(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板と、前記絶縁性基板に形成された少なくとも一つの格子と、を含み、
各々の前記格子が、該格子の周辺に設置された四つの電極引き出し線によって囲まれ、
各々の前記格子が、熱電子放出ユニットを含み、
前記熱電子放出ユニットが、二つの電極及び熱電子放出素子を含み、
前記二つの電極が前記熱電子放出素子と電気的に接続されていて、
前記格子に対応して、前記絶縁性基板に複数の溝を形成することを特徴とする熱電子放出装置。
【請求項２】
前記複数の溝の寸法が同じであり、
前記複数の溝が均一な間隔で前記絶縁性基板に設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱電子放出装置。
【請求項３】
一つの前記熱電子放出素子が、一つの前記溝の一部に対向して、前記絶縁性基板に対して懸架されて設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱電子放出装置。
【請求項４】
一つの前記熱電子放出素子の一部が一つの前記溝に対向するように、前記熱電子放出素子が前記絶縁性基板に対して懸架されて設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱電子放出装置。
【請求項５】
前記熱電子放出素子が、カーボンナノチューブ構造体を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱電子放出装置。
【請求項６】
前記カーボンナノチューブ構造体が、カーボンナノチューブフィルム又はカーボンナノチューブワイヤを含むことを特徴とする、請求項５に記載の熱電子放出装置。
【請求項７】
前記カーボンナノチューブ構造体が一枚のカーボンナノチューブフィルムを含み、
該カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブが、一つの電極からもう一つの電極まで進む方向に対して、平行に配列されていることを特徴とする、請求項５に記載の熱電子放出装置。
【請求項８】
前記カーボンナノチューブ構造体が少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムを含み、
前記少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムが積み重ねられていて、
隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが、０°〜９０°の角度を成すことを特徴とする、請求項６に記載の熱電子放出装置。
【請求項９】
前記カーボンナノチューブ構造体がカーボンナノチューブワイヤを含み、
該カーボンナノチューブワイヤにおいて、一つの端部が一つの前記電極に電気的に接続され、もう一つの端部がもう一つの前記電極に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項５に記載の熱電子放出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電子放出素子に関し、特にカーボンナノチューブを利用した熱電子放出素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは１９９１年に発見された新しい一次元ナノ材料となるものである。カーボンナノチューブは高引張強さ及び高熱安定性を有し、また、異なる螺旋構造により、金属にも半導体にもなる。カーボンナノチューブは、理想的な一次元構造を有し、優れた力学機能、電気機能及び熱学機能などを有するので、材料科学、化学、物理などの科学領域、例えば、フィールドエミッタ（ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｔｔｅｒ）を応用した平面ディスプレイ、単一電子デバイス、（ｓｉｎｇｌｅ−ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｄｅｖｉｃｅ）、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，  ＡＦＭ）のプローブ、熱センサー、光センサー、フィルターなどに広くに応用されている。
【０００３】
現在、電子放出装置には、電界放出装置及び熱電子放出装置の二種がある。電界放出装置は、絶縁性基板及び該基板に設置された複数の格子を含む。各々の格子の周辺に、四本の電極引き出し線が配置されている。ここで、第一電極引き出し線と第二電極引き出し線とは平行に配列され、第三電極引き出し線と第四電極引き出し線とは平行に配列されている。前記第一電極引き出し線及び第二電極引き出し線は、それぞれ第三電極引き出し線及び第四電極引き出し線と絶縁的に設置されている。
【非特許文献１】Ｋａｉｌｉ  Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ  Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ  Ｆａｎ、“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｙａｒｎｓ”、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱電子放出装置は、一般に、複数の熱電子放出ユニットを含む。各々の前記熱電子放出ユニットは、熱電子放出素子及び二つの電極を備えている。ここで、前記熱電子放出素子は、前記二つの電極に電気的に接続されるように、前記二つの電極の間に設置されている。従来、前記熱電子放出素子は、金属、アルカリ土類金属炭酸塩、硼化物などのいずれか一種からなるので、複数の前記熱電子放出素子を組み立てることは難しい。又、複数の前記熱電子放出素子を組み立てて設置した熱電子放出装置は、均一の電子放出を実現することができない。また、前記熱電子放出素子の寸法が大きいので、小型電子設備に応用できないという課題がある。また、アルカリ土類金属炭酸塩、硼化物の抵抗率が高いので、前記熱電子放出素子は、電力消費が高く、高電流密度及び高輝度を有する表示装置に利用できないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の熱電子放出装置は、基板と、絶縁性基板と、前記絶縁性基板に形成された少なくとも一つの格子と、を含む。各々の前記格子が、該格子の周辺に設置された四つの電極引き出し線と、熱電子放出ユニットと、を含む。前記熱電子放出ユニットが、二つの電極及び熱電子放出素子を含む。前記二つの電極が前記熱電子放出素子と電気的に接続されている。前記格子に対応して、前記絶縁性基板に複数の溝を形成する。
【０００６】
前記複数の溝の寸法が同じである。前記複数の溝が均一に前記絶縁性基板に設置されている。
【０００７】
一つの前記熱電子放出素子が、一つの前記溝の一部に対向して、前記絶縁性基板に対して懸架されて設置されている。
【０００８】
一つの前記熱電子放出素子の一部が一つの前記溝に対向するように、前記熱電子放出素子が前記絶縁性基板に対して懸架されて設置されている。
【０００９】
前記熱電子放出素子が、カーボンナノチューブ構造体を含む。
【００１０】
前記カーボンナノチューブ構造体が、カーボンナノチューブフィルム又はカーボンナノチューブワイヤを含む。
【００１１】
前記カーボンナノチューブ構造体が一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む場合、該カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブが、一つの電極からもう一つの電極まで進む方向に対して、平行に配列されている。
【００１２】
前記カーボンナノチューブ構造体が少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムを含む場合、前記少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムが積み重ねられていて、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが、０°〜９０°の角度を成す。
【００１３】
前記カーボンナノチューブ構造体がカーボンナノチューブワイヤを含む場合、該カーボンナノチューブワイヤにおいて、一つの端部が一つの前記電極に電気的に接続され、もう一つの端部がもう一つの前記電極に電気的に接続されている。
【発明の効果】
【００１４】
従来の技術と比べて、本発明は次の優れた点を有する。第一に、本発明の製造方法において、カーボンナノチューブ構造体の製造方法が簡単であるので、本発明の熱電子放出装置のコストが低い。第二に、本発明の熱電子放出装置に利用するカーボンナノチューブ構造体において、カーボンナノチューブが均一的に配列されるので、該熱電子放出装置が均一及び安定的に熱電子を放出することができる。第三に、前記カーボンナノチューブ構造体及び前記基板は分離して設置されていて、前記カーボンナノチューブ構造体を加熱するために与えられたエネルギーが、空気に伝送されないので、前記熱電子放出素子の熱電子放出性能が優れる。第四に、前記カーボンナノチューブ構造体の厚さが小さく、抵抗率が低いので、前記カーボンナノチューブ構造体を利用した熱電子放出装置が、低い熱パワーで熱電子を放出でき、高電流密度と高輝度を有する表示装置及び論理回路に応用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１を参照すると、本実施形態の熱電子放出装置２００は、絶縁性基板２０２と、該絶縁性基板２０２に形成された少なくとも一つの格子２１４と、を含む。前記絶縁性基板２０２の材料は、セラミック、ガラス、樹脂及び石英のいずれか一種である。前記絶縁性基板２０２は、厚さが１ｍｍ以上、長さ及び幅が１ｃｍ以上であるように設けられている。
【００１７】
単一の前記格子２１４は、第一電極引き出し線２０４ａと、第二電極引き出し線２０４ｂと、第三電極引き出し線２０６ａと、第四電極引き出し線２０６ｂと、で囲まれて成る領域である。ここで、前記第一電極引き出し線２０４ａ及び第二電極引き出し線２０４ｂは第一方向に対向して、平行に配列され、前記第三電極引き出し線２０６ａ及び第四電極引き出し線２０６ｂは第二方向に対向して、平行に配列されている。ここで、第一方向は、前記第一電極引き出し線２０４ａから第二電極引き出し線２０４ｂまで進む方向である。第二方向は、前記第三電極引き出し線２０６ａから第四電極引き出し線２０６ｂまで進む方向である。前記第一方向と前記第二方向と交叉して成す角度は、１０°〜９０°である。前記第一電極引き出し線２０４ａと前記第三電極引き出し線２０６ａとが交叉した領域に、前記第一電極引き出し線２０４ａ及び前記第三電極引き出し線２０６ａで挟まれるように絶縁部２１６を設置する。また、前記第二電極引き出し線２０４ｂと前記第四電極引き出し線２０６ｂとが交叉した領域に、前記第二電極引き出し線２０４ｂ及び前記第四電極引き出し線２０６ｂで挟まれるように絶縁部２１６を設置する。このように設置すれば、第一電極引き出し線２０４ａと、第二電極引き出し線２０４ｂと、第三電極引き出し線２０６ａと、第四電極引き出し線２０６ｂと、をそれぞれ絶縁に配列することができる。
【００１８】
前記複数の格子２１４は複数の列及び行によって配列されている。単一の前記格子２１４において、一つの熱電子放出ユニット２２０が設置されている。単一の前記熱電子放出ユニット２２０は、第一電極２１０と、第二電極２１２と、熱電子放出素子２０８と、を備える。前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、所定の距離で分離して、前記熱電子放出素子２０８と電気的に接触するように設置されている。前記第一電極２１０及び第二電極２１２は前記熱電子放出素子２０８及び前記絶縁性基板２０２の間に設置されるので、前記熱電子放出素子２０８は前記絶縁性基板２０２の片側に対向して懸架されて設置されている。前記第一電極２１０は、前記第一電極引き出し線２０４ａ又は第二電極引き出し線２０４ｂに電気的に接続されていて、前記第二電極２１２は前記第三電極引き出し線２０６ａ及び第四電極引き出し線２０６ｂに電気的に接続されている。
【００１９】
前記絶縁性基板２０２に、単一の前記格子２１４に対応して一つの溝２１８が設置されている。前記複数の溝２１８は、寸法が同じであり、均一に前記絶縁性基板２０２に分布されている。実際の要求に対応して、前記溝２１８の形状は正方形、矩形又は三角形などの形状でよい。前記溝２１８は前記基板２０２及び前記熱電子放出素子２０８の間に形成されているので、前記熱電子放出素子２０８の一部が前記基板２０２に対して懸架されて設置されている。本発明の熱電子放出素子２０８が全て前記基板２０２と接触しないように設置されているので、前記熱電子放出素子２０８に提供されたエネルギーの極少の部分が、前記絶縁性基板２０２に伝送され、本発明の熱電子放出装置２００の熱電子放出の特性が高くなる。
【００２０】
前記四つの電極引き出し線２０４ａ、２０４ｂ、２０６ａ、２０６ｂは、線状又は膜形に形成されている。本実施形態において、前記四つの電極引き出し線２０４ａ、２０４ｂ、２０６ａ、２０６ｂは、それぞれ膜形に形成され、幅が３０μｍ〜１ｍｍ、厚さが５μｍ〜１ｍｍである。隣接する前記電極引き出し線間の距離は、３００μｍ〜５ｍｍである。本実施形態において、前記四つの電極引き出し線２０４ａ、２０４ｂ、２０６ａ、２０６ｂは、スクリーン印刷法により導電性ペーストを前記基板２０２に印刷することで得られる。該導電性ペーストは、金属粉末、低融点ガラス粉末及び接着剤を含む。前記金属粉末は、銀粉末である。前記接着剤はエチレン樹脂などのファイバー樹脂又はテルピネオールである。前記導電性ペーストと前記金属粉末の重量比は、５０％〜９０％である。前記導電性ペーストと前記低融点ガラスの重量比は、２％〜１０％である。前記導電性ペーストと前記接着剤の重量比は、１０％〜４０％である。
【００２１】
前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、線状又は膜形に形成されている。本実施形態において、前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、それぞれ膜形に形成されている。前記第一電極２１０及び第二電極２１２の寸法は前記格子２１４の寸法によって設けられている。前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、長さが３０μｍ〜１ｍｍ、幅が３０μｍ〜１ｍｍ、厚さが５μｍ〜１ｍｍであるように設けられている。前記第一電極２１０及び第二電極２１２の間の距離は、５０μｍ〜１ｍｍである。本実施形態において、前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、長さが６０μｍ、幅が４０μｍ、厚さが２５μｍであるように設けられている。本実施形態において、前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、スクリーン印刷法により導電性ペーストを前記基板２０２に印刷することで得られる。該導電性ペーストの成分は、前記電極引き出し線の成分と同じである。
【００２２】
前記熱電子放出素子２０８は、シリコン、グラファイト、石英、カーボンナノチューブ、金属又はその合金のいずれか一種又は多種を含む。本実施形態において、前記熱電子放出阻止２０８は、カーボンナノチューブ構造体を含む。該カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。図２及び図３を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で端と端が接続された複数のカーボンナノチューブセグメント１４３を含む。各々のカーボンナノチューブセグメント１４３は、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。前記カーボンナノチューブフィルムの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。
【００２３】
単一のカーボンナノチューブフィルムは、所定の方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。本実施形態において、前記複数のカーボンナノチューブは、それぞれ前記第一電極２１０から第二電極２１２まで進む方向に対して、平行に配列されている。
【００２４】
前記熱電子放出素子２０８は、少なくとも二枚の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムが分子間力で結合されている。ここで、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、０°〜９０°の角度を成す。
【００２５】
別の実施形態として、前記熱電子放出素子２０８は、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。図４を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブワイヤは、端と端が分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブを含む。単一の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は０．５ｎｍ〜１００μｍである。
【００２６】
前記熱電子放出素子２０８は、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む場合、前記カーボンナノチューブワイヤの端部が前記第一電極２１０に電気的に接続され、もう一つの端部が前記第二電極２１２に電気的に接続されている。
【００２７】
図５を参照すると、前記熱電子放出装置の製造方法は、絶縁性基板を提供する第一ステップと、該絶縁性基板に複数の格子を形成する第二ステップと、各々の格子に第一電極及び第二電極を設置する第三ステップと、カーボンナノチューブ構造体を設置する第四ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体の余分な部分を除去して、前記第一電極及び前記第二電極の間に前記カーボンナノチューブ構造体を保持する第五ステップと、を含む。
【００２８】
前記第一ステップにおいて、前記絶縁性基板の材料は、セラミック、ガラス、樹脂及び石英のいずれか一種である。本実施形態において、前記絶縁性基板はガラスからなる。さらに、本ステップにおいて、前記絶縁性基板に予め均一に複数の溝を形成することができる。
【００２９】
前記第二ステップは、第一電極引き出し線及び第二電極引き出し線を平行に前記絶縁性基板に配列させる第一サブステップと、前記第一電極引き出し線及び第二電極引き出し線に絶縁部を設置する第二サブステップと、第三電極引き出し線及び第四電極引き出し線を平行に前記絶縁性基板に配列させる第三サブステップと、を含む。前記絶縁部を設置することにより、前記第一電極引き出し線及び第二電極引き出し線と、第三電極引き出し線及び第四電極引き出し線と、が交叉した領域を絶縁状態に保持させることができる。前記第一乃至第四電極引き出し線はそれぞれ外部の回路に電気的に接続されている。前記第一電極引き出し線及び第二電極引き出し線と、第三電極引き出し線及び第四電極引き出し線と、を交叉して設置させることにより、格子を形成することができる。上述より、複数の前記第一乃至第四電極引き出し線を設置することにより、複数の格子を形成することができる。
【００３０】
前記第一ステップにおいて複数の前記溝を形成せず、前記第二ステップにおいて複数の前記溝を形成することができる。
【００３１】
前記第三ステップにおいて、各々の前記格子において、前記第一電極を前記第一電極引き出し線に電気的に接続させ、前記第二電極を前記第二電極引き出し線に電気的に接続させている。前記第一電極及び前記第二電極はスクリーン印刷法、蒸着法又はスパッタリング法により形成される。本実施形態において、スクリーン印刷法により前記第一電極及び第二電極を形成する。前記第一電極及び第二電極は、所定の距離で分離して設置されている。
【００３２】
前記第四ステップは、カーボンナノチューブ構造体を製造して、前記絶縁性基板に設置する第一サブステップと、前記カーボンナノチューブ構造体を前記第一電極及び第二電極に設置する第二サブステップと、を含む。前記カーボンナノチューブ構造体が少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む場合、前記カーボンナノチューブフィルムは次の工程により製造される。
【００３３】
第一工程では、カーボンナノチューブアレイを提供する。前記カーボンナノチューブは超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ  ａｒｒａｙ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１）であることが好ましい。
【００３４】
本実施形態において、化学気相成長（ＣＶＤ）法により前記カーボンナノチューブアレイを成長させる。まず、基材を提供する。該基材としては、Ｐ型又はＮ型のシリコン基材、又は表面に酸化物が形成されたシリコン基材が利用される。本実施形態において、厚さが４インチのシリコン基材を提供する。次に、前記基材の表面に触媒層を蒸着させる。該触媒層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ又はそれらの合金である。次に、前記触媒層が蒸着された前記基材を、７００〜９００℃、空気雰囲気において３０〜９０分間アニーリングする。最後に、前記基材を反応装置内に置いて、保護ガスを導入すると同時に前記基材を５００〜７００℃に加熱して、５〜３０分間カーボンを含むガスを導入する。
【００３５】
これにより、高さが２００〜４００μｍの超配列カーボンナノチューブアレイが形成される。前記超配列カーボンナノチューブアレイは、相互に平行で基材に垂直に成長する複数のカーボンナノチューブからなる。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、該カーボンナノチューブの直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍである。該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、該二層カーボンナノチューブの直径は１ｎｍ〜５０ｎｍである。該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、該多層カーボンナノチューブの直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍである。
【００３６】
本実施形態において、前記カーボンを含むガスは、エチレン、メタン、アセチレン、エタン、またはその混合物などの炭化水素であり、保護ガスは窒素やアンモニアなどの不活性ガスである。勿論、前記カーボンナノチューブアレイは、アーク放電法又はレーザー蒸発法でも得られる。前記方法により、前記超配列カーボンナノチューブアレイにアモルファスカーボン又は触媒剤である金属粒子などの不純物が残らず、純粋なカーボンナノチューブアレイが得られる。
【００３７】
第二工程では、前記カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブフィルムを引き出す。
【００３８】
まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。本実施形態において、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブ束からなる連続するカーボンナノチューブフィルムを形成する。
【００３９】
前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、原子間力で前記カーボンナノチューブ束が端と端で接合され、連続するカーボンナノチューブフィルムが形成される。前記カーボンナノチューブフィルムは、所定の方向に沿って配列し、端と端で接合される複数のカーボンナノチューブからなる一定の幅を有するフィルムである。前記カーボンナノチューブフィルムは、均一な導電性及び均一な厚さを有する。このカーボンナノチューブフィルムの製造方法は、高効率で簡単であり、工業的に実用される。
【００４０】
前記第四ステップの第二サブステップにおいて、前記カーボンナノチューブフィルムを前記第一電極及び第二電極に設置する方法は、次の三つである。
【００４１】
第一の方法は、カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブを前記第一電極から第二電極まで進む方向に沿って、一枚の前記カーボンナノチューブフィルムを前記第一電極及び第二電極に設置する。
【００４２】
第二の方法は、複数のカーボンナノチューブフィルムを積み重ねて、前記第一電極及び第二電極に設置する。ここで、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、０°〜９０°の角度を成す。
【００４３】
第三の方法は、支持部材を提供して、複数のカーボンナノチューブフィルムを前記支持部材に積み重ねて、所定の形状にカーボンナノチューブフィルムを切断し、有機溶剤で前記カーボンナノチューブフィルムを浸漬させて、前記支持部材から前記カーボンナノチューブ構造体を取り外して、前記第一電極及び第二電極に設置する。ここで、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、０°〜９０°の角度を成す。
【００４４】
前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは不純物を含まず、該カーボンナノチューブの比表面積が大きいので、該カーボンナノチューブフィルムは強い接着性を有する。従って、該カーボンナノチューブフィルムは直接前記第一電極及び第二電極に固定することができる。また、該カーボンナノチューブフィルムは導電性接着剤でも前記第一電極及び第二電極に固定することができる。
【００４５】
さらに、前記第四ステップにおいて、実用の条件により、有機溶剤を利用して前記カーボンナノチューブフィルムを浸漬して処理することができる。前記有機溶剤は、メタノール、アルコール、アセトンである。本実施形態において、アルコールを利用して前記カーボンナノチューブフィルムを浸漬することにより、前記カーボンナノチューブフィルムは、該アルコールの表面張力作用で、強く前記第一電極及び第二電極に接着される。これにより、前記カーボンナノチューブフィルムと前記第一電極及び第二電極との接触面積が増加し、前記カーボンナノチューブフィルムと前記第一電極及び第二電極との間の接着性を高めることができる。
【００４６】
前記熱電子放出素子が、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む場合、前記カーボンナノチューブワイヤは、カーボンナノチューブアレイを提供する第一工程と、前記カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブ予備成形体（カーボンナノチューブフィルム）を引き出す第二工程と、前記カーボンナノチューブ予備成形体を有機溶剤で処理し、又は機械加工してカーボンナノチューブワイヤを形成する第三工程と、を含む。従って、単一の前記カーボンナノチューブワイヤは、端と端が分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブを含む。単一の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は０．５ｎｍ〜１００μｍである。
【００４７】
カーボンナノチューブの比表面積が大きいので、前記カーボンナノチューブ構造対は強い接着性を有する。従って、接着剤を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を前記絶縁性基板に設置することができる。さらに、前記カーボンナノチューブ構造体を前記絶縁性基板に密接させるために、接着剤又は導電膠を利用して、記カーボンナノチューブ構造体を前記絶縁性基板に設置することができる。
【００４８】
前記第五ステップにおいて、レーザー切断法又は電子線走査法を利用することができる。本実施形態において、レーザー切断法を利用する。前記第五ステップは、前記第一電極引き出し線に沿って、レーザービームで前記カーボンナノチューブ構造体を走査する第一サブステップと、前記第三電極引き出し線に沿って、レーザービームで前記カーボンナノチューブ構造体を走査する第二サブステップと、を含む。前記第一サブステップ及び第二サブステップにより、前記カーボンナノチューブ構造体の、前記第一電極及び第二電極の間に設置された部分以外を除去することができる。前記レーザービームのパワーは１０Ｗ〜５０Ｗであり、前記レーザービームの走査速度は１０ｍｍ／秒〜５０００ｍｍ／秒である。本実施形態において、前記レーザービームのパワーは３０Ｗであり、前記レーザービームの走査速度は１０００ｍｍ／秒である。
【００４９】
前記第五ステップの第一サブステップにおいて、前記レーザービームの幅は、第三電極引き出し線に沿って配列された隣接する第一電極の間の距離と等しく、２０μｍ〜５００μｍである。前記第五ステップの第二サブステップにおいて、前記レーザービームの幅は、第一電極引き出し線に沿って配列された隣接する第二電極の間の距離と等しく、２０μｍ〜５００μｍである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係る熱電子放出装置の平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図３】本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブセグメントの模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブワイヤのＳＥＭ写真である。
【図５】本発明の実施形態に係る熱電子放出装置の製造方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１４３    カーボンナノチューブセグメント
１４５    カーボンナノチューブ
２００    熱電子放出装置
２０２    絶縁性基板
２０４ａ    第一電極引き出し線
２０４ｂ    第二電極引き出し線
２０６ａ    第三電極引き出し線
２０６ｂ    第四電極引き出し線
２０８    熱電子放出素子
２１０    第一電極
２１２    第二電極
２１４    格子
２１６    絶縁部
２１８    溝
２２０    熱電子放出ユニット
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図２】
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【図４】
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