電子エミッタおよびその製造方法
【課題】従来の電子エミッタを用いたことによる諸課題を解決し、かつ、従来の電子エミッタと比較して高い発光効率等に優れた電子エミッタを提供すること。
【解決手段】本電子エミッタは、基板２上にほぼ均等な粒径を有するカーボン膜成長用の金属触媒微粒子４が多数配置され、多数の金属触媒微粒子４上に電子放出用カーボン膜６が金属触媒微粒子２の粒子形状を反映した形状に成長していることを特徴とするものである。
【解決手段】本電子エミッタは、基板２上にほぼ均等な粒径を有するカーボン膜成長用の金属触媒微粒子４が多数配置され、多数の金属触媒微粒子４上に電子放出用カーボン膜６が金属触媒微粒子２の粒子形状を反映した形状に成長していることを特徴とするものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放射により電子を放出する電子エミッタおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子エミッタを用いた表示装置は、カソード側に配置されてアノード側との間で印加される電界によりアノード側に向けて電子を放出してアノード側の蛍光体に衝突することによって蛍光体を励起発光させるようになっている（特許文献１参照。）。このような電子エミッタは、冷陰極とも呼ばれるものであり、常温においても電子を効率的に放出することができるので、高温に加熱する必要がなく、また、印加電圧に対する電子放出の効果も高いので、低電圧で微小な電界でも電子放出を行うことができるなどの特質がある。そのため、従来から各種の電子エミッタが開発されてきている。このような電子エミッタには、アノード側に向けて円錐形とした電子エミッタ（スピント型）や、カーボンナノチューブ等のカーボンファイバを用いた電子エミッタ（カーボンファイバ型）や、基板上に設けたダイヤモンド微粒子をシードとし、その上にカーボン膜を成膜した電子エミッタ（ダイヤモンドシーディング型）がある。上記スピント型では、エミッタ先端を鋭利に形成する必要があり、このような鋭利な先端を備えるエミッタを高精度に形成することは極めて困難であること、放出電流量に寄与する各エミッタ先端の形状を均一に形成することが困難であること、エミッタ材料である半導体や金属の表面状態が不安定で極端な温度環境に対する耐性にも劣ること、発光点密度が低いこと、などの課題がある。上記カーボンファイバ型では、アスペクト比が大きく長細であるために、先端が電子放出の熱で微量酸素の存在下で燃焼したりゆらいだりして発光のちらつきがあること、長さが不均一になりやすいことによる発光輝度が不均一になりやすいこと、などの課題がある。上記ダイヤモンドシーディング型では、ダイヤモンド微粒子の粒径が２００ｎｍにも達するものであり、発光点密度に限界があるうえ、ダイヤモンド微粒子の粒径にばらつきがあるために、ダイヤモンド微粒子上に成膜されるカーボン系膜の膜厚（基板からの高さ）がばらつき、電子放出特性が安定化しにくく発光特性が悪い上にダイヤモンド材料のコストが高くつく、などの課題がある。
【特許文献１】特開２００１−２３５５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、本発明が解決しようする課題は、従来のスピント型、カーボンファイバ型、ダイヤモンドシーディング型のいずれよりも、発光点密度を高くし、発光特性を安定化させ、コストをより低減させることに寄与することができる電子エミッタおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の電子エミッタは、基板上にほぼ均等な粒径を有するｎｍ（ナノメートル）サイズのカーボン膜成長用金属触媒微粒子が多数配置され、多数の金属触媒微粒子上に電子放出用カーボン膜が金属触媒微粒子の粒子形状を反映した形状に成長していることを特徴とするものである。
【０００５】
上記第１の電子エミッタによると、金属触媒微粒子上に電子放出用のカーボン膜が形成され、かつ、そのカーボン膜がｎｍサイズの金属触媒微粒子の粒子形状を反映した構造であるから、電子放出箇所が金属触媒微粒子の配置個数だけ存在することが可能となって、電子放出用カーボン膜から放出する電子で発光する蛍光体上の発光点密度が向上し、かつ、金属触媒微粒子の粒径が均等であるから、電子放出用カーボン膜の電子放出部と蛍光体との距離とがほぼ均一化される結果、蛍光体での発光特性が極めて安定化する。したがって、第１の電子エミッタでは、スピント型のごとくエミッタ先端の加工、それに伴う加工コスト、エミッタ先端形状の均一な形成、低発光点密度といった課題は無く、カーボンファイバ型のごとくアスペクト比が大きくかつ長さ不揃いに起因した発光ちらつき等の課題は無く、ダイヤモンドシーディング型のごとくダイヤモンド微粒子の粒径の不均一に起因した課題も無い。
【０００６】
本発明の第２の電子エミッタは、基板上にほぼ均等な粒径を有するｎｍサイズのカーボン膜成長用金属触媒微粒子が多数配置形成され、多数の金属触媒微粒子上にエッチングレートが早い中間介在カーボン膜が成膜されており、多数の中間介在カーボン膜の先端にエッチングレートが遅い電子放出起点用カーボン微粒子が配置されていることを特徴とするものである。
【０００７】
上記第２の電子エミッタによると、金属触媒微粒子上に中間介在カーボン膜が配置され、その中間介在カーボン膜の先端に中間介在カーボン膜よりもエッチングレートが遅い電子放出起点用カーボン微粒子が配置支持されているので、電子放出起点用カーボン微粒子が金属触媒微粒子の配置個数だけ形成することが可能となって、電子エミッタを用いた発光装置の蛍光体上での発光点密度が向上し、かつ、金属触媒微粒子が基板上にほぼ均等な粒径で配置されているので、蛍光体と電子放出起点用カーボン微粒子との距離が安定化し、発光特性が極めて安定化する。したがって、第２の電子エミッタでは、スピント型のごとくエミッタ先端の加工、それに伴う加工コスト、エミッタ先端形状の均一な形成、低発光点密度といった課題は無く、カーボンファイバ型のごとくアスペクト比が大きくかつ長さ不揃いに起因した発光ちらつき等の課題は無く、ダイヤモンドシーディング型のごとくダイヤモンド微粒子の粒径の不均一に起因した課題も無い。
【０００８】
また、第２の電子エミッタによると、電子放出起点用カーボン微粒子のカーボン材料が、ダイヤモンド、アモルファスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバーのいずれかであり、中間介在カーボン膜のカーボン材料が、上記カーボン材料よりもエッチングレートが早いカーボン材料であることが好ましい。ダイヤモンド微粒子が高抵抗であるが負の電子親和力を持つので高効率に電子放出することができる一方、中間介在カーボン膜に用いる上記カーボン材料はダイヤモンド微粒子よりも低抵抗であるので、基板とダイヤモンド微粒子との間に介在してダイヤモンド微粒子に電流を容易に供給することができるので、全体として高効率な電子放出特性を安定して維持することができる電子エミッタを提供することができる。
【０００９】
本発明の第３の電子エミッタは、基板上にほぼ均等な粒径を有するｎｍサイズのカーボン膜成長用金属触媒微粒子が多数配置形成され、多数の金属触媒微粒子上に電子放出用カーボン膜が選択的に成長していることを特徴とするものである。
【００１０】
第３の電子エミッタでは、電子放出用カーボン膜が金属触媒微粒子上に形成されているので、電子放出箇所である電子放出用カーボン膜が金属触媒微粒子の配置個数だけ存在することが可能となって、電子放出用カーボン膜から放出する電子で発光する蛍光体上の発光点密度が向上し、かつ、金属触媒微粒子の粒径が均等であるから、金属触媒微粒子上に成長する電子放出用カーボン膜の電子放出部と蛍光体との距離とがほぼ均一化される結果、蛍光体での発光特性が極めて安定化する。したがって、第３の電子エミッタでは、スピント型のごとくエミッタ先端の加工、それに伴う加工コスト、エミッタ先端形状の均一な形成、低発光点密度といった課題は無く、カーボンファイバ型のごとくアスペクト比が大きくかつ長さ不揃いに起因した発光ちらつき等の課題は無く、ダイヤモンドシーディング型のごとくダイヤモンド微粒子の粒径の不均一に起因した課題も無い。
【００１１】
第1から第3までの電子エミッタにおいては、該電子エミッタから放出される電子が蛍光体に衝突して該蛍光体が励起発光するときの該蛍光体上での発光点密度が１平方ミリメートル当たり１０7個〜１０12個であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電子エミッタは、従来のスピント型、カーボンファイバ型、ダイヤモンドシーディング型のいずれよりも、発光点密度が高く、発光特性が安定化し、製造コストが安価に済むものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電子エミッタとその製造方法を説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る電子エミッタ（第１の電子エミッタ）を概念的に示す断面図である。第１の電子エミッタでは、基板材料として、半導体基板、金属基板、ガラス上に金属薄膜を成膜したものなど、伝導性のあるものすべてが適用される。実施の形態ではシリコン基板２である。このシリコン基板２上にｎｍサイズ、例えば粒径１ｎｍ〜１５ｎｍのカーボン膜成長用の金属触媒微粒子４が例えば基板２上に形成した金属薄膜に対するスパッタ法あるいは加熱処理法がある。加熱の場合の温度は４００〜８００℃が好ましい。金属触媒微粒子４は、鉄、コバルト、ニッケル等、主に遷移金属である。金属触媒微粒子４は、互いに密着していてもよく、あるいは、数ｎｍ以下の間隔で離れていてもよい。加熱処理はアニール処理が好ましい。
【００１５】
上記処理により、金属触媒微粒子４は凝集（シンタリング）することなく適宜な間隔で分散しかつその表面形状をほぼ球形でかつほぼ均等な粒径に形成することができる。この場合、本実施の形態では金属触媒微粒子４が球形であることに限定されない。
【００１６】
この金属触媒微粒子４上に該金属触媒微粒子４の粒子形状を反映した電子放出用カーボン膜６が成長により形成されている。電子放出用カーボン膜６の成長の手法は限定されないが、例えばクラスタイオンビーム法、プラズマイオンビーム法等がある。このイオンビーム法には、カソ−ディックアーク成膜法がある。このカソ−ディックアーク成膜法は、低速のカーボンイオンのエネルギーを用いて基板２の金属触媒微粒子４上に電子放出用カーボン膜６を成膜するものである。具体的に、このカソ−ディックアーク成膜法は、電子放出用カーボン膜６を自己整合的にカーボン膜を成膜形成する成膜法であり、カソードからカーボンターゲットに対しアーク放電させてカーボンイオンを含むプラズマを発生させるとともに、このプラズマをアノード上に載置した基板に照射して、プラズマ中にある低速のカーボンイオンにより電子放出用カーボン膜６を成膜するものである。
【００１７】
金属触媒微粒子４は粒径がほぼ均等となった状態で基板２上に配置されているので、電子放出用カーボン膜６は上記成膜法によりほぼ均等な膜厚で金属触媒微粒子４上に成膜される。この場合、電子放出用カーボン膜６の表面形状は金属触媒微粒子４の粒子形状を反映した形状になっている。金属触媒微粒子４の粒径が例えば１ｎｍ〜１５ｎｍであるために、電子放出用カーボン膜６の凸形状の曲率は、スピント型やカーボンナノチューブ等のカーボンファイバ型と同等程度で、電子放出性能を発揮するに十分に鋭利な形状となっている。また、金属触媒微粒子４の配置間隔は連続あるいは数ｎｍ以下の配置間隔であるので、スピント型よりも高密度な電子放出が可能となっているとともに、さらには、金属触媒微粒子４の粒径がほぼ均等であるために、電子放出用カーボン膜６の膜厚も均等となり、基板２からの電子放出用カーボン膜６の多数の凸面の高さは均一となり、蛍光体へ向けての電子放出量はほぼ同等となり、均一な発光が可能となり、発光のちらつきは解消される上、発光輝度を十分に確保することができるものとなる。
【００１８】
図２を参照して、第１の電子エミッタの製造方法を説明する。最初に、図２（ａ）のように基板２上にほぼ均等な粒径例えば１ｎｍ〜１５ｎｍ程度の金属触媒微粒子４を分散配置する。金属触媒微粒子４としては鉄、ニッケル、コバルト、白金、パラジウム等、またはこれらの合金がある。この配置の手法は、スパッタリング、例えば、電子ビームスパッタリングとか、基板２上に形成した金属薄膜に対して常温〜８００℃、好ましくは、４００〜８００℃のアニール処理することにより金属触媒微粒子４を形成することができる。あるいは、基板２上に金属触媒微粒子４を散布する方法でもよく、一般的には、基板２上に触媒となる金属の薄膜を蒸着し、次いで加熱処理することでも微粒子化することができる。この加熱には、アニール処理があるが、抵抗加熱法などを用いることもできる。金属触媒微粒子４は、１ｎｍ〜１５ｎｍ程度の粒径でかつ全体的に粒径がほぼ均等でかつ一様に連続状ないしは数ｎｍ以下の配置間隔で配置形成されている。このため金属触媒微粒子４の基板２上からの高さはほぼ同じであり、金属触媒微粒子４の表面は一様に連続した凹凸表面となっている。
【００１９】
次いで、図２（ｂ）のように金属触媒微粒子４上に電子放出用カーボン膜６を成長させる。電子放出用カーボン膜６は例えばカソ−ディックアーク成膜法により成膜する。この成膜に際しては、電子放出用カーボン膜６の表面形状は金属触媒微粒子４の粒子形状に追随した形状に制御される。以上の工程を経て第１の電子エミッタを製造することができる。
【００２０】
第１の電子エミッタにおいては、金属触媒微粒子４上に電子放出用カーボン膜６が成長し、かつ、この成長した電子放出用カーボン膜６が金属触媒微粒子４の粒子形状を反映した構造としたから、電子放出箇所を金属触媒微粒子４の配置個数だけ存在させることが可能となるとともに電子放出しやすい構造となり、これによって、発光点密度が向上し、発光特性が安定化する。
【００２１】
第１の電子エミッタでは、スピント型のごとくエミッタ先端の加工、それに伴う加工コスト、エミッタ先端形状の均一な形成、低発光点密度といった課題は無く、カーボンファイバ型のごとくアスペクト比が大きくかつ長さ不揃いに起因した発光ちらつき等の課題は無く、ダイヤモンドシーディング型のごとくダイヤモンド微粒子の粒径の不均一に起因した課題も無い。以上から、第１の電子エミッタでは、アノードに蛍光体を配置し、この蛍光体に向けて電子放出して励起発光させる発光装置等に組み込んだ場合、従来の電子エミッタでは到底得ることが困難か、あるいは得ることができなかった均一で安定した発光特性を提供することができる。
【００２２】
図３を参照して他の実施の形態に係る電子エミッタ（第２の電子エミッタ）を説明する。第２の電子エミッタは、基板２上にほぼ均等な粒径を有するカーボン膜成長用の金属触媒微粒子４を配置するとともに、この金属触媒微粒子４の上に中間介在カーボン膜８を成長させ、この中間介在カーボン膜８上に金属触媒微粒子４の配置間隔に対応して中間介在カーボン膜８よりもエッチングレートが遅い例えばダイヤモンド微粒子からなる電子放出起点用カーボン微粒子１０を分散させ、中間介在カーボン膜８と電子放出起点用カーボン微粒子１０とのエッチングレートとの違いを利用して例えばプラズマエッチングや反応性イオンエッチングにより、中間介在カーボン膜８を電子放出起点用カーボン微粒子１０間においてエッチング除去して構成されている。電子放出起点用カーボン微粒子１０は、電子放出を行うものであるから電子放出用カーボン微粒子とも称することができるが、本明細書では微小であるので電子放出の起点として電子放出起点用カーボン微粒子と称している。また、中間介在カーボン膜８は金属触媒微粒子４と電子放出起点用カーボン微粒子１０との間（中間）に介在して、電子放出起点用カーボン微粒子１０の電子放出性能に寄与するものである。
【００２３】
より具体的には、第２の電子エミッタは、シリコン基板２上に鉄、コバルト、ニッケル等のｎｍサイズ、例えば粒径１ｎｍ〜１５ｎｍの金属触媒微粒子４を例えば電子ビームスパッタリングあるいは金属薄膜に対する４００〜８００℃のアニール処理により配置している。金属触媒微粒子４の配置間隔は、密着していても数ｎｍ以下の間隔で離れていてもよい。この金属触媒微粒子４上に該金属触媒微粒子４の粒子形状を反映した中間介在カーボン膜８が成長している。中間介在カーボン膜８の成長の手法は第１の電子エミッタのそれと同様である。
【００２４】
そして、第２の電子エミッタにおいては、中間介在カーボン膜８上に金属触媒微粒子４の配置間隔に対応してダイヤモンド微粒子等の電子放出起点用カーボン微粒子１０を分散させて配置し、中間介在カーボン膜８と電子放出起点用カーボン微粒子１０とのエッチングレートの違いを利用して電子放出起点用カーボン微粒子１０間の中間介在カーボン膜８をエッチング除去して構成したものである。
【００２５】
実施の形態では電子放出起点用カーボン微粒子１０をダイヤモンド微粒子１０とし、中間介在カーボン膜８をダイヤモンド以外のカーボン材料とするが、これに限定されない。例えば、電子放出起点用カーボン微粒子１０をアモルファスカーボン膜、ダイヤモンドライクカーボン膜でもよい。中間介在カーボン膜８のカーボン材料は、電子放出起点用カーボン微粒子１０よりもエッチングレートが早いカーボン材料であれば良い。例えば、電子放出起点用カーボン微粒子１０がダイヤモンド微粒子であれば、中間介在カーボン膜８のカーボン材料は、グラファイト、アモルファスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン、フラーレンライクカーボン、カーボンナノチューブなどとすることができる。ダイヤモンド微粒子１０は、高抵抗材料である。ダイヤモンド微粒子１０には、人工合成ダイヤモンド、ピュアなダイヤモンドがある。ダイヤモンドは高抵抗であるために、基板２とバックコンタクトを確保しにくいので、基板２からの電流注入が困難である。そこで、基板２とダイヤモンド微粒子１０との間に中間介在カーボン膜８を介在させている。中間介在カーボン膜８のカーボン材料はダイヤモンドよりも電子親和力が大きいので仕事関数はダイヤモンドよりも大きく、真空中への電子放出に用いずに、その低抵抗を利用してバックコンタクトと、ダイヤモンド微粒子１０への電流輸送に供することができる。一方、ダイヤモンド微粒子１０は負の電子親和力を持つので高効率に電子放出することができる。また、ダイヤモンド微粒子１０の粒径は、１〜２００ｎｍであり、好ましくは１〜５０ｎｍ、より好ましくは１〜１５ｎｍである。
【００２６】
第２の電子エミッタにおいては、多数の金属触媒微粒子４上に、中間介在カーボン膜８と電子放出起点用カーボン微粒子１０とが２層構造に配置されているので、電子放出箇所が金属触媒微粒子４の配置個数だけ存在することになって、第１の電子エミッタの場合と同様の理由で発光点密度が向上し、また、第１の電子エミッタの場合と同様の理由で発光特性が安定化し、製造コストを低減することができる。また、電子放出起点用カーボン微粒子１０は粒径が微小であるので、強電界集中が可能であり、電子放出することができる。上記構成の第２の電子エミッタでは、中間介在カーボン膜８が成膜されて基板２上からは均等な高さで形成することができるので、中間介在カーボン膜８上に配置される電子放出起点用カーボン微粒子１０は基板２上から一様な高さで整列されることになり、その結果、電子放出起点高さが均等化し、発光強度が均一化される。また、金属触媒微粒子４の配置間隔および配置個数で電子放出起点用カーボン微粒子１０を配置することができるから発光点密度が高くなり発光特性を向上することができる。さらに、電子放出起点用カーボン微粒子１０をダイヤモンドで構成した場合、ダイヤモンドが高抵抗であっても、中間介在カーボン膜８がダイヤモンド以外のカーボン材料とすると、このカーボン材料はダイヤモンドよりも低抵抗で導電性が高いので、電子放出起点用カーボン微粒子１０に対する電流供給量を増加できるので、電子放出起点用カーボン微粒子１０は電子放出を行う起点となることができる。さらには、中間介在カーボン膜８と電子放出起点用カーボン微粒子１０とのエッチングレートの相違を利用するので、製造工程が簡略に済む一方で、高精度（電子放出起点高さの整列度、電子放出起点の配置密度等）に電子放出起点用カーボン微粒子１０を配置することができる。
【００２７】
第２の電子エミッタでは、第１の電子エミッタと同様に、スピント型のごとくエミッタ先端の加工、それに伴う加工コスト、エミッタ先端形状の均一な形成、低発光点密度といった課題は無く、カーボンファイバ型のごとくアスペクト比が大きくかつ長さ不揃いに起因した発光ちらつき等の課題は無く、ダイヤモンドシーディング型のごとくダイヤモンド微粒子の粒径の不均一に起因した課題も無い。以上から、第２の電子エミッタでは、アノードに蛍光体を配置し、この蛍光体に向けて電子放出して励起発光させる発光装置等に組み込んだ場合、従来の電子エミッタでは到底得ることが困難か、あるいは得ることができなかった均一で安定した発光特性を提供することができる。
【００２８】
図４を参照して第２の電子エミッタの製造方法を説明すると、まず、図４（ａ）のように基板２上に金属触媒微粒子４を配置する。この配置の手法は、実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。
【００２９】
次いで、図４（ｂ）のように金属触媒微粒子４上に中間介在カーボン膜８を成膜する。この中間介在カーボン膜８の成膜方法は、第１の電子エミッタでの電子放出用カーボン膜６の成膜方法と同様でよいので、詳細は省略する。
【００３０】
次いで、図４（ｃ）のように中間介在カーボン膜８上に中間介在カーボン膜８よりもエッチングレートが遅い電子放出起点用カーボン微粒子１０を分散配置する。電子放出起点用カーボン微粒子１０としてダイヤモンド微粒子で構成した場合を説明する。ダイヤモンド微粒子は、ダイヤモンド結晶構造を有する炭素の同位体である。ダイヤモンド微粒子１０は市販品が入手可能になっている。まず、ダイヤモンド微粒子を純水あるいはアルコール系溶剤、炭化水素系溶剤、等に懸濁し、超音波分散してコロイド溶液中に分散させる。このコロイド溶液に粘度調整剤を添加するなどして、このコロイド溶液を中間介在カーボン膜８上にスピンコート法やカーテンコート法等で塗布する。その後、コロイド溶液を加熱乾燥して溶剤や添加剤を除去することにより、中間介在カーボン膜８上にダイヤモンド微粒子１０を分散配置することができる。
【００３１】
次いで、図４（ｄ）のように中間介在カーボン膜８と電子放出起点用カーボン微粒子１０とのエッチングレートの相違を利用して電子放出起点用カーボン微粒子１０間の中間介在カーボン膜８を異方性エッチングする。この異方性エッチングには、例えば、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング、イオンミリング、クラスタイオンビームエッチング等を利用することができる。
【００３２】
以上の工程により、第２の電子エミッタを製造することができる。
【００３３】
図５を参照してさらに他の実施の形態に係る電子エミッタ（第３の電子エミッタ）を説明すると、第３の電子エミッタは、第１の電子エミッタと同様に、シリコン基板２上に金属触媒微粒子４が配置されているが、第１の電子エミッタとは異なって、金属触媒微粒子４上に電子放出用カーボン膜１２が選択的に成長して形成されていることである。第３の電子エミッタにおいても、第１の電子エミッタと同様の作用効果を発揮することができる。第３の電子エミッタの製造方法は、特に図面で図示して説明しないが、基板上にカーボン膜成長用の金属触媒微粒子を多数配置する工程と、多数の金属触媒微粒子上に電子放出用カーボン膜を選択的に成長させる工程とを備えたものである。
【００３４】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施の形態に係る電子エミッタの概念的な断面図である。
【図２】図１の電子エミッタの製造工程図である。
【図３】他の実施の形態に係る電子エミッタの概念的な断面図である。
【図４】図３の電子エミッタの製造工程図である。
【図５】さらに他の実施の形態に係る電子エミッタの概念的な断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
２ 基板
４ 金属触媒微粒子
６ カーボン膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放射により電子を放出する電子エミッタおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子エミッタを用いた表示装置は、カソード側に配置されてアノード側との間で印加される電界によりアノード側に向けて電子を放出してアノード側の蛍光体に衝突することによって蛍光体を励起発光させるようになっている（特許文献１参照。）。このような電子エミッタは、冷陰極とも呼ばれるものであり、常温においても電子を効率的に放出することができるので、高温に加熱する必要がなく、また、印加電圧に対する電子放出の効果も高いので、低電圧で微小な電界でも電子放出を行うことができるなどの特質がある。そのため、従来から各種の電子エミッタが開発されてきている。このような電子エミッタには、アノード側に向けて円錐形とした電子エミッタ（スピント型）や、カーボンナノチューブ等のカーボンファイバを用いた電子エミッタ（カーボンファイバ型）や、基板上に設けたダイヤモンド微粒子をシードとし、その上にカーボン膜を成膜した電子エミッタ（ダイヤモンドシーディング型）がある。上記スピント型では、エミッタ先端を鋭利に形成する必要があり、このような鋭利な先端を備えるエミッタを高精度に形成することは極めて困難であること、放出電流量に寄与する各エミッタ先端の形状を均一に形成することが困難であること、エミッタ材料である半導体や金属の表面状態が不安定で極端な温度環境に対する耐性にも劣ること、発光点密度が低いこと、などの課題がある。上記カーボンファイバ型では、アスペクト比が大きく長細であるために、先端が電子放出の熱で微量酸素の存在下で燃焼したりゆらいだりして発光のちらつきがあること、長さが不均一になりやすいことによる発光輝度が不均一になりやすいこと、などの課題がある。上記ダイヤモンドシーディング型では、ダイヤモンド微粒子の粒径が２００ｎｍにも達するものであり、発光点密度に限界があるうえ、ダイヤモンド微粒子の粒径にばらつきがあるために、ダイヤモンド微粒子上に成膜されるカーボン系膜の膜厚（基板からの高さ）がばらつき、電子放出特性が安定化しにくく発光特性が悪い上にダイヤモンド材料のコストが高くつく、などの課題がある。
【特許文献１】特開２００１−２３５５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、本発明が解決しようする課題は、従来のスピント型、カーボンファイバ型、ダイヤモンドシーディング型のいずれよりも、発光点密度を高くし、発光特性を安定化させ、コストをより低減させることに寄与することができる電子エミッタおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の電子エミッタは、基板上にほぼ均等な粒径を有するｎｍ（ナノメートル）サイズのカーボン膜成長用金属触媒微粒子が多数配置され、多数の金属触媒微粒子上に電子放出用カーボン膜が金属触媒微粒子の粒子形状を反映した形状に成長していることを特徴とするものである。
【０００５】
上記第１の電子エミッタによると、金属触媒微粒子上に電子放出用のカーボン膜が形成され、かつ、そのカーボン膜がｎｍサイズの金属触媒微粒子の粒子形状を反映した構造であるから、電子放出箇所が金属触媒微粒子の配置個数だけ存在することが可能となって、電子放出用カーボン膜から放出する電子で発光する蛍光体上の発光点密度が向上し、かつ、金属触媒微粒子の粒径が均等であるから、電子放出用カーボン膜の電子放出部と蛍光体との距離とがほぼ均一化される結果、蛍光体での発光特性が極めて安定化する。したがって、第１の電子エミッタでは、スピント型のごとくエミッタ先端の加工、それに伴う加工コスト、エミッタ先端形状の均一な形成、低発光点密度といった課題は無く、カーボンファイバ型のごとくアスペクト比が大きくかつ長さ不揃いに起因した発光ちらつき等の課題は無く、ダイヤモンドシーディング型のごとくダイヤモンド微粒子の粒径の不均一に起因した課題も無い。
【０００６】
本発明の第２の電子エミッタは、基板上にほぼ均等な粒径を有するｎｍサイズのカーボン膜成長用金属触媒微粒子が多数配置形成され、多数の金属触媒微粒子上にエッチングレートが早い中間介在カーボン膜が成膜されており、多数の中間介在カーボン膜の先端にエッチングレートが遅い電子放出起点用カーボン微粒子が配置されていることを特徴とするものである。
【０００７】
上記第２の電子エミッタによると、金属触媒微粒子上に中間介在カーボン膜が配置され、その中間介在カーボン膜の先端に中間介在カーボン膜よりもエッチングレートが遅い電子放出起点用カーボン微粒子が配置支持されているので、電子放出起点用カーボン微粒子が金属触媒微粒子の配置個数だけ形成することが可能となって、電子エミッタを用いた発光装置の蛍光体上での発光点密度が向上し、かつ、金属触媒微粒子が基板上にほぼ均等な粒径で配置されているので、蛍光体と電子放出起点用カーボン微粒子との距離が安定化し、発光特性が極めて安定化する。したがって、第２の電子エミッタでは、スピント型のごとくエミッタ先端の加工、それに伴う加工コスト、エミッタ先端形状の均一な形成、低発光点密度といった課題は無く、カーボンファイバ型のごとくアスペクト比が大きくかつ長さ不揃いに起因した発光ちらつき等の課題は無く、ダイヤモンドシーディング型のごとくダイヤモンド微粒子の粒径の不均一に起因した課題も無い。
【０００８】
また、第２の電子エミッタによると、電子放出起点用カーボン微粒子のカーボン材料が、ダイヤモンド、アモルファスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバーのいずれかであり、中間介在カーボン膜のカーボン材料が、上記カーボン材料よりもエッチングレートが早いカーボン材料であることが好ましい。ダイヤモンド微粒子が高抵抗であるが負の電子親和力を持つので高効率に電子放出することができる一方、中間介在カーボン膜に用いる上記カーボン材料はダイヤモンド微粒子よりも低抵抗であるので、基板とダイヤモンド微粒子との間に介在してダイヤモンド微粒子に電流を容易に供給することができるので、全体として高効率な電子放出特性を安定して維持することができる電子エミッタを提供することができる。
【０００９】
本発明の第３の電子エミッタは、基板上にほぼ均等な粒径を有するｎｍサイズのカーボン膜成長用金属触媒微粒子が多数配置形成され、多数の金属触媒微粒子上に電子放出用カーボン膜が選択的に成長していることを特徴とするものである。
【００１０】
第３の電子エミッタでは、電子放出用カーボン膜が金属触媒微粒子上に形成されているので、電子放出箇所である電子放出用カーボン膜が金属触媒微粒子の配置個数だけ存在することが可能となって、電子放出用カーボン膜から放出する電子で発光する蛍光体上の発光点密度が向上し、かつ、金属触媒微粒子の粒径が均等であるから、金属触媒微粒子上に成長する電子放出用カーボン膜の電子放出部と蛍光体との距離とがほぼ均一化される結果、蛍光体での発光特性が極めて安定化する。したがって、第３の電子エミッタでは、スピント型のごとくエミッタ先端の加工、それに伴う加工コスト、エミッタ先端形状の均一な形成、低発光点密度といった課題は無く、カーボンファイバ型のごとくアスペクト比が大きくかつ長さ不揃いに起因した発光ちらつき等の課題は無く、ダイヤモンドシーディング型のごとくダイヤモンド微粒子の粒径の不均一に起因した課題も無い。
【００１１】
第1から第3までの電子エミッタにおいては、該電子エミッタから放出される電子が蛍光体に衝突して該蛍光体が励起発光するときの該蛍光体上での発光点密度が１平方ミリメートル当たり１０7個〜１０12個であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電子エミッタは、従来のスピント型、カーボンファイバ型、ダイヤモンドシーディング型のいずれよりも、発光点密度が高く、発光特性が安定化し、製造コストが安価に済むものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電子エミッタとその製造方法を説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る電子エミッタ（第１の電子エミッタ）を概念的に示す断面図である。第１の電子エミッタでは、基板材料として、半導体基板、金属基板、ガラス上に金属薄膜を成膜したものなど、伝導性のあるものすべてが適用される。実施の形態ではシリコン基板２である。このシリコン基板２上にｎｍサイズ、例えば粒径１ｎｍ〜１５ｎｍのカーボン膜成長用の金属触媒微粒子４が例えば基板２上に形成した金属薄膜に対するスパッタ法あるいは加熱処理法がある。加熱の場合の温度は４００〜８００℃が好ましい。金属触媒微粒子４は、鉄、コバルト、ニッケル等、主に遷移金属である。金属触媒微粒子４は、互いに密着していてもよく、あるいは、数ｎｍ以下の間隔で離れていてもよい。加熱処理はアニール処理が好ましい。
【００１５】
上記処理により、金属触媒微粒子４は凝集（シンタリング）することなく適宜な間隔で分散しかつその表面形状をほぼ球形でかつほぼ均等な粒径に形成することができる。この場合、本実施の形態では金属触媒微粒子４が球形であることに限定されない。
【００１６】
この金属触媒微粒子４上に該金属触媒微粒子４の粒子形状を反映した電子放出用カーボン膜６が成長により形成されている。電子放出用カーボン膜６の成長の手法は限定されないが、例えばクラスタイオンビーム法、プラズマイオンビーム法等がある。このイオンビーム法には、カソ−ディックアーク成膜法がある。このカソ−ディックアーク成膜法は、低速のカーボンイオンのエネルギーを用いて基板２の金属触媒微粒子４上に電子放出用カーボン膜６を成膜するものである。具体的に、このカソ−ディックアーク成膜法は、電子放出用カーボン膜６を自己整合的にカーボン膜を成膜形成する成膜法であり、カソードからカーボンターゲットに対しアーク放電させてカーボンイオンを含むプラズマを発生させるとともに、このプラズマをアノード上に載置した基板に照射して、プラズマ中にある低速のカーボンイオンにより電子放出用カーボン膜６を成膜するものである。
【００１７】
金属触媒微粒子４は粒径がほぼ均等となった状態で基板２上に配置されているので、電子放出用カーボン膜６は上記成膜法によりほぼ均等な膜厚で金属触媒微粒子４上に成膜される。この場合、電子放出用カーボン膜６の表面形状は金属触媒微粒子４の粒子形状を反映した形状になっている。金属触媒微粒子４の粒径が例えば１ｎｍ〜１５ｎｍであるために、電子放出用カーボン膜６の凸形状の曲率は、スピント型やカーボンナノチューブ等のカーボンファイバ型と同等程度で、電子放出性能を発揮するに十分に鋭利な形状となっている。また、金属触媒微粒子４の配置間隔は連続あるいは数ｎｍ以下の配置間隔であるので、スピント型よりも高密度な電子放出が可能となっているとともに、さらには、金属触媒微粒子４の粒径がほぼ均等であるために、電子放出用カーボン膜６の膜厚も均等となり、基板２からの電子放出用カーボン膜６の多数の凸面の高さは均一となり、蛍光体へ向けての電子放出量はほぼ同等となり、均一な発光が可能となり、発光のちらつきは解消される上、発光輝度を十分に確保することができるものとなる。
【００１８】
図２を参照して、第１の電子エミッタの製造方法を説明する。最初に、図２（ａ）のように基板２上にほぼ均等な粒径例えば１ｎｍ〜１５ｎｍ程度の金属触媒微粒子４を分散配置する。金属触媒微粒子４としては鉄、ニッケル、コバルト、白金、パラジウム等、またはこれらの合金がある。この配置の手法は、スパッタリング、例えば、電子ビームスパッタリングとか、基板２上に形成した金属薄膜に対して常温〜８００℃、好ましくは、４００〜８００℃のアニール処理することにより金属触媒微粒子４を形成することができる。あるいは、基板２上に金属触媒微粒子４を散布する方法でもよく、一般的には、基板２上に触媒となる金属の薄膜を蒸着し、次いで加熱処理することでも微粒子化することができる。この加熱には、アニール処理があるが、抵抗加熱法などを用いることもできる。金属触媒微粒子４は、１ｎｍ〜１５ｎｍ程度の粒径でかつ全体的に粒径がほぼ均等でかつ一様に連続状ないしは数ｎｍ以下の配置間隔で配置形成されている。このため金属触媒微粒子４の基板２上からの高さはほぼ同じであり、金属触媒微粒子４の表面は一様に連続した凹凸表面となっている。
【００１９】
次いで、図２（ｂ）のように金属触媒微粒子４上に電子放出用カーボン膜６を成長させる。電子放出用カーボン膜６は例えばカソ−ディックアーク成膜法により成膜する。この成膜に際しては、電子放出用カーボン膜６の表面形状は金属触媒微粒子４の粒子形状に追随した形状に制御される。以上の工程を経て第１の電子エミッタを製造することができる。
【００２０】
第１の電子エミッタにおいては、金属触媒微粒子４上に電子放出用カーボン膜６が成長し、かつ、この成長した電子放出用カーボン膜６が金属触媒微粒子４の粒子形状を反映した構造としたから、電子放出箇所を金属触媒微粒子４の配置個数だけ存在させることが可能となるとともに電子放出しやすい構造となり、これによって、発光点密度が向上し、発光特性が安定化する。
【００２１】
第１の電子エミッタでは、スピント型のごとくエミッタ先端の加工、それに伴う加工コスト、エミッタ先端形状の均一な形成、低発光点密度といった課題は無く、カーボンファイバ型のごとくアスペクト比が大きくかつ長さ不揃いに起因した発光ちらつき等の課題は無く、ダイヤモンドシーディング型のごとくダイヤモンド微粒子の粒径の不均一に起因した課題も無い。以上から、第１の電子エミッタでは、アノードに蛍光体を配置し、この蛍光体に向けて電子放出して励起発光させる発光装置等に組み込んだ場合、従来の電子エミッタでは到底得ることが困難か、あるいは得ることができなかった均一で安定した発光特性を提供することができる。
【００２２】
図３を参照して他の実施の形態に係る電子エミッタ（第２の電子エミッタ）を説明する。第２の電子エミッタは、基板２上にほぼ均等な粒径を有するカーボン膜成長用の金属触媒微粒子４を配置するとともに、この金属触媒微粒子４の上に中間介在カーボン膜８を成長させ、この中間介在カーボン膜８上に金属触媒微粒子４の配置間隔に対応して中間介在カーボン膜８よりもエッチングレートが遅い例えばダイヤモンド微粒子からなる電子放出起点用カーボン微粒子１０を分散させ、中間介在カーボン膜８と電子放出起点用カーボン微粒子１０とのエッチングレートとの違いを利用して例えばプラズマエッチングや反応性イオンエッチングにより、中間介在カーボン膜８を電子放出起点用カーボン微粒子１０間においてエッチング除去して構成されている。電子放出起点用カーボン微粒子１０は、電子放出を行うものであるから電子放出用カーボン微粒子とも称することができるが、本明細書では微小であるので電子放出の起点として電子放出起点用カーボン微粒子と称している。また、中間介在カーボン膜８は金属触媒微粒子４と電子放出起点用カーボン微粒子１０との間（中間）に介在して、電子放出起点用カーボン微粒子１０の電子放出性能に寄与するものである。
【００２３】
より具体的には、第２の電子エミッタは、シリコン基板２上に鉄、コバルト、ニッケル等のｎｍサイズ、例えば粒径１ｎｍ〜１５ｎｍの金属触媒微粒子４を例えば電子ビームスパッタリングあるいは金属薄膜に対する４００〜８００℃のアニール処理により配置している。金属触媒微粒子４の配置間隔は、密着していても数ｎｍ以下の間隔で離れていてもよい。この金属触媒微粒子４上に該金属触媒微粒子４の粒子形状を反映した中間介在カーボン膜８が成長している。中間介在カーボン膜８の成長の手法は第１の電子エミッタのそれと同様である。
【００２４】
そして、第２の電子エミッタにおいては、中間介在カーボン膜８上に金属触媒微粒子４の配置間隔に対応してダイヤモンド微粒子等の電子放出起点用カーボン微粒子１０を分散させて配置し、中間介在カーボン膜８と電子放出起点用カーボン微粒子１０とのエッチングレートの違いを利用して電子放出起点用カーボン微粒子１０間の中間介在カーボン膜８をエッチング除去して構成したものである。
【００２５】
実施の形態では電子放出起点用カーボン微粒子１０をダイヤモンド微粒子１０とし、中間介在カーボン膜８をダイヤモンド以外のカーボン材料とするが、これに限定されない。例えば、電子放出起点用カーボン微粒子１０をアモルファスカーボン膜、ダイヤモンドライクカーボン膜でもよい。中間介在カーボン膜８のカーボン材料は、電子放出起点用カーボン微粒子１０よりもエッチングレートが早いカーボン材料であれば良い。例えば、電子放出起点用カーボン微粒子１０がダイヤモンド微粒子であれば、中間介在カーボン膜８のカーボン材料は、グラファイト、アモルファスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン、フラーレンライクカーボン、カーボンナノチューブなどとすることができる。ダイヤモンド微粒子１０は、高抵抗材料である。ダイヤモンド微粒子１０には、人工合成ダイヤモンド、ピュアなダイヤモンドがある。ダイヤモンドは高抵抗であるために、基板２とバックコンタクトを確保しにくいので、基板２からの電流注入が困難である。そこで、基板２とダイヤモンド微粒子１０との間に中間介在カーボン膜８を介在させている。中間介在カーボン膜８のカーボン材料はダイヤモンドよりも電子親和力が大きいので仕事関数はダイヤモンドよりも大きく、真空中への電子放出に用いずに、その低抵抗を利用してバックコンタクトと、ダイヤモンド微粒子１０への電流輸送に供することができる。一方、ダイヤモンド微粒子１０は負の電子親和力を持つので高効率に電子放出することができる。また、ダイヤモンド微粒子１０の粒径は、１〜２００ｎｍであり、好ましくは１〜５０ｎｍ、より好ましくは１〜１５ｎｍである。
【００２６】
第２の電子エミッタにおいては、多数の金属触媒微粒子４上に、中間介在カーボン膜８と電子放出起点用カーボン微粒子１０とが２層構造に配置されているので、電子放出箇所が金属触媒微粒子４の配置個数だけ存在することになって、第１の電子エミッタの場合と同様の理由で発光点密度が向上し、また、第１の電子エミッタの場合と同様の理由で発光特性が安定化し、製造コストを低減することができる。また、電子放出起点用カーボン微粒子１０は粒径が微小であるので、強電界集中が可能であり、電子放出することができる。上記構成の第２の電子エミッタでは、中間介在カーボン膜８が成膜されて基板２上からは均等な高さで形成することができるので、中間介在カーボン膜８上に配置される電子放出起点用カーボン微粒子１０は基板２上から一様な高さで整列されることになり、その結果、電子放出起点高さが均等化し、発光強度が均一化される。また、金属触媒微粒子４の配置間隔および配置個数で電子放出起点用カーボン微粒子１０を配置することができるから発光点密度が高くなり発光特性を向上することができる。さらに、電子放出起点用カーボン微粒子１０をダイヤモンドで構成した場合、ダイヤモンドが高抵抗であっても、中間介在カーボン膜８がダイヤモンド以外のカーボン材料とすると、このカーボン材料はダイヤモンドよりも低抵抗で導電性が高いので、電子放出起点用カーボン微粒子１０に対する電流供給量を増加できるので、電子放出起点用カーボン微粒子１０は電子放出を行う起点となることができる。さらには、中間介在カーボン膜８と電子放出起点用カーボン微粒子１０とのエッチングレートの相違を利用するので、製造工程が簡略に済む一方で、高精度（電子放出起点高さの整列度、電子放出起点の配置密度等）に電子放出起点用カーボン微粒子１０を配置することができる。
【００２７】
第２の電子エミッタでは、第１の電子エミッタと同様に、スピント型のごとくエミッタ先端の加工、それに伴う加工コスト、エミッタ先端形状の均一な形成、低発光点密度といった課題は無く、カーボンファイバ型のごとくアスペクト比が大きくかつ長さ不揃いに起因した発光ちらつき等の課題は無く、ダイヤモンドシーディング型のごとくダイヤモンド微粒子の粒径の不均一に起因した課題も無い。以上から、第２の電子エミッタでは、アノードに蛍光体を配置し、この蛍光体に向けて電子放出して励起発光させる発光装置等に組み込んだ場合、従来の電子エミッタでは到底得ることが困難か、あるいは得ることができなかった均一で安定した発光特性を提供することができる。
【００２８】
図４を参照して第２の電子エミッタの製造方法を説明すると、まず、図４（ａ）のように基板２上に金属触媒微粒子４を配置する。この配置の手法は、実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。
【００２９】
次いで、図４（ｂ）のように金属触媒微粒子４上に中間介在カーボン膜８を成膜する。この中間介在カーボン膜８の成膜方法は、第１の電子エミッタでの電子放出用カーボン膜６の成膜方法と同様でよいので、詳細は省略する。
【００３０】
次いで、図４（ｃ）のように中間介在カーボン膜８上に中間介在カーボン膜８よりもエッチングレートが遅い電子放出起点用カーボン微粒子１０を分散配置する。電子放出起点用カーボン微粒子１０としてダイヤモンド微粒子で構成した場合を説明する。ダイヤモンド微粒子は、ダイヤモンド結晶構造を有する炭素の同位体である。ダイヤモンド微粒子１０は市販品が入手可能になっている。まず、ダイヤモンド微粒子を純水あるいはアルコール系溶剤、炭化水素系溶剤、等に懸濁し、超音波分散してコロイド溶液中に分散させる。このコロイド溶液に粘度調整剤を添加するなどして、このコロイド溶液を中間介在カーボン膜８上にスピンコート法やカーテンコート法等で塗布する。その後、コロイド溶液を加熱乾燥して溶剤や添加剤を除去することにより、中間介在カーボン膜８上にダイヤモンド微粒子１０を分散配置することができる。
【００３１】
次いで、図４（ｄ）のように中間介在カーボン膜８と電子放出起点用カーボン微粒子１０とのエッチングレートの相違を利用して電子放出起点用カーボン微粒子１０間の中間介在カーボン膜８を異方性エッチングする。この異方性エッチングには、例えば、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング、イオンミリング、クラスタイオンビームエッチング等を利用することができる。
【００３２】
以上の工程により、第２の電子エミッタを製造することができる。
【００３３】
図５を参照してさらに他の実施の形態に係る電子エミッタ（第３の電子エミッタ）を説明すると、第３の電子エミッタは、第１の電子エミッタと同様に、シリコン基板２上に金属触媒微粒子４が配置されているが、第１の電子エミッタとは異なって、金属触媒微粒子４上に電子放出用カーボン膜１２が選択的に成長して形成されていることである。第３の電子エミッタにおいても、第１の電子エミッタと同様の作用効果を発揮することができる。第３の電子エミッタの製造方法は、特に図面で図示して説明しないが、基板上にカーボン膜成長用の金属触媒微粒子を多数配置する工程と、多数の金属触媒微粒子上に電子放出用カーボン膜を選択的に成長させる工程とを備えたものである。
【００３４】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施の形態に係る電子エミッタの概念的な断面図である。
【図２】図１の電子エミッタの製造工程図である。
【図３】他の実施の形態に係る電子エミッタの概念的な断面図である。
【図４】図３の電子エミッタの製造工程図である。
【図５】さらに他の実施の形態に係る電子エミッタの概念的な断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
２ 基板
４ 金属触媒微粒子
６ カーボン膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にほぼ均等な粒径を有するｎｍサイズのカーボン膜成長用金属触媒微粒子が多数配置され、多数の金属触媒微粒子上に電子放出用カーボン膜が金属触媒微粒子の粒子形状を反映した形状に成長している、ことを特徴とする電子エミッタ。
【請求項２】
基板上にほぼ均等な粒径を有するｎｍサイズのカーボン膜成長用金属触媒微粒子が多数配置形成され、多数の金属触媒微粒子上に中間介在カーボン膜が成膜されており、多数の中間介在カーボン膜の先端に中間介在カーボン膜よりもエッチングレートが遅い電子放出起点用カーボン微粒子が配置されている、ことを特徴とする電子エミッタ。
【請求項３】
電子放出起点用カーボン微粒子のカーボン材料が、ダイヤモンド、アモルファスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバーのいずれかであり、
中間介在カーボン膜のカーボン材料が、上記カーボン材料よりもエッチングレートが早いカーボン材料である、ことを特徴とする請求項２に記載の電子エミッタ。
【請求項４】
基板上にほぼ均等な粒径を有するｎｍサイズのカーボン膜成長用金属触媒微粒子が多数配置形成され、多数の金属触媒微粒子上に電子放出用カーボン膜が選択的に成長している、ことを特徴とする電子エミッタ。
【請求項５】
上記金属触媒微粒子の粒径が１ｎｍ〜１５ｎｍである、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電子エミッタ。
【請求項６】
電子エミッタから放出される電子が蛍光体に衝突して該蛍光体が励起発光するときの該蛍光体上での発光点密度が１平方ミリメートル当たり１０7個〜１０12個である、ことを特徴とする電子エミッタ。
【請求項７】
基板上にほぼ均等な粒径を有するｎｍサイズのカーボン膜成長用金属触媒微粒子を多数配置する第１の工程と、
多数の金属触媒微粒子上に電子放出用カーボン膜を金属触媒微粒子の粒子形状を反映した形状に形成する第２の工程と、
を備えることを特徴とする電子エミッタの製造方法。
【請求項８】
基板上にほぼ均等な粒径を有するｎｍサイズのカーボン膜成長用金属触媒微粒子を配置する第１の工程と、
金属触媒微粒子上に中間介在カーボン膜を成長させる第２の工程と、
中間介在カーボン膜上にこの中間介在カーボン膜よりもエッチングレートが遅い電子放出起点用カーボン微粒子を形成する第３の工程と、
中間介在カーボン膜と電子放出起点用カーボン微粒子とのエッチングレートの違いを利用して、これらをエッチングして中間介在カーボン膜の先端に電子放出起点用カーボン微粒子を配置形成する第４の工程と、
を備えることを特徴とする電子エミッタの製造方法。
【請求項９】
電子放出起点用カーボン微粒子のカーボン材料が、ダイヤモンド、アモルファスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバーのいずれかであり、
中間介在カーボン膜のカーボン材料が、上記カーボン材料よりもエッチングレートが早いカーボン材料である、ことを特徴とする請求項８に記載の電子エミッタの製造方法。
【請求項１０】
基板上にほぼ均等な粒径を有するｎｍサイズのカーボン膜成長用金属触媒微粒子を多数配置する第１の工程と、
多数の金属触媒微粒子上に電子放出用カーボン膜を選択的に成長させる第２の工程と、
を備えることを特徴とする電子エミッタの製造方法。
【請求項１１】
電子エミッタから放出され蛍光体に衝突して該蛍光体が励起発光するときの該蛍光体上での発光点密度が１平方ミリメートル当たり１０7個〜１０12個である、ことを特徴とするを特徴とする請求項７〜１０のうちのいずれか1項に電子エミッタの製造方法。
【請求項１】
基板上にほぼ均等な粒径を有するｎｍサイズのカーボン膜成長用金属触媒微粒子が多数配置され、多数の金属触媒微粒子上に電子放出用カーボン膜が金属触媒微粒子の粒子形状を反映した形状に成長している、ことを特徴とする電子エミッタ。
【請求項２】
基板上にほぼ均等な粒径を有するｎｍサイズのカーボン膜成長用金属触媒微粒子が多数配置形成され、多数の金属触媒微粒子上に中間介在カーボン膜が成膜されており、多数の中間介在カーボン膜の先端に中間介在カーボン膜よりもエッチングレートが遅い電子放出起点用カーボン微粒子が配置されている、ことを特徴とする電子エミッタ。
【請求項３】
電子放出起点用カーボン微粒子のカーボン材料が、ダイヤモンド、アモルファスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバーのいずれかであり、
中間介在カーボン膜のカーボン材料が、上記カーボン材料よりもエッチングレートが早いカーボン材料である、ことを特徴とする請求項２に記載の電子エミッタ。
【請求項４】
基板上にほぼ均等な粒径を有するｎｍサイズのカーボン膜成長用金属触媒微粒子が多数配置形成され、多数の金属触媒微粒子上に電子放出用カーボン膜が選択的に成長している、ことを特徴とする電子エミッタ。
【請求項５】
上記金属触媒微粒子の粒径が１ｎｍ〜１５ｎｍである、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電子エミッタ。
【請求項６】
電子エミッタから放出される電子が蛍光体に衝突して該蛍光体が励起発光するときの該蛍光体上での発光点密度が１平方ミリメートル当たり１０7個〜１０12個である、ことを特徴とする電子エミッタ。
【請求項７】
基板上にほぼ均等な粒径を有するｎｍサイズのカーボン膜成長用金属触媒微粒子を多数配置する第１の工程と、
多数の金属触媒微粒子上に電子放出用カーボン膜を金属触媒微粒子の粒子形状を反映した形状に形成する第２の工程と、
を備えることを特徴とする電子エミッタの製造方法。
【請求項８】
基板上にほぼ均等な粒径を有するｎｍサイズのカーボン膜成長用金属触媒微粒子を配置する第１の工程と、
金属触媒微粒子上に中間介在カーボン膜を成長させる第２の工程と、
中間介在カーボン膜上にこの中間介在カーボン膜よりもエッチングレートが遅い電子放出起点用カーボン微粒子を形成する第３の工程と、
中間介在カーボン膜と電子放出起点用カーボン微粒子とのエッチングレートの違いを利用して、これらをエッチングして中間介在カーボン膜の先端に電子放出起点用カーボン微粒子を配置形成する第４の工程と、
を備えることを特徴とする電子エミッタの製造方法。
【請求項９】
電子放出起点用カーボン微粒子のカーボン材料が、ダイヤモンド、アモルファスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバーのいずれかであり、
中間介在カーボン膜のカーボン材料が、上記カーボン材料よりもエッチングレートが早いカーボン材料である、ことを特徴とする請求項８に記載の電子エミッタの製造方法。
【請求項１０】
基板上にほぼ均等な粒径を有するｎｍサイズのカーボン膜成長用金属触媒微粒子を多数配置する第１の工程と、
多数の金属触媒微粒子上に電子放出用カーボン膜を選択的に成長させる第２の工程と、
を備えることを特徴とする電子エミッタの製造方法。
【請求項１１】
電子エミッタから放出され蛍光体に衝突して該蛍光体が励起発光するときの該蛍光体上での発光点密度が１平方ミリメートル当たり１０7個〜１０12個である、ことを特徴とするを特徴とする請求項７〜１０のうちのいずれか1項に電子エミッタの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２８６５６３（Ｐ２００６−２８６５６３Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０８４５４（Ｐ２００５−１０８４５４）
【出願日】平成１７年４月５日（２００５．４．５）
【出願人】（５０５０４４４５１）ソナック株式会社 (107)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月５日（２００５．４．５）
【出願人】（５０５０４４４５１）ソナック株式会社 (107)
【Ｆターム（参考）】
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