JP2007026990A - Electron emitting element, field emission cathode, display device, and manufacturing method of electron emitting element - Google Patents

Electron emitting element, field emission cathode, display device, and manufacturing method of electron emitting element Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron emitting element capable of reducing electron emission voltage with a cost lower than that in the past, and provide a field emission electrode, a display device, and a manufacturing method of the electron emitting element. <P>SOLUTION: The display device 100 has a field emission cathode substrate 110 emitting electron by an impressed electric field, and an anode substrate 150 trapping emitted electron. The field emission cathode substrate 110 has a substrate 111, and a cathode bus 112, a catalyst metal film 113, an insulation film 114, carbon based fine fiber 115 successively formed on the substrate 111. The insulation film 114 has cracks 114a, and the carbon based fine fiber 115 is formed on the catalyst metal film 113 formed in the crack 114a. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、印加された電界によって電子を放出する電子放出素子、電界放出陰極及び表示装置並びに電子放出素子の製造方法に関する。   The present invention relates to an electron-emitting device that emits electrons by an applied electric field, a field-emission cathode and a display device, and a method for manufacturing the electron-emitting device.

印加された電界によって電子を放出する電子放出素子は、加熱することなく電子を放出するため、低消費電力で応答速度の速い電子源として様々な用途に応用可能である。特に最近では、この電子放出素子を画素毎に持たせた、低消費電力で高画質な電界放出型表示装置の研究、開発が活発に行われている。中でも電子放出素子の材料として、カーボンナノチューブ（以下「ＣＮＴ」という。）やグラファイトナノファイバー（以下「ＧＮＦ」という。）のような炭素系の微細な繊維状物質（以下「炭素系微細繊維」という。）は、そのナノスケールの形状から電界集中が生じやすく、低電圧で電子放出を生じる表示装置の電界放出陰極の材料として注目されている。   An electron-emitting device that emits electrons by an applied electric field emits electrons without being heated, and thus can be applied to various applications as an electron source with low power consumption and high response speed. In particular, research and development of a field emission display device with low power consumption and high image quality, in which this electron-emitting device is provided for each pixel, have been actively conducted recently. Among them, as materials for electron-emitting devices, carbon-based fine fibrous materials (hereinafter referred to as “carbon-based fine fibers”) such as carbon nanotubes (hereinafter referred to as “CNT”) and graphite nanofibers (hereinafter referred to as “GNF”). .) Is attracting attention as a material for a field emission cathode of a display device in which electric field concentration is likely to occur due to its nanoscale shape, and electron emission occurs at a low voltage.

ＣＮＴやＧＮＦのような炭素系微細繊維を用いた従来の表示装置としては、図９（ａ）及び（ｂ）に示すようなものが知られている。   As a conventional display device using carbon-based fine fibers such as CNT and GNF, those shown in FIGS. 9A and 9B are known.

まず、図９（ａ）に示された従来の表示装置１０は、電界放出陰極基板２０と、陽極基板３０とを有し、電界放出陰極基板２０は、基板２１と、陰極母線２２と、触媒金属膜２３と、炭素系微細繊維２４とを備え、陽極基板３０は、基板３１と、陽極電極３２と、蛍光体層３３とを備えている。従来の表示装置１０は、陰極母線２２と陽極電極３２との間に印加される陽極電圧Ｖによって炭素系微細繊維２４から電子を引き出し、この電子が蛍光体層３３を発光させることにより、所定の画像を表示するようになっている。   First, the conventional display device 10 shown in FIG. 9A includes a field emission cathode substrate 20 and an anode substrate 30. The field emission cathode substrate 20 includes a substrate 21, a cathode bus 22, a catalyst, and a catalyst. The metal substrate 23 and the carbon-based fine fiber 24 are provided, and the anode substrate 30 is provided with a substrate 31, an anode electrode 32, and a phosphor layer 33. In the conventional display device 10, electrons are extracted from the carbon-based fine fiber 24 by the anode voltage V applied between the cathode bus 22 and the anode electrode 32, and the electrons cause the phosphor layer 33 to emit light. An image is displayed.

また、図９（ｂ）に示された従来の表示装置４０は、電界放出陰極基板５０と、陽極基板６０とを有し、電界放出陰極基板５０は、基板５１と、陰極母線５２と、絶縁膜５３と、ゲート電極５４と、触媒金属膜５５と、炭素系微細繊維５６とを備え、陽極基板６０は、基板６１と、陽極電極６２と、蛍光体層６３とを備えている。従来の表示装置４０は、陰極母線５２とゲート電極５４との間にはゲート電圧Ｖ１、ゲート電極５４と陽極電極６２との間には陽極電圧Ｖ２が印加され、ゲート電圧Ｖ１によって炭素系微細繊維５６から電子を引き出し、この電子を陽極電圧Ｖ２で加速して陽極電極６２が捕捉することによって蛍光体層６３を発光させることにより、所定の画像を表示するようになっている。   The conventional display device 40 shown in FIG. 9B has a field emission cathode substrate 50 and an anode substrate 60. The field emission cathode substrate 50 is insulated from the substrate 51, the cathode bus 52, and the insulation. The film 53, the gate electrode 54, the catalytic metal film 55, and the carbon-based fine fibers 56 are provided. The anode substrate 60 includes a substrate 61, an anode electrode 62, and a phosphor layer 63. In the conventional display device 40, a gate voltage V1 is applied between the cathode bus 52 and the gate electrode 54, and an anode voltage V2 is applied between the gate electrode 54 and the anode electrode 62. The carbon-based fine fiber is generated by the gate voltage V1. Electrons are extracted from 56, accelerated by the anode voltage V 2, and captured by the anode electrode 62, thereby causing the phosphor layer 63 to emit light, thereby displaying a predetermined image.

次に、従来の表示装置１０が備えた電界放出陰極基板２０の製造方法の概要について図１０を用いて説明する。   Next, an outline of a method for manufacturing the field emission cathode substrate 20 provided in the conventional display device 10 will be described with reference to FIG.

まず、基板２１上に陰極母線２２が形成され（図１０（ａ））、陰極母線２２上に触媒金属膜２３が形成される（図１０（ｂ））。そして、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法によって炭素系微細繊維２４が形成される（図１０（ｃ））。なお、炭素系微細繊維２４は、炭素系微細繊維２４にバインダーを混合し、炭素系微細繊維２４を所定方向に配向させた混合物を用いる印刷法によっても形成することができる。   First, the cathode bus 22 is formed on the substrate 21 (FIG. 10A), and the catalytic metal film 23 is formed on the cathode bus 22 (FIG. 10B). Then, for example, carbon-based fine fibers 24 are formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method (FIG. 10C). The carbon-based fine fibers 24 can also be formed by a printing method using a mixture in which a binder is mixed with the carbon-based fine fibers 24 and the carbon-based fine fibers 24 are oriented in a predetermined direction.

次に、従来の表示装置４０が備えた電界放出陰極基板５０の製造方法の概要について図１１を用いて説明する。   Next, an outline of a method for manufacturing the field emission cathode substrate 50 provided in the conventional display device 40 will be described with reference to FIG.

まず、基板５１上に、陰極母線５２、絶縁膜５３及びゲート電極５４が順次形成される（図１１（ａ）〜（ｃ））。次いで、ゲート電極５４上にマスク層５７がパターニングされて形成され（図１１（ｄ））、例えばウェットエッチング法によってゲート開口部５４ａが形成される（図１１（ｅ））。さらに、マスク層５７上に触媒金属膜５５が形成（図１１（ｆ））された後、剥離液によってマスク層５７が除去される（図１１（ｇ））。そして、例えばＣＶＤ法によって炭素系微細繊維５６が形成される（図１１（ｈ））。なお、炭素系微細繊維５６は、前述の炭素系微細繊維２４と同様に印刷法によっても形成することができる。   First, the cathode bus 52, the insulating film 53, and the gate electrode 54 are sequentially formed on the substrate 51 (FIGS. 11A to 11C). Next, a mask layer 57 is formed by patterning on the gate electrode 54 (FIG. 11D), and a gate opening 54a is formed by, eg, wet etching (FIG. 11E). Further, after the catalytic metal film 55 is formed on the mask layer 57 (FIG. 11 (f)), the mask layer 57 is removed by a stripping solution (FIG. 11 (g)). Then, carbon-based fine fibers 56 are formed by, for example, the CVD method (FIG. 11 (h)). The carbon-based fine fibers 56 can be formed by a printing method in the same manner as the carbon-based fine fibers 24 described above.

前述のように、従来の電界放出陰極基板が有する炭素系微細繊維の形成には、印刷法やＣＶＤ法が用いられる。印刷法を用いて炭素系微細繊維が形成されたものは、良好な電子放出特性を得るため、バインダーを取り除いたり、炭素系微細繊維を垂直方向に配向したりするための処理が行われている。一方、ＣＶＤ法を用いて炭素系微細繊維が形成されたものでは、バインダーを取り除く処理は不要であるが、炭素系微細繊維が触媒金属膜上に密集して形成されるため電界が炭素系微細繊維に集中せず、炭素系微細繊維から電子を放出させるために印加する電圧（以下「電子放出電圧」という。）の低減化を図るのが困難であるという課題があった。   As described above, a printing method or a CVD method is used to form the carbon-based fine fibers of the conventional field emission cathode substrate. In the case where carbon-based fine fibers are formed using a printing method, processing for removing the binder or orienting the carbon-based fine fibers in the vertical direction is performed in order to obtain good electron emission characteristics. . On the other hand, in the case where carbon-based fine fibers are formed using the CVD method, it is not necessary to remove the binder. However, since the carbon-based fine fibers are densely formed on the catalyst metal film, the electric field is carbon-based. There is a problem that it is difficult to reduce the voltage (hereinafter referred to as “electron emission voltage”) applied to emit electrons from the carbon-based fine fiber without concentrating on the fiber.

この課題を解決する手法としては、例えば非特許文献１に示されたものが知られている。非特許文献１に示された手法は、炭素系微細繊維の密度を減少させることにより、電子放出のための電界集中を生じやすくして電子放出電圧を低減することができるようになっている。   As a technique for solving this problem, for example, a technique disclosed in Non-Patent Document 1 is known. The technique disclosed in Non-Patent Document 1 can reduce the electron emission voltage by reducing the density of the carbon-based fine fibers to easily generate electric field concentration for electron emission.

Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ／Ｆｉｂｅｒｓ， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｔｈｅ Ｎｉｎｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ， ｐｐ．１０６１−１０６３（２００２）Field Emission Applications of Aligned Carbon Nanotubes / Fibers, Proceedings of The Ninth International Display Shops, pp. 1061-1063 (2002)

しかしながら、非特許文献１に示された手法は、例えば高解像度電子ビーム露光法を用いてミクロン単位で微細な触媒を形成する実験的なものであり、表示装置の電子放出素子の製造に適用しようとすると電子放出素子の製造工数が増大し、製造コストが上昇するという問題があった。   However, the method disclosed in Non-Patent Document 1 is an experimental method for forming a fine catalyst in units of microns using, for example, a high-resolution electron beam exposure method, and will be applied to manufacture of an electron-emitting device of a display device. Then, there is a problem that the number of manufacturing steps of the electron-emitting device increases and the manufacturing cost increases.

本発明は、従来の問題を解決するためになされたものであり、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる電子放出素子、電界放出陰極及び表示装置並びに電子放出素子の製造方法を提供するものである。   The present invention has been made to solve the conventional problems, and an electron-emitting device, a field-emission cathode, a display device, and an electron-emitting device that can reduce the electron emission voltage at a lower manufacturing cost than the conventional one. The manufacturing method of this is provided.

本発明の電子放出素子は、炭素系繊維と、この炭素系繊維を形成するための第１の膜と、この第１の膜上に形成された第２の膜とを備え、前記第２の膜は、前記第１の膜と接触する第１の面と、この第１の面と対向する第２の面と、前記第１の面から前記第２の面まで貫通する亀裂とを有し、前記炭素系繊維は、前記亀裂内の前記第１の膜上に形成された構成を有している。   The electron-emitting device of the present invention includes a carbon-based fiber, a first film for forming the carbon-based fiber, and a second film formed on the first film, and the second film The film has a first surface in contact with the first film, a second surface opposite to the first surface, and a crack penetrating from the first surface to the second surface. The carbon-based fiber has a configuration formed on the first film in the crack.

この構成により、本発明の電子放出素子は、第２の膜を貫通する亀裂により露出した第１の膜上に炭素系繊維が形成されるので、炭素系繊維の密度を減少させるための製造工数を従来のものよりも削減することができ、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。   With this configuration, in the electron-emitting device of the present invention, carbon-based fibers are formed on the first film exposed by the cracks penetrating the second film, and therefore, the number of manufacturing steps for reducing the density of the carbon-based fibers Can be reduced as compared with the conventional one, and the electron emission voltage can be reduced at a lower manufacturing cost than the conventional one.

本発明の電界放出陰極は、電子放出素子と、前記第１の膜と電気的に接続された陰極母線とを備えた構成を有している。   The field emission cathode of the present invention has a configuration including an electron-emitting device and a cathode bus bar electrically connected to the first film.

この構成により、本発明の電界放出陰極は、炭素系繊維の密度を減少させるための製造工数が従来のものよりも削減されて形成された炭素系繊維を備えるので、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。   With this configuration, the field emission cathode of the present invention includes carbon-based fibers formed by reducing the number of manufacturing steps for reducing the density of carbon-based fibers compared to the conventional ones, and thus is manufactured lower than the conventional ones. The electron emission voltage can be reduced at a low cost.

また、本発明の電界放出陰極は、前記電子放出素子から電子を引き出す電子引出電極を備えた構成を有している。   The field emission cathode of the present invention has a configuration including an electron extraction electrode that extracts electrons from the electron-emitting device.

この構成により、本発明の電界放出陰極は、炭素系繊維の密度を減少させるための製造工数が従来のものよりも削減されて形成された炭素系繊維を備え、電子引出電極が、炭素系繊維から電子を引き出すので、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。   With this configuration, the field emission cathode of the present invention includes carbon-based fibers formed by reducing the number of manufacturing steps for reducing the density of carbon-based fibers compared to the conventional one, and the electron extraction electrode is a carbon-based fiber. Thus, the electron emission voltage can be reduced at a lower manufacturing cost than the conventional one.

本発明の表示装置は、電界放出陰極と、この電界放出陰極から放出された前記電子を捕捉する陽極電極とを備えた構成を有している。   The display device of the present invention includes a field emission cathode and an anode electrode that captures the electrons emitted from the field emission cathode.

この構成により、本発明の表示装置は、炭素系繊維の密度を減少させるための製造工数が従来のものよりも削減されて形成された炭素系繊維を含む電界放出陰極を備えるので、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。   With this configuration, the display device of the present invention includes the field emission cathode including the carbon-based fiber formed by reducing the number of manufacturing steps for reducing the density of the carbon-based fiber than the conventional one. The electron emission voltage can be reduced at a lower manufacturing cost.

本発明の電子放出素子の形成方法は、炭素系繊維を形成するための第１の膜上に第２の膜を形成する第２の膜形成工程と、前記第２の膜を貫通する亀裂を発生させる亀裂発生工程と、前記亀裂内の前記第１の膜上に前記炭素系繊維を形成する炭素系繊維形成工程とを含む構成を有している。   The method for forming an electron-emitting device according to the present invention includes a second film forming step of forming a second film on a first film for forming a carbon-based fiber, and a crack penetrating the second film. It has the structure containing the crack generation process to generate | occur | produce, and the carbon-type fiber formation process of forming the said carbon-type fiber on the said 1st film | membrane in the said crack.

この構成により、本発明の電子放出素子の形成方法は、第２の膜を貫通する亀裂により露出した第１の膜上に炭素系繊維が形成されるので、炭素系繊維の密度を減少させるための製造工数を従来のものよりも削減することができ、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。   With this configuration, in the method for forming an electron-emitting device according to the present invention, carbon-based fibers are formed on the first film exposed by the cracks penetrating the second film, so that the density of the carbon-based fibers is reduced. The number of manufacturing steps can be reduced as compared with the conventional one, and the electron emission voltage can be reduced at a lower manufacturing cost than the conventional one.

また、本発明の電子放出素子の形成方法は、前記第２の膜形成工程は、皮膜を形成するための皮膜形成樹脂を前記第１の膜上に塗布する工程を含み、前記第２の膜は、前記皮膜形成樹脂上に形成される構成を有している。   In the method for forming an electron-emitting device of the present invention, the second film forming step includes a step of applying a film forming resin for forming a film on the first film, and the second film Has a structure formed on the film-forming resin.

この構成により、本発明の電子放出素子の形成方法は、亀裂発生工程において第２の膜に亀裂を容易に生じさせることができるので、炭素系繊維の密度を減少させるための製造工数を従来のものよりも削減することができ、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。   With this configuration, the method for forming an electron-emitting device according to the present invention can easily generate a crack in the second film in the crack generation step, so that the number of manufacturing steps for reducing the density of the carbon-based fibers can be reduced. The electron emission voltage can be reduced at a lower manufacturing cost than the conventional one.

本発明は、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができるという効果を有する電子放出素子、電界放出陰極及び表示装置並びに電子放出素子の製造方法を提供することができるものである。   The present invention can provide an electron-emitting device, a field emission cathode and a display device, and a method for manufacturing the electron-emitting device, which have the effect of reducing the electron emission voltage at a manufacturing cost lower than that of the conventional device. It is.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態の表示装置の構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る表示装置１００の模式的な概略断面図である。 (First embodiment)
First, the configuration of the display device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic schematic sectional view of a display device 100 according to the present embodiment.

図１に示すように、本実施の形態の表示装置１００は、印加された電界によって電子を放出する電界放出陰極基板１１０と、放出された電子を捕捉する陽極基板１５０とを備えている。   As shown in FIG. 1, the display device 100 according to the present embodiment includes a field emission cathode substrate 110 that emits electrons by an applied electric field, and an anode substrate 150 that captures the emitted electrons.

電界放出陰極基板１１０は、基板１１１と、基板１１１上に順次形成された陰極母線１１２、触媒金属膜１１３及び絶縁膜１１４と、電子を放出する炭素系微細繊維１１５とを備え、絶縁膜１１４は、亀裂１１４ａを有し、炭素系微細繊維１１５は、亀裂１１４ａ内の触媒金属膜１１３上に形成されている。ここで、電界放出陰極基板１１０は、本発明の電界放出陰極を構成している。また、触媒金属膜１１３、絶縁膜１１４及び炭素系微細繊維１１５は、本発明の電子放出素子を構成している。   The field emission cathode substrate 110 includes a substrate 111, a cathode bus 112, a catalytic metal film 113 and an insulating film 114 sequentially formed on the substrate 111, and carbon-based fine fibers 115 that emit electrons. The carbon-based fine fiber 115 has a crack 114a and is formed on the catalytic metal film 113 in the crack 114a. Here, the field emission cathode substrate 110 constitutes the field emission cathode of the present invention. Further, the catalytic metal film 113, the insulating film 114, and the carbon-based fine fibers 115 constitute the electron-emitting device of the present invention.

なお、図１は、炭素系微細繊維１１５が一列に並んだ部分の概略断面図を模式的に示したものであるが、本実施の形態の表示装置１００の構成はこれに限定されるものではなく、例えば炭素系微細繊維１１５がマトリクス状に配列された構成としてもよい。   1 schematically shows a schematic cross-sectional view of a portion where the carbon-based fine fibers 115 are arranged in a line, but the configuration of the display device 100 of the present embodiment is not limited to this. Alternatively, for example, the carbon-based fine fibers 115 may be arranged in a matrix.

基板１１１は、例えばガラス、セラミクス、シリコン等の絶縁性を有する材料や、表面を酸化させたシリコン基板のように表面を絶縁膜で覆った導電性を有する材料等で構成されている。   The substrate 111 is made of, for example, an insulating material such as glass, ceramics, or silicon, or a conductive material whose surface is covered with an insulating film, such as a silicon substrate whose surface is oxidized.

陰極母線１１２は、例えばクロム、アルミニウム、シリコン、ニオブ、金等の導電性を有する材料で構成され、触媒金属膜１１３と電気的に接続されている。   The cathode bus 112 is made of a conductive material such as chromium, aluminum, silicon, niobium, or gold, and is electrically connected to the catalytic metal film 113.

触媒金属膜１１３は、ＣＮＴやＧＮＦ等で構成される炭素系微細繊維１１５をＣＶＤ法で形成する際に炭化ガスの分解に供する材料をいい、例えば鉄やコバルト、ニッケル等の遷移金属、イットリウム等の希土類、パラジウムや白金等の貴金属、又はこれらの合金で構成されている。なお、触媒金属膜１１３は、炭素系微細繊維１１５を形成するためだけでなく、陰極母線１１２の形成も兼ねる構成とすることもできる。   The catalytic metal film 113 is a material that is used to decompose the carbonized gas when the carbon-based fine fibers 115 made of CNT, GNF, or the like are formed by a CVD method. For example, a transition metal such as iron, cobalt, or nickel, yttrium, or the like Rare earths, noble metals such as palladium and platinum, or alloys thereof. The catalyst metal film 113 can be configured not only to form the carbon-based fine fibers 115 but also to form the cathode bus 112.

絶縁膜１１４は、例えば酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム等により構成されている。   The insulating film 114 is made of, for example, silicon oxide, aluminum oxide, silicon nitride, aluminum nitride, or the like.

なお、本実施の形態において、特許請求の範囲に記載した第１の膜及び第２の膜とは、それぞれ、触媒金属膜１１３及び絶縁膜１１４をいう。また、特許請求の範囲の請求項１に記載した第１の膜と接触する第１の面とは、触媒金属膜１１３と接触する側の絶縁膜１１４の面をいい、第１の面と対向する第２の面とは、陽極基板１５０側の絶縁膜１１４の面をいう。   Note that in this embodiment mode, the first film and the second film described in the claims refer to the catalytic metal film 113 and the insulating film 114, respectively. In addition, the first surface in contact with the first film described in claim 1 refers to the surface of the insulating film 114 on the side in contact with the catalytic metal film 113 and is opposed to the first surface. The second surface is the surface of the insulating film 114 on the anode substrate 150 side.

炭素系微細繊維１１５は、ＣＮＴやＧＮＦ等で構成され、陰極母線１１２と陽極電極１５２（後述）との間に陽極電圧Ｖによって電子を放出するようになっている。なお、炭素系微細繊維１１５は、本発明の炭素系繊維を構成している。   The carbon-based fine fiber 115 is composed of CNT, GNF, or the like, and emits electrons between the cathode bus 112 and an anode electrode 152 (described later) by an anode voltage V. The carbon-based fine fibers 115 constitute the carbon-based fibers of the present invention.

陽極基板１５０は、基板１５１と、基板１５１上に形成された陽極電極１５２と、陽極電極１５２上に形成された蛍光体層１５３とを備えている。   The anode substrate 150 includes a substrate 151, an anode electrode 152 formed on the substrate 151, and a phosphor layer 153 formed on the anode electrode 152.

基板１５１は、例えばガラスのような透明性を有する基板で構成されている。陽極電極１５２は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：錫ドープ酸化インジウム）のような透明電極によって構成されている。蛍光体層１５３は、陽極電極１５２上に蛍光体が塗布されて形成されている。   The substrate 151 is made of a transparent substrate such as glass. The anode electrode 152 is made of a transparent electrode such as ITO (Indium Tin Oxide). The phosphor layer 153 is formed by applying a phosphor on the anode electrode 152.

本実施の形態に係る表示装置１００は、前述のように構成されており、陰極母線１１２と陽極電極１５２との間に陽極電圧Ｖが印加されると、炭素系微細繊維１１５によって電子が放出され、放出された電子は、陽極電極１５２の方向に進み、蛍光体層１５３を通過して蛍光体層１５３を発光させた後、陽極電極１５２に達する動作を行って、所定の画像を表示する。   The display device 100 according to the present embodiment is configured as described above, and when an anode voltage V is applied between the cathode bus 112 and the anode electrode 152, electrons are emitted by the carbon-based fine fibers 115. The emitted electrons travel in the direction of the anode electrode 152, pass through the phosphor layer 153, cause the phosphor layer 153 to emit light, and then reach the anode electrode 152 to display a predetermined image.

次に、本実施の形態に係る表示装置１００の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the display device 100 according to the present embodiment will be described.

最初に、本実施の形態に係る表示装置１００の電界放出陰極基板１１０の製造方法について図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態に係る電界放出陰極基板１１０の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図である。   First, a method for manufacturing the field emission cathode substrate 110 of the display device 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing each step of the manufacturing process of the field emission cathode substrate 110 according to the present embodiment.

まず、基板１１１上に陰極母線１１２を形成する（図２（ａ））。陰極母線１１２の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、印刷法等を用いる。   First, the cathode bus 112 is formed on the substrate 111 (FIG. 2A). For forming the cathode bus 112, for example, a sputtering method, a vapor deposition method, a printing method, or the like is used.

次いで、陰極母線１１２上に触媒金属膜１１３を形成する（図２（ｂ））。触媒金属膜１１３の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、ＣＶＤ法等を用いる。なお、触媒金属膜１１３が、炭素系微細繊維１１５の形成（後述）と、陰極母線１１２の形成とを兼ねる構成の場合は、前述の陰極母線１１２の形成工程を省略することもできる。   Next, a catalytic metal film 113 is formed on the cathode bus 112 (FIG. 2B). For the formation of the catalytic metal film 113, for example, a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD method, or the like is used. In the case where the catalytic metal film 113 is configured to serve as both the formation of carbon-based fine fibers 115 (described later) and the formation of the cathode bus 112, the above-described step of forming the cathode bus 112 can be omitted.

さらに、触媒金属膜１１３上に絶縁膜１１４を形成する（図２（ｃ））。絶縁膜１１４の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法等を用いる。ここで、後述する次工程において絶縁膜１１４に亀裂１１４ａを生じさせるため、従来の絶縁膜の形成工程とは異なる製造条件とする。   Further, an insulating film 114 is formed on the catalytic metal film 113 (FIG. 2C). For the formation of the insulating film 114, for example, a sputtering method or a vapor deposition method is used. Here, in order to generate a crack 114a in the insulating film 114 in the subsequent process described later, the manufacturing conditions are different from those in the conventional insulating film forming process.

すなわち、本工程の検討結果によれば、絶縁膜１１４の膜厚は３０ｎｍ以下が好ましく、また、絶縁膜１１４を成膜するための温度（以下「絶縁膜成膜温度」という。）は３００℃未満が好ましい。特に、スパッタリング法や蒸着法による従来の成膜時には、絶縁膜を成膜する基材と絶縁膜との密着性を向上させるために絶縁膜成膜温度を３００℃以上とするが、本実施の形態においては、絶縁膜１１４に亀裂１１４ａを生じさせ易くする目的で触媒金属膜１１３と絶縁膜１１４との密着性を従来よりも低減するため絶縁膜成膜温度を３００℃未満とするのが好ましい。そして、絶縁膜１１４に亀裂１１４ａを生じさせる際の環境温度は、検討結果によれば３００℃以上が好ましい。   That is, according to the examination result of this step, the thickness of the insulating film 114 is preferably 30 nm or less, and the temperature for forming the insulating film 114 (hereinafter referred to as “insulating film forming temperature”) is 300 ° C. Less than is preferable. In particular, during conventional film formation by sputtering or vapor deposition, the insulating film formation temperature is set to 300 ° C. or higher in order to improve the adhesion between the base material on which the insulating film is formed and the insulating film. In the embodiment, it is preferable to set the insulating film deposition temperature to less than 300 ° C. in order to reduce the adhesion between the catalytic metal film 113 and the insulating film 114 as compared with the prior art in order to easily cause the crack 114a in the insulating film 114. . Then, the environmental temperature when the crack 114a is generated in the insulating film 114 is preferably 300 ° C. or higher according to the examination result.

引き続き、好ましくは３００℃以上の環境において焼成することにより、絶縁膜１１４を貫通する亀裂１１４ａを生じさせる（図２（ｄ））。前述した絶縁膜１１４の形成工程において、絶縁膜成膜温度を３００℃未満として絶縁膜１１４を形成したので、触媒金属膜１１３と絶縁膜１１４との密着性が従来よりも低減されており、絶縁膜１１４に亀裂１１４ａを容易に生じさせることができる。なお、絶縁膜１１４に生じる亀裂１１４ａはランダムに分布する。また、図示を省略したが、絶縁膜１１４を貫通しない亀裂も生じる。   Subsequently, firing is preferably performed in an environment of 300 ° C. or higher, thereby generating a crack 114a penetrating the insulating film 114 (FIG. 2D). In the step of forming the insulating film 114 described above, the insulating film 114 is formed at an insulating film forming temperature of less than 300 ° C. Therefore, the adhesion between the catalytic metal film 113 and the insulating film 114 is reduced as compared with the conventional case. The film 114 can be easily cracked 114a. Note that the cracks 114a generated in the insulating film 114 are randomly distributed. Although not shown, a crack that does not penetrate the insulating film 114 also occurs.

そして、ＣＶＤ法により、ＣＮＴやＧＮＦ等の炭素系微細繊維１１５を形成する（図２（ｅ））。炭素系微細繊維１１５の形成には、例えば一酸化炭素や炭化水素等の炭化ガス、又はそれらのガスを含む混合ガスを使用した熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等を用いる。前工程において絶縁膜１１４に生じた、絶縁膜１１４を貫通する亀裂１１４ａ及び絶縁膜１１４を貫通しない亀裂の内、本工程において、絶縁膜１１４を貫通する亀裂１１４ａにより露出した触媒金属膜１１３上に炭素系微細繊維１１５が形成される。   Then, carbon-based fine fibers 115 such as CNT and GNF are formed by CVD (FIG. 2 (e)). For the formation of the carbon-based fine fibers 115, for example, a thermal CVD method or a plasma CVD method using a carbonized gas such as carbon monoxide or hydrocarbon, or a mixed gas containing these gases is used. Of the crack 114a penetrating the insulating film 114 and the crack not penetrating the insulating film 114 generated in the insulating film 114 in the previous process, in this step, on the catalyst metal film 113 exposed by the crack 114a penetrating the insulating film 114. A carbon-based fine fiber 115 is formed.

なお、図２（ｅ）は、炭素系微細繊維１１５が亀裂１１４ａ内の触媒金属膜１１３上に形成された状態を模式的に示すものであり、絶縁膜１１４を貫通する全ての亀裂１１４ａ内に炭素系微細繊維１１５が形成されることを限定して示すものではない。   FIG. 2 (e) schematically shows a state in which the carbon-based fine fibers 115 are formed on the catalytic metal film 113 in the crack 114a. In all the cracks 114a penetrating the insulating film 114, FIG. The formation of the carbon-based fine fibers 115 is not limited.

また、図２（ｅ）において、炭素系微細繊維１１５が複数の炭素系微細繊維で構成された例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、亀裂１１４ａ内の触媒金属膜１１３上に少なくとも１本の炭素系微細繊維が形成されればよい。   FIG. 2 (e) shows an example in which the carbon-based fine fibers 115 are composed of a plurality of carbon-based fine fibers, but the present invention is not limited to this, and the catalyst metal in the crack 114a. It is sufficient that at least one carbon-based fine fiber is formed on the film 113.

次に、本実施の形態に係る表示装置１００の陽極基板１５０の製造方法について説明する。なお、本実施の形態に係る陽極基板１５０の製造方法は、従来のものと同様なので図示を省略して概略を述べる。   Next, a method for manufacturing anode substrate 150 of display device 100 according to the present embodiment will be described. The manufacturing method of anode substrate 150 according to the present embodiment is the same as that of the conventional one, so that the illustration is omitted and the outline will be described.

まず、スパッタリング法や蒸着法等によって、基板１５１上に例えばＩＴＯを堆積して陽極電極１５２を形成する。次いで、蛍光体を陽極電極１５２上に塗布して蛍光体層１５３を形成することにより、陽極基板１５０が得られる。   First, for example, ITO is deposited on the substrate 151 by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like to form the anode electrode 152. Next, a phosphor is applied on the anode electrode 152 to form the phosphor layer 153, whereby the anode substrate 150 is obtained.

そして、図２（ａ）〜（ｄ）に示された製造工程で製造された電界放出陰極基板１１０と、前述の製造工程で製造された陽極基板１５０とが一定の間隔で対向配置されるようスペーサ（図示省略）が固着され、封着されて真空排気された後、チップオフされて表示装置１００が得られる。   Then, the field emission cathode substrate 110 manufactured in the manufacturing process shown in FIGS. 2A to 2D and the anode substrate 150 manufactured in the above-described manufacturing process are arranged to face each other at a constant interval. A spacer (not shown) is fixed, sealed, evacuated, and then chipped off to obtain the display device 100.

以上のように、本実施の形態の表示装置１００によれば、電界放出陰極基板１１０は、炭素系微細繊維１１５を形成するための触媒金属膜１１３と、この触媒金属膜１１３上に形成された絶縁膜１１４とを備え、絶縁膜１１４を貫通する亀裂１１４ａ内の触媒金属膜１１３上に炭素系微細繊維１１５を形成する構成としたので、炭素系微細繊維１１５の密度を減少させるための製造工数を従来のものよりも削減することができ、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。   As described above, according to the display device 100 of the present embodiment, the field emission cathode substrate 110 is formed on the catalytic metal film 113 for forming the carbon-based fine fibers 115 and the catalytic metal film 113. Since the carbon-based fine fibers 115 are formed on the catalytic metal film 113 in the crack 114a penetrating the insulating film 114, the number of manufacturing steps for reducing the density of the carbon-based fine fibers 115 is provided. Can be reduced as compared with the conventional one, and the electron emission voltage can be reduced at a lower manufacturing cost than the conventional one.

（第２の実施の形態）
まず、本発明の第２の実施の形態の表示装置の構成について図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る表示装置２００の模式的な概略断面図である。 (Second Embodiment)
First, the configuration of the display device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic schematic cross-sectional view of the display device 200 according to the present embodiment.

図３に示すように、本実施の形態の表示装置２００は、印加された電界によって電子を放出する電界放出陰極基板２１０と、放出された電子を捕捉する陽極基板２５０とを備えている。   As shown in FIG. 3, the display device 200 of the present embodiment includes a field emission cathode substrate 210 that emits electrons by an applied electric field, and an anode substrate 250 that captures the emitted electrons.

電界放出陰極基板２１０は、基板２１１と、基板２１１上に順次形成された陰極母線２１２、触媒金属膜２１３及び金属膜２１４と、電子を放出する炭素系微細繊維２１５とを備え、金属膜２１４は、亀裂２１４ａを有し、炭素系微細繊維２１５は、亀裂２１４ａ内の触媒金属膜２１３上に形成されている。ここで、電界放出陰極基板２１０は、本発明の電界放出陰極を構成している。また、触媒金属膜２１３、金属膜２１４及び炭素系微細繊維２１５は、本発明の電子放出素子を構成している。   The field emission cathode substrate 210 includes a substrate 211, a cathode bus 212, a catalytic metal film 213 and a metal film 214 that are sequentially formed on the substrate 211, and carbon-based fine fibers 215 that emit electrons. The fine carbon fiber 215 has a crack 214a, and is formed on the catalytic metal film 213 in the crack 214a. Here, the field emission cathode substrate 210 constitutes the field emission cathode of the present invention. In addition, the catalyst metal film 213, the metal film 214, and the carbon-based fine fiber 215 constitute the electron-emitting device of the present invention.

なお、本実施の形態において、特許請求の範囲に記載した第１の膜及び第２の膜とは、それぞれ、触媒金属膜２１３及び金属膜２１４をいう。また、特許請求の範囲の請求項１に記載した第１の膜と接触する第１の面とは、触媒金属膜２１３と接触する側の金属膜２１４の面をいい、第１の面と対向する第２の面とは、陽極基板２５０側の金属膜２１４の面をいう。   In the present embodiment, the first film and the second film described in the claims refer to the catalyst metal film 213 and the metal film 214, respectively. In addition, the first surface in contact with the first film described in claim 1 refers to the surface of the metal film 214 on the side in contact with the catalyst metal film 213 and is opposed to the first surface. The second surface is the surface of the metal film 214 on the anode substrate 250 side.

また、図３は、炭素系微細繊維２１５が一列に並んだ部分の概略断面図を模式的に示したものであるが、本実施の形態の表示装置２００の構成はこれに限定されるものではなく、例えば炭素系微細繊維２１５がマトリクス状に配列された構成としてもよい。   FIG. 3 schematically shows a schematic cross-sectional view of a portion where the carbon-based fine fibers 215 are arranged in a line, but the configuration of the display device 200 of the present embodiment is not limited to this. For example, the carbon-based fine fibers 215 may be arranged in a matrix.

また、本実施の形態に係る表示装置２００の構成は、本発明の第１の実施の形態に係る表示装置１００の絶縁膜１１４を金属膜２１４に代えたものである。この金属膜２１４は、例えばアルミニウムによって構成される。表示装置２００の金属膜２１４以外の構成は、表示装置１００と同様であるので説明は省略する。   Further, the configuration of the display device 200 according to the present embodiment is obtained by replacing the insulating film 114 of the display device 100 according to the first embodiment of the present invention with the metal film 214. The metal film 214 is made of aluminum, for example. Since the configuration of the display device 200 other than the metal film 214 is the same as that of the display device 100, description thereof is omitted.

また、本実施の形態に係る表示装置２００の動作は、本発明の第１の実施の形態に係る表示装置１００と同様であるので説明は省略する。   In addition, the operation of the display device 200 according to the present embodiment is the same as that of the display device 100 according to the first embodiment of the present invention, and a description thereof will be omitted.

次に、本実施の形態に係る表示装置２００の電界放出陰極基板２１０の製造方法について図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る電界放出陰極基板２１０の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図である。なお、本実施の形態に係る表示装置２００の陽極基板２５０の製造方法と、電界放出陰極基板２１０及び陽極基板２５０によって表示装置２００を製造する方法については、本発明の第１の実施の形態において説明したものと同様であるので省略する。   Next, a method for manufacturing the field emission cathode substrate 210 of the display device 200 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing each step of the manufacturing process of the field emission cathode substrate 210 according to the present embodiment. Note that the method for manufacturing the anode substrate 250 of the display device 200 according to the present embodiment and the method for manufacturing the display device 200 using the field emission cathode substrate 210 and the anode substrate 250 are described in the first embodiment of the present invention. Since it is the same as what was demonstrated, it abbreviate | omits.

まず、基板２１１上に陰極母線２１２を形成する（図４（ａ））。陰極母線２１２の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、印刷法等を用いる。   First, the cathode bus 212 is formed on the substrate 211 (FIG. 4A). For forming the cathode bus 212, for example, a sputtering method, a vapor deposition method, a printing method, or the like is used.

次いで、陰極母線２１２上に触媒金属膜２１３を形成する（図４（ｂ））。触媒金属膜２１３の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、ＣＶＤ法等を用いる。なお、触媒金属膜２１３が、炭素系微細繊維２１５の形成（後述）と、陰極母線２１２の形成とを兼ねる構成の場合は、前述の陰極母線２１２の形成工程を省略することもできる。   Next, a catalytic metal film 213 is formed on the cathode bus 212 (FIG. 4B). For the formation of the catalytic metal film 213, for example, a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD method or the like is used. In the case where the catalytic metal film 213 is configured to serve as both the formation of carbon-based fine fibers 215 (described later) and the formation of the cathode bus 212, the above-described step of forming the cathode bus 212 can be omitted.

さらに、触媒金属膜２１３上に例えば皮膜形成樹脂２１６をスピンコートにより塗布（図４（ｃ））した後、５０〜６０℃で乾燥する。皮膜形成樹脂２１６の代表的なものとしては、特許昭４７−２４４１６号公報に示されたフィルミング乳剤が知られている。このフィルミング乳剤は、（１）非水溶性皮膜形成アクリル樹脂共重合体を水中に分散した乳剤と、（２）コロイド状シリカを含む水溶液と、（３）過酸化水素を含む水溶液と、（４）ポリビニルアルコールの硼酸錯体と、（５）水酸化アンモニウム水溶液と、（６）水とを混合したものを用いる。   Further, for example, a film-forming resin 216 is applied onto the catalytic metal film 213 by spin coating (FIG. 4C), and then dried at 50 to 60 ° C. As a typical film forming resin 216, there is known a filming emulsion disclosed in Japanese Patent No. 47-24416. The filming emulsion comprises (1) an emulsion in which a water-insoluble film-forming acrylic resin copolymer is dispersed in water, (2) an aqueous solution containing colloidal silica, (3) an aqueous solution containing hydrogen peroxide, 4) A mixture of a boric acid complex of polyvinyl alcohol, (5) an aqueous ammonium hydroxide solution, and (6) water is used.

次いで、皮膜形成樹脂２１６上に金属膜２１４を形成する（図４（ｄ））。金属膜２１４の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法等を用いる。ここで、後述する次工程において金属膜２１４に亀裂２１４ａを生じさせるため、従来の金属膜の形成工程とは異なる製造条件とする。   Next, a metal film 214 is formed on the film forming resin 216 (FIG. 4D). For example, a sputtering method or a vapor deposition method is used to form the metal film 214. Here, in order to cause a crack 214a in the metal film 214 in the subsequent process described later, the manufacturing conditions are different from those in the conventional metal film forming process.

すなわち、本工程の検討結果によれば、金属膜２１４の膜厚は０．１μｍ〜０．８μｍが好ましく、また、金属膜２１４を成膜するための温度（以下「金属膜成膜温度」という。）は１００℃未満が好ましい。そして、金属膜２１４に亀裂２１４ａを形成する際の環境温度は、検討結果によれば３００℃以上が好ましく、４００℃以上がさらに好ましい。   That is, according to the examination result of this step, the film thickness of the metal film 214 is preferably 0.1 μm to 0.8 μm, and the temperature for forming the metal film 214 (hereinafter referred to as “metal film formation temperature”). .) Is preferably less than 100 ° C. And according to the examination result, 300 degreeC or more is preferable and the environmental temperature at the time of forming the crack 214a in the metal film 214 has more preferable 400 degreeC or more.

引き続き、好ましくは３００℃以上の環境、さらに好ましくは４００℃以上の環境において焼成することにより皮膜形成樹脂２１６を揮発させると、金属膜２１４を貫通する亀裂２１４ａが生じる（図４（ｅ））。これは、揮発した皮膜形成樹脂２１６が薄い金属膜２１４を押し破り、出ていくためである。なお、金属膜２１４に生じる亀裂２１４ａはランダムに分布する。また、図示を省略したが、金属膜２１４を貫通しない亀裂も生じる。   Subsequently, when the film forming resin 216 is volatilized by baking in an environment of preferably 300 ° C. or higher, more preferably 400 ° C. or higher, a crack 214a penetrating the metal film 214 is generated (FIG. 4E). This is because the volatilized film forming resin 216 pushes through the thin metal film 214 and comes out. The cracks 214a generated in the metal film 214 are randomly distributed. Although not shown, a crack that does not penetrate the metal film 214 also occurs.

そして、ＣＶＤ法により、ＣＮＴやＧＮＦ等の炭素系微細繊維２１５を形成する（図４（ｆ））。炭素系微細繊維２１５の形成には、例えば一酸化炭素や炭化水素等の炭化ガス、又はそれらのガスを含む混合ガスを使用した熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等を用いる。前工程において金属膜２１４に生じた、金属膜２１４を貫通する亀裂２１４ａ及び金属膜２１４を貫通しない亀裂の内、本工程において、金属膜２１４を貫通する亀裂２１４ａにより露出した触媒金属膜２１３上に炭素系微細繊維２１５が形成される。   Then, carbon-based fine fibers 215 such as CNT and GNF are formed by the CVD method (FIG. 4 (f)). For the formation of the carbon-based fine fibers 215, for example, a thermal CVD method or a plasma CVD method using a carbonized gas such as carbon monoxide or hydrocarbon, or a mixed gas containing these gases is used. Of the crack 214a penetrating the metal film 214 and the crack not penetrating the metal film 214 that occurred in the metal film 214 in the previous process, in the present process, on the catalyst metal film 213 exposed by the crack 214a penetrating the metal film 214. Carbon-based fine fibers 215 are formed.

なお、図４（ｆ）は、炭素系微細繊維２１５が亀裂２１４ａ内の触媒金属膜２１３上に形成された状態を模式的に示すものであり、金属膜２１４を貫通する全ての亀裂２１４ａ内に炭素系微細繊維２１５が形成されることを限定して示すものではない。   FIG. 4 (f) schematically shows a state in which the carbon-based fine fibers 215 are formed on the catalytic metal film 213 in the crack 214a, and in all the cracks 214a penetrating the metal film 214. It is not intended to limit the formation of the carbon-based fine fibers 215.

また、図４（ｆ）において、炭素系微細繊維２１５が複数の炭素系微細繊維で構成された例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、亀裂２１４ａ内の触媒金属膜２１３上に少なくとも１本の炭素系微細繊維が形成されればよい。   4 (f) shows an example in which the carbon-based fine fibers 215 are composed of a plurality of carbon-based fine fibers. However, the present invention is not limited to this, and the catalyst metal in the crack 214a. It is sufficient that at least one carbon-based fine fiber is formed on the film 213.

以上のように、本実施の形態の表示装置２００によれば、電界放出陰極基板２１０は、炭素系微細繊維２１５を形成するための触媒金属膜２１３と、この触媒金属膜２１３上に形成された金属膜２１４とを備え、金属膜２１４を貫通する亀裂２１４ａ内の触媒金属膜２１３上に炭素系微細繊維２１５を形成する構成としたので、炭素系微細繊維２１５の密度を減少させるための製造工数を従来のものよりも削減することができ、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。   As described above, according to the display device 200 of the present embodiment, the field emission cathode substrate 210 is formed on the catalytic metal film 213 for forming the carbon-based fine fibers 215 and the catalytic metal film 213. Since the carbon-based fine fiber 215 is formed on the catalytic metal film 213 in the crack 214a penetrating the metal film 214, the number of manufacturing steps for reducing the density of the carbon-based fine fiber 215 is provided. Can be reduced as compared with the conventional one, and the electron emission voltage can be reduced at a lower manufacturing cost than the conventional one.

（第３の実施の形態）
まず、本発明の第３の実施の形態の表示装置の構成について図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態に係る表示装置３００の模式的な概略断面図である。 (Third embodiment)
First, the configuration of the display device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic schematic cross-sectional view of display device 300 according to the present embodiment.

図５に示すように、本実施の形態の表示装置３００は、印加された電界によって電子を放出する電界放出陰極基板３１０と、放出された電子を捕捉する陽極基板３５０とを備えている。   As shown in FIG. 5, the display device 300 of the present embodiment includes a field emission cathode substrate 310 that emits electrons by an applied electric field, and an anode substrate 350 that captures the emitted electrons.

電界放出陰極基板３１０は、基板３１１と、基板３１１上に順次形成された陰極母線３１２、ゲート絶縁層３１３及びゲート電極３１４と、陰極母線３１２上に形成された触媒金属膜３１５と、触媒金属膜３１５上に形成された絶縁膜３１６と、電子を放出する炭素系微細繊維３１７とを備えている。ゲート電極３１４は、ゲート開口部３１４ａを有し、絶縁膜３１６は、亀裂３１６ａを有し、炭素系微細繊維３１７は、亀裂３１６ａ内の触媒金属膜３１５上に形成されている。ここで、電界放出陰極基板３１０は、本発明の電界放出陰極を構成している。また、触媒金属膜３１５、絶縁膜３１６及び炭素系微細繊維３１７は、本発明の電子放出素子を構成している。   The field emission cathode substrate 310 includes a substrate 311, a cathode bus 312 that is sequentially formed on the substrate 311, a gate insulating layer 313 and a gate electrode 314, a catalyst metal film 315 that is formed on the cathode bus 312, and a catalyst metal film. An insulating film 316 formed on 315 and carbon-based fine fibers 317 that emit electrons are provided. The gate electrode 314 has a gate opening 314a, the insulating film 316 has a crack 316a, and the carbon-based fine fibers 317 are formed on the catalytic metal film 315 in the crack 316a. Here, the field emission cathode substrate 310 constitutes the field emission cathode of the present invention. Further, the catalytic metal film 315, the insulating film 316, and the carbon-based fine fiber 317 constitute the electron-emitting device of the present invention.

なお、図５は、炭素系微細繊維３１７が一列に並んだ部分の概略断面図を模式的に示したものであるが、本実施の形態の表示装置３００の構成はこれに限定されるものではなく、例えば炭素系微細繊維３１７がランダムに配列された構成としてもよい。   FIG. 5 schematically shows a schematic cross-sectional view of the portion where the carbon-based fine fibers 317 are arranged in a line, but the configuration of the display device 300 of the present embodiment is not limited to this. For example, it is good also as a structure by which the carbon-type fine fiber 317 was arranged at random.

基板３１１は、例えばガラス、セラミクス、シリコン等の絶縁性を有する材料や、表面を酸化させたシリコン基板のように表面を絶縁膜で覆った導電性を有する材料等で構成されている。   The substrate 311 is made of, for example, an insulating material such as glass, ceramics, or silicon, or a conductive material whose surface is covered with an insulating film, such as a silicon substrate whose surface is oxidized.

陰極母線３１２は、例えばクロム、アルミニウム、シリコン、ニオブ、金等の導電性を有する材料で構成され、触媒金属膜３１５と電気的に接続されている。   The cathode bus 312 is made of a conductive material such as chromium, aluminum, silicon, niobium, or gold, and is electrically connected to the catalytic metal film 315.

ゲート絶縁層３１３は、例えば酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム等により構成されている。   The gate insulating layer 313 is made of, for example, silicon oxide, aluminum oxide, silicon nitride, aluminum nitride, or the like.

ゲート電極３１４は、例えばクロム、アルミニウム、シリコン、ニオブ、金等の導電性を有する材料で構成されている。なお、ゲート電極３１４は、本発明の電子引出電極を構成している。   The gate electrode 314 is made of a conductive material such as chromium, aluminum, silicon, niobium, or gold. The gate electrode 314 constitutes the electron extraction electrode of the present invention.

触媒金属膜３１５は、例えば鉄やコバルト、ニッケル等の遷移金属、イットリウム等の希土類、パラジウムや白金等の貴金属、又はこれらの合金で構成されている。なお、触媒金属膜３１５は、炭素系微細繊維を形成するためだけでなく、陰極母線３１２の形成も兼ねる構成とすることもできる。   The catalytic metal film 315 is made of, for example, a transition metal such as iron, cobalt, or nickel, a rare earth such as yttrium, a noble metal such as palladium or platinum, or an alloy thereof. The catalytic metal film 315 can be configured not only to form carbon-based fine fibers but also to form the cathode bus 312.

絶縁膜３１６は、例えば酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム等により構成されている。   The insulating film 316 is made of, for example, silicon oxide, aluminum oxide, silicon nitride, aluminum nitride, or the like.

なお、本実施の形態において、特許請求の範囲の請求項１に記載した第１の膜及び第２の膜とは、それぞれ、触媒金属膜３１５及び絶縁膜３１６をいう。また、特許請求の範囲の請求項１に記載した第１の膜と接触する第１の面とは、触媒金属膜３１５と接触する側の絶縁膜３１６の面をいい、第１の面と対向する第２の面とは、陽極基板３５０側の絶縁膜３１６の面をいう。   In the present embodiment, the first film and the second film described in claim 1 of the claims refer to the catalytic metal film 315 and the insulating film 316, respectively. Further, the first surface in contact with the first film described in claim 1 refers to the surface of the insulating film 316 in contact with the catalytic metal film 315 and is opposed to the first surface. The second surface is the surface of the insulating film 316 on the anode substrate 350 side.

炭素系微細繊維３１７は、ＣＮＴやＧＮＦ等で構成され、陰極母線３１２とゲート電極３１４との間に印加されるゲート電圧Ｖ１によって電子を放出するようになっている。なお、炭素系微細繊維３１７は、本発明の炭素系繊維を構成している。   The carbon-based fine fiber 317 is composed of CNT, GNF, or the like, and emits electrons by a gate voltage V1 applied between the cathode bus 312 and the gate electrode 314. The carbon-based fine fiber 317 constitutes the carbon-based fiber of the present invention.

陽極基板３５０は、基板３５１と、基板３５１上に形成された陽極電極３５２と、陽極電極３５２上に形成された蛍光体層３５３とを備えている。   The anode substrate 350 includes a substrate 351, an anode electrode 352 formed on the substrate 351, and a phosphor layer 353 formed on the anode electrode 352.

基板３５１は、例えばガラスのような透明性を有する基板で構成されている。陽極電極３５２は、例えばＩＴＯのような透明電極によって構成されている。蛍光体層３５３は、陽極電極３５２上に蛍光体が塗布されて形成されている。   The substrate 351 is made of a transparent substrate such as glass. The anode electrode 352 is made of a transparent electrode such as ITO. The phosphor layer 353 is formed by applying a phosphor on the anode electrode 352.

本実施の形態に係る表示装置３００は、前述のように構成されており、陰極母線３１２とゲート電極３１４との間にゲート電圧Ｖ１が印加されると、炭素系微細繊維３１７によって電子が放出され、放出された電子は、ゲート電極３１４と陽極電極３５２との間の陽極電圧Ｖ２によって加速されて陽極電極３５２の方向に進み、蛍光体層３５３を通過して蛍光体層３５３を発光させた後、陽極電極３５２に達する動作を行って、所定の画像を表示する。   The display device 300 according to the present embodiment is configured as described above, and when the gate voltage V1 is applied between the cathode bus 312 and the gate electrode 314, electrons are emitted by the carbon-based fine fibers 317. The emitted electrons are accelerated by the anode voltage V2 between the gate electrode 314 and the anode electrode 352, travel in the direction of the anode electrode 352, pass through the phosphor layer 353, and cause the phosphor layer 353 to emit light. Then, an operation to reach the anode electrode 352 is performed to display a predetermined image.

次に、本実施の形態に係る表示装置３００の電界放出陰極基板３１０の製造方法について図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態に係る電界放出陰極基板３１０の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図である。なお、本実施の形態に係る表示装置３００の陽極基板３５０の製造方法と、電界放出陰極基板３１０及び陽極基板３５０によって表示装置３００を製造する方法については、本発明の第１の実施の形態において説明したものと同様であるので省略する。   Next, a method for manufacturing the field emission cathode substrate 310 of the display device 300 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing each step of the manufacturing process of the field emission cathode substrate 310 according to the present embodiment. Note that the manufacturing method of the anode substrate 350 of the display device 300 according to this embodiment and the method of manufacturing the display device 300 using the field emission cathode substrate 310 and the anode substrate 350 are described in the first embodiment of the present invention. Since it is the same as what was demonstrated, it abbreviate | omits.

まず、基板３１１上に陰極母線３１２を形成する（図６（ａ））。陰極母線３１２の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、印刷法等を用いる。   First, the cathode bus 312 is formed on the substrate 311 (FIG. 6A). For forming the cathode bus 312, for example, a sputtering method, a vapor deposition method, a printing method, or the like is used.

次いで、陰極母線３１２上にゲート絶縁層３１３を形成する（図６（ｂ））。ゲート絶縁層３１３の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、印刷法等を用い、ゲート絶縁層３１３の膜厚は、概ね１μｍ〜２０μｍ程度が好ましい。   Next, a gate insulating layer 313 is formed on the cathode bus 312 (FIG. 6B). The gate insulating layer 313 is formed using, for example, a sputtering method, a vapor deposition method, a printing method, or the like. The thickness of the gate insulating layer 313 is preferably about 1 μm to 20 μm.

さらに、ゲート絶縁層３１３上にゲート電極３１４を形成する（図６（ｃ））。ゲート電極３１４の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、印刷法等を用いる。   Further, a gate electrode 314 is formed on the gate insulating layer 313 (FIG. 6C). For example, a sputtering method, a vapor deposition method, a printing method, or the like is used for forming the gate electrode 314.

次いで、ゲート開口部３１４ａを形成するため、ゲート電極３１４上にマスク層３１８を形成する（図６（ｄ））。マスク層３１８は、ゲート開口部３１４ａの形成範囲のみを取り除くようゲート電極３１４上にパターニングされる。また、後述の工程においてマスク層３１８を剥離する際に使用する剥離液が、後述する触媒金属膜３１５が陰極母線３１２から剥離しないような選択性を有するレジストや金属膜等をマスク層３１８として用いる。例えば従来の半導体製造工程で用いられているようなフォトレジストをマスク層３１８として用いる。   Next, a mask layer 318 is formed on the gate electrode 314 in order to form the gate opening 314a (FIG. 6D). The mask layer 318 is patterned on the gate electrode 314 so as to remove only the formation range of the gate opening 314a. Further, a resist or a metal film having a selectivity such that a catalyst metal film 315 described later does not separate from the cathode bus 312 is used as the mask layer 318 as a stripping solution used when the mask layer 318 is removed in a process described later. . For example, a photoresist used in a conventional semiconductor manufacturing process is used as the mask layer 318.

続いて、ゲート電極３１４及びゲート絶縁層３１３をエッチングし、ゲート開口部３１４ａを形成し、陰極母線３１２を露出させる（図６（ｅ））。ゲート開口部３１４ａの形成には、ウェットエッチング法やドライエッチング法等を用いる。   Subsequently, the gate electrode 314 and the gate insulating layer 313 are etched to form a gate opening 314a and expose the cathode bus 312 (FIG. 6E). For forming the gate opening 314a, a wet etching method, a dry etching method, or the like is used.

次いで、マスク層３１８上と、露出した陰極母線３１２上とに触媒金属膜３１５を形成する（図６（ｆ））。触媒金属膜３１５の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、ＣＶＤ法等を用いる。   Next, a catalytic metal film 315 is formed on the mask layer 318 and on the exposed cathode bus 312 (FIG. 6F). For the formation of the catalytic metal film 315, for example, a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD method, or the like is used.

さらに、触媒金属膜３１５上に絶縁膜３１６を形成する（図６（ｇ））。ここで、後述する次工程において絶縁膜３１６に亀裂３１６ａを生じさせるため、従来の絶縁膜の形成工程とは異なる製造条件とする。   Further, an insulating film 316 is formed on the catalytic metal film 315 (FIG. 6G). Here, in order to cause a crack 316a in the insulating film 316 in the next process described later, the manufacturing conditions are different from those of the conventional insulating film forming process.

すなわち、本工程の検討結果によれば、絶縁膜３１６の膜厚は３０ｎｍ程度以下が好ましく、また、絶縁膜成膜温度は３００℃未満が好ましい。そして、絶縁膜３１６に亀裂３１６ａを形成する際の環境温度は、検討結果によれば３００℃以上が好ましい。   That is, according to the examination result of this step, the thickness of the insulating film 316 is preferably about 30 nm or less, and the insulating film deposition temperature is preferably less than 300 ° C. The environmental temperature when forming the crack 316a in the insulating film 316 is preferably 300 ° C. or higher according to the examination results.

引き続き、リフトオフ法により、ゲート電極３１４上に形成された触媒金属膜３１５及び絶縁膜３１６と共にマスク層３１８をゲート電極３１４から剥離する（図６（ｈ））。   Subsequently, the mask layer 318 is peeled off from the gate electrode 314 together with the catalytic metal film 315 and the insulating film 316 formed on the gate electrode 314 by a lift-off method (FIG. 6H).

次いで、好ましくは３００℃以上の環境において焼成することにより、絶縁膜３１６を貫通する亀裂３１６ａを生じさせる（図６（ｉ））。前述した絶縁膜３１６の形成工程において、絶縁膜成膜温度を３００℃未満として絶縁膜３１６を形成したので、触媒金属膜３１５と絶縁膜３１６との密着性が従来よりも低減されており、絶縁膜３１６に亀裂３１６ａを容易に生じさせることができる。なお、絶縁膜３１６に生じる亀裂３１６ａはランダムに分布する。また、図示を省略したが、絶縁膜３１６を貫通しない亀裂も生じる。   Next, a crack 316a penetrating the insulating film 316 is generated by firing in an environment of 300 ° C. or higher (FIG. 6 (i)). In the process of forming the insulating film 316 described above, the insulating film 316 is formed with the insulating film forming temperature lower than 300 ° C. Therefore, the adhesion between the catalytic metal film 315 and the insulating film 316 is reduced as compared with the conventional case, and the insulating film 316 is insulated. The film 316 can be easily cracked 316a. Note that the cracks 316a generated in the insulating film 316 are randomly distributed. Although not shown, a crack that does not penetrate the insulating film 316 also occurs.

そして、ＣＶＤ法により、ＣＮＴやＧＮＦ等の炭素系微細繊維３１７を形成する（図６（ｊ））。炭素系微細繊維３１７の形成には、例えば一酸化炭素や炭化水素等の炭化ガス、又はそれらのガスを含む混合ガスを使用した熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法を用いる。前工程において絶縁膜３１６に生じた、絶縁膜３１６を貫通する亀裂３１６ａ及び絶縁膜３１６を貫通しない亀裂の内、本工程において、絶縁膜３１６を貫通する亀裂３１６ａにより露出した触媒金属膜３１５上に炭素系微細繊維３１７が形成される。   Then, carbon-based fine fibers 317 such as CNT and GNF are formed by the CVD method (FIG. 6 (j)). For the formation of the carbon-based fine fibers 317, for example, a thermal CVD method or a plasma CVD method using a carbonized gas such as carbon monoxide or hydrocarbon, or a mixed gas containing these gases is used. Of the crack 316a that penetrates the insulating film 316 and the crack that does not penetrate the insulating film 316 generated in the insulating film 316 in the previous process, in this step, the catalyst metal film 315 is exposed on the crack 316a that penetrates the insulating film 316. A carbon-based fine fiber 317 is formed.

なお、図６（ｊ）は、炭素系微細繊維３１７が亀裂３１６ａ内の触媒金属膜３１５上に形成された状態を模式的に示すものであり、絶縁膜３１６を貫通する全ての亀裂３１６ａ内に炭素系微細繊維３１７が形成されることを限定して示すものではない。   FIG. 6 (j) schematically shows a state in which the carbon-based fine fibers 317 are formed on the catalytic metal film 315 in the crack 316 a, and in all the cracks 316 a penetrating the insulating film 316. The formation of the carbon-based fine fibers 317 is not limited.

また、図６（ｊ）において、炭素系微細繊維３１７が複数の炭素系微細繊維で構成された例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、亀裂３１６ａ内の触媒金属膜３１５上に少なくとも１本の炭素系微細繊維が形成されればよい。   6 (j) shows an example in which the carbon-based fine fibers 317 are composed of a plurality of carbon-based fine fibers, but the present invention is not limited to this, and the catalytic metal in the crack 316a. It is sufficient that at least one carbon-based fine fiber is formed on the film 315.

以上のように、本実施の形態の表示装置３００によれば、電界放出陰極基板３１０は、炭素系微細繊維３１７を形成するための触媒金属膜３１５と、この触媒金属膜３１５上に形成された絶縁膜３１６とを備え、絶縁膜３１６を貫通する亀裂３１６ａ内の触媒金属膜３１５上に炭素系微細繊維３１７を形成する構成としたので、炭素系微細繊維３１７の密度を減少させるための製造工数を従来のものよりも削減することができ、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。   As described above, according to the display device 300 of the present embodiment, the field emission cathode substrate 310 is formed on the catalytic metal film 315 for forming the carbon-based fine fibers 317 and the catalytic metal film 315. Since the carbon-based fine fibers 317 are formed on the catalytic metal film 315 in the crack 316a penetrating the insulating film 316, the number of manufacturing steps for reducing the density of the carbon-based fine fibers 317 is provided. Can be reduced as compared with the conventional one, and the electron emission voltage can be reduced at a lower manufacturing cost than the conventional one.

（第４の実施の形態）
まず、本発明の第４の実施の形態の表示装置の構成について図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態に係る表示装置４００の模式的な概略断面図である。 (Fourth embodiment)
First, the configuration of a display device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic schematic cross-sectional view of display device 400 according to the present embodiment.

図７に示すように、本実施の形態の表示装置４００は、印加された電界によって電子を放出する電界放出陰極基板４１０と、放出された電子を捕捉する陽極基板４５０とを備えている。   As shown in FIG. 7, the display device 400 of the present embodiment includes a field emission cathode substrate 410 that emits electrons by an applied electric field, and an anode substrate 450 that captures the emitted electrons.

電界放出陰極基板４１０は、基板４１１と、基板４１１上に順次形成された陰極母線４１２、ゲート絶縁層４１３及びゲート電極４１４と、陰極母線４１２上に形成された触媒金属膜４１５と、触媒金属膜４１５上に形成された金属膜４１６と、電子を放出する炭素系微細繊維４１７とを備えている。ゲート電極４１４は、ゲート開口部４１４ａを有し、金属膜４１６は、亀裂４１６ａを有し、炭素系微細繊維４１７は、亀裂４１６ａ内の触媒金属膜４１５上に形成されている。ここで、電界放出陰極基板４１０は、本発明の電界放出陰極を構成している。また、触媒金属膜４１５、金属膜４１６及び炭素系微細繊維４１７は、本発明の電子放出素子を構成している。   The field emission cathode substrate 410 includes a substrate 411, a cathode bus 412 formed sequentially on the substrate 411, a gate insulating layer 413 and a gate electrode 414, a catalyst metal film 415 formed on the cathode bus 412, and a catalyst metal film. A metal film 416 formed on 415 and carbon-based fine fibers 417 that emit electrons are provided. The gate electrode 414 has a gate opening 414a, the metal film 416 has a crack 416a, and the carbon-based fine fibers 417 are formed on the catalyst metal film 415 in the crack 416a. Here, the field emission cathode substrate 410 constitutes the field emission cathode of the present invention. Further, the catalyst metal film 415, the metal film 416, and the carbon-based fine fiber 417 constitute the electron-emitting device of the present invention.

なお、本実施の形態において、特許請求の範囲に記載した第１の膜及び第２の膜とは、それぞれ、触媒金属膜４１５及び金属膜４１６をいう。また、特許請求の範囲の請求項１に記載した第１の膜と接触する第１の面とは、触媒金属膜４１５と接触する側の金属膜４１６の面をいい、第１の面と対向する第２の面とは、陽極基板４５０側の金属膜４１６の面をいう。   Note that in this embodiment, the first film and the second film described in the claims refer to the catalyst metal film 415 and the metal film 416, respectively. Further, the first surface in contact with the first film described in claim 1 of the claims refers to the surface of the metal film 416 on the side in contact with the catalytic metal film 415 and is opposed to the first surface. The second surface is the surface of the metal film 416 on the anode substrate 450 side.

また、図７は、炭素系微細繊維４１７が一列に並んだ部分の概略断面図を模式的に示したものであるが、本実施の形態の表示装置４００の構成はこれに限定されるものではなく、例えば炭素系微細繊維４１７がランダムに配列された構成としてもよい。   Further, FIG. 7 schematically shows a schematic cross-sectional view of a portion where the carbon-based fine fibers 417 are arranged in a line, but the configuration of the display device 400 of the present embodiment is not limited to this. For example, it is good also as a structure by which the carbon-type fine fiber 417 was arranged at random.

また、本実施の形態に係る表示装置４００の構成は、本発明の第３の実施の形態に係る表示装置３００の絶縁膜３１６を金属膜４１６に代えたものである。この金属膜４１６は、例えばアルミニウムによって構成される。表示装置４００の金属膜４１６以外の構成は、表示装置３００と同様であるので説明は省略する。   The configuration of the display device 400 according to the present embodiment is obtained by replacing the insulating film 316 of the display device 300 according to the third embodiment of the present invention with a metal film 416. The metal film 416 is made of, for example, aluminum. Since the configuration of the display device 400 other than the metal film 416 is the same as that of the display device 300, description thereof is omitted.

また、本実施の形態に係る表示装置４００の動作は、本発明の第３の実施の形態に係る表示装置３００と同様であるので説明は省略する。   The operation of the display device 400 according to the present embodiment is the same as that of the display device 300 according to the third embodiment of the present invention, and a description thereof will be omitted.

次に、本実施の形態に係る表示装置４００の電界放出陰極基板４１０の製造方法について図８を用いて説明する。図８は、本実施の形態に係る電界放出陰極基板４１０の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図である。なお、本実施の形態に係る表示装置４００の陽極基板４５０の製造方法と、電界放出陰極基板４１０及び陽極基板４５０によって表示装置４００を製造する方法については、本発明の第１の実施の形態において説明したものと同様であるので省略する。   Next, a method for manufacturing the field emission cathode substrate 410 of the display device 400 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing each step of the manufacturing process of the field emission cathode substrate 410 according to the present embodiment. Note that the manufacturing method of the anode substrate 450 of the display device 400 according to this embodiment and the method of manufacturing the display device 400 using the field emission cathode substrate 410 and the anode substrate 450 are described in the first embodiment of the present invention. Since it is the same as what was demonstrated, it abbreviate | omits.

まず、基板４１１上に陰極母線４１２を形成する（図８（ａ））。陰極母線４１２の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、印刷法等を用いる。   First, the cathode bus 412 is formed on the substrate 411 (FIG. 8A). For forming the cathode bus 412, for example, a sputtering method, a vapor deposition method, a printing method, or the like is used.

次いで、陰極母線４１２上にゲート絶縁層４１３を形成する（図８（ｂ））。ゲート絶縁層４１３の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、印刷法等を用い、ゲート絶縁層４１３の膜厚は、概ね１μｍ〜２０μｍ程度が好ましい。   Next, a gate insulating layer 413 is formed on the cathode bus 412 (FIG. 8B). The gate insulating layer 413 is formed using, for example, a sputtering method, a vapor deposition method, a printing method, or the like. The thickness of the gate insulating layer 413 is preferably about 1 μm to 20 μm.

さらに、ゲート絶縁層４１３上にゲート電極４１４を形成する（図８（ｃ））。ゲート電極４１４の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、印刷法等を用いる。   Further, a gate electrode 414 is formed on the gate insulating layer 413 (FIG. 8C). For the formation of the gate electrode 414, for example, a sputtering method, a vapor deposition method, a printing method, or the like is used.

次いで、ゲート開口部４１４ａを形成するため、ゲート電極４１４上にマスク層４１８を形成する（図８（ｄ））。マスク層４１８は、ゲート開口部４１４ａの形成範囲のみを取り除くようゲート電極４１４上にパターニングされている。また、後述の工程においてマスク層４１８を剥離する際に使用する剥離液が、後述する触媒金属膜４１５、皮膜形成樹脂４１９及び金属膜４１６を陰極母線４１２から剥離しないような選択性を有する絶縁膜や金属膜等をマスク層４１８として用いる。例えば銅をマスク層４１８として用いる。   Next, a mask layer 418 is formed over the gate electrode 414 in order to form the gate opening 414a (FIG. 8D). The mask layer 418 is patterned on the gate electrode 414 so as to remove only the formation range of the gate opening 414a. In addition, an insulating film having a selectivity such that a stripping solution used when stripping the mask layer 418 in a later-described process does not strip a catalytic metal film 415, a film-forming resin 419, and a metal film 416, which will be described later, from the cathode bus 412. Or a metal film or the like is used as the mask layer 418. For example, copper is used as the mask layer 418.

続いて、ゲート電極４１４及びゲート絶縁層４１３をエッチングし、ゲート開口部４１４ａを形成し、陰極母線４１２を露出させる（図８（ｅ））。ゲート開口部４１４ａの形成には、ウェットエッチング法やドライエッチング法等を用いる。   Subsequently, the gate electrode 414 and the gate insulating layer 413 are etched to form a gate opening 414a and expose the cathode bus 412 (FIG. 8E). A wet etching method, a dry etching method, or the like is used to form the gate opening 414a.

次いで、マスク層４１８上と、露出した陰極母線４１２上とに触媒金属膜４１５を形成する（図８（ｆ））。触媒金属膜４１５の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法、ＣＶＤ法等を用いる。   Next, a catalytic metal film 415 is formed on the mask layer 418 and on the exposed cathode bus 412 (FIG. 8F). For the formation of the catalytic metal film 415, for example, a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD method, or the like is used.

さらに、触媒金属膜４１５上に皮膜形成樹脂４１９を例えばスピンコートにより塗布（図８（ｇ））した後、５０〜６０℃で乾燥する。なお、皮膜形成樹脂４１９としてはフィルミング乳剤があり、このフィルミング乳剤については本発明の第２の実施の形態において説明したので省略する。   Further, a film forming resin 419 is applied on the catalytic metal film 415 by, for example, spin coating (FIG. 8G), and then dried at 50 to 60 ° C. The film-forming resin 419 includes a filming emulsion, and since this filming emulsion has been described in the second embodiment of the present invention, it will be omitted.

次いで、皮膜形成樹脂４１９上に金属膜４１６を形成する（図８（ｈ））。金属膜４１６の形成には、例えばスパッタリング法や蒸着法等を用いる。ここで、後述する次工程において金属膜４１６に亀裂４１６ａを形成するため、従来の金属膜の形成工程とは異なる製造条件とする。   Next, a metal film 416 is formed on the film forming resin 419 (FIG. 8H). For the formation of the metal film 416, for example, a sputtering method or a vapor deposition method is used. Here, since the crack 416a is formed in the metal film 416 in the subsequent process described later, the manufacturing conditions are different from those of the conventional metal film forming process.

すなわち、本工程の検討結果によれば、金属膜４１６の膜厚は０．１μｍ〜０．８μｍが好ましく、また、金属膜成膜温度は１００℃未満が好ましい。そして、金属膜４１６に亀裂４１６ａを形成する際の環境温度は、検討結果によれば３００℃以上が好ましく、４００℃以上がさらに好ましい。   That is, according to the examination result of this step, the thickness of the metal film 416 is preferably 0.1 μm to 0.8 μm, and the metal film deposition temperature is preferably less than 100 ° C. And according to the examination result, 300 degreeC or more is preferable and the environmental temperature at the time of forming the crack 416a in the metal film 416 has more preferable 400 degreeC or more.

引き続き、リフトオフ法により、ゲート電極４１４上に形成された触媒金属膜４１５、皮膜形成樹脂４１９及び金属膜４１６と共にマスク層４１８をゲート電極４１４から剥離する（図８（ｉ））。   Subsequently, the mask layer 418 is peeled from the gate electrode 414 together with the catalytic metal film 415, the film forming resin 419, and the metal film 416 formed on the gate electrode 414 by a lift-off method (FIG. 8I).

次いで、好ましくは３００℃以上の環境、さらに好ましくは４００℃以上の環境において焼成することにより皮膜形成樹脂４１９を揮発させると、金属膜４１６を貫通する亀裂４１６ａが生じる（図８（ｊ））。これは、揮発した皮膜形成樹脂４１９が薄い金属膜４１６を押し破り、出ていくためである。なお、金属膜４１６に生じる亀裂４１６ａはランダムに分布する。また、図示を省略したが、金属膜４１６を貫通しない亀裂も生じる。   Next, when the film forming resin 419 is volatilized by baking in an environment of 300 ° C. or higher, more preferably 400 ° C. or higher, a crack 416a penetrating the metal film 416 is generated (FIG. 8 (j)). This is because the volatilized film forming resin 419 pushes through the thin metal film 416 and exits. Note that the cracks 416a generated in the metal film 416 are randomly distributed. Although not shown, a crack that does not penetrate the metal film 416 also occurs.

そして、ＣＶＤ法により、ＣＮＴやＧＮＦ等の炭素系微細繊維４１７を形成する（図８（ｋ））。炭素系微細繊維４１７の形成には、例えば一酸化炭素や炭化水素等の炭化ガス、又はそれらのガスを含む混合ガスを使用した熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法を用いる。
前工程において金属膜４１６に生じた、金属膜４１６を貫通する亀裂４１６ａ及び金属膜４１６を貫通しない亀裂の内、本工程において、金属膜４１６を貫通する亀裂４１６ａにより露出した触媒金属膜４１５上に炭素系微細繊維４１７が形成される。 Then, carbon-based fine fibers 417 such as CNT and GNF are formed by the CVD method (FIG. 8 (k)). For the formation of the carbon-based fine fibers 417, for example, a thermal CVD method or a plasma CVD method using a carbonized gas such as carbon monoxide or hydrocarbon, or a mixed gas containing these gases is used.
Of the crack 416a that penetrates the metal film 416 and the crack that does not penetrate the metal film 416 generated in the metal film 416 in the previous process, in this process, on the catalyst metal film 415 exposed by the crack 416a that penetrates the metal film 416. A carbon-based fine fiber 417 is formed.

なお、図８（ｋ）は、炭素系微細繊維４１７が亀裂４１６ａ内の触媒金属膜４１５上に形成された状態を模式的に示すものであり、金属膜４１６を貫通する全ての亀裂４１６ａ内に炭素系微細繊維４１７が形成されることを限定して示すものではない。   FIG. 8 (k) schematically shows a state in which the carbon-based fine fibers 417 are formed on the catalytic metal film 415 in the crack 416a. In all the cracks 416a penetrating the metal film 416, FIG. The formation of the carbon-based fine fibers 417 is not limited.

また、図８（ｋ）において、炭素系微細繊維４１７が複数の炭素系微細繊維で構成された例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、亀裂４１６ａ内の触媒金属膜４１５上に少なくとも１本の炭素系微細繊維が形成されればよい。   8 (k) shows an example in which the carbon-based fine fibers 417 are composed of a plurality of carbon-based fine fibers, but the present invention is not limited to this, and the catalyst metal in the crack 416a. It is sufficient that at least one carbon-based fine fiber is formed on the film 415.

以上のように、本実施の形態の表示装置４００によれば、電界放出陰極基板４１０は、炭素系微細繊維４１７を形成するための触媒金属膜４１５と、この触媒金属膜４１５上に形成された金属膜４１６とを備え、金属膜４１６を貫通する亀裂４１６ａ内の触媒金属膜４１５上に炭素系微細繊維４１７を形成する構成としたので、炭素系微細繊維４１７の密度を減少させるための製造工数を従来のものよりも削減することができ、従来のものよりも低い製造コストで電子放出電圧を低減することができる。   As described above, according to the display device 400 of the present embodiment, the field emission cathode substrate 410 is formed on the catalytic metal film 415 for forming the carbon-based fine fibers 417 and the catalytic metal film 415. Since the carbon-based fine fibers 417 are formed on the catalyst metal film 415 in the crack 416a penetrating the metal film 416, the number of manufacturing steps for reducing the density of the carbon-based fine fibers 417 is provided. Can be reduced as compared with the conventional one, and the electron emission voltage can be reduced at a lower manufacturing cost than the conventional one.

本発明の第１の実施の形態に係る表示装置の模式的な概略断面図1 is a schematic schematic cross-sectional view of a display device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施の形態に係る電界放出陰極基板の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図Typical schematic sectional drawing which shows each step of the manufacturing process of the field emission cathode substrate which concerns on the 1st Embodiment of this invention 本発明の第２の実施の形態に係る表示装置の模式的な概略断面図Typical schematic sectional drawing of the display apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施の形態に係る電界放出陰極基板の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図Typical schematic sectional drawing which shows each step of the manufacturing process of the field emission cathode substrate which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施の形態に係る表示装置の模式的な概略断面図Typical schematic sectional drawing of the display apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施の形態に係る電界放出陰極基板の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図Typical schematic sectional drawing which shows each step of the manufacturing process of the field emission cathode substrate which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施の形態に係る表示装置の模式的な概略断面図Typical schematic sectional drawing of the display apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施の形態に係る電界放出陰極基板の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図Typical schematic sectional drawing which shows each step of the manufacturing process of the field emission cathode substrate which concerns on the 4th Embodiment of this invention （ａ）従来の表示装置の模式的な概略断面図 （ｂ）ゲート電極を有する従来の表示装置の模式的な概略断面図(A) Schematic schematic cross-sectional view of a conventional display device (b) Schematic schematic cross-sectional view of a conventional display device having a gate electrode 従来の表示装置に係る電界放出陰極基板の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図Typical schematic sectional drawing which shows each step of the manufacturing process of the field emission cathode substrate which concerns on the conventional display apparatus ゲート電極を有する従来の表示装置に係る電界放出陰極基板の製造工程の各ステップを示す模式的な概略断面図Typical schematic sectional drawing which shows each step of the manufacturing process of the field emission cathode substrate concerning the conventional display apparatus which has a gate electrode

符号の説明Explanation of symbols

１００、２００、３００、４００ 表示装置
１１０、２１０、３１０、４１０ 電界放出陰極基板（電界放出陰極）
１１１、１５１、２１１、３１１、３５１、４１１ 基板
１１２、２１２、３１２、４１２ 陰極母線
１１３、２１３、３１５、４１５ 触媒金属膜（第１の膜、電子放出素子）
１１４、３１６ 絶縁膜（第２の膜、電子放出素子）
１１４ａ、２１４ａ、３１６ａ、４１６ａ 亀裂
１１５、２１５、３１７、４１７ 炭素系微細繊維（炭素系繊維、電子放出素子）
１５０、２５０、３５０、４５０ 陽極基板
１５２、３５２ 陽極電極
１５３、３５３ 蛍光体層
２１４、４１６ 金属膜（第２の膜、電子放出素子）
２１６、４１９ 皮膜形成樹脂
３１３、４１３ ゲート絶縁層
３１４、４１４ ゲート電極
３１４ａ、４１４ａ ゲート開口部
３１８、４１８ マスク層 100, 200, 300, 400 Display device 110, 210, 310, 410 Field emission cathode substrate (field emission cathode)
111, 151, 211, 311, 351, 411 Substrate 112, 212, 312, 412 Cathode bus 113, 213, 315, 415 Catalytic metal film (first film, electron-emitting device)
114, 316 Insulating film (second film, electron-emitting device)
114a, 214a, 316a, 416a Crack 115, 215, 317, 417 Carbon-based fine fiber (carbon-based fiber, electron-emitting device)
150, 250, 350, 450 Anode substrate 152, 352 Anode electrode 153, 353 Phosphor layer 214, 416 Metal film (second film, electron-emitting device)
216, 419 Film forming resin 313, 413 Gate insulating layer 314, 414 Gate electrode 314a, 414a Gate opening 318, 418 Mask layer

Claims (6)

炭素系繊維と、この炭素系繊維を形成するための第１の膜と、この第１の膜上に形成された第２の膜とを備え、
前記第２の膜は、前記第１の膜と接触する第１の面と、この第１の面と対向する第２の面と、前記第１の面から前記第２の面まで貫通する亀裂とを有し、
前記炭素系繊維は、前記亀裂内の前記第１の膜上に形成されたことを特徴とする電子放出素子。 A carbon-based fiber, a first film for forming the carbon-based fiber, and a second film formed on the first film,
The second film includes a first surface in contact with the first film, a second surface facing the first surface, and a crack penetrating from the first surface to the second surface. And
The electron-emitting device, wherein the carbon-based fiber is formed on the first film in the crack. 請求項１に記載の電子放出素子と、前記第１の膜と電気的に接続された陰極母線とを備えたことを特徴とする電界放出陰極。 A field emission cathode comprising: the electron-emitting device according to claim 1; and a cathode bus bar electrically connected to the first film. 前記電子放出素子から電子を引き出す電子引出電極を備えたことを特徴とする請求項２に記載の電界放出陰極。 The field emission cathode according to claim 2, further comprising an electron extraction electrode that extracts electrons from the electron emission element. 請求項２又は請求項３に記載の電界放出陰極と、この電界放出陰極から放出された前記電子を捕捉する陽極電極とを備えたことを特徴とする表示装置。 4. A display device comprising: the field emission cathode according to claim 2; and an anode electrode that captures the electrons emitted from the field emission cathode. 炭素系繊維を形成するための第１の膜上に第２の膜を形成する第２の膜形成工程と、前記第２の膜を貫通する亀裂を発生させる亀裂発生工程と、前記亀裂内の前記第１の膜上に前記炭素系繊維を形成する炭素系繊維形成工程とを含むことを特徴とする電子放出素子の形成方法。 A second film forming step of forming a second film on the first film for forming a carbon-based fiber; a crack generating step of generating a crack penetrating the second film; and And a carbon-based fiber formation step of forming the carbon-based fiber on the first film. 前記第２の膜形成工程は、皮膜を形成するための皮膜形成樹脂を前記第１の膜上に塗布する工程を含み、前記第２の膜は、前記皮膜形成樹脂上に形成される請求項５に記載の電子放出素子の形成方法。 The second film forming step includes a step of applying a film-forming resin for forming a film on the first film, and the second film is formed on the film-forming resin. 6. A method for forming an electron-emitting device according to 5.
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