JP2001035361A - Manufacture of electron emitting source, the electron emitting source and fluorescent type display - Google Patents
Manufacture of electron emitting source, the electron emitting source and fluorescent type displayInfo
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電子を放出する電
子放出源の製造方法、これによって製造した電子放出源
及び前記電子放出源を使用した蛍光発光型表示器に関す
る。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a method for manufacturing an electron emission source for emitting electrons, an electron emission source manufactured by the method, and a fluorescent display using the electron emission source.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、カソード導体とゲート電極
（引き出し電極）間に、電子を放出する電子放出材料に
よって形成されたエミッタを配設し、前記カソード導体
とゲート電極間に電圧を印加することにより前記エミッ
タから電子を放出する電子放出源が一部で実用化され
又、研究が進められている。2. Description of the Related Art Conventionally, an emitter formed of an electron emitting material that emits electrons is disposed between a cathode conductor and a gate electrode (lead electrode), and a voltage is applied between the cathode conductor and the gate electrode. Accordingly, an electron emission source that emits electrons from the emitter has been partially put into practical use, and research has been advanced.
【０００３】電界の作用によって電子を放出する電界電
子放出源は、金属または半導体等の表面の印加電界を１
０９Ｖ／ｍ程度にするとトンネル効果により障壁を通過
して常温でも真空中に電子放出が行われる現象であり、
熱エネルギーを利用する電子源（熱電子放出源）に比
べ、省エネルギーで長寿命化が可能等、多くの優れた点
を有している。エミッタ材料としては、シリコン等の半
導体、タングステン、モリブデンなどの金属、ダイヤモ
ンドライクカーボン（ＤＬＣ；Diamond-Like Carbon）
等がある。A field electron emission source that emits electrons by the action of an electric field reduces the electric field applied to the surface of a metal or semiconductor by one.
When it is set to about 09 V / m, electrons are emitted into a vacuum even at room temperature through a barrier due to a tunnel effect.
Compared to an electron source that uses thermal energy (thermoelectron emission source), it has many advantages, such as energy saving and a longer life. Emitter materials include semiconductors such as silicon, metals such as tungsten and molybdenum, and diamond-like carbon (DLC).
Etc.
【０００４】エミッタに印加される電界強度によって、
その引き出し電流が決定されるため、低電圧駆動で高効
率な電子放出源を構成するためには、鋭利な先端を持つ
エミッタを使用する必要があるため、前記半導体や金属
等を使用してエミッタを形成する場合には、電子放出部
の先端を鋭利な針状に加工することが必要となる。しか
しながら、前記半導体や金属等の先端を鋭利な針状に加
工することは容易でなく又、大規模な装置が必要になる
ため極めて高価になるという問題がある。[0004] Depending on the electric field strength applied to the emitter,
Since the extraction current is determined, it is necessary to use an emitter having a sharp tip in order to configure a high-efficiency electron emission source with low voltage driving. In the case where is formed, it is necessary to process the tip of the electron emission portion into a sharp needle shape. However, it is not easy to process the tip of the semiconductor, metal, or the like into a sharp needle shape, and there is a problem that a large-scale device is required and the cost becomes extremely high.
【０００５】以上の点から、最近、カーボンナノチュー
ブが電子放出材料として注目されつつある。カーボンナ
ノチューブはその外径が１〜数１０ｎｍと非常に小さい
線状のカーボン材料であり、形状的には電界集中が起き
やすく低電圧で電子放出を行わせるのに十分な構造形態
を持ち、その材料であるカーボンは化学的に安定、機械
的にも強靱であるという特徴を持つため、エミッタに適
した材料である。[0005] In view of the above, recently, carbon nanotubes have been receiving attention as electron-emitting materials. Carbon nanotubes are linear carbon materials whose outer diameters are as small as 1 to several tens of nanometers.Electrical field concentration is likely to occur, and the carbon nanotubes have a structure sufficient to emit electrons at low voltage. Carbon, which is a material, is characterized by being chemically stable and mechanically tough, and is therefore a suitable material for the emitter.
【０００６】例えば、カーボンナノチューブを利用した
電子放出源として、特開平１０−３１９５４号公報に開
示された電子放出源がある。前記電子放出源は、カーボ
ンナノチューブを含むペースト材料をカソード導体上、
あるいは前記カソード導体上に被着された抵抗層上に印
刷後、焼成し、その上方にリブ状のゲート電極を配置し
た構造のものがあり、前記カソード導体とゲート電極間
に電圧を印加することにより、電子を放出させることが
できる。また、前記電子放出源を蛍光発光型表示器の電
子放出源として使用する場合には、前記電子放出源に対
向するように蛍光体を被着したアノード電極を設けて、
これらを真空気密容器内に配設することによって蛍光発
光型表示器を形成する。かかる構成とすることにより、
前記ゲート電極及びアノード電極を所定の正電位に駆動
することによって、前記カーボンナノチューブから放出
される電子により前記蛍光体を励起し、発光表示させる
ことができる。For example, as an electron emission source using a carbon nanotube, there is an electron emission source disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-31954. The electron emission source is a paste material containing carbon nanotubes on a cathode conductor,
Alternatively, there is a structure in which printing is performed on the resistive layer adhered on the cathode conductor, firing is performed, and a rib-shaped gate electrode is disposed above the resistive layer, and a voltage is applied between the cathode conductor and the gate electrode. Thereby, electrons can be emitted. When the electron emission source is used as an electron emission source of a fluorescent light emitting display, an anode electrode provided with a phosphor is provided so as to face the electron emission source,
These are arranged in a vacuum-tight container to form a fluorescent display. With such a configuration,
By driving the gate electrode and the anode electrode to a predetermined positive potential, the phosphors can be excited by the electrons emitted from the carbon nanotubes to perform light emission display.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】前記公報に記載された
電子放出源においては、カーボンナノチューブを含むカ
ーボン材料をペースト化し、このペースト材料を印刷形
成後、乾燥、焼成するにすぎないため、前記カーボン材
料をペースト化するための溶剤に含まれる成分が焼成後
も残存し、これがカーボンナノチューブの表面を覆った
状態でエミッタが形成されるため、エミッタの仕事関数
が高くなってしまう。よって、低電圧での電子放出が困
難になり又、電子放出効率が低いという問題があった。
また、電子放出源として微細で複雑な構造の電子放出源
の洗浄が困難であった。In the electron emission source described in the above publication, a carbon material containing carbon nanotubes is formed into a paste, and the paste material is formed by printing, followed by drying and firing. The components contained in the solvent for pasting the material remain even after firing, and the emitters are formed in a state where they cover the surfaces of the carbon nanotubes, so that the work function of the emitters is increased. Therefore, there are problems that it becomes difficult to emit electrons at a low voltage and the electron emission efficiency is low.
Further, it has been difficult to clean an electron emission source having a fine and complicated structure as an electron emission source.
【０００８】また、カーボンナノチューブ以外にも微少
なカーボン材料としてフラーレン、ナノパーティクル、
ナノカプセルあるいはカーボンナノホーン等が注目され
ているが、これらのペースト材料を用いてエミッタを形
成した場合にも、前記同様に、低電圧で高効率に電子放
出を生じさせることが困難であるという問題があった。
したがって、前記方法で得られた電子放出源を蛍光発光
型表示器に使用した場合に、低電圧の駆動では高輝度な
発光表示を得ることが困難であるという問題があった。[0008] In addition to carbon nanotubes, fine carbon materials such as fullerenes, nanoparticles,
Nanocapsules or carbon nanohorns are attracting attention. However, even when an emitter is formed using these paste materials, it is difficult to efficiently generate electrons at a low voltage, as described above. was there.
Therefore, when the electron emission source obtained by the above method is used for a fluorescent display, there is a problem that it is difficult to obtain a high-luminance light-emitting display by driving at a low voltage.
【０００９】本発明は、前記問題点に鑑み成されたもの
で、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティ
クル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少な
くとも一つを有するカーボン材料を用いて、低電圧駆動
で高効率な電子放出を可能にすることを課題としてい
る。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has been developed by using a carbon material having at least one of carbon nanotubes, fullerenes, nanoparticles, nanocapsules, and carbon nanohorns at a low voltage driving and a high voltage. The objective is to enable efficient electron emission.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、カソー
ド導体とゲート電極間にエミッタを配設し、前記カソー
ド導体とゲート電極間に電圧を印加することにより前記
エミッタから電子を放出する電子放出源の製造方法にお
いて、絶縁基板にカソード導体を被着する工程と、前記
カソード導体にカーボンナノチューブ、フラーレン、ナ
ノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーン
の中の少なくとも一つを含むペースト材料を被着してエ
ミッタを形成する工程と、前記エミッタの表面をドライ
エッチングによりエッチング処理する工程と、前記エミ
ッタから離間する位置にゲート電極を形成する工程とを
備えて成ることを特徴とする電子放出源の製造方法が提
供される。According to the present invention, an emitter is provided between a cathode conductor and a gate electrode, and electrons are emitted from the emitter by applying a voltage between the cathode conductor and the gate electrode. In the method for manufacturing an emission source, a step of applying a cathode conductor to an insulating substrate, and applying a paste material containing at least one of carbon nanotubes, fullerenes, nanoparticles, nanocapsules, and carbon nanohorns to the cathode conductor. Forming an emitter by dry etching the surface of the emitter by dry etching; and forming a gate electrode at a position separated from the emitter. A method is provided.
【００１１】また、本発明によれば、カソード導体とゲ
ート電極間にエミッタを配設し、前記カソード導体とゲ
ート電極間に電圧を印加することにより前記エミッタか
ら電子を放出する電子放出源の製造方法において、絶縁
基板にカソード導体を被着する工程と、前記カソード導
体に抵抗層を被着する工程と、前記抵抗層にカーボンナ
ノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプ
セル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを含
むペースト材料を被着してエミッタを形成する工程と、
前記エミッタの表面をドライエッチングによりエッチン
グ処理する工程と、前記エミッタから離間する位置にゲ
ート電極を形成する工程とを備えて成ることを特徴とす
る電子放出源の製造方法が提供される。According to the present invention, an emitter is provided between a cathode conductor and a gate electrode, and an electron emission source for emitting electrons from the emitter by applying a voltage between the cathode conductor and the gate electrode. A method comprising: applying a cathode conductor to an insulating substrate; applying a resistive layer to the cathode conductor; and providing the resistive layer with at least one of carbon nanotubes, fullerenes, nanoparticles, nanocapsules, and carbon nanohorns. Forming an emitter by applying a paste material including
There is provided a method for manufacturing an electron emission source, comprising: a step of etching the surface of the emitter by dry etching; and a step of forming a gate electrode at a position separated from the emitter.
【００１２】ここで、前記ドライエッチングとして、Ｈ
２又はＯ２を含むエッチングガス、あるいは、ＣｘＨｙ
系ガス又はＣｘＨｙＦｚ系ガスを含むエッチングガスを
使用した反応性イオンエッチングを使用してもよい。ま
た、本発明によれば、カソード導体とゲート電極間にエ
ミッタを配設し、前記カソード導体とゲート電極間に電
圧を印加することにより前記エミッタから電子を放出す
る電子放出源において、前記エミッタは、カーボンナノ
チューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセ
ル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有す
るカーボン材料を、直接又は抵抗層を介して前記カソー
ド導体に被着すると共に、前記カーボン材料をドライエ
ッチングによってエッチング処理することにより形成し
たことを特徴とする電子放出源が提供される。Here, as the dry etching, H
Gas containing C 2 or O 2 , or C x H y
An etching gas containing system gas or C x H y F z based gas may be used reactive ion etching using. According to the invention, an emitter is provided between a cathode conductor and a gate electrode, and an electron emission source that emits electrons from the emitter by applying a voltage between the cathode conductor and the gate electrode, wherein the emitter is A carbon material having at least one of carbon nanotubes, fullerenes, nanoparticles, nanocapsules and carbon nanohorns is applied to the cathode conductor directly or via a resistance layer, and the carbon material is etched by dry etching. An electron emission source characterized by being formed by processing is provided.
【００１３】さらに、本発明によれば、電子放出源及び
蛍光体が被着されたアノード電極を真空気密容器内に配
設し、前記電子放出源から放出される電子を前記蛍光体
に射突させることにより発光表示を行う蛍光発光型表示
器において、前記電子放出源電子放出源を使用したこと
を特徴とする蛍光発光型表示器が提供される。Further, according to the present invention, an anode electrode on which an electron emission source and a phosphor are adhered is disposed in a vacuum hermetic container, and electrons emitted from the electron emission source are projected on the phosphor. The present invention provides a fluorescent light emitting display that performs light emission display by using the electron emission source and the electron emission source.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実
施の形態について説明する。尚、各図において同一部分
には同一符号を付している。図１乃至図３は、本発明の
実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するため
の側断面図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals. 1 to 3 are side sectional views for explaining a method of manufacturing an electron emission source according to an embodiment of the present invention.
【００１５】先ず、図１において、硼珪酸ガラス等の絶
縁基板１０１上に、銀ペーストをスクリーン印刷により
被着し、焼成することによって、カソード導体１０２を
約５μｍ程度の膜厚に被着形成する。次に、図２に示す
ように、カソード導体１０２の上部に、電子放出の安定
化や電極短絡時の過電流防止を図るための抵抗体材料を
スクリーン印刷により約５μｍ程度の膜厚に被着し、焼
成することによって抵抗層２０１被着形成する。抵抗層
２０１の材料としては、ＲｕＯ２系の抵抗体材料等が使
用できる。First, in FIG. 1, a silver paste is applied by screen printing on an insulating substrate 101 made of borosilicate glass or the like, followed by firing to form a cathode conductor 102 to a thickness of about 5 μm. . Next, as shown in FIG. 2, a resistor material for stabilizing electron emission and preventing overcurrent when an electrode is short-circuited is deposited on the cathode conductor 102 to a thickness of about 5 μm by screen printing. Then, by firing, the resistive layer 201 is formed. As a material of the resistance layer 201, a RuO 2 -based resistor material or the like can be used.
【００１６】次に、カーボンナノチューブを含むペース
ト材料を、図３に示すように、スクリーン印刷により抵
抗層２０１上に塗布して、カーボンナノチューブを含む
エミッタ３０１を約１０μｍ程度の膜厚に形成する。
尚、カーボンナノチューブを含むペースト材料として
は、アーク放電法によって生成したカーボンナノチュー
ブを含むカーボン材料を、エチルセルローズをテルピオ
ネールに溶解した溶液に、超音波等によって良く分散し
たものを使用することができる。また、抵抗層２０１と
の固着強度を増すために、焼成後にも残る無機系の接着
剤（ガラス系、金属アルコキシド等）を適宜添加するこ
とができる。Next, as shown in FIG. 3, a paste material containing carbon nanotubes is applied on the resistance layer 201 by screen printing to form an emitter 301 containing carbon nanotubes to a thickness of about 10 μm.
As the paste material containing carbon nanotubes, it is possible to use a material obtained by dispersing a carbon material containing carbon nanotubes produced by an arc discharge method in a solution of ethyl cellulose dissolved in terpionaire by ultrasonic waves or the like. . In addition, in order to increase the bonding strength with the resistance layer 201, an inorganic adhesive (a glass, a metal alkoxide, or the like) remaining after firing can be appropriately added.
【００１７】次に、所定温度（例えば、約１００度Ｃ程
度）まで昇温してペースト状のエミッタ３０１を乾燥さ
せた後、所定温度（例えば、約５００度Ｃ程度）の大気
中下で焼成することにより、絶縁基板１０１上に、カソ
ード導体１０２、抵抗層２０１及びエミッタ３０１が積
層被着されたカソード基板３０２が完成する。Next, after the temperature is raised to a predetermined temperature (for example, about 100 ° C.) to dry the paste-like emitter 301, the paste is fired in the air at a predetermined temperature (for example, about 500 ° C.). Thereby, the cathode substrate 302 in which the cathode conductor 102, the resistance layer 201, and the emitter 301 are laminated and attached on the insulating substrate 101 is completed.
【００１８】次に、前記のようにして形成されたカソー
ド基板３０２を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によ
りエッチング処理する。図６は、カソード基板３０１に
ＲＩＥ処理を施すための装置を示す図で、チャンバ６０
１内に設けられた上部電極６０２に対向するように、下
部電極６０３上にカソード基板３０２を配置し、図示し
ないガス注入、排出口を通してエッチングガスを注入、
排出することによってエッチングガスを供給すると共
に、接地された上部電極６０２と下部電極６０３との間
に、高周波電源６０４から高周波（例えば１３．５６Ｍ
Ｈｚ）電力を供給する。これにより、カソード基板３０
２のエミッタ３０１の表面をエッチング処理する。Next, the cathode substrate 302 formed as described above is etched by reactive ion etching (RIE). FIG. 6 shows an apparatus for performing RIE processing on the cathode substrate 301.
1, a cathode substrate 302 is disposed on the lower electrode 603 so as to face the upper electrode 602 provided therein, and an etching gas is injected through a gas injection and discharge port (not shown).
The etching gas is supplied by discharging the gas, and a high frequency power (for example, 13.56 M) is supplied between a grounded upper electrode 602 and a lower electrode 603 from a high frequency power supply 604.
Hz) supply power. Thereby, the cathode substrate 30
The surface of the second emitter 301 is etched.
【００１９】ここで、エッチングガスとして、例えば、
Ｈ２又はＯ２を含むエッチングガス、あるいは、ＣＨＦ
３、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ５Ｆ１２等のＣｘ
Ｈｙ系又はＣｘＨｙＦｚ系ガスを含むエッチングガス等
が使用できる。前記エッチング処理により、エミッタ３
０１のカーボンナノチューブの表面に被着した溶媒成分
等が除去され、エミッタ３０１のカーボンナノチューブ
自体がエミッタ３０１の表面に露出する。Here, as an etching gas, for example,
Etching gas containing H 2 or O 2 , or CHF
3, CF 4, C 2 F 6, C 3 F 8, C 5 F 12 or the like of C x
Etching gas or the like can be used including H y type or C x H y F z based gas. By the etching process, the emitter 3
The solvent component and the like adhered to the surface of the carbon nanotube No. 01 are removed, and the carbon nanotube itself of the emitter 301 is exposed on the surface of the emitter 301.
【００２０】次に、図４に示すように、カソード基板３
０２上で各エミッタ３０１間の凹部内に、ガラス製絶縁
層（リブ）４０１を約４０μｍ程度の厚みに形成すると
共に、該絶縁性リブ４０１上に約５μｍ程度の膜厚のゲ
ート電極４０２を積層被着することにより、リブ状ゲー
ト電極４０３を形成し、これにより電界放出型の電子放
出源が完成する。尚、リブ状ゲート電極４０３の形成方
法としては、例えば、転写用基板（図示せず）上に、ゲ
ート電極４０２を形成した後、ゲート電極４０２上に絶
縁性リブ４０１を積層形成し、さらに絶縁性リブ４０１
上に接着剤（図示せず）を積層被着し、これらを、図４
に示す位置に位置合わせを行って転写するようにしても
よい。Next, as shown in FIG.
A glass insulating layer (rib) 401 having a thickness of about 40 μm is formed in a recess between the emitters 301 on the gate electrode 02, and a gate electrode 402 having a thickness of about 5 μm is laminated on the insulating rib 401. By attaching, a rib-shaped gate electrode 403 is formed, whereby a field emission type electron emission source is completed. As a method for forming the rib-shaped gate electrode 403, for example, after forming a gate electrode 402 on a transfer substrate (not shown), an insulating rib 401 is formed on the gate electrode 402 by lamination. Sex rib 401
An adhesive (not shown) is laminated on the top, and these are
The transfer may be performed after the position is adjusted to the position shown in FIG.
【００２１】このようにして得られた電子放出源におい
ては、カソード導体１０２とゲート電極４０２間に所定
の電圧を印加することにより、エミッタ３０１の露出し
たカーボンナノチューブに電界の集中が生じる。したが
って、電子放出の開始電圧が低くなり、低電圧で高効率
に電子放出を生じさせることが可能になる。また、抵抗
層２０１の存在により、電子放出の安定化や、ゲート電
極４０２とエミッタ３０１とが短絡した際の過電流の防
止が図り得る。In the electron emission source obtained as described above, when a predetermined voltage is applied between the cathode conductor 102 and the gate electrode 402, an electric field is concentrated on the carbon nanotube exposed from the emitter 301. Therefore, the starting voltage of electron emission is reduced, and electron emission can be generated with high efficiency at a low voltage. Further, the presence of the resistance layer 201 can stabilize electron emission and prevent an overcurrent when the gate electrode 402 and the emitter 301 are short-circuited.
【００２２】尚、本実施の形態においては、エミッタ３
０１表面のエッチング処理は、リブ状ゲート電極４０３
を形成する前に行うようにしたが、リブ状ゲート電極４
０３を形成した後に行うようにしてもよい。また、エッ
チング処理は、ＲＩＥを使用したが、プラズマエッチン
グやスパッタエッチング等、各種のドライエッチングが
使用できる。さらに、ゲート電極をリブ状のゲート電極
によって形成したが、メッシュ状ゲート電極等、他の構
造のゲート電極を使用することもできる。また、電子放
出の安定化や電極短絡時の過電流防止が特に必要とされ
ない場合や、他の構造によって実現できる場合等には、
抵抗層２０１は不要である。この場合、エミッタ３０１
はカソード導体１０２に直接被着形成されることにな
る。In this embodiment, the emitter 3
01 is etched on the rib-shaped gate electrode 403.
Is formed before the formation of the rib-shaped gate electrode 4.
It may be performed after the formation of 03. Although RIE is used for the etching process, various types of dry etching such as plasma etching and sputter etching can be used. Further, although the gate electrode is formed by a rib-shaped gate electrode, a gate electrode having another structure such as a mesh-shaped gate electrode may be used. In addition, when stabilization of electron emission and prevention of overcurrent at the time of electrode short-circuit are not particularly required, or when it can be realized by another structure,
The resistance layer 201 is unnecessary. In this case, the emitter 301
Is formed directly on the cathode conductor 102.
【００２３】また、エミッタ３０１の材料としてカーボ
ンナノチューブを含むカーボン材料を使用したが、フラ
ーレン、ナノパーティクル、ナノカプセルあるいはカー
ボンナノホーンを含むカーボン材料も使用することが可
能である。即ち、エミッタ３０１の材料として、カーボ
ンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノ
カプセル及びカーボンナノホーンの中、少なくとも一つ
を有するカーボン材料を含むペースト材料を使用するこ
とが可能である。Although a carbon material containing carbon nanotubes is used as the material of the emitter 301, a carbon material containing fullerene, nanoparticle, nanocapsule or carbon nanohorn can be used. That is, as the material of the emitter 301, a paste material including a carbon material having at least one of carbon nanotubes, fullerenes, nanoparticles, nanocapsules, and carbon nanohorns can be used.
【００２４】次に、前記電子放出源を使用して、蛍光発
光型表示器を形成する。図５は、本発明の実施の形態に
係る蛍光発光型表示器の一部切欠き側面図であり、前記
の如くして製造した電子放出源を使用した例である。図
５において、蛍光発光型表示器は、硼珪酸ガラスによっ
て形成された背面基板としての絶縁基板１０１、硼珪酸
ガラスによって形成された前面基板としての透光性の絶
縁基板５０１、及び、絶縁基板１０１、５０１の周囲を
封着するシールガラス５０４とを有し、その内部が真空
状態に保持された真空気密容器を備えている。Next, a fluorescent display is formed using the electron emission source. FIG. 5 is a partially cutaway side view of the fluorescent light emitting display according to the embodiment of the present invention, which is an example using the electron emission source manufactured as described above. In FIG. 5, the fluorescent display device includes an insulating substrate 101 as a back substrate formed of borosilicate glass, a light-transmitting insulating substrate 501 as a front substrate formed of borosilicate glass, and an insulating substrate 101. , 501 and a sealing glass 504 for sealing the periphery of the container, and a vacuum-tight container whose inside is kept in a vacuum state.
【００２５】また、前述したように、絶縁基板１０１の
内面上には、カソード導体１０２、カソード導体１０２
に連続して被着形成された抵抗層２０１、抵抗層２０１
に連続して被着形成されたエミッタ３０１が積層被着さ
れている。さらに、絶縁基板１０１の内面上にはエミッ
タ３０１間の凹部内に、絶縁性リブ４０１及びゲート電
極４０２が積層されたリブ状ゲート電極４０３が被着形
成されている。一方、絶縁基板５０１の内面上には、ア
ノード電極５０２及びアノード電極５０２に被着された
蛍光体５０３が積層配設されている。As described above, on the inner surface of the insulating substrate 101, the cathode conductor 102, the cathode conductor 102
Layer 201 continuously formed on the resistive layer 201, the resistive layer 201
The emitter 301 is formed in a continuous manner. Further, on the inner surface of the insulating substrate 101, a rib-shaped gate electrode 403 in which an insulating rib 401 and a gate electrode 402 are stacked is formed in a concave portion between the emitters 301. On the other hand, on the inner surface of the insulating substrate 501, an anode electrode 502 and a phosphor 503 attached to the anode electrode 502 are laminated.
【００２６】尚、文字やグラフィック等を表示する形式
の蛍光発光型表示器の場合には、カソード導体１０２、
アノード電極５０２及びゲート電極４０２は、各々、マ
トリクス状に形成する、あるいは、特定の電極をベタ状
に形成して他の電極をマトリクス状に形成する等、適宜
目的に応じたパターンに形成する。また、大画面表示装
置の画素用発光素子として使用する蛍光発光型表示器の
場合にも、前記各電極のパターンを適宜選定して形成す
る。In the case of a fluorescent light emitting display of a type for displaying characters, graphics, etc., the cathode conductor 102,
The anode electrode 502 and the gate electrode 402 are formed in a pattern suitable for the purpose, such as forming them in a matrix, or forming a specific electrode in a solid shape and forming other electrodes in a matrix. Also, in the case of a fluorescent light emitting display used as a light emitting element for a pixel of a large screen display device, the pattern of each electrode is appropriately selected and formed.
【００２７】上記構成の蛍光発光型表示器において、カ
ソード導体１０２、ゲート電極４０２及びアノード電極
５０２に所定電圧の駆動信号を供給することにより蛍光
体５０３が発光し、各電極の形成パターンや駆動信号に
応じて、文字やグラフィック等の発光表示、あるいは発
光素子としての発光表示を行わせることができる。この
とき、エミッタ３０１の表面に露出したカーボンナノチ
ューブに電界集中が生じるため、低電圧駆動により、高
輝度で高品位な発光表示を得ることが可能になる。In the fluorescent light-emitting display device having the above-described structure, a driving signal of a predetermined voltage is supplied to the cathode conductor 102, the gate electrode 402, and the anode electrode 502, so that the phosphor 503 emits light. Accordingly, light-emitting display such as characters and graphics or light-emitting display as a light-emitting element can be performed. At this time, since an electric field is concentrated on the carbon nanotubes exposed on the surface of the emitter 301, high-luminance and high-quality light-emitting display can be obtained by low-voltage driving.
【００２８】以上述べたように本発明の実施の形態に係
る電子放出源の製造方法は、カソード導体とゲート電極
間にエミッタを配設し、前記カソード導体とゲート電極
間に電圧を印加することにより前記エミッタから電子を
放出する電子放出源の製造方法において、硼珪酸ガラス
等の絶縁基板１０１に銀やアルミニウム等のカソード導
体１０２を被着する工程と、カーボンナノチューブ、フ
ラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボ
ンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材
料を電子放出材料として使用し該電子放出材料を含むペ
ースト材料を前記カソード導体に被着してエミッタ３０
１を形成する工程と、エミッタ３０１を焼成する工程
と、前記焼成されたエミッタ３０１の表面をＲＩＥ等の
ドライエッチングによりエッチング処理する工程と、エ
ミッタ３０１から離間した位置にゲート電極（例えば、
リブ状あるいはメッシュ状のゲート電極）４０２を形成
する工程とを備えて成ることを特徴としている。したが
って、前記カーボン材料の表面に被着した溶媒成分等が
除去されて、カーボン材料であるカーボンナノチュー
ブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセルある
いはカーボンナノホーン自身が露出し、前記露出したカ
ーボン材料に電界集中が生じるため、低電圧で高効率に
電子放出を生じる電子放出源を製造することが可能にな
る。As described above, the method of manufacturing an electron emission source according to the embodiment of the present invention comprises the steps of disposing an emitter between a cathode conductor and a gate electrode, and applying a voltage between the cathode conductor and the gate electrode. In the method of manufacturing an electron emission source for emitting electrons from the emitter, a step of attaching a cathode conductor 102 such as silver or aluminum to an insulating substrate 101 such as borosilicate glass, and a step of depositing carbon nanotubes, fullerenes, nanoparticles, and nanocapsules And a carbon material having at least one of carbon nanohorns as an electron-emitting material, and applying a paste material containing the electron-emitting material to the cathode conductor to form an emitter 30.
1, a step of firing the emitter 301, a step of etching the surface of the fired emitter 301 by dry etching such as RIE, and a step of forming a gate electrode (for example,
Forming a rib-shaped or mesh-shaped gate electrode) 402. Therefore, the solvent component and the like adhered to the surface of the carbon material are removed, and the carbon nanotubes, fullerenes, nanoparticles, nanocapsules, or the carbon nanohorns themselves, which are carbon materials, are exposed. Therefore, it becomes possible to manufacture an electron emission source that emits electrons with high efficiency at a low voltage.
【００２９】また、前記製造工程中、カソード導体１０
２を被着する工程とエミッタ３０１を形成する工程の間
に、ＲｕＯ２系の抵抗材料等によって形成した抵抗層２
０１をカソード導体１０２に被着する工程を付加するよ
うにしてもよい。即ち、絶縁基板１０１上にカソード導
体１０２を被着する工程と、カソード導体１０２に抵抗
層２０１を被着する工程と、抵抗層２０１にカーボンナ
ノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプ
セル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有
するカーボン材料を含むペースト材料を被着してエミッ
タ３０１を形成する工程とを備えるようにしてもよい。
これにより、前記のように低電圧で高効率に電子放出を
生じる電子放出源を製造することが可能になるだけでな
く、電子放出の安定化や電極短絡時の過電流防止が可能
な電子放出源の製造方法が提供される。During the manufacturing process, the cathode conductor 10
2 during the step of forming a step and emitter 301 depositing, resistive layer 2 formed by the resistance material of RuO 2 system and the like
01 may be added to the cathode conductor 102. That is, a step of attaching the cathode conductor 102 on the insulating substrate 101, a step of attaching the resistance layer 201 to the cathode conductor 102, and a step of attaching the carbon nanotube, fullerene, nanoparticle, nanocapsule, and carbon nanohorn to the resistance layer 201. Forming a emitter 301 by applying a paste material containing a carbon material having at least one of the following.
This makes it possible not only to manufacture an electron emission source that efficiently emits electrons at a low voltage as described above, but also to stabilize electron emission and prevent overcurrent at the time of electrode short-circuit. A method for producing a source is provided.
【００３０】また、本発明の実施の形態によれば、カソ
ード導体１０２とゲート電極４０２間にエミッタ３０１
を配設し、カソード導体１０２とゲート電極４０２間に
電圧を印加することによりエミッタ３０１から電子を放
出する電子放出源において、エミッタ３０１は、カーボ
ンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノ
カプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つ
を有するカーボン材料によって形成されると共に、直接
又は抵抗層２０１を介してカソード導体１０２に積層被
着されて成り、前記カーボン材料はドライエッチングに
よってエッチング処理されていることを特徴とする電子
放出源が提供される。したがって、低電圧で高効率に電
子放出を発生することが可能になり又、電子放出の安定
化や電極短絡時の過電流防止が可能になる。According to the embodiment of the present invention, the emitter 301 is located between the cathode conductor 102 and the gate electrode 402.
And an electron emission source that emits electrons from the emitter 301 by applying a voltage between the cathode conductor 102 and the gate electrode 402. The emitter 301 includes carbon nanotubes, fullerenes, nanoparticles, nanocapsules, and carbon nanohorns. And a carbon material having at least one of the carbon materials, and is laminated and applied to the cathode conductor 102 directly or via the resistance layer 201, and the carbon material is etched by dry etching. An electron emission source is provided. Therefore, electron emission can be generated with high efficiency at a low voltage, and the electron emission can be stabilized and overcurrent can be prevented when an electrode is short-circuited.
【００３１】さらに本発明の実施の形態によれば、蛍光
表示管や蛍光発光管等、電子放出源、蛍光体及び前記蛍
光体が被着されたアノード電極を真空気密容器内に配設
し、前記電子放出源から放出される電子を前記蛍光体に
射突させることにより発光表示を行う蛍光発光型表示器
において、電子放出源として、前記のようにして得られ
た電子放出源を使用することにより、低電圧駆動によ
り、高輝度で高品位な発光表示を得ることが可能にな
る。Further, according to the embodiment of the present invention, an electron emission source, a phosphor and an anode electrode to which the phosphor is attached, such as a fluorescent display tube and a fluorescent arc tube, are arranged in a vacuum-tight container. In the fluorescent light-emitting display device that performs light-emitting display by causing electrons emitted from the electron emission source to strike the phosphor, the electron emission source obtained as described above is used as an electron emission source. Accordingly, high-luminance and high-quality light-emitting display can be obtained by low-voltage driving.
【００３２】尚、前記実施の形態においては、カソード
導体１０２に対してゲート電極４０２を上方に配設する
立体構造の電子放出源の例で説明したが、カソード導体
とゲート電極の双方を絶縁基板上の同一平面上に配設す
ることにより、平面的な電子放出源を構成することも可
能である。In the above-described embodiment, an example of the three-dimensional electron emission source in which the gate electrode 402 is disposed above the cathode conductor 102 has been described. By arranging them on the same plane, a planar electron emission source can be formed.
【００３３】[0033]
【実施例】図７は本発明の実施例に係る電子放出源の特
性評価を行うための装置を示す側断面図で、図８は本実
施例の特性図である。図７で使用した電子放出源はカソ
ード電極とエミッタ間の抵抗層を有しない構造の電子放
出源であり、真空外囲器７０１を構成する一方の絶縁基
板１０１内面にはカソード導体１０２及びエミッタ３０
１が積層形成され、他方の基板７０２内面には、エミッ
タ３０１に対向してアノード電極５０２が被着されてい
る。エミッタ３０１は、カーボンナノチューブを含むカ
ーボン材料によって形成されている。FIG. 7 is a side sectional view showing an apparatus for evaluating characteristics of an electron emission source according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a characteristic diagram of the present embodiment. The electron emission source used in FIG. 7 has a structure in which there is no resistance layer between the cathode electrode and the emitter. One of the insulating substrates 101 constituting the vacuum envelope 701 has a cathode conductor 102 and an emitter 30 on the inner surface.
An anode electrode 502 is provided on the inner surface of the other substrate 702 so as to face the emitter 301. The emitter 301 is formed of a carbon material including a carbon nanotube.
【００３４】また、カソード導体１０２とアノード電極
５０２の間に、直流電源７０３及び電流計７０４の直列
回路が接続されている。カソード導体１０２とアノード
導体５０２の距離は２００μｍで、カソード導体１０２
及びエミッタ３０１の大きさは１ｍｍ×１ｍｍの正方形
状に形成されている。A series circuit of a DC power supply 703 and an ammeter 704 is connected between the cathode conductor 102 and the anode electrode 502. The distance between the cathode conductor 102 and the anode conductor 502 was 200 μm.
In addition, the size of the emitter 301 is formed in a square shape of 1 mm × 1 mm.
【００３５】尚、エミッタ３０１のエッチング処理方法
としては図６の装置を用いたＲＩＥ処理を行い、エッチ
ング条件としては、（１）エッチングガスがＯ２の場合
は、ガス流量が５０ｓｃｃｍ、交流電源６０４の出力が
１６０Ｗ、チャンバ６０１内の圧力が５Ｐａ、エッチン
グ時間が１２０ｓｅｃであり、又、（２）エッチングガ
スがＣＨＦ３の場合は、ガス流量が８０ｓｃｃｍ、交流
電源６０４の出力が１６０Ｗ、チャンバ６０１内の圧力
が５Ｐａ、エッチング時間が１２０ｓｅｃで行った。The RIE process using the apparatus shown in FIG. 6 is performed as an etching method for the emitter 301. The etching conditions are as follows: (1) When the etching gas is O 2 , the gas flow rate is 50 sccm; Is 160 W, the pressure in the chamber 601 is 5 Pa, the etching time is 120 sec. (2) When the etching gas is CHF 3 , the gas flow rate is 80 sccm, the output of the AC power supply 604 is 160 W, and the inside of the chamber 601 is Was performed at a pressure of 5 Pa and an etching time of 120 sec.
【００３６】図８において、エミッタ３０１の放出電流
Ｉｅと直流電源７０３の出力電圧Ｖｇ（Ｖ）のＩ−Ｖ特
性から明らかなように、エッチングガスとしてＣＨＦ３
を用いてエッチング処理した場合の方が、エッチング処
理しない場合（未処理）よりも、低電圧で大きな電流が
得られた。また、エッチングガスとしてＯ２を用いた場
合には、さらに低電圧で大きな電流が得られ、電子放出
特性がより向上していることがわかる。In FIG. 8, as is apparent from the IV characteristics of the emission current Ie of the emitter 301 and the output voltage Vg (V) of the DC power supply 703, CHF 3 is used as the etching gas.
A larger current was obtained at a lower voltage in the case where the etching process was performed by using the method than when the etching process was not performed (unprocessed). In addition, when O 2 is used as an etching gas, a large current can be obtained at a lower voltage, and the electron emission characteristics are further improved.
【００３７】[0037]
【発明の効果】本発明によれば、低電圧で高効率な電子
放出源の製造方法を提供することが可能になる。これに
より、電子放出特性の優れた電子放出源を提供すること
が可能になる。また、低電圧駆動が可能で、高輝度で高
品位な蛍光発光型表示器を提供することが可能になる。According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a high-efficiency electron emission source at a low voltage. This makes it possible to provide an electron emission source having excellent electron emission characteristics. Further, it is possible to provide a high-luminance, high-quality fluorescent light-emitting display device that can be driven at a low voltage.
【図１】本発明の実施の形態に係る電子放出源の製造方
法を説明するための側断面図で、絶縁基板にカソード導
体を被着する工程を示す図である。FIG. 1 is a side sectional view for explaining a method of manufacturing an electron emission source according to an embodiment of the present invention, showing a step of attaching a cathode conductor to an insulating substrate.
【図２】本発明の実施の形態に係る電子放出源の製造方
法を説明するための側断面図で、カソード基板に抵抗層
を被着する工程を示す図である。FIG. 2 is a side cross-sectional view for explaining a method of manufacturing an electron emission source according to an embodiment of the present invention, showing a step of attaching a resistive layer to a cathode substrate.
【図３】本発明の実施の形態に係る電子放出源の製造方
法を説明するための側断面図で、抵抗層にエミッタを被
着する工程を示す図である。FIG. 3 is a side sectional view for explaining a method of manufacturing an electron emission source according to an embodiment of the present invention, and is a view showing a step of attaching an emitter to a resistance layer.
【図４】本発明の実施の形態に係る電子放出源の製造方
法を説明するための側断面図で、ゲート電極を被着する
工程を示す図である。FIG. 4 is a side cross-sectional view for explaining a method of manufacturing an electron emission source according to an embodiment of the present invention, showing a step of depositing a gate electrode.
【図５】本発明の実施の形態に係る蛍光発光型表示器の
一部切欠き側面図である。FIG. 5 is a partially cutaway side view of the fluorescent light emitting display according to the embodiment of the present invention.
【図６】本発明の実施の形態に係る電子放出源の製造方
法におけるエッチング処理工程を説明するための図であ
る。FIG. 6 is a diagram for explaining an etching process in the method for manufacturing an electron emission source according to the embodiment of the present invention.
【図７】本発明の実施例に係る電子放出源の特性を測定
するための装置を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an apparatus for measuring characteristics of an electron emission source according to an embodiment of the present invention.
【図８】本発明の実施例に係る電子放出源の特性図であ
る。FIG. 8 is a characteristic diagram of the electron emission source according to the embodiment of the present invention.
１０１・・・真空気密容器を構成する前面基板としての
絶縁基板 １０２・・・カソード導体 ２０１・・・抵抗層 ３０１・・・エミッタ ３０２・・・カソード基板 ４０１・・・リブ ４０２・・・ゲート電極 ５０１・・・真空気密容器を構成する背面基板としての
絶縁基板 ５０２・・・アノード電極 ５０３・・・蛍光体 ５０４・・・真空気密容器を構成するシールガラス101: an insulating substrate as a front substrate constituting a vacuum-tight container 102: a cathode conductor 201: a resistive layer 301: an emitter 302: a cathode substrate 401: a rib 402: a gate electrode Reference numeral 501: an insulating substrate serving as a rear substrate constituting a vacuum-tight container 502: an anode electrode 503: a phosphor 504: a sealing glass constituting a vacuum-tight container
Claims (5)
を配設し、前記カソード導体とゲート電極間に電圧を印
加することにより前記エミッタから電子を放出する電子
放出源の製造方法において、 絶縁基板にカソード導体を被着する工程と、 前記カソード導体にカーボンナノチューブ、フラーレ
ン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノ
ホーンの中の少なくとも一つを含むペースト材料を被着
してエミッタを形成する工程と、 前記エミッタの表面をドライエッチングによりエッチン
グ処理する工程と、 前記エミッタから離間する位置にゲート電極を形成する
工程とを備えて成ることを特徴とする電子放出源の製造
方法。1. A method of manufacturing an electron emission source in which an emitter is disposed between a cathode conductor and a gate electrode and electrons are emitted from the emitter by applying a voltage between the cathode conductor and the gate electrode, the method comprising: Depositing a cathode conductor, depositing a paste material containing at least one of carbon nanotubes, fullerenes, nanoparticles, nanocapsules, and carbon nanohorns on the cathode conductor to form an emitter; Etching the surface of the substrate by dry etching, and forming a gate electrode at a position separated from the emitter.
を配設し、前記カソード導体とゲート電極間に電圧を印
加することにより前記エミッタから電子を放出する電子
放出源の製造方法において、 絶縁基板にカソード導体を被着する工程と、 前記カソード導体に抵抗層を被着する工程と、 前記抵抗層にカーボンナノチューブ、フラーレン、ナノ
パーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの
中の少なくとも一つを含むペースト材料を被着してエミ
ッタを形成する工程と、 前記エミッタの表面をドライエッチングによりエッチン
グ処理する工程と、 前記エミッタから離間する位置にゲート電極を形成する
工程とを備えて成ることを特徴とする電子放出源の製造
方法。2. A method of manufacturing an electron emission source, comprising: disposing an emitter between a cathode conductor and a gate electrode; and applying a voltage between the cathode conductor and the gate electrode to emit electrons from the emitter. A step of applying a cathode conductor, a step of applying a resistance layer to the cathode conductor, and a paste material containing at least one of carbon nanotubes, fullerenes, nanoparticles, nanocapsules, and carbon nanohorns in the resistance layer. Electron emission comprising: a step of forming an emitter by applying a light beam; a step of etching the surface of the emitter by dry etching; and a step of forming a gate electrode at a position separated from the emitter. Source manufacturing method.
を含むエッチングガス、あるいは、ＣｘＨｙ系ガス又は
ＣｘＨｙＦｚ系ガスを含むエッチングガスを使用した反
応性イオンエッチングであることを特徴とする請求項１
又は２記載の電子放出源の製造方法。3. The dry etching is performed using H 2 or O 2
Etching gas containing or, claim 1, characterized in that the reactive ion etching using an etching gas containing C x H y based gas or C x H y F z type gas
Or the method for manufacturing an electron emission source according to 2.
を配設し、前記カソード導体とゲート電極間に電圧を印
加することにより前記エミッタから電子を放出する電子
放出源において、 前記エミッタは、カーボンナノチューブ、フラーレン、
ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホー
ンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を、直接
又は抵抗層を介して前記カソード導体に被着すると共
に、前記カーボン材料をドライエッチングによってエッ
チング処理することにより形成したことを特徴とする電
子放出源。4. An electron emission source in which an emitter is provided between a cathode conductor and a gate electrode and electrons are emitted from the emitter by applying a voltage between the cathode conductor and the gate electrode, wherein the emitter is a carbon nanotube. , Fullerenes,
A carbon material having at least one of a nanoparticle, a nanocapsule and a carbon nanohorn was formed on the cathode conductor directly or via a resistance layer, and the carbon material was etched by dry etching. An electron emission source, characterized in that:
ード電極を真空気密容器内に配設し、前記電子放出源か
ら放出される電子を前記蛍光体に射突させることにより
発光表示を行う蛍光発光型表示器において、 前記電子放出源として、請求項４記載の電子放出源を使
用したことを特徴とする蛍光発光型表示器。5. An illuminated display is provided by disposing an anode electrode on which an electron emission source and a phosphor are adhered in a vacuum-tight container, and causing electrons emitted from the electron emission source to strike the phosphor. A fluorescent light-emitting display, wherein the electron-emitting source according to claim 4 is used as the electron-emitting source.
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