JP2004241161A

JP2004241161A - Electron emitting source and its manufacturing method and its display device

Info

Publication number: JP2004241161A
Application number: JP2003026533A
Authority: JP
Inventors: Kuniyoshi Yokoo; 邦義横尾; Shusuke Mimura; 秀典三村; Kenji Omote; 研次表
Original assignee: Ideal Star Inc
Current assignee: Ideal Star Inc
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2004-08-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron emitting source that can be formed easily in a large area and has an electron emitting efficiency same as Spindt type electron source, and has superior electron emitting characteristics same as that of lamination type electron source such as MIM and BSD (little dependency on vacuum, small emitting angle of emitted electrons, stable current by emitted electrons and little noise, low impressing voltage for emitting electrons), and its manufacturing method. <P>SOLUTION: The electron emitting source has a lamination structure in which a lower electrode 1002, an electron emitting layer 1003, an insulating membrane 1004, and an upper electrode 1005 are laminated sequentially, and the insulating membrane 1004 and the upper electrode 1005 have numerous hole parts 1006, and the electron emitting layer 1003 is a thin film made of a carbonaceous material. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子放出源およびその製造方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
電界放出型冷陰極電子源（以下、簡単に電子源という）として、いわゆるスピント型と呼ばれる電子源や、下部電極、金属または半導体薄膜、絶縁層および上部電極を順次堆積した構造を有するいわゆる平面積層型電子源がある。
【０００３】
前者のスピント型電子源１ａは、図６に模式的に示すように、通常モリブデンからなる微小な円錐状のティップ（エミッタ）２ａを多数配置した下部電極３ａと、ティップ２ａの先端部を露出する孔部４ａが配置された上部電極５ａと、下部電極３ａとおよび上部電極５ａの間に形成された絶縁部６ａとを有する。スピント型電子源１ａは。下部電極３ａに対して上部電極５ａに正電圧を印加することにより、孔部４ａを通して電子を放出するように構成されている。このスピント型電子源は現在最も完成度の高い電子源である。
【０００４】
しかしながら、上記スピント型電子源は、微小な円錐状のティップを含む電子源を微細加工技術により形成するため、製造プロセスが複雑で、スピント型電子源を大面積に形成することが難しく、また製造コストが非常に高いという不具合がある。さらに、スピント型電子源から放出される電子は電子源の法線方向に対して約１５度の角度を持って放出されるため、この電子源をカソードとアノードの間隔が広い高圧対応型の高精細電界放出ディスプレイに応用する際には、画素間のクロストークを避けるために収束電極を形成しなければならないという不具合がある。さらに、スピント型電子源では電子を放出させるために上部電極に印加する電圧が数十Ｖ以上と高いという不具合がある。
【０００５】
このスピント型電子源と類似の構成の電子源として、カーボンナノチューブを用いた電子源が検討されている。カーボンナノチューブを用いた電子源１ｂは、図６に模式的に示すように、スピント型電子源１ａにおけるティップ２ａに代えてカーボンナノチューブの層２ｂをエミッタとするものである。なお、図６中、参照符号３ｂは下部電極を示し、参照符号４ｂはカーボンナノチューブの層２ｂを露出する孔部を示し、参照符号５ｂは上部電極を示す。カーボンナノチューブを用いた電子源は、スピント型のように円錐構造を作らなくても良いので、構造が比較的簡単であり、大面積に電子源を製作するのに優れている。また、カーボンナノチューブは化学的に安定で、電子放出特性に優れているとされている。
【０００６】
しかしながら、カーボンナノチューブを用いた電子源は、カーボンナノチューブの長さを揃えて形成することが難しく、カーボンナノチューブの先端位置がまちまちとなる。そのため、上部電極とカーボンナノチューブの先端との間の距離が場所によって異なり、電子を引き出す電界に違いを生じる。従って、カーボンナノチューブを用いた電子源を用いた画素構造のディスプレイの場合には、画素によって輝度等にバラツキを生じるという不具合がある。
【０００７】
上記したスピント型電子等の不具合を解消するものとして、電子源の各構成部分をすべて積層方法によって形成する、前記後者の平面積層型の電子源がある。平面積層型電子源には、代表的なものとして、ＭＩＳ（ＭｅｔａｌＩｎｓｕｌａｔｏｒＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型およびＭＩＭ（ＭｅｔａｌＩｎｓｕｌａｔｏｒＭｅｔａｌ）型がある。ＭＩＳ型の場合はＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒとしてシリコンが用いられ、ＭＩＭ型の場合はＭｅｔａｌとしてアルミニウム等の金属材料が用いられる。
【０００８】
上記積層型の電子源は、半導体や金属から供給された電子がトンネル現象により絶縁層を通過して上部電極に到達し、到達した電子のうち上部電極の仕事関数以上のエネルギーを持つ電子が上部電極から放出されるように構成されている。このため、上部電極の厚みは、上部電極の表面から均一に電子を放出できるように、上部電極内での電子の平均自由工程と同程度の１０〜２０ｎｍに形成される。
【０００９】
また、積層型電子源と類似の構成の電子源として、ＢＳＤ型（ＢａｌｌｉｓｔｉｃｅｌｅｃｔｒｏｎＳｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇＤｅｖｉｃｅ）電子源が検討されている。ＢＳＤ型電子源１ｃは図６に模式的し示すように、柱状の半導体結晶であるポリシリコン７ｃと、ポリシリコン７ｃ間に介在するシリコン酸化膜（図示せず）が表面に形成されたナノメートルオーダーの微結晶シリコン層２ｃとからなる多孔質ポリシリコン層６ｃをエミッタとするものである。
【００１０】
上記積層型電子源およびＢＳＤ型電子源は電子放出特性の真空度依存性が小さく、かつ電子放出が安定でノイズが少なく、また放出電子の放出角が非常に小さく、電子放出面からほぼ垂直に電子が放射される。また、電子を放出させるための、上部電極への印加電圧が１０Ｖ以下と低い。
【００１１】
しかしながら、上記積層型電子源およびＢＳＤ型電子源は、上部電極に到達し、到達した電子のうち上部電極の仕事関数以上のエネルギーを持つ電子が上部電極から放出されるように構成されているため、上部電極に流れるリーク電流に比べ、真空中へ放出される電子の割合が非常に小さいという課題を有する。
【００１２】
真空中へ放出される電子による電流を上部電極に流れるリーク電流と真空中へ放出される電子による電流の和で割った値は、放出効率と言われ、上記積層型電子源およびＢＳＤ型電子源の場合は最大で約１％、スピント型電子源の場合は約１００％である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、上記した不具合乃至課題をことごとく解決することができる。
【００１４】
本発明は、容易に大面積に形成することができ、またスピント型電子源並みの電子放出効率を持ち、さらにＭＩＭやＢＳＤ等の積層型電子源並みの優れた電子放出特性（真空度依存性が小さい、放出電子の放出角が小さい、放出電子による電流が安定でノイズが少ない、電子を放出するための印加電圧が低い）を有する電子放出源およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明は、高精細、高輝度であり、しかも画素により輝度のバラツキが無く、また、かかる特性の安定性に優れた表示装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子放出源は、電子放出層、絶縁膜、上部電極とが順次積層した積層構造を有し、
該電子放出層はカーボン系材料からなり、
該絶縁膜及び該上部電極は、平均孔径が５０ｎｍ以下の孔部を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の表示装置は、上記の電子放出源を含む陰極基板と、該陰極基板の電子放出方向に対向して設けられた陽極基板とを有する発光素子を備えてなることを特徴とする。
【００１８】
本発明の表示装置は、下部電極と上部電極は帯状をなしており、
複数の帯状下部電極と複数の帯状上部電極が交差して配置され、下部電極と上部電極との交差部において上記の電子放出源が構成されており、該電子源の電子放出方向における該交差部に対応する位置に複数の発光体が配置されていることを特徴とする。
【００１９】
【作用】
本発明の上記の構成により、スピント型電子源と上記平面積層型電子源の両者の長所を有した電子源が実現できる。カーボン系材料は化学気相堆積法等により大面積に膜堆積が可能であり、かつ微小立体構造を作る必要がないため、大面積に安価に電子源を製作できる。カーボン系材料は導電性があり、化学的に安定で、電子放出特性に優れている。
【００２０】
本発明では、平均孔径が５０ｎｍ以下の微小な無数の孔部が形成されている。その結果、無数の放出部が存在する。そのため、各放出部からの電子放出は平均化され、真空度にあまり依存せずに、電流は安定でノイズが少なくなる。
また、孔部は５０ｎｍ以下と微小なため、電子の放出に必要な上部電極に印加する電圧は１０Ｖ以下となり、かつ電子の放出角も小さくなる。また、電子放出効率が大きくなる。
【００２１】
なお、無数に存在する孔径の大きさは必ずしも同じではない。孔径が０に近いものから５０ｎｍ以上のものが含まれている。かかる孔部が制御されてあるいはランダムに多数存在する。
１０^−２〜１０^−６Ｔｏｒｒ
【００２２】
【発明の実施の形態】
前記孔部の孔径は１０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２３】
前記孔部は１μｍ^２あたり１〜５００００個存在することを特徴とする。
【００２４】
該上部電極の厚さは５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２５】
前記上部電極の膜厚は１０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２６】
前記絶縁層の膜厚は３００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２７】
前記電子放出層はカーボンナノチューブからなることを特徴とする。
【００２８】
前記電子放出層がダイヤモンドライクカーボンからなることを特徴とする。
【００２９】
前記電子放出層は、フラーレンからなることを特徴とする。
【００３０】
前記電子放出層は、導電性高分子にフラーレンを配合してなることを特徴とする。
【００３１】
前記フラーレンは内包フラーレンであることを特徴とする。
【００３２】
前記内包フラーレンは、マイナスイオン原子を内包したものであることを特徴とする。
前記内包フラーレンはプラスイオン原子を内包したものであることを特徴とする。
【００３３】
前記フラーレンは外部修飾基を除去したものであることを特徴とする。
【００３４】
前記修飾基はＯＨ基であることを特徴とする。
【００３５】
前記電子放出層にアルカリ金属粒子を分散させたことを特徴とする。
【００３６】
前記電子放出層はＣＶＤ法により形成されたものであることを特徴とする。
【００３７】
前記上部電極は、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｉのいずれかの金属からなることを特徴とする。
【００３８】
前記電子放出層の下部に下部電極を有することを特徴とする。
【００３９】
前記下部電極の表面はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉのいずれかの金属又はこれらの合金からなることを特徴とする。
【００４０】
上部電極となる膜を堆積時に多数の孔が形成されるようにすることを特徴とする。
【００４１】
前記上部電極となる膜の厚さを１０ｎｍ以下とすることを特徴とする。
【００４２】
上部電極となる膜の堆積後に熱処理を行うことを特徴とする。
【００４３】
前記熱処理の温度は１００〜８００℃であることを特徴とする。
【００４４】
上部電極となる膜の表面を、毛羽立った布によりこすることによりに上部電極に多数の孔を形成することを特徴とする。
【００４５】
前記複数の発光体はそれぞれ異なる色を発光する発光体であることを特徴とする。
【００４６】
（下部電極）
本発明において、電子放出層と上部電極との間に電圧を印加する。その際、電子表出層と上部電極との間に直接電圧を印加してもよい。また、下部電極を設けておいても良い。下部電極は導電性を有する材料ならばよい。例えば、金属、導電性高分子、導電性金属酸化物（例えばＩＴＯ）、半導体、ＳｉＣなどの炭化物、アモルファスカーボン、グラファイトなどが用いられる。
【００４７】
その形成方法は、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、印刷法、塗布法、ＣＶＤ法その他の適宜の方法を用いることができる。
【００４８】
特に、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏが好ましい。Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの場合、カーボン系材料からなる薄膜（特にカーボンナノチューブの層）をＣＶＤプロセスを用いてその上に形成することが容易となる。また、下部電極とカーボン系材料との間の密着性が良好となる。Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏが何らかの触媒作用を発揮するものと考えられる。
【００４９】
なお、下部電極は任意の基板上に形成してもよい。セラミック、有機材料、ガラス、金属（例えばＡｌ、Ｃｕ）を基板として用いることができる。また、基板と下部電極との間に下地層として例えばＡｌ，Ｃｕなどの層を１００ｎｍから１０μｍの厚さで形成しておいてもよい。そしてその上に例えば、めっきによりＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏその他の導電性材料を積層してもよい。この場合、熱放出性が良好となり、経時的に安定した特性を得ることができる。
【００５０】
下部電極の表面粗さを特定の範囲に規定することにより、カーボン系材料の薄膜と下部電極との接着性を向上させてもよい。例えば、下部電極に導電性材料の粒子を混合させて表面を凹凸状態としてもよい、また、エッチングにより表面粗度を粗くしてもよい。
【００５１】
下部電極の厚さは、特に限定されないが、５ｎｍ〜１０μｍが好ましく、５ｎｍ〜１００ｎｍがより好ましい。
【００５２】
（電子放出層）
本発明においては、電子放出層は、カーボン系材料からなる薄膜により形成される。
【００５３】
カーボン系材料としては、ナノチューブ、ダイヤモンドライクカーボン、フラーレン、導電性高分子にフラーレンを配合してなるものが好ましい。
【００５４】
フラーレンとしてはサッカーボール状であり、フラーレン同士が隣接した場合突起部ができ、その突起部が電子放出部になると考えられる。Ｃｎおいて、ｎは６０以上が好ましい。なお、例えば、Ｃ_６０の半径は約７ｎｍ以下であり、孔部は７ｎｍおきに少なくとも１つ存在するようにすることが好ましい。この場合放出効率がよい電子放出源が得られる。ｎが６０以外のフラーレン場合においてもそのフラーレンの半径に対応して孔部が存在することが好ましい。
【００５５】
フラーレンとしては、内包フラーレンがより好ましい。
【００５６】
内包フラーレンは、中性原子、イオン化原子を内包したものがある。特にプラスイオンを内包したもの（例えばアルカリ金属イオン内包フラーレン）が好ましい。プラスイオン金属内包フラーレン（例えばＬｉ^＋＠Ｃ^６０：「＠」は内包状態を表すこととする）はその外殻部に電子を吸収しやすいため極めて放出効率の優れた電子放出源が得られる。
【００５７】
また、フラーレンには外殻にＯＨその他の修飾基がついている。この修飾基を除去した内包フラーレンがさらに好ましい。
【００５８】
電子放出層は、マイクロ波ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法その他のＣＶＤ法、スクリーン印刷法、スクリーンレザーアニール法などにより形成することができる。
【００５９】
カーボンナノチューブの場合、下部電極に垂直方向に電気力が走る電場中において堆積を行えば、カーボンナノチューブの長手方向が下部電極表面に対し垂直となる。なお、図６においてはカーボンナノチューブ２ｂは植毛された状態であるが、本発明においてはそれぞれのカーボンナノチューブ同士は連続して密着しておりしかも１つの層を形成している。従って、上部電極とカーボンナノチューブとの距離は場所によって異なるということはない。
【００６０】
（絶縁層）
絶縁層としては、例えば、ＳｉＯ_２、有機絶縁材料、Ｓｉ_３Ｎ_４が好ましい。上部電極とのエッチングに対する選択比が高いものが好ましい。
【００６１】
絶縁膜の膜厚は、厚くなりすぎると、電子放出のための上部電極への印加電圧が高くなり、放出電子の放射角が広くなるで、膜厚は３００ｎｍ以下が望ましい。本発明では、上部電極を形成後、熱処理により上部電極に多数の孔部を形成し、その後上部電極の孔部の下の絶縁膜を除去する。
【００６２】
絶縁層の下限としては、２０ｎｍが好ましい。２０ｎｍ未満では絶縁性が不安定となる。また、トンネル効果が生ずることがある。
【００６３】
（上部電極）
上部電極は５０ｎｍ以下に堆積することが好ましい。堆積方法はスパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法が好ましい。
【００６４】
特に、上部電極を１０ｎｍ以下の厚さとした場合には、成膜状態のままで多数の孔部が１μｍ^２あたり１〜５００００個形成される。この孔部は、ランダムに形成されている。また、その孔部の孔径は、０〜１００ｎｍのものが存在する。平均孔径は５０ｎｍ以下である。ただ、上部電極の厚さが、１０ｎｍ以上の場合には、成膜後に熱処理を行えば平均孔径１０ｎｍ以下の孔部が１μｍ^２あたり１〜５００００個形成される。熱処理温度としては１００〜８００℃が好ましい。１０ｎｍ以上の場合であっても、熱処理を行うことにより孔部の密度を高めることができる。上部電極の材料などによっても変化するが、熱処理温度が高く、熱処理時間が長いほど密度は高くなる。予め実験により求めておけばよい。
【００６５】
なお、孔径は、厚さを、熱処理温度、熱処理時間を制御することにより制御することができる。
【００６６】
上部電極の材料としては、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｉが好ましい。孔部の形成のしやすさという点からこれらの中でもＡｕが好ましい。
【００６７】
なお、５０ｎｍ以上の厚さに上部電極を形成した場合、毛羽立った布を用いて上部電極の表面をラビングすることにより平均孔径５０ｎｍ以下の孔部を形成できる。上部電極の厚さ、ラビング圧力を制御することにより、平均孔径、孔部密度を制御することができる。
【００６８】
（その他）
前記孔部の直径は１０ｎｍ以下であることが好ましい。
従来、孔部を形成するにはフォトリソグラフィ法を用いていた。すなわち，孔部となる部分以外をマスキングしてエッチングにより上部電極及び絶縁層に孔を形成していた。
【００６９】
しかし、フォトリソグラフィ法を用いる限り孔の小ささには限度があり、小さくても０．１μｍ（１００ｎｍ）程度である。１０ｎｍとした場合には、上部電極の表面はほぼ平坦状態である。
【００７０】
本発明では、上部電極カーボン系材料からなる薄膜上に上部電極を形成する。上部電極は５０ｎｍ以下の厚さが好ましい。１０ｎｍ以下がより好ましい。１０ｎｍ以下とすると上部電極を堆積した時点において上部電極には多数の孔部が形成される。１０ｎｍ以上であっても、５０ｎｍ以下ならば堆積後に熱処理を行うことにより多数の孔部を形成することができる。上部電極の下地となるカーボン系材料からなる薄膜は、凹凸を有しているため、かかる現象が生じるものと思われる。
【００７１】
孔部はナノオーダー（１０ｎｍ以下）の孔径を有している。また、１〜５０００００個／μｍ^２の密度で存在する。本発明では、放出電子は絶縁膜および上部電極に形成された多数の孔部から放出されるため、電子の放出効率が大きい。
【００７２】
前記電子放出層は、導電性高分子にフラーレンを配合してなることが好ましい。その形成は、例えば、塗布方法によってもよい。配合量としては１〜１００重量％が好ましい。
【００７３】
前記フラーレンは内包フラーレンであることが好ましい。内包原子は、例えばアルカリ金属のマイナスイオンあるいはプラスイオンが好ましい。特に、プラスイオンの場合には、フラーレンには電子が存在しやすくなり電子放出効率がより向上するため好ましい。
【００７４】
内包フラーレンは、大気中における水分と反応するとその外部にＯＨ基をもつ。その場合電気的には中性となる。そこで、ＯＨ基などの外部修飾基を除去したものを用いることが好ましい。
【００７５】
【実施例】
（実施例１）
図１に本実施例に係る電子放出源を示す。
【００７６】
本例に係る電子放出源１００７は、電子放出層１００３、絶縁膜１００４、上部電極１００５とが順次積層した積層構造を有し、
該電子放出層１００３はカーボン系材料からなり、
該絶縁膜１００４及び該上部電極１００３は、平均孔径が５０ｎｍ以下の孔部１００６を有する。
【００７７】
以下に本実施例を詳細に説明する。
まず、アルミニウムからなる基板１００１を用意した。この基板１００１の表面にめっき法によりＮｉ層（下部電極１００２）を形成した。Ｎｉ層の厚さは３００ｎｍとした。
【００７８】
次いで、ＣＶＤ法により下部電極１００２上に電子放出層としてカーボンナノチューブ１００３を形成した。カーボンナノチューブ１００３の厚さは８０ｎｍとした。
次に、電子放出層１００３上にＳｉＯ_２よりなる絶縁層１００４をスパッタリング法により形成した。絶縁層１００４の厚さは３００ｎｍとした。
次に、電子放出層１００３上にスパッタリング法によりＡｕを形成し上部電極１００３とした。上部電極１００３の厚さは１０ｎｍとした。上部電極には、平均孔径５０ｎｍ以下の孔が多数存在していた。
次いで、フッ酸溶液を用いて孔を介して絶縁層１００４のエッチングを行った。
上部電極１００５と下部電極１００２との間に電圧を印加するための手段を接続して電子放出源１００７を作製した。
次いで、図２に示すように、表示装置を作製した。
表示装置は、図４に示す発光素子２６を有する。
発光素子２６は、電子放出源１００７と、電子放出源１００７に対向して設けられた陽極基板３０とで構成される。
【００７９】
陽極基板３０は、ガラス等により形成した基板３２の上にＩＴＯ等により形成した透明電極３４が設けられ、さらに順次、例えばＣＲＴで使われるＰ２２蛍光体で形成した蛍光部３６およびアルミパック３８が積層して形成され、アルミパック３８の例を電子放出源１００７に向けて配置されている。なお、アルミパック３８は、透明電極がない接合に透明電極に変わって電極として機能するとともに、輝度の向上、蛍光部の劣化防止あるいは蛍光都の帯電防止等の役割を有するものであるが、通常、透明電極を有する場合であって電圧Ｖａが４ｋＶ以下のときには設けなくてもよい。
【００８０】
電子放出源１００７および陽極基板３０は、図示しないスペーサにより所定間隔離間して保持、―体化される。また、各部材は図示しない筐体内に収容され、電子放出源１００７と陽極基板３０との間の空間部が真空に保持される。
【００８１】
発光素子２６は、電子放出源１００７において、下部電極１２を負極とし上部電極１６を正極として例えば５０Ｖ以下の電圧Ｖｂを印加することにより、生成する荷電界下、孔部１６ａを通って電子が放出され、さらに上部電極１６に対して透明電極３４を正極として例えば４ｋＶ以上の電圧Ｖａを印加することで、電子が陽極基板３０に吸引、加速され、蛍光部３６に衝突し、発光する。生成した発光（可視光）は、透明電極３４および基板３２を透過して外部より視認される。なお、図４中、記号Ｉｇはダイオード電流を示し、記号Ｉａはエミッション電流を示す。
【００８２】
以上のようにして作製した表示装置を真空容器内に配置し各種測定を行った。
真空度が１０^−２Ｔｏｒｒにおいて優れた電子放出効率が得られる。また、経時的にも安定していた。６°以下の低放出角が達成された。
上部電極１００５と下部電極１００２との間の駆動電圧は１０Ｖ以下においても優れた電子放出特性が得られた。
【００８３】
（実施例２）
電子放出層としてフラーレン（空フラーレン）を用いた。
他の点は実施例と同様とした。
本例でも実施例１と同様の結果が得られた。
【００８４】
（実施例３）
電子放出層としてＮａイオン内包フラーレンを用いた。
他の点は実施例１と同様とした。
本例では、実施例１よりも優れた電子放出特性が得られた。また、経時的安定性も実施例２よりも優れていた。
【００８５】
（実施例４）
電子放出層として導電性高分子にフラーレンを添加したものを用いた。
他の点は実施例１と同様とした。
本例では、電子放出特性は実施例１よりは劣っていたが、従来例よりは優れていた。
【００８６】
（実施例５）
上部電極の厚さを１００ｎｍとした。
上部電極形成後、７５０℃で熱処理を行った。熱処理後においては、平均孔径５０ｎｍ以下の孔が多数存在していた。
他の点は実施例１と同様とした。
本例では、実施例１と同様の結果が得られた。
【００８７】
（実施例６）
上部電極としてＡｌを用いた。上部電極の厚さを１２０ｎｍとした。
上部電極形成後布を用いて上部電極の表面をラビングした。
ラビングにおては、絶縁層まで、到達する孔が多数形成されていた。
【００８８】
（実施例７）
他の表示装置の例を図３、図４、図５に基いて説明する。
電子放出部４２について、図３を参照して説明する。
電子放出部４２は、下部電極４４が基板４６の上に図３中上下方向に延出する帯状（ストライプ状）に形成された９本の下部電極部４４ａ〜４４ｉで構成されている。また、上部電極４８が下部電極４４のよに下部電極部（帯状電極部）４４ａ〜４４ｉと交差して図３中左右方向に延出する帯状に形成された３本の上部電極部（帯状電極部）４８ａ〜４８ｃで構成されている。上部電極４８と下部電極４４とが交差する３行９列の交差部（図３中矢印Ａで示す。）は、上部電極４８と下部電極４４との間に本実施の形態例に係る電子放出源１０が形成されている。すなわち、交差部Ａは、本実施の形態例に係る電外放出型電子源１０で構成されている。
【００８９】
電子放出源４２は、以下の方法により形成する。
基板４６上に形成する下部電極４４は、厚みに応じて適宣選択した方法を用いることができる。下部電極４４を厚膜に形成するときは、導電性ぺーストをスクリーン印刷する方法あるいはフオトリソグラフィ法を用いることができる。また、下部電極４４を薄膜に形成するときは、スパッタリング法等の蒸着法を用いることができ、この場合、蒸着後、レジストをパターニングし、エッチングやリフトオフ等により不要部分を除去し、９つの下部電極部４４ａ〜４４ｉを形成することができる。
【００９０】
ついで、下部電極４４上に、カーボン材料層を形成する。
陽極基板４４について、図４を参照して説明する。陽極基板４４は、蛍光部５０が基板５２の上に、電子放出源４２と対応して３行９列の帯状の蛍光体部５０ａに形成されている。蛍光体部５０ａは、例えば近接する３つの蛍光体部５０ａ−１、５０ａ−２，５０ａ−８がそれぞれ赤、青、緑色の発色を呈する蛍光体で形成される。基板５２上の蛍光体部５０ａ間の隙間には、ブラックマトリクス５４が形成されている。さらに、最上層にアルミバツク５６が蛍光体部５０ａおよびブラックマトリクス５４の全面を覆って形成される。なお、この揚合、アルミパック５６は陽極基板４４の電極部の役割を果たす。
【００９１】
上記陽極基板４４の各層は、スクリーン印刷法やスパツタリング法等の適宜の方法を用いて形成することができる。
上記のように構成された第２の例の表示装置は、赤、青、緑色の発色を呈する蛍光体部５０ａ−１、５０ａ−２，５０ａ−３の組で構成される９個の画素（交差部Ａ）を制御することにより、カラー動画表示することができ、このとき、前記した電子放出源１０の効果を好適に発揮することができる。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば以下の効果が得られる。
大面積が可能である。
優れた電子放出効率が得られる。
電子放出特性が経時的にも安定している。
６°以下の低放出角が達成される。
低ノイズである。
駆動電圧が１０Ｖ以下という低電圧である。
１０^−２〜１０^−６Ｔｏｒｒという低真空化が可能である。
蛍光部を発光させる発光素子に構成することにより、表示装置、ライトバルブあるいはバックライトに好適に用いることができるとともに、さらに走査型電子頭微鏡等の他の用途にも広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る電子放出源を示す図である。
【図２】本発明の実施例に係る表示装置を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例に係る表示装置を示す図である。
【図４】本発明の実施例における陽極基板を示す図である。
【図５】図４における断面を示す図である。
【図６】従来例を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１００１基板
１００２上部電極
１００３電子放出層
１００４絶縁層
１００５上部電極
１００６孔部
１００７電子放出源
２６発光素子
３０陽極基板
３２基板
３４透明電極
３６蛍光部
３８アルミバック
４２電子放出源[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron emission source and a method for manufacturing the same.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
As a field emission type cold cathode electron source (hereinafter, simply referred to as an electron source), a so-called planar type having a structure in which a so-called Spindt-type electron source, a lower electrode, a metal or semiconductor thin film, an insulating layer, and an upper electrode are sequentially deposited. There is a type electron source.
[0003]
As shown schematically in FIG. 6, the former Spindt-type electron source 1a exposes a lower electrode 3a on which a large number of small conical tips (emitters) 2a made of molybdenum are arranged, and a tip of the tip 2a. It has an upper electrode 5a in which the hole 4a is arranged, and an insulating portion 6a formed between the lower electrode 3a and the upper electrode 5a. Spindt-type electron source 1a. When a positive voltage is applied to the upper electrode 5a with respect to the lower electrode 3a, electrons are emitted through the hole 4a. This Spindt-type electron source is currently the most complete electron source.
[0004]
However, since the above-mentioned Spindt-type electron source forms an electron source including a small conical tip by a fine processing technique, the manufacturing process is complicated, and it is difficult to form the Spindt-type electron source in a large area. There is a problem that the cost is very high. Furthermore, electrons emitted from the Spindt-type electron source are emitted at an angle of about 15 degrees with respect to the normal direction of the electron source. When applied to a fine field emission display, there is a disadvantage that a focusing electrode must be formed to avoid crosstalk between pixels. Furthermore, the Spindt-type electron source has a disadvantage that the voltage applied to the upper electrode for emitting electrons is as high as several tens of volts or more.
[0005]
As an electron source having a configuration similar to this Spindt-type electron source, an electron source using carbon nanotubes has been studied. As schematically shown in FIG. 6, the electron source 1b using carbon nanotubes uses a carbon nanotube layer 2b as an emitter instead of the tip 2a in the Spindt-type electron source 1a. In FIG. 6, reference numeral 3b denotes a lower electrode, reference numeral 4b denotes a hole exposing the carbon nanotube layer 2b, and reference numeral 5b denotes an upper electrode. Since the electron source using the carbon nanotube does not need to form a conical structure unlike the Spindt type, the structure is relatively simple, and it is excellent for manufacturing the electron source in a large area. Further, carbon nanotubes are said to be chemically stable and have excellent electron emission characteristics.
[0006]
However, it is difficult to form an electron source using carbon nanotubes with the same length of carbon nanotubes, and the tip positions of the carbon nanotubes vary. Therefore, the distance between the upper electrode and the tip of the carbon nanotube varies depending on the location, and the electric field for extracting electrons varies. Therefore, in the case of a display having a pixel structure using an electron source using carbon nanotubes, there is a problem that luminance and the like vary from pixel to pixel.
[0007]
In order to solve the above-mentioned disadvantages of Spindt-type electrons and the like, there is the latter planar stacked electron source in which all the constituent parts of the electron source are formed by a stacking method. Representative examples of the planar stacked electron source include a MIS (Metal Insulator Semiconductor) type and a MIM (Metal Insulator Metal) type. In the case of the MIS type, silicon is used as the Semiconductor, and in the case of the IM type, a metal material such as aluminum is used as the Metal.
[0008]
In the above-mentioned stacked electron source, electrons supplied from a semiconductor or a metal pass through an insulating layer by a tunnel phenomenon and reach an upper electrode, and electrons having energy equal to or higher than a work function of the upper electrode out of the reached electrons. It is configured to be emitted from the electrode. For this reason, the thickness of the upper electrode is set to 10 to 20 nm, which is almost the same as the mean free path of electrons in the upper electrode, so that electrons can be uniformly emitted from the surface of the upper electrode.
[0009]
As an electron source having a configuration similar to that of the stacked electron source, a BSD (Balistic Electron Surface-Emitting Device) electron source is being studied. As schematically shown in FIG. 6, the BSD type electron source 1c has a nanometer in which a polysilicon 7c which is a columnar semiconductor crystal and a silicon oxide film (not shown) interposed between the polysilicons 7c are formed on the surface. A porous polysilicon layer 6c composed of an orderly microcrystalline silicon layer 2c is used as an emitter.
[0010]
The stacked type electron source and the BSD type electron source have a small dependence of the electron emission characteristics on the degree of vacuum, have stable electron emission and low noise, have a very small emission angle of emitted electrons, and are almost perpendicular to the electron emission surface. Electrons are emitted. Also, the voltage applied to the upper electrode for emitting electrons is as low as 10 V or less.
[0011]
However, the stacked electron source and the BSD electron source are configured such that electrons having an energy equal to or higher than the work function of the upper electrode among the reached electrons are emitted from the upper electrode. Another problem is that the ratio of electrons emitted into a vacuum is very small as compared with the leakage current flowing through the upper electrode.
[0012]
The value obtained by dividing the current due to the electrons emitted into the vacuum by the sum of the leak current flowing through the upper electrode and the current due to the electrons emitted into the vacuum is called the emission efficiency. Is about 1% at the maximum, and about 100% for the Spindt-type electron source.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and can solve all of the above-described problems and problems.
[0014]
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be easily formed in a large area, has an electron emission efficiency similar to a Spindt electron source, and has excellent electron emission characteristics (vacuum degree dependency) similar to a stacked electron source such as MIM and BSD. And a method for manufacturing the electron emission source having a small emission angle of emitted electrons, a stable current due to the emitted electrons, low noise, and a low applied voltage for emitting electrons. .
[0015]
An object of the present invention is to provide a display device which has high definition and high brightness, has no variation in brightness among pixels, and has excellent stability of such characteristics.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The electron emission source of the present invention has a laminated structure in which an electron emission layer, an insulating film, and an upper electrode are sequentially laminated,
The electron emission layer is made of a carbon-based material,
The insulating film and the upper electrode have a hole having an average hole diameter of 50 nm or less.
[0017]
A display device according to the present invention includes a light emitting element having a cathode substrate including the above-described electron emission source and an anode substrate provided to face the electron emission direction of the cathode substrate.
[0018]
In the display device of the present invention, the lower electrode and the upper electrode have a band shape,
A plurality of band-shaped lower electrodes and a plurality of band-shaped upper electrodes are arranged so as to intersect with each other, and the above-mentioned electron emission source is formed at the intersection of the lower electrode and the upper electrode, and the intersection in the electron emission direction of the electron source is provided. A plurality of luminous bodies are arranged at positions corresponding to.
[0019]
[Action]
According to the above configuration of the present invention, an electron source having advantages of both the Spindt-type electron source and the planar stacked electron source can be realized. Since a carbon-based material can be deposited on a large area by a chemical vapor deposition method or the like, and it is not necessary to form a micro three-dimensional structure, an electron source can be manufactured on a large area at low cost. Carbon-based materials are conductive, chemically stable, and have excellent electron emission characteristics.
[0020]
In the present invention, countless minute holes having an average hole diameter of 50 nm or less are formed. As a result, there are countless emitting parts. Therefore, the electron emission from each emission unit is averaged, and the current is stable and the noise is reduced without depending much on the degree of vacuum.
In addition, since the hole is as small as 50 nm or less, the voltage applied to the upper electrode required for emitting electrons is 10 V or less, and the electron emission angle is reduced. Also, the electron emission efficiency increases.
[0021]
In addition, the sizes of the innumerable hole diameters are not always the same. Included are those with a pore diameter close to 0 and 50 nm or more. Many such holes are controlled or randomly present.
10 ^-2 -10 ^-6 Torr
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The hole portion has a hole diameter of 10 nm or less.
[0023]
The hole is 1 μm ² It is characterized in that there are 1 to 50,000 pieces per piece.
[0024]
The thickness of the upper electrode is 50 nm or less.
[0025]
The thickness of the upper electrode is 10 nm or less.
[0026]
The thickness of the insulating layer is 300 nm or less.
[0027]
The electron emission layer is made of carbon nanotube.
[0028]
The electron emission layer is made of diamond-like carbon.
[0029]
The electron emission layer is made of fullerene.
[0030]
The electron emission layer is characterized in that fullerene is mixed with a conductive polymer.
[0031]
The fullerene is an endohedral fullerene.
[0032]
The endohedral fullerene includes a negative ion atom.
The endohedral fullerene contains a positive ion atom.
[0033]
The fullerene is obtained by removing an external modifying group.
[0034]
The modification group is an OH group.
[0035]
An alkali metal particle is dispersed in the electron emission layer.
[0036]
The electron emission layer is formed by a CVD method.
[0037]
The upper electrode is made of one of Au, Pt, Al, Ti, and Ni.
[0038]
A lower electrode is provided below the electron emission layer.
[0039]
The surface of the lower electrode is made of a metal of Fe, Co, or Ni or an alloy thereof.
[0040]
It is characterized in that a large number of holes are formed when depositing a film to be an upper electrode.
[0041]
The thickness of the film serving as the upper electrode is set to 10 nm or less.
[0042]
A heat treatment is performed after depositing a film to be an upper electrode.
[0043]
The temperature of the heat treatment is 100 to 800C.
[0044]
A number of holes are formed in the upper electrode by rubbing the surface of the film to be the upper electrode with a fluffy cloth.
[0045]
The plurality of light emitters are light emitters each emitting a different color.
[0046]
(Lower electrode)
In the present invention, a voltage is applied between the electron emission layer and the upper electrode. At that time, a voltage may be directly applied between the electron surface layer and the upper electrode. Further, a lower electrode may be provided. The lower electrode may be a material having conductivity. For example, metals, conductive polymers, conductive metal oxides (eg, ITO), semiconductors, carbides such as SiC, amorphous carbon, graphite, and the like are used.
[0047]
As a forming method, a sputtering method, an ion plating method, a vacuum evaporation method, a printing method, a coating method, a CVD method, or another appropriate method can be used.
[0048]
In particular, Fe, Ni, and Co are preferable. In the case of Fe, Ni, and Co, a thin film made of a carbon-based material (particularly, a carbon nanotube layer) can be easily formed thereon by using a CVD process. Further, the adhesion between the lower electrode and the carbon-based material is improved. It is considered that Fe, Ni, and Co exert some catalytic action.
[0049]
Note that the lower electrode may be formed on an arbitrary substrate. Ceramic, organic materials, glass, and metals (eg, Al, Cu) can be used as the substrate. Further, a layer of, for example, Al or Cu may be formed as a base layer between the substrate and the lower electrode to a thickness of 100 nm to 10 μm. Then, for example, Fe, Ni, Co, or another conductive material may be laminated thereon by plating. In this case, the heat release property becomes good, and stable characteristics over time can be obtained.
[0050]
By defining the surface roughness of the lower electrode in a specific range, the adhesiveness between the thin film of the carbon-based material and the lower electrode may be improved. For example, the surface may be made uneven by mixing particles of a conductive material with the lower electrode, or the surface roughness may be increased by etching.
[0051]
Although the thickness of the lower electrode is not particularly limited, it is preferably 5 nm to 10 μm, more preferably 5 nm to 100 nm.
[0052]
(Electron emission layer)
In the present invention, the electron emission layer is formed by a thin film made of a carbon-based material.
[0053]
As the carbon-based material, nanotubes, diamond-like carbon, fullerene, and a conductive polymer mixed with fullerene are preferable.
[0054]
The fullerene is in the form of a soccer ball. When the fullerenes are adjacent to each other, a protrusion is formed, and the protrusion is considered to be an electron emission portion. In Cn, n is preferably 60 or more. Note that, for example, C ₆₀ Has a radius of about 7 nm or less, and preferably has at least one hole every 7 nm. In this case, an electron emission source with good emission efficiency can be obtained. In the case where n is other than 60, it is preferable that a hole exists corresponding to the radius of the fullerene.
[0055]
As the fullerene, an endohedral fullerene is more preferable.
[0056]
The endohedral fullerenes include neutral atoms and ionized atoms. In particular, those containing plus ions (for example, fullerene containing alkali metal ions) are preferable. Positive ion metal-containing fullerene (eg, Li ⁺ ＠C ⁶⁰ : "＠" represents the state of inclusion), which easily absorbs electrons in its outer shell, so that an electron emission source with extremely excellent emission efficiency can be obtained.
[0057]
Fullerene has OH and other modifying groups on its outer shell. An endohedral fullerene from which the modifying group has been removed is more preferred.
[0058]
The electron emission layer can be formed by a microwave CVD method, a thermal CVD method, other CVD methods, a screen printing method, a screen laser annealing method, or the like.
[0059]
In the case of carbon nanotubes, if deposition is performed in an electric field in which electric force runs in a direction perpendicular to the lower electrode, the longitudinal direction of the carbon nanotubes is perpendicular to the surface of the lower electrode. Although the carbon nanotubes 2b are implanted in FIG. 6, the carbon nanotubes in the present invention are in close contact with each other and form one layer. Therefore, the distance between the upper electrode and the carbon nanotube does not differ from place to place.
[0060]
(Insulating layer)
As the insulating layer, for example, SiO 2 ₂ , Organic insulating material, Si ₃ N ₄ Is preferred. Those having a high selectivity with respect to the etching with the upper electrode are preferable.
[0061]
If the thickness of the insulating film is too large, the voltage applied to the upper electrode for emitting electrons increases, and the emission angle of emitted electrons increases, so that the thickness is desirably 300 nm or less. In the present invention, after forming the upper electrode, a number of holes are formed in the upper electrode by heat treatment, and then the insulating film below the holes of the upper electrode is removed.
[0062]
The lower limit of the insulating layer is preferably 20 nm. If it is less than 20 nm, the insulating property becomes unstable. Also, a tunnel effect may occur.
[0063]
(Upper electrode)
The upper electrode is preferably deposited to a thickness of 50 nm or less. The deposition method is preferably a sputtering method, a CVD method, or an evaporation method.
[0064]
In particular, when the upper electrode has a thickness of 10 nm or less, a large number of holes have a thickness of 1 μm ² 1 to 50,000 pieces are formed. The holes are formed randomly. In addition, there is a hole having a hole diameter of 0 to 100 nm. The average pore size is 50 nm or less. However, when the thickness of the upper electrode is 10 nm or more, if the heat treatment is performed after the film formation, a hole having an average pore diameter of 10 nm or less is 1 μm. ² 1 to 50,000 pieces are formed. The heat treatment temperature is preferably from 100 to 800C. Even when the thickness is 10 nm or more, the density of the hole can be increased by performing the heat treatment. Although the density varies depending on the material of the upper electrode, the density increases as the heat treatment temperature is higher and the heat treatment time is longer. What is necessary is just to obtain by experiment beforehand.
[0065]
Note that the pore diameter can be controlled by controlling the thickness, the heat treatment temperature, and the heat treatment time.
[0066]
As a material for the upper electrode, Au, Pt, Al, Ti, and Ni are preferable. Of these, Au is preferable among these in terms of easy formation of the hole.
[0067]
When the upper electrode is formed to a thickness of 50 nm or more, a hole having an average pore diameter of 50 nm or less can be formed by rubbing the surface of the upper electrode using a fluffy cloth. By controlling the thickness and the rubbing pressure of the upper electrode, the average pore diameter and the pore density can be controlled.
[0068]
(Other)
The diameter of the hole is preferably 10 nm or less.
Conventionally, a photolithography method has been used to form a hole. That is, holes are formed in the upper electrode and the insulating layer by masking portions other than the portions to be holes and etching.
[0069]
However, the size of the hole is limited as long as the photolithography method is used, and is at least about 0.1 μm (100 nm). When the thickness is 10 nm, the surface of the upper electrode is almost flat.
[0070]
In the present invention, the upper electrode is formed on a thin film made of a carbon-based material. The upper electrode preferably has a thickness of 50 nm or less. 10 nm or less is more preferable. When the thickness is set to 10 nm or less, a large number of holes are formed in the upper electrode when the upper electrode is deposited. Even if it is 10 nm or more, if it is 50 nm or less, a large number of holes can be formed by performing heat treatment after deposition. Such a phenomenon is considered to occur because the thin film made of a carbon-based material serving as a base of the upper electrode has irregularities.
[0071]
The pore has a pore size on the nano order (10 nm or less). Also, 1 to 500,000 pieces / μm ² Exists at a density of In the present invention, emitted electrons are emitted from a large number of holes formed in the insulating film and the upper electrode, so that the electron emission efficiency is high.
[0072]
The electron emission layer is preferably formed by blending fullerene with a conductive polymer. The formation may be performed by, for example, a coating method. The amount is preferably 1 to 100% by weight.
[0073]
The fullerene is preferably an endohedral fullerene. The included atom is preferably, for example, a negative ion or a positive ion of an alkali metal. In particular, a positive ion is preferable because electrons easily exist in the fullerene, and the electron emission efficiency is further improved.
[0074]
When the endohedral fullerene reacts with moisture in the atmosphere, it has an OH group outside. In that case, it becomes electrically neutral. Therefore, it is preferable to use one from which an external modifying group such as an OH group has been removed.
[0075]
【Example】
(Example 1)
FIG. 1 shows an electron emission source according to this embodiment.
[0076]
An electron emission source 1007 according to this example has a stacked structure in which an electron emission layer 1003, an insulating film 1004, and an upper electrode 1005 are sequentially stacked.
The electron emission layer 1003 is made of a carbon-based material,
The insulating film 1004 and the upper electrode 1003 have a hole 1006 having an average hole diameter of 50 nm or less.
[0077]
Hereinafter, the present embodiment will be described in detail.
First, a substrate 1001 made of aluminum was prepared. An Ni layer (lower electrode 1002) was formed on the surface of the substrate 1001 by plating. The thickness of the Ni layer was 300 nm.
[0078]
Next, carbon nanotubes 1003 were formed as electron-emitting layers on the lower electrode 1002 by a CVD method. The thickness of the carbon nanotube 1003 was 80 nm.
Next, on the electron emission layer 1003, SiO ₂ An insulating layer 1004 was formed by a sputtering method. The thickness of the insulating layer 1004 was 300 nm.
Next, Au was formed on the electron-emitting layer 1003 by a sputtering method to form an upper electrode 1003. The thickness of the upper electrode 1003 was 10 nm. The upper electrode had many pores having an average pore diameter of 50 nm or less.
Next, the insulating layer 1004 was etched through a hole using a hydrofluoric acid solution.
A means for applying a voltage was connected between the upper electrode 1005 and the lower electrode 1002 to manufacture the electron emission source 1007.
Next, as shown in FIG. 2, a display device was manufactured.
The display device has the light emitting element 26 shown in FIG.
The light emitting element 26 includes an electron emission source 1007 and an anode substrate 30 provided to face the electron emission source 1007.
[0079]
On the anode substrate 30, a transparent electrode 34 formed of ITO or the like is provided on a substrate 32 formed of glass or the like, and a fluorescent part 36 and an aluminum pack 38 formed of, for example, a P22 phosphor used in a CRT are sequentially laminated. The example of the aluminum pack 38 is disposed to face the electron emission source 1007. The aluminum pack 38 functions as an electrode instead of a transparent electrode in a junction without a transparent electrode, and has a role of improving luminance, preventing deterioration of a fluorescent portion, or preventing charging of a fluorescent lamp. When the voltage Va is equal to or less than 4 kV when the transparent electrode is provided, it may not be provided.
[0080]
The electron emission source 1007 and the anode substrate 30 are held and integrated at a predetermined interval by a spacer (not shown). Each member is housed in a housing (not shown), and a space between the electron emission source 1007 and the anode substrate 30 is kept in a vacuum.
[0081]
The light emitting element 26 emits electrons through the holes 16a under a generated electric field by applying a voltage Vb of, for example, 50 V or less in the electron emission source 1007 with the lower electrode 12 as a negative electrode and the upper electrode 16 as a positive electrode. Further, by applying a voltage Va of, for example, 4 kV or more to the upper electrode 16 with the transparent electrode 34 as a positive electrode, the electrons are attracted to the anode substrate 30 and accelerated, collide with the fluorescent portion 36, and emit light. The generated light (visible light) passes through the transparent electrode 34 and the substrate 32 and is visually recognized from the outside. In FIG. 4, the symbol Ig indicates a diode current, and the symbol Ia indicates an emission current.
[0082]
The display device manufactured as described above was placed in a vacuum container, and various measurements were performed.
Vacuum degree is 10 ^-2 Excellent electron emission efficiency can be obtained at Torr. In addition, it was stable over time. Low emission angles of less than 6 ° have been achieved.
Excellent electron emission characteristics were obtained even when the drive voltage between the upper electrode 1005 and the lower electrode 1002 was 10 V or less.
[0083]
(Example 2)
Fullerene (empty fullerene) was used as the electron emission layer.
Other points were the same as in the example.
In this example, the same result as in Example 1 was obtained.
[0084]
(Example 3)
Fullerene containing Na ions was used as the electron emission layer.
The other points were the same as in Example 1.
In this example, electron emission characteristics superior to those of Example 1 were obtained. Further, the stability over time was also superior to that of Example 2.
[0085]
(Example 4)
As the electron emission layer, a conductive polymer to which fullerene was added was used.
The other points were the same as in Example 1.
In this example, the electron emission characteristics were inferior to Example 1, but better than the conventional example.
[0086]
(Example 5)
The thickness of the upper electrode was 100 nm.
After forming the upper electrode, heat treatment was performed at 750 ° C. After the heat treatment, many pores having an average pore diameter of 50 nm or less were present.
The other points were the same as in Example 1.
In this example, the same result as in Example 1 was obtained.
[0087]
(Example 6)
Al was used as the upper electrode. The thickness of the upper electrode was 120 nm.
After forming the upper electrode, the surface of the upper electrode was rubbed using a cloth.
In rubbing, many holes reaching the insulating layer were formed.
[0088]
(Example 7)
An example of another display device will be described with reference to FIGS. 3, 4, and 5. FIG.
The electron emission section 42 will be described with reference to FIG.
The electron-emitting portion 42 is composed of nine lower electrode portions 44a to 44i in which the lower electrode 44 is formed on the substrate 46 in a strip shape extending vertically in FIG. The upper electrode 48 crosses the lower electrode portions (band-shaped electrode portions) 44a to 44i like the lower electrode 44 and extends in the left-right direction in FIG. 3 to form three upper electrode portions (band-shaped electrode portions). ) 48a to 48c. An intersection (indicated by an arrow A in FIG. 3) at which the upper electrode 48 and the lower electrode 44 intersect with each other is located between the upper electrode 48 and the lower electrode 44 according to the present embodiment. A source 10 is formed. That is, the intersection A is constituted by the external emission type electron source 10 according to the present embodiment.
[0089]
The electron emission source 42 is formed by the following method.
For the lower electrode 44 formed on the substrate 46, a method appropriately selected according to the thickness can be used. When the lower electrode 44 is formed as a thick film, a method of screen-printing a conductive paste or a photolithography method can be used. Further, when the lower electrode 44 is formed as a thin film, an evaporation method such as a sputtering method can be used. In this case, after evaporation, the resist is patterned, and unnecessary portions are removed by etching, lift-off, or the like. The electrode portions 44a to 44i can be formed.
[0090]
Next, a carbon material layer is formed on the lower electrode 44.
The anode substrate 44 will be described with reference to FIG. In the anode substrate 44, a fluorescent section 50 is formed on a substrate 52 in a strip-shaped fluorescent section 50 a of 3 rows and 9 columns corresponding to the electron emission sources 42. The phosphor section 50a is formed of, for example, three adjacent phosphor sections 50a-1, 50a-2, and 50a-8 each exhibiting red, blue, and green colors. A black matrix 54 is formed in a gap between the phosphor parts 50a on the substrate 52. Further, an aluminum back 56 is formed on the uppermost layer so as to cover the entire surface of the phosphor portion 50a and the black matrix 54. In this connection, the aluminum pack 56 plays a role of an electrode portion of the anode substrate 44.
[0091]
Each layer of the anode substrate 44 can be formed using an appropriate method such as a screen printing method or a sputtering method.
The display device of the second example configured as described above has nine pixels (a set of phosphor portions 50a-1, 50a-2, and 50a-3 that exhibit red, blue, and green colors). By controlling the intersection A), a color moving image can be displayed. At this time, the effect of the electron emission source 10 described above can be suitably exerted.
[0092]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects can be obtained.
Large areas are possible.
Excellent electron emission efficiency can be obtained.
The electron emission characteristics are stable over time.
Low emission angles of less than 6 ° are achieved.
Low noise.
The driving voltage is as low as 10 V or less.
10 ^-2 -10 ^-6 A low vacuum of Torr can be achieved.
By configuring the light emitting element to emit light from the fluorescent portion, it can be suitably used for a display device, a light valve or a backlight, and can be widely applied to other uses such as a scanning electronic microscope. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an electron emission source according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view illustrating a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an anode substrate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view showing a cross section in FIG. 4;
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
1001 substrate
1002 upper electrode
1003 electron emission layer
1004 insulation layer
1005 Upper electrode
1006 hole
1007 electron emission source
26 Light-emitting device
30 Anode substrate
32 substrates
34 transparent electrode
36 Fluorescent part
38 aluminum back
42 electron emission source

Claims

電子放出層、絶縁膜、上部電極とが順次積層した積層構造を有し、
該電子放出層はカーボン系材料からなり、
該絶縁膜及び該上部電極は、平均孔径が５０ｎｍ以下の孔部を有することを特徴とする電子放出源。Having a laminated structure in which an electron emission layer, an insulating film, and an upper electrode are sequentially laminated,
The electron emission layer is made of a carbon-based material,
An electron emission source, wherein the insulating film and the upper electrode have holes having an average hole diameter of 50 nm or less.

前記孔部の平均孔径は１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の電子放出源。The electron emission source according to claim 1, wherein the average diameter of the holes is 10 nm or less.

前記孔部は１μｍ^２あたり１〜５００００個存在することを特徴とする請求項１又は２記載の電子放出源。The electron emission source according to claim 1, wherein the number of the holes is 1 to 50,000 per 1 μm ² .

該上部電極の厚さは５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項乃至３のいずれか１項記載の電子放出源。4. The electron emission source according to claim 1, wherein the thickness of the upper electrode is 50 nm or less.

前記上部電極の膜厚は１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の電子放出源。The electron emission source according to claim 1, wherein a film thickness of the upper electrode is 10 nm or less.

前記絶縁層の膜厚は３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の電子放出源。2. The electron emission source according to claim 1, wherein the thickness of the insulating layer is 300 nm or less.

前記電子放出層はカーボンナノチューブからなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の電子放出源。The electron emission source according to claim 1, wherein the electron emission layer is made of a carbon nanotube.

前記電子放出層がダイヤモンドライクカーボンからなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の電子放出源。The electron emission source according to claim 1, wherein the electron emission layer is made of diamond-like carbon.

前記電子放出層は、フラーレンからなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の電子放出源。The electron emission source according to claim 1, wherein the electron emission layer is made of fullerene.

前記電子放出層は、導電性高分子にフラーレンを配合してなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の電子放出源。The electron emission source according to any one of claims 1 to 6, wherein the electron emission layer is formed by mixing fullerene with a conductive polymer.

前記フラーレンは内包フラーレンであることを特徴とする請求項９又は１０記載の電子放出源。The electron emission source according to claim 9, wherein the fullerene is an endohedral fullerene.

前記内包フラーレンは、マイナスイオン原子を内包したものであることを特徴とする請求項１１記載の電子放出源。The electron emission source according to claim 11, wherein the endohedral fullerene contains a negative ion atom.

前記内包フラーレンはプラスイオン原子を内包したものであることを特徴とする請求項１１記載の電子放出源。The electron emission source according to claim 11, wherein the endohedral fullerene contains a positive ion atom.

前記フラーレンは外部修飾基を除去したものであることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項記載の電子放出源。14. The electron emission source according to claim 9, wherein the fullerene has an external modifying group removed.

前記修飾基はＯＨ基であることを特徴とする請求項１４」記載の電子放出源。The electron emission source according to claim 14, wherein the modifying group is an OH group.

前記電子放出層にアルカリ金属粒子を分散させたことを特徴とする請求項９記載の電子放出源。10. The electron emission source according to claim 9, wherein alkali metal particles are dispersed in the electron emission layer.

前記電子放出層はＣＶＤ法により形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項記載の電子放出源。The electron emission source according to claim 1, wherein the electron emission layer is formed by a CVD method.

前記上部電極は、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｉのいずれかの金属からなることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項記載の電子放出源。18. The electron emission source according to claim 1, wherein the upper electrode is made of any one of Au, Pt, Al, Ti, and Ni.

前記電子放出層の下部に下部電極を有することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項記載の電子放出型電子源。19. The electron emission type electron source according to claim 1, further comprising a lower electrode below the electron emission layer.

前記下部電極の表面はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉのいずれかの金属又はこれらの合金からなることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項記載の電子放出源。17. The electron emission source according to claim 1, wherein a surface of the lower electrode is made of any one of Fe, Co, and Ni or an alloy thereof.

請求項１乃至２０のいずれか１項記載の電子放出源と、該電子源の電子放出方向に対向して設けられた発光部とを備えたことを特徴とする表示装置。A display device comprising: the electron emission source according to any one of claims 1 to 20; and a light emitting unit provided to face the electron emission direction of the electron source.

下部電極を形成する工程と、カーボン系材料を形成する工程と、絶縁膜を形成する工程と、多数の孔を有する上部電極を５０ｎｍ以下の厚さで形成する工程と、上部電極の多数の孔の下の絶縁膜を除去し絶縁膜に多数の孔部を形成する工程とを順次行うことを特徴とする電子放出源の製造方法。A step of forming a lower electrode; a step of forming a carbon-based material; a step of forming an insulating film; a step of forming an upper electrode having a large number of holes with a thickness of 50 nm or less; Removing the insulating film below and forming a large number of holes in the insulating film.

上部電極となる膜を堆積時に多数の孔が形成されるようにすることを特徴とする請求項２２記載の電子放出源の製造方法。23. The method for manufacturing an electron emission source according to claim 22, wherein a large number of holes are formed when depositing a film to be an upper electrode.

前記上部電極となる膜の厚さを１０ｎｍ以下とすることを特徴とする請求項２３記載の電子放出源の製造方法。24. The method according to claim 23, wherein the thickness of the film serving as the upper electrode is 10 nm or less.

上部電極となる膜の堆積後に熱処理を行うことを特徴とする請求項２２乃至２４のいずれか１項記載の電子放出源の製造方法。25. The method of manufacturing an electron emission source according to claim 22, wherein heat treatment is performed after depositing a film serving as an upper electrode.

前記熱処理の温度は１００〜８００℃であることを特徴とする請求項２５記載の電子放出源の製造方法。The method according to claim 25, wherein the temperature of the heat treatment is 100 to 800C.

上部電極となる膜の表面を、毛羽立った布によりこすることによりに上部電極に多数の孔を形成することを特徴とする請求項２３記載の電子放出源の製造方法。24. The method according to claim 23, wherein a large number of holes are formed in the upper electrode by rubbing the surface of the film serving as the upper electrode with a fluffy cloth.

下部電極と上部電極は帯状をなしており、
複数の帯状下部電極と複数の帯状上部電極が交差して配置され、下部電極と上部電極との交差部において、請求項１乃至２０のいずれか１項記載の電子放出源が構成されており、該電子源の電子放出方向における該交差部に対応する位置に複数の発光部が配置されていることを特徴とする表示装置。The lower electrode and the upper electrode are strip-shaped,
A plurality of strip-shaped lower electrodes and a plurality of strip-shaped upper electrodes are arranged so as to intersect with each other, and at the intersection of the lower electrode and the upper electrode, the electron emission source according to any one of claims 1 to 20, wherein: A display device, wherein a plurality of light emitting units are arranged at positions corresponding to the intersections in the electron emission direction of the electron source.

前記複数の発光部はそれぞれ異なる色を発光する発光体であることを特徴とする請求項２８記載の表示装置。29. The display device according to claim 28, wherein the plurality of light emitting units are light emitters each emitting a different color.