JP2001291465A

JP2001291465A - 冷陰極及びその製造方法

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Publication number: JP2001291465A
Application number: JP2000106874A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Oki; 博大木; Norimoto Tsunesada; 紀基常定; Masao Urayama; 雅夫浦山; Masataka Matsuura; 昌孝松浦
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2001-10-19
Anticipated expiration: 2020-04-07
Also published as: JP3581296B2

Abstract

(57)【要約】【課題】動作駆動電圧、動作真空度が低減可能な電界
放出電子源を配向制御することができ、所望の形状にパ
ターニングできる大面積冷陰極構造の構築を可能にする
冷陰極及びその製造方法を提供する。【解決手段】冷陰極構造は、電界放出電子源５と電界
放出電子源５を電気的に絶縁する絶縁材料４とからなる
二次元的な平面構造を有する複合体６と、複合体６の電
界放出電子源５が接着層３を介して電気的に接続された
カソード電極２とを有し、電子放出領域９が複合体６の
被覆により形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極ランプ、蛍
光表示管、液晶デバイス用のバックライト、フィールド
エミッションディスプレイ等に用いられる冷陰極及びそ
の製造方法に関し、詳細には、大画面フィールドエミッ
ションディスプレイに用いられる、大面積冷陰極を形成
可能な構造及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、冷陰極を用いたフラットパネルデ
ィスプレイ（ＦＰＤ）として、フィールドエミッション
ディスプレイ（ＦＥＤ）が精力的に研究、開発されてい
る。このＦＥＤは、その原理がＣＲＴと同様の電子励起
発光であることから、ＣＲＴと同等、又は、それ以上の
高画質を有するＦＰＤとして大きな期待が持たれてい
る。このようなＦＥＤに用いられる従来の冷陰極は、ス
ピント型エミッタと呼ばれる、モリブデン等の高融点金
属材料から形成される、コーン状の金属エミッタであ
る。

【０００３】一方、円筒状に巻いたグラファイト層が入
れ子状になった形状を有するカーボンナノチューブ（Ｃ
ＮＴ）が飯島ら（S.Iijima,Nature,354,56.1991）によ
って発見され、ダイアモンド、ダイアモンドライクカー
ボン等と同様に、炭素系の電子デバイス材料として期待
されている。

【０００４】このようなＣＮＴを用いた電子デバイスと
しては、例えば特開平１０−１２１２４号公報、ＷＯ９
９／２５６５２等で開示されたものがある。従来のＣＮ
Ｔを用いた電子デバイスの一例として、特開平１０−１
２１２４号公報に記載の冷陰極構造について説明する。

【０００５】図６は、従来のカーボンナノチューブを用
いた冷陰極構造を示す図である。図６に示すように、ガ
ラス基板１００上にアルミニウム層１０１を介してアル
ミナの陽極酸化皮膜１０２を有し、この陽極酸化皮膜１
０２の細孔１０３中にＣＶＤ法でＣＮＴを選択成長させ
ることで、３極管構成の電界放出電子源１０４を形成し
ている。このようにＣＮＴを秩序高い細孔中に充填する
ことにより、エミッション電流の時間的な安定性を確保
する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高融点金属材料で構成されるスピント型エミッタを用い
たＦＥＤは、動作駆動電圧が高く、動作真空度が高く、
またイオン衝撃耐性が弱いため、エミッション特性、信
頼性の確保が課題であった。

【０００７】また、従来のスピント型金属エミッタを用
いたＦＥＤは、エミッタ形状バラツキ制御が困難であ
り、均一性、再現性、安定性の確保が課題であった。ま
た、２０インチを越えるようなパネルサイズのＦＥＤの
構築は、蒸着等の真空装置に制約があり、事実上不可能
であった。

【０００８】更に、従来の炭素系材料、特にＣＮＴを用
いたＦＥＤは、動作駆動電圧、動作真空度が低減され、
イオン衝撃耐性が強いものの、電子放出領域のパターニ
ングが難しかった。また、配向制御が十分にできないた
め、エミッション電流の均一性が課題であった。

【０００９】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、動作駆動電圧、動作真空度が低減可能
な電界放出電子源を配向制御することができ、所望の形
状にパターニングできる大面積冷陰極構造の構築を可能
にする冷陰極及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】本発明の冷陰極は、カソ
ード電極上に電子放出領域が形成された冷陰極におい
て、電界放出電子源と該電界放出電子源を電気的に絶縁
する絶縁材料とからなる二次元的な平面構造を有する複
合体微粒子を有し、前記複合体微粒子の電界放出電子源
が接着層を介して電気的に前記カソード電極に接続さ
れ、前記複合体微粒子の被覆により前記電子放出領域が
形成される構造を特徴とするものであることで、電子放
出領域をパターニングして、大面積デバイスが構築可能
になる。

【００１１】また、前記複合体微粒子は、二次元的な平
面構造の一方の面から他方の面へ貫通する多数の貫通孔
を有する絶縁材料と、前記貫通孔に充填された電界放出
電子源とからなることで、電界放出電子が高密度に、高
配向制御することが可能になる。

【００１２】また、好ましい具体的な態様としては、前
記電子放出材料が、コバルト、ニッケル、すず、タング
ステン、銀、テルル、セレン、マンガン、亜鉛、カドミ
ウム、鉛、クロム、鉄等の金属材料のいずれかを含有す
るものであることで、微細な先端形状を有する電界放出
微粒子の形状バラツキを低減可能にし、デバイス面内及
び電子放出領域内のエミッション電流の均一性が向上可
能になる。

【００１３】また、好ましい具体的な態様としては、前
記電子放出材料が、カーボンナノチューブ、ダイアモン
ド、ダイアモンドライクカーボン、グラファイト等の炭
素材料のいずれかを含有するものであることで、動作駆
動電圧、動作真空度が低減し、イオン衝撃耐性が優れる
と共に、電子放出材料を所望の形状にパターニングし
て、配向制御が可能になる。また、前記絶縁材料が、ア
ルミナであることで、自発的に細孔が形成され、半導体
プロセスで用いられるような微細加工技術を不要にし、
製造コストが低減可能になる。

【００１４】本発明の冷陰極の製造方法は、支持基板上
にカソード電極を形成する工程と、前記カソード電極上
に接着層を形成する工程と、前記接着層上に電子放出材
料と絶縁材料とからなる二次元的な平面構造を有する複
合体微粒子を散布する工程と、前記複合体微粒子を前記
カソード電極上に固着する工程と、ゲート絶縁層及びゲ
ート電極を形成する工程と、を含むことを特徴とするも
ので、大面積デバイス構築可能な冷陰極を製造すること
ができる。

【００１５】また、前記複合体微粒子は、金属材料を電
解研磨する工程と、前記電解研磨した金属材料上に酸化
皮膜を形成する工程と、前記酸化皮膜を前記金属材料か
ら剥離する工程と、前記剥離した酸化皮膜に電子放出材
料を充填する工程と、前記酸化皮膜の表面部分を除去し
て前記電子放出材料を露出する工程と、前記電子放出材
料が露出した酸化皮膜を破砕する工程と、を経て製造す
ることで、半導体プロセスで用いられるような微細加工
技術を不要にし、製造コスト低減可能な冷陰極の製造方
法を提供する。

【００１６】また、前記剥離した酸化皮膜に電子放出材
料を充填する工程が、金属材料の電気化学的堆積法、又
は、炭素材料の気相炭素化法であることで、金属材料の
電気化学的堆積法を用いた場合には、微細な先端形状を
有する電界放出微粒子の形状バラツキを低減可能にし、
デバイス面内及び電子放出領域内のエミッション電流の
均一性を向上可能な冷陰極の製造方法を提供できる。ま
た、炭素材料の気相炭素化法を用いた場合には、動作駆
動電圧、動作真空度が低減し、イオン衝撃耐性が優れる
冷陰極のパターニング、配向制御可能な製造方法を提供
できる。また、前記接着層上に電子放出材料を含有する
複合体の微粒子を散布する工程が、乾燥した窒素ガス、
又は、空気を用いて散布されることで、大面積を均一に
散布可能な冷陰極の製造方法を提供する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。図１
は、本発明の実施の形態の冷陰極構造の斜視図であり、
図２は、本実施の形態の電子放出材料と絶縁材料とから
なる複合体の微粒子の斜視図である。本実施の形態の冷
陰極線構造は、フィールドエミッションディスプレイ
（以下、ＦＥＤという）に適用した例である。このよう
なＦＥＤの基本構成は、冷陰極ランプ、液晶デバイスの
バックライト、及び蛍光表示管と同様である。すなわ
ち、冷陰極ランプは電子放出領域（画素）をアドレスす
る必要がなく、ゲート電極及びカソード電極が単純な平
板でよい。また、液晶デバイスのバックライト及びＦＥ
Ｄはゲート電極及びカソード電極をラインに分割してア
ドレスする必要があると共に、ＦＥＤはゲート電極とカ
ソード電極を直交するように配設する。更に、蛍光表示
管はセグメントに対応したゲート電極及びカソード電極
を配設する。本発明の冷陰極線構造は、これらすべての
電子デバイスに利用可能である。

【００１８】図１において、１はバックプレートの背面
側より、フェイスプレートを支持する支持基板であり、
支持基板１上にカソード電極（配線）２が形成される。
支持基板１は、ガラス基板、セラミック基板等が用いら
れる。支持基板１としては、これらに限定されるもので
はなく、真空環境でのデガス、真空封止の際のベークに
対する基板ダメージにそれぞれ問題ないようであれば、
自由に選択できる。また、従来の気相炭素化法で炭素材
料の電子放出材料を形成する冷陰極の場合、プロセス温
度が１０００℃前後と高温度処理を必要とするため、支
持基板にダメージを与えるが、本実施の形態の構成によ
れば、このような問題はない。

【００１９】カソード電極（配線）２は、材料を限定す
るものではなく、金、白金、銀、銅、クロム、アルミニ
ウム等が用いられる。カソード電極（配線）２上には接
着層３を形成する。この場合、接着層３とカソード電極
（配線）２との層間に、電流制限するための抵抗層を挿
入し、エミッションの均一性、信頼性を向上する構造を
設けても構わない。接着層３は、電界放出電子源５と絶
縁材料４とからなる複合体６を固着するためのものであ
り、一般にペーストとして知られている材料が用いられ
る。用いられるペーストとしては、低融点ガラスと有機
化合物からなるバインダーを含有するものが好ましい。
このようなペーストは、低融点ガラスをメルトすること
により、カソード電極（配線）２上に散布された複合体
６を容易に固着する。

【００２０】電界放出電子源５（電子放出材料）と絶縁
材料４とから構成される複合体６は、どのような材料の
組合せでも構わない。複合体６が、例えば電界放出電子
源５の微粒子のように、電界放出電子源５だけで構成さ
れていても構わない。複合体６の形状は、以下に述べる
ような形状であることが好ましい。すなわち、複合体６
中の絶縁材料４は、電界放出電子源５を分散して、それ
それを電気的に絶縁するものであり、気相中で散布され
た場合、空気抵抗を十分受けられる構造であることが好
ましい。空気抵抗を十分受けられる構造とは、二次元状
の構造を示すものであり、このような構造を有すること
により、表面方向を上下方向、厚さ方向を左右方向に向
けた配向方向で、接着層３表面に散布される。

【００２１】図２は、このような二次元構造の複合体６
を示す一例であり、本実施の形態を説明するために好ま
しい形状を有する。図２に示す複合体６の絶縁材料４
は、例えばアルミナで形成する。アルミナはアルミニウ
ムの陽極酸化で形成することが好ましく、陽極酸化によ
り、数十ｎｍ程度の直径を有する微細な細孔が形成さ
れ、この細孔に電子放出材料を充填することにより、そ
れぞれの電界放出電子源５が電気的に絶縁される。ま
た、複合体６の形状は絶縁材料４で決定され、図２に示
すように二次元的な形状を有する。このような絶縁材料
４の形状はアルミナを破砕することで容易に形成され
る。例えば、一例としてカーボンナノチューブからなる
電界放出電子源５とアルミナ陽極酸化膜からなる絶縁材
料４とからなる複合体６の破砕について説明する。複合
体６としては、電界放出電子源５の機械強度が絶縁材料
４の機械強度よりも大きい組み合わせであれば、どのよ
うな組み合わせでも構わない。カーボンナノチューブと
アルミナ陽極酸化膜からなる複合体６を破砕すると、ア
ルミナ陽極酸化膜は容易に粉砕されるが、カーボンナノ
チューブはほとんど粉砕されなかった。粉砕は、数十μ
ｍ程度の粒子を得るものであり、一般的に市販されてい
る乳鉢（ボールミール）、スタンプミル、自動乳鉢を用
いることができる。

【００２２】また、図２に示す複合体６は、細孔に電界
放出電子源５を充填し、絶縁材料４表面を一部エッチン
グ除去している。このようなエッチング除去によって電
界放出電子源５の先端露出することにより、先端部の電
界集中を高めている。一方、電界放出電子源５は、絶縁
材料４の空隙（アルミナを用いた場合、細孔）に充填さ
れ、絶縁材料４の厚さ方向に大きさを有する。すなわ
ち、電界放出電子源５は、絶縁材料４の厚さ方向に配向
制御されている。このような構造を有することが、本実
施の形態で重要な意味を示すものであり、接着層３上に
複合体６を散布することにより、自発的に垂直方向に配
向制御した構造が形成でき、このような配向制御された
構造は、１ｍ角程度の支持基板上に対しても、均一性良
く構築することができるようになる。電子放出材料とし
ては、コバルト、ニッケル、すず、タングステン、銀、
テルル、セレン、マンガン、亜鉛、カドミウム、鉛、ク
ロム、鉄等の金属材料、又は、カーボンナノチューブ、
ダイアモンド、ダイアモンドライクカーボン、グラファ
イト等の炭素材料等が用いられる。特に、カーボンナノ
チューブのように円筒形状を有する電界放出電子源５
は、本実施の形態で説明する複合体形成に好都合な形状
を有する。

【００２３】以上のような構造を構築することにより、
カソード電極２とアノード電極により構成される、いわ
ゆる２極管冷陰極構造が形成され、冷陰極ランプ等のＸ
Ｙアドレス不要のデバイスに適用できる。アノード電極
とカソード電極（配線）２との間に、１Ｖ／μｍ程度の
電界を印加すると、１０ｍＡ／ｃｍ²程度のエミッショ
ン電流が観測され、アノード電極上に蛍光体を設ける
と、蛍光体が発光し、１００００ｃｄ／ｍ²程度の発光
輝度が得られた。

【００２４】３極管冷陰極構造は、ゲート電極（配線）
８と、ゲート電極（配線）８とカソード電極（配線）２
とを電気的に絶縁するゲート絶縁層７を設けることによ
り、構築される。ゲート電極（配線）８と、カソード電
極（配線）２とが直交する領域に、電子放出領域（画
素）９を配設する。この電子放出領域（画素）９は、接
着層３の形状に依存するものであり、任意に変更可能で
ある。また、電子放出領域（画素）９には、電界放出電
子源５を含有する複合体６が多数固着している。

【００２５】以上のような３極管冷陰極構造のデバイス
を試作し、ビデオ信号を与え、画像表示を試みた。デバ
イスサイズは対角５インチ程度で、画素数は３２０×２
４０である。静止画像表示、動画像表示を共に確認し
た。次に、本実施の形態の冷陰極の製造方法を図３乃至
図５の工程断面図に基づいて説明する。

【００２６】図３は絶縁材料４と電界放出電子源５との
複合体６の製造方法を示す工程断面図であり、図４及び
図５は本実施の形態の３極管冷陰極構造の製造方法を示
す工程断面図である。まず、図３（ａ）〜（ｃ）を用
い、複合体６の製造方法を説明する。

【００２７】図３（ａ）において、絶縁材料４と電界放
出電子源５との複合体６を形成する。本実施の形態にお
いては、絶縁材料４としてアルミナ陽極酸化膜を用い、
電界放出電子源５としてカーボンナノチューブを用い
た。図３（ａ）に示すように、アルミニウム地金（膜
厚：０．５ｍｍ）を氷水浴中の２０％硫酸溶液中、電
圧：２０Ｖで陽極酸化した。その後、１０分間電極に逆
電圧を印加し、アルミニウム地金表面に形成した陽極酸
化膜４を剥離した。更に、前記硫酸溶液中に静置し、バ
リア層を除去した。このような陽極酸化膜４は、細孔径
が約３０ｎｍ程度、膜厚が約５μｍ程度であった。次
に、気相炭素化法で陽極酸化膜４の細孔にカーボンナノ
チューブ５を形成する。原料ガスとしてプロピレンを用
い、８００℃で炭素化した。このような気相炭素化によ
り、陽極酸化膜４の細孔にカーボンナノチューブ５が形
成すると共に、陽極酸化膜４の表面にカーボン１０が堆
積した。

【００２８】次に、図３（ｂ）において、陽極酸化膜４
の表面に堆積したカーボン１０を除去する。このような
表面カーボン１０は、ＲＩＥ（反応性イオンエッチン
グ）装置を用い、酸素プラズマエッチングで除去した。
本実施の形態によれば、パワー：５００Ｗ、圧力：１０
Ｐａ、酸素流量：１００ｓｃｃｍで、約１０分程度で除
去できた。表面カーボン１０を除去すると、電界放出電
子源５が露出すると共に、陽極酸化膜４の表面１１が露
出した。

【００２９】次に、図３（ｃ）に示すように、陽極酸化
膜４の表面１１を除去し、電界放出電子源５の先端部分
１２を露出させる。陽極酸化膜４の表面１１除去は、リ
ン酸系エッチャント、アルカリエッチャント等を用いる
ことができる。本実施の形態においては、アルカリエッ
チャントとして水酸化ナトリウム水溶液を用い、１５０
℃で、２時間、カーボンナノチューブが形成したアルミ
ナ陽極酸化膜を処理した。このような処理を行うと、カ
ーボンナノチューブ５がアルミナ陽極酸化膜表面から露
出した構造が得られ、このような構造を有する複合体６
は、図４（ｃ）で後述する工程で接着層３上に散布して
固着され、冷陰極構造を形成するために用いられる。

【００３０】次に、図４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）
〜（ｂ）を用い、本実施の形態の冷陰極構造の製造方法
を説明する。まず、図４（ａ）において、支持基板１上
にカソード電極２を形成する。支持基板１は一般に市販
されているガラス基板を用い、カソード電極２は、スク
リーン印刷法を用い、３００μｍピッチのライン／スペ
ースを形成して得た。カソード電極２材料には、銅を用
いた。

【００３１】次に、図４（ｂ）に示すように、カソード
配線２上に接着層３を形成する。接着層３は、スクリー
ン印刷法を用い、カソード電極２の所望の位置に３００
×３００μｍのパターンを形成して得た。この接着層３
は、電子放出領域（画素）の形状、配設位置にパターニ
ングするものであり、当業者のデバイス設計により決め
られる。接着層３材料は、蛍光表示管に用いられるフリ
ットガラス系のペースト材料を用いた。この接着層３材
料は、真空中でデガスが少ないこと、デバイスを真空封
止の際のベークに耐えられること等により選択されるも
のであり、一般に市販される銀ペーストでも使用可能で
ある。

【００３２】次に、図４（ｃ）に示すように、電界放出
電子源５を含有する複合体６の微粒子をデバイス表面上
に散布する。複合体６の微粒子は、図３（ａ）〜（ｃ）
で説明した複合体６を微粒子化して用いる。また、複合
体６の微粒子の散布は、従来の液晶デバイスのスペーサ
ー散布プロセスで行った。実験的に液相中で試みたが、
気相中と比較すると、散布後の均一性が劣化していた。
本実施の形態においては、複合体６を乳鉢で機械的に粉
砕し、５０μｍ程度（膜厚方向と垂直な長軸方向）の微
粒子を得た。微粒子の粒径は、陽極酸化膜の膜厚と密接
に関連する。すなわち、複合体６の形状は「木の葉」の
ような二次元的構造が好ましく、実験的に検証したとこ
ろ、長軸方向の長さ（陽極酸化膜の膜厚方向と垂直、以
下、単に長さという）と短軸方向の長さ（陽極酸化膜の
膜厚方向と平行、以下、単に厚さという）との比が１０
以上であることが好ましい。

【００３３】この長さと厚さの比が１０以上の場合、
「木の葉」が地表に堆積するように、複合体６表面が接
着層３に接触して堆積する。この場合、複合体６表面の
表裏が対象なため、複合体６の表、裏は拘らない。複合
体６の微粒子は、図４（ｃ）に示すように接着層３上に
多重に堆積する。

【００３４】次に、図５（ａ）に示すように、電界放出
電子源５を含有する複合体６の微粒子を接着層３上に固
着する。接着方法は接着層３のガラス成分の溶融で行
い、４００〜５００℃程度の加熱を行った。このような
加熱処理により、接着層３中のガラスが溶解し、冷却に
伴う凝固で複合体６微粒子が接着層３に固着する。次
に、多重に堆積した不要な微粒子を窒素ブロー等で除去
することにより、１層に相当する微粒子のみをカソード
電極２と電気的に接続した。

【００３５】最後に、図５（ｂ）に示すように、ゲート
電極８、ゲート絶縁層７を形成し、３極管冷陰極構造を
製造する。電子放出領域（画素）９を開口部とし、ゲー
ト電極８とゲート絶縁層７を形成する。ゲート電極８と
ゲート絶縁層７の形成は、スクリーン印刷法を用いて形
成した。ゲート絶縁層としては、粒子が緻密なフリット
ガラスを用い、リブ形状を形成した。更に、ゲート電極
８としては、ゲート絶縁層７上に、高融点金属、例えば
ニオブを形成した。なお、ゲート電極８の形成は、スク
リーン印刷法、直接描画法で形成可能である。ゲート電
極８材料としては、モリブデン、ニオブ等の従来から用
いられている材料を用いることができる。

【００３６】このようにして本実施の形態の３極管冷陰
極構造が製造されるが、本実施の形態の冷陰極構造の優
れる点は、電界放出電子源５が多種多様な材料種に拡張
可能であることである。すなわち、上述のような製造方
法により、カーボンナノチューブだけではなく、ダイア
モンド、ダイアモンドライクカーボン、グラファイト等
の炭素材料からなる電界放出電子源５が形成できる。

【００３７】また、陽極酸化膜４の細孔への電界放出電
子源５の充填方法を電気化学的堆積法、すなわち電解メ
ッキ法で行うと、炭素材料以外に金属材料からなる電界
放出電子源５が得られた。具体的には、コバルト、ニッ
ケル、すず、タングステン、銀、テルル、セレン、マン
ガン、亜鉛、カドミウム、鉛、クロム、鉄等の金属材料
が電解メッキ可能であり、３極管冷陰極構造の形成が可
能であった。

【００３８】以上に説明したように、本実施の形態の冷
陰極構造は、電界放出電子源５と電界放出電子源５を電
気的に絶縁する絶縁材料４とからなる二次元的な平面構
造を有する複合体６と、複合体６の電界放出電子源５が
接着層３を介して電気的に接続されたカソード電極２と
を有し、電子放出領域９が複合体６の被覆により形成さ
れる。また、複合体６は、絶縁材料４に細孔を設け、こ
の細孔に電界放出電子源６を充填する。また、冷陰極の
製造方法は、支持基板１上にカソード電極２を形成する
工程と、カソード電極２上に接着層３を形成する工程
と、接着層３上に電子放出材料を含有する複合体６の微
粒子を散布する工程と、複合体６微粒子をカソード電極
２上に固着する工程と、ゲート絶縁層及びゲート電極８
を形成する工程と、を含むようにしたので、動作駆動電
圧、動作真空度が低減可能な電界放出電子源を配向制御
することができ、所望の形状にパターニングした冷陰極
構造が可能になり、大面積冷陰極構造の構築が実現可能
となる。

【００３９】また、電子放出材料がコバルト、ニッケ
ル、すず、タングステン、銀、テルル、セレン、マンガ
ン、亜鉛、カドミウム、鉛、クロム、鉄等の金属材料の
いずれかを含有することにより、微細な先端形状を有す
る電界放出電子源の形状バラツキを低減することがで
き、デバイス面内及び電子放出領域内のエミッション電
流の均一化した冷陰極構造を実現することができる。

【００４０】また、電子放出材料がカーボンナノチュー
ブ、ダイアモンド、ダイアモンドライクカーボン、グラ
ファイト等の炭素材料のいずれかを含有することによ
り、動作駆動電圧、動作真空度を低減することができ、
イオン衝撃耐性が優れた冷陰極構造を実現することがで
きる。

【００４１】

【発明の効果】以上、詳述したように、請求項１記載の
発明によれば、電界放出電子源と絶縁材料からなる二次
元構造の複合体微粒子を電子放出領域（画素）に被覆す
るように構成したので、大面積デバイスに展開可能な冷
陰極構造を実現することができる。

【００４２】請求項２記載の発明によれば、複合体を形
成する絶縁材料に細孔を形成すると共に、片面からもう
一方の片側へ貫通する貫通孔とし、この貫通孔に電界放
出電子源を充填する構成としたので、電界放出電子源形
状が直線状に高集積化でき、高密度に、高配向制御され
た電界放出電子源を用いた冷陰極構造を実現することが
できる。

【００４３】請求項３記載の発明によれば、アルミナ陽
極酸化膜を複合体の絶縁材料として用いているので、高
密度に、高配向制御された電界放出電子源形成を実現可
能にすると共に、半導体プロセスで用いられるような微
細加工技術を不要にし、製造コスト低減可能な冷陰極構
造を実現することができる。

【００４４】請求項４記載の発明によれば、支持基板上
に形成したカソード電極上の接着層に対して、接着層上
に電子放出材料を含有する複合体の微粒子を散布し、カ
ソード電極上に固着する工程を含むことにより、大面積
デバイス構築可能にした冷陰極構造の製造方法を実現す
ることができる。

【００４５】請求項５記載の発明によれば、陽極酸化法
で細孔を形成し、細孔に電界放出電子源を充填する工程
を含むことにより、半導体プロセスで用いられるような
微細加工技術を不要にし、製造コストを低減可能な冷陰
極構造の製造方法を実現することができる。

【００４６】請求項６記載の発明によれば、剥離した酸
化皮膜に電子放出材料を充填する工程が金属材料の電気
化学的堆積法を含むことにより、微細な先端形状を有す
る電界放出微粒子の形状バラツキを低減可能にし、デバ
イス面内及び電子放出領域内のエミッション電流の均一
性を向上可能な冷陰極構造の製造方法を実現することが
できる。また、剥離した酸化皮膜に電子放出材料を充填
する工程が炭素材料の気相炭素化法を含むことにより、
動作駆動電圧、動作真空度が低減し、イオン衝撃耐性が
優れる冷陰極めパターニング、配向制御可能な製造方法
を実現することができる。

【００４７】請求項７記載の発明によれば、接着層上に
電子放出材料を含有する複合体の微粒子を散布する工程
が、乾燥した窒素ガス、又は、空気中で散布されること
により、電界放出電子源の複合体微粒子を大面積に対し
て均一に散布可能な冷陰極構造の製造方法を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の冷陰極構造の斜視図であ
る。

【図２】本実施の形態の電子放出材料と絶縁材料とから
なる複合体の微粒子の斜視図である。

【図３】本実施の形態の絶縁材料と電界放出電子源との
複合体の製造方法を示す工程断面図である。

【図４】本実施の形態の３極管冷陰極構造の製造方法を
示す工程断面図である。

【図５】本実施の形態の３極管冷陰極構造の製造方法を
示す工程断面図である。

【図６】従来のカーボンナノチューブを用いた冷陰極の
断面図である。

【符号の説明】

１支持基板２カソード電極（配線）３接着層４複合体を形成する絶縁材料５電界放出電子源（電子放出材料）６電界放出電子源と絶縁材料からなる複合体７ゲート絶縁層８ゲート電極（配線）９電子放出領域（画素）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浦山雅夫大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者松浦昌孝大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カソード電極上に電子放出領域が形成さ
れた冷陰極において、電界放出電子源と該電界放出電子源を電気的に絶縁する
絶縁材料とからなる二次元的な平面構造を有する複合体
微粒子を有し、前記複合体微粒子の電界放出電子源が接着層を介して電
気的に前記カソード電極に接続され、前記複合体微粒子の被覆により前記電子放出領域が形成
される構造を特徴とする冷陰極。
【請求項２】前記複合体微粒子は、二次元的な平面構
造の一方の面から他方の面へ貫通する多数の貫通孔を有
する絶縁材料と、前記貫通孔に充填された電界放出電子
源とからなることを特徴とする請求項１記載の冷陰極。
【請求項３】前記絶縁材料が、アルミナであることを
特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の冷陰極。
【請求項４】支持基板上にカソード電極を形成する工
程と、前記カソード電極上に接着層を形成する工程と、
前記接着層上に電子放出材料と絶縁材料とからなる二次
元的な平面構造を有する複合体微粒子を散布する工程
と、前記複合体微粒子を前記カソード電極上に固着する
工程と、ゲート絶縁層及びゲート電極を形成する工程
と、を含むことを特徴とする冷陰極の製造方法。
【請求項５】前記複合体微粒子は、金属材料を電解研
磨する工程と、前記電解研磨した金属材料上に酸化皮膜
を形成する工程と、前記酸化皮膜を前記金属材料から剥
離する工程と、前記剥離した酸化皮膜に電子放出材料を
充填する工程と、前記酸化皮膜の表面部分を除去して前
記電子放出材料を露出する工程と、前記電子放出材料が
露出した酸化皮膜を破砕する工程と、を経て製造するこ
とを特徴とする請求項４記載の冷陰極の製造方法。
【請求項６】前記剥離した酸化皮膜に電子放出材料を
充填する工程が、金属材料の電気化学的堆積法、又は、
炭素材料の気相炭素化法であることを特徴とする請求項
５記載の冷陰極の製造方法。
【請求項７】前記接着層上に電子放出材料を含有する
複合体の微粒子を散布する工程が、乾燥した窒素ガス、
又は、空気を用いて散布されることを特徴とする請求項
４乃至６のいずれかに記載の冷陰極の製造方法。