(57)【要約】【課題】ディスプレイに応用できるカーボン含有電流放出素子の製造に応用することができ、高い電流放出能力を具え、比較的低い放出電圧で電子を放出できるカーボン含有電流放出素子を製造できる電流放出素子の製造方法を提供する。【解決手段】基板にカーボン物質を含み、超微細空間を有する構造物を形成し、該カーボン含有構造物の少なくとも一部を環境温度よりも高い作業温度で、酸素を含む気体の雰囲気で酸化し、該カーボン含有構造物の少なくとも一部分を変形させる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボン含有電流放出素子の製造に応用される電流放出素子の製造方法であって、該カーボン含有電流放出素子は末端部を含んでなり、所定の作業温度で該カーボン含有電流放出素子を酸化して該末端部の少なくとも一部分を変形させるステップを含んでなり、かつ該作業温度が環境温度よりも高いことを特徴とする電流放出素子の製造方法。
【請求項２】
前記カーボン含有電流放出素子が管状を呈することを特徴とする請求項１に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項３】
前記カーボン含有電流放出素子が球形を呈することを特徴とする請求項１に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項４】
前記カーボン含有電流放出素子が超微細カーボンチューブであることを特徴とする請求項１に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項５】
前記作業温度が少なくとも７０℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項６】
前記電流放出素子の末端部は、酸素を含む流動体に少なくとも一部分を露出させることを特徴とする請求項１に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項７】
前記酸素を含む流動体が、気態を呈することを特徴とする請求項６に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項８】
前記酸素を含む流動体がO２か、O３か、CO2か、NO2か、SO2か、もしくはSO3の内の少なくとも一を含むことを特徴とする請求項６に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項９】
前記酸化のステップが、酸素を含む流動体を所定の作業温度に至るまで加熱するステップと、該末端部の少なくとも一部分が変形するまで該酸素を含む流動体に該末端部の少なくとも一部分を露出させるステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項１０】
前記末端部の変形は、少なくとも一部分が尖頭形状を呈するまで変形させることを特徴とする請求項１に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項１１】
前記末端部の変形は、少なくとも一部分が凹状部を呈するまで変形させることを特徴とする請求項１に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項１２】
前記末端部の変形は、電流放出能力が高められるまで変形させることを特徴とする請求項１に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項１３】
カーボン含有電流放出素子の製造に応用される電流放出素子の製造方法であって、所定の作業温度で該カーボン含有電流放出素子を酸化して該カーボン含有電流放出装置の少なくとも一部分を変形させるステップを含んでなり、かつ該作業温度が環境温度よりも高いことを特徴とする電流放出素子の製造方法。
【請求項１４】
前記カーボン含有電流放出素子が管状を呈することを特徴とする請求項１３に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項１５】
前記カーボン含有電流放出素子が球形を呈することを特徴とする請求項１３に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項１６】
前記カーボン含有電流放出素子が超微細カーボンチューブであることを特徴とする請求項１３に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項１７】
前記作業温度が少なくとも７０℃以上であることを特徴とする請求項１３に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項１８】
前記カーボン含有電流放出素子は、酸素を含む流動体に少なくとも一部分を露出させることを特徴とする請求項１３に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項１９】
前記酸素を含む流動体が、気態を呈することを特徴とする請求項１８に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項２０】
前記酸素を含む流動体がO２か、O３か、CO2か、NO2か、SO2か、もしくはSO3の内の少なくとも一を含むことを特徴とする請求項１８に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項２１】
前記酸化のステップが、酸素を含む流動体を所定の作業温度に至るまで加熱するステップと、該カーボン含有電流放出素子が球形を呈するまで該酸素を含む流動体に該末端部の少なくとも一部分を露出させるステップとを含むことを特徴とする請求項１３に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項２２】
前記カーボン含有電流放出素子の変形は、少なくとも一部分が尖頭形状を呈するまで変形させることを特徴とする請求項１３に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項２３】
前記カーボン含有電流放出素子の変形は、少なくとも一部分が凹状部を形成するまで変形させることを特徴とする請求項１３に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項２４】
前記カーボン含有電流放出素子の変形は、電流放出能力が高められるまで変形させることを特徴とする請求項１３に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項２５】
カーボン含有電流放出素子の製造に応用される電流放出素子の製造方法であって、該カーボン含有電流放出素子の少なくとも一部分が変形するまでオゾンによって酸化させるステップを含むことを特徴とする電流放出素子の製造方法。
【請求項２６】
前記カーボン含有電流放出素子が管状に形成されることを特徴とする請求項２５に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項２７】
前記カーボン含有電流放出素子が球形を呈することを特徴とする請求項２５に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項２８】
前記カーボン含有電流放出素子が超微細カーボンチューブであることを特徴とする請求項２５に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項２９】
前記作業温度が最低−５０℃であることを特徴とする請求項２５に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項３０】
前記カーボン含有電流放出素子は、少なくとも一部分が酸素を含む流動体に露出されることを特徴とする請求項２５に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項３１】
前記酸素を含む流動体が、気態を呈することを特徴とする請求項３０に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項３２】
前記酸素を含む流動体がO２か、O３か、CO2か、NO2か、SO2か、もしくはSO3の内の少なくとも一を含むことを特徴とする請求項３０に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項３３】
前記酸化のステップが、酸素を含む流動体を最低−５０℃の温度条件で、該カーボン含有電流放出素子の少なくとも一部分が変形するまで該酸素を含む流動体に露出させることを特徴とする請求項２５に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項３４】
前記カーボン含有電流放出素子の変形は、少なくとも一部分が尖頭形状を呈するまで変形させることを特徴とする請求項２５に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項３５】
前記カーボン含有電流放出素子の変形は、少なくとも一部分が凹状部を形成するまで変形させることを特徴とする請求項２５に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項３６】
前記カーボン含有電流放出素子の変形は、電流放出能力が高められるまで変形させることを特徴とする請求項２５に記載の電流放出素子の製造方法。
【請求項３７】
少なくとも一部分にCOOHか、OHか、もしくは＞Ｃ＝Ｏ等の族グループの内の少なくとも一を含む表面と、
外縁部に該表面が形成されるカーボン含有構造体とを含むことを特徴とするカーボン含有電流放出素子。
【請求項３８】
前記カーボン含有構造体が管状を呈することを特徴とする請求項３７に記載のカーボン含有電流放出素子。
【請求項３９】
前記カーボン含有構造体が球形を呈することを特徴とする請求項３７に記載のカーボン含有電流放出素子。
【請求項４０】
前記表面は、少なくとも一部分が尖頭状を呈することを特徴とする請求項３７に記載のカーボン含有電流放出素子。
【請求項４１】
前記表面は、少なくとも一部分が凹状を呈することを特徴とする請求項３７に記載のカーボン含有電流放出素子。
【請求項４２】
カーボン電流放出素子の製造に応用される電流放出素子の製造方法であって、
該カーボン電流放出素子の少なくとも一部分が変形するまで該カーボン電流放出素子のＣ＝Ｃ二重連鎖カーボン構造を部分的に切断するステップを含むことを特徴とする電流放出素子の製造方法。
【請求項４３】
前記カーボン含有電流放出素子が、超微細カーボンチューブであることを特徴とする請求項４２に記載の電流放出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電流放出素子（current  emitting  device）に関し、特に電子を放出する超微細カーボンチューブ（carbon nanotube）、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
新規な方式を探求、もしくは発見することを目的として、数多くの研究機構、もしくは研究者が弛まぬ努力を重ねた結果、ディスプレイ、又はその他装置を駆動させるための電子放出のメカニズムと、その新規な方法が得られた。液晶などの表示装置は、モバイルタイプの電子装置の普及にともない体積の縮小化に期待が寄せられている。よって、かかる新規な方法は、技術革新の鍵を握る重要なものである。かつて実験され、試用された新規な方法の内、体積が縮小されながらも、ディスプレイを駆動することのできる電流放出装置（current  emitting  device）は、最も意義のあるものである。該装置は、高い放出電圧を必要とすることなく、むしろ放出電圧を低下させて、必要とする電圧源の容量を極力最小化することができる。体積を縮小した電流放出装置、小容量及び／もしくは電圧レベルの低い電圧源などのいずれもが表示装置を具えるデバイスの体積を効率良く縮小化することは明らかである。
【０００３】
また、装置の必要とする操作電圧が低くければ（即ち、液晶表示装置を駆動する放出電子が必要とする放出電圧が低い）、消費するエネルギーも少なくなり、結果として同等の容量の電池であっても長く使用することができる。これら特徴は表示装置を含むモバイルタイプの電子装置にとって、極めて大きな意義と、重要性とを具える。
【０００４】
上述の特徴を具える電流放出装置を実現するために、数多くの物質が試され、さまざまな方法が研究された。その内超微細カーボンチューブ・アレイ、もしくはフィルム（即ち、複数の超微細カーボンチューブによって形成されるアレイ、もしくは複数の超微細カーボンチューブを含むフィルム）は、業界や研究者の注目を集めた。かかる超微細カーボンチューブは電流放出装置として大きな期待を寄せられ、業界に一縷の希望をもたらした。但し、可能な範囲における放出電圧の条件下において、放出する電流量（電子数量／単位面積）がディスプレイを駆動するに足らないものであるという欠点を具え、その発展も限りあるものでしかない。即ち、超微細カーボンチューブは、ディスプレイの駆動装置として目下最も潜在能力を具え、有力視されるが、キーポイントは容易に実現できる放出電圧の条件下において、十分な電子を放出してディスプレイを駆動できる能力を具えることにある。
【０００５】
上述のとおり、超微細カーボンチューブはディスプレイの駆動装置として目下最も潜在能力を具え、有力視される電流放出装置ではある。特にできる限りの表示装置体積縮小化が要求される状況下に在って、もしくは表示装置を設ける側において何らかの制限を受けて電源の容量が少ないか、電圧レベルの低い場合に好適な電流放出装置と見られている。このため、多くの研究者が再三にわたって実験を行い、可能な範囲内における放出電圧で、多くの電子を放出する試みが行われている。このような数多くの試みの結果として、参考資料１の論文が発表された。該論文においては超微細カーボンチューブ・アレイを基材（もしくは基板）に成長させた後、分割して下向きにし、基板の本来底面である面を上面とすることによって、低いターンオン電圧（0.6〜1.0Ｖ／μｍまで低くなる）を得る方法が開示される。該論文によれば、化学気相成長による製造工程において得られる垂直方向のマイク・カーボンチューブの放電電圧は４〜０．９0Ｖ／μmである。
【０００６】
前記参考資料１の論文において開示される超微細カーボンチューブ・アレイ、もしくはフィルムは、放電電圧を下げる特徴を具えるが、但し製造工程に超微細カーボンチューブ・アレイ、もしくはフィルムを分割して上下反転させる工程を含む。かかる工程は精密な技術を必要とし実施することが極めて難しく、特に製品を商品化することを考慮した場合極めて難しいものを感ずる。よって、業界、研究者は、なおも商品としての経済的効果を具え、製造が容易で、かつ可能な放出電圧の条件下で表示装置の駆動に足り得る電子の放出が可能な電流放出装置を開発すべく、弛まぬ努力を重ねている。その開発の方向として、超微細カーボンチューブ、もしくはこれに類似した装置が有力視されていることは前述のとおりであるが、製造が容易で実用的な価値を具えることが要件となっている。
【０００７】
超微細カーボンチューブについては、アメリカ合衆国特許第６３０３０９４号（参考資料２）、及び第６３８０６７１号（参考資料３）を参考することができる。また本発明者は２００２年６月２４日に論文を発表している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、モバイルタイプの電子装置、もしくは体型が制限を受ける電子装置のディスプレイに応用するか、もしくはディスプレイを具える電子装置の電源が低容量または低電圧レベルの制限を有する場合ディスプレイに応用することのできるカーボン含有電流放出素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
また、この発明はディスプレイと組み合わせて使用できるカーボン含有電流放出素子の製造に応用する電流放出素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また、この発明は電流放出能力を高めると共に、比較的低い放出電圧で電子を放出できるカーボン含有電流放出素子の製造に応用する電流放出素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
さらに、この発明は製造が容易で、かつモバイルタイプの電子装置、もしくは体型が制限を受ける電子装置のディスプレイに応用するか、もしくはディスプレイを具える電子装置の電源が低容量または低電圧レベルの制限を有する場合ディスプレイに応用することのできる電流放出素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者は従来の技術に見られる欠点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、カーボン含有構造体を成長させてなる電流放出素子において、該カーボン含有構造体を酸化させてカーボンのＣ＝Ｃ二重連鎖構造を切断して変形させるステップを含む製造方法によって課題を解決できる点に着眼し、かかる知見に基づいて本発を完成させた。
【００１３】
以下、この発明について具体的に説明する。
請求項１に記載するカーボン含有電流放出素子の製造に応用される電流放出素子の製造方法は、該カーボン含有電流放出素子は末端部を含んでなり、所定の作業温度で該カーボン含有電流放出素子を酸化して該末端部の少なくとも一部分を変形させるステップを含んでなり、かつ該作業温度が環境温度よりも高い。
【００１４】
請求項２に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１におけるカーボン含有電流放出素子が管状を呈する。
【００１５】
請求項３に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１におけるカーボン含有電流放出素子が球形を呈する。
【００１６】
請求項４に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１におけるカーボン含有電流放出素子が超微細カーボンチューブである。
【００１７】
請求項５に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１における作業温度が少なくとも７０℃以上である。
【００１８】
請求項６に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１における電流放出素子の末端部が酸素を含む流動体に少なくとも一部分を露出させる。
【００１９】
請求項７に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項６における酸素を含む流動体が、気態を呈する。
【００２０】
請求項８に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項６における酸素を含む流動体がO２か、O３か、CO2か、NO2か、SO2か、もしくはSO3の内の少なくとも一を含む。
【００２１】
請求項９に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１における酸化のステップが、酸素を含む流動体を所定の作業温度に至るまで加熱するステップと、該末端部の少なくとも一部分が変形するまで該酸素を含む流動体に該末端部の少なくとも一部分を露出させるステップとを含む。
【００２２】
請求項１０に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１における末端部の変形が、少なくとも一部分が尖頭形状を呈するまで変形させる。
【００２３】
請求項１１に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１における末端部の変形が、少なくとも一部分が凹状部を呈するまで変形させる。
【００２４】
請求項１２に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１における末端部の変形が、電流放出能力が高められるまで変形させる。
【００２５】
請求項１３に記載する電流放出素子の製造方法は、カーボン含有電流放出素子の製造に応用される電流放出素子の製造方法であって、所定の作業温度で該カーボン含有電流放出素子を酸化して該カーボン含有電流放出装置の少なくとも一部分を変形させるステップを含んでなり、かつ該作業温度が環境温度よりも高い。
【００２６】
請求項１４に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１３におけるカーボン含有電流放出素子が管状を呈する。
【００２７】
請求項１５に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１３におけるカーボン含有電流放出素子が球形を呈する。
【００２８】
請求項１６に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１３におけるカーボン含有電流放出素子が超微細カーボンチューブである。
【００２９】
請求項１７に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１３における作業温度が少なくとも７０℃以上である。
【００３０】
請求項１８に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１３におけるカーボン含有電流放出素子が、酸素を含む流動体に少なくとも一部分を露出させる。
【００３１】
請求項１９に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１８における酸素を含む流動体が、気態を呈する。
【００３２】
請求項２０に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１８における酸素を含む流動体がO２か、O３か、CO2か、NO2か、SO2か、もしくはSO3の内の少なくとも一を含む。
【００３３】
請求項２１に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１３における酸化のステップが、酸素を含む流動体を所定の作業温度に至るまで加熱するステップと、該カーボン含有電流放出素子が球形を呈するまで該酸素を含む流動体に該末端部の少なくとも一部分を露出させるステップとを含む。
【００３４】
請求項２２に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１３におけるカーボン含有電流放出素子の変形は、少なくとも一部分が尖頭形状を呈するまで変形させる。
【００３５】
請求項２３に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１３におけるカーボン含有電流放出素子の変形が、少なくとも一部分が凹状部を形成するまで変形させる。
【００３６】
請求項２４に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項１３におけるカーボン含有電流放出素子の変形が、電流放出能力が高められるまで変形させる。
【００３７】
請求項２５に記載する電流放出素子の製造方法は、カーボン含有電流放出素子の製造に応用される電流放出素子の製造方法であって、該カーボン含有電流放出素子の少なくとも一部分が変形するまでオゾンによって酸化させるステップを含む。
【００３８】
請求項２６に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項２５におけるカーボン含有電流放出素子が管状に形成される。
【００３９】
請求項２７に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項２５におけるカーボン含有電流放出素子が球形を呈する。
【００４０】
請求項２８に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項２５におけるカーボン含有電流放出素子が超微細カーボンチューブである。
【００４１】
請求項２９に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項２５における作業温度が最低−５０℃である。
【００４２】
請求項３０に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項２５におけるカーボン含有電流放出素子が、少なくとも一部分が酸素を含む流動体に露出される。
【００４３】
請求項３１に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項３０における酸素を含む流動体が、気態を呈する。
【００４４】
請求項３２に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項３０における酸素を含む流動体がO２か、O３か、CO2か、NO2か、SO2か、もしくはSO3の内の少なくとも一を含む。
【００４５】
請求項３３に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項２５における酸化のステップが、酸素を含む流動体を最低−５０℃の温度条件で、該カーボン含有電流放出素子の少なくとも一部分が変形するまで該酸素を含む流動体に露出させる。
【００４６】
請求項３４に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項２５におけるカーボン含有電流放出素子の変形が、少なくとも一部分が尖頭形状を呈するまで変形させる。
【００４７】
請求項３５に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項２５におけるカーボン含有電流放出素子の変形が、少なくとも一部分が凹状部を形成するまで変形させる。
【００４８】
請求項３６に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項２５におけるカーボン含有電流放出素子の変形が、電流放出能力が高められるまで変形させる。
【００４９】
請求項３７に記載するカーボン含有電流放出素子は、少なくとも一部分にCOOHか、OHか、もしくは＞Ｃ＝Ｏ等の族グループの内の少なくとも一を含む表面と、外縁部に該表面が形成されるカーボン含有構造体とを含む。
【００５０】
請求項３８に記載するカーボン含有電流放出素子は、請求項３７におけるカーボン含有構造体が管状を呈する。
【００５１】
請求項３９に記載するカーボン含有電流放出素子は、請求項３７におけるカーボン含有構造体が球形を呈する。
【００５２】
請求項４０に記載するカーボン含有電流放出素子は、請求項３７における表面は、少なくとも一部分が尖頭状を呈する。
【００５３】
請求項４１に記載するカーボン含有電流放出素子は、請求項３７における表面は、少なくとも一部分が凹状を呈する。
【００５４】
請求項４２に記載する電流放出素子の製造方法は、カーボン電流放出素子の製造に応用されるものであって、該カーボン電流放出素子の少なくとも一部分が変形するまで該カーボン電流放出素子のＣ＝Ｃ二重連鎖カーボン構造を部分的に切断するステップを含む。
【００５５】
請求項４３に記載する電流放出素子の製造方法は、請求項４２におけるカーボン含有電流放出素子が、超微細カーボンチューブである。
【００５６】
【発明の実施の形態】
この発明は、カーボン物質を含有する電流放出素子を提供するものであって、ｐ−Ｓｉ基板などの基板（もしくはベース材）に超微細空間を具える構造物を成長させて形成する。かかる超微細空間を具える構造物はナノメータ領域のサイズであって、管状を呈する超微細カーボンチューブであるか、もしくは球状（円形の球体、楕円形の球体を含む）か、もしくは楕円状の半球形状に形成される。該基板、もしくはキャリア上から成長して外部に延伸する端縁部は、例えばディスプレイの駆動用に用いられる場合は、ディスプレイの方向に向けられる。
【００５７】
また、上述の超微細構造を具える構造物は、この発明において電流放出の密度を大幅に高め、かつ放出電圧を低減させるために、製造工程に酸化工程をさらに設ける。かかる酸化の工程は、オゾン（Ｏ３）を含む気体の雰囲気で行う。即ち、オゾンを含む気体を応用した場合、酸化に必要とする作業温度は最低５０℃以下であるため、実際には如何なる温度条件であってもオゾンで酸化を行い、この発明の目的を達成することができる。
【００５８】
また、前記酸化工程によって酸化された超微細構造を具える構造物は、表面の少なくとも一部分にCOOH、及び／もしくはＯＨ、及び／もしくは＞Ｃ＝０などの族グループ化合物の内の少なくとも一を含む。即ち、Ｏは酸素、Ｃはカーボン、Ｈは水素元素を表わす。
【００５９】
この発明の超微細空間を具える構造物を成長させてなるカーボン物質含有電流放出素子は、前記酸化の工程によって該構造物の形状が変化し、高密度の電子を放出（同等、もしくは比較的低い放出電圧下に在って）することができる。かかる構造物の変形は、カーボンの二重連鎖構造であるＣ＝Ｃを切断することによって得られる。即ち、この発明はカーボン物質含有電流放出素子を提供するものであって、該カーボン物質含有電流放出素子のカーボン二重連鎖構造であるのＣ＝Ｃの一部を切断して変形させて高密度の電子放出を可能にする。
かかるカーボン物質含有電流放出素子の特徴と、その製造方法について、具体的な実例を挙げて以下に詳述する。
【００６０】
実例１
基板上に超微細空間を具える構造物を成長させてカーボン物質含有電流放出素子である超微細カーボンチューブを形成した。さらに、該カーボン物質含有電流放出素子を、酸素（Ｏ２）を含む気体の雰囲気で、４００℃、酸化時間１０分間の条件で酸化を行った。得られたカーボン物質含有電流放出素子の放出電流と放出電圧との関係を図５のグラフに▲で表示した。
実例２
基板上に超微細空間を具える構造物を成長させてカーボン物質含有電流放出素子である超微細カーボンチューブを形成した。さらに、該カーボン物質含有電流放出素子を、酸素（Ｏ２）を含む気体の雰囲気で、４００℃、酸化時間２０分間の条件で酸化を行った。得られたカーボン物質含有電流放出素子の放出電流と放出電圧との関係を図５のグラフに△で表示した。
実例３
基板上に超微細空間を具える構造物を成長させてカーボン物質含有電流放出素子である超微細カーボンチューブを形成した。さらに、該カーボン物質含有電流放出素子を、酸素（Ｏ２）を含む気体の雰囲気で、４００℃、酸化時間２５分間の条件で酸化を行った。得られたカーボン物質含有電流放出素子の放出電流と放出電圧との関係を図５のグラフに☆で表示した。
【００６１】
図５は、上述の実例１、２、３の超微細カーボンチューブと、酸化しない従来の超微細カーボンチューブ（図示において○で表示する）の放出電流と放出電圧の関係を表わすグラフである。図示におけるY軸は放出電流密度J（単位：μA／cm２、即ちマイクロアンペア／平方センチメートル）であって、Ｘ軸は外部から加えられる電界強度（単位：V／μm、即ちボルト／マイクロメートル）である。
【００６２】
図示から分かるように、超微細カーボンチューブの電流放出能力について言えば、酸素（O2）を含む気体の中で、400℃の温度条件と10分間の酸化時間によって得られる効果は明らかでない（▲、○によって描かれる曲線参照）。但し、酸素（O2）を含む気体の中で、400℃の温度条件と20分間、25分間の２種類の酸化時間によって得られる効果は、この発明による酸化の過程によって酸化されない本来の超微細カーボンチューブに比して極めて明らかである（△、☆、○によって描かれる曲線の比較）。仮にE（外部電界強度）＝4.5V／μｍを条件とした場合、従来の超微細カーボンチューブ（この発明による酸化の過程を経ていない）の放出電流密度は9μA／cm２となる（○によって描かれる曲線参考）。但し、この発明による製造工程は、酸素（O２）を含む気体の中で、400℃の温度条件と25分間の酸化時間によって得た超微細カーボンチューブの放出電流密度が72μA／cm２に達する。即ち、従来の超微細カーボンチューブによって放出される密度の8倍になる。
【００６３】
図６はファウラ・ノルドハイムフィールド放出理論に基づき得られたIn(J／E2)対１／Eの関係図である。図示におけるＹ軸はIn(J／E2)であって、Ｘ軸は１／Eを表わす。Ｅは外部電界強度で、Ｊは放出電流の密度を表わす。図６における○、▲、△、及び☆の表示は図５と同様に、それぞれの従来の超微細カーボンチューブと、前記実例１、２、３によって得られた超微細カーボンチューブを表わす。また、図中の矢印（７）は初期放出電圧領域を指す。図６から分かるように、従来の超微細カーボンチューブの初期放出電圧は、約0.8V／μｍであるが、この発明による製造工程で、酸素（Ｏ２）を含む気体で、400℃の温度条件と25分間の酸化時間によって得られた超微細マイクロチューブは、初期放出電圧（図示における△と☆の表示参照）は、０．５Ｖ／μｍまで低下する。
【００６４】
この発明の基板に超微細構造を具える構造物を成長させてなるカーボン含有電流放出素子、即ちそれぞれの実例における超微細カーボンチューブは、表面の少なくとも一部分にCOOH、及び／もしくはＯＨ、及び／もしくは＞Ｃ＝０などの族グループ化合物の内の少なくとも一を含み、かつカーボンが二重連鎖構造を有する。該カーボンの二重子連鎖を切断することによって変形させることによって、上述する超微細カーボンチューブの電流放出能力の改善がなされる。
【００６５】
図１は、この発明による酸化の工程を経ていない従来の超微細カーボンチューブの電子顕微鏡写真である。超微細カーボンチューブ（１１）は、電流放出素子として電子を放出するために用いられるものであって、末端部（１２）を具える。複数の超微細カーボンチューブ（１１）よって形成されるアレイは電子を放出してディスプレイ（図示しない）を駆動するために用いられる。即ち放出された電子がディスプレイに衝突し、該ディスプレイに画像を形成する。
【００６６】
図２から４は、前述の実例３によってえられた超微細カーボンチューブの電子顕微鏡写真である。即ち、酸素（Ｏ２）を含む気体の雰囲気で、４００℃、酸化時間２５分間の条件で酸化を行い得られたものであって、図２に開示するように、その末端部（２２）の形状が変化している。即ち末端部（２２）には、少なくとも一部に凹状部（２３）が形成されると共に少なくとも１以上の尖端部（２４）が形成される。
【００６７】
また、図３には、同様に実例３によってえられた超微細カーボンチューブの電子顕微鏡写真を開示する。開示する超微細カーボンチューブ（３１）は、この発明の酸化の工程によって尖端部（３２）の形状が変化している。即ち尖端部（３２）には少なくとも部分的に凹状部（３３）が形成され、少なくとも２以上の尖頭部（３４）（３５）が形成される。
【００６８】
さらに、また、図４にも同様に実例３によってえられた超微細カーボンチューブの電子顕微鏡写真を開示する。図４に開示される超微細カーボンチューブ（４１）は、この発明の製造工程において酸化され、少なくとも部分的に凹状部（図４において３つの矢印４３で表示する部分）が形成される。
【００６９】
図２、３、４の開示から分かるように、酸化によって超微細カーボンチューブの尖端部に凹状部が形成されて電流放出能力が高められると共に，放出電圧も低下する。
【００７０】
この発明による製造工程において酸化された超微細カーボンチューブは、ディスプレイを駆動するために用いられ（即ち、放出した電子がディスプレイに衝突して画像をディスプレイに表示する）、かつディスプレイと超微細カーボンチューブとを隔てる距離を２００μｍとした場合、初期放出電圧は０．８Ｖ／μｍから０．５Ｖ／μｍに低下する。即ち、必要とする外部電界強度は６０Ｖ低減させることができる。かかる電界強度の低減は、極めて重大な意義を持つ。特にディスプレイを具えるモバイルタイプの電子装置に応用する場合、もしくはディスプレイを設ける個所における電源の容量と電圧レベルが制限を受ける場合、もしくはディスプレイを設ける場所が高電圧レベルに適さない場合などは、その効果がさらに明らかになる。このような効果を得るための酸化の工程は、酸素を含む気体の雰囲気で、４００℃の温度条件で行い、好ましくは２０分間以上酸化の作業を継続させる。
【００７１】
また、それぞれの実例においては温度条件を４００℃としたが、目的は酸化を進行させることにあり、実際には作業温度が環境温度より高く、作業継続時間が適宜であればこの発明の目的を達成することができる。好ましい温度条件は７０℃か、もしくは７０を超える範囲内で酸化の作業を行う。
【００７２】
さらに、酸化を行う場合の気体は、酸素以外にオゾン（Ｏ３）、臭素（Br２）などを応用することができる。そこで異なる気体によって超微細カーボンチューブを酸化して、これらの放出電流と放出電圧の関係を図７に開示した。
実例４
基板上に超微細空間を具える構造物を成長させてカーボン物質含有電流放出素子である超微細カーボンチューブを形成した。さらに、該カーボン物質含有電流放出素子を、臭素（Br２）を含む気体の雰囲気で、室温、酸化時間２０分間の条件で酸化を行った。得られたカーボン物質含有電流放出素子の放出電流と放出電圧の関係を図７のグラフに×で表示した。
実例５
基板上に超微細空間を具える構造物を成長させてカーボン物質含有電流放出素子である超微細カーボンチューブを形成した。さらに、該カーボン物質含有電流放出素子を、臭素（Br２）を含む気体の雰囲気で、室温、酸化時間２０分間の条件で酸化を行った。得られたカーボン物質含有電流放出素子の放出電流と放出電圧の関係を図７のグラフに×で表示した。
実例６
基板上に超微細空間を具える構造物を成長させてカーボン物質含有電流放出素子である超微細カーボンチューブを形成した。さらに、該カーボン物質含有電流放出素子を、オゾン（Ｏ３）を含む気体の雰囲気で、室温、酸化時間１分間の条件で酸化を行った。得られたカーボン物質含有電流放出素子の放出電流と放出電圧の関係を図７のグラフに▽で表示した。
実例７
基板上に超微細空間を具える構造物を成長させてカーボン物質含有電流放出素子である超微細カーボンチューブを形成した。さらに、該カーボン物質含有電流放出素子を、オゾン（Ｏ３）を含む気体の雰囲気で、室温、酸化時間３分間の条件で酸化を行った。得られたカーボン物質含有電流放出素子の放出電流と放出電圧の関係を図７のグラフに□で表示した。
実例８
基板上に超微細空間を具える構造物を成長させてカーボン物質含有電流放出素子である超微細カーボンチューブを形成した。さらに、該カーボン物質含有電流放出素子を、オゾン（Ｏ３）を含む気体の雰囲気で、室温、酸化時間５分間の条件で酸化を行った。得られたカーボン物質含有電流放出素子の放出電流と放出電圧の関係を図７のグラフに△で表示した。
実例９
基板上に超微細空間を具える構造物を成長させてカーボン物質含有電流放出素子である超微細カーボンチューブを形成した。さらに、該カーボン物質含有電流放出素子を、オゾン（Ｏ３）を含む気体の雰囲気で、室温、酸化時間７分間の条件で酸化を行った。得られたカーボン物質含有電流放出素子の放出電流と放出電圧の関係を図７のグラフに★で表示した。
実例１０
基板上に超微細空間を具える構造物を成長させてカーボン物質含有電流放出素子である超微細カーボンチューブを形成した。さらに、該カーボン物質含有電流放出素子を、オゾン（Ｏ３）を含む気体の雰囲気で、室温、酸化時間９分間の条件で酸化を行った。得られたカーボン物質含有電流放出素子の放出電流と放出電圧の関係を図７のグラフに＋で表示した。
【００７３】
図７は、異なる気体と、異なる時間条件で酸化を行ったカーボン物質含有電流放出素子である超微細カーボンチューブの放出電流と放出電圧の関係を表わす。即ち、上述の実例４から１０の超微細カーボンチューブと、酸化しない従来の超微細カーボンチューブ（図示において○で表示する）の放出電流と放出電圧の関係を表わすグラフである。図示におけるY軸は放出電流密度を、Ｘ軸は外部から加えられる電界強度をそれぞれ表わす。
【００７４】
超微細カーボンチューブの電流放出能力と、異なる気体及び異なる時間条件との関係については、図７に開示するように、オゾン（Ｏ３）を含む気体の雰囲気において、超微細カーボンチューブを室温で１分間酸化した場合、および臭素を含む気体の雰囲気において室温で超微細カーボンチューブを２０分間酸化した場合は、△、×、○によって描かれるそれぞれの曲線を比較すると、明らかな効果は現れない。但し、オゾン（Ｏ３）を含む気体の雰囲気において、超微細カーボンチューブを室温で１分間酸化した場合、もしくは酸化の時間をさらに延長した場合は、□、△、★、＋、○などによって描かれる曲線を比較すると、その効果が明らかに現れる。ここで注意すべき点は、オゾン（Ｏ３）を含む気体の雰囲気において、超微細カーボンチューブを室温でさらに長い時間酸化しても、時間の長さに対応してより好ましい電流放出能力が得られることはない。例えば、上述のそれぞれの実例ではオゾンを含む気体の雰囲気において、室温で酸化時間を３分間、５分間、７分間、および９分間としたが、寧ろ酸化時間の短い場合に好ましい電流放出能力の向上が見られる。係る現象は、酸化時間が長すぎると（オゾンを含む気体の雰囲気において、温度条件を室温として酸化を行う）、超微細カーボンチューブの管体壁面が酸化によって損傷を受け、放出電流の減少を招くことに起因する。
【００７５】
前述の各実例の結果からわかるように、オゾン（Ｏ３）を含む気体の雰囲気において、温度条件を−５０℃か、もしくはこれよりも高くして酸化を行い、超微細カーボンチューブ・アレイ、もしくはフィルムを形成した場合、いずれも同等、もしくは比較的低い放出電圧の状況下に在って、電流放出能力を高めることができる。
【００７６】
超微細カーボンチューブの形状を変形させて（例えば、既存する尖端部を変形させるか、さらに尖らせるか、別途尖端部を形成するか、もしくは凹状部を形成する）、高密度の電子流（同等か、もしくは比較的低い放出電圧の状況下において）
を放出する能力を高めるためには、主に一部のＣ＝Ｃ連結構造を切断する必要がある。目下、超微細カーボンチューブのＣ＝Ｃ連結構造を切断して超微細カーボンチューブをディスプレイとを組み合わせて使用するか、もしくは高密度電流を放出する（同等か、もしくは比較的低い放出電圧の状況下において）ことは、この発明による酸化の技術によってのみ達成できる。
【００７７】
図５と図７の依拠となるそれぞれの実例においては、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）を酸化剤として使用した。但し、この発明における酸化の工程に用いる酸化剤は、酸素（Ｏ２）、もしくはオゾン（Ｏ３）に限定することなく、Ｏ２、Ｏ３、ＮＯ２、ＳＯ２、もしくはＳＯ３のいずれかを選択するか、もしくは少なくとも２種類以上を混合してもよい。実際には、超微細カーボンチューブの一部Ｃ＝Ｃ連結構造を切断する製造工程は、いずれもこの発明の目的に属する。上述のＯ、Ｃ、Ｎ、Ｓは、それぞれ酸素、カーボン、窒素、硫黄などの元素を表わす。
【００７８】
上述するそれぞれの実例から明らかなように。超微細カーボンチューブの尖端部が尖れば尖るほど、放出される電流も大きくなる。
【００７９】
また、この発明における酸化剤は液態の流動体を応用することもできるが、目下のところは気態の酸化剤が好ましい酸化剤である。
【００８０】
この発明の目的を達成するための酸化のステップにおいては、超微細カーボンチューブ選対を酸化剤に露出させる必要はなく、例えば超微細カーボンチューブの末端部が電子を放出するために用いられるのであれば、該末端部を酸化剤に露出させるだけで発明の目的を達成することができる。
【００８１】
前記超微細カーボンチューブを所定の作業温度（環境温度よりも高い）で、酸化剤（もしくは酸素を含む流体）によって酸化する工程は、次のステップを含む。即ち、酸化剤（酸素を含む流体）を所定の作業温度に至るまで加熱するステップと、該超微細カーボンチューブの少なくとも一部分（例えば末端部）が変形するまで該酸化剤（もしくは酸素を含む流体）に露出させるステップである。
【００８２】
以上は、この発明の好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請求の範囲の範囲に属するものとする。
【００８３】
【発明の効果】
この発明による電流放出素子は、カーボン含有電流放出素子の製造に応用することができ、該カーボン含有電流放出素子は、モバイルタイプの電子装置、もしくは体型が制限を受ける電子装置のディスプレイに応用するか、もしくはディスプレイを具える電子装置の電源が低容量または低電圧レベルの制限を有する場合ディスプレイに応用することができ、電流放出能力を高めると共に、比較的低い放出電圧で電子を放出できる。
【００８４】
また、この発明による電流放出素子は、製造が容易で、かつモバイルタイプの電子装置、もしくは体型が制限を受ける電子装置のディスプレイに応用するか、もしくはディスプレイを具える電子装置の電源が低容量または低電圧レベルの制限を有する場合ディスプレイに応用することができ、電流放出の密度を大幅に高めるとともに、放出電圧を低減させる効果を具える。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の超微細カーボンチューブの末端部の電子顕微鏡写真である。
【図２】この発明による超微細カーボンチューブの末端部の電子顕微鏡写真である。
【図３】この発明による超微細カーボンチューブの末端部の他の電子顕微鏡写真である。
【図４】この発明による超微細カーボンチューブの末端部のその他電子顕微鏡写真である。
【図５】超微細カーボンチューブ・アレイの放出電流と放出電圧の関係を表わすグラフである。
【図６】超微細カーボンチューブ・アレイのIn(J/E2)対1/Eの関係を表わすグラフである。
【図７】異なる気体で酸化した超微細カーボンチューブの放出電流と、放出電圧の関係を表わすグラフである。
【符号の説明】
１１  超微細カーボンチューブ
１２  末端部
１３  他端
２１  超微細カーボンチューブ
２２  末端部
２３  凹状部
２４  尖端部
３１  超微細カーボンチューブ
３２  尖端部
３３  凹状部
３４  尖頭部
３５  尖頭部
４１  超微細カーボンチューブ
【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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