(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード導体とゲート電極間の前記ゲート電極から離間した位置に電子放出材料を配設し、前記カソード導体とゲート電極間に電圧を印加することにより前記電子放出材料から電子を放出する電子放出源の製造方法において、
絶縁基板にカソード導体を被着する工程と、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル及びナノカプセルの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を含むペースト材料を前記カソード導体に被着してカーボン層を形成する工程と、ペースト状の前記カーボン層に複数の粒子を被着した後、該カーボン層を乾燥する工程と、前記粒子を除去する工程とを備えて成ることを特徴とする電子放出源の製造方法。
【請求項２】
カソード導体とゲート電極間の前記ゲート電極から離間した位置に電子放出材料を配設し、前記カソード導体とゲート電極間に電圧を印加することにより前記電子放出材料から電子を放出する電子放出源の製造方法において、
絶縁基板にカソード導体を被着する工程と、前記カソード導体に抵抗層を被着する工程と、前記抵抗層にカーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル及びナノカプセルの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を含むペースト材料を被着してカーボン層を形成する工程と、ペースト状の前記カーボン層に複数の粒子を被着した後、該カーボン層を乾燥する工程と、前記粒子を除去する工程とを備えて成ることを特徴とする電子放出源の製造方法。
【請求項３】
前記粒子は有機物の球状粒子によって形成され、前記粒子を除去する工程として、前記粒子を焼成する工程を備えて成ることを特徴とする請求項１又は２記載の電子放出源の製造方法。
【請求項４】
前記粒子は無機物の球状粒子によって形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電子放出源の製造方法。
【請求項５】
前記粒子は、その粒径が１００ｎｍ〜１０μｍの範囲のものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の電子放出源の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一に記載の方法によって製造した電子放出源。
【請求項７】
電子放出源及び蛍光体が被着されたアノード電極を真空気密容器内に配設し、前記電子放出源から放出される電子を前記蛍光体に射突させることにより発光表示を行う蛍光発光型表示器において、前記電子放出源として、請求項６記載の電子放出源を使用したことを特徴とする蛍光発光型表示器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子を放出する電子放出源の製造方法、これによって製造した電子放出源及び前記電子放出源を使用した蛍光発光型表示器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電界の作用によって電子を放出する電界電子放出源は、熱エネルギーを利用する電子源（熱電子放出源）に比べ、省エネルギーで長寿命化が可能等、優れた点が多い。現在よく使われている電界電子放出源の材料としては、シリコン等の半導体、タングステン、モリブデンなどの金属、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ；Diamond-Like Carbon）等が知られている。
【０００３】
電界放出現象は、金属または半導体表面の印加電界を１０９Ｖ／ｍ程度にするとトンネル効果により障壁を通過して常温でも真空中に電子放出が行われる現象である。このため、電子を放出する電子放出材料によって形成された電子放出素子へ引出し電極（以下ゲート電極という）から、いかに高い電界を印可できるかがその引き出し電流を決定する。
【０００４】
電子放出素子が鋭利な先端を持つほど、該電子放出素子に印加される電界強度が高くなることが知られている。このためには、前記の半導体や金属等の電子放出部の先端を鋭利な針状に加工することが必要となる。しかしながら、前記半導体や金属等の先端を鋭利な針状に加工することは容易でなく又、大規模な装置が必要になるため極めて高価になるという問題がある。
【０００５】
以上の点から、最近、カーボンナノチューブが電子放出材料として注目されつつある。カーボンナノチューブはその外径が１〜数１０ｎｍと非常に小さく、形状的には電界集中が起きやすく低電圧で電子放出を行わせるのに十分な構造形態を持ち、その材料であるカーボンは化学的に安定、機械的にも強靱であるという特徴を持つため、電子放出材料としては、理想的な材料である。
【０００６】
したがって、特開平１０−３１９５４号公報に記載されているように、カーボンナノチューブを含むペースト材料をカソード導体上、あるいは前記カソード導体上に被着された抵抗層上に印刷後、焼成し、その上方にリブ状ゲート電極等のゲート電極を配置することによって電子放出源を形成することができる。
【０００７】
また、前記電子放出源に対向するように蛍光体を被着したアノード電極を設けて、これらを真空気密容器内に配設することによって蛍光発光型表示器を形成すれば、前記ゲート電極及びアノード電極を所定の正電位に駆動することによって、前記カーボンナノチューブからの放出電子により前記蛍光体を発光表示させることができる。
【０００８】
尚、カーボンナノチューブを含むペースト材料としては、アーク放電法によって生成したカーボンナノチューブを含むカーボン材料を、エチルセルローズをテルピオネールに溶解した溶液に、超音波等によって良く分散したものを使用することができる。また、基板の固着強度を増すために、焼成後にも残る無機系の接着剤（ガラス系、金属アルコキシド等）を適宜添加することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の電子放出源の製造方法は、カーボンナノチューブを含むペースト材料を印刷形成後、乾燥、焼成するにすぎない方法であるため、前記ペースト材料をカソード導体等の上に被着したときには、前記カーボンナノチューブがペースト液に濡れた状態である。
【００１０】
したがって、前記ペースト液の表面張力により、カーボンナノチューブの多くは絶縁基板に対して略平行に倒れた状態に形成され、前記絶縁基板に対して垂直に立った状態あるいはこれに近い状態のカーボンナノチューブが少なくなる。
よって、電界の集中が生じ難くなるため電子放出能力が低くなり、その結果、電子放出の開始電圧が高くなり、低電圧で高効率に電子放出を生じさせることが困難であるという問題があった。
【００１１】
また、カーボンナノチューブ以外にも微少なカーボン材料としてフラーレン、ナノパーティクルあるいはナノカプセル等が注目されているが、カーボンナノチューブの代わりにこれらを用いて、前記同様にこれらをペースト状にしてカソード導体被着形成するのみでは電界の集中が生じ難いため、電子放出の開始電圧が高くなり、低電圧で高効率に電子放出を生じさせることが困難であるという問題があった。
したがって、上記構成の電子放出源を蛍光発光型表示器に使用した場合に、低電圧の駆動では高輝度な発光表示を得ることが困難であるという問題があった。
【００１２】
本発明は、前記問題点に鑑み成されたもので、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル及びナノカプセルの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を用いて、低電圧駆動で高効率な電子放出を可能にすることを課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、カソード導体とゲート電極間に電子放出材料を配設し、前記カソード導体とゲート電極間に電圧を印加することにより前記電子放出材料から電子を放出する電子放出源の製造方法において、絶縁基板にカソード導体を被着する工程と、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル及びナノカプセルの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を含むペースト材料を前記カソード導体に被着してカーボン層を形成する工程と、ペースト状の前記カーボン層に複数の粒子を被着する工程と、前記粒子を除去する工程とを備えて成ることを特徴とする電子放出源の製造方法が提供される。尚、ゲート電極の形成は、前記カーボン層から離間した位置にゲート電極を形成する工程により行われる。
【００１４】
また、本発明によれば、カソード導体とゲート電極間に電子放出材料を配設し、前記カソード導体とゲート電極間に電圧を印加することにより前記電子放出材料から電子を放出する電子放出源の製造方法において、絶縁基板にカソード導体を被着する工程と、前記カソード導体に抵抗層を被着する工程と、前記抵抗層にカーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル及びナノカプセルの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を含むペースト材料を被着してカーボン層を形成する工程と、ペースト状の前記カーボン層に複数の粒子を被着する工程と、前記粒子を除去する工程とを備えて成ることを特徴とする電子放出源の製造方法が提供される。尚、ゲート電極の形成は、前記カーボン層から離間した位置にゲート電極を形成する工程により行われる。
【００１５】
前記ペースト状のカーボン層に前記複数の粒子を被着した後、該カーボン層を乾燥する工程を備えて成るようにしてもよい。
また、前記複数の粒子は有機物の粒子によって形成され、ペースト状の前記カーボン層に被着した複数の粒子を除去するために焼成する工程を備えて成るようにしてもよい。
【００１６】
さらに、前記複数の粒子は無機物の粒子によって形成するようにしてもよい。ここで、前記粒子は、その粒径が１００ｎｍ〜１０μｍの範囲のものを使用してもよい。
本発明によれば、上記方法によって製造した電子放出源が提供される。
【００１７】
また、本発明によれば、電子放出源及び蛍光体が被着されたアノード電極を真空気密容器内に配設し、前記電子放出源から放出される電子を前記蛍光体に射突させることにより発光表示を行う蛍光発光型表示器において、前記電子放出源を使用したことを特徴とする蛍光発光型表示器が提供される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において同一部分には同一符号を付している。
図１乃至図３は、本発明の第１の実施形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図である。
【００１９】
先ず、図１において、硼珪酸ガラス等の絶縁基板１０１上に、銀ペーストをスクリーン印刷により被着し、焼成することによって、カソード導体１０２を約５μｍ程度の膜厚に被着形成する。
【００２０】
アーク放電法によって生成したカーボンナノチューブを含むカーボン材料を、エチルセルローズを有機溶剤に溶解した溶液に良く分散してカーボンナノチューブを含むペースト材料を作成し、スクリーン印刷によりカソード導体１０２上に塗布して、カーボンナノチューブを含むカーボン層１０３を約５μｍ程度の膜厚に形成する。尚、前記ペースト材料として、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル及びナノカプセルの中の少なくとも一つを含むカーボン材料を使用することが可能である。
【００２１】
次に、図２に示すように、前記ペースト状のカーボン層１０３が乾燥する前に、有機物の粒子として、粒径が約０．２μｍのポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の複数の球状粒子２０２の粉末を散布して、カーボン層１０３の表面に被着させ、粒子層２０１を形成する。
【００２２】
この状態で、粒子層２０１を押圧することにより、カーボン層１０３表面を平坦化、あるいは、粒子層２０１とカーボン層１０３との密着性を向上させるようにしてもよい。尚、有機物の粒子２０２として、ポリスチレンやナイロン等も使用することが可能である。
【００２３】
次に、粒子層２０１が変形しない温度（例えば、約１００度Ｃ）まで昇温してペースト状のカーボン層１０３を乾燥させる。これにより、カーボンナノチューブがペーストの液体成分とともに粒子層２０１のＰＭＭＡ粒子２０２間に入り込んだ状態で乾燥され、カーボン層１０３は流動性が無くなる。尚、製造条件によっては、自然乾燥としても良い。
【００２４】
これを約５００度Ｃの大気中下で約１５分焼成することにより、ＰＭＭＡ粒子２０２を分解しガス化して除去する。これにより、図３に示すように、カーボン層１０３の表面には、ＰＭＭＡ粒子２０２の隙間に対応する形状に、カーボンナノチューブを含むカーボン材料の突起３０１が形成される。
【００２５】
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための図である。
第２の実施の形態においては、絶縁基板１０１上にカソード導体としてのカソード導体１０２を被着形成した後、カソード導体１０２の上部に、電子放出の安定化や電極短絡時の過電流防止を図るための抵抗層４０１をスクリーン印刷により被着形成し、その上部に、突起３０１を有するカーボン層１０３を被着形成している。
【００２６】
抵抗層４０１の材料としては、ＲｕＯ２系の抵抗材料等が使用できる。また、カーボン層１０３に突起３０１を形成する工程等、他の工程は、前記第１の実施の形態と同じである。
【００２７】
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための図である。絶縁基板１０１上に所定パターンでカソード導体１０２を複数被着形成した後、カソード導体１０２の上部に、電子放出の安定化や電極短絡時の過電流防止を図るための抵抗層４０１を被着形成し、その上部に、突起３０１を有するカーボン層１０３を被着形成している。カーボン層１０３に突起３０１を形成する工程等、他の工程は、前記第１の実施の形態と同じである。
【００２８】
次に、図３乃至図５において、カーボン層１０３に対向してメッシュ状のゲート電極を形成し、あるいは、第３の実施の形態において各カーボン層１０３間の凹部内に、突起３０１よりも高くガラス製絶縁層（リブ）を形成すると共に該リブ上にゲート層を積層形成することにより、図６に示すようにリブ状のゲート電極を形成し、これにより電界放出型の電子放出源が形成される。
【００２９】
このようにして得られた電子放出源においては、カソード導体１０２と前記ゲート電極間に所定の電圧を印加することにより、カーボン層１０３に形成された突起３０１に電界の集中が生じる。したがって、電子放出の開始電圧が低くなり、低電圧で高効率に電子放出を生じさせることが可能になる。
【００３０】
以上述べた各実施の形態においては、粒子層２０１を有機物の球状粒子２０２によって形成したが、シリカやアルミナ等の無機物の球状粒子も使用することが可能である。この場合、前記無機物の粒子の除去はエッチング処理等の方法によって行うことができる。
【００３１】
また、前記各実施の形態においては、カーボン層１０３の材料としてカーボンナノチューブを有するカーボン材料を含むペースト材料を使用したが、フラーレン、ナノパーティクルあるいはナノカプセルを含むカーボン材料も使用することが可能である。即ち、カーボン層１０３の材料として、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル及びナノカプセルの中、少なくとも一つを有するカーボン材料を含むペースト材料を使用することが可能である。
【００３２】
次に、上記電子放出源を使用して、蛍光発光型表示器を形成する。図６は、本発明の実施の形態に係る蛍光発光型表示器の一部切欠き側面図であり、前記第３の実施の形態の電子放出源を使用した例である。
【００３３】
図６において、蛍光発光型表示器は、硼珪酸ガラスによって形成された背面基板としての絶縁基板１０１、硼珪酸ガラスによって形成された前面基板としての絶縁基板６０１、及び、絶縁基板１０１、６０１の周囲を封着するシールガラス６０４とを有し、その内部が真空状態に保持された真空気密容器を備えている。
【００３４】
また、前述したように、絶縁基板１０１の内面上には、カソード導体１０２、カソード導体１０２に連続して被着形成された抵抗層４０１、抵抗層４０１に連続して被着形成され突起を有するカーボン層１０３が配設されている。
さらに、絶縁基板１０１の内面上にはカーボン層１０３間の凹部内に、ゲート電極を構成する絶縁性リブ６０５が約４０μｍ程度の膜厚に被着形成されると共に、前記リブ６０５上にはゲート電極を構成するゲート電極層６０６が約５μｍ程度の膜厚に被着形成されている。
一方、絶縁基板６０１の内面上には、アノード電極６０２及びアノード電極６０２に被着された蛍光体６０３が積層配設されている。
【００３５】
尚、文字やグラフィック等を表示する形式の蛍光発光型表示器の場合には、カソード導体１０２、アノード電極６０２及びゲート電極層６０６は、各々、マトリクス状に形成する、あるいは、特定の電極をベタ状に形成して他の電極をマトリクス状に形成する等、適宜目的に応じたパターンに形成する。また、大画面表示装置の画素用発光素子として使用する蛍光発光型表示器の場合にも、前記各電極のパターンを適宜選定して形成する。
【００３６】
上記構成の蛍光発光型表示器において、カソード導体１０２、ゲート電極層６０６及びアノード電極６０２間に所定電圧の駆動信号を供給することにより蛍光体６０３が発光し、各電極の形成パターンや駆動信号に応じて、文字やグラフィック等の発光表示、あるいは発光素子としての発光表示を行わせることができる。
このとき、カーボン層１０３に形成された突起に電界集中が生じるため、低電圧駆動により、高輝度で高品位な発光表示を得ることが可能になる。
【００３７】
以上述べたように本発明の実施の形態に係る電子放出源の製造方法は、カソード導体とゲート電極との間に電子放出材料を配設し、前記カソード導体とゲート電極間に電圧を印加することにより前記電子放出材料から電子を放出する電子放出源の製造方法において、硼珪酸ガラス等の絶縁基板１０１にカソード導体１０２を被着する工程と、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル及びナノカプセルの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を前記電子放出材料として使用し該電子放出材料を含むペースト材料を前記カソード導体１０２に被着してカーボン層１０３を被着形成する工程と、カーボン層１０３に有機材料又は無機材料の複数の粒子２０２の粉末を被着する工程と、粒子２０２を除去する工程と、前記カーボン層１０３から離間した位置にメッシュ状あるいはリブ状のゲート電極を形成する工程とを備えて成ることを特徴としている。
【００３８】
また、本発明の実施の形態に係る電子放出源の製造方法は、カソード導体とゲート電極との間に電子放出材料を配設し、前記カソード導体とゲート電極間に電圧を印加することにより前記電子放出材料から電子を放出する電子放出源の製造方法において、硼珪酸ガラス等の絶縁基板１０１にカソード導体１０２を被着する工程と、カソード導体１０２にＲｕＯ２等の抵抗材料によって抵抗層４０１を被着形成する工程と、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル及びナノカプセルの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を前記電子放出材料として使用し該電子放出材料を含むペースト材料を抵抗層４０１に被着してカーボン層１０３を被着形成する工程と、カーボン層１０３に有機材料又は無機材料の複数の粒子２０２の粉末を被着する工程と、粒子２０２を除去する工程と、カーボン層１０３から離間した位置にメッシュ状あるいはリブ状のゲート電極を形成する工程とを備えて成ることを特徴としている。
【００３９】
複数の粒子によって形成された粒子層２０１をカーボン層１０３に被着した後、カーボン層１０３を乾燥する工程を備えている。また、複数の粒子２０２が有機物の場合には、カーボン層１０３に被着した粒子層２０１を除去する工程として、粒子層２０１を焼成する工程を備えている。一方、複数の粒子２０２が無機物の場合には、カーボン層１０３に被着した粒子層２０１を除去するためにエッチング処理する工程を備えている。粒子２０２は、その粒径が１００ｎｍ〜１０μｍの範囲のものが好適である。
【００４０】
したがって、カーボン層１０３に突起３０１を形成することができるので、前記突起３０１に電界の集中が生じ、低電圧駆動で高効率な電子放出が可能になる。
また、上記実施の形態によれば、電子放出源及び蛍光体６０３が被着されたアノード電極６０２を、絶縁基板１０１、６０１及びシールガラス６０４を備える真空気密容器内に配設し、前記電子放出源から放出される電子を蛍光体６０３に射突させることにより発光表示を行う蛍光発光型表示器において、上記のようにして製造された電子放出源が使用される。したがって、低電圧の駆動では高輝度な発光表示を得ることが可能になる。
【００４１】
尚、前記各実施の形態においては、カソード導体に対してゲート電極を上方に配設する立体構造の電子放出源の例で説明したが、カソード導体とゲート電極の双方を絶縁基板上の同一平面上に配設することにより、平面的な電子放出源を構成することも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、低電圧で高効率な電子放出源の製造方法を提供することが可能になる。
これにより、電子放出特性の優れた電子放出源を提供することが可能になる。また、低電圧駆動可能で、高輝度で高品位な蛍光発光型表示器を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る蛍光発光型表示器の一部切欠き側面図である。
【符号の説明】
１０１・・・真空気密容器を構成する前面基板としての絶縁基板
１０２・・・カソード導体
１０３・・・カーボン層
２０１・・・粒子層
２０２・・・粒子
６０１・・・真空気密容器を構成する背面基板としての絶縁基板
６０２・・・アノード電極
６０３・・・蛍光体
６０６・・・ゲート電極層
６０４・・・真空気密容器を構成するシールガラス
【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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