フィールドエミッションディスプレイ技術
−次世代平面ディスプレイFEDの現状と展望−
Advances in Field Emission Display Technology
［コードNo.2004T398］

■監修／	齋藤弥八（名古屋大学大学院 教授）
■体裁／	Ｂ５判・２１８頁
■発行／	２００４年　６月　(株)シーエムシー出版
■定価／	６８,２５０円（税込価格）

★薄型テレビをねらう！！ 　低消費電力、高速応答性、耐環境特性、自然色再現に優れるフラットパネルディスプレイ−FED！！ ★国家プロジェクト(NEDO)「カーボンナノチューブFEDプロジェクト」もスタート！！ ★監修者はCNT-FED開発の先鞭をつけた斎藤弥八教授！！ ★FED実用化の鍵をにぎる"電子源"の開発を詳述！！ 　執筆陣はFED開発に携わる産学官にわたる第一線研究者19名！！

※　本書籍はご試読頂けません　※

まえがき

フラットパネルディスプレイ(FPD)は，デジタル放送，ブロードバンドなどの普及に伴い， 今後大きな市場の拡大(2000年の5.1兆円から十年後の2010年には12兆円)が見込まれ，フィー ルドエミッションディスプレイ(FED)もこのFPDの一つとして，実用化に向けた開発が展開さ れている。 　FPDとしては既に液晶ディスプレイ(LCD)とプラズマディスプレイパネル(PDP)が市場に投 入され，その需要も著しい伸び(2003年度の国内薄型テレビ出荷台数はLCDが前年比61.9%増 の171万台，PDPも22.7%増の25万台)を示している。このように先行するLCDやPDPの中にあっ て，低消費電力，耐環境特性，高速応答性，自然色の再現などにおいて，既存のFPDに優る性 能を有したFEDの開発が注目されている。スピント型電子源から始まったFEDの開発は、これ まで、その電子源作製プロセスの制約と超高真空の必要性から小型の高精細画像表示パネル に限られてきた。しかし、電子放出源が超高真空中でなくても性能が維持でき、大画面化が 容易であれば，必ずしも小型である必要はなく、むしろFEDはその高発光効率と低消費電力の 特長を最大限発揮できる大面積のパネル型ディスプレイに向いていると考えられる。 　この大画面FEDに適し，低価格化が可能な新しい電子源材料が，1991年に我が国で発見され たカーボンナノチューブ(CNT)である。このCNTを用いたFED素子が1998年に上村(ノリタケ伊 勢電子)と齋藤(当時三重大学)の共同により世界で初めて試作され，その実用可能性が示され， 今日の世界的なCNT-FED開発の端緒を開いた。これを受けて，2003年10月からはCNTを使った FEDの開発を目標とする新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の「カーボンナノチュー ブFEDプロジェクト」が２年半の計画でスタートした。 　本書はFED実用化の機運が高まった今日の状況を背景に監修されたもので，FED開発のそれ ぞれの分野で活躍している第一線の研究者に分担執筆して頂いた。本書の構成は，先ず第１ 編でFEDの基礎とその歴史が解説され，第２編でFED用電子源に関する最新の技術，第３編で は基盤技術として電子源に次いで重要なFED用蛍光体，最終編の第４編ではFED以外の画像関 連デバイスへの冷電子源の応用が述べられている。技術を開示できない理由からここに掲載 できなかったFED用電子源もあるが，本書はFED実用化の鍵を握る電子源に紙面の多くを割い た点に特徴があり，FED技術の現状と開発の動向が俯瞰できる。 　本書出版に当たり，原稿の執筆および資料を提供下された方々，さらにCMC出版の方々に 深く感謝申し上げる。 　　2004年6月　　　　　　　　　　　　　　　名古屋大学大学院　工学研究科　齋藤弥八

執筆者一覧（執筆順）

金丸正剛 伊藤茂生 田中　満 畑　浩一 齋藤弥八 稲倉秀樹 潘　路軍 中山喜萬 小沼和夫 近藤行廣 菰田卓哉 越田信義 三村秀典 楠　敏明 中本正幸 中西洋一郎 瀧口吉郎 江上典文 澤田和明 (独)産業技術総合研究所 企画本部 総括企画主幹 双葉電子工業(株) 商品開発センター 技師長 双葉電子工業(株) 商品開発センター プロダクトグループ ユニットリーダー 三重大学大学院 工学研究科 講師 名古屋大学大学院 工学研究科 教授 本荘ケミカル(株) 技術開発部 係長 大阪府立大学大学院 工学研究科 助手 大阪府立大学大学院 工学研究科 教授 (財)新機能素子研究開発協会 企画室 企画課長 松下電工(株) 先行・融合技術研究所 松下電工(株) 先行・融合技術研究所 電子源デバイス開発nBTグループグループ長；東京農工大学客員教授 東京農工大学 工学部 電子情報工学科 教授 静岡大学 電子工学研究所 教授 (株)日立製作所 日立研究所 画像デバイス研究部 研究員 静岡大学 電子工学研究所 教授 静岡大学 電子工学研究所 教授 ＮＨＫ放送技術研究所 撮像デバイス ＮＨＫ放送技術研究所 撮像デバイス 主任研究員 豊橋技術科学大学 電気・電子工学系 助教授

構成と内容

第１編　FED研究開発の流れ　　　金丸正剛 第１章　FED開発の歴史 　１．真空マイクロエレクトロニクス 　２．フィールドエミッションディスプレイの開発 第２章　電界放出現象 　１．Fowler-Nordheim則 　２．フィールドエミッタアレイの電界電子放出特性 　３．半導体からの電界電子放出 第３章　FEDの構造と動作 　１．ディスプレイパネルの基本構造 　　1.1　電子源 　　1.2　アノード基板，スペーサ 　　1.3　蛍光体 第４章　新しい電子源を用いたFED 　１．カーボンナノチューブFED 　２．表面伝導エミッタを利用したディスプレイ 　３．弾道電子エミッタを利用したディスプレイ 　４．シリコンエミッタを利用した多機能FED 第２編　FED用冷陰極 第１章　金属マイクロエミッタ（Spindt型）　　　伊藤茂生，田中　満 　１．はじめに 　２．FEDについて 　３．Spindt型エミッタ実装FED 　４．Spindt型エミッタ実装FEDの現状 　５．カーボンエミッタFED 　６．カーボン以外の新エミッタ 　７．おわりに 第２章　カーボンナノチューブエミッタ 　１．CNTエミッタの電子放出特性　　　畑　浩一，齋藤弥八 　　1.1　はじめに 　　1.2　電界放出顕微鏡法（Field　Emission　Microscopy：FEM） 　　1.3　CNTの電子放出像 　　　1.3.1　CNT先端の五員環 　　　1.3.2　電子線干渉縞 　　　1.3.3　五員環面上でのガス分子の吸着と脱離 　　1.4　単一五員環からの電界放出電子のエネルギー分布 　　1.5　各種CNTの電流−電圧特性 　　1.6　単一五員環から放出された電子線の輝度 　２．フィールドエミッション用CNTの作製 　　2.1　アーク放電法　　　稲倉秀樹 　　　2.1.1　はじめに 　　　2.1.2　カーボンナノチューブの主な合成法 　　　2.1.3　アーク放電法によるナノチューブの合成 　　　2.1.4　ナノチューブのエミッション特性 　　　2.1.5　おわりに 　　2.2　カーボンナノチューブの化学気相成長　　　潘　路軍，中山喜萬 　　　2.2.1　はじめに 　　　2.2.2　熱化学気相成長法 　　　2.2.3　プラズマ化学気相成長法 　　　　　(1)マイクロ波プラズマ化学気相成長法 　　　　　(2)直流プラズマとプラズマエンハンスドホットフィラメントを用いる方法 　　　2.2.4　おわりに 　３．高電圧ランプ型蛍光表示管　　　齋藤弥八 　　3.1　ランプ型表示素子 　　3.2　超高輝度光源管 　　　3.2.1　光源管の構造 　　　3.2.2　電子放出および発光特性 　４．大型VFDと大型FED　　　齋藤弥八 　　4.1　大面積フラット型蛍光表示管 　　4.2　大型FED 　５．高精細FED　　　小沼和夫 　　5.1　はじめに 　　5.2　CNT-FED（カーボンナノチューブFED）の構造と特徴 　　5.3　高精細フラットパネルディスプレイとしてのFEDの要件と特徴 　　5.4　微細なピクセルを実現するための電子放出技術 　　5.5　CNT（カーボンナノチューブ）を用いたFED技術 　　　5.5.1　積層型CNT-FED技術 　　　5.5.2　裏面露光型CNT-FED 　　5.6　高精細フラットパネルディスプレイとしてのFEDの展望 　　5.7　おわりに 第３章　横型薄膜エミッタ　　　近藤行廣 　１．はじめに 　２．薄膜エミッタへの期待 　３．星型エミッタの構造と作製プロセス 　４．エミッションの安定化と軌道制御 　５．おわりに 第４章　ナノ結晶シリコンエミッタBSD　　　菰田卓哉，越田信義 　１．FEDの意義 　２．ナノ結晶シリコンエミッタ（BSD）とは 　３．BSDの構造と動作原理 　４．ナノ構造評価 　５．BSDの製法と構造 　６．BSD電子源と特性 　７．BSDのフラットパネルへの応用 　８．BSDの課題 　　8.1　製造装置 　　8.2　スペーサ 　　8.3　蛍光体 　　8.4　品質評価 　９．BSDの将来展開 　10．おわりに 第５章　半導体トンネル陰極（MOSエミッタ）　　　三村秀典 　１．はじめに 　２．MOSトンネル陰極の構造と電子放出機構 　３．MOSトンネル陰極の電子放射特性 　　3.1　n型Si MOSトンネル陰極 　　3.2　p型Si MOSトンネル陰極 　４．おわりに 第６章　MIMエミッタ　　　楠　敏明 　１．はじめに 　２．従来のMIMエミッタ 　　2.1　MIMエミッタの構造と動作原理 　　2.2　フォーミング 　３．FED用MIMエミッタ 　　3.1　陽極酸化による絶縁膜形成法 　　3.2　フォーミング処理しないMIMエミッタの特性 　４．電子放出比 　　4.1　放出電子のエネルギー分布 　　4.2　電子放出比の絶縁膜厚依存性 　　4.3　電子放出比の上部電極材料依存性 　　4.4　加熱によるIr-Pt-Au多層電極の自己薄膜化プロセス 　５．MIM-FED 　　5.1　MIMエミッタアレイ作成技術 　　5.2　MIM-FEDパネルの作成技術 　　5.3　MIM-FEDの駆動方法 　６．おわりに 第７章　転写モールド法によるエミッタアレイの作製　　　中本正幸 　１．はじめに 　２．転写モールド法エミッタアレイ作製技術の目的 　３．転写モールド法によるＦＥＡの作製プロセス 　４．転写モールド法によるＦＥＡのＳＥＭ観察 　５．転写モールド法によるＭｏ−ＦＥＡの電界電子放出特性 　６．転写モールド法による低仕事関数材料ＬａＢ６及びＴｉＮ−ＦＥＡの作製 　　6.1　転写モールド法によるＬａＢ６及びＴｉＮ−ＦＥＡの作製プロセス 　　6.2　転写モールド法によるＬａＢ６及びＴｉＮ−ＦＥＡのＳＥＭ観察 　　6.3　転写モールド法で作製したＬａＢ６，ＴｉＮ−ＦＥＡの電界電子放出特性 　７．おわりに 第３編　FED用蛍光体 第１章　電子線励起用蛍光体　　　中西洋一郎 　１．はじめに 　２．電子線励起による発光機構 　　2.1　励起過程の概要 　　2.2　発光効率に影響する電子線励起特有の現象 　　　2.2.1　電子の侵入深さ 　　　2.2.2　２次電子放出能 　３．FED用蛍光体に必要な性質 　　3.1　導電性 　　3.2　高密度電子線励起下での発光効率の維持 　　3.3　高密度電子線照射による劣化の防止 　　3.4　粒径 　　3.5　薄膜 　４．FED用蛍光体の現状 　　4.1　高電圧タイプ用蛍光体 　　4.2　低電圧タイプ用蛍光体 　　4.3　低抵抗蛍光体の形成 　　　4.3.1　導電性極薄膜被覆蛍光体 　　　4.3.2　導電性蛍光体 　　　4.3.3　薄膜蛍光体 　５．電子線照射に対する蛍光体の安定化 　６．おわりに 第４編　イメージセンサ 第１章　高感度撮像デバイス　　　瀧口吉郎，江上典文 　１．構造と動作原理 　　1.1　構造と動作原理 　　1.2　メッシュ電極の役割 　２．主要撮像特性の決定要因 　　2.1　感度 　　2.2　ダイナミックレンジ 　　2.3　解像度 　　2.4　消費電力 　３．試作撮像板の諸特性 　　3.1　設計指針 　　3.2　仕様 　　3.3　試作 　　3.4　駆動条件 　　3.5　諸特性 　　　3.5.1　感度　　　　　　　　　　3.5.2　ダイナミックレンジ 　　　3.5.3　放射電流の変動の影響　　3.5.4　解像度 　　　3.5.5　消費電力　　　　　　　　3.5.6　寿命 　４．将来展望 　　4.1　超高感度 　　4.2　高精細 　　4.3　広ダイナミックレンジ 　５．おわりに 第２章　赤外線センサ　　　澤田和明 　１．はじめに 　２．原理 　３．センシング特性 　　3.1　センサ構造 　　3.2　赤外線照射特性 　　3.3　引き出し電圧依存性 　　3.4　チョッピング駆動特性と電荷供給機構 　　3.5　放出電子のMCPによる増倍と画像化検討 　４．おわりに

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