(57)【要約】【課題】電子放出特性が安定化した電子エミッタを提供すること。【解決手段】本電子エミッタは、導電性基板２の表面にカーボンナノチューブ（ナノカーボン材料）６を含む成形体４を備え、成形体４の表面を平坦に加工してから荒らし加工を施すことによりカーボンナノチューブ６の先端を均一な高さに露出させた構成。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面にナノカーボン材料を含むペーストから固形化された成形体を設け、この成形体の表面は平坦加工されてから荒らし加工されている、ことを特徴とする電子エミッタ。
【請求項２】
基板表面にナノカーボン材料を含むペーストから固形化された成形体を設け、成形体の表面は、所定以下の表面粗さに平坦化されてから、上記表面粗さ以上の表面粗さに荒らされている、ことを特徴とする電子エミッタ。
【請求項３】
基板表面にナノカーボン材料を含むペーストを塗布する塗布工程と、
ペーストを焼成してナノカーボン材料を含む成形体を得る焼成工程と、
成形体の表面を所定以下の表面粗さに平坦化加工する平坦化工程と、
成形体の表面を所定以上の表面粗さに荒らし加工する表面荒らし工程と、
を含むことを特徴とする電子エミッタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界を印加することにより電子を放出する電子エミッタおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子エミッタを用いた表示装置は、一般的には、カソード側に配置されてアノード側との間で印加される電界によりアノード側に向けて電子を放出してアノード側の蛍光体に衝突することによって蛍光体を励起発光させるようになっている（特許文献１参照。）。このような電子エミッタは、冷陰極とも呼ばれるものであり、常温においても電子を効率的に放出することができ、また、印加電圧に対する電子放出の効果も高く、高輝度、広視野角、長寿命、高応答性などの点により、大型薄型の表示装置に適用され、その開発が鋭意進められている。この電子エミッタの中で、カーボンナノチューブ等のナノカーボン材料を用いた電子エミッタへの注目度が高くなっている。このナノカーボン材料は、アスペクト比が大きいために低電界での電子放出が容易であること、電子放出特性が安定であること、表示装置に対して高密度な発光点を提供することができること、などから上記表示装置への実施に向けて開発されている。このタイプの電子エミッタの製造方法としては、炭化水素ガスを原料ガスとして熱反応、化学反応によって基板上にカーボン薄膜を形成する化学気相成長法（ＣＶＤ法）等の乾式成膜法や、ナノカーボン材料を樹脂溶媒中に混合分散してペースト状として基板上に印刷した後、焼成することにより溶媒成分を蒸発させてナノカーボン材料を基板上に配置する湿式成膜法、等がある。
【０００３】
しかしながら、ＣＶＤ法では、大規模で高価な装置が必要である上に、そのような大規模で高価な装置を用いても製造工数が多く製造プロセスが複雑であるとともにナノカーボン材料を基板上に均一で一様な長さに成長させ難く、電子放出特性すなわち表示装置内の蛍光体を安定して発光させることができる発光特性を得難い。
【０００４】
一方、印刷法では、基板上に直接、ナノカーボン材料を成長させる必要がないので、ＣＶＤ法のごとく大規模で高価な装置を用いる必要がないが、基板上にナノカーボン材料がペースト状においてランダムに分散された状態になっており、焼成して溶媒成分を除去したときに、基板上にナノカーボン材料が不揃いで配置された状態となっており、その先端への電界集中により電子放出が行われるナノカーボン材料としては、全体の電子放出特性が極めて不安定な電子エミッタとなる。また、ナノカーボン材料が不揃いであることはその密度が低くなって発光ポイント密度が低くなり、蛍光膜を励起するための電子源の電子線放出密度が低く、かつ、むらがあるということになり、画面が暗く、しかも表示される画像にむらが生じ、画質が著しく低下する。
【特許文献１】特開２００１−２３５５２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明は、ナノカーボン材料を印刷等により塗布する方式において、全体としての電子放出特性が安定化した電子エミッタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、基板表面にナノカーボン材料を含むペーストから固形化された成形体を設け、成形体の表面は、所定以下の表面粗さに平坦化されてから、上記表面粗さ以上の表面粗さに荒らされていることを特徴とする電子エミッタである。上記ナノカーボン材料には、カーボンナノチューブ、フラーレン、カーボンナノホーン、ナノパーティクル、カーボンナノウォール、等を含むことができる。また、上記ナノカーボン材料は、一部に電子放出することができる形状を有するものであればよく、その形状には特には限定されないが、例えば、チューブ状、線状、円盤状、球状等を含むものである。成形体は、例えば、基板表面に印刷法あるいはスラリー法あるいはインク法等の塗布によりペースト状にして設け、このペースト状物質を焼成することにより、得ることができる。成形体は、機械研磨または化学的機械的研磨等によりその表面を所定以下の表面粗さの表面に平坦加工することができる。成形体の表面は、エッチング等により所定以上の表面粗さに表面荒しすることができる。
【０００７】
第１の発明によると、基板表面にナノカーボン材料を含む成形体を設け、この成形体に対して表面平坦化加工の後、表面荒らし加工が施されているから、成形体の表面からはナノカーボン材料の先端を表面全体に均等に露出させることが可能となり、これによって、成形体の表面全体のナノカーボン材料はほぼ均等に電子放出を行うようになり、電子放出特性が極めて安定化した電子エミッタを提供することができる。したがって、第１の発明では、基板上にナノカーボン材料を成長させる必要がないから、ＣＶＤ法のごとく大規模で高価な装置を用いる必要がなく、また、成形体内部ではナノカーボン材料が不揃いであったとしても、成形体表面に露出して電子放出用となるナノカーボン材料についてその先端を基板からの均等な高さに揃わせることができ、これによって、成形体表面全体にわたりナノカーボン材料の先端に均等に電界が集中して電子放出の効率向上と安定性向上と発光強度の面内均一化とを達成することができる。
【０００８】
第２の発明は、基板表面にナノカーボン材料を含むペーストから固形化された成形体を設け、成形体の表面は、所定以下の表面粗さに平坦化されてから、上記表面粗さ以上の表面粗さに荒らされていることを特徴とする電子エミッタである。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明と同様の作用効果を有するものであることに加えて、表面平坦化と表面荒らしそれぞれの表面粗さの関係により、成形体表面全体にわたるナノカーボン材料の先端高さを精確に揃わせることが可能となり、より電子放出の効率向上と安定性向上と発光強度の面内均一化とを達成することができる。
【００１０】
成形体の表面は研磨により最大で１０ｎｍの表面粗さに平坦化することが好ましい。また、成形体の表面はエッチングにより１０ｎｍ〜２０μｍの表面粗さに荒らされていることが好ましい。このような表面粗さに設定することにより、成形体表面から露出するナノカーボン材料の配置密度を向上することができ、発光強度をより向上させることができるようになる。
【００１１】
第３の発明は、基板表面にナノカーボン材料を含むペーストを塗布する塗布工程と、ペーストを焼成してナノカーボン材料を含む成形体を得る焼成工程と、成形体の表面を所定以下の表面粗さに平坦化加工する平坦化工程と、成形体の表面を所定以上の表面粗さに荒らし加工する表面荒らし工程とを含むことを特徴とする電子エミッタの製造方法である。上記塗布には印刷、スプレー、インク法、等を含むことができる。
【００１２】
平坦化の手法は、特に限定されないが、例えば、研磨により平坦化する手法がある。平坦化においては、成形体の表面を最大で１０ｎｍの表面粗さに研磨加工する工程であることが好ましい。表面荒しの手法は、特に限定されないが、例えば、エッチングにより表面を荒らすことができる。成形体の表面は最小で１０ｎｍの表面粗さに荒らすことが好ましい。
【００１３】
本発明の製造方法においては、安価でかつ発光特性に優れた電子エミッタを製造することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電子放出特性が極めて安定した電子エミッタ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電子エミッタおよびその製造方法を説明する。図１は、実施の形態の電子エミッタの断面図である。この電子エミッタは、導電性の基板２と、この基板２表面に印刷により形成された成形体４とを備えている。基板２はシリコン等の半導体、金属等からなる。また、基板２がガラス等の絶縁性材料から構成される場合、その基板２に導電性材料が設けられて基板表面が導電性を有するとよい。基板２は少なくともその表面が導電性を有しているとよい。基板２は電界放射型表示装置においてカソード電極側となる。成形体４は、内部に電子放出用のナノカーボン材料の一例であるカーボンナノチューブ６を含む。成形体４は、その表面全体ないしはほぼ全体が所定以下の表面粗さでほぼ平坦に加工されているとともに、その表面全体ないしはほぼ全体が上記平坦加工による表面粗さ以上の表面粗さに荒らし加工されている。表面全体とは基板２上にパターン化されて電子エミッタを形成する場合では、そのパターンに相当する表面全体ないしはほぼ全体である。ナノカーボン材料は、上記カーボンナノチューブに限定されるものではなく、例えば、フラーレン、カーボンナノホーン、ナノパーティクル、カーボンナノウォール、等を含むことができる。成形体表面の平坦化加工には、例えば、機械研磨あるいは化学的機械的研磨あるいはこれらの併用あるいはその他等がある。成形体４の表面の荒らし加工には、エッチングあるいはその他、適宜に選択される荒らし加工がある。エッチングとしては、ドライエッチング、ウエットエッチング等のエッチング法（ハーフエッチング）を好ましく用いることができる。このエッチングは、カーボンナノチューブがエッチングされにくく、成形体を構成するバインダ材料を容易にエッチングすることができるものである。例えば、成形体がガラスを含む場合、アルカリ溶液によるエッチングを適用することができる。
【００１６】
成形体４は、カーボンナノチューブ６を含むペーストを焼成したものであるから、このペーストの段階ではカーボンナノチューブ６同士は、ファンデルワールス引力により凝集してバンドルを形成して、カーボンナノチューブ６が面内で不均一に存在し、均一な電子放出特性を得ることができなくなる。そのため、ペーストの段階では好ましくはカーボンナノチューブ６が均等に分散されるように超音波等で分散化処理することができる。また、カーボンナノチューブ６がペーストの焼成時の熱で焼失されてしまうことがないようにカーボンナノチューブ６を焼失難くする例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫）８をペースト中に導電材料として使用することができる。カーボンナノチューブ６はＩＴＯ８により基板２に対して電気的にバックコンタクトをとることができる。
【００１７】
ペースト材料は、上記カーボンナノチューブ６に加えて、無機バインダ材料（低融点ガラス粒子や導電性材等）と、ビヒクル（エチルセルロースなどの樹脂やテルピネオールやブチルカルビトールなどを含む溶剤に溶解した粘性のある溶液）とが配合されて流動性を有するペーストとされたものである。低融点ガラス粒子には、ビスマス系、亜鉛系、鉛系の材料がある。ビヒクルとしては、分解、揮発性の良い材料を用いて、加熱で除去することができるものである。無機バインダ材料は、焼成後に固形状態を維持するためのものである。ペースト材料中にはカーボンナノチューブの分散性を高める分散剤あるいはナノカーボン材料の凝集を防止する抗凝集剤を混入することができる。ナノカーボン材料の分散性を高めるため超音波処理を施すことができる。ナノカーボン材料は例えばカーボンナノチューブである。無機バインダ材料としては上記以外に酸化チタンや、その他がある。
【００１８】
成形体４の表面は表面粗さが最大でも１０ｎｍ、好ましくは、それ以下に平坦化加工されている。成形体４の表面は、この平坦化加工の後、エッチングにより、最小でも１０ｎｍ、好ましくは、それ以上の表面粗さに荒らされている。図１では、理解の都合で、成形体４の表面粗さの状態を凹部４ａと凸部４ｂとで誇張して図示している。成形体４の凹凸表面において、凹部４ａは、カーボンナノチューブ６間の凹部であり、上記エッチングで除去された部分であり、凸部４ｂはエッチングされずに残った部分であり、この凸部４ｂにカーボンナノチューブ６が位置することにより、カーボンナノチューブ６は成形体４表面から突出した状態に露出し、これによって電子放出特性が得られている。
【００１９】
以上の構成を備えた実施の形態の電子エミッタにおいては、成形体４の表面が研磨されて電子放出面が基板２表面からほぼ一定の高さを有するので、この電子放出面に露出するカーボンナノチューブ６からの電子放出量が一定化し、発光特性が均一化する。また、成形体４の表面が所定の表面粗さに加工され、その表面粗さを備えた電子放出面からカーボンナノチューブ６が露出しているので、より電界集中が良好となり、電子放出特性が安定化する。
【００２０】
図２以降を参照して実施形態の電子エミッタの製造方法を説明する。図２はその製造方法の工程フローを示し、図３ないし図５は各工程を示す断面図である。この製造方法は、工程フローで示すように、塗布（焼成含む）、平坦化および表面荒しからなる。また、塗布の工程は焼成の工程と共に図３に示し、平坦化の工程は図４に示し、表面荒しの工程は図５に示している。また、図３ないし図５において各工程を（ａ）（ｂ）で示し、（ｂ）は（ａ）の一部を概念的に誇張拡大して示している。
【００２１】
図３（ａ）（ｂ）を参照して、最初の塗布工程においては、基板２の表面にペースト（粘性溶液）を塗布する。ペーストは、カーボンナノチューブ６と、上記した無機バインダ（成形助剤）と、ビヒクルとを含むものである。塗布時点では、ペースト表面は基板表面に対して起伏の大きい表面形状になっているとともに、カーボンナノチューブ６はペースト内で垂直配向されたものや、それ以外の方向に配向されたものが混在した状態である。ペースト塗布の後、ペーストを所定温度で焼成する。この焼成により、ペーストは固形化されて成形体４となる。この成形体４の表面粗さは一様ではなく、起伏の大きい表面状態であり、カーボンナノチューブ６の先端は基板２の表面から高さ不均一になっており、電子放出特性が極めて悪い。また、カーボンナノチューブ６の一部は成形体４の内部に埋没しているので、電子放出することができるカーボンナノチューブ６は限定されたものとなり、電子放出量が少なくなる、など電子放出特性が安定化しない。そこで、本実施の形態ではさらに次の平坦化および表面荒しを実施するものである。
【００２２】
すなわち、図４（ａ）（ｂ）を参照して、次の平坦化工程においては、成形体４の表面を機械研磨あるいは、スラリ ー状の研磨剤を研磨パッドの表面に供給して薄板状の被研磨物の表面を研磨する化学的および機械的に研磨する化学的機械的研磨（ＣＭＰ）あるいはこれらの併用等で表面粗さＲａ（日本工業規格ＪＩＳ−Ｂ０６０１の算術平均粗さ）で１０ｎｍ以下に平坦化する。この機械研磨は周知の手法で可能であるので詳細は省略する。この平坦化により、成形体４の表面は鏡面状態となる。この研磨により、成形体４の表面高さは均一化されたものとなる。次いで、図５（ａ）（ｂ）を参照して、最後の表面荒しの工程においては、成形体４の表面をウェットエッチングやドライエッチングにより表面粗さＲａで１０ｎｍ以上に荒らし加工する。以上の工程を経ることにより、図１に示す電子エミッタを製造することができる。
【００２３】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る電子エミッタの断面図である。
【図２】図１の電子エミッタの製造フローを示す図である。
【図３】図１の電子エミッタの塗布と焼成工程図である。
【図４】図１の電子エミッタの平坦化工程図である。
【図５】図１の電子エミッタの表面荒らし工程図である。
【符号の説明】
【００２５】
２  基板
４  成形体
６  カーボンナノチューブ（ナノカーボン材料）
【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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