JP2005116417A - Manufacturing method of field emission cold-cathode device, field emission cold-cathode device, light-emitting device and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カーボンナノチューブを電子放出材料として用いた電界放出型冷陰極装置とその製造方法に関し,さらには,そのような冷陰極を備えた発光装置及び表示装置に関するものである。 The present invention relates to a field emission cold cathode device using carbon nanotubes as an electron emission material and a method for manufacturing the same, and further relates to a light emitting device and a display device including such a cold cathode.
カーボンナノチューブは電子放出材料として優れており,これを用いた電界放出型冷陰極装置が数多く開発されている。このような冷陰極装置と,蛍光を塗布した陽極とを組み合わせれば,発光装置を得ることができ,これを照明装置や表示装置として使うことができる。図1に,そのような発光装置の原理を示す。陰極基板10に陰極12が形成され,陰極12の上にカーボンナノチューブ層14が形成されている。陰極12の上方には引き出しグリッド16があり,引き出しグリッド16は絶縁層18によって陰極12から隔てられている。陽極基板20には陽極22が形成され,陽極22の上に蛍光体24が塗布されている。
Carbon nanotubes are excellent as an electron emission material, and many field emission cold cathode devices using the carbon nanotube have been developed. By combining such a cold cathode device and an anode coated with fluorescence, a light emitting device can be obtained, which can be used as a lighting device or a display device. FIG. 1 shows the principle of such a light emitting device. A
陰極12に対して引き出しグリッド16に正電圧(引き出し電圧)を印加すると,カーボンナノチューブ層14から電子15が放出される。また,引き出しグリッド16に対して陽極22に正電圧(加速電圧)を印加すると,放出電子15が蛍光体24に衝突し,そこから光26が発生して,透明な陽極基板20を透過して外部に出て行く。
When a positive voltage (extraction voltage) is applied to the
適正に形成されたカーボンナノチューブの電子放出開始電界は約4V/μmである。カーボンナノチューブ層14と引き出しグリッド16との距離(以下,グリッド距離という)を10μmに設定すれば,陰極12に対して引き出しグリッド16の電圧を+40V以上にすれば,電子放出が可能となる。装置設計上,引き出しグリッドの電圧は低いほど好ましいので,グリッド距離をできるだけ小さくする努力が払われている。しかしながら,基板材料や電極金属材料の反りやうねりなどのために,引き出しグリッド16を,大きな面積にわたって,10μm前後の距離でカーボンナノチューブ層14から離して維持することは難しい。そのために,グリッド距離を50〜200μmに設定している。この場合,陰極電位を0Vと仮定すると,グリッド電位は200〜800Vになり,さらに陽極電位は数kVの電位となる。
A properly formed carbon nanotube has an electron emission starting electric field of about 4 V / μm. If the distance between the
そこで,大きな面積にわたってグリッド距離を小さな一定値に維持できるものとして,絶縁層の表面に引き出しグリッドを形成した技術が知られている。この場合,絶縁層には電子放出用の開口を形成しておき,この開口の底部においてカーボンナノチューブが露出している。このような従来技術は,次の特許文献1,特許文献2及び特許文献3に開示されている。
特許文献1の実施例5では,基板上に陰極とカーボンナノチューブを形成して,その上に,感光性の絶縁層(例えば,感光性ポリイミド)を形成している。この絶縁層に開口を形成してから,絶縁層の表面に引き出しグリッドを形成している。絶縁層に形成した開口の底部にはカーボンナノチューブが露出している。絶縁層に開口を形成するには,感光性樹脂の露光・現像処理を用いている。絶縁層の所望の位置に所望のサイズで開口を形成するには,所定のパターンを形成した露光マスクを利用することになる。
In Example 5 of
特許文献2では,基板上に陰極と電子放出材料(例えば,カーボンナノチューブ)を形成して,これをフォトリソグラフィを用いてパターニングしている。その上に,感光性の絶縁層と感光性の導電膜を順に形成し,これらを同時に露光・現像することで,電子放出材料の存在する場所において,絶縁層と導電膜に開口を形成している。これにより,絶縁層の上に引き出しグリッド(導電膜)が形成され,開口の底部には電子放出材料が露出した状態になる。絶縁層と導電膜に開口を形成するには,やはり,所定のパターンを形成した露光マスクを利用することになる。
In
特許文献3では,まず,透明基板上に透明電極を形成して,これをパターニングしている。次に,全面にクロム膜を形成してから,透明電極の上だけにクロム膜が残るように,クロム膜をパターニングしている。その際,クロム膜の中央に開口を形成している。次に,全面にアルミニウム膜を形成してから,クロム膜の中央の開口を覆うように,アルミニウム膜をドット状にパターニングしている。次に,全面にネガ型の感光性絶縁物を塗布し,透明基板の裏側から露光して,現像する。クロム膜とアルミニウム膜がマスクの役割をするので,クロム膜とアルミニウム膜が形成されていない領域だけに絶縁層が残る。次に,全面に導電性感光性ペーストを塗布して,透明基板の裏側から露光することで,絶縁層の上にだけ導電膜が形成される。これが引き出し電極になる。次に,エッチング液を利用してドット状のアルミニウム膜を除去し,クロム膜の中央に開口を露出させる。次に,ネガ型の感光性のカーボンナノチューブを全面に塗布して,透明基板の裏側から露光して,現像する。これにより,クロム膜及び引き出し電極の上にあるカーボンナノチューブは除去され,クロム膜の中央の開口のところだけにカーボンナノチューブが残る。この従来技術においても,例えば,上述のクロム膜のパターニングのときに露光マスクを必要とする。 In Patent Document 3, first, a transparent electrode is formed on a transparent substrate and patterned. Next, after forming a chromium film on the entire surface, the chromium film is patterned so that the chromium film remains only on the transparent electrode. At that time, an opening is formed in the center of the chromium film. Next, after an aluminum film is formed on the entire surface, the aluminum film is patterned in a dot shape so as to cover the central opening of the chromium film. Next, a negative photosensitive insulator is coated on the entire surface, exposed from the back side of the transparent substrate, and developed. Since the chromium film and the aluminum film serve as a mask, the insulating layer remains only in the region where the chromium film and the aluminum film are not formed. Next, a conductive photosensitive paste is applied to the entire surface and exposed from the back side of the transparent substrate, whereby a conductive film is formed only on the insulating layer. This becomes a lead electrode. Next, the dot-like aluminum film is removed using an etching solution, and the opening is exposed at the center of the chromium film. Next, negative photosensitive carbon nanotubes are coated on the entire surface, exposed from the back side of the transparent substrate, and developed. As a result, the carbon nanotubes on the chromium film and the extraction electrode are removed, and the carbon nanotubes remain only at the central opening of the chromium film. Also in this prior art, for example, an exposure mask is required when patterning the chromium film described above.
上述の3件の従来技術によれば,絶縁層の表面上に引き出し電極を設けて,絶縁層の開口の底部にカーボンナノチューブを露出させることで,大きな面積にわたって,引き出し距離を小さな一定値に維持できるようになった。しかし,パターニングのための露光マスクが少なくとも1枚は必要である。したがって,半導体製造工程で使用しているような高価なマスクアライナーが必要である。 According to the three prior arts described above, the lead-out electrode is provided on the surface of the insulating layer, and the carbon nanotube is exposed at the bottom of the opening of the insulating layer, thereby maintaining the lead-out distance at a small constant value over a large area. I can do it now. However, at least one exposure mask for patterning is required. Therefore, an expensive mask aligner used in the semiconductor manufacturing process is required.
本発明の目的は,露光マスクを使用することなく,すべてセルフアラインで製造できる,電界放出型冷陰極装置及びその製造方法を提供することにある。また,そのような冷陰極装置を備えた発光装置及び表示装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a field emission cold cathode device and a method for manufacturing the same, which can be manufactured entirely in a self-aligned manner without using an exposure mask. Moreover, it is providing the light-emitting device and display apparatus provided with such a cold cathode apparatus.
本発明は、電界放出型冷陰極装置の製造方法において,次の各段階を備えている。(ア)透明な基板の第1表面に透明な陰極を形成する段階。(イ)前記陰極の表面に紫外光に対して不透明な多数の粒子を分散状態で載せて,前記陰極の表面を部分的に覆う段階。(ウ)前記粒子を加熱してこれを扁平化して分散マスクを形成し,この分散マスクを前記陰極に密着させる段階。(エ)前記分散マスクが密着した状態の前記陰極の表面に,ネガ型の感光性絶縁材料からなる絶縁層を形成する段階。(オ)前記基板の前記第1表面とは反対側の第2表面の側から光を照射して,前記絶縁層を露光する段階。(カ)前記絶縁層を現像して,前記分散マスクの上に存在する前記絶縁層を除去し,前記分散マスクが存在しない箇所に前記絶縁層を残す段階。(キ)前記絶縁層の表面及び露出した前記分散マスクの表面に導電膜を形成する段階。(ク)前記分散マスクを除去して,前記分散マスクの上に存在する前記導電膜も除去し,前記絶縁層の上に前記導電膜を残すとともに,前記陰極の表面の一部を露出させる段階。(ケ)前記導電膜の表面と前記露出した前記陰極の表面に,ポジ型のフォトレジスト層を形成する段階。(コ)前記基板の前記第2表面の側から光を照射して,前記フォトレジスト層を露光する段階。(サ)前記フォトレジスト層を現像して,前記導電膜が存在しない箇所の前記フォトレジスト層を除去し,前記導電膜の上に前記フォトレジスト層を残すとともに,前記陰極の表面の一部を露出させる段階。(シ)前記フォトレジスト層の表面と前記露出した前記陰極の表面に,カーボンナノチューブ層を形成する段階。(ス)前記フォトレジスト層を除去して,前記フォトレジスト層の上に存在する前記カーボンナノチューブの層も除去し,前記絶縁層の存在しない箇所の前記陰極の表面の上にカーボンナノチューブ層を残す段階。 The present invention includes the following steps in a method of manufacturing a field emission cold cathode device. (A) A step of forming a transparent cathode on the first surface of the transparent substrate. (A) A step of placing a large number of particles opaque to ultraviolet light on the surface of the cathode in a dispersed state and partially covering the surface of the cathode. (C) A step of heating the particles to flatten the particles to form a dispersion mask, and closely attaching the dispersion mask to the cathode. (D) A step of forming an insulating layer made of a negative photosensitive insulating material on the surface of the cathode in a state where the dispersion mask is in close contact therewith. (E) A step of exposing the insulating layer by irradiating light from a side of the second surface opposite to the first surface of the substrate. (F) developing the insulating layer, removing the insulating layer present on the dispersion mask, and leaving the insulating layer in a place where the dispersion mask does not exist; (G) forming a conductive film on the surface of the insulating layer and the exposed surface of the dispersion mask; (G) removing the dispersion mask, removing the conductive film existing on the dispersion mask, leaving the conductive film on the insulating layer, and exposing a part of the surface of the cathode; . (G) forming a positive photoresist layer on the surface of the conductive film and the exposed surface of the cathode; (Ko) exposing the photoresist layer by irradiating light from the second surface side of the substrate; (Sa) Developing the photoresist layer, removing the photoresist layer where the conductive film does not exist, leaving the photoresist layer on the conductive film, and forming a part of the surface of the cathode The stage to expose. (F) forming a carbon nanotube layer on the surface of the photoresist layer and the exposed surface of the cathode; (S) The photoresist layer is removed, the carbon nanotube layer existing on the photoresist layer is also removed, and the carbon nanotube layer is left on the surface of the cathode where the insulating layer does not exist. Stage.
この製造方法で製造された冷陰極装置は,カーボンナノチューブ層から絶縁層の厚さ分だけ離れた位置に導電膜が存在し,この導電膜が引き出しグリッドとなる。上から見ると,引き出しグリッドに開口部がランダムに形成された状態になり,この開口部の底部にカーボンナノチューブ層が露出している。上記開口部の位置は,最初に分散マスクが陰極上に載った位置である。 In the cold cathode device manufactured by this manufacturing method, a conductive film exists at a position separated from the carbon nanotube layer by the thickness of the insulating layer, and this conductive film becomes a lead grid. When viewed from above, the openings are randomly formed in the drawer grid, and the carbon nanotube layer is exposed at the bottom of the openings. The position of the opening is the position where the dispersion mask is first placed on the cathode.
前記(エ)の段階におけるネガ型の感光性絶縁材料は感光性ポリイミドにするのが好ましい。感光性ポリイミドは耐熱性があり,真空中で用いても脱ガスの影響は無視できるほど小さい。また,前記(イ)の段階における粒子の材質は,感光性絶縁材料の露光に使う紫外光(波長が約300〜370nmの範囲)に対して不透明であるような熱可塑性樹脂にするのが好ましく,例えばポリスチレンにするのが好ましい。さらに,この粒子の平均サイズは0.5〜2.0μmの範囲内にするのが好ましい。 The negative photosensitive insulating material in the step (d) is preferably a photosensitive polyimide. Photosensitive polyimide has heat resistance, and the effect of degassing is negligible even when used in vacuum. The material of the particles in the step (a) is preferably a thermoplastic resin that is opaque to ultraviolet light (wavelength in the range of about 300 to 370 nm) used for exposure of the photosensitive insulating material. For example, polystyrene. Further, the average size of the particles is preferably in the range of 0.5 to 2.0 μm.
また,本発明の電界放出型冷陰極装置は,上述の製造方法によって製造されたものである。さらに,本発明の発光装置は,このような冷陰極装置を含む冷陰極ユニットと,この冷陰極ユニットに対向する陽極ユニットとを備えるものである。さらに,本発明の表示装置は,このような冷陰極装置を含む冷陰極ユニットと,この冷陰極ユニットに対向する陽極ユニットとを備えていて,前記陽極ユニットがマトリクス状に配置された多数の画素電極を備えているものである。 The field emission cold cathode device of the present invention is manufactured by the above-described manufacturing method. Furthermore, the light emitting device of the present invention includes a cold cathode unit including such a cold cathode device and an anode unit facing the cold cathode unit. Furthermore, the display device of the present invention includes a cold cathode unit including such a cold cathode device, and an anode unit facing the cold cathode unit, and a plurality of pixels in which the anode units are arranged in a matrix. An electrode is provided.
上述の製造方法を用いることにより,露光マスクを使用することなく,すべてセルフアラインで,電界放出型冷陰極装置を製造することができる。したがって,マスクアライナーのような高価な製造設備が不要となる。 By using the manufacturing method described above, a field emission cold cathode device can be manufactured in a self-aligned manner without using an exposure mask. Therefore, expensive manufacturing equipment such as a mask aligner is not required.
次に,本発明の実施例を図面を参照して詳しく説明する。図2〜図4は,本発明に係る電界放出型冷陰極装置の製造方法の一実施例について,その工程A〜工程Jを模式的に示した断面図である。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 2 to 4 are cross-sectional views schematically showing steps A to J of an embodiment of the method for manufacturing a field emission cold cathode device according to the present invention.
図2の工程Aにおいて,透明なガラス基板30の第1表面31(図面における上側の面)に,ITO膜からなる透明な陰極32を形成する。この陰極32の表面に通常のクリーニングプロセスを実施する。そして,陰極32の表面に,平均サイズが1μm程度の多数のポリスチレンの粒子34を分散状態で電着する。ポリスチレンの平均サイズは,0.5〜2.0μm程度の範囲内にするのが好ましい。ポリスチレンは,後述する感光性ポリイミドの露光処理で使用する紫外光(約365nm)に対して,不透明である。粒子34は個々の電荷により分散しランダムに付着することになる。稀に粒子34同士が互いに接触する場合があるかもしれないが,特に不都合はない。粒子34の分散密度は,電着処理の時間と電流にほぼ比例するので,こられを制御することで分散密度を調整できる。粒子間の平均距離が5〜10μm程度の分散密度にするのが適当である。平均距離が10μmと仮定すると,1平方cm当たり百万個の粒子数となる。なお,ポリスチレンの代わりに,紫外光(波長が約300〜370nmの範囲)に対して不透明であるようなその他の熱可塑性樹脂を用いてもよい。
In step A of FIG. 2, a
次に,工程Bにおいて,基板30を約200℃に加熱する。粒子は軟化して扁平化し,概略円板36となって陰極32に密着する。この円板36は,後述する露光処理においてマスクの役割を果たすことになるので,以下,これを分散マスクと呼ぶことにする。1μmの粒子が扁平化することにより,分散マスク36の大きさは約1.5μmになる。
Next, in step B, the
次に,工程Cにおいて,分散マスク36が形成された状態の陰極32の全面に,ネガ型の感光性ポリイミドからなる絶縁層38をスピンコータを用いて厚さ10μmに塗布する。そして,基板30の第2表面33(第1表面31とは反対側の面,すなわち図面の下面)の側から光35を照射して,絶縁層38を露光する。
Next, in step C, an insulating
次に,工程Dにおいて,絶縁層38を現像する。不透明な分散マスク36の上に存在していた絶縁層38の部分には光35が当たらないので,この部分の絶縁層38は現像により除去される。分散マスク36が存在しない領域の絶縁層38は,光35が当たるので,現像してもそのまま残る。したがって,分散マスク36の上方に開口40が形成される。その後,絶縁層38を加熱処理して硬化させる。
Next, in step D, the insulating
次に,図3の工程Eにおいて,基板30の第1表面の側の全面に,アルミニウムからなる導電膜42を蒸着法により形成する。その膜厚は1μm程度が適当である。導電膜42は,絶縁層38の上と,開口40の底部に露出している分散マスク36の上に,堆積する。
Next, in step E of FIG. 3, a
次に,工程Fにおいて,アセトンなどの有機溶媒を用いて,ポリスチレン製の分散マスク36(工程Eを参照)を溶解して除去する。同時に,分散マスクの上の導電膜も除去される。これにより,開口40が形成された絶縁層38の上に導電膜42が形成された状態が得られる。開口40の底部には陰極32が露出している。
Next, in Step F, the
次に,工程Gにおいて,基板30の第1表面の側の全面に,ポジ型のフォトレジスト44をスピンコータを用いて塗布する。そして,基板30の第2表面33の側から光46を照射して,フォトレジスト44を露光する。
Next, in Step G, a
次に,工程Hにおいて,フォトレジスト44を現像する。不透明な導電膜42の上に存在するフォトレジスト44の部分には光46が当たらないので,この部分のフォトレジスト44は現像してもそのまま残る。導電膜42が存在しない領域のフォトレジスト44には光46が当たるので,この部分のフォトレジスト44は現像により除去される。
Next, in step H, the
次に,図4の工程Iにおいて,開口40の底部に露出した陰極32の表面を軽くプラズマ・クリーニングして清浄化する。そして,基板30の第1表面の側の全面に,カーボンナノチューブ層48を,低温CVD法,あるいはカーボンナノチューブを含むインクを用いた印刷法で,堆積する。カーボンナノチューブ層48は,フォトレジスト44の上と,開口40の底部に露出した陰極32の上に,堆積する。
Next, in step I of FIG. 4, the surface of the
次に,工程Jにおいて,フォトレジスト44(工程Iを参照)を除去すると,その上のカーボンナノチューブ層48も除去されて,開口40の底部に露出した陰極32の上だけにカーボンナノチューブ層48が残る。その結果,絶縁層38の開口40の底部にカーボンナノチューブ層48が露出し,絶縁層38の上に導電膜42(これが,引き出しグリッドとなる)が存在する状態が得られる。絶縁層38の厚さは約10μmなので,グリッド距離が約10μmの冷陰極装置が得られたことになる。
Next, in Step J, when the photoresist 44 (see Step I) is removed, the
以上の説明から明らかなように,この冷陰極装置を製造するのに露光マスクは一切不要である。すべての処理がセルフアライメントで実施できる。図5は出来上がった冷陰極装置を模式的に示す斜視図である。絶縁層38の一部は切り欠いて示している。基板30の上に陰極12が形成され,陰極12の上には絶縁層38がある。この絶縁層38には開口40が分散状態でランダムに形成されている。開口40の位置は,最初にポリスチレンの粒子が分散して電着された位置である。開口40の底部にはカーボンナノチューブ層48が露出している。絶縁層38の上には導電膜42が形成されている。この導電膜42が引き出しグリッドになる。
As is apparent from the above description, no exposure mask is required to manufacture this cold cathode device. All processing can be performed by self-alignment. FIG. 5 is a perspective view schematically showing the completed cold cathode device. A part of the insulating
次に,このような冷陰極装置を用いた発光装置の構造を説明する。そのような発光装置は,照明用の光源や液晶表示装置のバックライト光源として有用である。また,陽極ユニットとして,TFT等の能動素子を設けた多数の画素電極をマトリックス状に形成したものを用意すれば,以下に述べる発光装置は,いわゆるアクティブマトリクス型の表示装置にもなる。図6は発光装置の分解斜視図である。陰極ユニット49と陽極ユニット50が,低融点合金からなる封止箔52で封止されるようになっている。陽極ユニット50は中央で切断した状態を示している。
Next, the structure of a light emitting device using such a cold cathode device will be described. Such a light emitting device is useful as a light source for illumination or a backlight light source of a liquid crystal display device. In addition, if an anode unit having a large number of pixel electrodes provided with active elements such as TFTs formed in a matrix is prepared, the light emitting device described below can be a so-called active matrix display device. FIG. 6 is an exploded perspective view of the light emitting device. The
陰極ユニット49の基本的な構造は,上述のようにして製造された冷陰極装置である。すなわち,透明なガラス製の陰極基板30の上に透明な陰極32が形成されていて,その上に絶縁層と導電膜42が形成されている。絶縁層の開口部の底部にはカーボンナノチューブ層が露出している。導電膜42の上にはインナースペーサ54が縦横15mm間隔で立てられる。この間隔は,陰極基板と陽極基板の厚さに依存する。陰極基板と陽極基板の厚さを1mmと仮定すると,上述のように15mmの間隔で立てるのが適当である。インナースペーサ54の高さは,印加する陽極電圧に依存するが,1〜5mm程度である。インナースペーサ54は,もしこれを絶縁材料で形成すると,陰極からの電子衝撃に曝されたときに負電位にチャージされて,陽極に向かう電子軌道を曲げてしまうことが知られている。そのような問題を避けるために,インナースペーサ54は,半導体ガラスなどの導電性の材料で形成する。
The basic structure of the
陰極基板30の周縁部には,封止用として,金あるいは銀の厚膜からなる封止膜56を印刷形成し,これを焼成する。封止膜56の形成幅は,陰極基板30の長辺の寸法の1%程度が適当である。封止膜56の厚さは,焼成後において20μm以上が必要である。
A sealing
陽極ユニット50においては,透明なガラス製の陽極基板58の周縁部に,枠状のガラス片をフリットガラスで溶着して,これを外周スペーサ60とする。なお,この外周スペーサ60は型押し成形で形成することもできる。外周スペーサ60の高さは,インナースペーサ54とほぼ同じ1〜5mm程度である。外周スペーサ60の表面(図の下面)には金あるいは銀の厚膜からなる封止膜62を印刷形成して焼成する。封止膜62の形成幅と厚さは,陰極基板30の側の封止膜56と同様である。
In the
陽極基板58の内面には,ITO膜からなる透明な陽極63(図10を参照)が形成され,その上に蛍光体64が形成されている。蛍光体64は,沈殿,電着,インクジェット印刷などの手法で形成でき,その形成サイズは,対向する陰極32のサイズと同程度である。
A transparent anode 63 (see FIG. 10) made of an ITO film is formed on the inner surface of the
枠状の封止箔52は250〜300℃の融点をもち,その形状は,外周スペーサ60の端面形状と同じである。封止箔52の厚さは約30μmである。
The frame-shaped sealing
図10は,図6に示す発光装置の分解断面図である。陰極基板30と陽極基板58の外周スペーサ60とが,陰極基板30の側の封止膜56と,封止箔52と,外周スペーサ60の側の封止膜62とによって封止されることが明瞭に示されている。陽極基板58の内面には陽極63と蛍光体64が形成されている。
FIG. 10 is an exploded cross-sectional view of the light-emitting device shown in FIG. The
図7は陰極ユニット49の斜視図である。陰極基板30のひとつの短辺に沿って,グリッド電位導入部66と第1ゲッター装置68と陽極電位導入部70が形成されている。また,陰極基板30の他方の短辺に沿って,陰極電位導入部72と第2ゲッター装置74と接地電位導入部76が形成されている。
FIG. 7 is a perspective view of the
図8は,陰極基板30のひとつの短辺の近傍を拡大して示す斜視図である。陰極基板30の第1表面31(図の上側の面)には,陰極32と短辺の間の領域において,グリッド用リード固定座78と,第1ゲッター固定座80と,陽極用リード固定座82が,金あるいは銀の厚膜で印刷形成されている。グリッド用リード固定座78には開口84が形成されていて,この開口84は,陰極基板30に形成された貫通孔につながっている。陽極用リード固定座82にも開口が形成されていて,この開口も陰極基板30に形成された貫通孔につながっている。第1のネイルヘッドリード88は,低融点合金製のリング箔90に挿入されてから,グリッド用リード固定座78の開口84と,陰極基板30の貫通孔に挿入される。第1のネイルヘッドリード88の先端は陰極基板30の裏側(図の下面側)に突き出している。陰極基板30を加熱すると,リング箔90が溶けて,第1のネイルヘッドリード88とグリッド用リード固定座78とが接続される。グリッド用リード固定座78にはボンディングワイヤー96(金またはアルミニウムのワイヤー)の一端が接続され,他端は導電膜42(引き出しグリッド)に接続される。第1のネイルヘッドリード88の先端は,陰極基板30の外側(図面の下側)で電気回路に接続される。これにより,第1のネイルヘッドリード88とボンディングワイヤー96を介して,導電膜42にグリッド電位が印加される。
FIG. 8 is an enlarged perspective view showing the vicinity of one short side of the
第2のネイルヘッドリード92は,低融点合金製のリング箔94と,陽極接触子98の貫通孔とに挿入されてから,陽極用リード固定座82の開口86と陰極基板30の貫通孔とに挿入される。陽極接触子98は陽極用リード固定座82に溶接される。陽極接触子98の上端は陽極ユニット側の陽極に接触するようになっている。第2のネイルヘッドリード92の先端は陰極基板30の裏側(図の下面側)に突き出している。陰極基板30を加熱すると,リング箔94が溶けて,第2のネイルヘッドリード92と陽極接触子98とが接続される。第2のネイルヘッドリード92の先端は,陰極基板30の外側(図面の下側)で電気回路に接続される。これにより,第2のネイルヘッドリード92と陽極接触子98を介して,陽極に陽極電位が印加される。第1ゲッター固定座80には第1ゲッター100が溶接される。
The second
図9は,陰極基板30の他方の短辺の近傍を拡大して示す斜視図である。この他方の短辺と陰極32との間の領域には,陰極用リード固定座102と,第2ゲッター固定座104が,金あるいは銀の厚膜で形成されている。また,周縁部の封止膜56と一体に接地用リード固定座106が形成されている。陰極用リード固定座102は陰極32と部分的に重なっていて(図10を参照),陰極32に電気的に接続している。陰極用リード固定座102には開口108が形成されていて,この開口108は,陰極基板30に形成された貫通孔につながっている。接地用リード固定座106にも開口110が形成されていて,この開口110も陰極基板30に形成された貫通孔につながっている。第3のネイルヘッドリード112は,低融点合金製のリング箔114に挿入されてから,陰極用リード固定座102の開口108と陰極基板30の貫通孔に挿入される。第3のネイルヘッドリード112の先端は陰極基板30の裏側(図の下面側)に突き出している。陰極基板30を加熱すると,リング箔114が溶けて,第3のネイルヘッドリード112と陰極用リード102とが接続される。第3のネイルヘッドリード112の先端は,陰極基板30の外側(図面の下側)で電気回路に接続される。これにより,第3のネイルヘッドリード112と陰極用リード固定座102を介して,陰極32に陰極電位が印加される。
FIG. 9 is an enlarged perspective view showing the vicinity of the other short side of the
第4のネイルヘッドリード116は,低融点合金製のリング箔118に挿入されてから,接地用リード固定座106の開口110と陰極基板30の貫通孔とに挿入される。第4のネイルヘッドリード116の先端は陰極基板30の裏側(図の下面側)に突き出している。陰極基板30を加熱すると,リング箔118が溶けて,第4のネイルヘッドリード116と接地用リード固定座106とが接続される。第4のネイルヘッドリード116の先端は,陰極基板30の外側(図面の下側)で電気回路に接続される。これにより,第4のネイルヘッドリード116と接地用リード固定座106を介して,周縁部の封止膜56に接地電位が印加される。第2ゲッター固定座104には第2ゲッター120が溶接される。この発光装置では,上述の第1ゲッターと合わせて,2個のゲッターを備えている。このように複数のゲッターを備えることにより,良好な真空度を維持できる。
The fourth
図10において,第3ネイルヘッドリード112が,リング箔114と陰極用リード固定座102と陰極基板30とを貫通することが明瞭に示されている。ほかのリード88,92,116(図8と図9を参照)も同様に陰極基板30を貫通する。
In FIG. 10, it is clearly shown that the third
4本のリード88,92,112,116(図8と図9を参照)の材質は,426合金(ニッケル42%,クロム6%,残部が鉄)または48合金(ニッケル48%,残部が鉄)である。これらのリードの軸部の直径は,陰極基板に形成された貫通孔よりも小さい。リードの頭部には,陰極基板に形成された貫通孔よりも大きなネイルヘッドがある。 The four leads 88, 92, 112, and 116 (see FIGS. 8 and 9) are made of 426 alloy (42% nickel, 6% chromium, balance iron) or 48 alloy (48% nickel, balance iron). ). The diameters of the shaft portions of these leads are smaller than the through holes formed in the cathode substrate. At the head of the lead, there is a nail head larger than the through-hole formed in the cathode substrate.
次に,この発光装置の全体的な製造手順を説明する。図6において,陰極基板30に,4本のリード88,92,112,116(図8と図9を参照)を通すための貫通孔を形成する。貫通孔の直径は約0.4mmである。陰極基板30の第1表面の全面にITOからなる陰極32を形成し,これを所定の陰極サイズにエッチングする。陰極基板30の第1表面の周縁部に封止膜56を印刷し,これを焼成する。この封止膜56の印刷と同時に,リード固定座78,82,102,106及びゲッター固定座80,104(図8と図9を参照)も形成する。次に,陰極32の上に,図2〜図4に示した工程に従って,電界放出型冷陰極装置を形成する。
Next, an overall manufacturing procedure of the light emitting device will be described. In FIG. 6, through holes for passing four leads 88, 92, 112, 116 (see FIGS. 8 and 9) are formed in the
一方,陽極基板58の第1表面の側にITOからなる陽極63を形成する。そして,陽極基板58の第1表面の周縁部に外周スペーサ60を形成する。外周スペーサ60の端面に封止膜62を印刷し,これを焼成する。陽極63の上に蛍光体64(図10を参照)を形成する。
On the other hand, an
インナースペーサ54の一端に仮固定用の接着剤を塗って,これを電界放出型冷陰極装置の導電膜42の上に立てる。図8と図9において,2つのゲッター固定座80,104にゲッター100,120をレーザー溶接する。陽極用リード固定座82には陽極接触子98を溶接する。グリッド用リード固定座78にはボンディングワイヤー96の一端を接続し,他端を導電膜42に接続する。4本のリード88,92,112,116をリング箔90,94,114,118に通してから,陰極基板30に挿入する。
A temporary fixing adhesive is applied to one end of the
図6に戻って,外周スペーサ60の形に切り抜いた封止箔52を,陰極ユニット49の封止膜56の上に置く。その上方には,陽極ユニット50を保持する。これらを真空容器の中に入れて排気する。排気中に脱ガスを促進するために,しばらく250℃に維持する。その後,陽極ユニット50を下降して,封止箔52の上に,陽極ユニット50の封止膜62を載せる。温度を300℃に上げて,封止箔52とリング箔90,94,114,118(図8と図9を参照)を溶かし,その後,冷却する。これにより,陰極ユニット49と陽極ユニット50の間の封着と,4本のリード88,92,112,116(図8と図9を参照)の溶着とが完了する。なお,真空容器の内部には,陽極ユニット50を昇降可能に保持する昇降装置があり,この昇降装置により,陽極ユニット50を陰極ユニット49上の封止箔52に,適度の圧力で押し付けることができる。
Returning to FIG. 6, the sealing
陰極基板30に排気孔を形成しておいてもよい。この場合は,陰極ユニット49と陽極ユニット50を還元雰囲気中で加熱封止することができ,その後,これらを真空容器の中に入れて,上記排気孔を介して,発光装置の内部の空気を排気できる。排気終了後は排気孔にパッチを当てて塞ぐ。
An exhaust hole may be formed in the
本発明の冷陰極装置は絶縁層にポリイミドを使っており,このポリイミドは耐熱性の高い樹脂であるが,380℃を超える環境には耐えられない。したがって,この冷陰極装置を備えた発光装置を製造する場合は,380℃よりも低い温度ですべての処理を実行する必要がある。ゆえに,通常のフラットパネルディスプレイで用いているフリットガラスを封止材に用いることができない。そこで,上述のように,封止材として低融点合金を用いている。低融点合金は,融点や作業性の点でいろいろな種類があるが,実験によれば,Au80%−Sn20%の金錫合金が良好な封止特性を示した。また,条件を工夫すれば,価格の安いSn80%−Au20%の錫金合金や銀錫合金も利用できると考えられる。低融点合金を使っている箇所は,図6の封止箔52及び封止膜56,62と,図8または図9のリング箔90,94,114,118である。
The cold cathode device of the present invention uses polyimide for the insulating layer, and this polyimide is a resin having high heat resistance, but cannot withstand an environment exceeding 380 ° C. Therefore, when manufacturing a light emitting device equipped with this cold cathode device, it is necessary to perform all processing at a temperature lower than 380 ° C. Therefore, the frit glass used in the normal flat panel display cannot be used as the sealing material. Therefore, as described above, a low melting point alloy is used as the sealing material. There are various types of low melting point alloys in terms of melting point and workability. According to experiments,
図11は上述の発光装置の動作を示す。陰極32を基準にして引き出しグリッド(導電膜)42に正の電圧(例えば40V)を印加すると,カーボンナノチューブ層48から電子122が電界放出される。陰極32を基準にして陽極63に,引き出しグリッド42よりも高い正の電圧(例えば80V)を印加すると,電子122は陽極63に向かって加速され,蛍光体64に衝突する。蛍光体64から光124が放出され,これが透明な陽極基板58を透過して外部に出て行く。蛍光体として酸化亜鉛蛍光体を使用した場合の発光装置の仕様例を述べると,外形寸法が92mm×72mm×6mm,発光部サイズが80mm×60mm,グリッド電圧が40V,陽極電圧が80V,消費電力が約3Wであり,そのときの発光輝度は1平方メートル当たり1万cdである。
FIG. 11 shows the operation of the light-emitting device described above. When a positive voltage (for example, 40 V) is applied to the extraction grid (conductive film) 42 with respect to the
次に,発光装置の別の例を説明する。図12はその斜視図であり,一部を切り欠いて内部を示している。また,長手方向の中央部分は省略して示している。この発光装置は,円筒状の陽極ユニット126の内部に円筒状の陰極ユニット128を同心状に配置したものである。図13は図12の発光装置の一方の端部(図12の右端)付近の縦断面図である。陽極ユニット126は大径の円筒状のガラス管130の内面に透明な陽極132と蛍光体134を形成したものである。陰極ユニット128は小径の円筒状のガラス管136の外周面に陰極138とカーボンナノチューブ層140と絶縁層142と引き出しグリッド144を形成したものである。陰極ユニットの構造とその製造方法は,局部的に見れば,図2〜図5に示した冷陰極装置と同じである。ただ,全体形状が平面的か円筒状かの違いがあるだけである。
Next, another example of the light emitting device will be described. FIG. 12 is a perspective view showing a part cut out. Further, the central portion in the longitudinal direction is omitted. In this light emitting device, a
図13において,内側のガラス管136の端部にはステム146が形成されていて,その外周面は外側のガラス管130に封止されている。ステム146には2本のリード147,148が貫通している。陰極用のリード147は,ガラス管136の表面上の配線膜150(図12も参照)を介して陰極138につながっている。引き出しグリッド用のリード148は,ボンディングワイヤー152を介して引き出しグリッド144につながっている。
In FIG. 13, a
図12において,外側のガラス管130の他方の端部(左端)には陽極リード組立体154が固定されている。図15は陽極リード組立体154の斜視図である。陽極リード156に陽極接触体158が,陽極接触体158のボス部160のところで,溶接により固定されている。陽極リード156の先端はボス部160を貫通しており,その先端にはリング状のゲッター162が溶接で固定されている。陽極接触体158は末広がり形状の3個の接触子164を等間隔に備えている。この接触子164は先端が緩やかに折れ曲がっていて,その頂部166が,外側のガラス管の内面の陽極に接触することになる。この陽極接触体158は,ばね性を備える導電材料(例えば,ステンレス鋼SUS340)で形成されている。3個の接触164のそれぞれの頂部166を通る仮想円の直径は,陽極の内径よりもわずかに大きくなっている。したがって,各接触子164の頂部166が陽極に電気的に接触した状態では,接触子164がわずかに内側に弾性的に変形した状態になり,その弾性復元力によって適度な接触圧力が保たれる。接触子164の構造は図示のような三つ割構造に限ることはなく,適度な接触圧力を維持できればほかの構造でもよい。
In FIG. 12, an
陽極リード156の途中にはジュメット線が接続されていて,このジュメット線の外周にガラスビード168が設けられている。このガラスビード168は,図12に示すように,ガラス管130の端部と陽極リード組立体154とを封止するのに用いる。
A dumet wire is connected in the middle of the
図14は図12に示す発光装置の横断面図である。陰極ユニット128から放射状に放出された電子170は,陽極ユニット126の蛍光体134に当たり,そこからの光172がガラス管130を透過して外部に放射状に出て行く。蛍光体として酸化亜鉛蛍光体を使用した場合の円筒状の発光装置の仕様例を述べると,外形寸法が直径22mm×長さ150mm,発光部サイズが直径22mm×長さ120mm,グリッド電圧が40V,陽極電圧が120V,消費電力が約7Wであり,そのときの発光輝度は1平方メートル当たり2万7千cdである。
14 is a cross-sectional view of the light emitting device shown in FIG.
30 陰極基板
31 第1表面
32 陰極
33 第2表面
34 粒子
35 光
36 分散マスク
38 絶縁層
40 開口
42 導電膜(引き出しグリッド)
44 フォトレジスト
46 光
48 カーボンナノチューブ層
30
44
Claims (8)
(ア)透明な基板の第1表面に透明な陰極を形成する段階。
(イ)前記陰極の表面に紫外光に対して不透明な多数の粒子を分散状態で載せて,前記陰極の表面を部分的に覆う段階。
(ウ)前記粒子を加熱してこれを扁平化して分散マスクを形成し,この分散マスクを前記陰極に密着させる段階。
(エ)前記分散マスクが密着した状態の前記陰極の表面に,ネガ型の感光性絶縁材料からなる絶縁層を形成する段階。
(オ)前記基板の前記第1表面とは反対側の第2表面の側から光を照射して,前記絶縁層を露光する段階。
(カ)前記絶縁層を現像して,前記分散マスクの上に存在する前記絶縁層を除去し,前記分散マスクが存在しない箇所に前記絶縁層を残す段階。
(キ)前記絶縁層の表面及び露出した前記分散マスクの表面に導電膜を形成する段階。
(ク)前記分散マスクを除去して,前記分散マスクの上に存在する前記導電膜も除去し,前記絶縁層の上に前記導電膜を残すとともに,前記陰極の表面の一部を露出させる段階。
(ケ)前記導電膜の表面と前記露出した前記陰極の表面に,ポジ型のフォトレジスト層を形成する段階。
(コ)前記基板の前記第2表面の側から光を照射して,前記フォトレジスト層を露光する段階。
(サ)前記フォトレジスト層を現像して,前記導電膜が存在しない箇所の前記フォトレジスト層を除去し,前記導電膜の上に前記フォトレジスト層を残すとともに,前記陰極の表面の一部を露出させる段階。
(シ)前記フォトレジスト層の表面と前記露出した前記陰極の表面に,カーボンナノチューブ層を形成する段階。
(ス)前記フォトレジスト層を除去して,前記フォトレジスト層の上に存在する前記カーボンナノチューブの層も除去し,前記絶縁層の存在しない箇所の前記陰極の表面の上にカーボンナノチューブ層を残す段階。 A manufacturing method of a field emission cold cathode device comprising the following steps.
(A) A step of forming a transparent cathode on the first surface of the transparent substrate.
(A) A step of placing a large number of particles opaque to ultraviolet light on the surface of the cathode in a dispersed state and partially covering the surface of the cathode.
(C) A step of heating the particles to flatten the particles to form a dispersion mask, and closely attaching the dispersion mask to the cathode.
(D) A step of forming an insulating layer made of a negative photosensitive insulating material on the surface of the cathode in a state where the dispersion mask is in close contact therewith.
(E) A step of exposing the insulating layer by irradiating light from a side of the second surface opposite to the first surface of the substrate.
(F) developing the insulating layer, removing the insulating layer present on the dispersion mask, and leaving the insulating layer in a place where the dispersion mask does not exist;
(G) forming a conductive film on the surface of the insulating layer and the exposed surface of the dispersion mask;
(G) removing the dispersion mask, removing the conductive film existing on the dispersion mask, leaving the conductive film on the insulating layer, and exposing a part of the surface of the cathode; .
(G) forming a positive photoresist layer on the surface of the conductive film and the exposed surface of the cathode;
(Co) irradiating light from the second surface side of the substrate to expose the photoresist layer;
(Sa) Developing the photoresist layer, removing the photoresist layer where the conductive film does not exist, leaving the photoresist layer on the conductive film, and forming a part of the surface of the cathode The stage to expose.
(F) forming a carbon nanotube layer on the surface of the photoresist layer and the exposed surface of the cathode;
(S) The photoresist layer is removed, the carbon nanotube layer existing on the photoresist layer is also removed, and the carbon nanotube layer is left on the surface of the cathode where the insulating layer does not exist. Stage.
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