JP2004349187A - Manufacturing method for electron emission element and manufacturing method for display device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界放出型の電子放出素子の製造方法と、その電子放出素子を備える表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
真空中におかれた金属等の導体あるいは半導体の表面に、ある閾値以上の電界を与えると、トンネル効果によって電子が障壁を通過し、常温時においても真空中に電子が放出される。この現象は電界放出(Field Emission)と呼ばれ、これによって電子を放出するカソード(電子放出素子)は電界放出型カソード(Field Emission Cathode)と呼ばれている。近年では、ミクロンサイズの電界放出型カソードを、半導体加工技術を駆使して基板上に多数形成したフラットディスプレイ装置(平面型表示装置)としてFED(Field Emission Display)が注目されている。FEDは、電気的に選択(アドレッシング)されたエミッタから電界の集中によって電子を放出させるとともに、この電子をアノード基板側の蛍光体に衝突させて、蛍光体の励起・発光により画像を表示するものである。
【0003】
また最近では、電界放出型カソードの構成として、非常に鋭利な先端が無数に得られるカーボンナノチューブを用いたエミッタ構造が提案されている。一般にカーボンナノチューブは高いアスペクト比を有し、先端の曲率半径も非常に小さいため、高い発光効率を実現するエミッタ材料(電子放出源)として注目されている。実際にカーボンナノチューブをエミッタ材料に用いた場合、エミッタからの電子放出を安定的に効率良く行うには、カソード基板に対してエミッタ材料(カーボンナノチューブ)を垂直に配向(直立配向)することが有効となる。
【0004】
そこで従来においては、絶縁基板上にカソード導体を被着する工程と、カソード導体上にカーボンナノチューブを含むカーボン材料の分散液を塗布してカーボン層を形成する工程と、カーボン層を乾燥させる工程と、乾燥したカーボン層に粘着テープを貼り付けた後、この粘着テープを剥離させてエミッタを形成する工程とを含む電子放出源の製造方法に関する発明が開示されている(特許文献1参照)。
【0005】
また従来においては、基板上に、複数のカーボンナノチューブ(CNT)を含むエミッタを構成するCNT膜を形成し、このCNT膜表面のCNTを、CNT膜上に粘着シートを付着させ、次いで該粘着シートを引き剥がすことにより直立配向させる、エミッタの製造方法に関する発明が開示されている(特許文献2参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−35360号公報(段落0038、第10図)
【特許文献2】
特開2002−157953号公報(請求項1、請求項2、段落0052,0053、第4図)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1、2に記載の従来技術のように、粘着テープの付着(貼り付け)、引き剥がしによってエミッタ材料(カーボンナノチューブ)を垂直に配向する方法では、粘着テープにエミッタ材料が強固に貼り付いた状態で当該粘着テープを強制的に引き剥がすことになる。そのため、粘着テープを引き剥がすときに、引き剥がしによる引っ張り力が強く作用して、エミッタの表面からエミッタ材料が切り離されたり、他のデバイス構造部にダメージを与えたりする恐れがあった。
【0008】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、他のデバイス構造部にダメージを与えることなく、より多くのエミッタ材料を垂直に配向させることができる電子放出素子の製造方法及び表示装置の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電子放出素子の製造方法は、支持基板に形成したカソード電極上に繊維状のエミッタ材料を固着状態に設ける第1の工程と、所定の処理によって体積収縮する粘着材をエミッタ材料に付着させるとともに、その付着させた粘着材を所定の処理によって体積収縮させることにより、エミッタ材料を垂直に配向する第2の工程とを有するものである。
【0010】
この電子放出素子の製造方法においては、カソード電極上に固着状態で設けた繊維状のエミッタ材料に粘着材を付着させ、この状態で粘着材を所定の処理によって体積収縮させると、支持基板上でエミッタ材料が粘着材の体積収縮によって垂直に引っ張られる。これにより、支持基板上でエミッタ材料が垂直に配向されるとともに、この垂直配向によるエミッタ材料の突出量が粘着材の体積収縮量に依存したものとなる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0012】
図1は本発明の方法が適用される表示装置の一例としてFEDの表示パネルの構成を示す断面図であり、図2はその表示パネルの構成を示す斜視図である。図1及び図2においては、平板状のカソード基板(カソードパネル)1と、同じく平板状のアノード基板(アノードパネル)2とを、所定の間隙を介して対向状態に配置するとともに、それら2つの基板1,2の間に枠体3を介装して一体的に組み付けることにより、画像表示のための一つのパネル構体(表示パネル)が構成されている。
【0013】
カソード基板1上には複数の電子放出素子が形成されている。これら複数の電子放出素子は、カソード基板1の有効領域(実際に表示部分として機能する領域)に2次元マトリックス状に多数形成されている。各々の電子放出素子は、カソード基板1のベースとなる絶縁性の支持基板(例えば、ガラス基板)4と、この支持基板4上に積層状態で順に形成されたカソード電極5、絶縁層6及びゲート電極7と、ゲート電極7及び絶縁層6に形成されたゲートホール8と、このゲートホール8の底部に形成された電子放出部9とによって構成されている。
【0014】
カソード電極5は、複数のカソードラインを形成するようにストライプ状に形成されている。ゲート電極7は、各々のカソードラインと交差(直交)する複数のゲートラインを形成するようにストライプ状に形成されている。ゲートホール8は、ゲート電極7に形成された第1の開口部8Aと、この第1の開口部8Aに連通する状態で絶縁層6に形成された第2の開口部8Bとから構成されている。電子放出部9は、主としてエミッタ材料とバインダ材料(マトリックス)とを含むエミッタ層10によって形成されている。エミッタ層10の表面には、繊維状のエミッタ材料となる複数のカーボンナノチューブ11が配置されている。各々のカーボンナノチューブ11は、一端側がエミッタ層10の表面から垂直に突出し、他端側はエミッタ層10のバインダ材料中に埋め込まれた状態となっている。
【0015】
カーボンナノチューブ11は、グラフェンシートを丸めた1層又は多層の円筒状をなすもので、直径が0.7〜50nm程度で、長さが数μmの高いアスペクト比をもつ材料である。このカーボンナノチューブ11は、非常に先鋭なエッジを有する材料であるから、これをエミッタ材料に用いることにより、電子放出特性に優れた電子放出素子を得ることができる。ただし、エミッタ材料として利用可能な微細な繊維状を有する物質であれば、カーボンナノチューブ11以外のものをエミッタ材料に用いてもよい。
【0016】
一方、アノード基板2は、ベースとなる透明基板12と、この透明基板12上に形成された蛍光体層13及びブラックマトリックス14と、これら蛍光体層13及びブラックマトリックス14を覆う状態で透明基板12上に形成されたアノード電極15とを備えて構成されている。蛍光体層13は、赤色発光用の蛍光体層13Rと、緑色発光用の蛍光体層13Gと、青色発光用の蛍光体層13Bとから構成されている。ブラックマトリックス14は、各色発光用の蛍光体層13R,13G,13Bの間に形成されている。アノード電極15は、カソード基板1の電子放出素子と対向するように、アノード基板2の有効領域の全域に積層状態で形成されている。
【0017】
これらのカソード基板1とアノード基板2とは、それぞれの外周部(周縁部)で枠体3を介して接合されている。また、カソード基板1の無効領域(有効領域の外側の領域で、実際に表示部分として機能しない領域)には真空排気用の貫通孔16が設けられている。貫通孔16には、真空排気後に封じ切られるチップ管17が接続されている。ただし、図1は表示装置の組み立て完了状態を示しているため、チップ管17は既に封じ切られた状態となっている。また、図1及び図2においては、各々の基板1,2間のギャップ部分に介装される耐圧用の支持体(スペーサ)の表示を省略している。
【0018】
上記構成のパネル構造を有する表示装置においては、カソード電極5に相対的な負電圧がカソード電極制御回路18から印加され、ゲート電極7には相対的な正電圧がゲート電極制御回路19から印加され、アノード電極15にはゲート電極7よりも更に高い正電圧がアノード電極制御回路20から印加される。かかる表示装置において、実際に画像の表示を行う場合は、例えば、カソード電極5にカソード電極制御回路18から走査信号を入力し、ゲート電極7にゲート電極制御回路19からビデオ信号を入力する。あるいは又、カソード電極5にカソード電極制御回路18からビデオ信号を入力し、ゲート電極7にゲート電極制御回路19から走査信号を入力する。
【0019】
これにより、カソード電極5とゲート電極7との間に電圧が印加され、これによって電子放出部9の先鋭部(カーボンナノチューブ11の先端部)に電界が集中することにより、量子トンネル効果によって電子がエネルギー障壁を突き抜けて電子放出部9から真空中へと放出される。こうして放出された電子はアノード電極15に引き付けられてアノード基板2側に移動し、透明基板12上の蛍光体層13(13R,13G,13B)に衝突する。その結果、蛍光体層13が電子の衝突により励起されて発光するため、この発光位置を画素単位で制御することにより、表示パネル上に所望の画像を表示することができる。
【0020】
続いて、本発明の実施形態に係る電子放出素子の製造方法の具体例について、図3〜図6を用いて説明する
【0021】
先ず、図3(A)に示すように、カソード基板1のベースとなる支持基板4上にカソード電極形成用の導電材料を用いてカソード電極(導電層)5を形成する。このカソード電極5は、例えばスパッタリング法により形成される厚さ約0.2μmのクロム層によって形成される。
【0022】
次に、支持基板4の全面に例えばスパッタリング法によりSiCN膜を成膜することにより、図3(B)に示すように、カソード電極5を覆う状態でSiCN膜からなる厚さ約0.2μmの抵抗層21を形成する。この抵抗層21は、エミッタへの放電電流が大きくなった場合に、抵抗による電圧降下の増大によってエミッタに作用する実効電圧を減少させ、逆にエミッタへの放電電流が小さくなった場合はエミッタに作用する実効電圧を増加させることにより、放電電流を安定化させる役目を果たすものである。抵抗層21は必要に応じて形成される。
【0023】
次に、抵抗層21の上(抵抗層21を形成しない場合はカソード電極5の上)に、エミッタ材料となるカーボンナノチューブ11を配置するための処理を行う。具体的には、バインダ材料として熱分解性有機金属である有機スズ及び有機インジウムを用いるとともに、エミッタ材料としてカーボンナノチューブの粉末を用い、これらを下記の条件で揮発性溶液、例えば酢酸ブチル中に分散させた混合溶液を得る。その際、カーボンナノチューブの分散性を向上させるために超音波処理を行ってもよい。希釈剤は水系でも非水系でもかまわないが、どちらを使用するかによって分散剤も変わることを前提とする。また、他の添加剤を混ぜることも可能である。カーボンナノチューブは、例えば平均直径1nm、平均長さ1μmといった非常に細長いチューブ構造(繊維状)を有するものを用いる。このカーボンナノチューブは、例えば、アーク放電法によって作成される。
【0024】
(混合溶液の生成条件)
有機スズ及び有機インジウム:10〜50質量%
酢酸ブチル:30〜80質量%
分散剤(例えば、ドデチル硫酸ナトリウム):0.1〜5質量%
カーボンナノチューブ:0.01〜20質量%
【0025】
なお、エミッタ材料としては、カーボンナノチューブ以外にも、カーボンナノファイバを用いることが可能である。また、バインダ材料としては、上述した熱分解性有機金属以外にも、例えば塩化スズ、塩化インジウムなどの金属塩を用いることが可能である。
【0026】
続いて、上記の混合溶液をスプレー法等により支持基板4上に塗布することにより、図3(C)に示すように、カーボンナノチューブとバインダ材料とを含むエミッタ層(複合体層)10を形成する。このエミッタ層10は印刷法を用いて形成することも可能である。このとき、必要に応じて、上記混合溶液と同じ質量配分のバインダ材料でかつカーボンナノチューブを含まない溶液(マトリックス溶液)をエミッタ層10の表面にスプレー法等によって塗布(トップコーティング)するようにしてもよい。また、この溶液中にフィラーとして、例えばITO(Indium Tin Oxide)微粒子を混入してもよい。
【0027】
その後、エミッタ層10を下記の条件で焼成する。これにより、有機成分の蒸発によってバインダ材料中(マトリックス中)にカーボンナノチューブが埋め込まれた状態の固体化したエミッタ層10が得られる。よって、カソード電極5上にカーボンナノチューブが固着した状態となる。
【0028】
(焼成条件)
雰囲気:大気中
焼成温度:500℃
焼成時間:30分
【0029】
次いで、エミッタ層10をストライプ状に加工する。具体的には、レジスト材料(フォトレジスト)をスピンコート法によって塗布することにより、エミッタ層10を覆うレジスト膜を形成するとともに、このレジスト膜をフォトリソグラフィ技術によってパターニングすることにより、エッチングマスクとなるレジストパターンをエミッタ層10上に形成する。次に、レジストパターンで被覆されたエミッタ層10を除く部分を、例えば下記の条件に基づくウェットエッチングで除去することにより、図3(D)に示すように、支持基板4上でエミッタ層10をストレイプ状に形成する。
【0030】
(ウェットエッチング条件)
エッチング液:塩酸(HCL)
エッチング時間:10秒〜30分
エッチング温度:10〜60℃
【0031】
このとき、所望の領域以外にカーボンナノチューブが存在する場合は、この不要なカーボンナノチューブを、酸素プラズマ又は酸化溶液を使用して下記の条件でエッチングにより除去する。
【0032】
(酸素プラズマエッチングの条件)
装置:RIE(reactive ion etching)装置
導入ガス:酸素を含むガス
プラズマ励起パワー:500W
バイアスパワー:0〜150W(DCでもRFでもよいが、RFが好ましい)
エッチング時間:10秒以上
【0033】
(酸化溶液エッチングの条件)
溶液:KMnO4
エッチング温度:20〜80℃
エッチング時間:10秒〜20分
【0034】
続いて、周知のリソグラフィ技術及び反応性イオンエッチング法(RIE法)により、抵抗層21及びカソード電極5をパターニングすることにより、図3(E)に示すように、支持基板4上でカソード電極5をストライプ状に形成する。この時点で支持基板4上に複数本のカソードラインが形成される。
【0035】
次に、図4(A)に示すように、支持基板4上において、カソード電極5、抵抗層21及びエミッタ層10の積層部を覆うように絶縁層6を形成し、さらにその絶縁層6の上に、図4(B)に示すように、ゲート電極形成用の導電材料を用いてゲート電極(導電層)7を形成する。具体的には、TEOS(テトラエトキシシラン)を原料ガスとして使用するCVD法により、支持基板4の全面に例えばSiO2からなる厚さ約1μmの絶縁層6を形成し、次いで、絶縁層6の上にクロムからなるゲート電極7をスパッタリング法によって形成する。
【0036】
次に、ゲート電極7の上に図示しないエッチングマスクを形成し、このエッチングマスクを用いてゲート電極7の所定部位をエッチングすることにより、図4(C)に示すように、絶縁層6上でゲート電極7をストライプ状に形成するとともに、このゲート電極7を貫通する第1の開口部8Aを形成する。このとき、ストライプ状のゲート電極7は、カソード電極5とほぼ直角に交差(直交)する状態で形成される。これにより、支持基板4上に上記カソードラインに直交する複数本のゲートラインが形成される。
【0037】
次に、ゲート電極7の第1の開口部8Aを通して絶縁層6を例えばRIE法でエッチングすることにより、図5(A)に示すように、エミッタ層10の表面を露出する状態で第2の開口部8Bを形成する。これにより、第1,第2の開口部8A,8Bからなるゲートホール8が得られる。このゲートホール8は、例えば直径20μmの円形に形成される。また、ゲートホール8は、1画素当たり複数個(例えば、数十個)形成される。
【0038】
次に、ゲートホール8を通してエミッタ層10の上層部のバインダ材料(マトリックス)を除去することにより、図5(B)に示すように、ゲートホール8の開口部分でエミッタ層10の表面に複数(多数)のカーボンナノチューブ11を露出させる。エミッタ層10の上層部でバインダ材料を除去する際の手法としては、ウェットエッチングやドライエッチングなどのエッチング法(ハーフエッチング)を好ましく用いることができる。一例として、ウェットエッチングを適用する場合の条件を以下に示す。このエッチングによりエミッタ層10の上層部でバインダ材料を選択的に除去することにより、エミッタ層10の表面に多数のカーボンナノチューブ11を露出させることができる。
【0039】
(ウェットエッチング条件)
エッチング液:塩酸 10%
エッチング温度:10〜60℃
エッチング時間:5〜60秒
【0040】
なお、バインダ材料を除去する際の手法としては、上述したエッチング法に限らず、例えば、ラッピングテープなどを用いた機械的な研磨によって除去する方法や、サンドブラストなどのように粒子の衝突によって除去する方法などを適用することも可能である。
【0041】
その後、図5(C)に示すように、エミッタ層10の表面で各々のカーボンナノチューブ11が支持基板4に対して垂直(直角)に起立するように、カーボンナノチューブ11の配向処理を行う。この配向処理では、所定の処理によって体積収縮する粘着材を用いる。粘着材の粘着材料としては、例えば、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂などを用いることができる。紫外線硬化型樹脂を用いた粘着材では、これに紫外線を照射する紫外線照射処理によって体積収縮が生じ、熱硬化型樹脂を用いた粘着材では、これを所定の温度(硬化温度)に加熱する加熱処理によって体積収縮が生じることになる。
【0042】
また、粘着材の形態としては、フィルム状、液状、ゲル状などを採用することができる。フィルム状の粘着材を用いた場合は、これを支持基板4上に貼り付ける。フィルム状の粘着材の具体例としては、ドライフィルム構造のものや、UVテープ(紫外線硬化型粘着テープ)などを挙げることができる。フィルム状の粘着材の粘着材料には、紫外線の照射によって体積収縮するアクリル系樹脂を用いることができ、同フィルム基材(テープ基材)にはポリオレフィンやPET(ポリエチレンテレフタレート)など、適度な形状保持力を有する樹脂を用いることができる。UVテープは、紫外線を照射する前の状態で非常に強力な粘着力を発揮し、紫外線を照射すると粘着力が急激に弱くなる性質をもつ粘着テープである。
【0043】
フィルム状の粘着材を用いてカーボンナノチューブ11の配向処理を行う場合は、図6(A)に示すように、基材部22Aと粘着部22Bからなるフィルム状の粘着材22を支持基板4上に貼り付ける。このとき、粘着材22をラミネーターで適度に加圧することにより、粘着材22の粘着部22をゲートホール8に押し込み、そのゲートホール8内でエミッタ層10の表面に露出している各々のカーボンナノチューブ(エミッタ材料)に粘着部22Bを付着させる。これにより、エミッタ表面に露出する各々のカーボンナノチューブが、粘着材22の粘着部22Bに密着(接着)した状態となる。
【0044】
ちなみに、液状又はゲル状の粘着材を用いた場合は、この粘着材をディスペンサ、スピンコーター、スクリーン印刷機などを用いて支持基板4上に塗布することにより、粘着材をカーボンナノチューブに付着させる。この場合、粘着材の粘性を適度に調整することにより、粘着材をゲートホール8内に容易に充填してカーボンナノチューブとの機械的な接触状態を得ることができる。
【0045】
また、上述のようにフィルム状の粘着材22を用いた場合は、粘着材22の取り扱いが容易になるとともに、紫外線照射処理後に支持基板4上から容易に粘着材22を取り除くことができる。また、貼り付け時の加圧力を吸収する弾性シート(例えば、ゴム状弾性を有するシリコーン製のシート)の上に支持基板4を載せて粘着材22を貼り付けることにより、フィルム状の粘着材22を支持基板4上の凹凸構造に倣って変形させることができる。これにより、支持基板4上の凹凸構造に粘着材22を適度に追従させて、ゲートホール8内のカーボンナノチューブに粘着部22Bを確実に付着させることができる。
【0046】
次いで、紫外線の照射処理によって粘着材22を体積収縮させると、図6(B)に示すように、基材部22Aの形状保持力によりゲートホール8内で粘着部22Bが体積収縮して徐々に浮き上がり、これに連動して各々のカーボンナノチューブ11が垂直に引き上げられる。このとき、紫外線の照射処理によって粘着材22(粘着部22B)が体積収縮し、それに伴って粘着材22(粘着部22B)の粘着力が低下する。したがって、粘着材22の体積収縮(紫外線硬化処理)が完了した時点では、粘着部22Bの粘着力が紫外線照射前と比較して極端に低下した状態となる。
【0047】
本出願人が粘着材として用いたドライフィルムで、紫外線照射処理による特性変化を調べたところ、紫外線の照射条件として、照射光量を600(mJ/cm2sec)とした場合、紫外線を照射する前は、体積収縮率が0%、破断点伸び率が300〜1000(%)、粘着力がステンレス(SUS)板上で0.5〜5.0(N/25mm)、破断点強さが15〜30(N/mm2)であったものが、紫外線を照射した後は、体積収縮率が1〜10%、破断点伸び率が1〜200(%)、粘着力がステンレス(SUS)板上で0.00001〜0.5(N/25mm)、破断点強さが5〜25(N/mm2)となった。
【0048】
この場合、粘着材の厚みを20μmとすると、紫外線照射による体積収縮量は0.2〜2.0μmとなる。よって、カーボンナノチューブ11は、エミッタ層10の表面から上記体積収縮量に相当する寸法だけ垂直に起立(突出)した状態となる。
【0049】
このことから、上述のように支持基板4上に粘着材22を貼り付けてカーボンナノチューブ11に付着させ、この状態で紫外線の照射処理により粘着材22を体積収縮させることにより、エミッタ層10の表面でカーボンナノチューブ11を垂直に配向させることができる。その際、エミッタ層10の表面で各々のカーボンナノチューブ11が粘着材22の体積収縮量に応じて垂直に配向されるため、エミッタ層10の表面で各々のカーボンナノチューブ11の高さを均一に揃えることができる。また、粘着材22の体積収縮量を制御パラメータとして、エミッタ10の表面を基準としたカーボンナノチューブ11の高さ寸法を制御することも可能となる。
【0050】
また、紫外線の照射処理によって粘着材22の粘着力が低下するため、支持基板4上から粘着材22を取り除くときカーボンナノチューブ11が強く引っ張られることがなくなる。そのため、エミッタ層10の表面でカーボンナノチューブ11が切り離されることが皆無となる。また、粘着材22の粘着力が十分に弱まった状態で、支持基板4上から粘着材22が取り除かれるため、他のデバイス構造部にダメージを与える恐れもない。
【0051】
したがって、本実施形態の製造方法によれば、他のデバイス構造部にダメージを与えることなく、より多くのカーボンナノチューブ11を均一な高さで垂直に配向することができる。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、所定の処理によって体積収縮する粘着材をエミッタ材料の配向処理に用い、その粘着材の熱収縮を利用してエミッタ材料を垂直に配向させるため、他のデバイス構造部にダメージを与えることなく、より多くのエミッタ材料を垂直に配向することができる。これにより、電子放出特性に優れた電子放出素子を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される表示装置のパネル構造の一例を示す断面図である。
【図2】本発明が適用される表示装置のパネル構造の一例を示す斜視図である。
【図3】本発明の実施形態に係る電子放出素子の製造方法の具体例を示す工程図(その1)である。
【図4】本発明の実施形態に係る電子放出素子の製造方法の具体例を示す工程図(その2)である。
【図5】本発明の実施形態に係る電子放出素子の製造方法の具体例を示す工程図(その3)である。
【図6】エミッタ材料の配向処理の具体例を示す図である。
【符号の説明】
1…カソード基板、2…アノード基板、4…支持基板、5…カソード電極、6…絶縁層、7…ゲート電極、8…ゲートホール、9…電子放出部、10…エミッタ層、11…カーボンナノチューブ(エミッタ材料)、22…粘着材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a field emission type electron-emitting device and a display device including the electron-emitting device.
[0002]
[Prior art]
When an electric field of a certain threshold or more is applied to a surface of a conductor such as a metal or a semiconductor placed in a vacuum, electrons pass through a barrier due to a tunnel effect, and the electrons are emitted into the vacuum even at room temperature. This phenomenon is called field emission, and a cathode (electron emission element) that emits electrons by this is called a field emission cathode. In recent years, an FED (Field Emission Display) has attracted attention as a flat display device (flat display device) in which a large number of micron-sized field emission cathodes are formed on a substrate using semiconductor processing technology. The FED emits electrons by the concentration of an electric field from an electrically selected (addressing) emitter, and collides the electrons with a phosphor on the anode substrate side to display an image by excitation and emission of the phosphor. It is.
[0003]
Recently, as a configuration of a field emission cathode, an emitter structure using carbon nanotubes having an infinite number of extremely sharp tips has been proposed. In general, carbon nanotubes have a high aspect ratio and a very small radius of curvature at the tip, and thus have attracted attention as emitter materials (electron emission sources) that achieve high luminous efficiency. When carbon nanotubes are actually used as the emitter material, it is effective to orient the emitter material (carbon nanotube) vertically (upright orientation) with respect to the cathode substrate in order to stably and efficiently emit electrons from the emitter. It becomes.
[0004]
Therefore, conventionally, a step of applying a cathode conductor on an insulating substrate, a step of applying a dispersion of a carbon material containing carbon nanotubes on the cathode conductor to form a carbon layer, and a step of drying the carbon layer And a method of attaching an adhesive tape to a dried carbon layer and then peeling the adhesive tape to form an emitter, which discloses a method of manufacturing an electron emission source (see Patent Document 1).
[0005]
Conventionally, a CNT film constituting an emitter including a plurality of carbon nanotubes (CNTs) is formed on a substrate, and the CNTs on the surface of the CNT film are adhered to an adhesive sheet on the CNT film.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-35360 A (Paragraph 0038, FIG. 10)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-157951 (
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of vertically aligning the emitter material (carbon nanotube) by attaching (sticking) and peeling off the adhesive tape as in the prior arts described in
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to make it possible to vertically align more emitter materials without damaging other device structures. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an element and a method for manufacturing a display device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention includes a first step of providing a fibrous emitter material in a fixed state on a cathode electrode formed on a support substrate, and an adhesive material that contracts in volume by a predetermined process as the emitter material. A second step of vertically orienting the emitter material by causing the adhesive to adhere and causing the attached adhesive to contract in volume by a predetermined process.
[0010]
In this method of manufacturing an electron-emitting device, an adhesive is attached to a fibrous emitter material provided in a fixed state on a cathode electrode, and in this state, the volume of the adhesive is reduced by a predetermined process, so that the adhesive on the support substrate is removed. The emitter material is pulled vertically by the volume contraction of the adhesive. Thereby, the emitter material is vertically oriented on the support substrate, and the amount of protrusion of the emitter material due to the vertical orientation depends on the volume shrinkage of the adhesive.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a display panel of an FED as an example of a display device to which the method of the present invention is applied, and FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of the display panel. In FIGS. 1 and 2, a flat cathode substrate (cathode panel) 1 and a similarly flat anode substrate (anode panel) 2 are arranged to face each other with a predetermined gap therebetween. One panel structure (display panel) for displaying images is configured by interposing the frame 3 between the
[0013]
A plurality of electron-emitting devices are formed on the
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
On the other hand, the
[0017]
The
[0018]
In the display device having the above-described panel structure, a relative negative voltage is applied to the
[0019]
As a result, a voltage is applied between the
[0020]
Subsequently, a specific example of the method for manufacturing the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 3A, a cathode electrode (conductive layer) 5 is formed on a
[0022]
Next, a SiCN film is formed on the entire surface of the
[0023]
Next, a process for arranging the
[0024]
(Conditions for producing a mixed solution)
Organic tin and organic indium: 10 to 50% by mass
Butyl acetate: 30 to 80% by mass
Dispersant (for example, sodium dodecyl sulfate): 0.1 to 5% by mass
Carbon nanotube: 0.01 to 20% by mass
[0025]
In addition, as an emitter material, a carbon nanofiber can be used other than the carbon nanotube. Further, as the binder material, metal salts such as tin chloride and indium chloride can be used in addition to the above-mentioned thermally decomposable organic metals.
[0026]
Subsequently, the emitter layer (composite layer) 10 containing the carbon nanotubes and the binder material is formed as shown in FIG. 3C by applying the above mixed solution onto the supporting
[0027]
Thereafter, the
[0028]
(Firing conditions)
Atmosphere: Air firing temperature: 500 ° C
Firing time: 30 minutes
Next, the
[0030]
(Wet etching conditions)
Etching solution: hydrochloric acid (HCL)
Etching time: 10 seconds to 30 minutes Etching temperature: 10 to 60 ° C
[0031]
At this time, if carbon nanotubes are present in regions other than the desired region, the unnecessary carbon nanotubes are removed by etching using oxygen plasma or an oxidizing solution under the following conditions.
[0032]
(Oxygen plasma etching conditions)
Apparatus: RIE (reactive ion etching) apparatus Introduced gas: Oxygen-containing gas plasma excitation power: 500 W
Bias power: 0 to 150 W (DC or RF may be used, but RF is preferred)
Etching time: 10 seconds or more
(Oxidation solution etching conditions)
Solution: KMnO 4
Etching temperature: 20-80 ° C
Etching time: 10 seconds to 20 minutes
Subsequently, by patterning the
[0035]
Next, as shown in FIG. 4A, an insulating
[0036]
Next, an etching mask (not shown) is formed on the
[0037]
Next, the insulating
[0038]
Next, by removing the binder material (matrix) in the upper layer portion of the
[0039]
(Wet etching conditions)
Etching solution:
Etching temperature: 10-60 ° C
Etching time: 5 to 60 seconds
The method of removing the binder material is not limited to the above-described etching method. For example, a method of removing by a mechanical polishing using a wrapping tape or a method of removing by a particle collision such as sandblasting. It is also possible to apply a method or the like.
[0041]
Thereafter, as shown in FIG. 5C, an orientation treatment of the
[0042]
The form of the adhesive may be a film, liquid, gel, or the like. When a film-like adhesive is used, it is attached on the
[0043]
In the case of performing the alignment treatment of the
[0044]
Incidentally, when a liquid or gel-like adhesive is used, the adhesive is applied to the carbon nanotubes by applying the adhesive to the
[0045]
When the film-shaped
[0046]
Next, when the pressure-sensitive
[0047]
The applicant examined the change in characteristics of the dry film used as an adhesive by ultraviolet irradiation treatment. When the irradiation amount of the ultraviolet light was set to 600 (mJ / cm 2 sec), the irradiation before the irradiation of the ultraviolet light was performed. Has a volume shrinkage of 0%, an elongation at break of 300 to 1000 (%), an adhesive strength of 0.5 to 5.0 (N / 25 mm) on a stainless steel (SUS) plate, and a strength at break of 15 -30 (N / mm 2 ), after irradiation with ultraviolet light, the volume shrinkage is 1-10%, the elongation at break is 1-200 (%), and the adhesive strength is stainless steel (SUS) plate. Above, 0.00001 to 0.5 (N / 25 mm), and the breaking strength was 5 to 25 (N / mm 2 ).
[0048]
In this case, assuming that the thickness of the adhesive is 20 μm, the volume shrinkage caused by ultraviolet irradiation is 0.2 to 2.0 μm. Accordingly, the
[0049]
From this, as described above, the adhesive 22 is attached to the
[0050]
In addition, since the adhesive strength of the adhesive 22 is reduced by the ultraviolet irradiation treatment, the
[0051]
Therefore, according to the manufacturing method of the present embodiment,
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the adhesive material that contracts in volume by a predetermined process is used for the alignment treatment of the emitter material, and the emitter material is vertically oriented using the heat shrinkage of the adhesive material. More emitter material can be vertically oriented without damaging the device structure. This makes it possible to manufacture an electron-emitting device having excellent electron-emitting characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a panel structure of a display device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a perspective view showing an example of a panel structure of a display device to which the present invention is applied.
FIG. 3 is a process diagram (part 1) illustrating a specific example of the method for manufacturing the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a process chart (part 2) illustrating a specific example of the method for manufacturing the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a process chart (part 3) illustrating a specific example of the method for manufacturing the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a specific example of an alignment treatment of an emitter material.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
所定の処理によって体積収縮する粘着材を前記エミッタ材料に付着させるとともに、その付着させた粘着材を前記所定の処理によって体積収縮させることにより、前記エミッタ材料を垂直に配向する第2の工程と
を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。A first step of providing a fibrous emitter material in a fixed state on the cathode electrode formed on the support substrate;
Attaching a pressure-sensitive adhesive that contracts in volume by a predetermined process to the emitter material, and reducing the volume of the adhered adhesive by the predetermined process to vertically align the emitter material. A method for manufacturing an electron-emitting device, comprising:
ことを特徴とする請求項1記載の電子放出素子の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein in the second step, the adhesive strength of the adhesive is reduced by the predetermined treatment.
ことを特徴とする請求項1記載の電子放出素子の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the predetermined process is an ultraviolet irradiation process or a heating process.
ことを特徴とする請求項1記載の電子放出素子の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein in the second step, the adhesive material is formed into a film shape, and the film-shaped adhesive material is attached to the support substrate, whereby the adhesive material is attached to the emitter material. A method for manufacturing the electron-emitting device according to the above.
ことを特徴とする請求項1記載の電子放出素子の製造方法。In the second step, the adhesive material is made into a liquid or gel state, and the liquid or gel adhesive material is applied on the support substrate, whereby the adhesive material is attached to the emitter material. The method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1記載の電子放出素子の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein in the first step, a carbon nanotube is used as the emitter material.
支持基板に形成したカソード電極上に繊維状のエミッタ材料を固着状態に設ける第1の工程と、
所定の処理によって体積収縮する粘着材を前記エミッタ材料に付着させるとともに、その付着させた粘着材を前記所定の処理によって体積収縮させることにより、前記エミッタ材料を垂直に配向する第2の工程と
を有することを特徴とする表示装置の製造方法。As a manufacturing process of the electron-emitting device,
A first step of providing a fibrous emitter material in a fixed state on the cathode electrode formed on the support substrate;
Attaching a pressure-sensitive adhesive that contracts in volume by a predetermined process to the emitter material, and reducing the volume of the adhered adhesive by the predetermined process to vertically align the emitter material. A method for manufacturing a display device, comprising:
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