JP2001312954A - Electron source and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極ランプ、蛍
光表示管、液晶デバイス用のバックライト、フィールド
エミッションディスプレイ等に用いられる電子源及びそ
の製造方法に関し、詳細には、大画面フィールドエミッ
ションディスプレイに用いられる、大面積冷陰極形成可
能な構造及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 source used for a cold cathode lamp, a fluorescent display tube, a backlight for a liquid crystal device, a field emission display, and the like, and a method for manufacturing the same. The present invention relates to a structure capable of forming a large area cold cathode and a method of manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】現在使われているＣＲＴ等の電子管で
は、電子源として熱陰極が用いられている。熱陰極は、
熱電子放出により電子を供給する陰極である。熱電子放
出は、物質を１５００〜２７００Ｋまで加熱して、伝導
帯の自由電子に仕事関数以上のエネルギーを与えること
で、電子が表面のポテンシャル障壁を超えて放出される
機構である。材料としては純金属、酸化物等があるが、
現在はＢａ化合物（５ＢａＯ・２Ａｌ2Ｏ3・ＣａＯ等）
とＷ粉末とを混合してプレス焼結した焼結型、又は多孔
性ＷにＢａ化合物を溶融状態で含覆させた含浸型が主流
である。この両者は、電子放出密度が高い他にバリウム
アルミネートを用いているため真空排気中のガス放出が
少ない、大気暴露しても再活性化が可能という長所があ
る。2. Description of the Related Art At present, electron tubes such as CRTs use a hot cathode as an electron source. The hot cathode is
A cathode that supplies electrons by thermionic emission. Thermionic emission is a mechanism in which a substance is heated to 1500 to 2700 K to give free electrons in the conduction band energy higher than the work function, whereby electrons are emitted beyond a potential barrier on the surface. Materials include pure metals and oxides.
Currently Ba compound (5BaO · 2Al 2 O 3 · CaO , etc.)
The mainstream is a sintering type obtained by mixing and sintering W powder and press sintering, or an impregnating type in which a Ba compound is covered with a porous W in a molten state. Both of them have advantages in that barium aluminate is used in addition to high electron emission density, so that gas emission during vacuum evacuation is small, and reactivation is possible even when exposed to air.
【０００３】電子放出には、熱電子放出以外に電界放
出、二次電子放出、光電子放出等がある。冷陰極は、電
界放出により電子放出を行う陰極である。電界放出は、
物質の表面近傍に強電界（１０9Ｖ／ｍ）を加え、表面
のポテンシャル障壁を下げることでトンネル効果により
電子放出を行うものである。熱陰極のように加熱を必要
としないので冷陰極と呼ばれる。Electron emission includes field emission, secondary electron emission, and photoelectron emission in addition to thermionic emission. The cold cathode is a cathode that emits electrons by field emission. Field emission is
A strong electric field (10 9 V / m) is applied to the vicinity of the surface of the substance to lower the potential barrier on the surface to emit electrons by a tunnel effect. It is called a cold cathode because it does not require heating unlike a hot cathode.
【０００４】電界放出型電子源の動作及び製造方法は、
スタンフォード・リサーチ・インスティチュート（Stan
ford Research Institute）のシー．エー．スピント
（C.A.Spindt)らによるジャーナル・オブ・アプライド
・フィジックス（Journal of Applied Physics) の第４
７巻、１２号、５２４８〜５２６３項（１９７６年１２
月）に発表された研究報告により公知であり、シー．エ
ー．スピント等による米国特許第４，３０７，５０７号
及びエイチ．エフ．グレイ（H.F.Gray）等による米国特
許第４，３０７，５０７号及び米国特許第４，５１３，
３０８号に開示されている。冷陰極を用いたフィールド
エミッションディスプレイ（ＦＥＤ）は、自発光型フラ
ットパネルディスプレイヘの応用が期待され、電界放出
型電子源の研究、開発が盛んに行われている。The operation and manufacturing method of the field emission type electron source are as follows.
Stanford Research Institute (Stan
ford Research Institute). A. Fourth of the Journal of Applied Physics by CASpindt et al.
7, No. 12, 5248-5263 (1972 December 12)
), Which is publicly known from the research report published in A. U.S. Pat. No. 4,307,507 to Spindt et al. F. U.S. Pat. No. 4,307,507 and U.S. Pat.
No. 308. Field emission displays (FEDs) using cold cathodes are expected to be applied to self-luminous flat panel displays, and field emission electron sources are being actively researched and developed.
【０００５】図９は、基本的な電界放出型電子源の構成
を示す断面図である。図９において、基板１０１上にカ
ソード電極１０２が形成され、このカソード電極１０２
上に先端の尖った形状（スピント型−先端径が約０．１
μｍ）の電子放出源１０３がある一定間隔に形成された
絶縁層１０４の凹部に形成されている。絶縁層１０４の
上に電子放出源から電子を引き出すためにゲート電極１
０５が形成されている。ゲート電極１０５の開口径は約
１μｍである。FIG. 9 is a sectional view showing the structure of a basic field emission type electron source. In FIG. 9, a cathode electrode 102 is formed on a substrate 101, and the cathode electrode 102
Shape with sharp tip on top (Spindt type-tip diameter is about 0.1
μm) are formed in concave portions of the insulating layer 104 formed at regular intervals. The gate electrode 1 is formed on the insulating layer 104 to extract electrons from the electron emission source.
05 is formed. The opening diameter of the gate electrode 105 is about 1 μm.
【０００６】ＦＥＤに用いられる電界放出型電子源の材
料としては、様々のものが知られており、近年、電子放
出材料として、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が注目
されている。カーボンナノチューブは、１９９１年、飯
島らにより発見（S.Iijima,Nature,354,56.1991）され
た。このカーボンナノチューブは、円筒状に巻いたグラ
ファイト層が入れ子状になったもので、その先端径が約
１０ｎｍ程度であり、耐酸化性、耐イオン衝撃性が強い
点で電子源アレイとしては非常に優れた特徴を有する材
料と考えられている。実際、カーボンナノチューブから
の電界放出実験が、１９９５年にR.E.Smalleyら（A.G.R
inzler,Science,269,1550,1995）とW.A.de Heerら（W.
A.de Heer,Science,270,1179,1995）の研究グループか
ら報告されている。これらの電界放出実験に用いられた
カーボンナノチューブは、金属薄板上にキャスティング
されたものだった。[0006] Various materials are known as a material of a field emission type electron source used for the FED. In recent years, carbon nanotubes (CNT) have been attracting attention as an electron emission material. Carbon nanotubes were discovered by Iijima et al. In 1991 (S. Iijima, Nature, 354, 56.1991). This carbon nanotube is a nested graphite layer wound in a cylindrical shape, has a tip diameter of about 10 nm, and has a very strong oxidation resistance and ion impact resistance. It is considered a material with excellent characteristics. In fact, field emission experiments from carbon nanotubes were performed in 1995 by RESmalley et al. (AGR
inzler, Science, 269, 1550, 1995) and WAde Heer et al.
A. de Heer, Science, 270, 1179, 1995). The carbon nanotubes used in these field emission experiments were cast on thin metal plates.
【０００７】カーボンナノチューブを用いた電子放出源
形成の研究開発は盛んであり、例えば、カーボンナノチ
ューブに限らないが、大きさが１μｍ程度の電子放出材
料を固着剤に分散させ、固着剤から露出した状態で電子
放出材料を固定した電子源を形成することが米国特許第
５，０１９，００３号に開示されている。Research and development on the formation of an electron emission source using carbon nanotubes has been active. For example, an electron emission material having a size of about 1 μm, which is not limited to carbon nanotubes, is dispersed in a fixing agent and exposed from the fixing agent. U.S. Pat. No. 5,019,003 discloses forming an electron source in which an electron-emitting material is fixed in a state.
【０００８】また、セラミック基板上に電極を配置し、
その上面にカーボンナノチューブの集合体からなる柱状
グラファイトを導電性接着剤で固定配置して電子放出源
を形成することが特開平１１−１１１１５８号公報及び
特開平１１−１６２３３５号公報に開示されている。Further, electrodes are arranged on a ceramic substrate,
JP-A-11-111158 and JP-A-11-162335 disclose that a columnar graphite made of an aggregate of carbon nanotubes is fixedly arranged on a top surface thereof with a conductive adhesive to form an electron emission source. .
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、米国特
許第５，０１９，００３号に開示されているようにカー
ボンナノチューブなどの電子放出材料を固着剤及び導電
性材料に分散させることは、分散密度及び分散状態が電
子放出材料の大きさ、嵩密度ならびに固着剤、導電性材
料の粘度に大きく依存し、電子放出材料の凝集、分散ム
ラが生じ、電子放出特性のバラツキに大きく起因し、デ
ィスプレイとして輝度ムラが発生してしまう。また、分
散密度を変更する場合に、再度、電子放出材料を固着剤
及び導電性材料に分散させることが必要となり、経済的
ではないという問題点があった。However, as disclosed in U.S. Pat. No. 5,019,003, dispersing an electron-emitting material such as carbon nanotubes in a binder and a conductive material requires a high dispersion density and a high conductivity. The state of dispersion greatly depends on the size and bulk density of the electron-emitting material and the viscosity of the fixing agent and the conductive material, causing agglomeration and uneven dispersion of the electron-emitting material. Unevenness occurs. Further, when the dispersion density is changed, it is necessary to disperse the electron-emitting material in the binder and the conductive material again, which is not economical.
【００１０】さらに、特開平１１−１１１１５８号公報
及び特開平１１−１６２３３５号公報に記載の製造方法
のように、カーボンナノチューブの集合体からなる柱状
グラファイトを基板上に導電性接着剤で固定配置する方
法もあるが、カーボンナノチューブは直径が数十ｎｍ程
度であるためハンドリングが非常に困難という問題点が
あった。Further, as in the production methods described in JP-A-11-111158 and JP-A-11-162335, columnar graphite composed of aggregates of carbon nanotubes is fixed and arranged on a substrate with a conductive adhesive. Although there is a method, there is a problem that the handling is very difficult because the diameter of the carbon nanotube is about several tens nm.
【００１１】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、微小形状である電子放出材料を直接ハ
ンドリングすることなく、少量の電子放出材料で高密度
に電子放出源を形成でき、低電圧で高い放出電流密度が
可能な冷陰極電子源を安価に提供することを目的とす
る。The present invention has been made in view of such a problem, and an electron emission source can be formed at a high density with a small amount of an electron emission material without directly handling an electron emission material having a minute shape. It is another object of the present invention to provide a low-cost cold-cathode electron source capable of high emission current density at a low voltage.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明の電子源は、基板
上に所定の間隔で配列したカソード電極と、前記カソー
ド電極上に所定の間隔を開けて形成された電子放出領域
である複数の導電層と、前記導電層の表層部に表層材料
の軟化流動により固着された電子放出源と、を備えるこ
とを特徴とする。According to the present invention, there is provided an electron source comprising a plurality of cathode electrodes arranged at predetermined intervals on a substrate and a plurality of electron emission regions formed at predetermined intervals on the cathode electrodes. A conductive layer; and an electron emission source fixed to a surface portion of the conductive layer by softening and flowing of a surface material.
【００１３】このように構成することにより、前記導電
層の表層のみに電子放出源を設けることにより、少量の
電子放出材料で高密度に電子放出源を形成でき、電子放
出材料全てが表面に露出しているので、電子放出材料を
露出させるためのエッチングなどの処理を必要とせず
に、高い放出電流密度が可能な冷陰極電子源を安価に提
供することが可能となる。また、前記電子放出源は、前
記導電層の表層材料の軟化流動により固着していること
で、導電層に電子放出材料を固着するための接着剤を必
要とせずに小さい接触抵抗で固定することが可能とな
る。With this configuration, by providing the electron emission source only on the surface layer of the conductive layer, the electron emission source can be formed at a high density with a small amount of electron emission material, and all the electron emission material is exposed on the surface. Therefore, a cold cathode electron source capable of high emission current density can be provided at a low cost without requiring a process such as etching for exposing the electron emission material. In addition, since the electron emission source is fixed by the softening flow of the surface material of the conductive layer, the electron emission source is fixed with a small contact resistance without requiring an adhesive for fixing the electron emission material to the conductive layer. Becomes possible.
【００１４】さらに、前記電子放出源は、前記導電層の
表層に前記電子放出材料を分散した分散液を滴下するこ
とにより得られるものであることで、微小形状である電
子放出材料を直接にハンドリングする必要がない。ま
た、滴下量を調整することにより導電層上の電子放出材
料の分散密度を容易に調整することが可能となる。Further, the electron emission source is obtained by dropping a dispersion liquid in which the electron emission material is dispersed on the surface layer of the conductive layer, so that the electron emission material having a minute shape can be directly handled. No need to do. Further, the dispersion density of the electron-emitting material on the conductive layer can be easily adjusted by adjusting the drop amount.
【００１５】本発明の電子源は、基板上に所定の間隔で
配列したカソード電極と、前記カソード電極上に所定の
間隔を開けて形成された電子放出領域と、前記電子放出
領域の表層部に表層材料の軟化流動により固着された電
子放出源と、を備えることを特徴とする。このように構
成することにより、前記カソード電極が、導電層及び抵
抗層を兼ねることで、高い放出電流密度が可能な冷陰極
電子源をさらに安価に提供することが可能となる。An electron source according to the present invention comprises a cathode electrode arranged on a substrate at a predetermined interval, an electron emission region formed on the cathode electrode at a predetermined interval, and a surface layer of the electron emission region. And an electron emission source fixed by the softening flow of the surface material. With this configuration, the cold cathode electron source capable of providing a high emission current density can be provided at a lower cost because the cathode electrode also serves as the conductive layer and the resistance layer.
【００１６】本発明の電子源の製造方法は、基板上にカ
ソード電極を形成する工程と、前記カソード電極上に導
電層を形成する工程と、前記導電層上に電子放出材料を
分散させた分散液を滴下する工程と、前記導電層上に前
記電子放出材料のみを残す工程と、前記電子放出材料及
び前記導電層を焼成して前記電子放出材料を前記導電層
上に固着する工程と、を含むことを特徴とする。According to the method of manufacturing an electron source of the present invention, a step of forming a cathode electrode on a substrate, a step of forming a conductive layer on the cathode electrode, and a step of dispersing an electron-emitting material on the conductive layer Dropping a liquid, leaving only the electron-emitting material on the conductive layer, and firing the electron-emitting material and the conductive layer to fix the electron-emitting material on the conductive layer, It is characterized by including.
【００１７】また、好ましい具体的な態様としては、前
記導電層上に前記電子放出材料のみを残す工程が、前記
分散液の溶媒を蒸発させることにより行われるものであ
ってもよく、また、前記電子放出材料を前記導電層上に
固着する工程が、前記導電層材料の軟化流動であっても
よい。また、前記電子放出材料は、カーボンナノチュー
ブであることで、電子放出源が低電圧で電子放出が可能
なカーボンナノチューブであることにより、低電圧で高
い放出電流密度が可能な冷陰極電子源をさらに安価に提
供することが可能となる。In a preferred specific embodiment, the step of leaving only the electron-emitting material on the conductive layer may be performed by evaporating a solvent of the dispersion. The step of fixing the electron emitting material on the conductive layer may be a softening flow of the conductive layer material. Further, since the electron emission material is a carbon nanotube, the electron emission source is a carbon nanotube capable of emitting electrons at a low voltage, so that a cold cathode electron source capable of a high emission current density at a low voltage is further provided. It can be provided at low cost.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。 第１の実施の形態 図１は、本発明の第１の実施の形態の冷陰極電子源１０
の構成を示す斜視図であり、図２はその上面図、図３は
図１のａ−ａ’断面図である。これらの図において、ま
ず、セラミック等からなる基板（厚さ１ｍｍ）１１上に
スパッタ法、蒸着法等の成膜法でアルミ等からなる低抵
抗金属を成膜し、フォトエッチング等の方法によりピッ
チ３００μｍ、幅２００μｍのカソード電極１２を形成
する。そして、導電性材料を、例えば銀微粒子、フリッ
トガラス（無機バインダー）、エチルセルロース（有機
バインダー）、テルピネオール（希釈剤）等で構成さ
れ、２００μｍ角、膜厚１０μｍの導電層１３をスクリ
ーン印刷等にて形成し、オーブン等にて希釈剤が蒸発可
能な温度で仮焼成する。導電層１３の表層に滴下する分
散液は、電子放出材料であるカーボンナノチューブを乳
鉢等にて乾式破砕し、純水４０ｍｌ中に５ｍｇ／ｍｌの
分散密度で分散させ、超音波装置等により撹拌して作成
する。なお、分散密度は任意に設定することができる。Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a cold cathode electron source 10 according to a first embodiment of the present invention.
2 is a top view thereof, and FIG. 3 is a sectional view taken along the line aa ′ of FIG. In these figures, first, a low-resistance metal such as aluminum is formed on a substrate (thickness 1 mm) 11 made of ceramic or the like by a film forming method such as a sputtering method or a vapor deposition method, and the pitch is formed by a method such as photoetching. The cathode electrode 12 having a thickness of 300 μm and a width of 200 μm is formed. The conductive material is made of, for example, silver fine particles, frit glass (inorganic binder), ethylcellulose (organic binder), terpineol (diluent), or the like, and a 200 μm square, 10 μm thick conductive layer 13 is screen-printed or the like. And then calcined in an oven or the like at a temperature at which the diluent can evaporate. The dispersion liquid dropped onto the surface layer of the conductive layer 13 is obtained by dry-crushing carbon nanotubes, which are electron-emitting materials, in a mortar or the like, dispersing them in 40 ml of pure water at a dispersion density of 5 mg / ml, and stirring with an ultrasonic device or the like. To create. The dispersion density can be set arbitrarily.
【００１９】カーボンナノチューブを乳鉢にて破砕する
理由は、チューブのからみを解かすためであり、さらに
超音波装置にて撹拌することにより分散液の分散状態を
良好に保つためである。よって、カーボンナノチューブ
のからみを解し、良好な分散状態を保持できれば他の手
法、装置を使用してもよい。The reason for crushing the carbon nanotubes in a mortar is to disentangle the tubes and to keep the dispersion state of the dispersion in good condition by stirring with an ultrasonic device. Therefore, other methods and apparatuses may be used as long as the entanglement of the carbon nanotubes can be released and a good dispersion state can be maintained.
【００２０】図４は、本焼成前のカーボンナノチューブ
の状態を示す図であり、図５は、本焼成後のカーボンナ
ノチューブの状態を示す図である。本分散液を１００〜
１２０℃のホットプレートにて加熱したセラミック等か
らなる基板上の導電層の表層にディスペンサー等で滴下
し、溶媒である純水を蒸発させ、図４に示すように導電
層の表層にはカーボンナノチューブ２１のみにした段階
で、電気炉等で本焼成を行う。ここでは、焼成温度を５
００〜５５０℃とした。FIG. 4 is a view showing a state of the carbon nanotube before the main firing, and FIG. 5 is a view showing a state of the carbon nanotube after the main firing. This dispersion is 100 ~
Using a dispenser or the like, the surface of the conductive layer on the substrate made of ceramic or the like heated by a hot plate at 120 ° C. was dropped with a dispenser or the like to evaporate pure water as a solvent. As shown in FIG. At the stage where only 21 is set, main firing is performed in an electric furnace or the like. Here, the firing temperature is 5
The temperature was set to 00 to 550 ° C.
【００２１】そして、本焼成により導電性材料中の銀微
粒子、無機バインダーが軟化し、隣接する銀微粒子同
士、無機バインダー同士がネットワークを構成するの
で、図５に示すように表層のカーボンナノチューブ２１
を濡らして馴染み、中にはカーボンナノチューブが基板
に対してやや垂直方向に向いたまま、低い接触抵抗で固
定され、電子放出源１４を形成する（図１〜図３参
照）。本冷陰極電子源１０を真空チャンバー内に入れ
て、アノード電極を平行平板の構成で電界強度−電流特
性を確認したところ、図６に示すような良好なエミッシ
ョン持性を確認している。図６は、本冷陰極電子源１０
の電界強度−電流特性を示す図である。Then, the silver particles and the inorganic binder in the conductive material are softened by the main baking, and the adjacent silver particles and the inorganic binder form a network. As shown in FIG.
The carbon nanotubes are wetted, and the carbon nanotubes are fixed with low contact resistance while being slightly perpendicular to the substrate to form the electron emission source 14 (see FIGS. 1 to 3). The cold cathode electron source 10 was placed in a vacuum chamber, and the electric field strength-current characteristics were confirmed with a parallel plate configuration of the anode electrode. As a result, good emission retention as shown in FIG. 6 was confirmed. FIG. 6 shows the present cold cathode electron source 10.
FIG. 4 is a diagram showing electric field strength-current characteristics of FIG.
【００２２】以上のプロセスは冷陰極電子源の製造方法
の一例であり、本実施の形態ではカソード電極上に１つ
の導電層を所定の間隔で配置しているが、１つの導電層
を複数の導電層（サブ導電層）で形成してもよい。The above process is an example of a method of manufacturing a cold cathode electron source. In the present embodiment, one conductive layer is arranged at a predetermined interval on the cathode electrode. It may be formed of a conductive layer (sub-conductive layer).
【００２３】また、分散液の滴下は、遠心分離法等によ
り分散液中に存在する粒径の大きい不純物（グラファイ
トなど）を除去した後に行ってもよいし、分散液の分散
状態をさらに向上させるために純水中に界面活性剤を添
加してもよい。但し、界面活性剤は溶媒と相性が良く、
後工程の本焼成の温度で焼失するものを選択する。ここ
では、純水４０ｍｌ中に界面活性剤として塩化ベンザル
コニウム（陽イオン性界面活性剤）を０．１ｗｔ％添加
し、以上のような実施の形態で冷陰極電子源を形成し、
同様なエミッション特性を確認している。さらに、ベー
スとなる基板１１は透光性を有するガラス等でもよい
し、カソード電極１２の材料についても制約はなく、ニ
ッケル、クロム等でもよい。The dispersion may be dropped after removing impurities (eg, graphite) having a large particle size present in the dispersion by a centrifugal separation method or the like, or the dispersion state of the dispersion may be further improved. For this purpose, a surfactant may be added to pure water. However, surfactants are compatible with solvents,
Those that burn off at the temperature of the main firing in the subsequent step are selected. Here, 0.1 wt% of benzalkonium chloride (cationic surfactant) is added as a surfactant in 40 ml of pure water, and a cold cathode electron source is formed in the above-described embodiment.
Similar emission characteristics have been confirmed. Further, the substrate 11 serving as a base may be made of a light-transmitting glass or the like, and the material of the cathode electrode 12 is not limited.
【００２４】以上に説明したように、本実施の形態の冷
陰極電子源１０は、基板１１上に所定の間隔で配列した
カソード電極１２と、カソード電極１２上に所定の間隔
を開けて形成された少なくとも１層からなる導電層１３
と、導電層１３の表層のみに固着された電子放出源１４
とを備え、電子放出源１４は、導電層１３の表層材料の
軟化流動により、導電層１３の表層に高密度に分散され
た電子放出材料を濡らし、固着しているので、基板１１
上の導電層１３に電子放出材料を分散させた分散液を滴
下し、導電性材料の軟化流動を利用することで接着剤を
必要とせずに、少量の電子放出材料で高密度に電子放出
源を形成することができ、低電圧で高い放出電流密度が
可能な冷陰極電子源を安価に提供できる。また、分散液
を滴下することで、微小形状である電子放出材料を直接
ハンドリングすることもなく、滴下量を調整することに
より導電層上の分散密度が容易に調整可能となる。As described above, the cold cathode electron source 10 of the present embodiment is formed with the cathode electrodes 12 arranged on the substrate 11 at predetermined intervals and the cathode electrodes 12 at predetermined intervals. Conductive layer 13 made of at least one layer
And an electron emission source 14 fixed only to the surface layer of the conductive layer 13
The electron emission source 14 wets and fixes the electron emission material dispersed at high density on the surface layer of the conductive layer 13 by softening and flowing of the surface layer material of the conductive layer 13.
A dispersion liquid in which an electron-emitting material is dispersed is dropped on the upper conductive layer 13, and a softening flow of the conductive material is used so that an adhesive is not required, and a small amount of the electron-emitting material is used to form an electron-emitting source at a high density. Can be formed, and a cold cathode electron source capable of high emission current density at low voltage can be provided at low cost. Further, by dropping the dispersion liquid, the dispersion density on the conductive layer can be easily adjusted by adjusting the drop amount without directly handling the electron emission material having a minute shape.
【００２５】第２の実施の形態 本実施の形態は、導電層を形成までは第１の実施の形態
と同様であり、分散液の溶媒として有機系のイソプロピ
ルアルコール（ＩＰＡ）を用いる。ＩＰＡ４０ｍｌ中に
５ｍｇ／ｍｌの分散密度で乾式破砕したカーボンナノチ
ューブを分散させ、第１の実施の形態と同様に滴下し、
電子放出源１４を形成する。第１の実施の形態との相違
点は、ＩＰＡの沸点が大気中（７６０ｍｍＨｇ）におい
て８２．４０℃なので、ホットプレートを使用せずに溶
媒を自然蒸発できることである。本実施の形態の冷陰極
電子源においても第１の実施の形態と同様なエミッショ
ン特性を確認している。また、ＩＰＡの他に沸点がさら
に低いアセトンなどを使用してもよいし、界面活性剤を
使用してもよい。但し、界面活性剤は溶媒と相性が良
く、後工程の本焼成の温度で焼失するものを選択する。Second Embodiment This embodiment is the same as the first embodiment up to the formation of the conductive layer, and uses organic isopropyl alcohol (IPA) as a solvent for the dispersion. The dry-crushed carbon nanotubes are dispersed at a dispersion density of 5 mg / ml in 40 ml of IPA, and dropped in the same manner as in the first embodiment,
An electron emission source 14 is formed. The difference from the first embodiment is that since the boiling point of IPA is 82.40 ° C. in the atmosphere (760 mmHg), the solvent can be spontaneously evaporated without using a hot plate. Emission characteristics similar to those of the first embodiment have been confirmed in the cold cathode electron source of this embodiment. Further, in addition to IPA, acetone having a lower boiling point may be used, or a surfactant may be used. However, the surfactant has good compatibility with the solvent and is selected from those which burn off at the temperature of the main firing in the subsequent step.
【００２６】第３の実施の形態 図７は、本発明の第３の実施の形態の冷陰極電子源３０
の構成を示す斜視図であり、図８は図７のｂ−ｂ’断面
図である。図７及び図８において、まず、セラミック等
からなる基板（厚さ１ｍｍ）３１上に、例えば銀微粒
子、フリットガラス（無機バインダー）、エチルセルロ
ース（有機バインダー）、テルピネオール（希釈剤）等
で構成された導電性材料によりスクリーン印刷などの成
膜法でピッチ３００μｍ、幅２００μｍ、厚み１０μｍ
の導電層３２を形成し、オーブン等にて希釈剤が蒸発可
能な温度で仮焼成する。Third Embodiment FIG. 7 shows a cold cathode electron source 30 according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line bb 'of FIG. 7 and 8, first, a substrate 31 (thickness: 1 mm) made of ceramic or the like is formed of, for example, silver fine particles, frit glass (inorganic binder), ethyl cellulose (organic binder), terpineol (diluent), and the like. Pitch 300μm, width 200μm, thickness 10μm by conductive film forming method such as screen printing
The conductive layer 32 is formed and calcined in an oven or the like at a temperature at which the diluent can be evaporated.
【００２７】導電層３２の表層に滴下する分散液は、電
子放出材料であるカーボンナノチューブを乳鉢等にて乾
式破砕し、純水４０ｍｌ中に５ｍｇ／ｍｌの分散密度で
分散させ、超音波装置等にて撹拌して作成する。なお、
分散密度は任意に設定することができる。The dispersion to be dropped on the surface of the conductive layer 32 is obtained by dry-crushing carbon nanotubes as an electron-emitting material in a mortar or the like and dispersing them in 40 ml of pure water at a dispersion density of 5 mg / ml. Create by stirring. In addition,
The dispersion density can be set arbitrarily.
【００２８】カーボンナノチューブを乳鉢にて破砕する
理由は、チューブのからみを解かすためであり、さらに
超音波装置にて撹拌することにより分散液の分散状態を
良好に保つためである。よって、カーボンナノチューブ
のからみを解し、良好な分散状態を保持できれば他の手
法、装置を使用してもよい。The reason why the carbon nanotubes are crushed in a mortar is to disentangle the tubes and to keep the dispersion state of the dispersion in good condition by stirring with an ultrasonic device. Therefore, other methods and apparatuses may be used as long as the entanglement of the carbon nanotubes can be released and a good dispersion state can be maintained.
【００２９】本分散液を１００〜１２０℃のホットプレ
ートにより加熱したセラミック等からなる基板上の導電
層の表層に３００μｍ間隔でディスペンサー等で滴下し
溶媒である純水を蒸発させ、導電層の表層にはカーボン
ナノチューブのみにした段階で、電気炉等で本焼成を行
う。ここでは、焼成温度を５００〜５５０℃とした。This dispersion is dropped on the surface of a conductive layer on a substrate made of ceramic or the like heated by a hot plate at 100 to 120 ° C. with a dispenser or the like at intervals of 300 μm to evaporate pure water as a solvent. The main baking is performed in an electric furnace or the like at the stage when only carbon nanotubes are used. Here, the firing temperature was 500 to 550 ° C.
【００３０】そして、本焼成により導電性材料中の銀微
粒子、無機バインダーが軟化し、隣接する銀微粒子同
士、無機バインダー同士がネットワークを構成する際に
表層のカーボンナノチューブを濡らして馴染み、低い接
触抵抗で固定され、電子放出源３３を形成する。本冷陰
極電子源３０を真空チャンバー内に入れて、アノード電
極を平行平板の構成で電界強度−電流特性を確認したと
ころ、第１の実施の形態と同様に良好なエミッション特
性を確認している。Then, the silver particles and the inorganic binder in the conductive material are softened by the main baking, and when the silver particles adjacent to each other and the inorganic binder form a network, the carbon nanotubes in the surface layer are wetted and become familiar, and the contact resistance is low. To form the electron emission source 33. The cold cathode electron source 30 was placed in a vacuum chamber, and the electric field strength-current characteristics were confirmed with the anode electrode configured as a parallel plate. As a result, good emission characteristics were confirmed as in the first embodiment. .
【００３１】本実施の形態では、導電層３２が電子放出
材料の固着のみならず、カソード電極も兼ねている。ま
た、第１の実施の形態と同様、分散液の滴下は遠心分離
法等にて分散液中に存在する粒径の大きい不純物（グラ
ファイトなど）を除去した後に行ってもよいし、分散液
の分散状態をさらに向上させるために純水中に界面活性
剤を添加してもよい。但し、界面活性剤は溶媒と相性が
良く、後工程の本焼成の温度で焼失するものを選択す
る。ここでは、純水４０ｍｌ中に界面活性剤として塩化
ベンザルコニウム（陽イオン性界面活性剤）を０．１ｗ
ｔ％添加し、上述した実施の形態で冷陰極電子源３０を
形成し、同様なエミッション特性を確認している。さら
に、ベースとなる基板３１は透光性を有するガラス等で
もよいし、分散液の溶媒としてＩＰＡ、アセトンなどを
使用してもよい。In this embodiment, the conductive layer 32 serves not only for fixing the electron-emitting material but also as a cathode electrode. As in the first embodiment, the dispersion may be dropped after removing impurities (eg, graphite) having a large particle size present in the dispersion by a centrifugal separation method or the like. In order to further improve the dispersion state, a surfactant may be added to pure water. However, the surfactant has good compatibility with the solvent and is selected from those which burn off at the temperature of the main firing in the subsequent step. Here, 0.1 w of benzalkonium chloride (cationic surfactant) was used as the surfactant in 40 ml of pure water.
By adding t%, the cold cathode electron source 30 was formed in the above-described embodiment, and similar emission characteristics were confirmed. Further, the substrate 31 serving as a base may be made of glass or the like having a light-transmitting property, or IPA, acetone or the like may be used as a solvent of the dispersion.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれ
ば、カソード電極上に少なくとも１層からなる導電層の
表層に電子放出材料であるカーボンナノチューブを分散
させた分散液を滴下し、表層にカーボンナノチューブの
みにした段階で焼成して導電性材料の軟化流動を利用す
るようにしたので、電子放出材料を直接にハンドリング
することなく、固着するための接着剤を必要とせずに小
さい接触抵抗で固定することができる。As described above in detail, according to the present invention, a dispersion in which carbon nanotubes as an electron emitting material are dispersed on the surface of at least one conductive layer on a cathode electrode is dropped. Since the surface layer is made only of carbon nanotubes, it is fired and the softening flow of the conductive material is used.Therefore, there is no need to directly handle the electron emission material, no need for an adhesive to fix it, and small contact It can be fixed with a resistor.
【００３３】また、表層にカーボンナノチューブを固定
することで分散ムラもなく、少量でも高密度に電子放出
源を形成でき、電子放出材料全てが表面に露出している
ので、カーボンナノチューブを露出させるためのエッチ
ングなどの処理を必要とせずに、低電圧で高い放出電流
密度が可能な冷陰極電子源を安価に提供することができ
る。さらに、滴下量を調整することにより導電層上の電
子放出材料の分散密度を容易に調整することができる。Further, by fixing the carbon nanotubes on the surface layer, it is possible to form an electron emission source at a high density even with a small amount without dispersion unevenness, and since all the electron emission materials are exposed on the surface, the carbon nanotubes are exposed. It is possible to provide a low-cost cold-cathode electron source capable of high emission current density at a low voltage without requiring a process such as etching. Further, the dispersion density of the electron-emitting material on the conductive layer can be easily adjusted by adjusting the amount of the droplet.
【図１】本発明の第１の実施の形態の冷陰極電子源の構
成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a cold cathode electron source according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本実施の形態の冷陰極電子源の構成を示す上面
図である。FIG. 2 is a top view showing the configuration of the cold cathode electron source of the present embodiment.
【図３】図１のａ−ａ’断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line a-a 'of FIG.
【図４】本実施の形態の冷陰極電子源の本焼成前のカー
ボンナノチューブの状態を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a state of the carbon nanotubes before the main firing of the cold cathode electron source of the present embodiment.
【図５】本実施の形態の冷陰極電子源の本焼成後のカー
ボンナノチューブの状態を示す図である。FIG. 5 is a view showing a state of carbon nanotubes after main firing of the cold cathode electron source of the present embodiment.
【図６】本実施の形態の冷陰極電子源の電界強度−電流
特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing electric field strength-current characteristics of the cold cathode electron source of the present embodiment.
【図７】本発明の第３の実施の形態の冷陰極電子源の構
成を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view illustrating a configuration of a cold cathode electron source according to a third embodiment of the present invention.
【図８】図７のｂ−ｂ’断面図である。8 is a sectional view taken along the line b-b 'of FIG.
【図９】従来の基本的な電界放出型電子源の構成を示す
断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional basic field emission electron source.
１０，３０ 冷陰極電子源 １１，３１ 基板 １２ カソード電極 １３，３２ 導電層 １４，３３ 電子放出源 ２１ カーボンナノチューブ 10, 30 Cold cathode electron source 11, 31 Substrate 12 Cathode electrode 13, 32 Conductive layer 14, 33 Electron emission source 21 Carbon nanotube
Claims (7)
電極と、前記カソード電極上に所定の間隔を開けて形成
された電子放出領域である複数の導電層と、前記導電層
の表層部に表層材料の軟化流動により固着された電子放
出源と、を備えることを特徴とする電子源。A cathode electrode arranged on a substrate at a predetermined interval; a plurality of conductive layers as electron emission regions formed at a predetermined interval on the cathode electrode; and a surface layer of the conductive layer. An electron emission source fixed by the softening flow of the surface material.
電極と、前記カソード電極上に所定の間隔を開けて形成
された電子放出領域と、前記電子放出領域の表層部に表
層材料の軟化流動により固着された電子放出源と、を備
えることを特徴とする電子源。2. A cathode electrode arranged at a predetermined interval on a substrate; an electron emission region formed at a predetermined interval on the cathode electrode; and a softening flow of a surface material on a surface portion of the electron emission region. And an electron emission source fixed by the method.
と、前記カソード電極上に導電層を形成する工程と、前
記導電層上に電子放出材料を分散させた分散液を滴下す
る工程と、前記導電層上に前記電子放出材料のみを残す
工程と、前記電子放出材料及び前記導電層を焼成して前
記電子放出材料を前記導電層の表層部に固着する工程
と、を含むことを特徴とする電子源の製造方法。A step of forming a cathode electrode on a substrate, a step of forming a conductive layer on the cathode electrode, a step of dropping a dispersion liquid in which an electron emission material is dispersed on the conductive layer, Leaving a step of leaving only the electron-emitting material on a conductive layer, and fixing the electron-emitting material to a surface portion of the conductive layer by firing the electron-emitting material and the conductive layer. Manufacturing method of electron source.
と、前記カソード電極上に電子放出領域を形成する工程
と、前記電子放出領域上に電子放出材料を分散させた分
散液を滴下する工程と、前記電子放出領域上に前記電子
放出材料のみを残す工程と、前記電子放出材料及び前記
電子放出領域を焼成して前記電子放出材料を前記電子放
出領域の表層部に固着する工程と、を含むことを特徴と
する電子源の製造方法。4. A step of forming a cathode electrode on a substrate, a step of forming an electron emission region on the cathode electrode, and a step of dropping a dispersion liquid in which an electron emission material is dispersed on the electron emission region. Leaving only the electron-emitting material on the electron-emitting region; and firing the electron-emitting material and the electron-emitting region to fix the electron-emitting material to a surface layer of the electron-emitting region. A method for manufacturing an electron source, comprising:
記分散液の溶媒を蒸発させることにより行われることを
特徴とする請求項３又は４に記載の電子源の製造方法。5. The method for manufacturing an electron source according to claim 3, wherein the step of leaving only the electron-emitting material is performed by evaporating a solvent of the dispersion.
電性材料の軟化流動であることを特徴とする請求項３又
は４に記載の電子源の製造方法。6. The method according to claim 3, wherein the step of fixing the electron-emitting material is a softening flow of a conductive material.
ーブであることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか
に記載の電子源の製造方法。7. The method according to claim 3, wherein the electron emitting material is a carbon nanotube.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000131188A JP2001312954A (en) | 2000-04-28 | 2000-04-28 | Electron source and its manufacturing method |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7470353B2 (en) | 2004-08-30 | 2008-12-30 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Method of manufacturing field emitter electrode using self-assembling carbon nanotubes and field emitter electrode manufactured thereby |
| JP2010517233A (en) * | 2007-01-25 | 2010-05-20 | エヌエフエイビー・リミテッド | Improved particle beam generator |
-
2000
- 2000-04-28 JP JP2000131188A patent/JP2001312954A/en active Pending
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