JP3706329B2

JP3706329B2 - 電界放出ディスプレイにおけるエミッターの製造方法

Info

Publication number: JP3706329B2
Application number: JP2001332568A
Authority: JP
Inventors: 文燦劉; 雨心樊; 来成陳
Original assignee: 翰立光電股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2021-10-30
Also published as: JP2002367505A; US20020182970A1; TW527624B; US6672926B2; TW502282B

Description

【０００１】
【この発明の属する技術分野】
この発明は、電界放出ディスプレイ（Field Emission Display＝FED）におけるエミッター（Emitter）の製造方法に関し、特に、電界放出ディスプレイにおけるカーボンナノチューブ（Carbon Nano Tube＝CNT）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の平面パネルディスプレイ（Flat Panel Display）技術には、伝統的な陰極線管（Cathode Ray Tube＝CRT）、薄膜トランジスター液晶ディスプレイ(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display＝TFT-LCD)、プラズマディスプレイパネル（Plasma Display Panel＝PDP）、電界放出ディスプレイ（FED）等がある。電界放出ディスプレイは、画像形成に対する画素回路のスイッチング動作が、液晶ディスプレイより速いので、光学反応時間（Optical Response Time）が比較的短い。つまり、比較的高品質なディスプレイ効果を有している。また、電界放出ディスプレイは、厚さが薄く（約2〜10mm）、重量がより軽く（約0.2kg以下）、視野角がより広く（約80度以上）、輝度が比較的大きく（約150Cd/m²以上）、動作温度範囲に比較的幅があり（約-50℃〜80℃の間）、省エネルギー（約1ワット以下）等の長所がある。従って、電界放出ディスプレイは、２１世紀に向けて潜在競争力の有る平面パネルディスプレイ技術の１つと見なされている。
【０００３】
電界放出ディスプレイは、主要には２枚の基板から構成され、その中間にスペーサー（Spacers）を有する。上面のガラス板には、蛍光体（Phosphors）が塗布され、陽極板と呼ばれる。ゲート板は、電子ビームを放出する電界放出アレイ（Field Emission Array＝FEA）とすることができる。ゲート（Gate）を離れる電界放出電子が陽極板およびゲート板上の正電圧差によって加速されて、蛍光体に衝突し、いわゆる陰極蛍光（Catholuminescence）を発生させる。
【０００４】
従来技術にかかる電界放出ディスプレイの電界放出アレイの多くは、チップエミッター（Tip Emitter）に属する。それは、マトリクスアドレッシング（Matrix Addressing）機能を有する画素によって構成され、各画素中に数百もの微小チップが含まれている。このチップ構造の大きさは、約1μｍ（チップ底部を指す）で、曲率半径が約0.1μｍより小さい。チップの材料は、例えば、モリブデン、タングステンまたはプラチナといった金属、あるいはシリコンまたはダイアモンドのような半導体とすることができる。そのうちでも、１９７６年にCharles Spindtが提案したモリブデンをチップとする製造プロセス方法が主なものであった。しかし、Charles Spindtが提案したチップ構造の欠点は、蒸着器設備および引き剥がし技術につき困難性が存在しており、例えば、蒸着器によって提供された電子ビームが、さまざまな傾斜角度のチップ構造をもたらすものとなり、しかも計器があまりにも巨大であり、制御が容易でないだけでなく、再現性が低く、コストがかかるので、量産が難しいものであった。
【０００５】
別な電界放出ディスプレイの電界放出アレイとして、カーボンナノチューブ（Carbon Nano Tube＝CNT）型エミッターがあり、厚膜プロセスを利用することよって、プロセスを簡略化し、コストを低下させることができる。
【０００６】
図１において、従来の電界放射アレイをカーボンナノチューブ型エミッターとするものを示すと、従来技術にかかるカーボンナノチューブ型エミッターの製造は、通常、基板１００の上にスクリーン印刷により銀電極１０２を形成してから、カーボンナノチューブ膜１０４で銀電極１０２表面を被覆すれば、カーボンナノチューブ型エミッターの製作が完了する。このうち、カーボンナノチューブ１０４の形成方法には、カーボンナノチューブ材と導電性を有するエポキシ（Epoxy）との混合、あるいは化学気相堆積法（Chemical Vapor Deposition = CVD）によって、アセチレン、エチレンまたはメタン／水素を反応ガスとして、鉄／コバルト／ニッケルの触媒の上に高温雰囲気でカーボンナノチューブ１０４を解離成長させるものである。別なカーボンナノチューブ１０４を形成させる方法としては、カーボンナノチューブ材と銀ペースト（Silver Paste）とを混合してペーストとし、スクリーン印刷技術によって基板１００上に塗布するものがある。素子が約２〜６V/μｍの高い電界であって初めて電子を放出することができるので、陰極および陽極（図示せず）の間に極めて大きな電場が印加される。もしも銀電極上のカーボンナノチューブ材と銀電極との付着性が良くなければ、カーボンナノチューブ材が脱落してしまう。脱落したカーボンナノチューブ粒子と、大きな電界が誘発する高速電子とが、同時に陽極上の蛍光体に衝突すれば、蛍光体が脱落し、素子の寿命を短縮させることになってしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
また、カーボンナノチューブ材の入手源について言えば、アーク放電方式によって得られるカーボンナノチューブ材は、生産効率が低いだけでなく、付着性も良くないものである。もしも熱分解化学気相堆積またはプラズマ強化化学気相堆積（PECVD）によるならば、高純度のカーボンナノチューブを得ることができるものの、同様に、付着性が良くないという欠点を有するものである。
【０００８】
カーボンナノチューブ自体がカーボン材であるので、極めて大きな表面積を有するから、大量の気体を吸収することとなり、これらの吸収された気体によって、素子が後工程で高真空パッケージされる時に問題を引き起こすことになり、また、不必要なアーク放電現象を発生させ、ディスプレイのパーフォーマンスに悪影響を与えることになる。
【０００９】
そこで、この発明の第１の目的は、低い溶解点のすず、亜鉛、アルミニウム等の金属と銀ペーストとを混合してから塗布する、あるいは先に銀膜を塗布してから化学コーティングまたは電気めっき等の方法で金属膜を塗布して、カーボンナノチューブ材の付着性を有効に増進させる、電界放出ディスプレイにおけるエミッターの製造方法を提供することにある。この発明の第２の目的は、カーボンナノチューブの表面上に金属膜を形成して、カーボンナノチューブ表面を被覆することで、カーボンナノチューブ表面が大量の気体を吸収して放出するという欠点を有効に改善する、電界放出ディスプレイにおけるエミッターの製造方法を提供することにある。この発明の第３の目的は、カーボンナノチューブ材を形成した後、電極中にあるガラス材料の軟化温度まで温度を上昇させて、ガラス材料の軟化により、基材とカーボンナノチューブ材との間の付着性を改善する、電界放出ディスプレイにおけるエミッターの製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、所望の目的を達成するために、この発明にかかる電界放出ディスプレイにおけるエミッターの製造方法は、すず、亜鉛、アルミニウムまたはアルミニウム/シリコン合金のような低い共溶点の硬ろう付け合金等とガラス材料を含む銀ペーストとを混合した後にスクリーン印刷する、あるいは別々に基板上にスクリーン印刷して電極とするものである。次に、電極上にカーボンナノチューブ膜を成長させるが、この膜は、スクリーン印刷を利用して、アーク方式で作られたカーボンナノチューブ材で電極上を被覆することができ、電極上に触媒膜を形成してカーボンナノチューブを形成させることもできる。カーボンナノチューブを形成した後、温度を電極中のガラス材料の軟化温度まで上昇させ、ガラス材料の軟化によって、電極と基板とカーボンナノチューブ材との間の付着性を増進させ、最後に、カーボンナノチューブ上に金属膜を形成し、カーボンナノチューブが気体を吸収することを防止する機能を持たせるものである。
【００１１】
【発明の実施形態】
以下、この発明にかかる好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図２から図４において、この発明にかかる電界放出アレイをカーボンナノチューブ型エミッターとするものの製造フローを示す。先ず、図２において、基板２００を提供するが、基板２００を例えばガラス基板とする。基板２００上に電極２０２を形成するが、例えば銀電極とする。電極２０２の形成方法は、例えば、低い溶解点のすず、亜鉛、アルミニウム金属、あるいは硬ろう付け合金材質のアルミニウム／シリコン（Al/Si）合金とガラス材を含む銀ペーストとを混合して、スクリーン印刷で基板２００上に塗布するものである。別な電極２００の形成方法としては、先ず銀ペーストをスクリーン印刷によって基板２００上に塗布してから、電気めっき、真空蒸着または真空スパッタリングにより、低い溶解点のすず、亜鉛、アルミニウム金属、あるいは硬ろう付け合金材質のアルミニウム／シリコン合金を銀ペースト上に形成することもできる。
【００１２】
図３において、電極２０２を形成した後、電極２０２上にカーボンナノチューブ材膜２０４を形成するが、カーボンナノチューブ材膜２０４の形成方法としては、例えば化学気相堆積方式によってカーボンナノチューブ材膜２０４を成長させるものがあり、カーボンナノチューブ材膜２０４の成長させる前に、先にカーボンナノチューブ材膜２０４の成長に必要な触媒膜を形成することができる。また、カーボンナノチューブ材膜２０４は、アーク放電あるいは化学気相堆積によって得た粉末を調製してペーストとしてから、スクリーン印刷でカーボンナノチューブ材膜２０４を電極２０２上に形成することもできる。電極２０２が、低い溶解点のすず、亜鉛、アルミニウム金属、あるいは硬ろう付け合金材質のアルミニウム／シリコン合金であるので、電極２０２が、基板２００とカーボンナノチューブ膜２０４との間において、いずれも比較的良好な付着性を有するものとなり、ディスプレイのパーフォーマンス（Performance）につき、大きく改善できるものとなる。
【００１３】
図４において、カーボンナノチューブ材膜２０４の表面上を金属膜２０６で被覆する。金属膜２０６の材質は、例えば、ニッケル、銅などのカーボンナノチューブ２０４と比較的良い付着性を有する金属であり、金属膜２０６の形成方法は、例えば、電気めっき、または化学めっき膜方式である。形成されたカーボンナノチューブ材膜２０４は、かなり大きな表面積を有するので、容易に大量の気体を吸収し、これらの吸収された気体が、後に素子を高真空パッケージする時に問題を発生させることとなり、また、不必要なアーク放電現象を引き起こすことになるので、ディスプレイのパーフォーマンスに悪影響を与えるものとなる。従って、この金属膜２０６を形成することにより、カーボンナノチューブ材膜２０４を内部に含み込み、カーボンナノチューブ材膜２０４に大量の気体を吸収させないようにすることができ、後工程の高真空パッケージ時の歩留り向上に有利なものとなる。最後に、電極２０２およびカーボンナノチューブ材膜２０４を有する基板２００を高温加熱雰囲気中に置くが、例えば、高温ファーナス中において焼結を行うものとする。
【００１４】
最後に、図５において、この発明の好適な実施形態にかかる電界放出アレイであり、そのエミッターをカーボンナノチューブ型とするものの製造方法を示す。先ず基板を提供する（Ｓ３００）が、この基板を例えばガラス基板とする。次に、基板上に電極を形成する（Ｓ３０２）が、この電極の材質を例えば銀電極とし、銀電極を形成する方法としては、例えば、ガラス材料と銀ペーストとを混合した後、スクリーン印刷によって基板上に塗布することで、電極と基板との間の付着性を比較的良好なものとするものである。
【００１５】
電極を形成した（Ｓ３０２）後、電極上にカーボンナノチューブ材を形成する。またカーボンナノチューブ材の形成方法としては、例えば、化学気相堆積方式によってカーボンナノチューブ材を成長させる（Ｓ３０６）。そのうち、カーボンナノチューブ材の形成（Ｓ３０６）は、例えば、高温雰囲気で分裂分解してカーボンナノチューブ材に成長させる。また、カーボンナノチューブ材の形成（Ｓ３０６）は、アーク放電あるいは化学気相堆積によって得た粉末を調製してペーストとしてから、スクリーン印刷でカーボンナノチューブ材を電極上に形成することもできる。
【００１６】
カーボンナノチューブ材を成長させる（Ｓ３０６）前に、先にカーボンナノチューブ材の成長に必要な触媒を形成させる（Ｓ３０４）ことができ、電極とカーボンナノチューブ材との間に比較的良好な付着性を持たせることができる。そのうち、触媒の形成（Ｓ３０４）は、例えば、アセチレン、エチレンあるいはメタン／水素を反応気体として、鉄、コバルト／ニッケルの触媒上で高温雰囲気のもと分裂分解してカーボンナノチューブ材の成長させるものである。
【００１７】
上述した電極の製造過程において、基板の提供（Ｓ３００）から、電極の形成（Ｓ３０２）、触媒の形成（Ｓ３０４）、カーボンナノチューブ材の形成（Ｓ３０６）まで、この技術に習熟した者であれば必要性に応じて変更することができるから、この発明についての上述した製造過程は、一例の説明に過ぎず、この発明の製造過程を限定するものではない。
【００１８】
しかしながら、上述電極の製造過程について、基板の提供（Ｓ３００）から、電極の形成（Ｓ３０２）、触媒の形成（Ｓ３０４）、カーボンナノチューブ材の形成（Ｓ３０６）まで、電極と基板およびカーボンナノチューブ材の間の付着性をいくらか増進させるものの、改善の余地がまだある。従って、この実施形態では、カーボンナノチューブ材を形成（Ｓ３０６）してから、電極内のガラス材料の軟化温度まで加熱する（Ｓ３０８）。加熱された温度により、もともと電極中に存在するガラス材料を軟化させることができ、軟化後のガラス材料が、電極自体の基板およびカーボンナノチューブ材に対する付着力を大幅に向上させることができる。
【００１９】
以上のごとく、この発明を好適な実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【００２０】
【発明の効果】
上記構成により、この発明にかかる電界放出ディスプレイにおけるエミッターの製造方法は、少なくとも、以下のような長所を有するものである。
１．この発明は、低い溶解点のすず、亜鉛、アルミニウム金属、あるいは硬ろう付け合金材質のアルミニウム／シリコン合金材質と銀ペーストとを混合し、後に形成されるカーボンナノチューブ材膜と電極との間に比較的良い付着性を備えさせるので、高電場動作におけるカーボンナノチューブ材膜の脱落を有効に改善し、これにより電界放出ディスプレイの寿命を延ばすことができる。
２．この発明は、カーボンナノチューブ材膜をカーボンナノチューブ材膜との付着性が良い金属膜で外部から被覆して、カーボンナノチューブ材膜が大量の気体を吸収および放出することを有効に防止することができるので、後工程の高真空パッケージの歩留りを向上させることができる。
３．この発明は、電極の材質を変更するとともに、カーボンナノチューブ材膜を外部から被覆する金属膜を組み合わせることで、電界放出ディスプレイの信頼性と、後工程の高真空パッケージの歩留りと、素子の寿命とを同時に向上させることができる。
４．この発明において、電極中のガラス材料が、電極を形成する前に、加熱により軟化するので、電極と基板とカーボンナノチューブ材との間に比較的良い付着性を備えるものとなり、カーボンナノチューブ材が高電場動作において剥がれて脱落する現象を改善し、電界放出ディスプレイの信頼性ならびに寿命を延ばすことができる。従って、産業上の利用価値が高い
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術にかかる電界放出アレイにおけるカーボンナノチューブ型エミッターを示す説明断面図である。
【図２】この発明にかかる電界放出アレイにおけるカーボンナノチューブ型エミッターの製造方法を示す説明断面図である。
【図３】この発明にかかる電界放出アレイにおけるカーボンナノチューブ型エミッターの製造方法を示す説明断面図である。
【図４】この発明にかかる電界放出アレイにおけるカーボンナノチューブ型エミッターの製造方法を示す説明断面図である。
【図５】この発明にかかる電界放出アレイにおけるカーボンナノチューブ型エミッターの製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２００基板
２０２電極
２０４カーボンナノチューブ材膜
Ｓ３００基板の形成
Ｓ３０２電極の形成
Ｓ３０４触媒の形成
Ｓ３０６カーボンナノチューブ材の形成
Ｓ３０８電極内のガラス材料の軟化温度まで加熱

Claims

基板を提供するステップと、金属および導電ペーストを混合して前記基板上に電極を形成するものであって、前記金属の材質が、すず、亜鉛、アルミニウムまたはその他の低い溶解点の金属からなるグループの１つから選択されるステップと、前記電極上にカーボンナノチューブ膜を形成するステップとを具備する電界放出ディスプレイにおけるエミッターの製造方法。
基板を提供するステップと、第１金属および導電ペーストを混合するとともに、前記基板上に電極を形成するものであって、前記金属の材質が、すず、亜鉛、アルミニウムまたはその他の低い溶解点の金属からなるグループの１つから選択されるステップと、前記電極上にカーボンナノチューブ膜を形成するステップと、前記カーボンナノチューブ膜表面に第２金属膜を形成して、前記カーボンナノチューブ膜が気体を吸収ならびに放出することを防止するステップとを具備する電界放出ディスプレイにおけるエミッターの製造方法。