JP4432440B2 - Field electron emission electrode ink and method of manufacturing field electron emission film, field electron emission electrode and field electron emission display device using the same - Google Patents

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本発明は、電界放出型ディスプレイ、走査トンネル顕微鏡あるいは電界放出顕微鏡などの用途に用いられる電界電子放出電極用のインクに関し、特にカーボンナノチューブ構造体を含有する電界電子放出電極用インクに関する。   The present invention relates to a field electron emission electrode ink used for applications such as a field emission display, a scanning tunneling microscope, or a field emission microscope, and more particularly to a field electron emission electrode ink containing a carbon nanotube structure.

カーボンナノチューブの研究は、1991年にフラーレンの副生成物として多層カーボンナノチューブが飯島らによって発見されたことから始まった。多層カーボンナノチューブはグラファイト棒のアーク放電によるフラーレン合成の際の陰極堆積物に含まれ、多層のグラファイトシート(グラフェンシート)が丸まった同心円筒状の構造を持ち、直径は数十nm程度の微細物である。その後、1993年に飯島らは鉄粉末を触媒としたアーク放電により、直径が1nm前後の単層カーボンナノチューブを含む煤の合成に成功した。また、それと同時期にコバルトを触媒としたアーク放電により直径が1.2nmの単層カーボンナノチューブを発見した。単層カーボンナノチューブは一枚のグラファイトシート(グラフェンシート)が円筒状に巻かれた構造で、直径は数nmである。多層カーボンナノチューブの合成には金属触媒を必要としないが、単層カーボンナノチューブの合成には金属触媒が必要不可欠である。また、金属触媒の種類により、異なる直径の単層カーボンナノチューブを選択的に合成することができる。   Carbon nanotube research began in 1991 when Iijima et al. Discovered multi-walled carbon nanotubes as a byproduct of fullerenes. Multi-walled carbon nanotubes are included in the cathode deposit during the synthesis of fullerenes by arc discharge of graphite rods. The multi-walled carbon nanotubes have a concentric cylindrical structure with rounded graphite sheets (graphene sheets). It is. Later, in 1993, Iijima et al. Succeeded in synthesizing soot containing single-walled carbon nanotubes with a diameter of about 1 nm by arc discharge using iron powder as a catalyst. At the same time, a single-walled carbon nanotube with a diameter of 1.2 nm was discovered by arc discharge using cobalt as a catalyst. A single-walled carbon nanotube has a structure in which a single graphite sheet (graphene sheet) is wound in a cylindrical shape, and has a diameter of several nanometers. A metal catalyst is not required for the synthesis of multi-walled carbon nanotubes, but a metal catalyst is indispensable for the synthesis of single-walled carbon nanotubes. Moreover, single-walled carbon nanotubes having different diameters can be selectively synthesized depending on the type of metal catalyst.

カーボンナノチューブは、その幾何学的、物理化学的特徴を利用してさまざまな分野の電子材料やナノテクノロジーとしての応用が考えられる。近年、このような応用例として、例えばフラットパネルディスプレイ(電界電子放出型)、電界放出型電子源、走査型プローブ顕微鏡の探針、ナノオーダー半導体集積回路、水素ガス吸蔵物質、ナノボンベなどへの用途が期待されているが、なかでも高い電界電子放出効率を利用した電界電子放出電極が注目されている。   Carbon nanotubes can be applied as electronic materials and nanotechnology in various fields using their geometric and physicochemical characteristics. In recent years, examples of such applications include flat panel displays (field electron emission type), field emission electron sources, scanning probe microscope probes, nano-order semiconductor integrated circuits, hydrogen gas storage materials, and nano cylinders. In particular, field electron emission electrodes utilizing high field electron emission efficiency have attracted attention.

このような高電界電子放出電極を利用するものとして、電界放出型ディスプレイ(FED:Field Emission Display)、走査トンネル顕微鏡(STM:Scanning Tunneling Microscope)あるいは電界放出顕微鏡(FEM:Field Emission Microscope)などがあり、これらの用途への応用を目的として研究が進められている。   Examples of using such a high field electron emission electrode include a field emission display (FED), a scanning tunneling microscope (STM) or a field emission microscope (FEM). Research is being conducted for the purpose of application to these uses.

電界電子放出電極は、真空中で金属材料や半導体材料に、閾値以上の電界を印加することによって金属材料表面や半導体材料表面のエネルギー障壁が下がり、トンネル現象によって、このエネルギー障壁を乗り越えることができる電子が増大するため、常温でも真空中に電子が放出される現象を利用するものである。   The field electron emission electrode can overcome the energy barrier by the tunnel phenomenon because the energy barrier on the metal material surface or the semiconductor material surface is lowered by applying an electric field higher than the threshold value to the metal material or semiconductor material in a vacuum. Since electrons increase, the phenomenon that electrons are emitted in a vacuum even at room temperature is used.

従来、例えば電界放出型ディスプレイ(FED)の電極を製造するプロセスとしては、フォトリソグラフィ、スパッタリングあるいは蒸着などの半導体製造プロセスに応用される高度な加工技術が用いられており、真空中での積層加工により電極が製造されている。その製造の代表的な例としては、電極基板表面に絶縁層を形成し、その絶縁層表面上に電子引出し用の電極膜を形成する。その上にレジストを塗布し、所定の形状にマスクを形成してウエットエッチングにより電極アレイ一つ一つに孔を形成する。次いで電子放出用の電極材料を蒸着して電子放出電極を形成した後、レジストを除去することにより電極が完成する。電子放出用の電極材料としてはモリブデン(Mo)が用いられており、円錐形状を形成するようにプロセス制御して作られている。円錐形状にする理由は、先端が鋭利な形状をしていることにより電界電子放出効率が高くなるためである。このような特殊な形状に成形するために、真空中での複雑な制御と多数の加工プロセスが必要となり、かつ加工プロセスには長時間を要する。   Conventionally, as a process for manufacturing an electrode of a field emission display (FED), for example, advanced processing technology applied to a semiconductor manufacturing process such as photolithography, sputtering, or vapor deposition has been used. The electrode is manufactured. As a typical example of the production, an insulating layer is formed on the surface of the electrode substrate, and an electrode film for electron extraction is formed on the surface of the insulating layer. A resist is applied thereon, a mask is formed in a predetermined shape, and holes are formed in each electrode array by wet etching. Next, an electrode material for electron emission is deposited to form an electron emission electrode, and then the resist is removed to complete the electrode. Molybdenum (Mo) is used as an electrode material for electron emission, and is made by process control so as to form a conical shape. The reason for the conical shape is that the field electron emission efficiency is increased due to the sharp tip. In order to form such a special shape, complicated control in vacuum and a large number of machining processes are required, and the machining process takes a long time.

前記のように従来の技術でFEDをディスプレイとして利用するには加工プロセスに問題があり、電極の大型化が困難であるという欠点があった。このため、真空中での加工プロセス数が少なく、簡便に制御できる技術とそれに利用できる電界電子放出材料の開発が望まれている。   As described above, in order to use the FED as a display in the conventional technique, there is a problem in the processing process, and it is difficult to increase the size of the electrode. For this reason, there is a demand for development of a technique that can be easily controlled with a small number of processing processes in vacuum and a field electron emission material that can be used therefor.

前記要求に対する材料としてカーボンナノチューブは先端が細長く、電圧を印加することでその先端に強い電場が生じ、比較的低い電圧で電子を放出することができるため有望視されている。   Carbon nanotubes are promising as a material for the above requirements because they have a long and narrow tip, and when a voltage is applied, a strong electric field is generated at the tip and electrons can be emitted at a relatively low voltage.

カーボンナノチューブを電界電子放出電極として利用する方法は、従来の多数の工程を経て非常に精巧な電子放出電極を作りこむ方法とは違い、より安定した電流をより低い真空度で実現することができる。これはカーボンナノチューブの先端が非常に細いこと、また導電性が非常に高いことから仕事関数が低いことが原因と考えられている。各カーボンナノチューブが微小電子銃になりうるために、単位面積あたり非常に多くの電子銃を配置することができるようになる。また基板に直接カーボンナノチューブを成長させる方法も検討されている。   The method of using carbon nanotubes as a field electron emission electrode can realize a more stable current with a lower degree of vacuum, unlike a method of making a very elaborate electron emission electrode through a number of conventional processes. . This is considered due to the fact that the tips of the carbon nanotubes are very thin and the work function is low due to the very high conductivity. Since each carbon nanotube can be a micro electron gun, a large number of electron guns can be arranged per unit area. A method of growing carbon nanotubes directly on the substrate has also been studied.

従来のカーボンナノチューブを用いた電界電子放出源の製造方法には化学的気相成長法(CVD:Chemical Vapor Deposition)を用いて、陰極基板に直接的に長さ、太さなどを制御したカーボンナノチューブを成長させて電界電子放出源として利用するという試みと、既存の方法によって製造したカーボンナノチューブを適当な溶媒や接着剤と混合することでインクを作成し、基板上に塗布、乾燥することで電極を作成する方式が試みられている。   A conventional method for manufacturing a field electron emission source using carbon nanotubes is a chemical vapor deposition (CVD) method, which directly controls the length, thickness, etc. of the cathode substrate. An electrode is created by applying the carbon nanotube produced by the existing method and an appropriate solvent or adhesive to the substrate, and drying it. A method of creating a file has been attempted.

このうち、カーボンナノチューブを適当な溶媒や接着剤と混合したインクを用いる技術には、次のようなものがある。   Among these, there are the following techniques using an ink in which carbon nanotubes are mixed with an appropriate solvent or adhesive.

(1)有機樹脂を接着剤として使用する技術
有機樹脂を接着剤として用いて、導電性粒子などと一緒にカーボンナノチューブを混合し、インクを作成する方法で、溶媒を相対的に少なくし、粘度の高いインクを作成する。目標とするような膜厚になるようにスクリーンを選定し、印刷して膜を作成する。導電性を確保するために金属粒子やITO粒子を溶液中に分散させる。得られたペーストをスクリーン印刷法で基板に製膜する。
乾燥させた膜は適当な温度にて焼成を行い、有機樹脂を炭化した後、適当な表面処理によってカーボンナノチューブを表面に出す(例えば、特許文献1,2参照。)。
(1) Technology that uses organic resin as an adhesive This is a method in which carbon nanotubes are mixed together with conductive particles using an organic resin as an adhesive to create ink. Create a high ink. A screen is selected so as to obtain a target film thickness, and the film is formed by printing. In order to ensure conductivity, metal particles and ITO particles are dispersed in the solution. The obtained paste is formed into a film by a screen printing method.
The dried film is baked at an appropriate temperature, and after carbonizing the organic resin, carbon nanotubes are brought out on the surface by an appropriate surface treatment (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

(2)無機接着剤を使用する技術
ケイ酸、ホウ酸などのナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩など一般的に水ガラスと呼ばれているもの、もしくはシリカ分散コロイドなどを接着剤として使用する。一般にナトリウム、カリウム、リチウムなどのイオンは除去され、アンモニアなどがpH調整用に添加されている。溶媒には水を使用し、カーボンナノチューブを適当な配合にて混合し、インクを作成する。インクは上記と同じようにスクリーン印刷法によって塗布され、焼成後表面処理される(例えば、特許文献3参照。)。
(2) Technology Using Inorganic Adhesive Sodium salt such as silicic acid or boric acid, potassium salt, lithium salt or the like generally called water glass or silica dispersed colloid is used as the adhesive. In general, ions such as sodium, potassium and lithium are removed, and ammonia or the like is added for pH adjustment. Water is used as a solvent, and carbon nanotubes are mixed in an appropriate composition to prepare an ink. The ink is applied by the screen printing method in the same manner as described above, and is subjected to surface treatment after firing (see, for example, Patent Document 3).

(3)はんだ等を使用する方法
Sn、In、Bi、Pbなどの少なくとも1つの元素を含む金属はんだを接着剤として用いてカーボンナノチューブを基板上に固定する方法。カーボンナノチューブを前記金属はんだ、もしくは炭素溶解性金属、もしくはカーバイド形成金属、もしくは低融点金属、もしくは導電性ポリマー(銀ペースト)と十分に混合し、膜形成後最終的に真空中で800℃で焼成して接着する(例えば、特許文献4参照。)。
(3) Method of using solder etc. A method of fixing carbon nanotubes on a substrate using a metal solder containing at least one element such as Sn, In, Bi, Pb or the like as an adhesive. Carbon nanotubes are thoroughly mixed with the metal solder, carbon-soluble metal, carbide-forming metal, low-melting-point metal, or conductive polymer (silver paste), and finally fired at 800 ° C. in vacuum after film formation. (See, for example, Patent Document 4).

特開2001−176380号公報JP 2001-176380 A 特開2001−93404号公報JP 2001-93404 A 特開2000−100318号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2000-100308 特開2000−141056号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2000-141056

一方、従来のカーボンナノチューブを利用した電界電子放出源を製造するための分散液を作成する際には、高粘度のペースト中にカーボンナノチューブを分散させるために十分なせん断力によって混合するが、このときにいったんペースト中に分散したカーボンナノチューブはほとんど再凝集しない。これは再凝集の際に作用する引力よりもペーストによる粘度の抵抗の方が大きいためである。この場合は特別な分散安定剤は必要としない。   On the other hand, when preparing a dispersion for producing a field electron emission source using conventional carbon nanotubes, mixing is performed with sufficient shearing force to disperse the carbon nanotubes in a high-viscosity paste. Sometimes the carbon nanotubes once dispersed in the paste hardly reaggregate. This is because the resistance to viscosity by the paste is larger than the attractive force acting during reaggregation. In this case, no special dispersion stabilizer is required.

塗布方式が異なり粘度が低い分散液を作製する際には分散媒の抵抗よりもカーボンナノチューブ間の引力が大きいために分散液として不安定になり、再凝集、沈殿などを引き起こす。この対策として、分散補助剤を使用する。これにより、カーボンナノチューブ表面に機能性分子を吸着させ、電気的な反発力や分子構造の立体反発力を利用してカーボンナノチューブを分散媒中に安定に存在させることができる。   When a dispersion having a different coating method and a low viscosity is produced, the attractive force between the carbon nanotubes is larger than the resistance of the dispersion medium, which makes the dispersion unstable and causes re-aggregation and precipitation. As a countermeasure, a dispersion aid is used. Thereby, a functional molecule can be adsorbed on the surface of the carbon nanotube, and the carbon nanotube can be stably present in the dispersion medium by utilizing an electric repulsion force or a steric repulsion force of a molecular structure.

したがって、カーボンナノチューブ表面と反応しやすい分散剤を使用することで、分散安定性に優れたインクを供給し、電界電子放出電極を塗布法にて作成する際に均一な膜を形成することができる。また電界電子放出電極を形成する際に膜をできるだけ薄くすることができ、積層プロセス、高精細化、低脱ガス化などに対して優位性のある材料となる。   Therefore, by using a dispersant that easily reacts with the carbon nanotube surface, it is possible to supply ink with excellent dispersion stability and to form a uniform film when a field electron emission electrode is formed by a coating method. . Further, when forming the field electron emission electrode, the film can be made as thin as possible, and it becomes a material superior to the lamination process, high definition, low degassing, and the like.

このような分散剤を使用する技術には、つぎのようなものがある。
(1)ドデシル硫酸ナトリウムを分散剤として使用する方法
水中でドデシル硫酸ナトリウムを分散剤として添加して分散させる方法であり、カーボンナノチューブ表面に吸着したドデシル硫酸基の反発力によって分散効果を高めることができる。
(2)ドデシルベンゼン硫酸ナトリウムを分散剤として使用する方法
水中でドデシルベンゼン硫酸ナトリウムを分散剤として使用することによって、他の分散剤と比較して著しく安定性の高い分散液を作成することができる。
(3)ポリオキシエチレン-10-オクチルフェニルエーテルを使用した方法
カーボンナノチューブと分散剤のフェニル基との相互作用よる吸着作用と立体反発によって分散させる。
(4)オクタデシルアミンを使用する方法
カーボンナノチューブ表面上のカルボキシル基とアミン基を反応させることによって分子を吸着させ立体障害効果によって分散安定性を得ることができる。
Examples of techniques using such a dispersant are as follows.
(1) Method of using sodium dodecyl sulfate as a dispersant This is a method of adding and dispersing sodium dodecyl sulfate as a dispersant in water, which enhances the dispersion effect by the repulsive force of dodecyl sulfate groups adsorbed on the carbon nanotube surface. it can.
(2) Method of using sodium dodecylbenzene sulfate as a dispersant By using sodium dodecylbenzene sulfate as a dispersant in water, it is possible to create a dispersion that is significantly more stable than other dispersants. .
(3) Method using polyoxyethylene-10-octylphenyl ether Dispersion is carried out by adsorption action and steric repulsion due to the interaction between the carbon nanotubes and the phenyl group of the dispersant.
(4) Method using Octadecylamine By reacting a carboxyl group on the surface of a carbon nanotube with an amine group, molecules can be adsorbed and dispersion stability can be obtained by a steric hindrance effect.

電界電子放出型ディスプレイは各画素に複数の微小な電子銃が配置されているために電子銃とアノード電極すなわち蛍光体との距離が小さいほど画素の大きさを小さくできる。電子銃から放出された電子は放出源よりもやや広がって蛍光体に衝突するために、同じ特性を持つ電界電子放出電極ならば蛍光体が近いほどその広がりを小さく抑制できる。画素を小さくするためには電子銃全体を小さくする必要があり、そのためには絶縁膜、そしてカーボンナノチューブ塗布膜も薄くする必要がある。   In the field electron emission display, since a plurality of minute electron guns are arranged in each pixel, the size of the pixel can be reduced as the distance between the electron gun and the anode electrode, that is, the phosphor is smaller. Since the electrons emitted from the electron gun spread slightly from the emission source and collide with the phosphor, if the field electron emission electrode has the same characteristics, the spread can be suppressed to be smaller as the phosphor is closer. In order to reduce the size of the pixel, it is necessary to make the entire electron gun small. To that end, it is also necessary to make the insulating film and the carbon nanotube coating film thin.

しかしながら、上記したような従来の技術では各々に問題点がある。すなわち、有機樹脂を接着剤として使用すると、焼成後も接着性を確保するためには厚膜でしか塗布できない。また無機接着剤では膜の抵抗が高いために電子放出源の分布にムラが発生すると共に、溶媒に水を使用しているので、焼成後の残存気体が多い膜となる。また両者とも膜の導電性は導電性粒子をインクに添加することによって確保しているために導電性粒子の大きさに膜厚を左右されてしまう。すなわち導電性粒子の大きさが塗布膜よりも大きい場合は膜の面内での抵抗値にムラができることとなる。このために従来のインクの組成では十分に満足できる電界電子放出薄膜を形成することは困難であった。   However, each of the conventional techniques as described above has problems. That is, when an organic resin is used as an adhesive, it can be applied only with a thick film in order to ensure adhesion even after firing. In addition, since the inorganic adhesive has high film resistance, the distribution of electron emission sources is uneven, and water is used as a solvent. Therefore, the film has a large residual gas after firing. In both cases, the conductivity of the film is ensured by adding conductive particles to the ink, so the film thickness depends on the size of the conductive particles. That is, when the size of the conductive particles is larger than that of the coating film, the resistance value in the plane of the film becomes uneven. For this reason, it has been difficult to form a sufficiently thin field electron emission thin film with the conventional ink composition.

さらに、電界電子放出膜の残存気体についていえば、電界電子放出型ディスプレイでは陰極から発生した電子を陽極に向けて電子を加速し、蛍光体に衝突させ励起し発光させる。電子発生のためには陰極、陽極間の雰囲気を真空排気しておく必要がある。カーボンナノチューブ含有のインクを塗布した電極は陰極として使用されるために真空中に設置されることとなる。   Further, regarding the residual gas in the field electron emission film, in the field electron emission display, the electrons generated from the cathode are accelerated toward the anode, and the electrons are collided with the phosphor to be excited to emit light. In order to generate electrons, the atmosphere between the cathode and anode must be evacuated. Since the electrode coated with the carbon nanotube-containing ink is used as a cathode, it is placed in a vacuum.

したがって塗布されたインクは真空中に封止される前に十分に残存気体を排出させておく必要がある。有機溶媒を使用した場合は乾燥だけでなく十分な温度まで焼成することが必要不可欠である。また無機接着剤を使用した場合も溶媒として使用する水を十分に除去する必要がある。   Therefore, it is necessary that the applied ink is sufficiently discharged before being sealed in a vacuum. When an organic solvent is used, it is indispensable not only to dry but also to calcinate to a sufficient temperature. Also, when an inorganic adhesive is used, it is necessary to sufficiently remove water used as a solvent.

しかし、接着剤中に含有される溶媒分、特に水分は非常に除去しづらく、残留気体としてディスプレイ基板上に残る。このために、カーボンナノチューブから放出される電子流が非常に不安定になる。ディスプレイとして考えるとこのような現象が起こると画面のちらつきなどの原因となる。   However, the solvent contained in the adhesive, particularly moisture, is very difficult to remove and remains on the display substrate as a residual gas. For this reason, the electron flow emitted from the carbon nanotube becomes very unstable. When this phenomenon is considered as a display, it may cause flickering of the screen.

さらに分散剤に関していえば、種々のインク性状に対応して分散状態がより安定に保持され得る分散剤を開発する必要があった。   Furthermore, regarding the dispersant, it was necessary to develop a dispersant capable of maintaining the dispersion state more stably corresponding to various ink properties.

本発明は上記したような従来の事情に対処してなされたもので、高い電子放出効率を有する薄膜の電界電子放出膜を容易に作製することができ、電界電子放出型ディスプレイの高精細化を実現可能で分散性の良好な電界電子放出電極用インクを提供することを目的とする。   The present invention has been made in response to the above-described conventional circumstances, and can easily produce a thin-film field electron emission film having high electron emission efficiency, thereby increasing the definition of the field electron emission display. It is an object of the present invention to provide a field electron emission electrode ink that can be realized and has good dispersibility.

本発明は第1に、カーボンナノチューブ構造体を0.005〜5重量%と、熱分解性の金属化合物と、溶剤と、分散剤とを含み、前記分散剤が有機アミン化合物または有機アンモニウム化合物と、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルスルホン酸またはその塩との組み合わせからなることを特徴とする電界電子放出電極用インクである(請求項1)。   The present invention firstly includes 0.005 to 5% by weight of a carbon nanotube structure, a thermally decomposable metal compound, a solvent, and a dispersant, wherein the dispersant is an organic amine compound or an organic ammonium compound. A field electron emission electrode ink comprising a combination of alkylbenzene sulfonic acid, alkyl sulfonic acid or a salt thereof.

本発明ではインクの作製に際し、接着剤として熱分解性の金属化合物(有機金属化合物、金属塩または有機金属塩化合物)を使用することで、焼成後に残存気体の少ない膜を形成することができ、薄膜にて塗布することによって充分な電子放出量を示す電界電子放出電極塗膜を形成することができる。従来の方法では、塗布膜が厚いため、ディスプレイとして使用する場合に、後加工プロセスに対し耐性が低かったが、電子放出材料が薄膜中に充分に分散した塗膜を形成することができるため、電子放出電極部分の膜厚をより薄くすることができ、ディスプレイの高精細化などに寄与できる。   In the present invention, when an ink is produced, a thermally decomposable metal compound (an organometallic compound, a metal salt, or an organometallic salt compound) is used as an adhesive, so that a film with less residual gas can be formed after firing. By coating with a thin film, a field electron emission electrode coating film showing a sufficient electron emission amount can be formed. In the conventional method, since the coating film is thick, when used as a display, the resistance to the post-processing process was low, but a coating film in which the electron-emitting material is sufficiently dispersed in the thin film can be formed. The thickness of the electron-emitting electrode portion can be made thinner, which can contribute to higher definition of the display.

本発明で用いられる前記有機アミン化合物は、炭素原子数が4以上の直鎖または分岐アルキル基を有する1級、2級または3級アミンであることが好ましく、前記有機アンモニウム化合物は、炭素原子数が4以上の直鎖または分岐アルキル基を有するものであることが好ましい。また、前記アルキルベンゼンスルホン酸および前記アルキルスルホン酸のアルキル基は、炭素原子数が3以上の直鎖または分岐アルキル基であることが好ましい。   The organic amine compound used in the present invention is preferably a primary, secondary or tertiary amine having a linear or branched alkyl group having 4 or more carbon atoms, and the organic ammonium compound has the number of carbon atoms. Preferably has 4 or more linear or branched alkyl groups. The alkylbenzene sulfonic acid and the alkyl group of the alkyl sulfonic acid are preferably straight-chain or branched alkyl groups having 3 or more carbon atoms.

また、前記分散剤のうち、有機アミン化合物または有機アンモニウム化合物のインク中濃度は0.001〜1重量%であることが好ましく、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルスルホン酸またはその塩のインク中濃度は0.001〜1重量%であることが好ましい。   Among the dispersants, the concentration of the organic amine compound or the organic ammonium compound in the ink is preferably 0.001 to 1% by weight, and the concentration of the alkylbenzene sulfonic acid, the alkyl sulfonic acid or a salt thereof in the ink is 0.00. It is preferable that it is 001 to 1 weight%.

上記熱分解性の金属化合物としては有機金属化合物、金属塩または有機金属塩化合物が好ましい。また、上記熱分解性の金属化合物は、複数の金属からなるものが好ましい。上記熱分解性の金属化合物は、Snと、InおよびSbから選ばれる少なくとも1種の添加金属であることが特に好ましい。また、その選ばれた添加金属がSnとInであり、Inに対するSnの割合が6原子%以上であることが特に望ましい。   As the thermally decomposable metal compound, an organometallic compound, a metal salt or an organometallic salt compound is preferable. The thermally decomposable metal compound is preferably composed of a plurality of metals. The thermally decomposable metal compound is particularly preferably at least one additive metal selected from Sn and In and Sb. Further, it is particularly desirable that the selected additive metals are Sn and In, and the ratio of Sn to In is 6 atomic% or more.

また、前記熱分解性の金属化合物のインク中濃度が0.1〜50重量%であることが好ましい。   The concentration of the thermally decomposable metal compound in the ink is preferably 0.1 to 50% by weight.

また、本発明のインクでは、キレート剤がさらに含有されていること、粘度が0.001〜0.5Pa・sであること、固形分濃度が0.5〜50重量%であることが、それぞれ好ましい。   In the ink of the present invention, the chelating agent is further contained, the viscosity is 0.001 to 0.5 Pa · s, and the solid content concentration is 0.5 to 50% by weight, respectively. preferable.

本発明は第2に、電界電子放出電極に用いられる電界電子放出膜の製造方法であって、カーボンナノチューブ構造体を0.005〜5重量%と、熱分解性の金属化合物と、溶剤と、分散剤とを含み、前記分散剤が有機アミン化合物または有機アンモニウム化合物と、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルスルホン酸またはその塩との組み合わせからなるものであるインクを電極基板上に塗布する工程を有することを特徴とする電界電子放出膜の製造方法である(請求項11)。   Second, the present invention is a method for producing a field electron emission film used for a field electron emission electrode, comprising 0.005 to 5% by weight of a carbon nanotube structure, a thermally decomposable metal compound, a solvent, A dispersion agent, and the dispersion agent has a step of applying an ink, which is a combination of an organic amine compound or an organic ammonium compound, and an alkylbenzene sulfonic acid, an alkyl sulfonic acid, or a salt thereof onto an electrode substrate. A method for producing a field electron emission film according to claim 11 (claim 11).

本発明は第3に、支持体上に順次形成されたカソード電極および電界電子放出膜からなる2極型の電界電子放出電極の製造方法であって、前記電界電子放出膜の製造工程に、カーボンナノチューブ構造体を0.005〜5重量%と、熱分解性の金属化合物と、溶剤と、分散剤とを含み、前記分散剤が有機アミン化合物または有機アンモニウム化合物と、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルスルホン酸またはその塩との組み合わせからなるものであるインクを前記カソード電極上に塗布する工程と、該塗布膜を焼成する工程とを含むことを特徴とする電界電子放出電極の製造方法である(請求項12)。   Thirdly, the present invention relates to a method for producing a bipolar field electron emission electrode comprising a cathode electrode and a field electron emission film sequentially formed on a support, wherein the field electron emission film is produced by 0.005 to 5% by weight of a nanotube structure, a thermally decomposable metal compound, a solvent, and a dispersant, wherein the dispersant is an organic amine compound or an organic ammonium compound, alkylbenzene sulfonic acid, alkyl sulfonic acid Or a method of manufacturing a field electron emission electrode, comprising: a step of applying an ink comprising a combination of the salt and the salt on the cathode electrode; and a step of baking the coating film. 12).

本発明は第4に、支持体上に順次形成されたカソード電極、絶縁層およびゲート電極と、前記絶縁層およびゲート電極に共通に形成された開口部と、少なくとも該開口部におけるカソード電極上に形成された電界電子放出膜とからなる3極型の電界電子放出電極の製造方法であって、前記電界電子放出膜の製造工程に、カーボンナノチューブ構造体を0.005〜5重量%と、熱分解性の金属化合物と、溶剤と、分散剤とを含み、前記分散剤が有機アミン化合物または有機アンモニウム化合物と、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルスルホン酸またはその塩との組み合わせからなるものであるインクを前記カソード電極上に塗布する工程と、該塗布膜を焼成する工程とを含むことを特徴とする電界電子放出電極の製造方法である(請求項13)。   Fourth, the present invention provides a cathode electrode, an insulating layer, and a gate electrode that are sequentially formed on a support, an opening formed in common with the insulating layer and the gate electrode, and at least the cathode electrode in the opening. A method of manufacturing a triode-type field electron emission electrode comprising a formed field electron emission film, wherein a carbon nanotube structure is added at 0.005 to 5% by weight in a manufacturing process of the field electron emission film, An ink comprising a decomposable metal compound, a solvent, and a dispersant, wherein the dispersant is a combination of an organic amine compound or an organic ammonium compound and an alkylbenzene sulfonic acid, an alkyl sulfonic acid or a salt thereof. A method for producing a field electron emission electrode, comprising: a step of coating on a cathode electrode; and a step of baking the coating film. 3).

本発明は第5に、複数の電界電子放出電極を備えたカソードパネルと、蛍光体層およびアノード電極を備えたアノードパネルとが、それぞれの周縁部で接合されてなる電界電子放出表示装置の製造方法であって、前記電界電子放出電極を上記請求項12または13に記載の方法で製造することを特徴とする電界電子放出表示装置の製造方法である(請求項14)。   Fifthly, the present invention provides a field electron emission display device in which a cathode panel provided with a plurality of field electron emission electrodes and an anode panel provided with a phosphor layer and an anode electrode are joined at the respective peripheral portions. A method of manufacturing a field electron emission display device, wherein the field electron emission electrode is manufactured by the method according to claim 12 or 13 (claim 14).

本発明の電界電子放出電極用インクによれば、熱分解性の金属化合物を使用することで、基板との接着性と導電性の付与とを共に確保することができ、かつ焼成後に残存気体の少ない膜を形成することができる。このため、膜の導電性を従来のように導電性粒子を添加することによって確保する必要がないため、薄膜で平滑性に優れた、電子放出特性の高い電界電子放出膜を形成することができる。さらに、適切な分散剤添加量、組成、構造、溶媒を選定することで、カーボンナノチューブの分散性に優れかつ分散安定性の高い分散液となり、表面のカーボンナノチューブが凝集することなく、均一な膜質で電子放出特性の高い電界電子放出膜を形成することができる。
またこの電界電子放出膜を用いれば、高精細な画素を有する電界電子放出表示装置を提供することができる。
According to the ink for a field electron emission electrode of the present invention, by using a thermally decomposable metal compound, it is possible to ensure both adhesion to the substrate and imparting electrical conductivity, and the residual gas after firing. A small number of films can be formed. For this reason, since it is not necessary to ensure the conductivity of the film by adding conductive particles as in the prior art, it is possible to form a field electron emission film that is thin and excellent in smoothness and has high electron emission characteristics. . Furthermore, by selecting an appropriate amount of dispersant added, composition, structure, and solvent, it becomes a dispersion with excellent dispersibility of carbon nanotubes and high dispersion stability, and uniform film quality without aggregation of carbon nanotubes on the surface. Thus, a field electron emission film having high electron emission characteristics can be formed.
If this field electron emission film is used, a field electron emission display device having high-definition pixels can be provided.

つぎに、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
(1)実施の形態1(電界電子放出電極用インク)
本発明において、カーボンナノチューブ構造体とは、カーボンナノチューブ及び/又はカーボンナノファイバーを意味する。本発明では、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバーを用いてもよいし、これらの混合物を用いてもよい。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail.
(1) Embodiment 1 (ink for field electron emission electrode)
In the present invention, the carbon nanotube structure means a carbon nanotube and / or a carbon nanofiber. In the present invention, carbon nanotubes or carbon nanofibers may be used, or a mixture thereof may be used.

カーボンナノチューブとカーボンナノファイバーとの相違点は、これらの結晶性にある。sp2結合を有する炭素原子は通常、6個の炭素原子から六員環を構成し、これらの六員環の集まりがカーボングラファイトシートを構成する。このカーボングラファイトシートが巻かれたチューブ構造を有するものがカーボンナノチューブである。なお、1層のカーボングラファイトシートが巻かれた構造を有する単層カーボンナノチューブであってもよいし、2層以上のカーボングラファイトシートが巻かれた構造を有する多層カーボンナノチューブであってもよい。一方、カーボングラファイトシートが巻かれておらず、カーボングラファイトシートのフラグメントが重なってファイバー状になったものが、カーボンナノファイバーである。カーボンナノチューブあるいはカーボンナノファイバーとカーボンウィスカーとの違いは明確ではないが、一般にカーボンナノチューブあるいはカーボンナノファイバーの直径は1μm以下、例えば1nm〜300nm程度である。   The difference between carbon nanotubes and carbon nanofibers is their crystallinity. A carbon atom having an sp2 bond usually constitutes a six-membered ring from six carbon atoms, and a group of these six-membered rings constitutes a carbon graphite sheet. A carbon nanotube has a tube structure in which the carbon graphite sheet is wound. Single-walled carbon nanotubes having a structure in which a single-layer carbon graphite sheet is wound may be used, or multi-walled carbon nanotubes having a structure in which two or more layers of carbon-graphite sheets are wound may be used. On the other hand, carbon nanofibers are those in which carbon graphite sheets are not wound and fragments of carbon graphite sheets overlap to form a fiber. Although the difference between the carbon nanotube or carbon nanofiber and the carbon whisker is not clear, the diameter of the carbon nanotube or carbon nanofiber is generally 1 μm or less, for example, about 1 nm to 300 nm.

また、カーボンナノチューブ構造体であるカーボンナノチューブやカーボンナノファイバーは、巨視的には粉末状であることが好ましい。カーボンナノチューブやカーボンナノファイバーの製造方法として、周知のアーク放電法やレーザアブレーション法といったPVD法、プラズマCVD法やレーザCVD法、熱CVD法、気相合成法、気相成長法といった各種のCVD法を挙げることができる。   Moreover, it is preferable that the carbon nanotube and carbon nanofiber which are carbon nanotube structures are powdery macroscopically. As a method for producing carbon nanotubes or carbon nanofibers, various CVD methods such as PVD methods such as well-known arc discharge methods and laser ablation methods, plasma CVD methods, laser CVD methods, thermal CVD methods, vapor phase synthesis methods, and vapor phase growth methods Can be mentioned.

本発明で用いられるカーボンナノチューブ構造体の好ましいサイズは、直径0.7〜100nm、長さが0.5〜100μmである。   A preferable size of the carbon nanotube structure used in the present invention is 0.7 to 100 nm in diameter and 0.5 to 100 μm in length.

本発明において、カーボンナノチューブ構造体の配合量は、インク全量中、0.005重量%以上、5重量%以下であることが好ましい。   In the present invention, the blending amount of the carbon nanotube structure is preferably 0.005 wt% or more and 5 wt% or less in the total amount of ink.

本発明では、焼成により無機物となる熱分解性の金属化合物とともに溶媒、特に有機溶媒を使用して所定のインクを調製することで残留気体の発生を抑え、十分な接着性を確保することができる。残存気体が少ない接着剤を使用することで、電子放出が安定し、ディスプレイとして使用した場合に画像が不安定になることがない。また、上記金属化合物を焼成で熱分解して緻密な無機膜を形成するようにしているため、ディスプレイを作製する際に、後加工での塗膜へのダメージが殆どない。また本発明では、接着剤自体に導電性を付与することができるので、インクの設計が容易となり、絶縁性粒子などを添加しても、塗膜の抵抗値が大きく上昇することはない。   In the present invention, by preparing a predetermined ink using a solvent, particularly an organic solvent, together with a thermally decomposable metal compound that becomes an inorganic substance upon firing, generation of residual gas can be suppressed and sufficient adhesion can be ensured. . By using an adhesive with a small residual gas, electron emission is stabilized and the image does not become unstable when used as a display. In addition, since the metal compound is thermally decomposed by firing to form a dense inorganic film, there is almost no damage to the coating film during post-processing when a display is manufactured. In the present invention, since conductivity can be imparted to the adhesive itself, ink design is facilitated, and even when insulating particles are added, the resistance value of the coating film does not increase significantly.

また、本発明のインクにおいては、熱分解性の金属化合物を用いることによりインク中に粒子状導電性物質を配合することなく所期の特性を有する電界電子放出膜を形成することができる。   Further, in the ink of the present invention, by using a thermally decomposable metal compound, a field electron emission film having desired characteristics can be formed without blending a particulate conductive material in the ink.

上記金属化合物としては、例えば、有機金属化合物(有機酸金属化合物を含む)、金属塩および有機金属塩化合物を挙げることができる。
金属塩として例えば、ハロゲン化物、硝酸塩、酢酸塩を挙げることができる。本発明では上記金属塩のうち特に有効なものとして、ハロゲン化物が挙げられる。有機酸金属化合物溶液としては例えば、有機錫化合物、有機インジウム化合物、有機亜鉛化合物、有機アンチモン化合物を酸(例えば、塩酸、硝酸、あるいは硫酸)に溶解し、これを有機溶媒で希釈したものを挙げることができる。また、有機金属化合物溶液としては例えば、有機錫化合物、有機インジウム化合物、有機亜鉛化合物、有機アンチモン化合物を有機溶媒に溶解したものを例示することができる。また、熱分解性の金属化合物として、有機鎖−ハロゲン−金属を併せ持った有機金属塩化合物を使用することもできる。
Examples of the metal compound include organometallic compounds (including organic acid metal compounds), metal salts, and organometallic salt compounds.
Examples of metal salts include halides, nitrates, and acetates. In the present invention, halides are particularly effective among the above metal salts. Examples of the organic acid metal compound solution include an organic tin compound, an organic indium compound, an organic zinc compound, and an organic antimony compound dissolved in an acid (for example, hydrochloric acid, nitric acid, or sulfuric acid) and diluted with an organic solvent. be able to. Moreover, as an organometallic compound solution, what melt | dissolved the organic tin compound, the organic indium compound, the organic zinc compound, and the organic antimony compound in the organic solvent can be illustrated, for example. An organometallic salt compound having both an organic chain, a halogen and a metal can also be used as the thermally decomposable metal compound.

本発明の電界電子放出電極用インクの成分である熱分解性の金属化合物を形成する金属元素としてはインジウム(In)、すず(Sn)、アンチモン(Sb)以外に亜鉛、アルミニウム、金、銀、珪素、ゲルマニウム、コバルト、ジルコニウム、チタン、ニッケル、白金、マンガンなどが挙げられる。また、本発明のインクの成分である上記金属化合物としては、しきい値の低減化の点から複数の金属からなるものが好ましい。その具体例としては、後記実施例のようにインジウム−スズ、スズ−アンチモン等が挙げられる。また、スズ−フッ素(F)などのような金属とハロゲンとの組み合わせであってもよい。特に、上記単一または複数の金属のうち一つはSnであることが、ドーパントとの親和性の点から好ましい。   In addition to indium (In), tin (Sn), and antimony (Sb), the metal elements that form the thermally decomposable metal compound that is a component of the field electron emission electrode ink of the present invention include zinc, aluminum, gold, silver, Examples thereof include silicon, germanium, cobalt, zirconium, titanium, nickel, platinum, and manganese. In addition, the metal compound that is a component of the ink of the present invention is preferably a compound composed of a plurality of metals from the viewpoint of reducing the threshold value. Specific examples thereof include indium-tin, tin-antimony and the like as in Examples described later. Further, a combination of a metal such as tin-fluorine (F) and a halogen may be used. In particular, one of the single or plural metals is preferably Sn from the viewpoint of affinity with the dopant.

ここで、In−Snを組み合わせた場合、その混合比はIn原子100に対してSn原子が6以上であることが好ましい。Sn−Sbを組み合わせた場合、その混合比はSn原子100に対してSb原子が4以上であることが好ましい。Sn−Fを組み合わせた場合、その混合比はSn原子100に対してF原子が4以上であることが好ましい。   Here, when In—Sn is combined, the mixing ratio is preferably 6 or more Sn atoms with respect to 100 In atoms. When Sn—Sb is combined, the mixing ratio is preferably 4 or more with respect to Sn atoms 100. When Sn—F is combined, the mixing ratio is preferably 4 or more F atoms with respect to 100 Sn atoms.

また、金属元素と結合して上記有機金属(塩)化合物を形成する有機鎖の官能基としては直鎖、側鎖のアルキル基、アルコキシ基、エステル基、カルボニル基、エーテル基、アミド基、ベンゾイル基、フェニル基、エポキシド、アミノ基、アミド基などが挙げられる。   In addition, the functional group of the organic chain that forms the above organometallic (salt) compound by combining with a metal element is a linear or side chain alkyl group, alkoxy group, ester group, carbonyl group, ether group, amide group, benzoyl group Group, phenyl group, epoxide, amino group, amide group and the like.

本発明のインク成分として使用可能な熱分解性の金属化合物の例を挙げると、二酢酸ジブチルスズ、テトラクロロスズ、テトラブトキシスズ、塩化インジウム、トリフェニルアンチモン、三酢酸インジウム、三酢酸インジウム水和物、インジウムアセチルアセトネート、ハロゲン化インジウム、トリ-tert-ブトキシインジウム、トリメトキシインジウム、トリエトキシインジウム、トリイソプロポキシインジウムなどアルコキシ基、アルキル基、アセチル基、ハロゲン、フェニル基などが1種類もしくは2種類結合した化合物、ハロゲン化スズ、テトラエトキシスズ、テトライソポロポキシスズ、テトラブトキシスズなどアルコキシ基、アルキル基、アセチル基、ハロゲン、フェニル基などが1種類もしくは2種類結合した化合物などである。   Examples of thermally decomposable metal compounds that can be used as the ink component of the present invention include dibutyltin diacetate, tetrachlorotin, tetrabutoxytin, indium chloride, triphenylantimony, indium triacetate, indium triacetate hydrate. , Indium acetylacetonate, indium halide, tri-tert-butoxy indium, trimethoxy indium, triethoxy indium, triisopropoxy indium, etc. one or two types of alkoxy groups, alkyl groups, acetyl groups, halogens, phenyl groups, etc. Examples of such compounds include bonded compounds, compounds in which one or two alkoxy groups, alkyl groups, acetyl groups, halogens, phenyl groups, and the like are bonded, such as tin halide, tetraethoxytin, tetraisoporopoxytin, and tetrabutoxytin.

本発明において、熱分解性の金属化合物の配合量は、0.1重量%以上、50重量%以下であることが好ましく、0.4重量%以上、49重量%がより好ましい。   In the present invention, the amount of the thermally decomposable metal compound is preferably 0.1% by weight or more and 50% by weight or less, more preferably 0.4% by weight or more and 49% by weight.

本発明の分散剤は、有機アミン化合物または有機アンモニウム化合物である分散剤1と、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルスルホン酸またはその塩である分散剤2との組み合わせからなる。   The dispersant of the present invention comprises a combination of a dispersant 1 that is an organic amine compound or an organic ammonium compound and a dispersant 2 that is an alkylbenzene sulfonic acid, an alkyl sulfonic acid or a salt thereof.

次に分散剤について詳述する。分散剤による粒子の分散機構としては、粒子表面との反応によって粒子を安定化させているため、粒子の構造、表面の官能基、分散剤の溶媒への溶解性などによって適切な構造のものを選定する必要がある。
特にカーボンナノチューブのように直径に対する長さ、所謂アスペクト比が大きく、表面に化学結合手を持つ官能基が少ない粒子に対して、従来の分散剤では分散効果が少ない。カーボンナノチューブの分散剤として様々な種類の構造が検討されているが、表面に高濃度で付着することによりカーボンナノチューブ同士が物理吸着力によって再付着することを防止することと、カーボンナノチューブを任意の濃度(特に低い濃度)にて安定に分散させることとを両立させるような分散剤はこれまで確認されていない。
Next, the dispersant will be described in detail. As the dispersion mechanism of the particles by the dispersant, the particles are stabilized by the reaction with the particle surface. Therefore, the particles must have an appropriate structure depending on the structure of the particles, the functional groups on the surface, the solubility of the dispersant in the solvent, etc. It is necessary to select.
In particular, particles having a large length with respect to the diameter, such as a carbon nanotube, a so-called aspect ratio, and few functional groups having a chemical bond on the surface have a small dispersion effect with a conventional dispersant. Various types of structures have been studied as dispersants for carbon nanotubes. However, carbon nanotubes can be prevented from reattaching due to physical adsorption force by adhering to the surface at a high concentration, and So far, no dispersant has been confirmed that can achieve both stable dispersion at a concentration (particularly a low concentration).

すなわち、従来の分散剤を使用することである程度までの分散状態にあるインクを作成することが可能であるが、低濃度のインクを作成する際には高濃度の場合よりもより分散効果の高い分散剤を使用する必要があり、通常の分散剤の混合条件では分散状態が長時間維持されることはまれである。   That is, it is possible to create an ink in a dispersion state to some extent by using a conventional dispersant, but when creating a low concentration ink, the dispersion effect is higher than in the case of a high concentration. It is necessary to use a dispersant, and it is rare that the dispersion state is maintained for a long time under normal mixing conditions of the dispersant.

特に本発明のように電界放出型ディスプレイに利用する場合、カーボンナノチューブ濃度の低い分散液で長時間分散状態が維持されることが好ましいが、現有の分散剤では所望の要求を満たすことは困難であった。例えば、上記ドデシル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレン、アミンなどでは、分散効果は高いが安定性が低く、特に低濃度では、適正な分散処理を行ってから短時間で溶剤とカーボンナノチューブが分離してしまうことが多かった。このようにインクの分散安定性が低い場合には、大面積塗布などの最中に分散性が低下し、塗布ムラの原因となる。
また、濃度の高いインクを作成し、特定の塗布方法を用いることによって薄膜形成することは可能であるが、被塗布体や大きさなどの制約を受ける場合が多い。
In particular, when used in a field emission display as in the present invention, it is preferable that the dispersion state is maintained for a long time with a dispersion having a low carbon nanotube concentration. However, it is difficult to satisfy a desired requirement with the existing dispersant. there were. For example, the above sodium dodecyl sulfate, polyoxyethylene, amine, etc. have a high dispersion effect but low stability. In particular, at a low concentration, the solvent and the carbon nanotube are separated in a short time after appropriate dispersion treatment. There were many things. Thus, when the dispersion stability of the ink is low, the dispersibility is lowered during large-area coating or the like, which causes uneven coating.
Further, although it is possible to form a thin film by creating a high-density ink and using a specific coating method, there are many cases where there are restrictions on the object to be coated and the size.

本発明者らは、このような状況を踏まえ、分散剤を適当な濃度まで溶媒で希釈した溶液にカーボンナノチューブを添加し、適当な処理を施してカーボンナノチューブ分散液を作成する場合、カーボンナノチューブと分散剤との反応性を考慮することにより、分散性が良好でかつ安定性の高いインクを作成することが可能であると考え、かかる観点からインク組成の検討を行った結果、上記したような分散剤1と分散剤2との組み合わせで使用すると分散安定性および分散状態の非常によいインクが得られることがわかった。   In view of such a situation, the inventors added carbon nanotubes to a solution obtained by diluting a dispersant with a solvent to an appropriate concentration, and when performing a suitable treatment to prepare a carbon nanotube dispersion, By considering the reactivity with the dispersant, it is considered possible to create an ink with good dispersibility and high stability, and as a result of examining the ink composition from such a viewpoint, as described above, It was found that when used in combination with Dispersant 1 and Dispersant 2, an ink with very good dispersion stability and dispersion state can be obtained.

分散剤1のうち、有機アミン化合物は、炭素原子数が4以上の直鎖または分岐アルキル基を有する1級、2級または3級アミンであることが好ましく、有機アンモニウム化合物は、炭素原子数が4以上の直鎖または分岐アルキル基を有するものであることが好ましい。   Of the dispersant 1, the organic amine compound is preferably a primary, secondary or tertiary amine having a linear or branched alkyl group having 4 or more carbon atoms, and the organic ammonium compound has a carbon atom number of It is preferable that it has 4 or more linear or branched alkyl groups.

本発明のインク成分として使用可能な分散剤の例を挙げると、分散剤1としては、オクタデシルアミン(ODA)、ドデシルジメチルアミン(DDMA)、ドセシルトリメチル塩化アンモニウム(DTMAC)、ジオクチルジメチル塩化アンモニウム(DODMAC)、メチルトリオクタデカニル塩化アンモニウム(MTOAC)、ジメチルジオクタデカニル塩化アンモニウム(DMDOAC)などである。   Examples of the dispersant that can be used as the ink component of the present invention include, as the dispersant 1, octadecylamine (ODA), dodecyldimethylamine (DDMA), dodecyltrimethylammonium chloride (DTMAC), dioctyldimethylammonium chloride ( DODMAC), methyltrioctadecanyl ammonium chloride (MTOAC), dimethyldioctadecanyl ammonium chloride (DMDOAC), and the like.

また、分散剤2において、アルキルベンゼンスルホン酸及びアルキルスルホン酸のアルキル基の炭素原子数は、3以上が好ましく、4〜21がより好ましい。なお、最も好ましい分散剤2はドデシルベンゼンスルホン酸(塩)である。   Moreover, in the dispersing agent 2, the number of carbon atoms of the alkyl group of alkylbenzenesulfonic acid and alkylsulfonic acid is preferably 3 or more, and more preferably 4-21. The most preferable dispersant 2 is dodecylbenzenesulfonic acid (salt).

本発明において、分散剤1の配合量は、0.001〜1重量%であり、好ましくは0.004〜0.75重量%である。
また、分散剤2の配合量は、0.001〜1重量%であり、好ましくは0.004〜0.75重量%である。
In this invention, the compounding quantity of the dispersing agent 1 is 0.001-1 weight%, Preferably it is 0.004-0.75 weight%.
Moreover, the compounding quantity of the dispersing agent 2 is 0.001-1 weight%, Preferably it is 0.004-0.75 weight%.

本発明のインク成分である溶剤としては、例えばエチルアルコール、酢酸ブチル、トルエン、イソプロピルアルコール等の有機溶媒や水が使用できるが、好ましくは有機溶媒である。配合量は、インク粘度が後記するようであればよく、特に限定されない。   As the solvent that is the ink component of the present invention, for example, an organic solvent such as ethyl alcohol, butyl acetate, toluene, isopropyl alcohol, or water can be used, and an organic solvent is preferable. The blending amount is not particularly limited as long as the ink viscosity is described later.

本発明のインクでは、キレート剤がさらに含有されていることが好ましい。キレート剤を配合することで、上記熱分解性の金属化合物の分散性が高まる(分散状態の安定性が向上する)ため、特性がより均一な電界電子放出膜を高い歩留りで製造することができる。   The ink of the present invention preferably further contains a chelating agent. By blending the chelating agent, the dispersibility of the thermally decomposable metal compound is increased (the stability of the dispersed state is improved), so that a field electron emission film with more uniform characteristics can be produced with a high yield. .

上記キレート化剤としてはエチレンジアミン、ピリジン、プロピレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、2,2'−ビピリジン、1,10−フェナントロリン、エチレンジアミン四酢酸イオン、ジメチルグリオキシマト、グリシナト、トリフェニルホスフィン、シクロペンタジエニルなどのキレート剤が挙げられる。   Examples of the chelating agent include ethylenediamine, pyridine, propylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, 2,2'-bipyridine, 1,10-phenanthroline, ethylenediaminetetraacetate ion, dimethylglyoximato, glycinato, triphenylphosphine, cyclopenta Chelating agents such as dienyl are mentioned.

本発明によるインキには、上記成分の他、分散剤や界面活性剤が含まれていてもよい。また、マトリックスの厚さを増加させるといった観点から、金属化合物溶液に、例えばカーボンブラック等の添加物を添加してもよい。また、上記した理由からインク中に粒子状の導電性物質を配合する必要はないが、かかる導電性物質の添加を排除するものではない。   In addition to the above components, the ink according to the present invention may contain a dispersant and a surfactant. Further, from the viewpoint of increasing the thickness of the matrix, an additive such as carbon black may be added to the metal compound solution. Moreover, although it is not necessary to mix | blend a particulate-form electroconductive substance in an ink for the above-mentioned reason, addition of this electroconductive substance is not excluded.

本発明に係る電界電子放出膜を形成するためのインクを調製する方法の一例としては、上記熱分解性の金属化合物を適当な濃度まで溶剤で希釈した溶液にカーボンナノチューブ構造体を均一に分散させたものが挙げられる。また、カーボンナノチューブ構造体を熱分解性の金属化合物とともに適当な溶剤中に均一に分散させることによっても、上記膜形成用のインクを作製することが可能である。   As an example of a method for preparing an ink for forming a field electron emission film according to the present invention, a carbon nanotube structure is uniformly dispersed in a solution obtained by diluting the above pyrolyzable metal compound with a solvent to an appropriate concentration. Can be mentioned. The film-forming ink can also be produced by uniformly dispersing the carbon nanotube structure together with a thermally decomposable metal compound in an appropriate solvent.

また、インクの粘度を0.001〜0.5Pa・sとすることで、このインクを電極基板上に塗布する場合に、薄膜である電界電子放出膜塗膜を、より均一な膜厚で形成することが可能となる。また、インクの固形分濃度は0.5〜50重量%とすることが好ましい。   Also, by setting the viscosity of the ink to 0.001 to 0.5 Pa · s, when this ink is applied on the electrode substrate, a field electron emission film coating film that is a thin film is formed with a more uniform film thickness. It becomes possible to do. The solid content concentration of the ink is preferably 0.5 to 50% by weight.

(2)実施の形態2(電界電子放出膜)
本発明に係る電界電子放出膜は、上記の電界電子放出電極用インクを電極上に塗布し、焼成することによって得ることができる。塗布方法としては、スプレー塗布、ダイ塗布、ロール塗布、ディップ塗布、カーテン塗布、スピン塗布、グラビア塗布などが挙げられるが、スプレー塗布が特に好ましい。上記電界電子放出膜は、上記方法で電極上に塗膜を形成した後、焼成する。ここでインク塗膜の好ましい焼成条件は、インクの成分である金属化合物の組成を考慮して適宜に設定されるが、一般的に、焼成温度は300℃〜600℃の範囲が好ましい。有機官能基もしくはハロゲンの分解反応は比較的低温で進行するために、基板として低融点ガラスを使用することが可能となる。焼成により、インク構成成分である熱分解性の金属化合物が分解し、金属の種類によって異なる無機物、特に金属酸化物、ハロゲン化金属酸化物、遊離金属が生成する。例えば、DBTDA(二酢酸ジブチル錫)からは錫酸化物が、IC(塩化インジウム)とTCT(テトラクロロ錫)との混合物からはITO(インジウム錫酸化物)がそれぞれ生成する。なお、焼成に替えてUV照射を適用することもできる。
(2) Embodiment 2 (field electron emission film)
The field electron emission film according to the present invention can be obtained by applying the above-described field electron emission electrode ink on an electrode and baking it. Examples of the coating method include spray coating, die coating, roll coating, dip coating, curtain coating, spin coating, and gravure coating. Spray coating is particularly preferable. The field electron emission film is fired after a coating film is formed on the electrode by the above method. Here, preferable baking conditions for the ink coating film are appropriately set in consideration of the composition of the metal compound that is a component of the ink. In general, the baking temperature is preferably in the range of 300 ° C to 600 ° C. Since the decomposition reaction of the organic functional group or the halogen proceeds at a relatively low temperature, it becomes possible to use a low-melting glass as the substrate. By baking, the thermally decomposable metal compound that is a component of the ink is decomposed, and inorganic substances, particularly metal oxides, metal halide oxides, and free metals, which differ depending on the type of metal, are generated. For example, tin oxide is produced from DBTDA (dibutyltin diacetate), and ITO (indium tin oxide) is produced from a mixture of IC (indium chloride) and TCT (tetrachlorotin). In addition, it can replace with baking and can also apply UV irradiation.

電界電子放出膜には、Snが必ず含まれていることが、特に好ましい。Snはドーパントに対する親和性が高いため、均一物性の電極膜を容易に形成することができる。金属錫が含まれている電界電子放出膜としては、例えばITO,FTO(フッ素錫酸化物)、ATO(アンチモン錫酸化物)が挙げられる。   It is particularly preferable that the field electron emission film always contains Sn. Since Sn has a high affinity for the dopant, an electrode film having uniform physical properties can be easily formed. Examples of the field electron emission film containing metallic tin include ITO, FTO (fluorine tin oxide), and ATO (antimony tin oxide).

(3)実施の形態3(2極型の電界電子放出電極・電界電子放出表示装置)
本実施の形態による電界電子放出電極を図1から図3を参照しながら説明する。電界電子放出電極は、図1に示すような電界電子放出表示装置に用いられる。そして図2および図3に示すように、支持体10上に設けられたカソード電極11と、カソード電極11上に設けられた電界電子放出膜15から成る。そして、電界電子放出膜15は、マトリックス(金属化合物の熱分解生成物)21、及び先端部が突出した状態でマトリックス21中に埋め込まれたカーボンナノチューブ構造体から成る。ここで、電界電子放出膜の製造方法は、既に述べた実施の形態2による。
(3) Embodiment 3 (bipolar field electron emission electrode / field electron emission display)
The field electron emission electrode according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The field electron emission electrode is used in a field electron emission display device as shown in FIG. 2 and 3, the cathode electrode 11 provided on the support 10 and a field electron emission film 15 provided on the cathode electrode 11 are formed. The field electron emission film 15 is composed of a matrix (a pyrolysis product of a metal compound) 21 and a carbon nanotube structure embedded in the matrix 21 in a state where the tip portion protrudes. Here, the manufacturing method of the field electron emission film is based on the second embodiment already described.

本実施の形態における表示装置は、図1に示すように、電界放出電極が複数設けられたカソードパネルCP、及び、蛍光体層31とアノードパネルAPが、それらの周縁部で接合されて成り、複数の画素を有する。本実施の形態の表示装置におけるカソードパネルCPにおいては、上述のような電界放出電極の複数から構成された電子放出領域が有効領域に2次元マトリックス状に多数形成されている。   As shown in FIG. 1, the display device according to the present embodiment includes a cathode panel CP provided with a plurality of field emission electrodes, and a phosphor layer 31 and an anode panel AP joined together at their peripheral portions. It has a plurality of pixels. In the cathode panel CP in the display device of the present embodiment, a large number of electron emission regions composed of a plurality of field emission electrodes as described above are formed in an effective region in a two-dimensional matrix.

カソードパネルCPの無効領域には、真空排気用の貫通孔(図示せず)が設けられており、この貫通孔には、真空排気後に封じ切られるチップ管(図示せず)が接続されている。枠体34は、セラミックス又はガラスから成り、高さは、例えば1.0mmである。場合によっては、枠体34の代わりに接着層のみを用いることもできる。   A through hole (not shown) for evacuation is provided in the ineffective region of the cathode panel CP, and a chip tube (not shown) that is sealed after evacuation is connected to the through hole. . The frame 34 is made of ceramics or glass and has a height of, for example, 1.0 mm. In some cases, only the adhesive layer can be used instead of the frame body 34.

アノードパネルAPは、具体的には、基板30と、基板30上に形成され、所定のパターン(例えば、ストライプ状やドット状)に従って形成された蛍光体層31と、有効領域の全面を覆う例えばアルミニウム薄膜から成るアノード電極33から構成されている。蛍光体層31と蛍光体層31との間の基板30上には、ブラックマトリックス32が形成されている。尚、ブラックマトリックス32を省略することもできる。また、単色表示装置を想定した場合、蛍光体層31は必ずしも所定のパターンに従って設けられる必要はない。更には、ITO等の透明導電膜から成るアノード電極を基板30と蛍光体層31との間に設けてもよく、あるいは、基板30上に設けられた透明導電膜から成るアノード電極33と、アノード電極33上に形成された蛍光体層31及びブラックマトリックス32と、蛍光体層31及びブラックマトリックス32の上に形成されたアルミニウム(Al)から成り、アノード電極33と電気的に接続された光反射導電膜から構成することもできる。   Specifically, the anode panel AP is formed on the substrate 30, the phosphor layer 31 formed on the substrate 30 according to a predetermined pattern (for example, a stripe shape or a dot shape), and the entire effective region, for example. The anode electrode 33 is made of an aluminum thin film. A black matrix 32 is formed on the substrate 30 between the phosphor layer 31 and the phosphor layer 31. The black matrix 32 can be omitted. Further, when assuming a monochromatic display device, the phosphor layer 31 is not necessarily provided according to a predetermined pattern. Furthermore, an anode electrode made of a transparent conductive film such as ITO may be provided between the substrate 30 and the phosphor layer 31, or an anode electrode 33 made of a transparent conductive film provided on the substrate 30 and an anode Light reflection made of phosphor layer 31 and black matrix 32 formed on electrode 33 and aluminum (Al) formed on phosphor layer 31 and black matrix 32 and electrically connected to anode electrode 33 It can also comprise a conductive film.

1画素は、カソードパネル側において矩形形状のカソード電極11と、その上に形成された電界電子放出膜15と、電界電子放出膜15に対面するようにアノードパネルAPの有効領域に配列された蛍光体層31とによって構成されている。有効領域には、かかる画素が、例えば数十万〜数百万個ものオーダーにて配列されている。   One pixel has a rectangular cathode electrode 11 on the cathode panel side, a field electron emission film 15 formed thereon, and a fluorescence arrayed in an effective area of the anode panel AP so as to face the field electron emission film 15. The body layer 31 is constituted. In the effective area, such pixels are arranged on the order of hundreds of thousands to millions, for example.

また、カソードパネルCPとアノードパネルAPとの間には、両パネル間の距離を一定に維持するための補助的手段として、有効領域内に等間隔にスペーサ35が配置されている。尚、スペーサ35の形状は、円柱形に限らず、例えば球状でもよいし、ストライプ状の隔壁(リブ)であってもよい。また、スペーサ35は、必ずしも全てのカソード電極の重複領域の四隅に配置されている必要はなく、より疎に配置されていてもよいし、配置が不規則であってもよい。   In addition, spacers 35 are arranged between the cathode panel CP and the anode panel AP at equal intervals in the effective region as an auxiliary means for maintaining a constant distance between the two panels. The shape of the spacer 35 is not limited to a cylindrical shape, and may be, for example, a spherical shape or a stripe-shaped partition wall (rib). In addition, the spacers 35 are not necessarily arranged at the four corners of the overlapping region of all the cathode electrodes, and may be arranged more sparsely or irregularly.

この表示装置においては、1画素単位で、カソード電極11に印加する電圧の制御を行う。カソード電極11の平面形状は、図2に模式的に示すように、略矩形であり、各カソード電極11は、配線11A、及び、例えばトランジスタから成るスイッチング素子(図示せず)を介してカソード電極制御回路40Aに接続されている。また、アノード電極33はアノード電極制御回路42に接続されている。各カソード電極11に閾値電圧以上の電圧が印加されると、アノード電極33によって形成される電界により、量子トンネル効果に基づき電界電子放出膜15から電子が放出され、この電子がアノード電極33に引き付けられ、蛍光体層31に衝突する。輝度は、カソード電極11に印加される電圧によって制御される。   In this display device, the voltage applied to the cathode electrode 11 is controlled in units of one pixel. As schematically shown in FIG. 2, the planar shape of the cathode electrode 11 is substantially rectangular, and each cathode electrode 11 is connected to the wiring 11A and a switching element (not shown) made of a transistor, for example. It is connected to the control circuit 40A. The anode electrode 33 is connected to the anode electrode control circuit 42. When a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to each cathode electrode 11, electrons are emitted from the field electron emission film 15 based on the quantum tunnel effect by the electric field formed by the anode electrode 33, and the electrons are attracted to the anode electrode 33. And collides with the phosphor layer 31. The brightness is controlled by a voltage applied to the cathode electrode 11.

次に、表示装置の組み立てを行う。具体的には、図1において、蛍光体層31と電界放出電極とが対向するようにアノードパネルAPとカソードパネルCPとを配置し、アノードパネルAPとカソードパネルCP(より具体的には、基板30と支持体10)とを、枠体34を介して、周縁部において接合する。接合に際しては、枠体34とアノードパネルAPとの接合部位、及び枠体34とカソードパネルCPとの接合部位にフリットガラスを塗布し、アノードパネルAPとカソードパネルCPと枠体34とを貼り合わせ、予備焼成にてフリットガラスを乾燥した後、約450℃で10〜30分の本焼成を行う。その後、アノードパネルAPとカソードパネルCPと枠体34とフリットガラスとによって囲まれた空間を、貫通孔及びチップ管を通じて排気し、空間の圧力が10-4Pa程度に達した時点でチップ管を加熱溶融により封じ切る。このようにして、アノードパネルAPとカソードパネルCPと枠体34とに囲まれた空間を真空にすることができる。その後、必要な外部回路との配線を行い、表示装置を完成させる。   Next, the display device is assembled. Specifically, in FIG. 1, the anode panel AP and the cathode panel CP are arranged so that the phosphor layer 31 and the field emission electrode face each other, and the anode panel AP and the cathode panel CP (more specifically, the substrate). 30 and the support 10) are joined to each other at the peripheral edge via the frame 34. At the time of joining, frit glass is applied to the joining part between the frame 34 and the anode panel AP and the joining part between the frame 34 and the cathode panel CP, and the anode panel AP, the cathode panel CP, and the frame 34 are bonded together. Then, after the frit glass is dried by preliminary baking, main baking is performed at about 450 ° C. for 10 to 30 minutes. After that, the space surrounded by the anode panel AP, the cathode panel CP, the frame body 34 and the frit glass is exhausted through the through hole and the tip tube, and the tip tube is heated when the pressure in the space reaches about 10 −4 Pa. Seal by melting. In this way, the space surrounded by the anode panel AP, the cathode panel CP, and the frame body 34 can be evacuated. Thereafter, wiring with necessary external circuits is performed to complete the display device.

尚、図1に示した表示装置におけるアノードパネルAPの製造方法の一例を、以下、図4の(A)〜(D)を参照して説明する。   An example of a method for manufacturing the anode panel AP in the display device shown in FIG. 1 will be described below with reference to FIGS.

先ず、発光性結晶粒子組成物を調製する。そのために、例えば、純水に分散剤を分散させ、ホモミキサーを用いて3000rpmにて1分間、撹拌を行う。次に、発光性結晶粒子を分散剤が分散した純水中に投入し、ホモミキサーを用いて5000rpmにて5分間、撹拌を行う。その後、例えば、ポリビニルアルコール及び重クロム酸アンモニウムを添加して、十分に撹拌し、濾過する。   First, a luminescent crystal particle composition is prepared. For that purpose, for example, a dispersant is dispersed in pure water, and stirring is performed at 3000 rpm for 1 minute using a homomixer. Next, the luminescent crystal particles are put into pure water in which a dispersant is dispersed, and stirred at 5000 rpm for 5 minutes using a homomixer. Thereafter, for example, polyvinyl alcohol and ammonium dichromate are added, and the mixture is sufficiently stirred and filtered.

アノードパネルAPの製造においては、例えばガラスから成る基板30上の全面に感光性被膜50を形成(塗布)する。そして、露光光源(図示せず)から射出され、マスク53に設けられた孔部54を通過した紫外線によって、基板30上に形成された感光性被膜50を露光して感光領域51を形成する(図4の(A)参照)。その後、感光性被膜50を現像して選択的に除去し、感光性被膜の残部(露光、現像後の感光性被膜)52を基板30上に残す(図4の(B)参照)。次に、全面にカーボン剤(カーボンスラリー)を塗布し、乾燥、焼成した後、リフトオフ法にて感光性被膜の残部52及びその上のカーボン剤を除去することによって、露出した基板30上にカーボン剤から成るブラックマトリックス32を形成し、併せて、感光性被膜の残部52を除去する(図4の(C)参照)。その後、露出した基板30上に、赤、緑、青の各蛍光体層31を形成する(図4の(D)参照)。具体的には、各発光性結晶粒子(蛍光体粒子)から調製された発光性結晶粒子組成物を使用し、例えば、赤色の感光性の発光性結晶粒子組成物(蛍光体スラリー)を全面に塗布し、露光、現像し、次いで、緑色の感光性の発光性結晶粒子組成物(蛍光体スラリー)を全面に塗布し、露光、現像し、更に、青色の感光性の発光性結晶粒子組成物(蛍光体スラリー)を全面に塗布し、露光、現像すればよい。その後、蛍光体層31及びブラックマトリックス32上にスパッタリング法にて厚さ約0.07μmのアルミニウム薄膜から成るアノード電極33を形成する。尚、スクリーン印刷法等により各蛍光体層31を形成することもできる。   In the manufacture of the anode panel AP, a photosensitive coating 50 is formed (applied) on the entire surface of the substrate 30 made of glass, for example. Then, the photosensitive film 51 formed on the substrate 30 is exposed by ultraviolet rays emitted from an exposure light source (not shown) and passed through a hole 54 provided in the mask 53 to form a photosensitive region 51 ( (See (A) of FIG. 4). Thereafter, the photosensitive coating 50 is developed and selectively removed, and the remaining portion of the photosensitive coating (photosensitive coating after exposure and development) 52 is left on the substrate 30 (see FIG. 4B). Next, a carbon agent (carbon slurry) is applied to the entire surface, dried and fired, and then the remaining 52 of the photosensitive film and the carbon agent thereon are removed by a lift-off method, whereby carbon on the exposed substrate 30 is removed. A black matrix 32 made of an agent is formed, and at the same time, the remaining portion 52 of the photosensitive film is removed (see FIG. 4C). Thereafter, red, green, and blue phosphor layers 31 are formed on the exposed substrate 30 (see FIG. 4D). Specifically, a luminescent crystal particle composition prepared from each luminescent crystal particle (phosphor particle) is used. For example, a red photosensitive luminescent crystal particle composition (phosphor slurry) is applied to the entire surface. Apply, expose and develop, then apply green photosensitive luminescent crystal particle composition (phosphor slurry) over the entire surface, expose and develop, and further blue photosensitive luminescent crystal particle composition (Phosphor slurry) may be applied to the entire surface, exposed and developed. Thereafter, an anode electrode 33 made of an aluminum thin film having a thickness of about 0.07 μm is formed on the phosphor layer 31 and the black matrix 32 by sputtering. Each phosphor layer 31 can also be formed by a screen printing method or the like.

尚、アノード電極は、有効領域を1枚のシート状の導電材料で被覆した形式のアノード電極としてもよいし、1又は複数の電界電子放出膜、あるいは、1又は複数の画素に対応するアノード電極ユニットが集合した形式のアノード電極としてもよい。   The anode electrode may be an anode electrode of a type in which the effective area is covered with one sheet-like conductive material, or one or a plurality of field electron emission films, or an anode electrode corresponding to one or a plurality of pixels. An anode electrode of a type in which units are assembled may be used.

1画素を、ストライプ状のカソード電極と、その上に形成された電界電子放出膜と、電界電子放出膜に対面するようにアノードパネルの有効領域に配列された蛍光体層とによって構成してもよい。この場合、アノード電極もストライプ形状を有する。ストライプ状のカソード電極の射影像と、ストライプ状のアノード電極の射影像は直交している。アノード電極の射影像とカソード電極の射影像とが重複する領域に位置する電界電子放出膜から電子が放出される。このような構成の表示装置の駆動は、所謂単純マトリクス方式により行われる。即ち、カソード電極に相対的に負の電圧を、アノード電極に相対的に正の電圧を印加する。その結果、列選択されたカソード電極と行選択されたアノード電極(あるいは、行選択されたカソード電極と列選択されたアノード電極)とのアノード電極/カソード電極重複領域に位置する電界電子放出膜から選択的に真空空間中へ電子が放出され、この電子がアノード電極に引きつけられてアノードパネルを構成する蛍光体層に衝突し、蛍光体層を励起・発光させる。   One pixel may be constituted by a striped cathode electrode, a field electron emission film formed thereon, and a phosphor layer arranged in an effective area of the anode panel so as to face the field electron emission film. Good. In this case, the anode electrode also has a stripe shape. The projected image of the striped cathode electrode and the projected image of the striped anode electrode are orthogonal to each other. Electrons are emitted from the field electron emission film located in a region where the projection image of the anode electrode and the projection image of the cathode electrode overlap. The display device having such a configuration is driven by a so-called simple matrix method. That is, a relatively negative voltage is applied to the cathode electrode, and a relatively positive voltage is applied to the anode electrode. As a result, from the field electron emission film positioned in the anode electrode / cathode electrode overlapping region between the column-selected cathode electrode and the row-selected anode electrode (or the row-selected cathode electrode and the column-selected anode electrode). Electrons are selectively emitted into the vacuum space, and the electrons are attracted to the anode electrode and collide with the phosphor layer constituting the anode panel, thereby exciting and emitting the phosphor layer.

このような構造の電界放出電極の製造にあたっては、例えばガラス基板から成る支持体10上に、例えばスパッタリング法により形成されたクロム(Cr)層から成るカソード電極形成用の導電材料層を形成した後、周知のリソグラフィ技術及びRIE法に基づき、導電材料層をパターニングすることによって、矩形形状のカソード電極の代わりにストライプ状のカソード電極11を支持体10上に形成すればよい。   In manufacturing the field emission electrode having such a structure, a cathode electrode forming conductive material layer made of, for example, a chromium (Cr) layer formed by sputtering, for example, is formed on a support 10 made of, for example, a glass substrate. The striped cathode electrode 11 may be formed on the support 10 instead of the rectangular cathode electrode by patterning the conductive material layer based on the well-known lithography technique and RIE method.

また、プラズマ処理、電場による配向処理、及び、加熱処理や各種のプラズマ処理等の順序は、本質的に任意とすることができる。以下の実施の形態においても同様である。   Moreover, the order of plasma treatment, alignment treatment by an electric field, heat treatment, various plasma treatments, and the like can be arbitrarily set. The same applies to the following embodiments.

(4)実施の形態4(3極型の電界電子放出電極・電界電子放出表示装置)
本実施の形態の電界放出電極の一例の模式的な一部端面図を図5に示し、表示装置の模式的な一部端面図を図6に示す。
この電界放出電極は、支持体10上に形成されたカソード電極11、支持体10及びカソード電極11上に形成された絶縁層12、絶縁層12上に形成されたゲート電極13、ゲート電極13及び絶縁層12に形成された開口部(ゲート電極13に形成された第1の開口部14A、及び、絶縁層12に形成された第2の開口部14B)、並びに、第2の開口部14Bの底部に露出した電界電子放出膜15から成る。電界電子放出膜15は実施の形態2によるものであり、マトリックス21、及び、先端部が突出した状態でマトリックス21中に埋め込まれたカーボンナノチューブ20から成る。
(4) Embodiment 4 (Tripolar Field Electron Emission Electrode / Field Electron Emission Display Device)
FIG. 5 shows a schematic partial end view of an example of the field emission electrode of the present embodiment, and FIG. 6 shows a schematic partial end view of the display device.
The field emission electrode includes a cathode electrode 11 formed on the support 10, an insulating layer 12 formed on the support 10 and the cathode electrode 11, a gate electrode 13 formed on the insulating layer 12, a gate electrode 13, and The opening formed in the insulating layer 12 (the first opening 14A formed in the gate electrode 13 and the second opening 14B formed in the insulating layer 12), and the second opening 14B The field electron emission film 15 is exposed at the bottom. The field electron emission film 15 is according to the second embodiment, and includes a matrix 21 and carbon nanotubes 20 embedded in the matrix 21 in a state in which a tip portion protrudes.

表示装置は、上述のような電界放出電極が有効領域に多数形成されたカソードパネルCPと、アノードパネルAPから構成されており、複数の画素から構成され、各画素は、複数の電界放出電極と、電界放出電極に対向して基板30上に設けられたアノード電極33及び蛍光体層31から構成されている。アノード電極33は有効領域を覆うシート状である。カソードパネルCPとアノードパネルAPとは、それらの周縁部において、枠体34を介して接合されている。図6に示す一部端面図には、カソードパネルCPにおいて、1本のカソード電極11につき開口部14A,14B及び電界電子放出膜15を、図面の簡素化のために2つずつ示しているが、これに限定するものではなく、また、電界放出電極の基本的な構成は図5に示したとおりである。更には、カソードパネルCPの無効領域には、真空排気用の貫通孔36が設けられており、この貫通孔36には、真空排気後に封じ切られるチップ管37が接続されている。但し、図6は表示装置の完成状態を示しており、図示したチップ管37は既に封じ切られている。また、スペーサの図示は省略した。   The display device includes a cathode panel CP in which many field emission electrodes as described above are formed in an effective region, and an anode panel AP. The display device includes a plurality of pixels, and each pixel includes a plurality of field emission electrodes. The anode electrode 33 and the phosphor layer 31 are provided on the substrate 30 so as to face the field emission electrode. The anode electrode 33 has a sheet shape covering the effective area. The cathode panel CP and the anode panel AP are joined to each other at the peripheral edge via a frame 34. In the partial end view shown in FIG. 6, in the cathode panel CP, two openings 14A and 14B and one field electron emission film 15 are shown for each cathode electrode 11 for simplification of the drawing. However, the present invention is not limited to this, and the basic structure of the field emission electrode is as shown in FIG. Furthermore, a through-hole 36 for evacuation is provided in the ineffective region of the cathode panel CP, and a tip tube 37 that is sealed after evacuation is connected to the through-hole 36. However, FIG. 6 shows a completed state of the display device, and the illustrated tip tube 37 is already sealed. The illustration of the spacer is omitted.

アノードパネルAPの構造は、実施の形態3にて説明したアノードパネルAPと同様の構造とすることができるので、詳細な説明は省略する。   Since the structure of the anode panel AP can be the same as that of the anode panel AP described in the third embodiment, detailed description thereof is omitted.

この表示装置において表示を行う場合には、カソード電極11には相対的な負電圧がカソード電極制御回路40から印加され、ゲート電極13には相対的な正電圧がゲート電極制御回路41から印加され、アノード電極33にはゲート電極13よりも更に高い正電圧がアノード電極制御回路42から印加される。かかる表示装置において表示を行う場合、例えば、カソード電極11にカソード電極制御回路40から走査信号を入力し、ゲート電極13にゲート電極制御回路41からビデオ信号を入力する。あるいは又、カソード電極11にカソード電極制御回路40からビデオ信号を入力し、ゲート電極13にゲート電極制御回路41から走査信号を入力してもよい。カソード電極11とゲート電極13との間に電圧を印加した際に生ずる電界により、量子トンネル効果に基づき電界電子放出膜15から電子が放出され、この電子がアノード電極33に引き付けられ、蛍光体層31に衝突する。その結果、蛍光体層31が励起されて発光し、所望の画像を得ることができる。   When performing display in this display device, a relative negative voltage is applied to the cathode electrode 11 from the cathode electrode control circuit 40, and a relative positive voltage is applied to the gate electrode 13 from the gate electrode control circuit 41. A positive voltage higher than that of the gate electrode 13 is applied to the anode electrode 33 from the anode electrode control circuit 42. When performing display in such a display device, for example, a scanning signal is input to the cathode electrode 11 from the cathode electrode control circuit 40, and a video signal is input to the gate electrode 13 from the gate electrode control circuit 41. Alternatively, a video signal may be input to the cathode electrode 11 from the cathode electrode control circuit 40 and a scanning signal may be input to the gate electrode 13 from the gate electrode control circuit 41. Electrons are emitted from the field electron emission film 15 based on the quantum tunnel effect due to an electric field generated when a voltage is applied between the cathode electrode 11 and the gate electrode 13, and the electrons are attracted to the anode electrode 33, so that the phosphor layer Collide with 31. As a result, the phosphor layer 31 is excited to emit light, and a desired image can be obtained.

以下、電界電子放出電極、電界電子放出表示装置のその他の実施形態については、既に実施の形態3において述べた方法と同様であり、それ以外については通常の公知技術を用いることによって可能であるので省略する。   Hereinafter, the other embodiments of the field electron emission electrode and the field electron emission display device are the same as those already described in the third embodiment, and the other embodiments can be performed by using ordinary known techniques. Omitted.

つぎに、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
試験例1〜28
カーボンナノチューブは、図7に示すアーク放電装置60(カーボンナノチュ
ーブ製造装置)を用いて作製したSWNTs(単層カーボンナノチューブ)を湿式精製によって精製し、80%以上の純度のものを使用した。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Test Examples 1 to 28
As the carbon nanotubes, SWNTs (single-walled carbon nanotubes) produced using the arc discharge device 60 (carbon nanotube production device) shown in FIG. 7 were purified by wet purification, and those having a purity of 80% or more were used.

ここで、上記カーボンナノチューブの製造装置60について説明する。放電室63はロータリーポンプ61により減圧可能となっている。放電室63の減圧状態は、真空計62によって測定される。放電室63の陽極69側に、触媒含有黒鉛材65が設置され、陰極68側に黒鉛材64が設置される。カーボンナノチューブ製造時には、Heガス導入口66からヘリウムガスが放電室63に導入され、直流電源71により陽極69および陰極68間に電圧が印加され、両者間に放電が生じる。この放電により、触媒含有黒鉛材65が蒸発し、蒸発した炭素の一部が気相で凝縮し、放電室63の内壁に煤(スス)となって付着する。生じた煤は、放電室63の下部に設けられた煤回収口67により回収される。この煤を公知の湿式精製方法で処理することによりカーボンナノチューブが得られる。   Here, the carbon nanotube production apparatus 60 will be described. The discharge chamber 63 can be depressurized by the rotary pump 61. The reduced pressure state of the discharge chamber 63 is measured by the vacuum gauge 62. A catalyst-containing graphite material 65 is installed on the anode 69 side of the discharge chamber 63, and a graphite material 64 is installed on the cathode 68 side. At the time of manufacturing the carbon nanotube, helium gas is introduced into the discharge chamber 63 from the He gas inlet 66, and a voltage is applied between the anode 69 and the cathode 68 by the DC power source 71, and a discharge is generated therebetween. Due to this discharge, the catalyst-containing graphite material 65 evaporates, and a part of the evaporated carbon is condensed in the gas phase and adheres to the inner wall of the discharge chamber 63 as soot. The generated soot is collected by a soot collecting port 67 provided in the lower part of the discharge chamber 63. A carbon nanotube is obtained by processing this soot by a known wet purification method.

本発明に従い、上記カーボンナノチューブと、熱分解性の金属化合物と、分散剤1と、分散剤2と、溶剤とを含む電界電子放出電極用インクを作製した。この場合上記カーボンナノチューブと、金属化合物粒子と、分散剤1と、分散剤2と、溶剤とをそれぞれ所定濃度で十分に混合してインクを調製した。混合に当っては、上記混合物とジルコニアビーズとを合わせてペイントシェーカーに入れ10時間の混合処理を行った。   In accordance with the present invention, an ink for a field electron emission electrode comprising the carbon nanotube, a thermally decomposable metal compound, a dispersant 1, a dispersant 2, and a solvent was prepared. In this case, the carbon nanotube, the metal compound particles, the dispersant 1, the dispersant 2, and the solvent were sufficiently mixed at a predetermined concentration to prepare an ink. In mixing, the above mixture and zirconia beads were combined and placed in a paint shaker and mixed for 10 hours.

下記表1、表2に示すように、熱分解性金属化合物としては、試験例1〜21および試験例24〜28ではテトラブトキシ錫(TBT)とトリブチルインジウム(TBI)との混合物を、試験例22ではテトラブトキシ錫(TBT)とトリクロロインジウム(TCI)との混合物を、試験例23では四塩化錫(TCT:テトラクロロ錫)とトリブチルインジウム(TBI)との混合物をそれぞれ使用した。   As shown in Table 1 and Table 2 below, as the thermally decomposable metal compound, in Test Examples 1 to 21 and Test Examples 24 to 28, a mixture of tetrabutoxytin (TBT) and tributylindium (TBI) is used as a test example. In Test No. 22, a mixture of tetrabutoxytin (TBT) and trichloroindium (TCI) was used, and in Test Example 23, a mixture of tin tetrachloride (TCT: tetrachlorotin) and tributylindium (TBI) was used.

さらに、ここでは添加剤の配合量を、母材を100とした場合のモル%で示した。例えば、試験例1では母材TBT100モルに対してTBIを5モル%添加した。なお、上記添加剤は、母材を構成する金属元素に対してドーパントとして機能する元素を含有するものであり、インク塗膜の焼成により、ドーパント元素が上記金属元素に結合した酸化物もしくはハロゲン化酸化物が生成する。具体的には、試験例1〜21及び試験例24〜28ではTBTが母材、TBIが添加剤(インジウムがドーパント)であり、試験例22ではTBTが母材、TCIが添加剤(インジウムがドーパント)である。試験例23ではTCTが母材、TBIが添加剤(インジウムがドーパント)である。これらの試験例では、焼成によりITOが生成する。   Furthermore, the compounding quantity of the additive was shown here by mol% when a base material is set to 100. For example, in Test Example 1, 5 mol% of TBI was added to 100 mol of the base material TBT. The additive contains an element that functions as a dopant with respect to the metal element that constitutes the base material, and an oxide or halogenated compound in which the dopant element is bonded to the metal element by firing of the ink coating film. An oxide is formed. Specifically, in Test Examples 1 to 21 and Test Examples 24 to 28, TBT is a base material, TBI is an additive (indium is a dopant), and in Test Example 22, TBT is a base material and TCI is an additive (indium is an indium). Dopant). In Test Example 23, TCT is a base material, and TBI is an additive (indium is a dopant). In these test examples, ITO is generated by firing.

また、分散剤1と分散剤2との組み合わせとして、試験例1〜23ではドセシルトリメチル塩化アンモニウム(DTMAC)とアルキルベンゼンスルホン酸(ABS)との組み合わせとした。このうち、ABSのアルキル基の炭素原子数として、試験例1はN=3、試験例2はN=4、試験例3,6〜23はN=12、試験例4はN=20、試験例5はN=21とした。さらに、試験例24〜28では分散剤2をABS(N=12)の固定とし、分散剤1として試験例24はオクタデシルアミン(ODA)、試験例25はドデシルジメチルアミン(DDMA)、試験例26はジオクチルジメチル塩化アンモニウム(DODMAC)、試験例27はメチルトリオクタデカニル塩化アンモニウム(MTOAC)、試験例28はジメチルジオクタデカニル塩化アンモニウム(DMDOAC)とした。   Further, as a combination of the dispersant 1 and the dispersant 2, in Test Examples 1 to 23, a combination of docecil trimethyl ammonium chloride (DTMAC) and alkylbenzene sulfonic acid (ABS) was used. Among these, as the number of carbon atoms of the alkyl group of ABS, Test Example 1 is N = 3, Test Example 2 is N = 4, Test Examples 3 and 6 to 23 are N = 12, Test Example 4 is N = 20, Test In Example 5, N = 21. Further, in Test Examples 24 to 28, the dispersant 2 was fixed to ABS (N = 12), and as the dispersant 1, Test Example 24 was octadecylamine (ODA), Test Example 25 was dodecyldimethylamine (DDMA), and Test Example 26. Is dioctyldimethylammonium chloride (DODMAC), Test Example 27 is methyltrioctadecanyl ammonium chloride (MTOAC), and Test Example 28 is dimethyldioctadecanyl ammonium chloride (DMDOAC).

また、溶剤として、試験例1〜6,18〜28では酢酸ブチル、試験例7ではベンゼン、試験例8ではトルエン、試験例9ではキシレン、試験例10ではアセトン、試験例11ではメチルエチルケトン(MEK)、試験例12ではヘキサン、試験例13ではエタノール、試験例14ではイソプロピルアルコール(IPA)、試験例15ではジメチルスルホキシド(DMSO)、試験例16ではジメチルホルムアミド(DMF)、試験例17ではテトラヒドロフラン(THF)を使用した。   As solvents, butyl acetate in Test Examples 1 to 6, 18 to 28, benzene in Test Example 7, toluene in Test Example 8, xylene in Test Example 9, acetone in Test Example 10, and methyl ethyl ketone (MEK) in Test Example 11 Test Example 12 is hexane, Test Example 13 is ethanol, Test Example 14 is isopropyl alcohol (IPA), Test Example 15 is dimethyl sulfoxide (DMSO), Test Example 16 is dimethylformamide (DMF), and Test Example 17 is tetrahydrofuran (THF). )It was used.

また、下記表1,2において、インク中のCNTs(カーボンナノチューブ)の濃度(重量部)は、インクの全重量を100とした場合のカーボンナノチューブの重量を示している。さらに、試験例6に係るインクでは、キレート剤としてアセチルアセトン(Acac)を適量添加した。なお、この場合の表中の溶媒濃度はキレート剤と合計した濃度としている。   In Tables 1 and 2 below, the concentration (parts by weight) of CNTs (carbon nanotubes) in the ink indicates the weight of the carbon nanotubes when the total weight of the ink is 100. Furthermore, in the ink according to Test Example 6, an appropriate amount of acetylacetone (Acac) was added as a chelating agent. In this case, the solvent concentration in the table is the total concentration with the chelating agent.

つぎに、得られたインクを用いて、インクの分散性、安定性を評価した。
分散性の評価として、インクを光学顕微鏡にて観察し、5μm以上の凝集がないものを○、5μm以上の小さい凝集物がある場合は△、5μm以上の大きい凝集物がある場合は×とした。また、安定性の評価として、インクを10日静置して沈殿、もしくは凝集しないものを○、凝集するものを△、沈殿するものを×とした。
Next, the dispersibility and stability of the ink were evaluated using the obtained ink.
As an evaluation of dispersibility, the ink was observed with an optical microscope, and when there was no aggregation of 5 μm or more, ◯ when there was a small aggregate of 5 μm or more, Δ when there was a large aggregate of 5 μm or more . In addition, as the evaluation of stability, the ink was left to stand for 10 days, and the ink that did not precipitate or aggregate was evaluated as ◯, the aggregated as Δ, and the precipitated as ×.

さらに、そのインクを使用して電極基板上に電界電子放出膜を形成し、電界電子放出特性(FE特性)を評価した。電極基板へのインク塗布(電界電子放出膜の塗膜形成)は、図8のスプレー塗布装置を使用した。なお、スプレー塗布による乾燥後の塗膜膜厚は1μmとした。   Further, a field electron emission film was formed on the electrode substrate using the ink, and the field electron emission characteristics (FE characteristics) were evaluated. The spray coating apparatus of FIG. 8 was used for ink application (formation of a field electron emission film) to the electrode substrate. The coating film thickness after drying by spray coating was 1 μm.

使用したスプレー塗布装置の構造および、これによるインク塗布方法について図8を参照して説明する。上部にインク用タンク72、下部にノズル75、中央部にコック72aと、これらコック72a・ノズル75間の所定部位に図略の流量制御弁とを設けることにより、塗布装置本体を構成する。この本体の上記ノズル75直近直上部位にエアー配管76および弁制御用エアー配管77を接続する。上記本体は矢印方向および紙面に垂直方向に前後動自在(X,Y方向に移動自在)とする。   The structure of the spray coating apparatus used and the ink coating method using this will be described with reference to FIG. An ink tank 72 is provided in the upper part, a nozzle 75 is provided in the lower part, a cock 72a is provided in the central part, and a flow rate control valve (not shown) is provided at a predetermined portion between the cock 72a and the nozzle 75, thereby constituting a coating apparatus main body. An air pipe 76 and a valve control air pipe 77 are connected to a portion of the main body immediately above the nozzle 75. The main body is movable back and forth in the direction of the arrow and perpendicular to the paper surface (movable in the X and Y directions).

インク塗布に際しては、電界電子放出電極基板73aをエアーチャック74の所定位置に真空吸着により固定する。コック72aを開放し、弁制御用エアー配管77から所定圧に制御された加圧エアーを上記流量制御弁に供給するとともに、エアー配管76から加圧エアーを供給する。これによりインク用タンク72内のインクがノズル75から電極基板73a上にスプレーされる。この塗布工程では、電極基板73aをX,Y方向に移動自在させる。なお、図8において符号73は電界電子放出電極であり、符号73bはインク塗膜である。   When applying ink, the field electron emission electrode substrate 73a is fixed to a predetermined position of the air chuck 74 by vacuum suction. The cock 72a is opened, pressurized air controlled to a predetermined pressure is supplied from the valve control air pipe 77 to the flow control valve, and pressurized air is supplied from the air pipe 76. As a result, the ink in the ink tank 72 is sprayed from the nozzle 75 onto the electrode substrate 73a. In this coating step, the electrode substrate 73a is movable in the X and Y directions. In FIG. 8, reference numeral 73 denotes a field electron emission electrode, and reference numeral 73b denotes an ink coating film.

このインク塗膜を200℃にて大気中で乾燥し、470℃にて30分間焼成後、表面処理を行ってカーボンナノチューブを表面に突出させ、かくて電界電子放出電極用の電極基板(サンプル)を作製した。この電極基板を適当な大きさに切断することにより、以下に述べるような電界電子放出電極を得た後、これら電極の評価を行った。
なお、塗膜の焼成条件として、本実施例では470℃で30分と最適化を行っているが、焼成温度は金属化合物の組成によって決まるため、本発明は本実施例での条件に限定されるものではない。
This ink coating film was dried in the air at 200 ° C., baked at 470 ° C. for 30 minutes, and then surface-treated to project the carbon nanotubes on the surface, thus an electrode substrate for a field electron emission electrode (sample) Was made. The electrode substrate was cut into an appropriate size to obtain field electron emission electrodes as described below, and then the electrodes were evaluated.
In this example, the baking conditions for the coating film are optimized at 470 ° C. for 30 minutes. However, since the baking temperature is determined by the composition of the metal compound, the present invention is limited to the conditions in this example. It is not something.

図9は、電界電子放出電極を評価するための装置を示す概略図である。図9に記載された符号について説明すると、78はガラス押さえ用錘、79はガラス基板上に蛍光体79aを塗布したアノード電極(ガラスアノード)、80はガラススペーサー(ガラスファイバー)、81は本発明に係る電界電子放出膜81aを塗布したカソード電極、82は電源および、電圧・電流測定器である。   FIG. 9 is a schematic view showing an apparatus for evaluating a field electron emission electrode. 9, the reference numeral 78 denotes a glass pressing weight, 79 denotes an anode electrode (glass anode) obtained by applying a phosphor 79a on a glass substrate, 80 denotes a glass spacer (glass fiber), and 81 denotes the present invention. The cathode electrode 82 on which the field electron emission film 81a is applied is a power source and a voltage / current measuring instrument.

カソード電極81上に直径1mmのガラススペーサー80を配置し、このスペーサー上にアノード電極79を、ITO膜79aが電界電子放出膜81aと対面するように設置した。スペース保持のためにアノード電極79上に錘78を載せた。真空中(0.00001Pa以下)でカソード電極81に5kVを印加した。   A glass spacer 80 having a diameter of 1 mm was placed on the cathode electrode 81, and an anode electrode 79 was placed on the spacer so that the ITO film 79a faces the field electron emission film 81a. A weight 78 was placed on the anode electrode 79 to maintain the space. 5 kV was applied to the cathode electrode 81 in a vacuum (0.00001 Pa or less).

電界電子放出特性(FE特性)は、電圧印加持の蛍光体の発光状態から評価した。すなわち、CCDカメラにてアノード電極79の発光部分(15×15mm)を撮影し、発光面積を算出した。   The field electron emission characteristic (FE characteristic) was evaluated from the light emission state of the phosphor with voltage applied. That is, the light emitting area (15 × 15 mm) of the anode electrode 79 was photographed with a CCD camera and the light emitting area was calculated.

比較例1〔分散剤を使用しない場合〕
分散剤を添加せずに、酢酸ブチル中にカーボンナノチューブ0.05重量部を加えて、超音波振動を付加することにより分散させた。その後、TBT100mol%とTBI5mol%との混合物を添加して、比較例1のインクとし、上記の評価を行った。
Comparative Example 1 [When no dispersant is used]
Without adding a dispersant, 0.05 parts by weight of carbon nanotubes were added to butyl acetate and dispersed by applying ultrasonic vibration. Thereafter, a mixture of TBT 100 mol% and TBI 5 mol% was added to obtain an ink of Comparative Example 1, and the above evaluation was performed.

比較例2〔ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を使用した場合〕
SDSを酢酸ブチルに溶解させ、その溶液にカーボンナノチューブ0.05重量部を加えて、超音波振動を付加することにより分散させた。その後、TBT100mol%とTBI5mol%との混合物を添加して、比較例2のインクとし、上記の評価を行った。
Comparative Example 2 [when sodium dodecyl sulfate (SDS) is used]
SDS was dissolved in butyl acetate, 0.05 parts by weight of carbon nanotubes were added to the solution, and dispersed by applying ultrasonic vibration. Thereafter, a mixture of TBT 100 mol% and TBI 5 mol% was added to obtain the ink of Comparative Example 2, and the above evaluation was performed.

比較例3〔ポリオキシエチレン−10−オクチルフェニルエーテル(Triton−X)を使用した場合〕
分散剤として比較例2のSDSに代えてTriton−Xを使用し、それ以外の条件は比較例2と同様にして比較例3のインクを作製し、上記の評価を行った。
Comparative Example 3 [when polyoxyethylene-10-octylphenyl ether (Triton-X) is used]
Triton-X was used instead of the SDS of Comparative Example 2 as a dispersant, and the ink of Comparative Example 3 was prepared in the same manner as in Comparative Example 2 except for the above conditions, and the above evaluation was performed.

比較例4〔オクタデシルアミン(ODA)を使用した場合〕
分散剤として比較例2のSDSに代えてODAを使用し、それ以外の条件は比較例2と同様にして比較例4のインクを作製し、上記の評価を行った。
Comparative Example 4 [when octadecylamine (ODA) is used]
ODA was used instead of the SDS of Comparative Example 2 as a dispersant, and the ink of Comparative Example 4 was prepared in the same manner as in Comparative Example 2 except for the above conditions, and the above evaluation was performed.

比較例5〔ドセシルトリメチル塩化アンモニウム(DTMAC)を使用した場合〕
DTMACを酢酸ブチルに溶解させ、その溶液にカーボンナノチューブ0.05重量部を加えて、超音波振動を付加することにより分散させた。その後、TBT100mol%とTBI6mol%との混合物を添加して、比較例5のインクとし、上記の評価を行った。
Comparative Example 5 [When Docecil Trimethyl Ammonium Chloride (DTMAC) is Used]
DTMAC was dissolved in butyl acetate, 0.05 parts by weight of carbon nanotubes were added to the solution, and dispersed by applying ultrasonic vibration. Thereafter, a mixture of 100 mol% of TBT and 6 mol% of TBI was added to obtain an ink of Comparative Example 5, and the above evaluation was performed.

比較例6〔ドデシルベンゼンスルホン酸(ABS(N=12))を使用した場合〕
分散剤として比較例2のSDSに代えてABS(N=12)を使用し、それ以外の条件は比較例2と同様にして比較例6のインクを作製し、上記の評価を行った。
Comparative Example 6 [when dodecylbenzenesulfonic acid (ABS (N = 12)) is used]
The ink of Comparative Example 6 was prepared in the same manner as in Comparative Example 2 except that ABS (N = 12) was used instead of the SDS of Comparative Example 2 as a dispersant, and the above evaluation was performed.

下記表1,2に、比較例1〜6および試験例1〜28に係るインクの成分・組成等、評価および、このインクを使用して作製した電界放出電極の評価結果(FE特性)をまとめた。   Tables 1 and 2 below summarize the evaluation of the components and compositions of the inks according to Comparative Examples 1 to 6 and Test Examples 1 to 28, and the evaluation results (FE characteristics) of field emission electrodes produced using this ink. It was.

Figure 0004432440
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Figure 0004432440
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表1,2の結果から、試験例1〜28によれば、比較例1〜6に比べてカーボンナノチューブの分散性に優れかつ分散安定性の高い電界電子放出電極用インクが得られた。また、そのインクを用いることにより、表面のカーボンナノチューブが凝集することなく、均一に薄膜形成でき、電界電子放出特性も向上した。   From the results of Tables 1 and 2, according to Test Examples 1 to 28, field electron emission electrode inks having excellent carbon nanotube dispersibility and high dispersion stability as compared with Comparative Examples 1 to 6 were obtained. In addition, by using the ink, a thin film can be uniformly formed without agglomeration of carbon nanotubes on the surface, and field electron emission characteristics are improved.

なお、上記実施例では、なお、本実施例では、熱分解性の有機金属化合物にTBT、TBI、TCI、TCT、溶媒に酢酸ブチル、ベンゼン、トルエン、キシレン、アセトン、MEK、ヘキサン、エタノール、IPA、DMSO、DMF、THFを代表として使用したが、本発明の効果はそれらに限定されるものではなく、他の熱分解性金属化合物および溶剤を使用することで、同様に優れた結果を得ることができる。   In this example, TBT, TBI, TCI, TCT are used as the thermally decomposable organometallic compound, and butyl acetate, benzene, toluene, xylene, acetone, MEK, hexane, ethanol, IPA are used as the solvent. , DMSO, DMF, and THF were used as representatives, but the effects of the present invention are not limited to these, and excellent results can be obtained by using other thermally decomposable metal compounds and solvents. Can do.

本発明の実施の形態3の電界電子放出表示装置の模式的な一部断面図である。It is a typical partial cross section figure of the field electron emission display apparatus of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3の電界電子放出表示装置における1つの電界電子放出膜の模式的な斜視図である。It is a typical perspective view of one field electron emission film | membrane in the field electron emission display apparatus of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3における電界電子放出膜の製造方法を説明するための支持体等の模式的な一部端面図である。It is typical partial end views of a support etc. for explaining a manufacturing method of a field electron emission film in Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施の形態3の電界電子放出表示装置におけるアノードパネルの製造方法を説明するための基板等の模式的な一部端面図である。It is typical partial end views of the board | substrate etc. for demonstrating the manufacturing method of the anode panel in the field electron emission display apparatus of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4における電界電子放出素子の製造方法を説明するための支持体等の模式的な一部端面図である。It is typical partial end views of a support etc. for explaining the manufacturing method of the field electron emission element in Embodiment 4 of the present invention. 本発明の実施の形態4の電界電子放出表示装置の模式的な一部端面図である。It is a typical partial end view of the field electron emission display apparatus of Embodiment 4 of this invention. カーボンナノチューブの製造装置の一例を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed an example of the manufacturing apparatus of a carbon nanotube. スプレー塗布装置の概略図である。It is the schematic of a spray coating apparatus. 電界電子放出電極の評価装置の概略図である。It is the schematic of the evaluation apparatus of a field electron emission electrode.

符号の説明Explanation of symbols

CP…カソードパネル、AP…アノードパネル、10…支持体、11…カソード電極、11A…配線、12…絶縁層、13…ゲート電極、14,14A,14B…開口部、15…電界電子放出膜、20…カーボンナノチューブ、21…マトリックス、30…基板、32…ブラックマトリックス、33…アノード電極、34…枠体、35…スペーサ、36…貫通孔、37…チップ管、40,40A…カソード電極制御回路、41…ゲート電極制御回路、42…アノード電極制御回路、50…感光性被膜、51…感光性被膜の露光部分、52…感光性被膜の残部、53…マスク、54…孔部、61…ロータリーポンプ、62…真空計、63…放熱室、64…黒鉛材、65…触媒含有黒鉛材、66…Heガス導入口、67…煤回収口、68…陰極、69…陽極、70…カーボンナノチューブ製造装置、71…直流電源、72…インク用タンク、72a…コック、73…電界電子放出電極、73a…電極基板、73b…インク塗膜、74…エアーチャック、75…ノズル、76…エアー配管、77…弁制御用エアー配管、78…ガラス押さえ用錘、79…アノード電極、79a…ITO膜、80…ガラススペーサー、81…カソード電極、81a…電界電子放出膜、82…電源および、電圧・電流測定器。

CP ... cathode panel, AP ... anode panel, 10 ... support, 11 ... cathode electrode, 11A ... wiring, 12 ... insulating layer, 13 ... gate electrode, 14, 14A, 14B ... opening, 15 ... field electron emission film, DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Carbon nanotube, 21 ... Matrix, 30 ... Substrate, 32 ... Black matrix, 33 ... Anode electrode, 34 ... Frame, 35 ... Spacer, 36 ... Through-hole, 37 ... Tip tube, 40, 40A ... Cathode electrode control circuit , 41 ... Gate electrode control circuit, 42 ... Anode electrode control circuit, 50 ... Photosensitive coating, 51 ... Exposed portion of photosensitive coating, 52 ... Remaining portion of photosensitive coating, 53 ... Mask, 54 ... Hole, 61 ... Rotary Pump, 62 ... Vacuum gauge, 63 ... Radiation chamber, 64 ... Graphite material, 65 ... Catalyst-containing graphite material, 66 ... He gas inlet, 67 ... Soot recovery port, 68 ... Cathode, DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Anode, 70 ... Carbon nanotube manufacturing apparatus, 71 ... DC power supply, 72 ... Ink tank, 72a ... Cock, 73 ... Field electron emission electrode, 73a ... Electrode substrate, 73b ... Ink coating film, 74 ... Air chuck, 75 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Nozzle, 76 ... Air piping, 77 ... Valve control air piping, 78 ... Glass pressing weight, 79 ... Anode electrode, 79a ... ITO film, 80 ... Glass spacer, 81 ... Cathode electrode, 81a ... Field electron emission film, 82: Power source and voltage / current measuring device.

Claims (14)

カーボンナノチューブ構造体を0.005〜5重量%と、熱分解性の金属化合物と、溶剤と、分散剤とを含み、
前記分散剤が有機アミン化合物または有機アンモニウム化合物と、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルスルホン酸またはその塩との組み合わせからなることを特徴とする電界電子放出電極用インク。
0.005 to 5% by weight of a carbon nanotube structure, a thermally decomposable metal compound, a solvent, and a dispersant,
A field electron emission electrode ink, wherein the dispersant is a combination of an organic amine compound or an organic ammonium compound and an alkylbenzenesulfonic acid, an alkylsulfonic acid or a salt thereof.
前記有機アミン化合物が、炭素原子数が4以上の直鎖または分岐アルキル基を有する1級、2級または3級アミンであることを特徴とする請求項1に記載の電界電子放出電極用インク。   2. The field electron emission ink according to claim 1, wherein the organic amine compound is a primary, secondary or tertiary amine having a linear or branched alkyl group having 4 or more carbon atoms. 前記有機アンモニウム化合物が、炭素原子数が4以上の直鎖または分岐アルキル基を有するものであることを特徴とする請求項1に記載の電界電子放出電極用インク。   The ink for a field electron emission electrode according to claim 1, wherein the organic ammonium compound has a linear or branched alkyl group having 4 or more carbon atoms. 前記アルキルベンゼンスルホン酸および前記アルキルスルホン酸のアルキル基が、炭素原子数が3以上の直鎖または分岐アルキル基であることを特徴とする請求項1に記載の電界電子放出電極用インク。   The ink for a field electron emission electrode according to claim 1, wherein the alkylbenzenesulfonic acid and the alkyl group of the alkylsulfonic acid are linear or branched alkyl groups having 3 or more carbon atoms. 前記分散剤のうち、有機アミン化合物または有機アンモニウム化合物のインク中濃度が0.001〜1重量%であることを特徴とする請求項1に記載の電界電子放出電極用インク。   2. The field electron emission electrode ink according to claim 1, wherein a concentration of the organic amine compound or the organic ammonium compound in the ink in the dispersant is 0.001 to 1 wt%. 前記分散剤のうち、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルスルホン酸またはその塩のインク中濃度が0.001〜1重量%であることを特徴とする請求項1に記載の電界電子放出電極用インク。   2. The field electron emission electrode ink according to claim 1, wherein the concentration of alkylbenzene sulfonic acid, alkyl sulfonic acid, or a salt thereof in the dispersant is 0.001 to 1 wt%. 前記熱分解性の金属化合物が有機金属化合物、金属塩または有機金属塩化合物であることを特徴とする請求項1に記載の電界電子放出電極用インク。   2. The field electron emission electrode ink according to claim 1, wherein the thermally decomposable metal compound is an organometallic compound, a metal salt, or an organometallic salt compound. 前記熱分解性の金属化合物が複数の金属からなるものであることを特徴とする請求項1に記載の電界電子放出電極用インク。   2. The field electron emission electrode ink according to claim 1, wherein the thermally decomposable metal compound comprises a plurality of metals. 前記熱分解性の金属化合物の金属が、Snと、InおよびSbから選ばれる少なくとも1種の添加金属であることを特徴とする請求項1に記載の電界電子放出電極用インク。   2. The field electron emission electrode ink according to claim 1, wherein the metal of the thermally decomposable metal compound is at least one additive metal selected from Sn, In and Sb. 前記熱分解性の金属化合物のインク中濃度が0.1〜50重量%であることを特徴とする請求項1に記載の電界電子放出電極用インク。   2. The field electron emission electrode ink according to claim 1, wherein the concentration of the thermally decomposable metal compound in the ink is 0.1 to 50% by weight. 電界電子放出電極に用いられる電界電子放出膜の製造方法であって、
カーボンナノチューブ構造体を0.005〜5重量%と、熱分解性の金属化合物と、溶剤と、分散剤とを含み、前記分散剤が有機アミン化合物または有機アンモニウム化合物と、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルスルホン酸またはその塩との組み合わせからなるものであるインクを電極基板上に塗布する工程を有することを特徴とする電界電子放出膜の製造方法。
A method of manufacturing a field electron emission film used for a field electron emission electrode,
0.005 to 5% by weight of a carbon nanotube structure, a thermally decomposable metal compound, a solvent, and a dispersant, wherein the dispersant is an organic amine compound or an organic ammonium compound, alkylbenzene sulfonic acid, alkyl sulfone A process for producing a field electron emission film comprising a step of applying an ink comprising an acid or a salt thereof on an electrode substrate.
支持体上に順次形成されたカソード電極および電界電子放出膜からなる2極型の電界電子放出電極の製造方法であって、
前記電界電子放出膜の製造工程に、カーボンナノチューブ構造体を0.005〜5重量%と、熱分解性の金属化合物と、溶剤と、分散剤とを含み、前記分散剤が有機アミン化合物または有機アンモニウム化合物と、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルスルホン酸またはその塩との組み合わせからなるものであるインクを前記カソード電極上に塗布する工程と、該塗布膜を焼成する工程とを含むことを特徴とする電界電子放出電極の製造方法。
A method of manufacturing a bipolar field electron emission electrode comprising a cathode electrode and a field electron emission film sequentially formed on a support,
The manufacturing process of the field electron emission film includes 0.005 to 5% by weight of a carbon nanotube structure, a thermally decomposable metal compound, a solvent, and a dispersant, and the dispersant is an organic amine compound or organic An electric field comprising a step of applying an ink composed of a combination of an ammonium compound and an alkylbenzene sulfonic acid, an alkyl sulfonic acid or a salt thereof onto the cathode electrode, and a step of baking the coating film. Manufacturing method of electron emission electrode.
支持体上に順次形成されたカソード電極、絶縁層およびゲート電極と、前記絶縁層およびゲート電極に共通に形成された開口部と、少なくとも該開口部におけるカソード電極上に形成された電界電子放出膜とからなる3極型の電界電子放出電極の製造方法であって、
前記電界電子放出膜の製造工程に、カーボンナノチューブ構造体を0.005〜5重量%と、熱分解性の金属化合物と、溶剤と、分散剤とを含み、前記分散剤が有機アミン化合物または有機アンモニウム化合物と、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルスルホン酸またはその塩との組み合わせからなるものであるインクを前記カソード電極上に塗布する工程と、該塗布膜を焼成する工程とを含むことを特徴とする電界電子放出電極の製造方法。
A cathode electrode, an insulating layer and a gate electrode sequentially formed on the support, an opening formed in common with the insulating layer and the gate electrode, and a field electron emission film formed on at least the cathode electrode in the opening A method of manufacturing a tripolar field electron emission electrode comprising:
The manufacturing process of the field electron emission film includes 0.005 to 5% by weight of a carbon nanotube structure, a thermally decomposable metal compound, a solvent, and a dispersant, and the dispersant is an organic amine compound or organic An electric field comprising a step of applying an ink composed of a combination of an ammonium compound and an alkylbenzene sulfonic acid, an alkyl sulfonic acid or a salt thereof onto the cathode electrode, and a step of baking the coating film. Manufacturing method of electron emission electrode.
複数の電界電子放出電極を備えたカソードパネルと、蛍光体層およびアノード電極を備えたアノードパネルとが、それぞれの周縁部で接合されてなる電界電子放出表示装置の製造方法であって、
前記電界電子放出電極を請求項12または13に記載の方法で製造することを特徴とする電界電子放出表示装置の製造方法。

A method of manufacturing a field electron emission display device in which a cathode panel having a plurality of field electron emission electrodes and an anode panel having a phosphor layer and an anode electrode are joined at the respective peripheral portions,
A method for manufacturing a field electron emission display device, wherein the field electron emission electrode is manufactured by the method according to claim 12 or 13.

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