表面伝導型電子放出素子及び該電子放出素子を利用する電子源
【課題】本発明は、表面伝導型電子放出素子及び該電子放出素子を利用する電子源に関し、特にカーボンナノチューブを含む表面伝導型電子放出素子及び該電子放出素子を利用する電子源に関する。
【解決手段】本発明の表面伝導型電子放出素子は、基板及び基板に平行して設置された複数の電極を含む。前記表面伝導型電子放出素子は、それぞれ前記複数の電極に嵌入された複数のカーボンナノチューブ素子を含む。前記カーボンナノチューブ素子の一部は前記電極に固定され、対向する端部は、近接する電極の方向に延伸する。
【解決手段】本発明の表面伝導型電子放出素子は、基板及び基板に平行して設置された複数の電極を含む。前記表面伝導型電子放出素子は、それぞれ前記複数の電極に嵌入された複数のカーボンナノチューブ素子を含む。前記カーボンナノチューブ素子の一部は前記電極に固定され、対向する端部は、近接する電極の方向に延伸する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面伝導型電子放出素子及び該電子放出素子を利用する電子源に関し、特にカーボンナノチューブを含む表面伝導型電子放出素子及び該電子放出素子を利用する電子源に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＥＤとは、表面伝導型電子放出素子（Ｓｕｒｆａｃｅ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍｉｔｔｅｒ，ＳＣＥ）と呼ばれる平面構造の素子を応用したディスプレイ装置の名称である。平面状の電子放出源から真空中に電子を放ち、蛍光体にぶつけて発光させる「ＦＥＤ」と呼ばれる表示技術の１つである。ブラウン管の電子銃にあたる装置が平面状になっており、ブラウン管のような明るくてコントラストの高い画面を大型平面ディスプレイで実現することが可能となっている。また、発光原理そのものは、ブラウン管と同様で、電子を真空中に放って発光面に塗布された蛍光物質にぶつける仕組みを用いている。具体的には、ブラウン管の電子銃に相当する電子放出部をディスプレイの画素分だけ並べたガラス基板と、蛍光体を塗布したガラス基板を近接して配置することで、その間を真空封止した構造を取る。そして、電子放出素子をディスプレイのすべての画素に放出することによって、ブラウン管と同じ発光原理を可能にしている。なお、ブラウン管のように偏向が必要ないため薄型で大画面の平面ディスプレイを作ることが可能である。加えて、消費電力もブラウン管ディスプレイの半分程度で済むため、液晶やＰＤＰ（プラズマディスプレイ）と並び、大型平面テレビやディスプレイを普及させる技術として、既に製品化が始まっている。
【０００３】
一般に、ＳＥＤは複数のＳＣＥ１０を備える。図１に示すように、ＳＣＥ１０は、陰極基板１２と、電極１１２、１１４と、導電性薄膜１１６と、エミッタ１１８と、を備える。前記エミッタ１１８の一部には、ナノスケールの隙間１２０が形成されている。前記電極１１２、１１４に所定の電圧を印加すると、前記エミッタ隙間１２０の間に所定の電界が印加されることで、電子が放出される。このとき、前記エミッタ隙間１２０から放出された電子は、導電性薄膜１１６の表面に沿ってトンネリングし、この放出された電子は、陽極電極１４に印加された高電圧によって加速されて蛍光体１６と衝突する。従って、この衝突から発生したエネルギーにより、蛍光体１６が励起されることで発光が行われる。
【０００４】
ＳＥＤはＣＲＴと同様の発光原理に基づいており、定評のあるＣＲＴの画質を基本的に継承しながら、精細度などが改善された高画質表示ができる。また消費電力が非常に低く、環境負荷低減の観点からも優位性がある。
【非特許文献１】Ｘｉａｏｂｏ Ｚｈａｎｇ外、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、２００６年、第１８巻、ｐ．１５０５−１５１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、エミッタ間隙の形成において、長時間及び高電流が必要であるので、エネルギー消費が高くなる。また、前記エミッタ間隙はナノスケールで形成されるので、放出電子の行程が短く、放出電子の大部分が陽極電極で蛍光層に衝突できない。前記エミッタ間隙を長く設ける場合、高電圧の印加が必要であり、ＳＣＥに損傷を与えるという問題がある。
【０００６】
従って、前記問題を解決するために、エネルギー消費が低く、電子放出効率が高い表面伝導型電子放出素子を提供することが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の表面伝導型電子放出素子は、基板及び該基板に平行して設置された複数の電極を含む。前記表面伝導型電子放出素子は、それぞれ前記複数の電極に嵌入された複数のカーボンナノチューブ素子を含む。前記カーボンナノチューブ素子の一部は前記電極に固定され、対向する端部は、近接する電極の方向に延伸する。
【０００８】
前記複数のカーボンナノチューブ素子はそれぞれ前記基板に平行するように設置される。
【０００９】
前記カーボンナノチューブ素子が設置される電極に近接する電極に、カーボンナノチューブ素子を設置しない場合、前記カーボンナノチューブ素子の端部とこの端部に近接する電極との間に隙間が形成される。
【００１０】
前記電極の全部にカーボンナノチューブ素子を設置する場合、近接するカーボンナノチューブ素子の間に隙間が形成される。
【００１１】
前記電極は、前記基板に垂直して下方電極及び上方電極を積み重ねることにより形成される。
【００１２】
近接する前記電極の間に支持部を設置し、前記支持部を前記下方電極より薄くように形成することが好ましい。
【００１３】
さらに、前記電極の一部及び前記カーボンナノチューブ素子の大部分を覆うように、固定層を設けることができる。
【００１４】
さらに、近接する電極の間の前記基板に凹部を形成することができる。
【００１５】
前記カーボンナノチューブ素子を、のこぎり状に形成することができる。
【００１６】
前記カーボンナノチューブ素子は、複数のカーボンナノチューブ又はカーボンナノチューブヤーンからなる。
【００１７】
前記隙間の寸法は１μｍ〜１０μｍにされる。
【００１８】
本発明は、前記表面伝導型電子放出素子を利用する電子源を提供する。前記電子源は、基板と、前記基板に垂直する複数の電極と、前記基板に平行する複数のカーボンナノチューブ素子を含む。前記複数のカーボンナノチューブ素子はそれぞれ前記複数の電極に嵌入される。前記カーボンナノチューブ素子の一部は前記電極に固定され、対向する端部は近接する電極の方向に延伸する。
【発明の効果】
【００１９】
従来技術と比べると、本発明では、近接するＳＣＥの間の距離を数μｍに設けることにより、放出電子を陽極側に引き寄せるのに十分な時間を提供することができる。従って、電子放出効率が高くなる。また、カーボンナノチューブは良好な電子放出特性を有するので、電子放出素子の電圧が低くなり、エネルギー消費も低くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００２１】
（実施例１）
図２に示すように、本実施例のＳＣＥ（表面伝導型電子放出素子）２０は、基板２２と、前記基板２２の表面に垂直に設置された第一電極２４及び第二電極２４’と、複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）素子２６と、を含む。前記第一電極２４は第一上方電極２４４及び第一下方電極２４２を有し、前記第二電極２４’は第二上方電極２４４’及び第二下方電極２４２’を有する。前記第一下方電極２４２及び前記第二下方電極２４２’はそれぞれ前記基板２２に電気的に接続されている。前記第二上方電極２４４及び前記第二上方電極２４４’はそれぞれ前記第一下方電極２４２及び前記第二下方電極２４２’上に形成されている。前記複数のＣＮＴ素子２６はそれぞれ前記第一上方電極２４４と前記第一下方電極２４２との間及び、前記第二上方電極２４４’と前記第二下方電極２４２’との間に設置されている。前記ＣＮＴ素子２６は、それぞれ複数のカーボンナノチューブからなる。隣接する前記ＣＮＴ素子２６の間に間隙２８が形成されている。
【００２２】
前記基板２２は、石英、ガラス、セラミック、プラスチックなどの絶縁材料からなり、また、導電性材料の表面に絶縁材料を被覆させることにより形成することもできる。前記基板２２の厚さは実際の条件により設定される。前記基板２２が導電性材料の表面に酸化物の絶縁材料を被覆することにより形成される場合、前記酸化物の絶縁材料は所定の厚さに形成される。本実施例において、前記基板２２はシリコンシートの表面に二酸化ケイ素を被覆させることにより得られ、厚さが０．５〜１μｍに形成されている。
【００２３】
前記第一電極２４及び前記第二電極２４’は、それぞれチタン、パラジウム、金、タングステン、白金などの金属からなり、厚さが２０ｎｍ〜１５０ｎｍ、幅が数十μｍ乃至数百μｍに形成されている。前記隙間２８の寸法は数μｍ乃至数十μｍに設定されている。本実施例において、前記第一電極２４及び前記第二電極２４’の幅は９０μｍ〜１９０μｍ、前記隙間２８の寸法は１０μｍに設定されている。
【００２４】
さらに、前記第一電極２４の第一下方電極２４２及び前記第二電極２４’の第二下方電極２４２’を前記基板２２に固定させるために、チタンやタングステンなどの良好な付着性がある金属を利用して、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’を形成することができる。前記第一上方電極２４４及び前記第二上方電極２４４’のそれぞれと前記ＣＮＴ素子２６との電気抵抗を低減するために、前記第一上方電極２４４及び前記第二上方電極２４４’は金又は白金、パラジウムなどの良好な導電性がある金属からなる。前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’と前記基板２２、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’と前記ＣＮＴ素子２６とを良好に電気的に接続するために、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’は多層の金属層から形成される。例えば、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’が前記基板２２と接続する部分は、チタン又はタングステンからなり、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’が前記ＣＮＴ素子２６と接続する部分は、金又は白金、パラジウムからなる。
【００２５】
図３に示すように、前記第二電極２４’に前記ＣＮＴ素子２６を設置せず、前記第一電極２４にだけ前記ＣＮＴ素子２６を設置することができる。この場合、前記ＣＮＴ素子２６の端部２６２と前記第二電極２４’との間に隙間が形成される。
【００２６】
本実施例のＳＣＥ２０は図４に示されるように、前記第一電極２４及び前記第二電極２４’のそれぞれに前記ＣＮＴ素子２６が設置され、前記ＣＮＴ素子２６は二つの端部２６２を有する。前記ＣＮＴ素子２６は前記第一電極２４及び前記第二電極２４’に平行して、前記ＣＮＴ素子２６の前記端部２６２は前記第一電極２４及び前記第二電極２４’のそれぞれの両側から外部へ延伸する。前記第一電極２４設置される前記ＣＮＴ素子２６と、及び前記第二電極２４’に設置される前記ＣＮＴ素子２６と、近接する端部の間に隙間２８が形成されている。
【００２７】
前記第一電極２４及び前記第二電極２４’をそれぞれ一体成型で製造することができる。この場合、前記ＣＮＴ素子２６は導電性のテープで、前記第一電極２４及び前記第二電極２４’のそれぞれの表面に固定することができる。また、前記ＣＮＴ素子２６を前記第一電極２４及び前記第二電極２４’に嵌入して構成することができる。
【００２８】
図５を参照すると、本実施例は、前記ＳＣＥ２０を利用する電子源３０を提供している。前記電子源３０は、複数の前記ＳＣＥ２０からなる。前記電子源３０は、基板２２と、複数の前記第一電極２４及び前記第二電極２４’と、複数の前記ＣＮＴ素子２６と、を含む。複数の前記第一電極２４及び前記第二電極２４’はそれぞれ前記基板２２に平行して前記基板２２に設置される。
【００２９】
前記電子源３０を電子放出表示装置（図示せず）に利用する場合、前記電子源３０の上方に陽極電極３２及び蛍光層３４を設置する。前記電子源３０の前記第一電極２４及び前記第二電極２４’に電圧を印加すると、前記第二電極２４’に設置された前記ＣＮＴ素子２６からの電子は前記隙間２８に入射すると同時に、前記第一電極２４へ飛ぶ。この場合、前記陽極電極３２のバイアス電圧が原因で、前記電子は前記陽極電極３２の方向に飛び、前記蛍光層に衝突する。本実施例において、前記陽極電極３２の電界強度と前記第一電極２４及び前記第二電極２４’の間の電界強度との比が、６：１に達する場合、前記陽極電極３２の電流強度と前記第一電極２４及び前記第二電極２４’の間に流れる電流強度とは同じになる。従って、前記電子源３０は、高い電子放出効率及び電子利用効率という優れた点がある。
【００３０】
（実施例２）
図６に示すように、本実施例のＳＣＥ４０は、基板４２と、前記基板４２の表面に垂直に設置された第一電極４４及び第二電極４４’と、複数のＣＮＴ素子４６と、を含む。前記第一電極４４は第一上方電極４４４及び第一下方電極４４２を有し、前記第二電極４４’は第二上方電極４４４’及び第二下方電極４４２’を有する。前記ＳＣＥ４０と実施例１のＳＣＥ２０とを比べると、次の点が異なる。前記ＳＣＥ４０の前記第一電極４４及び前記第二電極４４’の間に、前記基板４２に支持部４８が設置されている。前記支持部４８の厚さは前記第一下方電極４４２及び前記第二下方電極４４２’のそれぞれの厚さより薄くなるように設けられる。前記支持部４８は、酸化ケイ素、アルミナ、金属酸化物、セラミックなどのいずれか一種からなる。前記支持部４８を設置することにより、前記ＣＮＴ素子４６の前記第一電極４４又は第二電極４４’の外部に延伸する部分を、自身の重力が原因で湾曲又は破損することを防止することができる。本実子例において、前記支持部４８は、二酸化ケイ素であり、厚さは４０ｎｍ〜７０ｎｍにされる。
【００３１】
（実施例３）
図７に示すように、本実施例のＳＣＥ５０は、基板５２と、前記基板５２の表面に垂直に設置された第一電極５４及び第二電極５４’と、複数のＣＮＴ素子５６と、を含む。前記ＳＣＥ５０と実施例１のＳＣＥ２０とを比べると、次の点が異なる。前記第一電極５４及び前記第二電極５４’の間の前記基板５２の表面に凹部５８が形成されている。本実施例では、ウェットエッチングにより前記凹部５８を形成する。前記ウェットエッチング処理において、８０℃の水酸化カリウム溶液を利用して１０分間反応させる。本実施例の前記凹部５８の厚さは１０μｍ〜２０μｍに形成される。前記基板５２は、絶縁材料からなるか又はこの絶縁材料の表面に酸化物を塗布してなるので、前記ＣＮＴ素子５６からの電子に対して一定程度に電磁波を遮蔽する。前記凹部５８を設置することにより、前記ＣＮＴ素子５６及び前記基板５２の間の距離を増加し、前記基板５２による電子遮蔽の効果を低下させることができる。
【００３２】
（実施例４）
図８に示すように、本実施例のＳＣＥ６０は、基板６２と、前記基板６２の表面に垂直に設置された第一電極６４及び第二電極６４’と、複数のＣＮＴ素子６６と、を含む。前記ＳＣＥ６０と実施例１のＳＣＥ２０とを比べると、次の点が異なる。前記ＳＣＥ６０はさらに固定層６８を含む。前記固定層６８は、第一電極６４及び第二電極６４’のそれぞれの一部及び前記ＣＮＴ素子６６の大部分を覆うように設けられる。前記固定層６８は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、金属の酸化物、セラミック、などのいずれか一種からなる。前記固定層６８を設置することにより、前記ＣＮＴ素子６６の安定性を高めることができる。
【００３３】
なお、上述の四つの実施例のＣＮＴ素子は、図９に示すように、のこぎり状に配列された複数のカーボンナノチューブからなることができる。
【００３４】
次に、図１０乃至図１４を参照して、実施例１のＳＣＥ２０製造方法を説明する。
【００３５】
第一段階では、基板２２を提供する。前記基板２２は、石英、ガラス、セラミック、プラスチックなどの絶縁材料からなり、また、導電性材料の表面に絶縁材料を被覆させることにより形成することもできる。前記基板２２の厚さは実際の条件により設定される。前記基板２２が導電性材料の表面に酸化物の絶縁材料を被覆することにより形成される場合、前記酸化物の絶縁材料は所定の厚さに形成される。本実施例において、前記基板２２はシリコンシートの表面に二酸化ケイ素を被覆させることにより得られ、厚さが０．５〜１μｍに形成されている。
【００３６】
第二段階では、図１１を参照すると、前記基板２２に第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’を設置する。詳しく説明すると、まず、前記基板２２にフォトレジストを塗布してフォトレジストマスクを形成して、フォトリソグラフィー法により前記フォトレジストマスクに二つの平行な領域を形成して前記基板２２の一部を露出させる。その後、真空蒸着、スパッタリング、電子線蒸着などの方法により、前記基板２２に少なくとも一層の金属層を堆積させる。最後に、アセトンなどの有機溶剤で前記フォトレジストマスク及び、前記フォトレジストマスクに堆積された金属層を除去する。これにより、前記第一下方電極２４２及び前記第二下方電極２４２’が得られる。上述の方法に代わりに、前記基板２２に少なくとも一層の金属層を堆積させて、前記金属層の表面にフォトレジストマスクを形成して、前記フォトレジストマスクに所定のパターンを設定する。前記所定のパターンに対して、ウェットエッチング又はイオンエッチングで不要な領域を除去して、アセトンなどの有機溶剤で前記フォトレジストマスクを除去する。これにより、前記第一下方電極２４２及び前記第二下方電極２４２’が得られる。
【００３７】
前記第一下方電極２４２及び前記第二下方電極２４２’は、チタン、白金、金、タングステンなどのいずれか一種からなり、長さ及び幅は数十マイクロメートル乃至数百マイクロメートルにされる。前記第一下方電極２４２及び前記第二下方電極２４２’の間の距離は、数マイクロメートル乃至数十マイクロメートルにされる。前記第一下方電極２４２及び前記第二下方電極２４２’を前記基板２２と良く接続させるために、前記第一下方電極２４２及び前記第二下方電極２４２’はチタン又はタングステンからなることが好ましい。
【００３８】
さらに、前記第一電極２４の第一下方電極２４２及び前記第二電極２４’の第二下方電極２４２’を前記基板２２に固定させるために、チタンやタングステンなどの良好な付着性がある金属を利用して、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’を形成することができる。前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’を多層の金属層から形成することができる。例えば、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’が前記基板２２と接続する部分は、チタン又はタングステンからなり、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’が前記ＣＮＴ素子２６と接続する部分は、金又は白金、パラジウムからなる。
【００３９】
第三段階では、前記第一電極２４の第一下方電極２４２及び前記第二電極２４’の第二下方電極２４２’にそれぞれＣＮＴ素子２６を設置する。図１２に示すように、前記ＣＮＴ素子２６はそれぞれ前記基板２２に平行して第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に設置される。前記ＣＮＴ素子１６はカーボンナノチューブ、カーボンナノチューブヤーンからなる。前記ＣＮＴ素子１６は、舗装、堆積、スプレーにより前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’設置される。
【００４０】
舗装工程により前記ＣＮＴ素子１６を設置する方法は、次の工程を含む。第一段階では、カーボンナノチューブフィルムを提供する。第二段階では、前記基板２２に平行し且つ前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に垂直して前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に前記カーボンナノチューブフィルムを設置して、前記カーボンナノチューブフィルムにアルコールを滴下して、前記カーボンナノチューブフィルムを縮ませてカーボンナノチューブヤーンを形成する。上述の工程を繰り返して、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に複数のカーボンナノチューブヤーンからなる前記ＣＮＴ素子１６が形成される。前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、カーボンナノチューブアレイを提供するステップと、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フィルムを引き出すステップと、を含む。前記カーボンナノチューブフィルムの方法は非特許文献１に詳しく説明されている。
【００４１】
前記カーボンナノチューブフィルムを前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に設置することは、次のように行われる。前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’が設置される前記基板２２の一側の端部に粘着剤を設置し、この粘着剤が設置された端部をカーボンナノチューブアレイに接触させて、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に垂直して前記基板２２を移動させる。これにより、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’にカーボンナノチューブフィルムを形成することができる。
【００４２】
スプレー工程により前記ＣＮＴ素子１６を設置する方法は、次の工程を含む。まず、複数のカーボンナノチューブを、エチルアルコール、アセトン、イソプロピル、１，２−ジクロロエタンなどの有機溶剤又は、表面活性剤を含む溶液（例えば、ＤＢＳを含む水溶液）に分散させる。次に、前記複数のカーボンナノチューブを含む溶液を前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’にスプレーして、前記溶剤を気化させると、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に複数のカーボンナノチューブが形成されている。前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’を、溶剤の沸点より高い温度まで加熱させて前記溶剤を気化させることができる。前記溶剤は前記高温の条件で素早く気化されるので、カーボンナノチューブが第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に凝集することを防止することができる。
【００４３】
堆積工程により前記ＣＮＴ素子１６を設置する方法は、次の工程を含む。まず、複数のカーボンナノチューブを、エチルアルコール、アセトン、イソプロピル、１，２−ジクロロエタンなどの有機溶剤又は、表面活性剤を含む溶液（例えば、ＤＢＳを含む水溶液）に分散させる。次に、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’が形成される前記基板２２を、カーボンナノチューブを含む溶液に所定の時間浸漬させる。前記カーボンナノチューブは自身の重力が原因で前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’の表面に堆積する。最後に、前記溶液を気化させて、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に前記ＣＮＴ素子１６を形成することができる。
【００４４】
さらに、前記スプレー工程及び前記堆積工程は、前記ＣＮＴ素子２６を所定の方向に向かせる段階を含むことができる。この段階では、前記ＣＮＴ素子２６を前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に垂直して形成させるために、前記ＣＮＴ素子２６に対して気流を吹き付けて、又は、電界を印加することにより加工を行う。
【００４５】
第四段階では、図１３に示すように、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’と同じように、前記ＣＮＴ素子２６の表面に第一上方電極２４４及び第二上方電極２４４’を設置する。第一上方電極２４４及び第二上方電極２４４’の製造方法は前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’の製造方法と同じである。第一上方電極２４４及び第二上方電極２４４’はチタン、白金、金、タングステンなどのいずれか一種からなり、白金、金であることが好ましい。
【００４６】
第五段階では、図１４に示すように、隙間２８を形成する。まず、前記第四段階において作成される前記ＣＮＴ素子２６と、前記第一上方電極２４４及び前記第二上方電極２４４’と、の表面にフォトレジストマスクを塗布して、フォトリソグラフィー法により前記フォトレジストマスクの一部を除去して前記ＣＮＴ素子２６の一部を露出させる。イオンエッチング法により前記露出されるＣＮＴ素子２６の一部を除去して、隙間２８を形成する。前記隙間２８の寸法は１〜１０マイクロメートルにされる。イオンエッチング法で、水素、酸素、六フッ化硫黄などのいずれか一種を利用してエッチングする。本実施例において、酸素プラズマを利用して、気圧が２Ｐａ、電力が１００Ｗ、反応時間が２分間の条件で、前記ＣＮＴ素子２６の一部を除去する。勿論、前記隙間２８を、マスキング法により形成することができる。
【００４７】
さらに、本段階では、前記基板２２に残留されるカーボンナノチューブをイオンエッチング方法により除去することができる。
【００４８】
実施例２のＳＣＥ４０の製造方法は、実施例１のＳＣＥ２０の製造方法と比べると、次の点が異なる。第一下方電極４４２及び第二下方電極４４２’を設置した後、真空蒸着、スパッタリング、電子線蒸着などの方法により、前記基板４２に支持体４８を堆積させる。前記支持部４８は、酸化ケイ素、アルミナ、金属の酸化物、セラミックなどのいずれか一種からなる。本実子例において、前記支持部４８は、二酸化ケイ素であり、厚さは４０ｎｍ〜７０ｎｍにされる。
【００４９】
実施例３のＳＣＥ５０の製造方法は、実施例１のＳＣＥ２０の製造方法と比べると、次の点が異なる。前記ＣＮＴ素子５６の間に隙間を形成した後、前記隙間に対向して前記基板５２に凹部５８を形成する。本実施例では、ウェットエッチングにより前記凹部５８を形成する。前記ウェットエッチング処理において、８０℃の水酸化カリウム溶液を利用して１０分間反応させる。本実施例の前記凹部５８の厚さは１０μｍ〜２０μｍに形成される。前記基板５２は、絶縁材料又はこの絶縁材料の表面に酸化物を塗布してかなるので、前記ＣＮＴ素子５６からの電子に対して一定程度に電磁波を遮蔽する。前記凹部５８を設置することにより、前記ＣＮＴ素子５６及び前記基板５２の間の距離を増加し、前記基板５２による電子遮蔽の効果を低下させることができる。
【００５０】
実施例４のＳＣＥ６０の製造方法は、実施例１のＳＣＥ２０の製造方法と比べると、次の点が異なる。前記ＣＮＴ素子６６の間に隙間を形成した後、前記ＣＮＴ素子６６の表面に形成されたフォトレジストマスクを除去せず、固定層６８を形成する。前記固定層６８は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、金属の酸化物、セラミック、などのいずれか一種からなる。前記固定層６８を設置することにより、前記ＣＮＴ素子６６の安定性を高めることができる。
【００５１】
なお、前記隙間を形成する段階では、のこぎり状の金型を利用して、前記ＣＮＴ素子をのこぎり状に加工することができる。図９を参照すると、これにより、近接する前記ＣＮＴ素子の間に隙間が形成されることができる。
【００５２】
図５を参照すると、電子源３０の製造方法は次の段階を含む。第一段階では、基板２２を提供する。第二段階では、前記基板２２に複数の平行な下方電極を設置する。第三段階では、それぞれ前記複数の下方電極の表面にＣＮＴ素子２６を設置する。前記ＣＮＴ素子２６は複数の平行するカーボンナノチューブからなり、前記電極に垂直して設置される。第四段階では、前記下方電極と同じように、前記ＣＮＴ素子２６の表面に上方電極を設置する。前記下方電極及び前記上方電極は電極２４、２４’を構成する。第五段階では、隙間２８を形成する。
【００５３】
従来技術と比べて、本発明のＳＣＥ及び電子源は、フォトリソグラフィー、マスキングなどの方法を介して製造されるので、製造方法は簡単である。近接するＳＣＥの間の距離を数μｍに設けることにより、放出電子を陽極側に引き寄せるのに十分な時間を提供することができる。従って、電子放出効率が高くなる。また、カーボンナノチューブは良好な電子放出特性を有するので、電子放出素子の電圧が低くなり、エネルギー消費も低くなる。従って、本発明のＳＣＥ及び電子源を利用することにより、ＳＥＤの製造工程を簡単にし、ＳＥＤの発光効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来技術であるＳＣＥの模式図である。
【図２】本発明の実施例１に係るＳＣＥの模式図である。
【図３】本発明の実施例１に係るＳＣＥの模式図である。
【図４】本発明の実施例１に係るＳＣＥの模式図である。
【図５】本発明の実施例１に係る電子源及びこの電子源を利用するＳＥＤの模式図である。
【図６】本発明の実施例２に係るＳＣＥの模式図である。
【図７】本発明の実施例３に係るＳＣＥの模式図である。
【図８】本発明の実施例４に係るＳＣＥの模式図である。
【図９】本発明の実施例１の変型例に係るＳＣＥの模式図である。
【図１０】本発明の実施例１の製造方法のフローチャートである。
【図１１】本発明の実施例１の製造方法の第二段階を示す図である。
【図１２】本発明の実施例１の製造方法の第三段階を示す図である。
【図１３】本発明の実施例１の製造方法の第四段階を示す図である。
【図１４】本発明の実施例１の製造方法の第五段階を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ ＳＣＥ
１１２ 電極
１１４ 電極
１１６ 導電性薄膜
１１８ エミッタ
１２ 基板
１２０ 隙間
１４ 陽極電極
１６ 蛍光体
２０ ＳＣＥ
２２ 基板
２４，２４’ 電極
２４２，２４２’ 下方電極
２４４，２４４’ 上方電極
２６ ＣＮＴ素子
２６２ 端部
２８ 隙間
３０ 電子源
３２ 陽極電極
３４ 蛍光層
４０ ＳＣＥ
４２ 基板
４４，４４’ 電極
４４２，４４２’ 下方電極
４４４，４４４’ 上方電極
４６ ＣＮＴ素子
４８ 支持部
５０ ＳＣＥ
５２ 基板
５４，５４’ 電極
５６ ＣＮＴ素子
５８ 凹部
６０ ＳＣＥ
６２ 基板
６４，６４’ 電極
６６ ＣＮＴ素子
６８ 固定層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面伝導型電子放出素子及び該電子放出素子を利用する電子源に関し、特にカーボンナノチューブを含む表面伝導型電子放出素子及び該電子放出素子を利用する電子源に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＥＤとは、表面伝導型電子放出素子（Ｓｕｒｆａｃｅ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍｉｔｔｅｒ，ＳＣＥ）と呼ばれる平面構造の素子を応用したディスプレイ装置の名称である。平面状の電子放出源から真空中に電子を放ち、蛍光体にぶつけて発光させる「ＦＥＤ」と呼ばれる表示技術の１つである。ブラウン管の電子銃にあたる装置が平面状になっており、ブラウン管のような明るくてコントラストの高い画面を大型平面ディスプレイで実現することが可能となっている。また、発光原理そのものは、ブラウン管と同様で、電子を真空中に放って発光面に塗布された蛍光物質にぶつける仕組みを用いている。具体的には、ブラウン管の電子銃に相当する電子放出部をディスプレイの画素分だけ並べたガラス基板と、蛍光体を塗布したガラス基板を近接して配置することで、その間を真空封止した構造を取る。そして、電子放出素子をディスプレイのすべての画素に放出することによって、ブラウン管と同じ発光原理を可能にしている。なお、ブラウン管のように偏向が必要ないため薄型で大画面の平面ディスプレイを作ることが可能である。加えて、消費電力もブラウン管ディスプレイの半分程度で済むため、液晶やＰＤＰ（プラズマディスプレイ）と並び、大型平面テレビやディスプレイを普及させる技術として、既に製品化が始まっている。
【０００３】
一般に、ＳＥＤは複数のＳＣＥ１０を備える。図１に示すように、ＳＣＥ１０は、陰極基板１２と、電極１１２、１１４と、導電性薄膜１１６と、エミッタ１１８と、を備える。前記エミッタ１１８の一部には、ナノスケールの隙間１２０が形成されている。前記電極１１２、１１４に所定の電圧を印加すると、前記エミッタ隙間１２０の間に所定の電界が印加されることで、電子が放出される。このとき、前記エミッタ隙間１２０から放出された電子は、導電性薄膜１１６の表面に沿ってトンネリングし、この放出された電子は、陽極電極１４に印加された高電圧によって加速されて蛍光体１６と衝突する。従って、この衝突から発生したエネルギーにより、蛍光体１６が励起されることで発光が行われる。
【０００４】
ＳＥＤはＣＲＴと同様の発光原理に基づいており、定評のあるＣＲＴの画質を基本的に継承しながら、精細度などが改善された高画質表示ができる。また消費電力が非常に低く、環境負荷低減の観点からも優位性がある。
【非特許文献１】Ｘｉａｏｂｏ Ｚｈａｎｇ外、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、２００６年、第１８巻、ｐ．１５０５−１５１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、エミッタ間隙の形成において、長時間及び高電流が必要であるので、エネルギー消費が高くなる。また、前記エミッタ間隙はナノスケールで形成されるので、放出電子の行程が短く、放出電子の大部分が陽極電極で蛍光層に衝突できない。前記エミッタ間隙を長く設ける場合、高電圧の印加が必要であり、ＳＣＥに損傷を与えるという問題がある。
【０００６】
従って、前記問題を解決するために、エネルギー消費が低く、電子放出効率が高い表面伝導型電子放出素子を提供することが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の表面伝導型電子放出素子は、基板及び該基板に平行して設置された複数の電極を含む。前記表面伝導型電子放出素子は、それぞれ前記複数の電極に嵌入された複数のカーボンナノチューブ素子を含む。前記カーボンナノチューブ素子の一部は前記電極に固定され、対向する端部は、近接する電極の方向に延伸する。
【０００８】
前記複数のカーボンナノチューブ素子はそれぞれ前記基板に平行するように設置される。
【０００９】
前記カーボンナノチューブ素子が設置される電極に近接する電極に、カーボンナノチューブ素子を設置しない場合、前記カーボンナノチューブ素子の端部とこの端部に近接する電極との間に隙間が形成される。
【００１０】
前記電極の全部にカーボンナノチューブ素子を設置する場合、近接するカーボンナノチューブ素子の間に隙間が形成される。
【００１１】
前記電極は、前記基板に垂直して下方電極及び上方電極を積み重ねることにより形成される。
【００１２】
近接する前記電極の間に支持部を設置し、前記支持部を前記下方電極より薄くように形成することが好ましい。
【００１３】
さらに、前記電極の一部及び前記カーボンナノチューブ素子の大部分を覆うように、固定層を設けることができる。
【００１４】
さらに、近接する電極の間の前記基板に凹部を形成することができる。
【００１５】
前記カーボンナノチューブ素子を、のこぎり状に形成することができる。
【００１６】
前記カーボンナノチューブ素子は、複数のカーボンナノチューブ又はカーボンナノチューブヤーンからなる。
【００１７】
前記隙間の寸法は１μｍ〜１０μｍにされる。
【００１８】
本発明は、前記表面伝導型電子放出素子を利用する電子源を提供する。前記電子源は、基板と、前記基板に垂直する複数の電極と、前記基板に平行する複数のカーボンナノチューブ素子を含む。前記複数のカーボンナノチューブ素子はそれぞれ前記複数の電極に嵌入される。前記カーボンナノチューブ素子の一部は前記電極に固定され、対向する端部は近接する電極の方向に延伸する。
【発明の効果】
【００１９】
従来技術と比べると、本発明では、近接するＳＣＥの間の距離を数μｍに設けることにより、放出電子を陽極側に引き寄せるのに十分な時間を提供することができる。従って、電子放出効率が高くなる。また、カーボンナノチューブは良好な電子放出特性を有するので、電子放出素子の電圧が低くなり、エネルギー消費も低くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００２１】
（実施例１）
図２に示すように、本実施例のＳＣＥ（表面伝導型電子放出素子）２０は、基板２２と、前記基板２２の表面に垂直に設置された第一電極２４及び第二電極２４’と、複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）素子２６と、を含む。前記第一電極２４は第一上方電極２４４及び第一下方電極２４２を有し、前記第二電極２４’は第二上方電極２４４’及び第二下方電極２４２’を有する。前記第一下方電極２４２及び前記第二下方電極２４２’はそれぞれ前記基板２２に電気的に接続されている。前記第二上方電極２４４及び前記第二上方電極２４４’はそれぞれ前記第一下方電極２４２及び前記第二下方電極２４２’上に形成されている。前記複数のＣＮＴ素子２６はそれぞれ前記第一上方電極２４４と前記第一下方電極２４２との間及び、前記第二上方電極２４４’と前記第二下方電極２４２’との間に設置されている。前記ＣＮＴ素子２６は、それぞれ複数のカーボンナノチューブからなる。隣接する前記ＣＮＴ素子２６の間に間隙２８が形成されている。
【００２２】
前記基板２２は、石英、ガラス、セラミック、プラスチックなどの絶縁材料からなり、また、導電性材料の表面に絶縁材料を被覆させることにより形成することもできる。前記基板２２の厚さは実際の条件により設定される。前記基板２２が導電性材料の表面に酸化物の絶縁材料を被覆することにより形成される場合、前記酸化物の絶縁材料は所定の厚さに形成される。本実施例において、前記基板２２はシリコンシートの表面に二酸化ケイ素を被覆させることにより得られ、厚さが０．５〜１μｍに形成されている。
【００２３】
前記第一電極２４及び前記第二電極２４’は、それぞれチタン、パラジウム、金、タングステン、白金などの金属からなり、厚さが２０ｎｍ〜１５０ｎｍ、幅が数十μｍ乃至数百μｍに形成されている。前記隙間２８の寸法は数μｍ乃至数十μｍに設定されている。本実施例において、前記第一電極２４及び前記第二電極２４’の幅は９０μｍ〜１９０μｍ、前記隙間２８の寸法は１０μｍに設定されている。
【００２４】
さらに、前記第一電極２４の第一下方電極２４２及び前記第二電極２４’の第二下方電極２４２’を前記基板２２に固定させるために、チタンやタングステンなどの良好な付着性がある金属を利用して、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’を形成することができる。前記第一上方電極２４４及び前記第二上方電極２４４’のそれぞれと前記ＣＮＴ素子２６との電気抵抗を低減するために、前記第一上方電極２４４及び前記第二上方電極２４４’は金又は白金、パラジウムなどの良好な導電性がある金属からなる。前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’と前記基板２２、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’と前記ＣＮＴ素子２６とを良好に電気的に接続するために、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’は多層の金属層から形成される。例えば、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’が前記基板２２と接続する部分は、チタン又はタングステンからなり、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’が前記ＣＮＴ素子２６と接続する部分は、金又は白金、パラジウムからなる。
【００２５】
図３に示すように、前記第二電極２４’に前記ＣＮＴ素子２６を設置せず、前記第一電極２４にだけ前記ＣＮＴ素子２６を設置することができる。この場合、前記ＣＮＴ素子２６の端部２６２と前記第二電極２４’との間に隙間が形成される。
【００２６】
本実施例のＳＣＥ２０は図４に示されるように、前記第一電極２４及び前記第二電極２４’のそれぞれに前記ＣＮＴ素子２６が設置され、前記ＣＮＴ素子２６は二つの端部２６２を有する。前記ＣＮＴ素子２６は前記第一電極２４及び前記第二電極２４’に平行して、前記ＣＮＴ素子２６の前記端部２６２は前記第一電極２４及び前記第二電極２４’のそれぞれの両側から外部へ延伸する。前記第一電極２４設置される前記ＣＮＴ素子２６と、及び前記第二電極２４’に設置される前記ＣＮＴ素子２６と、近接する端部の間に隙間２８が形成されている。
【００２７】
前記第一電極２４及び前記第二電極２４’をそれぞれ一体成型で製造することができる。この場合、前記ＣＮＴ素子２６は導電性のテープで、前記第一電極２４及び前記第二電極２４’のそれぞれの表面に固定することができる。また、前記ＣＮＴ素子２６を前記第一電極２４及び前記第二電極２４’に嵌入して構成することができる。
【００２８】
図５を参照すると、本実施例は、前記ＳＣＥ２０を利用する電子源３０を提供している。前記電子源３０は、複数の前記ＳＣＥ２０からなる。前記電子源３０は、基板２２と、複数の前記第一電極２４及び前記第二電極２４’と、複数の前記ＣＮＴ素子２６と、を含む。複数の前記第一電極２４及び前記第二電極２４’はそれぞれ前記基板２２に平行して前記基板２２に設置される。
【００２９】
前記電子源３０を電子放出表示装置（図示せず）に利用する場合、前記電子源３０の上方に陽極電極３２及び蛍光層３４を設置する。前記電子源３０の前記第一電極２４及び前記第二電極２４’に電圧を印加すると、前記第二電極２４’に設置された前記ＣＮＴ素子２６からの電子は前記隙間２８に入射すると同時に、前記第一電極２４へ飛ぶ。この場合、前記陽極電極３２のバイアス電圧が原因で、前記電子は前記陽極電極３２の方向に飛び、前記蛍光層に衝突する。本実施例において、前記陽極電極３２の電界強度と前記第一電極２４及び前記第二電極２４’の間の電界強度との比が、６：１に達する場合、前記陽極電極３２の電流強度と前記第一電極２４及び前記第二電極２４’の間に流れる電流強度とは同じになる。従って、前記電子源３０は、高い電子放出効率及び電子利用効率という優れた点がある。
【００３０】
（実施例２）
図６に示すように、本実施例のＳＣＥ４０は、基板４２と、前記基板４２の表面に垂直に設置された第一電極４４及び第二電極４４’と、複数のＣＮＴ素子４６と、を含む。前記第一電極４４は第一上方電極４４４及び第一下方電極４４２を有し、前記第二電極４４’は第二上方電極４４４’及び第二下方電極４４２’を有する。前記ＳＣＥ４０と実施例１のＳＣＥ２０とを比べると、次の点が異なる。前記ＳＣＥ４０の前記第一電極４４及び前記第二電極４４’の間に、前記基板４２に支持部４８が設置されている。前記支持部４８の厚さは前記第一下方電極４４２及び前記第二下方電極４４２’のそれぞれの厚さより薄くなるように設けられる。前記支持部４８は、酸化ケイ素、アルミナ、金属酸化物、セラミックなどのいずれか一種からなる。前記支持部４８を設置することにより、前記ＣＮＴ素子４６の前記第一電極４４又は第二電極４４’の外部に延伸する部分を、自身の重力が原因で湾曲又は破損することを防止することができる。本実子例において、前記支持部４８は、二酸化ケイ素であり、厚さは４０ｎｍ〜７０ｎｍにされる。
【００３１】
（実施例３）
図７に示すように、本実施例のＳＣＥ５０は、基板５２と、前記基板５２の表面に垂直に設置された第一電極５４及び第二電極５４’と、複数のＣＮＴ素子５６と、を含む。前記ＳＣＥ５０と実施例１のＳＣＥ２０とを比べると、次の点が異なる。前記第一電極５４及び前記第二電極５４’の間の前記基板５２の表面に凹部５８が形成されている。本実施例では、ウェットエッチングにより前記凹部５８を形成する。前記ウェットエッチング処理において、８０℃の水酸化カリウム溶液を利用して１０分間反応させる。本実施例の前記凹部５８の厚さは１０μｍ〜２０μｍに形成される。前記基板５２は、絶縁材料からなるか又はこの絶縁材料の表面に酸化物を塗布してなるので、前記ＣＮＴ素子５６からの電子に対して一定程度に電磁波を遮蔽する。前記凹部５８を設置することにより、前記ＣＮＴ素子５６及び前記基板５２の間の距離を増加し、前記基板５２による電子遮蔽の効果を低下させることができる。
【００３２】
（実施例４）
図８に示すように、本実施例のＳＣＥ６０は、基板６２と、前記基板６２の表面に垂直に設置された第一電極６４及び第二電極６４’と、複数のＣＮＴ素子６６と、を含む。前記ＳＣＥ６０と実施例１のＳＣＥ２０とを比べると、次の点が異なる。前記ＳＣＥ６０はさらに固定層６８を含む。前記固定層６８は、第一電極６４及び第二電極６４’のそれぞれの一部及び前記ＣＮＴ素子６６の大部分を覆うように設けられる。前記固定層６８は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、金属の酸化物、セラミック、などのいずれか一種からなる。前記固定層６８を設置することにより、前記ＣＮＴ素子６６の安定性を高めることができる。
【００３３】
なお、上述の四つの実施例のＣＮＴ素子は、図９に示すように、のこぎり状に配列された複数のカーボンナノチューブからなることができる。
【００３４】
次に、図１０乃至図１４を参照して、実施例１のＳＣＥ２０製造方法を説明する。
【００３５】
第一段階では、基板２２を提供する。前記基板２２は、石英、ガラス、セラミック、プラスチックなどの絶縁材料からなり、また、導電性材料の表面に絶縁材料を被覆させることにより形成することもできる。前記基板２２の厚さは実際の条件により設定される。前記基板２２が導電性材料の表面に酸化物の絶縁材料を被覆することにより形成される場合、前記酸化物の絶縁材料は所定の厚さに形成される。本実施例において、前記基板２２はシリコンシートの表面に二酸化ケイ素を被覆させることにより得られ、厚さが０．５〜１μｍに形成されている。
【００３６】
第二段階では、図１１を参照すると、前記基板２２に第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’を設置する。詳しく説明すると、まず、前記基板２２にフォトレジストを塗布してフォトレジストマスクを形成して、フォトリソグラフィー法により前記フォトレジストマスクに二つの平行な領域を形成して前記基板２２の一部を露出させる。その後、真空蒸着、スパッタリング、電子線蒸着などの方法により、前記基板２２に少なくとも一層の金属層を堆積させる。最後に、アセトンなどの有機溶剤で前記フォトレジストマスク及び、前記フォトレジストマスクに堆積された金属層を除去する。これにより、前記第一下方電極２４２及び前記第二下方電極２４２’が得られる。上述の方法に代わりに、前記基板２２に少なくとも一層の金属層を堆積させて、前記金属層の表面にフォトレジストマスクを形成して、前記フォトレジストマスクに所定のパターンを設定する。前記所定のパターンに対して、ウェットエッチング又はイオンエッチングで不要な領域を除去して、アセトンなどの有機溶剤で前記フォトレジストマスクを除去する。これにより、前記第一下方電極２４２及び前記第二下方電極２４２’が得られる。
【００３７】
前記第一下方電極２４２及び前記第二下方電極２４２’は、チタン、白金、金、タングステンなどのいずれか一種からなり、長さ及び幅は数十マイクロメートル乃至数百マイクロメートルにされる。前記第一下方電極２４２及び前記第二下方電極２４２’の間の距離は、数マイクロメートル乃至数十マイクロメートルにされる。前記第一下方電極２４２及び前記第二下方電極２４２’を前記基板２２と良く接続させるために、前記第一下方電極２４２及び前記第二下方電極２４２’はチタン又はタングステンからなることが好ましい。
【００３８】
さらに、前記第一電極２４の第一下方電極２４２及び前記第二電極２４’の第二下方電極２４２’を前記基板２２に固定させるために、チタンやタングステンなどの良好な付着性がある金属を利用して、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’を形成することができる。前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’を多層の金属層から形成することができる。例えば、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’が前記基板２２と接続する部分は、チタン又はタングステンからなり、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’が前記ＣＮＴ素子２６と接続する部分は、金又は白金、パラジウムからなる。
【００３９】
第三段階では、前記第一電極２４の第一下方電極２４２及び前記第二電極２４’の第二下方電極２４２’にそれぞれＣＮＴ素子２６を設置する。図１２に示すように、前記ＣＮＴ素子２６はそれぞれ前記基板２２に平行して第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に設置される。前記ＣＮＴ素子１６はカーボンナノチューブ、カーボンナノチューブヤーンからなる。前記ＣＮＴ素子１６は、舗装、堆積、スプレーにより前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’設置される。
【００４０】
舗装工程により前記ＣＮＴ素子１６を設置する方法は、次の工程を含む。第一段階では、カーボンナノチューブフィルムを提供する。第二段階では、前記基板２２に平行し且つ前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に垂直して前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に前記カーボンナノチューブフィルムを設置して、前記カーボンナノチューブフィルムにアルコールを滴下して、前記カーボンナノチューブフィルムを縮ませてカーボンナノチューブヤーンを形成する。上述の工程を繰り返して、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に複数のカーボンナノチューブヤーンからなる前記ＣＮＴ素子１６が形成される。前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、カーボンナノチューブアレイを提供するステップと、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フィルムを引き出すステップと、を含む。前記カーボンナノチューブフィルムの方法は非特許文献１に詳しく説明されている。
【００４１】
前記カーボンナノチューブフィルムを前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に設置することは、次のように行われる。前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’が設置される前記基板２２の一側の端部に粘着剤を設置し、この粘着剤が設置された端部をカーボンナノチューブアレイに接触させて、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に垂直して前記基板２２を移動させる。これにより、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’にカーボンナノチューブフィルムを形成することができる。
【００４２】
スプレー工程により前記ＣＮＴ素子１６を設置する方法は、次の工程を含む。まず、複数のカーボンナノチューブを、エチルアルコール、アセトン、イソプロピル、１，２−ジクロロエタンなどの有機溶剤又は、表面活性剤を含む溶液（例えば、ＤＢＳを含む水溶液）に分散させる。次に、前記複数のカーボンナノチューブを含む溶液を前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’にスプレーして、前記溶剤を気化させると、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に複数のカーボンナノチューブが形成されている。前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’を、溶剤の沸点より高い温度まで加熱させて前記溶剤を気化させることができる。前記溶剤は前記高温の条件で素早く気化されるので、カーボンナノチューブが第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に凝集することを防止することができる。
【００４３】
堆積工程により前記ＣＮＴ素子１６を設置する方法は、次の工程を含む。まず、複数のカーボンナノチューブを、エチルアルコール、アセトン、イソプロピル、１，２−ジクロロエタンなどの有機溶剤又は、表面活性剤を含む溶液（例えば、ＤＢＳを含む水溶液）に分散させる。次に、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’が形成される前記基板２２を、カーボンナノチューブを含む溶液に所定の時間浸漬させる。前記カーボンナノチューブは自身の重力が原因で前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’の表面に堆積する。最後に、前記溶液を気化させて、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に前記ＣＮＴ素子１６を形成することができる。
【００４４】
さらに、前記スプレー工程及び前記堆積工程は、前記ＣＮＴ素子２６を所定の方向に向かせる段階を含むことができる。この段階では、前記ＣＮＴ素子２６を前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’に垂直して形成させるために、前記ＣＮＴ素子２６に対して気流を吹き付けて、又は、電界を印加することにより加工を行う。
【００４５】
第四段階では、図１３に示すように、前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’と同じように、前記ＣＮＴ素子２６の表面に第一上方電極２４４及び第二上方電極２４４’を設置する。第一上方電極２４４及び第二上方電極２４４’の製造方法は前記第一下方電極２４２及び第二下方電極２４２’の製造方法と同じである。第一上方電極２４４及び第二上方電極２４４’はチタン、白金、金、タングステンなどのいずれか一種からなり、白金、金であることが好ましい。
【００４６】
第五段階では、図１４に示すように、隙間２８を形成する。まず、前記第四段階において作成される前記ＣＮＴ素子２６と、前記第一上方電極２４４及び前記第二上方電極２４４’と、の表面にフォトレジストマスクを塗布して、フォトリソグラフィー法により前記フォトレジストマスクの一部を除去して前記ＣＮＴ素子２６の一部を露出させる。イオンエッチング法により前記露出されるＣＮＴ素子２６の一部を除去して、隙間２８を形成する。前記隙間２８の寸法は１〜１０マイクロメートルにされる。イオンエッチング法で、水素、酸素、六フッ化硫黄などのいずれか一種を利用してエッチングする。本実施例において、酸素プラズマを利用して、気圧が２Ｐａ、電力が１００Ｗ、反応時間が２分間の条件で、前記ＣＮＴ素子２６の一部を除去する。勿論、前記隙間２８を、マスキング法により形成することができる。
【００４７】
さらに、本段階では、前記基板２２に残留されるカーボンナノチューブをイオンエッチング方法により除去することができる。
【００４８】
実施例２のＳＣＥ４０の製造方法は、実施例１のＳＣＥ２０の製造方法と比べると、次の点が異なる。第一下方電極４４２及び第二下方電極４４２’を設置した後、真空蒸着、スパッタリング、電子線蒸着などの方法により、前記基板４２に支持体４８を堆積させる。前記支持部４８は、酸化ケイ素、アルミナ、金属の酸化物、セラミックなどのいずれか一種からなる。本実子例において、前記支持部４８は、二酸化ケイ素であり、厚さは４０ｎｍ〜７０ｎｍにされる。
【００４９】
実施例３のＳＣＥ５０の製造方法は、実施例１のＳＣＥ２０の製造方法と比べると、次の点が異なる。前記ＣＮＴ素子５６の間に隙間を形成した後、前記隙間に対向して前記基板５２に凹部５８を形成する。本実施例では、ウェットエッチングにより前記凹部５８を形成する。前記ウェットエッチング処理において、８０℃の水酸化カリウム溶液を利用して１０分間反応させる。本実施例の前記凹部５８の厚さは１０μｍ〜２０μｍに形成される。前記基板５２は、絶縁材料又はこの絶縁材料の表面に酸化物を塗布してかなるので、前記ＣＮＴ素子５６からの電子に対して一定程度に電磁波を遮蔽する。前記凹部５８を設置することにより、前記ＣＮＴ素子５６及び前記基板５２の間の距離を増加し、前記基板５２による電子遮蔽の効果を低下させることができる。
【００５０】
実施例４のＳＣＥ６０の製造方法は、実施例１のＳＣＥ２０の製造方法と比べると、次の点が異なる。前記ＣＮＴ素子６６の間に隙間を形成した後、前記ＣＮＴ素子６６の表面に形成されたフォトレジストマスクを除去せず、固定層６８を形成する。前記固定層６８は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、金属の酸化物、セラミック、などのいずれか一種からなる。前記固定層６８を設置することにより、前記ＣＮＴ素子６６の安定性を高めることができる。
【００５１】
なお、前記隙間を形成する段階では、のこぎり状の金型を利用して、前記ＣＮＴ素子をのこぎり状に加工することができる。図９を参照すると、これにより、近接する前記ＣＮＴ素子の間に隙間が形成されることができる。
【００５２】
図５を参照すると、電子源３０の製造方法は次の段階を含む。第一段階では、基板２２を提供する。第二段階では、前記基板２２に複数の平行な下方電極を設置する。第三段階では、それぞれ前記複数の下方電極の表面にＣＮＴ素子２６を設置する。前記ＣＮＴ素子２６は複数の平行するカーボンナノチューブからなり、前記電極に垂直して設置される。第四段階では、前記下方電極と同じように、前記ＣＮＴ素子２６の表面に上方電極を設置する。前記下方電極及び前記上方電極は電極２４、２４’を構成する。第五段階では、隙間２８を形成する。
【００５３】
従来技術と比べて、本発明のＳＣＥ及び電子源は、フォトリソグラフィー、マスキングなどの方法を介して製造されるので、製造方法は簡単である。近接するＳＣＥの間の距離を数μｍに設けることにより、放出電子を陽極側に引き寄せるのに十分な時間を提供することができる。従って、電子放出効率が高くなる。また、カーボンナノチューブは良好な電子放出特性を有するので、電子放出素子の電圧が低くなり、エネルギー消費も低くなる。従って、本発明のＳＣＥ及び電子源を利用することにより、ＳＥＤの製造工程を簡単にし、ＳＥＤの発光効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来技術であるＳＣＥの模式図である。
【図２】本発明の実施例１に係るＳＣＥの模式図である。
【図３】本発明の実施例１に係るＳＣＥの模式図である。
【図４】本発明の実施例１に係るＳＣＥの模式図である。
【図５】本発明の実施例１に係る電子源及びこの電子源を利用するＳＥＤの模式図である。
【図６】本発明の実施例２に係るＳＣＥの模式図である。
【図７】本発明の実施例３に係るＳＣＥの模式図である。
【図８】本発明の実施例４に係るＳＣＥの模式図である。
【図９】本発明の実施例１の変型例に係るＳＣＥの模式図である。
【図１０】本発明の実施例１の製造方法のフローチャートである。
【図１１】本発明の実施例１の製造方法の第二段階を示す図である。
【図１２】本発明の実施例１の製造方法の第三段階を示す図である。
【図１３】本発明の実施例１の製造方法の第四段階を示す図である。
【図１４】本発明の実施例１の製造方法の第五段階を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ ＳＣＥ
１１２ 電極
１１４ 電極
１１６ 導電性薄膜
１１８ エミッタ
１２ 基板
１２０ 隙間
１４ 陽極電極
１６ 蛍光体
２０ ＳＣＥ
２２ 基板
２４，２４’ 電極
２４２，２４２’ 下方電極
２４４，２４４’ 上方電極
２６ ＣＮＴ素子
２６２ 端部
２８ 隙間
３０ 電子源
３２ 陽極電極
３４ 蛍光層
４０ ＳＣＥ
４２ 基板
４４，４４’ 電極
４４２，４４２’ 下方電極
４４４，４４４’ 上方電極
４６ ＣＮＴ素子
４８ 支持部
５０ ＳＣＥ
５２ 基板
５４，５４’ 電極
５６ ＣＮＴ素子
５８ 凹部
６０ ＳＣＥ
６２ 基板
６４，６４’ 電極
６６ ＣＮＴ素子
６８ 固定層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板及び該基板に平行して設置された複数の電極を含む表面伝導型電子放出素子であり、
前記複数の電極のそれぞれに嵌入された複数のカーボンナノチューブ素子を含み、
前記カーボンナノチューブ素子の一部は前記電極に固定され、対向する端部は近接する電極の方向に延伸することを特徴とする表面伝導型電子放出素子。
【請求項２】
前記複数のカーボンナノチューブ素子はそれぞれ前記基板に平行するように設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブ素子が設置された電極に近接する電極に、カーボンナノチューブ素子が設置されておらず、
前記カーボンナノチューブ素子の端部と該端部に近接する電極との間に隙間が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項４】
前記電極の全部にカーボンナノチューブ素子が設置され、
近接するカーボンナノチューブ素子の間に隙間が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項５】
前記電極は、前記基板に垂直して下方電極及び上方電極を積み重ねることにより形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項６】
近接する前記電極の間に支持部が設置され、前記支持部は前記下方電極より薄くように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項７】
前記電極の一部及び前記カーボンナノチューブ素子の大部分を覆うように、固定層が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項８】
近接する電極の間の前記基板に凹部が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項９】
前記カーボンナノチューブ素子は、のこぎり状に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項１０】
前記カーボンナノチューブ素子は、複数のカーボンナノチューブ又はカーボンナノチューブヤーンからなることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項１１】
前記隙間の寸法は１μｍ〜１０μｍにされていることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項１２】
請求項１の表面伝導型電子放出素子を利用した電子源であり、
基板と、該基板に垂直する複数の電極と、前記基板に平行する複数のカーボンナノチューブ素子を含み、
前記複数のカーボンナノチューブ素子はそれぞれ前記複数の電極に嵌入され、
前記カーボンナノチューブ素子の一部は前記電極に固定され、対向する端部は近接する電極の方向に延伸していることを特徴とする電子源。
【請求項１】
基板及び該基板に平行して設置された複数の電極を含む表面伝導型電子放出素子であり、
前記複数の電極のそれぞれに嵌入された複数のカーボンナノチューブ素子を含み、
前記カーボンナノチューブ素子の一部は前記電極に固定され、対向する端部は近接する電極の方向に延伸することを特徴とする表面伝導型電子放出素子。
【請求項２】
前記複数のカーボンナノチューブ素子はそれぞれ前記基板に平行するように設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブ素子が設置された電極に近接する電極に、カーボンナノチューブ素子が設置されておらず、
前記カーボンナノチューブ素子の端部と該端部に近接する電極との間に隙間が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項４】
前記電極の全部にカーボンナノチューブ素子が設置され、
近接するカーボンナノチューブ素子の間に隙間が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項５】
前記電極は、前記基板に垂直して下方電極及び上方電極を積み重ねることにより形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項６】
近接する前記電極の間に支持部が設置され、前記支持部は前記下方電極より薄くように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項７】
前記電極の一部及び前記カーボンナノチューブ素子の大部分を覆うように、固定層が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項８】
近接する電極の間の前記基板に凹部が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項９】
前記カーボンナノチューブ素子は、のこぎり状に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項１０】
前記カーボンナノチューブ素子は、複数のカーボンナノチューブ又はカーボンナノチューブヤーンからなることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項１１】
前記隙間の寸法は１μｍ〜１０μｍにされていることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の表面伝導型電子放出素子。
【請求項１２】
請求項１の表面伝導型電子放出素子を利用した電子源であり、
基板と、該基板に垂直する複数の電極と、前記基板に平行する複数のカーボンナノチューブ素子を含み、
前記複数のカーボンナノチューブ素子はそれぞれ前記複数の電極に嵌入され、
前記カーボンナノチューブ素子の一部は前記電極に固定され、対向する端部は近接する電極の方向に延伸していることを特徴とする電子源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−１３０５７４（Ｐ２００８−１３０５７４Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０５０２７（Ｐ２００７−３０５０２７）
【出願日】平成１９年１１月２６日（２００７．１１．２６）
【出願人】（５０３０２３０６９）鴻富錦精密工業（深▲セン▼）有限公司 (399)
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２６日（２００７．１１．２６）
【出願人】（５０３０２３０６９）鴻富錦精密工業（深▲セン▼）有限公司 (399)
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]