JP2003536215A - 電界放出装置のための均一放出電流 - Google Patents

電界放出装置のための均一放出電流

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JP2003536215A JP2002502806A JP2002502806A JP2003536215A JP 2003536215 A JP2003536215 A JP 2003536215A JP 2002502806 A JP2002502806 A JP 2002502806A JP 2002502806 A JP2002502806 A JP 2002502806A JP 2003536215 A JP2003536215 A JP 2003536215A
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carbon nanotube
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ディーン，ケネス・エイ
チャラマラ，バブ・アール
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    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
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    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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    • H01J1/304—Field-emissive cathodes

Abstract

(57)【要約】 電界放出装置（１００）の放出電流の均一性を向上させる方法は、少なくとも部分的に電子エミッタ（１１６）を形成する第１のカーボン・ナノチューブ（１１９）及び第２のカーボン・ナノチューブ（１１８）を設けるステップを含む。第１のカーボン・ナノチューブ（１１９）は第１の放出電流能力により特徴付けられ、第２のカーボン・ナノチューブ（１１９）は第１の放出電流能力より小さい第２の放出電流能力により特徴付けられる。本方法は更に、第１のカーボン・ナノチューブ（１１９）の長さを第１の変化率で低減させるステップと、そのステップと同時に第２のカーボン・ナノチューブ（１１８）の長さを第２の変化率で低減させるステップとを含み、その第２の変化率は第１の変化率より小さく、またゼロに等しくすることができ、それにより第２の放出電流能力と第１の放出電流能力との差を低減し、こうして放出電流の均一性を向上させる。長さの選択的低減は、電子エミッタ（１１６）によりバーンイン電流を放出させるステップを実行することにより達成されるのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 ［発明の分野］ 本発明は、電界放出装置の分野に関し、詳細には電界放出ディスプレイの放出
電流の均一性を向上させる方法に関する。
【０００２】 ［発明の背景］ 表面電子エミッタを有する電界放出装置は当該技術において既知である。更に
、表面エミッタがチップ・エミッタより高い電流密度を生成することができるの
で、表面電子エミッタはスピント型チップ・エミッタ（Ｓｐｉｎｄｔ ｔｉｐ
ｅｍｉｔｔｅｒｓ）より有利であることが当該技術において認められている。表
面エミッタはまた、より大きなデバイス寸法の使用を可能にし、それにより誤り
許容範囲を緩和する。
【０００３】 しかしながら、従来技術の表面エミッタは、放出表面にわたり不均一である放
出電流に共通に悩まされている。不均一性に対処する１つの従来技術スキームは
、発明の名称が「均一電界放出のための材料の処理」である米国特許Ｎｏ．５，
８５７，８８２においてパンその他により教示されている。パンその他は、電子
放出薄膜の使用を教示し、該電界放出薄膜は、多結晶性ダイヤモンド、ダイヤモ
ンドライク（ｄａｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ）・カーボン（炭素）、黒鉛、又はア
モルファス・カーボンから作られる。パンその他は更に、薄膜の表面を条件付け
することにより薄膜の放出均一性を向上させることを教示する。パンその他は、
金属電極を薄膜の表面の上を走査することにより上記条件付けが達成されること
を教示する。このスキームは、薄膜の単位面積当たりの放出サイト（放出場所）
の数を増大すると思われている。しかしながら、個々の放出サイトの各々がサイ
ト電流を放出することができる。放出電流全体の不均一性は、サイト電流間の不
均一性から起きる場合がある。パンその他は、サイト電流間の均一性を向上させ
るための容易に制御可能な方法を教示するものではない。更に、パンその他によ
り教示されたスキームは時間がかかり、そしてアーキングに起因して損傷を電界
放出装置に与えることがある。
【０００４】 従って、表面エミッタを有する電界放出装置の放出電流の均一性を向上させる
方法に対する必要性が存在する。 説明を簡単且つ明瞭にするため、図面に示される構成要素は、必ずしも縮尺ど
うりに描かれていないことが認められるであろう。例えば、一部の構成要素の寸
法は、相互に対して誇張されている。更に、適切と思われる場合、参照番号は、
対応する構成要素を示すため図面間で繰り返し用いられている。
【０００５】 ［好適な実施形態の説明］ 本発明は、電界放出装置の放出電流の均一性を向上させる方法のためである。
本発明の方法は、表面電界エミッタ（ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｔｔ
ｅｒ）を形成するのが好ましいカーボン・ナノチューブを設けるステップと、個
々のカーボン・ナノチューブの間の放出電流のより高い均一性をもたらす要領で
、カーボン・ナノチューブの長さを制御可能状態で且つ選択的に低減するステッ
プとを含む。
【０００６】 カーボン・ナノチューブは、初期には低放出ナノチューブと高放出ナノチュー
ブとを含む。即ち、高放出ナノチューブは、デバイス電圧の所与の形態に対して
低放出ナノチューブより高い放出電流を放出する能力により特徴付けられる。放
出電流能力におけるこの不均一性は、表面電界エミッタ上からの放出電流の不均
一性をもたらし、そして個々の表面電界エミッタの間の放出電流の不均一性をも
たらすことがある。本発明の方法は、高放出ナノチューブの長さをある変化率（
複数）（ｒａｔｅｓ）で低減するステップを含み、そのある変化率（複数）は、
低放出ナノチューブの長さが低減される変化率（複数）より大きい。
【０００７】 一般的に、このことは、各カーボン・ナノチューブの放出端部に存在する電界
強度のより高い均一性をもたらし、従って各カーボン・ナノチューブからの個々
の放出電流のより高い均一性をもたらす。本発明の方法は、ナノチューブの長さ
が低減される変化率がその放出端部での電界強度に依存し、従ってナノチューブ
の放出電流能力に依存するので、主として自己制御的である。
【０００８】 図１は、本発明に従って、電界放出装置の放出電流の均一性を向上させる方法
の、バーンイン電流（ｂｕｒｎ−ｉｎ ｃｕｒｒｅｎｔ）を利用する好適な実施
形態のタイミング図である。図１のタイミング図は、図２、図３及び図４を参照
して説明される。特に、図２は時間ｔ１とｔ２との間のタイミング図と対応し、
図３は時間ｔ３とｔ４との間のタイミング図と対応し、図４は時間ｔ５とｔ６と
の間のタイミング図と対応する。
【０００９】 図２は、カーボン・ナノチューブから作られた電子エミッタ１１６を有する電
界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）１００の断面図である。図２はディスプレイ装置
を図示しているが、本発明の範囲はディスプレイ装置に限定されるものではない
。むしろ、本発明の方法は、全ての種類の電界放出装置における放出の均一性を
向上させるに有効であることができる。更に、本発明の方法のステップを実行す
ることができる電界放出装置の電極形態は、図２に図示されるような三極管構造
に限定されるものではない。例えば、本発明の方法は、本明細書で説明される形
態以外の二極管構造又は三極管構造を有する電界放出装置の放出の均一性を向上
させるに有効である。
【００１０】 ＦＥＤ１００は、陰極板１０２及び陽極板１０４を含む。陰極板１０２は、そ
の陰極板１０２と陽極板１０４との間に間隙領域１０７を形成するよう陽極板１
０４から離間している。陰極板１０２は基板１０８を含み、該基板１０８はガラ
ス、シリコン、セラミック等から作ることができる。陰極１１０が基板１０８上
に配設されている。陰極１１０は第１の電源１２６に接続されている。誘電体層
１１２は、陰極１１０上に配設され、エミッタ・ウェル（ｗｅｌｌ）１１４を形
成する。
【００１１】 電子エミッタ１１６がエミッタ・ウェル１１４内に配設されている。本発明の
方法は、複数のカーボン・ナノチューブを設けるステップを含み、それら複数の
カーボン・ナノチューブは電子エミッタ１１６を形成する。図２の実施形態にお
いて、電子エミッタ１１６は、エミッタ・ウェル１１４の平坦な底部表面上に配
設されている。しかしながら、本発明の範囲は平坦な構造での使用に限定される
ものではない。例えば、カーボン・ナノチューブは、平坦でない表面に配設する
ことができる。
【００１２】 理解を容易にするため、図２は、３個のカーボン・ナノチューブのみを図示し
ており、それらカーボン・ナノチューブの幅は非常に誇張されている。しかしな
がら、電子エミッタ１１６を形成するため任意の数のカーボン・ナノチューブを
用いることができる。カーボン・ナノチューブの表面密度は高い方が好ましい。
例えば、表面密度は平方ｃｍ当たり約１０８個のカーボン・ナノチューブの表面
密度に等しくすることができる。
【００１３】 一般的に、各カーボン・ナノチューブは、エミッタ・ウェル内に放出端部を形
成するような向きに配設される。従って、図２に図示されているように、第１の
カーボン・ナノチューブ１１９、第２のカーボン・ナノチューブ１１８及び第３
のカーボン・ナノチューブ１１７は端部１２３，１２９及び１１５をそれぞれ形
成し、それら端部１２３，１２９及び１１５はエミッタ・ウェル１１４内に配設
されている。カーボン・ナノチューブ１１９，１１８及び１１７は陰極１１０に
接続されている。
【００１４】 カーボン・ナノチューブを作る方法は当業者に既知である。カーボン・ナノチ
ューブは、幾つかの従来の付着（ｄｅｐｏｓｔｉｏｎ）方法のうちの１つを用い
ることにより付着させることができる。例えば、カーボン・ナノチューブは、バ
インダと混合して、その後スクリーン印刷することができる。代替として、カー
ボン・ナノチューブは、エミッタ・ウェル１１４の中に電気泳動的に付着させる
ことができる。陰極板１０２は更にゲート引き出し電極（ｇａｔｅ ｅｘｔｒａ
ｃｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１２１を含み、該ゲート引き出し電極１２１
は、誘電体層１１２上に配設され、そして第２の電源１２７に接続される。
【００１５】 陽極板１０４は、ガラスのような固体の透明材料から作られた透明基板１２０
を含む。ブラック・マトリックス（ｂｌａｃｋ ｍａｔｒｉｘ）１２２が、透明
基板１２０上に配設され、そして酸化クロム（ｃｈｒｏｍｅ ｏｘｉｄｅ）から
作られるのが好ましい。蛍光体１２４が、ブラック・マトリックス１２２により
規定された開口部１３０内に配設されている。蛍光体１２４は、陰極ルミネセン
ト（ｃａｔｈｏｄｅｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）であり、そして、電子エミッタ１
１６により放出される電子により活性化すると光を放出する。
【００１６】 陽極１２５はアルミニウムから作られるのが好ましいが、その陽極１２５は蛍
光体１２４及びブラック・マトリックス１２２に重なっているブランケット層（
ｂｌａｎｋｅｔ ｌａｙｅｒ）を形成する。陽極１２５は、第３の電源１２８に
接続される。マトリックス状にアドレス指定可能な（ｍａｔｒｉｘ−ａｄｄｒｅ
ｓｓａｂｌｅ）ＦＥＤ用の陰極板及び陽極板を製作する方法は、当業者に既知で
ある。
【００１７】 ＦＥＤ１００は、電子エミッタ１１６に電子を放出させるよう選択された電位
を陰極１１０及びゲート引き出し電極１２１に印加することにより動作する。例
えば、典型的な走査モード電圧は、陰極１１０での接地電位及びゲート引き出し
電極１２１での約１００ボルトなどである。走査モードは、そのモード中に蛍光
体１２４が活性化されるＦＥＤ１００の動作モードである。陽極１２５の電圧は
、電界放出された電子を引きつけ且つディスプレイ画像の所望の輝度レベルを与
えるよう選択される。
【００１８】 図２における矢印は、カーボン・ナノチューブ１１９，１１８及び１１７の初
期放出電流能力を表す。一般的に、ナノチューブの放出電流能力は放出電流で定
義される。なお、その放出電流は、電子エミッタが放出を生じさせる電圧形態（
ｅｍｉｓｓｉｏｎ−ｃａｕｓｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉ
ｏｎ）を受けた場合そのナノチューブにより放出されることができるであろう電
流である。放出電流能力を定義する目的のため、上記放出を生じさせる電圧形態
は、ナノチューブからのカーボンの除去を生じさせない。
【００１９】 一般的に、本発明の方法は、少なくとも最高の放出ナノチューブの放出電流能
力を選択的に低減する。本発明の方法は、第１のカーボン・ナノチューブ及び第
２のカーボン・ナノチューブを設けるステップを含み、そこにおいて第１のカー
ボン・ナノチューブは、第１の放出電流能力により特徴付けられ、第２のカーボ
ン・ナノチューブは、第１のカーボン・ナノチューブの第１の放出電流能力より
小さい第２の放出電流能力により特徴付けられる。本発明の方法は更に、第１の
カーボン・ナノチューブの長さを第１の変化率で低減させ、且つ同時に第２のカ
ーボン・ナノチューブの長さを、第１のカーボン・ナノチューブの長さが低減さ
れる変化率より小さい第２の変化率で低減させる同時発生のステップを含む。一
般的に、ナノチューブの長さの低減は、そのナノチューブの放出電流能力の低減
をもたらす。従って、上記同時発生のステップを用いて、第２の放出電流能力と
第１の放出電流能力との差を低減させることができ、そしてそれにより放出の均
一性を向上させることができる。
【００２０】 第２のカーボン・ナノチューブの長さが低減する第２の変化率をゼロに等しく
することができ、それにより第１のカーボン・ナノチューブの放出電流能力のみ
を低減し、そして第２のカーボン・ナノチューブ放出電流能力を一定のままにす
ることを理解することが望ましい。こうして、それぞれの放出電流能力間の差を
低減することができる。
【００２１】 第２のカーボン・ナノチューブの放出電流能力が低減される変化率より大きい
変化率で第１のカーボン・ナノチューブの放出電流能力を低減させることにより
均一性の類似の向上を達成することができる。これは、第２のカーボン・ナノチ
ューブの長さを低減する変化率より大きい変化率で第１のカーボン・ナノチュー
ブの長さを低減させることにより達成させることができる。
【００２２】 均一性を向上させるこれらのアプローチの両方が、図２から図４までの経過に
示されている。第１及び第２のカーボン・ナノチューブ１１９及び１１８の放出
電流能力が低減され、一方第３のカーボン・ナノチューブ１１７の放出電流能力
は一定のままである。その低減は、好ましくは全体の電流を最大化しながらそれ
らの放出電流能力間の差を低減するに十分である程度に実行される。同時に、第
１のカーボン・ナノチューブ１１９の長さは、第２のカーボン・ナノチューブ１
１８の長さが低減される変化率より大きい変化率で低減される。図１から図４の
特定の実施形態においては、この選択的長さ低減は、第１のカーボン・ナノチュ
ーブ１１９及び第２のカーボン・ナノチューブ１１８の放出電流能力間の差の低
減をもたらす。
【００２３】 本発明の範囲は、本明細書に説明されるように、長さの選択的低減を達成する
のに適したいずれのスキームも含む。図１の実施形態は、長さの選択的低減を実
現するためバーンイン電流ＩBを用いている。一般的に、電子エミッタは、最大
放出電流能力により特徴付けられる。最大放出電流能力は、カーボン・ナノチュ
ーブの特定の電子エミッタを定義する、複数のカーボン・ナノチューブの間での
放出電流能力の最大値である。バーンイン電流は、最大放出電流能力により特徴
付けられる少なくともカーボン・ナノチューブの端部からのカーボンの除去を生
じさせるに十分なものである。
【００２４】 図１は、電子エミッタ１１６により放出される合計放出電流Ｉのグラフ１５０
、反応性化学種Ｘ＋の、部部的圧力ＰX＋のグラフ１６０、電子エミッタ１１６
が置かれている環境の、温度Ｔのグラフ１７０、及びゲート引き出し電極１２１
でのゲート電圧ＶGのグラフ１８０を含む。
【００２５】 時間ｔ１とｔ２との間で、グラフ１５０は、電圧の走査モード形態に対して電
子エミッタ１１６の初期合計放出電流Ｉiを示す。即ち、陰極１１０の電位はそ
の走査モード値に等しく、該走査モード値は接地電位であることができ、そして
ゲート引き出し電極１２１の電位はその走査モード値ＶG,Sに等しく、該走査モ
ード値ＶG,Sは約１００ボルトであることができる。タイミング図のこの部分は
、カーボン・ナノチューブ１１９，１１８及び１１７の初期累積放出電流能力を
示すため、及び本発明の方法に起因して生じる合計放出電流の低減を示すため含
められている。本発明の方法は、ナノチューブの長さを選択的に低減するステッ
プの前に電子エミッタ１１６に放出させる別個のステップを必要としないことを
理解するのが望ましい。図２は、時間ｔ１とｔ２との間である、図１のタイミン
グ図の部分と対応する。
【００２６】 時間ｔ３とｔ４との間で、グラフ１５０は、本発明の方法の好適な実施形態を
示す。図１の実施形態において、第１のカーボン・ナノチューブの長さを第１の
変化率で低減させるステップ及び第２のカーボン・ナノチューブの長さを第２の
変化率で低減させるステップは、電子エミッタ１１６によりバーンイン電流を放
出させるステップを備える。このステップは更に図３により表される。
【００２７】 本発明に従って、バーンイン電流ＩBは、少なくとも第１のカーボン・ナノチ
ューブ１１９の端部１２３からのカーボンの除去を生じさせるに十分である。図
１及び図３の実施形態において、バーンイン電流は、第１のカーボン・ナノチュ
ーブ１１９及び第２のカーボン・ナノチューブ１１８からのカーボンの除去を起
こさせるが、しかし第３のカーボン・ナノチューブからはカーボンの除去を起こ
させない。カーボンの除去は、選択的に燃焼（ｂｕｒｎ）されるべきである各ナ
ノチューブにより約１マイクロアンペアより大きいマイクロアンペアで放出させ
ることにより達成されることが好ましい。
【００２８】 バーンイン電流は、カーボン・エボルーション（ｃａｒｂｏｎ ｅｖｏｌｕｔ
ｉｏｎ）及び電流の均一性の増大を実現するまで合計放出電流を徐々に増大する
ことにより達成される。バーンイン・ステップ中の過大な増大率又は合計放出電
流の過大な最終値は、さもなければ累積放出電流能力におけるアーキング又は過
大な低減をもたらすであろうし、従って回避されねばならない。
【００２９】 合計放出電流の増大は、ゲート電圧を初期値ＶG,0（なお、この初期値ＶG,0は
接地電位に等しい状態にすることができる。）からバーンイン値ＶG,Bまで増大
させることにより実現される。バーンイン電流はアーキングを防ぐよう制御され
、それはさもなければＦＥＤ１００に回復不能な損傷を与えることができる。カ
ーボン・エボルーションは短い時間の間に生じることが許され、そして放出均一
性がその後に測定される。
【００３０】 バーンイン・ステップが陽極板１０４の無い状態で陰極板１０２に実行される
ならば、電子エミッタ１１６に蛍光体を活性化させ、次いでその蛍光体により放
出される光の輝度の均一性を測定することにより、放出均一性を測定することが
できる。代替として、ＦＥＤ１００が気密封止された後にバーンイン・ステップ
を実行することができる。その場合、蛍光体１２４が光を放出するようにさせる
ことにより放出均一性を測定することができる。輝度の均一性を測定する方法は
当業者に既知である。
【００３１】 ナノチューブからのカーボンの除去は、少なくとも一部分、カーボンの電場脱
着に起因していると考えられる。電場脱着は、ナノチューブの温度の増大により
増強される。ナノチューブの温度の増大は、高い値のバーンイン電流により起こ
される。本発明の方法に従って、カーボン除去は更に、室温より高い温度により
特徴付けられる環境に電子エミッタ１１６を置くステップを用いることにより増
強されることができる。図１の好適な実施形態は、温度をバーンイン期間（時間
ｔ３からｔ４まで）の間で初期値Ｔ0（なお、その初期値Ｔ0は室温に等しくする
ことができる。）から上昇したバーンイン温度ＴBまで増大させるステップを含
む。
【００３２】 温度を増大させることにより、陰極１１０と直列接続され得る安定抵抗器に起
因した抵抗のような直列抵抗を低下させる追加の利点をもたらすことができる。
直列抵抗の低減は、とりわけ、バーンイン電流を実現するための電力要件を改善
する。
【００３３】 本発明の方法に従って、カーボンの除去を促進するよう選択された化学種を与
えるステップを実行することにより、カーボンの除去を更に促進することができ
る。例えば、アルゴンのようなイオン化した不活性ガスが与えられることができ
る。イオン化した不活性ガスは、スパッタリングによりカーボンを除去する重い
ガスとして機能する。別の実施形態においては、カーボンの除去を促進するよう
選択された化学種を与えるステップは、カーボンの除去を促進するよう選択され
た反応性化学種を与えるステップを含む。反応性化学種は、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2、
Ｏ3、ＮＯ、ＮＯ2、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ等のような酸素含有化学種であることが好まし
い。
【００３４】 図１及び図３の好適な実施形態は更に、カーボンの除去を促進するよう選択さ
れる反応性化学種Ｘ＋を与えるステップを含む。反応性化学種の部分圧力ＰX＋
は、グラフ１６０に示されるように、バーンイン期間中にバーンイン値ＰX＋,Ｂ
に増大される。反応性化学種は酸素含有化学種であることが好ましい。酸素含有
化学種は、電子エミッタ１１６から放出された電子によりイオン化される。イオ
ン化された酸素含有化学種は、第１及び第２のカーボン・ナノチューブ１１９及
び１１８のそれぞれの端部１２３及び１２９でカーボンに引きつけられ且つカー
ボンと反応し、それによりカーボン除去を促進する。
【００３５】 本発明の方法の別の実施形態においては、電子エミッタ１１６は、その電子エ
ミッタ１１６によりバーンイン電流を放出させるステップの間真空環境に配設さ
れる。真空環境は、約１０−５パスカル以下の圧力により特徴付けられることが
好ましい。例えば、バーンイン電流を放出させるステップは、ＦＥＤ１００の排
気及び気密封止に続いて実行することができる。
【００３６】 図４は、図２のＦＥＤ１００の断面図であり、更に電界放出装置の放出電流の
均一性を向上させる本発明の方法に従ったステップの実行に引き続いてのカーボ
ン・ナノチューブ１１９，１１８及び１１７の放出電流能力を示す。図４はまた
、時間ｔ５とｔ６との間である、図１のタイミング図の一部分と対応する。図４
の破線は、バーンイン期間中に除去される第１及び第２のカーボン・ナノチュー
ブ１１９及び１１８の部分を表す。図４における矢印は、カーボン・ナノチュー
ブ１１９，１１８及び１１７の放出電流能力を表す。図４を図２と比較すること
により、放出電流能力が選択的カーボン除去ステップに起因してより均一である
ことが明らかである。図１のグラフ１５０は更に、電圧の走査モード形態に対す
る合計放出電流Ｉが選択的カーボン除去ステップに起因して走査モード値ＩSに
降下することを（時間ｔ５からｔ６までに）示している。
【００３７】 本発明の別の実施形態に従って、第１のカーボン・ナノチューブを第１の変化
率で低減させるステップ及び第２のカーボン・ナノチューブを第２の変化率で低
減させるステップは、正の電位及び第１の電界強度を第１のカーボン・ナノチュ
ーブの端部に与えるステップを含み、そこにおいて第１の電界強度が第１のカー
ボン・ナノチューブの端部からのカーボンの除去を生じさせるに十分であり、そ
して正の電位及び第２の電界強度を第２のカーボン・ナノチューブの端部に与え
るステップを更に含み、そこにおいて第１の電界強度は第２の電界強度より大き
い。この実施形態においては、カーボン除去は、カーボン・ナノチューブの逆極
性化により達成される。追加の反応性化学種は必要とされない。
【００３８】 図５は、本発明に従ってＦＥＤ１００の放出電流の均一性を向上させる方法の
別の実施形態のタイミング図である。図５及び図６の実施形態は、カーボン・ナ
ノチューブ１１９，１１８及び１１７の逆極性化を利用し、更に負に荷電された
反応性化学種Ｙ−を利用する。図５の実施形態はバーンイン電流を用いない。
【００３９】 図５のタイミング図は更に、陰極１１０での陰極電圧ＶCのグラフ１９０、及
び負に荷電された反応性化学種Ｙ−の、部分圧力ＰY−のグラフ２００を含む。
図５の実施形態に対するバーンイン期間（時間ｔ３からｔ４まで）が、図６を参
照して説明される。
【００４０】 図６は、図２のＦＥＤ１００の断面図であり、更に図５の実施形態に従った様
々なステップの実行を示す。図５及び図６の実施形態においては、ゲート引き出
し電極１２１及び電子エミッタ１１６の極性は、図１の実施形態で用いられてい
る極性とは反対である。図５におけるグラフ１８０及び１９０により示されるよ
うに、バーンイン期間（時間ｔ３からｔ４まで）中のゲート電圧ＶG,0は接地電
位に等しいようにでき、そして陰極電圧をその走査モード値ＶC,S（なお、その
走査モード値ＶC,Sは接地電位に等しくできる。）からバーンイン値ＶC,Bまで増
大することができる。陰極電圧のバーンイン値は、負に荷電された反応性化学種
を電子エミッタ１１６に引きつけ且つそれらの間での反応を促進するよう選択さ
れる。
【００４１】 負に荷電された反応性化学種の部分圧力ＰY−は、グラフ２００により示され
るように、バーンイン期間中に初期値ＰY−,Ｓ（なお、その初期値ＰY−,Ｓはゼ
ロであることができる。）からバーンイン値ＰY−,Ｂまで増大される。負に荷電
された反応性化学種は、ナノチューブと反応して、気体のカーボン含有生成物を
生成し、それによりナノチューブからのカーボンの除去を生じさせる。負に荷電
された反応性化学種は、イオン化した過酸化水素、イオン化した酸素等のような
イオン化した酸素含有化学種であることが好ましい。
【００４２】 一般的に、反応速度はナノチューブの端部で最大であり、該ナノチューブの端
部は最高の電界強度を有する。これらはまた、一般的に、最高の放出電流能力を
有するナノチューブである。従って、図５及び図６の実施形態は、本発明に従っ
て、最高の放出ナノチューブの長さの選択的低減を生じさせ、それにより放出電
流の均一性を向上させる。
【００４３】 本明細書に記載された個々のナノチューブの間での放出電流の均一性を向上さ
せるステップはまた、複数の個々の電子エミッタ１１６間の放出電流の均一性を
向上させるのに有効であることを理解することが望ましい。
【００４４】 要約すると、本発明は、電界放出装置の放出電流の均一性を向上させるためで
ある。本発明の方法は、カーボン・ナノチューブを設けるステップと、放出のよ
り高い均一性をもたらす要領でカーボン・ナノチューブの長さを制御可能に且つ
選択的に低減するステップとを含む。カーボン・ナノチューブの長さの選択的低
減は、例えば、カーボン・ナノチューブの極性が逆にされている間にバーンイン
電流を用いることにより又は電界依存化学を用いることにより達成されることが
できる。本発明の方法は、低コストで容易に且つ迅速に実施することができ、ま
た主として自己制御的であり、そして電気的アーキングに起因したデバイス電子
機器への傷害を防止する。
【００４５】 我々は本発明の特定の実施形態を示し且つ説明したが、更なる修正及び改善は
当業者により考えられるであろう。例えば、本発明の方法は、室温に等しい温度
により特徴付けられる環境に電子エミッタを置きながら実行することができる。
従って、我々は、本発明が示された特定の形態に限定されないことが理解される
ことを望み、そして我々は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱してない全ての修正
を特許請求の範囲に含むことを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に従って、電界放出装置の放出電流の均一性を向上させる方法
の、バーンイン電流を利用する好適な実施形態のタイミング図である。
【図２】 図２は、カーボン・ナノチューブから作られた電子エミッタを有する電界放出
ディスプレイの断面図である。
【図３】 図３は、図２の電界放出ディスプレイの断面図であり、そして更に図１の好適
な実施形態に従った様々なステップのそれへの実行を示す。
【図４】 図４は、図２の電界放出ディスプレイの断面図であり、更に電界放出装置の放
出電流の均一性を向上させる本発明の方法に従ったステップのそれへの実行に続
くカーボン・ナノチューブの放出電流能力を示す。
【図５】 図５は、本発明に従って、カーボン・ナノチューブの逆極性化及び負に荷電さ
れた反応性化学種を利用し、電界放出装置の放出電流の均一性を向上させる方法
の別の実施形態のタイミング図である。
【図６】 図６は、図２の電界放出ディスプレイの断面図であり、更に図５の実施形態に
従った様々なステップのそれへの実行を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 チャラマラ，バブ・アール アメリカ合衆国アリゾナ州85224，チャン ドラー，ノース・ドブソン・ロード 855， ナンバー 2045 Ｆターム(参考） 5C012 AA05 VV02 5C127 AA01 BA13 BA15 BB07 CC03 DD93

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１のカーボン・ナノチューブ（１１９）及び第２のカーボ
    ン・ナノチューブ（１１８）を設けるステップであって、前記第１のカーボン・
    ナノチューブ（１１９）は第１の放出電流能力により特徴付けられ、前記第２の
    カーボン・ナノチューブ（１１８）は第２の放出電流能力により特徴付けられ、
    第１の放出電流能力が第２の放出電流能力より大きい、前記設けるステップと、 前記第１のカーボン・ナノチューブ（１１９）の長さを第１の変化率で低減さ
    せるステップと、 前記第１のカーボン・ナノチューブ（１１９）の長さを第１の変化率で低減さ
    せる前記ステップと同時に第２のカーボン・ナノチューブ（１１８）の長さを第
    ２の変化率で低減させるステップであって、第１の変化率が第２の変化率より大
    きいことにより第２の放出電流能力と第１の放出電流能力との差を低減する、前
    記第２の変化率で低減させるステップと を備える電界放出装置（１００）の放出電流の均一性を向上させる方法。
  2. 【請求項２】 前記第１のカーボン・ナノチューブ（１１９）は端部（１２
    ３）を有し、 前記第１及び第２のカーボン・ナノチューブ（１１９，１１８）が電子エミッ
    タ（１１６）を形成し、 第１のカーボン・ナノチューブ（１１９）の長さを第１の変化率で低減させる
    前記ステップ及び第２のカーボン・ナノチューブ（１１８）の長さを第２の変化
    率で低減させる前記ステップは、前記電子エミッタ（１１６）によりバーンイン
    電流を放出させるステップを備え、 前記バーンイン電流は、少なくとも第１のカーボン・ナノチューブ（１１９）
    の端部（１２３）からのカーボンの除去を生じさせるに十分である 請求項１記載の電界放出装置（１００）の放出電流の均一性を向上させる方法。
  3. 【請求項３】 カーボンの除去を促進するよう選択された化学種を与えるス
    テップを更に備える請求項２記載の電界放出装置（１００）の放出電流の均一性
    を向上させる方法。
  4. 【請求項４】 前記第１のカーボン・ナノチューブ（１１９）が端部（１２
    ３）を有し、 前記第２のカーボン・ナノチューブ（１１８）が端部（１２９）を有し、 第１のカーボン・ナノチューブ（１１９）の長さを第１の変化率で低減させる
    前記ステップ及び第２のカーボン・ナノチューブ（１１８）の長さを第２の変化
    率で低減させる前記ステップは、 前記第１のカーボン・ナノチューブ（１１９）の端部（１２３）に正の電位及
    び第１の電界強度を与えるステップであって、当該第１の電界強度は前記第１の
    カーボン・ナノチューブ（１１９）の端部（１２３）からのカーボンの除去を生
    じさせるに十分である、前記正の電位及び第１の電界強度を与えるステップと、 前記第２のカーボン・ナノチューブ（１１８）の端部（１２９）に正の電位及
    び第２の電界強度を与えるステップと、を備え、 第１の電界強度が第２の電界強度より大きい 請求項１記載の電界放出装置（１００）の放出電流の均一性を向上させる方法。
  5. 【請求項５】 電子エミッタ（１１６）を形成する複数のカーボン・ナノチ
    ューブ（１１７，１１８，１１９）を設けるステップと、 前記電子エミッタ（１１６）によりバーンイン電流を放出させるステップと、
    を備え、 前記バーンイン電流は、前記電子エミッタ（１１６）による放出電流の均一性
    を増大させるに十分である、 電界放出装置（１００）の放出電流の均一性を向上させる方法。
  6. 【請求項６】 前記複数のカーボン・ナノチューブ（１１７，１１８，１１
    ９）の各々は、端部（１１５，１２９，１２３）を有し、 前記複数のカーボン・ナノチューブ（１１７，１１８，１１９）の各々は、放
    出電流能力により特徴付けられ、 前記電子エミッタ（１１６）は、最大放出電流能力により特徴付けられ、 前記バーンイン電流は、最大放出電流能力により特徴付けられる複数のカーボ
    ン・ナノチューブ（１１９）のうちの少なくとも複数のものの端部（１２３）か
    らのカーボンの除去を生じさせるに十分である 請求項５記載の電界放出装置（１００）の放出電流の均一性を向上させる方法。
  7. 【請求項７】 前記電子エミッタ（１１６）によりバーンイン電流を放出さ
    せる前記ステップは、最大放出電流能力により特徴付けられる前記複数のカーボ
    ン・ナノチューブ（１１９）の各々により約１マイクロアンペアより大きく放出
    させるステップを備える請求項６記載の電界放出装置（１００）の放出電流の均
    一性を向上させる方法。
  8. 【請求項８】 カーボンの除去を促進するよう選択された化学種を与えるス
    テップを更に備える請求項６記載の電界放出装置（１００）の放出電流の均一性
    を向上させる方法。
  9. 【請求項９】 カーボンの除去を促進するよう選択された化学種を与える前
    記ステップは、イオン化された不活性ガスを与えるステップを備える請求項８記
    載の電界放出装置（１００）の放出電流の均一性を向上させる方法。
  10. 【請求項１０】 複数のカーボン・ナノチューブ（１１７，１１８，１１９
    ）によりバーンイン電流を放出させる前記のステップは、電界放出装置（１００
    ）の気密封止の後に続いて実行される請求項５記載の電界放出装置（１００）の
    放出電流の均一性を向上させる方法。
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