JP2003303540A - 電界電子放出膜、電界電子放出電極および電界電子放出表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 残存気体の少なく、放出電子量が安定した電
界電子放出膜を形成することができる電界電子放出膜を
提供する。また薄膜化されているために、膜の面内での
抵抗値が均一となり、かつ平滑性が高く、電子放出特性
の高い電界電子放出膜を提供する。 【解決手段】 カーボンナノチューブ構造体を０．００
１〜４０重量％と、熱分解性の金属化合物を熱分解して
得られる熱分解生成物を０．０１重量％以上とを含ませ
る。熱分解性の金属化合物としては、有機金属化合物、
金属塩、有機金属塩化合物、金属錯体が挙げられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カーボンナノチュ
ーブ構造体を含有してなる電界電子放出膜、これを用い
た電界電子放出電極および電界電子放出表示装置に関す
る。本発明の電界電子放出膜は、電界放出型ディスプレ
イ、走査トンネル顕微鏡あるいは電界放出顕微鏡などの
用途に極めて有効に応用することができる。

【０００２】

【従来の技術】カーボンナノチューブの研究は、１９９
１年にフラーレンの副生成物として多層カーボンナノチ
ューブが飯島らによって発見されたことから始まった。
多層カーボンナノチューブはグラファイト棒のアーク放
電によるフラーレン合成の際の陰極堆積物に含まれ、多
層のグラファイトシート（グラフェンシート）が丸まっ
た同心円筒状の構造を持ち、直径は数十ｎｍ程度の微細
物である。その後、１９９３年に飯島らは鉄粉末を触媒
としたアーク放電により、直径が１ｎｍ前後の単層カー
ボンナノチューブを含む煤の合成に成功した。また、そ
れと同時期にコバルトを触媒としたアーク放電により直
径が１．２ｎｍの単層カーボンナノチューブを発見し
た。単層カーボンナノチューブは一枚のグラファイトシ
ート（グラフェンシート）が円筒状に巻かれた構造で、
直径は数ｎｍである。多層カーボンナノチューブの合成
には金属触媒を必要としないが、単層カーボンナノチュ
ーブの合成には金属触媒が必要不可欠である。また、金
属触媒の種類により、異なる直径の単層カーボンナノチ
ューブを選択的に合成することができる。

【０００３】カーボンナノチューブは、その幾何学的、
物理化学的特徴を利用してさまざまな分野の電子材料や
ナノテクノロジーとしての応用が考えられる。近年、こ
のような応用例として、例えばフラットパネルディスプ
レイ（電界電子放出型）、電界放出型電子源、走査型プ
ローブ顕微鏡の探針、ナノオーダー半導体集積回路、水
素ガス吸蔵物質、ナノボンベなどへの用途が期待されて
いるが、なかでも高い電界電子放出効率を利用した電界
電子放出電極が注目されている。

【０００４】このような高電界電子放出電極を利用する
ものとして、電界放出型ディスプレイ（ＦＥＤ：Field
Emission Display）、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ：Sc
anning Tunneling Microscope）あるいは電界放出顕微
鏡（ＦＥＭ：Field EmissionMicroscope）などがあり、
これらの用途への応用を目的として研究が進められてい
る。

【０００５】電界電子放出電極は、真空中で金属材料や
半導体材料に、閾値以上の電界を印加することによって
金属材料表面や半導体材料表面のエネルギー障壁が下が
り、トンネル現象によって、このエネルギー障壁を乗り
越えることができる電子が増大するため、常温でも真空
中に電子が放出される現象を利用するものである。

【０００６】従来、例えば電界放出型ディスプレイ（Ｆ
ＥＤ）の電極を製造するプロセスとしては、フォトリソ
グラフィ、スパッタリングあるいは蒸着などの半導体製
造プロセスに応用される高度な加工技術が用いられてお
り、真空中での積層加工により電極が製造されている。
その製造の代表的な例としては、電極基板表面に絶縁層
を形成し、その絶縁層表面上に電子引出し用の電極膜を
形成する。その上にレジストを塗布し、所定の形状にマ
スクを形成してウエットエッチングにより電極アレイ一
つ一つに孔を形成する。次いで電子放出用の電極材料を
蒸着して電子放出電極を形成した後、レジストを除去す
ることにより電極が完成する。電子放出用の電極材料と
してはモリブデン（Ｍｏ）が用いられており、円錐形状
を形成するようにプロセス制御して作られている。円錐
形状にする理由は、先端が鋭利な形状をしていることに
より電界電子放出効率が高くなるためである。このよう
な特殊な形状に成形するために、真空中での複雑な制御
と多数の加工プロセスが必要となり、かつ加工プロセス
には長時間を要する。

【０００７】前記のように従来の技術でＦＥＤをディス
プレイとして利用するには加工プロセスに問題があり、
電極の大型化が困難であるという欠点があった。このた
め、真空中での加工プロセス数が少なく、簡便に制御で
きる技術とそれに利用できる電界電子放出材料の開発が
望まれている。

【０００８】前記要求に対する材料としてカーボンナノ
チューブは先端が細長く、電圧を印加することでその先
端に強い電場が生じ、比較的低い電圧で電子を放出する
ことができるため有望視されている。

【０００９】カーボンナノチューブを電界電子放出電極
として利用する方法は、従来の多数の工程を経て非常に
精巧な電子放出電極を作りこむ方法とは違い、より安定
した電流をより低い真空度で実現することができる。こ
れはカーボンナノチューブの先端が非常に細いこと、ま
た導電性が非常に高いことから仕事関数が低いことが原
因と考えられている。各カーボンナノチューブが微小電
子銃になりうるために、単位面積あたり非常に多くの電
子銃を配置することができるようになる。また基板に直
接カーボンナノチューブを成長させる方法も検討されて
いる。

【００１０】従来のカーボンナノチューブを用いた電界
電子放出膜の製造方法には化学的気相成長法（ＣＶＤ：
Chemical Vapor Deposition）を用いて、陰極基板に直
接的に長さ、太さなどを制御したカーボンナノチューブ
を成長させて電界電子放出源として利用するという試み
と、既存の方法によって製造したカーボンナノチューブ
を適当な溶媒や接着剤と混合することでインクを作成
し、基板上に塗布、乾燥することで電界電子放出膜を作
成する方式が試みられている。

【００１１】このうち、電界電子放出膜をカーボンナノ
チューブ含有のインクを用いて形成する技術には、次の
ようなものがある。

【００１２】（１）有機樹脂を接着剤として使用する技
術 有機樹脂を接着剤として用いて、導電性粒子などと一緒
にカーボンナノチューブを混合し、インクを作成する方
法で、溶媒を相対的に少なくし、粘度の高いインクを作
成する。目標とするような膜厚になるようにスクリーン
を選定し、印刷して膜を作成する。導電性を確保するた
めに金属粒子やＩＴＯ粒子を溶液中に分散させる。得ら
れたペーストをスクリーン印刷法で基板に製膜する。乾
燥させた膜は適当な温度にて焼成を行い、有機樹脂を炭
化した後、適当な表面処理によってカーボンナノチュー
ブを表面に出す（特開２００１−１７６３８０、特開２
００１−９３４０４）。

【００１３】（２）無機接着剤を使用する技術 ケイ酸、ホウ酸などのナトリウム塩、カリウム塩、リチ
ウム塩など一般的に水ガラスと呼ばれているもの、もし
くはシリカ分散コロイドなどを接着剤として使用する。
一般にナトリウム、カリウム、リチウムなどのイオンは
除去され、アンモニアなどがｐＨ調整用に添加されてい
る。溶媒には水を使用し、カーボンナノチューブを適当
な配合にて混合し、インクを作成する。インクは上記と
同じようにスクリーン印刷法によって塗布され、焼成後
表面処理される（特開２０００−１００３１８）。

【００１４】（３）はんだ等を使用する方法 Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｐｂなどの少なくとも１つの元素を
含む金属はんだを接着剤として用いてカーボンナノチュ
ーブを基板上に固定する方法。カーボンナノチューブを
前記金属はんだ、もしくは炭素溶解性金属、もしくはカ
ーバイド形成金属、もしくは低融点金属、もしくは導電
性ポリマー（銀ペースト）と十分に混合し、膜形成後最
終的に真空中で８００℃で焼成して接着する（特開２０
００−１４１０５６）。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】電界電子放出型ディス
プレイは各画素に複数の微小な電子銃が配置されている
ために電子銃とアノード電極すなわち蛍光体との距離が
小さいほど画素の大きさを小さくできる。電子銃から放
出された電子は放出源よりもやや広がって蛍光体に衝突
するために、同じ特性を持つ電界電子放出電極ならば蛍
光体が近いほどその広がりを小さく抑制できる。画素を
小さくするためには電子銃全体を小さくする必要があ
り、そのためには絶縁膜、そしてカーボンナノチューブ
塗布膜も薄くする必要がある。

【００１６】しかしながら、上記したような従来の技術
では各々に問題点がある。すなわち電界電子放出膜の残
存気体についていえば、電界電子放出型ディスプレイで
は陰極から発生した電子を陽極に向けて電子を加速し、
蛍光体に衝突させ励起し発光させる。電子発生のために
は陰極、陽極間の雰囲気を真空排気しておく必要があ
る。カーボンナノチューブ含有のインクを塗布した電極
は陰極として使用されるために真空中に設置されること
となる。

【００１７】したがって塗布されたインクは真空中に封
止される前に十分に残存気体を排出させておく必要があ
る。有機溶媒を使用した場合は乾燥だけでなく十分な温
度まで焼成することが必要不可欠である。また無機接着
剤を使用した場合も溶媒として使用する水を十分に除去
する必要がある。

【００１８】しかし、接着剤中に含有される溶媒分、特
に水分は非常に除去しづらく、残留気体としてディスプ
レイ基板上に残る。このために、カーボンナノチューブ
から放出される電子流が非常に不安定になる。ディスプ
レイとして考えるとこのような現象が起こると画面のち
らつきなどの原因となる。

【００１９】また、有機樹脂を接着剤として使用する
と、焼成後も接着性を確保するためには厚膜でしか塗布
できない。また無機接着剤では、溶媒に水を使用してい
るので、焼成後の残存気体が多い膜となるばかりでな
く、膜の抵抗が高いために電子放出源の分布にムラが発
生する。また両者とも膜の導電性は導電性粒子をインク
に添加することによって確保しているために導電性粒子
の大きさに膜厚を左右されてしまう。すなわち導電性粒
子の大きさが塗布膜よりも大きい場合は膜の面内での抵
抗値にムラができることとなる。このために従来のイン
クの組成では十分に満足できる電界電子放出薄膜を形成
することは困難であった。

【００２０】本発明は上記したような従来の事情に対処
してなされたもので、高い電子放出効率を有すると共
に、ディスプレイとして使用したときに安定した画像が
得られ、緻密で後工程での膜へのダメージのほとんどな
い電界電子放出膜を提供すること、およびこの電界電子
放出膜を用いて高精細化を実現可能な電界電子放出電極
および電界電子放出表示装置を提供することを目的とす
る。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、接着剤の
成分そのものに導電性を付与できれば、残存気体を抑制
することが可能であり、かかる電界電子放出膜を使用す
れば電子放出を安定化させ、表示装置として使用したと
きに安定した画像が得られると考えた。

【００２２】また電子放出量の均一性を確保するために
は、基本的に電界電子放出膜はできるだけ膜表面の平滑
性を確保しなければいけないという点から、接着剤の成
分そのものに導電性を付与することができる場合は、導
電性の粒子を混合させる必要がないために、導電性粒子
の大きさによって膜厚を制限されることはないと考え
た。かかる観点から電界電子放出膜の検討を行った結
果、本発明に到達した。

【００２３】本発明は第１に、電界電子放出電極に用い
られる電界電子放出膜において、該電界電子放出膜がカ
ーボンナノチューブ構造体を０．００１〜４０重量％
と、熱分解性の金属化合物を熱分解して得られる熱分解
生成物を０．０１重量％以上とを含むことを特徴とする
電界電子放出膜である（請求項１）。

【００２４】本発明の電界電子放出膜は、熱分解性の金
属化合物（有機金属化合物、金属塩、有機金属塩化合
物、金属錯体）を含有するインクを電極基板上に塗布・
焼成して形成することで、焼成後に得られる熱分解生成
物が接着剤として機能し、緻密で接着性に優れ、残存気
体の少ない電界電子放出膜が形成される。従来の電界電
子放出膜は、塗布膜が厚いため、あるいは緻密さに欠け
るため、ディスプレイとして使用する場合に、後加工プ
ロセスに対し耐性が低かったが、本発明によればかかる
欠点のない膜とすることができる。

【００２５】上記熱分解性の金属化合物としては有機金
属化合物、金属塩、有機金属塩化合物または金属錯体が
好ましい。また、上記熱分解生成物は、複数の金属から
なるものが好ましい。これら複数の金属はＳｎと、Ｉｎ
およびＳｂから選ばれる少なくとも１種の添加金属であ
ることが特に好ましい。また、上記複数の金属がＳｎと
Ｉｎであり、Ｉｎに対するＳｎの割合が６原子％以上で
あることが特に望ましい。

【００２６】また、本発明の電界電子放出膜の膜厚は
０．０５μｍ以上、２０μｍ以下であることが好まし
い。

【００２７】本発明は第２に、支持体上に順次形成され
たカソード電極および電界電子放出膜からなる２極型の
電界電子放出電極であって、前記電界電子放出膜が、カ
ーボンナノチューブ構造体を０．００１〜４０重量％
と、熱分解性の金属化合物を熱分解して得られる熱分解
生成物を０．０１重量％以上とを含むことを特徴とする
電界電子放出電極である（請求項１０）。

【００２８】本発明は第３に、支持体上に順次形成され
たカソード電極、絶縁層およびゲート電極と、前記絶縁
層およびゲート電極に共通に形成された開口部と、少な
くとも該開口部におけるカソード電極上に形成された電
界電子放出膜とからなる３極型の電界電子放出電極であ
って、前記電界電子放出膜が、カーボンナノチューブ構
造体を０．００１〜４０重量％と、熱分解性の金属化合
物を熱分解して得られる熱分解生成物を０．０１重量％
以上とを含むことを特徴とする電界電子放出電極である
（請求項１１）。

【００２９】本発明は第４に、複数の電界電子放出電極
を備えたカソードパネルと、蛍光体層およびアノード電
極を備えたアノードパネルとが、それぞれの周縁部で接
合されてなる電界電子放出表示装置であって、前記電界
電子放出電極に上記請求項１０または１１に記載の電極
を用いることを特徴とする電界電子放出表示装置である
（請求項１２）。

【００３０】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態につ
いて詳細に説明する。 （１）実施の形態１（電界電子放出膜） 本発明において、カーボンナノチューブ構造体とは、カ
ーボンナノチューブ及び／又はカーボンナノファイバー
を意味する。本発明では、カーボンナノチューブまたは
カーボンナノファイバーであってもよいし、これらの混
合物であってもよい。

【００３１】カーボンナノチューブとカーボンナノファ
イバーとの相違点は、これらの結晶性にある。ｓｐ²結
合を有する炭素原子は通常、６個の炭素原子から六員環
を構成し、これらの六員環の集まりがカーボングラファ
イトシートを構成する。このカーボングラファイトシー
トが巻かれたチューブ構造を有するものがカーボンナノ
チューブである。なお、１層のカーボングラファイトシ
ートが巻かれた構造を有する単層カーボンナノチューブ
であってもよいし、２層以上のカーボングラファイトシ
ートが巻かれた構造を有する多層カーボンナノチューブ
であってもよい。一方、カーボングラファイトシートが
巻かれておらず、カーボングラファイトシートのフラグ
メントが重なってファイバー状になったものが、カーボ
ンナノファイバーである。カーボンナノチューブあるい
はカーボンナノファイバーとカーボンウィスカーとの違
いは明確ではないが、一般にカーボンナノチューブある
いはカーボンナノファイバーの直径は１μｍ以下、例え
ば１ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。

【００３２】また、カーボンナノチューブ構造体である
カーボンナノチューブやカーボンナノファイバーは、巨
視的には粉末状であることが好ましい。カーボンナノチ
ューブやカーボンナノファイバーの製造方法として、周
知のアーク放電法やレーザアブレーション法といったＰ
ＶＤ法、プラズマＣＶＤ法やレーザＣＶＤ法、熱ＣＶＤ
法、気相合成法、気相成長法といった各種のＣＶＤ法を
挙げることができる。

【００３３】本発明で用いられるカーボンナノチューブ
構造体の好ましいサイズは、直径０．７〜１００ｎｍ、
長さが０．５〜１００μｍである。

【００３４】本発明において、カーボンナノチューブ構
造体の配合量は、インク全量中、０．００５重量％以
上、５重量％以下であることが好ましい。

【００３５】本発明では、焼成により無機物となる熱分
解性の金属化合物を含むインクを調製し、塗布すること
で残留気体の発生を抑え、十分な接着性を確保された電
界電子放出膜とすることができる。残存気体が少ない接
着剤を使用することで、電子放出が安定し、ディスプレ
イとして使用した場合に画像が不安定になることがな
い。また、上記金属化合物を焼成で熱分解して緻密な無
機膜を形成するようにしているため、ディスプレイを作
製する際に、後加工での塗膜へのダメージが殆どない。
また本発明では、接着剤自体に導電性を付与することが
できるので、インクの設計が容易となり、絶縁性粒子な
どを添加しても、塗膜の抵抗値が大きく上昇することは
ない。

【００３６】また、本発明の電界電子放出膜において
は、熱分解性の金属化合物の熱分解生成物が導電性を有
しているので、粒子状導電性物質を配合する必要がなく
所期の特性を有する電界電子放出膜とすることができ
る。

【００３７】本発明に係る電界電子放出膜を形成するた
めのインクの一例としては、上記熱分解性の金属化合物
を適当な濃度まで溶剤で希釈した溶液にカーボンナノチ
ューブ構造体を均一に分散させたものが挙げられる。ま
た、カーボンナノチューブ構造体を熱分解性の金属化合
物とともに適当な溶剤中に均一に分散させることによっ
ても、上記膜形成用のインクを作製することが可能であ
る。

【００３８】上記金属化合物としては、例えば、有機金
属化合物（有機酸金属化合物を含む）、金属塩、有機金
属塩化合物および金属錯体を挙げることができる。金属
塩として例えば、ハロゲン化物、硝酸塩、酢酸塩を挙げ
ることができる。本発明では上記金属塩のうち特に有効
なものとして、ハロゲン化物が挙げられる。有機酸金属
化合物溶液としては例えば、有機錫化合物、有機インジ
ウム化合物、有機亜鉛化合物、有機アンチモン化合物を
酸（例えば、塩酸、硝酸、あるいは硫酸）に溶解し、こ
れを有機溶媒で希釈したものを挙げることができる。ま
た、有機金属化合物溶液としては例えば、有機錫化合
物、有機インジウム化合物、有機亜鉛化合物、有機アン
チモン化合物を有機溶媒に溶解したものを例示すること
ができる。また、熱分解性の金属化合物として、有機鎖
−ハロゲン−金属を併せ持った有機金属塩化合物を使用
することもできる。また金属がキレート剤によってキレ
ート化された金属錯体であってもよい。

【００３９】また、金属元素と結合して上記有機金属
（塩）化合物を形成する有機鎖の官能基としては直鎖、
側鎖のアルキル基、アルコキシ基、エステル基、カルボ
ニル基、エーテル基、アミド基、ベンゾイル基、フェニ
ル基、エポキシド、アミノ基、アミド基などが挙げられ
る。

【００４０】本発明における熱分解性の金属化合物の例
を挙げると、三酢酸インジウム、三酢酸インジウム水和
物、インジウムアセチルアセトネート、ハロゲン化イン
ジウム、トリ-tert-ブトキシインジウム、トリメトキシ
インジウム、トリエトキシインジウム、トリイソプロポ
キシインジウムなどアルコキシ基、アルキル基、アセチ
ル基、ハロゲン、フェニル基などが１種類もしくは２種
類結合した化合物、ハロゲン化スズ、テトラエトキシス
ズ、テトライソポロポキシすず、テトラブトキシすずな
どアルコキシ基、アルキル基、アセチル基、ハロゲン、
フェニル基などが１種類もしくは２種類結合した化合物
などである。

【００４１】本発明の電界電子放出膜を形成するのに用
いられるインクには、上記各成分の他、エチルアルコー
ル、酢酸ブチル、トルエン、イソプロピルアルコール等
の有機溶媒や水のような溶剤、エチレンジアミン、ピリ
ジン、プロピレンジアミン、ジエチレントリアミン、ト
リエチレンテトラミン、２，２'−ビピリジン、１，１
０−フェナントロリン、エチレンジアミン四酢酸イオ
ン、ジメチルグリオキシマト、グリシナト、トリフェニ
ルホスフィン、シクロペンタジエニルなどのキレート
剤、分散剤、界面活性剤が含まれていてもよい。

【００４２】本発明に係る電界電子放出膜は、上記の電
界電子放出電極用インクを電極上に塗布し、焼成するこ
とによって得ることができる。焼成により、インク構成
成分である熱分解性の金属化合物が分解し、金属の種類
によって異なる熱分解生成物、特に金属酸化物、ハロゲ
ン化金属酸化物、遊離金属が生成する。例えば、ＤＢＴ
ＤＡ（二酢酸ジブチル錫）からは錫酸化物が、ＩＣ（塩
化インジウム）とＴＣＴ（テトラクロロ錫）との混合物
からはＩＴＯ（インジウム錫酸化物）がそれぞれ生成す
る。これらの熱分解生成物は、カーボンナノチューブ構
造体を保持すると共に、電極基板との接着剤の役割を担
う導電性物質である。

【００４３】上記の電界電子放出電極用インクを電極上
に塗布する方法としては、スプレー塗布、ダイ塗布、ロ
ール塗布、ディップ塗布、カーテン塗布、スピン塗布、
グラビア塗布などが挙げられるが、スプレー塗布が特に
好ましい。上記電界電子放出膜は、上記方法で電極上に
塗膜を形成した後、焼成する。ここでインク塗膜の好ま
しい焼成条件は、インクの成分である金属化合物の組成
を考慮して適宜に設定されるが、一般的に、焼成温度は
３００℃〜６００℃の範囲が好ましい。有機官能基もし
くはハロゲンの分解反応は比較的低温で進行するため
に、基板として低融点ガラスを使用することが可能とな
る。なお、焼成に替えてＵＶ照射を適用することもでき
る。電界電子放出膜の膜厚は０．０５〜２０μｍが好ま
しい。

【００４４】本発明の電界電子放出膜における熱分解生
成物を形成する金属元素としてはインジウム（Ｉｎ）、
すず（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）以外に亜鉛、アルミ
ニウム、金、銀、珪素、ゲルマニウム、コバルト、ジル
コニウム、チタン、ニッケル、白金、マンガンなどが挙
げられる。また、上記金属化合物としては、しきい値の
低減化の点から複数の金属からなるものが好ましい。そ
の具体例としては、後記実施例のようにインジウム−ス
ズ、スズ−アンチモン等が挙げられる。また、スズ−フ
ッ素（Ｆ）などのような金属とハロゲンとの組み合わせ
であってもよい。特に、上記単一または複数の金属のう
ち一つはＳｎであることが、ドーパントとの親和性の点
から好ましい。

【００４５】ここで、Ｉｎ−Ｓｎを組み合わせた場合、
その混合比はＩｎ原子１００に対してＳｎ原子が６以上
であることが好ましい。Ｓｎ−Ｓｂを組み合わせた場
合、その混合比はＳｎ原子１００に対してＳｂ原子が４
以上であることが好ましい。Ｓｎ−Ｆを組み合わせた場
合、その混合比はＳｎ原子１００に対してＦ原子が４以
上であることが好ましい。

【００４６】電界電子放出膜には、Ｓｎが必ず含まれて
いることが、特に好ましい。Ｓｎはドーパントに対する
親和性が高いため、均一物性の電極膜を容易に形成する
ことができる。金属錫が含まれている電界電子放出膜と
しては、例えばＩＴＯ，ＦＴＯ（フッ素錫酸化物）、Ａ
ＴＯ（アンチモン錫酸化物）が挙げられる。

【００４７】（２）実施の形態２（２極型の電界電子放
出電極・電界電子放出表示装置） 本実施の形態による電界電子放出電極を図１から図３を
参照しながら説明する。電界電子放出電極は、図１に示
すような電界電子放出表示装置に用いられる。そして図
２および図３に示すように、支持体１０上に設けられた
カソード電極１１と、カソード電極１１上に設けられた
電界電子放出膜１５から成る。そして、電界電子放出膜
１５は、マトリックス（金属化合物の熱分解生成物）２
１、及び先端部が突出した状態でマトリックス２１中に
埋め込まれたカーボンナノチューブ構造体から成る。こ
こで、電界電子放出膜１５は、既に述べた実施の形態１
による。本実施の形態における表示装置は、図１に示す
ように、電界放出電極が複数設けられたカソードパネル
ＣＰ、及び、蛍光体層３１とアノードパネルＡＰが、そ
れらの周縁部で接合されて成り、複数の画素を有する。
本実施の形態の表示装置におけるカソードパネルＣＰに
おいては、上述のような電界放出電極の複数から構成さ
れた電子放出領域が有効領域に２次元マトリックス状に
多数形成されている。

【００４８】カソードパネルＣＰの無効領域には、真空
排気用の貫通孔（図示せず）が設けられており、この貫
通孔には、真空排気後に封じ切られるチップ管（図示せ
ず）が接続されている。枠体３４は、セラミックス又は
ガラスから成り、高さは、例えば１．０ｍｍである。場
合によっては、枠体３４の代わりに接着層のみを用いる
こともできる。

【００４９】アノードパネルＡＰは、具体的には、基板
３０と、基板３０上に形成され、所定のパターン（例え
ば、ストライプ状やドット状）に従って形成された蛍光
体層３１と、有効領域の全面を覆う例えばアルミニウム
薄膜から成るアノード電極３３から構成されている。蛍
光体層３１と蛍光体層３１との間の基板３０上には、ブ
ラックマトリックス３２が形成されている。尚、ブラッ
クマトリックス３２を省略することもできる。また、単
色表示装置を想定した場合、蛍光体層３１は必ずしも所
定のパターンに従って設けられる必要はない。更には、
ＩＴＯ等の透明導電膜から成るアノード電極を基板３０
と蛍光体層３１との間に設けてもよく、あるいは、基板
３０上に設けられた透明導電膜から成るアノード電極３
３と、アノード電極３３上に形成された蛍光体層３１及
びブラックマトリックス３２と、蛍光体層３１及びブラ
ックマトリックス３２の上に形成されたアルミニウム
（Ａｌ）から成り、アノード電極３３と電気的に接続さ
れた光反射導電膜から構成することもできる。

【００５０】１画素は、カソードパネル側において矩形
形状のカソード電極１１と、その上に形成された電界電
子放出膜１５と、電界電子放出膜１５に対面するように
アノードパネルＡＰの有効領域に配列された蛍光体層３
１とによって構成されている。有効領域には、かかる画
素が、例えば数十万〜数百万個ものオーダーにて配列さ
れている。

【００５１】また、カソードパネルＣＰとアノードパネ
ルＡＰとの間には、両パネル間の距離を一定に維持する
ための補助的手段として、有効領域内に等間隔にスペー
サ３５が配置されている。尚、スペーサ３５の形状は、
円柱形に限らず、例えば球状でもよいし、ストライプ状
の隔壁（リブ）であってもよい。また、スペーサ３５
は、必ずしも全てのカソード電極の重複領域の四隅に配
置されている必要はなく、より疎に配置されていてもよ
いし、配置が不規則であってもよい。

【００５２】この表示装置においては、１画素単位で、
カソード電極１１に印加する電圧の制御を行う。カソー
ド電極１１の平面形状は、図２に模式的に示すように、
略矩形であり、各カソード電極１１は、配線１１Ａ、及
び、例えばトランジスタから成るスイッチング素子（図
示せず）を介してカソード電極制御回路４０Ａに接続さ
れている。また、アノード電極３３はアノード電極制御
回路４２に接続されている。各カソード電極１１に閾値
電圧以上の電圧が印加されると、アノード電極３３によ
って形成される電界により、量子トンネル効果に基づき
電界電子放出膜１５から電子が放出され、この電子がア
ノード電極３３に引き付けられ、蛍光体層３１に衝突す
る。輝度は、カソード電極１１に印加される電圧によっ
て制御される。

【００５３】表示装置の組み立てについて、具体的に
は、図１において、蛍光体層３１と電界放出電極とが対
向するようにアノードパネルＡＰとカソードパネルＣＰ
とを配置し、アノードパネルＡＰとカソードパネルＣＰ
（より具体的には、基板３０と支持体１０）とを、枠体
３４を介して、周縁部において接合する。接合に際して
は、枠体３４とアノードパネルＡＰとの接合部位、及び
枠体３４とカソードパネルＣＰとの接合部位にフリット
ガラスを塗布し、アノードパネルＡＰとカソードパネル
ＣＰと枠体３４とを貼り合わせ、予備焼成にてフリット
ガラスを乾燥した後、約４５０℃で１０〜３０分の本焼
成を行う。その後、アノードパネルＡＰとカソードパネ
ルＣＰと枠体３４とフリットガラスとによって囲まれた
空間を、貫通孔及びチップ管を通じて排気し、空間の圧
力が１０^-4Ｐａ程度に達した時点でチップ管を加熱溶融
により封じ切る。このようにして、アノードパネルＡＰ
とカソードパネルＣＰと枠体３４とに囲まれた空間を真
空にすることができる。その後、必要な外部回路との配
線を行い、表示装置を完成させる。

【００５４】尚、図１に示した表示装置におけるアノー
ドパネルＡＰの製造方法の一例を、以下、図４の（Ａ）
〜（Ｄ）を参照して説明する。

【００５５】先ず、発光性結晶粒子組成物を調製する。
そのために、例えば、純水に分散剤を分散させ、ホモミ
キサーを用いて３０００ｒｐｍにて１分間、撹拌を行
う。次に、発光性結晶粒子を分散剤が分散した純水中に
投入し、ホモミキサーを用いて５０００ｒｐｍにて５分
間、撹拌を行う。その後、例えば、ポリビニルアルコー
ル及び重クロム酸アンモニウムを添加して、十分に撹拌
し、濾過する。

【００５６】アノードパネルＡＰの製造においては、例
えばガラスから成る基板３０上の全面に感光性被膜５０
を形成（塗布）する。そして、露光光源（図示せず）か
ら射出され、マスク５３に設けられた孔部５４を通過し
た紫外線によって、基板３０上に形成された感光性被膜
５０を露光して感光領域５１を形成する（図４の（Ａ）
参照）。その後、感光性被膜５０を現像して選択的に除
去し、感光性被膜の残部（露光、現像後の感光性被膜）
５２を基板３０上に残す（図４の（Ｂ）参照）。次に、
全面にカーボン剤（カーボンスラリー）を塗布し、乾
燥、焼成した後、リフトオフ法にて感光性被膜の残部５
２及びその上のカーボン剤を除去することによって、露
出した基板３０上にカーボン剤から成るブラックマトリ
ックス３２を形成し、併せて、感光性被膜の残部５２を
除去する（図４の（Ｃ）参照）。その後、露出した基板
３０上に、赤、緑、青の各蛍光体層３１を形成する（図
４の（Ｄ）参照）。具体的には、各発光性結晶粒子（蛍
光体粒子）から調製された発光性結晶粒子組成物を使用
し、例えば、赤色の感光性の発光性結晶粒子組成物（蛍
光体スラリー）を全面に塗布し、露光、現像し、次い
で、緑色の感光性の発光性結晶粒子組成物（蛍光体スラ
リー）を全面に塗布し、露光、現像し、更に、青色の感
光性の発光性結晶粒子組成物（蛍光体スラリー）を全面
に塗布し、露光、現像すればよい。その後、蛍光体層３
１及びブラックマトリックス３２上にスパッタリング法
にて厚さ約０．０７μｍのアルミニウム薄膜から成るア
ノード電極３３を形成する。尚、スクリーン印刷法等に
より各蛍光体層３１を形成することもできる。

【００５７】尚、アノード電極は、有効領域を１枚のシ
ート状の導電材料で被覆した形式のアノード電極として
もよいし、１又は複数の電界電子放出膜、あるいは、１
又は複数の画素に対応するアノード電極ユニットが集合
した形式のアノード電極としてもよい。

【００５８】１画素を、ストライプ状のカソード電極
と、その上に形成された電界電子放出膜と、電界電子放
出膜に対面するようにアノードパネルの有効領域に配列
された蛍光体層とによって構成してもよい。この場合、
アノード電極もストライプ形状を有する。ストライプ状
のカソード電極の射影像と、ストライプ状のアノード電
極の射影像は直交している。アノード電極の射影像とカ
ソード電極の射影像とが重複する領域に位置する電界電
子放出膜から電子が放出される。このような構成の表示
装置の駆動は、所謂単純マトリクス方式により行われ
る。即ち、カソード電極に相対的に負の電圧を、アノー
ド電極に相対的に正の電圧を印加する。その結果、列選
択されたカソード電極と行選択されたアノード電極（あ
るいは、行選択されたカソード電極と列選択されたアノ
ード電極）とのアノード電極／カソード電極重複領域に
位置する電界電子放出膜から選択的に真空空間中へ電子
が放出され、この電子がアノード電極に引きつけられて
アノードパネルを構成する蛍光体層に衝突し、蛍光体層
を励起・発光させる。

【００５９】このような構造の電界放出電極の製造にあ
たっては、例えばガラス基板から成る支持体１０上に、
例えばスパッタリング法により形成されたクロム（Ｃ
ｒ）層から成るカソード電極形成用の導電材料層を形成
した後、周知のリソグラフィ技術及びＲＩＥ法に基づ
き、導電材料層をパターニングすることによって、矩形
形状のカソード電極の代わりにストライプ状のカソード
電極１１を支持体１０上に形成すればよい。

【００６０】また、プラズマ処理、電場による配向処
理、及び、加熱処理や各種のプラズマ処理等の順序は、
本質的に任意とすることができる。以下の実施の形態に
おいても同様である。

【００６１】（３）実施の形態３（３極型の電界電子放
出電極・電界電子放出表示装置） 本実施の形態の電界放出電極の一例の模式的な一部端面
図を図５に示し、表示装置の模式的な一部端面図を図６
に示す。この電界放出電極は、支持体１０上に形成され
たカソード電極１１、支持体１０及びカソード電極１１
上に形成された絶縁層１２、絶縁層１２上に形成された
ゲート電極１３、ゲート電極１３及び絶縁層１２に形成
された開口部（ゲート電極１３に形成された第１の開口
部１４Ａ、及び、絶縁層１２に形成された第２の開口部
１４Ｂ）、並びに、第２の開口部１４Ｂの底部に露出し
た電界電子放出膜１５から成る。ここで電界電子放出膜
１５は実施の形態１によるものであり、マトリックス２
１、及び、先端部が突出した状態でマトリックス２１中
に埋め込まれたカーボンナノチューブ２０から成る。

【００６２】表示装置は、上述のような電界放出電極が
有効領域に多数形成されたカソードパネルＣＰと、アノ
ードパネルＡＰから構成されており、複数の画素から構
成され、各画素は、複数の電界放出電極と、電界放出電
極に対向して基板３０上に設けられたアノード電極３３
及び蛍光体層３１から構成されている。アノード電極３
３は有効領域を覆うシート状である。カソードパネルＣ
ＰとアノードパネルＡＰとは、それらの周縁部におい
て、枠体３４を介して接合されている。図６に示す一部
端面図には、カソードパネルＣＰにおいて、１本のカソ
ード電極１１につき開口部１４Ａ，１４Ｂ及び電界電子
放出膜１５を、図面の簡素化のために２つずつ示してい
るが、これに限定するものではなく、また、電界放出電
極の基本的な構成は図５に示したとおりである。更に
は、カソードパネルＣＰの無効領域には、真空排気用の
貫通孔３６が設けられており、この貫通孔３６には、真
空排気後に封じ切られるチップ管３７が接続されてい
る。但し、図６は表示装置の完成状態を示しており、図
示したチップ管３７は既に封じ切られている。また、ス
ペーサの図示は省略した。

【００６３】アノードパネルＡＰの構造は、実施の形態
３にて説明したアノードパネルＡＰと同様の構造とする
ことができるので、詳細な説明は省略する。

【００６４】この表示装置において表示を行う場合に
は、カソード電極１１には相対的な負電圧がカソード電
極制御回路４０から印加され、ゲート電極１３には相対
的な正電圧がゲート電極制御回路４１から印加され、ア
ノード電極３３にはゲート電極１３よりも更に高い正電
圧がアノード電極制御回路４２から印加される。かかる
表示装置において表示を行う場合、例えば、カソード電
極１１にカソード電極制御回路４０から走査信号を入力
し、ゲート電極１３にゲート電極制御回路４１からビデ
オ信号を入力する。あるいは又、カソード電極１１にカ
ソード電極制御回路４０からビデオ信号を入力し、ゲー
ト電極１３にゲート電極制御回路４１から走査信号を入
力してもよい。カソード電極１１とゲート電極１３との
間に電圧を印加した際に生ずる電界により、量子トンネ
ル効果に基づき電界電子放出膜１５から電子が放出さ
れ、この電子がアノード電極３３に引き付けられ、蛍光
体層３１に衝突する。その結果、蛍光体層３１が励起さ
れて発光し、所望の画像を得ることができる。

【００６５】以下、電界電子放出電極、電界電子放出表
示装置のその他の実施形態については、既に実施の形態
２において述べたもの、および通常の公知技術と同様で
あるので省略する。

【００６６】

【実施例】つぎに、本発明の実施例について、図面を参
照して説明する。 試験例１〜３４ カーボンナノチューブは、図７に示すアーク放電装置６
０（カーボンナノチューブ製造装置）を用いて作製した
ＳＷＮＴｓ（単層カーボンナノチューブ）を湿式精製に
よって精製し、表１，２に記載したサイズのカーボンナ
ノチューブを得た。それぞれ８０％以上の純度のものを
使用した。また、直径１００ｎｍ、長さ１００μｍのカ
ーボンナノチューブは、昭和電工社製のＶＧＣＦ−Ｇを
使用した。

【００６７】ここで、上記カーボンナノチューブの製造
装置６０について説明する。放電室６３はロータリーポ
ンプ６１により減圧可能となっている。放電室６３の減
圧状態は、真空計６２によって測定される。放電室６３
の陽極６９側に、触媒含有黒鉛材６５が設置され、陰極
６８側に黒鉛材６４が設置される。カーボンナノチュー
ブ製造時には、Ｈｅガス導入口６６からヘリウムガスが
放電室６３に導入され、直流電源７１により陽極６９お
よび陰極６８間に電圧が印加され、両者間に放電が生じ
る。この放電により、触媒含有黒鉛材６５が蒸発し、蒸
発した炭素の一部が気相で凝縮し、放電室６３の内壁に
煤（スス）となって付着する。生じた煤は、放電室６３
の下部に設けられた煤回収口６７により回収される。こ
の煤を公知の湿式精製方法で処理することによりカーボ
ンナノチューブが得られる。

【００６８】本発明に従い、上記カーボンナノチューブ
と、熱分解性の金属化合物と、溶剤とを含む電界電子放
出膜用インクを作製した。この場合上記溶剤と、カーボ
ンナノチューブと、金属化合物粒子とをそれぞれ所定濃
度で十分に混合してインクを調製した。溶剤としてはエ
チルアルコール（各試験例で共通）を使用した。

【００６９】下記表１、表２に示すように、金属化合物
としては、試験例１〜４および試験例１３〜１８では二
酢酸ジブチル錫（ＤＢＴＤＡ）を、試験例５〜８ではテ
トラブトキシ錫（ＴＢｕｔＴ）を、試験例９〜１２では
四塩化錫（ＴＣＴ：テトラクロロ錫）をそれぞれ使用し
た。また、試験例１９〜２３では四塩化錫とフッ化アン
モニウム（ＡＦ）を、試験例２４〜２８では四塩化錫と
トリフェニルアンチモン（ＴＰＡ）を、試験例２９〜３
４では塩化インジウム（ＩＣ）と四塩化錫を、それぞれ
併用した。

【００７０】さらに、試験例１９〜３４では添加剤の配
合量を、母材を１００とした場合のモル％で示した。例
えば、試験例１９では母材ＴＣＴ１００モルに対してＡ
Ｆを５モル％添加した。なお、上記添加剤は、母材を構
成する金属元素に対してドーパントとして機能する元素
を含有するものであり、インク塗膜の焼成により、ドー
パント元素が上記金属元素に結合した酸化物もしくはハ
ロゲン化酸化物が生成する。具体的には、試験例１９〜
２３ではＴＣＴが母材、ＡＦが添加剤（フッ素原子がド
ーパント）であり、試験例２４〜２８ではＴＣＴが母
材、ＴＰＡが添加剤（アンチモンがドーパント）であ
る。試験例２９〜３４ではＩＣが母材、ＴＣＴが添加剤
（錫がドーパント）である。

【００７１】試験例１９〜２３では、ＴＣＴに対するＡ
Ｆ（フッ化アンモニウム）の配合割合を振って、その効
果を検討した。これらの試験例では、上記焼成によりＦ
ＴＯが生成する。この場合、ドーパントはフッ素原子で
ある。試験例２４〜２８では、ＴＣＴに対するＴＰＡの
配合割合を振って、その効果を検討した。これらの試験
例では、焼成によりＡＴＯが生成する。この場合ドーパ
ントはアンチモンである。試験例２９〜３４では、ＩＣ
に対するＴＣＴの配合割合を振って、その効果を検討し
た。これらの試験例では、焼成によりＩＴＯが生成す
る。この場合、ドーパントは錫である。

【００７２】また、表１，２において、「塗布膜中のＣ
ＮＴ（カーボンナノチューブ）濃度（ｗｔ％）」は、熱
分解性金属化合物が熱分解した後の膜の全重量を１００
とした場合のカーボンナノチューブの重量を示してい
る。

【００７３】つぎに、得られたインクを用いて電極基板
上に電界電子放出膜を形成し、評価した。電極基板への
インク塗布（電界電子放出膜の塗膜形成）は、図８のス
プレー塗布装置を使用した。なお、スプレー塗布による
乾燥後の塗膜膜厚は５μｍとした。

【００７４】使用したスプレー塗布装置の構造および、
これによるインク塗布方法について図８を参照して説明
する。上部にインク用タンク７２、下部にノズル７５、
中央部にコック７２ａと、これらコック７２ａ・ノズル
７５間の所定部位に図略の流量制御弁とを設けることに
より、塗布装置本体を構成する。この本体の上記ノズル
７５直近直上部位にエアー配管７６および弁制御用エア
ー配管７７を接続する。上記本体は矢印方向および紙面
に垂直方向に前後動自在（Ｘ，Ｙ方向に移動自在）とす
る。

【００７５】インク塗布に際しては、電界電子放出電極
基板７３ａをエアーチャック７４の所定位置に真空吸着
により固定する。コック７２ａを開放し、弁制御用エア
ー配管７７から所定圧に制御された加圧エアーを上記流
量制御弁に供給するとともに、エアー配管７６から加圧
エアーを供給する。これによりインク用タンク７２内の
インクがノズル７５から電極基板７３ａ上にスプレーさ
れる。この塗布工程では、電極基板７３ａをＸ，Ｙ方向
に移動自在させる。なお、図８において符号７３は電界
電子放出電極であり、符号７３ｂはインク塗膜である。

【００７６】このインク塗膜を２００℃にて大気中で乾
燥し、４７０℃にて３０分間焼成後、表面処理を行って
カーボンナノチューブを表面に突出させ、かくて電界電
子放出電極用の電極基板（サンプル）を作製した。この
電極基板を適当な大きさに切断することにより、以下に
述べるような２極型の電界電子放出電極および３極型の
電界電子放出電極を得た後、これら電極の評価を行っ
た。

【００７７】図９は、２極型の電界電子放出電極を評価
するための装置を示す概略図である。図９に記載された
符号について説明すると、７８はガラス押さえ用錘、７
９はガラス基板上にＩＴＯ膜７９ａを蒸着形成したアノ
ード電極（ガラスアノード）、８０はガラススペーサー
（ガラスファイバー）、８１は本発明に係る電界電子放
出膜８１ａを塗布したカソード電極、８２は電源およ
び、電圧・電流測定器である。

【００７８】カソード電極８１上にガラススペーサー８
０を配置し、このスペーサー上にアノード電極７９を、
ＩＴＯ膜７９ａが電界電子放出膜８１ａと対面するよう
に設置した。スペース保持のためにアノード電極７９上
に錘７８を載せた。カソード電極８１・アノード電極７
９間に電源８２にて電圧を印加し、電圧および電流値を
測定した。また、アノード電極７９の裏面側（錘７８を
載置した側）に高感度カメラを設置し、ＩＴＯ膜７９ａ
の発光を確認し、発光が著しく偏っている場合のデータ
は評価の対象から外した。

【００７９】図１０は本発明の電界電子放出膜を評価す
るための３極型の電界電子放出電極構造の模式的断面図
である。この３極構造は、基材（支持体）８７上に順次
形成されたカソード電極８６、絶縁層（絶縁膜）８５お
よびゲート電極８４と、絶縁層８５およびゲート電極４
に共通に形成された開口部（孔）８８と、この開口部８
８におけるカソード電極８６上に形成された電界電子放
出膜８３とを備えてなる３極型の電界電子放出電極であ
る。

【００８０】この３極構造を構成するに際しては、ガラ
ス板からなる基材８７上にカソード電極８６となる金属
膜を形成した。この場合、例えばスパッタによりＣｒ膜
を成膜してカソード電極８６を作製する。このカソード
電極８６上に電界電子放出膜８３を形成し、その上に絶
縁膜８５をＣＶＤ法によって形成した。上記電界電子放
出膜８３は、インク焼成後にカソード電極８６上にパタ
ーニングを施して直径１０μｍに形成した。絶縁膜８５
は例えば、テトラエトキシシランを反応性気体として使
用したＣＶＤ法によって形成することができる。絶縁膜
８５の膜厚は、すべての例で１０μｍとした。また、電
子の引き出し用電極としてのゲート電極８４を、絶縁膜
８５膜上にＣｒ膜スパッタまたは蒸着によって膜厚１μ
ｍに形成した。その後、エッチングによって直径３０μ
ｍの開口部８８を複数形成した。これらの開口部は縦横
方向に、それぞれのピッチを１００μｍとして形成し
た。

【００８１】このようにして得られた３極構造を、２極
構造評価用のカソード部分に設置し、ゲート電極に電圧
を印加できるように配線を行い、その他は２極構造評価
と同様にして電圧−電流プロットを測定した。

【００８２】上記で得られた２極構造および３極構造の
サンプルを用いて、本発明の電界電子放出膜からなる電
極の評価を以下の要領で行った。両極間に流れる電流が
１μＡ／ｃｍ²以上になったときの、単位電極間距離の
電圧値を「しきい値電圧」として評価した。この場合、
しきい値電圧が３Ｖ／μｍ未満を◎、３Ｖ／μｍ以上，
５Ｖ／μｍ未満を○、５Ｖ／μｍ以上，１５Ｖ／μｍ未
満を△、１５Ｖ／μｍ以上を×とした。なお、評価結果
は２極および３極のうち悪い方を優先した。また、電界
電子放出膜８３の「表面性（表面粗度）」に関しては、
非接触型３次元顕微鏡：Ｍｉｃｒｏｍａｐ ５３０（Ｍ
ｉｃｒｏｍａｐ社製）にて任意の３点のＲａを測定し、
このＲａが１０００ｎｍ未満を○、１０００ｎｍ以上，
１５００ｎｍ未満を△、１５００ｎｍ以上を×とし、○
を「合格」とした。

【００８３】比較例１〔有機バインダーを使用し、スク
リーン印刷法で塗布した場合〕 カーボンナノチューブは、図７に示すアーク放電装置７
０（カーボンナノチューブ製造装置）を用いて作製した
ＳＷＮＴｓ（単層ナノチューブ）を湿式精製によって精
製し、８０％以上の純度のものを使用した。

【００８４】この精製カーボンナノチューブと、接着剤
として酢酸ビニルと、導電粒子として銀粒子（平均粒径
１μｍ）と、溶剤としてエタノールとを所望の量で十分
に混合して電界電子放出電極用のインクを調製した。こ
のインクをスクリーン印刷法により、所定の電極基板上
に１０μｍの膜厚にて塗布した。このインク塗布膜を２
００℃にて大気中で乾燥し、４７０℃にて３０分間焼成
後、表面処理を行ってカーボンナノチューブを表面に突
出させ、かくして２極型の電界電子放出電極を得た後、
上記と同様にして評価を行った。

【００８５】比較例２〔有機バインダーを使用し、スプ
レー装置にて塗布した場合〕 比較例１で使用したものと同一のカーボンナノチューブ
と、接着剤として酢酸ビニルと、導電性粒子として銀粒
子（平均粒径１μｍ）と、溶剤としてエタノールとを所
望の量で十分に混合して電界電子放出電極用のインクを
調製した。このインクを、図８に示すスプレー装置によ
り電極基板７３ａ上に５μｍの膜厚にて塗布した。その
後、このインク塗膜を２００℃にて大気中で乾燥し、４
７０℃にて３０分間焼成後、表面処理を行ってカーボン
ナノチューブを表面に突出させ、かくして２極型の電界
電子放出電極および３極型の電界電子放出電極を得た
後、これら電極の評価を行った。

【００８６】比較例３〔ケイ酸ナトリウムを使用し、ス
プレー装置にて塗布した場合〕 無機接着剤としてケイ酸ナトリウムと、溶剤としてイオ
ン交換水とを混合し、イオン交換樹脂でナトリウムイオ
ンを除去した後、アンモニア水を添加してｐＨを１１に
調整した。この混合液に、比較例１で使用したものと同
一のカーボンナノチューブと、導電性粒子として銀粒子
（平均粒径１μｍ）とを加え、十分に混合し、図８のス
プレー装置にて５μｍの膜厚で塗布した。以下、比較例
２と同一の要領・条件で２極型の電界電子放出電極およ
び３極型の電界電子放出電極を得た後、これら電極の評
価を行った。

【００８７】下記表１，２に、比較例１〜３および試験
例１〜３４に係る電界電子放出膜に使用した熱分解性金
属化合物、カーボンナノチューブのサイズおよび、この
電界電子放出膜を使用して作製した電界放出電極の評価
結果（しきい値電圧と表面性）をまとめた。

【００８８】

【表１】

【００８９】

【表２】

【００９０】表１，２の結果から、試験例１〜３４によ
れば、比較例１〜３に比べてしきい値電圧がより低く、
かつ表面が平滑な電極が得られることが分かる。また、
試験例１〜１８の電界電子放出膜については、熱分解生
成物は一種類の金属と酸素が結合した金属酸化物である
が、試験例１〜１８と試験例１９〜３４との対比で明ら
かなように、電界電子放出膜を複数の金属と酸素とから
なる化合物、あるいは金属とハロゲンと酸素で形成する
ことにより、しきい値電圧がより低い電極を作製するこ
とができる。さらに、試験例１９〜３４では、添加剤
（ドーパント成分）の配合割合を比較的多くすること
で、しきい値電圧が著しく低い電極を作製することがで
きる。

【００９１】表１，２で明らかなように、本発明に係る
電界放出電極によれば、比較例に係る電極に比べて、し
きい値電圧がより低く、表面性がより高い。このよう
に、本発明の電界電子放出膜を使用することで、従来の
電界電子放出膜に比べて平滑性が高く、かつ電子放出特
性の高い薄膜を形成することができることが分かる。

【００９２】図１１は試験例１９〜３４で作製した電界
電子放出電極についての、ドーパント濃度と抵抗率との
関係を示すグラフであって、電界電子放出膜を形成する
化合物の種類をパラメータとするものである。図１１の
横軸（ドーパント濃度）は、「金属・ドーパント・酸
素」からなる電界電子放出膜についての、金属元素１０
０モルに対するドーパント元素のモル数を示す。

【００９３】ところで、電界電子放出電極では、抵抗率
が小さいほど好ましく、しきい値電圧についての特性の
優れた電界電子放出表示装置が可能になる。図１１で明
らかなように、抵抗率の大小関係はＩＴＯ＜ＦＴＯ＜Ａ
ＴＯとなっており、ＩＴＯが最も低い。すなわち、試験
例１９〜３４の中では、試験例２９〜３４により、抵抗
率が最も低い電極が得られることが分かる。

【００９４】図１２は試験例３０で得られた、２極型構
造における電界電子放出電極のＩＶ特性曲線であり、評
価条件は３００μｍのスペーサによりアノード電極とカ
ソード電極を分け、アノード電極に電圧を印加すること
により、カソード電極上の電界電子放出電極から電子を
抽出して行った。典型的な２極型構造における電界電子
放出電極のＩＶ特性では、しきい値電圧が０．１〜１５
Ｖ／μｍの範囲内にあり、ドライブ電圧は０．０３〜５
Ｖ／μｍの範囲内にある。試験例３０では、しきい値電
圧が０．９Ｖ／μｍ、ドライブ電圧が０．３Ｖ／μｍで
あった。

【００９５】さらに、図１３は試験例３０で得られた、
３極型構造における電界電子放出電極の特性曲線であっ
て、絶縁層の膜厚をパラメータとして示したものである
（図１０を参照）。この特性曲線を得るに際しては、カ
ソード電極上に絶縁層を設け、その上にさらにゲート電
極を設け、スペーサ（典型的に０．３ｍｍから３ｍｍ）
を挟んでアノード電極を設置した。そして、ゲート電極
にカソード電極から電子を放出させるために電圧を印加
し、アノード電極上に形成された蛍光体を発光させるた
めに必要な運動量を電子に与えるため（電子を加速させ
るため）の電圧を印加した。カソード電極上の絶縁層の
厚みを１μｍ、５μｍ、１０μｍとしたときの評価結果
は図１３に示すとおりである。典型的な３極型構造にお
ける電界電子放出電極のＩＶ特性では、絶縁層の厚み１
μｍでは、しきい値電圧が０．１〜１５Ｖの範囲内にあ
り、ドライブ電圧は０．０３〜５Ｖの範囲内にある。絶
縁層の厚み５μｍでは、しきい値電圧が０．５〜７５Ｖ
の範囲内にあり、ドライブ電圧は０．１５〜２５Ｖの範
囲内にある。絶縁層の厚み１０μｍでは、しきい値電圧
が１〜１５０Ｖの範囲内にあり、ドライブ電圧は０．３
〜５０Ｖの範囲内にある。

【００９６】試験例３０のしきい値電圧とドライブ電圧
の値は、（ａ）絶縁層の厚み１μｍの場合は、しきい値
電圧が０．９Ｖ、ドライブ電圧が０．３Ｖ、（ｂ）絶縁
層の厚み５μｍの場合は、しきい値電圧は４．５Ｖ、ド
ライブ電圧が１．５Ｖ、（ｃ）絶縁層の厚み１０μｍの
場合は、しきい値電圧が９Ｖ、ドライブ電圧が３Ｖであ
った。

【００９７】本発明では熱分解性の金属化合物を熱分解
させた熱分解生成物を接着剤としてカーボンナノチュー
ブ含有電子放出膜に使用することで、焼成後に残存気体
の少ない膜を形成することができた。なお、上記実施例
では、代表的な熱分解性の有機金属化合物として二酢酸
ジブチル錫、テトラクロロ錫、テトラブトキシ錫、塩化
インジウム、トリフェニルアンチモンまたは塩化アンチ
モンを使用し、溶剤としてエチルアルコールを使用した
が、本発明はこれらに限定されるものではなく、他の熱
分解性金属化合物および溶剤を使用することで、同様に
優れた結果を得ることができる。

【００９８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば電界電子放出膜における接着剤として金属化合物
の熱分解生成物を使用することで、残存気体の少なく、
放出電子量が安定した電界電子放出膜を形成することが
できる。このため、本発明の電界電子放出膜を使用した
電界電子放出表示装置は、安定した輝度を有するものと
なる。また本発明によれば、基板との接着性と導電性の
付与とを共に確保することができるため、膜の導電性を
従来のように導電性粒子を添加することによって確保す
る必要がないため薄膜化が可能である。また薄膜化する
ことで、膜の面内での抵抗値が均一となり、かつ平滑性
が高く、電子放出特性の高い電界電子放出膜を形成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態２の電界電子放出表示装置
の模式的な一部断面図である。

【図２】本発明の実施の形態２の電界電子放出表示装置
における１つの電界電子放出膜の模式的な斜視図であ
る。

【図３】本発明の実施の形態２における電界電子放出膜
の製造方法を説明するための支持体等の模式的な一部端
面図である。

【図４】本発明の実施の形態２の電界電子放出表示装置
におけるアノードパネルの製造方法を説明するための基
板等の模式的な一部端面図である。

【図５】本発明の実施の形態３における電界電子放出素
子の製造方法を説明するための支持体等の模式的な一部
端面図である。

【図６】本発明の実施の形態３の電界電子放出表示装置
の模式的な一部端面図である。

【図７】カーボンナノチューブの製造装置の一例を示し
た模式図である。

【図８】スプレー塗布装置の概略図である。

【図９】２極評価装置の概略図である。

【図１０】３極評価装置における電界電子放出電極の構
造を示す断面図である。

【図１１】複数の試験例の結果に係るもので、ドーパン
ト濃度と電界電子放出電極の抵抗率を、熱分解生成物の
種類をパラメータとして示すグラフである。

【図１２】試験例３０で得られた、２極型構造における
電界電子放出電極の特性曲線である。

【図１３】試験例３０で得られた、３極型構造における
電界電子放出電極の特性曲線であって、絶縁層の膜厚を
パラメータとして示したものである。

【符号の説明】

ＣＰ…カソードパネル、ＡＰ…アノードパネル、１０…
支持体、１１Ａ…配線、１１カソード電極、１２…絶縁
層、１３…ゲート電極、１４，１４Ａ，１４Ｂ…開口
部、１５…電界電子放出膜、２０…カーボンナノチュー
ブ、２１…マトリックス、３０…基板、３２…ブラック
マトリックス、３３…アノード電極、３４…枠体、３５
…スペーサ、３６…貫通孔、３７…チップ管、４０，４
０Ａ…カソード電極制御回路、４１…ゲート電極制御回
路、４２…アノード電極制御回路、５０…感光性被膜、
５１…感光性被膜の露光部分、５２…感光性被膜の残
部、５３…マスク、５４…孔部、６１…ロータリーポン
プ、６２…真空計、６３…放熱室、６４…黒鉛材、６５
…触媒含有黒鉛材、６６…Ｈｅガス導入口、６７…煤回
収口、６８…陰極、６９…陽極、７０…カーボンナノチ
ューブ製造装置、７１…直流電源、７２…インク用タン
ク、７２ａ…コック、７３…電界電子放出電極、７３ａ
…電極基板、７３ｂ…インク塗膜、７４…エアーチャッ
ク、７５…ノズル、７６…エアー配管、７７…弁制御用
エアー配管、７８…ガラス押さえ用錘、７９…アノード
電極、７９ａ…ＩＴＯ膜、８０…ガラススペーサー、８
１…カソード電極、８１ａ…電界電子放出膜、８２…電
源および、電圧・電流測定器、８３…電界電子放出膜、
８４…ゲート電極、８５…絶縁膜、８６…カソード電
極、８７…基材（支持体）、８８…開口部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 室山 雅和 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 井上 誠 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 5C036 EE03 EE14 EE19 EF01 EF06 EF09 EG12 EH11 EH22 EH23 5C135 AA09 AA13 AA15 AB03 AB07 HH03 HH16

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電界電子放出電極に用いられる電界電子
   放出膜において、該電界電子放出膜がカーボンナノチュ
   ーブ構造体を０．００１〜４０重量％と、熱分解性の金
   属化合物を熱分解して得られる熱分解生成物を０．０１
   重量％以上とを含むことを特徴とする電界電子放出膜。
2. 【請求項２】 前記熱分解性の金属化合物が有機金属化
   合物であることを特徴とする請求項１に記載の電界電子
   放出膜。
3. 【請求項３】 前記熱分解性の金属化合物が金属塩であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の電界電子放出膜。
4. 【請求項４】 前記熱分解性の金属化合物が有機金属塩
   化合物であることを特徴とする請求項１に記載の電界電
   子放出膜。
5. 【請求項５】 前記熱分解性の金属化合物が金属錯体で
   あることを特徴とする請求項１に記載の電界電子放出
   膜。
6. 【請求項６】 前記熱分解生成物が複数の金属からなる
   ものであることを特徴とする請求項１に記載の電界電子
   放出膜。
7. 【請求項７】 前記複数の金属が、Ｓｎと、Ｉｎおよび
   Ｓｂから選ばれる少なくとも１種の添加金属であること
   を特徴とする請求項６に記載の電界電子放出膜。
8. 【請求項８】 前記複数の金属が、ＳｎとＩｎであり、
   Ｉｎに対するＳｎの割合が６原子％以上であることを特
   徴とする請求項７に記載の電界電子放出膜。
9. 【請求項９】 膜厚が０．０５〜２０μｍであることを
   特徴とする請求項１に記載の電界電子放出膜。
10. 【請求項１０】 支持体上に順次形成されたカソード電
    極および電界電子放出膜からなる２極型の電界電子放出
    電極であって、 前記電界電子放出膜が、カーボンナノチューブ構造体を
    ０．００１〜４０重量％と、熱分解性の金属化合物を熱
    分解して得られる熱分解生成物を０．０１重量％以上と
    を含むことを特徴とする電界電子放出電極。
11. 【請求項１１】 支持体上に順次形成されたカソード電
    極、絶縁層およびゲート電極と、前記絶縁層およびゲー
    ト電極に共通に形成された開口部と、少なくとも該開口
    部におけるカソード電極上に形成された電界電子放出膜
    とからなる３極型の電界電子放出電極であって、 前記電界電子放出膜が、カーボンナノチューブ構造体を
    ０．００１〜４０重量％と、熱分解性の金属化合物を熱
    分解して得られる熱分解生成物を０．０１重量％以上と
    を含むことを特徴とする電界電子放出電極。
12. 【請求項１２】 複数の電界電子放出電極を備えたカソ
    ードパネルと、蛍光体層およびアノード電極を備えたア
    ノードパネルとが、それぞれの周縁部で接合されてなる
    電界電子放出表示装置であって、 前記電界電子放出電極に請求項１０または１１に記載の
    電極を用いることを特徴とする電界電子放出表示装置。