平面型显示装置的平整处理方法及平面型显示装置用基板的平整处理方法

专利名称：平面型显示装置的平整处理方法及平面型显示装置用基板的平整处理方法
技术领域：
本发明涉及平面型显示装置的平整处理方法及平面型显示装置用基板的平整处理方法。
背景技术：
作为取代当前流行的阴极射线管(CRT)的图象显示装置，正在研制着各种平面型(平板式)的显示装置。作为这种平面型的显示装置，例如可以举出液晶显示装置(LCD)、电致发光显示装置(ELD)、等离子体显示装置(PDP)。此外，还提出了一种无需热的激励即可从固体向真空中发射电子的冷阴极场致电子发射型的显示装置、即所谓的场致发射显示器(FED)，从画面的亮度及低的耗电量的观点来看极为引人注目。
在图7中示出冷阴极场致电子发射显示装置(以下，有时简称为显示装置)的典型结构例，在图8中示出阴极板10及阳极板20的一部分的示意分解斜视图。在这种显示装置中，阴极板10和阳极板20相对配置。阴极板10和阳极板20，在各自的周缘部，通过图中未示出的框体相互粘合，并使两个板10、20之间的封闭空间为真空空间。阴极板10，备有多个作为电子发射体的冷阴极场致电子发射元件(以下，有时简称为场致发射元件)。在图7中，作为电子发射元件的一例，示出具有由圆锥形电子发射电极16A构成的电子发射部16的所谓锥(スピ ント、Spindt)型场致发射元件。锥型场致发射元件，由在第1支承体11上形成的带状阴电极12、绝缘层13、在绝缘层13上形成的带状栅电极14、在栅电极14及绝缘层13上所设有的开口部15内形成的圆锥形的电子发射电极16A构成。通常，使多个电子发射电极16A与一个后文所述的荧光体层22对应设置。从阴电极驱动电路25通过阴电极12对电子发射电极16A施加相对为负的电压(扫描信号)，从栅电极驱动电路26对栅电极14施加相对为正的电压(视频信号)。借助于通过施加这些电压而生成的电场，根据量子隧道效应而从电子发射电极16A的前端发射电子。另外，作为电子发射元件，不限于如上所述的锥型场致发射元件，有时也可以采用所谓刃型或平面型等各种形式的场致发射元件。
另一方面，阳极板20，由在以玻璃等构成的第2支承体21上按矩阵状或带状形成的多个荧光体层22(荧光体层22R、22G、22B)、埋设在荧光体层22和荧光体层22之间的黑底23、在荧光体层22及黑底23的整个表面上形成的阳电极24构成。从阳电极驱动电路27对阳电极24施加比对栅电极14施加的正电压高的正电压，阳电极24，起着将从电子发射电极16A向真空空间发射的电子导向荧光体层22的作用。此外，阳电极24，还具有保护构成荧光体层22的荧光体粒子使其免受离子等粒子的溅射同时将因电子激励而从荧光体层22发出的光反射到第2支承体21从而提高从第2支承体21的外侧观察的显示画面的亮度的功能。阳电极24，例如由铝膜构成。
一般地说，阴电极12和栅电极14，分别沿着使这两个电极12、14的投影图象相互正交的方向按带状形成，在这两个电极12、14的投影图象重叠的重叠区域(相当于单色显示装置的1个象素的区域或彩色显示装置的构成1个象素的3个子象素中的1个子象素的区域)上，通常排列着多个场致发射元件。另外，上述重叠区域，按二维矩阵状配置在阴极板10的有效区域(实际起显示画面作用的区域)内。1个象素，由配置在阴极板侧的阴电极12和栅电极14的重叠区域内的一群场致发射元件和与这一群场致发射元件彼此相对的阳极板侧的荧光体层22构成。在有效区域内，例如以数十万～数百万个的数量级排列着这些象素。
将形成了多个上述场致发射元件的阴极板10和阳极板20组合后，可以得到图7、图8所示的显示装置。具体地说，例如，准备一个由陶瓷或玻璃制作的高约1mm的框体(图中未示出)，并将框体、阴极板10和阳极板20例如用熔结玻璃粘合，在使熔结玻璃干燥后，在大约450℃下焙烧10～30分钟即可。在这之后，将显示装置内部抽至10-4Pa左右的真空度，并用适当的方法密封。或者，例如，也可以在高真空气氛中进行框体、阴极板10和阳极板20之间的粘合。另外，根据显示装置的结构，也可以不使用框体而将阴极板10和阳极板20粘合。
阴极板10和阳极板20之间的间隙，为0.1mm～1mm左右。对阳极板20的阳电极24施加高电压(例如，5kV)。在这种显示装置中，在阴极板10上所设有的栅电极14与阳极板20上所设有的阳电极24之间有时发生放电，因而在某些情况下将对图象的显示质量造成严重的损害。或将缩短显示装置的寿命。真空空间中的放电的发生机理，可以认为是，首先，由在强电场下从电子发射电极16A发射的电子或离子激发放电，通过从阳电极驱动电路27对阳电极24供给能量而使阳电极24的温度局部上升，并使阳电极24内部的包藏气排出、或使构成阳电极24的材料本身蒸发，从而使小规模的放电发展为大规模的放电(例如，火花放电)。
为了抑制阳电极24和栅电极14之间的放电，一种有效的方法是抑制激发放电的电子或离子的发射，但为此需要极为严格的粒子控制。另外，重要的是，在阳电极、栅电极和阴电极等上不存在构成放电起始点的凸起部。但是，为了在显示装置的制造工序中执行上述的粒子控制、或为使各种电极上不存在凸起部而管理显示装置的制造工序，都存在着极大的技术困难。
在阴极射线管中，如在构成电子透镜的各栅电极等上存在尖锐的凸起部分，则当阴极射线管工作时，有时会发生异常放电。为防止这种异常放电，在阴极射线管的制造过程中，要进行平整处理。在该平整处理中，使各栅电极等的尖锐凸起部分之类的易于发生放电的部分预先进行放电，从而使凸起部分等熔化而将其除去。但是，尽本发明者所知，还没有将上述阴极射线管制造中的平整处理这样的处理应用于冷阴极场致电子发射显示装置制造的例。
另外，冷阴极场致电子发射显示装置完成后，为使阴极端部的曲率半径均匀一致，由专利第3094459号公报公开了一种对阴极施加规定电压并从阴极的端部开始进行电场蒸发的技术，但在该公报中没有提及平整处理技术。
因此，本发明的目的在于，提供一种在平面型显示装置完成后或平面型显示装置制造中(平面型显示装置组装前)有效地将可能构成放电起始点的凸起部从构成平面型显示装置的各种电极除去的方法。
发明的公开用于达到上述目的本发明第1形态的平面型显示装置的平整处理方法(以下，有时称为本发明第1形态的平整处理方法)，涉及平面型显示装置完成后的平整处理方法，在该平面型显示装置中，将设有第1电极的第1基板和设有第2电极的第2基板配置成中间夹有真空空间，并将第1基板和第2基板在其周缘部粘合，该平整处理方法的特征在于对第1电极分段施加高于第2电极的电压V1，并使存在于第1电极上的凸起部进行电场蒸发。
这里，所谓电场蒸发，指的是当在凸起部上施加强的正电压时使凸起部表面的原子变为正离子而蒸发的现象，是因表面的原子在强电场的作用下离子化并向真空空间中飞出引起的。
另外，在分段施加电压V1的形态中，包括一边按阶梯状增加一边施加电压V1的形态、一边以单调增加的方式增加一边施加电压V1的形态。
在本发明第1形态的平整处理方法中，可以采用首先实施本发明第1形态的平整处理方法、接着将第1基板和第2基板交换并再次实施本发明第1形态的平整处理方法的形态。或者，也可以采用在完成对第1电极施加高于第2电极的电压V1的第1电压施加工序后执行对第2电极施加高于第1电极的电压V2并使存在于第2电极上的凸起部进行电场蒸发的第2电压施加工序、然后将高于电压V1的电压设定为新的电压V1、将高于电压V2的电压设定为新的电压V2并反复进行第1电压施加工序和第2电压施加工序的形态。在后者的情况下，可以使电压V1的值与电压V2的值不同，但从简化平整处理方法的观点考虑，最好是使电压V1的值与电压V2的值相等。此外，在第1电压施加工序和第2电压施加工序中，既可以使电压V1及电压V2保持一定也可以分段增加。
另外，所谓对第1电极施加高于第2电极的电压V1，意味着以第2电极为基准施加使第1电极上产生电位差V1的电压，或意味着以第1电极为基准施加使第2电极上产生电位差-V1的电压。而所谓对第2电极施加高于第1电极的电压V2，意味着以第1电极为基准施加使第2电极上产生电位差V2的电压，或意味着以第2电极为基准施加使第1电极上产生电位差-V2的电压。
在本发明第1形态的平整处理方法中，初始的电压V1或电压V2的值、电压增加量、或各阶段中施加电压的时间和电压增加量的每单位时间的增加比例，其大小程度可以预先通过试验决定。当对第1电极施加高于第2电极的电压V1时，最好将施加于第1电极的电压值设定为V1伏(＞0伏)并将施加于第2电极的电压值设定为0伏，但并不限定于这些电压值。而当对第2电极施加高于第1电极的电压V2时，最好将施加于第1电极的电压值设定为0伏并将施加于第2电极的电压值设定为V2伏(＝V1＞0伏)，但也不限定于这些电压值。
用于达到上述目的本发明第2形态的平面型显示装置的平整处理方法(以下，有时称为本发明第2形态的平整处理方法)，与本发明第1实施形态的平整处理方法不同，以脉冲形式对第1电极施加高于第2电极的电压V1。
即，本发明第2实施形态的平整处理方法，涉及平面型显示装置完成后的平整处理方法，在该平面型显示装置中，将设有第1电极的第1基板和设有第2电极的第2基板配置成中间夹有真空空间，并将第1基板和第2基板在其周缘部粘合，该平整处理方法的特征在于以脉冲形式对第1电极施加高于第2电极的电压V1，并使存在于第1电极上的凸起部进行电场蒸发。
在本发明第2实施形态的平整处理方法中，也可以采用在完成对第1电极施加高于第2电极的脉冲形的电压V1的脉冲电压施加工序后将第1电极及第2电极设定为0伏并在经过了规定的时间后再次对第1电极施加高于第2电极的脉冲形的电压V1的形态。在这种情况下，可以按每1个脉冲或按每多个脉冲增加电压V1。或者，在完成对第1电极施加高于第2电极的脉冲形的电压V1的脉冲电压施加工序后，最好是执行对第2电极施加高于第1电极的电压V2并检测在第1电极和第2电极之间流过的电流的电流检测工序，这是由于可以一边评价存在于第1电极上的凸起部是否进行了电场蒸发一边执行平整处理方法。即，通过对第2电极施加高于第1电极的电压V2，将强的电场施加在存在于第1电极上的凸起部上，根据量子隧道效应而从该凸起部发射电子，并将该电子作为在第1电极和第2电极之间流过的电流检出。如凸起部进行了电场蒸发，则将检测不到上述电流。在电流检测工序之后，再次执行脉冲电压施加工序。
另外，在这种情况下，当在第1电极和第2电极之间流过的电流达到规定值或其以下时，最好将高于电压V1的电压设定为新的电压V1、将高于电压V2的电压设定为新的电压V2并反复进行脉冲电压施加工序和电流检测工序。在这种情况下，一个脉冲电压施加工序中的电压V1的脉冲数，既可以为1个脉冲，也可以为多个脉冲。按照这种方式，可以使存在于第1电极上的凸起部可靠地进行电场蒸发，并根据量子隧道效应而从凸起部发射电子，从而能可靠地将该电子作为在第1电极和第2电极之间流过的电流检出。进一步，当可以使电压V2相当于平面型显示装置的实际动作电压VOP时，最好采用将高于电压V1的电压设定为新的电压V1、将电压V2设定为与实际动作电压VOP相当的值并反复进行脉冲电压施加工序和电流检测工序直到在第1电极和第2电极之间流过的电流达到规定值或其以下为止的形态。按照这种形态，可以使存在于第1电极上的凸起部更可靠地进行电场蒸发，并能使平整处理自动终止。此外，在第1电极和第2电极之间流过的电流的规定值，可以预先通过实验决定，例如，可以设定为0安培。另外，在脉冲电压施加工序中，最好将施加于第1电极的电压值设定为V1伏(＞0伏)并将施加于第2电极的电压值设定为0伏，在电流检测工序中，将施加于第2电极的电压值设定为0伏并将施加于第1电极的电压值设定为-V2伏(＜0伏)，但并不限定于这些电压值。
在本发明第2实施形态的平整处理方法中，可以采用首先实施本发明第2形态的平整处理方法、接着将第1基板和第2基板交换并再次实施本发明第2形态的平整处理方法的形态。或者，也可以采用将第1基板和第2基板相互交换并实施本发明第2形态的平整处理方法的形态。即，可以采用以1个脉冲或多个脉冲对第1电极施加高于第2电极的电压V1后将第1基板和第2基板交换并反复进行该操作的形态。
在本发明第2形态的平整处理方法中，电压V1(脉冲高度)或电压V2的值、脉冲宽度、脉冲数及脉冲间隔、电压增加量，其大小程度可以预先通过试验决定。作为电压V1和电压V2的关系，例如，可以为0.01 V1V20.5 V1。
在本发明第1形态或第2形态的平整处理方法(以下，有时将其统称为本发明的平整处理方法)中，使平面型显示装置为冷阴极场致电子发射显示装置，并可以采用如下的结构①使冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极及栅电极相当于设在第1基板上的第1电极并使冷阴极场致电子发射显示装置的阳极板所备有的阳电极相当于设在第2基板上的第2电极的结构；②使冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极、栅电极及会聚电极相当于设在第1基板上的第1电极并使冷阴极场致电子发射显示装置的阳极板所备有的阳电极相当于设在第2基板上的第2电极的结构；③使冷阴极场致电子发射显示装置的阳极板所备有的阳电极相当于设在第1基板上的第1电极并使冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极及栅电极相当于设在第2基板上的第2电极的结构；④使冷阴极场致电子发射显示装置的阳极板所备有的阳电极相当于设在第1基板上的第1电极并使冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极、栅电极及会聚电极相当于设在第2基板上的第2电极的结构。此外，在①的结构中，主要是通过电场蒸发将栅电极的凸起部除去，在②的结构中，主要是通过电场蒸发将会聚电极的凸起部除去，在③的结构、④的结构中，主要是通过电场蒸发将阳电极的凸起部除去。
另外，按照冷阴极场致电子发射显示装置的结构，也可以是将会聚电极夹在第1基板和第2基板之间的结构，但这种结构包含在上述的②的结构、④的结构内。
这里，在本发明的平整处理方法中，当使平面型显示装置为冷阴极场致电子发射显示装置时，为了不呈现出作为冷阴极场致电子发射显示装置的功能，即为了防止从冷阴极场致电子发射元件发射电子，必须将阴电极和栅电极短路或将阴电极、栅电极和会聚电极短路，以使这些电极为等电位。此外，上述的实际动作电压VOP，是当冷阴极场致电子发射显示装置进行显示动作时与施加于阳电极的电压相当的值。
在以下的说明中，为方便起见，将以阴极板为第1基板、以阳极板为第2基板(即，对应于①的结构或②的结构)并执行第1形态或第2形态的平整处理方法称为平整处理A，将以阳极板为第1基板、以阴极板为第2基板(即，对应于③的结构或④的结构)并执行第1形态或第2形态的平整处理方法称为平整处理B。
在本发明的平整处理方法中，当使平面型显示装置为冷阴极场致电子发射显示装置时，如上所述，例如，可以在完成平整处理A后执行平整处理B，也可以在完成平整处理B后执行平整处理A，还可以交替地执行平整处理A和平整处理B。至于先执行平整处理A和平整处理B中的哪一个，可以进行预备性试验，将估计存在着较多凸起部的基板作为第1基板并先实施本发明的第1形态或第2形态的平整处理方法。具体地说，首先，依次按照①的结构或②的结构、和③的结构或④的结构执行对第2电极施加高于第1电极的电压VTEST并检测在第1电极和第2电极之间流过的电流的工序，当①的结构或②的结构比③的结构或④的结构流过的电流值高时，可以先执行平整处理A，当③的结构或④的结构比①的结构或②的结构流过的电流值高时，可以先执行平整处理B。
用于达到上述目的本发明第1形态的平面型显示装置用基板的平整处理方法(以下，有时称为本发明第1形态的基板平整处理方法)，涉及平面型显示装置制造中(平面型显示装置组装前)的平整处理方法，该平整处理方法的特征在于将设有电极的平面型显示装置用基板和设有平整用电极的平整用基板配置成中间夹有真空空间，然后，对电极分段施加高于平整用电极的电压V1，并使存在于电极上的凸起部进行电场蒸发。
这里，在分段施加电压V1的形态中，包括一边按阶梯状增加一边施加V1的形态、一边以单调增加的方式增加一边施加电压V1的形态。
另外，在以下的说明中，为方便起见，有时将平面型显示装置用基板上所设有的电极称为基板电极。
在本发明第1形态的基板平整处理方法中，初始的电压V1的值、电压增加量、或各阶段中施加电压的时间和电压增加量的每单位时间的增加比例，其大小程度可以预先通过试验决定。当对基板电极施加高于平整用电极的电压V1时，最好将施加于基板电极的电压值设定为V1伏(＞0伏)并将施加于平整用电极的电压值设定为0伏，但并不限定于这些电压值。
用于达到上述目的本发明第2形态的平面型显示装置用基板的平整处理方法(以下，有时称为本发明第2形态的基板平整处理方法)，涉及平面型显示装置制造中(平面型显示装置组装前)的平整处理方法，该平整处理方法的特征在于将设有电极的平面型显示装置用基板和设有平整用电极的平整用基板配置成中间夹有真空空间，然后，以脉冲形式对电极施加高于平整用电极的电压V1，并使存在于电极上的凸起部进行电场蒸发。
在本发明第2形态的基板平整处理方法中，也可以采用在对基板电极施加高于平整用电极的脉冲形的电压V1后将基板电极及平整用电极设定为0伏并在经过了规定的时间后再次对基板电极施加高于平整用电极的脉冲形的电压V1的形态。在这种情况下，可以按每1个脉冲或按每多个脉冲增加电压V1。或者，在完成对基板电极施加高于平整用电极的脉冲形的电压V1的脉冲电压施加工序后，最好是执行对平整用电极施加高于基板电极的电压V2并检测在基板电极和平整用电极之间流过的电流的电流检测工序，这是由于可以一边评价存在于基板电极上的凸起部是否进行了电场蒸发一边执行平整处理方法。即，通过对平整用电极施加高于基板电极的电压V2，将强的电场施加在存在于基板电极上的凸起部上，根据量子隧道效应而从该凸起部发射电子，并将该电子作为在基板电极和平整用电极之间流过的电流检出。如凸起部进行了电场蒸发，则将检测不到上述电流。
另外，所谓对基板电极施加高于平整用电极的电压V1，意味着以平整用电极为基准施加使基板电极上产生电位差V1的电压，或意味着以基板电极为基准施加使平整用电极上产生电位差-V1的电压。而所谓对平整用电极施加高于基板电极的电压V2，意味着以基板电极为基准施加使平整用电极上产生电位差V2的电压，或意味着以平整用电极为基准施加使基板电极上产生电位差-V2的电压。
另外，在这种情况下，当在基板电极和平整用电极之间流过的电流达到规定值或其以下时，最好将高于电压V1的电压设定为新的电压V1、将高于电压V2的电压设定为新的电压V2并反复进行脉冲电压施加工序和电流检测工序。在这种情况下，一个脉冲电压施加工序中的电压V1的脉冲数，既可以为1个脉冲，也可以为多个脉冲。按照这种方式，可以使存在于基板电极上的凸起部可靠地进行电场蒸发，并根据量子隧道效应而从凸起部发射电子，从而能可靠地将该电子作为在基板电极和平整用电极之间流过的电流检出。进一步，当可以使电压V2相当于平面型显示装置的实际动作电压VOP时，最好采用将高于电压V1的电压设定为新的电压V1、将电压V2设定为与实际动作电压VOP相当于的值并反复进行脉冲电压施加工序和电流检测工序直到在基板电极和平整用电极之间流过的电流达到规定值或其以下为止的形态。按照这种形态，可以使存在于基板电极上的凸起部更可靠地进行电场蒸发，并能使平整处理自动终止。此外，在基板电极和平整用电极之间流过的电流的规定值，可以预先通过实验决定，例如，可以设定为0安培。另外，在脉冲电压施加工序中，最好将施加于基板电极的电压值设定为V1伏(＞0伏)并将施加于平整用电极的电压值设定为0伏，在电流检测工序中，将施加于平整用电极的电压值设定为0伏并将施加于基板电极的电压值设定为-V2伏(＜0伏)，但并不限定于这些电压值。
在本发明第2形态的基板平整处理方法中，电压V1(脉冲高度)或电压V2的值、脉冲宽度、脉冲数及脉冲间隔、电压增加量，其大小程度可以预先通过试验决定。作为电压V1和电压V2的关系，例如，可以为0.01V1V20.5 V1。
在本发明第1形态或第2形态的基板平整处理方法(以下，有时将其统称为本发明的基板平整处理方法)中，为了将平面型显示装置用基板和平整用基板配置成中间夹有真空空间，具体地说，只需将平面型显示装置用基板和平整用基板配置在真空室内即可。
在本发明的基板平整处理方法中，可以使平面型显示装置用基板和平整用基板的尺寸基本相等，也可以使平整用基板的尺寸小于平面型显示装置用基板。在后者的情况下，通过使平整用基板在平面型显示装置用基板的上方进行扫描，可以实施本发明的基板平整处理方法。
在本发明的基板平整处理方法中，使平面型显示装置为冷阴极场致电子发射显示装置，并可以采用如下的结构⑤使冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极及栅电极相当于设在平面型显示装置用基板上的电极的结构；⑥使冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极、栅电极及会聚电极相当于设在平面型显示装置用基板上的电极的结构；⑦使冷阴极场致电子发射显示装置的阳极板所备有的阳电极相当于设在平面型显示装置用基板上的结构。此外，在⑤的结构中，主要是通过电场蒸发将栅电极的凸起部除去，在⑥的结构中，主要是通过电场蒸发将会聚电极的凸起部除去，在⑦的结构中，主要是通过电场蒸发将阳电极的凸起部除去。
这里，在本发明的基板平整处理方法中，当使平面型显示装置为冷阴极场致电子发射显示装置时，为了不呈现出作为冷阴极场致电子发射显示装置的功能，即为了防止从冷阴极场致电子发射元件发射电子，必须将阴电极和栅电极短路或将阴电极、栅电极和会聚电极短路，以使这些电极为等电位。此外，上述的实际动作电压VOP，是当冷阴极场致电子发射显示装置进行显示动作时与施加于阳电极的电压相当的值。
在本发明中，可以通过电场蒸发可靠地将存在于电极上的凸起部除去。
附图的简单说明以下，参照附图并根据实施例说明本发明。


图1(A)和(B)是示意地表示实施例1的电压V1的变化的图。
图2是示意地表示实施例2的电压V1、V2的变化的图。
图3是适用于实施例3的基板平整处理方法的实施的基板平整处理装置的概要图。
图4是示意地表示实施例3的电压V1的变化的图。
图5(A)和(B)是示意地表示实施例4的电压V1的变化的图。
图6是示意地表示实施例5的电压V1、V2的变化的图。
图7是表示现有的冷阴极场致电子发射显示装置的典型结构例的图。
图8是阴极板及阳极板的一部分的示意分解斜视图。
图9(A)和(B)是用于说明由锥型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件的制造方法的第1支承体等的示意局部端面图。
图10(A)和(B)是接续图9(B)的用于说明由锥型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件的制造方法的第1支承体等的示意局部端面图。
图11(A)～(D)是用于说明阳极板制造方法的一例的基板等的示意局部端面图。
图12(A)和(B)是用于说明由冕型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件的制造方法的第1支承体等的示意局部端面图。
图13(A)～(C)是接续图12(B)的用于说明由冕型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件的制造方法的第1支承体等的示意局部端面图。
图14(A)和(B)是用于说明由冕型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件的制造方法的第1支承体等的示意局部端面图及局部斜视图。
图15(A)～(C)是用于说明由扁平型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件的制造方法的第1支承体等的示意局部断面图。
图16(A)～(C)是用于说明由扁平型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件的变形例的制造方法的第1支承体等的示意局部断面图。
图17(A)和(B)是用于说明由扁平型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件的另一种变形例的制造方法的第1支承体等的示意局部端面图。
图18(A)和(B)是接续图17(B)的用于说明由扁平型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件的另一种变形例的制造方法的第1支承体等的示意局部端面图。
图19(A)～(C)是用于说明由平面型场致发射元件构成的具有第2结构的场致发射元件的制造方法的第1支承体等的示意局部断面图。
图20(A)和(B)是由平面型场致发射元件构成的具有第2结构的场致发射元件的变形例的示意局部断面图。
图21是由平面型场致发射元件构成的具有第2结构的场致发射元件的另一种变形例的示意局部断面图。
图22(A)和(B)是用于说明由平面型场致发射元件构成的具有第2结构的场致发射元件的另一种变形例的制造方法的第1支承体等的示意局部端面图及局部斜视图。
图23(A)和(B)是接续图22(A)和(B)的用于说明由平面型场致发射元件构成的具有第2结构的场致发射元件的另一种变形例的制造方法的第1支承体等的示意局部端面图及局部斜视图。
图24(A)和(B)是接续图23(A)和(B)的用于说明由平面型场致发射元件构成的具有第2结构的场致发射元件的另一种变形例的制造方法的第1支承体等的示意局部端面图及局部斜视图。
图25(A)和(B)是接续图24(A)和(B)的用于说明由平面型场致发射元件构成的具有第2结构的场致发射元件的另一种变形例的制造方法的第1支承体等的示意局部断面图。
图26(A)～(C)是用于说明由平面型场致发射元件构成的具有第2结构的场致发射元件的另一种变形例的制造方法的第1支承体等的示意局部断面图。
图27(A)～(C)是用于说明由平面型场致发射元件构成的具有第2结构的场致发射元件的另一种变形例的制造方法的第1支承体等的示意局部端面图。
图28(A)和(B)是用于说明由平面型场致发射元件构成的具有第2结构的场致发射元件的另一种变形例的制造方法的第1支承体等的示意局部端面图。
图29(A)和(B)是接续图28(B)的用于说明由平面型场致发射元件构成的具有第2结构的场致发射元件的另一种变形例的制造方法的第1支承体等的示意局部端面图。
图30(A)～(C)是由刃型场致发射元件构成的具有第3结构的场致发射元件的示意局部断面图。
图31(A)～(C)是用于说明由刃型场致发射元件构成的具有第3结构的场致发射元件的一例的制造方法的第1支承体等的示意局部端面图。
图32(A)和(B)是用于说明制造图35所示的锥型场致发射元件用的[锥型场致发射元件制造方法的变形1]的第1支承体等的示意局部端面图。
图33(A)和(B)是接续图32(B)的用于说明制造图35所示的锥型场致发射元件用的[锥型场致发射元件制造方法的变形1]的第1支承体等的示意局部端面图。
图34(A)和(B)是接续图33(B)的用于说明制造图35所示的锥型场致发射元件用的[锥型场致发射元件制造方法的变形1]的第1支承体等的示意局部端面图。
图35是由[锥型场致发射元件制造方法的变形1]得到的锥型场致发射元件的示意局部端面图。
图36(A)和(B)是用于说明形成圆锥形状的电子发射部的机理的图。
图37(A)～(C)是示意地表示抗蚀剂选择比与电子发射部的高度及形状的关系的图。
图38(A)和(B)是用于说明[锥型场致发射元件制造方法的变形2]的第1支承体等的示意局部端面图。
图39(A)和(B)是接续图38(B)的用于说明[锥型场致发射元件制造方法的变形2]的第1支承体等的示意局部端面图。
图40(A)和(B)是接续图39(B)的用于说明[锥型场致发射元件制造方法的变形2]的第1支承体等的示意局部端面图。
图41(A)和(B)是表示被蚀刻物的表面轮廓怎样按一定时间间隔变化的图。
图42(A)和(B)是用于说明[锥型场致发射元件制造方法的变形3]的第1支承体等的示意局部端面图。
图43是接续图42(B)的用于说明[锥型场致发射元件制造方法的变形3]的第1支承体等的示意局部端面图。
图44(A)和(B)是按[锥型场致发射元件制造方法的变形4]制造的锥型场致发射元件的示意局部端面图。
图45是用于说明[锥型场致发射元件制造方法的变形4]的第1支承体等的示意局部端面图。
图46(A)和(B)是接续图45(B)的用于说明[锥型场致发射元件制造方法的变形4]的第1支承体等的示意局部端面图。
图47(A)和(B)是接续图46(B)的用于说明[锥型场致发射元件制造方法的变形4]的第1支承体等的示意局部端面图。
图48是用于说明[锥型场致发射元件制造方法的变形5]的第1支承体等的示意局部端面图。
图49(A)和(B)是接续图48(B)的用于说明[锥型场致发射元件制造方法的变形5]的第1支承体等的示意局部端面图。
图50是用于说明[锥型场致发射元件制造方法的变形6]的第1支承体等的示意局部端面图。
图51是[平面型场致发射元件(其3)]的示意局部端面图。
图52(A)和(B)是[平面型场致发射元件(其4)]的示意局部断面图及平面图。
图53(A)～(D)是表示栅电极所具有的多个开口部的示意平面图。
图54是本发明第3形态的平面型显示装置的电子发射部及会聚电极的示意局部端面图。
用于实施发明的最佳形态(实施例1)实施例1，与本发明第1形态的平面型显示装置的平整处理方法有关。即，实施例1的平整处理方法，涉及平面型显示装置完成后的平整处理方法，是将设有第1电极的第1基板和设有第2电极的第2基板配置成中间夹有真空空间并将第1基板和第2基板在其周缘部粘合的平面型显示装置的平整处理方法。并且，对第1电极分段施加高于第2电极的电压V1，并使存在于第1电极上的凸起部进行电场蒸发。另外，在实施例1中，一边按阶梯状(分段式)增加一边施加电压V1。
假定实施例1的平面型显示装置为冷阴极场致电子发射显示装置(以下，简称为显示装置)，构成为备有多个其结构如图7和图8所示的锥型冷阴极场致电子发射元件(以下，有时简称为场致发射元件)，详细的说明从略。此外，关于锥型场致发射元件的制造方法及其他类型的场致发射元件的结构、制造方法，将在后文中说明。
在实施例1中，以阳极板为第1基板、以阴极板为第2基板(即，对应于上述③的结构)完成了平整处理B之后，以阴极板为第1基板、以阳极板为第2基板(即，对应于上述①的结构)执行平整处理A。此外，为了不呈现出作为显示装置的功能，即为了防止从场致发射元件发射电子，将阴电极和栅电极短路，以使这两个电极为等电位。
在图1(A)和(B)中示意地示出当一边分段地增加一边对第1电极施加高于第2电极的电压V1并使存在于第1电极上的凸起部进行电场蒸发时的电压V1的变化。这里，由图1(A)示出平整处理B中的电压V1(施加于阳电极的电压)的变化，由图1(B)出平整处理A中的电压V1(施加于短路后的阴电极和栅电极的电压)的变化。
在实施例1的平整处理A、B中，将施加于第1电极的电压值设定为V1伏(＞0伏)、将施加于第2电极的电压值设定为0伏，并将初始的电压V1的值设定为1kV，将电压增加量设定为0.01kV，将各阶段中施加电压的时间设定为1秒，将最终施加的电压值V1的值设定为30kV。
按如上所述的方式对显示装置进行了平整处理A、B后，对短路后的阴电极和栅电极施加实际动作电压VOP并将阳电极设定为0伏而测定了在其间流过的电流，但已没有电流流过了。然后，对阳电极施加实际动作电压VOP并将短路后的阴电极和栅电极设定为0伏而测定了在其间流过的电流，同样也已没有电流流过。即，可以确认通过电场蒸发能够将存在于第1电极上的凸起部除去。此外，实际动作电压VOP，是当显示装置进行显示动作时施加于阳电极的电压。在后文中其含义也是一样。另外，在完成了平整处理A后，进行了平整处理B，取得了同样的结果。进一步，对上述②的结构、④的结构，在完成了平整处理A后进行了平整处理B，也取得了同样的结果。
(实施例2)实施例2是实施例1的变形。在实施例2中，在完成对第1电极(在实施例2中为阳电极)施加高于第2电极(在实施例2中为短路后的阴电极和栅电极)的电压V1的第1电压施加工序后，执行对第2电极施加高于第1电极的电压V2并使存在于第2电极上的凸起部进行电场蒸发的第2电压施加工序，然后，将高于电压V1的电压设定为新的电压V1、将高于电压V2的电压设定为新的电压V2，并反复进行第1电压施加工序和第2电压施加工序。
这里，在第1电压施加工序中，将施加于第1电极的电压值设定为V1伏(＞0伏)、将施加于第2电极的电压值设定为0伏，并将初始的电压V1的值设定为1kV，将电压增加量设定为0.01kV，将各阶段中施加电压的时间设定为1秒，将最终施加的电压值V1的值设定为30kV。而在第2电压施加工序中，将施加于第2电极的电压值设定为V2伏(＞0伏)、将施加于第1电极的电压值设定为0伏，并将初始的电压V2的值设定为0.1kV，将电压增加量设定为0.01kV，将各阶段中施加电压的时间设定为1秒，将最终施加的电压值V2的值设定为10kV。在图2中示意地示出电压V1、V2的变化。
按如上所述的方式对显示装置进行了平整处理后，对短路后的阴电极和栅电极施加实际动作电压VOP并将阳电极设定为0伏而测定了在其间流过的电流，但已没有电流流过了。然后，对阳电极施加实际动作电压VOP并将短路后的阴电极和栅电极设定为0伏而测定了在其间流过的电流，同样也已没有电流流过。即，可以确认通过电场蒸发能够将存在于第1电极及第2电极(特别是栅电极)上的凸起部除去。进一步，对上述②的结构、④的结构执行同样的平整处理方法，取得了同样的结果。
(实施例3)实施例3，与本发明第1形态的平面型显示装置用基板的基板平整处理方法有关。即，实施例3的基板平整处理方法，涉及平面型显示装置制造中(平面型显示装置组装前)的平整处理方法，将设有基板电极的平面型显示装置用基板和设有平整用电极的平整用基板配置成中间夹有真空空间，然后，对基板电极分段施加高于平整用电极的电压V1，并使存在于基板电极上的凸起部进行电场蒸发。
实施例3的平面型显示装置为冷阴极场致电子发射显示装置(显示装置)，阳极板上所备有的阳电极，相当于设在基板上的基板电极。即，具有上述⑦的结构。此外，显示装置，在结构上备有多个如图7和图8所示的锥型场致发射元件。
在图3中简要地示出适用于实施例3的基板平整处理方法的基板平整处理装置30。该基板平整处理装置30，具有一个上部开口的外壳31。在外壳31内，配置着检查台32，在检查台32的下面安装着检查台升降气缸33。检查台升降气缸33，放置在图中未示出的移动台座上，可以使每个检查台32在与图3的纸面垂直的方向移动。在检查台32的下面，还安装着支杆升降气缸34，通过支杆升降气缸34的动作使支杆35在贯通检查台32的孔内上下运动。外壳31，通过阀门37与真空泵(图中未示出)连接，可以使外壳31内的气氛达到高真空。进一步，在外壳31内，还配置着在结构上可以与阳电极的端部接触的电压施加针38。而当对阴极板实施基板平整处理方法时，配置着在结构上可以与阴电极及栅电极的端部接触的例如与这些电极的数量相等的电压施加针38。
在外壳31的开口的上部，配置着具有在玻璃基板41上形成的平整用电极42的平整用基板40。另外，将电源43与电压施加针38及平整用电极42连接。
当对基板44进行基板平整处理时，将放置在检查台32上的基板44通过外壳31所设有的门(图中未示出)放入到外壳31内，然后用真空泵将外科31内抽成高真空气氛。外壳31内的压力值由压力表36测定。
如外壳31内已达到所需的气氛，则操作检查台升降气缸33，使检查台32上升到使基板44与平整用基板40之间的距离例如为1mm。与此同时，使电压施加针38与阳电极的端部接触。接着，从电源43通过电压施加针38对阳电极施加电压V1，并对平整用基板40施加0伏。在基板平整处理后，使外壳31内为大气气氛，并操作检查台升降气缸33而使检查台32下降，将放置了基板44的检查台32取出。
在图4中示意地示出一边分段地增加一边对基板电极施加高于平整用电极的电压V1并使存在于基板电极(阳电极)上的凸起部进行电场蒸发时的电压V1的变化。在实施例3的基板平整处理方法中，将施加于基板电极(阳电极)的电压值设定为V1伏(＞0伏)、将施加于平整用电极的电压值设定为0伏，并将初始的电压V1的值设定为1kV，将电压增加量设定为0.01kV，将各阶段中施加电压的时间设定为1秒，将最终施加的电压值V1的值设定为30kV。
按如上所述的方式对阳极板实施了基板平整处理方法后，对平整用电极施加实际动作电压VOP并将阳电极设定为0伏而测定了在其间流过的电流，但已没有电流流过了。即，可以确认通过电场蒸发能够将存在于基板电极(阳电极)上的凸起部除去。另外，对上述⑤的结构、⑥的结构实施了同样的基板平整处理方法，取得了同样的结果。
另外，在图3的平整处理装置中，使平整用电极42的尺寸与阳极板或阴极板的尺寸大致相同，但也可以使平整用电极42的尺寸小于阳极板或阴极板。在这种情况下，可以构成为使平整用基板在阳极板或阴极板的上方进行扫描。即，例如，只需构成为能使平整用基板沿导轨移动即可。
(实施例4)实施例4，与本发明第2形态的平面型显示装置用基板的平整处理方法有关。即，实施例4的平整处理方法，涉及平面型显示装置完成后的平整处理方法，是将设有第1电极的第1基板和设有第2电极的第2基板配置成中间夹有真空空间并将第1基板和第2基板在其周缘部粘合的平面型显示装置的平整处理方法。并且，以脉冲形式对第1电极施加高于第2电极的电压V1，并使存在于第1电极上的凸起部进行电场蒸发。
在实施例4的平整处理方法中，在完成对第1电极施加高于第2电极的脉冲形的电压V1的脉冲电压施加工序后，将第1电极及第2电极设定为0伏，并在经过了规定的时间后再次对第1电极施加高于第2电极的脉冲形的电压V1。并且，按每多个脉冲(具体地说，为每5个)增加电压V1。此外，在实施例1或实施例2中说明过的本发明第1形态的平整处理方法中，当进行平整处理时，根据情况的不同，有时在第1电极和第2电极之间会产生放电。在这种情况下，最好采用本发明第2形态的平整处理方法，这是由于当以脉冲形式施加电压V1时使放电很难发生。
假定实施例4中的平面型显示装置为冷阴极场致电子发射显示装置，构成为备有多个其结构如图7和图8所示的锥型冷阴极场致发射元件，详细的说明从略。
在实施例4中，以阳极板为第1基板、以阴极板为第2基板(即，对应于上述③的结构)完成了平整处理B之后，以阴极板为第1基板、以阳极板为第2基板(即，对应于上述①的结构)执行平整处理A。此外，为了不呈现出作为显示装置的功能，即为了防止从场致发射元件发射电子，将阴电极和栅电极短路，以使这两个电极为等电位。
在图5(A)和(B)中示意地示出当一边以脉冲形式增加一边对第1电极施加高于第2电极的电压V1并使存在于第1电极上的凸起部进行电场蒸发时的电压V1的变化。这里，由在图5(A)示出平整处理B中的电压V1(施加于阳电极的电压)的变化，由图5(B)示出平整处理A中的电压V1(施加于短路后的阴电极和栅电极的电压)的变化。
在实施例4的平整处理A、B中，将施加于第1电极的电压值设定为V1伏(＞0伏)、将施加于第2电极的电压值设定为0伏，并将初始的电压V1的值(脉冲高度)设定为1kV，将电压增加量设定为0.01kV，将脉冲宽度设定为1微秒，将脉冲间隔设定为1微秒。
按如上所述的方式对显示装置进行了平整处理A、B后，对短路后的阴电极和栅电极施加实际动作电压VOP并将阳电极设定为0伏而测定了在其间流过的电流，但已没有电流流过了。然后，对阳电极施加实际动作电压VOP并将短路后的阴电极和栅电极设定为0伏而测定了在其间流过的电流，同样也已没有电流流过。即，可以确认通过电场蒸发能够将存在于第1电极上的凸起部除去。另外，在完成了平整处理A后，进行了平整处理B，也取得了同样的结果。进一步，对上述②的结构、④的结构，在完成了平整处理A后进行了平整处理B，取得了同样的结果。
(实施例5)实施例5是实施例4的变形。在实施例5中，在完成对第1电极施加高于第2电极的脉冲形的电压V1的脉冲电压施加工序后，执行对第2电极施加高于第1电极的电压V2并检测在第1电极和第2电极之间流过的电流的电流检测工序。通过对第2电极施加高于第1电极的电压V2，将强的电场施加在存在于第1电极上的凸起部上，根据量子隧道效应而从该凸起部发射电子，并将该电子作为在第1电极和第2电极之间流过的电流检出。如凸起部进行了电场蒸发，则将检测不到该电流。在电流检测工序后，再次执行脉冲电压施加工序。
另外，在实施例5中，当在第1电极和第2电极之间流过的电流达到规定值或其以下(实施例5中为0安培)时，将高于电压V1的电压设定为新的电压V1、将高于电压V2的电压设定为新的电压V2并反复进行脉冲电压施加工序和电流检测工序。在实施例5中，一个脉冲电压施加工序中的电压V1的脉冲数为5个脉冲。进一步，当可以使电压V2相当于平面型显示装置的实际动作电压VOP时，将高于电压V1的电压设定为新的电压V1、将电压V2设定为与实际动作电压VOP相当的值，并反复进行脉冲电压施加工序和电流检测工序直到在第1电极和第2电极之间流过的电流达到规定值或其以下(实施例5中为0安培)为止。而在使电压V2为相当于实际动作电压VOP的值后，当在第1电极和第2电极之间流过的电流达到规定值或其以下(实施例5中为0安培)时，使平整处理自动终止。
在实施例5中，以阳极板为第1基板、以阴极板为第2基板(即，对应于上述③的结构)完成了平整处理B之后，以阴极板为第1基板、以阳极板为第2基板(即，对应于上述①的结构)执行平整处理A。此外，为了不呈现出作为显示装置的功能，即为了防止从场致发射元件发射电子，将阴电极和栅电极短路，以使这两个电极为等电位。
在实施例5的平整处理A、B中，在脉冲电压施加工序中，将施加于第1电极的电压值设定为V1伏(＞0伏)并将施加于第2电极的电压值设定为0伏，在电流检测工序中，将施加于第2电极的电压值设定为0伏并将施加于第1电极的电压值设定为-V2伏(＜0伏)。另外，将施加于第1电极的初始的电压V1的值(脉冲高度)设定为1kV、将初始的电压-V2的值设定为-0.1kV，将电压V1的电压增加量设定为0.01kV，将脉冲宽度设定为1微秒，将脉冲间隔设定为1微秒，并将电压V2的电压变化量的绝对值设定为0.01kV。
在图6中示意地示出V1、V2的变化。这里，在图6中示出平整处理B中的电压V1、V2(施加于阳电极的电压)的变化，但平整处理A中的电压V1、V2(施加于短路后的阴电极和栅电极的电压)也可以按同样方式变化。
按如上所述的方式对显示装置进行了平整处理A、B后，对短路后的阴电极和栅电极施加实际动作电压VOP并将阳电极设定为0伏而测定了在其间流过的电流，但已没有电流流过了。然后，对阳电极施加实际动作电压VOP并将短路后的阴电极和栅电极设定为0伏而测定了在其间流过的电流，同样也已没有电流流过。即，可以确认通过电场蒸发能够将存在于第1电极上的凸起部除去。另外，在完成了平整处理A后，进行了平整处理B，也取得了同样的结果。
另外，还将第1基板和第2基板相互交换并进行了实施例5的平整处理方法。以多个脉冲对第1电极施加高于第2电极的电压V1后，将第1基板和第2基板交换并反复进行了执行该操作的操作。按照这种方式，也取得了同样的结果。进一步，对上述②的结构、④的结构，执行了平整处理A，取得了同样的结果。
(实施例6)实施例6，与本发明第2形态的平面型显示装置用基板的基板平整处理方法有关。即，实施例6的基板平整处理方法，涉及平面型显示装置制造中(平面型显示装置组装前)的平整处理方法，将设有基板电极的平面型显示装置用基板和设有平整用电极的平整用基板配置成中间夹有真空空间，然后，以脉冲形式对基板电极施加高于平整用电极的电压V1，并使存在于基板电极上的凸起部进行电场蒸发。此外，在实施例3中说明过的本发明第1形态的基板平整处理方法中，当进行平整处理时，根据情况的不同，有时在基板电极和平整用电极之间会产生放电。在这种情况下，最好采用本发明第2形态的基板平整处理方法，这是由于当以脉冲形式施加电压V1时使放电很难发生。
适用于实施例6的基板平整处理方法的实施的基板平整处理装置，与图3所示的基板平整处理装置30相同即可，因而其详细说明从略。
以5个脉冲对基板电极施加了高于平整用电极的电压V1后，反复进行了使电压V1增加的操作，并使存在于基板电极(阳电极)上的凸起部进行电场蒸发。这时的电压V1的变化，可以与图5(A)中示意地示出的相同。在实施例6的基板平整处理方法中，将施加于基板电极的电压值设定为V1伏(＞0伏)、将施加于平整用电极的电压值设定为0伏，并将初始的电压V1的值设定为1kV，将电压增加量设定为0.01kV，将脉冲宽度设定为1微秒，将脉冲间隔设定为1微秒。
按如上所述的方式对阳极板实施了基板平整处理方法后，对平整用电极施加实际动作电压VOP并将阳电极设定为0伏而测定了在其间流过的电流，但已没有电流流过了。即，可以确认通过电场蒸发能够将存在于基板电极(阳电极)上的凸起部除去。另外，对上述⑤的结构、⑥的结构实施了同样的基板平整处理方法，取得了同样的结果。
另外，在图3的平整处理装置中，平整用电极42的尺寸与阳极板或阴极板的尺寸大致相同，但也可以使平整用电极42的尺寸小于阳极板或阴极板。在这种情况下，可以构成为使平整用基板在阳极板或阴极板的上方进行扫描。即，例如，构成为能使平整用基板沿导轨移动即可。
(实施例7)实施例7是实施例6的变形。在实施例7中，在完成对基板电极施加高于平整用电极的脉冲形的电压V1的脉冲电压施加工序后，执行对平整用电极施加高于基板电极的电压V2并检测在基板电极和平整用电极之间流过的电流的电流检测工序。通过对平整用电极施加高于基板电极的电压V2，将强的电场施加在存在于基板电极上的凸起部上，根据量子隧道效应而从该凸起部发射电子，并将该电子作为在基板电极和平整用电极之间流过的电流检出。如凸起部进行了电场蒸发，则将检测不到该电流。在电流检测工序后，再次执行脉冲电压施加工序。
另外，在实施例7中，当在基板电极和平整用电极之间流过的电流达到规定值或其以下(实施例7中为0安培)时，将高于电压V1的电压设定为新的电压V1、将高于电压V2的电压设定为新的电压V2并反复进行脉冲电压施加工序和电流检测工序。在实施例7中，一个脉冲电压施加工序中的电压V1的脉冲数为5个脉冲。进一步，当可以使电压V2相当于平面型显示装置的实际动作电压VOP时，将高于电压V1的电压设定为新的电压V1、将电压V2设定为与实际动作电压VOP相当的值，并反复进行脉冲电压施加工序和电流检测工序直到在基板电极和平整用电极之间流过的电流达到规定值或其以下(实施例7中为0安培)为止。而在使电压V2为相当于实际动作电压VOP的值后，当在基板电极和平整用电极之间流过的电流达到规定值或其以下(实施例7中为0安培)时，使平整处理自动终止。
在实施例7中，以阳极板为基板(即对应于⑦的结构)实施了基板平整处理方法。
在实施例7的基板平整处理方法中，在脉冲电压施加工序中，将施加于基板电极的电压值设定为V1伏(＞0伏)并将施加于平整用电极的电压值设定为0伏，在电流检测工序中，将施加于平整用电极的电压值设定为0伏并将施加于基板电极的电压值设定为-V2伏(＜0伏)。另外，将初始的电压V1的值(脉冲高度)设定为1kV、将初始的电压-V2的值设定为-0.1kV，将电压V1的电压增加量设定为0.01kV，将脉冲宽度设定为1微秒，将脉冲间隔设定为1微秒，并将电压V2的电压变化量的绝对值设定为0.01kV。此外，V1、V2的变化，可以与图6中示意地示出的相同。
按如上所述的方式实施了基板平整处理方法后，对短路后的平整用电极施加实际动作电压VOP并将阳电极设定为0伏而测定了在其间流过的电流，但已没有电流流过了。即，可以确认通过电场蒸发能够将存在于基板电极(阳电极)上的凸起部除去。另外，对上述⑤的结构、⑥的结构实施了同样的基板平整处理方法，取得了同样的结果。
(实施例8)以下，说明各种场致发射元件。
当使平面型显示装置为冷阴极场致电子发射显示装置时，阴极板备有多个场致发射元件，场致发射元件，在结构上可以包括(a)第1支承体；(b)设在第1支承体上的阴电极；(c)在第1支承体及阴电极上形成的绝缘层；(d)设在绝缘层上的栅电极；(e)贯通栅电极及绝缘层的开口部；(f)设在阴电极的位于开口部底部的部分上的电子发射电极；并使在开口部的底部露出的电子发射电极相当于电子发射部。
另外，为方便起见，将这种结构称为具有第1结构的场致发射元件。作为这种场致发射元件的形式，可以举出上述的锥型(在阴电极的位于开口部底部的部分上设有圆锥形电子发射电极的场致发射元件)、冕型(在阴电极的位于开口部底部的部分上设有王冠形电子发射电极的场致发射元件)、扁平型(在阴电极的位于开口部底部的部分上设有近似平面的电子发射电极的场致发射元件)。
或者，阴极板备有多个场致发射元件，场致发射元件，在结构上可以包括(a)第1支承体；(b)设在第1支承体上的阴电极；(c)在第1支承体及阴电极上形成的绝缘层；(d)设在绝缘层上的栅电极；(e)贯通栅电极及绝缘层并使阴电极在底部露出的开口部；并使在开口部的底部露出阴电极的部分相当于电子发射部。
另外，为方便起见，将这种结构称为具有第2结构的场致发射元件。作为这种场致发射元件的形式，可以举出从平整的阴电极表面发射电子的平面型场致发射元件、从形成了凹凸的阴电极表面的凸部发射电子的火山口型场致发射元件。
进一步，阴极板备有多个场致发射元件，场致发射元件，在结构上可以包括(a)第1支承体；(b)设在第1支承体的上方并具有刃部的阴电极；(c)至少在阴电极上形成的绝缘层；(d)设在绝缘层上的栅电极；(e)至少贯通栅电极及绝缘层的开口部；并使在开口部的底部或侧壁露出的阴电极的刃部相当于电子发射部。
另外，为方便起见，将这种结构称为具有第3结构的场致发射元件、或刃型场致发射元件。
进一步，阴极板备有多个场致发射元件，场致发射元件，在结构上也可以包括(a)配置在第1支承体上的由绝缘材料构成的带状栅电极支承部；(b)由形成有多个开口部的带状材料层构成的栅电极；(c)电子发射部；并将带状材料层装设成使其与栅电极支承部的顶面接触且使开口部位于电子发射部的上方。
另外，为方便起见，将这种结构称为具有第4结构的场致发射元件。作为具有第4结构的场致发射元件中的电子发射部，可以采用具有第1结构～第3结构的场致发射元件中的各种电子发射电极或电子发射部。
作为构成具有第1结构、第2结构或第3结构的场致发射元件中的栅电极的材料，或作为构成会聚电极的材料，例如，可以举出从由钨(W)、铌(Nb)、钽(Ta)、钛(Ti)、钼(Mo)、铬(Cr)、铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)、钴(Co)、锆(Zr)、铁(Fe)、铂(Pt)、及锌(Zn)构成的一组金属中选择出的至少一种金属；含有这些金属的合金或化合物(例如TiN等氮化物、或WSi2、MoSi2、TiSi2、TaSi2等硅化物；或硅(Si)等半导体；ITO(铟锡氧化物)、氧化铟、氧化锌等导电性金属氧化物。当制作栅电极或会聚电极时，可以利用CVD法、溅射法、蒸镀法、离子镀敷法、电解电镀法、非电解电镀法、丝网印刷法、激光烧蚀法、溶胶凝胶法等众所周知的薄膜形成技术在绝缘层上形成由上述结构材料构成的薄膜。此外，当在绝缘层的整个表面上形成了薄膜时，用众所周知的图案形成技术使薄膜形成图案，并形成带状栅电极。可以在形成带状栅电极后在栅电极上形成开口部，也可以在形成带状栅电极的同时在栅电极上形成开口部。此外，如在形成栅电极用导电材料层之前的绝缘层上预先形成抗蚀剂图案，则可以用剥离法形成栅电极。进一步，如用具有与栅电极对应的开口部的掩模进行蒸镀、或用具有该开口部的丝网进行丝网印刷，则在成膜后不需要再形成图案。另外，通过预先制作具有开口部的带状材料层并将这种带状材料层固定在栅电极支承部上，也可以设置栅电极，由此，即可得到第4结构的场致发射元件。
在由锥型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件中，作为构成电子发射电极的材料，可以举出从钨、钨合金、钼、钼合金、钛、钛合金、铌、铌合金、钽、钽合金、铬及铬合金、含有杂质的硅(多晶硅或非晶形硅)构成的一组材料中选择出的至少一种材料。
在由冕型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件中，作为构成电子发射电极的材料，可以举出导电性粒子、或导电性粒子与粘合剂的组合。作为导电性粒子，可以举出钨(W)、铌(Nb)、钽(Ta)、钛(Ti)、钼(Mo)、铬(Cr)等高熔点金属；或ITO(铟锡氧化物)等透明导电材料。作为粘合剂，例如可以使用水玻璃之类的玻璃或通用树脂，作为通用树脂，例如可以举出聚氯乙烯类树脂、聚烯类树脂、聚酰胺类树脂、纤维素酯类树脂、含氟类树脂等热可塑性树脂、或环氧类树脂、丙烯酸类树脂、聚酯类树脂等热固性树脂。为了提高电子发射效率，最好使导电性粒子的粒径远小于电子发射电极的尺寸。导电性粒子的形状，为球形、多面体、片状、针状、柱状、不定形等，没有特别的限制，但导电性粒子的露出部最好是可以形成尖锐凸起部的形状。也可以将尺寸或形状不同的导电性粒子混合使用。
在由扁平型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件中，作为构成电子发射电极的材料，最好是由功函数Φ比构成阴电极的材料小的材料构成，至于选用哪种材料，可以根据构成阴电极的材料的功函数、栅电极和阴电极之间的电位差、所要求的发射电子电流密度的大小等决定。作为构成场致发射元件中的阴电极的代表性材料，例如可以举出钨(Φ＝4.55eV)、铌(Φ＝4.02～4.87eV)、钼(Φ＝4.53～4.95eV)、铝(Φ＝4.28eV)、铜(Φ＝4.6eV)、钽(Φ＝4.3eV)、铬(Φ＝4.5eV)、硅(Φ＝4.9eV)。电子发射电极，最好具有比这些材料小的功函数Φ，其值最好在大约3eV以下。作为这种材料，例如可以举出碳(Φ＜1eV)、铯(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)。由功函数Φ为2eV以下的材料构成的电子发射电极更为理想。此外，构成电子发射电极的材料，不一定必需具有导电性。
作为特别适用的电子发射电极的构成材料，可以举出碳，更具体地说是金刚石、尤其是其中的非晶形金刚石。当用非晶形金刚石构成电子发射电极时，在5×107V/m以下的电场强度下可以获得显示装置所需的发射电子电流密度。此外，由于非晶形金刚石是电阻体，所以能使从各电子发射电极得到的发射电子电流均匀化，因此，可以抑制组装在显示装置内时的亮度波动。进一步，非晶形金刚石，对显示装置内的残留气体离子的溅射具有极高的耐用性，所以能够延长场致发射元件的使用寿命。
另外，在由扁平型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件中，作为构成电子发射电极的材料，也可以适当地从该材料的二次电子增益δ比构成阴电极的导电性材料的二次电子增益δ大的材料中选择。即，可以从以下材料中选择银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、钴(Co)、铜(Cu)、钼(Mo)、铌(Nb)、镍(Ni)、铂(Pt)、钽(Ta)、钨(W)、锆(Zr)等金属；硅(Si)、锗(Ge)等半导体；碳或金刚石等无机单体；及氧化铝(Al2O3)、氧化钡(BaO)、氧化铍(BeO)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化锡(SnO2)、氟化钡(BaF2)、氟化钙(CaF2)等化合物。此外，构成电子发射电极的材料，不一定必需具有导电性。
在具有第2结构的场致发射元件(平面型场致发射元件或火山口型场致发射元件)、或具有第3结构的场致发射元件(刃型场致发射元件)中，作为构成与电子发射部相当的阴电极的材料，例如，可以举出钨(W)、钽(Ta)、铌(Nb)、钛(Ti)、钼(Mo)、铬(Cr)、铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)等金属、或这些金属的合金和化合物(例如TiN等氮化物、或Wsi2、MoSi2、TiSi2、TaSi2等硅化物)、或金刚石等半导体、碳薄膜。上述电极的厚度，大约为0.05～0.5μm，最好在0.1～0.3μm的范围内，但并不限定于该范围。作为阴电极的形成方法，例如，可以举出电子束蒸镀法或热丝蒸镀法之类的蒸镀法、溅射法、CVD法或离子镀敷法与蚀刻法的组合、丝网印刷法、电镀法等。如采用丝网印刷法或电镀法，则可以直接形成带状阴电极。
或者，在具有第2结构的场致发射元件(平面型场致发射元件或火山口型场致发射元件)、具有第3结构的场致发射元件(刃型场致发射元件)、或由扁平型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件中，也可以用分散了导电性微粒的导电性糊剂形成阴电极或电子发射电极。作为导电性微粒，例如可以举出石墨粉末；与氧化钡粉末、氧化锶粉末、金属粉末的至少一种混合后的石墨粉末；含有氮、磷、硼、三唑等杂质的金刚石粒子或金刚石类的碳粉末；超微管状碳粉末；(Sr、Ba、Ca)CO3粉末；硅·碳化物粉末。特别是，从减小阈值电场及电子发射部的耐久性的观点考虑，作为导电性微粒，最好选择石墨粉末。可以使导电性微粒的形状为球状、鳞片状或任意的定形形状或不定形形状。此外，导电性微粒的粒径，只要不大于阴电极或电子发射电极的厚度或图案的宽度即可。虽然粒径小可以增加每单位时间的发射电子数，但如粒径太小则有可能使阴电极或电子发射电极的导电性恶化。因此，理想的粒径范围大约为0.01～4.0μm。将这种导电性微粒与玻璃成分及其他适当的粘合剂混合而制备导电性糊剂，然后，对图案进行烧结，从而形成起着电子发射部的作用的阴电极或电子发射电极。或者，也可以利用旋转涂敷法和蚀刻技术的组合及剥离法形成起着电子发射部的作用的阴电极或电子发射电极。
另外，在由锥型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件中，作为构成阴电极的材料，例如可以举出钨(W)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)、铬(Cr)、铝(Al)、铜(Cu)等金属；含有这些金属的合金或化合物(例如TiN等氮化物、或Wsi2、MoSi2、TiSi2、TaSi2等硅化物)；硅(Si)等半导体；或ITO(铟锡氧化物)。作为阴电极的形成方法，例如，可以举出电子束蒸镀法或热丝蒸镀法之类的蒸镀法、溅射法、CVD法或离子镀敷法与蚀刻法的组合、丝网印刷法、电镀法等。如采用丝网印刷法或电镀法，则可以直接形成带状阴电极。
阳电极的构成材料，可以根据显示装置的结构适当选择。即，当显示装置为透射型(阳极板相当于显示面)、且在第2支承体上按其顺序层叠着阳电极和荧光体层时，不仅第2支承体是透明的，而且阳电极本身也必须是透明的，因而采用ITO(铟锡氧化物)等透明的导电性材料。另一方面，当显示装置为反射型(阴极板相当于显示面)时，且当虽然是透射型但在第2支承体上按其顺序层叠着荧光体层和阳电极时，对阴电极或栅电极，除ITO外还可以适当地选用上述的材料。
阳电极，既可以是以一种片状的导电材料覆盖了有效区域的形式的阳电极，也可以是将与1个或多个电子发射部、或者与1个或多个象素对应的阳电极单元集合后的形式的阳电极。
作为构成荧光体层的荧光体，可以采用高速电子激励用荧光体或低速电子激励用荧光体。当显示装置为单色显示装置时，荧光体层也可以不特意地形成图案。而当显示装置为彩色显示装置时，最好交替地配置与按带状或点状形成了图案的红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色对应的荧光体层。此外，形成了图案的荧光体层之间的间隙，也可以用目的在于提高显示画面的对比度的黑底填充。
作为阳电极和荧光体层的构成例，可以举出(1)在第2支承体上形成阳电极并在阳电极上形成荧光体层的结构、(2)在第2支承体上形成荧光体层并在荧光体层上形成阳电极的结构。此外，在(1)的结构中，也可以在荧光体层上形成与阳电极导通的所谓金属背膜。而在第2结构中，也可以在阳电极上形成金属背膜。
从使显示装置的结构简化的观点考虑，最好使带状栅电极的投影图象和带状阴电极的投影图象沿相互正交的方向延伸。此外，将电子发射部(1个或多个场致发射元件)设在带状阴电极和带状栅电极的投影图象重叠的重叠区域(相当于1个象素的区域或1个子象素的区域)，上述重叠区域，通常按二维矩阵的形式配置在阴极板的有效区域(实际起显示画面作用的区域)内。
在具有第1结构～第3结构的场致发射元件中，开口部的平面形状(以与第1支承体表面平行的假想平面将开口部切断时的形状)，可以是圆形、椭圆形、矩形、多角形、带圆角的多角形等任意的形状。开口部的形成，例如，可以通过各向同性蚀刻、各向异性蚀刻与各向同性蚀刻的组合进行。可以在栅电极上设置1个开口部、在绝缘层上设置与在该栅电极上设有的1个开口部连通的1个开口部、在该绝缘层所设有的开口部内设置1个或多个电子发射电极，也可以栅电极上设置多个开口部、在绝缘层上设置与在该栅电极上设有的多个开口部连通的1个开口部、在该绝缘层所设有的开口部内设置1个或多个电子发射电极。
作为绝缘层的构成材料，可以单独使用SiO2、SiN、SiON、SOG(旋装玻璃)、低熔点玻璃、玻璃胶或将其适当组合后使用。在绝缘层的形成中，可以利用CVD法、涂布法、溅射法、丝网印刷法等众所周知的工艺方法。
也可以按间壁状形成由绝缘层构成的栅电极支承部。在这种情况下，间壁状的栅电极支承部，可以在相邻的带状阴电极之间的区域形成，或当将多个阴电极作为一群的阴电极群时，可以在相邻的阴电极群之间的区域形成。作为构成间壁状的栅电极支承部的材料，可以使用现有的众所周知的材料，例如，可以使用在广泛采用着的低熔点玻璃内混合了铝等的金属氧化物后的材料。作为间壁状的栅电极支承部的形成方法，例如，可以举出丝网印刷法、喷砂法、干膜法、感光法。所谓干膜法，是在第1支承体上层叠感光性膜并通过曝光及显影而将应形成间壁状栅电极支承部的部位的感光性膜除去、然后在除去后形成的开口部内填充栅电极支承部形成用材料并进行烧结的方法。通过烧结将感光性膜燃烧除去后，留下的填充在开口部内的栅电极支承部形成用材料，就形成了间壁状的栅电极支承部。所谓感光法，是在第1支承体上形成具有感光性的栅电极支承部形成用材料并通过曝光及显影而使该栅电极支承部形成用材料形成图案然后进行烧结的方法。可以用上述方法形成具有第4结构的场致发射元件中的由绝缘材料构成的带状栅电极支承部。
在阴电极和电子发射电极之间也可以设置电阻体层。或者，当阴电极的表面或其刃部相当于电子发射部时，也可以使阴电极具有由导电材料层、电阻体层、与电子发射部相当的电子发射层构成的3层结构。通过设置电阻体层，能使场致发射元件的动作稳定，并使电子发射特性均匀化。作为构成电阻体层的材料，例如，可以举出碳化硅(SiC)之类的碳系列材料、SiN、非晶形硅等半导体材料、氧化钌(RuO2)、氧化钽、氮化钽等高熔点金属氧化物。作为电阻体层的形成方法，例如，可以采用溅射法、CVD法或丝网印刷法等。电阻值，可以大约为1×105～1×107Ω，最好是几MΩ。
会聚电极，既可以是以一种片状的导电材料覆盖了有效区域的形式的会聚电极，也可以是将与1个或多个电子发射部、或者1个或多个象素对应的会聚电极单元集合后的形式的会聚电极。此外，所谓会聚电极，是用于对从电子发射部到阳极板的电子照射面的发射电子轨道进行会聚借以提高亮度并能防止相邻象素之间的光学相互干扰的电极。对会聚电极施加相对为负的电压。会聚电极，可以与电子发射部设置成一体，也可以与电子发射部分开而单独设置。在会聚电极上，必需形成用于使从电子发射部发射的电子通过的开口部，该开口部，可以与1个电子发射部对应地设置1个，也可以与多个电子发射部对应地设置1个。
构成阴极板的第1支承体或构成阳极板的第2支承体，至少其表面由绝缘性构件构成即可，可以举出玻璃基板、表面形成了绝缘膜的玻璃基板、石英基板、表面形成了绝缘膜的石英基板、表面形成了绝缘膜的半导体基板。
在将阴极板和阳极板在周缘部粘合时，可以用粘接层进行粘合，或者也可以同时使用由玻璃或陶瓷等绝缘性材料构成的框体和粘接层。当同时使用框体和粘接层时，通过适当选择框体的高度，与只使用粘接层时相比，可以将阴极板和阳极板之间的相对距离设定得较长。此外，作为粘接层的构成材料，一般为熔结玻璃，但也可以使用熔点为120～400℃左右的所谓低熔点金属材料。作为这种低熔点金属材料，例如，可以举出In(铟熔点157℃)；铟 金类的低熔点合金；Sn80Ag20(熔点220～370℃)、Sn95Cu5(熔点227～370℃)等锡(Sn)类的高温焊剂；Pb975Ag2.5(熔点304℃)、Pb94.5Ag5.5(熔点304～365℃)、Pb97.5Ag1.5Sn1.0(熔点309℃)等铅(Pb)类的高温焊剂；Zn95Al5(熔点380℃)等锌(Zn)类的高温焊剂；Sn5Pbu95(熔点300～314℃)、Sn2Pbu98(熔点316～322℃)等锡铅类的标准焊剂；Au88Ga12(熔点381℃)等焊料(以上的下标全部表示原子％)。
在将阴极板、阳极板和框体三者粘合时，可以将三者同时粘合，或者也可以在第1阶段将阴极板或阳极板中的任何一个与框体粘合并在第2阶段将阴极板或阳极板中的另一个与框体粘合。如在高真空气氛中将三者同时粘合或进行第2阶段的粘合，则由阴极板、阳极板、框体和粘接层所围出的空间，在粘合的同时变为真空。或者，也可以在完成三者的粘合后使由阴极板、阳极板、框体和粘接层所围出的空间排气而变为真空。当在粘合后进行排气时，可以使粘合时的周围气体介质的压力为常压/减压，也可以使构成周围气体介质的气体为大气，或者还可以是氮气或包括属于周期表0族的气体(例如Ar气)的惰性气体。
当在粘合后进行排气时，可以通过预先连接于阴极板和/或阳极板的尖头插管进行排气。典型的尖头插管，由玻璃管构成，用熔结玻璃或上述的低熔点金属材料粘接在阴极板和/或阳极板的无效区域所设有的贯通部的周围，在空间达到规定的真空度后，通过热熔融而将其封断。另外，如在进行封断之前将整个显示装置加热一次后再降温，则可以使残留气体向空间放出并可以通过排气将该残留气体排到空间之外，因而是适当的方式。
在图10(B)中示出由锥型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件的示意局部端面图，锥型场致发射元件，由在第1支承体11上形成的阴电极12、在第1支承体11及阴电极12上形成的绝缘层13、在绝缘层13上形成的栅电极14、贯通栅电极14及绝缘层13的开口部15、设在位于开口部15的底部的阴电极12上的圆锥形电子发射电极16A构成。在开口部15的底部露出的圆锥形电子发射电极16A相当于电子发射部16。
锥型场致发射元件的制造方法，基本上是通过金属材料的垂直蒸镀形成圆锥形电子发射电极16A的方法。即，对开口部15垂直入射蒸镀粒子，利用由在开口部15附近形成的外伸状的沉积物产生的遮蔽效应，使到达开口部15的底部的蒸镀粒子量逐渐减少，从而以自调整的方式形成圆锥形的沉积物即电子发射电极16A。这里，参照第1支承体等的示意局部端面图即图9(A)、(B)及图10(A)和(B)说明预先在绝缘层13及栅电极14上形成剥离层17以便易于将不需要的外伸状的沉积物除去的方法。
首先，例如在由玻璃基板构成的第1支承体11上形成了由铌(Nb)构成的带状阴电极12后，在整个表面上形成由SiO2构成的绝缘层13，进一步，在绝缘层13上形成栅电极14。栅电极14的形成，例如，可以根据溅射法、光刻术及干法蚀刻技术进行。接着，用RIE(反应性离子蚀刻)法在栅电极14及绝缘层13上形成开口部15，并使阴电极12在开口部15的底部露出(参照图9(A))。另外，阴电极12，可以是单一材料层，也可以通过层叠多个材料层而构成。例如，为了减小在后面的工序中形成的各电子发射电极的电子发射特性的波动，可以用电阻率比其余部分高的材料构成阴电极12的表层部。
接着，在从开口部15的底部露出的阴电极12上形成电子发射电极16A。具体地说，首先，通过倾斜地蒸镀铝而形成剥离层17。这时，通过选择足够大的相对于第1支承体11的蒸镀粒子的入射角，即可在栅电极14及绝缘层13上形成剥离层17而几乎不会使铝沉积在开口部15的底部。该剥离层17，以帽檐儿状从开口部15的开口端部伸出，因此实际上使开口部15的直径缩小(参照图9(B))。
接着，在整个表面上例如垂直蒸镀钼(Mo)。这时，如图10(A)所示，随着具有外伸形状的由钼构成的导电体层18在剥离层17上的生长，使开口部15的实际的直径逐渐缩小，所以，有助于在开口部15的底部沉积的蒸镀粒子，逐渐地被限制于从开口部15的中央附近通过。其结果是，在开口部15的底部形成圆锥形的沉积物，由该圆锥形的钼构成的沉积物，即为电子发射电极16A。
在这之后，通过电化学工艺及湿式工艺将剥离层17从绝缘层13及栅电极14的表面剥离，并有选择地将绝缘层13及栅电极14的上方的导电体层18除去。其结果是，如图10(B)所示，可以在位于开口部15的底部的阴电极12上留下圆锥形的电子发射电极16A。
另外，如将形成了多个场致发射元件的阴极板10和阳极板20组合，则可以得到图7所示的显示装置。具体地说，例如，准备一个由陶瓷或玻璃制作的高约1mm的框体(图中未示出)，将框体、阴极板10和阳极板20例如用熔结玻璃粘合，在将熔结玻璃干燥后，在大约450℃下焙烧10～30分钟即可。在这之后，将显示装置内部抽至10-4Pa左右的真空度，并用适当的方法密封。或者，例如，也可以在高真空气氛中进行框体、阴极板10和阳极板20之间的粘合。另外，根据显示装置的结构，也可以不使用框体而将阴极板10和阳极板20粘合。
以下，参照图11(A)～(D)说明阳极板20的制造方法的一例。首先，调制发光性结晶粒子组成物。为此，例如，将分散剂分散在纯水中，并用均化搅拌器在3000rpm下搅拌1分钟。接着，将发光性结晶粒子投入到分散了分散剂的纯水内，并用均化搅拌器在5000rpm下搅拌5分钟。然后，例如，添加聚乙烯醇及重铬酸铵并进行充分的搅拌和过滤。
在阳极板20的制造中，例如在由玻璃构成的第2支承体21的整个表面上形成(涂布)感光性覆膜50。接着，由从曝光光源(图中未示出)射出并通过了掩模53上所设有的开口54的曝光用光对在第2支承体21上形成的感光性覆膜50进行曝光，从而形成感光区域51(参照图11(A))。然后，通过显影而有选择地将感光性覆膜50除去，并使感光性覆膜的剩余部分(曝光、显影后的感光性覆膜)52留在第2支承体21上(参照图11(B))。接着，在整个表面上涂布碳剂(碳糊浆)，在干燥、烧结后，用剥离法将感光性覆膜的剩余部分52及其上的碳剂除去，从而在露出的第2支承体21上形成由碳剂构成的黑底23，与此同时，将感光性覆膜的剩余部分52除去(参照图11(C))。在这之后，在露出的第2支承体21上形成红、绿、蓝的各荧光体层22(22R、22G、22B)(参照图11(D))。具体地说，使用由各发光性结晶粒子(荧光体粒子)调制好的发光性结晶粒子组成物，例如，可以在整个表面上涂布红色的感光性的发光性结晶粒子组成物(荧光体糊浆)并进行曝光、显影，接着，在整个表面上涂布绿色的感光性的发光性结晶粒子组成物(荧光屏糊浆)并进行曝光、显影，进一步，在整个表面上涂布蓝色的感光性的发光性结晶粒子组成物(荧光体糊浆)并进行曝光、显影。在这之后，用溅射法在荧光体层22及黑底23上形成由厚约0.07μm的铝薄膜构成的阳电极24。此外，也可以用丝网印刷法等形成各荧光体层22。
另外，阳电极，既可以是以一种片状的导电材料覆盖了有效区域的形式的阳电极，也可以是将与1个或多个电子发射部、或者1个或多个象素对应的阳电极单元集合后的形式的阳电极。
在图14(A)中示出由冕型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件的示意局部端面图，在图14(B)中示出切去一部分的示意斜视图。冕型场致发射元件，由在第1支承体11上形成的阴电极12、在第1支承体11及阴电极12上形成的绝缘层13、在绝缘层13上形成的栅电极14、贯通栅电极14及绝缘层13的开口部15、设在阴电极12的位于开口部15的底部的部分上的冕(王冠)型的电子发射电极16B构成。在开口部15的底部露出的冕(王冠)型的电子发射电极16B相当于电子发射部16。
以下，参照第1支承体等的示意局部端面图即图12(A)、(B)、图13(A)～(C)及图14(A)、(B)说明冕型场致发射元件的制造方法。
首先，例如在由玻璃基板构成的第1支承体11上形成带状阴电极12。此外，阴电极12，沿图的纸面左右方向延伸。带状阴电极12，例如，可以用溅射法在第1支承体11的整个表面上形成厚约0.2μm的ITO膜、然后通过使ITO膜形成图案而构成。此外，阴电极12，可以是单一材料层，也可以通过层叠多个材料层而构成。例如，为了减小在后面的工序中形成的各电子发射电极的电子发射特性的波动，可以用电阻率比其余部分高的材料构成阴电极12的表层部。接着，在第1支承体11及阴电极12上形成绝缘层13。这里，作为一例，将玻璃胶在整个表面上进行丝网印刷而形成大约3μm的厚度。然后，例如进行2级烧结、即100℃、10分钟的焙烧及500℃、20分钟的正式烧结，以便将绝缘层13内所含有的水分和溶剂除去且使绝缘层13平整化。此外，也可以代替如上所述的使用玻璃胶的丝网印刷而例如用等离子CVD法形成SiO2膜。
然后，在绝缘层13上，形成带状栅电极14(参照图12(A))。此外，栅电极14，沿图的纸面垂直方向延伸。栅电极14，例如，可以用电子束蒸镀法在绝缘层13的整个表面上按其顺序形成厚约20nm的铬(Cr)膜和厚约0.2μm的金(Au)膜并接着通过使该层叠膜形成图案而构成。栅电极14的投影图象的延伸方向，与带状阴电极12的投影图象的延伸方向成90度。
接着，例如用由光致抗蚀剂材料构成的蚀刻用掩模根据RIE法对栅电极14及绝缘层13进行蚀刻，从而在栅电极14及绝缘层13上形成开口部15，并使阴电极12在开口部15的底部露出(参照12(B))。开口部15的直径约为2～50μm。
接着，将蚀刻用掩模除去，并在栅电极14上、绝缘层13上、及开口部15的侧壁面上形成剥离层60(参照13(A))。为形成剥离层60，例如，可以用旋转涂敷法在整个表面上涂布光致抗蚀剂材料，并形成只将开口部15的底部的一部分(中央部)除去的图案。在该时刻，开口部的实际直径，减小到大约1～20μm。
接着，如图13(B)所示，在整个表面上形成由组成物原料构成的导电性组成物层61。这里使用的组成物原料，例如，作为导电性粒子，含有60重量％的平均粒径约为0.1μm的石墨粒子，作为粘合剂，含有40重量％的4号水玻璃。将该组成物原料例如在1400rpm、10秒钟的条件下在整个表面上进行旋转涂敷。开口部15内的导电性组成物层61的表面，因组成物原料的表面张力而沿开口部15的侧壁面一点一点地向上移，从而向开口部15的中央部凹下。然后，例如在大气中在400℃下进行30分钟的用于将导电性组成物层61内所含有的水分除去的焙烧。
在组成物原料中，粘合剂，(1)其本身可以是导电性粒子的分散介质，(2)也可以被覆着导电性粒子，(3)也可以分散或溶解在适当的溶剂内，从而构成导电性粒子的分散介质。(3)的情况的典型例是水玻璃，可以使用日本工业标准(JIS)K1408中规定的1号至4号或与其相当的产品。1号至4号，是根据与1摩尔的水玻璃的构成分即氧化钠(Na2O)对应的氧化钙(SiO2)的摩尔数(约2～4摩尔)的不同而规定的4个等级，各级的粘度相差很大。因此，当在剥离工艺中使用水玻璃时，最好是考虑分散在水玻璃中的导电性粒子的种类和含量、与剥离层的亲合性、开口部15的深宽比等各项条件而选择适当等级的水玻璃，或调制和使用与这些等级相当的水玻璃。
由于粘合剂的导电性一般都很差，所以当粘合剂的含有量与组成物原料中的导电性粒子的含有量相比过大时将使所形成的电子发射电极16B的电阻值增加，因而有可能使电子发射不能顺利进行。因此，例如，如以在水玻璃中分散碳类材料粒子作为导电性粒子而构成的组成物原料为例，则最好是考虑电子发射电极16B的电阻值、组成物原料的粘度、导电性粒子之间的粘着性等特性而将碳类材料粒子在组成物原料的总重量中所占的比例选择在大约30～95重量％的范围内。通过将碳类材料粒子的比例选择在上述范围内，可以充分地减低所形成的电子发射电极16B的电阻值，同时还可以使碳类材料粒子之间保持良好的粘接性。但是，在将铝粒子与碳类材料粒子混合后用作导电性粒子时，存在着使导电性粒子之间的粘着性降低的倾向，所以，最好根据铝粒子的含有量而增加碳类材料粒子的比例，并最好是使其在60重量％以上。此外，在组成物原料中，也可以含有用于使导电性粒子的分散状态稳定的分散剂、pH调整剂、干燥剂、固化剂、防腐剂等添加剂。另外，还可以使用将以结合剂(粘合剂)的覆膜覆盖了导电性粒子的粉体分散在适当的分散介质内而构成的组成物原料。
作为一例，当使王冠状的电子发射电极16B的直径约为1～20μm并将碳类材料粒子用作导电性粒子时，最好使碳类材料粒子的粒径在大约0.1μm～1μm的范围内。通过将碳类材料粒子的粒径选择在上述范围内，可以使王冠状的电子发射电极16B的端缘部具有足够高的机械强度，而且使电子发射电极16B对阴电极12有良好的粘接性。
接着，如图13(C)所示，将剥离层60除去。剥离，通过在2重量％的氢氧化钠水溶液中浸渍30秒钟进行。这时，也可以一边施加超声波振动一边进行剥离。按照这种方式，可以将剥离层60上的导电性组成物层61的部分与剥离层60一起除去，只留下在开口部15的底部露出的阴电极12上的导电性组成物层61的部分。该留下的部分，就构成了电子发射电极16B。电子发射电极16B的形状，为表面向开口部15的中央部凹下的王冠状。在图14(A)和(B)中示出[工序240]结束时刻的状态。图14(B)是表示场致发射元件的一部分的示意斜视图。图14(A)是图14(B)中的沿线AA的示意局部端面图。在图14(B)中，将绝缘层13及栅电极14切去一部分，以便能看到整个的电子发射电极16B。此外，在1个重叠区域内设置5～100个电子发射电极16B就足够了。为使导电性粒子可靠地在电子发射电极16B的表面露出，也可以通过蚀刻将在电子发射电极16B的表面露出的粘合剂除去。
接着，进行电子发射电极16B的烧结。烧结，在400℃、30分钟的条件下在干燥大气中进行。此外，烧结温度，可以根据组成物原料中所含有的粘合剂的种类选择。例如，当粘合剂为水玻璃之类的无机材料时，在可以烧结无机材料的温度下进行热处理即可。当粘合剂为热固化性树脂时，在可以使热固化性树脂固化的温度下进行热处理即可。但是，为保持导电性粒子之间的粘接性，最好在不会使热固化性树脂过分的分解或碳化的温度下进行热处理。无论使用哪种粘合剂，热处理温度都必须是不使栅电极、阴电极或绝缘层受到损伤或产生缺陷的温度。热处理气体介质，为了不使栅电极或阴电极的电阻率因氧化而上升、或不使栅电极或阴电极产生缺陷或受到损伤，最好是使用惰性气体介质。此外，在将热可塑性树脂用作粘合剂时，在某些情况下无需进行热处理。
在图15(C)中示出由扁平型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件的示意局部断面图。扁平型场致发射元件，例如，由在以玻璃构成的第1支承体11上形成的阴电极12、在第1支承体11及阴电极12上形成的绝缘层13、在绝缘层13上形成的栅电极14、贯通栅电极14及绝缘层13的开口部15、设在阴电极12的位于开口部15的底部的部分上的扁平的电子发射电极16C构成。这里，电子发射电极16C，在沿图15(C)的纸面垂直方向延伸的带状阴电极12上形成。此外，栅电极14，沿图15(C)的纸面左右方向延伸。阴电极12及栅电极14，由铬构成。电子发射电极16C，具体地说，由石墨粉末形成的薄层构成。此外，为使场致发射元件的动作稳定并使电子发射特性均匀化，在阴电极12和电子发射电极16C之间设置着由SiC构成的电阻体层62。在图15(C)所示的扁平型场致发射元件中，在阴电极12的表面的整个区域上形成电阻体层62及电子发射电极16C，但并不限定于这种结构，重要的是，至少可以在开口部15的底部设置电子发射电极16C。
以下，参照第1支承体等的示意局部断面图即图15(A)～(C)说明扁平型场致发射元件的制造方法。
首先，用溅射法在第1支承体11上形成由铬(Cr)构成的阴电极用导电材料层，然后，根据光刻术及干法蚀刻技术使阴电极用导电材料层形成图案。按照这种方式，可以在第1支承体11上形成带状阴电极12(参照图15(A))。此外，阴电极12，沿图的纸面垂直方向延伸。
接着，在阴电极12上，形成电子发射电极16C。具体地说，用溅射法在整个表面上形成由SiC构成的电阻体层62，然后，用旋转涂敷法在电阻体层62上形成由石墨粉末涂料构成的电子发射电极16C，并使电子发射电极16C进行干燥。在这之后，根据众所周知的方法使电子发射电极16C及电阻体层62形成图案(参照图15(B))。电子发射部，由电子发射电极16C构成。
接着，在整个表面上形成绝缘层13。具体地说，在电子发射电极16C及第1支承体11上，例如用溅射法形成由SiO2构成的绝缘层13。此外，绝缘层13，也可以根据用玻璃胶进行丝网印刷的方法或用CVD法形成SiO2层的方法形成。然后，在绝缘层13上形成带状栅电极14。
接着，在设置蚀刻用掩模后，在栅电极14及绝缘层13上形成开口部15，并使电子发射电极16C在开口部15的底部露出。然后，将蚀刻用掩模除去，并进行400℃、30分钟的热处理，以便将电子发射电极16C中的有机溶剂除去。按照这种方式，即可得到图15(C)所示的场致发射元件。
在图16(C)中示出由扁平型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件的变形例的示意局部断面图。在图16(C)所示的扁平型场致发射元件中，电子发射电极16C的结构，与图15(C)所示的电子发射电极16B有少许不同。以下，参照第1支承体等的示意局部断面图即图16(A)～(C)说明这种场致发射元件的制造方法。
首先，在第1支承体11上形成阴电极用导电材料层。具体地说，在第1支承体11的整个表面上形成抗蚀剂材料层(图中未示出)后，将应形成阴电极的部分的抗蚀剂材料层除去。在这之后，用溅射法在整个表面上形成由铬(Cr)构成的阴电极用导电材料层。进一步，用溅射法在整个表面上形成由SiC构成的电阻体层62，接着，用旋转涂敷法在电阻体层62上形成石墨粉末涂料层，并使石墨粉末涂料层进行干燥。然后，当用剥离液将抗蚀剂材料层除去时，也将在抗蚀剂材料层上形成的阴电极用导电材料层、电阻体层62及石墨粉末涂料层除去。按照这种方式，即可得到将阴电极12、电阻体层62及电子发射电极16C层叠后的结构(参照图16(A))。
接着，在整个表面上形成绝缘层13后，在绝缘层13上形成带状栅电极14(参照图16(B))。然后，通过在栅电极14及绝缘层13上形成开口部15，使电子发射电极16C在开口部15的底部露出(参照图16(C))。设在从开口部15的底部露出的阴电极12的表面上的电子发射电极16C，相当于电子发射部。
在图18(B)中示出由扁平型场致发射元件构成的具有第1结构的场致发射元件的另一种变形例的示意局部断面图。在该扁平型场致发射元件中，电子发射电极16D，由根据CVD法形成的碳薄膜构成。
由于碳(C)的功函数低并能获得大的发射电子电流，所以最好由碳薄膜构成电子发射部。为从碳薄膜发射电子，只要是将碳薄膜置于适当的电场(例如，106V/m)之中的状态即可。
可是，在将抗蚀剂层用作蚀刻用掩模并用氧气对金刚石薄膜之类的碳薄膜进行等离子蚀刻时，作为蚀刻反应系统的反应副生成物，以沉积性物质的形式生成(CHX)类或(CFX)类的碳聚合物。一般来说，当在等离子蚀刻中在蚀刻反应系统内生成沉积性物质时，该沉积性物质将沉积在离子入射概率低的抗蚀剂层的侧壁面或被蚀刻物的加工端面而形成所谓侧壁保护膜，这有助于形成由被蚀刻物的各向异性加工而得到的形状。但是，在将氧气用作蚀刻用气体时，虽然也生成由碳聚合物构成的侧壁保护膜但立即由氧气除去。此外，在将氧气用作蚀刻用气体时，抗蚀剂层的损耗过大。基于这些原因，在现有的金刚石薄膜的氧气等离子加工中，金刚石薄膜相对于掩模尺寸的尺寸变换差较大，而在多数情况下也很难进行各向异性加工。
为解决上述问题，例如，可以构成为在阴电极的表面上形成碳薄膜选择生长区域并在碳薄膜选择生长区域上形成由碳薄膜构成的电子发射部。即，在这种场致发射元件的制造中，在第1支承体11上形成阴电极后，在阴电极的表面上形成碳薄膜选择生长区域，然后，在碳薄膜选择生长区域上形成碳薄膜(相当于电子发射部)。此外，将在阴电极的表面上形成碳薄膜选择生长区域的工序称为碳薄膜选择生长区域形成工序。
这里，碳薄膜选择生长区域，最好是表面附着了金属粒子的阴电极部分、或在表面上形成金属薄膜的阴电极部分。此外，为使碳薄膜选择生长区域上的碳薄膜的选择生长更为可靠，最好在碳薄膜选择生长区域的表面上附着硫磺(S)、硼(B)或磷(P)，可以认为这些物质起着一种触媒的作用，因此，能进一步提高碳薄膜的选择生长性。此外，碳薄膜选择生长区域，在位于开口部15的底部的阴电极部分的表面上形成即可，但也可以形成为从位于开口部15的底部的阴电极部分延伸到开口部15的底部以外的阴电极部分的表面。另外，碳薄膜选择生长区域，既可以在位于开口部15的底部的阴电极部分的整个表面上形成，也可以在一部分表面上形成。
碳薄膜选择生长区域形成工序，最好由在应形成碳薄膜选择生长区域的阴电极部分的表面(以下，有时简称为阴电极表面)上附着金属粒子或形成金属薄膜的工序构成，由此可以形成由在表面上附着金属粒子或在表面上形成了金属薄膜的阴电极部分构成的碳薄膜选择生长区域。此外，在这种情况下，为使碳薄膜选择生长区域上的碳薄膜的选择生长更为可靠，最好在碳薄膜选择生长区域的表面上附着硫磺(S)、硼(B)或磷(P)，从而能进一步提高碳薄膜的选择生长性。作为在碳薄膜选择生长区域的表面上附着硫磺、硼或磷的方法，例如，可以举出一种在碳薄膜选择生长区域的表面上形成由含有硫磺、硼或磷的化合物构成的化合物层、接着例如通过对化合物层进行加热处理而使构成化合物层的化合物分解从而在碳薄膜选择生长区域的表面上留下硫磺、硼或磷的方法。作为含硫磺的化合物，例如可以举出硫茚、并噻吩、噻吩。作为含硼的化合物，例如可以举出三苯基硼。作为含磷的化合物，例如可以举出三苯基膦。
或者，为使碳薄膜选择生长区域上的碳薄膜的选择生长更为可靠，在阴电极表面上附着金属粒子或形成金属薄膜(所谓的自然氧化膜)后，最好将金属粒子的表面或金属薄膜的表面的金属氧化物除去。例如，最好通过如下的处理进行，即基于氢气气氛中的微波等离子法、变换耦合型等离子法、感应耦合型等离子法、电子回旋共振等离子法、RF等离子法等的等离子还原处理；氩气气氛中的溅射处理；或例如用氢氟酸之类的酸或碱的清洗处理。此外，当包括了在碳薄膜选择生长区域的表面上附着硫磺、硼或磷的工序、或将金属粒子的表面或金属薄膜的表面的金属氧化物除去的工序时，最好在绝缘层上设置开口部之后并在碳薄膜选择生长区域上形成碳薄膜之前执行这两道工序。
作为在阴电极表面上附着金属粒子以便得到碳薄膜选择生长区域的方法，例如，可以举出在用适当的材料(例如，掩模层)覆盖了应形成碳薄膜选择生长区域以外的区域的状态下在应形成碳薄膜选择生长区域的阴电极部分的表面上形成由溶剂和金属粒子构成的层后将溶剂除去而留下金属粒子的方法。或者，作为在阴电极表面上附着金属粒子的工序，例如，还可以举出在用适当的材料(例如，掩模层)覆盖了应形成碳薄膜选择生长区域以外的区域的状态下在阴电极表面上附着含有构成金属粒子的金属原子的金属化合物粒子后通过加热使金属化合物粒子分解从而得到由在表面附着了金属粒子的阴电极部分构成的碳薄膜选择生长区域的方法。在这种情况下，具体地说，例如可以是在应形成碳薄膜选择生长区域的阴电极部分的表面上形成由溶剂和金属化合物粒子构成的层后将溶剂除去而留下金属化合物粒子的方法。金属化合物粒子，最好是由从包括构成金属粒子的卤化物(例如，碘化物、氯化物、溴化物等)、氧化物、氢氧化物及有机金属的一组材料中选择出的至少一种材料构成。此外，在这些方法中，在适当的阶段，将覆盖了应形成碳薄膜选择生长区域以外的区域的材料(例如，掩模层)除去。
作为在阴电极表面上形成金属薄膜以便得到碳薄膜选择生长区域的方法，例如，可以举出用适当的材料覆盖了应形成碳薄膜选择生长区域以外的区域的状态下的电解电镀法、非电解电镀法、包括MOCVD法的CVD法(化学汽相淀积法)、物理汽相淀积法(PVD法PhysicalVapor Deposition法)等众所周知的方法。此外，作为物理汽相淀积法，可以举出(a)电子束加热法、电阻加热法、闪蒸等各种真空蒸镀法、(b)等离子蒸镀法、(c)2极溅射法、直流溅射法、直流磁控管溅射法、高频溅射法、磁控管溅射法、离子束溅射法、偏压溅射法等各种溅射法、(d)DC(直流)法、RF法、多阴极法、激活反应法、电场蒸镀法、高频离子镀法、反应性离子镀法等各种离子镀法。
这里，金属粒子或金属薄膜，最好是由从包括钼(Mo)、镍(Ni)、钛(Ti)、铬(Cr)、钴(Co)、钨(W)、锆(Zr)、钽(Ta)、铁(Fe)、铜(Cu)、铂(Pt)、及锌(Zn)的一组金属中选择出的至少一种金属构成。
作为碳薄膜，可以举出石墨薄膜、非晶形碳薄膜、金刚石类的碳薄膜、或フラレン薄膜。作为碳薄膜的形成方法，例如，可以举出基于微波等离子法、变换耦合型等离子法、感应耦合型等离子法、电子回旋共振等离子法、RF等离子法等的CVD法、使用平行平板型CVD装置的CVD法。在碳薄膜的形态中，当然包括薄膜状，此外还包括碳晶须、碳超微管(包括空心及实心)。
另外，作为阴电极的结构，可以是1层导电材料层的结构，也可以是下层导电材料层、在下层导电材料层上形成的电阻体层、在电阻层上形成的上层导电材料层的3层结构，在后者的情况下，在上层的导电材料层上形成碳薄膜选择生长区域。这样，通过设置电阻体层，可以使电子发射电极的电子发射特性均匀化。
以下，参照图17(A)、(B)和图18(A)、(B)说明扁平型场致发射元件制造方法的一例。
首先，在例如由玻璃基板构成的第1支承体11上形成阴电极用导电材料层，然后，根据众所周知的光刻术及RIE法使阴电极用导电材料层形成图案，从而在第1支承体11上形成带状阴电极12。带状阴电极12，沿图的纸面左右方向延伸。阴电极12，例如由用溅射法形成的厚约0.2μm的铬(Cr)层构成。
然后，在整个表面上、具体地说在第1支承体11上及阴电极12上形成绝缘层13。
接着，在绝缘层13上形成带状栅电极14，然后在栅电极14及绝缘层13上形成开口部15，并使阴电极12在开口部15的底部露出(参照图17(A))。带状栅电极14，沿图的纸面垂直方向延伸。开口部15的平面形状，例如为直径1μm～30μm的圆形。例如，在1个象素区域(重叠区域)内形成1个～3000个开口部15即可。
接着，在从开口部15的底部露出的阴电极12上形成电子发射电极16D。具体地说，首先，在位于开口部15的底部的阴电极12的表面上形成碳薄膜选择生长区域63。为此，首先形成使阴电极12的表面在开口部15的底部的中央部露出的掩模层64(参照图17(B))。具体地说，用旋转涂敷法在包括开口部15的内表面的整个表面上形成抗蚀剂材料层，然后根据光刻法在位于开口部15的底部的中央部的抗蚀剂材料层上形成孔部，即可得到掩模层64。掩模层64，覆盖着阴电极12的位于开口部15的底部的一部分、开口部15的侧壁、栅电极14及绝缘层13。因此，在下一个工序中，虽然在位于开口部15的底部的阴电极12的表面上形成碳薄膜选择生长区域，但能够可靠地防止阴电极12与栅电极14之间通过金属粒子而短路。
接着，使金属粒子附着在包括露出的阴电极12的表面在内的掩模层64上。具体地说，用旋转涂敷法在整个表面上涂布将镍(Ni)微粒分散在聚硅氧烷溶液中的溶液(使用异丙醇作为溶剂)，并在应形成形成碳薄膜选择生长区域63的阴电极12的部分表面上形成由溶剂和金属粒子构成的层。然后，将掩模层64除去，并通过400℃左右的加热而将溶剂除去，使露出的阴电极12的表面上只留下金属粒子65，从而可以得到碳薄膜选择生长区域63(参照图18(A))。此外，聚硅氧烷，具有将金属粒子65固定在露出的阴电极12的表面上的功能(所谓的粘接功能)。
在这之后，在碳薄膜选择生长区域63上形成厚约0.2μm的碳薄膜66，并得到电子发射电极16D。其状态示于图18(B)。在以下的表1中举例列出基于微波等离子CVD法的碳薄膜66的成膜条件。
[碳薄膜成膜条件]使用气体CH4/H2＝100/10SCCM压力1.3×103Pa微波功率500W(13.56MHz)成膜温度500℃[平面型场致发射元件(其1)]在图19(C)中示出由平面型场致发射元件构成的具有第2结构的场致发射元件的示意局部断面图。该平面型场致发射元件，例如，由在以玻璃构成的第1支承体11上形成的阴电极12、在第1支承体11及阴电极12上形成的绝缘层13、在绝缘层13上形成的带状栅电极14、及贯通栅电极14及绝缘层13并使阴电极12在底部露出的开口部15构成。阴电极12，沿图19(C)的纸面垂直方向延伸，栅电极14，沿图19(C)的纸面左右方向延伸。阴电极12及栅电极14由铬(Cr)构成，绝缘层13由SiO2构成。这里，在开口部15的底部露出的阴电极12的部分，相当于电子发射部16。
以下，参照第1支承体等的示意局部断面图即图19(A)～(C)说明平面型场致发射元件制造方法。
首先，在第1支承体11上形成起着电子发射部16的作用的阴电极12。具体地说，用溅射法在第1支承体11上形成由铬(Cr)构成的阴电极用导电材料层，然后根据光刻术及干法蚀刻技术使阴电极用导电材料层形成图案。按照这种方式，即可在第1支承体11上形成带状阴电极12(参照图19(A))。此外，阴电极12，沿图的纸面垂直方向延伸。
接着，例如用CVD法在第1支承体11及阴电极12上形成由SiO2构成的绝缘层13。此外，也可以根据丝网印刷法由玻璃胶形成绝缘层13。
在这之后，在绝缘层13上形成带状栅电极14。具体地说，首先，用溅射法在整个表面上形成由铬构成的导电材料层，然后根据光刻术及干法蚀刻技术使导电材料层形成图案。按照这种方式，即可形成带状栅电极14(参照图19(B))。此外，栅电极14，沿图的纸面左右方向延伸。例如，也可以用丝网印刷法在绝缘层13上直接形成带状栅电极14。
接着，在栅电极14及绝缘层13上形成开口部15，并使起着电子发射部16的作用的阴电极12在开口部15的底部露出(参照图19(C))。
在图20(A)中示出示意的局部断面图的平面型场致发射元件与图19(C)中示出的平面型场致发射元件的不同点在于，在从开口部15的底部露出的阴电极12的表面(相当于电子发射部16)上形成微小凹凸部12A。这种平面型场致发射元件，可以按以下的制造方法制造。
首先，按照与[工序600]～[工序620]大致相同的方式，在第1支承体11上形成带状阴电极12并在整个表面上形成绝缘层13，然后，在绝缘层13上形成带状栅电极14。即，用溅射法在例如由玻璃基板构成的第1支承体11上形成厚约0.2μm的钨层，并按通常的步骤，使该钨层形成带状图案，从而形成阴电极12。接着，在第1支承体11及阴电极12上形成绝缘层13。绝缘层13，可以利用将TEOS(四乙氧基硅烷)用作原料气的CVD法形成。进一步，在该绝缘层13上，形成例如厚约0.2μm的由铬构成的导电材料层，并形成带状图案，从而形成栅电极14。到此为止的工序结束后的状态，实际上与图19(B)所示相同。
接着，按照与[工序630]相同的方式，在栅电极14及绝缘层13上形成开口部15，并使阴电极12在开口部15的底部露出。然后，在从开口部15的底部露出的阴电极12的部分上形成微小凹凸部12A。当形成微小凹凸部12A时，将SF6用作蚀刻气体并设定使晶界的蚀刻速度比构成阴电极12的钨晶粒的蚀刻速度快的条件，根据RIF法进行干法蚀刻。其结果是，可以形成具有基本上反映了钨晶粒粒径尺寸的微小凹凸部12A。
在这种平面型场致发射元件的结构中，在阴电极12的微小凹凸部12A上，更具体地说，在微小凹凸部12A的凸部上，从栅电极14施加大的电场。这时，集中于凸部的电场比阴电极12为平滑表面时大，所以，根据量子隧道效应而能以高的效率从凸部发射电子。因此，与在开口部15的底部只简单地露出平滑的阴电极12的平面型场致发射元件相比，当组装在显示装置内时，可以预计到能使亮度提高。所以，按照图20(A)中示出的平面型场致发射元件，即使栅电极14与阴电极12之间的电位差较小，也仍能得到足够的电子电流密度，因而可以提高显示装置的亮度。或者说，为达到同样的亮度所需的栅极电压降低了，因而可以使耗电量降低。
另外，通过对绝缘层13进行蚀刻而形成开口部，然后根据各向异性蚀刻技术在阴电极12上形成微小凹凸部12A，但也可以由用于形成开口部15的蚀刻同时形成微小凹凸部12A。即，在对绝缘层13进行蚀刻时，通过采用有可能产生一定程度的离子溅射作用的各向异性的蚀刻条件并在形成了具有垂直壁的开口部15之后继续进行蚀刻，即可在从开口部15的底部露出的阴电极12的部分上形成微小凹凸部12A。在这之后，可以对绝缘层13进行各向同性蚀刻。
另外，在与[工序600]相同的工序中，用溅射法在第1支承体11上形成由钨构成的阴电极用导电材料层，然后，根据光刻术及干法蚀刻技术使阴电极用导电材料层形成图案，接着，在阴电极用导电材料层的表面上形成微小凹凸部12A后，执行与[工序610]～[工序630]相同的工序，从而也可以制作与图20(A)所示相同的电子发射元件。
或者，在与[工序600]相同的工序中，用溅射法在第1支承体11上形成由钨构成的阴电极用导电材料层，然后，在阴电极用导电材料层的表面上形成微小凹凸部12A，接着，根据光刻术及干法蚀刻技术使阴电极用导电材料层形成图案后，执行与[工序610]～[工序630]相同的工序，从而也可以制作与图20(A)所示相同的电子发射元件。
在图20(B)中，示出图20(A)所示的电子发射元件的变形例。在图20(B)所示的电子发射元件中，微小凹凸部12A的尖端部的平均高度位置，存在于(即，降低到)比绝缘层13的较低面的位置低的第1支承体11侧。为形成这种电子发射元件，只需将[工序710]中的干法蚀刻的持续时间延长即可。按照这种结构，可以进一步提高开口部15的中央部附近的电场强度。
在图21中，示出在相当于电子发射部16的阴电极12的表面上(更具体地说，至少在微小凹凸部12A上)形成着覆盖层12B的平面型场致发射元件。
该覆盖层12B，最好由功函数Φ比构成阴电极12的材料小的材料构成，至于选用哪种材料，可以根据构成阴电极12的材料的功函数、栅电极14和阴电极12之间的电位差、所要求的发射电子电流密度的大小等决定。作为阴电极12的构成材料，例如可以举出非晶形金刚石。当使用非晶形金刚石构成了覆盖层12B时，在5×107V/m以下的电场强度下可以获得显示装置所需的发射电子电流密度。
覆盖层12B的厚度，应选择到可以反映出微小凹凸部12A的程度。其原因是，如果由覆盖层12B填埋了微小凹凸部12A的凹部，则将使电子发射部的表面变成了平滑面，因而设置微小凹凸部12A就没有意义了。因此，其厚度取决于微小凹凸部12A的尺寸，例如，当微小凹凸部12A以反映出电子发射部的晶粒粒径的方式形成时，最好将覆盖层12B的厚度选择为大约30～100nm左右。此外，当使微小凹凸部12A的尖端部的平均高度位置比绝缘层13的较低面的位置低时，严格地说，将覆盖层12B的尖端部的平均高度位置降低到绝缘层13的较低面的位置以下，更为适当。
具体地说，在[工序710]之后，例如可以用CVD法在整个表面上形成由非晶形金刚石构成的覆盖层12B。此外，虽然覆盖层12B也沉积在栅电极14及绝缘层13上所形成的蚀刻用掩模(图中未示出)上，但在除去蚀刻用掩模时也同时将该沉积部分除去。可以根据将CH4/H2混合气或CO/H2混合气用作原料气的CVD法形成覆盖层12B，并通过各含碳化合物的热分解而形成由非晶形金刚石构成的覆盖层12B。
或者，在与[工序600]相同的工序中，用溅射法在第1支承体11上形成由钨构成的阴电极用导电材料层后，根据光刻术及干法蚀刻技术使阴电极用导电材料层形成图案，然后，在阴电极用导电材料层的表面上形成微小凹凸部12A，接着，在形成了覆盖层12B后，执行与[工序610]～[工序630]相同的工序，从而也可以制作图21所示的电子发射元件。
或者，在与[工序600]相同的工序中，用溅射法在第1支承体11上形成由钨构成的阴电极用导电材料层后，在阴电极用导电材料层的表面上形成微小凹凸部12A，接着，在形成了覆盖层12B后，根据光刻术及干法蚀刻技术使覆盖层12B、阴电极用导电材料层形成图案后，执行与[工序610]～[工序630]相同的工序，从而也可以制作图21所示的电子发射元件。
或者，作为构成覆盖层的材料，也可以适当选择使该材料的二次电子增益δ比构成阴电极的导电性材料的二次电子增益δ大的材料。
另外，也可以在图19(C)所示的平面型场致发射元件的电子发射部16(阴电极12的表面)上形成覆盖层。在这种情况下，在[工序600]之后，可以在从开口部15的底部露出的阴电极12的表面上形成覆盖层12B，或者，在[工序600]中，例如，在第1支承体11上形成阴电极用导电材料层后，可以在阴电极用导电材料层上形成覆盖层12B，接着，根据光刻术及干法蚀刻技术使该层形成图案。
在图25(B)中示出火山口型场致发射元件的示意局部断面图。在火山口型场致发射元件中，在第1支承体11上备有包括发射电子的多个隆起部112A及由各隆起部112A围绕的凹部112B的阴电极112。此外，在图24(B)中，示出将绝缘层13及栅电极14去掉后的示意斜视图。
对凹部的形状并没有特别的限定，但典型的形状大致为球面。这与在该火山口型场致发射元件的制造方法中使用球体并以反映出球体的一部分的方式形成凹部112B有关。因此，当使凹部112B大致为球面时，凹部112B周围的隆起部112A为圆环形，这时的凹部112B和隆起部112A，整体呈现火山口或火山喷口的形状。特别是，由于隆起部112A是发射电子的部分，所以从提高电子发射效率的观点考虑其尖端部112C最好是尖锐的。隆起部112A的尖端部112C的轮廓，既可以具有不规则的凹凸，也可以是光滑的。1个象素内的隆起部112A的配置，既可以是规则的，也可以是随机的。此外，凹部112B，可以由连续的隆起部112A沿凹部112B的周向围绕，根据情况的不同，也可以由不连续的隆起部112A沿凹部112B的周向围绕。
在这种火山口型场致发射元件的制造方法中，更具体地说，在第1支承体上形成带状阴电极的工序，包括在第1支承体上形成覆盖了多个球体的带状阴电极的工序；通过除去球体而将覆盖了球体的阴电极部分除去、从而形成具有发射电子的多个隆起部及由各隆起部围绕且反映了球体形状的一部分的凹部的阴电极的工序。
最好是通过球体的状态变化和/或化学变化将球体除去。这里，所谓球体的状态变化和/或化学变化，意味着膨胀、升华、发泡、产生气体、分解、燃烧、碳化等变化或这些变化的组合。例如，当球体由有机材料构成时，最好是通过使球体燃烧而将其除去。球体的除去与覆盖了球体的阴电极部分的除去，或球体的除去与覆盖了球体的阴电极、绝缘层及栅电极部分的除去，不一定必须同时进行。例如，当将覆盖了球体的阴电极部分除去后、或进一步将绝缘层及栅电极分除去后还残存着一部分球体时，只需在这之后将残存的球体除去即可。
特别是，当球体由有机材料构成时，如使球体例如进行燃烧，则将产生例如一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽，并使球体周围的封闭空间的压力提高，在超过了某个耐压极限的时刻将使球体附近的阴电极破裂。借助于该破裂的力，使覆盖了球体的阴电极部分飞散，从而形成隆起部及凹部，并将球体除去。或者，当例如使球体燃烧时，根据同样的机理，使阴电极、绝缘层及栅电极在超过了某个耐压极限的时刻破裂。借助于该破裂的力，使覆盖了球体的阴电极、绝缘层及栅电极部分飞散，从而与隆起部及凹部同时形成开口部，并将球体除去。即，在将球体除去之前，在绝缘层及栅电极上并不存在开口部，但随着球体的除去而形成了开口部。这时，由于球体燃烧的初始过程在封闭空间内进行，所以也存在着使球体的一部分碳化的可能性。最好使覆盖了球体的阴电极部分的厚度薄到可以因破裂而飞散的程度。此外，最好使覆盖了球体的阴电极、绝缘层及栅电极部分的厚度薄到可以因破裂而飞散的程度，特别是，对于绝缘层，最好使没有覆盖球体的部分的厚度与球体的直径基本相等。
在后文所述的[火山口型场致发射元件(其3)]中，也可以通过球体的状态变化和/或化学变化将球体除去，但由于不同时发生阴电极的破裂，所以有时借助于外力简便地将其除去。此外，在后文所述的[火山口型场致发射元件(其4)]中，在将球体除去之前的时刻已形成了开口部，但当开口部的尺寸大于球体的直径时，可以用外力将球体除去。这里，所谓外力，指的是空气或惰性气体的喷射压力、清洗液的喷射压力、磁吸引力、静电力、离心力等物理力。此外，在[火山口型场致发射元件(其3)]或[火山口型场致发射元件(其4)]中，与[火山口型场致发射元件(其1)]不同，无需使覆盖了球体的阴电极、或在某些情况下进一步无需使绝缘层或栅电极飞散，所以具有使阴电极、绝缘层或栅电极的残渣难以产生的优点。
在后文所述的[火山口型场致发射元件(其3)]或[火山口型场致发射元件(其4)]中使用的球体，至少其表面最好由具有比构成阴电极的材料、在某些结构中比构成绝缘层或栅电极的材料的各界面张力(表面张力)大的界面张力的材料构成。因此，在[火山口型场致发射元件(其4)]中，阴电极、绝缘层及栅电极，至少不覆盖球体的顶部，从而得到从一开始就在绝缘层及栅电极上形成了开口部的状态。开口部直径的大小程度，取决于构成阴电极、绝缘层或栅电极的材料的厚度与球体直径的关系、阴电极、绝缘层或栅电极的形成方法、构成阴电极、绝缘层或栅电极的材料的界面张力(表面张力)。
在后文所述的[火山口型场致发射元件(其3)]或[火山口型场致发射元件(其4)]中，球体，至少其表面满足与界面张力有关的上述条件即可。就是说，具有比阴电极、绝缘层及栅电极的各界面张力大的界面张力的部分，可以只是球体的表面也可以是整个球体，此外，球体的表面和/或整体的构成材料，可以是无机材料、有机材料、或无机材料与有机材料的组合的任何一种。在[火山口型场致发射元件(其3)]或[火山口型场致发射元件(其4)]中，当阴电极或栅电极由通常的金属类材料构成、绝缘层由玻璃等氧化硅类的材料构成时，通常，在金属类材料的表面上存在着由吸附水分产生的羟基、在绝缘层的表面上存在着由SiO键的悬空键和吸附水分产生的羟基，因而处于亲水性强的状态。因此，采用具有憎水性表面处理层的球体是特别有效的。作为憎水性表面处理层的构成材料，可以举出氟类树脂、例如聚四氟乙烯。当球体具有憎水性表面处理层时，如将憎水性表面处理层的内侧部分称作芯材，则芯材的构成材料也可以是玻璃、陶瓷、氟类树脂以外的高分子材料中的任何一种。
构成球体的材料，虽然没有特别限定，但最好是通用的高分子材料。但是，在聚合度极高或重键含有量极多的高分子材料中，当燃烧温度过高并通过燃烧除去球体时，有可能对阴电极、绝缘层或栅电极产生恶劣影响。因此，最好选择可以在不产生上述恶劣影响的温度下燃烧或碳化的高分子材料。特别是，当用玻璃胶之类的需要在随后的工序中进行烧结的材料构成绝缘层时，从减少工时的观点考虑，最好选择在玻璃胶的烧结温度下可以燃烧或碳化的高分子材料。由于玻璃胶的典型烧结温度约为530℃，所以上述高分子材料的燃烧温度最好为350℃～500℃左右。作为代表性的高分子材料，可以举出苯乙烯类、聚氨酯类、丙烯基类、乙烯基类、二乙烯基苯类、三聚氰胺类、甲醛类、聚甲烯类的均聚物或共聚体。或者，作为球体，也可以使用具有附着力的粘结型的球体，以便确保在第1支承体上的可靠配置。作为粘结型的球体，例如可以举出由丙烯基类树脂构成的球体。
或者，例如，可以使用以偏氯乙烯？丙烯腈共聚体为外壳并封装异丁烷作为发泡剂的胶囊状的加热膨胀型微球体作为球体。在[火山口型场致发射元件(其1)]中，当使用这种加热膨胀型微球体并对加热膨胀型微球体进行加热时，外壳的共聚物软化，并使所封装的异丁烷气化膨胀，从而形成粒径与膨胀前相比约大4倍的圆球形空心体。其结果是，在[火山口型场致发射元件(其1)]中，可以在阴电极上形成发射电子的隆起部、由隆起部围绕且反映了球体形状的一部分的凹部。同时，除上述凹部和隆起部外，还可以形成贯通栅电极及绝缘层的开口部。此外，加热膨胀型微球体的受热膨胀，在本说明书中，也包含在将球体除去的概念内。在这之后，可以用适当的溶剂将加热膨胀型微球体除去。
在[火山口型场致发射元件(其1)]中，可以在将多个球体配置在第1支承体上之后形成覆盖球体的阴电极。在这种情况下，或者，在厚后文所述的[火山口型场致发射元件(其3)]或[火山口型场致发射元件(其4)]中，作为多个球体在第1支承体上的配置方法，可以举出将球体散布在第1支承体上的干式法。为了散布球体，例如，可以采用液晶显示装置制造领域中的散布用于使板的间隔保持一定的间隔体的技术。具体地说，可以使用从喷嘴以压缩气体喷射球体的所谓喷枪。而当从喷嘴喷射球体时，也可以使球体为分散在挥发性溶剂内的状态。或者，也可以利用在静电粉体喷漆领域内通常使用的装置和方法。例如，用静电粉体喷枪将带负电的球体向第1支承体喷射。所使用的球体，如后文所述非常小，所以当散布在第1支承体上时例如借助于静电力附着在第1支承体上，在随后的工序中也不容易从第1支承体脱落。将多个球体配置在第1支承体上之后，如对球体加压，则可以消除多个球体在第1支承体上的重叠，从而能以单层将球体紧密地配置在第1支承体上。
或者，如后面的[火山口型场致发射元件(其2)]中所述，在第1支承体上形成由将球体和阴电极材料分散在分散介质中而形成的组成物构成的组成物层，从而将多个球体配置在第1支承体上，并以由阴电极材料构成的阴电极覆盖球体，然后，可以将分散介质除去。作为组成物层的特性，可以是浆液或糊剂，可以根据所需的上述特性适当选择分散介质的组成和粘度。作为在第1支承体上形成组成物层的方法，最好是丝网印刷法。作为典型的阴电极材料，最好是在分散介质内的沉降速度比球体慢的微粒。作为构成上述微粒的材料，可以举出碳、钡、锶、铁。将分散介质除去后，根据需要进行阴电极的烧结。作为在第1支承体上形成组成物层的方法，可以举出喷雾法、滴下法、旋转涂敷法、丝网印刷法。此外，在配置球体的同时，以由阴电极材料构成的阴电极覆盖球体，但根据组成物层的形成方法的不同，有时必需进行阴电极的图案形成。
或者，在后文所述的[火山口型场致发射元件(其3)]或[火山口型场致发射元件(其4)]中，在第1支承体上形成将球体分散在分散介质中而构成的组成物层、从而将多个球体配置在第1支承体上之后，可以将分散介质除去。作为组成物层的特性，可以是浆液或糊剂，可以根据所需的上述特性适当选择分散介质的组成和粘度。典型的方法是，将异丙醇等有机溶剂用作分散介质，并通过蒸发而将分散介质除去。作为在第1支承体上形成组成物层的方法，可以举出喷雾法、滴下法、旋转涂敷法、丝网印刷法。
可是，栅电极和阴电极沿彼此不同的方向(例如，带状栅电极的投影图象与带状阴电极12的投影图象所成的角度为90度)延伸，而且，例如按带状形成图案，并从位于重叠区域的隆起部发射电子。因此，从功能上说，隆起部只需存在于重叠区域内即可。但是，即使在重叠区域以外的区域上也存在着隆起部和凹部，但因该隆起部和凹部为被绝缘层覆盖的状态，也不能起到任何的发射电子的作用。因此，即使将球体配置在整个表面上也不存在任何问题。
与此不同，当将覆盖了球体的阴电极、绝缘层及栅电极(栅电极)的各部分除去时，由于每个球体的配置位置与开口部的形成位置一一对应，所以也在重叠区域以外的区域上形成了开口部。以下，将在重叠区域以外的区域上形成的开口部称为「无效开口部」，以便与用于电子发射的原来的开口部区分开来。可是，即使在重叠区域以外的区域上形成了无效开口部，该无效开口部也不能起到电子发射元件的任何作用，因而对在重叠区域上形成的场致发射元件的动作不会带来任何恶劣影响。其原因在于即使隆起部及凹部在无效开口部的底部露出，但在无效开口部的上端部没有形成栅电极；或即使在无效开口部的上端部形成着栅电极，但隆起部及凹部没有在底部露出；或隆起部及凹部没有在无效开口部的底部露出、且在上端部没有形成栅电极而只露出第1支承体的表面。因此，即使将球体配置在整个表面上也不存在任何问题。此外，在重叠区域与其以外的区域的边界线上形成的孔，包括在开口部内。
球体的直径，可以根据所需的开口部直径、凹部的直径、用场致发射元件构成的显示装置的显示屏面尺寸、象素数、重叠区域的尺寸、应构成1个象素的场致发射元件的个数选择，但最好选择在0.1～10μm的范围内。例如，作为液晶显示装置的间隔体销售的球体，由于具有1～3％的良好的粒径分布，所以最好使用这种球体。球体的理想形状为圆球，但也不一定必需是圆球。此外，如上所述，根据场致发射元件的制造方法的不同，在配置了球体的部位可能形成开口部或无效开口部，最好以100～5000个/mm2的密度将球体配置在第1支承体上。例如，当以大约1000个/mm2的密度将球体配置在第1支承体上时，假如使重叠区域的尺寸例如为0.5mm×0.2mm，则在该重叠区域内存在着100个球体，因而可以形成约100个隆起部。如在1个重叠区域内形成个数达到这种程度的隆起部，则大体上可以使由球体的粒径分布或圆球度的波动引起的凹部直径的波动均匀化。
在[火山口型场致发射元件(其1)]或后文所述的[火山口型场致发射元件(其2)]～[火山口型场致发射元件(其4)]中，由构成电子发射部的凹部的形状反映出球体的一部分形状。隆起部的尖端部的轮廓，既可以具有不规则的凹凸，也可以是光滑的，特别是，在[火山口型场致发射元件(其1)]或[火山口型场致发射元件(其2)]中，由于其尖端部通过阴电极的破裂而形成，所以隆起部的尖端部易于成为不规则的形状。当在隆起部上通过破裂而使尖端部变得尖锐时，可以使尖端部起到高效率的电子发射部的作用，因而是有利的。在[火山口型场致发射元件(其1)]～[火山口型场致发射元件(其4)]中，凹部周围的隆起部大体上都是圆环状，这时的凹部和隆起部，作为整体呈现火山口或火山喷口的形状。
第1支承体上的隆起部的配置，既可以是规则的，也可以是随机的，这取决于球体的配置方法。当采用上述的干式法或湿式法时，第1支承体上的隆起部的配置是随机的。
在[火山口型场致发射元件(其1)]～[火山口型场致发射元件(其4)]中，当在形成绝缘层后在绝缘层上形成开口部时，为了不使隆起部的尖端部受到损伤，也可以在得到隆起部后形成保护膜并在形成开口部后再将保护膜除去。作为构成保护膜的材料，例如可以使用铬。
以下，参照图22(A)、(B)、图23(A)、(B)、图24(A)、(B)及图25(A)、(B)，说明[火山口型场致发射元件(其1)]的场致发射元件的制造方法，图22(A)、图23(A)、图24(A)是示意的局部端面图，图25(A)和(B)是示意的局部断面图，图22(B)、图23(B)、图24(B)是示意地示出比图22(A)、图23(A)、图24(A)宽的范围的局部斜视图。
首先，在第1支承体11上形成覆盖了多个球体70的阴电极112。具体地说，先将球体70配置在例如由玻璃构成的第1支承体11的整个表面上。球体70，例如由聚甲烯类的高分子材料构成，平均直径约为5μm，粒径分布小于1％。用喷枪以大约1000个/mm2的密度将球体70随机地配置在第1支承体上。使用喷枪的散布，可以是将球体与挥发性溶剂混合喷射的方式、或就以原来的粉末状态从喷嘴喷射的方式。所配置的球体70，以静电力保持在第1支承体上。该状态示于图22(A)和(B)。
接着，在球体70及第1支承体11上形成阴电极112。形成阴电极112后的状态，示于图23(A)和(B)。阴电极112，可以通过将碳糊剂按带状进行丝网印刷而形成。这时，由于球体70配置在第1支承体11的整个表面上，所以如图23(B)所示在球体70中当然也有未被阴电极112覆盖的球体。然后，例如使阴电极112在150℃下进行干燥，以便将阴电极112中所含有的水分和溶剂除去、且使阴电极112平整化。在该温度下，球体70不发生任何的状态变化和/或化学变化。此外，也可以代替如上所述的使用碳糊剂的丝网印刷而在整个表面上形成构成阴电极112的阴电极用导电材料层，并用光刻术及干法蚀刻技术使该阴电极用导电材料层形成图案，从而形成带状阴电极112。当采用光刻术时，通常用旋转涂敷法形成抗蚀剂层，但只要旋转涂敷时的第1支承体11的转速为500rpm左右、旋转时间为几秒钟左右，就能使球体70保持在第1支承体11上，而不会脱落或移位。
接着，通过将球体70除去，将覆盖了球体70的阴电极112的部分除去，从而形成具有发射电子的多个隆起部112A及由各隆起部112A围绕且反映了球体70的形状的一部分的凹部112B的阴电极112。该状态示于图24(A)和(B)。具体地说，在进行阴电极112的烧结的同时，通过在大约530℃下的加热而使球体70燃烧。随着球体70的燃烧，使封闭着球体70的封闭空间的压力提高，并在超过了某个耐压极限的时刻使覆盖球体70的阴电极112的部分破裂而被除去。其结果是，在第1支承体11上形成的阴电极112的一部分上，形成隆起部112A及凹部112B，此外，在将球体70除去后，如留有一部分球体残渣，则可以根据构成所使用的球体的材料而用适当的清洗液将残渣除去。
在这之后，在阴电极112及第1支承体11上形成绝缘层13。具体地说，例如，将玻璃胶在整个表面上按大约5μm的厚度进行丝网印刷。然后，例如使绝缘层13在150℃下进行干燥，以便将绝缘层13内所含有的水分和溶剂除去且使绝缘层13平整化。此外，也可以代替如上所述的使用玻璃胶的丝网印刷而例如用等离子CVD法形成SiO2膜。
然后，在绝缘层13上，形成带状栅电极14(参照图25(A))。栅电极14，例如可以通过将碳糊剂按带状进行丝网印刷而形成。这时的带状栅电极14的投影图象的延伸方向，与带状阴电极112的投影图象的延伸方向构成90度的角度。接着，例如使栅电极14在150℃下进行干燥，以便将栅电极14内所含有的水分和溶剂除去且使栅电极14平整化，然后，对构成栅电极14及绝缘层13的材料进行烧结。此外，也可以代替如上所述的使用碳糊剂的丝网印刷而在绝缘层13的整个表面上形成构成栅电极14的栅电极材料层，接着，用通常的光刻术及干法蚀刻技术使栅电极材料层形成图案，[工序850]在这之后，在栅电极14的投影图象与阴电极112的投影图象重叠的重叠区域内，在栅电极14及绝缘层13上形成开口部15，从而使多个隆起部112A及凹部112B在开口部15的底部露出。开口部15的形成，当用通常的光刻术形成抗蚀剂掩模时，可以通过使用抗蚀剂掩模的蚀刻进行。但是，最好在可以对阴电极112确保足够高的蚀刻选择比的条件下进行蚀刻。或者，最好在形成隆起部112A后例如形成由铬构成的保护层并在形成开口部15后将保护层除去。然后，再将抗蚀剂掩模除去。这样，即可得到图25(B)所示的场致发射元件。
另外，作为[火山口型场致发射元件(其1)]的制造方法的变形例，也可以在执行[工序810]之后执行[工序830]～[工序850]，接着再执行[工序820]。在这种情况下，可以同时进行球体的燃烧和构成栅电极14及绝缘层13的材料的烧结。
或者，在执行[工序810]之后执行[工序830]，进一步，在与[工序840]相同的工序中，在绝缘层上形成没有开口部的带状栅电极，然后再执行[工序820]。按照这种方式，可以将覆盖了球体70的阴电极112、绝缘层13及栅电极14的各部分除去，从而在形成贯通栅电极14及绝缘层13的开口部15的同时在位于开口部的底部的阴电极112上形成由发射电子的隆起部112A及由各隆起部112围绕A且反映了球体70的形状的一部分的凹部112B构成的电子发射部。即，随着球体70的燃烧，使封闭着球体70的封闭空间的压力提高，并在超过了某个耐压极限的时刻使覆盖球体70的部分的阴电极112、绝缘层13及栅电极14破裂，从而与隆起部112A及凹部112B同时形成开口部，并将球体70除去。开口部，贯通栅电极14及绝缘层13，而且反映着球体70的形状的一部分。此外，在开口部的底部，留下发射电子的隆起部112A及由各隆起部112A围绕且反映了球体70的形状的一部分的凹部112B。
以下，参照图26(A)～(C)说明[火山口型场致发射元件(其2)]的制造方法，与[火山口型场致发射元件(其1)]的制造方法的不同点在于，将多个球体70配置在第1支承体11上的工序，由如下的工序构成，即在第1支承体11上形成由将球体70和阴电极材料分散在分散介质中而形成的组成物构成的组成物层71、从而将多个球体70配置在第1支承体11上并以由阴电极材料构成的阴电极112覆盖球体、然后将分散介质除去，即构成湿式法。
首先，在第1支承体11上形成多个球体70。具体地说，在第1支承体11上形成将球体70和阴电极材料71B分散在分散介质71A中而形成的组成物构成的组成物层71。即，例如，将异丙醇用作分散介质71A，并将平均直径约为5μm的由聚甲烯类的高分子材料构成的球体70和作为阴电极材料71B的平均直径约为0.05μm的碳粒子分散在分散介质71A中而构成组成物，将该组成物按带状在第1支承体11上进行丝网印刷并形成组成物层71。在图26(A)中，示出组成物层71的刚形成后的状态。
在保持在第1支承体11上的组成物层71中，球体70不久便开始沉降并配置在第1支承体11上，同时，阴电极材料71B也沉降在球体70乃至整个第1支承体11上，并形成由阴电极材料71B构成的阴电极112。按照这种方式，即可将多个球体70配置在第1支承体11上，并以由以由阴电极材料71B构成的阴电极112覆盖球体70。该状态示于图26(B)，[工序920]在这之后，例如通过蒸发将分散介质71A除去。该状态示于图26(C)。
接着，通过执行与[火山口型场致发射元件(其1)]的[工序820]～[工序850]相同的工序、或执行[火山口型场致发射元件(其1)]的制造方法的变形例，可以完成与图25(B)所示相同的场致发射元件。
以下，说明[火山口型场致发射元件(其3)]的制造方法，更具体地说，在第1支承体上形成带状阴电极的工序，包括将多个球体配置在第1支承体上的工序；在第1支承体上设置具有发射电子的多个隆起部及由各隆起部围绕且反映了球体形状的一部分的凹部并在球体的周围形成各隆起部的阴电极的工序；将球体除去的工序。多个球体在第1支承体上的配置，通过球体的散布进行。此外，球体还具有憎水性表面处理层。以下，参照图27(A)～(C)说明[火山口型场致发射元件(其3)]。
首先，将多个球体170配置在第1支承体11上。具体地说，将多个球体170配置在由玻璃基板构成的第1支承体11的整个表面上。该球体170，通过以由聚四氟乙烯类树脂构成的表面处理层170B包覆例如由二乙烯基苯类的高分子材料构成的芯材170A而构成，其平均直径约为5μm，粒径分布小于1％。用喷枪以大约1000个/mm2的密度将球体170随机地配置在第1支承体上。所配置的球体170，以静电力吸附在第1支承体上。到此为止的工序结束后的状态，示于图27(A)。
接着，在第1支承体11上设置具有发射电子的多个隆起部112A及由各隆起部112A围绕且反映了球体170的形状的一部分的凹部112B并在球体170的周围形成各隆起部112A的阴电极112。具体地说，与[火山口型场致发射元件(其1)]中所述相同，例如将碳糊剂按带状进行丝网印刷，但在[火山口型场致发射元件(其3)]中，球体170的表面因设有表面处理层170B而带有憎水性，所以在球体170上进行丝网印刷的碳糊剂立即被弹回而落下，并沉积在球体170的周围而形成隆起部112A。隆起部112A的尖端部112C，不像[火山口型场致发射元件(其1)]时那么尖锐。进入到球体170和第1支承体11之间的阴电极112的部分，构成凹部112B。在图27(B)中，示出在阴电极112与球体170之间存在间隙的状态，但阴电极112与球体170有时彼此接触。在这之后，使阴电极112例如在150℃下进行干燥。到此为止的工序结束后的状态，示于图27(B)。
接着，通过对球体170施加外力，将球体170从第1支承体11上除去。作为具体的除去方法，可以举出清洗或喷射压缩气体。到此为止的工序结束后的状态，示于图27(C)。此外，球体的除去，还可以通过球体的状态变化和/或化学变化进行，更具体地说，例如也可以通过燃烧将球体除去。在以下说明的[火山口型场致发射元件(其4)]中也是一样。
在这之后，通过执行[火山口型场致发射元件(其1)]的[工序830]～[工序850]，可以得到与图25(B)所示大致相同的场致发射元件。
另外，作为[火山口型场致发射元件(其3)]的制造方法的变形例，也可以在[工序1010]之后执行[火山口型场致发射元件(其1)]的[工序830]～[工序850]，接着再执行[工序1020]。
以下，说明[火山口型场致发射元件(其4)]的制造方法，更具体地说，在第1支承体上形成带状阴电极的工序，包括将多个球体配置在第1支承体上的工序；在第1支承体上设置具有发射电子的多个隆起部及由各隆起部围绕且反映了球体形状的一部分的凹部并在球体的周围形成各隆起部的阴电极的工序；将球体除去的工序。此外，当在整个表面设置绝缘层时，在阴电极及第1支承体上设置在球体的上方形成了开口部的绝缘层。球体的除去，在开口部形成后进行。在[火山口型场致发射元件(其4)]的场致发射元件制造方法中，多个球体在第1支承体上的配置，通过球体的散布进行。此外，球体还具有憎水性表面处理层。以下，参照图28(A)、(B)及图29(A)、(B)说明[火山口型场致发射元件(其4)]。
首先，将多个球体170配置在第1支承体11上。具体地说，执行与[火山口型场致发射元件(其3)]的[工序1000]相同的工序。
在这之后，在第1支承体11上设置具有发射电子的多个隆起部112A及由各隆起部112A围绕且反映了球体170的形状的一部分的凹部112B并在球体170的周围形成各隆起部112A的阴电极112。具体地说，执行与[火山口型场致发射元件(其3)]的[工序1010]相同的工序。
接着，在阴电极112及第1支承体11上设置在球体170的上方形成了开口部15A的绝缘层113。具体地说，例如，将玻璃胶在整个表面上按大约5μm的厚度进行丝网印刷。使用玻璃胶的丝网印刷，可以按照与[火山口型场致发射元件(其1)]同样的方式进行，但是，球体170的表面因设有表面处理层170B而带有憎水性，所以在球体170上进行丝网印刷的玻璃胶立即被弹回而落下，绝缘层113在球体170之上的部分由于自身的表面张力而收缩。其结果是，使球体170的顶部在开口部15A内露出而没有被绝缘层113覆盖。该状态示于图28(A)。在图示的例中，开口部15A的上端部的直径大于球体170的直径，但当表面处理层170B的界面张力小于玻璃胶的界面张力时，存在着使开口部15A的直径缩小的倾向。相反，当表面处理层170B的界面张力远大于玻璃胶的界面张力时，易于使开口部15A的直径增大。在这之后，例如使绝缘层113在150℃下进行干燥。
接着，在绝缘层113上形成具有与开口部15A连通的开口部15B的栅电极114。具体地说，将碳糊剂按带状进行丝网印刷。使用碳糊剂的丝网印刷，可以按照与[火山口型场致发射元件(其1)]同样的方式进行，但是，球体170的表面因设有表面处理层170B而带有憎水性，所以在球体170上进行丝网印刷的碳糊剂立即被弹回而落下，并由于自身的表面张力而收缩，从而构成只附着在绝缘层113的表面上的状态。这时，栅电极114，如图所示，有时也形成为从绝缘层113的开口端部向开口部15A内转入一些的状态。在这之后，例如使栅电极114在150℃下进行干燥。到此为止的工序结束后的状态，示于图28(B)。此外，当表面处理层170B的界面张力小于碳糊剂的界面张力时，存在着使开口部15A的直径缩小的倾向。相反，当表面处理层170B的界面张力远大于碳糊剂的界面张力时，易于使开口部15A的直径增大。
接着，将在开口部15A、15B的底部露出的球体170除去，具体地说，在进行阴电极112、绝缘层113及栅电极114的烧结的同时，通过在玻璃胶的典型烧结温度即大约530℃下的加热而使球体170燃烧。这时，与[火山口型场致发射元件(其1)]不同，在绝缘层113及栅电极114上从一开始就形成了开口部15A、15B，所以，阴电极112、绝缘层113、栅电极114的部分不会飞散，并能快速地将球体170除去。此外，当开口部15A、15B的上端部的直径大于球体170的直径时，不使球体170燃烧也能例如利用清洗或喷射压缩气体等外力将球体170除去。到此为止的工序结束后的状态，示于图29(A)。
在这之后，如对与开口部15A的侧壁面对应的绝缘层113的一部分进行各向同性蚀刻，则可以完成图29(B)所示的场致发射元件。这里，栅电极114的端部朝向下方，这种状态对提高开口部15内的电场强度是有利的。
在图30(A)中示出刃型场致发射元件的示意局部断面图。该刃型场致发射元件，由在第1支承体11上形成的带状阴电极212、在第1支承体11及阴电极212上形成的绝缘层13、在绝缘层13上形成的带状栅电极14构成，在栅电极14及绝缘层13上设置开口部15。使阴电极212的刃口部212A在开口部15的底部露出。通过对阴电极212及栅电极214施加电压，从阴电极212的刃口部212A发射电子另外，如图30(B)所示，也可以在开口部15内的阴电极212的下边的第1支承体11上形成凹部11A。或者，如图30(C)中的示意局部断面图所示，也可以由在第1支承体11上形成的第1栅电极14A、在第1支承体11上及第1栅电极14A上形成的第1绝缘层13A、在第1绝缘层13A上形成的阴电极212、在第1绝缘层13A及阴电极212上形成的第2绝缘层13B、在第2绝缘层13B上形成的第2栅电极14B构成。另外，在第2栅电极14B、第2绝缘层13B、阴电极212及第1绝缘层13A上设置开口部15，并使阴电极212的刃口部212A在开口部15的底部露出。通过对阴电极212及第1栅电极14A、第2栅电极14B施加电压，从阴电极212的刃口部212A发射电子以下，例如，参照第1支承体等的示意局部端面图即图31(A)～(C)说明图30(C)中示出的刃型场致发射元件的制造方法。
首先，例如用溅射法在由玻璃基板构成的第1支承体11上形成厚约0.2μm的钨膜，并用光刻术及干法蚀刻技术按通常的步骤使该钨膜形成带状图案，从而形成第1栅电极14A。接着，在整个表面上形成由SiO2构成的厚约0.3μm的第1绝缘层1 3A后，在第1绝缘层13A上形成由钨构成的带状阴电极212(参照图31(A))。
在这之后，在整个表面上形成例如由SiO2构成的厚约0.7μm的第2绝缘层13B，然后，在第2绝缘层13B上形成带状的第2栅电极14B(参照图31(B))。关于第2栅电极14B的构成材料及厚度，可以与第1栅电极14A相同，也可以不同。
接着，在整个表面上形成抗蚀剂层67之后，在抗蚀剂层67上形成抗蚀剂开口部67A，以使第2栅电极14B的表面露出一部分。抗蚀剂开口部67A的平面形状为矩形。矩形的长边约为100μm，短边为几μm～10μm。接着，例如用RIE法对在抗蚀剂开口部67A的底面露出的第2栅电极14B进行各向异性蚀刻，并形成开口部。然后，对在开口部的底面露出的第2绝缘层13B进行各向同性蚀刻，并形成开口部(参照图31(C))。由于用SiO2形成第2绝缘层13B，所以进行使用了缓冲氟氢酸水溶液的湿法蚀刻。在第2绝缘层13B上形成的开口部的壁面，从在第2栅电极14B上形成的开口部的开口端面后退，这时的后退量可以由蚀刻时间的长短进行控制。这里，将湿法蚀刻进行到在第2绝缘层13B上形成的开口部的下端从在第2栅电极14B上形成的开口部的开口端面后退为止。
然后，根据以离子为主蚀刻粒子的条件对在开口部的底部露出的阴电极212进行干法蚀刻。在以离子为主蚀刻粒子的干法蚀刻中，可以通过对被蚀刻物施加偏压或利用等离子体与磁场的相互作用使作为带电粒子的离子加速，所以，一般进行各向异性蚀刻，并且被蚀刻物的加工面为垂直壁。但是，在该工序中，在等粒子体内的主蚀刻粒子中还存在着一些具有非垂直角度的入射分量，而且开口部的端部的散射也产生这种倾斜的入射分量，所以，在阴电极112的露出面上，主蚀刻粒子仍会以一定的概率入射到因开口部的遮挡而使离子本来达不到的区域内。这时，相对于第1支承体11的法线的入射角较小的主蚀刻粒子入射概率高，而入射角较大的主蚀刻粒子入射概率低。
因此，虽然在阴电极212上形成的开口部的上端部的位置与在第2绝缘层13B上形成的开口部的下端部的位置大体上一致，但在阴电极212上形成的开口部的下端部的位置为从其上端部伸出的状态。就是说，阴电极212的刃口部212A的厚度，在伸出方向的前端部逐渐变薄，并使刃口部212A变得尖锐。例如，可以将SF6用作蚀刻气体而对阴电极212进行良好的加工。
接着，对在阴电极212上形成的开口部的底部露出的第1绝缘层13A进行各向同性蚀刻，并在第1绝缘层13A上形成开口部，从而完成开口部15。在本工序中，进行使用了缓冲氟氢酸水溶液的湿法蚀刻。在第1绝缘层13A上形成的开口部的壁面，从在阴电极212上形成的开口部的下端面后退。这时的后退量可以由蚀刻时间的长短进行控制。在开口部15完成后，将抗蚀剂层67除去，即可得到图30(C)所示的结构。
以下，参照第1支承体等的示意局部端面图即图32(A)、(B)、图33(A)、(B)及图34(A)、(B)，说明以上在[锥型场致发射元件]中说明过的锥型场致发射元件的制造方法的变形例，该锥型场致发射元件(参照图35)，基本上根据以下的工序制作。即，(a)在第1支承体11上形成阴电极12的工序；(b)在包括阴电极12的第1支承体11上形成绝缘层13的工序；(c)在绝缘层13上形成栅电极14的工序；(d)至少在绝缘层13上形成使阴电极12在底部露出的开口部15的工序；(e)在包括开口部15的内表面的整个表面上形成电子发射部形成用的导电材料层81的工序；(f)在导电材料层81上形成掩模材料层82、用以遮蔽位于开口部15的中央部的导电材料层81的工序；(g)在使导电材料层81的垂直于第1支承体11的方向上的蚀刻速度比掩模材料层82的垂直于第1支承体11的方向上的蚀刻速度快的条件下对导电材料层81和掩模材料层82进行蚀刻从而在从开口部15内露出的阴电极12上形成前端部具有锥形形状的电子发射电极16E的工序。
首先，在例如通过在玻璃基板上形成厚约0.6μm的SiO2层而形成的第1支承体11上设置由铬(Cr)构成的阴电极12。具体地说，在第1支承体11上，例如用溅射法或CVD法淀积由铬构成的阴电极用导电材料层，并使该阴电极用导电材料层形成图案，即可形成多个阴电极12。例如，使阴电极12的宽度为50μm，并使阴电极12之间的间隔为30μm。然后，在整个表面上，具体地说，在阴电极112及第1支承体11上，利用将TEOS(四乙氧基硅烷)用作原料气的CVD法形成由SiO2构成的绝缘层13。使绝缘层13的厚度约为1μm。接着，在绝缘层13的整个表面上，形成在与阴电极12正交的方向上平行延伸的带状栅电极14。
然后，在带状阴电极12与带状栅电极14的重叠区域、即1个象素区域内，形成贯通栅电极14及绝缘层13的开口部15。开口部15的平面形状，例如为直径0.3μm的圆形。开口部15，通常在1个象素区域(重叠区域)内形成几百个乃至几千个左右。为形成开口部15，将用通常的光刻术形成的抗蚀剂层作为掩模，首先在栅电极14上形成开口部15，接着，在绝缘层13上形成开口部15。在RIE(反应性离子蚀刻)后，通过磨光而将抗蚀剂层除去(参照图32(A))。
接着，用溅射法在整个表面上形成粘接层80(参照图32(B))。该粘接层80，是为提高在未形成栅电极14的区域及开口部15的侧壁面露出的绝缘层13与在随后的工序中在整个表面上形成的导电材料层81之间的粘接性而设置的层。在用钨形成导电材料层81的前提下，用DC溅射法按0.07μm的厚度形成由钨构成的粘接层80。
接着，在包括开口部15的内表面的整个表面上，用氢还原减压CVD法形成厚约0.6μm的由钨构成的电子发射部形成用的导电材料层81(参照图33(A))。在所形成的导电材料层81的表面上，形成反映了开口部15的上端面与底面之间的台阶高差的凹部81A。
接着，形成掩模材料层82，用以遮蔽位于开口部15的中央部的导电材料层81(具体地说，为凹部81A)。具体地说，首先，用旋转涂敷法在导电材料层81上形成厚度为0.35μm的抗蚀剂层作为掩模材料层82(参照图33(B))。掩模材料层82，吸收了导电材料层81的凹部81A，从而形成基本平整的表面。然后，利用使用了含氧气体的RIE法对掩模材料层82进行蚀刻。在露出了导电材料层81的平整面的时刻结束该蚀刻。按照这种方式，即可留下将导电材料层81的凹部81A填平的掩模材料层82(参照图34(A))。
接着，对导电材料层81、掩模材料层82及粘接层80进行蚀刻，并形成圆锥形的电子发射电极16E(参照图34(B))。这些层的蚀刻，在使导电材料层81的蚀刻速度比掩模材料层82的蚀刻速度快的各向异性蚀刻条件下进行。在以下的表2内示出蚀刻条件的例。
[导电材料层81等的蚀刻条件]SF6流量150SCCMO2流量 30SCCM
Ar流量 90SCCM压力35PaRF功率 0.7kW(13.56MHz)[工序1350]在这之后，当在各向同性的蚀刻条件下在开口部15的内部使在绝缘层13上形成的开口部15的侧壁面后退时，可以完成图35所示的场致发射元件。各向同性的蚀刻，可以通过化学干法蚀刻之类的将原子团用作主蚀刻粒子的干法蚀刻、或使用蚀刻液的湿法蚀刻进行。作为蚀刻液，例如可以使用49％的氢氟酸水溶液与纯水的1∶100(容积比)混合液。
这里，参照图36(A)、(B)说明在[工序1340]中形成电子发射电极16E的机理。图36(A)，是表示被蚀刻物的表面轮廓随着蚀刻的进行怎样按一定时间间隔变化的示意图，图36(B)是表示蚀刻时间与开口部15的中心的被蚀刻物厚度的关系的曲线图。设开口部15的中心的掩模材料层的厚度为hp、开口部15的中心的电子发射电极16E的高度为he。
在表2给出的蚀刻条件，导电材料层81的蚀刻速度，当然比由抗蚀剂材料构成的掩模材料层82的蚀刻速度快。在掩模材料层82不存在的区域内，导电材料层81立即开始进行蚀刻，所以被蚀刻物的表面迅速下降。与此相反，在存在着掩模材料层82的区域内，如开始时不将掩模材料层82除去，则对其下面的导电材料层81的蚀刻就不能开始，所以，在对掩模材料层82进行蚀刻时，被蚀刻物厚度的减少速度降低(hp减少区间)，只有在掩模材料层82已经消失的时刻被蚀刻物厚度的减少速度才加快到与不存在掩模材料层82的区域相同的速度(he减少区间)。he减少区间的开始时间，在掩模材料层82具有最大厚度的开口部15的中心最慢，在靠近掩模材料层82的厚度薄的开口部15的周边区域开始得早。按照这种方式，即可形成圆锥形的电子发射电极16E。
导电材料层81的蚀刻速度与由抗蚀剂材料构成的掩模材料层82的蚀刻速度比，称为「抗蚀剂选择比」。该抗蚀剂选择比，是决定电子发射电极16E的高度和形状的重要因素，以下参照图37(A)～C)对此进行说明。图37(A)示出抗蚀剂选择比较小时电子发射电极16E的形状，图37(C)示出抗蚀剂选择比较大时电子发射电极16E的形状，图37(B)示出抗蚀剂选择比为两者的中间值时电子发射电极16E的形状。可以看出，抗蚀剂选择比越大，导电材料层81的膜厚减少与掩模材料层82的膜厚减少相比越快，所以，电子发射电极16E变得较高且尖锐。抗蚀剂选择比，随O2流量对SF6流量的比例的提高而降低。此外，当采用可以同时并用基板偏压而使离子的入射能量变化的蚀刻装置时，通过提高RF偏压功率或减低施加偏压用的交流电源的频率，可以减小抗蚀剂选择比。抗蚀剂选择比的值，可选择在1.5以上、最好为2以上，3以上更为理想。
另外，在上述的蚀刻中，当然必需对栅电极14或阴电极12确保高的选择比，在表2给出的条件下不存在任何问题。其原因是，构成栅电极14或阴电极12的材料，几乎不能用含氟的蚀刻粒子进行蚀刻，但在上述条件下，可以得到大约10以上的蚀刻选择比。
锥型场致发射元件制造方法的变形2，是锥型场致发射元件制造方法的变形1的变形。在制造方法的变形2中，可以使由掩模材料层遮蔽的位于开口部15的中央部的导电材料层的区域比制造方法的变形1狭窄。即，在制造方法的变形2中，在导电材料层的表面上形成反映开口部的上端面与底面之间的台阶高差并由柱状部和与该柱状部的上端连通的扩大部构成的大致呈漏斗状的凹部，并在工序(f)中在导电材料层的整个表面上形成掩模材料层，然后，在与第1支承体的表面平行的面内将掩模材料层和导电材料层除去，从而在柱状部内留下掩模材料层。
以下，参照第1支承体等的示意局部端面图即图38(A)、(B)、图39(A)、(B)及图40(A)、(B)，说明锥型场致发射元件制造方法的变形2。
首先，在第1支承体11上形成阴电极12。阴电极用导电材料层，例如用DC溅射法按如下顺序将各层层叠而形成层叠膜，即TiN层(厚0.1μm)、Ti层(厚5nm)、AiCu层(厚0.4μm)、Ti层(厚5nm)、TiN层(厚0.02μm)及Ti层(厚0.02μm)，接着，使该层叠膜形成带状图案。此外，在图中以单层示出阴电极12。然后，在整个表面上，具体地说，在第1支承体11及阴电极12上，根据将TEOS(四乙氧基硅烷)用作原料气的CVD法形成厚度为0.7μm的绝缘层13。接着，在绝缘层13上形成带状栅电极14。
进一步，在整个表面上例如形成由SiO2构成的厚度为0.2μm的蚀刻停止层83。蚀刻停止层83，在场致发射元件的功能上并不是必不可少的构件，但当在随后的工序中对导电材料层81进行蚀刻时起着保护栅电极14的作用。此外，当栅电极14对导电材料层81的蚀刻条件具有足够高的耐蚀刻性时，可以将蚀刻停止层83省略。在这之后，用RIE法形成贯通蚀刻停止层83、栅电极14、绝缘层13并使阴电极12在底部露出的开口部15。按照这种方式，可以得到图38(A)所示的状态。
接着，在包括开口部15的内表面的整个表面上形成例如厚约0.03μm的由钨构成的粘接层80(参照图38(B))。然后，在包括开口部15的内表面的整个表面上形成电子发射部形成用的导电材料层81。但是，对制造方法的变形2中的导电材料层81，选择该导电材料层81的厚度，以便能在表面上生成比制造方法的变形1中所述的凹部81A深的凹部81A。即，通过适当地设定导电材料层81的厚度，可以在导电材料层81的表面上生成反映开口部的上端面与底面的台阶高差并由柱状部81B和与该柱状部81B的上端连通的扩大部81C构成的大致呈漏斗状的凹部81A。
接着，例如用非电解电镀法在导电材料层81的整个表面上形成厚约0.5μm的由铜(Cu)构成的掩模材料层82(参照图39(A))。在以下的表3中给出非电解电镀条件的例。
电镀液硫酸铜(CuSO4·5H2O) 7g/升甲醛水(37％HCHO) 20ml/升氢氧化钠(NaOH) 10g/升酒石酸钠钾 20g/升电镀液温度50℃[工序1430]在这之后，在与第1支承体11的表面平行的面内将掩模材料层82和导电材料层81除去，从而在柱状部81B内留下掩模材料层82(参照图39(B))。该除去，例如可以用化学机械研磨法(CMP法)进行。
接着，在使导电材料层81和粘接层80的蚀刻速度比掩模材料层82的蚀刻速度快的各向异性蚀刻条件下，对导电材料层81、掩模材料层82及粘接层80进行蚀刻。其结果是，在开口部内形成具有锥形形状的电子发射电极16E(参照图40(A))。此外，当在电子发射电极16E的前端部残存着掩模材料层82时，可以通过使用了稀氟氢酸水溶液的湿法蚀刻将掩模材料层82除去。
接着，当在各向同性的蚀刻条件下在开口部15的内部使在绝缘层13上形成的开口部15的侧壁面后退时，可以完成图40(B)所示的场致发射元件。这时，也将蚀刻停止层83除去。关于各向同性的蚀刻，可以按照在制造方法的变形1中说明过的相同方式进行。
另外，在制造方法的变形2中形成的电子发射电极16E，与在制造方法的变形1中形成的电子发射电极16E相比，可以形成更尖锐的锥形形状。这是因掩模材料层82的形状、导电材料层81的蚀刻速度与掩模材料层82的蚀刻速度之比不同而引起的。参照图41(A)、(B)说明上述的不同点。图41(A)、(B)，是表示被蚀刻物的表面轮廓怎样按一定时间间隔变化的图，图41(A)示出使用了由铜构成的掩模材料层82的情况，图41(B)示出使用了由抗蚀剂材料构成的掩模材料层82的情况。此外，为简化起见，假定导电材料层81的蚀刻速度与粘接层80的蚀刻速度相等，在图41(A)、(B)中省略了粘接层80的图示。
当使用了由铜构成的掩模材料层82时(参照图41(A))，由于掩模材料层82的蚀刻速度比导电材料层81的蚀刻速度慢了很多，所以在蚀刻中掩模材料层82不会消失，因此，可以形成前端部尖锐的电子发射电极16E。与此不同，当使用了由抗蚀剂材料构成的掩模材料层82(参照图41(B))，由于掩模材料层82的蚀刻速度与导电材料层81的蚀刻速度相比并不那么慢，所以在蚀刻中掩模材料层82易于消失，因此，在掩模材料层82消失后，存在着使电子发射电极16E的锥形形状钝化的倾向。
另外，对于留在柱状部81B内的掩模材料层82，还具有即使柱状部81B的深度有一定程度的变化也很难使电子发射电极16E的形状发生变化的作用。即，柱状部81B的深度虽然可能随着导电材料层81的厚度或台阶有效区域的波动而变化，但柱状部81B的宽度基本保持一定而与深度无关，所以掩模材料层82的宽度也基本保持一定，因而在最终形成的电子发射电极16E的形状上没有很大的差别。
与此相反，对于留在凹部81A内的掩模材料层82，随着凹部81A的深浅不同，掩模材料层的宽度也将发生变化，所以，在凹部81A较浅因而掩模材料层82较薄的情况下，将使电子发射电极16E的锥形形状更早地开始钝化。电子发射部的电子发射效率，除栅电极和阴电极之间的电位差、栅电极和阴电极之间的距离、电子发射部的构成材料的功函数以外还随着电子发射部的前端部的形状而变化。因此，最好如上所述根据需要选择掩模材料层的形状和蚀刻速度。
制造方法的变形3，是制造方法的变形2的变形。在制造方法的变形3中，在工序(e)中在导电材料层的表面上形成反映开口部的上端面与底面之间的台阶高差并由柱状部和与该柱状部的上端连通的扩大部构成的大致呈漏斗状的凹部，并在工序(f)中在导电材料层的整个表面上形成掩模材料层，然后，将导电材料层上和扩大部内的掩模材料层除去，从而在柱状部内留下掩模材料层。以下，参照第1支承体等的示意局部端面图即图42(A)、(B)及图43，说明锥型场致发射元件制造方法的变形3。
首先，按照与制造方法的变形2的[工序1400]～[工序1420]相同的方式进行到形成图39(A)所示的掩模材料层82，然后，只将导电材料层81上和扩大部81C内的掩模材料层82除去，从而在柱状部81B内留下掩模材料层82(参照图42(A))。这时，例如通过进行使用了稀氟氢酸水溶液的湿法蚀刻，可以有选择地只将由铜构成的掩模材料层82除去，而不除去由钨构成的导电材料层81。留在柱状部81B内的掩模材料层82的高度，取决于蚀刻时间，但对该蚀刻时间的要求并不那么严格，只要能将埋入扩大部81C内的掩模材料层82的部分充分地除去即可。其原因是，有关掩模材料层82的高低的讨论，与参照图41(A)对上述柱状部81B的深浅的讨论实质上相同，掩模材料层82的高低，对最终形成的电子发射电极16E的形状没有多大的影响。
接着，按照与制造方法的变形2相同的方式对导电材料层81、掩模材料层82及粘接层80进行蚀刻，从而形成如图42(B)所示的电子发射电极16E。该电子发射电极16E，当然也可以如图40(A)所示整体具有锥形形状，但在图42(B)中示出仅前端部具有锥形形状的变形例。这种形状，可以在埋入到柱状部81B的掩模材料层82的高度较低、或掩模材料层82的蚀刻速度较快的情况下生成，但这种形状对作为电子发射电极16E的功能没有任何影响。
在这之后，当在各向同性的蚀刻条件下在开口部15的内部使在绝缘层13上形成的开口部15的侧壁面后退时，可以完成图43所示的场致发射元件。关于各向同性的蚀刻，可以按照在制造方法的变形1中说明过的相同方式进行。
制造方法的变形4，是制造方法的变形1的变形。在图49(B)中示出按制造方法的变形4制造的锥型场致发射元件的示意局部端面图。制造方法的变形4与制造方法的变形1的不同点在于，电子发射部，由基部84、在基部84上淀积的锥形电子发射电极16E构成。这里，基部84和电子发射电极16E，由不同的导电材料构成。具体地说，基部84，是用于调节电子发射电极16E与栅电极14的开口端部之间的距离的构件，而且，具有作为电阻体层的功能，并由含有杂质的多晶硅层构成。电子发射电极16E，由钨构成，并具有锥形形状、更具体地说为圆锥形状。此外，在基部84和电子发射电极16E之间，形成由TiN构成的粘接层80。而粘接层80在场致发射元件的功能上并不是必不可少的构件，只是因制造上的原因形成的。通过将绝缘层13从栅电极14的正下方挖到基部84的上端部，形成开口部15。
以下，参照第1支承体等的示意局部端面图即图45(A)、(B)、图46(A)、(B)及图47(A)、(B)，说明制造方法的变形4。
首先，按照与制造方法的变形1的[工序1300]相同的方式进行到形成开口部15。接着，在包括开口部15的内表面的整个表面上形成基部形成用的导电材料层84A。导电材料层84A，还具有电阻体层的功能，并由多晶硅层构成，可以用等离子体CVD法形成。然后，用旋转涂敷法在整个表面上形成使表面大致平整的由抗蚀剂层构成的平整化层85(参照图45(A))。接着，在使平整化层85和导电材料层84A的蚀刻速度大致相等的条件下，对两层同时进行蚀刻，并用上表面平整的基部84填埋开口部15的底部(参照图45(B))。蚀刻，可以利用使用了含有含氢气体或含氧气体的蚀刻气的RIE法进行。由于在用平整化层85对导电材料层84A的表面进行了平整之后进行蚀刻，所以基部84的上表面是平整的。
接着，在包括开口部15的其余部分的整个表面上形成粘接层80，进一步，在包括开口部15的其余部分的整个表面上形成电子发射部形成用的导电材料层81，并用导电材料层81填埋开口部15的其余部分(参照图46(A))。粘接层80，是用溅射法形成的厚度为0.07μm的Tin层，导电材料层81，是用减压CVD法形成的厚度为0.6μm的钨层。在导电材料层81的表面上形成反映了开口部15的上端面与底面之间的台阶高差的凹部81A。
接着，在导电材料层81的整个表面上形成使其表面大致平整的由抗蚀剂材料构成的掩模材料层82(参照图46(B))。掩模材料层82，吸收导电材料层81的表面的凹部81A而形成平整的表面。然后，利用使用了含氧气体的RIE法对掩模材料层82进行蚀刻(参照图47(A))。该蚀刻，在露出了导电材料层81的平整面的时刻结束。按照这种方式，即可在导电材料层81的凹部81A内平整地留下掩模材料层82，掩模材料层82，形成为使其遮蔽位于开口部15的中央部的导电材料层81的区域[工序1630]接着，当按照与制造方法的变形1的[工序1340]相同的方式对导电材料层81、掩模材料层82及粘接层80同时进行蚀刻时，可以根据上述的机理形成具有与抗蚀剂选择比的大小对应的圆锥形状的电子发射电极16E和粘接层80，从而完成电子发射部(参照图47(B))。在这之后，当在开口部15的内部使在绝缘层13上形成的开口部15的侧壁面后退时，可以完成图44所示的场致发射元件。
制造方法的变形5，是制造方法的变形2的变形。在图49(B)中示出按制造方法的变形5制造的锥型场致发射元件的示意局部端面图。制造方法的变形5与制造方法的变形2的不同点在于，与制造方法的变形4一样，电子发射部由基部84、在系部84上淀积的锥形电子发射电极16E构成。这里，基部84和电子发射电极16E，由不同的导电材料构成。具体地说，基部84，是用于调节电子发射电极16E与栅电极14的开口端部之间的距离的构件，而且，具有作为电阻体层的功能，并由含杂质的多晶硅层构成。电子发射电极16E，由钨构成，并具有锥形形状、更具体地说为圆锥形状。此外，在基部84和电子发射电极16E之间，形成由TiN构成的粘接层80。而粘接层80在场致发射元件的功能上并不是必不可少的构件，只是因制造上的原因形成的。通过将绝缘层13从栅电极14的正下方挖到基部84的上端部，形成开口部15。
以下，参照第1支承体等的示意局部端面图即图48(A)、(B)及图49(A)、(B)，说明制造方法的变形5。
首先，按照与制造方法的变形1的[工序1300]相同的方式进行到形成开口部15。接着，在包括开口部15的内表面的整个表面上形成基部形成用的导电材料层，并可以通过对导电材料层进行蚀刻而形成埋入开口部15的底部的基部84。此外，图中示出的基部84具有平整后的表面，但表面也可以有凹下的部分。具有平整表面的基部84，可以通过与制造方法的变形4的[工序1600]相同的工序形成。这时，选择导电材料层81的厚度，以便能在导电材料层81的表面上生成反映出开口部15的其余部分的上端面与底面的台阶高差的由柱状部81B和与该柱状部81B的上端连通的扩大部81C构成的大致呈漏斗状的凹部81A。接着，在导电材料层81上形成掩模材料层82。该掩模材料层82，例如用铜(Cu)形成。图48(A)，示出到此为止的工序结束后的状态。
接着，在与第1支承体11的表面平行的面内将掩模材料层82和导电材料层81除去，从而在柱状部81B内留下掩模材料层82(参照图48(B))。该除去，可以按照与制造方法的变形2的[工序1430]相同的方式利用化学机械研磨法(CMP法)进行。
接着，当对导电材料层81、掩模材料层82及粘接层80进行蚀刻时，可以根据上述的机理形成具有与抗蚀剂选择比的大小对应的圆锥形状的电子发射电极16E。这些层的蚀刻，可以按照与制造方法的变形2的[工序1440]相同的方式进行。由电子发射电极16E、基部84及残存在电子发射电极16E与基部84之间的粘接层80形成电子发射部。电子发射部，当然也可以整体具有锥形形状，但在图49(B)中示出基部84的残存部分埋入开口部15的底部的状态。这种形状，可以在埋入到柱状部81B内的掩模材料层82的高度较低、或掩模材料层82的蚀刻速度较快的情况下生成，但这种形状对作为电子发射部的功能没有任何影响。
在这之后，当在各向同性的蚀刻条件下在开口部15的内部使绝缘层13的侧壁面后退时，可以完成图49(B)所示的场致发射元件。关于各向同性的蚀刻，可以按照在制造方法的变形1中说明过的相同方式进行。
制造方法的变形6，是制造方法的变形3的变形。制造方法的变形6与制造方法的变形3的不同点在于，与制造方法的变形4一样，电子发射部，由基部84、在基部84上淀积的锥形电子发射电极16E构成。以下，参照第1支承体等的示意局部端面图即图50，说明制造方法的变形6。
按照与制造方法的变形5的[工序1700]相同的方式进行到形成掩模材料层82。然后，只将导电材料层81上和扩大部81C内的掩模材料层82除去，从而在柱状部81B内留下掩模材料层82(参照图50)。例如，进行使用了稀氟氢酸水溶液的湿法蚀刻，即可有选择地只将由铜构成的掩模材料层82除去，而不除去由钨构成的导电材料层81。在这之后的导电材料层81和掩模材料层82的蚀刻、绝缘层13的各向同性蚀刻等所有工序，可以按照与制造方法的变形5相同的方式进行。
平面型场致发射元件(其3)，是如上所述的平面型场致发射元件(其1)的变形。平面型场致发射元件(其3)与平面型场致发射元件(其1)的不同点在于，具有第4结构。
即，平面型场致发射元件(其3)，包括(A)配置在第1支承体上的由绝缘材料构成的带状的栅电极支承部313；(B)形成了多个开口部315的由带状材料层314A构成的栅电极314；(C)电子发射部。
将带状材料层314A装设成使其与栅电极支承部313的顶面接触且使开口部315位于电子发射部的上方。将带状材料层314A用热固性粘接剂(例如，环氧类粘接剂)固定在栅电极支承部313的顶面上。或者，如图51中的第1支承体11的端部附近的示意局部断面图所示，带状材料层314A的两端部，也可以是固定于第1支承部11的周边部的结构。更具体地说，例如，在第1支承部11的周边部预先形成凸出部316，并在该凸出部316的顶面上形成其材料与构成带状材料层314A的材料相同的薄膜317。然后，在装设好带状材料层314A的状态下，例如用激光焊接在该薄膜317上。此外，凸出部316，例如可以在形成栅电极支承部313的同时形成。
以下，说明平面型场致发射元件(其3)的制造方法的一例。
首先，按照与平面型场致发射元件(其1)的[工序600]相同的方式，在第1支承体11上形成由沿第1方向延伸的带状的阴电极用导电材料层构成的阴电极12(由Cr构成)。
接着，按照与平面型场致发射元件(其1)的[工序600]相同的方式，在整个表面上形成绝缘层13。然后，用光刻术及干法蚀刻技术在绝缘层13上形成开口部15。或者，例如也可以用丝网印刷法在形成绝缘层13的同时形成开口部15。按照这种方式，即可使与电子发射部相当的阴电极12的表面在开口部15的底部露出。这里，绝缘层13相当于栅电极支承部313。
在这之后，将形成了多个开口部315的带状材料层314A在以由绝缘层13构成的栅电极支承部313支承的状态下装设成使开口部315位于电子发射部的上方，并将带状材料层314A配置在与第1方向不同的第2方向，从而使由带状材料层314A构成并具有多个开口部315的栅电极314位于电子发射部的上方。
另外，上述的栅电极形成方法，可以应用于上述的各种场致发射元件的制造。
平面型场致发射元件(其4)，是平面型场致发射元件(其3)的变形。如图52(A)中的示意局部断面图所示，平面型场致发射元件(其4)，与平面型场致发射元件(其3)不同，在阴电极12和阴电极12之间设置着间壁状的栅电极支承部313。在图52B中，示出阴电极12、带状材料层314A、栅电极314及栅电极支承部313的示意配置图。
接着，将带状材料层314A用热固性粘接剂(例如，环氧类粘接剂)固定在栅电极支承部313的顶面上。或者，与图51中示出的示意局部断面图一样，带状材料层314A的两端部，也可以是固定于第1支承部11的周边部的结构。更具体地说，例如，在第1支承部11的周边部预先形成凸出部316，并在该凸出部316的顶面上形成其材料与构成带状材料层314A的材料相同的薄膜317。然后，在装设好带状材料层314A的状态下，例如用激光焊接在该薄膜317上平面型场致发射元件(其4)，例如，可以按如下述的制造方法制造。
首先，例如根据喷砂法在第1支承部11上形成栅电极支承部313。
然后，在第1支承部11上形成电子发射部。具体地说，用旋转涂敷法在整个表面上形成由抗蚀剂材料构成的掩模层，并将栅电极支承部313与栅电极支承部313之间的应形成阴电极区域的部分的掩模层除去。在这之后，按照与平面型场致发射元件(其1)的[工序600]相同的方式，用溅射法形成由铬(Cr)构成的阴电极用导电材料层后，将掩模层除去。按照这种方式，也将在掩模层上形成的阴电极用导电材料层出去，从而在栅电极支承部313与栅电极支承部313之间留下起着电子发射部的作用的阴电极12。
然后，将形成了多个开口部315的带状材料层314A在以由绝缘层13构成的栅电极支承部313支承的状态下装设成使开口部315位于电子发射部的上方，从而使由带状材料层314A构成并具有多个开口部315的栅电极314位于电子发射部的上方。带状材料层314A的装设方法，可以按如上所述的方式进行。
另外，上述的栅电极的形成方法，可以应用于上述的各种场致发射元件的制造。
平面型场致发射元件(其3)或平面型场致发射元件(其4)的开口部315的平面形状，并不限定于圆形。在图53(A)、(B)、(C)和(D)中举例示出带状材料层314A上所设有的开口部315的形状的变形例。
在图54中举例示出电子发射部16及会聚电极100的示意局部端面图。在图54所示的例中，在栅电极14及绝缘层13上形成第2绝缘层101，在第2绝缘层101上形成着会聚电极100。在会聚电极100及第2绝缘层101上设有与开口部15连通的开口部102。此外，虽然示出了锥型场致发射元件的例，但场致发射元件并不限定于此，可以使用上述的各种场致发射元件。
组合了上述会聚电极100的场致发射元件，实际上可以通过在上述各种场致发射元件的制造方法的工序中插入一个在栅电极14及绝缘层13上形成第2绝缘层101后在第2绝缘层101上形成会聚电极100并接着在会聚电极100及第2绝缘层101上形成开口部102的工序进行制造，所以，其详细的说明从略。此外，根据会聚电极的形成图案的不同，可以是将与1个或多个电子发射部、或者与1个或多个象素对应的会聚电极单元集合后的形式的会聚电极，也可以是以一种片状的导电材料覆盖了有效区域的形式的会聚电极，另外，会聚电极，不仅可以按如上所述的方法形成，也可以按以下方法制作会聚电极，即在例如由厚度为几十μm的NiFe合金构成的金属板的两面形成例如由SiO2构成的绝缘膜、然后在与各象素对应的区域上进行冲孔和蚀刻而形成开口部102。另外，通过将阴极板、金属板、阳极板层叠后在两个板的外周部配置框体并进行加热处理，使在金属板的一个面上形成的绝缘膜与绝缘层13结合、使在金属板的另一个面上形成的绝缘膜与阳极板结合，并使这些构件构成一个整体，然后进行真空密封，从而也可以完成显示装置。或者，通过将阴极板与金属板层叠并进行加热处理，使两者结合，接着，进行阴极板与阳极板的组装，从而也可以完成显示装置。
当备有上述的会聚电极时，具有上述的②使冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极、栅电极及会聚电极相当于设在第1基板上的第1电极并使冷阴极场致电子发射显示装置的阳极板所备有的阳电极相当于设在第2基板上的第2电极的结构；④使冷阴极场致电子发射显示装置的阳极板所备有的阳电极相当于设在第1基板上的第1电极并使冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极、栅电极及会聚电极相当于设在第2基板上的第2电极的结构。
另外，对这些结构，可以执行实施例1、实施例2、实施例4、实施例5的平整处理方法。
或者，具有上述的⑥使冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极、栅电极及会聚电极相当于设在基板上的电极的结构，所以，对这种些结构，可以执行实施例3或实施例6、实施例7的基板平整处理方法。
以上，根据实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限定于此，在实施例中说明过的平整处理方法及基板平整处理方法中的各种条件、冷阴极场致电子发射显示装置和场致发射元件的结构、构成、是作为例子给出的，可以适当地变更，冷阴极场致电子发射显示装置和场致发射元件的制造方法，也是作为例子给出的，可以适当地变更。
另外，在场致发射元件制造中使用的各种材料，也是作为例子给出的，可以适当地变更。在场致发射元件中，说明的都是1个电子发射部(电子发射电极)与1个开口部对应的形态，但根据场致发射元件的结构的不同，也可以是多个电子发射部(电子发射电极)与1个开口部对应的形态、或1个电子发射部(电子发射电极)与多个开口部对应的形态。或者，也可以是在栅电极上设置多个开口部、在绝缘层上设置与该多个开口部连通的1个开口部、并设置1个或多个电子发射部的形态。
也可以使栅电极为以一种片状的导电材料(具有开口部)覆盖了有效区域的形式的栅电极。在这种情况下，对该栅电极施加正的电压(例如160伏)。另外，在构成各象素的阴电极与阴电极驱动电路之间设置例如由TFT构成的开关元件，通过该开关元件的动作，控制对构成各象素的阴电极的电压施加状态，并控制象素的发光状态。或者，也可以使阴电极为以一种片状的导电材料覆盖了有效区域的形式的阴电极。在这种情况下，对该阴电极施加例如0伏。另外，在构成各象素的栅电极与栅电极驱动电路之间设置例如由TFT构成的开关元件，通过该开关元件的动作，控制对构成各象素的阴电极的电压施加状态，并控制象素的发光状态。
根据情况的不同，也可以按分段方式或以脉冲形式对栅电极施加高于阴电极的电压V1，并使存在于栅电极上的凸起部进行电场蒸发。在这种情况下，也可以在完成对栅电极施加高于阴电极的脉冲形的电压V1的脉冲电压施加工序后执行对阴电极施加高于栅电极的电压V2并检测在栅电极和阴电极之间流过的电流的电流检测工序。另外，当在栅电极和阴电极之间流过的电流达到规定值或其以下时，也可以将高于电压V1的电压设定为新的电压V1、将高于电压V2的电压设定为新的电压V2并反复进行脉冲电压施加工序和电流检测工序，进一步，当可以使电压V2相当于平面型显示装置的实际动作电压VOP时，也可以将高于电压V1的电压设定为新的电压V1、将电压V2设定为与实际动作电压VOP相当的值并反复进行脉冲电压施加工序和电流检测工序直到在栅电极和阴电极之间流过的电流达到规定值或其以下为止。上述情况下的实际操作，例如，可以进行与在实施例4、实施例5中说明过的平整处理方法实际上相同的操作。
也可以由通称为表面型电子发射元件的元件构成电子发射部。该表面型电子发射元件，例如在由玻璃构成的第1支承体上按矩阵状形成由氧化锡(SnO2)、金(Au)、氧化铟(In2O3)/氧化锡(SnO2)、硼、氧化钯(PdO)等导电材料构成的具有微小面积并按一定间隔(间隙)配置的一对电极。在各个电极上形成碳薄膜。并且，具有将行方向配线与一对电极中的一个电极连接并将列方向配线与一对电极中的另一个电极连接的结构。通过对一对电极施加电压，在隔着间隙彼此相对的碳薄膜上施加电场，并从碳薄膜发射电子。通过使该电子冲击阳极板上的荧光体层，使荧光体层受到激励而发光，从而可以得到所需的图象。
在本发明中，可以通过电场蒸发可靠地将存在于电极上的凸起部除去。因此，可以抑制平面型显示装置的电极间的放电，并能实现稳定的动作，从而可以获得具有高的显示质量和长的使用寿命的平面型显示装置。另外，能以适度的方式进行平面型显示装置制造时的粒子控制及制造工序管理。如采用本发明第2形态的平整处理方法及基板平整处理方法，则能够快速地完成平整处理，因而可以使TAT缩短。
权利要求
1.一种平面型显示装置的平整处理方法，在该平面型显示装置中，将设有第1电极的第1基板和设有第2电极的第2基板配置成中间夹有真空空间，并将第1基板和第2基板在其周缘部粘合，该平整处理方法的特征在于对第1电极分段施加高于第2电极的电压V1，并使存在于第1电极上的凸起部进行电场蒸发。
2.根据权利要求1所述的平面型显示装置的平整处理方法，其特征在于在完成对第1电极施加高于第2电极的电压V1的第1电压施加工序后，执行对第2电极施加高于第1电极的电压V2并使存在于第2电极上的凸起部进行电场蒸发的第2电压施加工序，然后，将高于电压V1的电压设定为新的电压V1、将高于电压V2的电压设定为新的电压V2并反复进行第1电压施加工序和第2电压施加工序。
3.根据权利要求2所述的平面型显示装置的平整处理方法，其特征在于电压V1的值与电压V2的值相等。
4.根据权利要求1所述的平面型显示装置的平整处理方法，其特征在于平面型显示装置，是冷阴极场致电子发射显示装置，冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极及栅电极，相当于设在第1基板上的第1电极，冷阴极场致电子发射显示装置的阳极板所备有的阳电极，相当于设在第2基板上的第2电极。
5.根据权利要求1所述的平面型显示装置的平整处理方法，其特征在于平面型显示装置，是冷阴极场致电子发射显示装置，冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极、栅电极及会聚电极，相当于设在第1基板上的第1电极，冷阴极场致电子发射显示装置的阳极板所备有的阳电极，相当于设在第2基板上的第2电极。
6.根据权利要求1所述的平面型显示装置的平整处理方法，其特征在于平面型显示装置，是冷阴极场致电子发射显示装置，冷阴极场致电子发射显示装置的阳极板所备有的阳电极，相当于设在第1基板上的第1电极，冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极及栅电极，相当于设在第2基板上的第2电极。
7.根据权利要求1所述的平面型显示装置的平整处理方法，其特征在于平面型显示装置，是冷阴极场致电子发射显示装置，冷阴极场致电子发射显示装置的阳极板所备有的阳电极，相当于设在第1基板上的第1电极，冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极、栅电极及会聚电极，相当于设在第2基板上的第2电极。
8.一种平面型显示装置的平整处理方法，在该平面型显示装置中，将设有第1电极的第1基板和设有第2电极的第2基板配置成中间夹有真空空间，并将第1基板和第2基板在其周缘部粘合，该平整处理方法的特征在于以脉冲形式对第1电极施加高于第2电极的电压V1，并使存在于第1电极上的凸起部进行电场蒸发。
9.根据权利要求8所述的平面型显示装置的平整处理方法，其特征在于在完成对第1电极施加高于第2电极的脉冲形的电压V1的脉冲电压施加工序后，执行对第2电极施加高于第1电极的电压V2并检测在第1电极和第2电极之间流过的电流的电流检测工序。
10.根据权利要求9所述的平面型显示装置的平整处理方法，其特征在于当在第1电极和第2电极之间流过的电流达到规定值或其以下时，将高于电压V1的电压设定为新的电压V1、将高于电压V2的电压设定为新的电压V2并反复进行脉冲电压施加工序和电流检测工序。
11.根据权利要求10所述的平面型显示装置的平整处理方法，其特征在于当可以使电压V2相当于平面型显示装置的实际动作电压VOP时，将高于电压V1的电压设定为新的电压V1、将电压V2设定为与实际动作电压VOP相当的值，并反复进行脉冲电压施加工序和电流检测工序，直到在第1电极和第2电极之间流过的电流达到规定值或其以下为止。
12.根据权利要求8所述的平面型显示装置的平整处理方法，其特征在于平面型显示装置，是冷阴极场致电子发射显示装置，冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极及栅电极，相当于设在第1基板上的第1电极，冷阴极场致电子发射显示装置的阳极板所备有的阳电极，相当于设在第2基板上的第2电极。
13.根据权利要求8所述的平面型显示装置的平整处理方法，其特征在于平面型显示装置，是冷阴极场致电子发射显示装置，冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极、栅电极及会聚电极，相当于设在第1基板上的第1电极，冷阴极场致电子发射显示装置的阳极板所备有的阳电极，相当于设在第2基板上的第2电极。
14.根据权利要求8所述的平面型显示装置的平整处理方法，其特征在于平面型显示装置，是冷阴极场致电子发射显示装置，冷阴极场致电子发射显示装置的阳极板所备有的阳电极，相当于设在第1基板上的第1电极，冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极及栅电极，相当于设在第2基板上的第2电极。
15.根据权利要求8所述的平面型显示装置的平整处理方法，其特征在于平面型显示装置，是冷阴极场致电子发射显示装置，冷阴极场致电子发射显示装置的阳极板所备有的阳电极，相当于设在第1基板上的第1电极，冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极、栅电极及会聚电极，相当于设在第2基板上的第2电极。
16.一种平面型显示装置用基板的平整处理方法，其特征在于将设有电极的平面型显示装置用基板和设有平整用电极的平整用基板配置成中间夹有真空空间，然后，对电极分段施加高于平整用电极的电压V1，并使存在于电极上的凸起部进行电场蒸发。
17.根据权利要求16所述的平面型显示装置用基板的平整处理方法，其特征在于平面型显示装置用基板，是冷阴极场致电子发射显示装置用基板，冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极及栅电极，相当于设在平面型显示装置用基板上的电极。
18.根据权利要求16所述的平面型显示装置用基板的平整处理方法，其特征在于平面型显示装置用基板，是冷阴极场致电子发射显示装置用基板，冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极、栅电极及会聚电极，相当于设在平面型显示装置用基板上的电极。
19.根据权利要求16所述的平面型显示装置用基板的平整处理方法，其特征在于平面型显示装置用基板，是冷阴极场致电子发射显示装置用基板，冷阴极场致电子发射显示装置的阳极板所备有的阳电极，相当于设在平面型显示装置用基板上的电极。
20.一种平面型显示装置用基板的平整处理方法，其特征在于将设有电极的平面型显示装置用基板和设有平整用电极的平整用基板配置成中间夹有真空空间，然后，以脉冲形式对电极施加高于平整用电极的电压V1，并使存在于电极上的凸起部进行电场蒸发。
21.根据权利要求20所述的平面型显示装置用基板的平整处理方法，其特征在于在完成对电极施加高于平整用电极的脉冲形的电压V1的脉冲电压施加工序后，执行对平整用电极施加高于电极的电压V2并检测在电极和平整用电极之间流过的电流的电流检测工序。
22.根据权利要求21所述的平面型显示装置用基板的平整处理方法，其特征在于当在电极和平整用电极之间流过的电流达到规定值或其以下时，将高于电压V1的电压设定为新的电压V1、将高于电压V2的电压设定为新的电压V2并反复进行脉冲电压施加工序和电流检测工序。
23.根据权利要求22所述的平面型显示装置的平整处理方法，其特征在于当可以使电压V2相当于平面型显示装置的实际动作电压VOP时，将高于电压V1的电压设定为新的电压V1、将电压V2设定为与实际动作电压VOP相当的值，并反复进行脉冲电压施加工序和电流检测工序，直到在电极和平整用电极之间流过的电流达到规定值或其以下为止
24.根据权利要求20所述的平面型显示装置用基板的平整处理方法，其特征在于平面型显示装置用基板，是冷阴极场致电子发射显示装置用基板，冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极及栅电极，相当于设在平面型显示装置用基板上的电极。
25.根据权利要求20所述的平面型显示装置用基板的平整处理方法，其特征在于平面型显示装置用基板，是冷阴极场致电子发射显示装置用基板，冷阴极场致电子发射显示装置的阴极板所备有的阴电极、栅电极及会聚电极，相当于设在平面型显示装置用基板上的电极。
26.根据权利要求20所述的平面型显示装置用基板的平整处理方法，其特征在于平面型显示装置用基板，是冷阴极场致电子发射显示装置用基板，冷阴极场致电子发射显示装置的阳极板所备有的阳电极，相当于设在平面型显示装置用基板上的电极。
全文摘要
一种平面型显示装置的平整处理方法，在该平面型显示装置中，将设有第1电极的第1基板和设有第2电极的第2基板配置成中间夹有真空空间，并将第1基板和第2基板在其周缘部粘合，在该平整处理方法中，以脉冲形式对第1电极施加高于第2电极的电压V
文档编号H01J9/44GK1462464SQ02801559
公开日2003年12月17日 申请日期2002年1月24日 优先权日2001年3月7日
发明者小西守一, 饭田耕一 申请人:索尼公司