JP2007087643A - Manufacturing method of electron emission source, and electron emission source manufactured by the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of an electron emission source prevented from unevenness of brightness. <P>SOLUTION: First, only a plurality of glass particles having diameter within a prescribed range are taken out from that having variation of diameter. The plurality of glass particles are mixed in carbon nano-tube paste. On the carbon nano-tube paste, proportion of content, particle diameter, and degree of scatter of the plurality of glass particles are settled so that the glass particles are not combined into one body at heat treatment. The carbon nano-particles are heated on a cathode layer. At this time, heat treatment is applied in such a condition that only few glass particle out of the plurality of glass particles included in lowermost layer adheres to the cathode layer 2. As a result, since the few glass particles are almost uniformly scattered on the cathode layer 2, also bundles 33 of the plurality of carbon nano-tubes 3 are uniformly scattered. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、カーボンナノチューブを有する電子放出源の製造方法およびそれにより製造された電子放出源に関するものである。   The present invention relates to a method for producing an electron emission source having carbon nanotubes and an electron emission source produced thereby.

近年、電界放出ディスプレイ(FED:Field Emission Display)などの薄型パネル表示装置の電子放出源として、カーボンナノチューブを有する電子放出源が提案されている。カーボンナノチューブは、アスペクト比が大きいため、その先端に電界集中が生じ易い。その結果、電子放出源は、低い印加電圧で効率よく電子を放出する。つまり、カーボンナノチューブを有する電子放出源は、良好な電界放出特性を有している。このようなカーボンナノチューブを有する電子放出源の一例が、特開2003―168355号公報に開示されている。   In recent years, electron emission sources having carbon nanotubes have been proposed as electron emission sources for thin panel display devices such as field emission displays (FEDs). Since the carbon nanotube has a large aspect ratio, electric field concentration tends to occur at the tip thereof. As a result, the electron emission source efficiently emits electrons with a low applied voltage. That is, an electron emission source having carbon nanotubes has good field emission characteristics. An example of an electron emission source having such a carbon nanotube is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-168355.

また、電子放出源を構成するカーボンナノチューブの起立形状および電界放出の効率について様々な研究が行なわれている。たとえば、Applied Physics Letters vol.80 number11 P2011-2013 ”Field emission from dense, sparse, and pattered arrays of carbon nanofibers”には、電界放出を良好に行なわせ、輝度むらが生じないディスプレイを製造するためには、カソード層上に起立した複数のカーボンナノチューブを分散して配置することが重要であることが開示されている。
特開2003−168355号公報 Applied Physics Letters vol.80 number11 P2011-2013 ”Field emission from dense, sparse, and pattered arrays of carbon nanofibers”
Various studies have been conducted on the standing shape of carbon nanotubes constituting the electron emission source and the efficiency of field emission. For example, Applied Physics Letters vol.80 number11 P2011-2013 “Field emission from dense, sparse, and pattered arrays of carbon nanofibers” can be used to produce a display with good field emission and no uneven brightness. It is disclosed that it is important to disperse and dispose a plurality of carbon nanotubes standing on the cathode layer.
JP 2003-168355 A Applied Physics Letters vol.80 number11 P2011-2013 ”Field emission from dense, sparse, and pattered arrays of carbon nanofibers”

上記従来の電子放出源は、有効な輝点数が少ないため、輝度むらが発生するという欠点を有している。このような輝度むらは、複数のカーボンナノチューブの先端部の高さにむらが存在することに起因して、複数のカーボンナノチューブに同一の電圧が印加されても、電子を放出するものと、電子を放出しないものとがあるために生じていると考えられる。また、いくらかのカーボンナノチューブが局所的に偏って設けられていることも、輝度むらの発生の原因であると考えられる。   The conventional electron emission source has a drawback that uneven luminance occurs because the number of effective bright spots is small. Such brightness unevenness is due to the presence of unevenness in the heights of the tips of the plurality of carbon nanotubes, and even when the same voltage is applied to the plurality of carbon nanotubes, This is thought to be caused by the fact that some of them do not release. In addition, it is considered that some of the carbon nanotubes are locally biased, which is a cause of uneven brightness.

より具体的には、印刷法またはスプレー法などのように、他の場所で作成されたカーボンナノチューブ材料をガラス基板上に膜状に塗布する方法が用いられる場合には、複数のカーボンナノチューブの起立部を均等に分散して配置することは容易ではない。したがって、印刷法またはスプレー法などを用いて作成された電子放出源が用いられた表示装置においては輝度むらが生じてしまう。   More specifically, when a method of coating a carbon nanotube material prepared in another place in a film shape on a glass substrate, such as a printing method or a spray method, is used, a plurality of carbon nanotubes are raised. It is not easy to distribute the parts evenly. Therefore, uneven brightness occurs in a display device using an electron emission source created by a printing method or a spray method.

また、特開2003−168355号公報に開示されているように、複数のカーボンナノチューブに付着したテープを引き剥がす処理によって複数のカーボンナノチューブを起立させる場合にも、複数のカーボンナノチューブを均等に分散して配置することは容易ではない。したがって、この場合においても、輝度むらが生じてしまう。   Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-168355, even when a plurality of carbon nanotubes are erected by a process of peeling a tape attached to the plurality of carbon nanotubes, the plurality of carbon nanotubes are evenly dispersed. It is not easy to arrange. Therefore, even in this case, luminance unevenness occurs.

本発明は、上述の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、輝度むらの発生が防止された電子放出源の製造方法およびそれにより製造された電子放出源を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an electron emission source manufacturing method in which the occurrence of uneven brightness is prevented and an electron emission source manufactured thereby.

本発明の電子放出源の製造方法においては、まず、複数のガラス粒子および複数のカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブペーストが準備される。次に、カーボンナノチューブペーストがカソード層に付着される。その後、カーボンナノチューブペーストを加熱して複数のガラス粒子が溶融した複数の液滴が形成される。次に、複数の液滴が硬化してカソード層に固着したカーボンナノチューブ層が形成される。その後、カーボンナノチューブ層の上層部が引き剥がし処理を用いて除去される。   In the method for manufacturing an electron emission source according to the present invention, first, a carbon nanotube paste including a plurality of glass particles and a plurality of carbon nanotubes is prepared. Next, a carbon nanotube paste is attached to the cathode layer. Thereafter, the carbon nanotube paste is heated to form a plurality of droplets in which a plurality of glass particles are melted. Next, a carbon nanotube layer in which a plurality of droplets are cured and fixed to the cathode layer is formed. Thereafter, the upper layer portion of the carbon nanotube layer is removed using a peeling process.

前述のカーボンナノチューブペーストに関しては、前述の加熱するステップにおいてガラス粒子同士が一体化しない程度に、複数のガラス粒子の割合、粒径、および分散度が設定されている。また、加熱するステップの温度および時間は、複数のガラス粒子のうちの最下層に位置するいくつかのガラス粒子のみがカソード層に固着するように設定されている。また、引き剥がし処理においては、カソード層に固着したいくつかのガラス粒子よりも上側に位置するガラス粒子が除去されるとともに、複数カーボンナノチューブが起立させられる。   Regarding the carbon nanotube paste described above, the ratio, particle size, and dispersity of the plurality of glass particles are set to such an extent that the glass particles are not integrated in the heating step. Further, the temperature and time of the heating step are set so that only some of the glass particles located in the lowermost layer among the plurality of glass particles adhere to the cathode layer. Further, in the peeling process, glass particles located above some glass particles fixed to the cathode layer are removed and a plurality of carbon nanotubes are erected.

上記の製法によれば、カソード層に固着したいくつかのガラス粒子は、カソード層上においてほぼ均等に分散して配置される。そのため、残存するカーボンナノチューブ層から延びる複数のカーボンナノチューブの束も、均等に分散して配置され、複数のカーボンナノチューブの束のそれぞれの先端では電界集中が生じ易くなっている。つまり、個々の発光点が均等に分散された発光点群が形成される。したがって、発光点群の輝度のばらつきが改善される。   According to the above-mentioned manufacturing method, some glass particles fixed to the cathode layer are arranged almost uniformly on the cathode layer. Therefore, a plurality of bundles of carbon nanotubes extending from the remaining carbon nanotube layer are also uniformly distributed, and electric field concentration tends to occur at the respective tips of the plurality of bundles of carbon nanotubes. That is, a light emission point group in which individual light emission points are evenly dispersed is formed. Therefore, the variation in luminance of the light emitting point group is improved.

上記の電子放出源の製造方法により、次の電子放出源が得られる。
本発明の一の局面の電子放出源は、カソード層と、カソード層上に均等に分散して配置され、カソード層に固着した複数のガラス部と、カソード層中に複数のガラス部が露出するように複数のガラス部同士の間の領域に形成されたカーボンナノチューブ層と、カーボンナノチューブ層の全面にわたって均等に分散して配置され、カーボンナノチューブ層から上方に向かって延びる複数のカーボンナノチューブとを備えている。
The following electron emission source can be obtained by the above method for manufacturing an electron emission source.
An electron emission source according to one aspect of the present invention is provided with a cathode layer, a plurality of glass portions that are uniformly distributed on the cathode layer, and a plurality of glass portions that are fixed to the cathode layer, and a plurality of glass portions that are exposed in the cathode layer. The carbon nanotube layer formed in a region between a plurality of glass parts, and a plurality of carbon nanotubes that are uniformly distributed over the entire surface of the carbon nanotube layer and extend upward from the carbon nanotube layer ing.

本発明の他の局面の電子放出源は、カソード層と、カソード層上に均等に分散して配置され、カソード層に固着した複数のガラス部と、複数のガラス部およびカソード層を覆うように形成されたカーボンナノチューブ層と、カーボンナノチューブ層の全面にわたって均等に分散して配置され、カーボンナノチューブ層から上方に向かって延びる複数のカーボンナノチューブとを備えている。   An electron emission source according to another aspect of the present invention is disposed so as to cover the cathode layer, the plurality of glass portions that are uniformly distributed on the cathode layer, and fixed to the cathode layer, and the plurality of glass portions and the cathode layer. The formed carbon nanotube layer includes a plurality of carbon nanotubes that are uniformly distributed over the entire surface of the carbon nanotube layer and extend upward from the carbon nanotube layer.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の電子放出源の製造方法を説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1の電子放出源の製造方法により製造された電子放出源を示す図である。図1に示すように、本実施の形態の電子放出源は、ガラス基板1と、ガラス基板1上に形成されたカソード層6とを備えている。カソード層6上には、複数のフリットガラス部4が均等に分散して配置されている。複数のフリットガラス部4同士の間には、カーボンナノチューブ層2が存在している。ガラス基板1の主表面に対してほぼ垂直な方向に沿って、カーボンナノチューブ層2から複数のカーボンナノチューブ3の束33が延びている。なお、複数のフリットガラス部4の上部は、カーボンナノチューブ層2から露出している。
Hereinafter, a method for manufacturing an electron emission source according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing an electron emission source manufactured by the method for manufacturing an electron emission source according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the electron emission source of the present embodiment includes a glass substrate 1 and a cathode layer 6 formed on the glass substrate 1. On the cathode layer 6, a plurality of frit glass portions 4 are arranged evenly dispersed. A carbon nanotube layer 2 exists between the frit glass portions 4. A bundle 33 of a plurality of carbon nanotubes 3 extends from the carbon nanotube layer 2 along a direction substantially perpendicular to the main surface of the glass substrate 1. Note that the upper portions of the plurality of frit glass portions 4 are exposed from the carbon nanotube layer 2.

また、複数の束33は、カソード層6上において均等に分散して配置されている。それにより、束33を構成する複数のカーボンナノチューブ3の先端で電界集中による電界放出が生じ易くなっている。そのため、電子放出源の有効な輝点数が増加するとともに、複数のカーボンナノチューブ3の電界放出の態様がカソード層6に沿ってほぼ均一になっている。その結果、輝度むらの発生が防止されている。   In addition, the plurality of bundles 33 are arranged evenly distributed on the cathode layer 6. Thereby, field emission due to electric field concentration tends to occur at the tips of the plurality of carbon nanotubes 3 constituting the bundle 33. Therefore, the number of effective bright spots of the electron emission source is increased, and the field emission mode of the plurality of carbon nanotubes 3 is substantially uniform along the cathode layer 6. As a result, the occurrence of uneven brightness is prevented.

図2は、本発明の実施の形態1の他の例の電子放出源を示す図である。図2に示すように、本実施の形態の他の例の電子放出源は、ガラス基板1と、ガラス基板1上に形成されたカソード層6を備えている。カソード層6上には、複数のフリットガラス部4が、均一に分散して配置されている。また、複数のフリットガラス部4を完全に覆うとともに、複数のフリットガラス部4の間の領域のカソード層6の主表面を覆うように、カーボンナノチューブ層2が形成されている。ガラス基板1の主表面に対してほぼ垂直な方向に沿って、カーボンナノチューブ層2の主表面から複数のカーボンナノチューブ3の束33が延びている。複数のフリットガラス部4の上方に位置するカーボンナノチューブ層2から延びる束33のみに着目すると、それらの束33は、カソード層6上において、均等に分散して配置されている。したがって、図2に示す他の例の電子放出源によっても、図1に示す電子放出源によって得られる効果と同様の効果を得ることができる。   FIG. 2 is a diagram showing another example of the electron emission source according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the electron emission source of another example of the present embodiment includes a glass substrate 1 and a cathode layer 6 formed on the glass substrate 1. On the cathode layer 6, a plurality of frit glass portions 4 are arranged uniformly dispersed. The carbon nanotube layer 2 is formed so as to completely cover the plurality of frit glass portions 4 and to cover the main surface of the cathode layer 6 in a region between the plurality of frit glass portions 4. A bundle 33 of carbon nanotubes 3 extends from the main surface of the carbon nanotube layer 2 along a direction substantially perpendicular to the main surface of the glass substrate 1. Focusing only on the bundle 33 extending from the carbon nanotube layer 2 positioned above the plurality of frit glass portions 4, the bundle 33 is arranged on the cathode layer 6 so as to be evenly dispersed. Therefore, the same effect as that obtained by the electron emission source shown in FIG. 1 can be obtained by the electron emission source of another example shown in FIG.

次に、本実施の形態の電子放出源の製造方法を説明する。
本実施の形態の電子放出源の製造方法においては、まず、粒径が揃っているフリットガラス粉体が含有されたペーストが作成される。そのために、フリットガラスの微粒子粉末が準備される。次に、溶媒を用いて、ボールミルによってフリットガラスの微粒粉末の粉砕が行なわれる。ただし、ボールミルの代わりに、ビーズミルが用いられてもよい。
Next, a method for manufacturing the electron emission source of the present embodiment will be described.
In the method for manufacturing an electron emission source according to the present embodiment, first, a paste containing a frit glass powder having a uniform particle size is prepared. For this purpose, a fine particle powder of frit glass is prepared. Next, the fine powder of the frit glass is pulverized by a ball mill using a solvent. However, a bead mill may be used instead of the ball mill.

また、溶剤としてはターピネオールが用いられる。50gのターピネオールに20gの低融点ビスマスガラスが加えられた後、超音波ホモジナイザー(600W)を用いて、ビスマスガラスが溶剤中に分散される。超音波ホモジナイザーは、長時間使用すれば、溶剤の温度が上昇してしまうため、約10分間程度使用される。前述の工程によって、溶剤中にビスマスガラスが分散したスラリーが得られる。   Further, terpineol is used as the solvent. After adding 20 g of low melting point bismuth glass to 50 g of terpineol, the bismuth glass is dispersed in the solvent using an ultrasonic homogenizer (600 W). The ultrasonic homogenizer is used for about 10 minutes because the temperature of the solvent rises if used for a long time. By the above process, a slurry in which bismuth glass is dispersed in a solvent is obtained.

次に、スラリーがボールミルの容器に移される。その後、ボールミルの容器内のスラリーに10gのジルコニアボール(径3mm)が加えられる。次に、ボール容器内のスラリーにさらに20gの溶剤が加えられる。その後、ボールミル粉砕が実行される。このとき、粉砕効率を向上させるために、遊星ボールミルが用いられる。   The slurry is then transferred to a ball mill container. Thereafter, 10 g of zirconia balls (diameter 3 mm) are added to the slurry in the ball mill container. Next, an additional 20 g of solvent is added to the slurry in the ball container. Thereafter, ball milling is performed. At this time, a planetary ball mill is used to improve the grinding efficiency.

ボールミル粉砕工程においては、ビスマスガラスの粒径を制御するために、所定時間ごとに、ビスマスガラスの粒径が測定される。その測定によって、ビスマスガラスの平均粒径が所望の範囲内の値になったことが確認されれば、ボールミル粉砕を終了する。   In the ball mill pulverization step, the particle size of the bismuth glass is measured every predetermined time in order to control the particle size of the bismuth glass. If it is confirmed by the measurement that the average particle diameter of the bismuth glass has reached a value within the desired range, the ball milling is finished.

次に、遠心分離機を用いて、前述のビスマスガラスを含むスラリーの分級が実行される。分級においては、まず、比較的高い速度で遠心分離機が回転し、スラリー全体が沈みきらないうちに、スラリーの上澄み液がスラリーから除去される。それにより、比較的粒径が小さい粒径のフリットガラス粒子がスラリーから除去される。次に、比較的低い速度で遠心分離機が回転し、速く沈んだフリットガラスがスラリーから除去される。それにより、比較的粒径が大きい粒径のフリットガラス粒子がスラリーから除去される。その結果、フリットガラスの粒径の幅は狭くなる。なお、フリットガラスの平均粒径は、10μm程度から1μm以下になる。   Next, classification of the slurry containing the bismuth glass is performed using a centrifuge. In the classification, first, the centrifuge is rotated at a relatively high speed, and the supernatant liquid of the slurry is removed from the slurry before the entire slurry is completely submerged. Thereby, the frit glass particles having a relatively small particle size are removed from the slurry. Next, the centrifuge rotates at a relatively low speed, and the fast-sunk frit glass is removed from the slurry. Thereby, the frit glass particles having a relatively large particle size are removed from the slurry. As a result, the width of the particle size of the frit glass is narrowed. The average particle size of the frit glass is about 10 μm to 1 μm or less.

前述のような方法で、粒度分布の幅が狭いフリットガラス粉子が作成され、このフリットガラス粉子がカーボンナノチューブペーストに含められる。   By the method as described above, a frit glass powder having a narrow particle size distribution is prepared, and this frit glass powder is included in the carbon nanotube paste.

次に、カーボンナノチューブペーストの作成方法を説明する。
カーボンナノチューブペーストには、カーボンナノチューブのほかに、カーボンナノチューブの分散性を向上させるための分散剤、カーボンナノチューブをカソード層に固定させるための前述のフリットガラス紛、および、導電性を向上させるための導電性材料粉末などが混入されている。導電性材料粉末は、たとえば、銀の粉末またはITOの粉末である。なお、分散剤および導電性材料粉末はカーボンナノチューブペースト中に混入されない場合もある。
Next, a method for producing a carbon nanotube paste will be described.
In addition to the carbon nanotubes, the carbon nanotube paste includes a dispersant for improving the dispersibility of the carbon nanotubes, the above-mentioned frit glass powder for fixing the carbon nanotubes to the cathode layer, and for improving the conductivity. Conductive material powder is mixed. The conductive material powder is, for example, silver powder or ITO powder. The dispersant and the conductive material powder may not be mixed in the carbon nanotube paste.

さらに、カーボンナノチューブペースト全体を溶解するための有機溶媒、および、カーボンナノチューブペーストの粘度を調整するための樹脂材料などが加えられ、スクリーン印刷用カーボンナノチューブペーストが完成する。   Furthermore, an organic solvent for dissolving the entire carbon nanotube paste, a resin material for adjusting the viscosity of the carbon nanotube paste, and the like are added to complete the carbon nanotube paste for screen printing.

本実施の形態においては、カーボンナノチューブ層を形成する方法として、スクリーン印刷法が用いられるが、その代わりに、スプレーコーターまたはインクジェットスピンコートなどが用いられてもよい。また、カーボンナノチューブ層のパターン形成のために、フォトリソグラフィが用いられる。   In the present embodiment, a screen printing method is used as a method of forming the carbon nanotube layer, but instead, a spray coater or an ink jet spin coat may be used. Also, photolithography is used for pattern formation of the carbon nanotube layer.

また、カーボンナノチューブの種類としては、SWCNT(Single-Walled Carbon Nanotube)、DWCNT(Double-Walled Carbon Nanotube)またはMWCNT(Multi-Walled Carbon Nanotube)等がある。これらのカーボンナノチューブの径は、10nm以下から50nm以上まで、かなり広い幅を有している。また、カーボンナノチューブの性状は、表面状態、結晶性、精製度、および製造方法等によって異なる。   Examples of the carbon nanotube include SWCNT (Single-Walled Carbon Nanotube), DWCNT (Double-Walled Carbon Nanotube), and MWCNT (Multi-Walled Carbon Nanotube). The diameters of these carbon nanotubes have a fairly wide width from 10 nm or less to 50 nm or more. In addition, the properties of carbon nanotubes vary depending on the surface state, crystallinity, degree of purification, production method, and the like.

本実施の形態では、スクリーン印刷用のカーボンナノチューブペーストが作成されるため、FED(Field Emission Display)におけるエミッション特性が良好であるMWCNTのうちの径の小さいカーボンナノチューブが選択される。選択されたカーボンナノチューブの大半の直径は、5nm以下または10nm以下である。   In this embodiment, since a carbon nanotube paste for screen printing is created, a carbon nanotube with a small diameter is selected among MWCNTs having good emission characteristics in FED (Field Emission Display). Most of the carbon nanotubes selected have a diameter of 5 nm or less or 10 nm or less.

また、カーボンナノチューブの製造方法としては、工業的な生産性を考慮して、CVD(Chemical Vapor Deposition)法が選択される。CVD法によって作成されたカーボンナノチューブは、一般的に、製造速度が速いとバンドルになり易いため、毛玉状の粒子形状になっているものが多い。ただし、それらのカーボンナノチューブは、ミクロ的に見ると、チューブ状になっている。   In addition, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method is selected as a carbon nanotube manufacturing method in consideration of industrial productivity. In general, carbon nanotubes produced by the CVD method tend to be bundles when the production rate is high, and many of them have pill-like particle shapes. However, these carbon nanotubes are tube-like when viewed microscopically.

本実施の形態においても、前述のような毛玉状のカーボンナノチューブが用いられる。なお、カーボンナノチューブは絡み合って綿状になっており、毛玉1つあたりの大きさは、数十ミクロンから数百ミクロン程度である。   Also in the present embodiment, the pill-like carbon nanotube as described above is used. Carbon nanotubes are intertwined into a cotton shape, and the size of each pill is about several tens to several hundreds of microns.

次に、前述カーボンナノチューブの毛玉が有機溶媒のターピネオールに溶解される。ターピネオールは、沸点が高いため、スクリーン印刷法によって一般的に用いられる溶媒である。スクリーン印刷法においては、これ以外に、BCA(ブチルカルビトールアセテート)またはBC(ブチルカルビトール)なども一般的に使用される。   Next, the pills of the carbon nanotubes are dissolved in the organic solvent terpineol. Since terpineol has a high boiling point, it is a solvent generally used by screen printing. In the screen printing method, in addition to this, BCA (butyl carbitol acetate) or BC (butyl carbitol) is also generally used.

また、カーボンナノチューブは、ターピネオールに対する濡れ性が低いため、カーボンナノチューブがターピオネールに入れられた後で、さらに、ターピオネールとカーボンナノチューブとの混合液に所定量の分散剤が加えられる。次に、混合液が軽く混ぜられた後、超音波ホモジナイザー(600W出力)を用いて凝集粒子を分散させる処理が10分間程度行なわれる。   Further, since carbon nanotubes have low wettability with respect to terpineol, a predetermined amount of a dispersant is further added to the mixture of terpione and carbon nanotubes after the carbon nanotubes have been put into the terpione. Next, after the mixed solution is lightly mixed, a process of dispersing the aggregated particles using an ultrasonic homogenizer (600 W output) is performed for about 10 minutes.

その後、カーボンナノチューブがターピネオール中に分散し、平均粒径約10μm程度のカーボンナノチューブを含む分散液が得られる。この分散液が遊星ボールミルの容器に入れられ、カーボンナノチューブの粉砕処理が行なわれる。この粉砕処理中においては、所定の時間ごと(30分から1時間程度)にカーボンナノチューブの粒度分布の測定が行なわれ、所望の粒径のカーボンナノチューブが得られた時点で、粉砕処理が終了する。それにより、カーボンナノチューブスラリーが形成される。   Thereafter, the carbon nanotubes are dispersed in terpineol, and a dispersion liquid containing carbon nanotubes having an average particle size of about 10 μm is obtained. This dispersion is placed in a planetary ball mill container, and the carbon nanotubes are pulverized. During the pulverization process, the particle size distribution of the carbon nanotubes is measured every predetermined time (about 30 minutes to 1 hour), and the pulverization process ends when carbon nanotubes having a desired particle diameter are obtained. Thereby, a carbon nanotube slurry is formed.

前述のカーボンナノチューブスラリーは、その粉砕効率を向上させるために、有機溶媒量がカーボンナノチューブペーストよりも多くなっている。そのために、高速回転(1万回転以上)可能な遠心分離機を用いて、カーボンナノチューブスラリーから溶剤が分離され、カーボンナノチューブスラリーの濃縮が行なわれる。   The aforementioned carbon nanotube slurry has a larger amount of organic solvent than the carbon nanotube paste in order to improve the pulverization efficiency. For this purpose, the solvent is separated from the carbon nanotube slurry using a centrifuge capable of high-speed rotation (10,000 rotations or more), and the carbon nanotube slurry is concentrated.

次に、溶液の一部が焼成され、有機溶媒中に含まれるカーボンナノチューブの比率が測定される。次に、カーボンナノチューブスラリーに、分級されたフリットガラスのスラリーと樹脂とが加えられ、カーボンナノチューブペーストが作成される。その後、カーボンナノチューブペーストが、混練機で処理され、それにより、カーボンナノチューブペースト中の材料が混合され、また、カーボンナノチューブペースト中の気泡が排出(脱泡)される。次に、ロールミルが使用され、カーボンナノチューブペーストの改質処理が行なわれ、スクリーン印刷用ペーストが完成する。   Next, a part of the solution is baked, and the ratio of carbon nanotubes contained in the organic solvent is measured. Next, the classified frit glass slurry and the resin are added to the carbon nanotube slurry to produce a carbon nanotube paste. Thereafter, the carbon nanotube paste is processed with a kneader, whereby the materials in the carbon nanotube paste are mixed, and the bubbles in the carbon nanotube paste are discharged (defoamed). Next, a roll mill is used to modify the carbon nanotube paste to complete a screen printing paste.

次に、カーボンナノチューブペーストを用いて、電子法放出源を製造する方法を説明する。   Next, a method for manufacturing an electron emission source using a carbon nanotube paste will be described.

本実施の形態の電子放出源の製造工程においては、まず、ガラス基板上にカソード層を形成する。次に、前述のカーボンナノチューブペーストを印刷法またはスプレー法によってカソード層上に塗布する。その後、カーボンナノチューブ層の加熱処理が実行される。次に、テープをカーボンナノチューブ層に付着させた後引き剥がし、複数のカーボンナノチューブを起立させる。それによって、起立した複数のカーボンナノチューブの束がカソード層上において均一に分散して配置される。その結果、電界放出の効率が向上し、輝度のばらつきが防止される。   In the manufacturing process of the electron emission source of the present embodiment, first, a cathode layer is formed on a glass substrate. Next, the carbon nanotube paste is applied on the cathode layer by a printing method or a spray method. Thereafter, a heat treatment of the carbon nanotube layer is performed. Next, the tape is attached to the carbon nanotube layer and then peeled off to stand up the plurality of carbon nanotubes. Thereby, the bundle of the plurality of standing carbon nanotubes is uniformly dispersed on the cathode layer. As a result, the field emission efficiency is improved, and variations in luminance are prevented.

前述のように作成されたカーボンナノチューブペーストを用いて、電界放出ディスプレイの電子放出源の製造方法する方法を、以下、具体的に説明する。   A method for manufacturing an electron emission source of a field emission display using the carbon nanotube paste prepared as described above will be specifically described below.

まず、ガラス基板1上にカソード層6が形成される。カソード層の材料としては、たとえば、透明な酸化インジウム錫(ITO:Indium Tin Oxide)が用いられる。   First, the cathode layer 6 is formed on the glass substrate 1. As a material for the cathode layer, for example, transparent indium tin oxide (ITO) is used.

実際には、カソード層6を形成するときには、ガラス基板1上に酸化インジウム錫膜が成膜される。その後、酸化インジウム錫膜がエッチングされ、所定のパターンを有するカソード層6が形成される。なお、ガラス基板1上に印刷法によって銀からなるカソード層6が形成されてもよい。   Actually, when the cathode layer 6 is formed, an indium tin oxide film is formed on the glass substrate 1. Thereafter, the indium tin oxide film is etched to form the cathode layer 6 having a predetermined pattern. A cathode layer 6 made of silver may be formed on the glass substrate 1 by a printing method.

次に、カーボンナノチューブペーストが、印刷法、スプレー法、またはインクジェット法などによって、前述のカソード層6上に塗布される。その後、カソード層6とカーボンナノチューブ層2とは、焼成によって固着される。   Next, a carbon nanotube paste is applied on the cathode layer 6 by a printing method, a spray method, an ink jet method or the like. Thereafter, the cathode layer 6 and the carbon nanotube layer 2 are fixed by firing.

前述の印刷法で使用されるカーボンナノチューブペースト中には、主にカーボンナノチューブのほかに、カーボンナノチューブ3をペースト中に分散させるための分散剤が混入されている。分散剤は、一般的に塩基櫛型高分子型分散剤と呼ばれるものが使用される。なお、分散性に優れたカーボンナノチューブ3が使用される場合には、分散剤は使用されなくてもよい。分散性に優れたカーボンナノチューブ3は、表面のアモルファス層の影響で形成されると考えられている。また、カーボンナノチューブペースト中には、カーボンナノチューブ3をカソード層6に固定するための低融点フリットガラスが混入されている。   In the carbon nanotube paste used in the above-described printing method, in addition to the carbon nanotubes, a dispersant for dispersing the carbon nanotubes 3 in the paste is mixed. As the dispersant, what is generally called a basic comb polymer dispersant is used. In addition, when the carbon nanotube 3 excellent in dispersibility is used, a dispersing agent does not need to be used. The carbon nanotubes 3 excellent in dispersibility are considered to be formed due to the influence of the amorphous layer on the surface. In the carbon nanotube paste, a low melting point frit glass for fixing the carbon nanotube 3 to the cathode layer 6 is mixed.

なお、カーボンナノチューブの導電性を向上させるために、カーボンナノチューブペースト中に金属マトリックス(金属粒子)または導電性のITO粉末が混入されていてもよい。また、スクリーン印刷法が使用される場合にはカーボンナノチューブペースト中に、印刷性能を向上させるための樹脂が混入されていてもよい。樹脂は、一般的にスクリーン印刷で用いられるエチルセルロースが使用されている。なお、エチルセルロースの代わりに、アクリル樹脂などが使用されてもよい。さらに、カーボンナノチューブペーストの全体の粘度を調節し、流動性および乾燥のし易さを向上させるために、カーボンナノチューブペースト中にはBC(ブチルカルビトール)またはBCA(ブチルカルビトールアセテート)などの溶剤が混入されてもよい。   In addition, in order to improve the electroconductivity of a carbon nanotube, the metal matrix (metal particle) or electroconductive ITO powder may be mixed in the carbon nanotube paste. Further, when the screen printing method is used, a resin for improving printing performance may be mixed in the carbon nanotube paste. As the resin, ethyl cellulose generally used in screen printing is used. An acrylic resin or the like may be used instead of ethyl cellulose. Furthermore, a solvent such as BC (butyl carbitol) or BCA (butyl carbitol acetate) is included in the carbon nanotube paste in order to adjust the overall viscosity of the carbon nanotube paste and improve fluidity and ease of drying. May be mixed.

上記のようなカーボンナノチューブペーストを、塗布、印刷、またはスプレー、などの方法を用いて、カソード層6に付着させることによって、スラリー状態のカーボンナノチューブペーストがカソード層6上に形成される。その後、スラリー状態のカーボンナノチューブペーストが加熱によって乾燥し、図3に示すように、カソード層6上にカーボンナノチューブ層2が形成される。この状態において、カーボンナノチューブ層2の中にフリットガラス粒子5が点在する。なお、図3においては、樹脂溶剤は、カーボンナノチューブペーストに均等に溶解しているため、加熱工程後においては、カーボンナノチューブ層2全体に均等に分散されている。なお、図3においては、カーボンナノチューブ3の描画は省略されている。   A carbon nanotube paste in a slurry state is formed on the cathode layer 6 by attaching the carbon nanotube paste as described above to the cathode layer 6 using a method such as coating, printing, or spraying. Thereafter, the carbon nanotube paste in a slurry state is dried by heating, and the carbon nanotube layer 2 is formed on the cathode layer 6 as shown in FIG. In this state, frit glass particles 5 are scattered in the carbon nanotube layer 2. In FIG. 3, since the resin solvent is evenly dissolved in the carbon nanotube paste, it is evenly dispersed throughout the carbon nanotube layer 2 after the heating step. In FIG. 3, the drawing of the carbon nanotube 3 is omitted.

次に、前述の乾燥したカーボンナノチューブ層2が加熱されると、まず、溶剤が蒸発する。その後、さらなる加熱によって、樹脂が分解し、フリットガラス粒子5が溶融する。なお、フリットガラス粒子5は、溶融した後硬化し、カーボンナノチューブ3とカソード層6とを固着させる。   Next, when the dried carbon nanotube layer 2 is heated, the solvent is first evaporated. Thereafter, by further heating, the resin is decomposed and the frit glass particles 5 are melted. The frit glass particles 5 are melted and then cured, and the carbon nanotubes 3 and the cathode layer 6 are fixed.

本実施の形態の電子放出源の製造方法においては、フリットガラス粒子5のガラス化温度(軟化点)がガラス基板1の軟化点よりも低い。また、図1および図2に示すようなカソード層6に固着した複数のフリットガラス部4を形成するためには、溶融したフリットガラス粒子の流動性は低いことが望ましい。フリットガラスの流動性が高い場合には、溶融したフリットガラスの液滴が、ガラス基板1の主表面全体を覆うように流れて、ガラス基板1の主表面と平行に延びるフリットガラス膜が形成され、カーボンナノチューブ3が電子放出できなくなってしまうためである。したがって、フリットガラスとしては、溶融したときの流動性が低く、かつガラス基板1に用いられる材料(たとえば、PD−200と呼ばれる高歪点ガラス)よりも軟化点が低い材料、たとえばビスマスガラスなどが使用されることが望ましい。なお、ビスマスガラスは、その軟化点が350℃から550℃までのものがあるが、本実施の形態においては軟化点が500℃前後のものが使用されている。   In the manufacturing method of the electron emission source of the present embodiment, the vitrification temperature (softening point) of the frit glass particles 5 is lower than the softening point of the glass substrate 1. In order to form a plurality of frit glass portions 4 fixed to the cathode layer 6 as shown in FIGS. 1 and 2, it is desirable that the melted frit glass particles have low fluidity. When the frit glass has high fluidity, the molten frit glass droplets flow so as to cover the entire main surface of the glass substrate 1 to form a frit glass film extending in parallel with the main surface of the glass substrate 1. This is because the carbon nanotubes 3 cannot emit electrons. Accordingly, as frit glass, a material having low fluidity when melted and having a softening point lower than a material used for the glass substrate 1 (for example, a high strain point glass called PD-200), such as bismuth glass, is used. It is desirable to be used. Note that bismuth glass has a softening point of 350 ° C. to 550 ° C., but in this embodiment, a softening point of about 500 ° C. is used.

図3に示すような乾燥したカーボンナノチューブ層2が形成された後で、そのカーボンナノチューブ層2は、樹脂を分解させるために、大気中において400℃程度の温度で焼成される。その後、400℃より高い温度で、フリットガラスが熱処理され溶融する。このとき、フリットガラスの軟化点よりも10℃〜20℃程度だけ高い温度で、短い時間((数分〜20分程度)、さらに、カーボンナノチューブ層2が熱処理される。   After the dried carbon nanotube layer 2 as shown in FIG. 3 is formed, the carbon nanotube layer 2 is baked at a temperature of about 400 ° C. in the atmosphere in order to decompose the resin. Thereafter, the frit glass is heat-treated and melted at a temperature higher than 400 ° C. At this time, the carbon nanotube layer 2 is heat-treated at a temperature higher by about 10 ° C. to 20 ° C. than the softening point of the frit glass for a short time ((about several minutes to about 20 minutes).

それにより、ガラス組成によっては、流れ出さずに、たとえば、図4に示すように、カソード層2と接触しているフリットガラス粒子5の下部のみが融けて、フリットガラス粒子5は円錐形状になって硬化する。また、フリットガラス粒子5は、その周辺のカーボンナノチューブ3を構成する炭素原子と反応して液滴の状態になる。しかしながら、液滴の状態のフリットガラスは、加熱温度および加熱時間が調整されれば、互いに接触するまでは流動せず、図1および図2に示すような円錐状のフリットガラス部4が形成される。なお、平面視においては、図5および図6に示すように、複数のフリットガラス部4は、独立して、ガラス基板1上に均等に分散して配置されている。その後、カーボンナノチューブ層2の焼成が終了する。   As a result, depending on the glass composition, without flowing out, for example, as shown in FIG. 4, only the lower part of the frit glass particles 5 in contact with the cathode layer 2 melts, and the frit glass particles 5 have a conical shape. Harden. Further, the frit glass particles 5 react with the carbon atoms constituting the carbon nanotubes 3 in the vicinity thereof to be in a droplet state. However, if the heating temperature and the heating time are adjusted, the frit glass in the form of droplets does not flow until they contact each other, and a conical frit glass portion 4 as shown in FIGS. 1 and 2 is formed. The In plan view, as shown in FIGS. 5 and 6, the plurality of frit glass portions 4 are independently and evenly distributed on the glass substrate 1. Thereafter, the firing of the carbon nanotube layer 2 is completed.

カーボンナノチューブ層2が形成された後、三極構造を形成するための絶縁層がカソード層6上に形成される。絶縁層の形成方法の代表例としては、酸化ケイ素をCVD(化学気相成長)によって形成する方法、誘電体ガラス層を印刷によって形成する方法、および、シリコンラダーポリマーからなる高分子絶縁層を形成する新規な方法などがある。また、絶縁層がカーボンナノチューブ3を覆ってしまう場合には、エッチング等によって絶縁層に貫通孔を開けて、カーボンナノチューブ3を露出させる。その後、絶縁層上にゲート電極が形成される。なお、前述の三極構造は、実施の形態4において、図7を用いて、詳細に説明される。   After the carbon nanotube layer 2 is formed, an insulating layer for forming a triode structure is formed on the cathode layer 6. Typical examples of the method of forming the insulating layer include a method of forming silicon oxide by CVD (chemical vapor deposition), a method of forming a dielectric glass layer by printing, and a polymer insulating layer made of a silicon ladder polymer. There are new ways to do this. When the insulating layer covers the carbon nanotube 3, a through hole is opened in the insulating layer by etching or the like to expose the carbon nanotube 3. Thereafter, a gate electrode is formed on the insulating layer. The above-described tripolar structure will be described in detail in Embodiment 4 with reference to FIG.

次に、カーボンナノチューブ層2にテープ引き剥がし処理が施されると、カーボンナノチューブ3の性質とフリットガラス部4の性質との相違に起因して、図1および図2に示すように、カーボンナノチューブ層2から突出するように、起立したカーボンナノチューブ3が形成される。   Next, when the carbon nanotube layer 2 is subjected to the tape peeling process, due to the difference between the property of the carbon nanotube 3 and the property of the frit glass portion 4, as shown in FIG. 1 and FIG. Standing carbon nanotubes 3 are formed so as to protrude from the layer 2.

図6には、フリットガラス粒子5が溶融した後のカソード層2上のカーボンナノチューブ3およびフリットガラス部4の分布状態の実像が示されている。   FIG. 6 shows a real image of the distribution state of the carbon nanotubes 3 and the frit glass portion 4 on the cathode layer 2 after the frit glass particles 5 are melted.

複数のカーボンナノチューブ3の束33の同士の間隔を均等にして、それぞれのカーボンナノチューブ3の束33の先端に電界集中を生じさせることが重要である。そのため、フリットガラス部4がカソード層6上において均等に分散して配置されるように、フリットガラス粒子5の粒径、カーボンナノチューブペースト中のフリットガラス粒子5の割合(混合比)、およびカーボンナノチューブペースト中のフリットガラス粒子の分散度を調整しておくことが必要である。   It is important to make the distance between the bundles 33 of the plurality of carbon nanotubes 3 uniform so that electric field concentration occurs at the tip of each bundle 33 of the carbon nanotubes 3. Therefore, the particle diameter of the frit glass particles 5, the ratio (mixing ratio) of the frit glass particles 5 in the carbon nanotube paste, and the carbon nanotubes so that the frit glass portions 4 are uniformly dispersed on the cathode layer 6. It is necessary to adjust the degree of dispersion of the frit glass particles in the paste.

また、カーボンナノチューブペーストを焼成すると、カーボンナノチューブペースト中の有機溶媒および樹脂は燃焼して消滅するために、カソード層6上には、カーボンナノチューブ3とフリットガラス部4とが残存する。なお、カーボンナノチューブ層2中には、樹脂分解後の焼け残りのアモルファスカーボン、完全には焼け切れない分散剤、および不純物としてカーボンナノチューブ中に存在していた無機成分などが残存すると考えられる。   Further, when the carbon nanotube paste is fired, the organic solvent and the resin in the carbon nanotube paste burn and disappear, so that the carbon nanotube 3 and the frit glass portion 4 remain on the cathode layer 6. In the carbon nanotube layer 2, it is considered that unburned amorphous carbon after decomposition of the resin, a dispersant that cannot be completely burned, and an inorganic component present in the carbon nanotube as impurities remain.

なお、カーボンナノチューブペースト中のフリットガラス粒子5の粒径、割合、および分散度が適切な値に調整する方法は、実験によって求めることが可能である。本実施の形態の電子放出源の製造方法は、この工程に特徴を有しており、それにより、カーボンナノチューブ3の束33同士の間に、フリットガラス部4が均一に分散して配置された状態の電子放出源が形成される。   In addition, the method of adjusting the particle diameter, the ratio, and the dispersion degree of the frit glass particles 5 in the carbon nanotube paste to appropriate values can be obtained by experiments. The manufacturing method of the electron emission source according to the present embodiment has a feature in this process, and thereby, the frit glass portions 4 are uniformly distributed between the bundles 33 of the carbon nanotubes 3. A state electron emission source is formed.

また、本実施の形態においては、カーボンナノチューブ層2の平坦度が平均荒さ1μm以下になるように、フリットガラス粒子およびカーボンナノチューブの粒径は、1μm以下である。また、フリットガラス粒子としては、ガラス基板1が変形しない温度で融解する低融点ビスマスガラス(軟化点500℃程度)が用いられる。低融点の鉛ガラスは、カーボンナノチューブとの反応性が高いとともに、その粘性が低いために、溶融したときに流れ出してカーボンナノチューブ層2の下部を覆ってしまう。そのため、本実施の形態においては、通常用いられている鉛ガラスの代わりにビスマスガラスが用いられる。   In the present embodiment, the particle diameters of the frit glass particles and the carbon nanotubes are 1 μm or less so that the flatness of the carbon nanotube layer 2 is 1 μm or less in average roughness. As the frit glass particles, low melting point bismuth glass (softening point of about 500 ° C.) that melts at a temperature at which the glass substrate 1 does not deform is used. Since the low melting point lead glass has high reactivity with the carbon nanotubes and low viscosity, it flows out when it melts and covers the lower part of the carbon nanotube layer 2. Therefore, in the present embodiment, bismuth glass is used instead of the commonly used lead glass.

フリットガラス粒子の軟化点温度よりも10℃程度高い温度で、10分間程度という短時間、カーボンナノチューブペーストの焼成が行なわれると、図1、図2、および図4に示すように、フリットガラスの種類によっては、カソード層6に接触している部分が、融解して、ガラス基板1の主表面に沿って広がり、カソード層6に固着する。一方、カソード層6に接触せずにカーボンナノチューブ3同士の間に点在するフリットガラス粒子5のそれぞれは、その外周部が僅かに溶解して収縮するが、隣接するフリットガラス粒子5と接合することなく、独立して残留する。   When the carbon nanotube paste is fired for a short time of about 10 minutes at a temperature about 10 ° C. higher than the softening point temperature of the frit glass particles, as shown in FIGS. 1, 2, and 4, Depending on the type, the portion in contact with the cathode layer 6 melts, spreads along the main surface of the glass substrate 1, and adheres to the cathode layer 6. On the other hand, each of the frit glass particles 5 scattered between the carbon nanotubes 3 without being in contact with the cathode layer 6 is slightly melted and contracted at the outer peripheral portion, but is bonded to the adjacent frit glass particles 5. Without remaining independently.

また、前述のように、粘着テープを用いる引き剥がし処理によって、前述のように形成されたカーボンナノチューブ層2全体に表面処理が行なわれると、図1に示すように、カソード層6に融着した複数のフリットガラス部4と、カソード層6上であって複数のフリットガラス部4の間に残存するカーボンナノチューブ層2と、カーボンナノチューブ層2の表面から起立した複数のカーボンナノチューブ3の束33とを有する構造が得られる。この構造は、カソード層6の表面上に分散して配置された複数のフリットガラス部4以外の領域すべてに、カーボンナノチューブ層2が層状に残存する構造であるため、起立するカーボンナノチューブ3の束33もカソード層2の全体にわたって均等に分散して配置されている。また、図2に示すように、フリットガラス部4の表面およびカソード層6の表面を連続して覆うカーボンナノチューブ層2が残存する場合には、複数のフリットガラス部4のそれぞれ上方のカーボンナノチューブ層2から起立する束33と、カソード層6の直上であって複数のフリットガラス部4同士の間に位置するカーボンナノチューブ層2から起立する束33とを有する構造が形成される。この構造は、複数のフリットガラス部4のそれぞれの上方のカーボンナノチューブ層2から起立する束33のみに着目すると、複数のカーボンナノチューブ3の束33がカソード層2上において均等に分散して配置された構造と等価な構造である。   Further, as described above, when the surface treatment was performed on the entire carbon nanotube layer 2 formed as described above by the peeling process using the adhesive tape, it was fused to the cathode layer 6 as shown in FIG. A plurality of frit glass portions 4, a carbon nanotube layer 2 remaining on the cathode layer 6 between the plurality of frit glass portions 4, and a bundle 33 of a plurality of carbon nanotubes 3 erected from the surface of the carbon nanotube layer 2; A structure having is obtained. This structure is a structure in which the carbon nanotube layer 2 remains in a layer shape in all regions other than the plurality of frit glass portions 4 that are dispersed and arranged on the surface of the cathode layer 6. 33 are also uniformly distributed throughout the cathode layer 2. As shown in FIG. 2, when the carbon nanotube layer 2 continuously covering the surface of the frit glass portion 4 and the surface of the cathode layer 6 remains, the carbon nanotube layer above each of the plurality of frit glass portions 4. 2 and a bundle 33 standing from the carbon nanotube layer 2 positioned immediately above the cathode layer 6 and between the plurality of frit glass portions 4 are formed. In this structure, when attention is paid only to the bundle 33 standing up from the carbon nanotube layer 2 above each of the plurality of frit glass portions 4, the bundle 33 of the plurality of carbon nanotubes 3 is uniformly distributed on the cathode layer 2. The structure is equivalent to the above structure.

次に、前述の図1に示す構造と図2に示す構造とを作り分ける方法を説明する。
まず、カーボンナノチューブペーストが120℃の温度で乾燥された後、大気中で、350℃から400℃程度の温度で、30分間から数時間、樹脂成分の分解が行なわれる。それにより、焼成されたカーボンナノチューブ層2が得られる。前述の温度条件で溶融しないフリットガラスが用いられる場合には、さらに、フリットガラスを溶融させるために、窒素雰囲気中で400℃以上の温度で、10分間程度、カーボンナノチューブ層2が焼成される。
Next, a method for creating the structure shown in FIG. 1 and the structure shown in FIG. 2 will be described.
First, after the carbon nanotube paste is dried at a temperature of 120 ° C., the resin component is decomposed in the air at a temperature of about 350 ° C. to 400 ° C. for 30 minutes to several hours. Thereby, the baked carbon nanotube layer 2 is obtained. When frit glass that does not melt under the above-mentioned temperature conditions is used, the carbon nanotube layer 2 is fired for about 10 minutes at a temperature of 400 ° C. or higher in a nitrogen atmosphere in order to melt the frit glass.

この焼成工程の温度条件によって、図1に示すように、複数のフリットガラス部4がカーボンナノチューブ層2から露出する構造と、図2に示すように、複数のフリットガラス部4のそれぞれを覆うカーボンナノチューブ層2が形成される構造とが形成される。一般に、樹脂分解工程の温度が高い場合、または、樹脂分解工程の時間が長い場合には、複数のフリットガラス部4がカーボンナノチューブ層2から露出する構造が形成され易く、樹脂分解工程の温度が低い場合、または、樹脂分解工程の時間が短い場合には、図2に示すように、カーボンナノチューブ層2が複数のフリットガラス部4を覆う構造が形成され易い。このように焼成工程の温度および時間によって異なる構造のカーボンナノチューブ層2が形成される理由は、現段階では、残留しているアモルファスカーボンの影響と考えられている。   Depending on the temperature conditions of this firing step, a structure in which a plurality of frit glass portions 4 are exposed from the carbon nanotube layer 2 as shown in FIG. 1, and a carbon covering each of the plurality of frit glass portions 4 as shown in FIG. The structure in which the nanotube layer 2 is formed is formed. In general, when the temperature of the resin decomposition process is high or when the time of the resin decomposition process is long, a structure in which the plurality of frit glass portions 4 are exposed from the carbon nanotube layer 2 is easily formed, and the temperature of the resin decomposition process is high. When it is low or when the time of the resin decomposition process is short, a structure in which the carbon nanotube layer 2 covers the plurality of frit glass portions 4 is easily formed as shown in FIG. The reason why the carbon nanotube layer 2 having a different structure depending on the temperature and time of the firing step is considered to be the influence of the remaining amorphous carbon at the present stage.

なお、カーボンチューブの材料の長さについては特に限定されていないが、一般的に数ミクロンから数十ミクロンといわれているものが用いられる。また、カーボンナノチューブは、毛玉状に絡まっているが、その中にはほぐれたものが存在する。そのため、起毛処理の後には、10μm以下の起立部が形成され、その中には5μm以下の起立部が多く見られる。   The length of the material of the carbon tube is not particularly limited, but what is generally said to be several microns to several tens of microns is used. In addition, the carbon nanotubes are entangled in a hairball shape, and some of them are loose. For this reason, upright portions of 10 μm or less are formed after the raising treatment, and many upright portions of 5 μm or less are seen in them.

前述の複数のフリットガラス部4を分散して配置するために、原材料のフリットガラス粒子の平均粒径は0.5μm〜5μmであることが望ましい。また、金属粒および炭素粒とともにフリットガラス粒子をカソード層6に密着させる場合においては、フリットガラス粒子の平均粒径は0.5μmより小さいことが望ましい。したがって、カソード層6の表面に残存するフリットガラス部4の高さは、フリットガラス粒子のみが用いられる場合には、0.5μm〜5μmであり、フリットガラス粒子とともに金属粒および炭素粒が用いられて場合には、0.5μm以下である。また、フリットガラス粒子および金属粒子等同士の間隔は、好ましくは、1μm以上かつ10μm以下であり、さらに好ましくは、1μm以上5μm以下である。   In order to disperse and arrange the plurality of frit glass portions 4 described above, the average particle size of the raw material frit glass particles is preferably 0.5 μm to 5 μm. When the frit glass particles are brought into close contact with the cathode layer 6 together with the metal particles and the carbon particles, the average particle size of the frit glass particles is preferably smaller than 0.5 μm. Accordingly, the height of the frit glass portion 4 remaining on the surface of the cathode layer 6 is 0.5 μm to 5 μm when only frit glass particles are used, and metal particles and carbon particles are used together with the frit glass particles. In this case, it is 0.5 μm or less. Further, the distance between the frit glass particles and the metal particles is preferably 1 μm or more and 10 μm or less, and more preferably 1 μm or more and 5 μm or less.

以下、本実施の形態の電子放出源の製造方法の特徴を述べる。
カーボンナノチューブペーストに関しては、熱処理によってフリットガラス粒子5同士が一体化しない程度に、複数のフリットガラス粒子5の割合、粒径、および分散度が設定されている。また、熱処理の温度および時間は、複数のフリットガラス粒子5のうちの最下層に位置するいくつかのフリットガラス粒子5のみがカソード層6に固着するように設定されている。また、カソード層6の引き剥がし処理においては、カソード層6に固着した複数のフリットガラス部4よりも上側に位置するフリットガラス粒子5すべてが除去され、図1および図2に示す構造が得られる。
The characteristics of the method for manufacturing the electron emission source according to the present embodiment will be described below.
Regarding the carbon nanotube paste, the ratio, the particle size, and the degree of dispersion of the plurality of frit glass particles 5 are set such that the frit glass particles 5 are not integrated with each other by heat treatment. The heat treatment temperature and time are set such that only some of the frit glass particles 5 located in the lowermost layer among the plurality of frit glass particles 5 are fixed to the cathode layer 6. In the peeling process of the cathode layer 6, all the frit glass particles 5 positioned above the plurality of frit glass portions 4 fixed to the cathode layer 6 are removed, and the structure shown in FIGS. 1 and 2 is obtained. .

実施の形態2.
本実施の形態においては、カーボンナノチューブペースト中に炭素粒子が混入される。ただし、カーボンナノチューブペーストの作成方法は、実施の形態1において説明されたものと同様である。カーボンナノチューブ中の炭素粒子はカソード層6に密着しない。そのため、平均粒径が0.5μm以下の非常に細かなフリットガラス粒子を用いて、カーボンナノチューブ層2がカソード層6に固着した構造が形成される。本実施の形態においては、カーボンナノチューブ3の束33均一に分散されるように、炭素粒子、フリットガラス粒子、およびカーボンナノチューブの混合比などが調整される。ただし、本実施の形態のカーボンナノチューブ層の熱処理の温度および時間は、実施の形態1のカーボンナノチューブ層の作成方法における温度および時間と同一である。
Embodiment 2. FIG.
In the present embodiment, carbon particles are mixed in the carbon nanotube paste. However, the method for producing the carbon nanotube paste is the same as that described in the first embodiment. The carbon particles in the carbon nanotube do not adhere to the cathode layer 6. Therefore, a structure in which the carbon nanotube layer 2 is fixed to the cathode layer 6 is formed using very fine frit glass particles having an average particle diameter of 0.5 μm or less. In the present embodiment, the mixing ratio of the carbon particles, the frit glass particles, and the carbon nanotubes is adjusted so that the bundle 33 of the carbon nanotubes 3 is uniformly dispersed. However, the temperature and time of the heat treatment of the carbon nanotube layer of the present embodiment are the same as the temperature and time in the method of creating the carbon nanotube layer of the first embodiment.

実施の形態3.
本実施の形態においては、カーボンナノチューブペースト中に金属粒子が混入される。ただし、カーボンナノチューブの作成方法は、実施の形態1において説明されたものと同様である。
Embodiment 3 FIG.
In the present embodiment, metal particles are mixed in the carbon nanotube paste. However, the method for producing the carbon nanotube is the same as that described in the first embodiment.

カーボンナノチューブ中に金属粒子が混入される場合には、金属粒子としてカソード層2との接触が良好な銀粒子が用いられることが望ましい。この場合、400℃以上の温度でカーボンナノチューブペーストの焼成が実行されると、銀とカーボンナノチューブとが反応して、多数のカーボンナノチューブおよび銀が消失する。そのため、フリットガラス粒子としては、軟化点が低い(400℃以下)ものが選択される必要がある。また、本実施の形態においても、実施の形態2の炭素粒子が混入されているカーボンナノチューブペーストが用いられる場合と同様に、カーボンナノチューブ3の束33同士の間隔が均等に分散されるように、銀粒、フリットガラス粒子、およびカーボンナノチューブの混合比などが調整される。ただし、本実施の形態のカーボンナノチューブ層の熱処理の温度および時間は、実施の形態1のカーボンナノチューブ層の作成方法における温度および時間と同様である。   When metal particles are mixed in the carbon nanotube, it is desirable to use silver particles having good contact with the cathode layer 2 as the metal particles. In this case, when the carbon nanotube paste is baked at a temperature of 400 ° C. or higher, silver and carbon nanotubes react and a large number of carbon nanotubes and silver disappear. Therefore, it is necessary to select a frit glass particle having a low softening point (400 ° C. or lower). Also in the present embodiment, as in the case where the carbon nanotube paste mixed with the carbon particles of the second embodiment is used, the intervals between the bundles 33 of the carbon nanotubes 3 are evenly dispersed. The mixing ratio of silver grains, frit glass particles, and carbon nanotubes is adjusted. However, the temperature and time of the heat treatment of the carbon nanotube layer of the present embodiment are the same as the temperature and time in the method of creating the carbon nanotube layer of the first embodiment.

実施の形態4.
次に、実施の形態1の電子放出源を用いて製造された電界放出ディスプレイを説明する。
Embodiment 4 FIG.
Next, a field emission display manufactured using the electron emission source of Embodiment 1 will be described.

電界放出ディスプレイは、カーボンナノチューブに電子を供給するカソード層6、電子放出源から放出された電子が衝突するアノード層(図示せず)、および電子放出源から電子が放出される状態にするか否かを決定するゲート電極8からなる三極構造を有している。   The field emission display has a cathode layer 6 that supplies electrons to the carbon nanotubes, an anode layer (not shown) that collides with electrons emitted from the electron emission source, and whether or not electrons are emitted from the electron emission source. It has a triode structure consisting of the gate electrode 8 that determines whether or not.

図7に示す三極構造には、図1に示す構造の電子放出源が電界放出ディスプレイに組み込まれている。図7に示す電子放出源は、ガラス基板1、フリットガラス部4、カーボンナノチューブ層2、フリットガラス部4およびカーボンナノチューブ層2を囲む絶縁層7を有している。さらに、図示されていないが、蛍光板が電子放出源に対向するように形成されている。   In the tripolar structure shown in FIG. 7, an electron emission source having the structure shown in FIG. 1 is incorporated in a field emission display. The electron emission source shown in FIG. 7 has a glass substrate 1, a frit glass portion 4, a carbon nanotube layer 2, a frit glass portion 4 and an insulating layer 7 surrounding the carbon nanotube layer 2. Further, although not shown, the fluorescent plate is formed to face the electron emission source.

前述のカソード層6とアノード層との間に電圧が印加され、ゲート電極8の電位が閾値を超えると、複数のカーボンナノチューブ3のそれぞれの先端から電子が放出される。ゲート電極8は、カーボンナノチューブ3から電子を放出させるか否かを決定する制御およびカーボンナノチューブ3から放出される電子の量を調整する制御などの表示に関わる制御を行なう電極である。   When a voltage is applied between the cathode layer 6 and the anode layer described above and the potential of the gate electrode 8 exceeds the threshold value, electrons are emitted from the respective tips of the plurality of carbon nanotubes 3. The gate electrode 8 is an electrode that performs control related to display such as control for determining whether or not to emit electrons from the carbon nanotube 3 and control for adjusting the amount of electrons emitted from the carbon nanotube 3.

前述の絶縁層7の厚さは10μm以下であり、ゲート電極8の開口部8aのサイズが数十μm程度である。したがって、複数のカーボンナノチューブ3の起立部の長さは、数μmであり、それ以上の場合には、カソード層6とゲート電極8との間でショートが発生してしまう。   The thickness of the insulating layer 7 is 10 μm or less, and the size of the opening 8 a of the gate electrode 8 is about several tens of μm. Therefore, the length of the upright portions of the plurality of carbon nanotubes 3 is several μm, and if it is longer than that, a short circuit occurs between the cathode layer 6 and the gate electrode 8.

また、フリットガラス部4の山の高さは、0.2μm以上かつ7μm以下に規定されている。フリットガラス部4の山の高さが、0.2μmより小さい場合には、凹凸形状の大きさが小さすぎる。そのため、カーボンナノチューブ3の起立部を分散して均一に配置することができない。また、フリットガラス部4の山の高さが、7μmより大きい場合には、凹凸形状が大きすぎる。そのため、フリットガラス部4上に形成されるカーボンナノチューブ3の高さのばらつきが大きくなる。その結果、先端の高さが絶縁層よりも高い位置にあるカーボンナノチューブ3が存在するおそれがある。したがって、カソード層6とゲート電極8との間でショートが発生してしまうおそれがある。   Further, the height of the crest of the frit glass portion 4 is specified to be 0.2 μm or more and 7 μm or less. When the peak height of the frit glass portion 4 is smaller than 0.2 μm, the size of the uneven shape is too small. Therefore, the standing parts of the carbon nanotubes 3 cannot be dispersed and arranged uniformly. Further, when the height of the peak of the frit glass portion 4 is larger than 7 μm, the uneven shape is too large. Therefore, the variation in the height of the carbon nanotubes 3 formed on the frit glass portion 4 becomes large. As a result, there is a possibility that the carbon nanotube 3 having a tip height higher than that of the insulating layer exists. Therefore, a short circuit may occur between the cathode layer 6 and the gate electrode 8.

また、電界放出ディスプレイは、人間の目によって、微妙な欠陥でも発見され易いディスプレイである。したがって、欠陥が1点でもあると、その欠陥は非常に目立ったものになる。そのため、電界放出ディスプレイには欠陥が1つもないことが必要とされる。その結果、カーボンナノチューブ3の起立部の長さは7μm以下であることが望ましい。   In addition, the field emission display is a display that is easily detected even by a minute defect by the human eye. Therefore, if there is even one defect, the defect becomes very conspicuous. Therefore, the field emission display is required to have no defects. As a result, the length of the standing part of the carbon nanotube 3 is desirably 7 μm or less.

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

実施の形態1の電子放出源の断面図である。2 is a cross-sectional view of the electron emission source of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の他の例の電子放出源の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another example of the electron emission source according to the first embodiment. ガラス基板上に印刷されたカーボンナノチューブ層の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the carbon nanotube layer printed on the glass substrate. 複数のフリットガラス粒子が溶融した後のガラス基板上のカーボンナノチューブ層の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the carbon nanotube layer on the glass substrate after the several frit glass particle fuse | melts. ガラス基板上に残留した複数のフリットガラス部の平面模式図を示す。The plane schematic diagram of the several frit glass part which remained on the glass substrate is shown. ガラス基板上のカーボンナノチューブおよび複数のフリットガラス部の分布を示す写真である。3 is a photograph showing the distribution of carbon nanotubes and a plurality of frit glass portions on a glass substrate. 実施の形態のフィールドエミッションディスプレイの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the field emission display of an embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 ガラス基板、2 カーボンナノチューブ層、3 カーボンナノチューブ、4 フリットガラス部、5 フリットガラス粒子、6 カソード層、7 絶縁層、8 ゲート電極。   1 glass substrate, 2 carbon nanotube layer, 3 carbon nanotube, 4 frit glass part, 5 frit glass particle, 6 cathode layer, 7 insulating layer, 8 gate electrode.

Claims (10)

複数のガラス粒子および複数のカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブペーストを準備するステップと、
前記カーボンナノチューブペーストをカソード層に付着させるステップと、
前記カーボンナノチューブペーストを加熱して前記複数のガラス粒子が溶融した複数の液滴を形成するステップと、
前記複数の液滴を硬化させて前記カソード層に固着したカーボンナノチューブ層を形成するステップと、
前記カーボンナノチューブ層の上層部を引き剥がし処理を用いて除去するステップとを備え、
前記カーボンナノチューブペーストに関しては、前記加熱するステップにおいてガラス粒子同士が一体化しない程度に、前記複数のガラス粒子の割合、粒径、および分散度が設定されており、
前記加熱するステップの温度および時間は、前記複数のガラス粒子のうちの最下層に位置するいくつかのガラス粒子のみが前記カソード層に固着するように設定されており、
前記引き剥がし処理においては、前記カソード層に固着したいくつかのガラス粒子よりも上側に位置するガラス粒子が除去されるとともに、前記複数カーボンナノチューブが起立させられる、電子放出源の製造方法。
Providing a carbon nanotube paste comprising a plurality of glass particles and a plurality of carbon nanotubes;
Attaching the carbon nanotube paste to the cathode layer;
Heating the carbon nanotube paste to form a plurality of droplets in which the plurality of glass particles are melted;
Curing the plurality of droplets to form a carbon nanotube layer secured to the cathode layer;
Removing the upper layer portion of the carbon nanotube layer using a peeling process,
Regarding the carbon nanotube paste, the ratio of the plurality of glass particles, the particle diameter, and the degree of dispersion are set to such an extent that the glass particles are not integrated in the heating step.
The temperature and time of the heating step are set so that only some of the glass particles located in the lowermost layer of the plurality of glass particles adhere to the cathode layer,
In the peeling process, an electron emission source manufacturing method in which glass particles positioned above some glass particles fixed to the cathode layer are removed and the plurality of carbon nanotubes are erected.
前記カソード層はガラス基板上に形成され、
前記複数のガラス粒子は、その軟化点が前記ガラス基板の軟化点よりも低い、請求項1に記載の電子放出源の製造方法。
The cathode layer is formed on a glass substrate;
The electron emission source manufacturing method according to claim 1, wherein the plurality of glass particles have a softening point lower than a softening point of the glass substrate.
前記複数のガラス粒子は、複数のビスマスガラス粒子からなる、請求項1に記載の電子放出源の製造方法。   The method of manufacturing an electron emission source according to claim 1, wherein the plurality of glass particles include a plurality of bismuth glass particles. 前記カソード層に固着したいくつかのガラス粒子が、前記カーボンナノチューブ層中において露出している、請求項1に記載の電子放出源の製造方法。   The method of manufacturing an electron emission source according to claim 1, wherein some glass particles fixed to the cathode layer are exposed in the carbon nanotube layer. 前記カソード層に固着したいくつかのガラス粒子が、前記カーボンナノチューブ層の残存部に覆われている、請求項1に記載の電子放出源の製造方法。   The method of manufacturing an electron emission source according to claim 1, wherein some glass particles fixed to the cathode layer are covered with a remaining portion of the carbon nanotube layer. 前記カーボンナノチューブペーストは、金属粒子または炭素粒子を含む、請求項1に記載の電子放出源の製造方法。   The method of manufacturing an electron emission source according to claim 1, wherein the carbon nanotube paste includes metal particles or carbon particles. 前記最下層に位置するいくつかのガラス粒子の硬化後の高さが、0.2μm〜7μmである、請求項1に記載の電子放出源の製造方法。   The manufacturing method of the electron emission source of Claim 1 whose height after hardening of some glass particles located in the said lowermost layer is 0.2 micrometer-7 micrometers. カソード層と、
前記カソード層上に均等に分散して配置され、前記カソード層に固着した複数のガラス部と、
前記カソード層中に前記複数のガラス部が露出するように前記複数のガラス部同士の間の領域に形成されたカーボンナノチューブ層と、
前記カーボンナノチューブ層の全面にわたって均等に分散して配置され、前記カーボンナノチューブ層から上方に向かって延びる複数のカーボンナノチューブとを備えた、電子放出源。
A cathode layer;
A plurality of glass portions arranged uniformly distributed on the cathode layer, and fixed to the cathode layer;
A carbon nanotube layer formed in a region between the plurality of glass portions so that the plurality of glass portions are exposed in the cathode layer;
An electron emission source, comprising: a plurality of carbon nanotubes arranged uniformly distributed over the entire surface of the carbon nanotube layer and extending upward from the carbon nanotube layer.
カソード層と、
前記カソード層上に均等に分散して配置され、前記カソード層に固着した複数のガラス部と、
前記複数のガラス部および前記カソード層を覆うように形成されたカーボンナノチューブ層と、
前記カーボンナノチューブ層の全面にわたって均等に分散して配置され、前記カーボンナノチューブ層から上方に向かって延びる複数のカーボンナノチューブとを備えた、電子放出源。
A cathode layer;
A plurality of glass portions arranged uniformly distributed on the cathode layer, and fixed to the cathode layer;
A carbon nanotube layer formed to cover the plurality of glass portions and the cathode layer;
An electron emission source, comprising: a plurality of carbon nanotubes arranged uniformly distributed over the entire surface of the carbon nanotube layer and extending upward from the carbon nanotube layer.
前記複数のガラス部の高さは、0.2μm〜7μmである、請求項8または9に記載の電子放出源。   10. The electron emission source according to claim 8, wherein a height of the plurality of glass portions is 0.2 μm to 7 μm.
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