JP2006012578A - 表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カーボンナノチューブの高さのばらつきによる電子放出特性の不均一性を改善することができる表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】カソード電極５、ゲート電極７及び電子放出部９を有し且つ電子放出部９をカーボンナノチューブ１１を用いて形成してなるカソードパネル１と、アノード電極１５を有するアノードパネル２とを実際に組み付ける前に、それらのパネル１，２を真空中で対向状態に配置して、カソード電極５、ゲート電極７及びアノード電極１５の各電極間に、実駆動時の最大ピーク電圧よりも高い所定の電圧を印加するコンディショニング工程を行う。
【選択図】図７

Description

本発明は、カソードパネルとアノードパネルとを用いて表示パネルを構成してなる表示装置の製造方法に関する。

真空中におかれた金属等の導体あるいは半導体の表面に、ある閾値以上の電界を与えると、トンネル効果によって電子が障壁を通過し、常温時においても真空中に電子が放出される。この現象は電界放出(Field Emission)と呼ばれ、これによって電子を放出する素子は電界放出型素子(Field Emission Device)と呼ばれている。近年では、電界放出型の電子放出素子をエミッタとして用いたＦＥＤ(Field Emission Display)が注目されている。ＦＥＤは、多数の電子放出素子が半導体加工技術等を駆使して形成された表示パネルを備えるフラットディスプレイ装置（平面型表示装置）である。このＦＥＤでは、電気的に選択（アドレッシング）された電子放出素子から電界の集中によって電子を放出させるとともに、この電子をアノードパネル側の蛍光体に衝突させて、蛍光体の励起・発光により画像を表示している。

このような電界放出型の表示装置であるＦＥＤの中には、アノード電極と対向する位置にカソード電極とゲート電極とを有するものがある。この種のＦＥＤでは、アノード電極に高圧のアノード電圧（ＨＶ）を印加するとともに、カソード電極にカソード電圧を、ゲート電極にゲート電圧をそれぞれ印加することにより、各々の電極間に所定の電位差を生じさせて電子放出部からの電子の放出を制御している。

また近年では、電子放出素子のエミッタ材料としてカーボンナノチューブが注目されている。カーボンナノチューブは、高いアスペクト比を有し、先端の曲率半径も非常に小さいため、高い発光効率を実現するエミッタ材料として有望視されている。また、カーボンナノチューブは非常に細かい微粒子（粉末）であるため、カーボンナノチューブを用いてエミッタを形成する場合は、カーボンナノチューブを基板に固着する必要がある。一般に、カーボンナノチューブの固着には、銀ペーストやＩＴＯ(Indium Tin Oxide)溶液などのように導電性の高いバインダ材料が用いられる。具体的には、バインダ材料にカーボンナノチューブを混入してペースト状（又はスラリー状、あるいはインク状）とし、これを印刷法、スプレー法、ダイコーター法等の手法で基板の表面に塗布することにより、バインダ材料の接着性を利用して基板上にカーボンナノチューブを固着する。

このような方法でカーボンナノチューブを基板上に固着した場合、カーボンナノチューブ自体はバインダ材料の中に埋め込まれたかたちとなるため、そのままの状態では十分な電子放出特性を得ることができない。また、高い電子放出特性を実現するには、より多くのカーボンナノチューブを露出させ、かつカーボンナノチューブを基板に対して垂直に配向させる必要がある。

そこで従来においては、カーボンナノチューブを含む層の表面に粘着テープを貼り付け、その後、粘着テープを剥離することによりカーボンナノチューブを露出させる方法や、カーボンナノチューブを含む層の表面をエッチングすることにより、カーボンナノチューブを露出させる方法が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。

しかしながら、上記の方法では、個々のカーボンナノチューブの長さにバラツキがあるため、カーボンナノチューブの高さが不揃いになる。そうすると、実際にゲート電極にゲート電圧を印加して電子を放出させようとした場合に、高さの高いカーボンナノチューブほど高い電界が加わり、その部分での電子放出が支配的となる。したがって、例えば、画面全体を白で表示する「白表示」を行うためにゲート電極に所定のゲート電圧を加えたときに、高さのバラツキの中で最大高さに近い高さを有するカーボンナノチューブだけしか電子を放出せず、電子放出特性が不均一なものとなってしまう。ちなみに、カーボンナノチューブの高さとは、カソードパネルの厚み方向において、カソード電極の表面をゼロ基準としたとき、カーボンナノチューブの先端部（上端部）までの垂直距離をいう。

また従来においては、表示装置の製造過程において、装置の構成要素に付着した異物を除去するために、カソードパネルとアノードパネルとの間の空間を排気しながら、アノード電極に電圧を印加し、この電圧を徐々に上昇させて、ゲート電極とアノード電極との間に放電を発生させてコンディショニングを行う方法が知られている（特許文献３参照）。

特開２００１−３５３６０号公報（段落００２８） 特開２００１−３５３６１号公報（段落００１８，００１９） 特開２００２−３４３２５４号公報（段落０００８，０００９）

しかしながら、上記従来のコンディショニングの方法は、エミッタ材料にカーボンナノチューブを用いた表示装置を対象にしたものではなく、カーボンナノチューブの高さのばらつきによる電子放出特性の不均一性を改善するのに有効な方法でもない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、エミッタ材料にカーボンナノチューブ等を用いた場合に、エミッタ材料の高さのばらつきによる電子放出特性の不均一性を改善することができる表示装置の製造方法を提供することにある。

本発明に係る表示装置の製造方法は、カソード電極、ゲート電極及び電子放出部を有し且つ当該電子放出部を繊維状のエミッタ材料を用いて形成してなるカソードパネルと、アノード電極を有するアノードパネルとを真空中で対向状態に配置し、カソード電極、ゲート電極及びアノード電極の各電極間に、実駆動時の最大ピーク電圧よりも高い所定の電圧を印加するコンディショニング工程を備えるものである。

本発明に係る表示装置の製造方法においては、カソードパネルとアノードパネルとを真空中で対向状態に配置し、この状態でカソード電極、ゲート電極及びアノード電極の各電極間に、実駆動時の最大ピーク電圧よりも高い所定の電圧を印加すると、高さが一定以上に高いエミッタ材料はジュール熱で焼き切られ、それよりも高さが低いエミッタ材料の一部はジュール熱で電子放出特性が活性化される。

本発明によれば、エミッタ材料にカーボンナノチューブ等を用いる場合、仮にカソードパネルの製造段階でエミッタ材料の高さにばらつきがあっても、コンディショニング工程を行うことで電子放出特性を均一化することができる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明が適用される表示装置のパネル構造の一例を示す断面図であり、図２はその分解斜視図である。図１及び図２においては、カソードパネル（カソード基板）１とアノードパネル（アノード基板）２とを所定の間隙を介して対向状態に配置するとともに、それらのパネル１，２を枠体３によって一体的に組み付けることにより、画像表示のための一つのパネル構体（表示パネル）が構成されている。

カソードパネル１上には複数の電子放出素子が形成されている。これら複数の電子放出素子は、カソードパネル１の有効領域（実際に表示部分として機能する領域）に２次元マトリックス状に多数形成されている。各々の電子放出素子は、カソードパネル１のベースとなる絶縁性の支持基板（例えば、ガラス基板）４と、この支持基板４上に積層状態で順に形成されたカソード電極５、絶縁層６及びゲート電極７と、ゲート電極７及び絶縁層６に形成されたゲートホール８と、このゲートホール８の底部に形成された電子放出部９とによって構成されている。

カソード電極５は、複数のカソードラインを形成するようにストライプ状に形成されている。ゲート電極７は、各々のカソードラインと交差（直交）する複数のゲートラインを形成するようにストライプ状に形成されている。ゲートホール８は、ゲート電極７に形成された第１の開口部８Ａと、この第１の開口部８Ａに連通する状態で絶縁層６に形成された第２の開口部８Ｂとから構成されている。電子放出部９は、主として繊維状のエミッタ材料とバインダ材料（マトリックス）とを含むエミッタ層１０によって形成されている。エミッタ層１０の表面には繊維状のエミッタ材料となる複数のカーボンナノチューブ１１が配置されている。各々のカーボンナノチューブ１１は、一端側がエミッタ層１０の表面から垂直に突出し、他端側はエミッタ層１０のバインダ材料中に埋め込まれた状態となっている。

一方、アノードパネル２は、ベースとなる透明基板１２と、この透明基板１２上に形成された蛍光体層１３及びブラックマトリックス１４と、これら蛍光体層１３及びブラックマトリックス１４を覆う状態で透明基板１２上に形成されたアノード電極１５とを備えて構成されている。蛍光体層１３は、赤色発光用の蛍光体層１３Ｒと、緑色発光用の蛍光体層１３Ｇと、青色発光用の蛍光体層１３Ｂとから構成されている。ブラックマトリックス１４は、各色発光用の蛍光体層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂの間に形成されている。アノード電極１５は、カソードパネル１の電子放出素子と対向するように、アノードパネル２の有効領域の全域に積層状態で形成されている。

これらのカソードパネル１とアノードパネル２とは、それぞれの外周部（周縁部）で枠体３を介して接合されている。また、カソードパネル１の無効領域（有効領域の外側の領域で、実際に表示部分として機能しない領域）には真空排気用の貫通孔１６が設けられている。貫通孔１６には、真空排気後に封じ切られるチップ管１７が接続されている。ただし、図１は表示装置の組み立て完了状態を示しているため、チップ管１７は既に封じ切られた状態となっている。また、図１及び図２においては、各々のパネル１，２間のギャップ部分に介装される耐圧用の支持体（スペーサ）の表示を省略している。

上記構成のパネル構造を有する表示装置においては、カソード電極５に相対的な負電圧がカソード電極制御回路１８から印加され、ゲート電極７には相対的な正電圧がゲート電極制御回路１９から印加され、アノード電極１５にはゲート電極７よりも更に高い正電圧がアノード電極制御回路２０から印加される。かかる表示装置において、実際に画像の表示を行う場合は、例えば、カソード電極５にカソード電極制御回路１８から走査信号を入力し、ゲート電極７にゲート電極制御回路１９からビデオ信号を入力する。あるいは又、カソード電極５にカソード電極制御回路１８からビデオ信号を入力し、ゲート電極７にゲート電極制御回路１９から走査信号を入力する。

これにより、カソード電極５とゲート電極７との間に電圧が印加され、これによって電子放出部９の先鋭部（カーボンナノチューブ１１の先端部）に電界が集中することにより、量子トンネル効果によって電子がエネルギー障壁を突き抜けて電子放出部９から真空中へと放出される。こうして放出された電子はアノード電極１５に引き付けられてアノードパネル２側に移動し、透明基板１２上の蛍光体層１３（１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ）に衝突する。その結果、蛍光体層１３が電子の衝突により励起されて発光するため、この発光位置を画素単位で制御することにより、表示パネル上に所望の画像を表示することができる。

続いて、本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法について説明する。かかる製造方法は、カソードパネルを製造する工程（以下、カソードパネル製造工程）と、アノードパネルを製造する工程（以下、アノードパネル製造工程）と、それらのパネルを組み合わせる工程（以下、パネル組み立て工程）とを含む。

［カソードパネル製造工程］
先ず、図３（Ａ）に示すように、カソードパネル１のベースとなる支持基板４上にカソード電極形成用の導電材料を用いてカソード電極（導電層）５を形成する。このカソード電極５は、例えばスパッタリング法により形成される厚さ約０．２μｍのクロム層によって形成される。

次に、支持基板４の全面に例えばスパッタリング法によりＳｉＣＮ膜を成膜することにより、図３（Ｂ）に示すように、カソード電極５を覆う状態でＳｉＣＮ膜からなる厚さ約０．２μｍの抵抗層２１を形成する。この抵抗層２１は、エミッタへの放電電流が大きくなった場合に、抵抗による電圧降下の増大によってエミッタに作用する実効電圧を減少させ、逆にエミッタへの放電電流が小さくなった場合はエミッタに作用する実効電圧を増加させることにより、放電電流を安定化させる役目を果たすものである。抵抗層２１は必要に応じて形成される。

次に、抵抗層２１の上（抵抗層２１を形成しない場合はカソード電極５の上）に、エミッタ材料となるカーボンナノチューブ１１を配置するための処理を行う。具体的には、バインダ材料として熱分解性有機金属である有機スズ及び有機インジウムを用いるとともに、エミッタ材料としてカーボンナノチューブの粉末を用い、これらを以下の条件で揮発性溶液、例えば酢酸ブチル中に分散させた混合溶液を得る。その際、カーボンナノチューブの分散性を向上させるために超音波処理を行ってもよい。希釈剤は水系でも非水系でもかまわないが、どちらを使用するかによって分散剤も変わることを前提とする。また、他の添加剤を混ぜることも可能である。カーボンナノチューブは、例えば平均直径１ｎｍ、平均長さ１μｍといった非常に細長いチューブ構造（繊維状）を有するものを用いる。

（混合溶液の生成条件）
有機スズ及び有機インジウム：１０〜５０質量％
酢酸ブチル：３０〜８０質量％
分散剤（例えば、ドデチル硫酸ナトリウム）：０．１〜５質量％
カーボンナノチューブ：０．００１〜２０質量％

なお、エミッタ材料としては、カーボンナノチューブ以外にも、カーボンナノファイバを用いることが可能である。また、バインダ材料としては、上述した熱分解性有機金属以外にも、例えば塩化スズ、塩化インジウムなどの金属塩を用いることが可能である。

続いて、上記の混合溶液をスプレー法等により支持基板４上に塗布することにより、図３（Ｃ）に示すように、カーボンナノチューブとバインダ材料とを含むエミッタ層（複合体層）１０を形成する。このエミッタ層１０は印刷法を用いて形成することも可能である。

その後、エミッタ層１０を以下の条件で焼成する。これにより、有機成分の蒸発によってバインダ材料中（マトリックス中）にカーボンナノチューブが埋め込まれた状態の固体化したエミッタ層１０が得られる。

（焼成条件）
雰囲気：窒素（Ｎ₂）ガス雰囲気中
焼成温度：５００℃
焼成時間：３０分

次いで、エミッタ層１０をストライプ状に加工する。具体的には、レジスト材料（フォトレジスト）をスピンコート法によって塗布することにより、エミッタ層１０を覆うレジスト膜を形成するとともに、このレジスト膜をフォトリソグラフィ技術によってパターニングすることにより、エッチングマスクとなるレジストパターンをエミッタ層１０上に形成する。次に、レジストパターンで被覆されたエミッタ層１０を除く部分を、例えば以下の条件に基づくウェットエッチングで除去することにより、図３（Ｄ）に示すように、支持基板４上でエミッタ層１０をストライプ状に形成する。

（ウェットエッチング条件）
エッチング液：塩酸（ＨＣＬ）
エッチング時間：１０秒〜３０分
エッチング温度：１０〜６０℃

このとき、所望の領域以外にカーボンナノチューブが存在する場合は、この不要なカーボンナノチューブを、酸素プラズマ又は酸化溶液を使用して以下の条件でエッチングにより除去する。

（酸素プラズマエッチングの条件）
装置：ＲＩＥ(reactive ion etching)装置
導入ガス：酸素を含むガス
プラズマ励起パワー：５００Ｗ
バイアスパワー：０〜１５０Ｗ（ＤＣでもＲＦでもよいが、ＲＦが好ましい）
エッチング時間：１０秒以上

（酸化溶液エッチングの条件）
溶液：ＫＭｎＯ₄
エッチング温度：２０〜８０℃
エッチング時間：１０秒〜２０分

続いて、周知のリソグラフィ技術及び反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）により、抵抗層２１及びカソード電極５をパターニングすることにより、図３（Ｅ）に示すように、支持基板４上でカソード電極５をストライプ状に形成する。この時点で支持基板４上に複数本のカソードラインが形成される。

次に、図４（Ａ）に示すように、支持基板４上において、カソード電極５、抵抗層２１及びエミッタ層１０の積層部を覆うように絶縁層６を形成し、さらにその絶縁層６の上に、図４（Ｂ）に示すように、ゲート電極形成用の導電材料を用いてゲート電極（導電層）７を形成する。具体的には、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を原料ガスとして使用するＣＶＤ法により、支持基板４の全面に例えばＳｉＯ₂からなる厚さ約５μｍの絶縁層６を形成し、次いで、絶縁層６の上にクロムからなるゲート電極７をスパッタリング法によって形成する。

次に、ゲート電極７の上に図示しないエッチングマスクを形成し、このエッチングマスクを用いてゲート電極７の所定部位をエッチングすることにより、図４（Ｃ）に示すように、絶縁層６上でゲート電極７をストライプ状に形成するとともに、このゲート電極７を貫通する第１の開口部８Ａを形成する。このとき、ストライプ状のゲート電極７は、カソード電極５とほぼ直角に交差（直交）する状態で形成される。これにより、支持基板４上に上記カソードラインに直交する複数本のゲートラインが形成される。

次に、ゲート電極７の第１の開口部８Ａを通して絶縁層６を例えばＲＩＥ法でエッチングすることにより、図５（Ａ）に示すように、エミッタ層１０の表面を露出する状態で第２の開口部８Ｂを形成する。これにより、第１，第２の開口部８Ａ，８Ｂからなるゲートホール８が得られる。このゲートホール８は、例えば直径２０μｍの円形に形成される。また、ゲートホール８は、１画素当たり複数個（例えば、数十個）形成される。

次に、ゲートホール８を通してエミッタ層１０の上層部のバインダ材料（マトリックス）を除去することにより、図５（Ｂ）に示すように、ゲートホール８の開口部分でエミッタ層１０の表面にカーボンナノチューブ１１を露出させる。エミッタ層１０の上層部でバインダ材料を除去する際の手法としては、ウェットエッチングやドライエッチングなどのエッチング法（ハーフエッチング）を好ましく用いることができる。一例として、ウェットエッチングを適用する場合の条件を以下に示す。このエッチングによりエミッタ層１０の上層部でバインダ材料を選択的に除去することにより、エミッタ層１０の表面に多数のカーボンナノチューブ１１を露出させることができる。

（ウェットエッチング条件）
エッチング液：塩酸 １０％
エッチング温度：１０〜６０℃
エッチング時間：５〜６０秒

なお、バインダ材料を除去する際の手法としては、上述したエッチング法に限らず、例えば、ラッピングテープなどを用いた機械的な研磨によって除去する方法や、サンドブラストなどのように粒子の衝突によって除去する方法などを適用することも可能である。

その後、図５（Ｃ）に示すように、エミッタ層１０の表面で各々のカーボンナノチューブ１１が一様にほぼ垂直に起立するように、カーボンナノチューブ１１の配向処理を行う。具体的には、例えば支持基板４上で図示しない粘着テープをゲート電極７の上から貼り付けた後、粘着テープを引き剥がすことにより、支持基板４に対してカーボンナノチューブ１１をほぼ垂直に配向させる。カーボンナノチューブ１１を配向させる際の方向は、支持基板４の面方向に対してほぼ垂直な方向とする。

なお、カーボンナノチューブ１１の配向処理方法としては、上述した粘着テープの貼り付け及び引き剥がしによる方法以外にも、例えば、熱硬化型や紫外線硬化型の樹脂等からなるフィルム状、ゲル状又は液状の粘着材をエミッタ層１０の表面に付着させた後、この粘着材を紫外線照射処理や加熱処理によって体積収縮させることにより、多孔質化したバインダ材料を剥離してカーボンナノチューブ１１を垂直に配向させることも可能である。

［アノードパネル製造工程］
まず、図６（Ａ）に示すように、アノードパネル２のベースとなる透明基板１２上にブラックマトリックス１４のパターンを形成する。次に、図６（Ｂ）に示すように、赤，緑，青の各色の蛍光体層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂからなる蛍光体層１３を形成する。次いで、図６（Ｃ）に示すように、蛍光体層１３とブラックマトリックス１４とを覆う状態で透明基板１２上にアルミニウム等の金属薄膜を蒸着することにより、アノード電極１５を形成する。

［パネル組み立て工程］
このパネル組み立て工程では、実際にカソードパネル１とアノードパネル２とを組み付ける前に、コンディショニング工程を実行する。コンディショニング工程では、図７に示すように、カソードパネル１とアノードパネル２とを真空チャンバ内で対向状態に配置する。真空チャンバ内は真空状態（例えば、１×１０^-2〜１×１０^-10Ｐａの真空度）とする。また、真空チャンバ内では、カソードパネル１とアノードパネル２との間に、実際のパネル組み立てで使用される支持体（スペーサ）を介在させるか、支持体に代わるスペーサ治具を介在させることにより、最終製品形態と同等の隙間（例えば、０．１〜１０ｍｍ）をパネル間に確保するとともに、双方のパネルを互いに平行に配置する。そして、この配置状態のもとで、カソード電極５、ゲート電極７及びアノード電極１５の各電極間に、実駆動時の最大ピーク電圧よりも高い所定の電圧を印加する。

実駆動時の最大ピーク電圧とは、最終製品として組み立てられた表示装置を実際に駆動して表示パネルに画像を表示するときに、カソード電極５、ゲート電極７及びアノード電極１５に印加される電圧（カソード電圧、ゲート電圧、アノード電圧）のうち、各電極間で最も大きな電位差が得られる電圧（換言すると、白表示を行うときに印加される電圧）をいう。具体例として、実駆動時におけるカソード電極５の電位レベルをグランド電位（ＧＮＤ）とし、このグランド電位を基準として実駆動時にゲート電極７とアノード電極１５に印加される単位長さ当たりの最大ピーク電圧を６Ｖ／μｍに設定すると、実際にゲート電極７に印加される最大ピーク電圧の値は絶縁層６の厚み寸法に依存し、アノード電極１５に印加される最大ピーク電圧の値は、カソード電極５とアノード電極１５との離間距離Ｌに依存したものとなる。すなわち、絶縁層６の厚み寸法を５μｍとすると、ゲート電極７に印加される最大ピーク電圧の値は３０Ｖとなる。また、離間距離Ｌを２ｍｍとすると、アノード電極１５に印加される最大ピーク電圧の値は１２kＶとなる。

そこで、ゲート電極７に対しては実駆動時の最大ピーク電圧となる３０Ｖよりも高い電圧Ｖｇを印加し、アノード電極１５に対しても実駆動時の最大ピーク電圧となる１２ｋＶよりも高い電圧Ｖａを印加する。例えば、上述のように実駆動時の最大ピーク電圧が６Ｖ／μｍに設定されていたとすると、それよりも１．３倍ほど高い８Ｖ／μｍの設定でゲート電極７とアノード電極１５にそれぞれ所定の電圧を印加する。具体的には、絶縁層６の厚み寸法を５μｍとするとゲート電極７には４０Ｖの電圧を印加し、上記離間距離Ｌを２ｍｍとするとアノード電極１５には１６ｋＶの電圧を印加する。

この場合、アノード電極１５に対してのみ、実駆動時の最大ピーク電圧よりも高い電圧Ｖａを印加すると、ゲートホール８内の電界分布がバスタブ型の電界となり、エミッタ層１０から突出する各々のカーボンナノチューブ１１に均一に電界を加えることができなくなる。これに対して、ゲート電極７とアノード電極１５の両方に、それぞれ実駆動時の最大ピーク電圧よりも高い電圧Ｖｇ，ｖａを印加すれば、ゲートホール８内の電界分布が平行電界となるため、エミッタ層１０から突出する各々のカーボンナノチューブ１１に均一に電界を加えることができる。

このように実駆動時の最大ピーク電圧よりも高い電圧を印加すると、ゲートホール８内に実駆動時よりも強い電界が発生するとともに、この電界が高さの高いカーボンナノチューブ１１に集中的に加わる。そうすると、高さの高いカーボンナノチューブ１１の先端から電界の集中によって電子が放出されるとともに、これに伴う放出電流がカーボンナノチューブ１１に流れてジュール熱が発生する。ジュール熱は電流の２乗に比例する。そのため、高さが高くて電界が集中しやすいカーボンナノチューブ１１ほど多量のジュール熱を発生し、このジュール熱によってカーボンナノチューブ１１が加熱される。また、ここでは実駆動時の最大ピーク電圧よりも高い電圧を印加するため、実駆動時にはジュール熱で過度に加熱されずに継続的に電子を放出するカーボンナノチューブ１１であっても、高さが一定以上に高いカーボンナノチューブ１１になると、高電圧の印加に伴うジュール熱の発生によって過度に加熱される。

その結果、カソードパネル製造工程でエミッタ層１０の表面から突出させたカーボンナノチューブ１１の高さが図８（Ａ）に示すようにばらついていたとすると、図８（Ｂ）に示すように高さが一定以上（図中一点鎖線で示す高さ以上）に高いカーボンナノチューブ１１は、ジュール熱の発生による過度の加熱によって焼き切れる。その際、カーボンナノチューブ１１の先端だけ焼き切れる場合と、カーボンナノチューブ１１の先端から根元までの一部又は全部が焼き切れる場合があるが、いずれの場合もカーボンナノチューブ１１の高さは低くなる。そのため、カーボンナノチューブ１１の高さは、ジュール熱によるトリミング効果によって図８（Ｃ）のように平均化される。

したがって、カソードパネル製造工程でカーボンナノチューブ１１の高さが図９に示すような分布（例えば、正規分布）でばらつくものとすると、上記高電圧の印加によって最初に電子を放出するカーボンナノチューブ１１、すなわち高さのばらつきのなかで、最大高さに近い高さを有するカーボンナノチューブ１１は、ジュール熱による過度の加熱により焼き切れてその高さが低くなる。したがって、電子放出に寄与するカーボンナノチューブ１１の高さの範囲がＨ１からＨ２、つまり相対度数が高い側に遷移する。その結果、実駆動時に電子放出に寄与するカーボンナノチューブ１１の本数が大幅に増加する。

また、実駆動時の最大ピーク電圧と同じ電圧を印加したときには高さ不足によって電子放出に寄与しないカーボンナノチューブ１１でも、実駆動時より印加電圧を上げることで電子を放出し、これに伴うジュール熱の発生によって電子放出特性が改善される。すなわち、電子放出によるジュール熱の発生によってカーボンナノチューブ１１が加熱されると、カーボンナノチューブ１１の表面に吸着しているガス（電子放出を阻害するガス成分）が離脱し、カーボンナノチューブ１１の電子放出特性が活性化される。そのため、実駆動時には、より多くのカーボンナノチューブ１１から電子を放出させることができる。

ここで、コンディショニング工程で適用される所定の電圧は、実駆動時の最大ピーク電圧よりも高い条件で設定されるため、コンディションニング工程を行う前の電流電圧特性を図１０の実線で示すものとすると、コンディショニング工程を行った後の電流電圧特性は図１０の破線で示すように劣化する。この理由は、コンディショニング工程で各電極間に所定の電圧を印加したときに、ジュール熱の発生により、高さの高いカーボンナノチューブ１１が焼き切れて、カーボンナノチューブ１１全体の高さが相対的に低くなるためである。ただし、電子放出に寄与するカーボンナノチューブ１１の本数はコンディショニング工程の実行によって大幅に増えるため、当該工程で適用される所定の電圧を適切な範囲内で設定することにより、電流電圧特性の劣化を最小限に抑えることができる。具体的には、実駆動時の最大ピーク電圧の１．１〜２．０倍の範囲内で上記所定の電圧を設定することが望ましい。また、コンディショニング工程での電圧印加時間は１秒〜１０分の範囲内で適宜設定することが望ましい。

また、コンディショニング工程で各電極間に所定の電圧を印加するときに、電子放出部９又はこれを含むカソードパネル１全体を常温よりも高い所定の温度に加熱すると、熱励起によって放電電流が増加するとともに、ジュール熱が相対的に高くなる。そのため、コンディショニング工程で適用される印加電圧の設定値を低く抑えつつ所望のコンディショニング効果を得ることができる。加熱のための所定の温度は、下限温度が常温よりも高い温度で、上限温度がカーボンナノチューブ１１が消失しない温度の範囲内であればよく、好ましくは５０〜８００℃の範囲内に設定するとよい。また、加熱するタイミングは、電圧印加の前後でもよいし、電圧印加と同時でもよい。

このようなコンディショニング工程を行った後は、カソードパネル１とアノードパネル２との間に、スペーサと呼ばれる支持体（不図示）を介装してパネル同士を対向状態に張り合わせ、この状態でパネル外周部をフリットシールで接合した後、パネル内部を真空排気して封止する。

以上のような方法で表示装置の表示パネルを製造することにより、コンディショニング工程での電圧の印加により、カーボンナノチューブ１１の高さを平均化することができるとともに、カーボンナノチューブ１１の電子放出特性を活性化することができる。そのため、カソードパネル１上に設けられた複数の電子放出部９の間で、電子放出特性を均一化することができる。

また、エミッタ層１０から突出する各々のカーボンナノチューブ１１のなかに、高さが極端に高いカーボンナノチューブ１１が存在すると、画面全体を黒表示したときに、そのカーボンナノチューブ１１から電子が放出されてストレー（輝点欠陥）となるが、上記コンディショニング工程を行えば、そのように高さの高いカーボンナノチューブ１１が存在しなくなるため、ストレーの発生を未然に防止することができる。

本発明が適用される表示装置のパネル構造の一例を示す断面図である。 本発明が適用される表示装置のパネル構造の一例を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法に含まれるカソードパネル製造工程を説明する図（その１）である。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法に含まれるカソードパネル製造工程を説明する図（その２）である。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法に含まれるカソードパネル製造工程を説明する図（その３）である。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法に含まれるアノードパネル製造工程を説明する図である。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法に含まれるパネル組み立て工程で適用されるコンディショニング工程を説明する図である。 コンディショニング工程でのカーボンナノチューブの状態変化を説明する図である。 カーボンナノチューブの高さのばらつきを示す図である。 コンディショニング前後の電流電圧特性の変化を示す図である。

符号の説明

１…カソードパネル、２…アノードパネル、５…カソード電極、６…絶縁層、７…ゲート電極、８…ゲートホール、９…電子放出部、１０…エミッタ層、１１…カーボンナノチューブ（エミッタ材料）

Claims (5)

1. カソード電極、ゲート電極及び電子放出部を有し且つ当該電子放出部を繊維状のエミッタ材料を用いて形成してなるカソードパネルと、アノード電極を有するアノードパネルとを真空中で対向状態に配置し、前記カソード電極、前記ゲート電極及び前記アノード電極の各電極間に、実駆動時の最大ピーク電圧よりも高い所定の電圧を印加するコンディショニング工程を備える
   ことを特徴とする表示装置の製造方法。
2. 前記コンディショニング工程において、前記電子放出部又は前記カソードパネルを常温よりも高い所定の温度に加熱した状態で、前記所定の電圧を印加する
   ことを特徴とする請求項１記載の表示装置の製造方法。
3. 前記コンディショニング工程において、前記所定の電圧を前記最大ピーク電圧の１．１〜２．０倍の範囲内に設定する
   ことを特徴とする請求項１記載の表示装置の製造方法。
4. 前記エミッタ材料にカーボンナノチューブを用いる
   ことを特徴とする請求項１記載の表示装置の製造方法。
5. 前記コンディショニング工程において、前記所定の温度を５０〜８００℃の範囲内に設定する
   ことを特徴とする請求項２記載の表示装置の製造方法。
   
   
   

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