(57)【要約】【課題】電子を均一に放出することができ、製造工程が簡単であり低コストで製造することの可能な電子放出素子と、この電子放出素子を備えて画素間の均一度を向上させることの可能なディスプレイ装置および電子放出素子の製造方法を提供する。【解決手段】第１基板１１０と、第１基板１１０上に配置されたカソード電極１２０および電子放出源と、カソード電極１２０と電気的に絶縁されるように配置されたゲート電極１４０と、カソード電極１２０とゲート電極１４０との間に配置され、カソード電極１２０とゲート電極１４０とを絶縁する絶縁体層１３０と、カソード電極１２０に接するように配置され、半導体カーボンナノチューブを含む抵抗層１２５と、を備える電子放出素子１０１である。【選択図】図３
2007103346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
前記第１基板上に配置されたカソード電極および電子放出源と、
前記カソード電極と電気的に絶縁されるように配置されたゲート電極と、
前記カソード電極と前記ゲート電極との間に配置され、前記カソード電極と前記ゲート電極とを絶縁する絶縁体層と、
前記カソード電極に接するように配置され、半導体カーボンナノチューブを含む抵抗層と、
を備える電子放出素子。
【請求項２】
前記抵抗層は、１０３Ωｃｍ〜１０５Ωｃｍの抵抗値を有す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】
前記抵抗層は、電子放出源と前記カソード電極との間に配置され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】
前記抵抗層は、電子放出源の側面に接するように配置され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５】
前記ゲート電極の上面を覆う第２絶縁体層と、
前記第２絶縁体層により前記ゲート電極と絶縁され、前記ゲート電極と略平行に配置される集束電極と、
をさらに備え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】
前記カソード電極と前記ゲート電極とは、相互に交差するように延びて配置され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】
第１基板と、
前記第１基板上に配置された複数のカソード電極と、
前記カソード電極と交差するように配置された複数のゲート電極と、
前記カソード電極と前記ゲート電極との間に配置され、前記カソード電極と前記ゲート電極とを絶縁する絶縁体層と、
前記カソード電極と前記ゲート電極とが交差する位置に形成された電子放出源ホールと、
前記電子放出源ホール内に配置された電子放出源と、
前記電子放出源および前記カソード電極に接するように設置され、半導体カーボンナノチューブを含む抵抗層と、
を備え、
前記第１基板と略平行に配置された第２基板と、
前記第２基板の、前記第１基板と対向する面側に配置されたアノード電極と、
前記アノード電極の、前記第１基板と対向する面側に配置された蛍光体層と、
をさらに備えることを特徴とする、電子放出ディスプレイ装置。
【請求項８】
前記抵抗層は、１０３Ωｃｍ〜１０５Ωｃｍの抵抗値を有することを特徴とする、請求項７に記載の電子放出ディスプレイ装置。
【請求項９】
前記抵抗層は、前記電子放出源と前記カソード電極との間に配置されることを特徴とする、請求項７または８に記載の電子放出ディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記抵抗層は、前記電子放出源の側面に接するように配置されることを特徴とする、請求項７または８に記載の電子放出ディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記ゲート電極の上面を覆う第２絶縁体層と、
前記第２絶縁体層により前記ゲート電極と絶縁され、前記ゲート電極と略平行に配置された集束電極と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれかに記載の電子放出ディスプレイ装置。
【請求項１２】
基板、カソード電極、絶縁体層およびゲート電極を形成する素材を順次形成する工程（ａ）と、
前記ゲート電極素材の上面に、フォトレジストによって所定の厚さのマスクパターンを形成する工程（ｂ）と、
前記マスクパターンを利用して、前記ゲート電極、前記絶縁体層および前記カソード電極を部分エッチングして電子放出源ホールを形成する工程（ｃ）と、
電子放出源および抵抗層に使われるカーボンナノチューブを、半導体カーボンナノチューブと導体カーボンナノチューブとに分離する工程（ｄ）と、
前記工程（ｄ）で分離された半導体カーボンナノチューブとネガティブ感光性物質とを含む抵抗層用カーボンペーストを、前記電子放出源ホールに塗布する工程（ｅ）と、
前記導体カーボンナノチューブと前記ネガティブ感光性物質とを含む電子放出用カーボンペーストを、前記抵抗層用カーボンペースト上に塗布する工程（ｆ）と、
塗布された抵抗層用カーボンペーストおよび電子放出用カーボンペーストを選択的に露光して硬化させる工程（ｇ）と、
硬化されずに残存するカーボンペーストと前記フォトレジストとを除去する工程（ｈ）と、
を含むことを特徴とする、電子放出素子の製造方法。
【請求項１３】
前記工程（ｅ）、前記工程（ｆ）、前記工程（ｇ）は、順次に行われ、
前記工程（ｇ）は、一回の露光工程で前記抵抗層用カーボンペーストのうち前記抵抗層を形成する部分と、前記電子放出用カーボンペーストのうち前記電子放出源を形成する部分とを硬化させることを特徴とする、請求項１２に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１４】
前記工程（ｅ）、前記工程（ｆ）、前記工程（ｇ）は、
前記工程（ｅ）が行われた後に前記工程（ｇ）が行われ、前記抵抗層用カーボンペーストのうち抵抗層を形成する部分が選択的に硬化され、
また、前記工程（ｆ）が行われた後に工程（ｇ）が再度行われ、前記電子放出用カーボンペーストのうち電子放出源を形成する部分を選択的に硬化させることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１５】
前記工程（ｄ）は、
ニトロニウム（ＮＯ２＋）が含まれた溶液にカーボンナノチューブを混ぜる工程と、
カーボンナノチューブが含まれた前記溶液に超音波を加えて金属性カーボンナノチューブを破壊する工程と、
超音波処理が完了した溶液をフィルタで濾過して半導体カーボンナノチューブを得る工程と、
を含むことを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１６】
抵抗層用カーボンペーストに含まれる半導体カーボンナノチューブの含量を調節して、前記抵抗層の最終抵抗値を調節する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子、これを備えた電子放出ディスプレイ装置およびその製造方法に関し、より詳細には、電子放出源として冷陰極を利用する方式の電子放出素子と、これを備える電子放出ディスプレイ装置および電子放出素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子放出素子は、電子放出源として熱陰極を利用する方式と冷陰極を利用する方式とがある。冷陰極を利用する方式の電子放出素子としては、ＦＥＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｔｔｅｒ  Ａｒｒａｙ）型、ＳＣＥ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｅｍｉｔｔｅｒ）型、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）型およびＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型、ＢＳＥ（Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ）型が知られている。
【０００３】
ＦＥＡ型は、仕事関数が小さい物質またはβ関数が大きい物質を電子放出源として使用する場合、真空中で電界差によって容易に電子が放出される原理を利用したものであって、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）などを主材質とした、鋭利な先端を有するチップ構造物や、グラファイト、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）などの炭素系物質、そしてナノチューブやナノワイヤなどのナノ物質を電子放出源に適用した素子が開発されている。
【０００４】
ＳＣＥ型は、第１基板上に相互対向して配置された第１電極と第２電極との間に導電薄膜を備え、導電薄膜に微細亀裂を生じさせることによって電子放出源を形成した素子である。かかる素子は、電極に電圧を印加して導電薄膜の表面に電流を流すことにより、微細亀裂である電子放出源から電子が放出される原理を利用する。
【０００５】
ＭＩＭ型およびＭＩＳ型電子放出素子は、それぞれ金属−誘電層−金属（ＭＩＭ：Ｍｅｔａｌ−ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｌａｙｅｒ−Ｍｅｔａｌ）と金属−誘電層−半導体（ＭＩＳ：Ｍｅｔａｌ−ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｌａｙｅｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造の電子放出源を形成し、誘電層を介して位置する二つの金属または金属と半導体との間に電圧を印加することによって、高い電子電位を有する金属または半導体から低い電子電位を有する金属方向に電子が移動および加速しながら放出される原理を利用した素子である。
【０００６】
ＢＳＥ型は、半導体のサイズを、半導体のうち電子の平均自由行程より小さい寸法領域まで縮小すると電子が散乱せずに走行する原理を利用して、オーミック電極上に金属または半導体からなる電子供給層を形成し、さらに電子供給層上に絶縁体層と金属薄膜とを形成して、オーミック電極と金属薄膜とに電源を印加することによって電子を放出させる素子である。
【０００７】
このうち、ＦＥＡ型電子放出素子は、カソード電極およびゲート電極の配置形態によって大きくトップゲート型とアンダーゲート型とに分類され、また、使用される電極の数によって、２極管、３極管または４極管に分類される。ＦＥＡ型電子放出素子を利用したディスプレイ装置の例を、図１および図２に示す。
【０００８】
図１は、従来のトップゲート型電子放出ディスプレイ装置の概略的な構成を示す部分斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切り取った断面図である。
【０００９】
図１および図２に示すように、従来の電子放出ディスプレイ装置１は、前面パネル１ｂと、前面パネル１ｂに対して平行に配置され、真空の発光空間３を形成する電子放出素子１ａとを備える。さらに、前面パネル１ｂおよび電子放出素子１ａとの間隔を維持するスペーサ６０を備える。
【００１０】
電子放出素子１ａは、第１基板１０と、第１基板１０上に交差するように配置されたゲート電極４０と、カソード電極２０と、ゲート電極４０とカソード電極２０との間に配置され、ゲート電極４０とカソード電極２０とを電気的に絶縁する絶縁体層３０とを備える。
【００１１】
ゲート電極４０とカソード電極２０とが交差する領域には、電子放出源ホール３１が形成されており、その内部に電子放出源５０が配置されている。
【００１２】
前面パネル１ｂは、第２基板９０と、第２基板９０の底面に配置されたアノード電極８０と、アノード電極８０の底面に配置された蛍光体層７０とを備える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このようなＦＥＡ型電子放出素子を活用して画像を具現するディスプレイ装置を作成する場合に、画素間の輝度均一度が落ちる場合がある。これは、各電子放出源に印加される電圧に偏差が生じる場合に発生する問題であるが、このような問題によってディスプレイ装置の品位を大きく阻害することがあり、ディスプレイ装置の品質向上のためには、必ず解決せねばならない問題である。このため、このような画素間の均一度が低下する問題に対する解決策が強く要求されている。
【００１４】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、電子を均一に放出することができ、製造工程が簡単であり低コストで製造することの可能な電子放出素子と、この電子放出素子を備えて画素間の均一度を向上させることの可能な、新規かつ改良されたディスプレイ装置および電子放出素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、第１基板と、第１基板上に配置されたカソード電極および電子放出源と、カソード電極と電気的に絶縁されるように配置されたゲート電極と、カソード電極とゲート電極との間に配置され、カソード電極とゲート電極とを絶縁する絶縁体層と、カソード電極に接するように配置され、半導体カーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏ  Ｔｕｂｅ）を含む抵抗層と、を備える電子放出素子が提供される。
【００１６】
ここで、抵抗層は、１０３Ωｃｍ〜１０５Ωｃｍの抵抗値を有することが望ましい。かかる抵抗層は、電子放出源とカソード電極との間に配置されてもよく、電子放出源の側面に接するように配置されてもよい。
【００１７】
ここで、ゲート電極の上側を覆う第２絶縁体層と、第２絶縁体層によりゲート電極と絶縁され、ゲート電極と平行な方向に配置された集束電極と、をさらに備えることもできる。カソード電極とゲート電極とは、相互交差する方向に延びて配置されていることが望ましい。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、第１基板と、第１基板上に配置された複数のカソード電極と、カソード電極と交差するように配置された複数のゲート電極と、カソード電極とゲート電極との間に配置され、カソード電極とゲート電極とを絶縁する絶縁体層と、カソード電極とゲート電極とが交差する位置に形成された電子放出源ホールと、電子放出源ホール内に配置された電子放出源と、電子放出源とカソード電極何れにも接するように設置され、半導体ＣＮＴを含む抵抗層と、を備える電子放出ディスプレイ装置が提供される。かかる電子放出ディスプレイ装置は、第１基板と実質的に平行に配置される第２基板と、第２基板に配置されたアノード電極と、アノード電極に配置された蛍光体層と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
ここで、抵抗層は、１０３Ωｃｍ〜１０５Ωｃｍの抵抗値を有することが望ましい。かかる抵抗層は、電子放出源とカソード電極との間に配置されてもよく、電子放出源の側面に接するように配置されてもよい。
【００２０】
また、ゲート電極の上側を覆う第２絶縁体層と、第２絶縁体層によりゲート電極と絶縁され、ゲート電極と略平行な方向に配置された集束電極と、をさらに備えることもできる。
【００２１】
さらに、本発明の他の目的は、基板、カソード電極、絶縁体層およびゲート電極を形成する素材を順次に形成する工程（ａ）と、ゲート電極素材の上面に、フォトレジストにより所定の厚さのマスクパターンを形成する工程（ｂ）と、マスクパターンを利用して、ゲート電極、絶縁体層およびカソード電極を部分エッチングして電子放出源ホールを形成する工程（ｃ）と、電子放出源および抵抗層に使われるＣＮＴを半導体ＣＮＴと導体ＣＮＴとに分離する工程（ｄ）と、工程（ｄ）で分離された半導体ＣＮＴとネガティブ感光性物質とを含む抵抗層用カーボンペーストを電子放出源ホールに塗布する工程（ｅ）と、導体ＣＮＴとネガティブ感光性物質とを含む電子放出用カーボンペーストを抵抗層用カーボンペースト上に塗布する工程（ｆ）と、塗布されたカーボンペーストを選択的に露光して硬化させる工程（ｇ）と、硬化されずに残っているカーボンペーストとフォトレジストとを除去する工程（ｈ）と、を含む電子放出素子の製造方法が提供される。
【００２２】
ここで、工程（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）は、順次に行われ、工程（ｇ）は、一回の露光工程で抵抗層用カーボンペーストのうち抵抗層を形成する部分と、電子放出用カーボンペーストのうち電子放出源を形成する部分とを同時に硬化させることが望ましい。
【００２３】
また、工程（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）は、工程（ｅ）が行われた後に工程（ｇ）が行われることによって抵抗層用カーボンペーストのうち抵抗層を形成する部分が選択的に硬化され、その後、工程（ｆ）が行われた後に工程（ｇ）がもう一度行われることによって電子放出用カーボンペーストのうち電子放出源を形成する部分を選択的に硬化させることができる。
【００２４】
ここで、工程（ｄ）は、ニトロニウム（ＮＯ２＋）が含まれた溶液にＣＮＴを混ぜる工程と、ＣＮＴが含まれた溶液に超音波を加えて金属性ＣＮＴを破壊する工程と、超音波処理が完了した溶液をフィルタで濾過して半導体ＣＮＴを得る工程と、を含むこともできる。
【００２５】
さらに、抵抗層用カーボンペーストに含まれている半導体ＣＮＴの含量を調節して、抵抗層の最終抵抗値を調節する工程を含んでもよい。
【００２６】
本発明によれば、電子放出源に印加される電圧が均一に分布されることによって、電子放出源から放出される電子を均一に発生させることができ、ディスプレイ装置にこのような電子放出素子を採用することにより、画素間の均一度を向上させることができる。
【００２７】
また、集束電極を追加し、半導体性質を有するＣＮＴを利用して抵抗層を形成することによって、電子を均一に放出することができるという効果をさらに向上することができる。
【００２８】
また、半導体性質を有するＣＮＴで抵抗層を形成することによって、抵抗層を形成する工程を既存の電子放出源を形成する工程にそのまま適用することができるので、工程を非常に簡単にすることができる。
【００２９】
また、既存の電子放出源を形成する工程と共に抵抗層を形成する工程を行うことによって、工程を大きく変化させなくとも上記のような効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように本発明によれば、電子を均一に放出することができ、製造工程が簡単であり低コストで製造することの可能な電子放出素子と、この電子放出素子を備えて画素間の均一度を向上させることの可能な、ディスプレイ装置および電子放出素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３２】
（第１の実施形態）
まず、図３および図４に基づいて、本発明の第１の実施形態にかかるディスプレイ装置について説明する。なお、図３は、本実施形態にかかる電子放出素子、およびこれを利用して具現したディスプレイ装置の構成を概略的に示す断面図である。図４は、図３のＩＶ部分の拡大図である。
【００３３】
図３および図４に示すように、本実施形態にかかる電子放出素子１０１は、第１基板１１０と、カソード電極１２０と、ゲート電極１４０と、第１絶縁体層１３０と、電子放出源１５０と、抵抗層１２５とを備える。
【００３４】
第１基板１１０は、所定の厚さを有する板状の部材であって、例えば石英ガラス、少量のＮａのような不純物を含有したガラス、板ガラス、ＳｉＯ２がコーティングされたガラス基板、酸化アルミニウムまたはセラミック基板を用いることができる。また、フレキシブルディスプレイ装置を具現する場合には、柔軟な材質を用いてもよい。
【００３５】
カソード電極１２０は、第１基板１１０上に一方向に延びるように配置され、通常の電気導電物質からなる。例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｐｄなどの金属またはその合金、ガラスおよびＰｄ、Ａｇ、ＲｕＯ２、Ｐｄ−Ａｇなどの金属または金属酸化物で構成された印刷された導電体、Ｉｎ２Ｏ３またはＳｎＯ２などの透明導電体、または多結晶シリコンなどの半導体物質で形成することができる。
【００３６】
ゲート電極１４０は、カソード電極１２０と絶縁体層１３０とを挟んで配置され、カソード電極１２０のように一般的な電気導電物質で形成することができる。
【００３７】
絶縁体層１３０は、ゲート電極１４０とカソード電極１２０との間に配置され、カソード電極１２０とゲート電極１４０とを絶縁することによって二つの電極間においてショートすることを防止する。
【００３８】
電子放出源１５０は、カソード電極１２０と通電するように配置され、ゲート電極１４０の前面パネル１０２側方向の高さよりも低い位置に配置される。電子放出源１５０の材料としては、針状構造を有するものであれば使用することができる。特に、仕事関数が小さく、β関数が大きいＣＮＴ、グラファイト、ダイヤモンドおよびダイヤモンド状カーボンなどの炭素系物質からなることが望ましい。特に、ＣＮＴは、電子放出特性に優れており、低電圧駆動が容易であるので、これを電子放出源として使用するとパネルの大面積化に有利である。
【００３９】
抵抗層１２５は、電子放出源１５０とカソード電極１２０のいずれにも接するように設置される。特に、図３のように、抵抗層１２５を、電子放出源１５０とカソード電極１２０との間に配置させることが工程を簡単することができるので望ましい。かかる抵抗層１２５は、電子放出源１５０に印加される電圧を均一に印加させる働きをする。すなわち、抵抗層１２５が配置されることによって印加される電圧が降下し、これにより、電子放出源１５０内で全面積に対して偏差の小さい電圧が印加され、ディスプレイ装置で構成される場合にも、隣接した電子放出源１５０の間に偏差の小さい電圧が印加される。
【００４０】
抵抗層１２５は、特に、半導体性質を有するＣＮＴを主成分として形成される。一般に、金属触媒を使用して合成されたＣＮＴには、半導体および導体のＣＮＴが混在されているので、このうち半導体性質を有するＣＮＴを分離して、この半導体ＣＮＴを抵抗層１２５の主原料として使用する。半導体ＣＮＴを得る方法については、後述する。
【００４１】
抵抗層１２５は、１，０００Ωｃｍ〜１００，０００Ωｃｍの抵抗値を有することが望ましい。抵抗値が１，０００Ωｃｍ以下である場合には、抵抗層１２５を使用してカソード電極に印加される電圧を均一にすることによる効果が得られない。すなわち、各電子放出源１５０で電子放出を均一にする効果や、これにより、画面のむらを防ぎ、発光を均一にするという効果が得られない。また、抵抗層１２５の抵抗値が１００，０００Ωｃｍを超える場合には、抵抗層１２５を形成することによって得る効果に関係なく、消費電力が過度に増加してしまい、実用化が困難となる。
【００４２】
一方、抵抗層１２５の抵抗値は、抵抗層１２５に含まれた半導体ＣＮＴの含量を調節して調節できる。また、半導体ＣＮＴの一部にドーピングして抵抗値を調節してもよい。
【００４３】
以上説明したような構成を有する電子放出素子１０１は、カソード電極に（−）電圧を印加し、ゲート電極に（＋）電圧を印加して、電子放出源１５０から電子を放出させることができる。
【００４４】
一方、前述した電子放出素子１０１は、可視光線を発生して画像を具現するディスプレイ装置に利用することができる。ディスプレイ装置に構成するためには、本実施形態にかかる電子放出素子の第１基板１１０に対して平行に配置される第２基板１９０と、第２基板１９０上に設置されるアノード電極１８０と、アノード電極１８０に設置された蛍光体層１７０とをさらに備える。
【００４５】
また、単純にランプとして可視光線を発生させるのではなく、画像を具現するためには、カソード電極１２０とゲート電極１４０とが相互に交差するように配置させることが望ましい。
【００４６】
また、ゲート電極１４０とカソード電極１２０とが交差する領域には、電子放出源ホール１３１が形成され、その内部に電子放出源１５０が配置される。
【００４７】
第１基板１１０を備える電子放出素子１０１と第２基板１９０を備える前面パネル１０２とは、互いに所定の間隔を維持しつつ対向して発光空間１０３を形成し、電子放出素子１０１と前面パネル１０２との間隔を維持するために、スペーサ１６０が配置される。スペーサ１６０は、例えば、絶縁物質から形成することができる。
【００４８】
また、内部の真空を維持するために、例えばフリットを用いて電子放出素子１０１および前面パネル１０２が形成する空間の周りを密封し、内部の空気などを排気することもできる。
【００４９】
このような構成を有する電子放出ディスプレイ装置は、次のように動作する。
【００５０】
まず、電子放出のためにカソード電極１２０に（−）電圧を印加し、ゲート電極１４０には（＋）電圧を印加し、カソード電極１２０に設置された電子放出源１５０から電子を放出させる。また、アノード電極１８０に強い（＋）電圧を印加してアノード電極１８０方向に放出された電子を加速させる。このように電圧を印加することにより、電子放出源１５０を構成する針状の物質から電子が放出されてゲート電極１４０に向かって進み、アノード電極１８０に向かって加速される。アノード電極１８０に向かって加速された電子は、アノード電極１８０側に位置する蛍光体層１７０にぶつかりながら可視光線を発生する。
【００５１】
一方、本実施形態の電子放出素子にて使用される抵抗層１２５によって、画素をなす電子放出源に印加される電圧を均一にすることができ、画素間の輝度均一度が高まって、画像の品質を向上させることができる。
【００５２】
次に、以下では、本実施形態にかかる電子放出素子の製造方法について説明する。この製造方法は、一実施形態に過ぎず、必ずしも下記の方法で製造されねばならないということではない。
【００５３】
まず、第１基板１１０、カソード電極１２０、絶縁体層１３０およびゲート電極１４０を形成する素材を順次に所定厚さに積層する。積層は、例えばスクリーンプリンティング等により行うことが望ましい。
【００５４】
次いで、ゲート電極１４０の上面に、所定の厚さのマスクパターンを形成する。マスクパターンの形成は、電子放出源ホールを形成するためのものであって、フォトレジスト（Ｐｈｏｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔ：ＰＲ）を塗布し、例えばＵＶ、Ｅ−ビーム等を利用してパターンを形成するフォトリソグラフィ工程によって行うことができる。
【００５５】
さらに、マスクパターンを利用してゲート電極１４０、絶縁体層１３０およびカソード電極１２０をエッチングして電子放出源ホールを形成する。エッチング工程は、ゲート電極１４０、絶縁体層１３０およびカソード電極１２０の材料、厚さによってエッチング液を利用する湿式エッチングや、腐食性ガスを利用する乾式エッチングまたはイオンビームを利用するマイクロマシニング方式によって行うことができる。
【００５６】
その後、カーボン物質を含むカーボンペーストを製造する。カーボンペーストは、抵抗層形成用と電子放出源用とを別途に製造する。抵抗層形成用カーボンペーストは、カーボン物質として半導体性質を有するＣＮＴを混合して製造する。電子放出源用カーボンペーストは、通常の半導体と導体ＣＮＴとが混在するＣＮＴパウダーを混合して製造する。そして、抵抗層形成用カーボンペーストを電子放出源ホールに塗布した後、抵抗層形成用カーボンペーストの上に電子放出源用カーボンペーストを塗布する。塗布工程は、例えばスクリーンプリンティングによって行うことができる。
【００５７】
次いで、抵抗層形成用カーボンペーストのうち抵抗層を形成する部分と、電子放出源用カーボンペーストのうち電子放出源を形成する部分とをそれぞれ硬化させる。この工程は、カーボンペーストに感光性樹脂が含まれる場合と含まれない場合とでは、硬化させる方法が異なる。
【００５８】
感光性樹脂が含まれる場合には、露光工程を利用する。例えば、ネガティブ感光性物質であるネガティブ感光性を有する感光性樹脂を含む場合、ネガティブ感光性樹脂は、光を受ければ硬化する特性を有するので、フォトリソグラフィ工程でフォトレジストを塗布した後、光を選択的に照射して、カーボンペーストのうち必要な部分のみを硬化させて抵抗層および電子放出源を形成することが可能である。したがって、その後、露光後現像して硬化されずに残っているカーボンペーストとフォトレジストとを除去して電子放出素子を完成させることができる。
【００５９】
一方、カーボンペーストに感光性樹脂を含んでいない場合には、次のような方法で電子放出源および抵抗層を形成することができる。カーボンペーストが感光性樹脂を含んでいない場合には、別途のフォトレジストパターンを利用したフォトリソグラフィ工程が必要である。すなわち、フォトレジスト膜を利用してフォトレジストパターンを先に形成した後、フォトレジストパターンを利用してカーボンペーストを印刷して供給する。
【００６０】
上述したように、印刷されたカーボンペーストは、酸素ガス、または約１０００ｐｐｍ以下、特に１０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの酸素が存在する窒素ガス雰囲気下で焼成工程を経る。このような酸素ガス雰囲気下での焼成工程を通じて、カーボンペーストのうちＣＮＴは基板との接着力が向上し、ビークルは揮発、除去され、他の無機バインダー等が溶融した後凝固することによって、電子放出源の耐久性を向上させることができる。
【００６１】
ここで、焼成温度は、カーボンペーストに含まれたビークルの揮発温度および時間を考慮して決定しなければならない。一般的な焼成温度は、３５０℃〜５００℃、望ましくは、約４５０℃である。これは、焼成温度が３５０℃未満であれば、ビークルなどの揮発が十分になされないという問題点が発生し、焼成温度が５００℃を超えれば、製造コストが上昇し、基板が損傷する恐れがあるという問題が発生するためである。
【００６２】
このように焼成された焼成結果物は、必要に応じて活性化工程を行う。活性化工程の一例によれば、熱処理工程を通じてフィルム状に硬化される溶液、例えば、ポリイミド系高分子を含む電子放出源の表面処理剤を焼成結果物上に塗布した後、これを熱処理し、熱処理によって形成されたフィルムを剥離することができる。また、活性化工程の他の例によれば、所定の駆動源として駆動されるローラの表面に接着力を有する接着部を形成して、このローラによって焼成結果物の表面に所定の圧力で加圧して活性化工程を行うこともできる。このような活性化工程を通じて、ナノサイズを有する無機物は、電子放出源の表面に露出される、または垂直配向されるように制御することができる。
【００６３】
一方、カーボンペーストには、ＣＮＴ以外にカーボンペーストの印刷性および粘度を調節するためにビークルをさらに含む。ビークルは、例えば樹脂成分および溶媒成分から形成することができる。
【００６４】
樹脂成分は、例えば、エチルセルロース、ニトロセルロース等のセルロース系樹脂と、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレートおよびウレタンアクリレート等のアクリル系樹脂と、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチラル、ポリビニルエーテル等のビニル系樹脂のうち少なくとも一つを含むことができるが、これに制限されるものではない。また、上述したような樹脂成分のうちの一部は、感光性樹脂の役割を同時に行うこともできる。
【００６５】
溶媒成分は、例えば、テルピネオール、ブチルカルビトール（Ｂｕｔｙｌ  Ｃａｒｂｉｔｏｌ：ＢＣ）、ブチルカルビトールアセテート（Ｂｕｔｙｌ  Ｃａｒｂｉｔｏｌ  Ａｃｅｔａｔｅ：ＢＣＡ）、トルエンおよびテキサノールのうち少なくともいずれか一つを含むことができる。このうち、溶媒成分は、テルピネオールを含むことが望ましい。
【００６６】
一方、溶媒成分の含量が過度に少ないあるいは多い場合には、カーボンペーストの印刷性および流動性が低下するという問題が発生する可能性がある。特に、ビークルの含量が過度に多い場合には、乾燥時間が過度に長くなるという問題がある。
【００６７】
また、カーボンペーストは、必要に応じて、感光性樹脂、光開始剤および充填剤のうち選択されたいずれか一つ以上をさらに含むこともできる。
【００６８】
一方、上述した感光性樹脂の非限定的な例には、アクリレート系モノマー、ベンゾフェノン系モノマー、アセトフェノン系モノマー、またはチオキサントン系モノマーなどがあり、より具体的には、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、２，４−ジエチルオキサントン、または２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンなどを使用できる。
【００６９】
光開始剤は、感光性樹脂が露光されるときに感光性樹脂の架橋結合を開始する役割を行う。光開始剤の非限定的な例として、例えばベンゾフェノンなどがある。
【００７０】
充填剤は、基板と十分に接着されていないナノサイズを有する無機物の伝導性をさらに向上させる役割を行う物質であって、その非限定的な例としては、例えばＡｇ、Ａｌ、などがある。
【００７１】
上記説明では、カーボンペーストを使用して電子放出源と抵抗層とを形成する方法を説明したが、このような方法以外に、化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）成長方法を利用して電子放出源を形成してもよい。ただし、半導体ＣＮＴを含む抵抗層は、ＣＶＤ成長方法では形成し難いので、電子放出源をＣＶＤ成長方法で形成する場合にも、抵抗層の場合には、カーボンペーストを印刷する方式で形成することが望ましい。また、工程を簡単にできるという点で、カーボンペーストを印刷する方式で抵抗層と電子放出源いずれも製作することがさらに望ましい。
【００７２】
次に、本実施形態で、抵抗層の主材料として使われる半導体ＣＮＴを得る方法について説明する。
【００７３】
まず、テトラメチレンスルホン（Ｔｅｔｒａ  Ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｓｕｌｆｏｎｅ：ＴＭＳ）／クロロホルム溶液にＮＯ２ＳｂＦ６とＮＯ２ＢＦ４とを添加する。この溶液には、ニトロニウム（ＮＯ２＋）が存在する。
【００７４】
次いで、この溶液に半導体と導体とが混在されているＣＮＴパウダーを加える。ＣＮＴパウダーが含まれた状態で溶液を掻き混ぜる、または超音波を加える。この過程で、金属性ＣＮＴが破壊されて、導体性質を有するＣＮＴは消失する。そして、溶液をフィルタによって濾過し、溶液から半導体性質を有するＣＮＴのみを得ることができる。
【００７５】
このように得られた半導体ＣＮＴからペーストを製造し、これと別途に半導体と導体とが混在された通常のＣＮＴペーストを製造することができる。
【００７６】
以上、第１の実施形態にかかる電子放出素子について説明した。
【００７７】
（第２の実施形態）
次に、図５に基づいて、本発明の第２の実施形態にかかる電子放出素子について説明する。なお、図５は、本実施形態にかかる電子放出素子の概略的な構成を示す部分断面図である。
【００７８】
図５に示すように、本実施形態にかかる電子放出素子は、上述した第１の実施形態にかかる電子放出素子の構造に、第２絶縁体層１３５および集束電極１４５を追加した構造となっている。
【００７９】
集束電極１４５は、第２絶縁体層１３５によってゲート電極１４０と電気的に絶縁されるように設置される。また、カソード電極１２０およびゲート電極１４０によって形成される電界によって、電子放出源１５０から放出される電子を、可能な限り図３に示したような前面パネル１０２のアノード電極１８０に向かって直進させることができる。集束電極１４５の素材は、カソード電極１２０およびゲート電極１４０と同様に、電気伝導性に優れた素材から形成される。このように、集束電極１４５をさらに備える電子放出素子の場合にも、本実施形態のように半導体性質を有するＣＮＴからなる抵抗層１２５が形成される場合には、電子放出源に印加される電圧が均一に印加されるので、均一に電子放出させることができる。また、このような電子放出素子を採用したディスプレイ装置では、集束電極による電子集束効果と抵抗層による均一な電圧印加効果とが組み合わされて、画素間の均一性をより確保することができる。一方、製造工程中に抵抗層用カーボンペーストに含まれる半導体ＣＮＴの量を調節して、抵抗層の抵抗値を調節することが可能である。
【００８０】
（第３の実施形態）
次に、図６に基づいて、本発明の第３の実施形態にかかる電子放出素子について説明する。なお、図６は、本実施形態にかかる電子放出素子の概略的な構成を示す部分断面図である。
【００８１】
図６に示すように、本実施形態の電子放出素子と上述した第２の実施形態の電子放出素子との相違点は、抵抗層２２５が電子放出源２５０とカソード電極１２０との間に位置するのではなく、カソード電極１２０の上面および電子放出源２５０の側面に接するように位置するという点である。このように、カソード電極１２０の上面と電子放出源２５０の側面とに抵抗層２２５が接するように形成される場合にも、カソード電極１２０に印加される電圧をそれぞれの電子放出源２５０に均一に印加させる効果が得られる。また、抵抗層２２５を、半導体ＣＮＴを含む抵抗層用カーボンペーストを印刷することによって形成することが可能であり、抵抗層用カーボンペーストに含まれている半導体ＣＮＴの量を調節して抵抗層２２５の抵抗値を調節することも可能である。
【００８２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、電子放出素子、これを備えた電子放出ディスプレイ装置およびその製造方法に適用可能であり、特に電子放出源として冷陰極を利用する方式の電子放出素子と、これを備える電子放出ディスプレイ装置および電子放出素子の製造方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】従来の電子放出素子およびディスプレイ装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切り取った断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかる電子放出素子およびディスプレイ装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】図３のＩＶ部分の拡大図である。
【図５】本発明の第２の実施形態にかかる電子放出素子の構成を概略的に示す部分断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態にかかる電子放出素子の構成を概略的に示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１００            電子放出ディスプレイ装置
１０１            電子放出素子
１０２            前面パネル
１０３            発光空間
１１０            第１基板
１２０            カソード電極
１２５，２２５    抵抗層
１３０            第１絶縁体層
１３１            電子放出源ホール
１３５            第２絶縁体層
１４０            ゲート電極
１４５            集束電極
１５０，２５０    電子放出源
１６０            スペーサ
１７０            蛍光体層
１８０            アノード電極
１９０            第２基板
【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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