(57)【要約】【課題】膜母材中にカーボンナノチューブが均等分散しかつ膜母材表面からカーボンナノチューブ先端が均等高さで突出して発光素子として用いた場合にその均一発光を可能な電界電子放出源を提供すること。【解決手段】電極基板１０上に設けられた電子放出膜２０より電界放射により電子を放出させる電界電子放出源において、上記電子放出膜２０が、接着作用を持つ膜母材２２を備えると共に上記膜母材２２中に所定の配合重量比で導電性微粒子２４とカーボンナノチューブ２６とが混合された構造。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極基板上に設けられた電子放出膜より電界放射により電子を放出させる電界電子放出源において、
上記電子放出膜が、接着作用を持つ膜母材を備えると共に上記膜母材中に所定の配合重量比で導電性微粒子とカーボンナノチューブとが混合されたものである、ことを特徴とする電界電子放出源。
【請求項２】
上記膜母材が導電性を有する材料で構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の電界電子放出源。
【請求項３】
上記導電性を有する材料がインジウム・錫酸化物である、ことを特徴とする請求項２に記載の電界電子放出源。
【請求項４】
上記膜母材および導電性微粒子が、共に、インジウム・錫酸化物で構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の電界電子放出源。
【請求項５】
上記カーボンナノチューブは、その先端が膜母材表面から少なくとも１μｍ以上突出している、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電界電子放出源。
【請求項６】
上記導電性微粒子の粒径が、１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電界電子放出源。
【請求項７】
上記所定の配合重量比である導電性微粒子：カーボンナノチューブの比率が、５：１〜２０：１であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の電界電子放出源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極基板上に設けられたカーボンナノチューブを含む膜より電界放射により電子を放出させる電界電子放出源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この電界電子放出源は蛍光体付きのアノード電極と対向配置され、アノード電極との間で電界を印加されることでアノード電極に向けて電子放出しこの放出した電子を蛍光体に衝突させることにより該蛍光体を励起発光させる発光素子を構成することができる。
【０００３】
このような電界電子放出源には、カーボンナノチューブを電極基板上にスクリーン印刷により塗布すると共に乾燥焼成させることにより、カーボンナノチューブリッチな電子放出膜を電極基板上に形成し、電子放出膜表面からカーボンナノチューブ先端を接着テープにより剥離起毛させる表面処理を施して製造されたものがある。このような電界電子放出源の場合では、カーボンナノチューブが電極基板表面に固着されにくいために上記表面処理により接着テープ側にカーボンナノチューブも電極基板表面から剥離されてしまいやすい。
【０００４】
そこでこのようなカーボンナノチューブの剥離を防止しカーボンナノチューブ先端を電子放出膜表面から毛羽立たせる技術として例えば特開２００３−３０３５３９号公報により提供されている。
【０００５】
同公報で開示されている電界電子放出源は、電極基板上に設けられたカーボンナノチューブを含む膜より電界放射により電子を放出させる電界電子放出源において、上記膜を、ガラスを主成分とした接着性のある膜母材中に、カーボンナノチューブとグラファイト粒子とを混合させて構成されている。そしてこの電界電子放出源では電子放出膜中にグラファイト粒子を混入させテープ剥離に際してはカーボンナノチューブ先端を電子放出膜表面から毛羽立たせることができるようにしたものである。
【０００６】
具体的に同従来公報で開示されている電界電子放出源を図５にて参照して説明すると、１０１は電極基板であり、この電極基板１０１上に透明導電膜１０２を下地膜として設け、この透明導電膜１０２上に電子放出する電子放出膜１０３が設けられている。この電子放出膜１０３は、ガラスを主成分とした無機材料１０６を接着性のある膜母材とし、この無機材料１０６中にカーボンナノチューブ１０４とグラファイト粒子１０５とを混合すると共に膜母材である無機材料１０６表面からカーボンナノチューブ１０４先端を突出させて構成されている。そして、同従来公報には、上記グラファイト粒子１０５は、ガラスを主成分として構成することにより電子放出膜１０３の強度確保および下地膜である透明導電膜１０２との密着性確保と共に焼成工程でのカーボンナノチューブ１０４の消失抑制のために設けられている、と記述している。
【０００７】
このような構成を備えた電界電子放出源では、膜母材である無機材料１０６が電気的に絶縁性であるために電極基板１０１からカーボンナノチューブ１０４に電流を供給する電流通路は、グラファイト粒子１０５により確保する構成になっている。
【０００８】
しかしながら、上記構成を備えた従来公報に開示の電界電子放出源にあっては、カーボンナノチューブ１０４に電極基板１０１側から電流を流し込むための電流通路を構成すべきグラファイト粒子１０５の凝集性が高いがゆえに電子放出膜１０３中に均一分散することができず異常凝集等により偏在しやすく電子放出膜１０３内には無機材料１０６のみで構成されている箇所が多く存在することにより、例えば図中に破線で示したように電流通路が構成されてしまいやすい傾向となる。そして、これらの電流通路では抵抗値が異なり、電子放出膜１０３全体から特定のカーボンナノチューブ１０４からの電子放出量が多かったり、他のカーボンナノチューブ１０４からの電子放出量は少なかったりして、電子放出が不均一になる結果、均一発光しにくいという課題がある。また、グラファイト粒子１０５の凝集性が高いがゆえに、凝集したグラファイト粒子１０５により電子放出膜１０３表面に凹凸が多数発生しその全体の表面粗さＲａが大きく表面平坦性が悪く、これによってカーボンナノチューブ１０４の先端を電子放出膜１０３全体で均等な高さで突出させにくく、このことからも電子放出膜１０３全体からの電子放出量が不均一となり、均一発光しにくいという課題がある。
【特許文献１】特開２００３−３０３５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明により解決すべき課題は、膜母材中にカーボンナノチューブに対する電流通路が電子放出膜全体に均等化しかつ膜母材表面からカーボンナノチューブ先端が均等高さで突出して発光素子として用いた場合にその均一発光を可能な電界電子放出源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による電界電子放出源は、電極基板上に設けられた電子放出膜より電界放射により電子を放出させる電界電子放出源において、上記電子放出膜が、接着作用を持つ膜母材を備えると共に上記膜母材中に所定の配合重量比で導電性微粒子とカーボンナノチューブとが混合されたものであることを特徴とするものである。
【００１１】
上記カーボンナノチューブには、さらに、カーボンナノファイバ、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、などを含むことができる。
【００１２】
本発明では、カーボンナノチューブを膜母材中で支持するのに従来のような凝集性が高いグラファイト粒子ではなく分散性に優れた好ましくはＩＴＯ粒子等の導電性微粒子としたので膜母材中にカーボンナノチューブを均一分散することができ電極基板から電子放出膜の膜母材表面全体のカーボンナノチューブそれぞれの先端から均等に電子放出を行わせて、当該電界電子放出源と相対向する蛍光体を均一に励起発光させることができるようになる。
【００１３】
特に、本発明では、カーボンナノチューブを膜母材中で電極基板上に倒れ込まないように支持する素材が導電性微粒子であるので、当該電子放出膜表面の表面粗さを小さくして凹凸が少なく平坦性に優れた電子放出膜とすることができ、これによって膜母材表面からカーボンナノチューブ先端を電子放出膜全体で均等な高さ好ましくは１〜３μｍで突出させ電子放出膜の膜母材表面全体からの電子放出量を均一とすることにより、より均一発光させることができるようになる。
【００１４】
上記の場合、膜母材は導電性材料から構成されていることが好ましい。膜母材を導電性材料で構成した場合では、電子放出膜全体を膜母材中のカーボンナノチューブに対する電流供給通路に構成することが可能となるから、カーボンナノチューブに対して均等に電流を供給し、電子放出させることができるようになるので、電子放出膜全体の電子放出量を均等化し、蛍光体のより均一な発光を可能とすることができる。この場合、膜母材は、導電性を有する材料であれば特に限定しないが、ＩＴＯから構成されていることが好ましい。なお、上記電子放出膜の表面粗さＲａは、０．５μｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電界電子放出源によれば、電子放出膜として膜母材表面からカーボンナノチューブ先端を導電性微粒子で均等に分散させかつ均等高さで突出させた構成とすることができるので、蛍光体付きアノード電極と対向させた発光素子に組み込んだ場合、その均一発光を可能とする電界電子放出源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】
【００１６】
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界電子放出源を説明する。
【００１７】
図１に実施の形態に係る電界電子放出源の模式的な構成を示している。この電界電子放出源においては、電極基板１０上に電界放射により電子を放出させる電子放出膜２０を備える。
【００１８】
この電子放出膜２０は、接着作用を持つ膜母材２２を備えると共に上記膜母材２２中に所定の配合重量比で導電性微粒子２４とカーボンナノチューブ２６とが混合されて構成されている。
【００１９】
上記膜母材２２は、当該電子放出膜２０を電極基板１０上に密着性高く接着させることができるようになっている。
【００２０】
上記導電性微粒子２４は、カーボンナノチューブ２６を膜母材２２中から抜け出されにくいようにカーボンナノチューブ２６が絡み合わされている。
【００２１】
上記カーボンナノチューブ２６は、この導電性微粒子２４により膜母材２２表面からその先端が突き出された状態で安定して膜母材２２中に支持されている。カーボンナノチューブ２６は、その先端が膜母材２２表面から少なくとも１μｍ以上突出していることが好ましい。カーボンナノチューブ２６先端の膜母材２２表面からの突出量が１μｍ未満であると、当該先端部に電界集中が起きがたい状態となり電子放出自体が望めなくなったり、膜表面のうねりや粗さによって当該先端部への電界集中が均一でなくなり電子放出均一性が損なわれるという点で好ましくないからである。
【００２２】
このカーボンナノチューブ２６の突出により、電子放出膜２０の表面粗さＲａは、０．５μｍ以下が好ましく、より好ましくは０．３μｍ以下である。電子放出膜２０の表面粗さＲａは、０．５μｍ超であると膜断面方向の凹凸形状に突出させたカーボンナノチューブが埋没した状態と同義となり、電界集中が起きがたい状態となり、電子放出自体が望めなくなるという点で好ましくないからである。また、カーボンナノチューブ２６は電子放出膜２０中に入り込み導電性微粒子２４によりその先端側より基端側が支持されて電極基板１０上に倒れ込みにくくなって膜母材２２表面からその先端が上記長さ範囲で突出することが可能となっている。
【００２３】
膜母材２２は、電気的に導電性の接着剤で構成されている。膜母材２２が導電性の接着剤であると、導電性微粒子２４は専らカーボンナノチューブ２６が絡み合うことによりカーボンナノチューブ２６が膜母材２２中から抜け出しにくくかつ膜母材２２からその先端が突き出された形態を安定して維持するものとして用いる。また、膜母材２２は導電性であるので電界電子放出源が電子放出した際にその電子がチャージアップすることを防止することができるようになる。一方、膜母材２２を導電性の接着剤で構成した場合、カーボンナノチューブ２６に対して均一に電流を供給することを可能とし電子放出膜２０全体から均一に安定して電子放出を行うことができ、より蛍光体の均一な発光を可能とする。この導電性の接着剤にはインジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）を好ましく例示することができる。ただし、導電性の接着剤はＩＴＯに限定されるものではなく他の導電性を有するもので接着性を有するもの、例えばインジウム単体、錫酸化物単体、銀、鉛等でもよい。
【００２４】
この場合、導電性微粒子２４として凝集性が低い例えばＩＴＯであれば、従来では凝集性が高く膜母材２２中に偏在し易いグラファイト粒子とは異なり凝集しにくくなり、膜母材２２中にＩＴＯからなる導電性微粒子２４が均一に分散しやすく電極基板１０からカーボンナノチューブ２６に対して均一に電流を供給することができるようになり、電子放出を電子放出膜２０全体で均一に行うことが可能となる。そして、このことにより、実施の形態の電界電子放出源と相対向する蛍光体を均一に発光させることができるようになる。導電性微粒子２４はその粒径が大きすぎるとカーボンナノチューブ２６が抜け出され易くなると共に面内抵抗も増加するのでその平均粒径は最適化されていることが好ましく、例えば導電性微粒子２４の平均粒径が１００nｍ以下で面内抵抗の増加を抑制しつつカーボンナノチューブ２６の容易な抜け出しを防止することができる。この場合、導電性微粒子２４の好ましい平均粒径は１０〜６０nｍである。導電性微粒子２４の平均粒径を上記範囲内とすることにより、導電性微粒子２４がカーボンナノチューブ間に介在することとなり、カーボンナノチューブ同士が絡みあったり、凝集したりする現象を抑えられる点で好ましい。
【００２５】
導電性微粒子２４とカーボンナノチューブ２６の配合重量比は、導電性微粒子２４の配合割合が多すぎるとカーボンナノチューブ２６が量的に不足して所望する電子放出が得難くなる一方、導電性微粒子２４の配合割合が少なすぎるとカーボンナノチューブ２６が膜母材２２から抜け出され易くなる。その意味で、導電性微粒子２４とカーボンナノチューブ２６の配合重量比である導電性微粒子：カーボンナノチューブは、５：１〜２０：１であることが好ましい。
【００２６】
なお、膜母材２２は、電気的に絶縁性の接着剤で構成することができる。この絶縁性の接着剤にはガラス単独からなる接着剤、あるいはガラスを主成分とする接着剤を例示することができる。ガラスの種類は特に限定しない。ただし、膜母材２２が電気的絶縁性を有する場合でも、電極基板からカーボンナノチューブ２６への電子は電極基板から直接供給される場合があり、その場合カーボンナノチューブ２６と隣接する導電性微粒子２４を通じて供給することができる。
【００２７】
以上説明したように実施の形態の電界電子放出源では、その電子放出膜が、接着作用を持つ最適には導電性接着剤からなる膜母材２２中に上記配合重量比で導電性微粒子２４とカーボンナノチューブ２６とが混合されたものであるので、膜母材２２中にカーボンナノチューブ２６に対する電流通路を、膜母材２２が電子放出膜全体に均等化しかつ膜母材２２表面からカーボンナノチューブ２６先端が均等高さで突出し均一発光が可能な電界電子放出源を提供することができる。
【００２８】
なお、図１に示す電界電子放出源は、膜表面がテープ剥離等の表面処理により剥離されたものであり、図２にその表面処理する前の電界電子放出源の概略構成を示す。図２で示す電界電子放出源は、電極基板１０上にスクリーン印刷され、乾燥、焼成された状態のものである。この図２で示す電界電子放出源に対してその電子放出膜２０の膜表面を剥離する表面処理を施すことにより、カーボンナノチューブ２６の先端が数μｍ突出した状態になっている。
【００２９】
また、図３は表面処理前の電界電子放出源のＳＥＭ写真、図４は表面処理後の電界電子放出源における電子放出膜２０表面の一部を拡大したＳＥＭ写真を示す。図３の表面処理前の電界電子放出源のＳＥＭ写真で示すように、電子放出膜２０表面にはカーボンナノチューブ２６が起毛されていないことを確認することができるが、図４の表面処理後の電界電子放出源の電子放出膜２０表面にはカーボンナノチューブ２６が起毛されている状態を確認することができる。図３と図４それぞれのＳＥＭ写真を比較して明らかであるように、上記表面処理を施しても、カーボンナノチューブ２６は導電性微粒子２４により保持されて抜け出しすることがなく膜母材２２中に均等に存在し、その先端が突出していることを確認することができる。
【００３０】
図４のＳＥＭ写真で示す電界電子放出源の電子放出膜２０の表面粗さＲａは、０．３μｍであった。この表面粗さＲａは株式会社アルバックテクノ製測定器（装置名ＤＥＫＴＡＫ３０３０ＳＴ）を用いて測定し、測定条件はＪＩＳ  Ｂ  ０６０１により行った。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る電界電子放出源の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、表面剥離する前の電界電子放出源の概略構成を示す断面図である。
【図３】図３は表面処理前の電界電子放出源のＳＥＭ写真である。
【図４】図４は表面処理後の電界電子放出源における電子放出膜表面の一部を拡大したＳＥＭ写真である。
【図５】図５は従来公報における電界電子放出源の部分断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  電極基板
２０  電子放出膜
２２  膜母材
２４  導電性微粒子
２６  カーボンナノチューブ
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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