JP2002324504A - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明はＣＮＴを冷陰極電子源とする発光
素子において、低電圧駆動で、かつ高輝度特性の発光素
子とその製造方法を実現することを目的とする。 【解決手段】 発光素子のカソード電極を、印刷及び焼
成により形成された錫ドープ酸化インジウムで構成して
いる。また、発光素子の製造方法として、有機インジウ
ムと有機錫を含むペーストを用いて背面パネルの基板上
にカソード電極を印刷し、カソード電極を焼成して固着
させ、カソード電極上にＣＮＴを形成する各工程を備え
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カーボンナノチ
ューブなどの炭素系微粒子を冷陰極電子源に用いた発光
素子及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子源としては従来からＣＲＴ用の電子
銃などに用いられている熱電子源が多用されているが、
近年平板型表示装置（フラットパネルディスプレイ）の
開発が盛んに行われるに伴い、ヒータを必要としない冷
陰極の電子源の開発が進んでいる。とくに平面状に配置
された電界放出型陰極、いわゆる冷陰極からなる電子源
を備えた電界放出型表示装置(ＦＥＤ：Ｆｉｅｌｄ Ｅ
ｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ)は、平面型表示装置
の中で、高輝度および広視野角、高速応答、低消費電力
の実現が可能な自発光型表示装置として注目されてい
る。この中でも特に注目されているのが、半導体プロセ
スを必要とせず印刷やＣＶＤ(Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａ
ｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)で作成可能なカーボン
ナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ、以
下ＣＮＴと称す。)を用いた電子源であり、学会や研究
会で盛んに発表されている。

【０００３】例えば、１９９９年国際ディスプレイワー
クショップ（ＩＤＷ‘９９、Ｐ９７１）では図５に示す
ような構造のＣＮＴ応用のＦＥＤが提案されている。図
５において、５１はガラス製の前面パネルであり、前面
パネルの内表面に画素ドットを分割するリブ５４ａが配
置され、そのリブ５４ａの間に赤、青および緑色に発光
する蛍光体５２が形成されており、その蛍光体５２の表
面にはアルミニウム薄膜５３が形成されている。一方、
ガラス製の背面パネル５５の上には４個のリブ５４ｂが
一定の間隔で配置され、そのリブ５４ｂの間に銀を用い
た３個のカソード電極５６、これらのカソード電極５６
の上にはそれぞれＣＮＴを用いた冷陰極５７が形成され
ている。次にリブ５４ａと５４ｂが直交し、またリブ５
４ａとリブ５４ｂとの間に電子ビームが通過する開口部
５８をもつ金属製のグリッド５９を挟んだ状態で前面パ
ネル５１と背面パネル５５を配置して、その外周部をガ
ラスフリットなどで封止する。最後に排気管（図示せ
ず）を通して真空排気されて１画素単位となる発光素子
を構成している。

【０００４】図５では、図示したもの以外に実際の発光
素子に必要な、内部を真空に引くための孔や排気管、外
部への信号取り出し電極、また内部ガスを吸着するため
のゲッターなどが設置されているが、この発明とは本質
的に無関係であるので説明を簡明にするために省略して
いる。

【０００５】このように構成された発光素子の動作につ
いて説明する。図５において、カソード電極５６とグリ
ッド５９との間に適当な電圧を印加するとカソード電極
５６の上に配置されているＣＮＴで構成された冷陰極５
７の表面でグリッド５９の方向に先端部を向けたＣＮＴ
に電界が集中し電子が放出される。放出された電子はグ
リッド５９の開口部５８を通過して蛍光体５２による蛍
光面は印加された数ｋＶの高電圧により加速され、アル
ミニウム薄膜５３を透過して蛍光体５２を励起発光させ
て画像を表示する。リブ５４ａとリブ５４ｂで囲まれた
領域が一つの画素となる。この画素をマトリックス状に
集積することにより平板型表示画面を構成する。これら
のリブは冷陰極５７のＣＮＴの層から放出された電子お
よびその後に反射や散乱された電子が隣接画素へ漏れ出
ることを防いでいる。

【０００６】このような表示素子において、背面パネル
に形成される電極周囲の部材は概略以下のような工程で
作製される。背面パネル５５となるガラス基板にカソー
ド電極５６としての銀電極を所定のパターンで形成す
る。銀電極の他に金、アルミ等の電極でもよい。銀電極
は蒸着あるいはスクリーン印刷で形成することができ
る。蒸着で形成する場合は、所定のパターンが形成され
たマスクを介して銀を蒸着する。スクリーン印刷で形成
する場合は銀の微粒子が分散混合された低融点ガラスペ
ーストを用いて、所定のパターンが形成されたスクリー
ンでスクリーン印刷を行い、乾燥と焼成により銀電極を
固着させカソード電極５６を構成している。

【０００７】次にＣＮＴの冷陰極５７をカソード電極５
６の上に形成する。形成する方法として、スクリーン印
刷やＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)を適用するこ
とができる。スクリーン印刷で形成する場合は、あらか
じめアーク放電やＣＶＤで作製したＣＮＴの粉末を、エ
チルセルロースなどの樹脂をテルピネオールなどの溶剤
に溶解したビークルと呼ばれるものに分散混合したペー
ストを用いる。このＣＮＴペーストを用いて、所定のパ
ターンが形成されたスクリーンでスクリーン印刷を行
い、乾燥と焼成によりＣＮＴを固着させる。ＣＶＤで形
成する場合は、例えばメタンガスを材料ガスとしてプラ
ズマＣＶＤで所定の位置にＣＮＴを堆積させる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た発光素子において、銀で構成されたカソード電極の上
に形成したＣＮＴが、発光素子の作製工程における過熱
工程、例えば印刷ＣＮＴの場合はその焼成工程、あるい
は組立や排気／封止工程で一部消失し、ＣＮＴの密度が
低下する問題がある。ＣＮＴの密度が低下すると電子の
放出源となるグリッド側に先端部を向けたＣＮＴの数が
少なくなり、放出電子の減少を招く。このようなＣＮＴ
の消失はカソード電極５６の材料をアルミニウムや金な
どに変更しても起こる。さらには、銀あるいはアルミニ
ウムや金の形成方法としてスクリーン印刷、蒸着いずれ
の手法を用いても発生することが分かっている。このよ
うなＣＮＴの消失は、ＣＮＴと金属が高温時に何らかの
反応を起こし、通常より低い温度でカーボンの燃焼が始
まるためと予想される。

【０００９】加熱によるＣＮＴの消失を避ける方法とし
て、蒸着あるいはスパッタで形成した錫ドープ酸化イン
ジウム（Indium Tin Oxide、以下ＩＴＯと称す。）を用
いる方法がある。ＩＴＯでは加熱によるＣＮＴの消失は
起こらないが、電極形成に薄膜プロセスを用いるため、
ＩＴＯ膜厚を厚く形成することが難しく、その結果、発
光素子の低電圧駆動を実現しにくいこと、更に高コスト
になる等の問題がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の構成
は、前面パネルおよび背面パネルを有する真空容器と、
前面パネルの内面に形成された蛍光面と、背面パネルの
内面に形成されたカソード電極と、カソード電極の所定
の位置に電子放出物質として少なくとも炭素系微粒子を
含む冷陰極電子源が形成され、冷陰極電子源の直上に電
子引き出し用の開口部を持つグリッド電極とを備え、冷
陰極電子源から放出された電子を蛍光面に衝突させるこ
とにより蛍光面を発光させる発光素子において、カソー
ド電極を、印刷及び焼成により形成された錫ドープ酸化
インジウムで構成している。

【００１１】この発明の第２の構成によれば、真空容器
内の前面パネルの内面に蛍光面、背面パネルの内面にカ
ソード電極をそれぞれ備えると共にカソード電極の所定
の位置に電子放出物質として少なくとも炭素系微粒子を
含む冷陰極電子源を備え、冷陰極電子源からグリッドを
介して電子を引き出し蛍光面へ衝突させるようにした発
光素子の製造方法において、有機インジウムと有機錫を
含むペーストを用いて背面パネルの基板上にカソード電
極を印刷により形成する工程と、カソード電極を焼成す
る工程と、固着したカソード電極上に炭素微粒子による
冷陰極電子源を形成する工程とを施すものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、具体的にこ
の発明の実施の形態を説明する。 実施の形態１．図１、図２はこの発明の実施の形態１に
おける発光素子を示す構造図である。図１において、１
は前面パネルであり、赤、緑、及び青の蛍光体２Ｒ、２
Ｇ及び２Ｂで構成された赤、緑、及び青用の蛍光面を備
え、これらの蛍光面上にはアルミニウム薄膜３が形成さ
れている。４は背面パネルであり、この背面パネル４の
基板上には、カソード電極５が印刷及び焼成により形成
された錫ドープ酸化インジウム(ＩＴＯ)で構成されてい
る。カソード電極５は赤、緑、及び青の蛍光面に対応し
て形成され、かつこれらのカソード電極５上には、ＣＮ
Ｔによる冷陰極６が形成されている。７はグリッドであ
り、冷陰極６の直上に開口部８をもつように背面パネル
４に固定されている。前面パネル１と背面パネル４とは
図２に示すように矩形枠状のスペーサガラス９により全
体として箱状の発光素子が構成されており、内部は真空
気密の状態に維持される。このように構成された発光素
子によれば、カソード電極におけるＩＴＯの膜厚を大き
くすることができるため、冷陰極とグリッドとの間隔を
狭く構成することができる。この結果、発光素子の発光
開始電圧を低くすることができ低電圧駆動を実現するこ
とができる。また、この構成された発光素子によれば、
放出電流を多く発生させることができ、高輝度の発光特
性を実現することができる。

【００１３】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２における発光素子の製造方法を示す工程図である。 カソードの印刷工程ＳＴ１ 有機インジウムと有機錫を、エチルセルロースなどの樹
脂をテルピネオールなどの溶剤に溶解したビークルと呼
ばれるものに分散混合したペーストを用意する。ビーク
ル中の樹脂と溶剤の比率を調整して、ペーストの粘度が
約１０、０００ｍＰａ・ｓになるように調整する。図１
に示すように背面パネル４となるガラス基板に上記のペ
ーストを用いてＩＴＯ電極であるカソード電極５をスク
リーン印刷でパターン形成する。

【００１４】カソード電極の焼成工程ＳＴ２ １２０℃で１０分間乾燥した後、大気中５５０℃で約３
０分間焼成してカソード電極５を固着させる。

【００１５】冷陰極の印刷工程ＳＴ３ さらにカソード電極５の上にＣＮＴ粉末をビークルに分
散混合したＣＮＴペーストを用いて、冷陰極６をパター
ン形成する。

【００１６】冷陰極の焼成工程ＳＴ４ １２０℃で１０分間乾燥した後、大気中４８０℃で約３
０分間焼成してＣＮＴの冷陰極６を固着させる。

【００１７】組み立て工程ＳＴ５ 次に図１に示すように、赤２Ｒ、緑２Ｇ、青２Ｂの蛍光
体で構成された蛍光面をもつ前面パネル１と上記のよう
な各工程を経て作製した背面パネル４とを対向配置す
る。冷陰極６の直上に開口部８をもつグリッド７を配置
する。グリッド７がカソード電極５および冷陰極６と接
触しないようにするためにカソード電極５および冷陰極
６の位置するところにハーフエッチングで凹部をつく
り、グリッド７を直接背面パネル４に接着している。な
お、グリッド７を壁状あるいは針状のスペーサ（図示せ
ず）で背面パネル４に固定してもよい。この組み立て工
程ＳＴ５において、グリッド７と冷陰極６との距離は電
子放出に必要な電圧をなるべく低くするために１ｍｍ以
下に設定する。さらに、前面パネル１、背面パネル４、
矩形枠状のスペーサガラス９の接合部に低融点ガラスを
塗布して乾燥させる。図２に示すように前面パネル１と
背面パネル４およびスペーサガラス９を配置して、大気
中４５０℃で約３０分間焼成して低融点ガラスを溶融し
て箱状の発光素子を構成する。

【００１８】排気／封止工程ＳＴ６ 最後に、素子全体を３５０℃に保った状態でガラス製の
排気管（図示せず）を通して真空排気を行い、発光素子
内の真空度が十分上がった状態で排気管を熱溶融させて
真空気密に封止して発光素子を完成させる。

【００１９】この実施の形態２により構成された発光素
子では、カソード印刷工程ＳＴ１において、カソード電
極を構成するＩＴＯの膜厚を大きく形成することができ
るため、冷陰極とグリッドとの間隔をより狭く構成する
ことができる。また、冷陰極の焼成工程ＳＴ４におい
て、４８０゜Ｃの加熱によりＣＮＴが消失することはな
く、密度の高いＣＮＴによる冷陰極を形成することがで
きる。

【００２０】さらに、ＩＴＯによるカソード電極をスク
リーン印刷で形成するため、蒸着やスパッタのような高
コストな薄膜プロセスを必要とせず、低コストで発光素
子を作製することができる。

【００２１】この実施の形態２ではスクリーン印刷によ
りCNTの冷陰極を形成したが、他の印刷方法、例えばフ
レキソ印刷、グラビア印刷などを用いても同様な効果が
あることはいうまでもない。

【００２２】実施の形態３．図４はこの発明の実施の形
態３における発光素子の製造方法を示す工程図である。
図４に示す製造方法では、有機インジウムと有機錫を分
散混合したペーストでカソード電極５をスクリーン印刷
でパターン形成するところまで、すなわちカソード電極
の印刷工程ＳＴ１、カソード電極の焼成工程ＳＴ２は実
施の形態２と同じである。次にカソード電極５の上でＣ
ＮＴによる冷陰極６を形成する位置に鉄の微粒子を配置
してアセチレンガスを材料ガスとしたプラズマＣＶＤで
ＣＮＴを堆積させる。ＣＮＴは触媒となる鉄微粒子の上
に選択的に堆積して冷陰極６を形成する。この後、組み
立て工程ＳＴ５、排気／封止工程ＳＴ６を経て発光素子
を完成させる。この実施の形態３は、冷陰極の蒸着工程
ＳＴ３が図３で説明した実施の形態２とは製造工程とは
相違する。しかも冷陰極の焼成工程ＳＴ４がない点でも
実施の形態２と異なる工程である。

【００２３】この実施の形態３により構成された発光素
子では、カソード印刷工程ＳＴ１において、カソード電
極を構成するＩＴＯの膜厚を大きく形成することができ
るため、冷陰極とグリッドとの間隔をより狭く構成する
ことができる。また、組み立て工程ＳＴ５における４５
０℃の加熱、封止／排気工程ＳＴ６におけるの３５０℃
の加熱によっても、カソード電極５上のＣＮＴは消失せ
ず、密度の高いＣＮＴによる冷陰極を形成することがで
きる。

【００２４】この実施の形態３では、触媒に鉄の微粒子
を用いたが、コバルトやニッケルの微粒子など他の同様
な触媒作用をもつ材料であってもよい。また、ＣＮＴを
プラズマＣＶＤで形成したが、熱ＣＶＤなど他の作製方
法を用いても同様な効果が得られる。

【００２５】また、この実施の形態３において、従来例
に開示されたリブを配置していないが、リブを配置した
発光素子でも同様の効果がある。なお、実施の形態１〜
３の説明では、炭素系微粒子としてＣＮＴを挙げたが、
炭素系微粒子はこれに限るものではない。

【００２６】

【発明の効果】この発明の第１の構成によれば、前面パ
ネルおよび背面パネルを有する真空容器と、前面パネル
の内面に形成された蛍光面と、背面パネルの内面に形成
されたカソード電極と、カソード電極の所定の位置に電
子放出物質として少なくとも炭素系微粒子を含む冷陰極
電子源が形成され、冷陰極電子源の直上に電子引き出し
用の開口部を持つグリッド電極とを備え、冷陰極電子源
から放出された電子を蛍光面に衝突させることにより蛍
光面を発光させる発光素子において、カソード電極を印
刷及び焼成により形成された錫ドープ酸化インジウムで
構成したことにより、低電圧駆動で高輝度な発光素子を
提供することができるという効果がある。

【００２７】この発明の第２の構成によれば、真空容器
内の前面パネルの内面に蛍光面、背面パネルの内面にカ
ソード電極をそれぞれ備えると共にカソード電極の所定
の位置に電子放出物質として少なくとも炭素系微粒子を
含む冷陰極電子源を備え、冷陰極電子源からグリッドを
介して電子を引き出し蛍光面へ衝突させるようにした発
光素子の製造方法において、有機インジウムと有機錫を
含むペーストを用いて背面パネルの基板上にカソード電
極を印刷により形成する工程と、カソード電極を焼成す
る工程と、固着したカソード電極上に炭素微粒子による
冷陰極電子源を形成する工程とを施すことにより、膜厚
の厚いＩＴＯを形成することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１における発光素子を
示す断面構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態１における発光素子を
示す断面構成図である。

【図３】 この発明の実施の形態２による発光素子の製
造方法を示す工程図である。

【図４】 この発明の実施の形態３による発光素子の製
造方法を示す工程図である。

【図５】 従来の発光素子を示す概略斜視図である。

【符号の説明】

１ 前面パネル、 ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ 蛍光体、 ４
背面パネル、 ５ カソード電極、 ６ 冷陰極、 ７
グリッド。ＳＴ１ カソード電極の印刷工程、 ＳＴ
２ カソード電極の焼成工程、 ＳＴ３ 冷陰極の印刷
工程、ＳＴ４冷陰極の焼成工程。

フロントページの続き (72)発明者 渡辺 昭裕 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 細野 彰彦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5C031 DD17 5C036 EE14 EE19 EF01 EF06 EF09 EG02 EG12 EH11

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前面パネルおよび背面パネルを有する真
   空容器と、前面パネルの内面に形成された蛍光面と、背
   面パネルの内面に形成されたカソード電極と、カソード
   電極の所定の位置に電子放出物質として少なくとも炭素
   系微粒子を含む冷陰極電子源が形成され、冷陰極電子源
   の直上に電子引き出し用の開口部を持つグリッド電極と
   を備え、冷陰極電子源から放出された電子を蛍光面に衝
   突させることにより蛍光面を発光させる発光素子におい
   て、カソード電極が印刷及び焼成により形成された錫ド
   ープ酸化インジウムで構成されたことを特徴とする発光
   素子。
2. 【請求項２】 真空容器内の前面パネルの内面に蛍光
   面、背面パネルの内面にカソード電極をそれぞれ備える
   と共にカソード電極の所定の位置に電子放出物質として
   少なくとも炭素系微粒子を含む冷陰極電子源を備え、冷
   陰極電子源からグリッドを介して電子を引き出し蛍光面
   へ衝突させるようにした発光素子の製造方法において、
   有機インジウムと有機錫を含むペーストを用いて背面パ
   ネルの基板上にカソード電極を印刷により形成する工程
   と、カソード電極を焼成する工程と、固着したカソード
   電極上に炭素微粒子による冷陰極電子源を形成する工程
   とを施すことを特徴とする発光素子の製造方法。