JP2000294119A - 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。 【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に連結してカソード電極
１０３を形成する。その後、ペースト状のカソード電極
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。次に、基板５０１に被着形成された電界印加電
極５０２とカソード電極１０３との間に電界を印加した
状態でカソード電極１０３を乾燥させることにより、カ
ーボンナノチューブ１０４の多くがカソード電極１０３
に対して垂直方向に配向する。その後、ゲート電極等を
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 Carbo
n）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、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^−８
Ｔｏｒｒ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（Ｉ
ＰＡ）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３
０１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１０
４とカソード電極１０３とを接触させた後に、基板３０
１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１
０３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１０
１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８
０１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１０
４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１０
３、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１０
４）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３０
１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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (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 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
   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。
2. 【請求項２】 前記カソード電極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
   を備えて成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】 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ことを特徴とする
   請求項１又は請求項２記載の電子放出源の製造方法。
4. 【請求項４】 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
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項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乃至請求項４のいずれか一に記
   載の方法によって製造された電子放出源。
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。