JP2003160321A

JP2003160321A - ファイバーの製造方法、ファイバーを用いた、電子放出素子、電子源及び画像表示装置の製造方法

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Publication number: JP2003160321A
Application number: JP2002189580A
Authority: JP
Inventors: Shin Kitamura; 伸北村; Takeo Tsukamoto; 健夫塚本; Atsumichi Ishikura; 淳理石倉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2003-06-03
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: EP1291890A3; KR20030022705A; KR100490112B1; EP1291890A2; CN1405371A; JP3710436B2; CN1246513C; US20040245904A1; US7131886B2; US20030048056A1; US6843696B2

Abstract

(57)【要約】【課題】単位面積当たりの電子放出点を増やし、電流
密度が高く、寿命が長く、作製が単純な方法を提供す
る。【解決手段】粒子生成室で生成された粒子を、キャリ
アガスとともに搬送管を通して配置室に導き、該配置室
内のステージ上に設置された基板１上にノズルを通じて
配置するガスデポジション法によって、触媒粒子４を、
基板１上に形成した陰極電極３に配置し、該触媒粒子４
を核として気相から炭素を主成分とするファイバー５を
成長させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素を主成分とす
るファイバーの製造方法、該ファイバーを用いた電子放
出素子、該電子放出素子を複数配列した電子源、及び該
電子放出素子または該電子源を有する画像表示装置の製
造方法等に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル効果を利用して物質の表面から
電子を放出させる電界放出型（ＦＥ型）電子放出素子が
冷陰極の一つとして注目されている。ＦＥ型冷陰極の例
としては、基板から略鉛直方向に円錐あるいは四角錐の
形状をなしたもの、例えばC. A. Spindt, "Physical Pr
operties of thin-film field emission cathodes with
molybdenum cones", J. Appl. Phys., 47, 5248 (1976)
等に開示されたもの（以下スピント型）が知られてい
る。

【０００３】近年、ＦＥ型冷陰極のエミッタ材料として
カーボンナノチューブを用いたものが注目されている。
カーボンナノチューブを用いた電子放出素子の製造方法
としては、予め製造したカーボンナノチューブをペース
ト材料等に含有させて所定の位置に配置する方法（特開
２００１−０４３７９２号公報参照、以下この方法を間
接配置法と呼ぶ）や、基板上の所望の位置に金属触媒を
配置した後、カーボンナノファイバーを化学気相成長法
により触媒の配置された領域に選択的に成長させる方法
（特開２０００−０５７９３４号公報参照、以下この方
法を直接配置法と呼ぶ）等が挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＦＥ型
冷陰極を用いて画像表示装置を作製するにはＣＲＴのよ
うな高輝度を得ることが要求される。また、消費電力の
低減のため、駆動電圧の低下、及び冷陰極エミッタから
の放出電子量の増大が要求されている。さらに画素毎の
電流量分布が少なく、長時間安定した電子放出、及び蛍
光体の発光が必要となる。

【０００５】このような画像表示装置は、蛍光体、及び
冷陰極の寿命を考慮しながら、長時間高輝度を得続ける
ためには、単位面積当たりのエミッタ個数を増大させ、
個々のエミッタからの放出電流を低減しなければならな
い。また、駆動電圧を低下させるためには、電界集中が
起こり易いように、スピント型の先端のような、先鋭化
された構造を設けなければならない。

【０００６】カーボンナノチューブは、高いアスペクト
比を持ち、電界が集中し易く、低電圧にて電子放出を行
わせることができ、個々の形状が微細であり、単位面積
当たり高密度に集積配置することが可能である。さら
に、気相成長法等により大面積にわたり安価に製造する
ことができるという利点もあり、画像表示装置等の冷陰
極として魅力的な材料である。

【０００７】しかし、従来のカーボンナノチューブを用
いた冷陰極の製造方法では、カーボンナノチューブを適
度な間隔を置いて規則正しく配置することが困難であ
り、カーボンナノチューブの密度を制御することが難し
い。また、従来の方法で作製したカーボンナノチューブ
は、配置位置の均一性が低いため、個々のカーボンナノ
チューブに均等に電界をかけることが難しい場合があっ
た。このため、電子放出特性にムラが生じ、カーボンナ
ノチューブの集積密度の割に電子放出点の密度が少なく
なるという場合があった。

【０００８】カーボンナノチューブを画像表示装置の冷
陰極としてより好適に用いるには、カーボンナノチュー
ブの集積密度を制御して、個々のチューブに高い均一性
で電界が印加されるような構成とし、電子放出点を増や
して、個々のチューブからの放出電子量を低減しつつ、
画素あたりの電流密度を増加させる必要がある。

【０００９】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたものであって、その目的とするところは、
カーボンナノチューブや後述するグラファイトナノファ
イバー等の繊維状カーボン同士を適度な間隔をおいて規
則正しく配置し、単位面積当たりの放出点を増加させ、
電流密度が高く、長寿命であり、作製方法が単純なファ
イバーの製造方法、該ファイバーを用いた、電子放出素
子、電子源、及び画像表示装置等の製造方法を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた本発明に係るファイバーの製造方法は、粒子
生成室で生成された粒子を、キャリアガスとともに搬送
管を通して配置室に導き、該配置室内のステージ上に設
置された基板上にノズルを通じて配置するガスデポジシ
ョン法によって、触媒粒子を前記基板上に配置し、該触
媒粒子を核として気相から炭素を主成分とするファイバ
ーを成長させることを特徴とする。

【００１１】前記触媒粒子の材料は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、及び、これらの中から選択され
た２以上の材料の混合物からなる群から選択することが
でき、また、Ｐｄ及びＰｔのどちらかを主成分としても
よい。前記炭素を主成分とするファイバーは、グラファ
イトナノファイバー、カーボンナノチューブ、アモルフ
ァスカーボンファイバー、及び、これら２以上の混合物
からなる群から選択することができる。

【００１２】また、本発明では、前記ファイバーは前記
基板上に複数形成されるものであり、隣り合う、前記基
板と前記炭素を主成分とするファイバーの結合部分同士
の平均的な間隔をＷ、前記炭素を主成分とするファイバ
ーの平均的な厚さをＨとした時に、少なくともＷ≧１／
２Ｈであることが望ましく、Ｗ≧２Ｈであることが好ま
しい。

【００１３】また、本発明に係るファイバーの製造方法
は、(A) 触媒材料を第１のチャンバ内に用意する工程
と、(B) 基板を第２のチャンバ内に配置する工程と、
(C) 前記第１のチャンバ内の圧力を前記第２のチャンバ
内の圧力よりも高くすることにより、前記第１のチャン
バ内に用意された前記触媒材料を、前記第１のチャンバ
と前記第２のチャンバとを連通する搬送管を介して、前
記基板に衝突させ、前記基板上に前記触媒材料を配置す
る工程と、(D) 前記基板上に配置された前記触媒材料
を、炭素化合物を含有するガスと接触させた状態で加熱
することにより、前記基板上に炭素を主成分とするファ
イバーを形成する工程と、を有することを特徴としても
よい。この場合、前記第１のチャンバ内に用意された触
媒材料は、前記第１のチャンバ内に導入されたガスに分
散された複数の触媒粒子からなることが好ましい。

【００１４】前記搬送管は、前記第２のチャンバ内に配
置されたノズルに連通することが望ましく、前記第２の
チャンバ内は、減圧状態に保持されることが望ましく、
前記触媒材料は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃ
ｒ、及び、これらの中から選択された２以上の材料の混
合物からなる群から選択することができ、前記炭素を主
成分とするファイバーは、グラファイトナノファイバ
ー、カーボンナノチューブ、アモルファスカーボンファ
イバー及びこれら２以上の混合物からなる群から選択す
ることができ、また、複数のグラフェンを有することが
望ましい。前記複数のグラフェンは、前記ファイバーの
軸に対して非平行に積層されてなることが好ましい。

【００１５】前記触媒材料は、粒子状態で前記基板に衝
突することが好ましく、前記第１のチャンバ内に導入さ
れたガスと共に前記第２のチャンバ内に運ばれることが
望ましい。前記第１のチャンバ内に導入されたガスは、
非酸化性ガスであることが好ましい。

【００１６】本発明によれば、触媒粒子を所望の密度に
制御することができ、その結果、触媒粒子を核として、
繊維状カーボン（炭素を主成分とするファイバー）を気
相成長させ、形成する繊維状カーボンの密度を制御する
ことができる。

【００１７】また、本発明は、基板上にカソード電極を
形成する工程と、該カソード電極上に炭素を主成分とす
るファイバーを複数形成する工程とを含む電子放出素子
の製造方法であって、前記炭素を主成分とするファイバ
ーが、上記ファイバーの製造方法のいずれかによって形
成されることを特徴とする電子放出素子の製造方法にも
適用される。

【００１８】また、本発明は、炭素を主成分とするファ
イバーを用いた電子放出素子を複数配列形成した電子源
の製造方法であって、前記電子放出素子が前述の製造方
法により製造されることを特徴としてもよい。

【００１９】また、本発明は、電子源と発光部材とを有
する画像表示装置の製造方法であって、前記電子源が前
述の製造方法により製造されることを特徴とすることも
できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】はじめに、本発明に係るファイバ
ーの製造方法の基礎となるガスデポジション法を簡単に
説明する。ガスデポジション法は、超微粒子生成室（第
１のチャンバ）、膜形成室（第２のチャンバ）、搬送管
等で構成される。超微粒子生成室においては、例えば、
不活性ガス雰囲気中でアーク加熱、抵抗加熱、高周波誘
導加熱、レーザ等で材料を加熱し、溶融させて、蒸発さ
せ、蒸発した材料が不活性ガスと衝突し生成された金属
超微粒子( 触媒粒子) が用意（生成）される。触媒粒子
は、上記した方法に限らず、予め用意しておいた触媒粒
子を超微粒子生成室に持ち込み、これを、超微粒子生成
室においてガス中に分散した状態（所謂エアロゾル化状
態）とすることでも対応可能である。そして、ガスデポ
ジション法は、上記触媒粒子が用意された超微粒子生成
室と膜形成室の圧力差により搬送管を通じて超微粒子を
膜形成室に導き、搬送管の端部に接続されたノズルから
高速噴射させることにより直接成膜する乾式成膜方法で
ある。尚、超微粒子生成室内で、触媒材料を蒸発させ、
該材料をガスと衝突させて触媒粒子を生成する方法の方
が、膜形成の安定性の観点から望ましい。そのため、以
下では、上記のように第１のチャンバー内で触媒材料を
蒸発させて触媒粒子を生成する方法を用いた場合につい
て詳細に説明する。しかし、前述したように、本発明に
おいては、第１のチャンバ内に用意される触媒粒子は、
予め形成しておいた触媒粒子を第１のチャンバ内に持ち
込み、これを、第１のチャンバ内においてガス中に分散
した状態（所謂エアロゾル化状態）とする方法において
も適用可能である。

【００２１】一方、繊維状カーボンを気相成長法により
基板上に直接配置するには、基板上に繊維状カーボン
（炭素を主成分とするファイバー）の成長核となる触媒
粒子を本発明の製造方法により配置した後に、炭素を含
むガス雰囲気下で加熱等により、触媒の形成領域に選択
的に繊維状カーボンを成長させる。

【００２２】従来の触媒粒子の配置方法は、まず、基板
上に触媒材料をスパッタ等により蒸着させた後、熱的処
理または高エネルギービームの照射等により、触媒材料
を粒子化することにより行われる。この方法では粒子が
高密度に形成され、これを核として成長させた繊維状カ
ーボンを冷陰極として用いるには、前述したような課題
が発生する。

【００２３】そこで、本発明では、後述する方法を用い
て、触媒となる粒子の密度を制御し、所望の密度に繊維
状カーボンを配置することができる。

【００２４】図２に本発明の実施形態に係るファイバー
の製造装置の模式図を示す。この製造装置は、触媒粒子
を形成する粒子生成室（第１のチャンバ）２８と、粒子
配置室（第２のチャンバ）２７、これらの両室を連結す
る搬送管２１、及び真空排気系２１０，２１１を備えて
構成される。図２において、１は基板、２１は搬送管、
２２は余分粒子排気機構、２３は基板ステージ、２４は
触媒材料、２５はノズル、２７は粒子配置室（第２のチ
ャンバ）、２８は粒子生成室（第１のチャンバ）、２９
はガス導入系、２１０は配置室排気系、２１１は生成室
排気系、２１２は材料加熱系である。

【００２５】上記製造装置を用いて基板上に触媒粒子を
配置する工程の一例（第１の工程〜第３の工程）を以下
に記す。第一の工程としては、まず、生成室２８中央の
触媒材料２４に材料加熱系２１２でエネルギーを与えて
気化させる。この工程は触媒材料を蒸発または昇華させ
る工程であり、例えば、電気炉加熱、抵抗加熱、高周波
加熱、または対向電極を設けたアーク放電等を利用す
る。この工程により、触媒材料２４の蒸発量を制御す
る。触媒材料２４は、蒸発量を抑制する目的のために
は、該材料の融点以下において昇華させることがよい。

【００２６】続く第二の工程は触媒粒子の形成工程であ
る。この工程では生成室２８に導入されているガスに、
第一の工程にて気化した触媒材料を衝突させて冷却し粒
子化する。この工程にて触媒粒子のサイズを決定する。
粒子のサイズはガスとの衝突回数により決まる。よっ
て、ガスの圧力、触媒材料２４の気化部から搬送管２１
までの距離ｄ、及び第一の工程の蒸発量等により粒子の
サイズ制御が可能である。なお、ガスとしては、非酸化
性ガスが好ましく、例えば不活性ガスが用いられる。特
には、生成される粒子のサイズ分布が小さくなるヘリウ
ムガスが適している。

【００２７】そして、第三の工程は、第２の工程で生成
した触媒粒子を基板１上に配置する工程である。この工
程では、生成室２８（第１のチャンバ) 内の圧力を配置
室２７（第２のチャンバ）内の圧力よりも高く設定する
ことによって、触媒粒子を搬送管２１を介して配置室２
７に送りこむ。生成室２８から搬送管２１に吸い込まれ
た粒子が加速されてノズル２５から噴出し、粒子配置室
２７（第２のチャンバ）のステージ２３上に配置した基
板１に衝突して固定される。基板１上に配置される粒子
の密度は、生成室２８と配置室２７との圧力差、粒子の
加速距離、ノズル２５と基板１との距離、及び基板１の
移動速度等を制御することにより、決定できる。

【００２８】なお、第２のチャンバ内の圧力は減圧状態
に保つことが好ましい。これは、ノズル２５より噴射さ
れた触媒粒子の平均自由工程が、常圧（大気圧中）で噴
射された場合に比べ３桁程度大きく、散乱の効果を受け
難いためである。つまり、例えば大気中で噴射された触
媒粒子は、散乱され、運動エネルギーをロスし、基板１
への固定が困難になり、多くの場合固定されない。しか
し、減圧状態に保持された配置室２７（第２のチャン
バ）内でノズル２５より噴射された触媒粒子は、より大
きい運動エネルギーをもって基板１に衝突することがで
きる。そして、この運動エネルギーが熱エネルギーに変
わり、本発明が目的とする、基板１への触媒材料の固定
に寄与する。

【００２９】上記第一から第三の工程における条件を制
御することで、図１または図３に示す例のように、繊維
状カーボン（炭素を主成分とするファイバー）５の成長
核となる触媒粒子４は、冷陰極として好ましい状態に配
置することが可能である。

【００３０】次に本発明により実現できる冷陰極として
好ましい繊維状カーボンの配置を図３を用いて説明す
る。図３(a) は基板１上に触媒粒子４が堆積した際の模
式的平面図、図３(b) は図３(a) にて堆積した触媒粒子
４を核として繊維状カーボンを成長させた際の模式的断
面図である。隣り合う繊維状カーボン５の基板１との結
合部分同士の距離（間隔）Ｗが近いと、個々の繊維状カ
ーボン５のマクロ形状による電界のエンハンス効果を十
分に得ることができないため、有効に電界集中を起こす
ためには、繊維状カーボン５同士の間隔Ｗをある程度取
るとよい。電界集中だけを優先すると繊維状カーボンの
高さＨの２倍以上であることが望ましい。実際には間隔
Ｗの値は、繊維状カーボンの耐久性や、電子放出点の集
積度との兼ね合いで決定すればよい。

【００３１】このような繊維状カーボン５の配置とする
ことで、個々のファイバーに電界をかけ易くなり、個々
のファイバーから電子放出を起こすことが可能となり、
冷陰極としての電子放出点密度を増加させることができ
る。さらに電子放出に必要な電圧を低下させることがで
きる効果もある。

【００３２】以下に、図面を参照して、上述した本発明
を適用した電子放出素子の製造方法の好適な実施の形態
の一例を詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記
載されている構成部品の寸法、材質、形状、及びその相
対位置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発
明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
以下、図１に沿って本発明に係る電子放出素子の製造方
法の一例について、順を追って説明する。

【００３３】（１）予め、その表面を十分に洗浄した、
石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少させＫなどに
一部置換したガラス、青板ガラス及びシリコン基板等の
いずれかにスパッタ法等によりＳｉＯ₂ を積層した積層
体、またはアルミナのセラミックス等の絶縁性基板を基
板１とする。上記基板１上に、ゲート電極（「引き出し
電極」または「ゲート」と呼ぶ場合もある）２、及び陰
極電極（「カソード電極」と呼ぶ場合もある）３を配置
する（図１(a) ）。

【００３４】ゲート電極２及び陰極電極３は導電性を有
しており、印刷法や、蒸着法、スパッタ法等の一般的真
空成膜技術、フォトリソグラフィ技術により形成され
る。ゲート電極２及び陰極電極３の材料は、例えば、炭
素、金属、金属の窒化物、金属の炭化物、金属のホウ化
物、半導体、半導体の金属化合物から適宜選択される。
前記電極の厚さとしては、数１０ｎｍから数μｍの範囲
で設定される、好ましくは炭素、金属、金属の窒化物、
または金属の炭化物の耐熱性材料が用いられる。なお、
このゲート電極２及び陰極電極３の厚さが薄いために電
位降下などが心配される時、あるいはマトリクス配列で
この素子を用いる場合は、必要に応じて低抵抗の配線用
金属材料が電子放出に関与しない部分で用いられる。

【００３５】（２）続いて繊維状カーボンを配置しよう
とする場所を決めるレジストパターン１１を形成する
（図１(b) ）。

【００３６】（３）次に、上述した方法によって、触媒
粒子４を基板１上に配置する（図１(c) ）。基板１を図
２に示すように配置室２７のステージ２３上に配置し、
ガスを導入した生成室２８（第１のチャンバ）内にて触
媒材料２４を気化させる。触媒粒子４の材料は、Ｐｄ、
Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ等の金属、これらの金属
の混合物のような、繊維状カーボン成長の触媒となるよ
うな材料から適宜選択される。触媒材料の気化方法とし
ては、電気炉加熱、抵抗加熱、高周波加熱、または対向
電極を設けたアーク放電等のいずれかを利用する。好ま
しくは触媒材料２４の融点よりも低い温度にて昇華させ
るとよい。

【００３７】気化した触媒材料は生成室２８内のガスと
衝突して粒子化する。ガスとしては非酸化性ガスが用い
られるが、好ましくはＨｅや、Ａｒ等の希ガス類や、Ｎ
₂ 等から適宜選択される。また、生成室２８内のガスの
圧力としては１０² Ｐａ〜１０⁶ Ｐａの範囲から選択さ
れ、好ましくは１０⁴ Ｐａ〜１０⁵ Ｐａの範囲から設定
される。触媒材料２４の気化部と搬送管２１との距離ｄ
は数０．１ｍｍ〜数１０００ｍｍの範囲から設定され、
好ましくは数ｍｍ〜数１０ｍｍの範囲から選択される。

【００３８】生成室２８にて粒子化された触媒材料は、
生成室２８と配置室２７との間の差圧により搬送管２１
に吸い込まれて加速され、配置室２７内のノズル２５か
ら噴出して基板１に固定される。この時、基板１を移動
させて所望の領域に触媒粒子４を配置させる場合もあ
る。配置室２７（第２のチャンバ）内の圧力は１０^−４
Ｐａ〜１０^４Ｐａの範囲から設定され、好ましくは１
０^２Ｐａ〜１０^３Ｐａの範囲から設定される。触媒粒
子のエアロゾル（触媒粒子が分散された気体）は、ノズ
ル２５から、好ましくは０.１リットル／分以上、より
好ましくは１リットル／分以上の流速で基板１に向けて
噴射される。そしてまた、触媒粒子は、ノズル２５か
ら、好ましくは０.１ｍ／sec以上、より好ましくは１ｍ
／sec以上、特に好ましくは１０ｍ／sec以上の速度で基
板１に向けて噴射される。上記した流速、速度が実現さ
れるように、前述した第１のチャンバー１内の圧力と第
２のチャンバー５内の圧力は適宜設定される。また、ノ
ズル２５と基板１との間隔は、好ましくは１０cm以下、
より好ましくは１ｃｍ以下に設定される。ノズル２５の
形状は任意でよいが、四角形が好ましく、開口部が複数
あるマルチノズル型や、スリット型のもの等も用いるこ
とができる。ノズル２５の大きさは触媒粒子を形成する
領域と、ガスの加速度との関係から選択され１個のノズ
ル面積は１０⁻ ^６ｃｍ^２〜１ｃｍ^２の範囲から選択さ
れる。基板１の移動速度は、例えば０．１ｍｍ／ｓｅｃ
〜１０^３ｍｍ／ｓｅｃの範囲から設定される。また、
基板１とノズル２５との間の距離Ｌは数１０μｍ〜数ｃ
ｍの範囲で設定されるが、好ましくは１０cm以下、より
好ましくは１ｃｍ以下に設定される。触媒材料の基板１
への密着性が問題になる時は、基板１は加熱（数１００
℃）し密着性を向上させる。

【００３９】粒子の密度は、上記の条件を制御すること
によって決定され、特に生成室２８での触媒材料２４の
気化量、ノズル２５の形状、及び基板１の移動速度が影
響する。

【００４０】（４）次に、リムーバー等によりレジスト
１１を剥離して、不要な触媒材料をリフトオフする（図
１(d) ）。ここでは、レジストパターンにより触媒粒子
４の形成位置を定めたが、マスク等を用いずに必要な領
域に直接粒子が描画されるように、ノズル２５の形状と
基板１の移動パターンを定めてもよい。

【００４１】（５）次に、触媒粒子４を核として繊維状
カーボン５を形成する（図１(e) ）。繊維状カーボン５
は、気相成長法（ＣＶＤ法）等を利用して形成する。繊
維状カーボンの形状はＣＶＤ法に用いるガスの種類、ガ
ス分解の手段、流量、成長温度、触媒粒子４の形状及び
材料により制御される。

【００４２】本発明では特に、有機ガスを分解して触媒
成長させる繊維状カーボンを用いることが望ましい。な
お、本発明における「繊維状カーボン」とは、「炭素を
主成分とする柱状物質」、あるいは「炭素を主成分とす
る線状物質」ということもできる。また、「繊維状カー
ボン」とは、「炭素を主成分とするファイバー」という
こともできる。そして、また、本発明における「繊維状
カーボン」とは、より具体的には、カーボンナノチュー
ブ、グラファイトナノファイバー、アモルファスカーボ
ンファイバー、カーボンナノチューブの一端が閉じた構
造のカーボンナノホーンを含む。そして、中でも、グラ
ファイトナノファイバーが冷陰極の材料として最も好ま
しい。

【００４３】触媒を用いて有機ガスを分解して出来る繊
維状カーボンの例を図４及び図５に示す。これらの各図
では一番左側の(a) に光学顕微鏡レベル（〜１０００
倍）で見える形態、真中の(b) は走査電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）レベル（〜３万倍）で見える形態、右側の(c) は透
過電子顕微鏡（ＴＥＭ）レベル（〜１００万倍）で見え
るカーボンの形態を模式的に示している。

【００４４】図４に示すようにグラフェンが円筒形状
（円筒形が多重構造になっているものはマルチウォール
ナノチューブと呼ばれる）の形態をとるものはカーボン
ナノチューブと呼ばれ、特にチューブ先端を開放させた
構造の時に、最もその電子放出の閾値電圧が下がる。

【００４５】あるいは、比較的低温で生成される繊維状
カーボンを図５に示す。この形態の繊維状カーボンは、
グラフェンの積層体（このため「グラファイトナノファ
イバー」と呼ばれることがあるが、温度によりアモルフ
ァス構造の割合が増加する積層体）で構成されている。
より具体的には、グラファイトナノファイバーは、その
長手方向（ファイバーの軸方向）にグラフェンが積層さ
れたファイバー状の物質を指す。換言すると、図５に示
す様に、グラフェンがファイバーの軸に対して非平行に
配置されたファイバー状の物質である。

【００４６】一方のカーボンナノチューブは、その長手
方向（ファイバーの軸方向）を囲むよう（円筒形状）に
グラフェンが配置されているファイバー状の物質であ
る。換言すると、グラフェンがファイバーの軸に対して
実質的に平行に配置されるファイバー状の物質である。

【００４７】尚、グラファイトの１枚面を「グラフェ
ン」あるいは「グラフェンシート」と呼ぶ。より具体的
には、グラファイトは、炭素原子がｓｐ² 混成軌道によ
り共有結合でできた正六角形を敷き詰める様に配置され
た炭素平面が、理想的には、３．３５４Åの距離を保っ
て積層してできたものである。この一枚一枚の炭素平面
を「グラフェン」あるいは「グラフェンシート」と呼
ぶ。

【００４８】どちらの繊維状カーボンも電子放出の閾値
が１Ｖ〜１０Ｖ／μｍ程度であり、本発明のエミッタ
（電子放出部材）５の材料として好ましい。

【００４９】特に、グラファイトナノファイバーを用い
た電子放出素子では、図６などに示した例の素子構造に
限らず、低電界で電子放出を起こすことができ、大きな
放出電流を得ることができ、簡易に製造ができ、安定な
電子放出特性をもつ電子放出素子を得ることが出来る。
例えば、グラファイトナノファイバーをエミッタとし、
このエミッタからの電子放出を制御する電極を用意する
ことで電子放出素子とすることができ、さらに、グラフ
ァイトナノファイバーから放出された電子の照射により
発光する発光部材を用いればランプなどの発光装置を形
成することができる。また、さらには、上記グラファイ
トナノファイバーを用いた電子放出素子を複数配列する
と共に、蛍光体などの発光部材を有するアノード電極を
用意することでディスプレイなどの画像表示装置をも構
成することができる。グラファイトナノファイバーを用
いた電子放出装置、発光装置及び画像表示装置は、内部
を従来の電子放出素子のように超高真空に保持しなくて
も安定な電子放出をすることができ、また、低電界で電
子放出するため、信頼性の高い装置を非常に簡易に製造
することができる。

【００５０】上記繊維状カーボンは、触媒（炭素の堆積
を促進する材料）を用いて炭素を含むガス（好ましくは
炭化水素ガス）を分解して形成することができる。カー
ボンナノチューブとグラファイトナノファイバーは触媒
の種類、及び分解の温度によって異なる。

【００５１】前記触媒材料として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｄ、
Ｎｉ、Ｐｔ、もしくはこれらの中から選択された材料の
混合物または合金が好ましく用いることが出来る。

【００５２】特に、ＰｄやＮｉは、低温（４００℃以上
の温度）でグラファイトナノファイバーを生成すること
が可能である。ＦｅやＣｏを用いたカーボンナノチュー
ブの生成温度は、８００℃以上必要であるのに対して、
ＰｄやＮｉを用いてのグラファイトナノファイバー材料
の作成は、低温で可能なため、他の部材への影響や、製
造コストの観点からも好ましい。

【００５３】さらに、Ｐｄにおいては、酸化物が水素に
より低温（室温）で還元される特性を用いて、核形成材
料として酸化パラジウムを用いることが可能である。

【００５４】前述の炭化水素ガスとしては、例えばエチ
レン、メタン、プロパン、プロピレン、もしくはアセチ
レンなどの炭化水素ガスから選択し、あるいはエタノー
ルやアセトンなどの有機溶剤の蒸気から選択して用いる
こともある。

【００５５】このようにして製造した本実施形態に係る
電子放出素子は、図６に示すように真空装置６０内に設
置し、真空排気装置６３によって１０⁵ Ｐａ程度に到達
するまで十分に排気し、図６に示したように高電圧電源
を用いて、基板１から数ミリの高さｈの位置に陽極( ア
ノード）６１を設け、数キロボルトからなる高電圧Ｖａ
を印加した。

【００５６】なお、アノード６１には導電性フィルムを
被覆した蛍光体６２が設置されている。素子には駆動電
圧Ｖｆ＝数１０Ｖ程度からなるパルス電圧を印加して流
れる素子電流Ｉｆと電子放出電流Ｉｅを計測した。

【００５７】この時、等電位線６６は図のように形成さ
れ、電界の集中する点は６４で示される冷陰極５の最も
アノード寄り、かつギャップの内側の場所である。

【００５８】図６に示すような構成で、本発明により作
製した電子放出素子を複数配置すれば画像表示装置を作
製することができる。

【００５９】

【実施例】以下、本発明の実施の形態についての具体的
な実施例を詳細に説明する。［第１の実施例］図１は本
発明の第１の実施例における電子放出素子の製造方法を
説明するための図であり、図７は作製した電子放出素子
を示した平面図である。図７において、５は繊維状カー
ボンが形成された領域である。以下に、本実施例の電子
放出素子の製造工程を詳細に説明する。

【００６０】（工程１）基板１として石英基板を用い、
これの十分な洗浄を行った後、フォトリソグラフィとス
パッタ法によりゲート電極２及び陰極電極３として、厚
さ５ｎｍのＴｉ及び厚さ５０ｎｍのＰｔ及び５ｎｍのＴ
ｉを連続的に蒸着を行った( 図１(a) 参照）。（工程２）次に、ネガ型のフォトレジストを用いて、レ
ジストパターン１１を形成した（図１(b) 参照）。（工程３）次に、ガスデポジション法により触媒粒子４
を配置する。図２に示すように、基板１を配置室２７の
ステージ２３に配置し、Ｈｅガスを導入した生成室２８
内のＷボート上に触媒材料２４としてＰｄを配置し、抵
抗加熱法により１４００℃程度に加熱してＰｄを昇華さ
せた。粒子形成及び配置条件は以下に示すとおりであ
る。・生成室圧力：５００００Ｐａ・配置室圧力：１００Ｐａ・気化部から搬送管までの距離ｄ：１０ｍｍ・使用ノズル形状：０．３ｍｍ×５ｍｍ（長方形または
楕円）・ステージ移動速度：１０ｃｍ／ｓｅｃ・ノズル排出口から基板までの距離Ｌ：１０ｍｍこのような条件による方法で、基板１上に３０ｎｍ程の
触媒粒子４を、互いに１μｍ程度離して配置する（図１
(c) 参照）。（工程４）次にリムーバを用いて、レジスト１１を剥離
し、余分なＰｄをリフトオフにより除去した。（図１
(d) 参照）（工程５）窒素希釈した０．１％エチレン気流中( 大気
圧) で５００℃、１０分間加熱処理をして、Ｐｄ粒子を
核として直径２０ｎｍ〜３０ｎｍ程度で、屈曲しながら
繊維状に伸びた繊維状カーボンの冷陰極５を形成した。
このとき繊維状カーボンの厚さは約１μｍであった。こ
の繊維状カーボンは図４で説明したようなグラファイト
ナノファイバーであった（図１(e) 参照）。

【００６１】［第２の実施例］第２の実施例として、第
１の実施例と同様な方法で質の異なる繊維状カーボンを
形成した例を示す。

【００６２】（工程１）第１の実施例の工程１〜２と同
様にして、石英基板１上に、ゲート電極２及び、陰極電
極３を形成した後、レジストパターン１１を形成した。（工程２）第１の実施例の工程３と同様にガスデポジシ
ョン法により触媒粒子４を配置した。粒子形成及び配置
条件は以下に示すとおりである。・触媒気化手段：抵抗加熱昇華法（１４００℃加熱）・触媒原料：ＰｄとＣｏの混合物・生成室圧力：２００００Ｐａ・配置室圧力：１００Ｐａ・気化部から搬送管までの距離ｄ：１０ｍｍ・使用ノズル形状：０．３ｍｍ×５ｍｍ（長方形または
楕円）・ステージ移動速度：１０ｃｍ／ｓｅｃ・ノズル排出口から基板までの距離Ｌ：１０ｍｍこのような条件による方法で、基板１上に１０ｎｍ程の
触媒粒子４を、互いに１μｍ程度離して配置する。（工程３）次にリムーバを用いて、レジスト１１を剥離
し、余分なＰｄとＣｏをリフトオフにより除去した。（工程４）基板を外気から密閉されたチャンバー内に配
置し、水素希釈した１％エチレン気流中（２×１０³ Ｐ
ａ）で、ＣＶＤ法を行った。粒子を核として直径２０ｎ
ｍ程度で、方向性の良い繊維状カーボンの冷陰極５を形
成した。このときの繊維状カーボンは図５に示すような
カーボンナノチューブであった（図１(e) 参照）。

【００６３】［第３の実施例］第３の実施例として、基
板上にマスクを用いずにガスデポジション法により触媒
粒子を配置した例を示す。第３の実施例の電子放出素子
の製造方法を図１１に示す。

【００６４】（工程１）ガラス基板１上に、５ｎｍのＴ
ｉ、５０ｎｍのＰｔ、５ｎｍのＴｉを連続的に蒸着する
（図１１(a) 参照）。（工程２）基板１上にガスデポジション法により触媒粒
子４を配置する。粒子形成及び配置条件は以下に示すと
おりである。・触媒気化手段：抵抗加熱昇華法（１４００℃加熱）・触媒原料：ＰｄとＣｏの混合物・生成室圧力：５００００Ｐａ・配置室圧力：１００Ｐａ・気化部から・搬送管までの距離ｄ：１０ｍｍ・使用ノズル形状：０．５ｍｍφ ・ステージ移動速度：１０ｃｍ／ｓｅｃ・ノズル排出口から基板までの距離Ｌ：１０ｍｍこのような条件による方法で、基板１上に５０ｎｍ程の
触媒粒子４を、互いに１μｍ程度離して配置する（図１
１(b) 参照）。（工程３）工程２において、基板１上の触媒粒子４が配
置された領域の端面を露出させるようにフォトレジスト
パターン１１１を形成して（図１１(c) 参照）、電極エ
ッチングしてゲート電極２と陰極電極３に分割する（図
１１(d) 参照）。（工程４）レジストパターン１１１を除去し、第１の実
施例の工程５と同様にして、触媒を核としてグラファイ
トナノファイバーを形成した（図１１(e) 参照）。

【００６５】［第４の実施例］本発明の第４の実施例と
して、冷陰極を複数配して得られる画像表示装置につい
て、図８、図９、及び図１０を用いて説明する。図８に
おいて、８１は電子源基体、８２はＸ方向配線、８３は
Ｙ方向配線である。８４は本発明に係る電子放出素子、
８５は結線である。

【００６６】電子源基体８１は、図１１に示した第３の
実施例の方法にならい、基板上にスパッタ法によりＴｉ
／Ｐｔ／Ｔｉ電極を蒸着した後、ノズル形状：０．５ｍ
ｍφ、ステージ移動速度：１０ｃｍ／ｓｅｃにて後述の
Ｙ方向配線（入力信号ライン）に平行になるようにし
て、ステージを移動させ触媒粒子を配置した。次に、フ
ォトリソグラフィによりゲート電極側の粒子配置端面が
露出するようマスキングしてエッチングを行い、レジス
ト除去して、熱ＣＶＤ法によりグラファイトナノファイ
バーを成長させた。

【００６７】図８において、ｍ本のＸ方向配線８２は、
Ｄx1，Ｄx2，．．Ｄxmからなり，蒸着法にて形成された
厚さ約１μｍ、幅３００μｍのアルミニウム系配線材料
で構成されている。配線の材料、膜厚、及び巾は、適宜
設定される。Ｙ方向配線８３は、厚さ０．５μｍ、幅１
００μｍのＤy1，Ｄy2．．Ｄy3のｎ本の配線よりなり、
Ｘ方向配線８２と同様に形成される。これらｍ本のＸ方
向配線８２とｎ本のＹ方向配線８３との間には（ｍ，ｎ
は、共に正の整数）、不図示の層間絶縁層が設けられて
おり、両者を電気的に分離しているＸ方向配線８２とＹ
方向配線８３は、それぞれ外部端子として引き出されて
いる。

【００６８】本実施例に係る電子放出素子８４を構成す
る一対の電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線８２とｎ
本のＹ方向配線８３と導電性金属等からなる結線８５に
よって電気的に接続されている。

【００６９】Ｘ方向配線８２には、Ｘ方向に配列した本
実施例の電子放出素子８４の行を、選択するための走査
信号を印加する不図示の走査信号印加手段が接続され
る。一方、Ｙ方向配線８３には、Ｙ方向に配列した本実
施例の電子放出素子８４の各列を入力信号に応じて、変
調するための不図示の変調信号発生手段が接続される。
各電子放出素子８４に印加される駆動電圧は、当該素子
に印加される走査信号と変調信号の差電圧として供給さ
れる。本実施例においては、Ｙ方向配線は高電位、Ｘ方
向配線は低電位になるように接続された。

【００７０】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とす
ることができる。

【００７１】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像表示装置について、図９を用いて説
明する。図９は、ガラス基板材料としてソーダライムガ
ラスを用いた画像表示装置の表示パネルを示す図であ
る。

【００７２】図９において、８１は電子放出素子８４を
複数配した電子源基体、９１は電子源基体８１を固定し
たリアプレート、９６はガラス基体９３の内面に蛍光膜
９４とメタルバック９５等が形成されたフェースプレー
トである。９２は、支持枠であり、該支持枠９２には、
リアプレート９１、フェースプレート９６がフリットガ
ラス等を用いて接続されている。９７は外囲器であり、
真空中で、４００〜４５０℃の温度範囲にて１０分間焼
成することで、封着して構成される。

【００７３】電子放出素子８４は、図９における電子放
出部に相当する。８２，８３は、本発明の電子放出素子
の一対の素子電極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配
線である。外囲器９７は、上述の如く、フェースプレー
ト９６、支持枠９２、リアプレート９１で構成される。
また、外囲器９７は、フェースプレート９６と、リアプ
レート９１間に、スペーサーと呼ばれる不図示の支持体
を設置することにより、大気圧に対して十分な強度をも
つ構成とした。

【００７４】メタルバック９５は、蛍光膜９４の作製
後、蛍光膜９４の内面側表面の平滑化処理（通常、「フ
ィルミング」と呼ばれる。）を行い、その後Ａｌを真空
蒸着法等を用いて堆積させることで作られた。

【００７５】フェースプレート９６には、更に蛍光膜９
４の導電性を高めるため、蛍光膜９４の外面側に透明電
極（不図示）を設けた。

【００７６】前述の封着を行う際には、カラーの場合は
各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、
十分な位置合わせが不可欠となる。

【００７７】本実施例では電子源からの電子放出はゲー
ト電極側に出射されるので、８ｋＶのアノード電圧、ア
ノード間距離２ｍｍの時は、２００μｍ、ゲート側に偏
移した位置に対応する蛍光体が配置された。

【００７８】走査回路１０２について説明する。図１０
に示すように、走査回路１０２は、内部にＭ個のスイッ
チング素子を備えたもの（図中、Ｓ１〜Ｓｍで模式的に
示しているもの）である。各スイッチング素子は、直流
電圧源Ｖｘの出力電圧もしくは０［Ｖ］（グランドレベ
ル）のいずれか一方を選択し、表示パネル１０１の端子
Ｄox1 〜Ｄoxm と電気的に接続される。Ｓ１〜Ｓｍの各
スイッチング素子は、制御回路１０３が出力する制御信
号Ｔscanに基づいて動作するものであり、例えばＦＥＴ
のようなスイッチング素子を組み合わせることにより構
成することができる。

【００７９】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には本発明
に係る電子放出素子の特性（電子放出閾値電圧）に基づ
き、走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子
放出閾値電圧以下となるような一定電圧を出力するよう
設定されている。

【００８０】制御回路１０３は、外部より入力する画像
信号に基づいて適切な表示が行われるように各部の動作
を整合させる機能を有する。制御回路１０３は、同期信
号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔsyncに基づい
て、各部に対して各制御信号Ｔscan、Ｔsft 及びＴmry
を発生する。

【００８１】同期信号分離回路１０６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から同期信号成分と輝
度信号成分とを分離する為の回路であって、一般的な周
波数分離（フィルタ）回路等を用いて構成できる。同期
信号分離回路１０６により分離された同期信号は、垂直
同期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便
宜上、信号Ｔsyncとして図示した。前記テレビ信号から
分離された画像の輝度信号成分は便宜上ＤＡＴＡ信号と
表した。該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１０４に入力
される。

【００８２】シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリ
アルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン
毎にシリアル／パラレル変換するためのものであり、前
記制御回路１０３より送られる制御信号Ｔsft に基づい
て動作する（即ち、制御信号Ｔsft は、シフトレジスタ
１０４のシフトクロックであるということもできる）。
シリアル／パラレル変換された画像１ライン分（ｎ個の
電子放出素子分の駆動データに相当）のデータは、Ｉd1
〜Ｉdnのｎ個の並列信号として前記シフトレジスタ１０
４より出力される。

【００８３】ラインメモリ１０５は、画像１ライン分の
データを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔmry に従っ
て適宜Ｉd1〜Ｉdnの内容を記憶する。記憶された内容
は、Ｉｄ'1 〜Ｉｄ'nとして出力され、変調信号発生器
１０７に入力される。

【００８４】変調信号発生器１０７は、画像データＩ
ｄ'1 〜Ｉｄ'nの各々に応じて本発明に係る電子放出素
子の各々を適切に駆動変調する為の信号源であり、その
出力信号は、端子Ｄoy1 〜Ｄoyn を通じて表示パネル１
０１内の本発明に係る電子放出素子に印加される。

【００８５】前述したように、本発明を適用可能な電子
放出素子は放出電流Ｉe に対して以下の基本特性を有し
ている。即ち、電子放出には明確な閾値電圧Ｖｔｈがあ
り、Ｖｔｈ以上の電圧を印加された時のみ電子放出が生
じる。電子放出閾値以上の電圧に対しては、素子への印
加電圧の変化に応じて放出電流も変化する。このことか
ら、本発明に係る素子にパルス状の電圧を印加する場
合、例えば電子放出閾値以下の電圧を印加しても電子放
出は生じないが、電子放出閾値以上の電圧を印加する場
合には電子ビームが出力される。その際、パルスの波高
値Ｖｍを変化させることにより出力電子ビームの強度を
制御することが可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変
化させることにより出力される電子ビームの電荷の総量
を制御することが可能である。

【００８６】従って、入力信号に応じて、電子放出素子
を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調
方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器１０７として、一定長さの電圧パル
スを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの波
高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いること
ができる。

【００８７】パルス幅変調方式を実施するに際しては、
変調信号発生器１０７として、一定の波高値の電圧パル
スを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルス
の幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いる
ことができる。シフトレジスタ１０４やラインメモリ１
０５は、デジタル信号式を用いた。

【００８８】本実施例では、変調信号発生器１０７に
は、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回
路などを付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号
発生器１０７には、例えば高速の発振器および発振器の
出力する波数を計数する計数器（カウンタ）及び計数器
の出力値と前記メモリの出力値を比較する比較器（コン
パレータ）を組み合せた回路を用いた。

【００８９】ここで述べた画像表示装置の構成は、本発
明を適用可能な画像表示装置の一例であり、本発明の技
術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号に
ついては、ＮＴＳＣ方式を挙げたが入力信号はこれに限
られるものではなく、ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ方式などのほ
か、これよりも、多数の走査線からなるＴＶ信号（例え
ば、ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも
採用できる。

【００９０】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係る方法に
より製造した電子放出素子を用いると、個々のファイバ
ーに電界をかけ易くなり、個々のファイバーから電子放
出を起こすことが可能となり、冷陰極としての電子放出
点密度を増加させることができる。さらに電子放出に必
要な電圧を低下させることができる。また、画像表示装
置においては、前記電子源より構成され、入力信号に基
づいて画像を形成するため、より高性能な画像表示装
置、例えば、カラーフラットテレビが、実現可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した第１及び第２の実施例に係
る基本的な冷陰極の製造方法を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態に係るガスデポジション
法の説明用模式図である。

【図３】本発明を適用したファイバーの製造方法の説
明用図であり、(a)は基板に形成した触媒粒子を示す模
式的平面図、 (b)は(a) の触媒を核として成長させた繊
維状カーボンを示す模式的断面図である。

【図４】カーボンナノチューブの構造を示す概要図で
ある。

【図５】グラファイトナノファイバーの構造を示す概
要図である。

【図６】本発明に係る電子放出素子を動作させる時の
構成例を示す図である。

【図７】本発明の第１の実施例に係る方法で製造した
冷陰極の平面図である。

【図８】本発明に係る方法により製造した複数電子源
を用いた単純マトリクス回路の構成例を示す平面図であ
る。

【図９】本発明に係る方法により製造した電子源を用
いた、画像表示パネルの構成例を示す斜視図である。

【図１０】本発明に係る方法により製造した電子源を
用いた、画像表示パネルの回路例を示す図である。

【図１１】本発明の第３の実施例に係る冷陰極の製造
工程を説明のための図である。

【符号の説明】

１：基板、２：ゲート電極、３：陰極電極（カソード電
極）、４：触媒粒子、５：冷陰極（炭素を主成分とする
ファイバーまたは繊維状カーボン）、１１：レジスト
（レジストパターン）、２１：搬送管、２２：余分粒子
排気機構、２３：基板ステージ、２４：触媒材料、２
５：ノズル、２７：粒子配置室（第２のチャンバ）、２
８：粒子生成室（第１のチャンバ）、２９：ガス導入
系、６０：真空装置、６１：アノード（陽極）、６２：
蛍光体、６３：真空排気装置、６４：電界の最も集中す
る点、６６：等電位線、８１：電子源基体、８２：Ｘ方
向配線、８３：Ｙ方向配線、８４：電子放出素子、８
５：結線、９１：リアプレート、９２：支持枠、９３：
ガラス基体、９４：蛍光膜、９５：メタルバック、９
６：フェースプレート、９７：外囲器、１０１：表示パ
ネル、１０２：走査回路、１０３：制御回路、１０４：
シフトレジスタ、１０５：ラインメモリ、１０６：同期
信号分離回路、１０７：変調信号発生器、１１１：フォ
トレジストパターン、２１０：配置室排気系、２１１：
生成室排気系、２１２：材料加熱系。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｊ 1/304 Ｈ０１Ｊ 9/02 ＺＮＭＢ５Ｃ１３５ 9/02 ＺＮＭ 29/04 29/04 31/12 Ｃ 31/12 1/30 Ｆ (72)発明者石倉淳理東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 4G146 AA02 AA11 AB06 AD02 AD29 BC08 4L037 AT01 AT05 CS03 CS04 FA02 FA04 FA20 PA05 PA12 PA28 UA04 5C031 DD17 DD19 5C036 EE01 EE14 EE19 EF01 EF06 EF09 EG12 EH11 5C127 AA01 BA09 BA13 BA15 BB07 BB08 BB15 CC12 DD33 DD34 DD35 EE02 EE07 EE15 5C135 AA09 AA13 AB07 AB08 BB02 GG12 GG13 GG14 HH02 HH07 HH15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒子生成室で生成された粒子を、キャリ
アガスとともに搬送管を通して配置室に導き、該配置室
内のステージ上に設置された基板上にノズルを通じて配
置するガスデポジション法によって、触媒粒子を前記基
板上に配置し、該触媒粒子を核として気相から炭素を主
成分とするファイバーを成長させることを特徴とするフ
ァイバーの製造方法。
【請求項２】前記触媒粒子の材料が、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、及び、これらの中から選択され
た２以上の材料の混合物からなる群から選択されること
を特徴とする請求項１に記載のファイバーの製造方法。
【請求項３】前記触媒粒子の材料がＰｄ及びＰｔのど
ちらかを主成分とすることを特徴とする請求項１に記載
のファイバーの製造方法。
【請求項４】前記炭素を主成分とするファイバーはグ
ラファイトナノファイバー、カーボンナノチューブ、ア
モルファスカーボンファイバー、及び、これら２以上の
混合物からなる群から選択されることを特徴とする請求
項１乃至３のいずれかに記載のファイバーの製造方法。
【請求項５】前記ファイバーは前記基板上に複数形成
されるものであり、隣り合う、前記基板と前記炭素を主
成分とするファイバーの結合部分同士の平均的な間隔を
Ｗ、前記炭素を主成分とするファイバーの平均的な厚さ
をＨとした時に、少なくともＷ≧１／２Ｈであることを
特徴とする請求項１乃至４に記載のファイバーの製造方
法。
【請求項６】前記ファイバーは前記基板上に複数形成
されるものであり、隣り合う、前記基板と前記炭素を主
成分とするファイバーの結合部分同士の平均的な間隔を
Ｗ、炭素を主成分とするファイバーの平均的な厚さをＨ
とした時に、Ｗ≧２Ｈであることを特徴とする請求項１
乃至４に記載のファイバーの製造方法。
【請求項７】 (A) 触媒材料を第１のチャンバ内に用意
する工程と、(B) 基板を第２のチャンバ内に配置する工
程と、(C) 前記第１のチャンバ内の圧力を前記第２のチ
ャンバ内の圧力よりも高くすることにより、前記第１の
チャンバ内に用意された前記触媒材料を、前記第１のチ
ャンバと前記第２のチャンバとを連通する搬送管を介し
て、前記基板に衝突させ、前記基板上に前記触媒材料を
配置する工程と、(D) 前記基板上に配置された前記触媒
材料を、炭素化合物を含有するガスと接触させた状態で
加熱することにより、前記基板上に炭素を主成分とする
ファイバーを形成する工程と、を有することを特徴とす
るファイバーの製造方法。
【請求項８】前記第１のチャンバ内に用意された触媒
材料は、前記第１のチャンバ内に導入されたガスに分散
された複数の触媒粒子からなることを特徴とする請求項
７に記載のファイバーの製造方法。
【請求項９】前記搬送管は、前記第２のチャンバ内に
配置されたノズルに連通することを特徴とする請求項７
または８に記載のファイバーの製造方法。
【請求項１０】前記第２のチャンバ内は、減圧状態に
保持されることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか
に記載のファイバーの製造方法。
【請求項１１】前記触媒材料は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、
Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、及び、これらの中から選択された２
以上の材料の混合物からなる群から選択されることを特
徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載のファイバ
ーの製造方法。
【請求項１２】前記炭素を主成分とするファイバー
が、グラファイトナノファイバー、カーボンナノチュー
ブ、アモルファスカーボンファイバー及びこれら２以上
の混合物からなる群から選択されることを特徴とする請
求項７乃至１１のいずれかに記載のファイバーの製造方
法。
【請求項１３】前記炭素を主成分とするファイバー
が、複数のグラフェンを有することを特徴とする請求項
７乃至１２のいずれかに記載のファイバーの製造方法。
【請求項１４】前記複数のグラフェンが、前記ファイ
バーの軸に対して非平行に積層されてなることを特徴と
する請求項１３に記載のファイバーの製造方法。
【請求項１５】前記触媒材料は粒子状態で前記基板に
衝突することを特徴とする請求項７乃至１４のいずれか
に記載のファイバーの製造方法。
【請求項１６】前記触媒材料は前記第１のチャンバ内
に導入されたガスと共に前記第２のチャンバ内に運ばれ
ることを特徴とする請求項７乃至１５のいずれかに記載
のファイバーの製造方法。
【請求項１７】前記第１のチャンバ内に導入されたガ
スが、非酸化性ガスであることを特徴とする請求項８乃
至１６のいずれかに記載のファイバーの製造方法。
【請求項１８】基板上にカソード電極を形成する工程
と、該カソード電極上に炭素を主成分とするファイバー
を複数形成する工程とを含む電子放出素子の製造方法で
あって、前記炭素を主成分とするファイバーが、請求項
１乃至１７のいずれかに記載の方法によって形成される
ことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項１９】炭素を主成分とするファイバーを用い
た電子放出素子を複数配列形成した電子源の製造方法で
あって、前記電子放出素子が請求項１８に記載の製造方
法により製造されることを特徴とする電子源の製造方
法。
【請求項２０】電子源と発光部材とを有する画像表示
装置の製造方法であって、前記電子源が請求項１９に記
載の製造方法により製造されることを特徴とする画像表
示装置の製造方法。
【請求項２１】基板上に配置されたカソード電極と、
該カソード電極に電気的に接続し、前記基板に固定され
た、複数の炭素を主成分とするファイバーとを有してお
り、隣り合う、前記基板と前記炭素を主成分とするファ
イバーの結合部分同士の平均的な間隔をＷ、前記炭素を
主成分とするファイバーの平均的な厚さをＨとした時
に、少なくともＷ≧１／２Ｈを満たすことを特徴とする
電子放出素子。