方法であって、アノードパネルを、
(A)基板上に隔壁を形成する工程と、(B)隔壁間
に、樹脂と蛍光体粒子から成る蛍光体形成層を形成する
工程と、(C)隔壁及び蛍光体形成層上に、金属薄膜か
ら成るアノード電極を形成する工程と、(D)加熱処理
を行うことによって蛍光体形成層を構成する樹脂を除去
し、以て、隔壁の間の基板上に蛍光体層を得る工程、を
経て製造することを特徴とする。According to a method of manufacturing a cold cathode field emission display of the present invention for achieving the above object, a cathode panel on which a cold cathode field emission device is formed and an anode panel are mounted on the outer periphery thereof. A method for manufacturing a cold cathode field emission display device by bonding, comprising:
(A) a step of forming a partition on a substrate, (B) a step of forming a phosphor forming layer composed of a resin and phosphor particles between the partition, and (C) a metal on the partition and the phosphor forming layer. A step of forming an anode electrode composed of a thin film; and (D) a step of removing a resin constituting the phosphor-forming layer by performing a heat treatment, thereby obtaining a phosphor layer on a substrate between partition walls. It is characterized by being manufactured through
【0017】本発明の冷陰極電界電子放出表示装置ある
いは冷陰極電界電子放出表示装置用のアノードパネルの
製造方法(以下、これらを総称して、単に、本発明と呼
ぶ場合がある)にあっては、前記工程(B)において、
印刷法に基づき樹脂と蛍光体粒子から成る蛍光体形成層
を隔壁間に形成することが、工程の簡素化といった観点
から好ましい。印刷法は、所望の寸法の蛍光体層を形成
することができる印刷法ならば、如何なる印刷法をも採
用できるが、貫通孔を有する金属製のマスク(メタルマ
スク)を使用するメタルマスク印刷法を採用することが
望ましい。The cold cathode field emission display of the present invention or the method of manufacturing an anode panel for a cold cathode field emission display (hereinafter sometimes collectively referred to simply as the present invention) is provided. In the step (B),
It is preferable to form a phosphor forming layer composed of a resin and phosphor particles between the partition walls based on a printing method from the viewpoint of simplification of the process. As the printing method, any printing method can be adopted as long as a phosphor layer having a desired size can be formed. However, a metal mask printing method using a metal mask having a through hole (metal mask) can be used. It is desirable to employ.
【0018】本発明にあっては、前記工程(B)におい
ては、上層が主に樹脂によって占められ、下層が主に蛍
光体粒子によって占められた蛍光体形成層を形成するこ
とが好ましい。このような蛍光体形成層の状態は、蛍光
体形成層を形成するための材料の組成、粘度等を適切に
選択することによって達成することができる。In the present invention, in the step (B), it is preferable to form a phosphor-forming layer in which the upper layer is mainly occupied by the resin and the lower layer is mainly occupied by the phosphor particles. Such a state of the phosphor forming layer can be achieved by appropriately selecting the composition, viscosity, and the like of a material for forming the phosphor forming layer.
【0019】また、本発明にあっては、蛍光体層は、赤
色発光蛍光体層、緑色発光蛍光体層、青色発光蛍光体層
から構成され、前記工程(B)において、赤色発光蛍光
体層を形成するための蛍光体形成層、緑色発光蛍光体層
を形成するための蛍光体形成層、青色発光蛍光体層を形
成するための蛍光体形成層を任意の順にて、印刷法に基
づき、所定の隔壁間に形成することが好ましい。In the present invention, the phosphor layer is composed of a red light-emitting phosphor layer, a green light-emitting phosphor layer, and a blue light-emitting phosphor layer. A phosphor forming layer for forming a, a phosphor forming layer for forming a green light emitting phosphor layer, a phosphor forming layer for forming a blue light emitting phosphor layer in any order, based on a printing method, It is preferable to form between predetermined partition walls.
【0020】本発明において、基板あるいは支持体は、
少なくとも表面が絶縁性部材から構成されていればよ
く、ガラス基板、表面に絶縁膜が形成されたガラス基
板、石英基板、表面に絶縁膜が形成された石英基板、表
面に絶縁膜が形成された半導体基板を挙げることができ
る。In the present invention, the substrate or the support is
At least the surface only needs to be made of an insulating member, and a glass substrate, a glass substrate having an insulating film formed on the surface, a quartz substrate, a quartz substrate having an insulating film formed on the surface, and an insulating film formed on the surface A semiconductor substrate can be used.
【0021】隔壁は、例えば、感光性ポリイミド樹脂か
ら形成することができる。The partition can be formed, for example, from a photosensitive polyimide resin.
【0022】蛍光体粒子を構成する蛍光体材料として
は、従来公知の蛍光体材料の中から適宜選択して用いる
ことができる。カラー表示の場合、色純度がNTSCで
規定される3原色に近く、3原色を混合した際の白バラ
ンスがとれ、残光時間が短く、3原色の残光時間がほぼ
等しくなる蛍光体材料を組み合わせることが好ましい。
赤色発光蛍光体層を構成する蛍光体材料として、(Y2
O3:Eu)、(Y2O2S:Eu)、(YBO3Eu)、
(YVO4:Eu)、(Y0.96P0.60V0.40O4:Eu
0.04)、[(Y,Gd)BO3:Eu]、(GdBO3:
Eu)、(ScBO 3:Eu)、(3.5MgO・0.
5MgF2・GeO2:Mn)を例示することができる。
緑色発光蛍光体層を構成する蛍光体材料として、(Zn
SiO2:Mn)、(BaAl12O19:Mn)、(Ba
Mg2Al16O27:Mn)、(MgGa2O4:Mn)、
(YBO3:Tb)、(LuBO3:Tb)、(Sr4S
i3O8Cl4:Eu)、(ZnS:Cu,Al)を例示
することができる。青色発光蛍光体層を構成する蛍光体
材料として、(Y2SiO5:Ce)、(CaWO4:P
b)、CaWO4、YP0.85V0.15O4、(BaMgAl
14O23:Eu)、(Sr 2P2O7:Eu)、(Sr2P2
O7:Sn)、(ZnS:Ag,Al)を例示すること
ができる。As a phosphor material constituting the phosphor particles
Is used by appropriately selecting from conventionally known phosphor materials.
be able to. In case of color display, color purity is NTSC
Close to the prescribed three primary colors, white rose when mixing the three primary colors
The afterglow time is short and the afterglow time of the three primary colors is almost
It is preferred to combine equal phosphor materials.
As a phosphor material constituting the red light emitting phosphor layer, (YTwo
OThree: Eu), (YTwoOTwoS: Eu), (YBO)ThreeEu),
(YVOFour: Eu), (Y0.96P0.60V0.40OFour: Eu
0.04), [(Y, Gd) BOThree: Eu], (GdBOThree:
Eu), (ScBO) Three: Eu), (3.5MgO.0.
5MgFTwo・ GeOTwo: Mn).
As a phosphor material constituting the green light-emitting phosphor layer, (Zn
SiOTwo: Mn), (BaAl)12O19: Mn), (Ba)
MgTwoAl16O27: Mn), (MgGaTwoOFour: Mn),
(YBOThree: Tb), (LuBO)Three: Tb), (SrFourS
iThreeO8ClFour: Eu) and (ZnS: Cu, Al)
can do. Phosphor constituting blue phosphor layer
As a material, (YTwoSiOFive: Ce), (CaWO)Four: P
b), CaWOFour, YP0.85V0.15OFour, (BaMgAl
14Otwenty three: Eu), (Sr TwoPTwoO7: Eu), (SrTwoPTwo
O7: Sn) and (ZnS: Ag, Al)
Can be.
【0023】樹脂としては、加熱処理を行うことによっ
て蛍光体形成層を構成する樹脂を除去することができる
樹脂であればよく、例えば、ポリビニルアルコール(P
VA)樹脂、アクリル系樹脂、ニトロセルロース樹脂を
挙げることができる。尚、PVA樹脂とアクリル系樹脂
の混合物を使用することが好ましい。As the resin, any resin can be used as long as it can remove the resin constituting the phosphor-forming layer by performing a heat treatment. For example, polyvinyl alcohol (P
VA) Resins, acrylic resins and nitrocellulose resins can be mentioned. It is preferable to use a mixture of a PVA resin and an acrylic resin.
【0024】アノード電極を構成する金属薄膜として、
厚さ70〜100nmのアルミニウム薄膜を挙げること
ができる。As the metal thin film constituting the anode electrode,
An aluminum thin film having a thickness of 70 to 100 nm can be given.
【0025】蛍光体形成層を構成する樹脂を除去するた
めの加熱処理の条件は、基板や隔壁、蛍光体層に損傷が
発生しないような温度、時間とすればよい。尚、加熱処
理を、樹脂の一部が残存するような条件にて行ってもよ
い。The condition of the heat treatment for removing the resin constituting the phosphor forming layer may be a temperature and a time such that the substrate, the partition walls and the phosphor layer are not damaged. Note that the heat treatment may be performed under conditions such that a part of the resin remains.
【0026】本発明の冷陰極電界電子放出表示装置の製
造方法において、カソードパネルを構成する冷陰極電界
電子放出素子は如何なる形態の冷陰極電界電子放出素子
とすることもでき、例えば、円錐形の電子放出部を有す
る所謂スピント型冷陰極電界電子放出素子、王冠型の電
子放出部を有する所謂クラウン型冷陰極電界電子放出素
子、扁平な電子放出部を有する所謂扁平型冷陰極電界電
子放出素子、平面型冷陰極電界電子放出素子、クレータ
型冷陰極電界電子放出素子を挙げることができる。In the method of manufacturing a cold cathode field emission display according to the present invention, the cold cathode field emission device constituting the cathode panel can be any type of cold cathode field emission device, for example, a conical shape. A so-called Spindt type cold cathode field emission device having an electron emission portion, a so-called crown type cold cathode field emission device having a crown-shaped electron emission portion, a so-called flat type cold cathode field emission device having a flat electron emission portion, A flat type cold cathode field emission device and a crater type cold cathode field emission device can be exemplified.
【0027】本発明においては、樹脂と蛍光体粒子から
成る蛍光体形成層を隔壁間に形成し、後の工程におい
て、加熱処理によって樹脂を除去するので、蛍光体層の
上に平滑なアノード電極を容易に形成することができ
る。In the present invention, a phosphor-forming layer composed of a resin and phosphor particles is formed between the partitions, and in a later step, the resin is removed by heat treatment, so that a smooth anode electrode is formed on the phosphor layer. Can be easily formed.
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、発明の実
施の形態に基づき本発明を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments of the invention with reference to the drawings.
【0029】本発明の冷陰極電界電子放出表示装置(以
下、単に、表示装置と呼ぶ場合がある)の製造方法によ
って製造される表示装置の構成は、実質的に、図3に示
した表示装置と同様である。また、カソードパネルCP
の模式的な部分的斜視図は図4と同様である。それ故、
表示装置の詳細な説明は省略する。The structure of the display device manufactured by the method of manufacturing a cold cathode field emission display device (hereinafter, may be simply referred to as a display device) of the present invention is substantially the same as the display device shown in FIG. Is the same as Also, the cathode panel CP
Is a schematic partial perspective view similar to FIG. Therefore,
Detailed description of the display device is omitted.
【0030】以下、基板等の模式的な一部断面図である
図1、及び、図2を参照して、本発明の表示装置の製造
方法、及び、表示装置用のアノードパネルAPの製造方
法、及び、表示装置の製造方法を説明する。Referring to FIGS. 1 and 2 which are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like, a method of manufacturing a display device of the present invention and a method of manufacturing an anode panel AP for the display device will be described. And a method of manufacturing the display device will be described.
【0031】[工程−100]先ず、ガラス基板から成
る基板20上に隔壁21を形成する(図1の(A)参
照)。隔壁の平面形状は略矩形形状である。具体的に
は、感光性ポリイミド樹脂層を基板20の全面に形成し
た後、かかる感光性ポリイミド樹脂層を露光、現像する
ことによって、幅40μm前後、長さ200μm前後、
高さ50μm程度の隔壁21を形成する。隔壁21と隔
壁21との間の間隔を70〜80μmとする。尚、隔壁
21の形成前に、基板20の表面に、例えば、酸化クロ
ムから成るブラック・マトリックスを形成することが好
ましい。[Step-100] First, a partition 21 is formed on a substrate 20 made of a glass substrate (see FIG. 1A). The planar shape of the partition is substantially rectangular. Specifically, after forming a photosensitive polyimide resin layer on the entire surface of the substrate 20, by exposing and developing such a photosensitive polyimide resin layer, a width of about 40 μm, a length of about 200 μm,
The partition 21 having a height of about 50 μm is formed. The space between the partitions 21 is set to 70 to 80 μm. It is preferable that a black matrix made of, for example, chromium oxide is formed on the surface of the substrate 20 before forming the partition 21.
【0032】[工程−110]次に、赤色発光蛍光体層
を形成するために、例えば、ポリビニルアルコール樹脂
とアクリル系樹脂と水に赤色発光蛍光体粒子を分散させ
た赤色発光蛍光体形成用材料を準備し、貫通孔(ドッ
ト)を有する金属製のマスクを使用したメタルマスク印
刷法に基づき、所定の隔壁21間に、樹脂と蛍光体粒子
から成る赤色発光蛍光体形成層22R’を形成する(図
1の(B)参照)。尚、ポリビニルアルコール樹脂とア
クリル系樹脂と水(これらを総称して樹脂組成物と呼
ぶ)の合計を100重量部としたとき、ポリビニルアル
コール樹脂の割合を12重量部とし、アクリル系樹脂の
割合を5重量部とした。また、20゜Cにおける樹脂組
成物の粘度を8〜10N・s/m2(0.8〜1.0ポ
アズ)とした。時間の経過と共に、蛍光体形成層内で蛍
光体粒子が沈降し、上層が主に樹脂によって占められ、
樹脂層23が形成され、下層が主に蛍光体粒子によって
占められた状態を得ることができる。その後、45〜5
0゜Cにて10分間、赤色発光蛍光体形成層22R’を
乾燥し、水分を蒸発させ、赤色発光蛍光体形成層22
R’をタック・フリーの状態とする。[Step-110] Next, in order to form a red light emitting phosphor layer, for example, a red light emitting phosphor forming material in which red light emitting phosphor particles are dispersed in a polyvinyl alcohol resin, an acrylic resin and water. And forming a red light emitting phosphor forming layer 22R ′ made of resin and phosphor particles between predetermined partition walls 21 based on a metal mask printing method using a metal mask having through holes (dots). (See FIG. 1B). When the total of the polyvinyl alcohol resin, the acrylic resin, and water (these are collectively referred to as a resin composition) is 100 parts by weight, the ratio of the polyvinyl alcohol resin is 12 parts by weight, and the ratio of the acrylic resin is 5 parts by weight. The viscosity of the resin composition at 20 ° C. was set to 8 to 10 N · s / m 2 (0.8 to 1.0 poise). Over time, the phosphor particles settle in the phosphor forming layer, and the upper layer is mainly occupied by the resin,
A state in which the resin layer 23 is formed and the lower layer is mainly occupied by the phosphor particles can be obtained. Then 45-5
The red light-emitting phosphor forming layer 22R ′ is dried at 0 ° C. for 10 minutes, the moisture is evaporated, and the red light-emitting phosphor forming layer 22R ′ is dried.
R 'is in a tack-free state.
【0033】尚、実施の形態においては、蛍光体層22
は、赤色発光蛍光体層22R、緑色発光蛍光体層22
G、青色発光蛍光体層22Bから構成される。それ故、
上述の操作を、合計3回、繰り返すことで、赤色発光蛍
光体層を形成するための蛍光体形成層22R’、緑色発
光蛍光体層を形成するための蛍光体形成層22G’、青
色発光蛍光体層を形成するための蛍光体形成層22B’
を任意の順にて、メタルマスク印刷法に基づき、所定の
隔壁間に形成する(図1の(C)及び図2の模式的な部
分的平面図を参照)。In the embodiment, the phosphor layer 22
Are the red light emitting phosphor layer 22R and the green light emitting phosphor layer 22
G, a blue light emitting phosphor layer 22B. Therefore,
By repeating the above operation a total of three times, the phosphor forming layer 22R 'for forming the red light emitting phosphor layer, the phosphor forming layer 22G' for forming the green light emitting phosphor layer, and the blue light emitting phosphor Phosphor forming layer 22B 'for forming a body layer
Are formed in predetermined order between predetermined partition walls based on a metal mask printing method (see FIG. 1C and a schematic partial plan view of FIG. 2).
【0034】従来のアノードパネルAPの製造方法と異
なり、実施の形態においては、3回の印刷によって蛍光
体形成層22R’,22G’,22B’を形成すること
ができるので、工程の大幅な簡素化を達成することがで
きる。Unlike the conventional method of manufacturing the anode panel AP, in the embodiment, the phosphor forming layers 22R ', 22G', and 22B 'can be formed by printing three times, so that the process is greatly simplified. Can be achieved.
【0035】[工程−120]その後、隔壁21及び蛍
光体形成層22R’,22G’,22B’上に、金属薄
膜から成るアノード電極25を形成する。具体的には、
真空蒸着法に基づき、全面に厚さ70nmのアルミニウ
ムから成るアノード電極25を成膜する(図1の(D)
参照)。[Step-120] Thereafter, the anode electrode 25 made of a metal thin film is formed on the partition wall 21 and the phosphor forming layers 22R ', 22G', 22B '. In particular,
An anode electrode 25 made of aluminum having a thickness of 70 nm is formed on the entire surface by vacuum evaporation (FIG. 1D).
reference).
【0036】[工程−130]次に、400゜Cでの加
熱処理を行うことによって蛍光体形成層22R’,22
G’,22B’を構成する樹脂を除去し、以て、隔壁2
1の間の基板20上に蛍光体層22(赤色発光蛍光体層
22R、緑色発光蛍光体層22G、青色発光蛍光体層2
2B)を形成する(図1の(E)参照)。[Step-130] Next, heat treatment is performed at 400 ° C. to form the phosphor forming layers 22R ′ and 22R ′.
The resin constituting G ′, 22B ′ is removed, so that the partition walls 2
The phosphor layers 22 (red light-emitting phosphor layer 22R, green light-emitting phosphor layer 22G, blue light-emitting phosphor layer 2
2B) (see FIG. 1E).
【0037】実施の形態においては、[工程−110]
において、樹脂と蛍光体粒子から成る蛍光体形成層22
R’,22G’,22B’を隔壁21間に形成し、[工
程−130]において、加熱処理によって樹脂を除去す
るので、蛍光体層22の上に平滑なアノード電極25を
容易に形成することができる。In the embodiment, [Step-110]
, A phosphor-forming layer 22 composed of a resin and phosphor particles
Since R ′, 22G ′, and 22B ′ are formed between the partition walls 21 and the resin is removed by heat treatment in [Step-130], the smooth anode electrode 25 can be easily formed on the phosphor layer 22. Can be.
【0038】[工程−140]冷陰極電界電子放出素子
(以下、電界放出素子と呼ぶ場合がある)が形成された
カソードパネルCPを準備する。そして、表示装置の組
み立てを行う。具体的には、蛍光体層22と電界放出素
子とが対向するようにアノードパネルAPとカソードパ
ネルCPとを配置し、アノードパネルAPとカソードパ
ネルCP(より具体的には、基板20と支持体10)と
を、セラミックスやガラスから作製された高さ約1mm
の枠体30を介して、周縁部において接合する。接合に
際しては、枠体30とアノードパネルAPとの接合部
位、及び枠体30とカソードパネルCPとの接合部位に
フリットガラスを塗布し、アノードパネルAPとカソー
ドパネルCPと枠体30とを貼り合わせ、予備焼成にて
フリットガラスを乾燥した後、約450゜Cで10〜3
0分の本焼成を行う。その後、アノードパネルAPとカ
ソードパネルCPと枠体30と接着層(図示せず)とに
よって囲まれた空間を、貫通孔(図示せず)及びチップ
管(図示せず)を通じて排気し、空間の圧力が10-4P
a程度に達した時点でチップ管を加熱溶融により封じ切
る。このようにして、アノードパネルAPとカソードパ
ネルCPと枠体30とに囲まれた空間を真空にすること
ができる。あるいは又、例えば、枠体30とアノードパ
ネルAPとカソードパネルCPとの貼り合わせを高真空
雰囲気中で行ってもよい。あるいは又、表示装置の構造
に依っては、枠体無しで、アノードパネルAPとカソー
ドパネルCPとを貼り合わせてもよい。その後、必要な
外部回路との配線接続を行い、表示装置を完成させる。[Step-140] A cathode panel CP on which cold cathode field emission devices (hereinafter sometimes referred to as field emission devices) are formed is prepared. Then, the display device is assembled. Specifically, the anode panel AP and the cathode panel CP are arranged so that the phosphor layer 22 and the field emission element face each other, and the anode panel AP and the cathode panel CP (more specifically, the substrate 20 and the support 10) and a height of about 1 mm made of ceramics or glass
Are joined at the peripheral portion through the frame body 30 of FIG. In joining, frit glass is applied to a joint between the frame 30 and the anode panel AP and a joint between the frame 30 and the cathode panel CP, and the anode panel AP, the cathode panel CP, and the frame 30 are attached to each other. , After drying the frit glass by pre-firing,
Perform main firing for 0 minutes. Thereafter, the space surrounded by the anode panel AP, the cathode panel CP, the frame 30 and the adhesive layer (not shown) is evacuated through a through-hole (not shown) and a chip tube (not shown). Pressure is 10 -4 P
When the temperature reaches about a, the tip tube is sealed off by heating and melting. Thus, the space surrounded by the anode panel AP, the cathode panel CP, and the frame 30 can be evacuated. Alternatively, for example, the frame 30, the anode panel AP, and the cathode panel CP may be bonded in a high vacuum atmosphere. Alternatively, depending on the structure of the display device, the anode panel AP and the cathode panel CP may be bonded without a frame. Thereafter, wiring connection with a necessary external circuit is performed to complete the display device.
【0039】以下、各種の電界放出素子について説明す
る。Hereinafter, various field emission devices will be described.
【0040】電界放出素子は、以下の3つの範疇に分類
することができる。即ち、第1の構造の電界放出素子
は、(イ)支持体と、(ロ)支持体上に設けられたスト
ライプ状のカソード電極と、(ハ)支持体及びカソード
電極上に形成された絶縁層と、(ニ)絶縁層上に設けら
れたストライプ状のゲート電極と、(ホ)ゲート電極を
貫通した開口部、及び、絶縁層を貫通し、開口部と連通
した孔部と、(ヘ)孔部の底部に位置するカソード電極
の部分の上に設けられた電子放出部、から成り、孔部の
底部に露出した電子放出部から電子が放出される構造を
有する。The field emission devices can be classified into the following three categories. That is, the field emission device of the first structure includes (a) a support, (b) a striped cathode electrode provided on the support, and (c) an insulating material formed on the support and the cathode electrode. (D) a striped gate electrode provided on the insulating layer, (e) an opening penetrating the gate electrode, and a hole penetrating the insulating layer and communicating with the opening. A) an electron emission portion provided on a portion of the cathode electrode located at the bottom of the hole, and having a structure in which electrons are emitted from the electron emission portion exposed at the bottom of the hole.
【0041】このような第1の構造を有する電界放出素
子として、スピント型(円錐形の電子放出部が、孔部の
底部に位置するカソード電極の部分の上に設けられた電
界放出素子)、クラウン型(王冠状の電子放出部が、孔
部の底部に位置するカソード電極の部分の上に設けられ
た電界放出素子)、扁平型(略平面の電子放出部が、孔
部の底部に位置するカソード電極の部分の上に設けられ
た電界放出素子)を挙げることができる。As a field emission device having such a first structure, a Spindt type (field emission device in which a conical electron emission portion is provided on a portion of a cathode electrode located at the bottom of a hole), Crown type (a field emission element in which a crown-shaped electron emission portion is provided on a portion of a cathode electrode located at the bottom of a hole), flat type (an approximately flat electron emission portion is located at the bottom of a hole) (A field emission device provided on the portion of the cathode electrode to be formed).
【0042】第2の構造の電界放出素子は、(イ)支持
体と、(ロ)支持体上に設けられたストライプ状のカソ
ード電極と、(ハ)支持体及びカソード電極上に形成さ
れた絶縁層と、(ニ)絶縁層上に設けられたストライプ
状のゲート電極と、(ホ)ゲート電極を貫通した開口
部、及び、絶縁層を貫通し、開口部と連通し、底部にカ
ソード電極が露出した孔部、から成り、孔部の底部に露
出したカソード電極の部分が電子放出部に相当し、かか
る孔部の底部に露出したカソード電極の部分から電子を
放出する構造を有する。The field emission device having the second structure is formed on (a) a support, (b) a striped cathode electrode provided on the support, and (c) a support and the cathode electrode. An insulating layer, (d) a striped gate electrode provided on the insulating layer, (e) an opening penetrating the gate electrode, and an opening penetrating the insulating layer and communicating with the opening, and a cathode electrode at the bottom. The cathode electrode portion exposed at the bottom of the hole corresponds to an electron emission portion, and has a structure in which electrons are emitted from the cathode electrode portion exposed at the bottom of the hole.
【0043】このような第2の構造を有する電界放出素
子として、平坦なカソード電極の表面から電子を放出す
る平面型電界放出素子、凹凸が形成されたカソード電極
の表面の凸部から電子を放出するクレータ型電界放出素
子を挙げることができる。As the field emission device having such a second structure, a flat field emission device that emits electrons from a flat cathode electrode surface, and an electron emission from a projection on the cathode electrode surface having irregularities are formed. Crater type field emission device.
【0044】第3の構造の電界放出素子は、(イ)支持
体と、(ロ)支持体の上方に設けられ、エッジ部を有す
るストライプ状のカソード電極と、(ハ)少なくともカ
ソード電極上に形成された絶縁層と、(ニ)絶縁層上に
設けられたストライプ状のゲート電極と、(ホ)少なく
とも、ゲート電極を貫通した開口部、及び、絶縁層を貫
通し、開口部と連通した孔部、から成り、孔部の底部若
しくは側壁に露出したカソード電極のエッジ部が電子放
出部に相当し、孔部の底部若しくは側壁に露出したカソ
ード電極のエッジ部から電子を放出する構造を有する。
このような構造を有する電界放出素子はエッジ型電界放
出素子とも呼ばれる。The field emission device of the third structure comprises (a) a support, (b) a striped cathode electrode having an edge portion provided above the support, and (c) at least a cathode electrode. The formed insulating layer, (d) a stripe-shaped gate electrode provided on the insulating layer, and (e) at least an opening penetrating the gate electrode, and penetrating the insulating layer and communicating with the opening. The cathode electrode exposed at the bottom or side wall of the hole corresponds to an electron emission portion, and has a structure in which electrons are emitted from the edge of the cathode electrode exposed at the bottom or side wall of the hole. .
A field emission device having such a structure is also called an edge type field emission device.
【0045】スピント型電界放出素子にあっては、電子
放出部を構成する材料として、タングステン、タングス
テン合金、モリブデン、モリブデン合金、チタン、チタ
ン合金、ニオブ、ニオブ合金、タンタル、タンタル合
金、クロム、クロム合金、及び、不純物を含有するシリ
コン(ポリシリコンやアモルファスシリコン)から成る
群から選択された少なくとも1種類の材料を挙げること
ができる。スピント型電界放出素子の電子放出部は、例
えば、蒸着法やスパッタリング法、CVD法によって形
成することができる。In the Spindt-type field emission device, the materials constituting the electron-emitting portion include tungsten, tungsten alloy, molybdenum, molybdenum alloy, titanium, titanium alloy, niobium, niobium alloy, tantalum, tantalum alloy, chromium, and chromium. At least one material selected from the group consisting of alloys and silicon containing impurities (polysilicon or amorphous silicon) can be given. The electron emission portion of the Spindt-type field emission device can be formed by, for example, an evaporation method, a sputtering method, or a CVD method.
【0046】クラウン型電界放出素子にあっては、電子
放出部を構成する材料として、導電性粒子、あるいは、
導電性粒子とバインダの組合せを挙げることができる。
導電性粒子として、黒鉛等のカーボン系材料;タングス
テン(W)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、チタ
ン(Ti)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)等の
高融点金属;あるいはITO(インジウム錫酸化物)等
の透明導電材料を挙げることができる。バインダとし
て、例えば水ガラスといったガラスや汎用樹脂を使用す
ることができる。汎用樹脂として、塩化ビニル系樹脂、
ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、セルロース
エステル系樹脂、フッ素系樹脂等の熱可塑性樹脂や、エ
ポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂等
の熱硬化性樹脂を例示することができる。電子放出効率
の向上のためには、導電性粒子の粒径が電子放出部の寸
法に比べて十分に小さいことが好ましい。導電性粒子の
形状は、球形、多面体、板状、針状、柱状、不定形等、
特に限定されないが、導電性粒子の露出部が鋭い突起と
なり得るような形状であることが好ましい。寸法や形状
の異なる導電性粒子を混合して使用してもよい。クラウ
ン型電界放出素子の電子放出部は、例えば、リフトオフ
法と組み合わせた塗布法、蒸着法、スパッタリング法に
よって形成することができる。In the crown-type field emission device, conductive particles or
Combinations of conductive particles and a binder can be given.
As the conductive particles, carbon-based materials such as graphite; refractory metals such as tungsten (W), niobium (Nb), tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), and chromium (Cr); or ITO ( And a transparent conductive material such as indium tin oxide. As the binder, for example, glass such as water glass or a general-purpose resin can be used. As general-purpose resin, vinyl chloride resin,
Examples thereof include thermoplastic resins such as polyolefin resins, polyamide resins, cellulose ester resins, and fluorine resins, and thermosetting resins such as epoxy resins, acrylic resins, and polyester resins. In order to improve the electron emission efficiency, it is preferable that the particle size of the conductive particles is sufficiently smaller than the size of the electron emission portion. The shape of the conductive particles is spherical, polyhedral, plate-like, needle-like, columnar, amorphous, etc.
Although not particularly limited, it is preferable that the conductive particles have such a shape that the exposed portions of the conductive particles can be sharp projections. Conductive particles having different dimensions and shapes may be mixed and used. The electron emission portion of the crown type field emission device can be formed by, for example, a coating method, a vapor deposition method, or a sputtering method in combination with a lift-off method.
【0047】扁平型電界放出素子にあっては、電子放出
部を構成する材料として、カソード電極を構成する材料
よりも仕事関数Φの小さい材料から構成することが好ま
しく、どのような材料を選択するかは、カソード電極を
構成する材料の仕事関数、ゲート電極とカソード電極と
の間の電位差、要求される放出電子電流密度の大きさ等
に基づいて決定すればよい。電界放出素子におけるカソ
ード電極を構成する代表的な材料として、タングステン
(Φ=4.55eV)、ニオブ(Φ=4.02〜4.8
7eV)、モリブデン(Φ=4.53〜4.95e
V)、アルミニウム(Φ=4.28eV)、銅(Φ=
4.6eV)、タンタル(Φ=4.3eV)、クロム
(Φ=4.5eV)、シリコン(Φ=4.9eV)を例
示することができる。電子放出部は、これらの材料より
も小さな仕事関数Φを有していることが好ましく、その
値は概ね3eV以下であることが好ましい。かかる材料
として、炭素(Φ<1eV)、セシウム(Φ=2.14
eV)、LaB6(Φ=2.66〜2.76eV)、B
aO(Φ=1.6〜2.7eV)、SrO(Φ=1.2
5〜1.6eV)、Y2O3(Φ=2.0eV)、CaO
(Φ=1.6〜1.86eV)、BaS(Φ=2.05
eV)、TiN(Φ=2.92eV)、ZrN(Φ=
2.92eV)を例示することができる。仕事関数Φが
2eV以下である材料から電子放出部を構成すること
が、一層好ましい。尚、電子放出部を構成する材料は、
必ずしも導電性を備えている必要はない。In the flat type field emission device, it is preferable that the material forming the electron emitting portion is made of a material having a work function Φ smaller than that of the material forming the cathode electrode. This may be determined based on the work function of the material constituting the cathode electrode, the potential difference between the gate electrode and the cathode electrode, the required magnitude of the emitted electron current density, and the like. Representative materials for forming the cathode electrode in the field emission device include tungsten (Φ = 4.55 eV) and niobium (Φ = 4.02 to 4.8).
7eV), molybdenum (Φ = 4.53-4.95e)
V), aluminum (Φ = 4.28 eV), copper (Φ =
4.6 eV), tantalum (Φ = 4.3 eV), chromium (Φ = 4.5 eV), and silicon (Φ = 4.9 eV). The electron emitting portion preferably has a work function Φ smaller than these materials, and its value is preferably approximately 3 eV or less. As such materials, carbon (Φ <1 eV), cesium (Φ = 2.14)
eV), LaB 6 (Φ = 2.66 to 2.76 eV), B
aO (Φ = 1.6 to 2.7 eV), SrO (Φ = 1.2
5 to 1.6 eV), Y 2 O 3 (Φ = 2.0 eV), CaO
(Φ = 1.6-1.86 eV), BaS (Φ = 2.05
eV), TiN (Φ = 2.92 eV), ZrN (Φ =
(2.92 eV). It is more preferable that the electron emission portion is made of a material having a work function Φ of 2 eV or less. The material constituting the electron emitting portion is as follows.
It is not necessary to have conductivity.
【0048】特に好ましい電子放出部の構成材料とし
て、炭素、より具体的にはダイヤモンド、中でもアモル
ファスダイヤモンドを挙げることができる。電子放出部
をアモルファスダイヤモンドから構成する場合、5×1
07V/m以下の電界強度にて、表示装置に必要な放出
電子電流密度を得ることができる。また、アモルファス
ダイヤモンドは電気抵抗体であるため、各電子放出部か
ら得られる放出電子電流を均一化することができ、よっ
て、表示装置に組み込まれた場合の輝度ばらつきの抑制
が可能となる。更に、アモルファスダイヤモンドは、表
示装置内の残留ガスのイオンによるスパッタ作用に対し
て極めて高い耐性を有するので、電界放出素子の長寿命
化を図ることができる。As a particularly preferable constituent material of the electron-emitting portion, carbon, more specifically, diamond, especially amorphous diamond can be mentioned. When the electron emission portion is made of amorphous diamond, 5 × 1
At 0 7 V / m or less of the electric field strength, can be obtained current density of emitted electrons required for the display device. Further, since the amorphous diamond is an electric resistor, the emission electron current obtained from each electron emission portion can be made uniform, and thus, it is possible to suppress the variation in brightness when incorporated into a display device. Further, since amorphous diamond has extremely high resistance to a sputtering action by ions of residual gas in the display device, the life of the field emission device can be extended.
【0049】あるいは又、電子放出部を構成する材料と
して、かかる材料の2次電子利得δがカソード電極を構
成する導電性材料の2次電子利得δよりも大きくなるよ
うな材料から適宜選択してもよい。即ち、銀(Ag)、
アルミニウム(Al)、金(Au)、コバルト(C
o)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、ニオブ(N
b)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、タンタル(T
a)、タングステン(W)、ジルコニウム(Zr)等の
金属;シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)等の半
導体;炭素やダイヤモンド等の無機単体;及び酸化アル
ミニウム(Al2O3)、酸化バリウム(BaO)、酸化
ベリリウム(BeO)、酸化カルシウム(CaO)、酸
化マグネシウム(MgO)、酸化錫(SnO2)、フッ
化バリウム(BaF2)、フッ化カルシウム(CaF2)
等の化合物の中から、適宜選択することができる。尚、
電子放出部を構成する材料は、必ずしも導電性を備えて
いる必要はない。Alternatively, the material constituting the electron-emitting portion is appropriately selected from materials having a secondary electron gain δ of such a material larger than the secondary electron gain δ of the conductive material constituting the cathode electrode. Is also good. That is, silver (Ag),
Aluminum (Al), gold (Au), cobalt (C
o), copper (Cu), molybdenum (Mo), niobium (N
b), nickel (Ni), platinum (Pt), tantalum (T
a), metals such as tungsten (W) and zirconium (Zr); semiconductors such as silicon (Si) and germanium (Ge); inorganic simple substances such as carbon and diamond; and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and barium oxide ( BaO), beryllium oxide (BeO), calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), tin oxide (SnO 2 ), barium fluoride (BaF 2 ), calcium fluoride (CaF 2 )
And the like can be appropriately selected. still,
The material forming the electron emitting portion does not necessarily need to have conductivity.
【0050】第2の構造を有する電界放出素子(平面型
電界放出素子あるいはクレータ型電界放出素子)、若し
くは第3の構造を有する電界放出素子(エッジ型電界放
出素子)にあっては、電子放出部に相当するカソード電
極を構成する材料として、タングステン(W)やタンタ
ル(Ta)、ニオブ(Nb)、チタン(Ti)、モリブ
デン(Mo)、クロム(Cr)、アルミニウム(A
l)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)等の金属、
あるいはこれらの合金や化合物(例えばTiN等の窒化
物や、WSi2、MoSi2、TiSi2、TaSi2等の
シリサイド)、あるいはダイヤモンド等の半導体、炭素
薄膜を例示することができる。かかるカソード電極の厚
さは、おおよそ0.05〜0.5μm、好ましくは0.
1〜0.3μmの範囲とすることが望ましいが、かかる
範囲に限定するものではない。カソード電極の形成方法
として、例えば電子ビーム蒸着法や熱フィラメント蒸着
法といった蒸着法、スパッタリング法、CVD法やイオ
ンプレーティング法とエッチング法との組合せ、スクリ
ーン印刷法、メッキ法等を挙げることができる。スクリ
ーン印刷法やメッキ法によれば、直接、ストライプ状の
カソード電極を形成することが可能である。In a field emission device having the second structure (a flat field emission device or a crater type field emission device) or a field emission device having the third structure (edge type field emission device), the electron emission As materials constituting the cathode electrode corresponding to the portion, tungsten (W), tantalum (Ta), niobium (Nb), titanium (Ti), molybdenum (Mo), chromium (Cr), aluminum (A)
l), metals such as copper (Cu), gold (Au), silver (Ag),
Alternatively, examples thereof include alloys and compounds thereof (for example, nitrides such as TiN, and silicides such as WSi 2 , MoSi 2 , TiSi 2 , and TaSi 2 ), semiconductors such as diamond, and carbon thin films. The thickness of such a cathode electrode is approximately 0.05 to 0.5 μm, preferably 0.1 to 0.5 μm.
It is desirable that the thickness be in the range of 1 to 0.3 μm, but it is not limited to such a range. Examples of the method for forming the cathode electrode include a vapor deposition method such as an electron beam vapor deposition method and a hot filament vapor deposition method, a sputtering method, a combination of a CVD method, an ion plating method and an etching method, a screen printing method, and a plating method. . According to the screen printing method or the plating method, it is possible to directly form a striped cathode electrode.
【0051】あるいは又、第2の構造(平面型電界放出
素子あるいはクレータ型電界放出素子)、第3の構造を
有する電界放出素子(エッジ型電界放出素子)、あるい
は、扁平型電界放出素子から成る第1の構造を有する電
界放出素子にあっては、カソード電極や電子放出部を、
導電性微粒子を分散させた導電性ペーストを用いて形成
することもできる。導電性微粒子としては、グラファイ
ト粉末;酸化バリウム粉末、酸化ストロンチウム粉末、
金属粉末の少なくとも一種を混合したグラファイト粉
末;窒素、リン、ホウ素、トリアゾール等の不純物を含
むダイヤモンド粒子又はダイヤモンドライク・カーボン
粉末;カーボン・ナノ・チューブ粉末;(Sr,Ba,
Ca)CO3粉末;シリコン・カーバイド粉末を例示す
ることができる。特に、導電性微粒子としてグラファイ
ト粉末を選択することが、閾値電界の低減や電子放出部
の耐久性の観点から好ましい。導電性微粒子の形状を、
球状、鱗片状の他、任意の定形形状や不定形形状とする
ことができる。また、導電性微粒子の粒径は、カソード
電極や電子放出部の厚さやパターン幅以下であればよ
い。粒径が小さい方が、単位面積当たりの放出電子数を
増大させることができるが、あまり小さ過ぎるとカソー
ド電極や電子放出部の導電性が劣化する虞がある。よっ
て、好ましい粒径の範囲はおおよそ0.01〜4.0μ
mである。かかる導電性微粒子をガラス成分その他の適
当なバインダと混合して導電性ペーストを調製し、この
導電性ペースを用いてスクリーン印刷法により所望のパ
ターンを形成した後、パターンを焼成することによって
電子放出部として機能するカソード電極や電子放出部を
形成することができる。あるいは、スピンコーティング
法とエッチング技術の組み合わせにより、電子放出部と
して機能するカソード電極や電子放出部を形成すること
もできる。Alternatively, the light emitting device comprises a second structure (a flat field emission device or a crater type field emission device), a field emission device having a third structure (an edge type field emission device), or a flat field emission device. In the field emission device having the first structure, the cathode electrode and the electron emission portion are
It can also be formed using a conductive paste in which conductive fine particles are dispersed. As the conductive fine particles, graphite powder; barium oxide powder, strontium oxide powder,
Graphite powder mixed with at least one of metal powders; diamond particles or diamond-like carbon powder containing impurities such as nitrogen, phosphorus, boron, and triazole; carbon nanotube powder; (Sr, Ba,
Ca) CO 3 powder; and silicon carbide powder. In particular, it is preferable to select graphite powder as the conductive fine particles from the viewpoint of reduction of the threshold electric field and durability of the electron emitting portion. The shape of the conductive fine particles
In addition to a spherical shape and a scale-like shape, an arbitrary regular shape or an irregular shape can be adopted. The particle size of the conductive fine particles may be equal to or less than the thickness and pattern width of the cathode electrode and the electron emission portion. The smaller the particle size, the more the number of emitted electrons per unit area can be increased. However, if the particle size is too small, the conductivity of the cathode electrode and the electron emitting portion may be deteriorated. Therefore, the preferable range of the particle size is approximately 0.01 to 4.0 μm.
m. Such conductive fine particles are mixed with a glass component or other suitable binder to prepare a conductive paste, a desired pattern is formed by a screen printing method using the conductive paste, and then the pattern is fired to emit electrons. A cathode electrode and an electron-emitting portion functioning as a portion can be formed. Alternatively, a cathode electrode or an electron emitting portion functioning as an electron emitting portion can be formed by a combination of a spin coating method and an etching technique.
【0052】また、スピント型電界放出素子やクラウン
型電界放出素子から成る第1の構造を有する電界放出素
子にあっては、カソード電極を構成する材料として、タ
ングステン(W)、ニオブ(Nb)、タンタル(T
a)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、アルミニ
ウム(Al)、銅(Cu)等の金属、これらの金属元素
を含む合金あるいは化合物(例えばTiN等の窒化物
や、WSi2、MoSi2、TiSi2、TaSi2等のシ
リサイド)、あるいはシリコン(Si)等の半導体、I
TO(インジウム錫酸化物)を例示することができる。
カソード電極の形成方法として、例えば電子ビーム蒸着
法や熱フィラメント蒸着法といった蒸着法、スパッタリ
ング法、CVD法やイオンプレーティング法とエッチン
グ法との組合せ、スクリーン印刷法、メッキ法等を挙げ
ることができる。スクリーン印刷法やメッキ法によれ
ば、直接、ストライプ状のカソード電極を形成すること
が可能である。In the field emission device having the first structure including the Spindt-type field emission device and the crown-type field emission device, the cathode electrode is made of tungsten (W), niobium (Nb), niobium (Nb), or the like. Tantalum (T
a), metals such as molybdenum (Mo), chromium (Cr), aluminum (Al), copper (Cu), alloys or compounds containing these metal elements (for example, nitrides such as TiN, WSi 2 , MoSi 2 , A semiconductor such as TiSi 2 or TaSi 2 ) or silicon (Si);
TO (indium tin oxide) can be exemplified.
Examples of the method for forming the cathode electrode include a vapor deposition method such as an electron beam vapor deposition method and a hot filament vapor deposition method, a sputtering method, a combination of a CVD method, an ion plating method and an etching method, a screen printing method, and a plating method. . According to the screen printing method or the plating method, it is possible to directly form a striped cathode electrode.
【0053】第1の構造〜第3の構造を有する電界放出
素子において、ゲート電極及び絶縁層に設けられた1つ
の開口部及び孔部内に1つの電子放出部が存在してもよ
いし、ゲート電極及び絶縁層に設けられた1つの開口部
及び孔部内に複数の電子放出部が存在してもよいし、ゲ
ート電極に複数の開口部を設け、かかる開口部と連通す
る1つの孔部を絶縁層に設け、絶縁層に設けられた1つ
の孔部内に1又は複数の電子放出部が存在してもよい。In the field emission device having the first to third structures, one electron emission portion may be present in one opening and one hole provided in the gate electrode and the insulating layer. A plurality of electron-emitting portions may exist in one opening and a hole provided in the electrode and the insulating layer, or a plurality of openings may be provided in the gate electrode, and one hole communicating with the opening may be provided. One or a plurality of electron-emitting portions may be provided in the insulating layer and in one hole provided in the insulating layer.
【0054】第1の構造〜第3の構造を有する電界放出
素子において、カソード電極と電子放出部との間に抵抗
体層を設けてもよい。あるいは又、カソード電極の表面
あるいはそのエッジ部が電子放出部に相当している場
合、カソード電極を導電材料層、抵抗体層、電子放出部
に相当する電子放出層の3層構成としてもよい。抵抗体
層を設けることによって、電界放出素子の動作安定化、
電子放出特性の均一化を図ることができる。抵抗体層を
構成する材料として、シリコンカーバイド(SiC)と
いったカーボン系材料、SiN、アモルファスシリコン
等の半導体材料、酸化ルテニウム(RuO2)、酸化タ
ンタル、窒化タンタル等の高融点金属酸化物を例示する
ことができる。抵抗体層の形成方法として、スパッタリ
ング法や、CVD法やスクリーン印刷法を例示すること
ができる。抵抗値は、概ね1×10 5〜1×107Ω、好
ましくは数MΩとすればよい。Field emission having first to third structures
In the device, the resistance between the cathode electrode and the electron emission section
A body layer may be provided. Alternatively, the surface of the cathode electrode
Or, if the edge part corresponds to the electron emission part,
If the cathode electrode is a conductive material layer, resistor layer,
May be adopted as a three-layer structure of an electron emission layer. Resistor
By providing a layer, the operation of the field emission device can be stabilized,
Electron emission characteristics can be made uniform. Resistor layer
As a constituent material, silicon carbide (SiC)
Carbon-based materials, SiN, amorphous silicon
Semiconductor materials such as ruthenium oxide (RuOTwo), Oxidation
Examples of refractory metal oxides such as tantalum and tantalum nitride
be able to. As a method of forming the resistor layer, sputtering
, CVD and screen printing methods
Can be. The resistance value is approximately 1 × 10 Five~ 1 × 107Ω, good
More preferably, it should be several MΩ.
【0055】各種の電界放出素子におけるゲート電極を
構成する導電性材料として、タングステン(W)、ニオ
ブ(Nb)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、
クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)等
の金属、これらの金属元素を含む合金あるいは化合物
(例えばTiN等の窒化物や、WSi2、MoSi2、T
iSi2、TaSi2等のシリサイド)、あるいはシリコ
ン(Si)等の半導体やダイヤモンド、カーボン、IT
O(インジウム錫酸化物)を例示することができる。Tungsten (W), niobium (Nb), tantalum (Ta), molybdenum (Mo),
Metals such as chromium (Cr), aluminum (Al), copper (Cu), alloys or compounds containing these metal elements (for example, nitrides such as TiN, WSi 2 , MoSi 2 , T
i Si 2, silicides such as TaSi 2), or silicon (Si) or the like of the semiconductor and diamond, carbon, IT
O (indium tin oxide) can be exemplified.
【0056】絶縁層の構成材料として、SiO2、Si
N、SiON、SOG(スピンオングラス)を、単独あ
るいは適宜組み合わせて使用することができる。絶縁層
の形成には、CVD法、塗布法、スパッタリング法、ス
クリーン印刷法等の公知のプロセスが利用できる。As the constituent material of the insulating layer, SiO 2 , Si
N, SiON, and SOG (spin on glass) can be used alone or in appropriate combination. Known processes such as a CVD method, a coating method, a sputtering method, and a screen printing method can be used for forming the insulating layer.
【0057】以下、各種の電界放出素子及びその製造方
法を説明する。Hereinafter, various field emission devices and a method of manufacturing the same will be described.
【0058】[スピント型電界放出素子]図6の(B)
に示す電界放出素子は、円錐形の電子放出部15を有す
る所謂スピント型電界放出素子である。スピント型電界
放出素子は、支持体10と、支持体10上に設けられた
ストライプ状のカソード電極11と、支持体10及びカ
ソード電極11上に形成された絶縁層12と、絶縁層1
2上に設けられたストライプ状のゲート電極13と、ゲ
ート電極13を貫通した開口部、及び、絶縁層12を貫
通し、開口部と連通した孔部と、孔部の底部に位置する
カソード電極11の部分の上に設けられた円錐状の電子
放出部15から成り、孔部の底部に露出した電子放出部
15から電子が放出される構造を有する。このスピント
型電界放出素子の製造方法の概要を、以下、支持体等の
模式的な一部端面図である図5及び図6を参照して説明
する。[Spindt-type field emission device] FIG.
Is a so-called Spindt-type field emission device having a conical electron emission portion 15. The Spindt-type field emission device includes a support 10, a striped cathode electrode 11 provided on the support 10, an insulating layer 12 formed on the support 10 and the cathode electrode 11, and an insulating layer 1.
2, a stripe-shaped gate electrode 13, an opening penetrating the gate electrode 13, an opening penetrating the insulating layer 12 and communicating with the opening, and a cathode electrode located at the bottom of the opening. It has a conical electron emitting portion 15 provided on the portion 11 and has a structure in which electrons are emitted from the electron emitting portion 15 exposed at the bottom of the hole. The outline of the method for manufacturing this Spindt-type field emission device will be described below with reference to FIGS. 5 and 6, which are schematic partial end views of a support and the like.
【0059】[工程−A1]先ず、例えばガラスから成
る支持体10上にニオブ(Nb)から成るストライプ状
のカソード電極11を形成した後、全面にSiO2から
成る絶縁層12を形成し、更に、ストライプ状のゲート
電極13を絶縁層12上に形成する。ゲート電極13の
形成は、例えば、スパッタリング法、リソグラフィ技術
及びドライエッチング技術に基づき行うことができる。[Step-A1] First, a striped cathode electrode 11 made of niobium (Nb) is formed on a support 10 made of, for example, glass, and then an insulating layer 12 made of SiO 2 is formed on the entire surface. Then, a stripe-shaped gate electrode 13 is formed on the insulating layer 12. The formation of the gate electrode 13 can be performed based on, for example, a sputtering method, a lithography technique, and a dry etching technique.
【0060】[工程−A2]次に、ゲート電極13及び
絶縁層12に、エッチング用マスクとして機能するレジ
スト層16をリソグラフィ技術によって形成する(図5
の(A)参照)。その後、RIE(反応性イオン・エッ
チング)法にてゲート電極13に開口部を形成し、更
に、絶縁層12に孔部を形成する。尚、以下の説明にお
いて、特に断りのない限り、開口部及び孔部を総称して
開口部14と表現する。開口部14(孔部)の底部にカ
ソード電極11が露出している。その後、レジスト層1
6をアッシング技術によって除去する。こうして、図5
の(B)に示す構造を得ることができる。[Step-A2] Next, a resist layer 16 functioning as an etching mask is formed on the gate electrode 13 and the insulating layer 12 by lithography (FIG. 5).
(A)). Thereafter, an opening is formed in the gate electrode 13 by RIE (Reactive Ion Etching), and a hole is formed in the insulating layer 12. In the following description, the opening and the hole are collectively referred to as the opening 14 unless otherwise specified. The cathode electrode 11 is exposed at the bottom of the opening 14 (hole). Then, the resist layer 1
6 is removed by an ashing technique. Thus, FIG.
(B) can be obtained.
【0061】[工程−A3]次に、開口部14の底部に
露出したカソード電極11上に、電子放出部15を形成
する。具体的には、アルミニウムを斜め蒸着することに
より、剥離層17を形成する。このとき、支持体10の
法線に対する蒸着粒子の入射角を十分に大きく選択する
ことにより、開口部14の底部にアルミニウムを殆ど堆
積させることなく、ゲート電極13及び絶縁層12上に
剥離層17を形成することができる。この剥離層17
は、開口部14の開口端部から庇状に張り出しており、
これにより開口部14が実質的に縮径される(図5の
(C)参照)。[Step-A3] Next, the electron emission portion 15 is formed on the cathode electrode 11 exposed at the bottom of the opening portion 14. Specifically, the release layer 17 is formed by obliquely depositing aluminum. At this time, by selecting a sufficiently large incident angle of the vapor deposition particles with respect to the normal line of the support 10, the release layer 17 is formed on the gate electrode 13 and the insulating layer 12 without depositing aluminum almost at the bottom of the opening 14. Can be formed. This release layer 17
Protrudes like an eave from the opening end of the opening 14,
This substantially reduces the diameter of the opening 14 (see FIG. 5C).
【0062】[工程−A4]次に、全面に例えばモリブ
デン(Mo)を垂直蒸着する。このとき、図6の(A)
に示すように、剥離層17上でオーバーハング形状を有
するモリブデンから成る導電材料層18が成長するに伴
い、開口部14の実質的な直径が次第に縮小されるの
で、開口部14の底部において堆積に寄与する蒸着粒子
は、次第に開口部14の中央付近を通過するものに限ら
れるようになる。その結果、開口部14の底部には円錐
形の堆積物が形成され、この円錐形のモリブデンから成
る堆積物が電子放出部15となる。[Step-A4] Next, for example, molybdenum (Mo) is vertically deposited on the entire surface. At this time, FIG.
As the conductive material layer 18 made of molybdenum having an overhang shape grows on the peeling layer 17 as shown in FIG. Are gradually limited to those passing near the center of the opening 14. As a result, a conical deposit is formed at the bottom of the opening 14, and the conical deposit made of molybdenum becomes the electron-emitting portion 15.
【0063】[工程−A5]その後、電気化学的プロセ
ス及び湿式プロセスによって剥離層17を絶縁層12及
びゲート電極13の表面から剥離し、絶縁層12及びゲ
ート電極13の上方の導電材料層18を選択的に除去す
る。その結果、図6の(B)に示すように、開口部14
の底部に位置するカソード電極11上に円錐形の電子放
出部15を残すことができる。その後、絶縁層12を等
方的にエッチングし、ゲート電極13の開口部端部を露
出させることが好ましい。等方的なエッチングは、典型
的には、ウェットエッチング、あるいはラジカルが主エ
ッチング種となるドライエッチング条件下で行うことが
できる。[Step-A5] Thereafter, the release layer 17 is separated from the surfaces of the insulating layer 12 and the gate electrode 13 by an electrochemical process and a wet process, and the conductive material layer 18 above the insulating layer 12 and the gate electrode 13 is removed. Selectively remove. As a result, as shown in FIG.
The electron emission portion 15 having a conical shape can be left on the cathode electrode 11 located at the bottom of the substrate. Thereafter, it is preferable that the insulating layer 12 is isotropically etched to expose the edge of the opening of the gate electrode 13. The isotropic etching can be typically performed under wet etching or dry etching conditions in which radicals are the main etching species.
【0064】[クラウン型電界放出素子]クラウン型電
界放出素子から成る電界放出素子の模式的な一部端面図
を図8の(A)に示し、一部を切り欠いた模式的な斜視
図を図8の(B)に示す。クラウン型電界放出素子は、
支持体10上に形成されたカソード電極11と、支持体
10及びカソード電極11上に形成された絶縁層12
と、絶縁層12上に形成されたゲート電極13と、ゲー
ト電極13及び絶縁層12を貫通した開口部14と、開
口部14(孔部)の底部に位置するカソード電極11の
部分の上に設けられたクラウン(王冠)型の電子放出部
15Aから構成されている。[Crown Field Emission Device] FIG. 8A is a schematic partial end view of a field emission device comprising a crown type field emission device, and FIG. This is shown in FIG. Crown type field emission device
Cathode electrode 11 formed on support 10 and insulating layer 12 formed on support 10 and cathode electrode 11
A gate electrode 13 formed on the insulating layer 12, an opening 14 penetrating the gate electrode 13 and the insulating layer 12, and a portion of the cathode electrode 11 located at the bottom of the opening 14 (hole). It is composed of a crown-type electron emission section 15A provided.
【0065】以下、クラウン型電界放出素子の製造方法
を、支持体等の模式的な一部端面図等である図7〜図8
を参照して説明する。The method of manufacturing the crown type field emission device is described below with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG.
【0066】[工程−B1]先ず、例えばガラスから成
る支持体10上に、ストライプのカソード電極11を形
成する。尚、カソード電極11は、図面の紙面左右方向
に延びている。ストライプ状のカソード電極11は、例
えば支持体10上にITO膜をスパッタリング法により
約0.2μmの厚さに全面に亙って成膜した後、ITO
膜をパターニングすることによって形成することができ
る。カソード電極11は、単一の材料層であってもよ
く、複数の材料層を積層することによって構成すること
もできる。例えば、後の工程で形成される各電子放出部
の電子放出特性のばらつきを抑制するために、カソード
電極11の表層部を残部よりも電気抵抗率の高い材料で
構成することができる。尚、このようなカソード電極の
構成を、他の電界放出素子のカソード電極に適用するこ
とができる。次に、支持体10及びカソード電極11上
に絶縁層12を形成する。ここでは、一例としてガラス
ペーストを全面に約3μmの厚さにスクリーン印刷す
る。次に、絶縁層12に含まれる水分や溶剤を除去し、
且つ、絶縁層12を平坦化するために、例えば100゜
C、10分間の仮焼成、及び500゜C、20分間の本
焼成といった2段階の焼成を行う。尚、上述のようなガ
ラスペーストを用いたスクリーン印刷に替えて、例えば
プラズマCVD法によりSiO2膜を形成してもよい。[Step-B1] First, a striped cathode electrode 11 is formed on a support 10 made of, for example, glass. Note that the cathode electrode 11 extends in the left-right direction on the paper of the drawing. The stripe-shaped cathode electrode 11 is formed, for example, by forming an ITO film on the support 10 to a thickness of about 0.2 μm over the entire surface by a sputtering method, and then forming the ITO film.
It can be formed by patterning a film. The cathode electrode 11 may be a single material layer, or may be formed by laminating a plurality of material layers. For example, the surface layer of the cathode electrode 11 can be made of a material having a higher electrical resistivity than the rest in order to suppress the variation in the electron emission characteristics of each electron emission portion formed in a later step. Note that such a configuration of the cathode electrode can be applied to the cathode electrode of another field emission device. Next, an insulating layer 12 is formed on the support 10 and the cathode electrode 11. Here, as an example, a glass paste is screen-printed on the entire surface to a thickness of about 3 μm. Next, moisture and a solvent contained in the insulating layer 12 are removed,
Further, in order to flatten the insulating layer 12, for example, two-stage baking such as temporary baking at 100 ° C. for 10 minutes and main baking at 500 ° C. for 20 minutes are performed. Instead of the screen printing using the glass paste as described above, a SiO 2 film may be formed by, for example, a plasma CVD method.
【0067】次に、絶縁層12上に、ストライプ状のゲ
ート電極13を形成する。尚、ゲート電極13は、図面
の紙面垂直方向に延びている。即ち、ゲート電極13の
射影像の延びる方向は、ストライプ状のカソード電極1
1の射影像の延びる方向と90度を成す。Next, a gate electrode 13 in the form of a stripe is formed on the insulating layer 12. The gate electrode 13 extends in the direction perpendicular to the plane of the drawing. That is, the direction in which the projected image of the gate electrode 13 extends is the stripe-shaped cathode electrode 1.
The angle is 90 degrees with the direction in which the projected image 1 extends.
【0068】[工程−B2]次に、[工程−A2]と同
様にして、ゲート電極13及び絶縁層12をRIE法に
基づきエッチングし、ゲート電極13及び絶縁層12に
開口部14を形成し、開口部14(孔部)の底部にカソ
ード電極11を露出させる。開口部14の直径を約2〜
50μmとする。[Step-B2] Next, in the same manner as in [Step-A2], the gate electrode 13 and the insulating layer 12 are etched based on the RIE method to form openings 14 in the gate electrode 13 and the insulating layer 12. Then, the cathode electrode 11 is exposed at the bottom of the opening 14 (hole). The diameter of the opening 14 is about 2
It is 50 μm.
【0069】[工程−B3]次に、ゲート電極13上、
絶縁層12上、及び開口部14の側壁面上に剥離層51
を形成する(図7の(A)参照)。かかる剥離層51を
形成するには、例えば、フォトレジスト材料をスピンコ
ーティング法により全面に塗布し、開口部14の底部の
一部分のみを除去するようなパターニングを行う。この
時点で、開口部14の実質的な直径は、約1〜20μm
に縮径される。[Step-B3] Next, on the gate electrode 13,
The release layer 51 is formed on the insulating layer 12 and on the side wall surface of the opening 14.
Is formed (see FIG. 7A). In order to form the release layer 51, for example, a photoresist material is applied to the entire surface by spin coating, and patterning is performed so as to remove only a part of the bottom of the opening 14. At this point, the substantial diameter of the opening 14 is about 1-20 μm
The diameter is reduced to
【0070】[工程−B4]次に、図7の(B)に示す
ように、全面に組成物原料から成る導電性組成物層52
を形成する。ここで使用する組成物原料は、例えば、導
電性粒子として平均粒径約0.1μmの黒鉛粒子を60
重量%、バインダとして4号の水ガラスを40重量%含
む。この組成物原料を、例えば1400rpm、10秒
間の条件で全面にスピンコートする。開口部14内にお
ける導電性組成物層52の表面は、組成物原料の表面張
力に起因して、開口部14の側壁面に沿って迫り上が
り、開口部14の中央部に向かって窪む。その後、導電
性組成物層52に含まれる水分を除去するための仮焼成
を、例えば大気中、400゜Cで30分間行う。[Step-B4] Next, as shown in FIG. 7B, a conductive composition layer 52 made of a composition material is formed on the entire surface.
To form The composition raw material used here is, for example, graphite particles having an average particle size of about 0.1 μm as conductive particles.
%, And 40% by weight of No. 4 water glass as a binder. This composition material is spin-coated on the entire surface, for example, at 1400 rpm for 10 seconds. The surface of the conductive composition layer 52 in the opening 14 rises along the side wall surface of the opening 14 due to the surface tension of the composition raw material, and becomes concave toward the center of the opening 14. Thereafter, calcination for removing moisture contained in the conductive composition layer 52 is performed, for example, at 400 ° C. for 30 minutes in the air.
【0071】組成物原料において、バインダは、(1)
それ自身が導電性粒子の分散媒であってもよいし、
(2)導電性粒子を被覆していてもよいし、(3)適当
な溶媒に分散あるいは溶解されることによって、導電性
粒子の分散媒を構成してもよい。(3)のケースの典型
例は水ガラスであり、日本工業規格(JIS)K140
8に規定される1号乃至4号、又はこれらの同等品を使
用することができる。1号乃至4号は、水ガラスの構成
成分である酸化ナトリウム(Na2O)1モルに対する
酸化珪素(SiO2)のモル数(約2〜4モル)の違い
に基づく4段階の等級であり、それぞれ粘度が大きく異
なる。従って、リフトオフ・プロセスで水ガラスを使用
する際には、水ガラスに分散させる導電性粒子の種類や
含有量、剥離層51との親和性、開口部14のアスペク
ト比等の諸条件を考慮して、最適な等級の水ガラスを選
択するか、又は、これらの等級と同等の水ガラスを調製
して使用することが好ましい。In the composition raw material, the binder is (1)
It may itself be a dispersion medium of conductive particles,
(2) The conductive particles may be coated, or (3) a dispersion medium of the conductive particles may be formed by being dispersed or dissolved in an appropriate solvent. A typical example of the case (3) is water glass, which is a Japanese Industrial Standard (JIS) K140.
Nos. 1 to 4 specified in No. 8 or equivalents thereof can be used. Nos. 1 to 4 are four-grade grades based on the difference in the number of moles (about 2 to 4 moles) of silicon oxide (SiO 2 ) with respect to 1 mole of sodium oxide (Na 2 O) as a constituent of water glass. , Each greatly differ in viscosity. Therefore, when water glass is used in the lift-off process, various conditions such as the type and content of the conductive particles dispersed in the water glass, affinity with the release layer 51, and the aspect ratio of the opening 14 are taken into consideration. It is preferred to select the optimal grade of water glass or to prepare and use water glass equivalent to these grades.
【0072】バインダは一般に導電性に劣るので、導電
性組成物中の導電性粒子の含有量に対してバインダの含
有量が多過ぎると、形成される電子放出部15Aの電気
抵抗値が上昇し、電子放出が円滑に行われなくなる虞が
ある。従って、例えば水ガラス中に導電性粒子としてカ
ーボン系材料粒子を分散させて成る組成物原料を例にと
ると、組成物原料の全重量に占めるカーボン系材料粒子
の割合は、電子放出部15Aの電気抵抗値、組成物原料
の粘度、導電性粒子同士の接着性等の特性を考慮し、概
ね30〜95重量%の範囲に選択することが好ましい。
カーボン系材料粒子の割合をかかる範囲内に選択するこ
とにより、形成される電子放出部15Aの電気抵抗値を
十分に下げると共に、カーボン系材料粒子同士の接着性
を良好に保つことが可能となる。但し、導電性粒子とし
てカーボン系材料粒子にアルミナ粒子を混合して用いた
場合には、導電性粒子同士の接着性が低下する傾向があ
るので、アルミナ粒子の含有量に応じてカーボン系材料
粒子の割合を高めることが好ましく、60重量%以上と
することが特に好ましい。尚、組成物原料には、導電性
粒子の分散状態を安定化させるための分散剤や、pH調
整剤、乾燥剤、硬化剤、防腐剤等の添加剤が含まれてい
てもよい。尚、導電性粒子を結合剤(バインダ)の被膜
で覆った粉体を、適当な分散媒中に分散させて成る組成
物原料を用いてもよい。Since the binder is generally inferior in conductivity, if the content of the binder is too large relative to the content of the conductive particles in the conductive composition, the electric resistance of the electron emitting portion 15A formed will increase. In addition, there is a possibility that electron emission may not be performed smoothly. Therefore, for example, in the case of a composition raw material obtained by dispersing carbon-based material particles as conductive particles in water glass, for example, the ratio of the carbon-based material particles to the total weight of the composition raw material is determined by the ratio of the electron-emitting portion 15A. It is preferable to select approximately 30 to 95% by weight in consideration of characteristics such as the electric resistance value, the viscosity of the composition raw material, and the adhesiveness between the conductive particles.
By selecting the ratio of the carbon-based material particles within such a range, it is possible to sufficiently lower the electric resistance of the electron-emitting portion 15A to be formed and to maintain good adhesion between the carbon-based material particles. . However, when the alumina particles are mixed with the carbon-based material particles as the conductive particles, the adhesiveness between the conductive particles tends to decrease. Therefore, the carbon-based material particles may be adjusted according to the content of the alumina particles. Is preferably increased, and particularly preferably 60% by weight or more. The composition raw material may contain a dispersant for stabilizing the dispersed state of the conductive particles, and additives such as a pH adjuster, a drying agent, a curing agent, and a preservative. A composition raw material obtained by dispersing a powder in which conductive particles are covered with a coating of a binder (binder) in an appropriate dispersion medium may be used.
【0073】一例として、王冠状の電子放出部15Aの
直径を概ね1〜20μmとし、導電性粒子としてカーボ
ン系材料粒子を使用した場合、カーボン系材料粒子の粒
径は概ね0.1μm〜1μmの範囲とすることが好まし
い。カーボン系材料粒子の粒径をかかる範囲に選択する
ことにより、王冠状の電子放出部15Aの縁部に十分に
高い機械的強度が備わり、且つ、カソード電極11に対
する電子放出部15Aの密着性が良好となる。As an example, when the diameter of the crown-shaped electron emitting portion 15A is approximately 1 to 20 μm and carbon-based material particles are used as the conductive particles, the diameter of the carbon-based material particle is approximately 0.1 μm to 1 μm. It is preferable to set the range. By selecting the particle diameter of the carbon-based material particles in such a range, sufficiently high mechanical strength is provided at the edge of the crown-shaped electron emission portion 15A, and the adhesion of the electron emission portion 15A to the cathode electrode 11 is improved. It will be good.
【0074】[工程−B5]次に、図7の(C)に示す
ように、剥離層51を除去する。剥離は、2重量%の水
酸化ナトリウム水溶液中に、30秒間浸漬することによ
り行う。このとき、超音波振動を加えながら剥離を行っ
てもよい。これにより、剥離層51と共に剥離層51上
の導電性組成物層52の部分が除去され、開口部14
(孔部)の底部に露出したカソード電極11上の導電性
組成物層52の部分のみが残される。この残存した部分
が電子放出部15Aとなる。電子放出部15Aの形状
は、表面が開口部14の中央部に向かって窪み、王冠状
となる。[工程−B5]が終了した時点における状態
を、図8に示す。図8の(B)は、電界放出素子の一部
を示す模式的な斜視図であり、図8の(A)は図8の
(B)の線A−Aに沿った模式的な一部端面図である。
図8の(B)では、電子放出部15Aの全体が見えるよ
うに、絶縁層12とゲート電極13との一部を切り欠い
ている。尚、1つの電子放出領域には、5〜100個程
度の電子放出部15Aを設けることで十分である。尚、
導電性粒子が電子放出部15Aの表面に確実に露出する
ように、電子放出部15Aの表面に露出したバインダを
エッチングによって除去してもよい。[Step-B5] Next, as shown in FIG. 7C, the release layer 51 is removed. Peeling is performed by immersing in a 2% by weight aqueous sodium hydroxide solution for 30 seconds. At this time, the peeling may be performed while applying ultrasonic vibration. Thereby, the portion of the conductive composition layer 52 on the release layer 51 together with the release layer 51 is removed, and the opening 14 is formed.
Only the portion of the conductive composition layer 52 on the cathode electrode 11 exposed at the bottom of the (hole) is left. This remaining portion becomes the electron emitting portion 15A. The shape of the electron-emitting portion 15A is such that its surface is depressed toward the center of the opening 14 and has a crown shape. FIG. 8 shows a state at the time when [Step-B5] is completed. FIG. 8B is a schematic perspective view showing a part of the field emission device, and FIG. 8A is a schematic part taken along line AA of FIG. 8B. It is an end view.
In FIG. 8B, a part of the insulating layer 12 and a part of the gate electrode 13 are cut away so that the entire electron emitting portion 15A can be seen. It is sufficient to provide about 5 to 100 electron emitting portions 15A in one electron emitting region. still,
The binder exposed on the surface of the electron-emitting portion 15A may be removed by etching so that the conductive particles are reliably exposed on the surface of the electron-emitting portion 15A.
【0075】[工程−B6]次に、電子放出部15Aの
焼成を行う。焼成は、乾燥大気中、400゜C、30分
間の条件で行う。尚、焼成温度は、組成物原料に含まれ
るバインダの種類に応じて選択すればよい。例えば、バ
インダが水ガラスのような無機材料である場合には、無
機材料を焼成し得る温度で熱処理を行えばよい。バイン
ダが熱硬化性樹脂である場合には、熱硬化性樹脂を硬化
し得る温度で熱処理を行えばよい。但し、導電性粒子同
士の密着性を保つために、熱硬化性樹脂が過度に分解し
たり炭化する虞のない温度で熱処理を行うことが好適で
ある。いずれのバインダを用いるにしても、熱処理温度
は、ゲート電極やカソード電極、絶縁層に損傷や欠陥が
生じない温度とする必要がある。熱処理雰囲気は、ゲー
ト電極やカソード電極の電気抵抗率が酸化によって上昇
したり、あるいはゲート電極やカソード電極に欠陥や損
傷が生ずることがないように、不活性ガス雰囲気とする
ことが好ましい。尚、バインダとして熱可塑性樹脂を使
用した場合には、熱処理を必要としない場合がある。[Step-B6] Next, the electron emission portion 15A is fired. The firing is performed in a dry atmosphere at 400 ° C. for 30 minutes. In addition, what is necessary is just to select a baking temperature according to the kind of binder contained in a composition raw material. For example, when the binder is an inorganic material such as water glass, heat treatment may be performed at a temperature at which the inorganic material can be fired. When the binder is a thermosetting resin, the heat treatment may be performed at a temperature at which the thermosetting resin can be cured. However, in order to maintain the adhesion between the conductive particles, it is preferable to perform the heat treatment at a temperature at which the thermosetting resin does not excessively decompose or carbonize. Regardless of which binder is used, the heat treatment temperature needs to be a temperature at which no damage or defects occur in the gate electrode, the cathode electrode, and the insulating layer. The heat treatment atmosphere is preferably an inert gas atmosphere so that the electrical resistivity of the gate electrode or the cathode electrode does not increase due to oxidation or a defect or damage does not occur in the gate electrode or the cathode electrode. When a thermoplastic resin is used as a binder, heat treatment may not be required.
【0076】[扁平型電界放出素子−1]扁平型電界放
出素子−1から成る電界放出素子の模式的な一部断面図
を、図9の(C)に示す。扁平型電界放出素子−1は、
例えばガラスから成る支持体10上に形成されたカソー
ド電極11、支持体10及びカソード電極11上に形成
された絶縁層12、絶縁層12上に形成されたゲート電
極13、ゲート電極13及び絶縁層12を貫通した開口
部14、並びに、開口部14(孔部)の底部に位置する
カソード電極11の部分の上に設けられた扁平の電子放
出部15Bから成る。ここで、電子放出部15Bは、図
9の(C)の紙面垂直方向に延びたストライプ状のカソ
ード電極11上に形成されている。また、ゲート電極1
3は、図9の(C)の紙面左右方向に延びている。カソ
ード電極11及びゲート電極13はクロム(Cr)から
成る。電子放出部15Bは、具体的には、グラファイト
粉末から成る薄層から構成されている。また、電界放出
素子の動作安定化、電子放出特性の均一化のために、カ
ソード電極11と電子放出部15Bとの間にSiCから
成る抵抗体層60が設けられている。図9の(C)に示
した扁平型電界放出素子−1においては、カソード電極
11の表面の全域に亙って、抵抗体層60及び電子放出
部15Bが形成されているが、このような構造に限定す
るものではなく、要は、少なくとも開口部14の底部に
電子放出部15Bが設けられていればよい。[Flat Field Emission Device-1] FIG. 9C is a schematic partial sectional view of a field emission device comprising the flat field emission device-1. The flat type field emission device-1 is
For example, a cathode electrode 11 formed on a support 10 made of glass, an insulating layer 12 formed on the support 10 and the cathode electrode 11, a gate electrode 13, a gate electrode 13, and an insulating layer formed on the insulating layer 12 An opening 14 that penetrates through the opening 12 and a flat electron-emitting portion 15B provided on a portion of the cathode electrode 11 located at the bottom of the opening 14 (hole). Here, the electron-emitting portion 15B is formed on the striped cathode electrode 11 extending in the direction perpendicular to the plane of FIG. 9C. Also, the gate electrode 1
Reference numeral 3 extends in the left-right direction on the paper surface of FIG. The cathode electrode 11 and the gate electrode 13 are made of chromium (Cr). The electron emitting portion 15B is specifically formed of a thin layer made of graphite powder. Further, a resistor layer 60 made of SiC is provided between the cathode electrode 11 and the electron emitting portion 15B for stabilizing the operation of the field emission device and making the electron emission characteristics uniform. In the flat type field emission device 1 shown in FIG. 9C, the resistor layer 60 and the electron emission portion 15B are formed over the entire surface of the cathode electrode 11, but such a configuration is used. The invention is not limited to the structure, but what is essential is that the electron-emitting portion 15 </ b> B is provided at least at the bottom of the opening 14.
【0077】以下、支持体等の模式的な一部断面図であ
る図9を参照して、扁平型電界放出素子−1の製造方法
を説明する。Hereinafter, a method for manufacturing the flat field emission device 1 will be described with reference to FIG. 9 which is a schematic partial cross-sectional view of a support and the like.
【0078】[工程−C1]先ず、支持体10上に、ク
ロム(Cr)から成るカソード電極用導電材料層をスパ
ッタリング法にて形成した後、リソグラフィ技術及びド
ライエッチング技術に基づきカソード電極用導電材料層
をパターニングする。これによって、ストライプ状のカ
ソード電極11を支持体10上に形成することができる
(図9の(A)参照)。尚、カソード電極11は、図9
の紙面垂直方向に延びている。[Step-C1] First, a cathode electrode conductive material layer made of chromium (Cr) is formed on the support 10 by a sputtering method, and then the cathode electrode conductive material layer is formed based on a lithography technique and a dry etching technique. Pattern the layer. Thus, the striped cathode electrode 11 can be formed on the support 10 (see FIG. 9A). The cathode electrode 11 is shown in FIG.
Extends in the direction perpendicular to the plane of the drawing.
【0079】[工程−C2]次に、カソード電極11上
に、電子放出部15Bを形成する。具体的には、先ず、
全面にスパッタリング法にてSiCから成る抵抗体層6
0を形成し、次いで、抵抗体層60の上にグラファイト
粉末塗料から成る電子放出部15Bをスピンコーティン
グ法にて形成し、電子放出部15Bを乾燥させる。その
後、電子放出部15B及び抵抗体層60を公知の方法に
基づきパターニングする(図9の(B)参照)。電子放
出部15Bから電子が放出される。[Step-C2] Next, the electron-emitting portion 15B is formed on the cathode electrode 11. Specifically, first,
Resistor layer 6 made of SiC on the entire surface by sputtering
Then, an electron emitting portion 15B made of graphite powder paint is formed on the resistor layer 60 by spin coating, and the electron emitting portion 15B is dried. Thereafter, the electron-emitting portion 15B and the resistor layer 60 are patterned according to a known method (see FIG. 9B). Electrons are emitted from the electron emitting portion 15B.
【0080】[工程−C3]次に、全面に絶縁層12を
形成する。具体的には、電子放出部15B及び支持体1
0上に、例えば、スパッタリング法にてSiO2から成
る絶縁層12を形成する。尚、絶縁層12を、ガラスペ
ーストをスクリーン印刷する方法や、SiO 2層をCV
D法にて形成する方法に基づき形成することもできる。
その後、ストライプ状のゲート電極13を絶縁層12上
に形成する。[Step-C3] Next, an insulating layer 12 is formed on the entire surface.
Form. Specifically, the electron-emitting portion 15B and the support 1
0, for example, by the sputtering methodTwoConsisting of
An insulating layer 12 is formed. Note that the insulating layer 12 is
Screen printing of pastes, SiO TwoLayer CV
It can also be formed based on the method of forming by D method.
Then, a stripe-shaped gate electrode 13 is formed on the insulating layer 12.
Formed.
【0081】[工程−C4]次に、[工程−A2]と同
様の方法に基づき、ゲート電極13及び絶縁層12に開
口部14を形成し、開口部14(孔部)の底部に電子放
出部15Bを露出させる。その後、電子放出部15B中
の有機溶剤を除去するために、400゜C、30分の熱
処理を施す。その後、絶縁層12を等方的にエッチング
し、ゲート電極13の開口部端部を露出させることが好
ましい。こうして、図9の(C)に示した電界放出素子
−1を得ることができる。[Step-C4] Next, based on the same method as in [Step-A2], the opening 14 is formed in the gate electrode 13 and the insulating layer 12, and the electron emission is formed at the bottom of the opening 14 (hole). The portion 15B is exposed. Thereafter, a heat treatment is performed at 400 ° C. for 30 minutes in order to remove the organic solvent in the electron emitting portion 15B. Thereafter, it is preferable that the insulating layer 12 is isotropically etched to expose the edge of the opening of the gate electrode 13. Thus, the field emission device-1 shown in FIG. 9C can be obtained.
【0082】[扁平型電界放出素子−2]扁平型電界放
出素子−2の模式的な一部断面図を、図10の(C)に
示す。図10の(C)に示す扁平型電界放出素子−2に
おいては、電子放出部15Bの構造が、図9の(C)に
示した扁平型電界放出素子−1と若干異なっている。以
下、支持体等の模式的な一部断面図である図10を参照
して、かかる扁平型電界放出素子−2の製造方法を説明
する。[Flat Field Emission Device-2] FIG. 10C is a schematic partial sectional view of the flat field emission device-2. In the flat type field emission device-2 shown in FIG. 10C, the structure of the electron emitting portion 15B is slightly different from the flat type field emission device-1 shown in FIG. 9C. Hereinafter, a method of manufacturing the flat field emission device-2 will be described with reference to FIG. 10 which is a schematic partial cross-sectional view of a support and the like.
【0083】[工程−D1]先ず、支持体10上にカソ
ード電極用導電材料層を形成する。具体的には、支持体
10の全面にレジスト材料層(図示せず)を形成した
後、カソード電極を形成すべき部分のレジスト材料層を
除去する。その後、全面にクロム(Cr)から成るカソ
ード電極用導電材料層をスパッタリング法にて形成す
る。更に、全面にスパッタリング法にてSiCから成る
抵抗体層60を形成し、次いで、抵抗体層60の上にグ
ラファイト粉末塗料層をスピンコーティング法にて形成
し、グラファイト粉末塗料層を乾燥させる。その後、剥
離液を用いてレジスト材料層を除去すると、レジスト材
料層上に形成されたカソード電極用導電材料層、抵抗体
層60及びグラファイト粉末塗料層も除去される。こう
して、所謂リフトオフ法に基づき、カソード電極11、
抵抗体層60及び電子放出部15B(電子放出層)が積
層された構造を得ることができる(図10の(A)参
照)。[Step-D1] First, a conductive material layer for a cathode electrode is formed on the support 10. Specifically, after a resist material layer (not shown) is formed on the entire surface of the support 10, the resist material layer where the cathode electrode is to be formed is removed. Thereafter, a cathode electrode conductive material layer made of chromium (Cr) is formed on the entire surface by a sputtering method. Further, a resistor layer 60 made of SiC is formed on the entire surface by a sputtering method, and then a graphite powder coating layer is formed on the resistor layer 60 by a spin coating method, and the graphite powder coating layer is dried. Thereafter, when the resist material layer is removed using a stripping solution, the cathode electrode conductive material layer, the resistor layer 60 and the graphite powder paint layer formed on the resist material layer are also removed. Thus, based on the so-called lift-off method, the cathode electrode 11,
A structure in which the resistor layer 60 and the electron emitting portion 15B (electron emitting layer) are stacked can be obtained (see FIG. 10A).
【0084】[工程−D2]次に、全面に絶縁層12を
形成した後、絶縁層12上にストライプ状のゲート電極
13を形成する(図10の(B)参照)。その後、[工
程−A2]と同様の方法に基づき、ゲート電極13及び
絶縁層12に開口部14を形成することによって、開口
部14(孔部)の底部に電子放出部15Bを露出させる
(図10の(C)参照)。その後、絶縁層12を等方的
にエッチングし、ゲート電極13の開口部端部を露出さ
せることが好ましい。開口部14の底部に露出したカソ
ード電極11の表面に設けられた電子放出部15Bから
電子が放出される。[Step-D2] Next, after an insulating layer 12 is formed on the entire surface, a gate electrode 13 in the form of a stripe is formed on the insulating layer 12 (see FIG. 10B). Thereafter, based on the same method as in [Step-A2], an opening 14 is formed in the gate electrode 13 and the insulating layer 12, thereby exposing the electron emitting portion 15B at the bottom of the opening 14 (hole) (FIG. 10 (C)). Thereafter, it is preferable that the insulating layer 12 is isotropically etched to expose the edge of the opening of the gate electrode 13. Electrons are emitted from the electron emitting portion 15B provided on the surface of the cathode electrode 11 exposed at the bottom of the opening 14.
【0085】[扁平型電界放出素子−3]扁平型電界放
出素子の別の変形例の模式的な一部端面図を、図12の
(B)に示す。この扁平型電界放出素子−3において
は、電子放出部15Cは、CVD法に基づき形成された
炭素薄膜から構成されている。[Flat Field Emission Device-3] FIG. 12B is a schematic partial end view of another modification of the flat field emission device. In this flat type field emission device-3, the electron emission portion 15C is made of a carbon thin film formed based on the CVD method.
【0086】電子放出部を炭素薄膜から構成すること
は、炭素(C)の仕事関数が低く、高い放出電子電流を
達成することができるので、好ましい。炭素薄膜から電
子を放出させるためには、炭素薄膜が適切な電界(例え
ば、106ボルト/m程度の強度を有する電界)中に置
かれた状態とすればよい。It is preferable to form the electron emission portion from a carbon thin film because the work function of carbon (C) is low and a high emission electron current can be achieved. In order to emit electrons from the carbon thin film, the carbon thin film may be placed in an appropriate electric field (for example, an electric field having an intensity of about 10 6 volt / m).
【0087】ところで、レジスト材料をエッチング用マ
スクとして使用し、酸素ガスを用いてダイヤモンド薄膜
のような炭素薄膜のプラズマエッチングを行った場合、
エッチング反応系における反応副生成物として(C
Hx)系あるいは(CFx)系等の炭素系ポリマーが堆積
性物質として生成する。一般に、プラズマエッチングに
おいて堆積性物質がエッチング反応系に生成した場合、
この堆積性物質はイオン入射確率の低いレジスト材料の
側壁面、あるいは被エッチング物の加工端面に堆積して
所謂側壁保護膜を形成し、被エッチング物の異方性加工
によって得られる形状の達成に寄与する。しかしなが
ら、酸素ガスをエッチング用ガスとして使用した場合に
は、炭素系ポリマーから成る側壁保護膜は、生成して
も、直ちに酸素ガスによって除去されてしまう。また、
酸素ガスをエッチング用ガスとして使用した場合には、
レジスト材料の消耗も激しい。これらの理由により、従
来のダイヤモンド薄膜の酸素プラズマ加工においては、
ダイヤモンド薄膜のマスクの寸法に対する寸法変換差が
大きく、異方性加工も困難な場合が多い。By the way, when a resist material is used as an etching mask and plasma etching of a carbon thin film such as a diamond thin film is performed using oxygen gas,
As a reaction by-product in the etching reaction system, (C
A carbon-based polymer such as an (H x ) -based or (CF x ) -based polymer is generated as a deposition material. Generally, when a depositable substance is generated in an etching reaction system in plasma etching,
This deposited substance is deposited on the side wall surface of the resist material having a low probability of ion incidence or on the processed end surface of the object to be etched to form a so-called side wall protective film. Contribute. However, when an oxygen gas is used as an etching gas, the sidewall protective film made of a carbon-based polymer is immediately removed by the oxygen gas even if formed. Also,
When oxygen gas is used as an etching gas,
The consumption of resist material is also severe. For these reasons, in the conventional oxygen plasma processing of a diamond thin film,
The dimensional conversion difference between the diamond thin film and the mask is large, and anisotropic processing is often difficult.
【0088】このような問題を解決するためには、例え
ば、カソード電極の表面に炭素薄膜選択成長領域を形成
し、炭素薄膜選択成長領域上に炭素薄膜から成る電子放
出部を形成する構成とすればよい。即ち、この扁平型電
界放出素子−3の製造においては、支持体上にカソード
電極を形成した後、カソード電極の表面に炭素薄膜選択
成長領域を形成し、その後、炭素薄膜選択成長領域上に
炭素薄膜(電子放出部に相当する)を形成する。尚、カ
ソード電極の表面に炭素薄膜選択成長領域を形成する工
程を、炭素薄膜選択成長領域形成工程と呼ぶ。In order to solve such a problem, for example, a structure in which a carbon thin film selective growth region is formed on the surface of the cathode electrode and an electron emission portion made of a carbon thin film is formed on the carbon thin film selective growth region may be adopted. Just fine. That is, in the manufacture of the flat field emission device-3, after forming a cathode electrode on a support, a carbon thin film selective growth region is formed on the surface of the cathode electrode, and thereafter, a carbon thin film selective growth region is formed on the carbon thin film selective growth region. A thin film (corresponding to an electron emitting portion) is formed. The step of forming the carbon thin film selective growth region on the surface of the cathode electrode is called a carbon thin film selective growth region forming step.
【0089】ここで、炭素薄膜選択成長領域は、表面に
金属粒子が付着したカソード電極の部分、若しくは、表
面に金属薄膜が形成されたカソード電極の部分であるこ
とが好ましい。尚、炭素薄膜選択成長領域における炭素
薄膜の選択成長を一層確実なものとするために、炭素薄
膜選択成長領域の表面には、硫黄(S)、ホウ素(B)
又はリン(P)が付着していることが望ましく、これら
の物質は一種の触媒としての作用を果たすと考えられ、
これによって、炭素薄膜の選択成長性を一層向上させる
ことができる。尚、炭素薄膜選択成長領域は、開口部の
底部に位置するカソード電極の部分の表面に形成されて
いればよく、開口部の底部に位置するカソード電極の部
分から開口部の底部以外のカソード電極の部分の表面に
延在するように形成されていてもよい。また、炭素薄膜
選択成長領域は、開口部の底部に位置するカソード電極
の部分の表面の全面に形成されていても、部分的に形成
されていてもよい。Here, the carbon thin film selective growth region is preferably a portion of the cathode electrode having metal particles adhered on the surface or a portion of the cathode electrode having a metal thin film formed on the surface. In order to further secure the selective growth of the carbon thin film in the carbon thin film selective growth region, sulfur (S), boron (B)
Or it is desirable that phosphorus (P) is attached, and these substances are considered to act as a kind of catalyst,
Thereby, the selective growth of the carbon thin film can be further improved. The carbon thin film selective growth region may be formed on the surface of the portion of the cathode electrode located at the bottom of the opening, and may be formed from the portion of the cathode electrode located at the bottom of the opening to the cathode electrode other than the bottom of the opening. May be formed to extend to the surface of the portion. Further, the carbon thin film selective growth region may be formed over the entire surface of the portion of the cathode electrode located at the bottom of the opening, or may be formed partially.
【0090】炭素薄膜選択成長領域形成工程は、炭素薄
膜選択成長領域を形成すべきカソード電極の部分の表面
(以下、単にカソード電極の表面と呼ぶ場合がある)
に、金属粒子を付着させ、若しくは、金属薄膜を形成す
る工程から成り、以て、表面に金属粒子が付着し、若し
くは、表面に金属薄膜が形成されたカソード電極の部分
から成る炭素薄膜選択成長領域を得ることが好ましい。
また、この場合、炭素薄膜選択成長領域における炭素薄
膜の選択成長を一層確実なものとするために、炭素薄膜
選択成長領域の表面に、硫黄(S)、ホウ素(B)又は
リン(P)を付着させることが望ましく、これによっ
て、炭素薄膜の選択成長性を一層向上させることができ
る。炭素薄膜選択成長領域の表面に硫黄、ホウ素又はリ
ンを付着させる方法としては、例えば、硫黄、ホウ素又
はリンを含む化合物から成る化合物層を炭素薄膜選択成
長領域の表面に形成し、次いで、例えば加熱処理を化合
物層に施すことによって化合物層を構成する化合物を分
解させ、炭素薄膜選択成長領域の表面に硫黄、ホウ素又
はリンを残す方法を挙げることができる。硫黄を含む化
合物としてチオナフテン、チオフテン、チオフェンを例
示することができる。ホウ素を含む化合物として、トリ
フェニルボランを例示することができる。リンを含む化
合物として、トリフェニルフォスフィンを例示すること
ができる。In the step of forming the carbon thin film selective growth region, the surface of the portion of the cathode electrode where the carbon thin film selective growth region is to be formed (hereinafter may be simply referred to as the surface of the cathode electrode).
And a step of forming a metal thin film on the surface, thereby selectively growing a carbon thin film comprising a portion of the cathode electrode having the metal particles attached to the surface or the metal thin film formed on the surface. It is preferable to obtain a region.
In this case, in order to further ensure the selective growth of the carbon thin film in the carbon thin film selective growth region, sulfur (S), boron (B) or phosphorus (P) is added to the surface of the carbon thin film selective growth region. It is desirable that the carbon thin film be adhered, so that the selective growth of the carbon thin film can be further improved. As a method of attaching sulfur, boron or phosphorus to the surface of the carbon thin film selective growth region, for example, a compound layer made of a compound containing sulfur, boron or phosphorus is formed on the surface of the carbon thin film selective growth region, and then, for example, heating is performed. By subjecting the compound layer to treatment, the compound constituting the compound layer is decomposed to leave sulfur, boron, or phosphorus on the surface of the carbon thin film selective growth region. Examples of compounds containing sulfur include thionaphthene, thiophthene, and thiophene. Examples of the compound containing boron include triphenylborane. Examples of the phosphorus-containing compound include triphenylphosphine.
【0091】あるいは又、炭素薄膜選択成長領域におけ
る炭素薄膜の選択成長を一層確実なものとするために、
カソード電極の表面に、金属粒子を付着させ、若しく
は、金属薄膜を形成した後、金属粒子の表面若しくは金
属薄膜の表面の金属酸化物(所謂、自然酸化膜)を除去
することが望ましい。金属粒子の表面若しくは金属薄膜
の表面の金属酸化物の除去を、例えば、水素ガス雰囲気
におけるマイクロ波プラズマ法、トランス結合型プラズ
マ法、誘導結合型プラズマ法、電子サイクロトロン共鳴
プラズマ法、RFプラズマ法等に基づくプラズマ還元処
理、アルゴンガス雰囲気におけるスパッタ処理、若しく
は、例えばフッ酸等の酸や塩基を用いた洗浄処理によっ
て行うことが望ましい。尚、炭素薄膜選択成長領域の表
面に硫黄、ホウ素又はリンを付着させる工程、あるいは
又、金属粒子の表面若しくは金属薄膜の表面の金属酸化
物を除去する工程を含む場合、絶縁層に開口部を設けた
後、炭素薄膜選択成長領域上に炭素薄膜を形成する前に
これらの工程を実行することが好ましい。Alternatively, in order to further ensure the selective growth of the carbon thin film in the carbon thin film selective growth region,
After attaching metal particles to the surface of the cathode electrode or forming a metal thin film, it is desirable to remove metal oxide (so-called natural oxide film) on the surface of the metal particles or the surface of the metal thin film. The removal of metal oxide on the surface of metal particles or the surface of a metal thin film can be performed, for example, by a microwave plasma method in a hydrogen gas atmosphere, a trans-coupled plasma method, an inductively-coupled plasma method, an electron cyclotron resonance plasma method, an RF plasma method, or the like. It is preferable to perform the plasma reduction process based on the above, a sputtering process in an argon gas atmosphere, or a cleaning process using an acid or a base such as hydrofluoric acid. In the case where a step of adhering sulfur, boron or phosphorus to the surface of the carbon thin film selective growth region, or a step of removing metal oxide on the surface of the metal particles or the surface of the metal thin film, an opening is formed in the insulating layer. It is preferable to perform these steps after the provision and before the formation of the carbon thin film on the carbon thin film selective growth region.
【0092】炭素薄膜選択成長領域を得るためにカソー
ド電極の表面に金属粒子を付着させる方法として、例え
ば、炭素薄膜選択成長領域を形成すべきカソード電極の
領域以外の領域を適切な材料(例えば、マスク層)で被
覆した状態で、溶媒と金属粒子から成る層を炭素薄膜選
択成長領域を形成すべきカソード電極の部分の表面に形
成した後、溶媒を除去し、金属粒子を残す方法を挙げる
ことができる。あるいは又、カソード電極の表面に金属
粒子を付着させる工程として、例えば、炭素薄膜選択成
長領域を形成すべきカソード電極の領域以外の領域を適
切な材料(例えば、マスク層)で被覆した状態で、金属
粒子を構成する金属原子を含む金属化合物粒子をカソー
ド電極の表面に付着させた後、金属化合物粒子を加熱す
ることによって分解し、以て、表面に金属粒子が付着し
たカソード電極の部分から成る炭素薄膜選択成長領域を
得る方法を挙げることができる。この場合、具体的に
は、溶媒と金属化合物粒子から成る層を炭素薄膜選択成
長領域を形成すべきカソード電極の部分の表面に形成し
た後、溶媒を除去し、金属化合物粒子を残す方法を例示
することができる。金属化合物粒子は、金属粒子を構成
する金属のハロゲン化物(例えば、ヨウ化物、塩化物、
臭化物等)、酸化物、水酸化物及び有機金属から成る群
から選択された少なくとも1種類の材料から成ることが
好ましい。尚、これらの方法においては、適切な段階
で、炭素薄膜選択成長領域を形成すべきカソード電極の
領域以外の領域を被覆した材料(例えば、マスク層)を
除去する。As a method of attaching metal particles to the surface of the cathode electrode in order to obtain a carbon thin film selective growth region, for example, a region other than the cathode electrode region where the carbon thin film selective growth region is to be formed is made of an appropriate material (for example, After forming a layer composed of a solvent and metal particles on the surface of the portion of the cathode electrode where the carbon thin film selective growth region is to be formed in a state covered with the mask layer), a method of removing the solvent and leaving the metal particles is given. Can be. Alternatively, as a step of attaching metal particles to the surface of the cathode electrode, for example, in a state where a region other than the region of the cathode electrode where the carbon thin film selective growth region is to be formed is covered with an appropriate material (for example, a mask layer), After the metal compound particles containing metal atoms constituting the metal particles are attached to the surface of the cathode electrode, the metal compound particles are decomposed by heating, thereby comprising a portion of the cathode electrode with the metal particles attached to the surface. A method for obtaining a carbon thin film selective growth region can be mentioned. In this case, specifically, a method of forming a layer comprising a solvent and metal compound particles on the surface of the portion of the cathode electrode where the carbon thin film selective growth region is to be formed, and then removing the solvent to leave the metal compound particles is exemplified. can do. The metal compound particles include a metal halide (for example, iodide, chloride,
Preferably, the material is at least one material selected from the group consisting of bromide and the like, oxides, hydroxides and organometallics. In these methods, at an appropriate stage, a material (for example, a mask layer) covering a region other than the region of the cathode electrode where the carbon thin film selective growth region is to be formed is removed.
【0093】炭素薄膜選択成長領域を得るためにカソー
ド電極の表面に金属薄膜を形成する方法として、例え
ば、炭素薄膜選択成長領域を形成すべきカソード電極の
領域以外の領域を適切な材料で被覆した状態での、電解
メッキ法、無電解メッキ法、MOCVD法を含むCVD
法(化学的気相成長法)、物理的気相成長法(PVD
法、Physical Vapor Deposition 法)等の公知の方法を
挙げることができる。尚、物理的気相成長法として、
(a)電子ビーム加熱法、抵抗加熱法、フラッシュ蒸着
等の各種真空蒸着法、(b)プラズマ蒸着法、(c)2
極スパッタリング法、直流スパッタリング法、直流マグ
ネトロンスパッタリング法、高周波スパッタリング法、
マグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタ
リング法、バイアススパッタリング法等の各種スパッタ
リング法、(d)DC(direct current)法、RF法、多
陰極法、活性化反応法、電界蒸着法、高周波イオンプレ
ーティング法、反応性イオンプレーティング法等の各種
イオンプレーティング法を挙げることができる。As a method for forming a metal thin film on the surface of the cathode electrode in order to obtain a carbon thin film selective growth region, for example, a region other than the cathode electrode region where the carbon thin film selective growth region is to be formed is coated with an appropriate material. Including electrolytic plating, electroless plating and MOCVD in the state
Method (chemical vapor deposition), physical vapor deposition (PVD)
Publicly known methods, such as a physical vapor deposition method and the like. In addition, as a physical vapor deposition method,
(A) various vacuum evaporation methods such as electron beam heating method, resistance heating method, flash evaporation, (b) plasma evaporation method, (c) 2
Polar sputtering method, DC sputtering method, DC magnetron sputtering method, high frequency sputtering method,
Various sputtering methods such as magnetron sputtering method, ion beam sputtering method, bias sputtering method, etc., (d) DC (direct current) method, RF method, multi-cathode method, activation reaction method, electric field evaporation method, high frequency ion plating method, Various ion plating methods such as a reactive ion plating method can be used.
【0094】ここで、金属粒子あるいは金属薄膜は、モ
リブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、チタン(T
i)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、タングステ
ン(W)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(Ta)、
鉄(Fe)、銅(Cu)、白金(Pt)及び亜鉛(Z
n)から成る群から選択された少なくとも1種類の金属
から構成されていることが好ましい。Here, the metal particles or metal thin films are made of molybdenum (Mo), nickel (Ni), titanium (T
i), chromium (Cr), cobalt (Co), tungsten (W), zirconium (Zr), tantalum (Ta),
Iron (Fe), copper (Cu), platinum (Pt) and zinc (Z
Preferably, it is composed of at least one metal selected from the group consisting of n).
【0095】炭素薄膜として、グラファイト薄膜、アモ
ルファスカーボン薄膜、ダイヤモンドライクカーボン薄
膜、あるいはフラーレン薄膜を挙げることができる。炭
素薄膜の形成方法として、マイクロ波プラズマ法、トラ
ンス結合型プラズマ法、誘導結合型プラズマ法、電子サ
イクロトロン共鳴プラズマ法、RFプラズマ法等に基づ
くCVD法、平行平板型CVD装置を用いたCVD法を
例示することができる。炭素薄膜の形態には、薄膜状は
もとより、炭素のウィスカー、炭素のナノチューブ(中
空及び中実を含む)が包含される。Examples of the carbon thin film include a graphite thin film, an amorphous carbon thin film, a diamond-like carbon thin film, and a fullerene thin film. As a method of forming a carbon thin film, a microwave plasma method, a trans-coupled plasma method, an inductively-coupled plasma method, an electron cyclotron resonance plasma method, a CVD method based on an RF plasma method, etc., and a CVD method using a parallel plate type CVD apparatus are used. Examples can be given. The form of the carbon thin film includes not only a thin film but also carbon whiskers and carbon nanotubes (including hollow and solid).
【0096】尚、カソード電極の構造としては、導電材
料層の1層構成とすることもできるし、下層導電材料
層、下層導電材料層上に形成された抵抗体層、抵抗体層
上に形成された上層導電材料層の3層構成とすることも
できる。後者の場合、上層導電材料層の表面に炭素薄膜
選択成長領域を形成する。このように、抵抗体層を設け
ることによって、電子放出部における電子放出特性の均
一化を図ることができる。The structure of the cathode electrode may be a single layer structure of a conductive material layer, a lower conductive material layer, a resistor layer formed on the lower conductive material layer, and a resistor layer formed on the resistor layer. It is also possible to adopt a three-layer structure of the upper conductive material layer provided. In the latter case, a carbon thin film selective growth region is formed on the surface of the upper conductive material layer. Thus, by providing the resistor layer, the electron emission characteristics in the electron emission portion can be made uniform.
【0097】以下、支持体等の模式的な一部端面図であ
る図11及び図12を参照して、扁平型電界放出素子−
3の製造方法の一例を説明する。Referring to FIGS. 11 and 12 which are schematic partial end views of a support and the like, a flat type field emission device will now be described.
An example of the manufacturing method 3 will be described.
【0098】[工程−E1]先ず、例えばガラスから成
る支持体10上にカソード電極用導電材料層を形成し、
次いで、周知のリソグラフィ技術及びRIE法に基づき
カソード電極用導電材料層をパターニングすることによ
って、ストライプ状のカソード電極11を支持体10上
に形成する。ストライプ状のカソード電極11は、図面
の紙面左右方向に延びている。カソード電極11は、例
えばスパッタリング法により形成された厚さ約0.2μ
mのクロム(Cr)層から成る。[Step-E1] First, a conductive material layer for a cathode electrode is formed on a support 10 made of, for example, glass.
Next, the cathode electrode 11 having a stripe shape is formed on the support 10 by patterning the cathode electrode conductive material layer based on a well-known lithography technique and RIE method. The striped cathode electrode 11 extends in the left-right direction on the drawing sheet. The cathode electrode 11 has a thickness of about 0.2 μm formed by, for example, a sputtering method.
m of chromium (Cr) layer.
【0099】[工程−E2]その後、全面に、具体的に
は、支持体10上及びカソード電極11上に絶縁層12
を形成する。[Step-E2] Thereafter, the insulating layer 12 is formed on the entire surface, specifically, on the support 10 and the cathode electrode 11.
To form
【0100】[工程−E3]次いで、ストライプ状のゲ
ート電極13を絶縁層12上に形成した後、[工程−A
2]と同様の方法に基づき、ゲート電極13及び絶縁層
12に開口部14を形成し、開口部14(孔部)の底部
にカソード電極11を露出させる(図11の(A)参
照)。ストライプ状のゲート電極13は図面の紙面垂直
方向に延びている。開口部14の平面形状は、例えば直
径1μm〜30μmの円形である。開口部14を、例え
ば、1画素分の領域(電子放出領域)に1個〜3000
個程度形成すればよい。[Step-E3] Next, after a stripe-shaped gate electrode 13 is formed on the insulating layer 12, [Step-A]
Based on the same method as in [2], an opening 14 is formed in the gate electrode 13 and the insulating layer 12, and the cathode electrode 11 is exposed at the bottom of the opening 14 (hole) (see FIG. 11A). The striped gate electrode 13 extends in a direction perpendicular to the plane of the drawing. The planar shape of the opening 14 is, for example, a circle having a diameter of 1 μm to 30 μm. For example, one to 3000 openings are formed in a region (electron emission region) for one pixel.
What is necessary is just to form about pieces.
【0101】[工程−E4]次に、開口部14の底部に
露出したカソード電極11上に、電子放出部15Cを形
成する。具体的には、先ず、開口部14の底部に位置す
るカソード電極11の表面に炭素薄膜選択成長領域70
を形成する。そのために、先ず、開口部14の底部の中
央部にカソード電極11の表面が露出したマスク層71
を形成する(図11の(B)参照)。具体的には、レジ
スト材料層をスピンコーティング法にて開口部14内を
含む全面に成膜した後、リソグラフィ技術に基づき、開
口部14の底部の中央部に位置するレジスト材料層に孔
部を形成することによって、マスク層71を得ることが
できる。マスク層71は、開口部14の底部に位置する
カソード電極11の一部分、開口部14の側壁、ゲート
電極13及び絶縁層12を被覆している。これによっ
て、次の工程で、開口部14の底部の中央部に位置する
カソード電極11の表面に炭素薄膜選択成長領域を形成
するが、カソード電極11とゲート電極13とが金属粒
子によって短絡することを確実に防止し得る。[Step-E4] Next, an electron-emitting portion 15C is formed on the cathode electrode 11 exposed at the bottom of the opening 14. Specifically, first, the carbon thin film selective growth region 70 is formed on the surface of the cathode electrode 11 located at the bottom of the opening 14.
To form For this purpose, first, the mask layer 71 having the surface of the cathode electrode 11 exposed at the center of the bottom of the opening 14 is formed.
Is formed (see FIG. 11B). Specifically, after a resist material layer is formed on the entire surface including the inside of the opening 14 by spin coating, a hole is formed in the resist material layer located at the center of the bottom of the opening 14 based on lithography technology. By forming, the mask layer 71 can be obtained. The mask layer 71 covers a part of the cathode electrode 11 located at the bottom of the opening 14, the side wall of the opening 14, the gate electrode 13, and the insulating layer 12. As a result, in the next step, a carbon thin film selective growth region is formed on the surface of the cathode electrode 11 located at the center of the bottom of the opening 14, but the cathode electrode 11 and the gate electrode 13 are short-circuited by metal particles. Can be reliably prevented.
【0102】次に、露出したカソード電極11の表面を
含むマスク層71上に、金属粒子を付着させる。具体的
には、ニッケル(Ni)微粒子をポリシロキサン溶液中
に分散させた溶液(溶媒としてイソプロピルアルコール
を使用)をスピンコーティング法にて全面に塗布し、炭
素薄膜選択成長領域70を形成すべきカソード電極11
の部分の表面に溶媒と金属粒子から成る層を形成する。
その後、マスク層71を除去し、400゜C程度に加熱
することによって溶媒を除去し、露出したカソード電極
11の表面に金属粒子72を残すことで、炭素薄膜選択
成長領域70を得ることができる(図12の(A)参
照)。尚、ポリシロキサンは、露出したカソード電極1
1の表面に金属粒子72を固定させる機能(所謂、接着
機能)を有する。Next, metal particles are adhered on the mask layer 71 including the exposed surface of the cathode electrode 11. Specifically, a solution in which nickel (Ni) fine particles are dispersed in a polysiloxane solution (isopropyl alcohol is used as a solvent) is applied to the entire surface by spin coating to form a cathode thin film selective growth region 70. Electrode 11
A layer composed of a solvent and metal particles is formed on the surface of the portion.
Thereafter, the mask layer 71 is removed, the solvent is removed by heating to about 400 ° C., and the metal particles 72 are left on the exposed surface of the cathode electrode 11, whereby the carbon thin film selective growth region 70 can be obtained. (See FIG. 12A). The polysiloxane is exposed on the exposed cathode electrode 1.
1 has a function of fixing the metal particles 72 to the surface (so-called adhesive function).
【0103】[工程−E5]その後、炭素薄膜選択成長
領域70上に、厚さ約0.2μmの炭素薄膜73を形成
し、電子放出部15Cを得る。この状態を図12の
(B)に示す。マイクロ波プラズマCVD法に基づく炭
素薄膜73の成膜条件を、以下の表1に例示する。[Step-E5] Thereafter, a carbon thin film 73 having a thickness of about 0.2 μm is formed on the carbon thin film selective growth region 70 to obtain an electron emitting portion 15C. This state is shown in FIG. Table 1 below shows conditions for forming the carbon thin film 73 based on the microwave plasma CVD method.
【0104】[表1] [炭素薄膜の成膜条件] 使用ガス :CH4/H2=100/10SCCM 圧力 :1.3×103Pa マイクロ波パワー:500W(13.56MHz) 成膜温度 :500゜C[Table 1] [Film formation conditions for carbon thin film] Gas used: CH 4 / H 2 = 100/10 SCCM Pressure: 1.3 × 10 3 Pa Microwave power: 500 W (13.56 MHz) Film formation temperature: 500 ゜ C
【0105】[平面型電界放出素子−1]平面型電界放
出素子−1の模式的な一部断面図を、図13の(C)に
示す。この平面型電界放出素子−1は、例えばガラスか
ら成る支持体10上に形成されたストライプ状のカソー
ド電極11、支持体10及びカソード電極11上に形成
された絶縁層12、絶縁層12上に形成されたストライ
プ状のゲート電極13、並びに、ゲート電極13及び絶
縁層12を貫通し、底部にカソード電極11が露出した
開口部14から成る。カソード電極11は、図13の
(C)の紙面垂直方向に延び、ゲート電極13は、図1
3の(C)の紙面左右方向に延びている。カソード電極
11はクロム(Cr)から成り、絶縁層12はSiO2
から成る。ここで、開口部14の底部に露出したカソー
ド電極11の部分が電子放出部15Dに相当する。[Flat-Type Field Emission Device-1] FIG. 13C is a schematic partial cross-sectional view of the flat-type field emission device-1. The flat-type field emission device-1 has a stripe-shaped cathode electrode 11 formed on a support 10 made of, for example, glass; an insulating layer 12 formed on the support 10 and the cathode electrode 11; It comprises a gate electrode 13 in the form of a stripe, and an opening 14 penetrating the gate electrode 13 and the insulating layer 12 and exposing the cathode electrode 11 at the bottom. The cathode electrode 11 extends in the direction perpendicular to the plane of the paper of FIG.
3C extends in the left-right direction on the paper surface. The cathode electrode 11 is made of chromium (Cr), and the insulating layer 12 is made of SiO 2
Consists of Here, the portion of the cathode electrode 11 exposed at the bottom of the opening 14 corresponds to the electron emission portion 15D.
【0106】以下、支持体等の模式的な一部断面図であ
る図13を参照して、平面型電界放出素子−1の製造方
法を説明する。Hereinafter, a method of manufacturing the flat field emission device 1 will be described with reference to FIG. 13 which is a schematic partial cross-sectional view of a support and the like.
【0107】[工程−F1]先ず、支持体10上に電子
放出部15Dとして機能するカソード電極11を形成す
る。具体的には、支持体10上に、クロム(Cr)から
成るカソード電極用導電材料層をスパッタリング法にて
形成した後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技
術に基づきカソード電極用導電材料層をパターニングす
る。これによって、ストライプ状のカソード電極11を
支持体10上に形成することができる(図13の(A)
参照)。尚、カソード電極11は、図13の紙面垂直方
向に延びている。[Step-F1] First, the cathode electrode 11 functioning as the electron-emitting portion 15D is formed on the support. Specifically, after a cathode conductive material layer made of chromium (Cr) is formed on the support 10 by a sputtering method, the cathode conductive material layer is patterned based on a lithography technique and a dry etching technique. Thus, the striped cathode electrode 11 can be formed on the support 10 (FIG. 13A).
reference). The cathode electrode 11 extends in a direction perpendicular to the plane of the paper of FIG.
【0108】[工程−F2]次に、例えばCVD法にて
SiO2から成る絶縁層12を、支持体10及びカソー
ド電極11の上に形成する。尚、絶縁層12を、スクリ
ーン印刷法に基づきガラスペーストから形成することも
できる。[Step-F2] Next, an insulating layer 12 made of SiO 2 is formed on the support 10 and the cathode electrode 11 by, for example, a CVD method. Note that the insulating layer 12 can also be formed from a glass paste based on a screen printing method.
【0109】[工程−F3]その後、ストライプ状のゲ
ート電極13を絶縁層12上に形成する(図13の
(B)参照)。尚、ゲート電極13は、図13の紙面左
右方向に延びている。例えばスクリーン印刷法にて、ス
トライプ状のゲート電極13を絶縁層12上に、直接形
成することもできる。[Step-F3] Thereafter, a stripe-shaped gate electrode 13 is formed on the insulating layer 12 (see FIG. 13B). The gate electrode 13 extends in the left-right direction on the paper of FIG. For example, the gate electrode 13 in a stripe shape can be directly formed on the insulating layer 12 by a screen printing method.
【0110】[工程−F4]次に、[工程−A2]と同
様の方法に基づき、ゲート電極13及び絶縁層12に開
口部14を形成し、開口部14(孔部)の底部に電子放
出部15Dとして機能するカソード電極11を露出させ
る(図13の(C)参照)。その後、絶縁層12を等方
的にエッチングし、ゲート電極13の開口部端部を露出
させることが好ましい。[Step-F4] Next, based on the same method as in [Step-A2], the opening 14 is formed in the gate electrode 13 and the insulating layer 12, and the electron emission is formed at the bottom of the opening 14 (hole). The cathode electrode 11 functioning as the portion 15D is exposed (see FIG. 13C). Thereafter, it is preferable that the insulating layer 12 is isotropically etched to expose the edge of the opening of the gate electrode 13.
【0111】[平面型電界放出素子−2]図14の
(A)に模式的な一部断面図を示す平面型電界放出素子
−1の変形例である平面型電界放出素子−2が図13の
(C)に示した平面型電界放出素子−1と相違する点
は、開口部14の底部に露出したカソード電極11の表
面(電子放出部に相当する)に、微小凹凸部11Aが形
成されている点にある。このような平面型電界放出素子
−2は、以下の製造方法にて製造することができる。[Flat-type field emission device-2] FIG. 13 shows a modification of the flat-type field emission device-1 shown in FIG. The difference from the flat-type field emission device 1 shown in FIG. 1C is that a minute uneven portion 11A is formed on the surface (corresponding to an electron emission portion) of the cathode electrode 11 exposed at the bottom of the opening 14. It is in the point. Such a planar type field emission device-2 can be manufactured by the following manufacturing method.
【0112】[工程−G1]先ず、[工程−F1]〜
[工程−F3]と略同様にして、支持体10上にストラ
イプ状のカソード電極11を形成し、全面に絶縁層12
を形成した後、ストライプ状のゲート電極13を絶縁層
12上に形成する。即ち、例えばガラスから成る支持体
10の上に、スパッタリング法により厚さ約0.2μm
のタングステン層を成膜し、通常の手順に従って、この
タングステン層をストライプ状にパターニングし、カソ
ード電極11を形成する。次に、支持体10及びカソー
ド電極11上に絶縁層12を形成する。絶縁層12は、
TEOS(テトラエトキシシラン)を原料ガスとして用
いるCVD法により形成することができる。更に、この
絶縁層12の上に、ゲート電極13を形成する。ここま
でのプロセスが終了した状態は、実質的に、図13の
(B)に示したと同様である。[Step-G1] First, [Step-F1]-
In substantially the same manner as in [Step-F3], the striped cathode electrode 11 is formed on the support 10 and the insulating layer 12 is formed on the entire surface.
Is formed, a stripe-shaped gate electrode 13 is formed on the insulating layer 12. That is, a thickness of about 0.2 μm is formed on a support 10 made of, for example, glass by a sputtering method.
The tungsten layer is formed, and the tungsten layer is patterned in a stripe shape according to a usual procedure to form the cathode electrode 11. Next, an insulating layer 12 is formed on the support 10 and the cathode electrode 11. The insulating layer 12
It can be formed by a CVD method using TEOS (tetraethoxysilane) as a source gas. Further, a gate electrode 13 is formed on the insulating layer 12. The state in which the process up to this point has been completed is substantially the same as that shown in FIG.
【0113】[工程−G2]次に、[工程−F4]と同
様にして、ゲート電極13及び絶縁層12に開口部14
を形成し、開口部14の底部にカソード電極11を露出
させる。その後、開口部14の底部に露出したカソード
電極11の部分に、微小凹凸部11Aを形成する。微小
凹凸部11Aの形成に際しては、エッチングガスとして
SF6を用い、カソード電極11を構成するタングステ
ンの結晶粒と粒界との間でエッチング速度の差が大きく
なるような条件を設定してRIE法に基づくドライエッ
チングを行う。その結果、タングステンの結晶粒径をほ
ぼ反映した寸法を有する微小凹凸部11Aを形成するこ
とができる。[Step-G2] Next, the opening 14 is formed in the gate electrode 13 and the insulating layer 12 in the same manner as in [Step-F4].
Is formed, and the cathode electrode 11 is exposed at the bottom of the opening 14. Thereafter, a minute uneven portion 11A is formed on the portion of the cathode electrode 11 exposed at the bottom of the opening 14. In forming the minute irregularities 11A, RIE is performed by using SF 6 as an etching gas and setting conditions such that the difference in etching rate between the crystal grains of tungsten constituting the cathode electrode 11 and the grain boundaries becomes large. Dry etching is performed based on. As a result, it is possible to form the minute uneven portions 11A having dimensions substantially reflecting the crystal grain size of tungsten.
【0114】このような平面型電界放出素子−2の構成
においては、カソード電極11の微小凹凸部11A、よ
り具体的には微小凹凸部11Aの凸部に、ゲート電極1
3から大きな電界が加わる。このとき凸部に集中する電
界は、カソード電極11の表面が平滑である場合に比べ
て大きいため、凸部からは量子トンネル効果によって電
子が効率良く放出される。従って、開口部14の底部に
単に平滑なカソード電極11が露出している平面型電界
放出素子−1に比べて、表示装置に組み込まれた場合の
輝度の向上が期待できる。それ故、図14の(A)に示
した平面型電界放出素子−2によれば、ゲート電極13
とカソード電極11との間の電位差が比較的小さくて
も、十分な放出電子電流密度を得ることができ、表示装
置の高輝度化が達成される。あるいは、同じ輝度を達成
するために必要なゲート電圧が低くて済み、以て、低消
費電力化を達成することが可能である。In the configuration of such a flat type field emission device-2, the gate electrode 1 is provided on the minute uneven portion 11A of the cathode electrode 11, more specifically, the convex portion of the minute uneven portion 11A.
From 3, a large electric field is applied. At this time, since the electric field concentrated on the convex portion is larger than that when the surface of the cathode electrode 11 is smooth, electrons are efficiently emitted from the convex portion by the quantum tunnel effect. Therefore, compared to the flat field emission device 1 in which the smooth cathode electrode 11 is simply exposed at the bottom of the opening 14, an improvement in luminance when incorporated in a display device can be expected. Therefore, according to the planar type field emission device-2 shown in FIG.
Even if the potential difference between the electrode and the cathode electrode 11 is relatively small, a sufficient emitted electron current density can be obtained, and a high brightness display device can be achieved. Alternatively, the gate voltage required to achieve the same luminance may be low, so that low power consumption can be achieved.
【0115】尚、絶縁層12をエッチングすることによ
って孔部を形成し、しかる後に異方性エッチング技術に
基づきカソード電極11に微小凹凸部11Aを形成した
が、開口部14を形成するためのエッチングによって、
微小凹凸部11Aを同時に形成することも可能である。
即ち、絶縁層12をエッチングする際に、ある程度のイ
オンスパッタ作用が期待できる異方的なエッチング条件
を採用し、垂直壁を有する開口部14が形成された後も
エッチングを継続することにより、開口部14の底部に
露出したカソード電極11の部分に微小凹凸部11Aを
形成することができる。その後、絶縁層12の等方性エ
ッチングを行えばよい。A hole is formed by etching the insulating layer 12, and then the minute uneven portion 11A is formed on the cathode electrode 11 based on the anisotropic etching technique. However, the etching for forming the opening 14 is performed. By
It is also possible to form the minute uneven portions 11A at the same time.
That is, when the insulating layer 12 is etched, anisotropic etching conditions under which a certain degree of ion sputtering action can be expected are adopted, and the etching is continued even after the opening 14 having the vertical wall is formed, so that the opening is improved. The minute uneven portion 11A can be formed on the portion of the cathode electrode 11 exposed at the bottom of the portion 14. After that, isotropic etching of the insulating layer 12 may be performed.
【0116】また、[工程−G1]と同様の工程におい
て、支持体10上に、タングステンから成るカソード電
極用導電材料層をスパッタリング法にて形成した後、リ
ソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づきカソ
ード電極用導電材料層をパターニングし、次いで、カソ
ード電極用導電材料層の表面に微小凹凸部11Aを形成
した後、[工程−F2]〜[工程−F4]と同様の工程
を実行することによって、図14の(A)に示したと同
様の電界放出素子を作製することもできる。In the same step as in [Step-G1], a cathode conductive material layer made of tungsten is formed on the support 10 by a sputtering method, and then the cathode electrode is formed based on a lithography technique and a dry etching technique. By patterning the conductive material layer for use and then forming the fine unevenness 11A on the surface of the conductive material layer for the cathode electrode, the same steps as [Step-F2] to [Step-F4] are executed to obtain a diagram. A field emission device similar to that shown in FIG. 14A can be manufactured.
【0117】あるいは又、[工程−G1]と同様の工程
において、支持体10上に、タングステンから成るカソ
ード電極用導電材料層をスパッタリング法にて形成した
後、カソード電極用導電材料層の表面に微小凹凸部11
Aを形成し、次いで、リソグラフィ技術及びドライエッ
チング技術に基づきカソード電極用導電材料層をパター
ニングした後、[工程−F2]〜[工程−F4]と同様
の工程を実行することによって、図14の(A)に示し
たと同様の電界放出素子を作製することもできる。Alternatively, in the same step as in [Step-G1], a cathode conductive material layer made of tungsten is formed on the support 10 by a sputtering method, and then formed on the surface of the cathode electrode conductive material layer. Micro unevenness 11
A is formed, and then the conductive material layer for a cathode electrode is patterned based on a lithography technique and a dry etching technique, and then the same steps as [Step-F2] to [Step-F4] are executed, thereby obtaining the structure shown in FIG. A field emission device similar to that shown in FIG.
【0118】図14の(B)には、図14の(A)に示
した電界放出素子の変形例を示す。図14の(B)に示
す電界放出素子においては、微小凹凸部11Aの先端部
の平均高さ位置が、絶縁層12の下面位置よりも支持体
10側に存在している(即ち、下がっている)。かかる
電界放出素子を形成するには、[工程−G2]における
ドライエッチングの継続時間を延長すればよい。このよ
うな構成によれば、開口部14の中央部近傍の電界強度
を一層高めることができる。FIG. 14B shows a modification of the field emission device shown in FIG. In the field emission device shown in FIG. 14B, the average height position of the tip of the minute uneven portion 11A is located closer to the support 10 than the lower surface of the insulating layer 12 (that is, the height is lower). There). In order to form such a field emission device, the duration of the dry etching in [Step-G2] may be extended. According to such a configuration, the electric field intensity near the center of the opening 14 can be further increased.
【0119】図15には、電子放出部に相当するカソー
ド電極11の表面(より具体的には、少なくとも微小凹
凸部11A上)に被覆層11Bが形成されている平面型
電界放出素子を示す。FIG. 15 shows a flat-type field emission device in which a coating layer 11B is formed on the surface of the cathode electrode 11 corresponding to the electron-emitting portion (more specifically, on at least the minute uneven portion 11A).
【0120】この被覆層11Bは、カソード電極11を
構成する材料よりも仕事関数Φの小さい材料から構成す
ることが好ましく、どのような材料を選択するかは、カ
ソード電極11を構成する材料の仕事関数、ゲート電極
13とカソード電極11との間の電位差、要求される放
出電子電流密度の大きさ等に基づいて決定すればよい。
被覆層11Bの構成材料として、アモルファスダイヤモ
ンドを例示することができる。被覆層11Bをアモルフ
ァスダイヤモンドを用いて構成した場合には、5×10
7V/m以下の電界強度にて、表示装置に必要な放出電
子電流密度を得ることができる。The coating layer 11B is preferably made of a material having a work function Φ smaller than that of the material forming the cathode electrode 11. It may be determined based on the function, the potential difference between the gate electrode 13 and the cathode electrode 11, the required magnitude of the emitted electron current density, and the like.
As a constituent material of the coating layer 11B, amorphous diamond can be exemplified. When the coating layer 11B is formed using amorphous diamond, 5 × 10
An emission electron current density required for a display device can be obtained at an electric field strength of 7 V / m or less.
【0121】被覆層11Bの厚さは、微小凹凸部11A
を反映し得る程度に選択する。これは、被覆層11Bに
よって微小凹凸部11Aの凹部が埋め込まれ、電子放出
部の表面が平滑化されてしまっては、微小凹凸部11A
を設けた意味が無くなるからである。従って、微小凹凸
部11Aの寸法にも依るが、例えば微小凹凸部11Aが
電子放出部の結晶粒径を反映して形成されている場合に
は、被覆層11Bの厚さを概ね30〜100nm程度に
選択することが好ましい。また、微小凹凸部11Aの先
端部の平均高さ位置を絶縁層12の下面位置よりも下げ
る場合には、厳密には、被覆層11Bの先端部の平均高
さ位置を絶縁層12の下面位置よりも下げることが、一
層好ましい。The thickness of the coating layer 11B is
Should be selected to reflect the This is because the concave portion of the minute uneven portion 11A is buried by the coating layer 11B, and the surface of the electron emission portion is smoothed.
This is because the meaning of providing is lost. Therefore, depending on the size of the minute unevenness 11A, for example, when the minute unevenness 11A is formed by reflecting the crystal grain size of the electron emitting portion, the thickness of the coating layer 11B is set to about 30 to 100 nm. Is preferably selected. When the average height position of the tip portion of the minute uneven portion 11A is lower than the lower surface position of the insulating layer 12, strictly speaking, the average height position of the tip portion of the coating layer 11B is set to the lower surface position of the insulating layer 12. It is more preferable that the temperature is lower than the above.
【0122】具体的には、[工程−F2]の後、全面に
例えばCVD法によりアモルファスダイヤモンドから成
る被覆層11Bを形成すればよい。尚、被覆層11B
は、ゲート電極13及び絶縁層12の上に形成されたレ
ジスト層(図示せず)の上にも堆積するが、この堆積部
分はレジスト層の除去時、同時に除去される。原料ガス
として例えばCH4/H2混合ガスや、CO/H2混合ガ
スを使用したCVD法に基づき被覆層11Bを形成する
ことができ、それぞれ炭素を含む化合物の熱分解によっ
てアモルファスダイヤモンドから成る被覆層11Bが形
成される。Specifically, after [Step-F2], a coating layer 11B made of amorphous diamond may be formed on the entire surface by, eg, CVD. In addition, the coating layer 11B
Is also deposited on a resist layer (not shown) formed on the gate electrode 13 and the insulating layer 12, but this deposited portion is removed at the same time when the resist layer is removed. The coating layer 11B can be formed based on a CVD method using, for example, a CH 4 / H 2 mixed gas or a CO / H 2 mixed gas as a source gas, and a coating made of amorphous diamond is formed by thermal decomposition of a compound containing carbon. The layer 11B is formed.
【0123】あるいは又、[工程−F1]と同様の工程
において、支持体10上に、タングステンから成るカソ
ード電極用導電材料層をスパッタリング法にて形成した
後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づ
きカソード電極用導電材料層をパターニングし、その
後、カソード電極用導電材料層の表面に微小凹凸部11
Aを形成し、次いで、被覆層11Bを形成した後、[工
程−F2]〜[工程−F4]と同様の工程を実行するこ
とによって、図15に示す電界放出素子を作製すること
もできる。Alternatively, in the same step as in [Step-F1], a cathode conductive material layer made of tungsten is formed on the support 10 by a sputtering method, and then the cathode is formed based on a lithography technique and a dry etching technique. The conductive material layer for the electrode is patterned, and then the fine irregularities 11 are formed on the surface of the conductive material layer for the cathode electrode.
After forming A and then forming the coating layer 11B, the same steps as [Step-F2] to [Step-F4] are performed, whereby the field emission device shown in FIG. 15 can also be manufactured.
【0124】あるいは又、[工程−F1]と同様の工程
において、支持体10上に、タングステンから成るカソ
ード電極用導電材料層をスパッタリング法にて形成した
後、カソード電極用導電材料層の表面に微小凹凸部11
Aを形成し、次いで、被覆層11Bを形成した後、リソ
グラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき被覆層
11B、カソード電極用導電材料層をパターニングした
後、[工程−F2]〜[工程−F4]と同様の工程を実
行することによって、図15に示す電界放出素子を作製
することもできる。Alternatively, in the same step as that of [Step-F1], a cathode conductive material layer made of tungsten is formed on the support 10 by a sputtering method, and then the cathode electrode conductive material layer is formed on the surface of the cathode electrode conductive material layer. Micro unevenness 11
A, then, after forming the covering layer 11B, patterning the covering layer 11B and the conductive material layer for the cathode electrode based on the lithography technique and the dry etching technique, and then [Step-F2] to [Step-F4]. By performing the same steps, the field emission device shown in FIG. 15 can be manufactured.
【0125】あるいは又、被覆層を構成する材料とし
て、かかる材料の2次電子利得δがカソード電極を構成
する導電性材料の2次電子利得δよりも大きくなるよう
な材料を適宜選択することもできる。Alternatively, as a material constituting the coating layer, a material may be appropriately selected such that the secondary electron gain δ of such a material is larger than the secondary electron gain δ of the conductive material constituting the cathode electrode. it can.
【0126】尚、図13の(C)に示した平面型電界放
出素子の電子放出部15D(カソード電極11の表面)
に被覆層を形成してもよい。この場合には、[工程−F
4]の後、開口部14の底部に露出したカソード電極1
1の表面に被覆層11Bを形成すればよく、あるいは
又、[工程−F1]において、例えば、支持体10上に
カソード電極用導電材料層を形成した後、カソード電極
用導電材料層上に被覆層11Bを形成し、次いで、リソ
グラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき、これ
らの層をパターニングすればよい。Incidentally, the electron emission portion 15D (the surface of the cathode electrode 11) of the flat field emission device shown in FIG.
May be formed with a coating layer. In this case, [Step-F
4], the cathode electrode 1 exposed at the bottom of the opening 14
1, a coating layer 11B may be formed on the surface of the substrate 1, or in [Step-F1], for example, after forming a conductive material layer for a cathode electrode on the support 10, coating the conductive material layer for a cathode electrode After forming the layer 11B, these layers may be patterned based on the lithography technique and the dry etching technique.
【0127】[クレータ型電界放出素子−1]クレータ
型電界放出素子−1の模式的な一部断面図を、図19の
(B)に示す。クレータ型電界放出素子−1は、電子を
放出する複数の隆起部111Aと、各隆起部111Aに
囲まれた凹部111Bとを有するカソード電極111
が、支持体10上に備えられている。尚、絶縁層12及
びゲート電極13を取り除いた模式的な斜視図を図18
の(B)に示す。[Crater-Type Field Emission Device-1] FIG. 19B is a schematic partial sectional view of the crater-type field emission device-1. The crater type field emission device-1 has a cathode electrode 111 having a plurality of raised portions 111A for emitting electrons and a concave portion 111B surrounded by each raised portion 111A.
Are provided on the support 10. FIG. 18 is a schematic perspective view in which the insulating layer 12 and the gate electrode 13 are removed.
(B) of FIG.
【0128】凹部の形状は特に限定されないが、典型的
には略球面を成す。これは、かかるクレータ型電界放出
素子の製造方法において球体が使用され、凹部111B
が球体の形状の一部を反映して形成されることと関連し
ている。従って、凹部111Bが略球面を成す場合、凹
部111Bを囲む隆起部111Aは円環状となり、この
場合の凹部111Bと隆起部111Aとは、全体として
クレータあるいはカルデラのような形状を呈する。隆起
部111Aは電子を放出する部分であるため、電子放出
効率を高める観点からは、その先端部111Cが先鋭で
あることが特に好ましい。隆起部111Aの先端部11
1Cのプロファイルは、不規則な凹凸を有していても、
あるいは滑らかであってもよい。1画素内における隆起
部111Aの配置は規則的であってもランダムであって
もよい。尚、凹部111Bは、凹部111Bの周方向に
沿って連続した隆起部111Aにより囲まれていてもよ
いし、場合によっては、凹部111Bの周方向に沿って
不連続な隆起部111Aにより囲まれていてもよい。The shape of the concave portion is not particularly limited, but typically forms a substantially spherical surface. This is because a sphere is used in the method for manufacturing the crater type field emission device, and
Is formed to reflect a part of the shape of the sphere. Therefore, when the concave portion 111B has a substantially spherical surface, the raised portion 111A surrounding the concave portion 111B has an annular shape. In this case, the concave portion 111B and the raised portion 111A have a shape like a crater or a caldera as a whole. Since the raised portion 111A is a portion that emits electrons, it is particularly preferable that the tip portion 111C is sharp from the viewpoint of increasing the electron emission efficiency. Tip 11 of ridge 111A
Even if the profile of 1C has irregular irregularities,
Alternatively, it may be smooth. The arrangement of the protrusions 111A within one pixel may be regular or random. In addition, the concave portion 111B may be surrounded by a raised portion 111A continuous along the circumferential direction of the concave portion 111B, or in some cases, may be surrounded by a discontinuous raised portion 111A along the circumferential direction of the concave portion 111B. You may.
【0129】このようなクレータ型電界放出素子の製造
方法において、支持体上にストライプ状のカソード電極
を形成する工程は、より具体的には、複数の球体を被覆
したストライプ状のカソード電極を支持体上に形成する
工程と、球体を除去することによって、球体を被覆した
カソード電極の部分を除去し、以て、電子を放出する複
数の隆起部と、各隆起部に囲まれ、且つ、球体の形状の
一部を反映した凹部とを有するカソード電極を形成する
工程、から成る。In such a method of manufacturing a crater-type field emission device, the step of forming a striped cathode electrode on a support is more specifically performed by supporting the striped cathode electrode covering a plurality of spheres. Forming on the body and removing the sphere to remove a portion of the cathode electrode covering the sphere, thereby forming a plurality of ridges for emitting electrons, and being surrounded by each ridge, Forming a cathode electrode having a concave portion reflecting a part of the shape.
【0130】球体の状態変化及び/又は化学変化によっ
て、球体を除去することが好ましい。ここで、球体の状
態変化及び/又は化学変化とは、膨張、昇華、発泡、ガ
ス発生、分解、燃焼、炭化等の変化若しくはこれらの組
合せを意味する。例えば、球体が有機材料から成る場
合、球体を燃焼させることによって除去することが一層
好ましい。尚、球体の除去と球体を被覆するカソード電
極の部分の除去は、必ずしも同時に起こらなくてもよ
い。例えば、球体を被覆するカソード電極の部分を除去
した後に球体の一部が残存している場合、残存した球体
の除去を後から行えばよい。It is preferable to remove the sphere by a change in the state of the sphere and / or a chemical change. Here, the state change and / or chemical change of the sphere means a change such as expansion, sublimation, foaming, gas generation, decomposition, combustion, and carbonization, or a combination thereof. For example, if the sphere is made of an organic material, it is more preferable to remove the sphere by burning it. It should be noted that the removal of the sphere and the removal of the portion of the cathode electrode covering the sphere need not necessarily occur simultaneously. For example, when a part of the sphere remains after removing the part of the cathode electrode covering the sphere, the remaining sphere may be removed later.
【0131】特に、球体が有機材料から成る場合、球体
を例えば燃焼させると、例えば、一酸化炭素、二酸化炭
素、水蒸気が発生し、球体近傍の閉鎖空間の圧力が高ま
り、球体近傍のカソード電極は或る耐圧限界を超えた時
点で破裂する。この破裂の勢いによって、球体を被覆す
るカソード電極の部分が飛散し、隆起部及び凹部が形成
され、しかも、球体が除去される。あるいは又、球体を
例えば燃焼させると、同様の機構に基づき、カソード電
極は或る耐圧限界を超えた時点で破裂する。この破裂の
勢いによって、球体を被覆するカソード電極の部分が飛
散し、隆起部及び凹部と同時に孔部が形成され、しか
も、球体が除去される。即ち、球体を除去する以前には
カソード電極には孔部が存在せず、球体の除去に伴って
孔部が形成される。このとき、球体の燃焼の初期過程は
閉鎖空間内で進行するため、球体の一部は炭化する可能
性もある。球体を被覆するカソード電極の部分の厚さ
を、破裂によって飛散し得る程度に薄くすることが好ま
しい。In particular, when the sphere is made of an organic material, when the sphere is burned, for example, carbon monoxide, carbon dioxide, and water vapor are generated, the pressure in the closed space near the sphere increases, and the cathode electrode near the sphere is Explodes when a certain pressure limit is exceeded. Due to the force of the rupture, the portion of the cathode electrode covering the sphere is scattered to form a raised portion and a concave portion, and the sphere is removed. Alternatively, when the sphere is burned, for example, the cathode electrode explodes when a certain pressure limit is exceeded, based on a similar mechanism. Due to the force of the rupture, a portion of the cathode electrode covering the sphere is scattered, a hole is formed simultaneously with the protruding portion and the concave portion, and the sphere is removed. That is, before the sphere is removed, the cathode electrode has no hole, and the hole is formed as the sphere is removed. At this time, since the initial process of burning the sphere proceeds in the closed space, a part of the sphere may be carbonized. It is preferable that the thickness of the portion of the cathode electrode covering the sphere be thin enough to be scattered by bursting.
【0132】後述するクレータ型電界放出素子−3ある
いはクレータ型電界放出素子−4においても、球体の状
態変化及び/又は化学変化によって球体を除去すること
ができるが、カソード電極の破裂を伴わないので、外力
によって除去を行う方が簡便な場合もある。ここで、外
力とは、空気又は不活性ガスの吹付け圧力、洗浄液の吹
付け圧力、磁気吸引力、静電気力、遠心力等の物理的な
力である。尚、クレータ型電界放出素子−3において
は、クレータ型電界放出素子−1と異なり、球体を被覆
する部分のカソード電極を飛散させる必要がないので、
カソード電極の残渣が発生し難いという利点がある。In the crater-type field emission device-3 or crater-type field emission device-4 described below, the sphere can be removed by a change in the state and / or a chemical change of the sphere, but without rupture of the cathode electrode. In some cases, it is more convenient to perform the removal by an external force. Here, the external force is a physical force such as a blowing pressure of air or an inert gas, a blowing pressure of a cleaning liquid, a magnetic attraction force, an electrostatic force, a centrifugal force, or the like. In the crater-type field emission device-3, unlike the crater-type field emission device-1, there is no need to scatter the portion of the cathode electrode that covers the sphere.
There is an advantage that the residue of the cathode electrode hardly occurs.
【0133】後述するクレータ型電界放出素子−3ある
いはクレータ型電界放出素子−4で使用される球体は、
少なくとも表面が、カソード電極を構成する材料の界面
張力(表面張力)に比べて、大きな界面張力を有する材
料から構成されていることが好ましい。後述するクレー
タ型電界放出素子−3あるいはクレータ型電界放出素子
−4において、球体は、少なくとも表面が界面張力に関
するこの条件を満たしていればよい。つまり、カソード
電極の界面張力よりも大きな界面張力を有している部分
は、球体の表面のみであっても全体であってもよく、ま
た、球体の表面及び/又は全体の構成材料は、無機材
料、有機材料、あるいは無機材料と有機材料の組合せの
いずれであってもよい。クレータ型電界放出素子−3あ
るいはクレータ型電界放出素子−4において、カソード
電極等が通常の金属系材料から構成されている場合、金
属系材料の表面には吸着水分に由来する水酸基、絶縁層
の表面にはSi−O結合のダングリング・ボンドと吸着
水分とに由来する水酸基が存在し、親水性の高い状態に
あるのが普通である。従って、疎水性の表面処理層を有
する球体を用いることが、特に有効である。疎水性の表
面処理層の構成材料として、フッ素系樹脂、例えばポリ
テトラフルオロエチレンを挙げることができる。球体が
疎水性の表面処理層を有する場合、疎水性の表面処理層
の内側の部分を芯材と称することにすると、芯材の構成
材料は、ガラス、セラミックス、フッ素系樹脂以外の高
分子材料のいずれであってもよい。The sphere used in the crater type field emission device-3 or crater type field emission device-4 described below is
It is preferable that at least the surface is made of a material having a higher interfacial tension than the interfacial tension (surface tension) of the material forming the cathode electrode. In a crater-type field emission device-3 or a crater-type field emission device-4 described later, at least the surface of the sphere only needs to satisfy this condition regarding interfacial tension. That is, the portion having an interfacial tension higher than the interfacial tension of the cathode electrode may be only the surface of the sphere or the whole, and the surface of the sphere and / or the entire constituent material may be inorganic. Any of a material, an organic material, or a combination of an inorganic material and an organic material may be used. In the crater-type field emission device-3 or crater-type field emission device-4, when the cathode electrode and the like are made of a normal metal-based material, the surface of the metal-based material has a hydroxyl group derived from adsorbed moisture, Hydroxyl groups derived from dangling bonds of Si—O bonds and adsorbed moisture are present on the surface, and are usually in a state of high hydrophilicity. Therefore, it is particularly effective to use a sphere having a hydrophobic surface treatment layer. As a constituent material of the hydrophobic surface treatment layer, a fluorine-based resin, for example, polytetrafluoroethylene can be used. When the sphere has a hydrophobic surface treatment layer, the inside of the hydrophobic surface treatment layer is referred to as a core material, and the core material is made of a polymer material other than glass, ceramics, and fluororesin. Any of these may be used.
【0134】球体を構成する有機材料は特に限定されな
いが、汎用の高分子材料が好適である。但し、重合度が
極端に大きかったり、多重結合含有量が極端に多い高分
子材料では、燃焼温度が高くなり過ぎ、燃焼による球体
の除去時、カソード電極に悪影響が及ぶ虞がある。それ
故、これらに対する悪影響が生じる虞のない温度にて燃
焼若しくは炭化させることが可能な高分子材料を選択す
ることが好ましい。特に、絶縁層をガラスペーストのよ
うな、後工程において焼成を要する材料を用いて形成す
る場合には、工数をなるべく減少させる観点から、ガラ
スペーストの焼成温度にて燃焼若しくは炭化可能な高分
子材料を選択することが好適である。ガラスペーストの
典型的な焼成温度は約530゜Cなので、かかる高分子
材料の燃焼温度は350〜500゜C程度であることが
好ましい。代表的な高分子材料として、スチレン系、ウ
レタン系、アクリル系、ビニル系、ジビニルベンゼン
系、メラミン系、ホルムアルデヒド系、ポリメチレン系
のホモポリマー又は共重合体を挙げることができる。あ
るいは又、球体として、支持体上での確実な配置を確保
するために、付着力を有する固着タイプの球体を使用す
ることもできる。固着タイプの球体として、アクリル系
樹脂から成る球体を例示することができる。The organic material constituting the sphere is not particularly limited, but a general-purpose polymer material is preferable. However, in the case of a polymer material having an extremely high degree of polymerization or an extremely large content of multiple bonds, the combustion temperature becomes too high, and the cathode electrode may be adversely affected when the sphere is removed by combustion. Therefore, it is preferable to select a polymer material that can be burned or carbonized at a temperature at which there is no risk of adversely affecting these materials. In particular, when the insulating layer is formed using a material that needs to be fired in a later step, such as a glass paste, a polymer material that can be burned or carbonized at the firing temperature of the glass paste from the viewpoint of reducing the number of steps as much as possible. It is preferable to select Since the typical firing temperature of the glass paste is about 530 ° C., it is preferable that the burning temperature of such a polymer material is about 350 to 500 ° C. Representative polymer materials include styrene, urethane, acrylic, vinyl, divinylbenzene, melamine, formaldehyde, and polymethylene homopolymers and copolymers. Alternatively, a fixed-type sphere having an adhesive force may be used as the sphere in order to secure a reliable arrangement on the support. As the fixed type sphere, a sphere made of an acrylic resin can be exemplified.
【0135】あるいは又、例えば、塩化ビニリデン・ア
クリロニトリル共重合体を外殻とし、発泡材としてイソ
ブタンを内包し、カプセル化した加熱膨張型マイクロス
フェアを球体として使用することができる。クレータ型
電界放出素子−1において、かかる加熱膨張型マイクロ
スフェアを用い、熱膨張型マイクロスフェアを加熱する
と、外殻のポリマーが軟化し、しかも、内包されたイソ
ブタンがガス化して膨張する結果、粒径が膨張前と比較
して約4倍程度の真球の中空体が形成される。その結
果、クレータ型電界放出素子−1において、電子を放出
する隆起部、及び、隆起部に囲まれ、且つ、球体の形状
の一部を反映した凹部を、カソード電極に形成すること
ができる。尚、熱膨張型マイクロスフェアの加熱による
膨張も、本明細書においては、球体の除去という概念に
包含する。その後、熱膨張型マイクロスフェアを適切な
溶剤を用いて取り除けばよい。Alternatively, for example, a heat-expandable microsphere encapsulated with a vinylidene chloride-acrylonitrile copolymer as an outer shell, isobutane as a foam material, and encapsulated can be used as a sphere. In the crater-type field emission device-1, when the heat-expandable microspheres are heated using the heat-expandable microspheres, the polymer of the outer shell is softened, and the contained isobutane is gasified and expanded. A hollow body of a true sphere having a diameter of about four times that before the expansion is formed. As a result, in the crater type field emission device-1, a raised portion that emits electrons and a concave portion that is surrounded by the raised portion and reflects a part of the shape of a sphere can be formed in the cathode electrode. In this specification, the expansion of the heat-expandable microsphere due to heating is also included in the concept of the removal of the sphere. Thereafter, the thermal expansion type microspheres may be removed using an appropriate solvent.
【0136】クレータ型電界放出素子−1においては、
支持体上に複数の球体を配置した後、球体を被覆するカ
ソード電極を形成すればよい。この場合においては、あ
るいは又、後述するクレータ型電界放出素子−3あるい
はクレータ型電界放出素子−4においては、支持体上へ
の複数の球体の配置方法として、球体を支持体上に散布
する乾式法を挙げることができる。球体の散布には、例
えば、液晶表示装置の製造分野において、パネル間隔を
一定に維持するためのスペーサを散布する技術を応用す
ることができる。具体的には、圧搾気体で球体をノズル
から噴射する、所謂スプレーガンを用いることができ
る。尚、球体をノズルから噴射する際、球体を揮発性の
溶剤中に分散させた状態としてもよい。あるいは、静電
粉体塗装の分野で通常使用されている装置や方法を利用
して球体を散布することもできる。例えば、コロナ放電
を利用した静電粉体吹付けガンにより負に帯電させた球
体を、接地した支持体に向かって吹き付けることができ
る。使用する球体は、後述するように非常に小さいた
め、支持体上に散布されると支持体の表面に例えば静電
気力によって付着し、以降の工程においても容易に支持
体から脱落することはない。支持体上に複数の球体の配
置した後、球体を加圧すれば、支持体上の複数の球体の
重なりを解消することができ、球体を支持体上で単層に
密に配置することができる。In the crater type field emission device-1,
After disposing a plurality of spheres on the support, a cathode electrode covering the spheres may be formed. In this case, or alternatively, in a crater-type field emission device-3 or a crater-type field emission device-4 described later, as a method of arranging a plurality of spheres on a support, a dry method of spraying the spheres on the support is used. Law. For example, in the field of manufacturing a liquid crystal display device, a technique of spraying spacers for maintaining a constant panel interval can be applied to the spraying of spheres. Specifically, a so-called spray gun that sprays a sphere from a nozzle with compressed gas can be used. When the sphere is ejected from the nozzle, the sphere may be dispersed in a volatile solvent. Alternatively, the spheres can be sprinkled using an apparatus or method commonly used in the field of electrostatic powder coating. For example, a sphere negatively charged by an electrostatic powder spray gun utilizing corona discharge can be sprayed toward a grounded support. Since the sphere used is very small as described later, when the sphere is sprayed on the support, it adheres to the surface of the support by, for example, electrostatic force, and does not easily fall off the support in the subsequent steps. After arranging a plurality of spheres on the support, if the spheres are pressurized, overlapping of the plurality of spheres on the support can be eliminated, and the spheres can be densely arranged in a single layer on the support. it can.
【0137】あるいは、後述するクレータ型電界放出素
子−2のように、球体とカソード電極材料とを分散媒中
に分散させて成る組成物から成る組成物層を支持体上に
形成し、以て、支持体上に複数の球体を配置し、カソー
ド電極材料から成るカソード電極で球体を被覆した後、
分散媒を除去することもできる。組成物の性状として
は、スラリーやペーストが可能であり、これらの所望の
性状に応じ、分散媒の組成や粘度を適宜選択すればよ
い。組成物層を支持体上に形成する方法としては、スク
リーン印刷法が好適である。カソード電極材料は、典型
的には、分散媒中における沈降速度が球体よりも遅い微
粒子であることが好適である。かかる微粒子を構成する
材料として、カーボン、バリウム、ストロンチウム、鉄
を挙げることができる。分散媒を除去した後、必要に応
じてカソード電極の焼成を行う。組成物層を支持体上に
形成する方法としては、噴霧法、滴下法、スピンコーテ
ィング法、スクリーン印刷法を挙げることができる。
尚、球体が配置されると共に、カソード電極材料から成
るカソード電極で球体が被覆されるが、組成物層の形成
方法に依っては、かかるカソード電極のパターニングを
行う必要がある。Alternatively, like a crater-type field emission device-2 to be described later, a composition layer composed of a composition obtained by dispersing a sphere and a cathode electrode material in a dispersion medium is formed on a support. After arranging a plurality of spheres on a support and covering the spheres with a cathode electrode made of a cathode electrode material,
The dispersion medium can also be removed. The composition may be in the form of a slurry or a paste, and the composition and viscosity of the dispersion medium may be appropriately selected according to the desired properties. As a method for forming the composition layer on the support, a screen printing method is suitable. Typically, the cathode electrode material is preferably fine particles whose sedimentation speed in the dispersion medium is lower than that of a sphere. Examples of a material constituting such fine particles include carbon, barium, strontium, and iron. After removing the dispersion medium, the cathode electrode is fired if necessary. Examples of the method for forming the composition layer on the support include a spraying method, a dropping method, a spin coating method, and a screen printing method.
It should be noted that the sphere is arranged and the sphere is covered with a cathode electrode made of a cathode electrode material. Depending on the method of forming the composition layer, it is necessary to pattern the cathode electrode.
【0138】あるいは、後述するクレータ型電界放出素
子−3あるいはクレータ型電界放出素子−4にあって
は、球体を分散媒中に分散させて成る組成物から成る組
成物層を支持体上に形成し、以て、支持体上に複数の球
体を配置した後、分散媒を除去することができる。組成
物の性状としては、スラリーやペーストが可能であり、
これらの所望の性状に応じ、分散媒の組成や粘度を適宜
選択すればよい。典型的には、イソプロピルアルコール
等の有機溶媒を分散媒として用い、蒸発により分散媒を
除去することができる。組成物層を支持体上に形成する
方法としては、噴霧法、滴下法、スピンコーティング
法、スクリーン印刷法を挙げることができる。Alternatively, in a crater-type field emission element-3 or crater-type field emission element-4 described later, a composition layer composed of a composition obtained by dispersing spheres in a dispersion medium is formed on a support. Thus, after disposing the plurality of spheres on the support, the dispersion medium can be removed. As a property of the composition, a slurry or a paste is possible,
The composition and viscosity of the dispersion medium may be appropriately selected according to the desired properties. Typically, an organic solvent such as isopropyl alcohol is used as a dispersion medium, and the dispersion medium can be removed by evaporation. Examples of the method for forming the composition layer on the support include a spraying method, a dropping method, a spin coating method, and a screen printing method.
【0139】ところで、ゲート電極とカソード電極は互
いに異なる方向(例えば、ストライプ状のゲート電極の
射影像とストライプ状のカソード電極の射影像とが成す
角度が90度)に延びており、且つ、例えばストライプ
状にパターニングされており、電子放出領域に位置する
隆起部から電子が放出される。従って、隆起部は、機能
上、電子放出領域にのみ存在すればよい。但し、たとえ
電子放出領域以外の領域に隆起部及び凹部が存在してい
たとしても、このような隆起部及び凹部は絶縁層に被覆
されたまま、何ら電子を放出するといった機能を果たさ
ない。従って、球体を全面に配置しても何ら問題は生じ
ない。The gate electrode and the cathode electrode extend in directions different from each other (for example, the angle formed by the projected image of the striped gate electrode and the projected image of the striped cathode electrode is 90 degrees). It is patterned in a stripe shape, and electrons are emitted from the ridge located in the electron emission region. Therefore, the raised portion only needs to be present only in the electron emission region in terms of function. However, even if the protrusions and recesses exist in a region other than the electron emission region, such protrusions and recesses do not perform any function of emitting electrons while being covered with the insulating layer. Therefore, no problem occurs even if the sphere is arranged on the entire surface.
【0140】これに対して、球体を被覆したカソード電
極用導電材料層、絶縁層及びゲート電極を構成する層の
各部分を除去する場合、個々の球体の配置位置と開口部
の形成位置とが一対一に対応するため、電子放出領域以
外の領域にも開口部が形成される。以下、電子放出領域
以外の領域に形成される開口部を「無効開口部」と呼
び、電子放出に寄与する本来の開口部と区別する。とこ
ろで、電子放出領域以外の領域に無効開口部が形成され
たとしても、この無効開口部は電界放出素子として何ら
機能せず、電子放出領域に形成される電界放出素子の動
作に何ら悪影響を及ぼさない。なぜなら、無効開口部の
底部に隆起部及び凹部が露出していても、無効開口部の
上端部にゲート電極が形成されていないからであり、あ
るいは又、無効開口部の上端部にゲート電極が形成され
ていても底部に隆起部及び凹部が露出していないか、あ
るいは、無効開口部の底部に隆起部及び凹部が露出して
おらず、しかも、上端部にゲート電極が形成されておら
ず、単に支持体の表面が露出しているか、のいずれかで
あるからである。従って、球体を全面に配置しても何ら
問題は生じない。尚、電子放出領域とそれ以外の領域と
の境界線上に形成された孔は、開口部に含まれる。On the other hand, when the portions of the conductive material layer for the cathode electrode covering the sphere, the insulating layer, and the layer constituting the gate electrode are removed, the positions of the individual spheres and the positions of the openings are changed. An opening is also formed in a region other than the electron emission region so as to correspond one-to-one. Hereinafter, an opening formed in a region other than the electron emission region is referred to as an “ineffective opening” and is distinguished from an original opening that contributes to electron emission. By the way, even if an ineffective opening is formed in a region other than the electron emission region, the ineffective opening does not function as a field emission device at all, and has no adverse effect on the operation of the field emission device formed in the electron emission region. Absent. This is because the gate electrode is not formed at the upper end of the invalid opening even if the protrusion and the concave portion are exposed at the bottom of the invalid opening, or the gate electrode is formed at the upper end of the invalid opening. Even if it is formed, the raised portion and the concave portion are not exposed at the bottom, or the raised portion and the concave portion are not exposed at the bottom of the invalid opening, and the gate electrode is not formed at the upper end. This is simply because the surface of the support is exposed. Therefore, no problem occurs even if the sphere is arranged on the entire surface. The hole formed on the boundary between the electron emission region and the other region is included in the opening.
【0141】球体の直径は、所望の開口部の直径、凹部
の直径、電界放出素子を用いて構成される表示装置の表
示画面寸法、画素数、電子放出領域の寸法、1画素を構
成すべき電界放出素子の個数に応じて選択することがで
きるが、0.1〜10μmの範囲で選択することが好ま
しい。例えば、液晶表示装置のスペーサとして市販され
ている球体は、粒径分布が1〜3%と良好なので、これ
を利用することが好適である。球体の形状は真球である
ことが理想的ではあるが、必ずしも真球である必要はな
い。支持体上には球体を100〜5000個/mm2程
度の密度で配置することが好適である。例えば球体を約
1000個/mm2の密度で支持体上に配置すると、例
えば電子放出領域の寸法を仮に0.5mm×0.2mm
とした場合、この電子放出領域内に約100個の球体が
存在し、約100個の隆起部が形成されることになる。
1つの電子放出領域にこの程度の個数の隆起部が形成さ
れていれば、球体の粒径分布や真球度のばらつきに起因
する凹部の直径のばらつきはほぼ平均化され、実用上、
1画素(又は1サブピクセル)当たりの放出電子電流密
度や輝度はほぼ均一となる。The diameter of the sphere should constitute a desired diameter of the opening, a diameter of the recess, a display screen size of the display device using the field emission element, the number of pixels, the size of the electron emission region, and one pixel. The selection can be made according to the number of field emission devices, but is preferably selected in the range of 0.1 to 10 μm. For example, a sphere that is commercially available as a spacer for a liquid crystal display device has a favorable particle size distribution of 1 to 3%, and it is preferable to use this. Ideally, the shape of the sphere is a true sphere, but it need not necessarily be a true sphere. It is preferable to arrange spheres on the support at a density of about 100 to 5000 spheres / mm 2 . For example, when spheres are arranged on the support at a density of about 1000 / mm 2 , for example, the size of the electron emission region is assumed to be 0.5 mm × 0.2 mm
In this case, about 100 spheres exist in the electron emission region, and about 100 ridges are formed.
If such a number of protrusions are formed in one electron emission region, the variation in the diameter of the concave portion due to the variation in the particle size distribution and the sphericity of the sphere is almost averaged, and in practice,
The emission electron current density and luminance per pixel (or one sub-pixel) are substantially uniform.
【0142】クレータ型電界放出素子−1あるいは後述
するクレータ型電界放出素子−2〜クレータ型電界放出
素子−4においては、球体の形状の一部が電子放出部を
構成する凹部の形状に反映される。隆起部の先端部のプ
ロファイルは、不規則な凹凸を有していても、あるいは
滑らかであってもよいが、特に、クレータ型電界放出素
子−1やクレータ型電界放出素子−2においては、この
先端部はカソード電極の破断により形成されるため、隆
起部の先端部が不規則形状となり易い。破断により隆起
部に先端部が先鋭化すると、先端部が高効率の電子放出
部として機能し得るので、好都合である。クレータ型電
界放出素子−1〜クレータ型電界放出素子−4において
は、凹部を囲む隆起部はいずれも概ね円環状となり、こ
の場合の凹部と隆起部とは、全体としてクレータあるい
はカルデラのような形状を呈する。In the crater type field emission device-1 or crater type field emission device-2 to crater type field emission device-4 which will be described later, a part of the shape of the sphere is reflected in the shape of the concave portion forming the electron emission portion. You. The profile of the tip of the raised portion may have irregular irregularities or may be smooth. In particular, in the crater type field emission device-1 and the crater type field emission device-2, this profile Since the tip is formed by breaking the cathode electrode, the tip of the raised portion is likely to have an irregular shape. When the tip is sharpened to the ridge due to the breakage, the tip can function as a highly efficient electron-emitting portion, which is advantageous. In the crater-type field emission device-1 to the crater-type field emission device-4, each of the raised portions surrounding the concave portion has a substantially annular shape. Present.
【0143】支持体上における隆起部の配置は規則的で
あってもランダムであってもよく、球体の配置方法に依
存する。上述の乾式法あるいは湿式法を採用した場合、
支持体上における隆起部の配置はランダムとなる。尚、
凹部の周方向に沿って連続した隆起部により凹部が囲ま
れていてもよいし、場合によっては、凹部の周方向に沿
って不連続な隆起部により凹部が囲まれていてもよい。The arrangement of the ridges on the support may be regular or random, depending on the arrangement of the spheres. When the above-mentioned dry method or wet method is adopted,
The arrangement of the ridges on the support is random. still,
The concave portion may be surrounded by a raised portion continuous along the circumferential direction of the concave portion, or in some cases, the concave portion may be surrounded by a discontinuous raised portion along the circumferential direction of the concave portion.
【0144】クレータ型電界放出素子−1〜クレータ型
電界放出素子−4において、絶縁層の形成後、絶縁層に
開口部を形成するが、隆起部の先端部に損傷が生じない
ように、隆起部を得た後、保護層を形成し、開口部の形
成後、保護層を取り除く構成とすることもできる。保護
層を構成する材料として、クロムを例示することができ
る。In the crater type field emission device-1 to crater type field emission device-4, after the insulating layer is formed, an opening is formed in the insulating layer. After obtaining the portion, a protective layer may be formed, and after forming the opening, the protective layer may be removed. Chromium can be exemplified as a material constituting the protective layer.
【0145】以下、図16〜図19を参照して、クレー
タ型電界放出素子−1の製造方法を説明するが、図16
の(A)、図17の(A)、図18の(A)模式的な一
部端面図であり、図19の(A)及び(B)は模式的な
一部断面図であり、図16の(B)、図17の(B)及
び図18の(B)は、図16の(A)、図17の(A)
及び図18の(A)よりも広い範囲を模式的に示す一部
斜視図である。Hereinafter, a method of manufacturing the crater type field emission device-1 will be described with reference to FIGS.
(A), (A) of FIG. 17, and (A) of FIG. 18 are schematic partial end views, and (A) and (B) of FIG. 19 are schematic partial cross-sectional views. 16 (B), FIG. 17 (B) and FIG. 18 (B) are FIGS. 16 (A) and 17 (A).
FIG. 19 is a partial perspective view schematically showing a range wider than (A) of FIG. 18.
【0146】[工程−H1]先ず、複数の球体80を被
覆したカソード電極111を支持体10上に形成する。
具体的には、先ず、例えばガラスから成る支持体10上
の全面に、球体80を配置する。球体80は、例えばポ
リメチレン系の高分子材料から成り、平均直径約5μ
m、粒径分布1%未満である。球体80を、スプレーガ
ンを用い、支持体10上におおよそ1000個/mm2
の密度でランダムに配置する。スプレーガンを用いた散
布は、球体を揮発性溶剤と混合して噴霧する方式、ある
いは粉末状態のままノズルから噴射する方式のいずれで
もよい。配置された球体80は、静電気力で支持体10
上に保持されている。この状態を図16の(A)及び
(B)に示す。[Step-H1] First, the cathode electrode 111 covering the plurality of spheres 80 is formed on the support.
Specifically, first, the sphere 80 is arranged on the entire surface of the support 10 made of, for example, glass. The sphere 80 is made of, for example, a polymethylene-based polymer material and has an average diameter of about 5 μm.
m, particle size distribution is less than 1%. Approximately 1000 spheres / mm 2 were placed on the support 10 using a spray gun.
At random. Spraying using a spray gun may be either a method of spraying a sphere mixed with a volatile solvent or spraying it from a nozzle in a powder state. The placed sphere 80 is supported by the support 10 by electrostatic force.
Is held on. This state is shown in FIGS. 16A and 16B.
【0147】[工程−H2]次に、球体80及び支持体
10上にカソード電極111を形成する。カソード電極
111を形成した状態を、図17の(A)及び(B)に
示す。カソード電極111は、例えばカーボンペースト
をストライプ状にスクリーン印刷することによって形成
することができる。このとき、球体80は支持体10上
の全面に配置されているので、球体80の中には、図1
7の(B)に示すように、カソード電極111で被覆さ
れないものも当然存在する。次に、カソード電極111
に含まれる水分や溶剤を除去し、且つ、カソード電極1
11を平坦化するために、例えば150゜Cにてカソー
ド電極111を乾燥する。この温度では、球体80は何
ら状態変化及び/又は化学変化を起こさない。尚、上述
のようなカーボンペーストを用いたスクリーン印刷に替
えて、カソード電極111を構成するカソード電極用導
電材料層を全面に形成し、このカソード電極用導電材料
層を通常のリソグラフィ技術とドライエッチング技術を
用いてパターニングし、ストライプ状のカソード電極1
11を形成することもできる。リソグラフィ技術を適用
する場合、通常、レジスト材料層をスピンコーティング
法により形成するが、スピンコーティング時の支持体1
0の回転数が500rpm程度、回転時間が数秒間程度
であれば、球体80は脱落したり変位することなく、支
持体10上に保持され得る。[Step-H2] Next, the cathode electrode 111 is formed on the sphere 80 and the support 10. FIGS. 17A and 17B show a state in which the cathode electrode 111 is formed. The cathode electrode 111 can be formed, for example, by screen-printing a carbon paste in a stripe shape. At this time, since the sphere 80 is disposed on the entire surface of the support 10, FIG.
As shown in FIG. 7 (B), there are some which are not covered with the cathode electrode 111. Next, the cathode electrode 111
To remove water and solvent contained in the cathode electrode 1
In order to flatten the electrode 11, the cathode electrode 111 is dried at, for example, 150 ° C. At this temperature, the sphere 80 undergoes no state change and / or chemical change. Instead of the screen printing using the carbon paste as described above, a cathode electrode conductive material layer constituting the cathode electrode 111 is formed on the entire surface, and the cathode electrode conductive material layer is formed by a usual lithography technique and dry etching. Patterned cathode electrode 1 using technology
11 can also be formed. When a lithography technique is applied, a resist material layer is usually formed by a spin coating method.
If the number of rotations of 0 is about 500 rpm and the rotation time is about several seconds, the sphere 80 can be held on the support 10 without falling off or displacing.
【0148】[工程−H3]次に、球体80を除去する
ことによって、球体80を被覆したカソード電極111
の部分を除去し、以て、電子を放出する複数の隆起部1
11Aと、各隆起部111Aに囲まれ、且つ、球体80
の形状の一部を反映した凹部111Bとを有するカソー
ド電極111を形成する。この状態を、図18の(A)
及び(B)に示す。具体的には、カソード電極111の
焼成を兼ね、約530゜Cにて加熱を行うことにより球
体80を燃焼させる。球体80の燃焼に伴って球体80
が閉じ込められていた閉鎖空間の圧力が上昇し、球体8
0を被覆するカソード電極111の部分が或る耐圧限界
を超えた時点で破裂して除去される。その結果、支持体
10上に形成されたカソード電極111の一部分に、隆
起部111A及び凹部111Bが形成される。尚、球体
を除去した後に、球体の一部分が残渣として残る場合に
は、使用する球体を構成する材料にも依るが、適切な洗
浄液を用いて残渣を除去すればよい。[Step-H3] Next, by removing the sphere 80, the cathode electrode 111 coated on the sphere 80 is removed.
Are removed, and a plurality of raised portions 1 emitting electrons are removed.
11A and a sphere 80 surrounded by each raised portion 111A.
And a concave portion 111B reflecting a part of the shape of the cathode electrode 111 are formed. This state is shown in FIG.
And (B). Specifically, the sphere 80 is burned by heating at about 530 ° C., also serving as firing of the cathode electrode 111. With the burning of the sphere 80, the sphere 80
The pressure in the enclosed space in which the
When the portion of the cathode electrode 111 covering 0 exceeds a certain withstand voltage limit, it is ruptured and removed. As a result, a raised portion 111A and a concave portion 111B are formed in a part of the cathode electrode 111 formed on the support 10. If a part of the sphere remains as a residue after the sphere is removed, the residue may be removed using an appropriate cleaning solution, depending on the material constituting the sphere to be used.
【0149】[工程−H4]その後、カソード電極11
1及び支持体10上に絶縁層12を形成する。具体的に
は、例えば、ガラスペーストを全面に約5μmの厚さに
スクリーン印刷する。次に、絶縁層12に含まれる水分
や溶剤を除去し、且つ、絶縁層12を平坦化するため
に、例えば150゜Cにて絶縁層12を乾燥する。上述
のようなガラスペーストを用いたスクリーン印刷に替え
て、例えばプラズマCVD法によりSiO2膜を形成し
てもよい。[Step-H4] Thereafter, the cathode electrode 11
An insulating layer 12 is formed on the substrate 1 and the support 10. Specifically, for example, a glass paste is screen-printed on the entire surface to a thickness of about 5 μm. Next, the insulating layer 12 is dried at, for example, 150 ° C. in order to remove moisture and a solvent contained in the insulating layer 12 and to planarize the insulating layer 12. Instead of screen printing using a glass paste as described above, an SiO 2 film may be formed by, for example, a plasma CVD method.
【0150】[工程−H5]次に、絶縁層12上に、ス
トライプ状のゲート電極13を形成する(図19の
(A)参照)。ストライプ状のゲート電極13の射影像
の延びる方向は、ストライプ状のカソード電極111の
射影像の延びる方向と90度の角度を成している。[Step-H5] Next, a stripe-shaped gate electrode 13 is formed on the insulating layer 12 (see FIG. 19A). The direction in which the projected image of the striped gate electrode 13 extends forms an angle of 90 degrees with the direction in which the projected image of the striped cathode electrode 111 extends.
【0151】[工程−H6]その後、ゲート電極13の
射影像とカソード電極111の射影像とが重複する電子
放出領域において、[工程−A2]と同様の方法に基づ
き、ゲート電極13及び絶縁層12に開口部14を形成
し、以て、開口部14(孔部)の底部に複数の複数の隆
起部111A及び凹部111Bを露出させる。尚、カソ
ード電極111に対して十分に高いエッチング選択比が
確保できる条件でエッチングを行うことが好ましい。あ
るいは又、隆起部111Aを形成した後、例えば、クロ
ムから成る保護層を形成しておき、開口部14を形成し
た後、保護層を取り除くことが好ましい。こうして、図
19の(B)に示した電界放出素子を得ることができ
る。[Step-H6] Thereafter, in the electron emission region where the projected image of the gate electrode 13 and the projected image of the cathode electrode 111 overlap, the gate electrode 13 and the insulating layer are formed based on the same method as in [Step-A2]. An opening 14 is formed in the opening 12, thereby exposing a plurality of raised portions 111A and recesses 111B at the bottom of the opening 14 (hole). Note that it is preferable to perform the etching under the condition that a sufficiently high etching selectivity with respect to the cathode electrode 111 can be secured. Alternatively, it is preferable to form a protective layer made of, for example, chromium after forming the protruding portion 111A and remove the protective layer after forming the opening. Thus, the field emission device shown in FIG. 19B can be obtained.
【0152】尚、クレータ型電界放出素子−1の製造方
法の変形例として、[工程−H2]の後、[工程−H
4]〜[工程−H6]を実行し、次いで、[工程−H
3]を実行してもよい。この場合、球体の燃焼とゲート
電極13及び絶縁層12を構成する材料の焼成を同時に
行えばよい。As a modified example of the method for manufacturing the crater type field emission device-1, [Step-H2], [Step-H]
4] to [Step-H6], and then [Step-H
3] may be performed. In this case, the burning of the sphere and the firing of the material forming the gate electrode 13 and the insulating layer 12 may be performed simultaneously.
【0153】あるいは又、[工程−H2]の後、[工程
−H4]を実行し、更に、[工程−H5]と同様の工程
において、開口部を有していないストライプ状のゲート
電極を構成する層を絶縁層上に形成した後、[工程−H
3]を実行する。これによって、球体80を被覆したカ
ソード電極111、絶縁層12及びゲート電極13を構
成する層の各部分が除去され、以て、ゲート電極13及
び絶縁層12を貫通した開口部14が形成されると共
に、電子を放出する隆起部111Aと、隆起部111A
に囲まれ、且つ、球体80の形状の一部を反映した凹部
111Bとから成る電子放出部を、開口部14の底部に
位置するカソード電極111に形成することができる。
即ち、球体80の燃焼に伴って球体80が閉じ込められ
ている閉鎖空間の圧力が上昇し、球体を被覆する部分の
カソード電極111と絶縁層12とゲート電極13を構
成する層とが或る耐圧限界を超えた時点で破裂し、隆起
部111A及び凹部111Bと同時に開口部14が形成
され、しかも、球体80が除去される。開口部14は、
ゲート電極13及び絶縁層12を貫通し、且つ、球体8
0の形状の一部を反映している。また、開口部14の底
部には、電子を放出する隆起部111A、及び、隆起部
111Aに囲まれ、且つ、球体80の形状の一部を反映
した凹部111Bが残る。Alternatively, after [Step-H2], [Step-H4] is performed, and in the same step as [Step-H5], a striped gate electrode having no opening is formed. After forming a layer to be formed on the insulating layer, [Step-H
3]. As a result, the cathode electrode 111 covering the sphere 80, the insulating layer 12, and the respective parts of the layers constituting the gate electrode 13 are removed, whereby the opening 14 penetrating the gate electrode 13 and the insulating layer 12 is formed. At the same time, a raised portion 111A for emitting electrons and a raised portion 111A
, And a concave portion 111B reflecting a part of the shape of the sphere 80, can be formed on the cathode electrode 111 located at the bottom of the opening 14.
That is, the pressure of the closed space in which the sphere 80 is confined increases with the burning of the sphere 80, and the cathode electrode 111, the insulating layer 12, and the layer constituting the gate electrode 13 in the portion covering the sphere have a certain pressure resistance. The rupture occurs when the limit is exceeded, the opening 14 is formed at the same time as the protrusion 111A and the recess 111B, and the sphere 80 is removed. The opening 14 is
The sphere 8 penetrating through the gate electrode 13 and the insulating layer 12
0 reflects a part of the shape. At the bottom of the opening 14, a raised portion 111A that emits electrons and a concave portion 111B that is surrounded by the raised portion 111A and reflects a part of the shape of the sphere 80 remain.
【0154】[クレータ型電界放出素子−2]クレータ
型電界放出素子−2の製造方法の図20を参照して説明
するが、支持体10上に複数の球体80を配置する工程
が、球体80とカソード電極材料とを分散媒中に分散さ
せて成る組成物から成る組成物層81を支持体10上に
形成し、以て、支持体10上に複数の球体80を配置
し、カソード電極材料から成るカソード電極111で球
体を被覆した後、分散媒を除去する工程から成る、即
ち、湿式法から成る点が、クレータ型電界放出素子−1
の製造方法と相違する。[Crater-Type Field Emission Device-2] A method of manufacturing the crater-type field emission device-2 will be described with reference to FIG. 20. The step of disposing a plurality of spheres 80 on the support 10 is as follows. And a cathode electrode material dispersed in a dispersion medium, a composition layer 81 made of a composition is formed on the support 10, and a plurality of spheres 80 are arranged on the support 10 to form a cathode electrode material. After the sphere is covered with the cathode electrode 111 composed of a crater-type field emission device-1.
Is different from the manufacturing method.
【0155】[工程−J1]先ず、支持体10上に複数
の球体80を配置する。具体的には、球体80とカソー
ド電極材料81Bとを分散媒81A中に分散させて成る
組成物から成る組成物層81を支持体10上に形成す
る。即ち、例えば、イソプロピルアルコールを分散媒8
1Aとして使用し、平均直径約5μmのポリメチレン系
の高分子材料から成る球体80と、平均直径約0.05
μmのカーボン粒子をカソード電極材料81Bとして分
散媒81A中に分散させて成る組成物を支持体10上に
ストライプ状にスクリーン印刷し、組成物層81を形成
する。図20の(A)には、組成物層81の形成直後の
状態を示す。[Step-J1] First, a plurality of spheres 80 are arranged on the support 10. Specifically, a composition layer 81 made of a composition obtained by dispersing a sphere 80 and a cathode electrode material 81B in a dispersion medium 81A is formed on the support 10. That is, for example, isopropyl alcohol is added to the dispersion medium 8.
1A, a sphere 80 made of a polymethylene polymer material having an average diameter of about 5 μm;
A composition formed by dispersing carbon particles of μm as a cathode electrode material 81B in a dispersion medium 81A is screen-printed in stripes on the support 10 to form a composition layer 81. FIG. 20A shows a state immediately after the formation of the composition layer 81.
【0156】[工程−J2]支持体10に保持された組
成物層81中では、間もなく球体80が沈降して支持体
10上に配置されると共に、球体80から支持体10上
に亙ってカソード電極材料81Bが沈降し、カソード電
極材料81Bから成るカソード電極111が形成され
る。これによって、支持体10上に複数の球体80を配
置し、カソード電極材料から成るカソード電極111で
球体80を被覆することができる。この状態を、図20
の(B)に示す。[Step-J2] In the composition layer 81 held by the support 10, the sphere 80 will soon be settled down and disposed on the support 10, and the sphere 80 will extend from the sphere 80 onto the support 10. The cathode electrode material 81B is settled, and the cathode electrode 111 made of the cathode electrode material 81B is formed. Thereby, the plurality of spheres 80 can be arranged on the support 10 and the spheres 80 can be covered with the cathode electrode 111 made of the cathode electrode material. This state is shown in FIG.
(B) of FIG.
【0157】[工程−J3]その後、分散媒81Aを例
えば蒸発させることによって除去する。この状態を、図
20の(C)に示す。[Step-J3] Thereafter, the dispersion medium 81A is removed, for example, by evaporation. This state is shown in FIG.
【0158】[工程−J4]次いで、クレータ型電界放
出素子−1の[工程−H3]〜[工程−H6]と同様の
工程、あるいは、クレータ型電界放出素子−1の製造方
法の変形例を実行することによって、図19の(B)に
示したと同様の電界放出素子を完成することができる。[Step-J4] Next, the same steps as [Step-H3] to [Step-H6] of the crater-type field emission device-1, or a modification of the method of manufacturing the crater-type field emission device-1 will be described. By performing this, a field emission device similar to that shown in FIG. 19B can be completed.
【0159】[クレータ型電界放出素子−3]このクレ
ータ型電界放出素子−3の製造方法において、支持体上
にストライプ状のカソード電極を形成する工程は、より
具体的には、支持体上に複数の球体を配置する工程と、
電子を放出する複数の隆起部と、各隆起部に囲まれ、且
つ、球体の形状の一部を反映した凹部とを有し、各隆起
部が球体の周囲に形成されたカソード電極を、支持体上
に設ける工程と、球体を除去する工程、から成る。支持
体上への複数の球体の配置は、球体の散布によって行
う。また、球体は疎水性の表面処理層を有する。以下、
かかる電界放出素子の製造方法を、図21を参照して説
明する。[Crater-type field emission device-3] In the method of manufacturing the crater-type field emission device-3, the step of forming a striped cathode electrode on the support is more specifically performed on the support. Arranging a plurality of spheres;
It has a plurality of ridges for emitting electrons, and a recess surrounded by each ridge and reflecting a part of the shape of the sphere, and each ridge supports a cathode electrode formed around the sphere. It comprises the steps of providing on the body and removing the sphere. The arrangement of the plurality of spheres on the support is performed by scattering the spheres. The sphere has a hydrophobic surface treatment layer. Less than,
A method for manufacturing such a field emission device will be described with reference to FIG.
【0160】[工程−K1]先ず、支持体10上に複数
の球体180を配置する。具体的には、ガラスから成る
支持体10上の全面に、複数の球体180を配置する。
この球体180は、例えばジビニルベンゼン系の高分子
材料から成る芯材180Aをポリテトラフルオロエチレ
ン系樹脂から成る表面処理層180Bで被覆して成り、
平均直径約5μm、粒径分布1%未満である。球体18
0を、スプレーガンを用い、支持体10上におおよそ1
000個/mm2の密度でランダムに配置する。配置さ
れた球体180は、静電気力で支持体10上に吸着され
ている。ここまでのプロセスが終了した状態を、図21
の(A)に示す。[Step-K1] First, a plurality of spheres 180 are arranged on the support. Specifically, a plurality of spheres 180 are arranged on the entire surface of the support 10 made of glass.
The sphere 180 is formed by coating a core material 180A made of, for example, a divinylbenzene polymer material with a surface treatment layer 180B made of a polytetrafluoroethylene resin.
The average diameter is about 5 μm, and the particle size distribution is less than 1%. Sphere 18
0 on the support 10 using a spray gun.
Randomly arranged at a density of 000 pieces / mm 2 . The placed sphere 180 is adsorbed on the support 10 by electrostatic force. FIG. 21 shows a state in which the processes up to this point have been completed.
(A).
【0161】[工程−K2]次に、電子を放出する複数
の隆起部111Aと、各隆起部111Aに囲まれ、且
つ、球体180の形状の一部を反映した凹部111Bと
を有し、各隆起部111Aが球体180の周囲に形成さ
れたカソード電極111を、支持体10上に設ける。具
体的には、クレータ型電界放出素子−1で述べたと同様
に、例えばカーボンペーストをストライプ状にスクリー
ン印刷するが、クレータ型電界放出素子−3では、球体
180の表面が表面処理層180Bにより疎水性を帯び
ているために、球体180の上にスクリーン印刷された
カーボンペーストは直ちに弾かれて落下し、球体180
の周囲に堆積して隆起部111Aが形成される。隆起部
111Aの先端部111Cは、クレータ型電界放出素子
−1の場合ほど先鋭とはならない。球体180と支持体
10との間に入り込んだカソード電極111の部分が、
凹部111Bとなる。図21の(B)では、カソード電
極111と球体180との間に隙間が存在するように図
示されているが、カソード電極111と球体180とは
接触している場合もある。その後、カソード電極111
を例えば150゜Cにて乾燥させる。ここまでのプロセ
スが終了した状態を、図21の(B)に示す。[Step-K2] Next, each step has a plurality of raised portions 111A for emitting electrons, and a concave portion 111B surrounded by each raised portion 111A and reflecting a part of the shape of the sphere 180. A cathode electrode 111 having a raised portion 111 </ b> A formed around a sphere 180 is provided on a support 10. Specifically, in the same manner as described for the crater-type field emission device-1, for example, a carbon paste is screen-printed in a stripe shape. The carbon paste screen-printed on the sphere 180 is immediately flipped and dropped due to the
And a protrusion 111A is formed. The tip 111C of the raised portion 111A is not as sharp as in the case of the crater type field emission device-1. The portion of the cathode electrode 111 that has entered between the sphere 180 and the support 10 is
The recess 111B is formed. In FIG. 21B, although a gap is shown between the cathode electrode 111 and the sphere 180, the cathode electrode 111 and the sphere 180 may be in contact with each other. Then, the cathode electrode 111
Is dried at 150 ° C., for example. FIG. 21B shows a state in which the processes up to this point have been completed.
【0162】[工程−K3]次に、球体180に外力を
与えることによって、支持体10上から球体180を除
去する。具体的な除去方法としては、洗浄や圧搾気体の
吹付けを挙げることができる。ここまでのプロセスが終
了した状態を、図21の(C)に示す。尚、球体の除去
は、球体の状態変化及び/又は化学変化に基づいて、よ
り具体的には、例えば、燃焼によって球体を除去するこ
とも可能である。[Step-K3] Next, the spherical body 180 is removed from the support 10 by applying an external force to the spherical body 180. As a specific removing method, cleaning and blowing of compressed gas can be mentioned. FIG. 21C shows a state in which the processes up to this point have been completed. The sphere can be removed based on the state change and / or chemical change of the sphere, more specifically, for example, by burning.
【0163】[工程−K4]その後、クレータ型電界放
出素子−1の[工程−H4]〜[工程−H6]を実行す
ることによって、図19の(B)に示したと略同様の電
界放出素子を得ることができる。[Step-K4] After that, [Step-H4] to [Step-H6] of the crater type field emission device-1 are executed, thereby obtaining a field emission device substantially similar to that shown in FIG. Can be obtained.
【0164】尚、クレータ型電界放出素子−3の製造方
法の変形例として、[工程−K2]の後、クレータ型電
界放出素子−1における[工程−H4]〜[工程−H
6]を実行し、次いで、[工程−K3]を実行してもよ
い。As a modified example of the method for manufacturing the crater type field emission device-3, [Step-H4] to [Step-H4] in the crater type field emission device-1 after [Step-K2].
6], and then [Step-K3].
【0165】[クレータ型電界放出素子−4]クレータ
型電界放出素子−4の製造方法において、支持体上にス
トライプ状のカソード電極を形成する工程は、より具体
的には、支持体上に複数の球体を配置する工程と、電子
を放出する複数の隆起部と、各隆起部に囲まれ、且つ、
球体の形状の一部を反映した凹部とを有し、各隆起部が
球体の周囲に形成されたカソード電極を支持体上に設け
る工程、から成る。尚、全面に絶縁層を設ける際、球体
の上方に開口部が形成された絶縁層を、カソード電極及
び支持体上に設ける。球体の除去は、開口部の形成後に
行う。クレータ型電界放出素子−4の製造方法において
は、支持体上への複数の球体の配置は、球体の散布によ
って行う。また、球体は疎水性の表面処理層を有する。
以下、クレータ型電界放出素子−4の製造方法を、図2
2及び図23を参照して説明する。[Crater-Type Field Emission Device-4] In the method of manufacturing the crater-type field emission device-4, the step of forming a striped cathode electrode on the support is more specifically performed on the support. Arranging a sphere, a plurality of ridges emitting electrons, and surrounded by each ridge,
Providing a concave portion reflecting a part of the shape of the sphere, wherein each raised portion has a cathode electrode formed around the sphere on the support. When the insulating layer is provided over the entire surface, an insulating layer having an opening formed above the sphere is provided on the cathode electrode and the support. The removal of the sphere is performed after the formation of the opening. In the method for manufacturing the crater type field emission device-4, the plurality of spheres are arranged on the support by scattering the spheres. The sphere has a hydrophobic surface treatment layer.
Hereinafter, a method of manufacturing the crater type field emission device-4 will be described with reference to FIG.
2 and FIG.
【0166】[工程−L1]先ず、支持体10上に複数
の球体180を配置する。具体的には、クレータ型電界
放出素子−3の製造工程における[工程−K1]と同様
の工程を実行する。[Step-L1] First, a plurality of spheres 180 are arranged on the support. Specifically, the same step as [Step-K1] in the manufacturing process of the crater type field emission device-3 is executed.
【0167】[工程−L2]その後、電子を放出する複
数の隆起部111Aと、各隆起部111Aに囲まれ、且
つ、球体180の形状の一部を反映した凹部111Bと
を有し、各隆起部111Aが球体180の周囲に形成さ
れたカソード電極111を、支持体10上に設ける。具
体的には、クレータ型電界放出素子−3の製造工程にお
ける[工程−K2]と同様の工程を実行する。[Step-L2] Thereafter, each of the protrusions 111A has a plurality of protrusions 111A that emit electrons, and a recess 111B that is surrounded by the protrusions 111A and reflects a part of the shape of the sphere 180. The cathode electrode 111 in which the portion 111A is formed around the sphere 180 is provided on the support 10. Specifically, the same step as [Step-K2] in the manufacturing process of the crater type field emission device-3 is executed.
【0168】[工程−L3]次に、球体の上方に開口部
14Aが形成された絶縁層12を、カソード電極111
及び支持体10上に設ける。具体的には、例えば、ガラ
スペーストを全面に約5μmの厚さにスクリーン印刷す
る。球体180の表面が表面処理層180Bにより疎水
性を帯びているために、球体180の上にスクリーン印
刷されたガラスペーストは直ちに弾かれて落下し、自ら
の表面張力により絶縁層12の球体180の上の部分は
収縮する。その結果、球体180の頂部は絶縁層12に
覆われることなく、開口部14A内に露出する。この状
態を図22の(A)に示す。図示した例では、開口部1
4Aの上端部の直径は球体180の直径よりも大きい
が、表面処理層180Bの界面張力が、ガラスペースト
の界面張力よりも小さい場合には、開口部14Aの直径
が小さくなる傾向にある。逆に、表面処理層180Bの
界面張力が、ガラスペーストの界面張力よりも著しく大
きい場合には、開口部14Aの直径は大きくなり易い。
その後、絶縁層12を例えば150゜Cにて乾燥させ
る。[Step-L3] Next, the insulating layer 12 having the opening 14A formed above the sphere is placed on the cathode electrode 111
And on the support 10. Specifically, for example, a glass paste is screen-printed on the entire surface to a thickness of about 5 μm. Since the surface of the sphere 180 is made hydrophobic by the surface treatment layer 180B, the glass paste screen-printed on the sphere 180 is immediately flipped and dropped, and the surface of the sphere 180 of the insulating layer 12 is dropped by its own surface tension. The upper part shrinks. As a result, the top of the sphere 180 is exposed in the opening 14A without being covered by the insulating layer 12. This state is shown in FIG. In the illustrated example, the opening 1
Although the diameter of the upper end of 4A is larger than the diameter of the sphere 180, when the interfacial tension of the surface treatment layer 180B is smaller than the interfacial tension of the glass paste, the diameter of the opening 14A tends to be smaller. Conversely, when the interfacial tension of the surface treatment layer 180B is significantly higher than the interfacial tension of the glass paste, the diameter of the opening 14A tends to increase.
Thereafter, the insulating layer 12 is dried at, for example, 150 ° C.
【0169】[工程−L4]次に、開口部14Aと連通
する開口部14Bを有するゲート電極13を絶縁層12
上に形成する。具体的には、例えば、ペーストをストラ
イプ状にスクリーン印刷する。球体180の表面が表面
処理層180Bにより疎水性を帯びているために、球体
180の上にスクリーン印刷されたペーストは直ちに弾
かれて、自らの表面張力により収縮し、絶縁層12の表
面のみに付着した状態となる。このとき、ゲート電極1
3は、図示するように、絶縁層12の開口端部から開口
部14A内へ若干回り込むように形成されることもあ
る。その後、ゲート電極13を例えば150゜Cにて乾
燥させる。ここまでの工程が終了した状態を、図22の
(B)に示す。尚、表面処理層180Bの界面張力が、
ペーストの界面張力よりも小さい場合には、開口部14
Aの直径が小さくなる傾向にある。逆に、表面処理層1
80Bの界面張力が、ペーストの界面張力よりも著しく
大きい場合には、開口部14Aの直径は大きくなり易
い。[Step-L4] Next, the gate electrode 13 having the opening 14B communicating with the opening 14A is formed on the insulating layer 12
Form on top. Specifically, for example, the paste is screen-printed in a stripe shape. Since the surface of the sphere 180 is made hydrophobic by the surface treatment layer 180B, the paste printed on the sphere 180 is immediately repelled, shrinks due to its own surface tension, and only on the surface of the insulating layer 12 It will be in a state of attachment. At this time, the gate electrode 1
3 may be formed so as to slightly extend from the opening end of the insulating layer 12 into the opening 14A as shown in the figure. Thereafter, the gate electrode 13 is dried at, for example, 150 ° C. FIG. 22B shows a state in which the steps up to this point have been completed. Note that the surface tension of the surface treatment layer 180B is
If the interfacial tension of the paste is smaller, the opening 14
The diameter of A tends to be small. Conversely, surface treatment layer 1
When the interfacial tension at 80B is significantly higher than the interfacial tension of the paste, the diameter of the opening 14A tends to increase.
【0170】[工程−L5]次に、開口部14B,14
Aの底部に露出した球体180を除去する。具体的に
は、カソード電極111と絶縁層12との焼成を兼ね、
ガラスペーストの典型的な焼成温度である約530゜C
にて加熱を行うことにより、球体180を燃焼させる。
このとき、クレータ型電界放出素子−1と異なり、絶縁
層12及びゲート電極13には開口部14A,14Bが
最初から形成されているので、カソード電極111や絶
縁層12、ゲート電極13の一部が飛散することはな
く、球体180は速やかに除去される。尚、開口部14
A,14Bの上端部の直径が球体180の直径よりも大
きい場合、球体180を燃焼させなくとも、例えば、洗
浄や圧搾気体の吹付け等の外力によって球体180を除
去することが可能である。ここまでの工程が終了した状
態を、図23の(A)に示す。[Step-L5] Next, the openings 14B, 14
The sphere 180 exposed at the bottom of A is removed. Specifically, it also serves as firing of the cathode electrode 111 and the insulating layer 12,
Typical firing temperature of glass paste is about 530 ° C
The sphere 180 is burned by heating at.
At this time, unlike the crater type field emission device-1, the openings 14A and 14B are formed in the insulating layer 12 and the gate electrode 13 from the beginning, so that the cathode electrode 111, the insulating layer 12, and a part of the gate electrode 13 are formed. Are not scattered, and the sphere 180 is quickly removed. The opening 14
When the diameters of the upper ends of the A and 14B are larger than the diameter of the sphere 180, the sphere 180 can be removed without burning the sphere 180 by, for example, an external force such as washing or blowing compressed gas. FIG. 23A shows a state in which the steps up to this point have been completed.
【0171】[工程−L6]その後、開口部14Aの側
壁面に相当する絶縁層12の一部を等方的にエッチング
すると、図23の(B)に示す電界放出素子を完成する
ことができる。ここでは、ゲート電極13の端部が下方
を向いているが、このことは、開口部14内の電界強度
を高める上で好ましい。[Step-L6] After that, a portion of the insulating layer 12 corresponding to the side wall surface of the opening 14A is isotropically etched, whereby the field emission device shown in FIG. 23B can be completed. . Here, the end of the gate electrode 13 faces downward, which is preferable in order to increase the electric field intensity in the opening 14.
【0172】[エッジ型電界放出素子]エッジ型電界放
出素子の模式的な一部断面図を図24の(A)に示す。
このエッジ型電界放出素子は、支持体10上に形成され
たストライプ状のカソード電極211と、支持体10及
びカソード電極211上に形成された絶縁層12と、絶
縁層12上に形成されたストライプ状のゲート電極13
から構成されており、開口部14がゲート電極13及び
絶縁層12に設けられている。開口部14の底部にはカ
ソード電極211のエッジ部211Aが露出している。
カソード電極211及びゲート電極13に電圧を印加す
ることによって、カソード電極211のエッジ部211
Aから電子が放出される。[Edge Type Field Emission Device] FIG. 24A is a schematic partial sectional view of an edge type field emission device.
The edge type field emission device includes a stripe-shaped cathode electrode 211 formed on a support 10, an insulating layer 12 formed on the support 10 and the cathode electrode 211, and a stripe formed on the insulating layer 12. Gate electrode 13
And an opening 14 is provided in the gate electrode 13 and the insulating layer 12. The edge portion 211A of the cathode electrode 211 is exposed at the bottom of the opening 14.
By applying a voltage to the cathode electrode 211 and the gate electrode 13, an edge portion 211 of the cathode electrode 211 is applied.
A emits electrons.
【0173】尚、図24の(B)に示すように、開口部
14内のカソード電極211の下の支持体10に凹部1
0Aが形成されていてもよい。あるいは又、模式的な一
部断面図を図24の(C)に示すように、支持体10上
に形成された第1のゲート電極13Aと、支持体10及
び第1のゲート電極13A上に形成された層間絶縁層1
2Aと、層間絶縁層12A上に形成されたカソード電極
211と、層間絶縁層12A及びカソード電極211に
形成された絶縁層12Bと、絶縁層12B上に形成され
た第2のゲート電極13Bから構成することもできる。
そして、開口部14が、第2のゲート電極13B、絶縁
層12B、カソード電極211及び層間絶縁層12Aに
設けられており、開口部14の側壁にはカソード電極2
11のエッジ部211Aが露出している。カソード電極
211並びに第1のゲート電極13A、第2のゲート電
極13Bに電圧を印加することによって、電子放出部に
相当するカソード電極211のエッジ部211Aから電
子が放出される。As shown in FIG. 24B, the recess 1 is formed in the support 10 below the cathode electrode 211 in the opening 14.
0A may be formed. Alternatively, as shown in a schematic partial cross-sectional view of FIG. 24C, a first gate electrode 13A formed on the support 10 and a first gate electrode 13A formed on the support 10 and the first gate electrode 13A are formed. Interlayer insulating layer 1 formed
2A, a cathode electrode 211 formed on the interlayer insulating layer 12A, an insulating layer 12B formed on the interlayer insulating layer 12A and the cathode electrode 211, and a second gate electrode 13B formed on the insulating layer 12B. You can also.
An opening 14 is provided in the second gate electrode 13B, the insulating layer 12B, the cathode electrode 211, and the interlayer insulating layer 12A.
Eleven edge portions 211A are exposed. By applying a voltage to the cathode electrode 211, the first gate electrode 13A, and the second gate electrode 13B, electrons are emitted from the edge portion 211A of the cathode electrode 211 corresponding to the electron emission portion.
【0174】例えば、図24の(C)に示したエッジ型
電界放出素子の製造方法を、支持体等の模式的な一部端
面図である図25を参照して、以下、説明する。For example, a method of manufacturing the edge type field emission device shown in FIG. 24C will be described below with reference to FIG. 25 which is a schematic partial end view of a support or the like.
【0175】[工程−M1]先ず、例えばガラスから成
る支持体10の上に、スパッタリング法により厚さ約
0.2μmのタングステン膜を成膜し、通常の手順に従
ってフォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術
によりこのタングステン膜をパターニングし、第1のゲ
ート電極13Aを形成する。次に、全面に、SiO2か
ら成る厚さ0.3μmの層間絶縁層12Aを形成した
後、層間絶縁層12Aの上にタングステンから成るスト
ライプ状のカソード電極211を形成する(図25の
(A)参照)。[Step-M1] First, a tungsten film having a thickness of about 0.2 μm is formed on a support 10 made of, for example, glass by a sputtering method, and is subjected to a photolithography technique and a dry etching technique according to a usual procedure. This tungsten film is patterned to form a first gate electrode 13A. Next, a 0.3 μm thick interlayer insulating layer 12A made of SiO 2 is formed on the entire surface, and then a striped cathode electrode 211 made of tungsten is formed on the interlayer insulating layer 12A (FIG. 25A )reference).
【0176】[工程−M2]その後、全面に、例えばS
iO2から成る厚さ0.7μmの絶縁層12Bを形成
し、次いで、絶縁層12B上にストライプ状の第2のゲ
ート電極13Bを形成する(図25の(B)参照)。[Step-M2] Thereafter, for example, S
An insulating layer 12B made of iO 2 and having a thickness of 0.7 μm is formed, and then a second gate electrode 13B in a stripe shape is formed on the insulating layer 12B (see FIG. 25B).
【0177】[工程−M3]次に、[工程−A2]と同
様の方法に基づき、第2のゲート電極13Bを例えばR
IE法により異方的にエッチングし、開口部を形成す
る。次に、開口部の底面に露出した絶縁層12Bを等方
的にエッチングし、孔部を形成する。絶縁層12BをS
iO2を用いて形成しているので、緩衝化フッ酸水溶液
を用いたウェットエッチングを行う。絶縁層12Bに形
成された孔部の壁面は、第2のゲート電極13Bに形成
された開口部の開口端面よりも後退するが、このときの
後退量はエッチング時間の長短により制御することがで
きる。ここでは、絶縁層12Bに形成された孔部の下端
が、第2のゲート電極13Bに形成された開口部の開口
端面よりも後退するまで、ウェットエッチングを行う。[Step-M3] Next, based on the same method as in [Step-A2], the second gate electrode 13B is, for example, R
An opening is formed by anisotropic etching by the IE method. Next, the insulating layer 12B exposed on the bottom surface of the opening is isotropically etched to form a hole. The insulating layer 12B is made of S
Since it is formed using iO 2 , wet etching using a buffered hydrofluoric acid aqueous solution is performed. The wall surface of the hole formed in the insulating layer 12B recedes from the opening end face of the opening formed in the second gate electrode 13B, and the amount of retreat can be controlled by the length of the etching time. . Here, wet etching is performed until the lower end of the hole formed in the insulating layer 12B recedes from the opening end surface of the opening formed in the second gate electrode 13B.
【0178】次に、孔部の底面に露出したカソード電極
211を、イオンを主エッチング種とする条件によりド
ライエッチングする。イオンを主エッチング種とするド
ライエッチングでは、被エッチング物へのバイアス電圧
の印加やプラズマと磁界との相互作用を利用して荷電粒
子であるイオンを加速することができるため、一般には
異方性エッチングが進行し、被エッチング物の加工面は
垂直壁となる。しかし、この工程では、プラズマ中の主
エッチング種の中にも垂直以外の角度を有する入射成分
が若干存在すること、及び開口部の端部における散乱に
よってもこの斜め入射成分が生ずることにより、カソー
ド電極211の露出面の中で、本来であれば開口部によ
って遮蔽されてイオンが到達しないはずの領域にも、あ
る程度の確率で主エッチング種が入射する。このとき、
支持体10の法線に対する入射角の小さい主エッチング
種ほど入射確率は高く、入射角の大きい主エッチング種
ほど入射確率は低い。Next, the cathode electrode 211 exposed on the bottom of the hole is dry-etched under the condition that ions are used as main etching species. In dry etching using ions as a main etching species, charged particles can be accelerated by applying a bias voltage to an object to be etched or by using an interaction between a plasma and a magnetic field. As the etching proceeds, the processed surface of the object to be etched becomes a vertical wall. However, in this process, the main etching species in the plasma also have some incident components having an angle other than perpendicular, and the oblique incident components also occur due to scattering at the end of the opening, so that the cathode is In the exposed surface of the electrode 211, the main etching species is also incident with a certain probability to a region where the ions should not reach because of being normally blocked by the opening. At this time,
The main etching species having a smaller incident angle with respect to the normal line of the support 10 has a higher incidence probability, and the main etching species having a larger incident angle has a lower incidence probability.
【0179】従って、カソード電極211に形成された
孔部の上端部の位置は、絶縁層12Bに形成された孔部
の下端部とほぼ揃っているものの、カソード電極211
に形成された孔部の下端部の位置はその上端部よりも突
出した状態となる。つまり、カソード電極211のエッ
ジ部211Aの厚さが、突出方向の先端部に向けて薄く
なり、エッジ部211Aが先鋭化される。例えば、エッ
チング・ガスとしてSF6を用いることにより、カソー
ド電極211の良好な加工を行うことができる。Accordingly, although the position of the upper end of the hole formed in the cathode electrode 211 is almost aligned with the lower end of the hole formed in the insulating layer 12B,
The position of the lower end of the hole formed in the hole protrudes from the upper end. That is, the thickness of the edge portion 211A of the cathode electrode 211 becomes thinner toward the front end portion in the protruding direction, and the edge portion 211A is sharpened. For example, by using SF 6 as an etching gas, favorable processing of the cathode electrode 211 can be performed.
【0180】次に、カソード電極211に形成された孔
部の底面に露出した層間絶縁層12Aを等方的にエッチ
ングし、層間絶縁層12Aに孔部を形成し、開口部14
を完成させる。ここでは、緩衝化フッ酸水溶液を用いた
ウェットエッチングを行う。層間絶縁層12Aに形成さ
れた孔部の壁面は、カソード電極211に形成された孔
部の下端部よりも後退する。このときの後退量はエッチ
ング時間の長短により制御可能である。開口部14の完
成後に第1のレジスト層を除去すると、図24の(C)
に示した構成を得ることができる。Next, the interlayer insulating layer 12A exposed at the bottom of the hole formed in the cathode electrode 211 is isotropically etched to form a hole in the interlayer insulating layer 12A.
To complete. Here, wet etching using a buffered hydrofluoric acid aqueous solution is performed. The wall surface of the hole formed in interlayer insulating layer 12A is recessed from the lower end of the hole formed in cathode electrode 211. The amount of retreat at this time can be controlled by the length of the etching time. When the first resist layer is removed after the opening 14 is completed, FIG.
Can be obtained.
【0181】[スピント型電界放出素子の製造方法の変
形−1][スピント型電界放出素子]にて説明したスピ
ント型電界放出素子の製造方法の変形例を、以下、支持
体等の模式的な一部端面図である図26〜図29を参照
して説明するが、このスピント型電界放出素子は、基本
的には、以下の工程に基づき作製される。即ち、 (a)支持体10上にストライプ状のカソード電極11
を形成する工程 (b)カソード電極11上を含む支持体10上に絶縁層
12を形成する工程 (c)絶縁層12上にストライプ状のゲート電極13を
形成する工程 (d)底部にカソード電極11が露出した開口部14
を、ゲート電極13及び絶縁層12に形成する工程 (e)開口部14内を含む全面に電子放出部形成用の導
電材料層91を形成する工程 (f)開口部14の中央部に位置する導電材料層91の
領域を遮蔽するように、マスク材料層92を導電材料層
91上に形成する工程 (g)導電材料層91の支持体10に対して垂直な方向
におけるエッチング速度がマスク材料層92の支持体に
対して垂直な方向におけるエッチング速度よりも速くな
る異方性エッチング条件下で導電材料層91とマスク材
料層92とをエッチングすることにより、導電材料層9
1から成り、先端部が錐状形状を有する電子放出部15
Eを開口部14内に露出したカソード電極11上に形成
する工程[Modification of Manufacturing Method of Spindt-Type Field Emission Device-1] A modification of the manufacturing method of Spindt-type field emission device described in [Spindt-type field emission device] Although described with reference to FIGS. 26 to 29 which are partial end views, this Spindt-type field emission device is basically manufactured based on the following steps. (A) Stripe-shaped cathode electrode 11 on support 10
(B) forming an insulating layer 12 on the support 10 including the cathode electrode 11 (c) forming a striped gate electrode 13 on the insulating layer 12 (d) forming a cathode electrode on the bottom Opening 14 with exposed 11
(E) a step of forming a conductive material layer 91 for forming an electron-emitting portion on the entire surface including the inside of the opening 14 (f) a step of forming a central part of the opening 14 Step of forming a mask material layer 92 on the conductive material layer 91 so as to shield the region of the conductive material layer 91. (g) The etching rate of the conductive material layer 91 in the direction perpendicular to the support 10 The conductive material layer 91 and the mask material layer 92 are etched under anisotropic etching conditions in which the etching rate in the direction perpendicular to the support 92 is higher than that of the conductive material layer 9.
1, the electron emitting portion 15 having a conical tip.
Step of Forming E on Cathode Electrode 11 Exposed in Opening 14
【0182】[工程−N1]先ず、例えばガラス基板上
に厚さ約0.6μmのSiO2層を形成して成る支持体
10上に、クロム(Cr)から成るカソード電極11を
設ける。具体的には、支持体10上に、例えばスパッタ
リング法やCVD法にてクロムから成るカソード電極用
導電材料層を堆積させ、かかるカソード電極用導電材料
層をパターニングすることによって、複数のカソード電
極11を形成することができる。カソード電極11の幅
を例えば50μm、カソード電極間スペースを例えば3
0μmとする。その後、カソード電極11上を含む支持
体10上に、原料ガスとしてTEOS(テトラエトキシ
シラン)を使用するプラズマCVD法にてSiO2から
成る絶縁層12を形成する。絶縁層12の厚さを約1μ
mとする。次に、絶縁層12上の全面に、カソード電極
11と直交する方向に平行に延びるストライプ状のゲー
ト電極13を形成する。[Step-N1] First, a cathode electrode 11 made of chromium (Cr) is provided on a support 10 having a SiO 2 layer having a thickness of about 0.6 μm formed on a glass substrate, for example. Specifically, a cathode conductive material layer made of chromium is deposited on the support 10 by, for example, a sputtering method or a CVD method, and the cathode conductive material layer is patterned to form a plurality of cathode electrodes 11. Can be formed. The width of the cathode electrode 11 is, for example, 50 μm, and the space between the cathode electrodes is, for example, 3 μm.
0 μm. Thereafter, an insulating layer 12 made of SiO 2 is formed on the support 10 including the cathode electrode 11 by a plasma CVD method using TEOS (tetraethoxysilane) as a source gas. The thickness of the insulating layer 12 is about 1 μm.
m. Next, a stripe-shaped gate electrode 13 extending parallel to a direction orthogonal to the cathode electrode 11 is formed on the entire surface of the insulating layer 12.
【0183】次に、カソード電極11とゲート電極13
との重複領域である電子放出領域、即ち、1画素領域に
おいて、ゲート電極13と絶縁層12とを貫通した開口
部14を、[工程−A2]と同様の方法に基づき形成す
る(図26の(A)参照)。開口部14の平面形状は、
例えば、直径0.3μmの円形である。開口部14は、
通常、1画素領域に数百乃至千個程度形成される。Next, the cathode electrode 11 and the gate electrode 13
In the electron emission region which is an overlap region with the above, that is, in one pixel region, an opening 14 penetrating the gate electrode 13 and the insulating layer 12 is formed based on the same method as in [Step-A2] (FIG. 26). (A)). The planar shape of the opening 14 is
For example, it is a circle having a diameter of 0.3 μm. The opening 14 is
Usually, several hundred to one thousand pieces are formed in one pixel area.
【0184】[工程−N2]次に、全面に密着層90を
スパッタリング法にて形成する(図26の(B)参
照)。この密着層90は、ゲート電極13や開口部14
の側壁面に露出している絶縁層12と、次の工程で全面
的に成膜される導電材料層91との間の密着性を高める
ために設けられる層である。導電材料層91をタングス
テンで形成することを前提とし、タングステンから成る
密着層90を、DCスパッタリング法により0.07μ
mの厚さに形成する。[Step-N2] Next, an adhesion layer 90 is formed on the entire surface by a sputtering method (see FIG. 26B). The adhesion layer 90 is formed between the gate electrode 13 and the opening 14.
This is a layer provided to increase the adhesion between the insulating layer 12 exposed on the side wall surface of the substrate and the conductive material layer 91 which is entirely formed in the next step. Assuming that the conductive material layer 91 is formed of tungsten, the adhesion layer 90 made of tungsten is formed to a thickness of 0.07 μm by DC sputtering.
m.
【0185】[工程−N3]次に、開口部14内を含む
全面に、厚さ約0.6μmのタングステンから成る電子
放出部形成用の導電材料層91を水素還元減圧CVD法
により形成する(図27の(A)参照)。成膜された導
電材料層91の表面には、開口部14の上端面と底面と
の間の段差を反映した凹部91Aが形成される。[Step-N3] Next, a conductive material layer 91 for forming an electron emission portion made of tungsten having a thickness of about 0.6 μm is formed on the entire surface including the inside of the opening portion 14 by a hydrogen-reduced low-pressure CVD method. FIG. 27A). On the surface of the conductive material layer 91 on which the film is formed, a concave portion 91A reflecting a step between the upper end surface and the bottom surface of the opening 14 is formed.
【0186】[工程−N4]次に、開口部14の中央部
に位置する導電材料層91の領域(具体的には凹部91
A)を遮蔽するようにマスク材料層92を形成する。具
体的には、先ず、ピンコート法により厚さ0.35μm
のレジスト材料をマスク材料層92として導電材料層9
1の上に形成する(図27の(B)参照)。マスク材料
層92は、導電材料層91の凹部91Aを吸収し、ほぼ
平坦な表面となる。次に、マスク材料層92を酸素系ガ
スを用いたRIE法によりエッチングする。このエッチ
ングを、導電材料層91の平坦面が露出した時点で終了
する。これにより、導電材料層91の凹部91Aを平坦
に埋め込むようにマスク材料層92が残る(図28の
(A)参照)。[Step-N4] Next, a region of the conductive material layer 91 located at the center of the opening 14 (specifically, the concave 91
A mask material layer 92 is formed so as to shield A). Specifically, first, the thickness is 0.35 μm by a pin coating method.
The resist material is used as a mask material layer 92 to form the conductive material layer 9.
1 (see FIG. 27B). The mask material layer 92 absorbs the concave portions 91A of the conductive material layer 91 and has a substantially flat surface. Next, the mask material layer 92 is etched by RIE using an oxygen-based gas. This etching is completed when the flat surface of the conductive material layer 91 is exposed. As a result, the mask material layer 92 remains so as to bury the recess 91A of the conductive material layer 91 flat (see FIG. 28A).
【0187】[工程−N5]次に、導電材料層91とマ
スク材料層92と密着層90とをエッチングし、円錐形
状の電子放出部15Eを形成する(図28の(B)参
照)。これらの層のエッチングは、導電材料層91のエ
ッチング速度がマスク材料層92のエッチング速度より
も速くなる異方性エッチング条件下で行う。エッチング
条件を以下の表2に例示する。[Step-N5] Next, the conductive material layer 91, the mask material layer 92, and the adhesion layer 90 are etched to form a conical electron emission portion 15E (see FIG. 28B). The etching of these layers is performed under anisotropic etching conditions in which the etching rate of the conductive material layer 91 is higher than the etching rate of the mask material layer 92. The etching conditions are illustrated in Table 2 below.
【0188】[表2] [導電材料層91等のエッチング条件] SF6流量 :150SCCM O2流量 :30SCCM Ar流量 :90SCCM 圧力 :35Pa RFパワー:0.7kW(13.56MHz)[Table 2] [Etching conditions for conductive material layer 91 etc.] SF 6 flow rate: 150 SCCM O 2 flow rate: 30 SCCM Ar flow rate: 90 SCCM Pressure: 35 Pa RF power: 0.7 kW (13.56 MHz)
【0189】[工程−N6]その後、等方的なエッチン
グ条件にて開口部14の内部において絶縁層12に設け
られた開口部14の側壁面を後退させると、図29に示
す電界放出素子が完成される。等方的なエッチングは、
ケミカルドライエッチングのようにラジカルを主エッチ
ング種として利用するドライエッチング、あるいは、エ
ッチング液を利用するウェットエッチングにより行うこ
とができる。エッチング液として、例えば49%フッ酸
水溶液と純水の1:100(容積比)混合液を用いるこ
とができる。[Step-N6] Thereafter, when the side wall surface of the opening 14 provided in the insulating layer 12 is retreated inside the opening 14 under isotropic etching conditions, the field emission device shown in FIG. Be completed. Isotropic etching is
It can be performed by dry etching using a radical as a main etching species, such as chemical dry etching, or wet etching using an etchant. As an etching solution, for example, a mixed solution of 1: 100 (volume ratio) of a 49% hydrofluoric acid aqueous solution and pure water can be used.
【0190】ここで、[工程−N5]において、電子放
出部15Eが形成される機構について、図30を参照し
て説明する。図30の(A)は、エッチングの進行に伴
って、被エッチング物の表面プロファイルが一定時間毎
にどのように変化するかを示す模式図であり、図30の
(B)は、エッチング時間と開口部14の中心における
被エッチング物の厚さとの関係を示すグラフである。開
口部14の中心におけるマスク材料層の厚さをhp、開
口部14の中心における電子放出部15Eの高さをhe
とする。Here, the mechanism for forming the electron-emitting portion 15E in [Step-N5] will be described with reference to FIG. FIG. 30A is a schematic diagram showing how the surface profile of the object to be etched changes at regular time intervals with the progress of etching, and FIG. 5 is a graph showing a relationship between the center of an opening 14 and the thickness of an object to be etched. The thickness of h p of the mask material layer in the center of the opening 14, the height of the electron-emitting portion 15E at the center of the opening 14 h e
And
【0191】表2に示したエッチング条件では、レジス
ト材料から成るマスク材料層92のエッチング速度より
も、導電材料層91のエッチング速度の方が当然速い。
マスク材料層92が存在しない領域では、導電材料層9
1が直ぐにエッチングされ始め、被エッチング物の表面
が速やかに下降してゆく。これに対して、マスク材料層
92が存在する領域では、最初にマスク材料層92が除
去されないとその下の導電材料層91のエッチングが始
まらないので、マスク材料層92がエッチングされてい
る間は被エッチング物の厚さの減少速度は遅く(hp減
少区間)、マスク材料層92が消失した時点で初めて、
被エッチング物の厚さの減少速度がマスク材料層92の
存在しない領域と同様に速くなる(he減少区間)。hp
減少区間の開始時期は、マスク材料層92が厚さが最大
となる開口部14の中心で最も遅く、マスク材料層92
の薄い開口部14の周辺に向かって早くなる。このよう
にして、円錐形状の電子放出部15Eが形成される。Under the etching conditions shown in Table 2, the etching rate of the conductive material layer 91 is naturally higher than the etching rate of the mask material layer 92 made of the resist material.
In a region where the mask material layer 92 does not exist, the conductive material layer 9
1 immediately starts to be etched, and the surface of the object to be etched quickly descends. On the other hand, in the region where the mask material layer 92 exists, the etching of the conductive material layer 91 thereunder does not start unless the mask material layer 92 is first removed. rate of decrease in the thickness of the object to be etched is slow (h p decreasing segment), the first time when the mask material layer 92 is lost,
Rate of decrease in the thickness of the object to be etched is similar to the nonexistent areas of the mask material layer 92 faster (h e decreasing segment). h p
The start time of the decreasing section is the latest at the center of the opening 14 where the thickness of the mask material layer 92 is the largest, and
Of the opening 14 having a small thickness. Thus, a conical electron emitting portion 15E is formed.
【0192】レジスト材料から成るマスク材料層92の
エッチング速度に対する導電材料層91のエッチング速
度の比を、「対レジスト選択比」と称することにする。
この対レジスト選択比が、電子放出部15Eの高さと形
状を決定する重要な因子であることを、図31を参照し
て説明する。図31の(A)は、対レジスト選択比が相
対的に小さい場合、図31の(C)は、対レジスト選択
比が相対的に大きい場合、図31の(B)はこれらの中
間である場合の、電子放出部15Eの形状を示してい
る。対レジスト選択比が大きいほど、マスク材料層92
の膜減りに比べて導電材料層91の膜減りが激しくなる
ので、電子放出部15Eはより高く、且つ鋭くなること
が判る。対レジスト選択比は、SF6流量に対するO2流
量の割合を高めると低下する。また、基板バイアスを併
用してイオンの入射エネルギーを変化させることが可能
なエッチング装置を用いる場合には、RFバイアスパワ
ーを高めたり、バイアス印加用の交流電源の周波数を下
げることで、対レジスト選択比を下げることができる。
対レジスト選択比の値は1.5以上、好ましくは2以
上、より好ましくは3以上に選択される。The ratio of the etching rate of the conductive material layer 91 to the etching rate of the mask material layer 92 made of the resist material will be referred to as “resist selectivity”.
The fact that the resist selectivity is an important factor in determining the height and shape of the electron-emitting portion 15E will be described with reference to FIG. FIG. 31A shows a case where the resist selectivity is relatively small, FIG. 31C shows a case where the resist selectivity is relatively large, and FIG. In this case, the shape of the electron-emitting portion 15E is shown. The larger the selectivity with respect to the resist, the more the mask material layer 92
Since the film thickness of the conductive material layer 91 is more severe than that of the electron emission portion 15, it can be seen that the electron emitting portion 15E is higher and sharper. The resist selectivity decreases as the ratio of the O 2 flow rate to the SF 6 flow rate increases. Also, when using an etching apparatus that can change the incident energy of ions by using a substrate bias, it is possible to increase the RF bias power or reduce the frequency of the AC power supply for bias application to select the resist. The ratio can be reduced.
The value of the resist selectivity is selected to be 1.5 or more, preferably 2 or more, and more preferably 3 or more.
【0193】尚、上記のエッチングにおいては当然、ゲ
ート電極13やカソード電極11に対して高い選択比を
確保する必要があるが、表2に示した条件で全く問題は
ない。なぜなら、ゲート電極13やカソード電極11を
構成する材料は、フッ素系のエッチング種では殆どエッ
チングされず、上記の条件であれば、概ね10以上のエ
ッチング選択比が得られるからである。In the above-described etching, it is naturally necessary to ensure a high selectivity with respect to the gate electrode 13 and the cathode electrode 11, but there is no problem at all under the conditions shown in Table 2. This is because the material constituting the gate electrode 13 and the cathode electrode 11 is hardly etched by the fluorine-based etching species, and an etching selectivity of about 10 or more can be obtained under the above conditions.
【0194】[スピント型電界放出素子の製造方法の変
形−2][スピント型電界放出素子の製造方法の変形−
2]の製造方法は、[スピント型電界放出素子の製造方
法の変形−1]の製造方法の変形である。この製造方法
においては、マスク材料層により遮蔽される導電材料層
の領域を、[スピント型電界放出素子の製造方法の変形
−1]における製造方法におけるよりも狭くすることが
可能である。即ち、[スピント型電界放出素子の製造方
法の変形−2]におけるスピント型電界放出素子の製造
方法においては、開口部の上端面と底面との間の段差を
反映して、柱状部とこの柱状部の上端に連通する拡大部
とから成る略漏斗状の凹部を導電材料層の表面に生成さ
せ、工程(f)において、導電材料層の全面にマスク材
料層を形成した後、マスク材料層と導電材料層とを支持
体の表面に対して平行な面内で除去することにより、柱
状部にマスク材料層を残す。[Modification-2 of manufacturing method of Spindt-type field emission device] [Modification of manufacturing method of Spindt-type field emission device-
The manufacturing method of [2] is a modification of the manufacturing method of [Modification-1 of Manufacturing Method of Spindt Field Emission Element]. In this manufacturing method, the region of the conductive material layer shielded by the mask material layer can be narrower than in the manufacturing method in [Modification-1 of Spindt-type field emission device manufacturing method]. That is, in the method for manufacturing a Spindt-type field emission device according to [Modification 2 of Spindt-type field emission device manufacturing method], the columnar portion and the columnar portion are reflected by reflecting the step between the upper end surface and the bottom surface of the opening. A substantially funnel-shaped concave portion including an enlarged portion communicating with the upper end of the portion is formed on the surface of the conductive material layer. In step (f), after forming a mask material layer over the entire surface of the conductive material layer, the mask material layer By removing the conductive material layer in a plane parallel to the surface of the support, the mask material layer is left on the columnar portion.
【0195】以下、[スピント型電界放出素子の製造方
法の変形−2]におけるスピント型電界放出素子の製造
方法を、支持体等の模式的な一部端面図である図32〜
図34を参照して説明する。The method for manufacturing a Spindt-type field emission device in [Modification-2 of method for manufacturing Spindt-type field emission device] will now be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG.
【0196】[工程−P1]先ず、支持体10上にカソ
ード電極11を形成する。カソード電極11は、例えば
DCスパッタリング法により、TiN層(厚さ0.1μ
m)、Ti層(厚さ5nm)、Al−Cu層(厚さ0.
4μm)、Ti層(厚さ5nm)、TiN層(厚さ0.
02μm)及びTi層(0.02μm)をこの順に積層
して積層膜を形成し、続いてこの積層膜をパターニング
して形成することができる。尚、図ではカソード電極1
1を単層で表した。次に、支持体10とカソード電極1
1の上に、厚さ0.7μmの絶縁層12を、TEOS
(テトラエトキシシラン)を原料ガスとするプラズマC
VD法に基づき形成する。次いで、絶縁層12の上にゲ
ート電極13を形成する。[Step-P1] First, the cathode electrode 11 is formed on the support. The cathode electrode 11 is formed, for example, by a DC sputtering method using a TiN layer (0.1 μm thick).
m), a Ti layer (5 nm thick), and an Al-Cu layer (0.1 mm thick).
4 μm), a Ti layer (5 nm thick), a TiN layer (0.3 mm thick).
02 μm) and a Ti layer (0.02 μm) in this order to form a laminated film, and then the laminated film can be formed by patterning. In the figure, the cathode electrode 1
1 was represented as a single layer. Next, the support 10 and the cathode 1
1, an insulating layer 12 having a thickness of 0.7 μm is
Plasma C using (tetraethoxysilane) as a source gas
It is formed based on the VD method. Next, the gate electrode 13 is formed on the insulating layer 12.
【0197】更に、全面に例えば SiO2から成る厚さ
0.2μmのエッチング停止層93を形成する。エッチ
ング停止層93は、電界放出素子の機能上不可欠な部材
ではなく、後工程で行われる導電材料層91のエッチン
グ時に、ゲート電極13を保護する役割を果たす。尚、
導電材料層91のエッチング条件に対してゲート電極1
3が十分に高いエッチング耐性を持ち得る場合には、エ
ッチング停止層93を省略しても構わない。その後、R
IE法により、エッチング停止層93、ゲート電極1
3、絶縁層12を貫通し、底部にカソード電極11が露
出した開口部14を、[工程−A2]と同様の方法に基
づき形成する。このようにして、図32の(A)に示す
状態が得られる。Further, an etching stopper layer 93 made of, for example, SiO 2 and having a thickness of 0.2 μm is formed on the entire surface. The etching stop layer 93 is not an indispensable member for the function of the field emission device, and plays a role of protecting the gate electrode 13 when the conductive material layer 91 is etched in a later step. still,
The gate electrode 1 for the etching conditions of the conductive material layer 91
If 3 can have a sufficiently high etching resistance, the etching stop layer 93 may be omitted. Then, R
Etching stop layer 93, gate electrode 1 by IE method
3. An opening 14 penetrating the insulating layer 12 and exposing the cathode electrode 11 at the bottom is formed based on the same method as in [Step-A2]. Thus, the state shown in FIG. 32A is obtained.
【0198】[工程−P2]次に、開口部14内を含む
全面に、例えば厚さ0.03μmのタングステンから成
る密着層90を形成する。次いで、開口部14内を含む
全面に電子放出部形成用の導電材料層91を形成する
(図32の(B)参照)。但し、[スピント型電界放出
素子の製造方法の変形−2]における導電材料層91
は、[スピント型電界放出素子の製造方法の変形−1]
の製造方法で述べた凹部91Aよりも深い凹部91Aが
表面に生成されるように、導電材料層91の厚さを選択
する。即ち、導電材料層91の厚さを適切に設定するこ
とによって、開口部14の上端面と底面との間の段差を
反映して、柱状部91Bとこの柱状部91Bの上端に連
通する拡大部91Cとから成る略漏斗状の凹部91Aを
導電材料層91の表面に生成させることができる。[Step-P2] Next, an adhesion layer 90 made of, for example, tungsten having a thickness of 0.03 μm is formed on the entire surface including the inside of the opening 14. Next, a conductive material layer 91 for forming an electron-emitting portion is formed on the entire surface including the inside of the opening 14 (see FIG. 32B). However, the conductive material layer 91 in [Modification-2 of manufacturing method of Spindt-type field emission device]
Is [Modification-1 of manufacturing method of Spindt-type field emission device]
The thickness of the conductive material layer 91 is selected so that a concave portion 91A deeper than the concave portion 91A described in the manufacturing method described above is formed on the surface. That is, by appropriately setting the thickness of the conductive material layer 91, the columnar portion 91 </ b> B and the enlarged portion communicating with the upper end of the columnar portion 91 </ b> B are reflected by reflecting the step between the upper end surface and the bottom surface of the opening portion 14. A substantially funnel-shaped concave portion 91 </ b> A made of the conductive material layer 91 </ b> C can be formed on the surface of the conductive material layer 91.
【0199】[工程−P3]次に、導電材料層91の全
面に、例えば無電解メッキ法により、厚さ約0.5μm
の銅(Cu)から成るマスク材料層92を形成する(図
33の(A)参照)。無電解メッキ条件を以下の表3に
例示する。[Step-P3] Next, the entire surface of the conductive material layer 91 is formed to a thickness of about 0.5 μm by, for example, electroless plating.
A mask material layer 92 made of copper (Cu) is formed (see FIG. 33A). The electroless plating conditions are illustrated in Table 3 below.
【0200】 [表3] メッキ液 :硫酸銅(CuSO4・5H2O) 7g/リットル ホルマリン(37%HCHO) 20ml/リットル 水酸化ナトリウム(NaOH) 10g/リットル 酒石酸ナトリウムカリウム 20g/リットル メッキ浴温度:50゜C[0200] [Table 3] Plating liquid: copper sulfate (CuSO 4 · 5H 2 O) 7g / liter Formalin (37% HCHO) 20ml / l sodium hydroxide (NaOH) 10 g / l sodium potassium tartrate 20 g / l plating bath temperature : 50 ℃
【0201】[工程−P4]その後、マスク材料層92
と導電材料層91とを支持体10の表面に対して平行な
面内で除去することにより、柱状部91Bにマスク材料
層92を残す(図33の(B)参照)。この除去は、例
えば化学的機械的研磨法(CMP法)により行うことが
できる。[Step-P4] Thereafter, the mask material layer 92 is formed.
By removing the and the conductive material layer 91 in a plane parallel to the surface of the support 10, the mask material layer 92 is left on the columnar portion 91B (see FIG. 33B). This removal can be performed by, for example, a chemical mechanical polishing method (CMP method).
【0202】[工程−P5]次に、導電材料層91と密
着層90のエッチング速度がマスク材料層92のエッチ
ング速度よりも速くなる異方性エッチング条件下で、導
電材料層91とマスク材料層92と密着層90とをエッ
チングする。その結果、開口部14内に錐状形状を有す
る電子放出部15Eが形成される(図34の(A)参
照)。尚、電子放出部15Eの先端部にマスク材料層9
2が残存する場合には、希フッ酸水溶液を用いたウェッ
トエッチングによりマスク材料層92を除去することが
できる。[Step-P5] Next, the conductive material layer 91 and the mask material layer 90 are anisotropically etched under the condition that the etching rate of the conductive material layer 91 and the adhesion layer 90 is higher than that of the mask material layer 92. 92 and the adhesion layer 90 are etched. As a result, an electron-emitting portion 15E having a conical shape is formed in the opening 14 (see FIG. 34A). The mask material layer 9 is provided at the tip of the electron emitting portion 15E.
When 2 remains, the mask material layer 92 can be removed by wet etching using a diluted hydrofluoric acid aqueous solution.
【0203】[工程−P6]次に、等方的なエッチング
条件で開口部14の内部において絶縁層12に設けられ
た開口部14の側壁面を後退させると、図34の(B)
に示す電界放出素子が完成される。等方的なエッチング
については、[スピント型電界放出素子の製造方法の変
形−1]の製造方法で説明したと同様とすればよい。[Step-P6] Next, when the side wall surface of the opening 14 provided in the insulating layer 12 is retreated inside the opening 14 under isotropic etching conditions, FIG.
Is completed. The isotropic etching may be the same as that described in the manufacturing method of [Modification-1 of Manufacturing Method of Spindt-Type Field Emission Element].
【0204】ところで、[スピント型電界放出素子の製
造方法の変形−2]の製造方法で形成された電子放出部
15Eにおいては、[スピント型電界放出素子の製造方
法の変形−1]の製造方法で形成された電子放出部15
Eに比べ、より鋭い錐状形状が達成されている。これ
は、マスク材料層92の形状と、マスク材料層92のエ
ッチング速度に対する導電材料層91のエッチング速度
の比の違いに起因する。この違いについて、図35を参
照しながら説明する。図35は、被エッチング物の表面
プロファイルが一定時間毎にどのように変化するかを示
す図であり、図35の(A)は銅から成るマスク材料層
92を用いた場合、図35の(B)はレジスト材料から
成るマスク材料層92を用いた場合をそれぞれ示す。
尚、簡略化のために導電材料層91のエッチング速度と
密着層90のエッチング速度とをそれぞれ等しいものと
仮定し、図35においては密着層90の図示を省略す
る。By the way, in the electron emitting portion 15E formed by the manufacturing method of [Spindt-type field emission device manufacturing method-2], the manufacturing method of [Spindt-type field emission device manufacturing method-1] is used. Electron emitting portion 15 formed of
A sharper conical shape is achieved as compared to E. This is due to the difference between the shape of the mask material layer 92 and the ratio of the etching rate of the conductive material layer 91 to the etching rate of the mask material layer 92. This difference will be described with reference to FIG. FIG. 35 is a diagram showing how the surface profile of the object to be etched changes at predetermined time intervals. FIG. 35A shows a case where a mask material layer 92 made of copper is used. B) shows the case where a mask material layer 92 made of a resist material is used, respectively.
For the sake of simplicity, it is assumed that the etching rate of the conductive material layer 91 is equal to the etching rate of the adhesion layer 90, and the illustration of the adhesion layer 90 is omitted in FIG.
【0205】銅から成るマスク材料層92を用いた場合
(図35の(A)参照)は、マスク材料層92のエッチ
ング速度が導電材料層91のエッチング速度に比べて十
分に遅いために、エッチング中にマスク材料層92が消
失することがなく、従って、先端部の鋭い電子放出部1
5Eを形成することができる。これに対して、レジスト
材料から成るマスク材料層92を用いた場合(図35の
(B)参照)は、マスク材料層92のエッチング速度が
導電材料層91のエッチング速度に比べてそれ程遅くな
いために、エッチング中にマスク材料層92が消失し易
く、従って、マスク材料層消失後の電子放出部15Eの
錐状形状が鈍化する傾向がある。When the mask material layer 92 made of copper is used (see FIG. 35A), the etching rate of the mask material layer 92 is sufficiently lower than the etching rate of the conductive material layer 91. The mask material layer 92 does not disappear therein, and therefore, the electron emitting portion 1 having a sharp tip portion.
5E can be formed. On the other hand, when the mask material layer 92 made of a resist material is used (see FIG. 35B), the etching rate of the mask material layer 92 is not so slow as compared with the etching rate of the conductive material layer 91. In addition, the mask material layer 92 tends to disappear during the etching, so that the conical shape of the electron-emitting portion 15E after the disappearance of the mask material layer tends to be blunted.
【0206】また、柱状部91Bに残るマスク材料層9
2には、柱状部91Bの深さが多少変化しても、電子放
出部15Eの形状は変化し難いというメリットもある。
即ち、柱状部91Bの深さは、導電材料層91の厚さや
ステップカバレージのばらつきによって変化し得るが、
柱状部91Bの幅は深さによらずほぼ一定なので、マス
ク材料層92の幅もほぼ一定となり、最終的に形成され
る電子放出部15Eの形状には大差が生じない。これに
対して、凹部91Aに残るマスク材料層92において
は、凹部91Aが浅い場合と深い場合とでマスク材料層
の幅も変化してしまうため、凹部91Aが浅くマスク材
料層92の厚さが薄い場合ほど、より早期に電子放出部
15Eの錐状形状の鈍化が始まる。電界放出素子の電子
放出効率は、ゲート電極とカソード電極との間の電位
差、ゲート電極とカソード電極との間の距離、電子放出
部の構成材料の仕事関数の他、電子放出部の先端部の形
状によっても変化する。このため、必要に応じて上述の
ようにマスク材料層の形状やエッチング速度を選択する
ことが好ましい。Further, the mask material layer 9 remaining in the columnar portion 91B
2 has the merit that the shape of the electron-emitting portion 15E hardly changes even if the depth of the columnar portion 91B slightly changes.
In other words, the depth of the columnar portion 91B can change due to variations in the thickness of the conductive material layer 91 and the step coverage.
Since the width of the columnar portion 91B is substantially constant irrespective of the depth, the width of the mask material layer 92 is also substantially constant, and there is no great difference in the shape of the finally formed electron emitting portion 15E. On the other hand, in the mask material layer 92 remaining in the concave portion 91A, the width of the mask material layer also changes depending on whether the concave portion 91A is shallow or deep, so that the concave portion 91A is shallow and the thickness of the mask material layer 92 is small. As the thickness becomes thinner, the conical shape of the electron-emitting portion 15E starts to blunt earlier. The electron emission efficiency of the field emission device is determined by the potential difference between the gate electrode and the cathode electrode, the distance between the gate electrode and the cathode electrode, the work function of the constituent materials of the electron emission portion, and the tip of the electron emission portion. It also changes depending on the shape. Therefore, it is preferable to select the shape of the mask material layer and the etching rate as described above as necessary.
【0207】[スピント型電界放出素子の製造方法の変
形−3][スピント型電界放出素子の製造方法の変形−
3]の製造方法は、[スピント型電界放出素子の製造方
法の変形−2]のスピント型電界放出素子の製造方法の
変形である。[スピント型電界放出素子の製造方法の変
形−3]の製造方法においては、工程(e)において、
開口部の上端面と底面との間の段差を反映して、柱状部
とこの柱状部の上端に連通する拡大部とから成る略漏斗
状の凹部を導電材料層の表面に生成させ、工程(f)に
おいて、導電材料層の全面にマスク材料層を形成した
後、導電材料層上と拡大部内のマスク材料層を除去する
ことにより、柱状部にマスク材料層を残す。以下、[ス
ピント型電界放出素子の製造方法の変形−3]における
スピント型電界放出素子の製造方法を、支持体等の模式
的な一部端面図である図36及び図37を参照して説明
する。[Modification of Manufacturing Method of Spindt-Type Field Emission Device-3] [Modification of Manufacturing Method of Spindt-Type Field Emission Device]
The manufacturing method of [3] is a modification of the method of manufacturing a Spindt-type field emission device of [Modification-2 of manufacturing method of Spindt-type field emission device]. In the manufacturing method of [Modification-3 of manufacturing method of Spindt-type field emission device], in step (e),
By reflecting a step between the upper end surface and the bottom surface of the opening, a substantially funnel-shaped concave portion including a columnar portion and an enlarged portion communicating with the upper end of the columnar portion is generated on the surface of the conductive material layer, In f), after forming a mask material layer on the entire surface of the conductive material layer, the mask material layer on the conductive material layer and in the enlarged portion is removed, so that the mask material layer remains on the columnar portion. Hereinafter, the manufacturing method of the Spindt-type field emission device in [Modification-3 of manufacturing method of Spindt-type field emission device] will be described with reference to FIGS. 36 and 37 which are schematic partial end views of a support and the like. I do.
【0208】[工程−Q1]先ず、図33の(A)に示
したマスク材料層92の形成までを[スピント型電界放
出素子の製造方法の変形−2]の製造方法の[工程−P
1]〜[工程−P3]と同様に行った後、導電材料層9
1上と拡大部91C内のマスク材料層92のみを除去す
ることにより、柱状部91Bにマスク材料層92を残す
(図36の(A)参照)。このとき、例えば希フッ酸水
溶液を用いたウェットエッチングを行うことにより、タ
ングステンから成る導電材料層91を除去することな
く、銅から成るマスク材料層92のみを選択的に除去す
ることができる。柱状部91B内に残るマスク材料層9
2の高さは、エッチング時間に依存するが、このエッチ
ング時間は、拡大部91Cに埋め込まれたマスク材料層
92の部分が十分に除去される限りにおいて、それ程の
厳密さを要しない。なぜなら、マスク材料層92の高低
に関する議論は、図35の(A)を参照しながら前述し
た柱状部91Bの浅深に関する議論と実質的に同じであ
り、マスク材料層92の高低は最終的に形成される電子
放出部15Eの形状に大きな影響を及ぼさないからであ
る。[Step-Q1] First, the steps up to the formation of the mask material layer 92 shown in FIG.
1] to [Step-P3], and then the conductive material layer 9
By removing only the mask material layer 92 above 1 and in the enlarged portion 91C, the mask material layer 92 is left in the columnar portion 91B (see FIG. 36A). At this time, for example, by performing wet etching using a diluted hydrofluoric acid aqueous solution, only the mask material layer 92 made of copper can be selectively removed without removing the conductive material layer 91 made of tungsten. Mask material layer 9 remaining in columnar portion 91B
The height of 2 depends on the etching time, but this etching time does not need to be so strict as long as the portion of the mask material layer 92 embedded in the enlarged portion 91C is sufficiently removed. This is because the discussion on the height of the mask material layer 92 is substantially the same as the discussion on the shallow depth of the columnar portion 91B described above with reference to FIG. This is because the shape of the formed electron-emitting portion 15E is not significantly affected.
【0209】[工程−Q2]次に、導電材料層91とマ
スク材料層92と密着層90のエッチングを、[スピン
ト型電界放出素子の製造方法の変形−2]の製造方法と
同様に行い、図36の(B)に示すような電子放出部1
5Eを形成する。この電子放出部15Eは、図34の
(A)に示したように全体が錐状形状を有していても勿
論構わないが、図36の(B)には先端部のみが錐状形
状を有する変形例を示した。かかる形状は、柱状部91
Bに埋め込まれたマスク材料層92の高さが低いか、若
しくは、マスク材料層92のエッチング速度が比較的速
い場合に生じ得るが、電子放出部15Eとしての機能に
何ら支障はない。[Step-Q2] Next, etching of the conductive material layer 91, the mask material layer 92, and the adhesion layer 90 is performed in the same manner as in the manufacturing method of [Modification 2 of Manufacturing Method of Spindt Field Emission Element]. Electron emitting portion 1 as shown in FIG.
Form 5E. This electron emitting portion 15E may have a conical shape as a whole as shown in FIG. 34 (A), but FIG. 36 (B) shows only a tip portion having a conical shape. Modified examples are shown. Such a shape corresponds to the columnar portion 91.
This may occur when the height of the mask material layer 92 embedded in B is low or the etching rate of the mask material layer 92 is relatively high, but this does not hinder the function as the electron emission portion 15E.
【0210】[工程−Q3]その後、等方的なエッチン
グ条件で開口部14の内部において絶縁層12に設けら
れた開口部14の側壁面を後退させると、図37に示す
電界放出素子が完成される。等方的なエッチングについ
ては、[スピント型電界放出素子の製造方法の変形−
1]の作製方法で説明したと同様とすればよい。[Step-Q3] Thereafter, the side wall surface of the opening 14 provided in the insulating layer 12 inside the opening 14 is retreated under isotropic etching conditions to complete the field emission device shown in FIG. Is done. For isotropic etching, see [Modification of manufacturing method of Spindt-type field emission device-
1].
【0211】[スピント型電界放出素子の製造方法の変
形−4][スピント型電界放出素子の製造方法の変形−
4]の製造方法は、[スピント型電界放出素子の製造方
法の変形−1]の製造方法の変形である。[スピント型
電界放出素子の製造方法の変形−4]の模式的な一部端
面図を図38に示す。[スピント型電界放出素子の製造
方法の変形−4]が[スピント型電界放出素子の製造方
法の変形−1]と異なる点は、電子放出部が、基部94
と、基部94上に積層された錐状の電子放出部15Eと
から構成されている点にある。ここで、基部94と電子
放出部15Eとは異なる導電材料から構成されている。
具体的には、基部94は、電子放出部15Eとゲート電
極13の開口端部との間の距離を調節するための部材で
あり、且つ、抵抗体層としての機能を有し、不純物を含
有するポリシリコン層から構成されている。電子放出部
15Eはタングステンから構成されており、錐状形状、
より具体的には円錐形状を有する。尚、基部94と電子
放出部15Eとの間には、TiNから成る密着層90が
形成されている。尚、密着層90は、電子放出部の機能
上不可欠な構成要素ではなく、製造上の理由で形成され
ている。絶縁層12がゲート電極13の直下から基部9
4の上端部にかけてえぐられることにより、開口部14
が形成されている。[Modification of Manufacturing Method of Spindt-Type Field Emission Element-4] [Modification of Manufacturing Method of Spindt-Type Field Emission Element]
The manufacturing method of [4] is a modification of the manufacturing method of [Spindt-type field emission device manufacturing method-1]. FIG. 38 is a schematic partial end view of [Modification-4 of manufacturing method of Spindt-type field emission device]. [Modification-4 of manufacturing method of Spindt-type field emission device] is different from [Modification-1 of manufacturing method of Spindt-type field emission device] in that the electron-emitting portion has a base 94.
And a conical electron-emitting portion 15E stacked on the base 94. Here, the base 94 and the electron emitting portion 15E are made of different conductive materials.
Specifically, the base portion 94 is a member for adjusting the distance between the electron emitting portion 15E and the opening end of the gate electrode 13, has a function as a resistor layer, and contains impurities. And a polysilicon layer. The electron emitting portion 15E is made of tungsten and has a conical shape,
More specifically, it has a conical shape. Note that an adhesion layer 90 made of TiN is formed between the base 94 and the electron-emitting portion 15E. Note that the adhesion layer 90 is not a component essential for the function of the electron emission portion, but is formed for manufacturing reasons. The insulating layer 12 is formed just below the gate electrode 13 from the base 9.
4 through the upper end of the opening 14.
Are formed.
【0212】以下、[スピント型電界放出素子の製造方
法の変形−4]の製造方法を、支持体等の模式的な一部
端面図である図39〜図41を参照して説明する。Hereinafter, the manufacturing method of [Modification-4 of manufacturing method of Spindt-type field emission device] will be described with reference to FIGS. 39 to 41 which are schematic partial end views of a support and the like.
【0213】[工程−R1]先ず、開口部14の形成ま
でを、[スピント型電界放出素子の製造方法の変形−
1]の製造方法の[工程−N1]と同様に行う。続い
て、開口部14内を含む全面に基部形成用の導電材料層
94Aを形成する。導電材料層94Aは、抵抗体層とし
ても機能し、ポリシリコン層から構成され、プラズマC
VD法により形成することができる。次いで、全面に、
スピンコート法にてレジスト材料から成る平坦化層95
を表面が略平坦となるように形成する(図39(A)参
照)。次に、平坦化層95と導電材料層94Aのエッチ
ング速度が共に略等しくなる条件で両層をエッチング
し、開口部14の底部を上面が平坦な基部94で埋め込
む(図39の(B)参照)。エッチングは、塩素系ガス
と酸素系ガスとを含むエッチングガスを用いたRIE法
により行うことができる。導電材料層94Aの表面を平
坦化層95で一旦平坦化してからエッチングを行ってい
るので、基部94の上面が平坦となる。[Step-R1] First, the steps up to the formation of the opening 14 are described in [Modification of Manufacturing Method of Spindt-Type Field Emission Element-
1] in the same manner as in [Step-N1] of the production method. Subsequently, a conductive material layer 94A for forming a base is formed on the entire surface including the inside of the opening 14. The conductive material layer 94A also functions as a resistor layer, is composed of a polysilicon layer, and has a plasma C
It can be formed by a VD method. Then, on the whole surface,
Flattening layer 95 made of resist material by spin coating
Is formed so that the surface is substantially flat (see FIG. 39A). Next, both layers are etched under the condition that the etching rates of the planarizing layer 95 and the conductive material layer 94A are both substantially equal, and the bottom of the opening 14 is buried with the base 94 having a flat upper surface (see FIG. 39B). ). Etching can be performed by an RIE method using an etching gas containing a chlorine-based gas and an oxygen-based gas. Since the etching is performed after the surface of the conductive material layer 94A is once flattened by the flattening layer 95, the upper surface of the base 94 becomes flat.
【0214】[工程−R2]次に、開口部14の残部を
含む全面に密着層90を成膜し、更に、開口部14の残
部を含む全面に電子放出部形成用の導電材料層91を成
膜し、開口部14の残部を導電材料層91で埋め込む
(図40の(A)参照)。密着層90は、スパッタリン
グ法により形成される厚さ0.07μmのTiN層であ
り、導電材料層91は減圧CVD法により形成される厚
さ0.6μmのタングステン層である。導電材料層91
の表面には、開口部14の上端面と底面との間の段差を
反映して凹部91Aが形成されている。[Step-R2] Next, an adhesion layer 90 is formed on the entire surface including the remaining portion of the opening 14, and a conductive material layer 91 for forming an electron emission portion is further formed on the entire surface including the remaining portion of the opening 14. A film is formed, and the remaining portion of the opening 14 is filled with a conductive material layer 91 (see FIG. 40A). The adhesion layer 90 is a 0.07 μm-thick TiN layer formed by a sputtering method, and the conductive material layer 91 is a 0.6 μm-thick tungsten layer formed by a low-pressure CVD method. Conductive material layer 91
A concave portion 91 </ b> A is formed on the surface of the light-reflective surface reflecting the step between the upper end surface and the bottom surface of the opening 14.
【0215】[工程−R3]次に、導電材料層91の全
面に、スピンコート法によりレジスト材料ら成るマスク
材料層92を表面が略平坦となるように形成する(図4
0の(B)参照)。マスク材料層92は、導電材料層9
1の表面の凹部91Aを吸収して平坦な表面となってい
る。次に、マスク材料層92を酸素系ガスを用いたRI
E法によりエッチングする(図41の(A)参照)。こ
のエッチングは、導電材料層91の平坦面が露出した時
点で終了する。これにより、導電材料層91の凹部91
Aにマスク材料層92が平坦に残され、マスク材料層9
2は、開口部14の中央部に位置する導電材料層91の
領域を遮蔽するように形成されている。[Step-R3] Next, a mask material layer 92 made of a resist material is formed on the entire surface of the conductive material layer 91 by spin coating so that the surface is substantially flat (FIG. 4).
0 (B)). The mask material layer 92 includes the conductive material layer 9.
The first surface has a flat surface by absorbing the concave portion 91A. Next, the mask material layer 92 is formed by RI using an oxygen-based gas.
Etching is performed by the E method (see FIG. 41A). This etching ends when the flat surface of the conductive material layer 91 is exposed. Thereby, the concave portion 91 of the conductive material layer 91 is formed.
A, the mask material layer 92 is left flat, and the mask material layer 9 is removed.
2 is formed so as to shield the region of the conductive material layer 91 located at the center of the opening 14.
【0216】[工程−R4]次に、[スピント型電界放
出素子の製造方法の変形−1]の製造方法の[工程−N
5]と同様にして、導電材料層91、マスク材料層92
及び密着層90を共にエッチングすると、前述の機構に
基づき対レジスト選択比の大きさに応じた円錐形状を有
する電子放出部15Eと密着層90とが形成され、電子
放出部が完成される(図41の(B)参照)。その後、
開口部14の内部において絶縁層12に設けられた開口
部14の側壁面を後退させると、図38に示した電界放
出素子を得ることができる。[Step-R4] Next, [Step-N] of the manufacturing method of [Modification-1 of manufacturing method of Spindt-type field emission device].
5], the conductive material layer 91 and the mask material layer 92
When the contact layer 90 and the adhesion layer 90 are both etched, the electron emission section 15E and the adhesion layer 90 having a conical shape corresponding to the magnitude of the resist selectivity are formed based on the mechanism described above, and the electron emission section is completed (FIG. 41 (B)). afterwards,
When the side wall surface of the opening 14 provided in the insulating layer 12 inside the opening 14 is retreated, the field emission device shown in FIG. 38 can be obtained.
【0217】[スピント型電界放出素子の製造方法の変
形−5][スピント型電界放出素子の製造方法の変形−
5]の製造方法は、[スピント型電界放出素子の製造方
法の変形−2]の製造方法の変形である。[スピント型
電界放出素子の製造方法の変形−5]の模式的な一部端
面図を図43の(B)に示す。[スピント型電界放出素
子の製造方法の変形−5]が[スピント型電界放出素子
の製造方法の変形−2]と異なる点は、電子放出部が、
[スピント型電界放出素子の製造方法の変形−4]と同
様に、基部94と、基部94上に積層された錐状の電子
放出部15Eとから構成されている点にある。ここで、
基部94と電子放出部15Eとは異なる導電材料から構
成されている。具体的には、基部94は、電子放出部1
5Eとゲート電極13の開口端部との間の距離を調節す
るための部材であり、且つ、抵抗体層としての機能を有
し、不純物を含有するポリシリコン層から構成されてい
る。電子放出部15Eはタングステンから構成されてお
り、錐状形状、より具体的には円錐形状を有する。尚、
基部94と電子放出部15Eとの間には、TiNから成
る密着層90が形成されている。尚、密着層90は、電
子放出部の機能上不可欠な構成要素ではなく、製造上の
理由で形成されている。絶縁層12がゲート電極13の
直下から基部94の上端部にかけてえぐられることによ
り、開口部14が形成されている。[Modification-5 of manufacturing method of Spindt-type field emission device] [Modification of manufacturing method of Spindt-type field emission device]
The manufacturing method of [5] is a modification of the manufacturing method of [Modification-2 of manufacturing method of Spindt-type field emission device]. FIG. 43B is a schematic partial end view of [Modification-5 of Manufacturing Method of Spindt Field Emission Element]. [Modification-5 of manufacturing method of Spindt-type field emission device] is different from [Modification-2 of manufacturing method of Spindt-type field emission device] in that the electron-emitting portion is
As in [Modification-4 of Manufacturing Method of Spindt-Type Field Emission Element], the present embodiment is configured to include a base 94 and a conical electron emission portion 15E stacked on the base 94. here,
The base 94 and the electron-emitting portion 15E are made of different conductive materials. Specifically, the base 94 includes the electron emitting section 1
It is a member for adjusting the distance between 5E and the opening end of the gate electrode 13, has a function as a resistor layer, and is made of a polysilicon layer containing impurities. The electron emission portion 15E is made of tungsten, and has a conical shape, more specifically, a conical shape. still,
An adhesion layer 90 made of TiN is formed between the base 94 and the electron emission section 15E. Note that the adhesion layer 90 is not a component essential for the function of the electron emission portion, but is formed for manufacturing reasons. The opening 14 is formed by digging the insulating layer 12 from immediately below the gate electrode 13 to the upper end of the base 94.
【0218】以下、[スピント型電界放出素子の製造方
法の変形−5]の製造方法を、支持体等の模式的な一部
端面図である図42及び図43を参照して説明する。Hereinafter, the manufacturing method of [Modification-5 of manufacturing method of Spindt-type field emission device] will be described with reference to FIGS. 42 and 43 which are schematic partial end views of a support and the like.
【0219】[工程−S1]先ず、開口部14の形成ま
でを、[スピント型電界放出素子の製造方法の変形−
1]の製造方法の[工程−N1]と同様に行う。次に、
開口部14内を含む全面に基部形成用の導電材料層を形
成し、導電材料層をエッチングすることによって、開口
部14の底部を埋め込む基部94を形成することができ
る。尚、図示される基部94は平坦化された表面を有し
ているが、表面が窪んでいてもよい。尚、平坦化された
表面を有する基部94は、[スピント型電界放出素子の
製造方法の変形−4]の製造方法の[工程−R1]と同
様のプロセスによって形成可能である。更に、開口部1
4の残部を含む全面に、密着層90及び電子放出部形成
用の導電材料層91を順次形成する。このとき、開口部
14の残部の上端面と底面との間の段差を反映した柱状
部91Bとこの柱状部91Bの上端に連通する拡大部9
1Cとから成る略漏斗状の凹部91Aが導電材料層91
の表面に生成されるように、導電材料層91の厚さを選
択する。次に、導電材料層91上にマスク材料層92を
形成する。このマスク材料層92は、例えば銅を用いて
形成する。図42の(A)は、ここまでのプロセスが終
了した状態を示している。[Step-S1] First, the steps up to the formation of the opening 14 are described in [Modification of Manufacturing Method of Spindt-Type Field Emission Element-
1] in the same manner as in [Step-N1] of the production method. next,
By forming a conductive material layer for forming a base on the entire surface including the inside of the opening 14 and etching the conductive material layer, the base 94 burying the bottom of the opening 14 can be formed. Although the illustrated base 94 has a flattened surface, the surface may be concave. The base 94 having the flattened surface can be formed by the same process as [Step-R1] of the manufacturing method of [Modification-4 of Manufacturing Method of Spindt-Type Field Emission Element]. Further, the opening 1
An adhesive layer 90 and a conductive material layer 91 for forming an electron emitting portion are sequentially formed on the entire surface including the remaining portion of No. 4. At this time, the columnar portion 91B reflecting the step between the upper end surface and the bottom surface of the remaining portion of the opening 14 and the enlarged portion 9 communicating with the upper end of the columnar portion 91B.
1C is formed into a substantially funnel-shaped concave portion 91A.
The thickness of the conductive material layer 91 is selected so as to be generated on the surface of the conductive material layer 91. Next, a mask material layer 92 is formed over the conductive material layer 91. This mask material layer 92 is formed using, for example, copper. FIG. 42A shows a state in which the processes up to this point have been completed.
【0220】[工程−S2]次に、マスク材料層92と
導電材料層91とを支持体10の表面に対して平行な面
内で除去することにより、柱状部91Bにマスク材料層
92を残す(図42の(B)参照)。この除去は、[工
程−P4]と同様に、化学的機械的研磨法(CMP法)
により行うことができる。[Step-S2] Next, the mask material layer 92 and the conductive material layer 91 are removed in a plane parallel to the surface of the support 10 to leave the mask material layer 92 in the columnar portion 91B. (See FIG. 42 (B)). This removal is performed by a chemical mechanical polishing method (CMP method) as in [Step-P4].
Can be performed.
【0221】[工程−S3]次に、導電材料層91とマ
スク材料層92と密着層90とをエッチングすると、前
述の機構に基づき対レジスト選択比の大きさに応じた円
錐形状を有する電子放出部15Eが形成される。これら
の層のエッチングは、[スピント型電界放出素子の製造
方法の変形−2]の製造方法の[工程−P5]と同様に
行うことができる。電子放出部15Eと基部94、及
び、電子放出部15Eと基部94の間に残存する密着層
90とによって、電子放出部が形成される。電子放出部
は、全体が錐状形状を有していても勿論構わないが、図
43の(A)には基部94の一部が開口部14の底部を
埋め込むように残存した状態を示した。かかる形状は、
柱状部91Bに埋め込まれたマスク材料層92の高さが
低いか、若しくは、マスク材料層92のエッチング速度
が比較的速い場合に生じ得るが、電子放出部としての機
能に何ら支障はない。[Step-S3] Next, when the conductive material layer 91, the mask material layer 92, and the adhesive layer 90 are etched, the electron emission having a conical shape corresponding to the magnitude of the resist selectivity based on the mechanism described above. A portion 15E is formed. These layers can be etched in the same manner as in [Step-P5] of the manufacturing method of [Modification-2 of Manufacturing Method of Spindt-Type Field Emission Element]. An electron emission portion is formed by the electron emission portion 15E and the base 94, and the adhesion layer 90 remaining between the electron emission portion 15E and the base 94. The electron emitting portion may have a conical shape as a whole, but FIG. 43A shows a state in which a part of the base 94 remains so as to bury the bottom of the opening 14. . Such a shape is
This may occur when the height of the mask material layer 92 buried in the columnar portion 91B is low or the etching rate of the mask material layer 92 is relatively high, but this does not hinder the function as the electron emission portion.
【0222】[工程−S4]その後、等方的なエッチン
グ条件で開口部14の内部において絶縁層12の側壁面
を後退させると、図43の(B)に示した電界放出素子
が完成される。等方的なエッチング条件は、[スピント
型電界放出素子の製造方法の変形−1]の製造方法で説
明したと同様とすればよい。[Step-S4] Then, when the side wall surface of the insulating layer 12 is recessed inside the opening 14 under isotropic etching conditions, the field emission device shown in FIG. 43B is completed. . The isotropic etching conditions may be the same as those described in the manufacturing method of [Modification-1 of Manufacturing Method of Spindt Field Emission Element].
【0223】[スピント型電界放出素子の製造方法の変
形−6][スピント型電界放出素子の製造方法の変形−
6]の製造方法は、[スピント型電界放出素子の製造方
法の変形−3]のスピント型電界放出素子の製造方法の
変形である。[スピント型電界放出素子の製造方法の変
形−6]がスピント型電界放出素子の製造方法の変形−
3]と異なる点は、電子放出部が、[スピント型電界放
出素子の製造方法の変形−4]と同様に、基部94と、
基部94上に積層された錐状の電子放出部15Eとから
構成されている点にある。以下、スピント型電界放出素
子である[スピント型電界放出素子の製造方法の変形−
6]の製造方法を、支持体等の模式的な一部端面図であ
る図44を参照して説明する。[Modification of Manufacturing Method of Spindt-Type Field Emission Device-6] [Modification of Manufacturing Method of Spindt-Type Field Emission Device]
The manufacturing method of [6] is a modification of the manufacturing method of Spindt-type field emission device of [Modification-3 of manufacturing method of Spindt-type field emission device]. [Modification-6 of manufacturing method of Spindt-type field emission device] is a modification of manufacturing method of Spindt-type field emission device-
3] is that the electron-emitting portion has a base 94 and a base 94 in the same manner as in [Modification-4 of manufacturing method of Spindt-type field emission device].
And a conical electron emitting portion 15E stacked on the base 94. Hereinafter, a Spindt-type field emission device will be described.
6] will be described with reference to FIG. 44 which is a schematic partial end view of a support and the like.
【0224】[工程−T1]マスク材料層92の形成ま
でを[スピント型電界放出素子の製造方法の変形−5]
の製造方法の[工程−S1]と同様に行う。その後、導
電材料層91上と拡大部91C内のマスク材料層92の
みを除去することにより、柱状部91Bにマスク材料層
92を残す(図44参照)。例えば希フッ酸水溶液を用
いたウェットエッチングを行い、タングステンから成る
導電材料層91を除去することなく、銅から成るマスク
材料層92のみを選択的に除去することができる。この
後の導電材料層91とマスク材料層92のエッチング、
絶縁層12の等方的なエッチング等のプロセスは、全
て、[スピント型電界放出素子の製造方法の変形−5]
の製造方法と同様に行うことができる。[Step-T1] The process up to the formation of the mask material layer 92 is described as [Modification-5 of Manufacturing Method of Spindt-Type Field Emission Element].
In the same manner as in [Step-S1] of the manufacturing method. After that, only the mask material layer 92 on the conductive material layer 91 and in the enlarged portion 91C is removed to leave the mask material layer 92 on the columnar portion 91B (see FIG. 44). For example, by performing wet etching using a diluted hydrofluoric acid aqueous solution, only the mask material layer 92 made of copper can be selectively removed without removing the conductive material layer 91 made of tungsten. Thereafter, etching of the conductive material layer 91 and the mask material layer 92,
All processes such as isotropic etching of the insulating layer 12 are described in [Modification-5 of manufacturing method of Spindt-type field emission device].
Can be carried out in the same manner as in the production method.
【0225】以上、本発明を、発明の実施の形態に基づ
き説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。発明の実施の形態にて説明したアノードパネルやカ
ソードパネル、表示装置の構造、構成、製造方法は例示
であり、適宜変更することができる。The present invention has been described based on the embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to these embodiments. The structures, configurations, and manufacturing methods of the anode panel, the cathode panel, and the display device described in the embodiment of the invention are merely examples, and can be appropriately changed.
【0226】更には、電界放出素子の製造において使用
した各種材料も例示であり、適宜変更することができ
る。電界放出素子においては、専ら1つの開口部に1つ
の電子放出部が対応する形態を説明したが、電界放出素
子の構造に依っては、1つの開口部に複数の電子放出部
が対応した形態、あるいは、複数の開口部に1つの電子
放出部が対応する形態とすることもできる。Further, various materials used in the manufacture of the field emission device are also examples, and can be appropriately changed. In the field emission device, a configuration in which one electron emission portion corresponds to one opening portion has been described. However, depending on the structure of the field emission device, a configuration in which one opening portion corresponds to a plurality of electron emission portions. Alternatively, a mode in which one electron-emitting portion corresponds to a plurality of openings may be adopted.
【0227】ゲート電極の上方に収束電極を形成する構
造とすることもできる。ここで収束電極とは、開口部か
ら放出されアノード電極へ向かう放出電子の軌道を収束
させ、以て、輝度の向上や隣接画素間の色濁りの防止を
可能とするための電極であり、アノード電極とカソード
電極との間の電位差が数キロボルトのオーダーであっ
て、カソードパネルとアノードパネルとの間の距離が比
較的長い、所謂高電圧タイプの平面型表示装置を想定し
た場合に、特に有効な部材である。収束電極には、収束
電源から相対的な負電圧が印加される。収束電極は、必
ずしも電界放出素子ごとに設けられている必要はなく、
例えば、電界放出素子の所定の配列方向に沿って延在さ
せることにより、複数の電界放出素子に共通の収束効果
を及ぼすこともできる。A structure in which a focusing electrode is formed above the gate electrode may be employed. Here, the converging electrode is an electrode for converging the trajectory of the emitted electrons emitted from the opening toward the anode electrode, thereby improving the luminance and preventing color turbidity between adjacent pixels. Particularly effective when a potential difference between the electrode and the cathode electrode is on the order of several kilovolts and the distance between the cathode panel and the anode panel is relatively long, so-called high voltage type flat display device is assumed. Member. A relative negative voltage is applied to the focusing electrode from a focusing power supply. The focusing electrode does not necessarily need to be provided for each field emission element,
For example, a common convergence effect can be exerted on a plurality of field emission devices by extending the field emission devices along a predetermined arrangement direction.
【0228】表示装置において、カソードパネルCPと
アノードパネルAPとを周縁部において接合する場合、
接合は接着層を用いて行ってもよいし、あるいはガラス
やセラミックス等の絶縁性剛性材料から成る枠体と接着
層とを併用して行ってもよい。枠体と接着層とを併用す
る場合には、枠体の高さを適宜選択することにより、接
着層のみを使用する場合に比べ、カソードパネルCPと
アノードパネルAPとの間の対向距離をより長く設定す
ることが可能である。尚、接着層の構成材料としては、
フリットガラスが一般的であるが、融点が120〜40
0゜C程度の所謂低融点金属材料を用いてもよい。かか
る低融点金属材料としては、In(インジウム:融点1
57゜C);インジウム−金系の低融点合金;Sn80A
g20(融点220〜370゜C)、Sn95Cu5(融点
227〜370゜C)等の錫(Sn)系高温はんだ;P
b97.5Ag2.5(融点304゜C)、Pb94.5Ag
5.5(融点304〜365゜C)、Pb97.5Ag1.5Sn
1.0(融点309゜C)等の鉛(Pb)系高温はんだ;
Zn95Al5(融点380゜C)等の亜鉛(Zn)系高
温はんだ;Sn5Pb95(融点300〜314゜C)、
Sn2Pb98(融点316〜322゜C)等の錫−鉛系
標準はんだ;Au88Ga12(融点381゜C)等のろう
材(以上の添字は全て原子%を表す)を例示することが
できる。In the display device, when the cathode panel CP and the anode panel AP are joined at the periphery,
The bonding may be performed using an adhesive layer, or may be performed using a frame body made of an insulating rigid material such as glass or ceramic and the adhesive layer in combination. When the frame body and the adhesive layer are used together, by appropriately selecting the height of the frame body, the facing distance between the cathode panel CP and the anode panel AP is increased as compared with the case where only the adhesive layer is used. It can be set longer. In addition, as a constituent material of the adhesive layer,
Frit glass is common, but has a melting point of 120-40.
A so-called low melting point metal material of about 0 ° C. may be used. As such a low melting point metal material, In (indium: melting point 1)
57 ° C); indium-gold based low melting point alloy; Sn 80 A
g 20 (mp 220-370 ° C), Sn 95 Cu 5 (melting point 227 to 370 ° C) such as tin (Sn) based high-temperature solder; P
b 97.5 Ag 2.5 (melting point 304 ° C), Pb 94.5 Ag
5.5 (melting point 304-365 ° C), Pb 97.5 Ag 1.5 Sn
1.0 (melting point: 309 ° C) lead (Pb) based high temperature solder;
Zinc (Zn) -based high-temperature solder such as Zn 95 Al 5 (melting point 380 ° C.); Sn 5 Pb 95 (melting point 300-314 ° C.);
Examples include tin-lead-based standard solders such as Sn 2 Pb 98 (melting point 316-322 ° C.); brazing materials such as Au 88 Ga 12 (melting point 381 ° C.) (all the above suffixes represent atomic%). Can be.
【0229】表示装置において、カソードパネルCPと
アノードパネルAPと枠体の三者を接合する場合、三者
を同時に接合してもよいし、あるいは、第1段階でカソ
ードパネルCP又はアノードパネルAPのいずれか一方
と枠体とを接合し、第2段階でカソードパネルCP又は
アノードパネルAPの他方と枠体とを接合してもよい。
三者同時接合や第2段階における接合を高真空雰囲気中
で行えば、カソードパネルCPとアノードパネルAPと
枠体と接着層とにより囲まれた空間は、接合と同時に真
空となる。あるいは、三者の接合終了後、カソードパネ
ルCPとアノードパネルAPと枠体と接着層とによって
囲まれた空間を排気し、真空とすることもできる。接合
後に排気を行う場合、接合時の雰囲気の圧力は常圧/減
圧のいずれであってもよく、また、雰囲気を構成する気
体は、大気であっても、あるいは窒素ガスや周期律表0
族に属するガス(例えばArガス)を含む不活性ガスで
あってもよい。In the display device, when the cathode panel CP, the anode panel AP, and the frame are joined together, the three may be joined at the same time, or the cathode panel CP or the anode panel AP may be joined in the first stage. Either one may be joined to the frame, and the other of the cathode panel CP or the anode panel AP may be joined to the frame in the second stage.
If the three-member simultaneous bonding and the bonding in the second stage are performed in a high vacuum atmosphere, the space surrounded by the cathode panel CP, the anode panel AP, the frame, and the adhesive layer is evacuated simultaneously with the bonding. Alternatively, after the joining of the three members, the space surrounded by the cathode panel CP, the anode panel AP, the frame, and the adhesive layer may be evacuated to a vacuum. When the gas is exhausted after the bonding, the pressure of the atmosphere at the time of the bonding may be either normal pressure or reduced pressure, and the gas constituting the atmosphere may be the air, or nitrogen gas or periodic table 0.
An inert gas containing a gas belonging to the group (for example, Ar gas) may be used.
【0230】接合後に排気を行う場合、排気は、カソー
ドパネルCP及び/又はアノードパネルAPに予め接続
されたチップ管を通じて行うことができる。チップ管
は、典型的にはガラス管を用いて構成され、カソードパ
ネルCP及び/又はアノードパネルAPの無効領域に設
けられた貫通孔の周囲に、フリットガラス又は上述の低
融点金属材料を用いて接合され、空間が所定の真空度に
達した後、熱融着によって封じ切られる。尚、封じ切り
を行う前に、表示装置全体を一旦加熱してから降温させ
ると、空間に残留ガスを放出させることができ、この残
留ガスを排気により空間外へ除去することができるので
好適である。In the case of performing exhaust after bonding, the exhaust can be performed through a chip tube previously connected to the cathode panel CP and / or the anode panel AP. The tip tube is typically configured using a glass tube, and is formed around the through hole provided in the ineffective area of the cathode panel CP and / or the anode panel AP by using frit glass or the above-described low melting point metal material. After being joined and the space reaching a predetermined degree of vacuum, it is sealed off by heat fusion. In addition, if the entire display device is once heated and then cooled before the sealing is performed, the residual gas can be released into the space, and the residual gas can be removed to the outside of the space by exhaustion. is there.
【0231】表示装置においては、電界放出素子の構成
に依存して(例えば、電子放出部を炭素薄膜から構成す
る場合)、絶縁層やゲート電極を設けずに、単に、カソ
ード電極上に電子放出部を設けた構造とすることもでき
る。このような構造においては、1画素(1サブピクセ
ル)単位で、カソード電極に印加する電圧の制御を行
う。カソード電極の平面形状を略矩形とし、各カソード
電極を配線及び例えばトランジスタから成るスイッチン
グ素子を介して制御回路に接続する。各カソード電極に
閾値電圧以上の電圧が印加されると、アノード電極によ
って形成される電界に基づき、量子トンネル効果に基づ
き電子放出部から電子が放出され、この電子がアノード
電極に引き付けられ、蛍光体層に衝突する。輝度は、カ
ソード電極に印加される電圧によって制御される。In the display device, depending on the configuration of the field emission device (for example, when the electron emission portion is formed of a carbon thin film), the electron emission is simply provided on the cathode electrode without providing an insulating layer or a gate electrode. It is also possible to adopt a structure provided with a portion. In such a structure, the control of the voltage applied to the cathode electrode is performed in units of one pixel (one subpixel). The planar shape of the cathode electrode is substantially rectangular, and each cathode electrode is connected to a control circuit via a wiring and a switching element composed of, for example, a transistor. When a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to each cathode electrode, electrons are emitted from the electron emitting portion based on an electric field formed by the anode electrode and quantum tunnel effect, and the electrons are attracted to the anode electrode, and the phosphor Hit the layers. Brightness is controlled by a voltage applied to the cathode electrode.
【0232】ゲート電極を、開口部が形成された帯状あ
るいはシート状の金属箔から構成し、支持体上にゲート
電極支持部を形成し、金属箔がかかるゲート電極支持部
の頂面に接するように、且つ、電子放出部の上方に開口
部が位置するように、金属箔が張架された構成とするこ
ともできる。尚、この場合、金属箔に形成された複数の
開口部の下方に1つの電子放出部が形成されていてもよ
いし、金属箔に形成された1つの開口部の下方に1つの
電子放出部が形成されていてもよい。The gate electrode is formed of a band-shaped or sheet-shaped metal foil having an opening formed thereon. A gate electrode support is formed on a support, and the metal foil is in contact with the top surface of the gate electrode support. The metal foil may be stretched so that the opening is positioned above the electron-emitting portion. In this case, one electron emitting portion may be formed below a plurality of openings formed in the metal foil, or one electron emitting portion may be formed below one opening formed in the metal foil. May be formed.
【0233】表面伝導型電界放出素子と通称される電界
放出素子から電子放出領域を構成することもできる。こ
の表面伝導型電界放出素子は、例えばガラスから成る支
持体上に酸化錫(SnO2)、金(Au)、酸化インジ
ウム(In2O3)/酸化錫(SnO2)、カーボン、酸
化パラジウム(PdO)等の導電材料から成り、微小面
積を有し、所定の間隔(ギャップ)を開けて配された一
対の電極がマトリクス状に形成されて成る。それぞれの
電極の上には炭素薄膜が形成されている。そして、一対
の電極の内の一方の電極に行方向配線が接続され、一対
の電極の内の他方の電極に列方向配線が接続された構成
を有する。一対の電極に電圧を印加することによって、
ギャップを挟んで向かい合った炭素薄膜に電界が加わ
り、炭素薄膜から電子が放出される。かかる電子をアノ
ードパネル上の蛍光体層に衝突させることによって、蛍
光体層が励起されて発光し、所望の画像を得ることがで
きる。The electron emission region can be constituted by a field emission element commonly called a surface conduction type field emission element. This surface conduction type field emission device is composed of, for example, tin oxide (SnO 2 ), gold (Au), indium oxide (In 2 O 3 ) / tin oxide (SnO 2 ), carbon, palladium oxide ( A pair of electrodes made of a conductive material such as PdO) and having a small area and arranged at a predetermined interval (gap) are formed in a matrix. A carbon thin film is formed on each electrode. Then, a row-direction wiring is connected to one electrode of the pair of electrodes, and a column-direction wiring is connected to the other electrode of the pair of electrodes. By applying a voltage to the pair of electrodes,
An electric field is applied to the carbon thin films facing each other across the gap, and electrons are emitted from the carbon thin films. By causing such electrons to collide with the phosphor layer on the anode panel, the phosphor layer is excited and emits light, and a desired image can be obtained.
【0234】[0234]
【発明の効果】本発明においては、樹脂と蛍光体粒子か
ら成る蛍光体形成層を隔壁間に形成し、後の工程におい
て、加熱処理によって樹脂を除去するので、蛍光体層の
上に平滑なアノード電極を容易に形成することができ、
冷陰極電界電子放出表示装置の輝度向上を図ることがで
きる。しかも、従来の方法と異なり中間膜を形成する必
要がないので、冷陰極電界電子放出表示装置用のアノー
ドパネルあるいは冷陰極電界電子放出表示装置の製造工
程の簡素化、製造コストの低減を図ることができる。According to the present invention, a phosphor-forming layer composed of a resin and phosphor particles is formed between partition walls, and the resin is removed by a heat treatment in a later step, so that a smooth surface is formed on the phosphor layer. The anode electrode can be easily formed,
The brightness of the cold cathode field emission display can be improved. Furthermore, unlike the conventional method, there is no need to form an intermediate film, so that the manufacturing process of an anode panel or a cold cathode field emission display for a cold cathode field emission display is simplified and the manufacturing cost is reduced. Can be.
【0235】また、印刷法にて蛍光体形成層を形成すれ
ば、蛍光体形成層を露光する工程、現像する工程が必要
なくなり、冷陰極電界電子放出表示装置用のアノードパ
ネルあるいは冷陰極電界電子放出表示装置の製造工程の
大幅なる簡素化、製造コストの一層の低減を図ることが
できる。しかも、蛍光体形成層の原料に感光性が不要で
あり、蛍光体形成層の原料の選択幅が広がる。If the phosphor forming layer is formed by a printing method, the step of exposing and developing the phosphor forming layer is not required, and the anode panel or the cold cathode field electron for a cold cathode field emission display device is not required. The manufacturing process of the emission display device can be greatly simplified, and the manufacturing cost can be further reduced. Moreover, the photosensitivity is not required for the raw material of the phosphor forming layer, and the range of selection of the raw material of the phosphor forming layer is widened.
【図1】発明の実施の形態の冷陰極電界電子放出表示装
置あるいは冷陰極電界電子放出表示装置用のアノードパ
ネルの製造方法を説明するための基板等の模式的な一部
断面図である。FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view of a substrate and the like for explaining a method of manufacturing a cold cathode field emission display or an anode panel for a cold cathode field emission display according to an embodiment of the invention.
【図2】発明の実施の形態の冷陰極電界電子放出表示装
置あるいは冷陰極電界電子放出表示装置用のアノードパ
ネルの製造方法を説明するための基板等の部分的平面図
である。FIG. 2 is a partial plan view of a substrate or the like for describing a method of manufacturing a cold cathode field emission display or an anode panel for a cold cathode field emission display according to an embodiment of the present invention.
【図3】冷陰極電界電子放出表示装置の模式的な一部端
面図である。FIG. 3 is a schematic partial end view of a cold cathode field emission display.
【図4】冷陰極電界電子放出表示装置を構成するカソー
ドパネルの模式的な部分的斜視図である。FIG. 4 is a schematic partial perspective view of a cathode panel constituting a cold cathode field emission display.
【図5】スピント型冷陰極電界電子放出素子の製造方法
を説明するための支持体等の模式的な一部端面図であ
る。FIG. 5 is a schematic partial end view of a support and the like for describing a method for manufacturing a Spindt-type cold cathode field emission device.
【図6】図5に引き続き、スピント型冷陰極電界電子放
出素子の製造方法を説明するための支持体等の模式的な
一部端面図である。FIG. 6 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining a method of manufacturing the Spindt-type cold cathode field emission device following FIG. 5;
【図7】クラウン型冷陰極電界電子放出素子の製造方法
を説明するための支持体等の模式的な一部端面図であ
る。FIG. 7 is a schematic partial end view of a support and the like for describing a method of manufacturing a crown-type cold cathode field emission device.
【図8】図7に引き続き、クラウン型冷陰極電界電子放
出素子の製造方法を説明するための支持体等の模式的な
一部端面図である。FIG. 8 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining the method of manufacturing the crown-type cold cathode field emission device following FIG.
【図9】扁平型冷陰極電界電子放出素子−1の製造方法
を説明するための支持体等の模式的な一部断面図であ
る。FIG. 9 is a schematic partial cross-sectional view of a support and the like for describing a method of manufacturing the flat cold cathode field emission device-1.
【図10】扁平型冷陰極電界電子放出素子−2の製造方
法を説明するための支持体等の模式的な一部断面図であ
る。FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a support and the like for explaining a method of manufacturing the flat type cold cathode field emission device-2.
【図11】扁平型冷陰極電界電子放出素子−3の製造方
法を説明するための支持体等の模式的な一部端面図であ
る。FIG. 11 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining a method of manufacturing the flat type cold cathode field emission device-3.
【図12】図12に引き続き、扁平型冷陰極電界電子放
出素子−3の製造方法を説明するための支持体等の模式
的な一部端面図である。FIG. 12 is a schematic partial end view of a support and the like for describing a method of manufacturing the flat type cold cathode field emission device-3, following FIG. 12;
【図13】平面型冷陰極電界電子放出素子−1の製造方
法を説明するための支持体等の模式的な一部断面図であ
る。FIG. 13 is a schematic partial cross-sectional view of a support and the like for describing a method of manufacturing the flat cold cathode field emission device-1.
【図14】平面型冷陰極電界電子放出素子−2の模式的
な一部断面図である。FIG. 14 is a schematic partial cross-sectional view of a flat cold cathode field emission device-2.
【図15】平面型冷陰極電界電子放出素子−2の模式的
な一部断面図である。FIG. 15 is a schematic partial cross-sectional view of a flat cold cathode field emission device-2.
【図16】クレータ型冷陰極電界電子放出素子−1の製
造方法を説明するための支持体等の模式的な一部端面
図、及び、部分的な斜視図である。FIG. 16 is a schematic partial end view and a partial perspective view of a support and the like for describing a method of manufacturing the crater-type cold cathode field emission device-1.
【図17】図16に引き続き、クレータ型冷陰極電界電
子放出素子−1の製造方法を説明するための支持体等の
模式的な一部端面図、及び、部分的な斜視図である。17 is a schematic partial end view and a partial perspective view of a support and the like for describing a method for manufacturing the crater-type cold cathode field emission device-1 following FIG.
【図18】図18に引き続き、クレータ型冷陰極電界電
子放出素子−1の製造方法を説明するための支持体等の
模式的な一部端面図、及び、部分的な斜視図である。18 is a schematic partial end view and a partial perspective view of a support and the like for describing a method of manufacturing the crater-type cold cathode field emission device-1 following FIG. 18;
【図19】図19に引き続き、クレータ型冷陰極電界電
子放出素子−1の製造方法を説明するための支持体等の
模式的な一部断面図である。FIG. 19 is a schematic partial cross-sectional view of a support and the like for describing a method for manufacturing the crater-type cold cathode field emission device-1 following FIG. 19;
【図20】クレータ型冷陰極電界電子放出素子−2の製
造方法を説明するための支持体等の模式的な一部断面図
である。FIG. 20 is a schematic partial cross-sectional view of a support and the like for explaining a method of manufacturing the crater-type cold cathode field emission device-2.
【図21】クレータ型冷陰極電界電子放出素子−3の製
造方法を説明するための支持体等の模式的な一部端面図
である。FIG. 21 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining a method of manufacturing the crater-type cold cathode field emission device-3.
【図22】クレータ型冷陰極電界電子放出素子−4の製
造方法を説明するための支持体等の模式的な一部端面図
である。FIG. 22 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining a method of manufacturing the crater-type cold cathode field emission device-4.
【図23】図22に引き続き、クレータ型冷陰極電界電
子放出素子−4の製造方法を説明するための支持体等の
模式的な一部端面図である。FIG. 23 is a schematic partial end view of the support and the like for explaining the method for manufacturing the crater-type cold cathode field emission device-4, following FIG. 22;
【図24】エッジ型冷陰極電界電子放出素子の模式的な
一部断面図である。FIG. 24 is a schematic partial sectional view of an edge-type cold cathode field emission device.
【図25】エッジ型冷陰極電界電子放出素子の製造方法
を説明するための支持体等の模式的な一部端面図であ
る。FIG. 25 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining a method of manufacturing an edge-type cold cathode field emission device.
【図26】[スピント型冷陰極電界電子放出素子の製造
方法の変形−1]を説明するための支持体等の模式的な
一部端面図である。FIG. 26 is a schematic partial end view of a support and the like for describing [Modification-1 of the manufacturing method of Spindt-type cold cathode field emission device].
【図27】図26に引き続き、[スピント型冷陰極電界
電子放出素子の製造方法の変形−1]を説明するための
支持体等の模式的な一部端面図である。FIG. 27 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining [Modification-1 of the method for manufacturing a Spindt-type cold cathode field emission device] following FIG. 26;
【図28】図27に引き続き、[スピント型冷陰極電界
電子放出素子の製造方法の変形−1]を説明するための
支持体等の模式的な一部端面図である。FIG. 28 is a schematic partial end view of the support and the like for explaining [Modification-1 of the method for manufacturing a Spindt-type cold cathode field emission device] following FIG. 27;
【図29】図28に引き続き、[スピント型冷陰極電界
電子放出素子の製造方法の変形−1]を説明するための
支持体等の模式的な一部端面図である。FIG. 29 is a schematic partial end view of the support and the like for explaining [Modification-1 of the method for manufacturing a Spindt-type cold cathode field emission device] following FIG. 28;
【図30】円錐形状の電子放出部が形成される機構を説
明するための図である。FIG. 30 is a view for explaining a mechanism for forming a conical electron emitting portion.
【図31】対レジスト選択比と、電子放出部の高さと形
状の関係を模式的に示す図である。FIG. 31 is a diagram schematically showing a relationship between a resist selectivity and the height and shape of an electron-emitting portion.
【図32】[スピント型冷陰極電界電子放出素子の製造
方法の変形−2]を説明するための支持体等の模式的な
一部端面図である。FIG. 32 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining [Modification-2 of the method for manufacturing a Spindt-type cold cathode field emission device].
【図33】図32に引き続き、[スピント型冷陰極電界
電子放出素子の製造方法の変形−2]を説明するための
支持体等の模式的な一部端面図である。FIG. 33 is a schematic partial end view of the support and the like for explaining [Modification-2 of the method for manufacturing a Spindt-type cold cathode field emission device] following FIG. 32;
【図34】図33に引き続き、[スピント型冷陰極電界
電子放出素子の製造方法の変形−2]を説明するための
支持体等の模式的な一部端面図である。FIG. 34 is a schematic partial end view of a support and the like for illustrating [Modification-2 of the method for manufacturing a Spindt-type cold cathode field emission device] following FIG. 33;
【図35】被エッチング物の表面プロファイルが一定時
間毎にどのように変化するかを示す図である。FIG. 35 is a diagram showing how the surface profile of the object to be etched changes at regular intervals.
【図36】[スピント型冷陰極電界電子放出素子の製造
方法の変形−3]を説明するための支持体等の模式的な
一部端面図である。FIG. 36 is a schematic partial end view of a support or the like for describing [Modification-3 of the Spindt-type cold cathode field emission device manufacturing method].
【図37】図36に引き続き、[スピント型冷陰極電界
電子放出素子の製造方法の変形−3]を説明するための
支持体等の模式的な一部端面図である。FIG. 37 is a schematic partial end view of the support and the like for illustrating [Modification-3 of the Spindt-type cold cathode field emission device manufacturing method] following FIG. 36;
【図38】[スピント型冷陰極電界電子放出素子の製造
方法の変形−4]にて得られるスピント型冷陰極電界電
子放出素子の模式的な一部端面図である。FIG. 38 is a schematic partial end view of a Spindt-type cold cathode field emission device obtained by [Modification-4 of manufacturing method of Spindt-type cold cathode field emission device].
【図39】[スピント型冷陰極電界電子放出素子の製造
方法の変形−4]を説明するための支持体等の模式的な
一部端面図である。FIG. 39 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining [Modification-4 of the method for manufacturing a Spindt-type cold cathode field emission device].
【図40】図39に引き続き、[スピント型冷陰極電界
電子放出素子の製造方法の変形−4]を説明するための
支持体等の模式的な一部端面図である。FIG. 40 is a schematic partial end view of the support and the like for explaining [Modification-4 of method for manufacturing Spindt-type cold cathode field emission device] following FIG. 39;
【図41】図40に引き続き、[スピント型冷陰極電界
電子放出素子の製造方法の変形−4]を説明するための
支持体等の模式的な一部端面図である。FIG. 41 is a schematic partial end view of the support and the like for explaining [Modification-4 of the method for manufacturing a Spindt-type cold cathode field emission device] following FIG. 40;
【図42】[スピント型冷陰極電界電子放出素子の製造
方法の変形−5]を説明するための支持体等の模式的な
一部端面図である。FIG. 42 is a schematic partial end view of a support and the like for explaining [Modification-5 of the Spindt-type cold cathode field emission device manufacturing method].
【図43】図42に引き続き、[スピント型冷陰極電界
電子放出素子の製造方法の変形−5]を説明するための
支持体等の模式的な一部端面図である。FIG. 43 is a schematic partial end view of the support and the like for explaining [Modification-5 of the manufacturing method of Spindt-type cold cathode field emission device] following FIG. 42;
【図44】[スピント型冷陰極電界電子放出素子の製造
方法の変形−6]を説明するための支持体等の模式的な
一部端面図である。FIG. 44 is a schematic partial end view of a support and the like for describing [Modification-6 of the Spindt-type cold cathode field emission device manufacturing method].
【図45】従来の冷陰極電界電子放出表示装置あるいは
冷陰極電界電子放出表示装置用のアノードパネルの製造
方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図であ
る。FIG. 45 is a schematic partial cross-sectional view of a substrate or the like for explaining a conventional method of manufacturing a cold cathode field emission display or an anode panel for a cold cathode field emission display.
【図46】従来の冷陰極電界電子放出表示装置あるいは
冷陰極電界電子放出表示装置用のアノードパネルの製造
方法を説明するための基板等の部分的平面図である。FIG. 46 is a partial plan view of a substrate or the like for describing a conventional method of manufacturing a cold cathode field emission display or an anode panel for a cold cathode field emission display.
CP・・・カソードパネル、AP・・・アノードパネ
ル、10・・・支持体、11,111,211・・・カ
ソード電極、111A・・・隆起部、111B・・・凹
部、111C・・・先端部、11A・・・微小凹凸部、
11B・・・被覆層、12,12A,12B・・・絶縁
層、13,13A,13B・・・ゲート電極、14.1
4A,14B・・・開口部、15,15A,15B,1
5C,15D,15E・・・電子放出部、17・・・剥
離層、18・・・導電材料層、20・・・基板、21・
・・隔壁、22,22R,22G,22B・・・蛍光体
層、22,22R’,22G’,22B’・・・蛍光体
形成層、23・・・樹脂層、24・・・中間膜、25・
・・アノード電極、30・・・枠体、40・・・走査回
路、41・・・制御回路、42・・・加速電源、51・
・・剥離層、52・・・導電性組成物層、60・・・抵
抗体層、70・・・炭素薄膜選択成長領域、71・・・
マスク層、72・・・金属粒子、73・・・炭素薄膜、
80,180・・・球体、81・・・組成物層、81A
・・・分散媒、81B・・・カソード電極材料、180
A・・・芯材、180B・・・表面処理層、90・・・
密着層、91・・・導電材料層、91A・・・凹部、9
1B・・・柱状部、91C・・・拡大部、92・・・マ
スク材料層、93・・・エッチング停止層、94・・・
基部、94A・・・導電材料層、95・・・平坦化層CP: cathode panel, AP: anode panel, 10: support, 11, 111, 211 ... cathode electrode, 111A ... ridge, 111B ... recess, 111C ... tip Part, 11A ... minute uneven part,
11B: coating layer, 12, 12A, 12B: insulating layer, 13, 13A, 13B: gate electrode, 14.1
4A, 14B: opening, 15, 15A, 15B, 1
5C, 15D, 15E: electron emission portion, 17: release layer, 18: conductive material layer, 20: substrate, 21 ·
..Partition walls, 22, 22R, 22G, 22B phosphor layer, 22, 22R ', 22G', 22B 'phosphor formation layer, 23 resin layer, 24 intermediate film, 25 ・
..Anode electrode, 30 frame, 40 scanning circuit, 41 control circuit, 42 accelerating power supply, 51
..Release layer, 52 ... conductive composition layer, 60 ... resistor layer, 70 ... carbon thin film selective growth area, 71 ...
Mask layer, 72: metal particles, 73: carbon thin film,
80, 180: sphere, 81: composition layer, 81A
... Dispersion medium, 81B ... Cathode electrode material, 180
A: core material, 180B: surface treatment layer, 90:
Adhesion layer, 91: conductive material layer, 91A: recess, 9
1B: columnar portion, 91C: enlarged portion, 92: mask material layer, 93: etching stop layer, 94:
Base, 94A: conductive material layer, 95: flattening layer
Claims (10)
層を形成する工程と、 (C)隔壁及び蛍光体形成層上に、金属薄膜から成るア
ノード電極を形成する工程と、 (D)加熱処理を行うことによって蛍光体形成層を構成
する樹脂を除去し、以て、隔壁の間の基板上に蛍光体層
を得る工程、から成ることを特徴とする冷陰極電界電子
放出表示装置用のアノードパネルの製造方法。(A) a step of forming a partition on a substrate; (B) a step of forming a phosphor-forming layer made of resin and phosphor particles between the partitions; (C) a step of forming a partition and a phosphor. Forming an anode electrode made of a metal thin film on the layer; and (D) removing the resin constituting the phosphor forming layer by performing a heat treatment, whereby the phosphor layer is formed on the substrate between the partition walls. A method of manufacturing an anode panel for a cold cathode field emission display device.
き、樹脂と蛍光体粒子から成る蛍光体形成層を隔壁間に
形成することを特徴とする請求項1に記載の冷陰極電界
電子放出表示装置用のアノードパネルの製造方法。2. The cold cathode field emission according to claim 1, wherein in the step (B), a phosphor forming layer made of a resin and phosphor particles is formed between the partition walls based on a printing method. A method for manufacturing an anode panel for a display device.
のマスクを使用することを特徴とする請求項2に記載の
冷陰極電界電子放出表示装置用のアノードパネルの製造
方法。3. The method of manufacturing an anode panel for a cold cathode field emission display according to claim 2, wherein a metal mask having a through hole is used in the printing method.
脂によって占められ、下層が主に蛍光体粒子によって占
められた蛍光体形成層を形成することを特徴とする請求
項1に記載の冷陰極電界電子放出表示装置用のアノード
パネルの製造方法。4. The method according to claim 1, wherein in the step (B), the upper layer is mainly occupied by the resin, and the lower layer is mainly formed by the phosphor particles. Of manufacturing an anode panel for a cold cathode field emission display device.
蛍光体層、青色発光蛍光体層から構成され、 前記工程(B)において、赤色発光蛍光体層を形成する
ための蛍光体形成層、緑色発光蛍光体層を形成するため
の蛍光体形成層、青色発光蛍光体層を形成するための蛍
光体形成層を任意の順にて、印刷法に基づき、所定の隔
壁間に形成することを特徴とする請求項1に記載の冷陰
極電界電子放出表示装置用のアノードパネルの製造方
法。5. The phosphor layer includes a red light-emitting phosphor layer, a green light-emitting phosphor layer, and a blue light-emitting phosphor layer, and the phosphor for forming the red light-emitting phosphor layer in the step (B). A forming layer, a phosphor forming layer for forming a green light emitting phosphor layer, and a phosphor forming layer for forming a blue light emitting phosphor layer are formed in any order between predetermined partition walls based on a printing method. The method for manufacturing an anode panel for a cold cathode field emission display according to claim 1, wherein:
ードパネルと、アノードパネルを、それらの外周部にて
接合して成る冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法で
あって、 アノードパネルを、 (A)基板上に隔壁を形成する工程と、 (B)隔壁間に、樹脂と蛍光体粒子から成る蛍光体形成
層を形成する工程と、 (C)隔壁及び蛍光体形成層上に、金属薄膜から成るア
ノード電極を形成する工程と、 (D)加熱処理を行うことによって蛍光体形成層を構成
する樹脂を除去し、以て、隔壁の間の基板上に蛍光体層
を得る工程、を経て製造することを特徴とする冷陰極電
界電子放出表示装置の製造方法。6. A method for manufacturing a cold cathode field emission display device, comprising joining a cathode panel on which a cold cathode field emission device is formed and an anode panel at their outer peripheral portions, wherein the anode panel is (A) a step of forming a partition on the substrate; (B) a step of forming a phosphor-forming layer comprising a resin and phosphor particles between the partition; and (C) a step of forming a phosphor-forming layer on the partition and the phosphor-forming layer. A step of forming an anode electrode made of a metal thin film; and (D) a step of removing the resin constituting the phosphor-forming layer by performing a heat treatment, thereby obtaining a phosphor layer on the substrate between the partition walls. And a method for manufacturing a cold cathode field emission display device.
き、樹脂と蛍光体粒子から成る蛍光体形成層を隔壁間に
形成することを特徴とする請求項6に記載の冷陰極電界
電子放出表示装置の製造方法。7. The cold cathode field emission according to claim 6, wherein in the step (B), a phosphor forming layer made of a resin and phosphor particles is formed between the partition walls based on a printing method. A method for manufacturing a display device.
のマスクを使用することを特徴とする請求項7に記載の
冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法。8. The method of manufacturing a cold cathode field emission display according to claim 7, wherein a metal mask having a through hole is used in the printing method.
脂によって占められ、下層が主に蛍光体粒子によって占
められた蛍光体形成層を形成することを特徴とする請求
項6に記載の冷陰極電界電子放出表示装置の製造方法。9. The method according to claim 6, wherein in the step (B), the upper layer is mainly occupied by the resin, and the lower layer is mainly formed by the phosphor particles. Of manufacturing a cold cathode field emission display device according to the present invention.
光蛍光体層、青色発光蛍光体層から構成され、 前記工程(B)において、赤色発光蛍光体層を形成する
ための蛍光体形成層、緑色発光蛍光体層を形成するため
の蛍光体形成層、青色発光蛍光体層を形成するための蛍
光体形成層を任意の順にて、印刷法に基づき、所定の隔
壁間に形成することを特徴とする請求項6に記載の冷陰
極電界電子放出表示装置の製造方法。10. The phosphor layer includes a red light-emitting phosphor layer, a green light-emitting phosphor layer, and a blue light-emitting phosphor layer, and the phosphor for forming the red light-emitting phosphor layer in the step (B). A forming layer, a phosphor forming layer for forming a green light emitting phosphor layer, and a phosphor forming layer for forming a blue light emitting phosphor layer are formed in any order between predetermined partition walls based on a printing method. 7. The method of manufacturing a cold cathode field emission display according to claim 6, wherein:
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