JPH1012123A - 冷陰極とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易に製造できると共に高集積化できる冷陰
極を提供する。 【解決手段】 一方の端部１ｂが基板５上面に固定され
ており、基板５からのけぞって他方の端部１ａの先端１
ｓが基板５上方を向いて構成される冷陰極２。他方の端
部１ａに、ダイヤモンド状炭素膜３またはダイヤモンド
薄膜を形成してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子銃やフィール
ドエミッション型素子やフィールドエミッション型ディ
スプレイ等に用いられる冷陰極と、その製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のフィールドエミッション型素子や
フィールドエミッション型ディスプレイと、これに用い
られる冷陰極（フィールドエミッタ，エミッタ電極）に
ついては、日経エレクトロニクス１９９６年１月２９日
号第８５頁〜第９８頁や、Ｓｉマイクロマシニング先端
技術第２４５頁〜第２５３頁（編者：五十嵐伊勢美，藍
光郎、発行所：サイエンスフォーラム、１９９２年３月
３１日発行）や、特開平４−１６７３２８号公報等にて
詳述されている。

【０００３】例えば、フィールドエミッション型ディス
プレイ（ＦＥＤ）は、陰極から電子を取り出し、陽極
（透明電極）に塗布した蛍光体に衝突させて発光させ、
画像を得る。ＣＲＴとは陰極の構造が異なり、ＣＲＴで
は点電子源を使うのに対し、ＦＥＤでは数多くの微細な
冷陰極を配列した面状の電子源を使う。

【０００４】冷陰極としては、Ｓｐｉｎｄｔ型に代表的
される縦型フィールドエミッタと、金属薄膜を加工して
基板面内方向等に電界を集中させる平面型フィールドエ
ミッタと、が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】縦型フィールドエミッ
タは、構造的に集積性には優れているが、製造工程が複
雑である。また、基板に開けた冷陰極用の穴の直径によ
り冷陰極の高さが決まり、比較的に高精度なリソグラフ
ィ技術が必要である。

【０００６】平面型フィールドエミッタによれば、基板
面と平行に放出された電子を軌道偏向して蛍光体に衝突
させ画像を得ることができるが、基板面上に設けられた
軌道偏向用の電極の存在や冷陰極の平面的構造により、
集積度を上げることは困難である。一方、膜厚等によっ
て冷陰極の先端の鋭さや電極間寸法などを制御できるの
で、リソグラフィ精度によらずにサブミクロンレベルの
素子寸法を簡易に実現できる。また、縦型フィールドエ
ミッタよりも平面型フィールドエミッタの方が簡易に先
端の鋭い冷陰極を実現できる。

【０００７】従って、縦型フィールドエミッタの集積性
と平面型フィールドエミッタの簡易性のように、縦型と
横型のフィールドエミッタの各利点を兼ね備えた冷陰極
が望まれる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る冷陰極
は、一方の端部が基板上面に固定されており、基板から
のけぞって他方の端部の先端が基板上方を向いて構成さ
れることを特徴とする。請求項２に係る冷陰極は、一方
の端部が基板上面に固定されており、他方の端部にはダ
イヤモンド状炭素膜またはダイヤモンド薄膜（以下、ダ
イヤモンド状炭素膜等と略す。）が形成されており、基
板からのけぞってダイヤモンド状炭素膜等の先端が基板
上方を向いて構成されることを特徴とする。請求項３に
係る冷陰極は、基板上面に固定された片持ち梁が基板か
らのけぞって、その先端が基板上方を向いて構成される
ことを特徴とする。請求項４に係る冷陰極は、基板上面
に固定された片持ち梁が基板からのけぞって、その端部
に形成されたダイヤモンド状炭素膜等の先端が基板上方
を向いて構成されることを特徴とする。

【０００９】請求項１，３では、冷陰極の一方の端部が
基板上面に固定されており、かかる形状で基板上面と平
行に伸びる冷陰極は従来の平面型フィールドエミッタと
同様の手法で製造できる。従って、簡易に先端の鋭い冷
陰極を実現できる。この冷陰極を基板上面に配列させる
ことで、冷陰極の集積度を高めることができる。

【００１０】また、冷陰極がのけぞって冷陰極の鋭い先
端が基板上方を向いており、新規な構成からなると共
に、冷陰極の先端に強い電界を集中させることができ、
基板上方へ電子を放出し易くすることができる。

【００１１】請求項２，４では、冷陰極の一方の端部が
基板上面に固定されており、冷陰極の他方の端部にはダ
イヤモンド状炭素膜（diamond like carbon ）等が形成
されており、かかる形状で基板上面と平行に伸びる冷陰
極は従来の平面型フィールドエミッタの端部にダイヤモ
ンド状炭素膜等をＣＶＤ等で形成することで簡易に製造
できる、という利点がある。この冷陰極を基板上面に配
列させることで、冷陰極の集積度を高めることができ
る。

【００１２】更に、縦型フィールドエミッタにダイヤモ
ンド状炭素膜を成膜したものが知られているが、この場
合に比べて簡易にダイヤモンド状炭素膜等の先端を鋭く
することができる。電子放出能力の高いダイヤモンド状
炭素膜等を冷陰極の端部に成膜等して形成することで、
冷陰極から電子を放出させるための印加電圧を低くする
ことができる。

【００１３】また、冷陰極がのけぞってダイヤモンド状
炭素膜等の先端が基板上方を向いており、新規な構成か
らなると共に、ダイヤモンド状炭素膜等の先端に強い電
界を集中させることができ、基板上方へ電子を放出し易
くすることができる。

【００１４】請求項５では、請求項１〜４記載の冷陰極
において、のけぞる側とその反対側とを異なる温度で成
膜して構成したことを特徴とする。

【００１５】のけぞる側とその反対側とを異なる温度で
成膜して構成することで、のけぞる側とその反対側との
材質、特に熱膨張率を変化させることができ、冷陰極を
成膜して構成すると同時に基板上方にのけぞる応力を冷
陰極に持たせることができる。従って、冷陰極をのけぞ
らせるために冷陰極に外力を加える等の手間をはぶくこ
とができる。

【００１６】請求項６では、請求項１〜５記載の冷陰極
において、のけぞる側とその反対側とを熱膨張率の異な
る材料で成膜して構成したことを特徴とする。

【００１７】この構成によれば、冷陰極を成膜して構成
すると同時に基板上方にのけぞる応力を冷陰極に持たせ
ることができる。従って、冷陰極をのけぞらせるために
冷陰極に外力を加える等の手間をはぶくことができる。

【００１８】請求項７では、請求項１〜４記載の冷陰極
において、のけぞる側の背部に熱膨張率の異なる材料を
成膜したことを特徴とする。

【００１９】冷陰極をバイメタルまたはこれに類似する
構造とすることで、冷陰極を基板上方にのけぞらせるこ
とができる。

【００２０】請求項８では、請求項７記載の冷陰極にお
いて、基板に設けられたストッパにより冷陰極の形状を
固定したことを特徴とする。

【００２１】前述したように請求項７記載の冷陰極はバ
イメタルまたはこれに類似する構造であり、基板にスト
ッパを設けて形状を固定することで、温度に伴って冷陰
極ののけぞる量が変化することを抑止でき、先端が常に
基板上方を向いた冷陰極を得ることができる。

【００２２】請求項９では、請求項２または４記載の冷
陰極において、ダイヤモンド状炭素膜等の先端は鋭角を
有してなることを特徴とする。

【００２３】冷陰極がのけぞってダイヤモンド状炭素膜
等の鋭い先端が基板上方を向いており、新規な構成から
なると共に、ダイヤモンド状炭素膜等の鋭い先端に強い
電界を集中させることができ、基板上方へ電子を放出し
易くすることができる。

【００２４】請求項１０に係る冷陰極の製造方法は、基
板上面に犠牲層を形成する工程と、この犠牲層にコンタ
クトホールを形成する工程と、このコンタクトホールを
覆って犠牲層上に伸びた形状の冷陰極用薄膜を、基板上
方にのけぞらせる応力が生じるように形成する工程と、
犠牲層を除去する工程と、を備えてなる。

【００２５】犠牲層にコンタクトホールを形成すること
で、冷陰極の端部を固定する固定箇所を設定できる。冷
陰極用薄膜を基板上方にのけぞらせる応力が生じるよう
に形成することで、犠牲層を除去すると、基板からのけ
ぞって先端が基板上方を向いた冷陰極を得ることができ
る。コンタクトホールを覆って犠牲層上に一定方向に伸
びた冷陰極用薄膜を配列させることで、冷陰極の集積度
を高めることができる。

【００２６】請求項１１に係る冷陰極の製造方法は、基
板上面に犠牲層を形成する工程と、この犠牲層にコンタ
クトホールを形成する工程と、このコンタクトホールを
覆って犠牲層上に伸びた形状の冷陰極用薄膜を、基板上
方にのけぞらせる応力が生じるように形成する工程と、
ダイヤモンド状炭素膜等を冷陰極用薄膜の端部に形成す
る工程と、犠牲層を除去する工程と、を備えてなる。

【００２７】犠牲層にコンタクトホールを形成すること
で、冷陰極の端部を固定する固定箇所を設定できる。ダ
イヤモンド状炭素膜等を冷陰極用薄膜の端部に形成する
ことで、冷陰極から電子を放出させるための印加電圧を
低くすることができる。冷陰極用薄膜を基板上方にのけ
ぞらせる応力が生じるように形成することで、犠牲層を
除去すると、基板からのけぞってダイヤモンド状炭素膜
等の先端が基板上方を向いた冷陰極を得ることができ
る。コンタクトホールを覆って犠牲層上に一定方向に伸
びた冷陰極用薄膜を配列させることで、冷陰極の集積度
を高めることができる。

【００２８】請求項１２では、請求項１０〜１１記載の
冷陰極の製造方法において、冷陰極用薄膜を基板上方に
のけぞらせる応力が生じるように形成する工程は、冷陰
極用薄膜の上側と下側とを異なる温度で成膜する工程か
らなることを特徴とする。

【００２９】冷陰極用薄膜の上側と下側とを異なる温度
で成膜することで、冷陰極用薄膜の上側と下側の材質、
特に熱膨張率を異ならせることができ、冷陰極用薄膜を
形成すると同時に基板上方にのけぞる応力を冷陰極用薄
膜に持たせることができる。

【００３０】請求項１３では、請求項１０〜１１記載の
冷陰極の製造方法において、冷陰極用薄膜を基板上方に
のけぞらせる応力が生じるように形成する工程は、冷陰
極用薄膜の上側と下側とを熱膨張率の異なる材料で成膜
する工程からなることを特徴とする。

【００３１】冷陰極用薄膜の上側と下側とを熱膨張率の
異なる材料で成膜することでバイメタルまたはこれに類
似する構造にすることができ、冷陰極用薄膜を形成する
と同時に基板上方にのけぞる応力を冷陰極用薄膜に持た
せることができる。

【００３２】請求項１４に係る冷陰極の製造方法は、基
板上面に犠牲層を形成する工程と、この犠牲層にコンタ
クトホールを形成する工程と、このコンタクトホールを
覆って犠牲層上に伸びた形状の冷陰極用薄膜を形成する
工程と、冷陰極用薄膜の腹部に熱膨張率の異なる薄膜を
形成する工程と、犠牲層を除去する工程と、冷陰極用薄
膜を加熱すると共にこの冷陰極用薄膜の形状を固定する
工程と、を備えてなる。

【００３３】犠牲層にコンタクトホールを形成すること
で、冷陰極の端部を固定する固定箇所を設定できる。冷
陰極用薄膜の腹部にこの材料とは熱膨張率の異なる薄膜
を形成することで、バイメタルまたはこれに類似する構
造にすることができる。冷陰極用薄膜を加熱すること
で、冷陰極用薄膜を基板上方にのけぞらせることがで
き、基板上面と平行な方向を向いていた冷陰極用薄膜の
先端を前記応力によって基板上方に向かせることができ
る。冷陰極用薄膜の形状を固定することで、冷陰極用薄
膜の加熱後の反り返しを抑止することができ、基板から
のけぞって先端が常に基板上方を向いた冷陰極を得るこ
とができる。コンタクトホールを覆って犠牲層上に一定
方向に伸びた冷陰極用薄膜を配列させることで、冷陰極
の集積度を高めることができる。

【００３４】請求項１５に係る冷陰極の製造方法は、基
板上面に犠牲層を形成する工程と、この犠牲層にコンタ
クトホールを形成する工程と、このコンタクトホールを
覆って犠牲層上に伸びた形状の冷陰極用薄膜を形成する
工程と、冷陰極用薄膜の腹部には熱膨張率の異なる薄膜
を形成し、冷陰極用薄膜の端部にはダイヤモンド状炭素
膜等を形成する工程と、犠牲層を除去する工程と、冷陰
極用薄膜を加熱すると共にこの冷陰極用薄膜の形状を固
定する工程と、を備えてなる。

【００３５】犠牲層にコンタクトホールを形成すること
で、冷陰極の端部を固定する固定箇所を設定できる。冷
陰極用薄膜の腹部にこの材料とは熱膨張率の異なる薄膜
を形成することで、バイメタルまたはこれに類似する構
造にすることができる。冷陰極用薄膜の端部にダイヤモ
ンド状炭素膜等を形成することで、冷陰極から電子を放
出させるための印加電圧を低くすることができる。冷陰
極用薄膜を加熱することで、冷陰極用薄膜を基板上方に
のけぞらせることができ、基板上面と平行な方向を向い
ていた冷陰極用薄膜の先端を前記応力によって基板上方
に向かせることができる。冷陰極用薄膜の形状を固定す
ることで、冷陰極用薄膜の加熱後の反り返しを抑止する
ことができ、基板からのけぞってダイヤモンド状炭素膜
等の先端が常に基板上方を向いた冷陰極を得ることがで
きる。コンタクトホールを覆って犠牲層上に一定方向に
伸びた冷陰極用薄膜を配列させることで、冷陰極の集積
度を高めることができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施形
態に基づいて説明する。

【００３７】図１は、基板５上に形成された冷陰極２の
説明図である。冷陰極２は、一方の端部１ｂが基板５上
面に固定されており、基板５からのけぞって他方の端部
１ａの先端１ｓが基板５上方を向いて構成されている。

【００３８】この冷陰極２は片持ち梁となっており、基
板５上面に固定された片持ち梁が基板５からのけぞっ
て、その先端１ｓが基板５上方を向いて構成されてい
る。符号１は、のけぞる前の冷陰極２の形状を示してい
る。

【００３９】図２は、基板５上に形成され、ダイヤモン
ド状炭素膜３を端部に備えた冷陰極４２の説明図であ
る。冷陰極４２は、一方の端部４１ｂが基板５上面に固
定されており、他方の端部にはダイヤモンド状炭素膜３
が形成されており、基板５からのけぞってダイヤモンド
状炭素膜３の先端３ｓが基板５上方を向いて構成されて
いる。

【００４０】この冷陰極４２は片持ち梁となっており、
基板５上面に固定された片持ち梁が基板５からのけぞっ
て、その端部に形成されたダイヤモンド状炭素膜３の先
端３ｓが基板５上方を向いて構成されている。符号４１
は、のけぞる前の冷陰極４２の形状を示している。

【００４１】図３は、のけぞる前の冷陰極の形状とその
配列を示す平面図である。冷陰極を固定する基板は省略
して描いている。図３（Ａ）は、図１ののけぞる前の冷
陰極２の形状１と配列に対応している。図３（Ｂ）は、
図３（Ａ）において冷陰極の配列を変更したものであ
る。図３（Ｃ）は、Ｖ字型の冷陰極に対応している。こ
の冷陰極は、一方の端部２１ｂ，２１ｃが基板上面に固
定されており、基板からのけぞって他方の端部２１ａの
先端が基板上方を向いて構成される。

【００４２】図４は、冷陰極２の製造工程の説明図であ
る。図４（Ａ）は、基板５上面に犠牲層６を形成する工
程と、この犠牲層６にコンタクトホール７を形成する工
程と、に対応している。犠牲層６にコンタクトホール７
を形成することで、冷陰極２の端部を固定する固定箇所
を設定できる。基板５はＳｉ（シリコン）からなる。犠
牲層６はＳｉＯ₂ からなり、膜厚は約１μｍとする。

【００４３】図４（Ｂ）は、コンタクトホール７を覆っ
て犠牲層６上に伸びた形状の冷陰極用薄膜８ａ，８ｂ
を、基板５上方にのけぞらせる応力が生じるように形成
する工程に対応している。冷陰極用薄膜の下側８ａをマ
スク等により所定形状に成膜し、この時の温度とは異な
る温度で更に冷陰極用薄膜の上側８ｂを成膜する。この
冷陰極用薄膜８ａ，８ｂは、Ｗ（タングステン）、Ｔａ
（タンタル）、Ｎｉ（ニッケル）、ＮｉＣｒ、Ｍｏ（モ
リブデン）、Ａｌ（アルミニウム）、３６％或いは３８
％ＮｉＦｅ、ポリイミド、または、ポリシリコンからな
り、各々の膜厚は約１μｍとする。冷陰極用薄膜８ａ，
８ｂの先端の形状は、フォトリソグラフィ技術及びＳＦ
₆を用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により加
工してもよい。

【００４４】冷陰極用薄膜の上側８ｂと下側８ａとを熱
膨張率の異なる材料で成膜してもよい。例えば、下側８
ａをＷとし、上側８ｂをＡｕ（金）やＡｌとしてもよ
い。上側８ｂをポリシリコンや窒化膜やポリイミドとし
てもよい。上側８ｂを膜厚３．６μｍのポリイミド（６
０ｐｐｍ，１５０℃成膜）とし、下側８ａを膜厚０．５
μｍの３８％ＮｉＦｅ（室温成膜）としてもよい。

【００４５】図４（Ｃ）は、犠牲層６を除去する工程に
対応している。例えば、フッ酸等からなる容媒には溶け
ない不溶膜を冷陰極用薄膜８ａ，８ｂ上に形成して、こ
の容媒で犠牲層６を溶かして除去後、別の溶媒で前記不
溶膜を溶かして除去してもよい。冷陰極用薄膜８ａ，８
ｂを細長い形状とすることで、冷陰極用薄膜８ａ，８ｂ
の下側の犠牲層６も容媒で溶かすことができる（サイド
・エッチング，アンダーカット）。犠牲層６を除去する
と、基板５からのけぞって先端１ｓが基板５上方を向い
た冷陰極２を得ることができる。

【００４６】図５は、冷陰極４２の製造工程の説明図で
ある。図５（Ａ），（Ｂ）に対応する工程は、図４
（Ａ），（Ｂ）に対応する各工程と同じである。

【００４７】図５（Ｃ）は、ダイヤモンド状炭素膜３を
冷陰極用薄膜８ａ，８ｂの端部に形成する工程に対応し
ている。冷陰極用薄膜８ａ，８ｂの端部が現れるような
マスクを基板５に重ねて、レーザ蒸着法やＣＶＤ法によ
り、ダイヤモンド状炭素膜３を図２に示すように成膜す
る。レーザ蒸着法では、例えば、ＹＡＧレーザでグラフ
ァイト材料のターゲットを照射し溶融させて、炭素原子
を堆積させる。

【００４８】図５（Ｄ）は、犠牲層６を除去する工程に
対応している。例えば、フッ酸等からなる容媒には溶け
ない不溶膜を冷陰極用薄膜８ａ，８ｂ上とダイヤモンド
状炭素膜３上に形成して、この容媒で犠牲層６を溶かし
て除去後、別の溶媒で前記不溶膜を溶かして除去しても
よい。冷陰極用薄膜８ａ，８ｂを細長い形状とすること
で、冷陰極用薄膜８ａ，８ｂの下側の犠牲層６も容媒で
溶かすことができる（サイド・エッチング，アンダーカ
ット）。犠牲層６を除去すると、基板５からのけぞって
ダイヤモンド状炭素膜３の先端３ｓが基板５上方を向い
た冷陰極４２を得ることができる。

【００４９】図６は、バイメタルの構造を有する冷陰極
２の製造工程の説明図である。図６（Ａ）に対応する工
程は、図４（Ａ）に対応する各工程と同じである。

【００５０】図６（Ｂ）は、コンタクトホール７を覆っ
て犠牲層６上に伸びた形状の冷陰極用薄膜８ｃを形成す
る工程と、冷陰極用薄膜８ｃの背部に熱膨張率の異なる
薄膜８ｄを形成する工程と、に対応している。冷陰極用
薄膜８ｃをマスク等により所定形状に成膜し、更にその
背部に薄膜８ｄを成膜する。例えば、冷陰極用薄膜８ｃ
をＷとし、薄膜８ｄをＡｕやＡｌとしてもよく、他の組
合せとしてもよい。各々の膜厚は約１μｍとする。

【００５１】図６（Ｃ）は、犠牲層６を除去する工程に
対応している。例えば、フッ酸等からなる容媒には溶け
ない不溶膜を冷陰極用薄膜８ｃ上と薄膜８ｄ上に形成し
て、この容媒で犠牲層６を溶かして除去後、別の溶媒で
前記不溶膜を溶かして除去してもよい。冷陰極用薄膜８
ａ，８ｂを細長い形状とすることで、冷陰極用薄膜８ｃ
の下側の犠牲層６も容媒で溶かすことができる（サイド
・エッチング，アンダーカット）。犠牲層６を除去して
加熱すると、基板５からのけぞって先端１ｓが基板５上
方を向いた冷陰極２を得ることができる。この冷陰極２
の形状を固定するには、例えば図８のように、基板５に
設けたストッパ５ａを用いてもよい。

【００５２】図７は、バイメタルの構造を有し、ダイヤ
モンド状炭素膜３を端部に備えた冷陰極４２の製造工程
の説明図である。図７（Ａ），（Ｂ）に対応する工程
は、図６（Ａ），（Ｂ）に対応する各工程と同じであ
る。

【００５３】図７（Ｃ）は、ダイヤモンド状炭素膜３を
冷陰極用薄膜８ｃの端部に形成する工程に対応してい
る。ダイヤモンド状炭素膜３は薄膜８ｄの端を少し覆っ
てもよい。冷陰極用薄膜８ｃの端部が現れるようなマス
クを基板５に重ねて、レーザ蒸着法やＣＶＤ法により、
ダイヤモンド状炭素膜３を図２に示すように成膜する。

【００５４】図７（Ｄ）は、犠牲層６を除去する工程に
対応している。例えば、フッ酸等からなる容媒には溶け
ない不溶膜を冷陰極用薄膜８ｃ上とダイヤモンド状炭素
膜３上に形成して、この容媒で犠牲層６を溶かして除去
後、別の溶媒で前記不溶膜を溶かして除去してもよい。
冷陰極用薄膜８ｃを細長い形状とすることで冷陰極用薄
膜８ｃの下側の犠牲層６も容媒で溶かすことができる
（サイド・エッチング，アンダーカット）。犠牲層６を
除去して加熱すると、基板５からのけぞってダイヤモン
ド状炭素膜３の先端３ｓが基板５上方を向いた冷陰極４
２を得ることができる。

【００５５】図８は、ストッパ５ａにより形状が固定さ
れた冷陰極３２の説明図である。図４や図６に示す各工
程を経て得られた冷陰極２に予めマスクパターンでＵ字
型の切れ目をいれておき、脚１ｄを有する冷陰極３２の
構成とする。脚１ｄの先端をストッパ５ａにはめ込むこ
とで、冷陰極３２の形状を固定できる。

【００５６】例えば、先の細いピンセットで冷陰極３２
の端部１ａをつまんで基板５上方にのけぞらせて、脚１
ｄの先端をストッパ５ａにはめ込む。または、脚１ｄの
両サイドにある腹部に熱膨張率の異なる薄膜を形成する
ことで、加熱により冷陰極３２はのけぞるが脚１ｄはの
けぞらないようにして、脚１ｄの先端をストッパ５ａに
はめ込む。ストッパ５ａは、犠牲層６の形成前に基板５
に予め作っておくとよい。

【００５７】図９は、冷陰極を用いたフィールドエミッ
ション型ディスプレイ５０の説明図である。ガラス基板
２６の下面には、蛍光体２４を塗布した陽極（透明電
極）２５を重ねて構成している。ガラス基板１６の上面
には、陰極１５と基板５を重ねて構成してあり、この基
板５を抵抗膜として利用している。図４〜図７におい
て、基板５はガラス基板１６および陰極１５の上に形成
したものを使用してもよい。ガラス基板１６とガラス基
板２６とをスペーサ（不図示）をはさんで張り合わせて
いる。ガラス基板１６，２６間の真空室９は、１０^-7〜
１０^-8Ｔｏｒｒ程度の真空度とする。

【００５８】例えば、ガラス基板１６の上面にはストラ
イプ状の陰極１５を横方向に形成し、ガラス基板２６の
下面にはストライプ状の陽極２５を縦方向に形成する。
そして、陰極１５と陽極２５を画像データに基づいて順
次走査することで、画像を得ることができる。

【００５９】冷陰極の長さを約５００μｍとし、冷陰極
の幅を約１０μｍとしてもよい。ダイヤモンド状炭素膜
３に代えてダイヤモンド薄膜を用いてもよい。なお、上
記実施形態は本発明の一例であり、本発明は上記実施形
態に限定されない。

【００６０】

【発明の効果】請求項１，３記載の冷陰極によれば、簡
易に先端の鋭い冷陰極を実現できる。この冷陰極を基板
上面に配列させることで、冷陰極の集積度を高めること
ができる。また、冷陰極がのけぞって冷陰極の鋭い先端
が基板上方を向いており、新規な構成からなると共に、
冷陰極の先端に強い電界を集中させることができ、基板
上方へ電子を放出し易くすることができる。

【００６１】請求項２，４記載の冷陰極によれば、冷陰
極の一方の端部が基板上面に固定されており、冷陰極の
他方の端部にはダイヤモンド状炭素膜等が形成されてお
り、かかる形状で基板上面と平行に伸びる冷陰極は従来
の平面型フィールドエミッタの端部にダイヤモンド状炭
素膜等をＣＶＤ等で形成することで簡易に製造できる、
という利点がある。この冷陰極を基板上面に配列させる
ことで、冷陰極の集積度を高めることができる。

【００６２】更に、縦型フィールドエミッタにダイヤモ
ンド状炭素膜を成膜したものが知られているが、この場
合に比べて簡易にダイヤモンド状炭素膜等の先端を鋭く
することができる。電子放出能力の高いダイヤモンド状
炭素膜等を冷陰極の端部に成膜等して形成することで、
冷陰極から電子を放出させるための印加電圧を低くする
ことができる。

【００６３】また、冷陰極がのけぞってダイヤモンド状
炭素膜等の先端が基板上方を向いており、新規な構成か
らなると共に、ダイヤモンド状炭素膜等の先端に強い電
界を集中させることができ、基板上方へ電子を放出し易
くすることができる。

【００６４】請求項５記載の冷陰極によれば、のけぞる
側とその反対側とを異なる温度で成膜して構成すること
で、のけぞる側とその反対側との材質、特に熱膨張率を
変化させることができ、冷陰極を成膜して構成すると同
時に基板上方にのけぞる応力を冷陰極に持たせることが
できる。従って、冷陰極をのけぞらせるために冷陰極に
外力を加える等の手間をはぶくことができる。

【００６５】請求項６記載の冷陰極によれば、冷陰極を
成膜して構成すると同時に基板上方にのけぞる応力を冷
陰極に持たせることができる。従って、冷陰極をのけぞ
らせるために冷陰極に外力を加える等の手間をはぶくこ
とができる。

【００６６】請求項７記載の冷陰極によれば、冷陰極を
バイメタルまたはこれに類似する構造とすることで、冷
陰極を基板上方にのけぞらせることができる。

【００６７】請求項８記載の冷陰極によれば、基板にス
トッパを設けて形状を固定することで、温度に伴って冷
陰極ののけぞる量が変化することを抑止でき、先端が常
に基板上方を向いた冷陰極を得ることができる。

【００６８】請求項９記載の冷陰極によれば、冷陰極が
のけぞってダイヤモンド状炭素膜等の鋭い先端が基板上
方を向いており、新規な構成からなると共に、ダイヤモ
ンド状炭素膜等の鋭い先端に強い電界を集中させること
ができ、基板上方へ電子を放出し易くすることができ
る。

【００６９】請求項１０記載の冷陰極の製造方法によれ
ば、犠牲層にコンタクトホールを形成することで、冷陰
極の端部を固定する固定箇所を設定できる。冷陰極用薄
膜を基板上方にのけぞらせる応力が生じるように形成す
ることで、犠牲層を除去すると、基板からのけぞって先
端が基板上方を向いた冷陰極を得ることができる。コン
タクトホールを覆って犠牲層上に一定方向に伸びた冷陰
極用薄膜を配列させることで、冷陰極の集積度を高める
ことができる。

【００７０】請求項１１記載の冷陰極の製造方法によれ
ば、犠牲層にコンタクトホールを形成することで、冷陰
極の端部を固定する固定箇所を設定できる。ダイヤモン
ド状炭素膜等を冷陰極用薄膜の端部に形成することで、
冷陰極から電子を放出させるための印加電圧を低くする
ことができる。冷陰極用薄膜を基板上方にのけぞらせる
応力が生じるように形成することで、犠牲層を除去する
と、基板からのけぞってダイヤモンド状炭素膜等の先端
が基板上方を向いた冷陰極を得ることができる。コンタ
クトホールを覆って犠牲層上に一定方向に伸びた冷陰極
用薄膜を配列させることで、冷陰極の集積度を高めるこ
とができる。

【００７１】請求項１２記載の冷陰極の製造方法によれ
ば、冷陰極用薄膜の上側と下側とを異なる温度で成膜す
ることで、冷陰極用薄膜の上側と下側の材質、特に熱膨
張率を異ならせることができ、冷陰極用薄膜を形成する
と同時に基板上方にのけぞる応力を冷陰極用薄膜に持た
せることができる。

【００７２】請求項１３記載の冷陰極の製造方法によれ
ば、冷陰極用薄膜の上側と下側とを熱膨張率の異なる材
料で成膜することでバイメタルまたはこれに類似する構
造にすることができ、冷陰極用薄膜を形成すると同時に
基板上方にのけぞる応力を冷陰極用薄膜に持たせること
ができる。

【００７３】請求項１４記載の冷陰極の製造方法によれ
ば、犠牲層にコンタクトホールを形成することで、冷陰
極の端部を固定する固定箇所を設定できる。冷陰極用薄
膜の腹部にこの材料とは熱膨張率の異なる薄膜を形成す
ることで、バイメタルまたはこれに類似する構造にする
ことができる。冷陰極用薄膜を加熱することで、冷陰極
用薄膜を基板上方にのけぞらせることができ、基板上面
と平行な方向を向いていた冷陰極用薄膜の先端を前記応
力によって基板上方に向かせることができる。冷陰極用
薄膜の形状を固定することで、冷陰極用薄膜の加熱後の
反り返しを抑止することができ、基板からのけぞって先
端が常に基板上方を向いた冷陰極を得ることができる。
コンタクトホールを覆って犠牲層上に一定方向に伸びた
冷陰極用薄膜を配列させることで、冷陰極の集積度を高
めることができる。

【００７４】請求項１５記載の冷陰極の製造方法によれ
ば、犠牲層にコンタクトホールを形成することで、冷陰
極の端部を固定する固定箇所を設定できる。冷陰極用薄
膜の腹部にこの材料とは熱膨張率の異なる薄膜を形成す
ることで、バイメタルまたはこれに類似する構造にする
ことができる。冷陰極用薄膜の端部にダイヤモンド状炭
素膜等を形成することで、冷陰極から電子を放出させる
ための印加電圧を低くすることができる。冷陰極用薄膜
を加熱することで、冷陰極用薄膜を基板上方にのけぞら
せることができ、基板上面と平行な方向を向いていた冷
陰極用薄膜の先端を前記応力によって基板上方に向かせ
ることができる。冷陰極用薄膜の形状を固定すること
で、冷陰極用薄膜の加熱後の反り返しを抑止することが
でき、基板からのけぞってダイヤモンド状炭素膜等の先
端が常に基板上方を向いた冷陰極を得ることができる。
コンタクトホールを覆って犠牲層上に一定方向に伸びた
冷陰極用薄膜を配列させることで、冷陰極の集積度を高
めることができる。

【００７５】以上から、本発明によれば、簡易に製造で
き、高集積化でき、電子を低い電圧で放出して消費電力
を低減できる新規な構成の冷陰極を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板上に形成された冷陰極の説明図

【図２】基板上に形成され、ダイヤモンド状炭素膜を端
部に備えた冷陰極の説明図

【図３】冷陰極ののけぞる前の形状と配列を示す平面図

【図４】冷陰極の製造工程の説明図

【図５】ダイヤモンド状炭素膜を端部に備えた冷陰極の
製造工程の説明図

【図６】バイメタルの構造を有する冷陰極の製造工程の
説明図

【図７】バイメタルの構造を有し、ダイヤモンド状炭素
膜を端部に備えた冷陰極の製造工程の説明図

【図８】ストッパにより形状が固定された冷陰極の説明
図

【図９】冷陰極を用いたフィールドエミッション型ディ
スプレイの説明図

【符号の説明】

１…冷陰極２ののけぞる前の形状、１ａ…他方の端部、
１ｂ…一方の端部、１ｄ…脚、１ｓ，３ｓ…先端、２…
冷陰極、３…ダイヤモンド状炭素膜、４…ゲート電極
（制御電極）、５…基板、５ａ…ストッパ、６…犠牲
層、７…コンタクトホール、８ａ…下側の冷陰極用薄
膜、８ｂ…上側の冷陰極用薄膜、８ｃ…冷陰極用薄膜、
８ｄ…薄膜、９…真空室、１５…陰極、１６，２６…ガ
ラス基板、２１…冷陰極ののけぞる前の形状、２１ａ…
他方の端部、２１ｂ，２１ｃ…一方の端部、２４…蛍光
体、２５…陽極、３２…冷陰極、４１…冷陰極４２のの
けぞる前の形状、４１ｂ…一方の端部、４２…冷陰極、
５０…フィールドエミッション型ディスプレイ（ＦＥ
Ｄ）。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の端部が基板上面に固定されてお
   り、前記基板からのけぞって他方の端部の先端が基板上
   方を向いて構成される冷陰極。
2. 【請求項２】 一方の端部が基板上面に固定されてお
   り、他方の端部にはダイヤモンド状炭素膜またはダイヤ
   モンド薄膜が形成されており、前記基板からのけぞって
   前記ダイヤモンド状炭素膜またはダイヤモンド薄膜の先
   端が基板上方を向いて構成される冷陰極。
3. 【請求項３】 基板上面に固定された片持ち梁が基板か
   らのけぞって、その先端が基板上方を向いて構成される
   冷陰極。
4. 【請求項４】 基板上面に固定された片持ち梁が基板か
   らのけぞって、その端部に形成されたダイヤモンド状炭
   素膜またはダイヤモンド薄膜の先端が基板上方を向いて
   構成される冷陰極。
5. 【請求項５】 のけぞる側とその反対側とを異なる温度
   で成膜してなる請求項１〜４記載の冷陰極。
6. 【請求項６】 のけぞる側とその反対側とを熱膨張率の
   異なる材料で成膜してなる請求項１〜５記載の冷陰極。
7. 【請求項７】 のけぞる側の背部に熱膨張率の異なる材
   料を成膜してなる請求項１〜４記載の冷陰極。
8. 【請求項８】 前記基板に設けられたストッパにより形
   状が固定された請求項７記載の冷陰極。
9. 【請求項９】 前記ダイヤモンド状炭素膜またはダイヤ
   モンド薄膜の先端は鋭角を有してなる請求項２または４
   記載の冷陰極。
10. 【請求項１０】 基板上面に犠牲層を形成する工程と、 この犠牲層にコンタクトホールを形成する工程と、 このコンタクトホールを覆って犠牲層上に伸びた形状の
    冷陰極用薄膜を、基板上方にのけぞらせる応力が生じる
    ように形成する工程と、 前記犠牲層を除去する工程と、を備えてなる冷陰極の製
    造方法。
11. 【請求項１１】 基板上面に犠牲層を形成する工程と、 この犠牲層にコンタクトホールを形成する工程と、 このコンタクトホールを覆って犠牲層上に伸びた形状の
    冷陰極用薄膜を、基板上方にのけぞらせる応力が生じる
    ように形成する工程と、 ダイヤモンド状炭素膜またはダイヤモンド薄膜を冷陰極
    用薄膜の端部に形成する工程と、 前記犠牲層を除去する工程と、を備えてなる冷陰極の製
    造方法。
12. 【請求項１２】 前記冷陰極用薄膜を基板上方にのけぞ
    らせる応力が生じるように形成する工程は、 前記冷陰極用薄膜の上側と下側とを異なる温度で成膜す
    る工程からなる請求項１０〜１１記載の冷陰極の製造方
    法。
13. 【請求項１３】 前記冷陰極用薄膜を基板上方にのけぞ
    らせる応力が生じるように形成する工程は、 前記冷陰極用薄膜の上側と下側とを熱膨張率の異なる材
    料で成膜する工程からなる請求項１０〜１１記載の冷陰
    極の製造方法。
14. 【請求項１４】 基板上面に犠牲層を形成する工程と、 この犠牲層にコンタクトホールを形成する工程と、 このコンタクトホールを覆って犠牲層上に伸びた形状の
    冷陰極用薄膜を形成する工程と、 前記冷陰極用薄膜の腹部に熱膨張率の異なる薄膜を形成
    する工程と、 前記犠牲層を除去する工程と、 前記冷陰極用薄膜を加熱すると共にこの冷陰極用薄膜の
    形状を固定する工程と、を備えてなる冷陰極の製造方
    法。
15. 【請求項１５】 基板上面に犠牲層を形成する工程と、 この犠牲層にコンタクトホールを形成する工程と、 このコンタクトホールを覆って犠牲層上に伸びた形状の
    冷陰極用薄膜を形成する工程と、 前記冷陰極用薄膜の腹部には熱膨張率の異なる薄膜を形
    成し、前記冷陰極用薄膜の端部にはダイヤモンド状炭素
    膜またはダイヤモンド薄膜を形成する工程と、 前記犠牲層を除去する工程と、 前記冷陰極用薄膜を加熱すると共にこの冷陰極用薄膜の
    形状を固定する工程と、を備えてなる冷陰極の製造方
    法。