JP2002110073A

JP2002110073A - 平面表示装置

Info

Publication number: JP2002110073A
Application number: JP2000296845A
Authority: JP
Inventors: Makoto Okai; 誠岡井; Susumu Sasaki; 進佐々木; Tomio Yaguchi; 富雄矢口; Yasuhiko Muneyoshi; 恭彦宗吉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2002-04-12

Abstract

(57)【要約】【課題】従来、カーボンナノチューブのような微細繊維
構造を有する物質を電子源として用いる場合、微細繊維
物質を有機バインダー等と混ぜて、基板上に印刷する方
法が一般に用いられていた。しかしながら、この方法で
は、印刷により作製したカーボンナノチューブの表面の
凹凸が１０ミクロン以上あるために、その上にゲート構
造を作製し、ゲートとカーボンナノチューブの距離を数
ミクロンに制御して、ゲート電圧を数ボルトから数十ボ
ルト程度に低減することが不可能であった。【解決手段】通常のホトプロセスおよびドライプロセス
等の利用により、ゲート電極１０２とカソード電極１０
１の間隔が数ミクロンから数十ミクロンになるように、
電極構造を作製し、インクジェット法等の手法により、
カソード電極表面の所望の位置に、カーボンナノチュー
ブの含有膜１０５の膜厚を数ミクロンの精度で制御して
作製し、ゲート電極とカーボンナノチューブ先端の距離
を数ミクロンから数十ミクロンに制御することにより、
ゲート電圧を数ボルトから数十ボルト程度に低減するこ
とを可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平面表示装置に係
り、特に、カーボンナノチューブのような微細繊維構造
を有する物質を電子源として用いた自発光型平面表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、カーボンナノチューブのような微
細繊維構造を有する物質を電子源として用いる場合、微
細繊維物質を有機バインダー等と混ぜて、基板上に印刷
する方法が一般に用いられていた。この方法を用いて、
４.５インチの自発光型平面表示装置を作製した例が、
「エス・アイ・デー９９ダイジェスト」（SID 99 Dig
est, pp.1134-1137）に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この方法では、印刷に
より作製したカーボンナノチューブの表面の凹凸が１０
ミクロン以上あるために、その上にゲート構造を作製
し、ゲートとカーボンナノチューブの距離を数ミクロン
から数十ミクロンに制御して、ゲート電圧を数ボルトか
ら数十ボルト程度に低減することが不可能であった。

【０００４】そこで、本発明の目的は、カーボンナノチ
ューブのような微細繊維構造物質を電子源として用いた
平面表示装置において、数ボルトから数十ボルトの低電
圧でゲート動作が可能な平面表示装置を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では、通常のホト
プロセスおよびドライプロセス等の利用により、ゲート
電極とカソード電極の間隔が数ミクロンから数十ミクロ
ンになるように、電極構造を作製し、ディスペンサー法
あるいはインクジェット法等の手法により、カソード電
極表面の所望の位置に、カーボンナノチューブの含有膜
の膜厚を数ミクロンの精度で制御して作製し、ゲート電
極とカーボンナノチューブ先端の距離を数ミクロンから
数十ミクロンに制御することにより、ゲート電圧を数ボ
ルトから数十ボルト程度に低減することを可能にした。

【０００６】これにより、本発明は、単層あるいは多層
の金属薄膜により形成された複数の第１の電極と、単層
あるいは多層の金属薄膜により形成された複数の第２の
電極とを、絶縁膜をはさんで交差せしめた配線構造と、
該配線構造に対面して配設された第３の電極との間に加
速電圧を印加することにより画像を表示するようにした
平面表示装置にあって、該配線構造の交差部分に少なく
とも一個の任意形状の開口部を有し、かつ、該開口部
は、ドライエッチング法により第２の電極と絶縁膜を貫
通して第１の電極表面に達するように形成され、その底
部に微細繊維構造物質層を配してなることを特徴とする
平面表示装置を提供する。

【０００７】また、本発明は、単層あるいは多層の金属
薄膜により形成された複数の第１の電極と、単層あるい
は多層の金属薄膜により形成された複数の第２の電極と
を、絶縁膜をはさんで交差せしめた配線構造と、該配線
構造に対面して配設された第３の電極との間に加速電圧
を印加することにより画像を表示するようにした平面表
示装置にあって、該配線構造の交差部分に少なくとも一
個の任意形状の開口部を有し、かつ、該開口部は、第２
の電極と絶縁膜を貫通して第１の電極表面に達するよう
に形成され、その底部に微細繊維構造物質層を配し、そ
の側面が該底部に向かって垂直角度もしくは狭まる角度
をもって形成されてなることを特徴とする平面表示装置
を提供する。

【０００８】さらに、本発明は、上記構成において、上
記微細繊維構造物質層は、開口部の底部にある第１の電
極の表面において、ディスペンサー法もしくはインクジ
ェット法によりカーボンナノチューブを含む溶液を塗
布、またはカーボンナノチューブを成長せしめて構成し
たことを特徴とする平面表示装置を提供する。さらにま
た、本発明は、上記構成において、上記開口部は、その
側面が底部に向かって段差をもって狭まる構造を有して
なることを特徴とする平面表示装置を提供する。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施例を、図１お
よび図６を用いて説明する。図１は本発明の平面表示装
置を構成する配線構造の一部を示したものである。本発
明の平面表示装置の全体構成を図６を用いて説明する。

【００１０】本平面表示装置は、電子源アレイを作製し
た電子源基板６１０、電子源の位置に合わせて、蛍光体
ストライプあるいはドットを作製した蛍光表示板６１
２、電子源基板６１０と蛍光表示板６１２を一定間隔に
保って固定するための枠ガラス６１１より構成される。
また、図中には示さなかったが、画面サイズが大きくな
ると、枠ガラス内部にも電子源基板６１０と蛍光表示板
６１２を一定間隔に保つためのスペーサが必要となる。

【００１１】電子源基板６１０には、カソード電極６０
１とゲート電極６０２を形成する。両電極は絶縁層をは
さんで絶縁されている。そして、カソード電極６０１と
ゲート電極６０２の交点に電子源を形成する。そして、
カソード電極６０１に走査信号を、ゲート電極６０２に
画像信号をインプットし、カソード電極６０１と蛍光表
示板６１２に設けたアノード電極の間に、加速電圧を印
加することにより、画像を表示させることができる。

【００１２】電子源の拡大図を図１に示す。図１（ａ）
が、上面図であり、図１（ｂ）がＡ−Ａ'断面図、図１
（ｃ）がＢ−Ｂ'断面図である。まず、ガラス基板表面
に、アルミニウム等の金属薄膜（膜厚５００ｎｍ）をス
パッタ法等の手法により形成し、通常のホトリソ工程に
より、幅が１００ミクロン、間隔が５０ミクロンのカソ
ード電極ストライプ構造Ｃ１０１を形成する。

【００１３】次に、ガラス基板全面に、絶縁膜１０４
（膜厚１０μｍ）をスピンナー塗布あるいはスクリーン
印刷およびその後の焼成処理により形成する。そして、
絶縁膜１０４の上にアルミニウム等の金属薄膜（膜厚５
００ｎｍ）をスパッタ法等の手法により形成し、通常の
ホトリソ工程によりゲートホール１０３のための丸い穴
を形成する。このようにして形成した、丸い穴の開いた
金属薄膜をマスクにして、ドライエッチング法により、
絶縁膜１０４をエッチングして、カソード電極ストライ
プ構造Ｃ１０１に達するゲートホール１０３を形成す
る。

【００１４】ゲートホールの側面は、ガラス基板面に垂
直になるように、エッチング条件およびエッチングガス
種を調整した。ゲートホールの直径は、２０ミクロンで
ある。次に再度、通常のホトリソ工程により、最上面電
極薄膜のパターンニングを行うことにより、ゲート電極
ストライプ構造１０２を形成する。ストライプの幅は１
００ミクロン、間隔は５０ミクロンである。最後にゲー
トホール１０３の中に、直径が３０ｎｍのマルチフォー
ルカーボンナノチューブを含有する溶液を、ディスペン
サー法あるいはインクジェット法により塗布し乾燥する
ことにより、カーボンナノチューブ層１０５(膜厚１ミ
クロン)を形成する。

【００１５】このようにして作製した配線構造を用い
て、カソード電極ストライプ構造１０１に走査信号を、
ゲート電極ストライプ構造１０２に画像信号をインプッ
トし、さらにカソード電極ストライプ構造１０１と図６
の蛍光表示板６１２に設けたアノード電極の間に、加速
電圧を印加することにより、画像を表示させることがで
きた。カーボンナノチューブ層１０５表面とゲート電極
ストライプ１０２の間隔は９ミクロンであり、２０Ｖの
低電圧でゲート動作が可能であった。

【００１６】なお、本実施例では、カソード電極ストラ
イプ構造１０１およびゲート電極ストライプ構造１０２
をともにアルミニウムで形成したが、４００度程度の熱
処理において酸化により伝導性を失わない金属であれ
ば、いかなる金属を用いることも可能である。また、合
金薄膜や多層薄膜を用いることも可能である。

【００１７】また、本発明では、絶縁膜１０４の膜厚を
１０ミクロン、ゲートホールの直径を２０ミクロンとし
たが、膜厚および直径を任意に設計することにより、所
望の電圧でゲート動作を行わせることができる。次に、
本発明の第２の実施例を図２を用いて説明する。図２
（ａ）が、上面図であり、図２（ｂ）がＡ−Ａ'断面
図、図２（ｃ）がＢ−Ｂ'断面図である。第２の実施
例では、ゲートホール２０３の形状が、立方体であるこ
とが第１の実施例と異なる。作製した配線構造を用い
て、カソード電極ストライプ構造２０１に走査信号を、
ゲート電極ストライプ構造２０２に画像信号をインプッ
トし、さらに、カソード電極ストライプ構造２０１と図
６の蛍光表示板６１２に設けたアノード電極の間に、加
速電圧を印加することにより、画像を表示させることが
できた。

【００１８】なお、カソード電極ストライプ２０１とゲ
ート電極ストライプ２０２の交点におけるゲートホール
の個数および形状は、任意に設計することが可能であ
る。

【００１９】次に、本発明の第３を実施例を図３を用い
て説明する。図３（ａ）が、上面図であり、図３（ｂ）
がＡ−Ａ'断面図、図３（ｃ）がＢ−Ｂ'断面図である。

【００２０】本実施例では、ゲートホール３０３の側面
が、ガラス基板面に対して７０度になっていることが、
第１の実施例と異なる。ドライエッチングの際のエッチ
ング条件およびエッチングガス種を適切に選ぶことによ
り、このゲートホール３０３の角度を自由に作製するこ
とが可能である。

【００２１】本発明のように、この角度を例えば７０度
にして、ゲートホールの底部よりも上面部分の開口を大
きくすることにより、カーボンナノチューブ層３０５か
ら飛び出した電子が、ゲートホール側面に当たる確率を
低減することができる。これにより、絶縁膜３０４のチ
ャージアップ現象を防ぐことができるために、安定なゲ
ート動作が可能となった。

【００２２】このようにして作製した配線構造を用い
て、カソード電極ストライプ構造３０１に走査信号を、
ゲート電極ストライプ構造３０２に画像信号をインプッ
トし、さらにカソード電極ストライプ構造３０１と図６
の蛍光表示板６１２に設けたアノード電極の間に、加速
電圧を印加することにより、画像を表示させることがで
きた。カーボンナノチューブ層３０５表面とゲート電極
ストライプ３０２の間隔は９ミクロンであり、２０Ｖの
低電圧でゲート動作が可能であった。

【００２３】なお、本実施例では、ゲートホール３０３
の角度を７０度にすることによりゲートホールの底より
も上面部分の開口を大きくした例について述べたが、７
０度に限定されるものではない。また、その他にも、例
えばゲートホールの上半分の直径を３０ミクロン、下半
分の直径を２０ミクロンとした構造によっても、ゲート
ホールの底よりも上面部分の開口を大きくすることがで
き、カーボンナノチューブ層から飛び出した電子がゲー
トホール側面に当る確率を低減し、チャージアップ現象
を防ぐことができる。なお、かかる段差構造は、ホトプ
ロセスとそれに続くドライエッチングプロセスを２回行
なうことにより作製できる。

【００２４】次に、本発明の第４の実施例を図４を用い
て説明する。図４（ａ）が、上面図であり、図４（ｂ）
がＡ−Ａ'断面図、図４（ｃ）がＢ−Ｂ'断面図である。
まず、ガラス基板表面に、アルミニウム等の金属薄膜
（膜厚５００ｎｍ）をスパッタ法等の手法により形成
し、通常のホトリソ工程により、幅が１００ミクロン、
間隔が５０ミクロンのカソード電極ストライプ構造４０
１を形成する。

【００２５】次に、ガラス基板全面に、絶縁膜４０４
（膜厚１０μｍ）をスピンナー塗布あるいはスクリーン
印刷およびその後の焼成処理により形成する。そして、
絶縁膜４０４の上にアルミニウム等の金属薄膜（膜厚５
００ｎｍ）をスパッタ法等の手法により形成し、通常の
ホトリソ工程によりゲート電極ストライプパターン４０
２を形成する。ストライプの幅は１００ミクロンであ
り、間隔は５０ミクロンである。

【００２６】また、ゲートホール４０３上面の直径は２
０ミクロンである。このようにして形成した、ゲート電
極ストライプ４０２をマスクにして、ドライエッチング
法により、絶縁膜４０４をエッチングして、カソード電
極ストライプ構造４０１に達するゲートホール４０３を
形成する。ゲートホールの側面は、ガラス基板面に垂直
になるように、エッチング条件およびエッチングガス種
を調整した。

【００２７】最後にゲートホール４０３の中に、直径が
３０ｎｍのマルチフォールカーボンナノチューブを含有
する溶液を、ディスペンサー法あるいはインクジェット
法により塗布し乾燥することにより、カーボンナノチュ
ーブ層４０５を形成する。

【００２８】このようにして作製した配線構造を用い
て、カソード電極ストライプ構造４０１に走査信号を、
ゲート電極ストライプ構造４０２に画像信号をインプッ
トし、さらにカソード電極ストライプ構造４０１と図６
の蛍光表示板６１２に設けたアノード電極の間に、加速
電圧を印加することにより、画像を表示させることがで
きた。

【００２９】なお、本実施例では、カソード電極ストラ
イプ構造４０１およびゲート電極ストライプ構造４０２
をともにアルミニウムで形成したが、４００度程度の熱
処理において酸化により伝導性を失わない金属であれ
ば、いかなる金属を用いることも可能である。また、合
金薄膜や多層薄膜を用いることも可能である。

【００３０】また、本発明では、絶縁膜４０４の膜厚を
１０ミクロン、ゲートホールの直径を２０ミクロンとし
たが、膜厚および直径を任意に設計することにより、所
望の電圧でゲート動作を行わせることができる。

【００３１】次に、本発明の第５の実施例を図５を用い
て説明する。図５（ａ）が、上面図であり、図５（ｂ）
がＡ−Ａ'断面図、図５（ｃ）がＢ−Ｂ'断面図である。
本実施例では、カーボンナノチューブ層５０５を気
相成長法により選択的にゲートホール５０５の底面に成
長した点が、第１の実施例と異なる。カーボンナノチュ
ーブは、ガラス基板面に対してほぼ垂直に成長し、長さ
は１ミクロンである。

【００３２】このようにして作製した配線構造を用い
て、カソード電極ストライプ構造５０１に走査信号
を、ゲート電極ストライプ構造５０２に画像信号をイ
ンプットし、さらにカソード電極ストライプ構造５０
１と図６の蛍光表示板６１２に設けたアノード電極の間
に、加速電圧を印加することにより、画像を表示させる
ことができた。カーボンナノチューブ層５０５表面と
ゲート電極ストライプ５０２の間隔は９ミクロンであ
り、２０Ｖの低電圧でゲート動作が可能であった。

【００３３】

【発明の効果】本発明により、カーボンナノチューブの
ような微細繊維構造物質を電子源として用いた平面表示
装置において、ゲート電極とカーボンナノチューブ先端
の距離を数ミクロンから数十ミクロンに制御することに
より、数ボルトから数十ボルトの低電圧でゲート動作が
可能な、自発光型平面表示装置を実現することが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を説明する図。

【図２】本発明の第２の実施例を説明する図。

【図３】本発明の第３の実施例を説明する図。

【図４】本発明の第４の実施例を説明する図。

【図５】本発明の第５の実施例を説明する図。

【図６】平面ディスプレイの概念を説明する図。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１、５０１---カソード
電極ストライプ構造、１０２、２０２、３０２、４０
２、５０２---ゲート電極ストライプ構造、１０３、２
０３、３０３、４０３、５０３---ゲートホール、１０
４、２０４、３０４、４０４、５０４---絶縁膜、１０
５、２０５、３０５、４０５、５０５---カーボンナノ
チューブ層、６０１---カソード電極、６０２---ゲート
電極、６１０---電子源基板、６１１---枠ガラス、６１
２---蛍光表示板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢口富雄千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所ディスプレイグループ内 (72)発明者宗吉恭彦千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所ディスプレイグループ内Ｆターム(参考） 5C036 EF01 EF08 EG02 EG12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単層あるいは多層の金属薄膜により形成さ
れた複数の第１の電極と、単層あるいは多層の金属薄膜
により形成された複数の第２の電極とを、絶縁膜をはさ
んで交差せしめた配線構造と、該配線構造に対面して配
設された第３の電極との間に加速電圧を印加することに
より画像を表示するようにした平面表示装置にあって、
前記交差部分に少なくとも一個の任意形状の開口部を有
し、かつ、該開口部は、ドライエッチング法により前記
第２の電極と前記絶縁膜を貫通して前記第１の電極表面
に達するように形成され、その底部に微細繊維構造物質
層を配してなることを特徴とする平面表示装置。
【請求項２】単層あるいは多層の金属薄膜により形成さ
れた複数の第１の電極と、単層あるいは多層の金属薄膜
により形成された複数の第２の電極とを、絶縁膜をはさ
んで交差せしめた配線構造と、該配線構造に対面して配
設された第３の電極との間に加速電圧を印加することに
より画像を表示するようにした平面表示装置にあって、
前記交差部分に少なくとも一個の任意形状の開口部を有
し、かつ、該開口部は、前記第２の電極と前記絶縁膜を
貫通して前記第１の電極表面に達するように形成され、
その底部に微細繊維構造物質層を配し、その側面が該底
部に向かって垂直角度もしくは狭まる角度をもって形成
されてなることを特徴とする平面表示装置。
【請求項３】前記微細繊維構造物質層は、前記開口部の
底部にある前記第１の電極の表面において、ディスペン
サー法もしくはインクジェット法によりカーボンナノチ
ューブを含む溶液を塗布、またはカーボンナノチューブ
を成長せしめて構成したことを特徴とする請求項１又は
請求項２記載の平面表示装置。
【請求項４】前記開口部は、その側面が底部に向かって
段差をもって狭まる構造を有してなることを特徴とする
請求項１記載の平面表示装置。