JP3354405B2 - 電界放出型冷陰極の製造方法 - Google Patents

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
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、発達したＳｉ半導体微細加工技術
を用いて、半導体デバイスと同程度の微細な電界放出型
冷陰極（電子放出素子）の開発が行われており、超高速
マイクロ波デバイス，パワーデバイス，電子線デバイ
ス，平板型画像表示装置等への応用が進められている。
その代表的な例としては、スピント（C.A.Spindt）らの
文献（Journal of Applied Physics,Vol.47、5248(197
6)）に掲載されたものが知られている。ここに記載され
ている電界放出型冷陰極は、Ｓｉ単結晶基板上にＳｉＯ
₂ 層とゲート電極層を形成した後、直径約１．５μｍの
穴を形成し、この穴の中に電界放出を行う円錐状のエミ
ッタを蒸着法により作製したものである。

【０００３】しかしながら、上述したような従来の電界
放出型冷陰極の製造方法では、回転蒸着法により穴の直
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、エミッタの高さ，先端部の
形状等がばらつき、電子放出の均一性が悪い上に、電子
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、電子放出効率の低下，消費電力の低下等の問題
を招いていた。また、形状の再現性や歩留まりが悪いた
め、多数のエミッタを同一基板上に作製する場合、製造
コストが高くなるという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、電界
放出型冷陰極の製造に際して、前述した回転蒸着法によ
り穴の内面にエミッタを形成しているため、エミッタの
高さ，先端部の形状等がばらつき、電子放出の均一性が
悪い上に、電子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、電子放出効率の低下，消費電力
の低下等を招く問題があった。また、多数のエミッタを
同一基板上に作製する場合、製造コストが高くなるとい
う問題があった。

【０００５】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、電界放出の均一性が良
好でばらつきが少なく電界放出効率が高く、しかも高集
積化も容易でかつ生産性に富み、同一形状で尖鋭なエミ
ッタを安価に多数作製できる電界放出型冷陰極の製造方
法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

（構成）上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。即ち、本発明（請求項１）は、
電界放出型冷陰極の製造方法において、形成すべき電界
放出型冷陰極のエミッタと同じ形状の尖鋭な凸部を有す
る第１の基板を原盤として用い、樹脂成形により底部を
尖らせた凹部を有する第２の基板を設ける工程と、この
第２の基板の凹部内を埋めるようにエミッタ材料層を形
成して電界放出型冷陰極のエミッタを形成する工程と、
前記エミッタ上に該エミッタを支持する支持基板を形成
する工程と、前記支持基板と一体になったエミッタが露
出するように第２の基板を除去する工程とを含むことを
特徴とする。

【０００７】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) 第１の基板は、底部を尖らせた凹部を有する第３の
基板の表面に該凹部を含めて絶縁層を形成する工程と、
凹部内を含めて絶縁層上に金属材料層を形成する工程
と、金属材料層を支持基板と接合する工程と、金属材料
層から絶縁層を含め第３の基板を除去する工程とから形
成されること。 (1-1) 絶縁層は、熱酸化膜であること。 (1-2) 金属材料層は、エミッタ材料層であること。 (2) 第１の基板は、電界放出型冷陰極のエミッタを有す
るものであること。 (3) 第２の基板を複数個設け、各々の第２の基板に対し
て前記エミッタ形成を行うこと。 (4) 第２の基板は、溶融した熱可塑性樹脂，紫外線硬化
樹脂，及び熱硬化性樹脂の少なくとも一つを用い、加
圧，紫外線，及び常圧注入の少なくとも一つの手段によ
り形成されること。 (4-1) 熱硬化性樹脂はポリカーボネート，非晶質ポリオ
レフィン，ポリメチルメタレートの少なくとも一つ、紫
外線効果樹脂はアクリル系，エポキシ系の少なくとも一
つ、熱硬化性樹脂はエポキシ系，ポリメチルメタクレー
トの少なくとも一つであること。 (4-2) 第１の基板を熱可塑性樹脂，紫外線効果樹脂，又
は熱硬化性樹脂に押し当て、第２の基板としての先鋭な
樹脂基板層を形成すること。 (4-3) 第１の基板を加圧可能な閉鎖空間になるような容
器に設置し、熱可塑性樹脂を閉鎖空間内に導入加圧して
硬化させること。 (4-4) 第１の基板を透明基板と対向させ、対向空間の隙
間に紫外線硬化樹脂を注入した後、紫外線照射により樹
脂を硬化させること。 (4-5) 第１の基板を第２の基板の厚さに相当する空間と
開口部を設けるような容器に設置し、熱硬化樹脂を常圧
にて注入した後、樹脂を硬化させること。 (5) エミッタ材料層の支持基板は、金属，ガラス，又は
樹脂であること。

【０００８】また、本発明（請求項４）は、電界放出型
冷陰極の製造方法において、第１の基板に底部を尖らせ
た凹部を設ける工程と、前記凹部内を含めて第１の基板
表面に該基板と付着強度の弱い薄膜層を形成する工程
と、前記凹部内を埋めつつ前記薄膜層上にエミッタ材料
層を形成する工程と、前記エミッタ材料層に第２の基板
を接合する工程と、第１の基板を前記薄膜層から分離す
る工程と、前記エミッタ材料層が露出するように前記薄
膜層を除去する工程とを含むことを特徴とする。

【０００９】ここで、第１の基板がＳｉ単結晶であり、
付着強度の弱い薄膜層がＡｕ，Ｐｔ，又はＮｉであるこ
とを特徴とする。また、本発明（請求項５）は、電界放
出型冷陰極の製造方法において、第１の基板に底部を尖
らせた凹部を設ける工程と、前記凹部内を含めて第１の
基板表面に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に該
絶縁層に対する付着強度の弱い薄膜層を形成する工程
と、前記凹部内を埋めつつ前記薄膜層上にエミッタ材料
層を形成する工程と、前記エミッタ材料層に第２の基板
を接合する工程と、第１の基板を（前記絶縁層と共に）
前記薄膜層から分離する工程と、前記エミッタ材料層が
露出するように前記薄膜層を除去する工程とを含むこと
を特徴とする。

【００１０】また、本発明（請求項６）は、電界放出型
冷陰極の製造方法において、形成すべき電界放出型冷陰
極のエミッタと同じ形状の尖鋭な凸部を有する第１の基
板を原盤として用い、樹脂成形により底部を尖らせた凹
部を有する第２の基板を設ける工程と、この第２の基板
の凹部内を埋めるようにエミッタ材料層を形成して電界
放出型冷陰極のエミッタを形成する工程と、前記エミッ
タ上に該エミッタを支持する支持基板を形成する工程
と、前記支持基板と一体になったエミッタが露出するよ
うに第２の基板を除去する工程と、前記露出したエミッ
タ上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上にゲート
層を形成する工程と、前記エミッタの先端部が露出する
ように前記絶縁層及びゲート層の一部を除去する工程と
を含むことを特徴とする。 （作用）本発明（請求項１）によれば、第１の基板を原
盤として用い底部を尖らせた第２の基板を樹脂成形によ
り設けることにより、１個の第１の基板から多数個の第
２の基板を安価に作製することができる。このため、電
界放出の均一性が良好でばらつきが少なく、電界放出効
率も高く、しかも高集積化が容易で、同一形状で尖鋭な
電界放出型冷陰極の製造コストを大幅に低減することが
できる。また、樹脂成形により第２の基板を作製するこ
とから、第２の基板自体の製造コストも安価なものとな
る。

【００１１】また、本発明（請求項４）によれば、第１
の基板と付着強度の弱い薄膜層を形成することにより、
第１及び第２の基板を接合した後に、第２の基板から第
１の基板を破壊することなく分離することができる。従
って、凹部を有する第１の基板を多数回使用できるの
で、製造コストが削減できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係わる電界放出型冷陰極の製造工程を示す断面図であ
る。

【００１３】まず、図１（ａ）に示すように、単結晶Ｓ
ｉ基板２０１の片側表面に底部を尖らせた第１の凹部を
形成する。このような凹部を形成する方法としては、以
下に記すようなＳｉ単結晶基板の異方性エッチングを利
用する方法がある。即ち、ｐ型で（１００）結晶面方位
のＳｉ単結晶基板上に厚さ０．１μｍのＳｉＯ₂ 熱酸化
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。次いで、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 膜のエッチングを行う。レジスト除
去後、３０ｗｔ％のＫＯＨ水溶液を用いて異方性エッチ
ングを行い、深さ０．７μｍの逆ピラミッド上の第１の
凹部をＳｉ基板２０１上に形成させる。

【００１４】次いで、図１（ｂ）に示すように、Ｓｉ基
板２０１上に凹部内を含めてＳｉＯ₂ 熱酸化層２０２を
形成する。この実施形態では、厚さ０．３μｍとなるよ
うに、ＳｉＯ₂ 熱酸化層２０２をＷｅｔ酸化法により形
成した。

【００１５】次いで、図１（ｂ）に示すように、ＳｉＯ
₂ 熱酸化層２０２上にエミッタ材料層２０３として例え
ばＮｉ層を、凹部が充填されるように形成する。本実施
形態では、スパッタリング法によりＮｉ層２０３を厚さ
２μｍとなるように形成した。続いて、Ｎｉ層２０３の
裏面を接着層２０４を介してガラス基板２０５に接着し
た。

【００１６】次いで、図１（ｄ）に示すように、Ｓｉ基
板２０１を除去し、さらにＳｉＯ₂熱酸化層２０２を除
去し、Ｎｉ層２０３からなるエミッタを露出させた。次
いで、図１（ｅ）に示すように、Ｎｉ層２０３を接着し
た基板２０５を原盤として用い、樹脂成形により底部を
尖らせた凹部を有する樹脂基板２０７を作製した。この
樹脂基板の作製方法としては、溶融した熱可塑性樹脂，
紫外線硬化樹脂，及び熱硬化性樹脂の少なくとも一つを
用い、加圧，紫外線，及び常圧注入の少なくとも一つの
手段により成形すればよい。

【００１７】より具体的には、Ｎｉ層２０３を接着した
基板２０５を熱可塑性樹脂，紫外線効果樹脂，又は熱硬
化性樹脂に押し当て、必要に応じて冷却，紫外線照射，
加熱等の処理を施す。また、Ｎｉ層２０３を接着した基
板２０５を加圧可能な閉鎖空間になるような容器に設置
し、熱可塑性樹脂を閉鎖空間内に導入加圧して硬化させ
る。また、Ｎｉ層２０３を接着した基板２０５を透明基
板と対向させ、対向空間の隙間に紫外線硬化樹脂を注入
した後、紫外線照射により樹脂を硬化させる。また、Ｎ
ｉ層２０３を接着した基板２０５を樹脂基板２０７の厚
さに相当する空間と開口部を設けるような容器に設置
し、熱硬化樹脂を常圧にて注入した後、樹脂を硬化させ
る。

【００１８】なお、熱硬化性樹脂としてはポリカーボネ
ート，非晶質ポリオレフィン，ポリメチルメタレートの
少なくとも一つ、紫外線効果樹脂としてはアクリル系，
エポキシ系の少なくとも一つ、熱硬化性樹脂としてはエ
ポキシ系，ポリメチルメタクレートの少なくとも一つを
用いればよい。

【００１９】次いで、図１（ｆ）に示すように、Ｎｉ層
２０３を接着した基板２０５から樹脂基板２０７を取り
外した。ここで、上記と同様にして、複数の樹脂基板２
０７を作製し、各々の基板２０７に対して以降の工程を
施した。

【００２０】次いで、図１（ｇ）に示すように、樹脂基
板２０７にエミッタ材料層２１３として例えばＮｉ層
を、凹部が充填されるように形成する。本実施形態で
は、スパッタリング法によりＮｉ層２０３を厚さ２μｍ
となるように形成した。続いて、Ｎｉ層２０３の裏面を
接着層２１４を介して構造基板２１５に接着した。

【００２１】次いで、図１（ｈ）に示すように、樹脂基
板２０７を除去することにより、電界放出型冷陰極が完
成する。本実施形態によれば、Ｎｉ層２０３を接着した
基板２０５を原盤として用い、樹脂成形により底部を尖
らせた樹脂基板２０７を設けることにより、１個の基板
２０５から多数個の樹脂基板２０７を安価に作製するこ
とができる。このため、電界放出型冷陰極の製造コスト
を大幅に低減することができる。また、樹脂成形により
樹脂基板２０７を作製することから、安価に多数作製す
ることが可能である。さらに、基板２０６の凹部を含め
て熱酸化膜２０２を形成しているので、熱酸化による鋭
いエミッタ先端形状も樹脂基板２０７に転写され、鋭い
エミッタを作製することができる。 （第２の実施形態）図２は、本発明の第２の実施形態に
係わる電界放出型冷陰極の製造工程を示す断面図であ
る。

【００２２】まず、図２（ａ）に示すように、単結晶Ｓ
ｉ基板３０１の片側表面に底部を尖らせた凹部を形成す
る。このような凹部の形成は第６の実施形態と同様にし
て行えばよい。

【００２３】次いで、図２（ｂ）に示すように、Ｓｉ基
板３０１上に凹部内を含めてＳｉＯ₂ 熱酸化層３０２を
形成する。この実施形態では、厚さ０．３μｍとなるよ
うに、ＳｉＯ₂ 熱酸化層３０２をＷｅｔ酸化法により形
成した。

【００２４】次いで、図２（ｃ）に示すように、酸化層
３０２上に凹部を含めて基板との付着強度の弱い、Ａ
ｕ，Ｐｔ，Ｎｉ等の薄膜層３０３を形成し、その上にエ
ミッタ材料となる金属層３０４を形成し、さらに構造基
板となる３０５を形成した。

【００２５】次いで、図２（ｄ）に示すように、エミッ
タを形成した基板側からＳｉ基板３０１を取り外した。
このとき、薄膜層３０３を設けているので、酸化層３０
２を含めた基板３０１は薄膜層３０３から容易に剥がれ
る。このため、基板３０１は破壊することなく分離する
ことができ、別の電界放出型冷陰極の製造に再利用する
ことができる。

【００２６】次いで、図２（ｅ）に示すように、酸化層
３０３を除去することにより、先端が尖鋭なエミッタを
露出させることができる。この後、酸化層，ゲート電極
を形成することにより、電界放出型冷陰極が完成する。

【００２７】このように本実施形態によれば、Ｓｉ基板
３０１と付着強度の弱いＡｕ層３０３を形成することに
より、Ｓｉ基板３０１とエミッタ金属層３０４を有する
構造基板３０５を接合した後に、構造基板３０５からＳ
ｉ基板３０１を破壊することなく分離することができ
る。従って、凹部を有するＳｉ基板３０１を多数回使用
できるので、製造コストが削減できる。 （第３の実施形態）図３及び図４は、本発明の第３の実
施形態に係わる電界放出型冷陰極の製造工程を示す断面
図である。

【００２８】まず、図３（ａ）に示すように、異方性エ
ッチングを用いて、Ｓｉ基板１１に底部を尖らせた凹部
１２を形成する。このような凹部の形成方法としては、
以下に示すようなＳｉ単結晶基板の異方性エッチングを
利用する方法が挙げられる。即ち、（１００）結晶方位
のＳｉ単結晶基板上に、熱酸化ＳｉＯ₂ 層を形成し、正
方形開口をパターニングした後、ＫＯＨ水溶液を用いて
異方性エッチングを行うことによりＳｉ基板１１上に逆
ピラミッド状の凹部１２を形成する。

【００２９】次いで、図３（ｂ）に示すように、Ｓｉ基
板１１上に凹部１２内を含めて熱酸化ＳｉＯ₂ 層１３を
形成する。続いて、熱酸化ＳｉＯ₂ 層１３上に、例えば
スパッタリングにより薄い第１のＮｉ層１０１を形成
し、さらに電気メッキにより厚い第２のＮｉ層１０２を
形成する。

【００３０】次いで、図３（ｃ）に示すように、Ｓｉ基
板１１を除去し、さらに熱酸化によるＳｉＯ₂ 層１３を
除去することにより、ピラミッド状凸部１０３を有する
Ｎｉ製の基板（第１の基板）１０４を作製する。

【００３１】次いで、図３（ｄ）に示すようにＮｉ基板
１０４を用いて、樹脂成形により多数の樹脂基板（第２
の基板）１０５を作製する。樹脂基板１０５の作製方法
としては、例えば、図に示すように透明な基板１０６に
紫外線硬化樹脂１０７を塗布し、Ｎｉ基板１０４を押し
付けておいて、紫外線を照射し、硬化させる方法が挙げ
られる。この他に、射出成形等の方法によりレプリカを
作製することも可能である。

【００３２】次いで、Ｎｉ基板１０４から透明な基板１
０６と硬化した紫外線硬化樹脂１０７をはぎ取り、樹脂
基板１０５が完成する。次いで、図４（ｅ）に示すよう
に、樹脂１０５にエミッタ層１４として、例えばＷ層や
Ｍｏ層等を形成し、続いて電気メッキにより構造基板１
０８として厚いＮｉ層を形成する。この例では構造基板
１０８を電気メッキにより作製したが、例えば構造基板
としてガラス基板を用い、エミッタ層１４と接着するこ
とも可能である。

【００３３】次いで、図４（ｆ）に示すように、樹脂基
板１０５を除去し、エミッタ層１４による凸部１８を突
出させる。樹脂基板１０５がプラスチックであるのに対
し、エミッタ層１４と構造基板１０８は金属であるた
め、有機溶媒，酸等により樹脂基板１０５のみを除去す
るのは容易である。次いで、絶縁層１０９として、例え
ば、スパッタリングによりＳｉＯ₂ 層、ゲート層１９と
して例えばスパッタリングによりＷ層を形成し、さらに
ゲート層１９と絶縁層１０９に覆われた凸部１８の先端
が僅かに隠れる程度に、フォトレジスト２０を形成す
る。

【００３４】次いで、図４（ｇ）に示すように、酸素プ
ラズマによるドライエッチングを行い、ピラミッド状凸
部１８に沿ったゲート層１９の先端がある程度現れるよ
うにフォトレジスト２０をエッチングし、さらにピラミ
ッド状凸部１８に沿った絶縁層１０９の先端がある程度
現れるように、ゲート層１９をエッチングする。

【００３５】次いで、図４（ｈ）に示すようにピラミッ
ド状凸部１８の先端がある程度現れるように、絶縁層１
０９をエッチングし、さらにフォトレジスト２０を除去
することにより、電界放出型冷陰極が完成する。

【００３６】このように本実施形態によれば、樹脂成形
により安価に、しかも多数個を作製できる樹脂基板（第
２の基板）１０５を用いて電界放出型冷陰極が作製され
るので、製造コストが削減される。また、熱酸化による
鋭いエミッタ先端も樹脂基板１０５に転写され、鋭いエ
ミッタを作製できる。また、複数のＮｉ基板（第１の基
板）１０４を集積して、大面積の透明プラスチック基板
を用いることにより、大面積の素子の作製が可能とな
る。 （第４の実施形態）図５及び図６は、本発明の第４の実
施形態に係わる電界放射型冷陰極の製造工程を示す断面
図である。

【００３７】まず、図５（ａ）に示すように、異方性エ
ッチングを用いてＳｉ基板１１に底部を尖らせた凹部１
２を形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、Ｓｉ
基板１１上に凹部１２内を含めて熱酸化ＳｉＯ₂ 層１３
を形成する。続いて、熱酸化ＳｉＯ₂ 層１３上に、エミ
ッタ層１４として例えばＡｕ，Ａｇ及びＰｔ等、ＳｉＯ
₂ との密着性が悪い材料層を形成する。

【００３８】次いで、図５（ｃ）に示すように、ガラス
基板１７を用意し、ガラス基板１７とＳｉ基板１１とを
エミッタ層１４を介するように接合する。次いで、図５
（ｄ）に示すように、Ｓｉ基板１１とガラス基板１７と
を引きはがし、基板を分離する。このとき、熱酸化Ｓｉ
Ｏ₂ 層１３とエミッタ層１４は密着していないため、エ
ミッタ層１４はガラス基板１７側に接合した状態で分離
する。凹部１２と熱酸化ＳｉＯ₂ 層１３が形成されたＳ
ｉ基板１１は鋳型として繰り返し使用が可能である。こ
うして、エミッタ層１４による凸部１８を突出させる。

【００３９】次いで、図６（ｅ）に示すように、エミッ
タ層１４上に、例えばスパッタリングを用いてＳｉＯ₂
絶縁層１１２を形成する。この他にも、エミッタ材料と
してＡ１やＴａを用い、陽極酸化により絶縁層１１２を
形成してもよい。次いで、ゲート層１９とし例えばスパ
ッタリングによりＷ層を形成し、さらにゲート層１９と
熱酸化ＳｉＯ₂ 層１１２に覆われた凸部の先端が僅かに
隠れる程度に、フォトレジスト２０を形成する。

【００４０】次いで、図６（ｆ）に示すように、酸素プ
ラズマによるドライエッチングを行い、ピラミッド状凸
部に沿ったゲート層１９の先端がある程度現れるよう
に、フォトレジスト２０をエッチングする。

【００４１】次いで、図６（ｇ）に示すように、フォト
レジスト２０をマスクに、ピラミッド状凸部１８に沿っ
た熱酸化ＳｉＯ₂ 層１１２の先端がある程度現れるよう
に、ゲート層１９をエッチングする。

【００４２】次いで、図６（ｈ）に示すように、ピラミ
ッド状凸部１８の先端がある程度現れるように、熱酸化
ＳｉＯ₂ 層１１２をエッチングし、次いでフォトレジス
ト２０を除去することによって、電界放出型冷陰極が完
成する。

【００４３】このように本実施形態によれば、一つのＳ
ｉ基板１１の鋳型を繰り返し使用できるので、多数の電
界放出型冷陰極を安価に作製でき、製造コストが大幅に
削減される。また本実施形態では、ＳｉＯ₂ との密着性
の悪い材料をエミッタ層に使用して基板分離を行った
が、エミッタ先端の鋭さは若干低下するものの、凹部を
熱酸化せずにＳｉとの密着性の悪い材料をエミッタ層に
使用して、基板分離を行うことも可能である。その具体
例としては、エミッタ層をＮｉの電気メッキにより形成
する方法が挙げられる。 （第５の実施形態）図７は、本発明の第５の実施形態に
係わる電界放出型冷陰極の製造工程を示す断面図であ
る。なお、図５と対応する部分には同一の符号を付し
て、その詳しい説明は省略する。

【００４４】本実施形態の特徴は、図７（ｂ）に示すよ
うにＡｕ，Ａｇ及びＰｔ等ＳｉＯ₂との密着性が悪い材
料を犠牲層１１３として、エミッタ層１４よりも先に熱
酸化ＳｉＯ₂ 層１３上に形成したものである。この場
合、基板分離時には熱酸化ＳｉＯ₂ 層１３と接している
のは犠牲層１１３であり、先の実施形態と同様、容易に
基板分離が可能である。

【００４５】図７（ｄ）に示すように犠牲層１１３は基
板分離後、エッチング除去する。この実施形態ではエミ
ッタ先端の鋭さが若干低下することになるが、エミッタ
に使用する材料の選択の幅が広がるという利点がある。

【００４６】なお、本実施形態では犠牲層１１３にＡ
ｕ，Ａｇ及びＰｔ等ＳｉＯ₂ との密着性が悪い材料を用
いているが、エミッタ材料よりも十分に融点が低い低融
点金属を使用することも可能である。この場合、基板分
離は素子の温度を低融点金属の融点より少し高くして行
う。 （第６の実施形態）図８は、本発明の第６の実施形態に
係わる電界放出型冷陰極の製造工程を示す断面図であ
る。なお、図３、４と対応する部分には同一の符号を付
して、その詳しい説明は省略する。

【００４７】樹脂基板（第２の基板）１０５を形成する
までの工程は、図３（ａ）〜（ｄ）に示した第１の実施
形態と同様である。本実施形態の特徴は、図８（ｅ）に
示すように樹脂基板１０５上に、例えば感光性ポリイミ
ドをスピンコート，パターニングして紙面垂直方向に伸
びる絶縁層１１０を形成した後、エミッタ層１４，めっ
き層１０８を形成し、接着層１１１を介してガラス基板
１７と接合したことにある。このため、図で中央に位置
するエミッタを含む領域は絶縁層１１０により分離され
た左右に位置する領域とは独立に印加することができる
ようになる。このことは、例えば直交するエミッタ電極
とゲート電力の交点に位置するエミッタ群を選択して動
作させる平面型画像表示装置を実現する際に重要とな
る。

【００４８】なお、本実施形態で、絶縁層１１０にポリ
イミドを用い、メッキ層１０８を介してガラス基板１７
と接合しているのは、接着面に欠陥が生じた場合にその
影響が他に及ばないように、エミッタの表面と接着面の
間の距離を大きくするためである。

【００４９】これ以降は、図４（ｆ）〜（ｈ）と基本的
に同様である。即ち、図８（ｆ）に示すように、樹脂基
板１０５を除去した後、絶縁層１０９，ゲート層１９，
フォトレジスト２０を形成する。次いで、図８（ｇ）に
示すように、ドライエッチングによりフォトレジスト２
０を途中までエッチングし、ゲート層１９を一部エッチ
ングする。次いで、図８（ｈ）に示すように、絶縁層１
０９を一部エッチングし、さらにフォトレジスト２０を
除去することにより、電界放射型冷陰極が完成する。 （第７の実施形態）図９は、第６の実施形態により作製
した電位放出型冷陰極を用いた平面型画像表示装置の一
例を示す断面図である。図９において複数のゲート電極
１１４は紙面に平行に走り、複数のエミッタ電極１１５
は紙面に垂直に走っている。一つのゲート電極と一つの
エミッタ電極を選択し、その間に電圧を印加すれば両電
極の交点のエミッタ群のみが動作する。エミッタ群より
放出された電子は、スペーサ１１６により支持されたガ
ラス基板１１９上に形成された、透明電極１１８に印加
された電圧により、選択されたエミッタ群に対応した位
置の蛍光体層１１７に達してこれを発光させる。このよ
うにしてエミッタ電極とゲート電極により走査を行い、
画像表示が可能となる。以上の説明は一例に過ぎず、そ
の他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形して実施可
能である。

【００５０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明（請求項１，
５）によれば、電界放出型冷陰極のエミッタを形成する
ための転写元基板を樹脂成形技術を利用して作製するこ
とにより、電界放出効率が高く、均一性に優れていると
いう利点をそのままに、大面積の素子を安価に多数作製
することが可能となる。

【００５１】また、本発明（請求項４）によれば、電界
放出型冷陰極のエミッタを形成するための転写元基板に
該基板と付着強度の弱い薄膜層を形成することにより、
この転写元基板を多数回使用することが可能となり、こ
れにより製造コストの低減をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係わる電界放出型冷陰極の製
造工程を示す断面図。

【図２】第２の実施形態に係わる電界放出型冷陰極の製
造工程を示す断面図。

【図３】第３の実施形態に係わる電界放出型冷陰極の製
造工程の前半を示す断面図。

【図４】第３の実施形態に係わる電界放出型冷陰極の製
造工程の後半を示す断面図。

【図５】第４の実施形態に係わる電界放出型冷陰極の製
造工程の前半を示す断面図。

【図６】第４の実施形態に係わる電界放出型冷陰極の製
造工程の後半を示す断面図。

【図７】第５の実施形態に係わる電界放出型冷陰極の製
造工程を示す断面図。

【図８】第６の実施形態に係わる電界放出型冷陰極の製
造工程の後半を示す断面図。

【図９】第７の実施形態に係わる電位放出型冷陰極を用
いた平面型画像表示装置の一例を示す断面図。

【符号の説明】

１１…Ｓｉ基板 １２…凹部 １３…熱酸化ＳｉＯ₂ 層 １４…エミッタ層 １８…凸部 １９…ゲート層 ２０…フォトレジスト １０１…第１のＮｉ層 １０２…第２のＮｉ層 １０３…ピラミッド状凸部 １０４…Ｎｉスタンパ １０５…レプリカ １０６…透明基板 １０７…熱硬化樹脂 １０８…構造基板 １０９…絶縁層 １１０…絶縁層 １１１…絶縁層 １１２…絶縁層 １１３…犠牲層 １１４…ゲート電極 １１５…エミッタ電極 １１６…スペーサ １１７…蛍光体層 １１８…透明電極 １１９…ガラス基板 ２０１…単結晶Ｓｉ基板 ２０２…ＳｉＯ₂ 熱酸化層 ２０３…エミッタ材料層 ２０４，２１４…接着層 ２０５…ガラス基板 ２０７…樹脂基板 ２１５…構造基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐久間 尚志 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 鈴木 健聡 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平４−106834（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−36682（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−97483（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−171810（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 9/02

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】形成すべき電界放出型冷陰極のエミッタと
   同じ形状の尖鋭な凸部を有する第１の基板を原盤として
   用い、樹脂成形により底部を尖らせた凹部を有する第２
   の基板を設ける工程と、この第２の基板の凹部内を埋め
   るようにエミッタ材料層を形成して電界放出型冷陰極の
   エミッタを形成する工程と、前記エミッタ上に該エミッ
   タを支持する支持基板を形成する工程と、前記支持基板
   と一体になったエミッタが露出するように第２の基板を
   除去する工程とを含むことを特徴とする電界放出型冷陰
   極の製造方法。
2. 【請求項２】第１の基板は、底部を尖らせた凹部を有す
   る第３の基板の表面に該凹部を含めて絶縁層を形成する
   工程と、前記凹部内を含めて絶縁層上に金属材料層を形
   成する工程と、前記金属材料層を支持基板と接合する工
   程と、前記金属材料層から前記絶縁層を含めて第３の基
   板を除去する工程とから形成されることを特徴とする請
   求項１記載の電界放出型冷陰極の製造方法。
3. 【請求項３】第２の基板は、溶融した熱可塑性樹脂，紫
   外線硬化樹脂，及び熱硬化性樹脂の少なくとも一つを用
   い、加圧，紫外線，及び常圧注入の少なくとも一つの手
   段により形成されることを特徴とする請求項１記載の電
   界放出型冷陰極の製造方法。
4. 【請求項４】第１の基板に底部を尖らせた凹部を設ける
   工程と、前記凹部内を含めて第１の基板表面に該基板と
   付着強度の弱い薄膜層を形成する工程と、前記凹部内を
   埋めつつ前記薄膜層上にエミッタ材料層を形成する工程
   と、前記エミッタ材料層に第２の基板を接合する工程
   と、第１の基板を前記薄膜層から分離する工程と、前記
   エミッタ材料層が露出するように前記薄膜層を除去する
   工程とを含むことを特徴とする電界放出型冷陰極の製造
   方法。
5. 【請求項５】第１の基板に底部を尖らせた凹部を設ける
   工程と、前記凹部内を含めて第１の基板表面に絶縁層を
   形成する工程と、前記絶縁層上に該絶縁層に対する付着
   強度の弱い薄膜層を形成する工程と、前記凹部内を埋め
   つつ前記薄膜層上にエミッタ材料層を形成する工程と、
   前記エミッタ材料層に第２の基板を接合する工程と、第
   １の基板を前記薄膜層から分離する工程と、前記エミッ
   タ材料層が露出するように前記薄膜層を除去する工程と
   を含むことを特徴とする電界放出型冷陰極の製造方法。
6. 【請求項６】形成すべき電界放出型冷陰極のエミッタと
   同じ形状の尖鋭な凸部を有する第１の基板を原盤として
   用い、樹脂成形により底部を尖らせた凹部を有する第２
   の基板を設ける工程と、この第２の基板の凹部内を埋め
   るようにエミッタ材料層を形成して電界放出型冷陰極の
   エミッタを形成する工程と、前記エミッタ上に該エミッ
   タを支持する支持基板を形成する工程と、前記支持基板
   と一体になったエミッタが露出するように第２の基板を
   除去する工程と、前記露出したエミッタ上に絶縁層を形
   成する工程と、前記絶縁層上にゲート層を形成する工程
   と、前記エミッタの先端部が露出するように前記絶縁層
   及びゲート層の一部を除去する工程とを含むことを特徴
   とする電界放出型冷陰極の製造方法。