JP2004071317A

JP2004071317A - 自発光型平面表示装置

Info

Publication number: JP2004071317A
Application number: JP2002228091A
Authority: JP
Inventors: Makoto Okai; 岡井　誠; Yasuhiko Muneyoshi; 宗吉　恭彦; Tomio Yaguchi; 矢口　富雄; Nobuaki Hayashi; 林　伸明
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】カーボンナノチューブを電子源とした自発光型平面表示装置において、カーボンナノチューブの先端に電界を集中させるためには、カーボンナノチューブを基板に対して垂直方向に配向させる必要がある。従来の機械的な起毛方法では、カーボンナノチューブが基板全体に飛散し、不必要な部分で電子放出が起こっていた。
【解決手段】本発明では、電子源としてのカーボンナノチューブ集合体を含有したペーストを用いることにより、機械的な起毛処理を施さなくても、印刷あるいは塗布した段階で、自動的にカーボンナノチューブが基板に対して垂直方向に配向している状態を実現させ、ボンナノチューブの先端に電界を集中させることができる。
【効果】カーボンナノチューブを電子源として用いる自発光型平面表示装置において、特別な表面処理を施すことなく面内均一で十分な量のエミッション電流を得ることができる。
【選択図】　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナノチューブ集合体を電子源として用いた自発光型平面表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カーボンナノチューブ電子放出素子、およびそれを電子源として用いた自発光型平面表示装置が数多く報告されている。たとえば、４．５インチの自発光型平面表示装置を作製した例が、ＳＩＤ　９９　Ｄｉｇｅｓｔのｐｐ．１１３４−１１３７に記載されている。従来の方法では、ブラッシング等の機械的な方法により、カーボンナノチューブを基板に対して垂直方向に配向させていた。これによりカーボンナノチューブの先端に電界が集中し、十分な電子放出特性を得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この機械的な方法ではカーボンナノチューブが基板全体に飛散するという問題がある。カーボンナノチューブが、電極上に飛散すると、不必要な部分で電子放出が起こることになる。また、微細な構造の奥まったところにあるカーボンナノチューブに機械的な方法を適応することは困難であることから、実用的な方法ではないと考えられる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明では、電子源としてのカーボンナノチューブ集合体を含有したペーストを用いることにより、機械的な起毛処理を施さなくても、印刷あるいは塗布した段階で、自動的にカーボンナノチューブが基板に対して垂直方向に配向している状態を実現することができる。これにより、起毛処理を施すことなく、十分で面内均一なエミッション特性を実現することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のポイントは、電子源としてナノチューブ集合体を用いることにある。ナノチューブ集合体の例を図１から図４に示す。
まず、図１を用いて、ナノチューブ集合体の第１の例を説明する。母体となる球状物体１０１の表面に、ナノチューブ１０２が外側に向かって結合した構造である。このような形状のナノチューブ集合体を基板上に配置すると、基板に垂直方向に配向したナノチューブがほぼ確実に存在することになり、そのようなナノチューブをエミッターとして有効に利用することができる。ここで、母体として球状の物体を用いたが、任意の形状の物体を用いることができる。また、母体は、いかなる物質で構成された物体を母体として用いることも可能であるが、電気伝導性を有する物質で構成されている方が望ましい。また、ナノチューブに関しても、どのような元素で構成することも可能である。また、ナノチューブは、シングルウォールナノチューブとマルチウォールナノチューブのどちらを用いることも可能である。電子放出の面内均一性の観点からは、ナノチューブの直径および長さが揃っている方が望ましい。
次に、図２を用いて、ナノチューブ集合体の第２の例を説明する。ナノチューブ２０２の束は結合部２０１で物理的に結合している。結合部２０１において、おのおののナノチューブは電気的にも結合している方が望ましい。このような形状のナノチューブ集合体を基板上に配置すると、基板に垂直方向に配向したナノチューブがほぼ確実に存在することになり、そのようなナノチューブをエミッターとして有効に利用することができる。ここで、ナノチューブは、どのような元素で構成することも可能である。また、ナノチューブは、シングルウォールナノチューブとマルチウォールナノチューブのどちらを用いることも可能である。電子放出の面内均一性の観点からは、ナノチューブの直径および長さが揃っている方が望ましい。
次に、図３を用いて、ナノチューブ集合体の第３の例を説明する。ナノチューブ３０２の束は結合部３０１で物理的に結合している。結合部３０１において、おのおののナノチューブは電気的にも結合している方が望ましい。このような形状のナノチューブ集合体を基板上に配置すると、基板に垂直方向に配向したナノチューブがほぼ確実に存在することになり、そのようなナノチューブをエミッターとして有効に利用することができる。ここで、ナノチューブは、どのような元素で構成することも可能である。また、ナノチューブは、シングルウォールナノチューブとマルチウォールナノチューブのどちらを用いることも可能である。電子放出の面内均一性の観点からは、ナノチューブの直径および長さが揃っている方が望ましい。
次に、図４を用いて、ナノチューブ集合体の第４の例を説明する。ナノチューブ４０２の束は結合帯４０１で物理的に結合している。結合帯４０１で結合した部分において、おのおののナノチューブは電気的にも結合している方が望ましい。このような形状のナノチューブ集合体を基板上に配置すると、基板に垂直方向に配向したナノチューブがほぼ確実に存在することになり、そのようなナノチューブをエミッターとして有効に利用することができる。ここで、ナノチューブ４０２および結合帯４０１は、どのような元素で構成することも可能である。また、ナノチューブは、シングルウォールナノチューブとマルチウォールナノチューブのどちらを用いることも可能である。電子放出の面内均一性の観点からは、ナノチューブの直径および長さが揃っている方が望ましい。
図５には、ナノチューブ集合体を用いて作製したナノチューブペーストについて説明する。ナノチューブペーストは、主にナノチューブ集合体５０１、金属微粒子５０２、有機バインダー５０３から構成される。ナノチューブペーストを基板５０４の上に、印刷あるいは塗布した後の状態を図５（ａ）に示す。次に、これを大気中で５００℃で焼成した後の状態を図５（ｂ）に示す。焼成により有機バインダーが燃焼し、ナノチューブ集合体５０１が、金属微粒子５０２により基板５０４に固着されている。ナノチューブ集合体５０１のあるナノチューブは、自動的に基板５０４に垂直方向に配向しており、エミッターとして有効に利用することができる。
ここで、ナノチューブ集合体５０１として、図１に示した第１の例を用いたが、図２、図３、図４に示したナノチューブ集合体をはじめ、いかなるナノチューブ集合体を用いることも可能である。また、金属微粒子５０２として、いかなる金属材料を用いることも可能である。金属微粒子５０２の大きさは、ナノチューブ集合体５０１より小さい方が望ましい。
また、ナノチューブペーストは、基板５０４に直接ではなく、金属電極上に印刷あるいは塗布することも可能である。
（第一の実施例）
次に、本発明の第１の実施例を図６、図７、図８、図９および図１０を用いて説明する。まず、図６を用いて、本発明の自発光平面表示装置の全体構成を説明する。本自発光平面表示装置は、電子源アレイを作製した電子源板６０１、電子源の位置に合わせて蛍光体ストライプあるいはドットを作製した蛍光表示板６０３、電子源板６０１と蛍光表示板６０３を一定間隔に保って固定するための枠ガラス６０２より構成される。また、図中には示さなかったが、画面サイズが大きくなると、枠ガラス内部にも電子源板６０１と蛍光表示板６０３を一定間隔に保つためのスペーサが必要となる。
次に図７を用いて、電子源板の構造を説明する。横方向に複数本のカソード電極ストライプ７０１を、垂直方向に複数本のゲート電極ストライプ７０２を形成する。カソード電極ストライプ７０１とゲート電極ストライプ７０２は、絶縁膜を挿んで交差し、それぞれの交差点に電子源７０３を形成する。この電子源はゲート電極ストライプ７０３とその下の絶縁膜を貫いた穴の底部のカソード電極ストライプ７０１の表面に形成する。
【０００６】
次に図８を用いて、蛍光表示板の構造を説明する。電子源の位置に合わせて、赤、緑、青の蛍光体ストライプを形成した構造になっている。まず、電子源の横方向のピッチに合わせて、電子源間の中央の位置にブラックマトリックスのストライプをリフトオフ法により作製する。次にスラリー法により赤８０１、緑８０２、青８０３の蛍光体ストライプによる繰り返しストライプパターンを形成する。各々の蛍光体ストライプが、両側のブラックストライプの中央に配置する。また、図には示さなかったが、蛍光体ストライプを作製した後、全面にアルミニウムを５０ｎｍ蒸着し、アノード電極を形成した。
以上のようにして作製した、電子源板と蛍光表示板を枠ガラスを用いて一定間隔で対峙するように配置し、電子源と蛍光体ストライプの位置を合わせた後、内部を真空にして封止することにより、表示装置が完成する。封止の際に、電子源板と蛍光表示板を枠ガラスの接着にはフリットガラスを用いた。接着面にフリットガラスを印刷し、４５０℃に加熱することにより接着し、別途装置に取り付けた排気管から装置内部を排気して、排気間を封止切ることにより、封止を行った。
そして、アノード電極ストライプに走査信号を、ゲート電極ストライプに画像信号を印加し、さらに蛍光表示板のアノード電極に、カソード電極に対してプラスの加速電圧を印加することにより、所望の画像を表示させることができた。
次に、電子源板上の詳細構造を、図９を用いて説明する。図９（ａ）が、上面図であり、図９（ｂ）がＡ−Ａ’断面図、図９（ｃ）がＢ−Ｂ’断面図である。まず、ガラス基板９０９の表面に、厚さが０．２−１０ｕｍで、幅が３００ｕｍ、間隔が６０ｕｍのカソード電極ストライプ９０１を６００本形成する。次に、絶縁層９０５を形成する。絶縁層９０５の厚みは１−５０ｕｍであり、カソード電極ストライプ９０１とゲート電極ストライプ９０２の交差部分に直径１−５０ｕｍの電子源穴９０３があいた構造になっている。この絶縁層９０５を焼成後、その上に厚さが０．２−１０ｕｍで、幅が９０ｕｍ、間隔が３０ｕｍのゲート電極ストライプ９０２を２４００本形成する。なお、ゲート電極ストライプ９０２も、カソード電極ストライプ９０１とゲート電極ストライプ９０２の交差部分に絶縁層９０５と同じ電子源穴９０３があいた構造になっている。
【０００７】
このようにして作製した配線構造を用いて、カソード電極ストライプ９０１に走査信号を、ゲート電極ストライプ構造９０２に画像信号をインプットし、さらにカソード電極ストライプ９０１と図８の蛍光表示板に設けたアノード電極の間に、加速電圧を印加することにより、均一に発光する画像を表示させることができた。
次に、電子源作製プロセスの詳細を図１０を用いて説明する。ガラス基板１００９上に、図１０（１）に示すように、幅が３００ｕｍで間隔が６０ｕｍのカソード電極ストライプ１００１を６００本形成する。カソード電極ストライプ１００１は、カーボンナノチューブ集合体を含有したペーストをスクリーン印刷することにより形成した。その厚みは１ｕｍである。次に、感光性誘電体ペーストを全面にスクリーン印刷した後、通常のフォトリソグラフィープロセスにより、電子源穴１００３を形成する。これを大気中で５５０℃で３０分間の焼成を行うことにより、絶縁層１００５を形成する。図１０（２）に示すように、絶縁層１００５の厚みは１０ｕｍである。次に図１０（３）に示すように、感光性銀ペースト１００２を全面にスクリーン印刷する。そして、通常のフォトリソグラフィー法により、図１０（４）に示すようにゲート電極ストライプ１００２を形成し、大気中５００℃で３０分間の焼成を行った。ゲート電極ストライプ１００２は、幅が９０ｕｍ、間隔が３０ｕｍであり、これを２４００本形成した。またゲート電極ストライプの厚みは５ｕｍであり、絶縁層１００５と同じ部分に同じ大きさあるいは、やや大きめの穴構造を形成した。
なお、本実施例では、カソード電極ストライプ１００１およびゲート電極ストライプ１００２を特定の金属で形成したが、必要な電気伝導性を有するいかなる金属を用いることも可能である。また、合金や金属多層膜を用いることも可能である。
【０００８】
今回、電子源としてのカーボンナノチューブ集合体を含有したペーストを用いてカソード電極ストライプ１００１を作製したため、特別な表面処理を施すことなく自動的に、カーボンナノチューブを基板に対して垂直方向に配向させることができた。結果として、カソード電極ストライプ１００１に表面処理を施さなくても、面内均一で十分な量のエミッション電流を得ることができた。
（第二の実施例）
次に、本発明の第２の実施例を図１１および図１２を用いて説明する。本実施例では、電子源板上の構造が第２の実施例と異なる。まず、電子源板の構造を図１１を用いて説明する。１１（ａ）が、上面図であり、図１１（ｂ）がＡ−Ａ’断面図、図１１（ｃ）がＢ−Ｂ’断面図である。まず、ガラス基板表面に、厚さが０．２−１０ｕｍで、幅が３００ｕｍ、間隔が６０ｕｍのカソード電極ストライプ１１０１を６００本形成する。次に、絶縁層１１０５を形成する。絶縁層１１０５の厚みは１−５０ｕｍであり、カソード電極ストライプ１１０１とゲート電極ストライプ１１０２の交差部分に直径１−５０ｕｍの電子源穴１１０３があいた構造になっている。この絶縁層１１０５を焼成後、その上に厚さが０．２−１０ｕｍで、幅が９０ｕｍ、間隔が３０ｕｍのゲート電極ストライプ１１０２を２４００本形成する。なお、ゲート電極ストライプ１１０２も、カソード電極ストライプ１１０１とゲート電極ストライプ１１０２の交差部分に絶縁層１１０５と同じ電子源穴１１０３があいた構造になっている。最後に、電子源層１１０６を電子源穴１１０３の底部に形成する。
【０００９】
このようにして作製した配線構造を用いて、カソード電極ストライプ１１０１に走査信号を、ゲート電極ストライプ構造１１０２に画像信号をインプットし、さらにカソード電極ストライプ１１０１と図８の蛍光表示板に設けたアノード電極の間に、加速電圧を印加することにより、所望の画像を表示させることができた。
次に、電子源作製プロセスの詳細を図１２を用いて説明する。ガラス基板１２０９上に、図１２（１）に示すように、幅が３００ｕｍで間隔が６０ｕｍのカソード電極ストライプ１２０１を６００本形成する。カソード電極ストライプ１２０１の材質はＡｇで、その厚みは１ｕｍである。次に図１２（３）に示すように、感光性銀ペースト１２０２を全面にスクリーン印刷する。そして、通常のフォトリソグラフィー法により、図１２（４）に示すようにゲート電極ストライプ１２０２を形成し、大気中５００℃で３０分間の焼成を行った。ゲート電極ストライプ１２０２は、幅が９０ｕｍ、間隔が３０ｕｍであり、これを２４００本形成した。またゲート電極ストライプの厚みは５ｕｍであり、絶縁層１２０５と同じ部分に同じ大きさあるいは、やや大きめの穴構造を形成した。最後に、ナノチューブ集合体を含有したペーストをインクジェット法により、電子源穴１１０３の底部に電子源層１２０６を形成する。
なお、本実施例では、カソード電極ストライプ１２０１およびゲート電極ストライプ１２０２を特定の金属で形成したが、必要な電気伝導性を有するいかなる金属を用いることも可能である。また、合金や金属多層膜を用いることも可能である。
また、カーボンナノチューブ集合体を含有したペーストをインクジェット法により、所望の位置に塗布する方法を用いたが、他のいかなる方法でカーボンナノチューブを電子源穴１１０３の底部に配置することも可能である。
【００１０】
今回、電子源としてのカーボンナノチューブ集合体を含有したペーストを用いて電子源層１２０６を作製したため、特別な表面処理を施すことなく自動的に、カーボンナノチューブを基板に対して垂直方向に配向させることができた。結果として、電子源層１２０６に表面処理を施さなくても、面内均一で十分な量のエミッション電流を得ることができた。
【００１１】
【発明の効果】
本発明により、カーボンナノチューブを電子源として用いる自発光型平面表示装置において、カーボンナノチューブを自動的に基板に対して垂直方向に配向させることができる。その結果、特別な表面処理を施すことなく面内均一で十分な量のエミッション電流を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】ナノチューブ集合体の第１の例を示す図。
【図２】ナノチューブ集合体の第２の例を示す図。
【図３】ナノチューブ集合体の第３の例を示す図。
【図４】ナノチューブ集合体の第４の例を示す図。
【図５】ナノチューブ集合体を含有したペースト例を示す図。
【図６】本発明の第１の実施例の説明図。
【図７】本発明の第１の実施例の説明図。
【図８】本発明の第１の実施例の説明図。
【図９】本発明の第１の実施例の説明図。
【図１０】本発明の第１の実施例の説明図。
【図１１】本発明の第２の実施例の説明図。
【図１２】本発明の第２の実施例の説明図。
【符号の説明】
５０１…ナノチューブ集合体、５０２…金属微粒子、５０３…有機バインダー、５０４…基板。

Claims

複数本のナノチューブが、その表面を根部として外側に向いて結合している任意の形状の物体を電子源として用いたことを特徴とする自発光型平面表示装置。
前記ナノチューブを電子源材料として含有したペーストを印刷あるいは塗布の手法により、電子源を形成したことを特徴とする請求項１記載の自発光型平面表示装置。
ナノチューブの複数本の束において、束の一部分が結合、あるいは物理的に固定され、なおかつ束の一部分がばらけた状態になったナノチューブの束を電子源として用いたことを特徴とする自発光型平面表示装置。
前記ナノチューブを電子源材料として含有したペーストを印刷あるいは塗布の手法により、電子源を形成したことを特徴とする請求項３記載の自発光型平面表示装置。