カーボンファイバー電子放出源、フィールドエミッションディスプレイ装置およびカーボンファイバー製造法
【課題】電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性の良好なカーボンファイバー電子放出源、FED装置およびカーボンファイバー製造法を提供する。
【解決手段】基板18上に配置されたカソード電極10と、カソード電極10上に配置された第1絶縁膜12と、第1絶縁膜12上に配置されたゲート電極14と、ゲート電極14上に配置された第2絶縁膜20と、第2絶縁膜20およびゲート電極14の開口部に、第1絶縁膜12中にカソード電極10表面まで到達して形成されたホール11と、ホール11の底面およびゲート電極14の側面に形成された触媒微結晶核29と、カソード電極10上の触媒微結晶核29上に形成されたエミッタカーボンファイバー4と、ゲート電極の側面上の触媒微結晶核29上に形成されたゲートカーボンファイバー3とを備えるカーボンファイバー電子放出源、FED装置およびカーボンファイバー製造法。
【解決手段】基板18上に配置されたカソード電極10と、カソード電極10上に配置された第1絶縁膜12と、第1絶縁膜12上に配置されたゲート電極14と、ゲート電極14上に配置された第2絶縁膜20と、第2絶縁膜20およびゲート電極14の開口部に、第1絶縁膜12中にカソード電極10表面まで到達して形成されたホール11と、ホール11の底面およびゲート電極14の側面に形成された触媒微結晶核29と、カソード電極10上の触媒微結晶核29上に形成されたエミッタカーボンファイバー4と、ゲート電極の側面上の触媒微結晶核29上に形成されたゲートカーボンファイバー3とを備えるカーボンファイバー電子放出源、FED装置およびカーボンファイバー製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、カーボンファイバー電子放出源、フィールドエミッションディスプレイ(FED:Field Emission Display)装置およびカーボンファイバー製造法に関し、特にゲート電極の側面に制御用のゲートカーボンファイバーを用いたカーボンファイバー電子放出源、FED装置およびカーボンファイバー製造法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のカーボンファイバーの製造方法においては、レジストをマスクにしてホール内にスパッタリングによって、触媒が形成されている(例えば、特許文献1参照。)。さらに、触媒スパッタ後レジストをリフトオフする必要がある(例えば、特許文献2参照。)。
【0003】
しかし、ホール径の微細化に伴うドライホール形成プロセスにおいてレジストが変性し、触媒スパッタ後レジストがリフトオフ出来ないという問題点がある。
【0004】
ウェットホール形成ではレジストの変性は無いが、等方的にホールエッチングされ、1ドット内への詰め込みに限界がある。
【0005】
又、微細な垂直ホールが形成されても、ホールのアスペクト比が大きくなり、触媒スパッタ時、ホール内壁への触媒付着がなされ、成長プロセスにて壁面からのカーボンファイバーの異常成長が生じるという問題点がある。
【0006】
ウェットエッチングによって、ホール11を形成した従来のカーボンファイバー電子放出源の拡大された模式的断面構造は、図17に示すように表される。また、ドライエッチングによって、ホール11を形成した従来のカーボンファイバー電子放出源の拡大された模式的断面構造は、図18に示すように表される。
【0007】
図17に示すウェットホール構造では、エミッタカーボンファイバー4をゲート電極14の近くまで成長させることでエミッタカーボンファイバー4からの良好な電子放出が得られる。しかし、エミッタカーボンファイバー4とゲート電極14とのショートが生じると、ショート切断が困難であり、特に、エミッタカーボンファイバー4とゲート電極14との間に通電しても、ショート切断が困難となる。
【0008】
図18に示すドライホール構造では、ゲート電極14とエミッタカーボンファイバー4のショートは防げる。しかし、電子放出に寄与するエミッタカーボンファイバー4がホール11端のエミッタカーボンファイバー4に限られるという問題点がる。すなわち、図18に示すドライホール構造では、ゲート電極14によるエミッタカーボンファイバー4からの電子放出の制御性が及ぶ範囲が、ゲート電極14近傍のホール11端のエミッタカーボンファイバー4に限定され、ホール11の中央付近のエミッタカーボンファイバー4には及ばない。このため、全体として、エミッタカーボンファイバー4からの電子放出の電流密度が低下し、ゲート電極14による制御性も低下する。
【0009】
また、図18に示すドライホール構造では、図18に示すように、電子放出のエミッション角度が広くなりエミッション指向性が劣るという問題点がある。
【特許文献1】特開2005−72171号公報
【特許文献2】特開2006−40723号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明の目的は、電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性が良好で、高出力電流密度のカーボンファイバー電子放出源を提供することにある。
【0011】
さらに本発明の目的は、電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性が良好で、高電流密度で高輝度、大容量かつ大画面を有するFED装置を提供することにある。
【0012】
さらに本発明の目的は、電界放出マトリックス電極を利用した選択的超音波触媒メッキ法を用いて、簡易かつ安価な方法で、電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性の良好なカーボンファイバーを高密度かつ均一に形成可能なカーボンファイバー製造法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、基板上に配置されたカソード電極と、前記カソード電極上に配置された第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に配置されたゲート電極と、前記ゲート電極上に配置された第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜および前記ゲート電極の開口部に、前記第1絶縁膜中に前記カソード電極表面まで到達して形成されたホールと、前記ホールの底面および前記ゲート電極の側面に形成された触媒微結晶核と、前記カソード電極上の前記触媒微結晶核上に形成されたエミッタカーボンファイバーと、前記ゲート電極の側面上の前記触媒微結晶核上に形成されたゲートカーボンファイバーと、を備えるカーボンファイバー電子放出源が提供される。
【0014】
本発明の他の態様によれば、基板上に配置されたカソード電極と、前記カソード電極上に配置された第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に配置されたゲート電極と、前記ゲート電極を中間にして前記カソード電極と反対側の前記ゲート電極の上方に配置されたアノード電極と、前記ゲート電極上に配置された第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜および前記ゲート電極の開口部に、前記第1絶縁膜中に前記カソード電極表面まで到達して形成されたホールと、前記ホールの底面および前記ゲート電極の側面に形成された触媒微結晶核と、前記カソード電極上の前記触媒微結晶核上に形成されたエミッタカーボンファイバーと、前記ゲート電極の側面上の前記触媒微結晶核上に形成されたゲートカーボンファイバーと、前記アノード電極の前記カソード電極に対向する裏面上に配置された蛍光体とを備えるフィールドエミッションディスプレイ装置が提供される。
【0015】
本発明の他の態様によれば、基板上にカソード電極を形成する工程と、前記カソード電極上に第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上に第2絶縁膜を形成する工程と、前記第2絶縁膜および前記ゲート電極に開口部を形成後、前記第1絶縁膜中に前記カソード電極表面まで到達するホールを形成する工程と、前記ホールの底面および前記ゲート電極の側面に触媒微結晶核を形成する工程と、前記カソード電極上の前記触媒微結晶核上にエミッタ用のカーボンファイバーを形成する工程と、前記ゲート電極の側面上の前記触媒微結晶核上に制御用のカーボンファイバーを形成する工程と、を有するカーボンファイバー製造法が提供される。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性が良好で、高出力電流密度のカーボンファイバー電子放出源を提供することができる。
【0017】
さらに本発明によれば、電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性が良好で、高電流密度で高輝度、大容量かつ大画面を有するFED装置を提供することができる。
【0018】
さらに本発明によれば、電界放出マトリックス電極を利用した選択的超音波触媒メッキ法を用いて、簡易かつ安価な方法で、電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性の良好なカーボンファイバーを高密度かつ均一に形成可能なカーボンファイバー製造法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下において、同じブロックまたは要素には同じ符号を付して説明の重複を避け、説明を簡略にする。図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【0020】
以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【0021】
なお、以下の説明において、カーボンファイバーは、カーボンナノチューブ(CNT:Carbon Nano-Tube)、カーボンナノファイバー(CNF:Carbon Nano-Fiber)と同義のものであるとして用いている。微細構造上は、CNTであっても、巨視的にはCNF形状を有するからである。
【0022】
また、同様に、以下の説明において、カーボンファイバーは、グラファイトナノチューブ(GNT:Graphite Nano-Tube)、グラファイトナノファイバー(GNF:Graphite Nano-Fiber)と同義のものであるとして用いている。微細構造上は、GNTであっても、巨視的にはGNF形状を有するからである。したがって、カーボンファイバーは、GNTで置換されていても良い。すなわち、CNF、CNTの代わりに、グラファイトナノシートの形状を備えていても良い。
【0023】
[第1の実施の形態]
(カーボンファイバー電子放出源)
本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源の拡大された模式的断面構造は、図1(a)に示すように表され、図1(a)に対応する模式的平面パターン構成は、図1(b)に示すように表される。
【0024】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源は、図1に示すように、基板18上に配置されたカソード電極10と、カソード電極10上に配置された第1絶縁膜12と、第1絶縁膜12上に配置されたゲート電極14と、ゲート電極14上に配置された第2絶縁膜20と、第2絶縁膜20およびゲート電極14の開口部に、第1絶縁膜12中にカソード電極10表面まで到達して形成されたホール11と、ホール11の底面およびゲート電極14の側面に形成された触媒微結晶核29と、カソード電極10上の触媒微結晶核29上に形成されたエミッタカーボンファイバー4と、ゲート電極14の側面上の触媒微結晶核29上に形成されたゲートカーボンファイバー3とを備える。
【0025】
ゲートカーボンファイバー3は、エミッタカーボンファイバー4からの電子引き出し電極となる。
【0026】
ゲートカーボンファイバー3は、ゲート電極14の側面からの横方向成長によって互いに接触して絡まり合い網目構造を形成してもよい。この場合、エミッタカーボンファイバー4からの電子放出の指向性を増大することができる。
【0027】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源は、図1に示すように、ゲート電極14とエミッタカーボンファイバー4とのショートを防ぐために、ドライエッチングにより形成した側壁面が、略垂直構造のホール11を備えている。
【0028】
また、ゲート電極14の側壁面上に形成されたゲートカーボンファイバー3を制御電極として利用し、エミッタカーボンファイバー4からの電子放出の指向性を有効に制御することができる。また、図1(a)および図1(b)に示すように、ゲート電極14の側壁面上に形成されたゲートカーボンファイバー3を横方向成長によって、開口部の略中央部まで延伸させることによって、エミッタカーボンファイバー4の内、ホール11の中央部分のエミッタカーボンファイバー4からの電子放出も実効的に制御性を増大することができる。
【0029】
また、第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源は、図1(a)に示すように、ゲートカーボンファイバー3を成長するためのガイドとして、第1絶縁膜12および第2絶縁膜20によって、ゲート電極14が狭まれた構造を備える。第1絶縁膜12および第2絶縁膜20によって、ゲート電極14が狭まれた構造において、凹部の部分にゲートカーボンファイバーを成長させるための触媒微結晶核29をめっきにて選択的に形成することができる。
【0030】
第1絶縁膜12および第2絶縁膜20によって、ゲート電極14が狭まれた構造において、凹部の部分の寸法W1は、第1絶縁膜12の厚さW2の1/2倍と略等しい。すなわち、W1≒W2/2が成立する。ここで、具体的な寸法としては、第1絶縁膜12の厚さW2は、例えば、約1.5μm程度である。したがって、凹部の部分の寸法W1は、例えば、約0.75μm程度である。
【0031】
また、図1(a)に示すように、第2絶縁膜20の開口幅W0は、ゲート電極14の開口幅(W0+2W1)よりも狭い。ここで、具体的な寸法としては、第2絶縁膜20の開口幅W0は、例えば、約2μm程度である。ゲート電極14の開口幅(W0+2W1)は、例えば、約3.5μm程度である。
【0032】
第1絶縁膜12および第2絶縁膜20は、いずれも例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、アルミナ膜などで形成可能である。
【0033】
カソード電極10およびゲート電極14は、いずれも、例えば、Crなどで形成可能である。
【0034】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源の拡大された模式的平面パターン構成は、図2に示すように表される。
【0035】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源においては、図2に示すように、電界放出マトリックス電極構造において、ゲート電極14とカソード電極10との交差部に形成される1ドット内のホール11の成形が複数個・高密度になされ、1ドットあたりの放出電流量が上昇する。1ドットあたりの放出電流量を上昇するためには、ドライエッチングによってホール11を形成する場合の方が、ウェットエッチングによってホールを形成する場合よりも、ホール11底へ触媒微結晶核29の形成密度を高くすることができるため有利である。ゲート電極14とカソード電極10の交差部におけるドットあたりのホール11をドライホール形成により高密度化することができ、この結果、放出電流密度の向上を図ることができる。
【0036】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源の別の模式的平面パターン構成例であって、図3(a)は、三角形パターン構成例、図3(b)は、六角形パターン構成例、図3(c)は、四角形パターン構成例をそれぞれ示す。図3(a)〜(c)に示されるドライホールパターンをゲート電極14とカソード電極10の交差部に高密度に配置することで、放出電流密度の向上を図ることができる。
【0037】
また、第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源においては、ゲート電極14から横方向に成長されたゲートカーボンファイバー3とエミッタカーボンファイバー4間のショートが生じたとしても、ゲート電極14とカソード電極10間に所定の電流密度の電流を通電することによって、容易に開放状態とすることができる。
【0038】
ゲートカーボンファイバー3をエミッタカーボンファイバー4からの電子放出の制御電極として利用することによって、ゲートカーボンファイバー3とエミッタカーボンファイバー4とのショートが生じても、直径の細いカーボンファイバー間のショートであるため、通電することによって、容易に切断しやすいためである。
【0039】
また、第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源においては、ゲートカーボンファイバー3をメッシュ状の構成とすることによって、エミッタカーボンファイバー4からの電子放出の指向性制御が容易に向上可能となる。
【0040】
本発明第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源によれば、電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性が良好で、高出力電流密度のカーボンファイバー電子放出源を提供することができる。
【0041】
(FED装置)
本発明の第1の実施の形態に係るFED装置は、図4に示すように、基板18上に配置されたカソード電極10と、カソード電極10上に配置された第1絶縁膜12と、第1絶縁膜12上に配置されたゲート電極14と、ゲート電極14を中間にしてカソード電極10と反対側のゲート電極14の上方に配置されたアノード電極6と、ゲート電極14上に配置された第2絶縁膜20と、第2絶縁膜20およびゲート電極14の開口部に、第1絶縁膜12中にカソード電極10表面まで到達して形成されたホール11と、ホール11の底面およびゲート電極14の側面に形成された触媒微結晶核29と、カソード電極10上の触媒微結晶核上に形成されたエミッタカーボンファイバーと、ゲート電極の側面上の前記触媒微結晶核上に形成されたゲートカーボンファイバーと、アノード電極の前記カソード電極に対向する裏面上に配置された蛍光体とを備える。
【0042】
第1の実施の形態に係るFED装置において、ゲートカーボンファイバーは、エミッタカーボンファイバーからの電子引き出し電極となる。
【0043】
第1の実施の形態に係るFED装置において、第2絶縁膜20の開口幅W0は、ゲート電極14の開口幅W0+2W1よりも狭い。
【0044】
第1絶縁膜12および第2絶縁膜20によって、ゲート電極14が狭まれた構造において、凹部の部分の寸法W1は、第1絶縁膜12の厚さW2の1/2倍と略等しい。すなわち、W1≒W2/2が成立する。ここで、具体的な寸法としては、第1絶縁膜12の厚さW2は、例えば、約1.5μm程度である。したがって、凹部の部分の寸法W1は、例えば、約0.75μm程度である。
【0045】
また、第2絶縁膜20の開口幅W0は、ゲート電極14の開口幅(W0+2W1)よりも狭い。ここで、具体的な寸法としては、第2絶縁膜20の開口幅W0は、例えば、約2μm程度である。ゲート電極14の開口幅(W0+2W1)は、例えば、約3.5μm程度である。
【0046】
ゲートカーボンファイバー3は、ゲート電極14の側面からの横方向成長によって互いに接触して絡まり合い網目構造を形成してもよい。この場合、エミッタカーボンファイバー4からの電子放出の指向性を増大することができる。
【0047】
第1の実施の形態に係るFED装置は、図4に示すように、ゲート電極14とエミッタカーボンファイバー4とのショートを防ぐために、ドライエッチングにより形成した、側壁面が略垂直構造のホール11を備えている。
【0048】
また、ゲート電極14の側壁面上に形成されたゲートカーボンファイバー3を制御用のゲート電極として利用し、エミッタカーボンファイバー4からの電子放出の指向性を有効に制御することができる。また、図4に示すように、ゲート電極14の側壁面上に形成されたゲートカーボンファイバー3を横方向成長によって、開口部の略中央部まで延伸させることによって、カソード電極10から成長したエミッタカーボンファイバー4の内、ホール11の中央部分のエミッタカーボンファイバー4からの電子放出も実効的に制御性を増大することができる。
【0049】
また、第1の実施の形態に係るFED装置は、図4に示すように、ゲートカーボンファイバー3を成長するためのガイドとして、第1絶縁膜12および第2絶縁膜20によって、ゲート電極14が狭まれた構造を備える。第1絶縁膜12および第2絶縁膜20によって、ゲート電極14が狭まれた構造において、凹部の部分にゲートカーボンファイバーを成長させるための触媒微結晶核29をめっきにて選択的に形成することができる。
【0050】
アノード電極6とカソード電極10間には、アノード電極6を正電位、カソード電極10を負電位とするアノード電源Vaが印加され、アノード電極6とカソード電極10間には電子の加速電圧が与えられている。また、ゲート電極14とカソード電極10間には、ゲート電極14を正電位、カソード電極10を負電位とするゲート電源Vgが印加され、ゲート電極14とカソード電極10間には、エミッタカーボンファイバー4からの電子の引出し電圧が与えられている。ゲート電極14とカソード電極10間に印加されたゲート電源Vgによってエミッタカーボンファイバー4から引き出された(出射された)電子は、アノード電極6とカソード電極10間の加速電圧によって、アノード電極6に到達し、アノード電極6の裏面上の蛍光体5に入射して、所望の蛍光発光を放出する。アノード電極6とカソード電極10間は、例えば約数μm以下であり、しかも真空に保たれている。
【0051】
本発明の第1の実施の形態に係るFED装置によれば、電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性が良好で、高電流密度で高輝度、大容量かつ大画面を有するFED装置を提供することができる。
【0052】
(カーボンファイバー製造法)
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法について、図5〜図13を用いて説明する。
【0053】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法は、ドライエッチングによる微細ホールの形成工程と、超音波触媒メッキ工程と、カーボンファイバーの成長工程とを有する。ドライエッチングによる微細ホール形成工程は、図5〜図10に示され、超音波触媒メッキ工程は、図11および図12に示され、カーボンファイバーの成長工程は、図13に示されている。第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法による実験結果は、図14〜図16に示す通りである。
【0054】
本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法は、図5〜図13に示すように、基板18上にカソード電極10を形成する工程と、カソード電極10上に第1絶縁膜12を形成する工程と、第1絶縁膜12上にゲート電極14を形成する工程と、ゲート電極14上に第2絶縁膜20を形成する工程と、第2絶縁膜20およびゲート電極14に開口部を形成後、第1絶縁膜12中にカソード電極10表面まで到達するホール11を形成する工程と、ホール11の底面およびゲート電極14の側面に触媒微結晶核29を形成する工程と、カソード電極10上の触媒微結晶核29上にエミッタカーボンファイバー4を形成する工程と、ゲート電極14の側面上の触媒微結晶核29上にゲートカーボンファイバー3を形成する工程とを有する。
【0055】
触媒微結晶核29を形成する際、カソード電極10およびゲート電極14をメッキ槽34内にて陰極として電着させる工程と、さらにメッキ槽34に超音波を印加する工程とを有する。
【0056】
エミッタカーボンファイバー4を形成する工程と、ゲートカーボンファイバー3を形成する工程は、同時に行われても良い。この場合には、プロセス時間の短縮を図ることができる。
【0057】
本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法においては、ドライエッチングにより、微細なホール11を形成した後に、酸素アッシングによってレジスト16(図9)を取り去った基板のゲート電極14およびをカソード電極10を陰極、対向電極30を陽極にして、メッキ槽34中において、ホール11の底面上およびゲート電極14の側面上に触媒微結晶核29を電着させる。メッキ時、微細なホール11内へメッキ用の電解液33を導入させるために、超音波を印加しながらメッキ電着を行う。これによって、泡がみを防ぐことができる。
【0058】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法においては、リフトオフが困難なドライホールであっても、容易にホール底へ触媒微結晶核29を形成することができる。特に、ホールのアスペクト比が高い場合にも容易にホール底へ触媒微結晶核29を形成することができる。
【0059】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法のように、触媒メッキ技術に超音波技術を付加することによって、例えば、約10nmφ程度の細いエミッタカーボンファイバー4およびゲートカーボンファイバー3のみが成長し、副生成物であるアモルフォスカーボンの析出は見られなくなり、ファイバーの品質(純度)が向上する。また、カソード電極10およびゲート電極14の他に、陽極となる対向電極30を積極的に配置することで、カソード電極10およびゲート電極14に触媒微結晶核29が電着される。
【0060】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法においては、高価な触媒スパッタ装置を利用することなく、装置構成が簡易な超音波触媒メッキ法を用いることで安価に、均一化されかつ微細なCNFを形成することができる。
【0061】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法においては、成長させたい導体基板上において、意図する場所のみに電流が流れるように、超音波触媒メッキを行うことによって、その部分全体に電着され、その部分のみにカーボンファイバーを成長することができる。
【0062】
また、第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法においては、均一な太さ、長さで、高純度のカーボンファイバーの量産方法を提供することができる。
【0063】
又、第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法によれば、酸化した触媒金属からはカーボンファイバーは成長するという選択性を利用することができる。
【0064】
(ドライエッチングによる微細ホールの形成工程)
(a)まず、図5に示すように、ガラス基板、SiO2基板、シリコン基板などからなる基板18を準備する。
【0065】
(b)次に、図5に示すように、カソード電極10をスパッタリング技術などを用いて形成する。カソード電極10の材料としては、例えば、Cr,Moなどを用いることができる。
【0066】
(c)次に、レジストを塗布後、カソード電極10のストライプ形状を形成するために、フォトリソグラフィー工程によって、レジストを、パターニングする(図示省略)。
【0067】
(d)次に、リフトオフ工程によって、カソード電極10のストライプ形状をエッチングにより形成する(図示省略)。
【0068】
(e)次に、図5に示すように、第1絶縁膜12をカソード電極10のストライプパターン上および露出した基板18上に堆積する。第1絶縁膜12の材料としては、例えば、化学的気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法によって形成したCVDSiO2膜などを用いることができる。
【0069】
(f)次に、図5に示すように、ゲート電極14を、スパッタリング技術若しくは蒸着技術などを用いて形成する。ゲート電極14の材料としては、例えばCr,Moなどを用いることができる。
【0070】
(g)次に、レジストを塗布後、ゲート電極14のストライプ形状を形成するために、フォトリソグラフィー工程によって、レジストを、パターニングする(図示省略)。
【0071】
(h)次に、リフトオフ工程によって、ゲート電極14のストライプ形状をエッチングにより形成する(図示省略)。
【0072】
(i)次に、図5に示すように、第2絶縁膜20をゲート電極14のストライプパターン上および露出した第1絶縁膜12上に堆積する。第2絶縁膜20の材料としては、例えば、CVDSiO2膜などを用いることができる。
【0073】
(j)次に、図5および図6に示すように、レジスト16を塗布後、フォトリソグラフィー工程によって、レジスト16をパターニングして、ホール11を形成するためのドライエッチングパターンを形成する。これによって、エッチング用レジストホールを形成する。
【0074】
(k)次に、図7に示すように、エッチング用レジストホールを介して、第2絶縁膜20をドライエッチングによって除去する。
【0075】
(l)次に、図8に示すように、ウェットエッチングによって、ゲート電極14を横方向にエッチングによって、凹型形状に掘り込む。
【0076】
(m)次に、図9に示すように、第1絶縁膜12をドライエッチングによって、カソード電極10の表面が露出するまで掘り込む。上記ドライエッチング技術は、例えば反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)技術などを用いることができる。
【0077】
(n)次に、図10に示すように、アッシングによって、レジスト16を除去する。
【0078】
(o)次に、図11および図12に示すように、後述する超音波触媒メッキ工程によって、触媒微結晶核29をホール11内のカソード電極10の表面上およびゲート電極14の側面上に形成する。
【0079】
(p)次に、図13に示すように、後述するカーボンファイバーの成長工程によって、触媒微結晶核29上にゲートカーボンファイバー3およびエミッタカーボンファイバー4を形成する。
【0080】
(超音波触媒メッキ工程)
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法に用いる超音波触媒メッキ装置の模式的概略構成は、図11に示すように表される。
【0081】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法に用いる超音波触媒メッキ装置は、図11に示すように、水を収納した超音波槽(図示省略)と、超音波槽内に収容され,電解液33を収納したメッキ槽34と、超音波槽の内壁とメッキ槽34の外壁間を接続し,超音波槽内においてメッキ槽34を保持する保持台と、メッキ槽34内の電解液33に浸漬され,互いに交差する複数のゲート電極14と複数のカソード電極10からなる電界放出マトリックス電極構造および対向電極30とを備える。
【0082】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法に用いる超音波触媒メッキ法においては、ゲート電極14およびカソード電極10を共通陰極とし、対向電極30を陽極として構成し、対向電極30とゲート電極14およびカソード電極10間には、ゲート電極14およびカソード電極10を負の電位、対向電極30を正の電位とする電圧が印加されている。
【0083】
―イオン化傾向―
ここで、ゲート電極14に使用する電極材料としては、もしも、触媒金属として、Feを利用するならば、Feよりもイオン化傾向の大きいCrなどの金属を使用する。電解液33中に溶けた金属イオンが、ゲート電極14およびカソード電極10に優先的に析出されないようにするためである。
【0084】
イオン化傾向は、K>Na>Sr>Ca>Mg>Al>Ce>Cr>Mn>Zn>Cd>Fe>Co>Ni>Sn>Pb>(H)>Ge>In>Sb>Bi>Cu>Hg>Ag>Pt>Au>Si>Ti>C>W>Mo>Seで表される。
【0085】
したがって、ゲート電極14およびカソード電極10に使用する電極材料としては、もしも、触媒金属として、Feを利用するならば、Feよりもイオン化傾向の大きい、例えば、Mg、Al、Ce、Cr、Mn、Zn、Cdなどの金属材料を適用する。
【0086】
電解液33に溶かし込む触媒金属塩としては、例えば、Feイオンであるならば、FeCl2・4H2O,FeCl3・6H2O,Fe(SO4)・7H2O,Fe(NH4)2(SO4)・6H2Oなどを用いることができる。
【0087】
Coイオンであるならば、CoSO4・7H2O,CuSO4(NH)2 ・6H2O,CoCl2 ・6H2Oなどを用いることができる。
【0088】
Niイオンあるならば、NiO,NiSO4・7H2O,NiCl2・6H2O,NiSO4(NH4) SO4・6H2Oなどを用いることができる。
【0089】
なお、塩化物を含むものはゲート電極14およびカソード電極10において塩素ガスを放出する点に留意する必要がある。
【0090】
(カーボンファイバーの成長工程)
メッキ後の基板18に対してはアセトン、アルコール洗浄を行い、残留メッキイオン成分を取り除く。カーボンファイバーの成長装置としては、例えば、熱CVD装置、プラズマCVD装置を使用することができる。成長ガスとしては、例えば、CH4,C2H2,CO,メタノール,エタノールなどを適用することができる。担持ガスとしては、例えば、Ar, H2,Heなどを適用することができる。成長温度は、例えば、約450℃〜800℃程度の広い範囲を用いることができる。基板18として、ガラス基板を使用する場合には、成長温度は、例えば、約650℃程度以下とする。成長時間は、例えば、約5分〜120分程度である。成長時間は、成長温度、ガス種、触媒によって多種多様である。
【0091】
カーボンファイバーの成長工程では、例えば約580℃で、10分〜30分程度、例えばCO/H2ガスを導入して、ゲートカーボンファイバー3およびエミッタカーボンファイバー4を成長する。
【0092】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法においては、図12〜図13に示すように、メッキによって被膜された触媒微結晶核29が、ホール11内のカソード電極10上およびゲート電極14の側面上に成長し、その上に直接エミッタカーボンファイバー4およびゲートカーボンファイバー3が成長している。
【0093】
ここでは、酸化した触媒金属(Fe,Ni,Co)からはカーボンファイバーが成長するという選択性を利用している。例えば、Fe2O3, FeO, NiO, Co2O3, CoOが還元されて、結果として、触媒金属が酸化されていたとしても、Fe, Co, Niが生じることで、酸化した触媒金属からは、カーボンファイバーが成長する。
【0094】
(実験結果)
ゲート電極14の側面にゲートカーボンファイバー3、カソード電極10の表面にエミッタカーボンファイバー4を形成した第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源の拡大された断面SEM写真を図14に示す。また、図14のゲート電極14近傍の拡大された断面SEM写真を図15に示す。また、図14のゲート電極14近傍の別の拡大された断面SEM写真を図16に示す。図14〜図16から明らかなように、ゲート電極14の側面にゲートカーボンファイバー3、カソード電極10の表面にエミッタカーボンファイバー4が形成されている。
【0095】
本発明の第1の実施の形態によれば、電界放出マトリックス電極を利用した選択的超音波触媒メッキ法を用いて、簡易かつ安価な方法で、電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性の良好なカーボンファイバーを高密度かつ均一に形成可能なカーボンファイバー製造法を提供することができる。
【0096】
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第1の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【0097】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
【産業上の利用可能性】
【0098】
本発明によれば、製造されたカーボンファイバーを適用して電子放出源(ディスプレイ用、センサー用線発生源用)に適用可能であり、また、電子銃およびFED装置を提供することができ、さらに電子線描画装置、カーボンファイバーを利用するナノ配線、電気2重層キャパシターのカーボン電極部、燃料電池用カーボン電極部、ガスセンサの気体吸着用カーボンなど幅広い分野において適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0099】
【図1】(a)本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源の拡大された模式的断面構造図、(b)(a)に対応する模式的平面パターン構成図。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源の拡大された模式的平面パターン構成図。
【図3】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源の別の模式的平面パターン構成例であって、(a)三角形パターン構成例、(b)六角形パターン構成例、(c)四角形パターン構成例。
【図4】本発明の第1の実施の形態に係るCNT−FED装置の模式的断面構造図。
【図5】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法の製造工程の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図6】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法の製造工程の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図7】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法の製造工程の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図8】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法の製造工程の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図9】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法の製造工程の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図10】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法の製造工程の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図11】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法に適用する選択的超音波触媒メッキ法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図12】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法の製造工程の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図13】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法の製造工程の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図14】ゲート電極の側面にゲートカーボンファイバー、カソード電極の表面にエミッタカーボンファイバーを形成した本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源の拡大された断面SEM写真。
【図15】図14のゲート電極近傍の拡大された断面SEM写真。
【図16】図14のゲート電極近傍の別の拡大された断面SEM写真。
【図17】従来のカーボンファイバー電子放出源の拡大された模式的断面構造図。
【図18】従来の別のカーボンファイバー電子放出源の拡大された模式的断面構造図。
【符号の説明】
【0100】
3…ゲートカーボンファイバー
4…エミッタカーボンファイバー
5…蛍光体
6…アノード電極
7…ガラス基板
8…アノード電源(Va)
9…ゲート電源(Vg)
10…カソード電極
11…ホール
12…第1絶縁膜
14…ゲート電極
16…レジスト
18…基板
20…第2絶縁膜
29…触媒微結晶核
30…対向電極
33…電解液
34…メッキ槽
【技術分野】
【0001】
本発明は、カーボンファイバー電子放出源、フィールドエミッションディスプレイ(FED:Field Emission Display)装置およびカーボンファイバー製造法に関し、特にゲート電極の側面に制御用のゲートカーボンファイバーを用いたカーボンファイバー電子放出源、FED装置およびカーボンファイバー製造法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のカーボンファイバーの製造方法においては、レジストをマスクにしてホール内にスパッタリングによって、触媒が形成されている(例えば、特許文献1参照。)。さらに、触媒スパッタ後レジストをリフトオフする必要がある(例えば、特許文献2参照。)。
【0003】
しかし、ホール径の微細化に伴うドライホール形成プロセスにおいてレジストが変性し、触媒スパッタ後レジストがリフトオフ出来ないという問題点がある。
【0004】
ウェットホール形成ではレジストの変性は無いが、等方的にホールエッチングされ、1ドット内への詰め込みに限界がある。
【0005】
又、微細な垂直ホールが形成されても、ホールのアスペクト比が大きくなり、触媒スパッタ時、ホール内壁への触媒付着がなされ、成長プロセスにて壁面からのカーボンファイバーの異常成長が生じるという問題点がある。
【0006】
ウェットエッチングによって、ホール11を形成した従来のカーボンファイバー電子放出源の拡大された模式的断面構造は、図17に示すように表される。また、ドライエッチングによって、ホール11を形成した従来のカーボンファイバー電子放出源の拡大された模式的断面構造は、図18に示すように表される。
【0007】
図17に示すウェットホール構造では、エミッタカーボンファイバー4をゲート電極14の近くまで成長させることでエミッタカーボンファイバー4からの良好な電子放出が得られる。しかし、エミッタカーボンファイバー4とゲート電極14とのショートが生じると、ショート切断が困難であり、特に、エミッタカーボンファイバー4とゲート電極14との間に通電しても、ショート切断が困難となる。
【0008】
図18に示すドライホール構造では、ゲート電極14とエミッタカーボンファイバー4のショートは防げる。しかし、電子放出に寄与するエミッタカーボンファイバー4がホール11端のエミッタカーボンファイバー4に限られるという問題点がる。すなわち、図18に示すドライホール構造では、ゲート電極14によるエミッタカーボンファイバー4からの電子放出の制御性が及ぶ範囲が、ゲート電極14近傍のホール11端のエミッタカーボンファイバー4に限定され、ホール11の中央付近のエミッタカーボンファイバー4には及ばない。このため、全体として、エミッタカーボンファイバー4からの電子放出の電流密度が低下し、ゲート電極14による制御性も低下する。
【0009】
また、図18に示すドライホール構造では、図18に示すように、電子放出のエミッション角度が広くなりエミッション指向性が劣るという問題点がある。
【特許文献1】特開2005−72171号公報
【特許文献2】特開2006−40723号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明の目的は、電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性が良好で、高出力電流密度のカーボンファイバー電子放出源を提供することにある。
【0011】
さらに本発明の目的は、電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性が良好で、高電流密度で高輝度、大容量かつ大画面を有するFED装置を提供することにある。
【0012】
さらに本発明の目的は、電界放出マトリックス電極を利用した選択的超音波触媒メッキ法を用いて、簡易かつ安価な方法で、電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性の良好なカーボンファイバーを高密度かつ均一に形成可能なカーボンファイバー製造法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、基板上に配置されたカソード電極と、前記カソード電極上に配置された第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に配置されたゲート電極と、前記ゲート電極上に配置された第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜および前記ゲート電極の開口部に、前記第1絶縁膜中に前記カソード電極表面まで到達して形成されたホールと、前記ホールの底面および前記ゲート電極の側面に形成された触媒微結晶核と、前記カソード電極上の前記触媒微結晶核上に形成されたエミッタカーボンファイバーと、前記ゲート電極の側面上の前記触媒微結晶核上に形成されたゲートカーボンファイバーと、を備えるカーボンファイバー電子放出源が提供される。
【0014】
本発明の他の態様によれば、基板上に配置されたカソード電極と、前記カソード電極上に配置された第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に配置されたゲート電極と、前記ゲート電極を中間にして前記カソード電極と反対側の前記ゲート電極の上方に配置されたアノード電極と、前記ゲート電極上に配置された第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜および前記ゲート電極の開口部に、前記第1絶縁膜中に前記カソード電極表面まで到達して形成されたホールと、前記ホールの底面および前記ゲート電極の側面に形成された触媒微結晶核と、前記カソード電極上の前記触媒微結晶核上に形成されたエミッタカーボンファイバーと、前記ゲート電極の側面上の前記触媒微結晶核上に形成されたゲートカーボンファイバーと、前記アノード電極の前記カソード電極に対向する裏面上に配置された蛍光体とを備えるフィールドエミッションディスプレイ装置が提供される。
【0015】
本発明の他の態様によれば、基板上にカソード電極を形成する工程と、前記カソード電極上に第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上に第2絶縁膜を形成する工程と、前記第2絶縁膜および前記ゲート電極に開口部を形成後、前記第1絶縁膜中に前記カソード電極表面まで到達するホールを形成する工程と、前記ホールの底面および前記ゲート電極の側面に触媒微結晶核を形成する工程と、前記カソード電極上の前記触媒微結晶核上にエミッタ用のカーボンファイバーを形成する工程と、前記ゲート電極の側面上の前記触媒微結晶核上に制御用のカーボンファイバーを形成する工程と、を有するカーボンファイバー製造法が提供される。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性が良好で、高出力電流密度のカーボンファイバー電子放出源を提供することができる。
【0017】
さらに本発明によれば、電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性が良好で、高電流密度で高輝度、大容量かつ大画面を有するFED装置を提供することができる。
【0018】
さらに本発明によれば、電界放出マトリックス電極を利用した選択的超音波触媒メッキ法を用いて、簡易かつ安価な方法で、電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性の良好なカーボンファイバーを高密度かつ均一に形成可能なカーボンファイバー製造法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下において、同じブロックまたは要素には同じ符号を付して説明の重複を避け、説明を簡略にする。図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【0020】
以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【0021】
なお、以下の説明において、カーボンファイバーは、カーボンナノチューブ(CNT:Carbon Nano-Tube)、カーボンナノファイバー(CNF:Carbon Nano-Fiber)と同義のものであるとして用いている。微細構造上は、CNTであっても、巨視的にはCNF形状を有するからである。
【0022】
また、同様に、以下の説明において、カーボンファイバーは、グラファイトナノチューブ(GNT:Graphite Nano-Tube)、グラファイトナノファイバー(GNF:Graphite Nano-Fiber)と同義のものであるとして用いている。微細構造上は、GNTであっても、巨視的にはGNF形状を有するからである。したがって、カーボンファイバーは、GNTで置換されていても良い。すなわち、CNF、CNTの代わりに、グラファイトナノシートの形状を備えていても良い。
【0023】
[第1の実施の形態]
(カーボンファイバー電子放出源)
本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源の拡大された模式的断面構造は、図1(a)に示すように表され、図1(a)に対応する模式的平面パターン構成は、図1(b)に示すように表される。
【0024】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源は、図1に示すように、基板18上に配置されたカソード電極10と、カソード電極10上に配置された第1絶縁膜12と、第1絶縁膜12上に配置されたゲート電極14と、ゲート電極14上に配置された第2絶縁膜20と、第2絶縁膜20およびゲート電極14の開口部に、第1絶縁膜12中にカソード電極10表面まで到達して形成されたホール11と、ホール11の底面およびゲート電極14の側面に形成された触媒微結晶核29と、カソード電極10上の触媒微結晶核29上に形成されたエミッタカーボンファイバー4と、ゲート電極14の側面上の触媒微結晶核29上に形成されたゲートカーボンファイバー3とを備える。
【0025】
ゲートカーボンファイバー3は、エミッタカーボンファイバー4からの電子引き出し電極となる。
【0026】
ゲートカーボンファイバー3は、ゲート電極14の側面からの横方向成長によって互いに接触して絡まり合い網目構造を形成してもよい。この場合、エミッタカーボンファイバー4からの電子放出の指向性を増大することができる。
【0027】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源は、図1に示すように、ゲート電極14とエミッタカーボンファイバー4とのショートを防ぐために、ドライエッチングにより形成した側壁面が、略垂直構造のホール11を備えている。
【0028】
また、ゲート電極14の側壁面上に形成されたゲートカーボンファイバー3を制御電極として利用し、エミッタカーボンファイバー4からの電子放出の指向性を有効に制御することができる。また、図1(a)および図1(b)に示すように、ゲート電極14の側壁面上に形成されたゲートカーボンファイバー3を横方向成長によって、開口部の略中央部まで延伸させることによって、エミッタカーボンファイバー4の内、ホール11の中央部分のエミッタカーボンファイバー4からの電子放出も実効的に制御性を増大することができる。
【0029】
また、第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源は、図1(a)に示すように、ゲートカーボンファイバー3を成長するためのガイドとして、第1絶縁膜12および第2絶縁膜20によって、ゲート電極14が狭まれた構造を備える。第1絶縁膜12および第2絶縁膜20によって、ゲート電極14が狭まれた構造において、凹部の部分にゲートカーボンファイバーを成長させるための触媒微結晶核29をめっきにて選択的に形成することができる。
【0030】
第1絶縁膜12および第2絶縁膜20によって、ゲート電極14が狭まれた構造において、凹部の部分の寸法W1は、第1絶縁膜12の厚さW2の1/2倍と略等しい。すなわち、W1≒W2/2が成立する。ここで、具体的な寸法としては、第1絶縁膜12の厚さW2は、例えば、約1.5μm程度である。したがって、凹部の部分の寸法W1は、例えば、約0.75μm程度である。
【0031】
また、図1(a)に示すように、第2絶縁膜20の開口幅W0は、ゲート電極14の開口幅(W0+2W1)よりも狭い。ここで、具体的な寸法としては、第2絶縁膜20の開口幅W0は、例えば、約2μm程度である。ゲート電極14の開口幅(W0+2W1)は、例えば、約3.5μm程度である。
【0032】
第1絶縁膜12および第2絶縁膜20は、いずれも例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、アルミナ膜などで形成可能である。
【0033】
カソード電極10およびゲート電極14は、いずれも、例えば、Crなどで形成可能である。
【0034】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源の拡大された模式的平面パターン構成は、図2に示すように表される。
【0035】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源においては、図2に示すように、電界放出マトリックス電極構造において、ゲート電極14とカソード電極10との交差部に形成される1ドット内のホール11の成形が複数個・高密度になされ、1ドットあたりの放出電流量が上昇する。1ドットあたりの放出電流量を上昇するためには、ドライエッチングによってホール11を形成する場合の方が、ウェットエッチングによってホールを形成する場合よりも、ホール11底へ触媒微結晶核29の形成密度を高くすることができるため有利である。ゲート電極14とカソード電極10の交差部におけるドットあたりのホール11をドライホール形成により高密度化することができ、この結果、放出電流密度の向上を図ることができる。
【0036】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源の別の模式的平面パターン構成例であって、図3(a)は、三角形パターン構成例、図3(b)は、六角形パターン構成例、図3(c)は、四角形パターン構成例をそれぞれ示す。図3(a)〜(c)に示されるドライホールパターンをゲート電極14とカソード電極10の交差部に高密度に配置することで、放出電流密度の向上を図ることができる。
【0037】
また、第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源においては、ゲート電極14から横方向に成長されたゲートカーボンファイバー3とエミッタカーボンファイバー4間のショートが生じたとしても、ゲート電極14とカソード電極10間に所定の電流密度の電流を通電することによって、容易に開放状態とすることができる。
【0038】
ゲートカーボンファイバー3をエミッタカーボンファイバー4からの電子放出の制御電極として利用することによって、ゲートカーボンファイバー3とエミッタカーボンファイバー4とのショートが生じても、直径の細いカーボンファイバー間のショートであるため、通電することによって、容易に切断しやすいためである。
【0039】
また、第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源においては、ゲートカーボンファイバー3をメッシュ状の構成とすることによって、エミッタカーボンファイバー4からの電子放出の指向性制御が容易に向上可能となる。
【0040】
本発明第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源によれば、電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性が良好で、高出力電流密度のカーボンファイバー電子放出源を提供することができる。
【0041】
(FED装置)
本発明の第1の実施の形態に係るFED装置は、図4に示すように、基板18上に配置されたカソード電極10と、カソード電極10上に配置された第1絶縁膜12と、第1絶縁膜12上に配置されたゲート電極14と、ゲート電極14を中間にしてカソード電極10と反対側のゲート電極14の上方に配置されたアノード電極6と、ゲート電極14上に配置された第2絶縁膜20と、第2絶縁膜20およびゲート電極14の開口部に、第1絶縁膜12中にカソード電極10表面まで到達して形成されたホール11と、ホール11の底面およびゲート電極14の側面に形成された触媒微結晶核29と、カソード電極10上の触媒微結晶核上に形成されたエミッタカーボンファイバーと、ゲート電極の側面上の前記触媒微結晶核上に形成されたゲートカーボンファイバーと、アノード電極の前記カソード電極に対向する裏面上に配置された蛍光体とを備える。
【0042】
第1の実施の形態に係るFED装置において、ゲートカーボンファイバーは、エミッタカーボンファイバーからの電子引き出し電極となる。
【0043】
第1の実施の形態に係るFED装置において、第2絶縁膜20の開口幅W0は、ゲート電極14の開口幅W0+2W1よりも狭い。
【0044】
第1絶縁膜12および第2絶縁膜20によって、ゲート電極14が狭まれた構造において、凹部の部分の寸法W1は、第1絶縁膜12の厚さW2の1/2倍と略等しい。すなわち、W1≒W2/2が成立する。ここで、具体的な寸法としては、第1絶縁膜12の厚さW2は、例えば、約1.5μm程度である。したがって、凹部の部分の寸法W1は、例えば、約0.75μm程度である。
【0045】
また、第2絶縁膜20の開口幅W0は、ゲート電極14の開口幅(W0+2W1)よりも狭い。ここで、具体的な寸法としては、第2絶縁膜20の開口幅W0は、例えば、約2μm程度である。ゲート電極14の開口幅(W0+2W1)は、例えば、約3.5μm程度である。
【0046】
ゲートカーボンファイバー3は、ゲート電極14の側面からの横方向成長によって互いに接触して絡まり合い網目構造を形成してもよい。この場合、エミッタカーボンファイバー4からの電子放出の指向性を増大することができる。
【0047】
第1の実施の形態に係るFED装置は、図4に示すように、ゲート電極14とエミッタカーボンファイバー4とのショートを防ぐために、ドライエッチングにより形成した、側壁面が略垂直構造のホール11を備えている。
【0048】
また、ゲート電極14の側壁面上に形成されたゲートカーボンファイバー3を制御用のゲート電極として利用し、エミッタカーボンファイバー4からの電子放出の指向性を有効に制御することができる。また、図4に示すように、ゲート電極14の側壁面上に形成されたゲートカーボンファイバー3を横方向成長によって、開口部の略中央部まで延伸させることによって、カソード電極10から成長したエミッタカーボンファイバー4の内、ホール11の中央部分のエミッタカーボンファイバー4からの電子放出も実効的に制御性を増大することができる。
【0049】
また、第1の実施の形態に係るFED装置は、図4に示すように、ゲートカーボンファイバー3を成長するためのガイドとして、第1絶縁膜12および第2絶縁膜20によって、ゲート電極14が狭まれた構造を備える。第1絶縁膜12および第2絶縁膜20によって、ゲート電極14が狭まれた構造において、凹部の部分にゲートカーボンファイバーを成長させるための触媒微結晶核29をめっきにて選択的に形成することができる。
【0050】
アノード電極6とカソード電極10間には、アノード電極6を正電位、カソード電極10を負電位とするアノード電源Vaが印加され、アノード電極6とカソード電極10間には電子の加速電圧が与えられている。また、ゲート電極14とカソード電極10間には、ゲート電極14を正電位、カソード電極10を負電位とするゲート電源Vgが印加され、ゲート電極14とカソード電極10間には、エミッタカーボンファイバー4からの電子の引出し電圧が与えられている。ゲート電極14とカソード電極10間に印加されたゲート電源Vgによってエミッタカーボンファイバー4から引き出された(出射された)電子は、アノード電極6とカソード電極10間の加速電圧によって、アノード電極6に到達し、アノード電極6の裏面上の蛍光体5に入射して、所望の蛍光発光を放出する。アノード電極6とカソード電極10間は、例えば約数μm以下であり、しかも真空に保たれている。
【0051】
本発明の第1の実施の形態に係るFED装置によれば、電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性が良好で、高電流密度で高輝度、大容量かつ大画面を有するFED装置を提供することができる。
【0052】
(カーボンファイバー製造法)
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法について、図5〜図13を用いて説明する。
【0053】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法は、ドライエッチングによる微細ホールの形成工程と、超音波触媒メッキ工程と、カーボンファイバーの成長工程とを有する。ドライエッチングによる微細ホール形成工程は、図5〜図10に示され、超音波触媒メッキ工程は、図11および図12に示され、カーボンファイバーの成長工程は、図13に示されている。第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法による実験結果は、図14〜図16に示す通りである。
【0054】
本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法は、図5〜図13に示すように、基板18上にカソード電極10を形成する工程と、カソード電極10上に第1絶縁膜12を形成する工程と、第1絶縁膜12上にゲート電極14を形成する工程と、ゲート電極14上に第2絶縁膜20を形成する工程と、第2絶縁膜20およびゲート電極14に開口部を形成後、第1絶縁膜12中にカソード電極10表面まで到達するホール11を形成する工程と、ホール11の底面およびゲート電極14の側面に触媒微結晶核29を形成する工程と、カソード電極10上の触媒微結晶核29上にエミッタカーボンファイバー4を形成する工程と、ゲート電極14の側面上の触媒微結晶核29上にゲートカーボンファイバー3を形成する工程とを有する。
【0055】
触媒微結晶核29を形成する際、カソード電極10およびゲート電極14をメッキ槽34内にて陰極として電着させる工程と、さらにメッキ槽34に超音波を印加する工程とを有する。
【0056】
エミッタカーボンファイバー4を形成する工程と、ゲートカーボンファイバー3を形成する工程は、同時に行われても良い。この場合には、プロセス時間の短縮を図ることができる。
【0057】
本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法においては、ドライエッチングにより、微細なホール11を形成した後に、酸素アッシングによってレジスト16(図9)を取り去った基板のゲート電極14およびをカソード電極10を陰極、対向電極30を陽極にして、メッキ槽34中において、ホール11の底面上およびゲート電極14の側面上に触媒微結晶核29を電着させる。メッキ時、微細なホール11内へメッキ用の電解液33を導入させるために、超音波を印加しながらメッキ電着を行う。これによって、泡がみを防ぐことができる。
【0058】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法においては、リフトオフが困難なドライホールであっても、容易にホール底へ触媒微結晶核29を形成することができる。特に、ホールのアスペクト比が高い場合にも容易にホール底へ触媒微結晶核29を形成することができる。
【0059】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法のように、触媒メッキ技術に超音波技術を付加することによって、例えば、約10nmφ程度の細いエミッタカーボンファイバー4およびゲートカーボンファイバー3のみが成長し、副生成物であるアモルフォスカーボンの析出は見られなくなり、ファイバーの品質(純度)が向上する。また、カソード電極10およびゲート電極14の他に、陽極となる対向電極30を積極的に配置することで、カソード電極10およびゲート電極14に触媒微結晶核29が電着される。
【0060】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法においては、高価な触媒スパッタ装置を利用することなく、装置構成が簡易な超音波触媒メッキ法を用いることで安価に、均一化されかつ微細なCNFを形成することができる。
【0061】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法においては、成長させたい導体基板上において、意図する場所のみに電流が流れるように、超音波触媒メッキを行うことによって、その部分全体に電着され、その部分のみにカーボンファイバーを成長することができる。
【0062】
また、第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法においては、均一な太さ、長さで、高純度のカーボンファイバーの量産方法を提供することができる。
【0063】
又、第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法によれば、酸化した触媒金属からはカーボンファイバーは成長するという選択性を利用することができる。
【0064】
(ドライエッチングによる微細ホールの形成工程)
(a)まず、図5に示すように、ガラス基板、SiO2基板、シリコン基板などからなる基板18を準備する。
【0065】
(b)次に、図5に示すように、カソード電極10をスパッタリング技術などを用いて形成する。カソード電極10の材料としては、例えば、Cr,Moなどを用いることができる。
【0066】
(c)次に、レジストを塗布後、カソード電極10のストライプ形状を形成するために、フォトリソグラフィー工程によって、レジストを、パターニングする(図示省略)。
【0067】
(d)次に、リフトオフ工程によって、カソード電極10のストライプ形状をエッチングにより形成する(図示省略)。
【0068】
(e)次に、図5に示すように、第1絶縁膜12をカソード電極10のストライプパターン上および露出した基板18上に堆積する。第1絶縁膜12の材料としては、例えば、化学的気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法によって形成したCVDSiO2膜などを用いることができる。
【0069】
(f)次に、図5に示すように、ゲート電極14を、スパッタリング技術若しくは蒸着技術などを用いて形成する。ゲート電極14の材料としては、例えばCr,Moなどを用いることができる。
【0070】
(g)次に、レジストを塗布後、ゲート電極14のストライプ形状を形成するために、フォトリソグラフィー工程によって、レジストを、パターニングする(図示省略)。
【0071】
(h)次に、リフトオフ工程によって、ゲート電極14のストライプ形状をエッチングにより形成する(図示省略)。
【0072】
(i)次に、図5に示すように、第2絶縁膜20をゲート電極14のストライプパターン上および露出した第1絶縁膜12上に堆積する。第2絶縁膜20の材料としては、例えば、CVDSiO2膜などを用いることができる。
【0073】
(j)次に、図5および図6に示すように、レジスト16を塗布後、フォトリソグラフィー工程によって、レジスト16をパターニングして、ホール11を形成するためのドライエッチングパターンを形成する。これによって、エッチング用レジストホールを形成する。
【0074】
(k)次に、図7に示すように、エッチング用レジストホールを介して、第2絶縁膜20をドライエッチングによって除去する。
【0075】
(l)次に、図8に示すように、ウェットエッチングによって、ゲート電極14を横方向にエッチングによって、凹型形状に掘り込む。
【0076】
(m)次に、図9に示すように、第1絶縁膜12をドライエッチングによって、カソード電極10の表面が露出するまで掘り込む。上記ドライエッチング技術は、例えば反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)技術などを用いることができる。
【0077】
(n)次に、図10に示すように、アッシングによって、レジスト16を除去する。
【0078】
(o)次に、図11および図12に示すように、後述する超音波触媒メッキ工程によって、触媒微結晶核29をホール11内のカソード電極10の表面上およびゲート電極14の側面上に形成する。
【0079】
(p)次に、図13に示すように、後述するカーボンファイバーの成長工程によって、触媒微結晶核29上にゲートカーボンファイバー3およびエミッタカーボンファイバー4を形成する。
【0080】
(超音波触媒メッキ工程)
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法に用いる超音波触媒メッキ装置の模式的概略構成は、図11に示すように表される。
【0081】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法に用いる超音波触媒メッキ装置は、図11に示すように、水を収納した超音波槽(図示省略)と、超音波槽内に収容され,電解液33を収納したメッキ槽34と、超音波槽の内壁とメッキ槽34の外壁間を接続し,超音波槽内においてメッキ槽34を保持する保持台と、メッキ槽34内の電解液33に浸漬され,互いに交差する複数のゲート電極14と複数のカソード電極10からなる電界放出マトリックス電極構造および対向電極30とを備える。
【0082】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法に用いる超音波触媒メッキ法においては、ゲート電極14およびカソード電極10を共通陰極とし、対向電極30を陽極として構成し、対向電極30とゲート電極14およびカソード電極10間には、ゲート電極14およびカソード電極10を負の電位、対向電極30を正の電位とする電圧が印加されている。
【0083】
―イオン化傾向―
ここで、ゲート電極14に使用する電極材料としては、もしも、触媒金属として、Feを利用するならば、Feよりもイオン化傾向の大きいCrなどの金属を使用する。電解液33中に溶けた金属イオンが、ゲート電極14およびカソード電極10に優先的に析出されないようにするためである。
【0084】
イオン化傾向は、K>Na>Sr>Ca>Mg>Al>Ce>Cr>Mn>Zn>Cd>Fe>Co>Ni>Sn>Pb>(H)>Ge>In>Sb>Bi>Cu>Hg>Ag>Pt>Au>Si>Ti>C>W>Mo>Seで表される。
【0085】
したがって、ゲート電極14およびカソード電極10に使用する電極材料としては、もしも、触媒金属として、Feを利用するならば、Feよりもイオン化傾向の大きい、例えば、Mg、Al、Ce、Cr、Mn、Zn、Cdなどの金属材料を適用する。
【0086】
電解液33に溶かし込む触媒金属塩としては、例えば、Feイオンであるならば、FeCl2・4H2O,FeCl3・6H2O,Fe(SO4)・7H2O,Fe(NH4)2(SO4)・6H2Oなどを用いることができる。
【0087】
Coイオンであるならば、CoSO4・7H2O,CuSO4(NH)2 ・6H2O,CoCl2 ・6H2Oなどを用いることができる。
【0088】
Niイオンあるならば、NiO,NiSO4・7H2O,NiCl2・6H2O,NiSO4(NH4) SO4・6H2Oなどを用いることができる。
【0089】
なお、塩化物を含むものはゲート電極14およびカソード電極10において塩素ガスを放出する点に留意する必要がある。
【0090】
(カーボンファイバーの成長工程)
メッキ後の基板18に対してはアセトン、アルコール洗浄を行い、残留メッキイオン成分を取り除く。カーボンファイバーの成長装置としては、例えば、熱CVD装置、プラズマCVD装置を使用することができる。成長ガスとしては、例えば、CH4,C2H2,CO,メタノール,エタノールなどを適用することができる。担持ガスとしては、例えば、Ar, H2,Heなどを適用することができる。成長温度は、例えば、約450℃〜800℃程度の広い範囲を用いることができる。基板18として、ガラス基板を使用する場合には、成長温度は、例えば、約650℃程度以下とする。成長時間は、例えば、約5分〜120分程度である。成長時間は、成長温度、ガス種、触媒によって多種多様である。
【0091】
カーボンファイバーの成長工程では、例えば約580℃で、10分〜30分程度、例えばCO/H2ガスを導入して、ゲートカーボンファイバー3およびエミッタカーボンファイバー4を成長する。
【0092】
第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法においては、図12〜図13に示すように、メッキによって被膜された触媒微結晶核29が、ホール11内のカソード電極10上およびゲート電極14の側面上に成長し、その上に直接エミッタカーボンファイバー4およびゲートカーボンファイバー3が成長している。
【0093】
ここでは、酸化した触媒金属(Fe,Ni,Co)からはカーボンファイバーが成長するという選択性を利用している。例えば、Fe2O3, FeO, NiO, Co2O3, CoOが還元されて、結果として、触媒金属が酸化されていたとしても、Fe, Co, Niが生じることで、酸化した触媒金属からは、カーボンファイバーが成長する。
【0094】
(実験結果)
ゲート電極14の側面にゲートカーボンファイバー3、カソード電極10の表面にエミッタカーボンファイバー4を形成した第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源の拡大された断面SEM写真を図14に示す。また、図14のゲート電極14近傍の拡大された断面SEM写真を図15に示す。また、図14のゲート電極14近傍の別の拡大された断面SEM写真を図16に示す。図14〜図16から明らかなように、ゲート電極14の側面にゲートカーボンファイバー3、カソード電極10の表面にエミッタカーボンファイバー4が形成されている。
【0095】
本発明の第1の実施の形態によれば、電界放出マトリックス電極を利用した選択的超音波触媒メッキ法を用いて、簡易かつ安価な方法で、電子放出の指向性が優れ、ゲート電位による制御性の良好なカーボンファイバーを高密度かつ均一に形成可能なカーボンファイバー製造法を提供することができる。
【0096】
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第1の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【0097】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
【産業上の利用可能性】
【0098】
本発明によれば、製造されたカーボンファイバーを適用して電子放出源(ディスプレイ用、センサー用線発生源用)に適用可能であり、また、電子銃およびFED装置を提供することができ、さらに電子線描画装置、カーボンファイバーを利用するナノ配線、電気2重層キャパシターのカーボン電極部、燃料電池用カーボン電極部、ガスセンサの気体吸着用カーボンなど幅広い分野において適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0099】
【図1】(a)本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源の拡大された模式的断面構造図、(b)(a)に対応する模式的平面パターン構成図。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源の拡大された模式的平面パターン構成図。
【図3】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源の別の模式的平面パターン構成例であって、(a)三角形パターン構成例、(b)六角形パターン構成例、(c)四角形パターン構成例。
【図4】本発明の第1の実施の形態に係るCNT−FED装置の模式的断面構造図。
【図5】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法の製造工程の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図6】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法の製造工程の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図7】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法の製造工程の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図8】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法の製造工程の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図9】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法の製造工程の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図10】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法の製造工程の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図11】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法に適用する選択的超音波触媒メッキ法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図12】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法の製造工程の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図13】本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー製造法の製造工程の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図14】ゲート電極の側面にゲートカーボンファイバー、カソード電極の表面にエミッタカーボンファイバーを形成した本発明の第1の実施の形態に係るカーボンファイバー電子放出源の拡大された断面SEM写真。
【図15】図14のゲート電極近傍の拡大された断面SEM写真。
【図16】図14のゲート電極近傍の別の拡大された断面SEM写真。
【図17】従来のカーボンファイバー電子放出源の拡大された模式的断面構造図。
【図18】従来の別のカーボンファイバー電子放出源の拡大された模式的断面構造図。
【符号の説明】
【0100】
3…ゲートカーボンファイバー
4…エミッタカーボンファイバー
5…蛍光体
6…アノード電極
7…ガラス基板
8…アノード電源(Va)
9…ゲート電源(Vg)
10…カソード電極
11…ホール
12…第1絶縁膜
14…ゲート電極
16…レジスト
18…基板
20…第2絶縁膜
29…触媒微結晶核
30…対向電極
33…電解液
34…メッキ槽
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に配置されたカソード電極と、
前記カソード電極上に配置された第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に配置された第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜および前記ゲート電極の開口部に、前記第1絶縁膜中に前記カソード電極表面まで到達して形成されたホールと、
前記ホールの底面および前記ゲート電極の側面に形成された触媒微結晶核と、
前記カソード電極上の前記触媒微結晶核上に形成されたエミッタカーボンファイバーと、
前記ゲート電極の側面上の前記触媒微結晶核上に形成されたゲートカーボンファイバーと
を備えることを特徴とするカーボンファイバー電子放出源。
【請求項2】
前記ゲートカーボンファイバーは、前記エミッタカーボンファイバーからの電子引き出し電極となることを特徴とする請求項1に記載のカーボンファイバー電子放出源。
【請求項3】
前記第2絶縁膜の開口幅は、前記ゲート電極の開口幅よりも狭いことを特徴とする請求項1または2に記載のカーボンファイバー電子放出源。
【請求項4】
前記ゲートカーボンファイバーは、前記ゲート電極の側面からの横方向成長によって互いに接触して絡まり合い網目構造を形成すると共に、前記エミッタカーボンファイバーからの電子放出の指向性を増大することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のカーボンファイバー電子放出源。
【請求項5】
基板上に配置されたカソード電極と、
前記カソード電極上に配置された第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極を中間にして前記カソード電極と反対側の前記ゲート電極の上方に配置されたアノード電極と、
前記ゲート電極上に配置された第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜および前記ゲート電極の開口部に、前記第1絶縁膜中に前記カソード電極表面まで到達して形成されたホールと、
前記ホールの底面および前記ゲート電極の側面に形成された触媒微結晶核と、
前記カソード電極上の前記触媒微結晶核上に形成されたエミッタカーボンファイバーと、
前記ゲート電極の側面上の前記触媒微結晶核上に形成されたゲートカーボンファイバーと、
前記アノード電極の前記カソード電極に対向する裏面上に配置された蛍光体と
を備えることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ装置。
【請求項6】
前記ゲートカーボンファイバーは、前記エミッタカーボンファイバーからの電子引き出し電極となることを特徴とする請求項5に記載のフィールドエミッションディスプレイ装置。
【請求項7】
前記第2絶縁膜の開口幅は、前記ゲート電極の開口幅よりも狭いことを特徴とする請求項5または6に記載のフィールドエミッションディスプレイ装置。
【請求項8】
前記ゲートカーボンファイバーは、前記ゲート電極の側面からの横方向成長によって互いに接触して絡まり合い網目構造を形成すると共に、前記エミッタカーボンファイバーからの電子放出の指向性を増大することを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載のフィールドエミッションディスプレイ装置。
【請求項9】
基板上にカソード電極を形成する工程と、
前記カソード電極上に第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜および前記ゲート電極に開口部を形成後、前記第1絶縁膜中に前記カソード電極表面まで到達するホールを形成する工程と、
前記ホールの底面および前記ゲート電極の側面に触媒微結晶核を形成する工程と、
前記カソード電極上の前記触媒微結晶核上にエミッタカーボンファイバーを形成する工程と、
前記ゲート電極の側面上の前記触媒微結晶核上にゲートカーボンファイバーを形成する工程と
を有することを特徴とするカーボンファイバー製造法。
【請求項10】
前記触媒微結晶核を形成する際、前記カソード電極および前記ゲート電極をメッキ槽内にて陰極として電着させる工程と、
前記メッキ槽に超音波を印加する工程と
を有することを特徴とする請求項9に記載のカーボンファイバー製造法。
【請求項11】
前記エミッタカーボンファイバーを形成する工程と、前記ゲートカーボンファイバーを形成する工程は、同時に行われることを特徴とする請求項9または10に記載のカーボンファイバー製造法。
【請求項1】
基板上に配置されたカソード電極と、
前記カソード電極上に配置された第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に配置された第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜および前記ゲート電極の開口部に、前記第1絶縁膜中に前記カソード電極表面まで到達して形成されたホールと、
前記ホールの底面および前記ゲート電極の側面に形成された触媒微結晶核と、
前記カソード電極上の前記触媒微結晶核上に形成されたエミッタカーボンファイバーと、
前記ゲート電極の側面上の前記触媒微結晶核上に形成されたゲートカーボンファイバーと
を備えることを特徴とするカーボンファイバー電子放出源。
【請求項2】
前記ゲートカーボンファイバーは、前記エミッタカーボンファイバーからの電子引き出し電極となることを特徴とする請求項1に記載のカーボンファイバー電子放出源。
【請求項3】
前記第2絶縁膜の開口幅は、前記ゲート電極の開口幅よりも狭いことを特徴とする請求項1または2に記載のカーボンファイバー電子放出源。
【請求項4】
前記ゲートカーボンファイバーは、前記ゲート電極の側面からの横方向成長によって互いに接触して絡まり合い網目構造を形成すると共に、前記エミッタカーボンファイバーからの電子放出の指向性を増大することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のカーボンファイバー電子放出源。
【請求項5】
基板上に配置されたカソード電極と、
前記カソード電極上に配置された第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極を中間にして前記カソード電極と反対側の前記ゲート電極の上方に配置されたアノード電極と、
前記ゲート電極上に配置された第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜および前記ゲート電極の開口部に、前記第1絶縁膜中に前記カソード電極表面まで到達して形成されたホールと、
前記ホールの底面および前記ゲート電極の側面に形成された触媒微結晶核と、
前記カソード電極上の前記触媒微結晶核上に形成されたエミッタカーボンファイバーと、
前記ゲート電極の側面上の前記触媒微結晶核上に形成されたゲートカーボンファイバーと、
前記アノード電極の前記カソード電極に対向する裏面上に配置された蛍光体と
を備えることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ装置。
【請求項6】
前記ゲートカーボンファイバーは、前記エミッタカーボンファイバーからの電子引き出し電極となることを特徴とする請求項5に記載のフィールドエミッションディスプレイ装置。
【請求項7】
前記第2絶縁膜の開口幅は、前記ゲート電極の開口幅よりも狭いことを特徴とする請求項5または6に記載のフィールドエミッションディスプレイ装置。
【請求項8】
前記ゲートカーボンファイバーは、前記ゲート電極の側面からの横方向成長によって互いに接触して絡まり合い網目構造を形成すると共に、前記エミッタカーボンファイバーからの電子放出の指向性を増大することを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載のフィールドエミッションディスプレイ装置。
【請求項9】
基板上にカソード電極を形成する工程と、
前記カソード電極上に第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜および前記ゲート電極に開口部を形成後、前記第1絶縁膜中に前記カソード電極表面まで到達するホールを形成する工程と、
前記ホールの底面および前記ゲート電極の側面に触媒微結晶核を形成する工程と、
前記カソード電極上の前記触媒微結晶核上にエミッタカーボンファイバーを形成する工程と、
前記ゲート電極の側面上の前記触媒微結晶核上にゲートカーボンファイバーを形成する工程と
を有することを特徴とするカーボンファイバー製造法。
【請求項10】
前記触媒微結晶核を形成する際、前記カソード電極および前記ゲート電極をメッキ槽内にて陰極として電着させる工程と、
前記メッキ槽に超音波を印加する工程と
を有することを特徴とする請求項9に記載のカーボンファイバー製造法。
【請求項11】
前記エミッタカーボンファイバーを形成する工程と、前記ゲートカーボンファイバーを形成する工程は、同時に行われることを特徴とする請求項9または10に記載のカーボンファイバー製造法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図17】
【図18】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図17】
【図18】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【公開番号】特開2010−50032(P2010−50032A)
【公開日】平成22年3月4日(2010.3.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−215325(P2008−215325)
【出願日】平成20年8月25日(2008.8.25)
【出願人】(000116024)ローム株式会社 (3,539)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年3月4日(2010.3.4)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年8月25日(2008.8.25)
【出願人】(000116024)ローム株式会社 (3,539)
【Fターム(参考)】
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