JP2002157951A - 横型の電界放出型冷陰極装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低駆動電圧、高電界放出効率、及び高集積化が
達成可能な横型の電界放出型冷陰極及びその製造方法を
提供する。 【解決手段】横型の電界放出型冷陰極装置は、支持基板
１６の主面上に横並びに配設されたカソード電極２２及
びゲート電極２４を有する。カソード電極２２及びゲー
ト電極２４は互いに対向する対向側面２２ａ、２４ａを
有し、カソード電極２２の対向側面２２ａ上にエミッタ
２６が配設される。エミッタ２６は、カソード電極２２
上に形成された金属メッキ層４２と、フラーレン、カー
ボンナノチューブ、グラファイト、低仕事関数材料、負
の電子親和力材料、金属材料からなる群から選択された
材料からなると共に金属メッキ層４２に分散状態で支持
された粒状または棒状の複数の微細体４４と、を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は横型の電界放出型冷
陰極装置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、Ｓｉ半導体加工技術を利用した電
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）等
が、Journal of Applied Physics, Vol.47, 5248 (197
6) に記載した縦型の電界放出型冷陰極装置が知られて
いる。この電界放出型冷陰極装置は、Ｓｉ単結晶基板上
に円錐状のエミッタと、エミッタの先端部を包囲するよ
うに配設されたゲート電極とを有する。

【０００３】これに対して、縦型の電界放出型冷陰極装
置の問題点に鑑み、グリーン（R. Green）及びグレイ
（H. F. Gray）等により提案された（Tech. Digest of
IEDM 85, p 172 (1985)）、横型の電界放出型冷陰極装
置も知られている。この電界放出型冷陰極装置は、同一
基板上に相対するように配設されたエミッタとゲート電
極とを有する。横型の電界放出型冷陰極装置は、製造が
容易で、歩留まりが高くなるという利点を有する。

【０００４】横型の電界放出型冷陰極装置の場合、ゲー
ト電極に対向するエミッタ端面は、基板面に対して直角
な方向において、エミッタ膜厚相当の８０〜５００ｎｍ
程度の先鋭度、先端曲率半径として４０〜２５０ｎｍ相
当の先鋭度を有する。しかし、同エミッタ端面は、基板
面に対して平行な方向において、ゲート電極と平行であ
り先鋭度はゼロである。即ち、ゲート電極に対向するエ
ミッタ端面は、３次元ではなく２次元的な先鋭度しかな
く、駆動電圧が高いという欠点がある。エミッタ端面を
３次元的に先鋭化させようとしても、リソグラフィ以上
の先鋭度は得ることができず、通常、基板面に対して平
行な方向において、５０〜１００ｎｍ程度の先鋭度に留
まる。しかも、精密なリソグラフィの工程が増えると、
製造方法簡略のメリットが薄れる。

【０００５】一方、電界放出型冷陰極装置として、フラ
ーレンまたはカーボンナノチューブをエミッタに用いた
ものが提案されている（例えば、特開平１０−１４９７
６０号公報）。フラーレン及びカーボンナノチューブ
は、先端曲率半径が小さいため、駆動電圧の低減、電界
放出効率の向上が可能である。また、雰囲気依存性や残
留ガスの影響も小さくいため、低真空度での動作も期待
できる。

【０００６】このタイプの冷陰極装置の場合、フラーレ
ンまたはカーボンナノチューブを有機溶剤に分散させて
セラミックフィルタを通した後で基板上に圧着する方法
によりエミッタを形成することができる。また、基板上
にフラーレンまたはカーボンナノチューブをＣＶＤ法等
で直接析出させる方法によりエミッタを形成することも
できる。更に、フラーレンまたはカーボンナノチューブ
を厚膜ペースト中に分散させて印刷し、高温焼成（約５
００〜８００℃）する方法によりエミッタを形成するこ
ともできる。

【０００７】しかしながら、フラーレンまたはカーボン
ナノチューブを基板上に圧着或いは析出させる方法で
は、エミッタの付着力が弱く、エミッタに加わる強電界
によって容易に剥離してしまう。また、フラーレンまた
はカーボンナノチューブを印刷によって形成する方法で
は、高温焼成等の原因によって性能が低下或いは劣化す
るという問題がある。また、圧着及び印刷の両者共に、
引き出し電極へのカーボンナノチューブの配向性が良好
でなく、駆動電圧の上昇、電子放出の不均一性等の問題
点を抱えている。

【０００８】更に、圧着法では、カーボンの耐薬品性が
高くエッチングが困難であるため、カソード配線に対応
したパターニングが極めて困難であるという問題もあ
る。また、ＣＶＤ法等による析出法では、遷移金属の触
媒が必要な上、微粒子化されている必要があり、抵抗値
が高くなってしまい、信号遅延等が生じやすいという問
題もある。また、印刷法では、膜の抵抗が高い上、厚い
膜を形成することが困難であるため、低抵抗配線の形成
が困難であり、やはり信号遅延等が生じやすいという問
題もある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、電界放出
型冷陰極としては、縦型の欠点を改良しようとした横型
や、カーボンナノチューブやフラーレンをエミッタ材料
に用いたものが、各種提案されている。しかし、従来提
案されている電界放出型冷陰極では、先鋭度、駆動電
圧、信頼性、歩留まり、製造の容易さ等の点で、十分な
ものではない。

【００１０】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
低駆動電圧、高電界放出効率、及び高集積化が達成可能
な横型の電界放出型冷陰極及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の視点は、
横型の電界放出型冷陰極装置であって、支持基板と、前
記支持基板上に配設され且つ第１側面を有するカソード
電極と、前記カソード電極に対して横並びとなるように
前記支持基板上に配設され且つ前記第１側面に対して対
向する第２側面を有するゲート電極と、前記第２側面に
対向するように前記第１側面上に配設された電子を放出
するためのエミッタと、を具備し、前記エミッタは、前
記カソード電極上に形成された金属メッキ層と前記金属
メッキ層に分散状態で支持された粒状または棒状の複数
の微細体とを具備し、前記微細体は、フラーレン、カー
ボンナノチューブ、グラファイト、低仕事関数材料、負
の電子親和力材料、金属材料からなる群から選択された
材料からなることを特徴とする。

【００１２】本発明の第２の視点は、第１の視点の装置
において、前記金属メッキ層は抵抗を増加させるための
添加物質を含む抵抗バラスト層からなることを特徴とす
る。

【００１３】本発明の第３の視点は、第１または第２の
視点の装置において、前記支持基板と協働して、前記カ
ソード電極、前記ゲート電極及び前記エミッタを包囲す
る真空放電空間を形成する包囲部材と、前記カソード電
極及び前記ゲート電極と対向する位置で前記包囲部材上
に配設されたアノード電極と、を更に具備することを特
徴とする。

【００１４】本発明の第４の視点は、第１乃至第３の視
点のいずれかの装置の製造方法であって、前記カソード
電極及び前記ゲート電極を前記支持基板上に配設するこ
とにより中間構造体を形成する工程と、前記金属メッキ
層用のメッキ液中に前記微細体を懸濁させることにより
懸濁メッキ液を調製する工程と、前記中間構造体を前記
懸濁メッキ液中に浸漬してメッキ処理を施すことによ
り、前記カソード電極の前記第１側面上に、前記微細体
を分散状態で取込んだ状態で前記金属メッキ層を形成す
る工程と、を具備することを特徴とする横型の電界放出
型冷陰極装置の製造方法。

【００１５】本発明の第５の視点は、第４の視点の方法
において、前記メッキ処理は電気メッキ処理であること
を特徴とする。

【００１６】本発明の第６の視点は、第４または第５の
視点の装置において、前記カソード電極と前記ゲート電
極との間に電界を形成しながら前記メッキ処理を行うこ
とを特徴とする。

【００１７】更に、本発明に係る実施の形態には種々の
段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件
における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され
得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾
つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場
合、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が
周知慣用技術で適宜補われるものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、以下の説明におい
て、略同一の機能及び構成を有する構成要素について
は、同一符号を付し、重複説明は必要に応じて行う。

【００１９】図１は本発明の実施の形態に係る横型の電
界放出型冷陰極装置を応用した真空マイクロ装置の一例
である平板型画像表示装置を示す断面図である。また、
図２は同装置の部分平面図、図３は同装置の要部の断面
図である。

【００２０】この表示装置は、図２図示の如く、マトリ
ックス状に配列された多数の画素の夫々に対応して、カ
ソード電極２２とゲート電極２４とのペアを有する。カ
ソード電極２２は図２において垂直な方向に配列された
カソードライン１２に接続され、ゲート電極２４は図２
において水平な方向に配列されたゲートライン１４に接
続される。

【００２１】全てのカソード電極２２及びゲート電極２
４は、図１図示の如く、ガラス製の絶縁性支持基板１６
の平坦な主面（図１において水平方向に広がる上面）上
に配設される。各画素においてカソード電極２２とゲー
ト電極２４とは、支持基板１６上で、１μｍ〜３０μｍ
という小さな隙間を介して横並びに隣接して配置され
る。カソード電極２２及びゲート電極２４の互いに対向
する対向側面２２ａ及び２４ａの上には、後に詳述する
構造を有するエミッタ２６及びゲート突出部２８が夫々
配設される。カソードライン１２、ゲートライン１４等
は、支持基板１６上に配設された配線構造部１８に組込
まれる。

【００２２】ガラス製の支持基板１６と対向するように
ガラス製の対向基板３２が配設され、両基板１６、３２
間に真空放電空間３３が形成される。両基板１６、３２
間の間隔は、周辺のフレーム及びスペーサ３４により維
持される。支持基板１６と対向する対向基板３２の面上
には、透明な共通電極即ちアノード電極３６と、蛍光体
層３８とが配設される。

【００２３】この平板型画像表示装置においては、ゲー
トライン１４とカソードライン１２とを介して各画素に
おけるゲート電極２４とカソード電極２２との間の電圧
を任意に設定することにより、画素の点灯及び点滅を選
択することができる。即ち、画素の選択は、いわゆるマ
トリックス駆動により、例えば、ゲートライン１４を線
順次に選択して所定の電位を付与するのに同期して、カ
ソードライン１２に選択信号である所定の電位を付与す
ることにより行うことができる。

【００２４】ある１つのゲートライン１４とある１つの
カソードライン１２とが選択され、夫々所定の電位が付
与された時、そのゲートライン１４とカソードライン１
２との交点にあるエミッタ２６のみが動作する。エミッ
タ２６より放出された電子は、アノード電極３６に印加
された電圧により引かれ、選択されたエミッタ２６に対
応した位置の蛍光体層３８に達してこれを発光させる。

【００２５】図３図示の如く、エミッタ２６は、カソー
ド電極２２の対向側面２２ａ近傍に選択的に形成された
金属メッキ層４２と、金属メッキ層４２に分散状態で支
持された導電性の材料からなる粒状または棒状の複数の
微細体４４と、を具備する。本実施の形態において、金
属メッキ層４２は電流放出安定性や面内の均一電界放出
性を向上させる抵抗バラスト層として機能し、微細体４
４は電子を放出する端子として機能する。

【００２６】即ち、金属メッキ層４２は抵抗バラスト効
果を有するように形成されることが望ましい。このた
め、金属メッキ層４２の抵抗率は１０^-8〜１０^-4Ω、望
ましくは１０^-7〜１０^-4Ωに設定される。このため、金
属メッキ層４２は、その抵抗を増加させるための添加物
質、例えばＢ及びＰ、或いはＰＴＦＥ（ポリテトラフル
オロエチレン）を含有する。ここで、金属メッキ層４２
としてＮｉ−Ｂ−Ｐ系のＮｉメッキ層を使用する場合、
Ｂ濃度は３〜４０％、Ｐ濃度は７〜４０％に設定され
る。また、金属メッキ層４２としてＰＴＦＥ含有Ｎｉメ
ッキ層を使用する場合、ＰＴＦＥ濃度は０．１〜３０％
に設定される。

【００２７】金属メッキ層４２は、カソード電極２２の
対向側面２２ａ上のみに形成されるか、或いは、これに
加えて、図３図示の如く、対向側面２２ａ近傍のカソー
ド電極２２の上面（アノード電極３６に対向する面）の
部分２２ｂにも追加的に形成される。但し、この場合、
追加部分２２ｂの長さＬ１（図３参照）は、カソード電
極２２の上面全体の長さＬ０に対して２５％以下の長さ
となるように設定される。これは、ゲート電極２４と近
傍の部分のみが実質的にエミッタとして機能できるた
め、これ以上金属メッキ層４２を延長しても効果がない
からである。

【００２８】一方、微細体４４は、カーボンナノチュー
ブのような棒状体（図３においては微細体４４を棒状と
している）或いはフラーレンのような粒状体からなる。
図４（ａ）は微細体４４がカーボンナノチューブのよう
な棒状体４４ａである場合を示す。この場合、棒状体４
４ａの多くは、基部が金属メッキ層４２に埋め込まれて
固定され、上部がエミッタ２６の表面に露出するような
状態を形成する。或いは、棒状体４４ａは、全てが金属
メッキ層４２により薄く覆われ且つこれに対応してエミ
ッタ２６の表面に凸部が出現するような状態を形成す
る。一方、図４（ｂ）は微細体４４がフラーレンのよう
な粒状体４４ｂである場合を示す。この場合、粒状体４
４ｂは、一部分が露出するように金属メッキ層４２に埋
め込まれて固定されるか、或いは全てが金属メッキ層４
２により薄く覆われ且つこれに対応してエミッタ２６の
表面に凸部が出現するような状態を形成する。

【００２９】粒状または棒状をなす微細体４４は、エミ
ッタ２６の電子放出特性を向上させるため、微小な半径
或いは曲率半径を有することが必要となる。具体的に
は、微細体４４が粒状である場合、その半径は１００ｎ
ｍ以下、好ましくは３０ｎｍ及以下に設定される。ま
た、微細体４４が棒状である場合、その先端の曲率半径
は５０ｎｍ以下、好ましくは１５ｎｍ及以下に設定され
る。

【００３０】微細体４４がカーボンナノチューブのよう
な棒状体からなる場合、電子放出特性を向上させるた
め、棒状の微細体４４は、ゲート電極２４に向かうよう
に配向されることが望ましい。具体的には、棒状の微細
体４４は、支持基板１６の平坦な主面の広がり方向（図
１及び図３中の水平方向）に対して±２０°の角度範囲
内に配向された割合が５０〜１００％であることが望ま
しい。

【００３１】このような、棒状の微細体４４の配向付け
は、後述するように、微細体４４を懸濁させた懸濁メッ
キ液を使用してメッキ処理を行う際、カソード電極２２
とゲート電極２４との間に電界を形成することにより達
成することができる。即ち、メッキ処理時にカソード電
極２２に対してゲート電極２４に正の電位が付与される
と、導電性の微細体４４は、カソード電極２２とゲート
電極２４との間の電界の電気力線に沿って主に配向され
ることとなる。

【００３２】また、棒状の微細体４４は、カソード電極
２２とゲート電極２４との間を架橋するような長いもの
であると、両電極２２、２４間を短絡させることとな
る。例えば、上述のように、両電極２２、２４間の距離
が１μｍ〜３０μｍであれば、これよりも短い棒状の微
細体４４を使用することが望ましい。このため、上記懸
濁メッキ液を調製する際、微細体４４は、所定の長さに
基づいて分級したものを使用することができる。但し、
後述するように、微細体４４を配設後、エミッタ２６及
びゲート突出部２８間に間隙を形成することもできるの
で、微細体４４の配設前の長さは限定的なものではな
い。

【００３３】微細体４４は、望ましくは、カーボンナノ
チューブまたはフラーレンからなるが、その他の材料か
ら微細体４４を形成することもできる。微細体４４のた
めのその他の材料としては、グラファイト、低仕事関数
材料、負の電子親和力（ＮＥＡ）材料、金属材料等を使
用することができる。具体的には、ＬａＢ₆ 、ＡｌＮ、
ＧａＮ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｆｅ、カー
ボン、グラファイト、ダイヤモンド、Ｓｉ、ＴｉＮ、Ｔ
ｉＣ、ベータＷ、ＳｉＣ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＺｎＯ、特に、
マキビシ形状のＺｎＯや、ほう酸アルミニウム（９Ａｌ
₂ Ｏ₃ ・２Ｂ₂ Ｏ₃ ）、とくにフィラー状のほう酸アル
ミニウム、チタン酸カリウム等を使用することができ
る。また、微細体４４が中空である場合、図５図示の如
く、微細体４４の内部に導電性の材料からなる充填層４
５を形成することができる。

【００３４】なお、上述のカーボンナノチューブ及びフ
ラーレンは同じ炭素の同素体で、基本的には同質のもの
である。特異形状の極長のフラーレンがカーボンナノチ
ューブとなる。フラーレンの基本型は、炭素の６員環と
５員環とで構成されたＣ₆₀であり、その直径は約０．７
ｎｍである。Ｃ₆₀は、正２０面体の１２個の５角錐にな
っている頂点を全て切落とすことによってできる切頭２
０面体（結果的に３２面体）の頂点の全てにｓｐ² 軌道
混成の炭素原子を置いた構造を有する。Ｃ₆₀以外に、炭
素数が６０より多い高次フラーレン、例えばＣ₇₀、
Ｃ₇₆、Ｃ₈₂、Ｃ₈₄、Ｃ₉₀、Ｃ₉₆、…、Ｃ₂₄₀ 、Ｃ₅₄₀ 、
Ｃ₇₂₀ 等が実質的に無限に存在する。

【００３５】また、フラーレンの内部は中空であるた
め、高次フラーレンの中に低次フラーレンが玉ねぎのよ
うに何層もつまったオニオン型のフラーレンが存在し、
これ等はスーパーフラーレンと呼ばれる。スーパーフラ
ーレンにおける各層間の距離は０．３４１ｎｍとなる。
例えば、Ｃ₅₄₀ の中にＣ₂₄₀ が入り、更にその中にＣ₆₀
が入ったフラーレンはＣ₆₀＠Ｃ₂₄₀ ＠Ｃ₅₄₀ で表され
る。ここで記号「＠」は、その前に記載された分子或い
は原子が取込まれた内包フラーレンであることを示す。

【００３６】また、フラーレンは、その中空の内部に金
属を取込むことができる。このような金属内包フラーレ
ンの例は、Ｌａ＠Ｃ₆₀、Ｌａ＠Ｃ₇₆、Ｌａ＠Ｃ₈₄、Ｌａ
₂ ＠Ｃ₈₀、Ｙ₂ ＠Ｃ₈₄、Ｓｃ₃ ＠Ｃ₈₂等である。更に、
フラーレンの骨格部分にＮ、Ｂ、Ｓｉ等の炭素以外の元
素を組込んだヘテロフラーレンも研究されている。

【００３７】フラーレンは、グラファイトに対してレー
ザー照射、アーク放電、抵抗加熱等を施すことにより、
炭素を気化させ、気化炭素をヘリウムガス中を通しなが
ら、冷却、反応及び凝集させ、これを収集部材で収集す
ることにより調製することができる。

【００３８】一方、エミッタ２６と対向するゲート突出
部２８は、ゲート電極２４の対向側面２４ａ上に選択的
に形成された金属メッキ層４６と、金属メッキ層４６に
分散状態で支持された導電性の材料からなる粒状または
棒状の複数の微細体４８と、を具備する。ゲート突出部
２８の金属メッキ層４６及び微細体４８は、夫々エミッ
タ２６の金属メッキ層４２及び微細体４４と同じ材料か
らなる。但し、エミッタ２６及びゲート突出部２８を形
成するためのメッキ処理時に、カソード電極２２に対し
てゲート電極２４に正の電位が付与されると、ゲート突
出部２８の金属メッキ層４６の厚さ及び微細体４８の密
度は、エミッタ２６の金属メッキ層４２の厚さ及び微細
体４４の密度よりも小さなものとなる。

【００３９】本実施の形態に係る横型の電界放出型冷陰
極装置においては、エミッタ２６の微細体４４が金属メ
ッキ層４２を介してカソード電極２２に支持される。従
って微細体４４はカソード電極２２に強く固着され、強
電界にも耐え得る付着強度の高いエミッタが得られ、電
界放出の安定性を向上させることができる。

【００４０】また、エミッタ２６の金属メッキ層４２に
は、いわゆる抵抗バラスト効果を得るための不純物が含
有されることが望ましい。例えば、金属メッキ層４２と
して、Ｎｉメッキ層よりも抵抗値の高いＮｉ−Ｂ−Ｐ系
抵抗メッキ層或いはＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ層が使用さ
れる。従って、抵抗メッキ層４２によって電位降下が生
じることとなり、各エミッタ２６先端の曲率半径や形状
等に差異があっても、抵抗バラスト効果によって実質的
にエミッタ先端の電界強度が低下し、電界放出の安定性
や不均一性が大幅に改善される。この点に関し、従来の
装置の場合、各エミッタ先端の曲率半径や形状等に差異
があると、電界強度分布が異なることから、電界放出特
性の不均一性が著しくなる。

【００４１】図６（ａ）〜（ｃ）は本発明の別の実施の
形態に係る横型の電界放出型冷陰極装置の製造方法を工
程順に示す図であり、この装置は図１図示の装置に適用
可能である。

【００４２】先ず、ガラス製の支持基板１６上に金属製
のカソード電極２２及び金属製のゲート電極２４を形成
した。ここで、カソード電極２２及びゲート電極２４
は、大型の電界放出型ディスプレイにおける信号遅延を
考慮し、導電性の高いＮｉメッキ膜を使用して２μｍの
厚さに形成した。また、カソード電極２２及びゲート電
極２４の間のギャップは、ステッパ等の露光装置を用い
て、リソグラフィにより形成した。

【００４３】次に、カソード電極２２及びゲート電極２
４の互いに対向する対向側面２２ａ、２４ａのみを露出
させるように、両電極２２及び２４をメッキレジスト膜
５２で被覆した（図６（ａ））。なお、メッキレジスト
膜５２は、対向側面２２ａ、２４ａの近傍の両電極２２
及び２４の上面の部分を追加的に露出させるように形成
することもできる。但し、この場合、追加部分２２ｂの
長さＬ１（図３参照）は、カソード電極２２の上面全体
の長さＬ０に対して２５％以下の長さとなるように設定
する。或いは、メッキレジスト膜５２は、エミッタ２６
を形成するカソード電極２２の対向側面２２ａのみを露
出させるように形成することもできる。

【００４４】次に、蒸留水１リットルに対して、硫酸ニ
ッケル２５ｇ、次亜りん酸ナトリウム４０ｇ、酢酸ナト
リウム１０ｇ、クエン酸ナトリウム１０ｇ、ほう酸３０
ｇの割合で溶かし、金属メッキ層４２、４６用の約ＰＨ
５に調整した無電解Ｎｉ−Ｂ−Ｐ系抵抗メッキ液を形成
した。更に、このメッキ液中に、微細体４４となるフラ
ーレンＣ₆₀または所定の長さに分級したカーボンナノチ
ューブを約５０ｇ混合し、メッキ漕５６内で攪拌により
懸濁させることにより懸濁メッキ液５４を調製した。次
に、懸濁メッキ液５４の温度を約８０℃に保持した状態
で、カソード電極２２、ゲート電極２４及びメッキレジ
スト膜５２が上述の態様で配設された支持基板１６を懸
濁メッキ液５４中に浸漬し、無電解メッキ処理を行った
（図６（ｂ））。

【００４５】この無電解メッキ処理を約３分間行ったと
ころ、露出したカソード電極２２及びゲート電極２４の
対向側面２２ａ、２４ａ上に、Ｎｉ−Ｂ−Ｐ系無電解抵
抗メッキ層（金属メッキ層４２、４６）が、約３μｍの
厚さで形成された。また、この際、微細体４４となるフ
ラーレンまたはカーボンナノチューブがメッキ材料と共
に沈降するため、金属メッキ層４２、４６は、微細体４
４が分散状態で埋め込まれた状態で形成された。

【００４６】即ち、上記無電解メッキ処理により、カソ
ード電極２２及びゲート電極２４の対向側面２２ａ、２
４ａ上に、夫々金属メッキ層４２及び微細体４４からな
るエミッタ２６と、金属メッキ層４６及び微細体４８か
らなるゲート突出部２８とを形成することができた。な
お、カソード電極２２とゲート電極２４との間のガラス
製の支持基板１６上では、金属メッキ層の付着力が弱い
ため、金属メッキ層が殆ど形成されないか、或いは形成
されても超音波で簡単に剥離した。従って、水洗、乾燥
後、図１図示の装置に適用可能な所定の構造を有する横
型の電界放出型冷陰極装置を得ることができた（図６
（ｃ））。

【００４７】なお、ここでは、無電解メッキ処理を行っ
たため、エミッタ２６の金属メッキ層４２の厚さ及び微
細体４４の密度と、ゲート突出部２８の金属メッキ層４
６の厚さ及び微細体４８の密度とは略等しいものとなっ
た。

【００４８】次に、図６図示の方法により製造した電界
放出型冷陰極装置の電界放出特性を測定した。その結
果、エミッタ２６先端に加わる１０⁷ Ｖ／ｃｍ以上に及
ぶと言われている強電界に対しても、エミッタ２６はカ
ソード電極２２に対して強固な付着力を持ち、剥離する
ことはなく、安定な電界放出特性を示した。なお、金属
メッキ層４２無しでフラーレンまたはカーボンナノチュ
ーブのみでエミッタを形成した場合、このような強電界
に対しては、エミッタの剥離現象が見られ、不安定な電
界放出特性しか得られなかった。

【００４９】また、本実施の形態の装置においては、Ｎ
ｉ−Ｂ−Ｐ系無電解抵抗メッキ層４２の抵抗バラスト効
果もあり、電流放出安定性が２〜３０％向上し、面内の
均一電界放出性も改善できた。また、回転蒸着法で作製
したＭｏエミッタと比較して、先端部の曲率半径を大幅
に低減することができた。具体的には、約７０〜３００
ｎｍから約１〜３０ｎｍに低減することができた。その
結果、駆動電圧も、約１００Ｖから約７Ｖへと大幅に低
減することができた。また、真空度が約１０^-9ｔｏｒｒ
から約１０^-7ｔｏｒｒに低下すると、回転蒸着法で作製
したＭｏエミッタの場合には、放出電流値は約１／１０
以下に、電流変動は数百％以上増加したが、本実施の形
態の装置においては殆ど変化しなかった。

【００５０】図７（ａ）〜（ｃ）は本発明の更に別の実
施の形態に係る横型の電界放出型冷陰極装置の製造方法
を工程順に示す図であり、この装置もまた図１図示の装
置に適用可能である。

【００５１】先ず、図６図示の実施の形態と同様に、ガ
ラス製の支持基板１６上に金属製のカソード電極２２及
び金属製のゲート電極２４を形成した。ここで、カソー
ド電極２２及びゲート電極２４は、大型の電界放出型デ
ィスプレイにおける信号遅延を考慮し、導電性の高いＮ
ｉメッキ膜を使用して１μｍの厚さに形成した。また、
カソード電極２２及びゲート電極２４の互いに対向する
対向側面２２ａ、２４ａを露出させるように、両電極２
２及び２４をメッキレジスト膜５２で被覆した（図７
（ａ））。なお、メッキレジスト膜５２による両電極２
２及び２４の被覆範囲は上述のように変更可能である。

【００５２】次に、蒸留水１リットルに対して、スルフ
ァミン酸ニッケル６００ｇ、塩化ニッケル５ｇ、次亜り
ん酸ナトリウム３０ｇ、ホウ酸４０ｇ、サッカリン１ｇ
の割合で溶かし、金属メッキ層４２、４６用の約ＰＨ４
に調整した抵抗メッキ液を形成した。更に、このメッキ
液中に、微細体４４となるカーボンナノチューブを約４
０ｇ混合し、メッキ漕６６内で攪拌により懸濁させるこ
とにより懸濁メッキ液６４を調製した。次に、懸濁メッ
キ液６４の温度を約５０℃に保持した状態で、カソード
電極２２、ゲート電極２４及びメッキレジスト膜５２が
上述の態様で配設された支持基板１６を懸濁メッキ液６
４中に浸漬し、電気メッキ処理を行った（図７
（ｂ））。ここで、陽極６８には１００Ｖ、ゲート電極
２４には１０Ｖ、カソード電極２２には０Ｖが夫々印加
されるように設定した。

【００５３】この電気メッキ処理を約４分間行ったとこ
ろ、露出したカソード電極２２及びゲート電極２４の対
向側面２２ａ、２４ａ上に、Ｎｉ−Ｂ−Ｐ系抵抗メッキ
層（金属メッキ層４２、４６）が、夫々約４μｍ及び
０．５μｍの厚さで形成された。また、この際、微細体
４４となるフラーレンまたはカーボンナノチューブがメ
ッキ材料と共に沈降するため、金属メッキ層４２、４６
は、微細体４４が分散状態で埋め込まれた状態で形成さ
れた。

【００５４】即ち、上記電気メッキ処理により、カソー
ド電極２２及びゲート電極２４の対向側面２２ａ、２４
ａ上に、夫々金属メッキ層４２及び微細体４４からなる
エミッタ２６と、金属メッキ層４６及び微細体４８から
なるゲート突出部２８とを形成することができた。な
お、カソード電極２２とゲート電極２４との間のガラス
製の支持基板１６上では、金属メッキ層の付着力が弱い
ため、金属メッキ層が殆ど形成されないか、或いは形成
されても超音波で簡単に剥離した。従って、水洗、乾燥
後、図１図示の装置に適用可能な所定の構造を有する横
型の電界放出型冷陰極装置を得ることができた（図７
（ｃ））。

【００５５】なお、ここでは、カソード電極２２に対し
てゲート電極２４に正の電位が付与された状態で電気メ
ッキ処理を行ったため、ゲート突出部２８の金属メッキ
層４６の厚さ及び微細体４８の密度は、エミッタ２６の
金属メッキ層４２の厚さ及び微細体４４の密度よりも小
さなものとなった。また、カーボンナノチューブはカソ
ード電極２２とゲート電極２４との間の電界の電気力線
に沿って主に配向された。具体的には、支持基板１６の
平坦な主面の広がり方向（図７（ｃ）中の水平方向）に
対して±２０°の角度範囲内に配向されたカーボンナノ
チューブの割合は５０〜１００％とすることができた。
また、この割合は、電気メッキ処理の条件を調整するこ
とにより変化させる（従って、電子放出特性を向上させ
る）ことができた。

【００５６】次に、図７図示の方法により製造した電界
放出型冷陰極装置の電界放出特性を測定した。その結
果、エミッタ２６先端に加わる１０⁷ Ｖ／ｃｍ以上に及
ぶと言われている強電界に対しても、エミッタ２６はカ
ソード電極２２に対して強固な付着力を持ち、剥離する
ことはなく、安定な電界放出特性を示した。

【００５７】また、本実施の形態の装置においては、高
配向のカーボンナノチューブ及びＮｉ−Ｂ−Ｐ系抵抗メ
ッキ層４２の抵抗バラスト効果もあり、電流放出安定性
が４〜５０％向上し、面内の均一電界放出性も改善でき
た。また、カーボンナノチューブの配向性が向上したた
めと推察されるが、非配向の場合に比較し、駆動電圧も
３％ほど改善することができた。また、図６図示の実施
の形態と同様に、真空度にも強く、放出電流値及び電流
変動は、殆ど変化しなかった。

【００５８】図６及び図７図示の実施の形態において
は、フラーレンまたはカーボンナノチューブをメッキ液
中に分散させ、メッキ処理を行うことにより、フラーレ
ン等が沈降してカソード電極２２の表面に接触すると同
時に金属メッキ層４２が生成される。従って、金属メッ
キ層４２がカソード電極２２に強く固着されると共に、
フラーレン等が金属メッキ層４２に強く固着され、強電
界にも耐え得る付着強度の高いエミッタ２６が得られ、
電界放出の安定性を向上させることができる。また、メ
ッキ処理が約１００℃以下の低温で行われるため、ダメ
ージの少ないエミッタ２６を作製することができる。ま
た、カソード電極２２等を予め支持基板１６上に形成し
ておけば、金属メッキ層４２を選択的にカソード電極２
２上に形成することが可能であり、工程の簡略化をはか
ることができる。

【００５９】なお、図６及び図７図示の実施の形態にお
いては、予め、エミッタ２６とゲート突出部２８とが接
触により短絡しないように、カーボンナノチューブの長
さ或いはフラーレンの直径や、析出する抵抗メッキ層４
２、４６の厚さを予め調整した。しかし、エミッタ２６
とゲート突出部２８とが接触により短絡しても、カソー
ド電極２２及びゲート電極２４間に通電することによ
り、エミッタ２６とゲート突出部２８とを切断して両者
間に間隙を形成することができる。この方法により、適
宜、通電時間、電流量などを調整すれば、通常のリソグ
ラフィを用いる場合よりも、距離の短いゲート／エミッ
タ間の間隙を形成することが可能となる。

【００６０】また、図６及び図７図示の実施の形態にお
いて、微細体４４、４８を全て金属メッキ層４２、４６
で一旦薄く覆った後、ウエットエッチング、ＲＩＥ、Ｃ
ＤＥ、スパッタ、昇華の何れか１つ、またはそれ等の組
み合わせを用いて、微細体４４、４８の表面の一部を露
出させるようにしてもよい。また、図６及び図７図示の
実施の形態においては、抵抗バラスト効果を有するエミ
ッタの金属メッキ層４２としてＮｉ−Ｂ−Ｐ系金属メッ
キ層を用いているが、代わりに、ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッ
キ層を使用することができる。この場合、ＰＴＦＥ含有
Ｎｉメッキ層はＮｉメッキ液中にＰＴＦＥを懸濁させる
ことにより形成することができる。更に、金属メッキ層
の母体金属としては、他の金属、例えば、Ｃｒ、Ｃｕ等
を使用することができる。

【００６１】なお、本発明に係る横型の電界放出型冷陰
極装置は、上述した用途の他、真空マイクロパワーデバ
イス、耐環境デバイス（宇宙用デバイス、原子力用デバ
イス、耐極限環境用デバイス（耐放射線用デバイス、耐
高温デバイス、対低温デバイス））、各種センサ等に用
いることが可能である。

【００６２】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、そ
の趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施す
ることが可能である。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、導電性の材料からなる
粒状または棒状の複数の微細体を金属メッキ層により強
固に固着することができるため、エミッタの付着強度が
増大し、電界放出の安定性や均一性に優れた高性能の横
型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】本発明の実施の形態に係る横型の電界放出型冷
陰極装置を応用した真空マイクロ装置の一例である平板
型画像表示装置を示す断面図。

【図２】図１図示の装置の部分平面図。

【図３】図１図示の装置の要部の断面図。

【図４】（ａ）はカーボンナノチューブのような棒状の
微細体と金属メッキ層との関係を示す拡大図、（ｂ）は
フラーレンのような粒状体の微細体と金属メッキ層との
関係を示す拡大図。

【図５】中空棒状の微細体と充填層との関係を示す拡大
図。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は本発明の別の実施の形態に係
る横型の電界放出型冷陰極装置の製造方法を工程順に示
す図。

【図７】（ａ）〜（ｃ）は本発明の更に別の実施の形態
に係る横型の電界放出型冷陰極装置の製造方法を工程順
に示す図。

【符号の説明】

１２…カソードライン １４…ゲートライン １６…支持基板 １８…配線構造部 ２２…カソード電極 ２４…ゲート電極 ２６…エミッタ ２８…ゲート突出部 ３２…対向基板 ３３…真空放電空間 ３４…スペーサ ３６…アノード電極 ３８…蛍光体層 ４２…金属メッキ層 ４４…微細体 ５２…メッキレジスト膜 ５４、６４…懸濁メッキ液 ６８…陽極

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支持基板と、 前記支持基板上に配設され且つ第１側面を有するカソー
   ド電極と、 前記カソード電極に対して横並びとなるように前記支持
   基板上に配設され且つ前記第１側面に対して対向する第
   ２側面を有するゲート電極と、 前記第２側面に対向するように前記第１側面上に配設さ
   れた電子を放出するためのエミッタと、を具備し、前記
   エミッタは、前記カソード電極上に形成された金属メッ
   キ層と前記金属メッキ層に分散状態で支持された粒状ま
   たは棒状の複数の微細体とを具備し、前記微細体は、フ
   ラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト、低仕
   事関数材料、負の電子親和力材料、金属材料からなる群
   から選択された材料からなることを特徴とする横型の電
   界放出型冷陰極装置。
2. 【請求項２】前記金属メッキ層は抵抗を増加させるため
   の添加物質を含む抵抗バラスト層からなることを特徴と
   する請求項１に記載の横型の電界放出型冷陰極装置。
3. 【請求項３】前記支持基板と協働して、前記カソード電
   極、前記ゲート電極及び前記エミッタを包囲する真空放
   電空間を形成する包囲部材と、前記カソード電極及び前
   記ゲート電極と対向する位置で前記包囲部材上に配設さ
   れたアノード電極と、を更に具備することを特徴とする
   請求項１または２に記載の横型の電界放出型冷陰極装
   置。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の装置の
   製造方法であって、 前記カソード電極及び前記ゲート電極を前記支持基板上
   に配設することにより中間構造体を形成する工程と、 前記金属メッキ層用のメッキ液中に前記微細体を懸濁さ
   せることにより懸濁メッキ液を調製する工程と、 前記中間構造体を前記懸濁メッキ液中に浸漬してメッキ
   処理を施すことにより、前記カソード電極の前記第１側
   面上に、前記微細体を分散状態で取込んだ状態で前記金
   属メッキ層を形成する工程と、を具備することを特徴と
   する横型の電界放出型冷陰極装置の製造方法。
5. 【請求項５】前記メッキ処理は電気メッキ処理であるこ
   とを特徴とする請求項４に記載の横型の電界放出型冷陰
   極装置の製造方法。
6. 【請求項６】前記カソード電極と前記ゲート電極との間
   に電界を形成しながら前記メッキ処理を行うことを特徴
   とする請求項４または５に記載の横型の電界放出型冷陰
   極装置の製造方法。