电子发射体、冷阴极场电子发射元件和冷阴极场电子发射显示装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电子发射体、冷阴极场电子发射元件和冷阴极场电子发射显示装置的制造方法。冷阴极场电子发射元件的制造方法由下列工序组成：（ａ）在设置于支撑体（１０）上的阴极电极（１１）的所希望的区域上，形成由母材（２１）掩埋了碳纳米管结构体（２０）的复合体层（２２）的工序；以及（ｂ）在使剥离层（２４）附着于复合体层（２２）的表面后，用机械方法将剥离层（２４）剥离，在顶端部突出的状态下，得到碳纳米管结构体（２０）被埋入母材（２１）中的电子发射部（１５）的工序。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子发射体的制造方法、冷阴极场电子发射元件的制造 方法和冷阴极场电子发射显示装置的制造方法。
技术介绍
近年来，发现了被称之为碳纳米管、具有将碳石墨片巻起的管状结 构的碳晶体和碳纳米纤维。碳纳米管的直径为lnm~ 200nm左右，已知 具有将1层碳石墨片巻起的结构的单层碳纳米管和具有将2层以上碳石墨片巻起的结构的多层碳纳米管。这种具有纳米尺寸的管状结构的 晶体作为特异的物质占有一定的地位，未发现有其它晶体可与之类比。进而，碳纳米管依赖于碳石墨片的巻曲方式具有可或为半导体或为导 体的性质，由于这些特异的性质，预期可应用于电子器件和电力器件 方面。对置于真空中的金属或半导体等施加某阈值以上强度的电场时，电 子即借助于量子隧道效应穿过金属或半导体的表面附近的能量壁垒， 即使在常温下也可将电子发射至真空中。基于这种原理的电子发射被 称为冷阴极场电子发射，或仅称为场发射。近年来，提出将应用了这 种场发射原理的冷阴极场电子发射元件应用于图像显示的平面型的冷 阴极场电子发射显示装置，即所谓场发射显示器(FED)，由于具有高 亮度、低功耗等优点，预期可作为取代现有的阴极射线管(CRT)的图 像显示装置。在将这种冷阴极场电子发射元件(以下，有时简称为场发射元件) 应用于冷阴极场电子发射显示装置(以下，有时仅称为显示装置)的 情况下，要求发射电流值为l~10mA/cm2;在应用于微波放大器的情况下，要求发射电流值为100mA/ci^以上。另外，要求在长时间(例如 IO万小时以上)内可稳定地发射电子，另一方面，也要求短时间(毫 秒程度)内的电子发射的稳定性(即，噪声很少)。为了满足这些要求， 要求构成场发射元件的电子发射部的材料在化学上稳定，可在低电压 下发射电子(即阈值电压低)，电子发射特性对温度的变动少等，除此 以外，还要求电子发射部附近保持在高真空内，在电子发射部附近不 存在释放气体的物质。这样的场发射元件或显示装置是碳纳米管及碳纳米纤维(以下，将 它们总括起来，称为碳纳米管结构体)的应用最被人们期待的领域之 一。即，碳纳米管结构体的结晶性非常高，所以是在化学、物理、热 学诸方面均稳定的材料。而且，碳纳米管结构体有非常高的长宽比， 容易使电场集中于顶端部，与高熔点金属相比，阁值电场低，并且电 子发射效率高，作为显示装置中所配备的构成场发射元件的电子发射 部的要素，是优越的材料。另外，晶体管的有源矩阵也是碳纳米管结 构体的应用被人们期待的领域之一。即，通过将碳纳米管结构体应用 于晶体管中的电子通道即有源矩阵，可得到更小型、低功耗的晶体管。现在，碳纳米管结构体用化学气相生长法(CVD法)制造，或者， 用电弧放电法及激光研磨法等的物理气相生长法(PVD法)制造。由碳纳米管结构体构成的场发射元件以往经由下述工序制造(1) 在支撑体上形成阴极电极的工序；(2) 在整个面上形成绝缘层的工序；(3) 在绝缘层上形成栅电极的工序；(4) 至少在绝缘层上形成开口部，使阴极电极在该开口部的底部 露出的工序；以及(5) 在该露出的阴极电极上形成由碳纳米管结构体构成的电子发 射部的工序。通常，在上述工序(4)中所设置的开口部的直径为10 —6fli量级。 因此，在上述工序(5)中，在开口部的底部露出的阴极电极上用等离 子体CVD法均匀地形成碳纳米管结构体，此事在显示装置为大面积时 带来^艮大的困难，往往也对已经形成的栅电极、开口部、阴极电极等 场发射元件结构要素造成损伤。另外，在用等离子体CVD法形成碳纳 米管结构体时，如使用廉价的玻璃基板，则必须使形成温度为非常低6的低温(5001C以下)，但在这样的形成温度下，碳纳米管结构体的结 晶性却变坏。另一方面，如欲使形成温度保持在高温，作为基板必须 使用可耐陶瓷等的高温的基板，造成成本增加。此外，在形成时由于 受到从绝缘层释放的气体的影响，也有碳纳米管结构体的生长受到阻 碍这样的问题。为了避免这样的问题，还有继上述工序(1)之后在阴极电极上形 成由碳纳米管结构体构成的电子发射部的方法。可是，如欲用等离子 体CVD法形成特性优越的碳纳米管结构体，则必须采用使支撑体加热温度超过5 oo x:的非常高的温度，存在无法使用廉价玻璃基板这样的问题。另一方面，当通过采用500。C以下的支撑体加热温度来尝试使用廉价玻璃基板时，所形成的碳纳米管结构体的机械强度低。其结果是，在上述工序(4)中，当至少在绝缘层上形成开口部，使电子发射部在 该开口部的底部露出时，有可能起因于开口部的形成，对构成电子发 射部的碳纳米管结构体造成损伤。还提出了在上述工序(5)中，使碳纳米管结构体与有机系粘结剂 材料或无机系粘结剂材料(例如水玻璃) 一起分散于溶剂中，用转涂 法等在整个面上涂敷这种分散液，除去溶剂，对粘结剂材料进行焙烧、 固化的方法。可是，在采用这样的方法时，为了防止因开口部内的碳 纳米管结构体造成的阴极电极与栅电极的短路，必须增大开口部的直 径，还必须加厚绝缘层的厚度。然而，在采取这样的措施时，存在在 碳纳米管结构体的附近形成高电场强度变得很困难，招致从碳纳米管 结构体的电子发射效率降低这样的问题。还考虑了继上述工序(1)之后使碳纳米管结构体与有机系或无机 系粘结剂材料一起分散于溶剂中，用转涂法等在整个面上涂敷这种分 散液，除去溶剂，对粘结剂材料进行焙烧、固化的方法。然而，在采 用这样的方法时，由于碳纳米管结构体被埋入粘结剂材料中，从而存 在招致从碳纳米管结构体的电子发射效率降低这样的问题。另外，使用化学上稳定的Si02等氧化物材料作为粘结剂材料也是 可能的，但由于是绝缘材料之故，在阴极电极与电子发射部之间难以 形成电子的移动路径，为了从电子发射部发射电子，必须采取某种方 法在阴极电极与电子发射部之间确立电子移动路径。进而，最好尽可能在接近于支撑体的法线方向的方向使碳纳米管结构体的顶端部取向。通过达到这样的状态，可谋求电子发射部的电子 发射特性的提高和电子发射特性的均匀。可是，现状是，作为达到碳 纳米管结构体的顶端部这样的取向用的方法，例如，提出在制造其中 包含了磁性材料(例如铁及钴、镍)的碳纳米管结构体，或者在表面 形成了磁性材料层的碳纳米管结构体，从这样的碳纳米管结构体制造 电子发射部时，将碳纳米管结构体置于磁场中的方法。然而，这样的 方法或是繁杂的方法，或需要用于形成磁场的装置，从而存在必须形 成均匀磁场这样的问题。如将各种要求集中起来，则以上说明的问题如下。① 应对显示装置的大面积化② 防止对栅电极、开口部、阴极电极、电子发射部等场发射元件结 构要素造成损伤③ 场发射元件制造工艺温度的低温化④ 抑制从碳纳米管结构体的电子发射效率的降低⑤ 碳纳米管结构体对基底(例如阴极电极)的固定方法 碳纳米管结构体的顶端部的取向从而，本专利技术的目的在于，提供能够解决、应对上述①~ 的问题 和要求，还具有难以对构成电子发射部或电子发射体的碳纳米管结构 体造成损伤的结构，并且制造电子发射效率高的电子发射体的方法、 冷阴极场电子发射元件的制造方法和冷阴极场电子发射显示装置的制 造方法。
技术实现思路
由下述工序构成(a) 在基体上形成由母材(或称底材)掩埋碳纳米管结构体的复 合体层的工序；以及(b) 在使剥离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子发射体的制造方法，包括：　在支撑体上形成阴极电极；　在所述阴极电极上形成复合体层，所述复合体层的碳纳米管结构体被埋入母材内；并且之后，　使碳纳米管结构体中的每一个的顶端部取向于所述支撑体的法线方向。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：八木贵郎，岛村敏规，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]