(57)【要約】【課題】電子放出部に炭素繊維複合材料を用いた電子放出装置を提供する。【解決手段】本発明の電子放出装置５は、カソード電極５０と、カソード電極５０と電気的に接続するシート状の電子放出部５２と、少なくとも絶縁部５４を介して電子放出部５２と電気的に絶縁するアノード電極５６と、を具備している。電子放出部５２は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなる。電子放出部５２は、アノード電極５６へ向けて電子を放出する電子放出領域５２２を有し、電子放出領域５２２は、電子放出部５２の側壁に形成される。【選択図】図８
2008311083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード電極と、
前記カソード電極と電気的に接続するシート状の電子放出部と、
少なくとも絶縁部を介して前記電子放出部と電気的に絶縁するアノード電極と、
を具備し、
前記電子放出部は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなると共に、前記アノード電極へ向けて電子を放出する電子放出領域を有し、
前記電子放出領域は、前記電子放出部の側壁に形成された、電子放出装置。
【請求項２】
カソード電極と、
前記カソード電極と電気的に接続するシート状の電子放出部と、
少なくとも絶縁部を介して前記電子放出部と電気的に絶縁するアノード電極と、
を具備し、
前記電子放出部は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなると共に、少なくとも前記アノード電極側に開口した開口部を有し、
前記開口部の側壁は、前記アノード電極へ向けて電子を放出する電子放出領域である、電子放出装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記電子放出部の前記開口部は、シート状の前記電子放出部を貫通する貫通孔である、電子放出装置。
【請求項４】
カソード電極と、
前記カソード電極と電気的に接続するシート状の電子放出部と、
前記電子放出部に積層されたシート状の絶縁部と、
前記絶縁部に積層されたシート状のアノード電極と、
を具備し、
前記絶縁部は、開口部を有し、
前記開口部は、前記電子放出部と前記アノード電極とに臨んで設けられ、
前記電子放出部は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなると共に、前記開口部を通って前記アノード電極へ向けて電子を放出する電子放出領域を有する、電子放出装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記絶縁部の前記開口部は、シート状の前記絶縁部を貫通する貫通孔である、電子放出装置。
【請求項６】
カソード電極と、
前記カソード電極と電気的に接続する電子放出部と、
少なくとも絶縁部を介して前記電子放出部と電気的に絶縁するアノード電極と、
を含み、
前記電子放出部は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなると共に、前記アノード電極へ向けて電子を放出する電子放出領域を有し、
前記アノード電極を含む第１の壁部と、前記電子放出領域を含む第２の壁部と、を含む壁部によって囲まれた電子放出素子を有する、電子放出装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記アノード電極は、蛍光体を含む蛍光部を有する、電子放出装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記絶縁部は、蛍光体を含む、電子放出装置。
【請求項９】
カソード電極と、
前記カソード電極と電気的に接続するシート状の電子放出部と、
少なくとも絶縁部を介して前記電子放出部と電気的に絶縁するアノード電極と、
を具備し、
前記電子放出部は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなると共に、少なくとも前記アノード電極側に開口した開口部を有し、
前記アノード電極は、前記開口部側に蛍光部を有し、
前記開口部と前記蛍光部との間に配置されたグリッド電極を有し、
前記開口部の側壁は、前記アノード電極へ向けて電子を放出する電子放出領域である、電子放出装置。
【請求項１０】
カソード電極と、
前記カソード電極と電気的に接続するシート状の電子放出部と、
少なくとも絶縁部を介して前記電子放出部と電気的に絶縁するアノード電極と、
前記アノード電極の前記電子放出部側に形成された蛍光部と、
を具備し、
前記電子放出部は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなると共に、第１の開口部を有し、
前記第１の開口部の側壁は、前記アノード電極へ向けて電子を放出する電子放出領域であり、
前記絶縁部は、第２の開口部を有し、
前記蛍光部で発光された光を前記第１の開口部及び前記第２の開口部を通過して取り出す発光部を有する、電子放出装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記発光部は、第１の発光部であって、
前記蛍光部で発光された光を前記アノード電極側から取り出す第２の発光部をさらに有する、電子放出装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかにおいて、
前記炭素繊維複合材料は、前記エラストマーに、前記カーボンナノファイバーを混合させ、かつ剪断力によって分散させて得られた、電子放出装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかにおいて、
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が０．５ないし５００ｎｍである、電子放出装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかにおいて、
前記炭素繊維複合材料は、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃で測定した、無架橋体における、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００〜３０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率（ｆｎｎ）は０．２未満である、電子放出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出部に炭素繊維複合材料を用いた電子放出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、カーボンナノファイバーはマトリックスに分散させにくいフィラーであった。本発明者等が先に提案した炭素繊維複合材料の製造方法によれば、これまで困難とされていたカーボンナノファイバーの分散性を改善し、エラストマーにカーボンナノファイバーを均一に分散させることができた（例えば、特許文献１参照）。このような炭素繊維複合材料の製造方法によれば、エラストマーとカーボンナノファイバーを混練し、剪断力によって凝集性の強いカーボンナノファイバーの分散性を向上させている。より具体的には、エラストマーとカーボンナノファイバーとを混合すると、粘性を有するエラストマーがカーボンナノファイバーの相互に侵入し、かつ、エラストマーの特定の部分が化学的相互作用によってカーボンナノファイバーの活性の高い部分と結合し、この状態で、分子長が適度に長く、分子運動性の高い(弾性を有する)エラストマーとカーボンナノファイバーとの混合物に強い剪断力が作用すると、エラストマーの変形に伴ってカーボンナノファイバーも移動し、さらに剪断後の弾性によるエラストマーの復元力によって、凝集していたカーボンナノファイバーが分離されて、エラストマー中に分散していた。このように、マトリックスへのカーボンナノファイバーの分散性を向上させることで、高価なカーボンナノファイバーを効率よく複合材料のフィラーとして用いることができるようになった。
【０００３】
また、近年、省エネルギー化の要求から電界を印加することによって電子を放出させる電界電子放出現象を利用した電子放出装置として、例えば、薄型テレビなどのディスプレイ（ＦＥＤ）や平面照明装置などが提案されている。本発明者等は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが均一に分散された炭素繊維複合材料によって望ましい電子放出特性を得ることに成功し、炭素繊維複合材料を電子放出材料として用いた電子放出装置を提案した（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−９７５２５号公報
【特許文献２】特開２００６−１６７７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、電子放出部に炭素繊維複合材料を用いた電子放出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にかかる電子放出装置は、
カソード電極と、
前記カソード電極と電気的に接続するシート状の電子放出部と、
少なくとも絶縁部を介して前記電子放出部と電気的に絶縁するアノード電極と、
を具備し、
前記電子放出部は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなると共に、前記アノード電極へ向けて電子を放出する電子放出領域を有し、
前記電子放出領域は、前記電子放出部の側壁に形成されたことを特徴とする。
【０００６】
本発明にかかる電子放出装置によれば、電子放出部の側壁に電子放出領域が形成されるので、構造を簡素化することができる。特に、従来の電子放出装置はアノード電極もしくはゲートと電子放出部との離間距離をスペーサで高精度に調整する必要があったが、本発明にかかる電子放出装置は電子放出部の側壁が電子放出領域となるため、比較的容易に優れた電子放出特性を得ることができる。また、本発明にかかる電子放出装置によれば、電子放出部の側壁が電子放出領域となるため、アノード電極の比較的広い範囲に電子を放出することができる。
【０００７】
本発明にかかる電子放出装置は、
カソード電極と、
前記カソード電極と電気的に接続するシート状の電子放出部と、
少なくとも絶縁部を介して前記電子放出部と電気的に絶縁するアノード電極と、
を具備し、
前記電子放出部は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなると共に、少なくとも前記アノード電極側に開口した開口部を有し、
前記開口部の側壁は、前記アノード電極へ向けて電子を放出する電子放出領域であることを特徴とする。
【０００８】
本発明にかかる電子放出装置によれば、電子放出部の開口部の側壁が電子放出領域として形成されるので、構造を簡素化することができる。特に、従来の電子放出装置はアノード電極もしくはゲートと電子放出部との離間距離をスペーサで高精度に調整する必要があったが、本発明にかかる電子放出装置は電子放出部の開口部の側壁が電子放出領域となるため、比較的容易に優れた電子放出特性を得ることができる。また、本発明にかかる電子放出装置によれば、電子放出部の開口部の側壁が電子放出領域となるため、開口部の側壁によって囲まれたアノード電極の比較的広い範囲に電子を放出することができる。
【０００９】
本発明にかかる電子放出装置において、
前記電子放出部の前記開口部は、シート状の前記電子放出部を貫通する貫通孔であることができる。
【００１０】
本発明にかかる電子放出装置は、
カソード電極と、
前記カソード電極と電気的に接続するシート状の電子放出部と、
前記電子放出部に積層されたシート状の絶縁部と、
前記絶縁部に積層されたシート状のアノード電極と、
を具備し、
前記絶縁部は、開口部を有し、
前記開口部は、前記電子放出部と前記アノード電極とに臨んで設けられ、
前記電子放出部は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなると共に、前記開口部を通って前記アノード電極へ向けて電子を放出する電子放出領域を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明にかかる電子放出装置によれば、電子放出部に絶縁部が積層され、さらに絶縁部にアノード電極が積層された比較的単純な構成とすることができる。特に、従来の電子放出装置はアノード電極もしくはゲートと電子放出部との離間距離をスペーサで高精度に調整する必要があったが、本発明にかかる電子放出装置は電子放出部と絶縁部とアノード電極とが積層された、比較的簡単な構成でも優れた電子放出特性を得ることができる。また、本発明にかかる電子放出装置によれば、絶縁部に電子放出領域とアノード電極とを結ぶ開口部を形成することで、比較的簡単な構成でアノード電極の比較的広い範囲に電子を放出することができる。
【００１２】
本発明にかかる電子放出装置において、
前記絶縁部の前記開口部は、シート状の前記絶縁部を貫通する貫通孔であることができる。
【００１３】
本発明にかかる電子放出装置は、
カソード電極と、
前記カソード電極と電気的に接続する電子放出部と、
少なくとも絶縁部を介して前記電子放出部と電気的に絶縁するアノード電極と、
を含み、
前記電子放出部は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなると共に、前記アノード電極へ向けて電子を放出する電子放出領域を有し、
前記アノード電極を含む第１の壁部と、前記電子放出領域を含む第２の壁部と、を含む壁部によって囲まれた電子放出素子を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明にかかる電子放出装置によれば、アノード電極を含む第１の壁部と、電子放出領域を含む第２の壁部と、を含む壁部によって囲まれた電子放出素子を有する比較的単純な構成とすることができる。特に、従来の電子放出装置はアノード電極もしくはゲートと電子放出部との離間距離をスペーサで高精度に調整する必要があったが、本発明にかかる電子放出装置は電子放出素子を形成した比較的簡単な構成でも優れた電子放出特性を得ることができる。また、本発明にかかる電子放出装置によれば、第１の壁部と第２の壁部とを含む壁部によって囲まれた比較的簡単な構成の電子放出素子を得ることができる。
【００１５】
本発明にかかる電子放出装置において、前記アノード電極は、蛍光体を含む蛍光部を有することができる。
【００１６】
本発明にかかる電子放出装置において、前記絶縁部は、蛍光体を含むことができる。
【００１７】
本発明にかかる電子放出装置は、
カソード電極と、
前記カソード電極と電気的に接続するシート状の電子放出部と、
少なくとも絶縁部を介して前記電子放出部と電気的に絶縁するアノード電極と、
を具備し、
前記電子放出部は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなると共に、少なくとも前記アノード電極側に開口した開口部を有し、
前記アノード電極は、前記開口部側に蛍光部を有し、
前記開口部と前記蛍光部との間に配置されたグリッド電極を有し、
前記開口部の側壁は、前記アノード電極へ向けて電子を放出する電子放出領域であることを特徴とする。
【００１８】
本発明にかかる電子放出装置によれば、電子放出部の開口部の側壁が電子放出領域として形成されるので、構造を簡素化することができる。特に、従来の電子放出装置はアノード電極もしくはゲートと電子放出部との離間距離をスペーサで高精度に調整する必要があったが、本発明にかかる電子放出装置は電子放出部の開口部の側壁が電子放出領域となるため、比較的容易に優れた電子放出特性を得ることができる。また、本発明にかかる電子放出装置によれば、電子放出部の開口部の側壁が電子放出領域となるため、開口部の側壁によって囲まれたアノード電極の比較的広い範囲に電子を放出することができる。さらに、開口部と蛍光部との間にグリッド電極を配置することで発光パターンが均一化することができる。
【００１９】
本発明にかかる電子放出装置は、
カソード電極と、
前記カソード電極と電気的に接続するシート状の電子放出部と、
少なくとも絶縁部を介して前記電子放出部と電気的に絶縁するアノード電極と、
前記アノード電極の前記電子放出部側に形成された蛍光部と、
を具備し、
前記電子放出部は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなると共に、第１の開口部を有し、
前記第１の開口部の側壁は、前記アノード電極へ向けて電子を放出する電子放出領域であり、
前記絶縁部は、第２の開口部を有し、
前記蛍光部で発光された光を前記第１の開口部及び前記第２の開口部を通過して取り出す発光部を有することを特徴とする。
【００２０】
本発明にかかる電子放出装置によれば、電子放出部の第１の開口部の側壁が電子放出領域として形成されるので、構造を簡素化することができる。特に、従来の電子放出装置はアノード電極もしくはゲートと電子放出部との離間距離をスペーサで高精度に調整する必要があったが、本発明にかかる電子放出装置は電子放出部と絶縁部とによって前記離間距離を容易に設定できる。また、本発明にかかる電子放出装置によれば、電子放出部の開口部の側壁が電子放出領域となるため、開口部の側壁によって囲まれたアノード電極の比較的広い範囲に電子を放出することができる。さらに、従来の電子放出装置はアノード電極側に発光部を有するが、本発明にかかる電子放出装置によれば電子放出部に第１の開口部が形成されているため、蛍光部で発光された光をアノード電極とは反対側の発光部から取り出すことができる。
【００２１】
本発明にかかる電子放出装置において、
前記発光部は、第１の発光部であって、
前記蛍光部で発光された光を前記アノード電極側から取り出す第２の発光部をさらに有することができる。
【００２２】
本発明にかかる電子放出装置において、前記炭素繊維複合材料は、前記エラストマーに、前記カーボンナノファイバーを混合させ、かつ剪断力によって分散させて得られることができる。
【００２３】
本発明にかかる電子放出装置において、前記カーボンナノファイバーは、平均直径が０．５ないし５００ｎｍであることができる。
【００２４】
本発明にかかる電子放出装置において、前記炭素繊維複合材料は、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃で測定した、無架橋体における、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００〜３０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率（ｆｎｎ）は０．２未満であることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
本発明の一実施形態にかかる電子放出装置は、カソード電極と、前記カソード電極と電気的に接続するシート状の電子放出部と、少なくとも絶縁部を介して前記電子放出部と電気的に絶縁するアノード電極と、を具備し、前記電子放出部は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなると共に、前記アノード電極へ向けて電子を放出する電子放出領域を有し、前記電子放出領域は、前記電子放出部の側壁に形成されたことを特徴とする。
【００２７】
本発明の一実施形態にかかる電子放出装置は、カソード電極と、前記カソード電極と電気的に接続するシート状の電子放出部と、少なくとも絶縁部を介して前記電子放出部と電気的に絶縁するアノード電極と、を具備し、前記電子放出部は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなると共に、少なくとも前記アノード電極側に開口した開口部を有し、前記開口部の側壁は、前記アノード電極へ向けて電子を放出する電子放出領域であることを特徴とする。
【００２８】
本発明の一実施形態にかかる電子放出装置は、カソード電極と、前記カソード電極と電気的に接続するシート状の電子放出部と、前記電子放出部に積層されたシート状の絶縁部と、前記絶縁部に積層されたシート状のアノード電極と、を具備し、前記絶縁部は、前記電子放出部と前記アノード電極とを連通する開口部を有し、前記電子放出部は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなると共に、前記開口部を通って前記アノード電極へ向けて電子を放出する電子放出領域を有することを特徴とする。
【００２９】
本発明の一実施形態にかかる電子放出装置は、カソード電極と、前記カソード電極と電気的に接続する電子放出部と、少なくとも絶縁部を介して前記電子放出部と電気的に絶縁するアノード電極と、を含み、前記電子放出部は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなると共に、前記アノード電極へ向けて電子を放出する電子放出領域を有し、前記アノード電極を含む第１の壁部と、前記電子放出領域を含む第２の壁部と、を含む壁部によって囲まれた電子放出素子を有することを特徴とする。
【００３０】
本発明の一実施形態にかかる電子放出装置は、カソード電極と、前記カソード電極と電気的に接続するシート状の電子放出部と、少なくとも絶縁部を介して前記電子放出部と電気的に絶縁するアノード電極と、を具備し、前記電子放出部は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなると共に、少なくとも前記アノード電極側に開口した開口部を有し、前記アノード電極は、前記開口部側に蛍光部を有し、前記開口部と前記蛍光部との間に配置されたグリッド電極を有し、前記開口部の側壁は、前記アノード電極へ向けて電子を放出する電子放出領域であることを特徴とする。
【００３１】
本発明の一実施形態にかかる電子放出装置は、カソード電極と、前記カソード電極と電気的に接続するシート状の電子放出部と、少なくとも絶縁部を介して前記電子放出部と電気的に絶縁するアノード電極と、前記アノード電極の前記電子放出部側に形成された蛍光部と、を具備し、前記電子放出部は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料からなると共に、第１の開口部を有し、前記第１の開口部の側壁は、前記アノード電極へ向けて電子を放出する電子放出領域であり、前記絶縁部は、第２の開口部を有し、前記蛍光部で発光された光を前記第１の開口部及び前記第２の開口部を通過して取り出す発光部を有することを特徴とする。
【００３２】
（Ｉ）エラストマー
まず、炭素繊維複合材料に用いられるエラストマーについて説明する。
エラストマーは、分子量が好ましくは５０００〜５００万、さらに好ましくは２万〜３００万である。エラストマーの分子量がこの範囲であると、エラストマー分子が互いに絡み合い、相互につながっているので、エラストマーは、カーボンナノファイバーを分散させるために良好な弾性を有している。エラストマーは、粘性を有しているので凝集したカーボンナノファイバーの相互に侵入しやすく、さらに弾性を有することによってカーボンナノファイバー同士を分離することができるため好ましい。
【００３３】
エラストマーは、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって、３０℃で測定した、未架橋体におけるネットワーク成分のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ／３０℃）が好ましくは１００〜３０００μ秒、より好ましくは２００〜１０００μ秒である。上記範囲のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ／３０℃）を有することにより、エラストマーは、柔軟で充分に高い分子運動性を有することができ、すなわちカーボンナノファイバーを分散させるために適度な弾性を有することになる。また、エラストマーは粘性を有しているので、エラストマーとカーボンナノファイバーとを混合したときに、エラストマーは高い分子運動によりカーボンナノファイバーの相互の隙間に容易に侵入することができる。
【００３４】
また、エラストマーは、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって３０℃で測定した、架橋体における、ネットワーク成分のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）が１００〜２０００μ秒であることが好ましい。その理由は、上述した未架橋体と同様である。すなわち、上記の条件を有する未架橋体を架橋化すると、得られる架橋体のＴ２ｎはおおよそ上記範囲に含まれる。
【００３５】
パルス法ＮＭＲを用いたハーンエコー法によって得られるスピン−スピン緩和時間は、物質の分子運動性を表す尺度である。具体的には、パルス法ＮＭＲを用いたハーンエコー法によりエラストマーのスピン−スピン緩和時間を測定すると、緩和時間の短い第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）を有する第１の成分と、緩和時間のより長い第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）を有する第２の成分とが検出される。第１の成分は高分子のネットワーク成分（骨格分子）に相当し、第２の成分は高分子の非ネットワーク成分（末端鎖などの枝葉の成分）に相当する。そして、第１のスピン−スピン緩和時間が短いほど分子運動性が低く、エラストマーは固いといえる。また、第１のスピン−スピン緩和時間が長いほど分子運動性が高く、エラストマーは柔らかいといえる。
【００３６】
パルス法ＮＭＲにおける測定法としては、ハーンエコー法でなくてもソリッドエコー法、ＣＰＭＧ法（カー・パーセル・メイブーム・ギル法）あるいは９０゜パルス法でも適用できる。ただし、本発明にかかるエラストマーは中程度のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２）を有するので、ハーンエコー法が最も適している。一般的に、ソリッドエコー法および９０゜パルス法は、短いＴ２の測定に適し、ハーンエコー法は、中程度のＴ２の測定に適し、ＣＰＭＧ法は、長いＴ２の測定に適している。
【００３７】
エラストマーは、主鎖、側鎖および末端鎖の少なくともひとつに、カーボンナノファイバーの末端のラジカルに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するか、もしくは、このようなラジカルまたは基を生成しやすい性質を有する。かかる不飽和結合または基としては、例えば、二重結合、三重結合、カルボニル基、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、ニトリル基、ケトン基、アミド基、エポキシ基、エステル基、ビニル基、ハロゲン基、ウレタン基、ビューレット基、アロファネート基および尿素基などの官能基から選択される少なくともひとつであることができる。
【００３８】
本実施の形態では、エラストマーの主鎖、側鎖および末端鎖の少なくともひとつに、カーボンナノファイバーのラジカルと親和性（反応性または極性）が高い不飽和結合や基を有することにより、エラストマーとカーボンナノファイバーとを結合することができる。このことにより、カーボンナノファイバーの凝集力にうち勝ってその分散を容易にすることができる。そして、エラストマーと、カーボンナノファイバーと、を混練する際に、エラストマーの分子鎖が切断されて生成したフリーラジカルは、カーボンナノファイバーの欠陥を攻撃し、カーボンナノファイバーの表面にラジカルを生成すると推測できる。
【００３９】
エラストマーとしては、天然ゴム（ＮＲ）、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ，ＥＰＤＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、クロロブチルゴム（ＣＩＩＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコーンゴム（Ｑ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、エポキシ化ブタジエンゴム（ＥＢＲ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ，ＣＥＯ）、ウレタンゴム（Ｕ）、ポリスルフィドゴム（Ｔ）などのエラストマー類；オレフィン系（ＴＰＯ）、ポリ塩化ビニル系（ＴＰＶＣ）、ポリエステル系（ＴＰＥＥ）、ポリウレタン系（ＴＰＵ）、ポリアミド系（ＴＰＥＡ）、スチレン系（ＳＢＳ）、などの熱可塑性エラストマー；およびこれらの混合物を用いることができる。特に、エラストマーの混練の際にフリーラジカルを生成しやすい極性の高いエラストマー、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）などが好ましい。また、極性の低いエラストマー、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）であっても、混練の温度を比較的高温（例えばＥＰＤＭの場合、５０℃〜１５０℃）とすることで、フリーラジカルを生成するので本発明に用いることができる。
【００４０】
本実施の形態のエラストマーは、ゴム系エラストマーあるいは熱可塑性エラストマーのいずれであってもよい。また、ゴム系エラストマーの場合、エラストマーは架橋体あるいは未架橋体のいずれであってもよいが、未架橋体を用いることが好ましい。
【００４１】
（ＩＩ）カーボンナノファイバー
次に、カーボンナノファイバーについて説明する。
カーボンナノファイバーは平均直径が０．５ないし５００ｎｍであることが好ましく、カーボンナノファイバーはストレート繊維状であっても、湾曲繊維状であってもよい。また、電子放出材料に用いられるカーボンナノファイバーとしては、平均長さが２０μｍ程度が好ましい。
【００４２】
カーボンナノファイバーの配合量は、特に限定されず、用途に応じて設定できるが、炭素繊維複合材料中のカーボンナノファイバーの充填率は０．１〜４０体積％が好ましい。例えば、多層ウォールカーボンナノファイバーの場合、炭素繊維複合材料１００体積％中１０〜４０体積％の含有量とすることが好ましい。また、単層ウォールカーボンナノファイバーを用いた場合には、炭素繊維複合材料１００体積％中０．２〜４０体積％の含有量とすることが好ましい。
【００４３】
カーボンナノファイバーとしては、例えば、いわゆるカーボンナノチューブなどが例示できる。カーボンナノチューブは、炭素六角網面のグラフェンシートが円筒状に閉じた単層構造あるいはこれらの円筒構造が入れ子状に配置された多層構造を有する。すなわち、カーボンナノチューブは、単層構造のみから構成されていても多層構造のみから構成されていても良く、単層構造と多層構造が混在していてもかまわない。また、部分的にカーボンナノチューブの構造を有する炭素材料も使用することができる。なお、カーボンナノチューブという名称の他にグラファイトフィブリルナノチューブ、気相成長炭素繊維といった名称で称されることもある。
【００４４】
単層カーボンナノチューブもしくは多層カーボンナノチューブは、アーク放電法、レーザーアブレーション法、気相成長法などによって望ましいサイズに製造される。
【００４５】
アーク放電法は、大気圧よりもやや低い圧力のアルゴンや水素雰囲気下で、炭素棒でできた電極材料の間にアーク放電を行うことで、陰極に堆積した多層カーボンナノチューブを得る方法である。また、単層カーボンナノチューブは、前記炭素棒中にニッケル／コバルトなどの触媒を混ぜてアーク放電を行い、処理容器の内側面に付着するすすから得られる。レーザーアブレーション法は、希ガス（例えばアルゴン）中で、ターゲットであるニッケル／コバルトなどの触媒を混ぜた炭素表面に、ＹＡＧレーザーの強いパルスレーザー光を照射することによって炭素表面を溶融・蒸発させて、単層カーボンナノチューブを得る方法である。気相成長法は、ベンゼンやトルエン等の炭化水素を気相で熱分解し、カーボンナノチューブを合成するもので、より具体的には、流動触媒法やゼオライト担持触媒法などが例示できる。
【００４６】
カーボンナノファイバーは、エラストマーと混練される前に、あらかじめ表面処理、例えば、イオン注入処理、スパッタエッチング処理、プラズマ処理などを行うことによって、エラストマーとの接着性やぬれ性を改善することができる。
【００４７】
電子放出材料に用いられるカーボンナノファイバーとしては、平均直径が１００ｎｍ未満の単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、２層カーボンナノチューブ（ＤＷＮＴ）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）が好ましく、特に、電子放出性能はＤＷＮＴが優れている。
【００４８】
（ＩＩＩ）炭素繊維複合材料
次に、炭素繊維複合材料について説明する。
本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが均一に分散され、電子放出材料として用いることができる。
【００４９】
炭素繊維複合材料におけるカーボンナノファイバーの分散の状態は、炭素繊維複合材料をパルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法による測定を行うことで判定できる。
【００５０】
パルス法ＮＭＲを用いたハーンエコー法により測定されたスピン−格子緩和時間（Ｔ１）は、スピン−スピン緩和時間（Ｔ２）とともに物質の分子運動性を表す尺度である。具体的には、炭素繊維複合材料のスピン−格子緩和時間が短いほど分子運動性が低く、炭素繊維複合材料は固いといえ、そしてスピン−格子緩和時間が長いほど分子運動性が高く、炭素繊維複合材料は柔らかいといえる。
【００５１】
炭素繊維複合材料は、基材であるエラストマーにカーボンナノファイバーが均一に分散されている。このことは、エラストマーがカーボンナノファイバーによって拘束されている状態であるともいえる。この状態では、カーボンナノファイバーによって拘束を受けたエラストマー分子の運動性は、カーボンナノファイバーの拘束を受けない場合に比べて小さくなる。そのため、本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料の第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）及びスピン−格子緩和時間（Ｔ１）は、カーボンナノファイバーを含まないエラストマー単体の場合より短くなる。なお、架橋体の炭素繊維複合材料におけるスピン−格子緩和時間（Ｔ１）は、カーボンナノファイバーの混合量に比例して変化する。
【００５２】
また、エラストマー分子がカーボンナノファイバーによって拘束された状態では、以下の理由によって、非ネットワーク成分（非網目鎖成分）は減少すると考えられる。すなわち、カーボンナノファイバーによってエラストマーの分子運動性が全体的に低下すると、非ネットワーク成分は容易に運動できなくなる部分が増えて、ネットワーク成分と同等の挙動をしやすくなること、また、非ネットワーク成分（末端鎖）は動きやすいため、カーボンナノファイバーの活性点に吸着されやすくなること、などの理由によって、非ネットワーク成分は減少すると考えられる。そのため、第２のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率（ｆｎｎ）は、カーボンナノファイバーを含まないエラストマー単体の場合より小さくなる。なお、第１のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率（ｆｎ）は、ｆｎ＋ｆｎｎ＝１であるので、カーボンナノファイバーを含まないエラストマー単体の場合より大きくなる。
【００５３】
以上のことから、本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料は、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって得られる測定値が以下の範囲にあることが望ましい。
【００５４】
すなわち、炭素繊維複合材料において、１５０℃で測定した、無架橋体における、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００〜３０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率（ｆｎｎ）は０．２未満であることが好ましい。
【００５５】
本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料は、しきい値電界が４Ｖ／μｍ以下であって、飽和電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２以上の高効率の電子放出材料であることが望ましい。本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料によれば、カーボンナノファイバーをエラストマー、特に界面相で包み込むことで、長寿命でありながら、低電界における電子放出を可能とすることができる。また、本実施の形態にかかる電子放出材料は、エラストマーをマトリクスとしながら、金属に近い電気伝導性を有するので、電子注入が可能である。さらに、エラストマーをマトリクスとしているため、電子放出材料の形態の自由度が高く、多くの用途に柔軟に対応可能である。また、炭素繊維複合材料を構成するエラストマーは、架橋してもよいし、無架橋であってもよい。
【００５６】
（ＩＶ）炭素繊維複合材料の製造方法
次に、炭素繊維複合材料の製造方法について図１を用いて詳細に説明する。
図１は、オープンロール法による炭素繊維複合材料の製造方法を模式的に示す図である。
【００５７】
原料となるエラストマーは、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃で測定した、未架橋体における、ネットワーク成分の第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）が１００〜３０００μ秒であることが好ましい。図１に示すように、第１のロール１０と第２のロール２０とは、所定の間隔ｄ、例えば０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの間隔で配置され、図１において矢印で示す方向に回転速度Ｖ１，Ｖ２で正転あるいは逆転で回転する。まず、第１のロール２０に巻き付けられたエラストマー３０の素練りを行ない、エラストマー分子鎖を適度に切断してフリーラジカルを生成する。カーボンナノファイバーは、通常、側面は炭素原子の６員環で構成され、先端は５員環が導入されて閉じた構造となっているが、構造的に無理があるため、実際上は欠陥を生じやすく、その部分にラジカルや官能基を生成しやすくなっているため、素練りによって生成されたエラストマーのフリーラジカルがカーボンナノファイバーと結びつきやすい状態となる。
【００５８】
次に、第１のロール２０に巻き付けられたエラストマー３０のバンク３４に、カーボンナノファイバー４０を投入し、混練する。エラストマー３０とカーボンナノファイバー４０とを混合する工程は、オープンロール法に限定されず、密閉式混練法あるいは多軸押出し混練法を用いることもできる。
【００５９】
さらに、第１のロール１０と第２のロール２０とのロール間隔ｄを、好ましくは０．５ｍｍ以下、より好ましくは０〜０．５ｍｍの間隔に設定し、混合物をオープンロールに投入して薄通しを複数回行なう。薄通しの回数は、例えば５回〜１０回程度行なうことが好ましい。第１のロール１０の表面速度をＶ１、第２のロール２０の表面速度をＶ２とすると、薄通しにおける両者の表面速度比（Ｖ１／Ｖ２）は、１．０５〜３．００であることが好ましく、さらに１．０５〜１．２であることが好ましい。このような表面速度比を用いることにより、所望の剪断力を得ることができる。薄通しして得られた炭素繊維複合材料は、ロールで圧延されてシート状に分出しされる。この薄通しの工程では、できるだけ高い剪断力を得るために、ロール温度を好ましくは０〜５０℃、より好ましくは５〜３０℃の比較的低い温度に設定して行われ、エラストマー３０の実測温度も０〜５０℃に調整されることが好ましい。このようにして得られた剪断力により、エラストマー３０に高い剪断力が作用し、凝集していたカーボンナノファイバー４０がエラストマー分子に１本づつ引き抜かれるように相互に分離し、エラストマー３０中に分散される。特に、エラストマー３０は、弾性と、粘性と、カーボンナノファイバー４０との化学的相互作用と、を有するため、カーボンナノファイバー４０を容易に分散することができる。そして、カーボンナノファイバー４０の分散性および分散安定性（カーボンナノファイバーが再凝集しにくいこと）に優れた炭素繊維複合材料を得ることができる。
【００６０】
より具体的には、オープンロールでエラストマーとカーボンナノファイバーとを混合すると、粘性を有するエラストマーがカーボンナノファイバーの相互に侵入し、かつ、エラストマーの特定の部分が化学的相互作用によってカーボンナノファイバーの活性の高い部分と結合する。カーボンナノファイバーの表面は高度にグラファイト化されていないため、表面に非結晶部分が適度に残されていて活性が高いため、エラストマー分子と結合し易い。次に、エラストマーに強い剪断力が作用すると、エラストマー分子の移動に伴ってカーボンナノファイバーも移動し、さらに剪断後の弾性によるエラストマーの復元力によって、凝集していたカーボンナノファイバーが分離されて、エラストマー中に分散されることになる。本実施の形態によれば、炭素繊維複合材料が狭いロール間から押し出された際に、エラストマーの弾性による復元力で炭素繊維複合材料はロール間隔より厚く変形する。その変形は、強い剪断力の作用した炭素繊維複合材料をさらに複雑に流動させ、カーボンナノファイバーをエラストマー中に分散させると推測できる。そして、一旦分散したカーボンナノファイバーは、エラストマーとの化学的相互作用によって再凝集することが防止され、良好な分散安定性を有することができる。
【００６１】
エラストマーにカーボンナノファイバーを剪断力によって分散させる工程は、前記オープンロール法に限定されず、密閉式混練法あるいは多軸押出し混練法を用いることもできる。要するに、この工程では、凝集したカーボンナノファイバーを分離できる剪断力をエラストマーに与えることができればよい。特に、オープンロール法は、ロール温度の管理だけでなく、混合物の実際の温度を測定し管理することができるため、好ましい。
【００６２】
炭素繊維複合材料の製造方法は、薄通し後の分出しされた炭素繊維複合材料に架橋剤を混合し、架橋して架橋体の炭素繊維複合材料としてもよい。また、炭素繊維複合材料は、架橋させずに成形してもよい。炭素繊維複合材料の製造方法において、通常、エラストマーの加工で用いられる配合剤を加えることができる。配合剤としては公知のものを用いることができる。配合剤としては、例えば、架橋剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫遅延剤、軟化剤、可塑剤、硬化剤、補強剤、充填剤、老化防止剤、着色剤などを挙げることができる。これらの配合剤は、例えばオープンロールにおけるカーボンナノファイバーの投入前にエラストマーに投入することができる。
【００６３】
なお、本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料の製造方法においては、ゴム弾性を有した状態のエラストマーにカーボンナノファイバーを直接混合したが、これに限らず、以下の方法を採用することもできる。まず、カーボンナノファイバーを混合する前に、エラストマーを素練りしてエラストマーの分子量を低下させる。エラストマーは、素練りによって分子量が低下すると、粘度が低下するため、凝集したカーボンナノファイバーの空隙に浸透しやすくなる。原料となるエラストマーは、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって３０℃で測定した、未架橋体における、ネットワーク成分の第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）が１００〜３０００μ秒のゴム状弾性体である。この原料のエラストマーを素練りしてエラストマーの分子量を低下させ、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）が３０００μ秒を越える液体状のエラストマーを得る。なお、素練り後の液体状のエラストマーの第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は、素練りする前の原料のエラストマーの第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）の５〜３０倍であることが好ましい。この素練りは、エラストマーが固体状態のままで行なう一般的な素練りとは異なり、強剪断力を例えばオープンロール法で与えることによってエラストマーの分子を切断し分子量を著しく低下させ、混練に適さない程の流動を示すまで、例えば液体状態になるまで行なわれる。この素練りは、例えばオープンロール法を用いた場合、ロール温度２０℃（素練り時間最短６０分）〜１５０℃（素練り時間最短１０分）で行なわれロール間隔ｄは例えば０．５ｍｍ〜１．０ｍｍで、素練りして液体状態のエラストマーにカーボンナノファイバーを投入する。しかしながら、エラストマーは液体状で弾性が著しく低下しているため、エラストマーのフリーラジカルとカーボンナノファイバーが結びついた状態で混練しても凝集したカーボンナノファイバーはあまり分散されない。
【００６４】
そこで、液体状のエラストマーとカーボンナノファイバーとを混合して得られた混合物中におけるエラストマーの分子量を増大させ、エラストマーの弾性を回復させてゴム状弾性体の混合物を得た後、先に説明したオープンロール法の薄通しなどを実施してカーボンナノファイバーをエラストマー中に均一に分散させる。エラストマーの分子量が増大した混合物は、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって３０℃で測定した、ネットワーク成分の第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）が３０００μ秒以下のゴム状弾性体である。また、エラストマーの分子量が増大したゴム状弾性体の混合物の第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は、素練りする前の原料エラストマーの第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）の０．５〜１０倍であることが好ましい。ゴム状弾性体の混合物の弾性は、エラストマーの分子形態（分子量で観測できる）や分子運動性（Ｔ２ｎで観測できる）によって表すことができる。エラストマーの分子量を増大させる工程は、混合物を加熱処理例えば４０℃〜１００℃に設定された加熱炉内に混合物を配置し、１０時間〜１００時間行なわれることが好ましい。このような加熱処理によって、混合物中に存在するエラストマーのフリーラジカル同士の結合などによって分子鎖が延長され、分子量が増大する。また、エラストマーの分子量の増大を短時間で実施する場合には、架橋剤を少量、例えば架橋剤の適量の１／２以下を混合させておき、混合物を加熱処理（例えばアニーリング処理）し架橋反応によって短時間で分子量を増大させることもできる。架橋反応によってエラストマーの分子量を増大させる場合には、この後の工程で混練が困難にならない程度に架橋剤の配合量、加熱時間及び加熱温度を設定することが好ましい。
【００６５】
ここで説明した炭素繊維複合材料の製造方法によれば、カーボンナノファイバーを投入する前にエラストマーの粘性を低下させることで、エラストマー中にカーボンナノファイバーを従来よりも均一に分散させることができる。より詳細には、先に説明した製造方法のように分子量が大きいエラストマーにカーボンナノファイバーを混合するよりも、分子量が低下した液体状のエラストマーを用いた方が凝集したカーボンナノファイバーの空隙に侵入しやすく、薄通しの工程においてカーボンナノファイバーをより均一に分散させることができる。また、エラストマーが分子切断されることで大量に生成されたエラストマーのフリーラジカルがカーボンナノファイバーの表面とより強固に結合することができるため、さらにカーボンナノファイバーを均一に分散させることができる。したがって、ここで説明した製造方法によれば、先の製造方法よりも少量のカーボンナノファイバーでも同等の性能を得ることができ、高価なカーボンナノファイバーを節約することで経済性も向上する。
【００６６】
炭素繊維複合材料は、オープンロール法によって得られたシート状のままでもよいし、炭素繊維複合材料を一般に採用されるゴムの成形加工例えば、射出成形法、トランスファー成形法、プレス成形法、押出成形法、カレンダー加工法などによって所望の形状例えばシート状に成形してもよい。また、炭素繊維複合材料と溶剤とを混合して塗布液を得て、その塗布液を基材上に塗布してシート状の薄膜を形成することもできる。塗布する方法としては、スピンコート法、ディッピング法、静電塗装などのスクリーン印刷法、スプレー法、インクジェット法から選ばれる方法によって実施されることが好ましい。さらに、このようにして塗布された塗布液は、減圧恒温炉中で凍結乾燥や熱処理乾燥、あるいは紫外線などによる硬化によって薄膜を形成する。薄膜の膜厚は、薄膜の成形方法によって異なるが、例えば０．５〜１０μｍが好ましい。
【００６７】
（Ｖ）電子放出装置
図２は、本発明の一実施の形態にかかる電子放出装置５の縦断面を示す模式図である。図３は、図２に示した電子放出装置５の各シートの概略形状を示す分解斜視図である。図４は、図３に示したアノード電極５６を蛍光部５８側から見た平面図である。
【００６８】
電子放出装置５は、シート状のカソード電極（陰極）５０と、カソード電極５０と電気的に接続するシート状の電子放出部５２と、少なくとも絶縁部５４を介して電子放出部５２と電気的に絶縁するアノード電極（陽極）５６と、を具備する。なお、ここでいうシートは、フィルムと区別されるものではなく、フィルムも含む。アノード電極５６は蛍光体を含む蛍光部５８を有し、蛍光部５８はアノード電極５６の電子放出部５２側であって絶縁部５４側と接続する表面にシート状に形成されている。電子放出装置５は、図２の下から順に、カソード電極５０上に、シート状の電子放出部５２が積層され、さらに電子放出部５２にシート状の絶縁部５４が積層され、その絶縁部５４に蛍光部５８と接してシート状のアノード電極５６が積層されている。したがって、電子放出部５２及び絶縁部５４は、絶縁部５４を上にしてカソード電極５０とアノード電極５６とで挟みこんだ比較的簡単な構造である。
【００６９】
図３の分解図に示すように、電子放出部５２と絶縁部５４には例えば円形の第１の開口部５２０及び第２の開口部５４０が複数形成されている。そして、図４に示すように、アノード電極５６の電子放出部５２側の表面にはわかりやすいように点線で示した第１の開口部と同外径の丸い蛍光ブロック５８０に例えばＲＧＢの３種類の蛍光体を別々に塗布し、赤色蛍光ブロック５８０Ｒ、緑色蛍光ブロック５８０Ｇ、青色蛍光ブロック５８０Ｂに形成されている。そして、これらの蛍光ブロック５８０は電子放出部５２の第１の開口部５２０に対応して形成され、電子放出によってアノード電極５６の第１の開口部５２０に対応した表面に点線で示した発光部５６０がＲＧＢ３色に発光する。なお、第１の開口部５２０及び第２の開口部５４０は円形に形成したが、電子放出装置の用途に合わせて他の形状、例えば多角形、楕円形、半円形、コの字形など壁部を有する形状を採用することができる。
【００７０】
カソード電極５０及びアノード電極５６は、透明なシート状電極部材、例えばＩＴＯ（酸化インジウム−スズ、Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）フィルムやＩＴＯガラスを用いることができる。したがって、アノード電極５６は、ＩＴＯフィルムなどに形成された電極側表面に蛍光体を含む薄膜の蛍光部５８をスクリーン印刷などの方法で塗布して形成されている。また、カソード電極５０は、図２，３に示すようなシート状の基板に限らず、電子放出部５２に電子を供給可能に接続されていればよく、例えば、電子放出部５２の端部と電気的に接続している端子であってもよい。その場合、電子放出部５２は、他の絶縁基板上に積層されて形成されていることができる。また、カソード電極５０及びアノード電極５６は、ＩＴＯフィルムの替わりに、透明板に真空蒸着法などでアルミニウム薄膜の電極を直接形成させてもよい。
【００７１】
電子放出部５２は、エラストマー中にカーボンナノファイバーが分散された炭素繊維複合材料をシート状に形成してなる。電子放出部５２は少なくともアノード電極５６側に開口した複数の第１の開口部５２０を有し、第１の開口部５２０の側壁はアノード電極５６へ向けて電子を放出する電子放出領域５２２である。第１の開口部５２０は、カソード電極５０側から絶縁部５４側へと貫通する貫通孔に形成されている。第１の開口部５２０の側壁は、第１の開口部５２０の環状内周壁であって、アノード電極５６に対し所定角度例えば９０度に形成されているが、第１の開口部５２０の加工方法によって電子放出可能な範囲で傾斜していてもよいし湾曲面であってもよい。なお、電子放出領域５２２は、開口部の側壁に限らず、例えばシート状の電子放出部５２の周縁端部における側壁や、該周縁端部に形成した切欠部の側壁であってもよい。
【００７２】
絶縁部５４は、絶縁材料であって例えばフレキシブル樹脂シートやシート状マイカなどで形成され、電子放出部５２の第１の開口部５２０に合わせて同じ外形を有しかつ電子放出部５２とアノード電極５６とを連通する複数の第２の開口部５４０を有する。第２の開口部５４０は、電子放出部５２とアノード電極５６とに臨んで設けられ、シート状の絶縁部５４を貫通する貫通孔に形成されている。そして、第１の開口部５２０と第２の開口部５４０とが重ねあわされることによって、カソード電極５０とアノード電極５６とが対向しかつ連通する。そして、第１の開口部５２０と第２の開口部５４０とによって形成された円筒状空間の両端をカソード電極５０及びアノード電極５６によって閉じた空間が電子放出素子５００として形成される。少なくとも電子放出素子５００内は真空状態に維持されていることが好ましく、電子放出装置５全体が真空容器中にあってもよい。なお、アノード電極５６の発光部５６０は、図３の点線で示すように、絶縁部５４の第２の開口部５４０で外周を囲われた蛍光部５８の対向領域である。
【００７３】
したがって、アノード電極５６とカソード電極５０との間へ電圧を印加すると、電子放出部５２の電子放出領域５２２から第２の開口部５４０を通ってアノード電極５６へ向かって電子（ｅ−）を放出し、蛍光部５８に当たって発光する。電子放出領域５２２は第１の開口部５２０の環状の側壁全体から、絶縁部５４の第２の開口部５４０で外周を囲われた蛍光部５８全体に向けて電子が放出されるため、従来のような点発光に比べて比較的広い範囲で発光する電子放出素子５００を得ることができる。しかも、電子放出領域５２２とアノード電極５６の蛍光部５８との間には絶縁部５４が挟まれている簡単な構造であるにもかかわらず、従来のように電子放出領域とアノード電極との間の距離を高度に調整しなくても、十分な発光が得られる。
【００７４】
また、カソード電極５０として例えば透明なＩＴＯフィルムを用いると、電子放出素子５００が第１の開口部５２０と第２の開口部５４０で形成されているため、アノード電極５６の発光部５６０に対向するカソード電極５０側からでも発光が得られ、両面発光が容易に得られる。このように、本実施の形態では、電子放出素子５００における少なくともアノード電極５６の発光部５６０に対向する領域に電子放出領域５２２が形成されていないことも、従来の電子放出装置では得られない構造上の特徴である。
【００７５】
電子放出部５２を構成する炭素繊維複合材料はエラストマーをマトリックスとしたゴム組成物であるので、電子放出装置５を構成するカソード電極５０、絶縁部５４、蛍光部５８及びアノード電極５６に柔軟な例えば樹脂フィルムを採用することで、フレキシブルな電子放出装置５を得ることができる。電子放出領域５２２の表面は、エッチングなどによって表面処理することで、電子放出性能の向上を図ることもできる。このような電子放出装置５は、電子放出部５２の全体に分散されたカーボンナノファイバーによって電子放出効率が高く、電子放出部５２が金属と同等の電気伝導性を有するので電子注入が容易である。また、カーボンナノファイバーは、エラストマー特に界面相に覆われているため、長寿命である。
【００７６】
電子放出領域５２２は、シート状の炭素繊維複合材料（ゴムシート）とシート状の絶縁材料とを重ね合わせ、好ましくは接着し、プレス機などで打ち抜き加工して第１の開口部５２０及び第２の開口部５４０を成形して得ることができる。さらに微細な電子放出素子５００を成形する場合には、炭素繊維複合材料と溶剤とを混合して塗布液を得て、基材上にスクリーン印刷法、スプレー法、インクジェット法などの薄膜を形成する公知の方法によって所望の厚さや所望の直径の第１の開口部５２０及び第２の開口部５４０を有する電子放出部５２及び絶縁部５４を得ることができる。
【００７７】
図５は、本発明の他の一実施の形態にかかる電子放出装置５ａの縦断面を示す模式図である。電子放出装置５ａは、絶縁部５４に蛍光体を含有させたことで絶縁部５４と蛍光部５８を兼用し、絶縁部５４に第２の開口部５４０が形成されていない。それ以外は、電子放出装置５と基本的に同じ構成である。したがって、アノード電極５６とカソード電極５０との間へ電圧を印加すると、電子放出部５２の電子放出領域５２２からアノード電極５６へ向かって電子（ｅ−）を放出し、絶縁部５４に当たって発光する。
【００７８】
図６は、本発明のさらに他の一実施の形態にかかる電子放出装置５ｂの縦断面を示す模式図である。電子放出装置５ｂは、カソード電極５０と、カソード電極５０と電気的に接続する電子放出部５２と、少なくとも絶縁部を介して電子放出部５２と電気的に絶縁するアノード電極５６と、を含み、電子放出部５２は、アノード電極５６へ向けて電子を放出する電子放出領域５２２を有し、アノード電極５６を含む第１の壁部５６４と、電子放出領域５２２を含む第２の壁部５２４と、を含む壁部によって例えば円柱状に囲まれた電子放出素子５００を有する。電子放出装置５ｂは蛍光部を有しておらず、電子放出素子５００は、電子放出部５２に形成された円柱状の第１の開口部５２０の環状内周壁及び底壁が第２の壁部５２４であり、円柱状の第１の開口部５２０を塞ぐ上蓋が第１の壁部５６４である。したがって、第１の開口部５２０はアノード電極５６に向けて開口する凹部であって、貫通孔ではない。アノード電極５６は、例えば透明なガラス板の第１の開口部５２０側表面であって第２の壁部５２４とは非接続に形成されている。アノード電極５６の周囲は絶縁部材で形成された絶縁部５４である。したがって、アノード電極５６とカソード電極５０との間へ電圧を印加すると、電子放出部５２の電子放出領域５２２からアノード電極５６へ向かって電子（ｅ−）を放出する。
【００７９】
図７は、本発明のさらに他の一実施の形態にかかる電子放出装置５ｄの縦断面を示す模式図である。電子放出装置５ｄは、第１の開口部５２０と蛍光部５８との間に配置されたグリッド電極５９を有している以外は、電子放出装置５と基本的に同じ構成である。グリッド電極５９は、絶縁部５４に挟まれて設置され、電子放出部５２との間に絶縁部５４が介在しかつ蛍光部５８との間にも絶縁部５４が介在し、電子放出部５２及び蛍光部５８と非接触に配置されている。したがって、グリッド電極５９とカソード電極５０との間へ電圧を印加し、さらにアノード電極５６とカソード電極５０との間へ電圧を印加すると、電子放出部５２の電子放出領域５２２からグリッド電極５９及びアノード電極５６へ向かって電子（ｅ−）を放出する。このようにグリッド電極５９をさらに設けることで、発光パターンが均一化する。グリッド電極５９は、導電性の多孔シートであって、例えば銅製多孔シートなどを用いることができる。
【００８０】
図８は、本発明のさらに他の一実施の形態にかかる電子放出装置５ｅの縦断面構造がわかる斜視図を示す模式図である。図８において電子放出装置５ｅは、縦断面構造をわかりやすくするため、他の図と異なり、アノード電極５６を下にして示した。電子放出装置５ｅは、透明なＩＴＯフィルムからなるアノード電極５６上に、絶縁部５４、電子放出部５２、カソード電極５０が積層し、さらにカソード電極５０上には点線で図示した透明フィルム６０を有している。電子放出部５２の第１の開口部５２０と絶縁部５４の第２の開口部５４０とは、図８の右手前から左奥へと延びる溝状であり、その溝の底部に蛍光部５８が形成されている。カソード電極５０は、電子放出部５２の端部と部分的に接触しており、第１の開口部５２０の上方には透明フィルム６０が存在するのみであって、蛍光部５８の発光を遮るものがない。アノード電極５６とカソード電極５０との間へ電圧を印加すると、第１の開口部５２０の電子放出領域５２２からアノード電極５６へ向かって電子（ｅ−）を放出し、蛍光部５８が発光する。蛍光部５８で発光された光は、透明なアノード電極５６を透過して第２の発光部５６０から取り出される。また、蛍光部５８で発光された光は、第１の開口部５２０及び第２の開口部５４０を通過し、透明フィルム６０を透過して第１の発光部５６２から取り出される。したがって、電子放出装置５ｅは、溝状に形成された電子放出素子５００に対向して、透明フィルム６０側とアノード電極５６側に第１の発光部５６２と第２の発光部５６０とから両面発光を得ることができる。なお、本実施の形態においては、アノード電極５６は透明なＩＴＯフィルムを用いたが、例えば金属板や金属コートガラスなどを用いても電子放出部５２側つまり透明フィルム６０側からの発光は得られるため、高価なＩＴＯフィルムを用いることなく発光装置を製造することができる。また、図８においては、溝状の電子放出素子５００の前後が解放されているが、他の実施形態と同様に、図示せぬシール材で密封され、電子放出素子５００内が真空状態に保たれている。
【００８１】
このようにして得られた電子放出装置５は、例えば、フィールド・エミッション・ディスプレイ、電極基板の表面全体を発光させた面発光体（面蛍光体）、あるいは、蛍光ランプ、電子顕微鏡、プラズマディスプレイなどの熱陰極動作または冷陰極動作による放電を利用する各種電極として用いることができる。
【実施例】
【００８２】
以下、本発明の実施例について述べるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００８３】
（１）炭素繊維複合材料サンプルの作製
６インチオープンロール（ロール温度１０〜２０℃、ロール間隔１．５ｍｍ）に、１００重量部（ｐｈｒ）のエラストマー（分子量が約３００万の天然ゴム）を投入して、ロールに巻き付かせ、５分間素練りした後、２０重量部（ｐｈｒ）の多層カーボンナノファイバー（平均直径１５６ｎｍで平均長さ１０μｍ）を投入し、混合物をオープンロールから取り出した。そして、ロール間隔を１．５ｍｍから０．３ｍｍへと狭くして、混合物を再びオープンロールに投入して薄通しを繰り返し５回行なった。このとき、２本のロールの表面速度比を１．１とした。さらに、ロール間隙を１．１ｍｍにセットして、薄通しして得られた炭素繊維複合材料を投入し、分出しした。
分出しされた炭素繊維複合材料は９０℃、５分間プレス成形し、それぞれ厚さ１ｍｍのシート状の炭素繊維複合材料（無架橋体）に成形し、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法及びソリッドエコー法による測定を行った。また、薄通しして得られた炭素繊維複合材料にパーオキサイドを混合し、ロール間隙を１．１ｍｍにセットして分出しして、さらに１７５℃、１００ｋｇｆ／ｃｍ２にて、２０分間プレス架橋することで架橋した炭素繊維複合材料（架橋体）が得られた。
【００８４】
（２）パルス法ＮＭＲを用いた測定
無架橋体の炭素繊維複合材料サンプルについて、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法による測定を行った。この測定は、日本電子（株）製「ＪＭＮ−ＭＵ２５」を用いて行った。測定は、観測核が１Ｈ、共鳴周波数が２５ＭＨｚ、９０゜パルス幅が２μｓｅｃの条件で行い、ハーンエコー法のパルスシーケンス（９０゜ｘ−Ｐｉ−１８０゜ｘ）にて、Ｐｉをいろいろ変えて減衰曲線を測定した。また、サンプルは、磁場の適正範囲までサンプル管に挿入して測定した。測定温度は、１５０℃であった。この測定によって求めた、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ／１５０℃）は８３０であり、第２のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率（ｆｎｎ）は０．１１であった。測定結果を表１に示した。なお、同様に測定した原料エラストマーの天然ゴムの第１のスピンースピン緩和時間（Ｔ２ｎ／３０℃）は、７００μｍであった。
【００８５】
（３）電子放出装置の作成
図９は、実験用に作成した電子放出装置５ｃの分解斜視図である。電子放出装置５ｃの基本的な構成は、図８の電子放出装置５ｅと同じであり、電子放出素子５００がコの字状の電子放出領域５２２（側壁）に囲まれている点が異なる。架橋体の炭素繊維複合材料からなる電子放出部５２に厚さ１９０μｍのマイカ製絶縁部５４を重ね合わせ、その側部を図９に示すようにコの字状にカッターで切り欠いた。切り欠きの大きさは、幅４ｍｍ、奥行き８ｍｍであった。カッターで切り欠かれた電子放出部５２及び絶縁部５４は、第１の開口部５２０及び第２の開口部５４０に形成された。第１の開口部５２０の側壁は、電子放出領域５２２である。電子放出部５２及び絶縁部５４は、電子放出部５２の表面に導電性テープ（カソード電極５０）を貼って電気的に接続した。また、絶縁部５４の上にＩＴＯフィルムのアノード電極５６を積層し、固定した。アノード電極５６の絶縁部５４側に電子放出部５２の切り欠きに合わせて白色蛍光体を含む薄膜の蛍光部５８を形成した。この電子放出装置５ｃを真空チャンバー内に配置して電界電子放出実験を行なった。
【００８６】
（４）電界電子放出実験結果
電子放出装置５ｃを真空度２．２Ｅ−６ｍｂａｒ中でアノード電極５６とカソード電極５０との間へ電圧（０〜１０００Ｖ）を印加した。電子放出素子５００は、図１０に示す写真のように広い範囲（図９の発光部５６０に相当する範囲）で発光した。また、印加電圧（Ｖ）とエミッション電流（Ａ）との関係を図１１のグラフに示した。しきい値は、１．５Ｖ／μｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】オープンロール法による炭素繊維複合材料の製造方法を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態にかかる電子放出装置５の縦断面を示す模式図である。
【図３】図２に示した電子放出装置５の各シートの概略形状を示す分解斜視図である。
【図４】図３に示したアノード電極５６を蛍光部５８側から見た平面図である。
【図５】本発明の他の一実施の形態にかかる電子放出装置５ａの縦断面を示す模式図である。
【図６】本発明のさらに他の一実施の形態にかかる電子放出装置５ｂの縦断面を示す模式図である。
【図７】本発明のさらに他の一実施の形態にかかる電子放出装置５ｂの縦断面を示す模式図である。
【図８】本発明のさらに他の一実施の形態にかかる電子放出装置５ｅの斜視図を示す模式図である。
【図９】実施例１の電子放出装置５ｃの縦断面を模式的に示す図である。
【図１０】実施例１の電子放出装置５ｃの発光状態を撮影した写真である。
【図１１】実施例１の電子放出装置５ｃの印加電圧（Ｖ）とエミッション電流（Ａ）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８８】
５、５ａ〜５ｅ  電子放出装置
１０  第１のロール
２０  第２のロール
３０  エラストマー
４０  カーボンナノファイバー
ｄ    ロール間隔
Ｖ１  第１のロールの表面速度
Ｖ２  第２のロールの表面速度
５０  カソード電極
５２  電子放出部
５４  絶縁部
５６  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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【図１０】
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【図１１】
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