JP2003007198A

JP2003007198A - 電子放出素子およびその製造方法並びに該電子放出素子を用いた画像表示装置

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Publication number: JP2003007198A
Application number: JP2001192025A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Igarashi; 哲也五十嵐; Hiroshi Oki; 博大木; Masao Urayama; 雅夫浦山
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2003-01-10
Anticipated expiration: 2021-06-25
Also published as: JP3590007B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電極部材を確実に細孔内に挿入することがで
き、かつ、電極部材と確実に導通をとることができる電
子放出素子およびその製造方法並びに該電子放出素子を
用いた画像表示装置を提供する。【解決手段】電子放出素子は、支持基板１上に、カソ
ード電極層２と、伸長方向が揃った複数の細孔３ａ…を
有する絶縁保持部３と、先端が細孔３ａから突出するよ
うに挿入されている針状の電極部材４と、電極部材４を
細孔３ａ内に固定するための表面膜５とを備えている。
表面膜５は導電性材料からなり、絶縁保持部３の表面か
らカソード電極層２の表面までわたるように形成されて
いる。カソード電極層２と電極部材４とは、表面膜５を
介して電気的に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出の原理に
基づき電子を放出し、薄型表示装置を構成するために用
いられる電子放出素子およびその製造方法並びに該電子
放出素子を用いた画像表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、強電界を印加することにより電界
電子放出する電界放出型電子源に関する研究が盛んに行
われている。

【０００３】電界放出型電子源を用いた薄型表示装置は
自発光型であるため、液晶表示装置のようにバックライ
トを設ける必要がない。しかも、原理的にはＣＲＴ（ブ
ラウン管）と同等の見やすさ・明るさが得られ、さらに
は、電界放出型電子源の微細性を生かした非常に高精細
の表示装置を実現する可能性がある。

【０００４】従来の電子源としては、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎ
ｄｔらがＵＳＰ３６６５２４１号で開示しているような
円錐形状のメタル電子源が知られている。このようなメ
タル電子源は、例えばモリブデンなどの高融点金属材料
からなり、蒸着法により形成される。

【０００５】しかしながら、上記メタル電子源は、金属
を蒸着法により形成して製造されることにより、大型の
表示装置などに用いるために大面積の電子放出素子を形
成する場合、メタル電子源の形状がバラツキが多くな
る。従って、電子源としての均一性や信頼性の点で問題
があった。

【０００６】また、他の電界放出型電子源として、低電
界で電子を放出する、例えば、種々の材料からなる超微
粒子状物質や針状の電極部材などといった電子放出材料
も研究されている。

【０００７】それらの電子放出材料の中では、炭素系の
材料が盛んに検討されており、その中でも特に、遠藤ら
の解説（固体物理、ｖｏｌ．１２、Ｎｏ．１、１９７
７）などに示されている気相成長法を用いて製造される
ナノメーターオーダーの炭素繊維や、飯島らにより確認
されたアーク放電法により生成されるカーボンナノチュ
ーブ（Ｎａｔｕｒｅ、３５４、５６、１９９１）など
は、グラファイトを丸めた円筒形の物質であり、円筒状
に巻いたグラファイト層の入れ子状構造を有している。
このカーボンナノチューブは、電子源として優れた特徴
を有する材料として非常に期待されている。

【０００８】また、カーボンナノチューブからの電子放
出に関しては、Ｒ．Ｅ．Ｓｍａｌｌｅｙら（Ｓｃｉｅｎ
ｃｅ、２６９、１５５０（１９９５））や、Ｗ．Ａ．ｄ
ｅＨｅｅｒら（Ｓｃｉｅｎｃｅ、２７０、１１７９（１
９９５））の研究グループなどにより報告されている。

【０００９】このようなカーボンナノチューブを用いた
電子放出素子としては、例えば、陽極酸化膜の細孔にカ
ーボンナノチューブを挿入することにより、カーボンナ
ノチューブを一定方向に配列させる電子放出素子があ
る。

【００１０】このような電子放出素子として、例えば、
特開２０００−８６２１６号公報には、カーボンナノチ
ューブを分散させた溶液中に陽極酸化膜を浸せきさせ、
超音波で振動させることによりカーボンナノチューブを
細孔に挿入してエミッタアレイ（電子放出素子）を形成
する方法などが記載されている。

【００１１】上記方法で電子放出素子を形成することに
より、別工程で作製されたカーボンナノチューブを用い
て湿式プロセスにより電子放出素子を形成することとな
る。従って、カーボンナノチューブを作製する際のＣＶ
Ｄ装置などの成膜装置を使用することがなく、低コスト
で電子放出素子を形成することができる。

【００１２】ここで、カーボンナノチューブは直径と長
さとのアスペクト比が非常に大きく、即ち、一軸性を有
するため、陽極酸化膜にカーボンナノチューブを挿入す
る際には、カーボンナノチューブを配向させる（ある一
定方向に向かせる）必要がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載の方法では、カーボンナノチューブを陽極酸化
膜の細孔に挿入するのに超音波振動を行っているため、
振動によりカーボンナノチューブの向きがランダムにな
る。このため、カーボンナノチューブを配向させて細孔
に挿入することが困難となる。

【００１４】また、支持基板には常に振動が加わってい
るため、一旦細孔に挿入したカーボンナノチューブが抜
ける虞れがある。従って、高密度のエミッタアレイを形
成することができない。

【００１５】また、カーボンナノチューブが細孔内に完
全に挿入されなかった場合、即ち、カーボンナノチュー
ブの挿入状態が浅い場合、カーボンナノチューブが細孔
内で浮いてしまうこととなり、電子放出素子において、
カーボンナノチューブと電極部材（カソード電極）との
導通がとれなくなる。

【００１６】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、カーボンナノチューブな
どの電極部材を確実に細孔内に挿入することができ、か
つ、電極部材と確実に導通をとることができる電子放出
素子およびその製造方法並びに該電子放出素子を用いた
画像表示装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の電子放出素子
は、上記の課題を解決するために、伸長方向が揃った複
数の細孔を有する保持部材と、該保持部材における細孔
の底部側に配された導電電極部と、一部が細孔から突出
するように該細孔に挿入されている電極部材とを有する
電子放出素子において、導電性材料からなり、電極部材
を固定するための表面膜が、保持部材の表面に接するよ
うに配され、導電電極部と電極部材とが、表面膜を介し
て電気的に接続されていることを特徴としている。

【００１８】上記の構成によれば、細孔に挿入された電
極部材が表面膜によって（機械的に）固定されており、
また、該表面膜を介して、導電電極部と電極部材とが電
気的に接続されている。従って、細孔への挿入が不完全
な、即ち、細孔への挿入状態が浅い電極部材があったと
しても、電極部材は表面膜を介して導電電極部と電気的
に接続される。これにより、信頼性が高く、また、電子
放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することが
できる。

【００１９】上記の電子放出素子は、表面膜が、少なく
とも導電電極部の表面から保持部材の表面にわたるよう
に配されていることが好ましい。

【００２０】上記の構成によれば、表面膜が保持部材の
表面に配されていることにより、電極部材を強固に固定
することができる。従って、信頼性の高い電子放出素子
を提供することができる。

【００２１】また、表面膜が、少なくとも導電電極部の
表面から保持部材の表面にわたるように配されているこ
とにより、例えばカーボンナノチューブなどの電極部材
における細孔内への挿入状態にかかわらず、即ち、挿入
状態が浅くても、電極部材と導電電極部とを電気的に接
続する（電極部材は導電電極部と確実に導通をとる）こ
とができる。これにより、信頼性が高く、また、電子放
出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することがで
きる。

【００２２】上記の電子放出素子は、導電電極部上に、
導電電極部より電気抵抗率が高い抵抗層がさらに配され
ており、抵抗層を介して表面膜と導電電極部とが電気的
に接続されていることが好ましい。

【００２３】上記の構成によれば、導電電極部より電気
抵抗率が高い抵抗層が配されていることにより、電極部
材からの電子放出時において、抵抗層における電圧降下
によって放出電流が緩和され、電子放出特性がより穏や
かなものとなる。従って、例えば、大面積の電子放出素
子を形成した場合にも電子放出の均一化・安定化を図る
ことができる。

【００２４】上記の電子放出素子は、抵抗層が、半導体
材料または金属酸化物からなることが好ましい。

【００２５】上記の構成によれば、抵抗層が、半導体材
料（例えば、シリコン、シリコン炭化物、シリコン窒化
物、シリコン酸化物）または金属酸化物（例えば、ＩＴ
Ｏや酸化錫）からなることにより、例えば、保持部材を
形成する際に陽極酸化処理を施す場合、陽極酸化処理時
の酸化を止めるストップ層としての機能を兼ねることが
できる。これにより、信頼性の高い電子放出素子を提供
することができる。

【００２６】上記の電子放出素子は、表面膜が、少なく
とも保持部材の表面から抵抗層の表面にわたるように配
されていることが好ましい。

【００２７】上記の構成によれば、表面膜が保持部材の
表面に配されていることにより、電極部材を強固に固定
することができる。従って、信頼性の高い電子放出素子
を提供することができる。

【００２８】また、表面膜が、少なくとも保持部材の表
面から抵抗層の表面にわたるように配されていることに
より、例えばカーボンナノチューブなどの電極部材にお
ける細孔内への挿入状態にかかわらず、即ち、挿入状態
が浅くても、表面膜および抵抗層を介して電極部材と導
電電極部とを電気的に接続する（電極部材は導電電極部
と確実に導通をとる）ことができる。これにより、信頼
性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出
素子を提供することができる。

【００２９】上記の電子放出素子は、保持部材が、金属
膜を陽極酸化してなる陽極酸化膜であることが好まし
い。

【００３０】上記の構成によれば、伸長方向が揃った複
数の細孔を容易に形成することができる。また、電圧
値、時間などの陽極酸化条件の設定を変更することによ
り、細孔の直径、深さ、ピッチなどの形状制御を簡単に
行うことができる。従って、細孔の均一性・再現性の向
上を図ることができる。さらに、例えばこのような細孔
に電極部材が挿入され、配列されることにより、良好な
電子放出特性を有し、均一性の高い電子放出素子を提供
することができる。

【００３１】さらに、細孔の密度を陽極酸化条件の設定
の変更により容易に変更することができることにより、
電子放出素子の電子放出密度を簡単に調整することがで
きる。

【００３２】上記の電子放出素子は、金属膜が、アルミ
ニウムからなることが好ましい。

【００３３】上記の構成によれば、低コストで、容易か
つ均一に細孔を形成することができる。従って、電子放
出素子の低コスト化を図ることができる。

【００３４】上記の電子放出素子は、導電性材料が、少
なくとも、導電電極部、保持部材、および、電極部材を
構成する材料よりも融点の低い金属材料を含んでいるこ
とが好ましい。

【００３５】上記の構成によれば、表面膜を構成する導
電性材料が低融点な金属材料を含んでいることにより、
例えば、導電性材料を融解した後硬化することで、電極
部材を表面膜によって固定することができる。これによ
り、電子放出素子の信頼性の向上を図ることができる。

【００３６】上記の電子放出素子は、電極部材が、カー
ボンナノチューブであることが好ましい。

【００３７】上記の構成によれば、電極部材が、低電界
で電子を放出することができ、化学的に安定しているカ
ーボンナノチューブからなることにより、優れた電子放
出効率を確保することができる。

【００３８】また、通常、良質なカーボンナノチューブ
を生成する場合、黒鉛化処理は２８００℃程度の高温を
必要とするが、このカーボンナノチューブを生成する工
程は、電子放出素子の製造工程とは別工程で行うことが
できる。従って、例えば、電子放出素子を構成する基板
などを耐熱性の低い安価な材料で構成することができ
る。また、カーボンナノチューブはその材料により、安
価に大量生産することができる。

【００３９】このように、カーボンナノチューブは、別
途、安価に大量生産することができる。これにより、良
好な電子放出特性を有し、均一性が高く、生産性に優れ
た電子放出素子を提供することができる。

【００４０】本発明の電子放出素子の製造方法は、上記
の課題を解決するために、導電電極部上に、伸長方向が
揃った複数の細孔を有する保持部材を形成する工程と、
針状の電極部材を上記細孔に挿入する工程と、上記導電
電極部の表面から保持部材の表面にわたって導電性材料
からなる膜を成膜する工程と、該導電性材料を融解後、
硬化することにより上記電極部材を細孔内に固定する工
程とをこの順に有することを特徴としている。

【００４１】上記の方法によれば、導電電極部の表面か
ら保持部材の表面にわたって導電性材料からなる膜を成
膜し、また、その導電性材料により電極部材を細孔内に
固定することにより、導電性材料からなる膜を介して、
導電電極部と電極部材とが電気的に接続される。

【００４２】従って、細孔に電極部材を挿入する工程に
おいて、細孔への挿入が不完全な、即ち、細孔への挿入
状態が浅い電極部材があったとしても、電極部材は表面
膜を介して導電電極部と電気的に接続される。これによ
り、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い
電子放出素子を提供することができる。

【００４３】本発明の電子放出素子の製造方法は、導電
電極部上に、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持
部材を形成する工程と、上記細孔を覆うように上記導電
電極部から保持部材表面にわたって導電性材料を成膜す
る工程と、針状の電極部材を上記細孔に挿入する工程
と、上記導電性材料を融解後、硬化することにより上記
電極部材を細孔内に固定する工程とをこの順に有するこ
とを特徴としている。

【００４４】上記の方法によれば、細孔を覆うように、
導電電極部の表面から保持部材の表面にわたって導電性
材料からなる膜を成膜し、また、その導電性材料により
電極部材を細孔内に固定することにより、導電性材料か
らなる膜を介して、導電電極部と電極部材とが電気的に
接続される。

【００４５】従って、細孔に電極部材を挿入する工程に
おいて、細孔への挿入が不完全な電極部材があったとし
ても、電極部材は表面膜を介して導電電極部と電気的に
接続される。これにより、信頼性が高く、また、電子放
出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することがで
きる。

【００４６】上記の電子放出素子の製造方法は、保持部
材を形成する工程が、金属膜を陽極酸化してなることが
好ましい。

【００４７】上記の方法によれば、金属膜を陽極酸化す
ることにより、伸長方向が揃った複数の細孔を容易に形
成することができる。また、電圧値、時間などの陽極酸
化条件の設定を変更することにより、細孔の直径、深
さ、ピッチなどの形状制御を簡単に行うことができる。
従って、細孔の均一性・再現性の向上を図ることができ
る。さらに、例えばこのような細孔に電極部材が挿入さ
れ、配列されることにより、良好な電子放出特性を有
し、均一性の高い電子放出素子を提供することができ
る。

【００４８】上記の電子放出素子の製造方法は、針状の
電極部材を上記細孔に挿入する工程が、上記針状の電極
部材を分散させて分散液を調製する工程と、該分散液中
に少なくとも上記保持部材と導電電極部とを浸せきする
工程と、上記保持部材に電界または磁界を印加して、該
針状の電極部材を細孔の伸長方向に沿うように配向さ
せ、該細孔内に針状の電極部材を挿入する工程とをこの
順に含むことが好ましい。

【００４９】上記の方法によれば、保持部材に電界を印
加することにより、例えば、分散液中に分散している針
状の電極部材は電気泳動をし、電界方向に対して電極部
材の長軸が平行になるように配向する。そして、配向し
た電極部材は導電電極部に向かって移動する。これによ
り、電極部材を細孔に挿入することができる。

【００５０】また、保持部材に磁界を印加することによ
り、例えば、分散液中に分散している針状の電極部材は
その長軸が磁力線に平行に（導電電極部に対して略垂直
な向きになるように）配向する。そして、配向した電極
部材は導電電極部に向かって移動する。これにより、電
極部材を細孔に挿入することができる。

【００５１】従って、針状の電極部材を安定して細孔に
挿入することができ、これにより、例えば、大型の画像
表示装置に用いるための大面積の電子放出素子を形成す
る場合でも、生産性に優れた電子放出素子を提供するこ
とができる。

【００５２】また、保持部材に電界または磁界を印加し
て細孔内に針状の電極部材を挿入することにより、針状
の電極部材を、電子放出素子の製造工程とは別工程で製
造することができる。これにより、針状の電極部材とし
て、安価に大量生産することのできる、特性の良好な材
料を選択して用いることができる。従って、低コストで
生産性に優れた電子放出素子を提供することができる。

【００５３】本発明の画像表示装置は上記記載の電子放
出素子と、該電子放出素子から放出された電子により画
像を形成する画像形成部とを備えていることを特徴とし
ている。

【００５４】上記の構成によれば、電極部材を確実に細
孔内に挿入することができ、かつ、電極部材と確実に導
通をとることができる電子放出素子を画像表示装置に用
いることができる。従って、信頼性が高く、また、電子
放出特性の均一性が高い電子放出素子を用いることとな
り、画像表示が良好な画像表示装置を提供することがで
きる。

【００５５】

【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕本発明の実施の
一形態について図１ないし図５に基づいて説明すれば、
以下の通りである。

【００５６】図１は、本実施の形態に係る電界放出型の
電子放出素子の要部の構成を示す部分断面図である。同
図に示すように、電子放出素子は、支持基板１上に、カ
ソード電極層（導電電極部）２、絶縁保持部（保持部
材）３、電極部材４および表面膜５を有している。

【００５７】また、電子放出素子は、画像表示装置に用
いられる場合、アノード電極を有するアノード電極基板
と対向配置して使用される。

【００５８】支持基板１はガラスからなる。支持基板１
上にはカソード電極層２が形成されている。カソード電
極層２は、金属材料、あるいは半導体材料などからな
る。カソード電極層２上には、絶縁保持部３が形成され
ている。

【００５９】絶縁保持部３は、伸長方向が同じ向きに揃
っている複数の細孔３ａ…を有する。絶縁保持部３は、
例えば非導電性の金属酸化膜などの絶縁性材料からな
る。細孔３ａは、絶縁保持部３の上面側（表面側）から
下面側（カソード電極層２側、底部側）にかけて略垂直
に貫通する。細孔３ａの大きさは、後述する電極部材４
が挿入可能な大きさとなっている。

【００６０】電極部材４は、炭素材料であるカーボンナ
ノチューブからなり、その形状は針状である。電極部材
４は、その先端が絶縁保持部３から突出するように、細
孔３ａ内に挿入されている。電極部材４はエミッタ電極
として機能し、電子を放出する。また、カソード電極層
２および絶縁保持部３上には、略全面に（絶縁保持部３
の表面からカソード電極層２の表面までわたって）、電
極部材４を固定するための表面膜５が形成されている。
即ち、表面膜５は、絶縁保持部３の表面からカソード電
極層２の表面までのびている。

【００６１】表面膜５は、例えば、錫やインジウムなど
の導電性材料からなる。この導電性材料は、支持基板１
やカソード電極層２、絶縁保持部３、電極部材４など、
電子放出素子を構成する他の材料よりも融点の低い金属
材料を含んでいる。表面膜５は、少なくとも電極部材４
の一部と接しており、表面膜５を介して、電極部材４と
カソード電極層２とは電気的に接続されている。

【００６２】以上のように、細孔３ａの伸長方向が同じ
向きに揃っていることにより、細孔３ａに挿入されてい
る電極部材４の長手方向も略同じ向きに揃っている。従
って、電子放出素子は、同一方向、即ち、電子放出方向
に配列（配向）したエミッタ電極を備えることとなる。
これにより、電子放出効率の優れた電子放出素子を提供
することができる。

【００６３】また、表面膜５は、少なくとも、カソード
電極層２の表面から絶縁保持部３の表面にわたるように
配されている。従って、電極部材４を、略同一方向の配
列を保持した状態で細孔３ａに強固に固定することがで
きる。これにより、信頼性の高い電子放出素子を提供す
ることができる。

【００６４】さらに、細孔３ａ内に挿入されずに絶縁保
持部３に付着している電極部材４があったとしても、表
面膜５によって完全に電極部材４は固定されているた
め、電極部材４が絶縁保持部３上から離脱して、例えば
図示しないアノード電極とカソード電極層２とが短絡す
るなどの不具合を誘発することがない。

【００６５】このように、導電性材料からなり、電極部
材４を（機械的（構造的）に）固定するための表面膜５
が、伸長方向が揃った複数の細孔３ａ…を有する絶縁保
持部３の表面に接するように配されており、また、絶縁
保持部３における細孔３ａの底部側に配されたカソード
電極層２と電極部材４とが、表面膜５を介して電気的に
接続されている電子放出素子とすることにより、細孔３
ａへの挿入が不完全な、即ち、細孔３ａへの挿入状態が
浅い電極部材４があったとしても、電極部材４は表面膜
５を介してカソード電極層２と電気的に接続される。

【００６６】このように、表面膜５を介して、電極部材
４とカソード電極層２とが確実に接続されることによ
り、電子の放出の安定化、および、電子放出特性の均一
性の向上を図ることができる。従って、信頼性の高い電
子放出素子を提供することができる。

【００６７】ここで、例えば、図１に示す電子放出素子
において、真空中でカソード電極層２と対向するよう
に、約１ｍｍ離間して配置した図示しないアノード電極
との間に１ｋＶ程度の電圧を印加する。このとき、平行
平板換算で１．０Ｖ／μｍ程度の電界を発生させると、
カーボンナノチューブからなる電極部材４の先端から電
子放出が開始される。

【００６８】こうして、電極部材４が、１．０Ｖ／μｍ
程度の低電界の印加によっても電子を放出することがで
き、化学的に安定しているカーボンナノチューブからな
ることにより、電子放出素子は優れた電子放出効率を確
保することができる。

【００６９】通常、良質なカーボンナノチューブを生成
する場合、例えばプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Depo
sition) 装置を用いるとすると、支持基板１上の温度は
６００℃、黒鉛化処理は２８００℃程度の高温を必要と
するが、このカーボンナノチューブを生成する工程は、
後述する電子放出素子の製造工程とは別工程で行うこと
ができる。従って、例えば、電子放出素子を構成する基
板（支持基板１）などを耐熱性の低い安価な材料で構成
することができる。また、カーボンナノチューブはその
材料により、安価に大量生産することができる。

【００７０】このように、カーボンナノチューブは、別
途、安価に大量生産することができる。これにより、良
好な電子放出特性を有し、均一性が高く、生産性に優れ
た電子放出素子を提供することができる。

【００７１】なお、電極部材４はカーボンナノチューブ
に限定されるものではなく、エミッタ電極として使用可
能なものであればよい。例えば、金属材料や半導体材料
からなる針状物質、あるいは、一方向に伸長した電極部
材（電子放出部材）などでもかまわない。

【００７２】また、電極部材４の先端形状やその寸法な
ども特に限定されるものではなく、エミッタ電極として
最適な特性を有していればよい。

【００７３】さらに、絶縁保持部３は、絶縁性材料から
なるものであれば特に限定されるものではないが、金属
膜を陽極酸化してなる陽極酸化膜であることが好まし
い。また、特に、アルミニウムを陽極酸化してなるアル
ミナ膜であることがさらに好ましい。

【００７４】絶縁保持部３が陽極酸化膜からなる場合、
細孔３ａの直径、深さ、ピッチなどの形状制御は、電圧
値、時間などの陽極酸化条件の設定を変更することによ
り簡単に制御できる。従って、細孔３ａ…の均一性・再
現性が高くなる。これにより、電極部材４が、均一性・
再現性の高い細孔３ａに挿入され配列されることとな
り、良好な電子放出特性を有し、均一性の高い電子放出
素子を提供することができる。また、陽極酸化条件を変
更することにより細孔３ａの密度（絶縁保持部３におけ
る細孔３ａの割合）を変更することができ、容易に電子
放出素子の電子放出密度を調整することができる。

【００７５】また、絶縁保持部３がアルミナ膜からなる
場合、上記と同様、伸長方向が揃った複数の細孔３ａ…
を容易に形成することができ、また、細孔３ａの径や密
度などの均一性・再現性が非常に高い。また、アルミニ
ウムは安価である。従って、絶縁保持部３をアルミナ膜
とすることにより、低コストで容易かつ均一に細孔３ａ
…を形成することができる。

【００７６】なお、陽極酸化され、陽極酸化膜となる金
属膜には、半導体材料であるシリコンを用いてもかまわ
ない。

【００７７】また、支持基板１の材料としては、ガラス
が好ましいが、特に限定されるものではなく、画像表示
装置を構成する場合の真空封止方法やその他製造工程上
の耐熱条件などを考慮して選定すればよい。

【００７８】以下、電子放出素子の製造工程の一例につ
いて、図２・図３に基づいて説明する。

【００７９】まず、支持基板１上に、カソード電極層２
および絶縁保持部３を形成するまでの工程について、図
２に基づいて説明する。なお、図２（ａ）（ｂ）は、絶
縁保持部３の製造工程の概要を示すものであり、実際に
製造する際には、生産性などを考慮して、適切な構造の
装置を構築すればよい。

【００８０】支持基板１上に、例えば金属材料をスパッ
タリング法を用いて均一な厚さに成膜し、所望の形状に
パターニングすることにより、カソード電極層２を形成
する。

【００８１】そして、カソード電極層２上に、スパッタ
リング法などの一般的な成膜方法を用いて、例えばアル
ミニウムを成膜し、所望の形状にパターニングすること
により金属膜１０（図２（ａ）参照）を形成する。

【００８２】その後、陽極酸化用容器８内の化成液６中
に、金属膜１０およびカソード電極層２が形成された支
持基板１と対向電極９とを、ある一定の間隔を保持する
ように対向配置する。続いて、カソード電極層２が陽極
に、対向電極９が陰極になるように、電源７を接続して
電圧を印加する（図２（ａ））。このとき、カソード電
極層２上には、図２（ｂ）に示すような細孔１１ａを有
する陽極酸化膜１１が形成される。

【００８３】そして、陽極酸化膜１１を所望の形状にパ
ターニングして、絶縁保持部３を形成する（導電電極部
上に、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材を
形成する工程）。

【００８４】ここで、形成される陽極酸化膜１１の厚さ
は、電極部材４（後述するカーボンナノチューブ２０）
の大きさによって（電極部材４の先端が細孔３ａから出
るように）決定すればよく、例えば、長さが数〜１０μ
ｍのカーボンナノチューブを用いる場合、陽極酸化膜１
１の厚さは約２〜５μｍ程度に設定することが好まし
い。これにより、細孔１１ａ（細孔３ａ）に挿入された
カーボンナノチューブ（電極部材４）の先端を確実に陽
極酸化膜１１（絶縁保持部３）から突出させることがで
きる。従って、カーボンナノチューブは、エミッタ電極
としての機能を十分に発揮することができる。

【００８５】また、化成液６の種類は、陽極酸化される
金属膜１０の組成や形成する陽極酸化膜１１の仕様など
に応じて適宜選択すればよい。例えば、金属膜１０がア
ルミニウムからなる場合、化成液６には、一般に１０〜
２０重量％の硫酸を用い、浴温を０〜１０℃程度、印加
電圧を１０〜２０Ｖ程度として陽極酸化を行う（陽極酸
化処理する）。また、その他には、化成液６にしゅう
酸、クロム酸などを用いてもよい。

【００８６】上記のように、カソード電極層２と金属膜
１０とは、各種リソグラフィー法を用いて所望の形状に
パターニングすることができる。従って、例えば、電子
放出素子を画像表示装置に備える場合、マトリクス状の
電極を形成するために、支持基板１上のカソード電極層
２や金属膜１０を複数のライン状にパターニングするな
ど、その目的に合わせて電極形状を決定すればよい。こ
れにより、目的に合わせた所望のパターンを有するカソ
ード電極層２や絶縁保持部３を形成することができる。

【００８７】また、カソード電極層２を所望の形状にパ
ターニングしてから、金属膜１０を成膜および陽極酸化
して、陽極酸化膜１１を所望の形状（カソード電極層２
と同じ形状にしなくてもよい）にパターニングしてもか
まわない。即ち、電子放出素子の構成や目的に応じてプ
ロセスを組めばよい。

【００８８】なお、カソード電極層２を成膜する方法
は、特に限定されるものではなく、例えば、電極材料と
して適当な材料を、スパッタリング法などの一般的な成
膜方法で成膜すればよい。

【００８９】このように、金属膜１０を陽極酸化するこ
とにより、規則正しい（通常は、６角形で蜂の巣構造と
なる）陽極酸化膜１１（金属膜１０がアルミニウムから
なる場合は、アルミナのセル）ができ、その中央部に
は、細孔１１ａ…が形成される。

【００９０】また、カソード電極層２と金属膜１０と
は、異なる金属材料により形成することができる。そこ
で、例えば、カソード電極層２に銅などの比較的電気抵
抗が低い金属材料を用いても、あるいは、カソード電極
層２を複数種の金属材料が積層した構造としてもかまわ
ない。

【００９１】一方、別途生成されるカーボンナノチュー
ブ２０（図３参照）の製造工程の一例について説明す
る。

【００９２】プラズマＣＶＤ装置の反応容器内にメタン
を２０ｓｃｃｍ（３．３７７５×１０^-3Ｐａ・ｍ³・ｓ
^-1）、水素を８０ｓｃｃｍ（１．３５１×１０^-1Ｐａ・
ｍ³・ｓ^-1）導入し、圧力を２．０Ｔｏｒｒ（約２６６
Ｐａ）とし、電圧を１６０Ｖ、処理時間３０ｍｉｎの条
件下で、触媒基板（触媒作用を有する基板）としてニッ
ケルと鉄との合金であるインバーを使用して、触媒基板
上に直線性の高いカーボンナノチューブ２０を生成する
（カーボンナノチューブ生成工程）。

【００９３】なお、カーボンナノチューブ２０の製造工
程は、上述したものに限定されるものではなく、例え
ば、アーク放電法や、反応容器内にメタン、アセチレン
などの炭化水素ガスを、水素、アルゴン、窒素などの不
活性ガスとともに導入し、ニッケル、コバルト、鉄、ま
たはそれらの合金、あるいは例えばインバーやステンレ
スのような触媒基板を使用して、熱ＣＶＤなどによりカ
ーボンナノチューブ２０を生成してもかまわない。

【００９４】また、エミッタ電極として機能する電極部
材４の製造方法としては特に限定されるものではなく、
従来から用いられているエミッタ電極の製造方法に伴
い、例えば、金属材料、半導体材料、炭素材料などを一
方向に伸長した針状の電極部材４の形状に形成すればよ
い。

【００９５】次に、絶縁保持部３の細孔３ａにカーボン
ナノチューブ２０を挿入し（針状の電極部材を細孔に挿
入する工程）、表面膜５を形成する工程までを、図３を
用いて説明する。なお、図３は、電極部材４（図１参
照）としてのカーボンナノチューブ２０を挿入する工程
の概要を示すものであり、実際に製造する際には、生産
性などを考慮して、適切な構造の装置を構築すればよ
い。

【００９６】上記触媒基板上に生成したカーボンナノチ
ューブ２０を回収し、そのカーボンナノチューブ２０
を、電気泳動用容器１８内の、ＩＰＡ(Isopropyl alcoh
ol) やアセトンなどの溶媒中に入れる。

【００９７】そして、超音波などにより溶媒中のカーボ
ンナノチューブ２０を分散させ、分散液１６を調製す
る。ここで、カーボンナノチューブ２０の分散密度（溶
媒に対するカーボンナノチューブ２０の割合）は、０．
５ｍｇ／ｍｌとする。これにより、嵩密度が大きい、即
ち、重さが非常に軽く、嵩張りやすいカーボンナノチュ
ーブ２０の、分散後の凝集を防止することができる。

【００９８】続いて、図３に示すように、分散液１６中
に、カソード電極層２および絶縁保持部３が形成された
支持基板１と対向電極１９とを所定の間隔をあけて浸せ
きさせる。そして、カソード電極層２を陰極とし、対向
電極１９を陽極として、電源１７により電圧を印加す
る。

【００９９】電圧印加後、分散液１６中に分散している
カーボンナノチューブ２０は、カーボンナノチューブ２
０の軸（カーボンナノチューブ２０の長手方向）がカソ
ード電極層２に対して垂直な向きになるように配向する
（図３）。即ち、電界が印加されることによって、カー
ボンナノチューブ２０は電気泳動をし、電界方向に対し
てカーボンナノチューブ２０の軸が平行になるように配
向する。

【０１００】そして、配向したカーボンナノチューブ２
０は陰極であるカソード電極層２に向かって移動し、絶
縁保持部３における図示しない細孔３ａに挿入される。

【０１０１】その後、スパッタリング法や蒸着法によ
り、錫を絶縁保持部３からカソード電極層２にわたって
薄く成膜する（導電電極部の表面から保持部材の表面に
わたって導電性材料からなる膜を成膜する工程）。成膜
された錫を加熱して一旦融解させ、続いて硬化させるこ
とにより表面膜５（図１参照）を形成する（導電性材料
を融解後、硬化することにより電極部材を細孔内に固定
する工程）。

【０１０２】なお、上記のようなカーボンナノチューブ
２０などの微小物質を分散させる際の超音波の発振周波
数は特に限定されるものではなく、微小物質の形状によ
り適宜選択すればよいが、約１００ｋＨｚの高周波より
も低い周波数、例えば、２５〜３８ｋＨｚであることが
好ましい。また、分散の際の発振周波数としては、単一
の周波数のみを用いるより、定常波のムラをなくすよう
に数種類の周波数を交互に発振させる方がより好まし
い。

【０１０３】なお、表面膜５は導電性材料を一旦融解
後、硬化することによって形成されることにより、表面
膜５となる導電性材料は、少なくとも、導電性材料を融
解させる際にすでに形成されている部材（例えば、支持
基板１、カソード電極層２、絶縁保持部３、電極部材４
など）を構成する材料、即ち、電子放出素子を構成する
他の材料よりも融点の低い金属材料を含んでいることが
好ましい。

【０１０４】これにより、導電性材料からなる膜（表面
膜５となる膜）を一旦融解後、硬化する工程の際に、他
の材料まで融解させたりすることがなく、電子放出素子
を構成する他の部材にダメージを与えることがない。従
って、電子放出素子の信頼性の向上を図ることができ
る。

【０１０５】また、カーボンナノチューブ２０を細孔３
ａに挿入する方法（針状の電極部材を細孔に挿入する工
程）としては、図４に示すように磁界印加手段であるマ
グネット（磁石）３０を用いてもかまわない。以下、マ
グネット３０を用いてカーボンナノチューブ２０を細孔
３ａに挿入する方法について説明する。

【０１０６】図４に示すように、カーボンナノチューブ
２０を分散させた分散液１６中に、カソード電極層２お
よび絶縁保持部３が形成された支持基板１を浸せきさせ
る。そして、支持基板１において、カソード電極層２が
形成された面と対向する面側にマグネット３０を配置
し、磁界を印加する。

【０１０７】磁界印加後、分散液１６中に分散している
カーボンナノチューブ２０は、カーボンナノチューブ２
０の軸（カーボンナノチューブ２０の長手方向）が磁力
線に平行に（カソード電極層２に対して略垂直な向きに
なるように）配向する（図４）。即ち、磁界が印加され
ることによって、カーボンナノチューブ２０における軸
に対する垂直方向と平行方向との磁化率の異方性から、
カーボンナノチューブ２０の軸が磁力線に沿うように配
向する（カーボンナノチューブ２０の長手方向が磁力線
と平行になる）。

【０１０８】そして、カーボンナノチューブ２０は、先
端に残存している触媒を先頭にカソード電極層２に向か
って移動し、図示しない絶縁保持部３の細孔３ａに挿入
される。即ち、ニッケル、鉄、コバルトまたはそれらの
合金、例えば、インバーやステンレスのような触媒を用
いて生成されたカーボンナノチューブ２０は、その先端
に触媒が残存するため、磁界によってマグネット３０に
カーボンナノチューブ２０の先端の触媒が引きつけられ
る。

【０１０９】なお、磁界の印加方法は特に限定されるも
のではなく、また、カーボンナノチューブ２０を細孔３
ａに挿入するために、電界と磁界とを同時に印加しても
かまわない。例えば、図３に示すような構成とし、さら
に、支持基板１において、カソード電極層２が形成され
た面と対向する面側にマグネットを配置することによ
り、電界と磁界とを同時に印加することができる。即
ち、エミッタ電極となる電極部材４の材料などにより、
細孔３ａへの挿入方法を適宜選択すればよい。

【０１１０】ここで、電界または磁界によってカーボン
ナノチューブ２０を細孔３ａに挿入した後、表面膜５を
形成しない場合を検討する。

【０１１１】このような場合、細孔３ａ内のカーボンナ
ノチューブ２０の先端が、絶縁保持部３下のカソード電
極層２まで到達していなければ、カソード電極層２とカ
ーボンナノチューブ２０との導通が図れない。

【０１１２】しかしながら、電界または磁界によってカ
ーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入する際、電界
または磁界のばらつきにより、カーボンナノチューブ２
０が細孔３ａ内に完全に挿入されるとは限らない。即
ち、カーボンナノチューブ２０の挿入が浅い場合、カー
ボンナノチューブ２０の先端はカソード電極層２まで到
達せず、カーボンナノチューブ２０とカソード電極層２
とを電気的に接続することができない。

【０１１３】このように、細孔３ａへの挿入が不完全な
カーボンナノチューブ２０は、電子放出源として機能し
ない。従って、電界または磁界によってカーボンナノチ
ューブ２０を細孔３ａに挿入した後表面膜５を形成しな
い場合、電界または磁界のばらつきによって細孔３ａへ
の挿入が不完全なカーボンナノチューブ２０が生じ、こ
れにより、電子放出素子における電子放出特性にばらつ
きが生じる虞れがある。

【０１１４】一方、上述したように、電子放出素子の製
造工程において、カソード電極層２の表面から絶縁保持
部３の表面にわたって導電性材料からなる膜（表面膜
５）を成膜し、一旦融解後、硬化することによって、カ
ーボンナノチューブ２０などの電極部材４を細孔３ａ内
に固定することにより、導電性材料からなる膜を介し
て、カソード電極層２と電極部材４とが電気的に確実に
接続される。

【０１１５】従って、細孔３ａに電極部材４を挿入する
工程において、例えば、電界または磁界のばらつき、あ
るいは、電界または磁界の印加を中止することにより細
孔３ａへの挿入が不完全な、即ち、細孔３ａへの挿入状
態が浅い電極部材４があったとしても、電極部材４は表
面膜５を介して導電電極部と電気的に接続される。ま
た、電極部材４の配列（配向）が乱れることもない。こ
れにより、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性
が高い電子放出素子を提供することができる。

【０１１６】また、絶縁保持部３に電界または磁界を印
加して、細孔３ａ内に電極部材４を挿入することによ
り、電極部材４を安定して細孔３ａに挿入することがで
きる。これにより、例えば、大型の画像表示装置に用い
るための大面積の電子放出素子を形成する場合でも、電
極部材４が電子放出方向に配列されており、電子放出特
性の均一性が高い電子放出素子を提供することができ
る。従って、生産性に優れた電子放出素子を提供するこ
とができることとなる。

【０１１７】さらに、電界または磁界を印加して細孔３
ａ内に電極部材４を挿入することにより、電子放出素子
の製造工程において真空プロセスを用いる必要がなく、
生産性に優れている。また、電極部材４としてカーボン
ナノチューブ２０を用いても、電界または磁界を印加し
て細孔３ａ内に電極部材４を挿入することにより、カー
ボンナノチューブ２０の製造工程において高温を必要と
する工程（例えば、２８００℃程度必要とする黒鉛化処
理）を別工程で行うことができる。これにより、電子放
出素子の製造工程における温度を低温化することができ
る。従って、電子放出素子を構成する支持基板１などを
耐熱性の低い安価な材料で構成することができる。この
結果、電子放出素子の製造時に電極部材４の特性を改善
する工程をさらに追加する必要がなくなる。

【０１１８】また、表面膜５は、例えば、電極部材４と
してのカーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入する
前に、錫などの導電性材料からなる膜を化学メッキ法や
蒸着法などの一般的な成膜方法により成膜し、カーボン
ナノチューブ２０を細孔３ａに挿入した後にその膜を融
解・硬化することにより形成してもかまわない。

【０１１９】このようにカーボンナノチューブ２０を細
孔３ａに挿入する前に表面膜５となる膜（導電性材料か
らなる膜）を成膜することにより製造された電子放出素
子の構成を図５に示す。

【０１２０】以下、図５に示す電子放出素子の製造工程
の一例を説明する。

【０１２１】具体的には、まず、上述したように、支持
基板１上にカソード電極層２および絶縁保持部３を形成
する。

【０１２２】そして、例えば化学メッキ法により、錫を
絶縁保持部３の表面からカソード電極層２の表面にわた
って薄く成膜する。

【０１２３】その後、上記図３、あるいは図４に示した
ように電界または磁界を用いてカーボンナノチューブ２
０を細孔３ａに挿入する。

【０１２４】最後に、成膜された錫を加熱して一旦融解
させ、続いて硬化させることにより表面膜５を形成する
（図５参照）。

【０１２５】このように、カーボンナノチューブ２０を
細孔３ａに挿入した後、カーボンナノチューブ２０下に
形成されている膜（後に表面膜５となる膜）を一旦融解
させ、続いて硬化させることにより、その膜、即ち表面
膜５によってカーボンナノチューブ２０を固定すること
ができる。従って、カーボンナノチューブ２０を、配向
を保持した状態で固定することができる。

【０１２６】なお、電子放出素子の用途は特に限定され
るものではなく、ＦＥＤ（ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏ
ｎＤｉｓｐｌａｙ）などの表示用デバイス、光源、各
種陰極線管、電子銃などの電界放出型エミッタ素子とし
て使用することができる。

【０１２７】〔実施の形態２〕本発明の第２の実施の形
態について図６および図７に基づいて説明すれば、以下
の通りである。なお、実施の形態１における構成要素と
同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を
付記してその説明を省略する。

【０１２８】図６は、本発明の実施の他の一形態である
電子放出素子の要部の構成を示す断面図である。本実施
の形態に係る電子放出素子は、図６に示すように、実施
の形態１と同様、支持基板１上に、カソード電極層２、
細孔３ａを有する絶縁保持部３、電極部材４および表面
膜５を備えている。また他には、抵抗層６０を備えてい
る。

【０１２９】抵抗層６０は、カソード電極層２と絶縁保
持部３との間に配されている。また、抵抗層６０は、カ
ソード電極層２より電気抵抗率が高い。

【０１３０】また、電極部材４を固定するための表面膜
５は、抵抗層６０および絶縁保持部３上に略全面に（絶
縁保持部３の表面から抵抗層６０の表面までわたって）
形成されている。即ち、表面膜５は、絶縁保持部３の表
面から抵抗層６０の表面までのびている。

【０１３１】即ち、電極部材４は、支持基板１、カソー
ド電極層２、絶縁保持部３、電極部材４、および、抵抗
層６０を構成する材料（電子放出素子を構成する材料）
よりも少なくとも融点の低い金属材料を含んでいる表面
膜５（低融点金属材料）により固定される。また、抵抗
層６０を介して表面膜５とカソード電極層２とが電気的
に接続されている。即ち、表面膜５および抵抗層６０を
介して電極部材４とカソード電極層２とが電気的に接続
されている。

【０１３２】なお、抵抗層６０は、電子放出素子の使用
上必要な所定の導電性を有する限りにおいては、できる
だけ電気抵抗率の高い材料からなることが好ましい。例
えば、カソード電極層２が良導体の金属材料からなる電
極層である場合には、抵抗層６０を、各種半導体材料や
金属酸化物により抵抗層６０を形成すればよい。

【０１３３】以上のように、表面膜５が、少なくとも絶
縁保持部３の表面から抵抗層６０の表面にわたるように
配されていることにより、電極部材４を細孔３ａ内に強
固に固定することができる。

【０１３４】また、表面膜５が、少なくとも絶縁保持部
３の表面から抵抗層６０の表面にわたるように配されて
いることにより、例えば電極部材４における細孔３ａ内
への挿入状態にかかわらず、即ち、挿入状態が浅くて
も、表面膜５および抵抗層６０を介して電極部材４とカ
ソード電極層２とを電気的に接続する（電極部材４はカ
ソード電極層２と確実に導通をとる）ことができる。こ
れにより、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性
が高い電子放出素子を提供することができる。

【０１３５】さらに、カソード電極層２上に、カソード
電極層２より電気抵抗率が高い抵抗層６０が配されてお
り、抵抗層６０を介して表面膜５とカソード電極層２と
が電気的に接続されていることにより、電極部材４から
の電子放出時において、抵抗層６０における電圧降下に
よって放出電流が緩和され、電子放出特性がより穏やか
なものとなる。従って、例えば、大面積の電子放出素子
を形成した場合にも電子放出の均一化・安定化を図るこ
とができる。

【０１３６】なお、例えば、シリコンをスパッタリング
法により成膜して抵抗層６０を形成する場合、抵抗層６
０は、電極部材４とカソード電極層２との電気的な抵抗
層としての他に、陽極酸化処理時の酸化を止めるストッ
プ層としての機能も兼ねることができる。このような機
能を有するには、抵抗層６０の材料は、シリコン炭化
物、シリコン窒化物、シリコン酸化物やこれらの化合
物、あるいは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム
と錫との酸化物）やＳｎＯ₂（酸化錫）などの金属酸化
物でもかまわない。

【０１３７】ここで、図６に示すような構成の電子放出
素子における電子放出の開始条件としては、図１に示す
構成の電子放出素子と同様となっている。

【０１３８】なお、上記抵抗層６０は、金属酸化物の微
粒子を用いて形成してもかまわない。以下、金属酸化物
の微粒子を用いて形成する抵抗層７０の製造方法および
構成について説明する。

【０１３９】例えば、カソード電極層２上に細孔３ａ…
を有する絶縁保持部３を形成した後、まず、Ａｌ₂Ｏ₃
（酸化アルミニウム）、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂などの金属酸
化物の微粒子を、添加剤を混入した水中、または、アル
コールやメタノールなどの溶媒中に分散させる。そし
て、電着法などの電界析出技術を用いて、金属酸化物を
カソード電極層２上に堆積して抵抗層７０（図７参照）
を形成する。

【０１４０】そして、細孔３ａ内に電極部材４を挿入
し、表面膜５を形成（導電性材料からなる膜を融解後、
硬化）することによって電極部材４を固定する。

【０１４１】上記のようにして抵抗層７０を形成したと
きの電子放出素子の構成を図７に示す。同図に示すよう
に、このような場合、カソード電極層２上において、絶
縁保持部３が形成されていない領域、即ち、細孔３ａ内
およびカソード電極層２上面端部に抵抗層７０が配され
ることとなる。

【０１４２】〔実施の形態３〕本発明の第３の実施の形
態について図６、図８および図９に基づいて説明すれ
ば、以下の通りである。なお、実施の形態２における構
成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一
の符号を付記してその説明を省略する。

【０１４３】ここで、図８に示す画像表示装置は、カソ
ード電極層２がライン状に形成されており、かつ、図６
に示す電子放出素子と同様の抵抗層６０を有する電子放
出素子を備えた画像表示装置の構成を示す部分斜視図で
あり、図９は、図８のＡ−Ａ′線矢視断面図である。

【０１４４】以下、カソード電極層２がライン状となっ
ている電子放出素子を用いた画像表示装置の構成の一例
について説明する。

【０１４５】図８に示すように、画像表示装置は、電子
放出側基板８０と発光側基板（画像形成部）８３とが、
図示しないスペーサを介して対向して配されている。

【０１４６】電子放出側基板８０は、支持基板１上に、
カソード電極層２、抵抗層６０、絶縁保持部３、電極部
材４、表面膜５、絶縁層８１、および、ゲート電極８２
を備えている。なお、支持基板１、カソード電極層２、
抵抗層６０、絶縁保持部３、電極部材４、および、表面
膜５により電子放出素子を構成する。

【０１４７】支持基板１上には、ライン状のカソード電
極層２が配されており、そのライン間、および、個々の
電子放出素子を区切るようにカソード電極層２上には絶
縁層８１が配されている。即ち、絶縁層８１は開口部８
１ａ…を有し、該開口部８１ａ内には、図６に示す電子
放出素子が構成されている。

【０１４８】ゲート電極８２は絶縁層８１上にライン状
に配されている。ゲート電極８２は、開口部８１…に対
応する開口部８２ａ…を有している。ゲート電極８２と
カソード電極層２とは直交するように配されており、ラ
イン状電極をもってマトリクスが形成されている。

【０１４９】このカソード電極層２とゲート電極８２と
が形成するマトリクスによって電子放出箇所、即ち発光
箇所（発光画素）を選択・非選択するこにより、画像表
示を行うことができる。

【０１５０】発光側基板８３は、透明基板８４上に、ア
ノード電極８５、蛍光体８６、および、ブラックマトリ
クス８７を備えている。

【０１５１】透明基板８４は、透明であり、ガラスなど
からなる。透明基板８４上には、略全面にアノード電極
８５が配されている。

【０１５２】アノード電極８５は、ＩＴＯなどからなる
透明電極である。アノード電極８５上には、蛍光体８６
…が開口部８１ａ・８２ａと対向するように配されてい
る。画像表示装置において、カラー表示を行う場合、蛍
光体８６はＲ（レッド）・Ｇ（グリーン）・Ｂ（ブル
ー）の３種類で構成される。また、それぞれの蛍光体８
６の領域を分割するように、蛍光体８６・８６間にはブ
ラックマトリクス８７が配されている。

【０１５３】なお、発光側基板８３において、アノード
電極８５および蛍光体８６が形成されている側の面上
に、アルミニウムなどによりメタルバックを形成しても
かまわない。この場合、発光側基板８３と電子放出側基
板８０とを図示しないスペーサを介して対向配置し、ス
ペーサを介して挟まれた空間を真空排気して、真空状態
で封止して画像表示装置を製造することにより、蛍光体
８６からの放出ガスを抑制することができる。

【０１５４】また、例えば、エミッタ電極（電極部材
４）として、１．０Ｖ／μｍの低電界で図９中矢印方向
に電子放出を開始するカーボンナノチューブを用いる場
合、電子放出の際、即ち、電極部材４から電子を引き出
すときには、アノード電極８５に印加する電圧により電
極部材４にかかる電界、あるいは、ゲート電極８２に印
加する電圧により電極部材４にかかる電界のどちらから
電子をひきだしてもかまわない。

【０１５５】さらに、図８・９に示す電子放出側基板８
０においては、１画素（１つの蛍光体８６）に対して１
つの開口部８１ａ（８２ａ）を有する構成であるが、１
画素に対して複数の開口部８１ａ…（８２ａ…）を有す
る構成であってもかまわない。このとき、絶縁層８１
が、絶縁保持部３上に形成されることもある。また、こ
のような場合、画像表示装置における電子放出特性のさ
らなる均一化・安定化を図ることができる。

【０１５６】また、開口部８１ａの形状として、その断
面は四角形に限定されるものではなく、丸などの形状で
あってもかまわない。また、開口部８２ａの大きさも特
に限定されるものではなく、開口部８１ａより小さくて
も同等でもかまわない。アノード電極８５のパターン形
状も特に限定されるものではなく、一体電極（ベタ電
極）であってもライン状電極であってもかまわない。

【０１５７】画像表示装置に用いられる電子放出素子
は、上述した実施の形態１・２に記載の電子放出素子で
あってもよく、また、カソード電極層２が一体電極であ
ってもかまわない。ただし、カソード電極層２が一体電
極である場合、カソード電極層２とゲート電極８２とで
マトリクスを形成することはできない。しかしながら、
ゲート電極８２上に、さらに、図示しない絶縁層および
ゲート電極を形成すれば、複数のゲート電極でのマトリ
クスにより、電子放出箇所を選択・非選択することがで
きる。

【０１５８】以上のように、電極部材４を図示しない細
孔３ａ内に挿入することができ、かつ、電極部材４と確
実に導通をとることができる電子放出素子を画像表示装
置に用いることができる。従って、信頼性が高く、ま
た、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を用いる
こととなり、画像表示が良好な画像表示装置を提供する
ことができる。

【０１５９】

【発明の効果】以上のように、本発明の電子放出素子
は、導電性材料からなり、電極部材を固定するための表
面膜が、保持部材の表面に接するように配され、導電電
極部と電極部材とが、表面膜を介して電気的に接続され
ている構成である。

【０１６０】これにより、細孔に挿入された電極部材が
表面膜によって（機械的に）固定されており、また、該
表面膜を介して、導電電極部と電極部材とが電気的に接
続されている。従って、細孔への挿入が不完全な、即
ち、細孔への挿入状態が浅い電極部材があったとして
も、電極部材は表面膜を介して導電電極部と電気的に接
続される。この結果、信頼性が高く、また、電子放出特
性の均一性が高い電子放出素子を提供することができる
といった効果を奏する。

【０１６１】本発明の電子放出素子は、表面膜が、少な
くとも導電電極部の表面から保持部材の表面にわたるよ
うに配されている構成である。

【０１６２】これにより、電極部材を強固に固定するこ
とができる。また、電極部材における細孔内への挿入状
態にかかわらず、電極部材と導電電極部とを電気的に接
続することができる。従って、信頼性が高く、また、電
子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供すること
ができるといった効果を奏する。

【０１６３】本発明の電子放出素子は、導電電極部上
に、導電電極部より電気抵抗率が高い抵抗層がさらに配
されており、抵抗層を介して表面膜と導電電極部とが電
気的に接続されている構成である。

【０１６４】これにより、電極部材からの電子放出時に
おいて、抵抗層における電圧降下によって放出電流が緩
和され、電子放出特性がより穏やかなものとなる。従っ
て、例えば、大面積の電子放出素子を形成した場合にも
電子放出の均一化・安定化を図ることができるといった
効果を奏する。

【０１６５】本発明の電子放出素子は、抵抗層が、半導
体材料または金属酸化物からなる構成である。

【０１６６】これにより、例えば、保持部材を形成する
際に陽極酸化処理を施す場合、陽極酸化処理時の酸化を
止めるストップ層としての機能を兼ねることができ、信
頼性の高い電子放出素子を提供することができるといっ
た効果を奏する。

【０１６７】本発明の電子放出素子は、表面膜が、少な
くとも保持部材の表面から抵抗層の表面にわたるように
配されている構成である。

【０１６８】これにより、電極部材を強固に固定するこ
とができる。また、電極部材における細孔内への挿入状
態にかかわらず、表面膜および抵抗層を介して電極部材
と導電電極部とを電気的に接続することができる。従っ
て、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い
電子放出素子を提供することができるといった効果を奏
する。

【０１６９】本発明の電子放出素子は、保持部材が、金
属膜を陽極酸化してなる陽極酸化膜である構成である。

【０１７０】これにより、伸長方向が揃った複数の細孔
を容易に形成することができる。また、電圧値、時間な
どの陽極酸化条件の設定を変更することにより、細孔の
直径、深さ、ピッチなどの形状制御を簡単に行うことが
できる。従って、細孔の均一性・再現性の向上を図るこ
とができる。さらに、例えばこのような細孔に電極部材
が挿入され、配列されることにより、良好な電子放出特
性を有し、均一性の高い電子放出素子を提供することが
できる。

【０１７１】また、細孔の密度を陽極酸化条件の設定の
変更により容易に変更することができることにより、電
子放出素子の電子放出密度を簡単に調整することができ
るといった効果を奏する。

【０１７２】本発明の電子放出素子は、金属膜がアルミ
ニウムからなる構成である。これにより、電子放出素子
の低コスト化を図ることができるといった効果を奏す
る。

【０１７３】本発明の電子放出素子は、導電性材料が、
少なくとも、導電電極部、保持部材、および、電極部材
を構成する材料よりも融点の低い金属材料を含んでいる
構成である。

【０１７４】これにより、例えば、導電性材料を融解し
た後硬化することで、電極部材を表面膜によって固定す
ることができる。従って、電子放出素子の信頼性の向上
を図ることができるといった効果を奏する。

【０１７５】本発明の電子放出素子は、電極部材が、カ
ーボンナノチューブである構成である。

【０１７６】これにより、電極部材が、低電界で電子を
放出することができ、化学的に安定しているカーボンナ
ノチューブからなることとなり、優れた電子放出効率を
確保することができる。

【０１７７】また、カーボンナノチューブを生成する工
程を、電子放出素子の製造工程とは別工程で行うことが
できる。従って、例えば、電子放出素子を構成する基板
などを耐熱性の低い安価な材料で構成することができ
る。また、カーボンナノチューブはその材料により、安
価に大量生産することができる。この結果、良好な電子
放出特性を有し、均一性が高く、生産性に優れた電子放
出素子を提供することができるといった効果を奏する。

【０１７８】本発明の電子放出素子の製造方法は、導電
電極部上に、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持
部材を形成する工程と、針状の電極部材を細孔に挿入す
る工程と、導電電極部の表面から保持部材の表面にわた
って導電性材料からなる膜を成膜する工程と、該導電性
材料を融解後、硬化することにより電極部材を細孔内に
固定する工程とをこの順に有する構成である。

【０１７９】これにより、導電性材料からなる膜を介し
て、導電電極部と電極部材とが電気的に接続される。従
って、細孔に電極部材を挿入する工程において、細孔へ
の挿入が不完全な電極部材があったとしても、電極部材
は表面膜を介して導電電極部と電気的に接続される。こ
の結果、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が
高い電子放出素子を提供することができるといった効果
を奏する。

【０１８０】本発明の電子放出素子の製造方法は、導電
電極部上に、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持
部材を形成する工程と、細孔を覆うように導電電極部か
ら保持部材表面にわたって導電性材料を成膜する工程
と、針状の電極部材を細孔に挿入する工程と、導電性材
料を融解後、硬化することにより電極部材を細孔内に固
定する工程とをこの順に有する構成である。

【０１８１】これにより、導電性材料からなる膜を介し
て、導電電極部と電極部材とが電気的に接続される。従
って、細孔に電極部材を挿入する工程において、細孔へ
の挿入が不完全な電極部材があったとしても、電極部材
は表面膜を介して導電電極部と電気的に接続される。こ
の結果、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が
高い電子放出素子を提供することができるといった効果
を奏する。

【０１８２】本発明の電子放出素子の製造方法は、保持
部材を形成する工程が、金属膜を陽極酸化してなる構成
である。

【０１８３】これにより、金属膜に、伸長方向が揃った
複数の細孔を容易に形成することができる。また、電圧
値、時間などの陽極酸化条件の設定を変更することによ
り、細孔の直径、深さ、ピッチなどの形状制御を簡単に
行うことができる。従って、細孔の均一性・再現性の向
上を図ることができる。さらに、例えばこのような細孔
に電極部材が挿入され、配列されることにより、良好な
電子放出特性を有し、均一性の高い電子放出素子を提供
することができるといった効果を奏する。

【０１８４】本発明の電子放出素子の製造方法は、針状
の電極部材を細孔に挿入する工程が、針状の電極部材を
分散させて分散液を調製する工程と、該分散液中に少な
くとも保持部材と導電電極部とを浸せきする工程と、保
持部材に電界または磁界を印加して、該針状の電極部材
を細孔の伸長方向に沿うように配向させ、該細孔内に針
状の電極部材を挿入する工程とをこの順に含む構成であ
る。

【０１８５】これにより、保持部材に電界を印加するこ
とにより、分散液中に分散している針状の電極部材は電
気泳動をし、電界方向に対して電極部材の長軸が平行に
なるように配向する。そして、配向した電極部材は導電
電極部に向かって移動する。こうして、電極部材を細孔
に挿入することができる。

【０１８６】また、保持部材に磁界を印加することによ
り、分散液中に分散している針状の電極部材はその長軸
が磁力線に平行に配向する。そして、配向した電極部材
は導電電極部に向かって移動する。こうして、電極部材
を細孔に挿入することができる。

【０１８７】従って、針状の電極部材を安定して細孔に
挿入することができ、大型の画像表示装置に用いるため
の大面積の電子放出素子を形成する場合でも、生産性に
優れた電子放出素子を提供することができる。また、針
状の電極部材を、電子放出素子の製造工程とは別工程で
製造することができる。これにより、針状の電極部材と
して、安価に大量生産することのできる、特性の良好な
材料を選択して用いることができる。この結果、低コス
トで生産性に優れた電子放出素子を提供することができ
るといった効果を奏する。

【０１８８】本発明の画像表示装置は上記記載の電子放
出素子と、該電子放出素子から放出された電子により画
像を形成する画像形成部とを備えている構成である。

【０１８９】これにより、電極部材を確実に細孔内に挿
入することができ、かつ、電極部材と確実に導通をとる
ことができる電子放出素子を画像表示装置に用いること
ができる。従って、信頼性が高く、また、電子放出特性
の均一性が高い電子放出素子を用いることとなり、画像
表示が良好な画像表示装置を提供することができるとい
った効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る電子放出素子の要
部の構成を示す部分断面図である。

【図２】（ａ）は、陽極酸化膜の製造工程の一例を示す
説明図であり、（ｂ）は、支持基板上の陽極酸化膜の構
成を示す詳細図である。

【図３】電界を印加して電極部材を細孔に挿入する工程
を示す説明図である。

【図４】磁界を印加して電極部材を細孔に挿入する工程
を示す説明図である。

【図５】図１に示す電子放出素子において、導電性材料
からなる膜を成膜してからカーボンナノチューブを挿入
するようにして製造された場合の要部の構成を示す部分
断面図である。

【図６】本発明の他の実施の一形態に係る電子放出素子
の要部の構成を示す部分断面図である。

【図７】図６に示す電子放出素子の抵抗層が金属酸化物
の微粒子を用いて形成された場合の要部の構成を示す部
分断面図である。

【図８】本発明のさらに他の実施の一形態に係る画像表
示装置の要部の構成を示す部分斜視図である。

【図９】図８のＡ−Ａ′線矢視断面図である。

【符号の説明】

１支持基板２カソード電極層（導電電極部）３絶縁保持部（保持部材）３ａ細孔４電極部材５表面膜６化成液７電源９対向電極１０金属膜１１陽極酸化膜１６分散液１７電源１９対向電極２０カーボンナノチューブ３０マグネット６０抵抗層７０抵抗層８３発光側基板（画像形成部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浦山雅夫大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持
部材と、該保持部材における細孔の底部側に配された導
電電極部と、一部が細孔から突出するように該細孔に挿
入されている電極部材とを有する電子放出素子におい
て、導電性材料からなり、上記電極部材を固定するための表
面膜が、上記保持部材の表面に接するように配され、上記導電電極部と電極部材とが、上記表面膜を介して電
気的に接続されていることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】上記表面膜は、少なくとも上記導電電極部
の表面から保持部材の表面にわたるように配されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】上記導電電極部上には、該導電電極部より
電気抵抗率が高い抵抗層がさらに配されており、該抵抗
層を介して上記表面膜と導電電極部とが電気的に接続さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素
子。
【請求項４】上記抵抗層は、半導体材料または金属酸化
物からなることを特徴とする請求項３に記載の電子放出
素子。
【請求項５】上記表面膜は、少なくとも上記保持部材の
表面から抵抗層の表面にわたるように配されていること
を特徴とする請求項３または４に記載の電子放出素子。
【請求項６】上記保持部材は、金属膜を陽極酸化してな
る陽極酸化膜であることを特徴とする請求項１ないし５
のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項７】上記金属膜は、アルミニウムからなること
を特徴とする請求項６に記載の電子放出素子。
【請求項８】上記導電性材料は、少なくとも、上記導電
電極部、保持部材、および、電極部材を構成する材料よ
りも融点の低い金属材料を含んでいることを特徴とする
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電子放出素
子。
【請求項９】上記電極部材は、カーボンナノチューブで
あることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項
に記載の電子放出素子。
【請求項１０】導電電極部上に、伸長方向が揃った複数
の細孔を有する保持部材を形成する工程と、針状の電極部材を上記細孔に挿入する工程と、上記導電電極部の表面から保持部材の表面にわたって導
電性材料からなる膜を成膜する工程と、該導電性材料を融解後、硬化することにより上記電極部
材を細孔内に固定する工程とをこの順に有することを特
徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項１１】導電電極部上に、伸長方向が揃った複数
の細孔を有する保持部材を形成する工程と、上記細孔を覆うように上記導電電極部の表面から保持部
材の表面にわたって導電性材料を成膜する工程と、針状の電極部材を上記細孔に挿入する工程と、上記導電性材料を融解後、硬化することにより上記電極
部材を細孔内に固定する工程とをこの順に有することを
特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項１２】上記保持部材を形成する工程は、金属膜
を陽極酸化してなることを特徴とする請求項１０または
１１に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１３】上記針状の電極部材を上記細孔に挿入す
る工程は、針状の電極部材を分散させて分散液を調製す
る工程と、該分散液中に少なくとも上記保持部材と上記導電電極部
とを浸せきする工程と、上記保持部材に電界または磁界を印加して、上記針状の
電極部材を細孔の伸長方向に沿うように配向させ、該細
孔内に上記針状の電極部材を挿入する工程とをこの順に
含むことを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか
１項に記載の電子放出素子。
【請求項１４】請求項１ないし９のいずれか１項に記載
の電子放出素子と、該電子放出素子から放出された電子により画像を形成す
る画像形成部とを備えていることを特徴とする画像表示
装置。