专利名称：场致发射灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及场致发射灯，通过从冷阴极电子发射源场致发射的电子激励荧光体以使其发光。
背景技术：
近年来，作为低消耗电力高亮度的灯，开发有场致发射型的发光装置，其通过在真空中将从冷阴极电子发射源场致发射的电子与荧光体冲突，激励荧光体并使其发光。 其被预料到作为场致发射灯(Field Emission Lamp(FEL))以及场致发射显示器(Field Emission display (FED))的用途。例如，在专利文献1中，公开了使用碳纳米管作为阴极电极的场致电子发射型显像管。该显像管在圆筒状的玻璃罩(外围容器)内从底部依次配置有壳体以及阳极电极， 该壳体具备分别经由引脚针供给电压的阴极电极以及网状部(电子引出极)。阴极电极在陶瓷基板之上设置导电板，在导电板的表面作为发射极具有使碳纳米管生长的构造。阳极电极具有连接部和圆筒部。在玻璃罩的前端固定有在前面形成凸透镜状的球面部的平面玻璃。在平面玻璃的内面形成有荧光面，且在荧光面的表面形成有Al金属敷膜(Metal Back Film)。Al金属敷膜经由接触片与阳极电极的圆筒部导通。该显像管如下那样发光。在阴极电极和壳体之间施加场致而在碳纳米管前端集中高场致，将电子引出并使其从网状部发射。并且，对阳极电极以及Al金属覆膜施加高电压， 使被发射的电子在圆筒部加速，使其贯通Al金属覆膜并与荧光面冲突。结果，构成荧光面的荧光体在电子冲击的作用下被激励，并产生与该荧光体对应的颜色的发光，发出的光能够透过平面玻璃而将图像显示在前面。如上所述，通过在阴极电极使用碳纳米管能够得到长期稳定地信赖性高的场致发射灯。以往的场致发射灯中，在平面基板(导电板)上形成有由碳纳米管构成的发射极。 碳纳米管分别具有非常高的纵横尺寸比。但是，通常，使用例如网板印刷法或化学气相生长法等方法的情况下，在基板上密集地形成碳纳米管。为此，即使碳纳米管在基板上垂直取向的情况下，也很难使场致集中，为了发射电子需要施加较大的电压，并引起工作电压的上升。以往技术文献专利文献专利文献1 日本特开平11-167886号公报发明的概要发明要解决的技术问题本发明的目的为提供一种场致发射灯，以更低电压使电子发射成为可能，并能够实现驱动成本降低和长寿命。用于解决课题的手段
根据本发明的一方式，能够提供一种场致发射灯，具备真空容器；和均被配置在该真空容器内的阴极电极、栅极电极以及阳极电极，其特征在于，由纳米碳材料复合基板形成上述阴极电极，所述纳米碳材料复合基板含有在一个表面上具有突起部或槽部的基板； 和形成在上述基板的突起部或槽部的表面的纳米碳材料。发明的效果本发明的场致发射灯的构成阴极电极的基板具有高纵横尺寸比的凹凸形状，所以场致集中变得容易，能够以更低电压使电子发射成为可能，并能够实现驱动成本降低和长
寿命ο
图1是本发明的一实施方式的场致发射灯的剖面图。图2A是表示构成本发明的一实施方式的场致发射灯的阴极电极的、纳米碳材料在基板表面随机生长的纳米碳材料复合基板的剖面图。图2B是表示构成本发明的一实施方式的场致发射灯的阴极电极的、纳米碳材料相对基板表面垂直生长的纳米碳材料复合基板的剖面图。图3是表示构成本发明一实施方式的场致发射灯的阴极电极的、纳米碳材料复合基板的各种形状的突起部以及槽部的立体图或剖面图。图4A是表示用本发明的实施例制造的、具有四棱柱的突起部的纳米碳材料复合基板的扫描型电子显微图像的图。图4B是表示用本发明的实施例制造的、具有四棱锥的突起部的纳米碳材料复合基板的扫描型电子显微图像的图。
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1表示本发明一实施方式的场致发射灯的剖面图。图1所示的场致发射灯1在真空容器2中相互平行地配置有阴极电极3、栅极电极4以及阳极电极5。阴极电极3由纳米碳材料复合基板构成，所述纳米碳材料复合基板包括形成有突起部或槽部的基板；和形成在基板的突起部或槽部的表面的纳米碳材料(发射体)。对于阴极电极3以后将详细说明。栅极电极4由在与阴极电极3的发射体对应的位置上设有具有预定直径的开口部的金属板构成。阳极电极5在玻璃基板51上通过形成电极用的透明导电膜52和电子线激励荧光体53而被构成。在使用约IOkV以上的高速电子线的情况下，在玻璃基板51上直接设置荧光体，在其表面上设置Al金属敷层。阴极电极3和栅极电极4的间隔作为不放电且容易电解集中的距离优选0. 5mm 2mm。并且，栅极电极4和阳极电极5的间隔从防止反射离子的观点看优选5mm以上。参照图2A以及图2B所示的剖面图，对构成阴极电极3的纳米碳材料复合基板的一例进行说明。图2A所示的阴极电极3在基板31的表面形成有突起部32，在包含突起部 32的上面以及侧面的基板31的表面，纳米碳材料35成长着。在图2A中，纳米碳材料35随机取向。图2B所示的阴极电极3中，相对包含突起部32的上面以及侧面的基板31的表面垂直取向，纳米碳材料35成长着。
纳米碳材料35，在突起部32的表面担载触媒，在其上通过使纳米碳材料成长的固液界面接触分解法制造。图2A以及图2B所示的构造体，在固液界面接触分解法中，通过控制合成条件(例如触媒的担载量或合成温度)能够形成。例如，在固液界面接触分解法中， 若使触媒担载量比形成图2B所示的垂直配向的纳米碳材料的情况增加，则如图2A所示，成为没有取向性、随机的纳米碳材料35生长的倾向。在图2A所示的构造中，场致集中的部位为加工基板的端部，在构造体的边缘部， 场致集中，因此能够得到场致集中效果。并且，在图2B所示的构造中，场致集中的部位，为配置在加工基板的端部部位而生长了的纳米碳材料，在构造体的边缘部集中场致，且成为场致集中在已取向的纳米碳材料的突起部上，且能够得到更高的场致集中效果。作为基板31，能够使用单晶硅、锗、镓、砷磷化镓、氮化镓、碳化硅等半导体基板以及玻璃、陶瓷、石英等。对于基板31的厚度没有特别限定，优选100 1500 μ m。突起部32的高度优选为10 μ m以上。突起部32的纵横尺寸比越高，越具有场致集中容易的倾向，优选适当地设计突起部32的纵横尺寸比。若突起部32的高度不到ΙΟμπι， 则使突起部32的纵横尺寸比充分大变得困难。纳米碳材料35为具有纳米尺寸的直径的结晶性的碳纳米管(carbon nanotube)、 碳纳米角(cabon nanohorn)、碳纳米丝(carbon nanofilament)、碳纳米墙(carbon nanowall)以及碳纳米卷(carbon nanocoil)。具有纳米尺寸的直径的结晶性纳米碳材料从提高设计特性的观点看优选电传导率以及热传导率良好。如图3(a) (g)所示，突起部32或槽部33能够形成为各种各样的形状。图 3(a) (f)所示的突起部32的形状为(a)圆柱、(b)圆锥台、(c)四棱柱、(d)四棱锥台、 (e)圆锥、(f)四棱锥。如图3(g)所示，槽部33的形状为截面为“V”字状。虽未图示，但槽部33的形状也可以是截面为“U”字状等其它形状。如图3(a) (d)所示，突起部的形状若做成圆柱、圆锥台、多棱柱或者多棱锥台这样的固定形状，则成为能够更加有效地控制设计特性。如图3(e)或(f)所示，在使突起部的形状为具有尖锐顶点的圆锥或多棱锥的情况下，成为容易更有效地提高设计特性。如图3(g)所示，在形成了 “V”字状的槽部33的情况下，容易成为场致集中，能够低压驱动。如上所述，本发明一实施方式所涉及的场致发射灯中，作为阴极电极，由于使用在基板上形成有突起部或槽部、在基板的突起部或槽部的表面高密度地形成有纳米碳材料的纳米碳材料复合基板，由此，相比物理性状的效果场致集中变得容易，并能低压驱动。构成阴极电极的纳米碳材料复合基板，优选通过上述的固液界面接触分解法进行制造。该方法具有将突起部或槽部形成在基板上的工序；使触媒担载在上述突起部或槽部的表面的工序；将在上述突起部或槽部担载了触媒的基板浸渍在有机液体中并进行加热，使纳米碳材料在上述突起部或槽部的表面生长的工序。若使用上述固液界面接触分解法，则由于原料为有机液体，所以原料浸透到突起部(或槽部)的细小部分中，引起均勻化的化学合成反应。因此，在具有突起部(或槽部) 的基板的表面能够均勻地形成高纯度高结晶性的纳米碳材料。
5实施例以下，说明本发明的实施例。对低电阻的η型单结晶硅(100)基板的表面实施机械性切削加工，形成四棱柱或四棱锥的突起部。突起部的高度为100 μ m。接着，在实施了加工的硅基板上，使用磁控溅射法将钴作为触媒附着。在基板上附着的钴量将重量换算为膜厚的值为6nm。将该基板浸渍在甲醇中通过电极通电，以初期600°C、3分钟，接着900°C、6分的条件对基板进行加热，在基板附近引起固液界面接触分解反应，将甲醇中的碳原子作为原料生成纳米碳管。结果，在含有突起部的上面以及侧面的基板的表面上碳纳米管垂直取向地生长。图4A以及4B中表示在基板的突起部的表面含有生长的碳纳米管的纳米碳材料复合基板的扫描型电子显微图像。图4A为突起部为四棱柱的例子，图4B为突起部为四棱锥的例子。可知，在每个例子中，在突起部表面垂直取向的碳纳米管均高密度地生长着。碳纳米管的长度约为2.5 μ m。将制造的纳米碳材料复合基板作为阴极电极3使用，通过栅极电极4，以与阴极电极3相对置的方式配置了阳极电极5。阴极电极3和栅极电极4之间的间隙以及栅极电极与阳极电极之间的间隙分别为Imm和10mm。在真空容器2中测量场致电子放射特性的结果，确认了在阳极电压为5kV，从栅极放射电压为2. OkV以下的低电压电子。产业上利用的可能性本发明的场致发射灯低能耗、高亮度、长寿命且发热非常稍，所以，除了一般照明以外，还可以广泛应用在涉及植物栽培、手术灯、车载用途等现行的照明中。符号说明1场致发射灯2真空容器3阴极电极4栅极电极5阳极电极31 基板32突起部33 槽部35纳米碳材料51玻璃基板52透明电极53荧光体
权利要求
1.一种场致发射灯，具备真空容器；和均配置在该真空容器内的阴极电极、栅极电极以及阳极电极，其特征在于，由纳米碳材料复合基板形成上述阴极电极，所述纳米碳材料复合基板含有在一个表面上具有突起部或槽部的基板；和形成在上述基板的突起部或槽部的表面的纳米碳材料。
2.如权利要求1所述的场致发射灯，其特征在于， 上述突起部的高度为10 μ m以上。
3.如权利要求1或2所述的场致发射灯，其特征在于，上述纳米碳材料为从由相对上述突起部或者槽部的表面垂直取向的碳纳米管、碳纳米角、碳纳米丝、碳纳米墙以及碳纳米卷构成的组中所选择的一种。
4.如权利要求1或2所述的场致发射灯，其特征在于，上述突起部的形状为从由圆柱、圆锥台、多棱柱以及多棱锥台构成的组中所选择的一种。
5.如权利要求1或2所述的场致发射灯，其特征在于， 上述突起部的形状为圆锥或多棱锥。
全文摘要
一种场致发射灯(1)，具备真空容器(2)；和均配置在该真空容器(2)内的阴极电极(3)、栅极电极(4)以及阳极电极(5)，其特征在于，由纳米碳材料复合基板形成上述阴极电极(3)，所述纳米碳材料复合基板含有在一个表面上具有突起部(32)或槽部的基板(31)；和形成在上述基板(31)的突起部(32)或槽部的表面的纳米碳材料(35)。
文档编号H01J63/06GK102171785SQ200980138508
公开日2011年8月31日 申请日期2009年9月30日 优先权日2008年9月30日
发明者荒川俊也, 蒲生秀典, 难波笃史 申请人:凸版印刷株式会社, 富士重工业株式会社