(57)【要約】【課題】電界放射ディスプレイの三極構造の製造方法を提供する。【解決手段】透明基板を準備するステップと、前記透明基板の上に金属触媒を含有する導電性ペーストを付着させ、導電性ペースト層をパターン化して陰極電極層を形成するステップと、砂吹き法または写真平板法プロセスにより前記陰極電極層と前記透明基板上にゲート構造を作成するステップと、前記陰極電極層上部に異性炭素エミッターを作成するステップとからなる電界放射ディスプレイ用の三極構造を形成させる。【選択図】　　　図４
2004087452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記のステップ：
（ａ）透明基板を準備するステップ；
（ｂ）前記透明基板の上に金属触媒を含有する導電性ペーストを付着させ、導電性ペースト層をパターン化して陰極電極層を形成するステップ；
（ｃ）砂吹き法または写真平板法プロセスにより前記陰極電極層と前記透明基板上にゲート構造を作成するステップ；
（ｄ）前記陰極電極層上部に異性炭素エミッターを作成するステップ
からなる電界放射ディスプレイの三極構造の製造方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｂ）において、導電性ペースト層に含まれている金属触媒は遷移金属であることを特徴とする請求項１に記載の電界放射ディスプレイの三極構造の製造方法。
【請求項３】
前記ステップ（ｂ）において、前記導電性ペーストに含まれている金属触媒は鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）またはニッケル（Ｎｉ）からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の電界放射ディスプレイの三極構造の製造方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｂ）において、陰極電極層のパターン化は、スクリーン印刷または黄色光による厚いフィルムフォトプロセスによって作成されることを特徴とする請求項１に記載の電界放射ディスプレイの三極構造の製造方法。
【請求項５】
前記の製造方法はスクリーン印刷技術、砂吹き法、黄色光による厚いフィルムフォトプロセスを含むことを特徴とする請求項１に記載の電界放射ディスプレイの三極構造の製造方法。
【請求項６】
前記異性炭素エミッターは炭素ナノチューブ、炭素繊維或いは黒鉛ナノファイバーであることを特徴とする請求項１に記載の電界放射ディスプレイの三極構造の製造方法。
【請求項７】
下記のステップ：
（ａ）透明基板を準備するステップ；
（ｂ）前記透明基板の上に導電性ペーストを付着させ、導電性ペースト層をパターン化して陰極電極層を形成するステップ；
（ｃ）前記陰極電極層の上部に金属触媒層を形成させるステップ；
（ｄ）砂吹き法または黄色光による厚いフィルムフォトプロセスにより前記陰極電極層と前記透明基板上にゲート構造を作成するステップ；
（ｅ）前記陰極電極層上部に異性炭素エミッターを作成するステップ
からなる電界放射ディスプレイの三極構造の製造方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｃ）において、金属触媒は遷移金属であることを特徴とする請求項７に記載の電界放射ディスプレイの三極構造の製造方法。
【請求項９】
前記ステップ（ｃ）において、金属触媒は鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）またはニッケル（Ｎｉ）からなることを特徴とする請求項７に記載の電界放射ディスプレイの三極構造の製造方法。
【請求項１０】
前記ステップ（ｂ）において、陰極電極層のパターン化は、スクリーン印刷技術または黄色光による厚いフィルムフォトプロセスによって作成されることを特徴とする請求項７に記載の電界放射ディスプレイの三極構造の製造方法。
【請求項１１】
前記の製造方法はスクリーン印刷技術、砂吹き法、黄色光による厚いフィルムフォトプロセスを含むことを特徴とする請求項７に記載の電界放射ディスプレイの三極構造の製造方法。
【請求項１２】
前記異性炭素エミッターは炭素ナノチューブ、炭素繊維或いは黒鉛ナノファイバーから作られたことを特徴とする請求項７に記載の電界放射ディスプレイの三極構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は電界放射ディスプレイ（ＦＥＤ：Ｆｉｅｌｄ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ）に関するものであり、特に、電界放射ディスプレイの三極構造における異性炭素エミッターの成長に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電界放射ディスプレイは、近年大型のフラットパネルディスプレイの製造のために広く研究がなされてきた。電子の発生源に、従来のブラウン管（ＣＲＴ：ｃａｔｈｏｄｅ　ｒａｙ　ｔｕｂｅ）においては熱陰極電子銃が使われているのに対し、電界放射ディスプレイは冷陰極エミッターチップを使っている。電界放射ディスプレイが電界中に置かれると、冷陰極エミッターチップは電界放射ディスプレイの中で作られた燐コートされたアノード基板を狙い、電子束を放出し、それが燐に衝突する。
【０００３】
図１は三極構造をもつ炭素ナノチューブの電界放射ディスプレイの概要図である。電界に誘引され陰極のガラス基板１０１上に形成された陽極エミッターチップ１０３から放出された電子が、陽極基板１０４に加えられたプラス電圧により加速され、陽極１０５上の燐コート１０６に衝突し、そして発光が行われる。陽極エミッターチップ１０３は、ガラス基板１０１の上に形成された冷陰極層１０２上の絶縁体１０７の空洞部に形成される。冷陰極層１０２とゲート層１０８交差部分に開口部が形成され電子が通り抜けて出てくる。
【０００４】
図２のＡからＤは炭素ナノチューブ電界放射ディスプレイの陰極板の製造方法を図解したものである。図２のＡに示すように、透明な基板２０１の表面に導電性ペーストが付着され、パターン化され、陰極電極層２０２が形成される。図２のＢに示すように、陰極電極層２０２の全表面にエッチング可能な絶縁物質２０３が付着される。導電性のゲート材料層２０４が絶縁物質２０３の上にさらに付着される。ゲートのパターンは図２のＣに示すようにパターン化されたフォトレジスト層２０５のパターンにより決定される。ゲート電極と絶縁材料は、砂吹きされ、空気中で燃やされることにより除去される。最終的に、炭素ナノチューブエミッター層２０６は図２のＤに示すように陰極電極層２０２の上にコーティングされることになる。
【０００５】
図２のＤに示す電界放射ディスプレイの炭素ナノチューブエミッター層２０６はスクリーン印刷法により作られる。事前に混合されたペーストが事前にパターン化されたスクリーンに付けられスクレーパーで削り落とされ、ガラス基板の上にパターンが印刷される。この方法にはいくらかの欠点がある。スクリーンの網目の細かさに限界があるため印刷されたパターンの解像度を上げるのが困難である。最初の放射電圧は、ディスプレイに充分な明るさを与えるために充分高くなければならない。又印刷フィルムの厚さが充分に均一でないこともあり、スクリーンの不均一な張力により印刷パターンが不正確になることもある。従って、電界の分布が不均一で処理後の調整が困難となる。
【０００６】
従来の方法の欠点を克服し炭素ナノチューブ電界放射ディスプレイの品質を改善するために、厚いフィルムを用いた別の技術を使った陰極板の加工方法が提案された。一つの方法は、写真平板法とエッチング法を組み合わせ、光導電性ペーストとエッチング可能な絶縁物質を使い炭素ナノチューブ電界放射ディスプレイの陰極板を作る方法である。
【０００７】
図３のＡからＥは、厚いフィルムを用いた技術で炭素ナノチューブ電界放射ディスプレイの陰極板を作る方法を示す。図３のＡに示すように、透明な基板３０１の表面に導電性ペーストをパターン状に付着し陰極電極層３０２を作る。図３のＢに示すように、陰極電極層３０２の全表面にはエッチング可能な絶縁層３０３が付着している。導電性のゲート電極層３０４は絶縁層３０３の上にさらに付着している。そして図３のＣに示すように、ゲートパターンが写真平板法を使い印刷され、さらに焼結されてゲート電極層３０４が仕上げられる。図３のＤに示すように写真平板法において保護フィルムにより被われていない絶縁層部分をエッチングするために、ゲートパターンが保護フィルムとして使用される。最後に、図３のＥに示すように炭素ナノチューブ放射層３０５が陰極電極層の上に満たされ陰極電極構造を形成する。
【０００８】
炭素ナノチューブ放射層３０５の形成は図３のＤに示すように、写真平板法において陰極電極の表面に感光性の炭素ナノチューブペースト層を付着することにより出来上がり、位置あわせ、露光により炭素ナノチューブ放射層３０５のパターンが決まる。次にそれが窒素ガスの中で焼結される。炭素ナノチューブ放射層３０５は又図３のＤに示すように陰極電極層３０２とゲート電極層３０４の表面にプラスまたはマイナスのフォトレジスト層を付着させ、マスクを使い位置あわせと露光によりフォトレジストパターンを決定するという手順を使った電気付着方法によっても作ることができる。ゲート電極層３０４の上方にフォトレジストパターンが形成された後、炭素ナノチューブ放射層３０５は陰極電極層３０２の上に炭素ナノチューブペーストを電気的に付着させ、窒素ガスの炉の中で焼結することによりできる。
【０００９】
上記の通り、炭素ナノチューブ電界放射ディスプレイの三極構造における炭素ナノチューブエミッター層の製作手順は、ゲートの開口と炭素ナノチューブのパターンの厳密な位置あわせが必要である。炭素ナノチューブ電界放射ディスプレイの量産には克服すべき多くの技術的な障害がのこっている。
【００１０】
金属触媒を使った化学的蒸気蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は他の技術に対して多くの利点をもっており、炭素ナノチューブの広い範囲での付着に対し安価なプロセスであると実証されている。しかし熱によるＣＶＤの反応温度は一般的に７００から１０００℃と高く、フラットパネルディスプレイに共通に使われているガラス基板の溶融温度の６００℃を大きく超えている。最近、Ｃ２Ｈ２ガスを使ったＣＶＤで、５５０℃でソーダ石灰ガラス基板を被ったＮｉ触媒により炭素ナノチューブが増大することが報告された。炭素ナノチューブ電界放射ディスプレイの量産のためには、低温ＣＶＤプロセスと組み合わせて、三極構造を作るための厚いフィルムを用いた統合プロセスを開発する強い必要性がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来の電界放射ディスプレイの製造において上記した欠点を克服するためになされた。主要な目的は電界放射ディスプレイの三極構造に異性炭素エミッターを形成するのに安価な方法を提供することである。従って、三極構造は厚いフィルムを用いた技術を使用して作られ、そして異性炭素エミッターはＣＶＤプロセスを使い三極構造の上に成長させていくことができる。
【００１２】
本発明のもう一つの目的は、ＣＶＤプロセスを用いることにより異性炭素エミッターが成長できるような三極構造の陰極電極層を提供することである。本発明によると、まず金属触媒が、陰極電極層を形成するのに用いられる導電性金属粉と混合される。次に、導電性金属ペーストが導電性金属粉から形成される。厚いフィルムを使用する技術を用い、導電性金属ペーストにより透明基板の上に陰極電極層が作られる。そして絶縁層とゲート電極層が陰極電極層の上方に付着し、パターンをもった三極構造を形成する。陰極電極層が金属触媒を含むため、三極構造の上に容易に異性炭素エミッターが成長する。
【００１３】
電界放射ディスプレイの異性炭素エミッターの成長を促進するために、三極構造の中に金属触媒層を設けることも本発明の目的である。金属触媒を導電性ペーストに混合することにより透明基板の上に陰極電極層を形成するというのではなく、陰極電極層上に金属触媒層が形成される。そうすると絶縁層とゲート電極層は金属触媒層、陰極電極層及び透明基板の上方に形成される。絶縁層とゲート電極層のパターンを作った後、三極構造が形成される。そして異性炭素エミッターはＣＶＤプロセスを用い異性炭素エミッターが金属触媒層の上で成長する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、三極構造はスクリーン印刷と、ドライエッチングと、砂吹きまたは黄色光による厚いフィルムフォト処理とにより製造できる。陰極電極層と金属触媒層にパターンを付けるのは、スクリーン印刷または黄色光による厚いフィルムフォト処理によってできる。金属触媒は鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）またはニッケル（Ｎｉ）を含む。作られた異性炭素エミッターは炭素ナノチューブ、炭素繊維または黒鉛ナノファイバーである。
【００１５】
本発明の上述の、そして他の特徴、側面、利点は、以下にある詳細な記述を添付した図表を適切に参考にしながら注意深く読むことでよりよく理解できるであろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図４において、本発明の詳細を説明するための第一の好ましい実施例による炭素ナノチューブ電界放射ディスプレイの製造プロセスのステップは示されている。図４のＡの通り、透明基板４０１がまず用意される。図４のＢに示される陰極電極層４０２が透明基板４０１の上に形成される。
【００１７】
透明基板４０１の上にまず導電性ペーストの層が付着される。導電性ペーストは写真平板法のプロセスでパターン化され、焼結を行うことにより陰極電極層４０２を形成する。写真平板法プロセスには予備焼き後のフォトマスクによるパターンの決定と露光と現像が含まれる。図４のＢは現像後の陰極電極層４０２のパターンの断面図が図解されている。陰極電極層４０２はスクリーン印刷を使ってもまたパターン化することができる。
【００１８】
本発明の第一の好ましい実施例においては、陰極電極層４０２は触媒導電物質を含み、後のＣＶＤプロセスにおける炭素ナノチューブの成長を促進する。金属触媒がまず導電金属粉と混合される。そして導電性ペーストが導電金属粉から形成される。金属触媒は鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）またはニッケル（Ｎｉ）である。そして絶縁層４０３は基板４０１と陰極電極層４０２の上に付着する。ゲート電極層４０４はさらに絶縁層４０３の上に付着する。ゲートの構造は砂吹きプロセスまたは写真平板法プロセスを使うことにより作成される。図４のＣはゲート構造の断面図を示す。
【００１９】
陰極電極層４０２は複数の平行な細長い電極片を含んでいる。絶縁層４０３は平行な細長い絶縁物質片を含んでいる。ゲート電極層４０４は平行な細長いゲート電極片を含んでいる。各細長いゲート電極片は細長い絶縁物質片の上にあり、細長い陰極電極片に垂直となっている。細長い陰極電極片と交差するところにおいて、細長いゲート電極片の上には円形の開口があり、細長い絶縁物質片の上には円形の空洞がある。円形の空洞の中には低温でのＣＶＤプロセスにより炭素ナノチューブ電界放射層４０５が付着している。
【００２０】
図５において、第二の好ましい実施例による炭素ナノチューブ電界放射ディスプレイの製造プロセスのステップが示されている。第一の好ましい実施例と類似し、図５のＡの通り透明基板５０１がまず用意される。図５のＢに示される陰極電極層５０２が透明基板５０１の上に形成される。そして金属触媒層５０６が陰極電極層５０２の上に形成され、後のＣＶＤプロセスにおける炭素ナノチューブの成長を促進する。
【００２１】
第二の好ましい実施例においては、透明基板５０１の上に導電ペーストの層がまず付着される。導電性ペーストは写真平板法のプロセスでパターン化され焼結を行うことにより陰極電極層５０２を形成する。図５のＢには現像後の陰極電極層５０２のパターンの断面図が図解されている。金属触媒を導電性ペーストに混合するのでなく、その代わりに陰極電極層５０２の上に金属触媒層５０６が形成される。図５のＣに示されるように、金属触媒層５０６は後のＣＶＤプロセスにおいて炭素ナノチューブの成長を促進する。金属触媒は鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）またはニッケル（Ｎｉ）のような遷移金属である。
【００２２】
第二の好ましい実施例における次のプロセスは第一の好ましい実施例と同一である。絶縁層５０３が基板５０１、陰極電極層５０２そして金属触媒層５０６の上に付着する。ゲート電極層５０４がさらに絶縁層５０３の上に付着する。そしてゲートの構造は砂吹きプロセスまたは写真平板法プロセスを使うことにより作成される。図５のＤはゲート構造の断面図を示す。第一の好ましい実施例で用いられた絶縁物質は第二の好ましい実施例にもまた用いられる。炭素ナノチューブ層５０５はＣＶＤを使用することにより金属触媒層５０６の上で成長する。
【００２３】
図６は本発明のプロセスに従って形成された異性炭素エミッターのＳＥＭの映像を示している。ゲート構造は砂吹きプロセスで製作され、異性炭素エミッター層はＣＶＤにより付着される。図６のＡはＣＮＴがカソードで成長した後の１ゲート電極の穴の断面を電子顕微鏡（ＳＥＭ）で５００倍に拡大したものを示し、図６のＢは５０００倍の同様の映像を示す。
【００２４】
図７は本発明によるＣＶＤ成長を利用した異性体炭素エミッターのＩ−Ｖ曲線を示す図面である。
【００２５】
本発明により、炭素ナノチューブ放射層４０５または５０５は陰極電極層４０２の上、またはＣＶＤにより金属触媒層５０６の上に作成される。金属触媒または金属触媒層５０６を含む陰極電極層４０２は、スクリーン印刷または厚いフィルムを用いた黄色光によるフォトプロセスなどの厚いフィルムの技術によって作成される。三極構造の形成方法はさらに砂吹き法も含む。本発明により作成された異性炭素エミッターは炭素ナノチューブ、炭素繊維または黒鉛ナノファイバーである。
【００２６】
要約すれば本発明は、金属触媒を含む陰極電極層または厚いフィルムの技術を用いた陰極層の上の金属触媒層により三極構造を作成することである。そして異性炭素エミッター層は、陰極電極層の上に直接作成できるか、またはＣＶＤ技術を使うことによって金属触媒層の上に作成できる。厚いフィルムの技術とＣＶＤ技術との組み合わせが広範囲での電界放射ディスプレイの安価な製造技術を提供する。
【００２７】
本発明は優先的な実施例を参考に説明したが、本発明はここに詳細に記述されている実施例に限定されないものではない。色々な代用、変更は全て本クレームにより定義された本発明の範囲に包含されていると主張する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は炭素ナノチューブの電界放射ディスプレイの三極構造の概要図である。
【図２】図２のＡからＤは砂吹きプロセスとスクリーン印刷法を利用した炭素ナノチューブ電界放射ディスプレイを作成する方法を図解したものである。
【図３】図３のＡからＥは、写真平板法によるパターン作成または電気的付着方法と厚いフィルム技術を用いた炭素ナノチューブ電界放射ディスプレイを作成する方法を図解したものである。
【図４】図４のＡからＤは本発明の第一の好ましい実施例によるＣＶＤプロセスを活用した、厚いフィルムを用いた技術で炭素ナノチューブ電界放射ディスプレイを作成する方法を示す。
【図５】図５のＡからＤは本発明の第二の好ましい実施例によるＣＤＶを活用した、厚いフィルムを用いた技術で炭素ナノチューブ電界放射ディスプレイを作成する方法を示す。
【図６】図６のＡはＣＮＴがカソードで成長した後の１ゲート電極の穴の電子顕微鏡（ＳＥＭ）で５００倍に拡大した断面を示し、図６のＢは５０００倍拡大した同様の映像を示す。
【図７】図７は本発明によるＣＶＤ成長を利用した異性体炭素エミッターのＩ−Ｖ曲線を示す。
【符号の説明】
１０１　ガラス基板
１０２　冷陰極層
１０３　陽極エミッターチップ
１０４　陽極基板
１０５　陽極
１０６　燐コート
１０７　絶縁体
１０８　ゲート層
２０１　透明な基板
２０２　陰極電極層
２０３　絶縁物質
２０４　導電性のゲート材料層
２０５　フォトレジスト層
２０６　炭素ナノチューブエミッター層
３０１　透明な基板
３０２　陰極電極層
３０３　絶縁層
３０４　ゲート電極層
３０５　炭素ナノチューブ放射層
４０１　基板
４０２　陰極電極層
４０３　絶縁層
４０４　ゲート電極層
４０５　炭素ナノチューブ放射層
５０１　透明基板
５０２　陰極電極層
５０３　絶縁層
５０４　ゲート電極層
５０５　炭素ナノチューブ層
５０６　金属触媒層
【図１】
2004087452.tif 000003
【図２】
2004087452.tif 000004
【図３】
2004087452.tif 000005
【図４】
2004087452.tif 000006
【図５】
2004087452.tif 000007
【図６】
2004087452.tif 000008
【図７】
2004087452.tif 000009