(57)【要約】本発明は、電界放出電極基板（１）と、電界放出電極基板上に配置された複数のエミッタ粒子（２）と、を有する電界放出電極を製造する方法であって、前記エミッタ粒子（２）をエアゾール化されたエミッタ粒子として搬送ガス流中に分散するステップと、エミッタ粒子（２）を電気的に荷電するステップと、電界放出電極基板（１）と蒸着電極（１０）との間の電界を少なくとも１つの出口（１４）近くに維持しながら、搬送ガス流中の荷電されたエミッタ粒子を、出口を介して、電界放出電極基板（１）の方向に向け、然る後、荷電されたエミッタ粒子（２）を電界放出電極基板（１）上に蒸着し且つ付着するステップとを含む。
2006524894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界放出電極基板と、該電界放出電極基板上に配置された複数のエミッタ粒子と、を有する電界放出電極を製造する方法であって、
前記エミッタ粒子をエアゾール化されたエミッタ粒子として搬送ガス流中に分散するステップと、
前記エミッタ粒子を電気的に荷電するステップと、
前記電界放出電極基板と蒸着電極との間の電界を少なくとも１つの出口近傍に維持しながら、前記搬送ガス流中の前記荷電されたエミッタ粒子を、前記出口を介して、前記電界放出電極基板の方向に向け、然る後、前記荷電されたエミッタ粒子を前記電界放出電極基板上に蒸着し且つ付着するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記蒸着電極は前記出口を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記蒸着電極と前記電界放出電極基板との間の前記電界中の前記荷電されたエミッタ粒子は、前記電界放出電極基板の方向に抗重力的に移動する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記蒸着電極から見て外方を向く前記電界放出電極基板の側面は、前記電界放出電極基板と前記蒸着電極との間に前記電界を発生するためのさらなる電極と結合している、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記エミッタ粒子は、黒鉛片、ロッド、ワイヤ、カーボンナノチューブ、又は、それらの組み合わせのような非等軸粒子である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
電界を印加することによって、前記電界放出電極基板上へのエミッタ粒子の蒸着中、前記エミッタ粒子を、前記電界放出電極基板の表面に対して本質的に直交する方向に整列するステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記エアゾール化されたエミッタ粒子を電気的に荷電するステップは、本質的に同等の電荷を前記エミッタ粒子の各々にもたらすステップを有する、請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記電界放出電極基板に蒸着するエミッタ粒子の均一な分配を達成するために、前記電界放出電極基板に、前記電界放出電極基板全長に亘って本質的に同等の電位を印加するステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記電界放出電極基板の所定部分に局地的により高い電界強度を導入することによって、前記荷電されたエミッタ粒子は、前記所定部分上にパターン状に且つ選択的に蒸着する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記電界放出電極基板の前記所定部分は、ゲート電界放出ディスプレイで直面するようなゲート電極層によって囲まれた前記エミッタ陰極の露出表面部分によって形成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記電界放出電極基板への前記エミッタ粒子の付着を向上するために、付着材料の層を前記電界放出電極基板の表面に塗布するステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
上記請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の方法を用いて製造された電界放出電極。
【請求項１３】
上記請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の方法を用いて製造された電界放出電極を有する電界放出ディスプレイ装置。
【請求項１４】
上記請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の方法を用いて製造された電界放出電極を有する電界放出光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電界放出電極の製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、電界放出技術に基づく装置に関する興味が増大している。電界放出の背後にある基本原理は、陰極と陰極近傍に配置された陽極との間に電界が印可されると、電子がエミッタ材料を含む陰極の表面から放出されることである。陽極に達する放出電子の流れは光を生成するために用いられる。この技術は、照明目的のために、例えば、電界放出ディスプレイ及び電界放出ランプを生産するために用いられる。
【０００３】
電界放出ディスプレイの分野には、エミッタ陰極及びエミッタ材料のための多くの選択肢が存在する。しかしながら、電界エミッタを製造するための幾つかの先行技術方法は、複雑な蒸着段階及び／又は写真平版構造を必要とする。そのようなエミッタの例は、Ｍｏｔｏｒｏｌａ、Ｃａｎｄｅｓｃｅｎｔ、及び、Ｐｉｘｔｅｃｈによって製造されているＳｐｉｎｄｔエミッタ、Ｈｉｔａｃｈｉによって製造されているＭＩＭエミッタ、Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａによって製造されているＢＳＤエミッタである。それ故に、より実施の容易な代替的な製造技術を着想する努力がなされてきた。そのような技術の例は、印刷可能なカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）及び印刷可能な電界エミッタ（ＰＦＥ）である。しかしながら、上記の印刷技術も多くの欠点を有する。第一に、ＣＮＴのような非等軸粒子はエミッタ陰極の表面上の印刷層に不規則に分配され、それ故、ゲート電界放出ディスプレイにおける陰極とゲート電極との間、又は、電界放出ランプにおける陰極と陽極との間の印可された電界に対して整列又は位置決めされていない。これは粒子の小数のみがエミッタからの電界放出に寄与することを暗示する。第二に、感光性構成要素が印刷材料に加えられるとき、エミッタは、直接印刷を用いて、或いは、写真平版構築段階によってパターン化されなければならない。しかしながら、直接印刷の正確性は限定的であり、従って、より小さなゲート孔サイズに関して使用可能でないのに対し、写真平版パターン化に関しては、より技術的な処理段階を加えることで、この欠点を回避し得る。さらに、代替策は直接成長ＣＮＴを使用することであり、この場合、触媒粒子のパターン層を用いることで、ＣＮＴは陰極の好適場所に蒸着する。この方法は、直接成長ＣＮＴが陰極基板表面に対して直交して成長し、従って、ゲート電界放出構造（例えば、電界放出ディスプレイ）に印可される電界に対して良く整列するという利点を有する。加えて、ＣＮＴは陰極と陽極との間の印可された電界に対しても良く整列する。しかしながら、この方法は、触媒層の最適な制御を必要とし、並びに、ＣＮＴを成長するために高温ＣＶＤ技法を用いるので、極めて高価であるという欠点を有する。
【０００４】
それ故に、従来技術の備える上記の欠点を解消する、電界放出陰極の代替的な製造方法が望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それ故に、本発明の目的は、実現が簡単な電界放出陰極の製造方法を達成することである。さらに、本発明の他の目的は、パターン化された或いは選択的な蒸着及び陰極上の（非等軸）放出粒子の整列に対する良好な制御を有し得る電界放出陰極の製造方法を達成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記及び他の目的は、請求項１に従った方法によって少なくとも部分的に達成される。本発明は、電界放出電極を製造する方法に向けられており、電界放出電極基板と、電界放出電極基板上に配置された複数のエミッタ粒子とを含む。本発明の方法は、エミッタ粒子をエアゾール化されたエミッタ粒子として搬送ガス流中に分散するステップと、エミッタ粒子を電気的に荷電するステップと、電界放出電極基板と蒸着電極との間の電界を少なくとも１つの出口近くに維持しながら、搬送ガス流中の荷電されたエミッタ粒子を、出口を介して、電界放出電極基板の方向に向け、然る後、荷電されたエミッタ粒子を電界放出電極基板上に蒸着し且つ付着するステップとを含む。搬送ガス流と、蒸着電極と電界放出基板との間の電界強度とを制御することによって、帯電エミッタ粒子は、基板へ向かう厳格に定められた進路に従い、それは基板上のエミッタ粒子の蒸着の均一性に関する正確な制御をもたらす。特に、エアゾール化された帯電エミッタ粒子の蒸着中、重力の影響、及び、その結果としての基板上への不純なダスト粒子の如何なる望ましくない蒸着も、基板上の粒子の蒸着が重力の影響によって対抗されるよう、基板の逆に（抗重力的に）位置付けることによって回避し得る。電界は蒸着電極及び電界放出電極基板自体上の電極を用いることによっては必ずしも発生しない。好適な実施態様において、蒸着電極から見て外方を向く電界放出電極基板の側面は、電界放出電極基板と蒸着電極との間に電界を発生するためのさらなる電極と結合している。このさらなる電極を基板と（電気的に）接続し得るが例えば、さらなる電極がさらなる板（例えば、蒸着テーブル）に組み込まれている場合には、容量結合であってもよい。基板へのエミッタ粒子の付着は、例えば、各粒子と基板との間に存在するファンデルワース力を利用することによって実現される。エアゾール化された帯電エミッタ粒子は、電界放出電極基板と、搬送ガス流中のエミッタ粒子を電界放出電極基板の方向に向けるために用いられる蒸着電極との間の印加された電界と整列する。電界放出電極基板へのエミッタ粒子の蒸着中、印加された電界はエミッタ粒子の整列を誘発し、これは蒸着されたエミッタ粒子を電界放出電極基板の表面に対して本質的に直交する方向で整列する。そのようなエミッタ粒子の向きは電界増強をもたらす。何故ならば、各エミッタ粒子の縁先端は、本質的に、ゲート電界放出ディスプレイにおけるゲート電極と陰極電極との間、並びに、電界放出ランプにおける陽極と陰極との間の印加された電界の方向に向けられているからである。それ故に、本発明に従って製造される電荷放出電極を用いて、エミッタ粒子からの高エミッタ電流を電極に印加される低電圧で達成し得る。適切に、エミッタ粒子は、黒鉛片、ロッド、ワイヤ、カーボンナノチューブ、又は、それらの組み合わせのような非等軸粒子である。
【０００７】
エアゾール化されたエミッタ粒子を電気的に荷電するステップは、本質的に同等の電荷をエミッタ粒子の各々にもたらすステップを含むのが好ましい。本質的に同一の電荷を全てのエアゾール化されたエミッタ粒子にもたらすことによって、それは均一に互いに反発し合い、各粒子間の特定の距離を保証する。搬送ガス流の流体力学的影響、及び、蒸着電極及び基板によって囲まれた空間内部のエアゾール化された耐電エミッタ粒子の動作に対する印可された電界と共に、エミッタ粒子への電荷は蒸着されたエミッタ粒子を基板の表面に亘って均一に分散し、基板表面上のエミッタ粒子のクラスタリングを回避し、その結果、より高い放出をもたらす。
【０００８】
エミッタ粒子は荷電されるので、基板上への粒子の蒸着は、均一に又はパターン状になし得る。本発明の１つの実施態様によれば、本方法は、電界放出電極基板に蒸着するエミッタ粒子の均一な分配を達成するために、電界放出電極基板に、電界放出電極基板全長に亘って本質的に同等の電位を印加するステップをさらに有する。電界放出光源を製造するとき、放出の故に、均一な光の分配が望まれるとき、これは有利であり得る。本発明の他の実施態様によれば、電界放出電極基板の所定部分に局地的により高い電界強度を導入することによって、荷電されたエミッタ粒子は、所定部分上にパターン状に且つ選択的に蒸着される。好適な実施態様において、電界放出電極基板の所定部分は、ゲート電界放出ディスプレイで直面するようなゲート電極層によって囲まれたエミッタ陰極の露出表面部分によって形成される。電界放出ディスプレイを製造するとき、後者の実施態様はかなり有利である。何故ならば、この場合、エミッタ粒子は、基板にゲート孔を有する所謂標準ゲート構造に、及び／又は、基板上の底部ゲート構造の金属／絶縁体パッチ上に選択的に蒸着し得るからである。選択的な蒸着は、電界がゲート構造における露出陰極の場所で局地的に最大になるようゲート電極及び陰極電極への電圧をそれぞれ調節することによって達成し得る。例えば、標準ゲート構造における陰極電極との関係でゲート電極に正バイアスを加えることによって、エミッタ粒子は陰極の露出部分上のゲート孔の中心に選択的に蒸着する。何故ならば、電界はそこで最大だからである。一般的に、エミッタ粒子は電界が局地的に最大の場所に蒸着する。これらは電界誘起電子放出が発生する場所と正に同一である。
【０００９】
上記のように、エミッタ粒子の付着は主としてファンデルワース力によって支配される。しかしながら、幾つかの場合には、付着の向上が望ましい。このような場合、本方法は、電界放出電極基板へのエミッタ粒子の付着を向上するために、付着材料の層を電界放出電極基板の表面に塗布するステップをさらに有する。一例として、そのような付着層又は接着剤層は銀膠状懸架であり、それは薄膜形態で電界放出電極基板上に塗布され、エミッタ粒子の蒸着後に硬化され得る。代替的に、エミッタ粒子を電界放出電極基板上に蒸着する以前に、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の薄膜が電界放出電極基板の表面に塗布されてもよい。湿った空気中に晒されるとき、ＰＶＡ膜は湿気を吸収し、ＰＶＡの軟化をもたらし、それによって、ＰＶＡ膜と物理的に接触するエミッタ粒子に対して接着性を有するようになる。膜が乾燥に晒された後、粒子は堅固にＰＶＡ膜に付着する。例えば、カーボンナノチューブのための印刷ペーストで用いられる材料のような他の接着材料も用い得る。
【００１０】
以下に、添付の図面を参照して、本発明を現時点における好適実施態様を用いてより精細に記載する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図２は、本発明に従ってエミッタ粒子２が蒸着しようとしている電界放出電極基板１を示している。図２の実施例において、基板は、例えば、電界放出装置で用いられるべき標準ゲート構造を有している。しかしながら、本発明の方法は平面基板のような他の基板形状にも同様に適用し得ることが留意されるべきである。
【００１２】
図２の基板は、例えば金属材料から成る伝導性の陰極層３が蒸着した担体１３を含む。陰極層１３は誘電体層４によって部分的に覆われ、伝導性のゲート電極層５がその上に存在する。上記から、陰極層３は、誘電体層４及びゲート層５内の開口、所謂ゲート孔を通じてアクセス可能である。電気粒子がゲート層５及び陰極層３の両方に別々に電位が印可される。本実施例において、陰極層３は地電位に接続され、ゲート層５は電圧Ｖｇによって陰極層３に対して正バイアスが加えられている。電界放出電極装置を達成するために、上記の基板上に、陽電荷された電界放出粒子２が、ゲート電極層によって晒され且つ囲まれた陰極表面３の所定部分、即ち、ゲート孔の底部を形成する陰極層表面３にのみ選択的に蒸着することになる。
【００１３】
本発明の一部ではない図１に開示されている本発明を実施するために用いられる装置は以下を含む。
【００１４】
固形エミッタ粒子２のエアゾール化のためのエアロゾル発生区域１１。エアロゾル発生区域は、乾燥エミッタ粉末粒子を、圧縮状態から空気流のような搬送ガス流中の浮遊分散（エアゾール化）状態に変換し、直径１マイクロメータより十分に下の粒子サイズを備える粉末の分散を可能にする。引き続き、生成された粒子エアロゾルのサイズ分類がダストフィルタ（簡単な機械的フィルタ又は誘電体フィルタのいずれか）を用いて遂行され、ダストフィルタはより大きな粒子を除去し、より小さな粒子のみを送る。
【００１５】
エミッタ粒子エアロゾルを電化するための高圧コロナ電荷区域１２、例えば、高圧ニードル電極及び水湿性の対向電極
【００１６】
帯電エミッタ粒子エアロゾルの集中均質化のための拡張室９。
【００１７】
電化されたエミッタ粒子を電界放出電極基板１上に蒸着するために、電気的蒸着力が電化されたエミッタ粒子に加えられる蒸着室８。電化されたエアロゾル粒子２が、電圧Ｖｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎに設定された高圧（金属）蒸着電極１０内の多孔性ガーゼによって提供される少なくとも１つの出口１４を介して蒸着室８に入り込む。帯電エミッタ粒子が蒸着すべき電界放出電極基板１は蒸着電極１０から距離「ｄ」で配置され、蒸着電極と実質的に平行に位置付けられる。蒸着室８は、対向する基板１及び蒸着電極１０の実質的に平行に位置する両側面によって物理的に境界付けられているが、全ての他の側面で外部環境に対して実質的に開放され、よって、エアゾール化された帯電エミッタ粒子を運ぶ搬送ガス流は、側面全体に並びに基板１全体の側面全体に沿って自由に流れる。基板１はさらなる（金属）電極に（電気的に）結合されるのが好ましい。さらなる電極は、帯電エミッタ粒子が基板１と蒸着電極１０との間に存在する電界を用いて常に基板１方向に電気的に引き付けられるような電位に設定されている。もし電界が十分に高いならば、実質的に全てのエアゾール化された帯電エミッタ粒子２は搬送ガス流から除去され、蒸着室８内部の滞留時間中に基板１上に蒸着する。
【００１８】
本発明の方法によれば、エミッタ粒子２はエアロゾル区域１１でエアゾール化され、それによって、搬送ガス流内に分散される。この実施例において、エミッタ粒子２は黒鉛片であるが、ロッド、ワイヤ、又は、カーボンナノチューブのような如何なる非等軸粒子によっても構成し得る。好ましくは約４〜１０ミクロンより小さい公称寸法を備える片状黒鉛は、鋭利な放出端を有し、電界放出装置における放出特性に関して好ましい。
【００１９】
次の段階において、エミッタ粒子２を包含する搬送ガス流は高圧コロナ電荷区域１２を通過し、それによって、エミッタ粒子２は電気的に帯電する。各粒子は本質的に同一の電荷で帯電する。本実施例では、エミッタ粒子２は陽荷電される。
【００２０】
その後、搬送ガス流中の帯電エミッタ粒子２は、拡張室９を介して、蒸着室８に入り込む。蒸着室８では、蒸着電界が正電圧Ｖｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎに保持された蒸着電極と、上記のように陰極電極が地電位に保持された基板との間に印可される。代替的に、基板１の陰極電極は地電位に保持されたさらなる電極に電気的に結合される。この印可された蒸着電界は、電界放出電極基板１方向への力を陽荷電されたエミッタ粒子２に及ぼす。その上、この電界の故に、エミッタ粒子２は蒸着場と並ぶ、換言すれば、図２に示されるように、粒子は蒸着場と整列するようになる。その後、整列を保ちながら、粒子は電極基板の表面に衝突し且つ貼着する。衝突及び貼着作用は、基板と各粒子との間でファンデルワース力を利用することによって実現し得る。しかしながら、より強力な接着を達成するために、エミッタ粒子が蒸着されるべき基板表面領域に接着材層を塗布し得る。そのような層は、例えば、薄い粘着性を有する銀膠状懸架膜又は水膨張粘着性を有するポリビニルアルコール膜によって構成され、それは粒子の蒸着後に硬化され得る。代替的に、カーボンナノチューブのために印刷ペーストで使用される材料も用い得る。電界放出電極基板１上への帯電エミッタ粒子２の蒸着中、ゲート電極層５が（地電位に接続された）陰極電極層３に対して正バイアスされると、エアゾール化された帯電エミッタ粒子２はゲート孔６に引き込まれ、粒子はゲート孔６の中心に、陰極層の露出面部分上に選択的に蒸着する。何故ならば、電界がそこで局地的に最大だからである。粒子は電界が局地的に最大の場所に選択的に蒸着し、これらは電界誘起電子放出が発生する場所と正に同一であることも示されている。
【００２１】
エミッタ粒子を電界放出電極基板上に蒸着する上記方法を用いることによって、本質的に垂直に整列した粒子を備える基板を達成し得る。本発明の方法によって製造される基板の一例が図３に示されている。電界放出の観点からすると、この構成が好ましい。何故ならば、電界放出電極基板上で平坦に存在する片状黒鉛エミッタ粒子は殆ど放出しないか、或いは、極めて高い電界が印可されるときにのみ放出するからである。これに対して、本発明の場合、エミッタ粒子の縁先端は、ゲート電極５と陰極電極３との間の印可電界の方向にあり、それ故、高放出電流を比較的低ゲート電圧で達成し得る。それ故に、垂直に整列する片状黒鉛のために、強力な電界増強（及び、よって、ファウラー−ノルドハイム関係における高ベータ因子）が達成される。
【００２２】
その上、上記のように、エアゾール化され帯電エミッタ粒子は全て本質的に同一の電荷で荷電される。従って、浮遊帯電エミッタ粒子は互いに反発し、それ故、その結果、電界放出基板の表面に亘って蒸着するエミッタ粒子の均一な分配が自動的に得られ、隣接粒子間の特定の間隔を保証する。このようにして、エミッタ粒子のクラスタリングが回避される。それ故に、電界放出装置内でのエミッタ粒子の放出が向上する。何故ならば、クラスタの中心にある粒子は電界から遮断され、それ故に、放出に寄与しないからである。
【００２３】
上述のように、エミッタ粒子２は荷電されるので、基板状への粒子の蒸着は均質又はパターン状になされる。上記の例では、パターン状の蒸着が用いられている。何故ならば、粒子はゲート孔の底部に位置する陰極電極の所定部分にのみ蒸着するからである。一般的に、ゲート層と陰極電極層との間の電圧を相互に調節することによって、選択的蒸着が達成される。より一般的には、基板の異なる領域に異なる電位を印可することにより所定部分領域に局地的により高い電界強度を導入することによって、帯電エミッタ粒子のパターン状及び選択的な蒸着を、基板の所定部分上で達成し得る。これに対して、例えば、もし平坦な基板が地電位のような一定の電位に保持されるならば、帯電エミッタ粒子の均質な蒸着を基板状に達成し得る。そのような電荷放出電極基板は、例えば、電界放出ランプで用い得る。
【００２４】
本発明の上記実施態様は本発明を限定するものとして解釈されるべきではなく、むしろ、どのように本発明を実現するかを示す例として与えられていることに留意すべきである。当業者であれば、添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明の方法を多様な方法で用い得るであろう。
【００２５】
例えば、上記のように電界放出電極基板１上に導電性陰極材料の層３を塗布することによって、或いは、電界放出電極基板１自体を導電性陰極材料から製造することによって、上記の陰極を実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に従った方法を遂行するための例示的な装置を示す概略図である。
【図２】本発明の方法を用いてエミッタ粒子を基板上に蒸着するときの基板近傍領域を示す概略図である。
【図３】本発明に従って製造される電界放出装置を示す概略図である。
【図１】
2006524894.tif 000003
【図２】
2006524894.tif 000004
【図３】
2006524894.tif 000005
【国際調査報告】
2006524894.tif 000006
2006524894.tif 000007