(57)【要約】【課題】優れた電界放出特性を有する冷陰極電子源、その製造方法、ならびに冷陰極電子源を用いた表示装置を提供すること。【解決手段】本冷陰極電子源は、低電界で電子放出が可能な電子源であって、基板１０上に形成された電極２０と、電極２０上に配置された金属５０含有のナノチューブ３０とを備え、該ナノチューブ３０を基板１０に対して垂直な方向に配向させた構成を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低電界で電子放出が可能な冷陰極電子源であって、電極上に金属含有のナノチューブが、その長手方向を電極の面に対して垂直な方向に向けて、配置されている、ことを特徴とする冷陰極電子源。
【請求項２】
上記金属が磁性金属により構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の冷陰極電子源。
【請求項３】
上記金属が、ナノチューブの外部または内部に存在している、ことを特徴とする請求項１または２に記載の冷陰極電子源。
【請求項４】
磁場を印加して金属含有のナノチューブを基板に対して垂直な方向に配向させる、ことを特徴とする冷陰極電子源の製造方法。
【請求項５】
上記金属が磁性金属である、ことを特徴とする請求項４に記載の冷陰極電子源の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし３いずれかに記載の冷陰極電子源を備えることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低電界で電子放出が可能な冷陰極電子源、その製造方法ならびに該冷陰極電子源を備えた表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ナノチューブを電極上にパターン形成して低電圧で均一な強度の電界電子放出が得られる冷陰極電子源は特許文献１等で知られている。このような冷陰極電子源は、例えば、フィールドエミッションディスプレイ等の薄型画像表示装置に応用することができる。冷陰極電子源としてのナノチューブは、カーボン、ボロン、窒素などを構成成分とするものが知られる。例えばカーボンナノチューブを電子源として用いた自発光型平面表示装置が数多く提供されている。自発光型平面表示装置の自発光型とは、画像表示パネルに設けられた蛍光膜に電子線や紫外線等の励起光を照射して発光させ画像を表示するものであり、自らは発光を伴わないＬＣＤ（液晶表示装置）とは区別されるものである。ナノチューブのうち例えばカーボンナノチューブは、一般的な形状は、直径０．５〜１００ｎｍ、長さ１〜１００μｍであり、非常に細長い中空のチューブ状の炭素材料である。このようなナノチューブを用いた冷陰極電子源の製造には様々な方法が知られており、別途調製したナノチューブを電極に付着させる方法と、電極に直接ナノチューブを成長させる方法とがある。別途調製したナノチューブを電極に付着させる方法としては、ナノチューブをペーストと混ぜ、スクリーン印刷で電極にパターン形成する方法等が挙げられる。
【０００３】
ところで、このようなナノチューブによる冷陰極電子源を用いて画像表示装置を作動させるには、なるべく低電圧でかつ均一な強度の電子放出をさせることが有利であり、そのため、冷陰極電子源に用いる多数本のナノチューブからなる冷陰極電子源の形状としては、電極に対して垂直方向に配向し高さが一定のものを単位とし、それらが互いに絶縁されていることが好ましい。垂直配向していれば、多数本からなるナノチューブ冷陰極電子源の総和として垂直方向に最大の電子放出強度が得られる。各単位の表面高さが一定で凹凸の無い平滑な表面であれば平面方向に対して均一な電子放出が得られる。また、電界電子放出の場合、ナノチューブの先端とアノードとの距離が近いほど電子を引き出す電圧を低くできる。そのため、各単位の冷陰極電子源の高さが一定であれば冷陰極電子源の表面近くまでアノードを設置しても距離の均一性を保つことが可能で、同じ電子放出強度を得るのに引き出し電圧を低くすることができる。
【０００４】
しかしながら、従来のナノチューブを用いた冷陰極電子源では、一般的に、ペースト状にしたナノチューブを基板に印刷することで形成されるため、ナノチューブの長手方向が基板に対して平行な方向に倒れた状態で形成されてしまう傾向となる。このような倒れた状態は、焼成を行った後も変化しないため、結果としての冷陰極電子源は、ナノチューブの長手方向が基板に対して平行な方向に倒れて配向された状態となる。ナノチューブの長手方向が基板に対して平行な方向に倒れて配向されている場合、基板の面に対して垂直方向の電界が印加されると、電子放出源であるナノチューブの先端には電界が集中しにくくなり、冷陰極電子源としての電子放出特性が芳しくなくなる。
【０００５】
このような冷陰極電子源を画像表示装置に用いた場合、蛍光膜を励起発光させるための電子放出密度の均一性が悪化し、画面の表示むら、画質の劣化等を引き起こし、特に画像の表示パネルが大型化して表示面積が大きくなるほど、深刻な問題となる。
【特許文献１】特開２０００−８６２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明により解決する課題は、優れた電子放出特性を有する冷陰極電子源、その製造方法、ならびに冷陰極電子源を用いた表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による冷陰極電子源は、低電界で電子放出が可能な冷陰極電子源であって、電極上に金属含有のナノチューブが、その長手方向を電極の面に対して垂直な方向に向けて、配置されていることを特徴とするものである。本発明の冷陰極電子源としてのナノチューブの材料は、カーボンに限定されず、ボロン、窒素などの他の材料でも実施することができる。ナノチューブ は、多層、単層のいずれであっても良い。ナノチューブは、線状でも筒状でもよい。線状または筒状としては、チューブ状、繊維状またはリボン状の形態が含まれる。このようなナノチューブの材料としてカーボンを用いた場合、例えば、カーボンナノチューブ 、カーボンナノコイル、グラファイトナノファイバー、グラファイトリボンなどが例示できる。
【０００８】
本発明によると、ナノチューブに金属が含有されているので、ナノチューブ材料の電子放出に加えて金属からの電子放出も加わりその電子放出特性が大幅に改善されたものとなる。さらに、ナノチューブに含有されている金属に磁場を印加することにより、基板に対してほぼ垂直にナノチューブを配向させることができ、低電界で高い電流密度を実現することができる。特に、外部磁界を印加するだけで容易にナノチューブを電極の面に垂直に配向できるので、複雑な製造プロセスが不要となり、製造プロセスの簡略化により製造コストが大幅に低減化する。さらには、本発明の冷陰極電子源を画像表示装置に用いた場合、蛍光膜を励起発光させるための電子放出密度の均一性が向上し、画面の表示画質が大幅に向上し、画像の表示パネルの大型かつ大面積化に適したものとなる。
【０００９】
好ましくは、上記金属が磁性金属により構成されている。さらに好ましくは、上記金属が、ナノチューブの外部または内部に存在している。さらに好ましくは磁場を印加して金属含有のナノチューブを基板に対して垂直な方向に配向させる。
【００１０】
本発明による冷陰極電子源の製造方法は、磁場を印加して金属含有のナノチューブを基板に対して垂直な方向に配向させることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の製造方法によると、基板上にナノチューブをＣＶＤ法等により直接形成するのではなく、予め金属を含有したナノチューブを基板上に印刷等により設けておき、単に磁場を印加するだけであるので、製造プロセスが大幅に簡略化されて製造コストを低減することができる。
【００１２】
本発明の製造方法では、上記金属は、好ましくは、磁性金属である。
【００１３】
本発明による表示装置は、上記冷陰極電子源を備えることを特徴とするものである。この表示装置では、冷陰極電子源が電子放出特性に優れるので、表示品質に優れた表示装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、優れた電界放出特性を有する冷陰極電子源、その製造方法、ならびに冷陰極電子源を用いた表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態に係る冷陰極電子源、その製造方法ならびに表示装置を詳細に説明する。図１ないし図４に本実施の形態に係る冷陰極電子源の製造プロセスを図示している。
【００１６】
図１には、基板１０上にカソード電極２０を形成した冷陰極電子源の断面図が示されている。基板１０上にスパッタもしくは蒸着により金属膜を成膜する。基板の材料には特に限定されないが、例えば、石英基板、アルミナ基板、シリコン基板、Ｍｏ基板、ＳＵＳ基板、Ｎｉ−Ｆｅ基板等である。この基板１０上の金属膜を写真製版技術を用いて所望のパターンのカソード電極２０にパターニングする。カソード電極２０のパターニング方法としては、写真製版技術を用いる以外に、パターン印刷を用いる方法もある。
【００１７】
図２には、カソード電極２０上に磁性金属が含有されたナノチューブ３０入りのペースト４０が配置された冷陰極電子源の断面図が示されている。ナノチューブ３０の製造方法は特に限定されないが、例えば、カーボンナノチューブは、熱伝導性、電気伝導性、機械的強度等に優れた特性を有するもので、アーク放電法、レーザ蒸発法、プラズマ合成法、炭化水素触媒分解法、化学気相成長法、熱分解法等、公知の種々の生成法により生成されたものを適宜用いることができる。ナノチューブ３０の製造後あるいは製造過程で、そのナノチューブ３０の外部あるいは内部に適宜の手法により金属、好ましくは磁性金属が設けられる。これによってナノチューブ３０は磁性金属含有のナノチューブとなる。ナノチューブ３０には、円Ａで拡大して示すように、ナノチューブ３０の内部に磁性金属５０を設けてもよく、円Ｂで拡大して示すように、ナノチューブ３０の外部に磁性金属５０を設けてもよい。このような磁性金属５０はその種類に限定されないが、例えば、鉄、アルミニウム、ニッケル、これらの合金等がある。含有する金属の種類は１種類でも複数種類でもよい。ナノチューブ３０を炭化水素ガスを流す化学気相成長法において磁性金属のイオンを含ませておいたり、あるいは、ナノチューブの表面に磁性金属を鍍金したり、あるいは、磁性金属を含む溶液中にナノチューブを浸漬したりして磁性金属含有ナノチューブ３０を得ることができる。
【００１８】
ナノチューブ３０をペースト４０の状態にする手法には特に限定されないが、例えば、有機溶剤例えば樹脂と混ぜることで樹脂ペースト状にし、カソード電極２０にスクリーン印刷や、スプレーや、コーティング等で形成することができる。カソード電極２０とナノチューブ３０との電気的コンタクトについては、ナノチューブ３０とカソード電極２０とが物理的に接触することにより両者間の電気的コンタクトを確保することができる。このコンタクト抵抗を下げるためには、ナノチューブ３０とカソード電極２０との間に、金属コロイド等の微細な導電性物質を配置することができる。コンタクト抵抗を低減することにより、より均一な電子放出特性を得ることが可能となり好ましい。
【００１９】
図３には、ペースト４０が除去されてナノチューブ３０がカソード電極２０上に配置されている冷陰極電子源の断面図が示されている。ペースト４０は温度を上げることで除去される。この状態ではナノチューブ３０はカソード電極２０の電極面に対して倒れ込んだ状態になっている。
【００２０】
図４には、ナノチューブ３０がカソード電極２０の電極面に対して垂直な方向に配向した冷陰極電子源の断面図が示されている。本実施の形態では、カソード電極２０の電極面に対して垂直な方向（矢印方向）に外部磁界（磁場）Ｈを印加する。外部磁界Ｈの影響で磁性金属を含有したナノチューブ３０はカソード電極２０上で外部磁界の方向、すなわち、カソード電極２０の電極面に垂直な方向に揃う。外部磁界の発生源は、所望の値を得ることができれば、電磁石でもよいし、永久磁石でもよい。
【００２１】
なお、図２で示すペースト４０のすべてをカソード電極２０上から除去するのではなく、図５で示すように一部を除去し、一部を残し、ナノチューブ３０の先端側をカソード電極２０上に残るペースト４０から突出させ、次いで、図６で示すようにカソード電極２０の電極面に対して垂直な方向（矢印方向）に外部磁界Ｈを印加することにより、磁性金属を含有したナノチューブ３０はカソード電極２０上で外部磁界の方向に揃うようにすることもできる。
【００２２】
以上説明した実施の形態においては、ナノチューブに磁性金属が含有されているので、製造過程でペースト化して基板の電極上に印刷形成し、その印刷ペーストの溶剤の粘度、添加物のため、基板電極に沿って倒れても、外部磁界の印加により電極の面に対して垂直な方向に配向することができるので、有効な電子放出特性を有する冷陰極電子源を提供することができる。
【００２３】
本実施の形態の冷陰極電子源は、表示例には限定されないが、冷陰極電子源から放出された電子の衝突による発光を利用して画像やその他を表示する表示装置に適用することができる。
【００２４】
本実施の形態の冷陰極電子源は、表示例には限定されないが、例えば、アノード電極と蛍光体とを備える前面パネルと、冷陰極電子源を搭載しこの前面パネルに対向する背面パネルとを備え、冷陰極電子源から放出した電子と蛍光体との衝突による発光を利用して画像やその他を表示する表示装置にも適用することができる。
【００２５】
本実施の形態の冷陰極電子源は、表示例には限定されないが、例えば、行方向に複数の配線（行方向配線）を設け、この行方向配線のそれぞれとほぼ直交して複数の配線（列方向配線）を設け、行方向配線と列方向配線のそれぞれの１つに冷陰極電子源を接続し、これら各冷陰極電子源を駆動して電子を蛍光体に放出して蛍光体（画素）を発光して画像やその他を表示する表示装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態において基板上にカソード電極を設けるプロセスを図示する図である。
【図２】図１のプロセスに次いでカソード電極上にナノチューブ入りのペーストを配置するプロセスを図示する図である。
【図３】図２のプロセスに次いでカソード電極上のペーストを除去するプロセスを図示する図である。
【図４】図３のプロセスに次いで外部磁界を印加するプロセスを図示する図である。
【図５】図２のプロセスについでカソード電極上のペーストを除去する他のプロセスを図示する図である。
【図６】図５のプロセスに次いで外部磁界を印加するプロセスを図示する図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  基板
２０  カソード電極
３０  ナノチューブ
４０  ペースト
５０  磁性金属
【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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