JP5491036B2 - 電界放出型電子源及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電界放出型電子源及びその製造方法に関し、特にカーボンナノチューブを使用した電界放出型電子源及びその製造方法に関するものである。
電子源は、電界放出型電子源及び表面伝導型電子源を含む。該電界放出型電子源及び表面伝導型電子源は、低温又は室温で作動し、熱電子源と比べて、消費電力が低く、応答速度が速く、放出ガスが少ないという優れた点を有する。現在、電界放出型電子源及び表面伝導型電子源を大型表示装置に応用するために、大寸法を有する電子源に対して、研究がなされている。
図１を参照すると、従来技術としての大寸法を有する電界放出型電子源３００は、絶縁基板３０、前記絶縁基板３０に設置された複数の電子放出ユニット３６、前記絶縁基板３０に設置された複数の陰極電極３４及び複数のグリッド電極３２を含む。前記複数の陰極電極３４及び複数のグリッド電極３２が短絡することを防止するために、該複数の陰極電極３４及び複数のグリッド電極３２の間に絶縁層３３により電気絶縁する。各電子放出ユニット３６は、少なくとも一つの陰極放出体３８を含み、該陰極放出体３８は、前記陰極電極３４に電気的に接続され、且つ前記グリッド電極３２と分離して設置される。前記陰極放出体３８は、前記グリッド電極３２のプラス電位になると、電子を放射することができる。前記電界放出型電子源３００は、電子を放射する効率が良い。しかし、前記電界放出型電子源３００において、前記グリッド電極３２の位置が前記陰極電極３４の位置より高い必要があり、前記陰極放出体３８が前記グリッド電極３２の作用で電子を放射するので、前記陰極電極３４及び前記グリッド電極３２の距離が近い必要があるが、前記陰極電極３４及び前記グリッド電極３２の距離を正確に制御できず、必要とする駆動電圧が高く、コストを高める。
図２を参照すると、従来技術としての表面伝導型電子源４００は、絶縁基板４０、前記絶縁基板４０に設置された複数の電子放出ユニット４６、前記絶縁基板４０に設置された複数の陰極電極４４及び複数のグリッド電極４２を含む。前記複数の陰極電極４４は、平行し、等間隔に前記絶縁基板４０に設置され、前記複数のグリッド電極４２は、平行し、等間隔に前記絶縁基板４０に設置され、該グリッド電極４２が前記複数の陰極電極４４に平行する延長部４２１を有する。該複数の陰極電極４４と該複数のグリッド電極４２は、垂直に交叉して前記絶縁基板４０に設置されている。該複数の陰極電極４４と該複数のグリッド電極４２とが短絡することを防止するために、交叉する場所に絶縁層４３が設置されている。各電子放出ユニット４６は、電子放出体４８を含み、該電子放出体４８は、それぞれ前記複数の陰極電極４４と複数のグリッド電極４２の延長部に電気的に接続される。該電子放出体４８は、電子放出区域（非特許文献１を参照）を含む。該電子放出区域は、小さい粒子からなるフィルムである。該電子放出区域の両端に電圧を印加することにより、且つ該電子放出区域に表面処理を行なって、該電子放出区域をアクティブにさせ、電子は、表面伝導電流を形成でき、前記グリッド電極４２のプラス電位の作用で電子を放出することができる。
Ｔ．Ｏｇｕｃｈｉ ｅｔ ａｌ．，"Ａ３６-ｉｎｃｈ Ｓｕｒｆａｃｅ-ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ-ｅｍｉｔｔｅｒ Ｄｉｓｐｌａｙ（ＳＥＤ）"、「ＳＩＤ’０５ Ｄｉｇｅｓｔ」、２００５年、第３６巻、第１９２９頁〜第１９３１頁
Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、"Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
しかし、前記表面伝導型電子源４００において、電子放出区域のフィルムにおける粒子の間の距離が小さいので、前記グリッド電極４２のプラス電位が該電子放出区域の内部に作用しにくい。従って、前記表面伝導型電子源４００は電子を放出する効率が低い。
従って、本発明は、電子を放出する効率が高く、大寸法を有する電界放出型電子源を提供することを課題とする。
電界放出型電子源は、絶縁基板と、前記絶縁基板に設置された複数のグリッド電極及び陰極電極と、複数の電子放出ユニットとを含む。前記複数のグリッド電極及び前記複数陰極電極が交叉して、複数の格子が形成され、各々の前記格子に一つの前記電子放出ユニットが設置され、各々の前記電子放出ユニットが、少なくとも一つの電子放出体を含み、該電子放出体の両端がそれぞれ、前記グリッド電極及び前記陰極電極に電気的に接続され、前記電子放出体に隙間があり、該電子放出体が前記隙間に対向した二つの先端を有し、各々の前記先端が複数の電子放出先端を含む。
前記電子放出体が、金属線、カーボン繊維、カーボンナノチューブワイヤの一種又は多種である。
前記電子放出体がカーボンナノチューブワイヤを含み、前記カーボンナノチューブワイヤが平行して配列された複数のカーボンナノチューブを含み、該複数のカーボンナノチューブが分子間力で接続される。
前記電子放出先端が複数のカーボンナノチューブを含む。
前記二つの先端の間の距離が１マイクロメートル〜２０マイクロメートルである。
前記グリッド電極が複数の延長部を含み、各々の延長部がそれぞれ、各々の前記陰極電極に対向して設置される。
前記電子放出体の両端がそれぞれ、前記グリッド電極の延長部及び前記陰極電極に電気的に接続される。
絶縁基板を提供する第一ステップと、前記絶縁基板に設置された複数のグリッド電極及び陰極電極を形成し、前記複数のグリッド電極及び前記複数陰極電極が交叉して、複数の格子を形成する第二ステップと、複数の電子放出体を提供する第三ステップと、前記複数の電子放出体をそれぞれ、各々の前記格子の中に設置し、前記複数のグリッド電極及び複数の陰極電極に電気的に接続する第四ステップと、前記電子放出体を加工して、各々の前記電子放出体に隙間を形成し、該電子放出体が前記隙間に対向した二つの先端を形成する第五ステップと、を含む。
前記第二ステップにおいて、前記複数のグリッド電極及び陰極電極が交叉する場所に、絶縁部を形成する。
前記第五ステップにおいて、レーザーで焼き切る方法、電子の衝撃で切る方法又は真空の雰囲気で焼き切る方法を利用して、前記電子放出体を加工する。
従来の電界放出型電子源と比べると、本発明の電界放出型電子源は、グリッド電極、陰極電極及び電子放出体が共面に設置されるので、構造が簡単である。前記電子放出体に隙間が形成されるので、前記グリッド電極及び前記陰極電極の間に電圧を印加すると、該グリッド電極及び該陰極電極の間に電界が形成され、電子が前記放出体の電子放出先端から放出しやすくなるので、前記電界放出型電子源の電子放出効率が高くなることができ、放出された電子は均一性が良い。前記電界放出型電子源の製造方法は、電子放出体を加工することにより、隙間を形成するので、該方法が簡単で、応用に便利である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図３を参照すると、本実施形態は、電界放出型電子源１００を提供する。該電界放出型電子源１００は、絶縁基板１０、前記絶縁基板１０に設置された複数の電子放出ユニット２２、複数のグリッド電極１２及び複数の陰極電極１４を含む。前記複数のグリッド電極１２は、平行し、等間隔に前記絶縁基板１０に設置されている。前記複数の陰極電極１４は、平行し、等間隔に前記絶縁基板１０に設置されている。該複数のグリッド電極１２と該複数の陰極電極１４は、垂直に交叉して前記絶縁基板１０に設置され、交叉する場所に絶縁層２０が設置され、該複数のグリッド電極１２と該複数の陰極電極１４とが短絡することを防止できる。各々の前記グリッド電極１２は、更に平行し、等間隔に配列された複数の延長部１２１を含む。該複数の延長部１２１は、前記複数のグリッド電極１２の同じ側に対するように、前記グリッド電極１２に電気的に接続され、各々の陰極電極１４に対向して設置される。隣接する二つのグリッド電極１２と、その隣接する二つの陰極電極１４とが交叉して、複数の格子１６が形成される。各々の格子１６に一つの電子放出ユニット２２が設置されている。
前記絶縁基板１０は、セラミック基板、ガラス基板、樹脂基板又は石英基板などである。該絶縁基板１０の大きさと厚さは制限されず、実際の応用により選択することができる。本実施形態において、前記絶縁基板１０は、ガラス基板である。
前記複数のグリッド電極１２と前記複数の陰極電極１４は、例えば金属などの導電材料からなる。隣接するグリッド電極１２の間の距離は、３００マイクロメートル〜５００マイクロメートルであり、隣接する陰極電極１４の間の距離は、３００マイクロメートル〜５００マイクロメートルである。前記グリッド電極１２と前記陰極電極１４の幅は、３０マイクロメートル〜１００マイクロメートルであり、厚さは、１０マイクロメートル〜５０マイクロメートルである。各々の前記グリッド電極１２は、更に平行し、等間隔に配列された複数の延長部１２１を含む。該複数の延長部１２１は、前記複数のグリッド電極１２の同じ側に対するように、前記グリッド電極１２に電気的に接続され、各々の陰極電極１４に対向して設置される。前記複数のグリッド電極１２の延長部１２１は、長さが６０マイクロメートルであり、幅が２０マイクロメートルであり、厚さが２０マイクロメートルである。各々の前記グリッド電極１２の隣接する延長部１２１の間の距離は、３００マイクロメートル〜５００マイクロメートルである。
本実施形態において、前記複数のグリッド電極１２及び前記複数の陰極電極１４は、シルクスクリーン印刷法により、導電ペーストを印刷して成る平面導電体であることが好ましい。シルクスクリーン印刷法で導電ペーストを前記絶縁基板１０に印刷し、前記グリッド電極１２及び前記陰極電極１４を形成する。
前記電界放出型電子源１００における各電子放出ユニット２２は、少なくとも一つの電子放出体１８を含む。各々の電子放出体１８は、一つの端部が前記陰極電極１４に接続され、もう一つの端部が前記グリッド電極１２の延長部１２１に接続される。該電子放出体１８は、金属線、カーボン繊維又はカーボンナノチューブワイヤである。該電子放出体１８の両端１８１は、導電接着剤或いは分子間力で、それぞれ前記グリッド電極１２の延長部１２１及び陰極電極１４に電気的に接続されている。該電子放出体１８は、前記絶縁基板１０と分離して設置されてもよく、前記絶縁基板１０に直接設置されてもよい。前記電子放出体１８は、隙間１８２を有する。該隙間１８２の幅は、１マイクロメートル〜２０マイクロメートルである。さらに、該電子放出体１８は、該隙間１８２に対向した二つの先端１８３を有する。各先端１８３は、複数の電子放出先端を有し、各電子放出先端は、円錐体に形成されている。前記グリッド電極１２及び前記陰極電極１４に電圧を印加すると、該グリッド電極１２及び該陰極電極１４の間に電界が形成され、電子が前記電子放出先端から飛び出しやすくなるので、該電界放出型電子源１００の電子放出効率が高くなることができる。
本実施形態において、前記電子放出体１８は、カーボンナノチューブワイヤである。該カーボンナノチューブワイヤは、カーボンナノチューブワイヤの長さの方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。具体的には、前記カーボンナノチューブワイヤは、複数のカーボンナノチューブセグメントを含む。該複数のカーボンナノチューブセグメントは、端と端が分子間力で接続される。各カーボンナノチューブセグメントには、平行し、分子間力で接続される複数のカーボンナノチューブを含む。前記カーボンナノチューブワイヤにおけるカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブの一種又は多種である。該カーボンナノチューブワイヤの長さは、５０マイクロメートル〜４００マイクロメートルであり、直径は、５マイクロメートル以上である。
図４及び図５を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、複数の電子放出先端を含む。該電子放出先端は、平行する複数のカーボンナノチューブを含む。該複数のカーボンナノチューブは、前記グリッド電極１２から前記陰極電極１４までに延長する。該複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接続されている。
図３を参照すると、前記電界放出型電子源１００における各電子放出ユニット２２は、更に、複数の固定素子（図示せずに）を含む。前記複数の固定素子は、それぞれ前記グリッド電極１２及び／又は前記陰極電極１４に設置される。前記固定素子は、前記電子放出体１８を良く前記グリッド電極１２及び／又は前記陰極電極１４に固定することに用いられる。該固定素子は、導電接着剤、分子間力又は他の方式により、それぞれ、前記グリッド電極１２及び／又は前記陰極電極１４に設置される。
前記電界放出型電子源１００は、電界放出表示装置に応用することができる。前記グリッド電極１２及び前記陰極電極１４の間にプラス電圧を印加し、前記電子放出先端は、該グリッド電極１２の作用で電子を放出する。陽極の作用で放出された電子は、螢光体を衝撃し、該電界放出表示装置を表示させる。前記グリッド電極１２及び前記陰極電極１４の間にマイナス電圧を印加し、前記電子放出先端は、該陰極電極１４の作用で電子を放出する。
図６を参照すると、本実施形態における前記電界放出型電子源１００の製造方法は、下記のステップを含む。
第一ステップでは、絶縁基板１０を提供する。
前記絶縁基板１０は、ガラス基板である。
第二ステップでは、平行し、等間隔に前記絶縁基板１０に設置された複数のグリッド電極１２と、平行し、等間隔に前記絶縁基板１０に設置された複数の陰極電極１４とを形成する。前記複数のグリッド電極１２及び前記複数陰極電極１４が垂直に交叉して、複数の格子１６が形成される。
前記絶縁基板１０に、平行し、等間隔に配列された複数のグリッド電極１２を形成し、平行し、等間隔に配列された複数の陰極電極１４を形成する。該複数のグリッド電極１２と該複数の陰極電極１４は、垂直に交叉して設置され、交叉する場所に絶縁層２０が設置され、該複数のグリッド電極１２と該複数の陰極電極１４とが短絡することを防止している。隣接する二つのグリッド電極１２と、その隣接する二つの陰極電極１４とは、複数の格子１６を形成している。
前記グリッド電極１２及び前記陰極電極１４は、シルクスクリーン印刷法、スパッタ法又は蒸着法で形成する。本実施形態において、シルクスクリーン印刷法で前記グリッド電極１２及び前記陰極電極１４を形成する。
まず、シルクスクリーン印刷法で導電ペーストを前記絶縁基板１０に印刷し、平行し、等間隔に配列された複数のグリッド電極１２を形成する。該導電ペーストは、金属粉末、低い融点を有するガラス粉末及び接着剤を含む。該金属粉末は、銀粉末であり、該接着剤は、テルピネオール又はエチルセルロースである。前記導電ペーストには、前記金属粉末が５０〜９０ｗｔ％であり、前記低い融点を有するガラス粉末が２〜１０ｗｔ％であり、前記接着剤が８〜４０ｗｔ％である。
次に、シルクスクリーン印刷法で前記グリッド電極１２及び陰極電極１４が交叉する場所に複数の絶縁層２０を印刷する。
最後に、シルクスクリーン印刷法で導電ペーストを前記絶縁基板１０に印刷し、平行し、等間隔に配列された複数の陰極電極１４を形成する。前記複数のグリッド電極１２及び前記複数の陰極電極１４は、交叉して格子１６を形成する。前記導電ペーストと前記複数のグリッド電極１２を形成する導電ペーストとが同じである。
また、本実施形態に制限されず、前記グリッド電極１２及び前記陰極電極１４の形成方法は、下記のステップにより、行なってもよい。
まず、シルクスクリーン印刷法で導電ペーストを前記絶縁基板１０に印刷し、平行し、等間隔に配列された複数の陰極電極１４を形成する。次に、複数の絶縁層２０を印刷する。最後に、シルクスクリーン印刷法で導電ペーストを前記絶縁基板１０に印刷し、平行し、等間隔に配列された複数のグリッド電極１２を形成し、前記複数のグリッド電極１２及び前記複数の陰極電極１４は、交叉して格子１６を形成する。
第三ステップでは、複数の電子放出体１８を提供する。
本実施形態において、前記電子放出体１８は、カーボンナノチューブワイヤである。該カーボンナノチューブワイヤの製造方法は、下記のステップを含む。
まず、カーボンナノチューブアレイを提供し、該カーボンナノチューブアレイが超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献２を参照）であることが好ましい。
本実施形態において、前記超配列カーボンナノチューブアレイの製造方法は、化学気相成長（ＣＶＤ）法を採用する。該製造方法は、次のステップを含む。ステップ（ａ）では、平らな基材を提供し、該基材はＰ型のシリコン基材、Ｎ型のシリコン基材及び酸化層が形成されたシリコン基材のいずれか一種である。本実施形態において、４インチのシリコン基材を選択することが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記基材の表面に、均一的に触媒層を形成する。該触媒層の材料は鉄、コバルト、ニッケル及びその二種以上の合金のいずれか一種である。ステップ（ｃ）では、前記触媒層が形成された基材を７００℃〜９００℃の空気で３０分〜９０分間アニーリングする。ステップ（ｄ）では、アニーリングされた基材を反応炉に置き、保護ガスで５００℃〜７４０℃の温度で加熱した後で、カーボンを含むガスを導入して、５分〜３０分間反応を行って、超配列カーボンナノチューブアレイを成長させることができる。該カーボンナノチューブアレイの高さは１００マイクロメートル以上である。該カーボンナノチューブアレイは、互いに平行し、基材に垂直するように成長する複数のカーボンナノチューブからなる。該カーボンナノチューブは、長さが長いため、一部分のカーボンナノチューブが互いに絡み合っている。成長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボン及び残りの触媒となる金属粒子などの不純物を含まなくなる。
本実施形態において、前記カーボンを含むガスとしては例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、エチレンを選択することが好ましい。保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスであり、アルゴンガスが好ましい。
本実施形態から提供されたカーボンナノチューブアレイは、前記の製造方法により製造されることに制限されず、アーク放電法またはレーザー蒸発法で製造してもよい。
次に、前記カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブ構造体を引き伸ばす。
ステップ（ａ）では、前記カーボンナノチューブアレイには、所定の幅を有する複数のカーボンナノチューブセグメントを選択する。本実施形態において、所定の幅を有するテープで前記カーボンナノチューブアレイに接着し、所定の幅を有する複数のカーボンナノチューブセグメントを選択するようになる。ステップ（ｂ）では、所定の速度でカーボンナノチューブアレイが成長された方向に垂直な方向に沿って、前記複数のカーボンナノチューブセグメントを引き伸ばし、カーボンナノチューブ構造体を形成する。該カーボンナノチューブ構造体は、連続するカーボンナノチューブワイヤ又はカーボンナノチューブフィルムである。
前記引き伸ばす過程において、複数のカーボンナノチューブセグメントが引っ張り力で引き伸ばされた方向に沿って、前記基材から離れ、同時に分子間力で選択された複数のカーボンナノチューブセグメント及び他のカーボンナノチューブセグメントは、端と端が接続され、カーボンナノチューブ構造体が形成される。該カーボンナノチューブ構造体は、選択的な方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブの端と端が接続され、所定の幅を有するカーボンナノチューブ構造体である。該カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが相互に平行し、配列された方向がカーボンナノチューブ構造体の引き伸ばされた方向に平行する。
前記カーボンナノチューブ構造体の幅は、カーボンナノチューブアレイが成長された基板に大きく関係する。本実施形態において、ＣＶＤ法で４インチのシリコン基材に超配列カーボンナノチューブアレイを成長し、該カーボンナノチューブアレイを引き伸ばし、カーボンナノチューブ構造体を形成するから、該カーボンナノチューブ構造体の幅が０．０１センチメートル〜１０センチメートルである。該カーボンナノチューブ構造体の長さに制限はなく、実際の応用に応じて製造することができる。該カーボンナノチューブ構造体の厚さが１０ナノメートル〜１００マイクロメートルである。
最後に、有機溶剤又は機械的な外力を利用して、前記カーボンナノチューブ構造体を処理して、カーボンナノチューブワイヤを形成する。
有機溶剤を利用して、前記カーボンナノチューブ構造体を処理して、カーボンナノチューブワイヤを形成する。まず、試験管で有機溶剤を前記カーボンナノチューブ構造体の表面に滴下させ、該カーボンナノチューブ構造体を浸漬する。該有機溶剤は、揮発性有機溶剤であり、アルコール、メチルアルコール、アセトン、ジクロロエタン、クロロホルムの一種又は多種の混合物である。本実施形態において、該有機溶剤はアルコールである。該カーボンナノチューブ構造体は、前記有機溶剤に浸漬されると、発揮性の有機溶剤の表面張力によって該カーボンナノチューブ構造体における平行するカーボンナノチューブセグメントは、一部分がカーボンナノチューブ束を形成する。従って、該カーボンナノチューブ構造体は、カーボンナノチューブワイヤに収縮する。各々の格子１６において、少なくとも一つの電子放出体１８を形成する。該電子放出体１８は、複数のカーボンナノチューブを含む。該電子放出体１８は、比表面積が小さくなり、接着性がなくなり、優れた機械強度と勒性を有する。
または、機械的な外力で前記カーボンナノチューブ構造体を処理して、カーボンナノチューブワイヤを形成する。該カーボンナノチューブワイヤは、該カーボンナノチューブワイヤの軸向に沿って、螺旋配列された複数のカーボンナノチューブを含む。前記カーボンナノチューブ構造体を接着することができるボビンを提供する。該ボビンの端部で前記カーボンナノチューブ構造体を接着し、該カーボンナノチューブ構造体を該ボビンに絡み付かせる。該ボビンを回転し、カーボンナノチューブ構造体を離れる方向に運動させる。これにより、該カーボンナノチューブ構造体が該ボビンに対して移動する場合、繊維を形成し、他のカーボンナノチューブが該繊維の周りに絡み付いて、該繊維の長さを増加するようになる。前記ボビンの回転方式は制限されず、時計回りまたは反時計回りに回転してもよい。
または、機械的な外力で前記カーボンナノチューブアレイを処理して、カーボンナノチューブワイヤを形成する。該カーボンナノチューブワイヤは、該カーボンナノチューブワイヤの軸向に沿って、螺旋配列された複数のカーボンナノチューブを含む。前記カーボンナノチューブアレイを接着することができるボビンを提供する。該ボビンの端部で前記カーボンナノチューブアレイを接着し、該カーボンナノチューブアレイを該ボビンに絡み付かせる。該ボビンを回転し、カーボンナノチューブアレイを離れる方向に運動させる。これにより、該カーボンナノチューブアレイが該ボビンに対して移動する場合、繊維を形成し、他のカーボンナノチューブが該繊維の周りに絡み付いて、該繊維の長さを増加するようになる。前記ボビンの回転方式は制限されず、時計回りまたは反時計回りに回転してもよい。
前記電子放出体１８は、金属線又はカーボン繊維でもよい。機械的な外力で前記金属線又はカーボン繊維を処理し、電子放出体１８を形成することができる。
第四ステップでは、前記複数の電子放出体１８を前記絶縁基板１０のグリッド電極１２及び陰極電極１４に設置して、該陰極電極１４から該グリッド電極１２までに延長する。
各々の格子１６において、少なくとも一つの電子放出体１８は、前記グリッド電極１２及び前記陰極電極１４に設置され、該電子放出体１８におけるカーボンナノチューブが前記グリッド電極１２から前記陰極電極１４までに延長する。該電子放出体１８を該グリッド電極１２及び該陰極電極１４に良く固定させ、該グリッド電極１２及び該陰極電極１４に良く電気的に接続させるために、該グリッド電極１２及び該陰極電極１４に導電接着剤を塗布し、前記電子放出体１８を該グリッド電極１２及び該陰極電極１４に設置する。更に、シルクスクリーン印刷法で前記グリッド電極１２及び陰極電極１４に固定素子を形成し、前記電子放出体１８を前記グリッド電極１２と固定素子の間に固定し、前記陰極電極１４と固定素子の間に固定する。
第五ステップでは、前記電子放出体１８を加工し、各電子放出体１８に隙間１８２を形成し、該電子放出体１８が前記隙間１８２に対向した二つの先端１８３を形成する。
前記電子放出体１８を加工する方法は、レーザーで焼き切る方法、電子の衝撃で切る方法又は真空の雰囲気で焼き切る方法がある。本実施形態においては、真空で焼き切る方法を採用する。
真空の雰囲気で前記グリッド電極１４及び前記陰極電極１２に電圧を印加する。該電圧の大きさと前記電子放出体１８の直径及び長さには関係がある。直流電圧の作用で該電子放出体１８が加熱されることができる。加熱する温度は２０００Ｋ〜２８００Ｋであることが好ましく、加熱する時間は２０分間〜６０分間であることが好ましい。前記加熱過程において、該電子放出体１８を流れる電流が高くなり、多量の熱が生じ、最後に各電界放出型電子源１００における電子放出体１８が焼き切られる。前記電子放出体１８の焼き切るようにする領域の炭素が蒸発して、前記電子放出体１８に隙間１８２が形成される。該隙間１８２の大きさが１マイクロメートル〜２０マイクロメートルである。該電子放出体１８は、二つの先端１８３を有し、該二つの先端１８３が対向する。前記真空雰囲気の真空度が高いので、焼き切られる領域にガスが電離する。電離して生じたイオンは前記電子放出体１８の二つの先端１８３を衝撃し、該二つの先端１８３に複数の電子放出先端を形成する。
本実施形態では、真空の雰囲気で前記電子放出体１８を焼き切る方法を採用して、該電子放出体１８が焼き切られた所が汚染されることを防止することができ、加熱する過程において、該電子放出体１８の機械強度が高くなるから、良い電界放出の性能を有する。
図７は、前記電子放出体１８の電子放出先端のラマンスペクトル図である。ラマンスペクトルで分析すると、熱処理された電子放出体１８の電子放出先端のＤバンド（欠陥モード）が小さくなり、先端のＤバンドが最も小さい。即ち、電子放出体１８の電子放出先端のカーボンナノチューブが焼き切られると、該カーボンナノチューブの品質が良くなる。該カーボンナノチューブの品質が良くなるのは、該カーボンナノチューブが熱処理されると、欠陥が減少し、欠陥を有するグラファイト層が高温で落ちやすくなり、品質が良いグラファイト層が残されるからである。
前記電界放出型電子源１００において、グリッド電極１２、陰極電極１４及び電子放出体１８が共面に設置されるので、構造が簡単である。前記電子放出体１８に隙間１８２が形成されるので、前記グリッド電極１２及び前記陰極電極１４の間に電圧を印加すると、該グリッド電極１２及び該陰極電極１４の間に電界が形成され、電子が前記放出体１８の電子放出先端から放出しやすくなるので、前記電界放出型電子源１００の電子放出効率が高くなることができ、放出された電子は均一性が良い。前記電界放出型電子源１００の製造方法は、電子放出体を加工することにより、隙間１８２を形成するので、該方法が簡単で、応用に便利である。
以上本発明を実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種種変更可能であることは勿論であって、本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲から決まる。
１０、３０、４０ 絶縁基板
１６ 格子
１８ 電子放出体
２０、３３、４３ 絶縁層
２２、３６、４６ 電子放出ユニット
１４、３４、４４ 陰極電極
１２、３２、４２ グリッド電極
３８、４８ 陰極放出体
１２１、４２１ 延長部
１８１ 電子放出体の両端
１８２ 隙間
１８３ 先端
１００、３００ 電界放出型電子源
４００ 表面伝導型電子源
１６ 格子
１８ 電子放出体
２０、３３、４３ 絶縁層
２２、３６、４６ 電子放出ユニット
１４、３４、４４ 陰極電極
１２、３２、４２ グリッド電極
３８、４８ 陰極放出体
１２１、４２１ 延長部
１８１ 電子放出体の両端
１８２ 隙間
１８３ 先端
１００、３００ 電界放出型電子源
４００ 表面伝導型電子源
Claims (8)
- 絶縁基板と、前記絶縁基板に設置された複数のグリッド電極及び陰極電極と、複数の電子放出ユニットと、を含む電界放出型電子源において、
前記複数のグリッド電極及び前記複数陰極電極が交叉して、複数の格子が形成され、各々の前記格子に一つの前記電子放出ユニットが設置され、
各々の前記電子放出ユニットは、一端が前記グリッド電極に電気的に接続された少なくとも一つのグリッド電極側電子放出体及び一端が前記陰極電極に電気的に接続された少なくとも一つの陰極電極側電子放出体を含み、
前記グリッド電極側電子放出体と陰極電極側電子放出体との間に隙間があり、前記グリッド電極側電子放出体及び陰極電極側電子放出体はそれぞれ前記隙間に対向した一つの先端を有し、各々の前記先端が複数の電子放出先端を有し、
前記電子放出体は、カーボンナノチューブワイヤよりなり、
前記カーボンナノチューブワイヤが平行して配列された複数のカーボンナノチューブを含み、
一部の前記カーボンナノチューブは、端と端が分子間力で接続されることを特徴とする電界放出型電子源。 - 各々の前記電子放出先端が少なくとも一本のカーボンナノチューブからなることを特徴とする、請求項１に記載の電界放出型電子源。
- 前記隙間の幅が１マイクロメートル〜２０マイクロメートルであることを特徴とする、請求項１または２に記載の電界放出型電子源。
- 前記グリッド電極が複数の延長部を含み、各々の延長部がそれぞれ、各々の前記陰極電極に対向して設置されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の電界放出型電子源。
- 前記グリッド電極側電子放出体の前記一端が、前記グリッド電極の延長部に電気的に接続されることを特徴とする、請求項４に記載の電界放出型電子源。
- 絶縁基板を提供する第一ステップと、
前記絶縁基板に設置された複数のグリッド電極及び陰極電極を形成し、前記複数のグリッド電極及び前記複数陰極電極が交叉して、複数の格子を形成する第二ステップと、
複数の電子放出体を提供する第三ステップと、
前記複数の電子放出体をそれぞれ、各々の前記格子の中に設置し、前記複数のグリッド電極及び複数の陰極電極に電気的に接続する第四ステップと、
前記電子放出体を加工して、グリッド電極側電子放出体及び陰極電極側電子放出体に分離させ、該グリッド電極側電子放出体と陰極電極側電子放出体との間に隙間を形成し、前記グリッド電極側電子放出体及び陰極電極側電子放出体のそれぞれに前記隙間に対向した一つの先端と、各々の前記先端に複数の電子放出先端を形成する第五ステップと、
を含み、
前記電子放出体は、カーボンナノチューブワイヤよりなり、
前記カーボンナノチューブワイヤが平行して配列された複数のカーボンナノチューブを含み、
一部の前記カーボンナノチューブは、端と端が分子間力で接続されることを特徴とする電界放出型電子源の製造方法。 - 前記第二ステップにおいて、前記複数のグリッド電極及び陰極電極が交叉する場所に、絶縁部を形成することを特徴とする、請求項６に記載の電界放出型電子源の製造方法。
- 前記第五ステップにおいて、レーザーで焼き切る方法、電子の衝撃で切る方法又は真空の雰囲気で焼き切る方法を利用して、前記電子放出体を加工することを特徴とする、請求項６又は７に記載の電界放出型電子源の製造方法。
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