JP2004119395A

JP2004119395A - カーボンナノチューブ（ｃｎｔ）フィールドエミッション・ディスプレイのアノード基板

Info

Publication number: JP2004119395A
Application number: JP2004002043A
Authority: JP
Inventors: ▲はん▼　雨心; Yui-Shin Fran; Raisei Chin; 陳　來成
Original assignee: Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 2001-08-13
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2004-04-15
Also published as: JP2003059436A; US6774548B2; TW511108B; US20040169458A1; US20030030356A1

Abstract

【課題】　カソード基板およびアノード基板のＣＮＴ−ＦＥＤを提供して、従来の技術で発生していた、アーク現象などの問題を解決する。
【解決手段】　ガラス基板と、前記ガラス基板上にパターニングされた複数の蛍光体層と、
　前記蛍光体層を覆う平坦化されたAl膜と、前記Al膜と同電位を有し、前記Al膜を覆って複数の開口を有し、前記開口が前記蛍光体層にそれぞれ対応する金属シートとを含むカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）フィールドエミッション・ディスプレイのアノード基板を用いた。
【選択図】　　　図６

Description

　本発明は、フィールドエミッション・ディスプレイ（ＦＥＤ）に関し、特にカーボンナノチューブ・フィールドエミッション・ディスプレイ（ＣＮＴ−ＦＥＤ）に関する。

　フィールドエミッション・ディスプレイ（ＦＥＤ）は、パネルディスプレイ市場において競争力を擁している。それはアノード電極、カソード電極およびゲート電極で構成される３極構造の高電圧ディスプレイであり、高電圧および低電流を印加して、高輝度を達成する。ＦＥＤは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のように軽量で薄型ということと、陰極線管（ＣＲＴ）のように高輝度と自発光という特長を有していた。従来のＦＥＤ工程において、蛍光材料がアノード基板上に形成されて、放電チップを有する電子放出源がカソード基板上に形成されて、ゲート電極は放電チップの外囲に形成される。そのため、ゲート電極から発生した高電場を印加すると、放電チップから電子が放出されて、その電子は印加された高電圧で加速されて蛍光材料にあたり、カソード蛍光体が放出される。電子放出源の製作に関しては、複雑な工程、高価な器材、低い効率が伴うにもかかわらず、モリブデン（Mo）金属を採用してマイクロチップを形成していた。

　最近、高い機械的強度および優れた電気的性能を有するカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）材料を使用してＦＥＤの電子放出源を形成してきた。スクリーン印刷、化学気相成長（ＣＶＤ）およびコーティングなどの、簡単で低コストの技術を応用してカーボンナノチューブのコーティングあるいは成長を電子放出領域中で行い、製品となるＣＮＴ−ＦＥＤは、高い生産効率を有するとともに、大型サイズのディスプレイを形成することができる。図１において、従来のＣＮＴ−ＦＥＤ１０を示す。ＣＮＴ−ＦＥＤ１０はカソード基板１２と、その上にカソード基板１２に平行なアノード基板１４とを有して、スペーサ１６がカソード基板１２とアノード基板１４との間の真空空間に設けられて、所定の垂直距離を維持して大気圧に抵抗する。アノード基板１４はガラス基板１８を有して、複数の蛍光体層２０がガラス基板１８の所定領域上にパターニングされて、平坦化されたAl膜２２がガラス基板１８の露出領域上に形成される。Al膜２２の第１の目的はアノード基板１４の導電層として提供することであり、第２の目的は蛍光体層２０の反射層として提供することであり、第３の目的は保護層として提供して、蛍光体層２０をイオンボンバートおよび電場吸着から保護することである。カソード基板１２はガラス基板２４を有して、複数のカソード層２６がガラス基板２４の所定領域上にパターニングされて、複数のＣＮＴ構造３４をカソード層２６の各電子放出領域上に成長させる。絶縁層２８がガラス基板２４の周辺領域上に形成されて、網状金属層３２がフリットで絶縁層２８上に被着させられる。さらに、網状金属層３２の開口３２ａはカソード層２６の各電子放出領域に対応するため、カソード層２６を囲む網状金属層３２の金属材料はゲート電極３２ｂとして提供される。

　しかしながら、ＣＮＴ−ＦＥＤ１０には短所があった。第一に、電子放出領域を囲む外側カーボンナノチューブにエッジ効果が現れるため、各蛍光体層２０は周囲が比較的明るく中心が比較的暗く発光した。これは発光の不均一およびＣＮＴ−ＦＥＤ１０の発光品質の低下を発生させた。第二に、網状金属層３２の端部だけが、カソード基板１２の周辺領域上に形成された絶縁層２８に被着されるため、大部分のゲート電極３２ｂがカソード基板１２上に吊らされる。網状金属層３２のサイズが増大するにつれて、網状金属層３２の中心領域は容易に垂れ下がって不均一となった。これは電子をゲート電極３２ｂに打ち込んで、不均一な電場を形成して網状金属層３２を振動させて、更には網状金属層３２の剥離を発生させることとなった。第三に、高温（好ましくは450℃〜500℃）で有機材料を除去する際、Al膜２２の一部分が酸化されて酸化アルミニウムとなり、Al膜２２の導電性が低下した。これは電子が放出されてアノード基板１４に打ち込まれる際に電荷を蓄える。そして、電荷が蓄えられて限界量に達すると、蓄えた電荷を排除するためにアーク現象が形成されて、アノード基板１４上の輝度がなくなる。さらに、蓄えられた電荷が排斥の電場を発生させた後、放出された電子がアノード基板１４に打ち込まれないようにする。これはアノード基板１４に打ち込まれる電子の量を減少させて、蛍光体層２０から放出される輝度を低下させる。第四に、電子放出源に金属チップあるいはＣＮＴ構造３４を採用したとしても電子の発散現象が常に発生し、アノード基板１４上にクロストークを発生させることとなった。さらに、放出された電子の量が大きくなるにつれて、過剰電子は直接アノード基板１４に打ち込まれて、スパークが発生した。

　そのため、本発明の第一の目的は、金属シートを提供してアーク現象を防ぐことである。

　本発明の第２の目的は、振動と剥離からゲート電極層を守ることである。

　本発明の第３の目的は、発光の均一性およびＣＮＴ−ＦＥＤの発光効果を高めることである。

　本発明の第４の目的は、金属キャップを提供してアノード基板上のクロストークを防ぐことである。

　本発明の第５の目的は、金属キャップ上の開口部を提供して、直接放出電子の放出空間を制限して蓄える電子の量を減少させて、アークを消滅させることである。

　本発明は新規アノード基板を有するＣＮＴ−ＦＥＤを提供して、従来の技術で発生していた問題を解決する。

　ＣＮＴ−ＦＥＤは、ガラス基板上にパターニングされた複数の蛍光体層を有するアノード基板を含む。平坦化されたAl膜は蛍光体層を覆って、金属シートはAl膜を覆う。金属シートはAl膜と同電位を有し、複数の開口を有して、その開口はそれぞれ蛍光体層に対応する。

　上記構成により、この発明は、下記のような長所を有する。

　本発明は、カソード基板およびアノード基板のＣＮＴ−ＦＥＤを提供して、従来の技術で発生していたアーク現象などの問題を防ぐことができる。

　次に、本発明の実施の形態について説明する。

（第１実施例）
　図２Ａから図２Ｄを参照するに、図２Ａは、本発明の第１実施例におけるＣＮＴ−ＦＥＤのカソード基板の断面図を示す。図２Ｂは、従来の技術における電子放出領域の平面図を示す。図２Ｃおよび図２Ｄは、本発明の第１実施例における電子放出領域の平面図を示す。図２Ａに示すように、ＣＮＴ−ＦＥＤの第１実施例においてカソード基板４０は、ガラス基板４１と、ガラス基板４１の所定領域上にパターニングされた複数のカソード層４２と、隣接するカソード層４２の間の空間に形成された絶縁層４４と、絶縁層４４を通り各カソード層４２を露出する複数の開口４５と、開口４５を覆わずに絶縁層４４上に形成された網状ゲート電極層４６と、複数のＣＮＴ構造４８とを含む。各ＣＮＴ構造４８を各カソード層４２の電子放出領域上に成長して、各ＣＮＴ構造４８は複数のサブＣＮＴ構造４８１，４８２，４８３を有して、それらは互いに離れてアレイ配列する。

　図２Ｂに示すように、従来の技術において、電子放出領域Ａをカーボンナノチューブで充填するため、領域Ａの周辺に成長されたカーボンナノチューブの一部分には常にエッジ効果が発生して、ＣＮＴ−ＦＥＤの発光の不均一を減少させた。この問題を解決するために、第１実施例において、電子放出領域Ａを複数のサブ領域に分割して、その上に各サブＣＮＴ構造を成長させる。図２Ｃおよび図２Ｄに示すように、領域Ａがサブ領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に分割されて、それらは均一に互いに分けられてアレイ配列され、サブＣＮＴ構造４８１，４８２，４８３がそれぞれサブ領域Ａ１，Ａ２，Ａ３上に成長させられる。各サブ領域Ａ１，Ａ２，Ａ３の周辺にエッジ効果が形成されるため、全てのエッジ効果の結合はＣＮＴ−ＦＥＤの発光の不均一を改善することができる。また、サブ領域のサイズが小さくなるにつれて、隣接するサブ領域間の距離も減少して、サブ領域の分布密度が増大し、ＣＮＴ−ＦＥＤの輝度および光度の均一性が高まる。

　工程のニーズおよび制限により、サブ領域Ａ１，Ａ２，Ａ３の形状を選択することができる。好ましくはサブ領域の形状が、四辺形、円形あるいはその他の形状である。ＣＮＴ構造４８の製造において、好ましくは印刷を使用してＣＮＴ材料をサブ領域Ａ１，Ａ２，Ａ３上にコーティングする。好ましくは、隣接するサブ領域間の距離が80μｍ〜150μｍで、サブ領域のサイズが200μｍ×200μｍである。

（第２実施例）
　図３Ａから図３Ｃに示すのは、本発明の第２実施例におけるゲート電極層を形成する方法である。第２実施例はＣＮＴ−ＦＥＤのカソード基板５０上にゲート電極層を形成する方法を提供する。図３Ａにおいて、堆積および、フォトリソグラフィあるいは印刷を利用して、複数のカソード層５２をガラス基板５１上にパターニングする。カソード層５２はAg、Cuあるいはその他の導電金属材料から選択される。図３Ｂにおいて、堆積および、フォトリソグラフィあるいは印刷を利用して、複数のリブ５４が形成されて隣接するカソード層５２間を充填してカソード層５２の上面から突出し、複数の空洞５７がそれぞれカソード層５２上に設けられる。好ましくは、リブ５４の厚さが30〜100μｍである。続いて、図３Ｃにおいて、印刷により複数のゲート電極層５６が各リブ５４上面に形成される。ゲート電極層５６はAg、Cuあるいはその他の導電金属材料から選択される。続いて、リブ５４およびゲート電極層５６に対して高温焼成処理を行う。

　従来の網状金属層を形成する方法と較べて、リブ５４の各上面に形成された各ゲート電極層５６は垂れ下がったり不均一になったりしない。これはゲート電極層５６の振動や剥離を防止することができるため、ＣＮＴ−ＦＥＤの発光の均一性および発光効率を向上させる。さらに、後に続くカソード層５２上にＣＮＴ構造を形成する工程では、図２Ｂに示すように、ＣＶＤを使用してＣＮＴ構造が領域Ａ上の全体に形成される。あるいは第１実施例と組み合わせて、サブＣＮＴ構造が図２Ｃおよび図２Ｄに示すように、各サブ領域Ａ１，Ａ２，Ａ３上に形成されてもよい。リブ５４の形成前に、スクリーン印刷でＣＮＴ構造が印刷されて、ゲート電極層５６がリブ５４上に印刷される。続いて、それら多層は高温焼成処理される。

（第３実施例）
　図４Ａおよび図４Ｂに示すのは、本発明の第３実施例におけるＣＮＴ−ＦＥＤのアノード基板の断面図である。第３実施例において、ガラス基板６１を有するアノード基板６０を提供し、複数の蛍光体層６２をガラス基板６１の所定領域上にパターニングして、平坦化されたAl膜６４が蛍光体層６２および露出されたガラス基板６１を覆う。さらに、フリットによりガラス基板６１に被着された金属シート６６はAl膜６４を覆って、それはAl膜６４と等電位を有する。電子を蛍光体層へ打ち込むために、金属シート６６は蛍光体層にそれぞれ対応する複数の開口６７を有する。さらに、電子の散乱を防止するために、図４Ａに示すように、開口６７の外側へ折り曲げられた２個の金属脚６８が提供される。これは電子を蛍光体層６２に直接打ち込むようにして、アノード基板６０上のクロストークを防ぐ。

　高温（450℃〜500℃）で有機材料を除去する際、Al膜６４の一部分は酸化されるかもしれないが、金属シート６６はAl膜６４の導電性を補って、電子が蓄えられることによって発生するアーク現象を防止する。

（第４実施例）
　アノード基板上でのクロストーク発生による発散現象を防ぐために、第４実施例は金属キャップを提供して、完成したカソード電極を覆い、電子の散乱を防止する。図５Ａは、本発明の第４実施例におけるカソード基板の断面図を示す。図５Ｂから図５Ｄは、本発明の第４実施例における金属キャップの斜視図を示す。図５Ａに示すように、第２実施例においてゲート電極層５６が上に形成されたカソード基板５０を使用して、CNT構造がカソード層５２上にそれぞれ形成され、金属キャップ５８を採用してカソード基板５０の表面をマスクする。金属キャップ５８は、電子放出領域および蛍光体層にそれぞれ対応した複数の開口部５９を有する。金属キャップ５８およびゲート電極層５６は等電位を有して、所定距離で離間して、その距離が好ましくは0.1ｍｍ〜１ｍｍである。ゲート電極層５６を使用して放出された電子を引き付けるとともに、金属キャップ５８を使用して電子ビームを集中させる。金属キャップ５８が生む電場はゲート電極層５６が生むもう一つの電場より小さいために、過剰電子が金属キャップ５８に打ち込まれて振動を発生させることはない。さらに、散乱された電子が金属キャップ５８によりブロックされるとともに外側へ導かれて、アノード基板上のクロストークも防止される。さらに、開口部５９は直接放出電子の放出空間を制限するため、蓄えられる電子の量を減少させて、アーク減少を除去する。

　好ましくは、開口部５９の直径が300μｍ〜600μｍであり、隣接する開口部５９の間隔が100μｍ〜200μｍである。開口部５９の形状設計は選択することができる。開口部５９のサイズが増大するとともに、直接放出電子の流れも増大する。好ましくは、開口部５９の形状が図５Ｂに示すような円形、図５Ｃに示すような四辺形、あるいは図５Ｄに示すような、より大きいサイズの六辺形である。

（第５実施例）
　図６が示すのは、本発明の第５実施例におけるＣＮＴ−ＦＥＤの断面図である。第５実施例では、図４Ａが示すアノード基板６０と図５Ａが示すカソード基板５０とを結合したＣＮＴ−ＦＥＤを提供する。金属脚６８および開口部５９を使用して、ＣＮＴ−ＦＥＤはアノード基板６０上のクロストークを更に防ぐことができる。

　以上のごとく、この発明を好適な実施例により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、同業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。

従来の技術に係るＣＮＴ−ＦＥＤの断面図である。本発明の第１実施例に係るＣＮＴ−ＦＥＤのカソード基板の断面図である。従来の技術に係る電子放出領域の平面図である。本発明の第１実施例に係る電子放出領域の平面図である。本発明の第１実施例に係る電子放出領域の平面図である。本発明の第２実施例に係るゲート電極層を形成する方法を示す断面図である。本発明の第２実施例に係るゲート電極層を形成する方法を示す断面図である。本発明の第２実施例に係るゲート電極層を形成する方法を示す断面図である。本発明の第３実施例に係るＣＮＴ−ＦＥＤのアノード基板を示す断面図である。本発明の第３実施例に係るＣＮＴ−ＦＥＤのアノード基板を示す断面図である。本発明の第４実施例に係るカソード基板を示す断面図である。本発明の第４実施例に係る金属キャップを示す斜視図である。本発明の第４実施例に係る金属キャップを示す斜視図である。本発明の第４実施例に係る金属キャップを示す斜視図である。本発明の第５実施例に係るＣＮＴ−ＦＥＤの断面図である。

符号の説明

　４０、４２、５０、５２　カソード基板
　４１、５１、６１　ガラス基板
　４４　絶縁層
　４５、６７　開口
　４６　網状ゲート電極層
　４８　ＣＮＴ構造
　４８１、４８２、４８３　サブＣＮＴ構造
　Ａ　　領域
　Ａ１、Ａ２、Ａ３　サブ領域
　５４　リブ
　５６　ゲート電極層
　５７　空洞
　５８　金属キャップ
　５９　開口部
　６０　アノード基板
　６２　蛍光体層
　６４　Al膜
　６６　金属シート
　６８　金属脚

Claims

　ガラス基板と、
　前記ガラス基板上にパターニングされた複数の蛍光体層と、
　前記蛍光体層を覆う平坦化されたAl膜と、
　前記Al膜と同電位を有し、前記Al膜を覆って複数の開口を有し、前記開口が前記蛍光体層にそれぞれ対応する金属シートとを含むカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）フィールドエミッション・ディスプレイのアノード基板。
　前記金属シートが、各開口の外囲に設けられて前記金属シートの外側へ折り曲げられる２個の金属脚を含む請求項１記載のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）フィールドエミッション・ディスプレイのアノード基板。
　前記金属シートが、フリットにより前記ガラス基板へ被着されている請求項１記載のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）フィールドエミッション・ディスプレイのアノード基板。