JP2007027088A - フィールドエミッタの陰極及びその製造方法、並びに平面光源 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、フィールドエミッタの陰極及びその製造方法、並びに平面光源に関する。
【解決手段】本発明に係るフィールドエミッタの陰極は、陰極導電層と、該陰極導電層に形成した電子放出層と、を含む。本発明に係る平面光源は、前記フィールドエミッタの陰極と、陽極と、を含む。本発明はフィールドエミッタの陰極の製造方法も提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、フィールドエミッタの陰極及びその製造方法、並びに該フィールドエミッタの陰極を使用する平面光源に関する。

カーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ, ＣＮＴ）は、新型のカーボン材料であり、日本の研究員Ｉｉｊｉｍａによって１９９１年に発見された（非特許文献１を参照する）。カーボンナノチューブは良好な導電性能を有し、その先端の面積が理論的な最良の寸法に達するので、先端の面積が小さいほど局部の電界が集中するという理論により、カーボンナノチューブは現在最良のフィールドエミッタ材料の一種である。また、カーボンナノチューブは、超低の電子放出電圧で超高密度の電流を伝送でき、該電流が非常に安定であるので、フィールドエミッタディスプレイのフィールドエミッタ材料として利用される。現在、カーボンナノチューブを平面表示装置に利用する研究としては、例えば、文字や画像などの表示技術が注目され、また、例えば、液晶表示装置のバックライトの開発も進んでいる。特に、現在省エネルギー型光源には一般に水銀が利用されており、環境保護に不利であるので、カーボンナノチューブ・フィールドエミッタを光源として利用する研究が必要となる。

従来、複数のカーボンナノチューブを利用する平面光源は、陰極導電層と、この陰極導電層に形成した電子放出層と、陽極導電層と、この陽極導電層に形成した蛍光層と、を含む。前記蛍光層は前記電子放出層に対向して設置される。前記複数のカーボンナノチューブは移植方法によって前記陰極導電層に設置されて前記電子放出層の機能部分として利用される。しかし、前記複数のカーボンナノチューブはそれぞれ異なる方向に向いて、前記陰極導電層から離脱し易いので、光源の寿命が低減し、フィールドエミッタの電子放出性能が低くになる課題がある。
「Ｈｅｌｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｔｕｂｕｌｅｓ ｏｆ Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ Ｃａｒｂｏｎ」、Ｎａｔｕｒｅ、Ｓ．Ｉｉｊｉｍａ、１９９１年、第３５４巻、第５６頁

前記課題を解決するために、本発明は、フィールドエミッタの陰極及びその製造方法、並びにこのフィールドエミッタの陰極を利用する平面光源を提供する。

本発明に係るフィールドエミッタの陰極は、陰極導電層と、該陰極導電層に形成した電子放出層と、を含む。前記電子放出層は、カーボンナノチューブ、低融点のガラス、導電性の金属粒子などを含む。

本発明に係るフィールドエミッタの陰極の製造方法は、次の工程を含む。陰極導電層を準備する。カーボンナノチューブ、導電性の金属粒子、低融点のガラス、有機基材などを混合させてペーストを形成する。このペーストを前記陰極導電層に塗布して電子放出層を形成した後、乾燥させて焼結するように加工を行う。最後に、前記電子放出層の表面に対して研磨加工する。

本発明に係る平面光源は、フィールドエミッタの陰極と、陽極と、を含む。前記フィールドエミッタの陰極は、陰極導電層及びこの陰極導電層に形成した電子放出層を有する。前記陽極は、陽極導電層及びこの陽極導電層に形成した蛍光層を有する。前記蛍光層は前記電子放出層に対向して設置される。前記電子放出層は、カーボンナノチューブ、低融点のガラス、導電性の金属粒子からなる。

従来技術と比べて、本発明に係るフィールドエミッタの陰極は次の優れた点がある。シルク印刷方法で電子放出層を製造することにより、製造工程が減少し、コストを低下することができる。前記製造工程に形成されたペーストには低融点のガラスを混入するので、焼結加工によってカーボンナノチューブと陰極導電層とを密着させ、前記フィールドエミッタの陰極の寿命を延長することができる。さらに、前記電子放出層を研磨して、カーボンナノチューブの端部を外部に突出させ、同一の方向へ向けるように形成することにより、カーボンナノチューブのエミッタ性能を高める。本発明に係るフィールドエミッタを利用する平面光源は、コストが低下し、使用寿命が長くなる。

以下、図面を参照して本発明の実施例について詳しく説明する。

（実施例１）
図１及び図２を参照して、本実施例に係るフィールドエミッタの陰極２１４は、陰極導電層２０７及び電子放出層２０６を有する。

前記電子放出層２０６は、カーボンナノチューブ２１１、低融点ガラス２１２、導電性の金属粒子２１３を含む。前記カーボンナノチューブ２１１の長さは５〜１５μｍに設定されることが好ましい。前記カーボンナノチューブ２１１の長さは５μｍより短くなる場合、電子放出性能が低くなり、前記カーボンナノチューブ２１１の長さは１５μｍより長くなる場合、損傷が容易に生じる。融点が４００℃〜５００℃である前記低融点ガラス２１２を利用するので、前記カーボンナノチューブ２１１と前記陰極導電層２０７とが密着され、前記フィールドエミッタ２１４の寿命が長くなる。前記導電の金属粒子２１３はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）又は銀からなるので、前記カーボンナノチューブ２１１と前記陰極導電層２０７とは電気的に接続することができる。前記陰極導電層２０７は透明的な、導電のＩＴＯからなる。

（実施例２）
本発明の実施例２に、前記実施例１に係るフィールドエミッタの陰極２１４の製造方法を提供する。前記フィールドエミッタの陰極２１４の製造方法は、前記陰極導電層２０７を準備する段階と、前記カーボンナノチューブ２１１、低融点ガラス２１２、導電性の金属粒子２１３及び有機基材を混合させてペーストを形成する段階と、前記ペーストを前記陰極導電層２０７に塗布して前記電子放出層２０６を形成する段階と、前記電子放出層２０６を形成した前記陰極導電層２０７を乾燥させて焼結するように加工を行う段階と、を含む。

本実施例において、前記ペーストは、５〜１５ｗｔ％のカーボンナノチューブ２１１と、１０〜２０ｗｔ％の導電性金属粒子２１３と、５ｗｔ％の低融点のガラス２１２と、６０〜８０ｗｔ％の有機基材と、からなる。前記導電の金属粒子２１３は、ＩＴＯ又は銀からなる。前記有機基材は、主要成分であるエチルセルロース（Ｅｔｈｙｌ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）と、少量の安定剤であるテルピネオール（Ｔｅｒｐｉｎｅｏｌ）、可塑剤であるフタル酸ジ-ｎ-ブチル（Ｄｉ−ｎ−ｂｕｔｙｌ ｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＤＢＰ）を混合して、超音波発振の方法でかき混ぜて得られるものである。

化学気相堆積法、アーク放電法、レーザ蒸着法などによって得られたものには他の不純物を含むので、さらに遠心清澄法で高純度のカーボンナノチューブ２１１を抜き出して、長さが５〜１５μｍのカーボンナノチューブを選定する。

シルク印刷方法を前記塗布方法として利用する場合、前記ペーストに可塑剤であるフタル酸ジ-ｎ-ブチルを混合することにより、製品の質量を高め、コストを低減することができる。

前記電子放出層２０６を形成した前記陰極導電層２０７を乾燥させる工程により、前記電子放出層２０の有機基材を除去する。次の焼結工程により、前記低融点のガラス２１２を溶融させ、前記カーボンナノチューブ２１１及び前記陰極導電層２０７を密着させる。さらに、前記導電性の金属粒子２１３によって前記カーボンナノチューブ２１１と前記陰極導電層２０７とは電気的に接続されることができる。前記陰極導電層２０７は融点が前記低融点のガラス２１２より高い材料からなる。さらに、前記フィールドエミッタの陰極２１４の電子放出性能を高めるために、前記乾燥工程及び前記焼結工程を行った後、前記電子放出層２０６の表面に対して研磨加工して、前記カーボンナノチューブ２１１が前記研磨加工による静電で端部が突出し、且つ同一の方向に向くので、前記フィールドエミッタの陰極２１４の電子放出性能を高めることができる。

（実施例３）
図３を参照して、本実施例に係る平面光源２０は、陰極基板２０８と、フィールドエミッタの陰極２１４と、陽極基板２０１と、陽極２１５と、密封部２０５と、を含む。

前記実施例１に係る前記フィールドエミッタの陰極２１４を平面光源２０の内部に向かせて前記陰極基板２０８に設置する。前記陰極基板２０８は透明的なガラスからなる。

前記陽極２１５は、前記平面光源２０の内部に向いて前記陽極基板２０１に設置され、陽極導電層２０２及び蛍光層２０３を含む。前記蛍光層２０３は前記電子放出層２０６と所定の距離で対向するように設置される。前記蛍光層２０３は、光電変換効率が高く、電圧が低く、発光時間が長い蛍光材料からなる。実際の条件により、前記蛍光層２０３の発光色を変換して、前記平面光源２０から白光又は色鮮やかな光を放出させる。前記陽極基板２０１は透明的なガラス、前記陽極導電層２０２は透明的な導電性のＩＴＯからなるので、光の射出に有利する。

前記平面光源２０の発光輝度を高めるために、前記平面光源２０の内部に向いて前記蛍光層２０３にアルミ膜２０４をさらに設置する。前記アルミ膜２０４は非常に薄く、本実施例に１μｍ程度に設定されるので、電子（図示せず）は高速に前記電子放出層２０６から放出されると、前記アルミ膜２０４に容易に透過し、前記蛍光層２０３に働突し、前記蛍光層２０３を発光させてスポットを形成する。前記アルミ膜２０４は内反射の特性を有するので、前記スポットの輝度を高め、前記平面光源２０の発光輝度を高める。また、前記アルミ膜２０４は、熱放出などの特性を有する。

密封部２０５を利用して前記陰極基板２０８及び前記陽極基板２０１の周辺を密封して、密封の空間を形成する。前記密封部２０５が前記平面光源２０の内部に対向する側に、非蒸発型ゲッターポンプ（ＮＥＧ）２１０を設置する。この非蒸発型ゲッターポンプ２１０は前記平面光源２０を所定の真空環境に動作し、前記平面光源２０の使用寿命を延長するために設置される。

また、前記平面光源２０の内部に所定の真空環境を形成するので、寸法が異なる光源は外部の大気圧に耐えて安定に作業するために、前記平面光源２０の中に支持棒２０９を設置する。前記支持棒２０９は透明的な堅固の材料からなることが好ましい。また、前記支持棒２０９の寸法は実際の条件によって設定される。

従来技術と比べて、本実施例に係るフィールドエミッタの陰極２１４は次の優れた点がある。シルク印刷方法で電子放出層２０６を製造することにより、製造工程を減少し、コストを低減することができる。前記製造工程のペーストには低融点のガラス２１２を混入するので、焼結加工によってカーボンナノチューブ２１１と陰極導電層２０７と密着させ、前記フィールドエミッタの陰極２１４の寿命を延長することができる。さらに前記電子放出層２０６を研磨してカーボンナノチューブ２１１の高さ及び成長方向を同一にさせるので、カーボンナノチューブ２１１のエミッタ性能を高めることができる。本発明に係るフィールドエミッタを利用する平面光源２０は、コストが低下し、使用寿命が長くなる。

本発明の実施例１に係るフィールドエミッタの陰極の断面図である。 本発明の実施例１に係るフィールドエミッタのＡ部の拡大図である。 本発明の実施例３に係る平面光源の断面図である。

符号の説明

２０ 平面光源
２０１ 陰極基板
２０２ 陽極導電層
２０３ 蛍光層
２０４ アルミ膜
２０５ 密封部
２０６ 電子放出層
２０７ 陰極導電層
２０８ 陰極基板
２０９ 支持棒
２１０ 非蒸発型ゲッターポンプ
２１１ カーボンナノチューブ
２１２ ガラス
２１３ 導電の金属粒子
２１４ フィールドエミッタの陰極
２１５ 陽極

Claims (8)

1. 陰極導電層と、該陰極導電層に形成した電子放出層と、を含むフィールドエミッタの陰極において、
   前記電子放出層は、カーボンナノチューブ、低融点のガラス、導電性の金属粒子を有することを特徴とするフィールドエミッタの陰極。
2. 前記導電性の金属粒子は、ＩＴＯ又は銀からなることを特徴とする、請求項１に記載のフィールドエミッタの陰極。
3. 前記カーボンナノチューブの長さは５〜１５μｍに設定されることを特徴とする、請求項１に記載のフィールドエミッタの陰極。
4. 陰極導電層を準備する段階と、
   カーボンナノチューブ、導電の金属粒子、低融点のガラス、有機基材をペーストに形成する段階と、
   前記ペーストを前記陰極導電層に塗布して電子放出層を形成した後、乾燥させて焼結するように加工を行う段階と、
   を含むことを特徴とするフィールドエミッタの陰極の製造方法。
5. 前記乾燥及び焼結加工を行った後、前記電子放出層に対して研磨加工することを特徴とする、請求項４に記載のフィールドエミッタの陰極の製造方法。
6. 前記ペーストは、５〜１５ｗｔ％のカーボンナノチューブと、１０〜２０ｗｔ％の導電性金属粒子と、５ｗｔ％の低融点のガラスと、６０〜８０ｗｔ％の有機基材と、からなることを特徴とする、請求項４に記載のフィールドエミッタの陰極の製造方法。
7. 前記カーボンナノチューブの長さは５〜１５μｍに設定されることを特徴とする、請求項４又は６に記載のフィールドエミッタの陰極の製造方法。
8. 請求項１〜３の何れか一項に記載のフィールドエミッタの陰極と、
   陽極導電層及び該陽極導電層に形成した蛍光層を有し、前記蛍光層が前記電子放出層に対向して設置された陽極と、を含むことを特徴とする平面光源。

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