JP4236627B2 - 冷陰極画像表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷陰極画像表示装置の製造方法に関し、より特定的には、カソード電極とゲート電極との間に電圧を印加することによりカーボンナノチューブから電子を放出する冷陰極画像表示装置の製造方法に関する。

近年、新しい炭素材料であるカーボンナノチューブが、特に冷陰極画像表示装置などの電子放出源として用いられている。カーボンナノチューブは、炭素原子が規則的に配列されたグランフェンシートをチューブ状に丸めた中空の円筒形状を有し、外径がナノメートル（ｎｍ）オーダーで、長さが０．５〜数１０μｍという極めてアスペクト比が高い微小な物質である。このような形状のカーボンナノチューブでは、その先端に電界集中が起こり易く、高い放出電流密度が期待できる。また、カーボンナノチューブは、化学的、物理的安定性が高い特性を有するので、動作真空中の残留ガスの吸着やイオン衝撃等に対して安定であることが予想される。

冷陰極画像表示装置は、通常、以下の構造を有している。基板上にカソード電極がストライプ状に形成されており、カソード電極の上に絶縁膜が形成されており、絶縁膜上にゲート電極がストライプ状に形成されている。カソード電極とゲート電極とは互いに直交するように形成されている。ゲート電極および絶縁膜には、カソード電極に達する孔が開口されており、孔の底部のカソード電極上にカーボンナノチューブが林立するように形成されている。このような３電極方式の冷陰極画像表示装置では、ゲート電極とカソード電極との間に電圧を印加することにより、カソード電極上に形成されているカーボンナノチューブ（エミッタ）の先端に電界集中が発生し、その先端から電子が放出される。

カーボンナノチューブは、たとえばＣＶＤ法などで所望の長さに調整しながら成長可能であるが、直径が１０ｎｍ前後と非常に細いため、必ずしも起立した状態では成長しない。特に冷陰極画像表示装置のように孔内にカーボンナノチューブを形成する場合には、カーボンナノチューブは横臥した状態で成長しやすく、配向性が悪い。横臥した状態のカーボンナノチューブは、起立した状態のカーボンナノチューブに比べてその先端に電界集中が起こりにくくなるため、高い電子放出特性を得ることができない。

そこで、孔内に形成されたカーボンナノチューブを起立した状態に配向させる技術が、たとえば特許文献１に開示されている。特許文献１では、薄膜に粘着材を付着した粘着シートをゲート電極の上部から押し当てて曲げ変形させ、粘着材の一部をゲート開口内に進入させてカーボンナノチューブの表面に接触させている。そして、押し当てた粘着シートを剥がすことにより、カーボンナノチューブが粘着材に付着した状態で引っ張られて、起立した状態で配向する。その結果、カーボンナノチューブの配向性を高めることができる。

なお、カーボンナノチューブを起立した状態に配向させる技術は、たとえば特許文献２および３や、非特許文献１などにも開示されている。
特開２００２−１５７９５３号公報 特開２００１−３５３６０号公報 特開２００１−３５３６２号公報 T.J.Vink, et al., "Enhanced field emission from printed carbon nanotubes by mechanical surface modification", Appl. Phys. Lett. 83 (17) pp.3552-3554, 27 October 2003

冷陰極画像表示装置において、カーボンナノチューブから安定して電子を放出させるためには、孔内のカーボンナノチューブに均一の電界を印加する必要がある。シミュレーション計算によれば、孔内のカーボンナノチューブに均一の電界を印加するためには、孔のアスペクト比を一定以上にする必要がある。

しかしながら、孔のアスペクト比が大きくなると、従来の技術では孔内のカーボンナノチューブの配向性を高めることができなかった。特に特許文献１の技術では、粘着シートを曲げ変形させることにより粘着材をゲート開口内に進入させている。このため、孔のアスペクト比が大きい場合には、粘着テープを曲げ変形させても、粘着材はゲート開口の底部に形成されたカーボンナノチューブには届かない。したがって、孔内のカーボンナノチューブの配向性を高めることはできなかった。

また、特許文献２および３の技術は、広い平面上に形成されたカーボンナノチューブを配向させる技術であり、孔内に形成されたカーボンナノチューブの配向性を高めることはできなかった。

したがって、本発明の目的は、高アスペクト比の孔内に形成されたカーボンナノチューブの配向性を高めることのできる冷陰極画像表示装置の製造方法を提供することである。

本発明の一の局面に従う冷陰極画像表示装置の製造方法は、カソード電極とゲート電極との間に電圧を印加することによりカーボンナノチューブから電子を放出する冷陰極画像表示装置の製造方法であって、以下の工程を備えている。第１基板の主表面上に形成されたカソード電極と、カソード電極上に形成され、第１の孔を有する絶縁膜と、絶縁膜上に形成され、第１の孔に連通する第２の孔を有するゲート電極と、第１の孔の底部に形成され、かつカソード電極と電気的に接続されたカーボンナノチューブとを有する構造を作製する。第２基板の主表面上に熱可塑性の粘着材を塗布する。第１基板の主表面と第２基板の主表面とを互いに対向させた状態で第２基板を第１基板に押し当てることによって、粘着材をカーボンナノチューブに粘着させる。粘着材をカーボンナノチューブに粘着させた後、粘着材をカーボンナノチューブから剥がし取る。粘着材をカーボンナノチューブに粘着させる際、粘着材を加熱し、粘着材を第１および前記第２の孔に対向する部分に移動させるように圧縮変形させることで粘着材に突起部を形成し、第１および第２の孔内に突起部を挿入する。

なお、本明細書中において「粘着材が硬化する」とは、「粘着材が固体になる」および「粘着材がゲル状になる」という意味を含んでいる。

本発明の冷陰極画像表示装置の製造方法によれば、高アスペクト比の孔内に形成されたカーボンナノチューブの配向性を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１は、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）の構造を示す断面図である。図１に示すように、ＦＥＤ５０は、冷陰極画像表示装置１とアノードパネル４０とにより構成されている。冷陰極画像表示装置１とアノードパネル４０とは互いに所定の距離を隔てて配置されている。

冷陰極画像表示装置１は、カソード電極２と、絶縁膜３と、ゲート電極４と、カーボンナノチューブ７と、触媒層５とを備えている。基板１０上にはカソード電極２が形成されており、カソード電極２を覆うように基板１０上に絶縁膜３が形成されており、絶縁膜３上にはゲート電極４が形成されている。絶縁膜３は第１の孔としての孔６ａを有しており、ゲート電極４は第２の孔としての孔６ｂを有している。孔６ａはカソード電極２にまで達しており、孔６ｂは孔６ａに連通している。孔６ａと孔６ｂとを合わせた孔が孔６である。孔６の底部におけるカソード電極２上には触媒層５が形成されており、触媒層５を挟んでカーボンナノチューブ７が林立して形成されている。カーボンナノチューブ７は触媒層５を介してカソード電極２と電気的に接続されている。

基板１０は、たとえば４０インチ角型であり、厚さ２．８ｍｍの白板ガラス基板よりなっている。また、白板ガラス基板の他に、高歪点ガラス、石英、シリコン、アルミナ、またはセラミクスなどよりなっていてもよい。

カソード電極２はモリブデンよりなっている。また、モリブデンの他に、たとえばアルミニウム、クロム、チタン、タングステン、チタンシリサイド、チタンナイトライド、金、銀、またはアルミ基合金などよりなっていてもよい。さらに、導電性のシリコンや酸化物透明電極であるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などよりなっていてもよい。

絶縁膜３は、たとえばシリコン酸化膜よりなっている。また、シリコン酸化膜の他に、たとえばシリコン窒化膜、耐熱性絶縁樹脂、またはフリットガラスなどよりなっていてもよい。

ゲート電極４はアルミニウムよりなっている。また、アルミニウムの他に、たとえばクロム、チタン、モリブデン、タングステン、チタンシリサイド、チタンナイトライド、またはアルミ基合金などよりなっていてもよい。

触媒層５は、たとえばＦｅ−Ｎｉ合金よりなっており、少なくともＦｅ、Ｎｉ、およびＣｏなどを含む合金が触媒層５として好適である。

カーボンナノチューブ７は、その長さの平均がたとえば２μｍになるように調整されている。カーボンナノチューブ７の長さの平均は、０．３μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。カーボンナノチューブ７の長さの平均を０．３μｍ以上とすることにより、高い電子放出特性を得ることができる。また、カーボンナノチューブ７の長さの平均を１０μｍ以下とすることにより、比較的短時間でカーボンナノチューブを成長させることができる。

孔６において、幅ｎに対する深さＤの比（アスペクト比）Ｄ／ｎは、たとえば０．５以上である。孔６の深さＤがたとえば１０μｍである場合、孔６の幅ｎはたとえば２０μｍ以下であり、５μｍ以上であることが好ましい。

一方、アノードパネル４０は、蛍光体層４３と、アノード電極４２と、ガラス基板４１とを有している。ガラス基板４１上（図１中下側）にアノード電極４２が形成されており、アノード電極４２上に所定のパターンの蛍光体層４３が形成されている。具体的には、蛍光体層４３として、青色を発光する蛍光体層と、緑色を発光する蛍光体層と、赤色を発光する蛍光体層とがアノード電極４２上に形成されている。アノード電極４２は、たとえば、ＣＲＴ（cathode-ray tube）の場合と同じようにアルミバックなどの方法により蛍光体の表面に形成される。

続いて、ＦＥＤ５０の動作について説明する。カソード電極２に所定の大きさのマイナスの電位を与え、ゲート電極４およびアノード電極４２に所定の大きさのプラスの電位を与えると、カソード電極２とゲート電極４との間に印加された電圧によってカーボンナノチューブ７の各々の先端に電界が集中し、電子が放出される。放出された電子は、アノード電極４２に引き付けられ、図１中上方向に飛散して蛍光体層４３に衝突する。その結果、衝突した電子のエネルギにより蛍光体層４３が励起されて発光し、所望の画像を得ることができる。各蛍光体層の発光の度合いは、基本的に、アノード電極４２とカソード電極２との各々に印加される電圧によって制御される。

次に、本実施の形態における冷陰極画像表示装置の製造方法について、図２〜図９を用いて説明する。

始めに、図２を参照して、たとえばスパッタリング法などを用いてカソード電極２となる膜を基板１０の主表面１０ａ上に形成する。次に、たとえばフォトリソグラフィや、サンドブラスト法などの方法を用いてこの膜をパターニングし、たとえば数１００μｍ幅のライン状のカソード電極２を形成する。カソード電極２の厚さはたとえば１０ｎｍ〜１μｍであり、好ましくは１００〜４００ｎｍである。なお、カソード電極２となる膜は、スパッタリング法の他に、たとえばＣＶＤ法、真空蒸着法、メッキ法、または印刷法などの方法を用いて形成してもよい。

なお、ここで挙げたフォトリソグラフィとは、半導体製造技術において、光や電子線等を利用して平面基板にパターンを転写する写真製版のことを意味する。この工程では、レジストの塗布、露光、エッチングおよびレジストの除去等の様々な工程を含んでいるが、一般的な工程であるため、ここでは一つの工程に含めて説明する。

次に、たとえばプラズマＣＶＤ法などを用いて、カソード電極２を覆うように基板１０上に絶縁膜３を形成する。絶縁膜３の厚さは、たとえば５０ｎｍ〜１０μｍであり、耐熱性、構造安定性、および絶縁耐性などの観点から３００ｎｍ〜２μｍであることが好ましい。なお、図示していないが、カソード電極２と絶縁膜３との密着性を向上するなどの目的で、絶縁膜３を形成する前に、チタンやシリコンを含んだ密着促進剤をカソード電極２の上面に塗付したり、スパッタ蒸着したりしてもよい。

続いて、たとえばスパッタリング法を用いて、ゲート電極４となる膜を絶縁膜３上に形成する。そして、フォトリソグラフィなどの方法を用いてこの膜をパターニングし、たとえば数１００μｍ幅のライン状のゲート電極４を形成する。ゲート電極４の厚さはたとえば１０ｎｍ〜１μｍであり、好ましくは１００〜５００ｎｍである。なお、ゲート電極４となる膜は、スパッタリング法の他に、たとえばＣＶＤ法、真空蒸着法、メッキ法、または印刷法などの方法を用いて形成してもよい。

次に、図３を参照して、フォトリソグラフィなどの方法を用いてゲート電極４および絶縁膜３をエッチングすることにより、ゲート電極４に孔６ｂを形成し、絶縁膜３に孔６ａを形成する。孔６ａ，６ｂは、たとえば円柱または角柱の立体形状を有している。

次に、図４を参照して、孔６の底部に露出しているカソード電極２上の所定の領域に触媒層５を形成する。具体的には、カーボンナノチューブを成長させる領域以外のカソード電極２をレジストで被覆し、たとえば蒸着法を用いて厚さ数ｎｍの触媒層５となる膜を孔６の底部全面に形成し、その後レジストを除去する。これにより、余分な触媒層５となる膜がリフトオフされ、カーボンナノチューブを成長させる領域にのみ触媒層５が形成される。あるいは、孔６ａ，６ｂを形成する際に用いたレジストをそのまま流用してもよい。なお、触媒層５は形成されなくてもよい。

次に、たとえばＣＶＤ法を用いて、カーボンナノチューブ７ａを触媒層５上に形成する。カーボンナノチューブ７ａは、触媒層５が形成された領域に選択的に成長する。カーボンナノチューブを形成する際のＣＶＤの原料としては、アセチレン、エチレン、またはメタンなどの炭化水素ガスや、エタノール、メタノール、またはテトラヒドロフラン（Ｃ_４Ｈ_８Ｏ：ＴＨＦ）などの有機化合物が用いられる。また、カーボンナノチューブ７ａは、基板１０の温度３５０℃〜７００℃、圧力１０〜１０００００Ｐａの条件でＣＶＤ法を用いて形成される。好ましくは、基板１０の温度４００℃〜６００℃、圧力１００Ｐａ〜１００００Ｐａの条件でＣＶＤ法を用いて形成される。

以上の工程により、図４に示す構造が得られる。図４に示す構造は、基板１０の主表面１０ａ上に形成されたカソード電極２と、カソード電極２上に形成され、孔６ａを有する絶縁膜３と、絶縁膜３上に形成され、孔６ａに連通する孔６ｂを有するゲート電極４と、孔６ａの底部に形成され、かつカソード電極２と電気的に接続されたカーボンナノチューブ７ａとを有している。

なお、図４に示す構造は、上述した製造方法の他、たとえば以下の製造方法によっても得ることができる。図５を参照して、基板１０の主表面１０ａ上にカソード電極２をパターニングする。次に、カソード電極２の所定の位置に触媒層５を形成し、触媒層５上にカーボンナノチューブ７ａをたとえば印刷法によって形成する。カーボンナノチューブ７ａ中には、カーボンナノチューブの印刷性を向上させるためのたとえばエチルセルロースなどの樹脂成分と、カーボンナノチューブを下地膜に固着させるための低融点ガラスと、有機溶剤とが含まれている。また、低融点ガラスは、カーボンナノチューブがばらばらになって、電圧印加などの外力によって引き出されてショートの原因にならないような役目を果たす。樹脂成分、低融点ガラス、および有機溶剤などの成分は、印刷後に乾燥および焼成することで除去される。続いて、たとえば印刷法やロールコートなどによって、カーボンナノチューブ７ａを覆うようにカソード電極２上に絶縁膜３を形成する。そして、絶縁膜３上にゲート電極４を形成する。

次に、図４を参照して、フォトリソグラフィなどの方法を用いてゲート電極４および絶縁膜３をエッチングすることにより、ゲート電極４に孔６ｂを形成し、絶縁膜３に孔６ａを形成する。以上の工程により、図４に示す構造が得られる。

図４に示す構造において、カーボンナノチューブ７ａの大部分は横臥した状態で成長するので、カーボンナノチューブ７ａの配向性は悪い。そこで、本実施の形態においては、図４に示す構造を得た後で、以下の方法によってカーボンナノチューブの配向性を高める。

図６を参照して、基板１０（図４）とは別の基板２０を準備し、基板２０の主表面２０ａ上に熱可塑性の粘着材２１を塗布する。基板２０はたとえばテープなどであり、粘着材２１はたとえばシリコーン樹脂系粘着材などである。

次に、図７を参照して、基板１０の主表面１０ａと基板２０の主表面２０ａとを互いに対向させた状態で、図７中太い矢印で示すように基板２０を基板１０に押し当て、粘着材２１を加熱する。これによって、粘着材２１をカーボンナノチューブ７ａに粘着させる。

図８は、粘着材がカーボンナノチューブに粘着する様子を示す図である。図８を参照して、図８中太い矢印で示すように基板２０を基板１０に押し当てると、孔６に対向する部分以外の粘着材２１は、ゲート電極４からの反作用を受けて図８中Ａの矢印の方向に圧縮変形する。このとき、孔６に対向する部分の粘着材２１はゲート電極４からの反作用を受けない。粘着材２１は、加熱されて変形しやすい状態となっているので、孔６に対向する部分に移動する。この移動を図８中Ｂの矢印で示す。その結果、粘着材２１に突起部２１ａが形成される。突起部２１ａは、孔６の内壁面に接触しながらこの内壁面に沿って挿入され、孔６の底部のほぼ全面に達する。その結果、カーボンナノチューブ７ａ全体が粘着材２１で覆われる。

次に、図９を参照して、粘着材２１が硬化した後で、図９中太い矢印で示すように基板２０を引き上げて、粘着材２１をカーボンナノチューブ７ａから剥がし取る。このとき、カーボンナノチューブ７ａの一部が粘着材２１とともに剥がされ、起毛される。その結果、高い配向性のカーボンナノチューブ７となる。以上の工程により、図１に示す本実施の形態の冷陰極画像表示装置１が完成する。

本願発明者らは、孔６のアスペクト比（深さＤ／幅ｎ）を０．５以上とすることで、孔６内のカーボンナノチューブ７に均一の電界を印加することができ、カーボンナノチューブから安定して電子を放出できることを見出した。図１０は、孔のアスペクト比と、孔内における周辺（絶縁膜に近い部分）の電界に対する孔内における中央の電界の比との関係を示すシミュレーション図である。図１０を参照して、孔６のアスペクト比が増加するにしたがって孔６内の電界が均一化されている。特に孔６のアスペクト比が０．５以上である場合には、周辺の電界に対する孔内における中央の電界の比が０．８を超える値となっており、孔６内の電界が均一になっている。このことから、孔６のアスペクト比を０．５以上とすることで、孔６内のカーボンナノチューブ７に均一の電界を印加することができ、カーボンナノチューブから安定して電子を放出できることが分かる。

ここで、図１において、孔６の深さＤ（絶縁膜３およびゲート電極４を合わせた厚さ）は通常１０μｍである。このような場合に孔６のアスペクト比を０．５以上とすると、孔６の幅ｎは２０μｍ以下になり、孔６は非常に微細な孔となる。従来の技術では、粘着シートを曲げ変形させて孔内に進入させているので、孔内の底部のカーボンナノチューブに粘着材が届かず、カーボンナノチューブの配向性を高めることができなかった。

本実施の形態の冷陰極画像表示装置の製造方法によれば、粘着材２１を圧縮変形させることで粘着材２１に突起部２１ａを形成し、孔６内に突起部２１ａを挿入するので、アスペクト比の大きな孔であっても、孔６の底部のカーボンナノチューブ７ａに粘着材２１が届く。そして、粘着材２１を剥がし取る際にカーボンナノチューブ７ａが起毛されるので、カーボンナノチューブ７ａを配列させることができる。したがって、高アスペクト比の孔６内に形成されたカーボンナノチューブ７の配向性を高めることができる。

本願発明者らは、本発明の上記効果を確認すべく、以下の実験を行なった。始めに、本実施の形態の製造方法を用いて、図１に示す冷陰極画像表示装置１を製造し、本発明例とした。また、カーボンナノチューブ７の起毛を行なわない冷陰極画像表示装置、言い換えれば図４に示す冷陰極画像表示装置を製造し、従来例とした。そして、本発明例と従来例との各々におけるカソード電極２とゲート電極４との間に印加する電界と、カーボンナノチューブ７から放出される電流の電流密度（放出電流密度）との関係を調べた。図１１にその結果を示す。

図１１を参照して、従来例では、印加電界が５（Ｖ／μｍ）を超えるあたりからわずかに放出電流密度が増加し、印加電圧が６（Ｖ／μｍ）の場合に放出電流密度は１．５（Ａ／ｍ）程度となっている。一方、本発明例では、印加電界が２（Ｖ／μｍ）を超えるあたりから急激に放出電流密度が増加し、印加電圧が４（Ｖ／μｍ）の場合に放出電流密度は６．５（Ａ／ｍ）程度まで増加している。以上の結果から、本実施の形態の冷陰極画像表示装置１は高い電子放出特性を有していることが分かる。

上記製造方法において、粘着材２１は熱可塑性であり、粘着材２１を粘着する際に粘着材２１を加熱する。これにより、粘着材２１が変形しやすくなり、突起部２１ａを容易に形成することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態の製造方法は、まず図２〜図４に示す実施の形態１の製造工程と同様の製造工程を経ることにより、図４に示す構造を得る。よってその説明を省略する。本実施の形態においては、図４に示す構造を得た後で、以下の方法によってカーボンナノチューブの配向性を高める。

図１２を参照して、基板１０とは別の基板２０を準備し、基板２０の主表面２０ａ上に粘着材２１を塗布する。粘着材２１としては、圧力によって容易に変形するが、粘着材自体の結合強度は強く、破れるようなことのないものを使用する。このような粘着材２１としては、たとえばアクリル系粘着材やシリコーン樹脂系粘着材などが適している。これらは圧力で容易に変形する性質を有し、かつ容易に分断しない性質を有している。次に、基板１０の主表面１０ａと基板２０の主表面２０ａとを互いに対向させた状態で、加熱せずに基板２０を基板１０に押し当てる。これによって、粘着材２１をカーボンナノチューブ７ａに粘着させる。

ここで、図１２中太い矢印で示すように基板２０を基板１０に押し当てると、孔６と対向する部分以外に存在する粘着材２１は、ゲート電極４からの反作用を受けて図１２中Ｃの矢印の方向に圧縮変形する。一方、孔６に対向する部分の粘着材２１は、ゲート電極４からの反作用を受けず、そのままの形状を保ちつづける。または、圧縮変形した部分の粘着材２１の一部が孔６に対向する部分に移動してわずかに膨張する。その結果、粘着材２１に突起部２１ａが形成され孔６ａおよび孔６ｂ内に突起部２１ａが挿入される。突起部２１ａは、孔６の内壁面に接触しながらこの内壁面に沿って挿入され、孔６の底部のほぼ全面に達する。その結果、カーボンナノチューブ７ａ全体が粘着材２１で覆われる。ここで、粘着材２１を孔６の底部に確実に到達させるために、基板２０の主表面２０ａ上に塗布した粘着材２１が孔６の深さとほぼ同程度の厚みを有していることが望ましい。

その後、図９に示す方法と同様の方法によって、基板２０を引き上げて、粘着材２１をカーボンナノチューブ７ａから剥がし取る。このとき、カーボンナノチューブ７ａの一部が粘着材２１とともに剥がされ、起毛される。その結果、高い配向性のカーボンナノチューブ７となる。以上の工程により、図１に示す本実施の形態の冷陰極画像表示装置１が完成する。

本実施の形態の冷陰極画像表示装置１の製造方法においては、粘着材２１を粘着させる際に粘着材２１を加熱しない。このように、粘着材２１を加熱せずに圧縮変形させることによって突起部２１ａを形成しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態の製造方法は、まず図２〜図４に示す実施の形態１の製造工程と同様の製造工程を経ることにより、図４に示す構造を得る。よってその説明を省略する。本実施の形態においては、図４に示す構造を得た後で、以下の方法によってカーボンナノチューブの配向性を高める。

図１３を参照して、孔６内に液体の粘着材２３を注入（滴下）する。これにより、粘着材２３は孔６の底部のほぼ全面に達する。これによって、カーボンナノチューブ７ａ全体が粘着材２１で覆われ、粘着材２３がカーボンナノチューブ７ａに粘着する。粘着材２３としては、たとえばシリコーンゴム液などのゲル化剤が用いられる。粘着材２３の注入時あるいは注入直後には、雰囲気を減圧雰囲気に保つことが好ましい。これによって、孔６内に粘着材２３を確実に充填することができる。

次に、図１４を参照して、たとえば大気中で放置したり、粘着材２３を加熱したりすることによって、粘着材２３を硬化（固化またはゲル化）させる。

次に、図１５を参照して、粘着材２３が硬化した後で、図１５中太い矢印で示すように粘着材２３を剥がし取る。このとき、カーボンナノチューブ７ａの一部が粘着材２３とともに剥がされ、起毛される。その結果、高い配向性のカーボンナノチューブ７となる。

なお、図１６を参照して、粘着材２３が硬化した後で、主表面２５ａに粘着材２６が塗布された粘着テープ２５を粘着材２３に粘着させて、図１６中太い矢印で示すように粘着材２３を剥がし取ってもよい。以上の工程により、図１に示す本実施の形態の冷陰極画像表示装置１が完成する。

本実施の形態の冷陰極画像表示装置の製造方法によれば、粘着材２３を孔６内に注入することによって粘着材２３をカーボンナノチューブ７に粘着させるので、アスペクト比の大きな孔であっても、孔６の底部のカーボンナノチューブ７ａに粘着材２３が届く。そして、粘着材２３を剥がし取る際にカーボンナノチューブ７ａが起毛されるので、カーボンナノチューブ７ａを配列させることができる。したがって、高アスペクト比の孔６内に形成されたカーボンナノチューブ７の配向性を高めることができる。

上記製造方法において好ましくは、粘着材２３の注入時あるいは注入直後の少なくともいずれか一方において、減圧雰囲気に保つ。これにより、孔６内の空気が粘着材２３の注入の障害となることを防止できるので、孔６内に粘着材２３を確実に充填することができる。

上記製造方法において好ましくは、粘着材２３を剥がし取る際に、粘着テープ２５を粘着材２３に粘着させて剥がし取る。これにより、粘着材２３を剥がし取る際に粘着材２３が破れにくくなり、粘着材２３全体を確実に剥がすことができる。

（実施の形態４）
本実施の形態の製造方法は、まず図２〜図４に示す実施の形態１の製造工程と同様の製造工程を経ることにより、図４に示す構造を得る。よってその説明を省略する。本実施の形態においては、図４に示す構造を得た後で、以下の方法によってカーボンナノチューブの配向性を高める。

図１７を参照して、孔６内に液体の粘着材２８（第１粘着材）を注入することによって、粘着材２８をカーボンナノチューブ７ａに粘着させる。具体的には、たとえばシリコーン樹脂系粘着材である粘着材２８をカーボンナノチューブ７ａにスプレーコートし、約１μｍの膜を形成する。粘着材２８はゲル化剤である粘着材２３よりも粘着力の強いものが適している。

次に、図１８を参照して、孔６内に液体の粘着材２３（第２粘着材）を注入（滴下）することによって、粘着材２８に粘着材２３を粘着させる。粘着材２３としてはたとえばシリコーンゴム液などのゲル化剤が用いられる。

次に、図１９を参照して、続いて、たとえば大気中で放置したり、加熱したりすることによって、粘着材２８および粘着材２３を硬化（固化またはゲル化）させる。

次に、図２０を参照して、粘着材２８および粘着材２３が硬化した後、図２０中太い矢印で示すように粘着材２３を剥がし取る。このとき、粘着材２３とともに粘着材２８も剥がし取られる。さらに、カーボンナノチューブ７ａの一部が粘着材２８とともに剥がされ、起毛される。その結果、高い配向性のカーボンナノチューブ７となる。以上の工程により、図１に示す本実施の形態の冷陰極画像表示装置１が完成する。

本実施の形態の冷陰極画像表示装置１の製造方法において、粘着材２８を粘着させた後に、粘着材２８に粘着材２３を粘着させている。粘着材２３とともに粘着材２８を剥がし取る。これにより、カーボンナノチューブ７ａの起毛を行なう粘着材２８と、粘着材２８の除去を行なう粘着材２３とに別々の粘着材を用いることができる。

本実施の形態の冷陰極画像表示装置１の製造方法において、粘着材２８の粘着力は粘着材２３の粘着力よりも強い。これにより、強い粘着力を有する粘着材２８によってカーボンナノチューブ７ａが起毛されるので、カーボンナノチューブ７の配向性をさらに高めることができる。

なお、本発明は、孔６のアスペクト比が０．５以上である場合に限定されるものではなく、孔内にカーボンナノチューブが形成された構成であれば適用することができる。

以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。

本発明は、ＦＥＤに用いられる冷陰極画像表示装置の製造方法として特に好適である。

ＦＥＤの構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における冷陰極画像表示装置の製造方法の第１工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における冷陰極画像表示装置の製造方法の第２工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における冷陰極画像表示装置の製造方法の第３工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における冷陰極画像表示装置の他の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における冷陰極画像表示装置の製造方法の第４工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における冷陰極画像表示装置の製造方法の第５工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における冷陰極画像表示装置の製造方法の第６工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における冷陰極画像表示装置の製造方法の第７工程を示す断面図である。 孔のアスペクト比と、孔内における周辺（絶縁膜に近い部分）の電界に対する孔内における中央の電界の比との関係を示すシミュレーション図である。 カソード電極とゲート電極との間に印加する電界と、カーボンナノチューブ７から放出される電流の電流密度との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２における冷陰極画像表示装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態３における冷陰極画像表示装置の製造方法の第１工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態３における冷陰極画像表示装置の製造方法の第２工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態３における冷陰極画像表示装置の製造方法の第３工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態３における冷陰極画像表示装置の他の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態４における冷陰極画像表示装置の製造方法の第１工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態４における冷陰極画像表示装置の製造方法の第２工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態４における冷陰極画像表示装置の製造方法の第３工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態４における冷陰極画像表示装置の製造方法の第４工程を示す断面図である。

符号の説明

１ 冷陰極画像表示装置、２ カソード電極、３ 絶縁膜、４ ゲート電極、５ 触媒層、６，６ａ，６ｂ 孔、７，７ａ カーボンナノチューブ、１０，２０ 基板、１０ａ，２０ａ，２５ａ 主表面、２５ 粘着テープ、４０ アノードパネル、２１，２３，２６，２８ 粘着材、２１ａ 突起部、４１ ガラス基板、４２ アノード電極、４３ 蛍光体層、５０ ＦＥＤ。

Claims (2)

1. カソード電極とゲート電極との間に電圧を印加することによりカーボンナノチューブから電子を放出する冷陰極画像表示装置の製造方法であって、
   第１基板の主表面上に形成された前記カソード電極と、前記カソード電極上に形成され、第１の孔を有する絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され、前記第１の孔に連通する第２の孔を有する前記ゲート電極と、前記第１の孔の底部に形成され、かつ前記カソード電極と電気的に接続された前記カーボンナノチューブとを有する構造を作製する工程と、
   第２基板の主表面上に熱可塑性の粘着材を塗布する工程と、
   前記第１基板の前記主表面と前記第２基板の前記主表面とを互いに対向させた状態で前記第２基板を前記第１基板に押し当てることによって、前記粘着材を前記カーボンナノチューブに粘着させる粘着工程と、
   前記粘着工程後、前記粘着材を前記カーボンナノチューブから剥がし取る工程とを備え、
   前記粘着工程の際、前記粘着材を加熱し、前記粘着材を前記第１および前記第２の孔に対向する部分に移動させるように圧縮変形させることで前記粘着材に突起部を形成し、前記第１および前記第２の孔内に前記突起部を挿入する、冷陰極画像表示装置の製造方法。
2. 前記第１および前記第２の孔を合わせた孔のアスペクト比は０．５以上である、請求項１に記載の冷陰極画像表示装置の製造方法。

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