JP2005190889A - 電子放出素子、電子源、画像表示装置およびこれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板１上に共通配線電極（信号線）４ａ，４ｂを形成する電極形成工程と、該共通配線電極（信号線）４ａ，４ｂ上に繊維状材料集合体６ａ，６ｂで構成された電子放出部を形成する電子放出部形成工程とを有する電子放出素子の製造方法において、電子放出素子の特性を低下させることなく、帯電防止膜７による異常放電防止を図ることができるようにする。
【解決手段】 電極形成工程の後に、共通配線電極（信号線）４ａ，４ｂの少なくとも一部を覆うレジストパターン４０ａ，４０ｂを形成するレジスト工程を施してから前記帯電防止膜形成工程をし、その後、共通配線電極（信号線）４ａ，４ｂ上のレジストパターン４０ａ，４０ｂを帯電防止膜７と共に剥離するレジスト剥離工程を施してから前記電子放出部形成工程を施して、レジストパターン４０ａ，４０ｂが剥離された共通配線電極（信号線）４ａ，４ｂ上に繊維状材料集合体６ａ，６ｂで構成された電子放出部を形成する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、基板上に設けられた電極と、該電極上に設けられた繊維状電子放出体を有する電子放出素子、この電子放出素子を複数備えた電子源、この電子源を用いた画像表示装置およびこれらの製造方法に関する。

近年、例えば、電界放出型素子（ＦＥ型素子）、金属／絶縁層／金属型素子（ＭＩＭ素子）、表面伝導型電子放出素子（ＳＣＥ素子）などの電子放出素子を用いたパネル型画像表示装置が提案されている。

上記画像表示装置は、例えばマトリクス駆動される複数の電子放出素子を電気的絶縁性の基板上に形成した電子源と、電子線の照射により画像を表示する画像形成部材とを対向配置したもので、画像表示部材側に高電圧をかけ、電子放出素子から放出された電子を加速して蛍光体などの画像形成部材に入射させることで発光画像を得るものとなっている。

ところで、画像表示部材側に高電圧をかけると、対向する電子放出素子の周りの基板面には、真空と絶縁体の誘電率で決まる容量分割による電位が発生する。この電位は、基板の絶縁性が良好であればあるほど時定数が長く、帯電したままである。更に、この状態で電子放出素子から電子を放出すると、電子は帯電した基板面にも衝突する。この時、電子が加速されることより、基板表面に電子やイオンなどの荷電粒子が注入されると、二次電子が発生し、特に高電界下では、異常放電に至るため、電子放出素子の電子放出特性が著しく低下し、最悪の場合、電子放出素子が破壊することが実験的に確かめられている。

従来、ＳＣＥ素子を用いた画像表示装置における上記異常放電を防止するために、真空蒸着法やスパッタ蒸着法によって高抵抗の導電膜を帯電防止膜として形成する方法や、帯電防止材料を含む溶液をスプレーして帯電防止膜を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１などを参照）。

特開２００２−３５８８７４

しかしながら、電子放出素子の中でも、繊維状材料の集合体で電子放出部を形成した電子放出素子である場合に上記帯電防止膜の形成を適用すると、帯電防止膜の形成時に繊維状材料が汚損されて電子放出特性が劣化し、色ずれ、輝度ムラ、ゆらぎからくるノイズ感が増大する問題がある。また、特に帯電防止材料を含む溶液のスプレーによる帯電防止膜の形成においては、毛細管現象により、繊維状材料の形成領域に溶液が抱き込まれやすく、溶液の付着による繊維状材料の曲がりや倒れによる電子放出特性（ＶＩ特性）の劣化、繊維状材料の形成領域周囲の溶液が繊維状材料の形成領域へと取り込まれることによる帯電防止膜の形成ムラの発生、繊維状材料の必要以上の汚損などを生じやすい問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、電子放出素子の特性を低下させることなく、帯電防止膜による異常放電防止を図ることができるようにすることを目的とする。

上記目的のために、本発明の第１は、基板上に設けられた電極と、該電極上に設けられた繊維状材料の集合体で構成された電子放出部を有する電子放出素子において、前記電子放出部を除く領域に帯電防止膜が形成されていることを特徴とする電子放出素子
を提供するものである。

上記本発明の第１は、前記繊維状材料が、カーボンナノチューブまたはグラファイトナノファイバーであることを好ましい態様として含むものである。

本発明の第２は、上記本発明の第１に係る電子放出素子を複数備えていることを特徴とする電子源を提供するものである。

本発明の第３は、上記本発明の第２に係る電子源と、電子線の照射により画像を表示する画像形成部材とが対向配置されていることを特徴とする画像表示装置を提供するものである。

本発明の第４は、基板上に電極を形成する電極形成工程と、該電極上に繊維状材料の集合体で構成された電子放出部を形成する電子放出部形成工程とを有する電子放出素子の製造方法において、前記電子放出部形成工程の前に、少なくとも基板上に帯電防止膜を形成する帯電防止膜形成工程を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法を提供するものである。

上記本発明の第４は、前記帯電防止膜形成工程が、帯電防止材料を含む溶液または分散液を塗布する工程を含むこと、
電極形成工程の後に、少なくとも電極の一部を覆うレジストパターンを形成するレジスト工程を施してから前記帯電防止膜形成工程を施し、その後、電極上のレジストを帯電防止膜と共に剥離するレジスト剥離工程を施してから前記電子放出部形成工程を施して、レジストが剥離された電極上に前記繊維状材料の集合体で構成された電子放出部を形成すること
前記電子放出部形成工程が、カーボンナノチューブまたはグラファイトナノファイバーを前記電極上に形成する工程であること
を好ましい態様として含むものである。

また、本発明の第５は、上記本発明の第４に係る電子放出素子の製造方法により、基板上に複数の電子放出素子を形成する工程を有することを特徴とする電子源の製造方法を提供するものであり、さらに本発明の第６は、上記本発明の第５に係る電子源の製造方法で製造した電子源と、電子線の照射により画像を表示する画像形成部材とを対向配置する工程を有することを特徴とする画像表示装置の製造方法を提供するものである。

本発明の電子放出素子、電子源および画像表示装置は、いずれも繊維状材料の集合体である電子放出部には帯電防止膜が形成されていないことから、帯電防止材料などの付着による繊維状材料の曲がり、折れ、汚損による特性劣化がないと共に、この帯電防止膜による異常放電防止を図ることができる。

また、本発明の電子放出素子、電子源及び画像表示装置の各製造方法によれば、帯電防止膜の形成が繊維状材料の形成前に行われることから、帯電防止膜の形成時に繊維状材料に帯電防止材料などが付着することがなく、この付着による弊害を防止できると共に、帯電防止膜による異常放電防止を確実に図ることができる。

以上のことから、本発明によれば、大面積の画像表示装置としても、色ずれ、輝度ムラが減少し、ゆらぎからくるノイズ感の少ない、明るくクリアな映像を形成することができるものである。

本発明は、繊維状材料の集合体で電子放出部を構成した電子放出素子、それを用いた電子源及び画像表示装置に適用されるものである。この繊維状材料とは、例えば炭素六角網面が円筒状に配置されている構造を持つカーボンナノチューブ、炭素六角網面が平板形状（プレートレット）あるいは籠形状（ヘリンボーン、カップスタック）に積み重なっている形状を持つグラファイトナノファイバなどが代表的なものであるが、本発明における繊維状材料はこれらの材料に限定されるものではなく、導電性を有する繊維状物であれば他の材料であってもよい。

帯電防止膜は、例えば真空蒸着やスパッタ蒸着によって形成された高抵抗な導電性膜でもよいが、これらの形成は、基板が大きくなるに従って設備的負担が大きくなると共に、タクトタイムも長くなる。これに対して帯電防止材料を含む溶液または分散液の塗布によって形成される帯電防止膜は、基板の大きさに拘わらず簡易な設備でしかも短いタクトタイムで形成することができる点で好ましい。また、溶液または分散液の塗布は、スプレー法の他、浸漬法、スピンコート法などによることもできる。

以下、図面に基づいて更に詳細に説明する。

（第１の例）
図１及び図２に基づいて本発明の第１の例を説明する。

本例は、マトリクス配置された電子放出素子を有する電子源の製造に係るもので、図１は本例によって製造された電子源の平面図、図２が図１におけるＡ−Ａ断面図である。

図１及び図２において、１は基板、２は共通配線電極（走査線）、３は層間絶縁層、４ａ，４ｂは共通配線電極（信号線）、５ａ，５ｂはゲート電極（引き出し電極）、６ａ，６ｂは繊維状材料集合体（本例ではカーボンナノチューブの集合体）、７は帯電防止膜、８はコンタクトホールである。

本例の製造手順を説明する。

（１）ＰＤＰ用ガラスの基板１を用いて、表面に厚さ５００ｎｍでＩＴＯを蒸着し、ホトリソグラフィー技術を用いて幅６００μｍの走査共通配線電極２を形成した。

（２）次に、酸化鉛とシリカを主成分とする厚さ約１０μｍの層間絶縁層３を、塗布、焼成工程を経て形成した。

（３）次に、酸化スズに酸化アンチモンをドープした酸化物微粒子をエタノールとイソプロパノールの１：１混合液に分散させ、固形物の重量濃度が約０．１Ｗｔ％としものを、スプレー装置を用い、液圧０．０２５Ｍｐａ、エアー圧１．５Ｋｇ／ｃｍ²，基板−ヘッド間距離５０ｍｍ、ヘッド移動速度０．８ｍ／ｓｅｃの条件で塗布を行い、４２５℃、２０ｍｉｎの大気焼成を行い、帯電防止膜７を形成した。

（４）次にコンタクトホール８をホトリソグラフィー技術を用いて直径約１５０μｍの孔を層間絶縁層３に形成した。

（５）基板１の全面に厚さ約１μｍのクロムを全面に蒸着により形成した後、ホトリソグラフィー技術を用いて共通配線電極（信号線）４ａ，４ｂと、ゲート電極（引き出し電極）５ａ，５ｂを同時に形成した。

（６）繊維状材料（本例ではカーボンナノチューブ）を含み、有機材料、無機材料、感光性有機材料を適当に含む印刷用ペースト材料を用いて、電子放出部となる繊維状材料集合体６ａ，６ｂを共通配線電極（信号線）４ａ，４ｂの一部に印刷形成した。この後、基板１の裏面から透過される光を用いたホトリソグラフィーにより精密な形状に形成した。

上記の手法によると、図１の平面配置から分かるように、帯電防止膜７が電子放出素子の周囲だけでなく、絶縁性の表面全面に形成されることで、確実に帯電性能を引き出すことが可能となる。

上記帯電防止膜７の形成を行わない場合、一定の電子放出電流を得ようとすると、時間と共に次第に駆動電圧の上昇だけでなく、電子ビーム位置の変動も生じやすいが、帯電防止膜７を形成することで、一定の駆動電圧で駆動することができる。また、得られる電子ビームによる蛍光スポット位置も、長時間に亘って変動を防止することができる。

さらに、繊維状材料集合体６ａ，６ｂの形成前に帯電防止膜７を形成することにより、電子放出に関わる閾値特性、ＶＩ特性等の劣化を防止することができる。

（第２の例）
図３及び図４に基づいて本発明の第２の例を説明する。

本例も、第１の例と同様に、マトリクス配置された電子放出素子を有する電子源の製造に係るもので、図３は本例によって製造された電子源の平面図、図４は図３におけるＢ−Ｂ断面図である。

図３及び図４において、２１は基板、２２は共通配線電極（走査線）、２３は層間絶縁層、２４ａ，２４ｂはカソード電極、２５ａ，２５ｂはゲート電極（引き出し電極）、２６ａ，２６ｂは繊維状材料集合体（本例ではグラファイトナノファイバの集合体）、２７は帯電防止膜、２８は共通配線電極（信号線）である。

本例の製造手順を説明する。

（１）ＰＤＰ用ガラスの基板２１を用いて、基板１の全面に実施例１の工程３と同様の方法で帯電防止膜２７を形成した。

（２）上記帯電防止膜２７を形成した基板１の表面に厚さ１００ｎｍでＴｉＮを蒸着し、ホトリソグラフィー技術を用いて、カソード電極２４ａ，２４ｂとゲート電極（引き出し電極）２５ａ，２５ｂを同時に形成した。

（３）銀系の印刷用ペーストを用いて、厚さ約１μｍの共通配線電極（信号線）２８ａ，２８ｂを、印刷、焼成工程を経て形成した。

（４）酸化鉛とシリカを主成分とする印刷用ペーストを用いて、厚さ約２０μｍの層間絶縁層２３ａ，２３ｂを印刷し、焼成工程を経て形成した。

（５）銀系の印刷用ペーストを用いて、厚さ約２μｍの共通配線電極（走査線）２２を、印刷、焼成工程を経て形成した。

（６）Ｐｄ−Ｃｏからなる触媒超微粒子をカソード電極２４上に分散塗布し、Ａｒによるドライエッチングを行ない、カソード電極２４の一部領域に触媒を付設した。

（７）アセチレンガス、水素ガスを用いて、減圧熱ＣＶＤにより、触媒超微粒子を介して、およそ５５０℃でグラファイトナノファイバを生成させた。この結果、グラファイトナノファイバの集合体からなる繊維状材料集合体２６ａ，２６ｂのカソード領域が形成された。

なお、本発明では、前述のように、グラファイトナノファイバ−とカーボンナノチューブでは、炭素の六角網面の構成が異なっているため、グラファイトナノファイバとカーボンナノチューブを区別して呼ぶ。

本例においても、帯電防止膜２７が電子放出素子の周囲だけでなく、絶縁性の表面全面に形成されることで、確実に帯電性能を引き出すことが可能である。

この結果、前記第１の例と同様に、駆動電圧の上昇およびビーム位置の変動を押さえることができるものである。

（第３の例）
図５に基づいて本発明の第３の例を説明する。

本第３の例は、図３及び図４に示される前記第２の例と同様な構成の電子源の製造に際して、帯電防止膜を異なる手法で設けるもので、図５はその製造手順の説明図である。

図５において、２１は基板、２２は共通配線電極（走査線）、２４ａ，２４ｂはカソード電極、２５ａ，２５ｂはゲート電極（引き出し電極）、２６ａ，２６ｂは繊維状材料集合体（本例ではグラファイトナノファイバの集合体）、２７は帯電防止膜、２８ａ，２８ｂは共通配線電極（信号線）、３９ａ，３９ｂは触媒層、４０ａ，４０ｂはレジストパターン（剥離層）である。

なお、図４に示される層間絶縁層２３を本構成においても有しているが、図５では不図示である。

第２の例における工程（１）は行わずに、工程の（２）から始め、工程（５）まで終了したとして、この後の工程から説明する。

（１）Ｐｄ−Ｃｏからなる触媒超微粒子をカソード電極２４上に分散塗布して触媒層３９ａ，３９ｂを形成し、その後、ホトレジストを塗布してレジストパターン４０ａ，４０ｂを形成した。

（２）Ａｒによるドライエッチングを行ない、カソード電極２４ａ，２４ｂの一部領域にレジストパターン４０ａ，４０ｂで覆われた触媒層３９ａ，３９ｂを残留させた（図５（ａ））。

（３）基板１の全面に帯電防止膜３７として数ｎｍの酸化スズをＥＢ蒸着した（図５（ｂ））。

（４）レジスト剥離液にて、レジストパターン４０ａ，４０ｂを剥離した（図５（ｃ））。

（５）アセチレンガス、水素ガスを用いて、減圧熱ＣＶＤにより、触媒層３９ａ，３９ｂの触媒超微粒子を介して、およそ５５０℃でグラファイトナノファイバを生成させた。この結果グラファイトナノファイバの集合体からなる繊維状材料集合体２６ａ，２６ｂのカソード領域が形成された（図５（ｄ））。

本例では、繊維状材料集合体２６ａ，２６ｂで構成された電子放部近傍に露出している基板２１面だけでなく、共通配線電極（走査線）２２、層間絶縁層２３ａ，２３ｂ、カソード電極２４ａ，２４ｂ、ゲート電極（引き出し電極）２５ａ，２５ｂ、共通配線電極（信号線）２８ａ，２８ｂの上部にも帯電防止膜３７が形成されることで、確実に帯電性能を引き出すことができる。

この結果、前記第１および第２の例と同様に、駆動電圧の上昇およびビーム位置の変動を押さえることができるものである。

本発明の第１の例で製造された電子源の平面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２の例で製造された電子源の平面図である。 図３におけるＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第３の例における製造手順の説明図である。

符号の説明

１ 基板
２ 共通配線電極（走査線）
３ 層間絶縁層
４ａ，４ｂ 共通配線電極（信号線）
５ａ，５ｂ ゲート電極（引き出し電極）
６ａ，６ｂ 繊維状材料集合体
７ 帯電防止膜
８ コンタクトホール
２１ 基板
２２ 共通配線電極（走査線）
２３ 層間絶縁層
２４ａ，２４ｂ カソード電極
２５ａ，２５ｂ ゲート電極（引き出し電極）
２６ａ，２６ｂ 繊維状材料集合体
２７ 帯電防止膜
２８は共通配線電極（信号線）
３９ａ，３９ｂ 触媒層
４０ａ，４０ｂ レジストパターン（剥離層）

Claims (10)

1. 基板上に設けられた電極と、該電極上に設けられた繊維状材料の集合体で構成された電子放出部を有する電子放出素子において、前記電子放出部を除く領域に帯電防止膜が形成されていることを特徴とする電子放出素子。
2. 前記繊維状材料が、カーボンナノチューブまたはグラファイトナノファイバーであることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
3. 請求項１または２に記載の電子放出素子を複数備えていることを特徴とする電子源。
4. 請求項３に記載の電子源と、電子線の照射により画像を表示する画像形成部材とが対向配置されていることを特徴とする画像表示装置。
5. 基板上に電極を形成する電極形成工程と、該電極上に繊維状材料の集合体で構成された電子放出部を形成する電子放出部形成工程とを有する電子放出素子の製造方法において、前記電子放出部形成工程の前に、少なくとも基板上に帯電防止膜を形成する帯電防止膜形成工程を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
6. 前記帯電防止膜形成工程が、帯電防止材料を含む溶液または分散液を塗布する工程を含むことを特徴とする特徴とする請求項５に記載の電子放出素子の製造方法。
7. 電極形成工程の後に、少なくとも電極の一部を覆うレジストパターンを形成するレジスト工程を施してから前記帯電防止膜形成工程を施し、その後、電極上のレジストを帯電防止膜と共に剥離するレジスト剥離工程を施してから前記電子放出部形成工程を施して、レジストが剥離された電極上に前記繊維状材料の集合体で構成された電子放出部を形成することを特徴とする請求項５または６に記載の電子放出素子の製造方法。
8. 前記電子放出部形成工程が、カーボンナノチューブまたはグラファイトナノファイバーを前記電極上に形成する工程であることを特徴とする請求項５または６に記載の電子放出素子の製造方法。
9. 請求項５〜８のいずれか１項に記載の電子放出素子の製造方法により、基板上に複数の電子放出素子を形成する工程を有することを特徴とする電子源の製造方法。
10. 請求項９の電子源の製造方法で製造した電子源と、電子線の照射により画像を表示する画像形成部材とを対向配置する工程を有することを特徴とする画像表示装置の製造方法。

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