JP2003272517A - Cathode and its manufacturing method - Google Patents
Cathode and its manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、カーボンナノチュ
ーブ(以下、CNT)を用いた陰極の製造方法と陰極に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cathode manufacturing method using a carbon nanotube (hereinafter referred to as CNT) and a cathode.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年フラットパネルディスプレイの開発
が盛んであり、液晶、プラズマディスプレイ、有機EL
などさまざまな方式の画像表示装置が開発され、一部実
用化されている。その中で、ミクロンサイズの微小電子
放出部を備えた冷陰極を用いたFED(Field E
mission Display)は、現在でも画像表
示装置の主流であるCRT(Cathode Ray
Tube)の、高輝度、広視野角、長寿命および速い応
答性などの特徴を維持して薄型の表示装置を実現するこ
とができるとして注目されている。冷陰極にはさまざま
な方式があるが、最近微細加工技術を必要とせずスクリ
ーン印刷法などの簡単なプロセスで電子放出部が形成で
きるCNTを用いた冷陰極を応用したFEDがもっとも
実用化に近いと考えられ始めた。2. Description of the Related Art In recent years, flat panel displays have been actively developed, and liquid crystal, plasma displays, organic EL
Various types of image display devices have been developed and partially put into practical use. Among them, an FED (Field E) using a cold cathode equipped with a micron-sized micro electron emitting portion is used.
The mission display (CRT) is a CRT (Cathode Ray) which is still the mainstream of image display devices.
(Tube) has been attracting attention as a thin display device can be realized while maintaining the features such as high brightness, wide viewing angle, long life and fast response. There are various types of cold cathodes, but the FED that applies the cold cathode using CNTs that can form the electron emission portion by a simple process such as screen printing without the need for fine processing recently is the most practical. Began to think.
【0003】CNTとは炭素原子が六角形に規則正しく
並んで網目状につながったものが筒状にとじて円柱状に
なったもので、このCNTの微小な先端に電界を集中さ
せて電子放出を得ることで電子放出部を形成することが
可能である。CNTとしては、円柱が1本のシングルウ
ォールナノチューブ(SWCNT)と直径が異なる円柱
が同心円状に重なったマルチウォールナノチューブ(M
WCNT)があるが、いずれにしても円柱の直径が数十
nmで長さが数十μmから数百μmの極めて細いチュー
ブである。[0003] CNT is a columnar structure in which carbon atoms are regularly arranged in a hexagonal shape and connected in a mesh form into a cylindrical shape, and an electric field is concentrated at the minute tip of this CNT to emit electrons. By obtaining it, the electron emission portion can be formed. As the CNT, a single-walled nanotube (SWCNT) having a single cylinder and a multi-walled nanotube (M) having concentric cylinders having different diameters are stacked.
WCNT), but in any case, it is an extremely thin tube having a diameter of a cylinder of several tens nm and a length of several tens μm to several hundreds μm.
【0004】図6は、特開2000−90813号公報
に記載された陰極の説明図であり、51は基板、52は
第1の電極、54は電子放出部で、第1の電極52に付
着した、CNTまたはグラファイトなどを主成分とする
六炭素環構造を有するカーボン材料を含む粒子53で構
成され、上記粒子53は表面がプラズマ等によりエッチ
ングされてCNTの一部が飛び出した構造となってい
る。55は第2の電極で、第1の電極52と絶縁層56
を介して設けられ、第1の電極52との間に所定の電位
差を印加することにより粒子53からの電子放出を開始
させる。上記粒子53のサイズはばらついているので、
粒子53の最上部と電子放出を得るために必要な第2の
電極55との間隔がばらつき、上記電子放出部を例えば
一画素毎に電子放出部を有するFEDに応用した場合、
複数の電子放出部を必要とするため、各電子放出部の放
出特性にばらつきが生じる。FIG. 6 is an explanatory view of a cathode disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-90813, wherein 51 is a substrate, 52 is a first electrode, 54 is an electron emitting portion, and is attached to the first electrode 52. The particles 53 containing a carbon material having a hexacarbon ring structure containing CNT or graphite as a main component are formed, and the surfaces of the particles 53 are etched by plasma or the like to cause a part of the CNT to pop out. There is. 55 is a second electrode, and the first electrode 52 and the insulating layer 56.
The electron emission from the particles 53 is started by applying a predetermined potential difference between the first electrode 52 and the first electrode 52. Since the size of the particles 53 varies,
When the distance between the uppermost part of the particle 53 and the second electrode 55 necessary for obtaining electron emission varies, and the electron emitting portion is applied to, for example, an FED having an electron emitting portion for each pixel,
Since a plurality of electron emitting portions are required, the emission characteristics of each electron emitting portion vary.
【0005】上記ばらつきを抑える方法として、例えば
特開平11−329312号公報には、エミッタとして
CNTの長手方向を同一方向に向けて集合させた柱状グ
ラファイトの束を作り、その側面から長手方向に垂直に
レーザービームを照射してCNTの束を切断して先端を
揃えたものが開示されている。また、特開2000‐2
23004号公報には、CNTを分散した複合材料のイ
ンゴットを形成し、このインゴット表面を研磨すること
によりインゴット中のCNTを切断して表面に露出させ
る量を増加させ、その後インゴットの表面から金属をエ
ッチ除去してCNTを上記インゴット表面から突き出さ
せ、その後これをデバイスに組立てる技術や、はんだ層
で予めコートされたエミッタにCNTを含むものをスピ
ンコートする技術が開示されている。As a method of suppressing the above-mentioned variation, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 11-329312, a bundle of columnar graphite in which CNTs are aggregated with the longitudinal directions thereof oriented in the same direction as an emitter is formed, and the side surfaces thereof are perpendicular to the longitudinal direction. It is disclosed that the tip of the CNT is aligned by irradiating a laser beam on it to cut a bundle of CNTs. In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-2
No. 23004 discloses that an ingot of a composite material in which CNTs are dispersed is formed, and the amount of CNT in the ingot cut and exposed on the surface is increased by polishing the surface of the ingot, and then a metal is removed from the surface of the ingot. Techniques for removing CNTs to project CNTs from the surface of the ingot and then assembling them into a device and for spin-coating emitters precoated with a solder layer with CNTs are disclosed.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記のようにCNTの
微小な先端に電界を集中させて電子を放出させることに
より電子放出部を形成する場合、CNTの先端ができる
だけ鋭利であることが望ましく、またCNTの先端は終
端せずに開放している方が電子放出特性は向上する。し
かしながら、特開平11−329312号公報に示され
たように、電子放出部の表面を平坦にするために、レー
ザービームでCNTの先端を溶断して揃える方法では、
CNTの先端は高熱によりとじた状態になることが多
く、CNTの十分な特性を引き出すことができないとい
う課題があった。When the electron emitting portion is formed by concentrating the electric field on the minute tip of the CNT to emit electrons as described above, it is desirable that the tip of the CNT be as sharp as possible. Further, if the tip of the CNT is opened without being terminated, the electron emission characteristic is improved. However, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-329312, in the method of melting and aligning the tips of CNTs with a laser beam in order to flatten the surface of the electron emitting portion,
The tip of the CNT is often bound by high heat, and there is a problem that sufficient characteristics of the CNT cannot be obtained.
【0007】また、上記レーザービームでCNTの束を
切断する方法(特開平11−329312号公報)を、
図6(特開2000−90813号公報)の電子放出部
54において、粒子53の最上部を平坦化する方法とし
て用いた場合について説明する。図6(特開2000−
90813号公報)に示す電子放出部54において、粒
子53の最上部をレーザービームで切断して平坦化する
場合、上記切断に用いるレーザービームと基板51が精
密に平行となることが必要となる。何故なら、上記電子
放出部54をFEDに適用した場合、上記電子放出部が
複数必要であり、しかもFEDの発光輝度の均一性を得
るためには、複数の電子放出部の電子放出を一定にする
必要があり、そのためには各電子放出部54のそれぞれ
の粒子53最上部と第2の電極55との間隔を一定に保
つ必要があるからである。しかしながら、上記精密な平
行性を実現するためには精度の高い製造装置が要求さ
れ、その平行度設定に長時間要するなどスループットが
上がらない問題を生じる。A method of cutting a bundle of CNTs with the above laser beam (Japanese Patent Laid-Open No. 11-329312)
A case will be described in which the electron emitting portion 54 of FIG. 6 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-90813) is used as a method for flattening the uppermost portion of the particles 53. FIG. 6 (JP 2000-
In the electron emission portion 54 shown in Japanese Patent No. 90813), when the uppermost portion of the particle 53 is cut with a laser beam to be flattened, the laser beam used for the cutting and the substrate 51 must be precisely parallel to each other. This is because when the electron emitting portion 54 is applied to the FED, a plurality of the electron emitting portions are required, and moreover, in order to obtain the uniform emission brightness of the FED, the electron emission of the plurality of electron emitting portions is made constant. This is because it is necessary to keep the distance between the uppermost portion of each particle 53 of each electron emitting portion 54 and the second electrode 55 constant for that purpose. However, in order to realize the above-mentioned precise parallelism, a highly accurate manufacturing apparatus is required, and it takes a long time to set the parallelism, which causes a problem that throughput cannot be increased.
【0008】また、平面状に複数配置された電子放出部
に対して横方向からレーザービームを照射する場合、レ
ーザービームの入射側に近い電子放出部から順次切断し
ていくため、より遠い位置の電子放出部を切断したとき
には入射側に近い電子放出部は通過するレーザービーム
の余熱により電子放出部の高さが低くなる。そのため、
FED平面上の複数の陰極間で、印加する電圧と得られ
るエミッションの関係(電流−電圧特性)が大きくばら
つくという課題があった。Further, when a plurality of electron-emitting portions arranged in a plane are irradiated with a laser beam from the lateral direction, the electron-emitting portions closer to the laser beam incident side are sequentially cut off, so that they are located at a farther position. When the electron emitting portion is cut, the height of the electron emitting portion near the incident side becomes low due to residual heat of the laser beam passing therethrough. for that reason,
There has been a problem that the relationship between the applied voltage and the obtained emission (current-voltage characteristic) greatly varies between the plurality of cathodes on the FED plane.
【0009】また、特開2000‐223004号公報
のCNTを分散した複合材料のインゴットを用いたもの
では、電子放出部を製造後基板上に組み入れるプロセス
が必要で微細化が困難になるという課題があった。Further, in the case of using an ingot of a composite material in which CNTs are dispersed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-223004, there is a problem that a process of incorporating an electron emitting portion on a substrate after manufacturing is required and miniaturization becomes difficult. there were.
【0010】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたものであり、電子放出特性に優れ、複数で用いた
場合でも、印加する電圧と得られるエミッションの関係
(電流−電圧特性)のばらつきが抑制された陰極とその
製造方法を得ることを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above problems, is excellent in electron emission characteristics, and even when a plurality of electron emission characteristics are used, variations in the relationship between applied voltage and obtained emission (current-voltage characteristics). It is an object of the present invention to obtain a cathode in which is suppressed and a manufacturing method thereof.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明に係る第1の陰極
の製造方法は、基板に設けられた第1の電極に、カーボ
ンナノチューブを含有する電子放出部を設けてなる電子
源と、上記第1の電極と絶縁層を介して設けられ、上記
第1の電極との間に電位差を印加する第2の電極とを備
えた陰極の製造方法であって、基板に設けられた第1の
電極にカーボンナノチューブを含有する樹脂層を設ける
工程と、上記樹脂層の表面と上記第2の電極との間隔が
揃うように、上記樹脂層の表面を研磨する工程と、研磨
後上記樹脂層の樹脂成分を加熱分解除去して、カーボン
ナノチューブを露出させて電子源を得る工程と、上記第
1の電極と絶縁層を介して第2の電極を設ける工程とを
備えた方法である。A first cathode manufacturing method according to the present invention comprises an electron source comprising an electron emitting portion containing carbon nanotubes provided on a first electrode provided on a substrate, and A method of manufacturing a cathode, comprising: a first electrode and a second electrode that is provided via an insulating layer and applies a potential difference between the first electrode and the first electrode; A step of providing a resin layer containing carbon nanotubes on the electrodes; a step of polishing the surface of the resin layer so that the distance between the surface of the resin layer and the second electrode becomes uniform; The method includes a step of thermally decomposing and removing the resin component to expose the carbon nanotubes to obtain an electron source, and a step of providing a second electrode via the first electrode and an insulating layer.
【0012】本発明に係る第2の陰極の製造方法は、基
板に設けられた第1の電極に、カーボンナノチューブを
含有する電子放出部を設けてなる電子源と、上記第1の
電極と絶縁層を介して設けられ、上記第1の電極との間
に電位差を印加する第2の電極とを備えた陰極の製造方
法であって、基板に設けられた第1の電極に、カーボン
ナノチューブを含有する樹脂層を設ける工程と、上記樹
脂層の樹脂成分を加熱分解除去して上記カーボンナノチ
ューブを露出させる工程と、上記露出したカーボンナノ
チューブ群に水ガラスを含浸させて焼成し、上記水ガラ
スでカーボンナノチューブを上記第1の電極に付着させ
る工程と、上記カーボンナノチューブ表面と上記第2の
電極との間隔が揃うように、上記カーボンナノチューブ
表面を研磨して電子源を得る工程と、上記第1の電極と
絶縁層を介して第2の電極を設ける工程とを備えた方法
である。A second method for manufacturing a cathode according to the present invention comprises an electron source having an electron emitting portion containing carbon nanotubes provided on a first electrode provided on a substrate, and insulating the first electrode from the electron source. A method for producing a cathode, comprising: a second electrode which is provided via a layer and which applies a potential difference between the first electrode and the first electrode, wherein carbon nanotubes are attached to the first electrode provided on the substrate. A step of providing a resin layer containing, a step of exposing the carbon nanotubes by thermally decomposing and removing the resin component of the resin layer, and impregnating the exposed carbon nanotube groups with water glass and firing, with the water glass The step of adhering the carbon nanotubes to the first electrode is performed, and the surface of the carbon nanotubes is polished and electrically charged so that the intervals between the surface of the carbon nanotubes and the second electrode are aligned. Obtaining a source, a method comprising the step of providing a second electrode over the first electrode an insulating layer.
【0013】本発明に係る第1の陰極は、基板に設けら
れた第1の電極に、カーボンナノチューブを含有する電
子放出部を設けてなる電子源と、上記第1の電極と絶縁
層を介して設けられ、上記第1の電極との間に電位差を
印加する第2の電極とを備えた陰極において、上記電子
源は、基板に設けられた第1の電極と、表面が研磨さ
れ、基幹部が上記第1の電極に水ガラスで付着されたカ
ーボンナノチューブを含有する電子放出部とからなるも
のである。The first cathode according to the present invention includes an electron source having an electron emitting portion containing carbon nanotubes provided on a first electrode provided on a substrate, the first electrode and an insulating layer. And a second electrode that applies a potential difference between the first electrode and the first electrode, the electron source has a surface polished with the first electrode provided on the substrate, The part comprises an electron emitting part containing carbon nanotubes attached to the first electrode with water glass.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1(a)〜
(e)は本発明の第1の実施の形態の陰極の製造方法を
工程順に示す工程図であり、図中、1は基板、2は第1
の電極、13はCNTを含有する樹脂層、3は電子放出
部、4は電子源、5は研磨手段、6は絶縁層、7は第2
の電極、8は開口である。まず、基板1の上に、通常数
mmピッチのストライプ状に第1の電極2を形成する
{図1(a)}。第1の電極2は例えば銀、アルミニウ
ム、金、銅などの金属電極、またはITO、酸化スズな
どの透明電極を用いることができる。形成方法は、スク
リーン印刷などの厚膜形成方法あるいは蒸着、スパッタ
などの薄膜形成方法を用いることができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiment 1. 1 (a)-
(E) is a process drawing which shows the manufacturing method of the cathode of the 1st Embodiment of this invention in order of process, In the figure, 1 is a board | substrate and 2 is 1st
Electrode, 13 is a resin layer containing CNT, 3 is an electron emitting portion, 4 is an electron source, 5 is a polishing means, 6 is an insulating layer, and 7 is a second layer.
, And 8 are openings. First, the first electrode 2 is formed on the substrate 1 in a stripe shape with a pitch of usually several mm (FIG. 1A). As the first electrode 2, for example, a metal electrode such as silver, aluminum, gold, or copper, or a transparent electrode such as ITO or tin oxide can be used. As a forming method, a thick film forming method such as screen printing or a thin film forming method such as vapor deposition or sputtering can be used.
【0015】次に、第1の電極2にCNTを含んだ樹脂
層13を以下の手順で設ける{図1(b)}。まず、ブ
チルカルビトール(和光純薬製)とブチルカルビトール
アセテート(和光純薬製)を3:1の割合で混合し、そ
の溶液に重合度200のエチルセルロース{ハーキュレ
ス(株)製}を溶解して、ビークルと呼ばれる溶液を作
る。上記ビークルにCNTと分散剤{商品名:ホモゲノ
ールL−18,花王石鹸(株)製}を分散混合してスク
リーン印刷用ペーストを作製するが、ビークルとCNT
の割合は重量比で8:2とする。また、分散剤はCNT
の重量に対して0.01%とする。CNTはアーク放電
や熱CVD(Chemical VaporDepos
ition)で作製することができる。メッシュ開口が
250番のステンレスメッシュを用いたスクリーン印刷
用マスクを用意し、上記ペーストを用いてCNTを含有
する樹脂層13をスクリーン印刷で形成したのち120
℃大気雰囲気中で乾燥する。CNTを含有する樹脂層1
3は第1の電極2の上に四角形または円形などの形状に
孤立した形で第1の電極と同じピッチで形成される。Next, a resin layer 13 containing CNT is provided on the first electrode 2 by the following procedure {FIG. 1 (b)}. First, butyl carbitol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and butyl carbitol acetate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were mixed at a ratio of 3: 1, and ethyl cellulose having a degree of polymerization of 200 (manufactured by Hercules Co., Ltd.) was dissolved in the solution. To make a solution called a vehicle. A CNT and a dispersant (trade name: Homogenol L-18, manufactured by Kao Soap Co., Ltd.) are dispersed and mixed in the above vehicle to prepare a screen printing paste.
The weight ratio is 8: 2. The dispersant is CNT.
To 0.01% by weight. CNT is an arc discharge or thermal CVD (Chemical Vapor Depos).
Ition). A screen printing mask using a stainless mesh with a mesh opening number 250 is prepared, and the paste is used to form a resin layer 13 containing CNTs by screen printing, and then 120
° C Dry in air. Resin layer 1 containing CNT
3 are isolated on the first electrode 2 in a shape such as a quadrangle or a circle, and are formed at the same pitch as the first electrode.
【0016】次に、研磨手段5として機械研磨を採用
し、1000番の研磨テープを用い、基板1を固定して
研磨テープ5を移動させてCNTを含有する樹脂層13
の表面を研磨する{図1(c)}。このとき、研磨テー
プ5がCNTを含有する樹脂層13と接触する面および
その移動方向と基板1の表面との平行が維持されるよう
に調整する。なお、研磨を行う際、研磨テープ5を固定
して基板1を移動させても、基板と研磨テープを同時に
移動させてもよい。Next, mechanical polishing is adopted as the polishing means 5, a polishing tape of No. 1000 is used, and the substrate 1 is fixed and the polishing tape 5 is moved so that the resin layer 13 containing CNTs.
The surface is polished {Fig. 1 (c)}. At this time, the polishing tape 5 is adjusted so that the surface in contact with the resin layer 13 containing CNT and the moving direction thereof and the surface of the substrate 1 are parallel to each other. When polishing, the polishing tape 5 may be fixed and the substrate 1 may be moved, or the substrate and the polishing tape may be moved simultaneously.
【0017】次に、CNTを含有する樹脂層13の間
に、高さ約30μmの絶縁層6をスクリーン印刷で形成
する{図1(d)}。このとき使用するペーストは、例
えばエチルセルロースをターピネオール{和光純薬
(株)製}に溶解し、その溶液にほう珪酸鉛ガラスとア
ルミナ粉末を分散混合したものを用いる。成分比は、エ
チルセルロース1〜5wt%、ターピネオール25〜3
0wt%、ほう珪酸鉛ガラス粉末35〜40wt%、ア
ルミナ粉末30〜40wt%の範囲である。高さを30
μmにするために2〜3回重ねて印刷し、印刷終了後は
120℃大気雰囲気中で乾燥する。Next, an insulating layer 6 having a height of about 30 μm is formed between the resin layers 13 containing CNTs by screen printing {FIG. 1 (d)}. As the paste used at this time, for example, ethyl cellulose is dissolved in terpineol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and lead borosilicate glass and alumina powder are dispersed and mixed in the solution. The component ratio is 1 to 5 wt% of ethyl cellulose, 25 to 3 of terpineol
The range is 0 wt%, lead borosilicate glass powder 35 to 40 wt%, and alumina powder 30 to 40 wt%. Height 30
In order to obtain a thickness of .mu.m, printing is repeated 2-3 times, and after the printing is completed, it is dried in an atmosphere of 120.degree.
【0018】次に、大気雰囲気中500℃で焼成し、C
NTを含有する樹脂層13のエチルセルロースなどの樹
脂成分を分解してCNTを露出させて電子放出部3と
し、電子源4を得、なおかつ絶縁層6の低融点ガラスを
固着させる。本実施の形態では、絶縁層の形成と、CN
Tを含有する樹脂層の樹脂成分の加熱分解を同時に行っ
たが、別々に行っても良い。Then, it is fired at 500 ° C. in an air atmosphere to obtain C
The resin component such as ethyl cellulose of the resin layer 13 containing NT is decomposed to expose the CNT to form the electron emitting portion 3, the electron source 4 is obtained, and the low melting point glass of the insulating layer 6 is fixed. In this embodiment mode, the formation of the insulating layer and the CN
Although the thermal decomposition of the resin component of the resin layer containing T was performed at the same time, it may be performed separately.
【0019】最後に薄い金属板からなる第2の電極7を
絶縁層6の上に架橋し、陰極を製造する{図1
(e)}。第2の電極7は第1の電極2のストライプピ
ッチと同じで、第1の電極2と直交する方向に複数のス
リット状になったものであり、電子放出部3の直上は開
口部8が設けてある。Finally, a second electrode 7 made of a thin metal plate is cross-linked on the insulating layer 6 to produce a cathode {FIG. 1
(E)}. The second electrode 7 has the same stripe pitch as that of the first electrode 2 and has a plurality of slits in the direction orthogonal to the first electrode 2, and the opening 8 is provided immediately above the electron emitting portion 3. It is provided.
【0020】図2は本実施の形態により得られた陰極を
用いた画像表示装置の構成図であり、図中31は背面基
板(図1における基板1に相当する)、32はスペー
サ、33は前面基板、35は蛍光面、39は開口であ
る。即ち、背面基板31とスペーサ32と透光性の前面
基板33とで真空気密されており、背面基板31の内側
の表面にはストライプ状の第1の電極2と電子放出部
3、絶縁層6および第1の電極2に直交する方向に複数
のスリット状になった第2の電極7とで構成された陰極
が形成されており、前面基板33の内側の表面に陰極と
対向するように蛍光面35が形成されている。なお、第
1の電極2と電子放出部3からなる電子源4と、第2の
電極7とからなる陰極は、上記本実施の形態の製造方法
により得られたものを用いた。蛍光面35は赤、青およ
び緑色蛍光体でそれぞれ塗り分けられ田の字に配列され
た一組(緑色は2つ)で一画素を構成している。ひとつ
の画像表示素子は4画素以上で構成されている。なお、
背面基板31に開けられた排気孔(図示せず)から排気
管(図示せず)を通して、真空排気され、真空排気後は
排気管をチップオフされている。FIG. 2 is a block diagram of an image display device using the cathode obtained in this embodiment. In the figure, 31 is a rear substrate (corresponding to the substrate 1 in FIG. 1), 32 is a spacer, and 33 is a spacer. The front substrate, 35 is a phosphor screen, and 39 is an opening. That is, the rear substrate 31, the spacer 32, and the translucent front substrate 33 are vacuum-tightly sealed, and the stripe-shaped first electrode 2, the electron-emitting portion 3, and the insulating layer 6 are formed on the inner surface of the rear substrate 31. And a second electrode 7 having a plurality of slits in the direction orthogonal to the first electrode 2 is formed, and a cathode is formed on the inner surface of the front substrate 33 so as to face the cathode. The surface 35 is formed. As the cathode composed of the electron source 4 including the first electrode 2 and the electron emitting portion 3 and the second electrode 7, the cathode obtained by the manufacturing method of the present embodiment was used. The phosphor screen 35 is composed of one set (two for green), which are painted in red, blue, and green phosphors and arranged in a square pattern. One image display element is composed of 4 pixels or more. In addition,
Vacuum exhaust is performed from an exhaust hole (not shown) formed in the back substrate 31 through an exhaust pipe (not shown), and after the vacuum exhaust, the exhaust pipe is chipped off.
【0021】以上のように構成された画像表示装置にお
いて、第1の電極2に対して、第2の電極7に百数十ボ
ルトの直流または交流の電圧を印加すると、電子放出部
3に含まれるCNTの中で、チューブの先端が第2の電
極7側に向いている部分に電界が集中して電子が放出さ
る。放出された電子は第2の電極7に開けられた開口部
39を通過して数kVに印加され、蛍光面35に向かっ
て加速され蛍光体を励起発光させる。このとき、電子放
出部3の表面は、上記製造方法において研磨により一定
の高さに揃っているため、電子放出部3の表面と第2の
電極7との間隔はすべての陰極で揃っており、電子放出
特性は同じとなる。したがって、スリット状の第2の電
極に順次電圧を印加して表示を行う場合、その印加電圧
に対して、すべての陰極で常に同じ電子の量が放出され
るため、その電子で励起発光される蛍光体からの発光量
も同じとなり、画像表示素子内のすべての画素が同じ発
光強度を示す。つまり、画像表示素子の発光輝度の均一
性が向上する。In the image display device configured as described above, when a DC or AC voltage of hundred and several tens of volts is applied to the second electrode 7 with respect to the first electrode 2, it is included in the electron emitting portion 3. In the CNTs, the electric field is concentrated on the portion where the tip of the tube faces the second electrode 7 side, and electrons are emitted. The emitted electrons pass through the opening 39 formed in the second electrode 7 and are applied at several kV, are accelerated toward the phosphor screen 35, and excite the phosphor to emit light. At this time, since the surface of the electron emitting portion 3 is made uniform in height by polishing in the above manufacturing method, the distance between the surface of the electron emitting portion 3 and the second electrode 7 is made uniform in all the cathodes. , The electron emission characteristics are the same. Therefore, when a voltage is sequentially applied to the slit-shaped second electrode for display, the same amount of electrons is always emitted from all the cathodes with respect to the applied voltage, and the electrons are excited and emitted. The amount of light emitted from the phosphor is also the same, and all the pixels in the image display element show the same light emission intensity. That is, the uniformity of the emission brightness of the image display element is improved.
【0022】図3は、図2に示す画像表示装置におい
て、本実施の形態により製造された各陰極における、印
加する電圧と得られるエミッションの関係(電流−電圧
特性)を示す特性図で、図中a1、b1およびc1は各
々、上記陰極において、所定の電圧を印加した時の陰極
からのエミッション放出電流が最小、平均および最大で
あるもののエミッション特性を示す。図3に示すよう
に、電子放出部3の表面は研磨により一定の高さに揃っ
ているため、電子放出部3の表面と第2の電極6との間
隔は各電極間で揃っており、各電子源における電流−電
圧特性のばらつきが小さいことが示されている。FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the applied voltage and the obtained emission (current-voltage characteristic) in each cathode manufactured according to the present embodiment in the image display device shown in FIG. Mediums a1, b1 and c1 respectively show the emission characteristics of the above-mentioned cathode, although the emission emission current from the cathode when a predetermined voltage is applied is minimum, average and maximum. As shown in FIG. 3, since the surface of the electron emitting portion 3 is made uniform in height by polishing, the distance between the surface of the electron emitting portion 3 and the second electrode 6 is made uniform between the electrodes. It is shown that the variation of the current-voltage characteristics in each electron source is small.
【0023】なお、図4は、一般的に陰極を用いる雰囲
気における、真空度とエミッション半減期の関係を示す
特性図で、図に示す様に、エミッション半減期は真空度
が高くなるほど向上し、特に真空度1×10−6の領域
で大きく変化することがわかる。本実施の形態の陰極を
用い真空排気して得られた図2に示す画像表示装置にお
ける真空度は1×10−8であり、エミッション半減期
は5000時間程度であった。一方、上記画像表示装置
にはんだ層を用いると、真空度は5×10−6となり、
エミッション半減期は2時間となり、はんだにより装置
内の真空度が低下し寿命が低下することになる。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the degree of vacuum and the emission half-life in an atmosphere where a cathode is generally used. As shown in the figure, the emission half-life increases as the degree of vacuum increases. In particular, it can be seen that there is a large change in the vacuum degree region of 1 × 10 −6 . The vacuum degree in the image display device shown in FIG. 2 obtained by evacuation using the cathode of the present embodiment was 1 × 10 −8 , and the emission half-life was about 5000 hours. On the other hand, when a solder layer is used in the image display device, the degree of vacuum is 5 × 10 −6 ,
The emission half-life is 2 hours, and the degree of vacuum inside the device is lowered by soldering, which shortens the life.
【0024】なお、画像表示装置として、本実施の形態
の陰極の第2の電極と蛍光面の間に、電子の収束用に第
3の電極を設けることもできる。また、下記第2の本実
施の形態により製造された陰極を用いた画像表示装置で
も同様の効果が得られる。As the image display device, a third electrode for converging electrons may be provided between the second electrode of the cathode and the phosphor screen of this embodiment. The same effect can be obtained with an image display device using a cathode manufactured according to the second embodiment described below.
【0025】実施の形態2.上記第1の実施の形態にお
いて、図1(b)に示す工程までは、実施の形態1と同
様に製造する。その後、大気雰囲気中500℃で焼成し
て、電子放出部に含まれる樹脂成分を加熱分解する。Embodiment 2. In the first embodiment, the manufacturing is performed in the same manner as in the first embodiment up to the step shown in FIG. Then, it is fired at 500 ° C. in the atmosphere to thermally decompose the resin component contained in the electron emitting portion.
【0026】一方、これとは別に水ガラス{商品名:オ
ーカジールB,東京応化(株)製}と酢酸バリウムを混
合した水溶液を用意する。上記水溶液において、水ガラ
スの濃度は20wt%、酢酸バリウムの濃度は0.4w
t%となるように混合する。この溶液を、上記加熱分解
した後に残ったCNT群に含浸させる。このとき、水溶
液が電子放出部の全面に広がるように滴下量を調整す
る。最後に、120℃大気雰囲気中で乾燥させた後、4
50℃大気雰囲気中で焼成する。Separately from this, an aqueous solution prepared by mixing water glass {trade name: Okajil B, manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.} and barium acetate is prepared. In the above aqueous solution, the concentration of water glass is 20 wt% and the concentration of barium acetate is 0.4 w
Mix to t%. This solution is impregnated into the CNTs remaining after the thermal decomposition. At this time, the dropping amount is adjusted so that the aqueous solution spreads over the entire surface of the electron emitting portion. Finally, after drying in an air atmosphere at 120 ° C, 4
Baking at 50 ° C. in the atmosphere.
【0027】その後は、上記実施の形態の図1(c)に
示す工程と同様、1000番の研磨テープを用いて、基
板を固定して研磨テープを移動させて電子放出部の表面
を研磨する。以下、上記実施の形態の図1(d)、
(e)に示す工程と同様にして、スペーサの形成、第2
の電極の設置を行う。After that, similarly to the step shown in FIG. 1C of the above-mentioned embodiment, the surface of the electron emitting portion is polished by fixing the substrate and moving the polishing tape by using the polishing tape of No. 1000. . Hereinafter, FIG. 1D of the above embodiment,
In the same manner as the step shown in (e), spacer formation and second
Install the electrodes.
【0028】以上のように構成された陰極は第1の実施
の形態と同様の効果がある。さらに、実施の形態1では
研磨後に樹脂成分を加熱分解するため、樹脂成分の分解
時の燃焼ガス発生によって、電子放出部表面の平坦性が
研磨時より悪くなる恐れがあるが、本実施の形態におい
ては研磨時の平坦性を維持することができる。また、本
実施の形態では電子放出部のカーボンナノチューブが第
1の電極と水ガラスにより強固に接着されるため、カー
ボンナノチューブの脱落を防ぐことができる。そのた
め、動作中にCNTが脱落してショートが起こることが
防止され安定な陰極が得られるという効果がある。The cathode constructed as described above has the same effect as that of the first embodiment. Further, since the resin component is thermally decomposed after polishing in the first embodiment, the flatness of the surface of the electron emitting portion may be worse than that during polishing due to generation of combustion gas when the resin component is decomposed. In, the flatness at the time of polishing can be maintained. In addition, in the present embodiment, the carbon nanotubes of the electron emitting portion are firmly adhered to the first electrode by the water glass, so that the carbon nanotubes can be prevented from falling off. Therefore, there is an effect that the CNT is prevented from dropping during operation and a short circuit is prevented, and a stable cathode is obtained.
【0029】なお、上記実施の形態1および2におい
て、CNTを含む電子放出部をスクリーン印刷で形成し
たが、他の方法例えばグラビア印刷やフレキソ印刷など
を用いてもよい。さらには、CVDなどの方法を用いて
CNTを含む電子放出部を形成した場合でも本実施の形
態で説明した研磨を行うことは可能である。In the first and second embodiments, the electron emitting portion containing CNT is formed by screen printing, but other methods such as gravure printing and flexo printing may be used. Furthermore, the polishing described in this embodiment can be performed even when the electron emitting portion containing CNT is formed by using a method such as CVD.
【0030】比較例1.上記実施の形態1において、従
来のレーザを用いて平坦化することにより得られた陰極
を用いる以外は、実施の形態1と同様にして図2に示す
画像表示装置を製造し、この装置の陰極における、印加
する電圧と得られるエミッションの関係(電流−電圧特
性)を測定したところ、図5に示す特性が得られた。図
5は画像表示装置の各陰極における、印加する電圧と得
られるエミッションの関係(電流−電圧特性)を示す特
性図で、図中a2、b2およびc2は各々、上記陰極に
おいて、所定の電圧を印加した時の陰極からのエミッシ
ョン放出電流が最小、平均および最大であるもののエミ
ッション特性を示す。図5に示すように、電子放出部の
表面と第2の電極7との間隔は各電極間でばらついてい
るため、各電子源における電流−電圧特性のばらつきが
大きいことが示されている。Comparative Example 1. The image display device shown in FIG. 2 is manufactured in the same manner as in Embodiment 1 except that the cathode obtained by flattening using the conventional laser is used in the above Embodiment 1, and the cathode of this device is manufactured. When the relationship between the applied voltage and the obtained emission (current-voltage characteristic) was measured, the characteristics shown in FIG. 5 were obtained. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the applied voltage and the obtained emission (current-voltage characteristic) in each cathode of the image display device. In the figure, a2, b2, and c2 are each a predetermined voltage at the cathode. The emission characteristics of the emission current from the cathode when applied are the minimum, average, and maximum. As shown in FIG. 5, since the distance between the surface of the electron emitting portion and the second electrode 7 varies among the electrodes, it is shown that the current-voltage characteristics of the electron sources vary widely.
【0031】[0031]
【発明の効果】本発明の第1の陰極の製造方法は、基板
に設けられた第1の電極に、カーボンナノチューブを含
有する電子放出部を設けてなる電子源と、上記第1の電
極と絶縁層を介して設けられ、上記第1の電極との間に
電位差を印加する第2の電極とを備えた陰極の製造方法
であって、基板に設けられた第1の電極にカーボンナノ
チューブを含有する樹脂層を設ける工程と、上記樹脂層
の表面と上記第2の電極との間隔が揃うように、上記樹
脂層の表面を研磨する工程と、研磨後上記樹脂層の樹脂
成分を加熱分解除去して、カーボンナノチューブを露出
させて電子源を得る工程と、上記第1の電極と絶縁層を
介して第2の電極を設ける工程とを備えた方法で、電子
放出特性に優れ、複数で用いた場合でも、印加する電圧
と得られるエミッションの関係(電流−電圧特性)のば
らつきが抑制されるという効果がある。According to the first method of manufacturing a cathode of the present invention, the first electrode provided on the substrate is provided with an electron emitting portion containing carbon nanotubes, and the first electrode is provided. A method for producing a cathode, comprising a second electrode provided via an insulating layer and applying a potential difference between the first electrode and the first electrode, wherein carbon nanotubes are provided on the first electrode provided on the substrate. A step of providing a resin layer to be contained, a step of polishing the surface of the resin layer so that the distance between the surface of the resin layer and the second electrode is uniform, and a thermal decomposition of the resin component of the resin layer after polishing. A method comprising removing the carbon nanotubes to expose the carbon nanotubes to obtain an electron source and providing the second electrode with the first electrode and the insulating layer interposed therebetween is excellent in electron emission characteristics Even when used, the applied voltage and the obtained emission ® down relationship - there is an effect that the variation of (current-voltage characteristics) can be suppressed.
【0032】本発明の第2の陰極の製造方法は、基板に
設けられた第1の電極に、カーボンナノチューブを含有
する電子放出部を設けてなる電子源と、上記第1の電極
と絶縁層を介して設けられ、上記第1の電極との間に電
位差を印加する第2の電極とを備えた陰極の製造方法で
あって、基板に設けられた第1の電極に、カーボンナノ
チューブを含有する樹脂層を設ける工程と、上記樹脂層
の樹脂成分を加熱分解除去して上記カーボンナノチュー
ブを露出させる工程と、上記露出したカーボンナノチュ
ーブ群に水ガラスを含浸させて焼成し、上記水ガラスで
カーボンナノチューブを上記第1の電極に付着させる工
程と、上記カーボンナノチューブ表面と上記第2の電極
との間隔が揃うように、上記カーボンナノチューブ表面
を研磨して電子源を得る工程と、上記第1の電極と絶縁
層を介して第2の電極を設ける工程とを備えた方法で、
電子放出特性が安定で優れ、複数で用いた場合でも、印
加する電圧と得られるエミッションの関係(電流−電圧
特性)のばらつきが抑制されるという効果がある。A second method of manufacturing a cathode according to the present invention comprises an electron source having an electron emitting portion containing carbon nanotubes provided on a first electrode provided on a substrate, the first electrode and an insulating layer. A method of manufacturing a cathode, comprising: a second electrode which is provided via a first electrode and which applies a potential difference between the first electrode and the first electrode, wherein the first electrode provided on the substrate contains carbon nanotubes. A step of providing a resin layer, a step of exposing the carbon nanotubes by thermally decomposing and removing the resin component of the resin layer, impregnating the exposed carbon nanotube groups with water glass and baking the carbon nanotubes with the water glass. The step of adhering the nanotubes to the first electrode and the electron source by polishing the surface of the carbon nanotubes so that the distance between the surface of the carbon nanotubes and the second electrode becomes uniform. In obtaining step and the method comprising the step of providing the second electrode through the insulating layer and the first electrode,
The electron emission characteristics are stable and excellent, and even when a plurality of electron emission characteristics are used, variations in the relationship between the applied voltage and the obtained emission (current-voltage characteristics) are suppressed.
【0033】本発明の第1の陰極は、基板に設けられた
第1の電極に、カーボンナノチューブを含有する電子放
出部を設けてなる電子源と、上記第1の電極と絶縁層を
介して設けられ、上記第1の電極との間に電位差を印加
する第2の電極とを備えた陰極において、上記電子源
は、基板に設けられた第1の電極と、表面が研磨され、
基幹部が上記第1の電極に水ガラスで付着されたカーボ
ンナノチューブを含有する電子放出部とからなるもの
で、電子放出特性が安定で優れ、複数で用いた場合で
も、印加する電圧と得られるエミッションの関係(電流
−電圧特性)のばらつきが抑制されるという効果があ
る。In the first cathode of the present invention, the first electrode provided on the substrate is provided with an electron source having an electron emitting portion containing carbon nanotubes, the first electrode and the insulating layer. In a cathode provided with a second electrode that applies a potential difference between the first electrode and the first electrode, the electron source, the first electrode provided on the substrate, the surface is polished,
The main part is composed of the electron emitting part containing the carbon nanotubes attached to the first electrode with water glass, and the electron emitting property is stable and excellent, and the voltage to be applied can be obtained even when used in plural. This has the effect of suppressing variations in the emission relationship (current-voltage characteristics).
【図1】 本発明の第1の実施の形態の電子源の製造方
法を工程順に示す工程図である。FIG. 1 is a process chart showing a method of manufacturing an electron source according to a first embodiment of the present invention in the order of steps.
【図2】 本実施の形態により得られた陰極を用いた画
像表示装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of an image display device using the cathode obtained in the present embodiment.
【図3】 本実施の形態により製造された各陰極におけ
る、印加する電圧と得られるエミッションの関係(電流
−電圧特性)を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship (current-voltage characteristic) between applied voltage and obtained emission in each cathode manufactured according to the present embodiment.
【図4】 陰極のエミッション半減期と真空度の関係を
示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the emission half-life of the cathode and the degree of vacuum.
【図5】 従来の陰極を用いた画像表示装置の各陰極に
おける、印加する電圧と得られるエミッションの関係
(電流−電圧特性)を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship (current-voltage characteristic) between applied voltage and obtained emission in each cathode of an image display device using a conventional cathode.
【図6】 従来の陰極の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a conventional cathode.
1 基板、2 第1の電極、3 電子放出部、13 C
NTを含有する樹脂層、4 電子源、5 研磨手段、6
絶縁層、7 第2の電極。1 substrate, 2 first electrode, 3 electron emitting portion, 13 C
Resin layer containing NT, 4 electron source, 5 polishing means, 6
Insulating layer, 7 Second electrode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 沈 智英 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Akihiko Hosono 2-3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Ryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Tomohide Shen 2-3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Ryo Electric Co., Ltd.
Claims (3)
ンナノチューブを含有する電子放出部を設けてなる電子
源と、上記第1の電極と絶縁層を介して設けられ、上記
第1の電極との間に電位差を印加する第2の電極とを備
えた陰極の製造方法であって、基板に設けられた第1の
電極にカーボンナノチューブを含有する樹脂層を設ける
工程と、上記樹脂層の表面と上記第2の電極との間隔が
揃うように、上記樹脂層の表面を研磨する工程と、研磨
後上記樹脂層の樹脂成分を加熱分解除去して、カーボン
ナノチューブを露出させて電子源を得る工程と、上記第
1の電極と絶縁層を介して第2の電極を設ける工程とを
備えた陰極の製造方法。1. An electron source comprising an electron emitting portion containing carbon nanotubes, which is provided on a first electrode provided on a substrate, and the first electrode, which is provided via an insulating layer. A method of manufacturing a cathode comprising a second electrode for applying a potential difference between the electrode and the electrode, comprising the step of providing a resin layer containing carbon nanotubes on the first electrode provided on a substrate; The step of polishing the surface of the resin layer so that the distance between the surface of the resin and the second electrode becomes uniform, and the resin component of the resin layer is removed by thermal decomposition after polishing to expose the carbon nanotubes to expose the electron source. And a step of providing a second electrode via the first electrode and an insulating layer.
ンナノチューブを含有する電子放出部を設けてなる電子
源と、上記第1の電極と絶縁層を介して設けられ、上記
第1の電極との間に電位差を印加する第2の電極とを備
えた陰極の製造方法であって、基板に設けられた第1の
電極に、カーボンナノチューブを含有する樹脂層を設け
る工程と、上記樹脂層の樹脂成分を加熱分解除去して上
記カーボンナノチューブを露出させる工程と、上記露出
したカーボンナノチューブ群に水ガラスを含浸させて焼
成し、上記水ガラスでカーボンナノチューブを上記第1
の電極に付着させる工程と、上記カーボンナノチューブ
表面と上記第2の電極との間隔が揃うように、上記カー
ボンナノチューブ表面を研磨して電子源を得る工程と、
上記第1の電極と絶縁層を介して第2の電極を設ける工
程とを備えた陰極の製造方法。2. An electron source comprising an electron emitting portion containing carbon nanotubes, which is provided on a first electrode provided on a substrate, and the first electrode, which is provided via an insulating layer. A method of manufacturing a cathode comprising a second electrode for applying a potential difference between the electrode and the electrode, comprising the step of providing a carbon nanotube-containing resin layer on the first electrode provided on the substrate, A step of thermally decomposing and removing the resin component of the layer to expose the carbon nanotubes; and a step of impregnating the exposed carbon nanotube groups with water glass and firing the carbon nanotubes with the water glass.
And a step of polishing the carbon nanotube surface to obtain an electron source so that the distance between the surface of the carbon nanotube and the second electrode becomes uniform.
A method of manufacturing a cathode, comprising the step of providing a second electrode via the first electrode and an insulating layer.
ンナノチューブを含有する電子放出部を設けてなる電子
源と、上記第1の電極と絶縁層を介して設けられ、上記
第1の電極との間に電位差を印加する第2の電極とを備
えた陰極において、上記電子源は、基板に設けられた第
1の電極と、表面が研磨され、基幹部が上記第1の電極
に水ガラスで付着されたカーボンナノチューブを含有す
る電子放出部とからなることを特徴とする陰極。3. An electron source provided with an electron emitting portion containing carbon nanotubes on a first electrode provided on a substrate, the first electrode and an insulating layer, and the first electrode provided on the first electrode. In a cathode provided with a second electrode for applying a potential difference between the electrode and the electrode, the electron source has a first electrode provided on a substrate and a surface polished so that the backbone is the first electrode. A cathode comprising an electron emitting portion containing carbon nanotubes attached by water glass.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006228499A (en) * | 2005-02-16 | 2006-08-31 | Sonac Kk | Electron emitter and manufacturing method thereof |
WO2010038793A1 (en) | 2008-09-30 | 2010-04-08 | 凸版印刷株式会社 | Nano-carbon material composite substrate and method for manufacturing same |
-
2002
- 2002-03-20 JP JP2002078467A patent/JP3760878B2/en not_active Expired - Fee Related
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