JP2003007232A

JP2003007232A - 表示装置および表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP2003007232A
Application number: JP2001188993A
Authority: JP
Inventors: Makoto Okai; 誠岡井; Yasuhiko Muneyoshi; 恭彦宗吉; Tomio Yaguchi; 富雄矢口; Nobuaki Hayashi; 伸明林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2003-01-10

Abstract

(57)【要約】【課題】ナノチューブ構造を有する表示装置において、
低電界で必要な電流密度を実現する。【解決手段】電子源が設けられた電子源板と、蛍光体が
塗布された表示板とを備え、前記電子源板と表示板との
間の空間が真空雰囲気とされる表示装置であって、該電
子源板に形成された電極内部あるいは表面上に、金属を
そのウォールで囲まれた内部に含有したナノチューブを
配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置、特に、
ナノチューブ構造を有する物質を電子源として用いた自
発光型平面表示装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電界放出型表示装置（ＦＥＤ：Ｆ
ｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ）に用い
られる電子源としてはスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型、ダ
イアモンド、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、
黒鉛粉末、カーボン繊維、あるいはカーボンナノチュー
ブを用いた電子源などが用いられていた。

【０００３】この中で、カーボンナノチューブは、カー
ボン繊維とは異なり一般にウォールで囲まれた内部に中
空の部分を有した構造となっている。

【０００４】そして、従来、ナノチューブ構造を有する
物質を電子源として用いる場合、中空のナノチューブ構
造が用いられていた。中空のシングルウォールカーボン
ナノチューブを電子源として用いて４．５インチの自発
光型平面表示装置を作製した例が、「ＳＩＤ９９Ｄ
ｉｇｅｓｔ」のｐｐ．１１３４−１１３７に記載されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この方法では、自発光
型平面表示装置を実現するために必要な１０ｍＡ／ｃｍ
^２（ミリアンペア／平方センチメートル）以上の電流密
度を得るために、２Ｖ／μｍ（ボルト／ミクロン）以上
の電界を印可する必要があった。自発光型平面表示装置
の低消費電力化のためには、さらに低電界で必要な電流
密度を実現する必要がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、ナノチュー
ブのウォールで囲まれた内部（ナノチューブ内側の中空
部分）に金属を含有させることにより、ナノチューブの
電子放出特性を大幅に改善する。これは、ナノチューブ
構成材料からの電子放出に加えて、内包金属ナノロッド
からの電子放出が効率的に生じるためであると考えられ
る。

【０００７】さらに、金属内包ナノチューブに磁場印加
することにより、基板に対してほぼ垂直方向にナノチュ
ーブを配向させることができる。これにより、ナノチュ
ーブ先端へ電界を効率的に集中させることができ、低電
界で高い電流密度を実現できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施例を図１、図
２、図３、図４および図５を用いて説明する。

【０００９】図１は、本発明の表示装置の全体構成を説
明する斜視図である。本自発光平面ディスプレイ装置
は、電子源アレイを作製した電子源板１０１、電子源の
位置に合わせて蛍光体ストライプあるいはドットを作製
した蛍光表示板１０３、電子源板１０１と蛍光表示板１
０３を所定の間隔に保って固定するための枠ガラスなど
の外枠１０２を備えている。また、図中には示さなかっ
たが、画面サイズが大きくなると、枠ガラス内部にも電
子源板１０１と蛍光表示板１０３を所定間隔に保つため
のスペーサが必要となる。

【００１０】図２は、電子源板の構造を説明する平面図
である。横方向に複数本のカソード電極ストライプ２０
１を、垂直方向に複数本のゲート電極ストライプ２０２
を形成する。カソード電極ストライプ２０１とゲート電
極ストライプ２０２は、絶縁膜を挿んで交差し、それぞ
れの交差点に電子源２０３を形成する。この電子源はゲ
ート電極ストライプ２０３とその下の絶縁膜を貫いた穴
の底部のカソード電極ストライプ２０１の表面に形成す
る。

【００１１】図３は、蛍光表示板の構造を説明する平面
図である。電子源の位置に合わせて、赤、緑、青の蛍光
体ストライプを形成した構造になっている。まず、電子
源の横方向のピッチに合わせて、各蛍光体ストライプの
間の位置にブラックマトリックスのストライプをリフト
オフ法により作製する。次にスラリー法により赤３０
１、緑３０２、青３０３の蛍光体ストライプによる繰り
返しストライプパターンを形成する。各々の蛍光体スト
ライプが、両側のブラックストライプの間となるように
配置する。また、図には示さなかったが、蛍光体ストラ
イプを作製した後、全面にアルミニウムを１０〜１００
ｎｍ蒸着し、アノード電極を形成した。

【００１２】以上のようにして作製した、電子源板と蛍
光表示板を枠ガラスを用いて所定間隔で対峙するように
配置し、電子源と蛍光体ストライプの位置を合わせた
後、内部を真空にしてフリットガラスにより封止してパ
ネルとする。封止は、パネルに排気管を直結した排気管
封止、あるいは排気管を用いずに真空チャンバ内で封止
を行う真空封止のどちらかの方法で行うことができる。
そしてカソード電極ストライプに走査信号を、ゲート電
極ストライプに画像信号を印加し、さらに蛍光表示板の
アノード電極に、カソード電極に対してプラスの加速電
圧を印加することにより、画像を表示させることができ
た。

【００１３】図４は、電子源板上の詳細構造の説明図で
あり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’にお
ける断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図
である。まず、ガラス基板表面に、印刷法によりＡｇ電
極を形成することにより、厚さが１０μｍで、幅が３０
０μｍ、間隔が６０μｍのカソード電極ストライプ４０
１を６００本形成する。５５０℃で焼成後、ナノチュー
ブ構造を有する物質を含有した樹脂ペーストをスクリー
ン印刷することにより、電子源ストライプ４０４をカソ
ード電極ストライプ４０１の上に形成する。電子源スト
ライプ４０４のパターン形状はカソード電極ストライプ
４０１と同じである。カソード電極ストライプ４０１と
電子源ストライプ４０４の二層ストライプ構造を形成し
た後、５５０℃で焼成することにより、樹脂ペーストに
含有されている樹脂分を除去する。次に、絶縁層４０５
をスクリーン印刷する。絶縁層４０５の厚みは３０μｍ
であり、カソード電極ストライプ４０１とゲート電極ス
トライプ４０２の交差部分に直径３０μｍの電子源穴４
０３が４個あいた構造になっている。この絶縁層４０５
を５５０℃で焼成後、Ａｇペーストをスクリーン印刷す
ることにより、厚さが２０μｍで、幅が９０μｍ、間隔
が３０μｍのゲート電極ストライプ４０２を２４００本
形成する。なお、ゲート電極ストライプ４０２も、カソ
ード電極ストライプ４０１とゲート電極ストライプ４０
２の交差部分に直径３０μｍの電子源穴４０３が４個あ
いた構造になっている。

【００１４】このようにして作製した配線構造を用い
て、カソード電極ストライプ４０１に走査信号を、ゲー
ト電極ストライプ４０２に画像信号をインプットするこ
とで電子源とゲート電極との間の電位差で電子の放出の
オン・オフを含めた電子の放出量を制御し、さらにカソ
ード電極ストライプ４０１と図３の蛍光表示板に設けた
アノード電極の間に、加速電圧を印加することにより、
画像を表示させることができた。また、本発明のゲート
構造により、ゲート電極と、ナノチューブ先端との距離
をμｍオーダで制御できるため、非常に低いゲート動作
電圧を実現することができた。

【００１５】図５は、本発明の第１の実施例の説明図で
あり、電子源について説明する図である。本発明では、
カソード電極５０１の上に、金属５０３をそのウォール
内部中空領域全体に含有したマルチウォールナノチュー
ブ５０２を含んだ樹脂ペーストを印刷し、その後樹脂成
分を熱処理により除去することにより、電子源を形成し
た。ここで、マルチウォールナノチューブ５０２に内包
される金属５０３は一種類の金属でも、合金でも良い。
また、マルチウォールナノチューブ５０２を構成する元
素は炭素のように単独の元素でも、窒化ボロンのように
複数の元素であっても良い。また、マルチウォールのウ
ォール数は、何層であっても良いが、できるだけ層数の
揃ったマルチウォールナノチューブを使用する方が、エ
ミッションの面内分布均一化の観点からは望ましい。図
５では、ナノチューブ先端はキャップがなく、内包金属
５０２が露出した構造になっているが、ナノチューブの
キャップがある場合も、電子源として用いることができ
る。

【００１６】このように、金属を内包したマルチウォー
ルカーボンナノチューブを電子源として用いることによ
り、電子放出特性が大幅に改善し、１Ｖ／μｍ以下の電
界で１０ｍＡ／ｃｍ^２以上の電流密度を実現できるた
め、１０Ｖ以下のゲート動作電圧を実現することができ
た。

【００１７】次に、マルチウォールナノチューブ５０２
とカソード電極５０１の電気的コンタクトについて説明
する。本実施例では、マルチウォールナノチューブ５０
２とカソード電極５０１とが機械的に接触することによ
り、両者間の電気的コンタクトを確保することができ
る。コンタクト抵抗は、１〜５００キロオームであっ
た。さらにコンタクト抵抗を低減するために、プラズマ
処理等によりマルチウォールナノチューブ５０２とカソ
ード電極５０１の界面に、マルチウォールナノチューブ
５０２の構成元素とカソード電極５０１の構成金属の化
合物を構成することが有効である。また、マルチウォー
ルナノチューブ５０２とカソード電極５０１の界面に金
属コロイド等の微細な電気伝導物質を配置する方法も、
コンタクト抵抗を低減するために有効である。このよう
にして、面内で均一な低コンタクト抵抗が実現できたた
めに、１００００個／平方センチメートル以上の電子放
出ポイント密度を有する均一な電子放出特性を実現する
ことが出来た。

【００１８】なお、本実施例ではカソード電極ストライ
プ４０１およびゲート電極ストライプ４０２をともにＡ
ｇで形成したが、必要な電気伝導性を有するいかなる金
属を用いることも可能である。また、合金ペーストを用
いることも可能である。

【００１９】さらに、カソード電極をスパッタ法等とフ
ォトリソグラフィープロセスにより作製することも可能
である。また、本実施例では、下地のカソード電極の上
に、マルチウォールナノチューブを含んだ樹脂ペースト
を印刷することにより、電子源を形成したが、カソード
電極材料となる金属ペーストとマルチウォールナノチュ
ーブを混ぜ合わせたペーストを印刷することにより、一
回の印刷で、電子源を形成することも可能である。

【００２０】また、本実施例では絶縁膜４０５の膜厚を
３０μｍ、電子源穴４０３の直径を３０μｍとしたが、
膜厚および直径を任意に設計することにより、所望の電
圧でゲート動作を行わせることができる。

【００２１】図６は、本発明の第２の実施例の説明図で
ある。第２の実施例では、カソード電極６０１の上に、
金属６０３をそのウォール内部中空領域の一部に含有し
たマルチウォールナノチューブ６０２を含んだ樹脂ペー
ストを印刷し、その後樹脂成分を熱処理により除去する
ことにより、電子源を形成した点が、第１の実施例と異
なる。ここで、マルチウォールナノチューブ６０２に内
包される金属６０３は一種類の金属でも、合金でも良
い。また、マルチウォールナノチューブ６０２を構成す
る元素は炭素のように単独の元素でも、窒化ボロンのよ
うに複数の元素であっても良い。また、マルチウォール
のウォール数は、何層であっても良いが、できるだけ層
数の揃ったマルチウォールナノチューブを使用する方
が、エミッションの面内分布均一化の観点からは望まし
い。図６では、ナノチューブ先端はキャップがなく、内
包金属６０２が露出した構造になっているが、ナノチュ
ーブのキャップがある場合も、電子源として用いること
ができる。

【００２２】このように、金属を内包したマルチウォー
ルカーボンナノチューブを電子源として用いることによ
り、電子放出特性が大幅に改善し、１Ｖ／μｍ以下の電
界で１０ｍＡ／ｃｍ^２以上の電流密度を実現できるた
め、１０Ｖ以下のゲート動作電圧を実現することができ
た。

【００２３】次に、マルチウォールナノチューブ６０２
とカソード電極６０１の電気的コンタクトについて説明
する。本実施例では、マルチウォールナノチューブ６０
２とカソード電極６０１とが機械的に接触することによ
り、両者間の電気的コンタクトを確保することができ
る。コンタクト抵抗は、１〜５００キロオームであっ
た。さらにコンタクト抵抗を低減するために、プラズマ
処理等によりマルチウォールナノチューブ６０２とカソ
ード電極６０１の界面に、マルチウォールナノチューブ
６０２の構成元素とカソード電極６０１の構成金属の化
合物を構成することが有効である。また、マルチウォー
ルナノチューブ６０２とカソード電極６０１の界面に金
属コロイド等の微細な電気伝導物質を配置する方法も、
コンタクト抵抗を低減するために有効である。このよう
にして、面内で均一な低コンタクト抵抗が実現できたた
めに、１００００個／平方センチメートル以上の電子放
出ポイント密度を有する均一な電子放出特性を実現する
ことが出来た。

【００２４】なお、本実施例では第１の実施例と同様
に、カソード電極ストライプおよびゲート電極ストライ
プをともにＡｇで形成したが、必要な電気伝導性を有す
るいかなる金属を用いることも可能である。また、合金
ペーストを用いることも可能である。

【００２５】さらに、カソード電極を、スパッタ法等と
フォトリソグラフィープロセスにより作製することも可
能である。また、本実施例では、下地のカソード電極の
上に、マルチウォールナノチューブを含んだ樹脂ペース
トを印刷することにより、電子源を形成したが、カソー
ド電極材料となる金属ペーストとマルチウォールナノチ
ューブを混ぜ合わせたペーストを印刷することにより、
一回の印刷で、電子源を形成することも可能である。

【００２６】また、本実施例では第１の実施例と同様
に、絶縁膜の膜厚を３０μｍ、電子源穴の直径を３０μ
ｍとしたが、膜厚および直径を任意に設計することによ
り、所望の電圧でゲート動作を行わせることができる。

【００２７】図７は、本発明の第３の実施例の説明図で
ある。第３の実施例では、カソード電極７０１の上に、
金属７０３をそのウォール内部中空領域全体に含有した
シングルウォールナノチューブ７０２を含んだ樹脂ペー
ストを印刷し、その後樹脂成分を熱処理により除去する
ことにより、電子源を形成した点が、第１の実施例と異
なる。ここで、シングルウォールナノチューブ７０２に
内包される金属７０３は一種類の金属でも、合金でも良
い。また、シングルウォールナノチューブ７０２を構成
する元素は炭素のように単独の元素でも、窒化ボロンの
ように複数の元素であっても良い。図７では、ナノチュ
ーブ先端はキャップがなく、内包金属７０２が露出した
構造になっているが、ナノチューブのキャップがある場
合も、電子源として用いることができる。

【００２８】このように、金属を内包したシングルウォ
ールカーボンナノチューブを電子源として用いることに
より、電子放出特性が大幅に改善し、１Ｖ／μｍ以下の
電界で１０ｍＡ／ｃｍ^２以上の電流密度を実現できるた
め、１０Ｖ以下のゲート動作電圧を実現することができ
た。

【００２９】次に、シングルウォールナノチューブ７０
２とカソード電極７０１の電気的コンタクトについて説
明する。本実施例では、シングルウォールナノチューブ
７０２とカソード電極７０１とが機械的に接触すること
により、両者間の電気的コンタクトを確保することがで
きる。コンタクト抵抗は、１〜５００キロオームであっ
た。さらにコンタクト抵抗を低減するために、プラズマ
処理等によりシングルウォールナノチューブ７０２とカ
ソード電極７０１の界面に、シングルウォールナノチュ
ーブ７０２の構成元素とカソード電極７０１の構成金属
の化合物を構成することが有効である。また、シングル
ウォールナノチューブ７０２とカソード電極７０１の界
面に金属コロイド等の微細な電気伝導物質を配置する方
法も、コンタクト抵抗を低減するために有効である。こ
のようにして、面内で均一な低コンタクト抵抗が実現で
きたために、１００００個／平方センチメートル以上の
電子放出ポイント密度を有する均一な電子放出特性を実
現することが出来た。

【００３０】なお、本実施例では第１の実施例と同様
に、カソード電極ストライプおよびゲート電極ストライ
プをともにＡｇで形成したが、必要な電気伝導性を有す
るいかなる金属を用いることも可能である。また、合金
ペーストを用いることも可能である。

【００３１】さらに、カソード電極をスパッタ法等とフ
ォトリソグラフィープロセスにより作製することも可能
である。また、本実施例では、下地のカソード電極の上
に、シングルウォールナノチューブを含んだ樹脂ペース
トを印刷することにより、電子源を形成したが、カソー
ド電極材料となる金属ペーストとシングルウォールナノ
チューブを混ぜ合わせたペーストを印刷することによ
り、一回の印刷で、電子源を形成することも可能であ
る。

【００３２】また、本実施例では第１の実施例と同様
に、絶縁膜の膜厚を３０μｍ、電子源穴の直径を３０μ
ｍとしたが、膜厚および直径を任意に設計することによ
り、所望の電圧でゲート動作を行わせることができる。

【００３３】図８は、本発明の第４の実施例の説明図で
ある。第４の実施例では、カソード電極８０１の上に、
金属８０３をそのウォール内部中空領域の一部に含有し
たシングルウォールナノチューブ８０２を含んだ樹脂ペ
ーストを印刷し、その後樹脂成分を熱処理により除去す
ることにより、電子源を形成した点が、第１の実施例と
異なる。ここで、シングルウォールナノチューブ８０２
に内包される金属８０３は一種類の金属でも、合金でも
良い。また、シングルウォールナノチューブ８０２を構
成する元素は炭素のように単独の元素でも、窒化ボロン
のように複数の元素であっても良い。図８では、ナノチ
ューブ先端はキャップがなく、内包金属８０２が露出し
た構造になっているが、ナノチューブのキャップがある
場合も、電子源として用いることができる。

【００３４】このように、金属を内包したシングルウォ
ールカーボンナノチューブを電子源として用いることに
より、電子放出特性が大幅に改善し、１Ｖ／μｍ以下の
電界で１０ｍＡ／ｃｍ^２以上の電流密度を実現できるた
め、１０Ｖ以下のゲート動作電圧を実現することができ
た。

【００３５】次に、シングルウォールナノチューブ８０
２とカソード電極８０１の電気的コンタクトについて説
明する。本実施例では、シングルウォールナノチューブ
８０２とカソード電極８０１とが機械的に接触すること
により、両者間の電気的コンタクトを確保することがで
きる。コンタクト抵抗は、１〜５００キロオームであっ
た。さらにコンタクト抵抗を低減するために、プラズマ
処理等によりシングルウォールナノチューブ８０２とカ
ソード電極８０１の界面に、シングルウォールナノチュ
ーブ８０２の構成元素とカソード電極８０１の構成金属
の化合物を構成することが有効である。また、シングル
ウォールナノチューブ８０２とカソード電極８０１の界
面に金属コロイド等の微細な電気伝導物質を配置する方
法も、コンタクト抵抗を低減するために有効である。こ
のようにして、面内で均一な低コンタクト抵抗が実現で
きたために、１００００個／平方センチメートル以上の
電子放出ポイント密度を有する均一な電子放出特性を実
現することが出来た。

【００３６】なお、本実施例では第１の実施例と同様
に、カソード電極ストライプおよびゲート電極ストライ
プをともにＡｇで形成したが、必要な電気伝導性を有す
るいかなる金属を用いることも可能である。また、合金
ペーストを用いることも可能である。

【００３７】さらに、カソード電極をスパッタ法等とフ
ォトリソグラフィープロセスにより作製することも可能
である。また、本実施例では、下地のカソード電極の上
に、シングルウォールナノチューブを含んだ樹脂ペース
トを印刷することにより、電子源を形成したが、カソー
ド電極材料となる金属ペーストとシングルウォールナノ
チューブを混ぜ合わせたペーストを印刷することによ
り、一回の印刷で、電子源を形成することも可能であ
る。

【００３８】また、本実施例では第１の実施例と同様
に、絶縁膜の膜厚を３０μｍ、電子源穴の直径を３０μ
ｍとしたが、膜厚および直径を任意に設計することによ
り、所望の電圧でゲート動作を行わせることができる。

【００３９】図９は、本発明の第５の実施例の説明図で
ある。第５の実施例では、ガラス基板表面に、印刷法に
よりＡｇ電極を形成し、５５０℃で焼成後、金属９０３
をそのウォール内部中空領域全体に含有したマルチウォ
ールナノチューブ構造を有する物質を含有した樹脂ペー
ストをスクリーン印刷することにより、カソード電極ス
トライプ９０１の上にナノチューブを配した後、磁場を
印加することにより、ナノチューブの軸方向を基板に対
してほぼ垂直方向に配向させた点が、第１の実施例と異
なる。ナノチューブを基板に対して、ほぼ垂直に配向さ
せた後、５５０℃で焼成することにより、樹脂ペースト
に含有されている樹脂分を除去した。また、磁場を印加
しながら焼成することも可能である。これ以外の電子源
板上の構造は第１の実施例と全く同様である。ナノチュ
ーブ内部に内包される金属９０３としては磁性体が好ま
しく、強磁性体である方がさらにに好ましい。

【００４０】このようにして作製した配線構造を用い
て、カソード電極ストライプに走査信号を、ゲート電極
ストライプ構造に画像信号をインプットし、さらにカソ
ード電極ストライプと図３の蛍光表示板に設けたアノー
ド電極の間に、加速電圧を印加することにより、画像を
表示させることができた。また、本実施例のゲート構造
により、ゲート電極とナノチューブ先端との距離をμｍ
オーダで制御できるため、非常に低いゲート動作電圧を
実現することができた。

【００４１】次に本実施例で用いたナノチューブについ
て説明する。本実施例では、金属９０３をその内部中空
領域全体に含有したマルチウォールナノチューブ９０２
を電子源として用いた。ここで、マルチウォールナノチ
ューブ９０２に内包される金属９０３は一種類の金属で
も、合金でも良い。また、マルチウォールナノチューブ
９０２を構成する元素は炭素のように単独の元素でも、
窒化ボロンのように複数の元素であっても良い。また、
マルチウォールのウォール数は、何層であっても良い
が、できるだけ層数の揃ったマルチウォールナノチュー
ブを使用する方が、エミッションの面内分布均一化の観
点からは望ましい。図９では、ナノチューブ先端はキャ
ップがなく、内包金属９０２が露出した構造になってい
るが、ナノチューブのキャップがある場合も、電子源と
して用いることができる。

【００４２】このように、金属を内包したマルチウォー
ルカーボンナノチューブを電子源として用い、さらに基
板に垂直方向に配向させることにより、電子放出特性が
大幅に改善し、０．５Ｖ／μｍ以下の電界で１０ｍＡ／
ｃｍ^２以上の電流密度を実現できるため、５Ｖ以下のゲ
ート動作電圧を実現することができた。

【００４３】次に、マルチウォールナノチューブ９０２
とカソード電極９０１の電気的コンタクトについて説明
する。本実施例では、マルチウォールナノチューブ９０
２とカソード電極９０１とが機械的に接触することによ
り、両者間の電気的コンタクトを確保することができ
る。コンタクト抵抗は、１〜５００キロオームであっ
た。さらにコンタクト抵抗を低減するために、プラズマ
処理等によりマルチウォールナノチューブ９０２とカソ
ード電極９０１の界面に、マルチウォールナノチューブ
９０２の構成元素とカソード電極９０１の構成金属の化
合物を構成することが有効である。また、マルチウォー
ルナノチューブ９０２とカソード電極９０１の界面に金
属コロイド等の微細な電気伝導物質を配置する方法も、
コンタクト抵抗を低減するために有効である。このよう
にして、面内で均一な低コンタクト抵抗が実現できたた
めに、１００００個／平方センチメートル以上の電子放
出ポイント密度を有する均一な電子放出特性を実現する
ことが出来た。

【００４４】なお、本実施例では、電子源として金属９
０３をその内部中空領域全体に含有したマルチウォール
ナノチューブ９０２を用いたが、第２の実施例と同様
に、金属をその内部中空領域の一部に含有したマルチウ
ォールナノチューブ、第３の実施例と同様に、金属をそ
の内部中空領域全体に含有したシングルウォールナノチ
ューブ、あるいは第４の実施例と同様に、金属をその内
部中空領域の一部に含有したシングルウォールナノチュ
ーブを電子源として用いることができる。

【００４５】なお、本実施例では第１の実施例と同様
に、カソード電極ストライプおよびゲート電極ストライ
プをともにＡｇで形成したが、必要な電気伝導性を有す
るいかなる金属を用いることも可能である。また、合金
ペーストを用いることも可能である。

【００４６】さらに、カソード電極を、スパッタ法等と
フォトリソグラフィープロセスにより作製することも可
能である。また、本実施例では、下地のカソード電極の
上に、マルチウォールナノチューブを含んだ樹脂ペース
トを印刷することにより、電子源を形成したが、カソー
ド電極材料となる金属ペーストとマルチウォールナノチ
ューブを混ぜ合わせたペーストを印刷することにより、
一回の印刷で、電子源を形成することも可能である。

【００４７】また、本実施例では第１の実施例と同様
に、絶縁膜の膜厚を３０μｍ、電子源穴の直径を３０μ
ｍとしたが、膜厚および直径を任意に設計することによ
り、所望の電圧でゲート動作を行わせることができる。

【００４８】図１０は、本発明の第６の実施例の説明図
であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’に
おける断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’における断面
図である。まず、ガラス基板表面に、スパッタ法によ
り、厚さが５００ｎｍの鉄−ニッケル−クロム合金薄膜
を形成する。次にホトリソグラフィーとウエットエッチ
ングにより、幅が３００μｍ、間隔が６０μｍのカソー
ド電極ストライプ１００１を６００本形成する。次にプ
ラズマ気相化学成長法等の気相成長法により、１μｍ厚
のガラス絶縁層１００５を形成する。次にスパッタ法に
より、ガラス絶縁層１００５の上に厚さが５００ｎｍの
アルミニウム薄膜を形成する。次に、ホトリソグラフィ
ーとウエットエッチングにより、幅が９０μｍ、間隔が
３０μｍのゲート電極ストライプ１００２を２４００本
形成する。さらにホトリソグラフィーとウエットエッチ
ングにより、カソード電極ストライプ１００１とゲート
電極ストライプ１００２の交差部分に直径２μｍの電子
源穴１００３を１０００個形成する。図１０には、代表
して４個の電子源穴を描いている。次にプラズマ気相化
学成長法等の気相成長法により、この電子源穴１００３
にナノチューブを選択的に成長し、電子源とした。

【００４９】このようにして作製した配線構造を用い
て、カソード電極ストライプ１００１に走査信号を、ゲ
ート電極ストライプ構造１００２に画像信号をインプッ
トし、さらにカソード電極ストライプ１００１と図３の
蛍光表示板に設けたアノード電極の間に、加速電圧を印
加することにより、画像を表示させることができた。

【００５０】なお、本実施例ではカソード電極ストライ
プ１００１に、鉄−ニッケル−クロム合金薄膜を用いた
が、ナノチューブの選択成長が可能ないかなる金属およ
び合金を使用しても良い。また、ゲート電極ストライプ
１００２にアルミニウムを用いたが、必要な電気伝導性
を有するいかなる金属を用いることも可能である。ま
た、本発明では、絶縁膜１００５の膜厚を１μｍ、電子
源穴１００３の直径を２μｍとしたが、膜厚および直径
を任意に設計することにより、所望の電圧でゲート動作
を行わせることができる。

【００５１】また、ナノチューブとして、第１の実施例
と同様に、金属をその内部中空領域全体に含有したマル
チウォールナノチューブ、第２の実施例と同様に、金属
をその内部中空領域の一部に含有したマルチウォールナ
ノチューブ、第３の実施例と同様に、金属をその内部中
空領域全体に含有したシングルウォールナノチューブ、
あるいは第４の実施例と同様に、金属をその内部中空領
域の一部に含有したシングルウォールナノチューブを電
子源として用いることができる。

【００５２】図１１は、本発明の第７の実施例の説明図
であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’に
おける断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’における断面
図である。まず、ガラス基板表面に、スパッタ法により
厚さが５００ｎｍのアルミニウム薄膜を形成する。次に
ホトリソグラフィーとウエットエッチングにより、幅が
３００μｍ、間隔が６０μｍのカソード電極ストライプ
１１０１を６００本形成する。次にプラズマ気相化学成
長法等の気相成長法により、１μｍ厚のガラス絶縁層１
１０５を形成する。次にスパッタ法により、ガラス絶縁
層１１０５の上に厚さが５００ｎｍのアルミニウム薄膜
を形成する。次に、ホトリソグラフィーとウエットエッ
チングにより、幅が９０μｍ、間隔が３０μｍのゲート
電極ストライプ１１０２を２４００本形成する。さらに
ホトリソグラフィーとウエットエッチングにより、カソ
ード電極ストライプ１１０１とゲート電極ストライプ１
１０２の交差部分に直径２μｍの電子源穴１１０３を１
０００個形成する。図１１には、代表して４個の電子源
穴が描いてある。インクジェット法等を用いて、この電
子源穴１１０３に選択的にナノチューブを含有したイン
クを塗布し、その後熱処理することにより、ナノチュー
ブ層１１０６を形成し、電子源とした。

【００５３】また、ナノチューブとして、第１の実施例
と同様に、金属をその内部中空領域全体に含有したマル
チウォールナノチューブ、第２の実施例と同様に、金属
をその内部中空領域の一部に含有したマルチウォールナ
ノチューブ、第３の実施例と同様に、金属をその内部中
空領域全体に含有したシングルウォールナノチューブ、
あるいは第４の実施例と同様に、金属をその内部中空領
域の一部に含有したシングルウォールナノチューブを電
子源として用いることができる。

【００５４】次にナノチューブとカソード電極１１０１
の電気的コンタクトについて説明する。本実施例では、
ナノチューブとカソード電極１１０１とが機械的に接触
することにより、両者間の電気的コンタクトを確保する
ことができる。コンタクト抵抗は、１〜５００キロオー
ムであった。さらにコンタクト抵抗を低減するために、
プラズマ処理等によりナノチューブとカソード電極１１
０１の界面に、ナノチューブの構成元素とカソード電極
１１０１の構成金属の化合物を構成することが有効であ
る。また、ナノチューブとカソード電極１１０１の界面
に金属コロイド等の微細な電気伝導物質を配置する方法
も、コンタクト抵抗を低減するために有効である。この
ようにして、面内で均一な低コンタクト抵抗が実現でき
たために、１００００個／平方センチメートル以上の電
子放出ポイント密度を有する均一な電子放出特性を実現
することが出来た。

【００５５】このようにして作製した配線構造を用い
て、カソード電極ストライプ１１０１に走査信号を、ゲ
ート電極ストライプ構造１１０２に画像信号をインプッ
トし、さらにカソード電極ストライプ１１０１と図３の
蛍光表示板に設けたアノード電極の間に、加速電圧を印
加することにより、画像を表示させることができた。

【００５６】なお、本実施例ではカソード電極ストライ
プ１１０１およびゲート電極ストライプ１１０２にアル
ミニウムを用いたが、必要な電気伝導性を有するいかな
る金属を用いることも可能である。また、本発明では、
絶縁膜１１０５の膜厚を１μｍ、電子源穴１１０３の直
径を２μｍとしたが、膜厚および直径を任意に設計する
ことにより、所望の電圧でゲート動作を行わせることが
できる。

【００５７】図１２は、本発明の第８の実施例の説明図
であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’に
おける断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’における断面
図である。第８の実施例では、カソード電極が二層構造
になっている点が、第１の実施例と異なる。すなわち、
まず、金属ペーストを印刷し焼成することにより、金属
ペーストカソード電極１２０１を形成した後、その上に
金属薄膜を形成し、金属薄膜カソード電極１２０６を形
成する。金属薄膜カソード電極１２０６は、金属薄膜を
スパッタあるいは蒸着によりベタに形成した後、フォト
リソグラフィープロセスにより不要な部分をエッチング
除去することにより形成することができる。あるいは、
金属マスクを用いたスパッタ法により、直接形成するこ
ともできる。金属ペーストだけでは、ペーストに含まれ
ているガラス成分のために、金属ペーストとナノチュー
ブとの電気コンタクトが阻害されるおそれがあるため
に、金属ペーストカソード電極１２０１上に、金属薄膜
カソード電極１２０６を形成した。ナノチューブ層１２
０４は、金属薄膜カソード電極１２０６と機械的に接触
することにより、両者間の電気的コンタクトを確保する
ことができる。コンタクト抵抗は、１〜５００キロオー
ムであった。さらにコンタクト抵抗を低減するために、
プラズマ処理等によりナノチューブとカソード電極１２
０６の界面に、ナノチューブの構成元素とカソード電極
１２０６の構成金属の化合物を構成することが有効であ
る。また、ナノチューブとカソード電極１２０６の界面
に金属コロイド等の微細な電気伝導物質を配置する方法
も、コンタクト抵抗を低減するために有効である。この
ようにして、面内で均一な低コンタクト抵抗が実現でき
たために、１００００個／平方センチメートル以上の電
子放出ポイント密度を有する均一な電子放出特性を実現
することが出来た。

【００５８】また、ナノチューブとして、第１の実施例
と同様に、金属をその内部中空領域全体に含有したマル
チウォールナノチューブ、第２の実施例と同様に、金属
をその内部中空領域の一部に含有したマルチウォールナ
ノチューブ、第３の実施例と同様に、金属をその内部中
空領域全体に含有したシングルウォールナノチューブ、
あるいは第４の実施例と同様に、金属をその内部中空領
域の一部に含有したシングルウォールナノチューブを電
子源として用いることができる。

【００５９】図１３は、本発明の第９の実施例の説明図
である。電子源板１３１０の表面にスパッタ法により、
アルミニウム薄膜を形成し、通常のフォトレジストプロ
セスにより、カソード電極１３０１を形成する。カソー
ド電極１３０１のパターン形状は、任意に選択すること
ができる。次にナノチューブ層１３０３を形成後、磁場
を印加することにより、ナノチューブを基板に対してほ
ぼ垂直方向に配向させる。次に、メッシュ状のゲート電
極を図のように、ナノチューブの先端から１０ミクロン
離して配することにより、ゲート電極１３０２を形成す
る。そして電子源板１３１０、ゲート電極１３０２、さ
らに蛍光表示板１３１１を、図１３のように容器１３１
２の中に配し、容器内部を排気して封じることにより、
蛍光表示管を形成する。

【００６０】このようにして形成した、カソード電極１
３０１とゲート電極１３０２の間に、ゲート電極１３０
２がプラスになるように、電圧を印加することにより、
ナノチューブから、３０ｍＡ／ｃｍ^２以上のエミッショ
ン電流を取り出すことができた。また、このエミッショ
ン電流を、蛍光表示板１３１１に設けたアノード電極に
プラスの電圧を印加して加速することにより、１０００
０ｃｄ／ｍ^２以上の輝度の蛍光表示管を得ることができ
た。

【００６１】また、本実施例ではアノード電極あるいは
ゲート電極を電気的に複数の領域に分割することによ
り、蛍光表示板を部分的に発光させることもできる。

【００６２】なお、本実施例ではカソード電極材料とし
てアルミニウムを用いたが、必要な電気伝導性を有する
いかなる金属を用いることができる。

【００６３】また、電子源の形成方法として、下地カソ
ード電極上への印刷、インクジェット法等による塗布、
有機金属気相成長法等による選択成長など、実施例１〜
８に記載したいかなる方法も利用可能である。

【００６４】また、ナノチューブ層と下地のカソード電
極との電気コンタクトは、機械的に接触することによ
り、確保することができる。コンタクト抵抗は、１〜５
００キロオームである。さらにコンタクト抵抗を低減す
るために、プラズマ処理等によりナノチューブとカソー
ド電極の界面に、ナノチューブの構成元素とカソード電
極の構成金属の化合物を構成することが有効である。ま
た、ナノチューブとカソード電極の界面に金属コロイド
等の微細な電気伝導物質を配置する方法も、コンタクト
抵抗を低減するために有効である。このようにして、面
内で均一な低コンタクト抵抗が実現できたために、１０
０００個／平方センチメートル以上の電子放出ポイント
密度を有する均一な電子放出特性を実現することが出来
た。

【００６５】また、ナノチューブとして、第１の実施例
と同様に、金属をその内部中空領域全体に含有したマル
チウォールナノチューブ、第２の実施例と同様に、金属
をその内部中空領域の一部に含有したマルチウォールナ
ノチューブ、第３の実施例と同様に、金属をその内部中
空領域全体に含有したシングルウォールナノチューブ、
あるいは第４の実施例と同様に、金属をその内部中空領
域の一部に含有したシングルウォールナノチューブを電
子源として用いることができる。

【００６６】図１４は、本発明の第１０の実施例の説明
図である。電子源板１４１０の上に、スパッタ法により
膜厚５００ｎｍのアルミニウム薄膜を形成する。次に、
通常のフォトレジストプロセスによりアルミニウム薄膜
をパターンニングすることにより、カソード電極１４０
１を形成する。次にプラズマ気相化学成長法等の気相成
長法により、１μｍ厚のガラス絶縁層１４０３を形成す
る。次にスパッタ法により、ガラス絶縁層１４０３の上
に厚さが５００ｎｍのアルミニウム薄膜を形成する。次
に、ホトリソグラフィーとウエットエッチングにより、
ゲート電極１４０２を形成する。さらにホトリソグラフ
ィーとウエットエッチングにより、直径２μｍの電子源
穴１４０４を１０００個形成する。次に、インクジェッ
ト法等を用いて、この電子源穴１４０４に選択的にナノ
チューブを含有したインクを塗布し、その後熱処理する
ことにより、ナノチューブ層１４０５を形成し、電子源
とした。そして電子源板１４１０および蛍光表示板１４
１１を、図のように容器１４１２の中に配し、容器内部
を排気して封じることにより、蛍光表示管が完成する。

【００６７】このようにして形成した、カソード電極１
４０１とゲート電極１４０２の間に、ゲート電極１４０
２がプラスになるように、電圧を印加することにより、
ナノチューブから、３０ｍＡ／ｃｍ^２以上のエミッショ
ン電流を取り出すことができた。また、このエミッショ
ン電流を、蛍光表示板１４１１に設けたアノード電極に
プラスの電圧を印加して加速することにより、１０００
０ｃｄ／ｍ^２以上の輝度の蛍光表示管を得ることができ
た。

【００６８】なお、本実施例では、アノード電極あるい
はゲート電極を電気的に複数の領域に分割することによ
り、蛍光表示板を部分的に発光させることもできる。ま
た穴の形状および個数は、任意に選択することができ
る。

【００６９】なお、本実施例ではカソード電極およびゲ
ート電極材料としてアルミニウムを用いたが、必要な電
気伝導性を有するいかなる金属を用いることができる。

【００７０】また、電子源の形成方法として、下地カソ
ード電極上への印刷、インクジェット法等による塗布、
有機金属気相成長法等による選択成長など、実施例１〜
８に記載したいかなる方法も利用可能である。

【００７１】また、ナノチューブ層と下地のカソード電
極との電気コンタクトは、機械的に接触することによ
り、確保することができる。コンタクト抵抗は、１〜５
００キロオームである。さらにコンタクト抵抗を低減す
るために、プラズマ処理等によりナノチューブとカソー
ド電極の界面に、ナノチューブの構成元素とカソード電
極の構成金属の化合物を構成することが有効である。ま
た、ナノチューブとカソード電極の界面に金属コロイド
等の微細な電気伝導物質を配置する方法も、コンタクト
抵抗を低減するために有効である。このようにして、面
内で均一な低コンタクト抵抗が実現できたために、１０
０００個／平方センチメートル以上の電子放出ポイント
密度を有する均一な電子放出特性を実現することが出来
た。

【００７２】また、ナノチューブとして、第１の実施例
と同様に、金属をその内部中空領域全体に含有したマル
チウォールナノチューブ、第２の実施例と同様に、金属
をその内部中空領域の一部に含有したマルチウォールナ
ノチューブ、第３の実施例と同様に、金属をその内部中
空領域全体に含有したシングルウォールナノチューブ、
あるいは第４の実施例と同様に、金属をその内部中空領
域の一部に含有したシングルウォールナノチューブを電
子源として用いることができる。

【００７３】以上で説明した各実施例において、基板に
対してほぼ垂直方向に金属を内包したナノチューブを配
向させた方が低電界で高い電流密度を実現できるので好
ましいが、金属を内包したナノチューブの先端は他のナ
ノチューブよりも１μｍ以上離すようにしてもナノチュ
ーブ先端へ電界を集中させることができ、低電界で高い
電流密度を実現できるので好ましい。

【００７４】また、金属を内包したナノチューブから電
子を放出させる際に、ゲート電極を設けずにアノードに
よって電界を印加する構成としても良いが、金属を内包
したナノチューブに対して近傍にゲート電極を設けて電
界を印加した方が低電圧で電子を放出させることができ
るので好ましい。

【００７５】

【発明の効果】本発明により、非常に低電界で高密度の
電子放出を実現することができるため、それを電子源と
して用いることにより低消費電力の自発光型平面表示装
置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表示装置の全体構成を説明する斜視図
である。

【図２】電子源板の構造を説明する平面図である。

【図３】蛍光表示板の構造を説明する平面図である。

【図４】電子源板上の詳細構造の説明図であり、（ａ）
は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’における断面図、
（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図である。

【図５】本発明の第１の実施例の説明図であり、電子源
について説明する図である。

【図６】本発明の第２の実施例の説明図である。

【図７】本発明の第３の実施例の説明図である。

【図８】本発明の第４の実施例の説明図である。

【図９】本発明の第５の実施例の説明図である。

【図１０】本発明の第６の実施例の説明図であり、
（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’における断
面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図であ
る。

【図１１】本発明の第７の実施例の説明図であり、
（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’における断
面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図であ
る。

【図１２】本発明の第８の実施例の説明図であり、
（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’における断
面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図であ
る。

【図１３】本発明の第９の実施例の説明図である。

【図１４】本発明の第１０の実施例の説明図である。

【符号の説明】

５０１…カソード電極５０２…マルチウォールナノチューブ５０３…金属

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢口富雄東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者林伸明東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内Ｆターム(参考） 4G046 CA00 CB09 CC05 5C031 DD17 DD19 5C036 EE01 EE14 EF01 EF06 EF09 EG12 EH04 EH26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子源が設けられた電子源板と、蛍光体が
塗布された表示板とを備え、前記電子源板と表示板との
間の空間が真空雰囲気とされる表示装置であって、該電
子源板に形成された電極内部あるいは表面上に、金属を
そのウォールで囲まれた内部に含有したナノチューブを
配置することにより前記電子源を形成したことを特徴と
する表示装置。
【請求項２】前記ナノチューブはシングルウォールある
いはマルチウォールのナノチューブであり、また前記ナ
ノチューブ内部に含有される金属は、ナノチューブのウ
ォールで囲まれた内部の全体あるいは一部分に存在する
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】前記ナノチューブ内部に含有される金属は
磁性体であることを特徴とする請求項１または２に記載
の表示装置。
【請求項４】前記ナノチューブはカーボンナノチューブ
または窒化ボロンナノチューブであることを特徴とする
請求項１から３の何れかに記載の表示装置。
【請求項５】電子源が設けられた電子源板と、蛍光体が
塗布された表示板とを備え、前記電子源板と表示板との
間の空間が真空雰囲気とされる表示装置の製造方法であ
って、金属をそのウォールで囲まれた内部に含有したナ
ノチューブを電極上に気相成長する方法、金属をそのウ
ォールで囲まれた内部に含有したナノチューブを含んだ
印刷ペーストを基板上又は下地電極上に印刷する方法、
あるいは金属をそのウォールで囲まれた内部に含有した
ナノチューブを含んだ溶液を電極上に塗布する方法によ
り、前記電子源を形成することを特徴とする表示装置の
製造方法。
【請求項６】磁場を印加することにより、前記金属をそ
の内部に含有したナノチューブを基板に対してほぼ垂直
方向に配向させることを特徴とする請求項５に記載の表
示装置の製造方法。