JP2000285798A

JP2000285798A - 電界放出型冷陰極装置およびその製造方法

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Publication number: JP2000285798A
Application number: JP8708799A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nakamoto; 本正幸中; Atsuko Iida; 田敦子飯
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2000-10-13
Anticipated expiration: 2019-03-29
Also published as: JP3414668B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電界放出の均一性が良好で、電界放出効率が
高く、しかも高集積化が容易な電界放出型冷陰極装置を
得ることを可能にする。【解決手段】第１の基板１の表面に先鋭な凹部を形成
する工程と、第２の基板３上に熱可塑性樹脂、紫外線硬
化樹脂、および熱硬化性樹脂のうちの少なくとも１つの
樹脂を用いた樹脂シート層２を形成する工程と、第１の
基板を樹脂シート層が形成された第２の基板に当てて第
１の基板の凹部内に樹脂シート層の樹脂を入り込ませ、
表面に先鋭な凸形状２ａを有するように樹脂シート層を
変形する工程と、第１の基板を樹脂シート層から引離し
た後、樹脂シート層の表面にエミッタ部６となる導電層
４を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電界放出型冷陰極装
置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、発達したＳｉ半導体加工技術を利
用した電界放出型の冷陰極を用いた電界放出型冷陰極装
置の開発が、活発に行なわれている。その代表的な例と
してはスピント（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ）らが、Ｊｏｕ
ｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｖ
ｏｌ．４７，５２４８（１９７６）に記載したものが知
られている。この電界放出型冷陰極装置は、Ｓｉ単結晶
基板上にＳｉＯ₂層とゲート電極層を形成した後、直径
約１．５μｍ程度の穴を更に形成し、この穴の中に、電
界放出を行なう円錐状のエミッタを蒸着法により作製し
たものである。

【０００３】この従来の電界放出型の冷陰極装置の製造
方法を図１２を参照して説明する。

【０００４】先ず、Ｓｉ単結晶基板１０１上に絶縁層と
してＳｉＯ₂層１０２をＣＶＤ等の堆積法により形成す
る。次に、その上にＭｏ層１０３及びゲート電極層とな
るＡｌ層１０４をスパッタリング法等で形成する。次
に、エッチングにより直径約１．５μｍ程度の穴１０５
を層１０２，１０３，１０４に形成する（図１２（ａ）
参照）。

【０００５】次に、この穴１０５の中に、電界放出を行
なうための円錐形状のエミッタ１０７を蒸着法により作
製する（図１２（ｂ）参照）。このエミッタ１０７の形
成は、エミッタの材料となる金属、例えばＭｏを、回転
した状態の基板１０１に対して垂直方向から真空蒸着す
ることにより行う。この際、穴１０５の開口に相当する
ピンホール径は、Ａｌ層１０４上にＭｏ層１０６が堆積
するにつれて減少し、最終的には０となる。このため、
ピンホールを通して堆積する穴１０５内のエミッタ１０
７も、その径がしだいに減少し、円錐形状となる。Ａｌ
層１０４上に堆積した余分のＭｏ層１０６は後に除去す
る（図１２（ｃ）参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の電界放
出型冷陰極装置の製造方法及びその方法により作製され
た電界放出型冷陰極装置においては以下に述べる重要な
問題点があった。

【０００７】まず、第１には、前述の従来例では、回転
蒸着法により、Ａｌ層２０１にあけたピンホールの直径
が少しずつ小さくなることを利用して、穴の内面にエミ
ッタを形成しているため、エミッタ高さ、先端部の形状
などがばらつき、電界放出の均一性が悪いうえ、電界放
出効率を向上させるのに必要なエミッタ先端部の鋭さが
欠け、電界放出効率の低下、消費電力の増大等の課題が
あった。また、再現性、歩留まりも悪く、多数の電界放
出型冷陰極部を同一基板上に作製する場合には、生産コ
ストが増加する主原因になっていた。

【０００８】また、大面積のものを作製したい場合に
は、Ａｌ層をななめ回転蒸着する際に、入射角を一定に
する必要から、蒸着源と基板間の距離が大きくなり、真
空蒸着装置が巨大になり、装置自体の作製が困難である
とともに、排気時間も長くなり、大面積のエミッタアレ
イを得ることが困難であった。

【０００９】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
電界放出の均一性が良好で、電界放出効率も高く、しか
も、高集積化も容易でかつ大面積の電界放出型冷陰極装
置およびその製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による電界放出型
冷陰極装置の製造方法の第１の態様は、第１の基板の表
面に先鋭な凹部を形成する工程と、第２の基板上に熱可
塑性樹脂、紫外線硬化樹脂、および熱硬化性樹脂のうち
の少なくとも１つの樹脂を用いた樹脂シート層を形成す
る工程と、前記第１の基板を前記樹脂シート層が形成さ
れた第２の基板に当てて前記第１の基板の前記凹部内に
前記樹脂シート層の樹脂を入り込ませ、表面に先鋭な凸
形状を有するように前記樹脂シート層を変形する工程
と、前記第１の基板を前記樹脂シート層から引離した
後、前記樹脂シート層の表面にエミッタ部となる導電層
を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。

【００１１】また本発明による電界放出型冷陰極装置の
製造方法の第２の態様は、第１の基板の表面に先鋭な凹
部を形成する工程と、熱可塑性樹脂、紫外線硬化樹脂、
および熱硬化性樹脂のうちの少なくとも１つの樹脂を用
いた樹脂層と、この樹脂層の少なくとも一方の面に形成
された導電層とを有する樹脂シート層を第２の基板上に
形成する工程と、前記第１の基板を前記樹脂シート層が
形成された第２の基板に当てて、前記第１の基板の前記
凹部内に前記樹脂シート層の導電層および樹脂シート層
を入り込ませ、表面に先鋭な凸形状のエミッタ部を有す
るように前記樹脂シート層を変形させる工程と、前記第
１の基板を前記樹脂シート層から引離す工程と、を備え
たことを特徴とする。

【００１２】なお、前記樹脂シート層はラミネート成形
されていても良い。

【００１３】なお、前記第１の基板は湾曲していても良
い。

【００１４】なお、前記第１の基板は円筒状であっても
良い。

【００１５】なお、前記樹脂シート層に絶縁膜を形成す
る工程と、片側の表面にゲート層となる導電層を有する
樹脂絶縁シートを前記樹脂シート層の前記エミッタ部に
押し当てて前記樹脂絶縁シートを突き破って前記凸形状
のエミッタ部を露出させる工程と、を備えることが好ま
しい。

【００１６】また本発明による電界放出型冷陰極装置
は、基板上に形成された、各々が先鋭な凸形状の導電体
からなる複数のエミッタと、各エミッタの先端が露出す
るように前記基板上に形成された絶縁層と、前記エミッ
タ間の前記絶縁膜上に形成された導電体からなるゲート
層と、を備えたことを特徴とする。

【００１７】なお、前記エミッタの露出している先端部
は絶縁膜によって覆われていても良い。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施の形態を説明する。

【００１９】（第１の実施の形態）図１（ａ）乃至図１
（ｃ）は本発明による電界放出型冷陰極装置の製造方法
の第１の実施の形態の製造プロセスを示す工程断面図で
ある。

【００２０】まず、基板１に底部をとがらせた先鋭な凹
部を形成する。このような凹部を形成する方法として
は、例えば本出願人によって出願された特開平６−３６
６８２号公報（特願平４−１８６７５３号）に開示され
ているようにＳｉ単結晶基板の異方性エッチングを利用
した先鋭な凸部を有するマスタ基板（図示せず）をもと
に、電気メッキ、例えばＮｉメッキを用いて、先鋭な凹
部を有する金型モールド基板を作成する方法がある。ま
ず、ｐ型で（１００）結晶面方位のＳｉ単結晶基板上に
厚さ０．１μｍのＳｉＯ₂層をドライ酸化法により形成
し、更にレジストをスピンコート法により塗布する。次
に、ステッパを用いて、例えば１μｍ角の正方形開口部
が得られるよう露光、現像等のパターニングを行った
後、ＮＨ₄・Ｆ・ＨＦ混合溶液により、ＳｉＯ₂層のエ
ッチングを行なう。レジスト除去後、３０ｗｔ％のＫＯ
Ｈ水溶液を用いて異方性エッチングを行ない、深さ０．
７１μｍの逆ピラミッド上の第１の凹部をＳｉ単結晶基
板上に形成させる。

【００２１】次に、ＮＨ₄・Ｆ・ＨＦ混合溶液を用い
て、ＳｉＯ₂層を一旦除去した後、Ｓｉ単結晶基板上に
第１の凹部内を含めてＳｉＯ₂層を形成する。この例で
は、厚さ０．３μｍとなるように、ＳｉＯ₂層をウェッ
ト酸化法により形成した。更に、前記ＳｉＯ₂層上に凸
型の先鋭部をなすエミッタ層として例えばタングステン
やモリブデン、ニッケルを、第１の凹部が充填されるよ
うに形成する。

【００２２】上記の例では、スパッタリング法によりニ
ッケル層を厚さ２μｍとなるように形成した。この後、
ガラス基板に、静電接着または樹脂接着などにより、上
記ニッケル層を接着し、Ｓｉ基板を水酸化テトラメチル
アンモニウム（ＴＭＡＨ）溶液等でエッチング除去する
ことにより、先鋭な凸型を多数有するマスタ基板が得ら
れる。なお、マスタ基板は、従来の回転蒸着法や、他の
方法を用いて形成してもよい。

【００２３】次に、このマスタ基板表面を、脱脂し、弗
化アンモニウム等の弗化物で表面を活性化した後、無電
解Ｎｉメッキと電解Ｎｉメッキ、または、電解メッキに
より、厚い支持層を形成後、マスタ基板より分離して、
先鋭な凹部を多数有する金型モールド基板１を作製す
る。上記の例の場合には、厚さ５０μｍの支持層を有す
る金型モールド基板１を作製した。

【００２４】再び図１に戻り、例えばガラスからなる基
板３上に、熱可塑性のポリイミドシート２を乗せた後、
金型モールド基板１を押し当てる（図１（ｂ）参照）。
この場合、徐々に圧力をかけながら、１５℃／ｍｉｎの
速度で３３０℃まで昇温する。３３０℃到達後、そのま
ま、３０ｍｉｎ放置し、１４〜２０ｋｇ／ｃｍ²まで昇
圧する。

【００２５】次に、３５０℃まで昇温し、１時間放置し
た後、そのまま圧力を維持しながら冷却し、ポリイミド
シートを、先鋭な凸型に変形させると同時に、ポリイミ
ドシート２をガラス基板３にラミネート接着した。次に
金型モールド基板１とポリイミドシート層２を引き離す
ことにより、先鋭な凸部２ａを有するポリイミドシート
層２を得る。金型モールド基板１はマスター金型モール
ド基板として用いられ、その後、上記、ポリイミドシー
トへの金型による加圧変形により、再現性良く、多数回
に亘り、先鋭な凸状部を有する大面積の樹脂シート層２
を大量に得ることが出来る。

【００２６】次に、この樹脂シート層２上に、エミッタ
層４として、例えばモリブデンを、凸部２ａを含めて、
スパッタリング法、蒸着法、印刷法、電気めっき法等で
形成し、先鋭で、量産性に富むエミッタ部６を有する電
界放出型冷陰極装置が得られる。この状態を図１（ｃ）
に示す。この際、このエミッタ部６をカソードラインと
して形成してもよいし、上記樹脂シート層２に、例え
ば、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ等の微粒子、超
微粒子を混入させたり、上記樹脂自体に導電性を持たせ
たり、樹脂シート層をカーボナイズさせたりすることに
より、上記樹脂シート層を導電層とした場合には、樹脂
背面にカソードラインを形成してもよい。また、この樹
脂シート導電層を芯材抵抗バラスト層として用いてもよ
い。さらに、この樹脂シート導電層をガラス基板以外の
基板、例えばセラミック基板やガラスエポキシ基板、金
属基板と接合してもよいし、カソードラインを予め、ガ
ラス支持基板上に形成しておいてもよい。また、その場
合には抵抗バラスト効果を高めるため、多数並んだエミ
ッタをエッチングなどにより電気的に分離しておくのが
望ましい。

【００２７】このままでも、各種の電子デバイスに用い
ることも出来るが、例えばゲートとエミッタ間の絶縁層
としてＳｉＯ₂やＳｉＮ、等をＣＶＤ法、スパッタリン
グ法、電子ビーム蒸着法、印刷法などで形成し、更に、
ゲート電極層を、例えば、Ｎｉ、クロム、タングステン
等を用いて、無電解メッキ、電気メッキ、印刷法、スパ
ッタリング法、蒸着法等により、上記絶縁層に覆われた
凸部領域を含んで、上記絶縁層上に形成し、その後、Ｃ
ＭＰ法、ＣＤＥ法、ＲＩＥ法、ウエットエッチング法等
を用いてゲートを開口し、ゲート付きエミッタとして用
いてもよい。

【００２８】以上述べたように本実施の形態によれば、
同一形状で先鋭なエミッタを複数個容易に形成すること
が可能となり、電解放出の均一性が良好で電解放出率も
高く、しかも高集積化も容易でかつ大面積の電解放出型
冷陰極装置を得ることができる。

【００２９】（第２の実施の形態）図２（ａ）乃至図２
（ｃ）は本発明による電界放出型冷陰極装置の製造方法
の第２の実施の形態の製造プロセスを示す工程断面図で
ある。

【００３０】まず、ポリイミドシート２にＣｕまたはＮ
ｉ等の導電層５を、ホットラミネート法で一体形成し
て、導電層５を片側表面に有する樹脂シートを作製す
る。導電層は、ラミネート法以外に印刷法、蒸着法、メ
ッキ法、スパッタリング法等でも形成してよい。次に、
第１の実施の形態と同様に、先鋭な凸部を有するマスタ
基板（図示せず）をもとに、電気メッキ、例えばＮｉメ
ッキを用いて、先鋭な凹部を有する金型モールド基板１
を作成した。

【００３１】次に、ガラス基板３上に、片側に導電層５
が形成されたポリイミドシート２を乗せた後、金型モー
ルド基板１を押し当てる（図２（ｂ）参照）。この場
合、徐々に圧力をかけながら、１８℃／ｍｉｎの速度で
３４０℃まで昇温する。３４０℃到達後、そのまま、１
０分間放置し、２〜１０ｋｇ／ｃｍ²まで昇圧する。つ
ぎに、３８０℃まで昇温し、２０分間放置した後、その
まま圧力を維持しながら冷却し、ポリイミドシート２
を、先鋭な凸部を有する形状に変形させると同時に、片
側に導電層５を有するポリイミドシート２をガラス基板
３にラミネート接着した。次に金型モールド基板１とポ
リイミドシート２を引き離すことにより、先鋭な導電性
凸部、即ちエミッタ部７を含むポリイミドシート２を得
る。金型モールド基板１はマスター金型モールド基板と
して用いられ、その後、上記、ポリイミドシート２への
金型による加圧変形により、再現性良く、多数回に亘
り、先鋭な凸部を有する大面積の樹脂シート層２を大量
に得ることが出来る。この状態を図２（ｃ）に示す。こ
の際、このエミッタ部７をカソードラインとして形成し
てもよいし、上記樹脂シート層に、例えば、Ａｕ、Ｐ
ｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ等の微粒子、超微粒子を混入
させたり、上記樹脂自体に導電性を持たせたり、樹脂シ
ート層をカーボナイズさせたりすることにより、上記樹
脂シート層を導電層とした場合には、樹脂背面、即ちガ
ラス側にカソードラインを形成してもよい。

【００３２】また、予め、ガラス基板上に、印刷、メッ
キ等の手段によりカソードラインを形成しておいてもよ
い。また、この樹脂シート導電層を芯材抵抗バラスト層
として用いてもよい。さらに、この樹脂シート導電層を
ガラス基板以外の基板、例えばセラミック基板やガラス
エポキシ基板、金属基板と接合してもよいし、カソード
ラインを予め、ガラス支持基板上に形成しておいてもよ
い。また、その場合には抵抗バラスト効果を高めるた
め、多数並んだエミッタをエッチングなどにより電気的
に分離しておくのが望ましい。

【００３３】また、上記実施の形態では、樹脂シート２
の片側に導電層５が形成されていたが、樹脂シート２の
両側に導電層を形成しておき、ガラス基板３側の導電層
をカソードライン層としてもよい。

【００３４】このままでも、各種の電子デバイスに用い
ることも出来るが、例えばゲートとエミッタ間の絶縁層
としてＳｉＯ₂やＳｉＮ、等をＣＶＤ法、スパッタリン
グ法、電子ビーム蒸着法、印刷法などで形成し、更に、
ゲート電極層を、例えば、Ｎｉ、クロム、タングステン
等を用いて、無電解メッキ、電気メッキ、印刷法、スパ
ッタリング法、蒸着法等により、ＳｉＯ₂層に覆われた
凸部領域を含んで、ＳｉＯ₂層上に形成、その後、ＣＭ
Ｐ法、ＣＤＥ法、ＲＩＥ法、ウエットエッチング法等を
用いてゲート開口し、ゲート付きエミッタとして用いて
もよい。

【００３５】この第２の実施の形態も第１の形態と同様
の効果を得ることができる。

【００３６】（第３の実施の形態）図３（ａ）乃至図３
（ｃ）は本発明による電界放出型冷陰極装置の製造方法
の第３の実施の形態の製造プロセスを示す工程断面図で
ある。

【００３７】本実施の形態においては、上記第１および
第２の実施の形態と基本的に同様に、先鋭な凸部を有す
るマスタ基板（図示せず）をもとに、電気メッキ、例え
ばＮｉメッキを用いて、先鋭な凹部を有する金型モール
ド基板８を作成するが、上記第１および第２の実施の形
態とは異なり、金型モールド基板８を湾曲した支持基板
９に押し当て湾曲させた。本実施の形態では、湾曲した
支持基板９に押し当てて金型モールド基板８を湾曲させ
たが、金型モールド基板８と支持基板９を別々に湾曲さ
せ、その後接合してもよいし、接合した後、両者同時に
湾曲させてもよい。

【００３８】次に、ガラス基板３上に、片側に導電性層
５が形成されたポリイミドシート２を乗せた後、支持材
料基板９に接合させた湾曲した金型モールド基板８を、
ローリングしながら押し当てる（図３（ｂ）参照）。こ
の場合、徐々に圧力をかけながら、６０℃／ｍｉｎの速
度で３５０℃まで昇温する。３５０℃到達後、そのま
ま、１ｍｉｎ放置し、０．２〜０．８ｋｇ／ｃｍ²まで
昇圧する。

【００３９】次に、３９０℃まで昇温し、４０秒間放置
した後、そのまま圧力を維持しながら冷却し、ポリイミ
ドシート２を、先鋭な凸部２ａを有する形状に変形させ
ると同時に、片側に導電層５を有するポリイミドシート
２をガラス基板３にラミネート接着した。次に金型モー
ルド基板８とポリイミドシート２を引き離すことによ
り、フラットなモールド基板を用いた場合に比較して、
先鋭な導電性凸部、即ちエミッタ部７の形状が均一性に
富んだポリイミドシート２を得ることができる。金型モ
ールド基板８はマスター金型モールド基板として用いら
れ、その後、上記、ポリイミドシートへの金型による加
圧変形により、再現性良く、多数回に亘り、先鋭な凸部
を有する大面積の樹脂シート２を大量に得ることが出来
る。この状態を図３（ｃ）に示す。

【００４０】なお、本実施の形態では、片側に導電層５
を有する樹脂シート２を用いたが、ガラス基板３上にガ
ラスペースト又はセラミックペーストを塗布し、前記凹
部を有する基板８をガラス基板３上のガラスペーストま
たはセラミックペースト層に押し付け、上記ガラスペー
ストまたはセラミックペースト層を凹部内に注入し、第
１の基板と第２の基板を分離して前記先端部に向かって
収束する形状をなす凸型のガラスペーストまたはセラミ
ックペースト基板層を形成し、その後、上記凸型ガラス
ペーストまたはセラミックペースト層基板上にエミッタ
部７を形成してもよい。

【００４１】この場合、例えば、セラミックス又はガラ
ス粉末と溶媒及び有機性添加物のバインダーとの混合物
をガラス基板またはセラミックグリーンシート等の上に
印刷または塗布する。次に、湾曲した金型モールド基板
８をローリングして０．１〜５ｋｇ／ｃｍ²程度の加圧
により押し当て、１００℃、４５分間反応硬化または１
２０℃、５時間乾燥固化した後、４００℃、３時間脱バ
インダー処理、ガラスの場合で４００〜５５０℃、セラ
ミックグリーンシートの場合で１３００〜１８００℃の
焼成により、先鋭な凸部を有する第１の基板を形成す
る。その後、この先鋭な凸部を有する第１の基板上に、
エミッタ層５として、例えばモリブデンからなる層を、
上記凸部を含めて、スパッタリング法、蒸着法、印刷
法、電気めっき法等で形成し、先鋭で、量産性に富む電
界放出型冷陰極装置が得られる。この状態を図３（ｃ）
に示す。この際、このエミッタ部７をカソードラインと
して形成してもよいし、上記樹脂シート層２に、例え
ば、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ等の微粒子、超
微粒子を混入させたり、上記樹脂自体に導電性を持たせ
たり、樹脂シート層をカーボナイズさせたりすることに
より、上記樹脂シート２を導電層とした場合には、樹脂
背面にカソードラインを形成してもよい。また、この樹
脂シート導電層を芯材抵抗バラスト層として用いてもよ
い。

【００４２】更に、この樹脂シート導電層をガラス基板
以外の基板、例えばセラミック基板やガラスエポキシ基
板、金属基板と接合してもよいし、カソードラインを予
め、ガラス支持基板上に形成しておいてもよい。また、
その場合には抵抗バラスト効果を高めるため、多数並ん
だエミッタをエッチングなどにより電気的に分離してお
くのが望ましい。

【００４３】ここで、セラミックスとしては、アルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）等の酸化物系
セラミックスや、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、窒化アルミ
ニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等の非酸化物系
セラミックス等、あるいはアパタイト（Ｃａ₅（Ｐ
Ｏ₄）₃（Ｆ，Ｃｌ，ＯＨ））等のいずれをも用いるこ
とができ、これらのセラミックス粉体には各種焼結助剤
を所望量添加することができる。

【００４４】上記焼結助剤としては、アルミナ粉末には
シリカ（ＳｉＯ₂２）、カルシア（ＣａＯ）、イットリ
ア（Ｙ₂Ｏ₃）及びマグネシア（ＭｇＯ）等を、ジルコ
ニア粉末にはイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）やセリウム（Ｃ
ｅ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、イッテルピウム（Ｙ
ｂ）等の希土類元素の酸化物を、また窒化珪素粉末には
イットリア（Ｙ₂Ｏ₃）とアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等
を、窒化アルミニウム粉末には周期律表第３Ａ族元素の
酸化物等を、炭化珪素粉末にはホウ素（Ｂ）とカーボン
（Ｃ）等を所望量添加することができる。また、ガラス
粉体としては、ケイ酸塩を主成分とし、鉛（Ｐｂ）、硫
黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、明礬等の一種以上を含有し
た各種ガラスを用いることができる。これらのセラミッ
クス又はガラスの粉末に添加する有機性添加物として
は、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキ
シ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレ
タン樹脂、エポナイト、ポリシロキ酸シリケート等が挙
げられる。そしてこれらの有機性添加物を反応硬化させ
る手段としては、加熱硬化、紫外線照射硬化、Ｘ線照射
硬化等がある。

【００４５】なお、作業上、装置上の点からは加熱硬化
が最適であって、とりわけポットライフの点からは不飽
和ポリエステル樹脂が好適である。前記有機性添加物の
含有量は、セラミックス又はガラスの粉体と焼結助剤等
との混合物の流動性及び成形性を維持するためには、粘
性が高くならないようにする必要があり、一方、硬化時
には十分な保形性を有していることが望ましい。このよ
うな点から、有機性添加物の含有量は、セラミックス又
はガラスの粉体１００重量部に対して０．５重量部以上
で、かつ硬化による成形体の収縮という点からは３５重
量部以下がより望ましく、なかでも焼成時の収縮を考慮
すると、１〜１５重量部が最も好適である。

【００４６】また、溶媒としては、上記有機性添加物を
相溶するものであれば特に限定するものではなく、例え
ば、トルエン、キシレン、ベンゼン、フタル酸エステル
等の芳香族溶剤や、ヘキサノール、オクタノール、デカ
ノール、オキシアルコール等の高級アルコール類、ある
いは酢酸エステル、グリセライド等のエステル類を用い
ることができる。

【００４７】とりわけ、上記フタル酸エステル、オキシ
アルコール等は好適に使用でき、更に、溶媒を穏やかに
揮発させるために、上記溶媒を２種類以上併用すること
も可能である。

【００４８】なお、この印刷焼成による方法は、第１お
よび第２の実施の形態に用いてもよい。

【００４９】また、上記片側に導電層５を形成した樹脂
シート２でなく、感光性材料、好ましくはＡｇ系感光材
料を含むもの、たとえばＡｇ微粒子とガラス等の無機材
料微粒子を有機溶媒に溶かして乾燥し、シート状にした
ものを用いてもよい。このようにすれば、カソードライ
ン形成、パターニングが容易に行える利点がある。例え
ば、このような感光性シートをポリイミドシートや、ポ
リエステルシートなどの上に一体形成しておき、ガラス
基板上に感光性シートが接触するようにして、１〜２ｍ
／ｍｉｎの速度、８０〜１００℃でラミネートさせる。

【００５０】次に、ポリイミドシートやポリエステルシ
ートを除去した後、支持材料基板９に接合させた湾曲し
た金型モールド基板８を、ローリングしながら上記感光
性シートに押し当てる（図３（ｂ）参照）。感光性シー
トを、先鋭な導電性凸型に変形させ、次に金型モールド
基板８と感光性シート層２を分離する。次に、ＵＶ光及
び所望のカソードラインパターンを有するマスクを用い
て露光した後、０．４〜１．０％濃度のＮａ₂Ｃｏ₃溶
液などで現像し、所望のカソードラインパターンを得
る。次に、５４０〜６００℃、１５〜２０分間焼成する
ことにより、先鋭な凸部を持つカソードラインがパター
ニングされた感光性シート層２を得ることがができる。
この状態を図３（ｃ）に示す。金型モールド基板８はマ
スター金型モールド基板として用いられ、その後、上
記、ポリイミドシートへの金型による加圧変形により、
再現性良く、多数回に亘り、大面積の先鋭な凸部を有す
る感光性シート層を大量に得ることが出来る。

【００５１】上記樹脂層に、Ａｇ以外の日微粒子、例え
ば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ等の微粒子、超微粒子
を混入させたり、上記樹脂自体に導電性を持たせたり、
樹脂層をカーボナイズさせたりすることにより、上記樹
脂層を導電層とした場合には、樹脂背面にカソードライ
ンを形成してもよい。また、この樹脂導電層を芯材抵抗
バラスト層として用いてもよい。さらに、この樹脂導電
層をガラス基板以外の基板、例えばセラミック基板やガ
ラスエポキシ基板、金属基板と接合してもよいし、カソ
ードラインを予め、ガラス支持基板上に形成しておいて
もよい。また、その場合には抵抗バラスト効果を高める
ため、多数並んだエミッタをエッチングなどにより電気
的に分離しておくのが望ましい。

【００５２】また、導電材料として、ＬａＢ６、Ｔｉ
Ｎ、カボーン、ダイヤモンド、ＢＮ、フラーレン、カー
ボンナノチューブ、ＳｉＣなどの低仕事関数あるいは負
の電子親和力材料やフィラー単体またはこれらの少なく
とも一つをふくむものを用いてもよい。

【００５３】この第３の実施の形態も第１の実施の形態
と同様の効果を得ることができる。

【００５４】（第４の実施の形態）図４（ａ）乃至図４
（ｃ）は本発明による電界放出型冷陰極装置の製造方法
の第４の実施の形態の製造プロセスを示す工程断面図で
ある。

【００５５】本実施の形態においては、上記第１乃至第
３の実施の形態と基本的に同様に、先鋭な凸部を有する
マスタ基板を基に、電気メッキ、例えばＮｉメッキを用
いて、先鋭な凹部を有する金型モールド基板１０を作成
するが、上記第１乃至第３の実施の形態とは異なり、金
型モールド基板１０を円筒状支持基板１０′に押し当て
ロール状にした構成となっている。本実施の形態では、
円筒状支持基板１０′に押当て金型モールド基板１０を
湾曲させたが、金型モールド基板と支持基板を別々にロ
ール状にさせ、その後接合してもよいし、接合した後、
両者同時にロール状にしてもよい。

【００５６】次に、ガラス基板３上に、片側に導電性金
属層５が形成されたポリイミドシート２を乗せた後、円
筒上支持基板１０′に接合させたロール状金型モールド
基板１０を、連続ローリングしながら押し当てる（図４
（ｂ）参照）。この場合、赤外線加熱や加熱炉、また
は、ヒーターの上にガラス基板３を載せ、シート２の温
度を３８０℃まで昇温しておき、０．２〜２０ｋｇ／ｃ
ｍ²の圧力で押し当て、次に金型モールド基板１０とポ
リイミドシート２を引き離しながら冷却し、ポリイミド
シート２を、先鋭な凸部を有する形状に変形させると同
時に、片側に導電層５を有するポリイミドシート２をガ
ラス基板３にラミネート接着した。その結果、フラット
なモールド基板を用いた場合に比較して、連続して大面
積の形状均一性に富んだ先鋭な導電性凸部、即ちエミッ
タ部１１を有するポリイミドシート層２を得ることがで
きる。

【００５７】また、ロール状にすることにより、大面積
の電界放出型冷陰極を得たい場合でも、小さな面積の凹
型金型モールド基板を作製すれば良いという大きな利点
を有する。金型モールド基板１０はマスター金型モール
ド基板として用いられ、その後、上記、ポリイミドシー
ト２への金型による加圧変形により、再現性良く、多数
回に亘り、先鋭な凸部を有する大面積の樹脂シート２を
大量に得ることが出来る。この状態を図４（ｃ）に示
す。

【００５８】この実施の形態も第１の実施の形態と同様
の効果を得ることができる。

【００５９】また、上記実施の形態ではガラスからなる
支持基板３を１個しか図示しなかったが、複数個の支持
基板３を並べて連続供給して大量に、大面積の電界放出
型冷陰極装置を作製してもよい。複数個の支持基板３を
並べた際、その間にクッション材料または、クリーニン
グ材料を挟み、ガラス端面の破損を防止すると同時に、
常に、凹型金型モールド基板をクリーニングしながら電
界放出型冷陰極装置を連続形成しても良い。

【００６０】また、上記実施の形態では、ロール状金型
モールド基板をポリイミドシート２に加圧して、大面積
の電界放出型冷陰極装置を得たが、ロール状金型モール
ド基板を用いて、連続してロールメッキを凹型金型モー
ルド基板にメッキ層を形成して、凸型導電メッキシート
を得て、そのまま、あるいはこれをガラス基板などに接
着する等して、大面積の電界放出型冷陰極装置を得ても
良い。

【００６１】（第５の実施の形態）図５（ａ）乃至図５
（ｂ）は本発明による電界放出型冷陰極装置の製造方法
の第５の実施の形態の製造プロセスを示す工程断面図で
ある。

【００６２】まず、上記第１乃至第４の実施の形態で試
作した先鋭な凸型電界放出型冷陰極装置や回転蒸着法な
ど他の製造方法により作製した先鋭な凸型電界放出型冷
陰極装置の表面に絶縁層膜１２、好ましくはＬＰＤ法、
蒸着法、スパッタリング法、熱酸化法等によるＳｉＯ₂
膜１２を形成する。

【００６３】次に、片側にゲート層となる導電層１４を
有する熱可塑性樹脂、または、紫外線硬化樹脂、また
は、熱硬化性樹脂の少なくともいずれか一つを用いた樹
脂絶縁シート１３を用意する（図５（ａ）参照）。そし
て、このシート層１３を上記先鋭な凸部形状のエミッタ
部に押し当てて、凸部エミッタ部の先端を樹脂絶縁シー
ト層１３上に突き破って露出させることにより、マスク
露光、位置合わせ等の必要もなく簡単にゲート付きの電
界放出型冷陰極装置を得ることが出来る（図５（ｂ）参
照）。

【００６４】なお、本実施の形態では、片側に導電層１
４を有する樹脂絶縁シート１３を用いたが、必ずしも、
導電層を有する必要はなく、絶縁層シートを突き破って
エミッタ部の先端を露出させた後、ゲート層を形成して
もよい。また、突き破ってエミッタ部の先端を露出させ
る際、ゲート層とエミッタ部の先端が接触しなければ、
エミッタ表面に予めＳｉＯ₂層１２を被覆しなくてもよ
い。

【００６５】このような電界放出型冷陰極装置は、量産
が可能で、安価に出来ると同時に、電界放出効率及びそ
の均一性が大幅に向上し、大面積で大型の電子デバイ
ス、例えば、大型平板デバイスプレイに適したものとな
る。

【００６６】次に本発明による電界放出型冷陰極装置の
製造方法の第６の実施の形態の製造工程を図６乃至図８
を参照して説明する。

【００６７】転写モールド法によりシリコン基板全面に
高さ約３μｍのピラミッド型四面体（基底部４μｍ角）
形状を有する凸型２２ａが並んだ基板２２₁，２２₂を
形成する。これらのシリコン凸型基板２２₁，２２₂を
複数枚、エポキシ系の熱硬化性接着剤にてガラス基板２
１上に貼りあわせ、第一の基板２０を形成する（図６
（ａ）参照）。

【００６８】次に、第一の基板２０をＮｉメッキ浴に浸
漬し、第一の基板２０の凸型パターンを反転した凹型パ
ターンを有する厚さ３μｍのＮｉ原盤層３１を形成する
（図６（ｂ）参照）。さらにその上に厚み１０μｍのエ
ポキシ系樹脂層３２を形成し、１００℃で３０分アニー
ルして、エポキシ樹脂を半硬化の状態にし、Ｎｉ原盤３
１をエポキシ樹脂３２からなる第二の基板３０を形成す
る（図６（ｂ）参照）。このエポキシ樹脂層３２に、予
め１５０℃に熱した金属性のロール２５を接触させ、エ
ポキシ樹脂層３２を硬化させて金属ロール２５の表面に
接着した後、ロール２５を巻き取りながら、第二の基板
３０を第一の基板２０と剥離し、第二の基板３０をロー
ル２５に巻き取る（図６（ｃ）参照）。

【００６９】次に第二の基板３０を巻き取ったロール２
５を、メッキ浴５０に浸漬してＮｉ製版層３４を形成
し、半硬化の樹脂からなる裏打ち層８と貼りあわせて、
Ｎｉ製版層３４と裏打ち層３５からなる第三の基板３９
を形成し、予め加熱した第二のロール３８で裏打ち層３
５を硬化させてＮｉ製版膜３４と接着した後、第三の基
板３９を第二の基板３０、即ち、Ｎｉ原盤層３１とＮｉ
製版層３４との界面で剥離させ、第三の基板３９を第二
のロール３８に巻き取る（図７参照）。

【００７０】このようにして形成された第二の基板３０
の構成の断面図を図８（ａ）に示す。

【００７１】このロール２５に巻き取られた第二の基板
３０には、樹脂層３２とＮｉ原盤層３１が形成され、メ
ッキ浴の浸漬工程を経てその上にＮｉ製版層３４が形成
された構成となっている（図８（ａ）参照）。次に、図
８（ｂ）に示すように予め厚さ５０μｍのポリプロピレ
ンフィルム４１上に絶縁樹脂パターン４２と、銀ペース
トを主成分とした導電性ペーストのパターン４３を印刷
し、１５０℃で２時間焼成し、裏打ち層４４を形成す
る。焼成後の裏打ち層４４の厚みは１０μｍであった。
さらにこの裏打ち層４４の絶縁層パターン４２上に絶縁
層パターン４５が重なる様なパターンがカーボンペース
トを主成分とする抵抗層パターン４６を印刷し、１００
℃で３０分仮焼成して、半硬化状態の裏打ち層４７を形
成する。仮焼成後の裏打ち層４７の厚みは５μｍであっ
た。下地フィルム４１に形成された裏打ち層４４，４７
の積層体からなる裏打ち部４８を、予め１５０℃に加熱
した第二のロール３８で第一のロール２５上の第二の基
板３０に接触させ、裏打ち層４７を本硬化させて第三の
基板３９と接着した後（図８（ｂ）参照）、Ｎｉ原盤層
３１とＮｉ製版層３４との界面で剥離させ、Ｎｉ製版層
３４と、裏打ち部４８、下地層４１とを有する電界放出
型冷陰極装置４０を得た（図８（ｃ）参照）。

【００７２】本実施の形態では、第一の基板２０として
転写モールド法で凸型パターンを形成したシリコン基板
を第一の基板として使用したが、例えばシリコンウェハ
ーを異方性エッチングして得られた逆ピラミッド型の凹
型パターンを有する基板にＮｉメッキを行い、剥離した
後の凸型パターンを第一の基板として用いても良い。ま
た、メッキ金属としてＮｉを使用したが、Ｃｕ、Ａｕ、
Ｃｏ、等のメッキ金属でも同様の効果が得られる。

【００７３】次に本発明による電界放出型冷陰極装置の
第７の実施の形態の製造工程を図９乃至図１１を参照し
て説明する。図９は第７の実施の形態の全体の製造工程
を示す模式図であり、図１０乃至図１１は上記製造工程
の一部を示した工程断面図である。

【００７４】第６の実施の形態の途中まで同様の製法に
より、微細な凸型パターンを形成したＳｉ基板から、反
転させた凹型パターンのアレイを有したメッキ原盤３１
を用いる（図示せず）。メッキ原盤３１には樹脂層３２
が形成されており、予めロール５８に巻き取っておく
（図９参照）。メッキ原盤３１を他のロールで巻き取り
ながら、メッキ原盤３１上にディスペンサ６０で所望の
領域にレジスト層７０を塗布し、赤外線炉６２を通して
ベークする（図９、１０（ａ）参照）。次にメッキ浴６
４に浸漬して、Ｎｉ原盤３１上にＮｉメッキ３４を析出
させ（図９、１０（ｂ）参照）、レジスト剥離装置６６
を通してレジスト層７０とその上のメッキ層を除去し、
所望のパターンを有したメッキ製版３４ａを形成する
（図９、１０（ｃ）参照）。このメッキ製版３４ａに裏
打ち部４８を張り合わせた。裏打ち部４８は、第６の実
施の形態と同様にパターニングされた抵抗層４７と、導
電層４４と、下地基板４１とからなる。メッキ原盤３１
とメッキ製版３４の界面で剥離させながら、メッキ原盤
３１側のシートとメッキ製版３４側のシート６８をそれ
ぞれのロール７０，７２に巻き取ることにより、メッキ
原盤３１の微細な凹型パターンアレイを反転させた凸型
パターンアレイの電界放出型冷陰極装置４０を得た（図
１１参照）。

【００７５】第６および第７の実施の形態によって得ら
れる電界放出型冷陰極装置も、電界放出の均一性が良好
で、電界放出効率も高く、さらに高集積化も容易であ
る。

【００７６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、電界
放出の均一性が良好で、電界放出効率も高く、しかも、
高集積化も容易である大面積の電界放出型冷陰極装置を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の製造工程断面図。

【図２】本発明の第２の実施の形態の製造工程断面図。

【図３】本発明の第３の実施の形態の製造工程断面図。

【図４】本発明の第４の実施の形態の製造工程断面図。

【図５】本発明の第５の実施の形態の製造工程断面図。

【図６】本発明の第６の実施の形態の製造工程断面図。

【図７】本発明の第６の実施の形態の製造工程断面図。

【図８】本発明の第６の実施の形態の製造工程断面図。

【図９】本発明の第７の実施の形態の製造工程断面図。

【図１０】本発明の第７の実施の形態の製造工程断面
図。

【図１１】第７の実施の形態によって得られる電界放出
型冷陰極部の構成を示す断面図。

【図１２】従来の製造工程断面図。

【符号の説明】

１基板２ポリイミドシート（樹脂シート）２ａ凸部３ガラス基板４エミッタ層５，１４導電層６，７エミッタ部８，１０金型モールド基板９支持基板１０′ 円筒状支持基板１２絶縁膜１３樹脂絶縁シート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板の表面に先鋭な凹部を形成する
工程と、第２の基板上に熱可塑性樹脂、紫外線硬化樹脂、および
熱硬化性樹脂のうちの少なくとも１つの樹脂を用いた樹
脂シート層を形成する工程と、前記第１の基板を前記樹脂シート層が形成された第２の
基板に当てて前記第１の基板の前記凹部内に前記樹脂シ
ート層の樹脂を入り込ませ、表面に先鋭な凸形状を有す
るように前記樹脂シート層を変形する工程と、前記第１の基板を前記樹脂シート層から引離した後、前
記樹脂シート層の表面にエミッタ部となる導電層を形成
する工程と、を備えたことを特徴とする電界放出型冷陰極装置の製造
方法。
【請求項２】第１の基板の表面に先鋭な凹部を形成する
工程と、熱可塑性樹脂、紫外線硬化樹脂、および熱硬化性樹脂の
うちの少なくとも１つの樹脂を用いた樹脂層と、この樹
脂層の少なくとも一方の面に形成された導電層とを有す
る樹脂シート層を第２の基板上に形成する工程と、前記第１の基板を前記樹脂シート層が形成された第２の
基板に当てて、前記第１の基板の前記凹部内に前記樹脂
シート層の導電層および樹脂シート層を入り込ませ、表
面に先鋭な凸形状のエミッタ部を有するように前記樹脂
シート層を変形させる工程と、前記第１の基板を前記樹脂シート層から引離す工程と、を備えたことを特徴とする電界放出型冷陰極装置の製造
方法。
【請求項３】前記樹脂シート層はラミネート成形されて
いることを特徴とする請求項２記載の電界放出型冷陰極
装置の製造方法。
【請求項４】前記第１の基板は湾曲していることを特徴
とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電界放出型冷
陰極装置の製造方法。
【請求項５】前記第１の基板は円筒状であることを特徴
とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電界放出型冷
陰極装置の製造方法。
【請求項６】前記樹脂シート層に絶縁膜を形成する工程
と、片側の表面にゲート層となる導電層を有する樹脂絶縁シ
ートを前記樹脂シート層の前記エミッタ部に押し当てて
前記樹脂絶縁シートを突き破って前記凸形状のエミッタ
部を露出させる工程と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに
記載の電界放出型冷陰極装置の製造方法。
【請求項７】基板上に形成された、各々が先鋭な凸形状
の導電体からなる複数のエミッタと、各エミッタの先端が露出するように前記基板上に形成さ
れた絶縁層と、前記エミッタ間の前記絶縁膜上に形成された導電体から
なるゲート層と、を備えたことを特徴とする電界放出型冷陰極装置。
【請求項８】前記エミッタの露出している先端部は絶縁
膜によって覆われていることを特徴とする請求項７記載
の電界放出型冷陰極装置。