JP3267883B2

JP3267883B2 - 山形要素を有する構造面並びにその使用及び製造方法

Info

Publication number: JP3267883B2
Application number: JP34284596A
Authority: JP
Inventors: クルト・セキンガー; ハーラント・フックス; ジャン−フランソワ・ポーレ; ロマン・フックス
Original assignee: Alcan Technology and Management Ltd
Current assignee: 3A Composites International AG
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 2002-03-25
Anticipated expiration: 2016-12-24
Also published as: CH690144A5; DE59603481D1; EP0780871B1; EP0780871A1; US5811917A; US5975976A; JPH09180626A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サポート層と、該
サポート層に電気的に接続された山形要素とを有する構
造面に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ブラウン管の如き、真空電子工
学の分野の総ての構成部品は、電子を真空の中に放出す
るために、陰極を必要とする。現在までは、熱陰極は主
として、そのような目的のために使用されてきた。その
ような陰極は、該陰極の表面の電子がその陰極表面のポ
テンシャル障壁に打ち勝つことができるような十分な熱
エネルギーを有するように、１０００℃あるいはそれ以
上の温度まで加熱される。従って、熱陰極の表面は、電
子が逃げるために必要とするエネルギーを可能な限り低
く維持して、高い電子放出が得られるようにするため
の、適宜な表面層を有するように選択される。

【０００３】電子放出陰極面を製造するための別の可能
性は、冷陰極、すなわち、特別に加熱されていない陰極
に、高い電界力を与えることである。そのような電子放
出を行う冷陰極の表面は、電界放出面と呼ばれている。
一定程度の電界放出電流を得るためには、極めて高い電
界力を陰極表面に与える必要がある。陰極に与える電圧
を可能な限り低いレベルに維持し、同時に、高い電界力
を局部的に得るために、実用的には、陰極表面に微細構
造の山（ピーク）を設ける。

【０００４】例えば、今日のラップトップ型のコンピュ
ータ、あるいは、携帯型のテレビのフラットスクリーン
は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）スクリーンとして機能
する。しかしながら、そのようなＬＣＤスクリーンは、
動きの速い画像に関しては、遅い切替速度しか許容せ
ず、一般的には、色再現の品質は、通常のブラウン管タ
イプのスクリーンに要求される品質に匹敵しない。

【０００５】電界放出スクリーン（ＦＥＤ、すなわち、
電界放出ディスプレイ）が呈示する技術は、ＬＣＤスク
リーンが抱えている欠点を解消する。

【０００６】ＦＥＤスクリーンは、通常、従来のもので
あるが湾曲していない、マスクを有する蛍光スクリーン
を備えている。そのようなスクリーンから例えば０.２
ｍｍの距離に板状の陰極が設けられ、該板状の陰極は、
微細で鋭利なピークのマトリックス（行列）を有する特
徴を備えている。そのようなピークは、電界効果によっ
てその電子が放出されるので、グループとして高電圧電
流を維持するすなわち受けることができる。放出された
電子は、その後加速されて、蛍光スクリーンの上の向か
い合う照射物質を活性化させる。

【０００７】通常、ＦＥＤスクリーンの像要素は、実用
上は、３つの点を備えており、これら３つの点には、
赤、緑、あるいは、青の発光物質が設けられている。陰
極側のそのような各々の点には、約１０００のミクロピ
ーク（微細なピーク）が導かれ、そのようなミクロピー
クは一緒になって、高収率の電界効果電子を供給し、こ
れにより、ＦＥＤスクリーンは、同じ輝度に関して、通
常のブラウン管タイプのスクリーンよりもかなり低い電
力消費量を達成する。

【０００８】ＬＣＤスクリーンと比較すると、ＦＥＤス
クリーンは、各々の像点の制御に慣性がないという利点
を提供する。また、像品質は、画角には依存しない。

【０００９】冷陰極の放出面を製造する周知の方法は、
半導体要素の生産に現在まで長期間使用されてきた、写
真製版（フォトリソグラフ）技術を用いて、陰極表面を
微細構造にすることである。この方法は、最初に、フォ
トリソグラフ技術を用いて、矩形又は円形の開口を有す
る領域を備える感光マスクを陰極表面に形成する工程を
含む。第２の工程においては、上記マスクによって保護
されていない基板の領域をエッチングする。これによ
り、感光マスクが溶解した後に、角錐又は円錐の形状の
エミッタピークが形成される。

【００１０】電界放出面を製造するための別の可能性
は、Ｓi の如き結晶質の材料に等方性エッチングを行
い、例えば、電子放出物質で被覆された微細なピークを
形成することである。また、Ｓi の如き半導体材料は、
フォトリソグラフ法によって構造化し、その後、例え
ば、電子放出物質で被覆することができる。

【００１１】米国特許第 4,591,717 号は、導電性材料
から成る複数のピークを有する感光層を備える電界放出
面に基づく光電管を記載している。そのようなピーク
は、基板表面を陽極酸化することによって形成され、そ
のようなプロセスにおいては、基板表面に対して直交す
る細孔が形成され、また、金属が、そのような細孔の中
に析出して、酸化物層を越えて突出する金属のピークが
形成される。

【００１２】欧州特許ＥＰ 0,351,110 は、冷陰極のエ
ミッタ面を製造するためのプロセスを記載しており、こ
のプロセスにおいては、酸化アルミニウムの表面に、複
数の長手方向の細孔が形成され、これら細孔は、上記酸
化アルミニウムの層の主面に対して実質的に直交して伸
長する。上記細孔には、電子放出物質が充填され、その
後、上記酸化アルミニウムの層の少なくとも一部が除去
される。その結果、露出された電子放出ピークが形成さ
れ、これらピークは互いに向かい合っている。

【００１３】細孔を含む酸化物層を形成し、表面層の上
及び細孔のキャビティの中に電子放出物質を堆積させ、
その後、細孔を含む上記層を除去することによって製造
される、現時点における当業界の電界放出面は、酸化物
層の細孔の数がその製造に貢献する程度の数の電子放出
ピークしか備えることができない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、好ま
しいコストで製造でき、当業界で周知の電界放出面より
も単位面積当たりの電子放出ピークが多い、電界放出面
を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、各々の山形
要素が、円筒形又は截頭円錐形のステム領域と、該ステ
ム領域の自由端に位置する少なくとも２つ、好ましく
は、２乃至４つのピークとを有している、本発明によっ
て達成される。

【００１６】構造面の基板層は、平坦な又は湾曲した領
域の形態とすることができ、例えば、平面、楕円体の
面、特に、球体の面、１枚又は２枚貝の双曲面、放物
面、あるいは、楕円形、双曲線形又は放物面形の円柱の
表面とすることができる。

【００１７】通常は、山形要素の間の基板層の一部は、
実質的に平坦であって、これにより、そのような平坦な
部分から明確に立ち上がった山形要素を有する、上手く
形成された表面構造が形成される。

【００１８】好ましい実施例においては、本発明の構造
面の山形要素は、上記基板層にわたって均一に分布され
る。

【００１９】構造面の山形要素は、基板層から外方に突
出する少なくとも１つの領域において、基板層に直交す
るステム領域を有するのが好ましい。その総てのステム
領域が基板層の表面に対して直交している山形要素が特
に好ましい。ステム領域が、基板層の表面に対して直交
し、その先端ピークの長手方向の軸線が、基板層に対し
て直角な表面に関して、５°から４０°（３６０°の円
を基準にして）の角度であるのが好ましい鋭角を形成す
るように設計されるのが極めて好ましい。

【００２０】好ましい実施例においては、山形要素及び
／又は基板層は、Ｎi、Ａl、Ｐd、Ｐt、Ｗ、Ｆe、Ｔa、
Ｒh、Ｃd、Ｃu、Ａu、Ａg、Ｉn、Ｃo、Ｓn、Ｓi、Ｇe、
Ｓe、Ｔe、又は、これら物質を少なくとも１つ含む化合
物（例えば、Ｓn 酸化物、又は、ＩnＳn 酸化物）、あ
るいは、上記金属の合金から形成される。山形要素及び
基板層は、同じ材料から形成されるのが好ましい。

【００２１】本発明によれば、上述の材料の１つによっ
て部分的に被覆されている表面構造も好ましい。

【００２２】更に好ましい実施例においては、基板層
は、山形要素の間に機械的な保護層を有する特徴を備え
ており、そのような保護層は、電気絶縁材料から形成さ
れており、そのような電気絶縁材料は、酸化物であるの
が好ましく、酸化アルミニウムであるのが特に好まし
い。機械的な保護層の厚みは、構造面全体にわたって測
定した総ての山形要素の起点の領域の平均高さよりも小
さくするのが有用である。

【００２３】また、実質的に同じ高さを有する山形要素
を備える構造面が好ましく、山形要素のそのような高さ
は、山形要素から基板層の表面までの最大垂直距離とし
て、すなわち、ステム領域から先端ピークまでの垂直距
離として測定される。上記山形要素の高さは、総ての山
形要素の平均高さから±５％を超えて変化しないのが極
めて好ましい。

【００２４】本発明の更に別の効果的な実施例は、請求
の範囲に記載されている。

【００２５】本発明の構造面は、冷陰極のエミッタ要素
用の電界放出面として使用するのに特に適しており、就
中、極めて平坦なスクリーン（ウルトラフラット・スク
リーン）、電子リソグラフ、あるいは、走査型又は透過
型の顕微鏡のための冷陰極放出源として使用するのに適
している。そのような場合における山形要素の先端のピ
ークは、エミッタピークの役割を果たす。良好に形成さ
れたエミッタ構造を得るためには、山形要素の間にある
電界放出面の部分を実質的に平坦にするのが好ましい。
すなわち、山形要素の間にある電界放出面の部分が、電
界放出に寄与しないようにするのが好ましい。多数のエ
ミッタピークが電界放出面に必要とされるので、湾曲し
た基板層を有する電界放出面も、山形要素の間の領域に
おいては実質的に平坦である。

【００２６】また、構造面の山形要素は、先端ピークに
２０００Ｖ未満（１８００Ｖよりも低いのが有用であ
り、９００Ｖよりも低いのが好ましく、特に１００Ｖよ
りも低いのが好ましい）の動作電圧を与えた時に、１０
⁹ Ｖ/ｍよりも大きい電界の力が発生するように構成さ
れるのが好ましい。上記動作電圧は、外部電源から構造
面に、例えば、その基板層に与えられる電圧を意味す
る。

【００２７】上記目的は、その方法に関しては、以下の
本発明の方法によって解決される。

【００２８】すなわち、本発明の製造方法においては、
（ａ）第１の工程において、所望の構造面の鏡像であ
る表面（23）を有するモールド本体（22）を形成し、ア
ルミニウムの基板（24）を酸化アルミニウムを溶解する
電解液の中で陽極酸化し、第１の陽極酸化段階における
陽極酸化電圧を、０から第１の値Ｕ₁ まで連続的に又は
段階的に増大させ、第２の陽極酸化段階においては、上
記陽極酸化電圧を上記Ｕ₁ よりも小さい第２の値Ｕ₂ ま
で連続的に又は段階的に低下させ、（ｂ）第２の工程
において、上記モールド本体（22）の上記表面（23）を
その全表面積にわたって被覆し、これにより、上記モー
ルド本体（22）の表面層（23）に存在する細孔キャビテ
ィ（36）が、被覆材料で完全に充填されるようにすると
共に、上記山形要素（14）を電気的に接続するサポート
層（12）を形成して、該サポート層（12）を連続的な機
械的な支持層にし、（ｃ）第３の工程において、モー
ルド本体（22）の少なくとも一部を除去して、上記先端
ピーク（20）を露出させる。

【００２９】実質的に所望の構造面の鏡像である表面を
有し、構造面を形成するために必要とされるモールド本
体は、実用的には、基板と、形成層とを備えており、該
形成層は、所望の表面の鏡像である面構造を有してい
る。

【００３０】基板は、例えば、切片、梁の如き部品の形
態、又は、プレート、コイル、薄板又はアルミニウム箔
の如き別の形態、あるいは、複合材料のアルミニウムの
外側層（特に、積層パネルのアルミニウムの外側層）の
形態であるのが好ましく、若しくは、例えば、クラッド
アルミニウム層の如き適宜な他の材料の上に例えば電解
的に堆積されたアルミニウム層の形態である。基板は、
例えば、圧延、押し出し、鍛造又はプレス加工によって
製造されたアルミニウム製の部片であるのが好ましく、
更に、基板は、曲げ加工、深絞り、冷間衝撃押し出し、
あるいは他の同等のプロセスによっても成形することが
できる。

【００３１】本明細書で使用するアルミニウムと言う用
語は、総ての等級の純粋なアルミニウム、及び、商業的
に入手可能な総てのアルミニウム合金を含む。通常は、
基板は、Ａl 純度が９８.３ｗｔ％あるいはそれ以上の
純粋アルミニウム、あるいは、Ｓi、Ｍg、Ｍn、Ｃu、Ｚ
n 又はＦe の中の少なくとも１つの元素を含むアルミニ
ウム合金を含む。純粋アルミニウムの基板は、例えば、
９８.３ｗｔ％あるいはそれ以上の純度を有するアルミ
ニウムとすることができ、実用的には、９９.０ｗｔ％
あるいはそれ以上の純度のものが使用でき、好ましく
は、９９.９ｗｔ％あるいはそれ以上、特に、９９.９５
ｗｔ％あるいはそれ以上の純度のものが好ましい。その
ようなアルミニウムの残りの成分は、アルミニウムに一
般的に存在する不純物である。

【００３２】上述の純度のアルミニウムとは別に、基板
はまた、アルミニウム合金とすることができ、そのよう
なアルミニウム合金は、０.２５乃至５ｗｔ％のマグネ
シウム（特に、０.５乃至２ｗｔ％のマグネシウム）を
含むことができ、また、０.２乃至２ｗｔ％のマンガン
を含むことができ、また、０.５乃至５ｗｔ％のマグネ
シウム、及び、０.２乃至２ｗｔ％のマンガン（特に、
例えば、１ｗｔ％のマグネシウム、及び、０.５ｗｔ％
のマンガン）を含むことができ、また、０.１乃至１２
ｗｔ％の銅（好ましくは、０.１乃至５ｗｔ％の銅）を
含むことができ、また、０.５乃至５ｗｔ％の亜鉛、及
び、０.５乃至５ｗｔ％のマグネシウムを含むことがで
き、また、０.５乃至５ｗｔ％の亜鉛、０.５乃至５ｗｔ
％のマグネシウム、及び、０.５乃至５ｗｔ％の銅を含
むことができ、また、０.５乃至５ｗｔ％の鉄、及び、
０.２乃至２ｗｔ％のマンガン（特に、例えば、１.５ｗ
ｔ％及び０.４ｗｔ％のマンガン）を含むことができ
る。

【００３３】モールド層は、酸化アルミニウムから形成
されるのが好ましい。本発明のプロセスすなわち方法に
必要なモールド層は、基板表面を電解液の中で細孔が形
成されるような条件で陽極酸化することにより、製造さ
れるのが好ましい。この点に関して本発明で重要なこと
は、上記細孔が、自由表面に向かって開口することであ
る。上記表面の上の細孔の分布は均一であるのが有用で
ある。モールド層の厚みは、通常は、５０ｎｍ乃至２０
μｍであり、０.５乃至３μｍであるのが好ましい。

【００３４】モールド層の表面に向かう垂直方向におい
て、細孔は、ステム領域を有しており、また、基板に向
かって、分岐領域を有している。すなわち、モールド層
の基板に向かって実質的に垂直方向に伸長する各々の細
孔は、モールド層の自由表面に向かって開口する長手方
向の細孔を有しており、そのような細孔の分岐領域は、
少なくとも２つ、好ましくは、２乃至４つの凹所すなわ
ち細孔の分岐部に分かれている。実用的には、細孔は、
そのステム領域において、１乃至２５０ｎｍの直径を有
し、そのような直径は、好ましくは１０乃至２３０ｎｍ
であり、８０乃至２３０ｎｍであるのが特に好ましい。
細孔の数、すなわち、ステム領域における細孔の数は、
通常は、１０⁸ 個/ｃｍ²あるいはそれ以上であり、１０
⁸ 乃至１０¹² 個/ｃｍ² であるのが好ましく、１０⁹ 乃
至１０¹¹ 個/ｃｍ² であるのが特に好ましい。モールド
層の平均密度は、２.１乃至２.７ｇ/ｃｍ³ であるのが
好ましい。また、モールド層は、５乃至７.５の誘電率
を有するのが好ましい。

【００３５】モールド層は、例えば、酸化アルミニウム
を溶解する電解液の中で基板表面を陽極酸化することに
よって製造される。上記電解液の温度は、実用的には、
５乃至８５℃であり、１５乃至８０℃であるのが好まし
く、３０乃至５５℃であるのが特に好ましい。上述の陽
極酸化を行うために、基板（又は、少なくともその表面
層、あるいは、モールド層を設けるべき基板表面の部
分）を適正な電解液の中に入れ、正極（陽極）として接
続される。例えば、ステンレス鋼、鉛、アルミニウム、
又は、グラファイトで形成されて同じ電解液の中に置か
れた別の電極が、負極（陰極）の役割を果たす。

【００３６】通常は、基板の表面は、本発明のプロセス
の前に、前処理を受ける。この前処理においては、基板
表面は、例えば、脱脂され、次に水洗され、最終的に、
苛性酸洗いを受ける。そのような酸洗いは、例えば、温
度が４０乃至６０℃で、濃度が５０乃至２００ｇ/ｌの
水酸化ナトリウム溶液を用いて、１乃至１０分間にわた
って行われる。その次に、上記表面を水洗し、例えば硝
酸（特に、室温（一般的には、２０−２５℃の温度範
囲）で２５乃至３５ｗｔ％の濃度）の如き酸を用いて、
２０乃至６０秒間にわたって中和し、更に、再び水洗す
る。

【００３７】陽極酸化によって製造される酸化物層の性
質、例えば、細孔の密度、及び、細孔の直径は、例え
ば、電解液の組成、電解液の温度、電流密度、陽極酸化
電圧、陽極酸化処理の継続時間、及び、陽極酸化される
材料の如き陽極酸化条件に大きく依存する。酸性電解液
の中で陽極酸化を行うと、基板の表面には細孔のないベ
ース層すなわちバリア層が形成され、また、基板の頂部
には、多孔質の外側層が形成される。この外側層は、陽
極酸化プロセスの間に、その自由表面において部分的
に、化学的に再溶解する。その結果、外側層には細孔が
形成され、これら細孔は、基板の表面に対して実質的に
垂直であり、酸化物層の自由表面に位置するその端部が
開口する。上記酸化物層は、その成長と溶解が互いにバ
ランスした時に、その最大厚みに到達する。この最大厚
みは、例えば、与えられる陽極酸化電圧、電解液の組
成、電流密度、電解液の温度、陽極酸化処理の持続時
間、及び、陽極酸化される材料に依存する。

【００３８】本発明のプロセスにとって好ましい電解液
は、１又はそれ以上の無機酸及び／又は有機酸を含む電
解液である。また、１０乃至１００Ｖの陽極酸化電圧が
好ましく、更に、１００乃至３０００Ａ/ｍ²の電流密度
が好ましい。陽極酸化の持続時間は、一般的には、１乃
至３００秒である。

【００３９】円筒形又は截頭円錐形の長い細孔を形成す
るための陽極酸化電圧を、１２乃至８０Ｖであるのが好
ましい第１の値（Ｕ₁）に設定し、その後、アルミニウ
ム層の方を向いている各々の長い細孔の端部に少なくと
も２つの細孔の分岐部を形成するために、第２の値（Ｕ
₂）に設定して、基板の表面を陽極酸化するのが好まし
い。上記第２の値は、上記第１の値よりも低く、１０乃
至２０Ｖであるのが好ましい。

【００４０】陽極酸化電圧は、例えば、所定の一定値に
到達するまで、印加電圧を連続的に上昇させることによ
り、与えられる。これに従って、電流密度は、与えられ
る陽極酸化電圧の関数として増大し、上記所定の一定値
に到達した後に、最大値に達して、その後、より小さい
値まで減少する。

【００４１】バリア層の厚みは、与えられる電圧に依存
し、上記厚みは、例えば、８乃至１６オングストローム
/Ｖであり、特に、１０乃至１４オングストローム/Ｖで
ある。外側層の細孔の直径も同様に、電圧に依存し、そ
の範囲は、８乃至１３オングストローム/Ｖであり、特
に、１０乃至１２オングストローム/Ｖである。

【００４２】電解液は、例えば、強い有機酸及び／又は
無機酸であり、あるいは、強い有機酸及び／又は無機酸
の混合物を含む。そのような酸の代表的な例は、硫酸
（Ｈ₂ＳＯ₄）、又は、リン酸（Ｈ₃ＰＯ₄）である。用い
ることのできる他の酸は、例えば、クロム酸、シュウ
酸、スルファミン酸、マロン酸、マレイン酸、又は、ス
ルホサリチル酸である。また、本発明のプロセスに使用
されるのは、例えば、４０乃至３５０ｇ/ｌ、好ましく
は、１５０乃至２００ｇ/ｌの濃度（硫酸を１００％の
酸とする）の硫酸である。また、実用的な電解液として
は、６０乃至３００ｇ/ｌ、特に、８０乃至１５０ｇ/ｌ
の濃度のリン酸があり、リン酸の量は、１００％純粋な
酸を基準とする。他の好ましい電解液は、硫酸とシュウ
酸の混合物であって、特に、１５０乃至２００ｇ/ｌの
硫酸を例えば５乃至２５ｇ/ｌのシュウ酸と混合したも
のである。また、例えば、２５０乃至３００ｇ/ｌのマ
レイン酸、及び、１乃至１０ｇ/ｌの硫酸を含む電解液
も好ましい。別の電解液は、例えば、１３０乃至１７０
ｇ/ｌのスルホサリチル酸を６乃至１０ｇ/ｌの硫酸と混
合したものを含む。

【００４３】陽極酸化の後に、モールド層の表面は、例
えば、化学的又は電解的なエッチング、プラズマエッチ
ング、水洗、あるいは、含浸の如き処理を受けることが
できる。

【００４４】完成したモールド層を次に、その全表面積
にわたって被覆し、表面層の細孔のキャビティを被覆材
料で完全に充填し、また、山形要素を電気的に接続する
サポート層を形成する。上記サポート層は、相互に接続
された機械的な支持層の形態を取る。

【００４５】モールド本体の表面を被覆するために使用
される材料は、Ｎi、Ａl、Ｐd、Ｐt、Ｗ、Ｆe、Ｔa、Ｒ
h、Ｃd、Ｃu、Ａu、Ａg、Ｉn、Ｃo、Ｓn、Ｓi、Ｇe、Ｓ
e、Ｔe、又は、これら元素を少なくとも１つ含む化合
物、あるいは、上記金属の合金であるのが好ましい。

【００４６】モールド本体の表面は、例えば、化学的又
は電解的な方法によって、あるいは、ＰＶＤ（物理蒸
着）、若しくは、ＣＶＤ（化学蒸着）によって被覆する
ことができる。被覆材料の化学的及び／又は電解的な堆
積が好ましく、細孔のキャビティは、実用的には、事前
に化学的に活性化される。

【００４７】本発明の方法にとって重要な最後の工程に
おいては、山形要素（特に、先端のピーク）が、モール
ド層を完全に又は部分的に除去することによって露出さ
れる。

【００４８】山形要素の完全な露出、すなわち、本体か
らの構造面の層の分離は、例えば、本体の部分を完全に
エッチングで除去することによって行うことができる。
しかしながら、好ましい実施例においては、モールド層
だけを化学的なエッチングによって除去し、その結果、
構造面は、本体から完全に分離され、構造面の形態とし
て得られる。

【００４９】第２の好ましい実施例においては、モール
ド層の一部だけをエッチングにより除去し、その結果、
山形要素のステムの間にあって機械的な支持層を形成し
ているサポート層の上に、モールド層が残る。これは、
例えば、基板、バリア層、及び、多孔質の層の一部をエ
ッチングによって化学的に除去することによって行われ
る。しかしながら、モールド層の多孔質の層を除去し
て、山形要素の先端ピークを完全に露出させなければな
らない。

【００５０】本発明のプロセスの更に別の好ましい実施
例においては、露出された山形要素は、例えば、プラズ
マエッチング、あるいは、湿式の化学的又は電解的なエ
ッチングの如き別のエッチングプロセスを受ける。この
ようにすると、例えば、先端ピークの形状を、電子放出
ピークとしての用途に関して、最適化することが可能で
ある。

【００５１】また、本発明の構造面を後処理することが
好ましく、例えば、山形要素の電子放出特性を改善する
追加の薄い金属層を堆積させることができる。この追加
の薄い金属層は、貴金属であるのが好ましく、特に、Ａ
u、Ｐt、Ｒh 又はＰd、あるいは、これらの貴金属の少
なくとも１つを含む合金とすることができる。上記追加
の金属層は、例えば、化学的又は電気化学的な方法によ
って、あるいは、例えば、スパッタリング又は電子ビー
ム蒸着の如きＰＶＤ（物理蒸着）によって、若しくは、
ＣＶＤ（化学蒸着）によって堆積させることができる。

【００５２】

【発明の実施の形態】本発明の構造面の製造を示す例を
以下に詳細に説明する。特に断らない限り、総ての記載
において、部又はパーセントは、重量部又は重量パーセ
ントを意味する。

【００５３】第１の例Ａl が９９.９ｗｔ％のアルミニウムシートの形態の基
板は、明るく光沢のある表面を示す。上記アルミニウム
シートは、弱アルカリ性の脱脂溶液の中で洗浄され、水
洗され、硝酸の中で酸洗いされ、水洗され、アセトンの
中に短時間浸漬され、そして、乾燥される。

【００５４】その次に、適宜な被覆層を上記シートの裏
側に堆積させ、Ｈ₃ＰＯ₄ が１５０ｇ/ｌの濃度を有する
３５℃のリン酸電解液の中で直流を用いて、上記予備処
理された基板を３分間にわたって陽極酸化させる。その
際の、電流密度は、１００Ａ/ｍ²であり、陽極酸化電圧
は、０Ｖから５０Ｖまで連続的に上昇させる。その直後
に、陽極酸化電圧を５段階から６段階で約１５Ｖまで低
下させる。その際の電圧の低下率は、最初は小さく、次
いで、徐々に大きくする。約１５Ｖの陽極酸化電圧に達
すると、その電圧を４０秒間の間隔にわたって維持す
る。その結果生ずる酸化アルミニウムの層は、一般的に
は、１μｍである。

【００５５】モールド層は、酸化アルミニウム層の自由
表面に向かって外方に突出する細孔と、その頂部が開口
しているステム領域とを有しており、該ステム領域は、
基板の方を向いている分岐領域を有している。

【００５６】モールド層（すなわち、特にモールド層の
自由表面）は、次に、水洗され、ニッケル塩（１００ｇ
/ｌのＮiＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ、及び、４０ｇ/ｌのホウ酸を
含み、ｐＨが４.０乃至５.０である）を含む活性浴の中
で、１６Ｖの交流印加電圧の下で５秒間にわたって処理
され、次に、再度水洗される。

【００５７】予備処理されたモールド層の細孔は、これ
ら細孔の基部に、そこに集まったニッケル粒子を有して
おり、これらニッケル粒子は、ニッケルの選択的な堆積
を更に行わせるための核の役割を果たすことができるの
で好ましい。ニッケルの選択的な堆積（すなわち、細孔
の中に既に存在しているニッケル粒子の上にニッケルが
更に堆積すること）は、最初はニッケル浴の中で化学的
に行われる。そのようなニッケル浴は、温度が８５℃で
あり、ｐＨ値が５.０であり、還元剤としての次亜リン
酸ナトリウムを含んでいる。ニッケルの選択的な堆積
は、１時間で終了し、その間に、１０乃至１２ｗｔ％の
リンを含むリン酸ニッケルの層と、約１０μｍの厚みの
層とが得られる。次に、その上にニッケルが堆積してい
るモールド層を再度水洗し、その次に、商業的に入手可
能な電気メッキニッケル浴（「ワット（”Ｗatt”）」
浴：例えば、３００ｇ/ｌの硫酸ニッケル、６０ｇ/ｌの
塩化ニッケル、４０ｇ/ｌのホウ酸、及び、湿潤剤の如
き有機添加物を含む）の中で、陰極で測定した場合に４
００Ａ/ｍ² の電流密度で２０分間にわたって、ニッケ
ル層を肥厚させる。その間の電解液の温度は、５０乃至
６０℃であり、電気メッキによって得られるニッケル層
は、約１６μｍの厚みに達する。

【００５８】ニッケルで被覆されたモールド本体を再度
水洗した後に、その裏側の被覆層を、例えば、化学的に
又はプラズマエッチングによって除去し、次に、モール
ド本体を苛性ソーダ溶液（５０ｇ/ｌのＮaＯＨ）の中で
化学的に溶解する。ＮaＯＨ浴が２０℃である時には、
上記プロセスは、数時間（例えば、１乃至５時間）で終
了する。

【００５９】モールド本体を取り除いた後に、山形要素
を有する所望の構造化ニッケル膜が残り、上記山形要素
は、Ｎi のサポート層に取り付けられたステム領域と、
該ステム領域の垂直方向の連続部としての、分岐領域と
を有しており、該分岐領域は、少なくとも２つのピーク
をその端部に有するという特徴をもっている。

【００６０】上記構造化ニッケル膜を再度水洗し、２０
℃の５％クエン酸で３０分間にわたって酸洗いし、再度
水洗し、エタノールの中に入れ、最終的に乾燥させる。

【００６１】酸化アルミニウムの層がニッケルの堆積物
のためのマスクとして作用するので、上記山形要素は、
酸化アルミニウムの層の細孔のキャビティの正確な像を
表す。構造化ニッケル膜は、約１μｍの長さの近接した
ピークを有するという特徴をもっており、そのようなピ
ークの直径は一般的に、０.２μｍよりも小さい。

【００６２】第２の例上述の第１の例において説明したような、基板の役割を
果たすアルミニウムシートを洗浄し、上記第１の例で述
べたように陽極酸化する。次に、モールドの表面層を上
記第１の例で述べたように活性化する。

【００６３】次に、温度が７０℃でｐＨ値が６.０の化
学的なニッケル浴の中で、ニッケルの選択的な堆積が起
こる。上記ニッケル浴の中の還元剤は、ジメチルアミン
ボランである。ニッケルの選択的な堆積は、約１時間で
終了し、その間に、１％未満のホウ素を含む約５μｍの
厚みのニッケル／ホウ素の層が形成される。第１の例と
同様に、特殊な活性化方法のために、ニッケル層は、最
初は細孔の底部にだけ形成し始める。

【００６４】水洗した後に、第１の例と同様にして被覆
層を取り除き、モールド本体を溶解させて、構造化ニッ
ケル膜を露出させる。

【００６５】上記構造化ニッケル膜の山形要素は、この
時点において、電解液による後処理を受ける。この後処
理においては、先端ピークの曲率半径が小さくなり、こ
れにより、良好な電子放出特性を有する電界放出面が形
成される。この目的のために採用される電解液は、６３
８ｍｌ/ｌの９６％硫酸と、９ｇ/ｌのグリセリンとを含
む。

【００６６】電解液による後処理は、鉛陰極を用い、電
解液の温度が２０℃で、電流密度が５００から１０００
Ａ/ｍ² で、電解電圧が６Ｖである場合に、５秒間から
１０秒間で終了する。その後に、構造化ニッケル膜を再
度水洗し、その後乾燥させる。

【００６７】第３の例最初の２つの例の１つとして製造された構造化ニッケル
膜は、その後、通常の金メッキ浴の中で６０秒間にわた
って金メッキされる。このプロセスにおいては、金の浴
は、２ｇ/ｌの金濃度を有しており、そのような浴の温
度は、８５℃であり、浴のｐＨ値は、４.４から４.８で
ある。約０.０５μｍの厚みの金の層が、上記電気メッ
キプロセスの結果として形成される。金メッキされたニ
ッケル膜は次に、水で洗浄され、エタノールで処理して
乾燥される。

【００６８】ニッケル膜のそのような処理は、電界放出
面としてのニッケル膜の性質を著しく改善する。

【００６９】図１乃至図４の例をもって本発明を更に説
明する。

【００７０】図１は、まだ準備が完了していないモール
ド本体２２の断面を概略的に示している。モールド本体
の表面２３に対して垂直に伸長している細孔は、その頂
部が開口しており、分岐していない長手方向のキャビテ
ィ３２、すなわち、細孔のステム領域３２を備えること
を特徴としている。図１のモールド本体は既に、基板２
４と、モールド層２６とを備えており、該モールド層
は、バリア層２８及び多孔層３０を含んでいる。

【００７１】図１に示すモールド本体は、例えば、酸化
アルミニウムを再溶解する電解質の中でアルミニウムの
基板２４を陽極酸化することにより形成され、そのよう
な陽極酸化は、一定の陽極酸化電圧で、あるいは、陽極
酸化電圧を連続的に又は段階的に増大させることにより
行われる。

【００７２】図２は、本発明のプロセスに採用すること
のできるモールド本体２２の断面を概略的に示してい
る。モールド本体２２は、基板２４と、モールド層２６
とによって構成されている。細孔のキャビティ３６は、
細孔のステム領域３２と、細孔の分岐領域３３とを有し
ており、各々の細孔のキャビティ３６は、分岐領域３３
に２つの細孔の分岐部３４を形成している。

【００７３】図２に示すモールド本体２２は、例えば、
図１に示すように、まだ準備が完了していないモールド
本体２２から始めて、低い陽極酸化電圧で陽極酸化プロ
セスを更に継続することにより、形成される。この目的
のために、陽極酸化電圧を、段階的に又は連続的に減少
させることができる。陽極酸化の間に形成される細孔の
直径、及び、バリア層２８の厚みは、陽極酸化電圧の大
きさに依存する。従って、バリア層２８の厚みは、上述
の如きプロセスの第２の段階の間に小さくなり、一方、
酸化物の多孔質の酸化物層３０の厚みは、更に増大す
る。酸化物層２８、３０の形成は、アルミニウム基板２
４とバリア層２８との間の境界面で生じ、また、細孔の
直径は陽極酸化電圧に依存するので、上記ステム領域よ
りも小さい直径を有する複数の分岐部３４が、ステム領
域３２の端部に形成される。

【００７４】図３は、電子放出物質で被覆されたモール
ド本体２２の断面を概略的に示している。このモールド
本体２２は、基板２４と、モールド層２６とを備えてい
る。層２６は、細孔を含んでおり、これら細孔のキャビ
ティ３６は、ステム領域３２と分岐領域３３とを形成し
ており、該分岐領域は、少なくとも２つの細孔の分岐部
３４を有している。キャビティ３６は、電子放出物質で
完全に充填されており、このように形成された電子放出
物質の山形要素１４は、サポート層１２によって、電気
的に接続されている。

【００７５】電子放出物質で被覆された図３に示すモー
ルド本体２２は、図２に示すモールド本体２２から出発
して、モールド本体の表面２３の少なくとも細孔（この
細孔のキャビティ３６は、電子放出物質で被覆されてい
る）の部分が、化学的及び／又は電気化学的なプロセス
によって化学的に活性化され、例えば、金属又は半導体
金属から成る電子放出層１２が、その結果生じた山形要
素１４の上、及び、細孔のキャビティ３６の間の表面２
３の上に堆積した時に、形成される。

【００７６】図４は、本発明の構造面の断面を概略的に
示している。構造面は、山形要素を電気的に接続するサ
ポート層１２を備えており、上記山形要素は、例えば、
金属又は半導体金属、すなわち、電子放出物質から形成
されている。山形要素は、ステム領域１６と分岐領域１
８とを形成しており、山形要素１４は、分岐領域１８に
２つの山すなわちピーク２０を有しており、これらピー
クの長手方向の軸線ａ₁、ａ₂ は、その挟角である鋭角
αを形成している。山形要素１４のステム領域１６は、
これらステム領域の間のサポート層１５によって、機械
的に支持されており、これにより、ステム領域１６の一
部、及び、先端ピーク２０が露出している。

【００７７】図４に示す構造面は、図３に示すように電
子放出物質で被覆されたモールド本体２２から出発し、
基板２４、及び、モールド層２６の一部が化学的なエッ
チングにより除去された時に、形成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】まだ準備が完了していないモールド本体の断面
を示す概略図である。

【図２】本発明のプロセスに採用することのできるモー
ルド本体の断面を示す概略図である。

【図３】電子放出物質で被覆されたモールド本体の断面
を示す概略図である。

【図４】本発明の構造面の断面を示す概略図である。

【符号の説明】

１２サポート層１４山形要素１５機械的な支持層１６ステム領域２０先端ピーク２２モールド本体２３モールド本体の表面２４基板２６モールド層３２ステム領域３４分岐部３６キャビティ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 591059652 ＢａｄｉｓｃｈｅＢａｈｎｈｏｆｓｔｒａｓｓｅ 16，ＣＨ−8212 ＮｅｕｈａｕｓｅｎａｍＲｈｅｉｎｆａｌｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ (72)発明者ハーラント・フックスドイツ連邦共和国デー−48301 ノットゥルン，レルヒェンハイン 41 (72)発明者ジャン−フランソワ・ポーレスイス国ツェーハー−8225 ジプリンゲン，グラーベンシュトラーセ 53 (72)発明者ロマン・フックススイス国ツェーハー−8200 シャフハウゼン，リートシュトラーセ 81 (56)参考文献特開平６−176685（ＪＰ，Ａ) 特開平５−120991（ＪＰ，Ａ) 特開平６−290703（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 1/30 H01J 9/02 H01J 31/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】サポート層（12）及び該サポート層に電
気的に接続された山形要素（14）とを備える冷陰極エミ
ッタ要素の電界放出面としての構造面であって、各々の
山形要素（14）は、前記サポート層（12）に隣接する円
筒形の又は截頭円錐形のステム領域（16）と、該ステム
領域（16）の自由端に位置する少なくとも２つ好ましく
は２乃至４つの先端ピーク（20）とを有していることを
特徴とする構造面。
【請求項２】請求項１の構造面において、前記山形要
素（14）及び／又は前記基板層（12）は、Ｎi、Ａl、Ｐ
d、Ｐt、Ｗ、Ｆe、Ｔa、Ｒh、Ｃd、Ｃu、Ａu、Ａg、Ｉ
n、Ｃo、Ｓn、Ｓi、Ｇe、Ｓe、Ｔe、又は、これら物質
を少なくとも１つ含む化合物、あるいは、前記金属の合
金から形成されることを特徴とする構造面。
【請求項３】請求項１又は２の構造面において、前記
山形要素（14）の間の基板層（12）には、電気絶縁材料
（酸化物であるのが好ましく、特に、酸化アルミニウム
であるのが好ましい）から形成される機械的なサポート
層（15）が設けられていることを特徴とする構造面。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかの構造面にお
いて、前記先端ピーク（20）の長手方向の軸線（ａ₁，
ａ₂）は、３６０°の円を基準として、これらの挟角で
ある１０°乃至８０°、特に、２０°から６０°の鋭角
αを形成することを特徴とする構造面。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかの構造面にお
いて、前記先端ピークの密度は、１０⁸/ｃｍ²あるいは
それ以上であることを特徴とする構造面。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかの構造面にお
いて、各々の山形要素（14）の最大断面直径が、２５０
ｎｍ又はそれ以下（１０乃至２３０ｎｍであるのが好ま
しく、８０乃至２３０ｎｍであるのが特に好ましい）で
あることを特徴とする構造面。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれかの構造面にお
いて、前記山形要素（14）は、５０ｎｍ乃至２０μｍ
（好ましくは、０.５乃至３μｍ）の高さを有すること
を特徴とする構造面。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかの構造面にお
いて、前記先端ピーク（20）の自由端は、２００ｎｍ又
はそれ以下（好ましくは、５０乃至１００ｎｍ）の曲率
半径を有することを特徴とする構造面。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかの構造面を、
冷陰極エミッタ要素の電界放出面、特に極めて平坦な画
像スクリーン、電子リソグラフ、あるいは、走査型又は
透過型の顕微鏡用の電子放出源として使用する方法。
【請求項１０】サポート層（12）及び該サポート層に
電気的に接続された山形要素（14）とを備える構造面を
製造するための方法であって、以下の第１の工程、第２
の工程、及び、第３の工程を備える方法、（ａ）第１の工程においては、所望の構造面の鏡像で
ある表面（23）を有するモールド本体（22）を形成し、
アルミニウムの基板（24）を酸化アルミニウムを溶解す
る電解液の中で陽極酸化し、第１の陽極酸化段階におけ
る陽極酸化電圧を、０から第１の値Ｕ₁ まで連続的に又
は段階的に増大させ、第２の陽極酸化段階においては、
前記陽極酸化電圧を前記Ｕ₁ よりも小さい第２の値Ｕ₂
まで連続的に又は段階的に低下させ、（ｂ）第２の工程においては、前記モールド本体（2
2）の前記表面（23）をその全表面積にわたって被覆
し、これにより、前記モールド本体（22）の表面層（2
3）に存在する細孔キャビティ（36）が、被覆材料で完
全に充填されるようにすると共に、前記山形要素（14）
を電気的に接続するサポート層（12）を形成して、該サ
ポート層（12）を連続的な機械的な支持層にし、（ｃ）第３の工程においては、モールド本体（22）の
少なくとも一部を除去して、前記先端ピーク（20）を露
出させる。
【請求項１１】請求項１０の方法において、円筒形又
は截頭円錐形の長い細孔を形成するための前記陽極酸化
電圧の前記第１の値Ｕ₁ が、１２Ｖと８０Ｖとの間にあ
り、また、アルミニウム層の方を向いている前記各々の
長い細孔の端部に少なくとも２つの細孔の分岐部を形成
するために、前記第２の値Ｕ₂ が１０Ｖと２０Ｖとの間
にあることを特徴とする方法。
【請求項１２】請求項１０又は１１の方法において、
前記モールド本体の表面（23）を被覆するために使用さ
れる材料は、好ましくは、Ｎi、Ａl、Ｐd、Ｐt、Ｗ、Ｆ
e、Ｔa、Ｒh、Ｃd、Ｃu、Ａu、Ａg、Ｉn、Ｃo、Ｓn、Ｓ
i、Ｇe、Ｓe、Ｔe、又は、これら元素を少なくとも１つ
含む化合物、あるいは、前記金属の合金から形成される
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】請求項１０乃至１２のいずれかの方法
において、前記モールド本体の表面（23）の上の被覆
が、化学的及び／又は電解的な方法によって行われるこ
とを特徴とする方法。
【請求項１４】請求項１０乃至１３のいずれかの方法
において、前記モールド本体（22）の少なくとも一部の
除去が、前記基板（24）、及び、前記モールド層（26）
の少なくとも一部を化学的なエッチングで取り除くこと
により行われることを特徴とする方法。
【請求項１５】請求項１０乃至１４のいずれかの方法
において、少なくとも部分的に露出されている前記山形
要素（14）が、化学的な又は電解的なエッチングプロセ
スを受けることを特徴とする方法。