JP2003178669A - Method of manufacturing cold cathode device, cold cathode device, and display device using it - Google Patents

Method of manufacturing cold cathode device, cold cathode device, and display device using it

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JP2003178669A JP2001373996A JP2001373996A JP2003178669A JP 2003178669 A JP2003178669 A JP 2003178669A JP 2001373996 A JP2001373996 A JP 2001373996A JP 2001373996 A JP2001373996 A JP 2001373996A JP 2003178669 A JP2003178669 A JP 2003178669A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cold cathode device improving electron emission efficiency in addition to keeping chemical stability of carbon in electron emission. <P>SOLUTION: This manufacturing method for the cold cathode device having a cathode bus formed on a substrate and a field emission cold cathode made from a carbon base material electrically connected to the cold cathode bus comprises a process forming the cold cathode bus on the substrate; a process forming the carbon base material layer containing graphite as the main component and electrically connected to the cold cathode bus; and a process introducing impurity atoms or molecules having a work function smaller than that of the graphite into the carbon base material layer and forming the field emission cold cathode. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極装置及び冷
陰極装置の作製方法に関し、特に、六方晶系に属する板
状結晶であるグラファイト(黒鉛)を主成分材料とする
炭素系材料を冷陰極(電界放出冷陰極)とする冷陰極装
置に適用して有効な技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cold cathode device and a method for manufacturing a cold cathode device, and more particularly to cooling a carbon-based material containing graphite (graphite), which is a plate-like crystal belonging to the hexagonal system, as a main component material. The present invention relates to a technique effective when applied to a cold cathode device which is a cathode (field emission cold cathode).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の典型的な冷陰極は、先端が尖鋭な
コーン形状をもつ陰極と、それを取り囲むゲート電極と
の間に電圧を印加して、電界で陰極先端から電子を放出
させるスピント型と称される構造が一般的であった。ス
ピント型の冷陰極装置の電子放出効率は、陰極表面に形
成される電界集中と、陰極材料の仕事関数φや表面物性
などの諸特性とによって大きく左右されていた。
2. Description of the Related Art A conventional typical cold cathode is a spin cathode in which a voltage is applied between a cathode having a sharp cone-shaped tip and a gate electrode which surrounds it, and electrons are emitted from the cathode tip by an electric field. The structure called a mold was common. The electron emission efficiency of the Spindt-type cold cathode device is largely influenced by the concentration of the electric field formed on the cathode surface and various characteristics such as the work function φ of the cathode material and surface physical properties.

【0003】スピント型の冷陰極装置の電界集中は、陰
極の尖鋭度、陰極/ゲート電極間距離で決まるので、効
率の大幅な改善はリソグラフィーを中心とする微細加工
技術の精度の向上およびさらなる微細化技術の進展に依
存していた。
Since the electric field concentration of the Spindt-type cold cathode device is determined by the sharpness of the cathode and the distance between the cathode and the gate electrode, a great improvement in efficiency is achieved by improving the precision of a fine processing technique centered on lithography and further reducing the size. It depended on the progress of technology.

【0004】こうした微細加工を必要としない冷陰極と
しては、MIM型(Metal/lnsulator/
Metal)、MIS型(Metal/Insulat
or/Semiconductor)などの面放出型が
あった。面放出型の冷陰極装置では、材料の組み合わせ
や、電子放出効率の改善が課題となっていた。
As a cold cathode that does not require such fine processing, a MIM type (Metal / lnsulator /
Metal), MIS type (Metal / Insulat)
or / Semiconductor). In the surface emission type cold cathode device, a combination of materials and improvement of electron emission efficiency have been problems.

【0005】一方、冷陰極材料には主としてモリブデン
(Mo)やニッケル(Ni)などの高融点金属や、シリ
コンなどの半導体が用いられてきたが、これらの材料で
は仕事関数φ=4〜5eV程度であるので、さらに低仕
事関数の材料が求められてきた。これに対して、ダイア
モンドやダイアモンド状炭素(DLC:Diamond
−Like Carbon)あるいは、窒化アルミニウ
ム(AlN)、窒化ボロン(BN)は、負性電子親和力
(NEA:Negative Electron Af
finity)特性をもつとも言われており、その高硬
度性能、化学的安定性と合わせて、冷陰極材料として有
望であると考えられている。
On the other hand, high melting point metals such as molybdenum (Mo) and nickel (Ni) and semiconductors such as silicon have been mainly used as cold cathode materials, but in these materials, work function φ = 4 to 5 eV or so. Therefore, a material having a lower work function has been sought. On the other hand, diamond or diamond-like carbon (DLC: Diamond)
-Like Carbon), aluminum nitride (AlN), or boron nitride (BN) has a negative electron affinity (NEA: Negative Electron Af).
It is also said to have the property of "finity", and it is considered to be promising as a cold cathode material in combination with its high hardness performance and chemical stability.

【0006】これらに対して、近年、カーボンナノチュ
ーブあるいはカーボンナノファイバーが良好な電子放出
特性を示すと言われている。しかし、これらの材料を用
いた冷陰極について、明瞭なNEA特性あるいは高効率
電子放出特性はまだ見い出されておらず、実用化が阻ま
れている。
On the other hand, in recent years, it has been said that carbon nanotubes or carbon nanofibers exhibit excellent electron emission characteristics. However, clear NEA characteristics or high-efficiency electron emission characteristics have not yet been found for cold cathodes using these materials, and their practical application is hindered.

【0007】電子放出特性改善技術として、材料表面に
不純物原子を吸着させる方法が知られている。たとえ
ば、タングステン単結晶表面に、Cs(セシウム),B
a(バリウム),U(ウラン),I(ヨウ素),Br
(臭素),Cl(塩素)などを吸着させると仕事関
数φを大幅に低減できることがわかっている。これは、
吸着種とW単結晶基板との間での電子の移動によるもの
である。しかしながら、この方法では、表面に吸着した
不純物が不安定で、ディスプレイや撮像素子のような真
空デバイスに用いるのは困難と考えられる。
As a technique for improving electron emission characteristics, a method of adsorbing impurity atoms on the material surface is known. For example, on the surface of a tungsten single crystal, Cs (cesium), B
a (barium), U (uranium), I 2 (iodine), Br
It is known that the work function φ can be significantly reduced by adsorbing 2 (bromine), Cl 2 (chlorine), and the like. this is,
This is due to the movement of electrons between the adsorbed species and the W single crystal substrate. However, with this method, the impurities adsorbed on the surface are unstable, and it is considered difficult to use it in a vacuum device such as a display or an image sensor.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記従来
技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。冷陰
極材料として最もその性能が期待されるダイアモンド結
晶は、通常、CH (メタン)、C(アセチレ
ン)などの水素炭化物や一酸化炭素COなどを原料とし
て、化学気相法(CVD:Chemical Vapo
r Deposition)などで作製される。しかし
ながら、この方法では、基板をおよそ800℃以上の高
温に保持して、上記原料を分解し、基板上にダイアモン
ドの結晶成長を行うので、大面積での処理は困難であっ
た。特に、ダイアモンドでは、原子の拡散係数が非常に
小さく、一般に成長速度が0.1μm/時間のオーダー
で小さいという問題があった。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventor
As a result of examining the technology, the following problems were found. Cold shade
Diamond bonding, which is expected to have the highest performance as a polar material
The crystal is usually CH Four(Methane), CTwoHTwo(Acetile
Carbon dioxide, etc. and carbon monoxide CO as raw materials
, Chemical vapor deposition (CVD: Chemical Vapo)
r Deposition) or the like. However
However, in this method, the substrate is heated to a temperature of about 800 ° C or higher.
Hold the temperature to decompose the above raw materials, and
It is difficult to process on a large area because it grows crystals.
It was Especially in diamond, the diffusion coefficient of atoms is very high.
Small, generally with a growth rate of the order of 0.1 μm / hour
There was a problem of being small.

【0009】これに対して、ダイアモンド状炭素は、非
晶質炭素でありながら、ダイアモンドに類似した特性を
示すので、大面積の処理に有利であった。堆積したDL
C膜をそのまま薄膜の冷陰極としても良いが、あらかじ
めMo(モリブデン)やシリコンなどで尖鋭な先端を有
する陰極と、絶縁物を介して、その陰極を取り囲むゲー
ト電極とから成る冷陰極コーンを作製しておき、その陰
極の上方から、上記のCVD法などでDLC膜(あるい
は多結晶ダイアモンド膜)を陰極先端に堆積してその表
面をコーティングする方法が試みられている。また、シ
リコンなどの基板に、あらかじめピラミッド型の凹みを
作製しておいて、これにCVD法でDLCや多結晶ダイ
アモンドを堆積し、その後に基板を除去する方法も試み
られている。しかしながら、このようなコーティング法
を用いた場合であっても、上述するように、基板冷陰極
を800℃以上の高温に保持する必要があると共に、表
面層は多量の欠陥を含んだ状態か、非晶質層になってい
るという問題があった。すなわち、冷陰極の特性は表面
層の状態に大きく左右されるので、このような表面層の
構造は不安定で好ましくないものである。
On the other hand, diamond-like carbon has characteristics similar to those of diamond even though it is amorphous carbon, so that it is advantageous for processing a large area. Deposited DL
The C film may be used as a thin film cold cathode as it is, but a cold cathode cone composed of a cathode having a sharp tip such as Mo (molybdenum) or silicon in advance and a gate electrode surrounding the cathode via an insulator is produced. Incidentally, there has been attempted a method of depositing a DLC film (or a polycrystalline diamond film) on the tip of the cathode from above the cathode by the above-mentioned CVD method or the like and coating the surface thereof. In addition, a method has also been attempted in which a pyramid-shaped depression is formed in advance on a substrate made of silicon, DLC or polycrystalline diamond is deposited on the depression by CVD, and then the substrate is removed. However, even when such a coating method is used, as described above, it is necessary to keep the substrate cold cathode at a high temperature of 800 ° C. or higher, and the surface layer contains a large number of defects. There was a problem that it was an amorphous layer. That is, since the characteristics of the cold cathode are largely influenced by the state of the surface layer, such a structure of the surface layer is unstable and is not preferable.

【0010】一方、これらの材料の低温作製法として、
グラファイトターゲットに強力なレーザー光を照射し
て、炭素原子や分子、イオン、クラスターなどを蒸発さ
せ基板に堆積させるレーザーアブレーション法も試みら
れている。照射するレーザー光にはArF(波長:19
3nm),KrF(波長:256nm)などのエキシマ
レーザーのパルス光が用いられる。しかしながら、この
方法で作製できるダイアモンド結晶のサイズは非常に小
さく、DLCになっているとの報告もある。このような
DLC膜は、sp結合とsp結合とから成ってい
る。DLCが冷陰極としてまだ十分な性能を発揮してい
ないのは、それら結合の比やその他の材料の構造や性質
と電子放出特性との関係がまだはっきりわかっていない
ことによるものである。最近の研究では、DLCの電子
放出特性にsp結合が重要な役割を担っていることが
明らかになった。従って、このsp結合相(領域)の
制御技術が求められるが、ダイアモンドやDLCとも
に、低温で高効率な電子放出効率を実現する方法はまだ
見い出されていない。しかしながら、これら炭素系材料
は電子放出環境に対して安定であり、安定動作のために
高真空度を必要としないメリットがあるので、炭素系材
料の冷陰極を低温で形成可能であると共に、高効率の電
子放出効率を達成することが可能な技術の開発が要望さ
れている。
On the other hand, as a low temperature manufacturing method of these materials,
A laser ablation method has also been attempted in which a graphite target is irradiated with a strong laser beam to evaporate carbon atoms, molecules, ions, clusters and the like and deposit them on a substrate. ArF (wavelength: 19
3 nm), KrF (wavelength: 256 nm) or other excimer laser pulse light is used. However, there is also a report that the size of diamond crystals that can be produced by this method is very small and that they are DLC. Such a DLC film is composed of sp 2 bonds and sp 3 bonds. The reason why DLC has not yet performed sufficiently as a cold cathode is that the relationship between the electron emission characteristics and the ratio of these bonds and the structure and properties of other materials is not yet clear. Recent studies have revealed that sp 2 bonds play an important role in the electron emission properties of DLC. Therefore, a technique for controlling this sp 2 bonded phase (region) is required, but a method for realizing highly efficient electron emission efficiency at low temperature has not been found for both diamond and DLC. However, since these carbon-based materials have the advantage that they are stable to an electron emission environment and do not require a high degree of vacuum for stable operation, it is possible to form a cold cathode of a carbon-based material at low temperature and There is a demand for development of a technology capable of achieving an efficient electron emission efficiency.

【0011】また、Cs,Ba,U,I,Br,C
などを金属冷陰極表面に堆積して電子放出特性を改
善する方法においても、前述のように、不安定でデバイ
ス化が困難であるばかりでなく、仕事関数φの低減効果
の最大をもたらす最適濃度があり、それ以上に金属冷陰
極表面層にこれら元素を堆積しても効果の向上は望め
ず、仕事関数低減効果に限界がある。
Further, Cs, Ba, U, I 2 , Br 2 , C
In the method of depositing l 2 or the like on the surface of the metal cold cathode to improve the electron emission characteristics, as described above, not only is it unstable and difficult to make into a device, but it also brings about the maximum effect of reducing the work function φ. There is an optimum concentration, and even if these elements are deposited on the surface layer of the cold metal cathode, the effect cannot be improved, and the work function reducing effect is limited.

【0012】本発明の目的は、電子放出における炭素の
化学的安定性を生かしつつ、その電子放出効率を改善す
ることが可能な冷陰極装置を提供することにある。本発
明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細
書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
It is an object of the present invention to provide a cold cathode device capable of improving the electron emission efficiency while making the most of the chemical stability of carbon in electron emission. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。
Among the inventions disclosed in the present application, a brief description will be given to the outline of typical ones.
It is as follows.

【0014】(1)基板上に形成された陰極母線と、前
記陰極母線に電気的に接続される炭素系材料からなる電
界放出冷陰極とを有する冷陰極装置の作製方法におい
て、前記基板上に前記陰極母線を形成する工程と、前記
グラファイトを主成分材料とし前記陰極母線に電気的に
接続される炭素系材料層を形成する工程と、前記グラフ
ァイトよりも仕事関数の小さい不純物原子もしくは分子
を前記炭素系材料層に導入し電界放出冷陰極を形成する
工程とを備える。
(1) In a method of manufacturing a cold cathode device having a cathode bus bar formed on a substrate and a field emission cold cathode made of a carbon-based material electrically connected to the cathode bus bar, the method is as follows: Forming a cathode busbar, forming a carbon-based material layer electrically connected to the cathode busbar by using the graphite as a main component material, and forming an impurity atom or molecule having a work function smaller than that of the graphite. Forming a field emission cold cathode by introducing it into the carbon-based material layer.

【0015】(2)基板上に形成された陰極母線と、前
記陰極母線に電気的に接続される炭素系材料からなる電
界放出冷陰極とを有する冷陰極装置において、前記陰極
母線に電気的に接続されるように炭素系材料からなる炭
素系材料層が形成されると共に、前記炭素系材料層の板
状結晶間に不純物原子もしくは分子が導入された領域が
形成され、前記不純物の導入領域が電界放出冷陰極を形
成する。
(2) In a cold cathode device having a cathode bus bar formed on a substrate and a field emission cold cathode made of a carbonaceous material electrically connected to the cathode bus bar, the cathode bus bar is electrically connected to the cathode bus bar. A carbon-based material layer made of a carbon-based material is formed so as to be connected, and a region in which an impurity atom or a molecule is introduced is formed between the plate-like crystals of the carbon-based material layer. A field emission cold cathode is formed.

【0016】(3)電界放出冷陰極が複数形成された冷
陰極装置と、蛍光体陽極とが対向配置され、前記電界放
出冷陰極と前記蛍光体陽極との間に印加する電圧を制御
して、画像信号に応じた画像表示を行う表示装置におい
て、前記冷陰極装置は、基板上に形成された陰極母線に
電気的に接続されるように炭素系材料からなる炭素系材
料層が形成されると共に、前記炭素系材料層の板状結晶
間に不純物原子もしくは分子が導入された領域が複数形
成され、前記不純物の導入領域が電界放出冷陰極を形成
する。
(3) A cold cathode device in which a plurality of field emission cold cathodes are formed and a phosphor anode are arranged to face each other, and a voltage applied between the field emission cold cathode and the phosphor anode is controlled. In a display device for displaying an image according to an image signal, the cold cathode device is formed with a carbon-based material layer made of a carbon-based material so as to be electrically connected to a cathode bus bar formed on a substrate. At the same time, a plurality of regions in which impurity atoms or molecules are introduced are formed between the plate-like crystals of the carbon-based material layer, and the impurity-introduced regions form field emission cold cathodes.

【0017】前述した(1)の手段によれば、基板上に
陰極母線を形成する工程と、グラファイトを主成分材料
とし陰極母線に電気的に接続される炭素系材料層を形成
する工程と、グラファイトよりも仕事関数の小さい不純
物原子もしくは分子を炭素系材料層に導入し電界放出冷
陰極を形成する工程とによって、下記の原理の項に示す
ように、炭素系材料層を形成するグラファイトの仕事関
数(〜5eV程度)を、このグラファイトの仕事関数よ
りも小さい不純物原子もしくは分子の仕事関数に近づけ
ることができるので、炭素系材料層を電界放出冷陰極と
して用いることが可能となる。
According to the above-mentioned means (1), a step of forming a cathode bus bar on the substrate, a step of forming a carbon-based material layer containing graphite as a main component material and electrically connected to the cathode bus bar, The process of introducing an impurity atom or molecule having a work function smaller than that of graphite into the carbon-based material layer to form a field emission cold cathode, and the work of graphite to form the carbon-based material layer as shown in the following principle section. Since the function (about 5 eV) can be made close to the work function of the impurity atom or molecule smaller than the work function of graphite, the carbon-based material layer can be used as a field emission cold cathode.

【0018】このとき、不純物原子もしくは分子をグラ
ファイトに導入(インターカレーション)する構成とな
っているので、電子放出における炭素の化学的安定性を
生かしつつ、高効率で選択的な電子放出特性を得ること
ができる。
At this time, since the impurity atoms or molecules are introduced (intercalated) into graphite, the chemical stability of carbon in electron emission is utilized, and highly efficient and selective electron emission characteristics are obtained. Obtainable.

【0019】(原理)本発明による冷陰極装置の構造を
図1に従って説明する。ただし、図1において、101
は炭素原子、102はインターカレーション原子、10
3は放出電子を示す。
(Principle) The structure of the cold cathode device according to the present invention will be described with reference to FIG. However, in FIG.
Is a carbon atom, 102 is an intercalation atom, 10
Reference numeral 3 indicates an emitted electron.

【0020】図1に示すように、本発明の冷陰極装置の
冷陰極は、同一平面内で環状に結合した炭素原子101
が連なってつくる層状構造の結晶(以下、「グラファイ
ト層状結晶」と記す)を形成し、それぞれの炭素原子1
01の間に、不純物となる原子や分子が導入(インター
カレーション)される構成となっている。すなわち、本
願発明の冷陰極装置の冷陰極は、グラファイト層状結晶
の層間に仕事関数の小さい不純物原子や分子を導入(イ
ンターカレーション)することにより、電子放出におけ
る炭素の化学的安定性を生かしつつ、高効率で選択的な
電子放出特性を得る構造となっている。
As shown in FIG. 1, the cold cathode of the cold cathode device of the present invention has a carbon atom 101 which is annularly bonded in the same plane.
Crystals of a layered structure (hereinafter referred to as "graphite layered crystal") formed by connecting a plurality of carbon atoms are formed, and each carbon atom 1
During 01, atoms or molecules that become impurities are introduced (intercalated). That is, the cold cathode of the cold cathode device of the present invention makes use of chemical stability of carbon in electron emission by introducing (intercalation) impurity atoms or molecules having a small work function between the layers of the graphite layered crystal. The structure is such that highly efficient and selective electron emission characteristics are obtained.

【0021】一般的に、グラファイトの仕事関数は〜5
eV程度であるので、冷陰極材料としては、用いられて
いない。一方、炭素がCs,Baなどと化合物を形成す
ると、その化合物はむしろCs,Baの仕事関数に近い
仕事関数を示す。従って、これらのアルカリ金属を表面
に吸着させるのではなく、本願発明では、複数個の炭素
原子101が形成するグラファイト層状結晶の層間に、
インターカレーション原子102として不純物原子ある
いは分子を導入することにより、グラファイト層状結晶
から放出電子103を電子放出させる際の炭素表面の化
学的安定性と、インターカレーションによる仕事関数低
減とを両立させた冷陰極を形成するものである。
Generally, the work function of graphite is ~ 5.
Since it is about eV, it is not used as a cold cathode material. On the other hand, when carbon forms a compound with Cs, Ba, etc., the compound shows a work function rather close to that of Cs, Ba. Therefore, instead of adsorbing these alkali metals on the surface, in the present invention, between the layers of the graphite layered crystal formed by the plurality of carbon atoms 101,
By introducing an impurity atom or molecule as the intercalation atom 102, both chemical stability of the carbon surface at the time of emitting the emitted electron 103 from the graphite layered crystal and reduction of the work function by intercalation were made compatible. It forms a cold cathode.

【0022】すなわち、図1に示す左右方向に隣接する
炭素原子101の間隔に比較して非常に大きい間隔(周
期間隔)を有する炭素原子101の上下方向の積み重な
りを有するグラファイトの層構造に、異なる原子(分子
層でもよい)として低抵抗化をもたらすCsあるいはB
aを挿入することによって、インターカレーションを電
子放出の高効率化、面内の選択的電子放出領域形成に応
用し、放出電子103を電子放出させる際の炭素表面の
化学的安定性と、インターカレーションによる仕事関数
低減とを両立させた冷陰極を形成するものである。ただ
し、インターカレーションの次数は、炭素原子101か
らなる炭素原子層何枚毎に1枚のインターカレーション
層102が形成されているかという、いわば炭素原子層
とインターカレーション層との層数比であり、この次数
の制御により抵抗等の特性を制御できることが知られて
いる。
That is, it differs from the graphite layer structure having vertical stacks of carbon atoms 101 having a very large interval (periodic interval) as compared with the interval between the carbon atoms 101 adjacent in the left-right direction shown in FIG. Cs or B that brings low resistance as an atom (may be a molecular layer)
By inserting a, the intercalation is applied to increase the efficiency of electron emission and to form the in-plane selective electron emission region, and the chemical stability of the carbon surface at the time of emitting the emitted electrons 103 and It is intended to form a cold cathode that achieves both a reduction in work function due to curation. However, the order of intercalation is the number of carbon atom layers formed of carbon atoms 101, that is, the number of carbon atom layers formed by one intercalation layer 102. It is known that the characteristics such as resistance can be controlled by controlling the order.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明について、発明の実
施の形態(実施例)とともに図面を参照して詳細に説明
する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図に
おいて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings together with an embodiment (example) of the invention. In all the drawings for explaining the embodiments of the invention, components having the same function are designated by the same reference numeral, and the repeated description thereof will be omitted.

【0024】(実施の形態1)図2は本発明による実施
の形態1の冷陰極装置の構造と作製方法とを説明するた
めの図であり、以下、図2に基づいて、実施の形態1の
冷陰極装置の構造と作製方法とを説明する。ただし、図
2の(a)〜(c)は実施の形態1の冷陰極装置の断面
図を示すものである。
(Embodiment 1) FIG. 2 is a diagram for explaining a structure and a manufacturing method of a cold cathode device according to Embodiment 1 of the present invention. Hereinafter, Embodiment 1 will be described with reference to FIG. The structure and manufacturing method of the cold cathode device will be described. However, FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views of the cold cathode device according to the first embodiment.

【0025】まず、図2の(a)に示すように、基板と
なるガラス基板201に例えば陰極母線202となる感
光性ペーストを堆積した後に、リソグラフィー法などに
より列方向(図2の紙面鉛直方向)のラインに加工す
る。この陰極母線202は、図2(a)に示すように、
ガラス基板201の上面に形成され、5本の陰極母線2
02がそれぞれ独立されている。
First, as shown in FIG. 2A, after depositing a photosensitive paste, for example, a cathode bus 202 on a glass substrate 201, which is a substrate, a column direction (vertical direction on the paper surface of FIG. 2) is formed by a lithography method or the like. ) Line. This cathode bus bar 202 is, as shown in FIG.
Five cathode buses 2 formed on the upper surface of the glass substrate 201
02 are independent.

【0026】次に、周知のリフロー技術によって数ミク
ロン以下の厚さのフォト埋め込み用ガラスペーストとし
てPSG(phosphosilicate glas
s)等を堆積し、このフォト埋め込み用ガラスペースト
の層を形成する。この後に、図2の(a)に示すよう
に、前述までの工程によって作製した基板に対して、リ
ソグラフィー法などにより、セル領域210を上面側か
ら陰極母線202及びガラス基板201が露出する深さ
まで形成する。このようにして、まず、ガラス基板20
1の上面側に障壁203で分離されたセル構造を形成す
る。なお、ガラス基板201の上面側に陰極母線202
とセル構造とを形成する工程は従来と同様である。
Next, PSG (phosphosilicate glass) is used as a glass paste for photo-embedding having a thickness of several microns or less by a well-known reflow technique.
s) and the like are deposited to form a layer of the glass paste for photo embedding. After that, as shown in FIG. 2A, the cell region 210 is formed from the upper surface side to the depth at which the cathode bus bar 202 and the glass substrate 201 are exposed by a lithography method or the like with respect to the substrate manufactured by the steps described above. Form. In this way, first, the glass substrate 20
A cell structure separated by a barrier 203 is formed on the upper surface side of 1. In addition, the cathode bus bar 202 is provided on the upper surface side of the glass substrate 201.
The process of forming the cell structure and the cell structure is the same as the conventional one.

【0027】この後に、陰極母線202とセル構造とを
形成したガラス基板201に対して、低温でCHなど
の炭化水素系やCOなどを原料として、化学気相法(C
VD:ChemicaI Vapor Deposit
ion)などにより、ダイアモンド状炭素205(DL
C:Diamond−Like Carbon)を堆積
し、DLC層204を形成する。
After that, the glass substrate 201 on which the cathode bus bar 202 and the cell structure are formed is subjected to chemical vapor deposition (C) using a hydrocarbon-based material such as CH 4 or CO at a low temperature as a raw material.
VD: ChemicalI Vapor Deposit
Ion) and the like, diamond-like carbon 205 (DL
C: Diamond-Like Carbon) is deposited to form the DLC layer 204.

【0028】次に、図2の(b)に示すように、堆積さ
れたDLC層204の上面側からレーザービーム206
を走査して照射することにより、DLC層204をアニ
ールしてDLCのグラファイト化を行い、炭素系材料層
であるグラファイト層207を形成する。ただし、上記
原料を用いて化学気相法によって作製するDLC相20
4は、通常600℃程度の温度で10分程度加熱するこ
とによりグラファイト化するので、レーザー照射では、
このような加熱効果をもたらすように、波長、ビームパ
ワー、照射時間を選択することによってグラファイト層
207を形成する。また、グラファイト層(グラファイ
ト膜)207の形成については、周知のアーク放電やレ
ーザーアブレーション法など他の方法を用いることによ
って、セル領域210に直接堆積しても良い。
Next, as shown in FIG. 2B, the laser beam 206 is applied from the upper surface side of the deposited DLC layer 204.
Are scanned and irradiated to anneal the DLC layer 204 to graphitize the DLC to form a graphite layer 207 which is a carbon-based material layer. However, the DLC phase 20 produced by the chemical vapor deposition method using the above raw materials
No. 4 is usually graphitized by heating at a temperature of about 600 ° C. for about 10 minutes.
The graphite layer 207 is formed by selecting the wavelength, the beam power, and the irradiation time so as to bring about such a heating effect. The graphite layer (graphite film) 207 may be directly deposited on the cell region 210 by using other known methods such as arc discharge and laser ablation.

【0029】次に、図2の(c)に示すように、グラフ
ァイト層(グラファイト膜)207に対して、インター
カレーション原子208となるCs,Baなどの不純物
を周知のイオン注入や熱拡散法などで添加しインターカ
レーションを行う。このインターカレーションによっ
て、前述する図1に示すように、複数個の炭素原子10
1からなるグラファイト層状結晶の層間に、不純物とな
るCs,Baなどが導入(インターカレーション)され
たインターカレーション層209が形成される。すなわ
ち、実施の形態1の冷陰極装置では、グラファイト層状
結晶の層間にグラファイトよりも仕事関数の小さい不純
物となるCs,Baなどが導入(インターカレーショ
ン)された構造となるので、電子放出における炭素の化
学的安定性を生かしつつ、高効率で選択的な電子放出特
性を得ることが可能な構造となる。
Next, as shown in FIG. 2 (c), impurities such as Cs and Ba which become intercalation atoms 208 are introduced into the graphite layer (graphite film) 207 by well-known ion implantation or thermal diffusion method. Etc. and add intercalation. As a result of this intercalation, as shown in FIG.
An intercalation layer 209 in which impurities such as Cs and Ba are introduced (intercalated) is formed between the layers of the graphite layered crystal of 1. That is, the cold cathode device of the first embodiment has a structure in which Cs, Ba, and the like, which are impurities having a work function smaller than that of graphite, are introduced (intercalated) between the layers of the graphite layered crystal, so that carbon in electron emission is generated. The structure makes it possible to obtain highly efficient and selective electron emission characteristics while making the most of the chemical stability of.

【0030】また、前述する方法では、1)DLCが室
温〜300℃程度の温度で堆積できる、2)レーザーア
ニールは表面のみの加熱である、3)Cs,Baなどの
インターカレーションが低温でできる、等の全プロセス
が低温でできるという効果を得ることができる。その結
果、ガラス基板201に耐熱性に優れる高価なクリスタ
ルガラス等を用いることなく、安価なガラスやプラスチ
ック基板を使用することが可能となると共に、後述する
ように、実施の形態1の冷陰極装置を表示デバイスとし
て用いた場合に、軽量化することができる。
In the above-mentioned method, 1) DLC can be deposited at a temperature of room temperature to 300 ° C., 2) laser annealing is heating only on the surface, and 3) intercalation of Cs, Ba and the like is low. It is possible to obtain the effect that the whole process such as possible can be performed at a low temperature. As a result, an inexpensive glass or plastic substrate can be used without using an expensive crystal glass or the like having excellent heat resistance for the glass substrate 201, and as described later, the cold cathode device according to the first embodiment. When is used as a display device, the weight can be reduced.

【0031】一方、実施の形態1の冷陰極装置を真空気
密容器内に配置すると共に、この真空気密容器内で冷陰
極装置と対向する位置に陽極となる電極を配置した2極
構造とし、この陽極の冷陰極装置側に周知の蛍光体を配
置することによって、文字やグラフィックス等を表示す
る蛍光発光型の表示装置を形成することができる。従っ
て、陰極母線202及び陽極間に所定電圧の駆動信号を
供給することによって、冷陰極装置のインターカレーシ
ョン層209から放出された電子により蛍光体が発光
し、各電極の形成パターンや駆動信号に応じた文字やグ
ラフィックス等の発光表示あるいは発光素子としての発
光表示を行うことができる。このとき、実施の形態1の
冷陰極装置では、インターカレーション層209からの
電子放出における炭素の化学的安定性を生かしつつ、高
効率で選択的な電子放出特性を得ることができるので、
大面積の表示装置であっても表示むらを大幅に低減した
高効率及び高品位の発光表示を得ることができる。
On the other hand, the cold cathode device according to the first embodiment is arranged in a vacuum airtight container, and an electrode serving as an anode is arranged in a position facing the cold cathode device in this vacuum airtight container to form a two-pole structure. By disposing a well-known phosphor on the cold cathode device side of the anode, it is possible to form a fluorescent light emission type display device for displaying characters, graphics and the like. Therefore, by supplying a driving signal of a predetermined voltage between the cathode bus bar 202 and the anode, the phosphor is caused to emit light by the electrons emitted from the intercalation layer 209 of the cold cathode device, so that the formation pattern of each electrode and the driving signal are changed. It is possible to perform light emission display of corresponding characters or graphics or light emission display as a light emitting element. At this time, in the cold cathode device of the first embodiment, it is possible to obtain a highly efficient and selective electron emission characteristic while utilizing the chemical stability of carbon in the electron emission from the intercalation layer 209.
Even with a large-area display device, it is possible to obtain a highly efficient and high-quality light-emitting display in which display unevenness is significantly reduced.

【0032】(実施の形態2)図3は本発明である実施
の形態2の冷陰極装置の構造と作製方法とを説明するた
めの図であり、以下、図3に基づいて、実施の形態2の
冷陰極装置の構造と作製方法とを説明する。ただし、図
3に示す実施の形態2の冷陰極装置は、高密度な冷陰極
アレイとするため、セル構造あるいはセル障壁をもたな
いガラス基板上での作製例である。
(Embodiment 2) FIG. 3 is a diagram for explaining a structure and a manufacturing method of a cold cathode device according to Embodiment 2 of the present invention. Hereinafter, an embodiment will be described based on FIG. The structure and manufacturing method of the cold cathode device 2 will be described. However, the cold cathode device of the second embodiment shown in FIG. 3 is an example of fabrication on a glass substrate having no cell structure or cell barrier in order to form a high density cold cathode array.

【0033】まず、図3の(a)に示すように、ガラス
基板301に高融点金属などから成る陰極母線302を
形成する。このとき、後述するように、この陰極母線3
02の上面にDLCを堆積し、さらにこのDLCを加熱
してグラファイト化するので、陰極母線302の材料に
は、これらの熱処理に対して安定な、例えばタンタル、
モリブデン、あるいはタングステン等の高融点金属が望
ましい。
First, as shown in FIG. 3A, a cathode bus 302 made of a refractory metal or the like is formed on a glass substrate 301. At this time, as will be described later, this cathode bus 3
02 is deposited on the upper surface of 02, and this DLC is further heated to be graphitized. Therefore, the material of the cathode bus bar 302 is stable to these heat treatments, for example, tantalum,
A refractory metal such as molybdenum or tungsten is desirable.

【0034】次に、図3の(b)に示すように、陰極母
線302を形成したガラス基板301の上面側、すなわ
ちガラス基板301の陰極母線302を形成した側にD
LC層303を形成する。ただし、このDLC層303
は、例えば、実施の形態1と同様に、陰極母線302を
形成したガラス基板301に対して、低温でCHなど
の炭化水素系やCOなどを原料として、化学気相法など
により、ダイアモンド状炭素304(DLC:Diam
ond−Like Carbon)を堆積することによ
って形成される。
Next, as shown in FIG. 3B, D is formed on the upper surface side of the glass substrate 301 on which the cathode bus bar 302 is formed, that is, on the side of the glass substrate 301 on which the cathode bus bar 302 is formed.
The LC layer 303 is formed. However, this DLC layer 303
For example, similar to the first embodiment, the glass substrate 301 on which the cathode bus bar 302 is formed is diamond-shaped by a chemical vapor deposition method using a hydrocarbon-based material such as CH 4 or CO as a raw material at a low temperature. Carbon 304 (DLC: Diam
ond-like carbon).

【0035】次に、図3の(c)に示すように、レーザ
ー光305などのエネルギービームを絞り、陰極母線3
02上の電子放出領域とする領域に対してのみレーザー
光305を照射することによって、照射領域308内を
アニールする。このアニール処理によって、レーザー光
305の照射領域308内のDLC層303のみを局所
的にグラファイト化して、グラファイト領域すなわちグ
ラファイト層306を形成する。このとき、電子放出領
域となるグラファイト層306は、照射するレーザー光
305のビーム径でほぼ決まる。従って、レーザー光3
05の照射領域308の移動と照射とを繰り返すことに
よって、電子放出領域となるグラファイト層306のア
レイを容易に形成することが可能となる。
Next, as shown in FIG. 3C, the energy beam such as the laser beam 305 is narrowed down and the cathode bus 3
The irradiation region 308 is annealed by irradiating the laser beam 305 only on the region to be the electron emission region on 02. By this annealing treatment, only the DLC layer 303 in the irradiation region 308 of the laser beam 305 is locally graphitized to form a graphite region, that is, a graphite layer 306. At this time, the graphite layer 306 serving as the electron emission region is substantially determined by the beam diameter of the laser light 305 to be irradiated. Therefore, laser light 3
By repeating the movement and irradiation of the irradiation region 308 of 05, it becomes possible to easily form the array of the graphite layer 306 which becomes the electron emission region.

【0036】次に、図3の(d)に示すように、レーザ
ー光305の照射領域(グラファイト層306)に対し
て、前述した実施の形態1と同様に、インターカレーシ
ョン原子307としてCsやBaなどの不純物をイオン
注入や熱拡散法などで添加し、インターカレーションを
行うことによって、インターカレーション層309が形
成される。ただし、インターカレーション原子のCaや
Baはグラファイトの層間に侵入してインターカレーシ
ョン層を形成するのに対して、ほぼ非晶質状態にあるD
LC層303ではインターカレーション層は形成されな
いので、グラファイト化領域のみ、選択的にインターカ
レーション層を形成できる。
Next, as shown in FIG. 3D, with respect to the irradiation region (graphite layer 306) of the laser beam 305, Cs and interstitial atoms 307 are used as the intercalation atoms 307 as in the first embodiment. An intercalation layer 309 is formed by adding impurities such as Ba by ion implantation or a thermal diffusion method and performing intercalation. However, the intercalation atoms Ca and Ba penetrate between the graphite layers to form the intercalation layer, while D, which is in an almost amorphous state,
Since the intercalation layer is not formed in the LC layer 303, the intercalation layer can be selectively formed only in the graphitized region.

【0037】すなわち、実施の形態2の冷陰極装置は、
グラファイト層状結晶の層間に仕事関数の小さい不純物
となるCs,Baなどが導入(インターカレーション)
された構造となるので、電子放出における炭素の化学的
安定性を生かしつつ、高効率で選択的な電子放出特性を
得ることが可能な構造となる。このとき、インターカレ
ーション層309は、レーザー光305の照射制御とC
sやBaなどの不純物の添加の制御とによって形成する
ことができるので、高密度な冷陰極アレイ構造を形成す
ることができる。その結果、表示装置として、実施の形
態2の冷陰極装置を用いた場合には、表示解像度が高
く、高精細な表示装置を作製することができる。
That is, the cold cathode device according to the second embodiment is
Cs, Ba, etc., which are impurities with a small work function, are introduced between the layers of the graphite layered crystal (intercalation).
As a result, the structure is such that it is possible to obtain highly efficient and selective electron emission characteristics while taking advantage of the chemical stability of carbon in electron emission. At this time, the intercalation layer 309 controls the irradiation of the laser light 305 and C
Since it can be formed by controlling the addition of impurities such as s and Ba, a high-density cold cathode array structure can be formed. As a result, when the cold cathode device of the second embodiment is used as the display device, a display device having high display resolution and high definition can be manufactured.

【0038】ただし、実施の形態2の冷陰極装置を表示
装置として用いる場合には、実施の形態1と同様に、実
施の形態2の冷陰極装置と対向して陽極を配置した2極
構造で電子放出を行う。
However, when the cold cathode device of the second embodiment is used as a display device, as in the first embodiment, it has a two-pole structure in which an anode is arranged so as to face the cold cathode device of the second embodiment. Emit electrons.

【0039】(実施の形態3)図4は本発明である実施
の形態3の冷陰極装置の構造と作製方法とを説明するた
めの図であり、以下、図4に基づいて、実施の形態3の
冷陰極装置の構造と作製方法とを説明する。ただし、図
4の(a)及び図4の(c)は実施の形態3の冷陰極装
置の平面図であり、図4の(b)は図4の(a)に示す
A−A’線での断面図であり、図4の(d)は図4の
(c)に示すC−C’線での断面図であるまず、ガラス
基板401の上面側にDLC層402を一様に形成す
る。ただし、このDLC層402は、例えば、実施の形
態2と同様に、ガラス基板401に対して、低温でCH
などの炭化水素系やCOなどを原料として、化学気相
法などにより、ダイアモンド状炭素(DLC:Diam
ond−Like Carbon)を堆積することによ
って形成する。
(Embodiment 3) FIG. 4 is a diagram for explaining the structure and manufacturing method of a cold cathode device according to Embodiment 3 of the present invention. The embodiment will be described below with reference to FIG. The structure and manufacturing method of the cold cathode device of No. 3 will be described. However, FIGS. 4A and 4C are plan views of the cold cathode device according to the third embodiment, and FIG. 4B is a line AA ′ shown in FIG. 4D is a sectional view taken along line CC ′ shown in FIG. 4C. First, the DLC layer 402 is uniformly formed on the upper surface side of the glass substrate 401. To do. However, this DLC layer 402 is, for example, similar to that of the second embodiment, the CH at a low temperature with respect to the glass substrate 401.
Diamond-like carbon (DLC: Diam) by a chemical vapor deposition method using hydrocarbons such as 4 and CO as raw materials.
ond-like carbon).

【0040】次に、図4の(a)に示すように、レーザ
ー光などのエネルギービームを絞り、このレーザー光を
ガラス基板401の横方向に移動させることによって、
所定の幅でDLC層402をアニールする。このとき、
アニール処理を行う領域を順次下方(上方)に移動させ
て複数回行うことによって、図4の(a)に示すよう
に、アニール処理により形成されるグラファイト層40
3とアニール処理を行っていない領域であるDLC層4
02とを交互に筋状(線状)に配列させる。ただし、図
4の(b)に示すように、DLC層402の下面側すな
わちDLC層402とガラス基板401とが接する側に
まで、アニール処理が達するように加熱することによっ
て、ガラス基板401の上面側にグラファイト層403
を形成する。また、実施の形態3の冷陰極装置では、グ
ラファイト層403が陰極母線に対応する領域となる。
Next, as shown in FIG. 4 (a), an energy beam such as a laser beam is narrowed down and the laser beam is moved in the lateral direction of the glass substrate 401.
Anneal the DLC layer 402 to a predetermined width. At this time,
By sequentially moving the region to be annealed downward (upward) and performing it a plurality of times, as shown in FIG. 4A, the graphite layer 40 formed by the annealing treatment is performed.
3 and the DLC layer 4 which is a region not annealed
02 and 10 are alternately arranged in a linear shape. However, as shown in FIG. 4B, the upper surface of the glass substrate 401 is heated by annealing so that the lower surface side of the DLC layer 402, that is, the side where the DLC layer 402 and the glass substrate 401 are in contact with each other. Graphite layer 403 on the side
To form. Further, in the cold cathode device of the third embodiment, graphite layer 403 becomes a region corresponding to the cathode bus.

【0041】次に、このグラファイト層403にCsや
Baなどの不純物をイオン注入や熱拡散法などで添加
し、インターカレーションを行うことによって、グラフ
ァイト層403の一部もしくは全部に図示しないインタ
ーカレーション層を形成する。このインターカレーショ
ン層は、本来、低抵抗特性を有するので、そのまま陰極
母線として使用することができる。
Next, impurities such as Cs and Ba are added to the graphite layer 403 by ion implantation, thermal diffusion method or the like, and intercalation is performed, so that a part or the whole of the graphite layer 403 is not shown. To form an optional layer. Since this intercalation layer originally has a low resistance characteristic, it can be used as it is as a cathode bus.

【0042】次に、図4の(c),(d)に示すよう
に、グラファイト層403及びインターカレーション層
の上面側に、絶縁膜405として、例えば、周知のリフ
ロー技術によって数ミクロン以下の厚さのフォト埋め込
み用ガラスペーストとしてPSG(phosphosi
licate glass)等を堆積し、このフォト埋
め込み用ガラスペーストを絶縁層(絶縁膜)405とす
る。
Next, as shown in FIGS. 4C and 4D, an insulating film 405 is formed on the upper surface side of the graphite layer 403 and the intercalation layer, for example, by a well-known reflow technique to have a thickness of several microns or less. PSG (phosphosi
Licate glass) is deposited, and this glass paste for photo embedding is used as an insulating layer (insulating film) 405.

【0043】次に、図4の(c)に示すように、この絶
縁膜の上面側に、DLC層402やグラファイト層40
3と並行しない方向(例えば、直交方向)に延在するゲ
ート電極母線404を形成する。ただし、実施の形態3
のゲート電極母線404は、DLC層402やグラファ
イト層403と直交する方向が延在方向となる5ライン
分となる。このとき、インターカレーション層と各ゲー
ト電極母線404とは、数ミクロン以下の厚さすなわち
厚膜の絶縁膜により離間された構造となる。
Next, as shown in FIG. 4C, the DLC layer 402 and the graphite layer 40 are formed on the upper surface side of the insulating film.
A gate electrode bus bar 404 extending in a direction not parallel to 3 (for example, an orthogonal direction) is formed. However, the third embodiment
The gate electrode bus bar 404 of 5 lines corresponds to 5 lines in which the direction orthogonal to the DLC layer 402 and the graphite layer 403 is the extending direction. At this time, the intercalation layer and each gate electrode bus 404 are separated by a thickness of several microns or less, that is, a thick insulating film.

【0044】この後に、図4の(c),(d)に示すよ
うに、前述までの工程によって作製した基板に対して、
リソグラフィー法などにより、電子放出領域としての電
子放出孔406をゲート電極母線404の側からインタ
ーカレーション層が露出する深さまで形成する。このと
きの電子放出孔406は、例えば、図4の(d)に示す
ように、絶縁膜405を介してインターカレーション層
とゲート電極母線404とが交差する領域のそれぞれに
1個ずつが形成される構造となっているが、この交差領
域の電子放出孔406の数は、2個以上でもよいことは
いうまでもない。
After this, as shown in FIGS. 4C and 4D, with respect to the substrate manufactured by the steps described above,
An electron emission hole 406 as an electron emission region is formed from the gate electrode bus 404 side to a depth at which the intercalation layer is exposed by a lithography method or the like. At this time, for example, as shown in FIG. 4D, one electron emission hole 406 is formed in each of the regions where the intercalation layer and the gate electrode bus 404 intersect with each other with the insulating film 405 interposed therebetween. However, it is needless to say that the number of electron emission holes 406 in this intersection region may be two or more.

【0045】このように形成された実施の形態3の冷陰
極装置では、ゲート電極母線404とインターカレーシ
ョン層との間に電界を印加して電子を放出させることと
なる。
In the thus-formed cold cathode device of the third embodiment, an electric field is applied between the gate electrode bus 404 and the intercalation layer to emit electrons.

【0046】この場合であっても、実施の形態3の冷陰
極装置は、グラファイト層状結晶の層間に仕事関数の小
さい不純物となるCs,Baなどが導入(インターカレ
ーション)された構造となるので、電子放出における炭
素の化学的安定性を生かしつつ、高効率で選択的な電子
放出特性を得ることが可能な構造となる。
Even in this case, the cold cathode device of the third embodiment has a structure in which Cs, Ba, etc., which are impurities having a small work function, are introduced (intercalated) between the layers of the graphite layered crystal. In addition, it becomes a structure capable of obtaining highly efficient and selective electron emission characteristics while making the most of the chemical stability of carbon in electron emission.

【0047】一方、実施の形態3の冷陰極装置を真空気
密容器内に配置すると共に、この真空気密容器内で冷陰
極装置と対向する位置にアノードとなる電極を配置し、
このアノード電極の冷陰極装置側に周知の蛍光体を配置
することによって、文字やグラフィックス等を表示する
蛍光発光型の表示装置を形成することができる。従っ
て、陰極母線となるグラファイト層403及びゲート電
極母線404並びにアノード電極間に所定電圧の駆動信
号を供給することによって、冷陰極装置の図示しないイ
ンターカレーション層から放出された電子により蛍光体
が発光し、各電極の形成パターンや駆動信号に応じた文
字やグラフィックス等の発光表示あるいは発光素子とし
ての発光表示を行うことができる。このとき、実施の形
態3の冷陰極装置では、インターカレーション層からの
電子放出における炭素の化学的安定性を生かしつつ、高
効率で選択的な電子放出特性を得ることができるので、
大面積の表示装置であっても表示むらを大幅に低減した
高効率及び高品位の発光表示を得ることができる。
On the other hand, the cold cathode device according to the third embodiment is placed in a vacuum airtight container, and an electrode serving as an anode is placed at a position facing the cold cathode device in this vacuum airtight container,
By disposing a well-known phosphor on the cold cathode device side of the anode electrode, it is possible to form a fluorescent light emission type display device for displaying characters, graphics and the like. Therefore, by supplying a driving signal of a predetermined voltage between the graphite layer 403 serving as the cathode bus bar, the gate electrode bus bar 404, and the anode electrode, the phosphor emits light by the electrons emitted from the not-shown intercalation layer of the cold cathode device. However, it is possible to perform light emission display of characters and graphics or light emission display as a light emitting element according to the formation pattern of each electrode and the drive signal. At this time, in the cold cathode device of the third embodiment, it is possible to obtain a highly efficient and selective electron emission characteristic while making the most of the chemical stability of carbon in the electron emission from the intercalation layer.
Even with a large-area display device, it is possible to obtain a highly efficient and high-quality light-emitting display in which display unevenness is significantly reduced.

【0048】なお、実施の形態1〜3では、不純物とし
てCsやBaを用いる場合について説明したが、これに
限定されることはなく、K(カリウム),Rb(ルビジ
ウム),Sr(ストロンチウム)等のグラファイトより
も仕事関数の小さいアルカリ金属を用いてもよいことは
いうまでもない。さらには、U,I,Br,Cl
などの金属を用いてもよいことはいうまでもない。
In the first to third embodiments, impurities are used as impurities.
I explained the case of using Cs and Ba.
Without limitation, K (potassium), Rb (rubidi
From graphite such as um) and Sr (strontium)
It is also possible to use an alkali metal with a low work function
Needless to say. Furthermore, U, ITwo, BrTwo, Cl Two
It goes without saying that a metal such as may be used.

【0049】また、実施の形態1〜3では、冷陰極装置
の電界放出冷陰極をアレイ状に配列して表示装置を構成
する場合について説明したが、この冷陰極装置と光電変
換膜とを対向配置することによって、撮像装置を構成で
きることはいうまでもない。特に、実施の形態2では、
高密度な冷陰極アレイ構造を形成することができるの
で、高精細な撮像装置を作製することができる。
In the first to third embodiments, the case where the field emission cold cathodes of the cold cathode device are arranged in an array to form the display device has been described, but the cold cathode device and the photoelectric conversion film are opposed to each other. It goes without saying that the image pickup device can be configured by arranging them. Particularly, in the second embodiment,
Since a high-density cold cathode array structure can be formed, a high-definition imaging device can be manufactured.

【0050】また、実施の形態1〜3では、不純物の導
入にあたりステージ(次数)については特に限定してい
ないが、不純物の導入ステージを組合せることによっ
て、電界放出冷陰極から放出される電子を制御する構成
としてもよいことはいうまでもない。
Further, in the first to third embodiments, the stage (order) for introducing the impurities is not particularly limited, but the electrons emitted from the field emission cold cathode are combined by combining the stages for introducing the impurities. It goes without saying that the configuration may be controlled.

【0051】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本
発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。
The inventions made by the present inventors are as follows.
Although the specific description has been given based on the embodiment of the invention, the invention is not limited to the embodiment of the invention and can be variously modified without departing from the scope of the invention. .

【0052】[0052]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。
The effects obtained by the typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0053】(1)安定で高効率な冷陰極あるいはその
アレイを低温で作製することができる。
(1) A stable and highly efficient cold cathode or its array can be manufactured at a low temperature.

【0054】(2)レーザーなどのエネルギービームを
絞ることにより、そのビームサイズに応じたサイズの電
子放出領域およびそのアレイを形成することができるの
で、蛍光体と組み合わせた表示装置、あるいは光電変換
膜と組み合わせた撮像素子の高精細化ができる。
(2) By narrowing the energy beam of a laser or the like, it is possible to form an electron emission region and an array thereof having a size corresponding to the beam size. Therefore, a display device combined with a phosphor or a photoelectric conversion film is formed. Higher definition of the image sensor combined with

【0055】(3)陰極母線も同じ母体材料で形成する
こともできるので、冷陰極アレイの構造と工程を簡素化
できるという効果がある。
(3) Since the cathode bus bar can also be formed of the same host material, there is an effect that the structure and process of the cold cathode array can be simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による冷陰極装置の構造の原理を説明す
るための図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the structure of a cold cathode device according to the present invention.

【図2】本発明による実施の形態1の冷陰極装置の構造
と作製方法とを説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the structure and the manufacturing method of the cold cathode device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明である実施の形態2の冷陰極装置の構造
と作製方法とを説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the structure and manufacturing method of the cold cathode device according to the second embodiment of the present invention.

【図4】本発明である実施の形態3の冷陰極装置の構造
と作製方法とを説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a structure and a manufacturing method of a cold cathode device according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…炭素原子 102…インタ
ーカレーション原子 103…放出電子 201…ガラス基板 202…陰極母
線 203…障壁 204…DLC
層 205…ダイアモンド状炭素 206…レーザ
ービーム 207…グラファイト層 208…インタ
ーカレーション原子 209…インターカレーション層 210…セル領
域 301…ガラス基板 302…陰極母
線 303…DLC層 304…ダイア
モンド状炭素 305…レーザー光 306…グラフ
ァイト層 307…インターカレーション原子 308…レーザ
ー光の照射領域 309…インターカレーション層 401…ガラス基板 402…DLC
層 403…グラファイト層 404…ゲート
電極母線 405…絶縁膜 406…電子放
出孔
101 ... Carbon atom 102 ... Intercalation atom 103 ... Emitted electron 201 ... Glass substrate 202 ... Cathode bus bar 203 ... Barrier 204 ... DLC
Layer 205 ... Diamond carbon 206 ... Laser beam 207 ... Graphite layer 208 ... Intercalation atom 209 ... Intercalation layer 210 ... Cell region 301 ... Glass substrate 302 ... Cathode bus 303 ... DLC layer 304 ... Diamond carbon 305 ... Laser Light 306 ... Graphite layer 307 ... Intercalation atom 308 ... Laser light irradiation region 309 ... Intercalation layer 401 ... Glass substrate 402 ... DLC
Layer 403 ... Graphite layer 404 ... Gate electrode bus 405 ... Insulating film 406 ... Electron emission hole

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 敏裕 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 上田 智志 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 武井 達哉 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 萩原 啓 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 Fターム(参考) 5C031 DD17 DD19 5C036 EG12 EH11    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Toshihiro Yamamoto             1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo, Japan             Broadcasting Association Broadcast Technology Institute (72) Inventor Satoshi Ueda             1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo, Japan             Broadcasting Association Broadcast Technology Institute (72) Inventor Tatsuya Takei             1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo, Japan             Broadcasting Association Broadcast Technology Institute (72) Inventor Kei Hagiwara             1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo, Japan             Broadcasting Association Broadcast Technology Institute F-term (reference) 5C031 DD17 DD19                 5C036 EG12 EH11

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された陰極母線と、前記陰
極母線に電気的に接続される炭素系材料からなる電界放
出冷陰極とを有する冷陰極装置の作製方法において、前
記基板上に前記陰極母線を形成する工程と、グラファイ
トを主成分材料とし前記陰極母線に電気的に接続される
炭素系材料層を形成する工程と、前記グラファイトより
も仕事関数の小さい不純物原子もしくは分子を前記炭素
系材料層に導入し電界放出冷陰極を形成する工程とを備
えることを特徴とする冷陰極装置の作製方法。
1. A method for producing a cold cathode device, comprising: a cathode bus bar formed on a substrate; and a field emission cold cathode made of a carbon-based material electrically connected to the cathode bus bar. Forming a cathode busbar; forming a carbon-based material layer containing graphite as a main component material and electrically connected to the cathode busbar; and adding an impurity atom or molecule having a work function smaller than that of graphite to the carbon-based carbon And a step of forming a field emission cold cathode by introducing the material into a material layer.
【請求項2】 請求項1に記載の冷陰極装置の作製方法
において、前記炭素系材料層を形成するグラファイトの
板状結晶間に、前記不純物原子もしくは分子を導入する
ことを特徴とする冷陰極装置の作製方法。
2. The cold cathode device according to claim 1, wherein the impurity atom or molecule is introduced between plate crystals of graphite forming the carbon-based material layer. Method for manufacturing device.
【請求項3】 請求項1もしくは2に記載の冷陰極装置
の作製方法において、前記不純物原子もしくは分子とし
て、前記グラファイトよりも仕事関数の小さいアルカリ
金属を導入することを特徴とする冷陰極装置の作製方
法。
3. The cold cathode device manufacturing method according to claim 1, wherein an alkali metal having a work function smaller than that of the graphite is introduced as the impurity atoms or molecules. Manufacturing method.
【請求項4】 請求項3に記載の冷陰極装置の作製方法
において、前記不純物原子もしくは分子として、前記グ
ラファイトよりも仕事関数の小さいアルカリ金属を導入
することを特徴とする冷陰極装置の作製方法。
4. The method for manufacturing a cold cathode device according to claim 3, wherein an alkali metal having a work function smaller than that of the graphite is introduced as the impurity atoms or molecules. .
【請求項5】 請求項4に記載の冷陰極装置の作製方法
において、前記アルカリ金属として、K,Rb,Cs,
Ba,Srの内の何れかの金属を導入することを特徴と
する冷陰極装置の作製方法。
5. The method of manufacturing a cold cathode device according to claim 4, wherein the alkali metal is K, Rb, Cs,
A method of manufacturing a cold cathode device, comprising introducing one of Ba and Sr metals.
【請求項6】 請求項1もしくは2に記載の冷陰極装置
の作製方法において、前記不純物原子もしくは分子とし
て、U,I,Br,Clの内の何れかの金属を導
入することを特徴とする冷陰極装置の作製方法。
6. The method of manufacturing a cold cathode device according to claim 1, wherein any one of U, I 2 , Br 2 and Cl 2 is introduced as the impurity atom or molecule. A method for manufacturing a characteristic cold cathode device.
【請求項7】 基板上に形成された陰極母線と、前記陰
極母線に電気的に接続される炭素系材料からなる電界放
出冷陰極とを有する冷陰極装置において、前記陰極母線
に電気的に接続されるように炭素系材料からなる炭素系
材料層が形成されると共に、前記炭素系材料層の板状結
晶間に不純物原子もしくは分子が導入された領域が形成
され、前記不純物の導入領域が電界放出冷陰極を形成す
ることを特徴とする冷陰極装置。
7. A cold cathode device having a cathode bus bar formed on a substrate and a field emission cold cathode made of a carbon material electrically connected to the cathode bus bar, wherein the cold cathode device is electrically connected to the cathode bus bar. As described above, a carbon-based material layer made of a carbon-based material is formed, and regions where impurity atoms or molecules are introduced are formed between the plate-like crystals of the carbon-based material layer, and the impurity-introduced region is an electric field. A cold cathode device, characterized in that it forms an emission cold cathode.
【請求項8】 請求項7に記載の冷陰極装置において、
前記電界放出領域が前記炭素系材料層の表面内に複数形
成されていることを特徴とする冷陰極装置。
8. The cold cathode device according to claim 7,
A cold cathode device, wherein a plurality of the field emission regions are formed in a surface of the carbon-based material layer.
【請求項9】 電界放出冷陰極が複数形成された冷陰極
装置と、蛍光体陽極とが対向配置され、前記電界放出冷
陰極と前記蛍光体陽極との間に印加する電圧を制御し
て、画像信号に応じた画像表示を行う表示装置におい
て、前記冷陰極装置は、基板上に形成された陰極母線に
電気的に接続されるように炭素系材料からなる炭素系材
料層が形成されると共に、前記炭素系材料層の板状結晶
間に不純物原子もしくは分子が導入された領域が複数形
成され、前記不純物の導入領域が電界放出冷陰極を形成
することを特徴とする表示装置。
9. A cold cathode device in which a plurality of field emission cold cathodes are formed and a phosphor anode are opposed to each other, and a voltage applied between the field emission cold cathode and the phosphor anode is controlled, In a display device for displaying an image according to an image signal, the cold cathode device is formed with a carbon-based material layer made of a carbon-based material so as to be electrically connected to a cathode bus formed on a substrate. A display device, wherein a plurality of regions in which impurity atoms or molecules are introduced are formed between the plate-like crystals of the carbon-based material layer, and the impurity-introduced regions form a field emission cold cathode.
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