JP2004362960A - Electron emitting element and manufacturing method of the same - Google Patents

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electron
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manufacturing
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Akio Hiraki
昭夫 平木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron emitting element having uniform and high electron emission site density, suitable for an FED (Field Emission Display), and to provide a manufacturing method of the same. <P>SOLUTION: Ultrafine particles of graphite 2 having a size of a few microns are arranged on a metal base plate 1, and carbon nanotubes 4 as a fine linear substance are made to selectively grow on the ultrafine particles of graphite 2 by a DC bias thermal CVD method. The carbon nanotubes 4 are used as an electron emission site. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超薄型の平面ディスプレイであるＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）や小型の照明光源などの電子ビーム源として好適な電子放出素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超薄型の平面ディスプレイとして、真空中で電界をかけることで電子放出素子（陰極）から電子を放出させ、陽極に塗布した蛍光体に衝突させて発光させるＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）が知られている。
【０００３】
かかる電子放出素子として、炭素系の材料、特にカーボンナノチューブを用いた素子が注目されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
これは、高いアスペクト比を有するファイバ状のカーボンナノチューブに電界が集中しやすく、低い電圧で電子放出を行わせることができるからである。
【０００５】
かかるカーボンナノチューブは、電子放出素子の製造方法に用いられるプラズマＣＶＤや熱ＣＶＤなどを用いて基板上に形成され、あるいは、予め作製したカーボンナノチューブをペーストに混ぜて基板に塗布するといった手法を用いてデバイス上に配置されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２２０６７４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来の製造方法では、カーボンナノチューブが密集して配置されてしまい、適当な間隔を保つことができず、いわゆる、スクリーニング効果によって良好な電子放出特性を得ることができないという難点がある。
【０００８】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、カーボンナノチューブなどの配置間隔を制御できるようにして良好な電子放出特性の電子放出素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００１０】
すなわち、本発明の電子放出素子は、基板上またはワイヤ上に所要の配置で電子伝導性を有する微小線状物を形成してなるものである。
【００１１】
ここで、所要の配置とは、密集しない配置をいい、後述のように、超微粒子のサイズの選択や活性化処理を施す箇所などによって規定される設計的な配置をいう。
【００１２】
微小線状物とは、微小で細長い物をいい、直線状でも曲線状であってもよく、その断面は、円形に限らず、楕円形、矩形、多角形やその他の形状であってもよく、アスペクト比が高いものが好ましい。
【００１３】
この微小線状物としては、例えば、カーボンナノチューブやカーボンナノウォールが好ましい。
【００１４】
本発明によると、基板上またはワイヤ上に、所要の配置で電子伝導性を有する微小線状物が形成されて電子放出素子が構成されるので、電子放出サイトとなる微小線状物の配置間隔を制御して均一で高い電子放出密度の電子放出素子が実現できる。
【００１５】
本発明の一実施態様においては、前記基板または前記ワイヤが電子伝導性を有し、前記微小線状物が、前記基板上または前記ワイヤ上に設けられた電子伝導性を有する超微粒子上に形成されるものである。
【００１６】
ここで、基板は、ｓｕｓなどの金属、ｎ型シリコン、グラファイトなどの基板であるのが好ましい。また、ワイヤは、金属であるのが好ましい。
【００１７】
超微粒子は、Ｎｉなどの金属粒子やグラファイト粒子などが好ましく、この超微粒子のサイズは、マイクロメートルオーダから十マイクロメートルオーダ、すなわち、１μｍ〜９９μｍであるのが好ましく、より好ましくは、数μｍ程度である。
【００１８】
この超微粒子は、基板またはワイヤに、シーディングするのが好ましい。
【００１９】
この実施態様によると、基板上または前記ワイヤ上に設けられた超微粒子上に、微小線状物を形成するので、マイクロメートルオーダなどの所要のサイズの超微粒子を設計的に用いることで、超微粒子のサイズに応じた所要の配置で微小線状物を形成することが可能となり、したがって、電子放出サイトとなる微小線状物の配置間隔を制御することができ、従来例のカーボンナノチューブのように密集して配置されることがなく、均一で高い電子放出密度の電子放出素子が実現できる。
【００２０】
本発明の他の実施態様においては、前記基板または前記ワイヤが電子伝導性を有し、前記微小線状物が、前記基板上または前記ワイヤ上に形成された触媒金属上に形成されるものである。
【００２１】
ここで、触媒金属としては、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの少なくともいずれか１種からなるのが好ましい。
【００２２】
基板上またはワイヤ上の触媒金属の形成は、例えば、触媒金属を、金属基板上や金属ワイヤ上に、蒸着などによって薄く形成し、高温、例えば、６００℃程度に加熱処理して、触媒金属を、金属基板上や金属ワイヤ上に、アイランド状（島状）に析出させて形成するのが好ましい。この場合、蒸着する触媒金属の膜厚などの調整によって、加熱処理によって金属基板上や金属ワイヤ上に析出するアイランド状のパターンを変化させることができる。また、Ｎｉなどの触媒金属を含む合金からなる基板やワイヤを、高温に加熱処理して、その表面に、触媒金属を、アイランド状に析出させて形成することもできる。
【００２３】
この実施態様によると、基板上またはワイヤ上に形成された触媒金属上に、微小線状物を形成するので、触媒金属を、所要の配置、例えば、間隔を持ったアイランド状に形成しておくことによって、微小線状物を、アイランド状に形成することが可能となり、したがって、電子放出サイトとなる微小線状物の配置間隔を制御することができ、従来例のカーボンナノチューブのように密集して配置されることがなく、均一で高い電子放出密度の電子放出素子が実現できる。
【００２４】
本発明の好ましい実施態様においては、前記基板または前記ワイヤが電子伝導性を有し、前記微小線状物が、前記基板上または前記ワイヤ上の活性化処理された箇所に形成されるものである。
【００２５】
ここで、活性化処理としては、例えば、基板上またはワイヤ上にスクラッチを形成して表面を活性化するのが好ましい。
【００２６】
基板またはワイヤは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの少なくともいずれか１種からなるのが好ましい。
【００２７】
この実施態様によると、基板上またはワイヤ上の活性化処理された箇所に、微小線状物を形成するので、所要の配置となるように、活性化処理、例えば、スクラッチを形成しておくことにより、微小線状物を所要の配置で形成することが可能となり、したがって、電子放出サイトとなる微小線状物の配置間隔を制御することができ、従来例のカーボンナノチューブのように密集して配置されることがなく、均一で高い電子放出密度の電子放出素子が実現できる。
【００２８】
本発明の電子放出素子の製造方法は、基板上またはワイヤ上に、電子伝導性を有する超微粒子を配置する工程と、前記超微粒子上に、電子伝導性を有する微小線状物を形成する工程とを含むものである。
【００２９】
基板上またはワイヤ上に超微粒子を配置する工程では、超微粒子のコロイド溶液を、基板またはワイヤに塗布し、あるいは、前記コロイド溶液に、前記基板またはワイヤを浸漬するのが好ましい。
【００３０】
本発明によると、基板上または前記ワイヤ上に配置された超微粒子上に、微小線状物を形成するので、マイクロメートルオーダなどの所要のサイズの超微粒子を設計的に配置することで、超微粒子のサイズに応じた所要の配置で微小線状物を形成することが可能となり、したがって、電子放出サイトとなる微小線状物の配置間隔を制御することができ、従来例のカーボンナノチューブのように密集して配置されることがなく、均一で高い電子放出密度の電子放出素子が実現できる。
【００３１】
また、本発明の電子放出素子の製造方法は、基板上またはワイヤ上に、触媒金属をアイランド状の形成する工程と、前記基板または前記ワイヤの前記触媒金属上に、電子伝導性を有する微小線状物を形成する工程とを含むものである。
【００３２】
ここで、基板上またはワイヤ上に、触媒金属をアイランド状に形成する工程は、触媒金属を、基板上またはワイヤ上に薄く形成し、高温に加熱処理して、触媒金属を、基板上またはワイヤ上に、アイランド状（島状）に析出させる、あるいは、触媒金属を含む合金からなる基板またはワイヤを、高温に加熱処理して、その表面に、触媒金属を、アイランド状に析出させて形成するのが好ましい。
【００３３】
本発明によると、触媒金属を、基板上またはワイヤ上に、アイランド状に析出させてその上に微小線状物を形成することができ、したがって、電子放出サイトとなる微小線状物が密集することがなく、その配置間隔を制御することができ、従来例のカーボンナノチューブのように密集して配置されることがなく、均一で高い電子放出密度の電子放出素子が実現できる。
【００３４】
また、本発明の電子放出素子の製造方法は、基板上またはワイヤ上に活性化処理を施す工程と、前記基板上または前記ワイヤ上の前記活性化処理された箇所に、電子伝導性を有する微小線状物を形成する工程とを含むものである。
【００３５】
本発明によると、基板上またはワイヤ上の活性化処理された箇所に、微小線状物を形成するので、所要の配置となるように、活性化処理を施す、例えば、スクラッチを形成しておくことにより、微小線状物を所要の配置で形成することが可能となり、したがって、電子放出サイトとなる微小線状物の配置間隔を制御することができ、従来例のカーボンナノチューブのように密集して配置されることがなく、均一で高い電子放出密度の電子放出素子が実現できる。
【００３６】
本発明の好ましい実施態様においては、微小線状物を形成する工程では、ＣＶＤ法を用いるのが好ましく、ＤＣバイアス熱ＣＶＤ法またはＤＣプラズマＣＶＤ法を用いるのが、より好ましい。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る電子放出素子の製造方法を示す図である。
【００３９】
先ず、図１（ａ）に示されるように基板上、この実施の形態では、ｃｕなどの金属基板１上に、電子伝導性を有する超微粒子、例えば、グラファイトの超微粒子２を配置する。
【００４０】
この超微粒子２は、マイクロメートルオーダから十マイクロメートルオーダの範囲内の特定のサイズ、例えば、平均粒径が数μｍの超微粒子２である。
【００４１】
かかるサイズのグラファイトの超微粒子２を、洗浄し、精製水に分散し、分散液を遠心分離し、上澄みのコロイド溶液にアルコールを加えて全量を調整する。さらに、フッ化水素を０．２％加えて遠心分離し、上澄み液を微粒子コロイド溶液である処理液とする。
【００４２】
この処理液３に、図２（ａ）に示されるように金属基板１を数分間浸し、図２（ｂ）に示されるように乾燥することによって、図１（ａ）に示される金属基板１上に、数μｍの粒子サイズのグラファイトの超微粒子２を、数μｍの間隔で配置形成できることになる。
【００４３】
なお、本発明の他の実施の形態として、金属基板１を回転させて上記処理液３を滴下してもよいし、金属基板１に、処理液３を吹き付けてもよい。
【００４４】
コロイド溶液は、液中において、グラファイトの超微粒子２が、ほぼ単粒子の形で互いに集合することなく分散して懸濁しているので、かかるコロイド溶液で、金属基板１を処理することにより、グラファイトの単粒子を金属基板２上に、配置形成できる。
【００４５】
次に、図１（ｂ）に示されるように、例えば、ＤＣプラズマＣＶＤ法を用いて、カーボンナノチューブ４を、グラファイトの超微粒子２上に選択的に形成する。
【００４６】
この超微粒子２上のカーボンナノチューブ４の選択的な成長は、結晶成長理論によって説明されるものである。
【００４７】
このカーボンナノチューブ４の形成は、例えば、原料ガスとして、水素とメタンとの混合ガス、あるいは。水素と一酸化炭素との混合ガスを用いて、６００℃〜９００℃前後のプラズマに晒すことによって行なわれる。このカーボンナノチューブ４は、数百ｎｍ〜数μｍの長さに成長させるのが好ましい。
【００４８】
以上のようにして得られる電子放出素子は、ＦＥＤの冷陰極として真空（１０−７Ｔｏｒｒ程度）中で蛍光体を塗布した陽極に対向して配置され、電圧が印加されることで真空中に電子が引き出されて加速されて蛍光体に衝突して励起発光させるものである。
【００４９】
この実施の形態の電子放出素子は、設計的にサイズが選択されて配置された超微粒子２上に、カーボンナノチューブ４を選択的に形成しているので、電界が集中して電子を放出するカーボンナノチューブ４の配置を設計的に制御することができ、カーボンナノチューブ４を適度な間隔で配置することにより、従来例のように、カーボンナノチューブが密集して配置されるといったことがなく、良好な電子放出特性を得ることができる。
【００５０】
このカーボンナノチューブ４の配置間隔は、上述のスクリーニング効果を考慮すると、カーボンナノチューブ４の長さをＬとしたときに、Ｌ〜３Ｌであるのが好ましい。
【００５１】
（実施の形態２）
図３は、本発明の他の実施の形態に係る電子放出素子の製造方法を示す図である。
【００５２】
この実施の形態では、図３（ａ）に示されるように、Ｃｕなどの金属基板１上に、カーボンナノチューブの成長を促す触媒金属として、例えば、Ｎｉの薄膜５を、蒸着などの手法によって形成する。このＮｉの薄膜５の膜厚は、例えば、１００ｎｍ程度であるのが好ましい。
【００５３】
次に、高温、例えば、６００℃程度で加熱処理することにより、図３（ｂ）に示されるように、Ｎｉが適当な間隔をもってアイランド状に析出する。このＮｉの析出のパターンは、Ｎｉの蒸着膜の厚みなどによって変化させることができる。
【００５４】
次に、図３（ｃ）に示されるように、例えば、ＤＣバイアス熱ＣＶＤ法を用いて、カーボンナノチューブ４を、アイランド状に析出された触媒金属であるＮｉ５上に、選択的に成長させる。このカーボンナノチューブ４の形成の条件は、上述の実施の形態と同様である。
【００５５】
このように、金属基板１上に、アイランド状に析出させた触媒金属としてのＮｉ５上に、カーボンナノチューブ４を選択的に形成するので、電界が集中して電子を放出するカーボンナノチューブ４が密集して配置されることがなく、適度な間隔で配置することができ、良好な電子放出特性を得ることができる。
【００５６】
この実施の形態では、金属基板１に、触媒金属であるＮｉの薄膜を形成して加熱処理することにより、触媒金属を、適当に間隔のアイランド状に形成したけれども、本発明の他の実施の形態として、触媒金属との合金からなる基板、例えば、Ｎｉ合金の基板を、加熱処理して触媒金属をアイランド状に析出させるようにしてもよい。
【００５７】
（実施の形態３）
図４は、本発明の更に他の実施の形態に係る電子放出素子の製造方法を示す図である。
【００５８】
この実施の形態では、図４（ａ）に示されるように、金属基板、例えば、Ｎｉの基板１上の所要の箇所に、活性化処理としてスクラッチ６を形成する。このスクラッチによって、Ｎｉの基板１の活性な表面が露出することになる。
【００５９】
このスクラッチは、例えば、多数のスクラッチ形成用の針などを有する冶具を、基板１に押圧して形成することができる。
【００６０】
次に、図４（ｂ）に示されるように、例えば、ＤＣバイアス熱ＣＶＤ法を用いて、カーボンナノチューブ４を、スクラッチ６が形成された箇所に、選択的に形成する。このカーボンナノチューブ４の形成の条件は、上述の実施の形態と同様である。
【００６１】
このように、Ｎｉの基板１に形成したスクラッチ６上に、カーボンナノチューブを選択的に形成するので、電界が集中して電子を放出するカーボンナノチューブ４の配置を設計的に制御することができ、カーボンナノチューブ４を適度な間隔で配置することにより、従来例のように、カーボンナノチューブが密集して配置されるといったことがなく、良好な電子放出特性を得ることができる。
【００６２】
（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、超微粒子としてグラファイトを用いたけれども、グラファイトに限らず、例えば、金やニッケルなどの金属の超微粒子を用いてもよい。
【００６３】
上述の実施の形態では、基板として、金属基板を用いたけれども、金属基板に限らず、高い電子伝導度を示す基板、例えば、ｎ＋シリコンやグラファイト基板などを用いて電界放出電子の供給源とすることもできる。
【００６４】
上述の実施の形態では、微小線状物として、カーボンナノチューブを形成したけれども、本発明の他の実施の形態として、カーボンナノウォール、カーボンファイバ、グラファイトファイバ、アモルファスカーボンファイバ、ダイヤモンドファイバ等を形成してもよい。
【００６５】
上述の実施の形態では、基板上に、微小線状物を形成したけれども、本発明の他の実施の形態として、基板に代えて、ワイヤ上に、微小線状物を形成するようにしてもよく、この場合には、照明光源などに好適な線状の電子放出素子となる。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、基板上やワイヤ上に、カーボンナノチューブなどの微小線状物を所要の配置で形成するので、電子放出サイトとなる微小線状物の配置間隔を制御することができ、均一で高い電子放出密度の電子放出素子が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施形態の製造方法を示す図。
【図２】図１のガラス基板上の超微粒子の形成方法を示す図。
【図３】本発明の他の実施の形態の製造方法を示す図。
【図４】本発明の更に他の実施の形態の製造方法を示す図。
【符号の説明】
１ ガラス基板 ２ グラファイトの超微粒子 ３ 処理液
４ カーボンナノチューブ ５ Ｎｉの膜 ６ スクラッチ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron-emitting device suitable as an electron beam source such as a field emission display (FED), which is an ultra-thin flat display, and a small illumination light source, and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
An FED (Field Emission Display), which emits electrons from an electron-emitting device (cathode) by applying an electric field in a vacuum and collides with a phosphor applied to an anode to emit light, is known as an ultra-thin flat display. I have.
[0003]
As such an electron-emitting device, a device using a carbon-based material, particularly, a carbon nanotube has been receiving attention (for example, see Patent Document 1).
[0004]
This is because the electric field tends to concentrate on the fibrous carbon nanotube having a high aspect ratio, and electron emission can be performed at a low voltage.
[0005]
Such carbon nanotubes are formed on a substrate by using plasma CVD, thermal CVD, or the like used in a method of manufacturing an electron-emitting device, or by using a method in which carbon nanotubes prepared in advance are mixed with a paste and applied to the substrate. Located on the device.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-220675
[Problems to be solved by the invention]
In such a conventional manufacturing method, the carbon nanotubes are densely arranged, so that an appropriate interval cannot be maintained, and there is a problem that a good electron emission characteristic cannot be obtained by a so-called screening effect.
[0008]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an electron-emitting device having good electron-emitting characteristics by controlling the arrangement interval of carbon nanotubes and the like, and a method of manufacturing the same. I do.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following configuration to achieve the above object.
[0010]
That is, the electron-emitting device of the present invention is formed by forming a minute linear object having electron conductivity in a required arrangement on a substrate or a wire.
[0011]
Here, the required arrangement refers to an arrangement that is not densely packed, and a design arrangement defined by the selection of the size of the ultrafine particles and the location where the activation process is performed, as described later.
[0012]
A fine linear object refers to a minute and elongated object, which may be linear or curved, and its cross section is not limited to a circle, but may be an ellipse, a rectangle, a polygon, or another shape. And those having a high aspect ratio are preferable.
[0013]
For example, carbon nanotubes and carbon nanowalls are preferable as the fine linear objects.
[0014]
According to the present invention, an electron-emitting device is formed by forming a fine linear object having electron conductivity in a required arrangement on a substrate or a wire. And an electron emission element having a uniform and high electron emission density can be realized.
[0015]
In one embodiment of the present invention, the substrate or the wire has electron conductivity, and the fine linear object is formed on the substrate or the ultrafine particles having electron conductivity provided on the wire. Is what is done.
[0016]
Here, the substrate is preferably a substrate such as a metal such as sus, n-type silicon, or graphite. Preferably, the wire is a metal.
[0017]
The ultrafine particles are preferably metal particles such as Ni or graphite particles, and the size of the ultrafine particles is on the order of micrometer to ten micrometer, that is, preferably 1 μm to 99 μm, more preferably about several μm. It is.
[0018]
The ultrafine particles are preferably seeded on a substrate or a wire.
[0019]
According to this embodiment, since a fine linear object is formed on a substrate or on ultrafine particles provided on the wire, by using ultrafine particles of a required size such as micrometer order by design, Fine linear objects can be formed in a required arrangement according to the size of the fine particles, and therefore, the arrangement interval of the fine linear objects serving as electron emission sites can be controlled, which is similar to the conventional carbon nanotube. An electron emission element having a uniform and high electron emission density can be realized without being densely arranged.
[0020]
In another embodiment of the present invention, the substrate or the wire has electron conductivity, and the fine linear object is formed on a catalyst metal formed on the substrate or the wire. is there.
[0021]
Here, the catalyst metal is preferably made of at least one of Ni, Fe and Co.
[0022]
The formation of the catalyst metal on the substrate or the wire, for example, the catalyst metal is thinly formed on a metal substrate or a metal wire by vapor deposition or the like, and is heated at a high temperature, for example, about 600 ° C. It is preferable to form the layer on the metal substrate or the metal wire by depositing it in an island shape (island shape). In this case, by adjusting the thickness of the catalyst metal to be deposited or the like, the island-like pattern deposited on the metal substrate or the metal wire by the heat treatment can be changed. Alternatively, a substrate or a wire made of an alloy containing a catalyst metal such as Ni may be heat-treated at a high temperature, and the catalyst metal may be deposited on the surface of the substrate or wire in an island shape.
[0023]
According to this embodiment, since the fine linear object is formed on the catalyst metal formed on the substrate or the wire, the catalyst metal is formed in a required arrangement, for example, in an island shape with a gap. As a result, it is possible to form the fine linear objects in an island shape, and therefore, it is possible to control the arrangement interval of the fine linear objects serving as the electron emission sites, and it is possible to control the arrangement distance as in the conventional carbon nanotubes. Thus, an electron-emitting device having a uniform and high electron emission density can be realized without being arranged in a vertical direction.
[0024]
In a preferred embodiment of the present invention, the substrate or the wire has electron conductivity, and the minute linear object is formed on the substrate or the activated portion on the wire. .
[0025]
Here, as the activation treatment, for example, it is preferable to activate a surface by forming a scratch on a substrate or a wire.
[0026]
The substrate or the wire is preferably made of at least one of Ni, Fe and Co.
[0027]
According to this embodiment, since a minute linear object is formed on the activated portion on the substrate or the wire, the activation process, for example, a scratch is formed so as to have a required arrangement. Thereby, it is possible to form minute linear objects in a required arrangement, and therefore, it is possible to control the arrangement interval of the minute linear objects serving as electron emission sites, and to be densely arranged like the conventional carbon nanotube. An electron emission element having a uniform and high electron emission density can be realized without being arranged.
[0028]
In the method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention, a step of arranging ultrafine particles having electron conductivity on a substrate or a wire, and a step of forming a fine linear material having electron conductivity on the ultrafine particles And
[0029]
In the step of disposing the ultrafine particles on the substrate or the wire, it is preferable to apply a colloidal solution of the ultrafine particles to the substrate or the wire, or to immerse the substrate or the wire in the colloidal solution.
[0030]
According to the present invention, since a fine linear object is formed on the substrate or on the ultrafine particles arranged on the wire, by arranging ultrafine particles of a required size such as micrometer order by design, Fine linear objects can be formed in a required arrangement according to the size of the fine particles, and therefore, the arrangement interval of the fine linear objects serving as electron emission sites can be controlled, which is similar to the conventional carbon nanotube. An electron emission element having a uniform and high electron emission density can be realized without being densely arranged.
[0031]
The method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention may further include a step of forming a catalyst metal in an island shape on a substrate or a wire, and a step of forming a fine wire having electron conductivity on the catalyst metal of the substrate or the wire. And forming a shape.
[0032]
Here, the step of forming the catalyst metal in an island shape on the substrate or the wire includes forming the catalyst metal thinly on the substrate or the wire, and performing a heat treatment at a high temperature to convert the catalyst metal onto the substrate or the wire. On the substrate, a substrate or a wire made of an alloy containing a catalyst metal is deposited by heating at a high temperature, and the catalyst metal is deposited on the surface in the form of an island. Is preferred.
[0033]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a catalyst metal can be deposited in an island shape on a board | substrate or a wire, and a fine linear material can be formed on it, Therefore, the fine linear material used as an electron emission site becomes dense. Therefore, the arrangement interval can be controlled, and an electron emission element having a uniform and high electron emission density can be realized without being densely arranged unlike the conventional carbon nanotubes.
[0034]
The method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention may further comprise a step of performing an activation process on a substrate or a wire; and providing a micro-electrode having electron conductivity at the activated portion on the substrate or the wire. And forming a linear object.
[0035]
According to the present invention, a fine linear object is formed on the activated portion on the substrate or on the wire. Therefore, the activation process is performed so as to have a required arrangement, for example, a scratch is formed. This makes it possible to form the minute linear objects in a required arrangement, and therefore, it is possible to control the arrangement interval of the minute linear objects serving as the electron emission sites, so that the minute linear objects are densely arranged like the conventional carbon nanotubes. Thus, an electron-emitting device having a uniform and high electron emission density can be realized without being arranged in a vertical direction.
[0036]
In a preferred embodiment of the present invention, in the step of forming the fine linear object, a CVD method is preferably used, and more preferably, a DC bias thermal CVD method or a DC plasma CVD method is used.
[0037]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0038]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating a method for manufacturing an electron-emitting device according to one embodiment of the present invention.
[0039]
First, as shown in FIG. 1A, ultrafine particles having electron conductivity, for example, graphite ultrafine particles 2 are arranged on a substrate, in this embodiment, on a metal substrate 1 such as cu.
[0040]
The ultrafine particles 2 are ultrafine particles 2 having a specific size in the range of micrometer order to ten micrometer order, for example, an average particle diameter of several μm.
[0041]
The graphite ultrafine particles 2 having such a size are washed, dispersed in purified water, the dispersion is centrifuged, and the total amount is adjusted by adding alcohol to the supernatant colloid solution. Further, 0.2% of hydrogen fluoride is added and centrifuged, and the supernatant is used as a treatment liquid which is a fine particle colloid solution.
[0042]
The metal substrate 1 shown in FIG. 1A is immersed in the treatment liquid 3 for several minutes as shown in FIG. 2A and dried as shown in FIG. On this, graphite ultrafine particles 2 having a particle size of several μm can be arranged and formed at intervals of several μm.
[0043]
As another embodiment of the present invention, the processing liquid 3 may be dropped by rotating the metal substrate 1 or the processing liquid 3 may be sprayed on the metal substrate 1.
[0044]
In the colloid solution, the graphite ultrafine particles 2 are dispersed and suspended in the form of substantially single particles without being aggregated with each other. Therefore, by treating the metal substrate 1 with such a colloid solution, the graphite is obtained. Can be arranged and formed on the metal substrate 2.
[0045]
Next, as shown in FIG. 1B, the carbon nanotubes 4 are selectively formed on the ultrafine graphite particles 2 by using, for example, a DC plasma CVD method.
[0046]
The selective growth of the carbon nanotubes 4 on the ultrafine particles 2 is explained by the crystal growth theory.
[0047]
The formation of the carbon nanotubes 4 is performed, for example, by using a mixed gas of hydrogen and methane as a raw material gas. It is performed by using a mixed gas of hydrogen and carbon monoxide and exposing it to plasma at about 600 ° C. to 900 ° C. This carbon nanotube 4 is preferably grown to a length of several hundred nm to several μm.
[0048]
The electron-emitting device obtained as described above is disposed as a cold cathode of the FED in a vacuum (about 10 −7 Torr) so as to face the anode coated with the phosphor, and is applied with a voltage to be in a vacuum. Electrons are extracted, accelerated, collide with the phosphor, and emit light by excitation.
[0049]
In the electron-emitting device of this embodiment, since the carbon nanotubes 4 are selectively formed on the ultrafine particles 2 which are designed and selected in size, the carbon nanotube which emits electrons due to the concentration of an electric field is formed. The arrangement of the nanotubes 4 can be controlled in a design manner, and by disposing the carbon nanotubes 4 at appropriate intervals, the carbon nanotubes are not densely arranged as in the conventional example. Release characteristics can be obtained.
[0050]
Considering the above-described screening effect, the arrangement interval of the carbon nanotubes 4 is preferably L to 3L, where L is the length of the carbon nanotubes 4.
[0051]
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a view illustrating a method of manufacturing an electron-emitting device according to another embodiment of the present invention.
[0052]
In this embodiment, as shown in FIG. 3A, for example, a Ni thin film 5 is formed on a metal substrate 1 such as Cu as a catalyst metal for promoting the growth of carbon nanotubes by a technique such as vapor deposition. I do. The thickness of the Ni thin film 5 is preferably, for example, about 100 nm.
[0053]
Next, by performing a heat treatment at a high temperature, for example, about 600 ° C., Ni is precipitated in an island shape at an appropriate interval as shown in FIG. The pattern of Ni deposition can be changed by the thickness of the deposited Ni film.
[0054]
Next, as shown in FIG. 3C, the carbon nanotubes 4 are selectively grown on Ni5, which is a catalyst metal deposited in an island shape, using, for example, a DC bias thermal CVD method. The conditions for forming the carbon nanotubes 4 are the same as in the above-described embodiment.
[0055]
As described above, since the carbon nanotubes 4 are selectively formed on the Ni 5 serving as the catalyst metal deposited in the form of islands on the metal substrate 1, the carbon nanotubes 4 that emit electrons due to concentration of the electric field are densely packed. It can be arranged at an appropriate interval without being arranged at an appropriate interval, and good electron emission characteristics can be obtained.
[0056]
In this embodiment, the catalyst metal is formed in an island shape at an appropriate interval by forming a thin film of Ni as the catalyst metal on the metal substrate 1 and performing a heat treatment. As a mode, a substrate made of an alloy with a catalyst metal, for example, a substrate of a Ni alloy may be subjected to a heat treatment to precipitate the catalyst metal in an island shape.
[0057]
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a view illustrating a method of manufacturing an electron-emitting device according to still another embodiment of the present invention.
[0058]
In this embodiment, as shown in FIG. 4A, a scratch 6 is formed as an activation process at a required position on a metal substrate, for example, a Ni substrate 1. This scratch exposes the active surface of the Ni substrate 1.
[0059]
This scratch can be formed, for example, by pressing a jig having a large number of needles for forming a scratch on the substrate 1.
[0060]
Next, as shown in FIG. 4B, the carbon nanotubes 4 are selectively formed at the positions where the scratches 6 are formed, for example, by using a DC bias thermal CVD method. The conditions for forming the carbon nanotubes 4 are the same as in the above-described embodiment.
[0061]
As described above, since the carbon nanotubes are selectively formed on the scratches 6 formed on the Ni substrate 1, the arrangement of the carbon nanotubes 4 that emit electrons by concentrating the electric field can be designed and controlled. By arranging the carbon nanotubes 4 at appropriate intervals, good electron emission characteristics can be obtained without the carbon nanotubes being densely arranged as in the conventional example.
[0062]
(Other embodiments)
In the above embodiment, graphite is used as the ultrafine particles. However, the present invention is not limited to graphite, and ultrafine particles of a metal such as gold or nickel may be used.
[0063]
In the above-described embodiment, the metal substrate is used as the substrate. However, the present invention is not limited to the metal substrate, and a substrate having high electron conductivity, such as an n + silicon or graphite substrate, may be used as a source of field emission electrons. You can also.
[0064]
In the above-described embodiment, carbon nanotubes are formed as minute linear objects. You may.
[0065]
In the above-described embodiment, a minute linear object is formed on a substrate. However, as another embodiment of the present invention, a minute linear object may be formed on a wire instead of a substrate. In this case, a linear electron-emitting device suitable for an illumination light source or the like is often used.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a minute linear object such as a carbon nanotube is formed on a substrate or a wire in a required arrangement. Thus, an electron-emitting device having a uniform and high electron emission density can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing method according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a method for forming ultrafine particles on the glass substrate of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing method according to still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass substrate 2 Graphite ultrafine particle 3 Treatment liquid 4 Carbon nanotube 5 Ni film 6 Scratch

Claims (16)

基板上またはワイヤ上に所要の配置で電子伝導性を有する微小線状物を形成してなる電子放出素子。An electron-emitting device in which a fine linear object having electron conductivity is formed in a required arrangement on a substrate or a wire. 前記基板または前記ワイヤが電子伝導性を有し、前記微小線状物が、前記基板上または前記ワイヤ上に配置された電子伝導性を有する超微粒子上に形成される請求項１記載の電子放出素子。2. The electron emission device according to claim 1, wherein the substrate or the wire has electron conductivity, and the minute linear object is formed on the substrate or on ultrafine particles having electron conductivity disposed on the wire. element. 前記基板または前記ワイヤが電子伝導性を有し、前記微小線状物が、前記基板上または前記ワイヤ上に形成された触媒金属上に形成される請求項１記載の電子放出素子。2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the substrate or the wire has electron conductivity, and the minute linear object is formed on the catalyst metal formed on the substrate or the wire. 前記触媒金属が、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの少なくともいずれか１種からなる請求項３記載の電子放出素子。4. The electron-emitting device according to claim 3, wherein the catalyst metal comprises at least one of Ni, Fe, and Co. 前記基板または前記ワイヤが電子伝導性を有し、前記微小線状物が、前記基板上または前記ワイヤ上の活性化処理された箇所に形成される請求項１記載の電子放出素子。2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the substrate or the wire has electron conductivity, and the minute linear object is formed on the substrate or the activated portion on the wire. 前記基板または前記ワイヤが、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの少なくともいずれか１種からなる請求項５記載の電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 5, wherein the substrate or the wire is made of at least one of Ni, Fe, and Co. 前記微小線状物が、カーボンナノチューブまたはカーボンナノウォールである請求項１ないし６のいずれかに記載の電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 1, wherein the minute linear object is a carbon nanotube or a carbon nanowall. 基板上またはワイヤ上に、電子伝導性を有する超微粒子を配置する工程と、前記超微粒子上に、電子伝導性を有する微小線状物を形成する工程とを含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。An electron-emitting device comprising: a step of disposing ultrafine particles having electron conductivity on a substrate or a wire; and a step of forming a fine linear material having electron conductivity on the ultrafine particles. Manufacturing method. 基板上またはワイヤ上に、触媒金属をアイランド状に形成する工程と、前記基板または前記ワイヤの前記触媒金属上に、電子伝導性を有する微小線状物を形成する工程とを含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。Forming a catalyst metal in an island shape on a substrate or a wire, and forming a fine linear object having electron conductivity on the catalyst metal of the substrate or the wire, Of manufacturing an electron-emitting device. 前記触媒金属が、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの少なくともいずれか１種からなる請求項９記載の電子放出素子の製造方法。The method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 9, wherein the catalyst metal is at least one of Ni, Fe, and Co. 基板上またはワイヤ上に活性化処理を施す工程と、前記基板上または前記ワイヤ上の前記活性化処理された箇所に、電子伝導性を有する微小線状物を形成する工程とを含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。A step of performing an activation process on a substrate or a wire, and a step of forming a fine linear material having electron conductivity on the activated portion on the substrate or the wire. A method for manufacturing an electron-emitting device. 前記基板または前記ワイヤが、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの少なくともいずれか１種からなる請求項１１記載の電子放出素子の製造方法。12. The method according to claim 11, wherein the substrate or the wire is made of at least one of Ni, Fe, and Co. 前記基板または前記ワイヤが、電子伝導性を有する請求項８ないし１２のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。13. The method according to claim 8, wherein the substrate or the wire has electron conductivity. 前記微小線状物が、カーボンナノチューブまたはカーボンナノウォールである請求項８ないし１３のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。14. The method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 8, wherein the fine linear object is a carbon nanotube or a carbon nanowall. 前記微小線状物を形成する前記工程では、ＣＶＤ法を用いる請求項８ないし１４のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。The method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 8, wherein in the step of forming the minute linear object, a CVD method is used. 前記ＣＶＤ法が、ＤＣバイアス熱ＣＶＤ法またはＤＣプラズマＣＶＤ法である請求項１５に記載の電子放出素子の製造方法。The method according to claim 15, wherein the CVD method is a DC bias thermal CVD method or a DC plasma CVD method.
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