(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード電極とゲート電極間に電子放出素子を配設して成る電子放出源の製造方法において、
絶縁基板上にカソード電極を形成する工程と、分散させたカーボンナノチューブを含むカーボン物質を前記カソード電極に被着する工程と、前記カソード電極に対して電界を略垂直方向に印加した状態で前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質を前記カソード電極に固定させて電子放出素子を形成する工程とを備え、
前記カソード電極は、前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質を被着するときにはペースト状であり、前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質を前記カソード電極に固定する際に前記電界を印加すると共に乾燥させることを特徴とする電子放出源の製造方法。
【請求項２】
カソード電極とゲート電極間に電子放出素子を配設して成る電子放出源の製造方法において、
絶縁基板上にカソード電極を形成する工程と、前記カソード電極上に抵抗層を形成する工程と、分散させたカーボンナノチューブを含むカーボン物質を前記抵抗層に被着する工程と、前記カソード電極に対して電界を略垂直方向に印加した状態で前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質を前記抵抗層に固定させて電子放出素子を形成する工程とを備え、
前記抵抗層は、前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質を被着するときにはペースト状であり、前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質を前記抵抗層に固定する際に前記電界を印加すると共に乾燥させることを特徴とする電子放出源の製造方法。
【請求項３】
カソード電極とゲート電極間に電子放出素子を配設して成る電子放出源の製造方法において、
絶縁基板上にカソード電極を形成する工程と、分散させたカーボンナノチューブを含むカーボン物質を前記カソード電極に被着する工程と、前記カソード電極に対して電界を略垂直方向に印加した状態で前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質を前記カソード電極に固定させて電子放出素子を形成する工程とを備え、
前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質はペースト状の分散したカーボンナノチューブを含むカーボン物質を他の基板に被着乾燥することにより形成され、前記カソード電極にカーボンナノチューブを含むカーボン物質を被着する際に、前記他の基板に被着したカーボンナノチューブを含むカーボン物質を、前記カソード電極に転写することを特徴とする電子放出源の製造方法。
【請求項４】
カソード電極とゲート電極間に電子放出素子を配設して成る電子放出源の製造方法において、
絶縁基板上にカソード電極を形成する工程と、前記カソード電極上に抵抗層を形成する工程と、分散させたカーボンナノチューブを含むカーボン物質を前記抵抗層に被着する工程と、前記カソード電極に対して電界を略垂直方向に印加した状態で前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質を前記抵抗層に固定させて電子放出素子を形成する工程とを備え、
前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質はペースト状の分散したカーボンナノチューブを含むカーボン物質を他の基板に被着乾燥することにより形成され、前記抵抗層にカーボンナノチューブを含むカーボン物質を被着する際に、前記他の基板に被着したカーボンナノチューブを含むカーボン物質を、前記抵抗層に転写することを特徴とする電子放出源の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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など、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、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、前記の半導体、金属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。
また、電界放出を安定に行わせるために、その動作雰囲気を１０−８Ｔｏｒｒ以上の高真空に保つ必要がある。
【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１０〜数１０ｎｍ、長さが数μｍと形状的には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、カーボンナノチューブを含むカーボン物質をペースト化したものをカソード電極上に印刷した後に焼成し、その上方メッシュ状のゲート電極を配置することにより電子放出源を形成することができる。
【０００７】
尚、純度１００％のカーボンナノチューブを得ることは困難であり、カーボンナノチューブを電子放出源に適用する場合に、カーボンナノチューブ以外の物質が含まれるのが一般的である。本願明細書で使用する「カーボンナノチューブ」なる文言は、「カーボンナノチューブ」のみならず、場合により、「カーボンナノチューブ以外の物質を含むカーボン物質」の意味で使用している。
【０００８】
また、前記電子放出源に対向して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電子放出により前記蛍光体を発光させることができる。
【０００９】
ペースト状のカーボンナノチューブを含むカーボン物質としては、有機高分子材料を有機溶剤に溶解した溶液に、カーボンナノチューブを含むカーボン物質を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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の電子放出源では、ペースト状のカーボンナノチューブを含むカーボン物質を印刷形成後単に乾燥させた状態で使用するものであるため、前記カーボンナノチューブがカソード電極及びゲート電極に対して略平行に倒れた状態となり、低電圧で高効率な電子放出を行わせることができないという問題があった。
【００１１】
この問題を解決する方法として、ペースト状のカーボンナノチューブを含むカーボン物質上に、カーボンナノチューブを含むカーボン物質の粉末を散布して付着する方法が考えられるが、カーボンナノチューブ粉末は凝集しているため、十分に分散した状態での散布は困難であり、したがって、カーボンナノチューブの全体的な密度は低くなり、電子放出効率が悪いという問題があった。
また、カーボンナノチューブの粉末が付着している部分は凝集しているため密度が高くなり、全体として、電子放出量のバラツキが大きくな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、低電圧で高効率な電子放出を可能にすると共に、電子放出量のバラツキを抑え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、カソード電極とゲート電極間に電子放出素子を配設して成る電子放出源の製造方法において、絶縁基板上にカソード電極を形成する工程と、分散させたカーボンナノチューブを含むカーボン物質を前記カソード電極に被着する工程と、前記カソード電極に対して電界を略垂直方向に印加した状態で前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質を前記カソード電極に固定させて電子放出素子を形成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。
【００１４】
前記カソード電極とカーボンナノチューブを含むカーボン物質の間に抵抗層を形成する工程を備えるようにしてもよい。
また、前記カソード電極又は前記抵抗層は、前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質を被着するときにはペースト状であり、前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質を前記カソード電極に固定する際に前記電界を印加すると共に乾燥させるようにしてもよい。
【００１５】
さらに、前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質はペースト状の分散したカーボンナノチューブを含むカーボン物質を他の基板に被着乾燥することにより形成され、前記カソード電極又は前記抵抗層にカーボンナノチューブを含むカーボン物質を被着する際に、前記他の基板に被着したカーボンナノチューブを含むカーボン物質を、前記カソード電極又は前記抵抗層に転写するようにしてもよい。
本発明によれば、上記いずれかの製造方法によって得られた電子放出源が提供される。
【００１６】
また、本発明によれば、電子放出源、ゲート電極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表示を行う蛍光発光型表示器において、前記のようにして得られた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。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１乃至図８は、本発明の実施形態に係る電子放出源の製造方法、前記方法によって製造され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を説明するための部分側断面図である。以下、図１乃至図８を用いて、本実施の形態について説明する。尚、図１乃至図８において、同一部分には同一符号を付している。
【００１８】
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して焼成することによりカソード配線１０２を被着形成する。
次に、図２に示すように、カソード配線１０２に連続するように黒鉛ペーストをスクリーン印刷して、ペースト状のカソード電極１０３を形成する。
【００１９】
尚、カソード電極１０３の上に、カーボンナノチューブを含むカーボン物質の層とゲート電極（図示せず）が短絡した場合の過電流防止等のために、抵抗体層としての抵抗体ペーストを積層した構成としてもよい。この場合、カソード電極１０３はペースト状でなくてもよい。
【００２０】
一方、分散媒であるイソプロパノール（ＩＰＡ）に、アーク放電法によって生成されたカーボンナノチューブを含むカーボン物質を超音波により分散し、これによって得られたカーボンナノチューブを含むカーボン物質の分散溶液を、図３に示すように、基板３０１上にスピンコート法により塗布被着し、乾燥させることにより、電子放出素子としてのカーボンナノチューブ層１０４を形成する。
【００２１】
尚、カーボンナノチューブの分散時に分散剤を添加した場合には、これを取り除くために、カーボンナノチューブを含むカーボン物質の分散溶液を基板３０１に塗布後、焼成する。また、塗布方法も、前記分散溶液の状態に応じて種々の印刷方法が採用できる。
【００２２】
次に、図３の基板３０１裏返しにして、図２で得られた基板に載せ、カーボンナノチューブ層１０４とカソード電極１０３とを接触させた後に、基板３０１を取り除く。これにより、図４に示すように、カーボンナノチューブ層１０４をカソード電極１０３上に転写する。
このとき、カソード電極１０３の表面には、ペーストで濡れていない部分を有するカーボンナノューブが存在する。
【００２３】
したがって、図５に示すように、アルミニウムによってベタ状に形成された電界印加電極５０２が下部に被着された絶縁基板５０１を、絶縁基板１０１と略平行に所定距離（例えば約５ｍｍ）だけ離間させて配置し、カソード電極１０３に対して電界印加電極５０２を正電位として、電界印加電極５０２とカソード電極１０３との間に、絶縁基板１０１に対して略垂直な方向に所定強度（例えば約１ｋＶ／ｍｍ）の電界を印加して、前記電界による静電誘導で分極し、黒鉛ペーストの液体表面上へ露出しているカーボンナノチューブの端部が、カソード電極１０１に対して垂直方向に配向するような力を与える。
【００２４】
同時に、所定の温度での乾燥処理、例えば約１５０度Ｃの空気流をあてて乾燥処理を施し、カーボンナノチューブ１０４をカソード電極１０３に固定する。尚、製造条件によっては自然乾燥とすることもできる。
【００２５】
これにより、図６に示すように又、図７にその部分拡大図を示すように、カーボンナノチューブ層１０４の表面に存在する多数のカーボンナノチューブが、絶縁基板１０１に対して垂直方向あるいはこれに近い方向に傾斜して配向する。
【００２６】
これに、メッシュ状のゲート電極を形成し、あるいは、カーボンナノチューブ層１０４間の凹部内にカーボンナノチューブ層１０４よりも高く絶縁層を形成すると共に該絶縁層上にゲート電極を積層形成することにより、電界放出型の電子放出源が得られる。
【００２７】
このようにして得られた電子放出源は、分散されたカーボンナノチューブ１０４を、絶縁基板１０１に対して垂直方向あるいはこれに近い方向に傾斜して配向しているので、低電圧で高効率な電子放出を可能にすると共に、電子放出量のバラツキを抑えることが可能になる。
【００２８】
尚、上記実施の形態においては、製造工程が簡単なようにペースト状のカソード電極１０３を使用し、これにカーボンナノチューブを含むカーボン物質を被着し、電界下で乾燥処理を施すようにしたが、カソード電極１０３上にペースト状の接着剤を塗布し、これにカーボンナノチューブを含むカーボン物質を被着し、前記のような電界を印加した状態で乾燥処理を施すようにする等、種々の変更が可能である。
【００２９】
次に、上記電子放出源を使用して、図８に示すような蛍光発光型表示器を形成する。
即ち、図８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８０１および絶縁基板１０１、８０１の周囲を封着するシールガラス８０５とを有する真空気密容器を備えている。
【００３０】
また、前述したように、絶縁基板１０１の内面上には、カソード配線１０２、カソード配線１０２に接続されたカソード電極１０３及びカーボンナノチューブを含むカーボン物質によって形成されたカーボンナノチューブ層１０４が積層配設され、一方、絶縁基板８０１の内面上には、アノード電極８０２及びアノード電極８０２に被着された蛍光体８０３が積層配設されており、それらの間にはメッシュ状のゲート電極８０４が配設されている。
【００３１】
尚、ゲート電極として、カーボンナノチューブ層１０４間の凹部内にカーボンナノチューブ層１０４よりも高く絶縁層を形成すると共に該絶縁層上にゲート電極を積層形成するようにしてもよい。
【００３２】
また、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、カソード電極１０３、ゲート電極８０４及びアノード電極８０２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、適宜形成すればよい。また、大画面表示装置用の発光素子として使用する蛍光発光型表示器の場合にも、前記各電極パターンを適宜形成すればよい。
【００３３】
上記構成の蛍光発光型表示器において、カソード電極１０３、ゲート電極８０４及びアノード電極８０２に駆動信号を供給することにより蛍光体が発光し、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。
【００３４】
以上述べたように本実施の形態に係る電子放出源の製造方法は、カソード電極１０３とゲート電極８０４間に電子放出素子（カーボンナノチューブ１０４）を配設して成る電子放出源の製造方法において、絶縁基板１０１上にカソード電極１０３を形成する工程と、分散し乾燥させたカーボンナノチューブを含むカーボン物質を前記カソード電極１０３に被着する工程と、カソード電極１０３に対して電界を略垂直方向に印加した状態で前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質をカソード電極１０３に固定させて電子放出素子を形成する工程とを備えて成ることを特徴としている。
【００３５】
カソード電極１０３と前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質の間に抵抗層を形成する工程を備えるようにすることができる。
また、カソード電極１０３又は前記抵抗層は、前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質を被着するときにはペースト状であり、前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質をカソード電極１０３又は前記抵抗層に固定する際に前記電界を印加すると共に乾燥させるようにすることができる。
【００３６】
さらに、前記カーボンナノチューブを含むカーボン物質はペースト状の分散したカーボンナノチューブを含むカーボン物質を他の基板３０１に被着乾燥することにより形成され、カソード電極１０３又は前記抵抗層にカーボンナノチューブを含むカーボン物質を被着する際に、他の基板３０１に被着したカーボンナノチューブを含むカーボン物質を、カソード電極１０３又は前記抵抗層に転写するようにすることができる。
【００３７】
したがって、カーボンナノチューブ１０４を十分細かく分散した状態でカソード電極１０３に被着することができるため、カーボンナノチューブ１０４の形成密度が高くなる。また、多数のカーボンナノチューブ１０４、がカソード電極１０３に対して垂直又はそれに近い方向に傾斜してへ配向する。
【００３８】
よって、低電圧で高効率な電子放出を可能にすると共に、電子放出量のバラツキを抑えることが可能な電子放出源の製造方法を提供することが可能になり、前記特性を備えた電子放出源を提供することが可能になる。
【００３９】
また、カソード電極１０３はカーボンナノチューブ１０４を被着するときにはペースト状であり、カーボンナノチューブ１０４をカソード電極１０３に固定する際に前記電界を印加すると共に乾燥処理を施すようにしているので、カソード電極１０３はスクリーン印刷法を用いて廉価に形成することができ又、特別な材料を使用することなくカーボンナノチューブを含むカーボン物質をカソード電極１０３に固定することが可能になる。
【００４０】
また、カソード電極１０３にカーボンナノチューブを含むカーボン物質を被着する際に、基板３０１に被着したカーボンナノチューブを含むカーボン物質を、カソード電極１０３に転写するようにすれば、容易にカーボンナノチューブを含むカーボン物質をカソード電極１０３に被着させることが可能になる。
【００４１】
また、本発明の実施の形態に係る蛍光発光型表示器は、電子放出源、ゲート電極８０４及び蛍光体８０３が被着されたアノード電極８０２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蛍光体８０３に射突させることにより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、以上のようにして得られた電子放出源を使用したことを特徴としている。
したがって、低電圧駆動可能で、表示品位に優れた蛍光発光型表示器を提供することが可能になる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、低電圧で高効率且つ電子放出量のバラツキが小さい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、表示品位に優れた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部分側断面図である。
【図２】本発明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部分側断面図である。
【図３】本発明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部分側断面図である。
【図４】本発明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部分側断面図である。
【図５】本発明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部分側断面図である。
【図６】本発明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部分側断面図である。
【図７】本発明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部分側断面図である。
【図８】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・・・カソード配線
１０３・・・カソード電極
１０４・・・電子放出素子としてのカーボンナノチューブ層
３０１、５０１・・・基板
５０２・・・電界印加電極
１０４・・・ガラス製基板
８０１・・・真空気密容器を構成する背面基板としての絶縁基板
８０２・・・アノード電極
８０３・・・蛍光体
８０４・・・ゲート電極
８０５・・・真空気密容器を構成するシールガラス
【図１】
0004043139.tif 000002
【図２】
0004043139.tif 000003
【図３】
0004043139.tif 000004
【図４】
0004043139.tif 000005
【図５】
0004043139.tif 000006
【図６】
0004043139.tif 000007
【図７】
0004043139.tif 000008
【図８】
0004043139.tif 000009