(57)【要約】【課題】従来の電子放出素子よりも、電力損失や電子放出特性の変化あるいは劣化が抑えられ、また、製造工程が簡略化された、低コストでの製造が可能になる電子放出素子が得られる。【解決手段】導電性基材１と、少なくとも一部の表面が絶縁膜３で被覆されたメッシュ状導電体２と、導電性基材１に電気的に導通した状態で接合される電子放出源４と、導電性基材１とメッシュ状導電体２の間に介在し両部材１，２を非接触状態にするスペーサー５とを有し、導電性基材１とメッシュ状導電体２及びスペーサー５が電気的に絶縁されている電子放出素子であって、導電性基材１の最上部からメッシュ状導電体２の導電層最下部までの距離をｄ１とし、導電性基材１の最上部から電子放出源４の最上部までの距離をｄ２とした場合、距離ｄ１，ｄ２が１０×ｄ１≧ｄ２の関係を満たすように構成したことを特徴とする。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基材と、少なくとも一部の表面が絶縁膜で被覆されたメッシュ状導電体と、前記導電性基材に電気的に導通した状態で接合される電子放出源と、前記導電性基材と前記メッシュ状導電体の間に介在し前記導電性基材と前記メッシュ状導電体とを非接触状態にするスペーサーと、を有し、前記導電性基材と前記メッシュ状導電体及び前記スペーサーが電気的に絶縁されている電子放出素子であって、前記導電性基材の最上部から前記メッシュ状導電体の導電層最下部までの距離をｄ１とし、前記導電性基材の最上部から前記電子放出源の最上部までの距離をｄ２とした場合、前記距離ｄ１，ｄ２が１０×ｄ１≧ｄ２の関係を満たすように構成したことを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記メッシュ状導電体は、導電体で囲まれた１つ以上の開口部を有し、前記電子放出源に向き合っている面及び前記開口部内部表面が絶縁膜で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記メッシュ状導電体は、導電体で囲まれた少なくとも１つの開口部を有し、前記電子放出源に向き合っている面が絶縁膜で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記メッシュ状導電体を被覆する絶縁膜が金属酸化物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項５】
電子放出源が、スピント型電極、カーボンナノチューブ、金属酸化物ウイスカーのいずれかを利用及び／または加工したものを用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項６】
前記電子放出源は前記メッシュ状導電体の開口部内部のみに存在していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の電子放出素子を製造する方法であって、所定圧力の空気が存在する空間にメッシュ状導電体を加熱した状態で設置し、該メッシュ状導電体に空気中の酸素または水と反応して酸化物を形成する金属化合物の気体及び／または微粒子を向かわせて金属酸化物からなる絶縁膜をメッシュ状導電体に被覆する工程を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項８】
少なくとも１つの開口部を有する板状物をマスクとして導電性基材上の特定の位置に電子放出源を形成した後に、前記絶縁膜で被覆されたメッシュ状導電体と前記導電性基材を電気的に絶縁した状態で接合することを特徴とする請求項７に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項９】
前記絶縁膜で被覆されたメッシュ状導電体と前記導電性基材を電気的に絶縁した状態で接合した後に、前記導電性基材上に電子放出源を電気的に導通した状態で設けることを特徴とする請求項７に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１０】
所定圧力の空気が存在する空間に導電性基材を加熱した状態で設置し、該導電性基材に空気中の酸素または水と反応して酸化物を形成する金属化合物の気体及び／または微粒子を向かわせて金属酸化物からなる電子放出源を導電性基材に形成する工程を有することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜６のいずれかに記載の電子放出素子と発光体が真空の容器内に配置されていて、電子放出素子から放出された電子によって発光体が発光するように構成されていることを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子、該電子放出素子の製造方法、および該電子放出素子を用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子放出素子としては、従来より、例えばブラウン管のような熱陰極素子が用いられてきた。しかし、熱陰極素子は、熱エネルギーによって電子を放出させるために、エネルギー効率が低いという問題点がある。そのため、近年は電子放出に熱エネルギーを必要としない冷陰極素子の需要が大きくなりつつある。
【０００３】
冷陰極素子の一例として、図９に示す構造のアレイ状電界放射冷陰極が挙げられる。この冷陰極素子は、シリコン基板９１上に、多数のコーン状電子放出源９２が隙間を開けて並列に配置されている。各コーン状電子放出源９２は絶縁層９３で分離された空洞内に配置され、この絶縁層９３の上に、各コーン状電子放出源９２の先端部を露出させる穴９４を有するゲート電極９５が設けてある。この冷陰極素子では、ゲート電極９５とコーン状電子放出源９２の間に高電圧を印加することにより、コーン状電子放出源９２の先端に強い電界が生じて、コーン状電子放出源９２の先端から電子が放出する。
【０００４】
この冷陰極素子はスピント型と称され、例えば以下のようにして製造される。まず、高導電率シリコン基板９１の上に、絶縁層９３となるシリコン酸化膜を形成し、その上にゲート電極９５となるモリブデン膜を成膜する。次に、このモリブデン膜の上にホールパターンを形成し、このホールパターンを用いてモリブデン膜とシリコン酸化膜をエッチングする。これにより、モリブデン膜とシリコン酸化膜に、各電子放出素子の位置に対応させた穴が形成される。次に、モリブデン膜の穴の部分に、アルミニウムの犠牲層を斜め蒸着した後、モリブデンをシリコン酸化膜の穴にコーン状に蒸着する。次に、アルミニウムの犠牲層をエッチングにより除去する。
【０００５】
上記アレイ状電界放射冷陰極以外の冷陰極素子としては、例えば特許文献１に記載されている冷陰極素子が挙げられる。以下、図１０及び図１１を用いて説明する。
【０００６】
図１０及び図１１はそれぞれ、特許文献１に係る電界放射冷陰極の構造を示す断面図（図１０）及び平面図（図１１）である。図１０において、バックプレート１０１上には、ＳｉＯ２層１０５とクロム電極１０２とが形成されている。ＳｉＯ２層１０５上には、アルミニウム電極１０６が形成されている。クロム電極１０２上には、グラファイトやカーボンナノチューブ等の複数の粒子１０３からなる電子放出源１０４が形成されている。アルミニウム電極１０６の上方には、蛍光体層とメタルバック層とが形成されたフェースプレート（図示しない）が配置されている。図１１において、クロム電極１０２は、紙面の左右方向につながった形で存在して、複数並設されている。また、アルミニウム電極１０６は、紙面の上下方向（クロム電極１０２が設けられた左右方向に交差する方向）につながった形で存在して、複数並設されている。電子放出源１０４は、クロム電極１０２とアルミニウム電極１０６との平面視上の交点にそれぞれ配置されている。
【０００７】
クロム電極１０２とアルミニウム電極１０６との間に所定の電界を印加すると、電子放出源１０４の粒子１０３から電子が引き出される。引き出された電子は、アルミニウム電極１０６の上方に配置されたメタルバック層の電界によって加速され、蛍光体層に衝突することで蛍光体が発光する。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−９０８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図９に示すアレイ状電界放射冷陰極は、前述したように数多くの工程を必要とするために、生産のためには大掛かりな設備や多くのエネルギーを必要とし、低コストでの製造が困難であるという課題があった。
【００１０】
また、図１０及び図１１に示す特許文献１に記載の技術には、電子放出源１０４から放出された電子の一部または多くがアルミニウム電極１０６に吸い込まれ、無駄に電力を損失し、あるいは蛍光体層から発生するイオンがアルミニウム電極１０６に衝突する際に発生する金属スパッタにより電子放出源１０４の電子放出特性が変化あるいは劣化するという課題があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、低コストでの製造が可能であり、電力損失や電子放出特性の変化あるいは劣化が抑えられ、エネルギー効率が良く、低消費電力で動作する電子放出素子であって、更に新たな組み立て工程を追加することのない、製造工程が簡略化された電子放出素子及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者等は、電子放出素子として好ましく用いられる構造体について鋭意検討を行った結果、特定の構造、形状を有するメッシュ状導電体を利用することで、電力損失や電子放出特性の変化あるいは劣化等の課題が改善された、エネルギー効率の高い電子放出素子を提供できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１３】
すなわち、本発明の電子放出素子は、導電性基材と、少なくとも一部の表面が絶縁膜で被覆されたメッシュ状導電体と、前記導電性基材に電気的に導通した状態で接合される電子放出源と、前記導電性基材と前記メッシュ状導電体の間に介在し前記導電性基材と前記メッシュ状導電体とを非接触状態にするスペーサーと、を有し、前記導電性基材と前記メッシュ状導電体及び前記スペーサーが電気的に絶縁されている電子放出素子であって、前記導電性基材の最上部から前記メッシュ状導電体の導電層最下部までの距離をｄ１とし、前記導電性基材の最上部から前記電子放出源の最上部までの距離をｄ２とした場合、前記距離ｄ１，ｄ２が１０×ｄ１≧ｄ２の関係を満たすように構成したことを特徴とする。
【００１４】
本発明の電子放出素子は、上記構成に加えて更に、前記メッシュ状導電体が導電体で囲まれた１つ以上の開口部を有し、前記電子放出源に向き合っている面及び前記開口部内部表面が絶縁膜で被覆されていること、或いは、前記メッシュ状導電体が導電体で囲まれた少なくとも１つの開口部を有し、前記電子放出源に向き合っている面が絶縁膜で被覆されていること、或いは、前記メッシュ状導電体を被覆する絶縁膜が金属酸化物であること、或いは、前記電子放出源がスピント型電極、カーボンナノチューブ、金属酸化物ウイスカーのいずれかを利用及び／または加工したものを用いること、を好ましい様態として含むものである。
【００１５】
また、本発明の電子放出素子の製造方法は、上記構成の電子放出素子を製造する方法であって、所定圧力の空気が存在する空間にメッシュ状導電体を加熱した状態で設置し、該メッシュ状導電体に空気中の酸素または水と反応して酸化物を形成する金属化合物の気体及び／または微粒子を向かわせて金属酸化物からなる絶縁膜をメッシュ状導電体に被覆する工程を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の電子放出素子の製造方法は、更に、少なくとも１つの開口部を有する板状物をマスクとして導電性基材上の特定の位置に電子放出源を形成した後に、前記絶縁膜で被覆されたメッシュ状導電体と前記導電性基材を電気的に絶縁した状態で接合すること、或いは、前記絶縁膜で被覆されたメッシュ状導電体と前記導電性基材を電気的に絶縁した状態で接合した後に、前記導電性基材上に電子放出源を電気的に導通した状態で設けること、或いは、所定圧力の空気が存在する空間に導電性基材を加熱した状態で設置し、該導電性基材に空気中の酸素または水と反応して酸化物を形成する金属化合物の気体及び／または微粒子を向かわせて金属酸化物からなる電子放出源を導電性基材に形成する工程を有すること、を好ましい様態として含むものである。
【００１７】
さらに、本発明の電子放出素子を用いる発光装置は、上記構成の電子放出素子と発光体が真空の容器内に配置されていて、電子放出素子から放出された電子によって発光体が発光するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
上記本発明によれば、低コストでの製造が可能であり、電力損失や電子放出特性の変化あるいは劣化が抑えられ、エネルギー効率が良く、低消費電力で動作する電子放出素子であって、更に新たな組み立て工程を追加することのない、製造工程が簡略化された電子放出素子及びその製造方法を提供することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【００２０】
図１及び図２は、本発明に係る電子放出素子の好適な実施の形態の一例を示す概略構成図であって、図１は平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
【００２１】
この電子放出素子は、図２に示すように、導電性を有する基材（以下、導電性基材と記す）１と、絶縁膜３で被覆されたメッシュ状導電体２と、前記導電性基材１に電気的に導通した状態で接合される電子放出源４と、前記導電性基材１と前記メッシュ状導電体２との間に介在し前記両部材１，２を非接触状態で保持するスペーサー５と、からなる。メッシュ状導電体２は導電性基材１と電気的に絶縁されている。さらに、スペーサー５と導電性基材１及びメッシュ状導電体２は絶縁性の封止材（図示しない）によって固着されている。また、電子放出源４は、導電性基材１上に直接形成されることで（或いは導電体を介して間接的に形成されることで）、該導電性基材１に電気的に導通している。メッシュ状導電体２は、電子放出源４に向き合っている面とは反対側の面（図１に斜線で示す部分）が絶縁膜３で被覆されておらず、外部と導通を取ることができる。
【００２２】
導電性基材１とは、少なくとも基材上一部の面での固有抵抗率が１００ｋΩ／ｃｍ以下、好ましくは１０ｋΩ／ｃｍ以下であるものをいう。導電性基材１の固有抵抗率を１００ｋΩ／ｃｍ以下としたのは、該固有抵抗率が１００ｋΩ／ｃｍを超えると、抵抗が過大となり、電子放出素子の構成部品として使用できないからである。
【００２３】
また前記少なくとも基材上一部の面で導通性を有する基材１としては、絶縁性の基材に導電性の被膜を被覆したもの、あるいは、基材全体が導通性を有するもの等が挙げられる。具体的には、絶縁性の基材に導電性の被膜を被覆した導電性基材１としては、例えばガラス板上にＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）のような導電性被膜を被覆したもの、ベークライト等の樹脂上に銅薄膜のような導電性薄膜を接着したもの等が挙げられる。また基材全体が導通性を有する導通性基材１としては、鉄、銅、ニッケル、ステンレス、インコネル、ハステロイ等の通常用いられる金属板等が挙げられる。なお、絶縁性の基材に導電性の被膜を被覆した導電性基材、基材全体が導通性を有する導通性部材は、前述の例示したものに限定されるものではない。
【００２４】
メッシュ状導電体２は、固有抵抗率が１００ｋΩ／ｃｍ以下であり、導電体で囲まれた少なくとも１つの開口部を有するものである。具体的には、メッシュ状導電体２は、例えば図３に示す金属板のような板状導電体２ａに多数の開口部２ｂを開けたもの、金属線のような線状導電体を網目状または織物状に接合または組み合わせることで少なくとも１つの開口部を有するもの、金属線のような線状導電体を略円状、円状、略多角形状、多角形状につなげることで少なくとも１つの開口部を有するもの等が挙げられる。またメッシュ状導電体２の固有抵抗率を１００ｋΩ／ｃｍ以下としたのは、該固有抵抗率が１００ｋΩ／ｃｍを超えると、抵抗が過大となり、電子放出素子の構成部品として使用できないからである。
【００２５】
メッシュ状導電体２は、少なくとも一部の表面が絶縁膜３で被覆されている。好ましくは図２に示すように、メッシュ状導電体２は、電子放出源４に向き合っている面及び開口部内部表面が絶縁膜３で被覆されている。
【００２６】
メッシュ状導電体２において、電子放出源４に向き合っている面及び開口部内部表面が絶縁膜３で被覆されていると、電子放出源４から放出された電子がメッシュ状導電体２に吸収されることなく陽極に到達するため、エネルギー効率の高い電子放出素子となり好ましい。また、この場合、メッシュ状導電体２の陽極に向いている面（電子放出源４に向き合っている面とは反対側の面）が絶縁膜３で被覆されておらず導電性を有している。これにより、前記電子放出源４から放出された電子が陽極に衝突すること等で発生するイオンをメッシュ状導電体２の導電性を有する面（電子放出源４に向き合っている面とは反対側の面）で捕獲しやすくなり、電子放出源４がイオン衝撃を受けにくくなるので、寿命の長い電子放出素子となり好ましい。
【００２７】
前記メッシュ状導電体２を被覆する絶縁膜３とは、固有抵抗率が１００ｋΩ／ｃｍを超える膜状物質であり、金属酸化物からなる絶縁膜が好ましい。この絶縁膜３を金属酸化物としたのは、後述する最も好ましく用いられる方法により、前記メッシュ状導電体２に均一で微細な絶縁膜３の被膜が行いやすいからである。また、絶縁膜の膜厚は特に限定されない。メッシュ状導電体２を被覆する絶縁膜３の固有抵抗率を１００ｋΩ／ｃｍを超えるとしたのは、該固有抵抗率が１００ｋΩ／ｃｍ以下であると、絶縁に要する抵抗が得られず、電子放出素子の構成部品として使用できないからである。
【００２８】
メッシュ状導電体の少なくとも一部表面を絶縁膜で被覆する方法は通常公知のいずれの方法であってもよい。一例として絶縁膜に金属酸化物を用いる場合では、被覆する金属酸化物を気相や液相を通じて物理的または化学的に金属酸化物上に形成する方法、例えば、蒸着、スパッタリング、ディッピング、及び溶液鍍金等の鍍金、塗布、印刷が挙げられる。また、焼き付け法等の方法も挙げられる。
【００２９】
これらの中で好ましく用いられる方法は、すなわち前述したようにメッシュ状導電体２に金属酸化物絶縁膜３を被覆する方法は、所定圧力の空気が存在する空間にメッシュ状導電体を加熱した状態で設置し、メッシュ状導電体に空気中の酸素または水と反応して酸化物を形成する金属化合物の気体および／または微粒子を向かわせてメッシュ状導電体に金属酸化物絶縁膜を被覆する方法である。この方法は、前述した従来公知の方法と比較して、常圧、かつ開放系で薄膜を被覆する方法なので、原料の供給量や供給速度を大きくとることができ、成膜速度が大きくなり好ましい。また、原料を均一に供給することが容易なので、均一な薄膜を得ることができるので好ましい。
【００３０】
この方法は、まず、原材料である金属化合物を気体化および／または微粒子化する。金属化合物を微粒子化する方法としては、例えば、金属化合物を蒸気圧が十分高くなる温度に加熱して気体化した後に得られた金属化合物の蒸気を冷却する方法、金属化合物を液状で噴霧する方法、金属化合物を固体の状体ですりつぶす方法、等が挙げられる。
【００３１】
この工程では、系内に、酸素や水を存在させないか、その存在量を極めて少なくしておくことが好ましい。このようにしないと、金属化合物と酸素または水との反応が生じ、配管に詰まりが生じたり、所望の物性の金属酸化物絶縁膜がメッシュ状導電体上に形成されないおそれがある。ただし、使用する金属化合物の酸素および水との反応速度が極めて遅い場合には、系内に酸素や水を共存させてもよい。
【００３２】
原材料である金属化合物としては、空気中の酸素または水と反応して目的とする金属酸化物が形成されるものを使用する。
【００３３】
このような金属化合物としては、例えば（イ）アルコキシド類、（ロ）配位子として、アセチルアセトン、エチレンジアミン、ピペリジン、ピピラジン、シクロヘキサンジアミン、テトラアザシクロテトラデカン、エチレンジアミンテトラ酢酸、エチレンビス（グアニド）、エチレンビス（サリチルアミン）、テトラエチレングリコール、アミノエタノール、グリシン、トリグリシン、ナフチリジン、フェナントロリン、ペンタンジアミン、ピリジン、サリチルアルデヒド、サリチリデンアミン、ポルフィリン、チオ尿素などから選ばれる１種以上を有する錯体、（ハ）配位子として、カルボニル基、アルキル基、アルケニル基、フェニルあるいはアルキルフェニル基、オレフィン基、アリール基、シクロブタジエン基をはじめとする共役ジエン基、シクロペンタジエニル基をはじめとするジエニル基、トリエン基、アレーン基、シクロヘプタトリエニル基をはじめとするトリエニル基などから選ばれる１種以上を有する、各種の有機金属化合物およびハロゲン化有機金属化合物が挙げられる。
【００３４】
この中でも、アセチルアセトンを配位子として有する錯体およびアルコキシド類がより好ましく用いられる。
【００３５】
次に、気体化および／または微粒子化された金属化合物を、所定圧力の空気が存在する空間に設置されたメッシュ状導電体表面に向けて移動させ、金属化合物を空気中の酸素または水と反応させて、メッシュ状導電体上に金属酸化物絶縁膜を形成する。
【００３６】
金属化合物の気体および／または微粒子は、それのみをそのままメッシュ状導電体面に移動させてもよいし、キャリアガスを用いて積極的に移動させ、キャリアガスとの混合状態でノズルからメッシュ状導電体面に吹き付けてもよい。この場合のキャリアガスの流量は、気体化および／または微粒子化された金属化合物の温度やメッシュ状導電体を設置する空間の雰囲気によってその最適値が異なるが、メッシュ状導電体の設置空間が室温、常圧雰囲気である場合には、キャリアガスの流量を、空間体積値が２０／分以下になるようにすることが好ましく、５／分以下となるようにすることがさらに好ましい。ここで、空間体積値とは、キャリアガスの流量Ｒ（１分あたりの体積）と、前述した工程で金属化合物を気体化および／または微粒子化させる加熱槽（キャリアガスが導入される空間）の体積Ｖとの比（Ｒ／Ｖ）に相当する。
【００３７】
キャリアガスは、原材料の金属化合物と反応しないものであれば特に限定されない。具体例として、窒素ガスやヘリウム、ネオン、アルゴン等の不活性ガス、炭酸ガス、有機弗素ガス、あるいはヘプタン、ヘキサン等の有機物質等が挙げられる。これらのうちで、安全性、経済性の面から不活性ガスが好ましい。特に不活性ガスの中でも窒素ガスが経済性の面でより好ましい。
【００３８】
キャリアガスを用いて、金属化合物をノズルからメッシュ状導電体面に吹き付ける方法を採用する場合は、ノズルの吹き出し口とメッシュ状導電体面との距離を所定範囲内とすることが好ましい。この範囲は、吹き出し口の開口部の長軸の長さ（断面が長方形である場合には長辺の長さ、正方形である場合には１辺の長さ）をＬ、吹き出し口とメッシュ状導電体面との距離をＫとしたときに、その比（Ｋ／Ｌ）が０．０１以上１以下となるようにすることが好ましく、０．０５以上０．７以下となるようにすることがより好ましく、０．１以上０．５以下となるようにすることがさらに好ましい。この比（Ｋ／Ｌ）を１以下としたのは、この比（Ｋ／Ｌ）が１を超えると、金属化合物が金属酸化物に変換される効率が低くなるからである。
【００３９】
メッシュ状導電体の設置空間の雰囲気は、減圧下、常圧下、あるいは加圧下のいずれでもよい。しかしながら、高度な減圧下、例えば超真空下であると、金属酸化物の成長速度が遅く、生産性に劣るため好ましくない。加圧下で実施する場合、金属酸化物の成長速度に関しては問題ないが、加圧するための設備が必要となって好ましくない。従って、メッシュ状導電体の設置空間の雰囲気は、１．０１×１０２〜２．０３×１０６Ｐａとすることが好ましく、１．０１×１０４〜１．０１×１０６Ｐａとすることがより好ましく、常圧とすることが最も好ましい。
【００４０】
金属酸化物絶縁膜をメッシュ状導電体上に被覆するための最適な反応温度は、０℃〜８００℃が好ましく、２０℃〜８００℃がより好ましく、１００℃〜７００℃がさらに好ましい。さらに、金属化合物を気体化させる場合、金属酸化物絶縁膜をメッシュ状導電体上に被覆するための最適な反応温度は、金属化合物を気体化させる温度よりも高いことが好ましい。
【００４１】
絶縁膜をメッシュ状導電体上に形成する回数は１回でも複数回でもどちらでもよい。絶縁膜をメッシュ状導電体上に複数回形成する場合、メッシュ状導電体に形成された金属酸化物絶縁膜上にさらに１回以上絶縁膜を形成してもよいし、１回目の被覆で金属酸化物絶縁膜が形成されなかった部分に２回目以降に絶縁膜を形成しても差し支えない。
【００４２】
図４に、金属酸化物絶縁膜を形成するための製造装置の一例を示す。この製造装置は、キャリアガスである窒素の供給源５１と、キャリアガスの流量を調整する流量計５２と、原材料である金属化合物を気化する加熱槽５３と、キャリアガスを加熱槽５３に導入する配管５４と、加熱槽５３で気化された金属化合物をメッシュ状導電体２に向かわせる配管５５と、メッシュ状導電体２を加熱状態に保持する基板ステージ５６とで構成されている。配管５４には液体窒素トラップ５７が設けてある。この液体トラップ５７は、供給源５１から供給されたキャリアガス中に含まれる水を除去するためのものである。
【００４３】
配管５５の先端部には所定形状の吹き出し口５８が接続してあり、この吹き出し口５８の開口部５８ａは、配管５５からの気体が、基板ステージ５６上にセットされたメッシュ状導電体２上に絶縁膜３を形成する面全体に吹き出されるように形成されている。また、配管５５および吹き出し口５８はリボンヒーターで加熱されている。なお、図４では吹き出し口５８が１個記載されているが、２個以上の吹き出し口を持つ製造装置を用いても差し支えない。
【００４４】
電子放出源４は、熱、光、電界等のエネルギー、好ましくは電界を与えることで電子を放出する陰極素子である。この電界を与えることで電子を放出する陰極素子の具体例として、スピント型電極、シングルウォールカーボンナノチューブを利用および／または加工した陰極（シングルウォールカーボンナノチューブ型電極）、マルチウォールカーボンナノチューブを利用および／または加工した陰極（マルチウォールカーボンナノチューブ型電極）、金属酸化物ウイスカーを利用および／または加工した陰極（金属酸化物ウイスカー型電極）、Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｓｐｌａｙ（ＢＳＤ）型電極、Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｄｉｓｐｌａｙ（ＢＬＤ）型電極、Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ（ＭＩＭ）型電極、Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ（ＳＣＥ）型電極が挙げられる。勿論これ以外であっても、電界を与えることで電子を放出する陰極素子であればいずれであっても差し支えない。これらの中で、スピント型電極、シングルウォールカーボンナノチューブを利用および／または加工した陰極（シングルウォールカーボンナノチューブ型電極）、マルチウォールカーボンナノチューブを利用および／または加工した陰極（マルチウォールカーボンナノチューブ型電極）、金属酸化物ウイスカーを利用および／または加工した陰極（金属酸化物ウイスカー型電極）が、導電性基材１上に作製しやすいことから、特に好ましく用いられる。
【００４５】
ここで、スペーサー５は、導電性基材１及びメッシュ状導電体２と電気的に絶縁された状態で接合されており、１層以上の絶縁物をその間に挟んでいても差し支えない。
【００４６】
スペーサー５と導電性基材１及びメッシュ状導電体２を接合する方法は、フリットガラスあるいはトールシール等による接着、固定用金属ピンとのカシメやスポット溶接等、通常公知のいずれの方法であってもよい。好ましくはフリットガラスによる接着である。
【００４７】
本発明の実施の形態に係る電子放出素子は、組み立てる順番によっては電子放出源４の上に、スペーサー５が接合される場合があるが、スペーサー５と導電性基材１が電気的に絶縁された状態で接合されてさえいれば差し支えない。また、スペーサー５のメッシュ状導電体２を接触する部分、好ましくは電子放出源４に向き合っている面及び開口部内部表面または外部と導通を取るための端子部分以外の表面の全ての部分を予め絶縁膜３で被覆した後に、メッシュ状導電体２が電気的に絶縁された状態で接合された形態が好ましい。
【００４８】
本発明の実施の形態に係る電子放出素子は、図５に示すように、導電性基材１の導電層最上部からメッシュ状導電体２の導電層最下部までの距離をｄ１とし、導電性基材１の導電層最上部から電子放出源４の最上部までの距離をｄ２とした場合、前記距離ｄ１，ｄ２が１０×ｄ１≧ｄ２の関係を満たすようになっているものである。さらに好ましくは５×ｄ１≧ｄ２、特に好ましくはｄ１≧ｄ２である。本発明の実施の形態に係る電子放出素子を、前記距離ｄ１，ｄ２が１０×ｄ１≧ｄ２の関係を満たすこととしたのは、１０×ｄ１＜ｄ２の場合、メッシュ状導電体の構造によってはメッシュ状導電体の導電体部と電子放出源の先端部の間にかかる電界の向きが電子放出源を有する基板側に向いてしまい、発光体側に電子が流れにくくなる場合や、メッシュ状導電体の導電体部と電子放出源の先端部の間の距離が電子放出源の先端部と発光体との距離に近くなってしまい、該電子放出源に対するメッシュ状導電体からの電界効果に乏しい場合があるからである。
【００４９】
このように上記電子放出素子は、絶縁膜３で被覆されたメッシュ状導電体２を用いることで、電力損失や電子放出特性の変化あるいは劣化が抑えられ、また、導電性基材１とメッシュ状導電体２がスペーサー５を介して電気的に絶縁された状態で接合されているので、製造工程が簡略化された、低コストでの製造が可能になる。さらに、導電性基材１からメッシュ状導電体２までの距離ｄ１と導電性基材１から電子放出素子４までの距離ｄ２を１０×ｄ１≧ｄ２の関係を満たすように選ぶことによって、消費電力の低い電子放出素子を得ることができる。
【００５０】
なお、本実施の形態では、導電性基材１と電子放出源４とが電気的に導通した状態で接合されている構成例として、図５に示すように電子放出源４を導電性基材１表面上に直接接合した構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、導電性基材１と電子放出源４が、導電性基材１とは異種の導電性部材７を介して電気的に導通した状態で間接的に接合されていてもよい。この場合は、図６に示すように、ｄ２は導電性基材１の最上部から異種の導電性部材７を介した電子放出源４の最上部までの距離を指す。また、図７に示すように、導電性基材１表面に凹凸が存在する場合は、該導電性基材１の凸部上面に電子放出源１を接合した構成としても良い。この場合、導電性基材１の凹部底面から前記凸部上面に直接接合した電子放出源４の最上部までの距離をｄ２とする。
【００５１】
また、本実施の形態では電子放出源の例として、図５〜図７に示すようにコーン状電子放出源を例示したが、これに限定されるものではなく、例えばシングルウォールカーボンナノチューブ型電極、マルチウォールカーボンナノチューブ型電極、金属酸化物ウイスカー型電極、ＢＳＤ型電極、ＢＬＤ型電極等、他の電子放出源であっても差し支えない。
【００５２】
また本実施の形態では、図７に示すように、導電性基材１と電子放出源４との間に異種の１層の導電性部材７を介在させて導電性基材１と電子放出源４とを電気的に導通した状態で接合した場合を例示したが、これに限定されるものでない。電気的に導通した状態で接合する導電性基材１と電子放出源１との間に、導電性基材１とは異種の導電性部材を１層以上介在させて電気的に導通した状態で接合された構成としても差し支えない。
【００５３】
電子放出源４と導電性基材１を接合する方法は、ワイヤーボンディング、銀ペーストによる接着、スポット溶接等、通常公知のいずれの方法であってもよいが、好ましくは導電性基材上に電子放出源を直接形成する方法である。
【００５４】
電子放出源４を形成する箇所は、好ましくは導電性基材１に垂直方向から観察した際に、メッシュ状導電体２と導電性基材１が相互に重なっている部分を超えない箇所、さらに好ましくは、メッシュ状導電体２の開口部内部に相当する箇所である。電子放出源４がメッシュ状導電体２の開口部内部以外に存在した場合、電子放出源４から放出された電子がメッシュ状導電体２に衝突して電子のエネルギーが散乱したり、メッシュ状導電体２から電子放出源４までの距離が大きくなりすぎて電子放出源４にかかる電界が小さくなることで電子の放出が起こりにくくなったりして好ましくない。
【００５５】
次に、上記構成の電子放出素子を製造する製造方法について説明する。
【００５６】
一の好ましい方法は、少なくとも１つの開口部を有する板状物をマスクとして導電性基材上の特定の位置に選択的に電子放出源を形成した後に前記マスクとしての板状物を外し、しかる後に少なくとも一部の表面が絶縁膜で被覆されたメッシュ状導電体を、スペーサーを介して電気的に絶縁された状態で前記電子放出源が形成された導電性基材上に接合する方法である。この方法を用いた場合、マスクとしての板状物によって導電性基材上の所望する位置のみに電子放出源が形成されるので好ましい。
【００５７】
他の好ましい方法は、少なくとも一部の表面が絶縁膜で被覆されたメッシュ状導電体を導電性基材上にスペーサーを介して電気的に絶縁された状態で接合し、この導電性基材上に電子放出源を直接形成する方法である。この方法を用いた場合、前述したマスクとしての板状物を用いなくとも導電性基材上の所望する位置のみに電子放出源が形成されるので、前述した方法に比べてより好ましい。この方法を用いると、電子放出源の種類や形成方法によっては、電子放出源または電子放出源を構成する材料が、少なくとも一部の表面が絶縁膜で被覆されたメッシュ状導電体上に形成される場合があるが、この場合には、メッシュ状導電体上に形成された電子放出源または電子放出源を構成する材料を、該メッシュ状導電体から従来公知の方法で除去することが好ましい。
【００５８】
ここで、上記構成の電子放出素子を製造する製造方法の一工程である、導電体基材上に電子放出源を直接形成する方法の具体例を例示して説明する。なお、導電体基材上に電子放出源を形成する方法は以下に例示する方法に限定されるものではない。
【００５９】
例えば、電子放出源として、シングルウォールカーボンナノチューブ型電極、マルチウォールカーボンナノチューブ型電極を用いる場合は、スクリーン印刷法、吹き付け塗布法、気相成長法等の方法が挙げられる。
【００６０】
また、電子放出源として、金属酸化物ウイスカー型電極を用いる場合は、所定圧力の空気が存在する空間に導電性基材を加熱した状態で設置し、該導電性基材に空気中の酸素または水と反応して酸化物を形成する金属化合物の気体および／または微粒子を向かわせて導電性基板に金属酸化物からなる電子放出源（金属酸化物ウイスカー）を形成し、得られた金属酸化物ウイスカーを利用および／または加工する方法が好ましく用いられる。この方法を用いる場合、原料となる金属化合物の種類および／または気化温度、金属酸化物を被覆させる温度を変化させることによって、膜状からウイスカーまでさまざまな形の導電性金属酸化物（電子放出源）を形成させることができ、また上述のメッシュ状導電体を金属酸化物絶縁膜で被覆する場合と同様の原料、条件、製造装置等を適用することができる。この方法で、電子放出源（金属酸化物ウイスカー）及び上述のメッシュ状導電体を被覆する金属酸化物絶縁膜を作製する場合、従来公知の方法と比較して、常圧、かつ開放系でウイスカーや薄膜を形成する方法なので、原料の供給量や供給速度を大きくとることができ、形成速度が大きくなり好ましい。また、同一の製造装置を使用できるので、装置の使用効率を高くすることができ、結果として電子放出素子全体の生産効率を高くすることができ好ましい。
【００６１】
なお、導電性基材上の特定の位置に選択的に電子放出源を形成する必要がある場合には、通常公知のマスキング方法を用いることができる。
【実施例】
【００６２】
本発明に係る電子放出素子の製造方法および該電子放出素子を用いた発光装置の一実施例について説明する。
【００６３】
図１及び図２に示す電子放出素子を作製した。
【００６４】
メッシュ状導電体２としては、図３に示すように、縦（ｗ）１１５０μｍ×横（ｈ）５１５０μｍ×厚さ１００μｍのステンレス板（板状導電体）２ａを使用した。ステンレス板２ａには短辺及び長辺の端部から各々１００μｍの距離ｂを隔てて開口部２ｂの端部が存在し、開口部２ｂは短手方向に１０個、長手方向に２０個、合計２００個存在している。各開口部２ｂの大きさは、短手方向の長さｘが５０μｍ、長手方向の長さｙが２００μｍであり、各開口部間の相互の間隔ｚは、短手方向、長手方向とも５０μｍの間隔で配置している。
【００６５】
まず、図４に示すような製造装置を用い、絶縁膜３で被覆されたメッシュ状導電体２を製造する。
【００６６】
具体的には、吹き出し口５８および基板ステージ５６を常温の実験室内に配置し、吹き出し口５８と基板ステージ５６との間の空間を大気圧とする。メッシュ状導電体２は、開口部を持つ面を上に向けて基板ステージ５６に設置する。メッシュ状導電体２を基板ステージ５６で６００℃に加熱するとともに、加熱槽５３内にアルミニウムアセチルアセトネートを入れて１３０℃に加熱する。
【００６７】
この状態で、供給源５１から配管５４に窒素を１．２ｄｍ３／分で供給することにより、金属化合物の気体と窒素ガスとの混合気体を、配管５５を介して吹き出し口５８からメッシュ状導電体２の間に吹きつける。なお、配管５５および吹き出し口５８はリボンヒーターで１３０℃に加熱されている。
【００６８】
これにより、原材料である金属化合物は、メッシュ状導電体２面上およびその近傍で、空気中の酸素または水と反応して金属酸化物となり、この金属酸化物が絶縁膜３としてメッシュ状導電体２面上を厚みが３μｍになるように被覆する。
【００６９】
こうして得られた絶縁膜３で被覆されたメッシュ状導電体２を、絶縁膜３で被覆された面を導電性基材１に向くように、厚さ０．１５ｍｍのガラス板をスペーサー５として、絶縁性の封止材（図示しない）を用いて固定する。このとき、スペーサー５と導電性基材１及びメッシュ状導電体２は電気的に完全に絶縁されるようにする。
【００７０】
こうして得られた構造体に、スクリーン印刷法、吹き付け塗布法、気相成長法等の方法によりカーボンナノチューブを形成する。メッシュ状導電体２の開口部内部以外に存在するカーボンナノチューブ、カーボン成分を除去した後、絶縁膜３で被覆されたメッシュ状導電体２の開口部内部に存在するカーボンナノチューブを電子放出源４とする。
【００７１】
図８は、このようにして作成された電子放出素子１０を用いた発光装置である。
【００７２】
まず、ガラス基板Ｇ２の一方の面にスパッタリング法等によって導電性膜を成膜することにより、電極層（陰極）Ｄ２を形成する。このガラス基板Ｇ２の電極層Ｄ２側の面に、電子放出素子１０の導電性基材１が導通するように接合する。
【００７３】
一方、ガラス基板Ｇ１の一方の面には、スパッタリング法等によって導電性膜を成膜することにより電極層（陽極）Ｄ１を形成した後、この電極層Ｄ１側の面に蛍光体を塗布することにより膜状の発光体Ｈを形成する。
【００７４】
次に、電極層Ｄ１と発光体Ｈが形成されたガラス基板Ｇ１と、電子放出素子１０が導通するように一体化されたガラス基板Ｇ２とを、発光体Ｈ側および電子放出素子１０側を内側にして、発光体Ｈとの間に所定の間隔を開けて平行に配置する。その状態で側面部全体を枠部材（不図示）で囲い、内部を真空にして密封する。このようにガラス基板Ｇ１，Ｇ２と枠部材とで密封された真空の容器を構成し、この発光装置の電源Ｂ１から陰極Ｄ２とメッシュ状導電体２との間に、また、電源Ｂ２から陰極Ｄ２と陽極Ｄ１との間にそれぞれ高電圧を印加することにより、電子放出源４の先端に強い電界が生じて該電子放出源４の先端から電子が放出され、その電子が加速されて発光体Ｈに衝突することにより発光体Ｈが発光する。その結果、陽極Ｄ１が透明電極（透明導電性膜）であれば、ガラス基板Ｇ１から光が放射される。
【００７５】
この発光装置の電子放出素子１０は、絶縁膜３で被覆されたメッシュ状導電体２を用いることで、電力損失や電子放出特性の変化あるいは劣化が抑えられ、また、導電性基材１とメッシュ状導電体２がスペーサー５を介して電気的に絶縁された状態で接合されているので、新たに製造工程を変更する余地の少ない、低コストでの製造が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の電子放出素子は、照明等の発光装置、ディスプレイ等の表示装置の分野で好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の電子放出素子の一例を示す概略平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】メッシュ状導電体の一例を示す概略構成図である。
【図４】金属酸化物絶縁膜を被覆するための製造装置を示す概略構成図である。
【図５】本発明の電子放出素子の一例を示す概略構成図である。
【図６】本発明の電子放出素子の一例を示す概略構成図である。
【図７】本発明の電子放出素子の一例を示す概略構成図である。
【図８】本発明の発光装置の一例を示す概略構成図である。
【図９】従来のアレイ状電界放射冷陰極の一例を示す概略構成図である。
【図１０】従来の電界放出型表示装置を示す概略断面図である。
【図１１】従来の電界放出型表示装置を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００７８】
Ｂ１，Ｂ２ …電源
Ｄ１，Ｄ２ …電極層（透明導電性膜）
Ｇ１，Ｇ２ …ガラス基板（容器）
Ｈ    …発光体
ｄ１，ｄ２ …距離
１    …導電性基材
２    …メッシュ状導電体
２ａ  …導電体
２ｂ  …開口部
３    …絶縁膜
４    …電子放出源
５    …スペーサー
７    …導電性部材（導電物質）
１０  …電子放出素子
５１  …供給源
５２  …流量計
５３  …加熱槽
５４  …配管
５５  …配管
５６  …基板ステージ
５７  …液体窒素トラップ
５８  …吹き出し口
【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】
2005332735.tif 000009
【図８】
2005332735.tif 000010
【図９】
2005332735.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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