JP4043153B2 - 電子放出源の製造方法、エミッタ基板の製造方法、電子放出源及び蛍光発光型表示器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子を放出する電子放出源の製造方法、これによって製造した電子放出源及び前記電子放出源を使用した蛍光発光型表示器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電界の作用によって電子を放出する電界電子放出源は、熱エネルギーを利用する電子源（熱電子放出源）に比べ、省エネルギーで長寿命化が可能等、優れた点が多い。現在よく使われている電界電子放出源の材料としては、シリコン等の半導体、タングステン、モリブデンなどの金属、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ；Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）等が知られている。
【０００３】
電界放出現象は、金属または半導体表面の印加電界を１０９Ｖ／ｍ程度にするとトンネル効果により障壁を通過して常温でも真空中に電子放出が行われる現象である。このため、電子を放出する電子放出材料によって形成された電子放出素子へ引出し電極（以下ゲート電極という）から、いかに高い電界を印加できるかがその引き出し電流を決定する。
【０００４】
一方、電子放出素子が鋭利な先端を持つほど、該電子放出素子に印加される電界強度が高くなることが知られている。このためには、前記の半導体や金属等の電子放出部の先端を鋭利な針状に加工することが必要となる。しかしながら、前記半導体や金属等の先端を鋭利な針状に加工することは容易でなく又、高解像度の露光装置等、大規模な装置が必要になるため極めて高価になるという問題がある。
また、カソード導体とゲート電極間電圧（引出し電圧）が１０数Ｖ以下で電子を放出させることは困難であり、低消費電力化に限界があるという問題がある。
【０００５】
以上の点から、最近、カーボンナノチューブが電子放出材料として注目されつつある。カーボンナノチューブはその外径が１〜数１０ｎｍと微細で、形状的には低電圧で電子放出を行わせるのに十分な構造形態を持ち、その材料であるカーボンは化学的に安定、機械的にも強靱であるという特徴を持つため、電子放出材料としては、理想的な材料である。
したがって、例えば、特開平１０−３１９５４号公報に記載されているように、カーボンナノチューブを含むペースト材料をカソード導体上、あるいは前記カソード導体上に被着された抵抗層上に印刷後、焼成してエミッタを形成し、その上方にリブ状ゲート電極等のゲート電極を配置することによって電子放出源を形成することができる。
【０００６】
また、前記電子放出源に対向するように蛍光体を被着したアノード電極を設けて、これらを真空気密容器内に配設することによって蛍光発光型表示器を形成すれば、カソード導体に対して、前記ゲート電極及びアノード電極を所定の正電位に駆動することによって、前記カーボンナノチューブからの放出電子により前記蛍光体を励起発光表示させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の電子放出源の製造方法においては、カーボンナノチューブを含むカーボン材料をペースト化し、このペースト材料を印刷形成後、乾燥、焼成するにすぎないため、前記カーボン材料をペースト化するための溶剤に含まれる成分が焼成後も残存し、これがカーボンナノチューブの表面を覆った状態でエミッタが形成されるため、前記エミッタの仕事関数が高くなってしまう。よって、低電圧での電子放出が困難になり又、電子放出効率が低いという問題があった。
【０００８】
この問題を解決する方法として、エミッタ表面をエッチング処理することにより、前記焼成後に残存する溶剤成分等を除去する方法も考えられるが、電子放出源の構造上、十分なエッチング処理を施すには限界があり又、エッチング処理工程の付加によりコストアップするという問題があった。
【０００９】
また、カーボンナノチューブ以外にも微少なカーボン材料としてフラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセルあるいはカーボンナノホーン等が注目されているが、これらのペースト材料を用いてエミッタを形成した場合にも、前記同様に、前記溶剤に含まれる成分がカーボンナノチューブの表面を覆った状態でエミッタが形成され、廉価にして低電圧で高効率に電子放出を生じさせることが困難であるという問題があった。
したがって、前記方法で得られた電子放出源を蛍光発光型表示器に使用した場合に、廉価にして低電圧の駆動では高輝度な発光表示を得ることが困難であるという問題があった。
【００１０】
本発明は、前記問題点に鑑み成されたもので、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を用いて、廉価にして、低電圧駆動で高効率な電子放出を可能にすることを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたカソード導体と、前記カソード導体に電気的に接続して形成されたエミッタと、前記エミッタから離間して配設されたゲート電極とを備えて成る電子放出源の製造方法において、前記絶縁基板に前記カソード導体を被着する工程と、前記カソード導体に、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を含むペースト材料を被着してカーボン層を形成する工程と、前記カーボン層内に複数の壁部を形成することにより前記カーボン層を形成するカーボン材料の内部及び新鮮面を露出させて前記エミッタを形成する工程と、前記エミッタから離間する位置に前記ゲート電極を形成する工程とを備えて成ることを特徴とする電子放出源の製造方法が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたカソード導体と、前記カソード導体に電気的に接続して形成されたエミッタと、前記エミッタから離間して配設されたゲート電極を備えて成る電子放出源の製造方法において、前記絶縁基板に前記カソード導体を被着する工程と、前記カソード導体に抵抗層を被着する工程と、前記抵抗層に、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を含むペースト材料を被着してカーボン層を形成する工程と、前記カーボン層内に複数の壁部を形成することにより前記カーボン層を形成するカーボン材料の内部及び新鮮面を露出させて前記エミッタを形成する工程と、前記エミッタから離間する位置に前記ゲート電極を形成する工程とを備えて成ることを特徴とする電子放出源の製造方法が提供される。
【００１３】
ここで、前記カーボン層内に複数の壁部を形成することにより前記カーボン層を形成するカーボン材料を露出させて前記エミッタを形成する工程は、機械的、熱的又は電気的処理によって前記エミッタに筋又は亀裂を形成する工程を採用することができる。
さらに、本発明によれば、カソード導体とゲート電極間にエミッタを配設し、前記カソード導体とゲート電極間に電圧を印加することにより前記エミッタから電子を放出する電子放出源において、前記エミッタは、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を、直接又は抵抗層を介して前記カソード導体に被着されると共に、その内側に複数の壁部を有し、前記壁部からカーボン材料が露出して成ることを特徴とする電子放出源が提供される。
【００１４】
また、本発明によれば、電子放出源及び蛍光体が被着されたアノード電極を真空気密容器内に配設し、前記電子放出源から放出される電子を前記蛍光体に射突させることにより発光表示を行う蛍光発光型表示器において、電子放出源として、前記電子放出源を使用したことを特徴とする蛍光発光型表示器が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において同一部分には同一符号を付している。
図１乃至図４は、本発明の第１の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図である。
【００１６】
先ず、図１において、硼珪酸ガラス等の絶縁基板１０１上に、銀ペーストをスクリーン印刷により形成し、焼成することによって、カソード導体１０２を被着形成する。
次に、図２に示すように、カーボンナノチューブを有するカーボン材料を含むペースト材料を、スクリーン印刷によりカソード導体１０２上に塗布して、カーボンナノチューブを有するカーボン層２０１を形成する。尚、前記カーボンナノチューブを含むペースト材料としては、例えば、アーク放電法によって生成したカーボンナノチューブを含むカーボン材料を有機溶剤中に混入し、これを超音波によって良く分散させて印刷性の良いペーストに仕上げたものを使用することができる。
その後、カーボン層２０１を乾燥、焼成することによって、カーボン層２０１の有機溶剤を蒸発させて、カーボン層２０１をカソード導体２０１に被着形成する。
【００１７】
次に、厚みが数μｍ程度の先端部を有する刃あるいは針等の先端が鋭利な部材を用いて、カーボン層２０１の表面から複数の筋入れを行うことにより、筋を形成する。
これにより、図３に示すように、その内側に複数の筋を有し、前記筋の両側に形成された壁部３０２から露出するカーボンナノチューブを備えたエミッタ３０１が形成され、絶縁基板１０１、カソード導体１０２及びエミッタ３０１が積層されたエミッタ基板３０３が完成する。前記露出したカーボンナノチューブは、前記溶剤に含まれる成分等によって覆われておらず、カーボンナノチューブ自身がむき出しの状態になり、エミッタ３０１内部のカーボン材料の新鮮な面が露出する。
尚、前記筋入れによって、カーボン層２０１を削り取ったカスや剥離物が生じるが、これを粘着テープ、エアブロー又は、所定の溶液中に前記基板を載置して超音波洗浄により除去する除去工程を設けることにより、前記カスや剥離物を除去する。
【００１８】
その後、図４に示すように、エミッタ基板３０３上で各エミッタ３０１間の凹部内に、接着剤４０３、ガラス製絶縁層（リブ）４０２及びゲート電極４０１を積層被着することにより、リブ状ゲート電極４０４を形成し、これにより電界放出型の電子放出源が完成する。
尚、リブ状ゲート電極４０４の形成方法としては、例えば、転写用基板（図示せず）上に、ゲート電極４０１を形成した後、ゲート電極４０１上に絶縁性リブ４０２を積層形成し、さらに絶縁性リブ４０２上に接着剤４０３を積層被着し、これらを、図４に示す位置に位置合わせを行って転写するようにしてもよい。
【００１９】
このようにして得られた電子放出源においては、カソード導体１０２とゲート電極４０１間に所定の電圧を印加することにより、エミッタ３０１の上部表面に形成されたカーボンナノチューブ及び壁部３０２から露出したカーボンナノチューブに電界の集中が生じる。したがって、電子放出の開始電圧が低くなり、低電圧で高効率に電子放出を生じさせることが可能になる。
尚、本第１の実施の形態においては、エミッタ３０１表面に筋入れを行って壁部３０２を形成するための処理を、リブ状ゲート電極４０４を形成する前に行うようにしたが、リブ状ゲート電極４０４を形成した後に行うようにしてもよい。
【００２０】
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図である。
本第２の実施の形態と前記第１の実施の形態との相違点は、前記第１の実施の形態が、絶縁基板１０１上にカソード導体１０２を被着形成すると共にカソード導体１０２にエミッタ３０１を直接被着形成しているのに対し、本第２の実施の形態においては、絶縁基板１０１上にカソード導体１０２を被着形成し、カソード導体１０２に抵抗層５０１を被着形成し、抵抗層５０１にエミッタ３０１を被着形成するようにしている点であり、その他は同一である。
前記のように、カソード導体１０２とエミッタ３０１間に、抵抗層５０１を設けることにより、電子放出の安定化や、ゲート電極４０１とエミッタ３０１が短絡した際の過電流の発生防止が可能になる。
【００２１】
図６及び図７は、本発明の第３の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図である。
先ず、図６において、硼珪酸ガラス等の絶縁基板１０１上に、導電性金属のペースト材料を被着形成してカソード導体６０１を形成する。このとき、カソード導体６０１のペースト材料として、絶縁基板１０１の熱膨張係数が大きく異なる導電性材料（例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｃ）を所定の粒子径に調整したペースト材料を使用して、これを絶縁基板１０１上にスクリーン印刷した後、焼成することによって、カソード導体６０１を被着形成する。
【００２２】
次に、カーボンナノチューブを含むペースト材料を、スクリーン印刷によりカソード導体６０１上に塗布することによりカーボン層２０１を形成し、その後、カーボン層２０１を乾燥させることによって、カーボン層２０１とカソード導体６０１とを一体化する。
【００２３】
次に、４００度Ｃ〜５００度Ｃ程度で大気焼成を行うことにより熱的処理を行う。熱的処理としては、ヒータによる加熱やレーザ照射による加熱等の方法を採用することができる。
このとき、絶縁基板１０１とカソード導体６０１の熱膨張係数が大きく異なるため、カソード導体６０１に複数の亀裂が形成され、カソード導体６０１と一体になったカーボン層２０１にも複数の亀裂が形成される。
これにより、その内側に複数の亀裂を有し、前記亀裂の両側に形成された壁部７０２からカーボンナノチューブ自身が露出したエミッタ７０１が形成される。尚、カソード導体６０１は、前記複数の亀裂以外の部分で連続しているため導電性が劣化する恐れはない。以上のようにして、エミッタ基板７０３が完成する。
【００２４】
その後、前記第１の実施の形態と同様にして、エミッタ基板７０３上で各エミッタ７０１間の凹部内に、リブ状ゲート電極を形成し、これにより電界放出型の電子放出源が完成する。
尚、本第３の実施の形態においても、前記第２の実施の形態と同様に、カソード導体６０１とエミッタ７０１間に、抵抗層を設けるようにしてもよい。この場合には、絶縁基板１０１と前記抵抗層の熱膨張係数が大きく異なる材料（例えば、ＲｕＯ２等）を選定して使用する。
【００２５】
図８は、本発明の第４の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図である。
本第４の実施の形態においては、カーボンナノチューブを含むカーボン材料の粉末を有機樹脂溶液に分散させたペースト材料をカソード導体に塗布後、乾燥、焼成を行うことにより熱的処理を行う。これにより、前記ペースト材料に含まれる大きな有機材料の粒子間間隙の膨張、縮小が不均一に起こって複数の亀裂が発生し、前記亀裂の両側に形成された壁部にカーボンナノチューブ自身が露出する。
【００２６】
即ち、図８において、硼珪酸ガラス等の絶縁基板１０１上に、銀ペーストをスクリーン印刷により形成し、焼成することによって、カソード導体１０２を被着形成する。
次に、カーボンナノチューブを含むカーボン材料の粉末を有機樹脂溶液に分散させたペースト材料を、スクリーン印刷によりカソード導体１０２上に塗布して、カーボンナノチューブを有するカーボン層を形成する。
【００２７】
その後、絶縁基板１０１、カソード導体１０２及びカーボン層が積層された基板全体を乾燥させた後、熱的処理を行って焼成し、カーボン層に含まれる有機材料を燃焼除去して、エミッタ８０１をカソード導体１０２に被着形成する。
このとき、カーボン層に含まれる比較的大きな有機材料の粒子間間隙の膨張、縮小が不均一に起こり、カーボン層は、その全域にわたって複数の亀裂が生じた状態で固まる。したがって、内側に複数の亀裂を有するエミッタ８０１が形成され、前記亀裂の両側に形成された壁部８０３からは、カーボンナノチューブ自身が露出する。これにより、絶縁基板１０１、カソード導体１０２及びエミッタ８０１が積層されたエミッタ基板８０２が完成する。
【００２８】
その後、前記第１の実施の形態と同様にして、エミッタ基板８０２上で各エミッタ８０１間の凹部内に、リブ状ゲート電極を形成し、これにより電界放出型の電子放出源が完成する。本第４の実施の形態においても、前記第２の実施の形態と同様に、カソード導体１０２とエミッタ８０１間に、抵抗層を設けるようにしてもよい。
尚、前記各実施の形態においては、ゲート電極として、リブ状ゲート電極を形成するようにするようにしたが、メッシュ状のゲート電極をエミッタから所定距離離間して対面する位置に形成するようにしてもよい。
【００２９】
また、前記各実施の形態においては、エミッタの材料としてカーボンナノチューブを有するカーボン材料を使用したが、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセルあるいはカーボンナノホーンを含むカーボン材料を使用することも可能である。即ち、ペースト状のカーボン材料として、単層又は多層のカーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中、少なくとも一つを有するカーボン材料を含むペースト材料を使用することが可能である。この場合にも、エミッタから露出したカーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル又はカーボンナノホーンに電界の集中が生じるため、電子放出の開始電圧が低くなり、低電圧で高効率に電子放出を生じさせることが可能になる。
【００３０】
さらに、前記各実施の形態においては、ゲート電極をカソード導体の上方に配設する立体構造の電子放出源の例で説明したが、カソード導体とゲート電極の双方をエミッタ基板上の同一平面上に配設することにより、平面的な電子放出源を構成することも可能である。
さらにまた、前記各実施の形態においては、カーボンナノチューブ自身を露出するために、刃や針等の先鋭部材を用いた機械的処理あるいはレーザ等による熱的処理を施すようにしたが、カーボン層に高電圧を印加する等の電気的処理を施すことによって、焼成されたカーボン層に亀裂を形成し、これによって前記亀裂の壁部からカーボンナノチューブ自身が露出したエミッタを形成するようにしてもよい。
また、前記各実施の形態においては、線状の筋や亀裂を形成して前記筋や亀裂の両側に壁部を形成することにより、前記溶剤成分等に覆われない新鮮面があらわれたカーボンナノチューブを前記壁部から露出するように形成したが、必ずしも線状である必要はなく、その平面図が円形状や多角形状の凹部を形成して、前記凹部の壁部からカーボンナノチューブ自身を露出させるようにしてもよい。
【００３１】
次に、以上のようにして製造した電子放出源を使用して、蛍光発光型表示器を形成する。図９は、本発明の実施の形態に係る蛍光発光型表示器の一部切欠き側面図であり、前記第１の実施の形態によって製造した電子放出源を使用した蛍光発光型表示器の例である。
【００３２】
図９において、蛍光発光型表示器は、硼珪酸ガラスによって形成された背面基板としての絶縁基板１０１、硼珪酸ガラスによって形成された透光性の前面基板としての絶縁基板９０１、及び、絶縁基板１０１、９０１の周囲を封着するシールガラス９０４とを有し、その内部が真空状態に保持された真空気密容器を備えている。
【００３３】
また、前述したように、絶縁基板１０１の内面上には、カソード導体１０２、カソード導体１０２に連続して形成されたエミッタ３０１が積層被着されている。
さらに、絶縁基板１０１の内面上にはエミッタ３０１間の凹部内に、ゲート電極４０１及び絶縁性リブ４０２によって形成されたリブ状ゲート電極４０４が被着されている。
一方、絶縁基板９０１の内面上には、アノード電極９０２及びアノード電極９０２に被着された蛍光体９０３が積層配設されている。
【００３４】
尚、文字やグラフィック等を表示する形式の蛍光発光型表示器の場合には、カソード導体１０２、アノード電極９０２及びゲート電極４０１は、各々、マトリクス状に形成する、あるいは、特定の電極をベタ状に形成して他の電極をマトリクス状に形成する等、適宜目的に応じたパターンに形成する。また、大画面表示装置の画素用発光素子として使用する蛍光発光型表示器の場合にも、前記各電極のパターンを適宜選定して形成する。
【００３５】
上記構成の蛍光発光型表示器において、カソード導体１０２、ゲート電極４０１及びアノード電極９０２に所定電圧の駆動信号を供給することにより蛍光体９０３が発光し、各電極の形成パターンや駆動信号に応じて、文字やグラフィック等の発光表示、あるいは発光素子としての発光表示を行わせることができる。
このとき、エミッタ３０１の表面に露出したカーボンナノチューブ等に電界集中が生じるため、低電圧駆動により、高輝度で高品位な発光表示を得ることが可能になる。
【００３６】
以上述べたように本発明の実施の形態に係る電子放出源の製造方法は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたカソード導体と、前記カソード導体に電気的に接続して形成されたエミッタとを有するエミッタ基板を備えると共に、前記エミッタから離間して配設されたゲート電極を備えて成る電子放出源の製造方法において、絶縁基板１０１にカソード導体１０２、６０１を被着する工程と、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を含むペースト材料をカソード導体１０２、６０１に被着してカーボン層２０１を形成する工程と、焼成されたカーボン層２０１内部に壁部３０２、７０２、８０３を形成することにより、カーボン材料の内部を露出させてエミッタ３０１、７０１、８０１を形成する工程と、前記エミッタから離間する位置に前記ゲート電極を形成する工程とを備えている。
したがって、前記カーボン材料の表面が溶媒成分等によって覆われている場合でも、カーボンナノチューブ等の電界放出材料が壁部３０２、７０２、８０３に露出し、前記電子放出材料に電界集中が生じるため、低電圧で高効率に電子放出を生じる電子放出源を製造することが可能になる。
【００３７】
また、前記製造工程中、カソード導体１０２を被着する工程とカーボン層２０１を形成する工程の間に、ＲｕＯ２系の抵抗材料等によって形成した抵抗層５０１をカソード導体１０２に被着する工程を付加するようにしてもよい。即ち、絶縁基板１０１にカソード導体１０２を被着する工程と、カソード導体１０２に抵抗層５０１を被着する工程と、抵抗層５０１にカーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン層２０１を被着形成する工程とを備えるようにしてもよい。これにより、前記のように低電圧で高効率に電子放出を生じる電子放出源を製造することが可能になるだけでなく、電子放出の安定化や電極短絡時の過電流防止が可能な電子放出源の製造方法が提供される。
【００３８】
ここで、カーボン層２０１を構成するカーボン材料の内部を露出させてエミッタ３０１、７０１、８０１を形成する工程は、機械的、熱的又は電気的処理によりエミッタ３０１、７０１、８０１に筋や亀裂等の凹部を形成して、前記凹部の壁部３０２、７０２、８０３からカーボンナノチューブ等の電子放出材料を露出させる工程が使用できる。
【００３９】
また、本発明の実施の形態に係る電子放出源は、カソード導体とゲート電極間にエミッタを配設し、前記カソード導体とゲート電極間に電圧を印加することにより前記エミッタから電子を放出する電子放出源において、エミッタ３０１、７０１、８０１は、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を、直接又は抵抗層５０１を介してカソード導体１０２に被着されると共に、その内側に複数の壁部３０２、７０２、８０３を有し、壁部３０２、７０２、８０３から電子放出材料が露出して成ることを特徴としている。
したがって、エミッタ３０１、７０１、８０１から露出したカーボンナノチューブ等の電子放出材料に電界の集中が生じるため、電子放出の開始電圧が低くなり、低電圧で高効率に電子放出を生じさせることが可能になる。
【００４０】
さらに、本発明の実施の形態に係る蛍光発光型表示器は、電子放出源及び蛍光体が被着されたアノード電極を真空気密容器内に配設し、前記電子放出源から放出される電子を前記蛍光体に射突させることにより発光表示を行う蛍光発光型表示器において、電子放出源として、前記電子放出源を使用したことを特徴としている。したがって、エミッタ３０１、７０１、８０１の表面や壁部３０２、７０２、８０３に露出したカーボンナノチューブ等の電子放出材料に電界集中が生じるため、低電圧駆動により、高輝度で高品位な発光表示を得ることが可能になる。
【００４１】
【実施例】
図１０は、本発明の第１の実施例に係る電子放出源の製造方法を説明するための図で、前記第１の実施の形態によって製造したエミッタの顕微鏡写真で、エミッタの上側から見た平面写真である。また、図１１は、その拡大写真である。図１０及び図１１からわかるように、複数の線状のカーボンナノチューブが筋の壁部から露出している。
【００４２】
また、図１２は、本発明の第２の実施例に係る電子放出源の製造方法を説明するための図で、前記第３の実施の形態によって製造したエミッタの顕微鏡写真で、エミッタの上側から見た平面写真である。図１２からわかるように、複数の線状のカーボンナノチューブ自身が亀裂の壁部から露出している。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を用いて、廉価にして、低電圧で高効率な電子放出源の製造方法を提供することが可能になる。
これにより、電子放出特性の優れた電子放出源を提供することが可能になる。
また、低電圧駆動が可能で、高輝度で高品位な蛍光発光型表示器を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図で、絶縁基板にカソード導体を被着する工程を示す図である。
【図２】 本発明の第１の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図で、カーボン層を形成する工程を示す図である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図で、エミッタを形成する工程を示す図である。
【図４】 本発明の第１の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図で、ゲート電極を形成する工程を示す図である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図である。
【図６】 本発明の第３の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図で、絶縁基板にカソード導体及びカーボン層を形成する工程を示す図である。
【図７】 本発明の第３の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図で、エミッタを形成する工程を示す図である。
【図８】 本発明の第４の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図である。
【図９】 本発明の実施の形態に係る蛍光発光型表示器の一部切欠き側面図である。
【図１０】 本発明の第１の実施例に係る電子放出源の製造方法によるエミッタの顕微鏡写真である。
【図１１】 図１０を拡大した顕微鏡写真である。
【図１２】 本発明の第２の実施例に係る電子放出源の製造方法によるエミッタの顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１０１、９０１・・・真空気密容器を構成する絶縁基板
１０２、６０１・・・カソード導体
２０１・・・カーボン層
３０１、７０１、８０１・・・エミッタ
３０２、７０２、８０３・・・壁部
３０３、５０２、７０３、８０２・・・エミッタ基板
４０１・・・ゲート電極
４０２・・・絶縁性リブ
４０４・・・リブ状ゲート電極
５０１・・・抵抗層
９０２・・・アノード電極
９０３・・・蛍光体
９０４・・・真空気密容器を構成するシールガラス
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子を放出する電子放出源の製造方法、これによって製造した電子放出源及び前記電子放出源を使用した蛍光発光型表示器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電界の作用によって電子を放出する電界電子放出源は、熱エネルギーを利用する電子源（熱電子放出源）に比べ、省エネルギーで長寿命化が可能等、優れた点が多い。現在よく使われている電界電子放出源の材料としては、シリコン等の半導体、タングステン、モリブデンなどの金属、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ；Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）等が知られている。
【０００３】
電界放出現象は、金属または半導体表面の印加電界を１０９Ｖ／ｍ程度にするとトンネル効果により障壁を通過して常温でも真空中に電子放出が行われる現象である。このため、電子を放出する電子放出材料によって形成された電子放出素子へ引出し電極（以下ゲート電極という）から、いかに高い電界を印加できるかがその引き出し電流を決定する。
【０００４】
一方、電子放出素子が鋭利な先端を持つほど、該電子放出素子に印加される電界強度が高くなることが知られている。このためには、前記の半導体や金属等の電子放出部の先端を鋭利な針状に加工することが必要となる。しかしながら、前記半導体や金属等の先端を鋭利な針状に加工することは容易でなく又、高解像度の露光装置等、大規模な装置が必要になるため極めて高価になるという問題がある。
また、カソード導体とゲート電極間電圧（引出し電圧）が１０数Ｖ以下で電子を放出させることは困難であり、低消費電力化に限界があるという問題がある。
【０００５】
以上の点から、最近、カーボンナノチューブが電子放出材料として注目されつつある。カーボンナノチューブはその外径が１〜数１０ｎｍと微細で、形状的には低電圧で電子放出を行わせるのに十分な構造形態を持ち、その材料であるカーボンは化学的に安定、機械的にも強靱であるという特徴を持つため、電子放出材料としては、理想的な材料である。
したがって、例えば、特開平１０−３１９５４号公報に記載されているように、カーボンナノチューブを含むペースト材料をカソード導体上、あるいは前記カソード導体上に被着された抵抗層上に印刷後、焼成してエミッタを形成し、その上方にリブ状ゲート電極等のゲート電極を配置することによって電子放出源を形成することができる。
【０００６】
また、前記電子放出源に対向するように蛍光体を被着したアノード電極を設けて、これらを真空気密容器内に配設することによって蛍光発光型表示器を形成すれば、カソード導体に対して、前記ゲート電極及びアノード電極を所定の正電位に駆動することによって、前記カーボンナノチューブからの放出電子により前記蛍光体を励起発光表示させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の電子放出源の製造方法においては、カーボンナノチューブを含むカーボン材料をペースト化し、このペースト材料を印刷形成後、乾燥、焼成するにすぎないため、前記カーボン材料をペースト化するための溶剤に含まれる成分が焼成後も残存し、これがカーボンナノチューブの表面を覆った状態でエミッタが形成されるため、前記エミッタの仕事関数が高くなってしまう。よって、低電圧での電子放出が困難になり又、電子放出効率が低いという問題があった。
【０００８】
この問題を解決する方法として、エミッタ表面をエッチング処理することにより、前記焼成後に残存する溶剤成分等を除去する方法も考えられるが、電子放出源の構造上、十分なエッチング処理を施すには限界があり又、エッチング処理工程の付加によりコストアップするという問題があった。
【０００９】
また、カーボンナノチューブ以外にも微少なカーボン材料としてフラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセルあるいはカーボンナノホーン等が注目されているが、これらのペースト材料を用いてエミッタを形成した場合にも、前記同様に、前記溶剤に含まれる成分がカーボンナノチューブの表面を覆った状態でエミッタが形成され、廉価にして低電圧で高効率に電子放出を生じさせることが困難であるという問題があった。
したがって、前記方法で得られた電子放出源を蛍光発光型表示器に使用した場合に、廉価にして低電圧の駆動では高輝度な発光表示を得ることが困難であるという問題があった。
【００１０】
本発明は、前記問題点に鑑み成されたもので、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を用いて、廉価にして、低電圧駆動で高効率な電子放出を可能にすることを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたカソード導体と、前記カソード導体に電気的に接続して形成されたエミッタと、前記エミッタから離間して配設されたゲート電極とを備えて成る電子放出源の製造方法において、前記絶縁基板に前記カソード導体を被着する工程と、前記カソード導体に、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を含むペースト材料を被着してカーボン層を形成する工程と、前記カーボン層内に複数の壁部を形成することにより前記カーボン層を形成するカーボン材料の内部及び新鮮面を露出させて前記エミッタを形成する工程と、前記エミッタから離間する位置に前記ゲート電極を形成する工程とを備えて成ることを特徴とする電子放出源の製造方法が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたカソード導体と、前記カソード導体に電気的に接続して形成されたエミッタと、前記エミッタから離間して配設されたゲート電極を備えて成る電子放出源の製造方法において、前記絶縁基板に前記カソード導体を被着する工程と、前記カソード導体に抵抗層を被着する工程と、前記抵抗層に、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を含むペースト材料を被着してカーボン層を形成する工程と、前記カーボン層内に複数の壁部を形成することにより前記カーボン層を形成するカーボン材料の内部及び新鮮面を露出させて前記エミッタを形成する工程と、前記エミッタから離間する位置に前記ゲート電極を形成する工程とを備えて成ることを特徴とする電子放出源の製造方法が提供される。
【００１３】
ここで、前記カーボン層内に複数の壁部を形成することにより前記カーボン層を形成するカーボン材料を露出させて前記エミッタを形成する工程は、機械的、熱的又は電気的処理によって前記エミッタに筋又は亀裂を形成する工程を採用することができる。
さらに、本発明によれば、カソード導体とゲート電極間にエミッタを配設し、前記カソード導体とゲート電極間に電圧を印加することにより前記エミッタから電子を放出する電子放出源において、前記エミッタは、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を、直接又は抵抗層を介して前記カソード導体に被着されると共に、その内側に複数の壁部を有し、前記壁部からカーボン材料が露出して成ることを特徴とする電子放出源が提供される。
【００１４】
また、本発明によれば、電子放出源及び蛍光体が被着されたアノード電極を真空気密容器内に配設し、前記電子放出源から放出される電子を前記蛍光体に射突させることにより発光表示を行う蛍光発光型表示器において、電子放出源として、前記電子放出源を使用したことを特徴とする蛍光発光型表示器が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において同一部分には同一符号を付している。
図１乃至図４は、本発明の第１の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図である。
【００１６】
先ず、図１において、硼珪酸ガラス等の絶縁基板１０１上に、銀ペーストをスクリーン印刷により形成し、焼成することによって、カソード導体１０２を被着形成する。
次に、図２に示すように、カーボンナノチューブを有するカーボン材料を含むペースト材料を、スクリーン印刷によりカソード導体１０２上に塗布して、カーボンナノチューブを有するカーボン層２０１を形成する。尚、前記カーボンナノチューブを含むペースト材料としては、例えば、アーク放電法によって生成したカーボンナノチューブを含むカーボン材料を有機溶剤中に混入し、これを超音波によって良く分散させて印刷性の良いペーストに仕上げたものを使用することができる。
その後、カーボン層２０１を乾燥、焼成することによって、カーボン層２０１の有機溶剤を蒸発させて、カーボン層２０１をカソード導体２０１に被着形成する。
【００１７】
次に、厚みが数μｍ程度の先端部を有する刃あるいは針等の先端が鋭利な部材を用いて、カーボン層２０１の表面から複数の筋入れを行うことにより、筋を形成する。
これにより、図３に示すように、その内側に複数の筋を有し、前記筋の両側に形成された壁部３０２から露出するカーボンナノチューブを備えたエミッタ３０１が形成され、絶縁基板１０１、カソード導体１０２及びエミッタ３０１が積層されたエミッタ基板３０３が完成する。前記露出したカーボンナノチューブは、前記溶剤に含まれる成分等によって覆われておらず、カーボンナノチューブ自身がむき出しの状態になり、エミッタ３０１内部のカーボン材料の新鮮な面が露出する。
尚、前記筋入れによって、カーボン層２０１を削り取ったカスや剥離物が生じるが、これを粘着テープ、エアブロー又は、所定の溶液中に前記基板を載置して超音波洗浄により除去する除去工程を設けることにより、前記カスや剥離物を除去する。
【００１８】
その後、図４に示すように、エミッタ基板３０３上で各エミッタ３０１間の凹部内に、接着剤４０３、ガラス製絶縁層（リブ）４０２及びゲート電極４０１を積層被着することにより、リブ状ゲート電極４０４を形成し、これにより電界放出型の電子放出源が完成する。
尚、リブ状ゲート電極４０４の形成方法としては、例えば、転写用基板（図示せず）上に、ゲート電極４０１を形成した後、ゲート電極４０１上に絶縁性リブ４０２を積層形成し、さらに絶縁性リブ４０２上に接着剤４０３を積層被着し、これらを、図４に示す位置に位置合わせを行って転写するようにしてもよい。
【００１９】
このようにして得られた電子放出源においては、カソード導体１０２とゲート電極４０１間に所定の電圧を印加することにより、エミッタ３０１の上部表面に形成されたカーボンナノチューブ及び壁部３０２から露出したカーボンナノチューブに電界の集中が生じる。したがって、電子放出の開始電圧が低くなり、低電圧で高効率に電子放出を生じさせることが可能になる。
尚、本第１の実施の形態においては、エミッタ３０１表面に筋入れを行って壁部３０２を形成するための処理を、リブ状ゲート電極４０４を形成する前に行うようにしたが、リブ状ゲート電極４０４を形成した後に行うようにしてもよい。
【００２０】
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図である。
本第２の実施の形態と前記第１の実施の形態との相違点は、前記第１の実施の形態が、絶縁基板１０１上にカソード導体１０２を被着形成すると共にカソード導体１０２にエミッタ３０１を直接被着形成しているのに対し、本第２の実施の形態においては、絶縁基板１０１上にカソード導体１０２を被着形成し、カソード導体１０２に抵抗層５０１を被着形成し、抵抗層５０１にエミッタ３０１を被着形成するようにしている点であり、その他は同一である。
前記のように、カソード導体１０２とエミッタ３０１間に、抵抗層５０１を設けることにより、電子放出の安定化や、ゲート電極４０１とエミッタ３０１が短絡した際の過電流の発生防止が可能になる。
【００２１】
図６及び図７は、本発明の第３の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図である。
先ず、図６において、硼珪酸ガラス等の絶縁基板１０１上に、導電性金属のペースト材料を被着形成してカソード導体６０１を形成する。このとき、カソード導体６０１のペースト材料として、絶縁基板１０１の熱膨張係数が大きく異なる導電性材料（例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｃ）を所定の粒子径に調整したペースト材料を使用して、これを絶縁基板１０１上にスクリーン印刷した後、焼成することによって、カソード導体６０１を被着形成する。
【００２２】
次に、カーボンナノチューブを含むペースト材料を、スクリーン印刷によりカソード導体６０１上に塗布することによりカーボン層２０１を形成し、その後、カーボン層２０１を乾燥させることによって、カーボン層２０１とカソード導体６０１とを一体化する。
【００２３】
次に、４００度Ｃ〜５００度Ｃ程度で大気焼成を行うことにより熱的処理を行う。熱的処理としては、ヒータによる加熱やレーザ照射による加熱等の方法を採用することができる。
このとき、絶縁基板１０１とカソード導体６０１の熱膨張係数が大きく異なるため、カソード導体６０１に複数の亀裂が形成され、カソード導体６０１と一体になったカーボン層２０１にも複数の亀裂が形成される。
これにより、その内側に複数の亀裂を有し、前記亀裂の両側に形成された壁部７０２からカーボンナノチューブ自身が露出したエミッタ７０１が形成される。尚、カソード導体６０１は、前記複数の亀裂以外の部分で連続しているため導電性が劣化する恐れはない。以上のようにして、エミッタ基板７０３が完成する。
【００２４】
その後、前記第１の実施の形態と同様にして、エミッタ基板７０３上で各エミッタ７０１間の凹部内に、リブ状ゲート電極を形成し、これにより電界放出型の電子放出源が完成する。
尚、本第３の実施の形態においても、前記第２の実施の形態と同様に、カソード導体６０１とエミッタ７０１間に、抵抗層を設けるようにしてもよい。この場合には、絶縁基板１０１と前記抵抗層の熱膨張係数が大きく異なる材料（例えば、ＲｕＯ２等）を選定して使用する。
【００２５】
図８は、本発明の第４の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図である。
本第４の実施の形態においては、カーボンナノチューブを含むカーボン材料の粉末を有機樹脂溶液に分散させたペースト材料をカソード導体に塗布後、乾燥、焼成を行うことにより熱的処理を行う。これにより、前記ペースト材料に含まれる大きな有機材料の粒子間間隙の膨張、縮小が不均一に起こって複数の亀裂が発生し、前記亀裂の両側に形成された壁部にカーボンナノチューブ自身が露出する。
【００２６】
即ち、図８において、硼珪酸ガラス等の絶縁基板１０１上に、銀ペーストをスクリーン印刷により形成し、焼成することによって、カソード導体１０２を被着形成する。
次に、カーボンナノチューブを含むカーボン材料の粉末を有機樹脂溶液に分散させたペースト材料を、スクリーン印刷によりカソード導体１０２上に塗布して、カーボンナノチューブを有するカーボン層を形成する。
【００２７】
その後、絶縁基板１０１、カソード導体１０２及びカーボン層が積層された基板全体を乾燥させた後、熱的処理を行って焼成し、カーボン層に含まれる有機材料を燃焼除去して、エミッタ８０１をカソード導体１０２に被着形成する。
このとき、カーボン層に含まれる比較的大きな有機材料の粒子間間隙の膨張、縮小が不均一に起こり、カーボン層は、その全域にわたって複数の亀裂が生じた状態で固まる。したがって、内側に複数の亀裂を有するエミッタ８０１が形成され、前記亀裂の両側に形成された壁部８０３からは、カーボンナノチューブ自身が露出する。これにより、絶縁基板１０１、カソード導体１０２及びエミッタ８０１が積層されたエミッタ基板８０２が完成する。
【００２８】
その後、前記第１の実施の形態と同様にして、エミッタ基板８０２上で各エミッタ８０１間の凹部内に、リブ状ゲート電極を形成し、これにより電界放出型の電子放出源が完成する。本第４の実施の形態においても、前記第２の実施の形態と同様に、カソード導体１０２とエミッタ８０１間に、抵抗層を設けるようにしてもよい。
尚、前記各実施の形態においては、ゲート電極として、リブ状ゲート電極を形成するようにするようにしたが、メッシュ状のゲート電極をエミッタから所定距離離間して対面する位置に形成するようにしてもよい。
【００２９】
また、前記各実施の形態においては、エミッタの材料としてカーボンナノチューブを有するカーボン材料を使用したが、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセルあるいはカーボンナノホーンを含むカーボン材料を使用することも可能である。即ち、ペースト状のカーボン材料として、単層又は多層のカーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中、少なくとも一つを有するカーボン材料を含むペースト材料を使用することが可能である。この場合にも、エミッタから露出したカーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル又はカーボンナノホーンに電界の集中が生じるため、電子放出の開始電圧が低くなり、低電圧で高効率に電子放出を生じさせることが可能になる。
【００３０】
さらに、前記各実施の形態においては、ゲート電極をカソード導体の上方に配設する立体構造の電子放出源の例で説明したが、カソード導体とゲート電極の双方をエミッタ基板上の同一平面上に配設することにより、平面的な電子放出源を構成することも可能である。
さらにまた、前記各実施の形態においては、カーボンナノチューブ自身を露出するために、刃や針等の先鋭部材を用いた機械的処理あるいはレーザ等による熱的処理を施すようにしたが、カーボン層に高電圧を印加する等の電気的処理を施すことによって、焼成されたカーボン層に亀裂を形成し、これによって前記亀裂の壁部からカーボンナノチューブ自身が露出したエミッタを形成するようにしてもよい。
また、前記各実施の形態においては、線状の筋や亀裂を形成して前記筋や亀裂の両側に壁部を形成することにより、前記溶剤成分等に覆われない新鮮面があらわれたカーボンナノチューブを前記壁部から露出するように形成したが、必ずしも線状である必要はなく、その平面図が円形状や多角形状の凹部を形成して、前記凹部の壁部からカーボンナノチューブ自身を露出させるようにしてもよい。
【００３１】
次に、以上のようにして製造した電子放出源を使用して、蛍光発光型表示器を形成する。図９は、本発明の実施の形態に係る蛍光発光型表示器の一部切欠き側面図であり、前記第１の実施の形態によって製造した電子放出源を使用した蛍光発光型表示器の例である。
【００３２】
図９において、蛍光発光型表示器は、硼珪酸ガラスによって形成された背面基板としての絶縁基板１０１、硼珪酸ガラスによって形成された透光性の前面基板としての絶縁基板９０１、及び、絶縁基板１０１、９０１の周囲を封着するシールガラス９０４とを有し、その内部が真空状態に保持された真空気密容器を備えている。
【００３３】
また、前述したように、絶縁基板１０１の内面上には、カソード導体１０２、カソード導体１０２に連続して形成されたエミッタ３０１が積層被着されている。
さらに、絶縁基板１０１の内面上にはエミッタ３０１間の凹部内に、ゲート電極４０１及び絶縁性リブ４０２によって形成されたリブ状ゲート電極４０４が被着されている。
一方、絶縁基板９０１の内面上には、アノード電極９０２及びアノード電極９０２に被着された蛍光体９０３が積層配設されている。
【００３４】
尚、文字やグラフィック等を表示する形式の蛍光発光型表示器の場合には、カソード導体１０２、アノード電極９０２及びゲート電極４０１は、各々、マトリクス状に形成する、あるいは、特定の電極をベタ状に形成して他の電極をマトリクス状に形成する等、適宜目的に応じたパターンに形成する。また、大画面表示装置の画素用発光素子として使用する蛍光発光型表示器の場合にも、前記各電極のパターンを適宜選定して形成する。
【００３５】
上記構成の蛍光発光型表示器において、カソード導体１０２、ゲート電極４０１及びアノード電極９０２に所定電圧の駆動信号を供給することにより蛍光体９０３が発光し、各電極の形成パターンや駆動信号に応じて、文字やグラフィック等の発光表示、あるいは発光素子としての発光表示を行わせることができる。
このとき、エミッタ３０１の表面に露出したカーボンナノチューブ等に電界集中が生じるため、低電圧駆動により、高輝度で高品位な発光表示を得ることが可能になる。
【００３６】
以上述べたように本発明の実施の形態に係る電子放出源の製造方法は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたカソード導体と、前記カソード導体に電気的に接続して形成されたエミッタとを有するエミッタ基板を備えると共に、前記エミッタから離間して配設されたゲート電極を備えて成る電子放出源の製造方法において、絶縁基板１０１にカソード導体１０２、６０１を被着する工程と、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を含むペースト材料をカソード導体１０２、６０１に被着してカーボン層２０１を形成する工程と、焼成されたカーボン層２０１内部に壁部３０２、７０２、８０３を形成することにより、カーボン材料の内部を露出させてエミッタ３０１、７０１、８０１を形成する工程と、前記エミッタから離間する位置に前記ゲート電極を形成する工程とを備えている。
したがって、前記カーボン材料の表面が溶媒成分等によって覆われている場合でも、カーボンナノチューブ等の電界放出材料が壁部３０２、７０２、８０３に露出し、前記電子放出材料に電界集中が生じるため、低電圧で高効率に電子放出を生じる電子放出源を製造することが可能になる。
【００３７】
また、前記製造工程中、カソード導体１０２を被着する工程とカーボン層２０１を形成する工程の間に、ＲｕＯ２系の抵抗材料等によって形成した抵抗層５０１をカソード導体１０２に被着する工程を付加するようにしてもよい。即ち、絶縁基板１０１にカソード導体１０２を被着する工程と、カソード導体１０２に抵抗層５０１を被着する工程と、抵抗層５０１にカーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン層２０１を被着形成する工程とを備えるようにしてもよい。これにより、前記のように低電圧で高効率に電子放出を生じる電子放出源を製造することが可能になるだけでなく、電子放出の安定化や電極短絡時の過電流防止が可能な電子放出源の製造方法が提供される。
【００３８】
ここで、カーボン層２０１を構成するカーボン材料の内部を露出させてエミッタ３０１、７０１、８０１を形成する工程は、機械的、熱的又は電気的処理によりエミッタ３０１、７０１、８０１に筋や亀裂等の凹部を形成して、前記凹部の壁部３０２、７０２、８０３からカーボンナノチューブ等の電子放出材料を露出させる工程が使用できる。
【００３９】
また、本発明の実施の形態に係る電子放出源は、カソード導体とゲート電極間にエミッタを配設し、前記カソード導体とゲート電極間に電圧を印加することにより前記エミッタから電子を放出する電子放出源において、エミッタ３０１、７０１、８０１は、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を、直接又は抵抗層５０１を介してカソード導体１０２に被着されると共に、その内側に複数の壁部３０２、７０２、８０３を有し、壁部３０２、７０２、８０３から電子放出材料が露出して成ることを特徴としている。
したがって、エミッタ３０１、７０１、８０１から露出したカーボンナノチューブ等の電子放出材料に電界の集中が生じるため、電子放出の開始電圧が低くなり、低電圧で高効率に電子放出を生じさせることが可能になる。
【００４０】
さらに、本発明の実施の形態に係る蛍光発光型表示器は、電子放出源及び蛍光体が被着されたアノード電極を真空気密容器内に配設し、前記電子放出源から放出される電子を前記蛍光体に射突させることにより発光表示を行う蛍光発光型表示器において、電子放出源として、前記電子放出源を使用したことを特徴としている。したがって、エミッタ３０１、７０１、８０１の表面や壁部３０２、７０２、８０３に露出したカーボンナノチューブ等の電子放出材料に電界集中が生じるため、低電圧駆動により、高輝度で高品位な発光表示を得ることが可能になる。
【００４１】
【実施例】
図１０は、本発明の第１の実施例に係る電子放出源の製造方法を説明するための図で、前記第１の実施の形態によって製造したエミッタの顕微鏡写真で、エミッタの上側から見た平面写真である。また、図１１は、その拡大写真である。図１０及び図１１からわかるように、複数の線状のカーボンナノチューブが筋の壁部から露出している。
【００４２】
また、図１２は、本発明の第２の実施例に係る電子放出源の製造方法を説明するための図で、前記第３の実施の形態によって製造したエミッタの顕微鏡写真で、エミッタの上側から見た平面写真である。図１２からわかるように、複数の線状のカーボンナノチューブ自身が亀裂の壁部から露出している。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を用いて、廉価にして、低電圧で高効率な電子放出源の製造方法を提供することが可能になる。
これにより、電子放出特性の優れた電子放出源を提供することが可能になる。
また、低電圧駆動が可能で、高輝度で高品位な蛍光発光型表示器を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図で、絶縁基板にカソード導体を被着する工程を示す図である。
【図２】 本発明の第１の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図で、カーボン層を形成する工程を示す図である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図で、エミッタを形成する工程を示す図である。
【図４】 本発明の第１の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図で、ゲート電極を形成する工程を示す図である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図である。
【図６】 本発明の第３の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図で、絶縁基板にカソード導体及びカーボン層を形成する工程を示す図である。
【図７】 本発明の第３の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図で、エミッタを形成する工程を示す図である。
【図８】 本発明の第４の実施の形態に係る電子放出源の製造方法を説明するための側断面図である。
【図９】 本発明の実施の形態に係る蛍光発光型表示器の一部切欠き側面図である。
【図１０】 本発明の第１の実施例に係る電子放出源の製造方法によるエミッタの顕微鏡写真である。
【図１１】 図１０を拡大した顕微鏡写真である。
【図１２】 本発明の第２の実施例に係る電子放出源の製造方法によるエミッタの顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１０１、９０１・・・真空気密容器を構成する絶縁基板
１０２、６０１・・・カソード導体
２０１・・・カーボン層
３０１、７０１、８０１・・・エミッタ
３０２、７０２、８０３・・・壁部
３０３、５０２、７０３、８０２・・・エミッタ基板
４０１・・・ゲート電極
４０２・・・絶縁性リブ
４０４・・・リブ状ゲート電極
５０１・・・抵抗層
９０２・・・アノード電極
９０３・・・蛍光体
９０４・・・真空気密容器を構成するシールガラス
Claims (8)
- 絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたカソード導体と、前記カソード導体に電気的に接続して形成されたエミッタと、前記エミッタから離間して配設されたゲート電極とを備えて成る電子放出源の製造方法において、
前記絶縁基板に前記カソード導体を被着する工程と、
前記カソード導体に、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を含むペースト材料を被着してカーボン層を形成する工程と、
前記カーボン層内に筋又は亀裂を形成して前記筋又は亀裂の両側に複数の壁部を形成することにより前記カーボン層を形成するカーボン材料を前記壁部から露出させて前記エミッタを形成する工程と、
前記エミッタから離間する位置に前記ゲート電極を形成する工程とを備えて成ることを特徴とする電子放出源の製造方法。 - 絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたカソード導体と、前記カソード導体に電気的に接続して形成されたエミッタと、前記エミッタから離間して配設されたゲート電極とを備えて成る電子放出源の製造方法において、
前記絶縁基板に前記カソード導体を被着する工程と、
前記カソード導体に抵抗層を被着する工程と、
前記抵抗層に、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を含むペースト材料を被着してカーボン層を形成する工程と、
前記カーボン層内に筋又は亀裂を形成して前記筋又は亀裂の両側に複数の壁部を形成することにより前記カーボン層を形成するカーボン材料を前記壁部から露出させて前記エミッタを形成する工程と、
前記エミッタから離間する位置に前記ゲート電極を形成する工程とを備えて成ることを特徴とする電子放出源の製造方法。 - 前記カーボン層内に筋又は亀裂を形成して前記筋又は亀裂の両側に複数の壁部を形成することにより前記カーボン層を形成するカーボン材料を前記壁部から露出させて前記エミッタを形成する工程は、機械的、熱的又は電気的処理によって前記エミッタに筋又は亀裂を形成する工程であることを特徴とする請求項１又は２記載の電子放出源の製造方法。
- 絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたカソード導体と、前記カソード導体に電気的に接続して形成されたエミッタと、前記エミッタから離間して配設されたゲート電極とを備え、前記カソード導体とゲート電極間に電圧を印加することにより前記エミッタから電子を放出する電子放出源において、
前記エミッタは、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を、直接又は抵抗層を介して前記カソード導体に被着されると共に、その内側に形成された筋又は亀裂の両側に複数の壁部を有し、前記壁部からカーボン材料が露出して成ることを特徴とする電子放出源。 - 電子放出源及び蛍光体が被着されたアノード電極を真空気密容器内に配設し、前記電子放出源から放出される電子を前記蛍光体に射突させることにより発光表示を行う蛍光発光型表示器において、前記電子放出源として、請求項４記載の電子放出源を使用したことを特徴とする蛍光発光型表示器。
- 絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたカソード導体と、前記カソード導体に電気的 に接続して形成されたエミッタとを備えて成るエミッタ基板の製造方法において、
前記絶縁基板に前記カソード導体を被着する工程と、
前記カソード導体に、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を含むペースト材料を被着してカーボン層を形成する工程と、
前記カーボン層内に筋又は亀裂を形成して前記筋又は亀裂の両側に複数の壁部を形成することにより前記カーボン層を形成するカーボン材料を前記壁部から露出させて前記エミッタを形成する工程とを備えて成ることを特徴とするエミッタ基板の製造方法。 - 絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたカソード導体と、前記カソード導体に電気的に接続して形成されたエミッタとを備えて成るエミッタ基板の製造方法において、
前記絶縁基板に前記カソード導体を被着する工程と、
前記カソード導体に抵抗層を被着する工程と、
前記抵抗層に、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル及びカーボンナノホーンの中の少なくとも一つを有するカーボン材料を含むペースト材料を被着してカーボン層を形成する工程と、
前記カーボン層内に筋又は亀裂を形成して前記筋又は亀裂の両側に複数の壁部を形成することにより前記カーボン層を形成するカーボン材料を前記壁部から露出させて前記エミッタを形成する工程とを備えて成ることを特徴とするエミッタ基板の製造方法。 - 前記カーボン層内に筋又は亀裂を形成して前記筋又は亀裂の両側に複数の壁部を形成することにより前記カーボン層を形成するカーボン材料を前記壁部から露出させて前記エミッタを形成する工程は、機械的、熱的又は電気的処理によって前記エミッタに筋又は亀裂を形成する工程であることを特徴とする請求項６又は７記載のエミッタ基板の製造方法。
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