(57)【要約】【課題】フィールドエミッションランプに用いる陰極の量産性を向上すること。【解決手段】本成膜方法は、大気に開放してある反応炉１２内に基板２０を配置し、基板２０に直流電源２６から直流負バイアスを印加し、反応炉１２内に炭化水素系ガスと酸素系ガスとを導入し、反応炉１２内に設置した触媒金属材を含む放電電極対１８によりスパーク放電を発生させることにより、基板２０の表面に電界電子放出用の炭素膜３６を成膜する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気に開放してある反応炉内に基板を配置するステップと、
上記基板に直流負バイアスを印加するステップと、
上記反応炉内に炭化水素系ガスと酸素系ガスとを導入するステップと、
上記反応炉内にスパーク放電を発生させて上記両ガスを反応させて燃焼炎（プラズマ）を発生させると共に触媒金属をスパッタリングすることにより上記基板表面に炭素膜を成膜するステップと、
を含む、ことを特徴とする基板表面への炭素膜成膜方法。
【請求項２】
上記反応炉内に有機金属系ガスを選択的に導入するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
大気に開放した反応炉と、
反応炉内に炭化水素系ガスと酸素系ガスとを導入する手段と、
基板に直流負バイアスを印加する手段と、
反応炉内にスパーク放電を発生させる手段と、
を備え、
上記スパーク放電を発生させる手段は、触媒金属を含むものであり、かつ、上記スパーク放電により反応炉内で上記両ガスを反応させて燃焼炎を発生させると共に触媒金属をスパッタリングすることにより上記基板表面に炭素膜を成膜する、ことを特徴とする成膜装置。
【請求項４】
上記反応炉内に選択的に有機金属系ガスを導入する手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板表面への炭素膜成膜方法およびその実施装置に関する。
【０００２】
特に、本発明は、フィールドエミッションランプ用の陰極の量産性を向上することに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
フィールドエミッションランプとして、細長いガラス管内周面に蛍光体付きの陽極を形成し、このガラス管内の略中心にその長手方向ワイヤ状に電界電子放出源（陰極）を架設し、陽極と陰極との間に電界を印加して陰極から電子放出させ、放出した電子を蛍光体に電子衝突させて蛍光体を励起発光させるタイプのランプがある。この陰極の１つに導体ワイヤの表面に電界電子放出用の炭素膜を成膜して構成されるものがある。この導体ワイヤ表面に炭素膜を成膜する技術として、本出願人は特許文献１に示す成膜装置を既に提案している。この成膜装置を用いて導体ワイヤ表面に炭素膜を成膜する成膜方法においては、内部真空の反応炉が必要であるなど、その量産性においては幾つかの改善すべき余地が残されている。
【特許文献１】特開２００５−３０７３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明により解決すべき課題は、基板表面に電界電子放出用の炭素を成膜する新規な成膜方法を提供し、この成膜方法を用いて基板表面に炭素膜を成膜することを可能とし、もって、フィールドエミッションランプ用陰極の量産性を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る成膜方法は、大気に開放してある反応炉内に基板を配置するステップと、上記基板に直流負バイアスを印加するステップと、上記反応炉内に炭化水素系ガスと酸素系ガスとを導入するステップと、上記反応炉内にスパーク放電を発生させて上記両ガスを反応させ燃焼炎（プラズマ）を発生させると共に触媒金属をスパッタリングすることにより上記基板表面に炭素膜を成膜するステップと、を含むことを特徴とするものである。
【０００６】
上記炭素膜は、電界放射により電子を放出できる炭素膜であり、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、カーボンナノウォール、針状炭素膜等を例示することができる。
【０００７】
反応炉は特にその形状を限定しない。
【０００８】
基板は特にその形状を限定しない。
【０００９】
触媒金属は特に限定しないが、鉄、ニッケル、コバルト、これらの合金等を例示することができる。
【００１０】
酸素系ガスは、空気でもよい。
【００１１】
酸素系ガスは、純酸素または酸素を富化した空気でもよい。
【００１２】
上記では反応炉内のガスを着火させるステップを含めることができる。
【００１３】
上記では反応炉内に有機金属系ガスを導入するステップを含めることができる。
【００１４】
ガスの供給態様は特に限定しない。
【００１５】
炭化水素系のガスは特にその種類に限定しないが、メタン、エチレン、プロパン、エタン、ベンゼン、トルエン等、あるいはこれらの混合ガス等を例示することができる。
【００１６】
有機金属系ガスは、特にその種類に限定しないが、例えば、有機Ｆｅガス（Ｆｅ（ＣＯ）４）、有機Ｎｉガス（Ｎｉ（ＣＯ）４）、有機Ｃｏガス（Ｃｏ（ＣＯ）６）等を例示することができる。
【００１７】
基板は通電加熱により基板全体の温度を制御して均一な膜厚等の炭素膜を成膜することが好ましい。
【００１８】
本発明による成膜方法では、反応炉を大気に開放した状態で、基板表面に電界電子放出性能を持つ炭素膜を成膜することができるので、反応炉として真空反応炉を用いる必要が無くなり、基板に電界放射機能を持つ炭素膜を成膜したものを陰極に用いるフィールドエミッションランプの量産性を向上することができる。
【００１９】
本発明による成膜装置は、大気に開放した反応炉と、反応炉内に炭化水素系ガスと酸素系ガスとを導入する手段と、基板に直流負バイアスを印加する手段と、反応炉内にスパーク放電を発生させる手段と、を備え、上記スパーク放電を発生させる手段は、触媒金属を含むものであり、かつ、上記スパーク放電により反応炉内で上記両ガスを反応させて燃焼炎を発生させると共に触媒金属をスパッタリングすることにより上記基板表面に炭素膜を成膜することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、大気中で基板表面に炭素膜を成膜できるから、電界電子放出用の炭素膜付き基板の量産性を向上できる。結果、この基板を陰極に用いるフィールドエミッションランプの量産性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
図１は実施の形態の成膜方法の実施に用いる成膜装置を模式的に示す図である。図１を参照して、成膜装置１０は、大気に開放されている導電性の反応炉１２を備える。反応炉１２は、円筒状であり、両端が開口１２ａ，１２ｂして大気に開放されている。反応炉１２は、接地されている。反応炉１２の形状は特に限定されない。反応炉１２は、例えば、一端側または両端側共開口した円筒形、一端側または両端側共開口した角筒形、一部にのみ開口を有する筒形、一対の平行に対向する平板、等でもよい。
【００２３】
反応炉１２には、炭化水素系ガス導入口１４ａと有機金属系ガス導入口１４ｂと酸素系ガス導入口１４ｃと窒素系ガス導入口１４ｄとが設けられている。それぞれのガス導入口には制御弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ付きのガス管１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが接続されている。それぞれのガス管１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは反応炉１２外に延び図示略のガス供給源が接続されている。
【００２４】
有機金属系ガス導入口１４ｂは必ずしも必須ではなく必要に応じて設けることができる。酸素系ガス導入口１４ｃは必ずしも必須ではなく必要に応じて設けることができる。酸素系ガス導入口１４ｃを設けず、反応炉１２外から反応炉１２内に空気を導入するようにしてもよい。酸素系ガスは、空気でもよいが、純酸素または酸素を富化した空気でもよい。反応炉１２内への上記各ガスの導入形態は上記以外に種々考えられ、本発明は、図１の導入形態に限定されない。反応炉１２には特にガス排気口を設けていないが、強制排気することができるガス排気口を設けることができる。
【００２５】
反応炉１２内部には、ワイヤ状の基板２０が反応炉１２内外に搬入、搬出可能に配置されている。
【００２６】
成膜装置１０は、基板２０の温度制御手段として、反応炉１２内部に配置された基板２０を通電加熱するための交流電源２２を備える。交流電源２２の両端は基板２０に接続されている。成膜装置１０は、基板２０の一端側に直流負バイアスをスイッチ２４を介して印加するための直流電源２６を備える。
【００２７】
反応炉１２内には複数の放電電極対２８を有する。この放電電極対２８は一対の放電針２８ａ，２８ｂが放電ギャップを隔てて対向配置されている。
【００２８】
図２で示すように両対向放電針２８ａ，２８ｂはスイッチ３０を介して交流高圧電源３２に接続されている。実施の形態では放電電極対を構成する両電極の形状は針形状であるが、一方を針形状の電極、他方を平坦形状の電極としてもよい。
【００２９】
これら放電電極対２８は炭素成分の成長を促進する触媒作用を持つ触媒金属から構成されている。この触媒金属は特に限定しないが、鉄、ニッケル、コバルト、これらの合金を例示することができる。
【００３０】
以上の構成を備えた成膜装置１０を用いて実施の形態の成膜方法を図１ないし図４を参照して説明する。
【００３１】
まず、図１で示すように、矢印で示すように、反応炉１２の導入口１２ｂから基板２０を挿入して配置する。
【００３２】
基板２０に交流電源２２の交流電圧と直流電源２４の直流負バイアスとを印加する。反応炉１２内に制御弁１６ａ，１６ｃで開度を制御しながら開いて炭化水素系ガスと酸素系ガスとを導入する。
【００３３】
そして、スイッチ３０を閉じて交流高圧電源３２を放電電極対２８に印加する。これにより、放電電極対２８の放電針２８ａ，２８ｂ間にスパーク放電が発生し、反応炉１２内の炭化水素系ガスと酸素系ガスとが反応して燃焼炎３４（プラズマ）が発生する。この場合、図示略の着火装置により反応炉１２内の炭化水素系ガスと酸素系ガスとが反応させて着火させてもよい。こうして発生した燃焼炎３４は維持される。燃焼炎３４により炭化水素系ガスが分解され、その炭素成分が基板２０表面に堆積されて炭素膜３６が成膜される。燃焼炎３４の大きさ、温度等は、制御弁１６ａ，１６ｃを開度制御して行うことができる。
【００３４】
上記炭素膜３６の成膜に際して、上記放電針２８ａ，２８ｂは触媒金属で構成されているので、スパーク放電により自己スパッタリングされて、触媒微粒子が基板２０表面に堆積し、導体ワイヤ２８表面にはこの堆積した触媒金属が炭素膜生成の起点核となり、この起点核に炭素膜３４が成膜される。なお、制御弁１６ｂを必要に応じて開いて有機金属系ガスを導入することができる。有機金属ガスを導入すると、この有機金属系ガスはプラズマ３４により分解されて、基板２０表面上に有機金属ガス中の金属が触媒となって炭素膜４２が成膜される。
【００３５】
最後に、図４で示すように、制御弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃを閉じ，制御弁１６ｄを開いて、反応炉１２内に流量制御しながら窒素系ガスを導入して反応炉１２内を冷却しまた残存酸素等を反応炉１２外に排気して基板２０が酸化されることを防止する。
【００３６】
こうして、反応炉１２内にある基板２０表面への炭素膜３６の成膜が終了すると、基板２０を矢印方向に導出し、次の基板２０の部分を導入し、上記と同様の炭素膜３６の成膜を実施する。
【００３７】
以上のように本実施の形態では、大気圧下で燃焼炎を発生し、この燃焼炎により炭素膜を成膜することができるので、フィールドエミッションランプ用陰極を高い生産性でかつ安価に量産することができるようになる。
【００３８】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係る成膜装置の構成を示す図である。
【図２】図２は放電電極対への交流高圧電源の印加回路図である。
【図３】図３は反応炉内に燃焼炎が発生した様子を示す図である。
【図４】図４は反応炉内に窒素系ガスを導入した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  成膜装置
１２  反応炉
２０  基板
２８  放電電極対
２８ａ，２８ｂ  放電針
３４  燃焼炎
３６  炭素膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008150679.tif 000006