JP3660669B2 - 平面ディスプレイの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、２次元マトリクス状に配置した電子源から放出した電子を、蛍光体に衝突させて発光させる平面ディスプレイの製造方法に関する。

ＦＥＤ（Field Emission Display）は、２次元マトリクス状に配置した電子源から放出された電子を、対向電極に形成された蛍光体からなる発光部に衝突させて発光させるフラットパネル（平面）ディスプレイである（特許文献１，２参照）。ＦＥＤは、サブミクロン〜ミクロンサイズの微小真空管，すなわち，電界放出型冷陰極電子源を用いた真空マイクロデバイスの一種である。基本構成は、従来の真空管と同じ３極管であるが、熱陰極を用いず、先鋭な陰極（エミッタ）に高電界を集中して量子力学的なトンネル効果により電子を引き出すようにしている。

このようにして引き出した電子を、陽極／陰極間の電圧で加速し、陽極に形成した蛍光体膜に衝突・励起させて発光させる。陰極線による蛍光体の励起発光という点では、ブラウン管と同じ原理である。
図３の断面図に、一般的なＦＥＤの構成を示す。このＦＥＤは、真空排気された前面ガラス基板３０１と基板３０２との間に、電子放出部と蛍光体からなる発光部３０３が形成されてる。また、前面ガラス基板３０１の内部表面には、ＩＴＯなどの透明導電材料からなる陽極３０４が形成され、この上に発光部３０３が形成されている。

また、これと対向配置する基板３０２上には、陰極３０５が形成され、この上に、先端が尖った形状（スピント型）のミクロンサイズ（１〜２μｍ）のエミッタ３０６が絶縁層３０７に区画されて形成されている。絶縁層３０７上には、エミッタ３０６から電子を引き出すためのゲート電極３０８が形成され、これらで、微小な電子放出部を構成している。電子放出部は、例えば、赤・青・緑で構成する１つの画素に対して、約２００個程度集積するようにしている。

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
特開平８−２９３２４４号公報 特開平９−３０６３９５号公報

しかしながら、従来のＦＥＤでは、表示領域全域にわたって、多数の微細なエミッタを均一に形成しなくてはならないため、非常に作製し難いという問題があった。
例えば、対角長が１０インチ程度のディスプレイの場合、画素数は８００×６００程度になる。従って、従来のＦＥＤでは、表示領域全域にわたって、２００×８００×６００＝９６００００００個もの微細なエミッタを均一に形成しなくてはならない。ディスプレイが大きくなればなるほど、この数を増やさなくてはならず、従来のスピント型のエミッタを用いたＦＥＤは、大画面化が困難であるという問題があった。

この発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、より大きな表示領域の平面ディスプレイを容易に作製できるようにすることを目的とする。

本発明に係る平面ディスプレイの製造方法は、少なくとも一部が透光性を有する表示面および表示面に対向配置する基板を有して内部が真空排気された外囲器と、表示面と基板とを所定の間隔に離間するために、表示面側に所定の間隔で複数配置された前面リブ、および、前面リブの延在方向と垂直な方向に延在して基板側に所定の間隔で複数配置された基板側リブと、表示面の前面リブにはさまれた領域に形成されて所定の電位が印加される蛍光体からなる発光部と、基板の基板側リブにはさまれた領域に所定の間隔を開けて複数配置されて所定の電位が印加され、円筒状のグラファイトの層からなるカーボンナノチューブの集合体からなる柱状グラファイトから構成された電子放出部と、基板側リブ上に形成され電子放出部から電子を引き出すための電子引き出し電極とを備えた平面ディスプレイの製造方法であって、柱状グラファイトは、炭素の多面体微粒子とともに複数のカーボンナノチューブが集合したものであり、電子放出部を、印刷技術により形成するようにしたものである。
上記製造方法において、カーボンナノチューブの集合体からなる柱状グラファイトのペーストを、スクリーン印刷により基板上に所定のパターンに形成して電子放出部を形成すればよい。

以上説明したように、本発明によれば、カーボンナノチューブからなる電子放出部を、例えば、カーボンナノチューブの集合体からなる柱状グラファイトのペーストを、スクリーン印刷により基板上に所定のパターンに形成する等、印刷技術により形成するようにしたので、より大きな表示領域の平面ディスプレイを容易に作製できるようになるという優れた効果が得られる。

以下この発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は、この発明の実施の形態における平面ディスプレイ（ＦＥＤ）の基本的な構成を示す断面図と平面図である。図１において、（ａ）は平面図（ｃ）のＡＡ’断面であり、（ｂ）は平面図（ｃ）のＢＢ’断面である。また、平面図（ｃ）は、断面図（ａ），（ｂ）におけるＸＸ’平面から下を見た状態を示している。

この平面ディスプレイの構成に関して説明すると、まず、基板１０１上に、電極配線層１０２が形成され、この電極配線層１０２上に絶縁膜１０３が形成されている。
絶縁膜１０３上には、基板側リブ１０４が所定間隔で配置されている。基板側リブ１０４ではさまれた絶縁膜１０３上に、所定の間隔を開けて電子放出部１０５が形成されている。この電子放出部１０５は、絶縁膜１０３に形成されたスルーホールを介して電極配線層１０２のいずれかの配線に接続している。また、図１（ａ）に示すように、基板側リブ１０４上には、電子引き出し電極１０６が形成されている。

また、透明な前面ガラス基板１０７が基板１０１に対向配置している。この前面ガラス基板１０７と基板１０１とは、基板側リブ１０４とこの基板側リブ１０４に直交して並べられている前面リブ１０８により、所定の距離離れて配置している。また、この前面ガラス基板１０７と基板１０１との間は、真空排気されている。
また、面ガラス基板１０７の内側表面の前面リブ１０８にはさまれた領域に、蛍光体からなる発光部１１０がストライプ形状に形成され、この表面にはアルミニウム膜を蒸着することで形成されたメタルバック膜１１１が形成されている。

発光部１１０を構成する蛍光体としては、ＣＲＴなどに用いられる、４〜１０ｋｅＶと高いエネルギーで加速した電子を衝突させることで発光する蛍光体を用いるようにすればよい。
なお、発光部１１０を構成する蛍光体に、蛍光表示管などで用いられる、１０〜１５０ｅＶと低いエネルギーで加速した電子で発光する蛍光体を用いるようにしてもよい。この場合、メタルバック膜１１１を形成せずに、発光部１１０と前面ガラス基板１０７との間に透光性を有する透明電極を配置し、この透明電極により発光部１１０に電位を印加する構成とする。

以上に説明した構成において、メタルバック膜１１１に正の電位が印加され、また、電子引き出し電極１０６に正の電位が印加された状態で、電極配線層１０２の所定の配線に負の電位を印加することで、配線に接続している電子放出部１０５から電子が放出される。放出された電子が、電子放出部１０５に対向する位置の発光部１１０部分に到達することにより、発光部１１０の部分が発光する。

ストライプ状に複数配列された発光部１１０に対向し、図１（ｃ）に示すように、複数の電子放出部１０５がマトリクス状に配列されて、平面ディスプレイを構成するようにしている。
また、ある発光部１１０は赤に発光する蛍光体から構成し、この隣の発光部１１０は青に発光する蛍光体から構成し、この隣の発光部１１０は緑に発光する蛍光体から構成するようにすれば、カラー表示が可能な平面ディスプレイとすることができる。

この実施の形態では、電子放出部１０５を、次に説明するように、カーボンナノチューブから構成するようにした。
すなわち、カーボンナノチューブの集合体からなる長さ数μｍから数ｍｍの針形状の柱状グラファイトを、例えば、導電性接着剤などで所定領域に固定配置することで、電子放出部１０５を形成するようにした。なお、柱状グラファイトのペーストを用いた印刷によるパターン形成により、電子放出部１０５を形成するようにしてもよい。このとき、柱状グラファイトは、長手方向がほぼ発光部１１０の方向に向いているようにした方がよい。

図２に示すように、柱状グラファイト２０１は、カーボンナノチューブ２０２がほぼ同一方向を向いて集合した構造体である。なお、この図２（ａ）は、柱状グラファイト１２１を途中で切った断面をみる斜視図であり、図２（ｂ）がカーボンナノチューブ２０２の先端部を示している。

カーボンナノチューブ２０２は、例えば図（ｂ）に示すように、完全にグラファイト化して筒状をなし、直径は４〜５０ｎｍ程度であり、長さはミクロンオーダである。また、カーボンナノチューブ２０２の先端部は、五員環が入ることにより閉じている。なお、おれることで先端が閉じていない場合もある。電子放出部においては、それぞれのカーボンナノチューブの先端部より電子が放出されることになる。

このカーボンナノチューブの作製に関して簡単に説明すると、ヘリウムガス中で２本の炭素電極を１〜２ｍｍ程度離した状態で直流アーク放電を起こしたときに、陽極側の炭素が蒸発して陰極側の炭素電極先端に凝集した堆積物中に形成される。
すなわち、炭素電極間のギャップを１ｍｍ程度に保った状態で、ヘリウム中で安定なアーク放電を持続させると、陽極の炭素電極の直径とほぼ同じ径をもつ円柱状の堆積物が、陰極先端に形成される。

上記円柱状の堆積物は、外側の固い殻と、内側のもろくて黒い芯との２つの領域から構成されている。内側の芯は、堆積物柱の長さ方向にのびた繊維状の組織をもっている。この繊維状の組織が、上述した柱状グラファイトであり、堆積物柱を切り出すことなどにより、柱状グラファイトを得ることができる。なお、外側の固い殻は、グラファイトの多結晶体である。

上述した柱状グラファイトにおいて、カーボンナノチューブは、炭素の多面体微粒子（ナノポリヘドロン：nanopolyhedoron）とともに、複数が集合している。
カーボンナノチューブは、図２（ｂ）では模式的に示したように、グラファイトの単層が円筒状に閉じた形状と、複数のグラファイトの層が入れ子構造的に積層し、それぞれのグラファイト層が円筒状に閉じた同軸多層構造となっている形状とがある。これらの中心部分は、空洞となっている。

このように、この実施の形態によれば、電子放出部をカーボンナノチューブから構成し、これを電界放出型冷陰極電子源として用いるようにした。
したがって、この実施の形態によれば、電子放出部は、例えば印刷技術により形成可能であり、非常に安価に作製することが可能となる。例えば、上述した柱状グラファイトのペーストを、スクリーン印刷により基板上に所定のパターンに形成すれば、電子放出部が形成できる。

また、電子放出部は、カーボンナノチューブが複数配置した状態となっているので、単位面積当たりに非常に多くの電子放出端が存在することになり、より多くの電子を放出させること、すなわち、蛍光面により高い電圧を印加することが可能となり、高輝度を得ることができる。

この発明の実施の形態における平面ディスプレイ（ＦＥＤ）の基本的な構成を示す断面図と平面図である。 カーボンナノチューブの形態を示す説明図である。 従来よりある一般的なＦＥＤの構成を示す断面図である。

符号の説明

１０１…基板、１０２…電極配線層、１０３…絶縁膜、１０４…基板側リブ、１０５…電子放出部、１０６…電子引き出し電極、１０７…前面ガラス基板、１０８…前面リブ、１１０…発光部、１１１…メタルバック膜。

Claims (2)

1. 少なくとも一部が透光性を有する表示面およびその表示面に対向配置する基板を有して内部が真空排気された外囲器と、前記表示面と前記基板とを所定の間隔に離間するために、前記表示面側に所定の間隔で複数配置された前面リブ、および、前記前面リブの延在方向と垂直な方向に延在して前記基板側に所定の間隔で複数配置された基板側リブと、前記表示面の前記前面リブにはさまれた領域に形成されて所定の電位が印加される蛍光体からなる発光部と、前記基板の基板側リブにはさまれた領域に所定の間隔を開けて複数配置されて所定の電位が印加され、円筒状のグラファイトの層からなるカーボンナノチューブの集合体からなる柱状グラファイトから構成された電子放出部と、前記基板側リブ上に形成され前記電子放出部から電子を引き出すための電子引き出し電極とを備えた平面ディスプレイの製造方法であって、
   前記柱状グラファイトは、炭素の多面体微粒子とともに複数のカーボンナノチューブが集合したものであり、
   前記電子放出部は、印刷技術により形成する
   ことを特徴とする平面ディスプレイの製造方法。
2. 請求項１記載の平面ディスプレイの製造方法において、
   前記カーボンナノチューブの集合体からなる柱状グラファイトのペーストを、スクリーン印刷により基板上に所定のパターンに形成して前記電子放出部を形成する
   ことを特徴とする平面ディスプレイの製造方法。
   

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