(57)【要約】【課題】大型であっても電界放出物質が均一に分散された電極を、容易に安価に製造することができ、省エネルギーで大型の電界放出型ランプの製造方法を提供する。【解決手段】Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｐｄから選ばれる１種又は２種以上を含む金属物質と、電界放出物質と、有機バインダーとを含有する混合物を基板上に膜状に形成し、焼成し、塊状金属物質と電界放出物質とを含有する電界放出型冷陰極を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｐｄから選ばれる１種又は２種以上を含む金属物質と、電界放出物質と、有機バインダーとを含有する混合物を基板上に膜状に形成し、焼成し、塊状金属物質と電界放出物質とを含有する電界放出型冷陰極を形成することを特徴とする電界放出型ランプの製造方法。
【請求項２】
電界放出物質が、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノファイバー、グラファイト、ダイヤモンド微粒子、又は金属担持カーボンナノチューブから選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１記載の電界放出型ランプの製造方法。
【請求項３】
電界放出型冷陰極表面に粘着フィルムを付着させた後、剥離し、電界放出型冷陰極表面に電界放出物質を起立させることを特徴とする請求項１又は２記載の電界放出型ランプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放出型ランプ（フィールドエミッションランプ：Field Emission Lamp（ＦＥＬ））の製造方法に関し、より詳しくは、製造工程の簡略化を図ったＦＥＬの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
テレビ、コンピューター等の液晶表示装置に適用されるバックライト、ファクシミリ等の読み取り用光源、複写機のイレーサー用光源、各種表示用等に冷陰極蛍光ランプが、高輝度、高演色性、長寿命、低消費電力性等に優れることから、多用されているが、この種の冷陰極蛍光ランプにおいては、水銀を含有することから、水銀を使用しない代替えとしてＦＥＬが注目されている。ＦＥＬは電極物質として電子放出型陰極（エミッタ）を有し、省エネルギー、大型平面光源が可能であり、蛍光体を選択することにより任意の色調の光源が得られることから、機能照明としても期待されている。このようなＦＥＬの電子放出型陰極（エミッタ）としてダイヤモンド微粒子を備えた電子放出膜と膜表面に形成されたスティックとを用い、電界を加えることによりエミッタ基板全面から電子放出を行う電子放出用電極（特許文献１）、複数の突起物を備える基板と、この突起物の表面に形成されるグラフェンシート等の花弁状炭素薄片集合体からなる電子放出膜とを有する電子放出電極（特許文献２）等が報告されている。また、カーボンナノチューブを含有する電子源材料を用いて形成した電子源（電極）を有する自発光型平面表示装置（特許文献３、４）等が知られている。
【０００３】
カーボンナノチューブ等は、一般的に有機バインダーに均一に分散させるのは容易ではなく、電界放出物質を均一に分散させた電極を形成するのは困難な場合がある。
【特許文献１】特開２００７−１０９５２３
【特許文献２】特開２００５−１０８７２１
【特許文献３】特開２００５−５０７９
【特許文献４】特開２００４−７１３１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、大型であっても電界放出物質が均一に分散された電極を、容易に安価に製造することができ、省エネルギーで大型の電界放出型ランプ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】
【０００５】
本発明は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｐｄから選ばれる１種又は２種以上を含む金属物質と、電界放出物質と、有機バインダーとを含有する混合物を基板上に膜状に形成し、焼成し、塊状金属物質と電界放出物質とを含有する電界放出型冷陰極を形成することを特徴とする電界放出型ランプの製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の電界放出型ランプの製造方法は、大型であっても電界放出物質が均一に分散された電極を、容易に安価に製造することができ、省エネルギーで大型の電界放出型ランプを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の電界放出型ランプの製造方法は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｐｄから選ばれる１種又は２種以上を含む金属物質と、電界放出物質と、有機バインダーとを含有する混合物を基板上に膜状に形成し、焼成し、塊状金属物質と電界放出物質とを含有する電界放出型電極を形成することを特徴とする。
【０００８】
本発明の電界型放出型ランプの製造方法に用いる金属物質としては、導電性を有するものであり、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒのアルカリ金属、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｙｂ等の希土類金属、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｐｄなどから選ばれる１種又は２種以上を含む金属物質であり、これらの金属を含むものであれば、これらの金属の単体、合金、塩であってもよい。また、酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化インジウム、酸化錫等の酸化物や、窒化物、硫化物等であってもよい。これらのうち特に、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｏ等が好ましい。これらの金属物質は粉体状、有機化合物又は分散媒に分散させた状態で用いることができる。
【０００９】
上記電界型放出ランプの製造方法に用いる電界放出物質としては、電界放出特性のよい、即ち、仕事関数が低く、化学的、物理的に安定性が高いエミッタが好ましい。具体的には、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を挙げることができる。カーボンナノチューブとしては、グラフェンシートが筒状になり、電界を付加されたときに電子の放出を容易に行い得る５員環を含むフラーレンの半球のような構造で閉じられたものであれば、単層（シングルウォールナノチューブ）、ダブルウォールナノチューブ、マルチウォールナノチューブや、これを金属に担持させた金属担持カーボンナノチューブ等いずれであってもよい。また、カーボンナノチューブの先端を尖らせたカーボンナノホーン、層状の結晶構造を有するグラファイト、その他、カーボンナノファイバー、ダイヤモンド微粒子等を挙げることができる。
【００１０】
上記有機バインダーとしては、上記金属物質及び電界放出物質を分散可能なものであり、これらを膜状に形成可能であって、後述する焼成により膜中から除去可能なものである。有機バンインダーは膜状に形成するために使用する方法に応じて、その粘度等を適宜選択することができる。有機バインダーとしては、具体的には、アクリル、ニトロセルロース、エチルセルロース及びポリイミド樹脂等を１種又は２種以上を適宜組み合わせて使用することができる。
【００１１】
上記物質を混合して混合物を形成する。混合物中の金属物質、電界放出物質、有機バインダーの使用量としては、質量比において、金属物質：電界放出物質：有機バインダー＝７０〜９８：１５〜１：１５〜１であることが好ましい。
【００１２】
上記混合物には、必要に応じて、他の物質を含有させてもよい。また、電界放出物質は、予め分散媒に分散させて用いることもできる。かかる分散媒としては、焼成後、残留しないものが好ましく、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素や、エチルアルコール、イソプロピルアルコ−ル（ＩＰＡ）等のアルコール、アセトン等のケトン、エーテル、酢酸エチル、酢酸イソブチル、酢酸アミル等の誘導体、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の高分子及び水等、これらの混合物等を適宜選択して用いることができる。これらの分散液と、金属物質、有機バインダー、必要に応じて添加物とを超音波を用いて分散させ、混合することができる。必要に応じて、加熱してもよい。
【００１３】
得られた混合物を基板上に膜状に形成する。基板としては、電界放出型冷陰極を形成する強度を有し、絶縁性であって、熱的に安定で、焼成温度に耐えることができ、加工が容易で、安価であることからガラス製が好ましい。更に、光取り出し側においては透過率（透明）を有することが必要である。基板はガラス製が好ましい。かかるガラスとしては、ガラスケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、亜鉛ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス、ソーダガラス等を挙げることができる。
【００１４】
上記基板上に混合物を膜状に形成する方法としては、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法、レーザーアブレーション法等を適用することができる。スクリーン印刷法は、スキージやゴムローラーを利用してスクリーンメッシュの網目を通して、混合物を基板に押し出して印刷する方法である。また、インクジェット印刷法は圧電体の変位や、熱膨張によりインクを吐出して印刷する方法である。また、レーザーアブレーション法は塗布等により一面に形成した塗膜を、レーザービームを照射して瞬間的に大きいエネルギーを吸収した物質をプラズマ化して食刻し、所望の形状に形成する方法である。
【００１５】
上記膜状に形成した混合物を焼成し電界放出型冷陰極を形成する。焼成により、膜中から、分散媒として用いた有機バインダーや分散媒を除去し、金属物質を溶融させ、塊状金属物質を形成させ、導電性の向上を図ることができる。このとき、図１に示すように、塊状金属物質２は基板１上に融着し、電界放出物質３は、一部が塊状金属物質に取り込まれ、塊状金属物質の表面から一部が突出するように一体化される。塊状金属物質の大きさは、具体的には、０．１ｎｍ〜１０μｍであることが好ましい。このような塊状金属物質を得るための焼成は、３００℃〜７００℃の温度で、例えば、１５〜６０分等とすることが好ましい。焼成は大気中で行うこともできるが、窒素雰囲気下、又は真空中で行うことが塊状金属物質の形成を容易にするため好ましい。
【００１６】
このように焼成して形成された電界放出型冷陰極は、電界を印加すると塊状金属物質の表面から突出した電界放出物質から電子を放出するため、電界放出物質を塊状金属物質の表面に起立させることが好ましい。電界放出物質を塊状金属物質表面に起立させる方法としては、例えば、粘着テープを電界放出型冷陰極表面に付着させ、これを剥離する方法を挙げることができる。電界放出型冷陰極表面に電界放出物質が起立することにより、電界放出物質が電界放出型冷陰極の表面から突出した先端から、電子が効率よく放出される。
【００１７】
上記電界放出型冷陰極を形成した後、アノード電極を形成した透明基板を、アノード電極が電界放出型冷陰極と対向するように配置し、封止枠を介して固定し、ＦＥＬを製造することができる。
【００１８】
アノード電極を形成する透明基板としては、上記電界放出型冷陰極を形成する基板と同様のガラス基板等を用いることができる。アノード電極には、例えば、アルミニウム等の金属膜等を適用することができ、透明基板に、アルミニウムを蒸着することにより形成することができる。上記透明基板には、蛍光体層を設けることができる。電界放出型冷陰極から放出される電子により、蛍光体が励起され、蛍光を発光させることができる。蛍光体は使用目的により目的の波長を発光するものを選択することができ、例えば、ハロリン酸塩蛍光体や希土類蛍光体等を挙げることができる。これらを適宜組み合わせて使用し、白色光を発光させることもできる。蛍光体層は蛍光灯を作成する際にガラス管に積層する方法と同様の方法により作成することができる。
【００１９】
上記封止枠としては、上記電極を形成した基板をそれぞれ接着させ、例えば、相互に所定間隔を保持して基板を固着させるものであり、例えば、透明ガラス製等を用いることができる。電極を形成した基板が大型の場合は、封止枠間に所定の間隔でスペーサーを設け、基板間隔を一定に保持するようにしてもよい。スペーサーとしては、ガラスビーズ、プラスチックビーズ、その他、フォトリソグラフィー等により形成した柱状のスペーサー等であってもよい。
【００２０】
本発明の電界放出型ランプの製造方法の一例を図１の分解斜視図に示す。
【００２１】
図１に示すように、背面ガラスパネル（基板）２０に、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等の電界放出物質をＩＰＡに分散させ、銀粒子等の金属物質と、アクリル樹脂等の有機バインダーとを混合して混合物を作成し、得られた混合物をスクリーン印刷により膜状に形成する。この背面ガラスパネルを、５００℃で３０分間焼成し、膜中からＩＰＡとアクリル樹脂を分解除去し、電界放出型冷陰極２２を形成する。電界放出型冷陰極２２は、銀粒子が溶融して相互に一体化した塊状物質中にカーボンナノチューブ、カーボンナノホーンが取り込まれ、その一部が塊状物質の表面から突出した構造を有する。塊状物質の大きさとしては、１００ｎｍ〜１０μｍである。電界放出型冷陰極に粘着テープを付着させた後、剥離することにより、カーボンナノチューブを電界放出型冷陰極表面から突出させた尖塔を形成する。
【００２２】
一方、前面ガラスパネル（透明基板）１０に、蛍光体層１３を形成する。蛍光体層の厚さとしては、１５μｍ以上２８μｍ以下を挙げることができる。その上に、アルミニウムを蒸着してアノード電極１２を形成する。アノード電極の厚さとしては、１００ｎｍを挙げることができる。この前面ガラスパネル１０を、アノード電極１２を電界放電型冷陰極２２に対向するように、封止枠３０を介して、背面ガラスパネル２０と対向させて配置し、封止枠に背面、及び前面ガラスパネルを固着し、ＦＥＬを得る。
【００２３】
また、上記アノード電極１２として酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を蛍光体層上に同様の厚さに成膜して電極を形成することもできる。
【実施例】
【００２４】
以下の実施例によって本発明を更に詳細に説明する。
［実施例］
ＩＰＡに６ｍｌにＣＮＴ、ＣＮＨを０．２ｍｇ加えて分散させて、その中にＡｇ粉末を１０ｇとアクリル系バインダーを２ｇ加えて超音波にて分散させた。これを、１００ｍｍ角の大きさのガラス基板にスクリーン印刷した。その後、６００℃で３０分焼成し、ＣＮＴ、ＣＮＨを表面からその一部を突出させて取り込んだ１μｍの大きさのＡｇ塊状物質の電界放出型冷陰極を得た。
【００２５】
同様のガラス基板にＩＴＯでアノード電極を形成し、その上に電子線励起蛍光体を用いて厚さ１０μｍの蛍光体層を形成した。
【００２６】
高さ３ｍｍの封止枠に、それぞれの電極が対向するように基板を固着させ、ＦＥＬを得た。
【００２７】
得られたＦＥＬに６ｋＶを印加したところ、平均５，０００ｃｄ／ｍ2の輝度の蛍光を発光した。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の電界放出型ランプの製造方法により形成される電界放出型冷陰極の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の電界放出型ランプの製造方法によって形成される電界放出型ランプの一例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  基板
２  塊状金属物質
３  電界放出物質
１０  前面ガラスパネル（透明基板）
１２  アノード電極
１３  蛍光体層
２０  背面ガラスパネル（基板）
２２  電界放出型冷陰極
３０  封止枠
【図１】
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【図２】
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