JP2000067739A - 金属酸化物を用いた構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 金属酸化物からなる、突起物を有する基
材が突起物の先端を含んだ基材表面の一部または全部を
導電性物質により覆われている構造体であり、好ましく
は、突起物が、基材上の１０μｍ×１０μｍの面積当た
り０．０１〜１００００個の密度で存在する構造体。特
に冷陰極素子用途に最適な構造体である。 【効果】 本発明の構造体は、小さな電界で電子放出電
流値を大きくすることができ、特に冷陰極素子用途に好
ましく用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属酸化物構造
体、主に冷陰極素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属酸化物は、セラミックコンデンサ
ー、アクチュエーター、光波長変換素子、レーザー発振
素子、冷陰極素子等の電子材料に使用されている。その
中でも、冷陰極素子は、視野角が広く、低い発熱量で電
子の供給を行うことができ、面で電子供給が可能であ
り、消費電力が低いという特長の故に、フィールドエミ
ッションディスプレイ、テレビ用途に利用が広がってい
る。しかし、現在の冷陰極素子は電子放出電流値が低い
ために、使用する際に蛍光体との間に大きな電界をかけ
る必要があり、発熱量、あるいは消費電力が大きくなる
という課題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、小さな電界
で電子放出電流値を大きくした構造体、特に冷陰極素子
として有用な構造体を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】発明者らは、冷陰極素子
等に有効な構造体である、小さな電界で電子放出電流値
を大きくした構造体、特に冷陰極素子について鋭意検討
を行った結果、狭い面積に数多くの突起物を有する基材
を作成しこれに電極をつけることにより、冷陰極素子等
に有効な構造体が得られることを見出し本発明に至った
ものである。

【０００５】すなわち本発明は、（１）金属酸化物から
なる、突起物を有する基材が突起物の先端を含んだ基材
表面の一部または全部を導電性物質により覆われている
構造体、（２）突起物が、基材上の１０μｍ×１０μｍ
の面積当たり０．０１〜１０，０００個の密度で存在す
る（１）記載の構造体、（３）突起物が、断面の円換算
径が０．０１〜１０，０００μｍ、かつ長さ／断面の円
換算径の比１以上の棒状物である（１）、（２）記載の
構造体、（４）突起物が、先端の円換算径／断面の円換
算径の比が１未満である（１）〜（３）の構造体。
（５）突起物の中心軸が相互に平行である（１）〜
（４）記載の構造体。（６）基材が金属酸化物単結晶で
あることを特徴とする（１）〜（５）記載の構造体。
（７）突起物を構成する金属酸化物結晶が、基材上に、
相互に平行に、かつ結晶軸が同一方向に成長しているこ
とを特徴とする（１）〜（６）記載の構造体。（８）導
電性物質に外部電極をつけた（１）〜（７）の構造体。
（９）（１）〜（８）記載の構造体からなる冷陰極素
子。

【０００６】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
おける突起物とは、山形の隆起した部分や、塊状、また
は棒状の構造を持った物のことを言う。突起物の大きさ
は、断面の円換算径が０．０１〜１００００μｍである
ことが好ましく、さらに好ましくは０．０５〜１００μ
ｍ、最も好ましくは０．１〜１０μｍである。また、突
起物の形状としては、長さ／断面の円換算径の比、すな
わちアスペクト比が１以上であり、好ましくは３以上で
あり、さらに好ましくは５以上である。アスペクト比が
小さすぎると突起物により電子放出電流値を大きくする
効果が現れない。アスペクト比が高ければ高いほど突起
物の効果が現れるが、アスペクト比が高すぎると導電性
物質で被覆する際に構造体の強度保持が困難になり、樹
脂等により補強する必要が出てくる。

【０００７】ここで言う断面とは、突起物の長さの１／
２の位置における面のことを示す。また、ここで言う突
起物の長さとは、突起物が面上から実質的に突起してい
る位置から突起物の頂点までの長さのことを示す。長さ
は使用する用途によって異なり限定されないが、通常、
実用面から０．１〜１００００μｍが好ましく、より好
ましくは１〜１０００μｍ、さらに好ましくは１０〜５
００μｍである。突起物の立体的な形状としては特に限
定されないが、棒状類似形状が好ましい。より好ましく
は先端の径が断面の径より小さくなっている形状であ
る。具体的には、突起物の根本部分の径が小さく、先端
部に行くにつれ一度径が大きくなった後、再度径が少し
ずつ減少していくもの、突起物の根本部分から先端部に
行くにつれ径が少しずつ減少していくもの、先端近くの
ある位置から角錐または角錐台や円錐または円錐台や半
球のような形状を取っているもの等が挙げられる。また
この場合、先端の径が断面の径より小さくなっていれ
ば、それ以外の形状を取っていても差し支えない。

【０００８】突起物先端の大きさは、先端の形状とも関
わってくるために、特に限定されないが、先端の形状が
面である場合は、先端の円換算径／断面の円換算径の比
が１未満であることが好ましく、より好ましくは０．５
以下、さらに好ましくは０．３以下である。先端の形状
が線である場合は、先端の長さ／断面の円換算径の比が
１未満であることが好ましく、より好ましくは０．５以
下、さらに好ましくは０．３以下である。先端の形状が
点である場合は、先端の長さ／断面の円換算径の比は０
となるのでさらに好ましい。突起物はその中心軸が相互
に平行であることが好ましい。さらに好ましくは、複数
の突起物が相互に平行である面を有しているものであ
る。突起物が面上に存在する割合としては、１０μｍ×
１０μｍの面積当たり０．０１〜１００００個であるこ
とが好ましく、より好ましくは１〜１０００個、さらに
好ましくは１０〜５００個である。

【０００９】本発明における基材は、突起物を有する金
属酸化物からなる。本発明における金属酸化物とは、金
属種が、周期律表において水素を除く１族、２族、ホウ
素を除く１３族、炭素を除く１４族、窒素とリンと砒素
を除く１５族、Ｐｏ及び３、４、５、６、７、８、９、
１０、１１、１２族に属する各元素である酸化物であ
る。金属種としては、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、
Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉ
ｎ、Ｔｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｐ
ｏ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、
Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌ
ｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、
Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒ
ｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚ
ｎ、Ｃｄ、Ｈｇ等であり、これらのなかでもＢｅ、Ｎ
ａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｙ、Ｚ
ｒ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｂ
ｉ、Ｔｈ等がより好ましく、さらにＭｇ、Ｔｉ、Ｂａ、
Ｓｒ、Ｋ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｌｉ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ
が特に好ましい。これらの金属は単独でも使用できる
し、二種以上を組み合わせて使用することもできる。例
えば、チタン酸バリウム、ＳｒＴｉＯ₃ 、ＰＺＴ等が挙
げられる。また、アルカリ金属と他の金属を組み合わせ
て使用することもできる。例えば、Ｔａ、Ｎｂとアルカ
リ金属等を組み合わせてＫＴａＯ₃ や、ＮｂＬｉＯ₃ の
ような複合酸化物を形成させて、金属酸化物とすること
ができる。

【００１０】金属酸化物は、基本的には結晶質、非晶質
を問わないが、結晶質であることが好ましい。結晶質は
一種以上の単結晶であっても、多結晶であっても、非晶
部と結晶部を同時に有する一種以上の半結晶性物質であ
っても、また、これらの混合物であってもよい。特に好
ましくは、単結晶である。また、二種類以上の金属酸化
物を用いる場合、金属酸化物は混合されて一層になって
いても、組成の異なる金属酸化物の層が積層されていて
もよい。突起物と突起物を除いた基材の部分の金属酸化
物種は同じであっても違っていてもよい。好ましくは同
じ種類である。

【００１１】突起物を除いた基材の形状は、実質的に平
面及び／または曲面を有していればいずれでもよいが、
厚みに対して表面積が大きい板状がより好ましい。ま
た、板状の場合には、突起を有する面の面積が他の面と
比較して最大である面であることが好ましい。突起を有
する面の大きさは特に問わないが、板状である場合に
は、その厚さは実用上から０．０１ｍｍ〜１００ｍｍで
あることが好ましく、さらに好ましくは０．０２ｍｍ〜
５０ｍｍ、最も好ましくは０．０５ｍｍ〜１０ｍｍであ
る。金属酸化物からなる基材は、酸素、水、アンモニア
等と反応して金属酸化物を形成する金属化合物から形成
される。

【００１２】本発明における金属化合物は、金属酸化物
中の金属を有し、酸素、水、アンモニア等と反応して酸
化物を形成するものであれば特に限定されない。このよ
うな金属化合物として、例えば、金属または金属類似元
素の原子に、アルコールの水酸基の水素が金属で置換さ
れたアルコキシド類、金属または金属類似元素の原子に
アセチルアセトン、エチレンジアミン、ビピペリジン、
ビピラジン、シクロヘキサンジアミン、テトラアザシク
ロテトラデカン、エチレンジアミンテトラ酢酸、エチレ
ンビス（グアニド）、エチレンビス（サリチルアミ
ン）、テトラエチレングリコール、アミノエタノール、
グリシン、トリグリシン、ナフチリジン、フェナントロ
リン、ペンタンジアミン、ピリジン、サリチルアルデヒ
ド、サリチリデンアミン、ポルフィリン、チオ尿素など
から選ばれる配位子を１種あるいは２種以上有する各種
の錯体、配位子としてカルボニル基を有するＦｅ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｒｕなどの各種
金属カルボニル、

【００１３】さらに、カルボニル基、アルキル基、アル
ケニル基、フェニルあるいはアルキルフェニル基、オレ
フィン基、アリール基、シクロブタジエン基をはじめと
する共役ジエン基、シクロペンタジエニル基をはじめと
するジエニル基、トリエン基、アレーン基、シクロヘプ
タトリエニル基をはじめとするトリエニル基などから選
ばれる配位子を１種あるいは２種以上有する各種の金属
化合物、ハロゲン化金属化合物を使用することができ
る。また、金属錯体も使用することができる。この中で
も、アセチルアセトン等の錯体、アルコキシド類がより
好ましく用いられる。

【００１４】本発明における錯体としては、金属にβ−
ジケトン類、ケトエステル類、ヒドロキシカルボン酸類
またはその塩類、各種のシッフ塩基類、ケトアルコール
類、多価アミン類、アルカノールアミン類、エノール性
活性水素化合物類、ジカルボン酸類、グリコール類、フ
ェロセン類などの配位子が１種あるいは２種以上結合し
た化合物である。

【００１５】本発明に用いられる錯体の配位子となる化
合物の具体例としては、例えば、アセチルアセトン、エ
チレンジアミン、トリエチレンジアミン、エチレンテト
ラミン、ビピペリジン、シクロヘキサンジアミン、テト
ラアザシクロテトラデカン、エチレンジアミンテトラ酢
酸、エチレンビス（グアニド）、エチレンビス（サリチ
ルアミン）、テトラエチレングリコール、ジエタノール
アミン、トリエタノールアミン、酒石酸、グリシン、ト
リグリシン、ナフチリジン、フェナントロリン、ペンタ
ンジアミン、サリチルアルデヒド、カテコール、ポルフ
ィリン、チオ尿素、８−ヒドロキシキノリン、８−ヒド
ロキシキナルジン、β−アミノエチルメルカプタン、ビ
スアセチルアセトンエチレンジイミン、エリオクロムブ
ラックＴ、オキシン、キナルジン酸サリチルアルドキシ
ム、ピコリン酸、グリシン、ジメチルグリオキシマト、
ジメチルグリオキシム、α−ベンゾインオキシム、Ｎ，
Ｎ’−ビス（１−メチル−３−オキソブチリデン）エチ
レンジアミン、

【００１６】３−｛（２−アミノエチル）アミノ｝−１
−プロパノール、３−（アミノエチルイミノ）−２−ブ
タンオキシム、アラニン、Ｎ，Ｎ’−ビス（２−アミノ
ベンジリデン）エチレンジアミン、α−アミノ−α−メ
チルマロン酸、２−｛（３−アミノプロピル）アミノ｝
エタノール、アスパラギン酸、１−フェニル−１，３，
５−ヘキサントリオン、５，５’−（１，２−エタンジ
イルジニトリロ）ビス（１−フェニル−１，３−ヘキサ
ンジオン）、１，３−ビス｛ビス［２−（１−エチルベ
ンズイミダゾリル）メチル］アミノ｝−２−プロパノー
ル、１，２−ビス（ピリジン−α−アルジミノ）エタ
ン、１，３−ビス｛ビス（２−ピリジルエチル）アミノ
メチル｝ベンゼン、１，３−ビス｛ビス（２−ピリジル
エチル）アミノメチル｝フェノール、２，２’−ビピペ
リジン、２，６−ビス｛ビス（２−ピリジルメチル）ア
ミノメチル｝−４−メチルフェノール、

【００１７】２，２’−ビピリジン、２，２’−ビピラ
ジン、ヒドロトリス（１−ピラゾリル）ホウ酸イオン、
カテコール、１，２−シクロヘキサンジアミン、１，
４，８，１１−テトラアザシクロドデカン、３，４：
９，１０−ジベンゾ−１，５，８，１２−テトラアザシ
クロテトラデカン−１，１１−ジエン、２，６−ジアセ
チルピリジンジオキシム、ジベンジルスルフィド、Ｎ−
｛２−（ジエチルアミノ）エチル｝−３−アミノ−１−
プロパノール、ｏ−フェニレンビス（ジメチルホスフィ
ン）、２−｛２−（ジメチルアミノ）エチルチオ｝エタ
ノール、４，４’−ジメチル−２，２’−ビピリジン、
Ｎ，Ｎ’−ジメチル−１，２−シクロヘキサンジアミ
ン、ジメチルグリオキシム、１，２−ビス（ジメチルホ
スフィノ）エタン、１，３−ビス（ジアセチルモノオキ
シムイミノ）プロパン、

【００１８】３，３’−トリメチレンジニトロビス（２
−ブタンオキシム）１，５−ジアミノ−３−ペンタノー
ルジピバロイルメタン、１，２−ビス（ジフェニルホス
フィノ）エタン、ジエチルジチオカルバミン酸イオン、
Ｎ，Ｎ’−ビス｛２−（Ｎ，Ｎ’−ジエチルアミノエチ
ル）アミノエチル｝オキサミド、エチレンジアミンテト
ラ酢酸、７−ヒドロキシ−４−メチル−５−アザヘプト
−４−エン−２−オン、２−アミノエタノール、Ｎ，
Ｎ’−エチレンビス（３−カルボキシサリチリデンアミ
ン）、１，３−ビス（３−ホルミル−５−メチルサリチ
リデンアミノ）プロパン、３−グリシルアミノ−１−プ
ロパノール、グリシルグリシン、Ｎ’−（２−ヒドロキ
シエチル）エチレンジアミントリ酢酸、ヘキサフルオロ
アセチルアセトン、ヒスチジン、５，２６：１３，１８
−ジイミノ−７，１１：２０，２４−ジニトロジベンゾ
［ｃ，ｎ] −１，６，１２，１７−テトラアザシクロド
コシン、２，６−ビス｛Ｎ−（２−ヒドロキシフェニ
ル）イミノメチル｝−４−メチルフェノール、５，５，
７，１２，１２，１４−ヘキサメチル−１，４，８，１
１−テトラアザシクロテトラデカン−Ｎ，Ｎ”−ジ酢
酸、

【００１９】１，２−ジメチルイミダゾール、３，３’
−エチレンビス（イミノメチリデン）−ジ−２，４−ペ
ンタンジオン、Ｎ，Ｎ’−ビス（５−アミノ−３−ヒド
ロキシペンチル）マロンアミド、メチオニン、２−ヒド
ロキシ−６−メチルピリジン、メチルイミノジ酢酸、
１，１−ジシアノエチレン−２，２−ジチオール、１，
８−ナフチリジン、３−（２−ヒドロキシエチルイミ
ノ）−２−ブタノンオキシム、２，３，７，８，１２，
１３，１７，１８−オクタエチルポルフィリン、２，
３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタメチルポ
ルフィリン、シュウ酸、オキサミド、２−ピリジルアル
ドキシム、３−｛２−（２−ピリジル）エチルアミノ｝
−１−プロパノール、３−（２−ピリジルエチルイミ
ノ）−２−ブタノンオキシム、２−ピコリルアミン、３
−（２−ピリジルメチルイミノ）−２−ブタノンオキシ
ム、二亜リン酸二水素イオン、３−ｎ−プロピルイミノ
−２−ブタノンオキシム、プロリン、２，４−ペンタン
ジアミン、ピリジン、

【００２０】Ｎ，Ｎ’−ジピリドキシリデンエチレンジ
アミン、Ｎ−ピリドキシリデングリシン、ピリジン−２
−チオール、１，５−ビス（サリチリデンアミノ）−３
−ペンタノール、サリチルアルデヒド、Ｎ−サリチリデ
ンメチルアミン、サリチル酸、Ｎ−（サリチリデン）−
Ｎ’−（１−メチル−３−オキソブチリデン）エチレン
ジアミン、サリチリデンアミン、Ｎ，Ｎ’−ジサリチリ
デン−２，２’−ビフェニリレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−
ジサリチリデン−２−メチル−２−（２−ベンジルチオ
エチル）エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジサリチリデン
−４−アザ−１，７−ヘプタンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ
サリチリデンエチレンジアミン、Ｎ−サリチリデングリ
シン、サリチルアルドキシム、Ｎ，Ｎ’−ジサリチリデ
ン−ｏ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジサリチリデ
ントリメチレンジアミン、

【００２１】３−サリチリデンアミノ−１−プロパノー
ル、テトラベンゾ［ｂ，ｆ，ｊ，ｎ］−１，５，９，１
３−テトラアザシクロヘキサデシン、１，４，７−トリ
アザシクロノナン、５，１４−ジヒドロジベンゾ［ｂ，
ｉ］−１，４，８，１１−テトラアザシクロテトラデシ
ン、トリス（２−ベンズイミダゾリルメチル）アミン、
６，７，８，９，１６，１７，１８，１９−オクタヒド
ロジシクロヘプタ［ｂ，ｊ］−１，４，８，１１−テト
ラアザシクロテトラデセン、４，６，６−トリメチル−
３，７−ジアザノン−３−エン−１，９−ジオール、ト
リス（３，５−ジメチル−１−ピラゾリルメチル）アミ
ン、２，２’：６’，２”−テルピリジン、５，７，
７，１２，１４，１４−ヘキサメチル−１，４，８，１
１−テトラアザシクロテトラデカン、テトラヒドロフラ
ン、トリス（２−ピリジルメチル）アミン、Ｎ，Ｎ，
Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル尿素、

【００２２】Ｎ，Ｎ’−ビス（３−アミノプロピル）オ
キサミド、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（２−ピリ
ジルメチル）エチレンジアミン、ａｌｌ−ｃｉｓ−５，
１０，１５，２０−テトラキス｛２−（２，２’−ジメ
チルプロピオンアミド）フェニル｝ポルフィリン、５，
１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィリン、１，
４，７−トリス（２−ピリジルメチル）−１，４，７−
トリアザシクロノナン、ヒドロトリス（１−ピラゾリ
ル）ボレイト、３，３’４−トリメチルジピロメテン、
トリメチレンジアミンテトラ酢酸、３，３’５，５’−
テトラメチルジピロメテン、５，１０，１５，２０−テ
トラキス（ｐ−トリポルフィリン）などが挙げられる。

【００２３】本発明における基材の製造方法は、金属酸
化物の原料である金属化合物を気体及び／または微粒子
とし、酸素、水、アンモニア等と反応させる方法が好ま
しく用いられる。基材を形成する際に、特定の基板を用
いて基材を形成することがより好ましい。基材が形成さ
れるのは、金属化合物の気体及び／または微粒子を基材
表面で金属酸化物に反応させる方法でも、気体及び／ま
たは微粒子となった金属酸化物を析出及び／または積層
する方法でもいずれの方法でもよい。また、この両方の
方法を併用することもできる。

【００２４】ここで言う特定の基板とは、例えば、酸化
アルミニウム、ＳｒＴｉＯ₃ 等のような金属酸化物単結
晶板、通常のセラミック、シリコンを含む金属、ガラ
ス、プラスチック等のことを言う。ガラス、プラスチッ
クを使用する際は、表面が配向処理されていることが好
ましい。これらの中で好ましく用いられるのは金属酸化
物である。特に好ましく用いられるのは、酸化アルミニ
ウム、ＳｒＴｉＯ₃ 等の金属酸化物単結晶である。この
場合の結晶は一種以上の単結晶であっても、多結晶であ
っても、非晶部と結晶部を同時に有する一種以上の半結
晶性物質であっても、またこれらの混合物であってもよ
い。最も好ましくは単結晶である。この場合、基板表面
は単結晶の特定の面になっていることが好ましい。具体
的には、酸化アルミニウムを用いる場合には（０００
１）面、ＳｒＴｉＯ₃ を用いる場合には（００１）面で
あることが好ましい。また、金属酸化物からなる基材を
構造体として使用する場合、基板は構造体中に含まれて
いても含まれていなくてもよい。

【００２５】まず、金属化合物を気体及び／または微粒
子にする。突起物を有する金属酸化物を得るためには、
この際の温度条件を制御することが重要である。この際
の温度は用いる金属化合物により異なる。好ましくは金
属化合物が気化する温度、あるいはそれ以上に加熱され
た温度であり、特に好ましくは５０〜２００℃である。
こうして気体及び／または微粒子となった金属化合物に
よりそのまま基材を形成しても、他の気体で吹き付けて
基材を形成してもどちらでもよい。

【００２６】気体及び／または微粒子となった金属化合
物を吹き付ける場合に用いられる気体は、使用する金属
化合物と反応するものでなければ特に限定はされない。
具体例として、窒素ガスやヘリウム、ネオン、アルゴン
等の不活性ガス、炭酸ガス、有機弗素ガス、あるいはヘ
プタン、ヘキサン等の有機物質等が挙げられる。これら
のうちで、安全性、経済性の上から不活性ガスが好まし
い。特に窒素ガスが経済性の面より最も好ましい。

【００２７】気体及び／または微粒子となった金属化合
物を気体で吹き付けて基材を基板上で形成する場合に
は、金属化合物の吹き出し口と基材表面の距離は、どれ
だけの大きさの基材を形成するかによって異なるが、こ
の距離は、吹き出し口と基材表面の距離／開口部の長軸
の長さの比で規定することが好ましい。この値は好まし
くは０．０１〜１、さらに好ましくは０．０５〜０．
７、特に好ましくは０．１〜０．５である。この比は吹
き出し口の形状によっても異なるが、１以上では、金属
化合物が有効に金属酸化物に変換されず効率が悪く、好
ましくない。

【００２８】基材が形成される際の基材自身の温度は、
基材近傍及び表面で固体金属酸化物が形成される温度で
あれば特に限定されないが、好ましくは０〜８００℃、
さらに好ましくは２０〜７００℃、特に好ましくは１０
０〜６００℃である。基板が金属酸化物である場合、基
材は基板上にエピタキシャル成長をしていることがより
好ましい。基材が基板上でエピタキシャル成長している
かどうかは、通常のＸ線回折法により確認することがで
きる。特に、φスキャン法により基板及び基材の面内方
位関係を観察することにより確認する方法が好ましく用
いられる。

【００２９】基材上の突起物が金属酸化物結晶である場
合、結晶軸が同一方向にある（結晶軸方位が揃ってい
る）ことが好ましい。例えば、Ｘ線ロッキング曲線法に
おいて測定される結晶軸方位のゆらぎが５度以内である
ことが好ましい。系内に酸素、水、アンモニア等が存在
すると、放出する前に装置内で金属酸化物の形成が起こ
り、詰まり等が発生し、望みの形態を持った基材を得る
ことができず好ましくない。但し、金属化合物が酸素、
水、アンモニア等との反応速度が極めて遅い場合は、予
め系内に酸素、水、アンモニア等を共存させる場合もあ
る。

【００３０】気体及び／または微粒子となった金属化合
物と基材が存在する雰囲気は、減圧下であってもよい
し、常圧下あるいは加圧下であってもよい。しかしなが
ら、高度な減圧下、例えば超真空下で実施すると、金属
酸化物の成長速度が遅く、生産性に劣り好ましくない。
加圧下で実施する場合、酸化物の成長速度には問題ない
が、加圧するための設備が必要となる。通常０．００１
〜２０ａｔｍで実施することが好ましく、さらに好まし
くは０．１〜１０ａｔｍである。最も好ましくは常圧で
ある。基材を形成する際には、金属化合物を混合して気
体及び／または微粒子にすることもできるし、気体及び
／または微粒子にした金属化合物を混合させてもよい。
また、この両方の方法を併用することもできる。

【００３１】本発明で好ましく用いられる反応装置の一
例の略図を図１に示す。Ｎ₂ は液体窒素トラップにより
脱水される。金属化合物は、金属化合物加熱槽でヒータ
ーにより加熱され気体及び／または微粒子になり、Ｎ₂
によりノズル、スリットを経由して基板上に吹き付けら
れる。加熱槽以降のラインはリボンヒーターで加熱され
ている。基板には（０００１）面がスリットに向いたＡ
ｌ₂ Ｏ₃単結晶板を用いている。金属化合物はヒータに
より加熱された基板上で本発明の基材を形成する。

【００３２】本発明における導電性物質とは、固有抵抗
率が１０Ω／ｍ以下であるものを言う。好ましくは、１
Ω／ｍ以下である。具体的には、金属及び／または金属
ペースト、ＩＴＯ（Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ ）、導電性樹
脂、炭素薄膜、ダイヤモンド薄膜等である。金属の種類
は特に限定されないが、具体例としては、銅、ニッケ
ル、クロム、鉄、金、銀、パラジウム、アルミニウム、
亜鉛、錫、シリコン、チタン及びこれらの合金が挙げら
れる。

【００３３】本発明における基材は、導電性物質により
被覆される。導電性物質は２つ以上の部分に分かれてい
てもよい。ここで言う２つ以上の部分に分かれていると
は、実質的に互いに導電性を示さない２つ以上の部分に
分かれていることを示す。この部分は、２つ以上であっ
てもよいが、他の導電性物質を介して、実質的に互いに
導電性を示す電気的に１つの部分につながっていること
が好ましい。基材が導電性物質により被覆される部分は
基材上のいずれの部分であっても良い。好ましくは導電
性物質が基材上の突起物を含んで被覆しているものであ
る。特に好ましくは導電性物質が基材上の突起物の先端
を含んで被覆しているものである。

【００３４】次に、基材と導電性物質を形成、または結
合させる方法について記す。この方法には、基材の上に
導電性物質を直接形成する方法、基材と導電性物質を直
接結合する方法が知られている。基材の上に導電性物質
を直接形成する方法としては、導電性物質を気相や液相
を通じて物理的、または化学的に基材上に形成する方法
であり、蒸着、スパッタリング、ディッピング、及び溶
液鍍金等の鍍金、塗布、印刷が挙げられる。基材と導電
性物質を直接結合する方法は、従来公知の焼き付け等の
方法に加え、特公昭５７−１３５１５号公報、特開昭６
１−１７４７５号公報に記載の方法、すなわち、導電性
物質と基材の間に該導電性物質の粉末または該導電性物
質の主たる成分とする粉末を介在させ、反応性、または
不活性な雰囲気中で導電性物質の融点より低い温度で加
熱して熱処理する方法等が挙げられる。

【００３５】好ましい構造体の一例の模式図を図２に示
す。本発明における金属酸化物構造体は、外部電極を取
り付けて使用することができる。外部電極は導電性物質
と電気的につながっていればいずれの形状であっても差
し支えない。導電性物質と外部電極を形成、または結合
させる方法は上記の導電性物質と金属酸化物の場合に挙
げたような方法の他にはんだで接合する方法、ワイヤー
ボンディング等の方法が用いられる。

【００３６】

【発明の効果】本発明に記載の構造体は、小さな電界で
電子放出電流値を大きくすることができた。さらに本発
明の構造体は、特に冷陰極素子としての用途に好ましく
利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で好ましく用いられる反応装置の一例の
略図である。

【図２】本発明の構造体の模式図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中沢 桂一 神奈川県川崎市川崎区夜光１丁目３番１号 旭化成工業株式会社内 (72)発明者 木下 秀雄 神奈川県川崎市川崎区夜光１丁目３番１号 旭化成工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4F100 AA17A AA19 AR00B AT00A BA02 DD03A GB41 JA11A JG01B JG10 YY00A 5C027 AA03 AA10 BB02

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属酸化物からなる、突起物を有する基
   材が突起物の先端を含んだ基材表面の一部または全部を
   導電性物質により覆われている構造体。
2. 【請求項２】 突起物が、基材上の１０μｍ×１０μｍ
   の面積当たり０．０１〜１０，０００個の密度で存在す
   る請求項１記載の構造体。
3. 【請求項３】 突起物が、断面の円換算径が０．０１〜
   １０，０００μｍ、かつ長さ／断面の円換算径の比が１
   以上の棒状物である請求項１または２記載の構造体。
4. 【請求項４】 突起物が、先端の円換算径／断面の円換
   算径の比が１未満である請求項１〜３のいずれかに記載
   の構造体。
5. 【請求項５】 突起物の中心軸が相互に平行である請求
   項１〜４のいずれかに記載の構造体。
6. 【請求項６】 基材が金属酸化物単結晶であることを特
   徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の構造体。
7. 【請求項７】 突起物を構成する金属酸化物結晶が、基
   材上に、相互に平行に、かつ結晶軸が同一方向に成長し
   ていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載
   の構造体。
8. 【請求項８】 導電性物質に外部電極をつけた請求項１
   〜７のいずれかに記載の構造体。
9. 【請求項９】 請求項１〜８記載の構造体からなる冷陰
   極素子。