JP2006339007A - 自発光平面表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ナノチューブを電子源とした自発光平面表示装置において、ナノチューブの耐熱性を向上させ、パネルプロセスの大幅な簡略化及びコスト低減化を実現可能とする自発光平面表示装置を提供する。
【解決手段】 カソード電極ＣＬ上の電子源ＥＭＳに硼素及び窒素を構成元素として含んだナノチューブを使用することにより、耐熱性が大幅に向上し、大気中でのパネル封止が可能となるので、パネルプロセスの大幅な簡略化及びコスト低減化が可能となる。さらには、耐環境性に強い電子源ＥＭＳを実現することにより、電子源寿命を増大させることができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、真空中への電子放出を利用した自発光平面表示装置に係り、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放出量を制御するゲート電極と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とを有する前面パネルとを具備した自発光平面表示装置及びその製造方法に関し、詳細にはナノチューブの構造に関するものである。

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表示装置を自発光型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有するもの、メタル−インシュレータ−メタル（ＭＩＭ）型の電子放出構造を有するもの、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）を有するもの、さらにはダイアモンド膜、グラファイト膜または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有する電子放出現象を利用するもの等が知られている。

自発光型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と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と封止枠とで形成される真空外囲器の内部を真空に保持して構成される。

背面パネルは、ガラスまたはセラミックス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カソード電極と、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、カソード電極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とを有する。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と封止枠とで形成される真空容器の内部の真空度は、例えば１０^-5〜１０^-7Ｔｏｒｒ程度である。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（スペーサまたは隔壁とも称する）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て用いた自発光平面表示装置が数多く報告されている。例えば、電子源構造をフォトリソグラフィープロセスにより形成し、５インチ型の自発光平面表示装置を作製した例が下記「非特許文献１」に報告されている。

Applied Physics Lettersのvol.80(21), pp.4045-4047 (2002)

上記非特許文献１では、カーボンナノチューブを含有する感光性ペーストを用いて電子源を任意の位置にフォトリソグラフィープロセスを用いて形成することにより、自発光平面表示装置を実現可能としている。

しかしながら、カーボンナノチューブを電子源として用いた自発光平面表示装置においては、背面パネルと前面パネルと封止枠とを封止して表示パネルを形成する際、カーボンナノチューブの耐熱性が不十分であるため、大気中ではなく、アルゴンガス中で長時間熱処理する必要があり、プロセスの効率を低下させ、また、コスト高となるという課題を有している。

また、カーボンナノチューブを電子源とした自発光型平面表示装置においては、ゲート動作を低電圧で行うために電子源とゲート電極との間の距離を数μｍから数十μｍ程度の範囲に制御する必要がある。このためにフォトリソグラフィープロセスを適用する必要があり、低価格化への大きな障害となっていた。

したがって、本発明は、前述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ナノチューブを電子源として用いた自発光平面表示装置において、ナノチューブの耐熱性を向上させ、大気中でのパネル封止を実現可能とする自発光平面表示装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、パネル封止よりも高温度の熱処理プロセスに対する耐熱性を向上させ、パネルプロセスの大幅な簡略化とコスト低減とを実現可能とする自発光平面表示装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、耐環境性の高い電子源を実現することにより、電子源寿命を増大させることができる自発光平面表示装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、電子源構造を通常用いられる印刷法を用いて容易に且つ低価格で作製できる自発光平面表示装置の製造方法を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明による自発光平面表示装置は、硼素，窒素，炭素のうちの少なくとも二種類を構成元素として含有したナノチューブを電子源として用いる。

炭素以外に硼素や窒素を構成元素として含有したナノチューブは、平均的な結合エネルギーが通常のカーボンナノチューブに対して増加するために耐熱性が向上する。さらに、結合エネルギーが強いために電界による破壊が緩和され、電子放出の長寿命化が期待できる。

また、電気伝導性に関しては、通常のカーボンナノチューブがカイラリティによる金属または半導体的性質を示すのに対して、硼素と炭素または窒素と炭素との二元素により構成されるナノチューブは金属的性質を示す。また、硼素，窒素，炭素の三元素から構成されるナノチューブは半導体であり、硼素＋窒素の比率が大きくなるほどバンドギャップが大きくなる。

硼素と窒素とにより構成されたナノチューブは、大気中で約１０００℃程度の耐熱性が期待できる。しかしながら、硼素＋窒素ナノチューブは、チューブ径が約５ｎｍ以上ではバンドギャップエネルギーが２ｅＶ以上の半導体であり、電子源としては電気伝導性不足となる可能性がある。硼素＋窒素ナノチューブは、多層ナノチューブの最外層の保護層として有用であると考えられる。

これに対して硼素，窒素，炭素を構成元素として含有するナノチューブは、構成元素の比率により、耐熱性及び電気電導性の優れたナノチューブが実現可能であり、電子源として大いに期待できる。また、硼素と炭素または窒素と炭素とを構成元素として含有するナノチューブは、耐熱性及び電気電導性の優れたナノチューブが実現可能であり、電子源として大いに期待できる。すなわち、従来のカーボンナノチューブに比較して耐熱性に優れ、電気電導性に関しても遜色のないナノチューブを硼素，窒素，炭素を構成元素として含有するナノチューブにより実現することができる。

なお、本発明は、上記各構成及び後述する実施の形態に記載される構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明によれば、ナノチューブの耐熱性を大幅に向上させることができ、さらにはパネル封止よりも高温の熱処理プロセスに対する耐熱性を実現することができ、結果としてパネルプロセスの大幅な簡略化及びコスト低減に大きく貢献することができる。また、本発明によれば、電子源の寿命を大幅に向上させることができる等の極めて優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

まず、本発明の多層ナノチューブについて図１５を参照して説明する。図１５は、多層ナノチューブを模式的に示す拡大斜視図である。代表例として同心円上に開口径が径方向に沿って順次大きくなる４層のナノチューブＮＴ１，ＮＴ２，ＮＴ３，ＮＴ４からなる多層ナノチューブＮＴを示した。

通常の多層カーボンナノチューブは、炭素元素のみで構成されている。本発明では、第１の形体として、多層を形成する各層が硼素，窒素，炭素のうちの少なくとも二種類以上の元素から構成されており、硼素及び窒素の含有量が隣接の層に比較して最外層において最大であるものを電子源として用いる。

また、第２の形体として、硼素，窒素，炭素のうちの少なくとも二種類以上の元素から構成されており、硼素及び窒素の含有量が隣接の層に比較して最外層と最内層とにおいて最大であるものを電子源として用いる。なお、硼素及び窒素の含有量は最外層と最内層とで同じである必要はなく、何れかが大きくても良い。即ち、最外層と最内層との間で硼素及び窒素の含有量が極小となる層が構成された多層ナノチューブ層であれば良い。

また、第３の形体として、少なくとも最外層が硼素と窒素との二種類の元素から構成されたナノチューブ層であり、それ以外のそれぞれのナノチューブ層が硼素，窒素，炭素のうちの少なくとも一種類以上の元素から構成されているものを電子源として用いる。

また、第４の形体として、少なくとも最外層が硼素，窒素，炭素の三種類の元素から構成されたナノチューブ層であり、それ以外のそれぞれのナノチューブ層が硼素，窒素，炭素のうちの少なくとも一種類以上の元素から構成されているものを電子源として用いる。

第１の形体の例として、多層を形成する全ての層が硼素，窒素，炭素の三元素を含んでいる多層ナノチューブ、多層を形成する全ての層が硼素，炭素の二元素を含んでいる多層ナノチューブ、多層を形成する全ての層が窒素，炭素の二元素を含んでいる多層ナノチューブで硼素（Ｂ）及び窒素（Ｎ）の含有量が図１６に示すように最外層において最大であり、内側の層に行くほど、少なくなっている多層ナノチューブなどを用いることができる。

第２の形体の例として、多層を形成する全ての層が硼素，窒素，炭素の三元素を含んでいる多層ナノチューブ、多層を形成する全ての層が硼素，炭素の二元素を含んでいる多層ナノチューブ、多層を形成する全ての層が窒素，炭素の二元素を含んでいる多層ナノチューブで硼素（Ｂ）及び窒素（Ｎ）の含有量が、図１７に示すように最外層と最内層とにおいて最大であり、内部の層に行くほど、少なくなっている多層ナノチューブなどを用いることができる。

第３の形体の例として、最外層が硼素，窒素の二元素を含んでおり、それより内側のすべての層が硼素，窒素，炭素の三元素を含んでいる多層ナノチューブ、外層の二層が硼素，窒素の二元素を含んでおり、それより内側のすべての層が硼素，窒素、炭素の三元素を含んでいる多層ナノチューブ、最外層が硼素，窒素の二元素を含んでおり、それより内側のすべての層が炭素のみを含んでいる多層ナノチューブ、外層の二層が硼素，窒素の二元素を含んでおり、それより内側のすべての層が炭素のみを含んでいる多層ナノチューブなどを用いることができる。

第４の形体の例として、最外層が硼素，窒素，炭素の三元素を含んでおり、それより内側のすべての層が炭素のみを含んでいる多層ナノチューブ、外層の二層が硼素，窒素，炭素の三元素を含んでおり、それより内側のすべての層が炭素のみを含んでいる多層ナノチューブなどを用いることができる。

次に、本発明の多層ナノチューブの耐熱性向上について図１８を用いて説明する。従来の多層カーボンナノチューブとして、ＣＶＤ法で作製した１０層のもの、本発明の多層ナノチューブとして、全層が硼素，窒素，炭素の三元素を含むナノチューブを用いた。従来品は約３６０℃で燃焼開始し、約４７０℃で終了する。これに対して、本発明品は約７２０℃で燃焼開始し、約９３０℃で終了する。このように本発明では、従来に比べて燃焼開始温度で約３６０℃の耐熱性向上が見られた。

また、本発明の多層ナノチューブの電子放出寿命向上について、図１９を用いて説明する。従来の多層カーボンナノチューブとして、ＣＶＤ法で作製した１０層のもの、本発明の多層ナノチューブとして、全層が硼素，窒素，炭素の三元素を含むナノチューブを用いた。ナノチューブをペースト化し、約１ｍｍ角に印刷した後、約４５０℃真空中で熱処理して電子源とした。約１０ｍＡ／ｃｍ²の電流密度が得られるように電圧を調整し、その電圧を維持した場合の電流密度の時間劣化を測定した。

加速試験を行った結果を、実際の駆動条件に換算した寿命として横軸に示した。電流密度が約半分になる時間を寿命と定義すると、従来品の寿命は約２万５千時間である。これに対して本発明品は約５万時間以上の寿命があることが判明した。以上のように本発明により、長寿命の電子源を実現することができた。

図１及び図２は、本発明による自発光平面表示装置の実施例１の構成を説明する模式図であり、図１は、自発光平面表示装置を斜め上方から見た要部展開斜視図、図２は、自発光平面表示装置を斜め下方から見た要部展開斜視図である。こ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とが封止枠ＭＦＬを介して貼り合わせて構成される。

図３は、背面パネルＰＮＬ１を構成する背面基板ＳＵＢ１の内面側の要部平面図である。図３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とが形成されている。カソード電極ＣＬとゲート電極ＧＬとは、図示しない絶縁層を介して交差し、それぞれの交差部分にはナノチューブ電子源が形成されている。

電子源に電子を供給するカソード電極ＣＬは、各カソード電極を複数組に分割して各組毎のカソード電極がカソード電極バスラインに電気的に接続されている。また、ゲート電極ＧＬは、各ゲート電極が複数組に分割して各組毎のゲート電極をゲート電極バスラインに電気的に接続されている。カソード電極バスライン及びゲート電極バスラインのうちの一部分をそれぞれ選択することにより、指定された位置の電子源から電子を放出させる電子線群を構成している。

この背面基板ＳＵＢ１上に形成されたカソード電極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、ゲート信号により選択されたゲート電極ＧＬと交差するカソード電極ＣＬの電子源から電子線が放出される。

図４は、前面パネルＰＮＬ２を構成する前面基板ＳＵＢ２の内面側の要部平面図である。図４において、前面基板ＳＵＢ２の内面の表示領域には、図３に示す背面基板ＳＵＢ１に有する電子源の形成位置に合わせて赤色蛍光体層ＰＨＲ，緑色蛍光体層ＰＨＧ及び青色蛍光体層ＰＨＢがストライプ状に複数配列されて蛍光体層ＰＨが形成されている。なお、この蛍光体層ＰＨはドット状の配列でも良い。また、これらの各赤色蛍光体層ＰＨＲ，緑色蛍光体層ＰＨＧ及び青色蛍光体層ＰＨＢの相互間は、図示しないブラックマトリクス膜により区画され、これらの蛍光体層ＰＨ及びブラックマトリクス膜の背面の全面にはメタルバック膜が形成されている

さらに、この前面基板ＳＵＢ２の内面には、図４に示すように蛍光体層ＰＨの下層にアノード電極（陽極）ＡＤが形成されている。なお、アノード電極ＡＤを蛍光体層ＰＨの上層に形成することもできる。このアノード電極ＡＤには、図１に示す高電圧源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、アノード電極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ＰＨ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平面表示装置では、背面基板ＳＵＢ１に有する電子源と前面基板ＳＵＢ２の蛍光体層ＰＨとの間隔を所定値に保持させるために封止枠ＭＦＬの内部に薄いガラス板などからなる複数の間隔保持部材（隔壁またはスペーサとも称する）が所定の間隔で設置される。

図５は、背面パネルＰＮＬ１を構成する背面基板１の構成例を模式的に説明する平面図であり、図５（ａ）は全体構成図、図５（ｂ）は図５（ａ）の要部拡大平面図である。図５では、背面パネルＰＮＬを構成する背面基板ＳＵＢ１の内面には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とは図示しないが、絶縁層を介して交差し、各交差部分に前述したナノチューブを含有した電子源部ＥＭＳが形成される。

電子源に電子を供給するカソード電極ＣＬは、各カソード電極を複数組に分割して各組毎のカソード電極がカソード電極バスラインに電気的に接続されている。また、ゲート電極ＧＬは、各ゲート電極が複数組に分割して各組毎のゲート電極をゲート電極バスラインに電気的に接続される構造となっている。そして、カソード電極バスライン及びゲート電極バスラインのうちの一部分をそれぞれ選択することにより、指定された位置の電子源から電子を放出させる電子線群を構成している。

前述したナノチューブを含有した電子源部ＥＭＳは、前述したようにゲート電極ＧＬと、この下層の絶縁層（図示せず）を貫いた穴の底部に露出したカソード電極ＣＬ内に形成されている。個々の電子源部ＥＭＳ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、ゲート信号源Ｇからゲート信号（走査信号）が供給される。

図６は、前面パネルＰＮＬ２を構成する前面基板ＳＵＢ２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）の要部拡大平面図である。この前面パネルは、前面基板ＳＵＢ２の内面に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のストライプ状の各蛍光体層ＰＨＲ，ＰＨＧ，ＰＨＧ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体層ＰＨが成膜されて蛍光面が形成され、この蛍光面上に膜厚が数十ｎｍ乃至数百ｎｍに成膜されてアノード電極ＡＤが形成されている。

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とを混合したスラリーの塗布し、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法により、図５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、スラリー法を用いて赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のストライプ状の各蛍光体層ＰＨＲ，ＰＨＧ，ＰＨＢの繰り返しパターンを形成し、各蛍光体層ＰＨＲ，ＰＨＧ，ＰＨＢ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。また、ストライプ状の各蛍光体層ＰＨＲ，ＰＨＧ，ＰＨＢを形成した後、図示しないが、全面にアルミニウムを数十乃至数百ｎｍの厚さに蒸着してアノード電極ＡＤを形成する。

このようにして製作した前面パネルＰＮＬ２を図１に示すように封止枠ＭＦＬを介して前述した背面パネルＰＮＬ１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平面表示装置を完成する。なお、前面パネルＰＮＬ２と封止枠ＭＦＬと背面パネルＰＮＬ１と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法またはディスペンサー塗布法を用いて塗布し、約４５０°Ｃに加熱して溶融接着する。また、前面パネルＰＮＬ２と封止枠ＭＦＬと背面パネルＰＮＬ１とを封着した内部空間の真空引きは、前面パネルＰＮＬ２，封止枠ＭＦＬまたは背面パネルＰＮＬ１の何れか（通常は、背面パネルＰＮＬ１の表示領域外かつ封止枠ＭＦＬ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表示パネルが形成される。

このようにして製作した表示パネルにカソード電極ＣＬにカソード信号を、ゲート電極ＧＬにゲート信号をそれぞれ印加し、さらにアノード電極ＡＤにカソード電極ＣＬに対してプラスの加速電圧を印加することにより、所望の高品位の画像を表示させることができる。

次に本発明による自発光平面表示装置における電子源の構造例及びこの構造例を製造する製造プロセスについて図７乃至図１０に示す要部拡大斜視図を用いて説明する。なお、これらの図では電子源アレイのサブピクセルについて詳細に示す。

まず、図７に示すようにガラス板を好適とする背面基板ＳＵＢ１の表面に銀微粒子と、鉛ガラス粒子とをエチルセルロースに含有させた電極形成用銀ペーストをスクリーン印刷法によりストライプ状に塗布し、焼成してカソード電極ＣＬを形成する。この電極形成用銀ペーストは、平均粒径約０．５μｍの銀微粒子が約８０ｗｔ％と、平均粒径約０．５μｍの鉛ガラス粒子が約１０ｗｔ％と、エチルセルロースが約１０ｗｔ％とを混合させた組成からなり、この銀ペーストを用いることにより、カソード電極ＣＬの表面の凹凸の高低差を約０．５μｍ以下に抑えることができた。また、電極幅は約３０μｍ、隣接する図示しないストライプ状のカソード電極との間隔は約２４０μｍである。

このカソード電極ＣＬは、粒径約０．５μｍの銀微粒子と鉛ガラスとの混合物とから構成されており、エチルセルロースは焼成により消失され、鉛ガラス粒子は溶解される。このカソード電極ＣＬの膜厚は焼成後で約５μｍである。このようなカソード電極ＣＬのストライプ構造を１２８０×３本＝３８４０本形成する。

次に図８に示すようにこのカソード電極ＣＬの表面に前述した本発明の単層または多層ナノチューブと、このナノチューブの支持体としての粒径が約１μｍの銀微粒子とをエチルセルロースに含有させた銀ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、焼成して電子源層ＥＳＭを形成する。この銀ペーストには、ナノチューブとカソード電極ＣＬとの電気的コンタクトを良好にするために例えば金微粒子等の他の金属微粒子を混合することもできる。

次に、図９に示すようにカソード電極ＣＬ及び電子源層ＥＭＳが形成された背面基板ＳＵＢ１上にフリットガラスをスクリーン印刷法により塗布し、焼成して絶縁層ＩＮＳを形成する。この絶縁層ＩＮＳには、下層に形成したカソード電極ＣＬの電子源層ＥＭＳに対応する部分に電子源ホールＣＨＬ１が形成されている。この絶縁層ＩＮＳの膜厚は、焼成後で約５μｍである。この構成により、電子源ホールＣＨＬ１の内部には、カソード電極ＣＬ及びこのカソード電極ＣＬ上に形成された電子源層ＥＭＳが露出する構造となる。

次に、図１０に示すようにこの絶縁層ＩＮＳ上に銀微粒子をエチルセルロースに含有させた電極形成用銀ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、焼成してゲート電極ＧＬを形成する。このゲート電極ＧＬには、電子源層ＥＭＳに対応する部分に電子源ホールＣＨＬ１に連通する同一開口形状を有する上部電子源ホールＣＨＬ２が形成されている。このゲート電極ＧＬは平均粒径が約１μｍの銀微粒子で構成され、焼成後の膜厚は約５μｍである。このようなゲート電極ＧＬを７２０本形成する。

最後に上部電子源ホールＣＨＬ２内に露出している電子源層ＥＭＳの表面に対してナノチューブを起毛させるための表面処理を行う。この表面処理には、レーザ照射，プラズマ処理または機械的処理等の手法を用いることができる。このようにしてゲート動作可能なナノチューブ電子源構造を作製することができた。このような電子源構造においては、カソード電極ＣＬと、ゲート電極ＧＬと、電子源層ＥＭＳとが背面基板ＳＵＢ１のほぼ同一平面上に隣接して形成されることになる。

なお、本実施例では、カソード電極ＣＬ，ゲート電極ＧＬおよび電子源層ＥＭＳを銀で形成したが、必要な電気伝導性を有する如何なる金属またはその合金等を用いることも可能である。また、合金または金属多層膜を用いることも可能である。さらにカソード電極ＣＬ，電子源層ＥＭＳ及びゲート電極ＧＬの塗布は、スクリーン印刷法に限定されるものではなく、インクジェット法，他の特殊な印刷法または気相成長法等を用いることもできる。

図１１乃至図１４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及びこの構造例を製造する製造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電子源アレイのサブピクセルについて説明する。

まず、図１１に示すように、ガラス板を好適とする背面基板ＳＵＢ１の表面に銀微粒子及び鉛ガラス粒子を有機溶剤に含有させた電極形成用銀ペーストをスクリーン印刷法によりストライプ状に塗布し、焼成してカソード電極ＣＬとゲート電極ＧＬとを同時に形成する。したがって、このカソード電極ＣＬとゲート電極ＧＬとは、背面基板ＳＵＢ１上の同一平面上に形成される。この電極形成用銀ペーストは、平均粒径約０．５μｍの銀微粒子が約８０ｗｔ％と、平均粒径が約０．５μｍの硼珪酸ガラス粒子が約１０ｗｔ％と、ブチルカルビトールが約１０ｗｔ％とを混合した組成からなり、この銀ペーストを用いることにより、カソード電極ＣＬの表面の凹凸の高低差を約０．５μｍ以下に抑えることができた。このカソード電極ＣＬの幅は約３０μｍであり、隣接するストライプ状のカソード電極との間隔は約２４０μｍである。また、カソード電極ＣＬとゲート電極ＧＬとの間隔は約３０μｍである。

これらのカソード電極ＣＬ及びゲート電極ＧＬは、平均粒径が約０．５μｍの銀微粒子と、硼珪酸ガラスとの混合物とから構成されており、これらのカソード電極ＣＬ及びゲート電極ＧＬの膜厚は焼成後で約５μｍである。このようなカソード電極ＣＬのストライプ構造を１２８０×３本＝３８４０本形成する。

次に、図１２に示すようにこのカソード電極ＣＬの表面に前述した本発明の単層または多層ナノチューブと、このナノチューブの支持体としての粒径が約０．５μｍの銀微粒子とを有機溶剤に含有した銀ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、焼成して電子源層ＥＳＭを形成する。この銀ペーストには、ナノチューブとカソード電極ＣＬとの電気的コンタクトを良好にするために例えば金微粒子等の他の金属微粒子を混合することもできる。

次に、図１３に示すようにカソード電極ＣＬ及び電子源層ＥＭＳが形成された背面基板ＳＵＢ１上にフリットガラスをスクリーン印刷法により塗布し、焼成して絶縁層ＩＮＳを形成する。この絶縁層ＩＮＳには、カソード電極ＣＬ上に形成した電子源層ＥＭＳに対応する部分に電子源ホールＣＨＬと、ゲート電極ＧＬに連通するゲート電極コンタクトホールＧＨＬとが形成されている。この絶縁層ＩＮＳの膜厚は、焼成後で約５μｍである。この構成により、電子源ホールＣＨＬの内部には、カソード電極ＣＬ及びこのカソード電極ＣＬ上に形成された電子源層ＥＭＳが露出する構造となり、また、ゲート電極コンタクトホールＧＨＬの内部にはゲート電極ＧＬの端子部となる一部が露出する構造となる。

次に、図１４に示すようにこの絶縁層ＩＮＳ上の上記ゲート電極コンタクトホールＧＨＬに対応する部位に銀微粒子を有機溶剤に含有させた電極形成用銀ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、焼成して下部のゲート電極コンタクトホールＧＨＬを挿通してゲート電極ＧＬに電気的に接続されたゲート電極用バスラインＧＢＬを形成する。このゲート電極用バスラインＧＢＬは、平均粒径が約１μｍの銀微粒子で構成され、焼成後の膜厚は約５μｍである。このようなゲート電極用バスラインＧＢＬを７２０本形成する。

最後に、電子源ホールＣＨＬ内に露出している電子源層ＥＭＳの表面に対してナノチューブを起毛させるための表面処理を行う。この表面処理には、レーザ照射，プラズマ処理または機械的処理等の手法を用いることができる。このようにしてゲート動作可能なナノチューブ電子源構造を作製することができた。このような電子源構造においては、カソード電極ＣＬと、ゲート電極ＧＬと、電子源層ＥＭＳとが背面基板ＳＵＢ１の同一平面上に隣接して形成されることになる。

なお、本実施例では、カソード電極ＣＬ，ゲート電極ＧＬおよび電子源層ＥＭＳを銀で形成したが、必要な電気伝導性を有する如何なる金属も用いることも可能である。また、合金または金属多層膜を用いることも可能である。さらにカソード電極ＣＬ，電子源層ＥＭＳ及びゲート電極ＧＬの塗布は、スクリーン印刷法に限定されるものではなく、インクジェット法，他の特殊な印刷法または気相成長法等を用いることもできる。

このように構成された電子源構造は、ゲート電極ＧＬにカソード電極ＣＬに対して正または負の電圧を印加することにより、カソード電極ＣＬからのエミッションビームの広がり角度を制御することができる。

図２０は、本発明に係わ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２１は、図２０のＡ−Ａ’線に沿って切断した断面図である。図２０及び図２１において、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とを有し、カソード電極ＣＬとゲート電極ＧＬとの交差部分に前述した硼素及び窒素を構成元素として含んだ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、前述したようなアノード電極ＡＤと蛍光体層ＰＨとが形成されている。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との間にガラス板を好適とする間隔保持部材ＳＰＣを植立させている。図２１はこの間隔保持部材ＳＰＣに沿った断面なので、間隔保持部材ＳＰＣは図示を省略してある。

なお、背面パネルＳＵＢ１と前面パネルＰＮＬ２と封止枠ＭＦＬと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。

実施例１による自発光平面表示装置を斜め上方から見た要部展開斜視図である。 実施例１による自発光平面表示装置を斜め下方から見た要部展開斜視図である。 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要部平面図である。 実施例１における前面パネルの構成例を模式的に説明する要部平面図である。 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要部拡大平面図である。 実施例１における前面パネルの構成例を模式的に説明する要部平面図である。 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。 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図７に続く説明図である。 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図８に続く説明図である。 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図９に続く説明図である。 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。 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図１１に続く説明図である。 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１２に続く説明図である。 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図１３に続く説明図である。 本発明の自発光平面表示装置における多層ナノチューブの構成例を示す拡大斜視図である。 本発明の自発光平面表示装置における多層ナノチューブの硼素（Ｂ）及び窒素（Ｎ）の含有量の分布を示す図である。 本発明の自発光平面表示装置における多層ナノチューブの硼素（Ｂ）及び窒素（Ｎ）の含有量の分布を示す図である。 本発明の自発光平面表示装置における多層ナノチューブの耐熱性を示す図である。 本発明の自発光平面表示装置における多層ナノチューブの電子放出寿命を示す図である。 本発明によ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。 図２０のＡ−Ａ’線に沿って切断した断面図である。

符号の説明

ＰＮＬ１・・・背面パネル、ＰＮＬ２・・・前面パネル、ＳＵＢ１・・・背面基板、ＳＵＢ２・・・前面基板、ＭＦＬ・・・封止枠、ＳＰＣ・・・間隔保持部材、ＣＬ・・・カソード電極、ＣＬＴ・・・カソード電極引き出し線、ＧＬ・・・ゲート電極、ＧＬＴ・・・ゲート電極引き出し線、ＥＭＳ・・・電子源層、ＮＴ・・・ナノチューブ、ＮＴ１・・・ナノチューブ、ＮＴ２・・・ナノチューブ、ＮＴ３・・・ナノチューブ、ＮＴ４・・・ナノチューブ、ＩＮＳ・・・絶縁層、ＧＨＬ・・・ゲート電極コンタクトホール、ＧＢＬ・・・ゲート電極用バスライン、ＣＨＬ・・・電子源ホール、ＣＨＬ１・・・電子源ホール、ＣＨＬ２・・・電子源ホール、Ｓ・・・カソード信号源、Ｇ・・・ゲート信号源、ＰＨ・・・蛍光体層、ＡＤ・・・アノード電極、Ｅ・・・高電圧源。

Claims (5)

1. 第１の方向に延在し、前記第１の方向と交差する第２の方向に並設されて表面にナノチューブからなる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差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と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、
   前記ナノチューブが硼素，窒素，炭素のうちの少なくとも二種類の元素から構成される多層ナノチューブからなり、前記硼素及び窒素の含有量が最外層において最大であることを特徴とする自発光平面表示装置。
2. 第１の方向に延在し、前記第１の方向と交差する第２の方向に並設されて表面にナノチューブからなる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差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と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、
   前記ナノチューブが硼素，窒素，炭素のうちの少なくとも二種類の元素から構成される多層ナノチューブからなり、前記硼素及び窒素の含有量が最外層と最内層とにおいて最大であることを特徴とする自発光平面表示装置。
3. 第１の方向に延在し、前記第１の方向と交差する第２の方向に並設されて表面にナノチューブからなる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差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と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、
   前記ナノチューブが多層ナノチューブからなり、少なくとも最外層が硼素と窒素との二種類の元素から構成されたナノチューブ層であり、それ以外の各ナノチューブ層が硼素，窒素，炭素のうちの少なくとも一種類の元素から構成されたナノチューブ層であることを特徴とする自発光平面表示装置。
4. 第１の方向に延在し、前記第１の方向と交差する第２の方向に並設されて表面にナノチューブからなる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差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と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、
   前記ナノチューブが多層ナノチューブからなり、少なくとも最外層が硼素，窒素，炭素の三種類の元素から構成されたナノチューブ層であり、それ以外の各ナノチューブ層が硼素，窒素，炭素のうちの少なくとも一種類の元素から構成されたナノチューブ層であることを特徴とする自発光平面表示装置。
5. 前記電子源を構成する層がスクリーン印刷法により形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の自発光平面表示装置の製造方法。
   
   
   

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