JP3744488B2

JP3744488B2 - 冷陰極の製造方法

Info

Publication number: JP3744488B2
Application number: JP2002363690A
Authority: JP
Inventors: 智英沈; 修平中田; 典綱橋本; 彰彦細野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2022-12-16
Also published as: JP2004199888A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電界の作用によって電子を放出する冷陰極の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、冷陰極の電子放出部にレーザを照射して電子放出特性を向上させるものである。
【０００２】
【従来の技術】
カーボンナノチューブを含有する電子放出部を備えた冷陰極は、高輝度、広視野角、長寿命、高速応答などの特徴を有する薄型表示装置の実用化に向けて注目されている。従来の技術では、複数のカーボンナノチューブが集合して構成されたバンドルペーストからなる電子放出部のパターンを形成し、このパターン表面にレーザを照射することによって、パターン表面においてはバンドル以外の物質を選択的に除去し、バンドルの表面においてはカーボンナノチューブ以外の炭素成分を選択的に除去している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３６２４３号公報（第３−８頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、電子放出部のパターンを形成した状態でのカーボンナノチューブの傾斜角度が維持される。ここで、パターン形成時には横臥状のカーボンナノチューブも存在し、このようなカーボンナノチューブは電子放出部中に埋もれている。そのため、横臥状のカーボンナノチューブに対してその先端部を露出させることができない。よって、電子放出に十分に寄与できないカーボンナノチューブが存在するという問題がある。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電子放出部のパターン形成時に電子放出部中に埋もれていた横臥状のカーボンナノチューブの先端部を露出させ、電子放出効率の向上を図った冷陰極の製造方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明における冷陰極の製造方法は、カーボンナノチューブとアモルファスカーボンとからなる炭素粒を含有する導電性ペーストを用いて、カソード電極上に電子放出部をパターニングする電子放出部形成工程と、電子放出部に０．５〜６Ｊ／ｍｍ²のレーザ照射密度のレーザを照射するレーザ照射工程と、電子放出部の周囲にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程とを備えるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明が適用される冷陰極の製造方法に関する実施の形態１を説明するための工程図である。図１（ａ）は電子放出部形成工程を説明するものであり、カーボンナノチューブ１１とアモルファスカーボン１２とからなる炭素粒１を含有する導電性ペーストを用いて、絶縁基板４に形成されたカソード電極３上に電子放出部２をスクリーン印刷法でパターニングする。パターニング後、１２０℃程度の大気雰囲気で乾燥し、さらに大気雰囲気中５００℃〜５５０℃で焼成することにより導電性ペーストに含まれる有機系溶媒を除去する。このようにして電子放出部２を形成する。
【０００８】
続いて図１（ｂ）はレーザ照射工程を説明するものであり、電子放出部２の表面に図示矢印方向のレーザを照射して炭素粒１を小径化する。このとき、カーボンナノチューブ１１の周囲のアモルファスカーボン１２が粉砕もしくは部分的な昇華によって、カーボンナノチューブ１１が露出される。炭素粒１の粉砕によって発生した細かな粉砕物１３はカーボンナノチューブ１１の図示下端側に堆積し、この粉砕物１３がカーボンナノチューブを起立状に支持している。このため、電子放出部２のパターン形成時に起立状であったカーボンナノチューブ１１に加えて横臥状であったカーボンナノチューブ１１も露出でき、しかも横臥状であったカーボンナノチューブ１１も起立状の姿勢となる。ここで起立状とは、例えばこの冷陰極を表示装置に搭載した際に、蛍光体の発光のために電子放出するのに十分な傾斜角度までを含むものとする。なお、レーザとして例えばＹＡＧレーザを用い、パルス照射することができる。また、周波数変調したレーザを用いることもできる。レーザ照射方式は、スキャン方式、スポット方式のいずれでもかまわない。
【０００９】
続いて図１（ｃ）はゲート電極形成工程を説明するものであり、電子放出部２の周囲にゲート絶縁層５を形成し、ゲート絶縁層５上にゲート電極６を形成する。ゲート絶縁層５として例えば酸化珪素系ガラスやＰＰＳＱ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）を用いることができ、ゲート電極６として例えばアルミニウムを用いることができる。なお、電子放出部２のパターンを部分的にゲート絶縁層５が覆っていてもかまわなく、この場合はゲート絶縁層５に覆われていない部分が電子放出部２として機能する。
【００１０】
冷陰極は、カソード電極とゲート電極との間に電界を印加するとカーボンナノチューブの先端部に高い電界が発生し、この電界の作用によって電子放出部から電子を放出する。図２は、レーザ照射工程における電子放出部表面へのレーザ照射密度と冷陰極の電子放出電流密度との関係を示す電子放出特性図である。ここで、カソード電極とゲート電極との間隔は５０μｍとし、両電極間の電位差は４００Ｖとした。図２より、レーザ照射密度がこのときのレーザ照射密度は、炭素粒を十分に小径化してカーボンナノチューブを露出させて電子放出効率を向上させる観点から０．５〜６Ｊ／ｍｍ²が好ましく、さらに起立状のカーボンナノチューブを多く存在させて安定した電子放出電流密度が得られるように１〜５Ｊ／ｍｍ²が一段と好ましい。
【００１１】
したがって、この実施の形態のように冷陰極を製造すると、電子放出部のパターン形成時に横臥状だったカーボンナノチューブの先端部を露出させることができ、そのため冷陰極の電子放出効率の向上を図ることができる。
【００１２】
実施の形態２．
図３は、冷陰極の製造方法に関する実施の形態２を説明するための工程図である。まず図３（ａ）の電子放出部形成工程では実施の形態１と同様に、カーボンナノチューブ１１とアモルファスカーボン１２とからなる炭素粒１を含有する導電性ペーストを用いて、絶縁基板４に形成されたカソード電極３上に電子放出部２をパターニングする。パターニング後、乾燥して焼成することにより電子放出部２を形成する。
【００１３】
続いて図３（ｂ）のゲート電極形成工程では、電子放出部２の周囲にゲート絶縁層５を形成し、ゲート絶縁層５上にゲート電極６を形成する。ここで実施の形態１と異なるのは、レーザ照射工程より先にゲート電極形成工程を行ってマイクロキャビティ構造を形成することである。
【００１４】
続いて図３（ｃ）のレーザ照射工程では、電子放出部２の表面に図示矢印方向のレーザを照射して炭素粒１を小径化する。このとき、ゲート電極６は例えば金からなる耐レーザ膜によって保護されていることが好ましい。実施の形態１のレーザ照射工程と同様に、カーボンナノチューブ１１が露出される。炭素粒１の粉砕によって発生した細かな粉砕物１３は、カーボンナノチューブ１１を起立状に支持している。このため、電子放出部のパターン形成時には横臥状であったカーボンナノチューブ１１が露出されて起立状の姿勢となる。実施の形態１と同様に、レーザ照射密度は０．５〜６Ｊ／ｍｍ²が好ましく、さらに１〜５Ｊ／ｍｍ²が一段と好ましい。
【００１５】
したがって、この実施の形態のようにマイクロキャビティ構造を形成してからレーザを照射しても、電子放出部のパターン形成時に横臥状だったカーボンナノチューブの先端部を露出させることができ、そのため冷陰極の電子放出効率の向上を図ることができる。
【００１６】
実施の形態３．
この実施の形態は、実施の形態１の変形例であり、導電性ペーストにエチルセルロースを加えたものを用い、レーザ照射工程が炭素粒の小径化に加えて電子放出部の焼成に寄与するものである。
【００１７】
図１（ａ）のように電子放出部２をパターニングしたのち乾燥させる。続いて図１（ｂ）のようにレーザを照射する。このとき、レーザ照射密度は０．５〜６Ｊ／ｍｍ^２が好ましいが、電子放出部２が未焼成のためレーザ照射密度が低めであっても炭素粒１の小径化が可能になる。また、レーザの照射によって電子放出部２の焼成が進行する。さらに、レーザ照射後に完全に焼成させてもよい。
【００１８】
実施の形態４．
この実施の形態は、実施の形態１〜３において得られたマイクロキャビティ構造の冷陰極に対して、電子放出部にプラズマを曝露させるものである。図４は、実施の形態４を説明するためのプラズマ処理図である。
【００１９】
図４のプラズマ処理工程では、カソード電極３に正電位、ゲート電極６に負電位を与えるとマイクロキャビティ内には電界が発生する。この状態で、電子放出部２を図示矢印方向のプラズマに曝露する。このとき、正帯電しているプラズマ粒子は、電子放出部２の電位とプラズマ電位とが均衡する等電位面７よりカソード電極３側に進入できない。そのため、起立状に支持されたカーボンナノチューブのうち、この等電位面７よりもゲート電極６側にある部分だけが除去される。プラズマとしては、炭素との反応性の観点から酸素プラズマが好ましい。
【００２０】
したがって、起立状のカーボンナノチューブ１１の高さを揃えることができ、電子放出部２における電子放出領域の均一化が図られる。また、この実施の形態は図５に示すような湾曲状のカーボンナノチューブ１１に対して、電子放出を可能にする効果がある。カーボンナノチューブ１１は、非常に高いアスペクト比を有するために、図５（ａ）のような湾曲状の姿勢となる場合がある。これを図示矢印方向のプラズマに曝露させると、図５（ｂ）のように湾曲部が除去されて、ゲート電極６側に先端部を向けた複数のカーボンナノチューブ１１が生成されることになり、電子放出が可能になる。
【００２１】
【発明の効果】
この発明によれば、電子放出部のパターン形成時に電子放出部中に埋もれた横臥状のカーボンナノチューブの先端部を露出させることができ、よって電子放出効率の向上を図った冷陰極の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１を説明するための工程図である。
【図２】実施の形態１を説明するための電子放出特性図である。
【図３】実施の形態２を説明するための工程図である。
【図４】実施の形態４を説明するためのプラズマ処理図である。
【図５】実施の形態４の変形例を説明するためのプラズマ処理図である。
【符号の説明】
１炭素粒、１１カーボンナノチューブ、１２アモルファスカーボン、１３粉砕物、２電子放出部、３カソード電極、４絶縁基板、５ゲート絶縁層、６ゲート電極、７等電位面。

Claims

電界の作用によって電子を放出するカーボンナノチューブを含有する電子放出部を備えた冷陰極の製造方法において、
カーボンナノチューブとアモルファスカーボンとからなる炭素粒を含有する導電性ペーストを用いて、カソード電極上に電子放出部をパターニングする電子放出部形成工程と、
電子放出部に０．５〜６Ｊ／ｍｍ²のレーザ照射密度のレーザを照射するレーザ照射工程と、
電子放出部の周囲にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程とを備えることを特徴とする冷陰極の製造方法。
前記レーザ照射工程において、炭素粒の粉砕によって発生した粉砕物がカーボンナノチューブを起立状に支持することを特徴とする請求項１記載の冷陰極の製造方法。
カソード電極に正電位、ゲート電極に負電位を与えるとともに、電子放出部をプラズマに曝露するプラズマ処理工程を備えることを特徴とする請求項１記載の冷陰極の製造方法。
プラズマ処理工程は、電子放出部の電位とプラズマ電位とが均衡する等電位面よりもゲート電極側にあるカーボンナノチューブ部分を除去することを特徴とする請求項３記載の冷陰極の製造方法。