(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸長方向が揃った複数の細孔を有する多孔質部材と、該細孔の底部側に配された導電部材と、該細孔に挿入された針状の電極部材とを含み、針状の電極部材が導電部材と電気的に接続されてなる電子放出素子において、
上記多孔質部材の水和物を含んでなり、上記針状の電極部材を一定方向に配列した状態で固定し、かつ、この細孔を封鎖する封孔部材を含んでなることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
上記導電部材より電気抵抗率が高い電気抵抗部材をさらに備えてなり、
上記導電部材と針状の電極部材とが、上記電気抵抗部材を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】
上記多孔質部材がアルミナ膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
上記針状の電極部材がカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１ないし３の何れか一項に記載の電子放出素子。
【請求項５】
多孔質部材が有する伸長方向が揃った複数の細孔内に針状の電極部材を挿入する工程と、次いで、
上記複数の細孔を封鎖する封孔処理を行うことにより、上記針状の電極部材を一定方向に配列した状態で固定する工程と、を含んでなり、
上記封孔処理が、加圧水蒸気、または温水を用いて多孔質部材の表面に水和物を形成する処理であることを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項６】
上記封孔処理に次いで、多孔質部材の加熱処理を行う工程を含んでなることを特徴とする請求項５に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の複数の電子放出素子と、
上記複数の電子放出素子から放出された電子により画像を形成する画像形成部と、を含んでなることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界放出の原理に基づき電子を放出し、薄型表示装置（画像表示装置）等の構成部材として用いられる電子放出素子（電子源アレイなど）、その製造方法、及びこの電子放出素子を用いた画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電界放出型の電子源（電子放出素子）の研究、開発が盛んに行われている。この電子源を用いた薄型表示装置は自発光型であるために、液晶表示装置のようにバックライトを装着する必要がなく、原理的にＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）  と同等の見やすさ、明るさが得られる。さらには、この電子源の微細性を活かした非常に高精細な表示装置を実現できる可能性がある。
【０００３】
電界放出型の電子源としては、蒸着法で形成された高融点金属材料を用い、Ｃ．  Ａ．  Ｓｐｉｎｄｔらにより開発された円錐形状の電子源（ＵＳＰ３，６６５，２４１）等が良く知られている。しかし、これを大型の表示装置等に用いるべく大面積の電子源アレイとすれば、その製造方法に起因する理由により形状のバラツキが多くなり、電子源としての均一性や信頼性の点で問題が生じる。
【０００４】
一方、電界放出型の他の電子源として、低電界の印加で電子を放出する新規の電子放出材料を採用したものも研究されている。これら新規の電子放出材料には、種々の材料からなる超微粒子状物質、あるいは微細繊維状物質があり、中でも、炭素系の材料が盛んに研究されている。特に、遠藤らの解説（固体物理：Ｖｏｌ．１２，  Ｎｏ．１，  １９７７  ：  株式会社アグネ技術センター発行）等に記載の、気相成長法によるナノメーターオーダーの炭素繊維、あるいは飯島らにより確認されたアーク放電法によるカーボンナノチューブ（Ｎａｔｕｒｅ，３５４，５６，１９９１）  等は、グラファイトを丸めた円筒形の物質であり、電子源用としても優れた特性を有する材料として非常に期待されている。また、カーボンナノチューブからの電界放出に関しては、Ｒ．  Ｅ．  Ｓｍａｌｌｅｙ  ら（Ｓｃｉｅｎｃｅ，２６９，１５５０，１９９５）  、及び  Ｗ．  Ａ．  ｄｅ  Ｈｅｅｒら（Ｓｃｉｅｎｃｅ，２７０，１１７９，１９９５）  の研究グルーブ等による報告がある。
【０００５】
電子源用の材料としてカーボンナノチューブを用いた表示装置は、例えば特開２０００−９０８１３号公報に記載されている。本技術は、導電層（カソード電極）上に、カーボン材料（例えばカーボンナノチューブ）を主成分とする電子放出物質を固着材（ビークル）にて固着させる方法であり、電子を効率的に放出可能な安定性の高い電子放出素子を低製造コストで提供することを目的としている。この表示装置は、図１２に模式的に示すように、ガラス基板１１０、ガラス基板１１０上に格子状に配された絶縁層１１４、絶縁層１１４により取り囲まれたガラス基板１１０上の領域に配されたクロム電極（第一の電極：カソード電極）１１１、クロム電極１１１上に形成された電子放出部（エミッタ電極）１１６、絶縁層１１４上に配されたアルミニウム電極（第二の電極：アノード電極）１１５、及び、クロム電極１１１・アルミニウム電極１１５間に電圧を印加する電源、を含んでなる。
【０００６】
図１２に示す電子放出部１１６は、カーボン材料、例えばカーボンナノチューブを主成分とする電子放出物質１１３を含んで構成される。より具体的には、電子放出物質１１３を分散媒中に分散させ、クロム電極１１１上に設けた固着材（図示せず）にスピナーなどにより塗布し、乾燥させることにより形成される（従来方法１と称する）。この構造では、電子放出物質１１３がクロム電極１１１上の固着材により強固に固定されているので、クロム電極１１１との接触抵抗が小さくなり、低電圧でより多くの電子を安定に放出可能な電子放出素子を提供可能とする。
【０００７】
その他にカーボンナノチューブを用いて電子放出素子を形成する方法として、例えば、特開２０００−１００３１２号公報には、針状の電極部材であるカーボンナノチューブを固着材（ビークル）に混入し、次いで、その混合液を凹凸構造を有するカソード電極層に滴下または塗布し、乾燥させることにより電子放出素子を形成する方法、等が開示されている（従来方法２と称する）。
【０００８】
また、特開２０００−２５１６１４号公報には、ＶＩＩＩ族元素及びＩ族元素からなる群より選択された元素の化合物とカーボンナノチューブとを含む電着液に、カソード導体（負電極）を含むカソード基板と正電極とを浸漬して電圧を印加し、電着形成された上記元素を含む層（電着層）を介してカーボンナノチューブをカソード導体に固着させ、電子放出素子を形成する方法、等が開示されている（従来方法３と称する）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来方法１は、電子放出素子やこれを備えた表示装置を低コストで製造可能とするが、電子放出物質１１３であるカーボンナノチューブの先端がガラス基板１１０に垂直な方向を向く（すなわち、電子放出方向に配向する）確率が低くなるという課題を有する。これは、カーボンナノチューブの形状が一軸性に近いので、分散媒中に分散させてスピナー等で塗布を行うと、遠心力の影響を強く受けるためである。また、たとえ、ガラス基板１１０に垂直に配向するカーボンナノチューブが存在しても、この配向を保持する保持部材がないので、固着材が乾燥するまでの間に配向が乱れるという課題を有する。これより、低電圧で電子を安定に放出する電子放出素子を製造することが困難となる。
【００１０】
一方、上記従来方法２では、カソード電極層に凹凸構造を設けることで、塗布されたカーボンナノチューブ（針状の電極部材）の配向に規則性を与えるようになっている。しかし、凹凸構造の凸部は針状であり、例えば、凹部の深さがカーボンナノチューブの長さより大きく、凸部頂部の幅がカーボンナノチューブの長さより小さくなるという複雑な形状となっており、本構造を作製することは容易ではない。また、凸部に固着されるカーボンナノチューブの数および向きは、カーボンナノチューブ・固着材の混合液の塗布工程に依存するので、各凸部でのカーボンナノチューブの固着状態は一定とならず、再現性がとれないという課題を有している。これより、電子放出特性が均一かつ安定である電子放出素子を形成することがやはり困難となる。
【００１１】
また、上記従来方法３では、電着時の電流密度のバラツキなどが原因となって電着層の膜厚を一定に制御することが容易ではなく、この結果、カーボンナノチューブの先端をカソード基板と垂直方向に配向させて固着することは困難となる。さらに、カーボンノチューブを固着する金属元素（電着層）の電着と、カーボンナノチューブの誘引とが同時に行われるので、カーボンナノチューブの先端の向きがカソード基板と垂直な方向（電子放出方向）ではない状態で固着される虞がある。つまり、従来方法３では、電子放出特性が均一かつ安定である電子放出素子を形成することは困難であり、製造歩留まりが低くなるという課題を有する。
【００１２】
また、上記従来方法１〜３を用いて製造された電子放出素子ではいずれも、カーボンナノチューブなどの電子放出物質全体が露出しており、例えば、化学的、物理的な要因により電子放出物質の特性が劣化したり、その配向が乱れやすくなる虞があった。
【００１３】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、配列方向が揃った針状の電極部材をエミッタ電極として有し、電子放出特性の均一性に優れた電界放出型の電子放出素子、電子放出素子の効率的な製造方法、及び、電子放出素子を備えてなる画像表示装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる電子放出素子は、上記の課題を解決するために、伸長方向が揃った複数の細孔を有する多孔質部材と、該細孔の底部側に配された導電部材と、該細孔に挿入された針状の電極部材とを含み、針状の電極部材が導電部材と電気的に接続されてなる電子放出素子において、上記針状の電極部材を一定方向に配列した状態で固定し、かつ、この細孔を封鎖する封孔部材を含んでなることを特徴としている。
【００１５】
上記の構成によれば、エミッタ電極となる上記針状の電極部材が、一定方向（細孔の伸長方向：電子放出方向）に配列し、さらに、この配列状態を保持するべく封孔部材を介して細孔内に固定されているので、信頼性がより高く、また電子放出特性の均一性に優れた電子放出素子を提供することが可能となる。加えて、封孔部材により細孔が封鎖されているので、例えば、化学的、物理的な要因により、多孔質部材、針状の電極部材、導電部材（カソード電極となる）などの構成が劣化する虞や、針状の電極部材の配向性が低下する虞も大幅に低減される。
【００１６】
本発明にかかる電子放出素子は、上記の構成において、上記封孔部材が、上記多孔質部材の水和物を含んでなることがより好ましい。
【００１７】
多孔質部材の水和物からなる封孔部材は、例えば、針状の電極部材を細孔内に挿入した後に、加圧水蒸気または温水を用いた処理を行うことで容易に形成できる。よって、上記電子放出素子を効率的に製造可能となる。また、この封孔部材は細孔の一部構成から形成したもの（細孔の孔壁表面に形成されたもの）であるので、別途、封孔部材を形成する場合のように細孔の孔壁と封孔部材との固着性などを考慮する必要がなくなり、電子放出素子を効率的に製造可能となる。
【００１８】
本発明にかかる電子放出素子は、さらに、上記導電部材より電気抵抗率が高い電気抵抗部材をさらに備えてなり、上記導電部材と針状の電極部材とが、上記電気抵抗部材を介して電気的に接続されている構成であってもよい。
【００１９】
上記の構成によれば、多孔質部材の細孔に挿入された各々の針状の電極部材は、上記電気抵抗部材（抵抗層）を介して導電部材（カソード電極となる）に並列に接続される。そのため、針状の電極部材からの放出電流にともなう抵抗層での電圧降下により電子放出特性が緩和される。よって、例えば、大面積の電子放出素子を形成した場合にもその電子放出を均一化、安定化させることができる。
【００２０】
また、伸長方向が揃った複数の細孔（貫通孔）を容易に形成可能であるという観点から、上記多孔質部材はアルミナ膜、特にアルミニウムを陽極酸化してなるアルミナ膜であることがより好ましい。アルミナ膜は、細孔径や細孔の分布密度の均一性、および再現性が非常に高く、そのような細孔内にカーボンナノチューブなどの針状の電極部材を挿入・配列すれば、電子放出特性が良好で、かつ均一性により優れた電子放出素子を構成することができる。また、陽極酸化条件により細孔の分布密度を適宜変更可能であり、電子放出素子からの電子放出密度を容易に調整することができる。
【００２１】
さらに、上記針状の電極部材はカーボンナノチューブであることがより好ましい。カーボンナノチューブは、比較的低電界で電子を放出し、化学的に安定、かつ、別途、安価に大量生産され得る材料であるので、電子放出特性が良好で、均一性に優れ、かつ生産性に優れた電子放出素子を容易に提供可能となる。
【００２２】
本発明にかかる電子放出素子の製造方法は、上記の課題を解決するために、多孔質部材が有する伸長方向が揃った複数の細孔内に針状の電極部材を挿入する工程と、次いで、上記複数の細孔を封鎖する封孔処理を行うことにより、上記針状の電極部材を一定方向に配列した状態で固定する工程と、を含んでなることを特徴としている。
【００２３】
上記の方法によれば、複数の細孔を封鎖する封孔処理を行うと同時に、封孔処理により形成された封孔部材により針状の電極部材が細孔内に固定されるので、化学的、物理的な要因により、多孔質部材、針状の電極部材、導電部材（カソード電極）などの構成が劣化する虞や、針状の電極部材の配向性が低下する虞が大幅に低減されてなる電子放出素子をより効率的に（優れた生産性かつ低コストで）製造可能となる。
【００２４】
なお、上記多孔質部材は、導電部材（カソード電極）と一体化された状態、すなわち、多孔質部材の有する細孔の底部側に導電部材が一体的に配された状態で封孔処理に供されてもよく、場合によっては、封孔処理により針状の電極部材が固定された多孔質部材に、導電性ペーストなどを用いて導電部材を貼り付けてもよい。
【００２５】
また、上記封孔処理が、加圧水蒸気、または温水を用いて多孔質部材の表面に水和物を形成する処理であれば、この処理が容易となるのでより好ましい。なお、「多孔質部材の表面」には、多孔質部材が有する細孔の孔壁も含まれ、ここに多孔質部材の水和物が形成されることで、細孔が封鎖されるとともに、針状の電極部材が固定される。
【００２６】
また、上記加圧水蒸気とは常圧（１気圧）を超える水蒸気であればよいが、封孔効果や生成する水和物の安定性を考慮して、３気圧〜６気圧の範囲内にある加圧水蒸気であることがより好ましい。また、上記温水とは常温（２０℃）を超え、上記水和物が生成可能な温度の水であればよいが、封孔効果や生成する水和物の安定性を考慮して、８０℃以上の温水（高温水）であることがより好ましく、沸騰水であることが特に好ましい。
【００２７】
本発明にかかる電子放出素子の製造方法は、さらに、上記封孔処理に次いで、多孔質部材の加熱処理を行う工程を含んでなることがより好ましい。
【００２８】
上記の方法によれば、多孔質部材中に含まれる、不要な水分（上記水和物が有する結晶水も含む）やガスを放出させることができる。これにより、例えば、上記加熱処理を経て製造された電子放出素子を用い、真空封止により画像表示装置を形成した場合に、多孔質部材からのガス（水蒸気含む）などの放出による真空度の低下を防ぐことができ、画像表示装置の信頼性をより高めることが可能となる。
【００２９】
本発明にかかる画像表示装置は、上記の課題を解決するために、複数の上記電子放出素子と、上記複数の電子放出素子から放出された電子により画像を形成する画像形成部と、を含んでなることを特徴としている。
【００３０】
上記の構成によれば、信頼性がより高く、また電子放出特性の均一性に優れた電子放出素子を備えてなり、良好な画像表示を行うことができる画像表示装置を提供することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図面に基づいて詳細に説明すれば以下の通りである。なお、本発明の範囲は、特にこの実施の形態の記載のみに限定されるものではない。
【００３２】
本実施の形態にかかる電界放出型の電子源アレイ（電子放出素子）１６は、アノード電極基板（図示せず）と対向配置して使用されるものであって、図１（ａ）・（ｂ）に示すように、支持基板１０と、金属材料や半導体材料などの導電性材料からなるカソード電極層（カソード電極：導電部材）１１と、該カソード電極層１１上に形成され、伸長方向が揃った複数の細孔１３を有する層状の保持部材（多孔質部材）１２と、該保持部材１２の有する複数の細孔１３内に先端部が保持部材１２から突出するように挿入され、エミッタ電極として機能する針状の電極部材（微細繊維状物質）１４と、を含んで構成されている。
【００３３】
また、図１（ｂ）に部分断面を示すように、保持部材１２の細孔１３には、細孔１３を封鎖する封孔部材１５が孔壁の一部構成として形成されており、細孔１３内に挿入された針状の電極部材１４は、封孔部材１５を介して孔壁に固定される。なお、針状の電極部材１４とカソード電極層１１との電気的な接続は、細孔１３の底部側で確保されており、また、封孔部材１５が導電性を有する場合には、封孔部材１５を介しても確保されている。
【００３４】
上記の保持部材１２は絶縁性材料（例えば、非導電性の金属酸化膜）からなり、電子源アレイ１６の使用時にアノード電極（図示せず）とカソード電極層１１とを電気的に隔離する絶縁膜として機能させてもよい。また、上記の複数の細孔１３は、保持部材１２の上面側（表面側）から下面側（細孔の底部側、すなわちカソード電極層１１側）にかけて略垂直に貫通し、かつ針状の電極部材１４を挿入可能な大きさに形成されている。つまり、電子源アレイ１６では、電子を放出する為の針状の電極部材１４はそれぞれ、その長手方向が細孔１３の伸長方向に沿うように挿入されており、また、細孔１３の伸長方向は略同一に揃っていることから、同一方向に配列（配向）したエミッタ電極を備えることとなる。よって電子放出効率のより優れた電子源アレイ１６を提供可能となる。
【００３５】
また、封孔部材１５により細孔１３が封鎖され、かつ、上記針状の電極部材１４が一定方向（細孔の伸長方向：電子放出方向）に配列した状態を保持して固定されるので、化学的、物理的な要因により、保持部材１２、針状の電極部材１４、カソード電極層１１などの構成が劣化する虞や、針状の電極部材１４の配向性が低下する虞が大幅に低減される。つまり、信頼性がより高く、また電子放出特性の均一性に優れた電子源アレイを提供することが可能となる。
【００３６】
尚、伸長方向が揃った複数の細孔１３を容易に形成可能で、かつ、細孔１３の径、及び細孔１３の分布密度の均一性、並びに再現性が非常に高いという観点から、上記保持部材１２は金属膜を陽極酸化してなる陽極酸化膜であることがより好ましく、中でもアルミナ膜が特に好ましい。
【００３７】
また、上記の針状の電極部材１４としては、エミッタ電極として使用可能な金属材料や半導体材料からなる針状物質、並びにカーボンナノチューブなどの一方向に伸長した針状の電極部材（電子放出部材）が挙げられ、特に化学的に安定であり、１．０Ｖ／μｍ程度の低電界の印加でも優れた電子放出効率を確保可能という観点から、カーボンナノチューブがより好適である。また、これら針状の電極部材１４の先端形状や寸法なども特に限定されるものではなく、エミッタ電極として最適な特性を有するように設計して製造すればよい。
【００３８】
また、封孔部材１５は、針状の電極部材１４が挿入された細孔１３を封鎖可能であり、かつ、この電極部材１４を固着する、または機械的に挟持する部材であればよいが、形成が容易であるという観点から、保持部材１２を加圧水蒸気、または、温水により封孔処理して生じる水和物を含んでなるものがより好ましい。また、この水和物は細孔の一部構成から生じるため、別途、封孔部材を形成する場合のように細孔の孔壁と封孔部材との固着性を考慮する必要がなくなり、電子源アレイを効率的に製造可能となる。なお、この水和物の形成方法については後述する。
【００３９】
以下に、電子源アレイ１６の製造方法の一例に関し、図面に基づいて説明を行う。図２（ａ）は、支持基板１０上にカソード電極層１１、金属膜２２を順次積層してなる積層基板を用い、金属膜２２を陽極酸化して、カソード電極層１１上に複数の細孔１３（図２（ｂ）参照）を有する陽極酸化膜２５（図１に示す保持部材１２に相当）を製造する工程の一例を示すものであり、図２（ｂ）は陽極酸化処理後の支持基板１０をその一面に垂直な平面で切断した部分断面形状を拡大して示すものである。なお、これらの図は陽極酸化膜の製造工程の概要を示すものであり、実際に使用する際には、生産性等を考慮して適切な構造の装置を構築すればよい。
【００４０】
陽極酸化膜２５を製造する際には、従来公知の方法を採用可能である。まず、支持基板１０上にカソード電極層１１、金属膜２２をそれぞれスパッタ法等の一般的な成膜方法で順次形成し、次いで、化成液２１で満たされた陽極酸化用容器２０内で、陽極酸化処理前の金属膜２２と、陽極酸化用の対向電極２３とをある一定間隔で対向させて配置する。続いて、カソード電極層１１が陽極で、対向電極２３が陰極となるように電源２４から電圧を印加すれば、支持基板１０（カソード電極層１１）上に、複数の細孔１３を有する陽極酸化膜２５（図２（ｂ）参照）が形成される。
【００４１】
形成される陽極酸化膜２５の厚さは、電子放出部に用いる針状の電極部材１４（図１参照）の大きさによって選定すればよく、針状の電極部材１４として数〜１０μｍ長さのカーボンナノチューブを用いる場合には、陽極酸化膜２５の厚さをおおよそ２〜５μｍ程度を目安に設定することが好ましい。これにより、細孔１３に挿入された針状の電極部材１４（図１参照）の先端部が確実に陽極酸化膜２５から突出し、エミッタ電極としての機能を十分に発揮することができる。
【００４２】
なお、化成液２１の種類は、陽極酸化される金属膜２２の組成や形成する陽極酸化膜２５の仕様などに応じて適宜選択すればよい。例えば、金属膜２２としてアルミニウム膜を用いる場合には、化成液２１として１０〜２０重量％の硫酸を一般的に用い、浴温を０〜１０℃程度に維持し、印加電圧を１０〜２０Ｖ程度として陽極酸化を行う。その他の化成液としては、シュウ酸、クロム酸、の水溶液等を用いることもできる。
【００４３】
このように、アルミニウムを陽極酸化することで、規則正しいアルミナのセル（陽極酸化膜２５に相当：通常は６角形で蜂の巣構造となる）ができ、その中央部に細孔１３が形成される。細孔１３の直径、深さ、ピッチ、等の形状制御は、印加電圧値、電圧印加時間、等の陽極酸化条件により設定でき、規則性、再現性が高い。なお、均一な細孔１３を形成することが容易であり、かつ経済的であるという観点から、陽極酸化処理が施される金属膜２２はアルミニウム膜であることが特に望ましいが、これに限定されるものではなく、半導体材料であるシリコン等を用いても構わない。
【００４４】
なお、カソード電極層１１が形成される上記支持基板１０の構成材料は、画像表示装置を構成する場合の真空封止方法、その他製造工程上の耐熱条件等を考慮して選定すればよく、例えば、ガラス基板等が好ましい。また、支持基板１０上にカソード電極層１１を形成する方法は特に限定されるものではないが、例えば、上記のように、電極材料として適当な材料をスパッタ法等を採用して均一な膜厚で成膜すればよい。さらに、カソード電極層１１と陽極酸化処理前の金属膜２２とは異なる金属材料で形成できるので、例えば、カソード電極層１１の構成材料には銅などの電気抵抗の比較的低い金属材料を用いるか、あるいは複数種の金属材料を積層した構造としてもよい。
【００４５】
カソード電極層１１、陽極酸化処理前の金属膜２２はいずれも支持基板１０上に形成されているので、各種リソグラフィー法を用いて所望の形状にパターニングすることができる。例えば、電子源アレイ１６（図１参照）を画像表示装置に使用する場合には、マトリクス状の電極を形成するために、支持基板１０上のカソード電極層１１や陽極酸化処理前の金属膜２２を複数のライン状にパターニングする等、目的に合わせて電極形状を決定すればよい。これにより、目的に合わせた所望のパターンを有するカソード電極層１１や陽極酸化膜２５が形成可能となる。
【００４６】
また、カソード電極層１１を所望の形状にパターニングした後に、金属膜２２を成膜及び陽極酸化して陽極酸化膜２５を形成し、この陽極酸化膜２５を所望の形状（カソード電極層と同じ形状でなくてもよい）にパターニングしてもよく、さらに他の例としては、カソード電極層１１と金属膜２２とを成膜し、次いで、金属膜２２を陽極酸化して得た陽極酸化膜２５を所望の形状にパターニングしてから、カソード電極層１１を所望の形状（ライン状など）にパターンニングしてもよい。すなわち、電子源アレイ１６（図１参照）の構成や用途に応じて成膜、パターニングのプロセスを組めばよい。
【００４７】
また、エミッタ電極として機能する針状の電極部材１４（図１参照）の製造方法は特に限定されるものではなく、従来公知のエミッタ電極の製造方法に従い、金属材料、半導体材料、炭素系材料などを一方向に伸長した針形状に成形すればよい。ここでは、針状の電極部材１４として、例えば、カーボンナノチューブを用いる場合を例に挙げて説明する。
【００４８】
カーボンナノチューブを製造する方法は特に限定されるものではないが、一例として、メタン、アセチレンなどの炭化水素ガスを、水素、アルゴン、窒素などから選択される不活性キャリアガスに同伴させて反応容器内に導入し、ニッケル、コバルト、鉄などの金属単体、またはそれらの合金であるインバーやステンレス、等の触媒作用を有する基板（触媒基板）を使用して、プラズマＣＶＤ法などで基板上に生成可能である。ここでは、プラズマＣＶＤ装置の反応容器内にメタンを２０ｓｃｃｍ（約３．３７７５×１０−２    Ｐａ・ｍ３  ・ｓ−１）、水素を８０ｓｃｃｍ（約１．３５１×１０−１    Ｐａ・ｍ３  ・ｓ−１）の流量で供給し、反応容器内の圧力を２．０Ｔｏｒｒ（約２６６Ｐａ）に維持し、印加電圧１６０Ｖ、処理時間３０分の条件の下、ニッケルと鉄との合金であるインバーを基板として使用し、この基板上に直線性の高いカーボンナノチューブを生成した。
【００４９】
続いて、図３（ａ）・（ｂ）を用いて、支持基板１０（カソード電極層１１）上に形成された陽極酸化膜２５の細孔１３に、カーボンナノチューブ３３を挿入する方法（電気泳動法）について説明する。なお、該図は針状の電極部材（カーボンナノチューブ３３）を挿入する工程の概要を示すものであり、実際に使用する際には、生産性等を考慮して適切な構造の装置を構築すればよい。さらに、図３（ａ）・（ｂ）では、カソード電極層１１及び陽極酸化膜２５が支持基板１０の一面側全体に形成されているが、電子源アレイの構成や目的に応じて所望の形状にパターニングされていてもよい。
【００５０】
まず、電気泳動用容器３０に入れたイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、アセトンなどの有機溶媒（分散媒）中、または適当な添加剤等を加えた純水（分散媒）中に、カーボンナノチューブ３３が生成した触媒基板（図示せず）を浸漬し、続いて超音波振動等を付与することでカーボンナノチューブ３３を分散媒中に十分に分散させて分散液３１を調製する。
【００５１】
続いて、支持基板１０（カソード電極層１１）上に形成された陽極酸化膜２５と電気泳動用の対向電極３２とを、一定間隔をおいて互いに対向するよう分散液３１中に浸漬し、カソード電極層１１を陰極、対向電極３２を陽極として、電源３４より電圧を印加する。カーボンナノチューブ３３は、電圧の印加により発生した電界方向（電気力線方向）に対しチューブ軸（チューブの長手方向）が平行となるよう、すなわちチューブの長手方向がカソード電極層１１に対して垂直な向きとなるように配向し、陰極であるカソード電極層１１に向って移動する（図３（ａ））。この結果、支持基板１０（カソード電極層１１）上に形成された陽極酸化膜２５の細孔１３にカーボンナノチューブ３３が挿入される（図３（ｂ））。
【００５２】
また、カーボンナノチューブが電界の印加により配向し、誘引される性質を利用した方法（電気泳動法）以外にも、磁界の印加により配向させ誘引する方法も採用可能である。この方法では、図４に示すように、上記分散液３１を入れた容器３０ａの底部にマグネット（磁界印加手段）４０を配し、マグネット４０から印加される磁界が、陽極酸化膜２５を貫きカーボンナノチューブ３３にまで達するようにカソード基板を浸漬する。なお、ここでカソード基板とは、支持基板１０、カソード電極層１１、および陽極酸化膜２５よりなる積層構造体であり、図４では、支持基板１０におけるカソード電極層１１、陽極酸化膜２５が形成されない面側に、マグネット４０を密着させている。
【００５３】
カーボンナノチューブ３３は、チューブ軸に対して垂直方向と平行方向とで磁化率に異方性を示し、これによりチューブ軸が磁力線に沿って配向する。つまり、カーボンナノチューブ３３の長手方向が磁力線と平行になる。また、ニッケル、コバルト、鉄などの金属単体、またはそれらの合金であるインバーや、ステンレス、などのような触媒を使用して、プラズマＣＶＤ法などで生成したカーボンナノチューブ３３はチューブ先端に触媒（磁性金属触媒）が残存し、この触媒がマグネット４０の磁界により引きつけられる。これにより、カーボンナノチューブ３３はチューブ先端の触媒を先頭にしてカソード電極層１１に向かって移動し、支持基板１０（カソード電極層１１）上に形成された陽極酸化膜２５の細孔１３内に挿入される（図３（ｂ）参照）。
【００５４】
また、図示しないが、電界と磁界との双方を印加して、針状の電極部材であるカーボンナノチューブを細孔内に挿入することもできる。つまり、図３（ａ）に示すような電気泳動装置の構成を用い、支持基板のカソード電極層が形成されない面側（カソード電極層の裏面側）にマグネットを配置して（図４参照）、電界と磁界とを同時に分散液に印加してもよい。エミッタ電極となる針状の電極部材の挿入方法は、その材料などにより適宜選択すればよく、また、磁界の印加方法は、特に上記方法に限定されるものではない。
【００５５】
上記いずれかの方法、またはその他の挿入方法を採用することで、カーボンナノチューブ３３は、その先端部を陽極酸化膜２５から突出させた状態で、細孔１３の伸長方向に沿って配列する（図３（ｂ））。これにより、カソード基板面（陽極酸化膜２５の表面）に垂直方向（電子放出方向）に方向の揃った複数のカーボンナノチューブ３３を電子放出部とする電界放出型の電子源アレイ１６（図１（ａ）参照）が構成される。尚、カーボンナノチューブ３３は細孔１３に挿入・保持されているので、電界または磁界の印加を中止しても、その配列は崩れることなく保持される。
【００５６】
さらに、上記構成を採用すれば、針状の電極部材として、別途、安価に大量生産可能な、電子放出特性が良い材料を選択することができるので、電子源アレイを低コストで製造可能となる。例えば、カーボンナノチューブ等の針状の電極部材を用いて電子源アレイが作製可能となり、陽極酸化膜等に形成された細孔内にこの針状の電極部材を配列させることが可能である。また、大型の画像表示装置に用いるために大面積の電子放出素子を形成する場合にも、針状の電極部材が電子放出方向に配列されているために電子放出特性の均一性が高い。
【００５７】
加えて、電界または磁界の少なくとも一方を印加することで、細孔内に針状の電極部材を挿入するため、電子源アレイ作製工程で真空プロセスを用いる必要がなく、生産性に優れる。
【００５８】
さらに、カーボンナノチューブ等の針状の電極部材と、これを支持する電子源アレイの基体部分とは別工程で製造されるため、上記電子源アレイの基体部分の特性（耐熱性）などに制限されることなく、針状の電極部材を最良の条件で製造可能となる。例えば、カーボンナノチューブの場合、プラズマＣＶＤ法による生成では基板上の温度を約６００℃、その黒鉛化処理を２８００℃程度の高温で行うことで、エミッタ電極として良質なものを形成することができる。これにより、電子源アレイ作製時には、針状の電極部材の特性を改善する工程をさらに追加する必要がなくなり、例えば、この工程の温度をより低温化させることができ、電子源アレイを構成する基板（支持基板）等を耐熱性の低いより安価な材料で構成することが可能となる。
【００５９】
続いて、陽極酸化膜２５の耐食性を向上させるため、細孔１３を封鎖する封孔処理を行い、同時に、陽極酸化膜２５の細孔１３に挿入されたカーボンナノチューブ（針状の電極部材）３３をより安定的に固定する（図３（ｂ）、図５参照）。封孔処理の方法は特に限定されないが、加圧水蒸気による封孔処理及び温水による封孔処理が代表的である。前者は、ワーク（陽極酸化膜２５）を密閉耐圧容器内に入れ、常圧（１気圧）を超える水蒸気、より好ましくは３〜６気圧の水蒸気で処理して封孔する方法であり、後者は常温（２０℃）を超える温水、より好ましくは８０℃以上の温水（高温水）、特に好ましくは沸騰水にワーク（陽極酸化膜２５）を浸漬して封孔する方法である。いずれの封孔処理を行う場合でも、処理時間は、望まれる封孔処理の程度、陽極酸化膜２５の材質などに応じて決定すればよく、通常は数十分程度に設定される。また、封孔効果は、加圧水蒸気による封孔処理がより優れているが、封孔処理を行う際の設備が比較的簡素でよい点や、操作性が容易である点で、電子源アレイの製造工程では、自動化に向く高温水による封孔処理がより好ましい。以下、温水による封孔処理の一例につき具体的に説明する。
【００６０】
まず、水の蒸発を防止する為の開閉容易な蓋が付いた容器内に、イオン交換処理をしたｐＨ６〜９程度（中性〜やや中性に近い程度）の沸騰した純水を用意する。次いで、細孔１３にカーボンナノチューブ（針状の電極部材）３３が挿入された陽極酸化膜２５、より具体的には、図３（ｂ）に示す積層構造体を、沸騰した純水中に約３０分程度浸漬させる。これにより、陽極酸化膜２５の表面（孔壁を含む）が水和反応を起こし、孔壁に封孔部材（多孔質部材の水和物）１５が形成されて細孔１３を封孔する。同時に、孔壁の成長（封孔部材１５の形成）により、カーボンナノチューブ３３が孔壁（封孔処理後の水和物１５を含む）に挟持された状態で固定される（図５参照）。
【００６１】
使用される温水の種類は特に限定されるものではないが、塩素イオン、フッ素イオン、銅イオンなどの封孔効果を低下させるイオンを含まないものであることがより好ましい。従って、塩素イオンなどを含む水道水と比較して、イオン交換処理により得られる脱イオン水や、蒸留により得られる蒸留水、などの純水がより好適に使用される。一方、アンモニア、酢酸ニッケル、酢酸コバルトなどの封孔剤を、純水中に適量添加すると、封孔効果が高められるのでより好ましい。また、封孔処理に用いる温水の温度は、常温（２０℃）を超え、水和物（封孔部材１５）が形成可能な温度であれば特に限定されないが、化学的に安定した水和物が確実に形成されるという観点から８０℃以上であることがより好ましく、特に好ましくは沸騰水、すなわち１気圧下で１００℃程度の高温水を使用する。
【００６２】
なお、本実施の形態において「多孔質部材（陽極酸化膜２５）の水和物」とは、多孔質部材を組成する少なくとも一元素または一化合物の水和物であればよい。例えば、多孔質部材（図５に示す陽極酸化膜２５）がアルミナ（Ａｌ２  Ｏ３  ）である場合、８０℃以上の高温水や加圧水蒸気を用いて封孔処理を行えば、上記水和物としてベーマイト（Ａｌ２  Ｏ３  ・Ｈ２  Ｏ）が形成される。なお、８０℃未満の温水を使用して上記封孔処理を行った場合には、化学的に不安定なバイヤライト（Ａｌ２  Ｏ３  ・３Ｈ２  Ｏ）が形成されるため、以下に説明する「加熱処理」を行い結晶水の一部または実質的に全部を放出させることが特に好ましい。
【００６３】
陽極酸化膜（多孔質部材）２５が有する細孔１３に対し封孔処理を行うことで、カーボンナノチューブ（針状の電極部材）３３は、細孔１３の孔壁（封孔処理にて生成した封孔部材（水和物）１５を含む）にて確実に固定され、また、カソード電極層１１と電気的に接続されているので、信頼性並びに電子放出特性の均一性が高い電子源アレイを提供可能となる（図５参照）。
【００６４】
また、封孔処理を施すことで、細孔１３に挿入されたカーボンナノチューブ３３が確実に固定されるのみならず、陽極酸化膜２５などの耐食性が向上し、加えてガスなどによる汚染に対しても強くなる。すなわち、化学的、物理的な要因により、多孔質部材、針状の電極部材、導電部材（カソード電極）などの構成が劣化する虞や、針状の電極部材の配向性が低下する虞が大幅に低減されてなる電子放出素子をより効率的に製造可能となる。
【００６５】
さらに、細孔１３が封孔されるので、陽極酸化膜２５からのガスなどの放出量が低減する。よって、得られた電子源アレイ１６を用い、真空封止をして形成した画像表示装置において、陽極酸化膜２５からのガス放出による真空度の低下を防ぐことができるので、信頼性の高い画像表示装置を提供可能となる。
【００６６】
加えて、カーボンナノチューブ３３が封孔部材１５により孔壁に固定されているので、たとえ、細孔１３内に挿入されずに陽極酸化膜２５上に付着したカーボンナノチューブ３３が存在しても、超音波処理等で容易に除去可能となる。
【００６７】
また、必要に応じて、上記封孔処理に次いで多孔質部材の加熱処理を行い、多孔質部材に含まれる水分（上記水和物が有する結晶水を含む）やガスを放出させてもよい。加熱処理の温度は特に限定されるものではないが、４００℃〜６００℃の範囲内であることが、処理の効率上より好ましい。
【００６８】
なお、上記陽極酸化膜（多孔質部材）２５は、カソード電極層（導電部材）１１と一体化された状態、すなわち、陽極酸化膜２５の有する細孔１３の底部側にカソード電極層１１が一体的に配された状態（図３（ｂ）参照）で封孔処理に供されてもよく、場合によっては、封孔処理により針状の電極部材が固定された多孔質部材に、導電性ペーストなどを用いて導電部材を貼り付けてもよい。ここで導電性ペーストとは、例えば、フリットガラスなどのバインダ、溶剤、及び添加剤の混合物（接着性混合物）中に、各種金属微粒子などの導電性粒子を分散してなり、所定温度以上に昇温し、冷却することで硬化するものが挙げられる。
【００６９】
図６に部分断面として示すように、本発明にかかる電界放出型の電子源アレイ（電子放出素子）１６は、支持基板１０上に、カソード電極層１１と、金属膜（図示せず）を陽極酸化してなる陽極酸化膜２５とがこの順に積層されている。陽極酸化膜２５は伸長方向の揃った複数の細孔（図示せず）を有し、カーボンナノチューブ（針状の電極部材）３３を保持する保持部材を構成する。この細孔にはカーボンナノチューブ３３が挿入され、各カーボンナノチューブ３３はその先端部が陽極酸化膜２５から突出し、かつ、カソード基板（支持基板１０、カソード電極層１１、及び陽極酸化膜２５からなる積層構造体）と略垂直方向（電子放出方向）に配列して固定されている。
【００７０】
エミッタ電極となるカーボンナノチューブ３３から実際に電子を放出させる場合には、例えば、真空環境下で、所定の間隔をおいて、アノード電極層（アノード電極）５０を電子源アレイ１６に対向配置し、アノード電極層５０とカソード電極層１１との間に所定の電圧を印加すればよい。針状の電極部材としてカーボンナノチューブ３３を採用した場合には、真空中で、カソード電極層１１とアノード電極層５０とを約１ｍｍの距離を離して対向配置し、両電極層間に１ｋＶ程度の電圧を印加して、平行平板換算で１Ｖ／μｍ程度の電界を発生させると、カーボンナノチューブ３３の先端から電子放出を開始する。
【００７１】
なお、本発明にかかる電子放出素子の用途は特に限定されるものではなく、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などの表示用デバイス、光源、各種陰極線管、電子銃などの電界放出型エミッタ素子として使用可能である。
【００７２】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、上記実施の形態１に記載のものと同一の構成、機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７３】
本実施の形態にかかる電子源アレイ１６ａは、図７にその部分断面を示すように、図５に示す電子源アレイ１６において、カソード電極層１１より電気抵抗率が高い抵抗層（電気抵抗部材）６０をさらに設け、カーボンナノチューブ（針状の電極部材）３３とカソード電極層１１とが抵抗層６０を介して電気的に接続されている構成である。
【００７４】
より具体的には、支持基板１０上に、カソード電極層１１、抵抗層６０、及び金属膜（図示せず）を陽極酸化してなる陽極酸化膜２５がこの順に積層されている。陽極酸化膜２５は伸長方向の揃った複数の細孔（図示せず）を有し、カーボンナノチューブ（針状の電極部材）３３を保持する保持部材を構成する。この細孔にはカーボンナノチューブ３３が挿入され、各カーボンナノチューブ３３はその先端部が陽極酸化膜２５から突出し、かつ、カソード基板（支持基板１０、カソード電極層１１、抵抗層６０、及び陽極酸化膜２５からなる積層構造体）と略垂直方向（電子放出方向）に配列して固定されている。
【００７５】
カソード電極層１１、抵抗層６０などが形成される支持基板１０の構成材料は、実施の形態１と同様に、画像表示装置を構成する場合の真空封止方法、その他製造工程上の耐熱条件等を考慮して選定すればよく、例えば、ガラス基板等が好ましい。また、支持基板１０上にカソード電極層１１を形成する方法は特に限定されるものではないが、例えば、電極材料として適当な材料をスパッタ等で均一な膜厚に成膜すればよい。
【００７６】
抵抗層６０は、カソード電極層１１上に形成され、導電性は有するが、少なくともカソード電極層１１より電気抵抗率が高い層である。また、抵抗層６０は、電子源アレイ１６ａの使用上必要な所定の導電性を有する限りにおいては、できうる限り電気抵抗率の高い材料で形成することが好ましい。
【００７７】
例えば、カソード電極層１１が良導体の金属材料からなる電極層である場合、各種半導体材料や金属酸化物にて抵抗層６０を形成すればよい。一例として、スパッタ法等で成膜したシリコン層を抵抗層６０として用いれば、抵抗層６０は、カーボンナノチューブ３３とカソード電極層１１との間の電気的な抵抗層としてのみならず、陽極酸化膜２５形成時（陽極酸化処理時）の酸化を止めるストップ層としての機能も兼ねられる。抵抗層６０の材料としては、シリコン以外に、例えば、シリコン炭化物、シリコン窒化物、シリコン酸化物などのシリコン系化合物やこれらの複合物、または、ＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）やＳｎＯ２  （二酸化錫）などの金属酸化物が挙げられる。
【００７８】
陽極酸化膜２５としては、抵抗層６０上にスパッタ法などで成膜したアルミニウム膜を、例えば、実施の形態１に記載の方法で陽極酸化して得たアルミナ膜が好適に使用される。なお、実施の形態１に記載の通り、アルミナ膜では、形成される細孔の径や分布密度の均一性、及び再現性が非常に高くなる。
【００７９】
陽極酸化膜２５には、図７に示すように、細孔１３が形成されており、上記実施の形態１に記載の方法（図３（ａ）または図４参照）により、細孔１３にカーボンナノチューブ３３を挿入し、このカーボンナノチューブ３３をカソード基板と実質的に垂直方向（電子放出方向）に配列させて電子源アレイ１６ａを構成する。針状の電極部材として、例えばカーボンナノチューブ３３を採用した場合、電子源アレイ１６ａの電子放出の開始条件などは、抵抗層６０があっても上記実施の形態１に記載の通りであり、詳細な説明は省略する。
【００８０】
また、陽極酸化膜２５に対し、上記実施の形態１に記載の封孔処理を施すことで、封孔部材（ここでは、少なくとも水和物を含んでいる孔壁）１５でカーボンナノチューブ（針状の電極部材）３３を固定する。これにより、化学的、物理的な要因で、陽極酸化膜２５、カーボンナノチューブ３３、カソード電極層１１などの構成が劣化する虞や、カーボンナノチューブ３３の配向性が低下する虞が大幅に低減されてなる電子源アレイ１６ａをより効率的に製造可能となる。
【００８１】
加えて、カーボンナノチューブ３３が封孔部材１５により孔壁に固定されているので、たとえ、細孔１３内に挿入されずに陽極酸化膜２５上に付着したカーボンナノチューブ３３が存在しても、超音波処理等で容易に除去可能となる。
【００８２】
また、カーボンナノチューブ３３とカソード電極層１１との間に抵抗層６０が挿入されることで、カソード電極層１１とエミッタ電極（カーボンナノチューブ等の針状の電極部材）とが抵抗層６０を介して並列に接続されていることになる。これにより、エミッタ電極（カーボンナノチューブ３３）からの放出電流にともなう抵抗層６０での電圧降下が生じて電子放出特性が緩和され、大面積の電子源アレイを形成した場合にも電子放出を均一化、安定化させることができる。
【００８３】
尚、実施の形態１で記載したように、カソード電極層１１の構成材料には銅などの電気抵抗の比較的低い金属材料を用いるか、あるいは複数種の金属材料を積層した構造としてもよい。
【００８４】
また、カソード電極層１１、抵抗層６０、陽極酸化処理前の金属膜（図示せず）はいずれも支持基板１０上に形成されているので、各種リソグラフィー法を用いて所望の形状にパターニングすることができる。例えば、電子源アレイ１６ａを画像表示装置に使用する場合には、マトリクス状の電極を形成するために、支持基板１０上のカソード電極層１１、抵抗層６０や陽極酸化処理前の金属膜を複数のライン状にパターニングする等、目的に合わせて電極形状を決定すればよい。これにより、目的に合わせた所望のパターンを有するカソード電極層１１、抵抗層６０、及び陽極酸化膜２５が形成可能となる。
【００８５】
また、カソード電極層１１を所望の形状にパターニングした後に抵抗層６０および金属膜を成膜し、次いで、金属膜を陽極酸化して陽極酸化膜２５を形成し、さらに、抵抗層６０や陽極酸化膜２５を所望の形状（カソード電極層１１と同じ形状でなくてもよい）にパターニングしてもよい。すなわち、電子源アレイ１６ａの構成や用途に応じて成膜、パターニングのプロセスを組めばよい。
【００８６】
さらに、電子源アレイ１６ｂのように、陽極酸化膜２５の各々の細孔１３内（底部）に、抵抗層（電気抵抗部材）６０ａを形成してもよい（図８参照）。抵抗層６０ａを細孔１３内に形成する場合には、Ａｌ２  Ｏ３  （アルミナ；酸化アルミニウム）、ＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）、ＳｎＯ２  （二酸化錫）などの金属酸化物の微粒子を材料とし、この微粒子を適切な添加材を混入した純水（分散媒）中、または、エチルアルコールなどのアルコール類に代表される溶媒（分散媒）中に分散させ、電着法などの電界析出技術により、細孔１３の底部に堆積させればよい。
【００８７】
上記の構成では、エミッタ電極となるカーボンナノチューブ３３の各々に対応して抵抗層６０ａが設けられているので、各カーボンナノチューブ３３からの放出電流にともなう各抵抗層６０ａでの電圧降下によって、カーボンナノチューブ１本１本の電子放出特性（電子放出のし易さ）のバラツキとは無関係に電子放出特性が緩和される。よって、図７に示すように陽極酸化膜２５の下に一枚の抵抗層６０が形成されている構成と比較して、電子放出特性の均一性、安定性がよりいっそう向上する。
【００８８】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、上記実施の形態１・２に記載のものと同一の構成、機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８９】
本実施の形態にかかる電子源アレイ１６ｃ・１６ｄは、図９（ａ）・（ｂ）にその部分断面を示すように、上記実施の形態１・２に示す電子源アレイ１６・１６ａ・１６ｂとは異なり、カーボンナノチューブ（針状の電極部材）３３の固定強度を更に増すために、低融点金属材料層７０が陽極酸化膜２５の各細孔１３内に形成されている点である。
【００９０】
例えば、図９（ａ）に示す電子源アレイ１６ｃは、実施の形態１に示す電子源アレイ１６の製造工程において、細孔１３を有する陽極酸化膜２５を製造する工程に引き続き、細孔１３の底部（カソード電極層１１上）に低融点金属材料層７０を形成する工程を追加し、次いで、細孔１３内にカーボンナノチューブ３３を挿入し、封孔処理を行うことにより製造される。また、図９（ｂ）に示す電子源アレイ１６ｄでは、実施の形態２に示す電子源アレイ１６ｂの製造工程において、陽極酸化膜２５の有する各細孔１３内（カソード電極層１１上）に抵抗層６０ａを形成する工程に引き続き、各抵抗層６０ａ上に低融点金属材料層７０を形成する工程を追加し、次いで、細孔１３内にカーボンナノチューブ３３を挿入し、封孔処理を行うことで製造される。なお、図７に示す電子源アレイ１６ａのように、陽極酸化膜２５の下に抵抗層６０が形成されている場合には、細孔１３の底部（抵抗層６０上）に低融点金属材料層７０を形成すればよい。
【００９１】
陽極酸化膜２５の細孔１３内に低融点金属材料層７０を形成する方法としては、例えば、電気メッキ法などが挙げられる。また、低融点金属材料層７０は、後工程で加熱して一旦融解（溶融）させ、続いて硬化（冷却固化）することで、カーボンナノチューブ（針状の電極部材）３３を固定するために形成されるので、支持基板１０の構成材料、あるいはカソード電極層１１の構成材料等の、他の構成要素に比較して低融点であることを基準に構成材料を選定すればよい。一般的には、低融点金属材料層７０を形成するための金属材料として、インジウム（融点約１５６．６℃）、錫（融点約２３２℃）、亜鉛（融点４１９．６℃）などが好適に用いられる。
【００９２】
例えば、カソード電極層１１の構成材料としてアルミニウム（例えば、アルミニウムを陽極酸化した時の非酸化部）（融点６６０．４℃）を使用する場合、低融点金属材料層７０を錫（融点約２３２℃）などで形成すれば、大気中ではカソード電極層１１であるアルミニウムの融点以下の温度で融解させることができる。また、環境条件により低融点金属材料が融解可能な温度で加熱すれば良い。
【００９３】
そして、低融点金属材料層７０を加熱して低融点金属材料を一旦融解させ、次いで硬化させることによりカーボンナノチューブ（針状の電極部材）３３を固定することができる。さらに、細孔１３を封鎖する封孔処理を施すことで、カーボンナノチューブ３３の固定強度が向上し、信頼性のより高い電子源アレイ１６ｃ・１６ｄを提供することができる。
【００９４】
低融点金属材料層７０を形成する方法は特に限定されるものではないが、化学メッキ法、電着法、等の方法を採用して細孔１３内に形成してもよく、また、陽極酸化膜２５上に低融点金属材料をコートし融解させ、低融点金属材料を細孔１３内に注入して形成してもよく、さらには、陽極酸化膜２５上に低融点金属材料をコートし、陽極酸化膜２５上の表面にある低融点金属材料のみをエッチングして取り除き、細孔１３内のみに低融点金属材料層７０を形成してもよい。
【００９５】
また、支持基板１０やカソード電極層１１の構成材料、陽極酸化処理前の金属膜の材料、陽極酸化処理方法、並びにカーボンナノチューブ（針状の電極部材）３３の挿入方法については、上記実施の形態１・２に記載の通りであり、詳細な説明は省略する。さらに、カソード電極層１１や陽極酸化膜２５などのパターン形状についても上記実施の形態１・２に記載の通りであり、電子放出素子の用途や目的に応じて最適な形状とすればよい。
【００９６】
〔実施の形態４〕
本発明の他の実施の形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、上記実施の形態１〜３に記載のものと同一の構成、機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９７】
本発明にかかる電界放出型の電子源アレイ（電子放出素子）を用いて構成される画像表示装置は、図１０および図１１に示すように、電子放出側基板１００と発光側基板１０４とが対向配置されてなる構成である。なお、各電極構造に電圧を印加する電源は図示していない。
【００９８】
この画像表示装置では、電子放出側基板１００側に、図７に示す電子源アレイ１６ａと類似した構成の電子源アレイ（電子放出素子）１６ｅを採用している。すなわち、電子源アレイ１６ｅは、支持基板１０上に、カソード電極層１１、抵抗層６０、陽極酸化膜２５を順次形成し、陽極酸化膜２５の細孔（図示せず）にはカーボンナノチューブ（針状の電極部材）３３が挿入されてなる構成である。また、カーボンナノチューブ３３は、封孔処理により形成された水和物を含んでなる孔壁（図示せず、図７参照）により、先端部が陽極酸化膜２５から突出した状態で固定され、さらに、抵抗層６０を介してカソード電極層１１と電気的に接続されている。加えて、カソード電極層１１、抵抗層６０、陽極酸化膜２５はいずれも一方向に伸び、互いに平行に配された複数のラインとなるようパターニングされ、複数個の電子源アレイ１６ｅが形成されている。
【００９９】
また、電子源アレイ１６ｅ上には、複数の矩形状の開口部１０３がマトリクス状に設けられた絶縁層１０１が形成されるとともに、絶縁層１０１上には、開口部１０３に対応して開口し、カソード電極層１１と直交する方向に伸びた複数のゲート電極１０２が形成されている。つまり、カソード電極層１１とゲート電極１０２とが直交するように形成されたライン状電極をもって、マトリクスが形成されている。
【０１００】
一方、発光側基板１０４は、表示部側となるガラス基板（透明基板）１０５と、ガラス基板１０５上に形成されたＩＴＯなどの透明電極膜（アノード電極）１０６と、透明電極膜１０６上に形成された複数の蛍光体（発光体）１０７とから構成されている。また、複数の蛍光体１０７はそれぞれ、カーボンナノチューブ３３を備えた陽極酸化膜２５の表出領域（開口部１０３）と対向配置され、カーボンナノチューブ３３から放出された電子を受けて発光する画像形成部を構成している。
【０１０１】
カラー表示を行う場合には、蛍光体１０７は、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の３種類で構成し、それぞれの蛍光体領域を分割するようにブラックマトリクス１０８を形成する。また、図示しないが、蛍光体１０７からの放出ガスを抑制するために、発光側基板１０４の蛍光体１０７形成面側に、アルミニウムなどでメタルバックを形成してもよい。次いで、電子放出側基板１００と発光側基板１０４とを対向配置し、図示しないスペーサを介して挟まれた両基板間（空間）を真空排気し、真空状態で封止して電界放出型の画像表示装置を形成する。
【０１０２】
この画像表示装置では、カソード電極層１１とゲート電極１０２とで構成するマトリクスにより、電子放出箇所、すなわち発光箇所（発光画素）を選択・非選択して画像表示を行う。
【０１０３】
例えば、エミッタ電極としてカーボンナノチューブ３３を使用する場合、カーボンナノチューブは低電界（１．０Ｖ／μｍ以下）の印加で電子放出を開始する。よって、電子放出（エミッタ電極から電子を引き出す）の際には、透明電極膜（アノード電極）１０６に印加する電圧によりエミッタ電極にかかる電界、または、ゲート電極１０２に印加する電圧によりエミッタ電極にかかる電界のいずれにより電子を引き出してもよい。
【０１０４】
さらに、図１０に示す電子放出側基板１００は、発光側基板１０４の１画素（１蛍光体）に対して１つの開口部１０３を有する構成であるが、電子放出特性のさらなる均一化、および安定化の為に、１画素に対して複数の開口部を有する構成としてもよい。この場合、絶縁層１０１が、保持部材である陽極酸化膜２５上に形成されることもある。
【０１０５】
また、開口部１０３の形状も、特に四角形に限定されるものではなく、丸型などであってもよい。さらに、ゲート電極１０２の開口の大きさも絶縁層１０１の開口部１０３より小さくても、または略同等であってもよい。アノード電極１０６のパターン形状も、例えば、一体（ベタ）電極またはライン状電極であってもよい。
【０１０６】
また、電子放出側基板１００を構成する電子放出素子は、もちろん、上記実施の形態１〜３に記載の電子源アレイ１６〜１６ｄであってもよい。ただし、電子源アレイ１６〜１６ｄのように、カソード電極層１１がライン状電極ではなく一体電極の場合には、電子放出側基板１００においてゲート電極１０２とのマトリクスを形成することができない。この場合、必要に応じて、図１０に示すゲート電極（第一のゲート電極）１０２上に第二の絶縁層及び第二のゲート電極（図示せず）を形成し、第一、第二のゲート電極によって形成されるマトリクスにより、電子放出箇所、すなわち発光箇所（発光画素）を選択・非選択する構成としてもよい。尚、画像表示装置を構成する電子源アレイの構成材料、およびその製造方法は、上記実施の形態１〜３に記載の通りであり、詳細な説明は省略する。
【０１０７】
以上のように、画像表示装置を構成する本発明の電子源アレイ（電子放出素子）は何れも、先端部が保持部材から突出した状態で、カーボンナノチューブなどの針状の電極部材が固定され、かつ、針状の電極部材がカソード電極層と電気的に接続されているので、信頼性が高く、また電子放出特性の均一性が高い。よって、良好な画像表示を行うことができる画像表示装置を提供可能となる。
【０１０８】
また、本発明にかかる電子放出素子は、伸長方向が揃った複数の細孔（貫通孔）を有する層状の多孔質部材と、該細孔の底部側（つまり、層状の多孔質部材の一方面側）に配された層状の導電部材と、該細孔に挿入された針状の電極部材とを含み、針状の電極部材が導電部材と電気的に接続されてなる構成において、さらに、上記細孔の孔壁から構成され、上記針状の電極部材を一定方向に配列した状態で固定し、かつ、この細孔を封鎖する封孔部材を含んでなる構成である。
【０１０９】
より具体的には、本発明にかかる電子放出素子は、上記細孔の孔壁を中心（細孔の管軸）方向に成長させることにより構成され、上記針状の電極部材を一定方向に配列した状態で挟持し、かつ、この細孔を封鎖する封孔部材を含んでなる構成である。また、換言すれば、本発明にかかる電子放出素子は、上記多孔質部材に対し、加圧水蒸気、または温水を用いて封孔処理して細孔の孔壁に形成される封孔部材により挟持され、かつ、この細孔を封鎖する封孔部材を含んでなる構成である。
【０１１０】
本発明にかかる電子放出素子は、支持基板上にカソード電極層と、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材と、針状の電極部材と、を少なくとも具備する構成において、上記針状の電極部材が、ある一定方向に配列して上記保持部材の細孔に挿入されており、上記針状の電極部材が少なくとも水和物を含んでいる上記保持部材の細孔の孔壁により固定され、上記針状の電極部材が上記カソード電極層と電気的に接続されている構成である。
【０１１１】
上記何れかの構成によれば、低電界で電子を放出する電子放出材料である針状の電極部材（カーボンナノチューブなど）を用いて電子放出素子を作製可能となる。また、細孔等の所定の箇所に、エミッタ電極となる針状の電極部材をカソード基板に垂直（電子放出方向）に配列させ、この配列を保持した状態で固定し、カソード電極層と針状の電極部材とを電気的に接続することができる。また、大型の画像表示装置に用いるために大面積の電子放出素子を形成する場合にも、信頼性を高く、また電子放出特性を良好、かつ均一とすることができる。
【０１１２】
本発明にかかる電子放出素子の製造方法は、以上のように、支持基板上に伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材を形成する工程と、針状の電極部材を上記保持部材の細孔に挿入する工程と、上記針状の電極部材を固定する工程と、を少なくとも含んでなる方法である。
【０１１３】
また、本発明にかかる電子放出素子の製造方法は、上記の方法において、上記支持基板上に伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材を形成する工程は、アルミニウムを陽極酸化する工程であることがより好ましい。
【０１１４】
さらに、本発明にかかる電子放出素子の製造方法は、上記の方法において、上記針状の電極部材を上記保持部材の細孔に挿入する工程は、上記針状の電極部材を分散させた分散液中において、上記保持部材に少なくとも電界または磁界を印加してなることがより好ましい。
【０１１５】
また、本発明にかかる電子放出素子の製造方法において、上記針状の電極部材を固定する工程は、上記保持部材の細孔を封孔処理することで実現される。
【０１１６】
【発明の効果】
本発明にかかる電子放出素子は、以上のように、針状の電極部材を一定方向に配列した状態で固定し、かつ、この細孔を封鎖する封孔部材を含んでなる構成である。
【０１１７】
上記の構成によれば、針状の電極部材（エミッタ電極）が、配列状態を保持するべく封孔部材により固定されているので、信頼性がより高く、また電子放出特性の均一性に優れた電子放出素子を提供することが可能となる。加えて、封孔部材により細孔が封鎖されているので、多孔質部材、針状の電極部材、導電部材などの構成が劣化する虞や、針状の電極部材の配向性が低下する虞も大幅に低減されるという効果を奏する。
【０１１８】
本発明にかかる電子放出素子は、上記の構成において、上記封孔部材が、上記多孔質部材の水和物を含んでなることがより好ましい。
【０１１９】
多孔質部材の水和物からなる封孔部材は、加圧水蒸気または温水を用いた処理により容易に形成できるので、効率的に製造可能な電子放出素子を提供することができるという効果を加えて奏する。
【０１２０】
本発明にかかる電子放出素子は、上記の構成において、導電部材と針状の電極部材とが、導電部材より電気抵抗率が高い電気抵抗部材を介して電気的に接続されている構成であってもよい。
【０１２１】
上記の構成によれば、針状の電極部材からの放出電流にともなう電気抵抗部材での電圧降下により電子放出特性が緩和されるという効果を加えて奏する。
【０１２２】
本発明にかかる電子放出素子の製造方法は、以上のように、多孔質部材が有する複数の細孔内に針状の電極部材を挿入する工程と、次いで、複数の細孔を封鎖する封孔処理を行うことにより、針状の電極部材を一定方向に配列した状態で固定する工程と、を含んでなる方法である。
【０１２３】
上記の方法によれば、複数の細孔を封鎖する封孔処理を行うと同時に、封孔処理により形成された封孔部材により針状の電極部材が細孔内に固定されるので、化学的、物理的な要因により、多孔質部材、針状の電極部材、導電部材などの構成が劣化する虞や、針状の電極部材の配向性が低下する虞が大幅に低減されてなる電子放出素子をより効率的に製造可能となるという効果を奏する。
【０１２４】
また、上記封孔処理が、加圧水蒸気、または温水を用いて多孔質部材の表面に水和物を形成する処理であれば、この処理が容易となるという効果を加えて奏する。
【０１２５】
本発明にかかる電子放出素子の製造方法は、さらに、上記封孔処理に次いで、多孔質部材の加熱処理を行う工程を含んでなることがより好ましい。
【０１２６】
上記の方法によれば、多孔質部材中に含まれる、不要な水分やガスを放出させることができるという効果を加えて奏する。
【０１２７】
本発明にかかる画像表示装置は、以上のように、複数の上記電子放出素子と、上記複数の電子放出素子から放出された電子により画像を形成する画像形成部と、を含んでなる構成である。
【０１２８】
上記の構成によれば、信頼性がより高く、また電子放出特性の均一性に優れた電子放出素子を備えてなり、良好な画像表示を行うことができる画像表示装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の一形態に係る電子源アレイ（電子放出素子）の概略構成の一部を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の部分を示す断面図である。
【図２】（ａ）は、図１に示す電子源アレイを製造する一工程を説明する図であり、（ｂ）は、この工程後の部材の要部を示す断面図である。
【図３】（ａ）は、図１に示す電子源アレイを製造する他の一工程を説明する図であり、（ｂ）は、この工程後の部材の要部を示す断面図である。
【図４】図１に示す電子源アレイを製造する際に、図３（ａ）に示す工程に代えて採用される工程を説明する図である。
【図５】図１に示す電子源アレイの要部を示す断面図である。
【図６】図１に示す電子源アレイをアノード電極と対向配置した状態を説明する図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る電子源アレイの要部を示す断面図である。
【図８】図７に示す電子源アレイの一変形例の要部を示す断面図である。
【図９】（ａ）・（ｂ）は、本発明のさらに他の実施の形態に係る電子源アレイの要部を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の一形態に係る画像表示装置の要部構成を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示す画像表示装置を、Ａ−Ａ’線で切断した要部を示す断面図である。
【図１２】従来の電界放出型電子放出素子の要部を説明する図である。
【符号の説明】
１１            カソード電極膜（導電部材）
１２            保持部材（多孔質部材）
１３            細孔
１４            針状の電極部材
１５            封孔部材（水和物）
１６            電子源アレイ（電子放出素子）
１６ａ〜１６ｅ  電子源アレイ（電子放出素子）
２５            陽極酸化膜（多孔質部材）
３３            カーボンナノチューブ（針状の電極部材）
６０・６０ａ    抵抗層（電気抵抗部材）
１０７          蛍光体（画像形成部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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