JP2001283715A - Electron-emission cathode and its manufacturing method - Google Patents
Electron-emission cathode and its manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron emission cathode which emits electrons under a vacuum and a method for manufacturing the same.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art Flat displays, in particular, FEDs (Field Emulators) that extract electrons from a cathode by applying an electric field in a vacuum and collide with a phosphor coated on an anode to emit light.
issionDisplay) has been actively studied because it can realize a thinner and lighter display device than a conventional CRT display.
【０００３】[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／ｃｍ 2程度と低いものであった。The electron emission of this FED
For example, using a diamond thin film as the cathode
However, in this conventional example, a uniform diamond thin film
Emission current density is high due to difficulties in forming
1mA / cmTwoFar from the demands of
In addition, uniform electron emission was not obtained,
10 degrees2-5/ Cm TwoIt was of a low degree.
【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。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and provides an electron emission cathode having a uniform and high emission current density suitable for an FED and having a high electron emission site density, and a method of manufacturing the same. The purpose is to provide.
【０００５】[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。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is configured as follows.
【０００６】すなわち、本発明の電子放出陰極は、超微
粒子が配置された基板に、電子伝導性膜が形成されてな
る。That is, the electron emission cathode of the present invention is obtained by forming an electron conductive film on a substrate on which ultrafine particles are arranged.
【０００７】本発明によると、超微粒子が配置された基
板に、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、ナノメートルオーダなどの所要のサイズの超
微粒子を設計的に用いることで、均一で高い電子放出密
度の電子放出陰極が実現できる。According to the present invention, an electron conductive film is formed on a substrate on which ultrafine particles are arranged to form an electron emission cathode. Therefore, ultrafine particles of a required size such as on the order of nanometers are designed and used. Thus, a uniform and high electron emission density electron emission cathode can be realized.
【０００８】本発明の一つの実施態様においては、前記
超微粒子が、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である。[0008] In one embodiment of the present invention, the ultrafine particles have a specific size in a range from nanometer order to hundred nanometer order.
【０００９】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。Here, the range from the order of nanometers to the order of 100 nanometers refers to the range of 1 nm to 999 nm. Preferably, it is in the range of 5 nm to 99 nm.
【００１０】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。[0010] The specific size is, within the above range,
For example, the size can be specified in design.
【００１１】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、例えば
数ナノメートルサイズの超微粒子を高密度に、例えば、
ナノメートルオーダの間隔で配置した基板に、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
で高い電子放出サイト密度、例えば、１０6〜１０7／ｃ
ｍ2の電子放出陰極が実現できる。According to the present invention, ultrafine particles having a specific size in the range of nanometers to hundreds of nanometers, for example, a few nanometers, are densely formed, for example,
Since an electron conductive film is formed on a substrate arranged at intervals of nanometers to form an electron emission cathode, a uniform and high electron emission site density, for example, 10 6 to 10 7 / c.
An electron emission cathode of m 2 can be realized.
【００１２】本発明の他の実施態様においては、前記基
板が、ガラス基板である。[0012] In another embodiment of the present invention, the substrate is a glass substrate.
【００１３】本発明によると、ガラス基板を用いて均一
で高い電子放出サイト密度をもつ高放出電流の電子放出
陰極を実現できる。According to the present invention, a high emission current electron emission cathode having a uniform and high electron emission site density can be realized using a glass substrate.
【００１４】本発明のさらに他の実施態様においては、
前記超微粒子の上に、前記電子伝導性膜が突起状に形成
されるものである。In still another embodiment of the present invention,
The electron conductive film is formed on the ultrafine particles in a projecting shape.
【００１５】ここで、突起状とは、必ずしも先端が先鋭
である必要はなく、他の部分に比べて突出して電界が集
中するものであればよい。Here, the projecting shape does not necessarily need to have a sharp tip, but may be any as long as it protrudes compared to other portions and the electric field is concentrated.
【００１６】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、例えば
数ナノメートルサイズの超微粒子の上に形成された突起
状の電子伝導性膜に、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。According to the present invention, the electric field is concentrated on the protruding electron conductive film formed on the ultrafine particles of a specific size in the range of nanometers to hundreds of nanometers, for example, several nanometers. As a result, electrons are emitted, and an electron emission cathode having a uniform and high electron emission site density can be realized.
【００１７】本発明の他の実施態様においては、前記特
定のサイズの超微粒子に、サイズの大きな超微粒子を意
図的に混在させたものである。In another embodiment of the present invention, the ultrafine particles having a specific size are intentionally mixed with the ultrafine particles having a large size.
【００１８】例えば、数ナノメートルサイズの超微粒子
に、数十ナノメートルサイズの超微粒子を設計的に混在
させるものである。For example, ultrafine particles of several tens of nanometers are designed to be mixed with ultrafine particles of several nanometers in size.
【００１９】本発明によると、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をもつ電子放出
陰極を実現できる。According to the present invention, since the ultra-fine particles having a large size protrude higher on the substrate than other ultra-fine particles, the electron conductive film formed on the ultra-fine particles having such a large size has a protrusion. As a result, the electric field is concentrated on this portion, and electrons are emitted, so that an electron emission cathode having a uniform and high electron emission site density according to the design can be realized.
【００２０】本発明のさらに他の実施態様においては、
前記超微粒子が、ダイヤモンドの超微粒子である。In yet another embodiment of the present invention,
The ultrafine particles are ultrafine diamond particles.
【００２１】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基板を処理することによ
り、基板に、ダイヤモンドの超微粒子を高密度に配置で
きる。According to the present invention, ultrafine diamond particles can be arranged on the substrate at a high density by treating the substrate with a colloidal solution of hydrophilic ultrafine diamond particles.
【００２２】本発明の好ましい実施態様においては、前
記電子伝導性膜が、非晶質炭素膜である。In a preferred embodiment of the present invention, the electron conductive film is an amorphous carbon film.
【００２３】本発明によると、この非晶質炭素膜の部分
から電子が放出されることになる。According to the present invention, electrons are emitted from the amorphous carbon film.
【００２４】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
むものである。The method for manufacturing an electron emission cathode of the present invention includes a first step of arranging ultrafine particles on a substrate and a second step of forming an electron conductive film on the substrate on which the ultrafine particles are arranged. It is a thing.
【００２５】本発明によると、基板上に超微粒子を配置
し、電子伝導性膜を形成するので、ナノメートルオーダ
などの所要のサイズの超微粒子を用いることで、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。According to the present invention, since ultra-fine particles are arranged on a substrate to form an electron conductive film, a uniform and high electron emission site density can be obtained by using ultra-fine particles of a required size such as nanometer order. The electron emission cathode can be realized.
【００２６】本発明の一つの実施態様においては、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
液に浸漬する工程を含むものである。In one embodiment of the present invention, the first step is a step of applying a colloidal solution of the ultrafine particles having a specific size in the range of nanometer order to hundred nanometer order on the substrate. The method includes a step of dipping in the colloid solution.
【００２７】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、例えば
数ナノメートルサイズの超微粒子が基板に均一に配置さ
れるので、均一で高い電子放出サイト密度、例えば、１
０6〜１０7／ｃｍ2をもつ電子放出陰極が実現できる。According to the present invention, since ultrafine particles of a specific size in the range of nanometer order to hundred nanometer order, for example, several nanometer size, are uniformly arranged on the substrate, a uniform and high electron emission site density, For example, 1
0 6 ~10 7 / cm 2 can be realized electron emission cathode with.
【００２８】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記基板が、ガラス基板であって、前記第２の工程
では、有磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって前記
電子伝導性膜を形成するものである。[0028] In a further preferred aspect of the present invention, the substrate is a glass substrate, and in the second step, the electron conductive film is formed by a magnetic field microwave plasma CVD method.
【００２９】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。According to the present invention, an electron-conductive film can be formed at a relatively low temperature using a glass substrate, and the distortion due to thermal stress is greatly reduced, so that an electron emission cathode having a uniform and high electron emission site density can be obtained. realizable.
【００３０】本発明の他の実施態様においては、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。In another embodiment of the present invention, the second step includes forming an entire surface of the electron conductive film and forming the electron conductive film at a lower temperature than the entire surface forming step. And a selective forming step of selectively forming on the ultrafine particles.
【００３１】本発明によると、前記超微粒子の上に、前
記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。According to the present invention, the electron conductive film can be selectively formed to protrude on the ultrafine particles, and an electric field is concentrated on this portion to emit electrons.
An electron emission cathode having a uniform and high electron emission site density can be realized.
【００３２】本発明のさらに他の実施態様においては、
前記コロイド溶液は、前記特定のサイズの超微粒子に、
サイズの大きな超微粒子を意図的に混在させたものであ
る。In still another embodiment of the present invention,
The colloid solution, the ultra-fine particles of the specific size,
Large ultra-fine particles are intentionally mixed.
【００３３】本発明によると、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をもつ電子放出
陰極を実現できる。According to the present invention, the ultra-fine particles having a large size protrude higher on the substrate than the other ultra-fine particles. As a result, the electric field is concentrated on this portion, and electrons are emitted, so that an electron emission cathode having a uniform and high electron emission site density according to the design can be realized.
【００３４】[0034]
【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。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００３５】（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。(Embodiment 1) FIG. 1 is a view showing a method of manufacturing an electron emission cathode according to one embodiment of the present invention.
【００３６】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。First, as shown in FIG. 1A, ultrafine diamond particles 2 are arranged on a substrate, in this embodiment, on a glass substrate 1. The ultrafine diamond particles 2 are obtained, for example, by the method for producing hydrophilic diamond fine particles disclosed in Japanese Patent No. 2691884.
【００３７】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。That is, ultrafine diamond particles having a specific size in the range of nanometers to hundreds of nanometers, for example, having an average particle size of several tens nm, for example, 30 nm, are selected and washed, and the purified diamond is cleaned. The ultrafine particles are dispersed in purified water, the dispersion is centrifuged, and the total amount is adjusted by adding alcohol to the supernatant colloid solution. Further, 0.2% of hydrogen fluoride is added and the mixture is centrifuged, and the supernatant is used as a treatment liquid that is a fine particle diamond colloid solution.
【００３８】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。As shown in FIG. 2A, the glass substrate 2 is immersed in the treatment liquid 3 for several minutes and dried as shown in FIG. Ultrafine diamond particles 2 having a self-shaped surface of a selected particle size of several tens nm are arranged and formed on a glass substrate 1.
【００３９】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。As another embodiment of the present invention, the treatment liquid 3 may be dropped by rotating the glass substrate 1 or the treatment liquid 3 may be sprayed on the glass substrate 1.
【００４０】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。The colloidal solution of the hydrophilic fine diamond particles disclosed in the above-mentioned Japanese Patent No. 2691884, that is, the processing solution 3
In the liquid, ultrafine diamond particles are dispersed and suspended in the form of substantially single particles without being aggregated with each other. Can be formed at high density.
That is, the ultrafine diamond particles 2 having a size of several tens nm can be arranged and formed at intervals of several tens nm.
【００４１】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。Next, as shown in FIG. 1B, for example, an electron conductive film is formed at a low temperature by using a magnetic field microwave CVD method. In this embodiment, an amorphous carbon film (DLC: Di
amond Like Carbon) 4.
【００４２】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。For example, the amorphous carbon film 4 is formed under the following synthesis conditions. Note that the synthesis conditions are not limited to these.
【００４３】 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。Microwave power 1.2 kW Magnetic field 87.5 mT Bias voltage +40 V Substrate temperature 150 to 500 ° C. Reaction gas CH 3 OH 15 ml / min + H 2 85 ml / min Next, as shown in FIG. The electron emission cathode according to the present invention is obtained by removing the amorphous carbon film 4 on the ultrafine diamond particles 2 by hydrogen plasma etching.
【００４４】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。The electron emission cathode is arranged as a cold cathode of the FED in a vacuum (about 10 −7 Torr) and opposed to the anode coated with a phosphor, and when a voltage is applied, electrons are extracted into the vacuum. It accelerates and collides with the phosphor to emit light.
【００４５】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。The electron emission cathode of this embodiment has several tens n
An electric field is concentrated on the amorphous carbon film 4 embedded in the diamond ultrafine particles 2 having a size of m at intervals of several tens of nanometers, and an electron emission site can be emitted.
【００４６】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。For this reason, the electron emission site density is, for example, 10 6 to 10 7 / cm 2 , and the current density is, for example, several tens to hundreds of m.
A / cm 2 and the electron emission site density is 10 2 -5 / c
An electron emission cathode having a uniform and high electron emission site density and a high emission current density can be obtained as compared with a conventional example having a current density of m 2 and a current density of 1 mA / cm 2 or less.
【００４７】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。Further, when the emission current from one electron emission site decreases due to the shielding effect, the electric field concentrates on another electron emission site. Therefore, the number of sites acting as electron emission sources is extremely small. Since there are many, long life is guaranteed.
【００４８】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。In addition, since it can be manufactured at a relatively low temperature of about 400 ° C. using a glass substrate, unlike the conventional example using a diamond thin film as an electron emission cathode, the temperature for synthesizing these diamond thin films is 750 to 1000 ° C.
There is no need to raise the temperature to such as C.
【００４９】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。For this reason, the occurrence of distortion due to thermal stress is greatly reduced as compared with the conventional example, and the yield in the device fabrication (glass sealing) step is extremely increased.
【００５０】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。That is, since the electron emission cathode is sealed and packaged as a FED at a temperature of about 400 ° C. using a glass material, the electron emission cathode of the present invention which can be manufactured at a low temperature of about 400 ° C. In addition, dimensional accuracy can be improved by greatly reducing distortion such as thermal stress and substrate warpage due to thermal history.
【００５１】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。In this embodiment, the size of the ultrafine particles is not limited to tens of nm, although the average particle size is several tens nm, for example, 30 nm. The average particle size may be on the order of nanometers from 1 nm to 9 nm, and from 100 nm to 999
nm may be on the order of 100 nanometers, and μ
m (1000 nm), in other words, it is only necessary to emit electrons at a high density.
【００５２】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。That is, the range of the particle size of the ultrafine particles in the present invention covers a wide range from several nm to several μm, and a specific size within the range, for example, the ultrafine particles of 30 nm as described above is used. use.
【００５３】（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。(Embodiment 2) FIG. 3 is a view showing a method of manufacturing an electron emission cathode according to another embodiment of the present invention, and portions corresponding to the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals. Is attached.
【００５４】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。First, in the same manner as in the above-described embodiment, as shown in FIG.
They are arranged and formed at intervals of several tens of nm.
【００５５】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。Next, the amorphous carbon film 4 which is an electron conductive film is formed by using a magnetic field microwave CVD method or the like. First, the film is formed at a relatively high temperature of about 400 ° C.
This is performed on the entire surface as shown in FIG.
【００５６】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。Thereafter, as shown in FIG.
When the film forming process is performed at a relatively low temperature of about 0 ° C., a projecting amorphous carbon film 4 is formed on the ultrafine diamond particles 2.
【００５７】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。The selective film formation on the ultrafine particles 2 is explained by the crystal growth theory.
【００５８】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。In the electron emission cathode of this embodiment, similarly to the electron emission cathode of the above embodiment, a uniform and high electron emission density can be obtained, and thermal stress and distortion due to heat history are greatly reduced. You can do it.
【００５９】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。Further, in the electron emission cathode of this embodiment, since the amorphous carbon film 4 is formed in a projecting shape on the ultrafine diamond particles 2, an electric field is concentrated on the projecting portion. Electrons can be emitted.
【００６０】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。As another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4A, after ultra-fine diamond particles 2 are formed on a glass substrate 1,
As shown in (b), an amorphous carbon film 4 which is an electron conductive film is selected mainly on ultrafine diamond particles 2 at a relatively low temperature of about 200 ° C. by using a magnetic field microwave CVD method or the like. To form a protruding amorphous carbon film 4, and then, as shown in FIG.
The formation of the amorphous carbon film 4 may be performed over the entire surface at a relatively high temperature of about C.
【００６１】（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。(Embodiment 3) FIG. 5 is a view showing a method of manufacturing an electron emission cathode according to still another embodiment of the present invention. Assign a sign.
【００６２】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。FIG. 5 shows each of the above-described embodiments.
It is a diagram smaller than that of FIG.
【００６３】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。In each of the above-described embodiments, ultrafine diamond particles 2 having an average particle diameter of approximately several tens of nanometers are used as ultrafine particles of a specific size. Diamond in which ultra-fine diamond particles 2 'having a large size, for example, an average particle diameter of several tens of nanometers 2' are designed and mixed into ultra-fine diamond particles 2 having a specific size of several nanometers. Are used.
【００６４】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。That is, as the above-mentioned processing solution which is the diamond colloid solution of the ultrafine particles shown in FIG. A solution in which ultrafine diamond particles 2 'of 10 nm are mixed at a mixing ratio according to the design is used.
【００６５】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。The mixing ratio of the ultrafine diamond particles 2 'of several tens of nanometers to the ultrafine diamond particles 2 of several nanometers is, for example, about 10%, but this mixing ratio is arbitrary in design. Should be selected.
【００６６】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。In this embodiment, as shown in FIG. 5A, a glass substrate is treated with a treatment liquid in which ultrafine diamond particles having different sizes are designed and mixed. Diamond ultrafine particles 2 and 2 ′ including large ultrafine particles can be arranged and formed. The size relationship between the particles to be mixed is wide, and the determination depends on the design policy.
【００６７】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。Next, as shown in FIG. 5B, the amorphous carbon film 4 which is an electron conductive film is formed at a relatively high temperature of, for example, about 400.degree. To form a film over the entire surface.
【００６８】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。In the electron emission cathode of this embodiment, similarly to the electron emission cathode of the above embodiment, a uniform and high electron emission density can be obtained, and thermal stress and distortion due to heat history are greatly reduced. You can do it.
【００６９】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。Furthermore, since the electron emission cathode of this embodiment is designed to mix large diamond ultrafine particles 2 ′, the amorphous carbon ultrafine particles 2 ′ on the large diamond ultrafine particles 2 ′ are mixed. The film 4 has a protruding shape higher than the other portions, so that the electric field is concentrated and electrons can be designedly emitted.
【００７０】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。The number and interval of the portions where the electric field is concentrated can be designed and defined by the mixing ratio of ultrafine diamond particles having different sizes.
【００７１】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。In this embodiment, although the ultrafine particles having a large size have an average particle size of several tens nm,
The size is not limited to m, and as long as the electric field can be concentrated, the size may be smaller or larger.
【００７２】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。In this embodiment, the treatment is performed with a colloid solution in which ultrafine diamond particles of different sizes are mixed. However, as another embodiment of the present invention, for example, a treatment is performed with a colloid solution of ultrafine diamond particles of small size. After that, the particles may be treated with a colloid solution of ultra-fine diamond particles of a large size, and ultra-fine particles of diamond of different sizes may be mixed and arranged on the substrate.
【００７３】（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、ＩＴ
Ｏ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。(Other Embodiments) As another embodiment of the present invention, as shown in FIG.
O film 5, carbon film or amorphous carbon film (DLC film)
Or the like, and the ultrafine diamond particles 2 may be arranged and formed thereon.
【００７４】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。In each of the above embodiments, the substrate is
Although a glass substrate was used, not only a glass substrate but also a silicon substrate, a ceramic substrate, a molybdenum substrate, or other substrates may be used.In particular, a substrate having high electron conductivity, for example, n + silicon, graphite, metal The source of the field emission electrons can also be used by using such a method.
【００７５】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。In each of the above embodiments, diamond was used as ultrafine particles. However, as another embodiment of the present invention, spherical or particulate graphite such as fullerene (trade name) is mixed with ultrafine diamond particles. Alternatively, ultrafine particles of spherical or particulate graphite, silica, alumina, titanium oxide, gold, nickel or palladium may be used instead of ultrafine diamond particles.
【００７６】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。In each of the above embodiments, an amorphous carbon film (DLC film) is formed as an electron conductive film. However, as another embodiment of the present invention, a DLC film containing a large amount of SP 2 component is used.
A film or a graphite film may be formed.
【００７７】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。In each of the above embodiments, the electron conductive film is formed mainly by the magnetic field microwave plasma CVD method, but a hot filament method, a cathode arc method, or another method may be used.
【００７８】[0078]
【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。As described above, according to the present invention, an electron conductive film such as an amorphous carbon film is formed on a substrate on which ultrafine particles of a required size such as nanometers are designed and arranged. Thus, an electron emission cathode having a uniform, long life and high electron emission site density can be realized.
【００７９】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。Further, since it can be manufactured at a low temperature using a glass substrate, thermal stress and distortion due to heat history can be greatly reduced, and dimensional accuracy can be improved.
【００８０】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。By forming an electron-conductive film on the ultrafine particles in a projecting manner or by mixing large-sized ultrafine particles in design, the electron conduction film on the projecting or large-sized ultrafine particles can be obtained. The electric field is concentrated on the conductive film, and electrons are emitted.
【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。FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing method according to one embodiment of the present invention.
【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。FIG. 2 is a view showing a method of forming ultrafine diamond particles on the glass substrate of FIG. 1;
【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。FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
【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。FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing method according to still another embodiment of the present invention.
【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。FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
【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。FIG. 6 is a diagram showing a manufacturing method according to still another embodiment of the present invention.
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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass substrate 2, 2 'diamond ultrafine particle 3 Processing liquid 4 Amorphous carbon film 5 ITO film
Claims (12)
性膜が形成されてなる電子放出陰極。An electron emission cathode comprising an electron conductive film formed on a substrate on which ultrafine particles are arranged.
ら百ナノメートルオーダの範囲内の特定のサイズである
請求項１記載の電子放出陰極。2. The electron emission cathode according to claim 1, wherein the ultrafine particles have a specific size in a range from nanometer order to hundred nanometer order.
または２記載の電子放出陰極。3. The substrate according to claim 1, wherein said substrate is a glass substrate.
Or the electron-emitting cathode according to 2.
が突起状に形成される請求項１ないし３のいずれかに記
載の電子放出陰極。4. The electron emission cathode according to claim 1, wherein said electron conductive film is formed in a projecting shape on said ultrafine particles.
の大きな超微粒子を混在させた請求項１ないし３のいず
れかに記載の電子放出陰極。5. The electron emission cathode according to claim 1, wherein the ultrafine particles having a specific size are mixed with ultrafine particles having a large size.
子である請求項１ないし５のいずれかに記載の電子放出
陰極。6. The electron emission cathode according to claim 1, wherein the ultrafine particles are ultrafine diamond particles.
る請求項１ないし６のいずれかに記載の電子放出陰極。7. The electron emission cathode according to claim 1, wherein said electron conductive film is an amorphous carbon film.
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の工程とを含むことを特徴とする電子放出陰極の
製造方法。8. An electron emission cathode, comprising: a first step of disposing ultrafine particles on a substrate; and a second step of forming an electron conductive film on the substrate on which the ultrafine particles are disposed. Production method.
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む
請求項８記載の電子放出陰極の製造方法。9. The method according to claim 1, wherein the first step is a step of applying a colloidal solution of the ultrafine particles having a specific size in a range of nanometer order to 100 nanometer order on the substrate, or immersing the substrate in the colloidal solution. 9. The method for producing an electron emission cathode according to claim 8, comprising the step of:
記第２の工程では、有磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ法
によって前記電子伝導性膜を形成する請求項８ないし９
のいずれかに記載の電子放出陰極の製造方法。10. The electronic substrate according to claim 8, wherein the substrate is a glass substrate, and in the second step, the electron conductive film is formed by a magnetic field microwave plasma CVD method.
The method for producing an electron emission cathode according to any one of the above.
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請求項１０記載の電
子放出陰極の製造方法。11. The second step includes: forming an entire surface of the electron conductive film on the entire surface; and selectively depositing the electron conductive film on the ultrafine particles at a lower temperature than the entire surface forming step. The method for manufacturing an electron emission cathode according to claim 10, comprising a selective forming step of forming.
ズの超微粒子に、サイズの大きな超微粒子を混在させた
ものである請求項９記載の電子放出陰極の製造方法。12. The method for manufacturing an electron emission cathode according to claim 9, wherein the colloid solution is a mixture of ultrafine particles of a specific size and ultrafine particles of a large size.
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|---|---|---|---|---|
| JP2004362959A (en) * | 2003-06-05 | 2004-12-24 | Akio Hiraki | Electron emitting element and manufacturing method of the same |
| JP2006286563A (en) * | 2005-04-05 | 2006-10-19 | Sonac Kk | Electron emitter and its manufacturing method |
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| JP2008027781A (en) * | 2006-07-24 | 2008-02-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Diamond electron emitting element, and its manufacturing method |
| EP1942515A1 (en) * | 2007-01-03 | 2008-07-09 | Tatung Company | Electron-emitting source and field emission display using the same |
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