JP3590007B2 - 電子放出素子およびその製造方法並びに該電子放出素子を用いた画像表示装置 - Google Patents
電子放出素子およびその製造方法並びに該電子放出素子を用いた画像表示装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界放出の原理に基づき電子を放出し、薄型表示装置を構成するために用いられる電子放出素子およびその製造方法並びに該電子放出素子を用いた画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、強電界を印加することにより電界電子放出する電界放出型電子源に関する研究が盛んに行われている。
【０００３】
電界放出型電子源を用いた薄型表示装置は自発光型であるため、液晶表示装置のようにバックライトを設ける必要がない。しかも、原理的にはＣＲＴ（ブラウン管）と同等の見やすさ・明るさが得られ、さらには、電界放出型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する可能性がある。
【０００４】
従来の電子源としては、Ｃ．Ａ．ＳｐｉｎｄｔらがＵＳＰ３６６５２４１号で開示しているような円錐形状のメタル電子源が知られている。このようなメタル電子源は、例えばモリブデンなどの高融点金属材料からなり、蒸着法により形成される。
【０００５】
しかしながら、上記メタル電子源は、金属を蒸着法により形成して製造されることにより、大型の表示装置などに用いるために大面積の電子放出素子を形成する場合、メタル電子源の形状がバラツキが多くなる。従って、電子源としての均一性や信頼性の点で問題があった。
【０００６】
また、他の電界放出型電子源として、低電界で電子を放出する、例えば、種々の材料からなる超微粒子状物質や針状の電極部材などといった電子放出材料も研究されている。
【０００７】
それらの電子放出材料の中では、炭素系の材料が盛んに検討されており、その中でも特に、遠藤らの解説（固体物理、ｖｏｌ．１２、Ｎｏ．１、１９７７）などに示されている気相成長法を用いて製造されるナノメーターオーダーの炭素繊維や、飯島らにより確認されたアーク放電法により生成されるカーボンナノチューブ（Ｎａｔｕｒｅ、３５４、５６、１９９１）などは、グラファイトを丸めた円筒形の物質であり、円筒状に巻いたグラファイト層の入れ子状構造を有している。このカーボンナノチューブは、電子源として優れた特徴を有する材料として非常に期待されている。
【０００８】
また、カーボンナノチューブからの電子放出に関しては、Ｒ．Ｅ．Ｓｍａｌｌｅｙら（Ｓｃｉｅｎｃｅ、２６９、１５５０（１９９５））や、Ｗ．Ａ．ｄｅ Ｈｅｅｒら（Ｓｃｉｅｎｃｅ、２７０、１１７９（１９９５））の研究グループなどにより報告されている。
【０００９】
このようなカーボンナノチューブを用いた電子放出素子としては、例えば、陽極酸化膜の細孔にカーボンナノチューブを挿入することにより、カーボンナノチューブを一定方向に配列させる電子放出素子がある。
【００１０】
このような電子放出素子として、例えば、特開２０００−８６２１６号公報には、カーボンナノチューブを分散させた溶液中に陽極酸化膜を浸せきさせ、超音波で振動させることによりカーボンナノチューブを細孔に挿入してエミッタアレイ（電子放出素子）を形成する方法などが記載されている。
【００１１】
上記方法で電子放出素子を形成することにより、別工程で作製されたカーボンナノチューブを用いて湿式プロセスにより電子放出素子を形成することとなる。従って、カーボンナノチューブを作製する際のＣＶＤ装置などの成膜装置を使用することがなく、低コストで電子放出素子を形成することができる。
【００１２】
ここで、カーボンナノチューブは直径と長さとのアスペクト比が非常に大きく、即ち、一軸性を有するため、陽極酸化膜にカーボンナノチューブを挿入する際には、カーボンナノチューブを配向させる（ある一定方向に向かせる）必要がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載の方法では、カーボンナノチューブを陽極酸化膜の細孔に挿入するのに超音波振動を行っているため、振動によりカーボンナノチューブの向きがランダムになる。このため、カーボンナノチューブを配向させて細孔に挿入することが困難となる。
【００１４】
また、支持基板には常に振動が加わっているため、一旦細孔に挿入したカーボンナノチューブが抜ける虞れがある。従って、高密度のエミッタアレイを形成することができない。
【００１５】
また、カーボンナノチューブが細孔内に完全に挿入されなかった場合、即ち、カーボンナノチューブの挿入状態が浅い場合、カーボンナノチューブが細孔内で浮いてしまうこととなり、電子放出素子において、カーボンナノチューブと電極部材（カソード電極）との導通がとれなくなる。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、カーボンナノチューブなどの電極部材を確実に細孔内に挿入することができ、かつ、電極部材と確実に導通をとることができる電子放出素子およびその製造方法並びに該電子放出素子を用いた画像表示装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子放出素子は、上記の課題を解決するために、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材と、該保持部材における細孔の底部側に配された導電電極部と、一部が細孔から突出するように該細孔に挿入されている電極部材とを有する電子放出素子において、導電性材料からなり、電極部材を固定するための表面膜が、保持部材の表面に接するように配され、導電電極部と電極部材とが、表面膜を介して電気的に接続されていることを特徴としている。
【００１８】
上記の構成によれば、細孔に挿入された電極部材が表面膜によって（機械的に）固定されており、また、該表面膜を介して、導電電極部と電極部材とが電気的に接続されている。従って、細孔への挿入が不完全な、即ち、細孔への挿入状態が浅い電極部材があったとしても、電極部材は表面膜を介して導電電極部と電気的に接続される。これにより、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができる。
【００１９】
上記の電子放出素子は、表面膜が、少なくとも導電電極部の表面から保持部材の表面にわたるように配されていることが好ましい。
【００２０】
上記の構成によれば、表面膜が保持部材の表面に配されていることにより、電極部材を強固に固定することができる。従って、信頼性の高い電子放出素子を提供することができる。
【００２１】
また、表面膜が、少なくとも導電電極部の表面から保持部材の表面にわたるように配されていることにより、例えばカーボンナノチューブなどの電極部材における細孔内への挿入状態にかかわらず、即ち、挿入状態が浅くても、電極部材と導電電極部とを電気的に接続する（電極部材は導電電極部と確実に導通をとる）ことができる。これにより、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができる。
【００２２】
上記の電子放出素子は、導電電極部上に、導電電極部より電気抵抗率が高い抵抗層がさらに配されており、抵抗層を介して表面膜と導電電極部とが電気的に接続されていることが好ましい。
【００２３】
上記の構成によれば、導電電極部より電気抵抗率が高い抵抗層が配されていることにより、電極部材からの電子放出時において、抵抗層における電圧降下によって放出電流が緩和され、電子放出特性がより穏やかなものとなる。従って、例えば、大面積の電子放出素子を形成した場合にも電子放出の均一化・安定化を図ることができる。
【００２４】
上記の電子放出素子は、抵抗層が、半導体材料または金属酸化物からなることが好ましい。
【００２５】
上記の構成によれば、抵抗層が、半導体材料（例えば、シリコン、シリコン炭化物、シリコン窒化物、シリコン酸化物）または金属酸化物（例えば、ＩＴＯや酸化錫）からなることにより、例えば、保持部材を形成する際に陽極酸化処理を施す場合、陽極酸化処理時の酸化を止めるストップ層としての機能を兼ねることができる。これにより、信頼性の高い電子放出素子を提供することができる。
【００２６】
上記の電子放出素子は、表面膜が、少なくとも保持部材の表面から抵抗層の表面にわたるように配されていることが好ましい。
【００２７】
上記の構成によれば、表面膜が保持部材の表面に配されていることにより、電極部材を強固に固定することができる。従って、信頼性の高い電子放出素子を提供することができる。
【００２８】
また、表面膜が、少なくとも保持部材の表面から抵抗層の表面にわたるように配されていることにより、例えばカーボンナノチューブなどの電極部材における細孔内への挿入状態にかかわらず、即ち、挿入状態が浅くても、表面膜および抵抗層を介して電極部材と導電電極部とを電気的に接続する（電極部材は導電電極部と確実に導通をとる）ことができる。これにより、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができる。
【００２９】
上記の電子放出素子は、保持部材が、金属膜を陽極酸化してなる陽極酸化膜であることが好ましい。
【００３０】
上記の構成によれば、伸長方向が揃った複数の細孔を容易に形成することができる。また、電圧値、時間などの陽極酸化条件の設定を変更することにより、細孔の直径、深さ、ピッチなどの形状制御を簡単に行うことができる。従って、細孔の均一性・再現性の向上を図ることができる。さらに、例えばこのような細孔に電極部材が挿入され、配列されることにより、良好な電子放出特性を有し、均一性の高い電子放出素子を提供することができる。
【００３１】
さらに、細孔の密度を陽極酸化条件の設定の変更により容易に変更することができることにより、電子放出素子の電子放出密度を簡単に調整することができる。
【００３２】
上記の電子放出素子は、金属膜が、アルミニウムからなることが好ましい。
【００３３】
上記の構成によれば、低コストで、容易かつ均一に細孔を形成することができる。従って、電子放出素子の低コスト化を図ることができる。
【００３４】
上記の電子放出素子は、導電性材料が、少なくとも、導電電極部、保持部材、および、電極部材を構成する材料よりも融点の低い金属材料を含んでいることが好ましい。
【００３５】
上記の構成によれば、表面膜を構成する導電性材料が低融点な金属材料を含んでいることにより、例えば、導電性材料を融解した後硬化することで、電極部材を表面膜によって固定することができる。これにより、電子放出素子の信頼性の向上を図ることができる。
【００３６】
上記の電子放出素子は、電極部材が、カーボンナノチューブであることが好ましい。
【００３７】
上記の構成によれば、電極部材が、低電界で電子を放出することができ、化学的に安定しているカーボンナノチューブからなることにより、優れた電子放出効率を確保することができる。
【００３８】
また、通常、良質なカーボンナノチューブを生成する場合、黒鉛化処理は２８００℃程度の高温を必要とするが、このカーボンナノチューブを生成する工程は、電子放出素子の製造工程とは別工程で行うことができる。従って、例えば、電子放出素子を構成する基板などを耐熱性の低い安価な材料で構成することができる。また、カーボンナノチューブはその材料により、安価に大量生産することができる。
【００３９】
このように、カーボンナノチューブは、別途、安価に大量生産することができる。これにより、良好な電子放出特性を有し、均一性が高く、生産性に優れた電子放出素子を提供することができる。
【００４０】
本発明の電子放出素子の製造方法は、上記の課題を解決するために、導電電極部上に、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材を形成する工程と、針状の電極部材を上記細孔に挿入する工程と、上記導電電極部の表面から保持部材の表面にわたって導電性材料からなる膜を成膜する工程と、該導電性材料を融解後、硬化することにより上記電極部材を細孔内に固定する工程とをこの順に有することを特徴としている。
【００４１】
上記の方法によれば、導電電極部の表面から保持部材の表面にわたって導電性材料からなる膜を成膜し、また、その導電性材料により電極部材を細孔内に固定することにより、導電性材料からなる膜を介して、導電電極部と電極部材とが電気的に接続される。
【００４２】
従って、細孔に電極部材を挿入する工程において、細孔への挿入が不完全な、即ち、細孔への挿入状態が浅い電極部材があったとしても、電極部材は表面膜を介して導電電極部と電気的に接続される。これにより、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができる。
【００４３】
本発明の電子放出素子の製造方法は、導電電極部上に、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材を形成する工程と、上記細孔を覆うように上記導電電極部から保持部材表面にわたって導電性材料を成膜する工程と、針状の電極部材を上記細孔に挿入する工程と、上記導電性材料を融解後、硬化することにより上記電極部材を細孔内に固定する工程とをこの順に有することを特徴としている。
【００４４】
上記の方法によれば、細孔を覆うように、導電電極部の表面から保持部材の表面にわたって導電性材料からなる膜を成膜し、また、その導電性材料により電極部材を細孔内に固定することにより、導電性材料からなる膜を介して、導電電極部と電極部材とが電気的に接続される。
【００４５】
従って、細孔に電極部材を挿入する工程において、細孔への挿入が不完全な電極部材があったとしても、電極部材は表面膜を介して導電電極部と電気的に接続される。これにより、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができる。
【００４６】
上記の電子放出素子の製造方法は、保持部材を形成する工程が、金属膜を陽極酸化してなることが好ましい。
【００４７】
上記の方法によれば、金属膜を陽極酸化することにより、伸長方向が揃った複数の細孔を容易に形成することができる。また、電圧値、時間などの陽極酸化条件の設定を変更することにより、細孔の直径、深さ、ピッチなどの形状制御を簡単に行うことができる。従って、細孔の均一性・再現性の向上を図ることができる。さらに、例えばこのような細孔に電極部材が挿入され、配列されることにより、良好な電子放出特性を有し、均一性の高い電子放出素子を提供することができる。
【００４８】
上記の電子放出素子の製造方法は、針状の電極部材を上記細孔に挿入する工程が、上記針状の電極部材を分散させて分散液を調製する工程と、該分散液中に少なくとも上記保持部材と導電電極部とを浸せきする工程と、上記保持部材に電界または磁界を印加して、該針状の電極部材を細孔の伸長方向に沿うように配向させ、該細孔内に針状の電極部材を挿入する工程とをこの順に含むことが好ましい。
【００４９】
上記の方法によれば、保持部材に電界を印加することにより、例えば、分散液中に分散している針状の電極部材は電気泳動をし、電界方向に対して電極部材の長軸が平行になるように配向する。そして、配向した電極部材は導電電極部に向かって移動する。これにより、電極部材を細孔に挿入することができる。
【００５０】
また、保持部材に磁界を印加することにより、例えば、分散液中に分散している針状の電極部材はその長軸が磁力線に平行に（導電電極部に対して略垂直な向きになるように）配向する。そして、配向した電極部材は導電電極部に向かって移動する。これにより、電極部材を細孔に挿入することができる。
【００５１】
従って、針状の電極部材を安定して細孔に挿入することができ、これにより、例えば、大型の画像表示装置に用いるための大面積の電子放出素子を形成する場合でも、生産性に優れた電子放出素子を提供することができる。
【００５２】
また、保持部材に電界または磁界を印加して細孔内に針状の電極部材を挿入することにより、針状の電極部材を、電子放出素子の製造工程とは別工程で製造することができる。これにより、針状の電極部材として、安価に大量生産することのできる、特性の良好な材料を選択して用いることができる。従って、低コストで生産性に優れた電子放出素子を提供することができる。
【００５３】
本発明の画像表示装置は上記記載の電子放出素子と、該電子放出素子から放出された電子により画像を形成する画像形成部とを備えていることを特徴としている。
【００５４】
上記の構成によれば、電極部材を確実に細孔内に挿入することができ、かつ、電極部材と確実に導通をとることができる電子放出素子を画像表示装置に用いることができる。従って、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を用いることとなり、画像表示が良好な画像表示装置を提供することができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１ないし図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００５６】
図１は、本実施の形態に係る電界放出型の電子放出素子の要部の構成を示す部分断面図である。同図に示すように、電子放出素子は、支持基板１上に、カソード電極層（導電電極部）２、絶縁保持部（保持部材）３、電極部材４および表面膜５を有している。
【００５７】
また、電子放出素子は、画像表示装置に用いられる場合、アノード電極を有するアノード電極基板と対向配置して使用される。
【００５８】
支持基板１はガラスからなる。支持基板１上にはカソード電極層２が形成されている。カソード電極層２は、金属材料、あるいは半導体材料などからなる。カソード電極層２上には、絶縁保持部３が形成されている。
【００５９】
絶縁保持部３は、伸長方向が同じ向きに揃っている複数の細孔３ａ…を有する。絶縁保持部３は、例えば非導電性の金属酸化膜などの絶縁性材料からなる。細孔３ａは、絶縁保持部３の上面側（表面側）から下面側（カソード電極層２側、底部側）にかけて略垂直に貫通する。細孔３ａの大きさは、後述する電極部材４が挿入可能な大きさとなっている。
【００６０】
電極部材４は、炭素材料であるカーボンナノチューブからなり、その形状は針状である。電極部材４は、その先端が絶縁保持部３から突出するように、細孔３ａ内に挿入されている。電極部材４はエミッタ電極として機能し、電子を放出する。また、カソード電極層２および絶縁保持部３上には、略全面に（絶縁保持部３の表面からカソード電極層２の表面までわたって）、電極部材４を固定するための表面膜５が形成されている。即ち、表面膜５は、絶縁保持部３の表面からカソード電極層２の表面までのびている。
【００６１】
表面膜５は、例えば、錫やインジウムなどの導電性材料からなる。この導電性材料は、支持基板１やカソード電極層２、絶縁保持部３、電極部材４など、電子放出素子を構成する他の材料よりも融点の低い金属材料を含んでいる。表面膜５は、少なくとも電極部材４の一部と接しており、表面膜５を介して、電極部材４とカソード電極層２とは電気的に接続されている。
【００６２】
以上のように、細孔３ａの伸長方向が同じ向きに揃っていることにより、細孔３ａに挿入されている電極部材４の長手方向も略同じ向きに揃っている。従って、電子放出素子は、同一方向、即ち、電子放出方向に配列（配向）したエミッタ電極を備えることとなる。これにより、電子放出効率の優れた電子放出素子を提供することができる。
【００６３】
また、表面膜５は、少なくとも、カソード電極層２の表面から絶縁保持部３の表面にわたるように配されている。従って、電極部材４を、略同一方向の配列を保持した状態で細孔３ａに強固に固定することができる。これにより、信頼性の高い電子放出素子を提供することができる。
【００６４】
さらに、細孔３ａ内に挿入されずに絶縁保持部３に付着している電極部材４があったとしても、表面膜５によって完全に電極部材４は固定されているため、電極部材４が絶縁保持部３上から離脱して、例えば図示しないアノード電極とカソード電極層２とが短絡するなどの不具合を誘発することがない。
【００６５】
このように、導電性材料からなり、電極部材４を（機械的（構造的）に）固定するための表面膜５が、伸長方向が揃った複数の細孔３ａ…を有する絶縁保持部３の表面に接するように配されており、また、絶縁保持部３における細孔３ａの底部側に配されたカソード電極層２と電極部材４とが、表面膜５を介して電気的に接続されている電子放出素子とすることにより、細孔３ａへの挿入が不完全な、即ち、細孔３ａへの挿入状態が浅い電極部材４があったとしても、電極部材４は表面膜５を介してカソード電極層２と電気的に接続される。
【００６６】
このように、表面膜５を介して、電極部材４とカソード電極層２とが確実に接続されることにより、電子の放出の安定化、および、電子放出特性の均一性の向上を図ることができる。従って、信頼性の高い電子放出素子を提供することができる。
【００６７】
ここで、例えば、図１に示す電子放出素子において、真空中でカソード電極層２と対向するように、約１ｍｍ離間して配置した図示しないアノード電極との間に１ｋＶ程度の電圧を印加する。このとき、平行平板換算で１．０Ｖ／μｍ程度の電界を発生させると、カーボンナノチューブからなる電極部材４の先端から電子放出が開始される。
【００６８】
こうして、電極部材４が、１．０Ｖ／μｍ程度の低電界の印加によっても電子を放出することができ、化学的に安定しているカーボンナノチューブからなることにより、電子放出素子は優れた電子放出効率を確保することができる。
【００６９】
通常、良質なカーボンナノチューブを生成する場合、例えばプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ） 装置を用いるとすると、支持基板１上の温度は６００℃、黒鉛化処理は２８００℃程度の高温を必要とするが、このカーボンナノチューブを生成する工程は、後述する電子放出素子の製造工程とは別工程で行うことができる。従って、例えば、電子放出素子を構成する基板（支持基板１）などを耐熱性の低い安価な材料で構成することができる。また、カーボンナノチューブはその材料により、安価に大量生産することができる。
【００７０】
このように、カーボンナノチューブは、別途、安価に大量生産することができる。これにより、良好な電子放出特性を有し、均一性が高く、生産性に優れた電子放出素子を提供することができる。
【００７１】
なお、電極部材４はカーボンナノチューブに限定されるものではなく、エミッタ電極として使用可能なものであればよい。例えば、金属材料や半導体材料からなる針状物質、あるいは、一方向に伸長した電極部材（電子放出部材）などでもかまわない。
【００７２】
また、電極部材４の先端形状やその寸法なども特に限定されるものではなく、エミッタ電極として最適な特性を有していればよい。
【００７３】
さらに、絶縁保持部３は、絶縁性材料からなるものであれば特に限定されるものではないが、金属膜を陽極酸化してなる陽極酸化膜であることが好ましい。また、特に、アルミニウムを陽極酸化してなるアルミナ膜であることがさらに好ましい。
【００７４】
絶縁保持部３が陽極酸化膜からなる場合、細孔３ａの直径、深さ、ピッチなどの形状制御は、電圧値、時間などの陽極酸化条件の設定を変更することにより簡単に制御できる。従って、細孔３ａ…の均一性・再現性が高くなる。これにより、電極部材４が、均一性・再現性の高い細孔３ａに挿入され配列されることとなり、良好な電子放出特性を有し、均一性の高い電子放出素子を提供することができる。また、陽極酸化条件を変更することにより細孔３ａの密度（絶縁保持部３における細孔３ａの割合）を変更することができ、容易に電子放出素子の電子放出密度を調整することができる。
【００７５】
また、絶縁保持部３がアルミナ膜からなる場合、上記と同様、伸長方向が揃った複数の細孔３ａ…を容易に形成することができ、また、細孔３ａの径や密度などの均一性・再現性が非常に高い。また、アルミニウムは安価である。従って、絶縁保持部３をアルミナ膜とすることにより、低コストで容易かつ均一に細孔３ａ…を形成することができる。
【００７６】
なお、陽極酸化され、陽極酸化膜となる金属膜には、半導体材料であるシリコンを用いてもかまわない。
【００７７】
また、支持基板１の材料としては、ガラスが好ましいが、特に限定されるものではなく、画像表示装置を構成する場合の真空封止方法やその他製造工程上の耐熱条件などを考慮して選定すればよい。
【００７８】
以下、電子放出素子の製造工程の一例について、図２・図３に基づいて説明する。
【００７９】
まず、支持基板１上に、カソード電極層２および絶縁保持部３を形成するまでの工程について、図２に基づいて説明する。なお、図２（ａ）（ｂ）は、絶縁保持部３の製造工程の概要を示すものであり、実際に製造する際には、生産性などを考慮して、適切な構造の装置を構築すればよい。
【００８０】
支持基板１上に、例えば金属材料をスパッタリング法を用いて均一な厚さに成膜し、所望の形状にパターニングすることにより、カソード電極層２を形成する。
【００８１】
そして、カソード電極層２上に、スパッタリング法などの一般的な成膜方法を用いて、例えばアルミニウムを成膜し、所望の形状にパターニングすることにより金属膜１０（図２（ａ）参照）を形成する。
【００８２】
その後、陽極酸化用容器８内の化成液６中に、金属膜１０およびカソード電極層２が形成された支持基板１と対向電極９とを、ある一定の間隔を保持するように対向配置する。続いて、カソード電極層２が陽極に、対向電極９が陰極になるように、電源７を接続して電圧を印加する（図２（ａ））。このとき、カソード電極層２上には、図２（ｂ）に示すような細孔１１ａを有する陽極酸化膜１１が形成される。
【００８３】
そして、陽極酸化膜１１を所望の形状にパターニングして、絶縁保持部３を形成する（導電電極部上に、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材を形成する工程）。
【００８４】
ここで、形成される陽極酸化膜１１の厚さは、電極部材４（後述するカーボンナノチューブ２０）の大きさによって（電極部材４の先端が細孔３ａから出るように）決定すればよく、例えば、長さが数〜１０μｍのカーボンナノチューブを用いる場合、陽極酸化膜１１の厚さは約２〜５μｍ程度に設定することが好ましい。これにより、細孔１１ａ（細孔３ａ）に挿入されたカーボンナノチューブ（電極部材４）の先端を確実に陽極酸化膜１１（絶縁保持部３）から突出させることができる。従って、カーボンナノチューブは、エミッタ電極としての機能を十分に発揮することができる。
【００８５】
また、化成液６の種類は、陽極酸化される金属膜１０の組成や形成する陽極酸化膜１１の仕様などに応じて適宜選択すればよい。例えば、金属膜１０がアルミニウムからなる場合、化成液６には、一般に１０〜２０重量％の硫酸を用い、浴温を０〜１０℃程度、印加電圧を１０〜２０Ｖ程度として陽極酸化を行う（陽極酸化処理する）。また、その他には、化成液６にしゅう酸、クロム酸などを用いてもよい。
【００８６】
上記のように、カソード電極層２と金属膜１０とは、各種リソグラフィー法を用いて所望の形状にパターニングすることができる。従って、例えば、電子放出素子を画像表示装置に備える場合、マトリクス状の電極を形成するために、支持基板１上のカソード電極層２や金属膜１０を複数のライン状にパターニングするなど、その目的に合わせて電極形状を決定すればよい。これにより、目的に合わせた所望のパターンを有するカソード電極層２や絶縁保持部３を形成することができる。
【００８７】
また、カソード電極層２を所望の形状にパターニングしてから、金属膜１０を成膜および陽極酸化して、陽極酸化膜１１を所望の形状（カソード電極層２と同じ形状にしなくてもよい）にパターニングしてもかまわない。即ち、電子放出素子の構成や目的に応じてプロセスを組めばよい。
【００８８】
なお、カソード電極層２を成膜する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、電極材料として適当な材料を、スパッタリング法などの一般的な成膜方法で成膜すればよい。
【００８９】
このように、金属膜１０を陽極酸化することにより、規則正しい（通常は、６角形で蜂の巣構造となる）陽極酸化膜１１（金属膜１０がアルミニウムからなる場合は、アルミナのセル）ができ、その中央部には、細孔１１ａ…が形成される。
【００９０】
また、カソード電極層２と金属膜１０とは、異なる金属材料により形成することができる。そこで、例えば、カソード電極層２に銅などの比較的電気抵抗が低い金属材料を用いても、あるいは、カソード電極層２を複数種の金属材料が積層した構造としてもかまわない。
【００９１】
一方、別途生成されるカーボンナノチューブ２０（図３参照）の製造工程の一例について説明する。
【００９２】
プラズマＣＶＤ装置の反応容器内にメタンを２０ｓｃｃｍ（３．３７７５×１０−３Ｐａ・ｍ３ ・ｓ−１）、水素を８０ｓｃｃｍ（１．３５１×１０−１Ｐａ・ｍ３ ・ｓ−１）導入し、圧力を２．０Ｔｏｒｒ（約２６６Ｐａ）とし、電圧を１６０Ｖ、処理時間３０ｍｉｎの条件下で、触媒基板（触媒作用を有する基板）としてニッケルと鉄との合金であるインバーを使用して、触媒基板上に直線性の高いカーボンナノチューブ２０を生成する（カーボンナノチューブ生成工程）。
【００９３】
なお、カーボンナノチューブ２０の製造工程は、上述したものに限定されるものではなく、例えば、アーク放電法や、反応容器内にメタン、アセチレンなどの炭化水素ガスを、水素、アルゴン、窒素などの不活性ガスとともに導入し、ニッケル、コバルト、鉄、またはそれらの合金、あるいは例えばインバーやステンレスのような触媒基板を使用して、熱ＣＶＤなどによりカーボンナノチューブ２０を生成してもかまわない。
【００９４】
また、エミッタ電極として機能する電極部材４の製造方法としては特に限定されるものではなく、従来から用いられているエミッタ電極の製造方法に伴い、例えば、金属材料、半導体材料、炭素材料などを一方向に伸長した針状の電極部材４の形状に形成すればよい。
【００９５】
次に、絶縁保持部３の細孔３ａにカーボンナノチューブ２０を挿入し（針状の電極部材を細孔に挿入する工程）、表面膜５を形成する工程までを、図３を用いて説明する。なお、図３は、電極部材４（図１参照）としてのカーボンナノチューブ２０を挿入する工程の概要を示すものであり、実際に製造する際には、生産性などを考慮して、適切な構造の装置を構築すればよい。
【００９６】
上記触媒基板上に生成したカーボンナノチューブ２０を回収し、そのカーボンナノチューブ２０を、電気泳動用容器１８内の、ＩＰＡ（Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ） やアセトンなどの溶媒中に入れる。
【００９７】
そして、超音波などにより溶媒中のカーボンナノチューブ２０を分散させ、分散液１６を調製する。ここで、カーボンナノチューブ２０の分散密度（溶媒に対するカーボンナノチューブ２０の割合）は、０．５ｍｇ／ｍｌとする。これにより、嵩密度が大きい、即ち、重さが非常に軽く、嵩張りやすいカーボンナノチューブ２０の、分散後の凝集を防止することができる。
【００９８】
続いて、図３に示すように、分散液１６中に、カソード電極層２および絶縁保持部３が形成された支持基板１と対向電極１９とを所定の間隔をあけて浸せきさせる。そして、カソード電極層２を陰極とし、対向電極１９を陽極として、電源１７により電圧を印加する。
【００９９】
電圧印加後、分散液１６中に分散しているカーボンナノチューブ２０は、カーボンナノチューブ２０の軸（カーボンナノチューブ２０の長手方向）がカソード電極層２に対して垂直な向きになるように配向する（図３）。即ち、電界が印加されることによって、カーボンナノチューブ２０は電気泳動をし、電界方向に対してカーボンナノチューブ２０の軸が平行になるように配向する。
【０１００】
そして、配向したカーボンナノチューブ２０は陰極であるカソード電極層２に向かって移動し、絶縁保持部３における図示しない細孔３ａに挿入される。
【０１０１】
その後、スパッタリング法や蒸着法により、錫を絶縁保持部３からカソード電極層２にわたって薄く成膜する（導電電極部の表面から保持部材の表面にわたって導電性材料からなる膜を成膜する工程）。成膜された錫を加熱して一旦融解させ、続いて硬化させることにより表面膜５（図１参照）を形成する（導電性材料を融解後、硬化することにより電極部材を細孔内に固定する工程）。
【０１０２】
なお、上記のようなカーボンナノチューブ２０などの微小物質を分散させる際の超音波の発振周波数は特に限定されるものではなく、微小物質の形状により適宜選択すればよいが、約１００ｋＨｚの高周波よりも低い周波数、例えば、２５〜３８ｋＨｚであることが好ましい。また、分散の際の発振周波数としては、単一の周波数のみを用いるより、定常波のムラをなくすように数種類の周波数を交互に発振させる方がより好ましい。
【０１０３】
なお、表面膜５は導電性材料を一旦融解後、硬化することによって形成されることにより、表面膜５となる導電性材料は、少なくとも、導電性材料を融解させる際にすでに形成されている部材（例えば、支持基板１、カソード電極層２、絶縁保持部３、電極部材４など）を構成する材料、即ち、電子放出素子を構成する他の材料よりも融点の低い金属材料を含んでいることが好ましい。
【０１０４】
これにより、導電性材料からなる膜（表面膜５となる膜）を一旦融解後、硬化する工程の際に、他の材料まで融解させたりすることがなく、電子放出素子を構成する他の部材にダメージを与えることがない。従って、電子放出素子の信頼性の向上を図ることができる。
【０１０５】
また、カーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入する方法（針状の電極部材を細孔に挿入する工程）としては、図４に示すように磁界印加手段であるマグネット（磁石）３０を用いてもかまわない。以下、マグネット３０を用いてカーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入する方法について説明する。
【０１０６】
図４に示すように、カーボンナノチューブ２０を分散させた分散液１６中に、カソード電極層２および絶縁保持部３が形成された支持基板１を浸せきさせる。そして、支持基板１において、カソード電極層２が形成された面と対向する面側にマグネット３０を配置し、磁界を印加する。
【０１０７】
磁界印加後、分散液１６中に分散しているカーボンナノチューブ２０は、カーボンナノチューブ２０の軸（カーボンナノチューブ２０の長手方向）が磁力線に平行に（カソード電極層２に対して略垂直な向きになるように）配向する（図４）。即ち、磁界が印加されることによって、カーボンナノチューブ２０における軸に対する垂直方向と平行方向との磁化率の異方性から、カーボンナノチューブ２０の軸が磁力線に沿うように配向する（カーボンナノチューブ２０の長手方向が磁力線と平行になる）。
【０１０８】
そして、カーボンナノチューブ２０は、先端に残存している触媒を先頭にカソード電極層２に向かって移動し、図示しない絶縁保持部３の細孔３ａに挿入される。即ち、ニッケル、鉄、コバルトまたはそれらの合金、例えば、インバーやステンレスのような触媒を用いて生成されたカーボンナノチューブ２０は、その先端に触媒が残存するため、磁界によってマグネット３０にカーボンナノチューブ２０の先端の触媒が引きつけられる。
【０１０９】
なお、磁界の印加方法は特に限定されるものではなく、また、カーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入するために、電界と磁界とを同時に印加してもかまわない。例えば、図３に示すような構成とし、さらに、支持基板１において、カソード電極層２が形成された面と対向する面側にマグネットを配置することにより、電界と磁界とを同時に印加することができる。即ち、エミッタ電極となる電極部材４の材料などにより、細孔３ａへの挿入方法を適宜選択すればよい。
【０１１０】
ここで、電界または磁界によってカーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入した後、表面膜５を形成しない場合を検討する。
【０１１１】
このような場合、細孔３ａ内のカーボンナノチューブ２０の先端が、絶縁保持部３下のカソード電極層２まで到達していなければ、カソード電極層２とカーボンナノチューブ２０との導通が図れない。
【０１１２】
しかしながら、電界または磁界によってカーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入する際、電界または磁界のばらつきにより、カーボンナノチューブ２０が細孔３ａ内に完全に挿入されるとは限らない。即ち、カーボンナノチューブ２０の挿入が浅い場合、カーボンナノチューブ２０の先端はカソード電極層２まで到達せず、カーボンナノチューブ２０とカソード電極層２とを電気的に接続することができない。
【０１１３】
このように、細孔３ａへの挿入が不完全なカーボンナノチューブ２０は、電子放出源として機能しない。従って、電界または磁界によってカーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入した後表面膜５を形成しない場合、電界または磁界のばらつきによって細孔３ａへの挿入が不完全なカーボンナノチューブ２０が生じ、これにより、電子放出素子における電子放出特性にばらつきが生じる虞れがある。
【０１１４】
一方、上述したように、電子放出素子の製造工程において、カソード電極層２の表面から絶縁保持部３の表面にわたって導電性材料からなる膜（表面膜５）を成膜し、一旦融解後、硬化することによって、カーボンナノチューブ２０などの電極部材４を細孔３ａ内に固定することにより、導電性材料からなる膜を介して、カソード電極層２と電極部材４とが電気的に確実に接続される。
【０１１５】
従って、細孔３ａに電極部材４を挿入する工程において、例えば、電界または磁界のばらつき、あるいは、電界または磁界の印加を中止することにより細孔３ａへの挿入が不完全な、即ち、細孔３ａへの挿入状態が浅い電極部材４があったとしても、電極部材４は表面膜５を介して導電電極部と電気的に接続される。また、電極部材４の配列（配向）が乱れることもない。これにより、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができる。
【０１１６】
また、絶縁保持部３に電界または磁界を印加して、細孔３ａ内に電極部材４を挿入することにより、電極部材４を安定して細孔３ａに挿入することができる。これにより、例えば、大型の画像表示装置に用いるための大面積の電子放出素子を形成する場合でも、電極部材４が電子放出方向に配列されており、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができる。従って、生産性に優れた電子放出素子を提供することができることとなる。
【０１１７】
さらに、電界または磁界を印加して細孔３ａ内に電極部材４を挿入することにより、電子放出素子の製造工程において真空プロセスを用いる必要がなく、生産性に優れている。また、電極部材４としてカーボンナノチューブ２０を用いても、電界または磁界を印加して細孔３ａ内に電極部材４を挿入することにより、カーボンナノチューブ２０の製造工程において高温を必要とする工程（例えば、２８００℃程度必要とする黒鉛化処理）を別工程で行うことができる。これにより、電子放出素子の製造工程における温度を低温化することができる。従って、電子放出素子を構成する支持基板１などを耐熱性の低い安価な材料で構成することができる。この結果、電子放出素子の製造時に電極部材４の特性を改善する工程をさらに追加する必要がなくなる。
【０１１８】
また、表面膜５は、例えば、電極部材４としてのカーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入する前に、錫などの導電性材料からなる膜を化学メッキ法や蒸着法などの一般的な成膜方法により成膜し、カーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入した後にその膜を融解・硬化することにより形成してもかまわない。
【０１１９】
このようにカーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入する前に表面膜５となる膜（導電性材料からなる膜）を成膜することにより製造された電子放出素子の構成を図５に示す。
【０１２０】
以下、図５に示す電子放出素子の製造工程の一例を説明する。
【０１２１】
具体的には、まず、上述したように、支持基板１上にカソード電極層２および絶縁保持部３を形成する。
【０１２２】
そして、例えば化学メッキ法により、錫を絶縁保持部３の表面からカソード電極層２の表面にわたって薄く成膜する。
【０１２３】
その後、上記図３、あるいは図４に示したように電界または磁界を用いてカーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入する。
【０１２４】
最後に、成膜された錫を加熱して一旦融解させ、続いて硬化させることにより表面膜５を形成する（図５参照）。
【０１２５】
このように、カーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入した後、カーボンナノチューブ２０下に形成されている膜（後に表面膜５となる膜）を一旦融解させ、続いて硬化させることにより、その膜、即ち表面膜５によってカーボンナノチューブ２０を固定することができる。従って、カーボンナノチューブ２０を、配向を保持した状態で固定することができる。
【０１２６】
なお、電子放出素子の用途は特に限定されるものではなく、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの表示用デバイス、光源、各種陰極線管、電子銃などの電界放出型エミッタ素子として使用することができる。
【０１２７】
〔実施の形態２〕
本発明の第２の実施の形態について図６および図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、実施の形態１における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記してその説明を省略する。
【０１２８】
図６は、本発明の実施の他の一形態である電子放出素子の要部の構成を示す断面図である。本実施の形態に係る電子放出素子は、図６に示すように、実施の形態１と同様、支持基板１上に、カソード電極層２、細孔３ａを有する絶縁保持部３、電極部材４および表面膜５を備えている。また他には、抵抗層６０を備えている。
【０１２９】
抵抗層６０は、カソード電極層２と絶縁保持部３との間に配されている。また、抵抗層６０は、カソード電極層２より電気抵抗率が高い。
【０１３０】
また、電極部材４を固定するための表面膜５は、抵抗層６０および絶縁保持部３上に略全面に（絶縁保持部３の表面から抵抗層６０の表面までわたって）形成されている。即ち、表面膜５は、絶縁保持部３の表面から抵抗層６０の表面までのびている。
【０１３１】
即ち、電極部材４は、支持基板１、カソード電極層２、絶縁保持部３、電極部材４、および、抵抗層６０を構成する材料（電子放出素子を構成する材料）よりも少なくとも融点の低い金属材料を含んでいる表面膜５（低融点金属材料）により固定される。また、抵抗層６０を介して表面膜５とカソード電極層２とが電気的に接続されている。即ち、表面膜５および抵抗層６０を介して電極部材４とカソード電極層２とが電気的に接続されている。
【０１３２】
なお、抵抗層６０は、電子放出素子の使用上必要な所定の導電性を有する限りにおいては、できるだけ電気抵抗率の高い材料からなることが好ましい。例えば、カソード電極層２が良導体の金属材料からなる電極層である場合には、抵抗層６０を、各種半導体材料や金属酸化物により抵抗層６０を形成すればよい。
【０１３３】
以上のように、表面膜５が、少なくとも絶縁保持部３の表面から抵抗層６０の表面にわたるように配されていることにより、電極部材４を細孔３ａ内に強固に固定することができる。
【０１３４】
また、表面膜５が、少なくとも絶縁保持部３の表面から抵抗層６０の表面にわたるように配されていることにより、例えば電極部材４における細孔３ａ内への挿入状態にかかわらず、即ち、挿入状態が浅くても、表面膜５および抵抗層６０を介して電極部材４とカソード電極層２とを電気的に接続する（電極部材４はカソード電極層２と確実に導通をとる）ことができる。これにより、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができる。
【０１３５】
さらに、カソード電極層２上に、カソード電極層２より電気抵抗率が高い抵抗層６０が配されており、抵抗層６０を介して表面膜５とカソード電極層２とが電気的に接続されていることにより、電極部材４からの電子放出時において、抵抗層６０における電圧降下によって放出電流が緩和され、電子放出特性がより穏やかなものとなる。従って、例えば、大面積の電子放出素子を形成した場合にも電子放出の均一化・安定化を図ることができる。
【０１３６】
なお、例えば、シリコンをスパッタリング法により成膜して抵抗層６０を形成する場合、抵抗層６０は、電極部材４とカソード電極層２との電気的な抵抗層としての他に、陽極酸化処理時の酸化を止めるストップ層としての機能も兼ねることができる。このような機能を有するには、抵抗層６０の材料は、シリコン炭化物、シリコン窒化物、シリコン酸化物やこれらの化合物、あるいは、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウムと錫との酸化物）やＳｎＯ２ （酸化錫）などの金属酸化物でもかまわない。
【０１３７】
ここで、図６に示すような構成の電子放出素子における電子放出の開始条件としては、図１に示す構成の電子放出素子と同様となっている。
【０１３８】
なお、上記抵抗層６０は、金属酸化物の微粒子を用いて形成してもかまわない。以下、金属酸化物の微粒子を用いて形成する抵抗層７０の製造方法および構成について説明する。
【０１３９】
例えば、カソード電極層２上に細孔３ａ…を有する絶縁保持部３を形成した後、まず、Ａｌ２ Ｏ３ （酸化アルミニウム）、ＩＴＯ、ＳｎＯ２ などの金属酸化物の微粒子を、添加剤を混入した水中、または、アルコールやメタノールなどの溶媒中に分散させる。そして、電着法などの電界析出技術を用いて、金属酸化物をカソード電極層２上に堆積して抵抗層７０（図７参照）を形成する。
【０１４０】
そして、細孔３ａ内に電極部材４を挿入し、表面膜５を形成（導電性材料からなる膜を融解後、硬化）することによって電極部材４を固定する。
【０１４１】
上記のようにして抵抗層７０を形成したときの電子放出素子の構成を図７に示す。同図に示すように、このような場合、カソード電極層２上において、絶縁保持部３が形成されていない領域、即ち、細孔３ａ内およびカソード電極層２上面端部に抵抗層７０が配されることとなる。
【０１４２】
〔実施の形態３〕
本発明の第３の実施の形態について図６、図８および図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、実施の形態２における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記してその説明を省略する。
【０１４３】
ここで、図８に示す画像表示装置は、カソード電極層２がライン状に形成されており、かつ、図６に示す電子放出素子と同様の抵抗層６０を有する電子放出素子を備えた画像表示装置の構成を示す部分斜視図であり、図９は、図８のＡ−Ａ′線矢視断面図である。
【０１４４】
以下、カソード電極層２がライン状となっている電子放出素子を用いた画像表示装置の構成の一例について説明する。
【０１４５】
図８に示すように、画像表示装置は、電子放出側基板８０と発光側基板（画像形成部）８３とが、図示しないスペーサを介して対向して配されている。
【０１４６】
電子放出側基板８０は、支持基板１上に、カソード電極層２、抵抗層６０、絶縁保持部３、電極部材４、表面膜５、絶縁層８１、および、ゲート電極８２を備えている。なお、支持基板１、カソード電極層２、抵抗層６０、絶縁保持部３、電極部材４、および、表面膜５により電子放出素子を構成する。
【０１４７】
支持基板１上には、ライン状のカソード電極層２が配されており、そのライン間、および、個々の電子放出素子を区切るようにカソード電極層２上には絶縁層８１が配されている。即ち、絶縁層８１は開口部８１ａ…を有し、該開口部８１ａ内には、図６に示す電子放出素子が構成されている。
【０１４８】
ゲート電極８２は絶縁層８１上にライン状に配されている。ゲート電極８２は、開口部８１…に対応する開口部８２ａ…を有している。ゲート電極８２とカソード電極層２とは直交するように配されており、ライン状電極をもってマトリクスが形成されている。
【０１４９】
このカソード電極層２とゲート電極８２とが形成するマトリクスによって電子放出箇所、即ち発光箇所（発光画素）を選択・非選択するこにより、画像表示を行うことができる。
【０１５０】
発光側基板８３は、透明基板８４上に、アノード電極８５、蛍光体８６、および、ブラックマトリクス８７を備えている。
【０１５１】
透明基板８４は、透明であり、ガラスなどからなる。透明基板８４上には、略全面にアノード電極８５が配されている。
【０１５２】
アノード電極８５は、ＩＴＯなどからなる透明電極である。アノード電極８５上には、蛍光体８６…が開口部８１ａ・８２ａと対向するように配されている。画像表示装置において、カラー表示を行う場合、蛍光体８６はＲ（レッド）・Ｇ（グリーン）・Ｂ（ブルー）の３種類で構成される。また、それぞれの蛍光体８６の領域を分割するように、蛍光体８６・８６間にはブラックマトリクス８７が配されている。
【０１５３】
なお、発光側基板８３において、アノード電極８５および蛍光体８６が形成されている側の面上に、アルミニウムなどによりメタルバックを形成してもかまわない。この場合、発光側基板８３と電子放出側基板８０とを図示しないスペーサを介して対向配置し、スペーサを介して挟まれた空間を真空排気して、真空状態で封止して画像表示装置を製造することにより、蛍光体８６からの放出ガスを抑制することができる。
【０１５４】
また、例えば、エミッタ電極（電極部材４）として、１．０Ｖ／μｍの低電界で図９中矢印方向に電子放出を開始するカーボンナノチューブを用いる場合、電子放出の際、即ち、電極部材４から電子を引き出すときには、アノード電極８５に印加する電圧により電極部材４にかかる電界、あるいは、ゲート電極８２に印加する電圧により電極部材４にかかる電界のどちらから電子をひきだしてもかまわない。
【０１５５】
さらに、図８・９に示す電子放出側基板８０においては、１画素（１つの蛍光体８６）に対して１つの開口部８１ａ（８２ａ）を有する構成であるが、１画素に対して複数の開口部８１ａ…（８２ａ…）を有する構成であってもかまわない。このとき、絶縁層８１が、絶縁保持部３上に形成されることもある。また、このような場合、画像表示装置における電子放出特性のさらなる均一化・安定化を図ることができる。
【０１５６】
また、開口部８１ａの形状として、その断面は四角形に限定されるものではなく、丸などの形状であってもかまわない。また、開口部８２ａの大きさも特に限定されるものではなく、開口部８１ａより小さくても同等でもかまわない。アノード電極８５のパターン形状も特に限定されるものではなく、一体電極（ベタ電極）であってもライン状電極であってもかまわない。
【０１５７】
画像表示装置に用いられる電子放出素子は、上述した実施の形態１・２に記載の電子放出素子であってもよく、また、カソード電極層２が一体電極であってもかまわない。ただし、カソード電極層２が一体電極である場合、カソード電極層２とゲート電極８２とでマトリクスを形成することはできない。しかしながら、ゲート電極８２上に、さらに、図示しない絶縁層およびゲート電極を形成すれば、複数のゲート電極でのマトリクスにより、電子放出箇所を選択・非選択することができる。
【０１５８】
以上のように、電極部材４を図示しない細孔３ａ内に挿入することができ、かつ、電極部材４と確実に導通をとることができる電子放出素子を画像表示装置に用いることができる。従って、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を用いることとなり、画像表示が良好な画像表示装置を提供することができる。
【０１５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電子放出素子は、導電性材料からなり、電極部材を固定するための表面膜が、保持部材の表面に接するように配され、導電電極部と電極部材とが、表面膜を介して電気的に接続されている構成である。
【０１６０】
これにより、細孔に挿入された電極部材が表面膜によって（機械的に）固定されており、また、該表面膜を介して、導電電極部と電極部材とが電気的に接続されている。従って、細孔への挿入が不完全な、即ち、細孔への挿入状態が浅い電極部材があったとしても、電極部材は表面膜を介して導電電極部と電気的に接続される。この結果、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【０１６１】
本発明の電子放出素子は、表面膜が、少なくとも導電電極部の表面から保持部材の表面にわたるように配されている構成である。
【０１６２】
これにより、電極部材を強固に固定することができる。また、電極部材における細孔内への挿入状態にかかわらず、電極部材と導電電極部とを電気的に接続することができる。従って、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【０１６３】
本発明の電子放出素子は、導電電極部上に、導電電極部より電気抵抗率が高い抵抗層がさらに配されており、抵抗層を介して表面膜と導電電極部とが電気的に接続されている構成である。
【０１６４】
これにより、電極部材からの電子放出時において、抵抗層における電圧降下によって放出電流が緩和され、電子放出特性がより穏やかなものとなる。従って、例えば、大面積の電子放出素子を形成した場合にも電子放出の均一化・安定化を図ることができるといった効果を奏する。
【０１６５】
本発明の電子放出素子は、抵抗層が、半導体材料または金属酸化物からなる構成である。
【０１６６】
これにより、例えば、保持部材を形成する際に陽極酸化処理を施す場合、陽極酸化処理時の酸化を止めるストップ層としての機能を兼ねることができ、信頼性の高い電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【０１６７】
本発明の電子放出素子は、表面膜が、少なくとも保持部材の表面から抵抗層の表面にわたるように配されている構成である。
【０１６８】
これにより、電極部材を強固に固定することができる。また、電極部材における細孔内への挿入状態にかかわらず、表面膜および抵抗層を介して電極部材と導電電極部とを電気的に接続することができる。従って、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【０１６９】
本発明の電子放出素子は、保持部材が、金属膜を陽極酸化してなる陽極酸化膜である構成である。
【０１７０】
これにより、伸長方向が揃った複数の細孔を容易に形成することができる。また、電圧値、時間などの陽極酸化条件の設定を変更することにより、細孔の直径、深さ、ピッチなどの形状制御を簡単に行うことができる。従って、細孔の均一性・再現性の向上を図ることができる。さらに、例えばこのような細孔に電極部材が挿入され、配列されることにより、良好な電子放出特性を有し、均一性の高い電子放出素子を提供することができる。
【０１７１】
また、細孔の密度を陽極酸化条件の設定の変更により容易に変更することができることにより、電子放出素子の電子放出密度を簡単に調整することができるといった効果を奏する。
【０１７２】
本発明の電子放出素子は、金属膜がアルミニウムからなる構成である。これにより、電子放出素子の低コスト化を図ることができるといった効果を奏する。
【０１７３】
本発明の電子放出素子は、導電性材料が、少なくとも、導電電極部、保持部材、および、電極部材を構成する材料よりも融点の低い金属材料を含んでいる構成である。
【０１７４】
これにより、例えば、導電性材料を融解した後硬化することで、電極部材を表面膜によって固定することができる。従って、電子放出素子の信頼性の向上を図ることができるといった効果を奏する。
【０１７５】
本発明の電子放出素子は、電極部材が、カーボンナノチューブである構成である。
【０１７６】
これにより、電極部材が、低電界で電子を放出することができ、化学的に安定しているカーボンナノチューブからなることとなり、優れた電子放出効率を確保することができる。
【０１７７】
また、カーボンナノチューブを生成する工程を、電子放出素子の製造工程とは別工程で行うことができる。従って、例えば、電子放出素子を構成する基板などを耐熱性の低い安価な材料で構成することができる。また、カーボンナノチューブはその材料により、安価に大量生産することができる。この結果、良好な電子放出特性を有し、均一性が高く、生産性に優れた電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【０１７８】
本発明の電子放出素子の製造方法は、導電電極部上に、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材を形成する工程と、針状の電極部材を細孔に挿入する工程と、導電電極部の表面から保持部材の表面にわたって導電性材料からなる膜を成膜する工程と、該導電性材料を融解後、硬化することにより電極部材を細孔内に固定する工程とをこの順に有する構成である。
【０１７９】
これにより、導電性材料からなる膜を介して、導電電極部と電極部材とが電気的に接続される。従って、細孔に電極部材を挿入する工程において、細孔への挿入が不完全な電極部材があったとしても、電極部材は表面膜を介して導電電極部と電気的に接続される。この結果、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【０１８０】
本発明の電子放出素子の製造方法は、導電電極部上に、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材を形成する工程と、細孔を覆うように導電電極部から保持部材表面にわたって導電性材料を成膜する工程と、針状の電極部材を細孔に挿入する工程と、導電性材料を融解後、硬化することにより電極部材を細孔内に固定する工程とをこの順に有する構成である。
【０１８１】
これにより、導電性材料からなる膜を介して、導電電極部と電極部材とが電気的に接続される。従って、細孔に電極部材を挿入する工程において、細孔への挿入が不完全な電極部材があったとしても、電極部材は表面膜を介して導電電極部と電気的に接続される。この結果、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【０１８２】
本発明の電子放出素子の製造方法は、保持部材を形成する工程が、金属膜を陽極酸化してなる構成である。
【０１８３】
これにより、金属膜に、伸長方向が揃った複数の細孔を容易に形成することができる。また、電圧値、時間などの陽極酸化条件の設定を変更することにより、細孔の直径、深さ、ピッチなどの形状制御を簡単に行うことができる。従って、細孔の均一性・再現性の向上を図ることができる。さらに、例えばこのような細孔に電極部材が挿入され、配列されることにより、良好な電子放出特性を有し、均一性の高い電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【０１８４】
本発明の電子放出素子の製造方法は、針状の電極部材を細孔に挿入する工程が、針状の電極部材を分散させて分散液を調製する工程と、該分散液中に少なくとも保持部材と導電電極部とを浸せきする工程と、保持部材に電界または磁界を印加して、該針状の電極部材を細孔の伸長方向に沿うように配向させ、該細孔内に針状の電極部材を挿入する工程とをこの順に含む構成である。
【０１８５】
これにより、保持部材に電界を印加することにより、分散液中に分散している針状の電極部材は電気泳動をし、電界方向に対して電極部材の長軸が平行になるように配向する。そして、配向した電極部材は導電電極部に向かって移動する。こうして、電極部材を細孔に挿入することができる。
【０１８６】
また、保持部材に磁界を印加することにより、分散液中に分散している針状の電極部材はその長軸が磁力線に平行に配向する。そして、配向した電極部材は導電電極部に向かって移動する。こうして、電極部材を細孔に挿入することができる。
【０１８７】
従って、針状の電極部材を安定して細孔に挿入することができ、大型の画像表示装置に用いるための大面積の電子放出素子を形成する場合でも、生産性に優れた電子放出素子を提供することができる。また、針状の電極部材を、電子放出素子の製造工程とは別工程で製造することができる。これにより、針状の電極部材として、安価に大量生産することのできる、特性の良好な材料を選択して用いることができる。この結果、低コストで生産性に優れた電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【０１８８】
本発明の画像表示装置は上記記載の電子放出素子と、該電子放出素子から放出された電子により画像を形成する画像形成部とを備えている構成である。
【０１８９】
これにより、電極部材を確実に細孔内に挿入することができ、かつ、電極部材と確実に導通をとることができる電子放出素子を画像表示装置に用いることができる。従って、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を用いることとなり、画像表示が良好な画像表示装置を提供することができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る電子放出素子の要部の構成を示す部分断面図である。
【図２】（ａ）は、陽極酸化膜の製造工程の一例を示す説明図であり、（ｂ）は、支持基板上の陽極酸化膜の構成を示す詳細図である。
【図３】電界を印加して電極部材を細孔に挿入する工程を示す説明図である。
【図４】磁界を印加して電極部材を細孔に挿入する工程を示す説明図である。
【図５】図１に示す電子放出素子において、導電性材料からなる膜を成膜してからカーボンナノチューブを挿入するようにして製造された場合の要部の構成を示す部分断面図である。
【図６】本発明の他の実施の一形態に係る電子放出素子の要部の構成を示す部分断面図である。
【図７】図６に示す電子放出素子の抵抗層が金属酸化物の微粒子を用いて形成された場合の要部の構成を示す部分断面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施の一形態に係る画像表示装置の要部の構成を示す部分斜視図である。
【図９】図８のＡ−Ａ′線矢視断面図である。
【符号の説明】
１ 支持基板
２ カソード電極層（導電電極部）
３ 絶縁保持部（保持部材）
３ａ 細孔
４ 電極部材
５ 表面膜
６ 化成液
７ 電源
９ 対向電極
１０ 金属膜
１１ 陽極酸化膜
１６ 分散液
１７ 電源
１９ 対向電極
２０ カーボンナノチューブ
３０ マグネット
６０ 抵抗層
７０ 抵抗層
８３ 発光側基板（画像形成部）
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界放出の原理に基づき電子を放出し、薄型表示装置を構成するために用いられる電子放出素子およびその製造方法並びに該電子放出素子を用いた画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、強電界を印加することにより電界電子放出する電界放出型電子源に関する研究が盛んに行われている。
【０００３】
電界放出型電子源を用いた薄型表示装置は自発光型であるため、液晶表示装置のようにバックライトを設ける必要がない。しかも、原理的にはＣＲＴ（ブラウン管）と同等の見やすさ・明るさが得られ、さらには、電界放出型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する可能性がある。
【０００４】
従来の電子源としては、Ｃ．Ａ．ＳｐｉｎｄｔらがＵＳＰ３６６５２４１号で開示しているような円錐形状のメタル電子源が知られている。このようなメタル電子源は、例えばモリブデンなどの高融点金属材料からなり、蒸着法により形成される。
【０００５】
しかしながら、上記メタル電子源は、金属を蒸着法により形成して製造されることにより、大型の表示装置などに用いるために大面積の電子放出素子を形成する場合、メタル電子源の形状がバラツキが多くなる。従って、電子源としての均一性や信頼性の点で問題があった。
【０００６】
また、他の電界放出型電子源として、低電界で電子を放出する、例えば、種々の材料からなる超微粒子状物質や針状の電極部材などといった電子放出材料も研究されている。
【０００７】
それらの電子放出材料の中では、炭素系の材料が盛んに検討されており、その中でも特に、遠藤らの解説（固体物理、ｖｏｌ．１２、Ｎｏ．１、１９７７）などに示されている気相成長法を用いて製造されるナノメーターオーダーの炭素繊維や、飯島らにより確認されたアーク放電法により生成されるカーボンナノチューブ（Ｎａｔｕｒｅ、３５４、５６、１９９１）などは、グラファイトを丸めた円筒形の物質であり、円筒状に巻いたグラファイト層の入れ子状構造を有している。このカーボンナノチューブは、電子源として優れた特徴を有する材料として非常に期待されている。
【０００８】
また、カーボンナノチューブからの電子放出に関しては、Ｒ．Ｅ．Ｓｍａｌｌｅｙら（Ｓｃｉｅｎｃｅ、２６９、１５５０（１９９５））や、Ｗ．Ａ．ｄｅ Ｈｅｅｒら（Ｓｃｉｅｎｃｅ、２７０、１１７９（１９９５））の研究グループなどにより報告されている。
【０００９】
このようなカーボンナノチューブを用いた電子放出素子としては、例えば、陽極酸化膜の細孔にカーボンナノチューブを挿入することにより、カーボンナノチューブを一定方向に配列させる電子放出素子がある。
【００１０】
このような電子放出素子として、例えば、特開２０００−８６２１６号公報には、カーボンナノチューブを分散させた溶液中に陽極酸化膜を浸せきさせ、超音波で振動させることによりカーボンナノチューブを細孔に挿入してエミッタアレイ（電子放出素子）を形成する方法などが記載されている。
【００１１】
上記方法で電子放出素子を形成することにより、別工程で作製されたカーボンナノチューブを用いて湿式プロセスにより電子放出素子を形成することとなる。従って、カーボンナノチューブを作製する際のＣＶＤ装置などの成膜装置を使用することがなく、低コストで電子放出素子を形成することができる。
【００１２】
ここで、カーボンナノチューブは直径と長さとのアスペクト比が非常に大きく、即ち、一軸性を有するため、陽極酸化膜にカーボンナノチューブを挿入する際には、カーボンナノチューブを配向させる（ある一定方向に向かせる）必要がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載の方法では、カーボンナノチューブを陽極酸化膜の細孔に挿入するのに超音波振動を行っているため、振動によりカーボンナノチューブの向きがランダムになる。このため、カーボンナノチューブを配向させて細孔に挿入することが困難となる。
【００１４】
また、支持基板には常に振動が加わっているため、一旦細孔に挿入したカーボンナノチューブが抜ける虞れがある。従って、高密度のエミッタアレイを形成することができない。
【００１５】
また、カーボンナノチューブが細孔内に完全に挿入されなかった場合、即ち、カーボンナノチューブの挿入状態が浅い場合、カーボンナノチューブが細孔内で浮いてしまうこととなり、電子放出素子において、カーボンナノチューブと電極部材（カソード電極）との導通がとれなくなる。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、カーボンナノチューブなどの電極部材を確実に細孔内に挿入することができ、かつ、電極部材と確実に導通をとることができる電子放出素子およびその製造方法並びに該電子放出素子を用いた画像表示装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子放出素子は、上記の課題を解決するために、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材と、該保持部材における細孔の底部側に配された導電電極部と、一部が細孔から突出するように該細孔に挿入されている電極部材とを有する電子放出素子において、導電性材料からなり、電極部材を固定するための表面膜が、保持部材の表面に接するように配され、導電電極部と電極部材とが、表面膜を介して電気的に接続されていることを特徴としている。
【００１８】
上記の構成によれば、細孔に挿入された電極部材が表面膜によって（機械的に）固定されており、また、該表面膜を介して、導電電極部と電極部材とが電気的に接続されている。従って、細孔への挿入が不完全な、即ち、細孔への挿入状態が浅い電極部材があったとしても、電極部材は表面膜を介して導電電極部と電気的に接続される。これにより、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができる。
【００１９】
上記の電子放出素子は、表面膜が、少なくとも導電電極部の表面から保持部材の表面にわたるように配されていることが好ましい。
【００２０】
上記の構成によれば、表面膜が保持部材の表面に配されていることにより、電極部材を強固に固定することができる。従って、信頼性の高い電子放出素子を提供することができる。
【００２１】
また、表面膜が、少なくとも導電電極部の表面から保持部材の表面にわたるように配されていることにより、例えばカーボンナノチューブなどの電極部材における細孔内への挿入状態にかかわらず、即ち、挿入状態が浅くても、電極部材と導電電極部とを電気的に接続する（電極部材は導電電極部と確実に導通をとる）ことができる。これにより、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができる。
【００２２】
上記の電子放出素子は、導電電極部上に、導電電極部より電気抵抗率が高い抵抗層がさらに配されており、抵抗層を介して表面膜と導電電極部とが電気的に接続されていることが好ましい。
【００２３】
上記の構成によれば、導電電極部より電気抵抗率が高い抵抗層が配されていることにより、電極部材からの電子放出時において、抵抗層における電圧降下によって放出電流が緩和され、電子放出特性がより穏やかなものとなる。従って、例えば、大面積の電子放出素子を形成した場合にも電子放出の均一化・安定化を図ることができる。
【００２４】
上記の電子放出素子は、抵抗層が、半導体材料または金属酸化物からなることが好ましい。
【００２５】
上記の構成によれば、抵抗層が、半導体材料（例えば、シリコン、シリコン炭化物、シリコン窒化物、シリコン酸化物）または金属酸化物（例えば、ＩＴＯや酸化錫）からなることにより、例えば、保持部材を形成する際に陽極酸化処理を施す場合、陽極酸化処理時の酸化を止めるストップ層としての機能を兼ねることができる。これにより、信頼性の高い電子放出素子を提供することができる。
【００２６】
上記の電子放出素子は、表面膜が、少なくとも保持部材の表面から抵抗層の表面にわたるように配されていることが好ましい。
【００２７】
上記の構成によれば、表面膜が保持部材の表面に配されていることにより、電極部材を強固に固定することができる。従って、信頼性の高い電子放出素子を提供することができる。
【００２８】
また、表面膜が、少なくとも保持部材の表面から抵抗層の表面にわたるように配されていることにより、例えばカーボンナノチューブなどの電極部材における細孔内への挿入状態にかかわらず、即ち、挿入状態が浅くても、表面膜および抵抗層を介して電極部材と導電電極部とを電気的に接続する（電極部材は導電電極部と確実に導通をとる）ことができる。これにより、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができる。
【００２９】
上記の電子放出素子は、保持部材が、金属膜を陽極酸化してなる陽極酸化膜であることが好ましい。
【００３０】
上記の構成によれば、伸長方向が揃った複数の細孔を容易に形成することができる。また、電圧値、時間などの陽極酸化条件の設定を変更することにより、細孔の直径、深さ、ピッチなどの形状制御を簡単に行うことができる。従って、細孔の均一性・再現性の向上を図ることができる。さらに、例えばこのような細孔に電極部材が挿入され、配列されることにより、良好な電子放出特性を有し、均一性の高い電子放出素子を提供することができる。
【００３１】
さらに、細孔の密度を陽極酸化条件の設定の変更により容易に変更することができることにより、電子放出素子の電子放出密度を簡単に調整することができる。
【００３２】
上記の電子放出素子は、金属膜が、アルミニウムからなることが好ましい。
【００３３】
上記の構成によれば、低コストで、容易かつ均一に細孔を形成することができる。従って、電子放出素子の低コスト化を図ることができる。
【００３４】
上記の電子放出素子は、導電性材料が、少なくとも、導電電極部、保持部材、および、電極部材を構成する材料よりも融点の低い金属材料を含んでいることが好ましい。
【００３５】
上記の構成によれば、表面膜を構成する導電性材料が低融点な金属材料を含んでいることにより、例えば、導電性材料を融解した後硬化することで、電極部材を表面膜によって固定することができる。これにより、電子放出素子の信頼性の向上を図ることができる。
【００３６】
上記の電子放出素子は、電極部材が、カーボンナノチューブであることが好ましい。
【００３７】
上記の構成によれば、電極部材が、低電界で電子を放出することができ、化学的に安定しているカーボンナノチューブからなることにより、優れた電子放出効率を確保することができる。
【００３８】
また、通常、良質なカーボンナノチューブを生成する場合、黒鉛化処理は２８００℃程度の高温を必要とするが、このカーボンナノチューブを生成する工程は、電子放出素子の製造工程とは別工程で行うことができる。従って、例えば、電子放出素子を構成する基板などを耐熱性の低い安価な材料で構成することができる。また、カーボンナノチューブはその材料により、安価に大量生産することができる。
【００３９】
このように、カーボンナノチューブは、別途、安価に大量生産することができる。これにより、良好な電子放出特性を有し、均一性が高く、生産性に優れた電子放出素子を提供することができる。
【００４０】
本発明の電子放出素子の製造方法は、上記の課題を解決するために、導電電極部上に、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材を形成する工程と、針状の電極部材を上記細孔に挿入する工程と、上記導電電極部の表面から保持部材の表面にわたって導電性材料からなる膜を成膜する工程と、該導電性材料を融解後、硬化することにより上記電極部材を細孔内に固定する工程とをこの順に有することを特徴としている。
【００４１】
上記の方法によれば、導電電極部の表面から保持部材の表面にわたって導電性材料からなる膜を成膜し、また、その導電性材料により電極部材を細孔内に固定することにより、導電性材料からなる膜を介して、導電電極部と電極部材とが電気的に接続される。
【００４２】
従って、細孔に電極部材を挿入する工程において、細孔への挿入が不完全な、即ち、細孔への挿入状態が浅い電極部材があったとしても、電極部材は表面膜を介して導電電極部と電気的に接続される。これにより、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができる。
【００４３】
本発明の電子放出素子の製造方法は、導電電極部上に、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材を形成する工程と、上記細孔を覆うように上記導電電極部から保持部材表面にわたって導電性材料を成膜する工程と、針状の電極部材を上記細孔に挿入する工程と、上記導電性材料を融解後、硬化することにより上記電極部材を細孔内に固定する工程とをこの順に有することを特徴としている。
【００４４】
上記の方法によれば、細孔を覆うように、導電電極部の表面から保持部材の表面にわたって導電性材料からなる膜を成膜し、また、その導電性材料により電極部材を細孔内に固定することにより、導電性材料からなる膜を介して、導電電極部と電極部材とが電気的に接続される。
【００４５】
従って、細孔に電極部材を挿入する工程において、細孔への挿入が不完全な電極部材があったとしても、電極部材は表面膜を介して導電電極部と電気的に接続される。これにより、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができる。
【００４６】
上記の電子放出素子の製造方法は、保持部材を形成する工程が、金属膜を陽極酸化してなることが好ましい。
【００４７】
上記の方法によれば、金属膜を陽極酸化することにより、伸長方向が揃った複数の細孔を容易に形成することができる。また、電圧値、時間などの陽極酸化条件の設定を変更することにより、細孔の直径、深さ、ピッチなどの形状制御を簡単に行うことができる。従って、細孔の均一性・再現性の向上を図ることができる。さらに、例えばこのような細孔に電極部材が挿入され、配列されることにより、良好な電子放出特性を有し、均一性の高い電子放出素子を提供することができる。
【００４８】
上記の電子放出素子の製造方法は、針状の電極部材を上記細孔に挿入する工程が、上記針状の電極部材を分散させて分散液を調製する工程と、該分散液中に少なくとも上記保持部材と導電電極部とを浸せきする工程と、上記保持部材に電界または磁界を印加して、該針状の電極部材を細孔の伸長方向に沿うように配向させ、該細孔内に針状の電極部材を挿入する工程とをこの順に含むことが好ましい。
【００４９】
上記の方法によれば、保持部材に電界を印加することにより、例えば、分散液中に分散している針状の電極部材は電気泳動をし、電界方向に対して電極部材の長軸が平行になるように配向する。そして、配向した電極部材は導電電極部に向かって移動する。これにより、電極部材を細孔に挿入することができる。
【００５０】
また、保持部材に磁界を印加することにより、例えば、分散液中に分散している針状の電極部材はその長軸が磁力線に平行に（導電電極部に対して略垂直な向きになるように）配向する。そして、配向した電極部材は導電電極部に向かって移動する。これにより、電極部材を細孔に挿入することができる。
【００５１】
従って、針状の電極部材を安定して細孔に挿入することができ、これにより、例えば、大型の画像表示装置に用いるための大面積の電子放出素子を形成する場合でも、生産性に優れた電子放出素子を提供することができる。
【００５２】
また、保持部材に電界または磁界を印加して細孔内に針状の電極部材を挿入することにより、針状の電極部材を、電子放出素子の製造工程とは別工程で製造することができる。これにより、針状の電極部材として、安価に大量生産することのできる、特性の良好な材料を選択して用いることができる。従って、低コストで生産性に優れた電子放出素子を提供することができる。
【００５３】
本発明の画像表示装置は上記記載の電子放出素子と、該電子放出素子から放出された電子により画像を形成する画像形成部とを備えていることを特徴としている。
【００５４】
上記の構成によれば、電極部材を確実に細孔内に挿入することができ、かつ、電極部材と確実に導通をとることができる電子放出素子を画像表示装置に用いることができる。従って、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を用いることとなり、画像表示が良好な画像表示装置を提供することができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１ないし図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００５６】
図１は、本実施の形態に係る電界放出型の電子放出素子の要部の構成を示す部分断面図である。同図に示すように、電子放出素子は、支持基板１上に、カソード電極層（導電電極部）２、絶縁保持部（保持部材）３、電極部材４および表面膜５を有している。
【００５７】
また、電子放出素子は、画像表示装置に用いられる場合、アノード電極を有するアノード電極基板と対向配置して使用される。
【００５８】
支持基板１はガラスからなる。支持基板１上にはカソード電極層２が形成されている。カソード電極層２は、金属材料、あるいは半導体材料などからなる。カソード電極層２上には、絶縁保持部３が形成されている。
【００５９】
絶縁保持部３は、伸長方向が同じ向きに揃っている複数の細孔３ａ…を有する。絶縁保持部３は、例えば非導電性の金属酸化膜などの絶縁性材料からなる。細孔３ａは、絶縁保持部３の上面側（表面側）から下面側（カソード電極層２側、底部側）にかけて略垂直に貫通する。細孔３ａの大きさは、後述する電極部材４が挿入可能な大きさとなっている。
【００６０】
電極部材４は、炭素材料であるカーボンナノチューブからなり、その形状は針状である。電極部材４は、その先端が絶縁保持部３から突出するように、細孔３ａ内に挿入されている。電極部材４はエミッタ電極として機能し、電子を放出する。また、カソード電極層２および絶縁保持部３上には、略全面に（絶縁保持部３の表面からカソード電極層２の表面までわたって）、電極部材４を固定するための表面膜５が形成されている。即ち、表面膜５は、絶縁保持部３の表面からカソード電極層２の表面までのびている。
【００６１】
表面膜５は、例えば、錫やインジウムなどの導電性材料からなる。この導電性材料は、支持基板１やカソード電極層２、絶縁保持部３、電極部材４など、電子放出素子を構成する他の材料よりも融点の低い金属材料を含んでいる。表面膜５は、少なくとも電極部材４の一部と接しており、表面膜５を介して、電極部材４とカソード電極層２とは電気的に接続されている。
【００６２】
以上のように、細孔３ａの伸長方向が同じ向きに揃っていることにより、細孔３ａに挿入されている電極部材４の長手方向も略同じ向きに揃っている。従って、電子放出素子は、同一方向、即ち、電子放出方向に配列（配向）したエミッタ電極を備えることとなる。これにより、電子放出効率の優れた電子放出素子を提供することができる。
【００６３】
また、表面膜５は、少なくとも、カソード電極層２の表面から絶縁保持部３の表面にわたるように配されている。従って、電極部材４を、略同一方向の配列を保持した状態で細孔３ａに強固に固定することができる。これにより、信頼性の高い電子放出素子を提供することができる。
【００６４】
さらに、細孔３ａ内に挿入されずに絶縁保持部３に付着している電極部材４があったとしても、表面膜５によって完全に電極部材４は固定されているため、電極部材４が絶縁保持部３上から離脱して、例えば図示しないアノード電極とカソード電極層２とが短絡するなどの不具合を誘発することがない。
【００６５】
このように、導電性材料からなり、電極部材４を（機械的（構造的）に）固定するための表面膜５が、伸長方向が揃った複数の細孔３ａ…を有する絶縁保持部３の表面に接するように配されており、また、絶縁保持部３における細孔３ａの底部側に配されたカソード電極層２と電極部材４とが、表面膜５を介して電気的に接続されている電子放出素子とすることにより、細孔３ａへの挿入が不完全な、即ち、細孔３ａへの挿入状態が浅い電極部材４があったとしても、電極部材４は表面膜５を介してカソード電極層２と電気的に接続される。
【００６６】
このように、表面膜５を介して、電極部材４とカソード電極層２とが確実に接続されることにより、電子の放出の安定化、および、電子放出特性の均一性の向上を図ることができる。従って、信頼性の高い電子放出素子を提供することができる。
【００６７】
ここで、例えば、図１に示す電子放出素子において、真空中でカソード電極層２と対向するように、約１ｍｍ離間して配置した図示しないアノード電極との間に１ｋＶ程度の電圧を印加する。このとき、平行平板換算で１．０Ｖ／μｍ程度の電界を発生させると、カーボンナノチューブからなる電極部材４の先端から電子放出が開始される。
【００６８】
こうして、電極部材４が、１．０Ｖ／μｍ程度の低電界の印加によっても電子を放出することができ、化学的に安定しているカーボンナノチューブからなることにより、電子放出素子は優れた電子放出効率を確保することができる。
【００６９】
通常、良質なカーボンナノチューブを生成する場合、例えばプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ） 装置を用いるとすると、支持基板１上の温度は６００℃、黒鉛化処理は２８００℃程度の高温を必要とするが、このカーボンナノチューブを生成する工程は、後述する電子放出素子の製造工程とは別工程で行うことができる。従って、例えば、電子放出素子を構成する基板（支持基板１）などを耐熱性の低い安価な材料で構成することができる。また、カーボンナノチューブはその材料により、安価に大量生産することができる。
【００７０】
このように、カーボンナノチューブは、別途、安価に大量生産することができる。これにより、良好な電子放出特性を有し、均一性が高く、生産性に優れた電子放出素子を提供することができる。
【００７１】
なお、電極部材４はカーボンナノチューブに限定されるものではなく、エミッタ電極として使用可能なものであればよい。例えば、金属材料や半導体材料からなる針状物質、あるいは、一方向に伸長した電極部材（電子放出部材）などでもかまわない。
【００７２】
また、電極部材４の先端形状やその寸法なども特に限定されるものではなく、エミッタ電極として最適な特性を有していればよい。
【００７３】
さらに、絶縁保持部３は、絶縁性材料からなるものであれば特に限定されるものではないが、金属膜を陽極酸化してなる陽極酸化膜であることが好ましい。また、特に、アルミニウムを陽極酸化してなるアルミナ膜であることがさらに好ましい。
【００７４】
絶縁保持部３が陽極酸化膜からなる場合、細孔３ａの直径、深さ、ピッチなどの形状制御は、電圧値、時間などの陽極酸化条件の設定を変更することにより簡単に制御できる。従って、細孔３ａ…の均一性・再現性が高くなる。これにより、電極部材４が、均一性・再現性の高い細孔３ａに挿入され配列されることとなり、良好な電子放出特性を有し、均一性の高い電子放出素子を提供することができる。また、陽極酸化条件を変更することにより細孔３ａの密度（絶縁保持部３における細孔３ａの割合）を変更することができ、容易に電子放出素子の電子放出密度を調整することができる。
【００７５】
また、絶縁保持部３がアルミナ膜からなる場合、上記と同様、伸長方向が揃った複数の細孔３ａ…を容易に形成することができ、また、細孔３ａの径や密度などの均一性・再現性が非常に高い。また、アルミニウムは安価である。従って、絶縁保持部３をアルミナ膜とすることにより、低コストで容易かつ均一に細孔３ａ…を形成することができる。
【００７６】
なお、陽極酸化され、陽極酸化膜となる金属膜には、半導体材料であるシリコンを用いてもかまわない。
【００７７】
また、支持基板１の材料としては、ガラスが好ましいが、特に限定されるものではなく、画像表示装置を構成する場合の真空封止方法やその他製造工程上の耐熱条件などを考慮して選定すればよい。
【００７８】
以下、電子放出素子の製造工程の一例について、図２・図３に基づいて説明する。
【００７９】
まず、支持基板１上に、カソード電極層２および絶縁保持部３を形成するまでの工程について、図２に基づいて説明する。なお、図２（ａ）（ｂ）は、絶縁保持部３の製造工程の概要を示すものであり、実際に製造する際には、生産性などを考慮して、適切な構造の装置を構築すればよい。
【００８０】
支持基板１上に、例えば金属材料をスパッタリング法を用いて均一な厚さに成膜し、所望の形状にパターニングすることにより、カソード電極層２を形成する。
【００８１】
そして、カソード電極層２上に、スパッタリング法などの一般的な成膜方法を用いて、例えばアルミニウムを成膜し、所望の形状にパターニングすることにより金属膜１０（図２（ａ）参照）を形成する。
【００８２】
その後、陽極酸化用容器８内の化成液６中に、金属膜１０およびカソード電極層２が形成された支持基板１と対向電極９とを、ある一定の間隔を保持するように対向配置する。続いて、カソード電極層２が陽極に、対向電極９が陰極になるように、電源７を接続して電圧を印加する（図２（ａ））。このとき、カソード電極層２上には、図２（ｂ）に示すような細孔１１ａを有する陽極酸化膜１１が形成される。
【００８３】
そして、陽極酸化膜１１を所望の形状にパターニングして、絶縁保持部３を形成する（導電電極部上に、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材を形成する工程）。
【００８４】
ここで、形成される陽極酸化膜１１の厚さは、電極部材４（後述するカーボンナノチューブ２０）の大きさによって（電極部材４の先端が細孔３ａから出るように）決定すればよく、例えば、長さが数〜１０μｍのカーボンナノチューブを用いる場合、陽極酸化膜１１の厚さは約２〜５μｍ程度に設定することが好ましい。これにより、細孔１１ａ（細孔３ａ）に挿入されたカーボンナノチューブ（電極部材４）の先端を確実に陽極酸化膜１１（絶縁保持部３）から突出させることができる。従って、カーボンナノチューブは、エミッタ電極としての機能を十分に発揮することができる。
【００８５】
また、化成液６の種類は、陽極酸化される金属膜１０の組成や形成する陽極酸化膜１１の仕様などに応じて適宜選択すればよい。例えば、金属膜１０がアルミニウムからなる場合、化成液６には、一般に１０〜２０重量％の硫酸を用い、浴温を０〜１０℃程度、印加電圧を１０〜２０Ｖ程度として陽極酸化を行う（陽極酸化処理する）。また、その他には、化成液６にしゅう酸、クロム酸などを用いてもよい。
【００８６】
上記のように、カソード電極層２と金属膜１０とは、各種リソグラフィー法を用いて所望の形状にパターニングすることができる。従って、例えば、電子放出素子を画像表示装置に備える場合、マトリクス状の電極を形成するために、支持基板１上のカソード電極層２や金属膜１０を複数のライン状にパターニングするなど、その目的に合わせて電極形状を決定すればよい。これにより、目的に合わせた所望のパターンを有するカソード電極層２や絶縁保持部３を形成することができる。
【００８７】
また、カソード電極層２を所望の形状にパターニングしてから、金属膜１０を成膜および陽極酸化して、陽極酸化膜１１を所望の形状（カソード電極層２と同じ形状にしなくてもよい）にパターニングしてもかまわない。即ち、電子放出素子の構成や目的に応じてプロセスを組めばよい。
【００８８】
なお、カソード電極層２を成膜する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、電極材料として適当な材料を、スパッタリング法などの一般的な成膜方法で成膜すればよい。
【００８９】
このように、金属膜１０を陽極酸化することにより、規則正しい（通常は、６角形で蜂の巣構造となる）陽極酸化膜１１（金属膜１０がアルミニウムからなる場合は、アルミナのセル）ができ、その中央部には、細孔１１ａ…が形成される。
【００９０】
また、カソード電極層２と金属膜１０とは、異なる金属材料により形成することができる。そこで、例えば、カソード電極層２に銅などの比較的電気抵抗が低い金属材料を用いても、あるいは、カソード電極層２を複数種の金属材料が積層した構造としてもかまわない。
【００９１】
一方、別途生成されるカーボンナノチューブ２０（図３参照）の製造工程の一例について説明する。
【００９２】
プラズマＣＶＤ装置の反応容器内にメタンを２０ｓｃｃｍ（３．３７７５×１０−３Ｐａ・ｍ３ ・ｓ−１）、水素を８０ｓｃｃｍ（１．３５１×１０−１Ｐａ・ｍ３ ・ｓ−１）導入し、圧力を２．０Ｔｏｒｒ（約２６６Ｐａ）とし、電圧を１６０Ｖ、処理時間３０ｍｉｎの条件下で、触媒基板（触媒作用を有する基板）としてニッケルと鉄との合金であるインバーを使用して、触媒基板上に直線性の高いカーボンナノチューブ２０を生成する（カーボンナノチューブ生成工程）。
【００９３】
なお、カーボンナノチューブ２０の製造工程は、上述したものに限定されるものではなく、例えば、アーク放電法や、反応容器内にメタン、アセチレンなどの炭化水素ガスを、水素、アルゴン、窒素などの不活性ガスとともに導入し、ニッケル、コバルト、鉄、またはそれらの合金、あるいは例えばインバーやステンレスのような触媒基板を使用して、熱ＣＶＤなどによりカーボンナノチューブ２０を生成してもかまわない。
【００９４】
また、エミッタ電極として機能する電極部材４の製造方法としては特に限定されるものではなく、従来から用いられているエミッタ電極の製造方法に伴い、例えば、金属材料、半導体材料、炭素材料などを一方向に伸長した針状の電極部材４の形状に形成すればよい。
【００９５】
次に、絶縁保持部３の細孔３ａにカーボンナノチューブ２０を挿入し（針状の電極部材を細孔に挿入する工程）、表面膜５を形成する工程までを、図３を用いて説明する。なお、図３は、電極部材４（図１参照）としてのカーボンナノチューブ２０を挿入する工程の概要を示すものであり、実際に製造する際には、生産性などを考慮して、適切な構造の装置を構築すればよい。
【００９６】
上記触媒基板上に生成したカーボンナノチューブ２０を回収し、そのカーボンナノチューブ２０を、電気泳動用容器１８内の、ＩＰＡ（Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ） やアセトンなどの溶媒中に入れる。
【００９７】
そして、超音波などにより溶媒中のカーボンナノチューブ２０を分散させ、分散液１６を調製する。ここで、カーボンナノチューブ２０の分散密度（溶媒に対するカーボンナノチューブ２０の割合）は、０．５ｍｇ／ｍｌとする。これにより、嵩密度が大きい、即ち、重さが非常に軽く、嵩張りやすいカーボンナノチューブ２０の、分散後の凝集を防止することができる。
【００９８】
続いて、図３に示すように、分散液１６中に、カソード電極層２および絶縁保持部３が形成された支持基板１と対向電極１９とを所定の間隔をあけて浸せきさせる。そして、カソード電極層２を陰極とし、対向電極１９を陽極として、電源１７により電圧を印加する。
【００９９】
電圧印加後、分散液１６中に分散しているカーボンナノチューブ２０は、カーボンナノチューブ２０の軸（カーボンナノチューブ２０の長手方向）がカソード電極層２に対して垂直な向きになるように配向する（図３）。即ち、電界が印加されることによって、カーボンナノチューブ２０は電気泳動をし、電界方向に対してカーボンナノチューブ２０の軸が平行になるように配向する。
【０１００】
そして、配向したカーボンナノチューブ２０は陰極であるカソード電極層２に向かって移動し、絶縁保持部３における図示しない細孔３ａに挿入される。
【０１０１】
その後、スパッタリング法や蒸着法により、錫を絶縁保持部３からカソード電極層２にわたって薄く成膜する（導電電極部の表面から保持部材の表面にわたって導電性材料からなる膜を成膜する工程）。成膜された錫を加熱して一旦融解させ、続いて硬化させることにより表面膜５（図１参照）を形成する（導電性材料を融解後、硬化することにより電極部材を細孔内に固定する工程）。
【０１０２】
なお、上記のようなカーボンナノチューブ２０などの微小物質を分散させる際の超音波の発振周波数は特に限定されるものではなく、微小物質の形状により適宜選択すればよいが、約１００ｋＨｚの高周波よりも低い周波数、例えば、２５〜３８ｋＨｚであることが好ましい。また、分散の際の発振周波数としては、単一の周波数のみを用いるより、定常波のムラをなくすように数種類の周波数を交互に発振させる方がより好ましい。
【０１０３】
なお、表面膜５は導電性材料を一旦融解後、硬化することによって形成されることにより、表面膜５となる導電性材料は、少なくとも、導電性材料を融解させる際にすでに形成されている部材（例えば、支持基板１、カソード電極層２、絶縁保持部３、電極部材４など）を構成する材料、即ち、電子放出素子を構成する他の材料よりも融点の低い金属材料を含んでいることが好ましい。
【０１０４】
これにより、導電性材料からなる膜（表面膜５となる膜）を一旦融解後、硬化する工程の際に、他の材料まで融解させたりすることがなく、電子放出素子を構成する他の部材にダメージを与えることがない。従って、電子放出素子の信頼性の向上を図ることができる。
【０１０５】
また、カーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入する方法（針状の電極部材を細孔に挿入する工程）としては、図４に示すように磁界印加手段であるマグネット（磁石）３０を用いてもかまわない。以下、マグネット３０を用いてカーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入する方法について説明する。
【０１０６】
図４に示すように、カーボンナノチューブ２０を分散させた分散液１６中に、カソード電極層２および絶縁保持部３が形成された支持基板１を浸せきさせる。そして、支持基板１において、カソード電極層２が形成された面と対向する面側にマグネット３０を配置し、磁界を印加する。
【０１０７】
磁界印加後、分散液１６中に分散しているカーボンナノチューブ２０は、カーボンナノチューブ２０の軸（カーボンナノチューブ２０の長手方向）が磁力線に平行に（カソード電極層２に対して略垂直な向きになるように）配向する（図４）。即ち、磁界が印加されることによって、カーボンナノチューブ２０における軸に対する垂直方向と平行方向との磁化率の異方性から、カーボンナノチューブ２０の軸が磁力線に沿うように配向する（カーボンナノチューブ２０の長手方向が磁力線と平行になる）。
【０１０８】
そして、カーボンナノチューブ２０は、先端に残存している触媒を先頭にカソード電極層２に向かって移動し、図示しない絶縁保持部３の細孔３ａに挿入される。即ち、ニッケル、鉄、コバルトまたはそれらの合金、例えば、インバーやステンレスのような触媒を用いて生成されたカーボンナノチューブ２０は、その先端に触媒が残存するため、磁界によってマグネット３０にカーボンナノチューブ２０の先端の触媒が引きつけられる。
【０１０９】
なお、磁界の印加方法は特に限定されるものではなく、また、カーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入するために、電界と磁界とを同時に印加してもかまわない。例えば、図３に示すような構成とし、さらに、支持基板１において、カソード電極層２が形成された面と対向する面側にマグネットを配置することにより、電界と磁界とを同時に印加することができる。即ち、エミッタ電極となる電極部材４の材料などにより、細孔３ａへの挿入方法を適宜選択すればよい。
【０１１０】
ここで、電界または磁界によってカーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入した後、表面膜５を形成しない場合を検討する。
【０１１１】
このような場合、細孔３ａ内のカーボンナノチューブ２０の先端が、絶縁保持部３下のカソード電極層２まで到達していなければ、カソード電極層２とカーボンナノチューブ２０との導通が図れない。
【０１１２】
しかしながら、電界または磁界によってカーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入する際、電界または磁界のばらつきにより、カーボンナノチューブ２０が細孔３ａ内に完全に挿入されるとは限らない。即ち、カーボンナノチューブ２０の挿入が浅い場合、カーボンナノチューブ２０の先端はカソード電極層２まで到達せず、カーボンナノチューブ２０とカソード電極層２とを電気的に接続することができない。
【０１１３】
このように、細孔３ａへの挿入が不完全なカーボンナノチューブ２０は、電子放出源として機能しない。従って、電界または磁界によってカーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入した後表面膜５を形成しない場合、電界または磁界のばらつきによって細孔３ａへの挿入が不完全なカーボンナノチューブ２０が生じ、これにより、電子放出素子における電子放出特性にばらつきが生じる虞れがある。
【０１１４】
一方、上述したように、電子放出素子の製造工程において、カソード電極層２の表面から絶縁保持部３の表面にわたって導電性材料からなる膜（表面膜５）を成膜し、一旦融解後、硬化することによって、カーボンナノチューブ２０などの電極部材４を細孔３ａ内に固定することにより、導電性材料からなる膜を介して、カソード電極層２と電極部材４とが電気的に確実に接続される。
【０１１５】
従って、細孔３ａに電極部材４を挿入する工程において、例えば、電界または磁界のばらつき、あるいは、電界または磁界の印加を中止することにより細孔３ａへの挿入が不完全な、即ち、細孔３ａへの挿入状態が浅い電極部材４があったとしても、電極部材４は表面膜５を介して導電電極部と電気的に接続される。また、電極部材４の配列（配向）が乱れることもない。これにより、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができる。
【０１１６】
また、絶縁保持部３に電界または磁界を印加して、細孔３ａ内に電極部材４を挿入することにより、電極部材４を安定して細孔３ａに挿入することができる。これにより、例えば、大型の画像表示装置に用いるための大面積の電子放出素子を形成する場合でも、電極部材４が電子放出方向に配列されており、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができる。従って、生産性に優れた電子放出素子を提供することができることとなる。
【０１１７】
さらに、電界または磁界を印加して細孔３ａ内に電極部材４を挿入することにより、電子放出素子の製造工程において真空プロセスを用いる必要がなく、生産性に優れている。また、電極部材４としてカーボンナノチューブ２０を用いても、電界または磁界を印加して細孔３ａ内に電極部材４を挿入することにより、カーボンナノチューブ２０の製造工程において高温を必要とする工程（例えば、２８００℃程度必要とする黒鉛化処理）を別工程で行うことができる。これにより、電子放出素子の製造工程における温度を低温化することができる。従って、電子放出素子を構成する支持基板１などを耐熱性の低い安価な材料で構成することができる。この結果、電子放出素子の製造時に電極部材４の特性を改善する工程をさらに追加する必要がなくなる。
【０１１８】
また、表面膜５は、例えば、電極部材４としてのカーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入する前に、錫などの導電性材料からなる膜を化学メッキ法や蒸着法などの一般的な成膜方法により成膜し、カーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入した後にその膜を融解・硬化することにより形成してもかまわない。
【０１１９】
このようにカーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入する前に表面膜５となる膜（導電性材料からなる膜）を成膜することにより製造された電子放出素子の構成を図５に示す。
【０１２０】
以下、図５に示す電子放出素子の製造工程の一例を説明する。
【０１２１】
具体的には、まず、上述したように、支持基板１上にカソード電極層２および絶縁保持部３を形成する。
【０１２２】
そして、例えば化学メッキ法により、錫を絶縁保持部３の表面からカソード電極層２の表面にわたって薄く成膜する。
【０１２３】
その後、上記図３、あるいは図４に示したように電界または磁界を用いてカーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入する。
【０１２４】
最後に、成膜された錫を加熱して一旦融解させ、続いて硬化させることにより表面膜５を形成する（図５参照）。
【０１２５】
このように、カーボンナノチューブ２０を細孔３ａに挿入した後、カーボンナノチューブ２０下に形成されている膜（後に表面膜５となる膜）を一旦融解させ、続いて硬化させることにより、その膜、即ち表面膜５によってカーボンナノチューブ２０を固定することができる。従って、カーボンナノチューブ２０を、配向を保持した状態で固定することができる。
【０１２６】
なお、電子放出素子の用途は特に限定されるものではなく、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの表示用デバイス、光源、各種陰極線管、電子銃などの電界放出型エミッタ素子として使用することができる。
【０１２７】
〔実施の形態２〕
本発明の第２の実施の形態について図６および図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、実施の形態１における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記してその説明を省略する。
【０１２８】
図６は、本発明の実施の他の一形態である電子放出素子の要部の構成を示す断面図である。本実施の形態に係る電子放出素子は、図６に示すように、実施の形態１と同様、支持基板１上に、カソード電極層２、細孔３ａを有する絶縁保持部３、電極部材４および表面膜５を備えている。また他には、抵抗層６０を備えている。
【０１２９】
抵抗層６０は、カソード電極層２と絶縁保持部３との間に配されている。また、抵抗層６０は、カソード電極層２より電気抵抗率が高い。
【０１３０】
また、電極部材４を固定するための表面膜５は、抵抗層６０および絶縁保持部３上に略全面に（絶縁保持部３の表面から抵抗層６０の表面までわたって）形成されている。即ち、表面膜５は、絶縁保持部３の表面から抵抗層６０の表面までのびている。
【０１３１】
即ち、電極部材４は、支持基板１、カソード電極層２、絶縁保持部３、電極部材４、および、抵抗層６０を構成する材料（電子放出素子を構成する材料）よりも少なくとも融点の低い金属材料を含んでいる表面膜５（低融点金属材料）により固定される。また、抵抗層６０を介して表面膜５とカソード電極層２とが電気的に接続されている。即ち、表面膜５および抵抗層６０を介して電極部材４とカソード電極層２とが電気的に接続されている。
【０１３２】
なお、抵抗層６０は、電子放出素子の使用上必要な所定の導電性を有する限りにおいては、できるだけ電気抵抗率の高い材料からなることが好ましい。例えば、カソード電極層２が良導体の金属材料からなる電極層である場合には、抵抗層６０を、各種半導体材料や金属酸化物により抵抗層６０を形成すればよい。
【０１３３】
以上のように、表面膜５が、少なくとも絶縁保持部３の表面から抵抗層６０の表面にわたるように配されていることにより、電極部材４を細孔３ａ内に強固に固定することができる。
【０１３４】
また、表面膜５が、少なくとも絶縁保持部３の表面から抵抗層６０の表面にわたるように配されていることにより、例えば電極部材４における細孔３ａ内への挿入状態にかかわらず、即ち、挿入状態が浅くても、表面膜５および抵抗層６０を介して電極部材４とカソード電極層２とを電気的に接続する（電極部材４はカソード電極層２と確実に導通をとる）ことができる。これにより、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができる。
【０１３５】
さらに、カソード電極層２上に、カソード電極層２より電気抵抗率が高い抵抗層６０が配されており、抵抗層６０を介して表面膜５とカソード電極層２とが電気的に接続されていることにより、電極部材４からの電子放出時において、抵抗層６０における電圧降下によって放出電流が緩和され、電子放出特性がより穏やかなものとなる。従って、例えば、大面積の電子放出素子を形成した場合にも電子放出の均一化・安定化を図ることができる。
【０１３６】
なお、例えば、シリコンをスパッタリング法により成膜して抵抗層６０を形成する場合、抵抗層６０は、電極部材４とカソード電極層２との電気的な抵抗層としての他に、陽極酸化処理時の酸化を止めるストップ層としての機能も兼ねることができる。このような機能を有するには、抵抗層６０の材料は、シリコン炭化物、シリコン窒化物、シリコン酸化物やこれらの化合物、あるいは、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウムと錫との酸化物）やＳｎＯ２ （酸化錫）などの金属酸化物でもかまわない。
【０１３７】
ここで、図６に示すような構成の電子放出素子における電子放出の開始条件としては、図１に示す構成の電子放出素子と同様となっている。
【０１３８】
なお、上記抵抗層６０は、金属酸化物の微粒子を用いて形成してもかまわない。以下、金属酸化物の微粒子を用いて形成する抵抗層７０の製造方法および構成について説明する。
【０１３９】
例えば、カソード電極層２上に細孔３ａ…を有する絶縁保持部３を形成した後、まず、Ａｌ２ Ｏ３ （酸化アルミニウム）、ＩＴＯ、ＳｎＯ２ などの金属酸化物の微粒子を、添加剤を混入した水中、または、アルコールやメタノールなどの溶媒中に分散させる。そして、電着法などの電界析出技術を用いて、金属酸化物をカソード電極層２上に堆積して抵抗層７０（図７参照）を形成する。
【０１４０】
そして、細孔３ａ内に電極部材４を挿入し、表面膜５を形成（導電性材料からなる膜を融解後、硬化）することによって電極部材４を固定する。
【０１４１】
上記のようにして抵抗層７０を形成したときの電子放出素子の構成を図７に示す。同図に示すように、このような場合、カソード電極層２上において、絶縁保持部３が形成されていない領域、即ち、細孔３ａ内およびカソード電極層２上面端部に抵抗層７０が配されることとなる。
【０１４２】
〔実施の形態３〕
本発明の第３の実施の形態について図６、図８および図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、実施の形態２における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記してその説明を省略する。
【０１４３】
ここで、図８に示す画像表示装置は、カソード電極層２がライン状に形成されており、かつ、図６に示す電子放出素子と同様の抵抗層６０を有する電子放出素子を備えた画像表示装置の構成を示す部分斜視図であり、図９は、図８のＡ−Ａ′線矢視断面図である。
【０１４４】
以下、カソード電極層２がライン状となっている電子放出素子を用いた画像表示装置の構成の一例について説明する。
【０１４５】
図８に示すように、画像表示装置は、電子放出側基板８０と発光側基板（画像形成部）８３とが、図示しないスペーサを介して対向して配されている。
【０１４６】
電子放出側基板８０は、支持基板１上に、カソード電極層２、抵抗層６０、絶縁保持部３、電極部材４、表面膜５、絶縁層８１、および、ゲート電極８２を備えている。なお、支持基板１、カソード電極層２、抵抗層６０、絶縁保持部３、電極部材４、および、表面膜５により電子放出素子を構成する。
【０１４７】
支持基板１上には、ライン状のカソード電極層２が配されており、そのライン間、および、個々の電子放出素子を区切るようにカソード電極層２上には絶縁層８１が配されている。即ち、絶縁層８１は開口部８１ａ…を有し、該開口部８１ａ内には、図６に示す電子放出素子が構成されている。
【０１４８】
ゲート電極８２は絶縁層８１上にライン状に配されている。ゲート電極８２は、開口部８１…に対応する開口部８２ａ…を有している。ゲート電極８２とカソード電極層２とは直交するように配されており、ライン状電極をもってマトリクスが形成されている。
【０１４９】
このカソード電極層２とゲート電極８２とが形成するマトリクスによって電子放出箇所、即ち発光箇所（発光画素）を選択・非選択するこにより、画像表示を行うことができる。
【０１５０】
発光側基板８３は、透明基板８４上に、アノード電極８５、蛍光体８６、および、ブラックマトリクス８７を備えている。
【０１５１】
透明基板８４は、透明であり、ガラスなどからなる。透明基板８４上には、略全面にアノード電極８５が配されている。
【０１５２】
アノード電極８５は、ＩＴＯなどからなる透明電極である。アノード電極８５上には、蛍光体８６…が開口部８１ａ・８２ａと対向するように配されている。画像表示装置において、カラー表示を行う場合、蛍光体８６はＲ（レッド）・Ｇ（グリーン）・Ｂ（ブルー）の３種類で構成される。また、それぞれの蛍光体８６の領域を分割するように、蛍光体８６・８６間にはブラックマトリクス８７が配されている。
【０１５３】
なお、発光側基板８３において、アノード電極８５および蛍光体８６が形成されている側の面上に、アルミニウムなどによりメタルバックを形成してもかまわない。この場合、発光側基板８３と電子放出側基板８０とを図示しないスペーサを介して対向配置し、スペーサを介して挟まれた空間を真空排気して、真空状態で封止して画像表示装置を製造することにより、蛍光体８６からの放出ガスを抑制することができる。
【０１５４】
また、例えば、エミッタ電極（電極部材４）として、１．０Ｖ／μｍの低電界で図９中矢印方向に電子放出を開始するカーボンナノチューブを用いる場合、電子放出の際、即ち、電極部材４から電子を引き出すときには、アノード電極８５に印加する電圧により電極部材４にかかる電界、あるいは、ゲート電極８２に印加する電圧により電極部材４にかかる電界のどちらから電子をひきだしてもかまわない。
【０１５５】
さらに、図８・９に示す電子放出側基板８０においては、１画素（１つの蛍光体８６）に対して１つの開口部８１ａ（８２ａ）を有する構成であるが、１画素に対して複数の開口部８１ａ…（８２ａ…）を有する構成であってもかまわない。このとき、絶縁層８１が、絶縁保持部３上に形成されることもある。また、このような場合、画像表示装置における電子放出特性のさらなる均一化・安定化を図ることができる。
【０１５６】
また、開口部８１ａの形状として、その断面は四角形に限定されるものではなく、丸などの形状であってもかまわない。また、開口部８２ａの大きさも特に限定されるものではなく、開口部８１ａより小さくても同等でもかまわない。アノード電極８５のパターン形状も特に限定されるものではなく、一体電極（ベタ電極）であってもライン状電極であってもかまわない。
【０１５７】
画像表示装置に用いられる電子放出素子は、上述した実施の形態１・２に記載の電子放出素子であってもよく、また、カソード電極層２が一体電極であってもかまわない。ただし、カソード電極層２が一体電極である場合、カソード電極層２とゲート電極８２とでマトリクスを形成することはできない。しかしながら、ゲート電極８２上に、さらに、図示しない絶縁層およびゲート電極を形成すれば、複数のゲート電極でのマトリクスにより、電子放出箇所を選択・非選択することができる。
【０１５８】
以上のように、電極部材４を図示しない細孔３ａ内に挿入することができ、かつ、電極部材４と確実に導通をとることができる電子放出素子を画像表示装置に用いることができる。従って、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を用いることとなり、画像表示が良好な画像表示装置を提供することができる。
【０１５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電子放出素子は、導電性材料からなり、電極部材を固定するための表面膜が、保持部材の表面に接するように配され、導電電極部と電極部材とが、表面膜を介して電気的に接続されている構成である。
【０１６０】
これにより、細孔に挿入された電極部材が表面膜によって（機械的に）固定されており、また、該表面膜を介して、導電電極部と電極部材とが電気的に接続されている。従って、細孔への挿入が不完全な、即ち、細孔への挿入状態が浅い電極部材があったとしても、電極部材は表面膜を介して導電電極部と電気的に接続される。この結果、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【０１６１】
本発明の電子放出素子は、表面膜が、少なくとも導電電極部の表面から保持部材の表面にわたるように配されている構成である。
【０１６２】
これにより、電極部材を強固に固定することができる。また、電極部材における細孔内への挿入状態にかかわらず、電極部材と導電電極部とを電気的に接続することができる。従って、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【０１６３】
本発明の電子放出素子は、導電電極部上に、導電電極部より電気抵抗率が高い抵抗層がさらに配されており、抵抗層を介して表面膜と導電電極部とが電気的に接続されている構成である。
【０１６４】
これにより、電極部材からの電子放出時において、抵抗層における電圧降下によって放出電流が緩和され、電子放出特性がより穏やかなものとなる。従って、例えば、大面積の電子放出素子を形成した場合にも電子放出の均一化・安定化を図ることができるといった効果を奏する。
【０１６５】
本発明の電子放出素子は、抵抗層が、半導体材料または金属酸化物からなる構成である。
【０１６６】
これにより、例えば、保持部材を形成する際に陽極酸化処理を施す場合、陽極酸化処理時の酸化を止めるストップ層としての機能を兼ねることができ、信頼性の高い電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【０１６７】
本発明の電子放出素子は、表面膜が、少なくとも保持部材の表面から抵抗層の表面にわたるように配されている構成である。
【０１６８】
これにより、電極部材を強固に固定することができる。また、電極部材における細孔内への挿入状態にかかわらず、表面膜および抵抗層を介して電極部材と導電電極部とを電気的に接続することができる。従って、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【０１６９】
本発明の電子放出素子は、保持部材が、金属膜を陽極酸化してなる陽極酸化膜である構成である。
【０１７０】
これにより、伸長方向が揃った複数の細孔を容易に形成することができる。また、電圧値、時間などの陽極酸化条件の設定を変更することにより、細孔の直径、深さ、ピッチなどの形状制御を簡単に行うことができる。従って、細孔の均一性・再現性の向上を図ることができる。さらに、例えばこのような細孔に電極部材が挿入され、配列されることにより、良好な電子放出特性を有し、均一性の高い電子放出素子を提供することができる。
【０１７１】
また、細孔の密度を陽極酸化条件の設定の変更により容易に変更することができることにより、電子放出素子の電子放出密度を簡単に調整することができるといった効果を奏する。
【０１７２】
本発明の電子放出素子は、金属膜がアルミニウムからなる構成である。これにより、電子放出素子の低コスト化を図ることができるといった効果を奏する。
【０１７３】
本発明の電子放出素子は、導電性材料が、少なくとも、導電電極部、保持部材、および、電極部材を構成する材料よりも融点の低い金属材料を含んでいる構成である。
【０１７４】
これにより、例えば、導電性材料を融解した後硬化することで、電極部材を表面膜によって固定することができる。従って、電子放出素子の信頼性の向上を図ることができるといった効果を奏する。
【０１７５】
本発明の電子放出素子は、電極部材が、カーボンナノチューブである構成である。
【０１７６】
これにより、電極部材が、低電界で電子を放出することができ、化学的に安定しているカーボンナノチューブからなることとなり、優れた電子放出効率を確保することができる。
【０１７７】
また、カーボンナノチューブを生成する工程を、電子放出素子の製造工程とは別工程で行うことができる。従って、例えば、電子放出素子を構成する基板などを耐熱性の低い安価な材料で構成することができる。また、カーボンナノチューブはその材料により、安価に大量生産することができる。この結果、良好な電子放出特性を有し、均一性が高く、生産性に優れた電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【０１７８】
本発明の電子放出素子の製造方法は、導電電極部上に、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材を形成する工程と、針状の電極部材を細孔に挿入する工程と、導電電極部の表面から保持部材の表面にわたって導電性材料からなる膜を成膜する工程と、該導電性材料を融解後、硬化することにより電極部材を細孔内に固定する工程とをこの順に有する構成である。
【０１７９】
これにより、導電性材料からなる膜を介して、導電電極部と電極部材とが電気的に接続される。従って、細孔に電極部材を挿入する工程において、細孔への挿入が不完全な電極部材があったとしても、電極部材は表面膜を介して導電電極部と電気的に接続される。この結果、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【０１８０】
本発明の電子放出素子の製造方法は、導電電極部上に、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材を形成する工程と、細孔を覆うように導電電極部から保持部材表面にわたって導電性材料を成膜する工程と、針状の電極部材を細孔に挿入する工程と、導電性材料を融解後、硬化することにより電極部材を細孔内に固定する工程とをこの順に有する構成である。
【０１８１】
これにより、導電性材料からなる膜を介して、導電電極部と電極部材とが電気的に接続される。従って、細孔に電極部材を挿入する工程において、細孔への挿入が不完全な電極部材があったとしても、電極部材は表面膜を介して導電電極部と電気的に接続される。この結果、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【０１８２】
本発明の電子放出素子の製造方法は、保持部材を形成する工程が、金属膜を陽極酸化してなる構成である。
【０１８３】
これにより、金属膜に、伸長方向が揃った複数の細孔を容易に形成することができる。また、電圧値、時間などの陽極酸化条件の設定を変更することにより、細孔の直径、深さ、ピッチなどの形状制御を簡単に行うことができる。従って、細孔の均一性・再現性の向上を図ることができる。さらに、例えばこのような細孔に電極部材が挿入され、配列されることにより、良好な電子放出特性を有し、均一性の高い電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【０１８４】
本発明の電子放出素子の製造方法は、針状の電極部材を細孔に挿入する工程が、針状の電極部材を分散させて分散液を調製する工程と、該分散液中に少なくとも保持部材と導電電極部とを浸せきする工程と、保持部材に電界または磁界を印加して、該針状の電極部材を細孔の伸長方向に沿うように配向させ、該細孔内に針状の電極部材を挿入する工程とをこの順に含む構成である。
【０１８５】
これにより、保持部材に電界を印加することにより、分散液中に分散している針状の電極部材は電気泳動をし、電界方向に対して電極部材の長軸が平行になるように配向する。そして、配向した電極部材は導電電極部に向かって移動する。こうして、電極部材を細孔に挿入することができる。
【０１８６】
また、保持部材に磁界を印加することにより、分散液中に分散している針状の電極部材はその長軸が磁力線に平行に配向する。そして、配向した電極部材は導電電極部に向かって移動する。こうして、電極部材を細孔に挿入することができる。
【０１８７】
従って、針状の電極部材を安定して細孔に挿入することができ、大型の画像表示装置に用いるための大面積の電子放出素子を形成する場合でも、生産性に優れた電子放出素子を提供することができる。また、針状の電極部材を、電子放出素子の製造工程とは別工程で製造することができる。これにより、針状の電極部材として、安価に大量生産することのできる、特性の良好な材料を選択して用いることができる。この結果、低コストで生産性に優れた電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【０１８８】
本発明の画像表示装置は上記記載の電子放出素子と、該電子放出素子から放出された電子により画像を形成する画像形成部とを備えている構成である。
【０１８９】
これにより、電極部材を確実に細孔内に挿入することができ、かつ、電極部材と確実に導通をとることができる電子放出素子を画像表示装置に用いることができる。従って、信頼性が高く、また、電子放出特性の均一性が高い電子放出素子を用いることとなり、画像表示が良好な画像表示装置を提供することができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る電子放出素子の要部の構成を示す部分断面図である。
【図２】（ａ）は、陽極酸化膜の製造工程の一例を示す説明図であり、（ｂ）は、支持基板上の陽極酸化膜の構成を示す詳細図である。
【図３】電界を印加して電極部材を細孔に挿入する工程を示す説明図である。
【図４】磁界を印加して電極部材を細孔に挿入する工程を示す説明図である。
【図５】図１に示す電子放出素子において、導電性材料からなる膜を成膜してからカーボンナノチューブを挿入するようにして製造された場合の要部の構成を示す部分断面図である。
【図６】本発明の他の実施の一形態に係る電子放出素子の要部の構成を示す部分断面図である。
【図７】図６に示す電子放出素子の抵抗層が金属酸化物の微粒子を用いて形成された場合の要部の構成を示す部分断面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施の一形態に係る画像表示装置の要部の構成を示す部分斜視図である。
【図９】図８のＡ−Ａ′線矢視断面図である。
【符号の説明】
１ 支持基板
２ カソード電極層（導電電極部）
３ 絶縁保持部（保持部材）
３ａ 細孔
４ 電極部材
５ 表面膜
６ 化成液
７ 電源
９ 対向電極
１０ 金属膜
１１ 陽極酸化膜
１６ 分散液
１７ 電源
１９ 対向電極
２０ カーボンナノチューブ
３０ マグネット
６０ 抵抗層
７０ 抵抗層
８３ 発光側基板（画像形成部）
Claims (13)
- 伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材と、該保持部材における細孔の底部側に配された導電電極部と、一部が細孔から突出するように該細孔に挿入されている電極部材とを有する電子放出素子において、
導電性材料からなり、上記電極部材を固定するための表面膜が、上記保持部材の表面に接するように配され、
上記導電電極部と電極部材とが、上記表面膜を介して電気的に接続されており、
上記導電性材料は、少なくとも、上記導電電極部、保持部材、および、電極部材を構成する材料よりも融点の低い金属材料を含んでいることを特徴とする電子放出素子。 - 上記表面膜は、少なくとも上記導電電極部の表面から保持部材の表面にわたるように配されていることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
- 上記導電電極部上には、該導電電極部より電気抵抗率が高い抵抗層がさらに配されており、該抵抗層を介して上記表面膜と導電電極部とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
- 上記抵抗層は、半導体材料または金属酸化物からなることを特徴とする請求項３に記載の電子放出素子。
- 上記表面膜は、少なくとも上記保持部材の表面から抵抗層の表面にわたるように配されていることを特徴とする請求項３または４に記載の電子放出素子。
- 上記保持部材は、金属膜を陽極酸化してなる陽極酸化膜であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電子放出素子。
- 上記金属膜は、アルミニウムからなることを特徴とする請求項６に記載の電子放出素子。
- 上記電極部材は、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電子放出素子。
- 導電電極部上に、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材を形成する工程と、
針状の電極部材を上記細孔に挿入する工程と、
上記導電電極部の表面から保持部材の表面にわたって導電性材料からなる膜を成膜する工程と、
該導電性材料を融解後、硬化することにより上記電極部材を細孔内に固定する工程とをこの順に有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。 - 導電電極部上に、伸長方向が揃った複数の細孔を有する保持部材を形成する工程と、
上記細孔を覆うように上記導電電極部の表面から保持部材の表面にわたって導電性材料を成膜する工程と、
針状の電極部材を上記細孔に挿入する工程と、
上記導電性材料を融解後、硬化することにより上記電極部材を細孔内に固定する工程とをこの順に有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。 - 上記保持部材を形成する工程は、金属膜を陽極酸化してなることを特徴とする請求項９または１０に記載の電子放出素子の製造方法。
- 上記針状の電極部材を上記細孔に挿入する工程は、針状の電極部材を分散させて分散液を調製する工程と、
該分散液中に少なくとも上記保持部材と上記導電電極部とを浸せきする工程と、
上記保持部材に電界または磁界を印加して、上記針状の電極部材を細孔の伸長方向に沿うように配向させ、該細孔内に上記針状の電極部材を挿入する工程とをこの順に含むことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の電子放出素子。 - 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電子放出素子と、
該電子放出素子から放出された電子により画像を形成する画像形成部とを備えていることを特徴とする画像表示装置。
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