JP2004095296A - Electrode structure of field emission type electron source and its manufacturing method - Google Patents

Electrode structure of field emission type electron source and its manufacturing method Download PDF

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Yasuyuki Kani
可児 康之
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Noritake Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode structure of a field emission type electron source that can be manufactured at a low cost. <P>SOLUTION: The electrode structure of the field emission type electron source is constructed of a belt-shape cathode electrode 111 having a field emission type electron emitting material and a belt-shape control electrode 112 for controlling electron emission from the cathode electrode 111 that are arranged adjacent to each other on a transparent glass substrate 113 at prescribed intervals. The cathode electrode 111 and the control electrode 112 are formed, after a positive type photograph paste containing carbon nanotubes is printed on a belt-shape cathode wiring layer 114 and a belt-shape control electrode wiring layer 115 formed on the transparent glass substrate 113, by exposing it through the transparent substrate 113 using these wiring layers as a mask, and developing and trimming, and then firing. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界放出型電子源の電極構造とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
FED(Field Emission Display)や蛍光表示管などの蛍光表示装置の電子源として、カーボンナノチューブなどの電界放出型電子放出材料を用いた電界放出型電子源が注目されている。図6に従来の電界放出型電子源の電極構造を示す。
この電界放出型電子源は、略平行に対向して配置されたカソード電極601と制御電極602とから構成されている。カソード電極601は、カーボンナノチューブなどの電界放出型電子放出材料611が表面に付着した導体基板612である。制御電極602は、中央部に、例えば線幅0.03mm、ピッチ0.4mmの格子状領域621が形成された金属薄板であり、格子状領域621は多数の格子622及び格子窓623から構成されている。このような電極構造において、カソード電極601に対し制御電極602が正電位となるように高電圧を印加すると、電界電子放出が起こり、カソード電極601より電子が引き出される。カソード電極601から引き出された電子の多くは、制御電極602の格子窓623を通過して外部へ放出される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
図6に示した従来の電界放出型電子源の電極構造では、金属部材を加工して制御電極602を製作し、カソード電極601と対向するように組み立てる必要があった。このため、部材費、加工費及び組立費が発生し、安価に製造することが困難であった。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、安価に製造可能な電界放出型電子源の電極構造とその製造方法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明にかかる電界放出型電子源の電極構造は、電界放出型電子放出材料を有するカソード電極と、このカソード電極からの電子放出を制御する制御電極とからなり、カソード電極と制御電極とはそれぞれ帯状に形成された複数の帯状部を有し、カソード電極の帯状部と制御電極の帯状部とは同一基板上に所定間隔をおいて互いに隣り合って配置されていることによって特徴づけられる。この場合、同一基板上に所定間隔をおいて互いに隣り合って配置されたカソード電極と制御電極により電界放出型電子源が形成される。
【0005】
カソード電極と制御電極は、これらの帯状部が同一基板上で互いに隣り合っていればよく、基板表面に直接形成されているか否かを問わないが、この電界放出型電子源の電極構造の一構成例は、カソード電極と制御電極とが基板上に帯状に形成された各々の配線上に形成されている。この場合、カソード電極と制御電極の高さが共に配線分だけ高くなるが、これらの配線が同一の配線層に形成されるので、カソード電極と制御電極とは共に同じ高さの配線上に形成される。このような場合であっても、カソード電極と制御電極とが同一基板上に所定間隔をおいて互いに隣り合って配置される点で変わりはない。
【0006】
この電極構造の別の構成例は、カソード電極と制御電極とが基板上に帯状に形成された各々の配線上に抵抗層を介して形成されている。この場合、抵抗層によってカソード電極や制御電極に流れる電流が制限され、電界集中による異常放電をトリガーとして発生するアーク放電やホットスポットなどによる異常電流が抑止される。さらに、この電極構造の他の構成例は、カソード電極と制御電極とが同じ構成材料からなる。この場合、カソード電極と制御電極は、例えば電界放出型電子放出材料であるカーボンナノチューブを有する。
【0007】
本発明にかかる電界放出型電子源の電極構造の製造方法は、電界放出型電子放出材料を有するカソード電極と、このカソード電極からの電子放出を制御する制御電極とからなる電界放出型電子源の電極構造の製造方法であって、透明基板上に金属膜で、複数の帯状部を有するカソード配線及び複数の帯状部を有する制御電極配線をカソード配線の帯状部と制御電極配線の帯状部とが所定間隔をおいて互いに隣り合うように形成する工程と、少なくともカソード配線の帯状部上と制御電極配線の帯状部上とに前記電子放出材料を含むポジ型フォトペーストを印刷する工程と、カソード配線と制御電極配線とをマスクとして透明基板越しにカソード配線と制御電極配線とからはみ出た前記ポジ型フォトペーストを露光する工程と、露光後の前記ポジ型フォトペーストを現像し、カソード配線と制御電極配線とからはみ出た前記ポジ型フォトペーストをトリミングする工程と、トリミング後の前記ポジ型フォトペーストを焼成する工程とを有することによって特徴づけられる。カソード電極の配線と制御電極の配線とが同じ厚さの金属膜から形成されれば、その上にペーストを精度よく印刷することができる。また、配線をマスクとして露光するので、別途マスクを形成することなく、露光及びトリミング工程を行うことができる。
【0008】
また、本発明にかかる電界放出型電子源の電極構造における別の製造方法は、透明基板上に金属膜で、複数の帯状部を有するカソード配線及び複数の帯状部を有する制御電極配線をカソード配線の帯状部と制御電極配線の帯状部とが所定間隔をおいて互いに隣り合うように形成する工程と、少なくともカソード配線の帯状部上と制御電極配線の帯状部上とに抵抗材料を含むポジ型フォトペーストを印刷する工程と、抵抗材料を含むポジ型フォトペーストの印刷されたカソード配線上及び制御電極配線上に電子放出材料を含むポジ型フォトペーストを印刷する工程と、カソード配線と制御電極配線とをマスクとして透明基板越しにカソード配線と制御電極配線とからはみ出た抵抗材料を含むポジ型フォトペースト及び電子放出材料を含むポジ型フォトペーストを露光する工程と、露光後の前記ポジ型フォトペーストを現像し、カソード配線と制御電極配線とからはみ出た前記ポジ型フォトペーストをトリミングする工程と、トリミング後の前記ポジ型フォトペーストを焼成する工程とを有する。
前述したこれらの製造方法において、電子放出材料の一構成例はカーボンナノチューブを含んでいる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1にかかる電界放出型電子源の電極構造を用いた蛍光表示装置の部分断面図である。図1において、この蛍光表示装置は、一方の面に電界放出型電子源を有するカソード基板110と、一方の面に発光部を有するアノード基板120とから構成されており、カソード基板110とアノード基板120は電界放出型電子源と発光部が対向するように配置されている。
【0010】
カソード基板110は、透明なガラス基板113と、その上に配置された電界放出型電子放出材料を有するカソード電極111と、同じくガラス基板113上に配置され、カソード電極111からの電子放出を制御する制御電極112とを備えている。この場合、カソード電極111と制御電極112とは、透明なガラス基板113の一方の面上に厚さで形成されたカソード配線114と制御電極配線115との上にそれぞれ同じ厚さで形成されている。
【0011】
図2は、実施の形態1にかかる電界放出型電子源の電極構造の平面形状を示す平面図である。図2において、透明なガラス基板113上に平面視櫛歯状のカソード配線114と平面視櫛歯状の制御電極配線115とが互いに櫛歯をかみ合わせるように配置されており、カソード配線114の櫛歯を構成する帯状部114aと制御電極配線115の櫛歯を構成する帯状部115aが所定間隔をおいて隣り合っている。カソード配線114と制御電極配線115は、少なくとも帯状部114a,115aがそれぞれカソード電極111と制御電極112の電極パターンを構成している。
【0012】
カソード電極111はカソード配線114の少なくとも帯状部114a上にカソード配線114と同じ平面形状に形成され、制御電極112は制御電極配線115の少なくとも帯状部115a上に制御電極配線115と同じ平面形状に形成されている。すなわち、カソード電極111と制御電極112は、同一平面内に所定間隔をおいて互いに隣り合うように平行に配置された帯状部を有しており、これらの帯状部により電界放出型電子源を構成している。
【0013】
ここで、透明なガラス基板113には、例えばソーダライムガラスを用いる。
カソード配線114と制御電極配線115は、透明なガラス基板113上に形成された、例えばアルミニウム薄膜(厚さ1μm)などの金属膜で櫛歯状に構成されており、カソード配線114と制御電極配線115の櫛歯に相当する帯状部の間には水平距離にして20μm程度の間隙を設けている。カソード電極111は、バインダで固定された例えばカーボンナノチューブなどの電界放出型電子放出材料からなる。制御電極112は、本実施の形態においては、カソード電極111と同様、バインダで固定されたカーボンナノチューブによって形成されているが、他の導電性を有する材料を用いてもよい。
【0014】
また、アノード基板120の発光部は、透明なガラス基板121上に表示すべきパターンで配置した蛍光体層122と、蛍光体層122上に形成したアノード電極となるメタルバック膜123とから構成されている。この場合、ガラス基板121には、例えばソーダライムガラスを用いる。蛍光体層122には、ブラウン管で一般的に使用されている蛍光体を用いる。メタルバック膜123は、周知の蒸着法を用いて蛍光体層122の表面に形成される厚さ0.1μm程度のアルミニウム薄膜から構成されている。
【0015】
次に、この実施の形態にかかる電界放出型電子源の電極構造の製造方法について図3を参照し説明する。まず、図3(a)に示すように、透明なガラス基板301上に形成したアルミニウム等の金属薄膜を周知のフォトリソグラフィ法でパターンニングし、所定パターンのカソード配線302と制御電極配線303を形成する。本実施の形態においては、カソード配線302と制御電極配線303とは、それぞれ平面視櫛歯状に形成され、互いに櫛歯をかみ合わせるように配置されている。
【0016】
カソード配線302の櫛歯を構成する帯状部はカソード電極の電極パターンを構成し、制御電極配線303の櫛歯を構成する帯状部は制御電極の電極パターンを構成しており、それぞれの帯状部が所定間隔をおいて互いに隣り合っている。
カソード配線302と制御電極配線303とは、透明なガラス基板301上に形成した同一の金属薄膜をパターンニング加工することにより各々の上面が同じ高さとなるように形成される。
【0017】
カソード配線302と制御電極配線303の形成後、図3(b)に示すように、スクリーン印刷法により、カソード配線302と制御電極配線303の上にそれぞれ電界放出型電子放出材料を含むポジ型フォトペースト304を電極に対応する所定のパターンで同じ厚さに印刷する。本実施の形態においては、カソード配線302と制御電極配線303にカーボンナノチューブを含むポジ型フォトペーストを同時に20〜100μm程度の厚さに印刷する。この場合、カソード電極111と制御電極112の構成材料は同じとなる。
【0018】
ここで、カーボンナノチューブを含むポジ型フォトペーストは、カーボンナノチューブと粒径1μm程度の銀粒子(金属粒子)と粒径1μm程度のガラス粒子とポジ型感光性樹脂とを有するフォトペーストであり、露光部分が現像処理により除去される性質を有する。ポジ型感光性樹脂は、例えば大気空気中で300〜400℃程度に加熱することで除去できるものであり、ガラス粒子は300〜400℃程度で溶融するものである。
【0019】
上記2つの電極配線に対する印刷を別々に行ってもよく、この場合の制御電極配線303に印刷するポジ型フォトペーストは、カーボンナノチューブを含むポジ型フォトペーストに限られるものではない。カーボンナノチューブのコストと印刷工程の工程数削減とのトレードオフにより、カーボンナノチューブを含むポジ型フォトペーストに代えて、例えば高融点金属やカーボンなどの他の導電性材料を含むポジ型フォトペーストを用いるようにしてもよい。
【0020】
電界放出型電子放出材料を含むポジ型フォトペースト304の印刷後、図3(c)に示すように、透明なガラス基板301の背面(配線が形成されていない面)より、カソード配線302と制御電極配線303とをマスクとしてガラス基板301越しに露光光305を照射し、カソード配線302や制御電極配線303からはみ出た電界放出型電子放出材料を含むポジ型フォトペースト304を露光する。露光後、電界放出型電子放出材料を含むポジ型フォトペースト304を現像し、図3(d)に示すように、カソード配線302や制御電極配線303からはみ出た電界放出型電子放出材料を含むポジ型フォトペースト304をトリミングする。
【0021】
トリミング後、図3(e)に示すように、ガラス基板301を加熱炉などに入れて熱306を加え、電界放出型電子放出材料を含むポジ型フォトペースト304を所定の焼成温度で焼成する。焼成時の加熱によってポジ型感光性樹脂が焼失するとともに、ガラス粒子が溶融してバインダとなりカーボンナノチューブを配線に固着する。銀粒子は、配線とカーボンナノチューブの間やカーボンナノチューブ間に介在し、これらを導通させる。焼成温度は、電界放出型電子放出材料を含むポジ型フォトペースト304に含まれるガラス粒子が溶融し、かつカーボンナノチューブが加熱により炭酸ガスにならない程度の温度範囲である400〜700℃程度とすることが望ましい。これにより、実施の形態1にかかる電界放出型電子源の電極構造が形成される。
【0022】
次に、図1を参照して実施の形態1にかかる電界放出型電子源の電極構造を用いた蛍光表示装置の動作を説明する。この蛍光表示装置は、カソード電極111と制御電極112の間にカソード電極111に対し制御電極112が正電位となるような高電圧を印加することにより、カソード電極111近傍に強い電界を形成する。すると、カソード電極111の電界放出型電子放出材料から電界電子放出が起こり、カソード電極111より電子が引き出される。カソード電極111から引き出された電子は、カソード電極111及び制御電極112より高い電圧をメタルバック膜123に印加することによって生じる電界により偏向、加速されメタルバック膜123に到達する。メタルバック膜123に到達した電子はメタルバック膜123を透過して蛍光体層122に衝突し、蛍光体層122を発光させる。
【0023】
この実施の形態にかかる電界放出型電子源の電極構造は、制御電極を印刷により形成できるため、従来のように制御電極として機能する格子状の金属部材を必要としない。これにより、部材費、加工費及び組立費などの製造コストを削減できるので、安価な電界放出型電子源を提供することが可能となる。また、制御電極がカソード電極と同程度の厚さとなるので、カソード電極及び制御電極とアノード電極との距離を短縮でき、蛍光表示装置の薄型化も可能となる。さらに、カソード電極と制御電極が同一基板上に隣り合って配置されているので、カソード電極の上方に金属部材の制御電極を配置する場合のように金属部材の変形によるカソード電極と制御電極の距離変化が生じないため、カソード電極と制御電極の間隔を高精度にでき、電界放出型電子放出材料に印加される電界のばらつきを小さくすることができる。このため、電子放出量のばらつきの少ない安定な電界放出型電子源が得られる。
【0024】
また、この実施の形態で説明した電極構造の製造方法によれば、電極パターンを含む配線をフォトリソグラフィ法で形成するので精密な電極パターンができ、かつこの電極パターンをマスクにして電極パターン上に印刷したカソード電極や制御電極となるポジ型フォトペーストの電極パターンからはみ出た部分を露光しトリミングを行うので、寸法精度の高いカソード電極や制御電極を形成できる。
これにより、カソード電極と制御電極の間隔を一定にできるので、電極構成材量のはみ出しなどによりカソード電極の一部に電界が集中して電子放出のむらが生じることを抑止することができる。さらに、配線をマスクとして使用するので、電極形成工程において別途マスクを形成する手間を省くことができ、製造工程の効率化を図ることができる。また、カソード電極や制御電極を狭幅化できるとともに基板が透明なので、従来の電界放出型電子源では不可能であったカソード基板側から発光部の発光を見ることが可能であり、従来にない応用につながる可能性を有する。
【0025】
[実施の形態2]
図4は、実施の形態2にかかる電界放出型電子源の電極構造を用いた蛍光表示装置の部分断面図である。図4において、この蛍光表示装置が図1に示した実施の形態1にかかる電界放出型電子源の電極構造を用いた蛍光表示装置と異なる点は、カソード電極111や制御電極112が抵抗層116を介してカソード配線114や制御電極配線115と接続されていることである。なお、図4において図1と同符号は同一部分を示す。ここで、抵抗層116は所定の抵抗値を有するように形成された抵抗材料であり、本実施の形態においては、カーボンを主成分とする焼結体を用いる。
【0026】
次に、この実施の形態にかかる電界放出型電子源の電極構造の製造方法について図5を参照し説明する。まず、図5(a)に示すように、透明なガラス基板501上に形成したアルミニウム等の金属薄膜を周知のフォトリソグラフィ法でパターンニングし、所定パターンのカソード配線502と制御電極配線503を形成する。本実施の形態においては、カソード配線502と制御電極配線503とは、それぞれ平面視櫛歯状に形成され、互いに櫛歯をかみ合わせるように配置されている。
【0027】
カソード配線502の櫛歯を構成する帯状部はカソード電極の電極パターンを構成し、制御電極配線503の櫛歯を構成する帯状部は制御電極の電極パターンを構成しており、それぞれの帯状部が所定間隔をおいて互いに隣り合っている。
カソード配線502と制御電極配線503とは、透明なガラス基板501上に形成した同一の金属薄膜をパターンニング加工することにより各々の上面が同じ高さとなるように形成される。
【0028】
カソード配線502と制御電極配線503の形成後、図5(b)に示すように、スクリーン印刷法により、カソード配線502と制御電極配線503の上に抵抗材料を含むポジ型フォトペースト504をカソード電極と制御電極に対応する所定のパターンで同時に印刷する。ここで、抵抗材料を含むポジ型フォトペースト504は、抵抗材料と粒径1μm程度のガラス粒子とポジ型感光性樹脂とを有するフォトペーストであり、露光部分が現像処理により除去される性質を有する。ポジ型感光性樹脂は、例えば大気空気中で300〜400℃程度に加熱することで除去できるものであり、ガラス粒子は300〜400℃程度で溶融するものである。本実施の形態においては、抵抗材料を含むポジ型フォトペースト504の抵抗材料にはカーボンを用いる。なお、抵抗材料はカーボンに限られるものではなく、例えば金属を含む他の抵抗材料などを用いてもよい。
【0029】
抵抗材料を含むポジ型フォトペースト504の印刷後、図5(c)に示すように、スクリーン印刷法により、抵抗材料を含むポジ型フォトペースト504が印刷されたカソード配線502と制御電極配線503の上にそれぞれ電界放出型電子放出材料を含むポジ型フォトペースト505を電極に対応する所定のパターンで同じ厚さに印刷する。本実施の形態においては、カソード配線502と制御電極配線503にカーボンナノチューブを含むポジ型フォトペーストを同時に20〜100μm程度の厚さに印刷する。この場合、カソード電極111と制御電極112の構成材料は同じとなる。
【0030】
電界放出型電子放出材料を含むポジ型フォトペースト505は、実施の形態1で説明した電界放出型電子放出材料を含むポジ型フォトペースト304と同じであるから説明を省略する。なお、上記2つの電極配線に対して別々に印刷を行ってもよく、制御電極配線503側に印刷するポジ型フォトペーストは、カーボンナノチューブを含むポジ型フォトペーストに限られるものではない。カーボンナノチューブのコストと印刷工程の工程数削減とのトレードオフにより、カーボンナノチューブを含むポジ型フォトペーストに代えて、例えば高融点金属やカーボンなどの他の導電性材料を含むポジ型フォトペーストを用いるようにしてもよい。
【0031】
電界放出型電子放出材料を含むポジ型フォトペースト505の印刷後、図5(d)に示すように、透明なガラス基板501の背面(配線が形成されていない面)より、カソード配線502と制御電極配線503とをマスクとしてガラス基板501越しに露光光506を照射し、カソード配線502や制御電極配線503からはみ出た抵抗材料を含むポジ型フォトペースト504と電界放出型電子放出材料を含むポジ型フォトペースト505とを露光する。
【0032】
露光後に現像処理を行い、図5(e)に示すように、カソード配線502や制御電極配線503からはみ出た抵抗材料を含むポジ型フォトペースト504と電界放出型電子放出材料を含むポジ型フォトペースト505とをトリミングする。
トリミング後、図5(f)に示すように、ガラス基板501を加熱炉などに入れて熱507を加え、抵抗材料を含むポジ型フォトペースト504と電界放出型電子放出材料を含むポジ型フォトペースト505とを所定の焼成温度で焼成する。
【0033】
抵抗材料を含むポジ型フォトペースト504及び電界放出型電子放出材料を含むポジ型フォトペースト505は、バインダとして作用する粒径1μm程度のガラス粒子を含んでおり、焼成時の加熱によってガラス粒子が溶融し、配線上に抵抗層を固着させ、抵抗層にカーボンナノチューブを固着させる。焼成温度は、抵抗材料を含むポジ型フォトペースト504と電界放出型電子放出材料を含むポジ型フォトペースト505とに含まれるガラス粒子が溶融し、かつカーボンナノチューブが加熱により炭酸ガスにならない程度の温度範囲である400〜700℃程度とすることが望ましい。これにより、実施の形態2にかかる電界放出型電子源の電極構造が形成される。
【0034】
この実施の形態によれば、抵抗層によってカソード電極や制御電極に流れる電流が制限されるので、電界集中による異常放電をトリガーとして発生するアーク放電やホットスポットなどによる異常電流を抑止できる。これにより、電界放出型電子放出材料の劣化やスポット的な電子放出量の異常増加などの抑止が図れるので、実施の形態1と同様の効果に加えて電子放出の安定化が可能となる効果が得られる。
【0035】
また、この実施の形態で説明した電極構造の製造方法によれば、抵抗層の形成に抵抗材料を含むポジ型フォトペーストを用いるので、カソード電極や制御電極となるポジ型フォトペーストとともに電極パターンからはみ出た部分を露光し、トリミングを行うことができる。これにより、カソード電極や制御電極の寸法精度を悪化させることなく電子放出の安定化を図ることができる。また、印刷により抵抗層を形成するので低コストで電子放出の安定化を図ることができる。なお、実施の形態1及び2では、カソード電極の電界放出型電子放出材料としてカーボンナノチューブを用いた例で説明したが、カーボンナノチューブ以外の電界放出型電子放出材料を用いてもよい。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる電界放出型電子源の電極構造は、電界放出型電子放出材料を有するカソード電極と、このカソード電極からの電子放出を制御する制御電極とからなり、カソード電極と制御電極とはそれぞれ帯状に形成された複数の帯状部を有し、カソード電極の帯状部と制御電極の帯状部とは同一基板上に所定間隔をおいて互いに隣り合って配置するため、従来のように制御電極として機能する格子状の金属部材を必要としないので、部材費、加工費及び組立費などの製造コストを削減でき、安価な電界放出型電子源を提供することが可能となる。さらに、制御電極をカソード電極とともに印刷により形成することが可能であり、量産性に優れている。この電界放出型電子源の電極構造をFEDや蛍光表示管などの電子源に適用すれば、これらの薄型化が可能である。
【0037】
また、本発明にかかる電界放出型電子源の電極構造は、カソード電極と制御電極とが基板上に帯状に形成された各々の配線上に抵抗層を介して形成されているので、抵抗層によってカソード電極や制御電極に流れる電流が制限され、電界集中による異常放電をトリガーとして発生するアーク放電やホットスポットなどによる異常電流が抑止されるため、電界放出型電子放出材料の劣化やスポット的な電子放出量の異常増加などを抑止する効果があり、電子放出が安定化する。また、カソード電極と制御電極とが同じ構成材料からなるので、制御電極とカソード電極を同じ製造工程で製造可能であり、より安価な電界放出型電子源を提供することが可能となる。
【0038】
本発明にかかる電界放出型電子源の電極構造の製造方法は、透明基板上に金属膜で、複数の帯状部を有するカソード配線及び複数の帯状部を有する制御電極配線をカソード配線の帯状部と制御電極配線の帯状部とが所定間隔をおいて互いに隣り合うように形成する工程と、少なくともカソード配線の帯状部上と制御電極配線の帯状部上とに前記電子放出材料を含むポジ型フォトペーストを印刷する工程と、カソード配線と制御電極配線とをマスクとして透明基板越しにカソード配線と制御電極配線とからはみ出た前記ポジ型フォトペーストを露光する工程と、露光後の前記ポジ型フォトペーストを現像し、カソード配線と制御電極配線とからはみ出た前記ポジ型フォトペーストをトリミングする工程と、トリミング後の前記ポジ型フォトペーストを焼成する工程とを有するので、印刷法を用いて寸法精度の高いカソード電極や制御電極を形成できる。このため、製造コストを削減できるとともに大量生産が可能であり、安価な電界放出型電子源を提供することが可能となる。
【0039】
また、本発明にかかる電界放出型電子源の電極構造における別の製造方法は、透明基板上に金属膜で、複数の帯状部を有するカソード配線及び複数の帯状部を有する制御電極配線をカソード配線の帯状部と制御電極配線の帯状部とが所定間隔をおいて互いに隣り合うように形成する工程と、少なくともカソード配線の帯状部上と制御電極配線の帯状部上とに抵抗材料を含むポジ型フォトペーストを印刷する工程と、抵抗材料を含むポジ型フォトペーストの印刷されたカソード配線上及び制御電極配線上に電子放出材料を含むポジ型フォトペーストを印刷する工程と、カソード配線と制御電極配線とをマスクとして透明基板越しにカソード配線と制御電極配線とからはみ出た抵抗材料を含むポジ型フォトペースト及び電子放出材料を含むポジ型フォトペーストを露光する工程と、露光後の前記ポジ型フォトペーストを現像し、カソード配線と制御電極配線とからはみ出た前記ポジ型フォトペーストをトリミングする工程と、トリミング後の前記ポジ型フォトペーストを焼成する工程とを有するので、カソード電極や制御電極の寸法精度を悪化させることなくカソード電極や制御電極と各々の配線層の間に抵抗層を設けることができ、電子放出の安定化された電界放出型電子源を安価に提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1にかかる電界放出型電子源の電極構造を用いた蛍光表示装置の部分断面図である。
【図2】実施の形態1にかかる電界放出型電子源の電極構造の平面形状を示す平面図である。
【図3】実施の形態1にかかる電界放出型電子源の電極構造の製造工程を示す説明図である。
【図4】実施の形態2にかかる電界放出型電子源の電極構造を用いた蛍光表示装置の部分断面図である。
【図5】実施の形態2にかかる電界放出型電子源の電極構造の製造工程を示す説明図である。
【図6】従来の電界放出型電子源の電極構造を示す断面図である。
【符号の説明】
110…カソード基板、111,601…カソード電極、112,602…制御電極、113,121,301,501…ガラス基板、114,302,502…カソード配線、114a,115a…帯状部、115,303,503…制御電極配線、116…抵抗層、120…アノード基板、122…蛍光体層、123…メタルバック膜、304,505…電界放出型電子放出材料を含むポジ型フォトペースト、305,506…露光光、306,507…熱、504…抵抗材料を含むポジ型フォトペースト、611…電界放出型電子放出材料、612…導体基板、621…格子状領域、622…格子、623…格子窓。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrode structure of a field emission electron source and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art As an electron source of a fluorescent display device such as a field emission display (FED) or a fluorescent display tube, a field emission electron source using a field emission type electron emission material such as a carbon nanotube has attracted attention. FIG. 6 shows an electrode structure of a conventional field emission electron source.
This field emission type electron source is composed of a cathode electrode 601 and a control electrode 602 which are arranged substantially parallel and opposed to each other. The cathode electrode 601 is a conductor substrate 612 on which a field emission type electron emission material 611 such as a carbon nanotube is attached. The control electrode 602 is a thin metal plate having a lattice area 621 having a line width of 0.03 mm and a pitch of 0.4 mm formed at the center, for example. The lattice area 621 includes a large number of lattices 622 and lattice windows 623. ing. In such an electrode structure, when a high voltage is applied so that the control electrode 602 has a positive potential with respect to the cathode electrode 601, field electron emission occurs and electrons are extracted from the cathode electrode 601. Most of the electrons extracted from the cathode electrode 601 are emitted to the outside through the lattice window 623 of the control electrode 602.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the electrode structure of the conventional field emission type electron source shown in FIG. 6, it is necessary to fabricate the control electrode 602 by processing a metal member and assemble it so as to face the cathode electrode 601. For this reason, member costs, processing costs, and assembly costs are incurred, and it has been difficult to manufacture them at low cost.
The present invention has been made to solve the above-described problem, and has as its object to provide an electrode structure of a field emission type electron source that can be manufactured at low cost and a method of manufacturing the same.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, an electrode structure of a field emission type electron source according to the present invention includes a cathode electrode having a field emission type electron emission material and a control electrode for controlling electron emission from the cathode electrode. Each of the cathode electrode and the control electrode has a plurality of band portions formed in a band shape, and the band portion of the cathode electrode and the band portion of the control electrode are arranged adjacent to each other at a predetermined interval on the same substrate. It is characterized by having. In this case, a field emission type electron source is formed by the cathode electrode and the control electrode which are arranged adjacent to each other at a predetermined interval on the same substrate.
[0005]
The cathode electrode and the control electrode need only have these strips adjacent to each other on the same substrate, regardless of whether or not they are formed directly on the substrate surface. In the configuration example, a cathode electrode and a control electrode are formed on each wiring formed in a strip shape on a substrate. In this case, both the height of the cathode electrode and the height of the control electrode are increased by the wiring, but since these wirings are formed in the same wiring layer, both the cathode electrode and the control electrode are formed on the same height wiring. Is done. Even in such a case, there is no difference in that the cathode electrode and the control electrode are arranged adjacent to each other at a predetermined interval on the same substrate.
[0006]
In another configuration example of this electrode structure, a cathode electrode and a control electrode are formed on respective wirings formed in a strip shape on a substrate via a resistance layer. In this case, the current flowing through the cathode electrode and the control electrode is limited by the resistance layer, and an abnormal current caused by an arc discharge or a hot spot triggered by an abnormal discharge caused by electric field concentration is suppressed. Further, in another configuration example of the electrode structure, the cathode electrode and the control electrode are made of the same constituent material. In this case, the cathode electrode and the control electrode include, for example, carbon nanotubes, which are field emission type electron emission materials.
[0007]
A method of manufacturing an electrode structure of a field emission type electron source according to the present invention is directed to a method of manufacturing a field emission type electron source including a cathode electrode having a field emission type electron emission material and a control electrode for controlling electron emission from the cathode electrode. A method of manufacturing an electrode structure, comprising a metal film on a transparent substrate, a cathode wiring having a plurality of strips and a control electrode wiring having a plurality of strips, wherein the strip of the cathode wiring and the strip of the control electrode wiring are formed. Forming a cathode type photo paste containing the electron-emitting material on at least a band portion of the cathode wiring and a band portion of the control electrode wiring; Exposing the positive-type photo paste protruding from the cathode wiring and the control electrode wiring through the transparent substrate using the mask and the control electrode wiring as a mask; and Developing the type photo paste, a step of trimming the positive photo paste protruding from the cathode lines and the control electrode wiring, characterized by having a step of firing the positive photo paste after trimming. If the wiring of the cathode electrode and the wiring of the control electrode are formed of a metal film having the same thickness, the paste can be printed thereon with high accuracy. In addition, since exposure is performed using the wiring as a mask, the exposure and trimming steps can be performed without forming a separate mask.
[0008]
Further, another manufacturing method of the electrode structure of the field emission type electron source according to the present invention is a method of forming a cathode wiring having a plurality of strips and a control electrode wiring having a plurality of strips on a transparent substrate by a metal film. Forming a strip portion of the control electrode wiring and a strip portion of the control electrode wiring so as to be adjacent to each other at a predetermined interval; and a positive type including a resistive material on at least the strip portion of the cathode wiring and the strip portion of the control electrode wiring. A step of printing a photo paste, a step of printing a positive photo paste containing an electron emission material on the cathode wiring and the control electrode wiring on which the positive type photo paste containing the resistive material is printed, and a step of printing the cathode wiring and the control electrode wiring Positive type including resistive material protruding from the cathode wiring and control electrode wiring over the transparent substrate by using as a mask and positive type including electron emitting material Exposing the photo paste to light, developing the positive photo paste after exposure, trimming the positive photo paste protruding from the cathode wiring and control electrode wiring, and baking the positive photo paste after trimming. And
In these manufacturing methods described above, one configuration example of the electron-emitting material includes a carbon nanotube.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a fluorescent display device using the electrode structure of the field emission electron source according to the first embodiment. In FIG. 1, the fluorescent display device includes a cathode substrate 110 having a field emission type electron source on one surface and an anode substrate 120 having a light emitting portion on one surface. Numeral 120 is arranged so that the field emission type electron source and the light emitting unit face each other.
[0010]
The cathode substrate 110 has a transparent glass substrate 113, a cathode electrode 111 having a field emission type electron emission material disposed thereon, and is also disposed on the glass substrate 113, and controls electron emission from the cathode electrode 111. And a control electrode 112. In this case, the cathode electrode 111 and the control electrode 112 are formed with the same thickness on the cathode wiring 114 and the control electrode wiring 115 formed on one surface of the transparent glass substrate 113 with a thickness. I have.
[0011]
FIG. 2 is a plan view showing the planar shape of the electrode structure of the field emission electron source according to the first embodiment. 2, a comb-shaped cathode wiring 114 in plan view and a control electrode wiring 115 in comb-shaped plan view are arranged on a transparent glass substrate 113 so that the comb teeth engage with each other. The strips 114a forming the comb teeth and the strips 115a forming the comb teeth of the control electrode wiring 115 are adjacent to each other at a predetermined interval. At least the strip portions 114a and 115a of the cathode wiring 114 and the control electrode wiring 115 form electrode patterns of the cathode electrode 111 and the control electrode 112, respectively.
[0012]
The cathode electrode 111 is formed on at least the strip portion 114a of the cathode wiring 114 in the same plane shape as the cathode wiring 114, and the control electrode 112 is formed on at least the strip portion 115a of the control electrode wiring 115 in the same plane shape as the control electrode wiring 115. Have been. That is, the cathode electrode 111 and the control electrode 112 have strips arranged in parallel on the same plane so as to be adjacent to each other at a predetermined interval, and these strips constitute a field emission type electron source. are doing.
[0013]
Here, for the transparent glass substrate 113, for example, soda lime glass is used.
The cathode wiring 114 and the control electrode wiring 115 are formed in a comb shape from a metal film such as an aluminum thin film (thickness: 1 μm) formed on a transparent glass substrate 113. A gap of about 20 μm in horizontal distance is provided between the strips corresponding to the 115 comb teeth. The cathode electrode 111 is made of a field emission type electron emission material such as a carbon nanotube fixed with a binder. In the present embodiment, control electrode 112 is formed of carbon nanotubes fixed with a binder, similarly to cathode electrode 111, but other conductive materials may be used.
[0014]
The light-emitting portion of the anode substrate 120 includes a phosphor layer 122 arranged in a pattern to be displayed on a transparent glass substrate 121 and a metal back film 123 serving as an anode electrode formed on the phosphor layer 122. ing. In this case, for the glass substrate 121, for example, soda lime glass is used. For the phosphor layer 122, a phosphor generally used in a cathode ray tube is used. The metal back film 123 is formed of an aluminum thin film having a thickness of about 0.1 μm formed on the surface of the phosphor layer 122 by using a well-known vapor deposition method.
[0015]
Next, a method of manufacturing the electrode structure of the field emission electron source according to this embodiment will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 3A, a metal thin film of aluminum or the like formed on a transparent glass substrate 301 is patterned by a known photolithography method to form a predetermined pattern of a cathode wiring 302 and a control electrode wiring 303. I do. In the present embodiment, the cathode wiring 302 and the control electrode wiring 303 are each formed in a comb shape in a plan view, and are arranged so as to engage with each other.
[0016]
The strips forming the comb teeth of the cathode wiring 302 constitute the electrode pattern of the cathode electrode, and the strips forming the comb teeth of the control electrode wiring 303 constitute the electrode pattern of the control electrode. They are adjacent to each other at a predetermined interval.
The cathode wiring 302 and the control electrode wiring 303 are formed by patterning the same metal thin film formed on the transparent glass substrate 301 so that the respective upper surfaces have the same height.
[0017]
After the formation of the cathode wiring 302 and the control electrode wiring 303, as shown in FIG. 3B, a positive type photo-electrode containing a field emission type electron emission material is formed on the cathode wiring 302 and the control electrode wiring 303 by a screen printing method. The paste 304 is printed in a predetermined pattern corresponding to the electrodes to the same thickness. In the present embodiment, a positive photo paste containing carbon nanotubes is simultaneously printed on the cathode wiring 302 and the control electrode wiring 303 to a thickness of about 20 to 100 μm. In this case, the constituent materials of the cathode electrode 111 and the control electrode 112 are the same.
[0018]
Here, the positive photo paste containing carbon nanotubes is a photo paste including carbon nanotubes, silver particles (metal particles) having a particle size of about 1 μm, glass particles having a particle size of about 1 μm, and a positive photosensitive resin. The part has the property of being removed by development processing. The positive photosensitive resin can be removed, for example, by heating to about 300 to 400 ° C. in the air, and the glass particles melt at about 300 to 400 ° C.
[0019]
The printing for the two electrode wirings may be performed separately. In this case, the positive photo paste printed on the control electrode wiring 303 is not limited to the positive photo paste containing carbon nanotubes. Due to the trade-off between the cost of carbon nanotubes and the reduction in the number of printing steps, a positive photopaste containing another conductive material such as a refractory metal or carbon is used instead of a positive photopaste containing carbon nanotubes. You may do so.
[0020]
After printing the positive type photo paste 304 containing the field emission type electron emission material, as shown in FIG. 3C, the cathode wiring 302 is controlled from the back surface (the surface on which no wiring is formed) of the transparent glass substrate 301. Exposure light 305 is irradiated through the glass substrate 301 using the electrode wiring 303 as a mask, and the positive photo paste 304 including the field emission type electron emitting material which is protruded from the cathode wiring 302 and the control electrode wiring 303 is exposed. After the exposure, the positive type photo paste 304 containing the field emission type electron emission material is developed, and as shown in FIG. 3D, the positive type photo paste containing the field emission type electron emission material protruding from the cathode wiring 302 and the control electrode wiring 303. The mold photo paste 304 is trimmed.
[0021]
After the trimming, as shown in FIG. 3E, the glass substrate 301 is placed in a heating furnace or the like, and heat 306 is applied thereto, and the positive photo paste 304 containing the field emission type electron emission material is fired at a predetermined firing temperature. The positive photosensitive resin is burned off by heating during firing, and the glass particles are melted to serve as a binder, and the carbon nanotubes are fixed to the wiring. The silver particles are interposed between the wiring and the carbon nanotubes or between the carbon nanotubes, and make these conductive. The firing temperature is set to about 400 to 700 ° C., which is a temperature range in which the glass particles contained in the positive-type photo paste 304 including the field emission type electron emission material are melted and the carbon nanotubes do not become carbon dioxide gas by heating. Is desirable. Thus, the electrode structure of the field emission electron source according to the first embodiment is formed.
[0022]
Next, an operation of the fluorescent display device using the electrode structure of the field emission electron source according to the first embodiment will be described with reference to FIG. This fluorescent display device forms a strong electric field near the cathode electrode 111 by applying a high voltage between the cathode electrode 111 and the control electrode 112 so that the control electrode 112 has a positive potential with respect to the cathode electrode 111. Then, field electron emission occurs from the field emission type electron emission material of the cathode electrode 111, and electrons are extracted from the cathode electrode 111. The electrons extracted from the cathode electrode 111 are deflected and accelerated by an electric field generated by applying a higher voltage to the metal back film 123 than the cathode electrode 111 and the control electrode 112, and reach the metal back film 123. The electrons that reach the metal back film 123 pass through the metal back film 123 and collide with the phosphor layer 122, causing the phosphor layer 122 to emit light.
[0023]
In the electrode structure of the field emission type electron source according to this embodiment, since the control electrode can be formed by printing, a grid-like metal member functioning as the control electrode as in the related art is not required. As a result, manufacturing costs such as member costs, processing costs, and assembly costs can be reduced, so that an inexpensive field emission electron source can be provided. Further, since the thickness of the control electrode is substantially the same as the thickness of the cathode electrode, the distance between the cathode electrode and the control electrode and the anode electrode can be reduced, and the thickness of the fluorescent display device can be reduced. Further, since the cathode electrode and the control electrode are arranged adjacent to each other on the same substrate, the distance between the cathode electrode and the control electrode due to the deformation of the metal member is different from the case where the control electrode of the metal member is arranged above the cathode electrode. Since no change occurs, the distance between the cathode electrode and the control electrode can be made high precision, and the variation in the electric field applied to the field emission type electron emission material can be reduced. For this reason, a stable field emission type electron source with a small variation in the amount of emitted electrons can be obtained.
[0024]
Further, according to the manufacturing method of the electrode structure described in this embodiment, since the wiring including the electrode pattern is formed by the photolithography method, a precise electrode pattern can be formed, and the electrode pattern is formed on the electrode pattern using the mask as a mask. Since the portion protruding from the electrode pattern of the printed positive electrode or the positive-type photo paste serving as the control electrode is exposed and trimmed, a cathode electrode or a control electrode with high dimensional accuracy can be formed.
Thereby, the interval between the cathode electrode and the control electrode can be made constant, so that it is possible to prevent the electric field from concentrating on a part of the cathode electrode due to the protruding amount of the electrode constituting material and the like, and thereby causing uneven electron emission. Further, since the wiring is used as a mask, the trouble of separately forming a mask in the electrode forming process can be omitted, and the efficiency of the manufacturing process can be improved. In addition, since the width of the cathode electrode and the control electrode can be reduced and the substrate is transparent, it is possible to see the light emission of the light emitting portion from the cathode substrate side, which was not possible with the conventional field emission electron source, which is not possible in the past It has the potential to lead to applications.
[0025]
[Embodiment 2]
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a fluorescent display device using the electrode structure of the field emission electron source according to the second embodiment. In FIG. 4, this fluorescent display device is different from the fluorescent display device using the electrode structure of the field emission electron source according to the first embodiment shown in FIG. Is connected to the cathode wiring 114 and the control electrode wiring 115 via the. In FIG. 4, the same symbols as those in FIG. 1 indicate the same parts. Here, the resistance layer 116 is a resistance material formed so as to have a predetermined resistance value. In the present embodiment, a sintered body mainly containing carbon is used.
[0026]
Next, a method of manufacturing the electrode structure of the field emission electron source according to this embodiment will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 5A, a metal thin film such as aluminum formed on a transparent glass substrate 501 is patterned by a well-known photolithography method to form a predetermined pattern of a cathode wiring 502 and a control electrode wiring 503. I do. In the present embodiment, the cathode wiring 502 and the control electrode wiring 503 are each formed in a comb shape in a plan view, and are arranged so that the comb teeth are engaged with each other.
[0027]
The strips constituting the comb teeth of the cathode wiring 502 constitute the electrode pattern of the cathode electrode, and the strips constituting the comb teeth of the control electrode wiring 503 constitute the electrode pattern of the control electrode. They are adjacent to each other at a predetermined interval.
The cathode wiring 502 and the control electrode wiring 503 are formed by patterning the same metal thin film formed on a transparent glass substrate 501 so that the respective upper surfaces have the same height.
[0028]
After the formation of the cathode wiring 502 and the control electrode wiring 503, as shown in FIG. 5B, a positive type photo paste 504 containing a resistive material is placed on the cathode wiring 502 and the control electrode wiring 503 by the screen printing method. And a predetermined pattern corresponding to the control electrode are printed at the same time. Here, the positive type photo paste 504 including a resistance material is a photo paste including a resistance material, glass particles having a particle size of about 1 μm, and a positive type photosensitive resin, and has a property that an exposed portion is removed by a development process. . The positive photosensitive resin can be removed, for example, by heating to about 300 to 400 ° C. in the air, and the glass particles melt at about 300 to 400 ° C. In this embodiment mode, carbon is used as a resistance material of the positive photo paste 504 including a resistance material. Note that the resistance material is not limited to carbon, and for example, another resistance material including a metal may be used.
[0029]
After printing the positive-type photo paste 504 containing the resistance material, as shown in FIG. 5C, the cathode wiring 502 and the control electrode wiring 503 on which the positive-type photo paste 504 containing the resistance material is printed by a screen printing method. A positive type photo paste 505 containing a field emission type electron emission material is printed on the upper surface in a predetermined pattern corresponding to the electrodes to the same thickness. In the present embodiment, a positive photo paste containing carbon nanotubes is simultaneously printed on the cathode wiring 502 and the control electrode wiring 503 to a thickness of about 20 to 100 μm. In this case, the constituent materials of the cathode electrode 111 and the control electrode 112 are the same.
[0030]
The positive type photo paste 505 including the field emission type electron emitting material is the same as the positive type photo paste 304 including the field emission type electron emitting material described in Embodiment 1, and thus the description is omitted. The two electrode wirings may be separately printed, and the positive photo paste printed on the control electrode wiring 503 is not limited to the positive photo paste containing carbon nanotubes. Due to the trade-off between the cost of carbon nanotubes and the reduction in the number of printing steps, a positive photopaste containing another conductive material such as a refractory metal or carbon is used instead of a positive photopaste containing carbon nanotubes. You may do so.
[0031]
After printing the positive type photo paste 505 containing the field emission type electron emission material, as shown in FIG. 5D, the cathode wiring 502 is controlled from the back surface (the surface on which no wiring is formed) of the transparent glass substrate 501. Exposure light 506 is irradiated through the glass substrate 501 using the electrode wiring 503 as a mask, and a positive type photo paste 504 including a resistive material protruding from the cathode wiring 502 and the control electrode wiring 503 and a positive type including a field emission type electron emitting material. The photo paste 505 is exposed.
[0032]
After the exposure, a developing process is performed, and as shown in FIG. 5E, a positive photo paste 504 including a resistance material protruding from the cathode wiring 502 and the control electrode wiring 503 and a positive photo paste including a field emission type electron emitting material. 505 is trimmed.
After the trimming, as shown in FIG. 5 (f), the glass substrate 501 is placed in a heating furnace or the like, and heat 507 is applied thereto, and a positive photo paste 504 containing a resistance material and a positive photo paste containing a field emission type electron emission material are used. 505 is fired at a predetermined firing temperature.
[0033]
The positive-type photo paste 504 including a resistance material and the positive-type photo paste 505 including a field emission type electron emission material include glass particles having a particle diameter of about 1 μm that function as a binder, and the glass particles are melted by heating during firing. Then, the resistance layer is fixed on the wiring, and the carbon nanotube is fixed on the resistance layer. The firing temperature is such that the glass particles contained in the positive photo paste 504 containing the resistive material and the positive photo paste 505 containing the field emission type electron emitting material are melted, and the carbon nanotubes are not converted into carbon dioxide gas by heating. It is desirable that the temperature be in the range of about 400 to 700 ° C. Thus, the electrode structure of the field emission electron source according to the second embodiment is formed.
[0034]
According to this embodiment, since the current flowing through the cathode electrode and the control electrode is limited by the resistance layer, it is possible to suppress an abnormal current caused by an arc discharge or a hot spot caused by an abnormal discharge caused by electric field concentration. Thereby, it is possible to suppress deterioration of the field emission type electron emission material and abnormal increase in the amount of electron emission like a spot. Therefore, in addition to the same effect as in the first embodiment, the effect of stabilizing the electron emission can be obtained. can get.
[0035]
Further, according to the manufacturing method of the electrode structure described in this embodiment, since the positive type photo paste containing the resistance material is used for forming the resistance layer, the cathode pattern and the positive type photo paste serving as the control electrode are used together with the electrode pattern. The protruding portion can be exposed and trimmed. This makes it possible to stabilize electron emission without deteriorating the dimensional accuracy of the cathode electrode and the control electrode. Further, since the resistive layer is formed by printing, stabilization of electron emission can be achieved at low cost. In the first and second embodiments, an example has been described in which carbon nanotubes are used as the field emission type electron emission material of the cathode electrode. However, field emission type electron emission materials other than carbon nanotubes may be used.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, the electrode structure of the field emission type electron source according to the present invention includes a cathode electrode having a field emission type electron emission material, and a control electrode for controlling electron emission from the cathode electrode. The control electrode and the control electrode each have a plurality of band portions formed in a band shape, and the band portion of the cathode electrode and the band portion of the control electrode are arranged adjacent to each other at a predetermined interval on the same substrate. As described above, since a grid-like metal member functioning as a control electrode is not required, manufacturing costs such as member costs, processing costs, and assembly costs can be reduced, and an inexpensive field emission electron source can be provided. . Further, the control electrode can be formed by printing together with the cathode electrode, which is excellent in mass productivity. If the electrode structure of the field emission type electron source is applied to an electron source such as an FED or a fluorescent display tube, the thickness can be reduced.
[0037]
Further, in the electrode structure of the field emission type electron source according to the present invention, since the cathode electrode and the control electrode are formed on the respective wirings formed in a strip shape on the substrate via the resistance layer, the resistance layer is used. The current flowing through the cathode electrode and control electrode is limited, and abnormal current due to arc discharge or hot spots triggered by abnormal discharge due to electric field concentration is suppressed. This has the effect of suppressing an abnormal increase in the amount of emission, and stabilizes electron emission. In addition, since the cathode electrode and the control electrode are made of the same constituent material, the control electrode and the cathode electrode can be manufactured in the same manufacturing process, and a more inexpensive field emission electron source can be provided.
[0038]
The method for manufacturing an electrode structure of a field emission type electron source according to the present invention comprises a metal film on a transparent substrate, a cathode wiring having a plurality of strips, and a control electrode wiring having a plurality of strips. Forming a strip of control electrode wiring so as to be adjacent to each other at a predetermined interval; and a positive-type photo paste containing the electron-emitting material on at least the strip of cathode wiring and the strip of control electrode wiring. Printing, the step of exposing the positive photo paste protruding from the cathode wiring and the control electrode wiring over the transparent substrate using the cathode wiring and the control electrode wiring as a mask, and Developing and trimming the positive-type photo paste protruding from the cathode wiring and the control electrode wiring; and forming the positive-type photo paste after trimming. Since a step of firing the door, a printing method can be formed with high dimensional accuracy cathode electrode and a control electrode with. For this reason, the manufacturing cost can be reduced, mass production is possible, and an inexpensive field emission electron source can be provided.
[0039]
Further, another manufacturing method of the electrode structure of the field emission type electron source according to the present invention is a method of forming a cathode wiring having a plurality of strips and a control electrode wiring having a plurality of strips on a transparent substrate by a metal film. Forming a strip portion of the control electrode wiring and a strip portion of the control electrode wiring so as to be adjacent to each other at a predetermined interval; and a positive type including a resistive material on at least the strip portion of the cathode wiring and the strip portion of the control electrode wiring. A step of printing a photo paste, a step of printing a positive photo paste containing an electron emission material on the cathode wiring and the control electrode wiring on which the positive type photo paste containing the resistive material is printed, and a step of printing the cathode wiring and the control electrode wiring Positive type including resistive material protruding from the cathode wiring and control electrode wiring over the transparent substrate by using as a mask and positive type including electron emitting material Exposing the photo paste to light, developing the positive photo paste after exposure, trimming the positive photo paste protruding from the cathode wiring and control electrode wiring, and firing the positive photo paste after trimming. A resistance layer can be provided between the cathode electrode or the control electrode and each wiring layer without deteriorating the dimensional accuracy of the cathode electrode or the control electrode, and the electron emission is stabilized. It is possible to provide a low-cost electron source.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a fluorescent display device using an electrode structure of a field emission electron source according to a first embodiment.
FIG. 2 is a plan view showing a planar shape of an electrode structure of the field emission electron source according to the first exemplary embodiment;
FIG. 3 is an explanatory view showing a manufacturing process of the electrode structure of the field emission electron source according to the first exemplary embodiment;
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a fluorescent display device using the electrode structure of the field emission electron source according to the second embodiment.
FIG. 5 is an explanatory view showing a manufacturing process of the electrode structure of the field emission electron source according to the second embodiment.
FIG. 6 is a sectional view showing an electrode structure of a conventional field emission electron source.
[Explanation of symbols]
110: cathode substrate, 111, 601: cathode electrode, 112, 602: control electrode, 113, 121, 301, 501: glass substrate, 114, 302, 502: cathode wiring, 114a, 115a: band, 115, 303, 503: Control electrode wiring, 116: Resistive layer, 120: Anode substrate, 122: Phosphor layer, 123: Metal back film, 304, 505: Positive photo paste containing field emission type electron emitting material, 305, 506: Exposure Light, 306, 507, heat, 504, a positive type photo paste containing a resistive material, 611, a field emission type electron emitting material, 612, a conductor substrate, 621, a lattice region, 622, a lattice, 623, a lattice window.

Claims (7)

電界放出型電子放出材料を有するカソード電極と、このカソード電極からの電子放出を制御する制御電極とからなる電界放出型電子源の電極構造において、
前記カソード電極と前記制御電極とはそれぞれ帯状に形成された複数の帯状部を有し、
前記カソード電極の帯状部と前記制御電極の帯状部とは同一基板上に所定間隔をおいて互いに隣り合って配置されている
ことを特徴とする電界放出型電子源の電極構造。
In a field emission type electron source electrode structure including a cathode electrode having a field emission type electron emission material and a control electrode for controlling electron emission from the cathode electrode,
The cathode electrode and the control electrode each have a plurality of strips formed in a strip shape,
The electrode structure of a field emission type electron source, wherein the strip portion of the cathode electrode and the strip portion of the control electrode are arranged adjacent to each other at a predetermined interval on the same substrate.
請求項1において、
前記カソード電極と前記制御電極とは、基板上に帯状に形成された各々の配線上に形成されている
ことを特徴とする電界放出型電子源の電極構造。
In claim 1,
The electrode structure of a field emission type electron source, wherein the cathode electrode and the control electrode are formed on respective wirings formed in a strip shape on a substrate.
請求項1において、
前記カソード電極と前記制御電極とは、基板上に帯状に形成された各々の配線上に抵抗層を介して形成されている
ことを特徴とする電界放出型電子源の電極構造。
In claim 1,
The electrode structure of a field emission type electron source, wherein the cathode electrode and the control electrode are formed on respective wirings formed in a band shape on a substrate via a resistance layer.
請求項1から請求項3のいずれかにおいて、
前記カソード電極と前記制御電極とは、同じ構成材料からなる
ことを特徴とする電界放出型電子源の電極構造。
In any one of claims 1 to 3,
The electrode structure of a field emission type electron source, wherein the cathode electrode and the control electrode are made of the same constituent material.
電界放出型電子放出材料を有するカソード電極と、このカソード電極からの電子放出を制御する制御電極とからなる電界放出型電子源の電極構造の製造方法であって、
透明基板上に金属膜で、複数の帯状部を有するカソード配線及び複数の帯状部を有する制御電極配線を前記カソード配線の帯状部と前記制御電極配線の帯状部とが所定間隔をおいて互いに隣り合うように形成する工程と、
少なくとも前記カソード配線の帯状部上と前記制御電極配線の帯状部上とに前記電子放出材料を含むポジ型フォトペーストを印刷する工程と、
前記カソード配線と前記制御電極配線とをマスクとして前記透明基板越しに前記カソード配線と前記制御電極配線とからはみ出た前記ポジ型フォトペーストを露光する工程と、
前記露光後の前記ポジ型フォトペーストを現像し、前記カソード配線と前記制御電極配線とからはみ出た前記ポジ型フォトペーストをトリミングする工程と、
前記トリミング後の前記ポジ型フォトペーストを焼成する工程と
を有することを特徴とする電界放出型電子源の電極構造の製造方法。
A method for manufacturing an electrode structure of a field emission type electron source comprising a cathode electrode having a field emission type electron emission material and a control electrode for controlling electron emission from the cathode electrode,
A metal film is formed on a transparent substrate, and a cathode wiring having a plurality of strips and a control electrode wiring having a plurality of strips are adjacent to each other at a predetermined interval between the strip of the cathode wiring and the strip of the control electrode wiring. Forming to fit,
A step of printing a positive-type photo paste containing the electron-emitting material on at least the strip of the cathode wiring and the strip of the control electrode wiring,
Exposing the positive type photo paste protruding from the cathode wiring and the control electrode wiring over the transparent substrate using the cathode wiring and the control electrode wiring as a mask,
Developing the positive type photo paste after the exposure, trimming the positive type photo paste protruding from the cathode wiring and the control electrode wiring,
Baking the positive photo paste after the trimming. The method for manufacturing an electrode structure of a field emission type electron source.
電界放出型電子放出材料を有するカソード電極と、このカソード電極からの電子放出を制御する制御電極とからなる電界放出型電子源の電極構造の製造方法であって、
透明基板上に金属膜で、複数の帯状部を有するカソード配線及び複数の帯状部を有する制御電極配線を前記カソード配線の帯状部と前記制御電極配線の帯状部とが所定間隔をおいて互いに隣り合うように形成する工程と、
少なくとも前記カソード配線の帯状部上と前記制御電極配線の帯状部上とに抵抗材料を含むポジ型フォトペーストを印刷する工程と、
前記抵抗材料を含むポジ型フォトペーストの印刷された前記カソード配線上及び前記制御電極配線上に前記電子放出材料を含むポジ型フォトペーストを印刷する工程と、
前記カソード配線と前記制御電極配線とをマスクとして前記透明基板越しに前記カソード配線と前記制御電極配線とからはみ出た前記抵抗材料を含むポジ型フォトペースト及び前記電子放出材料を含むポジ型フォトペーストを露光する工程と、
前記露光後の前記ポジ型フォトペーストを現像し、前記カソード配線と前記制御電極配線とからはみ出た前記ポジ型フォトペーストをトリミングする工程と、
前記トリミング後の前記ポジ型フォトペーストを焼成する工程と
を有することを特徴とする電界放出型電子源の電極構造の製造方法。
A method for manufacturing an electrode structure of a field emission type electron source comprising a cathode electrode having a field emission type electron emission material and a control electrode for controlling electron emission from the cathode electrode,
A metal film is formed on a transparent substrate, and a cathode wiring having a plurality of strips and a control electrode wiring having a plurality of strips are adjacent to each other at a predetermined interval between the strip of the cathode wiring and the strip of the control electrode wiring. Forming to fit,
A step of printing a positive type photo paste containing a resistive material on at least the strip portion of the cathode wiring and the strip portion of the control electrode wiring,
Printing a positive photo paste containing the electron emitting material on the cathode wiring and the control electrode wiring on which the positive photo paste containing the resistance material is printed,
Using the cathode wiring and the control electrode wiring as a mask, a positive type photo paste containing the resistance material and the positive type photo paste containing the electron emission material protruding from the cathode wiring and the control electrode wiring over the transparent substrate. Exposing;
Developing the positive type photo paste after the exposure, trimming the positive type photo paste protruding from the cathode wiring and the control electrode wiring,
Baking the positive photo paste after the trimming. The method for manufacturing an electrode structure of a field emission type electron source.
請求項5又は請求項6において、
前記電子放出材料は、カーボンナノチューブを含む
ことを特徴とする電極構造の製造方法。
In claim 5 or claim 6,
The method for manufacturing an electrode structure, wherein the electron emission material includes a carbon nanotube.
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