JP2001176431A - 電界放出表示素子及びその製造方法 - Google Patents
電界放出表示素子及びその製造方法Info
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- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 垂直配向された炭素ナノチューブを用いた電
界放出表示素子を提供する。 【解決手段】 下部基板３０上にカソード電極用の第１
金属膜３２が形成され、炭素ナノチューブ３４が形成さ
れている。第１金属膜３２上には第１スペーサ３６が設
けられ、第１スペーサ３６に支持され炭素ナノチューブ
３４の上部にゲート電極として用いられるメッシュ状の
第２金属膜３８が形成されている。第１スペーサ３６上
には第２スペーサ４０が設けられ、第２スペーサ４０上
には表面に透明電極及び蛍光体の付着された上部基板５
０が付着されている。そのため、構造が簡単であり、製
造収率を高めることができ、かつ大面積の製造が可能で
ある。また、エミッタ用チップとして垂直方向に配向さ
れた炭素ナノチューブ３４を用いるため、低い動作電圧
下でも大きい放出電流が得られる。
界放出表示素子を提供する。 【解決手段】 下部基板３０上にカソード電極用の第１
金属膜３２が形成され、炭素ナノチューブ３４が形成さ
れている。第１金属膜３２上には第１スペーサ３６が設
けられ、第１スペーサ３６に支持され炭素ナノチューブ
３４の上部にゲート電極として用いられるメッシュ状の
第２金属膜３８が形成されている。第１スペーサ３６上
には第２スペーサ４０が設けられ、第２スペーサ４０上
には表面に透明電極及び蛍光体の付着された上部基板５
０が付着されている。そのため、構造が簡単であり、製
造収率を高めることができ、かつ大面積の製造が可能で
ある。また、エミッタ用チップとして垂直方向に配向さ
れた炭素ナノチューブ３４を用いるため、低い動作電圧
下でも大きい放出電流が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電界放出表示素子及
びその製造方法に係り、より詳細には垂直配向された炭
素ナノチューブを用いた電界放出表示素子及びその製造
方法に関する。
びその製造方法に係り、より詳細には垂直配向された炭
素ナノチューブを用いた電界放出表示素子及びその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、電界放出表示素子は、円錐形
のエミッタチップに対して外部ゲート電極から約数百ボ
ルトの正電圧を加えると、強い電気場に影響されたエミ
ッタチップの先端部から電子が放出され、この放出され
た電子は数百から数キロボルトの電圧が加えられ、かつ
蛍光体がコーティングされたアノード電極に衝突して表
示装置の役目を行なう。ところが、エミッタ用としてシ
リコン基板をエッチングして作ったシリコンチップを用
いる従来の電界放出表示素子は、約１．０〜１．５μｍ
の細かい間隔でアノード電極とカソード電極とを分離し
なければならないという困難さがある。また、従来の電
界放出表示素子は、動作電圧が極めて高く、高電流の放
出によるシリコンチップの劣化によって漏れ電流が多
く、素子信頼性及び性能の低下が起こるだけでなく、製
造収率も低い問題点がある。このようなシリコンチップ
を用いた電界放出表示素子の問題点を改善するために、
炭素ナノチューブを用いた電界放出表示素子が提案され
ている。
のエミッタチップに対して外部ゲート電極から約数百ボ
ルトの正電圧を加えると、強い電気場に影響されたエミ
ッタチップの先端部から電子が放出され、この放出され
た電子は数百から数キロボルトの電圧が加えられ、かつ
蛍光体がコーティングされたアノード電極に衝突して表
示装置の役目を行なう。ところが、エミッタ用としてシ
リコン基板をエッチングして作ったシリコンチップを用
いる従来の電界放出表示素子は、約１．０〜１．５μｍ
の細かい間隔でアノード電極とカソード電極とを分離し
なければならないという困難さがある。また、従来の電
界放出表示素子は、動作電圧が極めて高く、高電流の放
出によるシリコンチップの劣化によって漏れ電流が多
く、素子信頼性及び性能の低下が起こるだけでなく、製
造収率も低い問題点がある。このようなシリコンチップ
を用いた電界放出表示素子の問題点を改善するために、
炭素ナノチューブを用いた電界放出表示素子が提案され
ている。
【０００３】従来の炭素ナノチューブは、電気放電法や
レーザー蒸着法により合成した後、洗浄溶液に入れて超
音波洗浄器により振って精製を行なっていた。そして、
精製された炭素ナノチューブを電界放出表示素子に適用
するために、多孔性セラミックフィルターの気孔に精製
された炭素ナノチューブを注入する。次に、多孔性セラ
ミックフィルターの気孔に入っている炭素ナノチューブ
を電界放出表示素子用下部基板上の伝導性高分子上に差
し立てることによりエミッタチップを形成する。
レーザー蒸着法により合成した後、洗浄溶液に入れて超
音波洗浄器により振って精製を行なっていた。そして、
精製された炭素ナノチューブを電界放出表示素子に適用
するために、多孔性セラミックフィルターの気孔に精製
された炭素ナノチューブを注入する。次に、多孔性セラ
ミックフィルターの気孔に入っている炭素ナノチューブ
を電界放出表示素子用下部基板上の伝導性高分子上に差
し立てることによりエミッタチップを形成する。
【０００４】ところが、エミッタチップ用として従来の
炭素ナノチューブを用いる電界放出表示素子は、シリコ
ンチップを用いる電界放出表示素子に比べて安定性に優
れているものの、前記伝導性高分子上に炭素ナノチュー
ブを効率良く差し立て難く製造工程が複雑なために製造
収率が低く、しかも大面積で製造できないという問題点
がある。また、基板上の伝導性高分子と炭素ナノチュー
ブとの間に電気的に完全な接続がなされないという問題
点がある。
炭素ナノチューブを用いる電界放出表示素子は、シリコ
ンチップを用いる電界放出表示素子に比べて安定性に優
れているものの、前記伝導性高分子上に炭素ナノチュー
ブを効率良く差し立て難く製造工程が複雑なために製造
収率が低く、しかも大面積で製造できないという問題点
がある。また、基板上の伝導性高分子と炭素ナノチュー
ブとの間に電気的に完全な接続がなされないという問題
点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みて成されたものであり、その目的は、大面積の製造が
可能であり、かつ単位面積当たりエミッタチップ密度の
高い炭素ナノチューブを用いた電界放出表示素子を提供
することにある。本発明の他の目的は、簡単な製造工程
により大面積の製造が可能な電界放出表示素子の製造方
法を提供することにある。
みて成されたものであり、その目的は、大面積の製造が
可能であり、かつ単位面積当たりエミッタチップ密度の
高い炭素ナノチューブを用いた電界放出表示素子を提供
することにある。本発明の他の目的は、簡単な製造工程
により大面積の製造が可能な電界放出表示素子の製造方
法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の電界放出表示素子は、下部基板上にカソー
ド電極用第１金属膜が形成されており、前記第１金属膜
上に垂直配向されたエミッタチップ用炭素ナノチューブ
が形成されている。前記炭素ナノチューブの垂直配向
は、前記第１金属膜上に触媒金属粒子を形成した後に化
学気相蒸着法により触媒金属粒子上に垂直成長させるこ
とでなされる。前記第１金属膜上には第１スペーサが設
けられており、前記第１スペーサに支持され、前記炭素
ナノチューブの上部に形成されてゲート電極として用い
られるメッシュ状の第２金属膜が形成されている。前記
第１スペーサ上には第２スペーサが設けられており、前
記第２スペーサ上にはその表面に透明電極及び蛍光体が
付着された上部基板が付着されている。
に、本発明の電界放出表示素子は、下部基板上にカソー
ド電極用第１金属膜が形成されており、前記第１金属膜
上に垂直配向されたエミッタチップ用炭素ナノチューブ
が形成されている。前記炭素ナノチューブの垂直配向
は、前記第１金属膜上に触媒金属粒子を形成した後に化
学気相蒸着法により触媒金属粒子上に垂直成長させるこ
とでなされる。前記第１金属膜上には第１スペーサが設
けられており、前記第１スペーサに支持され、前記炭素
ナノチューブの上部に形成されてゲート電極として用い
られるメッシュ状の第２金属膜が形成されている。前記
第１スペーサ上には第２スペーサが設けられており、前
記第２スペーサ上にはその表面に透明電極及び蛍光体が
付着された上部基板が付着されている。
【０００７】前記他の目的を達成するために、本発明の
電界放出表示素子の製造方法は、下部基板上にカソード
電極用第１金属膜を形成した後に、前記第１金属膜上に
炭素ナノチューブを垂直配向させて成長させる段階を含
む。前記垂直配向されて成長された炭素ナノチューブ
は、前記第１金属膜上に触媒金属膜を形成した後に、前
記触媒金属膜の表面をエッチングして分離されたナノ寸
法の触媒金属粒子を形成し、炭素ソースガスを用いた化
学気相蒸着法により前記分離された触媒金属粒子毎にエ
ミッタチップ用炭素ナノチューブを垂直方向に成長させ
ることで得られる。前記触媒金属粒子の形成及び炭素ナ
ノチューブの成長時に熱化学気相蒸着法またはプラズマ
化学気相蒸着法を用いることができる。前記炭素ソース
ガスとしては、アセチレン、エチレン、プロピレン、プ
ロパンまたはメタンガスを用いることができる。前記触
媒金属膜の表面エッチング時にアンモニアガス、水素ガ
ス、または水素化物を用いるか、あるいはフッ化水素溶
液を用いることができる。前記触媒金属膜はコバルト、
ニッケル、鉄、イットリウムまたはこれらの合金から形
成できる。
電界放出表示素子の製造方法は、下部基板上にカソード
電極用第１金属膜を形成した後に、前記第１金属膜上に
炭素ナノチューブを垂直配向させて成長させる段階を含
む。前記垂直配向されて成長された炭素ナノチューブ
は、前記第１金属膜上に触媒金属膜を形成した後に、前
記触媒金属膜の表面をエッチングして分離されたナノ寸
法の触媒金属粒子を形成し、炭素ソースガスを用いた化
学気相蒸着法により前記分離された触媒金属粒子毎にエ
ミッタチップ用炭素ナノチューブを垂直方向に成長させ
ることで得られる。前記触媒金属粒子の形成及び炭素ナ
ノチューブの成長時に熱化学気相蒸着法またはプラズマ
化学気相蒸着法を用いることができる。前記炭素ソース
ガスとしては、アセチレン、エチレン、プロピレン、プ
ロパンまたはメタンガスを用いることができる。前記触
媒金属膜の表面エッチング時にアンモニアガス、水素ガ
ス、または水素化物を用いるか、あるいはフッ化水素溶
液を用いることができる。前記触媒金属膜はコバルト、
ニッケル、鉄、イットリウムまたはこれらの合金から形
成できる。
【０００８】続いて、前記第１金属膜上に第１スペーサ
を設けた後、前記第１スペーサに支持され、前記炭素ナ
ノチューブの上部に形成されてゲート電極として用いら
れるメッシュ状の第２金属膜を形成する。前記第１スペ
ーサ上に第２スペーサを形成した後、前記第２スペーサ
上に透明電極及び蛍光体の付着された上部基板を付着さ
せて電界放出表示素子を完成する。
を設けた後、前記第１スペーサに支持され、前記炭素ナ
ノチューブの上部に形成されてゲート電極として用いら
れるメッシュ状の第２金属膜を形成する。前記第１スペ
ーサ上に第２スペーサを形成した後、前記第２スペーサ
上に透明電極及び蛍光体の付着された上部基板を付着さ
せて電界放出表示素子を完成する。
【０００９】本発明による垂直配向された炭素ナノチュ
ーブを用いた電界放出表示素子は構造が簡単なので製造
収率を高めることができ、大面積の製造が可能である。
また、エミッタ用チップとして垂直配向された炭素ナノ
チューブを用いるため、低い動作電圧下でも大きい放出
電流を得ることができる。
ーブを用いた電界放出表示素子は構造が簡単なので製造
収率を高めることができ、大面積の製造が可能である。
また、エミッタ用チップとして垂直配向された炭素ナノ
チューブを用いるため、低い動作電圧下でも大きい放出
電流を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき、本
発明の実施例について詳細に説明する。しかし、後述す
る本発明の実施例は各種の形態に変形でき、本発明の範
囲が後述する実施例に限定されることはない。本発明の
実施例は当業界における通常の知識を有した者に本発明
をより完全に説明するために提供されるものである。図
中、膜または領域の大きさまたは厚さは明細書の明確性
のために誇張されている。また、ある膜が他の膜または
基板の"上"にあると記載されている場合、前記ある膜が
前記他の膜の上に直接的に存在することもできれば、そ
の間に第３の膜が介在されることもできる。
発明の実施例について詳細に説明する。しかし、後述す
る本発明の実施例は各種の形態に変形でき、本発明の範
囲が後述する実施例に限定されることはない。本発明の
実施例は当業界における通常の知識を有した者に本発明
をより完全に説明するために提供されるものである。図
中、膜または領域の大きさまたは厚さは明細書の明確性
のために誇張されている。また、ある膜が他の膜または
基板の"上"にあると記載されている場合、前記ある膜が
前記他の膜の上に直接的に存在することもできれば、そ
の間に第３の膜が介在されることもできる。
【００１１】図１は、本発明の一実施例による垂直配向
された炭素ナノチューブを用いた電界放出表示素子を示
す断面図である。本実施例の電界放出表示素子は、下部
基板３０上にカソード電極用第１金属膜３２が形成され
ている。前記下部基板３０はガラス、石英、シリコンま
たはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）基板である。そして、前記第
１金属膜３２はクロム膜、チタニウム膜、タングステン
膜、アルミニウム膜である。前記第１金属膜３２上には
垂直方向に成長された炭素ナノチューブ３４が形成され
ている。前記炭素ナノチューブ３４はエミッタチップと
して用いられる。このように垂直配向された炭素ナノチ
ューブ３４は低い動作電圧、例えば３Ｖ／μｍ以下で大
きい放出電流を得ることができる。そして、前記垂直配
向された炭素ナノチューブ３４は単位面積当たり高いチ
ップ密度を有しているため、発光効率を高めることがで
きる。
された炭素ナノチューブを用いた電界放出表示素子を示
す断面図である。本実施例の電界放出表示素子は、下部
基板３０上にカソード電極用第１金属膜３２が形成され
ている。前記下部基板３０はガラス、石英、シリコンま
たはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）基板である。そして、前記第
１金属膜３２はクロム膜、チタニウム膜、タングステン
膜、アルミニウム膜である。前記第１金属膜３２上には
垂直方向に成長された炭素ナノチューブ３４が形成され
ている。前記炭素ナノチューブ３４はエミッタチップと
して用いられる。このように垂直配向された炭素ナノチ
ューブ３４は低い動作電圧、例えば３Ｖ／μｍ以下で大
きい放出電流を得ることができる。そして、前記垂直配
向された炭素ナノチューブ３４は単位面積当たり高いチ
ップ密度を有しているため、発光効率を高めることがで
きる。
【００１２】前記第１金属膜３２上には第１スペーサ３
６が形成されている。前記第１スペーサ３６上にはメッ
シュ状に第２金属膜３８が形成されている。前記第２金
属膜３８はゲート電極として用いられる。前記第１スペ
ーサ３６上には第２スペーサ４０が形成されており、第
２スペーサ４０上にはその表面に透明電極５２及び蛍光
体５４が付着された上部基板５０が設けられている。
６が形成されている。前記第１スペーサ３６上にはメッ
シュ状に第２金属膜３８が形成されている。前記第２金
属膜３８はゲート電極として用いられる。前記第１スペ
ーサ３６上には第２スペーサ４０が形成されており、第
２スペーサ４０上にはその表面に透明電極５２及び蛍光
体５４が付着された上部基板５０が設けられている。
【００１３】このように構成された電界放出表示素子
は、カソード電極用第１金属膜３２とアノード用透明電
極５２との間に電界が印加されて前記垂直配向された炭
素ナノチューブ３４から電子が放出され、この放出され
た電子が蛍光体５４に衝突することによって赤色、緑
色、青色の光を放出する。このとき、前記カソード電極
用第１金属膜３２とゲート電極用第２金属膜３８との間
に印加される電界によって前記蛍光体５４に電子が容易
に衝突して光を放出する。結果的に、本発明の電界放出
表示素子は３つの電極を具備した３電極型電界放出表示
素子である。
は、カソード電極用第１金属膜３２とアノード用透明電
極５２との間に電界が印加されて前記垂直配向された炭
素ナノチューブ３４から電子が放出され、この放出され
た電子が蛍光体５４に衝突することによって赤色、緑
色、青色の光を放出する。このとき、前記カソード電極
用第１金属膜３２とゲート電極用第２金属膜３８との間
に印加される電界によって前記蛍光体５４に電子が容易
に衝突して光を放出する。結果的に、本発明の電界放出
表示素子は３つの電極を具備した３電極型電界放出表示
素子である。
【００１４】図２から図４は、図１の電界放出表示素子
の製造方法を説明するために示す断面図である。図２を
参照すれば、大面積の下部基板３０上にカソード電極用
第１金属膜３２を０．２〜０．５μｍの厚さで形成す
る。前記下部基板３０はガラス、石英、シリコンまたは
アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）基板である。前記第１金属膜３２
はクロム膜、チタニウム膜、タングステン膜、アルミニ
ウム膜から形成される。
の製造方法を説明するために示す断面図である。図２を
参照すれば、大面積の下部基板３０上にカソード電極用
第１金属膜３２を０．２〜０．５μｍの厚さで形成す
る。前記下部基板３０はガラス、石英、シリコンまたは
アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）基板である。前記第１金属膜３２
はクロム膜、チタニウム膜、タングステン膜、アルミニ
ウム膜から形成される。
【００１５】図３を参照すれば、前記第１金属膜３２上
に炭素ナノチューブ３４を垂直配向させて成長させる。
前記炭素ナノチューブ３４を垂直配向させて成長させる
方法は、前記第１金属膜３２上に触媒金属膜（図示せ
ず）を形成した後、前記触媒金属膜の表面をドライエッ
チングまたはウェットエッチングして分離されたナノ寸
法の触媒金属粒子（図示せず）を形成し、次に、触媒金
属粒子上に熱化学気相蒸着法またはプラズマ化学気相蒸
着法により炭素ナノチューブ３４を垂直方向に複数個成
長させる。必要ならば、前記第１金属膜３２及び触媒金
属膜を微細な線パターンでパターニングした後、パター
ニングされた触媒金属膜の表面をエッチングして炭素ナ
ノチューブを成長させることもできる。前記炭素ナノチ
ューブ３４はエミッタチップとして用いられ、前記炭素
ナノチューブ３４はピクセル当たり多数個のエミッタチ
ップを形成でき、低い動作電圧下で大きい放出電流を得
ることができる。前記触媒金属粒子の形成及び炭素ナノ
チューブ３４の垂直成長方法については後述する。
に炭素ナノチューブ３４を垂直配向させて成長させる。
前記炭素ナノチューブ３４を垂直配向させて成長させる
方法は、前記第１金属膜３２上に触媒金属膜（図示せ
ず）を形成した後、前記触媒金属膜の表面をドライエッ
チングまたはウェットエッチングして分離されたナノ寸
法の触媒金属粒子（図示せず）を形成し、次に、触媒金
属粒子上に熱化学気相蒸着法またはプラズマ化学気相蒸
着法により炭素ナノチューブ３４を垂直方向に複数個成
長させる。必要ならば、前記第１金属膜３２及び触媒金
属膜を微細な線パターンでパターニングした後、パター
ニングされた触媒金属膜の表面をエッチングして炭素ナ
ノチューブを成長させることもできる。前記炭素ナノチ
ューブ３４はエミッタチップとして用いられ、前記炭素
ナノチューブ３４はピクセル当たり多数個のエミッタチ
ップを形成でき、低い動作電圧下で大きい放出電流を得
ることができる。前記触媒金属粒子の形成及び炭素ナノ
チューブ３４の垂直成長方法については後述する。
【００１６】図４を参照すれば、前記第１金属膜３２上
に第１スペーサ３６を１００〜７００μｍの厚さで形成
する。続いて、前記第１スペーサ３６上にゲート電極用
としてメッシュ状の第２金属膜３８を形成する。すなわ
ち、前記第２金属膜３８は前記第１スペーサ３６により
支持され、炭素ナノチューブ３４の上部にメッシュ状に
形成される。前記第２金属膜３８はクロム膜、チタニウ
ム膜、またはパラジウム膜である。
に第１スペーサ３６を１００〜７００μｍの厚さで形成
する。続いて、前記第１スペーサ３６上にゲート電極用
としてメッシュ状の第２金属膜３８を形成する。すなわ
ち、前記第２金属膜３８は前記第１スペーサ３６により
支持され、炭素ナノチューブ３４の上部にメッシュ状に
形成される。前記第２金属膜３８はクロム膜、チタニウ
ム膜、またはパラジウム膜である。
【００１７】続いて、図１を参照すれば、前記第１スペ
ーサ３６上に第２スペーサ４０を１００〜７００μｍの
厚さで形成する。次に、予め設けられた上部基板５０に
アノード用透明電極５２を形成させた後、前記透明電極
５２上に発光を起こす蛍光体５４を付着させる。前記上
部基板５０としてはガラス基板を用い、前記透明電極と
してはＩＴＯ電極を用いる。前記蛍光体５４は赤色、緑
色、青色の発光を起こす３種類の蛍光物質から構成され
る。次に、前記透明電極５２及び蛍光体５４の付着され
た上部基板５０をひっくり返して前記第２スペーサ４０
上に載置した後に、真空密封させて実装させることによ
り電界放出表示素子を完成する。
ーサ３６上に第２スペーサ４０を１００〜７００μｍの
厚さで形成する。次に、予め設けられた上部基板５０に
アノード用透明電極５２を形成させた後、前記透明電極
５２上に発光を起こす蛍光体５４を付着させる。前記上
部基板５０としてはガラス基板を用い、前記透明電極と
してはＩＴＯ電極を用いる。前記蛍光体５４は赤色、緑
色、青色の発光を起こす３種類の蛍光物質から構成され
る。次に、前記透明電極５２及び蛍光体５４の付着され
た上部基板５０をひっくり返して前記第２スペーサ４０
上に載置した後に、真空密封させて実装させることによ
り電界放出表示素子を完成する。
【００１８】以下、図５から図７を参照して、前記垂直
方向に炭素ナノチューブを成長させる方法について詳細
に説明する。図５は、図３の炭素ナノチューブの成長方
法を説明するための図であり、図６は、図３の炭素ナノ
チューブの成長に使用された熱化学気相蒸着装置の一例
に対する概略図であり、図７は、本発明によって分離さ
れた触媒金属粒子上で炭素ナノチューブが成長されるメ
カニズムを示す図である。図５では、便宜上、拡大図を
提示する。
方向に炭素ナノチューブを成長させる方法について詳細
に説明する。図５は、図３の炭素ナノチューブの成長方
法を説明するための図であり、図６は、図３の炭素ナノ
チューブの成長に使用された熱化学気相蒸着装置の一例
に対する概略図であり、図７は、本発明によって分離さ
れた触媒金属粒子上で炭素ナノチューブが成長されるメ
カニズムを示す図である。図５では、便宜上、拡大図を
提示する。
【００１９】図３の垂直方向に成長された炭素ナノチュ
ーブ３４は、図５に示されたように、（Ａ）から（Ｃ）
の３段階で形成される。まず、図５（Ａ）に示されたよ
うに、第１金属膜３２上に触媒金属膜３３を形成する。
前記触媒金属膜３３はコバルト、ニッケル、鉄、イット
リウムまたはこれらの合金（コバルト−ニッケル、コバ
ルト−鉄、コバルト−イットリウム、ニッケル−鉄、コ
バルト−ニッケル−鉄またはコバルト−ニッケル−イッ
トリウム）を使って形成される。前記触媒金属膜３３は
熱蒸着法またはスパッタリング法を用いて基板上に数ｎ
ｍから数百ｎｍの厚さで、好ましくは２０ｎｍから２０
０ｎｍの厚さで形成する。
ーブ３４は、図５に示されたように、（Ａ）から（Ｃ）
の３段階で形成される。まず、図５（Ａ）に示されたよ
うに、第１金属膜３２上に触媒金属膜３３を形成する。
前記触媒金属膜３３はコバルト、ニッケル、鉄、イット
リウムまたはこれらの合金（コバルト−ニッケル、コバ
ルト−鉄、コバルト−イットリウム、ニッケル−鉄、コ
バルト−ニッケル−鉄またはコバルト−ニッケル−イッ
トリウム）を使って形成される。前記触媒金属膜３３は
熱蒸着法またはスパッタリング法を用いて基板上に数ｎ
ｍから数百ｎｍの厚さで、好ましくは２０ｎｍから２０
０ｎｍの厚さで形成する。
【００２０】次に、図５（Ｂ）に示されたように、前記
触媒金属膜３３の表面をエッチングして分離されたナノ
寸法の触媒金属粒子３３ａを形成する。具体的に、第１
金属膜３２及び触媒金属膜３３が形成されている基板３
０を熱化学気相蒸着装置のボート３１０に所定距離離隔
されるように並設した後、ボート３１０を熱化学気相蒸
着装置の反応炉３００内に搬入する。ボート３１０の搬
入に際しては、基板３０上に形成されている触媒金属膜
３３の表面をエッチングガスの注入方向３１５と反対方
向にならしめて、かつ下向きにして行なう。ボート３１
０の搬入後、反応炉３００内の圧力を約数百ｍＴｏｒｒ
〜数Ｔｏｒｒにならしめた後、反応炉３００の外側壁に
設けられた抵抗コイル３３０を使って反応炉３００内の
温度を７００℃から１０００℃に上昇させる。反応炉３
００内の温度が工程温度に達すると第１弁４１０を開
け、エッチングガス供給源４００からエッチングガスを
ガス供給管３２０を通じて反応炉３００内に供給する。
エッチングガスとしてはアンモニアガス、水素ガス、ま
たは水素化物ガスを用いることができる。中でも、アン
モニアガスがエッチングガスとして好ましい。アンモニ
アガスを用いる場合には、８０から４００ｓｃｃｍ（St
andard Cubic Centimeters per Minute）の流量にて１
０から３０分間供給する。
触媒金属膜３３の表面をエッチングして分離されたナノ
寸法の触媒金属粒子３３ａを形成する。具体的に、第１
金属膜３２及び触媒金属膜３３が形成されている基板３
０を熱化学気相蒸着装置のボート３１０に所定距離離隔
されるように並設した後、ボート３１０を熱化学気相蒸
着装置の反応炉３００内に搬入する。ボート３１０の搬
入に際しては、基板３０上に形成されている触媒金属膜
３３の表面をエッチングガスの注入方向３１５と反対方
向にならしめて、かつ下向きにして行なう。ボート３１
０の搬入後、反応炉３００内の圧力を約数百ｍＴｏｒｒ
〜数Ｔｏｒｒにならしめた後、反応炉３００の外側壁に
設けられた抵抗コイル３３０を使って反応炉３００内の
温度を７００℃から１０００℃に上昇させる。反応炉３
００内の温度が工程温度に達すると第１弁４１０を開
け、エッチングガス供給源４００からエッチングガスを
ガス供給管３２０を通じて反応炉３００内に供給する。
エッチングガスとしてはアンモニアガス、水素ガス、ま
たは水素化物ガスを用いることができる。中でも、アン
モニアガスがエッチングガスとして好ましい。アンモニ
アガスを用いる場合には、８０から４００ｓｃｃｍ（St
andard Cubic Centimeters per Minute）の流量にて１
０から３０分間供給する。
【００２１】反応炉３００内に供給されたエッチングガ
スは、粒界に沿って触媒金属膜３３をエッチングし、表
面に互いに独立的に分離されたナノ寸法の触媒金属粒子
３３ａを均一かつ高密度で形成する。本明細書内におい
て、ナノ寸法は数ｎｍから数百ｎｍの寸法を指す。エッ
チング条件によって分離されたナノ寸法の触媒金属粒子
３３ａの寸法及び形が異なってくる。触媒金属粒子３３
ａの形に後続工程で形成される炭素ナノチューブ３４の
形も影響される。本実施例においては、触媒金属粒子３
３ａの寸法を２００ｎｍ以下に形成する。
スは、粒界に沿って触媒金属膜３３をエッチングし、表
面に互いに独立的に分離されたナノ寸法の触媒金属粒子
３３ａを均一かつ高密度で形成する。本明細書内におい
て、ナノ寸法は数ｎｍから数百ｎｍの寸法を指す。エッ
チング条件によって分離されたナノ寸法の触媒金属粒子
３３ａの寸法及び形が異なってくる。触媒金属粒子３３
ａの形に後続工程で形成される炭素ナノチューブ３４の
形も影響される。本実施例においては、触媒金属粒子３
３ａの寸法を２００ｎｍ以下に形成する。
【００２２】次に、炭素ソースガスを熱化学気相蒸着装
置内に供給して、図５（Ｃ）に示されたように、炭素ナ
ノチューブ３４を成長させる。前記炭素ナノチューブ３
４の成長段階及びナノ寸法の触媒金属粒子３３ａの形成
段階は、イン−サイチュで実施できる。具体的に、図６
の第１弁４１０は閉め、かつ第２弁４６０を開けてアン
モニアガスの供給は遮断し、炭素ソースガス供給源４５
０からガス供給管３２０を通じて炭素ソースガスを反応
炉３００内に供給する。反応炉３００内の温度は、分離
されたナノ寸法の触媒金属粒子の形成時の温度と同一の
温度範囲である７００から１０００℃に保つ。炭素ソー
スガスは２０から２００ｓｃｃｍ（Standard Cubic Cen
timeters per Minute）の流量で１０から６０分間供給
する。前記炭素ソースガスは炭素原子を提供できるもの
であって、低温で分解可能なものなら使用可能である。
前記炭素ソースガスとしては、好ましくは、Ｃ1〜Ｃ20
の炭化水素ガスを用いる。好ましくは、アセチレン、エ
チレン、プロピレン、プロパンまたはメタンガスなどが
利用できる。
置内に供給して、図５（Ｃ）に示されたように、炭素ナ
ノチューブ３４を成長させる。前記炭素ナノチューブ３
４の成長段階及びナノ寸法の触媒金属粒子３３ａの形成
段階は、イン−サイチュで実施できる。具体的に、図６
の第１弁４１０は閉め、かつ第２弁４６０を開けてアン
モニアガスの供給は遮断し、炭素ソースガス供給源４５
０からガス供給管３２０を通じて炭素ソースガスを反応
炉３００内に供給する。反応炉３００内の温度は、分離
されたナノ寸法の触媒金属粒子の形成時の温度と同一の
温度範囲である７００から１０００℃に保つ。炭素ソー
スガスは２０から２００ｓｃｃｍ（Standard Cubic Cen
timeters per Minute）の流量で１０から６０分間供給
する。前記炭素ソースガスは炭素原子を提供できるもの
であって、低温で分解可能なものなら使用可能である。
前記炭素ソースガスとしては、好ましくは、Ｃ1〜Ｃ20
の炭化水素ガスを用いる。好ましくは、アセチレン、エ
チレン、プロピレン、プロパンまたはメタンガスなどが
利用できる。
【００２３】炭素ナノチューブの成長速度及び時間を調
節するためには、第３弁４９０を開け、キャリアまたは
希釈ガス供給源４８０からキャリアガス（水素またはア
ルゴン等の非活性ガス）及び／または希釈ガス（水素化
物ガス）等を炭素ソースガスと共に供給できる。また、
炭素ソースガスと共に適宜な割合でエッチングガス、例
えば、アンモニアガス、水素ガスまたは水素化物ガスを
同時に供給して炭素ナノチューブの密度及び成長形態を
調節することもできる。炭素ソースガス及びエッチング
ガスの体積比は、２：１ないし３：１であることが好ま
しい。
節するためには、第３弁４９０を開け、キャリアまたは
希釈ガス供給源４８０からキャリアガス（水素またはア
ルゴン等の非活性ガス）及び／または希釈ガス（水素化
物ガス）等を炭素ソースガスと共に供給できる。また、
炭素ソースガスと共に適宜な割合でエッチングガス、例
えば、アンモニアガス、水素ガスまたは水素化物ガスを
同時に供給して炭素ナノチューブの密度及び成長形態を
調節することもできる。炭素ソースガス及びエッチング
ガスの体積比は、２：１ないし３：１であることが好ま
しい。
【００２４】図７に示されたように、熱化学気相蒸着装
置の反応炉３００内に供給された炭素ソースガス、例え
ば、アセチレンガス（Ｃ2Ｈ2）が気相で熱分解されて炭
素ユニット（Ｃ＝ＣまたはＣ）と自由水素（Ｈ2）を形
成すれば、炭素ユニットが触媒金属粒子３３ａの表面に
吸着された後に内部に拡散されていき、溶解される。続
いて、触媒金属粒子３３ａの内部に炭素ユニットが拡散
されていって蓄積されると、炭素ナノチューブ３４が成
長し始まる。持続的に炭素ユニットが供給されると、触
媒金属粒子３３ａの触媒作用によって炭素ナノチューブ
３４が竹状に成長される。触媒金属粒子３３ａの形が丸
いか、あるいは鈍い場合には炭素ナノチューブ３４の先
端部も円形または鈍い形に形成される。その一方、図に
図示されていないが、ナノ寸法の触媒金属粒子３３ａの
先端部が尖っている場合には、炭素ナノチューブの先端
部も尖るように形成される。
置の反応炉３００内に供給された炭素ソースガス、例え
ば、アセチレンガス（Ｃ2Ｈ2）が気相で熱分解されて炭
素ユニット（Ｃ＝ＣまたはＣ）と自由水素（Ｈ2）を形
成すれば、炭素ユニットが触媒金属粒子３３ａの表面に
吸着された後に内部に拡散されていき、溶解される。続
いて、触媒金属粒子３３ａの内部に炭素ユニットが拡散
されていって蓄積されると、炭素ナノチューブ３４が成
長し始まる。持続的に炭素ユニットが供給されると、触
媒金属粒子３３ａの触媒作用によって炭素ナノチューブ
３４が竹状に成長される。触媒金属粒子３３ａの形が丸
いか、あるいは鈍い場合には炭素ナノチューブ３４の先
端部も円形または鈍い形に形成される。その一方、図に
図示されていないが、ナノ寸法の触媒金属粒子３３ａの
先端部が尖っている場合には、炭素ナノチューブの先端
部も尖るように形成される。
【００２５】本実施例は炭素ナノチューブ３４の成長に
適した触媒金属粒子３３ａが周辺の他の粒子と塊りにな
らず、分離されて独立的に形成されるため炭素ナノチュ
ーブ３４の形成時に非晶質状態の炭素塊りが形成されな
い。従って、高純度の炭素ナノチューブ３４を形成で
き、炭素ナノチューブ３４を基板に対して垂直に成長で
きる。その上、エッチングガス、すなわち、アンモニア
ガスによるエッチング条件、例えばガス流量、エッチン
グ温度及びエッチング時間を変えて触媒金属粒子の寸法
を調節できるため、炭素ナノチューブ３４の直径を容易
に調節できる。そして、炭素ソースガスの供給条件、例
えばガス流量、反応温度及び反応時間を変えて炭素ナノ
チューブ３４の長さも容易に調節できる。
適した触媒金属粒子３３ａが周辺の他の粒子と塊りにな
らず、分離されて独立的に形成されるため炭素ナノチュ
ーブ３４の形成時に非晶質状態の炭素塊りが形成されな
い。従って、高純度の炭素ナノチューブ３４を形成で
き、炭素ナノチューブ３４を基板に対して垂直に成長で
きる。その上、エッチングガス、すなわち、アンモニア
ガスによるエッチング条件、例えばガス流量、エッチン
グ温度及びエッチング時間を変えて触媒金属粒子の寸法
を調節できるため、炭素ナノチューブ３４の直径を容易
に調節できる。そして、炭素ソースガスの供給条件、例
えばガス流量、反応温度及び反応時間を変えて炭素ナノ
チューブ３４の長さも容易に調節できる。
【００２６】この実施例では、分離されたナノ寸法の触
媒金属粒子３３ａを図６の熱化学気相蒸着装置を用いた
ドライエッチング法によりエッチングして形成したが、
ウェットエッチング法により形成しても良い。すなわ
ち、触媒金属膜３３の形成された基板３０をウェットエ
ッチング液、例えばフッ化水素（ＨＦ）溶液に浸漬して
分離されたナノ寸法の触媒金属粒子３３ａを形成する。
ウェットエッチング法を用いる場合にも低温で実施でき
るという長所がある。
媒金属粒子３３ａを図６の熱化学気相蒸着装置を用いた
ドライエッチング法によりエッチングして形成したが、
ウェットエッチング法により形成しても良い。すなわ
ち、触媒金属膜３３の形成された基板３０をウェットエ
ッチング液、例えばフッ化水素（ＨＦ）溶液に浸漬して
分離されたナノ寸法の触媒金属粒子３３ａを形成する。
ウェットエッチング法を用いる場合にも低温で実施でき
るという長所がある。
【００２７】そして、この実施例では、前記触媒金属粒
子３３ａの形成及び炭素ナノチューブ３４の成長時に水
平型熱化学気相蒸着装置を例に取って説明したが、垂直
型、イン−ライン型またはコンベヤ型熱化学気相蒸着装
置も使用できるのはもちろんである。また、前記触媒金
属粒子及び炭素ナノチューブの成長時に水平型熱化学気
相蒸着装置を例に取って説明したが、プラズマ化学気相
蒸着装置も使用できる。プラズマ化学気相蒸着装置を用
いる場合、低温で実施でき、かつ反応調節が容易である
という長所がある。
子３３ａの形成及び炭素ナノチューブ３４の成長時に水
平型熱化学気相蒸着装置を例に取って説明したが、垂直
型、イン−ライン型またはコンベヤ型熱化学気相蒸着装
置も使用できるのはもちろんである。また、前記触媒金
属粒子及び炭素ナノチューブの成長時に水平型熱化学気
相蒸着装置を例に取って説明したが、プラズマ化学気相
蒸着装置も使用できる。プラズマ化学気相蒸着装置を用
いる場合、低温で実施でき、かつ反応調節が容易である
という長所がある。
【００２８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明による垂直配
向された炭素ナノチューブを用いた電界放出表示素子は
３電極型電界放出表示素子であって、構造が簡単なので
製造収率を高めることができ、かつ大面積の製造が可能
である。
向された炭素ナノチューブを用いた電界放出表示素子は
３電極型電界放出表示素子であって、構造が簡単なので
製造収率を高めることができ、かつ大面積の製造が可能
である。
【００２９】また、本発明による電界放出表示素子はエ
ミッタ用チップとして垂直方向によく配向された炭素ナ
ノチューブを用いるので、低い動作電圧、例えば３Ｖ／
μｍ以下でも大きい放出電流を得ることができるほか、
単位面積当たり高いチップ密度を有しているので発光効
率に優れており、信頼性が高い。
ミッタ用チップとして垂直方向によく配向された炭素ナ
ノチューブを用いるので、低い動作電圧、例えば３Ｖ／
μｍ以下でも大きい放出電流を得ることができるほか、
単位面積当たり高いチップ密度を有しているので発光効
率に優れており、信頼性が高い。
【図１】本発明の一実施例による電界放出表示素子を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】図１の電界放出表示素子の製造方法を示す断面
図である。
図である。
【図３】図１の電界放出表示素子の製造方法を示す断面
図である。
図である。
【図４】図１の電界放出表示素子の製造方法を示す断面
図である。
図である。
【図５】図３の炭素ナノチューブ成長方法を説明するた
めの図であって、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順に成長す
る様子を示す模式図である。
めの図であって、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順に成長す
る様子を示す模式図である。
【図６】図３の炭素ナノチューブの成長に使用された熱
化学気相蒸着装置の一例を示す概略図である。
化学気相蒸着装置の一例を示す概略図である。
【図７】本発明の一実施例によって分離された触媒金属
粒子上で炭素ナノチューブが成長するメカニズムを示す
模式図である。
粒子上で炭素ナノチューブが成長するメカニズムを示す
模式図である。
３０ 下部基板 ３２ 第１金属膜 ３４ 炭素ナノチューブ ３６ 第１スペーサ ３８ 第２金属膜 ４０ 第２スペーサ ５０ 上部基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳 在銀 大韓民国ソウル特別市城北区貞陵１洞1015 番地慶南アパート106棟1001号
Claims (12)
- 【請求項１】 下部基板上に形成されたカソード電極用
第１金属膜と、 前記第１金属膜上に垂直配向されたエミッタチップ用炭
素ナノチューブと、 前記第１金属膜上に設けられた第１スペーサと、 前記第１スペーサに支持され、前記炭素ナノチューブの
上部に形成されてゲート電極として用いられるメッシュ
状の第２金属膜と、 前記第１スペーサ上に形成された第２スペーサと、 前記第２スペーサ上に設けられ、その表面に透明電極及
び蛍光体が付着された上部基板と、 を備えることを特徴とする電界放出表示素子。 - 【請求項２】 前記下部基板はガラス、石英、シリコン
またはアルミナ基板であることを特徴とする請求項１に
記載の電界放出表示素子。 - 【請求項３】 前記第１金属膜はクロム膜、チタニウム
膜、タングステン膜またはアルミニウム膜であり、第２
金属膜はクロム膜、チタニウム膜またはパラジウム膜で
あることを特徴とする請求項１に記載の電界放出表示素
子。 - 【請求項４】 前記エミッタチップ用炭素ナノチューブ
は、前記第１金属膜上に触媒金属粒子を形成した後に化
学気相蒸着法により触媒金属粒子上で形成されているこ
とを特徴とする請求項１に記載の電界放出表示素子。 - 【請求項５】 下部基板上にカソード電極用第１金属膜
を形成する段階と、 前記第１金属膜上に炭素ナノチューブを垂直配向させて
成長させる段階と、 前記第１金属膜上に第１スペーサを設ける段階と、 前記第１スペーサに支持され、前記炭素ナノチューブの
上部に形成されゲート電極として用いられるメッシュ状
の第２金属膜を形成する段階と、 前記第１スペーサ上に第２スペーサを形成する段階と、 前記第２スペーサ上に透明電極及び蛍光体の付着された
上部基板を付着させる段階と、 を含むことを特徴とする電界放出表示素子の製造方法。 - 【請求項６】 前記下部基板はガラス、石英、シリコン
またはアルミナ基板であることを特徴とする電界放出表
示素子の製造方法。 - 【請求項７】 前記第１金属膜はクロム膜、タングステ
ン膜またはアルミニウム膜であり、第２金属膜はクロム
膜またはパラジウム膜であることを特徴とする請求項５
に記載の電界放出表示素子の製造方法。 - 【請求項８】 前記炭素ナノチューブを垂直配向させて
成長させる段階は、 前記第１金属膜上に触媒金属膜を形成する段階と、 前記触媒金属膜の表面をエッチングして分離されたナノ
寸法の触媒金属粒子を形成する段階と、 炭素ソースガスを用いた化学気相蒸着法により前記分離
された触媒金属粒子毎にエミッタチップ用炭素ナノチュ
ーブを垂直方向に成長させる段階とを含むことを特徴と
する請求項５に記載の電界放出表示素子の製造方法。 - 【請求項９】 前記触媒金属粒子の形成及び炭素ナノチ
ューブの成長時、熱化学気相蒸着法またはプラズマ化学
気相蒸着法を用いることを特徴とする請求項８に記載の
電界放出表示素子の製造方法。 - 【請求項１０】 前記炭素ソースガスとして、アセチレ
ン、エチレン、プロピレン、プロパンまたはメタンガス
を用いることを特徴とする請求項８に記載の電界放出表
示素子の製造方法。 - 【請求項１１】 前記触媒金属膜の表面エッチング時
に、アンモニアガス、水素ガスもしくは水素化物ガス、
またはフッ化水素溶液を用いることを特徴とする請求項
８に記載の電界放出表示素子の製造方法。 - 【請求項１２】 前記触媒金属膜はコバルト、ニッケ
ル、鉄、イットリウムまたはこれらの合金から形成され
ることを特徴とする請求項８に記載の電界放出表示素子
の製造方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR19990049020 | 1999-11-05 | ||
| KR10-2000-0029581A KR100376198B1 (ko) | 1999-11-05 | 2000-05-31 | 수직 배향된 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출 표시소자및 그 제조 방법 |
| KR1999P49020 | 2000-05-31 | ||
| KR2000-29581 | 2000-05-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000321075A Pending JP2001176431A (ja) | 1999-11-05 | 2000-10-20 | 電界放出表示素子及びその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1102299A1 (ja) |
| JP (1) | JP2001176431A (ja) |
| CN (1) | CN1302079A (ja) |
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| JP2006335583A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Ulvac Japan Ltd | グラファイトナノファイバーの製造方法 |
| JP2007076925A (ja) * | 2005-09-09 | 2007-03-29 | Ulvac Japan Ltd | カーボンナノチューブの作製方法及びその固定方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP3658346B2 (ja) | 2000-09-01 | 2005-06-08 | キヤノン株式会社 | 電子放出素子、電子源および画像形成装置、並びに電子放出素子の製造方法 |
| JP3639809B2 (ja) | 2000-09-01 | 2005-04-20 | キヤノン株式会社 | 電子放出素子，電子放出装置，発光装置及び画像表示装置 |
| JP3610325B2 (ja) | 2000-09-01 | 2005-01-12 | キヤノン株式会社 | 電子放出素子、電子源及び画像形成装置の製造方法 |
| JP3639808B2 (ja) | 2000-09-01 | 2005-04-20 | キヤノン株式会社 | 電子放出素子及び電子源及び画像形成装置及び電子放出素子の製造方法 |
| JP3634781B2 (ja) | 2000-09-22 | 2005-03-30 | キヤノン株式会社 | 電子放出装置、電子源、画像形成装置及びテレビジョン放送表示装置 |
| JP3768908B2 (ja) | 2001-03-27 | 2006-04-19 | キヤノン株式会社 | 電子放出素子、電子源、画像形成装置 |
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