(57)【要約】【課題】  熱処理工程において、カーボンナノチューブが焼失しないカーボンナノチューブペースト等を提供する。【解決手段】  ビスマスを含むガラス粒子３、カーボンナノチューブ４、および樹脂を含むビヒクル１００を備えたカーボンナノチューブペースト１０００が形成される。その後、カーボンナノチューブペースト１０００がカソード電極上に塗布される。次に、カーボンナノチューブペースト１０００が熱処理される。このとき、ビスマスを含むガラス粒子３は、カーボンナノチューブ４と反応し難い。そのため、ガラス粒子３によってカーボンナノチューブ４がカソード電極に接着されるときに、ガラス粒子３が溶融する温度になっても、カーボンナノチューブ４は消失しない。【選択図】        図１
2006228555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のカーボンナノチューブと、
ビスマスを含む複数のガラス粒子と、
樹脂を有するビヒクルとを備えた、カーボンナノチューブペースト。
【請求項２】
カソード電極と、
前記カソード電極上に融着し、露出した複数のガラス粒子と、
前記複数のガラス粒子同士の間に存在する複数のカーボンナノチューブとを備えた、表示発光素子。
【請求項３】
前記複数のガラス粒子の平均粒径が、０．１μｍ〜０．６μｍである、請求項２に記載の表示発光素子。
【請求項４】
請求項１に記載のカーボンナノチューブペーストを使用し、カソード電極上にカソード膜を形成するステップと、
前記カーボンナノチューブペーストを第１の温度で熱処理することにより、前記樹脂を焼失させるステップと、
酸素がない雰囲気中で、前記カソード膜を前記第１の温度よりも高い第２の温度で熱処理することにより、前記ガラス粒子と前記カソード電極とを融着させるステップとを備えた、表示発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１の温度が４２０℃〜４６０℃である、請求項４に記載の表示発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブペースト、それを用いた表示発光素子、および表示発光素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラズマディスプレイおよび液晶ディスプレイ等の大画面薄型ディスプレイが開発されている。これらのディスプレイは、従来から使用されているブラウン管を用いたディスプレイに比較して、その市場占有率が大きくなっている。これらのディスプレイのうちフィールドエミッションディスプレイ（以後、「ＦＥＤ」という。）の開発が盛んになっている。ＦＥＤは、消費電力が低く、かつ、ブラウン管を用いたディスプレイと同様の良好な画質を提供することができる。
【０００３】
前述のＦＥＤの動作時には、電界放出という作用によって電子が電子源から放出される。それにより、電子が蛍光体層に衝突する。その結果、蛍光体層が発光し、画像表示が行なわれる。
【０００４】
また、最近、ＦＥＤの電子源として、カーボンナノチューブを用いたものが注目されている。カーボンナノチューブは、その直径が数ｎｍであり、かつ、その長さが数μｍ〜数十μｍであるため、アスペクト比が高い。また、カーボンナノチューブは、機械的な強度が大きく、かつ、電気伝導率も高い。したがって、カーボンナノチューブは、その先端に電界集中が生じ易いため、電子源として有望である。
【０００５】
前述のカーボンナノチューブは、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法またはアーク法を用いて製造される。このカーボンナノチューブを電子源として用いる方法としては、カーボンナノチューブと樹脂を含むビヒクル等とが混合されたカーボンナノチューブペーストを印刷法によってカソード電極上にパターニングする方法、および、カソード電極上に触媒金属を飛散させることによってカーボンナノチューブをカソード電極上に直接成長させる方法等がある。
【０００６】
カーボンナノチューブの粒子が混ぜられたペーストを用いてカソード膜をパターニングする方法の一例が、特開２００３−３０３５３９号公報に開示されている。この方法においては、カソード基板上のカソード電極にカーボンナノチューブを密着させるために、ＳｉＯ2を主成分とする無機材料、たとえば、コロイダルシリカが用いられる。このコロイダルシリカ、樹脂を含むビヒクル、および、カーボンナノチューブ粒子を混合することによって、カーボンナノチューブペーストが形成される。そのカーボンナノチューブペーストがカソード電極上に印刷される。このカーボンナノチューブペーストが印刷されたカソード電極を備えたカソード基板が焼成された後、カーボンナノチューブが起毛するようにカソード基板の表面処理または研磨などが行なわれる。
【０００７】
また、特開２００３−１１７５６４号公報には、カーボンナノチューブのペースト中に無機フィラーとしてガラス粒子を混入する手法が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−３０３５３９号公報
【特許文献２】特開２００３−３３１７１３号公報
【特許文献３】特開２００３−１１７５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の方法においては、カーボンナノチューブをガラス基板に密着させるために、カーボンナノペーストの中に低融点ガラスなどの無機フィラー、ＩＴＯ、または、銀などの金属微粉が混入されている。
【０００９】
また、カーボンナノチューブは、その表面の状態によって導電性が大きく異なる。そのため、前述のビヒクルに含まれる樹脂がカーボンナノチューブの表面に付着した状態で残存していると、カーボンナノチューブの導電性が低下する。したがって、一般的に使用される酸化鉛を含む低融点ガラスまたは金属微粉が混入されたカーボンナノチューブペーストを用いる場合には、ペースト中の樹脂を燃焼させるために、カーボンナノチューブペーストが塗布されたカソード電極を備えたカソード基板が大気雰囲気で４００℃以上の温度で熱処理される。しかしながら、この熱処理においては、カーボンナノチューブが消失する。
【００１０】
一方、前述のカーボンナノチューブの焼失を防止するために、前述のカーボンナノチューブペーストが塗布されたカソード電極を備えたカソード基板が３５０℃程度の温度で熱処理されると、エチルセルロースなどの樹脂が燃焼せずカーボンナノチューブペースト中に残存する。そのため、そのカーボンナノチューブペーストを用いてＦＥＤが形成される場合には、ＦＥＤの電子放出特性が低い。
【００１１】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱処理後に、カーボンナノチューブが消失することなく、かつ、樹脂が残存しないカーボンナノチューブペースト、それを用いた表示発光素子、および、表示発光素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のカーボンナノチューブペーストは、複数のカーボンナノチューブと、ビスマスを含む複数のガラス粒子と、樹脂を有するビヒクルとを備えている。これによれば、カーボンナノペーストが熱処理されるときに、ビスマスを含むガラス粒子とカーボンナノチューブとは反応し難い。そのため、熱処理によってカーボンナノチューブとカソード電極とが接着されるときに、樹脂が焼失しても、カーボンナノチューブが焼失し難い。その結果、熱処理に起因してカーボンナノチューブペースト中のカーボンナノチューブの数が減少することが抑制される。
【００１３】
本発明の表示発光素子は、カソード電極と、カソード電極上に融着し、露出した複数のガラス粒子と、複数のガラス粒子同士の間に存在する複数のカーボンナノチューブとを備えている。この構成によれば、複数のカーボンナノチューブのうち電子を放出し得るように起毛したカーボンナノチューブの数が増加する。その結果、表示発光素子のエミッション特性が向上する。
【００１４】
また、複数のガラス粒子の平均粒径が、０．１μｍ〜０．６μｍであることが望ましい。これによれば、複数のガラス粒子の平均粒径が０．１μｍ以上であるため、複数のカーボンナノチューブが起毛し易くなる。また、複数のガラス粒子の平均粒径が０．６μｍ以下であるため、複数のガラス粒子同士の間において起毛するカーボンナノチューブの数が増加する。その結果、表示発光素子のエミッション特性を向上させることができる。
【００１５】
本発明の表示発光素子の製造方法は、前述のカーボンナノチューブペーストを使用し、カソード電極上にカソード膜を形成するステップと、カーボンナノチューブペーストを第１の温度で熱処理することにより、樹脂を焼失させるステップと、酸素がない雰囲気中で、カソード膜を第１の温度よりも高い第２の温度で熱処理することにより、ガラス粒子とカソード電極とを融着させるステップとを備えている。この製法によれば、酸素がない雰囲気中で熱処理が行なわれるため、熱処理において、ガラス粒子とカソード電極とが十分に融着され、かつ、カーボンナノチューブの焼失が防止される。
【００１６】
また、第１の温度が４２０℃〜４６０℃であることが望ましい。この製法によれば、熱処理の雰囲気が４２０℃以上であるため、起毛するカーボンナノチューブの数が低減することが防止される。また、熱処理の雰囲気が４６０℃以下の温度であるため、カーボンナノチューブの焼失が防止される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、カーボンナノチューブペーストが熱処理されても、カーボンナノチューブが消失することなく、かつ、樹脂が焼失される。その結果、表示発光素子のエミッション特性が良好になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１．
本実施の形態のカーボンナノチューブペースト１０００は、図１に示すように、カーボンナノチューブ４、ガラス粒子３、樹脂を含むビヒクル１００、および有機溶剤からなる。カーボンナノチューブ４は、化学気相法、アーク法、またはレーザー法により生成される。カーボンナノチューブ４は、その層の数に応じて、シングルウォール、ダブルウォール、またはマルチウォールナノチューブなどと呼ばれる。
【００１９】
また、前述のカーボンナノチューブ４の直径が小さいほど、電界集中が起こり易いため、電子放出が行なわれ易くなる。そのため、表示発光素子においては、カーボンナノチューブ４は、その直径が１ｎｍ〜１０ｎｍであり、その長さが１μｍ〜１５μｍであることが好ましい。ただし、直径が２ｎｍ未満のシングルウォールカーボンナノチューブにおいては、電子放出による劣化が大きく、かつ、寿命が短くなる傾向がある。
【００２０】
一般に、カーボンナノチューブを電子デバイスとして機能させるためには、カーボンナノチューブを所定の領域に膜状に形成する必要がある。そのため、印刷法、スプレー法、またはスピンコート法などが用いられる。本実施の形態においては、印刷法によるカーボンナノチューブを含むカソード膜の形成方法が用いられる。
【００２１】
印刷法によってカソード膜を形成するためには、カーボンナノチューブをペースト状態にする必要がある。そのため、まず、３０μｍ程度のカーボンナノチューブの粒子が有機溶剤および分散剤に混合される。次に、直径０．５ｍｍ〜３．０ｍｍのジルコニアビーズが使用されるビーズミルによって、カーボンナノチューブの粒子が粉砕される。たとえば、重さ１０ｇのダブルウォールカーボンナノチューブの粒子、重さ２００ｇのターピネオール、重さ５ｇの分散剤、および、直径３ｍｍかつ重さ２００ｇのビーズが混合された混合物が、ビーズミルによって、２時間粉砕される。粉砕された混合物中のカーボンナノチューブの粒子の直径は、レーザー回折および散乱式粒度分布の測定装置（堀場製作所）を用いた測定によれば、０.５２μｍである。
【００２２】
その後、粉砕されたカーボンナノチューブを含む溶液から余分なターピネオールを取り除くために、遠心分離機によって、１５０００ｒｐｍの回転速度で２時間程度、前述の混合物の分離が行なわれる。その後、粉砕されたカーボンナノチューブを含む溶液が入れられた容器の上部の溶剤が捨てられる。その結果、カーボンナノチューブの粉砕物が得られる。次に、そのカーボンナノチューブの粉砕物、樹脂としてのエチルセルロースを含むビヒクル、および、ビスマスを含むガラス粒子が、それぞれ同一の割合で混合される。
【００２３】
前述のカーボンナノチューブペーストに混合されるガラス粒子は、カーボンナノチューブと後述するカソード電極との間の密着力を向上させるためのものである。ただし、一般的に使用される低融点ガラスである酸化鉛を含むガラス粒子は、溶融するときにカーボンナノチューブと反応するため、ビヒクル中の樹脂を燃焼させる仮焼成工程（４００℃：大気雰囲気）において、カーボンナノチューブが焼失してしまう。したがって、カーボンナノチューブを焼失させないためには、仮焼成工程においてカーボンナノチューブと反応しにくいガラス粒子を用いる必要がある。
【００２４】
比較的溶融点が低いガラス粒子のうち、ビスマスを含むガラス粒子は、カーボンナノチューブと反応し難い。そのため、混合物に含まれる無機フィラーとして、ビスマスを含むガラス粒子が用いられれば、カーボンナノチューブの焼失が防止される。
【００２５】
一方、ビスマスを含むガラス粒子は鉛を含むガラス粒子より融点が高い。そのため、ガラス基板上のカソード電極とカーボンナノチューブとを接着させる場合に、互いの密着力を十分なものにするためには、より高い温度でカーボンナノチューブとカソード電極とを熱処理する必要がある。しかしながら、カーボンナノチューブは、高い温度で熱処理されると消失してしまう。
【００２６】
したがって、仮焼成工程の後に、酸素がない雰囲気、たとえば、窒素のみが存在する雰囲気の中にカーボンナノチューブとカソード電極が形成されたガラス基板との結合体が置かれることが望ましい。その理由は、酸素がない雰囲気中においてカソード電極とカーボンナノチューブとが十分に接着される程度の高い温度で熱処理が実行されても、カーボンナノチューブが焼失しないためである。
【００２７】
本実施の形態においては、前述のカーボンナノチューブ４の粉砕物、樹脂としてのエチルセルロースを含むビヒクル１００、および、ビスマスを含むガラス粒子３が混合された混合物が、自動乳鉢で２時間程度攪拌される。なお、ガラス粒子３は、酸化ビスマスを含んでおり、ガラス粒子３全体に対する酸化ビスマスの重量比は、４０％〜８０％である。その後、３本ローラミルで混合物が十分混練されることによって、図１に示すカーボンナノチューブペースト１０００が形成される。
【００２８】
次に、印刷装置を用いて前述のカーボンナノチューブペースト１０００をカソード電極２上に印刷する。つまり、図２に示すように、下部基板１のカソード電極２上にカソード膜５を形成する。次に、この下部基板１が、焼成炉に投入され、焼成される。カソード膜５の焼成の目的は、カーボンナノチューブペースト１０００内の樹脂を燃焼させてなくすことと、ビスマスガラスをカソード電極２に融着させ、カーボンナノチューブ４とカソード電極２との間の密着力を向上させることである。カーボンナノチューブペースト１０００内の樹脂を燃焼させるためには、カーボンナノチューブペースト１０００を４００℃以上の温度の大気雰囲気内で一定時間保持することが必要であり、カーボンナノチューブペースト１０００内のビスマスガラスをカソード電極２に融着させるためには、カーボンナノチューブペースト１０００をガラスの軟化点である５００℃以上の温度で熱処理する必要がある。よって、大気雰囲気中において、４２０℃以上の温度で、一時間、カソード電極２上に形成されたカソード膜５が焼成される。それにより、カーボンナノチューブペースト１０００中の樹脂が焼失する。
【００２９】
次に、大気雰囲気中で焼成されたカソード膜５を、窒素雰囲気中で、ビスマスを含むガラス粒子３の融点である５００℃以上の温度で焼成する。その結果、カーボンナノチューブ４とカソード電極２との間の密着力が十分であり、樹脂が焼失しているため導電性が十分なカソード膜５を形成することができる。なお、カーボンナノチューブペースト１０００内の樹脂を燃焼させるステップとビスマスガラスをカソード電極２に融着させるステップとを、一度に連続して行なってもよいが、それぞれを別個に行なってもよい。
【００３０】
次に、電子放出効率を高めるために、前述のカソード膜５の表面処理が行なわれる。つまり、カーボンナノチューブ４を起毛させる表面処理、たとえば、研磨処理、引き剥がし処理、またはレーザー処理などが行なわれる。ここで、重要なことは、カソード膜５の表面状態である。
【００３１】
従来の酸化鉛を含むガラス粒子を用いたカソード膜においては、図３に示すように、下部基板１０１のカソード電極１０２の上に形成されたガラス粒子１０３の表面近傍に存在するカーボンナノチューブ１０４がカソード電極１０２を完全に覆っている。つまり、ガラス粒子１０３は露出していない。したがって、図３に示す構造にカーボンナノチューブ１０４を起毛させるための表面処理が施されても、起毛するカーボンナノチューブ１０４の数が少なく、また、起毛するカーボンナノチューブ１０４の分布のバラツキが大きい。そのため、図１に示す構造の電子源が用いられた表示発光素子のエミッション特性は良好ではない。
【００３２】
一方、本実施の形態においては、図２に示すように、カーボンナノチューブ４がカソード電極２の上に形成されたガラス粒子３同士の間において露出する構造が形成される。この構造によれば、カーボンナノチューブ４を起毛させるための表面処理が施されたときにガラス粒子３同士の間に位置するカーボンナノチューブ４は起毛し易いとともに、起毛するカーボンナノチューブ４の分布のバラツキが小さくなる。
【００３３】
図２に示す構造を形成するために、カソード電極２がガラス基板１上に印刷された後の樹脂を除去する仮焼成工程の焼成温度および焼成時間が変更される。
【００３４】
たとえば、４．２μｍの厚さに形成されたカソード膜５、すなわち、カーボンナノチューブ４およびガラス粒子３を含む層を４００℃の温度で２時間焼成すると、図４に示すように、厚さ２．６μｍのカーボンナノチューブ４がガラス粒子３の表面を完全に覆い、カーボンナノチューブ４の下側にガラス粒子３が存在する構造が形成される。
【００３５】
一方、４４０℃の焼成温度でカソード膜が２時間焼成されたときには、図５に示すように、カーボンナノチューブ４がガラス粒子３の表面を完全に覆うことはなく、厚さ２．０μｍのカーボンナノチューブ４同士の間においてガラス粒子３が露出したカソード膜５が形成される。
【００３６】
図６には、カソード電極２上にカーボンナノチューブペースト１０００が印刷された後のカソード膜５の焼成温度と引き剥がし処理後の電子放出が開始される電圧との関係が示されている。図６においては、焼成温度は、電子放出特性に影響しない程度であって樹脂が焼失する程度の温度である４００℃から４８０℃まで２０℃ずつ変更されている。
【００３７】
焼成温度が４００℃の場合には、カーボンナノチューブ４が起毛する割合が低いため、カーボンナノチューブ４の先端から電子が放出され始める電圧も高くなっているが、焼成温度が４４０℃の場合には、前述のように、カーボンナノチューブ４が起毛する割合が高くなるため、カーボンナノチューブ４の先端から電子放出が開始される電圧が低くなっている。また、焼成温度が４８０℃以上の場合には、カーボンナノチューブ４は、大気中で燃えて消失する。それにより、起毛しているカーボンナノチューブ４の数が少なくなる。その結果、電子放出が開始される電圧が高くなる。
【００３８】
さらに、図７から分かるように、カーボンナノチューブ４の粉砕物の粒径に対するガラス粒子３の粒径に応じて、カソード膜５の表面の状態が変化し、それに伴って、電子源のエミッション特性も変化する。
【００３９】
前述の実験においては、カーボンナノチューブ４の粒子の平均粒径が０．５２μｍであり、カーボンナノチューブ４とガラス粒子３との重量配合比が１対１である。また、図７に示す電子放出特性の測定は、下部基板１とＩＴＯ基板からなるアノード電極とが対向するように、下部基板１とアノード電極との間に６０μｍのスペーサが挟さまれた状態で、２ｍｍ角のカソード膜５が印刷された下部基板１を、大気雰囲気４４０℃で焼成し、その後、窒素雰囲気５４０℃で焼成することによって、行なわれた。
【００４０】
前述の実験においては、ガラス粒子３同士の間のカーボンナノチューブ４が起毛しているため、電子を良好に放出する。つまり、ガラス粒子３の平均粒径を変化させることにより、電子放出特性が変わる。図７は、ガラス粒子３の平均粒径とカーボンナノチューブ４が電子放出を開始するときの電圧との関係を示すグラフである。
【００４１】
図７に示すように、ガラス粒子３の平均粒径のが小さいほど起毛するカーボンナノチューブ４が増加するため、電子源５０のエミッション特性が良好になる。ただし、ガラス粒子３の平均粒径を小さくし過ぎると、ガラス粒子３がカーボンナノチューブ４が起毛している状態を維持することができ難くなるため、電子源５０のエミッション特性は悪化する。したがって、平均的なガラス粒子３の粒径が０．１μｍ〜０．６μｍの範囲であることが最も望ましい。カーボンナノチューブペーストに混合されるガラス粒子３の平均粒径が０．１μｍ〜０．６μｍの範囲内であればエミッション特性は安定しているため、ガラス粒子３の平均粒径のバラツキおよび粒度分布が大きいことに起因して電子源５０の性能が大きくばらつくことない。そのため、ガラス粒子３の粉砕粒径を細かく分類して揃える必要がない。
【００４２】
本実施の形態のカーボンナノチューブペースト１０００は、表示発光素子、光源、Ｘ線装置などの電子源に用いられれば、優れたエミッションを発揮することによって、各素子等の性能を向上させることができる。
【００４３】
実施の形態２．
次に、図８および図９を用いて、実施の形態１のカーボンナノチューブペースト１０００を用いた表示発光素子の構造および製造方法について説明する。
【００４４】
本実施の形態の表示発光素子は、図８および図９に示すように、上部基板１０と下部基板１とを備えている。また、下部基板１、カソード電極２、ならびに、カーボンナノチューブ４およびガラス粒子３を含むカソード膜５が電子源５０となる。上部基板１０の材料としては、パネルの形成に適したソーダガラスまたはホワイトガラスなどが用いられる。下部基板１の材料にも、上部基板１０の材料と同じ材料が用いられる。
【００４５】
本実施の形態の表示発光素子の製造方法においては、まず、下部基板１上に、カソード電極２となる導電膜が形成される。その導電膜は、ＩＴＯ、銀、または、アルミニウムなどの材料を用いて、印刷法、真空蒸着法、または、スパッタ法などによって形成される。また、カソード電極２上には、実施の形態１で説明されたカーボンナノチューブ４、樹脂を含むビヒクル１００、ガラス粒子３、および有機溶剤からなるカーボンナノチューブペースト１０００が、印刷法、スピンコート法、または、インクジェット法などを用いて、塗布される。その後、塗布されたカーボンナノチューブペースト１０００に熱処理が加えられて、カソード膜５が形成される。
【００４６】
カソード膜５の厚さは、１μｍ〜８μｍの範囲内であればよいが、４μｍ〜６μｍの範囲内であることが好ましい。カソード膜５の厚さが１μｍ未満の場合には、後述する開口部１４の形成のためのエッチング工程において、カソード膜５は、ダメージを受けることによって、その膜厚が小さくなる。一方、カソード膜５の厚さが８μｍを超えると、次の工程において、均一な膜厚の絶縁層６を形成することが困難になる。
【００４７】
次に、カソード膜５上に、ガラスペースト等を用いて、印刷またはスピンコート等により、絶縁層６が形成される。次に、銀またはアルミニウムなどを用いて、真空蒸着法または印刷法により、絶縁層６上にゲート電極７が形成される。なお、ゲート電極７は外部の配線と接続されている。
【００４８】
その後、ゲート電極７の上にレジスト膜（たとえば、クラリアント社製ＡＺＰ４３３０）がスピンコート法によって塗布される。次に、フォトリソグラフィにおけるマスク露光によって、レジスト膜に所定のパターンの開口が形成される。その後、レジスト膜をマスクとして、ドライエッチング法またはウェットエッチング法により、ゲート電極７および絶縁層６に、５μｍ〜１０μｍの微小な開口部１４が形成される。それにより、開口部１４の下方の空間においては、ガラス粒子３同士の間に位置するカーボンナノチューブ４が露出する。このようにして、電子源５０が形成される。電子源５０は、大気中において４４０℃の温度で焼成された後、さらに窒素雰囲気中において５００℃で焼成される。それにより、絶縁層６とカソード膜５中のガラス粒子３が溶融する。その後、カソード膜５内のガラス粒子３はカーボンナノチューブ４とともにカソード電極２に融着する。絶縁層６は、下部基板１またはカソード電極２に融着する。
【００４９】
次に、カーボンナノチューブ４を起毛させるために、カソード膜５の表面処理を行なう。表面処理方法としては、研磨、引き剥がし、またはレーザー照射などの処理方法が用いられる。ただし、ゲート電極７同士の間の間隔、すなわち開口部１４の幅が小さい場合には、レンズによって焦点が合わせられたレーザー光をカソード膜５に照射するか、または、液状の粘着材料もしくは粘着層の厚いテープ状の材料をカソード膜５に密着させた後カソード膜５の引き剥がしを行なうことによって、カーボンナノチューブ４を起毛させることが望ましい。
【００５０】
その後、ゲート電極７上に支柱８および収束電極９が形成され、表示発光素子の電子源が完成する。
【００５１】
一方、前述の製法によって得られた電子源に対向する発光素子、すなわち、上部基板上１０のカソード電極２に対向する位置に、赤色、青色、および緑色の蛍光体を含む蛍光体層１１が、印刷法またはスピンコート法などにより形成される。その後、蛍光体層１１の全面を覆うようにアノード電極１２となるアルミ膜層が形成される。
【００５２】
本実施の形態の発光素子の蛍光体層１１は、その構造が既存のブラウン管に用いられる蛍光体層１１の構造と同様の構造であるため、高輝度な光を発することができる。また、本実施の形態の蛍光体層１１は、上部基板１０上に、ＩＴＯまたはＳｎＯなどの透明電極の上に蛍光体が印刷法などにより塗布された構造であってもよい。
【００５３】
低融点ガラスが塗布されたスペーサガラスを介して、赤色、青色、および緑色の蛍光体が塗布された蛍光体層１１と、カソード膜５および収束電極９との画素の位置が合うように調整され、上部基板１０を含む発光素子６０と下部基板１を含む電子源５０とが、組み立てられる。組み立てられた構造が表示発光素子７０となる。次に、表示発光素子７０は、４５０℃で焼成される。その後、表示発光素子７０の内部空間の空気が排気され、内部空間が真空になることにより、表示発光素子７０が完成する。
【００５４】
次に、表示発光素子のアノード電極１２に５ｋＶ〜１０ｋＶの電圧が印加される。また、電子源のカソード電極２とゲート電極７との間に１０Ｖ〜１００Ｖ程度の電圧が印加される。それにより、カソード膜５を構成するカーボンナノチューブ４の先端に電界集中が起こる。この電界の強さが１．０Ｖ／μｍ程度になれば、カーボンナノチューブ４の先端から電子が放出される。放出された電子は、アノード電極１２（アルミ電極）に印加された高電圧によってアノード電極１２に引き寄せられ、蛍光体層１１に衝突する。その結果、蛍光体層１１が発光する。このとき、表示発光素子は、従来のＦＥＤを用いた表示発光素子に比較して高い輝度で発光する。
【００５５】
本実施の形態の表示発光素子によれば、駆動電圧が低く、消費電力が低く、輝度が高く、かつ、高精細な画像が得られるなどの効果が得られる。したがって、本実施の形態の表示発行素子は、たとえば、家庭用大画面テレビジョンのディスプレイまたはインフォメーションディスプレイなどに利用され得る。
【００５６】
なお、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ていることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施の形態のカーボンナノチューブペーストを説明するための図である。
【図２】実施の形態の電子源の構造を説明するための図である。
【図３】酸化鉛を含むガラス粒子を用いて形成された電子源の構造を説明するための図である。
【図４】実施の形態の電子源が４００℃で焼成されたときのカーボンナノチューブおよびガラスの状態を示すＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）写真である。
【図５】実施の形態の電子源が４４０℃で焼成されたときのカーボンナノチューブおよびガラス粒子の状態を示すＳＥＭ写真である。
【図６】カソード膜の焼成温度と電子源の電子放出開始電圧との間の関係を示すグラフである。
【図７】ガラス粒径と電子源の電子放出開始電界との間の関係を示すグラフである。
【図８】図９のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線を示す断面図である。
【図９】表示発光素子の一部切り欠き上面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  下部基板、２  カソード電極、３  ガラス粒子、４  カーボンナノチューブ、５  カソード膜、６  絶縁層、７  ゲート電極、８  支柱、９  収束電極、１０  上部基板、１１  蛍光体層、１２  アノード電極。
【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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