JP2000294118A - 電子放出源の製造方法、電子放出源及び蛍光発光型表示器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低電圧駆動で高効率な電子放出を可能にする
こと。 【解決手段】 絶縁基板１０１上にカソード配線１０２
を形成し、カソード配線１０２に連結してペースト状の
カソード電極１０３を形成する。次に、カソード電極１
０３にカーボンナノチューブを含むカーボン物質の粉末
を散布して被着させる。カーボンナノチューブ１０４中
には、カソード電極１０３に対して垂直な方向やそれに
近い方向に傾いて配向したカーボンナノチューブが多数
存在する。次に、絶縁基板１０１上に堆積した不要なカ
ーボンナノチューブをエアブローにより除去した後、ゲ
ート電極を形成することにより電子放出源が完成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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利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、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１０^９Ｖ／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。

【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μ
ｍ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、その上方にメッシュ状ゲート電極
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。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。

【０００７】カーボンナノチューブを含むカーボン物質
の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物質を、エチル
セルロース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。

【０００８】尚、１００％のカーボンナノチューブを生
成し電子放出源として使用することは困難な面があり、
本願明細書中においても、「カーボンナノチューブ」な
る用語を「カーボンナノチューブ」の意味のみならず、
場合により、「カーボンナノチューブを含むカーボン物
質」としての意味として使用している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の電子放出源
では、ペースト状のカーボンナノチューブをカーボンナ
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
せた状態で使用しているにすぎないため、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カソード電極
上に積層被着される。したがって、その表面張力によ
り、絶縁基板に対して垂直な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り、大多数のカー
ボンナノチューブは絶縁基板に対して略平行に倒れた状
態に形成される。これにより、電子放出の開始電圧が高
くなり、低電圧で電子放出を生じさせることが困難とい
う問題があった。

【００１０】また、前記ペースト材料にはカーボンナノ
チューブ以外の材料が含まれるため、これによっても電
子放出が得られ難くなり、電子放出量が少なくなるとい
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、低電圧駆動では高
輝度な発光表示が得られないという問題があった。

【００１１】本発明は、前記問題点に鑑み成されたもの
で、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。

【００１２】

【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材料を配設して成る電
子放出源の製造方法において、絶縁基板上にペースト状
のカソード電極を被着する工程と、前記カソード電極に
粉末状のカーボンナノチューブを含むカーボン物質を被
着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。

【００１３】前記カソード電極は、カーボンナノチュー
ブを含むカーボン物質のペースト材料、黒鉛等の導電性
ペースト材料又は抵抗体のペースト材料で形成してもよ
い。また、本発明によれば、カソード電極とゲート電極
間に電子放出材料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被着する工程
と、前記カソード電極にペースト状の抵抗層を被着する
工程と、前記抵抗層に粉末状のカーボンナノチューブを
含むカーボン物質を被着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】前記粉末状の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、前記絶縁基板に対して略
垂直な方向に電界を印加するようにしてもよい。本発明
によれば、以上の方法によって製造した電子放出源が提
供される。

【００１５】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発光表示を行う蛍光
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。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１乃至図４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
部分側断面図である。以下、図１乃至図４を用いて、第
１の実施の形態について説明する。尚、図１乃至図４に
おいて、同一部分には同一符号を付している。

【００１７】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に連結し
て、カーボンナノチューブを分散させたペースト材料を
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。

【００１８】次に、カソード電極１０３の上方から、乾
燥したカーボンナノチューブの粉末を散布して、カソー
ド電極１０３の表面にカーボンナノチューブの粉末を付
着させ、その後、カソード電極１０３を乾燥させる。こ
れにより、図３に示すように、カソード電極１０３上に
は、カーボンナノチューブ層１０４が積層形成される。

【００１９】このとき図３に示すように、カソード電極
１０３の上方からカーボンナノチューブの粉末を散布し
た際に絶縁基板１０１上にもカーボンナノチューブの粉
末が堆積しているため、絶縁基板１０１上の不要なカー
ボンナノチューブの粉末をエアブローにより除去し、そ
の後、焼成を行う。これにより、図４に示すように、カ
ソード電極１０３にのみ被着したカーボンナノチューブ
層１０４が形成される。

【００２０】これに、メッシュ状ゲート電極等のゲート
電極を形成し、あるいは、カーボンナノチューブ層１０
４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形
成される。

【００２１】このようにして得られた電子放出源におい
ては、カーボンナノチューブ層１０４は乾燥した粉末状
のカーボンナノチューブを散布することにより形成され
るため、絶縁基板１０１に対して垂直に配向した状態あ
るいはこれに近い状態に傾いて被着形成されるカーボン
ナノチューブが多くなる。したがって、電子放出の開始
電圧が低くなり、低電圧で電子放出を生じさせることが
可能になる。

【００２２】また、カーボンナノチューブ層１０４の上
側表面には、ほぼカーボンナノチューブのみが存在する
ため、電子放出量も多くなるという効果が得られる。
尚、前記第１の実施の形態においては、カソード電極１
０３をカーボンナノチューブのペースト材料によって形
成したが、銀のペースト材料や黒鉛粉末を用いた黒鉛ペ
ースト材料等の金属ペースト材料、あるいは、ＲｕＯ_２
系の抵抗体材料を用いたペースト材料を使用することも
可能である。

【００２３】また、カソード電極１０３上に、カーボン
ナノチューブ層１０４とゲート電極が短絡した場合の過
電流防止等のための抵抗層として、抵抗体ペーストを積
層被着し、この上にカーボンナノチューブを含むカーボ
ン物質を被着した構成とすることも可能である。この場
合、カソード電極１０３はペースト状でなくともよい。

【００２４】次に、上記電子放出源を使用して、図５に
示すような蛍光発光型表示器を形成する。図５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５０１、及
び、絶縁基板１０１、５０１の周囲を封着するシールガ
ラス５０５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。

【００２５】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が積層配設されている。一方、絶縁
基板５０１の内面上には、アノード電極５０２及びアノ
ード電極５０２に被着された蛍光体５０３が積層配設さ
れており、それらの間にはゲート電極５０４が配設され
ている。

【００２６】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、カソード電極１０３、
ゲート電極５０４及びアノード電極５０２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、前記各電極のパターンを適宜形成する。

【００２７】上記構成の蛍光発光型表示器において、カ
ソード配線１０２、ゲート電極５０４及びアノード電極
５０２間に駆動信号を供給することにより蛍光体５０３
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、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。

【００２８】図６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部分側断面図
で、図１乃至図４と同一部分には同一符号を付してい
る。本第２の実施の形態においては、カソード電極１０
３にカーボンナノチューブの粉末を付着させる際、絶縁
基板１０１に対して略垂直な方向に電界を印加した状態
で行うようにしている。以下、図６に沿って説明する。

【００２９】絶縁基板１０１には、カソード配線１０２
及びカソード配線１０２に連結されカーボンナノチュー
ブのペースト材料によって形成されたカソード電極１０
３が積層被着されている。カソード電極１０３の材料と
しては、第１の実施の形態と同様に、黒鉛粉末を用いた
黒鉛ペースト材料等が使用できる。

【００３０】一方、導電性のトレイ６０１内には、乾燥
したカーボンナノチューブの粉末６０２が収容されてい
る。この状態で、カソード電極１０３を正電位として、
カソード電極１０３と導電性トレイ６０１間に高圧の直
流電源６０３を接続し、絶縁基板１０１に対して略垂直
方向に電界を発生させる。

【００３１】カソード電極１０３と導電性トレイ６０１
との間の距離を適切に保つことにより、カーボンナノチ
ューブ６０２が静電植毛的に、半乾燥状態にあるカソー
ド電極１０３に突き刺さって被着するため、カソード電
極１０３にはカーボンナノチューブ層１０４が積層被着
される。

【００３２】このとき、カーボンナノチューブ６０２
は、その長さ方向が電界方向に沿うようにしてカソード
電極１０３に被着するため、カーボンナノチューブ層１
０４に含まれるカーボンナノチューブの多くは絶縁基板
１０１に対して略垂直方向に立った状態となる。

【００３３】尚、第２の本実施の形態においては、絶縁
基板１０１側を上側に配設しすると共にトレイ６０１側
を下側に配設するようにしたが、絶縁基板１０１側とト
レイ６０１側の上限関係を逆さにして配設すると共に絶
縁基板１０１側とトレイ６０１側の間に篩を配設し、前
記同様に絶縁基板１０１と略垂直方向に電界を印加する
ことにより、カーボンナノチューブ６０２をカソード電
極１０３に被着させてカーボンナノチューブ層１０４を
形成することも可能である。

【００３４】また、本第２の実施の形態においても第１
の実施の形態と同様に、カソード電極１０３上に過電流
防止等のための抵抗層としてペースト状の抵抗を被着形
成し、これにカーボンナノチューブを含むカーボン物質
を被着形成するようにしてもよい。この場合も、カソー
ド電極１０３はペースト状でなくてもよい。

【００３５】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。

【００３６】このようにして得られた電子放出源におい
ても、第１の実施の形態の場合と同様に、低電圧で電子
放出を生じさせることが可能になり又、電子放出量も多
くなるという効果が得られる。したがって、図５に示す
蛍光発光型表示器に使用することにより、低電圧駆動が
可能で、且つ、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よ
れば、カソード電極１０３とゲート電極間５０４に電子
放出材料（カーボンナノチューブ層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
にペースト状のカソード電極１０３を被着する工程と、
カソード電極１０３に乾燥した粉末状のカーボンナノチ
ューブを含むカーボン物質を被着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。

【００３８】カソード電極１０３は、カーボンナノチュ
ーブを含むカーボン物質のペースト材料、銀や黒鉛等の
導電性ペースト材料又は抵抗体のペースト材料等によっ
て形成することができる。

【００３９】また、本発明の実施の形態によれば、カソ
ード電極１０３とゲート電極５０４間に電子放出材料を
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を被着する工程と、カソ
ード電極１０３にペースト状の抵抗層を被着する工程
と、前記抵抗層に粉末状のカーボンナノチューブを含む
カーボン物質を被着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。

【００４０】カソード電極１０３又は前記抵抗層に乾燥
した粉末状の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、絶縁基板１０１に対して略垂直な方向
に電界を印加するようにしてもよい。

【００４１】したがって、絶縁基板１０１に対して垂直
に配向した状態あるいはこれに近い状態に傾いて被着形
成されるカーボンナノチューブが多くなるため、電子放
出の開始電圧が低くなり、低電圧で電子放出を生じさせ
ることが可能になる。また、カーボンナノチューブ層１
０４の上側表面にはカーボンナノチューブ以外の物質は
ほとんど存在しないため、電子放出量も多くなるという
効果が得られる。さらに、本発明の実施の形態によれ
ば、上記各製造方法によって製造された電子放出源が提
供される。

【００４２】また、本発明の実施の形態によれば、電子
放出源、ゲート電極５０４及び蛍光体５０３が被着され
たアノード電極５０２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５０３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、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。したがって、低電圧駆動が可能で、且
つ、高輝度で高品位な発光表示が可能な蛍光発光型表示
器を提供することが可能になる。

【００４３】

【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部分側断面図である。

【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部分側断面図である。

【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部分側断面図である。

【図４】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部分側断面図である。

【図５】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。

【図６】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部分側断面図である。

【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・・・カーボンナノチューブ層 ５０１・・・真空気密容器を構成する背面基板としての
絶縁基板 ５０２・・・アノード電極 ５０３・・・蛍光体 ５０４・・・ゲート電極 ５０５・・・真空気密容器を構成するシールガラス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 源太郎 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内 (72)発明者 高梨 浩和 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内 (72)発明者 田辺 泰雄 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内 Ｆターム(参考） 5C031 DD09 DD19 5C036 EF01 EF06 EG02 EG12

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カソード電極とゲート電極間に電子放出
   材料を配設して成る電子放出源の製造方法において、 絶縁基板上にペースト状のカソード電極を被着する工程
   と、前記カソード電極に粉末状のカーボンナノチューブ
   を含むカーボン物質を被着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。
2. 【請求項２】 前記カソード電極は、カーボンナノチュ
   ーブを含むカーボン物質のペースト材料、黒鉛等の導電
   性ペースト材料又は抵抗体のペースト材料であることを
   特徴とする請求項１記載の電子放出源の製造方法。
3. 【請求項３】 カソード電極とゲート電極間に電子放出
   材料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被着する工程と、前記カソ
   ード電極にペースト状の抵抗層を被着する工程と、前記
   抵抗層に粉末状のカーボンナノチューブを含むカーボン
   物質を被着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。
4. 【請求項４】 前記粉末状の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、前記絶縁基板に対して
   略垂直な方向に電界を印加することを特徴とする請求項
   １乃至３のいずれか一に記載の電子放出源の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４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。
6. 【請求項６】 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５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。