JP3474142B2 - 電界放出型電子源アレイの製造方法、電界放出型電子源アレイ、及びその製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄型表示装置に適
した電界放出型電子源アレイの製造方法、電界放出型電
子源アレイ、及びその製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電界放出型電子源の研究、開発が
盛んに行われており、それを用いた薄型表示装置は、自
発光型であるために液晶表示装置のようなバックライト
の必要がなく、原理的にＣＲＴと同等の見やすさ、明る
さが得られ、さらには、電子源の微細性を生かした非常
に高精細の表示装置を実現できる可能性がある。

【０００３】電界放出型電子源は、C.A.Spindtらによる
蒸着法で形成された高融点金属材料からなる円錐形状の
電子源（ＵＳＰ３，６６５，２４１）等が良く知られて
いるが、大型の表示装置に用いるために大面積の電子源
アレイを形成する場合には、その製造方法に起因する理
由により形状のバラツキが多くなり、電子源としての均
一性や信頼性の点で問題があった。

【０００４】一方、１９９１年に飯島らにより発見され
たカーボンナノチューブ（S.Iijima,Nature,354,56.199
1）は、グラファイトを丸めた円筒形の物質であり、電
子源としても優れた特徴を有する材料として非常に期待
されており、カーボンナノチューブからの電界放出に関
しては、R.E.Smalleyら（Science,269,1550,1995）、及
びW.A.de Heerら（Science,270,1179,1995）の研究グル
ープ等により報告されている。

【０００５】カーボンナノチューブを電子源に用いた表
示装置は、例えば特開平１１−１６２３８３号公報に記
載されている。すなわち、透光性を有する表示面側基板
の表示面側リブで挟まれた領域に形成されて電位が印加
される蛍光体からなる発光部と、それと対向配置される
電子放出側基板の電子放出側リブで挟まれた領域に複数
配置されて電位が印加されるカーボンナノチューブから
なる電子放出部と、電子放出側リブ上に形成された電子
引き出し電極とから構成されており、表示面側基板と電
子放出側基板とで囲まれた外囲器の内部は真空排気され
ている。このように構成された表示装置の電子放出部と
電子引き出し電極との間に電位を印加すると、電子放出
部を構成しているカーボンナノチューブの先端に高電界
が集中して電子が引き出される。引き出された電子は、
さらに高電位が印加された発光部の蛍光体に衝突し、発
光する。

【０００６】カーボンナノチューブからなる電子放出部
の形成方法としては、カーボンナノチューブの集合体か
らなる針形状の柱状グラファイトを導電性接着剤で所定
領域に固定配置して形成するか、あるいは、柱状グラフ
ァイトのペーストを用いた印刷によるパターン形成によ
り電子放出部を形成するという方法が示されている。こ
こで用いられるカーボンナノチューブは、ヘリウムガス
中で一対の炭素電極間にアーク放電を起こしたときの陰
極側の炭素電極先端に凝集した堆積物中に形成されてお
り、堆積物内部の繊維状の組織を切り出したものが柱状
グラファイトに相当する。

【０００７】その他のカーボンナノチューブ形成方法と
しては、例えば特開平８−１５１２０７号公報に記載さ
れているように、陽極酸化膜の細孔中にＣＶＤ法を用い
てカーボンナノチューブを形成する方法、さらには、例
えば特開平１０−１２１２４号公報に記載されているよ
うに、細孔内の微小な触媒を起点としてＣＶＤ法を用い
てカーボンナノチューブを成長させる方法、等が開示さ
れている。

【０００８】

【発明か解決しようとする課題】しかしながら、カーボ
ンナノチューブの集合体である柱状グラファイトを用い
た従来の電界放出型電子源は、表示装置用の電子源アレ
イを構成する場合には、画素サイズから考えて柱状グラ
ファイトが数μｍから数十μｍの大きさである必要があ
り、その微小性のために切り出しや接着による固定配置
等の取り扱いが容易ではないと思われる。また、ペース
トを用いた印刷によるパターン形成では、カーボンナノ
チューブの方向を電子放出方向に揃えることが現状では
困難であり、さらに、ペーストから多くのカーボンナノ
チューブの先端を有効な形で露出させることも容易では
なく、均一性の高い電子源アレイを得ることが難しいと
考えられる。

【０００９】また、ＣＶＤ法を用いた従来の電界放出型
電子源は、細孔、または触媒で限定された場所にカーボ
ンナノチューブを成長させることができるため配向性は
良好であるが、電子源アレイ基板毎にＣＶＤプロセスを
施す必要があり、大型の基板を用いる場合には基板全域
での均一性を得ることが容易ではなく、さらに、大型基
板用のＣＶＤ装置が必要である等の生産設備の複雑化、
コスト上昇の要因となり得る。

【００１０】上述の手法を含め、カーボンナノチューブ
を用いた電子源アレイに関して、構造、製造方法ともに
種々の提案がなされているが、現状のところ、それぞれ
一長一短がある。そのため、アーク放電法、熱ＣＶＤ
法、等のプラントで大量生産されるカーボンナノチュー
ブを効率的に利用すること、良好な電子放出特性を得る
ためになるべく多くのカーボンナノチューブを電子放出
方向に配向させること、さらには製造工程が簡便でコス
トダウンが容易なこと、のすべてを満足する電子源アレ
イ構造、及びその製造方法の開発が期待されている。

【００１１】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、薄型表示装置に適した電界放出型電子
源アレイの製造方法、電界放出型電子源アレイ、及びそ
の製造装置を提供することを目的とする。

【００１２】すなわち、別途、安価に大量生産されたカ
ーボンナノチューブを含む材料を用いて電子源アレイが
作製可能で、電界放出型電子源に適した良質なカーボン
ナノチューブをある程度、選択的に分離して電子放出部
を形成でき、さらに、細孔等の所定の箇所にカーボンナ
ノチューブを配向させることが可能で、大型の表示装置
に用いるために大面積の電子源アレイを形成する場合に
も、電子放出特性の均一性が高く、生産性に優れる電界
放出型電子源アレイ、及びその製造方法を提供すること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明の製造方法では、第１の導電性基板
と、少なくともカーボンナノチューブを含む導電性材料
層と、複数の表裏を貫通する微小経路を有する絶縁性基
板と、表面に絶縁性膜を有する第２の導電性基板とを積
層し、第１の導電性基板と第２の導電性基板との間に交
流電圧を印加することにより、絶縁性基板に対して少な
くともカーボンナノチューブを含む導電性材料を複数の
表裏を貫通する微小経路内へと移動、充填させるもので
あることで、別途、安価に大量生産された不純物を含む
カーボンナノチューブ材料の中から、比較的良質なカー
ボンナノチューブを選択的に電界放出型電子源アレイを
構成する絶縁性基板に形成された複数の表裏を貫通する
微小経路内へと移動、充填させることができ、電子源ア
レイの製造が容易となる。

【００１４】また、請求項２の発明の製造方法では、第
１の導電性基板と、少なくともカーボンナノチューブを
含む第１の導電性材料層と、複数の表裏を貫通する微小
経路を有する第１の絶縁性基板と、絶縁性膜と、複数の
表裏を貫通する微小経路を有する第２の絶縁性基板と、
少なくともカーボンナノチューブを含む第２の導電性材
料層と、第２の導電性基板とを積層し、第１の導電性基
板と第２の導電性基板との間に交流電圧を印加すること
により、第１及び第２の絶縁性基板に対して少なくとも
カーボンナノチューブを含む導電性材料を複数の表裏を
貫通する微小経路内へと移動、充填させるものであるこ
とで、第１及び第２の絶縁性基板に対して、同時にカー
ボンナノチューブを含む導電性材料を充填させることが
でき、電子源アレイの製造の生産性をさらに向上させる
ことができる。

【００１５】また、請求項３の発明の製造方法では、少
なくともカーボンナノチューブを含む導電性材料層と、
複数の表裏を貫通する微小経路を有する絶縁性基板との
間に両者の接触領域を制限するマスク材が挿入されてい
るものであることで、基板全域に複数の表裏を貫通する
微小経路を有する絶縁性基板を用いてもマスク材により
電子源を形成する箇所を限定することができ、表示装置
の画素形成等が容易となる。

【００１６】請求項４の発明では、絶縁性基板に形成さ
れた複数の表裏を貫通する微小経路内に電気的振動によ
り移動、充填され得る少なくともカーボンナノチューブ
を含む導電性材料が充填され、導電性材料の片端がカソ
ード電極に電気的に接続されていることで、絶縁性基板
に形成された複数の表裏を貫通する微小経路内に充填さ
れたカーボンナノチューブは電子放出方向に対する配向
性に優れるため、均一性の高い電界放出型電子源アレイ
を得ることができる。

【００１７】また、請求項５の発明では、前記絶縁性基
板に形成された複数の表裏を貫通する微小経路が、陽極
酸化法により形成された細孔であることで、陽極酸化法
により形成した細孔は、細孔の径、細孔の密度の均一性
及び再現性が非常に高く、より均一性の高い電界放出型
電子源アレイを得ることができる。また、請求項６の発
明では、前記絶縁性基板が、微小粒子の集合体である多
孔質基板であることで、絶縁性基板の製造が容易で安価
であり、それを用いて構成される電界放出型電子源アレ
イの低価格化が期待できる。

【００１８】また、請求項７の発明では、前記導電性材
料の片端が電気抵抗層を介してカソード電極に電気的に
接続されているものであることで、各々の電子源からの
過度の電子放出が電気抵抗層による電圧降下により抑制
されるため、電子源アレイからの電子放出の安定性、均
一性が得られる。また、本発明の構造においては、絶縁
性基板に形成された導電性材料部、すなわち電子放出部
とカソード電極の接続部分に電気抵抗性ペースト等を用
いることにより容易に形成することができる。

【００１９】また、請求項８の発明では、絶縁性基板に
形成された複数の表裏を貫通する微小経路の貫通個所が
絶縁性基板内で島状、またはライン状に限定、分割され
ているものであることで、絶縁性基板に形成される電子
源の場所が表裏を貫通する微小経路が形成された場所と
することができるため、表示装置の画素の分離、形成が
容易となる。また、電子源の形成個所を細分化すること
により、電気抵抗性物質による電子放出の安定性、均一
性の効果をより向上させることができる。

【００２０】また、請求項９の発明の製造装置では、印
加する交流電圧の周波数、または電圧値の可変制御手段
を具備するものであることで、電界放出型電子源アレイ
を構成する絶縁性基板に形成された複数の表裏を貫通す
る微小経路の大きさ、形状等に合わせ、また、使用する
カーボンナノチューブの径、長さ、電気的特性等に合わ
せ、また、カーボンナノチューブを含む導電性材料層、
及び微小経路を有する絶縁性基板の厚さ、大きさ等に合
わせ、さらには、微小経路内へのカーボンナノチューブ
の充填の進行状況に合わせ、随時最適な交流電圧の周波
数、または電圧値を印加することができる電界放出型電
子源アレイの製造装置が構成される。

【００２１】さらに、カーボンナノチューブを含む材料
に印加する交流電圧の周波数、または電圧値を制御し、
カーボンナノチューブに微細な伸縮を繰り返させながら
一定方向へ移動させるようにすれば、比較的容易な構成
で、不純物を含むカーボンナノチューブ材料の中から良
質なカーボンナノチューブを電気的特性等の違いにより
選別的に利用することが可能となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。図１
は、第１の実施の形態による電界放出型電子源アレイを
示す部分断面図である。図１において、１１は電界放出
型電子源アレイの電子放出部、１２は細孔をもつ絶縁性
基板、１３は電気抵抗層、１４はカソード電極、１５は
２ｍｍ厚のガラス基板からなる支持基板である。

【００２３】支持基板１５上に形成された３００μｍ幅
のカソード電極１４は、ピッチ４００μｍで図面垂直方
向に電気的に分割されたライン状に形成されている。１
００μｍ厚の絶縁性基板１２には、カーボンナノチュー
ブを含む導電性材料が充填された複数の表裏を貫通する
微小経路である電子放出部１１が１００μｍ以下の円
形、または矩形の微小な領域で分割されて島状に形成さ
れており、各々の電子放出部１１は電気抵抗層１３を介
してカソード電極１４に接続されている。カーボンナノ
チューブの端面は、微小経路内でおおよそ電子放出方向
（図１上方向）を向くように配向されている。

【００２４】おおよそ１ｍｍの距離を離して対向配置さ
せたアノード電極基板（図示略）に２ｋＶ程度の電圧を
印加し、平行平板換算での電界強度が２Ｖ／μｍ程度と
なると、電子放出部１１から電子が放出されはじめる。
また、アノード電極に蛍光体を塗布した透明基板を用
い、５〜１０ｋＶ程度の電圧を印加すると、輝度１５０
〜３００ｃｄ／ｍ²程度の発光を得ることができる。

【００２５】なお、電気抵抗層１３の有無により印加電
圧値に対する発光輝度に差異があり、電気抵抗層１３が
無い方が低電圧で高輝度が得られるが、電気抵抗層１３
が有る方が広範囲での発光輝度のバラツキが少なくな
る。島状に分割された電子放出部１１のそれそれに電気
的に独立した形で抵抗が付加されるように電気抵抗層１
３を構成することが好ましく、また、基板サイズ、すな
わちこの電子源アレイを用いて構成する表示装置の大き
さ、あるいは所望する輝度バラツキの抑制程度等を考慮
して電気抵抗層１３の抵抗値を設定すればよい。

【００２６】ここで、絶縁性基板に形成された複数の表
裏を貫通する微小経路は、アルミニウムを用いて陽極酸
化法により形成された細孔であってもよい。アルミニウ
ムに陽極酸化処理を行うことにより、規則正しいアルミ
ナのセル（通常は６角形で蜂の巣構造となる）ができ、
その中央部に細孔が形成される。細孔の直径、深さ、ピ
ッチ、等の形状制御は、電圧値、時間、等の陽極酸化条
件で設定でき、規則性、再現性が高い。

【００２７】このように、陽極酸化法により形成した細
孔をもつ絶縁性基板１２は、細孔の径、及び細孔の密度
の均一性、及び再現性が非常に高く、より均一性の高い
電界放出型電子源アレイを構成することができる。ま
た、絶縁性基板１２が微小粒子の集合体である多孔質基
板であってもよい。多孔質基板は、構成上、カーボンナ
ノチューブの配向性には劣るが、絶縁性基板１２の製造
が容易で安価であり、それを用いて構成される電界放出
型電子源アレイの低価格化が期待できる。

【００２８】表示装置を構成する場合のマトリクスは、
ライン状に形成したカソード電極と直交するようにライ
ン状に配置したゲート電極（図示略）で構成する。カソ
ード電極とゲート電極の交差する部分が電子放出部１１
となり、その箇所のゲート電極には電子放出部１１を取
り囲むような開口部が形成されている。アノード電極に
印加した電圧による電界により電子放出部１１から電子
が放出している状態では、ゲート電極に印加する電圧で
電子放出部１１の電界強度を減少させるようにしてアノ
ード電極に達する電子の量を制限する。このような構成
では、ゲート電極に放出電子を集束させる効果を持たせ
ることができる。一方、カソード電極とアノード電極の
距離を離した場合（電子放出に必要な電界をアノード電
極では印加できない場合）には、ゲート電極に印加する
電圧で電子を放出させ、さらに高電位に設定したアノー
ド電極に電子を導く構成としてもよい。

【００２９】図２は、第２の実施の形態による電界放出
型電子源アレイの製造方法を示す断面図である。まず、
導電性基板２６上に少なくともカーボンナノチューブを
含む導電性材料層２５を塗布する。その上に複数の表裏
を貫通する微小経路を有する絶縁性基板２３を積層し、
さらに、表面に絶縁性膜２２を有する導電性基板２１を
積層する。なお、導電性基板２１は、絶縁性膜２２側が
絶縁性基板２３に接するようする。

【００３０】ここで、カーボンナノチューブを含む導電
性材料層２５を絶縁性基板２３上に塗布した後に導電性
基板２６と積層させてもよい。また、カーボンナノチュ
ーブを含む導電性材料層２５と複数の表裏を貫通する微
小経路を有する絶縁性基板２３の接触領域を制限するた
めのマスク材２４を挿入してもよい。マスク材２４によ
り電子放出部１１（図１）を形成する箇所を島状、ある
いはライン状等に任意の形状に設定することができる。

【００３１】導電性基板２１と導電性基板２６は、交流
電圧を印加するための電源回路２７に接続されており、
両基板の間に最適な交流電圧を印加すると、電界放出型
電子源に適した良質なカーボンナノチューブが微細な伸
縮を繰り返しながら絶縁性基板２３の表裏を貫通する微
小経路内へと移動し、微小経路内にカーボンナノチュー
ブが充填される。ここで、カーボンナノチューブの長さ
は、電子の多い時に長く、電子の少ない時に短くなって
おり、おおよそ１％程度の伸縮を繰り返しているものと
考えられる。そのため、導電性基板２１で構成されてい
る大きなキャパシタと、カーボンナノチューブに蓄えら
れる電荷、及びその時の微細な伸縮との組合せにより、
カーボンナノチューブの移動、充填が行われるものと推
測される。

【００３２】このように、第２の実施の形態では、導電
性基板２６と、少なくともカーボンナノチューブを含む
導電性材料層２５と、複数の表裏を貫通する微小経路を
有する絶縁性基板２３と、表面に絶縁性膜２２を有する
導電性基板２１とを積層し、導電性基板２１と導電性基
板２６との間に最適な交流電圧を印加することにより、
電界放出型電子源に適した良質なカーボンナノチューブ
が微細な伸縮を繰り返しながら絶縁性基板２３の表裏を
貫通する微小経路内へと移動し、微小経路内にカーボン
ナノチューブが充填、配向された絶縁性基板２３が作製
される。

【００３３】他の構成例としては、製造時に用いる導電
性基板２１を、ガラス基板等の絶縁性基板からなるカソ
ード電極の支持基板と、その上に形成したカソード電極
とで代用することも可能である。さらには、カソード電
極上に電気抵抗層１３を形成した基板を用いてもよい。
カーボンナノチューブを含む導電性材料層にガラス等の
バインダーを微量、分散させておき、複数の表裏を貫通
する微小経路を有する絶縁性基板１２との間に薄く塗布
し、カーボンナノチューブを移動、充填させた後に、焼
成する。これにより、支持基板、カソード電極、電気抵
抗層、カーボンナノチューブからなる電子放出部１１に
より構成される電子源アレイが容易に製造され得る。

【００３４】また、カーボンナノチューブを含む導電性
材料層に含まれる非導電性の材料の割合によっては、カ
ーボンナノチューブが移動、充填されるに伴い、カソー
ド電極と電子放出部の間でカソード電極の表面近傍に電
気的抵抗を有する材料層を形成させることも可能であ
る。

【００３５】他の製造方法の例としては、第１の導電性
基板上に少なくともカーボンナノチューブを含む導電性
材料層を塗布し、その上に第１の複数の表裏を貫通する
微小経路を有する絶縁性基板を積層する。同様に、第２
の導電性基板上に少なくともカーボンナノチューブを含
む導電性材料層を塗布し、その上に第２の複数の表裏を
貫通する微小経路を有する絶縁性基板を積層する。

【００３６】ここで、カーボンナノチューブを含む導電
性材料層を絶縁性基板上に塗布した後に導電性基板と積
層させてもよい。また、カーボンナノチューブを含む導
電性材料層と複数の表裏を貫通する微小経路を有する絶
縁性基板の接触領域を制限するためのマスク材を挿入し
てもよい。その後、第１及び第２の複数の表裏を貫通す
る微小経路を有する絶縁性基板の間に絶縁性膜を挟んで
積層した対称な構成とし、さらに、第１の導電性基板と
第２の導電性基板の間に最適な交流電圧を印加すると、
電界放出型電子源に適した良質なカーボンナノチューブ
が微細な伸縮を繰り返しながら第１、及び第２の絶縁性
基板の表裏を貫通する微小経路内へと移動し、微小経路
内にカーボンナノチューブが充填される。

【００３７】このように構成することにより、第１及び
第２の絶縁性基板に対して、同時にカーボンナノチュー
ブを含む導電性材料を充填させることができ、電子源ア
レイの製造の生産性をさらに向上させることができる。
一方、上記第２の実施の形態と異なり、貫通していない
微小経路を有する絶縁性基板を用いて電子源アレイを製
造することもできる。

【００３８】すなわち、第１の導電性基板上に少なくと
もカーボンナノチューブを含む導電性材料層を塗布し、
その上に貫通していない微小経路を有する絶縁性基板を
微小経路が導電性材料層に接するように積層する。ここ
で、カーボンナノチューブを含む導電性材料層を絶縁性
基板上に塗布した後に導電性基板と積層させてもよい。
また、カーボンナノチューブを含む導電性材料層と貫通
していない微小経路を有する絶縁性基板の接触領域を制
限するためのマスク材を挿入してもよい。次に、第２の
導電性基板を積層し、第１の導電性基板と第２の導電性
基板の間に最適な交流電圧を印加すると、カーボンナノ
チューブが絶縁性基板の微小経路内へと移動し、微小経
路内にカーボンナノチューブが充填される。その後、絶
縁性基板をエッチング、または研磨することにより、カ
ーボンナノチューブの電子放出部を露出させる。これら
の基板構成、及び製造方法は、目的とする電子源アレイ
構造に合せて選定すればよい。

【００３９】図３は、第３の実施の形態による電界放出
型電子源アレイの製造装置の概要を示す断面図である。
下部電極基板３７は囲い部材３５と組合されてカーボン
ナノチューブを含む導電性材料層３６を保持する凹みを
形成する。カーボンナノチューブを含む導電性材料は、
材料供給部３４から適宜、補充される。電子源アレイの
構成部材となる複数の表裏を貫通する微小経路を有する
絶縁性基板３３は、表面に絶縁性膜３２を有する導電性
基板３１とともにカーボンナノチューブを含む導電性材
料層３６上に積層配置される。下部電極基板３７と導電
性基板３１は、電源制御回路３８に接続されている。

【００４０】電源制御回路３８（可変制御手段）は、印
加する交流電圧の周波数、電圧値、等の可変制御が可能
な回路系を有している。電界放出型電子源アレイを構成
する絶縁性基板に形成された複数の表裏を貫通する微小
経路の大きさ、形状等に合わせ、また、使用するカーボ
ンナノチューブの径、長さ、電気的特性等に合わせ、ま
た、カーボンナノチューブを含む導電性材料層、及び微
小経路を有する絶縁性基板の厚さ、大きさ等に合わせ、
さらには、微小経路内ヘカーボンナノチューブが充填さ
れる進行状況に合わせ、随時最適な交流電圧の周波数、
または電圧値を印加する。また、表面に絶縁性膜３２を
有する導電性基板３１と積層した絶縁性基板３３を、複
数枚、同時に並列的に取り付けてカーボンナノチューブ
の充填動作を行うこともでき、生産性の高い電子源アレ
イの製造装置が構成できる。

【００４１】他の製造装置の例としては、導電性基板、
または複数の表裏を貫通する微小経路を有する絶縁性基
板上にカーボンナノチューブを含む導電性材料薄く塗布
する機構と、両基板、及び電圧印加用の導電性基板とを
積層する機構と、両導電性基板に交流電圧を印加する制
御回路電源部を有する電圧印加機構とを、順次、インラ
イン配置した製造装置であってもよい。この場合、上述
したように、導電性基板を、ガラス基板等の絶縁性基板
からなるカソード電極の支持基板と、その上に形成した
カソード電極とで代用する構成にすると、より効率的な
電子源アレイの製造工程が構築可能である。

【００４２】さらに、上記第３の実施の形態と同様の原
理により、カーボンナノチューブを含む材料に印加する
交流電圧の周波数、または電圧値を制御し、カーボンナ
ノチューブに微細な伸縮を繰り返させながら一定方向へ
移動させることにより、比較的容易な構成で、不純物を
含むカーボンナノチューブ材料の中から良質なカーボン
ナノチューブを電気的特性等の違いにより選別的に利用
することができる分離精製方法が実現でき、各種分野へ
の応用が可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれ
ば、薄型表示装置に適した電界放出型電子源アレイ、及
びその製造方法が提供できる。詳しくは、請求項１の発
明の製造方法は、第１の導電性基板と、少なくともカー
ボンナノチューブを含む導電性材料層と、複数の表裏を
貫通する微小経路を有する絶縁性基板と、表面に絶縁性
膜を有する第２の導電性基板とを積層し、第１の導電性
基板と第２の導電性基板との間に交流電圧を印加するこ
とにより、絶縁性基板に対して少なくともカーボンナノ
チューブを含む導電性材料を複数の表裏を貫通する微小
経路内へと移動、充填させるため、別途、安価に大量生
産された不純物を含むカーボンナノチューブ材料の中か
ら、比較的良質なカーボンナノチューブを選択的に電界
放出型電子源アレイを構成する絶縁性基板に形成された
複数の表裏を貫通する微小経路内へと移動、充填させる
ことができ、電子源アレイの製造が容易となる。

【００４４】また、請求項２の発明の製造方法は、第１
の導電性基板と、少なくともカーボンナノチューブを含
む第１の導電性材料層と、複数の表裏を貫通する微小経
路を有する第１の絶縁性基板と、絶縁性膜と、第２の複
数の表裏を貫通する微小経路を有する絶縁性基板と、少
なくともカーボンナノチューブを含む第２の導電性材料
層と、第２の導電性基板とを積層し、第１の導電性基板
と第２の導電性基板との間に交流電圧を印加することに
より、第１及び第２の絶縁性基板に対して少なくともカ
ーボンナノチューブを含む導電性材料を複数の表裏を貫
通する微小経路内へと移動、充填させるため、第１及び
第２の絶縁性基板に対して、同時にカーボンナノチュー
ブを含む導電性材料を充填させることができ、電子源ア
レイの製造の生産性をさらに向上させることができる。

【００４５】また、請求項３の発明の製造方法は、少な
くともカーボンナノチューブを含む導電性材料層と、複
数の表裏を貫通する微小経路を有する絶縁性基板との間
に両者の接触領域を制限するマスク材が挿入されてお
り、基板全域に複数の表裏を貫通する微小経路を有する
絶縁性基板を用いてもマスク材により電子源を形成する
箇所を限定することができ、表示装置の画素形成等が容
易となる。

【００４６】また、請求項４の発明は、絶縁性基板に形
成された複数の表裏を貫通する微小経路内に電気的振動
により移動、充填され得る少なくともカーボンナノチュ
ーブを含む導電性材料が充填され、導電性材料の片端が
カソード電極に電気的に接続されており、絶縁性基板に
形成された複数の表裏を貫通する微小経路内に充填され
たカーボンナノチューブは電子放出方向に対する配向性
に優れるため、均一性の高い電界放出型電子源アレイを
得ることができる。

【００４７】また、請求項５の発明は、絶縁性基板に形
成された複数の表裏を貫通する微小経路が陽極酸化法に
より形成された細孔であり、細孔の径、及び細孔の密度
の均一性、及び再現性が非常に高く、より均一性の高い
電界放出型電子源アレイを得ることができる。また、請
求項６の発明は、絶縁性基板が微小粒子の集合体である
多孔質基板であり、絶縁性基板の製造が容易で安価であ
り、それを用いて構成される電界放出型電子源アレイの
低価格化が期待できる。

【００４８】また、請求項７の発明は、導電性材料の片
端が電気抵抗層を介してカソード電極に電気的に接続さ
れており、各々の電子源からの過度の電子放出が電気抵
抗性物質による電圧降下により抑制されるため、電子源
アレイからの電子放出の安定性、均一性が得られる。ま
た、本発明の構造においては、絶縁性基板に形成された
導電性材料部、すなわち電子放出部とカソード電極の接
続部分に電気抵抗性ペースト等を用いることにより容易
に形成することができる。

【００４９】また、請求項８の発明は、絶縁性基板に形
成された複数の表裏を貫通する微小経路の貫通個所が絶
縁性基板内で島状、またはライン状に限定、分割されて
おり、絶縁性基板に形成される電子源の場所が表裏を貫
通する微小経路が形成された場所とすることができるた
め、表示装置の画素の分離、形成が容易となる。また、
電子源の形成個所を細分化することにより、電気抵抗性
物質による電子放出の安定性、均一性の効果をより向上
させることができる。

【００５０】さらに、請求項９の発明の製造装置は、印
加する交流電圧の周波数、または電圧値の可変制御手段
を具備するため、電界放出型電子源アレイを構成する絶
縁性基板に形成された複数の表裏を貫通する微小経路の
大きさ、形状等に合わせ、また、使用するカーボンナノ
チューブの径、長さ、電気的特性等に合わせ、また、カ
ーボンナノチューブを含む導電性材料層、及び微小経路
を有する絶縁性基板の厚さ、大きさ等に合わせ、さらに
は、微小経路内へのカーボンナノチューブの充填の進行
状況に合わせ、随時最適な交流電圧の周波数、または電
圧値を印加することができる電界放出型電子源アレイの
製造装置が構成され得る。

【００５１】さらに、カーボンナノチューブを含む材料
に印加する交流電圧の周波数、または電圧値を制御し、
カーボンナノチューブに微細な伸縮を繰り返させながら
一定方向へ移動させるため、比較的容易な構成で、不純
物を含むカーボンナノチューブ材料の中から良質なカー
ボンナノチューブを電気的特性等の違いにより選別的に
利用することが可能となる。

【００５２】すなわち以上の発明により、別途、安価に
大量生産されたカーボンナノチューブを含む材料を用い
て電子源アレイが作製可能で、電界放出型電子源に適し
た良質なカーボンナノチューブをある程度、選択的に分
離して電子放出部を形成でき、さらに、細孔等の所定の
箇所にカーボンナノチューブを配向させることが可能
で、大型の表示装置に用いるために大面積の電子源アレ
イを形成する場合にも、電子放出特性の均一性が高く、
生産性に優れる電界放出型電子源アレイ、及びその製造
方法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による電界放出型電
子源アレイを示す部分断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態による電界放出型電
子源アレイの製造方法を示す断面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態による電界放出型電
子源アレイの製造装置の概要を示す断面図である。

【符号の説明】

１１ 電子放出部 １２ 絶縁性基板 １３ 電気抵抗層 １４ カソード電極 １５ 支持基板 ２１ 導電性基板 ２２ 絶縁性膜 ２３ 複数の表裏を貫通する微小経路を有する絶縁性基
板 ２４ マスク材 ２５ カーボンナノチューブを含む導電性材料層 ２６ 導電性基板 ２７ 電源回路 ３１ 導電性基板 ３２ 絶縁性膜 ３３ 複数の表裏を貫通する微小経路を有する絶縁性基
板 ３６ カーボンナノチューブを含む導電性材料層 ３７ 下部電極基板 ３８ 電源制御回路（可変制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 9/02 H01J 1/304

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の導電性基板と、少なくともカーボ
   ンナノチューブを含む導電性材料層と、複数の表裏を貫
   通する微小経路を有する絶縁性基板と、表面に絶縁性膜
   を有する第２の導電性基板とを積層し、第１の導電性基
   板と第２の導電性基板との間に交流電圧を印加すること
   により、前記絶縁性基板に対して少なくともカーボンナ
   ノチューブを含む導電性材料を複数の表裏を貫通する微
   小経路内へと移動、充填させることを特徴とする電界放
   出型電子源アレイの製造方法。
2. 【請求項２】 第１の導電性基板と、少なくともカーボ
   ンナノチューブを含む第１の導電性材料層と、複数の表
   裏を貫通する微小経路を有する第１の絶縁性基板と、絶
   縁性膜と、複数の表裏を貫通する微小経路を有する第２
   の絶縁性基板と、少なくともカーボンナノチューブを含
   む第２の導電性材料層と、第２の導電性基板とを積層
   し、第１の導電性基板と第２の導電性基板との間に交流
   電圧を印加することにより、前記第１及び第２の絶縁性
   基板に対して少なくともカーボンナノチューブを含む導
   電性材料を複数の表裏を貫通する微小経路内へと移動、
   充填させることを特徴とする電界放出型電子源アレイの
   製造方法。
3. 【請求項３】 少なくともカーボンナノチューブを含む
   前記導電性材料層と、複数の表裏を貫通する微小経路を
   有する前記絶縁性基板との間に両者の接触領域を制限す
   るマスク材が挿入されていることを特徴とする請求項１
   又は２に記載の電界放出型電子源アレイの製造方法。
4. 【請求項４】 絶縁性基板に形成された複数の表裏を貫
   通する微小経路内に電気的振動により移動、充填され得
   る少なくともカーボンナノチューブを含む導電性材料が
   充填され、該導電性材料の片端がカソード電極に電気的
   に接続されていることを特徴とする電界放出型電子源ア
   レイ。
5. 【請求項５】 前記絶縁性基板に形成された複数の表裏
   を貫通する微小経路が、陽極酸化法により形成された細
   孔であることを特徴とする請求項４記載の電界放出型電
   子源アレイ。
6. 【請求項６】 前記絶縁性基板が、微小粒子の集合体で
   ある多孔質基板であることを特徴とする請求項４記載の
   電界放出型電子源アレイ。
7. 【請求項７】 前記導電性材料の片端が電気抵抗層を介
   して前記カソード電極に電気的に接続されていることを
   特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の電界放出
   型電子源アレイ。
8. 【請求項８】 前記絶縁性基板に形成された複数の表裏
   を貫通する微小経路の該貫通個所が絶縁性基板内で島
   状、またはライン状に限定、分割されていることを特徴
   とする請求項４乃至７のいずれかに記載の電界放出型電
   子源アレイ。
9. 【請求項９】 第１の導電性基板と、少なくともカーボ
   ンナノチューブを含む導電性材料層と、複数の表裏を貫
   通する微小経路を有する絶縁性基板と、表面に絶縁性膜
   を有する第２の導電性基板とを積層し、第１の導電性基
   板と第２の導電性基板との間に交流電圧を印加すること
   により、前記絶縁性基板に対して少なくともカーボンナ
   ノチューブを含む導電性材料を複数の表裏を貫通する微
   小経路内へと移動、充填させる電界放出型電子源アレイ
   の製造方法に基づき、印加する交流電圧の周波数、又は
   電圧値の可変制御手段を具備することを特徴とする電界
   放出型電子源アレイの製造装置。