JP2006059752A - 自発光平面表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 表示面内で均一な電子放出を得る電子源をもつ自発光平面表示装置を提供する。
【解決手段】 背面パネルを構成する背面基板ＳＵＢ１の内面にカソード電極ＣＬを有し、カソード電極ＣＬの上にカーボンナノチューブ電子源層ＥＭＳが形成される。カーボンナノチューブ電子源層ＥＭＳの表面にはカーボンナノチューブが起毛している。カーボンナノチューブはマルチウォールカーボンナノチューブＭＣＮＴとシングルウォールカーボンナノチューブＳＣＮＴを均一に分布させて存在している。
【選択図】 図２
【解決手段】 背面パネルを構成する背面基板ＳＵＢ１の内面にカソード電極ＣＬを有し、カソード電極ＣＬの上にカーボンナノチューブ電子源層ＥＭＳが形成される。カーボンナノチューブ電子源層ＥＭＳの表面にはカーボンナノチューブが起毛している。カーボンナノチューブはマルチウォールカーボンナノチューブＭＣＮＴとシングルウォールカーボンナノチューブＳＣＮＴを均一に分布させて存在している。
【選択図】 図２
Description
本発明は、真空中への電子放出を利用した表示装置に係り、特に、ナノチューブで構成した電子源を有するカソード電極とこの電子源からの電子の放出量を制御するゲート電極を備えた背面パネルと、この背面パネルから取り出された電子の励起で発光する複数色の蛍光体層とアノード電極を有する前面パネルとを具備した自発光平面表示装置に関する。
高輝度、高精細に優れたディスプレイデバイスとして従来からカラー陰極線管が広く用いられている。しかし、近年の情報処理装置やテレビ放送の高画質化に伴い、高輝度、高精細の特性をもつと共に軽量、省スペースの平面型表示装置の要求が高まっている。
その典型例として液晶表示装置、プラズマ表示装置などが実用化されている。また、特に、高輝度化が可能なものとして、電子源から真空への電子放出を利用した電子放出型表示装置、低消費電力を特徴とする有機ＥＬディスプレイなど、種々の型式のパネル型表示装置の実用化も近い。なお、補助的な照明光源を必要としないプラズマ表示装置、電子放出型表示装置あるいは有機ＥＬ表示装置を自発光平面表示装置と称する。
このような平面型の表示装置のうち、上記電子放出型の表示装置には、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔらにより発案されたコーン状の電子放出構造をもつもの、メタル−インシュレータ−メタル（ＭＩＭ）型の電子放出構造をもつもの、量子論的トンネル効果による電子放出現象を利用する電子放出構造（表面伝導型電子源とも呼ばれる）をもつもの、さらにはダイアモンド膜やグラファイト膜、カーボンナノチューブに代表されるナノチューブなどが持つ電子放出現象を利用するもの、等が知られている。
自発光平面表示装置の一例である電子放出型の表示装置は、内面に電子放出型の電子源と制御電極であるゲート電極を形成した背面パネルと、この背面パネルと対向する内面に複数色の蛍光体層とアノード電極（陽極）とを備えた前面パネルの両者の内周縁に封止枠を介挿して封止し、当該背面パネルと前面パネルおよび封止枠で形成される内部を真空にして構成される。背面パネルは、ガラスあるいはアルミナ等を好適とする背面基板の上に、第１の方向に延在しこの第１の方向と交差する第２の方向に並設されて電子源をもつ複数の陰極配線と、第２の方向に延在し第１の方向に並設して設けたゲート電極を有する。そして、陰極配線とゲート電極との間の電位差で電子源からの電子の放出量（放出のオン・オフを含む）を制御する。
また、前面パネルはガラス等の光透過性の材料で形成された前面基板の上に蛍光体層とアノード電極を有する。封止枠は背面パネルと前面パネルの内周縁にフリットガラスなどの接着材で固着される。背面パネルと前面パネルおよび封止枠で形成される内部の真空度は、例えば１０-5〜１０-7Ｔｏｒｒである。表示面サイズが大きいものでは、背面パネルと前面パネルの間に間隙保持部材（スペーサ）を介挿して固定し、両基板間の間を所定の間隔に保持している。
なお、ナノチューブとしての典型例であるカーボンナノチューブを電子源とした自発光平面表示装置に関する従来技術を開示したものとして、「非特許文献１」等、数多く報告されている。
Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ ２００２ Ｄｉｇｅｓｔ ｐｐ．２２９−２３１（ｐａｐｅｒ １２−４）
Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ ２００２ Ｄｉｇｅｓｔ ｐｐ．２２９−２３１（ｐａｐｅｒ １２−４）
カーボンナノチューブ等のナノチューブを電子源とした自発光平面表示装置では、表示面で均一な発光パターンを実現することが重要である。そのためには、直径の揃ったナノチューブを電子源に用いる必要がある。従来から電子源としてマルチウォールカーボンナノチューブが用いられてきたが、その直径分布は正規分布であり、エミッション（電子放出）に重要な役割を果す最小直径を有するカーボンナノチューブの割合は少ない。そのために、エミッションサイト密度が１０００個／cm2 と低く、均一な発光パターンを実現することが難しかった。
また、シングルウォールナノチューブを用いた場合、アイソレイテッドペンタゴンルールにより、最小直径が０．７nmに規定されるため、最小直径のカーボンナノチューブの割合が多い。そのため、均一発光に有利なはずである。しかし、実際には、このシングルウォールカーボンナノチューブがファンデルワールス引力によりバンドルを形成するために、その材料の利点を十分に生かせなかった。
本発明の目的は、表示面内で均一な発光パターンのカーボンナノチューブを電子源とした自発光平面表示装置を提供することにある。
本発明による自発光平面表示装置は、２層以上のマルチウォールカーボンナノチューブとシングルウォールカーボンナノチューブが共存した材料、あるいは３層以上のマルチウォールカーボンナノチューブとダブルウォールカーボンナノチューブが共存した材料を電子源として用いる。
これにより、シングルウォールカーボンナノチューブあるいはダブルウォールカーボンナノチューブ同士のバンドル化が防止される。その結果、直径の揃ったシングルウォールカーボンナノチューブあるいはダブルウォールカーボンナノチューブが選択的に発光するため、表示面内で均一な発光パターンを実現できる。
すなわち、本発明の自発光平面表示装置は、背面パネルと前面パネルを気密に貼り合わせてなる。背面パネルを構成する背面基板の内面には、第１の方向に延在し、第１の方向と交差する第２の方向に並設されて表面に電子源を有する多数のカソード電極と、前記第２の方向に延在し、前記第１の方向に並設されて、前記カソード電極との交叉部における前記電子源から放出される電子の量を制御するための電位が印加される多数のゲート電極とを有し、前記カソード電極と前記ゲート電極の交差部に多数の画素で表示領域が形成される。
前面パネルを構成する透明な前面基板の内面には、前記背面パネルの前記表示領域に有する前記電子源から取り出される電子の励起で発光する複数色の蛍光体層とアノード電極を有する。そして、前記電子源はナノチューブからなり、該ナノチューブを２層以上のマルチウォールカーボンナノチューブとシングルウォールカーボンナノチューブとから構成した。
また、本発明の他の構成として、ナノチューブを３層以上のマルチウォールカーボンナノチューブとダブルウォールカーボンナノチューブを用いた。
本発明により、直径の揃ったシングルウォールカーボンナノチューブあるいはダブルウォールカーボンナノチューブが選択的に発光に寄与するため、表示面内で均一な発光パターンを実現した自発光平面表示装置が得られる。ここで言う「選択的に発光に寄与する」とは、細いカーボンナノチューブに、より電界が集中し、電子放出が起こり易いことを言う。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の原理を図１Ａと図１Bにより説明する。
図１Ａは、一般的なナノチューブの直径分布の説明図である。図１Ａではマルチウォールカーボンナノチューブを例としたものである。図１Ａにおいて、横軸は直径（nm）、縦軸は度数（存在する頻度、相対値）である。マルチウォールカーボンナノチューブは、一般的に層数の異なるものが混在しているため、その直径に大きなばらつきが存在する。例えば、平均直径が２０ｎｍの場合、１０ｎｍから４０nm程度の直径ばらつきが存在する。
カーボンナノチューブを電子源として用いる場合、最小直径近傍のカーボンナノチューブだけが電子放出に寄与すると考えられる。これは、カーボンナノチューブはその直径に反比例して電界集中度が高いためである。つまり、細い直径のカーボンナノチューブと太い直径のカーボンナノチューブが混在している場合、細い直径のカーボンナノチューブの方が電界集中度が高いために、当該細い直径のカーボンナノチューブが電子源中で選択的に電子放出を行う。
図１Ａに示されたような直径分布を有するマルチウォールカーボンナノチューブの場合、最小直径近傍のカーボンナノチューブの割合が非常に少ないために、エミッションサイト密度が非常に低く、結果として均一な発光パターンを得ることが非常に困難である。
これに対し、シングルウォールカーボンナノチューブは、直径のばらつきが非常に小さいと考えられる。また、アイソレイテッドペンタゴンルールにより最小直径が０．７ｎｍに規定されるため、最小直径のカーボンナノチューブの割合が多い。そのため、均一発光に有利なはずであるが、実際にはこのシングルウォールカーボンナノチューブがファンデルワールス引力によりバンドルを形成するために、その材料の利点を十分に生かせない。
図１Bは、本発明で用いるナノチューブの直径分布の説明図である。図１Bではカーボンナノチューブを例としたものを示す。本発明では、２層以上のマルチウォールカーボンナノチューブとシングルウォールカーボンナノチューブが共存した材料、あるいは３層以上のマルチウォールカーボンナノチューブとダブルウォールカーボンナノチューブが共存した材料を電子源に用いる。
図１Bに示されたように、本発明で用いるナノチューブの直径分布は２層以上のマルチウォールカーボンナノチューブとシングルウォールカーボンナノチューブの直径分布を足し合わせたもの、あるいは３層以上のマルチウォールカーボンナノチューブとダブルウォールカーボンナノチューブの直径分布を足し合わせたものとなる。図１B中、細く鋭い分布がシングルウォールカーボンナノチューブあるいはダブルウォールカーボンナノチューブの直径分布である。
例えば、マルチウォールカーボンナノチューブの平均直径が２０nm、直径分布の半値幅が７nm、シングルウォールカーボンナノチューブの平均直径が１nm、直径分布の半値幅が0.1nm、ダブルウォールカーボンナノチューブの平均直径が２nm、直径分布の半値幅が0.２nmを典型的な数値として挙げることができる。このような直径分布は、カーボンナノチューブの透過電子顕微鏡写真から求めることができる。
このように、シングルウォールナノチューブとマルチウォールナノチューブが混在しているような場合、シングルウォールとマルチウォール同士のファンデルワールス引力よりも、シングルウォールナノチューブとマルチウォールナノチューブとの間のファンデルワールス引力が強いために、シングルウォールナノチューブのバンドル化を防ぐという利点がある。また、シングルウォールナノチューブだけの場合に比べて、機械的強度も強く、熱的安定性も向上する。
シングルウォールカーボンナノチューブのそれぞれの輝度のばらつきを平均輝度の１０％以内に抑えるためには、直径分布の半値半幅が、その平均直径の１０％以下であることが必要である。その理由は直径が太いほど、電界集中度が悪くなり、結果として輝度が低下するためである。
また、エミッションサイト密度を１００万個／ｃｍ2以上にするためには、シングルウォールカーボンナノチューブが全カーボンナノチューブの１％以上存在することが必要である。３層以上のマルチウォールカーボンナノチューブとダブルウォールカーボンナノチューブが共存した材料においても事情は同様である。
以上のことから、本発明によれば、バンドル化しないで単独で存在するシングルウォールナノチューブあるいはダブルウォールナノチューブの割合が飛躍的に増大し、エミッションサイト密度が増大するために、表示面内で均一な発光を実現できる。
図２は、本発明によるカーボンナノチューブ材料を用いて作成した背面パネルにおけるカーボンナノチューブ電子源の模式図である。図２において、背面パネルを構成する背面基板ＳＵＢ１の内面にカソード電極ＣＬが形成され、その上にカーボンナノチューブ電子源層ＥＭＳが形成されている。カーボンナノチューブ電子源層ＥＭＳの表面にはカーボンナノチューブが起毛している。このカーボンナノチューブはマルチウォールカーボンナノチューブＭＣＮＴに混じってシングルウォールカーボンナノチューブＳＣＮＴが均一に分布して存在している。
図３は、図２に示したカーボンナノチューブ電子源層のエミッション特性を従来のカーボンナノチューブ電子源と比較した説明図であり、横軸は電界（Ｖ／μｍ）、縦軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ2）である。図３において、特性aは本発明の特性を、特性bは従来の特性を示す。図３に示されたように、本発明のカーボンナノチューブ電子源層では、低電界で大電流をえることが可能で、さらにエミッションサイト密度も１０００個／ｃｍ2から１００万個／ｃｍ2に向上し、表示面内均一性が大幅に向上することが分る。
本発明による自発光平面表示装置の実施例１を図４乃至図７の模式図を参照して説明する。図４は、実施例１の自発光平面表示装置を斜め上方からみた展開斜視図である。また図５は、実施例１の自発光平面表示装置を斜め下方からみた展開斜視図である。実施例１の自発光平面表示装置は、背面パネルＰＮＬ１を構成する背面基板ＳＵＢ1と前面パネルＰＮＬ２を構成する前面基板ＳＵＢ２とを封止枠ＭＦＬを介して貼り合わせて構成される。
図４と図５において、背面基板ＳＵＢ1の内面には、一方向に延在し、この一方向と交差する他方向に並設された多数のカソード電極ＣＬと、上記他方向に延在し、上記一方向に並設された多数のゲート電極ＧＬを有する。カソード電極ＣＬ上でゲート電極ＧＬの交差部分には前記したカーボンナノチューブからなる電子源が形成されている。カソード電極ＣＬには、カソード信号源（映像信号源）Ｓからカソード信号（映像信号）が供給され、ゲート電極ＧＬにはゲート信号源（走査信号源）Ｇからゲート信号（走査信号）が印加される。そして、ゲート信号で選択されたゲート電極ＧＬと交差するカソード電極ＣＬの電子源から電子が放出される。
また、前面基板ＳＵＢ２の内面の表示領域には背面基板ＳＵＢ１に有する電子源の位置に合わせて配列（図５ではストライプ配列、ドット配列でも可）された多色の蛍光体層ＰHが形成されている。前面基板ＳＵＢ２には、蛍光体層ＰHの下層に加速電極（陽極）ADが形成されている。なお、陽極ADを蛍光面ＰHの上層に形成することもできる。この陽極ADには高電圧源Ｅから所定の陽極電圧が印加されている。カソード電極ＣＬの電子源から放出された電子は、陽極ADに印加される高電圧で加速されて所定の蛍光体層ＰHに射突し、これを所定の色で発光させる。この蛍光体層の発光を前面基板ＳＵＢ２の表示領域の全域で制御することで２次元の映像が表示される。
なお、画面サイズが大きいものでは、背面基板ＳＵＢ１に有する電子源と前面基板ＳＵＢ２の蛍光体層の間隔を所定値にたもつために、封止枠ＭＦＬの内部に薄いガラス板などからなる隔壁（スペーサ）を所定の間隔で設置される。
図６は、実施例１における背面パネルの構成例を模式的に説明する平面図であり、図６（ａ）は全体構成図、図６（ｂ）は図６（ａ）の要部拡大図である。図６では、背面パネルを構成する背面基板ＳＵＢ１の内面に、同図垂直方向に複数本のカソード電極ＣＬが形成され、同図水平方向には多数のゲート電極ＧＬが形成されている。カソード電極ＣＬとゲート電極ＧＬとは絶縁層を介して交差し、各交差部分に前記した本発明のカーボンナノチューブで構成した電子源ＥＭＳが形成されている。
このカーボンナノチューブからなる電子源ＥＭＳは、前記したようにゲート電極ＧＬと、その下層の絶縁層（図示せず）を貫いた穴の底部のカソード電極ＣＬの表面に形成されている。個々の電子源はカラー表示の場合の１画素（ピクセル）を構成する副画素（サブピクセル）に対応する。カソード電極ＣＬの一端はカソード電極引出線ＣＬＴとなり、カソード信号源Ｓからカソード信号（映像信号）が供給される。また、ゲート電極ＧＬの一端はゲート電極引出線ＧＬＴとなり、走査信号源Gから走査信号が供給される。
図７は、実施例１の自発光平面表示装置を構成する前面パネルの構成例を模式的に説明する平面図であり、図７（ａ）は全体構成図、図７（ｂ）は図７（ａ）の要部拡大図である。この前面パネルは、前面基板ＳＵＢ２の内面に膜厚が数十ｎｍ乃至数百ｎｍに形成した陽極を融資、この上に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のストライプ状の各蛍光体層が遮光層（ブラックマトリクス）ＢＭで相互に区画されて蛍光面を形成している。
この蛍光面は次のようにして形成される。先ず、吸光物質と感光性樹脂を混合したスラリの塗布、マスク露光、および過酸化水素水等を用いた既知のリフトオフ手法により、図６における電子源ＥＭＳの横方向（水平方向）ピッチに合わせて、電子源ＥＭＳ間の中央の位置にストライプ状のブラックマトリクスＢＭを形成する。次に、スラリ法を用いて赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のストライプ状の各蛍光体の繰り返しパターンを形成し、各蛍光体の両側にブラックマトリクスＢＭが位置した蛍光体層ＰHを形成する。
こうして製作した前面パネルを封止枠MFL（および、隔壁）を介して前記した背面パネルと重ね合わせ、電子源と蛍光体を位置合わせし、内部を真空引きして封止し、表示パネルを製作し、駆動回路等を付加して自発光型平面表示装置を完成する。なお、前面パネルと封止枠MFLおよび背面パネルの封着にはフリットガラスを用いた。この封着は、封着面にフリットガラスを印刷、またはディスペンサを用いて塗布し、約４５０°Ｃに加熱して溶融接着する。また、前面パネルと封止枠および背面パネルを封着した内部空間の真空引きは、前面パネルと封止枠および背面パネルの何れか（通常は、背面パネルの表示領域外かつ封止枠内の適当な場所）に取り付けた排気管から排気し、所定の真空度に達した状態で排気管を封じきることで行う。
こうして製作した表示パネルにカソード信号源、ゲート信号源、高電圧源、その他の付加回路や部品を取り付けて自発光平面表示装置を構成する。この自発光平面表示装置を駆動したところ、所望の画像が高品質で得ることができた。
以下、本発明の自発光平面表示装置における背面パネルの構造例を図８Ａ乃至図８Dを参照して説明する。図８Ａ乃至図８Dは本発明の自発光平面表示装置の背面パネルの構造例を製造するプロセスの説明図である。なお、ここでは、表示領域に形成される全サブピクセルのうちの４個（２×２）について説明する。図８Ａに示したように、背面基板ＳＵＢ１の表面に銀ペーストなどの導電性部材を混入したペーストをスクリーン印刷で印刷し、焼成してストライプ状のカソード電極ＣＬを形成する。このストライプ状のカソード電極ＣＬの材料は、銀であり、その幅は例えば、１００μｍ、間隔は１００μｍである。また、その膜厚は焼成後で５μｍである。ここで形成したストライプ状のカソード電極ＣＴＬの数は、１２８０×３本＝３８４０本である。
次に、図８Bに示したように、スクリーン印刷により絶縁層ＩＮＳを塗布し、焼成する。この絶縁層ＩＮＳには前記カソード電極ＣＬの電子源位置に絶縁層ホールＩＨＬが開けられている。絶縁層ＩＮＳの膜厚は例えば焼成後で約１０μｍである。
その後、図８Cに示したように、絶縁層ＩＮＳの成膜後、銀ペーストをスクリーン印刷し、焼成してストライプ状のゲート電極ＧＬを形成する。ゲート電極ＧＬは絶縁層ホールＩＨＬと同じ位置にゲート電極ホールＧＨＬが開いた状態になっている。ゲート電極ＧＬの形成プロセスで下層の絶縁層ホールＩＨＬの内部にゲート電極用の銀ペーストが垂れないようにゲート電極ホールＧＨＬの大きさは絶縁層ホールＩＨＬよりも大きくなっている。このゲート電極ＧＬの幅は７００μｍ、間隔は１００μｍ、焼成後の膜厚は５μｍである。本実施例では、このようなゲート電極ＧＴＬを７２０本形成した。
次に、図８Dに示したように、ゲート電極ホールＧＨＬの中にインクジェット法を用いてカーボンナノチューブの電子源層ＥＭＳ（ＣＮＴ）を含むインクを塗布する。このインクジェットのインクには、カーボンナノチューブの他に支持体として金の微粒子および有機溶剤が含まれている。また、カーボンナノチューブとカソード電極との電気的コンタクトを良好にするために、金属微粒子を混入することもできる。最後に、カーボンナノチューブを起毛させるための表面処理を施す。この表面処理には、レーザ照射、プラズマ処理、機械的処理等の手法を用いることができる。
以上のように、スクリーン印刷とインクジェット法を用いてゲート動作可能なカーボンナノチューブ電子源構造を製作できる。上記の製作プロセスにおいて、各印刷膜の焼成は塗布の終了毎に行う。また、カーボンナノチューブの全層を形成後に一度だけ焼成し、カーボンナノチューブ含有薄膜を作成後、比較的低温でもう一度焼成することも可能である。焼成後に粘着性の有機物層を塗布し、乾燥後に剥離することにより、カーボンナノチューブ電子源を形成する。
なお、本実施例では、カソード電極およびゲート電極を銀ペーストの塗布で形成したが、必要な電気伝導度を有する如何なる金属も使用可能である。また合金や金属多層膜を用いることもできる。さらに、カーボンナノチューブ電子源の塗布は、インクジェット法に限るものではなく、他の特殊な印刷技術を用いたり、あるいは気相成長法を用いることもできる。
図９Ａ乃至図９Dは本発明の自発光平面表示装置における背面パネルの他の構造例の説明図である。図９Ａ乃至図９Dは本発明の自発光平面表示装置における背面パネルの他の構造例を製造するプロセスの説明図である。なお、ここでは、表示領域に形成される全サブピクセルのうちの４個（２×２）について説明する。この構造例は電子源アレイの構造とその製造プロセスが図８Ａ乃至図８Dで説明した背面パネルの構造と異なる。先ず、図９Ａに示したように、ガラスを好適とする背面基板ＳＵＢ１上にスクリーン印刷法で銀ペーストを印刷し、焼成して下部ゲート電極ＤＧＬを焼成する。この下部ゲート電極ＤＧＬの幅は７００μｍ、間隔は１００μｍ、焼成後の膜厚は５μｍである。この下部ゲート電極ＤＧＬを７２０本形成する。
次に、図９Bに示したように、スクリーン印刷により絶縁層ＩＮＳを塗布し焼成する。絶縁層ＩＮＳは、下部ゲート電極ＤＧＬ上に絶縁層ホールＩＨＬが開いた状態に形成される。絶縁層ＩＮＳの膜厚は焼成後で１０μｍである。
次に、図９Cに示すように、銀ペーストのスクリーン印刷の塗布と焼成で上部ゲート電極ＡＧＬとカソード電極ＣＬを同時に形成する。上部ゲート電極ＡＧＬは絶縁層ホールＩＨＬの部分を含んでそれより大きく、上部ゲート電極ＡＧＬと下部ゲート電極ＤＧＬは電気的に接続する。上部ゲート電極ＡＧＬの膜厚は、焼成後に５μｍである。カソード電極ＣＬの幅は１００μｍ、間隔は１００μｍ、膜厚は焼成後に５μｍである。このようなカソード電極ＣＬを１２８０×３本＝３８４０本形成する。
そして、図９Dに示したように、カソード電極ＣＬの上にスクリーン印刷でカーボンナノチューブからなる電子源層ＥＭＳ（ＣＮＴ）を塗布する。電子源層ＥＭＳ（ＣＮＴ）の幅はカソード電極ＣＴＬの幅より狭く、長さは隣の上部ゲート電極ＡＧＴＬよりも短い。この電子源層ＥＭＳ（ＣＮＴ）には、少なくともカーボンナノチューブと共に金の微粒子からなる支持体が含まれている。また、カソード電極とカーボンナノチューブとの電気的コンタクトを良好にするために、他の金属微粒子を含有させてもよい。
ナノチューブからなる電子源層ＥＭＳ（ＣＮＴ）の塗布後、カソード電極の溶融温度より高い温度で熱処理することにより、カーボンナノチューブの一部の端部が支持体の一部と共にカソード電極の表面近傍に埋設固定した電子源とすることができる。その後、カーボンナノチューブを起毛させるための表面処理を施す。この表面処理には、レーザ照射、プラズマ処理、機械的処理等の手法を用いることができる。
以上のように、スクリーン印刷技術を用いて、ゲート動作可能なカーボンナノチューブ電子源構造を製作できる。上記の製作プロセスにおいて、各印刷膜の焼成は塗布の終了毎に行う。また、カーボンナノチューブの全層を形成後に一度だけ焼成し、カーボンナノチューブ含有薄膜を作成後、比較的低温でもう一度焼成することも可能である。焼成後に粘着性の有機物層を塗布し、乾燥後に剥離することにより、カーボンナノチューブ電子源を形成する。
なお、ここでは、カソード電極およびゲート電極を銀ペーストの塗布で形成したが、必要な電気伝導度を有する如何なる金属も使用可能である。また、合金や金属多層膜を用いることもできる。さらに、カーボンナノチューブ電子源の塗布は、インクジェット法に限るものではなく、他の適当な印刷法を用いてもよい。
なお、ナノチューブは、上記のカーボンナノチューブに限るものではなく、既知のナノチューブを使用できる。
図１０は、本発明にかかる自発光平面表示装置の全体構造の一例を説明する一部破断して示す斜視図である。また、図１１は、図１０のＡ−Ａ’線に沿って切断した断面図である。背面パネルPNL1を構成する背面基板SUB1の内面にはカソード電極CLとゲート電極GLを有し、カソード電極CLとゲート電極GLの交差部分に電子源が形成されている。カソード電極CLの端部にはカソード電極引き出し線CLTが形成され、ゲート電極GLの端部にはゲート電極引き出し線GLTが形成されている。
前面パネルPNL2を構成する前面基板SUB2の内面には前記のような陽極と蛍光体層が形成されている。背面パネルPNL1を構成する背面基板SUB1と前面パネルPNL2を構成する前面基板SUB2とは、その周縁に封止枠MFLを介在させて貼り合わされる。この貼り合わせた間隙を所定値に保持するため、背面基板SUB1と前面パネルPNL2の間にガラス板を好適とする隔壁SPCを植立させている。図１１はこの隔壁SPCに沿った断面なので、隔壁SPCは図示を省略してある。
なお、背面基板SUB1と前面パネルPNL2および封止枠MFLで密封された内部空間は、背面パネルPNL1の一部に設けた排気管EXCから排気して所定の真空状態とする。
PNL１・・・背面パネル、PNL２・・・前面パネル、ＳＵＢ１・・・背面基板、ＳＵＢ２・・・前面基板、ＣＬ・・・カソード電極、ＧＬ・・・ゲート電極、Ｓ・・・カソード信号源、Ｇ・・・ゲート信号源、ＰH・・・蛍光体層、Ｅ・・・高電圧源、MＣＮＴ・・・マルチウォールカーボンナノチューブ、SＣＮＴ・・・シングルウォールカーボンナノチューブ、ＥＭＳ・・・電子源。
Claims (10)
- 第１の方向に延在し、第１の方向と交差する第２の方向に並設されて表面に電子源を有する多数のカソード電極と、前記第２の方向に延在し、前記第１の方向に並設されて、前記カソード電極との交叉部における前記電子源から放出される電子の量を制御するための電位が印加される多数のゲート電極とを有し、前記カソード電極と前記ゲート電極の交差部に形成される多数の画素で表示領域を構成する背面パネルと、
前記背面パネルの前記表示領域に有する前記電子源から取り出される電子の励起で発光する複数色の蛍光体層とアノード電極を有する前面パネルとを具備する自発光平面表示装置であって、
前記電子源はナノチューブからなり、
前記ナノチューブが、２層以上のマルチウォールカーボンナノチューブと、シングルウォールカーボンナノチューブとから構成されていることを特徴とする自発光型平面表示装置。 - 第１の方向に延在し、第１の方向と交差する第２の方向に並設されて表面に電子源を有する多数のカソード電極と、前記第２の方向に延在し、前記第１の方向に並設されて、前記カソード電極との交叉部における前記電子源から放出される電子の量を制御するための電位が印加される多数のゲート電極とを有し、前記カソード電極と前記ゲート電極の交差部に形成される多数の画素で表示領域を構成する背面パネルと、
前記背面パネルの前記表示領域に有する前記電子源から取り出される電子の励起で発光する複数色の蛍光体層とアノード電極を有する前面パネルとを具備する自発光平面表示装置であって、
前記電子源はナノチューブからなり、
前記ナノチューブが、３層以上のマルチウォールカーボンナノチューブと、ダブルウォールカーボンナノチューブとから構成されていることを特徴とする自発光平面表示装置。 - 前記シングルウォールカーボンナノチューブの直径分布の半値半幅が、該平均直径の±１０％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の自発光平面表示装置。
- 前記シングルウォールカーボンナノチューブの直径分布の半値半幅が、該平均直径の±１０％の範囲内であることを特徴とする請求項２に記載の自発光平面表示装置。
- 前記シングルウォールカーボンナノチューブの全カーボンナノチューブに対する含有割合が１％以上であることを特徴とする請求項１又は３に記載の自発光平面表示装置。
- 前記ダブルウォールカーボンナノチューブの全カーボンナノチューブに対する含有割合が１％以上であることを特徴とする請求項２又は４に記載の自発光平面表示装置。
- 前記ナノチューブが、カーボン以外に窒素又は硼素の何れかの原子を含有していることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の自発光平面表示装置。
- 前記ナノチューブが、カーボンを含有せず、窒素又は硼素の何れか又は両方の原子を含有していることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の自発光平面表示装置。
- 前記電子源は、スクリーン印刷法、または気相成長法、もしくはインクジェット法のいずれかで作成されたことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の自発光平面表示装置。
- 前記背面パネルと前記前面パネルとの間に、複数の隔壁を有することを特徴とする請求項１または３に記載の自発光平面表示装置。
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