(57)【要約】【課題】カーボンナノチューブを用いた自発光型平面ディスプレイ装置において、低電界で必要な電流密度を実現する。【解決手段】カーボンナノチューブ束にイオンを照射することにより、カーボンナノチューブ束を１本または２本のカーボンナノチューブに分離することで、先鋭化かつ均一化した電子放出ポイントを構成する。【選択図】  図５
2004303521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源が設けられた電子源板と、蛍光体が塗布された表示板とを備え、前記電子源板と表示板との間の空間が真空雰囲気とされる平面ディスプレイ装置であって、前記電子源板を形成する電極表面部にカーボンナノチューブ束を配置するとともに、該カーボンナノチューブ束はイオン照射されていることを特徴とする平面ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記イオン照射により、カーボンナノチューブ束が分離されて各カーボンナノチューブ束ごとに１本または複数本のカーボンナノチューブの電子放出ポイントを構成する請求項１記載の平面ディスプレイ装置。
【請求項３】
前記イオン照射が、前記電子源板にカーボンナノチューブ束を配置した後に行われたものである請求項１または２記載の平面ディスプレイ装置。
【請求項４】
前記イオン照射が、前記電子源板にカーボンナノチューブ束を配置する前に行われたものである請求項１または２記載の平面ディスプレイ装置。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブ内部に金属イオンが内包されている請求項１ないし４のいずれかに記載の平面ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は平面ディスプレイ装置、特に、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ディスプレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電界放出型表示装置（ＦＥＤ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）に用いられる電子源として、スピント型、ダイアモンド、ダイアモンドライクカーボン、カーボン繊維、あるいはカーボンナノチューブを電子放出ポイントとする電子源などが用いられてきた。この中で、カーボンナノチューブはウォールで囲まれた内部に中空の部分を有する構造となっている。
【０００３】
中空のシングルウォールカーボンナノチューブを電子放出ポイントとする電子源として用いた４．５インチの自発光型平面ディスプレイを作製した例が、非特許文献１に記載されている。この方法では、自発光型平面ディスプレイを実現するために必要な１０ｍＡ／ｃｍ２（ミリアンペア／平方センチメートル）以上の電流密度を得るために、２Ｖ／μｍ（ボルト／ミクロン）以上の電界を印加する必要があった。
【０００４】
また、カーボンナノチューブ内部の中空部分に金属を内包させ、内包金属ロッドを形成したカーボンナノチューブを電子放出ポイントとする電子源の自発光型平面ディスプレイを作製した例が、特許文献１に記載されている。この方法では、自発光型平面ディスプレイを実現するために必要な１０ｍＡ／ｃｍ２以上の電流密度を得るために必要な電界は大幅に改善されたが、それでも、０．３Ｖ／μｍ以上の電界を印加する必要があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−７２３２号公報
【非特許文献１】
「ＳＩＤ  ９９  Ｄｉｇｅｓｔ」のｐｐ．１１３４−１１３７
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
自発光型平面ディスプレイの低消費電力化のためには、上述した文献等に開示されるよりも、さらに低電界で必要な電流密度を実現する必要がある。カーボンナノチューブを電子放出ポイントとする電子源とする場合でも、必要な電界を十分に低減できない原因は次のようであると考えられる。すなわち、カーボンナノチューブがカーボンナノチューブ束として存在するために、カーボンナノチューブ端部の電界が十分に急峻なものとなっていないことによる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
カーボンナノチューブを電子放出ポイントとする電子源とする場合に、必要とする電界を低減するためには、カーボンナノチューブが独立した１本のカーボンナノチューブとして存在するようにすることが有効である。本発明では、カーボンナノチューブにイオンを照射して、カーボンナノチューブが自ずと構成するカーボンナノチューブ束から先端部分が部分的に１本または２本の分離したカーボンナノチューブを有する構造に改善する。カーボンナノチューブ束から、先端部分が分離されて、独立した１本または２本のカーボンナノチューブとして存在するようになると、カーボンナノチューブ先端に電界を効率的に集中させることができ、電子放出特性を大幅に改善することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明を、図１−５を用いて説明する。
【０００９】
（平面ディスプレイの全体構成）
図１は、本発明の対象とする平面ディスプレイの全体構成を説明する分解斜視図である。電子源アレイを作製した電子源板１０１、電子源の位置に合わせ蛍光体ストライプあるいはドットを作製した蛍光表示板１０３およびこれら電子源板１０１と蛍光表示板１０３とを所定の間隔に保ち固定するための枠ガラス等の外枠１０２からなる。これらは、見やすくするために離して表示したが、実際は重ねて構成される。すなわち、電子源板１０１と蛍光表示板１０３とが外枠１０２で所定の間隔を保って対峙した形になる。
【００１０】
図２（Ａ）は、電子源板１０１の構造を示す模式的に示す平面図である。電子源板１０１は、横方向のカソード電極ストライプ２０１が複数本と、縦方向のゲート電極ストライプ２０２が複数本からなる構造を有する。カソード電極ストライプ２０１とゲート電極ストライプ２０２は、絶縁膜２０４を挿んで交差し、それぞれの交差点には電子源を形成する。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示すカソード電極ストライプ２０１とゲート電極ストライプ２０２の交差位置２００に着目して、交差位置２００に形成される電子源２０３の部分を拡大して示す図である。
【００１１】
図３（Ａ）は、蛍光表示板１０３に形成される赤、緑、青の蛍光体ストライプの例を示す平面図である。図に示すように、スラリー法により赤３０１、緑３０２、青３０３の蛍光体ストライプによる繰り返しストライプパターンが形成される。図には示してないが、各蛍光体ストライプ間の位置にブラックマトリクスのストライプを作製する。各々の蛍光体ストライプが、両側のブラックストライプの間となるよう配置する。さらに、蛍光体ストライプを作製した後、全面にアルミニウムを１０−１００ｎｍ蒸着し、アノード電極とする。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す赤、緑、青の蛍光体ストライプ３０１−３０３の１画素の幅が電極ストライプ２０２の３本分に相当し、各色の蛍光体ストライプが電極ストライプ２０２の１本分に相当することを蛍光体ストライプと電極ストライプとを一点鎖線で繋いで示す。また、ゲート電極ストライプ２０２とカソード電極ストライプ２０１の交差に形成される電子源２０３の部分を拡大して示し、１つの電子源２０３に２０３１−２０３４の電子源が構成されていることを示す。図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）に示す１つの電子源２０３に構成されている４つの電子源２０３１−２０３４の部分をＡ−Ａ’位置での断面図で示す。４１０はガラス基板であり、その上に、電極ストライプ２０１が形成される。２０４は電子源ストライプであり、カーボンナノチューブを含有した樹脂ペーストが電極ストライプ２０１の上にスクリーン印刷することにより形成される。２０５は絶縁層であり、電子源ストライプ２０４を形成した後スクリーン印刷により形成される。２０２はゲート電極ストライプであり、絶縁層２０５の上にスクリーン印刷により形成される。電子源２０３の部分では、ゲート電極ストライプ２０２とその下の絶縁膜２０５は貫通穴を形成し、その貫通穴の底部に電子源ストライプ２０４の表面が露出する。
【００１２】
以上のようにして作製した電子源板１０１と蛍光表示板１０３を、枠ガラス１０２を用いて所定間隔で対峙するよう配置し、電子源２０３を蛍光体ストライプ３０１−３０３と位置を合わせた後、内部を真空にしてフリットガラス（図示せず）により封止してパネルとする。
【００１３】
電子源板１０１の作成に関するデータの一例を示すと以下のようである。ガラス基板上に印刷法によりカソード電極となるＡｇ電極を形成することにより、厚さ１０μｍ、幅３００μｍ、間隔６０μｍのカソード電極ストライプ２０１を６００本形成する。５５０℃で焼成後、カーボンナノチューブを含有した樹脂ペーストをカソード電極ストライプ２０１の上にスクリーン印刷することにより、電子源ストライプ２０４をカソード電極ストライプ２０１上に形成する。電子源ストライプ２０４のパターン形成はカソード電極ストライプ４０１と同じである。カソード電極ストライプ２０１と電子源ストライプ２０４の２層構造を形成した後、５５０℃で焼成し樹脂ペーストに含有されている樹脂分を除去する。次に、絶縁層２０５をスクリーン印刷する。絶縁層２０５の厚みは３０μｍである、また、カソード電極ストライプ２０１とゲート電極ストライプ２０２の交差部分に形成される４個の電子源穴２０３１−２０３４は直径３０μｍとなっている。この絶縁層２０５を５５０℃で焼成後、Ａｇペーストをスクリーン印刷することにより、厚さ２０μｍ、幅９０μｍ、間隔３０μｍのゲート電極ストライプ２０２を２４００本形成する。なお、ゲート電極ストライプ２０２も、カソード電極ストライプ２０１とゲート電極ストライプ２０２の交差部分に直径３０μｍの電子源穴２０３１−２０３４が空いた構造となっている。
【００１４】
このようにして作製したパネル構造を用いて、カソード電極ストライプ２０１に走査信号を、ゲート電極ストライプ２０２に画像信号を入力することで電子源穴２０３１−２０３４穴からの電子の放出のオン・オフを含めた電子の放出量を制御し、さらに、カソード電極ストライプ２０１と蛍光表示板１０３に設けたアノード電極（図示せず）の間に加速電圧を印加することにより、画像を表示させることができる。
【００１５】
（実施例１）
図４は、本発明の実施例の説明図である。図４（Ａ）は、イオン照射の概念を説明する図である。電子源板１０１に対峙してイオン源５０６を配置する。カソード電極ストライプ２０１に対し、イオン源５０６にプラスの電圧が印加されるように、直流電源５０５を接続する。かつゲート電極ストライプ２０２とイオン源５０６とを接続する。イオン源５０６から放出された金属イオンは、イオン源５０６とカソード電極ストライプ２０１間の加速電圧により、電子源穴２０３１および２０３２を通り電子源ストライプ２０４に選択的に照射される。図示しない、他の電子源穴の電子源ストライプ２０４においても同様である。ここでは、イオン源５０６に対し電子源板１０１をほぼ平行に対峙させ、イオン源５０６とカソード電極ストライプ２０１間の加速電圧（直流電源５０５）を２００Ｖとした。また、ゲート電極ストライプ２０２とイオン源５０６とを接続して同電位としたが、ゲート電極ストライプ２０２をフローティングとしてイオン源５０６から電子源穴の電子源ストライプ２０４にイオン照射するものとしても良い。いずれの場合でも、照射されたイオンが電子源ストライプ２０４のカーボンナノチューブ束をほぐす効果においては大きな差は見られなかった。
【００１６】
図４（Ｂ）は、イオン照射のより実際的な構成を説明する図である。５００はチャンバであり、内部はほぼ真空に近い低い圧力に保たれている。イオン源５０６は、背面に熱源としてのヒータ５０２を設けた電極５０３と、この電極５０３に向けて金属分子を含むガス５０７を噴出するノズル５０１から構成される。電極５０３から適当に離れた位置に電子源板１０１が対峙して配置される。５０４は電源であり、ヒータ５０２に電流を供給する。５０５は前述した加速電源である。ノズル５０１から噴射される金属分子を含むガス５０７が電極５０３にぶつかって、金属分子がイオン化され、プラズマ５０８となって、加速電源５０５により電子源板１０１に向かって進むことになる。
【００１７】
図５（Ａ）−（Ｃ）は、本発明のイオン照射によりカーボンナノチューブの束がほぐされる態様の一例およびイオン照射後のカーボンナノチューブの状態の一例を説明する図である。図５（Ａ）は、イオン照射のまえにおける電子源ストライプ２０４にカーボンナノチューブの束６００１−６００４が存在する状態を概念的に示す図である。例えば、カーボンナノチューブ束６００４は電子源ストライプ２０４に埋もれているが、カーボンナノチューブの束６００１−６００３は表面に露出している。その向きやばらつきはさまざまであるが、前述したように、電子源穴２０３１および２０３２の大きさが、直径３０μｍ程度であれば、図に示すように、平均して、直径方向に３個のカーボンナノチューブ束が存在すると評価できる。
【００１８】
図５（Ｂ）は、イオン照射後における電子源ストライプ２０４のカーボンナノチューブ束６００１−６００３の状態を概念的に示す図である。カーボンナノチューブ束６００１は左端の１本のみが剥がれた状態である。カーボンナノチューブ束６００２は右端の１本のみが剥がれるとともに、さらに、３本がまとまって剥がれた状態である。カーボンナノチューブ束６００３は右端の２本がまとまって剥がれた状態である。より良い電子源と言う観点からは、全てのカーボンナノチューブ束がカーボンナノチューブ束６００１のように剥がれるのが良いが、電子源ストライプ２０４にぶつかるイオンの状態は、管理できないから、このようなばらつきがあるのは止むを得ない。しかし、分離されたカーボンナノチューブは平均として約１０μｍ間隔に分散していると評価でき、かつ、ほぼ等間隔に分散されたカーボンナノチューブは、基板に対しほぼ垂直に配向していると評価される。
【００１９】
図５（Ｃ）は、イオン照射後におけるカーボンナノチューブの状態を概念的に示す図である。図は３層構成となったカーボンナノチューブの各層間および中空部分に金属イオンが散らばって存在している状態を示す。
【００２０】
このように、イオン照射を施したカーボンナノチューブを電子源として用いることにより、１００００個／平方センチメートル以上の電子放出ポイント密度を有する均一な電子放出特性を実現することができる。その結果、電子放出特性が大幅に改善し、０．５Ｖ／μｍないし０．３Ｖ／μｍ以下の電界で１０ｍＡ／ｃｍ２以上の電流密度を実現できるため、５Ｖないし３Ｖ以下のゲート動作電圧を実現できる。
【００２１】
（実施例２）
実施例１では、カソード電極ストライプ２０１を形成後、カーボンナノチューブを含有した樹脂ペーストをスクリーン印刷し、電子源ストライプ２０４をカソード電極ストライプ２０１上に形成するものとした。その後、電子源ストライプ２０４にイオン照射して、図５（Ｂ）に示すように、電子源ストライプ２０４の表面上に散在するカーボンナノチューブ束から１本または２本のカーボンナノチューブを剥がすものとした。
【００２２】
実施例２では、カーボンナノチューブ束から１本または２本のカーボンナノチューブを剥がす処理を先に実行する。すなわち、カーボンナノチューブ束を樹脂ペーストに混ぜる前に、イオン照射してカーボンナノチューブ束から１本または２本のカーボンナノチューブを剥がす処理を行う。このプラズマ処理は、実施例１の図４（Ｂ）に示すイオン照射と同様に行うことができる。このように、プラズマ処理されたカーボンナノチューブ束を樹脂ペーストに混ぜて電子源ストライプ２０４をカソード電極ストライプ２０１上に形成するものとした場合でも、図５（Ｂ）に示すように、電子源ストライプ２０４の表面上にカーボンナノチューブ束から剥がされた１本または２本のカーボンナノチューブが散在するものとなる。その結果、実施例１と同様に、１００００個／平方センチメートル以上の電子放出ポイント密度を有する均一な電子放出特性を実現することができる。それ故、電子放出特性が大幅に改善し、０．５Ｖ／μｍないし０．３Ｖ／μｍ以下の電界で１０ｍＡ／ｃｍ２以上の電流密度を実現できるため、５Ｖないし３Ｖ以下のゲート動作電圧を実現できる。
【００２３】
（実施例１または２の変形例）
上述の実施例は以下のように種々の形で実施できる。
【００２４】
電子源ストライプ２０４にはマルチウォールカーボンナノチューブを用いた。マルチウォールカーボンナノチューブのウォール数は何層であってもよいし、単層であっても良い。できるだけ層数の揃ったカーボンナノチューブを用いた方が、電子放出特性の面内分布均一性の観点からは望ましい。また、マルチウォールカーボンナノチューブはキャップの無い構造を用いたが、キャップのある構造のマルチウォールカーボンナノチューブを用いることもできる。
【００２５】
電子源ストライプ２０４あるいはカーボンナノチューブ束に照射するイオン源５０６はリチウムイオン一種類のみを用いたが、複数の種類からなるイオンを用いても良い。また、セシウムイオン一種類のみまたは複数の種類からなるイオン、ナトリウムイオン一種類のみまたは複数の種類からなるイオン、ルビジウムイオン一種類のみまたは複数の種類からなるイオンを用いても良い。電子放出特性の低電圧化の観点からはアルカリ金属イオンを用いることが望ましい。その際、マルチウォールカーボンナノチューブに金属イオンが比較的内包されやすい、リチウムイオン、ナトリウムイオンなどが望ましい。
【００２６】
【発明の効果】
非常に低い電圧で高密度の電子放出源を実現できるため、これを電子源として用いることにより低消費電力の自発光型平面ディスプレイ装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対象とする平面ディスプレイの全体構成を説明する分解斜視図。
【図２】（Ａ）は、電子源板１０１の構造を示す模式的に示す平面図、（Ｂ）は、図２（Ａ）に示すカソード電極ストライプ２０１とゲート電極ストライプ２０２の交差位置に形成される電子源２０３の部分を拡大して示す図。
【図３】（Ａ）は、蛍光表示板１０３に形成される赤、緑、青の蛍光体ストライプの例を示す平面図、（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す赤、緑、青の蛍光体ストライプ３０１−３０３の１画素の幅と電極ストライプ２０２との関係および電子源２０３の具体例を示す図、（Ｃ）は、図３（Ｂ）に示す１つの電子源２０３に構成されている４つの電子源２０３１−２０３４の部分をＡ−Ａ’位置での断面図で示す図。
【図４】（Ａ）は、イオン照射の概念を説明する図、（Ｂ）は、イオン照射のより実際的な構成を説明する図。
【図５】（Ａ）は、イオン照射のまえにおける電子源ストライプ２０４にカーボンナノチューブの束６００１−６００４が存在する状態を概念的に示す図、（Ｂ）は、イオン照射後における電子源ストライプ２０４のカーボンナノチューブ束６００１−６００３の状態を概念的に示す図、（Ｃ）は、イオン照射後におけるカーボンナノチューブの状態を概念的に示す図。
【符号の説明】
１０１…電子源板、１０２…外枠、１０３…蛍光表示板、２００…カソード電極ストライプとゲート電極ストライプの交差点、２０１…カソード電極ストライプ、２０２…ゲート電極ストライプ、２０３…電子源、２０４…絶縁膜、３０１…赤の蛍光体ストライプ、３０２…緑の蛍光体ストライプ、３０３…青の蛍光体ストライプ、４１０…ガラス基板、５００…チャンバ、５０１…ノズル、５０２…ヒータ、５０３…電極、５０４…電源、５０５…加速電源、５０６…イオン源、５０７…金属分子を含むガス、５０８…プラズマ、６００…カーボンナノチューブの束。
【図１】
2004303521.tif 000003
【図２】
2004303521.tif 000004
【図３】
2004303521.tif 000005
【図４】
2004303521.tif 000006
【図５】
2004303521.tif 000007