JP2000340102A - 電界放出素子の製造方法、電界放出素子及び平面ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】微細、高密度かつ高い形状精度を有する電界放
出素子の製造方法を提供すること。 【解決手段】基板１４にエミッタ形状を形成する電界放
出素子の製造方法において、基板１４を切削加工するこ
とで、エミッタ形状を削り出す工程を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出素子の製
造方法、電界放出素子及び平面ディスプレイ装置に関
し、特に、エミッタ形状を直接削り出す方法の他、転写
モールド法に用いる金型の原盤にエミッタ様のエミッタ
形状を形成するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体微細加工技術の進歩に伴
い、ミクロンサイズの微小真空管（電子銃）である電界
放出素子が注目され、その開発が進められている。

【０００３】この電界放出素子は、電子線描画装置や平
面ディスプレイの電子放出源として利用することが考え
られており、そのためには、先鋭化された多数のエミッ
タ電極を、面方向に高密度に配列する必要がある。ま
た、平面ディスプレイの電子放出源として用いる場合、
このエミッタ電極の先鋭度を向上させて一つ一つの素子
の駆動電圧を下げる必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した電界放出素子
の従来の製造方法にあっては、次のような問題があっ
た。すなわち、エミッタ電極の先鋭化を、半導体製造技
術として利用されている重ね合わせ露光や異方性エッチ
ング等の手法によって行っていた。このため、エミッタ
電極の先鋭化プロセスの再現性が乏しく、多数のエミッ
タ電極を均質に作成することが困難であった。

【０００５】また、この場合、先鋭度は露光装置の解像
度に左右される。すなわち、エミッタ電極の先鋭度は、
マスクパターンニングを行うステッパ等の解像度に依存
するが、その解像度には限界があるため、先鋭化には一
定の限界があった。

【０００６】また、半導体製造技術を利用した電界放出
素子の形成方法では、素子を形成する基板の大きさが半
導体ウエハのサイズに制限されてしまうという問題もあ
る。

【０００７】そこで本発明は、微細、高密度かつ高い形
状精度を有する電界放出素子の製造方法、電界放出素子
及び平面ディスプレイ装置を提供することを目的として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の電界放出素子の製造方法、電
界放出素子及び平面ディスプレイ装置は次のように構成
されている。

【０００９】（１）被加工物にエミッタ形状を形成する
電界放出素子の製造方法において、前記被加工物を切削
して前記エミッタ形状を削り出す工程を具備することを
特徴とする。

【００１０】また、被加工物は一枚で平面ディスプレイ
のサイズに対応する面積を有しており、これに平面ディ
スプレイの全画素分のエミッタ形状を形成するようにし
てもよい。

【００１１】切削加工によりエミッタ形状を削り出す工
程は、前記被加工物の表面に、深くなるにしたがって次
第に細幅となる溝を複数本形成することでこの被加工物
からエミッタ形状を削り出すようにしてもよく、さらに
切削加工によりエミッタ形状を削り出す工程は、被加工
物の表面に平行な溝を複数本形成する工程と、この工程
を溝方向を異ならせて複数回行うことでエミッタ形状を
削り出す工程とを有するようにしてもよい。さらにまた
切削加工によりエミッタ形状を削り出す工程は、被加工
物の表面に平行な溝を複数本形成する工程を、形成する
溝方向を９０度ずらして複数回行なうことで四角錐状の
エミッタ形状を形成するようにしてもよい。さらにま
た、切削加工によりエミッタ形状を削り出す工程は、被
加工物の表面に平行な溝を複数本形成する工程を、形成
する溝方向を６０度ずつずらして複数回行なうことで三
角錐状のエミッタ形状を形成するようにしてもよい。

【００１２】切削加工によりエミッタ形状を削り出す工
程は、回転外周方向縁端に向かって次第に細幅となる両
横切刃及び前切刃を有する回転工具を用い、この回転工
具と前記被加工物とを回転工具の回転接線方向に沿って
相対的に送り駆動することで、この被加工物に、深さ方
向に沿って次第に細幅となる溝を形成するようにしても
よい。

【００１３】この他、被加工物の表面に前記切削加工に
よりエミッタ形状を削り出し、電界放出素子のエミッタ
電極を直接形成するようにしてもよい。

【００１４】さらに、所定の刃先角を有する第１の工具
で切削を行った後、第１の工具とは異なる刃先角を有す
る工具でさらに加工を行うようにしてもよい。また、所
定の刃先角を有する第１の工具で切削を行った後、第１
の工具とは異なる刃先の幅を有する工具でさらに加工を
行うようにしてもよい。

【００１５】一方、被加工物として円筒状のものを用い
てもよい。また、エミッタ形状を構成する稜線が非直線
のもの、複数の線分からなるもの、稜線の傾きが先端に
近いものほど急峻なもの、所定の湾曲を有するもの、少
なくとも一つの段部を有するものであってもよい。

【００１６】（２）上記（１）に記載された電界放出素
子の製造方法を利用して形成されたエミッタ電極を有す
る被加工物を用いて形成されたことを特徴とする。

【００１７】凸部を有する基板を被加工物に押し付ける
ことで第３の原盤を形成する工程をさらに含むようにし
てもよい。さらに、第３の原盤を形成する工程は、前記
凸部を有する基板を位置をずらしながら金型となる基板
に複数回押し付ける工程を含むようにしてもよい。

【００１８】（３）母材を切削することにより主面にエ
ミッタ形状が設けられた第１の原盤を形成する工程と、
前記第１の原盤のエミッタ形状が形成された主面上の第
１の材料層を形成する工程と、前記第１の原盤のエミッ
タ形状が転写された凹部を有する第２の原盤を得るため
に、前記第１の原盤から前記第１の材料層を剥離する工
程と、前記第２の原盤の凹部が設けられた主面上に第２
の材料層を形成する工程と、前記第２の原盤の凹部の形
状が転写された凸部を有する基板を得るために、前記第
２の原盤から前記第２の材料層を剥離する工程とを備え
ていることを特徴とする。

【００１９】（４）少なくとも（１）に記載された電界
放出素子の製造方法を利用して形成されたエミッタ電極
を有する電界放出素子及び前記エミッタ電極から電子を
放出させるゲート電極を有する陰極装置と、少なくとも
前記陰極装置から放出された電子を引き付けるための陽
電極及び前記電子が衝突することによって発光する発光
体膜が設けられた透光性基板を有する陽極装置とを備え
ていることを特徴とする。

【００２０】（５）少なくとも、複数の線分又は弧が組
み合わされた稜線を有するエミッタ電極が設けられた電
界放出素子及び前記エミッタ電極から電子を放出させる
ゲート電極を有する陰極装置と、少なくとも、前記陰極
装置から放出された電子を引き付けるための陽電極及び
前記電子が衝突することによって発光する発光体膜が設
けられた透光性基板を有する陽極装置とを備えているこ
とを特徴とする。

【００２１】（６）基板と、この基板の主面上に設けら
れる複数の線分又は弧が組み合わされた稜線を有するエ
ミッタ電極を具備することを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１〜図１１は、本発明の第１の
実施の形態に係る電界放出素子の製造方法を示す図であ
る。本電界放出素子の製造方法では、基板の表層を切削
加工することで、電界放出素子のエミッタ形状列（エミ
ッタアレイ）を削り出し、さらに、最終的な製品である
平面ディスプレイ装置等の製品を得るものである。

【００２３】図１は、この方法で形成するエミッタアレ
イ１（エミッタ形状２の列）を拡大して示すものであ
る。各エミッタ形状２は、一辺の長さＬ＝１〜５０μ
ｍ、頂角θ＝３０〜１２０°（好ましくは約７０°）、
高さＨ＝１〜５０μｍの正四角錘であり、間隔Ｍ＝１〜
５０μｍ、ピッチＰ＝１〜１００μｍの格子状に配置さ
れている。

【００２４】このエミッタ形状２は、例えば、平面ディ
スプレイ装置（ＦＥＤ：Field Emission Display）に適
用される電界放出素子の場合、１画素当り、横約５×３
（"３"はＲＧＢ数）個、縦約１０個の計１５０個、ＦＥ
Ｄの１画面のサイズを横１０００×縦約８００画素とす
ると、画面全体で総計１５０００×８００個形成されな
ければならない。

【００２５】この実施形態は、合計１５０００×８００
個のエミッタアレイ１を図２に示す切削加工装置で一度
に形成する方法を提供する。

【００２６】この切削加工装置は、門型のＮＣ加工機で
あり、基台４上に搭載された門型ヘッド５が、図中６で
示す主軸装置をＸＹＺ方向に位置決め自在に保持してい
る。この主軸装置６は、高速エアスピンドル（不図示）
と、このエアスピンドルによって回転駆動される主軸７
を有しており、この主軸７の先端部には、円盤状のブラ
ケット８を介してダイヤモンドバイト９（回転工具）が
取着されている。このダイヤモンドバイト９は、主軸７
の径方向に沿って外側に突出する状態で取着されてい
る。

【００２７】このダイヤモンドバイト９は、図３に示す
ように、主軸７側に固定されるシャンク１１と、このシ
ャンク１１の先端に接着されたダイヤモンドチップ１２
とからなる。

【００２８】図４は、このダイヤモンドチップ１２の切
刃の形状を示したものである。このダイヤモンドチップ
１２は、掬い面１２ａと、前切刃１２ｂと、横切刃１２
ｃと、前切刃逃げ面１２ｄと、横切刃逃げ面１２ｅとか
ら構成されている。ここで、掬い面１２ａの前切刃長Ｗ
と頂角φは、それぞれエミッタ形状２の間隔Ｍ、頂角θ
（図１参照）に等しく設計されている。さらに、前切刃
逃げ角α及び横切刃逃げ角βはそれぞれ３°に設定され
ている。

【００２９】また、図２に示すように、加工装置の基台
４上には、工作対象としての基板１４が回転位置決めテ
ーブル１５上に保持されている。この基板１４は、例え
ば、電界放出素子のエミッタ電極を転写モールド法で形
成する場合に用いる金型を製造するための原盤であり、
ＦＥＤの全画素に対応する投影面積分の面積を有するも
のである。

【００３０】次に、この基板１４の表面にエミッタ形状
２を形成する工程を図２、図５及び図６の（ａ）〜
（ｃ）を参照して説明する。

【００３１】まず、図２に示す門型ヘッド５を作動さ
せ、主軸装置６をＸＹ方向に駆動し、ダイヤモンドバイ
ト９を基板１４に対向位置決めする。ついで、主軸装置
６を作動させることでダイヤモンドバイト９を回転させ
る。このことで、ダイヤモンドチップ１２の前切刃１２
ｂは、図２に点線γで示す円軌跡を描く。

【００３２】この状態で、主軸装置６をＺ方向に沿って
下降駆動し、ダイヤモンドバイト９を所定の切込深さＤ
で基板１４に切り込ませると共に、所定の送り速度でＸ
軸方向に駆動する。このことで、図５に示すように、ダ
イヤモンドチップ１２の掬い面１２ａで、基板１４の表
層（網掛け部分）を削り取り、このチップ１２の掬い面
１２ａと同断面形状の溝１７を形成していくことができ
る。

【００３３】ここで、主軸装置６のＸ方向の単位時間当
たりの送り量ｆ（送り速度Ｆ）は、図５に示すように、
１回当りの最大切り取り厚さｔに基づいて決定される。
加工中の欠け等を制御し、例えばエミッタ形状２の先端
を先端半径３０ｎｍ以下に先鋭化するには、最大切り取
り厚さｔを一定厚さ以下、好ましくはｔ≦１０μｍ、さ
らに好ましくはｔ≦１μｍに制御する必要がある。

【００３４】ここで、ｔは、ダイヤモンドバイト９の回
転数をＳ、工具送り速度をＦ（＝ｆ・ｄｘ／ｄｔ），切
込深さをＤ、バイト切刃の回転半径をＲとすると、それ
らの幾何学的関係から、 ｔ＝（Ｆ／Ｓ）・｛２（Ｄ／Ｒ）−（Ｄ／Ｒ）^２｝
^１／２ で与えられるから、これから工具送り速度Ｆを決定すれ
ば良い。

【００３５】図６の（ａ）は、この工程によって形成さ
れる溝１７を示す斜視図である。上記工程を、ダイヤモ
ンドバイト（主軸装置）をＹ方向にピッチＰ（＝Ｌ＋
Ｍ）で送りつつ複数回行うことで、図６の（ｂ）に示す
ように、複数の溝１７を形成することができ、溝１７間
に三角陵１８を形成することができる。

【００３６】次に、テーブル１５を９０度回動させ、上
記図６の（ａ），（ｂ）と全く同様の切削工程を行うこ
とで、図６の（ｃ）に示すように、三角陵の交点のみが
残り、基板１４の表面全面に亘って四角錐のエミッタ形
状２のアレイ１が削り出されることになる。

【００３７】この状態では、エミッタ形状２の稜線上に
加工物の流動に起因するバリが形成されることがある
が、これを除去する必要がある場合には、図６の（ａ）
〜（ｃ）と同一軌跡の操作を再び繰り返す（ゼロカッ
ト）ことで、バリを除去することができる。なお、ゼロ
カットにより除去しきれないバリが生じている場合に
は、アセトンによる超音波洗浄等の洗浄工程により除去
することができる。

【００３８】このような構成によれば、半導体微細加工
技術を用いず、切削加工によりエミッタ形状２を形成す
るものであることから次の効果を得ることができる。

【００３９】第１に、基板１４は半導体ウエハに限定さ
れないため、大型ＦＥＤの全画素分に対応する面積に一
度にエミッタアレイ１を形成することができる。

【００４０】第２に、エミッタ形状２の形成に露光やエ
ッチング等の半導体製造プロセスを用いないので、エミ
ッタ形状の先鋭化が露光解像度や除去作用の等方性等の
制限を受けることがなく、均質なエミッタ形状を得るこ
とができる。さらに、後の実施形態でも示されるよう
に、先端の曲率半径３０ｎｍ以下と、極めて先鋭度の高
いエミッタ形状を得ることを可能とする。

【００４１】第３に、回転工具（ダイヤモンドバイト
９）を用いて切削加工を行うようにしたから、一回の切
削量を極めて小さくすることができ、欠け等が生じるの
を防止して極めて先鋭度の高いエミッタ形状を形成する
ことができる。

【００４２】なお、本発明の方法は、前述したように、
エミッタ電極を転写モールド法で形成するための金型を
得るための原盤にエミッタ形状を形成する場合の他、電
界放出素子のエミッタ電極を直接を形成する場合にも適
用可能である。

【００４３】また、エミッタ形状２は四角錐に限定され
るものではなく、図７に示すような三角錐であっても良
い。この場合、基板を６０度ずつ回動させて上記と同様
の切削加工をＡ〜Ｃの各方向に沿って行えば良い。

【００４４】四角錐の場合には、送り量の設定及び加工
装置の位置決め誤差に起因し、本来頂点となるべき部位
が切頭形状として残ってしまう可能性があるが、三角錐
の場合には必ず頂点が形成されるという利点がある。

【００４５】また、図８で示したのは、エミッタ形状ア
レイ１の分布を偏在化させた例である。このような配置
であっても上述の切削加工によればＹ方向の送りピッチ
Ｐ１、Ｐ２を不等に変化させることで得ることができ
る。

【００４６】さらに、上記加工装置は、図２に示すもの
に限定されるものではなく、例えば図９に示すような装
置であっても良い。

【００４７】図２に示す装置は、ダイヤモンドバイト９
を水平軸回りに回転させていたが、この加工装置は、垂
直軸回りに回転させた例である。このような装置であっ
ても上記装置と同様の加工を行うことができる。

【００４８】このとき基板１４から生じる切削屑は動方
向に落下するから、被加工物下方に切削屑が付着し易
い。溝形成前の被加工表面に屑が付着すると、切削時に
ダイヤモンドバイト９と被加工表面との間に切削屑が挟
まり易くなるため、高精度な溝加工を実施することが困
難となる。したがって、溝加工中のダイヤモンドバイト
９は重力方向と直交する方向に移動させる。このような
溝加工を被加工物の下方から上方に向かって繰り返すこ
とにより、順次溝を形成していくことが好ましい。重力
方向に略直交する方向に送られているダイヤモンドバイ
ト９の後方から追うようにして、ミスト状の灯油を加工
点に対して吹き付けることによって排除することが好ま
しい。切削屑を被加工物と工具との間から排除する観点
と、ダイヤモンドバイト９と被加工物との潤滑を図る観
点から有効である。加工終了後に被加工物表面に残留し
た切削屑は、洗浄して排除することができる。

【００４９】（第１の実施形態の実施例）第１の実施形
態の実施例として、一辺の長さＬ＝１０μｍ、頂角θ＝
７０°、高さＨ＝７μｍ、ピッチＰ＝２０μｍのエミッ
タ形状アレイ１を形成した。加工により得た製品は、画
面サイズ４０インチのＦＥＤ装置を構成するためのエミ
ッタアレイを転写モールド法成形に用いる金型上に形成
するための原盤１４′′として用いる。しかしながら、
このようにして切削により得られた基板１４を、そのま
ま電界放出素子を形成するエミッタアレイとして用いて
もよい。

【００５０】図１０〜１１は、その模式図を示したもの
である。図１０は、切削加工により削りだされるエミッ
タ形状を示す模式図、図１１は、ゼロカット実施後のエ
ミッタ形状を示す模式図である。

【００５１】以下に、このエミッタ形状アレイを形成し
た際の加工装置の加工精度及び加工条件を示す。

【００５２】（１）加工装置の加工精度 主軸装置のエアスピンドル…径方向回転振れ量０．０
５μｍ以下、軸方向回転振れ量０．０５μｍ以下。

【００５３】門型ヘッド： Ｚ軸…ストローク１００ｍｍ以上、真直度０．１μｍ以
下、直角度０．１μｍ以下、位置決め精度１０ｎｍ以
下、 Ｙ軸…ストローク８００ｍｍ以上、真直度０．８μｍ以
下、直角度０．８μｍ以下、位置決め精度１０ｎｍ以
下、 Ｘ軸…ストローク８００ｍｍ以上、真直度０．８μｍ以
下、直角度０．８μｍ以下、位置決め精度１０ｎｍ以
下。

【００５４】ダイヤモンドバイト： シャンク…縦８ｍｍ、横８ｍｍ、長さ６０ｍｍ、 ダイヤモンドチップ…刃先角７０°、前切刃長１０μ
ｍ、切刃高さ２ｍｍ、前切刃逃げ角３°、横切刃逃げ角
３°、主軸中心からダイヤモンドチップの頂点までの高
さ６０ｍｍ。

【００５５】（２）加工条件 主軸回転数：Ｓ＝２０００ｍｉｎ^−１ Ｘ軸送り速度：Ｆ＝１００ｍｍ／ｍｉｎ 切込深さ：Ｄ＝０．０１ｍｍ 切り取り量：ｔ≦１μｍ Ｙ方向送りピッチ：Ｐ＝２０μｍ。

【００５６】ダイヤモンドチップの刃先角は任意に変更
可能である。その範囲は一般的に３０°〜１２０°の範
囲となる。このため、エミッタ形状の頂角を任意に設定
することができると同時に、エミッタ形状のアスペクト
比も任意に設定することが可能になり、これにより電子
が放出しやすいエミッタを形成することが可能となる。
なお、Ｓｉを異方性エッチングにより加工する方法で
は、実質的に７０°程度の角度でしか加工できない。

【００５７】（第２の実施形態）図１２は本発明の第２
の実施の形態に係る電界放出素子の製造方法を示す図で
ある。本電界放出素子の製造方法では、第１の実施形態
で製造された原盤１４′を利用して電界放出素子のエミ
ッタ電極を製造するものである。

【００５８】まず、第１の実施形態の方法により、約３
８Ｈｖの無酸素銅、約１７Ｈｖのアルミニウム（１０６
０−Ｏ）、無電解Ｎｉメッキ層が施されてなるディスプ
レイが必要とする表示面積に相当する大きさの基板１４
を切削加工してエミッタアレイ１を有する原盤１４′を
形成する（Ｓ１）。なお、上記の金属の他、Ｒａ＝０．
０１μｍ程度の鏡面加工がしやすく、展性・延性に富む
他の金属でもよい。

【００５９】次に、この原盤１４′の表面を脱脂し、さ
らにフッ化アンモニウム等のフッ化物で表面を活性化し
た後、無電解Ｎｉメッキや電解Ｎｉメッキによる方法を
用いて、原盤１４′上に、一次転写の例えば５００Ｈｖ
の電解ＮｉからなるＮｉ電鋳層２０を形成する（Ｓ
２）。Ｎｉ電鋳層２０の厚さは、例えば５０μｍ程度の
ものである。その後、このＮｉ電鋳層２０を原盤１４′
から剥離する。これによりＮｉ電鋳金型２１を得る（Ｓ
３）。次に、このＮｉ電鋳金型２１の表面に対して脱脂
又は陽極酸化等を行い、付着物が剥離され易い状態にし
ておく。その後、このＮｉ電鋳金型２１上に二次転写の
５５０Ｈｖの無電解ＮｉからなるＮｉ電鋳層２２を形成
する（Ｓ４）。このＮｉ電鋳層２２の厚さが薄くて機械
的強度が得られにくい場合には、ガラス基板等の裏打ち
を施してもよい。その後、このＮｉ電鋳層２２をＮｉ電
鋳金型２１から剥離することでＮｉ電鋳工具２３を得る
（Ｓ５）。このＮｉ電鋳工具２３は、ＦＥＤ装置の全画
素分に対応する表面積及びエミッタ形状のアレイ２４を
有するので、そのまま電解放出素子に利用可能である。
原盤１４′から複数のＮｉ電鋳基板２３を得ることがで
きるので、加工時間を大きく短縮することができる。

【００６０】さて、このようにして得られたＮｉ電鋳基
板２３を工具として用いることにより、さらに雌型を作
成することが可能である。

【００６１】（Ｓ５）の工程の後、このＮｉ電鋳工具２
３を、ＦＥＤの全画素分に対応する表面積を有する基板
２５に押し付けることにより、一度の押し付けで転写モ
ールド形成用の金型２６を得ることができる（Ｓ６）。

【００６２】図１４の（ａ）は、この押し付けを行う押
し付け装置を示すものである。この押し付け装置は、基
台２８と、この基台２８上に設けられ、加工対象である
基板２５の表面をＺ軸に対して垂直にした状態で保持し
かつＺ軸方向に位置決めできるＺ軸テーブル２９と、Ｎ
ｉ電鋳工具２３を基板２５の表面に対向させた状態で保
持しＮｉ電鋳工具２３をＸＹ方向に位置決め駆動するＸ
Ｙ駆動ヘッド３０とを有する。

【００６３】このような装置によれば、Ｎｉ電鋳工具２
３をＸＹ駆動ヘッド３０によって基板２５の表面に対向
位置決めし、基板２５をＺ軸方向に駆動することで、基
板２５の表面をＮｉ電鋳工具２３に押し付けることがで
きる。

【００６４】この押し付けは、Ｎｉ電鋳工具２３のエミ
ッタ形状２４を基板２５の所定の深さまで押し込み、塑
性変形に必要な時間（例えば１０秒）だけその状態を保
ち、その後引き離すことで行われる。

【００６５】なお、このような押し付け加工において
は、材質等の要因により基板２５の表面に盛り上がり３
１（図１２参照）が発生し、表面の平坦度が失われる場
合が考えられる。これに対応するためには、例えば図１
４の（ａ）に示す加工装置によって、Ｎｉ電鋳工具２３
の近傍に平面加工用ダイヤモンドバイト３２を保持し、
一方、Ｚ軸テーブル２９に基板２５を取り付け、このダ
イヤモンドバイト３２を用いてこの基板２５表面の盛り
上がり３１を平面切削して除去し、所定の平面度に仕上
げるようにする。

【００６６】このような構成によれば、一度の押し付け
加工で、ＦＥＤ装置全面積に対応する大きさの金型を得
ることができる効果がある。

【００６７】なお、この実施形態では、ＦＥＤの全面に
対応する大きさのＮｉ電鋳工具２３を用いて、これを基
板２５に押し付けることで、一度の押し付け加工で転写
モールド成型用の金型２６を得るようにしたがこれに限
定されるものではない。比較的小さい電鋳工具を用い、
これを複数回押し付け加工することでＦＥＤ全面に対応
する大きさの金型を得るようにしても良い。

【００６８】このためには、図１４の（ａ）〜（ｆ）に
示すように、押し付け位置をずらしながらＮｉ電鋳工具
２３′の押し付けを複数回繰り返すことで、ＦＥＤの全
面に対応する大きさの金型２６を加工すれば良い。な
お、図１５の（ｆ）に示すように最後に平面度を出すた
めに二点鎖線Ｑで示すように切削を行う。例えば、１０
００×１０００のエミッタアレイ２４′を有するＮｉ電
鋳工具２３′を用いて繰り返し押し付け加工を行う場
合、ＦＥＤ全体のアレイ数は１５０００×８０００であ
るから、１回の押し付け加工に要する時間を約６０秒と
して、 （１５０００／１０００）×（８０００／１０００）×
６０ｓｅｃ＝２ｈｏｕｒ となるから、約２時間と、極めて短時間での金型制作が
可能となる。

【００６９】なお、この場合にも、基板の表面に盛り上
がり３１が形成されることがあるが、上述したように押
し付け加工終了後に平面切削により除去すれば良い。

【００７０】なお、このＮｉ電鋳工具２３′は、シリコ
ン基板を露光・異方性エッチングすることで形成された
ものであっても良い。

【００７１】また、押し付け加工を行う加工装置は図１
３の（ａ）に示すものに限定されるものではなく、図１
３の（ｂ）に示すようなものであっても良い。この装置
は、門型ヘッド３５を有し、この門型ヘッド３５はＮｉ
電鋳工具２３をＸＹＺ方向に位置決め駆動可能に保持し
ている。また、この門型ヘッド３５は、平面加工用ヘッ
ド３６を保持している。この平面加工用ヘッド３６は、
Ｚ軸について回転可能な主軸（不図示）を有し、この主
軸にダイヤモンドバイト２７が取り付けられている。こ
のような装置によっても、図１３の（ａ）に示した装置
と同様の加工を行える。

【００７２】図１５の（ａ）〜（ｃ）は、エミッタの凹
型を押し込み塑性加工した実験例を示す顕微鏡写真であ
る。工具としてＳｉ凹型を転写した電解Ｎｉメッキ凸原
盤を用い、加工物には焼鈍処理（２００℃×４ｈ）を施
した無酸素銅（Ｃ１０２０ＢＤ）を用いた。加工領域は
４ｍｍ×４ｍｍ、押し込み圧力は２００〜６００Ｎ／ｍ
ｍ^２、押し込み速さは０．２ｍｍ／ｍｉｎ、荷重保持時
間は３０ｓｅｃとした。図１５の（ａ）は使用前の工
具、図１５の（ｂ）は加工後の工具、図１５の（ｃ）は
加工後の加工物表面をそれぞれ倍率１００００倍で示し
たものである。加工物には工具先端の形状が転写されて
いる。また、工具先端は加工によって丸みを帯び鈍化さ
れ、その先端半径は５０〜１００ｎｍとなった。したが
って、加工物のエミッタ形状先端半径も５０〜１００ｎ
ｍ程度であると推測される。

【００７３】この実験例から、ダイヤモンド圧子を工具
とし無酸素銅を加工物としてエミッタの無酸素銅凹型を
製作し、これを転写した電解Ｎｉメッキ凸原盤を工具と
してさらに大面積の無酸素銅凹型を製作することが可能
と考えられる。工具には、実験と同様にＳｉ凹型を転写
した電解Ｎｉメッキ凸原盤を用いることもできる。電解
Ｎｉメッキの硬さはワット浴でＨｖ１５０〜２５０、光
沢浴でＨｖ４００〜５００であるのに対し、無電解Ｎｉ
メッキの硬さは熱処理なしでＨｖ５５０、熱処理後でＨ
ｖ１１００である。また、熱処理した無酸素銅（Ｃ１０
２０ＢＤ）の硬さは約Ｈｖ３８であるのに対し、熱処理
したアルミ（１０６０−Ｏ）の硬さは約Ｈｖ１７であ
る。したがって、工具先端の鈍化（丸み）は、工具材種
を無電解Ｎｉメッキとし、加工物をアルミとすることに
より、低減可能であると考えられる。必要に応じて材料
を選択することが望ましい。

【００７４】図１６，１７は本発明の第３の実施の形態
に係るエミッタ電極製造方法を示す図である。上述した
第１、第２の実施形態では、基板の表面にエミッタ形状
を切削加工するようにしていたが、加工物は基板に限ら
れるものではなく、図１６に示すような円筒体４０であ
っても良い。

【００７５】まず、図１６の（ａ）に示すように、円筒
体４０をその中心軸回りに回転させ、これに回転するダ
イヤモンドバイト９を当接させることで周に沿う溝１
７′を形成する。ついで、図１６の（ｂ）に示すよう
に、この円筒体４０を９０度回動させ、所定のピッチで
回転方向に送りながらこの円筒体４０とダイヤモンドバ
イト９とを円筒体４０の軸方向に沿って相対的に移動さ
せることで、溝１７′と直交する溝１７″を形成するこ
とができ、この結果、図６の（ａ）〜（ｃ）に示したも
のと同じような加工が行える。そして、この円筒体４０
の全面に亘ってエミッタ形状を形成することができる。

【００７６】このような加工方法によれば、上記形状の
工具２３″を形成することでき、そして、図１７に示す
ように、工具２３″を基板と平行な軸線において回転さ
せながら押し付け、平行に相対変位させることで、金型
となる基板２５に対してエミッタ形状の転写を連続的に
行っていくことができる。図１７中４１は工具２３″と
ともに基板２５を挟圧するローラを示している。

【００７７】図１８は本発明の第４の実施の形態に係る
平面ディスプレイ装置の要部を示す図である。平面ディ
スプレイ装置は、上記第１〜第３の実施形態に示された
エミッタ形状製造方法を利用して形成された電界放出素
子を用いて得られたものである。

【００７８】図１８は、このＦＥＤから、１画素に対応
する部分の構成のみを取り出して示した分解図である。

【００７９】このＦＥＤは、大きく分けてディスプレイ
装置の裏面側に配置される陰極装置４２と、ディスプレ
イ面側に配置される陽極装置４４とからなる。

【００８０】陰極装置４２は、エミッタ電極４５が前述
した方法で形成されてなる基板４６と、この基板上に絶
縁層（不図示）を介して積層されエミッタ電極４５の先
鋭化された先端部を囲む開口を有するゲート電極４７と
を有する。ゲート電極４７と基板４６との間には、絶縁
層としてシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を、ＣＶＤ
法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法、印刷法等の
いずれかの手法を用いて形成してある。ゲート電極４７
はこの絶縁層の上に設けられており、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｗ、
又はそれらの合金等の材料を無電解メッキ、電気メッ
キ、印刷法、スパッタリング法、蒸着法等のいずれかの
手法により形成した層に対して、ＣＭＰ、ＣＤＥ、ＲＩ
Ｅ、ウェットエッチング法等の除去加工手法を施し、エ
ミッタ電極４５の先端を囲むような開口を形成すること
によって、構成されている。

【００８１】そして、減圧環境の下で、ゲート電極４７
とエミッタ電極４５との間に所定の電圧を印加すること
で、エミッタ電極４５の先端部から電子を放出すること
ができる。すなわち、ゲート電極４７とエミッタ電極４
５は駆動回路（不図示）に接続されており、マトリック
ス制御により任意のエミッタ電極４５から電子を放出さ
せることができる。

【００８２】一方、陽極装置４４は、ガラス等の透光性
基板４８と、この透光性基板４８の陰極装置４２に対向
する面に形成されたＩＴＯ膜等のアノード電極４９と、
このアノード電極４９の表面に形成されたＲ、Ｇ、Ｂの
各蛍光膜５０ａ、５０ｂ、５０ｃとからなる。アノード
電極４９は、駆動回路（不図示）に接続されており、エ
ミッタ電極４５との間に所定の電圧が印加されること
で、エミッタ電極４５から放出された電子を制御するこ
とができる。

【００８３】このことで、電子を任意の蛍光膜に衝突さ
せることができ、これにより透光性基板４８を通して所
望の画像を表示させることができる。

【００８４】このようなＦＥＤによれば、輝度の高い表
示が行え、かつ、従来の液晶ディスプレイと異なりバッ
クライトが不要である。また、非常に薄く構成すること
ができるので、壁掛けテレビとしても使用することがで
きる。

【００８５】なお、本発明は、このようなＦＥＤに適用
されるものに限定されるものではなく、発明の要旨を変
更しない範囲で種々変形可能であることはいうまでもな
い。

【００８６】以上述べたように、本発明によれば、微
細、高密度かつ先鋭度の高いエミッタ形状を得ることを
可能とする。

【００８７】さて、上記したエミッタは、単純な角錐形
状であったが、バイトの刃先形状を変化させることによ
り、多様な稜線を成形することが可能である。刃先形状
の変化は、互いに異なる刃先形状を有する複数の工具を
用いる方法と、単一のバイトの刃先の形状を所望の稜線
形状に合わせておく方法と、があるが、工具の作り易さ
の観点から、後者の方がより実用的である。

【００８８】刃先を切り込ませる方向から見て両側部の
切刃の配置される角度を刃先角とおく。図２０の（ａ）
に示すように、刃先角θ１を有するダイヤモンドチップ
１０１と、刃先角θ２を有するダイヤモンドチップ１０
２と、エミッタ形状が切り出される被加工物１０３と、
を用意する。なお、このときθ１＞θ２とする。図２０
の（ｂ）に示すように、まず、ダイヤモンドチップ１０
１によって、被加工物１０３に溝加工を施す。それによ
って形成される溝に対して、この溝の深さよりも浅い切
り込み量だけダイヤモンドチップ１０２を切り込ませて
この溝に沿って削る。このとき、溝の両側が切削される
よう、ダイヤモンドチップ１０２の切刃の幅は、ダイヤ
モンドチップ１０１の切刃の幅よりも大に設定されてい
る。このプロセスにより、図２０の（ｃ）に示すよう
に、被加工物１０３上には、頂角の大きい切頭角錐形状
の基底部１０４ａと、この基底部１０４ａ上に存する頂
角の小さい角錐形状の先端部１０４ｂとを有する段状の
エミッタ形状が形成される。なお、ダイヤモンドチップ
１０１，１０２がそれぞれ異なるシャンクに固定されて
なる複数の工具を用いて加工しても良いが、図２０の
（ｄ）に示すように、一つのシャンク１０５に双方のダ
イヤモンドチップを固定した一つの工具を用いて加工す
ることが可能である。このとき、ダイヤモンドチップ双
方の間隔を加工する溝の幅と同一に設定しておくことに
より、一回の加工で、段状のエミッタ形状を得ることが
可能となる。

【００８９】このように本発明によれば、稜線が非直線
のエミッタ様形状を容易に成形できる。

【００９０】また、エミッタの先端からエミッタの底部
までは、ある程度以上の高さが要求されるので、機械的
強度の問題から、頂角のとりうる最小の角度は制限を受
けていたが、このような段状のエミッタは、機械的強度
を基底部によって補償できるため、先端部の頂角をより
小さく形成することが可能になる。頂角が小さいこと
で、先鋭度が高まり電子が放出され易くなるから、この
ようなエミッタを有する電界放出素子は、低消費電力で
画像を提供することが容易となる。

【００９１】上記したほかにも、図２１の（ａ）〜
（ｃ）に示すような、様々な形状が実現可能である。図
２１の（ａ）は、基底部１０４ａと先端部１０４ｂとの
間に中断部１０４ｃが設けられている。この中段部１０
４ｃも、工具の刃先角と刃先の幅を適宜設定することに
より、容易に得ることが可能である。ｚまた、図２１の
（ｂ）は、ウェッジ状に形成された先端部１０５ｂと、
これを支える基底部１０５ａとを有するエミッタ形状で
ある。ウェッジ上に形成されることにより放出電流量が
増加し、輝度の向上に寄与できる。また、ウェッジ先端
の一部分に欠け等の不良が生じても、他の部分から電子
が放出されるので、耐久性に優れるという利点を有す
る。

【００９２】刃先を円弧状に設定することにより、図２
１の（ｃ）に示すような弧の稜線を有するエミッタ形状
１０６ｂも成形することが可能である。弧状になるので
機械的強度が向上するほか、先鋭度も高めることが容易
となる。

【００９３】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変形実施可能であるのは勿論である。

【００９４】

【発明の効果】本発明によれば、微細、高密度かつ先鋭
度の高いエミッタ形状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の実施形態に基づいて削り出され
るエミッタ形状の列を拡大して示す斜視図。

【図２】切削加工装置を示す斜視図。

【図３】ダイヤモンドバイトを示す図。

【図４】ダイヤモンドチップを示す三面図。

【図５】ダイヤモンドチップの軌跡を示す模式図。

【図６】エミッタ形状の削り出し工程を説明するための
工程図。

【図７】三角錐のエミッタ形状列を示す平面図。

【図８】エミッタ形状列が偏在する例を示す平面図。

【図９】他の切削装置の例を示す斜視図。

【図１０】ゼロカットを行う前の顕微鏡拡大写真。

【図１１】ゼロカットを行った後の顕微鏡拡大写真。

【図１２】本発明の第２の実施形態に基づいて転写モー
ルド形成法に用いる金型を形成する工程を示す工程図。

【図１３】電鋳工具を金型となる基板に押し付ける押し
付け加工装置を示す斜視図。

【図１４】別の金型形成工程の例を示す工程図。

【図１５】（ａ）はエミッタの凹型を押し込み塑性加工
した加工前の工具の顕微鏡写真、（ｂ）はエミッタの凹
型を押し込み塑性加工した加工後の工具の顕微鏡写真、
（ｃ）はエミッタの凹型を押し込み塑性加工した加工後
の加工物の顕微鏡写真。

【図１６】本発明の第３の実施形態を示すもので、被加
工物として円筒体を加工する例を説明する図。

【図１７】円筒状の金型を用いて押し付け加工を行う状
態を示す図。

【図１８】ＦＥＤを示す分解斜視図。

【図１９】複数のダイヤモンドチップを用いて溝加工を
行う場合を示す模式図。

【図２０】段状のエミッタ形状の一形態を示す斜視図。

【符号の説明】

１…エミッタアレイ ２…エミッタ形状 ９…ダイヤモンドバイト １４，４６…基板 １４′…原盤 １７，１７′，１７″…溝 １８…三角陵 ２０…Ｎｉ電鋳層 ２１…Ｎｉ電鋳金型 ２２…Ｎｉ電鋳層 ２３，２３′…Ｎｉ電鋳工具 ２３″…工具 ２４…アレイ ２５…基板 ２６…金型 ４０…円筒体 ４２…陰極装置 ４４…陽極装置 ４５…エミッタ電極 ４８…透光性基板 ５０ａ〜５０ｃ…蛍光膜 １０３…被加工物

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加工物にエミッタ形状を形成する電界放
   出素子の製造方法において、 前記被加工物を切削して前記エミッタ形状を削り出す工
   程を具備することを特徴とする電界放出素子の製造方
   法。
2. 【請求項２】請求項１に記載された方法により形成され
   たエミッタ電極を有する被加工物を用いて形成されたこ
   とを特徴とする平面ディスプレイ装置。
3. 【請求項３】母材を切削することにより主面にエミッタ
   形状が設けられた第１の原盤を形成する工程と、 前記第１の原盤のエミッタ形状が形成された主面上の第
   １の材料層を形成する工程と、 前記第１の原盤のエミッタ形状が転写された凹部を有す
   る第２の原盤を得るために、前記第１の原盤から前記第
   １の材料層を剥離する工程と、 前記第２の原盤の凹部が設けられた主面上に第２の材料
   層を形成する工程と、 前記第２の原盤の凹部の形状が転写された凸部を有する
   基板を得るために、前記第２の原盤から前記第２の材料
   層を剥離する工程とを備えていることを特徴とするエミ
   ッタ形状を有する電解放出素子の製造方法。
4. 【請求項４】少なくとも請求項１の電界放出素子の製造
   方法を利用して形成されたエミッタ電極を有する電界放
   出素子及び前記エミッタ電極から電子を放出させるゲー
   ト電極を有する陰極装置と、 少なくとも前記陰極装置から放出された電子を引き付け
   るための陽電極及び前記電子が衝突することによって発
   光する発光体膜が設けられた透光性基板を有する陽極装
   置とを備えていることを特徴とするディスプレイ装置。
5. 【請求項５】少なくとも、複数の線分又は弧が組み合わ
   された稜線を有するエミッタ電極が設けられた電界放出
   素子及び前記エミッタ電極から電子を放出させるゲート
   電極を有する陰極装置と、 少なくとも、前記陰極装置から放出された電子を引き付
   けるための陽電極及び前記電子が衝突することによって
   発光する発光体膜が設けられた透光性基板を有する陽極
   装置とを備えていることを特徴とするディスプレイ装
   置。
6. 【請求項６】基板と、この基板の主面上に設けられる複
   数の線分又は弧が組み合わされた稜線を有するエミッタ
   電極とを具備することを特徴とする電界放出素子。