(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド系材料を用いた電界放出表示素子の製造方法において、
（ａ）基板上にダイヤモンド系材料からなる薄膜を形成し、該薄膜の表面から微小距離離して突出した電極を設置し、高電圧を印加した状態で希望するパターンに対応する表面を移動させて活性化し、
（ｂ）前記パターンの上方に蛍光材を塗布した透明電極をセットし、前記パターンと蛍光材を塗布した透明電極との間に電圧を印加し、前記パターンの表面領域から電子を放出させ、蛍光パターンとして表示することを特徴とするダイヤモンド系材料を用いた電界放出表示素子の製造方法。
【請求項２】
ダイヤモンド系材料を用いた電界放出表示素子の製造方法において、
（ａ）基板上に形成されるダイヤモンド系材料からなる薄膜に真空中で高い電界を印加し、この状態を保持することにより、前記薄膜の表面の活性化と安定化を行い、
（ｂ）突出した電極を前記薄膜の表面に接近させ、高電圧を印加した状態で移動させ、希望するパターンに対応する前記薄膜の表面を活性化し、
（ｃ）前記パターンと蛍光材を塗布した透明電極との間に電圧を印加し、前記パターンの表面領域から電子を放出させ、蛍光パターンとして表示することを特徴とするダイヤモンド系材料を用いた電界放出表示素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイヤモンド系材料を用いた電界放出表示素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電界放出表示素子は、金属等の表面に突起を形成し、真空中で電界を集中することにより電子放出を起こさせ、その放出された電子が蛍光材を塗布した透明電極に到達して光らせる構造になっている。従って、表面に多数のエミッタ電極をリソグラフィ・エッチング工程で形成する必要がある。
【０００３】
一方、ダイヤモンドは、成長条件によっては表面での電子親和力が負になることが明らかになり、そのため、ダイヤモンドを電界放出表示装置のエミッタ電極に応用するための研究が盛んに行われている。また、ダイヤモンドと物理的に類似した特性をもつダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣと略す）も電子親和力が小さいことが分かり、エミッタ電極への応用が考えられている。以降、ダイヤモンドまたはＤＬＣをダイヤモンド系材料と定義する。
【０００４】
電界放出表示素子の電極にダイヤモンド系材料を使用する場合、シリコン等の基板に突起を形成し、その上にダイヤモンド系材料を付着させる方法か、エッチング等で直接ダイヤモンド系材料の表面に突起を形成する方法が考案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シリコン等の基板に突起を形成し、その上にダイヤモンド系材料を付着させることは工数が増し、コストの上昇をきたすといった問題があった。
【０００６】
本発明は、上記状況を鑑みて、シリコン等の基板の表面に突起を形成することなしに、特定の個所からの電子放出効率を高めることによって、表示パターンを形成することができるダイヤモンド系材料を用いた電界放出表示素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕ダイヤモンド系材料を用いた電界放出表示素子の製造方法において、基板上にダイヤモンド系材料からなる薄膜を形成し、この薄膜の表面から微小距離離して突出した電極を設置し、高電圧を印加した状態で希望するパターンに対応する表面を移動させて活性化し、前記パターンの上方に蛍光材を塗布した透明電極をセットし、前記パターンと蛍光材を塗布した透明電極との間に電圧を印加し、前記パターンの表面領域から電子を放出させ、蛍光パターンとして表示することを特徴とする。
【０００８】
〔２〕ダイヤモンド系材料を用いた電界放出表示素子の製造方法において、基板上に形成されるダイヤモンド系材料からなる薄膜に真空中で高い電界を印加し、この状態を保持することにより、前記薄膜の表面の活性化と安定化を行い、突出した電極を前記薄膜の表面に接近させ、高電圧を印加した状態で移動させ、希望するパターンに対応する前記薄膜の表面を活性化し、前記パターンと蛍光材を塗布した透明電極との間に電圧を印加し、前記前記パターンの表面領域から電子を放出させ、蛍光パターンとして表示することを特徴とする。
【０００９】
【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ながら説明する。
【００１０】
図１は本発明のダイヤモンド系材料を用いた電界放出表示素子の製造工程要部斜視図である。
【００１１】
まず、図１（ａ）に示すように、基板１上にダイヤモンド系材料からなる薄膜２を形成し、その薄膜２の表面から３０ミクロン程度離して突出した電極３を設置し、２０００Ｖ程度の高電圧Ｖ1 を印加した状態で希望するパターン４に対応する表面を移動させて活性化する。
【００１２】
次に、図１（ｂ）に示すように、そのパターン４の上方に蛍光材６を塗布した透明電極５をセットし、前記パターン４と蛍光材６を塗布した透明電極５との間に電圧Ｖ2 を印加し、前記パターン４の表面領域から電子を放出させ、蛍光パターンとして表示する。
【００１３】
このようにして得られた電界放出表示素子は、基板１と、この基板１上に活性化されたパターン４が描かれたダイヤモンド系材料からなる薄膜２と、前記パターン４を表示する蛍光材６を塗布した透明電極５とを具備する。
【００１４】
図２は本発明の実施例を示すダイヤモンド系材料を用いた電界放出表示素子の製造工程図である。
【００１５】
（１）まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板、金属基板、ガラス基板等の基板１１上にダイヤモンド系材料からなる薄膜１２を付着させる。
【００１６】
（２）そこで、図２（ｂ）に示すように、ボールまたは針状電極１３を表面から３０ミクロン程度離して設置し、２０００Ｖ程度の電圧を印加した状態で移動することによって希望するパターン１４に対応する表面を走査して活性化する。
【００１７】
（３）その後、図２（ｃ）に示すように、そのパターン１４と蛍光材１６を塗布した透明電極１５との間に電圧を印加すると、電子放出効率の高いパターン１４から電子が放出するので、活性化された領域が蛍光パターンとして表示される。なお、透明電極１５は支持枠１７により内部が真空になるように封着される。
【００１８】
このようにして得られた電界放出表示素子は、図３に示すように、シリコン基板１１と、このシリコン基板１１上に活性化されたパターン１４が描かれたダイヤモンド系材料からなる薄膜１２と、前記パターン１４を表示する蛍光材１６を塗布した透明電極１５とを具備し、パターン１４と蛍光材１６を塗布した透明電極１５との間に電圧Ｖを印加すると、電子放出効率の高いパターン１４から電子が放出するので、活性化された領域が蛍光パターンとして表示される。
【００１９】
以下、更に具体例について説明する。
【００２０】
ｐ型シリコン基板上にマイクロ波プラズマＣＶＤ（化学的気相成長：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で成長したボロン濃度２ｐｐｍドープダイヤモンド、およびシリコン基板上にＲＦプラズマＣＶＤ法で成長した窒素ドープＤＬＣ表面から３０ミクロンに金電極を設置して真空度６×１０-7Ｔｏｒｒ程度の真空中で０Ｖから５０００Ｖまでの電圧を印加し、金電極を走査させながら電子放出特性の面内分布を測定した。
【００２１】
図４は本発明のシリコン基板上に堆積したｐ型ダイヤモンド表面上での電子放出分布を示す図であり、表示領域は８２０μｍ×５３０μｍである。図４（ａ）は電極針と表面の間を３０ミクロンに保ち、２０００Ｖを印加しながら観察した放電電子像を、図４（ｂ）は同じ条件で２回目を観察した状態を、図４（ｃ）は矢印の部分に針を固定して電圧を印加した後、再び電流像を調べた状態を、図４（ｄ）は図４（ｃ）の状態から更に電流が増加した状態を示す図である。
【００２２】
これらの図から明らかなように、測定回数を増やすにしたがって放出電流値が増加し、３回程度で安定した。また、図４（ｃ）に示される矢印で示した放出電流が小さい領域だけに金ボール電極を使って電界を印加したところ、その部分の電流値が、図４（ｄ）に示すように、増加した。この現象はダイヤモンドおよびＤＬＣどちらの試料でも観測された。
【００２３】
一方、シリコンで同様な測定を行ったが、放出電流に変化は観測されなかった。
【００２４】
図５は図４（ｃ）における矢印の点における電流電圧特性図であり、横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は電流（μＡ）である。
【００２５】
この図から明らかなように、測定を繰り返すにつれて、閾値が低くなっていることがわかる。この閾値の変化も、薄膜表面の活性化が起因していると考えられる。また、図５より３回程度の電圧掃引で電流値が安定化していることもわかる。
【００２６】
以上のことから、高い電界下での放出効率の増加とその後の安定化はダイヤモンド系材料に特有の効果であり、これを用いて局所的に電界を印加することによってパターン書き込みが可能となる。
【００２７】
このように、本発明によれば、従来のフォトリソグラフィ・エッチング工程なしに電界放出表示素子を形成することが可能となるため、製造工程が簡略化され、安価な電界放出表示素子が製造可能となる。
【００２８】
測定に用いた試料は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によりｐ+ 及びｎ+ シリコン基板上に堆積させたボロンドープ多結晶ダイヤモンド薄膜である。成長条件は、Ｈ2 をキャリアガスとして用い、ＣＨ4 濃度１％、Ｂ2 Ｈ6 濃度０．５５ｐｐｍ〜２．０ｐｐｍ、ガスの全流量５００ｓｃｃｍ、基板表面温度７５０℃、反応圧力５０Ｔｏｒｒ、堆積時間６〜１２時間である。また、マイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚ、パワーは８００Ｗである。実験は、探針−試料間の距離を１０μｍ〜１００μｍに固定し、その間に０Ｖ−５０００Ｖの電圧を加えて探針−試料間のトンネル電流を測定した。探針には金を用い、測定装置内の圧力は約７×１０-5Ｐａに保った。
【００２９】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のダイヤモンド系材料を用いた電界放出表示素子の製造方法によれば、シリコン等の基板の表面に突起を形成することなしに、特定の個所からの電子放出効率を高めることによって、表示パターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のダイヤモンド系材料を用いた電界放出表示素子の製造工程要部斜視図である。
【図２】  本発明の実施例を示すダイヤモンド系材料を用いた電界放出表示素子の製造工程図である。
【図３】  本発明の実施例を示すダイヤモンド系材料を用いた電界放出表示素子の断面図である。
【図４】  本発明のシリコン基板上に堆積したｐ型ダイヤモンド表面上での電子放出分布を示す図である。
【図５】  図４（ｃ）における矢印の点における電流電圧特性図である。
【符号の説明】
１    基板
２，１２    ダイヤモンド系材料からなる薄膜
３，１３    ボールまたは針状電極（突出した電極）
４，１４    電子放出効率の高いパターン
５，１５    透明電極
６，１６    蛍光材
１１    シリコン基板
１７    支持枠
【図１】
0004233718.tif 000002
【図２】
0004233718.tif 000003
【図３】
0004233718.tif 000004
【図４】
0004233718.tif 000005
【図５】
0004233718.tif 000006