(57)【要約】【課題】冷陰極表示装置に用いられる冷陰極電子源であって、ＣＮＴの長手方向を基板の面に対し垂直に配向させ優れた電子放出特性実現し、製造可能な冷陰極電子源を提供する。【解決手段】基板１上に形成されたカソード電極２と、カソード電極２に当接し、長手方向が基板１の面に対し垂直な方向に配置させられた針状の鉄微粒子３と、針状の鉄微粒子３により支持された電子放出材料であるＣＮＴ５とを備えている。ここで、針状の鉄微粒子３は、基板１の面に対し垂直に外部磁界６を印加させながら、カソード電極２上に固着させられることにより形成されている。【選択図】        図１
2004281308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたカソード電極と、
前記カソード電極に一端が当接し、長手方向が前記基板の面に対し垂直な方向に配置させられた棒状体と、
前記棒状体により支持された電子放出材料であるカーボンナノチューブとを備える、冷陰極電子源。
【請求項２】
請求項１に記載の冷陰極電子源であって、
前記棒状体は、前記カソード電極上に固着され、長手方向が前記基板の面に対し垂直な方向に配向された針状の磁性体粒子であることを特徴とする、冷陰極電子源。
【請求項３】
請求項１に記載の冷陰極電子源であって、
前記棒状体は、前記カソード電極上に積層された絶縁層であることを特徴とする、冷陰極電子源。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の冷陰極電子源であって、
前記カーボンナノチューブは、前記棒状体にまとわりつき、長手方向が前記基板の面に対し垂直な方向に支持されたこと特徴とする、冷陰極電子源。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の冷陰極電子源であって、
前記カーボンナノチューブの長手方向の長さは、隣接する前記棒状体間の長さよりも長く、前記棒状体間に架線状に配置されていることを特徴とする、冷陰極電子源。
【請求項６】
請求項３に記載の冷陰極電子源であって、
前記絶縁層で形成された前記棒状体の先端部は、前記カーボンナノチューブを形成するための触媒となる金属膜を積層していることを特徴とする、冷陰極電子源。
【請求項７】
請求項２又は請求項６に記載の冷陰極電子源であって、
前記カーボンナノチューブは、前記棒状体の先端部分を触媒として前記棒状体上に化学的気相成長させ、前記棒状体上に生成され支持されていることを特徴とする、冷陰極電子源。
【請求項８】
請求項２に記載の冷陰極電子源の製造方法であって、
前記針状の磁性体粒子の長手方向を前記基板の面に対し垂直な方向に配向するために、記基板の面に対し垂直な方向に磁界を印加する工程を備えることを特徴とする、冷陰極電子源の製造方法。
【請求項９】
冷陰極電子源の製造方法であって、
（ａ）基板上にカソード電極を形成する工程と、
（ｂ）前記カソード電極に針状の磁性体粒子を含むペーストを配置する工程と、
（ｃ）前記基板の面に対し垂直な方向に磁界を印加することで、前記針状の磁性体粒子の長手方向を前記基板の面に対し垂直な方向に配向する工程と、
（ｄ）前記針状の磁性体粒子を配向した状態で、前記カソード電極に固着材を配置し、前記カソード電極と前記針状の磁性体粒子とを固着させる工程と、
（ｅ）前記カソード電極及び前記針状の磁性体粒子にカーボンナノチューブを配置する工程とを備えることを特徴とする、冷陰極電子源の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の冷陰極電子源の製造方法であって、
前記工程（ｄ）において前記カソード電極に前記固着材を配置する代わりに、前記工程（ｂ）において前記ペーストに前記固着材を加えることを特徴とする、冷陰極電子源の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の冷陰極電子源の製造方法であって、
前記工程（ｅ）において前記カソード電極及び前記針状の磁性体粒子にカーボンナノチューブを配置する代わりに、前記工程（ｂ）において、前記ペーストにカーボンナノチューブをさらに加えることを特徴とする、冷陰極電子源の製造方法。
【請求項１２】
冷陰極電子源の製造方法であって、
（ａ）基板上にカソード電極を形成する工程と、
（ｂ）前記カソード電極上に絶縁層を積層する工程と、
（ｃ）前記絶縁層上に金属膜を積層する工程と、
（ｄ）前記金属膜をスパッタ処理することで、前記絶縁層上に前記金属膜の微粒子状が点在するように加工する工程と、
（ｅ）微粒子状の前記金属膜をマスクとして前記絶縁層をエッチングし、前記カソード電極上に棒状体を形成する工程と
（ｆ）前記カソード電極及び前記棒状体にカーボンナノチューブを配置する工程とを備えることを特徴とする、冷陰極電子源の製造方法。
【請求項１３】
前記請求項１２に記載の冷陰極電子源の製造方法であって、
前記工程（ｃ）の前記金属膜は、前記カーボンナノチューブを形成するための触媒となる金属により構成され、
前記工程（ｆ）の代わりに、前記棒状体上の前記金属膜を触媒として利用し、化学的気相成長により前記カーボンナノチューブを前記棒状体上に生成する工程とを備えることを特徴とする、冷陰極電子源の製造方法。
【請求項１４】
冷陰極電子源の製造方法であって、
（ａ）基板上にカソード電極を形成する工程と、
（ｂ）前記カソード電極上に絶縁層を積層する工程と、
（ｃ）前記絶縁層上に引出電極層を積層する工程と、
（ｄ）前記引出電極層に窓を形成するために、前記引出電極層をエッチングする工程と、
（ｅ）前記窓より露出している前記絶縁層をドライエッチングすると共に、前記引出電極層がドライエッチングされることにより飛散した金属成分の一部が、前記絶縁層に点在して付着することでマスクとして作用し、エッチングされずに残った前記絶縁層が棒状体として前記カソード電極上に形成される工程と、
（ｆ）前記カソード電極及び前記棒状体にカーボンナノチューブを配置する工程とを備えることを特徴とする、冷陰極電子源の製造方法。
【請求項１５】
前記請求項１４に記載の冷陰極電子源の製造方法であって、
前記工程（ｃ）の前記引出電極層は、前記カーボンナノチューブを形成するための触媒となる金属により構成され、
前記工程（ｆ）の代わりに、前記棒状体上の前記金属成分を触媒として利用し、化学的気相成長により前記カーボンナノチューブを前記棒状体上に生成する工程とを備えることを特徴とする、冷陰極電子源の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷陰極電子源に係る発明であって、特に、冷陰極表示装置に用いられ、低電界で電子放出が可能な冷陰極電子源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷陰極表示装置に用いられる冷陰極電子源としては、カーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴともいう）を用いた冷陰極電子源がある。一般的に、冷陰極電子源は、ペースト状にしたＣＮＴを基板に印刷することで形成される。しかし、この冷陰極電子源の基板上において、ＣＮＴは、ペーストの表面張力によりＣＮＴの長手方向が基板に対し平行な方向に倒れた状態で形成される。この状態は、焼成を行っても変化しないため、結果として得られる冷陰極電子源は、ＣＮＴの長手方向が基板に対し平行な方向に倒れて配向された状態となる。ＣＮＴの長手方向が基板に対し平行な方向に倒れて配向されている場合、基板の面に対して垂直方向の電界が印加されると、電子放出部であるＣＮＴの先端部は、電界が集中しにくくなる。つまり、冷陰極電子源としては、電子放出特性が芳しくないことになる。そこで、特許文献１では、印刷されたＣＮＴのペースト層に刃で筋入れ、筋の壁部からＣＮＴを露出させることでエミッタを形成する内容が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２では、ＣＮＴの長手方向を基板の面に対し垂直に配向する方法が示されている。ＣＮＴは、高分子伝導性材料中に散布され、超音波振動、電界印加などの手法を行うことで、長手方向が基板の面に対し垂直に配向させる。
その後、高分子伝導性材料を固化させて配向状態を保持している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−４３７９２号公報（第４−７頁、第１−１２図）
【特許文献２】
特開２００１−７６６５１号公報（第３−４頁、第１−４図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では、印刷されたＣＮＴのペースト層に刃で筋入れ、筋の壁部からＣＮＴを露出させてエミッタを形成している。しかし、冷陰極表示装置の画素ピッチは０．２ｍｍ程度と微細な構造であり、この画素ピッチに対応する冷陰極電子源も微細な構造となる。そのため、印刷されたＣＮＴのペースト層に、刃で筋入れを行うことは、製造的に困難である問題がある。
【０００６】
また、特許文献２では、ＣＮＴを高分子伝導性材料中に散布し、超音波振動、電界印加などの手法でＣＮＴを配向させている。しかし、ＣＮＴの比重は、非常に軽く、全てのＣＮＴの長手方向を垂直配向させることは困難である。また、高分子伝導性材料中のＣＮＴを垂直配向するためには、非常に大きな電界が必要であると考えられ、製造的に困難である問題がある。さらに、特許文献２では、ＣＮＴを散布するとあり、パターニングされた冷陰極電子源を得ることができない問題もある。
【０００７】
そこで、本発明は、冷陰極表示装置に用いられる冷陰極電子源であって、ＣＮＴの長手方向を基板の面に対し垂直な方向に配向させ、優れた電子放出特性を実現し、製造が容易な冷陰極電子源を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る解決手段は、基板上に形成されたカソード電極と、カソード電極に一端が当接し、長手方向が基板の面に対し垂直な方向に配置させられた棒状体と、棒状体により支持された電子放出材料であるカーボンナノチューブとを備える。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態に係る冷陰極電子源の断面図を示す。図１では、基板１上にカソード電極２が形成され、カソード電極２上に、長手方向が基板１の面に対して垂直な方向に配向された、針状の鉄微粒子３が形成されている。この針状の鉄微粒子３の一端は、カソード電極２にシリカゾル４で固着されている。そして、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）５は、針状の鉄微粒子３にまとわりつくように付着し、ＣＮＴ５の長手方向が基板１の面に対して垂直な方向に配向されるように、針状の鉄微粒子３に支持されている。
【００１１】
次に、図２に、本実施の形態に係る冷陰極電子源の製造プロセスを図示する。
図２（ａ）には、基板１上にカソード電極２を形成した冷陰極電子源の断面図が示されている。まず、基板１上に、スパッタもしくは蒸着により金属膜を成膜する。基板１上の金属膜を、写真製版技術を用いて所望のパターンのカソード電極２にパターニングする。カソード電極２のパターニング方法としては、写真製版技術を用いる以外に、パターン印刷を用いる方法も考えられる。いずれの方法を用いてカソード電極２を形成しても、以下に説明する本発明の効果には影響を与えない。
【００１２】
図２（ｂ）には、カソード電極２に針状の鉄微粒子３が配置された冷陰極電子源の断面図が示されている。針状の鉄微粒子３は、有機溶剤と混ぜることでペースト状にされ、カソード電極２にスクリーン印刷で配置される。針状の鉄微粒子３に混ぜられた有機溶剤は、基板温度を上げることで除去することができる。本実施の形態では、針状の鉄微粒子３をカソード電極２上にスクリーン印刷で形成している。しかし、本発明では、針状の鉄微粒子３をカソード電極２上にコーティングする方法やスプレイする方法等を用いたとしても、以下に説明する本発明の効果には影響を与えない。ここで、本実施の形態に用いている針状の鉄微粒子３は、直径が約５０ｎｍ、アスペクト比が約１０〜２０の形状を有している。
【００１３】
図２（ｃ）には、針状の鉄微粒子３が基板１の面に対して垂直な方向に配向した冷陰極電子源の断面図が示されている。本実施の形態では、基板１の面に対して垂直な方向に外部磁界６を印加する。なお、本実施の形態では、約１ｋＧ（０．１Ｔ）の外部磁界６を印加している。この外部磁界６の影響により磁性体である針状の鉄微粒子３は、カソード電極２上で外部磁界６の方向に揃う。そのため、図２（ｃ）で示されたように、針状の鉄微粒子３は、基板１の面に対して垂直な方向に配向される。ここで、外部磁界６の発生源は、所望の値を得ることができれば電磁石であっても良いし、永久磁石であっても良い。
【００１４】
図２（ｄ）には、針状の鉄微粒子３がシリカゾル４によりカソード電極２に固着された冷陰極電子源の断面図が示されている。外部磁界６を印加して針状の鉄微粒子３の方向性をそろえた状態で、シリカゾル４をスピンコート法でカソード電極２上に塗布し乾燥させる。これにより、本実施の形態では、針状の鉄微粒子３をカソード電極２上に、基板１の面に対して垂直な方向に配向した状態で固着することができる。これにより、外部磁界６をのぞいた状態でも、針状の鉄微粒子３が基板１の面に対して垂直な方向に配向した状態を保持することができるようになる。
【００１５】
ここで、シリカゾル４は、鉄などの材料に対して濡れ性が良く、表面張力が低いために１０ｎｍ程度の膜厚で、針状の鉄微粒子３及びカソード電極を覆うように形成することができる。シリカゾル４以外の水ガラス等を用いても、本実施の形態と同様に、針状の鉄微粒子３が基板１の面に対して垂直な方向に配向した状態を保持することができる。また、本実施の形態では、シリカゾル４をスピンコート法でカソード電極２上に塗布しているが、ディッピング等を用いても良い。
【００１６】
次に、図２（ｄ）に示したカソード電極２上に、ＣＮＴ５を混入させたペーストを印刷により塗布する。その後、基板１を乾燥させ、高温にさらすことでペーストの有機溶媒を除去する。その結果、図１で示したように、ＣＮＴ５が針状の鉄微粒子３にまとわりついた形状を実現することができる。すなわち、ＣＮＴ５は、長手方向が基板１の面に対して垂直方向に配向されるように針状の鉄微粒子３に支持されている。なお、ＣＮＴ５をカソード電極２上に配置する方法として、印刷以外に電気泳動やインクジェットなどの方法がある。
【００１７】
なお、本実施の形態では、ＣＮＴ５を支持するための棒状体を針状の鉄微粒子３で形成したが、基板１の面に対して垂直な方向に配置された構造物であれば良い。また、本実施の形態では、基板１の面に対して垂直な方向に配向させる材料として針状の鉄微粒子３を用いたが、外部磁界６で配向させることが可能な、針状の磁性体粒子であれば、他の材料であっても良い。
【００１８】
以上のように、本実施の形態に記載の冷陰極電子源は、基板１上に形成されたカソード電極２と、カソード電極２に一端が当接し、長手方向が基板１の面に対し垂直な方向に配置させられた針状の鉄微粒子３と、針状の鉄微粒子３により支持された電子放出材料であるＣＮＴ５とを備えるので、従来のようにＣＮＴ５が、基板１の面に対して平行方向に配向されることなく、垂直な方向に配向され支持されることができる。これにより、外部電界を印加したときのＣＮＴ５の先端部分に対する電界集中が非常に大きくとることができるために電子放出特性に優れた冷陰極電子源を実現することができる。
【００１９】
また、本実施の形態に記載の冷陰極電子源は、針状の鉄微粒子３が、基板１の面に対し垂直に外部磁界６を印加させながら、カソード電極２上に固着させられるので、ＣＮＴ５を垂直な方向に配向し支持することができる棒状体を、容易に製造することができる。また、鉄のような金属を用いているため、ＣＮＴ５と基板１上のカソード電極２間の電気的な接続も良好な状態を実現することができ、電子放出特性にとっては望ましい。
【００２０】
さらに、本実施の形態に記載の冷陰極電子源は、ＣＮＴ５が、針状の鉄微粒子３にまとわりつき、長手方向が基板１の面に対し垂直な方向に支持されるので、従来のようにＣＮＴ５が、基板１の面に対して平行方向に配向されることなく、垂直な方向に配向され支持されることができる。これにより、外部電界を印加したときのＣＮＴ５の先端部分に対する電界集中が非常に大きくとることができるために電子放出特性に優れた冷陰極電子源を実現することができる。
【００２１】
（実施の形態２）
図３は、本実施の形態に係る冷陰極電子源の製造プロセスを図示する。本実施の形態において、最終的に形成される冷陰極電子源の構成は、図１のようになる。つまり、基板１上にカソード電極２が形成され、カソード電極２上に、長手方向が基板１の面に対して垂直な方向に配向された針状の鉄微粒子３がシリカゾル４で固着されている。ＣＮＴ５は、長手方向が基板１の面に対して垂直方向に配向されるように針状の鉄微粒子３に支持されている。
【００２２】
本実施の形態においては、実施の形態１と異なる製造プロセスで冷陰極電子源が形成される。まず、図３（ａ）には、基板１上にカソード電極２を形成した冷陰極電子源の断面図が示されている。まず、基板１上に、スパッタもしくは蒸着により金属膜を成膜する。基板１上の金属膜を、写真製版技術を用いて所望のパターンのカソード電極２形状にパターニングする。カソード電極２のパターニング方法としては、写真製版技術を用いる以外に、パターン印刷を用いる方法も考えられる。いずれの方法を用いてカソード電極２を形成しても、以下に説明する本発明の効果には影響を与えない。
【００２３】
図３（ｂ）には、カソード電極２上に針状の鉄微粒子３及びシリカゾル４が塗布された冷陰極電子源の断面図が示されている。針状の鉄微粒子３は、有機溶剤及びシリカゾル４と混ぜることでペースト状にされ、カソード電極２上にスクリーン印刷により塗布されている。針状の鉄微粒子３に混ぜられた有機溶剤は、基板温度を上げることで除去している。本実施の形態では、シリカゾル４が針状の鉄微粒子３と共にカソード電極２上に塗布されており、ペーストに含まれるシリカゾル４の重量％は、約１％である。なお、本実施の形態においては、シリカゾル４をペーストに混入したが、本発明においては、水ガラス、低温フリットなどをペーストに混入しても良い。
【００２４】
図３（ｃ）には、針状の鉄微粒子３が、基板１の面に対して垂直な方向に配向した状態で、カソード電極２上に固着した冷陰極電子源の断面図が示されている。針状の鉄微粒子３及びシリカゾル４が塗布された基板１を焼成しながら、外部磁界６を基板１の面に対して垂直な方向に印加する。外部磁界６の影響により磁性体である針状の鉄微粒子３が外部磁界６の方向に揃う。そのため、針状の鉄微粒子３は、基板１の面に対して垂直な方向に配向した状態で、シリカゾル４が溶けることによりカソード電極２上に固着される。なお、外部磁界６の発生源は、電磁石であっても良いし、永久磁石であっても良い。
【００２５】
図３（ｄ）に、本実施の形態に係る冷陰極電子源の断面図を示す。図３（ｃ）に示した基板１上に、ＣＮＴ５を混入させたペーストを塗布する。その後、基板１を乾燥させ、高温にさらすことでペーストの有機溶媒を除去する。その結果、図３（ｄ）で示したように、ＣＮＴ５が針状の鉄微粒子３にまとわりついた形状を実現することができる。すなわち、ＣＮＴ５は、長手方向が基板１の面に対して垂直方向に配向されるように針状の鉄微粒子３に支持されている。
【００２６】
なお、本実施の形態でも、基板１の面に対して垂直な方向に配向させる材料として針状の鉄微粒子３を用いたが、外部磁界６で配向させることが可能な、磁性体材料であれば、他の材料であっても良い。
【００２７】
以上のように、本実施の形態に記載の冷陰極電子源の製造方法は、シリカゾル４を塗布する工程において、カソード電極２上にシリカゾル４を塗布する代わりに、ペーストを塗布する工程において、ペーストにシリカゾル４を加えるので、実施の形態１と同様、従来のようにＣＮＴ５が、基板１の面に対して平行方向に配向されることなく、垂直な方向に配向され支持されることができる。これにより、外部電界を印加したときのＣＮＴ５の先端部分に対する電界集中が非常に大きくとることができるために電子放出特性に優れた冷陰極電子源を実現することができる。さらに、実施の形態１に対してシリカゾル４を塗布するプロセスを省くことが可能であり、プロセスの簡略化と歩留まりの改善ができる。
【００２８】
（実施の形態３）
図４に、本実施の形態に係る冷陰極電子源の製造プロセスを図示する。本実施の形態において、最終的に形成される冷陰極電子源の構成は、図１のようになる。つまり、基板１上にカソード電極２が形成され、カソード電極２上に長手方向が基板１の面に対して垂直な方向に配向された針状の鉄微粒子３がシリカゾル４で固着されている。ＣＮＴ５の長手方向が基板１の面に対して垂直方向に配向されるように針状の鉄微粒子３に支持されている。
【００２９】
本実施の形態においては、実施の形態１と異なる製造プロセスで冷陰極電子源が形成される。まず、図４（ａ）では、基板１上にカソード電極２を形成した冷陰極電子源の断面図が示されている。まず、基板１上に、スパッタもしくは蒸着で金属膜を成膜する。基板１上の金属膜を、写真製版技術を用いて所望のパターンのカソード電極２形状にパターニングする。カソード電極２のパターニング方法としては、写真製版技術を用いる以外に、パターン印刷を用いる方法も考えられる。いずれの方法を用いてカソード電極２を形成しても、以下に説明する本発明の効果には影響を与えない。
【００３０】
図４（ｂ）では、カソード電極２上に針状の鉄微粒子３、シリカゾル４及びＣＮＴ５が塗布された冷陰極電子源の断面図が示されている。針状の鉄微粒子３は、有機溶剤、シリカゾル４及びＣＮＴ５と混ぜることでペースト状にされ、カソード電極２上にスクリーン印刷により塗布されている。針状の鉄微粒子３に混ぜられた有機溶剤は、基板温度を上げることで除去している。つまり、本実施の形態では、シリカゾル４及びＣＮＴ５が針状の鉄微粒子３と共にカソード電極２上に塗布されている。ここで、針状の鉄微粒子３の溶液とシリカゾル４とＣＮＴ５のスラリーとの重量比は、１：１：１である。
【００３１】
なお、ＣＮＴ５のスラリーとは、例えば、重量％が３％のＣＮＴ５に、重量％が９７％の溶剤を加え、微量の分散材を添加し、２ｍｍのビーズを用いた遊星ボールミルで１０時間微粉化し、３μｍフィルターを通してスラリー化した材料である。針状の鉄微粒子３の溶液とは、例えば、直径数ｎｍ、長さ数百μｍの針状の鉄微粒子３が含まれた磁性テープ用粉体と磁性塗料バインダー（東洋紡製、商品名「バイロン  ＵＲ−８３００」）と溶剤（メチルエチルケトンとトルエンが重量比１：１）との重量比を１２：１０：３０にした混合液である。シリカゾル４とは、例えば、日産化学製のＩＰＡ−ＳＴ溶剤９７％液である。
【００３２】
図４（ｃ）には、針状の鉄微粒子３が基板１の面に対して垂直な方向に配向した状態で、カソード電極２上に固着した冷陰極電子源の断面図が示されている。本実施の形態では、針状の鉄微粒子３、シリカゾル４及びＣＮＴ５が塗布された基板１を焼成しながら、外部磁界６を基板１の面に対して垂直な方向に印加する。この外部磁界６の影響により磁性体である針状の鉄微粒子３は、外部磁界６の方向に揃う。そのため、針状の鉄微粒子３は、ＣＮＴ５がまとわりついた状態で、基板１の面に対して垂直な方向に配向し、シリカゾル４が溶けることでカソード電極２上に固着される。すなわち、ＣＮＴ５は、長手方向が基板１の面に対して垂直方向に配向されるように針状の鉄微粒子３に支持されている。なお、外部磁界６の発生源は、電磁石であっても良く、永久磁石であっても良い。
【００３３】
以上のように、本実施の形態に記載の冷陰極電子源の製造方法は、カソード電極２及び針状の鉄微粒子３上にＣＮＴ５を印刷する代わりに、ペーストを塗布する工程において、ペーストにＣＮＴ５をさらに加えるので、実施の形態１及び実施の形態２と同様、従来のようにＣＮＴ５が、基板１の面に対して平行方向に配向されることなく、垂直な方向に配向され支持されることができる。これにより、外部電界を印加したときのＣＮＴ５の先端部分に対する電界集中が非常に大きくとることができるために電子放出特性に優れた冷陰極電子源を実現することができる。さらに、実施の形態２に対してＣＮＴ５の塗布するプロセスを省くことが可能であり、プロセスの簡略化と歩留まりの改善ができる。
【００３４】
（実施の形態４）
図５に、本実施の形態に係る冷陰極電子源の断面図を示す。図５では、基板１上にカソード電極２が形成され、カソード電極２上に長手方向が基板１の面に対して垂直な方向に配向された針状の鉄微粒子３が形成されている。この針状の鉄微粒子３は、カソード電極２にシリカゾル４で固着されている。そして、ＣＮＴ５は、針状の鉄微粒子３の間を架線するように付着している。本実施の形態のＣＮＴ５は、実施の形態１乃至実施の形態３に記載したＣＮＴ５にように、長手方向が基板１の面に対して垂直方向に配向されるように針状の鉄微粒子３に支持されておらず、針状の鉄微粒子３間上に横たわるように支持される。
【００３５】
実施の形態１又は実施の形態２と異なり、本実施の形態におけるＣＮＴ５の長手方向の長さは、針状の鉄微粒子３のピッチ間よりも長い。そのため、実施の形態１又は実施の形態２のように、針状の鉄微粒子３にＣＮＴ５がまとわりつくことはなく、図５のように、針状の鉄微粒子３間上に横たわるようにＣＮＴ５が付着する。本実施の形態においては、針状の鉄微粒子３のピッチ間とＣＮＴ５の長さを約１：２としている。
【００３６】
図１では、ＣＮＴ５が針状の鉄微粒子３まとわりつき、ＣＮＴ５の長手方向が基板１の面に対して垂直方向に配向され、ＣＮＴ５の先端部は外部電界の方向を向いている。しかし、本実施の形態では、図５に示すように、ＣＮＴ５が針状の鉄微粒子３に絡まらず、針状の鉄微粒子３間上に横たわっているので、ＣＮＴ５の先端部は外部電界の方向を向かない。そのため、本実施の形態に係る冷陰極電子源は、図１に比べ電界集中が弱くなる。
【００３７】
ただ、本実施の形態は、図５に示すように、基板１とＣＮＴ５の間に隙間があり、針状の鉄微粒子３間にＣＮＴ５が架線された構成である。図６に、針状の鉄微粒子３間上に横たわるＣＮＴ５の模式図を示す。図６のように、針状の鉄微粒子３間にＣＮＴ５が架線された状態で、外部電界を印加すると、ＣＮＴ５の側壁（円柱面）に電界が集中する。そのため、本実施の形態は、ＣＮＴ５からの電子放出が生じやすくなる。本実施の形態では、ＣＮＴ５の先端部に電界集中が生じないが、ＣＮＴ５の側壁には電界集中が生じるため、十分なＣＮＴ５からの電子放出を得ることができる。
【００３８】
以上のように、本実施の形態に記載の冷陰極電子源は、ＣＮＴ５の長手方向の長さは、隣接する針状の鉄微粒子３間の長さよりも長く、針状の鉄微粒子３間に架線状に配置されているので、ＣＮＴ５の側壁に電界集中が生じさせ、十分な電子放出を得ることができる。
【００３９】
（実施の形態５）
実施の形態１では、ＣＮＴ５を針状の鉄微粒子３にまとわりつかせていたが、本実施の形態では、針状の鉄微粒子３の代わりに絶縁層等で構成した棒状体をカソード電極２上に形成している。この棒状体も、長手方向が基板１の面に対して垂直な方向に配向されている。そして、本実施の形態でも、棒状体にＣＮＴ５をまとわりつかせて、ＣＮＴ５の長手方向を基板１の面に対して垂直な方向に配向している。
【００４０】
図７に、本実施の形態に係る冷陰極電子源の製造プロセスを図示する。図７（ａ）では、基板上１にカソード電極２、絶縁層７が順に積層されている。ここで、カソード電極２は、導電膜をスピンコート法、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などで成膜し、写真製版技術でパターンを形成する方法が用いられる。また、印刷法で基板１上に直接カソード電極２のパターンを形成しても良い。
【００４１】
絶縁層７は、スピンコート法や印刷法により形成される。絶縁層７上には、スパッタリング法などによりＣｒ（クロム）膜８が成膜されている。本実施の形態では、Ｃｒを用いているが、絶縁層７とエッチングレートが異なる材料であればどのような材料であっても同様の効果を得ることができる。このＣｒ膜８に対して、全面にＡｒ（アルゴン）９をスパッタリングする。ここで、本実施の形態では、Ｃｒ膜８に対しアルゴンスパッタ処理を行っているが、対象の膜の種類によって別の手段を用いても良い。
【００４２】
図７（ｂ）に、アルゴンスパッタ処理後の基板１等の断面を示している。Ｃｒ膜８に対して、全面にＡｒ（アルゴン）９をスパッタリングすると、Ｃｒ膜８がＡｒにより削られ、膜厚が薄くなっていく。しかし、Ｃｒ膜８は、必ずしも均一ではないため、アルゴンスパッタ処理が進むに連れ、絶縁層７上に微粒子状のＣｒ膜８が点在して形成される。図７（ｂ）では、絶縁層７上に微粒子状のＣｒ膜８が点在している様子が示されている。なお、微粒子状のＣｒ膜８は、必ずしも図７（ｂ）のように規則正しく形成されるわけではない。
【００４３】
図７（ｃ）では、微粒子状のＣｒ膜８をマスクとして、絶縁層７を異方性エッチングする。これにより、絶縁層７の一部が除去され、微粒子状のＣｒ膜８によりマスクされた絶縁層７の部分だけが残る。つまり、カソード電極２上に、絶縁層７及びＣｒ膜８で構成された棒状体が形成される。この棒状体は、基板１の面に対して垂直な方向に配向され形成される。そして、この棒状体は、実施の形態１の針状の鉄微粒子３に変わるものである。従って、本実施の形態は、ＣＮＴ５を凝集が起こらない状態で、図７（ｃ）に示した基板１上に印刷することにより、ＣＮＴ５が棒状体にまとわりつき、ＣＮＴ５の長手方向が基板１の面に対して垂直な方向に配向することができる。
【００４４】
以上のように、本実施の形態に記載の冷陰極電子源は、棒状体が、カソード電極２上に積層された絶縁層７であるので、絶縁層７の沿面リーク抵抗をバラスト抵抗として使用することが可能となり放出電流値の安定化が期待できる。
【００４５】
（実施の形態６）
実施の形態５では、ＣＮＴ５を絶縁層７及びＣｒ膜８で構成された棒状体にまとわりつかせていたが、本実施の形態では、ＣＮＴ５を棒状体の上で形成し成長させている。一般に、ＣＮＴ５の生成方法は、Ｆｅ（鉄）などの触媒に炭素の供給源となるガス（メタンなど）を流すことにより化学的気相成長させる方法が知られている。本実施の形態では、棒状体の先端部をＦｅ（鉄）などの触媒で構成し、その触媒上にＣＮＴ５を形成し成長させている。
【００４６】
図８に、本実施の形態に係る冷陰極電子源の製造プロセスを図示する。図８（ａ）では、基板上１にカソード電極２、絶縁層７が順に積層されている。ここで、カソード電極２は、導電膜をスピンコート法、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などで成膜し、写真製版技術でパターンを形成する方法が用いられる。また、印刷法で基板１上に直接カソード電極２のパターンを形成しても良い。
【００４７】
絶縁層７は、スピンコート法や印刷法により形成される。絶縁層７上には、スパッタリング法などにより触媒となるＦｅ（鉄）膜１０が成膜されている。本実施の形態では、触媒としてＦｅ（鉄）を用いているが、触媒として機能し、絶縁層７とエッチングレートが異なる材料であればどのような材料であっても同様の効果を得ることができる。このＦｅ膜１０に対して、全面にＡｒ（アルゴン）９をスパッタリングする。ここで、本実施の形態では、Ｆｅ膜１０に対しアルゴンスパッタ処理を行っているが、対象の膜の種類によって別の手段を用いても良い。
【００４８】
図８（ｂ）に、アルゴンスパッタ処理後の基板１等の断面を示している。Ｆｅ膜１０に対して、全面にＡｒ（アルゴン）９をスパッタリングすると、Ｆｅ膜１０がＡｒにより削られ、膜厚が薄くなっていく。しかし、Ｆｅ膜１０は、必ずしも均一ではないため、アルゴンスパッタ処理が進むに連れ、絶縁層７上に微粒子状のＦｅ膜１０が点在するように形成される。図８（ｂ）では、絶縁層７上に微粒子状のＦｅ膜１０が点在している様子が示されている。なお、微粒子状のＦｅ膜１０は、必ずしも図８（ｂ）のように規則正しく形成されるわけではない。
【００４９】
図８（ｃ）では、微粒子状のＦｅ膜１０上に層間絶縁膜１１、引出電極層１２の順で積層される。ここで、層間絶縁膜１１は、スピンコート法や印刷法により形成される。引出電極層１２は、導電膜をスピンコート法、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などで成膜するか、印刷法で形成する。
【００５０】
図８（ｄ）では、写真製版技術を用いて、引出電極層１２の所定の位置に窓を形成する。この窓は、冷陰極電子源からの電子を通す窓であり、冷陰極表示装置において画素に対応して設けられる。この窓を通して絶縁層７及び層間絶縁膜１１を異方性エッチングする。これにより、絶縁層７及び層間絶縁膜１１の一部が除去され、Ｆｅ膜１０によりマスクされた絶縁層７の部分だけが残る。つまり、引出電極層１２に穴が開き、その穴のカソード電極２上に、絶縁層７及びＦｅ膜１０で構成された棒状体が形成される。
【００５１】
図８（ｅ）では、棒状体の先端部のＦｅ膜１０を触媒として、ＣＮＴ５を化学的気相成長させる。例えば、Ｆｅ膜１０上に、高温に加熱しながらゆっくりと成分ガスとなるＨｅ／Ｃ２Ｈ２の混合ガスを流す。これにより、Ｆｅ膜１０上に、ＣＮＴ５が化学的気相成長する。なお、図８では、工程上の構成から引出電極１２を形成する製造プロセスまで含めて説明したが、本発明では、上記製造プロセスに示した引出電極１２の形成方法以外の方法で、引出電極１２を形成しても良い。
【００５２】
以上のように、本実施の形態に記載の冷陰極電子源は、絶縁層７で形成された棒状体の先端部が、ＣＮＴ５を形成するための触媒となる金属膜８を積層しているので、棒状体の先端部にＣＮＴ５を化学的気相成長で生成することができる。
【００５３】
また、本実施の形態に記載の冷陰極電子源は、ＣＮＴ５は、棒状体の先端部分を触媒として前記棒状体上に化学的気相成長させ、前記棒状体上に生成され支持されているので、棒状体の先端部にＣＮＴ５を生成でき、低電界で電子放出が可能な冷陰極電子源を形成できる。
【００５４】
さらに、本実施の形態に記載の冷陰極電子源の製造方法は、金属膜８が、ＣＮＴ５を形成するための触媒となる金属により構成され、ＣＮＴ５の印刷工程の代わりに、棒状体上の先端部を触媒として利用し、化学的気相成長によりＣＮＴ５を棒状体上に生成する工程とを備えるので、棒状体の先端部にＣＮＴ５を容易に生成でき、低電界で電子放出が可能な冷陰極電子源を形成できる。
【００５５】
（実施の形態７）
実施の形態７は、実施の形態６と同じ工程を含むが棒状体の製造プロセスが実施の形態６と異なっている。
【００５６】
図９に、本実施の形態に係る冷陰極電子源の製造プロセスを図示する。図９（ａ）では、基板上１にカソード電極２、絶縁層７が順に積層されている。ここで、カソード電極２は、導電膜をスピンコート法、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などで成膜し、写真製版技術でパターンを形成する方法が用いられる。また、印刷法で基板１上に直接カソード電極２のパターンを形成しても良い。
【００５７】
絶縁層７は、スピンコート法や印刷法により形成される。絶縁層７上には、スパッタリング法などにより引出電極層１２が成膜されている。引出電極層１２には、Ｃｒ（クロム）等の導電材料が使用される。
【００５８】
図９（ｂ）では、写真製版技術を用いて、引出電極層１２の所定の位置に窓を形成する。この窓は、冷陰極電子源からの電子を通す窓であり、冷陰極表示装置において画素に対応して設けられる。本実施の形態では、ウェットエッチングにより引出電極層１２に窓を開けている。
【００５９】
図９（ｃ）では、引出電極層１２の窓を通して絶縁層７を異方性エッチングする。本実施の形態では、この異方性エッチングはドライエッチングにより行われる。このドライエッチングは、絶縁層７をエッチングするだけでなく、同時に窓以外の引出電極層１２に対しても作用し、引出電極層１２の金属成分を飛散させる。この飛散した金属成分は、引出電極層１２の窓に位置する絶縁層７上に、一部が微粒子状の金属膜１３として付着する。微粒子状の金属膜１３は、絶縁層７上に点在して付着し、一種のマスクとして作用する。そのため、微粒子状の金属膜１３が、絶縁層７のエッチングを妨げる。よって、微粒子状の金属膜１３が付着した絶縁層７以外はエッチングされ除去されるが、微粒子状の金属膜１３が付着した絶縁層７が棒状に残る。つまり、引出電極層１２に穴が開き、その穴のカソード電極２上に、絶縁層７及び金属膜１３で構成された棒状体が形成される。
【００６０】
本実施の形態では、棒状体が形成された基板１上にＣＮＴ５を凝集が起こらない状態で印刷することにより、ＣＮＴ５が棒状体にまとわりつき、ＣＮＴ５の長手方向が基板１の面に対して垂直な方向に配向することができる。
【００６１】
本実施の形態の変形例として、引出電極層１２は、ＣＮＴ５の触媒となる材料、例えばＦｅ（鉄）を用いる。しかし、ＣＮＴ５の触媒として機能し、絶縁層７とエッチングレートが異なる材料であればどのような材料であっても同様の効果を得ることができる。引出電極層１２にＦｅ（鉄）を用いることで、絶縁層７に付着する微粒子状の金属膜１３もＦｅ（鉄）となる。そのため、棒状体の先端部の金属膜１３はＦｅ（鉄）となり、この先端部の金属膜１３を触媒として、ＣＮＴ５を化学的気相成長させる。例えば、金属膜（Ｆｅ）１３上に、高温に加熱しながらゆっくりと成分ガスとなるＨｅ／Ｃ２Ｈ２の混合ガスを流す。これにより、金属膜（Ｆｅ）１３上に、ＣＮＴ５が化学的気相成長する。
【００６２】
なお、棒状体の先端部の金属膜を触媒として、ＣＮＴ５を化学的気相成長させる方法は、実施の形態１で示した、針状の鉄微粒子３の棒状体にも適用することができる。
【００６３】
以上のように、本実施の形態の変形例に記載の冷陰極電子源の製造方法は、引出電極層１２が、ＣＮＴ５を形成するための触媒となる金属により構成され、ＣＮＴ５の印刷工程の代わりに、棒状体上の金属成分を触媒として利用し、化学的気相成長によりＣＮＴ５を棒状体上に生成する工程とを備えるので、ＣＮＴ５を形成するための触媒となる金属膜を成膜するプロセスを不要とし、製造プロセスを簡略化することができる効果がある。
【００６４】
【発明の効果】
本発明に記載の冷陰極電子源は、基板上に形成されたカソード電極と、カソード電極に当接し、長手方向が基板の面に対し垂直な方向に配置させられた棒状体と、棒状体により支持された電子放出材料であるカーボンナノチューブとを備えるので、従来のようにカーボンナノチューブが、基板の面に対して平行方向に配向されることなく、垂直な方向に配向され支持されることができる。これにより、外部電界を印加したときのカーボンナノチューブの先端部分に対する電界集中が非常に大きくとることができるため、電子放出特性に優れた冷陰極電子源を実現することができる。
【００６５】
本発明に記載の冷陰極電子源の製造方法は、（ａ）基板上にカソード電極を形成する工程と、（ｂ）前記カソード電極上に針状の磁性体粒子を含むペーストを印刷する工程と、（ｃ）前記基板の面に対し垂直な方向に磁界を印加することで、前記針状の磁性体粒子の長手方向を前記基板の面に対し垂直な方向に配向する工程と、（ｄ）前記針状の磁性体粒子を配向した状態で、前記カソード電極上に固着材を塗布し、前記カソード電極と前記針状の磁性体粒子とを固着させる工程と、（ｅ）前記カソード電極及び前記針状の磁性体粒子上にカーボンナノチューブを印刷する工程とを備えるので、複雑なプロセスを用いることなく、容易にカーボンナノチューブを基板の面に対して垂直な方向に配向することができる効果がある。
【００６６】
本発明に記載の冷陰極電子源の製造方法は、（ａ）基板上にカソード電極を形成する工程と、（ｂ）前記カソード電極上に絶縁層を積層する工程と、（ｃ）前記絶縁層上に金属膜を積層する工程と、（ｄ）前記金属膜をスパッタ処理することで、前記絶縁層上に前記金属膜の微粒子状が点在するように加工する工程と、（ｅ）微粒子状の前記金属膜をマスクとして前記絶縁層をエッチングし、前記カソード電極上に棒状体を形成する工程と（ｆ）前記カソード電極及び前記棒状体上にカーボンナノチューブを印刷する工程とを備えるので、外部磁界を印加することなく、写真製版技術により容易に棒状体を形成することができる。
【００６７】
本発明に記載の冷陰極電子源の製造方法は、（ａ）基板上にカソード電極を形成する工程と、（ｂ）前記カソード電極上に絶縁層を積層する工程と、（ｃ）前記絶縁層上に引出電極層を積層する工程と、（ｄ）前記引出電極層に窓を形成するために、前記引出電極層をエッチングする工程と、（ｅ）前記窓より露出している前記絶縁層をドライエッチングすると共に、前記引出電極層がドライエッチングされることにより飛散した金属成分の一部が、前記絶縁層に点在して付着することでマスクとして作用し、エッチングされずに残った前記絶縁層が棒状体として前記カソード電極上に形成される工程と、（ｆ）前記カソード電極及び前記棒状体上にカーボンナノチューブを印刷する工程とを備えるので、棒状体を形成するためのマスクとなる金属膜の成膜工程が不要となるので、製造プロセスを簡略化することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る冷陰極電子源の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る冷陰極電子源の製造プロセスの断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る冷陰極電子源の製造プロセスの断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る冷陰極電子源の製造プロセスの断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る冷陰極電子源の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係る冷陰極電子源の模式図である。
【図７】本発明の実施の形態５に係る冷陰極電子源の製造プロセスの断面図である。
【図８】本発明の実施の形態６に係る冷陰極電子源の製造プロセスの断面図である。
【図９】本発明の実施の形態７に係る冷陰極電子源の製造プロセスの断面図である。
【符号の説明】
１  基板、２  カソード電極、３  針状の鉄微粒子、４  シリカゾル、５  カーボンナノチューブ、６  外部磁界、７  絶縁層、８  Ｃｒ膜、９  Ａｒ、１０
Ｆｅ膜、１１  層間絶縁膜、１２  引出電極層、１３  金属膜。
【図１】
2004281308.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004281308.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004281308.tif 000009
【図８】
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【図９】
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