電子放出源、これを適用した電子装置及び電子放出源の製造方法
【課題】 電子放出源、それを適用した電子装置及び電子放出源の製造方法を提供する。
【解決手段】 基板と別途に製造されたカソードを備え、カソードには、接着層によって固定された針状電子放出物質、例えば、カーボンナノチューブ層が設けられる電子放出源である。カーボンナノチューブ層は、懸濁液フィルタリング法を利用して形成され、後続する電子放出物質層の表面処理によって電子放出密度が上昇する。
【解決手段】 基板と別途に製造されたカソードを備え、カソードには、接着層によって固定された針状電子放出物質、例えば、カーボンナノチューブ層が設けられる電子放出源である。カーボンナノチューブ層は、懸濁液フィルタリング法を利用して形成され、後続する電子放出物質層の表面処理によって電子放出密度が上昇する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出源、この電子放出源を適用する電子装置及び電子放出源の製造方法に係り、具体的に、ＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ）のような針状電子放出物質による電子放出源に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細構造物による電子放出源で、ＣＮＴまたはナノパーチクルが電子放出物質として選好される。ＣＮＴは、チューブ状に成長または合成された微細構造物であって、形態上多様な類型が知られている。このようなＣＮＴは、非常に優秀な電気的、機械的、化学的、熱的特性を有し、このような長所によって多様な分野に応用されている。ＣＮＴは、低い仕事関数と高い縦横比とを有し、その先端が短い曲率半径を有するため、非常に大きい電界強化因子を有し、したがって、低いポテンシャルの電界下でも電子を放出しうる。
【０００３】
従来のＣＮＴ電子放出源の製作方法としては、ＣＮＴを導電体、例えば、カソードまたは基板上に直接垂直成長させる方法と、別途工程で合成されたＣＮＴ粉末をカソードに付着させる方法とがある。
【０００４】
ＣＮＴを成長する方法として、微細触媒金属が蒸着された多様なカソード基板上に高温で炭化水素ガスの分解によってＣＮＴを基板上に垂直整列させる直接成長法が多数知られている（非特許文献１、２、３及び４、特許文献１及び２を参照）。
【０００５】
合成されたＣＮＴ粉末をカソード基板上に付着させる方法には、懸濁液フィルタリング法、スクリーンプリンティング法、電気泳動法、自己組立法、スプレイ法、インクジェットプリンティング法がある。
【０００６】
懸濁液フィルタリング法は、ＣＮＴ懸濁液を微細孔を有するフィルタ紙に濾過してテフロンコーティングされたカソード基板にＣＮＴを転写する（非特許文献５及び６参照）。
【０００７】
スクリーンプリンティング法は、ポリマー及び有機溶媒を含有するビークル、無機バインダー及びその他の添加剤とＣＮＴ粉末とを混ぜたペーストをカソード基板に印刷、焼成してＣＮＴ薄膜を形成する。（非特許文献７、特許文献３参照）
【０００８】
電気泳動法は、界面活性剤にＣＮＴ粉末が分散されている電解質溶液にカソード基板を浸漬した状態で電気的泳動によってＣＮＴをカソード基板に付着させる（非特許文献８及び９、特許文献４及び５参照 ）。
【０００９】
自己組立法は、脱イオン水溶液に親水性に表面改質されたＣＮＴをよく分散させた懸濁液に親水性基板を垂直に入れた後、漸進的な溶液の気化によるＣＮＴ薄膜を形成させる（非特許文献１０、特許文献６参照）。
【００１０】
スプレイ法は、よく分散されたＣＮＴ懸濁液を噴霧ノズルを通じて噴射させてカソード基板にＣＮＴ薄膜を形成する（非特許文献１１、１２及び１３、特許文献７及び８参照）。
【００１１】
インクジェットプリンティング法は、よく分散されたＣＮＴ懸濁液をインクジェットプリンタでカソード基板にプリントしてＣＮＴ薄膜を形成する（非特許文献１４及び１５、特許文献９参照）。
【００１２】
前記のような方法において、直接成長法は、伝導性または非伝導性のカソード基板上にスパッタリング、熱蒸着または電子ビーム蒸着などの方法でナノサイズの触媒金属を蒸着した後、化学気相蒸着法で気状及び液状炭化ソースガスを高温で熱分解して垂直整列されたＣＮＴ電界電子放出源を製作する方法である。前記方法は、ＣＮＴの直径、長さ、密度、パターン化調節などの構造制御が容易であるが、触媒金属を大面積に蒸着するとき、全体的な均質性の確保と触媒金属粒子のサイズ制御とが難しいだけでなく、成長したＣＮＴとカソード基板との間の接着力が弱く、大面積化が容易ではないという短所がある。
【００１３】
前記のように、ＣＮＴとカソード基板との間の接着力問題と、ＣＮＴ電界電子放出源の大面積化の難しさとを克服するために、色々な合成方法で製造されたＣＮＴ粉末を精製、分散、機能化させてペースト化するか、または溶媒及び界面活性剤に分散させた懸濁液をカソード基板に付着させる多様な方法が開発された。そのうち、ＣＮＴ粉末、ポリマー、バインダー、高分子、有機溶媒、金属充填剤及びその他の添加剤を含むＣＮＴペースト組成物をカソード基板に印刷して乾燥、露光、焼成及び表面突出処理などの過程を経てＣＮＴ電子放出源を製作するスクリーンプリンティング法は、カソード基板とＣＮＴ電子放出源との接着力が良く、大面積化に有利であるが、活性電子放出サイトの密度調節が難しく、各種の有・無機物バインダー及び高分子のために電界電子放出特性が容易に低下するだけでなく、工程手順がやかましい。電気泳動法は、電解液にＣＮＴ粉末と陽極分散剤とを混合してよく分散されたＣＮＴ懸濁液を作った後、前記ＣＮＴ懸濁液に二つの電極基板を入れて電場をかけた後、電場内で（＋）に帯電されたＣＮＴを（−）電圧が印加されたカソード基板に蒸着させてＣＮＴ電界電子放出源を製作する方法であって、常温で選択的蒸着が可能であり、大面積化が容易であるが、厚さ及び密度の調節が難しく、均質性及び再現性が良くないだけではなく、カソード基板との接着力がよくなくて、電界電子放出時に信頼性及び安定性に問題がある。
【００１４】
一方、脱イオン水に親水性に表面改質されたＣＮＴをよく分散させた懸濁液に親水性基板を垂直に入れた後、漸進的な溶液の気化によってＣＮＴ電界電子放出源を形成させる自己組立法は、工程が簡単であり、常温で大面積化が容易であるが、電気泳動法と同様に形成されたＣＮＴ薄膜とカソード基板との接着力がよくなくて、長時間がかかるという短所を有している。
【００１５】
前記スプレイ法も同様に、工程が簡単であり、常温で大面積化が容易であるが、ノズルからカソード基板まで噴射液の移動中に懸濁液の蒸発程度によって薄膜の表面状態が決定されるので、ＣＮＴ薄膜の厚さ、密度調節及び均一なＣＮＴ薄膜蒸着が容易でないので、均質性及び再現性が劣り、カソード基板との弱い接着力によって電界電子放出の間に脱着が容易に発生するという短所を有している。
【００１６】
そして、インクジェットプリンタによる電子放出源の製造方法は、親水性に表面改質されたＣＮＴ粉末を脱イオン水によく分散させて作った懸濁液をカソード基板に選択的にプリンティングしてＣＮＴ電界電子放出源を形成する。この方法は、ＣＮＴ膜の厚さ及び密度調節が容易であり、選択的パターン化を実現でき、常温で大面積化に有利であるが、プリンティングされたＣＮＴ電界電子放出源とカソード基板との接着力が弱いという問題点がある。また、よく分散されたＣＮＴ懸濁液を微細孔を有するフィルタ紙に濾過してテフロンコーティングされた金属基板に単純に転写させてＣＮＴ電界電子放出源を形成させる懸濁液フィルタリング法は、ＣＮＴ粉末の量や濃度を調節して薄膜の厚さ及び密度調節が容易であり、かつ工程が簡単で大面積化が有利であるが、同様にＣＮＴ薄膜とカソード基板との接着力が問題となってきた。
【００１７】
ＣＮＴ懸濁液をフィルタリングしてＣＮＴ薄膜を作った後、カソード基板上に転写させる方法とは異なり、特許文献１０では、金属基板上に伝導性銀ペーストをパターン化させた所に直接成長法で垂直整列されたＣＮＴ薄膜を接合させて熱圧縮して転写するか、またはガラスシート上にパターン化された伝導性層を敷き、伝導性層上に伝導性炭素（銀、金など）ペーストを蒸着させた所に直接成長法で垂直整列されたＣＮＴ薄膜から接着シートに移されたＣＮＴをこれらに転写させてＣＮＴ電界電子放出源を製作する方法が開示されている。しかし、この方法は、直接成長法で垂直整列されたＣＮＴ薄膜を大面積化し難いため、結局、大面積化に限界を感じ、また、転写させる時に接着がよくなるように乾燥、圧縮、加熱または熱圧縮を実施する複雑な工程を経るという短所もある。
【００１８】
ＣＮＴ電子放出源の製造において、信頼性と安定性及び経済性が兼ねられることが望ましい。良質のＣＮＴ電子放出源の製作のためには、電子放出に悪い影響を与える不純物の混入を抑制せねばならない。そして、均質で再現性のある電子放出のためには、ＣＮＴ密度調節が容易でなければならない。また、ＣＮＴ電子放出源の信頼性及び安定性の確保のためには、ＣＮＴとそれを支持するカソードとの接着力の向上も要求される。また、ＣＮＴ電子放出源の製造において、経済性を確保するためには、製作工程手順が簡単であり、大面積化が容易でなければならない。
【００１９】
【特許文献１】ＵＳ００６３５０４８８Ｂ１号明細書
【特許文献２】ＵＳ００６５１４１１３Ｂ１明細書
【特許文献３】特開１０−２００７−００１１８０８号公報
【特許文献４】ＵＳ００６６１６４９７Ｂ１号明細書
【特許文献５】ＵＳ２００６００５５３０３Ａ１号明細書
【特許文献６】ＵＳ００６９６９６９０Ｂ２号明細書
【特許文献７】ＵＳ００６２７７３１８Ｂ１号明細書
【特許文献８】特開１０−２００７−０００１７６９号公報
【特許文献９】ＵＳ２００５０２０２５７８Ａ１号明細書
【特許文献１０】ＵＳ２００４／０１６６２３５Ａ１号明細書
【非特許文献１】Ｓｃｉｅｎｃｅ ｖｏｌ.２８３、５１２、１９９９
【非特許文献２】Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ.３１２、４６１、１９９９
【非特許文献３】Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ.３２６、１７５、２０００
【非特許文献４】Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒ ｖｏｌ.５、２１５３、２００５
【非特許文献５】Ｓｃｉｅｎｃｅ ｖｏｌ.２６８、８４５、１９９５
【非特許文献６】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ.７３、９１８、１９９８
【非特許文献７】ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ.７５、３１２９、１９９９
【非特許文献８】Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｖｏｌ.１３、１７７０、２００１
【非特許文献９】Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒ ｖｏｌ.６、１５６９、２００６
【非特許文献１０】Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｖｏｌ.１４、８９９０、２００２
【非特許文献１１】Ｍａｔ.Ｒｅｓ.Ｓｏｃ.Ｓｙｍｐ.Ｐｒｏｃ.ｖｏｌ.５９３、２１５、２０００
【非特許文献１２】Ｃａｒｂｏｎ ｖｏｌ.４４、２６８９、２００６
【非特許文献１３】Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｃ.１１１、４１７５、２００７
【非特許文献１４】Ｓｍａｌｌ.ｖｏｌ.２、１０２１、２００６、
【非特許文献１５】Ｃａｒｂｏｎ ｖｏｌ.４５、２７１２９、２００７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明が解決しようとする課題は、製作が容易であり、信頼性の高い電子放出源、電子放出ディスプレイ及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記課題を達成するために、本発明の例示的な実施形態によれば、導電性板状カソードと、前記カソードの表面に形成された針状電子放出物質層と、前記カソードを支持するベースと、前記ベースに前記カソードを固定する固定要素と、を備える電子放出源が提供される。
【００２２】
本発明の他の例示的な実施形態によれば、前記電子放出物質と導電性テープとの間に前記電子放出物質を導電性テープに固定する接着層が介在される。
【００２３】
本発明のさらに他の例示的な実施形態によれば、前記固定要素は、前記ベースに前記導電性テープを機械的に固定する固定部材、接着剤、溶接部位のうち何れか一つである。
【００２４】
本発明のさらに他の例示的な実施形態によれば、前記カソードを支持するベースとカソードとを前記ベースに固定する固定部材は、相補的な結合構造を有する。本発明の例示的実施形態によれば、前記ベースには、前記電子放出物質層に対応する突出部が設けられ、前記固定部材は、前記突出部が挟まれるフレーム形状を有する。
【００２５】
本発明の例示的な実施形態による電子放出源の製造方法は、板状テンプレートに電子放出物質層を形成する工程と、前記テンプレートの電子放出物質層を板状カソードに転写して固定する工程と、前記電子放出物質膜の電子放出物質を前記カソードに対して組立てる表面処理工程と、を含む。
【００２６】
本発明の他の例示的実施形態による電子放出源の製造方法によれば、前記板状テンプレートは、多数の空孔部を有する濾過テンプレートであり、前記電子放出物質膜の形成は、電子放出物質が分散された懸濁液の塗布及び乾燥工程を含む。
【００２７】
また、前記表面処理工程は、前記電子放出物質と接着力を有する部材で加圧した後、これを分離させることによって、前記電子放出物質がカソードに対して組立て、具体的な実施形態によれば、前記部材は、接着性テープまたはローラである。
【００２８】
本発明のさらに他の例示的実施形態による電子放出源の製造方法は、前記カソードをカソードベースに固定するカソード固定工程をさらに含み、具体的な実施形態によれば、カソード固定工程は、前記固定工程と表面処理工程との間に実施される。
【００２９】
本発明のさらに他の具体的で例示的な実施形態によれば、前記懸濁液は、ＣＮＴが分散された溶媒及び界面活性剤を含む。
【００３０】
本発明の例示的実施形態によるディスプレイは、基板の上面に固定されるカソードと、前記カソードの上面に形成される針状電子放出物質層と、前記電子放出物質層を前記カソードに固定する接着層と、前記基板に離隔されている前面板と、前記電子放出物質層に対向する前記前面板の内面に形成されるアノードと、前記アノードの表面に形成される蛍光体層と、前記カソードと蛍光体層との間に位置して、電子放出物質層から電子を抽出するグリッドと、前記カソード上に前記電子放出物質層が位置する貫通孔を有する絶縁層と、を備える。
【００３１】
本発明の他の例示的実施形態によれば、前記カソードは、前記基板に対してカソードの下部に設けられる接着層によって固定される。
【００３２】
本発明のさらに他の例示的な実施形態によれば、前記電子放出物質層をカソードに固定する接着層が電子放出物質層の下部にのみ形成される。
【００３３】
本発明のさらに他の実施形態によれば、前記カソードの両面に前記電子放出物質層を接着する接着層とカソードを基板に固定する接着層とが共に設けられる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は、色々な種類の針状電子放出物質、すなわち、一定の長さを有するチューブまたはロッド状の電子放出物質、例えば、ＣＮＴ粉末を懸濁液フィルタリング法を利用してよく分散されたＣＮＴコロイド懸濁液を製造し、これらを微細孔を有する濾過テンプレート上に懸濁液を供給した後、これを濾過乾燥させて電界電子放出に最適化された密度のＣＮＴ層を形成する。懸濁液に分散されたＣＮＴは、非常に均一に分散されており、したがって、これを利用してテンプレートに形成されるＣＮＴ層も均一な分布のＣＮＴを有する。そして、ＣＮＴ層を接着層が形成されたカソードに転写させることによって、カソードに安定的に固定されたＣＮＴ層を形成する。そして、後続のＣＮＴ層の表面処理を通じてＣＮＴをカソードに対して組立てて垂直整列することによって、電子放出に寄与するＣＮＴの数を画期的に増加させる。このような本発明は、高温でない低温または常温の状態でカソードに対するＣＮＴ層の形成が可能であるので、従来の高温処理によって体験した問題点を有さない。したがって、本発明による電子放出源は、構造的に非常に安定しつつも、高くて均一な分布の電子放出が可能である。
【００３５】
このような本発明は、電界電子放出特性に悪い影響を与える伝導性有機／無機物、バインダー及び高分子ペーストを使用せず、複雑な工程なしに常温で簡単に製造できて大面積化が容易である。特に、大面積の電子放出面積が得易いため、例えば、ディスプレイ装置で一つの画素に一つのＣＮＴ層を有させることもできる。
【００３６】
また、懸濁液を利用してＣＮＴ層を形成するので、懸濁液中のＣＮＴ濃度の調節によってＣＮＴ層の密度調節が容易であり、したがって、所望の最適の電界電子放出源の密度具現が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、添付された図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
【００３８】
図１は、本発明の例示的な実施形態による単一電子放出源の概略的な構造を示す斜視図であり、図２は、その断面図である。
【００３９】
本発明は、針状電子放出物質を利用する。針状電子放出物質には、中空のナノチューブ、内部が充填されたナノロッドがあり、その代表的な材料は、炭素であり、それ以外に、金属物質によって製造されることもある。以下の実施形態の説明では、針状電子放出物質の代表的な物質であるＣＮＴを中心に説明される。しかし、針状として電子放出が可能な全ての物質が適用され、したがって、針状電子放出物質の特定の例に本発明が制限されない。
【００４０】
図１及び図２を参照すれば、電子放出源１０は、ＣＮＴ層１３が接着層１２によって固定される板状カソード１１とこれを支持するカソードベース１４とを備える。カソード１１は、ベース１４に対してリング状の固定部材１５を備える。固定部材１５は、ベース１４の突出部１４ａに締まりばめ状態に結合してカソード１１のスカート部分１１ａを圧着固定する。前記板状カソード１１は、ベース１４とは別個に製造された板状導電材料で製造され、その表面に接着層１２が形成されてＣＮＴ層１３の各ＣＮＴが接着層１２に接触する下段部によって強く付着される。ＣＮＴ層１３は、実質的に純粋ＣＮＴからなり、これは、ＣＮＴペーストを利用して製造される従来のＣＮＴ構造に比べて安定的であり、信頼度が高い。また、構造的に、板状カソード１１にＣＮＴ層１３が形成された状態で電子放出源１０の支持構造物であるベース１４に固定されるので、製造が容易である。特に、このような構造は、高温工程を要求せず、したがって、高温工程による経済的な負担や不利益がない。特に、有機物を含みうる接着層がＣＮＴと混在せず、その下部にのみ設けられるので、電子に衝突する可能性が非常に少なく、したがって、電子衝突による有機ガスの発生が起きない。
【００４１】
本発明の他の例示的な実施形態によれば、図３に示したように、前記板状カソード１１は、その底面に別途の接着層１２ａが形成されていることによって、この接着層によってベース１４に対して確かに固定される。カソード１１とＣＮＴ層１３との間の接着層１２、すなわち、ＣＮＴを固定する接着層１２は、やはり前記板状カソード１１自体の表面に形成される接着物質によって提供される。したがって、前記板状カソード１１は、両面に接着層１２,１２ａが塗布された状態、両面接着テープの形態に製造された後、本発明の電子放出源１０の素材として適用される。前記ＣＮＴをカソード１１に固定する上部の接着層１２は、ＣＮＴ層１３の下部にのみ形成されることもあり、他の実施形態によれば、カソード１１の上面全体に形成されることもある。図１では、ＣＮＴ層１３の下部にのみ接着層１２が形成された実施形態を示す。
【００４２】
前記実施形態の説明で、前記カソード１１をベース１４に対して固定する固定部材１５は、選択的なものであって、ベース１４と固定部材１５とは、相補的な結合構造、すなわち、両者が一つに結合して、その間のカソード１１を確かに固定するいかなる構造も適用可能である。例えば、前記突出部１４ａは、図４に示したように、四角形、菱形、三角形、五角形などの多角形、楕円形、星、アルファベット、ハングル、数字形態など多様な文字、図形などの形態を有し、これに固定部材１５は、突出部１４ａと歯合わせられる相応する形態を有しうる。
【００４３】
一方、前記固定部材を利用せず、図５Ａ及び図５Ｂに示したように、ＣＮＴ層１１３が接着層１１２によってその表面に固定されたカソード１１１をカソードベース１１４に直接溶接しうる。図５Ａ及び図５Ｂの実施形態の場合、カソード１１１がバンド形態を有し、そして、カソードベース１１４は、傾いた側面を有する突出部１１４ａを含む。これは、カソード１１１にＣＮＴ層を先に形成した後、カソード１１１の両側端部を引っ張って適切な引張力を付加した状態でカソードベース１１４の突出部１１４ａに溶接されたものである。図面で、１１１ａは、溶接点を表すものであって、このように点状の溶接点または一定の長さを有する溶接部を有しうる。本実施形態は、図１及び２に示したような固定部材１５なしに直接固定される形態を例示するものであって、本発明の技術的範囲を制限しない。
【００４４】
図６Ａ及び図７Ａは、さらに他の実施形態による電子放出源を示す図面であって、図６Ｂ及び図７Ｂは、図６Ａ及び６Ｂに示された電子放出源の断面構造を示す。
【００４５】
図６Ａ及び図６Ｂに示された電子放出源は、図５Ａ及び図５Ｂに示された実施形態の電子放出源と類似した構造であって、カソードベース１２４の突出部１２４ａは、上部が湾曲された曲面を有し、この部分をカソード１２１が湾曲されて覆い包んでいる。カソード１２１がバンド形態を有し、そして、カソードベース１２４は、湾曲された側面を有する突出部１２４ａを備える。これは、カソード１２１にＣＮＴ層１２３を接着層１２２によって固定した後、カソード１２１の両側端部を引っ張って適切な引張力を付加した状態でカソードベース１２４の突出部１２４ａの下部側に溶接部１２１ａによって固定される。
【００４６】
図７Ａ及び図７Ｂに示された電子放出源は、カソードベース１３４の突出部１３４ａが上端部に湾曲された面が形成されている円柱型になっている。突出部１３４ａに対応する部分のカソード１３１上のＣＮＴ層１３３が位置する。ＣＮＴ層１３３は、やはり接着層１３２によってカソード１３１に固定される。
【００４７】
カソード１３１の下端の周りのスカート１３１ａは、固定部材１３５によって突出部１３４ａに強く押されている状態である。カソード１３１は、アルミニウムのように、延伸が良くなる材料で形成することが湾曲された上端部を有する突出部１３４ａによく密着させることができ、変形量が最多であるスカート１３１ａにしわになった部分１３１ｂを含みうる。
【００４８】
図８は、本発明のさらに他の実施形態による電子放出源を示す図面であって、カソード１４１が平板上のカソードベース１４４に溶接された形態を有する。すなわち、カソード１４１は、円盤形態であり、その中央部分にＣＮＴ層１４３が形成されており、その周りのスカート部分１４１ａがカソードベース１４４の上面に溶接される。図面で、１４１ｂは、溶接部分を表す。
【００４９】
前述した実施形態において、前記カソード１１１,１４１は、たとえ溶接によってカソードベース１１４,１４４に固定されるとしても、その下部に接着層が設けられて、さらに確かで安定した固定を図りうる。
【００５０】
このような単一電子放出源は、多様な分野の電子素子に応用される。例えば、これらの電子素子には、照明用として利用される可視光源、平板ディスプレイ用バックライト装置、Ｘ−ＲＡＹ装置用電子ソース、高出力マイクロウェーブ用電子ソースがある。
【００５１】
前記構造で、前記カソード１１,１１１,１２１,１３１,１４１は、導電体として適切に調節された電気的抵抗を有することによって、カソード１１,１１１,１２１,１３１,１４１の表面に固定されたＣＮＴ層１３,１１３,１２３,１３３,１４３に全体的に均一な電流供給が可能になり、したがって、ＣＮＴ層１３,１１３,１２３,１３３,１４３が全体的に均一な電子放出が可能になる。
【００５２】
以下、本発明の単一電子放出源の製造方法による例示的な実施形態を説明する。
【００５３】
まず、ＣＮＴコロイド懸濁液（以下、懸濁液）と、テンプレートとしてテフロン、セラミック、ＡＡＯ（Ａｎｏｄｉｃ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｏｘｉｄｅ）、ポリカーボネートなどの材料からなる濾過紙（濾過テンプレート）とを準備する。懸濁液は、溶媒及び界面活性剤に粉末状態のＣＮＴを分散させて作ったコロイド状態の液体である。さらに均一な分散のために、超音波処理を行うことが望ましい。濾過紙は、懸濁液を濾過してその表面にＣＮＴのみを残すが、ＣＮＴ懸濁液を乾燥させてＣＮＴのみを所定パターンで残留させて板状カソードに転写するためのものである。ＣＮＴには、ＳＷＣＮＴ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｗａｌｌｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ）、ＤＷＣＮＴ（Ｄｏｕｂｌｅ−Ｗａｌｌｅｄ ＣＮＴ）、薄いＭＷＣＮＴ（Ｍｕｌｔｉ−Ｗａｌｌｅｄ ＣＮＴ）、厚いＭＷＣＮＴがある。前記溶媒としては、エタノール、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジメチルアセトアミド、１,２−ジクロロエタン、１,２−ジクロロベンゼンのうち何れか一つである。
【００５４】
そして、前記界面活性剤は、ナトリウムドデシルベンゼンスルホン酸塩（ＮａＤＤＢＳＣｌ２Ｈ２５Ｃ６Ｈ４ＳＯ３Ｎａ）、ナトリウムブチルベンゼンスルホン酸塩（ＮａＢＢＳＣ４Ｈ９Ｃ６Ｈ４ＳＯ３Ｎａ）、ナトリウム安息香酸塩（Ｃ６Ｈ５ＣＯ２Ｎａ）、ナトリウムドデシル硫酸塩（ＳＤＳ；ＣＨ３（ＣＨ２）１１ＯＳＯ３Ｎａ）、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００（ＴＸ１００；Ｃ８Ｈ１７Ｃ６Ｈ４（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｎ−ＯＨ；ｎ１０）、ドデシルトリメチルアンモニウム臭酸塩（ＤＴＡＢ；ＣＨ３（ＣＨ２）１１Ｎ（ＣＨ３）３Ｂｒ）、アラビアゴムのうち何れか一つである。
【００５５】
図９Ａに示したように、濾過紙からなる濾過テンプレート２１に前記懸濁液を所定パターンに塗布した後、これを乾燥させてＣＮＴ膜１３’を形成する。懸濁液の塗布領域は、電子放出源のカソードの形態、例えば、図４に示された多様な形態の突出部の形状に対応し、応用分野の要求されるカソードの形態によって、多様な変化が可能である。ここで、懸濁液の溶媒と界面活性剤及びＣＮＴとの比率または濃度を制御することによって、ＣＮＴ密度を自由に調節でき、周辺の電気的条件による最適の電子放出密度の具現が可能であり、このような最適の条件を反復再現及び均質な密度のＣＮＴ膜を形成しうきる。懸濁液を濾過テンプレート２１に形成し、ＣＮＴのみが残留し、液状物質は、濾過テンプレートを通過する。この状態で乾燥過程を進めれば、テンプレート２１の表面にＣＮＴ膜１３’が形成されるが、このような過程は、常温または高温状態で自然乾燥または真空乾燥過程を含みうる。
【００５６】
図９Ｂに示したように、両面に接着層１２,１２ａが設けられたカソード１１を準備する。実際工程中には、下側接着層１２ａは、異質物の付着を防止する離型紙によって保護されるものであり、図面には示されていない。カソード１１は、導電性材料として導電性織物、金属板が適用される。前記接着層１２,１２ａは、導電性を有するものであって、導電性粒子、例えば、改質されたニッケルと高分子樹脂とが混合された材料で形成される。具体的に、カソード１１は、アルミニウムホイール（厚さ：０.０１〜０.０４ｍｍ）、銅やニッケル群で製造された伝導性シート（厚さ：０.０１〜０.０４ｍｍ）、伝導性ファブリック（厚さ：０.０１〜０.２０ｍｍ）で形成される。すなわち、前記カソード１１は、アルミニウム、銅、ニッケルのうち何れか一つを含有する伝導性シート及び伝導性ファブリックのうち何れか一つで形成される。
【００５７】
前記接着層１２,１２ａは、ニッケル、カーボン顔料などの伝導性パウダーとアクリルエステルポリオール混成重合体の接着樹脂との混合物であって、望ましくは、全体接触抵抗が０.１Ω／２５ｍｍ２未満であり、許容温度範囲が−３０℃〜１０５℃である伝導性テープである。
【００５８】
図９Ｃに示したように、前記テンプレート２１上のＣＮＴ膜１３’を前記カソード１１の一側接着層１２に所定圧力で接触させた後、これを分離させてテンプレート２１のＣＮＴ膜１３’をカソード１１側に電子放出のためのＣＮＴ膜１３を形成する。
【００５９】
図９Ｄの過程は、カソード１１にランダムに配置されているＣＮＴ層のＣＮＴを垂直に整列するＣＮＴ層の表面処理方法を示す。図９Ｄの（ａ）に示したように、粘着性を有するテープ２２をカソード１１上のＣＮＴ層１３に接着させた後、これを持ち上げて取り離す。このようにすれば、ＣＮＴ層１３で表面に露出されたＣＮＴがテープ２２の粘着性によってカソード１１に対して垂直方向に整列される。すなわち、テープ２２を利用してＣＮＴをカソード１１に対して組立てる。このようなテープ２２を利用する方法以外に、図９Ｄの（ｂ）に示したように、表面に粘着性を有するローラ２３を前記ＣＮＴ層１３の表面を所定圧力で転がすことによって、ＣＮＴをカソード１１に対して組立てて垂直方向に整列させうる。このような垂直整列過程で、カソード１１の表面の接着層１２に弱く固定されたＣＮＴは、これから分離されて除去されるが、ＣＮＴのほとんどは、強い接着性によってその下端部がカソード１１に固定されているので、その上端部が上方に持ち上げられる形態に垂直整列される。
【００６０】
図９Ｅは、前記カソード１１をカソードベース１４に結合させることを示す。突出部１４ａを有するカソードベース１４を準備した後、この上に前記カソード１１を載せて置く。このとき、カソード１１上のＣＮＴ膜１３は、突出部１４ａの上面に位置させる。そして、このような状態で前記突出部１４ａに対応する結合球１５ａを有する固定部材１５を準備する。図９Ｃないし図９Ｅでは、カソード１１及びこの両面の接着層１２,１２ａが非常に厚く表現されたが、これは、理解を助けるために誇張したものである。
【００６１】
図９Ｆに示したように、前記固定部材１５を前記突出部１４ａに結合し、前記カソード１１をカソードベース１４に固定する。前記固定部材１５は、ＣＮＴ膜の周辺のスカート部分１１ａを突出部１４ａに対して固定する。このような過程を通じて所望の単一電子放出源１０を得る。図９Ｆには、カソード１１の両面の接着層１２,１２ａが意図的に示されなかった。
【００６２】
前述された電子放出源１０の製造過程は、本発明の例示的な実施形態によるものであって、多様な形態への変形が可能である。例えば、前記ＣＮＴの垂直整列のためのＣＮＴ層１３の表面処理過程は、カソード１１がカソードベース１４に固定された状態で進められることもある。すなわち、図９Ｃの過程以後に、図９Ｅ及び図９Ｆの過程を行った後、最終的に、図９Ｄの（ａ）、（ｂ）に示したような粘着性テープ２２やローラ２３によって表面処理を進めてＣＮＴ垂直整列過程を行える。しかし、本発明は、前記のようなＣＮＴの特定表面処理による垂直整列方法に制限されず、通常の技術範囲内で多様な方法で行われる。
【００６３】
本発明の特徴は、カソードが別途の板状導電体であって、その表面にＣＮＴ膜が接着層によって固定された状態でカソードベースに固定される点である。すなわち、従来には、カソードが基板に既に固定された状態でＣＮＴが成長または固定されるが、本発明は、基板やカソードを支持するカソードベースと結合する前の状態で板状カソードにＣＮＴ膜が形成される。前述した実施形態で、カソードベースは、一般的な電子放出源の基板に該当しうる。本発明による電子放出源は、ＣＮＴがその下部の接着層によってカソードに固定されている点に特徴があるが、これは、既存のペースによる電子放出源、すなわち、ＣＮＴとペーストとが混在する形態の電子放出源とは異なる構造的な特徴を有する。
【００６４】
一方、図５Ａ、図５Ｂ及び図６に示された形態の電子放出源の製造は、図９Ａないし図９Ｆの過程を理解することによって容易になしうる。
【００６５】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、表面処理される前／後のＣＮＴ層を示すＳＥＭイメージ及び発光パターンイメージである。図１０Ａに示したように、ＣＮＴ層を表面処理する前には、ＣＮＴのほとんどがネットワーク形態にからまって横になっている形状をしており、その一部が点々と垂直に配列されっている。これらの電界電子放出の均一性を調べるために、電界放出発光パターン実験を行った。電界電子放出発光パターン実験は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）がコーティングされた透明ガラスに蛍光体が塗布されたアノードと、表面処理されていないＣＮＴ層を利用したカソードとで構成された２電極構造がテストされた。このとき、アノードとカソードとの距離は、４００μｍであった。発光パターンイメージ（図１０Ａの右上端のイメージ）を参照すれば、全面発光ではない部分発光が観測された。このような部分発光は、ＳＥＭイメージで観測されたように、ＣＮＴのほとんどが横になっている状態であるので、電界電子放出に寄与するＣＮＴ数が少ないためである。しかし、図１０Ｂに示したように、表面処理して垂直整列すれば、水平に横になっているＣＮＴが均一な長さで垂直方向に整列されていることがＳＥＭ観測で確認できる。発光パターンイメージを参照すれば、部分発光ではない全面発光がなされているということが分かる。これは、ＳＥＭ測定で見られるように、ＣＮＴがほとんど垂直整列されて電界を印加したとき、垂直整列されたＣＮＴチップの端部に電界が集中されて電界電子放出が容易になるので、全体的に均一な発光パターンを示すことが確認できる。
【００６６】
図１１は、ＣＮＴ層の表面処理前・後のＣＮＴ電子放出源の電流密度（Ｊ（Ａ／ｃｍ２））対電界（Ｆ（Ｖ／μｍ））比較データグラフである。電界電子放出実験は、ステンレススチール金属板のアノードと、表面処理前・後のＣＮＴ電界電子放出源であるカソードとで構成された２電極構造体で実施し、二つの電極間の距離は、４００μｍであり、電子放出面積は、０.１９６２５ｃｍ２である。真空レベルは、２＊１０−７ｔｏｒｒであり、印加電圧は、０Ｖから３５００Ｖである。ＣＮＴ電界電子放出源として使われたＣＮＴ粉末は、Ｔｈｉｎ−ＭＷＣＮＴであって、平均直径が約７ｎｍである。ＣＮＴコロイド懸濁液の濃度は、２０ｍｇ／ｌで実施した。表面処理前・後の０.１μｍ／ｃｍ２の電流密度を得るのに必要なターンオン電界は、それぞれ１.２４Ｖ／μｍ及び０.８８Ｖ／μｍであり、１０μｍ／ｃｍ２の最大電流密度を得るのに必要な電界は、それぞれ２.７０Ｖ／μｍ及び１.９８Ｖ／μｍである。表面処理前より表面突出処理後に低い電界で高い電界電子放出特性を示すことが確認できる。また、伝導性テープからなるカソードとＣＮＴ層との間に接着力が良いので、高い電界でも安定した電界電子放出を示す。図１１に挿入されたグラフは、接着テープで表面処理前・後のＣＮＴ電界電子放出源の電流密度対電界曲線データに一致するファウラーノードハイムプロットである。電界放出は、ほとんどファウラーノードハイム理論によるが、Ｊ＝ａ（Ｅｌｏｃ２／φ）ｅｘｐ（−ｂφ３／２／Ｅｌｏｃ）で表す（ａ,ｂは、定数、φは、仕事関数（ｅｖ）、Ｅｌｏｃは、ＣＮＴ電界電子放出源チップの端部にかかる電界としてＥｌｏｃ＝βＦ（β：電界強化因子）、Ｆ＝Ｖ／ｄ（Ｖ：アノードとカソードとの間にかかる電圧、ｄ：アノードとカソードとの距離）で表現される。したがって、高い電流密度（Ｊ）を得るためには、ＣＮＴ電界電子放出源のチップの端部に電界（Ｅｌｏｃ）が最大となり、仕事関数が最小となれば、小さな印加電界で高い放出電流密度が得られる。しかしながら、ＣＮＴ電界電子放出源のチップの端部に電界（Ｅｌｏｃ）を大きくかければ、ＣＮＴチップの端部が劣化し、かつ変形されて電界放出特性が低下するので、効率的でない。ＣＮＴ電子放出源の形状を変化させる方法が最も効果的であるが、これと関連されるものが電界強化因子βであり、これは、アノードとカソードとの間に印加される電界（Ｆ）とＣＮＴ電界電子放出源のチップの端部にかかる電界（Ｅｌｏｃ）との比例定数である。βは、ＣＮＴ電界電子放出源の形状に関連しているので、縦横比が大きければ、βが大きく、したがって、アノードとカソードとの間に印加電界（Ｆ）が同一であっても、ＣＮＴ電界電子放出源のチップの端部に大きい電界（Ｅｌｏｃ）がかかって電界放出特性が良くなる。ファウラーノードハイムプロットで、低電界領域で傾斜が垂直に現れるが、これは、電界放出による電界電子放出特性を表し、傾斜値を求めてβ値を求めうる。表面突出処理前・後のβ値は、それぞれ２３３８と３３３７とであり、表面突出処理前に水平に横になっているＣＮＴが、表面突出処理後に垂直に整列されることによって、β値が向上したということが分かり、これにより、電界放出特性が良くなることが確認できる。
【００６７】
図１２は、ＣＮＴ懸濁液の濃度別に形成されたＣＮＴ電界電子放出源の表面突出処理施行後の電流密度対電界比較データグラフである。低いＣＮＴ懸濁液の濃度（１.２５ｍｇ／ｌ）を有するサンプルから順次に濃度を高めて中間ＣＮＴ懸濁液の濃度（２０ｍｇ／ｌ）を有するサンプルまでの測定結果は、低い電界でターンオン電界と最大電流密度とを得、ＣＮＴ懸濁液の濃度（４０、８０ｍｇ／ｌ）を次第に高めたサンプルの測定結果は、ターンオン電界と最大電流密度とを得るのに必要な電界の強度が中間ＣＮＴコロイド懸濁液の濃度（２０ｍｇ／ｌ）とほぼ同一になって飽和されるということが分かる。中間ＣＮＴコロイド懸濁液の濃度（２０ｍｇ／ｌ）で優れた電界電子放出特性を示し、これは、本発明で最適化されたＣＮＴ電界電子放出密度を容易に制御しうることを表す。図１２に挿入されたグラフは、ＣＮＴ懸濁液の濃度による表面突出処理後の電流密度対電界曲線データに一致するファウラーノードハイムプロットである。低いＣＮＴコロイド懸濁液の濃度（１.２５ｍｇ／ｌ）を有するサンプルから順次に濃度を高めて中間ＣＮＴ懸濁液の濃度（２０ｍｇ／ｌ）を有するサンプルまでβ値が次第に良くなり、ＣＮＴコロイド懸濁液の濃度（４０、８０ｍｇ／ｌ）を次第に高めたサンプルのβ値は、中間ＣＮＴコロイド懸濁液の濃度（２０ｍｇ／ｌ）とほぼ同一になって飽和されるということが分かる。前記のように、ＣＮＴ濃度調節を通じて最適化された電界電子放出源密度を具現でき、これにより、最大電界放出特性が得られる。
【００６８】
図１３は、図１０に示した比較データをＣＮＴコロイド懸濁液の濃度によるターンオン電界、しきい電界、最大電界と電界強化因子（β）との値を比較して示すグラフである。
【００６９】
図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃは、発光面積を異ならせる３個のサンプルの輝度差を示す光学写真である。
【００７０】
図１４Ａは、ＣＮＴ膜の直径が５ｍｍ（０.１９６２５ｃｍ２）、図１４Ｂは、１０ｍｍ（０.７８５ｃｍ２）、図１４Ｃは、２０ｍｍ（３.１４ｃｍ２）である。電子放出源の基本的な形態は、図１に示された構造のものであって、ＩＴＯがコーティングされた透明ガラスに蛍光体が塗布されたアノード、アノードとカソードとの間隔は、４００μｍ、真空レベルは、２＊１０−７ｔｏｒｒ、そして、印加電圧は、０Ｖないし３５００Ｖである。図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃを通じて非常に満足した発光、すなわち、発光面が全体的に非常に均一な輝度を表しており、発光面積が大きくなっても、非常に強い発光が起きるということが分かる。
【００７１】
図１５は、ＣＮＴの種類別電子放出の安定性をテストした結果を示すが、ＤＷＣＮＴに比べてＭＷＣＮＴがさらに安定的であるということが分かる。
【００７２】
前記のような単一電子放出源を応用することによって、ディスプレイ装置に適用が可能である。ディスプレイ装置は、一般的に、Ｘ−Ｙマトリックス状態で電気的アドレッシングが可能な画素を有するが、カソードは、多数平行なストライプ状態に配置され、したがって、各カソードは、画面の何れか一方向を包括する長さを有し、その表面に各画素に対応するＣＮＴ層を備える。
【００７３】
図１６は、ディスプレイ装置の基板３０上に配置された本発明によるカソード３１の配列を示す平面図であり、図１７は、図１６のＡ−Ａ線による断面図である。カソード３１の表面には、ディスプレイ装置の画素間の間隔に対応する間隔をおいてＣＮＴ層３２が形成されている。前記カソード３１は、導電性または電気的抵抗性を有する物質で形成されるものとして別途に製作された後、溶接または接着層３１ｂによって基板３０に固定される。そして、前記ＣＮＴ層３２も、その下部の接着層３１ａによってカソード３１の上面に固定されている。前記ＣＮＴ層３２を固定する接着層３１ａは、図１６に示したように、カソード３１の上面全体に形成されることもあるが、他の実施形態によれば、ＣＮＴ層３２の下部にのみ存在しうる。
【００７４】
図１８は、本発明の例示的な実施形態によるディスプレイ装置の構造を概略的に示す断面図である。
【００７５】
図１８を参照すれば、背面板の基板３０の上面にカソード３１が接着層３１ｂによって付着されている。前記接着層３１ｂは、基板３０にカソード３１を固定するための選択的要素であり、接着層３１ｂを利用しない場合、前述した単一電子放出ソースの実施形態のように、カソード３１が溶接やその他の接合法によって固定される。前記カソード３１の上面には、ＣＮＴ層３２が形成されているので、これは、その下部の接着層３１ａによって固定される。前記カソード３１は、基板３０とは別途の過程で製造されるものであり、前記のような接着層やその他の手段によって基板３０に固定される。前記カソード３１に対するＣＮＴ層３２の製造は、前述した製造方法を応用しうる。一方、前記カソード３１上には、前記ＣＮＴ層３２が位置する貫通孔を有する絶縁層４０が設けられ、絶縁層４０の上には、電子の抽出のためのグリッド４１が設けられる。一方、グリッド４１上には、別途に製作された後に一つに結合された前面板構造体が設けられる。前面板構造体は、前面板５０とその内面に形成されるアノード５１とを備える。そして、アノード５１の表面には、蛍光体層５２が形成されている。
【００７６】
前記カソード３１上のＣＮＴ層３２の製造は、ＣＮＴ懸濁液を利用するが、バンド上のカソード３１に多数のＣＮＴ層３２が設けられるので、一つのカソード３１に対応する形態の濾過テンプレートの多数の領域にＣＮＴ懸濁液を塗布する必要がある。このために、カソードに対して印刷方法またはマスクを利用して、所定の領域にのみＣＮＴ懸濁液を供給しうる。
【００７７】
すなわち、図１９Ａに示したように、ノズルを利用してバンド形態の濾過テンプレート６０にＣＮＴ懸濁液を供給しうる。このように、懸濁液を供給した後、前述した実施形態のように乾燥過程を経た後にカソードに転写することによって、図１６、１７、及び１８に示したような形態のＣＮＴ層３２を有するカソード３１が得られる。そして、他の方法として、図１９Ｂに示したように、一時に懸濁液を供給する方法として、ＣＮＴ層に対応する貫通孔を有するマスク８０を濾過テンプレート６０上に載せた状態で懸濁液を供給することによって、速い時間内に濾過テンプレート６０の与えられた領域にＣＮＴ懸濁液３２”を供給しうる。この場合、マスク８０に懸濁液が接触された状態であるので、乾燥前に分離すれば、懸濁液がマスク８０に付けられるので、テンプレート６０上に完全な形態のＣＮＴ層を形成できないので、適切にまたは完全乾燥されたＣＮＴ層３２’が形成された後、マスク８０を濾過テンプレート６０から分離することが望ましい。このように、テンプレート６０上に多数のＣＮＴ層が形成された後、前述したような方法によってカソードに転写する。
【００７８】
前述したように、本発明によれば、懸濁液フィルタリング法を使用して形成されたＣＮＴ薄膜を、接着力の強い伝導性テープを利用して容易に転写でき、また、前記ＣＮＴ薄膜と前記伝導性テープ相互間の接着強度が非常に優秀であるため、簡単な表面後処理工程を通じて前記ＣＮＴ薄膜の電界電子放出特性を向上し、高い電界や電界電子放出の間にＣＮＴ薄膜の脱着なしに安定的で信頼性のある電界電子放出特性が得られる。また、均一に分散されたＣＮＴコロイド懸濁液の濃度を調節することによって、前記ＣＮＴ薄膜の活性電子放出サイト密度を容易にでき、それと共に前記方法を使用すれば、均一な特性を有するＣＮＴ薄膜を大面積に簡単に製作することができるので、大面積ＣＮＴ電界電子放出源を製作しうる。
【００７９】
本発明は、図面に示した実施形態を参照して説明されたが、それは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、電子放出関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の例示的な実施形態による単一電子放出源の概略的な構造を示す斜視図である。
【図２】図１に示された電子放出源の断面図である。
【図３】本発明による電子放出源で、カソードの積層構造を示す断面図である。
【図４】本発明による電子放出源で、カソードを支持するカソードベースの多様な変形例を示す図面である。
【図５Ａ】本発明の他の例示的な実施形態による電子放出源の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示された本発明による電子放出源の側面図である。
【図６Ａ】本発明のさらに他の例示的な実施形態による電子放出源の斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示された本発明による電子放出源の側面図である。
【図７Ａ】本発明の他の例示的な実施形態による電子放出源の斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示された本発明による電子放出源の側面図である。
【図８】本発明のさらに他の例示的な実施形態による電子放出源の斜視図である。
【図９Ａ】本発明の例示的な実施形態による電子放出源の製造方法を示す工程図である。
【図９Ｂ】本発明の例示的な実施形態による電子放出源の製造方法を示す工程図である。
【図９Ｃ】本発明の例示的な実施形態による電子放出源の製造方法を示す工程図である。
【図９Ｄ】本発明の例示的な実施形態による電子放出源の製造方法を示す工程図である。
【図９Ｅ】本発明の例示的な実施形態による電子放出源の製造方法を示す工程図である。
【図９Ｆ】本発明の例示的な実施形態による電子放出源の製造方法を示す工程図である。
【図１０Ａ】表面処理されていないＣＮＴ層を示すＳＥＭイメージである。
【図１０Ｂ】表面処理されたＣＮＴ層を示すＳＥＭイメージである
【図１１】ＣＮＴ層の表面処理前及び後の電子放出源の電流密度（Ｊ（Ａ／ｃｍ２））と電界（Ｆ（Ｖ／μｍμｍ））とを比較したデータグラフである。
【図１２】ＣＮＴ懸濁液の濃度別に形成されたＣＮＴ電界電子放出源の表面突出処理施行後の電流密度と電界とを比較して示すグラフである。
【図１３】図１１に示された比較データをＣＮＴコロイド懸濁液の濃度によるターンオン電界、しきい電界、最大電界と電界強化因子（β）値との比較解釈グラフである。
【図１４Ａ】本発明によって製造されたサンプルの輝度を示す光学写真である。
【図１４Ｂ】本発明によって製造されたサンプルの輝度を示す光学写真である。
【図１４Ｃ】本発明によって製造されたサンプルの輝度を示す光学写真である。
【図１５】ＣＮＴの種類別電子放出安定性をテストした結果を示す図面である。
【図１６】本発明の例示的な実施形態によるディスプレイ装置のカソード配列を示す平面図である。
【図１７】図１６のＡ−Ａ’線による断面図である。
【図１８】本発明の例示的な実施形態によるディスプレイ装置の構造を概略的に示す断面図である。
【図１９Ａ】本発明の例示的な実施形態によるディスプレイのカソード製造方法を示す図面である。
【図１９Ｂ】本発明の他の例示的な実施形態によるディスプレイのカソード製造方法を示す図面である。
【符号の説明】
【００８２】
１０ 電子放出源
１１ 板状カソード
１１ａ スカート部分
１２,１２ａ 接着層
１３ ＣＮＴ層
１４ カソードベース
１４ａ 突出部
１５ 固定部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出源、この電子放出源を適用する電子装置及び電子放出源の製造方法に係り、具体的に、ＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ）のような針状電子放出物質による電子放出源に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細構造物による電子放出源で、ＣＮＴまたはナノパーチクルが電子放出物質として選好される。ＣＮＴは、チューブ状に成長または合成された微細構造物であって、形態上多様な類型が知られている。このようなＣＮＴは、非常に優秀な電気的、機械的、化学的、熱的特性を有し、このような長所によって多様な分野に応用されている。ＣＮＴは、低い仕事関数と高い縦横比とを有し、その先端が短い曲率半径を有するため、非常に大きい電界強化因子を有し、したがって、低いポテンシャルの電界下でも電子を放出しうる。
【０００３】
従来のＣＮＴ電子放出源の製作方法としては、ＣＮＴを導電体、例えば、カソードまたは基板上に直接垂直成長させる方法と、別途工程で合成されたＣＮＴ粉末をカソードに付着させる方法とがある。
【０００４】
ＣＮＴを成長する方法として、微細触媒金属が蒸着された多様なカソード基板上に高温で炭化水素ガスの分解によってＣＮＴを基板上に垂直整列させる直接成長法が多数知られている（非特許文献１、２、３及び４、特許文献１及び２を参照）。
【０００５】
合成されたＣＮＴ粉末をカソード基板上に付着させる方法には、懸濁液フィルタリング法、スクリーンプリンティング法、電気泳動法、自己組立法、スプレイ法、インクジェットプリンティング法がある。
【０００６】
懸濁液フィルタリング法は、ＣＮＴ懸濁液を微細孔を有するフィルタ紙に濾過してテフロンコーティングされたカソード基板にＣＮＴを転写する（非特許文献５及び６参照）。
【０００７】
スクリーンプリンティング法は、ポリマー及び有機溶媒を含有するビークル、無機バインダー及びその他の添加剤とＣＮＴ粉末とを混ぜたペーストをカソード基板に印刷、焼成してＣＮＴ薄膜を形成する。（非特許文献７、特許文献３参照）
【０００８】
電気泳動法は、界面活性剤にＣＮＴ粉末が分散されている電解質溶液にカソード基板を浸漬した状態で電気的泳動によってＣＮＴをカソード基板に付着させる（非特許文献８及び９、特許文献４及び５参照 ）。
【０００９】
自己組立法は、脱イオン水溶液に親水性に表面改質されたＣＮＴをよく分散させた懸濁液に親水性基板を垂直に入れた後、漸進的な溶液の気化によるＣＮＴ薄膜を形成させる（非特許文献１０、特許文献６参照）。
【００１０】
スプレイ法は、よく分散されたＣＮＴ懸濁液を噴霧ノズルを通じて噴射させてカソード基板にＣＮＴ薄膜を形成する（非特許文献１１、１２及び１３、特許文献７及び８参照）。
【００１１】
インクジェットプリンティング法は、よく分散されたＣＮＴ懸濁液をインクジェットプリンタでカソード基板にプリントしてＣＮＴ薄膜を形成する（非特許文献１４及び１５、特許文献９参照）。
【００１２】
前記のような方法において、直接成長法は、伝導性または非伝導性のカソード基板上にスパッタリング、熱蒸着または電子ビーム蒸着などの方法でナノサイズの触媒金属を蒸着した後、化学気相蒸着法で気状及び液状炭化ソースガスを高温で熱分解して垂直整列されたＣＮＴ電界電子放出源を製作する方法である。前記方法は、ＣＮＴの直径、長さ、密度、パターン化調節などの構造制御が容易であるが、触媒金属を大面積に蒸着するとき、全体的な均質性の確保と触媒金属粒子のサイズ制御とが難しいだけでなく、成長したＣＮＴとカソード基板との間の接着力が弱く、大面積化が容易ではないという短所がある。
【００１３】
前記のように、ＣＮＴとカソード基板との間の接着力問題と、ＣＮＴ電界電子放出源の大面積化の難しさとを克服するために、色々な合成方法で製造されたＣＮＴ粉末を精製、分散、機能化させてペースト化するか、または溶媒及び界面活性剤に分散させた懸濁液をカソード基板に付着させる多様な方法が開発された。そのうち、ＣＮＴ粉末、ポリマー、バインダー、高分子、有機溶媒、金属充填剤及びその他の添加剤を含むＣＮＴペースト組成物をカソード基板に印刷して乾燥、露光、焼成及び表面突出処理などの過程を経てＣＮＴ電子放出源を製作するスクリーンプリンティング法は、カソード基板とＣＮＴ電子放出源との接着力が良く、大面積化に有利であるが、活性電子放出サイトの密度調節が難しく、各種の有・無機物バインダー及び高分子のために電界電子放出特性が容易に低下するだけでなく、工程手順がやかましい。電気泳動法は、電解液にＣＮＴ粉末と陽極分散剤とを混合してよく分散されたＣＮＴ懸濁液を作った後、前記ＣＮＴ懸濁液に二つの電極基板を入れて電場をかけた後、電場内で（＋）に帯電されたＣＮＴを（−）電圧が印加されたカソード基板に蒸着させてＣＮＴ電界電子放出源を製作する方法であって、常温で選択的蒸着が可能であり、大面積化が容易であるが、厚さ及び密度の調節が難しく、均質性及び再現性が良くないだけではなく、カソード基板との接着力がよくなくて、電界電子放出時に信頼性及び安定性に問題がある。
【００１４】
一方、脱イオン水に親水性に表面改質されたＣＮＴをよく分散させた懸濁液に親水性基板を垂直に入れた後、漸進的な溶液の気化によってＣＮＴ電界電子放出源を形成させる自己組立法は、工程が簡単であり、常温で大面積化が容易であるが、電気泳動法と同様に形成されたＣＮＴ薄膜とカソード基板との接着力がよくなくて、長時間がかかるという短所を有している。
【００１５】
前記スプレイ法も同様に、工程が簡単であり、常温で大面積化が容易であるが、ノズルからカソード基板まで噴射液の移動中に懸濁液の蒸発程度によって薄膜の表面状態が決定されるので、ＣＮＴ薄膜の厚さ、密度調節及び均一なＣＮＴ薄膜蒸着が容易でないので、均質性及び再現性が劣り、カソード基板との弱い接着力によって電界電子放出の間に脱着が容易に発生するという短所を有している。
【００１６】
そして、インクジェットプリンタによる電子放出源の製造方法は、親水性に表面改質されたＣＮＴ粉末を脱イオン水によく分散させて作った懸濁液をカソード基板に選択的にプリンティングしてＣＮＴ電界電子放出源を形成する。この方法は、ＣＮＴ膜の厚さ及び密度調節が容易であり、選択的パターン化を実現でき、常温で大面積化に有利であるが、プリンティングされたＣＮＴ電界電子放出源とカソード基板との接着力が弱いという問題点がある。また、よく分散されたＣＮＴ懸濁液を微細孔を有するフィルタ紙に濾過してテフロンコーティングされた金属基板に単純に転写させてＣＮＴ電界電子放出源を形成させる懸濁液フィルタリング法は、ＣＮＴ粉末の量や濃度を調節して薄膜の厚さ及び密度調節が容易であり、かつ工程が簡単で大面積化が有利であるが、同様にＣＮＴ薄膜とカソード基板との接着力が問題となってきた。
【００１７】
ＣＮＴ懸濁液をフィルタリングしてＣＮＴ薄膜を作った後、カソード基板上に転写させる方法とは異なり、特許文献１０では、金属基板上に伝導性銀ペーストをパターン化させた所に直接成長法で垂直整列されたＣＮＴ薄膜を接合させて熱圧縮して転写するか、またはガラスシート上にパターン化された伝導性層を敷き、伝導性層上に伝導性炭素（銀、金など）ペーストを蒸着させた所に直接成長法で垂直整列されたＣＮＴ薄膜から接着シートに移されたＣＮＴをこれらに転写させてＣＮＴ電界電子放出源を製作する方法が開示されている。しかし、この方法は、直接成長法で垂直整列されたＣＮＴ薄膜を大面積化し難いため、結局、大面積化に限界を感じ、また、転写させる時に接着がよくなるように乾燥、圧縮、加熱または熱圧縮を実施する複雑な工程を経るという短所もある。
【００１８】
ＣＮＴ電子放出源の製造において、信頼性と安定性及び経済性が兼ねられることが望ましい。良質のＣＮＴ電子放出源の製作のためには、電子放出に悪い影響を与える不純物の混入を抑制せねばならない。そして、均質で再現性のある電子放出のためには、ＣＮＴ密度調節が容易でなければならない。また、ＣＮＴ電子放出源の信頼性及び安定性の確保のためには、ＣＮＴとそれを支持するカソードとの接着力の向上も要求される。また、ＣＮＴ電子放出源の製造において、経済性を確保するためには、製作工程手順が簡単であり、大面積化が容易でなければならない。
【００１９】
【特許文献１】ＵＳ００６３５０４８８Ｂ１号明細書
【特許文献２】ＵＳ００６５１４１１３Ｂ１明細書
【特許文献３】特開１０−２００７−００１１８０８号公報
【特許文献４】ＵＳ００６６１６４９７Ｂ１号明細書
【特許文献５】ＵＳ２００６００５５３０３Ａ１号明細書
【特許文献６】ＵＳ００６９６９６９０Ｂ２号明細書
【特許文献７】ＵＳ００６２７７３１８Ｂ１号明細書
【特許文献８】特開１０−２００７−０００１７６９号公報
【特許文献９】ＵＳ２００５０２０２５７８Ａ１号明細書
【特許文献１０】ＵＳ２００４／０１６６２３５Ａ１号明細書
【非特許文献１】Ｓｃｉｅｎｃｅ ｖｏｌ.２８３、５１２、１９９９
【非特許文献２】Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ.３１２、４６１、１９９９
【非特許文献３】Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ.３２６、１７５、２０００
【非特許文献４】Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒ ｖｏｌ.５、２１５３、２００５
【非特許文献５】Ｓｃｉｅｎｃｅ ｖｏｌ.２６８、８４５、１９９５
【非特許文献６】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ.７３、９１８、１９９８
【非特許文献７】ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ.７５、３１２９、１９９９
【非特許文献８】Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｖｏｌ.１３、１７７０、２００１
【非特許文献９】Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒ ｖｏｌ.６、１５６９、２００６
【非特許文献１０】Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｖｏｌ.１４、８９９０、２００２
【非特許文献１１】Ｍａｔ.Ｒｅｓ.Ｓｏｃ.Ｓｙｍｐ.Ｐｒｏｃ.ｖｏｌ.５９３、２１５、２０００
【非特許文献１２】Ｃａｒｂｏｎ ｖｏｌ.４４、２６８９、２００６
【非特許文献１３】Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｃ.１１１、４１７５、２００７
【非特許文献１４】Ｓｍａｌｌ.ｖｏｌ.２、１０２１、２００６、
【非特許文献１５】Ｃａｒｂｏｎ ｖｏｌ.４５、２７１２９、２００７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明が解決しようとする課題は、製作が容易であり、信頼性の高い電子放出源、電子放出ディスプレイ及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記課題を達成するために、本発明の例示的な実施形態によれば、導電性板状カソードと、前記カソードの表面に形成された針状電子放出物質層と、前記カソードを支持するベースと、前記ベースに前記カソードを固定する固定要素と、を備える電子放出源が提供される。
【００２２】
本発明の他の例示的な実施形態によれば、前記電子放出物質と導電性テープとの間に前記電子放出物質を導電性テープに固定する接着層が介在される。
【００２３】
本発明のさらに他の例示的な実施形態によれば、前記固定要素は、前記ベースに前記導電性テープを機械的に固定する固定部材、接着剤、溶接部位のうち何れか一つである。
【００２４】
本発明のさらに他の例示的な実施形態によれば、前記カソードを支持するベースとカソードとを前記ベースに固定する固定部材は、相補的な結合構造を有する。本発明の例示的実施形態によれば、前記ベースには、前記電子放出物質層に対応する突出部が設けられ、前記固定部材は、前記突出部が挟まれるフレーム形状を有する。
【００２５】
本発明の例示的な実施形態による電子放出源の製造方法は、板状テンプレートに電子放出物質層を形成する工程と、前記テンプレートの電子放出物質層を板状カソードに転写して固定する工程と、前記電子放出物質膜の電子放出物質を前記カソードに対して組立てる表面処理工程と、を含む。
【００２６】
本発明の他の例示的実施形態による電子放出源の製造方法によれば、前記板状テンプレートは、多数の空孔部を有する濾過テンプレートであり、前記電子放出物質膜の形成は、電子放出物質が分散された懸濁液の塗布及び乾燥工程を含む。
【００２７】
また、前記表面処理工程は、前記電子放出物質と接着力を有する部材で加圧した後、これを分離させることによって、前記電子放出物質がカソードに対して組立て、具体的な実施形態によれば、前記部材は、接着性テープまたはローラである。
【００２８】
本発明のさらに他の例示的実施形態による電子放出源の製造方法は、前記カソードをカソードベースに固定するカソード固定工程をさらに含み、具体的な実施形態によれば、カソード固定工程は、前記固定工程と表面処理工程との間に実施される。
【００２９】
本発明のさらに他の具体的で例示的な実施形態によれば、前記懸濁液は、ＣＮＴが分散された溶媒及び界面活性剤を含む。
【００３０】
本発明の例示的実施形態によるディスプレイは、基板の上面に固定されるカソードと、前記カソードの上面に形成される針状電子放出物質層と、前記電子放出物質層を前記カソードに固定する接着層と、前記基板に離隔されている前面板と、前記電子放出物質層に対向する前記前面板の内面に形成されるアノードと、前記アノードの表面に形成される蛍光体層と、前記カソードと蛍光体層との間に位置して、電子放出物質層から電子を抽出するグリッドと、前記カソード上に前記電子放出物質層が位置する貫通孔を有する絶縁層と、を備える。
【００３１】
本発明の他の例示的実施形態によれば、前記カソードは、前記基板に対してカソードの下部に設けられる接着層によって固定される。
【００３２】
本発明のさらに他の例示的な実施形態によれば、前記電子放出物質層をカソードに固定する接着層が電子放出物質層の下部にのみ形成される。
【００３３】
本発明のさらに他の実施形態によれば、前記カソードの両面に前記電子放出物質層を接着する接着層とカソードを基板に固定する接着層とが共に設けられる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は、色々な種類の針状電子放出物質、すなわち、一定の長さを有するチューブまたはロッド状の電子放出物質、例えば、ＣＮＴ粉末を懸濁液フィルタリング法を利用してよく分散されたＣＮＴコロイド懸濁液を製造し、これらを微細孔を有する濾過テンプレート上に懸濁液を供給した後、これを濾過乾燥させて電界電子放出に最適化された密度のＣＮＴ層を形成する。懸濁液に分散されたＣＮＴは、非常に均一に分散されており、したがって、これを利用してテンプレートに形成されるＣＮＴ層も均一な分布のＣＮＴを有する。そして、ＣＮＴ層を接着層が形成されたカソードに転写させることによって、カソードに安定的に固定されたＣＮＴ層を形成する。そして、後続のＣＮＴ層の表面処理を通じてＣＮＴをカソードに対して組立てて垂直整列することによって、電子放出に寄与するＣＮＴの数を画期的に増加させる。このような本発明は、高温でない低温または常温の状態でカソードに対するＣＮＴ層の形成が可能であるので、従来の高温処理によって体験した問題点を有さない。したがって、本発明による電子放出源は、構造的に非常に安定しつつも、高くて均一な分布の電子放出が可能である。
【００３５】
このような本発明は、電界電子放出特性に悪い影響を与える伝導性有機／無機物、バインダー及び高分子ペーストを使用せず、複雑な工程なしに常温で簡単に製造できて大面積化が容易である。特に、大面積の電子放出面積が得易いため、例えば、ディスプレイ装置で一つの画素に一つのＣＮＴ層を有させることもできる。
【００３６】
また、懸濁液を利用してＣＮＴ層を形成するので、懸濁液中のＣＮＴ濃度の調節によってＣＮＴ層の密度調節が容易であり、したがって、所望の最適の電界電子放出源の密度具現が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、添付された図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
【００３８】
図１は、本発明の例示的な実施形態による単一電子放出源の概略的な構造を示す斜視図であり、図２は、その断面図である。
【００３９】
本発明は、針状電子放出物質を利用する。針状電子放出物質には、中空のナノチューブ、内部が充填されたナノロッドがあり、その代表的な材料は、炭素であり、それ以外に、金属物質によって製造されることもある。以下の実施形態の説明では、針状電子放出物質の代表的な物質であるＣＮＴを中心に説明される。しかし、針状として電子放出が可能な全ての物質が適用され、したがって、針状電子放出物質の特定の例に本発明が制限されない。
【００４０】
図１及び図２を参照すれば、電子放出源１０は、ＣＮＴ層１３が接着層１２によって固定される板状カソード１１とこれを支持するカソードベース１４とを備える。カソード１１は、ベース１４に対してリング状の固定部材１５を備える。固定部材１５は、ベース１４の突出部１４ａに締まりばめ状態に結合してカソード１１のスカート部分１１ａを圧着固定する。前記板状カソード１１は、ベース１４とは別個に製造された板状導電材料で製造され、その表面に接着層１２が形成されてＣＮＴ層１３の各ＣＮＴが接着層１２に接触する下段部によって強く付着される。ＣＮＴ層１３は、実質的に純粋ＣＮＴからなり、これは、ＣＮＴペーストを利用して製造される従来のＣＮＴ構造に比べて安定的であり、信頼度が高い。また、構造的に、板状カソード１１にＣＮＴ層１３が形成された状態で電子放出源１０の支持構造物であるベース１４に固定されるので、製造が容易である。特に、このような構造は、高温工程を要求せず、したがって、高温工程による経済的な負担や不利益がない。特に、有機物を含みうる接着層がＣＮＴと混在せず、その下部にのみ設けられるので、電子に衝突する可能性が非常に少なく、したがって、電子衝突による有機ガスの発生が起きない。
【００４１】
本発明の他の例示的な実施形態によれば、図３に示したように、前記板状カソード１１は、その底面に別途の接着層１２ａが形成されていることによって、この接着層によってベース１４に対して確かに固定される。カソード１１とＣＮＴ層１３との間の接着層１２、すなわち、ＣＮＴを固定する接着層１２は、やはり前記板状カソード１１自体の表面に形成される接着物質によって提供される。したがって、前記板状カソード１１は、両面に接着層１２,１２ａが塗布された状態、両面接着テープの形態に製造された後、本発明の電子放出源１０の素材として適用される。前記ＣＮＴをカソード１１に固定する上部の接着層１２は、ＣＮＴ層１３の下部にのみ形成されることもあり、他の実施形態によれば、カソード１１の上面全体に形成されることもある。図１では、ＣＮＴ層１３の下部にのみ接着層１２が形成された実施形態を示す。
【００４２】
前記実施形態の説明で、前記カソード１１をベース１４に対して固定する固定部材１５は、選択的なものであって、ベース１４と固定部材１５とは、相補的な結合構造、すなわち、両者が一つに結合して、その間のカソード１１を確かに固定するいかなる構造も適用可能である。例えば、前記突出部１４ａは、図４に示したように、四角形、菱形、三角形、五角形などの多角形、楕円形、星、アルファベット、ハングル、数字形態など多様な文字、図形などの形態を有し、これに固定部材１５は、突出部１４ａと歯合わせられる相応する形態を有しうる。
【００４３】
一方、前記固定部材を利用せず、図５Ａ及び図５Ｂに示したように、ＣＮＴ層１１３が接着層１１２によってその表面に固定されたカソード１１１をカソードベース１１４に直接溶接しうる。図５Ａ及び図５Ｂの実施形態の場合、カソード１１１がバンド形態を有し、そして、カソードベース１１４は、傾いた側面を有する突出部１１４ａを含む。これは、カソード１１１にＣＮＴ層を先に形成した後、カソード１１１の両側端部を引っ張って適切な引張力を付加した状態でカソードベース１１４の突出部１１４ａに溶接されたものである。図面で、１１１ａは、溶接点を表すものであって、このように点状の溶接点または一定の長さを有する溶接部を有しうる。本実施形態は、図１及び２に示したような固定部材１５なしに直接固定される形態を例示するものであって、本発明の技術的範囲を制限しない。
【００４４】
図６Ａ及び図７Ａは、さらに他の実施形態による電子放出源を示す図面であって、図６Ｂ及び図７Ｂは、図６Ａ及び６Ｂに示された電子放出源の断面構造を示す。
【００４５】
図６Ａ及び図６Ｂに示された電子放出源は、図５Ａ及び図５Ｂに示された実施形態の電子放出源と類似した構造であって、カソードベース１２４の突出部１２４ａは、上部が湾曲された曲面を有し、この部分をカソード１２１が湾曲されて覆い包んでいる。カソード１２１がバンド形態を有し、そして、カソードベース１２４は、湾曲された側面を有する突出部１２４ａを備える。これは、カソード１２１にＣＮＴ層１２３を接着層１２２によって固定した後、カソード１２１の両側端部を引っ張って適切な引張力を付加した状態でカソードベース１２４の突出部１２４ａの下部側に溶接部１２１ａによって固定される。
【００４６】
図７Ａ及び図７Ｂに示された電子放出源は、カソードベース１３４の突出部１３４ａが上端部に湾曲された面が形成されている円柱型になっている。突出部１３４ａに対応する部分のカソード１３１上のＣＮＴ層１３３が位置する。ＣＮＴ層１３３は、やはり接着層１３２によってカソード１３１に固定される。
【００４７】
カソード１３１の下端の周りのスカート１３１ａは、固定部材１３５によって突出部１３４ａに強く押されている状態である。カソード１３１は、アルミニウムのように、延伸が良くなる材料で形成することが湾曲された上端部を有する突出部１３４ａによく密着させることができ、変形量が最多であるスカート１３１ａにしわになった部分１３１ｂを含みうる。
【００４８】
図８は、本発明のさらに他の実施形態による電子放出源を示す図面であって、カソード１４１が平板上のカソードベース１４４に溶接された形態を有する。すなわち、カソード１４１は、円盤形態であり、その中央部分にＣＮＴ層１４３が形成されており、その周りのスカート部分１４１ａがカソードベース１４４の上面に溶接される。図面で、１４１ｂは、溶接部分を表す。
【００４９】
前述した実施形態において、前記カソード１１１,１４１は、たとえ溶接によってカソードベース１１４,１４４に固定されるとしても、その下部に接着層が設けられて、さらに確かで安定した固定を図りうる。
【００５０】
このような単一電子放出源は、多様な分野の電子素子に応用される。例えば、これらの電子素子には、照明用として利用される可視光源、平板ディスプレイ用バックライト装置、Ｘ−ＲＡＹ装置用電子ソース、高出力マイクロウェーブ用電子ソースがある。
【００５１】
前記構造で、前記カソード１１,１１１,１２１,１３１,１４１は、導電体として適切に調節された電気的抵抗を有することによって、カソード１１,１１１,１２１,１３１,１４１の表面に固定されたＣＮＴ層１３,１１３,１２３,１３３,１４３に全体的に均一な電流供給が可能になり、したがって、ＣＮＴ層１３,１１３,１２３,１３３,１４３が全体的に均一な電子放出が可能になる。
【００５２】
以下、本発明の単一電子放出源の製造方法による例示的な実施形態を説明する。
【００５３】
まず、ＣＮＴコロイド懸濁液（以下、懸濁液）と、テンプレートとしてテフロン、セラミック、ＡＡＯ（Ａｎｏｄｉｃ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｏｘｉｄｅ）、ポリカーボネートなどの材料からなる濾過紙（濾過テンプレート）とを準備する。懸濁液は、溶媒及び界面活性剤に粉末状態のＣＮＴを分散させて作ったコロイド状態の液体である。さらに均一な分散のために、超音波処理を行うことが望ましい。濾過紙は、懸濁液を濾過してその表面にＣＮＴのみを残すが、ＣＮＴ懸濁液を乾燥させてＣＮＴのみを所定パターンで残留させて板状カソードに転写するためのものである。ＣＮＴには、ＳＷＣＮＴ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｗａｌｌｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ）、ＤＷＣＮＴ（Ｄｏｕｂｌｅ−Ｗａｌｌｅｄ ＣＮＴ）、薄いＭＷＣＮＴ（Ｍｕｌｔｉ−Ｗａｌｌｅｄ ＣＮＴ）、厚いＭＷＣＮＴがある。前記溶媒としては、エタノール、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジメチルアセトアミド、１,２−ジクロロエタン、１,２−ジクロロベンゼンのうち何れか一つである。
【００５４】
そして、前記界面活性剤は、ナトリウムドデシルベンゼンスルホン酸塩（ＮａＤＤＢＳＣｌ２Ｈ２５Ｃ６Ｈ４ＳＯ３Ｎａ）、ナトリウムブチルベンゼンスルホン酸塩（ＮａＢＢＳＣ４Ｈ９Ｃ６Ｈ４ＳＯ３Ｎａ）、ナトリウム安息香酸塩（Ｃ６Ｈ５ＣＯ２Ｎａ）、ナトリウムドデシル硫酸塩（ＳＤＳ；ＣＨ３（ＣＨ２）１１ＯＳＯ３Ｎａ）、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００（ＴＸ１００；Ｃ８Ｈ１７Ｃ６Ｈ４（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｎ−ＯＨ；ｎ１０）、ドデシルトリメチルアンモニウム臭酸塩（ＤＴＡＢ；ＣＨ３（ＣＨ２）１１Ｎ（ＣＨ３）３Ｂｒ）、アラビアゴムのうち何れか一つである。
【００５５】
図９Ａに示したように、濾過紙からなる濾過テンプレート２１に前記懸濁液を所定パターンに塗布した後、これを乾燥させてＣＮＴ膜１３’を形成する。懸濁液の塗布領域は、電子放出源のカソードの形態、例えば、図４に示された多様な形態の突出部の形状に対応し、応用分野の要求されるカソードの形態によって、多様な変化が可能である。ここで、懸濁液の溶媒と界面活性剤及びＣＮＴとの比率または濃度を制御することによって、ＣＮＴ密度を自由に調節でき、周辺の電気的条件による最適の電子放出密度の具現が可能であり、このような最適の条件を反復再現及び均質な密度のＣＮＴ膜を形成しうきる。懸濁液を濾過テンプレート２１に形成し、ＣＮＴのみが残留し、液状物質は、濾過テンプレートを通過する。この状態で乾燥過程を進めれば、テンプレート２１の表面にＣＮＴ膜１３’が形成されるが、このような過程は、常温または高温状態で自然乾燥または真空乾燥過程を含みうる。
【００５６】
図９Ｂに示したように、両面に接着層１２,１２ａが設けられたカソード１１を準備する。実際工程中には、下側接着層１２ａは、異質物の付着を防止する離型紙によって保護されるものであり、図面には示されていない。カソード１１は、導電性材料として導電性織物、金属板が適用される。前記接着層１２,１２ａは、導電性を有するものであって、導電性粒子、例えば、改質されたニッケルと高分子樹脂とが混合された材料で形成される。具体的に、カソード１１は、アルミニウムホイール（厚さ：０.０１〜０.０４ｍｍ）、銅やニッケル群で製造された伝導性シート（厚さ：０.０１〜０.０４ｍｍ）、伝導性ファブリック（厚さ：０.０１〜０.２０ｍｍ）で形成される。すなわち、前記カソード１１は、アルミニウム、銅、ニッケルのうち何れか一つを含有する伝導性シート及び伝導性ファブリックのうち何れか一つで形成される。
【００５７】
前記接着層１２,１２ａは、ニッケル、カーボン顔料などの伝導性パウダーとアクリルエステルポリオール混成重合体の接着樹脂との混合物であって、望ましくは、全体接触抵抗が０.１Ω／２５ｍｍ２未満であり、許容温度範囲が−３０℃〜１０５℃である伝導性テープである。
【００５８】
図９Ｃに示したように、前記テンプレート２１上のＣＮＴ膜１３’を前記カソード１１の一側接着層１２に所定圧力で接触させた後、これを分離させてテンプレート２１のＣＮＴ膜１３’をカソード１１側に電子放出のためのＣＮＴ膜１３を形成する。
【００５９】
図９Ｄの過程は、カソード１１にランダムに配置されているＣＮＴ層のＣＮＴを垂直に整列するＣＮＴ層の表面処理方法を示す。図９Ｄの（ａ）に示したように、粘着性を有するテープ２２をカソード１１上のＣＮＴ層１３に接着させた後、これを持ち上げて取り離す。このようにすれば、ＣＮＴ層１３で表面に露出されたＣＮＴがテープ２２の粘着性によってカソード１１に対して垂直方向に整列される。すなわち、テープ２２を利用してＣＮＴをカソード１１に対して組立てる。このようなテープ２２を利用する方法以外に、図９Ｄの（ｂ）に示したように、表面に粘着性を有するローラ２３を前記ＣＮＴ層１３の表面を所定圧力で転がすことによって、ＣＮＴをカソード１１に対して組立てて垂直方向に整列させうる。このような垂直整列過程で、カソード１１の表面の接着層１２に弱く固定されたＣＮＴは、これから分離されて除去されるが、ＣＮＴのほとんどは、強い接着性によってその下端部がカソード１１に固定されているので、その上端部が上方に持ち上げられる形態に垂直整列される。
【００６０】
図９Ｅは、前記カソード１１をカソードベース１４に結合させることを示す。突出部１４ａを有するカソードベース１４を準備した後、この上に前記カソード１１を載せて置く。このとき、カソード１１上のＣＮＴ膜１３は、突出部１４ａの上面に位置させる。そして、このような状態で前記突出部１４ａに対応する結合球１５ａを有する固定部材１５を準備する。図９Ｃないし図９Ｅでは、カソード１１及びこの両面の接着層１２,１２ａが非常に厚く表現されたが、これは、理解を助けるために誇張したものである。
【００６１】
図９Ｆに示したように、前記固定部材１５を前記突出部１４ａに結合し、前記カソード１１をカソードベース１４に固定する。前記固定部材１５は、ＣＮＴ膜の周辺のスカート部分１１ａを突出部１４ａに対して固定する。このような過程を通じて所望の単一電子放出源１０を得る。図９Ｆには、カソード１１の両面の接着層１２,１２ａが意図的に示されなかった。
【００６２】
前述された電子放出源１０の製造過程は、本発明の例示的な実施形態によるものであって、多様な形態への変形が可能である。例えば、前記ＣＮＴの垂直整列のためのＣＮＴ層１３の表面処理過程は、カソード１１がカソードベース１４に固定された状態で進められることもある。すなわち、図９Ｃの過程以後に、図９Ｅ及び図９Ｆの過程を行った後、最終的に、図９Ｄの（ａ）、（ｂ）に示したような粘着性テープ２２やローラ２３によって表面処理を進めてＣＮＴ垂直整列過程を行える。しかし、本発明は、前記のようなＣＮＴの特定表面処理による垂直整列方法に制限されず、通常の技術範囲内で多様な方法で行われる。
【００６３】
本発明の特徴は、カソードが別途の板状導電体であって、その表面にＣＮＴ膜が接着層によって固定された状態でカソードベースに固定される点である。すなわち、従来には、カソードが基板に既に固定された状態でＣＮＴが成長または固定されるが、本発明は、基板やカソードを支持するカソードベースと結合する前の状態で板状カソードにＣＮＴ膜が形成される。前述した実施形態で、カソードベースは、一般的な電子放出源の基板に該当しうる。本発明による電子放出源は、ＣＮＴがその下部の接着層によってカソードに固定されている点に特徴があるが、これは、既存のペースによる電子放出源、すなわち、ＣＮＴとペーストとが混在する形態の電子放出源とは異なる構造的な特徴を有する。
【００６４】
一方、図５Ａ、図５Ｂ及び図６に示された形態の電子放出源の製造は、図９Ａないし図９Ｆの過程を理解することによって容易になしうる。
【００６５】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、表面処理される前／後のＣＮＴ層を示すＳＥＭイメージ及び発光パターンイメージである。図１０Ａに示したように、ＣＮＴ層を表面処理する前には、ＣＮＴのほとんどがネットワーク形態にからまって横になっている形状をしており、その一部が点々と垂直に配列されっている。これらの電界電子放出の均一性を調べるために、電界放出発光パターン実験を行った。電界電子放出発光パターン実験は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）がコーティングされた透明ガラスに蛍光体が塗布されたアノードと、表面処理されていないＣＮＴ層を利用したカソードとで構成された２電極構造がテストされた。このとき、アノードとカソードとの距離は、４００μｍであった。発光パターンイメージ（図１０Ａの右上端のイメージ）を参照すれば、全面発光ではない部分発光が観測された。このような部分発光は、ＳＥＭイメージで観測されたように、ＣＮＴのほとんどが横になっている状態であるので、電界電子放出に寄与するＣＮＴ数が少ないためである。しかし、図１０Ｂに示したように、表面処理して垂直整列すれば、水平に横になっているＣＮＴが均一な長さで垂直方向に整列されていることがＳＥＭ観測で確認できる。発光パターンイメージを参照すれば、部分発光ではない全面発光がなされているということが分かる。これは、ＳＥＭ測定で見られるように、ＣＮＴがほとんど垂直整列されて電界を印加したとき、垂直整列されたＣＮＴチップの端部に電界が集中されて電界電子放出が容易になるので、全体的に均一な発光パターンを示すことが確認できる。
【００６６】
図１１は、ＣＮＴ層の表面処理前・後のＣＮＴ電子放出源の電流密度（Ｊ（Ａ／ｃｍ２））対電界（Ｆ（Ｖ／μｍ））比較データグラフである。電界電子放出実験は、ステンレススチール金属板のアノードと、表面処理前・後のＣＮＴ電界電子放出源であるカソードとで構成された２電極構造体で実施し、二つの電極間の距離は、４００μｍであり、電子放出面積は、０.１９６２５ｃｍ２である。真空レベルは、２＊１０−７ｔｏｒｒであり、印加電圧は、０Ｖから３５００Ｖである。ＣＮＴ電界電子放出源として使われたＣＮＴ粉末は、Ｔｈｉｎ−ＭＷＣＮＴであって、平均直径が約７ｎｍである。ＣＮＴコロイド懸濁液の濃度は、２０ｍｇ／ｌで実施した。表面処理前・後の０.１μｍ／ｃｍ２の電流密度を得るのに必要なターンオン電界は、それぞれ１.２４Ｖ／μｍ及び０.８８Ｖ／μｍであり、１０μｍ／ｃｍ２の最大電流密度を得るのに必要な電界は、それぞれ２.７０Ｖ／μｍ及び１.９８Ｖ／μｍである。表面処理前より表面突出処理後に低い電界で高い電界電子放出特性を示すことが確認できる。また、伝導性テープからなるカソードとＣＮＴ層との間に接着力が良いので、高い電界でも安定した電界電子放出を示す。図１１に挿入されたグラフは、接着テープで表面処理前・後のＣＮＴ電界電子放出源の電流密度対電界曲線データに一致するファウラーノードハイムプロットである。電界放出は、ほとんどファウラーノードハイム理論によるが、Ｊ＝ａ（Ｅｌｏｃ２／φ）ｅｘｐ（−ｂφ３／２／Ｅｌｏｃ）で表す（ａ,ｂは、定数、φは、仕事関数（ｅｖ）、Ｅｌｏｃは、ＣＮＴ電界電子放出源チップの端部にかかる電界としてＥｌｏｃ＝βＦ（β：電界強化因子）、Ｆ＝Ｖ／ｄ（Ｖ：アノードとカソードとの間にかかる電圧、ｄ：アノードとカソードとの距離）で表現される。したがって、高い電流密度（Ｊ）を得るためには、ＣＮＴ電界電子放出源のチップの端部に電界（Ｅｌｏｃ）が最大となり、仕事関数が最小となれば、小さな印加電界で高い放出電流密度が得られる。しかしながら、ＣＮＴ電界電子放出源のチップの端部に電界（Ｅｌｏｃ）を大きくかければ、ＣＮＴチップの端部が劣化し、かつ変形されて電界放出特性が低下するので、効率的でない。ＣＮＴ電子放出源の形状を変化させる方法が最も効果的であるが、これと関連されるものが電界強化因子βであり、これは、アノードとカソードとの間に印加される電界（Ｆ）とＣＮＴ電界電子放出源のチップの端部にかかる電界（Ｅｌｏｃ）との比例定数である。βは、ＣＮＴ電界電子放出源の形状に関連しているので、縦横比が大きければ、βが大きく、したがって、アノードとカソードとの間に印加電界（Ｆ）が同一であっても、ＣＮＴ電界電子放出源のチップの端部に大きい電界（Ｅｌｏｃ）がかかって電界放出特性が良くなる。ファウラーノードハイムプロットで、低電界領域で傾斜が垂直に現れるが、これは、電界放出による電界電子放出特性を表し、傾斜値を求めてβ値を求めうる。表面突出処理前・後のβ値は、それぞれ２３３８と３３３７とであり、表面突出処理前に水平に横になっているＣＮＴが、表面突出処理後に垂直に整列されることによって、β値が向上したということが分かり、これにより、電界放出特性が良くなることが確認できる。
【００６７】
図１２は、ＣＮＴ懸濁液の濃度別に形成されたＣＮＴ電界電子放出源の表面突出処理施行後の電流密度対電界比較データグラフである。低いＣＮＴ懸濁液の濃度（１.２５ｍｇ／ｌ）を有するサンプルから順次に濃度を高めて中間ＣＮＴ懸濁液の濃度（２０ｍｇ／ｌ）を有するサンプルまでの測定結果は、低い電界でターンオン電界と最大電流密度とを得、ＣＮＴ懸濁液の濃度（４０、８０ｍｇ／ｌ）を次第に高めたサンプルの測定結果は、ターンオン電界と最大電流密度とを得るのに必要な電界の強度が中間ＣＮＴコロイド懸濁液の濃度（２０ｍｇ／ｌ）とほぼ同一になって飽和されるということが分かる。中間ＣＮＴコロイド懸濁液の濃度（２０ｍｇ／ｌ）で優れた電界電子放出特性を示し、これは、本発明で最適化されたＣＮＴ電界電子放出密度を容易に制御しうることを表す。図１２に挿入されたグラフは、ＣＮＴ懸濁液の濃度による表面突出処理後の電流密度対電界曲線データに一致するファウラーノードハイムプロットである。低いＣＮＴコロイド懸濁液の濃度（１.２５ｍｇ／ｌ）を有するサンプルから順次に濃度を高めて中間ＣＮＴ懸濁液の濃度（２０ｍｇ／ｌ）を有するサンプルまでβ値が次第に良くなり、ＣＮＴコロイド懸濁液の濃度（４０、８０ｍｇ／ｌ）を次第に高めたサンプルのβ値は、中間ＣＮＴコロイド懸濁液の濃度（２０ｍｇ／ｌ）とほぼ同一になって飽和されるということが分かる。前記のように、ＣＮＴ濃度調節を通じて最適化された電界電子放出源密度を具現でき、これにより、最大電界放出特性が得られる。
【００６８】
図１３は、図１０に示した比較データをＣＮＴコロイド懸濁液の濃度によるターンオン電界、しきい電界、最大電界と電界強化因子（β）との値を比較して示すグラフである。
【００６９】
図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃは、発光面積を異ならせる３個のサンプルの輝度差を示す光学写真である。
【００７０】
図１４Ａは、ＣＮＴ膜の直径が５ｍｍ（０.１９６２５ｃｍ２）、図１４Ｂは、１０ｍｍ（０.７８５ｃｍ２）、図１４Ｃは、２０ｍｍ（３.１４ｃｍ２）である。電子放出源の基本的な形態は、図１に示された構造のものであって、ＩＴＯがコーティングされた透明ガラスに蛍光体が塗布されたアノード、アノードとカソードとの間隔は、４００μｍ、真空レベルは、２＊１０−７ｔｏｒｒ、そして、印加電圧は、０Ｖないし３５００Ｖである。図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃを通じて非常に満足した発光、すなわち、発光面が全体的に非常に均一な輝度を表しており、発光面積が大きくなっても、非常に強い発光が起きるということが分かる。
【００７１】
図１５は、ＣＮＴの種類別電子放出の安定性をテストした結果を示すが、ＤＷＣＮＴに比べてＭＷＣＮＴがさらに安定的であるということが分かる。
【００７２】
前記のような単一電子放出源を応用することによって、ディスプレイ装置に適用が可能である。ディスプレイ装置は、一般的に、Ｘ−Ｙマトリックス状態で電気的アドレッシングが可能な画素を有するが、カソードは、多数平行なストライプ状態に配置され、したがって、各カソードは、画面の何れか一方向を包括する長さを有し、その表面に各画素に対応するＣＮＴ層を備える。
【００７３】
図１６は、ディスプレイ装置の基板３０上に配置された本発明によるカソード３１の配列を示す平面図であり、図１７は、図１６のＡ−Ａ線による断面図である。カソード３１の表面には、ディスプレイ装置の画素間の間隔に対応する間隔をおいてＣＮＴ層３２が形成されている。前記カソード３１は、導電性または電気的抵抗性を有する物質で形成されるものとして別途に製作された後、溶接または接着層３１ｂによって基板３０に固定される。そして、前記ＣＮＴ層３２も、その下部の接着層３１ａによってカソード３１の上面に固定されている。前記ＣＮＴ層３２を固定する接着層３１ａは、図１６に示したように、カソード３１の上面全体に形成されることもあるが、他の実施形態によれば、ＣＮＴ層３２の下部にのみ存在しうる。
【００７４】
図１８は、本発明の例示的な実施形態によるディスプレイ装置の構造を概略的に示す断面図である。
【００７５】
図１８を参照すれば、背面板の基板３０の上面にカソード３１が接着層３１ｂによって付着されている。前記接着層３１ｂは、基板３０にカソード３１を固定するための選択的要素であり、接着層３１ｂを利用しない場合、前述した単一電子放出ソースの実施形態のように、カソード３１が溶接やその他の接合法によって固定される。前記カソード３１の上面には、ＣＮＴ層３２が形成されているので、これは、その下部の接着層３１ａによって固定される。前記カソード３１は、基板３０とは別途の過程で製造されるものであり、前記のような接着層やその他の手段によって基板３０に固定される。前記カソード３１に対するＣＮＴ層３２の製造は、前述した製造方法を応用しうる。一方、前記カソード３１上には、前記ＣＮＴ層３２が位置する貫通孔を有する絶縁層４０が設けられ、絶縁層４０の上には、電子の抽出のためのグリッド４１が設けられる。一方、グリッド４１上には、別途に製作された後に一つに結合された前面板構造体が設けられる。前面板構造体は、前面板５０とその内面に形成されるアノード５１とを備える。そして、アノード５１の表面には、蛍光体層５２が形成されている。
【００７６】
前記カソード３１上のＣＮＴ層３２の製造は、ＣＮＴ懸濁液を利用するが、バンド上のカソード３１に多数のＣＮＴ層３２が設けられるので、一つのカソード３１に対応する形態の濾過テンプレートの多数の領域にＣＮＴ懸濁液を塗布する必要がある。このために、カソードに対して印刷方法またはマスクを利用して、所定の領域にのみＣＮＴ懸濁液を供給しうる。
【００７７】
すなわち、図１９Ａに示したように、ノズルを利用してバンド形態の濾過テンプレート６０にＣＮＴ懸濁液を供給しうる。このように、懸濁液を供給した後、前述した実施形態のように乾燥過程を経た後にカソードに転写することによって、図１６、１７、及び１８に示したような形態のＣＮＴ層３２を有するカソード３１が得られる。そして、他の方法として、図１９Ｂに示したように、一時に懸濁液を供給する方法として、ＣＮＴ層に対応する貫通孔を有するマスク８０を濾過テンプレート６０上に載せた状態で懸濁液を供給することによって、速い時間内に濾過テンプレート６０の与えられた領域にＣＮＴ懸濁液３２”を供給しうる。この場合、マスク８０に懸濁液が接触された状態であるので、乾燥前に分離すれば、懸濁液がマスク８０に付けられるので、テンプレート６０上に完全な形態のＣＮＴ層を形成できないので、適切にまたは完全乾燥されたＣＮＴ層３２’が形成された後、マスク８０を濾過テンプレート６０から分離することが望ましい。このように、テンプレート６０上に多数のＣＮＴ層が形成された後、前述したような方法によってカソードに転写する。
【００７８】
前述したように、本発明によれば、懸濁液フィルタリング法を使用して形成されたＣＮＴ薄膜を、接着力の強い伝導性テープを利用して容易に転写でき、また、前記ＣＮＴ薄膜と前記伝導性テープ相互間の接着強度が非常に優秀であるため、簡単な表面後処理工程を通じて前記ＣＮＴ薄膜の電界電子放出特性を向上し、高い電界や電界電子放出の間にＣＮＴ薄膜の脱着なしに安定的で信頼性のある電界電子放出特性が得られる。また、均一に分散されたＣＮＴコロイド懸濁液の濃度を調節することによって、前記ＣＮＴ薄膜の活性電子放出サイト密度を容易にでき、それと共に前記方法を使用すれば、均一な特性を有するＣＮＴ薄膜を大面積に簡単に製作することができるので、大面積ＣＮＴ電界電子放出源を製作しうる。
【００７９】
本発明は、図面に示した実施形態を参照して説明されたが、それは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、電子放出関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の例示的な実施形態による単一電子放出源の概略的な構造を示す斜視図である。
【図２】図１に示された電子放出源の断面図である。
【図３】本発明による電子放出源で、カソードの積層構造を示す断面図である。
【図４】本発明による電子放出源で、カソードを支持するカソードベースの多様な変形例を示す図面である。
【図５Ａ】本発明の他の例示的な実施形態による電子放出源の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示された本発明による電子放出源の側面図である。
【図６Ａ】本発明のさらに他の例示的な実施形態による電子放出源の斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示された本発明による電子放出源の側面図である。
【図７Ａ】本発明の他の例示的な実施形態による電子放出源の斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示された本発明による電子放出源の側面図である。
【図８】本発明のさらに他の例示的な実施形態による電子放出源の斜視図である。
【図９Ａ】本発明の例示的な実施形態による電子放出源の製造方法を示す工程図である。
【図９Ｂ】本発明の例示的な実施形態による電子放出源の製造方法を示す工程図である。
【図９Ｃ】本発明の例示的な実施形態による電子放出源の製造方法を示す工程図である。
【図９Ｄ】本発明の例示的な実施形態による電子放出源の製造方法を示す工程図である。
【図９Ｅ】本発明の例示的な実施形態による電子放出源の製造方法を示す工程図である。
【図９Ｆ】本発明の例示的な実施形態による電子放出源の製造方法を示す工程図である。
【図１０Ａ】表面処理されていないＣＮＴ層を示すＳＥＭイメージである。
【図１０Ｂ】表面処理されたＣＮＴ層を示すＳＥＭイメージである
【図１１】ＣＮＴ層の表面処理前及び後の電子放出源の電流密度（Ｊ（Ａ／ｃｍ２））と電界（Ｆ（Ｖ／μｍμｍ））とを比較したデータグラフである。
【図１２】ＣＮＴ懸濁液の濃度別に形成されたＣＮＴ電界電子放出源の表面突出処理施行後の電流密度と電界とを比較して示すグラフである。
【図１３】図１１に示された比較データをＣＮＴコロイド懸濁液の濃度によるターンオン電界、しきい電界、最大電界と電界強化因子（β）値との比較解釈グラフである。
【図１４Ａ】本発明によって製造されたサンプルの輝度を示す光学写真である。
【図１４Ｂ】本発明によって製造されたサンプルの輝度を示す光学写真である。
【図１４Ｃ】本発明によって製造されたサンプルの輝度を示す光学写真である。
【図１５】ＣＮＴの種類別電子放出安定性をテストした結果を示す図面である。
【図１６】本発明の例示的な実施形態によるディスプレイ装置のカソード配列を示す平面図である。
【図１７】図１６のＡ−Ａ’線による断面図である。
【図１８】本発明の例示的な実施形態によるディスプレイ装置の構造を概略的に示す断面図である。
【図１９Ａ】本発明の例示的な実施形態によるディスプレイのカソード製造方法を示す図面である。
【図１９Ｂ】本発明の他の例示的な実施形態によるディスプレイのカソード製造方法を示す図面である。
【符号の説明】
【００８２】
１０ 電子放出源
１１ 板状カソード
１１ａ スカート部分
１２,１２ａ 接着層
１３ ＣＮＴ層
１４ カソードベース
１４ａ 突出部
１５ 固定部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性板状カソードと、
前記カソードの表面に形成された針状電子放出物質層と、
前記カソードを支持するベースと、
前記ベースに前記カソードを固定する固定要素と、を備える電子放出源。
【請求項２】
前記カソードは、電気的抵抗を有することを特徴とする請求項１に記載の電子放出源。
【請求項３】
前記カソードの一側面及び他側面のうち少なくとも何れか一側に接着層が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出源。
【請求項４】
前記カソードは、前記ベースに対して溶接されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出源。
【請求項５】
前記ベースには、前記針状放出物質層に対応する突出部が形成されており、前記固定要素は、前記突出部に前記カソードのエッジ部分を圧着固定する固定部材であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出源。
【請求項６】
前記固定要素は、前記ベースと共に相補的結合構造を有することを特徴とする請求項１に記載の電子放出源。
【請求項７】
前記電子放出物質層は、ＳＷ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｗａｌｌｅｄ） ＣＮＴ、ＤＷ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｗａｌｌｅｄ） ＣＮＴ、ＭＷ（Ｍｕｌｔｉ−Ｗａｌｌｅｄ） ＣＮＴ、ナノワイヤのうち少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１ないし６のうち何れか１項に記載の電子放出源。
【請求項８】
前記カソードは、アルミニウム、銅、ニッケルのうち何れか一つを含有する伝導性シート及び伝導性ファブリックのうち何れか一つで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子放出源。
【請求項９】
テンプレートに電子放出物質層を形成する工程と、
前記ＣＮＴ層を接着層が形成された板状カソードに転写する工程と、
前記カソードに転写された電子放出物質層を表面処理して、電子放出物質をカソードに対して組立てる整列工程と、を含む電子放出源の製造方法。
【請求項１０】
前記テンプレートは、濾過性を有する濾過テンプレートであることを特徴とする請求項９に記載の電子放出源の製造方法。
【請求項１１】
前記テンプレート上に電子放出物質層を形成する工程は、
テンプレート上に電子放出物質が分散された懸濁液を供給する工程と、
前記懸濁液を乾燥させる工程と、を含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の電子放出源の製造方法。
【請求項１２】
前記表面処理工程は、接着性テープを利用した方法、ローララビング法、イオンビーム照射法、プラズマ処理法、レーザビーム照射法、中性子ビーム照射法、水素ガス露出法のうち何れか一つを利用することを特徴とする請求項９に記載の電子放出源の製造方法。
【請求項１３】
前記懸濁液は、溶媒と界面活性剤とを含むことを特徴とする請求項１１に記載の電子放出源の製造方法。
【請求項１４】
基板の上面に固定されるカソードと、
前記カソードの上面に形成される一定間隔に形成される多数の電子放出物質層と、
前記電子放出物質層を前記カソードに固定する固定要素と、
前記基板に離隔されている前面板と、
前記電子放出物質層に対向する前記前面板の内面に形成されるアノードと、
前記アノードの表面に形成される蛍光体層と、
前記カソードと蛍光体層との間に位置して電子放出物質層から電子を抽出するグリッドと、を備えるディスプレイ。
【請求項１５】
前記カソードは、電気的抵抗を有することを特徴とする請求項１４に記載のディスプレイ。
【請求項１６】
前記カソードの一側面及び他側面のうち少なくとも何れか一側に前記電子放出物質層を固定する接着層が形成されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載のディスプレイ。
【請求項１７】
前記カソードは前記ベースに対して溶接されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載のディスＰＥＬＥＩ。
【請求項１８】
アノードが形成される前面板とカソードが形成される基板とを備えるディスプレイの製造方法において、
バンド状のテンプレートに多数の電子放出物質層を一定間隔に形成する工程と、
前記電子放出物質層を接着層が形成されたバンド状のカソードに転写する工程と、
前記カソードに転写された電子放出物質層を表面処理して電子放出物質をカソードに対して組立てる表面処理工程と、
前記カソードを背面板に固定する工程と、を含むディスプレイの製造方法。
【請求項１９】
前記テンプレートは、濾過性を有する濾過テンプレートであることを特徴とする請求項１８に記載のディスプレイの製造方法。
【請求項２０】
前記テンプレート上に多数の電子放出物質層を形成する工程は、
テンプレート上に電子放出物質が分散された懸濁液を供給する工程と、
前記懸濁液を乾燥させる工程と、を含むことを特徴とする請求項１８または１９に記載のディスプレイの製造方法。
【請求項２１】
前記カソードの一側面及び他側面のうち少なくとも何れか一側に接着層が形成されていることを特徴とする請求項１８に記載のディスプレイの製造方法。
【請求項２２】
前記表面処理工程は、接着性テープを利用した方法、ローララビング法、イオンビーム照射法、プラズマ処理法、レーザビーム照射法、中性子ビーム照射法、水素ガス露出法のうち何れか一つを利用することを特徴とする請求項１８に記載のディスプレイの製造方法。
【請求項２３】
前記懸濁液は、溶媒と界面活性剤とを含むことを特徴とする請求項２０に記載のディスプレイの製造方法。
【請求項２４】
前記懸濁液を供給する工程は、ノズルを利用して前記懸濁液を供給することを特徴とする請求項２０に記載のディスプレイの製造方法。
【請求項２５】
前記懸濁液を供給する工程は、前記テンプレートに電子放出物質層に対応する貫通孔を有するマスクを付着させた後、前記懸濁液を供給することを特徴とする請求項２０に記載のディスプレイの製造方法。
【請求項２６】
請求項１ないし８のうち何れか１項に記載の電子放出源を含む電子装置。
【請求項１】
導電性板状カソードと、
前記カソードの表面に形成された針状電子放出物質層と、
前記カソードを支持するベースと、
前記ベースに前記カソードを固定する固定要素と、を備える電子放出源。
【請求項２】
前記カソードは、電気的抵抗を有することを特徴とする請求項１に記載の電子放出源。
【請求項３】
前記カソードの一側面及び他側面のうち少なくとも何れか一側に接着層が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出源。
【請求項４】
前記カソードは、前記ベースに対して溶接されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出源。
【請求項５】
前記ベースには、前記針状放出物質層に対応する突出部が形成されており、前記固定要素は、前記突出部に前記カソードのエッジ部分を圧着固定する固定部材であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出源。
【請求項６】
前記固定要素は、前記ベースと共に相補的結合構造を有することを特徴とする請求項１に記載の電子放出源。
【請求項７】
前記電子放出物質層は、ＳＷ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｗａｌｌｅｄ） ＣＮＴ、ＤＷ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｗａｌｌｅｄ） ＣＮＴ、ＭＷ（Ｍｕｌｔｉ−Ｗａｌｌｅｄ） ＣＮＴ、ナノワイヤのうち少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１ないし６のうち何れか１項に記載の電子放出源。
【請求項８】
前記カソードは、アルミニウム、銅、ニッケルのうち何れか一つを含有する伝導性シート及び伝導性ファブリックのうち何れか一つで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子放出源。
【請求項９】
テンプレートに電子放出物質層を形成する工程と、
前記ＣＮＴ層を接着層が形成された板状カソードに転写する工程と、
前記カソードに転写された電子放出物質層を表面処理して、電子放出物質をカソードに対して組立てる整列工程と、を含む電子放出源の製造方法。
【請求項１０】
前記テンプレートは、濾過性を有する濾過テンプレートであることを特徴とする請求項９に記載の電子放出源の製造方法。
【請求項１１】
前記テンプレート上に電子放出物質層を形成する工程は、
テンプレート上に電子放出物質が分散された懸濁液を供給する工程と、
前記懸濁液を乾燥させる工程と、を含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の電子放出源の製造方法。
【請求項１２】
前記表面処理工程は、接着性テープを利用した方法、ローララビング法、イオンビーム照射法、プラズマ処理法、レーザビーム照射法、中性子ビーム照射法、水素ガス露出法のうち何れか一つを利用することを特徴とする請求項９に記載の電子放出源の製造方法。
【請求項１３】
前記懸濁液は、溶媒と界面活性剤とを含むことを特徴とする請求項１１に記載の電子放出源の製造方法。
【請求項１４】
基板の上面に固定されるカソードと、
前記カソードの上面に形成される一定間隔に形成される多数の電子放出物質層と、
前記電子放出物質層を前記カソードに固定する固定要素と、
前記基板に離隔されている前面板と、
前記電子放出物質層に対向する前記前面板の内面に形成されるアノードと、
前記アノードの表面に形成される蛍光体層と、
前記カソードと蛍光体層との間に位置して電子放出物質層から電子を抽出するグリッドと、を備えるディスプレイ。
【請求項１５】
前記カソードは、電気的抵抗を有することを特徴とする請求項１４に記載のディスプレイ。
【請求項１６】
前記カソードの一側面及び他側面のうち少なくとも何れか一側に前記電子放出物質層を固定する接着層が形成されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載のディスプレイ。
【請求項１７】
前記カソードは前記ベースに対して溶接されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載のディスＰＥＬＥＩ。
【請求項１８】
アノードが形成される前面板とカソードが形成される基板とを備えるディスプレイの製造方法において、
バンド状のテンプレートに多数の電子放出物質層を一定間隔に形成する工程と、
前記電子放出物質層を接着層が形成されたバンド状のカソードに転写する工程と、
前記カソードに転写された電子放出物質層を表面処理して電子放出物質をカソードに対して組立てる表面処理工程と、
前記カソードを背面板に固定する工程と、を含むディスプレイの製造方法。
【請求項１９】
前記テンプレートは、濾過性を有する濾過テンプレートであることを特徴とする請求項１８に記載のディスプレイの製造方法。
【請求項２０】
前記テンプレート上に多数の電子放出物質層を形成する工程は、
テンプレート上に電子放出物質が分散された懸濁液を供給する工程と、
前記懸濁液を乾燥させる工程と、を含むことを特徴とする請求項１８または１９に記載のディスプレイの製造方法。
【請求項２１】
前記カソードの一側面及び他側面のうち少なくとも何れか一側に接着層が形成されていることを特徴とする請求項１８に記載のディスプレイの製造方法。
【請求項２２】
前記表面処理工程は、接着性テープを利用した方法、ローララビング法、イオンビーム照射法、プラズマ処理法、レーザビーム照射法、中性子ビーム照射法、水素ガス露出法のうち何れか一つを利用することを特徴とする請求項１８に記載のディスプレイの製造方法。
【請求項２３】
前記懸濁液は、溶媒と界面活性剤とを含むことを特徴とする請求項２０に記載のディスプレイの製造方法。
【請求項２４】
前記懸濁液を供給する工程は、ノズルを利用して前記懸濁液を供給することを特徴とする請求項２０に記載のディスプレイの製造方法。
【請求項２５】
前記懸濁液を供給する工程は、前記テンプレートに電子放出物質層に対応する貫通孔を有するマスクを付着させた後、前記懸濁液を供給することを特徴とする請求項２０に記載のディスプレイの製造方法。
【請求項２６】
請求項１ないし８のうち何れか１項に記載の電子放出源を含む電子装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図９Ｆ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図９Ｆ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【公開番号】特開２００９−２１２０７５（Ｐ２００９−２１２０７５Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８３２４０（Ｐ２００８−１８３２４０）
【出願日】平成２０年７月１４日（２００８．７．１４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（５０８２１２４９５）高麗大学校 産学協力団 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１４日（２００８．７．１４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（５０８２１２４９５）高麗大学校 産学協力団 (1)
【Ｆターム（参考）】
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