JP4670154B2 - 冷陰極電界電子放出素子及び冷陰極電界電子放出表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷陰極電界電子放出素子及び冷陰極電界電子放出表示装置に関する。
【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（ＣＲＴ）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（ＰＤＰ）、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。
【０００３】
図４７に、電界放出素子を備え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）の構成例を示す。図示した電界放出素子は、円錐形の電子放出部を有する、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に設けられた孔部１４Ａ及び絶縁層１２に設けられた開口部１４Ｂと、開口部１４Ｂ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（実際の表示部分として機能する領域）内に、通常、２次元マトリックス状に配列されている。
【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２３から構成されている。１画素は、カソードパネル側のカソード電極１１とゲート電極１３との重複領域に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、ブラックマトリックス２１が形成されている。
【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（図示せず）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と枠体とによって囲まれた空間は真空となっている。
【０００６】
このような表示装置においては、電子放出部１５から電子が或る程度の発散角をもって放出される（図４８参照）。従って、画素の大きさ（蛍光体層の大きさ）によっては、電子放出部１５から放出された電子の全てが電子放出部１５と対向した領域に位置する蛍光体層２２に衝突せず、表示装置全体の消費電力に対する輝度効率が低下するといった問題や、電子放出部１５から放出された電子が隣接する画素を構成する蛍光体層２２に衝突する結果、光学的クロストークが発生するといった問題が生じる。表示装置の精細化に伴い、画素が小さくなるに従い、これらの問題は一層顕著になる。
【０００７】
これらの問題を解決するための手段として、ゲート電極の上方にフォーカス電極（収束電極）を設ける技術が、例えば、特開平９−８２２１３号公報、あるいは、１９９４年秋季応用物理学会関係連合講演会予稿集２１ｐ−ＺＱ−５（以下、文献１と呼ぶ）から公知である。
【０００８】
フォーカス電極は、電子光学の見地からは、電子収束レンズとしての役割を担う。フォーカス電極には、ゲート電極に印加される電圧よりも低い電圧が印加され、これによって生じる電位差により電子が通過する空間近傍の等電位面を湾曲させ、電子の軌道を収束させる。
【０００９】
特開平９−８２２１３号公報に開示されたフォーカス電極は、１つあるいは複数の電界放出素子を取り囲むように、しかも、電子放出部先端部を含む平面よりもアノード電極側の平面上に配置されている。また、電子放出部とフォーカス電極との間を隔てるために絶縁膜が形成され、フォーカス電極は、絶縁膜の頂面及び側面に形成されている。
【００１０】
また、文献−１に開示された電界放出素子において、１つの電子放出部を取り囲むようにリング状のゲート電極が絶縁層上に形成され、このゲート電極の外側の絶縁層上に更にリング状のフォーカス電極が形成されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
特開平９−８２２１３号公報に開示されたフォーカス電極において、１つの電子放出部の周囲にフォーカス電極を配置した場合、表示装置に設け得る電子放出部の数に制限を受ける。また、フォーカス電極を形成するための絶縁膜の膜厚を、絶縁層の膜厚よりも或る程度厚くする必要があるため、ＣＶＤ法やスパッタリング法等によって絶縁膜を成膜するために長時間を要し、表示装置の製造スループットが低下するといった問題がある。更には、絶縁膜を構成する材料と、絶縁層を構成する材料とが異なる場合、表示装置製造時の加熱工程において、熱膨張係数の差異によって絶縁層や絶縁膜に応力が発生し、最悪の場合、表示装置に損傷が発生する虞がある。あるいは又、絶縁膜を構成する材料に依っては、加熱工程における加熱温度に制限を受ける場合もある。また、電子放出部から放出された絶縁膜に電子が衝突すると、絶縁膜に損傷が発生したり、絶縁膜が帯電する結果、絶縁膜近傍の等電位面が歪められ、電子の軌道が変化するといった問題や、絶縁膜の帯電によって放電が生じる虞もある。
【００１２】
また、文献−１に開示された技術を応用した場合にも、１つの電子放出部の周囲にフォーカス電極を配置する必要があり、表示装置に設け得る電子放出部の数に制限を受ける。
【００１３】
従って、本発明の目的は、上述の各種の問題を回避することができ、簡素な構造を有するにも拘わらず複数の電界放出素子に電子収束効果を確実に及ぼし得るフォーカス電極を有する冷陰極電界電子放出素子、及び、かかる冷陰極電界電子放出素子を組み込んだ冷陰極電界電子放出表示装置を提供することにある。
【００１４】
【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第１の態様に係る冷陰極電界電子放出素子は、
（Ａ）支持体と、
（Ｂ）支持体上に形成され、第１の方向に延びるカソード電極と、
（Ｃ）カソード電極の上方に配設され、第１の方向とは異なる第２の方向に延びるゲート電極と、
（Ｄ）カソード電極と重複するゲート電極の領域に設けられた孔部と、
（Ｅ）孔部の底部に配設された電子放出部と、
（Ｆ）フォーカス電極、
から構成された冷陰極電界電子放出素子であって、
該フォーカス電極は、第２の方向に延び、且つ、ゲート電極とゲート電極の間に配設されていることを特徴とする。
【００１５】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る冷陰極電界電子放出表示装置は、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、アノード電極及び蛍光体層が形成されたアノードパネルとが、蛍光体層と冷陰極電界電子放出素子とが対向するように配置され、カソードパネルとアノードとが周縁部において接合されており、
冷陰極電界電子放出素子が、
（Ａ）支持体と、
（Ｂ）支持体上に形成され、第１の方向に延びるカソード電極と、
（Ｃ）カソード電極の上方に配設され、第１の方向とは異なる第２の方向に延びるゲート電極と、
（Ｄ）カソード電極と重複するゲート電極の領域に設けられた孔部と、
（Ｅ）孔部の底部に配設された電子放出部と、
（Ｆ）フォーカス電極、
から構成された冷陰極電界電子放出表示装置であって、
該フォーカス電極は、第２の方向に延び、且つ、ゲート電極とゲート電極の間に配設されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第１の態様に係る冷陰極電界電子放出素子あるいは冷陰極電界電子放出表示装置（以下、本発明の第１の態様に係る電界放出素子あるいは表示装置と呼ぶ）にあっては、フォーカス電極とゲート電極とは略同一平面にあることが好ましい。ここで、略同一平面であるとは、厳密に同一平面ではなくともよいことを意味し、フォーカス電極の占める仮想平面とゲート電極が占める仮想平面との間に、製造工程におけるばらつきによって若干ギャップが存在する場合を包含し、あるいは又、後述するように、フォーカス電極の下に絶縁膜が形成されている構成を包含する。
【００１７】
本発明の第１の態様に係る電界放出素子あるいは表示装置にあっては、第２のフォーカス電極を更に備え、該第２のフォーカス電極は、第１の方向に延び、且つ、カソード電極とカソード電極の間の領域の上方に配設されている構成とすることもできる。即ち、このような構成にあっては、フォーカス電極及び第２のフォーカス電極の射影像が合成された射影像は井桁状であり、井桁の真中においてカソード電極の射影像とゲート電極の射影像とが重なり合う。
【００１８】
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る冷陰極電界電子放出素子は、
（Ａ）支持体と、
（Ｂ）支持体上に形成され、第１の方向に延びるカソード電極と、
（Ｃ）カソード電極の上方に配設され、第１の方向とは異なる第２の方向に延びるゲート電極と、
（Ｄ）カソード電極と重複するゲート電極の領域に設けられた孔部と、
（Ｅ）孔部の底部に配設された電子放出部と、
（Ｆ）フォーカス電極、
から構成された冷陰極電界電子放出素子であって、
該フォーカス電極は、第１の方向に延び、且つ、カソード電極とカソード電極の間の領域の上方に配設されていることを特徴とする。
【００１９】
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る冷陰極電界電子放出表示装置は、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、アノード電極及び蛍光体層が形成されたアノードパネルとが、蛍光体層と冷陰極電界電子放出素子とが対向するように配置され、カソードパネルとアノードとが周縁部において接合されており、
冷陰極電界電子放出素子が、
（Ａ）支持体と、
（Ｂ）支持体上に形成され、第１の方向に延びるカソード電極と、
（Ｃ）カソード電極の上方に配設され、第１の方向とは異なる第２の方向に延びるゲート電極と、
（Ｄ）カソード電極と重複するゲート電極の領域に設けられた孔部と、
（Ｅ）孔部の底部に配設された電子放出部と、
（Ｆ）フォーカス電極、
から構成された冷陰極電界電子放出表示装置であって、
該フォーカス電極は、第１の方向に延び、且つ、カソード電極とカソード電極の間の領域の上方に配設されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第２の態様に係る冷陰極電界電子放出素子あるいは冷陰極電界電子放出表示装置（以下、本発明の第２の態様に係る電界放出素子あるいは表示装置と呼ぶ）にあっては、フォーカス電極とゲート電極とは略同一平面にあることが好ましい。ここで、略同一平面であるとは、フォーカス電極とゲート電極との間の短絡を防止するための絶縁膜がフォーカス電極とゲート電極との間に形成されている程度に、フォーカス電極の占める仮想平面とゲート電極が占める仮想平面との間にギャップが存在するような構成を包含することを意味する。
【００２１】
本発明の第２の態様に係る電界放出素子あるいは表示装置においては、カソード電極、ゲート電極及びフォーカス電極の平面形状はストライプ状であることが望ましいが、かかる平面形状に限定されるものではない。
【００２２】
尚、本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る電界放出素子あるいは表示装置（以下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある）においては、フォーカス電極に印加する電圧Ｖ_Fを（第２のフォーカス電極を設ける場合には、第２のフォーカス電極に印加する電圧Ｖ_F2も）、ゲート電極に印加する電圧Ｖ_Gよりも低くする必要がある。即ち、以下の式（２−１）、（２−２）を満足する必要がある。
【００２３】
［数２］
Ｖ_F ＜Ｖ_G （２−１）
Ｖ_F2＜Ｖ_G （２−２）
【００２４】
尚、ゲート電極に印加する電圧は、表示装置の構成によって、一定値である場合もあるし、可変の値である場合もある。また、フォーカス電極に印加する電圧も、表示装置の構成によって、一定値である場合もあるし、可変の値である場合もある。これらの電圧を可変とする場合には、ゲート電極に印加する電圧Ｖ_Gをその最小値とし、フォーカス電極あるいは第２のフォーカス電極に印加する電圧Ｖ_F，Ｆ_F2をその最大値としたとき、式（２−１）、（２−２）を満足すればよい。ここで、ゲート電極に印加される電圧は正の値であり、フォーカス電極に印加される電圧は、後述する式（１）及び式（２−１）を満足する限りにおいて、正の値、０ボルト、負の値とすることができ、第２のフォーカス電極に印加される電圧も、式（２−２）を満足する限りにおいて、正の値、０ボルト、負の値とすることができる。尚、フォーカス電極に印加する電圧Ｖ_Fと第２のフォーカス電極に印加する電圧Ｆ_F2とは、同じであっても異なっていてもよい。
【００２５】
フォーカス電極のそれぞれをフォーカス電極駆動回路に接続してもよいし、フォーカス電極のそれぞれを１つに纏めて、即ち、形状的に１つにして、あるいは又、電気的に相互に接続した状態で、フォーカス電極駆動回路に接続してもよい。第２のフォーカス電極も同様とすればよい。更には、フォーカス電極と第２のフォーカス電極とを、形状的に１つにして、あるいは又、電気的に相互に接続した状態で、フォーカス電極駆動回路に接続してもよいし、フォーカス電極と第２のフォーカス電極とを異なるフォーカス電極駆動回路に接続してもよい。
【００２６】
本発明の第１の態様に係る電界放出素子あるいは表示装置においては、（ａ）支持体及びカソード電極上には、絶縁層が形成され、（ｂ）該絶縁層上に、ゲート電極及びフォーカス電極が形成され、（ｃ）該絶縁層には、ゲート電極に設けられた孔部に連通した開口部が設けられ、（ｄ）開口部の底部に電子放出部が位置する構成とすることができる。
【００２７】
この場合、本発明の第１の態様に係る電界放出素子あるいは表示装置においては、ゲート電極及びフォーカス電極の平面形状はストライプ状であることが望ましいが、かかる平面形状に限定されるものではない。そして、更には、この場合、絶縁層はＳｉＯ₂系材料から成り、ゲート電極とフォーカス電極との間の距離をＬ_G-L（単位：ｍ）、ゲート電極に印加される電圧をＶ_G（単位：ボルト）、フォーカス電極に印加される電圧をＶ_F（単位：ボルト）としたとき、下記の式（１）を満足することが好ましい。これによって、フォーカス電極とゲート電極との間の絶縁層の表面に沿った沿面放電の発生を確実に防止することができる。
【００２８】
［数３］
（Ｖ_G−Ｖ_F）／Ｌ_G-F＜７×１０⁷（Ｖ／ｍ） （１）
【００２９】
尚、先に述べたように、ゲート電極に印加する電圧は、表示装置の構成によって、一定値である場合もあるし、可変の値である場合もある。また、フォーカス電極に印加する電圧も、表示装置の構成によって、一定値である場合もあるし、可変の値である場合もある。これらの電圧を可変とする場合には、式（１）におけるゲート電極に印加する電圧Ｖ_Gをその最大値とし、フォーカス電極に印加する電圧Ｖ_Fをその最小値としたとき、式（１）を満足すればよい。
【００３０】
一方、本発明の第２の態様に係る電界放出素子あるいは表示装置においては、（ａ）支持体及びカソード電極上には、絶縁層が形成され、（ｂ）該絶縁層上に、ゲート電極が形成され、（ｃ）該絶縁層上に、絶縁膜を介してフォーカス電極が形成され、（ｄ）該絶縁層には、ゲート電極に設けられた孔部に連通した開口部が設けられ、（ｅ）開口部の底部に電子放出部が位置する構成とすることができる。尚、本発明の第２の態様に係る電界放出素子あるいは表示装置においては、代替的に、（ａ）支持体及びカソード電極上には、絶縁層が形成され、（ｂ）該絶縁層上に、フォーカス電極が形成され、（ｃ）該絶縁層上に、絶縁膜を介してゲート電極が形成され、（ｄ）該絶縁膜及び絶縁層には、ゲート電極に設けられた孔部に連通した開口部が設けられ、（ｅ）開口部の底部に電子放出部が位置する構成とすることもできる。
【００３１】
尚、本発明の第１の態様に係る電界放出素子あるいは表示装置において、第２のフォーカス電極を設ける場合、本発明の第２の態様に係る電界放出素子あるいは表示装置におけるフォーカス電極と同様の構成とすることができる。あるいは又、ゲート電極及び絶縁層の上に井桁状の絶縁膜を形成し、かかる絶縁膜上にフォーカス電極及び第２のフォーカス電極を形成してもよい。
【００３２】
本発明の第２の態様に係る電界放出素子あるいは表示装置においては、あるいは又、本発明の第１の態様に係る電界放出素子あるいは表示装置において第２のフォーカス電極を設ける場合、ゲート電極とこれらのフォーカス電極との間に絶縁性が確保できる限りにおいて、これらのフォーカス電極の幅、絶縁膜の厚さは本質的には任意である。但し、絶縁膜は、出来る限り薄いことが、成膜時間の短縮といった観点から好ましい。
【００３３】
そして、これらの場合、電子放出部が開口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ている構成（便宜上、第１の構成と呼ぶ）とすることができ、あるいは又、開口部の底部に位置するカソード電極の部分が電子放出部に相当する構成（便宜上、第２の構成と呼ぶ）とすることができ、あるいは又、開口部の底部に位置するカソード電極の部分に設けられた開口のエッジ部が電子放出部に相当する構成（便宜上、第３の構成と呼ぶ）とすることができる。
【００３４】
第１の構成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、開口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、開口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、開口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。また、第２の構成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。更には、第３の構成を有する電界放出素子としてエッジ型電界放出素子を挙げることができる。
【００３５】
第１の構成、第２の構成若しくは第３の構成を有する電界放出素子におけるゲート電極を構成する材料として、あるいは又、フォーカス電極や第２のフォーカス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（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）及び亜鉛（Ｚｎ）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属；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；ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、酸化インジウム、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物を例示することができる。尚、フォーカス電極や第２のフォーカス電極を、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム−アルミニウム合金、ジルコニウム−バナジウム−アルミニウム合金、ジルコニウム−バナジウム−鉄合金、ジルコニウム粉末とグラファイト粉末の混合物、あるいはマグネシウムのように、真空層内で固体状態を保ったままゲッタリング機能を発揮する所謂非蒸発型の材料から構成することもできる。ゲート電極やフォーカス電極、第２のフォーカス電極を作製するには、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法、電解メッキ法、無電解メッキ法、スクリーン印刷法、レーザーアブレーション法、ゾル−ゲル法等の公知の薄膜形成技術により、上述の構成材料から成る薄膜を絶縁層や絶縁膜上に形成する。尚、薄膜を絶縁層や絶縁膜の全面に形成した場合には、公知のパターニング技術を用いて薄膜をパターニングし、所望の平面形状を有するゲート電極やフォーカス電極、第２のフォーカス電極を形成する。所望の平面形状を有するゲート電極の形成後、ゲート電極に孔部を形成してもよいし、所望の平面形状を有するゲート電極の形成と同時に、ゲート電極に孔部を形成してもよい。また、薄膜を形成する前の絶縁層や絶縁膜上に予めレジストパターンを形成しておけば、リフトオフ法によるゲート電極やフォーカス電極、第２のフォーカス電極の形成が可能である。更には、ゲート電極やフォーカス電極、第２のフォーカス電極の形状に応じた開口を有するマスクを用いて蒸着を行ったり、かかる開口を有するスクリーンを用いてスクリーン印刷を行えば、成膜後のパターニングは不要となる。ゲート電極を構成する材料と、フォーカス電極や第２のフォーカス電極を構成する材料を、同じ材料、同種の材料、異なる材料とすることができる。また、ゲート電極とフォーカス電極を、これらの構成に依存して、同時に形成することもできるし、異なる工程にて形成することもできる。更には、フォーカス電極と第２のフォーカス電極とを、これらの構成に依存して、同時に形成することもできるし、異なる工程にて形成することもできる。
【００３６】
スピント型電界放出素子から成る第１の構成を有する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、クロム及びクロム合金、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。
【００３７】
クラウン型電界放出素子から成る第１の構成を有する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系樹脂や、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。
【００３８】
扁平型電界放出素子から成る第１の構成を有する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＝４．０２〜４．８７ｅＶ）、モリブデン（Φ＝４．５３〜４．９５ｅＶ）、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＝２．１４ｅＶ）、ＬａＢ₆（Φ＝２．６６〜２．７６ｅＶ）、ＢａＯ（Φ＝１．６〜２．７ｅＶ）、ＳｒＯ（Φ＝１．２５〜１．６ｅＶ）、Ｙ₂Ｏ₃（Φ＝２．０ｅＶ）、ＣａＯ（Φ＝１．６〜１．８６ｅＶ）、ＢａＳ（Φ＝２．０５ｅＶ）、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。
【００３９】
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、５×１０⁷Ｖ／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。
【００４０】
あるいは又、扁平型電界放出素子から成る第１の構成を有する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、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（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）、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。
【００４１】
第２の構成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の構成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（Ａｌ）、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。
【００４２】
あるいは又、第２の構成（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の構成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の構成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０．０１〜４．０μｍ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、リフトオフ法により、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。
【００４３】
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の構成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（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、ＴｉＳｉ₂、ＴａＳｉ₂等のシリサイド）；シリコン（Ｓｉ）等の半導体；あるいはＩＴＯ（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、リフトオフ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。
【００４４】
アノード電極の構成材料は、表示装置の構成によって適宜選択すればよい。即ち、表示装置が透過型（アノードパネルが表示面に相当する）であって、且つ、基板上にアノード電極と蛍光体層がこの順に積層されている場合には、基板は元より、アノード電極自身も透明である必要があり、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電材料を用いる。一方、表示装置が反射型（カソードパネルが表示面に相当する）である場合、及び、透過型であっても基板上に蛍光体層とアノード電極とがこの順に積層されている場合には、ＩＴＯの他、カソード電極やゲート電極に関連して上述した材料を適宜選択して用いることができる。
【００４５】
蛍光体層を構成する蛍光体として、高速電子励起用蛍光体や低速電子励起用蛍光体を用いることができる。表示装置が単色表示装置である場合、蛍光体層は特にパターニングされていなくともよい。また、表示装置がカラー表示装置である場合、ストライプ状又はドット状にパターニングされた赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色に対応する蛍光体層を交互に配置することが好ましい。尚、パターニングされた蛍光体層間の隙間は、表示画面のコントラスト向上を目的としたブラックマトリックスで埋め込まれていてもよい。
【００４６】
アノード電極と蛍光体層の構成例として、（１）基板上に、アノード電極を形成し、アノード電極の上に蛍光体層を形成する構成、（２）基板上に、蛍光体層を形成し、蛍光体層上にアノード電極を形成する構成、を挙げることができる。尚、（１）の構成において、蛍光体層の上に、アノード電極と導通した所謂メタルバック膜を形成してもよい。また、（２）の構成において、アノード電極の上にメタルバック膜を形成してもよい。
【００４７】
第２の方向に延びるゲート電極の射影像と第１の方向に延びるカソード電極の射影像とが直交する方向に延びていることが、電界放出素子あるいは表示装置の構造の簡素化の観点から好ましい。尚、カソード電極とゲート電極の射影像が重複する重複領域（１画素分の領域あるいは１サブピクセル分の領域に相当する）に電子放出部（１又は複数の電界放出素子）が設けられており、かかる重複領域が、カソードパネルの有効領域（実際の表示画面として機能する領域）内に、通常、２次元マトリックス状に配列されている。
【００４８】
第１の構成〜第３の構成を有する電界放出素子において、開口部の平面形状（支持体表面と平行な仮想平面で開口部を切断したときの形状）は、円形、楕円形、矩形、多角形、丸みを帯びた矩形、丸みを帯びた多角形等、任意の形状とすることができる。開口部の形成は、例えば、等方性エッチング、異方性エッチングと等方性エッチングの組合せによって行うことができる。ゲート電極に１つの孔部を設け、かかるゲート電極に設けられた１つの孔部と連通する１つの開口部を絶縁層に設け、かかる絶縁層に設けられた開口部内に１つあるいは複数の電子放出部を設けてもよいし、ゲート電極に複数の孔部を設け、かかるゲート電極に設けられた複数の孔部と連通する１つの開口部を絶縁層に設け、かかる絶縁層に設けられた１つの開口部内に１つあるいは複数の電子放出部を設けてもよい。
【００４９】
絶縁層や絶縁膜の構成材料として、ＳｉＯ₂、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＰｂＳＧ、ＳｉＯＮ、ＳＯＧ（スピンオングラス）、低融点ガラス、ガラスペーストといったＳｉＯ₂系材料、ＳｉＮ、ポリイミド等の絶縁性樹脂を、単独あるいは適宜組み合わせて使用することができる。絶縁層や絶縁膜の形成には、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。絶縁層と絶縁膜とを、同じ材料から構成することが、各種の熱処理時に熱膨張係数の相違からの問題の発生を回避するといった観点から好ましい。
【００５０】
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１×１０⁵〜１×１０⁷Ω、好ましくは数ＭΩとすればよい。
【００５１】
カソードパネルを構成する支持体あるいはアノードパネルを構成する基板は、少なくとも表面が絶縁性部材より構成されていればよく、ガラス基板、表面に絶縁材料層が形成されたガラス基板、石英基板、表面に絶縁材料層が形成された石英基板、表面に絶縁材料層が形成された半導体基板を挙げることができる。
【００５２】
カソードパネルとアノードパネル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、カソードパネルとアノードパネル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１２０〜４００゜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１５７゜Ｃ）；インジウム−金系の低融点合金；Ｓｎ₈₀Ａｇ₂₀（融点２２０〜３７０゜Ｃ）、Ｓｎ₉₅Ｃｕ₅（融点２２７〜３７０゜Ｃ）等の錫（Ｓｎ）系高温はんだ；Ｐｂ_97.5Ａｇ_2.5（融点３０４゜Ｃ）、Ｐｂ_94.5Ａｇ_5.5（融点３０４〜３６５゜Ｃ）、Ｐｂ_97.5Ａｇ_1.5Ｓｎ_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。
【００５３】
カソードパネルとアノードパネル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又はアノードパネル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又はアノードパネル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、カソードパネルとアノードパネル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、カソードパネルとアノードパネル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。
【００５４】
接合後に排気を行う場合、排気は、カソードパネル及び／又はアノードパネル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、カソードパネル及び／又はアノードパネルの無効領域に設けられた貫通部の周囲に、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。
【００５５】
本発明においては、フォーカス電極が、第２の方向に延び、且つ、ゲート電極とゲート電極の間に配設されており、あるいは又、第１の方向に延び、且つ、カソード電極とカソード電極の間の領域の上方に配設されているので、電界放出素子の構造を簡素化することができるし、第２の方向あるいは第１の方向に沿って配列された複数の電界放出素子から放出された電子に収束効果を及ぼすことができる。更には、本発明の第１の態様に係る電界放出素子あるいは表示装置においては、例えば、ゲート電極とフォーカス電極を同時に形成することが可能であるが故に、電界放出素子や表示装置の製造工程が増加することがない。一方、本発明の第２の態様に係る電界放出素子あるいは表示装置においては、例えば、ゲート電極とフォーカス電極との間に短絡防止のために絶縁膜を形成すればよいので、電界放出素子や表示装置の製造工程が大幅に増加することがない。
【００５６】
【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（実施の形態と略称する）に基づき本発明を説明する。
【００５７】
（実施の形態１）
実施の形態１は、本発明の第１の態様に係る電界放出素子及び表示装置に関する。実施の形態１の表示装置の模式的な一部分解斜視図を図１に示し、模式的な一部端面図を図２に示し、電界放出素子の模式的な一部端面図を図３に示す。
【００５８】
実施の形態１の電界放出素子は、所謂スピント型電界放出素子から成る第１の構成を有する電界放出素子であり、（Ａ）支持体１０と、（Ｂ）支持体１０上に形成され、第１の方向（図３の紙面に平行な方向）に延びるカソード電極１１と、（Ｃ）カソード電極１１の上方に配設され、第１の方向とは異なる第２の方向（図３の紙面垂直方向）に延びるゲート電極１３と、（Ｄ）カソード電極１１と重複するゲート電極１３の領域に設けられた孔部１４Ａと、（Ｅ）孔部１４Ａの底部に配設された円錐形の電子放出部１５と、（Ｆ）フォーカス電極３０から構成されている。そして、（ａ）支持体１０及びカソード電極１１上には、絶縁層１２が形成され、（ｂ）絶縁層１２上に、ゲート電極１３及びフォーカス電極３０が形成され、（ｃ）絶縁層１２には、ゲート電極１３に設けられた孔部１４Ａに連通した開口部１４Ｂが設けられ、（ｄ）開口部１４Ｂの底部に電子放出部１５が位置する。即ち、円錐形の電子放出部１５は、開口部１４Ｂ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ている。
【００５９】
実施の形態１の電界放出素子にあっては、フォーカス電極３０は、第２の方向（図３の紙面垂直方向）に延び、且つ、ゲート電極１３とゲート電極１３の間に、しかも、絶縁層１２上に配設されている。即ち、フォーカス電極３０とゲート電極１３とは同一平面にある。また、実施の形態１における電界放出素子にあっては、ゲート電極１３及びフォーカス電極３０の平面形状はストライプ状である。即ち、これらの電極１３，３０の両辺は平行で直線状である。
【００６０】
尚、絶縁層１２はＳｉＯ₂系材料（具体的には、ＳｉＯ₂）から成り、ゲート電極１３とフォーカス電極３０との間の距離をＬ_G-L（単位：ｍ）、ゲート電極に印加される電圧をＶ_G（単位：ボルト）、フォーカス電極に印加される電圧をＶ_F（単位：ボルト）としたとき、下記の式（１）を満足している。具体的には、Ｖ_Gを５０ボルト、Ｖ_Fを０ボルト、Ｌ_G-Fを２０μｍとした。尚、ゲート電極１３の幅を１００μｍ、フォーカス電極３０の幅を１１０μｍとした。
【００６１】
［数４］
（Ｖ_G−Ｖ_F）／Ｌ_G-F＜７×１０⁷（Ｖ／ｍ） （１）
【００６２】
また、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領域（１画素分の領域に相当する）に、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（実際の表示部分として機能する領域）内に、通常、２次元マトリックス状に配列されている。
【００６３】
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（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。但し、青色発光蛍光体層２２Ｂは図示せず）と、その上に形成されたアノード電極２３から構成されている。１画素は、カソードパネル側のカソード電極１１とゲート電極１３との重複領域に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、ブラックマトリックス２１が形成されている。
【００６４】
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（図示せず）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と枠体とによって囲まれた空間は真空となっている。
【００６５】
カソード電極１１には相対的な負電圧（０ボルト以上）がカソード電極駆動回路２４から印加され、ゲート電極１３には相対的な正電圧Ｖ_Gがゲート電極駆動回路２５から印加され、アノード電極２３にはゲート電極１３よりも更に高い正電圧（例えば、数キロボルト）が加速電源２６から印加される。また、フォーカス電極３０には、式（１）及び式（２−１）を満足する電圧Ｖ_Fが、フォーカス電極駆動回路２７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にカソード電極駆動回路２４から走査信号を入力し、ゲート電極１３にゲート電極駆動回路２５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１３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２３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。
【００６６】
Ｖ_Gを５０ボルト、Ｖ_Fを０ボルト、Ｌ_G-Fを２０μｍとし、ゲート電極１３の幅を１００μｍ、フォーカス電極３０の幅を１１０μｍとしたときに、ゲート電極１３及びフォーカス電極３０によって、どのような電界が形成されるかをシミュレーションした結果を図４に示す。ゲート電極１３とフォーカス電極３０の間の領域の上方における空間にあっては、等電位面がフォーカス電極３０の影響によって歪められており、電子放出部１５（図４には図示せず）から放出され、ゲート電極１３を通過し、フォーカス電極３０の上方に向かう電子は、フォーカス電極３０の影響によって、ゲート電極１３の上方へと戻されていることが判る。即ち、フォーカス電極３０は、電子に対して収束効果を発揮していることが判る。
【００６７】
実施の形態１の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。尚、以下の説明にあっては、ゲート電極１３に設けられた孔部１４Ａと、絶縁層に設けられた開口部１４Ｂを総称して、開口部１１４と呼ぶ場合がある。
【００６８】
尚、スピント型電界放出素子の製造方法は、基本的には、円錐形の電子放出部１５を金属材料の垂直蒸着により形成する方法である。即ち、孔部１４Ａに対して蒸着粒子は垂直に入射するが、孔部１４Ａの付近に形成されるオーバーハング状の堆積物による遮蔽効果を利用して、開口部１４Ｂの底部に到達する蒸着粒子の量を漸減させ、円錐形の堆積物である電子放出部１５を自己整合的に形成する。ここでは、不要なオーバーハング状の堆積物の除去を容易とするために、ゲート電極１３上に剥離層１７を予め形成しておく方法について説明する。
【００６９】
［工程−１００］
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、タングステン（Ｗ）から成るストライプ状のゲート電極１３及びフォーカス電極３０を絶縁層１２上に形成する。ゲート電極１３及びフォーカス電極３０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。
【００７０】
［工程−１１０］
次に、ゲート電極１３、フォーカス電極３０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に孔部１４Ａを形成し、更に、絶縁層１２に開口部１４Ｂを形成する。開口部１４Ｂ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１６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。
【００７１】
［工程−１２０］
次に、開口部１４Ｂ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、先ず、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１４Ｂ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、フォーカス電極３０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、孔部１４Ａの開口端部から庇状に張り出しており、これにより孔部１４Ａが実質的に縮径される（図５の（Ｃ）参照）。
【００７２】
［工程−１３０］
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、孔部１４Ａの実質的な直径が次第に縮小されるので、開口部１４Ｂの底部において堆積に寄与する蒸着粒子は、次第に孔部１４Ａ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１４Ｂ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。
【００７３】
［工程−１４０］
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、フォーカス電極３０及びゲート電極１３の表面から剥離し、絶縁層１２、フォーカス電極３０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１４Ｂ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に設けられた孔部１４Ａの端部を露出させることが好ましい（図６の（Ｃ）参照）。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。
【００７４】
［工程−１５０］
その後、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、枠体（図示せず）を介して、周縁部において接合する。接合に際しては、枠体とアノードパネルＡＰとの接合部位、及び枠体とカソードパネル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１０〜３０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と枠体とフリットガラスとによって囲まれた空間を、貫通孔（図示せず）及びチップ管を通じて排気し、空間の圧力が１０^-4Ｐａ程度に達した時点でチップ管（図示せず）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と枠体とに囲まれた空間を真空にすることができる。その後、必要な外部回路との配線を行い、表示装置を完成させる。こうして、図２に示した表示装置を得ることができる。
【００７５】
アノードパネルＡＰの製造方法の一例を、以下、図４６を参照して説明する。先ず、発光性結晶粒子組成物を調製する。そのために、例えば、純水に分散剤を分散させ、ホモミキサーを用いて３０００ｒｐｍにて１分間、撹拌を行う。次に、発光性結晶粒子を分散剤が分散した純水中に投入し、ホモミキサーを用いて５０００ｒｐｍにて５分間、撹拌を行う。その後、例えば、ポリビニルアルコール及び重クロム酸アンモニウムを添加して、十分に撹拌し、濾過する。
【００７６】
アノードパネルＡＰの製造においては、例えばガラスから成る基板２０上の全面に感光性被膜４０を形成（塗布）する。そして、露光光源（図示せず）から射出され、マスク４３に設けられた開口４４を通過した露光光によって、基板２０上に形成された感光性被膜４０を露光して感光領域４１を形成する（図４６の（Ａ）参照）。その後、感光性被膜４０を現像して選択的に除去し、感光性被膜の残部（露光、現像後の感光性被膜）４２を基板２０上に残す（図４６の（Ｂ）参照）。次に、全面にカーボン剤（カーボンスラリー）を塗布し、乾燥、焼成した後、リフトオフ法にて感光性被膜の残部４２及びその上のカーボン剤を除去することによって、露出した基板２０上にカーボン剤から成るブラックマトリックス２１とを形成し、併せて、感光性被膜の残部４２を除去する（図４６の（Ｃ）参照）。その後、露出した基板２０上に、赤、緑、青の各蛍光体層２２を形成する（図４６の（Ｄ）参照）。具体的には、各発光性結晶粒子（蛍光体粒子）から調製された発光性結晶粒子組成物を使用し、例えば、赤色の感光性の発光性結晶粒子組成物（蛍光体スラリー）を全面に塗布し、露光、現像し、次いで、緑色の感光性の発光性結晶粒子組成物（蛍光体スラリー）を全面に塗布し、露光、現像し、更に、青色の感光性の発光性結晶粒子組成物（蛍光体スラリー）を全面に塗布し、露光、現像すればよい。その後、蛍光体層２２及びブラックマトリックス２１上にスパッタリング法にて厚さ約０．０７μｍのアルミニウム薄膜を成膜することによって、アノード電極２３を形成する。こうして、アノードパネルＡＰを得ることができる。尚、スクリーン印刷法等により蛍光体層２２を形成することもできる。
【００７７】
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１の変形である。実施の形態２の表示装置におけるカソードパネルの模式的な一部斜視図を図７に示す。実施の形態２の電界放出素子あるいは表示装置は、第２のフォーカス電極３２を更に備えている。第２のフォーカス電極３２は、第２の方向に延び、即ち、カソード電極１１と平行に延び、且つ、カソード電極１１とカソード電極１１の間の領域の上方に配設されている。実施の形態２においては、絶縁層１２、ゲート電極１３及びフォーカス電極３０上に絶縁膜３１を介して第２のフォーカス電極３２が形成されており、これによって、ゲート電極１３と第２のフォーカス電極３２との短絡を防止することができる。フォーカス電極３０の射影像と第２のフォーカス電極３２の射影像が合成された射影像は井桁状であり、井桁の真中においてカソード電極１１の射影像とゲート電極１３の射影像とが重なり合う。
【００７８】
実施の形態２の電界放出素子における絶縁膜３１及び第２のフォーカス電極３２は、実施の形態１の電界放出素子の製造方法の［工程−１００］と［工程−１１０］の間で、全面に、前述の式（１）を満足するＬ_G-F程度の厚さのＳｉＯ₂から成る絶縁膜３１を成膜した後、クロム（Ｃｒ）から成る第２のフォーカス電極形成用導電層をスパッタリング法にて絶縁膜３１上に形成し、次いで、第２のフォーカス電極形成用導電層及び絶縁膜３１をストライプ状にパターニングすることによって得ることができる。
【００７９】
図８には、実施の形態２の電界放出素子の変形例を示す。この電界放出素子にあっては、ゲート電極１３及び絶縁層１２の上に井桁状の絶縁膜３３が形成され、かかる絶縁膜３３上にフォーカス電極３０及び第２のフォーカス電極３２が一体に形成されている。これによって、ゲート電極１３と第２のフォーカス電極３２との短絡を防止することができる。フォーカス電極３０の射影像と第２のフォーカス電極３２の射影像が合成された射影像は井桁状であり、井桁の真中においてカソード電極１１の射影像とゲート電極１３の射影像とが重なり合う。
【００８０】
実施の形態２のこの変形例にあっては、電界放出素子における絶縁膜３３及びフォーカス電極３０、第２のフォーカス電極３２は、実施の形態１の電界放出素子の製造方法の［工程−１００］において、ストライプ状のゲート電極１３を形成した後、全面に、前述の式（１）を満足するＬ_G-F程度の厚さのＳｉＯ₂から成る絶縁膜３３を成膜し、次いで、クロム（Ｃｒ）から成るフォーカス電極形成用導電層をスパッタリング法にて絶縁膜３３上に形成した後、フォーカス電極形成用導電層及び絶縁膜３３を井桁状にパターニングすることによって得ることができる。
【００８１】
（実施の形態３）
実施の形態３は、本発明の第２の態様に係る電界放出素子及び表示装置に関する。実施の形態３の表示装置におけるカソードパネルの模式的な一部斜視図を図９に示す。尚、実施の形態３の表示装置は、フォーカス電極を除き、図２に示したと同様の構成を有するので詳細な説明は省略する。
【００８２】
実施の形態３の電界放出素子も、所謂スピント型電界放出素子から成る第１の構成を有する電界放出素子であり、（Ａ）支持体１０と、（Ｂ）支持体１０上に形成され、第１の方向に延びるカソード電極１１と、（Ｃ）カソード電極１１の上方に配設され、第１の方向とは異なる第２の方向に延びるゲート電極１３と、（Ｄ）カソード電極１１と重複するゲート電極１３の領域に設けられた孔部１４Ａと、（Ｅ）孔部１４Ａの底部に配設された電子放出部１５と、（Ｆ）フォーカス電極３５から構成されている。そして、（ａ）支持体１０及びカソード電極１１上には、ＳｉＯ₂から成る絶縁層１２が形成され、（ｂ）絶縁層１２上に、ゲート電極１３が形成され、（ｃ）絶縁層１２上に、ＳｉＯ₂から成る絶縁膜３４を介してフォーカス電極３５が形成され、（ｄ）絶縁層１２には、ゲート電極１３に設けられた孔部１４Ａに連通した開口部１４Ｂが設けられ、（ｅ）開口部１４Ｂの底部に電子放出部１５が位置する。即ち、円錐形の電子放出部１５は、開口部１４Ｂ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ている。
【００８３】
実施の形態３の電界放出素子にあっては、フォーカス電極３５は、第１の方向に延び、且つ、カソード電極１１とカソード電極１１の間の領域の上方に配設されている。即ち、フォーカス電極３５とゲート電極１３とは略同一平面にある。また、実施の形態３における電界放出素子にあっては、カソード電極１１、ゲート電極１３及びフォーカス電極３０の平面形状はストライプ状である。即ち、これらの電極１１，１３，３０の両辺は平行で直線状である。
【００８４】
また、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領域（１画素分の領域に相当する）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の有効領域内に、通常、２次元マトリックス状に配列されている。
【００８５】
実施の形態３の電界放出素子における絶縁膜３４及びフォーカス電極３５は、実施の形態１の電界放出素子の製造方法の［工程−１００］において、ストライプ状のゲート電極１３を形成した後、全面に、前述の式（１）を満足するＬ_G-F程度の厚さのＳｉＯ₂から成る絶縁膜３４を成膜し、次いで、クロム（Ｃｒ）から成るフォーカス電極形成用導電層をスパッタリング法にて絶縁膜３４上に形成した後、フォーカス電極形成用導電層及び絶縁膜３４をストライプ状にパターニングすることによって得ることができる。
【００８６】
尚、実施の形態３にて説明した電界放出素子にあっては、ゲート電極１３とフォーカス電極３５の垂直方向の位置関係を逆にしてもよい。即ち、（ａ）支持体１０及びカソード電極１１上には、絶縁層１２が形成され、（ｂ）絶縁層１２上に、フォーカス電極３５が形成され、（ｃ）絶縁層１２及びフォーカス電極３５上に、絶縁膜３４を介してゲート電極１３が形成され、（ｄ）絶縁膜３４及び絶縁層１２には、ゲート電極１３に設けられた孔部１４Ａに連通した開口部１４Ｂが設けられ、（ｅ）開口部１４Ｂの底部に電子放出部が位置する構成とすることもできる。
【００８７】
（実施の形態４）
以下の実施の形態においては、各種の電界放出素子の構造及びその製造方法について説明する。尚、以下に参照する図面においては、フォーカス電極の図示を省略している。また、実施の形態１にて説明したフォーカス電極を形成する例に基づき、以下、説明するが、実施の形態２あるいは実施の形態３にて説明したフォーカス電極を形成できることは云うまでもない。
【００８８】
実施の形態４は、クラウン型電界放出素子から成る第１の構成を有する電界放出素子に関する。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１１の（Ａ）に示し、一部を切り欠いた模式的な斜視図を図１１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１１４と、開口部１４Ｂの底部に位置するカソード電極１１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。
【００８９】
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１０〜図１１を参照して説明する。
【００９０】
［工程−４００］
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。
【００９１】
次に、絶縁層１２上に、ストライプ状のゲート電極１３及びフォーカス電極を形成する。尚、ゲート電極１３及びフォーカス電極は、図面の紙面垂直方向に延びている。即ち、ゲート電極１３及びフォーカス電極の射影像の延びる方向は、ストライプ状のカソード電極１１の射影像の延びる方向と９０度を成す。
【００９２】
［工程−４１０］
次に、［工程−１１０］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１１４を形成し、開口部１４Ｂの底部にカソード電極１１を露出させる。開口部１１４の直径を約２〜５０μｍとする。
【００９３】
［工程−４２０］
次に、ゲート電極１３上、フォーカス電極上、絶縁層１２上、及び開口部１１４の側壁面上に剥離層５１を形成する（図１０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１４Ｂ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えばよい。この時点で、開口部１１４の実質的な直径は、約１〜２０μｍに縮径される。
【００９４】
［工程−４３０］
次に、図１０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１４Ｂ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１４Ｂの側壁面に沿って迫り上がり、開口部１４Ｂ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。
【００９５】
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）Ｋ１４０８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１１４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。
【００９６】
バインダは一般に導電性に劣るので、組成物原料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。
【００９７】
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。
【００９８】
［工程−４４０］
次に、図１０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１４Ｂ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１４Ｂの中央部に向かって窪み、王冠状となる。［工程−４４０］が終了した時点における状態を、図１１に示す。図１１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１１の（Ａ）は図１１の（Ｂ）の線Ａ−Ａに沿った模式的な一部端面図である。図１１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。
【００９９】
［工程−４５０］
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、フォーカス電極、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、フォーカス電極、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。
【０１００】
（実施の形態５）
実施の形態５は、扁平型電界放出素子から成る第１の構成を有する電界放出素子に関する。実施の形態５の電界放出素子の模式的な一部断面図を、図１２の（Ｃ）に示す。この扁平型電界放出素子は、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及びフォーカス電極、ゲート電極１３及び絶縁層１２を貫通した開口部１１４、並びに、開口部１４Ｂの底部に位置するカソード電極１１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１２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１３及びフォーカス電極は、図１２の（Ｃ）の紙面左右方向に延びている。カソード電極１１、ゲート電極１３及びフォーカス電極はクロム（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１２の（Ｃ）に示した扁平型電界放出素子においては、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１４Ｂの底部に電子放出部１５Ｂが設けられていればよい。
【０１０１】
以下、支持体等の模式的な一部断面図である図１２を参照して、実施の形態５の扁平型電界放出素子の製造方法を説明する。
【０１０２】
［工程−５００］
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１２の（Ａ）参照）。尚、カソード電極１１は、図１２の紙面垂直方向に延びている。
【０１０３】
［工程−５１０］
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１２の（Ｂ）参照）。電子放出部１５Ｂから電子が放出される。
【０１０４】
［工程−５２０］
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１０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、ＳｉＯ₂層をＣＶＤ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及びフォーカス電極を絶縁層１２上に形成する。
【０１０５】
［工程−５３０］
次に、［工程−１１０］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１１４を形成し、開口部１４Ｂ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の孔部１４Ａの端部を露出させることが好ましい。こうして、図１２の（Ｃ）に示した電界放出素子を得ることができる。
【０１０６】
（実施の形態６）
実施の形態６は、実施の形態５の電界放出素子の変形である。実施の形態６の扁平型電界放出素子の模式的な一部断面図を、図１３の（Ｃ）に示す。図１３の（Ｃ）に示す扁平型電界放出素子においては、電子放出部１５Ｂの構造が、図１２の（Ｃ）に示した実施の形態５の扁平型電界放出素子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１３を参照して、かかる実施の形態６の扁平型電界放出素子の製造方法を説明する。
【０１０７】
［工程−６００］
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１３の（Ａ）参照）。
【０１０８】
［工程−６１０］
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及びフォーカス電極を形成する（図１３の（Ｂ）参照）。その後、［工程−１１０］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１１４を形成することによって、開口部１４Ｂの底部に電子放出部１５Ｂ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の孔部１４Ａの端部を露出させることが好ましい。開口部１４Ｂ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。
【０１０９】
（実施の形態７）
実施の形態７も扁平型電界放出素子に関する。実施の形態７における扁平型電界放出素子の模式的な一部端面図を、図１５の（Ｂ）に示す。この実施の形態７の扁平型電界放出素子においては、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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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（ＣＨ_x）系あるいは（ＣＦ_x）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。
【０１１２】
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、実施の形態７の扁平型電界放出素子の製造においては、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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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、トリフェニルボロ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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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、電解メッキ法や無電解メッキ法といったメッキ法、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。
【０１１８】
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（Ｔｉ）、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（Ｚｎ）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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
以下、支持体等の模式的な一部端面図である図１４及び図１５を参照して、実施の形態７の扁平型電界放出素子の製造方法の一例を説明する。
【０１２２】
［工程−７００］
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０．２μｍのクロム（Ｃｒ）層から成る。
【０１２３】
［工程−７１０］
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。
【０１２４】
［工程−７２０］
次いで、ストライプ状のゲート電極１３及びフォーカス電極を絶縁層１２上に形成した後、［工程−１１０］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１１４を形成し、開口部１４Ｂの底部にカソード電極１１を露出させる（図１４の（Ａ）参照）。ストライプ状のゲート電極１３及びフォーカス電極は図面の紙面垂直方向に延びている。開口部１１４の平面形状は、例えば直径１μｍ〜３０μｍの円形である。開口部１１４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。
【０１２５】
［工程−７３０］
次に、開口部１４Ｂ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１４Ｂ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１４Ｂ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１４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１１４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１４Ｂ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１４Ｂの底部に位置するカソード電極１１の一部分、開口部１１４の側壁、ゲート電極１３、フォーカス電極及び絶縁層１２を被覆している。これによって、次の工程で、開口部１４Ｂ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。
【０１２６】
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１５の（Ａ）参照）。尚、ポリシロキサンは、露出したカソード電極１１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。
【０１２７】
［工程−７４０］
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１５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。
【０１２８】
［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
【０１２９】
尚、カソード電極１１を形成した後、例えば、リフトオフ法に基づき、カソード電極１１の上に炭素薄膜選択成長領域７０を形成し、その後、［工程−７１０］、［工程−７２０］、［工程−７４０］を実行してもよい。
【０１３０】
（実施の形態８）
実施の形態８は、平面型電界放出素子から成る第２の構成を有する電界放出素子に関する。実施の形態８の平面型電界放出素子の模式的な一部断面図を、図１６の（Ｃ）に示す。この平面型電界放出素子は、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及びフォーカス電極、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１１４から成る。カソード電極１１は、図１６の（Ｃ）の紙面垂直方向に延び、ゲート電極１３及びフォーカス電極は、図１６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１４Ｂ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。
【０１３１】
以下、支持体等の模式的な一部断面図である図１６を参照して、実施の形態８の平面型電界放出素子の製造方法を説明する。
【０１３２】
［工程−８００］
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１６の（Ａ）参照）。尚、カソード電極１１は、図１６の紙面垂直方向に延びている。
【０１３３】
［工程−８１０］
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。
【０１３４】
［工程−８２０］
その後、ストライプ状のゲート電極１３及びフォーカス電極を絶縁層１２上に形成する（図１６の（Ｂ）参照）。尚、ゲート電極１３及びフォーカス電極は、図１６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及びフォーカス電極を絶縁層１２上に、直接形成することもできる。
【０１３５】
［工程−８３０］
次に、［工程−１１０］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１１４を形成し、開口部１４Ｂ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１６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の孔部１４Ａの端部を露出させることが好ましい。
【０１３６】
（実施の形態９）
実施の形態９の電界放出素子は、実施の形態８の電界放出素子の変形である。図１７の（Ａ）に模式的な一部断面図を示す実施の形態９の平面型電界放出素子が図１６の（Ｃ）に示した実施の形態８の平面型電界放出素子と相違する点は、開口部１４Ｂ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。このような実施の形態９の平面型電界放出素子は、以下の製造方法にて製造することができる。
【０１３７】
［工程−９００］
先ず、［工程−８００］〜［工程−８２０］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及びフォーカス電極を絶縁層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及びフォーカス電極を形成する。ここまでのプロセスが終了した状態は、実質的に、図１６の（Ｂ）に示したと同様である。
【０１３８】
［工程−９１０］
次に、［工程−８３０］と同様にして、ゲート電極１３及び絶縁層１２に開口部１１４を形成し、開口部１４Ｂの底部にカソード電極１１を露出させる。その後、開口部１４Ｂ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結晶粒のエッチング速度よりも粒界のエッチング速度の方が早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。
【０１３９】
このような実施の形態９の平面型電界放出素子の構成においては、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１３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１４Ｂの底部に単に平滑なカソード電極１１が露出している実施の形態８の平面型電界放出素子に比べて、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１７の（Ａ）に示した実施の形態９の平面型電界放出素子によれば、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。
【０１４０】
尚、絶縁層１２をエッチングすることによって開口部を形成し、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１１４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１４Ｂ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１４Ｂ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。
【０１４１】
また、［工程−９００］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−８１０］〜［工程−８３０］と同様の工程を実行することによって、図１７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。
【０１４２】
あるいは又、［工程−９００］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１１Ａ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−８１０］〜［工程−８３０］と同様の工程を実行することによって、図１７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。
【０１４３】
図１７の（Ｂ）には、図１７の（Ａ）に示した電界放出素子の変形例を示す。図１７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−９１０］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１４Ｂの中央部近傍の電界強度を一層高めることができる。
【０１４４】
図１８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。
【０１４５】
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、５×１０⁷Ｖ／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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
具体的には、［工程−８１０］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。
【０１４８】
あるいは又、［工程−８００］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１１Ａを形成し、次いで、被覆層１１Ｂを形成した後、［工程−８１０］〜［工程−８３０］と同様の工程を実行することによって、図１８に示す電界放出素子を作製することもできる。
【０１４９】
あるいは又、［工程−８００］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１１Ａ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−８１０］〜［工程−８３０］と同様の工程を実行することによって、図１８に示す電界放出素子を作製することもできる。
【０１５０】
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。
【０１５１】
尚、図１６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−８３０］の後、開口部１４Ｂの底部に露出したカソード電極１１の表面に被覆層１１Ｂを形成すればよく、あるいは又、［工程−８００］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。
【０１５２】
（実施の形態１０）
実施の形態１０は、クレータ型電界放出素子から成る第２の構成を有する電界放出素子に関する。実施の形態１０のクレータ型電界放出素子の模式的な一部断面図を、図２２の（Ｂ）に示す。実施の形態１０のクレータ型電界放出素子においては、電子を放出する複数の***部１１１Ａと、各***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２１の（Ｂ）に示す。
【０１５３】
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***部１１１Ａは円環状となり、この場合の凹部１１１Ｂと***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。***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。***部１１１Ａの先端部１１１Ｃ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***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***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***部１１１Ａにより囲まれていてもよい。
【０１５４】
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***部と、各***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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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、***部及び凹部が形成され、しかも、球体が除去される。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。
【０１５７】
後述する実施の形態１２におけるクレータ型電界放出素子においても、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、実施の形態１２においては、実施の形態１０におけるクレータ型電界放出素子と異なり、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。
【０１５８】
後述する実施の形態１２におけるクレータ型電界放出素子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。実施の形態１２におけるクレータ型電界放出素子において、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。実施の形態１２におけるクレータ型電界放出素子にあっては、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。
【０１５９】
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。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。
【０１６０】
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。実施の形態１０のクレータ型電界放出素子において、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、実施の形態１０のクレータ型電界放出素子において、電子を放出する***部、及び、***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。
【０１６１】
実施の形態１０におけるクレータ型電界放出素子においては、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、後述する実施の形態１２のクレータ型電界放出素子においては、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て、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。
【０１６２】
あるいは、後述する実施の形態１１におけるクレータ型電界放出素子のように、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。
【０１６３】
あるいは、後述する実施の形態１２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。
【０１６４】
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***部から電子が放出される。従って、***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***部及び凹部が存在していたとしても、このような***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。
【０１６５】
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***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***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。
【０１６６】
実施の形態１０におけるクレータ型電界放出素子あるいは後述する実施の形態１１、実施の形態１２におけるクレータ型電界放出素子においては、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。***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、実施の形態１０あるいは実施の形態１１におけるクレータ型電界放出素子においては、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、***部の先端部が不規則形状となり易い。破断により***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。実施の形態１０あるいは実施の形態１１におけるクレータ型電界放出素子においては、凹部を囲む***部はいずれも概ね円環状となり、この場合の凹部と***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。
【０１６７】
支持体上における***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***部の配置はランダムとなる。
【０１６８】
実施の形態１０あるいは実施の形態１１、実施の形態１２におけるクレータ型電界放出素子において、絶縁層の形成後、絶縁層に開口部を形成するが、***部の先端部に損傷が生じないように、***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。
【０１６９】
以下、図１９〜図２２を参照して、実施の形態１０におけるクレータ型電界放出素子の製造方法を説明するが、図１９の（Ａ）、図２０の（Ａ）、図２１の（Ａ）模式的な一部端面図であり、図２２の（Ａ）及び（Ｂ）は模式的な一部断面図であり、図１９の（Ｂ）、図２０の（Ｂ）及び図２１の（Ｂ）は、図１９の（Ａ）、図２０の（Ａ）及び図２１の（Ａ）よりも広い範囲を模式的に示す一部斜視図である。
【０１７０】
［工程−１０００］
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５μｍ、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１９の（Ａ）及び（Ｂ）に示す。
【０１７１】
［工程−１０１０］
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２０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２０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１１１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１１１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１０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。
【０１７２】
［工程−１０２０］
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***部１１１Ａと、各***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２１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８０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、***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。
【０１７３】
［工程−１０３０］
その後、カソード電極１１１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。
【０１７４】
［工程−１０４０］
次に、絶縁層１２上に、ストライプ状のゲート電極１３及びフォーカス電極を形成する（図２２の（Ａ）参照）。ストライプ状のゲート電極１３及びフォーカス電極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。
【０１７５】
［工程−１０５０］
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−１１０］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１１４を形成し、以て、開口部１４Ｂの底部に複数の複数の***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、***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１１４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２２の（Ｂ）に示した電界放出素子を得ることができる。
【０１７６】
（実施の形態１１）
実施の形態１１は、実施の形態１０にて説明したクレータ型電界放出素子の変形である。実施の形態１１のクレータ型電界放出素子の製造方法の図２３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、実施の形態１０のクレータ型電界放出素子の製造方法と相違する。
【０１７７】
［工程−１１００］
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８１Ａ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０．０５μｍ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２３の（Ａ）には、組成物層８１の形成直後の状態を示す。
【０１７８】
［工程−１１１０］
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２３の（Ｂ）に示す。
【０１７９】
［工程−１１２０］
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２３の（Ｃ）に示す。
【０１８０】
［工程−１１３０］
次いで、実施の形態１０における［工程−１０２０］〜［工程−１０５０］と同様の工程を実行することによって、図２２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。
【０１８１】
（実施の形態１２）
実施の形態１２も、実施の形態１０のクレータ型電界放出素子の製造方法の変形である。実施の形態１２の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、
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***部と、各***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***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２４を参照して説明する。
【０１８２】
［工程−１２００］
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１８０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。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２４の（Ａ）に示す。
【０１８３】
［工程−１２１０］
次に、電子を放出する複数の***部１１１Ａと、各***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***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、実施の形態１０にて述べたと同様に、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、実施の形態１２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***部１１１Ａが形成される。***部１１１Ａの先端部１１１Ｃは、実施の形態１０のクレータ型電界放出素子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２４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２４の（Ｂ）に示す。
【０１８４】
［工程−１２２０］
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２４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。
【０１８５】
［工程−１２３０］
その後、実施の形態１０の［工程−１０３０］〜［工程−１０５０］を実行することによって、図２２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。
【０１８６】
（実施の形態１３）
実施の形態１３は、エッジ型電界放出素子から成る第３の構成を有する電界放出素子に関する。エッジ型電界放出素子の模式的な一部断面図を図２５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及びフォーカス電極から構成されており、開口部１１４がゲート電極１３及び絶縁層１２に設けられている。開口部１４Ｂ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２１１Ａから電子が放出される。
【０１８７】
尚、図２５の（Ｂ）に示すように、開口部１１４内のカソード電極２１１の下の支持体１０に凹部１０Ａ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２５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１２Ａ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１１４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１１４の側壁にはカソード電極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。
【０１８８】
例えば、図２５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２６を参照して、以下、説明する。
【０１８９】
［工程−１３００］
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２６の（Ａ）参照）。
【０１９０】
［工程−１３１０］
その後、全面に、例えばＳｉＯ₂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及びフォーカス電極を形成する（図２６の（Ｂ）参照）。
【０１９１】
［工程−１３２０］
次に、［工程−１１０］と同様の方法に基づき、第２のゲート電極１３Ｂを例えばＲＩＥ法により異方的にエッチングし、孔部を形成する。次に、孔部の底面に露出した絶縁層１２Ｂを等方的にエッチングし、開口部１４Ｂを形成する。絶縁層１２ＢをＳｉＯ₂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に形成された開口部１４Ｂの壁面は、第２のゲート電極１３Ｂに形成された孔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に形成された開口部１４Ｂの下端が、第２のゲート電極１３Ｂに形成された孔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。
【０１９２】
次に、開口部１４Ｂ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１４Ｂ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１４Ｂ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。
【０１９３】
従って、カソード電極２１１に形成された開口の上端部の位置は、絶縁層１２Ｂに形成された開口部１４Ｂの下端部とほぼ揃っているものの、カソード電極２１１に形成された開口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。
【０１９４】
次に、カソード電極２１１に形成された開口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に開口部を形成し、開口部１１４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に形成された開口部の壁面は、カソード電極２１１に形成された開口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１１４の完成後に第１のレジスト層を除去すると、図２５の（Ｃ）に示した構成を得ることができる。
【０１９５】
（実施の形態１４）
実施の形態１４は、実施の形態１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に関する。実施の形態１４の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２７〜図３０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及びフォーカス電極を形成する工程
（ｄ）底部にカソード電極１１が露出した開口部１１４を、ゲート電極１３及び絶縁層１２に形成する工程
（ｅ）開口部１１４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１１４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９１から成り、先端部が錐状形状を有する電子放出部１５Ｅを開口部１４Ｂ内に露出したカソード電極１１上に形成する工程
【０１９６】
［工程−１４００］
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３０μｍ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１μｍとする。次に、絶縁層１２上の全面に、カソード電極１１の射影像と直交する方向に射影像が延び、且つ、互いに平行に延びるストライプ状のゲート電極１３及びフォーカス電極を形成する。
【０１９７】
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画素の領域において、ゲート電極１３と絶縁層１２とを貫通した開口部１１４を、［工程−１１０］と同様の方法に基づき形成する（図２７の（Ａ）参照）。開口部１１４の平面形状は、例えば、直径０．３μｍの円形である。開口部１１４は、通常、１画素の領域に数百乃至千個程度形成される。
【０１９８】
［工程−１４１０］
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２７の（Ｂ）参照）。この密着層９０は、ゲート電極１３が形成されていない絶縁層１２の露出面や開口部１１４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０．０７μｍの厚さに形成する。
【０１９９】
［工程−１４２０］
次に、開口部１１４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２８の（Ａ）参照）。成膜された導電材料層９１の表面には、開口部１１４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。
【０２００】
［工程−１４３０］
次に、開口部１１４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９１Ａ）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、ス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９１の上に形成する（図２８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２９の（Ａ）参照）。
【０２０１】
［工程−１４４０］
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２９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。
【０２０２】
［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）
【０２０３】
［工程−１４５０］
その後、等方的なエッチング条件にて開口部１４Ｂの内部において絶縁層１２に設けられた開口部１４Ｂの側壁面を後退させると、図３０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［工程−１４０］にて説明したと同様とすればよい。
【０２０４】
ここで、［工程−１４４０］において、電子放出部１５Ｅが形成される機構について、図３１を参照して説明する。図３１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３１の（Ｂ）は、エッチング時間と開口部１１４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１１４の中心におけるマスク材料層の厚さをｈ_p、開口部１１４の中心における電子放出部１５Ｅの高さをｈ_eとする。
【０２０５】
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９１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（ｈ_p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（ｈ_e減少区間）。ｈ_e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１１４の中心で最も遅く、マスク材料層９２の薄い開口部１１４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。
【０２０６】
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３２を参照して説明する。図３２の（Ａ）は、対レジスト選択比が相対的に小さい場合、図３２の（Ｃ）は、対レジスト選択比が相対的に大きい場合、図３２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。
【０２０７】
尚、上記のエッチングにおいては当然、ゲート電極１３やフォーカス電極、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やフォーカス電極、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。
【０２０８】
（実施の形態１５）
実施の形態１５におけるスピント型電界放出素子の製造方法は、実施の形態１４のスピント型電界放出素子の製造方法の製造方法の変形である。実施の形態１５における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、実施の形態１４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、実施の形態１５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。
【０２０９】
以下、実施の形態１５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３３〜図３５を参照して説明する。
【０２１０】
［工程−１５００］
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０．１μｍ）、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１１を単層で表した。次に、支持体１０とカソード電極１１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ＣＶＤ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及びフォーカス電極を形成する。
【０２１１】
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１３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、ＲＩＥ法により、エッチング停止層９３、ゲート電極１３、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１１４を、［工程−１１０］と同様の方法に基づき形成する。このようにして、図３３の（Ａ）に示す状態が得られる。
【０２１２】
［工程−１５１０］
次に、開口部１１４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１１４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３３の（Ｂ）参照）。但し、実施の形態１５における導電材料層９１は、実施の形態１４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１１４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。
【０２１３】
［工程−１５２０］
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３４の（Ａ）参照）。無電解メッキ条件を以下の表３に例示する。
【０２１４】

【０２１５】
［工程−１５３０］
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３４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。
【０２１６】
［工程−１５４０］
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１１４内に錐状形状を有する電子放出部１５Ｅが形成される（図３５の（Ａ）参照）。尚、電子放出部１５Ｅの先端部にマスク材料層９２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。
【０２１７】
［工程−１５５０］
次に、等方的なエッチング条件で開口部１４Ｂの内部において絶縁層１２に設けられた開口部１４Ｂの側壁面を後退させると、図３５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、実施の形態１４の製造方法で説明したと同様とすればよい。
【０２１８】
ところで、実施の形態１５の製造方法で形成された電子放出部１５Ｅにおいては、実施の形態１４の製造方法で形成された電子放出部１５Ｅ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３６を参照しながら説明する。図３６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３６の（Ａ）は銅から成るマスク材料層９２を用いた場合、図３６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３６においては密着層９０の図示を省略する。
【０２１９】
銅から成るマスク材料層９２を用いた場合（図３６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１５Ｅ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３６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。
【０２２０】
また、柱状部９１Ｂに残るマスク材料層９２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。
【０２２１】
（実施の形態１６）
実施の形態１６のスピント型電界放出素子の製造方法は、実施の形態１５のスピント型電界放出素子の製造方法の変形である。実施の形態１６のスピント型電界放出素子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、実施の形態１６の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３７及び図３８を参照して説明する。
【０２２２】
［工程−１６００］
先ず、図３４の（Ａ）に示したマスク材料層９２の形成までを実施の形態１５の［工程−１５００］〜［工程−１５２０］と同様に行った後、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３７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９２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３６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。
【０２２３】
［工程−１６１０］
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、実施の形態１５のスピント型電界放出素子の製造方法と同様に行い、図３７の（Ｂ）に示すような電子放出部１５Ｅを形成する。この電子放出部１５Ｅは、図３５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３７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１５Ｅとしての機能に何ら支障はない。
【０２２４】
［工程−１６２０］
その後、等方的なエッチング条件で開口部１４Ｂの内部において絶縁層１２に設けられた開口部１４Ｂの側壁面を後退させると、図３８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［工程−１４０］にて説明したと同様とすればよい。
【０２２５】
（実施の形態１７）
実施の形態１７のスピント型電界放出素子の製造方法は、実施の形態１４のスピント型電界放出素子の製造方法の変形である。実施の形態１７におけるスピント型電界放出素子の模式的な一部端面図を図３９に示す。実施の形態１７のスピント型電界放出素子の製造方法が実施の形態１４のスピント型電界放出素子の製造方法と異なる点は、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の孔部１４Ａの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１１４が形成されている。
【０２２６】
以下、実施の形態１７の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４０〜図４２を参照して説明する。
【０２２７】
［工程−１７００］
先ず、開口部１１４の形成までを、実施の形態１４の［工程−１４００］と同様に行う。続いて、開口部１１４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ＣＶＤ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４０（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１１４の底部を上面が平坦な基部９４で埋め込む（図４０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。
【０２２８】
［工程−１７１０］
次に、開口部１１４の残部を含む全面に密着層９０を成膜し、更に、開口部１１４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１１４の残部を導電材料層９１で埋め込む（図４１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１１４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。
【０２２９】
［工程−１７２０］
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か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４１の（Ｂ）参照）。マスク材料層９２は、導電材料層９１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ＲＩＥ法によりエッチングする（図４２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９１Ａにマスク材料層９２が平坦に残され、マスク材料層９２は、開口部１１４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。
【０２３０】
［工程−１７３０］
次に、実施の形態１４の［工程−１４４０］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４２の（Ｂ）参照）。その後、開口部１４Ｂの内部において絶縁層１２に設けられた開口部１４Ｂの側壁面を後退させると、図３９に示した電界放出素子を得ることができる。
【０２３１】
（実施の形態１８）
実施の形態１８のスピント型電界放出素子の製造方法は、実施の形態１５のスピント型電界放出素子の製造方法の変形である。実施の形態１８のスピント型電界放出素子の模式的な一部端面図を図４４の（Ｂ）に示す。実施の形態１８のスピント型電界放出素子が実施の形態１５のスピント型電界放出素子と異なる点は、電子放出部が、実施の形態１７のスピント型電界放出素子と同様に、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１５Ｅとゲート電極１３の孔部１４Ａの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１１４が形成されている。
【０２３２】
以下、実施の形態１８の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４３及び図４４を参照して説明する。
【０２３３】
［工程−１８００］
先ず、開口部１１４の形成までを、実施の形態１４の［工程−１４００］と同様に行う。次に、開口部１１４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１１４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、実施の形態１７の［工程−１７００］と同様のプロセスによって形成可能である。更に、開口部１１４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１１４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９１Ｃ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４３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。
【０２３４】
［工程−１８１０］
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４３の（Ｂ）参照）。この除去は、［工程−１５３０］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。
【０２３５】
［工程−１８２０］
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、実施の形態１５の［工程−１５４０］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４４の（Ａ）には基部９４の一部が開口部１１４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。
【０２３６】
［工程−１８３０］
その後、等方的なエッチング条件で開口部１４Ｂの内部において絶縁層１２の側壁面を後退させると、図４４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、実施の形態１４の製造方法で説明したと同様とすればよい。
【０２３７】
（実施の形態１９）
実施の形態１９のスピント型電界放出素子の製造方法は、実施の形態１６のスピント型電界放出素子の製造方法の変形である。実施の形態１９のスピント型電界放出素子が実施の形態１６のスピント型電界放出素子と異なる点は、電子放出部が、実施の形態１７のスピント型電界放出素子と同様に、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、実施の形態１９の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４５を参照して説明する。
【０２３８】
［工程−１９００］
マスク材料層９２の形成までを実施の形態１８の［工程−１８００］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４５参照）。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、実施の形態１８のスピント型電界放出素子の製造方法と同様に行うことができる。
【０２３９】
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。
【０２４０】
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、ゲート電極に設けられた１つの孔部に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つの孔部に複数の電子放出部が対応した形態、あるいは、複数の孔部に１つの電子放出部が対応する形態とすることもできる。
【０２４１】
ゲート電極やフォーカス電極の平面形状はストライプ状に限定されない。例えば、カソード電極とゲート電極の射影像が重複する重複領域におけるゲート電極の幅を広くし、更には、重複領域近傍のフォーカス電極の幅を広くする構成とすることもできる。
【０２４２】
ゲート電極や、本発明の第１の態様に係る電界放出素子や表示装置におけるフォーカス電極を、孔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及びフォーカス電極支持部を形成し、金属箔がかかるゲート電極支持部及びフォーカス電極支持部の頂面に接するように、且つ、ゲート電極に設けられた孔部が電子放出部の上方に位置するように、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孔部の下方に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つの孔部の下方に１つの電子放出部が形成されていてもよい。尚、電子放出部として、第１の構成〜第３の構成を有する電界放出素子における各種電子放出部を適用することができる。
【０２４３】
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ッ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。
【０２４４】
【発明の効果】
本発明においては、電界放出素子の構造を簡素化することができるし、複数の電界放出素子から放出された電子に収束効果を及ぼすことができ、所謂光学的クロストークの発生を効果的に防止することができる結果、表示装置の消費電力当たりの輝度効率を高めることができる。更には、本発明の第１の態様に係る電界放出素子あるいは表示装置においては、例えば、ゲート電極とフォーカス電極を同時に形成することが可能であるが故に、電界放出素子や表示装置の製造工程が増加することがない。一方、本発明の第２の態様に係る電界放出素子あるいは表示装置においては、例えば、ゲート電極とフォーカス電極との間に短絡防止のための絶縁膜を形成すればよいので、電界放出素子や表示装置の製造工程が大幅に増加することがない。
【０２４５】
また、ゲート電極の上方にフォーカス電極を形成する必要が無いので、アノード電極とフォーカス電極との間に異常放電が発生することが無い。しかも、従来の電界放出素子と異なり、ゲート電極に設けられた孔部から放出された電子の軌道近傍に厚い絶縁膜が存在しないので、電子がかかる絶縁膜に衝突し絶縁膜が帯電することも無い。その結果、電子の軌道が歪められることが無いし、異常放電が発生することも無く、また、電子の衝突によって絶縁膜に損傷が発生することも無い。
【０２４６】
更には、従来の冷陰極電界電子放出表示装置と比較して、空間に露出したカソードパネルの部分の面積が少ないため、かかるカソードパネルの部分に吸着したガスが放出される量を低減し得る。その結果、電子放出部に吸着するガス量が少なくなり、電界放出素子の劣化を抑制することができ、電界放出素子の長寿命化を図ることができるし、電界放出素子が電子を放出する閾値電圧を低減することができ、表示装置の消費電力の減少を図ることができる。また、電界放出素子からの電子放出特性が均一化する。更には、カソード電極あるいはゲート電極とアノード電極との間の耐圧が向上するので、アノード電極へ印加する電圧を高くすることができる。その結果、蛍光体層の輝度劣化の抑制を図ることができるし、高輝度を達成でき、しかも、加速された電子の衝突による蛍光体層からのガス放出が減り、表示装置の長寿命化を図ることができる。
【０２４７】
以上の結果として、高い信頼性を有し、長寿命で、しかも、低消費電力の冷陰極電界電子放出表示装置を安価に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態１の冷陰極電界電子放出表示装置の模式的な一部分解斜視図である。
【図２】発明の実施の形態１の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。
【図３】発明の実施の形態１の冷陰極電界電子放出素子の模式的な一部端面図である。
【図４】Ｖ_Gを５０ボルト、Ｖ_Fを０ボルト、Ｌ_G-Fを２０μｍとし、ゲート電極の幅を１００μｍ、フォーカス電極の幅を１１０μｍとしたときに、ゲート電極及びフォーカス電極によって、どのような電界が形成されるかをシミュレーションした結果、得られた等電位面及び電子の軌跡を示すグラフである。
【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。
【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。
【図７】発明の実施の形態２の冷陰極電界電子放出表示装置におけるカソードパネルの模式的な一部斜視図である。
【図８】発明の実施の形態２の冷陰極電界電子放出表示装置の変形におけるカソードパネルの模式的な一部斜視図である。
【図９】発明の実施の形態３の冷陰極電界電子放出表示装置におけるカソードパネルの模式的な一部斜視図である。
【図１０】発明の実施の形態４における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。
【図１１】図１０に引き続き、発明の実施の形態４における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。
【図１２】発明の実施の形態５における扁平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断面図である。
【図１３】発明の実施の形態６における扁平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断面図である。
【図１４】発明の実施の形態７の扁平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。
【図１５】図１５に引き続き、実施の形態７の扁平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。
【図１６】発明の実施の形態８における平面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断面図である。
【図１７】発明の実施の形態９における平面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。
【図１８】発明の実施の形態９における平面型冷陰極電界電子放出素子の変形例の模式的な一部断面図である。
【図１９】発明の実施の形態１０におけるクレータ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、及び、部分的な斜視図である。
【図２０】図１９に引き続き、発明の実施の形態１０におけるクレータ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、及び、部分的な斜視図である。
【図２１】図２０に引き続き、発明の実施の形態１０におけるクレータ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、及び、部分的な斜視図である。
【図２２】図２１に引き続き、発明の実施の形態１０におけるクレータ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断面図である。
【図２３】発明の実施の形態１１のクレータ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断面図である。
【図２４】発明の実施の形態１２のクレータ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断面図である。
【図２５】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。
【図２６】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。
【図２７】発明の実施の形態１４の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。
【図２８】図２７に引き続き、発明の実施の形態１４の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。
【図２９】図２８に引き続き、発明の実施の形態１４の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。
【図３０】図２９に引き続き、発明の実施の形態１４の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。
【図３１】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。
【図３２】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。
【図３３】発明の実施の形態１５における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。
【図３４】図３３に引き続き、発明の実施の形態１５における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。
【図３５】図３４に引き続き、発明の実施の形態１５における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。
【図３６】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。
【図３７】発明の実施の形態１６における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。
【図３８】図３７に引き続き、発明の実施の形態１６におけるスピント型冷陰極電界電子放出素子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。
【図３９】発明の実施の形態１７のスピント型冷陰極電界電子放出素子の製造方法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。
【図４０】発明の実施の形態１７の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。
【図４１】図４０に引き続き、発明の実施の形態１７の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。
【図４２】図４１に引き続き、発明の実施の形態１７の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。
【図４３】発明の実施の形態１８の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。
【図４４】図４３に引き続き、発明の実施の形態１８の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。
【図４５】発明の実施の形態１９の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。
【図４６】発明の実施の形態１の冷陰極電界電子放出表示装置における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。
【図４７】従来の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。
【図４８】従来の冷陰極電界電子放出素子を構成する電子放出部から電子が或る程度の発散角をもって放出される状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
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・・・***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、１４Ａ・・・孔部、１４Ｂ，１１４・・・開口部、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ・・・電子放出部、１６・・・レジスト層、１７・・・剥離層、１８・・・導電材料層、２０・・・基板、２１・・・ブラックマトリックス、２２，２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ・・・蛍光体層、２３・・・アノード電極、２４・・・カソード電極駆動回路、２５・・・ゲート電極駆動回路、２６・・・加速電源、２７・・・フォーカス電極駆動回路、３０，３５・・・フォーカス電極、３１，３３，３４・・・絶縁膜、３２・・・第２のフォーカス電極、４０・・・感光性被膜、４１・・・感光領域、４２・・・感光性被膜の残部（露光、現像後の感光性被膜）、４３・・・マスク、４４・・・開口、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、１８０Ａ・・・芯材、１８０Ｂ・・・表面処理層、９０・・・密着層、９１・・・導電材料層、９１Ａ・・・凹部、９１Ｂ・・・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

Claims (9)

1. （Ａ）支持体と、
   （Ｂ）支持体上に形成され、第１の方向に延びるカソード電極と、
   （Ｃ）カソード電極の上方に配設され、第１の方向とは異なる第２の方向に延びるゲート電極と、
   （Ｄ）カソード電極と重複するゲート電極の領域に設けられた孔部と、
   （Ｅ）孔部の底部に配設された電子放出部と、
   （Ｆ）フォーカス電極、
   から構成された冷陰極電界電子放出素子であって、
   該フォーカス電極は、第２の方向に延び、且つ、ゲート電極とゲート電極の間に配設されており、
   第２のフォーカス電極を更に備え、
   該第２のフォーカス電極は、第１の方向に延び、且つ、カソード電極とカソード電極の間の領域の上方に配設されており、絶縁層、ゲート電極及びフォーカス電極上に絶縁膜を介して形成されていることを特徴とする冷陰極電界電子放出素子。
2. フォーカス電極とゲート電極とは略同一平面にあ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素子。
3. （ａ）支持体及びカソード電極上には、絶縁層が形成され、
   （ｂ）該絶縁層上に、ゲート電極及びフォーカス電極が形成され、
   （ｃ）該絶縁層には、ゲート電極に設けられた孔部に連通した開口部が設けられ、
   （ｄ）開口部の底部に電子放出部が位置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素子。
4. 電子放出部は、開口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ていることを特徴とする請求項３に記載の冷陰極電界電子放出素子。
5. 開口部の底部に位置するカソード電極の部分が電子放出部に相当することを特徴とする請求項３に記載の冷陰極電界電子放出素子。
6. 開口部の底部に位置するカソード電極の部分に設けられた開口のエッジ部が電子放出部に相当することを特徴とする請求項３に記載の冷陰極電界電子放出素子。
7. ゲート電極及びフォーカス電極の平面形状はストライプ状であることを特徴とする請求項３に記載の冷陰極電界電子放出素子。
8. 絶縁層はＳｉＯ₂系材料から成り、
   ゲート電極とフォーカス電極との間の距離をＬ_G-L（単位：ｍ）、ゲート電極に印加される電圧をＶ_G（単位：ボルト）、フォーカス電極に印加される電圧をＶ_F（単位：ボルト）としたとき、下記の式（１）を満足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素子。
   ［数１］
   （Ｖ_G−Ｖ_F）／Ｌ_G-F＜７×１０⁷（Ｖ／ｍ） （１）
9. 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、アノード電極及び蛍光体層が形成されたアノードパネルとが、蛍光体層と冷陰極電界電子放出素子とが対向するように配置され、カソードパネルとアノードとが周縁部において接合されており、
   冷陰極電界電子放出素子が、
   （Ａ）支持体と、
   （Ｂ）支持体上に形成され、第１の方向に延びるカソード電極と、
   （Ｃ）カソード電極の上方に配設され、第１の方向とは異なる第２の方向に延びるゲート電極と、
   （Ｄ）カソード電極と重複するゲート電極の領域に設けられた孔部と、
   （Ｅ）孔部の底部に配設された電子放出部と、
   （Ｆ）フォーカス電極、
   から構成された冷陰極電界電子放出表示装置であって、
   該フォーカス電極は、第２の方向に延び、且つ、ゲート電極とゲート電極の間に配設されており、
   第２のフォーカス電極を更に備え、
   該第２のフォーカス電極は、第１の方向に延び、且つ、カソード電極とカソード電極の間の領域の上方に配設されており、絶縁層、ゲート電極及びフォーカス電極上に絶縁膜を介して形成されていることを特徴とする冷陰極電界電子放出表示装置。

Images