JP4895663B2 - Manufacturing method of field emission electron source - Google Patents
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Description
本発明は、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバー等の繊維状カーボンを含むカーボン膜から電子を放出する電界放出型電子源の製造方法に関するものである The present invention relates to a method for manufacturing a field emission electron source that emits electrons from a carbon film containing fibrous carbon such as carbon nanotubes or carbon nanofibers.
従来から、電界放出型電子源として、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバー等の繊維状カーボンを含むカーボン膜が用いられている。電界放出型電子源においては、カーボン膜に対して電界が印加されれば、カーボン膜から電子が放出される。 Conventionally, carbon films containing fibrous carbon such as carbon nanotubes or carbon nanofibers have been used as field emission electron sources. In a field emission electron source, when an electric field is applied to a carbon film, electrons are emitted from the carbon film.
カーボン膜は、カソード電極層上に印刷法によって形成される。このカーボン膜の電子放出特性を改善するために、粘着テープ等をカーボン膜に付着させた後、それをカーボン膜から剥ぎ取る処理が行われている。この処理により、カーボン膜の表面層が除去される。その結果、繊維状カーボンの先端がカーボン膜の表面から突出する。
上記従来の方法によれば、カーボン膜の表面層の除去の程度が制御されていない。そのため、カーボン膜中に含まれる接着剤の役割を果たすガラス等の微粒子の大きさおよび量の面方向における分布のばらつきに起因して、表面層が除去された後のカーボン膜の露出面は、凹凸を有していることがある。 According to the conventional method, the degree of removal of the surface layer of the carbon film is not controlled. Therefore, due to variations in the distribution of the size and amount of fine particles such as glass serving as an adhesive contained in the carbon film in the plane direction, the exposed surface of the carbon film after the surface layer is removed is May have irregularities.
この場合、カーボン膜の露出面の凹凸に起因して、露出した複数の繊維状カーボンの先端に印加される電界のカーボン膜の面内方向の分布にばらつきが生じる。そのため、繊維状カーボンから放出される電子量がカーボン膜の上面の位置によって異なってしまう。その結果、電界放出型電子源が表示装置に用いられた場合には、表示装置の面内方向の発光の均一性にばらつきが生じてしまう。 In this case, due to the unevenness of the exposed surface of the carbon film, the distribution in the in-plane direction of the carbon film of the electric field applied to the exposed ends of the plurality of fibrous carbons occurs. For this reason, the amount of electrons emitted from the fibrous carbon varies depending on the position of the upper surface of the carbon film. As a result, when the field emission electron source is used in a display device, the uniformity of light emission in the in-plane direction of the display device varies.
本発明は、上述の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、均一な電子放出特性を有する電界放出型電子源の製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a field emission electron source having uniform electron emission characteristics.
電界放出型電子源は、カソード電極上に繊維状カーボンを含む複数層のカーボン膜を有する積層構造カーボンを形成するステップと、複数層のカーボン膜のいずれか2つのカーボン膜同士の界面で剥離が生じるように、積層構造カーボン膜に粘着テープを付着させた後、その粘着テープを引き剥がすステップとを備えている。 The field emission electron source has a step of forming a laminated structure carbon having a plurality of carbon films containing fibrous carbon on the cathode electrode, and peeling at the interface between any two carbon films of the plurality of carbon films. And a step of peeling the pressure-sensitive adhesive tape after the pressure-sensitive adhesive tape is attached to the laminated structure carbon film.
上記の製法によれば、積層構造を構成するカーボン膜同士の界面で剥離が生じる。そのため、カーボン膜の平坦な上面が露出する。その平坦な上面から繊維状カーボンが起立する。その結果、電界放出型電子源から放出される電子の分布の均一性が良好になる。 According to said manufacturing method, peeling arises in the interface of the carbon films which comprise laminated structure. Therefore, the flat upper surface of the carbon film is exposed. Fibrous carbon stands up from the flat upper surface. As a result, the uniformity of the distribution of electrons emitted from the field emission electron source is improved.
本発明の実施の形態の電界放出型電子源の製造方法においては、ピーリング処理によってカーボン膜の表面に凹凸が形成されることが抑制される。そのために、まず、複数種類のペーストを用いて複数種類のカーボン膜が積層された積層構造カーボン膜が形成される。その後、この積層構造カーボン膜を構成するカーボン膜同士の界面において剥離が発生するように、上層に位置するカーボン膜が除去される。 In the method of manufacturing the field emission electron source according to the embodiment of the present invention, the formation of irregularities on the surface of the carbon film due to the peeling treatment is suppressed. For this purpose, first, a laminated structure carbon film in which a plurality of types of carbon films are laminated using a plurality of types of paste is formed. Thereafter, the carbon film located in the upper layer is removed so that peeling occurs at the interface between the carbon films constituting the laminated carbon film.
前述の積層構造カーボン膜を形成するために、ガラス微粒子等の接着剤の役割を果たす微粒子の重量混合比が異なる複数種類のペーストを用いて複数のカーボン膜が積層される。それにより、特定の積層構造の境界でピーリング時の剥離を発生させることが可能になる。その結果、ピーリング処理後のカーボン膜の上面の平坦性が改善される。したがって、カーボン膜の上面の凹凸に起因した電子放出特性の分布のばらつきが低減される。故に、カーボン膜からの電子放出の均一性が改善される。 In order to form the above-described laminated carbon film, a plurality of carbon films are laminated using a plurality of types of pastes having different weight mixing ratios of fine particles serving as adhesives such as glass fine particles. Thereby, it is possible to cause peeling at the time of peeling at a boundary of a specific laminated structure. As a result, the flatness of the upper surface of the carbon film after the peeling process is improved. Therefore, variation in the distribution of electron emission characteristics due to the unevenness of the upper surface of the carbon film is reduced. Therefore, the uniformity of electron emission from the carbon film is improved.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の電界放出型電子源を説明する。
まず、図1〜図3を用いて、本願の発明者らが実施しようとしていた電界放出型電子源の製造方法の問題点を説明する。
Hereinafter, field emission electron sources according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the problem of the method of manufacturing a field emission electron source that the inventors of the present application are trying to implement will be described with reference to FIGS.
一般に、電界放出型電子源の繊維状電子放出材料として、スクリーン印刷またはスプレー印刷等の印刷法で形成されるカーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバー等の繊維状カーボンが用いられる。なお、以下においては、説明の簡便のため、これらの繊維状カーボンの代表として、カーボンナノチューブが用いられた電界放出型電子源が一例として述べられる。 Generally, fibrous carbon such as carbon nanotubes and carbon nanofibers formed by a printing method such as screen printing or spray printing is used as the fibrous electron emission material of the field emission electron source. In the following, for convenience of explanation, a field emission electron source using carbon nanotubes will be described as an example as a representative of these fibrous carbons.
カーボン膜が印刷された直後においては、ペースト中の溶剤成分の表面張力によって、カーボンナノチューブが、カーボン膜の表面に沿って延びるように倒れている。このような場合においては、カーボンナノチューブの先端部分に電子放出が促進される程度の電界集中が発生しない。そのため、良好な電子放出特性は得られない。 Immediately after the carbon film is printed, the carbon nanotubes are tilted so as to extend along the surface of the carbon film due to the surface tension of the solvent component in the paste. In such a case, electric field concentration to the extent that electron emission is promoted does not occur at the tip portion of the carbon nanotube. Therefore, good electron emission characteristics cannot be obtained.
そこで、カーボン膜が印刷法によって形成される場合には、カーボンナノチューブをカーボン膜の表面から起立させる表面処理が実行される。それによって、カーボンナノチューブの先端に電界集中が生じ易くなる。その結果、良好な電子放出特性が得られる。 Therefore, when the carbon film is formed by a printing method, a surface treatment for raising the carbon nanotubes from the surface of the carbon film is performed. Thereby, electric field concentration tends to occur at the tip of the carbon nanotube. As a result, good electron emission characteristics can be obtained.
前述のような表面処理としては、カーボン膜の表面に粘着性の粘着テープを貼り付け、カーボン膜の表面からその粘着テープを引きは剥がす処理(以下、「ピーリング処理」と呼ばれる。)が挙げられる。なお、カーボンナノチューブがカーボン膜の表面から起立している状態は起毛状態と呼ばれる。 As the surface treatment as described above, there is a treatment (hereinafter referred to as “peeling treatment”) in which an adhesive pressure-sensitive adhesive tape is attached to the surface of the carbon film, and the pressure-sensitive adhesive tape is peeled off from the surface of the carbon film. . Note that the state in which the carbon nanotubes stand from the surface of the carbon film is called a raised state.
図1は、スプレー法またはスクリーン印刷法によってカソード電極層上に形成されたカーボン膜の概略図である。一般的に、電子放出層としてカーボン膜が使用される場合には、ガラス基板101上のカソード電極層102上にカーボン膜111が形成される。カソード電極層102は、ITO、CrもしくはAl等の金属からなる。 FIG. 1 is a schematic view of a carbon film formed on a cathode electrode layer by a spray method or a screen printing method. In general, when a carbon film is used as the electron emission layer, the carbon film 111 is formed on the cathode electrode layer 102 on the glass substrate 101. The cathode electrode layer 102 is made of a metal such as ITO, Cr, or Al.
このとき、カソード電極層102とカーボン膜111との間の密着力およびカーボン膜111内でのカーボンナノチューブ同士の密着力を高める必要がある。そのために、ガラス微粒子103がカーボン膜111を形成するための印刷ペースト中にカーボンナノチューブ104とともに混合されている。ガラス微粒子103は接着剤として機能する。また、ペーストは、ガラス微粒子とともに、銀またはニッケル等の微粒子からなる接着剤も含んでいてもよい。カーボン膜111が350℃以上の温度で焼成されれば、接着剤となる微粒子が溶融し、前述の密着力が確保される。以下、説明の簡便のため、接着剤となる微粒子としてガラス微粒子が用いられた電界放出型電子源の製造方法が述べられる。 At this time, it is necessary to increase the adhesion between the cathode electrode layer 102 and the carbon film 111 and the adhesion between the carbon nanotubes in the carbon film 111. For this purpose, the glass fine particles 103 are mixed together with the carbon nanotubes 104 in a printing paste for forming the carbon film 111. The glass fine particles 103 function as an adhesive. The paste may also contain an adhesive composed of fine particles such as silver or nickel together with the fine glass particles. If the carbon film 111 is baked at a temperature of 350 ° C. or higher, the fine particles serving as the adhesive are melted, and the above-described adhesion is ensured. In the following, for the convenience of explanation, a method for manufacturing a field emission electron source in which glass fine particles are used as fine particles serving as an adhesive will be described.
一般に、スクリーン印刷法によってカーボン膜111が形成される場合には、ペースト中には、固形成分として、前述したように、カーボンナノチューブ104、接着剤の役割を果たすガラス、および、銀またはニッケル等の微粒子が混入される。また、ペースト中には、前述の固形成分のほかに、これらの固形成分をカソード電極層102に印刷するための、エチルセルロースまたはアクリル等の樹脂材料が含まれている。さらに、ペースト中には、前述の樹脂材料を溶解させるためのブチルカルビトール(BC)、ブチルカルビトールアセテート(BCA)、およびターピネオール等の溶剤成分が含まれている。また、ペースト中には、カーボンナノチューブ111およびガラス等の微粒子103が凝集することを防止するための分散剤も含まれている。 In general, when the carbon film 111 is formed by a screen printing method, as described above, the carbon nanotubes 104, glass serving as an adhesive, and silver or nickel are used as solid components in the paste. Fine particles are mixed. In addition to the solid components described above, the paste contains a resin material such as ethyl cellulose or acrylic for printing these solid components on the cathode electrode layer 102. Further, the paste contains solvent components such as butyl carbitol (BC), butyl carbitol acetate (BCA), and terpineol for dissolving the above-described resin material. The paste also contains a dispersant for preventing the carbon nanotubes 111 and fine particles 103 such as glass from aggregating.
なお、前述のカーボン膜111の焼成が実行されれば、ガラスまたは銀等の微粒子103が溶融するだけでなく、ペースト中の樹脂、溶剤、および分散剤等の成分が焼失する。 If the above-described firing of the carbon film 111 is executed, not only the fine particles 103 such as glass or silver are melted, but also the components such as the resin, solvent, and dispersant in the paste are burned out.
ペースト中にガラス、銀、またはニッケル等の微粒子103が混合されていなければ、カーボン膜111が焼成された後にカーボンナノチューブ104のみからなるカーボン膜111を残存させることが可能である。ただし、この場合には、カソード電極層102とカーボンナノチューブ104のみからなるカーボン膜111との間の接着力は、ファンデルワールス力のみであるため、小さい。また、カーボンナノチューブ104同士が絡み合う力が大きい。そのため、ピーリング処理が行われると、カーボン膜111がカソード電極層102から完全に剥離してしまう。 If the fine particles 103 such as glass, silver, or nickel are not mixed in the paste, it is possible to leave the carbon film 111 made of only the carbon nanotubes 104 after the carbon film 111 is baked. However, in this case, the adhesive force between the cathode electrode layer 102 and the carbon film 111 made of only the carbon nanotubes 104 is only van der Waals force, and is small. Moreover, the force with which the carbon nanotubes 104 are entangled is large. Therefore, when the peeling process is performed, the carbon film 111 is completely separated from the cathode electrode layer 102.
図1は、接着材料としてガラス微粒子103を含むカーボン膜111がカソード電極層102上で焼成された後の状態を示す図である。図1においては、カーボン膜111に含まれる繊維状カーボンとしてカーボンナノチューブが用いられている。図1は、ピーリング処理される前のカーボン膜111の状態を示している。図1に示すように、ピーリング処理が行われる前においては、ガラス基板上101上のカソード電極層102上にカーボン膜111が形成されており、カーボン膜111は接着剤の役割を果たすガラス微粒子103とカーボンナノチューブ104とからなっている。 FIG. 1 is a view showing a state after a carbon film 111 containing glass fine particles 103 as an adhesive material is baked on the cathode electrode layer 102. In FIG. 1, carbon nanotubes are used as fibrous carbon contained in the carbon film 111. FIG. 1 shows the state of the carbon film 111 before being peeled. As shown in FIG. 1, before the peeling process is performed, a carbon film 111 is formed on the cathode electrode layer 102 on the glass substrate 101, and the carbon film 111 plays a role as an adhesive. And the carbon nanotube 104.
図1に示されるカーボン膜111に対してピーリング処理が行われた後の状態が図2に示されている。図2に示されるように、ピーリング処理が行われれば、カーボン膜111の露出面から起立したカーボンナノチューブ112が形成される。 The state after the peeling process is performed on the carbon film 111 shown in FIG. 1 is shown in FIG. As shown in FIG. 2, when the peeling process is performed, carbon nanotubes 112 standing from the exposed surface of the carbon film 111 are formed.
図1に示されるピーリング処理前の状態において、部分105においては、比較的ガラス微粒子103がカーボンナノチューブ104中に均一に混在している。部分105のうちピーリング処理によって引き剥がされたカーボン膜111の膜厚は、およそガラス微粒子1個または2個分程度の大きさである。したがって、ピーリング処理後においては、図1における部分105は、図2における部分108になる。部分108の上表面は、図2におけるA−A’線で示されるピーリング処理前のカーボン膜111の上表面よりも、およそガラス微粒子103の1個または2個分の大きさ程度低くなっている。 In the state before the peeling process shown in FIG. 1, the glass particles 103 are relatively uniformly mixed in the carbon nanotubes 104 in the portion 105. The film thickness of the carbon film 111 peeled off by the peeling process in the portion 105 is about one or two glass particles. Therefore, after the peeling process, the portion 105 in FIG. 1 becomes the portion 108 in FIG. The upper surface of the portion 108 is lower by about the size of one or two glass particles 103 than the upper surface of the carbon film 111 before the peeling process indicated by the line AA ′ in FIG. .
一方、図1における部分106においては、比較的広い範囲において、ガラス微粒子103の密度がカソード電極層102の近傍で低くなり、ガラス微粒子103がカソード電極層102に接触していない。この部分106では、カーボン膜111とカソード電極層102との間の密着力が小さい。そのため、ピーリング処理が行われると、部分106からカーボン膜111が完全に剥離してしまう。その結果、図2に示す部分109のように、カソード電極層102が露出してしまう。 On the other hand, in the portion 106 in FIG. 1, the density of the glass fine particles 103 is low in the vicinity of the cathode electrode layer 102 in a relatively wide range, and the glass fine particles 103 are not in contact with the cathode electrode layer 102. In this portion 106, the adhesion between the carbon film 111 and the cathode electrode layer 102 is small. Therefore, when the peeling process is performed, the carbon film 111 is completely peeled off from the portion 106. As a result, the cathode electrode layer 102 is exposed as in the portion 109 shown in FIG.
また、図1における部分107に示されるように、カーボン膜111の厚さ方向の中央部においてカーボン膜111中のガラス微粒子103の密度が低い部分107においても、接着力が小さい。そのため、ピーリング処理が行われると、図2に示すように、部分110の上面は、所望のピーリング処理によって形成された部分108の上面よりも低い位置に形成されてしまう。 Further, as shown in a portion 107 in FIG. 1, even in a portion 107 where the density of the glass fine particles 103 in the carbon film 111 is low in the central portion of the carbon film 111 in the thickness direction, the adhesive force is small. Therefore, when the peeling process is performed, as shown in FIG. 2, the upper surface of the portion 110 is formed at a position lower than the upper surface of the portion 108 formed by the desired peeling process.
このように、カソード電極層102とカーボン膜111との間の接着力が不均一であったり、カーボン膜111中の部位同士の接着力が不均一であったりすると、ピーリング処理後のカーボン膜111の表面の凹凸が大きくなってしまう。 As described above, when the adhesion force between the cathode electrode layer 102 and the carbon film 111 is non-uniform or the adhesion force between the portions in the carbon film 111 is non-uniform, the carbon film 111 after the peeling process is formed. The unevenness of the surface becomes large.
図2に示された電界放出型電子源の製造方法においては、まず、ガラス基板101上にカソード電極層102が形成される。次に、カソード電極層102上にカーボンナノチューブを含むカーボン膜111が印刷法で形成される。その後、カーボン膜111は、焼成された後、ピーリング処理される。 In the method for manufacturing the field emission electron source shown in FIG. 2, first, the cathode electrode layer 102 is formed on the glass substrate 101. Next, a carbon film 111 containing carbon nanotubes is formed on the cathode electrode layer 102 by a printing method. Thereafter, the carbon film 111 is fired and then peeled.
前述のような製法により形成された電界放出型電子源において、図3に示されるように、カーボン膜111の直上にカーボン膜111から電子を引き出すための電界がカソード電極層102とカソード電極層102に対向するアノード電極層114との間の空間に印加される。 In the field emission electron source formed by the above-described manufacturing method, as shown in FIG. 3, the electric field for extracting electrons from the carbon film 111 directly above the carbon film 111 is the cathode electrode layer 102 and the cathode electrode layer 102. Applied to the space between the anode electrode layer 114 and the anode electrode layer 114 facing each other.
アノード電極層114は、カソード電極層102に対向する位置に、カーボン膜111から放出された電子を吸引するために設けられている。また、アノード電極層114は、ITOまたはAl等の金属膜がその表面上に形成されたガラス基板、または、AlもしくはMo等の金属板からなる。また、アノード電極層114は、カーボン膜111の所望のピーリング処理が施された部分108に対して距離dを隔てて配置されている。 The anode electrode layer 114 is provided at a position facing the cathode electrode layer 102 to attract electrons emitted from the carbon film 111. The anode electrode layer 114 is made of a glass substrate on which a metal film such as ITO or Al is formed, or a metal plate such as Al or Mo. The anode electrode layer 114 is disposed at a distance d from the portion 108 of the carbon film 111 where the desired peeling process has been performed.
前述のような2極構造の電界放出型電子源が真空槽内に設置され、カソード電極層102の電位が0Vに設定され、アノード電極層114の電位が正の値に設定されると、カーボン膜111の表面とアノード電極層114との間の空間に電界が印加される。それにより、カーボン膜111の表面から起立したカーボンナノチューブ112の先端に電界集中が発生して、電子が放出される。このときに、カーボンナノチューブ112から放出される電子の量は、カーボン膜111の表面の電界集中の程度に依存する。そのため、カーボンナノチューブ112の先端とカノード電極層114の上面との間に印加された電界が大きいほど、カーボンナノチューブ112の先端から放出される電子の量は増加する。 When a field emission electron source having a bipolar structure as described above is installed in a vacuum chamber, the potential of the cathode electrode layer 102 is set to 0 V, and the potential of the anode electrode layer 114 is set to a positive value, carbon An electric field is applied to the space between the surface of the film 111 and the anode electrode layer 114. As a result, an electric field concentration occurs at the tip of the carbon nanotube 112 rising from the surface of the carbon film 111, and electrons are emitted. At this time, the amount of electrons emitted from the carbon nanotube 112 depends on the degree of electric field concentration on the surface of the carbon film 111. Therefore, the amount of electrons emitted from the tip of the carbon nanotube 112 increases as the electric field applied between the tip of the carbon nanotube 112 and the upper surface of the canode electrode layer 114 increases.
カーボン膜111とカノード電極層114との間に印加された電界は、カーボン膜111の主表面とアノード電極層114との間の空間に印加される電界が一定の場合には、アノード電極層114の主表面とカーボン膜111の主表面との間の距離に依存する。つまり、前述の距離が長くなるほど、電界は小さくなる。 The electric field applied between the carbon film 111 and the canode electrode layer 114 is the anode electrode layer 114 when the electric field applied to the space between the main surface of the carbon film 111 and the anode electrode layer 114 is constant. Depends on the distance between the main surface of the carbon film 111 and the main surface of the carbon film 111. That is, the longer the distance, the smaller the electric field.
図3に示されるように、部分109においては、ピーリング処理でカーボン膜111が底部まで引き剥がされる。そのため、カーボン膜111が殆ど残っていない。一方、部分110においては、所望のピーリング処理が施されている部分108より低い位置までピーリング処理がなされている。また、部分108は、所望のピーリング処理がなされている。 As shown in FIG. 3, in the portion 109, the carbon film 111 is peeled off to the bottom by a peeling process. Therefore, almost no carbon film 111 remains. On the other hand, in the part 110, the peeling process is performed to a position lower than the part 108 where the desired peeling process is performed. The portion 108 is subjected to a desired peeling process.
したがって、部分109および110のそれぞれとアノード電極層114との間の距離は、部分108とアノード電極層114との間の距離に比較して、大きい。そのため、部分109および部分110のそれぞれとアノード電極層102との間の空間に印加される電界は、部分108とアノード電極層114との間の空間に印加される電界に比較して、小さい。したがって、部分110および109のそれぞれにおけるカーボンナノチューブ112からの電子放出量は、部分108のカーボンナノチューブ112からの電子放出量より小さい。また、部分109においては、カーボンナノチューブ112自体が少ないため、電子放出量が最も小さい。 Therefore, the distance between each of the portions 109 and 110 and the anode electrode layer 114 is larger than the distance between the portion 108 and the anode electrode layer 114. Therefore, the electric field applied to the space between each of the portions 109 and 110 and the anode electrode layer 102 is smaller than the electric field applied to the space between the portion 108 and the anode electrode layer 114. Accordingly, the amount of electron emission from the carbon nanotube 112 in each of the portions 110 and 109 is smaller than the amount of electron emission from the carbon nanotube 112 in the portion 108. In the portion 109, since the carbon nanotube 112 itself is small, the electron emission amount is the smallest.
以上述べたように、ピーリング処理によってカーボン膜111の表面に凹凸が発生すると、その凹凸に応じてカーボン膜111の表面で電子放出量にばらつきが生じる。そのため、カーボン膜111の表面から均一に電子が放出されない。したがって、カーボン膜111からの均一な電子放出を実現するためには、ピーリング処理後のカーボン膜111の表面の凹凸を小さくする必要がある。 As described above, when unevenness occurs on the surface of the carbon film 111 due to the peeling process, the amount of electron emission varies on the surface of the carbon film 111 according to the unevenness. Therefore, electrons are not emitted uniformly from the surface of the carbon film 111. Therefore, in order to realize uniform electron emission from the carbon film 111, it is necessary to reduce the unevenness of the surface of the carbon film 111 after the peeling process.
ピーリング処理によって形成されたカーボン膜の表面の凹凸の発生を抑制するためには、平坦に形成されたカーボン膜の表面でカーボン膜を剥離させることが必要である。そのため、以下に説明する実施の形態の電界放出型電子源の製造方法においては、カーボン膜が異なる複数種類のペーストから形成された積層構造を有し、その積層構造の界面においてピーリング処理によって剥離を発生させる。 In order to suppress the occurrence of irregularities on the surface of the carbon film formed by the peeling process, it is necessary to peel the carbon film on the surface of the carbon film formed flat. Therefore, in the field emission electron source manufacturing method of the embodiment described below, the carbon film has a laminated structure formed of a plurality of types of pastes, and peeling is performed by peeling treatment at the interface of the laminated structure. generate.
以下、図4〜図17を用いて、本発明の実施の形態の電界放出型電子源の製造方法が説明される。 Hereinafter, the manufacturing method of the field emission type electron source according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
実施の形態1.
まず、図4を用いて、本発明の実施の形態の電界放出電源の製造方法が説明される。本実施の形態の電界放出電源の製造方法においては、まず、ガラス基板401上にITO膜からなるカソード電極層402が形成される。次に、カソード電極層402上にスクリーン印刷法を用いて第1のカーボン膜407が形成される。その後、たとえば、120℃の温度で10分間、第1のカーボン膜407の乾燥工程が実行される。次に、第1のカーボン膜407上に第2のカーボン膜408がスクリーン印刷法を用いて形成される。その後、たとえば、120℃の温度で10分間、カーボン膜407および第2のカーボン膜408の乾燥工程が実行される。前述のような2回の乾燥工程によってカーボン膜407およびカーボン膜408からなる積層構造カーボン膜409が形成される。
Embodiment 1 FIG.
First, the manufacturing method of the field emission power supply according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the method for manufacturing a field emission power supply according to the present embodiment, first, a cathode electrode layer 402 made of an ITO film is formed on a glass substrate 401. Next, a first carbon film 407 is formed on the cathode electrode layer 402 by using a screen printing method. Thereafter, for example, a drying process of the first carbon film 407 is performed at a temperature of 120 ° C. for 10 minutes. Next, a second carbon film 408 is formed on the first carbon film 407 using a screen printing method. Thereafter, for example, a drying process of the carbon film 407 and the second carbon film 408 is performed at a temperature of 120 ° C. for 10 minutes. A laminated structure carbon film 409 composed of the carbon film 407 and the carbon film 408 is formed by two drying processes as described above.
次に、積層構造カーボン膜409のカーボン膜中に含まれるガラス微粒子403および404が軟化する温度以上の温度、たとえば、470℃の温度の大気中で1時間、積層構造カーボン膜409の焼成工程が実行される。それにより、第1のカーボン膜407および第2のカーボン膜408中に含まれる樹脂、溶剤、および分散剤が除去される。また、カーボン膜407および408中に含まれるガラス微粒子403および404が軟化する。 Next, the firing process of the laminated structure carbon film 409 is performed for 1 hour in an atmosphere at a temperature higher than the temperature at which the glass fine particles 403 and 404 contained in the carbon film of the laminated structure carbon film 409 are softened, for example, 470 ° C. Executed. Thereby, the resin, the solvent, and the dispersant contained in the first carbon film 407 and the second carbon film 408 are removed. Further, the glass fine particles 403 and 404 contained in the carbon films 407 and 408 are softened.
本実施の形態においては、ガラスの軟化点は420℃程度であり、焼成温度は、この軟化点温度以上であればいかなる温度であってもよい。ただし、カーボンナノチューブの耐熱性が低い場合には、焼成によってカーボンナノチューブが消失してしまうおそれがある。そのため、N2もしくはAr雰囲気中または真空雰囲気中等の酸素が存在しない雰囲気中でカーボン膜407および408の焼成が行われることが望ましい。ただし、これらの雰囲気中でカーボン膜407および408の焼成が行われた場合には、ペースト中に含まれる樹脂および分散剤が完全には除去されない。そのため、樹脂および分散剤が分解して消失する400℃までの温度では、カーボン膜407および408は、大気中で焼成され、400℃以上の温度では、N2もしくはAr雰囲気中、または真空雰囲気中でカーボン膜407および408の焼成が行われることが望ましい。 In the present embodiment, the softening point of the glass is about 420 ° C., and the firing temperature may be any temperature as long as it is equal to or higher than this softening point temperature. However, when the heat resistance of the carbon nanotube is low, the carbon nanotube may be lost by firing. Therefore, it is desirable that the carbon films 407 and 408 be baked in an atmosphere free of oxygen, such as in an N 2 or Ar atmosphere or a vacuum atmosphere. However, when the carbon films 407 and 408 are baked in these atmospheres, the resin and the dispersant contained in the paste are not completely removed. Therefore, the carbon films 407 and 408 are baked in the air at a temperature up to 400 ° C. where the resin and the dispersant are decomposed and disappeared, and in a N 2 or Ar atmosphere or in a vacuum atmosphere at a temperature of 400 ° C. or higher. It is desirable that the carbon films 407 and 408 be fired.
図4に示される積層構造カーボン膜409においては、第1のカーボン膜407とカソード電極層402との接合は、第1のカーボン膜407中に含まれるガラス微粒子403によって実現される。さらに、第1のカーボン膜407と第2のカーボン膜408との接合は、第1のカーボン膜407中のガラス微粒子403と第2のカーボン膜408中のガラス微粒子404との接着力、第1のカーボン膜407中のガラス微粒子403と第2のカーボン膜408中のカーボンナノチューブ406との接着力、および第1のカーボン膜407中のカーボンナノチューブ405と第2のカーボン膜408中のガラス微粒子404との接着力によって実現される。 In the laminated structure carbon film 409 shown in FIG. 4, the bonding between the first carbon film 407 and the cathode electrode layer 402 is realized by the glass fine particles 403 included in the first carbon film 407. Further, the bonding between the first carbon film 407 and the second carbon film 408 is based on the adhesive force between the glass fine particles 403 in the first carbon film 407 and the glass fine particles 404 in the second carbon film 408, the first The adhesion between the glass fine particles 403 in the carbon film 407 and the carbon nanotubes 406 in the second carbon film 408, and the glass fine particles 404 in the first carbon film 407 and in the second carbon film 408. It is realized by the adhesive strength.
次に、前述の積層構造カーボン膜409に対して表面に粘着剤を有する粘着テープが貼り付けられる。その後、粘着テープを引き剥がすピーリング処理が行われる。 Next, the adhesive tape which has an adhesive on the surface is affixed with respect to the above-mentioned laminated structure carbon film 409. FIG. Thereafter, a peeling process for peeling off the adhesive tape is performed.
図5は、粘着剤412が付された粘着テープ417が、積層構造カーボン膜409に貼り付けられた状態を示す模式図である。図5に示された状態において、積層構造カーボン膜409に貼り付けられた粘着テープ417が引き剥がされる。 FIG. 5 is a schematic view showing a state where the adhesive tape 417 to which the adhesive 412 is attached is attached to the laminated structure carbon film 409. In the state shown in FIG. 5, the adhesive tape 417 attached to the laminated structure carbon film 409 is peeled off.
このとき、カソード電極層402と第1のカーボン膜407との界面413、第1のカーボン膜407と第2のカーボン膜408との界面414、第2のカーボン膜408と粘着剤412との界面415、粘着テープ基材411と粘着剤412との界面416、第1のカーボン膜407中のガラス微粒子403とカーボンナノチューブ405との接着面、および第2のカーボン膜408中のガラス微粒子404とカーボンナノチューブ406との接着面のうちの最も密着力が小さい位置で剥離が発生する。 At this time, the interface 413 between the cathode electrode layer 402 and the first carbon film 407, the interface 414 between the first carbon film 407 and the second carbon film 408, and the interface between the second carbon film 408 and the adhesive 412. 415, an interface 416 between the adhesive tape substrate 411 and the adhesive 412, a bonding surface between the glass fine particles 403 and the carbon nanotubes 405 in the first carbon film 407, and a glass fine particle 404 and carbon in the second carbon film 408. Peeling occurs at the position where the adhesion force is the smallest on the adhesion surface with the nanotube 406.
すなわち、前述の界面または接着面のうちの第1のカーボン膜407と第2のカーボン膜408との界面414の密着力が最も小さければ、図6に示されるように、界面414において必ず剥離が生じる。 That is, if the adhesion strength of the interface 414 between the first carbon film 407 and the second carbon film 408 in the above-mentioned interface or adhesion surface is the smallest, as shown in FIG. Arise.
そのため、この界面414が平坦になっていれば、ピーリング処理が実行された後、図2に示されたようなカーボン膜111の表面の凹凸の発生が抑制される。したがって、ピーリング処理の後のカーボン膜407の上面の平坦性が確保される。つまり、カーボン膜407の平坦な上面からカーボンナノチューブ405が起立する。そのため、カーボン膜407の凹凸に起因した電界の不均一性が抑制される。したがって、カーボン膜407の電子放出特性の均一化を図ることができる。 Therefore, if the interface 414 is flat, after the peeling process is performed, the occurrence of unevenness on the surface of the carbon film 111 as shown in FIG. 2 is suppressed. Therefore, the flatness of the upper surface of the carbon film 407 after the peeling process is ensured. That is, the carbon nanotube 405 rises from the flat upper surface of the carbon film 407. Therefore, the nonuniformity of the electric field due to the unevenness of the carbon film 407 is suppressed. Therefore, the electron emission characteristics of the carbon film 407 can be made uniform.
次に、このような積層構造カーボン膜の製造方法を具体的に説明する。
まず、第1のカーボン膜407をスクリーン印刷で形成するためのペーストが準備される。
Next, a method for producing such a laminated carbon film will be specifically described.
First, a paste for forming the first carbon film 407 by screen printing is prepared.
ペーストには、カーボンナノチューブ、ガラス微粒子、エチルセルロース(樹脂)、ブチルカルビトールアセテートとターピネオールとの混合溶剤、および分散剤が含まれている。 The paste contains carbon nanotubes, glass fine particles, ethyl cellulose (resin), a mixed solvent of butyl carbitol acetate and terpineol, and a dispersant.
ペースト中に混合されたガラス微粒子の粒径は、次のような観点から決定される。
ピーリング処理が実行された後においては、カーボンナノチューブ405がカーボン膜407から起立している。そのため、カーボン膜407の表面の凹凸がカーボン膜407の電子放出特性に悪影響を与えないことが必要である。そのため、焼成された後の第1のカーボン膜407の表面の凹凸を示す算術平均表面粗さRaが、カーボンナノチューブ405のカーボン膜407の上面からの高さのばらつき3μmの1/10である0.3μm以下であることが望ましい。したがって、ガラス微粒子403の平均粒径は、0.2μmから1.2μmまでの範囲内であることが望ましい。
The particle size of the glass fine particles mixed in the paste is determined from the following viewpoint.
After the peeling process is executed, the carbon nanotubes 405 stand up from the carbon film 407. Therefore, it is necessary that the unevenness on the surface of the carbon film 407 does not adversely affect the electron emission characteristics of the carbon film 407. Therefore, the arithmetic average surface roughness Ra indicating the unevenness of the surface of the first carbon film 407 after being fired is 1/10 of 3 μm in variation in height from the top surface of the carbon film 407 of the carbon nanotube 405. It is desirable that it is not more than .3 μm. Therefore, it is desirable that the average particle diameter of the glass fine particles 403 is in the range from 0.2 μm to 1.2 μm.
カーボン膜407の上面を平坦化することのみを考慮すれば、0.2μmよりも小さな粒径を有するガラス微粒子403を使用することが可能である。しかしながら、平均粒径が0.2μm以下であるガラス微粒子403が用いられる場合には、ガラス微粒子403は、焼成によって軟化し、その後、カーボンナノチューブ405同士の隙間を毛細管現象によって流れ、第1のカーボン膜407の表面に集まる。そのため、第1のカーボン膜407の表面がガラス微粒子403によって覆われてしまう。その結果、第1のカーボン膜407と第2のカーボン膜408との界面414にガラス層が形成される。 Considering only the planarization of the upper surface of the carbon film 407, it is possible to use glass fine particles 403 having a particle size smaller than 0.2 μm. However, when glass fine particles 403 having an average particle size of 0.2 μm or less are used, the glass fine particles 403 are softened by firing, and then flow through the gaps between the carbon nanotubes 405 by capillary action, so that the first carbon Collect on the surface of the membrane 407. Therefore, the surface of the first carbon film 407 is covered with the glass fine particles 403. As a result, a glass layer is formed at the interface 414 between the first carbon film 407 and the second carbon film 408.
したがって、ピーリング処理がなされた後には、前述のガラス層の表面にカーボンナノチューブ405の起毛処理がなされる。この起毛したカーボンナノチューブ405とカソード電極層402とがガラス層によって電気的に絶縁されている。そのため、カソード電極層402から起毛したカーボンナノチューブ405へ電子が供給されない。その結果、電子放出が生じないという不具合が発生する。したがって、ガラス微粒子403の粒径は、前述のように、0.2μm以上であることが望ましい。 Therefore, after the peeling process is performed, the raising process of the carbon nanotubes 405 is performed on the surface of the glass layer. The raised carbon nanotubes 405 and the cathode electrode layer 402 are electrically insulated by the glass layer. Therefore, electrons are not supplied from the cathode electrode layer 402 to the carbon nanotubes 405 raised. As a result, a problem that electron emission does not occur occurs. Therefore, the particle size of the glass fine particles 403 is desirably 0.2 μm or more as described above.
また、ペーストを形成する際のカーボンナノチューブ405とガラス微粒子403との重量混合比は、次のような観点から決定される。 The weight mixing ratio between the carbon nanotubes 405 and the glass fine particles 403 when forming the paste is determined from the following viewpoint.
本実施の形態においては、カーボンナノチューブ405の重量が1である場合に、ガラス微粒子403の重量が1〜10であるものとする。つまり、カーボンナノチューブ405に対するガラス微粒子403の混合重量比は、1〜10の範囲内である。 In the present embodiment, when the weight of the carbon nanotube 405 is 1, the weight of the glass fine particles 403 is 1 to 10. That is, the mixing weight ratio of the glass fine particles 403 to the carbon nanotubes 405 is in the range of 1-10.
前述の重量混合比がその下限値である1よりも小さい場合には、積層構造カーボン膜409が形成された後において、カソード電極層402と第1のカーボン膜407との接着力および第1のカーボン膜407中のガラス微粒子403とカーボンナノチューブ405との接着力が、十分に確保されない。そのため、ピーリング処理がなされた後に、部分的に第2のカーボン膜408内もしくはカソード電極層402と第1のカーボン膜407との界面413で部分的に剥離が発生する。したがって、カーボンナノチューブ405に対するガラス微粒子403の重量混合比は、1以上であることが必要である。 When the above-mentioned weight mixing ratio is smaller than 1, which is the lower limit, after the laminated structure carbon film 409 is formed, the adhesive force between the cathode electrode layer 402 and the first carbon film 407 and the first Adhesive strength between the glass fine particles 403 and the carbon nanotubes 405 in the carbon film 407 is not sufficiently ensured. Therefore, after the peeling process is performed, peeling partially occurs in the second carbon film 408 or at the interface 413 between the cathode electrode layer 402 and the first carbon film 407. Therefore, the weight mixing ratio of the glass fine particles 403 to the carbon nanotubes 405 needs to be 1 or more.
前述の重量混合比がその1よりも大きい場合には、カソード電極層402と第1のカーボン膜407との接着力および第1のカーボン膜407中のガラス微粒子403とカーボンナノチューブ405との接着力が、カーボンナノチューブ405に対するガラス微粒子403の重量混合量の増加につれて大きくなる。しかしながら、カーボンナノチューブ405に対するガラス微粒子403の重量混合量が増加するにつれて、第1のカーボン膜407の表面とカソード電極層402との間の電気抵抗が、位置によってばらつく。さらに、カソード電極層402と第1のカーボン膜407中のカーボンナノチューブ405との電気的な接触に不良が発生する。その結果、電子放出特性が不均一になる。したがって、カーボンナノチューブ405に対するガラス微粒子403の重量混合比は、10以下であることが望ましい。 When the weight mixing ratio is larger than 1, the adhesion between the cathode electrode layer 402 and the first carbon film 407 and the adhesion between the glass particles 403 in the first carbon film 407 and the carbon nanotubes 405. However, it increases as the weight mixing amount of the glass fine particles 403 with respect to the carbon nanotubes 405 increases. However, as the weight mixing amount of the glass fine particles 403 with respect to the carbon nanotubes 405 increases, the electrical resistance between the surface of the first carbon film 407 and the cathode electrode layer 402 varies depending on the position. Furthermore, a failure occurs in electrical contact between the cathode electrode layer 402 and the carbon nanotubes 405 in the first carbon film 407. As a result, the electron emission characteristics become non-uniform. Therefore, the weight mixing ratio of the glass fine particles 403 to the carbon nanotubes 405 is desirably 10 or less.
また、焼成された後の第1のカーボン膜407の上面の平坦性が重要である。第1カーボン膜407の上面の平坦性は、前述のガラス微粒子の粒径のみならず、ペーストに混合されたカーボンナノチューブ405、ガラス微粒子403、樹脂、溶剤、および分散剤の各材料の重量混合比にも依存する。 Further, the flatness of the upper surface of the first carbon film 407 after being baked is important. The flatness of the upper surface of the first carbon film 407 is not only the particle size of the glass fine particles described above but also the weight mixing ratio of the carbon nanotube 405, the glass fine particles 403, the resin, the solvent, and the dispersant mixed in the paste. Also depends on.
カーボンナノチューブ405に対するガラス微粒子403の重量混合比は、前述のように、カーボンナノチューブ405の重量を1とした場合にガラス微粒子403の重量が1から10までの範囲内の値に設定されている。 As described above, the weight mixing ratio of the glass fine particles 403 to the carbon nanotubes 405 is set to a value within the range of 1 to 10 when the weight of the carbon fine particles 403 is set to 1.
その他の樹脂、分散剤、および溶剤の重量混合比は、第1のカーボン膜407の焼成後の平坦性Raが0.3μm以下の値になるように設定されている。この重量混合比は、ガラス微粒子403の粒径、および、カーボンナノチューブ405とガラス微粒子403との重量混合比によって異なっているが、たとえば、平均粒径0.3μmのガラス微粒子403がカーボンナノチューブ405に対して重量比5で混合されたペーストが用いられる場合には、全材料の重量混合比に関しては、カーボンナノチューブ:ガラス微粒子:樹脂(エチルセルロース)+分散剤:溶剤(ブチルカルビトールアセテート)=1:5:20:74という関係が成立している。 The weight mixing ratio of the other resin, dispersant, and solvent is set so that the flatness Ra after firing of the first carbon film 407 is a value of 0.3 μm or less. The weight mixing ratio varies depending on the particle diameter of the glass fine particles 403 and the weight mixing ratio of the carbon nanotubes 405 and the glass fine particles 403. For example, the glass fine particles 403 having an average particle diameter of 0.3 μm On the other hand, when a paste mixed at a weight ratio of 5 is used, the carbon nanotube: glass fine particle: resin (ethylcellulose) + dispersant: solvent (butyl carbitol acetate) = 1: The relationship of 5:20:74 is established.
ペーストは、前述のようにして作成され、スクリーン印刷法で、たとえば、ガラス基板401上に形成されたITOからなるカソード電極層402上に印刷される。次に、120℃で10分間、ペーストの乾燥が行なわれる。それにより、第1のカーボン膜407が形成される。その後、第2のカーボン膜408が第1のカーボン膜407上に形成される。第2カーボン膜408は、第1のカーボン膜407と同様に、スクリーン印刷法で印刷される。 The paste is prepared as described above, and is printed on the cathode electrode layer 402 made of ITO formed on the glass substrate 401 by a screen printing method, for example. Next, the paste is dried at 120 ° C. for 10 minutes. Thereby, the first carbon film 407 is formed. Thereafter, a second carbon film 408 is formed on the first carbon film 407. Similar to the first carbon film 407, the second carbon film 408 is printed by a screen printing method.
この第2のカーボン膜408の形成のために使用されるペーストに関しては、積層構造カーボン膜409が焼成された後の第1のカーボン膜407と第2のカーボン膜408との界面414での接着力を考慮して作製される。 As for the paste used for forming the second carbon film 408, adhesion at the interface 414 between the first carbon film 407 and the second carbon film 408 after the laminated structure carbon film 409 is baked. Made with power in mind.
具体的には、第1のカーボン膜407と第2のカーボン膜408との界面414での接着力が、カソード電極層402と第1のカーボン膜407との界面413、第2のカーボン膜408の表面と粘着剤412との界面415、粘着テープ基材411と粘着剤412との界面416、および第1のカーボン膜407中のガラス微粒子403とカーボンナノチューブ405との接触面のそれぞれの接着力のそれぞれよりも、小さくなるように、ペーストを構成する材料の重量混合比が決定されている。 Specifically, the adhesive force at the interface 414 between the first carbon film 407 and the second carbon film 408 is the interface 413 between the cathode electrode layer 402 and the first carbon film 407, and the second carbon film 408. Adhesive force of the interface 415 between the surface of the substrate and the adhesive 412, the interface 416 between the adhesive tape substrate 411 and the adhesive 412, and the contact surface between the glass fine particles 403 and the carbon nanotubes 405 in the first carbon film 407. The weight mixing ratio of the material constituting the paste is determined so as to be smaller than each of the above.
そのため、積層構造カーボン膜409は、ピーリング処理によって、第1のカーボン膜407と第2のカーボン膜408との界面414、または、第2のカーボン膜408の内部で発生する。これを実現するために、第2のカーボン膜408を形成するためのペースト中のガラス微粒子404のカーボンナノチューブ406に対する重量混合比が、第1のカーボン膜407を形成するためのペースト中のガラス微粒子403のカーボンナノチューブ405に対する重量混合比より小さくなっている。つまり、ガラス微粒子403の分布は、焼成後の積層構造カーボン膜409の膜厚方向において一定ではない。 Therefore, the laminated structure carbon film 409 is generated at the interface 414 between the first carbon film 407 and the second carbon film 408 or inside the second carbon film 408 by peeling treatment. In order to realize this, the weight mixing ratio of the glass fine particles 404 in the paste for forming the second carbon film 408 to the carbon nanotubes 406 has a glass fine particle in the paste for forming the first carbon film 407. The weight mixing ratio of 403 to carbon nanotube 405 is smaller. That is, the distribution of the glass fine particles 403 is not constant in the film thickness direction of the laminated carbon film 409 after firing.
より具体的には、第1のカーボン膜407の内部、第1のカーボン膜407と第2のカーボン膜408との界面414、および第2のカーボン膜408の内部の順番で、単位体積当たりのガラス微粒子の量が少なくなっている。第2のカーボン膜408内に含まれるガラス微粒子404の粒径は、特に限定されない。本実施の形態においては、第1のカーボン膜408のために使用されたペースト内に含まれるガラス微粒子404と同一粒径のガラス微粒子404が含まれている第2のカーボン膜408が一例として用いられる。 More specifically, per unit volume in the order of the inside of the first carbon film 407, the interface 414 between the first carbon film 407 and the second carbon film 408, and the inside of the second carbon film 408. The amount of glass particles is low. The particle size of the glass fine particles 404 contained in the second carbon film 408 is not particularly limited. In the present embodiment, the second carbon film 408 containing glass fine particles 404 having the same particle diameter as the glass fine particles 404 contained in the paste used for the first carbon film 408 is used as an example. It is done.
たとえば、第1のカーボン膜407を形成するために用いられるペーストとして、前述のカーボンナノチューブ:ガラス:樹脂+分散剤:溶剤=1:5:20:74という重量混合比を有するペーストが用いられた場合には、第2のカーボン膜408を形成するためのペーストとして、カーボンナノチューブ:ガラス:樹脂+分散剤:溶剤=4:3:9:84という重量混合比を有するペーストが用いられる。 For example, as the paste used to form the first carbon film 407, the paste having a weight mixing ratio of the above-described carbon nanotube: glass: resin + dispersant: solvent = 1: 5: 20: 74 was used. In this case, as the paste for forming the second carbon film 408, a paste having a weight mixing ratio of carbon nanotube: glass: resin + dispersant: solvent = 4: 3: 9: 84 is used.
前述のペーストの個々の部分でのカーボンナノチューブとガラス微粒子との接着力は、ガラス量が少ない部分ほど小さくなり、ガラス量の少ない部分でピーリング処理によって剥離が発生する。したがって、上記のような構成において、粘着テープ417の粘着剤412と第2のカーボン膜408との接着力が、第2のカーボン膜408中のカーボンナノチューブ406とガラス微粒子404との接着力よりも大きければ、積層構造カーボン膜409の剥離は、ピーリング処理によって、第2のカーボン膜408内で発生する。このときの剥離面の状態は、基本的には、図2で示される単層カーボン膜にピーリング処理がなされた後の剥離面の状態と同様である。つまり、平坦な剥離面は得られない。 The adhesive strength between the carbon nanotubes and the glass fine particles in the individual portions of the paste becomes smaller as the glass amount is smaller, and peeling occurs in the portion where the glass amount is small due to the peeling treatment. Therefore, in the configuration as described above, the adhesive force between the adhesive 412 of the adhesive tape 417 and the second carbon film 408 is greater than the adhesive force between the carbon nanotubes 406 and the glass particles 404 in the second carbon film 408. If it is larger, peeling of the laminated structure carbon film 409 occurs in the second carbon film 408 by peeling treatment. The state of the peeled surface at this time is basically the same as the state of the peeled surface after the single layer carbon film shown in FIG. 2 is peeled. That is, a flat peeling surface cannot be obtained.
この場合には、ピーリング処理が複数回実行される。それにより、第1のカーボン膜407の平坦な上面が露出する。したがって、その第1カーボン膜407の平坦な上面からカーボンナノチューブ405を起立させることができる。 In this case, the peeling process is executed a plurality of times. Thereby, the flat upper surface of the first carbon film 407 is exposed. Therefore, the carbon nanotube 405 can be raised from the flat upper surface of the first carbon film 407.
しかしながら、このような接着力を有する粘着テープの選択の幅は狭い。また、前述のような接着力を有する粘着テープが選択され、それを用いて複数回のピーリングが行われた場合においても、第1のカーボン膜中407中のカーボンナノチューブ405とガラス微粒子403との間の接着力にばらつきがある。そのため、第2のカーボン膜408とともに第1のカーボン膜407もピーリング処理されてしまう。つまり、所望の接着力を有する粘着テープが用いられても、第1のカーボン膜407の平坦な上面を露出させることは困難である。さらに、複数回ピーリング処理がなされると、カーボン膜の表面の粘着剤の残渣によってカーボンナノチューブの起毛の阻害およびカーボンナノチューブの汚染というような電子放出特性の低下させる原因を生じさせてしまう。 However, the selection range of the pressure-sensitive adhesive tape having such an adhesive force is narrow. Further, even when a pressure-sensitive adhesive tape having an adhesive force as described above is selected and peeled a plurality of times using it, the carbon nanotube 405 in the first carbon film 407 and the glass fine particles 403 There is a variation in the adhesive force between. For this reason, the first carbon film 407 is also peeled off together with the second carbon film 408. That is, it is difficult to expose the flat upper surface of the first carbon film 407 even if an adhesive tape having a desired adhesive force is used. Further, when the peeling treatment is performed a plurality of times, the residue of the pressure-sensitive adhesive on the surface of the carbon film causes a cause of deterioration of electron emission characteristics such as inhibition of raising of the carbon nanotube and contamination of the carbon nanotube.
そこで、本実施の形態においては、1回のピーリング処理によって第1のカーボン膜407と第2のカーボン膜408との界面414で積層構造カーボン膜409の剥離が発生するような構造の積層構造カーボン膜409が形成される。そのため、第2のカーボン膜408が焼成された後の厚さが、1回のピーリング処理で剥離される平均的なカーボン膜の厚さ以下の厚さになっている。 Therefore, in the present embodiment, the laminated structure carbon having such a structure that the peeling of the laminated structure carbon film 409 occurs at the interface 414 between the first carbon film 407 and the second carbon film 408 by one peeling process. A film 409 is formed. Therefore, the thickness after the second carbon film 408 is baked is equal to or less than the average thickness of the carbon film peeled off by one peeling process.
図7は、焼成されたカーボン膜に複数回ピーリングがなされたときのカーボン膜の平均膜厚の変化を示す図である。ピーリング処理がなされた後のカーボン膜の平均膜厚は、図2に示される所定のピーリング処理がなされている部分108のみの膜厚の平均値によって算出されている。つまり、カソード電極層402が露出する程度までカーボン膜が完全に除去されてしまっている部分109、および、カーボン膜が大きく除去されている部分110における膜厚は、カーボン膜の平均値の算出のためのデータから除外されている。 FIG. 7 is a diagram showing a change in the average film thickness of the carbon film when peeling is performed a plurality of times on the baked carbon film. The average film thickness of the carbon film after the peeling process is calculated based on the average value of the film thickness of only the portion 108 that has been subjected to the predetermined peeling process shown in FIG. That is, the film thickness in the portion 109 where the carbon film has been completely removed to the extent that the cathode electrode layer 402 is exposed and the thickness in the portion 110 where the carbon film has been largely removed are calculated as the average value of the carbon film. Is excluded from the data for.
図7から、カーボン膜中に含まれるガラス微粒子404の平均粒径が0.3μmである場合には、1回のピーリング処理によって剥離される平均的な第2のカーボン膜408の膜厚は約0.5μmであることが分かる。また、図7から、第2のカーボン膜408中に含まれるガラス微粒子404の平均粒径が1.2μmである場合には、1回のピーリング処理によって剥離される平均的な第2のカーボン膜408の膜厚は2μmであることが分かる。この測定においては、ペースト中のカーボンナノチューブ406とガラス微粒子404との重量混合比は、1:0.75である。なお、重量混合比が1:10まで増加しても、上述の効果と同様の結果が得られている。 From FIG. 7, when the average particle diameter of the glass particles 404 contained in the carbon film is 0.3 μm, the average thickness of the second carbon film 408 peeled by one peeling process is about It turns out that it is 0.5 micrometer. Further, from FIG. 7, when the average particle size of the glass fine particles 404 contained in the second carbon film 408 is 1.2 μm, the average second carbon film peeled off by one peeling process. It can be seen that the film thickness of 408 is 2 μm. In this measurement, the weight mixing ratio of the carbon nanotubes 406 and the glass fine particles 404 in the paste is 1: 0.75. Even when the weight mixing ratio is increased to 1:10, the same result as the above-mentioned effect is obtained.
この結果から、1回のピーリング処理によって剥離される第2のカーボン膜408の厚さは、第2のカーボン膜408中のガラス微粒子404の粒径に依存しており、ガラス粒径に対する比はほぼ一定である。具体的には、ガラス粒径404の約1.7倍の厚さのカーボン膜408が、1回のピーリング処理で剥離されることが、前述の結果から明らかになっている。 From this result, the thickness of the second carbon film 408 peeled by one peeling process depends on the particle diameter of the glass fine particles 404 in the second carbon film 408, and the ratio to the glass particle diameter is It is almost constant. Specifically, it is clear from the above results that the carbon film 408 having a thickness about 1.7 times the glass particle size 404 is peeled off by one peeling process.
したがって、第2のカーボン膜408を1回のピーリング処理で剥離するためには、焼成された後の第2のカーボン膜408の膜厚が、第2カーボン膜408内に含まれるガラス微粒子404の平均粒径の1.7倍以下であることが望ましい。 Therefore, in order to peel off the second carbon film 408 by one peeling process, the film thickness of the second carbon film 408 after baking is such that the glass fine particles 404 contained in the second carbon film 408 The average particle size is desirably 1.7 times or less.
図8は、第1のカーボン膜407におけるカーボンナノチューブ405とガラス微粒子403との重量混合比が1:5でありかつ第2のカーボン膜408のカーボンナノチューブ405とガラス微粒子403との重量混合比が1:0.75である積層構造カーボン膜409、第1のカーボン膜407のみからなる単層膜、および第2のカーボン膜408のみからなる単層膜のそれぞれのピーリング処理後の膜の平坦性の変化を算術平均表面粗さRaで評価した結果を示す図である。 FIG. 8 shows that the weight mixing ratio of the carbon nanotubes 405 and the glass particles 403 in the first carbon film 407 is 1: 5, and the weight mixing ratio of the carbon nanotubes 405 and the glass particles 403 in the second carbon film 408 is as follows. The flatness of the film after the peeling treatment of the laminated structure carbon film 409 of 1: 0.75, the single-layer film made only of the first carbon film 407, and the single-layer film made only of the second carbon film 408 It is a figure which shows the result of having evaluated the change of this by arithmetic mean surface roughness Ra.
第2のカーボン膜408中に混合されているガラス微粒子403の平均粒径は0.3μmである。焼成後の積層構造カーボン膜409においては、第1のカーボン膜407の膜厚は3μmであり、第2のカーボン膜408の膜厚は、1回のピーリング処理によって剥離され得る膜厚である0.45μmである。 The average particle diameter of the glass fine particles 403 mixed in the second carbon film 408 is 0.3 μm. In the laminated carbon film 409 after firing, the film thickness of the first carbon film 407 is 3 μm, and the film thickness of the second carbon film 408 is a film thickness that can be peeled off by one peeling process. .45 μm.
本実施の形態においては、焼成された第2のカーボン膜408の膜厚を0.45μmにするために、前述のペーストが溶剤によって希釈化されたものが使用される。また、本実施の形態においては、ペーストを希釈するための溶剤として、ブチルカルビトールが用いられる。焼成された第1のカーボン膜407のみかなる単層膜の膜厚および焼成された第2のカーボン膜408のみからなる単層膜の膜厚は、それぞれ、3μmである。 In the present embodiment, in order to make the thickness of the baked second carbon film 408 0.45 μm, the above paste diluted with a solvent is used. In this embodiment, butyl carbitol is used as a solvent for diluting the paste. The film thickness of the single-layer film made only of the fired first carbon film 407 and the film thickness of the single-layer film made only of the fired second carbon film 408 are 3 μm, respectively.
第1のカーボン膜407のみからなる単層膜、および、第2のカーボン膜408のみからなる単層膜のいずれにおいても、ピーリング回数の増加に伴って、表面粗さは増大している。一方、積層構造カーボン膜409においては、ピーリング前の表面粗さは第2のカーボン膜408の表面粗さが第1のカーボン膜407の表面粗さより大きい。そのため、積層構造カーボン膜409の表面粗さは、第1のカーボン膜407のみかななる単層膜の表面粗さより大きい。しかしながら、積層構造カーボン膜409の1回目のピーリング後の表面粗さは、ピーリング前の表面粗さと比較して小さい。つまり、積層構造カーボン膜409においては、ピーリング処理によって平坦性が改善されており、その表面粗さが第1のカーボン膜407の表面粗さと一致している。また、積層構造カーボン膜409に対し1回のピーリング処理がなされた後の第1のカーボン膜407の膜厚が、第1のカーボン膜407の膜厚と一致している。 In any of the single-layer film made only of the first carbon film 407 and the single-layer film made only of the second carbon film 408, the surface roughness increases as the number of peelings increases. On the other hand, in the laminated structure carbon film 409, the surface roughness before peeling is larger than the surface roughness of the first carbon film 407 in terms of the surface roughness of the second carbon film 408. Therefore, the surface roughness of the laminated structure carbon film 409 is larger than the surface roughness of the single layer film consisting only of the first carbon film 407. However, the surface roughness after the first peeling of the laminated structure carbon film 409 is smaller than the surface roughness before peeling. That is, in the laminated structure carbon film 409, the flatness is improved by the peeling process, and the surface roughness matches the surface roughness of the first carbon film 407. Further, the film thickness of the first carbon film 407 after one peeling process is performed on the laminated structure carbon film 409 matches the film thickness of the first carbon film 407.
以上の結果から、積層構造カーボン膜409を1回ピーリングすることによって第1のカーボン膜407と第2のカーボン膜408との界面414での剥離が実現されていることが分かる。さらに、積層構造カーボン膜409に2回以上ピーリング処理がなされると、表面粗さが増加する。これは、2回目以降のピーリング処理によって、第1のカーボン膜407にピーリング処理がなされてしまうためである。このことは、積層構造カーボン膜409の2回目以降のピーリング処理がなされた後の表面粗さの増加の傾向が、第1のカーボン膜407のみからなる単層膜にピーリング処理がなされたときの表面粗さの増加の傾向と一致していることからも分かる。 From the above results, it can be seen that peeling at the interface 414 between the first carbon film 407 and the second carbon film 408 is realized by peeling the laminated structure carbon film 409 once. Further, when the laminated carbon film 409 is peeled twice or more, the surface roughness increases. This is because a peeling process is performed on the first carbon film 407 by the second and subsequent peeling processes. This is because the tendency of the increase in surface roughness after the second and subsequent peeling treatments of the laminated structure carbon film 409 is caused when the peeling treatment is performed on the single-layer film composed only of the first carbon film 407. It can also be seen from the fact that it is consistent with the trend of increasing surface roughness.
図9は、単層カーボン膜および積層構造カーボン膜409のそれぞれのピーリング処理がなされた状態を上方から見たときの顕微鏡写真である。図9の(a)に示される単層カーボン膜においては、ピーリング処理によってカソード電極層として用いられているITOが露出している部分701が存在することが分かる。一方、図9の(b)に示される積層構造カーボン膜においては、ITOが露出しておらず、平坦性が改善されていることが分かる。 FIG. 9 is a photomicrograph when the peeled state of the single layer carbon film and the laminated structure carbon film 409 is viewed from above. In the single-layer carbon film shown in FIG. 9A, it can be seen that there is a portion 701 where the ITO used as the cathode electrode layer is exposed by the peeling process. On the other hand, in the laminated structure carbon film shown in FIG. 9B, it can be seen that ITO is not exposed and the flatness is improved.
本実施の形態においては、前述の積層構造カーボン膜409にピーリング処理がなされ、第1のカーボン膜407からカーボンナノチューブ405が起立している構造が形成される。この構造が電子源として用いられる。したがって、電子源は、第1カーボン膜407の平坦な上面からカーボンナノチューブ405が起立している。そのため、電子源から放出される電子の分布が均一化される。 In the present embodiment, the above-described laminated carbon film 409 is peeled to form a structure in which the carbon nanotubes 405 are erected from the first carbon film 407. This structure is used as an electron source. Therefore, the carbon nanotube 405 stands up from the flat upper surface of the first carbon film 407 in the electron source. Therefore, the distribution of electrons emitted from the electron source is made uniform.
図10(a)は、単層構造カーボン膜の電子放出に起因する蛍光体の発光状態を示す図である。図10(b)は、積層構造カーボン膜409の電子放出に起因する蛍光体の発光状態を示す図である。 FIG. 10A is a view showing a light emission state of the phosphor resulting from the electron emission of the single-layer structure carbon film. FIG. 10B is a view showing a light emission state of the phosphor resulting from the electron emission of the laminated structure carbon film 409.
単層構造カーボン膜および積層構造カーボン膜409のいずれも、テフロン(登録商標)系粘着テープ基材とSi系の粘着剤とからなり3.6Nという粘着力を有する粘着テープを用いてピーリング処理が1回実施されている。また、単層構造カーボン膜および積層構造カーボン膜409のいずれも、ITO付きのガラス基板に低圧蛍光体(ZnO:Zn)が設けられたアノード電極に対して電子を放出している。 Both the single-layer structure carbon film and the laminated structure carbon film 409 are peeled off using an adhesive tape composed of a Teflon (registered trademark) -based adhesive tape substrate and a Si-based adhesive and having an adhesive strength of 3.6 N. Has been implemented once. In addition, both the single-layer structure carbon film and the multilayer structure carbon film 409 emit electrons to the anode electrode in which a low-pressure phosphor (ZnO: Zn) is provided on a glass substrate with ITO.
また、単層構造カーボン膜および積層構造カーボン膜409のいずれも、2mm×2mmの平面形状を有しており、単層構造カーボン膜が形成されたガラス基板とアノード電極との間の距離、および、積層構造カーボン膜409が形成されたガラス基板とアノード電極との間の距離のいずれも、約60μmである。また、カソード電極には200μAの電流が流され、発光状態が観察された。 Each of the single layer structure carbon film and the laminated structure carbon film 409 has a planar shape of 2 mm × 2 mm, and the distance between the glass substrate on which the single layer structure carbon film is formed and the anode electrode, and The distance between the glass substrate on which the laminated carbon film 409 is formed and the anode electrode is about 60 μm. In addition, a current of 200 μA was passed through the cathode electrode, and the light emission state was observed.
図10の(a)に示された電子源は、単層構造カーボン膜が設けられ、ピーリング後の膜の凹凸に起因して発光しておらず暗い領域を有している。一方、図10の(b)に示された電子源は、積層構造カーボン膜の第2のカーボン膜が除去され、第1のカーボン膜のみからなり、単層カーボン膜と比較して、輝点の数が多く、かつ、カーボン膜の面方向において良好な発光均一性を有している。 The electron source shown in FIG. 10A is provided with a single-layer structure carbon film, and has a dark region that does not emit light due to the unevenness of the film after peeling. On the other hand, the electron source shown in FIG. 10B is made up of only the first carbon film from which the second carbon film of the laminated structure carbon film is removed, and has a bright spot as compared with the single-layer carbon film. And a good light emission uniformity in the plane direction of the carbon film.
実施の形態2.
次に、図11〜図17を用いて、本発明の実施の形態2の電界放出型電子源が説明される。
Embodiment 2.
Next, a field emission type electron source according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS.
図11は、本実施の形態の電界放出型電子源の概略図である。本実施の形態の電界放出型電子源は、ガラス基板901上にたとえばITO等からなるカソード電極層902が形成されている。カソード電極層902上には、ガラス微粒子903を含む第1のカーボン膜908、ガラス微粒子を含まない第2のカーボン膜909、およびガラス微粒子904を含む第3のカーボン膜910が積層されている。第1のカーボン膜908、第2のカーボン膜909、および第3のカーボン膜910のそれぞれは、所定の重量混合比で、カーボンナノチューブ905、ガラス微粒子、樹脂、分散剤、および溶剤が混合されたペーストの印刷によって形成されている。なお、第2のカーボン膜909にはガラス微粒子が含まれていない。 FIG. 11 is a schematic diagram of the field emission electron source according to the present embodiment. In the field emission electron source of this embodiment, a cathode electrode layer 902 made of, for example, ITO or the like is formed on a glass substrate 901. On the cathode electrode layer 902, a first carbon film 908 including glass particles 903, a second carbon film 909 not including glass particles, and a third carbon film 910 including glass particles 904 are stacked. Each of the first carbon film 908, the second carbon film 909, and the third carbon film 910 is a mixture of carbon nanotubes 905, glass particles, resin, dispersant, and solvent at a predetermined weight mixing ratio. It is formed by printing paste. Note that the second carbon film 909 does not contain glass particles.
第1のカーボン膜908は、そのペーストが印刷された後に、たとえば、120℃で10分間の乾燥工程を経て形成される。次に、第2のカーボン膜909は、そのペーストが印刷された後に、たとえば、120℃で10分間の乾燥工程を経て形成される。その後、第1のカーボン膜908は、そのペーストが印刷された後に、たとえば、120℃で10分間の乾燥工程を経て形成される。 The first carbon film 908 is formed, for example, through a drying process at 120 ° C. for 10 minutes after the paste is printed. Next, after the paste is printed, the second carbon film 909 is formed, for example, through a drying process at 120 ° C. for 10 minutes. Thereafter, after the paste is printed, the first carbon film 908 is formed, for example, through a drying process at 120 ° C. for 10 minutes.
さらに、この積層構造カーボン膜911は、印刷工程の後に含有されるガラス微粒子903および904の軟化点以上の温度、たとえば470℃の温度の大気雰囲気中で焼成される。それにより、溶剤成分、樹脂成分、および分散剤成分が、第1のカーボン膜908、第2のカーボン膜909、および第3のカーボン膜910から除去される。また、第1のカーボン膜908、第2のカーボン膜909、および第3のカーボン膜910中のガラス微粒子903および904が軟化する。図11は、この焼成工程後の積層構造カーボン膜の構造を示す断面図である。 Further, the laminated structure carbon film 911 is baked in an air atmosphere at a temperature higher than the softening point of the glass fine particles 903 and 904 contained after the printing step, for example, a temperature of 470 ° C. Thereby, the solvent component, the resin component, and the dispersant component are removed from the first carbon film 908, the second carbon film 909, and the third carbon film 910. Further, the glass fine particles 903 and 904 in the first carbon film 908, the second carbon film 909, and the third carbon film 910 are softened. FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of the laminated carbon film after this firing step.
積層構造カーボン膜911においては、第1のカーボン膜908とカソード電極層902とは、第1のカーボン膜908中に含まれるガラス微粒子903によって接合される。さらに、第1のカーボン膜908と第2のカーボン膜909との間の界面916における接合は、第1のカーボン膜908内のガラス微粒子903、第2のカーボン膜909中のカーボンナノチューブ907、および第3のカーボン膜910内のガラス微粒子904によってなされる。 In the laminated structure carbon film 911, the first carbon film 908 and the cathode electrode layer 902 are bonded by the glass fine particles 903 included in the first carbon film 908. Further, the bonding at the interface 916 between the first carbon film 908 and the second carbon film 909 is performed by the glass fine particles 903 in the first carbon film 908, the carbon nanotubes 907 in the second carbon film 909, and This is done by the glass fine particles 904 in the third carbon film 910.
次に、このような積層構造カーボン膜911に、粘着剤914を有する粘着テープ912を貼り付ける。その後、粘着テープ912を引き剥がすピーリング処理が行われる。図12は、積層構造カーボン膜911に対して、粘着剤914が付された粘着テープ912が貼り付けられた状態の模式図である。 Next, an adhesive tape 912 having an adhesive 914 is attached to such a laminated structure carbon film 911. Thereafter, a peeling process for peeling off the adhesive tape 912 is performed. FIG. 12 is a schematic diagram of a state in which an adhesive tape 912 to which an adhesive 914 has been attached is attached to the laminated structure carbon film 911.
図12に示された積層構造カーボン膜911に貼り付けられた粘着テープ912が引き剥がされた場合には、次の接着力のうちの最も小さい接着力を有する面で剥離が発生する。 When the adhesive tape 912 attached to the laminated structure carbon film 911 shown in FIG. 12 is peeled off, peeling occurs on the surface having the smallest adhesive force among the following adhesive forces.
カソード電極層902と第1のカーボン膜908との界面915の接着力
第1のカーボン膜908と第2のカーボン膜909との界面916の接着力
第2のカーボン膜909と第3のカーボン膜910との界面917の接着力
第3のカーボン膜910と粘着剤914との界面918の接着力
粘着テープ基材913と粘着剤914との界面919の接着力
第1のカーボン膜908中のガラス微粒子903とカーボンナノチューブ905との接着面の接着力
第3のカーボン膜910中のガラス微粒子904とカーボンナノチューブ906との接着面の接着力
第2のカーボン膜909においては、ガラス微粒子403が含まれていないため、カーボンナノチューブ905同士が絡まっている。そのため、カーボンナノチューブ905同士が極めて強く密着している。その結果、第2のカーボン膜909の内部で剥離が発生することはない。
Adhesive force at interface 915 between cathode electrode layer 902 and first carbon film 908 Adhesive force at interface 916 between first carbon film 908 and second carbon film 909 Second carbon film 909 and third carbon film Adhesive force of interface 917 with 910 Adhesive force of interface 918 between third carbon film 910 and adhesive 914 Adhesive force of interface 919 between adhesive tape substrate 913 and adhesive 914 Glass in first carbon film 908 Adhesive force of the adhesion surface between the fine particles 903 and the carbon nanotubes 905 Adhesive force of the adhesion surface between the glass fine particles 904 and the carbon nanotubes 906 in the third carbon film 910 The second carbon film 909 includes glass fine particles 403. Therefore, the carbon nanotubes 905 are entangled with each other. For this reason, the carbon nanotubes 905 are in close contact with each other. As a result, peeling does not occur inside the second carbon film 909.
したがって、本実施の形態においては、前述の接着力のうち第2のカーボン膜909と第3のカーボン膜910との界面917の接着力が最も小さいか、または、第1のカーボン膜908と第2のカーボン膜909との界面916の接着力が最も小さいものとする。それにより、界面916または界面917で必ず剥離が生じる。 Therefore, in the present embodiment, the adhesive force at the interface 917 between the second carbon film 909 and the third carbon film 910 is the smallest among the above-mentioned adhesive forces, or the first carbon film 908 and the first carbon film 908 are It is assumed that the adhesive force of the interface 916 with the second carbon film 909 is the smallest. Thereby, peeling always occurs at the interface 916 or the interface 917.
したがって、この界面917が平坦であれば、図2に示されたようなピーリング処理後の第2のカーボン膜909の上面の凹凸の発生は抑制される。したがって、ピーリング処理後においても第2のカーボン膜907の上面の平坦性が確保される。その結果、第2のカーボン膜909の上面からカーボンナノチューブ905が起立する。そのため、第2のカーボン膜909の上面の凹凸に起因した電界の不均一性が抑制される。したがって、カーボン膜から放出される電子の分布を均一化させることができる。 Therefore, if the interface 917 is flat, the occurrence of unevenness on the upper surface of the second carbon film 909 after the peeling process as shown in FIG. 2 is suppressed. Therefore, the flatness of the upper surface of the second carbon film 907 is ensured even after the peeling process. As a result, the carbon nanotube 905 rises from the upper surface of the second carbon film 909. Therefore, the nonuniformity of the electric field due to the unevenness of the upper surface of the second carbon film 909 is suppressed. Therefore, the distribution of electrons emitted from the carbon film can be made uniform.
一方、第1のカーボン膜908と第2のカーボン膜909との界面916で剥離を発生させる場合には、第2のカーボン膜909と第3のカーボン膜910との界面917での接着力を、第1のカーボン膜908と第2のカーボン膜909との界面916での接着力よりも大きくすることが必要になる。 On the other hand, when peeling occurs at the interface 916 between the first carbon film 908 and the second carbon film 909, the adhesive force at the interface 917 between the second carbon film 909 and the third carbon film 910 is increased. It is necessary to make it larger than the adhesive force at the interface 916 between the first carbon film 908 and the second carbon film 909.
したがって、第1のカーボン膜908内に含まれるガラス微粒子903の単位体積あたりの量が第3のカーボン膜910内に含まれるガラス微粒子904の単位体積あたりの量よりも少なくなければならない。しかしながら、この場合には、カソード電極層902と第1のカーボン膜908との界面915での接着力が不十分である。そのため、ピーリング処理に用いる粘着テープ912の粘着剤914の粘着力を適切に選択しなければ、ピーリング処理によって界面915で剥離が発生するおそれがある。 Therefore, the amount per unit volume of the glass fine particles 903 contained in the first carbon film 908 must be smaller than the amount per unit volume of the glass fine particles 904 contained in the third carbon film 910. However, in this case, the adhesive force at the interface 915 between the cathode electrode layer 902 and the first carbon film 908 is insufficient. Therefore, if the adhesive force of the adhesive 914 of the adhesive tape 912 used for the peeling process is not properly selected, peeling may occur at the interface 915 due to the peeling process.
したがって、前述のような3層の積層構造カーボン膜911においては、第1のカーボン膜908と第2のカーボン膜909との界面916で剥離を発生させるよりも、第2のカーボン膜909と第3のカーボン膜910との界面917で剥離を生じさせることが望ましい。そのため、第1のカーボン膜908内に含まれるガラス微粒子903の単位体積あたりの量が、第3のカーボン膜910内に含まれるガラス微粒子904の単位体積あたりの量よりも多いことが望ましい。これによれば、第2のカーボン膜909と第3のカーボン膜910との界面917での接着力が、第1のカーボン膜908と第2のカーボン膜909との界面916での接着力よりも小さくなり、界面917で剥離が発生し、カソード電極層902と第1のカーボン膜908との界面915で剥離が発生しなくなる。 Therefore, in the three-layered laminated carbon film 911 as described above, the second carbon film 909 and the second carbon film 909 are formed rather than the separation at the interface 916 between the first carbon film 908 and the second carbon film 909. It is desirable to cause peeling at the interface 917 with the third carbon film 910. Therefore, it is desirable that the amount per unit volume of the glass fine particles 903 contained in the first carbon film 908 is larger than the amount per unit volume of the glass fine particles 904 contained in the third carbon film 910. According to this, the adhesive force at the interface 917 between the second carbon film 909 and the third carbon film 910 is greater than the adhesive force at the interface 916 between the first carbon film 908 and the second carbon film 909. And the separation occurs at the interface 917, and the separation does not occur at the interface 915 between the cathode electrode layer 902 and the first carbon film 908.
以下、具体的に、図11に示されるような3層構造を有する積層構造カーボン膜の作製方法が説明される。 Hereinafter, a method for producing a laminated carbon film having a three-layer structure as shown in FIG. 11 will be specifically described.
まず、ガラス基板901上に所定のパターンを有するカソード電極(たとえば、ITO、Al、Cr、または、これらの積層膜)901が形成される。次に、カソード電極層901上に印刷法によってペーストが所定の形状に塗布される。ペーストは、カーボンナノチューブ、平均粒径が0.3μm〜1.2μmの範囲にあるガラス微粒子、樹脂(エチルセルロースまたはアクリル)、および溶剤(ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ターピネオール、または、これらの混合物)からなる。その後、120℃で10分間、ペーストの乾燥が行われる。それにより、第1のカーボン膜908が形成される。 First, a cathode electrode (for example, ITO, Al, Cr, or a laminated film thereof) 901 having a predetermined pattern is formed on a glass substrate 901. Next, a paste is applied on the cathode electrode layer 901 in a predetermined shape by a printing method. The paste includes carbon nanotubes, glass fine particles having an average particle size in the range of 0.3 μm to 1.2 μm, resin (ethyl cellulose or acrylic), and solvent (butyl carbitol, butyl carbitol acetate, terpineol, or a mixture thereof. ). Thereafter, the paste is dried at 120 ° C. for 10 minutes. Thereby, a first carbon film 908 is formed.
この第1のカーボン膜908を形成するためのペーストに使用されるカーボンナノチューブ905とガラス微粒子903との重量混合比は、実施の形態1の電界放出電子源の製造方法における第1のカーボン膜908を形成するためのペーストにおける重量混合比と同様の理由から、ガラス微粒子903の重量がカーボンナノチューブ905の重量の1倍から10倍までの間に設定されている。本実施の形態のペーストにおける樹脂、分散剤、および溶剤の重量混合比もまた、第1のカーボン膜908に要求される平坦性の観点から、実施の形態1の第1のカーボン膜908におけるそれと同様の重量混合比に設定されている。 The weight mixing ratio of the carbon nanotubes 905 and the glass fine particles 903 used in the paste for forming the first carbon film 908 is the same as the first carbon film 908 in the field emission electron source manufacturing method of the first embodiment. For the same reason as the weight mixing ratio in the paste for forming the glass, the weight of the glass fine particles 903 is set to 1 to 10 times the weight of the carbon nanotubes 905. The weight mixing ratio of the resin, the dispersant, and the solvent in the paste of the present embodiment is also the same as that of the first carbon film 908 of the first embodiment from the viewpoint of flatness required for the first carbon film 908. Similar weight mixing ratios are set.
第1カーボン膜908を形成するために用いられるペースト内の物質の重量混合比は、樹脂としてエチルセルロースが用いられ、溶剤としてターピネオールが用いられる場合には、CNT:ガラス:樹脂+分散剤:溶剤=1:5:20:74である。 The weight mixing ratio of the substances in the paste used for forming the first carbon film 908 is CNT: glass: resin + dispersant: solvent = ethylcellulose as the resin and terpineol as the solvent. 1: 5: 20: 74.
前述のペーストが使用されれば、第1のカーボン膜908の表面の平坦性は、表面粗さを示す指標であるRaで表わせば、0.3μm以下となる。つまり、平坦な上面を有する第1カーボン膜908が形成される。ペースト内に混合されたガラス微粒子の粒径が増加するにつれて、第1カーボン膜908の平坦性は悪化する。そのため、1.2μm以上の粒径を有するガラス微粒子を用いることは好ましくない。また、0.3μm以下の粒径を有するガラス微粒子を用いることもまた、実施の形態1において説明された理由と同様の理由で、好ましくない。 If the above-described paste is used, the flatness of the surface of the first carbon film 908 is 0.3 μm or less when expressed by Ra which is an index indicating the surface roughness. That is, the first carbon film 908 having a flat upper surface is formed. As the particle size of the glass fine particles mixed in the paste increases, the flatness of the first carbon film 908 deteriorates. Therefore, it is not preferable to use glass fine particles having a particle size of 1.2 μm or more. In addition, it is not preferable to use glass fine particles having a particle size of 0.3 μm or less for the same reason as described in the first embodiment.
次に、第1のカーボン膜908上にペーストが印刷法によって所定の形状に塗布される。このペーストは、カーボンナノチューブと樹脂(エチルセルロースまたはアクリル)、溶剤(ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ターピネオール、または、これらの混合物)からなる。その後、120℃で10分間、ペーストの乾燥が行われる。それにより、第2のカーボン膜909が形成される。たとえば、この第2のカーボン膜909を形成するために用いられるペースト中の各物質の重量混合比は、樹脂としてエチルセルロースが用いられ、溶剤としてターピネオールが用いられる場合には、カーボンナノチューブ:樹脂:溶剤=3:4:93である。この第2のカーボン膜909の上面の平坦性は、この第2のカーボン膜909の単体の印刷によって得られるカーボン膜の平坦性が算術平均表面粗さRaで0.15μm以下になるように、設定される。そのために、カーボンナノチューブの粉砕がなされ、かつ、ペーストが形成されるときに、樹脂、分散剤、および溶剤の重量混合比が所定の値に設定される。 Next, a paste is applied in a predetermined shape on the first carbon film 908 by a printing method. This paste consists of carbon nanotubes and a resin (ethyl cellulose or acrylic) and a solvent (butyl carbitol, butyl carbitol acetate, terpineol, or a mixture thereof). Thereafter, the paste is dried at 120 ° C. for 10 minutes. Thereby, a second carbon film 909 is formed. For example, when the weight mixing ratio of each substance in the paste used to form the second carbon film 909 is ethyl cellulose as the resin and terpineol as the solvent, carbon nanotube: resin: solvent = 3: 4: 93. The flatness of the upper surface of the second carbon film 909 is such that the flatness of the carbon film obtained by printing the second carbon film 909 alone is 0.15 μm or less in terms of arithmetic average surface roughness Ra. Is set. Therefore, when the carbon nanotubes are pulverized and a paste is formed, the weight mixing ratio of the resin, the dispersant, and the solvent is set to a predetermined value.
図14は、前述の3層のカーボン膜からなる積層構構造カーボン膜のうちの最上層が除去された2層のカーボン膜からなる積層構造カーボン膜の表面の算術平均表面粗さRaを示す図である。図13に示される積層構造カーボン膜は、ガラス微粒子を含まない第2のカーボン膜909が、算術表面粗さRaが異なる第1のカーボン膜908上に形成されたものである。 FIG. 14 is a view showing the arithmetic average surface roughness Ra of the surface of the laminated carbon film made of the two-layered carbon film from which the uppermost layer of the laminated carbon film made of the three-layered carbon film is removed. It is. The laminated structure carbon film shown in FIG. 13 is obtained by forming a second carbon film 909 that does not contain glass fine particles on a first carbon film 908 having a different arithmetic surface roughness Ra.
図14から、第1のカーボン膜908の算術表面粗さRaの増加に伴って第1のカーボン膜908の上に形成された第2のカーボン膜909の算術表面粗さRaは増加する傾向があることが分かる。また、第1のカーボン膜908の算術表面粗さRaが0.3μm以下であれば、第2のカーボン膜909の表面粗さも0.3μm以下になることが分かる。また、第1のカーボン膜908の表面粗さRaが0.3μm以上の場合には、第1のカーボン膜908の算術表面粗さRaよりも第2のカーボン膜909の算術表面粗さRaのほうが小さくなる傾向にあることが分かる。この結果は、焼成された第2のカーボン膜909の膜厚が1.5μmである積層構造カーボン膜から得られた結果である。なお、第2のカーボン膜909の算術表面粗さRaが0.15μm程度であれば、第2のカーボン膜909の膜厚によらず、前述の結果と同様の結果が得られている。 From FIG. 14, the arithmetic surface roughness Ra of the second carbon film 909 formed on the first carbon film 908 tends to increase as the arithmetic surface roughness Ra of the first carbon film 908 increases. I understand that there is. It can also be seen that when the arithmetic surface roughness Ra of the first carbon film 908 is 0.3 μm or less, the surface roughness of the second carbon film 909 is also 0.3 μm or less. In addition, when the surface roughness Ra of the first carbon film 908 is 0.3 μm or more, the arithmetic surface roughness Ra of the second carbon film 909 is larger than the arithmetic surface roughness Ra of the first carbon film 908. It can be seen that this tends to be smaller. This result is a result obtained from a laminated carbon film in which the thickness of the fired second carbon film 909 is 1.5 μm. If the arithmetic surface roughness Ra of the second carbon film 909 is about 0.15 μm, the same result as described above is obtained regardless of the thickness of the second carbon film 909.
また、図14に示すグラフに表わされた関係は、第2のカーボン膜909単体での表面粗さによって異なるものになる。ただし、第2のカーボン膜909単体での表面粗さが0.3μmまでは、図14に示すグラフと同様の傾向を示すグラフになる。 Further, the relationship represented in the graph shown in FIG. 14 varies depending on the surface roughness of the second carbon film 909 alone. However, when the surface roughness of the second carbon film 909 alone is up to 0.3 μm, the graph shows the same tendency as the graph shown in FIG.
以上のように、第2のカーボン膜909の上面の表面粗さは、第2のカーボン膜909内にガラス微粒子が含まれていないため、第1のカーボン膜908の上面の平坦性が反映される。したがって、第1のカーボン膜908の上面の平坦性を改善することによって、第2のカーボン膜909の上面の平坦性が改善される。このような第2のカーボン膜909が、第1のカーボン膜908上に印刷法によって形成された後に、前述の120℃で10分間、乾燥工程が実行される。 As described above, the surface roughness of the upper surface of the second carbon film 909 reflects the flatness of the upper surface of the first carbon film 908 because glass fine particles are not included in the second carbon film 909. The Accordingly, by improving the flatness of the upper surface of the first carbon film 908, the flatness of the upper surface of the second carbon film 909 is improved. After such a second carbon film 909 is formed on the first carbon film 908 by a printing method, a drying process is performed at the aforementioned 120 ° C. for 10 minutes.
次に、第3のカーボン膜910が第2のカーボン膜909上に印刷法によって形成される。第1のカーボン膜908と同様に、第3のカーボン膜にはガラス微粒子904が含まれている。第3のカーボン膜910に含まれるガラス微粒子904の粒径は、特に限定されない。本実施の形態においては、第1のカーボン膜908に含まれるガラス微粒子903と同一の粒径を有するガラス微粒子904が用いられているものとする。 Next, a third carbon film 910 is formed on the second carbon film 909 by a printing method. Similar to the first carbon film 908, the third carbon film includes glass fine particles 904. The particle size of the glass fine particles 904 included in the third carbon film 910 is not particularly limited. In the present embodiment, it is assumed that glass fine particles 904 having the same particle size as the glass fine particles 903 included in the first carbon film 908 are used.
第3のカーボン膜910の形成のために使用されるペーストに含まれる、カーボンナノチューブ906、ガラス微粒子904、樹脂、分散剤、および溶剤の重量混合比は、次のように決定される。 The weight mixing ratio of the carbon nanotubes 906, the glass fine particles 904, the resin, the dispersant, and the solvent contained in the paste used for forming the third carbon film 910 is determined as follows.
第2のカーボン膜909と第3のカーボン膜910との界面917での接着力が、第1のカーボン膜908と第2のカーボン膜909との界面916での接着力よりも小さくなることが必要である。そのため、第3のカーボン膜910内のカーボンナノチューブ906に対するガラス微粒子904の重量混合比が、第1のカーボン膜908内のカーボンナノチューブ905に対するガラス微粒子903の重量混合比より小さくなっている。また、カーボンナノチューブ:ガラス:樹脂+分散剤:溶剤=4:3:9:84という関係が成立するものとする。第3のカーボン膜910が第2カーボン膜909上に印刷された後、再度、120℃で10分間、乾燥工程が実行され、3層構造を有する積層構造カーボン膜911が形成される。 The adhesive force at the interface 917 between the second carbon film 909 and the third carbon film 910 may be smaller than the adhesive force at the interface 916 between the first carbon film 908 and the second carbon film 909. is necessary. Therefore, the weight mixing ratio of the glass particles 904 to the carbon nanotubes 906 in the third carbon film 910 is smaller than the weight mixing ratio of the glass particles 903 to the carbon nanotubes 905 in the first carbon film 908. Further, it is assumed that the relationship of carbon nanotube: glass: resin + dispersant: solvent = 4: 3: 9: 84 is established. After the third carbon film 910 is printed on the second carbon film 909, a drying process is performed again at 120 ° C. for 10 minutes, and a laminated structure carbon film 911 having a three-layer structure is formed.
次に、3層構造を有する積層構造カーボン膜911が、470℃で1時間、大気中で焼成され、それによって、第1のカーボン膜908、第2のカーボン膜909および第3のカーボン膜910内に含まれる樹脂、溶剤、および分散剤が除去される。また、第1カーボン膜908および第3のカーボン膜中910に含まれるガラス微粒子903および904が軟化する。 Next, the laminated structure carbon film 911 having a three-layer structure is baked in the atmosphere at 470 ° C. for 1 hour, whereby the first carbon film 908, the second carbon film 909, and the third carbon film 910 are fired. The resin, solvent, and dispersant contained therein are removed. Further, the glass fine particles 903 and 904 contained in the first carbon film 908 and the third carbon film 910 are softened.
本実施の形態において用いられたガラス微粒子の軟化点は、420℃程度である。そのガラス微粒子の焼成温度は、ガラス微粒子の軟化点以上の温度であればよい。 The softening point of the glass particles used in the present embodiment is about 420 ° C. The firing temperature of the glass fine particles may be a temperature equal to or higher than the softening point of the glass fine particles.
なお、カーボンナノチューブの耐熱性が低い場合には、焼成工程においてカーボンナノチューブが消失してしまう場合がある。そのため、焼成工程は、N2雰囲気、Ar雰囲気、または真空雰囲気中で行われることが望ましい。ただし、N2雰囲気、Ar雰囲気、または真空雰囲気中において、焼成工程が行われる場合には、ペースト中に含まれる、樹脂および分散剤が完全には除去されない。そのため、樹脂および分散剤が分解して消失する400℃までの温度の大気中で焼成が行われ、400℃以上の温度のN2雰囲気、Ar雰囲気、または真空雰囲気中において、焼成工程が行われることが望ましい。 In addition, when the heat resistance of a carbon nanotube is low, a carbon nanotube may lose | disappear in a baking process. Therefore, it is desirable that the firing process be performed in an N 2 atmosphere, an Ar atmosphere, or a vacuum atmosphere. However, when the firing step is performed in an N 2 atmosphere, an Ar atmosphere, or a vacuum atmosphere, the resin and the dispersant contained in the paste are not completely removed. Therefore, firing is performed in the atmosphere up to 400 ° C. at which the resin and the dispersant decompose and disappear, and the firing step is performed in an N 2 atmosphere, Ar atmosphere, or vacuum atmosphere at a temperature of 400 ° C. or higher. It is desirable.
前述のような焼成工程を経た3層構造を有する積層構造カーボン膜911に対してピーリング処理が実施される。このピーリング処理が図11を用いて説明される。 A peeling treatment is performed on the laminated carbon film 911 having a three-layer structure that has undergone the firing process as described above. This peeling process will be described with reference to FIG.
図11に示されるように、ガラス基板901上にカソード電極層902が形成される。次に、カソード電極層902上に、ガラス微粒子903を含む第1のカーボン膜908、ガラス微粒子を含まない第2のカーボン膜909、および、ガラス微粒子904を含む第3のカーボン膜910がこの順番で積層された積層構造カーボン膜911が形成される。 As shown in FIG. 11, a cathode electrode layer 902 is formed on a glass substrate 901. Next, on the cathode electrode layer 902, a first carbon film 908 including glass particles 903, a second carbon film 909 not including glass particles, and a third carbon film 910 including glass particles 904 are arranged in this order. Thus, a laminated structure carbon film 911 is formed.
第1のカーボン膜908中のカーボンナノチューブ905に対するガラス微粒子903の重量混合比は、第3のカーボン膜910中のガラス微粒子904の重量混合比よりも大きくなっている。すなわち、第1のカーボン膜908中の単位体積あたりに含まれるガラス微粒子903の量は、第3のカーボン膜910中の単位体積あたりに含まれるガラス微粒子904の量より大きくなっている。つまり、第2のカーボン膜908中のカーボンナノチューブ907に接着されたガラス微粒子903の重量が、第3カーボン膜910中のカーボンナノチューブ907に接着されたガラス微粒子904の重量よりも大きい。そのため、第1のカーボン膜908と第2のカーボン膜909の界面916での接着力は、第2のカーボン膜909と第3のカーボン膜910との界面917での接着力より大きくなる。 The weight mixing ratio of the glass fine particles 903 to the carbon nanotubes 905 in the first carbon film 908 is larger than the weight mixing ratio of the glass fine particles 904 in the third carbon film 910. That is, the amount of glass fine particles 903 contained per unit volume in the first carbon film 908 is larger than the amount of glass fine particles 904 contained per unit volume in the third carbon film 910. That is, the weight of the glass particles 903 bonded to the carbon nanotubes 907 in the second carbon film 908 is larger than the weight of the glass particles 904 bonded to the carbon nanotubes 907 in the third carbon film 910. Therefore, the adhesive force at the interface 916 between the first carbon film 908 and the second carbon film 909 is larger than the adhesive force at the interface 917 between the second carbon film 909 and the third carbon film 910.
したがって、前述の3層のカーボン膜を有する積層構造カーボン膜911に対してピーリング処理を行うと、最も密着力が小さい第2のカーボン膜909と第3のカーボン膜910との界面917で剥離が生じる。それにより、図12に示されるように、第2のカーボン膜909の平坦な上表面からカーボンナノチューブ907が起立した構造が形成される。 Therefore, when the peeling treatment is performed on the above-described laminated carbon film 911 having the three carbon films, peeling occurs at the interface 917 between the second carbon film 909 and the third carbon film 910 having the smallest adhesion. Arise. Thereby, as shown in FIG. 12, a structure in which the carbon nanotubes 907 are erected from the flat upper surface of the second carbon film 909 is formed.
ただし、実施の形態1において説明された電界放出型電子源の製造方法と同様に、第3のカーボン膜910の膜厚が、第3のカーボン膜910内に含まれるガラス微粒子904の1.7倍より大きい場合には、1回のピーリング処理では、第3のカーボン膜910の一部が、第2のカーボン膜909上に残存する場合がある。 However, similarly to the method of manufacturing the field emission electron source described in Embodiment 1, the thickness of the third carbon film 910 is 1.7 of the glass fine particles 904 included in the third carbon film 910. If it is larger than twice, a part of the third carbon film 910 may remain on the second carbon film 909 in one peeling process.
このような場合には、カーボンナノチューブ907は、凹凸を有する第1のカーボン膜908の上面から起立する構造が形成される。この構造によれば、第2のカーボン膜909の平坦な上面から起立する構造との比較において、電子放出特性のばらつきが大きい。そのため、複数回ピーリング処理が施され、第2のカーボン膜909の平坦な上面が露出するように、第3カーボン膜910の剥離が実行されてもよい。しかしながら、これによれば、実施の形態1において説明された理由と同様の理由で、粘着テープ912の粘着剤914が第2のカーボン膜909の上面上に残存してしまう。この場合、電子放出特性の劣化およびばらつきの増加を引きこすおそれがある。 In such a case, the carbon nanotube 907 is formed with a structure rising from the upper surface of the first carbon film 908 having projections and depressions. According to this structure, there is a large variation in electron emission characteristics as compared with a structure that rises from the flat upper surface of the second carbon film 909. Therefore, peeling of the third carbon film 910 may be performed so that the peeling process is performed a plurality of times and the flat upper surface of the second carbon film 909 is exposed. However, according to this, the adhesive 914 of the adhesive tape 912 remains on the upper surface of the second carbon film 909 for the same reason as described in the first embodiment. In this case, there is a risk of deteriorating electron emission characteristics and increasing variations.
したがって、本実施の形態においても、実施の形態1において説明された理由と同様の理由から、第3のカーボン膜910の膜厚は、1回のピーリング処理で剥離される膜厚、すなわち、ガラス微粒子904の平均粒径の1.7倍以下の厚さであることが好ましい。 Therefore, also in this embodiment, for the same reason as described in Embodiment 1, the film thickness of the third carbon film 910 is a film thickness that is peeled by one peeling process, that is, glass. The thickness is preferably 1.7 times or less the average particle diameter of the fine particles 904.
そこで、実施の形態1の場合と同様に、平均粒径0.3μmのガラス微粒子904を含む第3のカーボン膜910が、焼成工程が実行された後に、0.45μmの膜厚を有することが望ましい。そのため、第3のカーボン膜910の形成のために使用されるペーストとして、前述のカーボンナノチューブ:ガラス:樹脂+分散剤:溶剤=4:3:9:84というの混合比率を有するペーストが、ブチルカルビトールアセテートによって希釈されたものが用いられる。このペーストによって第3のカーボン膜910が形成され、3層構造の積層構造カーボン膜911が形成される。 Therefore, as in the case of the first embodiment, the third carbon film 910 including glass fine particles 904 having an average particle diameter of 0.3 μm may have a thickness of 0.45 μm after the firing process is performed. desirable. Therefore, as a paste used for forming the third carbon film 910, a paste having a mixing ratio of the above-described carbon nanotube: glass: resin + dispersant: solvent = 4: 3: 9: 84 is butyl. Those diluted with carbitol acetate are used. A third carbon film 910 is formed by this paste, and a laminated carbon film 911 having a three-layer structure is formed.
積層構造カーボン膜911の各層が焼成された後においては、第1のカーボン膜908の膜厚が2μmであり、第2のカーボン膜909の膜厚が1μmであり、第3のカーボン膜の膜厚が0.45μmである。この積層構造カーボン膜911がピーリング処理された後のカーボン膜の表面が図15に示されている。図15から、積層構造カーボン膜911の上面は、図9の(b)に示された2層構造カーボン膜の表面と同様に、局所的にカソード電極層102が露出するようなことはなく、均一にピーリング処理がなされていることが分かる。 After each layer of the laminated structure carbon film 911 is fired, the film thickness of the first carbon film 908 is 2 μm, the film thickness of the second carbon film 909 is 1 μm, and the film of the third carbon film The thickness is 0.45 μm. FIG. 15 shows the surface of the carbon film after the laminated structure carbon film 911 is peeled. From FIG. 15, the upper surface of the laminated structure carbon film 911 is not exposed to the cathode electrode layer 102 locally, like the surface of the two-layer structure carbon film shown in FIG. It can be seen that the peeling process is performed uniformly.
図16は、ピーリング処理の前後に3層構造カーボン膜の断面がSEM(Scanning Electronic Microscope)によって観察されたときの写真である。図16の(a)はピーリング処理の前の状態を示し、図16の(b)は、ピーリング処理の後の状態を示している。 FIG. 16 is a photograph when the cross section of the three-layer structure carbon film is observed by SEM (Scanning Electronic Microscope) before and after the peeling treatment. FIG. 16A shows a state before the peeling process, and FIG. 16B shows a state after the peeling process.
図16の(a)と図16の(b)とを比較すると、ピーリング処理によって第3のカーボン膜910が除去され、第2のカーボン膜909と第3カーボン膜908との界面917から、つまり、第2のカーボン膜909の上面から、カーボンナノチューブ907が起毛していること、および、第2カーボン膜909の上面の平坦性が良好であることが分かる。したがって、画素内の複数のカーボンナノチューブ907から放出される電子の分布の均一化が図られる。 When comparing FIG. 16A and FIG. 16B, the third carbon film 910 is removed by the peeling process, and from the interface 917 between the second carbon film 909 and the third carbon film 908, that is, From the upper surface of the second carbon film 909, it can be seen that the carbon nanotubes 907 are raised and the flatness of the upper surface of the second carbon film 909 is good. Therefore, the distribution of electrons emitted from the plurality of carbon nanotubes 907 in the pixel can be made uniform.
次に、図17を参照して、単層のカーボン膜を有する電子源の発光状態と3層構造の最上層が除去された2層構造のカーボン膜を有する電子源の発光状態とが比較される。 Next, referring to FIG. 17, the emission state of an electron source having a single-layer carbon film is compared with the emission state of an electron source having a two-layer carbon film from which the uppermost layer of the three-layer structure is removed. The
図17の(a)は、電子源としての単層構造を有するカーボン膜から放出された電子が、ITO付きのガラス基板に低圧蛍光体(ZnO:Zn)が付されたアノードの蛍光体に衝突したときの発光状態を示す写真である。なお、単層カーボン膜に対しては、テフロン(登録商標)系粘着テープ基材とSi系の粘着剤とからなる粘着力306Nを有する粘着テープを用いて、ピーリング処理が1回実施され、その上部が除去されている。 FIG. 17A shows an electron emitted from a carbon film having a single-layer structure as an electron source colliding with an anode phosphor in which a glass substrate with ITO is attached with a low-pressure phosphor (ZnO: Zn). It is a photograph which shows the light emission state at the time of doing. For the single-layer carbon film, a peeling treatment is performed once using an adhesive tape having an adhesive force 306N made of a Teflon (registered trademark) adhesive tape substrate and an Si adhesive, The top is removed.
図17の(b)は、電子源としての2層構造を有するカーボン膜から放出された電子が、ITO付きのガラス基板に低圧蛍光体(ZnO:Zn)が付されたアノードの蛍光体に衝突したときの発光状態を示す写真である。2層構造を有する積層構造カーボン膜は、3層のカーボン膜を有する積層構造カーボン膜に対して、テフロン(登録商標)系粘着テープ基材とSi系の粘着剤とからなる粘着力306Nを有する粘着テープを用いて、ピーリング処理が1回実施され、最上層のカーボン膜が除去されたものである。 In FIG. 17B, electrons emitted from a carbon film having a two-layer structure as an electron source collide with an anode phosphor in which a low-pressure phosphor (ZnO: Zn) is attached to a glass substrate with ITO. It is a photograph which shows the light emission state at the time of doing. The laminated structure carbon film having a two-layer structure has an adhesive force 306N made of a Teflon (registered trademark) adhesive tape substrate and a Si-based adhesive with respect to the laminated structure carbon film having a three-layer carbon film. Using an adhesive tape, the peeling process was performed once and the uppermost carbon film was removed.
前述の図17の(a)および(b)に示される構造のいずれにおいても、カーボン膜のサイズは2mm角であり、カーボン膜が形成されたガラス基板とアノード電極層との間の距離は約60μmである。また、発光状態の観察は、200μAの電流がカソード電極層102に流れる状態で実施される。 In any of the structures shown in FIGS. 17A and 17B, the size of the carbon film is 2 mm square, and the distance between the glass substrate on which the carbon film is formed and the anode electrode layer is about 60 μm. The observation of the light emission state is performed in a state where a current of 200 μA flows through the cathode electrode layer 102.
図17の(a)に示されるように、上部が除去された単層カーボン膜を用いた電子源は、ピーリング処理の後のカーボン膜の凹凸に起因して均一に発光していない領域を有している。一方、図17の(b)に示されるように、最上層が除去された2層構造を有する積層構造カーボン膜は、ピーリング処理後のカーボン膜の平坦性において良好であり、単層カーボン膜と比較して、輝点数が多く、良好な発光均一性を有している。 As shown in FIG. 17 (a), the electron source using the single-layer carbon film from which the upper portion has been removed has a region that does not emit light uniformly due to the unevenness of the carbon film after the peeling treatment. is doing. On the other hand, as shown in FIG. 17B, the laminated structure carbon film having the two-layer structure from which the uppermost layer is removed is excellent in the flatness of the carbon film after the peeling treatment, In comparison, it has a large number of bright spots and good emission uniformity.
なお、界面916で剥離が生じる場合には、図18に示されるように、第1のカーボン膜908の上面からカーボンナノチューブ905が起立する。つまり、3層からなる積層構造カーボン膜の最上層および中間層のカーボン膜909および910が除去され、カーボン膜908の上面が平坦になっている。これによっても、界面917で剥離が生じる積層構造カーボン膜によって得られる効果と同様の効果を得ることができる。 Note that in the case where peeling occurs at the interface 916, the carbon nanotube 905 rises from the upper surface of the first carbon film 908 as shown in FIG. That is, the uppermost layer and the intermediate layer carbon films 909 and 910 of the three-layer structure carbon film are removed, and the upper surface of the carbon film 908 is flat. Also by this, the same effect as that obtained by the laminated structure carbon film in which peeling occurs at the interface 917 can be obtained.
上記各実施の形態においては、電界放出電子源として、カーボンナノチューブが用いられているが、電界効果を利用する電子放出源であれば、たとえば、カーボファイバおよびカーボンナノワイヤなどの他の繊維状カーボンが用いられてもよい。 In each of the above embodiments, carbon nanotubes are used as the field emission electron source. However, if the electron emission source utilizes the field effect, for example, other fibrous carbons such as carbon fiber and carbon nanowire are used. May be used.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
101 ガラス基板、102 カソード電極層、103 ガラス微粒子、104 カーボンナノチューブ、105,106,107,108,109,110 部分、111 カーボン膜、112 カーボンナノチューブ、114 アノード電極層、203 カーボン膜、205 部分、401 ガラス基板、402 カソード電極層、403 ガラス微粒子、404 ガラス微粒子、405,406 カーボンナノチューブ、407,408 カーボン膜、409 積層構造カーボン膜、411 粘着テープ基材、412 粘着剤、413,414,415,416 界面、417 粘着テープ、701 部分、901 ガラス基板、902 カソード電極層、903,904 ガラス微粒子、905,906,907 カーボンナノチューブ、908,909,910 カーボン膜、911 積層構造カーボン膜、912 粘着テープ、913 粘着テープ基材、914 粘着剤、915,916,917,918,919 界面。 101 glass substrate, 102 cathode electrode layer, 103 glass fine particles, 104 carbon nanotube, 105, 106, 107, 108, 109, 110 part, 111 carbon film, 112 carbon nanotube, 114 anode electrode layer, 203 carbon film, 205 part, 401 glass substrate, 402 cathode electrode layer, 403 glass particulate, 404 glass particulate, 405,406 carbon nanotube, 407,408 carbon film, 409 laminated carbon film, 411 adhesive tape substrate, 412 adhesive, 413, 414, 415 , 416 interface, 417 adhesive tape, 701 part, 901 glass substrate, 902 cathode electrode layer, 903, 904 fine glass particles, 905, 906, 907 carbon nanotube, 908, 90 9,910 Carbon film, 911 Laminated structure carbon film, 912 Adhesive tape, 913 Adhesive tape base material, 914 Adhesive, 915,916,917,918,919 Interface.
Claims (9)
前記複数層のカーボン膜のいずれか2つのカーボン膜同士の界面で剥離が生じるように、前記積層構造カーボン膜に粘着テープを付着させた後、前記粘着テープを引き剥がすステップとを備えた、電界放出型電子源の製造方法。 Forming a laminated carbon film having a plurality of carbon films containing fibrous carbon on the cathode electrode;
An electric field comprising a step of attaching an adhesive tape to the laminated structure carbon film and then peeling the adhesive tape so that peeling occurs at the interface between any two carbon films of the plurality of carbon films. A method of manufacturing an emission electron source.
前記第1のカーボン膜および前記第2のカーボン膜は、それぞれ、第1のペーストおよび第2のペーストの焼成によって形成され、
前記第1のペーストは、第1の繊維状カーボンと第1の微粒子とを含み、
前記第2のペーストは、第2の繊維状カーボンと第2の微粒子とを含み、
前記第2の繊維状カーボンに対する第2の微粒子の重量混合比が、前記第1の繊維状カーボンに対する前記第1の微粒子の重量混合比よりも小さい、請求項1に記載の電界放出型電子源の製造方法。 The laminated structure carbon film is composed of a first carbon film formed on the cathode electrode, and the second carbon film formed on said first carbon film,
The first carbon film and the second carbon film are formed by firing the first paste and the second paste, respectively.
The first paste includes first fibrous carbon and first fine particles,
The second paste includes second fibrous carbon and second fine particles,
The mixing ratio by weight of the second fine particles to the second fibrous carbon is less than the weight mixing ratio of said first fine particles for said first fibrous carbon, field emission type according to claim 1 Manufacturing method of electron source.
求項2に記載の電界放出型電子源の製造方法。 3. The method of manufacturing a field emission electron source according to claim 2, wherein a thickness of the second carbon film is not more than 1.7 times an average particle diameter of the second fine particles.
前記第1のカーボン膜、前記第2のカーボン膜、および前記第3のカーボン膜は、それぞれ、第1のペースト、第2のペースト、および第3のペーストの焼成によって形成され、
前記第1のペーストは、第1の繊維状カーボンと一方の微粒子とを含み、
前記第2のペーストは、微粒子を含むことなく、第2の繊維状カーボンを含み、
前記第3のペーストは、第3の繊維状カーボンと他方の微粒子とを含み、
前記引き剥がすステップにおいては、前記第3のカーボン膜と前記第2のカーボン膜との界面で剥離が生じる、請求項1に記載の電界放出型電子源の製造方法。 The laminated structure carbon film, wherein the first carbon film formed on the cathode electrode, and the second carbon film formed on said first carbon film is formed on the second carbon film It was and a third of the carbon film,
It said first carbon film, said second carbon film, and the third carbon film, respectively, a first paste, is formed by firing of the second paste, and the third paste,
The first paste includes first fibrous carbon and one fine particle,
The second paste contains the second fibrous carbon without containing fine particles ,
The third paste, and a third fibrous carbon and other side of the fine particles,
2. The method of manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein in the peeling step, peeling occurs at an interface between the third carbon film and the second carbon film.
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