JP3738259B2

JP3738259B2 - 電界放出型冷陰極装置の製造方法，電界放出型冷陰極，発光装置及び表示装置

Info

Publication number: JP3738259B2
Application number: JP2003351453A
Authority: JP
Inventors: 和彦笠野; 満徳勝; 義人田中
Original assignee: 株式会社ディスプレイテック２１
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2023-10-10
Also published as: JP2005116417A

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。

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。

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。

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。

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。
特開２００２−１４０９７９号公報特開２００１−１４３６０２公報特開２００２−２４５９２８号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

従来の発光装置の原理図である。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〜Ｄを示す断面図である。図２の続きの工程Ｅ〜Ｈを示す断面図である。図３の続きの工程Ｉ及びＪを示す断面図である。図２〜４の工程で製造した冷陰極装置の斜視図である。冷陰極装置を用いた発光装置の分解斜視図である。陰極ユニットの斜視図である。陰極基板のひとつの短辺の近傍を拡大して示す斜視図である。陰極基板の他方の短辺の近傍を拡大して示す斜視図である。図６に示す発光装置の分解断面図である。上述の発光装置の動作を示す原理図である。発光装置の別の例について，その一部を切り欠いて内部を示した斜視図である。図１２に示す発光装置の一方の端部付近の縦断面図である。図１２に示す発光装置の横断面図である。陽極リード組立体の斜視図である。

符号の説明

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

Claims

次の段階を備える電界放出型冷陰極装置の製造方法。
（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。
請求項１に記載の製造方法において，前記ネガ型の感光性絶縁材料が感光性ポリイミドであることを特徴とする製造方法。
請求項１または２に記載の製造方法において，前記粒子の材質が熱可塑性樹脂であることを特徴とする製造方法。
請求項３に記載の製造方法において，前記熱可塑性樹脂がポリスチレンであることを特徴とする製造方法。
請求項３または４に記載の製造方法において，前記粒子の平均サイズが０．５〜２．０μｍの範囲内であることを特徴とする製造方法。
請求項１から５までのいずれか１項に記載された製造方法によって製造された電界放出型冷陰極装置。
請求項６に記載された電界放出型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発光装置。
請求項６に記載された電界放出型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ことを特徴とする表示装置。