JP3438038B2 - 電子放出陰極およびその製造方法 - Google Patents
電子放出陰極およびその製造方法Info
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- JP3438038B2 JP3438038B2 JP2000097287A JP2000097287A JP3438038B2 JP 3438038 B2 JP3438038 B2 JP 3438038B2 JP 2000097287 A JP2000097287 A JP 2000097287A JP 2000097287 A JP2000097287 A JP 2000097287A JP 3438038 B2 JP3438038 B2 JP 3438038B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空下で電子を放
出する電子放出陰極およびその製造方法に関する。
出する電子放出陰極およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】フラットディスプレイ、特に、真空中で
電界をかけることで陰極から電子を引き出し、陽極に塗
布した蛍光体に衝突させて発光させるＦＥＤ（Field Em
issionDisplay）は、従来のブラウン管ディスプレイに
比べて薄型で軽量の表示装置が実現できるため研究が盛
んに行われている。
電界をかけることで陰極から電子を引き出し、陽極に塗
布した蛍光体に衝突させて発光させるＦＥＤ（Field Em
issionDisplay）は、従来のブラウン管ディスプレイに
比べて薄型で軽量の表示装置が実現できるため研究が盛
んに行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このＦＥＤの電子放出
陰極として、例えばダイヤモンド薄膜などを用いるもの
があるが、かかる従来例では、均一なダイヤモンド薄膜
の形成が困難であるなどの理由から放出電流密度も高々
１ｍＡ／ｃｍ2程度と実用レベルの要求に程遠く、ま
た、均一な電子放出が得られず、その電子放出サイト密
度も１０2〜5／ｃｍ2程度と低いものであった。
陰極として、例えばダイヤモンド薄膜などを用いるもの
があるが、かかる従来例では、均一なダイヤモンド薄膜
の形成が困難であるなどの理由から放出電流密度も高々
１ｍＡ／ｃｍ2程度と実用レベルの要求に程遠く、ま
た、均一な電子放出が得られず、その電子放出サイト密
度も１０2〜5／ｃｍ2程度と低いものであった。
【０００４】本発明は、上述の点に鑑みて為されたもの
であって、ＦＥＤに好適な均一で高放出電流密度を示
し、かつ高い電子放出サイト密度をもつ電子放出陰極お
よびその製造方法を提供することを目的とする。
であって、ＦＥＤに好適な均一で高放出電流密度を示
し、かつ高い電子放出サイト密度をもつ電子放出陰極お
よびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のよう構成している。
を達成するために、次のよう構成している。
【０００６】すなわち、本発明の電子放出陰極は、ナノ
メートルオーダから百ナノメートルオーダの範囲内の特
定のサイズの超微粒子に、該特定のサイズよりもサイズ
の大きな超微粒子が混在されて配置された基板に、電子
伝導性膜が形成されてなる。
メートルオーダから百ナノメートルオーダの範囲内の特
定のサイズの超微粒子に、該特定のサイズよりもサイズ
の大きな超微粒子が混在されて配置された基板に、電子
伝導性膜が形成されてなる。
【０００７】ここで、ナノメートルオーダから百ナノメ
ートルオーダの範囲内とは、１ｎｍ〜９９９ｎｍの範囲
をいう。好ましくは、５ｎｍ〜９９ｎｍの範囲である。
ートルオーダの範囲内とは、１ｎｍ〜９９９ｎｍの範囲
をいう。好ましくは、５ｎｍ〜９９ｎｍの範囲である。
【０００８】特定のサイズとは、前記範囲内において、
例えば設計的に指定可能なサイズである。
例えば設計的に指定可能なサイズである。
【０００９】前記サイズの大きな超微粒子は、特定のサ
イズの超微粒子よりも１桁以上サイズが大きいのが好ま
しく、例えば、前記特定のサイズの超微粒子の平均粒径
が、数ｎｍであり、前記サイズの大きな超微粒子の平均
粒径が、数十ｎｍである。
イズの超微粒子よりも１桁以上サイズが大きいのが好ま
しく、例えば、前記特定のサイズの超微粒子の平均粒径
が、数ｎｍであり、前記サイズの大きな超微粒子の平均
粒径が、数十ｎｍである。
【００１０】本発明によると、ナノメートルオーダから
百ナノメートルオーダの範囲内の特定のサイズの超微粒
子に、それよりもサイズの大きな超微粒子を設計的に混
在させるので、サイズの大きな超微粒子は、他の超微粒
子に比べて基板上に高く突出するために、これらサイズ
の大きな超微粒子の上に形成された電子伝導性膜は、突
起状に形成されることとなり、この部分に電界が集中し
て電子が放出されることになり、設計に従った均一で高
い電子放出サイト密度、例えば、１０ 6 〜１０ 7 ／ｃｍ 2
の電子放出陰極が実現できる。
百ナノメートルオーダの範囲内の特定のサイズの超微粒
子に、それよりもサイズの大きな超微粒子を設計的に混
在させるので、サイズの大きな超微粒子は、他の超微粒
子に比べて基板上に高く突出するために、これらサイズ
の大きな超微粒子の上に形成された電子伝導性膜は、突
起状に形成されることとなり、この部分に電界が集中し
て電子が放出されることになり、設計に従った均一で高
い電子放出サイト密度、例えば、１０ 6 〜１０ 7 ／ｃｍ 2
の電子放出陰極が実現できる。
【００１１】本発明の一つの実施態様においては、前記
基板が、ガラス基板であり、前記超微粒子が、ダイヤモ
ンドであり、前記電子伝導性膜が、非晶質炭素膜であ
る。
基板が、ガラス基板であり、前記超微粒子が、ダイヤモ
ンドであり、前記電子伝導性膜が、非晶質炭素膜であ
る。
【００１２】本発明によると、親水性のダイヤモンド超
微粒子のコロイド溶液を用いてガラス基板を処理するこ
とにより、ガラス基板に、ダイヤモンドの超微粒子を高
密度に配置できる。
微粒子のコロイド溶液を用いてガラス基板を処理するこ
とにより、ガラス基板に、ダイヤモンドの超微粒子を高
密度に配置できる。
【００１３】本発明の電子放出陰極の製造方法は、基板
上に超微粒子を配置する第１の工程と、超微粒子が配置
された基板に、有磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ法によ
って電子伝導性膜を形成する第２の工程とを含み、前記
第２の工程は、前記電子伝導性膜を全面に形成する全面
形成工程と、この全面形成工程よりも低温で前記電子伝
導性膜を、前記超微粒子上に選択的に形成する選択形成
工程とを含むものである。
上に超微粒子を配置する第１の工程と、超微粒子が配置
された基板に、有磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ法によ
って電子伝導性膜を形成する第２の工程とを含み、前記
第２の工程は、前記電子伝導性膜を全面に形成する全面
形成工程と、この全面形成工程よりも低温で前記電子伝
導性膜を、前記超微粒子上に選択的に形成する選択形成
工程とを含むものである。
【００１４】前記有磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ法に
代えて熱フィラメント法またはカソードアーク法を用い
てもよい。
代えて熱フィラメント法またはカソードアーク法を用い
てもよい。
【００１５】本発明によると、有磁場マイクロ波プラズ
マＣＶＤ法、熱フィラメント法またはカソードアーク法
によって超微粒子の上に、電子伝導性膜を選択的に突出
形成することができ、この部分に電界が集中して電子が
放出されることになり、均一で高い電子放出サイト密度
をもつ電子放出陰極を実現できる。
マＣＶＤ法、熱フィラメント法またはカソードアーク法
によって超微粒子の上に、電子伝導性膜を選択的に突出
形成することができ、この部分に電界が集中して電子が
放出されることになり、均一で高い電子放出サイト密度
をもつ電子放出陰極を実現できる。
【００１６】また、本発明の電子放出陰極の製造方法
は、基板上に超微粒子を配置する第１の工程と、超微粒
子が配置された基板に電子伝導性膜を形成する第２の工
程とを含み、前記第１の工程は、ナノメートルオーダか
ら百ナノメートルオーダの範囲内の特定のサイズの前記
超微粒子のコロイド溶液を前記基板に塗布する工程また
は前記コロイド溶液に前記基板を浸漬する工程を含み、
前記コロイド溶液は、前記特定のサイズの超微粒子に、
該特定のサイズよりもサイズの大きな超微粒子を混在さ
せたものである。
は、基板上に超微粒子を配置する第１の工程と、超微粒
子が配置された基板に電子伝導性膜を形成する第２の工
程とを含み、前記第１の工程は、ナノメートルオーダか
ら百ナノメートルオーダの範囲内の特定のサイズの前記
超微粒子のコロイド溶液を前記基板に塗布する工程また
は前記コロイド溶液に前記基板を浸漬する工程を含み、
前記コロイド溶液は、前記特定のサイズの超微粒子に、
該特定のサイズよりもサイズの大きな超微粒子を混在さ
せたものである。
【００１７】前記サイズの大きな超微粒子は、特定のサ
イズの超微粒子よりも１桁以上サイズが大きいのが好ま
しく、例えば、前記特定のサイズの超微粒子の平均粒径
が、数ｎｍであり、前記サイズの大きな超微粒子の平均
粒径が、数十ｎｍである。
イズの超微粒子よりも１桁以上サイズが大きいのが好ま
しく、例えば、前記特定のサイズの超微粒子の平均粒径
が、数ｎｍであり、前記サイズの大きな超微粒子の平均
粒径が、数十ｎｍである。
【００１８】本発明によると、特定のサイズの超微粒子
に、それよりもサイズの大きな超微粒子を設計的に混在
させるので、サイズの大きな超微粒子は、他の超微粒子
に比べて基板上に高く突出するために、これらサイズの
大きな超微粒子の上に形成された電子伝導性膜は、突起
状に形成されることとなり、この部分に電界が集中して
電子が放出されることになり、設計に従った均一で高い
電子放出サイト密度の電子放出陰極が実現できる。
に、それよりもサイズの大きな超微粒子を設計的に混在
させるので、サイズの大きな超微粒子は、他の超微粒子
に比べて基板上に高く突出するために、これらサイズの
大きな超微粒子の上に形成された電子伝導性膜は、突起
状に形成されることとなり、この部分に電界が集中して
電子が放出されることになり、設計に従った均一で高い
電子放出サイト密度の電子放出陰極が実現できる。
【００１９】本発明の一つの実施態様においては、前記
基板が、ガラス基板であり、前記超微粒子が、ダイヤモ
ンドであり、前記電子伝導性膜が、非晶質炭素膜であ
る。
基板が、ガラス基板であり、前記超微粒子が、ダイヤモ
ンドであり、前記電子伝導性膜が、非晶質炭素膜であ
る。
【００２０】本発明によると、ガラス基板を用いて比較
的低温で電子伝導性膜を形成することができ、熱応力に
よる歪みを大幅に低減して均一で高い電子放出サイト密
度の電子放出陰極を実現できる。
的低温で電子伝導性膜を形成することができ、熱応力に
よる歪みを大幅に低減して均一で高い電子放出サイト密
度の電子放出陰極を実現できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る電子放出陰極
の製造方法を示す図である。
の製造方法を示す図である。
【００２３】先ず、図１（ａ）に示されるように基板
上、この実施の形態では、ガラス基板１上に、ダイヤモ
ンドの超微粒子２を配置する。このダイヤモンドの超微
粒子２は、例えば、特許第２６９１８８４号の親水性ダ
イヤモンド微粒子の製造方法によって得られるものであ
る。
上、この実施の形態では、ガラス基板１上に、ダイヤモ
ンドの超微粒子２を配置する。このダイヤモンドの超微
粒子２は、例えば、特許第２６９１８８４号の親水性ダ
イヤモンド微粒子の製造方法によって得られるものであ
る。
【００２４】すなわち、ナノメートルオーダから百ナノ
メートルオーダの範囲内の特定のサイズ、例えば、平均
粒径が数十ｎｍ、例えば３０ｎｍのダイヤモンドの超微
粒子を選択して洗浄し、精製後のダイヤモンドの超微粒
子を、精製水に分散し、分散液を遠心分離し、上澄みの
コロイド溶液にアルコールを加えて全量を調整する。さ
らに、フッ化水素を０.２％加えて遠心分離し、上澄み
液を微粒子ダイヤモンドコロイド溶液である処理液とす
る。
メートルオーダの範囲内の特定のサイズ、例えば、平均
粒径が数十ｎｍ、例えば３０ｎｍのダイヤモンドの超微
粒子を選択して洗浄し、精製後のダイヤモンドの超微粒
子を、精製水に分散し、分散液を遠心分離し、上澄みの
コロイド溶液にアルコールを加えて全量を調整する。さ
らに、フッ化水素を０.２％加えて遠心分離し、上澄み
液を微粒子ダイヤモンドコロイド溶液である処理液とす
る。
【００２５】この処理液３に、図２（ａ）に示されるよ
うにガラス基板２を数分間浸し、図２（ｂ）に示される
ように乾燥することによって、図１（ａ）に示されるガ
ラス基板１上に数十ｎｍの選択された粒子サイズ自形面
を有するダイヤモンドの超微粒子２が配置形成される。
うにガラス基板２を数分間浸し、図２（ｂ）に示される
ように乾燥することによって、図１（ａ）に示されるガ
ラス基板１上に数十ｎｍの選択された粒子サイズ自形面
を有するダイヤモンドの超微粒子２が配置形成される。
【００２６】なお、本発明の他の実施の形態として、ガ
ラス基板１を回転させて上記処理液３を滴下してもよい
し、ガラス基板１に、処理液３を吹き付けてもよい。
ラス基板１を回転させて上記処理液３を滴下してもよい
し、ガラス基板１に、処理液３を吹き付けてもよい。
【００２７】上記特許第２６９１８８４号の親水性ダイ
ヤモンド微粒子のコロイド溶液、すなわち、処理液３
は、液中において、ダイヤモンドの超微粒子が、ほぼ単
粒子の形で互いに集合することなく分散して懸濁してい
るので、かかる処理液３でガラス基板１を処理すること
により、ダイヤモンドの単粒子を高密度に形成できる。
すなわち、数十ｎｍのサイズのダイヤモンドの超微粒子
２を、数十ｎｍの間隔で配置形成できることになる。
ヤモンド微粒子のコロイド溶液、すなわち、処理液３
は、液中において、ダイヤモンドの超微粒子が、ほぼ単
粒子の形で互いに集合することなく分散して懸濁してい
るので、かかる処理液３でガラス基板１を処理すること
により、ダイヤモンドの単粒子を高密度に形成できる。
すなわち、数十ｎｍのサイズのダイヤモンドの超微粒子
２を、数十ｎｍの間隔で配置形成できることになる。
【００２８】次に、図１（ｂ）に示されるように、例え
ば、有磁場マイクロ波ＣＶＤ法を用いて低温で電子伝導
性膜、この実施の形態では、非晶質炭素膜（ＤＬＣ：Di
amond Like Carbon）４を形成する。
ば、有磁場マイクロ波ＣＶＤ法を用いて低温で電子伝導
性膜、この実施の形態では、非晶質炭素膜（ＤＬＣ：Di
amond Like Carbon）４を形成する。
【００２９】例えば、次のような合成条件で非晶質炭素
膜４を成膜する。なお、合成条件は、これに限らないの
は勿論である。
膜４を成膜する。なお、合成条件は、これに限らないの
は勿論である。
【００３０】
マイクロ波パワー １.２ｋＷ
磁界 ８７.５ｍＴ
バイアス電圧 ＋４０Ｖ
基板温度 １５０〜５００°Ｃ
反応ガス ＣＨ3ＯＨ １５ｍｌ／ｍｉｎ＋Ｈ2 ８５ｍｌ／ｍｉｎ
次、図１（ｃ）に示されるように、例えば、水素プラズ
マエッチングによってダイヤモンドの超微粒子２上の非
晶質炭素膜４を除去して本発明に係る電子放出陰極を得
るものである。
マエッチングによってダイヤモンドの超微粒子２上の非
晶質炭素膜４を除去して本発明に係る電子放出陰極を得
るものである。
【００３１】この電子放出陰極は、ＦＥＤの冷陰極とし
て真空（１０-7Ｔｏｒｒ程度）中で蛍光体を塗布した陽
極に対向して配置され、電圧が印加されることで真空中
に電子が引き出されて加速されて蛍光体に衝突して励起
発光させるものである。
て真空（１０-7Ｔｏｒｒ程度）中で蛍光体を塗布した陽
極に対向して配置され、電圧が印加されることで真空中
に電子が引き出されて加速されて蛍光体に衝突して励起
発光させるものである。
【００３２】この実施の形態の電子放出陰極は、数十ｎ
ｍのサイズのダイヤモンドの超微粒子２間の数十ｎｍの
間隔に埋め込まれた非晶質炭素膜４に電界が集中して電
子放出サイトとなって電子を放出させることができる。
ｍのサイズのダイヤモンドの超微粒子２間の数十ｎｍの
間隔に埋め込まれた非晶質炭素膜４に電界が集中して電
子放出サイトとなって電子を放出させることができる。
【００３３】このため、電子放出サイト密度は、例えば
１０6〜１０7／ｃｍ2、電流密度は、例えば数十〜百ｍ
Ａ／ｃｍ2となり、電子放出サイト密度が１０2〜5／ｃ
ｍ2、電流密度が１ｍＡ／ｃｍ2以下の従来例に比べて均
一で高い電子放出サイト密度と高放出電流密度をもつ電
子放出陰極を得ることができる。
１０6〜１０7／ｃｍ2、電流密度は、例えば数十〜百ｍ
Ａ／ｃｍ2となり、電子放出サイト密度が１０2〜5／ｃ
ｍ2、電流密度が１ｍＡ／ｃｍ2以下の従来例に比べて均
一で高い電子放出サイト密度と高放出電流密度をもつ電
子放出陰極を得ることができる。
【００３４】また、電界は、遮蔽効果により、或る電子
放出サイトからの放出電流が減ると別の電子放出サイト
に電界が集中することになるため、電子放出源として作
用するサイトの数が極めて多いので、長寿命化が保証さ
れる。
放出サイトからの放出電流が減ると別の電子放出サイト
に電界が集中することになるため、電子放出源として作
用するサイトの数が極めて多いので、長寿命化が保証さ
れる。
【００３５】しかも、ガラス基板を用いて４００°Ｃ程
度の比較的低温で製造できるので、電子放出陰極として
ダイヤモンド薄膜を用いる従来例のように、これらダイ
ヤモンド薄膜を合成する温度である７５０〜１０００°
Ｃといった高温にする必要がない。
度の比較的低温で製造できるので、電子放出陰極として
ダイヤモンド薄膜を用いる従来例のように、これらダイ
ヤモンド薄膜を合成する温度である７５０〜１０００°
Ｃといった高温にする必要がない。
【００３６】このため、従来例に比べて、熱応力によっ
て歪みが生じるのが大幅に低減され、デバイス作成（ガ
ラス封止）工程での歩留まりを極端に上昇せしめること
となる。 すなわち、電子放出陰極は、ＦＥＤとして封
止やパッケージが、ガラス材料を用いて４００°Ｃ程度
の温度で行われるので、４００°Ｃ程度の低温で製造で
きる本発明の電子放出陰極は、熱履歴による熱応力や基
板の反りなどの歪みを大幅に低減して寸法精度を高める
ことができることになる。
て歪みが生じるのが大幅に低減され、デバイス作成（ガ
ラス封止）工程での歩留まりを極端に上昇せしめること
となる。 すなわち、電子放出陰極は、ＦＥＤとして封
止やパッケージが、ガラス材料を用いて４００°Ｃ程度
の温度で行われるので、４００°Ｃ程度の低温で製造で
きる本発明の電子放出陰極は、熱履歴による熱応力や基
板の反りなどの歪みを大幅に低減して寸法精度を高める
ことができることになる。
【００３７】この実施の形態では、超微粒子のサイズ
は、その平均粒径が数十ｎｍ、例えば３０ｎｍであった
けれども、数十ｎｍに限るものではなく、本発明の超微
粒子のサイズは、その平均粒径が、１ｎｍ〜９ｎｍのナ
ノメートルオーダであってもよく、１００ｎｍ〜９９９
ｎｍの百ナノメートルオーダであってもよく、また、μ
ｍ（１０００ｎｍ）程度であってもよく、要は、高い密
度で電子を放出できればよい。
は、その平均粒径が数十ｎｍ、例えば３０ｎｍであった
けれども、数十ｎｍに限るものではなく、本発明の超微
粒子のサイズは、その平均粒径が、１ｎｍ〜９ｎｍのナ
ノメートルオーダであってもよく、１００ｎｍ〜９９９
ｎｍの百ナノメートルオーダであってもよく、また、μ
ｍ（１０００ｎｍ）程度であってもよく、要は、高い密
度で電子を放出できればよい。
【００３８】すなわち、本発明における超微粒子の粒子
サイズの範囲は、数ｎｍから数μｍまでの広範囲に亘る
ものであり、その範囲内の特定のサイズ、例えば、上述
のように３０ｎｍの超微粒子を使用する。
サイズの範囲は、数ｎｍから数μｍまでの広範囲に亘る
ものであり、その範囲内の特定のサイズ、例えば、上述
のように３０ｎｍの超微粒子を使用する。
【００３９】（実施の形態２）
図３は、本発明の他の実施の形態の電子放出陰極の製造
方法を示す図であり、上述の実施の形態に対応する部分
には、同一の参照符号を付す。
方法を示す図であり、上述の実施の形態に対応する部分
には、同一の参照符号を付す。
【００４０】先ず、上述の実施の形態と同様にして、図
３（ａ）に示されるように、ガラス基板１上に、例え
ば、数十ｎｍのサイズのダイヤモンドの超微粒子２を、
数十ｎｍの間隔で配置形成する。
３（ａ）に示されるように、ガラス基板１上に、例え
ば、数十ｎｍのサイズのダイヤモンドの超微粒子２を、
数十ｎｍの間隔で配置形成する。
【００４１】次に、有磁場マイクロ波ＣＶＤ法などを用
いて電子伝導性膜である非晶質炭素膜４を形成するので
あるが、先ず、４００°Ｃ程度の比較的高温で成膜を、
図３（ｂ）に示されるように全面に行う。
いて電子伝導性膜である非晶質炭素膜４を形成するので
あるが、先ず、４００°Ｃ程度の比較的高温で成膜を、
図３（ｂ）に示されるように全面に行う。
【００４２】その後、図３（ｃ）に示されるように２０
０°Ｃ程度の比較的低温で成膜処理を行うと、ダイヤモ
ンドの超微粒子２の上に、突起状の非晶質炭素膜４が形
成される。
０°Ｃ程度の比較的低温で成膜処理を行うと、ダイヤモ
ンドの超微粒子２の上に、突起状の非晶質炭素膜４が形
成される。
【００４３】かかる超微粒子２上における選択的な成膜
は、結晶成長理論によって説明されるものである。
は、結晶成長理論によって説明されるものである。
【００４４】この実施の形態の電子放出陰極も、上述の
実施の形態の電子放出陰極と同様に、均一で高い電子放
出密度を得ることができるとともに、熱履歴による熱応
力や歪みを大幅に低減できることになる。
実施の形態の電子放出陰極と同様に、均一で高い電子放
出密度を得ることができるとともに、熱履歴による熱応
力や歪みを大幅に低減できることになる。
【００４５】さらに、この実施の形態の電子放出陰極
は、ダイヤモンドの超微粒子２上に、非晶質炭素膜４を
突起状に形成しているので、この突起状の部分に電界が
集中して電子を放出できることになる。
は、ダイヤモンドの超微粒子２上に、非晶質炭素膜４を
突起状に形成しているので、この突起状の部分に電界が
集中して電子を放出できることになる。
【００４６】なお、本発明の他の実施の形態として、図
４（ａ）に示されるように、ガラス基板１上に、ダイヤ
モンドの超微粒子２を配置形成した後、先ず、図４
（ｂ）に示されるように、有磁場マイクロ波ＣＶＤ法な
どを用いて２００°Ｃ程度の比較的低温で電子伝導性膜
である非晶質炭素膜４をダイヤモンドの超微粒子２上を
主として選択的に成膜して突起状の非晶質炭素膜４を形
成し、その後、図４（ｃ）に示されるように、４００°
Ｃ程度の比較的高温で非晶質炭素膜４の成膜を全面に行
うようにしてもよい。
４（ａ）に示されるように、ガラス基板１上に、ダイヤ
モンドの超微粒子２を配置形成した後、先ず、図４
（ｂ）に示されるように、有磁場マイクロ波ＣＶＤ法な
どを用いて２００°Ｃ程度の比較的低温で電子伝導性膜
である非晶質炭素膜４をダイヤモンドの超微粒子２上を
主として選択的に成膜して突起状の非晶質炭素膜４を形
成し、その後、図４（ｃ）に示されるように、４００°
Ｃ程度の比較的高温で非晶質炭素膜４の成膜を全面に行
うようにしてもよい。
【００４７】（実施の形態３）
図５は、本発明のさらに他の実施の形態の電子放出陰極
の製造方法を示す図であり、上述の実施の形態に対応す
る部分には、同一の参照符号を付す。
の製造方法を示す図であり、上述の実施の形態に対応す
る部分には、同一の参照符号を付す。
【００４８】この図５は、上述の各実施の形態の図１，
図３よりも縮小した図となっている。 上述の各実施の
形態では、特定のサイズの超微粒子として、平均粒径が
数十ｎｍのほぼ等しいサイズのダイヤモンドの超微粒子
２を用いたのに対して、この実施の形態では、特定のサ
イズとしての平均粒径が数ｎｍのサイズのダイヤモンド
の超微粒子２の中に、サイズの大きな、例えば平均粒径
が数十ｎｍのダイヤモンドの超微粒子２’を設計的に混
在させたダイヤモンドの超微粒子を用いている。 すな
わち、上述の図２の超微粒子のダイヤモンドコロイド溶
液である処理液として、平均粒径が数ｎｍのサイズのダ
イヤモンドの超微粒子２の中に、サイズの大きな、例え
ば平均粒径が数十ｎｍのダイヤモンドの超微粒子２’を
設計に従った混合比で混合した溶液を用いるものであ
る。
図３よりも縮小した図となっている。 上述の各実施の
形態では、特定のサイズの超微粒子として、平均粒径が
数十ｎｍのほぼ等しいサイズのダイヤモンドの超微粒子
２を用いたのに対して、この実施の形態では、特定のサ
イズとしての平均粒径が数ｎｍのサイズのダイヤモンド
の超微粒子２の中に、サイズの大きな、例えば平均粒径
が数十ｎｍのダイヤモンドの超微粒子２’を設計的に混
在させたダイヤモンドの超微粒子を用いている。 すな
わち、上述の図２の超微粒子のダイヤモンドコロイド溶
液である処理液として、平均粒径が数ｎｍのサイズのダ
イヤモンドの超微粒子２の中に、サイズの大きな、例え
ば平均粒径が数十ｎｍのダイヤモンドの超微粒子２’を
設計に従った混合比で混合した溶液を用いるものであ
る。
【００４９】数ｎｍのサイズのダイヤモンドの超微粒子
２に対する数十ｎｍのサイズのダイヤモンドの超微粒子
２’を混合させる割合は、例えば、１０％程度としてい
るが、この混合割合は、設計的に任意に選択すればよ
い。
２に対する数十ｎｍのサイズのダイヤモンドの超微粒子
２’を混合させる割合は、例えば、１０％程度としてい
るが、この混合割合は、設計的に任意に選択すればよ
い。
【００５０】この実施の形態では、サイズの異なるダイ
ヤモンドの超微粒子を設計的に混合させた処理液でガラ
ス基板を処理することにより、図５（ａ）に示されるよ
うにガラス基板１上に、サイズの大きな超微粒子を含む
ダイヤモンドの超微粒子２，２’を配置形成することが
できる。なお、混合させる粒子同士のサイズ関係は、広
範囲に亘り、その決定は設計方針に依存する。
ヤモンドの超微粒子を設計的に混合させた処理液でガラ
ス基板を処理することにより、図５（ａ）に示されるよ
うにガラス基板１上に、サイズの大きな超微粒子を含む
ダイヤモンドの超微粒子２，２’を配置形成することが
できる。なお、混合させる粒子同士のサイズ関係は、広
範囲に亘り、その決定は設計方針に依存する。
【００５１】次に、図５（ｂ）に示されるように、有磁
場マイクロ波ＣＶＤ法などを用いて電子伝導性膜である
非晶質炭素膜４を、例えば４００°Ｃ程度の比較的高温
で全面に成膜する。
場マイクロ波ＣＶＤ法などを用いて電子伝導性膜である
非晶質炭素膜４を、例えば４００°Ｃ程度の比較的高温
で全面に成膜する。
【００５２】この実施の形態の電子放出陰極も、上述の
実施の形態の電子放出陰極と同様に、均一で高い電子放
出密度を得ることができるとともに、熱履歴による熱応
力や歪みを大幅に低減できることになる。
実施の形態の電子放出陰極と同様に、均一で高い電子放
出密度を得ることができるとともに、熱履歴による熱応
力や歪みを大幅に低減できることになる。
【００５３】さらに、この実施の形態の電子放出陰極
は、サイズの大きなダイヤモンドの超微粒子２’を設計
的に混在させているので、このサイズの大きなダイヤモ
ンドの超微粒子２’上の非晶質炭素膜４が、他の部分よ
りも高く突起状となって電界が集中して電子を設計的に
放出できることになる。
は、サイズの大きなダイヤモンドの超微粒子２’を設計
的に混在させているので、このサイズの大きなダイヤモ
ンドの超微粒子２’上の非晶質炭素膜４が、他の部分よ
りも高く突起状となって電界が集中して電子を設計的に
放出できることになる。
【００５４】この電界が集中する部分の数や間隔は、サ
イズの異なるダイヤモンドの超微粒子の混合割合によっ
て設計・規定することができる。
イズの異なるダイヤモンドの超微粒子の混合割合によっ
て設計・規定することができる。
【００５５】この実施の形態では、サイズの大きな超微
粒子は、平均粒径が数十ｎｍであったけれども、数十ｎ
ｍに限るものではなく、電界が集中できれば、それより
も小さいサイズであってもよいし、あるいは、大きなサ
イズであってもよいが、１桁以上サイズの大きな超微粒
子であることが好ましい。
粒子は、平均粒径が数十ｎｍであったけれども、数十ｎ
ｍに限るものではなく、電界が集中できれば、それより
も小さいサイズであってもよいし、あるいは、大きなサ
イズであってもよいが、１桁以上サイズの大きな超微粒
子であることが好ましい。
【００５６】この実施の形態では、サイズの異なるダイ
ヤモンドの超微粒子を混合したコロイド溶液で処理した
けれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、サ
イズの小さなダイヤモンドの超微粒子のコロイド溶液で
処理した後、サイズの大きなダイヤモンドの超微粒子の
コロイド溶液で処理して基板上に、サイズの異なるダイ
ヤモンドの超微粒子を混在させて配置してもよい。
ヤモンドの超微粒子を混合したコロイド溶液で処理した
けれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、サ
イズの小さなダイヤモンドの超微粒子のコロイド溶液で
処理した後、サイズの大きなダイヤモンドの超微粒子の
コロイド溶液で処理して基板上に、サイズの異なるダイ
ヤモンドの超微粒子を混在させて配置してもよい。
【００５７】（その他の実施の形態）
本発明の他の実施の形態として、図６に示されるように
基板１上に、ＩＴＯ膜５やカーボン膜あるいは非晶質炭
素膜（ＤＬＣ膜）などを形成し、その上にダイヤモンド
の超微粒子２を配置形成してもよい。
基板１上に、ＩＴＯ膜５やカーボン膜あるいは非晶質炭
素膜（ＤＬＣ膜）などを形成し、その上にダイヤモンド
の超微粒子２を配置形成してもよい。
【００５８】上述の各の実施の形態では、基板として、
ガラス基板を用いたけれども、ガラス基板に限らず、シ
リコン基板、セラミックス基板、モリブデン基板やその
他の基板を用いてもよく、特に、高い電子伝導度を示す
基板、例えば、ｎ+シリコン、グラファイト、金属など
を用いて電界放出電子の供給源とすることもできる。
ガラス基板を用いたけれども、ガラス基板に限らず、シ
リコン基板、セラミックス基板、モリブデン基板やその
他の基板を用いてもよく、特に、高い電子伝導度を示す
基板、例えば、ｎ+シリコン、グラファイト、金属など
を用いて電界放出電子の供給源とすることもできる。
【００５９】上述の各実施の形態では、超微粒子として
ダイヤモンドを用いたけれども、本発明の他の実施の形
態として、ダイヤモンドの超微粒子にフラーレン（商品
名）のような球状又は粒子状グラファイトを混合して用
いてもよいし、あるいは、ダイヤモンドの超微粒子に代
えて、球状又は粒子状グラファイト、シリカ、アルミ
ナ、酸化チタン、金、ニッケルあるいはパラジウム等の
超微粒子を用いてもよい。 上述の各実施の形態では、
電子伝導性膜として非晶質炭素膜（ＤＬＣ膜）を形成し
たけれども、本発明の他の実施の形態として、ＳＰ2成
分の多いＤＬＣ膜やグラファイト膜を形成してもよい。
ダイヤモンドを用いたけれども、本発明の他の実施の形
態として、ダイヤモンドの超微粒子にフラーレン（商品
名）のような球状又は粒子状グラファイトを混合して用
いてもよいし、あるいは、ダイヤモンドの超微粒子に代
えて、球状又は粒子状グラファイト、シリカ、アルミ
ナ、酸化チタン、金、ニッケルあるいはパラジウム等の
超微粒子を用いてもよい。 上述の各実施の形態では、
電子伝導性膜として非晶質炭素膜（ＤＬＣ膜）を形成し
たけれども、本発明の他の実施の形態として、ＳＰ2成
分の多いＤＬＣ膜やグラファイト膜を形成してもよい。
【００６０】上述の各実施の形態では、主として有磁場
マイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いて電子伝導性膜を形
成したけれども、熱フィラメント法やカソードアーク法
その他の方法を用いてもよい。
マイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いて電子伝導性膜を形
成したけれども、熱フィラメント法やカソードアーク法
その他の方法を用いてもよい。
【００６１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ナノメー
トルオーダなどの所要のサイズの超微粒子が設計的に配
置された基板に、非晶質炭素膜などの電子伝導性膜が形
成されて電子放出陰極が構成されるので、均一、かつ長
寿命の高い電子放出サイト密度をもつ電子放出陰極が実
現できる。
トルオーダなどの所要のサイズの超微粒子が設計的に配
置された基板に、非晶質炭素膜などの電子伝導性膜が形
成されて電子放出陰極が構成されるので、均一、かつ長
寿命の高い電子放出サイト密度をもつ電子放出陰極が実
現できる。
【００６２】また、ガラス基板を用いて低温度で製造で
きるので、熱履歴による熱応力や歪みを大幅に低減して
寸法精度を高めることができることになる。
きるので、熱履歴による熱応力や歪みを大幅に低減して
寸法精度を高めることができることになる。
【００６３】また、超微粒子の上に、電子伝導性膜を突
起状に形成し、あるいは、サイズの大きな超微粒子を設
計的に混在させることにより、突起状あるいはサイズの
大きな超微粒子上の電子伝導性膜の部分に電界が集中し
て電子が放出されることになる。
起状に形成し、あるいは、サイズの大きな超微粒子を設
計的に混在させることにより、突起状あるいはサイズの
大きな超微粒子上の電子伝導性膜の部分に電界が集中し
て電子が放出されることになる。
【図１】本発明の一つの実施形態の製造方法を示す図で
ある。
ある。
【図２】図１のガラス基板上のダイヤモンド超微粒子の
形成方法を示す図である。
形成方法を示す図である。
【図３】本発明の他の実施の形態の製造方法を示す図で
ある。
ある。
【図４】本発明のさらに他の実施の形態の製造方法を示
す図である。
す図である。
【図５】本発明の他の実施の形態の製造方法を示す図で
ある。
ある。
【図６】本発明のさらに他の実施の形態の製造方法を示
す図である。
す図である。
１ ガラス基板
２，２’ ダイヤモンドの超微粒子
３ 処理液
４ 非晶質炭素膜
５ ＩＴＯ膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01J 1/30
H01J 9/02
Claims (10)
- 【請求項１】 ナノメートルオーダから百ナノメートル
オーダの範囲内の特定のサイズの超微粒子に、該特定の
サイズよりもサイズの大きな超微粒子が混在されて配置
された基板に、電子伝導性膜が形成されてなる電子放出
陰極。 - 【請求項２】 前記サイズの大きな超微粒子は、前記特
定のサイズの超微粒子よりも１桁以上サイズが大きい請
求項１記載の電子放出陰極。 - 【請求項３】 前記特定のサイズの超微粒子の平均粒径
が、数ｎｍであり、前記サイズの大きな超微粒子の平均
粒径が、数十ｎｍである請求項２記載の電子放出陰極。 - 【請求項４】 前記基板が、ガラス基板であり、前記超
微粒子が、ダイヤモンドであり、前記電子伝導性膜が、
非晶質炭素膜である請求項１ないし３のいずれかに記載
の電子放出陰極。 - 【請求項５】 基板上に超微粒子を配置する第１の工程
と、超微粒子が配置された基板に、有磁場マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法によって電子伝導性膜を形成する第２の
工程とを含み、 前記第２の工程は、前記電子伝導性膜を全面に形成する
全面形成工程と、この全面形成工程よりも低温で前記電
子伝導性膜を、前記超微粒子上に選択的に形成する選択
形成工程とを含むことを特徴とする電子放出陰極の製造
方法。 - 【請求項６】 前記有磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ法
に代えて、熱フィラメント法またはカソードアーク法を
用いる請求項５記載の電子放出陰極の製造方法。 - 【請求項７】 基板上に超微粒子を配置する第１の工程
と、超微粒子が配置された基板に電子伝導性膜を形成す
る第２の工程とを含み、 前記第１の工程は、ナノメートルオーダから百ナノメー
トルオーダの範囲内の特定のサイズの前記超微粒子のコ
ロイド溶液を前記基板に塗布する工程または前記コロイ
ド溶液に前記基板を浸漬する工程を含み、 前記コロイド溶液は、前記特定のサイズの超微粒子に、
該特定のサイズよりも サイズの大きな超微粒子を混在さ
せたことを特徴とする電子放出陰極の製造方法。 - 【請求項８】 前記サイズの大きな超微粒子は、前記特
定のサイズの超微粒子よりも１桁以上サイズが大きい請
求項７記載の電子放出陰極の製造方法。 - 【請求項９】 前記特定のサイズの超微粒子の平均粒径
が、数ｎｍであり、前記サイズの大きな超微粒子の平均
粒径が、数十ｎｍである請求項８記載の電子放出陰極の
製造方法。 - 【請求項１０】 前記基板が、ガラス基板であり、前記
超微粒子が、ダイヤモンドであり、前記電子伝導性膜
が、非晶質炭素膜である請求項５ないし８のいずれかに
記載の電子放出陰極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000097287A JP3438038B2 (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 電子放出陰極およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000097287A JP3438038B2 (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 電子放出陰極およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001283715A JP2001283715A (ja) | 2001-10-12 |
| JP3438038B2 true JP3438038B2 (ja) | 2003-08-18 |
Family
ID=18611924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000097287A Expired - Fee Related JP3438038B2 (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 電子放出陰極およびその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3438038B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004362959A (ja) * | 2003-06-05 | 2004-12-24 | Akio Hiraki | 電子放出素子およびその製造方法 |
| JP2006286563A (ja) * | 2005-04-05 | 2006-10-19 | Sonac Kk | 電子エミッタおよびその製造方法 |
| JP2007087643A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Mitsubishi Electric Corp | 電子放出源の製造方法およびそれにより製造された電子放出源 |
| JP2008027781A (ja) * | 2006-07-24 | 2008-02-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド電子放出素子およびその製造方法 |
| EP1942515A1 (en) * | 2007-01-03 | 2008-07-09 | Tatung Company | Electron-emitting source and field emission display using the same |
-
2000
- 2000-03-31 JP JP2000097287A patent/JP3438038B2/ja not_active Expired - Fee Related
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