JP2009170420A - 熱電子放出素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、熱電子放出装置の製造方法に関し、特にカーボンナノチューブを含む熱電子放出装置の製造方法に関する。
【解決手段】本発明の熱電子放出装置の製造方法は、絶縁性基板を提供する第一ステップと、該絶縁性基板に複数の格子を形成する第二ステップと、各々の格子に第一電極及び第二電極を設置する第三ステップと、前記第一電極及び第二電極にカーボンナノチューブ構造体を設置する第四ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体を加工して熱電子放出素子を形成する第五ステップと、を含む。前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム又は少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱電子放出素子の製造方法に関し、特にカーボンナノチューブを利用した熱電子放出素子の製造方法に関するものである。

カーボンナノチューブは１９９１年に発見された新しい一次元ナノ材料となるものである。カーボンナノチューブは高い引張強さ及び高い熱安定性を有し、また、異なる螺旋構造により、金属にも半導体にもなる。カーボンナノチューブは、理想的な一次元構造を有し、優れた力学機能、電気機能及び熱学機能などを有するので、材料科学、化学、物理などの科学領域、例えば、フィールドエミッタ（ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｔｔｅｒ）を応用した平面ディスプレイ、単一電子デバイス、（ｓｉｎｇｌｅ−ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ， ＡＦＭ）のプローブ、熱センサー、光センサー、フィルターなど広くに応用されている。

現在、電子放出装置には、電界放出装置及び熱電子放出装置の二種がある。電界放出装置は、絶縁性基板及び該基板に設置された複数のグリッドを含む。各々のグリッドの周辺に、四本の電極引き出し線が配置されている。ここで、第一電極引き出し線と第二電極引き出し線とは平行に配列され、第三電極引き出し線と第四電極引き出し線とは平行に配列されている。前記第一電極引き出し線及び第二電極引き出し線は、それぞれ第三電極引き出し線及び第四電極引き出し線と絶縁的に設置されている。

前記電子放出装置は、次の工程により製造されている。まず、絶縁性基板を提供して、該絶縁性基板に交叉して複数の電極引き出し線を設置する。前記複数の交叉した電極引き出し線により、複数の格子が形成されている。次に、各々の前記格子に行電極及び列電極を設置して、該行電極及び列電極に導電膜を設置する。最後に、前記行電極及び列電極に電圧を印加して、前記導電膜を活性化させる。これにより、前記導電膜のある領域に開口が形成され、電子放出部として利用できる。

Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、"Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１

しかし、従来の製造方法では、導電膜に損傷を与えながら電子放出部を形成することが必要となるので、電子放出部の寸法及び位置が不確定となり、電子放出素子の電子放出性能が不均一であるという課題がある。

本発明の熱電子放出装置の製造方法は、絶縁性基板を提供する第一ステップと、該絶縁性基板に複数の格子を形成する第二ステップと、各々の格子に第一電極及び第二電極を設置する第三ステップと、前記第一電極及び第二電極にカーボンナノチューブ構造体を設置する第四ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体を加工して熱電子放出素子を形成する第五ステップと、を含む。

前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム又は少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。

前記第四ステップにおいて、一枚のカーボンナノチューブフィルムを製造し、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブを前記第一電極から第二電極まで進む方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを前記第一電極及び第二電極に設置する。

前記第四ステップにおいて、複数のカーボンナノチューブフィルムを製造し、前記複数のカーボンナノチューブフィルムを積み重ねて、前記第一電極及び第二電極に設置する。

前記第四ステップにおいて、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブを、０°〜９０°の角度で積み重ねる。

さらに、前記第四ステップは、支持部材を提供して、複数のカーボンナノチューブフィルムを前記支持部材に積み重ねる第一サブステップと、所定の形状によってカーボンナノチューブフィルムを切断し、有機溶剤で前記カーボンナノチューブフィルムを浸漬させて、前記支持部材から前記カーボンナノチューブ構造体を取り外して、前記第一電極及び第二電極に設置する第二サブステップと、を含む。

前記第一ステップ又は第二ステップにおいて、前記絶縁性基板に、少なくとも一つの溝を形成する。

従来の技術と比べて、本発明は次の優れた点を有する。第一に、本発明の製造方法において、カーボンナノチューブ構造体の製造方法が簡単であるので、本発明の熱電子放出装置のコストが低い。第二に、本発明の製造方法において、複数のカーボンナノチューブ構造体を、それぞれ陰極及び陽極の間の所定位置に設置するので、本発明の製造方法による熱電子放出装置の電子放出特性が均一である。第三に、本発明の製造方法において、カーボンナノチューブ構造体を損傷させることなく、熱電子放出素子を製造できるので、熱電子放出素子の性能が安定している。

本発明の熱電子放出装置の製造方法のフローチャートである。 本発明のカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。 本発明のカーボンナノチューブセグメントの模式図である。 本発明のカーボンナノチューブワイヤのＳＥＭ写真である。 本発明の熱電子放出装置の平面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１を参照すると、本実施形態の熱電子放出装置の製造方法は、絶縁性基板を提供する第一ステップと、該絶縁性基板に複数の格子を形成する第二ステップと、各々の格子に第一電極及び第二電極を設置する第三ステップと、前記第一電極及び第二電極に少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを設置する第四ステップと、前記少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを加工して、前記第一電極及び前記第二電極の間に、電子放出素子を形成する第五ステップと、を含む。

前記第一ステップにおいて、前記絶縁性基板の材料は、セラミック、ガラス、樹脂及び石英のいずれか一種である。本実施形態において、前記絶縁性基板はガラスからなる。さらに、本ステップにおいて、前記絶縁性基板に予め均一に複数の溝を形成することができる。

前記第二ステップは、第一電極引き出し線及び第二電極引き出し線を平行に前記絶縁性基板に配列させる第一サブステップと、前記第一電極引き出し線及び第二電極引き出し線に絶縁部を設置する第二サブステップと、第三電極引き出し線及び第四電極引き出し線を平行に前記絶縁性基板に配列させる第三サブステップと、を含む。前記絶縁部を設置することにより、前記第一電極引き出し線及び第二電極引き出し線と、第三電極引き出し線及び第四電極引き出し線と、が交叉した領域を絶縁状態に保持させることができる。前記第一乃至第四電極引き出し線はそれぞれ外部の回路に電気的に接続されている。前記第一電極引き出し線及び第二電極引き出し線と、第三電極引き出し線及び第四電極引き出し線と、を交叉して設置させることにより、格子を形成することができる。上述より、複数の前記第一乃至第四電極引き出し線を設置することにより、複数の格子を形成することができる。

前記第一ステップに複数の前記溝を形成せず、前記第二ステップに複数の前記溝を形成することができる。

前記第三ステップにおいて、各々の前記格子において、前記第一電極を前記第一電極引き出し線又は前記第二電極引き出し線に電気的に接続させ、前記第二電極を前記第三電極引き出し線又は前記第四電極引き出し線に電気的に接続させている。前記第一電極及び前記第二電極はスクリーン印刷法、蒸着法又はスパッタリング法により形成される。本実施形態において、スクリーン印刷法により前記第一電極及び第二電極を形成する。前記第一電極及び第二電極は、所定の距離で分離して設置されている。

前記第四ステップは、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを製造して、前記絶縁性基板に設置する第一サブステップと、前記少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを前記第一電極及び第二電極に設置する第二サブステップと、を含む。前記カーボンナノチューブフィルムは次の工程により製造される。

第一工程では、カーボンナノチューブアレイを提供する。前記カーボンナノチューブは超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１）であることが好ましい。

本実施形態において、化学気相堆積（ＣＶＤ）法により前記カーボンナノチューブアレイを成長させる。まず、基材を提供する。該基材としては、Ｐ型又はＮ型のシリコン基材、又は表面に酸化物が形成されたシリコン基材が利用される。本実施形態において、厚さが４インチのシリコン基材を提供する。次に、前記基材の表面に触媒層を蒸着させる。該触媒層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ又はそれらの合金である。次に、前記触媒層が蒸着された前記基材を、７００〜９００℃、空気雰囲気において３０〜９０分間アニーリングする。最後に、前記基材を反応装置内に置いて、保護ガスを導入すると同時に前記基材を５００〜７００℃に加熱して、５〜３０分間カーボンを含むガスを導入する。

これにより、高さが２００〜４００μｍの超配列カーボンナノチューブアレイが形成される。前記超配列カーボンナノチューブアレイは、相互に平行で基材に垂直に成長する複数のカーボンナノチューブからなる。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、該カーボンナノチューブの直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍである。該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、該二層カーボンナノチューブの直径は１ｎｍ〜５０ｎｍである。該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、該多層カーボンナノチューブの直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍである。

本実施形態において、前記カーボンを含むガスは、エチレン、メタン、アセチレン、エタン、またはその混合物などの炭化水素であり、保護ガスは窒素やアンモニアなどの不活性ガスである。勿論、前記カーボンナノチューブアレイは、アーク放電法又はレーザー蒸発法でも得られる。前記方法により、前記超配列カーボンナノチューブアレイにアモルファスカーボン又は触媒剤である金属粒子などの不純物が残らず、純粋なカーボンナノチューブアレイが得られる。

第二工程では、前記カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブフィルムを引き出す。

まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。本実施形態において、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブ束からなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。

前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、原子間力で前記カーボンナノチューブ束が端と端で接合され、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。前記カーボンナノチューブフィルムは、所定の方向に沿って配列し、端と端で接合される複数のカーボンナノチューブからなる一定の幅を有するフィルムである。前記カーボンナノチューブフィルムは、均一な導電性及び均一な厚さを有する。このカーボンナノチューブフィルムの製造方法は、高効率で簡単であり、工業的に実用される。

前記第四ステップの第二サブステップにおいて、前記カーボンナノチューブフィルムを前記第一電極及び第二電極に設置する方法は、次の三つである。

第一の方法は、単一のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブを前記第一電極から第二電極まで進む方向に沿って、一枚の前記カーボンナノチューブフィルムを前記第一電極及び第二電極に設置する。

第二の方法は、複数のカーボンナノチューブフィルムを積み重ねて、前記第一電極及び第二電極に設置する。ここで、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、０°〜９０°の角度を成す。

第三の方法は、支持部材を提供して、複数のカーボンナノチューブフィルムを前記支持部材に積み重ねて、所定の形状によってカーボンナノチューブフィルムを切断し、有機溶剤で前記カーボンナノチューブフィルムを浸漬させて、前記支持部材から前記カーボンナノチューブ構造体を取り外して、前記第一電極及び第二電極に設置する。ここで、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、０°〜９０°の角度を成す。

前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは不純物を含まず、該カーボンナノチューブの比表面積が大きいので、該カーボンナノチューブフィルムは強い接着性を有する。従って、該カーボンナノチューブフィルムは直接前記第一電極及び第二電極に固定することができる。また、該カーボンナノチューブフィルムは導電性接着剤でも前記第一電極及び第二電極に固定することができる。

さらに、前記第四ステップにおいて、実用の条件により、有機溶剤を利用して前記カーボンナノチューブフィルムを浸漬して処理することができる。前記有機溶剤は、メタノール、アルコール、アセトンである。本実施形態において、アルコールを利用して前記カーボンナノチューブフィルムを浸漬することにより、前記カーボンナノチューブフィルムは、該アルコールの表面張力作用で、強く前記第一電極及び第二電極に接着される。これにより、前記カーボンナノチューブフィルムと前記第一電極及び第二電極との接触面積が増加し、前記カーボンナノチューブフィルムと前記第一電極及び第二電極との間の接着性を高めることができる。

前記第五ステップにおいて、レーザー切断法又は電子線走査法を利用することができる。本実施形態において、レーザー切断法を利用する。前記第五ステップは、前記第一電極引き出し線に沿って、レーザービームで前記カーボンナノチューブ構造体を走査する第一サブステップと、前記第三電極引き出し線に沿って、レーザービームで前記カーボンナノチューブ構造体を走査する第二サブステップと、を含む。前記第一サブステップ及び第二サブステップにより、前記カーボンナノチューブ構造体の、前記第一電極及び第二電極の間に設置された部分以外を除去することができる。前記レーザービームのパワーは１０Ｗ〜５０Ｗであり、前記レーザービームの走査速度は１０ｍｍ／秒〜５０００ｍｍ／秒である。本実施形態において、前記レーザービームのパワーは３０Ｗであり、前記レーザービームの走査速度は１０００ｍｍ／秒である。

前記第五ステップの第一サブステップにおいて、前記レーザービームの幅は、第三電極引き出し線に沿って配列された隣接する第一電極の間の距離と等しく、２０μｍ〜５００μｍである。前記第五ステップの第二サブステップにおいて、前記レーザービームの幅は、第一電極引き出し線に沿って配列された隣接する第二電極の間の距離と等しく、２０μｍ〜５００μｍである。

本実施形態は、実施形態１と比べて、次の異なる点がある。即ち、第四ステップにおいて、前記第一電極及び第二電極に少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを設置する。第五ステップにおいて、前記少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを加工して、前記第一電極及び前記第二電極の間に、熱電子放出素子を形成する。

前記第四ステップは、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを製造して、前記絶縁性基板に設置する第一サブステップと、前記カーボンナノチューブワイヤを前記第一電極及び第二電極に設置する第二サブステップと、を含む。本実施形態において、前記カーボンナノチューブワイヤは次の工程により製造される。

第一工程では、カーボンナノチューブアレイを提供する。

第二工程では、前記カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブフィルムを引き出す。

第三工程では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤で処理し、又は機械加工してカーボンナノチューブワイヤを形成する。前記カーボンナノチューブ予備成形体を前記有機溶剤で浸漬させて、前記有機溶剤を蒸発させた後、前記カーボンナノチューブ予備成形体が縮んで、カーボンナノチューブワイヤに形成される。該カーボンナノチューブワイヤは前記カーボンナノチューブ予備成形体と比べて、比表面積及び直径が減少するので、強度及び靱性を高めることができる。前記有機溶剤は、メタノール、アルコール、アセトン又はこの二種の混合物である。前記カーボンナノチューブワイヤの直径は０．５ｎｍ〜１００μｍである。

さらに、前記第三工程において、前記カーボンナノチューブ予備成形体を機械加工（例えば、紡糸工程）して、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成することもできる。詳しく説明すると、まず、前記カーボンナノチューブ予備成形体を紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブ予備成形体を回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。

前記第四ステップにおいて、前記カーボンナノチューブワイヤの一つの端部を前記第一電極に電気的に接続し、前記カーボンナノチューブワイヤのもう一つの端部を前記第二電極に電気的に接続するように、複数の前記カーボンナノチューブワイヤを前記第一電極及び第二電極の間に設置する。本実施形態において、前記複数のカーボンナノチューブワイヤは、所定の距離で分離して、相互に平行に配列されている。勿論、前記複数のカーボンナノチューブワイヤが平行せずに配列することもできる。前記少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを利用して、カーボンナノチューブ構造体を製造することができる。

前記カーボンナノチューブワイヤにおけるカーボンナノチューブは不純物を含まず、該カーボンナノチューブの比表面積が大きいので、該カーボンナノチューブワイヤは強い接着性を有する。従って、該カーボンナノチューブワイヤは直接前記第一電極及び第二電極に固定することができる。また、該カーボンナノチューブワイヤは導電性接着剤でも前記第一電極及び第二電極に固定することができる。

図５を参照すると、本実施形態の熱電子放出装置２００は、絶縁性基板２０２と、該絶縁性基板２０２に形成された少なくとも一つの格子２１４と、を含む。前記絶縁性基板２０２の材料は、セラミック、ガラス、樹脂及び石英のいずれか一種である。前記絶縁性基板２０２は、厚さが１ｍｍ以上、長さ及び幅が１ｃｍ以上であるように設けられている。

単一の前記格子２１４は、第一電極引き出し線２０４ａと、第二電極引き出し線２０４ｂと、第三電極引き出し線２０６ａと、第四電極引き出し線２０６ｂと、で囲まれて成る領域である。ここで、前記第一電極引き出し線２０４ａ及び第二電極引き出し線２０４ｂは第一方向で対向して、平行に配列され、前記第三電極引き出し線２０６ａ及び第四電極引き出し線２０６ｂは第二方向で対向して、平行に配列されている。ここで、第一方向は、前記第一電極引き出し線２０４ａから第二電極引き出し線２０４ｂまで進む方向である。第二方向は、前記第三電極引き出し線２０６ａから第四電極引き出し線２０６ｂまで進む方向である。前記第一方向と前記第二方向と交叉して成す角度は、１０°〜９０°である。前記第一電極引き出し線２０４ａと前記第三電極引き出し線２０６ａとが交叉した領域には、前記第一電極引き出し線２０４ａ及び前記第三電極引き出し線２０６ａで挟むように絶縁部２１６が設置される。また、前記第二電極引き出し線２０４ｂと前記第四電極引き出し線２０６ｂとが交叉した領域には、前記第二電極引き出し線２０４ｂ及び前記第四電極引き出し線２０６ｂで挟むように絶縁部２１６が設置される。このように設置すれば、第一電極引き出し線２０４ａと、第二電極引き出し線２０４ｂと、第三電極引き出し線２０６ａと、第四電極引き出し線２０６ｂと、をそれぞれ絶縁に配列することができる。

前記複数の格子２１４は複数の列及び行によって配列されている。単一の前記格子２１４において、一つの熱電子放出ユニット２２０が設置されている。単一の前記熱電子放出ユニット２２０は、第一電極２１０と、第二電極２１２と、熱電子放出素子２０８と、を備えている。前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、所定の距離で分離して、前記熱電子放出素子２０８と電気的に接触するように設置されている。前記第一電極２１０及び第二電極２１２は前記熱電子放出素子２０８及び前記絶縁性基板２０２の間に設置されるので、前記熱電子放出素子２０８は前記絶縁性基板２０２の片側に対向して懸架されて設置されている。前記第一電極２１０は、前記第一電極引き出し線２０４ａ又は第二電極引き出し線２０４ｂに電気的に接続されていて、前記第二電極２１２は前記第三電極引き出し線２０６ａ及び第四電極引き出し線２０６ｂに電気的に接続されている。

前記絶縁性基板２０２に、単一の前記格子２１４に対応して一つの溝２１８が設置されている。前記複数の溝２１８は、寸法が同じであり、均一に前記絶縁性基板２０２に分布されている。実際の要求に対応して、前記溝２１８の形状は正方形、矩形又は三角形などの形状でよい。前記溝２１８は前記基板２０２及び前記熱電子放出素子２０８の間に形成されているので、前記熱電子放出素子２０８の一部が前記基板２０２に対して懸架されて設置されている。本発明の熱電子放出素子２０８が全て前記基板２０２と接触しないように設置されているので、前記熱電子放出素子２０８に提供されたエネルギーの極少の部分が、前記絶縁性基板２０２に伝送され、本発明の熱電子放出装置２００の熱電子放出の特性が高くなる。

前記四つの電極引き出し線２０４ａ、２０４ｂ、２０６ａ、２０６ｂは、線状又は膜形に形成されている。本実施形態において、前記四つの電極引き出し線２０４ａ、２０４ｂ、２０６ａ、２０６ｂは、それぞれ膜形に形成され、幅が３０μｍ〜１ｍｍ、厚さが５μｍ〜１ｍｍである。隣接する前記電極引き出し線間の距離は、３００μｍ〜５ｍｍである。本実施形態において、前記四つの電極引き出し線２０４ａ、２０４ｂ、２０６ａ、２０６ｂは、スクリーン印刷法により導電性ペーストを前記基板２０２に印刷することで得られる。該導電性ペーストは、金属粉末、低融点ガラス粉末及び接着剤を含む。前記金属粉末は、銀粉末である。前記接着剤はエチレン樹脂などのファイバー樹脂又はテルピネオールである。前記導電性ペーストと前記金属粉末の重量比は、５０％〜９０％である。前記導電性ペーストと前記低融点ガラスの重量比は、２％〜１０％である。前記導電性ペーストと前記接着剤の重量比は、１０％〜４０％である。

前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、線状又は膜形に形成されている。本実施形態において、前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、それぞれ膜形に形成されている。前記第一電極２１０及び第二電極２１２の寸法は前記格子２１４の寸法によって設けられている。前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、長さが３０μｍ〜１ｍｍ、幅が３０μｍ〜１ｍｍ、厚さが５μｍ〜１ｍｍであるように設けられている。前記第一電極２１０及び第二電極２１２の間の距離は、５０μｍ〜１ｍｍである。本実施形態において、前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、長さが６０μｍ、幅が４０μｍ、厚さが２５μｍであるように設けられている。本実施形態において、前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、スクリーン印刷法により導電性ペーストを前記基板２０２に印刷することで得られる。該導電性ペーストの成分は、前記電極引き出し線の成分と同じである。

前記熱電子放出素子２０８は、シリコン、グラファイト、石英、カーボンナノチューブ、金属又はその合金のいずれか一種又は多種を含む。本実施形態において、前記熱電子放出素子２０８は、カーボンナノチューブ構造体を含む。前記熱電子放出素子２０８は、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。図４を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブワイヤは、端と端が分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブを含む。単一の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は０．５ｎｍ〜１００μｍである。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。

前記熱電子放出素子２０８は、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む場合、前記カーボンナノチューブワイヤの端部が前記第一電極２１０に電気的に接続され、もう一つの端部が前記第二電極２１２に電気的に接続されている。

別の実施形態として、該カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。図２及び図３を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で端と端が接続された複数のカーボンナノチューブセグメント１４３を含む。各々のカーボンナノチューブセグメント１４３は、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。前記カーボンナノチューブフィルムの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。

単一のカーボンナノチューブフィルムは、所定の方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。本実施形態において、前記複数のカーボンナノチューブは、それぞれ前記第一電極２１０から第二電極２１２まで進む方向に対して、平行に配列されている。

前記熱電子放出素子２０８は、少なくとも二枚の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムが分子間力で結合されている。ここで、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、０°〜９０°の角度を成す。

１４３ カーボンナノチューブセグメント
１４５ カーボンナノチューブ
２００ 熱電子放出装置
２０２ 絶縁性基板
２０４ａ 第一電極引き出し線
２０４ｂ 第二電極引き出し線
２０６ａ 第三電極引き出し線
２０６ｂ 第四電極引き出し線
２０８ 熱電子放出素子
２１０ 第一電極
２１２ 第二電極
２１４ 格子
２１６ 絶縁部
２１８ 溝
２２０ 熱電子放出ユニット

Claims (7)

1. 絶縁性基板を提供する第一ステップと、
   該絶縁性基板に複数の格子を形成する第二ステップと、
   各々の格子に第一電極及び第二電極を設置する第三ステップと、
   前記第一電極及び第二電極にカーボンナノチューブ構造体を設置する第四ステップと、
   前記カーボンナノチューブ構造体を加工して熱電子放出素子を形成する第五ステップと、
   を含むことを特徴とする熱電子放出装置の製造方法。
2. 前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム又は少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含むことを特徴とする、請求項１に記載の熱電子放出装置の製造方法。
3. 前記第四ステップにおいて、
   一枚のカーボンナノチューブフィルムを製造し、
   前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブを前記第一電極から第二電極まで進む方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを前記第一電極及び第二電極に設置することを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱電子放出装置の製造方法。
4. 前記第四ステップにおいて、
   複数のカーボンナノチューブフィルムを製造し、
   前記複数のカーボンナノチューブフィルムを積み重ねて、前記第一電極及び第二電極に設置することを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱電子放出装置の製造方法。
5. 前記第四ステップにおいて、
   隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブを、０°〜９０°の角度で積み重ねることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の熱電子放出装置の製造方法。
6. 前記第四ステップが、
   支持部材を提供して、複数のカーボンナノチューブフィルムを前記支持部材に積み重ねる第一サブステップと、
   所定の形状によってカーボンナノチューブフィルムを切断し、有機溶剤で前記カーボンナノチューブフィルムを浸漬させて、前記支持部材から前記カーボンナノチューブ構造体を取り外して、前記第一電極及び第二電極に設置する第二サブステップと、
   を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱電子放出装置の製造方法。
7. 前記第一ステップ又は第二ステップにおいて、
   前記絶縁性基板に、少なくとも一つの溝を形成することを特徴とする、請求項１に記載の熱電子放出装置の製造方法。