(57)【要約】【課題】フィールドエミッション型ランプに用いる陰極の量産性を向上すること。【解決手段】内圧が常圧であるチャンバ１２内に導体ワイヤ（被成膜基板）１４を配置し、導体ワイヤ１４に直流負バイアスを印加し、チャンバ１２内に炭化水素ガスと有機金属ガスと酸素含有ガスとを導入し、チャンバ１２内の炭化水素ガスと酸素含有ガスとを反応させて燃焼炎２８を発生させ、この燃焼炎２８により炭化水素ガスと有機金属ガスとを分解して導体ワイヤ１４表面上に有機金属を触媒として炭素膜３０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】
被成膜基板表面に電界電子放出用の炭素膜を成膜する成膜方法において、
内圧が常圧であるチャンバ内に被成膜基板を配置する第１ステップと、
被成膜基板に直流負バイアスを印加する第２ステップと、
チャンバ内に炭化水素ガスと有機金属ガスと酸素含有ガスとを導入する第３ステップと、
チャンバ内で炭化水素ガスと酸素含有ガスとを反応させて燃焼炎を発生させる第４ステップと、
チャンバ内で燃焼炎により炭化水素ガスと有機金属ガスとを分解しこの分解により発生した有機金属ガス中の金属を触媒金属として被成膜基板上に上記炭素膜を成膜する第５ステップと、
を含むことを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
被成膜基板が導体ワイヤであることを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
被成膜基板を通電加熱により温度制御することを特徴とする請求項１または２に記載の成膜方法。
【請求項４】
炭素膜の上記成膜後に窒素ガスをチャンバ内に導入する第６ステップを有する、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項５】
チャンバは一方側開口から他方側開口に被成膜基板としての導体ワイヤを導入、導出し、この導体ワイヤの導入、導出の過程で連続して導体ワイヤの表面に炭素膜を成膜して、フィールドエミッション型ランプ用陰極を製造する、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項６】
導体ワイヤに炭素膜を成膜してフィールドエミッション型ランプ用陰極を製造する成膜装置において、
内部に被成膜基板を配置することが可能な常圧チャンバと、
常圧チャンバ内に配置した被成膜基板の温度を制御する被成膜基板温度制御手段と、
常圧チャンバ内に炭化水素ガスを導入するガス導入手段と、
常圧チャンバ内に有機金属ガスを導入するガス導入手段と、
常圧チャンバ内に酸素含有ガスを導入するガス導入手段と、
被成膜基板に直流負バイアスを印加して被成膜基板表面上の炭素膜の配向を制御する配向制御手段と、
を備え、
請求項１ないし５のいずれかに記載の成膜方法を実施して、フィールドエミッション型ランプ用陰極を製造する、ことを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被成膜基板表面に炭素膜を成膜する成膜方法およびそれを実施する成膜装置に関するものである。
【０００２】
特に、本発明は、導体ワイヤの表面に炭素膜を成膜してフィールドエミッション型ランプに用いる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型ランプには、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ものがある。この陰極には導体ワイヤの表面に電界電子放出用の炭素膜が成膜されており、この炭素膜への電界集中により電子放出が行われるようになっている。
【０００４】
このような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、真空チャンバが必要であるなど、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】
【０００５】
したがって、本発明により解決すべき課題は、被成膜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導体ワイヤの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型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】
【０００６】
本発明に係る成膜方法は、被成膜基板表面に電界電子放出用の炭素膜を成膜する成膜方法において、内圧が常圧であるチャンバ内に被成膜基板を配置する第１ステップと、被成膜基板に直流負バイアスを印加する第２ステップと、チャンバ内に炭化水素ガスと有機金属ガスと酸素含有ガスとを導入する第３ステップと、チャンバ内で炭化水素ガスと酸素含有ガスとを反応させて燃焼炎を発生させる第４ステップと、チャンバ内で燃焼炎により炭化水素ガスと有機金属ガスとを分解しこの分解により発生した有機金属ガス中の金属を触媒金属として被成膜基板上に上記炭素膜を成膜する第５ステップとを含むことを特徴とするものである。
【０００７】
被成膜基板の態様の１つは導体ワイヤであるが、これに限定されず、板状等、何でもよい。
【０００８】
酸素含有ガスは、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。
【０００９】
炭化水素ガスと有機金属ガスと酸素含有ガスそれぞれの供給態様には何等限定されない。
【００１０】
炭化水素ガスはその種類に限定されず、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。
【００１１】
有機金属ガスは、その種類に限定されないが、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。
【００１２】
被成膜基板は通電加熱により被成膜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。
【００１３】
本発明の成膜方法の１つの例を、上記ステップに従い、説明すると、まず、内圧が常圧であるチャンバ内に被成膜基板を配置する。次いで、チャンバを接地し被成膜基板に直流負バイアスを印加する。次いで、チャンバ内に炭化水素ガスと有機金属ガスと酸素含有ガスとを導入する。次いで、チャンバ内の炭化水素ガスと酸素含有ガスとを反応させて燃焼炎を発生させる。この燃焼炎により炭化水素ガスと有機金属ガスとが分解されて、被成膜基板表面上に有機金属ガス中の金属が触媒金属となって炭素が成膜される。この場合、有機金属ガスは分解されると、その金属が被成膜基板上に堆積し、炭素膜の成膜用の核起点を生成する触媒金属として作用する。そのため、被成膜基板上には効率的に炭素膜が成膜されるようになる。なお、被成膜基板表面に炭素膜を成膜した後に窒素ガス等の冷却用ガスをチャンバ内に導入して酸化を防止可能とすることが好ましい。
【００１４】
以上により、本発明によれば、導体ワイヤ表面に炭素膜を成膜するのに、従来のような真空チャンバを用いる必要が無くなり、フィールドエミッション型ランプ用の陰極の量産性を向上することができる。
【００１５】
また、被成膜基板に直流負バイアスを印加すると、チャンバの内周面と、被成膜基板として例えば導体ワイヤと、が平行に対向している場合、導体ワイヤにはチャンバから垂直な電界が均等に印加されることとなり、被成膜基板上には炭素膜、例えば、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等、が垂直に高配向に成膜するようになる結果、電子放出特性に優れた炭素膜を成膜することができる。なお、炭素膜の種類は、これらに限定されない。
【００１６】
より詳しく説明すると、本発明においては、チャンバの内圧を真空ではなく常圧として導体ワイヤ等の被成膜基板に炭素膜を成膜することができるようにしたことにより、例えば、導体ワイヤをチャンバ一方側からチャンバ内に導入し、その表面に炭素膜を成膜した後、他方側から導出することにより陰極を量産することができるようになり、極めて画期的な発明である。
【００１７】
本発明の１つの態様として、チャンバの一方側開口から他方側開口に被成膜基板としての導体ワイヤを導入、導出し、この導体ワイヤの導入、導出の過程で連続して導体ワイヤの表面に炭素膜を成膜して、フィールドエミッション型ランプ用陰極を製造することが好ましい。
【００１８】
本発明に係る成膜装置は、導体ワイヤに炭素膜を成膜してフィールドエミッション型ランプ用陰極を製造する成膜装置において、内部に被成膜基板を配置することが可能な常圧チャンバと、常圧チャンバ内に配置した被成膜基板の温度を制御する被成膜基板温度制御手段と、常圧チャンバ内に炭化水素ガスを導入するガス導入手段と、圧チャンバ内に有機金属ガスを導入するガス導入手段と、常圧チャンバ内に酸素含有ガスを導入するガス導入手段と、被成膜基板に直流負バイアスを印加して被成膜基板表面上の炭素膜の配向を制御する配向制御手段とを備え、上記本発明の成膜方法を実施して、フィールドエミッション型ランプ用陰極を製造することを特徴とするものである。
【００１９】
なお、導体ワイヤの表面には、有機金属ガス中の金属が付着し、その金属を炭素膜成膜用の触媒金属として多数の微細突起を有する炭素膜、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、針状等の炭素膜が成膜される。
【００２０】
したがって、本発明の成膜装置によれば、フィールドエミッション型ランプに用いる陰極を量産することができるので、当該フィールドエミッション型ランプを安価に提供することができるようになる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、常圧チャンバを用いて導体ワイヤ等の被成膜基板表面に炭素膜を成膜することができるから、フィールドエミッション型ランプ用陰極の量産性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る成膜方法を説明する。図１は同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。
【００２３】
図１を参照して、成膜装置１０は、導電性でかつ内圧が常圧とされているチャンバ１２を備える。このチャンバ１２には被成膜基板の一例である導体ワイヤ１４が配置されている。導体ワイヤ１４は、チャンバ１２の一方開口側１２ａから矢印方向に導入され、その表面に炭素膜が成膜された後、他方開口側２ｂから矢印方向に導出可能になっている。導体ワイヤ１４の導入、導出のための機構の図示は略している。
【００２４】
チャンバ１２は接地されている。導体ワイヤ１４は、その両端に被成膜基板温度制御手段である通電加熱用電源１６が接続されている。導体ワイヤ１４の一端側は成膜配向制御手段である直流電源１８から直流負バイアスが印加されている。
【００２５】
チャンバ１２には、炭化水素ガス導入口１２ｃと有機金属ガス導入口１２ｄと酸素含有ガス導入口１２ｅと窒素ガス導入口１２ｆとが設けられている。それぞれの導入口には制御弁２０ａ，２２ａ，２４ａ，２６ａ付きのガス管２０，２２，２４，２６が接続されている。それぞれのガス管２０，２２，２４，２６には図示略のガス供給源が接続されている。なお、実施の形態では酸素含有ガス導入口１２ｅを設けず、チャンバ１２の両側開口から空気を導入するようにしてもよく、酸素含有ガス導入口１２ｅは必ずしも必須ではない。酸素含有ガスは、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。チャンバ１２内への炭化水素ガス、有機金属ガス、酸素含有ガス、窒素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。チャンバ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。
【００２６】
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３を参照して説明する。
【００２７】
まず、図１で示すように、内圧が常圧（大気圧）であるチャンバ１２内に鉄等の導体ワイヤ１４を配置する。チャンバ１２を接地し導体ワイヤ１４に直流電源１８から直流負バイアスを印加する。チャンバ１２内に制御弁２０ａ，２２ａ，２４ａ，２６ａで流量制御しながら炭化水素ガスと有機金属ガスと酸素含有ガスとを導入する。この場合、制御弁２０ａ，２２ａ，２４ａを開度制御しつつ開き、制御弁２６ａは閉じる。
【００２８】
そして、図２で示すように、図示略の着火（火花放電等）装置で、チャンバ１２内の炭化水素ガスと酸素含有ガスとを反応させて燃焼炎２８（プラズマ）を発生させる。こうして発生した燃焼炎２８は維持される。燃焼炎２８の大きさ、温度等は、制御弁２０ａ，２２ａ，２４ａを開度を制御して行うことができる。この燃焼炎２８により炭化水素ガスと有機金属ガスとが分解されて、導体ワイヤ１４表面上に有機金属が触媒となって炭素３０が成膜される。
【００２９】
最後に、図３で示すように、制御弁２０ａ，２２ａ，２４ａを閉じ，制御弁２６ａを開いてチャンバ１２内に流量制御しながら窒素ガスを導入してチャンバ１２内を冷却しまた残存酸素等をチャンバ１２外に排気して導体ワイヤ１４が酸化されることを防止する。
【００３０】
こうして、チャンバ１２内にある導体ワイヤ１４部分の表面に炭素膜３０の成膜が終了すると、導体ワイヤ１４を矢印方向に導出し、次の導体ワイヤ１４の部分を導入し、上記と同様の炭素膜の成膜を実施する。なお、導体ワイヤ１４を図中の矢印方向にスライドさせるか、チャンバ１２を図中の矢印方向とは逆向きにスライドさせてもよい。
【００３１】
以上のように本実施の形態では、チャンバ１２が常圧チャンバであり、真空チャンバではないから、高配向の炭素膜を備えて優れた電子放出特性を備えたフィールドエミッション型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。
【００３２】
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】
【００３３】
【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は図１の成膜装置により燃焼炎が発生し導体ワイヤに成膜中を示す図である。
【図３】図３は図１の成膜装置において窒素ガスをチャンバ内に導入した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  成膜装置
１２  常圧チャンバ
１４  導体ワイヤ
１６  通電加熱用電源（被成膜基板温度制御手段）
１８  直流電源（成膜配向制御手段）
２８  燃焼炎
３０  炭素膜
【図１】
2007162092.tif 000003
【図２】
2007162092.tif 000004
【図３】
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