(57)【要約】      （修正有）【課題】  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、低コストでの製造が可能な電子放出素子を提供する。【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、電子放出源４とを有し、前記導電性基材１と前記メッシュ状導電体２は電気的に絶縁された状態で接合されており、前記導電性基材１と前記電子放出源４は電気的に導通した状態で接合されている電子放出素子。【選択図】図１（ａ）
2005203103.tif 000002
【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、電子放出源とを有し、前記導電性基材と前記メッシュ状導電体は電気的に絶縁された状態で接合されており、前記導電性基材と前記電子放出源は電気的に導通した状態で接合されていることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
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に記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記メッシュ状導電体の外部と導通を取るための端子部分以外の表面の全てが絶縁膜で被覆されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記導電性基材の導電層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、前記導電性基材の導電層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、１０×ｄ1≧ｄ2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】
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１〜４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１〜５のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項７】
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でメッシュ状導電体を被覆する工程を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項８】
少なくとも１箇所の開口部を持った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、絶縁膜で被覆されたメッシュ状導電体を前記導電性基材上に接合する工程を有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】
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電気的に絶縁された状態で接合した状態で前記導電性基材上に電子放出源を直接形成する工程を有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を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線によって発光体が発光するようになっ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、その製造方法、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６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１１上に、多数のコーン状電子放出源１２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１２は絶縁層１３で分離された空洞内に配置され、この絶縁層１３の上に、各コーン状電子放出源１２の先端部を露出させる穴１４を有するゲート電極１５が設けてある。この冷陰極素子では、ゲート電極１５とコーン状電子放出源１２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１２の先端に強い電界が生じて、コーン状電子放出源１２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１１の上に、絶縁層１３となるシリコン酸化膜を形成し、その上にゲート電極１５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】
しかしながら上記のアレイ状電界放射冷陰極は、ここでも記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するという課題がある。
【０００６】
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、２に記載した冷陰極素子が挙げられる。
【０００７】
図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、特許文献１に係わる電界放射冷陰極の構造を示す断面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。図７（ａ）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７（ｂ）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開口部との平面視上の交点にそれぞれ配置されている。
【０００８】
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。
【０００９】
しかしながらこの技術には、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。
【００１０】
図８は特許文献２に係わる電界放出型表示装置の構造を示す断面図である。カソード基板１１０上にはカソード電極１１２が形成されており、カソード電極１１２上には抵抗層１１３が形成されている。抵抗層１１３上には、カーボンナノチューブからなる電子放出源１１４が形成されている。また、抵抗層１１３上には絶縁層１１１が形成されている。絶縁層１１１上には、複数の開口部１１６を有するシールド電極１１５が形成されている。シールド電極１１５の上方には、蛍光体層１１８とメタルバック層１１９とが形成されたアノード電極１１７が配置されている。
【００１１】
メタルバック層１１９には、電子放出源１１４から電界放出により電子を放出することが可能な電圧が印加される。シールド電極１１５は、メタルバック層１１９の電界を電子放出源１１４に対して選択的にシールドするための電極である。
【００１２】
カソード電極１１２及びシールド電極１１５の一方は走査され、他方には表示信号が与えられる。カソード電極１１２とシールド電極１１５とのマトリクスで選択された位置にある電子放出源１１４には、メタルバック層１１９の電界がシールド電極１１５によって遮蔽されることなく作用し、これにより電子放出源１１４から電子が放出される。放出された電子は、メタルバック層１１９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１１８が発光する。
【００１３】
しかしながらこの技術には、電子放出源１１４に用いられているカーボンナノチューブ等の電子放出材料は、発散角が大きいために電子ビームの横漏れが生じてしまい、エネルギー効率が低下するという課題があった。
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−９０８１３号公報
【特許文献２】特開２０００−２５１７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記課題を解決し、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、低コストでの製造が可能な電子放出素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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。
【００１７】
即ち、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、電子放出源とを有し、前記導電性基材と前記メッシュ状導電体は電気的に絶縁された状態で接合されており、前記導電性基材と前記電子放出源は電気的に導通した状態で接合されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の電子放出素子は、「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」、「前記メッシュ状導電体の外部と導通を取るための端子部分以外の表面の全てが絶縁膜で被覆されていること」、「前記導電性基材の導電層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、前記導電性基材の導電層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、１０×ｄ1≧ｄ2であること」、「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」、「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」を好ましい態様として含むものである。
【００１９】
また、本発明の電子放出素子の製造方法は、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、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でメッシュ状導電体を被覆する工程を有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の電子放出素子の製造方法は、「少なくとも１箇所の開口部を持った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、絶縁膜で被覆されたメッシュ状導電体を前記導電性基材上に接合する工程を有すること」、「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電気的に絶縁された状態で接合した状態で前記導電性基材上に電子放出源を直接形成する工程を有すること」、「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を形成する工程を有すること」を好ましい態様として含むものである。
【００２１】
更に、本発明の発光装置は、上記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線によって発光体が発光するようになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によ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、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明について、以下具体的に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の電子放出素子の一例を示す概略構成図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００２５】
この電子放出素子は、導電性基材１、絶縁膜３で被覆されたメッシュ状導電体２、電子放出源４とからなる。メッシュ状導電体２は絶縁膜３により導電性基材１及び電子放出源４と電気的に絶縁されており、さらに、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の上に直接形成されることで導通している。メッシュ状導電体２は、図１（ａ）で黒く塗られている部分は絶縁膜が被覆されておらず、外部と導通を取ることができる。
【００２６】
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。固有抵抗率が１００ｋΩ／ｃｍを超えると、抵抗が過大となり、電子放出素子として使用できない。
【００２７】
導電性基材１には、絶縁性の基材に導電性の被膜を被覆したもの、例えばガラス板上にＩＴＯ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も含む。また、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のように、基材全体が導通性を示すものも含まれる。
【００２８】
メッシュ状導電体２は、固有抵抗率が１００ｋΩ／ｃｍ以下で、少なくとも１箇所の導電体で囲まれた開口平面を持つものであり、具体的には、例えば図２に示す金属板のような板状導電体に少なくとも１箇所の穴を開けたもの、金属線のような線状導電体が網目状または織物状に接合または組み合わせられることで少なくとも１箇所の開口平面を持つもの、金属線のような線状導電体が少なくとも１箇所略円状、円状、略多角形状、多角形状につながることで少なくとも１箇所の開口平面を持つもの等が挙げられる。
【００２９】
メッシュ状導電体２は、少なくとも一部の表面、好ましくは導電性基材１または電子放出源４と接触する部分の表面、さらに好ましくは外部と導通を取るための端子部分以外の表面の全てが絶縁膜３で被覆されている。
【００３０】
ここで、絶縁膜３は、固有抵抗率が１００ｋΩ／ｃｍを超える膜状物質であり、金属酸化物よりなる絶縁膜が好ましい。また、絶縁膜の膜厚は特に限定されない。
【００３１】
メッシュ状導電体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。
【００３２】
これらの中で好ましく用いられる方法は、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及び／または微粒子を向かわせてメッシュ状導電体を金属酸化物絶縁膜で被覆する方法である。
【００３３】
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態ですりつぶす方法等が挙げられる。
【００３４】
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、配管につまりが生じたり、所望の物性の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や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。
【００３５】
原材料である金属化合物としては、揮発性または昇華性を有し、反応雰囲気中の酸素または水と反応して金属酸化物が形成されるものを使用する。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
次に、気化および／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。
【００３９】
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体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、金属化合物を気化および／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。
【００４０】
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、安全性の面から、窒素ガス、不活性ガスが好ましく、特に窒素ガスが経済性の面より好ましい。
【００４１】
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（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０．０１〜１となるようにすることが好ましく、０．０５〜０．７となるようにすることがより好ましく、０．１〜０．５となるようにすることがさらに好ましい。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。
【００４２】
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。また、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（０．００１〜２０ａｔｍ）とすることが好ましく、１．０１×１０4〜１．０１×１０6Ｐａ（０．１〜１０ａｔｍ）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。
【００４３】
金属化合物を空気中の酸素または水と反応させて、絶縁膜をメッシュ状導電体上に形成するための最適な反応温度及び反応時間は、反応条件や使用する原材料の種類、及び必要な絶縁膜の膜厚に応じて異なるが、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、金属化合物を気体化させる温度よりも高いことが好ましい。
【００４４】
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く、複数回形成する場合、メッシュ状導電体に形成された絶縁膜上にさらに１回以上絶縁膜を形成してもよいし、１回目で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。
【００４５】
図３に、金属酸化物絶縁膜を被覆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。
【００４６】
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、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２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。
【００４７】
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。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及び／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及び／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及び／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）型電極等が挙げられる。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。
【００４８】
ここで、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た状態で接合されており、１層以上の絶縁物をその間にはさんでいても差し支えない。
【００４９】
メッシュ状導電体２と導電性基材１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が、好ましくはフリットガラスによる接着である。
【００５０】
本発明の電子放出素子は、組み立てる順番によっては、電子放出源４の上に、メッシュ状導電体２が接合される場合があるが、メッシュ状導電体２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。具体的には、メッシュ状導電体２の導電性基材１または電子放出源４と接触する部分、好ましく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あらかじめ絶縁膜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。
【００５１】
また、電子放出源４は、導電性基材１と電気的に導通した状態で接合されており、１層以上の導電物をその間にはさんでいても差し支えない。
【００５２】
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１上に電子放出源４を直接形成する方法である。
【００５３】
電子放出源４を形成する箇所は、好ましくは、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越えない箇所、さらに好ましくは、メッシュ状導電体２の開口部内部である。
【００５４】
本発明の電子放出素子は、図４（ａ）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１２の最上部までの距離をｄ2とした場合、１０×ｄ1≧ｄ2であることが好ましく、より好ましくは３×ｄ1≧ｄ2、さらに好ましくはｄ1≧ｄ2である。１０×ｄ1＜ｄ2の場合、電子放出源１２に対するメッシュ状導電体２からの電界効果に乏しく好ましくない。
【００５５】
ここで、導電性基材１とメッシュ状導電体２や電子放出源１２が、例えば接着剤等の物質で接合される場合や、異種の物質を介して接合される場合、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、ｄ1は導電性基材１の最上部または導電性基材１と直接接している導電性を有する物質の最上部から、メッシュ状導電体２の導電層最下部までの小さい方の距離を指す。また、ｄ2は導電性基材１と直接接している導電性を有する物質の最上部から電子放出源１２の最上部までの距離を指す。また、図４（ｄ）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、導電性基材１の凹部底面から電子放出源１２の最上部までの距離をｄ2とする。
【００５６】
なお、図４（ａ）〜（ｄ）では電子放出源１２の例としてコーン状電子放出源を示したが、他の電子放出源であっても同様である。
【００５７】
次に、本発明の電子放出素子の製造方法について説明する。
【００５８】
一の好ましい方法は、少なくとも１箇所の開口部を持った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でマスクを外し、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、導電性基材上に接合する方法である。
【００５９】
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電気的に絶縁された状態で接合した状態で、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、従来公知の方法でこれらを除去することが好ましい。
【００６０】
電子放出源を導電性基材上に直接形成する方法の具体例を以下に示す。
【００６１】
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。
【００６２】
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及び／または微粒子を向かわせて導電性基材に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及び／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及び／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を形成することができるが、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。
【００６３】
尚、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】
【００６４】
本発明を実施例に基づいて説明する。
【００６５】
図１に示す電子放出素子を作成した。
【００６６】
メッシュ状導電体２としては、図２に示すように、縦１１５０μｍ×横５２００μｍ×厚さ１００μｍのステンレス板を使用した。ステンレス板には、短軸及び長軸の端部から各々１００μｍ隔てて開口部の端部が存在し、開口部は短軸方向に１０個、長軸方向に２０個、合計２００個存在している。開口部の大きさは、短軸に平行な方向の長さが５０μｍ、長軸に平行な方向の長さが２００μｍであり、開口部相互は、縦、横方向とも５０μｍの間隔で配置している。
【００６７】
まず、図３に示す製造装置を用い、絶縁膜３で被覆されたメッシュ状導電体２を製造する。
【００６８】
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。
【００６９】
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。尚、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。
【００７０】
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２μｍになるように被覆する。
【００７１】
さらに、片面が絶縁膜３で被覆されたメッシュ状導電体２を裏返してメッシュ状導電体２のもう片面を絶縁膜３の厚みが２μｍになるように被覆する。この際、外部と導通を取る部分はマスク等の方法によって絶縁膜３で被覆されないようにする。
【００７２】
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を導電性基材１の上に絶縁性の封止材（図示しない）を用いて固定する。この時、導電性基材１とメッシュ状導電体２は電気的に完全に絶縁されるようにする。
【００７３】
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、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。
【００７４】
図５は、このようにして作成された電子放出素子を用いた、発光装置である。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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で囲い、内部を真空にして密封する。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、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が透明電極であれば、ガラス基板Ｇ１から光が放射される。
【００７８】
この発光装置の電子放出素子１０は、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、絶縁膜３で被覆されたメッシュ状導電体２が陰極と陽極の隔壁とな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。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
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】
【００８０】
【図１（ａ）】本発明の電子放出素子の一例を示す概略斜視図である。
【図１（ｂ）】図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】メッシュ状導電体の一例を示す概略構成図である。
【図３】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４（ａ）】本発明の電子放出素子の好ましい形態を示す概略構成図である。
【図４（ｂ）】本発明の電子放出素子の好ましい形態を示す概略構成図である。
【図４（ｃ）】本発明の電子放出素子の好ましい形態を示す概略構成図である。
【図４（ｄ）】本発明の電子放出素子の好ましい形態を示す概略構成図である。
【図５】本発明の発光装置の一例を示す概略構成図である。
【図６】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７（ａ）】従来（特許文献１）の電界放出型表示装置を示す概略断面図である。
【図７（ｂ）】従来（特許文献１）の電界放出型表示装置を示す概略平面図である。
【図８】従来（特許文献２）の電界放出型表示装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００８１】
Ｄ１    透明導電性膜
Ｄ２    透明導電性膜
Ｈ      発光体
Ｇ１    ガラス基板（容器）
Ｇ２    ガラス基板（容器）
１      導電性基材
２      メッシュ状導電体
３      絶縁膜
４      電子放出源
６      絶縁物質
７      導電物質
１０    電子放出素子
１１    シリコン基板
１２    コーン状電子放出源
１３    絶縁層
１４    穴
１５    ゲート電極
５１    窒素の供給源
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
１０１  バックプレート
１０２  クロム電極
１０３  粒子
１０４  電子放出源
１０５  ＳｉＯ2層
１０６  アルミニウム電極
１１０  カソード基板
１１１  絶縁層
１１２  カソード電極
１１３  抵抗層
１１４  電子放出源
１１５  シールド電極
１１６  開口部
１１７  アノード電極
１１８  蛍光体層
１１９  メタルバック層
【図１（ａ）】
2005203103.tif 000003
【図１（ｂ）】
2005203103.tif 000004
【図２】
2005203103.tif 000005
【図３】
2005203103.tif 000006
【図４（ａ）】
2005203103.tif 000007
【図４（ｂ）】
2005203103.tif 000008
【図４（ｃ）】
2005203103.tif 000009
【図４（ｄ）】
2005203103.tif 000010
【図５】
2005203103.tif 000011
【図６】
2005203103.tif 000012
【図７（ａ）】
2005203103.tif 000013
【図７（ｂ）】
2005203103.tif 000014
【図８】
2005203103.tif 000015