JP2007162091A - Dc plasma cvd apparatus, film deposition method using the same, and wire-shaped cathode for field emission type lamp - Google Patents
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Description
本発明は、導体ワイヤの表面に直流プラズマにより成膜する直流プラズマCVD装置および該直流プラズマCVD装置を用いた成膜方法ならびにフィールドエミッション型ランプ用ワイヤ状陰極に関するものである。 The present invention relates to a direct current plasma CVD apparatus for forming a film on the surface of a conductor wire by direct current plasma, a film forming method using the direct current plasma CVD apparatus, and a wire cathode for a field emission lamp.
図16ないし図18を参照して従来の直流プラズマCVD装置を説明し、次いで、その課題を、図19を参照して説明する。図16はその直流プラズマCVD装置の概略構成を示す図、図17は図16の(D)−(D)線に沿う断面図、図18(a)(b)(c)は図16の直流プラズマCVD装置で表面に炭素膜が成膜されたワイヤ状陰極をフィールドエミッション型ランプに組み込んでその発光特性の説明に供する図である。このフィールドエミッション型ランプには、電界放射型ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ、直管やサークル形状の照明ランプを含む。 A conventional DC plasma CVD apparatus will be described with reference to FIGS. 16 to 18, and the problem will be described with reference to FIG. 16 is a diagram showing a schematic configuration of the DC plasma CVD apparatus, FIG. 17 is a sectional view taken along line (D)-(D) in FIG. 16, and FIGS. 18A, 18B and 18C are DC in FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining a light emission characteristic of a wire-type cathode having a carbon film formed on the surface thereof by a plasma CVD apparatus and incorporated in a field emission type lamp. The field emission lamp includes a flat panel display such as a field emission display, a straight tube, and a circle-shaped illumination lamp.
図16に示す直流プラズマCVD装置においては、真空チャンバ102の内圧が所要の真空度に制御されかつその内部にガス導入口104から 炭素膜成膜用ガスが導入されかつガス排気口106からそのガスが排気されるようになっている。真空チャンバ102の内部には上下一対の第1、第2平板電極108,110が対向配置されている。上側の第2平板電極108に直流電源112の負極側電圧が印加される。直流電源112の正極側は接地されている。下側の第1の平板電極110は接地されている。第1の平板電極110の電極面上に成膜対象である導体ワイヤ114が搭載されている。これら一対の平板電極108,110の電極面は平坦な平面視円形になっている。
In the DC plasma CVD apparatus shown in FIG. 16, the internal pressure of the
以上の直流プラズマCVD装置により導体ワイヤ114の外周表面には電界電子放出用炭素膜が成膜される。この炭素膜の表面はカーボンナノチューブ、カーボンナノウォール等のnmサイズの微小な先端エッジを持つカーボンファイバの構成を備え、電界中においてその先端エッジに電界が集中して電界電子放出することができる。そのため、この炭素膜が成膜された導体ワイヤは、細長いガラス製で内周面に蛍光体と陽極とが形成されている円筒管の略中心に円筒管長手方向に空中架設されてフィールドエミッション型ランプのワイヤ状陰極を構成し、陽極とワイヤ状陰極との間に電圧を印加することにより、炭素膜表面から電子が放出し、この放出した電子が蛍光体に電子衝突して該蛍光体が励起発光する。
The carbon film for field electron emission is formed on the outer peripheral surface of the
この場合、上記直流プラズマCVD装置で発生するプラズマ116は、平面視形状が円形である下側平板電極110の電極面上に図16および図17で示すようにドーム状に発生している。そのドーム状について詳しく考察する。プラズマ中で電子は加速されプラズマ中に含まれる炭素膜成膜用ガス(炭素膜成膜用ガスが例えば炭化水素ガスと水素ガスとの混合ガスであれば原料ガスである炭化水素ガス)を分解して導体ワイヤ114の表面に炭素膜が成膜される。そして、上記の場合、電極面上に発生したプラズマ116の電極面からの存在高さは中央で最も高く、その電極面中央から電極面周縁にかけて放物線を描くようにその存在高さが低くなり電極面周縁で存在高さが最も低くなっている。炭化水素の分解に寄与する化学種は電子以外にもイオン等があるが電子がその分解に大きく寄与する。すなわち、プラズマ116の断面形状としてはその存在高さをなぞる線によりドーム状ないしは放物線状になっている。しかもそのプラズマ116のドーム形状も安定化しにくい。そのためプラズマ116の電極面中央ではその周縁よりも、電子が原料ガスである炭化水素ガスと衝突する頻度が高くなること、温度分布も変化する等により、炭化水素の分解量が多くなり導体ワイヤ114の表面に成膜(堆積)される炭素膜の膜厚が変化すると考えられる。
In this case, the
そのため、そのプラズマ116により導体ワイヤ114の表面に炭素膜の膜厚はその長手方向にも円周方向にも不均一となり、導体ワイヤ114の表面には長手方向に不均一な膜厚で成膜されるだけではなく、円周方向においても膜厚不均一でかつ膜質も低品質な炭素膜が成膜されてしまう。
Therefore, the
したがって、図18(a)(b)(c)を参照して、このように炭素膜が導体ワイヤ114の長手方向にも円周方向にも膜厚不均一かつ低品質に成膜されているワイヤ状陰極120をフラットパネル122,24内部に蛍光体126付きの陽極128と対向配置しこれらの間に電界を印加してワイヤ状陰極120から電界放射により電子を放出させた場合、電子の放出量を矢印の大きさで電子放出の向きを矢印の向きで表した場合、図18(a)(b)(c)で示すように電子放出量がワイヤ状陰極120の円周方向で不均一になっている。この場合、ワイヤ状陰極120の長手方向においても図示は略しているが電子放出量は不均一になっている。そのため、ワイヤ状陰極120から放出された電子の衝突で励起発光される蛍光体126の発光輝度は不均一となり、フィールドエミッション型ランプの発光特性が悪くなっている。
Therefore, referring to FIGS. 18A, 18B, and 18C, the carbon film is thus formed with a non-uniform film thickness and low quality both in the longitudinal direction and in the circumferential direction of the
そこで、ワイヤ状陰極120の長手方向および円周方向に炭素膜が均一に成膜されるようにする必要があるが、このような成膜は図16に示す直流プラズマCVD装置では困難である。
Therefore, it is necessary to form a carbon film uniformly in the longitudinal direction and the circumferential direction of the wire-
ところで、導体ワイヤ114の表面に均等に炭素膜を成膜する場合、上記直流プラズマCVD装置では、下側平板電極110上に導体ワイヤ114を配置して成膜するので、導体ワイヤ114の全表面のうち上半分表面(円周方向最大で120度範囲の表面)にのみ炭素膜を成膜することができず、下半分表面については炭素膜を成膜することができなかったため、炭素膜の成膜領域と非成膜領域とが存在するようになる。そのため、導体ワイヤ114の表面に炭素膜を成膜して製作したワイヤ状陰極120を用いてフィールドエミッション型ランプに組み込んだ場合、次の課題がある。
By the way, when the carbon film is uniformly formed on the surface of the
この課題を、図19を参照して、説明する。図19(a)で示すように、ワイヤ状陰極120と、その電界電子放出範囲θと、陽極128とを示す。このワイヤ状陰極120は、図19(b)で示すように導電性ワイヤ114の表面に炭素膜132が成膜されている。この炭素膜132の成膜領域をX、成膜されていない領域(非成膜領域)をYとする。そして、このワイヤ状陰極120が図19(c)で示すように成膜領域Xを陽極128に向けて配置している場合では陽極128に所望の電界電子放出を行うことができ、図19(d)で示すように非成膜領域Yを陽極128に向けて配置している場合では陽極128に対して所望の電界電子放出を行うことができなくなる。このようなワイヤ状陰極120を用いてフィールドエミッション型ランプを製作する場合、常に、ワイヤ状陰極120を、その成膜領域Xを陽極128に向けて、配置する必要があるが、このような配置作業は困難であり、量産性を著しく低下させてしまう。そこでこのようなワイヤ状陰極120の配置に方向性を無くしてその量産性を向上するには図19(e)で示すように導体ワイヤ114の表面全周に炭素膜132を均等に成膜することが必要である。
This problem will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 19A, a wire-
しかしながら、従来の直流プラズマCVD装置では、第1の課題として、プラズマ116の断面形状の不均一性により、導体ワイヤ114の表面に均等に炭素膜132を成膜することができないこと、第2の課題として、導体ワイヤ114の表面のうち一定範囲表面に均等に炭素膜132を成膜することが可能になったとしても、導体ワイヤ114の全周に炭素膜132を均等に成膜することができないので、上記した量産性の低下という課題がある。
したがって、本発明により解決すべき課題は、導体ワイヤの表面全周に炭素膜を膜厚均一に成膜することができるようにし、これによって炭素膜付き導体ワイヤをワイヤ状陰極としてフィールドエミッション型ランプに組み込む場合に、その量産性を大きく向上可能にすることである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that a carbon film can be uniformly formed on the entire circumference of the surface of the conductor wire, and thereby the field emission lamp with the carbon film-containing conductor wire as a wire-like cathode. It is possible to greatly improve the mass productivity when it is incorporated.
(1)本発明第1に係る直流プラズマCVD装置は、真空チャンバの内部に対向配置した一対の平板電極間に成膜用ガスの導入と成膜用直流電圧の印加とにより成膜用プラズマを発生することにより、両平板電極間に配置した導体ワイヤの表面に成膜する直流プラズマCVD装置であって、両平板電極間に配置した導体ワイヤを上記成膜中に回転させることが可能になっていることを特徴とするものである。 (1) The DC plasma CVD apparatus according to the first aspect of the present invention generates a film-forming plasma by introducing a film-forming gas and applying a film-forming DC voltage between a pair of plate electrodes arranged opposite to each other inside a vacuum chamber. By being generated, it is a direct current plasma CVD apparatus for forming a film on the surface of a conductor wire disposed between both plate electrodes, and the conductor wire disposed between both plate electrodes can be rotated during the film formation. It is characterized by that.
成膜用プラズマにおいては両平板電極間に直流電源から成膜用正負電圧を印加し、成膜用ガスを導入して成膜用のプラズマを発生させるようになっているので、成膜対象が断面円形ないしはほぼ円形である導体ワイヤでは表面全周に均等な膜厚で成膜することができない。 In the film forming plasma, a film forming plasma is generated by applying a film forming positive and negative voltage from a DC power source between both plate electrodes and introducing a film forming gas. A conductor wire having a circular or substantially circular cross section cannot be formed with a uniform film thickness over the entire surface.
本発明第1では、このように断面円形である導体ワイヤであっても、導体ワイヤを上記成膜中に回転させるのでその表面全周に均等な膜厚に成膜することができるようになった。 In the first aspect of the present invention, even with a conductor wire having a circular cross section, the conductor wire is rotated during the film formation, so that a uniform film thickness can be formed on the entire surface. It was.
さらに、本発明第1では、導体ワイヤの長手方向かつ円周方向いずれにも均等に成膜することができるので、成膜用ガスとして炭素膜成膜用ガスを用いて導体ワイヤの表面に炭素膜を成膜する場合、長手方向、円周方向共に均等な膜厚で炭素膜が成膜されたワイヤ状陰極を得ることができるので、ワイヤ状陰極を組み込むフィールドエミッション型ランプの量産性を大きく向上することができる。 Furthermore, in the first aspect of the present invention, since the film can be formed uniformly both in the longitudinal direction and in the circumferential direction of the conductor wire, carbon film forming gas is used as the film forming gas, and carbon is formed on the surface of the conductor wire. When forming a film, it is possible to obtain a wire-like cathode in which a carbon film is formed with a uniform film thickness in both the longitudinal direction and the circumferential direction. This increases the mass productivity of a field emission lamp incorporating a wire-like cathode. Can be improved.
なお、導体ワイヤは断面円形に限定されるものではなく、断面楕円形、断面角形(多角形)、等でもよく、また、その表面に凹凸等があってもよい。 The conductor wire is not limited to a circular cross section, and may be an oval cross section, a square cross section (polygon), or the like, and the surface thereof may be uneven.
なお、真空チャンバの「真空」とはJISで定義されるものであり、大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態と規定することができる。 The “vacuum” of the vacuum chamber is defined by JIS and can be defined as a state in a space filled with a gas having a pressure lower than atmospheric pressure.
なお、上記「一対の平板電極」とは、2つの平板電極に限定されるものではなく、例えば、一方の平板電極を単数、他方の平板電極を複数にしてもよく、また、2つの平板電極で1対とする平板電極対を複数対有する場合も含むことができる意である。 The “pair of plate electrodes” is not limited to two plate electrodes. For example, one plate electrode may be singular and the other plate electrode may be plural, or two plate electrodes. It is possible to include a case where a plurality of pairs of flat plate electrodes are used.
なお、上記「導体ワイヤ」とは、内部が導体、絶縁体、半導体であってもよく、少なくとも表面が導電性を有するワイヤであるとよい。 The “conductor wire” may be a conductor, an insulator, or a semiconductor inside, and at least the surface may be a conductive wire.
なお、上記「ワイヤ」とは、線状のものであり、その名称に限定されるものではない。もちろん、その長手方向に一定の直径を有する必要はない。 The “wire” is linear and is not limited to its name. Of course, it is not necessary to have a constant diameter in the longitudinal direction.
なお、「回転」とは、導体ワイヤが自転する回転のことである。また、その自転速度は一定であることが好ましい。 “Rotation” refers to rotation in which the conductor wire rotates. Further, the rotation speed is preferably constant.
なお、「平板電極」とは、電極面を除いて、その電極横断面が正方形、長方形、菱形、等、何でもよく、また、電極側面は直線状でも曲線状でもよい。したがって、平板電極は、その横断面形状の解釈に関して「平板」という用語により、いわゆる「平板」だけに限定されるよう狭く解釈されるべきではない。 The “plate electrode” may be anything such as a square, rectangle, rhombus, etc., except for the electrode surface, and the electrode side surface may be linear or curved. Therefore, the flat plate electrode should not be narrowly interpreted to be limited to the so-called “flat plate” by the term “flat plate” with respect to the interpretation of its cross-sectional shape.
(2)本発明第2に係る直流プラズマCVD装置は、真空チャンバの内部に対向配置した一対の平板電極間に成膜用ガスの導入と成膜用直流電圧の印加とにより成膜用プラズマを発生することにより、両平板電極間に配置した導体ワイヤの表面に成膜する直流プラズマCVD装置であって、両平板電極間に導体ワイヤを支持するとともにこの支持した導体ワイヤを上記成膜中に回転させる支持/駆動手段を備えることを特徴とするものである。 (2) In the DC plasma CVD apparatus according to the second aspect of the present invention, a film-forming plasma is generated by introducing a film-forming gas and applying a film-forming DC voltage between a pair of plate electrodes arranged opposite to each other inside a vacuum chamber. A DC plasma CVD apparatus for forming a film on the surface of a conductor wire disposed between both plate electrodes by generating the conductor wire between the two plate electrodes and supporting the supported conductor wire during the film formation. It is characterized by comprising a supporting / driving means for rotating.
本発明第2によれば、支持/駆動手段を備えるので、上記(1)の理由により、導体ワイヤの表面全周に均等に成膜することができる。 According to the second aspect of the present invention, since the supporting / driving means is provided, the film can be uniformly formed on the entire surface of the conductor wire for the reason (1).
(3)本発明第3に係る直流プラズマCVD装置は、真空チャンバの内部に対向配置した一対の平板電極間に成膜用ガスの導入と成膜用直流電圧の印加とにより成膜用プラズマを発生することにより、両平板電極間に配置した導体ワイヤの表面に成膜する直流プラズマCVD装置であって、導体ワイヤを直流電源の正電極側に接続される平板電極の電極面上に近接した位置でたるまないようテンションをかけた状態で支持して回転駆動させる支持/駆動手段を備えることを特徴とするものである。 (3) A DC plasma CVD apparatus according to the third aspect of the present invention generates a film-forming plasma by introducing a film-forming gas and applying a film-forming DC voltage between a pair of plate electrodes arranged opposite to each other inside a vacuum chamber. A DC plasma CVD apparatus for forming a film on the surface of a conductor wire disposed between both plate electrodes by generating the conductor wire close to the electrode surface of the plate electrode connected to the positive electrode side of the DC power supply It is characterized by comprising support / drive means for supporting and rotating in a tensioned state so as not to sag at the position.
上記「正電極側に接続される平板電極」とは直流電源の正電極を接地し、導体ワイヤが近接配置される上記平板電極を接地する場合に、その接地される平板電極を含む。この意味は以下も同様である。 The “plate electrode connected to the positive electrode side” includes the plate electrode that is grounded when the positive electrode of the DC power source is grounded and the plate electrode on which the conductor wire is disposed is grounded. This also applies to the following.
本発明第3によれば、導体ワイヤを成膜中にたるまないよう支持するので細長い導体ワイヤでもその表面全周に均等な膜厚に成膜することができる。 According to the third aspect of the present invention, since the conductor wire is supported so as not to sag during film formation, even an elongated conductor wire can be formed with a uniform film thickness on the entire surface.
(4)本発明第4に係る直流プラズマCVD装置は、真空チャンバの内部に対向配置した一対の平板電極間に成膜用ガスの導入と成膜用直流電圧の印加とにより成膜用プラズマを発生することにより、両平板電極間に配置した導体ワイヤの表面に成膜する直流プラズマCVD装置であって、直流電源の正電極側に接続される平板電極の電極面を平面視で矩形形状の電極面(第1電極面)となし、導体ワイヤを上記第1電極面上に近接した位置でたるまないようテンションをかけた状態で支持して回転させる支持/駆動手段を備えることを特徴とするものである。 (4) In the DC plasma CVD apparatus according to the fourth aspect of the present invention, a film-forming plasma is generated by introducing a film-forming gas and applying a film-forming DC voltage between a pair of plate electrodes arranged opposite to each other inside a vacuum chamber. A DC plasma CVD apparatus for forming a film on the surface of a conductor wire disposed between both plate electrodes by generating a rectangular electrode surface in plan view, the electrode surface of the plate electrode connected to the positive electrode side of the DC power supply It comprises an electrode surface (first electrode surface), and comprises support / drive means for supporting and rotating the conductor wire in a tensioned state so as not to sag at a position close to the first electrode surface. Is.
本発明第4によれば、第1電極面が平面視矩形形状を有するので、成膜用のプラズマを第1電極面の全体にかけて均等となる断面形状で発生させることが可能となり、導体ワイヤの表面全体にかけてその上方空間で発生するプラズマ中における電子が成膜用ガスと衝突する頻度が均等化される結果、導体ワイヤ表面に均等な膜厚で成膜することができるようになる。そして本発明第4によれば、さらに、支持/駆動手段により、導体ワイヤを第1電極面上に近接した位置でたるまないようテンションをかけた状態で支持して回転駆動させることができるので、導体ワイヤの表面全周に、従来ではなし得なかった均等な成膜を施すことができる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the first electrode surface has a rectangular shape in plan view, it becomes possible to generate plasma for film formation with a uniform cross-sectional shape over the entire first electrode surface, and the conductor wire As a result of equalizing the frequency with which electrons in the plasma generated in the upper space collide with the film-forming gas over the entire surface, it becomes possible to form a film with a uniform film thickness on the surface of the conductor wire. According to the fourth aspect of the present invention, the support / drive means can further support and rotate the conductor wire in a tensioned state so as not to sag at a position close to the first electrode surface. Uniform film formation that could not be achieved in the past can be performed on the entire surface of the conductor wire.
(5)本発明第5に係る直流プラズマCVD装置は、真空チャンバの内部に炭素膜成膜用ガスを導入し、かつ、対向する一対の平板電極間に成膜用直流電圧を印加することにより成膜用プラズマを発生させて、両平板電極間に配置した導体ワイヤの表面に炭素膜を成膜する直流プラズマCVD装置であって、少なくとも上記直流電源の正電極側に接続される平板電極の電極面を平面視で矩形形状の電極面(第1電極面)となし、導体ワイヤを上記第1電極面上に近接した位置でたるまないようテンションをかけた状態で支持して回転駆動させる支持/駆動手段を備えることを特徴とするものである。 (5) A DC plasma CVD apparatus according to the fifth aspect of the present invention introduces a carbon film forming gas into a vacuum chamber, and applies a DC voltage for film formation between a pair of opposed flat plate electrodes. A DC plasma CVD apparatus for generating a film-forming plasma and forming a carbon film on the surface of a conductor wire disposed between both plate electrodes, comprising at least a plate electrode connected to the positive electrode side of the DC power source The electrode surface is a rectangular electrode surface (first electrode surface) in plan view, and the conductor wire is supported and rotated in a tensioned state so as not to sag at a position close to the first electrode surface. / A drive means is provided.
本発明第5によれば、少なくとも上記直流電源の正電極側(接地電極側含む)の平板電極の電極面を平面視で矩形形状の電極面(第1電極面)となすので、成膜用のプラズマを第1電極面の全体にかけて均等となる断面形状で発生させることが可能となり、導体ワイヤの表面全体にかけてその上方空間で発生するプラズマ中における電子が炭素膜成膜用ガスと衝突する頻度を均等化する結果、導体ワイヤ表面に均等な膜厚で炭素膜を成膜することができるようになる。 According to the fifth aspect of the present invention, at least the electrode surface of the flat electrode on the positive electrode side (including the ground electrode side) of the DC power source is a rectangular electrode surface (first electrode surface) in plan view. It is possible to generate a plasma having a uniform cross-sectional shape over the entire surface of the first electrode, and the frequency in which electrons in the plasma generated in the space above the entire surface of the conductor wire collide with the carbon film forming gas. As a result, the carbon film can be formed with a uniform film thickness on the surface of the conductor wire.
そして本発明第5によれば、さらに、支持/駆動手段により、導体ワイヤを第1電極面上に近接した位置でたるまないようテンションをかけた状態で支持して回転駆動させることができるので、断面が円形である導体ワイヤであってもその表面全周に均等な膜厚に炭素膜を成膜することができる。 And according to the fifth aspect of the present invention, the support / drive means can further support and rotate the conductor wire in a tensioned state so as not to sag in the vicinity of the first electrode surface. Even in the case of a conductor wire having a circular cross section, a carbon film can be formed in a uniform film thickness on the entire surface.
(6)本発明第6に係る直流プラズマCVD装置は、真空チャンバの内部に炭素膜成膜用ガスを導入し、かつ、対向する一対の平板電極間に成膜用直流電圧を印加することにより成膜用プラズマを発生させて、両平板電極間に配置した導体ワイヤの表面に炭素膜を成膜する直流プラズマCVD装置であって、直流電源の正電極側に接続される平板電極が平面視で長方形形状をなす電極面(第1電極面)を備え、導体ワイヤに、上記成膜に際して、上記第1電極面上に近接した位置でかつこの電極面の長手方向に沿ってテンションをかけた状態で支持して回転させる支持/駆動手段を備えることを特徴とするものである。 (6) A DC plasma CVD apparatus according to the sixth aspect of the present invention introduces a carbon film-forming gas into a vacuum chamber and applies a film-forming DC voltage between a pair of opposed plate electrodes. A DC plasma CVD apparatus for generating a film-forming plasma and forming a carbon film on the surface of a conductor wire disposed between both plate electrodes, wherein the plate electrode connected to the positive electrode side of the DC power supply is viewed in plan view. A rectangular electrode surface (first electrode surface) is provided, and a tension is applied to the conductor wire at a position close to the first electrode surface and along the longitudinal direction of the electrode surface during the film formation. It is characterized by comprising support / drive means for supporting and rotating in a state.
本発明第6によれば、直流電源の正電極側ないしは接地電極側に接続する平板電極が平面視で長方形形状をなす第1電極面を備えるので、成膜用のプラズマを第1電極面の全体にかけて均等となる断面形状で発生させることが可能となり、導体ワイヤの表面全体にかけてその上方空間で発生するプラズマ中における電子が炭素膜成膜用ガス分子と衝突する頻度が均等化される結果、導体ワイヤ表面に均等な膜厚で炭素膜を成膜することができるようになる。 According to the sixth aspect of the present invention, the flat plate electrode connected to the positive electrode side or the ground electrode side of the DC power supply includes the first electrode surface having a rectangular shape in plan view. As a result, it is possible to generate a uniform cross-sectional shape over the entire surface, and the frequency with which electrons in the plasma generated in the space above the entire surface of the conductor wire collide with the carbon film forming gas molecules is equalized. A carbon film can be formed on the surface of the conductor wire with a uniform film thickness.
そして本発明第6によれば、さらに、支持/駆動手段により、導体ワイヤを第1電極面上に近接した位置でたるまないようテンションをかけた状態で支持して回転駆動させることができるので、導体ワイヤの表面全周に、従来ではなし得なかった均等な成膜を施すことができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the support / drive means can further support and rotate the conductor wire in a tensioned state so as not to sag at a position close to the first electrode surface. Uniform film formation that could not be achieved in the past can be performed on the entire surface of the conductor wire.
特に、本発明第6では、第1電極面が導体ワイヤの配置長さ方向に長辺を有する長方形の形状を有する態様であるので、導体ワイヤとして直径が細く長さが長い導体ワイヤの表面全体に均等な膜厚で炭素膜を成膜することができるようになる。 In particular, in the sixth aspect of the present invention, since the first electrode surface has a rectangular shape having a long side in the arrangement length direction of the conductor wire, the entire surface of the conductor wire having a small diameter and a long length as the conductor wire. It becomes possible to form a carbon film with a uniform film thickness.
(7)本発明第7に係る直流プラズマCVD装置は、真空チャンバの内部に炭素膜成膜用ガスを導入し、かつ、対向する一対の平板電極間に成膜用直流電圧を印加することにより成膜用プラズマを発生させて、両平板電極間に配置した導体ワイヤの表面に炭素膜を成膜する直流プラズマCVD装置であって、両平板電極を共に同形状の長方形形状の電極面となし、導体ワイヤを、上記成膜に際して両平板電極のうち直流電源の正電極側に接続される平板電極の電極面(第1電極面)上に近接した位置でたるまないようテンションをかけた状態で上記第1電極面の長手方向に沿って支持して回転させる支持/駆動手段を備えることを特徴とするものである。 (7) A DC plasma CVD apparatus according to the seventh aspect of the present invention introduces a carbon film forming gas into a vacuum chamber and applies a DC voltage for film formation between a pair of opposed flat plate electrodes. A direct current plasma CVD apparatus that generates a film-forming plasma and forms a carbon film on the surface of a conductor wire disposed between both flat plate electrodes, both flat plate electrodes having the same rectangular electrode surface The conductor wire is tensioned so that it does not sag at the position close to the electrode surface (first electrode surface) of the plate electrode connected to the positive electrode side of the DC power source among the two plate electrodes during the film formation. Supporting / driving means for supporting and rotating along the longitudinal direction of the first electrode surface is provided.
本発明第7によれば、両平板電極が共に同形状の長方形形状の電極面を有するので、成膜用のプラズマを第1電極面の全体にかけて均等となる断面形状で発生させることが可能となり、導体ワイヤの表面全体にかけてその上方空間で発生するプラズマ中における電子が炭素膜成膜用ガス分子と衝突する頻度が均等化される結果、導体ワイヤ表面に均等な膜厚で炭素膜を成膜することができるようになる。 According to the seventh aspect of the present invention, since both plate electrodes have the same rectangular electrode surface, it is possible to generate plasma for film formation with a uniform cross-sectional shape over the entire first electrode surface. As a result of the equalization of the frequency with which electrons in the plasma generated in the space above the entire surface of the conductor wire collide with the carbon film forming gas molecules, a carbon film is formed with a uniform film thickness on the surface of the conductor wire. Will be able to.
そして本発明第7によれば、さらに、支持/駆動手段により、導体ワイヤを第1電極面上に近接した位置でたるまないようテンションをかけた状態で支持して回転駆動させることができるので、導体ワイヤの表面全周に、従来ではなし得なかった均等な成膜を施すことができる。 According to the seventh aspect of the present invention, further, the support / drive means can support and rotate the conductor wire in a tensioned state so as not to sag in the vicinity of the first electrode surface. Uniform film formation that could not be achieved in the past can be performed on the entire surface of the conductor wire.
(8)本発明第1ないし第7において、好ましくは、上記支持/駆動手段が、導体ワイヤの両端それぞれを支持する第1支持部と第2支持部とを備え、両支持部の配置間隔が平板電極の大きさに合わせて調整可能になっていることである。こうした場合、長さが長短異なる導体ワイヤに対してその表面に炭素膜を成膜することができる。 (8) In the first to seventh aspects of the present invention, preferably, the support / driving means includes a first support portion and a second support portion that support both ends of the conductor wire, and an arrangement interval between the both support portions is set. It is possible to adjust according to the size of the plate electrode. In such a case, a carbon film can be formed on the surface of conductor wires having different lengths.
(9)本発明第1ないし第7において、好ましくは、真空チャンバ内部に平板電極の配置空間を上記支持/駆動手段の少なくとも一部の配置空間から隔離する隔離壁を設けることである。こうした場合、支持/駆動手段の一部の要素に汚染されずに済み、導体ワイヤの表面に炭素膜を高品質に成膜することができるようになる。 (9) In the first to seventh aspects of the present invention, preferably, an isolation wall is provided in the vacuum chamber to isolate the arrangement space of the plate electrode from at least a part of the arrangement space of the support / drive means. In such a case, it is not necessary to contaminate some elements of the support / drive means, and a carbon film can be formed with high quality on the surface of the conductor wire.
(10)好ましくは、平板電極の電極面形状が、長方形形状であり、より好ましくは、短辺が10−30mm、長辺が120−220mmの長方形形状である。この態様では導体ワイヤの長手方向寸法と直径方向寸法と対応することができ、従来ではなし得なかった導体ワイヤの長手方向全体に均等な膜厚で炭素膜を成膜することを可能にすることができる。 (10) Preferably, the electrode surface shape of the plate electrode is a rectangular shape, more preferably a rectangular shape having a short side of 10-30 mm and a long side of 120-220 mm. In this aspect, it is possible to correspond to the longitudinal dimension and the diameter dimension of the conductor wire, and it is possible to form a carbon film with a uniform film thickness over the entire longitudinal direction of the conductor wire, which could not be achieved conventionally. Can do.
(11)本発明の直流プラズマCVD装置を用いて導体ワイヤの表面に炭素膜を成膜することができる。例えば、上記直流プラズマCVD装置の真空チャンバ内の平板電極上に支持/駆動手段により導体ワイヤを配置し、真空チャンバの内圧を10ないし10000Pa、直流電源の電圧を100ないし2000Vに設定し、両平板電極間に該直流電源から電圧を印加し、かつ真空チャンバ内に炭素膜成膜用ガスとして例えば炭化水素ガスと水素ガスとの混合ガスを導入して両平板電極間に水素プラズマを発生させて導体ワイヤの表面に炭素膜を成膜することができる。 (11) A carbon film can be formed on the surface of the conductor wire using the DC plasma CVD apparatus of the present invention. For example, a conductor wire is arranged on a plate electrode in a vacuum chamber of the DC plasma CVD apparatus by supporting / driving means, an internal pressure of the vacuum chamber is set to 10 to 10,000 Pa, a DC power source voltage is set to 100 to 2000 V, and both plates are set. A voltage is applied from the DC power supply between the electrodes, and a hydrogen plasma is generated between both plate electrodes by introducing, for example, a mixed gas of hydrocarbon gas and hydrogen gas as a carbon film forming gas into the vacuum chamber. A carbon film can be formed on the surface of the conductor wire.
上記において、真空チャンバの圧力は、より好ましくは1000−2000Pa、直流電源の電圧は、より好ましくは300ないし1000V、より好ましくは500−800Vである。この圧力と電圧とを適宜に設定することにより基板表面に炭素膜を成膜することができる。 In the above, the pressure of the vacuum chamber is more preferably 1000 to 2000 Pa, and the voltage of the direct current power source is more preferably 300 to 1000 V, more preferably 500 to 800 V. A carbon film can be formed on the substrate surface by appropriately setting the pressure and voltage.
上記成膜方法においては、両平板電極の電極面を互いに同寸法同形状の平坦でかつ平面視矩形をなす形状とすると、平板電極の電極面上にその存在高さをなぞる線が当該電極面にほぼ平行となる矩形形状で成膜用のプラズマが発生する結果、このプラズマ中の電子により基板表面に成膜される炭素膜の膜厚を導体ワイヤ表面により均等に成膜することができる。
(12)上記(11)で炭素膜が成膜されたフィールドエミッション型ランプ用ワイヤ状陰極においては、ワイヤ状陰極としてフィールドエミッション型ランプに組み込む場合に、その配置に方向性が無くなるので、フィールドエミッション型ランプの量産性の向上に大きく寄与することができるようになる。
In the above film forming method, if the electrode surfaces of both plate electrodes are flat and of the same size and shape and form a rectangular shape in plan view, a line tracing the existence height on the electrode surface of the plate electrode is the electrode surface. As a result of the generation of the plasma for film formation in a rectangular shape that is substantially parallel to the film, the carbon film formed on the substrate surface by the electrons in the plasma can be formed evenly on the surface of the conductor wire.
(12) The field emission lamp wire-like cathode having the carbon film formed in the above (11) has no directionality in the arrangement when incorporated into the field emission lamp as the wire cathode, so that field emission is eliminated. This can greatly contribute to the improvement of the mass productivity of the mold lamp.
本発明によれば、導体ワイヤの表面全体に均等な膜厚で成膜することができる。 According to the present invention, it is possible to form a film with a uniform film thickness on the entire surface of the conductor wire.
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る直流プラズマCVD装置を説明する。 Hereinafter, a DC plasma CVD apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
まず、図1を参照して実施の形態1の直流プラズマCVD装置の概略構成を説明する。この直流プラズマCVD装置1は、横置き型であり、導電性または絶縁性の真空チャンバ2を備える。真空チャンバ2にはガス導入部4とガス排出部6とが設けられている。
First, a schematic configuration of the DC plasma CVD apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG. The DC
ガス導入部4は、真空チャンバ2の天井面2aの開孔2bを貫通して取り付けられた直管状のガス導入パイプ4aと、このガス導入パイプ4aに装着されかつ下面側に多数のガス通孔4bを有する短円筒状のガス導入パイプ4cとを有しそのガス通孔4bからガスをシャワー状に真空チャンバ2内に導入することができるようになっている。
The
ガス排気部6は、真空チャンバ2の底面2cに設置され多数のガス通孔6aを有するリング状のガス排気パイプ6bと、一端側が真空チャンバ2の排気孔2dを介して上記ガス排気パイプ6bに接続され、かつ、他端側が真空チャンバ2外部に延びて配置された直管状のガス排気パイプ6cとからなり、図示略の真空引きポンプにより真空チャンバ2内のガスを真空チャンバ2外に排気することができるようになっている。
The
上記ガスは、炭素膜成膜用ガスとして、例えば原料ガスである例えば炭化水素ガスとプラズマ発生用ガスである例えば水素ガスとの混合ガスを用いることができる。原料ガスやプラズマ発生用ガスはこれに限定されるものではない。水素ガスに代えて窒素ガス、アルゴンガスを用いることができる。 As the gas for forming the carbon film, for example, a mixed gas of, for example, a raw material gas such as a hydrocarbon gas and a plasma generating gas such as hydrogen gas can be used as the gas. The source gas and the plasma generating gas are not limited to these. Instead of hydrogen gas, nitrogen gas or argon gas can be used.
真空チャンバ2の内圧は10Paから10000Paの範囲となるようこれにガス導入パイプ4aに配備されたガス導入制御弁4dや、ガス排気パイプ6cに配備されたガス排気制御弁6dの開度制御により制御される。
The internal pressure of the
真空チャンバ2の底面2c上には導電性の支持台8が設置されている。この支持台8上に第1平板電極10が設置されている。第1平板電極10の上方には第1平板電極10から一定距離を隔てて第2平板電極12が配置されている。
On the
真空チャンバ2の天井面2aに支持部材14a,14bが吊り下げられている。支持部材14a,14bそれぞれの折曲げ延長部分14a1,14b1間に導電性の冷却板18が支持され、その冷却板18の下面に第2平板電極12が固定されている。第2平板電極12の固定は別の方法により行うことができる。例えば真空チャンバ12の底面2c上に上記支持部材14a,14bを立設し、その折曲げ延長部分14a1,14b1間に導電性冷却板18を支持するようにしてもよい。その他の適宜の固定方法でよく、本発明はこれらの固定に限定されるものではない。
第1平板電極10は陽極側として直流電源20の陽極が接続される。第2平板電極12は陰極側として直流電源20の陰極が接続されている。直流電源20は真空チャンバ2外に位置しており直流電源20の負極端子から電源線22が真空密封シール23aを介して真空チャンバ2内部に配線されて冷却板18に接続され、これにより第2平板電極12は直流電源20の負極に接続される。また、直流電源20の正極端子から電源線24が真空密封シール23bを介して真空チャンバ2内部に配線されて支持台8に接続される。これにより第1平板電極10は直流電源20の正極に接続される。この場合、直流電源20の正極側と支持台8とを接地することができる。直流電源20は電圧100ないし2000Vに可変調整することができる可変電源が好ましい。
The
以上の構成において実施の形態1の直流プラズマCVD装置1は、第1平板電極10の電極面(第1電極面)10aに近接した位置で導体ワイヤ26を張った状態に支持して導体ワイヤ26を回転駆動する支持/駆動手段28を備えている。
In the above configuration, the direct current
支持/駆動手段28は、支持手段と駆動手段とを備えるものである。支持/駆動手段28において、支持手段は第1電極面10aの長手方向一端側に配置されてかつ導体ワイヤ26に引っ張りテンションを付与した状態で導体ワイヤ26の一端側を回転自在に支持する第1支持部Aと、第1電極面10aの長手方向他端側に配置されて導体ワイヤ26他端側を支持する第2支持部Bとを含む。
The support / drive means 28 includes support means and drive means. In the support / driving means 28, the support means is disposed on one end side in the longitudinal direction of the
第1支持部Aおよび第2支持部Bを説明する。第1支持部Aは図2に、第2支持部Bは図3に拡大して示す。 The 1st support part A and the 2nd support part B are demonstrated. The first support A is shown in FIG. 2 and the second support B is shown in FIG.
図1、図2を参照して第1支持部Aにおいて、真空チャンバ2の底面2c上に支持部材30が立設されている。支持部材30は導体ワイヤ26の一端側が挿入される軸方向の導体ワイヤ挿入孔30aを有する。支持部材30は導体ワイヤ挿入孔30aの外周縁に円筒ボス状の導体ワイヤ固定具装着部(以下、装着部)30bを備える。導体ワイヤ挿入孔30aは装着部30bを軸方向に貫通している。装着部30bには円筒状の導体ワイヤ固定具32が回転自在に装着される。
With reference to FIGS. 1 and 2, in the first support portion A, a
導体ワイヤ固定具32は装着部30bが入り込むことができる円筒内周面32aと、導体ワイヤ固定具32に装着部30bが装着された状態で装着部30bの導体ワイヤ挿入孔30aに連通する軸方向の導体ワイヤ挿入孔32bとを有する。
The
導体ワイヤ固定具32はこの導体ワイヤ挿入孔32aに直角方向に交差して連通する半径方向のネジ孔32cを有する。
The
ネジ孔32cは導体ワイヤ固定ネジ34を挿入することが可能になっている。
The conductor
装着部30bに導体ワイヤ固定具32を装着した状態で装着部30bと導体ワイヤ固定具32の内部底面32dとの間には導体ワイヤテンション付与手段である圧縮スプリング33が介装されている。
A
導体ワイヤ固定具32の導体ワイヤ挿入孔32aは導電性ワイヤ26の一端側が導体ワイヤ挿入孔32b外に突き出ることを可能にしている。これは長い導電性ワイヤ26であってもテンションをかけて成膜位置にセットすることを可能にしている。
The conductor
図1、図3を参照して第2支持部Bにおいて、真空チャンバ2の底面2c上に支持部材36が立設されている。支持部材36は導体ワイヤ26の他端側が挿入される軸方向の導体ワイヤ挿入孔36aを有する。支持部材36は導体ワイヤ挿入孔36aの外周縁に円筒状の装着部36bを備える。導体ワイヤ挿入孔36aは装着部36bを軸方向に貫通している。装着部36bには導体ワイヤ固定具38が回転自在に装着される。
With reference to FIGS. 1 and 3, in the second support B, a
導体ワイヤ固定具38は装着部36bが入り込むことができる円筒内周面38aと、導体ワイヤ固定具38に装着部36bが装着された状態で装着部36bの導体ワイヤ挿入孔36aに連通する軸方向の有底導体ワイヤ挿入孔38bとを有する。
The conductor
導体ワイヤ固定具38はこの有底導体ワイヤ挿入孔38aに直角方向に交差して連通する半径方向のネジ孔38cを有する。
The conductor
ネジ孔38cは導体ワイヤ固定ネジ40を挿入することが可能になっている。
The conductor
装着部36bに導体ワイヤ固定具38を装着した状態で装着部36bと導体ワイヤ固定具38の内部底面38dとの間には圧縮スプリング35が介装されている。
A
導体ワイヤ固定具38の軸方向他端側には回転動力伝達部材である第1傘歯車42が固定されている。
A
真空チャンバ2外には導体ワイヤ26を回転駆動するための駆動モータ44が設置され、この駆動モータ44のモータ軸44aは、駆動モータ44の回転速度を減速する減速機構46に連結されている。この連結構造の詳細は略している。減速機構46から真空チャンバ2内部に駆動軸46aが延び、その駆動軸46aの上端に第1傘歯車42に噛み合う回転動力伝達部材である第2傘歯車48が取り付けられている。
A
回転動力の伝達は上記歯車式ではなくベルト式でもよい。例えば、導体ワイヤ固定具38の軸方向他端側と減速機構46の駆動軸46aとの間に動力伝達ベルトを架設し、この動力伝達ベルトで導電性ワイヤ26に回転動力を伝達するようにしてもよい。また、回転速度を任意に制御することができる駆動モータ44であれば、減速機構46は必ずしも必要としない。駆動モータ44のモータ軸44aに第2傘歯車を設け、この第2傘歯車と第1傘歯車とを連結させてもよい。上記駆動手段は、いずれに限定されるものではなく、他の駆動手段を任意に適用することができる。
The transmission of rotational power may be a belt type instead of the gear type. For example, a power transmission belt is installed between the other end in the axial direction of the
上記第1支持部Aと第2支持部Bとにより導体ワイヤ26を第1平板電極10の電極面10aとほぼ平行にかつ該電極面10aから微小距離隔てた状態で引っ張りテンションを与えた状態に配置セットすることができる。
The first support portion A and the second support portion B cause the
なお、導体ワイヤ26は、第2支持部B側から回転駆動されるに際して第1支持部Aに回転摩擦力が作用するが、この回転摩擦力によっては導体ワイヤ26に捩れが発生するおそれがある。導体ワイヤ26の捩れを防止することが好ましい。
Note that, when the
例えば、第1支持部Aでは、導体ワイヤ挿入孔30aの孔内周面と導体ワイヤ26の表面との導体ワイヤ26の回転時の摺動接触、装着部30bと導体ワイヤ固定具32との間の圧縮スプリング33の摺動接触等による摩擦を低減することが好ましい。第2支持部Bでは、導体ワイヤ挿入孔36aの孔内周面と導体ワイヤ26の表面との導体ワイヤ26の回転時の摺動接触、装着部36bと導体ワイヤ固定具38との間の圧縮スプリング35の摺動接触等による摩擦を低減することが好ましい。
For example, in the first support portion A, sliding contact during rotation of the
この摺動による摩擦低減には真空環境に適合した例えば真空軸受等の気体軸受を用いることができる。実施の形態1では、本発明の要旨ではなく、本発明の理解のために、気体軸受の組み付け構造は示していない。真空軸受は外輪と内輪との間に転動体を配置したものであり、外輪と内輪と転動体は例えばTa,W,MoまたはMo合金等により形成し、それらの間を例えばGaまたはGa合金からなる潤滑剤で潤滑したものである。 A gas bearing such as a vacuum bearing suitable for a vacuum environment can be used to reduce the friction caused by the sliding. In the first embodiment, the assembly structure of the gas bearing is not shown for the purpose of understanding the present invention, not the gist of the present invention. A vacuum bearing has rolling elements arranged between an outer ring and an inner ring. The outer ring, the inner ring, and the rolling element are made of, for example, Ta, W, Mo, or Mo alloy, and the gap between them is made of, for example, Ga or Ga alloy. It is lubricated with a lubricant.
例えば、第1支持部Aでは、導体ワイヤ挿入孔30aの内周面を真空軸受の内輪内周面で構成する。装着部30bの外周面を真空軸受の内輪の外周面、導体ワイヤ固定具32の円筒内周面32aを真空軸受の外輪の外周面で構成し、それらの間に転動体を配置する構成が考えられる。第2支持部Bでも同様である。また、後述する実施の形態2においても同様である。真空軸受の構成は周知であり、その詳細な説明は略する。
For example, in the 1st support part A, the inner peripheral surface of the conductor
以上の構成において、第1平板電極10と第2平板電極12それぞれの形状を説明する。両平板電極10,12は図4で示すように、それぞれの電極面10a、12aが互いに同寸法同形状の平坦でかつ平面視で長方形をなす形状に形成され、真空チャンバ2内部において互いから一定距離隔てられた位置で互いに平行でかつそれぞれの投影線が上下方向でほぼ完全に一致するように位置調整されて配置されている。
In the above configuration, the shapes of the
平板電極10,12の電極面10a,12aは、例えば短辺が10−30mm、長辺が120−220mmの長方形の形状をなしている。もちろん、この長方形の形状は、短辺10mm以下でも長辺220mm以上でもよく、導体ワイヤ26の線径や長さにより決定することができる。例えば、複数の導体ワイヤ26の表面に一度に炭素膜を成膜する場合、上記長方形の短辺はそれに合わせて決定することができる。
The electrode surfaces 10a and 12a of the
なお、第2平板電極12の電極面の面積≧第1平板電極10の電極面の面積であれば、第2平板電極12の電極面の形状は長方形に限定されず、円形やその他の形状であってもよい。また、第1平板電極10の電極面は長方形に限定されず、矩形形状であればよい。
In addition, as long as the area of the electrode surface of the 2nd
図5を参照して、以上の構成を備えた実施の形態1の直流プラズマCVD装置1を用いて導体ワイヤ26の表面に炭素膜を成膜する方法を説明する。
With reference to FIG. 5, a method of forming a carbon film on the surface of
まず、導体ワイヤ26の一端側を第1支持部Aの支持部材30の導体ワイヤ挿入孔30aに通し、導体ワイヤ固定具32内部に挿入する。次いで、導体ワイヤ固定ネジ34を導体ワイヤ固定具32のネジ孔32cに入れて導体ワイヤ26の一端側を導体ワイヤ固定具32に固定する。この場合、導体ワイヤ固定具32は支持部材30の装着部30bに対して回転自在になっている。次に、導体ワイヤ26の他端側を第2支持部Bの支持部材36の導体ワイヤ挿入孔36aに通し、装着部36bに装着されている導体ワイヤ固定具38のネジ孔38cに導体ワイヤ固定ネジ40を入れることにより導電性ワイヤ26の他端側を固定する。
First, one end side of the
上記において、導体ワイヤ26は、第1支持部Aの圧縮スプリング33と第2支持部Bの圧縮スプリング35とにより第1平板電極10上で引っ張りテンションを受けた状態で配置される。導体ワイヤ26は第1平板電極10上から微小距離隔てて配置されている。
In the above description, the
以上のようにして第1平板電極10上への導体ワイヤ26の設置が完了すると、真空チャンバ2の内圧を10ないし10000Paに設定し、直流電源20の電圧を100ないし2000Vに設定して両平板電極10,12間に直流電源20から直流電圧を印加し、かつ、真空チャンバ2内に炭化水素と水素とを含む炭素膜成膜用ガスを導入して両平板電極10,12間に水素プラズマ50を発生させて導体ワイヤ26の表面に炭素膜52を成膜する。この炭素膜52はカーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、その他、電界電子放出用の炭素膜である。
When the installation of the
上記成膜に際しては、駆動モータ44に通電してこの駆動モータ44を作動させて、第2傘歯車48を回転させ、これに噛み合う第1傘歯車42を駆動回転させる。これによって導体ワイヤ26が回転(自転)させられる。この導体ワイヤ26の自転速度は例えば毎秒数回転程度である。なお減速機構46により駆動モータ44の回転速度は減速することができるようになっている。
During the film formation, the
以上の成膜においては、導体ワイヤ26の表面に均等な膜厚で炭素膜52が成膜される。ここで、図6、図7を参照して成膜用のプラズマ50の断面形状を説明する。
In the above film formation, the
図6は、図1の直流プラズマCVD装置1による第1平板電極10上に発生するプラズマ50の長手方向断面を示す図、図7は、図1の直流プラズマCVD装置1による第1平板電極10上に発生するプラズマ50の横断面を示す図である。
FIG. 6 is a view showing a longitudinal section of the
これらの図に示す第1平板電極10の第1電極面10aは長方形の形状に形成されているので、本出願人が実験により確認したところ、プラズマ50は第1平板電極10のどの電極面10a位置においてもその存在高さが均等、すなわち、その存在高さをなぞる線が電極面10aに対してほぼ平行となり、その断面形状は第1平板電極10の電極面10aを矩形の1辺とし該1辺とこれに対向する辺とがほぼ平行となる長方形の形状で発生するようになった。
Since the
そして、このような断面形状を有するプラズマ50中で導体ワイヤ26の表面に炭素膜52を成膜した場合、炭素膜52の膜厚は均等化されるようになった。そして、このプラズマ50の断面形状に加えて実施の形態では導体ワイヤ26を回転させるので、炭素膜52は導体ワイヤ26の表面全体に均等に成膜されるようになった。
When the
図8に導体ワイヤ26のS1−S1,S2−S2,S3−S3部分における表面の炭素膜52の膜厚状態を示す。図8(a)は、導体ワイヤ26の長手方向中央側、長手方向一端側、長手方向他端側それぞれの縦断面を円中に拡大して示し、図8(b)は長手方向中央側、長手方向一端側、長手方向他端側それぞれの横断面を示す。図8で示すように導体ワイヤ26の表面にはその長手方向のいずれの部分においても長手方向均等な膜厚に、また、円周方向均等な膜厚に炭素膜52を成膜することができる。
FIG. 8 shows the film thickness state of the
これについて本出願人は次のように考察した。 The present applicant considered this as follows.
第1には両平板電極10,12の電極面が長方形の形状を有することにある。すなわち、プラズマ50中で電子が原料分子である炭化水素ガスと衝突する頻度が均等化され、また、温度分布も均一化される等により、炭化水素ガスの分解も電極面全体に均等化される結果、電子により分解される炭化水素ガスの量は同電極面全体にわたり均等となり、これにより第1平板電極10の電極面10aに配置された導体ワイヤ26の表面に成膜される炭素膜52の膜厚はその長手方向全体に均等となったものと考えられる。
First, the electrode surfaces of both
第2には導体ワイヤ26を炭素膜52の成膜に際して回転駆動することにある。これを、図9を参照して説明すると、第1平板電極10上には等電位線53が点線で示すように形成されるが、この等電位線53が導体ワイヤ26付近で歪むことによる。そのため、導体ワイヤ26を回転駆動すると、導体ワイヤ26はこの等電位線53が歪んでいても、その表面に炭素膜52が均等に成膜されるようになる。
Secondly, the
図10に実施の形態の直流プラズマCVD装置1で製造したワイヤ状陰極54を組み込んだフラットパネル型のフィールドエミッション型ランプ56の概略構成を部分的に示す。このフィールドエミッション型ランプ56は、上下一対のフラットパネル58,60を備え、一方のフラットパネル58の内面にワイヤ状陰極54が配置されている。他方のフラットパネル60の内面には蛍光体62付きの陽極64が設けられている。陽極64は、フラットパネル60の内面にITOやアルミニウム等の金属をスパッタリングやEB蒸着等により薄膜状にして形成されているとともに、スラリー塗布法、スクリーン印刷、電気永動法、沈降法等により蛍光体62が膜状に形成されて構成されている。
FIG. 10 partially shows a schematic configuration of a flat panel type
ワイヤ状陰極54と陽極64との間に図示略の直流電源から数kVの電圧を印加することにより、ワイヤ状陰極54の表面の炭素膜に電界集中が発生して電子が電界放射により放出され、その放出された電子は蛍光体62に衝突し、該蛍光体62は励起発光して光がフィールドエミッション型ランプ56の外部に放出される。
By applying a voltage of several kV from a DC power supply (not shown) between the wire-
このフィールドエミッション型ランプ56ではワイヤ状陰極54の表面に炭素膜がその長手方向にも円周方向にも均一に成膜されているので電子は矢印で示すように均等に放出される結果、発光特性に輝度むらがないフィールドエミッション型ランプを提供することができる。
In this field
図11を参照して実施の形態2に係る直流プラズマCVD装置1を説明する。図11において、図1と対応する部分には同一の符号を付している。この直流プラズマCVD装置1は、縦置き型であり、導電性または絶縁性の真空チャンバ2を備える。真空チャンバ2にはガス導入部4とガス排出部6とが設けられている。実施の形態2におけるガス導入部4とガス排出部6は、実施の形態1のそれらと同様であるのでここでは符号を付すのみでその説明を省略する。炭素膜成膜用ガスも実施の形態1と同様である。真空チャンバ2の内圧も実施の形態1と同様である。
A direct-current
真空チャンバ2内部では実施の形態1と同様の形状を有する第1平板電極10と第2平板電極12とが対向配置されている。これら平板電極10,12は支持部材14a,14bにより支持されている。支持部材14bは途中に絶縁部材15が介装されている。
Inside the
第1平板電極10は陽極側として直流電源20の陽極が接続され、第2平板電極12は陰極側として直流電源20の陰極が接続されている。
The
以上の構成において本実施の形態2の直流プラズマCVD装置1は、第1平板電極10の電極面(第1電極面)10aに近接した位置で導体ワイヤ26を張った状態に支持して導体ワイヤ26を回転駆動する支持/駆動手段28を備えている。
In the above configuration, the direct current
この支持/駆動手段28において、その支持手段は第1電極面10aの長手方向上端側の上方に配置されてかつ導体ワイヤ26に引っ張りテンションを付与した状態で導体ワイヤ26の上端側を回転自在に支持する第1支持部Aと、第1電極面10aの長手方向下端側の下方に配置されて導体ワイヤ26の下端側を支持する第2支持部Bとを含み、その駆動手段は、導体ワイヤ26に回転動力を与える。
In the supporting / driving means 28, the supporting means is disposed above the upper end side in the longitudinal direction of the
支持/駆動手段28において第1支持部Aおよび第2支持部Bを説明する。第1支持部Aは図12に、第2支持部Bは図13に拡大して示す。 The first support part A and the second support part B in the support / drive means 28 will be described. The first support part A is shown in FIG. 12, and the second support part B is shown in FIG.
図11、図12を参照して第1支持部Aにおいて、上下方向に延びる支持部材14aの上端側から水平方向に支持部材30が延びている。支持部材30は導体ワイヤ26の上端側が挿入される軸方向の導体ワイヤ挿入孔30aを有する。支持部材30は導体ワイヤ挿入孔30aの外周縁に円筒ボス状の装着部30bを備える。導体ワイヤ挿入孔30aは装着部30bを軸方向に貫通している。装着部30bには導体ワイヤ26の上端側を固定するための円筒状の導体ワイヤ固定具32が回転自在に装着される。導体ワイヤ固定具32は装着部30bが入り込むことができる円筒内周面32aと、導体ワイヤ固定具32に装着部30bが装着された状態で装着部30bの導体ワイヤ挿入孔30aに連通する軸方向の導体ワイヤ挿入孔32bとを有する。導体ワイヤ固定具32はこの導体ワイヤ挿入孔32aに直角方向に交差して連通する半径方向のネジ孔32cを有する。ネジ孔32cは導体ワイヤ固定ネジ34を挿入することが可能になっている。装着部30bに導体ワイヤ固定具32を装着した状態で装着部30bと導体ワイヤ固定具32の内部底面32dとの間には圧縮スプリング33が介装されている。導体ワイヤ固定具32の導体ワイヤ挿入孔32aは導電性ワイヤ26の上端側が挿入され導体ワイヤ挿入孔32a外に突き出ることを可能にして長い導電性ワイヤ26であってもテンションをかけて成膜位置にセットすることを可能にしている。
11 and 12, in the first support portion A, the
図11、図13を参照して第2支持部Bにおいて、真空チャンバ2外には導体ワイヤ26を回転駆動するための駆動モータ44が設置され、この駆動モータ44のモータ軸44aが減速機構46に連結されている。減速機構46からの駆動軸46aが真空チャンバ2の底面2cの導体ワイヤ挿入孔を介して上方に延びている。
With reference to FIGS. 11 and 13, in the second support portion B, a
支持部材14aの下端側から水平方向に支持部材36が延びている。支持部材36は導体ワイヤ挿入孔36aの外周縁に円筒ボス状の装着部36bを備える。導体ワイヤ挿入孔36aは装着部36bを軸方向に貫通している。装着部36bには円筒状の導体ワイヤ固定具38が回転自在に装着される。導体ワイヤ固定具38は装着部36bが入り込むことができる円筒内周面38aと、導体ワイヤ固定具38に装着部36bが装着された装着状態で装着部36bの導体ワイヤ挿入孔36aに連通する軸方向の有底導体ワイヤ挿入孔38bとを有する。導体ワイヤ固定具38はこの有底導体ワイヤ挿入孔38aに直角方向に交差して連通する半径方向のネジ孔38cを有する。ネジ孔38cは導体ワイヤ固定ネジ40を挿入することが可能になっている。装着部36bに導体ワイヤ固定具38を装着した状態で装着部36bと導体ワイヤ固定具38の内部底面38dとの間には圧縮スプリング35が介装されている。導体ワイヤ固定具38は減速機構46の駆動軸46aに連結されている。
A
以上の構成を備えた実施の形態2の直流プラズマCVD装置1を用いて導体ワイヤ26の表面に炭素膜を成膜する方法を説明する。まず、導体ワイヤ26の上端側を支持部材30の装着部30bの導体ワイヤ挿入孔30aに通し、さらに装着部30bに装着されている導体ワイヤ固定具32の導体ワイヤ挿入孔32bに挿入する。次いで、ネジ34をネジ孔32cに入れて導体ワイヤ26の上端を導体ワイヤ固定具32に固定する。この場合、導体ワイヤ固定具32は支持部材30の装着部30bに対して回転自在になっている。次に、導体ワイヤ26の下端側を支持部材36の導体ワイヤ挿入孔36aに通し、さらに導体ワイヤ固定具38の有底穴38bに挿入する。次いで、ネジ40をネジ孔38cに入れて導電性ワイヤ26の他端を導体ワイヤ固定具38に固定する。
A method for forming a carbon film on the surface of the
上記において、導体ワイヤ26は、第1支持部A側の圧縮スプリング33と第2支持部B側の圧縮スプリング35とにより第1平板電極10上で引っ張りテンションを受けた状態で配置される。導体ワイヤ26は第1平板電極10上から微小距離隔てて配置されている。
In the above description, the
以上のようにして第1平板電極10上への導体ワイヤ26の設置が完了すると、以下の工程は実施の形態1と同様であり、導体ワイヤ26の表面には均等な膜厚で炭素膜が成膜される。
When the installation of the
なお、図14の実施の形態3で示すように、真空チャンバ2の底面に支持部材30,36を立設することができる例えば凹部a1,a2;b1,b2;c1,c2を設け、導体ワイヤ26が短いときは、図14(a)で示すように、それに対応した大きさの第1平板電極10を配置するので、対向間隔が短い凹部a1,a2に支持部材30,36を立設し、導体ワイヤ26が中程度のときは、図14(b)で示すように、それに対応した大きさの第1平板電極10を配置するので、対向間隔が短い凹部b1,b2に支持部材30,36を立設し、導体ワイヤ26が長いときは、図14(c)で示すように、それに対応した大きさの第1平板電極10を配置するので、対向間隔が短い凹部c1,c2に支持部材30,36を立設することにより、一台の直流プラズマCVD装置により各種長さ寸法の導体ワイヤ26の表面に炭素膜を成膜することができる。
As shown in
なお、図15の実施の形態4で示すように、第1、第2支持部A,Bを配置する側の空間を平板電極10,12を配置する成膜用のプラズマ発生側の空間から隔離する隔離壁49を設けることにより、プラズマ発生側空間を第2支持部A,Bの配置空間から隔離することができる。
As shown in the fourth embodiment of FIG. 15, the space on the side where the first and second support portions A and B are arranged is isolated from the space on the plasma generation side for film formation where the
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various changes or modifications within the scope described in the claims.
2 チャンバ
10 第1平板電極
12 第2平板電極
28 支持/駆動手段
Claims (12)
両平板電極間に配置した導体ワイヤを回転させながら上記成膜することが可能になっている、ことを特徴とする直流プラズマCVD装置。 A film-forming plasma is generated by introducing a film-forming gas and applying a film-forming DC voltage between a pair of plate electrodes arranged opposite to each other inside the vacuum chamber. A direct current plasma CVD apparatus for forming a film on a surface,
A direct current plasma CVD apparatus characterized in that the film formation can be performed while rotating a conductor wire disposed between both plate electrodes.
両平板電極間に導体ワイヤを支持し、かつ、支持した導体ワイヤを回転させる支持/駆動手段を備える、ことを特徴とする直流プラズマCVD装置。 A film-forming plasma is generated by introducing a film-forming gas and applying a film-forming DC voltage between a pair of plate electrodes arranged opposite to each other inside the vacuum chamber. A direct current plasma CVD apparatus for forming a film on a surface,
A direct-current plasma CVD apparatus comprising a support / drive means for supporting a conductor wire between both plate electrodes and rotating the supported conductor wire.
導体ワイヤを直流電源の正電極側に接続される平板電極の電極面上に近接した位置でたるまないようテンションをかけた状態で支持して回転駆動させる支持/駆動手段を備える、ことを特徴とする直流プラズマCVD装置。 A film-forming plasma is generated by introducing a film-forming gas and applying a film-forming DC voltage between a pair of plate electrodes arranged opposite to each other inside the vacuum chamber. A direct current plasma CVD apparatus for forming a film on a surface,
It is characterized by comprising support / driving means for supporting and rotating the conductor wire in a tensioned state so as not to sag at a position close to the electrode surface of the flat plate electrode connected to the positive electrode side of the DC power supply. DC plasma CVD equipment.
直流電源の正電極側に接続される平板電極の電極面を平面視で矩形形状の電極面(第1電極面)となし、導体ワイヤを上記第1電極面上に近接した位置でたるまないようテンションをかけた状態で支持して回転させる支持/駆動手段を備える、ことを特徴とする直流プラズマCVD装置。 A film-forming plasma is generated by introducing a film-forming gas and applying a film-forming DC voltage between a pair of plate electrodes arranged opposite to each other inside the vacuum chamber. A direct current plasma CVD apparatus for forming a film on a surface,
The electrode surface of the flat plate electrode connected to the positive electrode side of the DC power supply is a rectangular electrode surface (first electrode surface) in plan view so that the conductor wire does not sag at a position close to the first electrode surface. A direct-current plasma CVD apparatus comprising support / drive means for supporting and rotating in a tensioned state.
上記直流電源の正電極側に接続される平板電極の電極面を平面視で矩形形状の電極面(第1電極面)となし、
導体ワイヤを上記第1電極面上に近接した位置でたるまないようテンションをかけた状態で支持して回転駆動させる支持/駆動手段を備える、ことを特徴とする直流プラズマCVD装置。 A film forming plasma is generated by introducing a carbon film forming gas into a vacuum chamber and applying a DC voltage for carbon film forming between a pair of opposed flat plate electrodes. A direct current plasma CVD apparatus for forming a carbon film on the surface of the conductor wire disposed in
The electrode surface of the flat plate electrode connected to the positive electrode side of the DC power source is a rectangular electrode surface (first electrode surface) in plan view,
A direct-current plasma CVD apparatus comprising: support / drive means for supporting and rotating the conductor wire in a tensioned state so as not to sag at a position close to the first electrode surface.
直流電源の正電極側に接続される平板電極が平面視で長方形形状をなす電極面(第1電極面)を備え、
導体ワイヤに、上記成膜に際して、上記第1電極面上に近接した位置でかつこの電極面の長手方向に沿ってテンションをかけた状態で支持して回転させる支持/駆動手段を備える、ことを特徴とする直流プラズマCVD装置。 A gas for forming a carbon film is introduced into the vacuum chamber, and a plasma for film formation is generated by applying a DC voltage for forming a carbon film between a pair of opposed flat plate electrodes. A direct current plasma CVD apparatus for forming a carbon film on the surface of a conductor wire disposed therebetween,
The flat plate electrode connected to the positive electrode side of the DC power supply includes an electrode surface (first electrode surface) having a rectangular shape in plan view,
The conductor wire is provided with support / drive means for supporting and rotating the conductor wire at a position close to the first electrode surface and in a tensioned state along the longitudinal direction of the electrode surface during the film formation. A direct current plasma CVD apparatus.
両平板電極を共に同形状の長方形形状の電極面となし、
導体ワイヤを、上記成膜に際して両平板電極のうち直流電源の正電極側に接続される平板電極の電極面(第1電極面)上に近接した位置でたるまないようテンションをかけた状態で上記第1電極面の長手方向に沿って支持して回転させる支持/駆動手段を備える、ことを特徴とする直流プラズマCVD装置。 A film forming plasma is generated by introducing a carbon film forming gas into a vacuum chamber and applying a DC voltage for carbon film forming between a pair of opposed flat plate electrodes. A direct current plasma CVD apparatus for forming a carbon film on the surface of the conductor wire disposed in
Both flat plate electrodes have the same rectangular electrode surface,
The conductor wire is tensioned so that it does not sag at a position close to the electrode surface (first electrode surface) of the plate electrode connected to the positive electrode side of the DC power source among the two plate electrodes during the film formation. A direct-current plasma CVD apparatus comprising: support / driving means for supporting and rotating along the longitudinal direction of the first electrode surface.
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