JP2000182509A

JP2000182509A - エミッタ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000182509A
Application number: JP35940298A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Inoue; 和則井上; Tadashi Nakatani; 忠司中谷; Keiichi Betsui; 圭一別井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2000-06-30
Anticipated expiration: 2018-12-17
Also published as: JP3833404B2

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、エミッタ及びその製造方法に関
し、カーボンナノチューブ等の導電性を持つ粉末状の材
料をエミッタティップの先端部に形成して、より低電圧
で安定した電子放出を可能とするエミッタを製造するこ
と。【解決手段】この発明は、エミッタティップを形成す
るための所定パターンの凹部表面を有する母型を使用
し、少なくともその凹部表面の先端部に導電性を持つ粉
末状の材料を付着させる工程と、さらに凹部を埋設する
ようにエミッタ用材料を積層してエミッタを形成する工
程と、形成されたエミッタを母型から剥離させる工程と
を備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、エミッタ及びそ
の製造方法に関し、特に、マイクロ真空管、マイクロウ
ェーブ素子、超高速演算素子、放射線環境（宇宙、原子
炉等）や高温環境での表示素子等に応用される微小冷陰
極の一つである電界放出陰極に利用されるエミッタ及び
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電界放出陰極を用いた素子は、半導体素
子と比較し、電子の移動度が大きく、高速、高温動作、
放射損傷に強い。したがって今日、高輝度、低消費電力
が要求される表示素子として利用されつつある。

【０００３】図１２に、従来から用いられている電界放
出陰極の一部分の構造の斜視図を示す。電界放出陰極
は、先端が尖ったエミッタティップ１０１と、エミッタ
ティップに負電圧を与えるエミッタ電極１０２と、電子
引出し用のゲート電極１０３とから構成される。図１２
に示すように、エミッタティップ１０１とゲート電極１
０２との間に電圧を印加すると、エミッタティップの先
端に大きな電界が加わり、電子放出が起こる。

【０００４】図１３に、従来の電界放出陰極を用いた表
示装置の概略構成図を示す。陰極板１０９では、ガラス
基板１０５上に、ストライプ状のエミッタ電極１０２が
形成され、絶縁層１０４を介して、エミッタ電極１０２
と直交する方向に、ゲート電極１０３が形成される。エ
ミッタ電極１０２とゲート電極１０３の交差部分である
画素１０６に、複数の電界放出陰極からなる微小陰極ア
レイ（ＦＥＡ）が形成される。上方の陽極基板１０７の
表面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種の蛍光体１
０８が形成され、電界放出陰極から出た放出電子が蛍光
体１０８に当たることによって発光を生じる。

【０００５】このような電界放出陰極は、一般にスピン
トらが開発した製造方法が用いられる。図１４に、スピ
ントらが開発した電界放出陰極（陰極板）の製造工程図
を示す。まず、図１４の１）において、ガラスなどの絶
縁性基板１１６上に、エミッタ給電膜１１７を成膜し、
２）において、パターニングしてエミッタ電極１０２を
形成する。この後、３）において、プラズマＣＶＤ等に
より、絶縁膜１１８とゲート給電膜１１９をこの順に成
膜する。４）において、円径のゲート開孔部レジストパ
ターンを用いて、ゲート給電膜１１９と絶縁膜１１８を
それぞれエッチングして、口径が約１μｍの円筒形のゲ
ート開口部１２０を形成する。

【０００６】次に、５）において、アルミニウム等の犠
牲層材料を、ゲート開口部１２０の中のエミッタ給電膜
１１７には付着しないように、絶縁性基板１１６に対し
て斜め方向から蒸着し、犠牲層膜１２１を形成する。さ
らに、６）において、モリブデンなどのエミッタ用金属
材料１２２を絶縁性基板１１６に垂直に蒸着する。この
とき、時間が経つにつれて、エミッタ用金属材料の堆積
に伴い、ゲート開口部１２０は徐々に塞がり、完全に塞
がった時には図の６）のようにゲート開口部１２０内に
は円錐状のエミッタティップ１０１が形成されている。

【０００７】次に、７）において、犠牲層膜１２１を燐
酸水溶液などで選択的に溶解してエミッタティップ１０
１以外のエミッタ用金属材料１２２を除去する。最後
に、図の８）のように、ゲート給電膜１１９を、所望の
形状にパターニングすれば微小な電界放出陰極が完成す
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このようにして製造さ
れる電界放出陰極は、ディスプレイへ応用する場合に、
一画素あたりの電流強度が時間的に安定であることが必
要とされる。すなわち、先端から電子が放出されるエミ
ッタティップは、ディスプレイパネル内に存在するガス
等によって品質劣化の影響を受けない化学的に安定な材
料で形成する必要がある。

【０００９】化学的に安定な材料としては、導電性を持
つ粉末状の材料や導電性を持つ酸化物等が考えられる
が、現在、このような材料を用いたコーン形状のエミッ
タティップはまだ提案されていない。

【００１０】また、エミッタティップとして導電性を持
つ酸化物を用いた場合、スピント法による酸化物の蒸着
では、蒸着中に酸化物の分解が起こり、その結果酸化物
の組成が変化する可能性があり、安定した電子放出がで
きない。

【００１１】そこで、この発明は以上のような事情を考
慮してなされたものであり、エミッタティップの先端部
にカーボンナノチューブ等の導電性を持つ粉末状の材料
を形成して、より低電圧で安定した電子放出を可能とす
る構造を有するエミッタ及びエミッタの製造方法を提供
することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、電子を放出
するための円筒形状の凸部を複数個備え、少なくとも前
記凸部の先端の表面部分に、導電性を持つ粉末状の材料
が多数付着していることを特徴とするエミッタを提供す
るものである。また、この発明は、エミッタティップを
形成するための所定パターンの凹部表面を有する母型を
使用し、少なくともその凹部表面の先端部に導電性を持
つ粉末状の材料を付着させる工程と、さらに凹部を埋設
するようにエミッタ用材料を積層してエミッタを形成す
る工程と、形成されたエミッタを母型から剥離させる工
程とを備えることを特徴とするエミッタの製造方法を提
供するものである。ここで、エミッタとは、電界放出陰
極のうち、負電圧が印加されるエミッタティップ及びエ
ミッタ電極からなる部分をいう。

【００１３】前記導電性を持つ粉末状の材料を付着させ
る工程は、前記母型を所定の速度で回転させながら前記
導電性を持つ粉末状の材料を含む溶液を前記母型の凹部
表面に塗布し、その後乾燥させることから構成してもよ
い。また、前記導電性を持つ粉末状の材料を付着させる
工程は、導電性を持つ粉末状の材料を含む溶液を前記母
型の凹部表面に噴霧し、その後乾燥させることから構成
してもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】前記導電性を持つ粉末状の材料と
しては、カーボンナノチューブやハードカーボンのよう
な炭素化合物の粉末，酸化ジルコニウム等の酸化物の粉
末のいずれかを用いることができるが、特にカーボンナ
ノチューブを用いることが好ましい。前記エミッタ用材
料は、ニッケルなどの金属またはエポキシ系樹脂を用い
ることができる。前記母型は、シリコーンゴム形成用組
成物を材料とする樹脂またはニッケル等の金属で形成さ
れる。

【００１５】さらに、前記母型は、カーボンナノチュー
ブを凹部表面から突き出した形状で形成するために、多
数の微小な気泡からなる多孔質状の凹部表面を備えてい
ることが好ましい。ここで、前記カーボンナノチューブ
を前記多孔質状の凹部表面を備えた母型に付着した後、
エミッタ用材料を積層する前に、より多くのカーボンナ
ノチューブが微小な気泡の中に突き出した形で入るよう
に、前記母型の凹部表面とは異なる側から真空吸引する
ことが好ましい。

【００１６】また、前記母型は、エミッタティップと同
形状の凸部を持つエミッタ元型の表面に樹脂形成用組成
物を充填し、硬化させた後、母型となる硬化させた樹脂
形成用組成物とエミッタ元型とを剥離させることによっ
て形成され、前記エミッタ元型は、エミッタティップと
同形状の凹部を持つシリコン凹型基板に所定強度のイオ
ンビームを照射し、イオンビームの照射によって凹部に
形成された微小な凹凸を覆うように樹脂を充填しかつ硬
化させ、エミッタ元型となる硬化された樹脂とシリコン
凹型基板とを分離することによって形成されるようにし
てもよい。

【００１７】また、前記母型は、エミッタティップと同
形状の凸部表面を持ちかつその凸部表面がポーラス化さ
れたエミッタ元型の表面に樹脂形成用組成物を充填し、
硬化させた後、母型となる硬化させた樹脂形成用組成物
とエミッタ元型とを剥離させることによって形成される
ようにしてもよい。また、前記母型が電鋳によって作成
された金属型である場合、前記カーボンナノチューブを
付着する工程は、ＣＶＤ法によって母型の凹部表面上に
カーボンナノチューブを蒸着させる工程を用いてもよ
い。

【００１８】以下、図面に示す実施の形態に基づいてこ
の発明を詳述する。なお、これによってこの発明が限定
されるものではない。この発明の製造方法で作成される
電界放出陰極は、図１２に示したものと同様に、エミッ
タティップ、エミッタ電極及びゲート電極とから構成さ
れる。また、特に、エミッタティップ及びエミッタ電極
からなる部分を「エミッタ」と呼ぶことにする。

【００１９】図１に、この発明の電界放出陰極のエミッ
タの製造工程の概略フローチャートを示す。まず、表面
にエミッタティップとほぼ同形状の凸部を持つ「エミッ
タ元型」を形成する（ステップＳ１）。エミッタ元型の
形成方法は、従来から種々のものが提案されているが、
たとえば、ＩＶＭＣ’９５，Ｔｅｃｈ，Ｄｉｇｅｓｔ，
１８６頁（１９９５）に示された方法を用いることがで
きる。エミッタ元型の材料としては、たとえばシリコン
を用いることができる。

【００２０】次に、エミッタ元型のエミッタティップの
表面全体をおおうように、樹脂を充填し、硬化させる
（ステップＳ２）。これによってエミッタティップを製
造するための樹脂製の母型（凹型スタンパ）が形成され
る。樹脂としては、剥離のしやすさの点から、シリコー
ンゴム形成用組成物を用いることが好ましい。この後、
硬化させた樹脂製の母型をエミッタ元型から剥離する
（ステップＳ３）。

【００２１】カーボンナノチューブ，ハードカーボン等
の導電性を持つ粉末状の材料を樹脂製の母型の凹部に付
着後、樹脂製の母型の凹部を完全に埋設し、かつ樹脂製
の母型の表面に薄膜状のエミッタを形成するようにエミ
ッタ用金属材料（たとえばニッケル）を形成する（ステ
ップＳ４）。さらに、薄膜状のエミッタの上に、エミッ
タティップへの給電ライン（エミッタ電極）となるべき
陰極配線金属膜（たとえば銅、ニッケル）を形成する
（ステップＳ５）。以上により、電界放出陰極のエミッ
タが樹脂製の母型上に形成される。この後、電界放出陰
極のエミッタを樹脂製の母型から剥離する（ステップＳ
６）。

【００２２】以上がこの発明の電界放出陰極のエミッタ
の製造工程の概要フローであるが、特に製造工程のうち
ステップＳ４において、薄膜状のエミッタを形成する前
に、導電性を持つ粉末状の材料を樹脂製の母型の凹部に
付着させることが、この発明の特徴である。以下に、こ
の導電性を持つ粉末状の材料として、カーボンナノチュ
ーブを用いた、電界放出陰極の製造工程の実施例につい
て説明する。

【００２３】図２に、この発明の一実施例における電界
放出陰極の製造工程を示す。図２（ａ）において、シリ
コン基板からなるエミッタ元型１を形成する。フラット
なシリコン基板の表面の所定の位置をマスクして、ＣＦ
₄ガスを用いてエッチングすることにより、コーン形状
の表面を形成する。さらに、この表面を熱酸化させるこ
とにより、非常に強固で尖った先端を持つエミッタティ
ップと同形状の表面を形成することができる。

【００２４】図２（ｂ）において、樹脂製の母型２とな
るべき樹脂を、エミッタ元型の表面全体に充填し、加熱
することにより硬化させる。ここで樹脂としては、シリ
コーンゴム形成用組成物を用いればよく、たとえば信越
シリコーンゴム製のＫＥ−１２を用いることができる。

【００２５】図２（ｃ）において、硬化したシリコーン
ゴム製の母型２をエッチング等を利用してエミッタ元型
１から離型する。これによって、シリコーンゴム製の母
型２の表面には、エミッタティップと反対の凹部の表面
形状が形成される。

【００２６】次に、母型２の凹型形状の表面に、カーボ
ンナノチューブの付着を行う。この付着のために、ま
ず、図５に示すスピンコート法により、カーボンナノチ
ューブを添加したイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の
混濁液１５を、一定速度で回転させた母型２の凹型形状
の表面に滴下して塗布する。

【００２７】この後、この母型全体を１２０℃で乾燥さ
せ、ＩＰＡのみを蒸発させる。この蒸発により、カーボ
ンナノチューブのみが母型２の凹型形状の表面に残る。
さらに、蒸着あるいはめっき法を用いて、エミッタ用金
属材料３を、カーボンナノチューブが形成された凹型形
状表面に薄膜状に形成する（図２（ｄ））。エミッタ用
金属材料３としては、ニッケルを用いる。

【００２８】図２（ｅ）において、上記薄膜３の上に、
エミッタティップへの給電ラインとなる陰極配線材料の
膜４を形成する。陰極配線材料としては、エミッタ用金
属材料３と同じ材料を用いればよいが、銅を用いてもよ
い。この陰極配線膜４は厚膜として形成する必要がある
ために、電解めっき法を用いることが好ましい。以上に
よって、薄膜３と陰極配線膜４とからなるエミッタが形
成される。

【００２９】図２（ｆ）において、剥離によってシリコ
ーンゴム製の母型２とエミッタとを分離する。この剥離
は、前記したように、母型２がシリコーンゴムでできて
いるために、特殊な作業、材料は必要とせず、手作業で
も容易にできる。剥離されたエミッタの凸型表面である
エミッタティップの先端部分９には、図４に示すよう
に、カーボンナノチューブ８が多数付着している。陰極
配線膜４に負電圧をかけると、この多数のカーボンナノ
チューブ８から電子が放出される。

【００３０】さらに、以下に示す工程を実施することに
より、ゲート電極を含む電界放出陰極が完成する。図２
（ｇ）において、エミッタティップが形成された表面全
体を覆うように、図のように絶縁膜５を形成する。絶縁
膜５としては、ＳｉＯ₂を用いればよい。絶縁膜５の形
成は、プラズマＣＶＤ法による他、スパッタ法やＳＯＧ
等を用いてもよい。

【００３１】図２（ｈ）において、絶縁膜５の上部に、
薄いゲート電極膜６を形成する。ゲート電極膜６の材料
は、モノブデンシリサイドを用いることができる。ゲー
ト電極膜６の形成は、スパッタ法、真空蒸着法等を用い
ればよい。

【００３２】図２（ｉ）において、エミッタティップの
上方部にゲート口７を形成するために、エミッタティッ
プ上方のゲート電極膜６の一部分を除去する。ゲート電
極膜６の除去は、マスクパターンを用いて残したいゲー
ト電極膜６の部分にレジストを塗布し、レジストのない
部分をエッチング又は研磨することによって行う。

【００３３】図２（ｊ）において、形成されたゲート口
７の下部にある絶縁膜５を除去する。絶縁膜５の除去
は、ＣＦ₄ガスによるリアクティブイオンエッチング
（ＲＩＥ）あるいはフッ酸によるウエットエッチングを
用いればよい。このようなエッチングを所定の条件（時
間及び温度）のもとで行えば、図２（ｊ）に示すような
開口が形成でき、エミッタティップを露出させることが
できる。以上によって、ゲート電極も含んだ電界放出陰
極が作成される。

【００３４】このような工程を経て作成された電界放出
陰極は、エミッタティップの先端部分９に、多数のカー
ボンナノチューブ８が付着しているので、封入されるガ
ス等によって影響を受けることがなく比較的低電圧で安
定した電子放出が可能である。

【００３５】カーボンナノチューブの付着を行う際に、
スピンコート法により混濁液１５を塗布する方法を示し
たが、図６に示すように、カーボンナノチューブを含む
ＩＰＡ混濁液１５をスプレーに入れ、母型２の凹型形状
表面に噴霧してもよい。その後、同様に、１２０℃での
乾燥工程を行ってＩＰＡのみを蒸発させれば、カーボン
ナノチューブ８のみが凹型形状表面に残る。

【００３６】前記実施例では、図２（ｃ）で作成された
母型２としては、シリコーンゴム製のものを用いる例を
示したが、ニッケル電鋳により作成した金属型を用いて
もよい。金属型を用いれば、耐熱性，耐久性を増加させ
ることができる。

【００３７】図３に、金属型の製造工程の説明図を示
す。図３（ａ）は、図２（ａ）と同じエミッタ元型１を
示している。図３（ｂ）において、エミッタ元型１の凸
型表面上に、シリコーンゴム製の樹脂１０を充填した
後、加熱して硬化させる。

【００３８】次に、図３（ｃ）において、この樹脂製母
型１０を、エッチング等を利用してエミッタ元型１から
剥離する。図３（ｄ）において、樹脂製母型１０の凹型
表面全体に、塩ビペーストレジン１１を注入し、真空脱
泡を行い加熱硬化させる。この樹脂１１によって形成さ
れた型（以下、樹脂エミッタ型という）は、その表面に
エミッタティップの凸型形状を有するものである。

【００３９】図３（ｅ）において、樹脂製母型１０か
ら、樹脂エミッタ型１１を剥離する。次に、図３（ｆ）
において、この樹脂エミッタ型１１の凸型表面に、導電
性を付与するために無電解めっきあるいは乾式めっきに
より薄くめっきを行う。この後、スルファミン酸浴を用
いた普通濃度浴から高濃度浴の高電流密度で電鋳し、ニ
ッケル１２を形成する。そして、ニッケル１２を樹脂エ
ミッタ型１１から剥離すれば、母型２となる金属型１２
が完成する。

【００４０】図７に、この金属型１２を用いて、エミッ
タを形成する工程の説明図を示す。図７（ａ）におい
て、金属型１２の凹型表面上に、カーボンナノチューブ
を含む混合樹脂１３を印刷等の方法により塗布する。こ
こで、混合樹脂１３は、エチルセルロース５ｇとテルピ
ネオール１００ｇとを６時間程度、乳鉢によって混合し
た樹脂にカーボンナノチューブを所定量混合したもので
ある。

【００４１】次に、図７（ｂ）において、４５０℃の大
気雰囲気中で焼成して、樹脂成分を蒸発させると、カー
ボンナノチューブのみの膜１４が金属型１２の凹型表面
上に残る。そして、図７（ｃ）において、カーボンナノ
チューブの膜１４の上にニッケルなどのエミッタ用金属
材料３を充填し、薄膜状のエミッタ３を形成する。この
後、前記した図２（ｅ）から図２（ｊ）に示したのと同
じ工程を行えば、電界放出陰極が完成する。

【００４２】また、図２（ｃ）で作成された母型２とし
て、多数の気泡を有する樹脂母型を用いてもよい。多数
の気泡を有する樹脂母型を用いれば、その表面が微小な
凹部を有する多孔質状となるので、この微小な凹部にカ
ーボンナノチューブが立った形で入り込み、エミッタテ
ィップの先端部分の表面からカーボンナノチューブが突
き出た構造となりやすい。すなわち、カーボンナノチュ
ーブがエミッタティップ表面から突き出た構造であるた
め、より低電圧で安定した電子放出が可能となる。

【００４３】多数の気泡を有する樹脂母型２は、図２
（ｂ）において、空気を十分取りこむようにして樹脂の
主剤と硬化剤とを混合したものをエミッタ元型１の表面
全体に充填することによって形成できる。この充填後、
樹脂母型２を加熱によって硬化させれば、樹脂母型２の
表面及び内部が多数の気泡を有する多孔質状となる。

【００４４】この多孔質状の樹脂母型２の凹型表面に、
前記したようにスピンコート法やスプレー等によってカ
ーボンナノチューブ８を塗布すれば、表面の微小な気泡
にカーボンナノチューブ８が入り込み、カーボンナノチ
ューブ８はエミッタティップ表面から突き出た形で形成
される。この後、前記したのと同様に、エミッタティッ
プ材料３の形成（図２（ｄ））から絶縁膜の除去（図２
（ｊ））までの処理を行えば電界放出陰極が作成でき
る。

【００４５】また、さらに多くのカーボンナノチューブ
８を、エミッタティップの表面から突き出た形で形成す
る方法としては、樹脂母型２の凹型表面の反対側から真
空吸引する方法もある。

【００４６】図８に、この発明の真空吸引の説明図を示
す。図８（ａ）は、前記したように、表面及び内部に多
数の気泡を有する多孔質状の樹脂母型２を示している。
図８（ｂ）に示すように、この母型２の凹型表面に、カ
ーボンナノチューブ８を含む混濁液１５を塗布する。こ
の状態でも、ある程度は、カーボンナノチューブ８が、
気泡の中に入って突き出た形状となっている。

【００４７】次に、図８（ｃ）において、母型２の凹型
表面の反対側、すなわち紙面の下方から真空吸引する。
この真空吸引により、母型内部の気泡を通して、カーボ
ンナノチューブ８が下方へ吸引され、より多くのカーボ
ンナノチューブを気泡の中に入り込ませることが可能と
なる。この後、前記したように図２（ｄ）以降の処理を
行えば、電界放出陰極が作成できる。このような真空吸
引により、より多くのカーボンナノチューブを気泡中に
突き出させた構造とすれば、さらに低電圧での電子放出
が可能となる。

【００４８】また、多数の気泡を有する樹脂母型２を作
成するために、エミッタ元型１の表面がポーラス状にな
るように化成処理して、エミッタ元型１を作成してもよ
い。図９に、この発明のエミッタ元型１の表面をポーラ
ス状にする化成処理の説明図を示す。図９において、エ
ミッタ元型１がｎ型シリコンで作成されている場合、Ｈ
Ｆ：Ｈ₂Ｏ：Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ（＝１：１：２）溶液中に、エ
ミッタ元型１と対向電極としてのＰｔ電極とを浸漬し、
エミッタ元型１に正電圧、Ｐｔ電極に負電圧を印加す
る。

【００４９】たとえば、１００Ｗのタングステンエキシ
マーランプを照射し、エミッタ元型とＰｔ電極間に電流
密度４０ｍＡ／ｃｍ²の電流を３０秒間流す。これによ
り、エミッタ元型１の表面は酸化され、４７０ｎｍ程度
の膜厚のポーラス層ができる。このエミッタ元型１を用
いて、図２（ｂ）及び図２（ｃ）の処理を行えば、表面
に多数の気泡を有する樹脂母型２を作成することがで
き、カーボンナノチューブが気泡の中に入り込んで突き
出た形のエミッタティップが形成される。

【００５０】また、表面に凹凸を有するエミッタ元型１
を作成するために、シリコン凹型基板を用い、このシリ
コン凹型基板の凹型表面にイオンビームを照射してもよ
い。イオンビームの照射によりシリコン凹型基板の凹型
表面に微小な凹凸ができる。図１０に、この発明のエミ
ッタ元型１の製造工程の説明図を示す。

【００５１】図１０（ａ）において、シリコン基板２１
上のエミッタティップを形成しない領域に、マスクパタ
ーンを用いて、熱酸化膜２２（ＳｉＯ₂）を形成する。
図１０（ｂ）において、ＣＦ₄等を用いた異方性エッチ
ングを行う。これにより、熱酸化されていないシリコン
基板２１の表面に逆ピラミッド形状のくぼみが形成され
る。

【００５２】図１０（ｃ）において、シリコン基板２１
に対して熱酸化を行う。符号２３が、熱酸化部分であ
る。これにより、図１０（ｃ）に示すように、くぼみの
表面が酸化され、逆ピラミッド形状の側面が盛り上が
り、エミッタティップ形状に相当するくぼみが形成され
る。すなわち逆ピラミッド形状の先端がより先鋭化され
る。

【００５３】図１０（ｄ）において、シリコン凹型基板
２１のくぼみの表面に、イオンビームを照射すると、表
面に微小な凹凸が形成される（図１０（ｅ））。イオン
ビームは、たとえば２ｋＶ程度に加速された電流値１μ
Ａ程度のＡｒイオンビームを用いればよい。図１０
（ｆ）において、シリコーンゴム形成用組成物等の樹脂
２４をくぼみが形成された表面全体に埋め込み硬化させ
る。図１０（ｇ）において、埋め込まれた樹脂２４を、
剥離によってシリコン基板２１から離型する。このよう
にして離型された樹脂２４を、エミッタ元型１として用
いる。くぼみの表面には微小な凹凸が形成されているの
で、樹脂２４の凸型表面にも微小な凹凸が形成されてい
る。

【００５４】この後、このエミッタ元型１を用いて前記
した図２（ｂ）及び図２（ｃ）の処理を行えば、表面に
多数の気泡を有する樹脂母型２を作成することができ
る。イオンビームを用いて表面に凹凸を有するエミッタ
元型１を作成する場合には、イオンビームのエネルギー
を調整することにより、エミッタ元型の表面上の微小な
凹凸の形状をきめ細かく制御することができる。したが
って、イオンビームのエネルギーの微調整により、より
多くのカーボンナノチューブをエミッタティップ表面か
ら突き出させることが可能である。

【００５５】図７において、図３の工程により作成した
金属型１２を用いてエミッタを形成する実施例を示した
が、図７（ａ），（ｂ）に示したような塗布、焼成工程
のかわりに、図１１に示すようなＣＶＤ法（chemical v
apor deposition）を用いて、金属型１２をカーボンナ
ノチューブ生成雰囲気中にさらす（図１１（ａ））こと
により、金属型１２の凹型表面にカーボンナノチューブ
の膜１４を形成することもできる（図１１（ｂ）参
照）。

【００５６】図１１（ｃ）のように、カーボンナノチュ
ーブの膜１４上に、エミッタ用金属材料３を充填すれ
ば、表面にカーボンナノチューブが形成された薄膜状の
エミッタが作成できる。このＣＶＤ法によれば、カーボ
ンナノチューブの膜厚を微調整できるので、より適切な
量のカーボンナノチューブをエミッタティップの先端部
に付着させることができる。

【００５７】

【発明の効果】この発明によれば、導電性を持つ粉末状
の物質をエミッタティップの先端部に形成しているの
で、ガス等の影響を受けず、より低電圧で化学的に安定
した電子放出が可能となる電界放出陰極を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の電界放出陰極の製造工程の概略フロ
ーチャートである。

【図２】この発明の電界放出陰極の製造工程の一実施例
の説明図である。

【図３】この発明の金属型の製造工程の説明図である。

【図４】この発明において、エミッタティップの先端部
にカーボンナノチューブが多数付着した状態を示す説明
図である。

【図５】この発明において、スピンコート法によりカー
ボンナノチューブを含む混濁液を塗布する場合の説明図
である。

【図６】この発明において、スプレーによってカーボン
ナノチューブを含む混濁液を母型の凹型形状表面に噴霧
する場合の説明図である。

【図７】この発明の金属型を用いてエミッタを形成する
工程の説明図である。

【図８】この発明の真空吸引の説明図である。

【図９】この発明のエミッタ元型の表面をポーラス状に
する化成処理の説明図である。

【図１０】この発明のエミッタ元型の製造工程の説明図
である。

【図１１】この発明のエミッタを形成する場合にＣＶＤ
法を用いた製造工程の説明図である。

【図１２】電界放出陰極の一部分の構造の斜視図であ
る。

【図１３】従来の電界放出陰極を用いた表示装置の構成
図である。

【図１４】従来から用いられている電界放出陰極の製造
工程図である。

【符号の説明】

１エミッタ元型２母型（シリコーンゴム製母型）３エミッタ用金属材料４陰極配線膜５絶縁膜６ゲート電極膜７ゲート口８カーボンナノチューブ９エミッタティップの先端部１０樹脂製母型１１樹脂エミッタ型１２金属型１３混合樹脂１４カーボンナノチューブ膜１５混濁液２１シリコン基板２２熱酸化膜２３熱酸化部分２４樹脂（エミッタ元型）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者別井圭一神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子を放出するための円筒形状の凸部を
複数個備え、少なくとも前記凸部の先端の表面部分に、
導電性を持つ粉末状の材料が多数付着していることを特
徴とするエミッタ。
【請求項２】前記導電性を持つ粉末状の材料が、カー
ボンナノチューブ，ハードカーボンまたは酸化物の粉末
のいずれかであることを特徴とする請求項１記載のエミ
ッタ。
【請求項３】前記凸部が、金属またはエポキシ系樹脂
で形成されていることを特徴とする請求項１または２記
載のエミッタ。
【請求項４】エミッタティップを形成するための所定
パターンの凹部表面を有する母型を使用し、少なくとも
その凹部表面の先端部に導電性を持つ粉末状の材料を付
着させる工程と、さらに凹部を埋設するようにエミッタ
用材料を積層してエミッタを形成する工程と、形成され
たエミッタを母型から剥離させる工程とを備えることを
特徴とするエミッタの製造方法。
【請求項５】前記導電性を持つ粉末状の材料を付着さ
せる工程が、前記母型を所定の速度で回転させながら前
記導電性を持つ粉末状の材料を含む溶液を前記母型の凹
部表面に塗布し、その後乾燥させることからなることを
特徴とする請求項４記載のエミッタの製造方法。
【請求項６】前記導電性を持つ粉末状の材料を付着す
る工程が、導電性を持つ粉末状の材料を含む溶液を前記
母型の凹部表面に噴霧し、その後乾燥させることからな
ることを特徴とする請求項４記載のエミッタの製造方
法。
【請求項７】前記導電性を持つ粉末状の材料が、カー
ボンナノチューブ，ハードカーボンまたは酸化物の粉末
のいずれかであることを特徴とする請求項４，５または
６記載のエミッタの製造方法。
【請求項８】前記母型が、シリコーンゴム形成用組成
物を材料とする樹脂または金属で形成されていることを
特徴とする請求項７記載のエミッタの製造方法。
【請求項９】前記母型が、多数の微小な気泡からなる
多孔質状の凹部表面を備えていることを特徴とする請求
項７記載のエミッタの製造方法。
【請求項１０】前記導電性を持つ粉末状の材料を前記
多孔質状の凹部表面を備えた母型に付着させた後、エミ
ッタ用材料を積層する前に、導電性を持つ粉末状の材料
が微小な気泡の中に突き出した形で入るように、前記母
型の凹部表面とは異なる側から真空吸引することを特徴
とする請求項９記載のエミッタの製造方法。
【請求項１１】前記母型が、エミッタティップと同
形状の凸部表面を持ちかつその凸部表面がポーラス化さ
れたエミッタ元型の表面に樹脂形成用組成物を充填し、
硬化させた後、母型となる硬化させた樹脂形成用組成物
とエミッタ元型とを剥離させることによって形成される
ことを特徴とする請求項９記載のエミッタの製造方法。
【請求項１２】前記母型が、エミッタティップと同形
状の凸部を持つエミッタ元型の表面に樹脂形成用組成物
を充填し、硬化させた後、母型となる硬化させた樹脂形
成用組成物とエミッタ元型とを剥離させることによって
形成され、前記エミッタ元型が、エミッタティップと同
形状の凹部を持つシリコン凹型基板に所定強度のイオン
ビームを照射し、イオンビームの照射によって凹部に形
成された微小な凹凸を覆うように樹脂を充填しかつ硬化
させ、エミッタ元型となる硬化された樹脂とシリコン凹
型基板とを分離することによって形成されることを特徴
とする請求項９記載のエミッタの製造方法。
【請求項１３】前記母型が電鋳によって作成された金
属型であって、かつ導電性を持つ粉末状の材料がカーボ
ンナノチューブである場合、前記導電性を持つ粉末状の
材料を付着させる工程が、ＣＶＤ法によって母型の凹部
表面上にカーボンナノチューブを蒸着させる工程からな
ることを特徴とする請求項８記載のエミッタの製造方
法。