JP2000268707A - 電界放出素子及びその製造方法 - Google Patents
電界放出素子及びその製造方法Info
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- JP2000268707A JP2000268707A JP7398599A JP7398599A JP2000268707A JP 2000268707 A JP2000268707 A JP 2000268707A JP 7398599 A JP7398599 A JP 7398599A JP 7398599 A JP7398599 A JP 7398599A JP 2000268707 A JP2000268707 A JP 2000268707A
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】歩留りよく大量生産することができる電界放出
素子を提供する。 【構成】外囲器２のアノード基板４の内面には、アノー
ド導体５と蛍光体層６からなるアノード７が設けられ
る。カソード基板３の内面には電界放出素子８が形成さ
れている。電界放出素子８は、導電電極９と凹凸層１０
とエミッション層１１とゲート電極１２を有する。凹凸
層１０は、導電粒子、抵抗粒子、絶縁粒子等からなる。
エミッション層１１はカーボンナノチューブ等からな
る。エミッション層１１に覆われた凹凸層１０のエッジ
部分にゲート電極１２による電界が集中し、エミッショ
ン層１１から電界電子が放出される。電子はゲート電極
１２を通過してアノード７の蛍光体層６に射突し、これ
を発光させる。
素子を提供する。 【構成】外囲器２のアノード基板４の内面には、アノー
ド導体５と蛍光体層６からなるアノード７が設けられ
る。カソード基板３の内面には電界放出素子８が形成さ
れている。電界放出素子８は、導電電極９と凹凸層１０
とエミッション層１１とゲート電極１２を有する。凹凸
層１０は、導電粒子、抵抗粒子、絶縁粒子等からなる。
エミッション層１１はカーボンナノチューブ等からな
る。エミッション層１１に覆われた凹凸層１０のエッジ
部分にゲート電極１２による電界が集中し、エミッショ
ン層１１から電界電子が放出される。電子はゲート電極
１２を通過してアノード７の蛍光体層６に射突し、これ
を発光させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出素子及び
その製造方法に関する。
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４に示すＦＥＤ(Field Emission Disp
lay)は、内部が高真空状態とされた薄型パネル状の外囲
器１００を有している。この外囲器１００は、陰極基板
１０１と陽極基板１０２を微小な間隔をおいて対面さ
せ、両基板１０１，１０２の各外周の間にスペーサ部材
を設けて封着した構造となっている。この外囲器１００
において、陽極基板１０２の内面には、陽極導体１０３
と該陽極導体１０３の表面に設けられた蛍光体層１０４
からなる陽極１０５が設けられている。また、陰極基板
１０１の内面には、電界放出形陰極１１０が設けられて
いる。電界放出形陰極１１０は、陰極基板１０１の内面
に設けられた陰極導体１１１と、陰極導体１１１に設け
られたコーン形状のエミッタ１１２と、エミッタ１１２
の先端に近接して設けられたゲート電極１１３とを有し
ている。陰極導体１１１とゲート電極１１３は絶縁層１
１４で絶縁されている。
lay)は、内部が高真空状態とされた薄型パネル状の外囲
器１００を有している。この外囲器１００は、陰極基板
１０１と陽極基板１０２を微小な間隔をおいて対面さ
せ、両基板１０１，１０２の各外周の間にスペーサ部材
を設けて封着した構造となっている。この外囲器１００
において、陽極基板１０２の内面には、陽極導体１０３
と該陽極導体１０３の表面に設けられた蛍光体層１０４
からなる陽極１０５が設けられている。また、陰極基板
１０１の内面には、電界放出形陰極１１０が設けられて
いる。電界放出形陰極１１０は、陰極基板１０１の内面
に設けられた陰極導体１１１と、陰極導体１１１に設け
られたコーン形状のエミッタ１１２と、エミッタ１１２
の先端に近接して設けられたゲート電極１１３とを有し
ている。陰極導体１１１とゲート電極１１３は絶縁層１
１４で絶縁されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図４に示した電界放出
素子を製作するには、真空蒸着装置等のように複雑で高
価な製造装置が必要となり、またかかる装置を用いた製
造には高度の製造技術が要求される。例えば、コーン形
状のエミッタ１１２を前記真空蒸着装置を用いて形成す
る工程では、同装置内で陰極基板１０１に対してＭｏを
斜め方向から蒸着しながら陰極基板１０１を回転させ、
Ｍｏが円錐形状に蒸着されるようにする。このような製
造方法は製造条件の設定が非常に微妙であり、一定の品
質の製品を効率的に製造することが困難である。即ち、
従来の電界放出素子の製造は装置コストが高く歩留りが
わるく、大量生産ができない、コスト高となるという問
題があった。
素子を製作するには、真空蒸着装置等のように複雑で高
価な製造装置が必要となり、またかかる装置を用いた製
造には高度の製造技術が要求される。例えば、コーン形
状のエミッタ１１２を前記真空蒸着装置を用いて形成す
る工程では、同装置内で陰極基板１０１に対してＭｏを
斜め方向から蒸着しながら陰極基板１０１を回転させ、
Ｍｏが円錐形状に蒸着されるようにする。このような製
造方法は製造条件の設定が非常に微妙であり、一定の品
質の製品を効率的に製造することが困難である。即ち、
従来の電界放出素子の製造は装置コストが高く歩留りが
わるく、大量生産ができない、コスト高となるという問
題があった。
【０００４】本発明は、歩留りよく大量生産することが
できる電界放出素子と、その製造方法を提供することを
目的としている。
できる電界放出素子と、その製造方法を提供することを
目的としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】請求項１に記載された
電界放出素子は、カソード基板と、前記カソード基板の
表面に形成された導電電極と、前記導電電極の表面に設
けられた凹凸層と、前記凹凸層を被覆して前記導電電極
に導通したエミッション層とを有している。
電界放出素子は、カソード基板と、前記カソード基板の
表面に形成された導電電極と、前記導電電極の表面に設
けられた凹凸層と、前記凹凸層を被覆して前記導電電極
に導通したエミッション層とを有している。
【０００６】請求項２に記載された電界放出素子は、請
求項１記載の電界放出素子において、前記凹凸層が、導
電粒子と抵抗粒子と絶縁粒子からなる群から選択された
一種類の粒子によって構成されたことを特徴としてい
る。
求項１記載の電界放出素子において、前記凹凸層が、導
電粒子と抵抗粒子と絶縁粒子からなる群から選択された
一種類の粒子によって構成されたことを特徴としてい
る。
【０００７】請求項３に記載された電界放出素子は、請
求項１記載の電界放出素子において、前記エミッション
層が、電界電子放出性のカーボン物質からなることを特
徴としている。
求項１記載の電界放出素子において、前記エミッション
層が、電界電子放出性のカーボン物質からなることを特
徴としている。
【０００８】請求項４に記載された電界放出素子は、請
求項１又は２又は３記載の電界放出素子において、前記
カーボン物質が、フラーレン、カーボンナノチューブ、
カーボンナノカプセルまたはそれらを含むカーボン材料
からなることを特徴としている。
求項１又は２又は３記載の電界放出素子において、前記
カーボン物質が、フラーレン、カーボンナノチューブ、
カーボンナノカプセルまたはそれらを含むカーボン材料
からなることを特徴としている。
【０００９】請求項５に記載された電界放出素子の製造
方法は、カソード基板の表面に形成された導電電極の表
面に凹凸層を形成し、前記導電電極に導通するエミッシ
ョン層を前記凹凸層を被覆して設けることを特徴として
いる。
方法は、カソード基板の表面に形成された導電電極の表
面に凹凸層を形成し、前記導電電極に導通するエミッシ
ョン層を前記凹凸層を被覆して設けることを特徴として
いる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の第１の例を
図１を参照して説明する。本例の電界放出形表示素子１
は、内部が高真空状態とされた薄型パネル状の外囲器２
を有している。この外囲器２は、カソード基板３とアノ
ード基板４を微小な間隔をおいて対面させ、両基板３，
４の各外周の間にスペーサ部材を設けて封着した構造と
なっている。この外囲器２において、アノード基板４の
内面には、アノード導体５と該アノード導体５の表面に
設けられた蛍光体層６からなるアノード７が設けられて
いる。また、カソード基板３の内面には、電子放出源で
あるカソードとして、電界放出素子８が形成されてい
る。電界放出素子８は、カソード基板３の内面に設けら
れた陰極導体である導電電極９と、導電電極９の表面に
設けられた凹凸層１０と、凹凸層１０を被覆して前記導
電電極９に導通したエミッション層１１とを有してい
る。さらに、電界放出素子８は、エミッション層１１の
上方に近接して設けられたゲート電極１２（引き出し電
極）を有している。図示しないが、ゲート電極１２はカ
ソード基板３の上面に設けられた絶縁層の上に配置され
ており、陰極導体とゲート電極１２は絶縁層で絶縁され
ている。
図１を参照して説明する。本例の電界放出形表示素子１
は、内部が高真空状態とされた薄型パネル状の外囲器２
を有している。この外囲器２は、カソード基板３とアノ
ード基板４を微小な間隔をおいて対面させ、両基板３，
４の各外周の間にスペーサ部材を設けて封着した構造と
なっている。この外囲器２において、アノード基板４の
内面には、アノード導体５と該アノード導体５の表面に
設けられた蛍光体層６からなるアノード７が設けられて
いる。また、カソード基板３の内面には、電子放出源で
あるカソードとして、電界放出素子８が形成されてい
る。電界放出素子８は、カソード基板３の内面に設けら
れた陰極導体である導電電極９と、導電電極９の表面に
設けられた凹凸層１０と、凹凸層１０を被覆して前記導
電電極９に導通したエミッション層１１とを有してい
る。さらに、電界放出素子８は、エミッション層１１の
上方に近接して設けられたゲート電極１２（引き出し電
極）を有している。図示しないが、ゲート電極１２はカ
ソード基板３の上面に設けられた絶縁層の上に配置され
ており、陰極導体とゲート電極１２は絶縁層で絶縁され
ている。
【００１１】本例の凹凸層１０は、例えば粒子径が数μ
ｍ以下の微細な粒子の集合によって構成されている。こ
の粒子は、、導電粒子、抵抗粒子、絶縁粒子のいずれで
もよいが、前記ゲート電極１２による電界が集中して電
子が放出されやすくなるエッジ効果が得られる程度に角
張った又は尖った形状・寸法の粒子がよい。なお、カソ
ードにおける電子放出の均一性を確保するため、凹凸層
１０を構成する粒子の粒度はある程度揃っていることが
望ましい。
ｍ以下の微細な粒子の集合によって構成されている。こ
の粒子は、、導電粒子、抵抗粒子、絶縁粒子のいずれで
もよいが、前記ゲート電極１２による電界が集中して電
子が放出されやすくなるエッジ効果が得られる程度に角
張った又は尖った形状・寸法の粒子がよい。なお、カソ
ードにおける電子放出の均一性を確保するため、凹凸層
１０を構成する粒子の粒度はある程度揃っていることが
望ましい。
【００１２】電界放出電流密度は、Fowler-Nordheim の
式では、j=[(A β2V2)/ φ] exp[(-B φ3/2)/ βV]で表
される（φは仕事関数、Ａ，Ｂは定数、Ｖは電圧、βは
電界集中因子）。従って、βが大きい程ｊは大きくな
り、又、β=2/[r ×ln(2d/r)]で表される（ｒはエミッ
タ先端部の半径、ｄはエミッタ−引き出し電極間距
離）。従ってｒが小さい程、βは増大し、ｊは増大す
る。
式では、j=[(A β2V2)/ φ] exp[(-B φ3/2)/ βV]で表
される（φは仕事関数、Ａ，Ｂは定数、Ｖは電圧、βは
電界集中因子）。従って、βが大きい程ｊは大きくな
り、又、β=2/[r ×ln(2d/r)]で表される（ｒはエミッ
タ先端部の半径、ｄはエミッタ−引き出し電極間距
離）。従ってｒが小さい程、βは増大し、ｊは増大す
る。
【００１３】本例のエミッション層１１は、電界電子放
出性のカーボン物質からなる。例えば、ダイヤモンドラ
イクカーボン（ＤＬＣ）、Ｃ６０等のカーボン、カーボ
ンナノチューブ等を用いることができる。
出性のカーボン物質からなる。例えば、ダイヤモンドラ
イクカーボン（ＤＬＣ）、Ｃ６０等のカーボン、カーボ
ンナノチューブ等を用いることができる。
【００１４】本例の電界放出素子８の製造工程を説明す
る。本例のエミッション層１１は、電界電子放出性のカ
ーボン物質（例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮ
Ｔ）、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ））をペー
スト化し、これを印刷法で前記凹凸層１０の上に均一に
印刷することによって構成できる。ペーストの成分は、
例えばエチルセルロースをテルピネオールに溶解した溶
液にＣＮＴを混合し良く分散したものがある。
る。本例のエミッション層１１は、電界電子放出性のカ
ーボン物質（例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮ
Ｔ）、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ））をペー
スト化し、これを印刷法で前記凹凸層１０の上に均一に
印刷することによって構成できる。ペーストの成分は、
例えばエチルセルロースをテルピネオールに溶解した溶
液にＣＮＴを混合し良く分散したものがある。
【００１５】エミッション層１１に覆われた凹凸層１０
のエッジ部分にゲート電極１２による電界が集中し、こ
れによってエミッション層１１から電界電子が放出され
る。電子はゲート電極１２を通過してアノード７の蛍光
体層６に射突し、これを発光させる。
のエッジ部分にゲート電極１２による電界が集中し、こ
れによってエミッション層１１から電界電子が放出され
る。電子はゲート電極１２を通過してアノード７の蛍光
体層６に射突し、これを発光させる。
【００１６】本発明の実施の形態の第２の例を図２を参
照して説明する。本例も電界放出形表示素子に関するも
のであるが、その構成の中の電界放出素子１８（陰極）
のみを説明する。ゲート電極及びその他の構成は第１の
例と同様である。
照して説明する。本例も電界放出形表示素子に関するも
のであるが、その構成の中の電界放出素子１８（陰極）
のみを説明する。ゲート電極及びその他の構成は第１の
例と同様である。
【００１７】カソード基板３の表面には導電電極９が形
成されている。導電電極９の表面には凹凸層１５が設け
られている。この凹凸層１５は、導電層又は抵抗層によ
って構成する。凹凸層１５の形状は、図示のように断面
矩形歯状であってカソード基板３の表面に対して一定の
高さで突出している。凹凸層１５の平面パターンはスト
ライプ状でも井桁状でもよい。凹凸層１５の表面は、第
１の例と同様にエミッション層１１で被覆されている。
成されている。導電電極９の表面には凹凸層１５が設け
られている。この凹凸層１５は、導電層又は抵抗層によ
って構成する。凹凸層１５の形状は、図示のように断面
矩形歯状であってカソード基板３の表面に対して一定の
高さで突出している。凹凸層１５の平面パターンはスト
ライプ状でも井桁状でもよい。凹凸層１５の表面は、第
１の例と同様にエミッション層１１で被覆されている。
【００１８】本発明の実施の形態の第３の例を図３を参
照して説明する。本例も電界放出形表示素子に関するも
のであるが、その構成の中の電界放出素子２８（陰極）
のみを説明する。ゲート電極及びその他の構成は第１の
例と同様である。
照して説明する。本例も電界放出形表示素子に関するも
のであるが、その構成の中の電界放出素子２８（陰極）
のみを説明する。ゲート電極及びその他の構成は第１の
例と同様である。
【００１９】カソード基板３の表面には導電電極９が形
成されている。導電電極９の表面には凹凸層２５が設け
られている。この凹凸層２５は、導電層又は抵抗層によ
って構成する。凹凸層２５の形状は、図示のように先端
が鋭角の鋸歯状であってカソード基板３の表面に対して
一定の高さで突出している。凹凸層２５の表面には、第
１の例と同様にエミッション層１１が被覆されている。
成されている。導電電極９の表面には凹凸層２５が設け
られている。この凹凸層２５は、導電層又は抵抗層によ
って構成する。凹凸層２５の形状は、図示のように先端
が鋭角の鋸歯状であってカソード基板３の表面に対して
一定の高さで突出している。凹凸層２５の表面には、第
１の例と同様にエミッション層１１が被覆されている。
【００２０】以上説明した各例の電子放出素子は、電界
が集中して電子を放出する多数のエミッタ部分を形成す
るため、凹凸層１０，１５，２５を設けて、その上にエ
ミッション層１１を形成している。そして、この凹凸層
１０，１５，２５は、従来のＦＥＤのエミッタのような
斜め蒸着法等による特殊な技術を用いることなく、印刷
法やエッチング等のようなプロセスが簡単で量産コスト
が安い技術的に安定した方法で精度よく形成することが
できる。また、エミッション層１１はペースト化したエ
ミッション物質を用いて印刷法で形成できるので、均一
性が良好で、安定した電子放出を行える。従って、各例
の電子放出素子は、従来のものよりも大面積・大量生産
に適しており、電界放出形表示素子用の電子源として特
に適している。
が集中して電子を放出する多数のエミッタ部分を形成す
るため、凹凸層１０，１５，２５を設けて、その上にエ
ミッション層１１を形成している。そして、この凹凸層
１０，１５，２５は、従来のＦＥＤのエミッタのような
斜め蒸着法等による特殊な技術を用いることなく、印刷
法やエッチング等のようなプロセスが簡単で量産コスト
が安い技術的に安定した方法で精度よく形成することが
できる。また、エミッション層１１はペースト化したエ
ミッション物質を用いて印刷法で形成できるので、均一
性が良好で、安定した電子放出を行える。従って、各例
の電子放出素子は、従来のものよりも大面積・大量生産
に適しており、電界放出形表示素子用の電子源として特
に適している。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、エッジ効果による電界
集中が起こりやすい凹凸層を導電電極の表面に形成し、
その上に電子を放出するエミッション層を形成してい
る。従って、本発明の電界放出素子は、従来のＦＥＤの
エミッタのような特殊な技術を用いることなく、プロセ
スが簡単で量産コストが安い技術的に安定した方法で精
度よく形成することができ、しかも均一性が良好で、安
定した電子放出を行える。従って、従来のものよりも大
面積・大量生産に適しており、電界放出形表示素子１用
の電子源として特に適している。
集中が起こりやすい凹凸層を導電電極の表面に形成し、
その上に電子を放出するエミッション層を形成してい
る。従って、本発明の電界放出素子は、従来のＦＥＤの
エミッタのような特殊な技術を用いることなく、プロセ
スが簡単で量産コストが安い技術的に安定した方法で精
度よく形成することができ、しかも均一性が良好で、安
定した電子放出を行える。従って、従来のものよりも大
面積・大量生産に適しており、電界放出形表示素子１用
の電子源として特に適している。
【図１】本発明の実施の形態の第１の例を示す断面図で
ある。
ある。
【図２】本発明の実施の形態の第２の例を示す断面図で
ある。
ある。
【図３】本発明の実施の形態の第３の例を示す断面図で
ある。
ある。
【図４】一般的な電界放出形表示素子の断面図である。
３ カソード基板 ８ 電界放出素子 ９ 導電電極 １０，１５，２５ 凹凸層 １１ エミッション層
Claims (5)
- 【請求項１】 カソード基板と、前記カソード基板の表
面に形成された導電電極と、前記導電電極の表面に設け
られた凹凸層と、前記凹凸層を被覆して前記導電電極に
導通したエミッション層とを有する電界放出素子。 - 【請求項２】 前記凹凸層が、導電粒子と抵抗粒子と絶
縁粒子からなる群から選択された一種類の粒子によって
構成された請求項１記載の電界放出素子。 - 【請求項３】 前記エミッション層が、電界電子放出性
のカーボン物質からなる請求項１記載の電界放出素子。 - 【請求項４】 前記カーボン物質が、フラーレン、カー
ボンナノチューブ、カーボンナノカプセルまたはそれら
を含むカーボン材料からなる請求項１又は２又は３記載
の電界放出素子。 - 【請求項５】 カソード基板の表面に形成された導電電
極の表面に凹凸層を形成し、前記導電電極に導通するエ
ミッション層を前記凹凸層を被覆して設けることを特徴
とする電界放出素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7398599A JP2000268707A (ja) | 1999-03-18 | 1999-03-18 | 電界放出素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7398599A JP2000268707A (ja) | 1999-03-18 | 1999-03-18 | 電界放出素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000268707A true JP2000268707A (ja) | 2000-09-29 |
Family
ID=13533921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7398599A Pending JP2000268707A (ja) | 1999-03-18 | 1999-03-18 | 電界放出素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000268707A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003060942A1 (fr) * | 2000-06-30 | 2003-07-24 | Kabushiki Kaisha Watanabe Shoko | Dispositif d'emission electronique |
| KR100450025B1 (ko) * | 2002-01-18 | 2004-09-24 | 일진나노텍 주식회사 | 탄소나노튜브를 이용한 3극구조를 가지는 평판형전계방출램프 및 그 제조방법 |
| JP2006164896A (ja) * | 2004-12-10 | 2006-06-22 | Canon Inc | 電子放出素子の製造方法、および該製造方法を用いた、電子源並びに画像表示装置の製造方法 |
| JP2006286563A (ja) * | 2005-04-05 | 2006-10-19 | Sonac Kk | 電子エミッタおよびその製造方法 |
| JP2007087643A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Mitsubishi Electric Corp | 電子放出源の製造方法およびそれにより製造された電子放出源 |
| KR100763893B1 (ko) * | 2006-02-01 | 2007-10-05 | 삼성에스디아이 주식회사 | 굴곡진 ｃｎｔ층을 갖는 전자방출소자의 제조 방법 |
| WO2008143636A1 (en) * | 2006-11-01 | 2008-11-27 | Wake Forest University | Solid state lighting compositions and systems |
| KR100893684B1 (ko) | 2003-01-29 | 2009-04-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전계 방출 표시장치 |
| US7754177B2 (en) | 2004-03-30 | 2010-07-13 | Hirofumi Takikawa | Carbon nanoballoon structure and method for preparation thereof, and electron emitter |
-
1999
- 1999-03-18 JP JP7398599A patent/JP2000268707A/ja active Pending
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