JP3554238B2

JP3554238B2 - Cold cathode

Info

Publication number: JP3554238B2
Application number: JP36160199A
Authority: JP
Inventors: 哲也井出; 雅夫浦山
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2019-12-20
Also published as: JP2001176378A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーボンナノチューブを電子源として用いる冷陰極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在使われているＣＲＴ等の電子管では、電子源として熱電子放出により電子を供給する熱陰極が一般に用いられている。熱電子放出は、物質を１５００〜２００Ｋまで加熱して、伝導帯の自由電子に仕事関数以上のエネルギを与えることで、電子が放出される機構であり、現在はＢａ化合物とＷ粉末とを混合してプレス焼結した焼結型、多孔性ＷにＢａ化合物を溶融状態で含浸させた含浸型が主流である。なお、電子放出には、熱電子放出以外に電界放出、二次電子放出、光電子放出等がある。
【０００３】
冷陰極は、電界放出により電子放出を行う陰極である。電界放出は、物質の表面近傍に強電界（１０^９Ｖ／ｍ）を加え、表面のポテンシャル障壁を下げることでトンネル効果により電子放出を行うものである。その電流−電圧特性はファウラ・ノードハイムの式で近似できる。電子放出部は、絶縁を保ちながら強電界を印加するために、電界集中定数を大きくする構造、例えば針状等としている。
【０００４】
初期の冷陰極はウィスカーのような針状単結晶を電界研磨して用いた２極管構造であったが、近年、集積回路又は薄膜の分野において用いられている微細加工技術により、高電界において電子を放出する電界放出型電子源（フィールドエミッタアレイ）の製造技術の進歩は目覚ましく、特に極めて小型な構造を有する電界放出型冷陰極が製造されている。この種の電界放出型冷陰極は、３極管の超小型電子管又は超小型電子銃を構成する主要部品の内、最も基本的な電子放出デバイスである。構造の微細化が進んだことにより、電子源としては熱陰極に比較して高い電流密度を得られる利点がある。
【０００５】
電界放出型電子源の動作及び製造方法は、スタンフォード・リサーチ・インスティチュート（ＳｔａｎｆｏｒｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ）のシー．エー．スピント（Ｃ．Ａ．ＳＰｉｎｄｔ）らによるジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（ＪｏｕｍａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ）の第４７巻、１２号、５２４８〜５２６３項（１９７６年１２月）に発表された研究報告により公知であり、米国特許第４，３０７，５０７号及び米国特許第４，５１３，３０８号に開示されている。
【０００６】
冷陰極を用いたフィールドエミッションディスプレイ（以下、ＦＥＤという）は、自発光型フラットパネルディスプレイヘの応用が期待され、電界放出型電子源の研究、開発が盛んに行われている。
フィールドエミッションは、２〜３％の電界変化に対して放出電流量が２〜３倍に変化するため、ＦＥＤに用いる場合、抵抗層導入等の様々な制限機構を導入する必要がある。
ＦＥＤに用いられる電界放出型電子源の材料としては、様々のものが知られており、近年、電子放出材料の微粒子として、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が注目されている。
【０００７】
カーボンナノチューブは、１９９１年、飯島らにより発見（Ｓ．Ｉｉｊｉｍａ，Ｎａｔｕｒｅ，３５４，５６．１９９１）された。このカーボンナノチューブは、円筒状に巻いたグラファイト層が入れ子状になったもので、その先端径が約１０ｎｍ程度であり、耐酸化性、耐イオン衝撃性が強い点で電子源アレイとしては非常に優れた特徴を有する材料と考えられている。実際、カーボンナノチューブからの電界放出実験が、１９９５年にＲ．Ｅ．Ｓｍａｌｌ１ｅｙら（Ａ．Ｇ．Ｒｉｎｚｌｅｒ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２６９．１５５０．１９９５）とＷ．Ａ．ｄｅＨｅｅｒら（Ｗ．Ａ．ｄｅＨｅｅｒ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２７０．１１７９．１９９５）の研究グルーブ分ら報告されている。これらの電界放出実験に用いられたカーボンナノチューブは金属薄板上にキャスティングされたものである。
【０００８】
カーボンナノチューブは、高アスペクト比を有する構造を持つので、その軸方向が電界の方向に配向した場合の方がより高効率の電子放出を期待できる。配向させたカーボンナノチューブを用いた電子放出素子としては、陽極酸化膜の細孔に選択成長した３極管構造のものが知られており、画素内の各々の電子源の特性バラツキを低減し、画素当たりの電流強度の安定性を改善させている（特開平１０−１２１２４号公報参照）。また、真空下でＳｉＣ結晶上に配向したカーボンナノチューブを形成することも報告されている（特開平１０−２６５２０８号公報参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の陽極酸化膜細孔を用いたカーボンナノチューブ電子源にあっては、カーボンナノチューブ生成条件が高温であるため、絶縁基板のアルミニウムへのダメージが問題となる。また、ＳｉＣ結晶上にカーボンナノチューブを配向させることは、カーボンナノチューブ形成、パターン化を真空装置内で行うため特別な装置を必要とし、また、カーボンナノチューブの密度が高いため、カーボンナノチューブの形状因子による電界集中の度合いが小さくなり、低電圧で電子放出を行うカーボンナノチューブの利点が生かされないという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、低電圧で高い放出電流密度が可能な電界放出型電子源を有する冷陰極、及びカーボンナノチューブを分散させた物質を引き伸ばすことにより低温下で確実に配向カーボンナノチューブを形成する冷陰極を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷陰極は、絶縁基板の片面にゲート電極が形成され、該ゲート電極及び前記絶縁基板に形成された貫通孔に、配向カーボンナノチューブを内部に有し、かつ外周が絶縁層で覆われている物質が該配向カーボンナノチューブの端面を露出させた状態で埋め込まれて電子源を構成し、前記絶縁基板の他面に前記配向カーボンナノチューブの他端面に接触するエミッタ配線が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記配向カーボンナノチューブを内部に有する物質の外周が絶縁層で覆われていることで、外周の絶縁層が物質の接合面となるのでより低温での接合を行うことができ、ゲート配線とエミッタ配線との間の絶縁性を高めることができる。
【００１３】
本発明の冷陰極は、絶縁基板の片面にゲート電極が形成され、該ゲート電極及び前記絶縁基板に形成された貫通孔に、配向カーボンナノチューブを内部に有する物質が該配向カーボンナノチューブの端面を露出させた状態で埋め込まれて電子源を構成し、前記絶縁基板の他面に前記配向カーボンナノチューブの他端面に接触するエミッタ配線が形成され、さらに、前記配向カーボンナノチューブを内部に有する物質の外周が絶縁層及び該絶縁層の外周の導電層で覆われ、かつ、前記電子源はその両端が前記絶縁基板より突出されるとともに上端が前記ゲート電極より突出され、前記絶縁層の下端部は溶融されて前記導電層の下端を覆う気密部を構成していることで、電子源の電子放出面をよりアノード側に近づけることができ、電子ビームの広がりを抑制でき、また、気密部により、気密性の向上とエミッタ配線とゲート電極間の絶縁の向上が図られる。
【００１４】
本発明の冷陰極は、絶縁基板の片面にゲート電極が形成され、該ゲート電極及び前記絶縁基板に形成された貫通孔に、配向カーボンナノチューブを内部に有する絶縁体物質が該配向カーボンナノチューブの端面を露出させた状態で埋め込まれて電子源を構成し、前記配向カーボンナノチューブの表面が導電体メッキで覆われ、前記絶縁基板の他面に前記配向カーボンナノチューブの他端面に接触するエミッタ配線が形成されていることで、配向カーボンナノチューブは絶縁体中に分散させているため、ゲート配線との間に高い絶縁を得ることができ、また、カーボンナノチューブ表面が導電性の物質で覆われているため、分散させたカーボンナノチューブ同士の接触により、エミッタ配線との十分なコンタクトを得ることができる。
【００１５】
また、本発明の冷陰極の製造方法は、カーボンナノチューブを物質内に分散させる工程と、前記カーボンナノチューブを分散させた物質を引き伸ばして細線を作製することにより配向カーボンナノチューブを形成する工程と、前記細線を切断した切断短片をゲート電極及び絶縁基板を貫通する貫通孔に埋め込む工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について、具体的な実施の形態により詳細に説明する。
第１の実施の形態
図１は、第１の実施の形態におけるカーボンナノチューブ配向工程図である。図１（ａ）に示すように、るつぼ１２内において、カーボンナノチューブ１をアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気で溶融コバール金属２に分散させ、線引き用のプリフォーム（直径５０ｍｍ）３を作製した（図１（ｂ）参照）。これを光ファイバ線引き用加熱炉で線引きし、図１（ｃ）〜（ｅ）に示すように中間線材４から最終的に直径０．０４ｍｍの細線５を作製した。
【００１７】
この細線５の作製工程によりカーボンナノチューブ１は配向されて、図１（ｅ）に示すように、コバール金属２内に配向カーボンナノチューブ１ａを含む細線５が作製される。なお、細線５を作製する手段は、この方法に限らず、引き抜き加工あるいはるつぼ法等の周知の手段によって作製してもよい。これは以下の各実施の形態においても同様である。
【００１８】
図２は、第１の実施の形態における冷陰極を示す図であり、図２（ａ）はその上面図、図２（ｂ）はその断面図、図２（ｃ）はその下面図である。セラミック基板７の上面にはＸ方向にゲート電極８のパターンが形成され、このゲート電極８からセラミック基板７に貫通する貫通孔９が形成されている。この貫通孔９に前記の細線５を切断した形成された切断短片１０を埋め込んだ後、セラミック基板７をマイナスにして直流電圧１０００Ｖを印加し、６００℃、３０分で直流電圧印加法により接合を行った。その後、セラミック基板７の背面にＹ方向のエミッタ配線１１を形成した。なお、エミッタ配線１１の幅Ｔは貫通孔９の孔径より大きくし、気密性の向上を図っている。このようにして、ＸＹマトリクス配置の電子源Ｅが構成される。
【００１９】
第２の実施の形態
図３は、第２の実施の形態におけるカーボンナノチューブ配向工程図である。図３（ａ）に示すように、二重るつぼ２２の内側において、カーボンナノチューブ１をＡｒガス雰囲気で溶融コバール金属２に分散させ、外側に溶融フリットガラス６を入れ、二重るつぼ法により線引きする。そして、図３（ｂ）〜（ｅ）に示すように、プリフォーム（直径５０ｍｍ）３、中間線材４から最終的に直径０．０５ｍｍの細線５を作製する。
【００２０】
この細線５の作製工程によりカーボンナノチューブ１は配向されて、図３（ｅ）に示すようにコバール金属２内に配向カーボンナノチューブ１ａを含む細線５が作製される。この細線５の外周はフリットガラス絶縁層６ａで覆われている。なお、フリットガラス絶縁層６ａを形成する手段は、この二重るつぼ法に限定されず、蒸着、溶射等を用いてもよい。
【００２１】
図４は、第２の実施の形態における冷陰極を示す図であり、図４（ａ）はその上面図、図４（ｂ）はその断面図、図４（ｃ）はその下面図である。ゲート電極パターン８からセラミック基板７に貫通する貫通孔９に細線５を切断した切断短片１０を埋め込んだ後、６００℃、３０分で接合を行った。その後、セラミック基板７の背面に第１の実施の形態と同様のエミッタ配線１１を形成した。このようにして、ＸＹマトリクス配置の電子源Ｅが構成される。
【００２２】
第３の実施の形態
図５は、第３の実施の形態におけるカーボンナノチューブ配向工程図である。図５（ａ）において、カーボンナノチューブ１をＡｒガス雰囲気で溶融した銀１６中に分散させた後、外周にフリットガラス１７を溶射し、更に最外周にコバール金属１８を溶射して、線引き用のプリフォーム（直径５０ｍｍ）３を作製した（図５（ｂ）参照）。これを光ファイバ線引き用加熱炉で線引きし、図５（ｃ）〜（ｅ）に示すように中間線材４から最終的に直径０．０５ｍｍの細線５を作製する。
【００２３】
この細線５の作製工程によりカーボンナノチューブ１は配向されて、図５（ｅ）に示すように銀１６内に配向カーボンナノチューブ１ａを含む細線５が作製される。この細線５の外周は、フリットガラス絶縁層１７ａとコバール金属１８の導電層１８ａで覆われている。
【００２４】
図６は、第３の実施の形態における電子源形成工程図である。図６（ａ）において、ゲート電極８からセラミック基板７に貫通する貫通孔９に細線５を切断した切断短片１０を上端及び下端が各々セラミック基板７の上面及び下面から突出した状態で埋め込んだ後、セラミック基板７をマイナスにして直流電圧１０００Ｖを印加し、６００℃、３０分で直流電圧印加法により接合を行う。
【００２５】
次に、図６（ｂ）において、塩酸によるエッチングでセラミック基板７の背面の突出部のコバール金属１８の導電層１８ａを除去する。更に、図６（ｃ）において、４５０℃に加熱し、フリットガラス絶縁層１７ａを軟化させることで、導電層１８ａを覆う気密部１９を形成する。
【００２６】
図７は、第３の実施の形態における冷陰極を示す図であり、図７（ａ）はその上面図、図７（ｂ）はその断面図、図７（ｃ）はその下面図である。セラミック基板７の背面に、切断短片１０の銀１２にのみ接触するようにエミッタ配線１１を形成する。このようにして、ＸＹマトリクス配置の電子源Ｅが構成される。この電子源Ｅはゲート電極８の面より突出しているため、電子源Ｅの電子放出面をよりアノード側に近づけることができ、電子ビームの広がりを抑制できる。また、気密部１９により、気密性の向上と、エミッタ１１、ゲート電極８間の絶縁の向上が図られる。
【００２７】
第４の実施の形態
図８は、第４の実施の形態におけるカーボンナノチューブ配向工程図である。図８（ａ）において、無電解ニッケルメッキ１５を施したカーボンナノチューブ１をフリットガラス２０中に分散させ、線引き用のプリフォーム（直径５０ｍｍ）３を作製した（図８（ｂ）参照）。これを光ファイバ線引き用加熱炉で線引きし、図８（ｃ）〜（ｅ）に示すようにプリフォーム（直径５０ｍｍ）３、中間線材４から最終的に直径０．０４ｍｍの細線５を作製する。この細線５には、無電解ニッケルメッキ１５を施した配向カーボンナノチューブ１ａを含んでいる。
【００２８】
図９は、第４の実施の形態における電子源形成工程図である。図９（ａ）において、ゲート電極８からセラミック基板７に貫通する貫通孔９に細線５を切断した切断短片１０を充填した後、４５０℃、１５分で接合を行った。その後、セラミック基板７の背面に第１の実施の形態と同様のエミッタ配線１１を形成した。次に、図９（ｂ）において、塩酸によるエッチングにより露出しているニッケルメッキ部１５を除去し、配向カーボンナノチューブ１ａの先端を露出２１させる。このようにして、ＸＹマトリクス配置の電子源Ｅが構成される。
【００２９】
図１０は、第４の実施の形態における冷陰極を示す図であり、図１０（ａ）はその上面図、図１０（ｂ）はその断面図、図１０（ｃ）はその下面図である。
図１０に示すように、セラミック基板７の背面に、フリットガラス２０を塞ぐようにエミッタ配線１１を形成する。このようにして、ＸＹマトリクス配置の電子源Ｅが構成される。この電子源Ｅは、配向カーボンナノチューブ１ａの表面が無電解ニッケルメッキ１５で覆われていることで、分散させたカーボンナノチューブ１ａ同士の接触により、エミッタ配線１１との十分なコンタクトを得ることができる。
【００３０】
第５の実施の形態
図１１は、第５の実施の形態における冷陰極を示す図であり、図１１（ａ）はその上面図、図１１（ｂ）はその下面図である。
第３の実施の形態と同一構成の電子源Ｅを、３個を１組として、ゲート電極８上に配置し、３個を１組としてエミッタ配線１１を形成している。これによりＲＧＢのフルカラー表示に対応させることができる。また、本実施の形態では、インライン配置を用いているが、Δ配列を形成してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明の冷陰極によれば、ゲート電極及び絶縁基板に形成された貫通孔に配向カーボンナノチューブを有する物質を埋め込んで電子源を構成したので、低電圧で高い放出電流密度が可能な電界放出電子源を有する冷陰極が得られる。また、エミッタ配線を絶縁基板裏面に設けたので、ＸＹマトリクス形成時のゲート電極との絶縁を容易に行うことができると共に、エミッタ配線が絶縁基板裏面の電子源充填部を覆うため気密性が向上する。
【００３２】
また、本発明の冷陰極の製造方法によれば、カーボンナノチューブを物質内に分散させ、引き伸ばして細線を作製することにより配向カーボンナノチューブを形成するので、低温下で、かつ真空装置等を用いることなく配向したカーボンナノチューブを容易かつ確実に形成でき、また、細線の切断短片を貫通孔に埋め込むことにより所定の位置に正確に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態におけるカーボンナノチューブ配向工程図である。
【図２】第１の実施の形態における冷陰極を示す図である。
【図３】第２の実施の形態におけるカーボンナノチューブ配向工程図である。
【図４】第２の実施の形態における冷陰極を示す図である。
【図５】第３の実施の形態におけるカーボンナノチューブ配向工程図である。
【図６】第３の実施の形態における電子源形成工程図である。
【図７】第３の実施の形態における冷陰極を示す図である。
【図８】第４の実施の形態におけるカーボンナノチューブ配向工程図である。
【図９】第４の実施の形態における電子源形成工程図である。
【図１０】第４の実施の形態における冷陰極を示す図である。
【図１１】第５の実施の形態における冷陰極を示す図である。
【符号の説明】
１カーボンナノチューブ
１ａ配向カーボンナノチューブ
２コバール金属（カーボンナノチューブを分散させた物質）
６フリットガラス（絶縁体）
７セラミック基板（絶縁基板）
８ゲート電極
９貫通孔
１０切断短片
１１エミッタ配線
１６銀（カーボンナノチューブを分散させた物質）
１５ニッケルメッキ（導電体メッキ）
１７フリットガラス（絶縁層）
１８コバール金属（導電層）
１９気密部
２０フリットガラス（カーボンナノチューブを分散させた物質）
２２二重るつぼ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cold cathode using a mosquito over carbon nanotubes as an electron source.
[0002]
[Prior art]
In an electron tube such as a CRT currently used, a hot cathode that supplies electrons by thermionic emission is generally used as an electron source. Thermionic emission is a mechanism in which a substance is heated to 1500 to 200K and gives energy higher than the work function to free electrons in the conduction band, whereby electrons are emitted. Currently, a Ba compound and W powder are mixed. The mainstream is a sintered type obtained by press-sintering and an impregnated type in which porous W is impregnated with a Ba compound in a molten state. The electron emission includes field emission, secondary electron emission, photoelectron emission and the like in addition to thermionic emission.
[0003]
The cold cathode is a cathode that emits electrons by field emission. In the field emission, a strong electric field (10 ⁹ V / m) is applied to the vicinity of the surface of a substance to lower the potential barrier on the surface to emit electrons by a tunnel effect. The current-voltage characteristics can be approximated by Fowler-Nordheim equation. The electron emitting portion has a structure for increasing the electric field concentration constant, for example, a needle shape, in order to apply a strong electric field while maintaining insulation.
[0004]
Early cold cathodes had a diode structure in which needle-like single crystals such as whiskers were polished with an electric field, but in recent years, due to the fine processing technology used in the field of integrated circuits or thin films, the The technology of manufacturing a field emission type electron source (field emitter array) that emits electrons has been remarkable, and in particular, a field emission type cold cathode having an extremely small structure has been manufactured. This type of field emission cold cathode is the most basic electron emission device among the main components constituting a triode micro electron tube or micro electron gun. As the structure becomes finer, the electron source has an advantage that a higher current density can be obtained as compared with a hot cathode.
[0005]
The operation and manufacturing method of the field emission type electron source are described in Stanford Research Institute's CC. A. It is known from a research report published by CA SPindt et al. In Journal of Applied Physics, Vol. 47, No. 12, paragraphs 5248-5263 (December 1976). U.S. Pat. No. 4,307,507 and U.S. Pat. No. 4,513,308.
[0006]
Field emission displays (hereinafter, referred to as FEDs) using cold cathodes are expected to be applied to self-luminous flat panel displays, and field emission electron sources are being actively researched and developed.
In field emission, the amount of emission current changes by a factor of 2 to 3 with respect to an electric field change of 2 to 3%. Therefore, when used for FED, it is necessary to introduce various limiting mechanisms such as introduction of a resistance layer.
Various materials are known as a material of the field emission type electron source used for the FED. In recent years, carbon nanotubes (CNT) have been attracting attention as fine particles of the electron emission material.
[0007]
Carbon nanotubes were discovered in 1991 by Iijima et al. (S. Iijima, Nature, 354, 56.1991). This carbon nanotube has a nested graphite layer wound in a cylindrical shape, has a tip diameter of about 10 nm, and has a strong oxidation resistance and ion impact resistance. It is considered a material with excellent characteristics. In fact, a field emission experiment from carbon nanotubes was reported in E. FIG. (A. G. Rinzler, Science, 269.1550.1995) and W. Smallley et al. A. The research groove of deHeer et al. (WA de Heer, Science, 270.1179.1995) has been reported. The carbon nanotubes used in these field emission experiments were cast on thin metal plates.
[0008]
Since carbon nanotubes have a structure with a high aspect ratio, more efficient electron emission can be expected when the axial direction is oriented in the direction of the electric field. As an electron-emitting device using aligned carbon nanotubes, a triode structure having a triode structure selectively grown in pores of an anodized film is known, which reduces characteristic variations of electron sources in a pixel, The stability of current intensity per pixel is improved (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-12124). It has also been reported that oriented carbon nanotubes are formed on SiC crystals under vacuum (see JP-A-10-265208).
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a conventional carbon nanotube electron source using pores of an anodized film, damage to aluminum on an insulating substrate poses a problem because the conditions for forming carbon nanotubes are high. In addition, to orient carbon nanotubes on a SiC crystal requires a special device for forming and patterning the carbon nanotubes in a vacuum device, and the density of the carbon nanotubes is high. There is a problem that the degree of electric field concentration is reduced, and the advantage of the carbon nanotube that emits electrons at a low voltage cannot be used.
[0010]
The present invention has been made in view of such a problem, and has been made by stretching a cold cathode having a field emission electron source capable of high emission current density at a low voltage, and a material in which carbon nanotubes are dispersed. and to provide a cold cathode to form a reliably aligned carbon nanotubes at low temperatures.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Cold cathode of the present invention, a gate electrode is formed on one surface of the insulating substrate, the through hole formed in the gate electrode and the insulating substrate, possess inside, and the outer periphery is covered with an insulating layer of aligned carbon nanotubes constitute an electron source is embedded in a state of material is present to expose the end surface of the alignment carbon nanotubes, that the emitter wiring in contact with the other end face of the aligned carbon nanotubes on the other surface of the insulating substrate is formed It is characterized by.
[0012]
Further, since the outer periphery of the substance having the oriented carbon nanotubes therein is covered with an insulating layer, the outer insulating layer becomes a bonding surface of the substance, so that bonding can be performed at a lower temperature, and the gate wiring and the gate wiring can be formed. Insulation between the emitter wiring and the emitter wiring can be improved.
[0013]
In the cold cathode of the present invention, a gate electrode is formed on one surface of an insulating substrate, and a substance having oriented carbon nanotubes inside exposes an end face of the oriented carbon nanotube to a through hole formed in the gate electrode and the insulating substrate. An electron source is formed by being buried in a state where the emitter is formed, and an emitter wiring is formed on the other surface of the insulating substrate so as to be in contact with the other end surface of the aligned carbon nanotube. covered with a conductive layer of the outer periphery of the insulating layer and the insulating layer, and the electron source is the upper end is the projected Ri by said gate electrodes with both ends are protruded from the insulating substrate, a lower end portion of the insulating layer By forming an airtight portion that covers the lower end of the conductive layer by melting, the electron emission surface of the electron source can be closer to the anode side, and the electron beam Can be suppressed rising, also, by the airtight unit, improving the insulation between improvement in airtightness and emitter wiring and the gate electrode can be reduced.
[0014]
In the cold cathode of the present invention, a gate electrode is formed on one surface of an insulating substrate, and an insulating material having oriented carbon nanotubes therein is disposed in a through hole formed in the gate electrode and the insulating substrate. Are embedded in an exposed state to form an electron source, the surface of the aligned carbon nanotube is covered with conductive plating, and an emitter wiring is formed on the other surface of the insulating substrate to be in contact with the other end surface of the aligned carbon nanotube. Since the oriented carbon nanotubes are dispersed in the insulator, high insulation can be obtained between the carbon nanotubes and the gate wiring, and the carbon nanotube surface is covered with a conductive material. By the contact between the dispersed carbon nanotubes, a sufficient contact with the emitter wiring can be obtained.
[0015]
Further, the method for producing a cold cathode of the present invention includes a step of dispersing carbon nanotubes in a substance, and a step of forming oriented carbon nanotubes by stretching the substance in which the carbon nanotubes are dispersed to form a thin wire; Embedding a cut piece obtained by cutting the thin wire into a through hole penetrating the gate electrode and the insulating substrate.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
First Embodiment FIG. 1 is a view showing a process of aligning carbon nanotubes according to a first embodiment. As shown in FIG. 1A, in a crucible 12, carbon nanotubes 1 were dispersed in molten Kovar metal 2 in an argon (Ar) gas atmosphere to prepare a preform (diameter 50 mm) 3 for drawing (FIG. 1). (B)). This was drawn in a heating furnace for drawing an optical fiber, and a thin wire 5 having a diameter of 0.04 mm was finally produced from the intermediate wire 4 as shown in FIGS.
[0017]
The carbon nanotubes 1 are oriented by the production process of the fine wires 5, and as shown in FIG. 1E, the fine wires 5 including the oriented carbon nanotubes 1a in the Kovar metal 2 are produced. The means for producing the thin wire 5 is not limited to this method, and may be produced by a known means such as a drawing process or a crucible method. This is the same in the following embodiments.
[0018]
2A and 2B are diagrams showing a cold cathode according to the first embodiment, FIG. 2A is a top view thereof, FIG. 2B is a cross-sectional view thereof, and FIG. 2C is a bottom view thereof. . A pattern of a gate electrode 8 is formed on the upper surface of the ceramic substrate 7 in the X direction, and a through hole 9 penetrating from the gate electrode 8 to the ceramic substrate 7 is formed. After embedding the cut short pieces 10 formed by cutting the thin wires 5 into the through holes 9, apply a DC voltage of 1000 V with the ceramic substrate 7 being negative, and join the joints by a DC voltage application method at 600 ° C. for 30 minutes. went. After that, the emitter wiring 11 in the Y direction was formed on the back surface of the ceramic substrate 7. Note that the width T of the emitter wiring 11 is made larger than the diameter of the through-hole 9 to improve airtightness. In this manner, the electron source E having the XY matrix arrangement is configured.
[0019]
Second Embodiment FIG. 3 is a view showing a process of aligning carbon nanotubes according to a second embodiment. As shown in FIG. 3 (a), inside the double crucible 22, the carbon nanotubes 1 are dispersed in the molten Kovar metal 2 in an Ar gas atmosphere, the molten frit glass 6 is put outside, and drawn by the double crucible method. . Then, as shown in FIGS. 3B to 3E, a thin wire 5 having a diameter of 0.05 mm is finally produced from the preform (diameter 50 mm) 3 and the intermediate wire 4.
[0020]
The carbon nanotubes 1 are oriented by the production process of the fine wires 5, and the fine wires 5 including the oriented carbon nanotubes 1a in the Kovar metal 2 are produced as shown in FIG. The outer periphery of the fine wire 5 is covered with a frit glass insulating layer 6a. The means for forming the frit glass insulating layer 6a is not limited to the double crucible method, but may be evaporation, thermal spraying, or the like.
[0021]
4A and 4B are views showing a cold cathode according to the second embodiment. FIG. 4A is a top view, FIG. 4B is a cross-sectional view, and FIG. 4C is a bottom view. . After a cut short piece 10 obtained by cutting the thin wire 5 was embedded in a through hole 9 penetrating from the gate electrode pattern 8 to the ceramic substrate 7, bonding was performed at 600 ° C. for 30 minutes. After that, the same emitter wiring 11 as that of the first embodiment was formed on the back surface of the ceramic substrate 7. In this manner, the electron source E having the XY matrix arrangement is configured.
[0022]
Third Embodiment FIG. 5 is a view showing a process of aligning carbon nanotubes according to a third embodiment. In FIG. 5A, after dispersing carbon nanotubes 1 in silver 16 melted in an Ar gas atmosphere, frit glass 17 is sprayed on the outer circumference, and Kovar metal 18 is further sprayed on the outermost circumference to draw wire. A preform (diameter: 50 mm) 3 was produced (see FIG. 5B). This is drawn by a heating furnace for drawing an optical fiber, and a thin wire 5 having a diameter of 0.05 mm is finally formed from the intermediate wire 4 as shown in FIGS.
[0023]
The carbon nanotubes 1 are oriented by the process of forming the thin wires 5, and the thin wires 5 containing the aligned carbon nanotubes 1a in the silver 16 are manufactured as shown in FIG. The outer periphery of the fine wire 5 is covered with a frit glass insulating layer 17a and a conductive layer 18a of Kovar metal 18.
[0024]
FIG. 6 is a view showing an electron source forming process according to the third embodiment. In FIG. 6 (a), after a cutting short piece 10 obtained by cutting the thin wire 5 is embedded in a through hole 9 penetrating from the gate electrode 8 to the ceramic substrate 7 with its upper end and lower end protruding from the upper and lower surfaces of the ceramic substrate 7, respectively. Then, with the ceramic substrate 7 being negative, a DC voltage of 1000 V is applied, and bonding is performed by a DC voltage application method at 600 ° C. for 30 minutes.
[0025]
Next, in FIG. 6B, the conductive layer 18a of the Kovar metal 18 at the protruding portion on the back surface of the ceramic substrate 7 is removed by etching with hydrochloric acid. Further, in FIG. 6C, an airtight portion 19 covering the conductive layer 18a is formed by heating to 450 ° C. to soften the frit glass insulating layer 17a.
[0026]
7A and 7B are views showing a cold cathode according to the third embodiment, FIG. 7A is a top view, FIG. 7B is a cross-sectional view, and FIG. 7C is a bottom view. . An emitter wiring 11 is formed on the back surface of the ceramic substrate 7 so as to contact only the silver 12 of the cut short piece 10. In this manner, the electron source E having the XY matrix arrangement is configured. Since the electron source E protrudes from the surface of the gate electrode 8, the electron emission surface of the electron source E can be made closer to the anode side, and the spread of the electron beam can be suppressed. Further, the airtight portion 19 improves the airtightness and the insulation between the emitter 11 and the gate electrode 8.
[0027]
Fourth Embodiment FIG. 8 is a view showing a process of aligning carbon nanotubes according to a fourth embodiment. 8A, the carbon nanotubes 1 on which electroless nickel plating 15 has been applied are dispersed in a frit glass 20 to prepare a preform 3 (diameter: 50 mm) for drawing (see FIG. 8B). This is drawn in a heating furnace for drawing an optical fiber, and as shown in FIGS. 8C to 8E, a thin wire 5 having a diameter of 0.04 mm is finally produced from the preform (diameter 50 mm) 3 and the intermediate wire 4. . The thin wire 5 contains the oriented carbon nanotube 1a on which the electroless nickel plating 15 is applied.
[0028]
FIG. 9 is a view showing a process of forming an electron source according to the fourth embodiment. In FIG. 9A, after a cut short piece 10 obtained by cutting the fine wire 5 is filled in a through hole 9 penetrating from the gate electrode 8 to the ceramic substrate 7, bonding is performed at 450 ° C. for 15 minutes. After that, the same emitter wiring 11 as that of the first embodiment was formed on the back surface of the ceramic substrate 7. Next, in FIG. 9B, the exposed nickel plated portion 15 is removed by etching with hydrochloric acid, and the tip of the aligned carbon nanotube 1a is exposed 21. In this manner, the electron source E having the XY matrix arrangement is configured.
[0029]
10A and 10B are views showing a cold cathode according to the fourth embodiment. FIG. 10A is a top view, FIG. 10B is a cross-sectional view, and FIG. 10C is a bottom view. .
As shown in FIG. 10, the emitter wiring 11 is formed on the back surface of the ceramic substrate 7 so as to cover the frit glass 20. In this manner, the electron source E having the XY matrix arrangement is configured. In the electron source E, since the surface of the oriented carbon nanotubes 1a is covered with the electroless nickel plating 15, sufficient contact with the emitter wiring 11 can be obtained by contact between the dispersed carbon nanotubes 1a. .
[0030]
Fifth Embodiment FIG. 11 is a diagram showing a cold cathode according to a fifth embodiment. FIG. 11A is a top view thereof, and FIG. 11B is a bottom view thereof.
The electron source E having the same configuration as that of the third embodiment is arranged on the gate electrode 8 in a set of three, and the emitter wiring 11 is formed in a set of three. Thereby, it is possible to support RGB full-color display. Further, in the present embodiment, an in-line arrangement is used, but a Δ array may be formed.
[0031]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the cold cathode of the present invention, the electron source is configured by embedding the substance having the aligned carbon nanotubes in the through-holes formed in the gate electrode and the insulating substrate. A cold cathode having a field emission electron source capable of a current density is obtained. In addition, since the emitter wiring is provided on the back surface of the insulating substrate, insulation with the gate electrode can be easily performed at the time of forming the XY matrix, and the airtightness is improved because the emitter wiring covers the electron source filling portion on the back surface of the insulating substrate. I do.
[0032]
Further, according to the method for producing a cold cathode of the present invention, carbon nanotubes are dispersed in a substance and stretched to form a thin wire to form oriented carbon nanotubes. Oriented carbon nanotubes can be easily and reliably formed, and the cut short pieces of the fine wires can be accurately arranged at predetermined positions by embedding them in the through holes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a process of aligning carbon nanotubes in a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a cold cathode according to the first embodiment.
FIG. 3 is a view showing a process of aligning carbon nanotubes according to a second embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a cold cathode according to a second embodiment.
FIG. 5 is a view showing a process of aligning carbon nanotubes according to a third embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a process of forming an electron source according to a third embodiment;
FIG. 7 is a diagram illustrating a cold cathode according to a third embodiment.
FIG. 8 is a view showing a process of aligning carbon nanotubes according to a fourth embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating an electron source forming process according to a fourth embodiment;
FIG. 10 is a diagram illustrating a cold cathode according to a fourth embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating a cold cathode according to a fifth embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carbon nanotube 1a Oriented carbon nanotube 2 Kovar metal (substance with carbon nanotube dispersed)
6 frit glass (insulator)
7. Ceramic substrate (insulating substrate)
Reference Signs List 8 Gate electrode 9 Through hole 10 Cutting short piece 11 Emitter wiring 16 Silver (a substance in which carbon nanotubes are dispersed)
15 Nickel plating (conductor plating)
17 frit glass (insulating layer)
18 Kovar metal (conductive layer)
19 airtight part 20 frit glass (substance in which carbon nanotubes are dispersed)
22 Double crucible

Claims

絶縁基板の片面にゲート電極が形成され、該ゲート電極及び前記絶縁基板に形成された貫通孔に、配向カーボンナノチューブを内部に有し、かつ外周が絶縁層で覆われている物質が該配向カーボンナノチューブの端面を露出させた状態で埋め込まれて電子源を構成し、前記絶縁基板の他面に前記配向カーボンナノチューブの他端面に接触するエミッタ配線が形成されていることを特徴とする冷陰極。A gate electrode is formed on one surface of the insulating substrate, the gate electrode and the through-hole formed in the insulating substrate, aligned carbon nanotubes possess inside and periphery material the alignment carbon is covered with an insulating layer A cold cathode characterized in that an electron source is embedded in a state where an end face of the nanotube is exposed to form an electron source, and an emitter wiring contacting the other end face of the aligned carbon nanotube is formed on the other face of the insulating substrate.

絶縁基板の片面にゲート電極が形成され、該ゲート電極及び前記絶縁基板に形成された貫通孔に、配向カーボンナノチューブを内部に有する物質が該配向カーボンナノチューブの端面を露出させた状態で埋め込まれて電子源を構成し、前記絶縁基板の他面に前記配向カーボンナノチューブの他端面に接触するエミッタ配線が形成され、さらに、前記配向カーボンナノチューブを内部に有する物質の外周が絶縁層及び該絶縁層の外周の導電層で覆われ、かつ、前記電子源はその両端が前記絶縁基板より突出されるとともに上端が前記ゲート電極より突出され、前記絶縁層の下端部は溶融されて前記導電層の下端を覆う気密部を構成していることを特徴とする冷陰極。A gate electrode is formed on one surface of the insulating substrate, and a substance having oriented carbon nanotubes therein is embedded in a through-hole formed in the gate electrode and the insulating substrate in a state where an end face of the oriented carbon nanotube is exposed. An emitter wiring is formed on the other surface of the insulating substrate, the emitter wiring being in contact with the other end surface of the oriented carbon nanotube, and the outer periphery of the substance having the oriented carbon nanotube therein is formed of an insulating layer and an insulating layer. The electron source is covered with an outer conductive layer, and both ends of the electron source protrude from the insulating substrate and the upper end protrudes from the gate electrode, and the lower end of the insulating layer is melted to form the lower end of the conductive layer. A cold cathode characterized by comprising an airtight part to cover .

絶縁基板の片面にゲート電極が形成され、該ゲート電極及び前記絶縁基板に形成された貫通孔に、配向カーボンナノチューブを内部に有する絶縁体物質が該配向カーボンナノチューブの端面を露出させた状態で埋め込まれて電子源を構成し、前記配向カーボンナノチューブの表面が導電体メッキで覆われ、前記絶縁基板の他面に前記配向カーボンナノチューブの他端面に接触するエミッタ配線が形成されていることを特徴とする冷陰極。A gate electrode is formed on one surface of the insulating substrate, and an insulating material having oriented carbon nanotubes therein is embedded in through holes formed in the gate electrode and the insulating substrate with the end surfaces of the oriented carbon nanotubes exposed. A surface of the oriented carbon nanotube is covered with conductive plating, and an emitter wiring is formed on the other surface of the insulating substrate to be in contact with the other end surface of the oriented carbon nanotube. Cold cathode.

前記配向カーボンナノチューブを内部に有する物質が導電体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷陰極。Cold cathode according to claim 1 or 2, characterized in that the material having aligned carbon nanotubes therein is a conductor.