JP4875432B2 - Cold cathode device manufacturing method and cold cathode device using the same - Google Patents

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Description

本発明は、冷陰極素子の製造方法及びこれを用いた冷陰極素子に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a cold cathode device and a cold cathode device using the same.

近年、カーボンナノチューブ（以下「ＣＮＴ」）やグラファイトナノファイバ（以下「ＧＮＦ」）等の炭素系微細繊維は、冷陰極素子の電子源材料としての応用が期待されている。従来の冷陰極素子は、例えば図１２に示すような構成となっている。   In recent years, carbon-based fine fibers such as carbon nanotubes (hereinafter “CNT”) and graphite nanofibers (hereinafter “GNF”) are expected to be applied as electron source materials for cold cathode devices. A conventional cold cathode device has a structure as shown in FIG. 12, for example.

図１２に示すように、従来の冷陰極素子１は、ガラス基板２上に形成されたカソード電極３と、カソード電極３上に形成された絶縁層４と、絶縁層４上に形成された電子引出電極５と、ＣＮＴやＧＮＦ等で構成される炭素系微細繊維６とを備え、電子引出電極５に電圧が印加されることによって電子源である炭素系微細繊維６から電子が放出されるようになっている。なお、冷陰極素子１は、通常、ガラス基板２上に複数形成されるが、構成をわかりやすくするため、図１２には１冷陰極素子分の構成が示されている。   As shown in FIG. 12, a conventional cold cathode device 1 includes a cathode electrode 3 formed on a glass substrate 2, an insulating layer 4 formed on the cathode electrode 3, and electrons formed on the insulating layer 4. An extraction electrode 5 and carbon-based fine fibers 6 made of CNT, GNF, or the like are provided, and electrons are emitted from the carbon-based fine fibers 6 as an electron source when a voltage is applied to the electron extraction electrode 5. It has become. Although a plurality of cold cathode devices 1 are usually formed on the glass substrate 2, in order to make the configuration easy to understand, FIG. 12 shows a configuration for one cold cathode device.

冷陰極素子を利用したデバイスとしては、例えば、放出された電子を蛍光体が形成されたアノード電極上に衝突させることによって蛍光体を発光させ、所望の画像を表示することができるフィールドエミッションディスプレイ（以下「ＦＥＤ」）が知られている（例えば、非特許文献１及び２参照）。   As a device using a cold cathode element, for example, a field emission display that can cause a phosphor to emit light by colliding emitted electrons on an anode electrode on which the phosphor is formed and display a desired image ( Hereinafter, “FED”) is known (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2).

しかしながら、炭素系微細繊維を用いた冷陰極素子をＦＥＤに応用して実用化するには、炭素系微細繊維を用いた冷陰極素子の信頼性及び電子放出特性において改善すべき課題があり、この課題を解決するために種々の提案がなされている。   However, in order to apply a cold cathode device using carbon-based fine fibers to FED and put it to practical use, there are problems to be improved in the reliability and electron emission characteristics of the cold cathode device using carbon-based fine fibers. Various proposals have been made to solve the problems.

まず、信頼性における課題について説明する。図１２に示された冷陰極素子１において、信頼性を低下させる原因の１つとして、カソード電極３と電子引出電極５との間における電気的な短絡が挙げられる。カソード電極３と電子引出電極５との間に設けられた絶縁層４の厚さは、通常数μｍ程度であり、カソード電極３上に形成された炭素系微細繊維６の長さも通常数μｍ程度なので、炭素系微細繊維６が電子引出電極５と接触することがあり、その結果、カソード電極３と電子引出電極５とが電気的に短絡して冷陰極素子１が動作不良を起こしてしまうという課題がある。   First, the problem in reliability will be described. In the cold cathode device 1 shown in FIG. 12, one of the causes for reducing the reliability is an electrical short circuit between the cathode electrode 3 and the electron extraction electrode 5. The thickness of the insulating layer 4 provided between the cathode electrode 3 and the electron extraction electrode 5 is usually about several μm, and the length of the carbon-based fine fiber 6 formed on the cathode electrode 3 is also usually about several μm. Therefore, the carbon-based fine fiber 6 may come into contact with the electron extraction electrode 5, and as a result, the cathode electrode 3 and the electron extraction electrode 5 are electrically short-circuited, causing the cold cathode device 1 to malfunction. There are challenges.

この課題の解決を図るものとして、オゾンや水素化物プラズマを用いて炭素系微細繊維６の長さを短くするトリミングの方法が提案されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。なお、トリミングとは、炭素系微細繊維６の長さを形成後の長さよりも短くする処理をいい、炭素系微細繊維６を電子引出電極５から離隔させ、カソード電極３と電子引出電極５との間の電気的な短絡を防止するための処理である。   As a solution to this problem, a trimming method for shortening the length of the carbon-based fine fiber 6 using ozone or hydride plasma has been proposed (for example, see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). Trimming refers to a process in which the length of the carbon-based fine fiber 6 is made shorter than that after formation. The carbon-based fine fiber 6 is separated from the electron extraction electrode 5, and the cathode electrode 3 and the electron extraction electrode 5 are separated. It is the process for preventing the electrical short circuit between.

次に、電子放出特性における課題について説明する。ＦＥＤは、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等と比較すると高速応答、低消費電力であるという特徴を有しているが、さらなる輝度の向上及び均一性を図るために電子放出特性の改善が要求されている。この電子放出特性の改善を図るものとして、レーザ光を炭素系微細繊維に照射することにより、炭素系微細繊維の表面を活性化させる方法が提案されている（例えば、非特許文献３参照）。
Ｓ．Ｋａｎｇ，ｅｔ ａｌ．，ＳＩＤ'０３ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ．８０２−８０５（２００３） Ｍ．Ｌｅｖｉｓ，ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ． ＩＤＷ／ＡＤ'０５，ｐｐ．１６３５−１６３８（２００５） Ｗ．Ｒｏｃｈａｎａｃｈｉｒａｐａｒ，ｅｔ ａｌ．Ｊ．Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ｂ２３，ｐｐ．７６５−７６８（２００５） 特開２００５−３１７４１５号公報 Next, problems in the electron emission characteristics will be described. The FED has characteristics of high-speed response and low power consumption compared with a liquid crystal display, a plasma display, and the like. However, in order to further improve luminance and uniformity, it is required to improve electron emission characteristics. . In order to improve the electron emission characteristics, a method of activating the surface of the carbon-based fine fiber by irradiating the carbon-based fine fiber with a laser beam has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 3).
S. Kang, et al. , SID'03 Digest, pp. 802-805 (2003) M.M. Levis, et al. , Proc. IDW / AD'05, pp. 1635-1638 (2005) W. Rochanachirapar, et al. J. et al. Vac. Sci. Technol. B23, pp. 765-768 (2005) JP 2005-317415 A

しかしながら、前述のような信頼性を改善するためのトリミング工程や電子放出特性の改善工程は、従来別々の容器内で実施されるので、冷陰極素子の製造工程が煩雑となって製造コストが増大するという課題があった。   However, since the trimming process for improving reliability and the process for improving the electron emission characteristics as described above are conventionally performed in separate containers, the manufacturing process of the cold cathode device becomes complicated and the manufacturing cost increases. There was a problem to do.

また、レーザ光による炭素系微細繊維の活性化処理を、例えば比較的大画面のＦＥＤに適用しようとすると、冷陰極素子が形成された画面全体にわたってレーザ光を均一に照射することが困難となるので、炭素系微細繊維に安定した活性化処理が施せず、電子放出特性の改善が行えないという課題があった。   In addition, if an activation process of carbon-based fine fibers by laser light is applied to, for example, a relatively large screen FED, it is difficult to uniformly irradiate the laser light over the entire screen on which the cold cathode elements are formed. Therefore, there has been a problem that the carbon-based fine fibers cannot be stably activated and the electron emission characteristics cannot be improved.

また、例えば図１２に示すような構造の冷陰極素子１に対して、レーザ光による炭素系微細繊維６の活性化処理を実施しようとする場合、炭素系微細繊維６の表面のみを活性化処理するようレーザ光を制御することは困難であり、電子引出電極５や炭素系微細繊維６全体が熱ダメージを受けて冷陰極素子１の特性が劣化してしまうので、電子放出特性の改善が行えないという課題があった。   For example, when the activation process of the carbon-based fine fiber 6 by laser light is to be performed on the cold cathode element 1 having the structure shown in FIG. 12, only the surface of the carbon-based fine fiber 6 is activated. It is difficult to control the laser beam so that the electron extraction electrode 5 and the carbon fine fiber 6 as a whole are thermally damaged and the characteristics of the cold cathode device 1 are deteriorated, so that the electron emission characteristics can be improved. There was no problem.

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、従来のものよりも簡便に制御性よく信頼性及び電子放出特性を改善することができる冷陰極素子の製造方法及びこれを用いた冷陰極素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the conventional problems, and a method for manufacturing a cold cathode device capable of improving the reliability and the electron emission characteristics more easily and with controllability than the conventional ones and the use thereof. An object of the present invention is to provide a cold cathode device.

本発明の発明者は、炭素系微細繊維の製造に係る実験及び検討を重ねた結果、（１）波長１８５ｎｍ以下の光の照射により酸素活性種を発生させて炭素系微細繊維をトリミングすること、（２）トリミングした後に水素を含む雰囲気中で波長１７２ｎｍ以下の光を照射することにより炭素系微細繊維の活性化処理を行うこと、により前述の課題が解決されることを見出した。   As a result of repeated experiments and examinations related to the production of carbon-based fine fibers, the inventor of the present invention (1) trimming carbon-based fine fibers by generating oxygen active species by irradiation with light having a wavelength of 185 nm or less, (2) It has been found that the above-described problems can be solved by activating the carbon-based fine fibers by irradiating light having a wavelength of 172 nm or less in an atmosphere containing hydrogen after trimming.

すなわち、本発明の冷陰極素子の製造方法は、炭素系微細繊維を形成する炭素系微細繊維形成工程と、形成された前記炭素系微細繊維をトリミングするトリミング工程と、トリミングされた前記炭素系微細繊維を活性化させる活性化処理工程とを含み、前記トリミング工程は、酸素を含むガスが注入された容器内において、前記炭素系微細繊維形成工程で形成された前記炭素系微細繊維に波長１６０ｎｍの光を含む真空紫外光を照射することによって行われる工程であり、前記活性化処理工程は、水素を含むガスが注入された容器内において、前記真空紫外光を照射することによって前記炭素系微細繊維を活性化させる工程であり、前記トリミング工程及び前記活性化処理工程は、同一の容器内で行われる構成を有している。 That is, the manufacturing method of the cold cathode device of the present invention includes a carbon-based fine fiber forming step for forming carbon-based fine fibers, a trimming step for trimming the formed carbon-based fine fibers, and the trimmed carbon-based fine fibers. fibers look including the activation treatment step of activating, the trimming step is in the container a gas containing oxygen is injected, wavelength 160nm to the carbonaceous fine fibers formed by the carbonaceous fine fiber forming process The activation process is performed by irradiating the vacuum ultraviolet light in a container into which a gas containing hydrogen is injected. It is a step of activating fibers, and the trimming step and the activation treatment step are configured to be performed in the same container .

この構成により、本発明の冷陰極素子の製造方法は、トリミング工程と活性化処理工程とを同一の容器内で化学的に行うことが可能となるので、従来のものよりも簡便に制御性よく炭素系微細繊維のトリミング処理を実施して信頼性を向上させることができ、電子放出特性を改善することができる。   With this configuration, the manufacturing method of the cold cathode device of the present invention can perform the trimming step and the activation treatment step chemically in the same container, so that it is easier and more controllable than the conventional one. The trimming process of the carbon-based fine fiber can be performed to improve the reliability, and the electron emission characteristics can be improved.

また、この構成により、本発明の冷陰極素子の製造方法は、水素を含むガスに波長１６０ｎｍの光を含む真空紫外光を照射することによって炭素系微細繊維を活性化させるので、従来のものよりも電子放出特性を改善することができる。 Also, with this configuration, the manufacturing method of the cold cathode device of the present invention activates the carbon-based fine fiber by irradiating a gas containing hydrogen with vacuum ultraviolet light containing light having a wavelength of 160 nm. Can also improve the electron emission characteristics.

また、この構成により、本発明の冷陰極素子の製造方法は、光の照射領域内にある炭素系微細繊維のみを活性化させ、光の照射領域外にある炭素系微細繊維を活性化させないので、光の照射領域外にある炭素系微細繊維からの放出電子による電流が、光の照射領域内にある炭素系微細繊維からの放出電子による電流に比べて相対的に低下することとなり、電流の取り出し効率を向上させることができる。   Also, with this configuration, the cold cathode device manufacturing method of the present invention activates only the carbon-based fine fibers in the light irradiation region and does not activate the carbon-based fine fibers outside the light irradiation region. The current due to the electrons emitted from the carbon-based fine fibers outside the light irradiation region is relatively lower than the current due to the electrons emitted from the carbon-based fine fibers within the light irradiation region. The extraction efficiency can be improved.

また、この構成により、本発明の冷陰極素子の製造方法は、トリミング工程及び活性化処理工程を同一の容器内で行うことによって、これらの工程が別々の容器内で実施される従来のものよりも簡便に制御性よく炭素系微細繊維のトリミング処理を実施して信頼性を向上させることができ、電子放出特性を改善することができると共に、従来のものよりも製造コストを低減することができる。 Also, with this configuration, the cold cathode device manufacturing method of the present invention performs the trimming process and the activation process process in the same container, so that these processes are performed in separate containers. In addition, the trimming process of the carbon-based fine fibers can be performed simply and with good controllability, so that the reliability can be improved, the electron emission characteristics can be improved, and the manufacturing cost can be reduced as compared with the conventional one. .

本発明の冷陰極素子は、請求項１に記載の冷陰極素子の製造方法で製造される冷陰極素子であって、電子を放出する炭素系微細繊維が形成されるカソード電極と、このカソード電極に対向して設けられ、前記電子を通過させる貫通孔を有し、前記炭素系微細繊維から前記電子を引き出す電子引出電極とを備え、前記カソード電極に対して前記貫通孔を垂直方向に投影した投影領域内にある炭素系微細繊維からの放出電子による電流の密度が、投影領域外にある炭素系微細繊維からの放出電子による電流の密度よりも大きい構成を有している。 The cold cathode device of the present invention is a cold cathode device manufactured by the method for manufacturing a cold cathode device according to claim 1, wherein a cathode electrode on which carbon-based fine fibers emitting electrons are formed, and the cathode electrode And an electron extraction electrode that pulls out the electron from the carbon-based fine fiber, and the through hole is projected in a vertical direction with respect to the cathode electrode. The current density due to the emitted electrons from the carbon-based fine fibers in the projection region is larger than the current density due to the emitted electrons from the carbon-based fine fibers outside the projection region.

この構成により、本発明の冷陰極素子は、投影領域内にある炭素系微細繊維からの放出電子による電流の密度が、投影領域外にある炭素系微細繊維からの放出電子による電流の密度よりも大きいので、貫通孔からの放出電子による電流の取り出し効率を向上させることができる。   With this configuration, in the cold cathode device of the present invention, the current density due to the emitted electrons from the carbon-based fine fibers in the projection region is higher than the current density due to the electrons emitted from the carbon-based fine fibers outside the projection region. Since it is large, it is possible to improve the current extraction efficiency by the electrons emitted from the through hole.

本発明は、従来のものよりも簡便に制御性よく信頼性及び電子放出特性を改善することができるという効果を有する冷陰極素子の製造方法及びこれを用いた冷陰極素子を提供することができるものである。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a method for manufacturing a cold cathode device having an effect that the reliability and electron emission characteristics can be improved more easily and more easily than conventional devices, and a cold cathode device using the same. 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、本発明に係る冷陰極素子の第１の実施の形態の構成について説明する。 (First embodiment)
First, the configuration of the first embodiment of the cold cathode device according to the present invention will be described.

図１に示すように、本実施の形態における冷陰極素子１０は、基板１１と、基板１１上に形成されたカソード電極１２と、カソード電極１２上に形成された絶縁層１３と、絶縁層１３上に形成された電子引出電極１４と、電子を放出する炭素系微細繊維１５とを備えている。なお、冷陰極素子１０は、通常、基板１１上に複数形成されるが、構成をわかりやすくするため、図１には１冷陰極素子分の構成が示されている。   As shown in FIG. 1, the cold cathode device 10 in this embodiment includes a substrate 11, a cathode electrode 12 formed on the substrate 11, an insulating layer 13 formed on the cathode electrode 12, and an insulating layer 13. An electron extraction electrode 14 formed thereon and carbon-based fine fibers 15 that emit electrons are provided. Although a plurality of cold cathode elements 10 are usually formed on the substrate 11, in order to make the configuration easy to understand, FIG. 1 shows the structure for one cold cathode element.

基板１１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 11 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.

カソード電極１２は、例えばＣｒ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｎｉ等の導電性を有する材料で構成され、炭素系微細繊維１５と電気的に接続されている。   The cathode electrode 12 is made of a conductive material such as Cr, Al, Au, Ag, Ti, Ta, Mo, Zr, W, Pt, Ir, Ni, and is electrically connected to the carbon-based fine fiber 15. Has been.

絶縁層１３は、例えばＳｉＯ２、ＴＥＯＳ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｔａ２Ｏ５、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３等により構成されている。 The insulating layer 13 is made of, for example, SiO 2 , TEOS, Si 3 N 4 , Ta 2 O 5 , MgO, Al 2 O 3 or the like.

電子引出電極１４は、例えばＣｒ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｎｉ等の導電性を有する材料で構成されている。   The electron extraction electrode 14 is made of a conductive material such as Cr, Al, Au, Ag, Ti, Ta, Mo, Zr, W, Pt, Ir, or Ni.

炭素系微細繊維１５は、ＣＮＴやＧＮＦ等で構成され、カソード電極１２と電子引出電極１４との間に印加される電圧によって電子を放出するようになっている。   The carbon-based fine fiber 15 is composed of CNT, GNF, or the like, and emits electrons by a voltage applied between the cathode electrode 12 and the electron extraction electrode 14.

本実施の形態における冷陰極素子１０は、前述のように構成されており、カソード電極１２と電子引出電極１４との間に電圧が印加されると、炭素系微細繊維１５によって電子が放出される。この冷陰極素子１０をＦＥＤに応用する場合は、例えばガラス基板上に陽極電極及び蛍光体層が順次積層された陽極基板を用意し、冷陰極素子１０の電子引出電極１４と蛍光体層とを対向配置して真空封止する。この構成において、カソード電極１２と電子引出電極１４との間に電圧が印加されると、炭素系微細繊維１５によって電子が放出され、放出された電子は、カソード電極１２と陽極電極との間に印加される陽極電圧によって加速されて陽極電極の方向に進み、蛍光体層を通過して蛍光体層を発光させた後、陽極電極に達する動作を行うことにより所定の画像が表示される。   The cold cathode device 10 in the present embodiment is configured as described above, and when a voltage is applied between the cathode electrode 12 and the electron extraction electrode 14, electrons are emitted by the carbon-based fine fibers 15. . When this cold cathode device 10 is applied to an FED, for example, an anode substrate in which an anode electrode and a phosphor layer are sequentially laminated on a glass substrate is prepared, and the electron extraction electrode 14 and the phosphor layer of the cold cathode device 10 are provided. They are placed facing each other and vacuum sealed. In this configuration, when a voltage is applied between the cathode electrode 12 and the electron extraction electrode 14, electrons are emitted by the carbon-based fine fiber 15, and the emitted electrons are interposed between the cathode electrode 12 and the anode electrode. A predetermined image is displayed by accelerating by the applied anode voltage and proceeding in the direction of the anode electrode, passing through the phosphor layer, causing the phosphor layer to emit light, and then performing an operation reaching the anode electrode.

次に、本実施の形態における冷陰極素子１０の製造方法について説明する。なお、本実施の形態では、いわゆるリフトオフ法による冷陰極素子１０の製造方法を例に挙げて説明する。ただし、以下に記載した製造上の手法、寸法、温度等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。   Next, a method for manufacturing the cold cathode device 10 in the present embodiment will be described. In the present embodiment, a method for manufacturing the cold cathode device 10 by a so-called lift-off method will be described as an example. However, the manufacturing method, dimensions, temperature, and the like described below are examples, and the present invention is not limited to these.

まず、例えばガラスで構成された基板１１上にカソード電極１２を形成する（図２（ａ））。具体的には、カソード電極１２は、スパッタリング法や蒸着法により例えばＣｒの薄膜を１０ｎｍ〜５μｍ程度の厚さに堆積させた後、フォトリソグラフィにより例えば帯状にパターニングして形成する。   First, the cathode electrode 12 is formed on the substrate 11 made of, for example, glass (FIG. 2A). Specifically, the cathode electrode 12 is formed, for example, by depositing, for example, a Cr thin film to a thickness of about 10 nm to 5 μm by sputtering or vapor deposition, and then patterning, for example, in a belt shape by photolithography.

次いで、カソード電極１２上に、絶縁層１３、電子引出電極１４及びレジスト１６を順次形成する（図２（ｂ））。具体的には、例えばＳｉＯ２をカソード電極１２上にスパッタリング法や蒸着法により１００ｎｍ〜５μｍ程度の厚さに堆積して絶縁層１３を形成し、絶縁層１３上に例えばＣｒをスパッタリング法や蒸着法により１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の厚さで堆積して電子引出電極１４を形成し、電子引出電極１４上にレジスト１６を塗布する。 Next, an insulating layer 13, an electron extraction electrode 14, and a resist 16 are sequentially formed on the cathode electrode 12 (FIG. 2B). Specifically, for example, SiO 2 is deposited on the cathode electrode 12 to a thickness of about 100 nm to 5 μm by sputtering or vapor deposition to form an insulating layer 13, and Cr is deposited on the insulating layer 13 by sputtering or vapor deposition, for example. The electron extraction electrode 14 is formed by deposition with a thickness of about 10 nm to 1000 nm by a method, and a resist 16 is applied on the electron extraction electrode 14.

続いて、フォトリソグラフィ及びエッチングによって、絶縁層１３、電子引出電極１４及びレジスト１６をパターニングし、電子引出電極１４及びホール１４ａを形成する（図２（ｃ））。ホール１４ａのエッチングは、カソード電極１２を露出させるように行う。   Subsequently, the insulating layer 13, the electron extraction electrode 14, and the resist 16 are patterned by photolithography and etching to form the electron extraction electrode 14 and the hole 14a (FIG. 2C). Etching of the hole 14a is performed so that the cathode electrode 12 is exposed.

さらに、スパッタリング法や蒸着法により、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうち少なくとも１つを含む金属からなる触媒１７をカソード電極１２及びレジスト１６上に１ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さに堆積させる（図３（ｄ））。   Further, for example, a catalyst 17 made of a metal containing at least one of Fe, Ni, and Co is deposited on the cathode electrode 12 and the resist 16 to a thickness of about 1 nm to 50 nm by sputtering or vapor deposition (FIG. 3 ( d)).

次いで、リフトオフ法により、電子引出電極１４上に堆積されたレジスト１６を剥離液によって除去することによって、カソード電極１２上にのみ触媒１７を残す（図３（ｅ））。   Next, the catalyst 16 is left only on the cathode electrode 12 by removing the resist 16 deposited on the electron extraction electrode 14 with a stripping solution by a lift-off method (FIG. 3E).

そして、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等の化学気相成長法によって、ＣＮＴやＧＮＦ等で構成される炭素系微細繊維１５を触媒１７上に形成することにより冷陰極素子３１が得られる（図３（ｆ））。このとき、図３（ｆ）に示すように、電子引出電極１４と炭素系微細繊維１５とが接触する場合があり、この場合は電子引出電極１４と炭素系微細繊維１５とが電気的に短絡してしまい、動作不良が起こることとなる。   And the cold cathode element 31 is obtained by forming the carbon-type fine fiber 15 comprised by CNT, GNF, etc. on the catalyst 17 by chemical vapor deposition methods, such as a thermal CVD method and a plasma CVD method (FIG. 3). (F)). At this time, as shown in FIG. 3 (f), the electron extraction electrode 14 and the carbon-based fine fiber 15 may contact each other. In this case, the electron extraction electrode 14 and the carbon-based fine fiber 15 are electrically short-circuited. As a result, a malfunction occurs.

引き続き、１８５ｎｍ以下の波長、好ましくは後述の活性化処理を考慮して１７２ｎｍ以下の波長（以下この波長とする。）の光を発する光源４２を有する容器４１を用意し、容器４１に冷陰極素子３１を導入した後に酸素を含むガスを注入し、１７２ｎｍ以下の波長の光を炭素系微細繊維１５に照射する。その結果、１７２ｎｍ以下の波長の光により、酸素分子からオゾンや励起酸素原子という化学的に活性な種（以下「酸素活性種」という。）が生成され、この酸素活性種によって炭素系微細繊維１５がトリミングされる（図４（ｇ）：トリミング工程）。トリミング工程を経た結果、カソード電極１２と電子引出電極１４との間の電気的な短絡が解消された冷陰極素子３２が得られる（図４（ｈ））。   Subsequently, a container 41 having a light source 42 that emits light having a wavelength of 185 nm or less, preferably a wavelength of 172 nm or less (hereinafter referred to as this wavelength) in consideration of an activation process described later is prepared. After introducing 31, a gas containing oxygen is injected, and the carbon-based fine fibers 15 are irradiated with light having a wavelength of 172 nm or less. As a result, chemically active species such as ozone and excited oxygen atoms (hereinafter referred to as “oxygen active species”) are generated from oxygen molecules by light having a wavelength of 172 nm or less, and the carbon-based fine fiber 15 is generated by the oxygen active species. Is trimmed (FIG. 4G: trimming step). As a result of the trimming process, the cold cathode element 32 in which the electrical short circuit between the cathode electrode 12 and the electron extraction electrode 14 is eliminated is obtained (FIG. 4 (h)).

ここで、トリミングとは、炭素系微細繊維１５の長さを短くする処理をいう。トリミング工程によって、炭素系微細繊維１５は電子引出電極１４から離隔され、カソード電極１２と電子引出電極１４との間の電気的な短絡が解消される。このトリミングは、酸素を含むガスに１８５ｎｍ以下の波長の光を照射することにより発生したオゾンや励起酸素原子が、炭素系微細繊維１５の表面と酸化分解反応等の化学反応を起こすことによって行われるものと考えられる。なお、光源４２の波長を１７２ｎｍとしたのは、同じ光源４２で後述の活性化処理も行うことを想定したためであり、実験によればトリミング工程において用いる光の波長は１８５ｎｍ以下であればよいことがわかっている。   Here, trimming refers to a process of shortening the length of the carbon-based fine fiber 15. By the trimming process, the carbon-based fine fibers 15 are separated from the electron extraction electrode 14 and the electrical short circuit between the cathode electrode 12 and the electron extraction electrode 14 is eliminated. This trimming is performed when ozone or excited oxygen atoms generated by irradiating oxygen-containing gas with light having a wavelength of 185 nm or less cause a chemical reaction such as an oxidative decomposition reaction with the surface of the carbon-based fine fiber 15. It is considered a thing. Note that the wavelength of the light source 42 is set to 172 nm because it is assumed that the same light source 42 performs the activation process described later, and according to an experiment, the wavelength of light used in the trimming process may be 185 nm or less. I know.

なお、トリミング工程は、大気中で行うこともできるが、図４（ｇ）に示すような容器４１内で行うことによりトリミングの速度を任意に制御することができて好ましい。例えば、容器４１内にＯ２、ＣＯ２、ＣＯ等のような酸素を含むガスや、Ｎ２、Ａｒ等のように酸素を含まないガスを導入することによって、容器４１内の酸素の量を増減させ、トリミングの速度を任意に制御することができる。 Although the trimming step can be performed in the atmosphere, it is preferable that the trimming speed can be arbitrarily controlled by performing it in the container 41 as shown in FIG. For example, by introducing a gas containing oxygen such as O 2 , CO 2 , CO or the like into the container 41 or a gas not containing oxygen such as N 2 or Ar, the amount of oxygen in the container 41 is reduced. The trimming speed can be controlled arbitrarily.

また、トリミングの速度は、図４（ｇ）において光源４２から冷陰極素子３１までの距離を、例えば１ｍｍ〜３０ｃｍの範囲で変化させて光の照度を変えることによっても増減することができ、また、基板１１の温度を例えば２０〜３００℃に変えることによっても増減することができる。なお、前述した光源４２と冷陰極素子３１との間の距離や基板１１の温度は一例であって、本発明はこれらに限定されるものではなく、酸素活性種を発生させることができるだけのエネルギを持った波長の光により、炭素系微細繊維１５がトリミングされる条件であればよい。   The trimming speed can be increased or decreased by changing the illuminance of light by changing the distance from the light source 42 to the cold cathode element 31 in the range of 1 mm to 30 cm, for example, in FIG. The temperature can be increased or decreased by changing the temperature of the substrate 11 to 20 to 300 ° C., for example. The above-described distance between the light source 42 and the cold cathode element 31 and the temperature of the substrate 11 are merely examples, and the present invention is not limited to these, and the energy that can generate oxygen active species. Any condition may be used as long as the carbon-based fine fibers 15 are trimmed by light having a wavelength having the above.

引き続き、容器４１に冷陰極素子３２を導入した後に水素を含むガスを注入し、光源４２によって１７２ｎｍ以下の波長の光を炭素系微細繊維１５に照射することにより（図５（ｉ）：活性化処理工程）、炭素系微細繊維１５からの電子放出特性が活性化、安定化した冷陰極素子１０（図１参照）が得られる。なお、光源４２としては、トリミング工程（図４（ｇ）参照）で用いたものと必ずしも同一のものとする必要はなく、炭素系微細繊維１５を活性化できるエネルギを持ったものであればよい。   Subsequently, after introducing the cold cathode element 32 into the container 41, a gas containing hydrogen is injected, and the light source 42 irradiates the carbon-based fine fiber 15 with light having a wavelength of 172 nm or less (FIG. 5 (i): activation. Treatment step), the cold cathode device 10 (see FIG. 1) in which the electron emission characteristics from the carbon-based fine fibers 15 are activated and stabilized is obtained. The light source 42 does not necessarily have to be the same as that used in the trimming step (see FIG. 4G), and may have any energy that can activate the carbon-based fine fibers 15. .

この活性化処理おいて、光化学反応によって炭素系微細繊維１５の表面の炭素の結合手が水素で終端されることにより、炭素系微細繊維１５からの電子放出特性が活性化、安定化するものと考えられる。また、前述のトリミング工程（図４（ｇ）参照）と同様に、光源４２から冷陰極素子３２までの距離や、基板１１の温度を変化させることにより、活性化処理の速度を任意に制御することができる。   In this activation treatment, the carbon bond on the surface of the carbon-based fine fiber 15 is terminated with hydrogen by a photochemical reaction, so that the electron emission characteristics from the carbon-based fine fiber 15 are activated and stabilized. Conceivable. Similarly to the above-described trimming step (see FIG. 4G), the speed of the activation process is arbitrarily controlled by changing the distance from the light source 42 to the cold cathode element 32 and the temperature of the substrate 11. be able to.

次に、本実施の形態のおけるトリミング処理及び活性化処理の効果について確認した実験について説明する。   Next, an experiment for confirming the effects of the trimming process and the activation process in the present embodiment will be described.

まず、図６（ａ）に示すような冷陰極素子を集積させた基板をリフトオフ法により製作した。すなわち、実験で用いた冷陰極素子は、冷陰極基板を備え、冷陰極基板は、ガラス基板と、ガラス基板上にスパッタリング法によって形成した２００ｎｍ程度の厚さのＣｒを用いたカソード電極と、カソード電極上にスパッタリング法によって形成した２．５μｍ程度の厚さのＳｉＯ２と、スパッタリング法によってＳｉＯ２上に形成した２００ｎｍ程度の厚さのＣｒを用いた電子引出電極と、エッチング法によってホールを形成し、露出させたカソード電極上に、Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉを蒸着法によって形成した５ｎｍ程度の厚さの合金触媒と、ＧＮＦとを備えている。 First, a substrate on which cold cathode elements as shown in FIG. 6A were integrated was manufactured by a lift-off method. That is, the cold cathode element used in the experiment includes a cold cathode substrate, and the cold cathode substrate is a glass substrate, a cathode electrode made of Cr having a thickness of about 200 nm formed on the glass substrate by a sputtering method, and a cathode. An electron extraction electrode using SiO 2 having a thickness of about 2.5 μm formed on the electrode by sputtering, Cr having a thickness of about 200 nm formed on SiO 2 by sputtering, and a hole by etching. On the exposed cathode electrode, an alloy catalyst having a thickness of about 5 nm formed by vapor deposition of Fe, Cr, and Ni, and GNF are provided.

ＧＮＦは、合金触媒を形成した後、水素と一酸化炭素とを約１：１の割合にて大気圧（１０１ｋＰａ）相当の圧力になるまで導入した容器中において、容器中に設置した赤外線ランプによって約６００℃まで加熱することによって、合金触媒に炭素系微細繊維としてＧＮＦを成長させたものである。また、カソード電極と電子引出電極は、基板を上面から見たときに直交するような配置で帯状にパターニングされており、電極の本数は、カソード電極が１９２本、電子引出電極が６４本である。基板を上面から見たときに、カソード電極と電子引出電極とが交差する部分にホール及びＧＮＦが形成されており、所望のカソード電極と電子引出電極とに電圧を印加することにより、所望の位置の冷陰極素子から電子を放出させることができるようになっている。また、カソード電極と電子引出電極とが交差する部分毎に、５５個の冷陰極素子が集積されている。   GNF is formed by an infrared lamp installed in a container in which hydrogen alloy and carbon monoxide are introduced at a ratio of about 1: 1 until a pressure corresponding to atmospheric pressure (101 kPa) is reached after forming an alloy catalyst. By heating to about 600 ° C., GNF is grown as carbon-based fine fibers on the alloy catalyst. Further, the cathode electrode and the electron extraction electrode are patterned in a strip shape so as to be orthogonal to each other when the substrate is viewed from above, and the number of electrodes is 192 for the cathode electrode and 64 for the electron extraction electrode. . When the substrate is viewed from above, holes and GNF are formed at the intersections of the cathode electrode and the electron extraction electrode, and a desired position is obtained by applying a voltage to the desired cathode electrode and the electron extraction electrode. Electrons can be emitted from the cold cathode device. In addition, 55 cold cathode elements are integrated at each portion where the cathode electrode and the electron extraction electrode intersect.

次いで、主波長が１６０．８ｎｍの真空紫外線光源を有する容器中で約３０分間真空紫外線光を照射して、ＧＮＦのトリミング処理を実施した。このとき、真空紫外線光源の入力パワーは１５０Ｗ、容器内には空気が１０１ｋＰａの圧力で導入されていた。また、真空紫外線光源から冷陰極基板までの距離は約１０ｃｍで、冷陰極基板の温度は２３℃であった。真空紫外光を照射した後、容器内の圧力が１Ｐａ未満になるまで排気し、容器内に水素ガスを導入した。容器内の圧力が大気圧相当の圧力になるまで水素ガスを導入した後、真空紫外光を約６時間照射して活性化処理を行った。このとき、真空紫外線光源の入力パワーは１５０Ｗ、容器内の圧力は大気圧であった。また、真空紫外線光源と冷陰極基板との間の距離は約１０ｃｍで、冷陰極基板の温度は２３℃であった。   Next, GNF trimming was performed by irradiating with vacuum ultraviolet light for about 30 minutes in a container having a vacuum ultraviolet light source having a dominant wavelength of 160.8 nm. At this time, the input power of the vacuum ultraviolet light source was 150 W, and air was introduced into the container at a pressure of 101 kPa. The distance from the vacuum ultraviolet light source to the cold cathode substrate was about 10 cm, and the temperature of the cold cathode substrate was 23 ° C. After irradiation with vacuum ultraviolet light, the container was evacuated until the pressure in the container was less than 1 Pa, and hydrogen gas was introduced into the container. Hydrogen gas was introduced until the pressure in the container reached a pressure equivalent to atmospheric pressure, and then an activation treatment was performed by irradiation with vacuum ultraviolet light for about 6 hours. At this time, the input power of the vacuum ultraviolet light source was 150 W, and the pressure in the container was atmospheric pressure. The distance between the vacuum ultraviolet light source and the cold cathode substrate was about 10 cm, and the temperature of the cold cathode substrate was 23 ° C.

さらに、本実施形態におけるトリミング処理及び活性化処理の効果を確認するため、図６（ａ）に示すような陽極基板を冷陰極基板に対向配置した。ここで、陽極基板は、ガラス基板と、陽極としての透明電極と、蛍光体とを備えたものである。また、冷陰極基板から陽極基板までの距離は７ｍｍとし、５×１０−５Ｐａの真空下において、カソード電極と電子引出電極との間に電子引出電圧を、透明電極と電子引出電極との間に３００Ｖの陽極電圧をそれぞれ印加することにより、３５２０個の冷陰極素子から放出された電子を陽極電流として測定した。その結果、本実施形態におけるトリミング処理の効果として図６（ｂ）に示すような実験結果が得られた。 Furthermore, in order to confirm the effects of the trimming process and the activation process in the present embodiment, an anode substrate as shown in FIG. 6A is disposed opposite to the cold cathode substrate. Here, the anode substrate includes a glass substrate, a transparent electrode as an anode, and a phosphor. In addition, the distance from the cold cathode substrate to the anode substrate is 7 mm, and under a vacuum of 5 × 10 −5 Pa, an electron extraction voltage is applied between the cathode electrode and the electron extraction electrode, and between the transparent electrode and the electron extraction electrode. By applying an anode voltage of 300 V to each, electrons emitted from 3520 cold cathode devices were measured as an anode current. As a result, an experimental result as shown in FIG. 6B was obtained as an effect of the trimming process in the present embodiment.

図６（ｂ）において、本実施形態におけるトリミング処理を施すことによって、同じ電子引出電圧の場合に電子引出電極に流れる電流が減少していることが示されている。これは、本実施形態のトリミング処理により、ＧＮＦの長さが短くなり、カソード電極と電子引出電極との短絡が減少したためと考えられる。また、図６（ｂ）に示された実験結果は、本実施形態におけるトリミング処理によって、ＧＮＦが実際にトリミングされたことを示している。   FIG. 6B shows that by performing the trimming process in the present embodiment, the current flowing through the electron extraction electrode is reduced in the case of the same electron extraction voltage. This is probably because the trimming process of the present embodiment shortens the length of the GNF and reduces the short circuit between the cathode electrode and the electron extraction electrode. In addition, the experimental result shown in FIG. 6B shows that the GNF is actually trimmed by the trimming process in the present embodiment.

一方、本実施形態における活性化処理の効果としては、図７に示す結果が得られた。冷陰極基板から陽極基板までの距離は約７ｍｍとし、５×１０−５Ｐａの真空下において、カソード電極と電子引出電極との間に電子引出電圧を、透明電極と電子引出電極との間に３００Ｖの陽極電圧をそれぞれ印加することにより、３５２０個の冷陰極素子から放出された電子を陽極電流として測定した。活性化処理を施すことによって、同じ電子引出電極の場合の陽極電流が増加していることが示されている。これは、本実施形態の活性化処理によって、ＧＮＦが実際に活性化されたことを示している。 On the other hand, the result shown in FIG. 7 was obtained as an effect of the activation process in the present embodiment. The distance from the cold cathode substrate to the anode substrate is about 7 mm, and under a vacuum of 5 × 10 −5 Pa, an electron extraction voltage is applied between the cathode electrode and the electron extraction electrode, and between the transparent electrode and the electron extraction electrode. By applying an anode voltage of 300 V, electrons emitted from 3520 cold cathode devices were measured as an anode current. It is shown that the anode current increases in the case of the same electron extraction electrode by applying the activation treatment. This indicates that GNF was actually activated by the activation process of the present embodiment.

以上のように、本実施の形態における冷陰極素子１０によれば、酸素活性種によってトリミング処理が施された後、水素ガス中において活性化処理が施された炭素系微細繊維１５を備える構成としたので、従来のものよりも信頼性及び電子放出特性を改善することができる。   As described above, according to the cold cathode device 10 of the present embodiment, the structure includes the carbon-based fine fibers 15 that have been subjected to the trimming process by the oxygen active species and then subjected to the activation process in hydrogen gas. Therefore, reliability and electron emission characteristics can be improved as compared with the conventional one.

したがって、本実施の形態における冷陰極素子１０を例えばＦＥＤに適用した場合、全画素を動作させることができ、発光面全域にわたって均一な表示特性を有するディスプレイが得られることとなり、特に大画面化及び高画質化において著しい効果が得られる。   Therefore, when the cold cathode device 10 in the present embodiment is applied to, for example, an FED, all pixels can be operated, and a display having uniform display characteristics over the entire light emitting surface can be obtained. Significant effect can be obtained in high image quality.

また、本実施の形態における冷陰極素子１０の製造方法によれば、炭素系微細繊維１５の形成後の長さを酸素活性種によって短くするトリミング工程と、炭素系微細繊維１５を活性化させる活性化処理工程とを含むので、従来のものよりも簡便に制御性よく炭素系微細繊維１５のトリミング処理を実施して信頼性を向上させることができ、電子放出特性を改善することができる。   In addition, according to the method for manufacturing the cold cathode device 10 in the present embodiment, the trimming step for shortening the length after the formation of the carbon-based fine fibers 15 with the oxygen active species, and the activity for activating the carbon-based fine fibers 15. Therefore, it is possible to improve the reliability by performing the trimming process of the carbon-based fine fiber 15 more easily and with better control than the conventional process, and to improve the electron emission characteristics.

また、本実施の形態における冷陰極素子１０の製造方法によれば、トリミング工程及び活性化処理工程を同一の容器内で行う構成としたので、これらの工程が別々の容器内で実施される従来のものよりも簡便に制御性よく炭素系微細繊維のトリミング処理を実施して信頼性を向上させることができ、電子放出特性を改善することができると共に、従来のものよりも製造コストを低減することができる。   Moreover, according to the manufacturing method of the cold cathode device 10 in the present embodiment, since the trimming step and the activation processing step are performed in the same container, these steps are performed in separate containers. It is possible to improve the reliability by trimming the carbon-based fine fiber more easily and with better controllability than the conventional one, improve the electron emission characteristics, and reduce the manufacturing cost than the conventional one. be able to.

なお、前述の実施の形態において、炭素系微細繊維１５を化学気相成長法によって形成する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の製造方法を用いて炭素系微細繊維１５を形成する構成としても同様の効果が得られる。   In the above-described embodiment, the example in which the carbon-based fine fibers 15 are formed by the chemical vapor deposition method has been described. However, the present invention is not limited to this, and other manufacturing methods are used. The same effect can be obtained when the carbon-based fine fiber 15 is formed.

また、前述の実施の形態において、冷陰極素子１０をリフトオフ法で製造する方法を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。   In the above-described embodiment, the method for manufacturing the cold cathode device 10 by the lift-off method has been described as an example, but the present invention is not limited to this.

（第２の実施の形態）
まず、本発明に係る冷陰極素子の第２の実施の形態の構成について説明する。 (Second Embodiment)
First, the structure of the second embodiment of the cold cathode device according to the present invention will be described.

図８に示すように、本実施の形態における冷陰極素子２０は、基板２１と、基板２１上に形成されたカソード電極２２と、カソード電極２２上に形成された触媒層２３と、触媒層２３上に形成された絶縁層２４と、絶縁層２４上に形成された電子引出電極２５と、電子を放出する炭素系微細繊維２６とを備えている。   As shown in FIG. 8, the cold cathode device 20 in the present embodiment includes a substrate 21, a cathode electrode 22 formed on the substrate 21, a catalyst layer 23 formed on the cathode electrode 22, and a catalyst layer 23. An insulating layer 24 formed above, an electron extraction electrode 25 formed on the insulating layer 24, and carbon-based fine fibers 26 that emit electrons are provided.

なお、本実施の形態における冷陰極素子２０は、いわゆる積層型と呼ばれるものであり、第１の実施の形態における冷陰極素子１０（図１参照）に対して触媒層２３を追加した構成であるので、触媒層２３以外の構成については説明を省略する。また、冷陰極素子２０は、通常、基板２１上に複数形成されるが、構成をわかりやすくするため、図８には１冷陰極素子分の構成が示されている。   The cold cathode device 20 in the present embodiment is a so-called stacked type, and has a configuration in which a catalyst layer 23 is added to the cold cathode device 10 (see FIG. 1) in the first embodiment. Therefore, the description of the configuration other than the catalyst layer 23 is omitted. In addition, a plurality of cold cathode elements 20 are usually formed on the substrate 21. In order to make the configuration easy to understand, FIG. 8 shows a structure corresponding to one cold cathode element.

触媒層２３は、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうち少なくとも１つを含む金属から構成されている。   The catalyst layer 23 is made of, for example, a metal containing at least one of Fe, Ni, and Co.

本実施の形態における冷陰極素子２０は、前述のように構成されており、カソード電極２２と電子引出電極２５との間に電圧が印加されると、炭素系微細繊維２６によって電子が放出される。この冷陰極素子２０をＦＥＤに応用する場合は、例えばガラス基板上に陽極電極及び蛍光体層が順次積層された陽極基板を用意し、冷陰極素子２０の電子引出電極２５と蛍光体層とを対向配置して真空封止する。この構成において、カソード電極２２と電子引出電極２５との間に電圧が印加されると、炭素系微細繊維２６によって電子が放出され、放出された電子は、カソード電極２２と陽極電極との間に印加される陽極電圧によって加速されて陽極電極の方向に進み、蛍光体層を通過して蛍光体層を発光させた後、陽極電極に達する動作を行うことにより所定の画像が表示される。   The cold cathode device 20 in the present embodiment is configured as described above, and when a voltage is applied between the cathode electrode 22 and the electron extraction electrode 25, electrons are emitted by the carbon-based fine fibers 26. . When this cold cathode device 20 is applied to an FED, for example, an anode substrate in which an anode electrode and a phosphor layer are sequentially laminated on a glass substrate is prepared, and the electron extraction electrode 25 and the phosphor layer of the cold cathode device 20 are provided. They are placed facing each other and vacuum sealed. In this configuration, when a voltage is applied between the cathode electrode 22 and the electron extraction electrode 25, electrons are emitted by the carbon-based fine fibers 26, and the emitted electrons are interposed between the cathode electrode 22 and the anode electrode. A predetermined image is displayed by accelerating by the applied anode voltage and proceeding in the direction of the anode electrode, passing through the phosphor layer, causing the phosphor layer to emit light, and then performing an operation reaching the anode electrode.

次に、本実施の形態における冷陰極素子２０の製造方法について説明する。なお、以下に記載した製造上の手法、寸法、温度等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。   Next, a method for manufacturing the cold cathode device 20 in the present embodiment will be described. The manufacturing method, dimensions, temperature, and the like described below are examples, and the present invention is not limited to these.

まず、例えばガラスで構成された基板２１上にカソード電極２２及び触媒層２３を順次形成する（図９（ａ））。具体的には、カソード電極２２は、スパッタリング法や蒸着法により例えばＣｒの薄膜を１０ｎｍ〜５μｍ程度の厚さに堆積させた後、フォトリソグラフィにより例えば帯状の形状にパターニングして形成する。また、スパッタリング法や蒸着法により、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうち少なくとも１つを含む金属からなる触媒層２３をカソード電極２２上に形成した後、エッチングやリフトオフ法により触媒層２３をカソード電極２２上にパターニングする。   First, a cathode electrode 22 and a catalyst layer 23 are sequentially formed on a substrate 21 made of, for example, glass (FIG. 9A). Specifically, the cathode electrode 22 is formed by depositing, for example, a Cr thin film to a thickness of about 10 nm to 5 μm by sputtering or vapor deposition, and then patterning it into a strip shape, for example, by photolithography. Further, after forming the catalyst layer 23 made of a metal containing at least one of Fe, Ni, and Co on the cathode electrode 22 by sputtering or vapor deposition, the catalyst layer 23 is formed on the cathode electrode 22 by etching or lift-off method. To pattern.

次いで、触媒層２３上に、絶縁層２４、電子引出電極２５及びレジスト２７を順次形成する（図９（ｂ））。具体的には、例えばＳｉＯ２を触媒層２３上にスパッタリング法や蒸着法により１００ｎｍ〜５μｍ程度の厚さに堆積して絶縁層２４を形成し、絶縁層２４上に例えばＣｒをスパッタリング法や蒸着法により１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の厚さで堆積して電子引出電極２５を形成し、電子引出電極２５上にレジスト２７を塗布する。 Next, an insulating layer 24, an electron extraction electrode 25, and a resist 27 are sequentially formed on the catalyst layer 23 (FIG. 9B). Specifically, for example, SiO 2 is deposited on the catalyst layer 23 to a thickness of about 100 nm to 5 μm by sputtering or vapor deposition to form an insulating layer 24, and Cr is deposited on the insulating layer 24 by sputtering or vapor deposition, for example. The electron extraction electrode 25 is formed by deposition with a thickness of about 10 nm to 1000 nm by a method, and a resist 27 is applied on the electron extraction electrode 25.

続いて、フォトリソグラフィ及びエッチングによって、絶縁層２４、電子引出電極２５及びレジスト２７をパターニングし、電子引出電極２５及びホール２５ａを形成する（図９（ｃ））。ホール２５ａのエッチングは、触媒層２３を露出させるように行う。なお、以下の説明において、図９（ｃ）に示すように、露出した触媒層２３の領域のうち、ホール２５ａを投影した領域を「ホール内」、ホール内の外側の領域を「ホール外」という。ここで、ホール２５ａ、ホール内の領域及びホール外の領域は、それぞれ、特許請求の範囲に記載の貫通孔、投影領域内及び投影領域外に対応するものである。   Subsequently, the insulating layer 24, the electron extraction electrode 25, and the resist 27 are patterned by photolithography and etching to form the electron extraction electrode 25 and the hole 25a (FIG. 9C). The etching of the holes 25a is performed so that the catalyst layer 23 is exposed. In the following description, as shown in FIG. 9C, among the exposed areas of the catalyst layer 23, the area where the hole 25 a is projected is “inside the hole” and the area outside the hole is “outside the hole”. That's it. Here, the hole 25a, the region inside the hole, and the region outside the hole respectively correspond to the through hole, the projection region, and the projection region described in the claims.

次いで、電子引出電極２５上に堆積されたレジスト２７を剥離液によって除去した後、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等の化学気相成長法によって、ＣＮＴやＧＮＦ等で構成される炭素系微細繊維２６を触媒層２３上に形成することにより冷陰極素子３３が得られる（図１０（ｄ））。このとき、図１０（ｄ）に示すように、電子引出電極２５と炭素系微細繊維２６とが接触する場合があり、この場合は電子引出電極２５と炭素系微細繊維２６とが電気的に短絡してしまい、動作不良が起こることとなる。なお、図１０（ｄ）において破線で示されたホール外においても電気的な短絡が発生している。   Next, after the resist 27 deposited on the electron extraction electrode 25 is removed with a stripping solution, the carbon-based fine fiber 26 composed of CNT, GNF, or the like is formed by a chemical vapor deposition method such as a thermal CVD method or a plasma CVD method. Is formed on the catalyst layer 23 to obtain the cold cathode element 33 (FIG. 10D). At this time, as shown in FIG. 10D, the electron extraction electrode 25 and the carbon-based fine fiber 26 may come into contact with each other. In this case, the electron extraction electrode 25 and the carbon-based fine fiber 26 are electrically short-circuited. As a result, a malfunction occurs. Note that an electrical short circuit is also generated outside the hole indicated by the broken line in FIG.

引き続き、１８５ｎｍ以下の波長、好ましくは後述の活性化処理を考慮して１７２ｎｍ以下の波長（以下この波長とする。）の光を発する光源４３を有する容器（図示省略）を用意し、容器内に冷陰極素子３３を導入した後に酸素を含むガスを注入し、１７２ｎｍ以下の波長の光を炭素系微細繊維２６に照射する。その結果、１７２ｎｍ以下の波長の光により酸素活性種が生成され、この酸素活性種によって炭素系微細繊維２６がトリミングされる（図１０（ｅ）：トリミング工程）。トリミング工程を経た結果、カソード電極２２と電子引出電極２５との間の電気的な短絡が解消された冷陰極素子３４が得られる。   Subsequently, a container (not shown) having a light source 43 that emits light having a wavelength of 185 nm or less, preferably a wavelength of 172 nm or less (hereinafter referred to as this wavelength) is prepared in consideration of the activation process described later. After introducing the cold cathode element 33, a gas containing oxygen is injected, and the carbon-based fine fiber 26 is irradiated with light having a wavelength of 172 nm or less. As a result, oxygen active species are generated by light having a wavelength of 172 nm or less, and the carbon-based fine fibers 26 are trimmed by the oxygen active species (FIG. 10E: trimming step). As a result of the trimming process, the cold cathode element 34 in which the electrical short circuit between the cathode electrode 22 and the electron extraction electrode 25 is eliminated is obtained.

ここで、酸素活性種が炭素系微細繊維２６の表面で反応することによりトリミングが進むと考えられるため、形成された炭素系微細繊維２６は等方的にトリミングされる。このトリミングの等方性により、ホール内に存在している炭素系微細繊維２６だけでなく、ホール外に存在している炭素系微細繊維２６（図１０（ｄ）の破線部内）も均一にトリミングされることとなる。その結果、ホール内だけでなく、ホール外においてもカソード電極２２と電子引出電極２５との電気的な短絡を解消することができ、信頼性を向上することができる。   Here, since it is considered that trimming proceeds when the oxygen active species reacts on the surface of the carbon-based fine fibers 26, the formed carbon-based fine fibers 26 are trimmed isotropically. Due to this isotropic property of trimming, not only the carbon-based fine fibers 26 existing in the hole, but also the carbon-based fine fibers 26 existing outside the hole (in the broken line portion in FIG. 10D) are trimmed uniformly. Will be. As a result, the electrical short circuit between the cathode electrode 22 and the electron extraction electrode 25 can be eliminated not only inside the hole but also outside the hole, and the reliability can be improved.

なお、光源４３の波長を１７２ｎｍとしたのは、同じ光源４３で後述の活性化処理も行うことを想定したためであり、実験によればトリミング工程において用いる光の波長は１８５ｎｍ以下であればよいことがわかっている。また、トリミング工程を大気中で行うこともできる。   Note that the wavelength of the light source 43 is set to 172 nm because it is assumed that the same light source 43 performs the activation process described later, and according to the experiment, the wavelength of light used in the trimming process may be 185 nm or less. I know. In addition, the trimming process can be performed in the atmosphere.

また、トリミング工程において、光源４３から冷陰極素子３３までの距離を変更することによりトリミングの速度を任意に制御することができる。   In the trimming step, the trimming speed can be arbitrarily controlled by changing the distance from the light source 43 to the cold cathode element 33.

引き続き、容器（図示省略）内に冷陰極素子３４を導入した後に水素を含むガスを注入し、光源４３によって１７２ｎｍ以下の波長の光を炭素系微細繊維２６に照射することにより（図１１（ｆ）：活性化処理工程）、炭素系微細繊維２６からの電子放出特性が活性化、安定化した冷陰極素子２０（図８参照）が得られる。   Subsequently, after introducing the cold cathode element 34 into a container (not shown), a gas containing hydrogen is injected, and the light source 43 irradiates the carbon-based fine fiber 26 with light having a wavelength of 172 nm or less (FIG. 11 (f ): Activation treatment step), the cold cathode device 20 (see FIG. 8) in which the electron emission characteristics from the carbon-based fine fibers 26 are activated and stabilized is obtained.

なお、光源４３としては、トリミング工程（図１０（ｅ）参照）で用いたものと必ずしも同一のものとする必要はなく、炭素系微細繊維２６を活性化できるエネルギを持ったものであればよい。また、光源４３から冷陰極素子３４までの距離や、基板２１の温度を変化させることにより、活性化処理の速度を任意に制御することができる。   The light source 43 does not necessarily have to be the same as that used in the trimming step (see FIG. 10E), and may have any energy that can activate the carbon-based fine fibers 26. . In addition, the speed of the activation process can be arbitrarily controlled by changing the distance from the light source 43 to the cold cathode element 34 and the temperature of the substrate 21.

本実施の形態における活性化処理では、図１１（ｆ）に示すように、ホール外には光が照射されないので、ホール内に存在している炭素系微細繊維２６のみを活性化することができる。その結果、ホール外に存在する炭素系微細繊維２６からの放出電子による電流の密度が、ホール内に存在する炭素系微細繊維２６からの放出電子による電流の密度に比べて相対的に低下することとなり、炭素系微細繊維２６からの全放出電子による電流が電子引出電極２５に流入する割合、すなわちホール２５ａからの放出電子による電流の取り出し効率を向上させることができる。   In the activation process in the present embodiment, as shown in FIG. 11 (f), no light is irradiated outside the hole, so that only the carbon-based fine fibers 26 existing in the hole can be activated. . As a result, the current density due to the emitted electrons from the carbon-based fine fibers 26 existing outside the holes is relatively lower than the current density due to the electrons emitted from the carbon-based fine fibers 26 existing inside the holes. Thus, the rate at which the current due to all the emitted electrons from the carbon-based fine fiber 26 flows into the electron extraction electrode 25, that is, the current extraction efficiency due to the emitted electrons from the hole 25a can be improved.

したがって、本実施の形態におけるトリミング工程及び活性化処理工程を設けることにより、図８に示すような電子引出電極２５と炭素系微細繊維２６との電気的な短絡が無く、すなわち信頼性が向上し、なおかつ活性化処理により電子放出特性が改善された冷陰極素子２０を簡便な工程により制御性よく製造することができる。   Therefore, by providing the trimming process and the activation process in the present embodiment, there is no electrical short circuit between the electron extraction electrode 25 and the carbon-based fine fiber 26 as shown in FIG. 8, that is, the reliability is improved. In addition, the cold cathode device 20 whose electron emission characteristics are improved by the activation process can be manufactured with good controllability by a simple process.

以上のように、本実施の形態における冷陰極素子２０によれば、酸素活性種によってトリミング処理が施された後、水素ガス中において活性化処理が施された炭素系微細繊維２６を備える構成としたので、従来のものよりも信頼性及び電子放出特性を改善することができる。   As described above, according to the cold cathode element 20 in the present embodiment, the structure includes the carbon-based fine fiber 26 that has been subjected to the trimming process by the oxygen active species and then subjected to the activation process in the hydrogen gas. Therefore, reliability and electron emission characteristics can be improved as compared with the conventional one.

また、本実施の形態における冷陰極素子２０の製造方法によれば、炭素系微細繊維２６の活性化工程において、光の照射領域内にある炭素系微細繊維２６のみを活性化させ、光の照射領域外にある炭素系微細繊維２６を活性化させないので、光の照射領域外にある炭素系微細繊維２６からの放出電子による電流が、光の照射領域内にある炭素系微細繊維２６からの放出電子による電流に比べて相対的に低下することとなり、電流の取り出し効率を向上させることができる。   Further, according to the method for manufacturing the cold cathode device 20 in the present embodiment, in the activation process of the carbon-based fine fibers 26, only the carbon-based fine fibers 26 in the light irradiation region are activated, and light irradiation is performed. Since the carbon-based fine fibers 26 outside the region are not activated, the current generated by the electrons emitted from the carbon-based fine fibers 26 outside the light irradiation region is emitted from the carbon-based fine fibers 26 within the light irradiation region. This is relatively lower than the current due to electrons, and the current extraction efficiency can be improved.

なお、前述の実施の形態において、炭素系微細繊維２６を化学気相成長法によって形成する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の製造方法を用いて炭素系微細繊維２６を形成する構成としても同様の効果が得られる。   In the above-described embodiment, the example in which the carbon-based fine fibers 26 are formed by the chemical vapor deposition method has been described. However, the present invention is not limited to this, and other manufacturing methods are used. The same effect can be obtained when the carbon-based fine fiber 26 is formed.

以上のように、本発明に係る冷陰極素子の製造方法及びこれを用いた冷陰極素子は、従来のものよりも簡便に制御性よく信頼性及び電子放出特性を改善することができるという効果を有し、炭素系微細繊維を備えた冷陰極素子、ディスプレイ、撮像装置、照明装置等として有用である。   As described above, the method for manufacturing a cold cathode device according to the present invention and the cold cathode device using the same can improve the reliability and electron emission characteristics more easily and with controllability than conventional devices. It is useful as a cold cathode device, a display, an imaging device, a lighting device, etc. having carbon-based fine fibers.

本発明に係る冷陰極素子の第１の実施の形態を示す概略断面図1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of a cold cathode device according to the present invention. 本発明に係る冷陰極素子の第１の実施の形態の製造工程を示す概略断面図Schematic sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment of the cold cathode device according to the present invention 本発明に係る冷陰極素子の第１の実施の形態の製造工程を示す概略断面図Schematic sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment of the cold cathode device according to the present invention 本発明に係る冷陰極素子の第１の実施の形態の製造工程を示す概略断面図Schematic sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment of the cold cathode device according to the present invention 本発明に係る冷陰極素子の第１の実施の形態の製造工程を示す概略断面図Schematic sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment of the cold cathode device according to the present invention 本発明に係る冷陰極素子の第１の実施の形態における実験結果の説明図 （ａ）実験で用いた冷陰極素子の構成図 （ｂ）トリミング処理の実験結果を示すグラフExplanatory drawing of the experimental result in 1st Embodiment of the cold cathode element which concerns on this invention (a) The block diagram of the cold cathode element used in experiment (b) The graph which shows the experimental result of a trimming process 本発明に係る冷陰極素子の第１の実施の形態における活性化処理の実験結果を表すグラフThe graph showing the experimental result of the activation process in 1st Embodiment of the cold cathode element which concerns on this invention 本発明に係る冷陰極素子の第２の実施の形態を示す概略断面図Schematic sectional view showing a second embodiment of a cold cathode device according to the present invention 本発明に係る冷陰極素子の第２の実施の形態の製造工程を示す概略断面図Schematic sectional drawing which shows the manufacturing process of 2nd Embodiment of the cold cathode element which concerns on this invention 本発明に係る冷陰極素子の第２の実施の形態の製造工程を示す概略断面図Schematic sectional drawing which shows the manufacturing process of 2nd Embodiment of the cold cathode element which concerns on this invention 本発明に係る冷陰極素子の第２の実施の形態の製造工程を示す概略断面図Schematic sectional drawing which shows the manufacturing process of 2nd Embodiment of the cold cathode element which concerns on this invention 従来の冷陰極素子の概略断面図Schematic sectional view of a conventional cold cathode device

符号の説明Explanation of symbols

１０、２０ 冷陰極素子
１１、２１ 基板
１２、２２ カソード電極
１３、２４ 絶縁層
１４ａ、２５ａ ホール
１４、２５ 電子引出電極
１５、２６ 炭素系微細繊維
１６、２７ レジスト
１７ 触媒
２３ 触媒層
３１〜３４ 冷陰極素子
４１ 容器
４２、４３ 光源 10, 20 Cold cathode element 11, 21 Substrate 12, 22 Cathode electrode 13, 24 Insulating layer 14a, 25a Hole 14, 25 Electron extraction electrode 15, 26 Carbon-based fine fiber 16, 27 Resist 17 Catalyst 23 Catalyst layer 31-34 Cold Cathode element 41 Container 42, 43 Light source

Claims (2)

炭素系微細繊維を形成する炭素系微細繊維形成工程と、形成された前記炭素系微細繊維をトリミングするトリミング工程と、トリミングされた前記炭素系微細繊維を活性化させる活性化処理工程とを含み、
前記トリミング工程は、酸素を含むガスが注入された容器内において、前記炭素系微細繊維形成工程で形成された前記炭素系微細繊維に波長１６０ｎｍの光を含む真空紫外光を照射することによって行われる工程であり、
前記活性化処理工程は、水素を含むガスが注入された容器内において、前記真空紫外光を照射することによって前記炭素系微細繊維を活性化させる工程であり、
前記トリミング工程及び前記活性化処理工程は、同一の容器内で行われることを特徴とする冷陰極素子の製造方法。 Seen containing a carbonaceous fine fibers forming a carbon-based fine fibers, and a trimming step for trimming the formed the carbonaceous fine fibers, and the activation process of activating the trimmed the carbonaceous fines ,
The trimming step is performed by irradiating the carbon-based fine fibers formed in the carbon-based fine fiber forming step with vacuum ultraviolet light including light having a wavelength of 160 nm in a container into which a gas containing oxygen is injected. Process,
The activation treatment step is a step of activating the carbon-based fine fibers by irradiating the vacuum ultraviolet light in a container into which a gas containing hydrogen is injected,
The method for manufacturing a cold cathode device, wherein the trimming step and the activation treatment step are performed in the same container . 請求項１に記載の冷陰極素子の製造方法で製造される冷陰極素子であって、電子を放出する炭素系微細繊維が形成されるカソード電極と、このカソード電極に対向して設けられ、前記電子を通過させる貫通孔を有し、前記炭素系微細繊維から前記電子を引き出す電子引出電極とを備え、A cold cathode device manufactured by the method for manufacturing a cold cathode device according to claim 1, wherein a cathode electrode on which carbon-based fine fibers that emit electrons are formed is formed, and is opposed to the cathode electrode, An electron extraction electrode having a through-hole through which electrons pass, and withdrawing the electrons from the carbon-based fine fiber;
前記カソード電極に対して前記貫通孔を垂直方向に投影した投影領域内にある炭素系微細繊維からの放出電子による電流の密度が、投影領域外にある炭素系微細繊維からの放出電子による電流の密度よりも大きいことを特徴とする冷陰極素子。The density of the current due to the emitted electrons from the carbon-based fine fibers in the projection region in which the through hole is projected in the direction perpendicular to the cathode electrode is the current density due to the electrons emitted from the carbon-based fine fibers outside the projection region. A cold cathode device characterized by having a density greater than the density.
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