電子放出素子、電子放出素子の製造方法、及び電子放出素子を有する表示装置
【課題】低真空状態であっても、電子放出部の周りに存在する残留ガス等の物質による電子放出部への影響を低減することを可能とする。
【解決手段】画像表示装置１は、電子放出素子１０と、この電子放出素子１０から放出される電子により発光する表示部３０とを備えている。電子放出素子１０は、カソード基板１１と、このカソード基板１１上に在る導電層１２と、この導電層１２上に在り、電子放出部２１ａを有するカーボン層２０と、を備えている。電子放出部の外表面は被覆膜２２によって覆われている。被覆膜２２は電子放出部２１ａよりも酸化しにくい材料から構成されている。
【解決手段】画像表示装置１は、電子放出素子１０と、この電子放出素子１０から放出される電子により発光する表示部３０とを備えている。電子放出素子１０は、カソード基板１１と、このカソード基板１１上に在る導電層１２と、この導電層１２上に在り、電子放出部２１ａを有するカーボン層２０と、を備えている。電子放出部の外表面は被覆膜２２によって覆われている。被覆膜２２は電子放出部２１ａよりも酸化しにくい材料から構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置等に用いられる電子放出素子、電子放出素子の製造方法、及び電子放出素子を有する表示装置に関し、特に性能劣化を防止できるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置の一種として、電子放出素子を用いるフィールドエミッションディスプレイ（以下“ＦＥＤ”と称す）が知られている（例えば特許文献１参照 ）。この種の表示装置では、一定間隔をもって配置された電子放出素子と表示部とを備えている。電子放出素子は、例えばガラス基板上にカソード電極層が形成され、このカソード電極層上に電子放出部を有する電子放出層が形成されて構成されている。一方、表示部は、電子放出部に対抗して形成されたゲート電極及びアノード電極層を備えている。減圧状態において、これらカソード電極層、ゲート電極層及びアノード電極層に所定の電圧をかけると、電子放出部から電子が放出され、この電子が表示部に衝突することにより表示部が発光する。しかし、減圧状態においても、電子放出部の周りには水素や酸素などの残留ガス等の物質が存在しているため、電子放出部の周りに存在する残留ガス等の物質により、電子放出部が影響を受ける場合がある。すなわち、例えば減圧状態の雰囲気中に存在する残留ガス等の物質が電子放出部に吸着することにより電子放出部の表面が酸化あるいは劣化することがある。この酸化または劣化は、電子放出部の放出電子量の減少や性能低下を生じさせる一因となる。通常、電子放出部の周りの雰囲気を高真空化することで、残留ガスなどの物質を減少させることにより、上述の酸化や劣化に起因する性能低下を防止している。
【特許文献１】特開２００４−１８６０１５号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上述した電子放出素子には次のような問題があった。すなわち、残留ガスなどの物質を減少させるために雰囲気を高真空化すると生産コストが高くなってしまう場合がある。
【０００４】
そこで本発明は、低真空状態であっても電子放出部の周りに存在する残留ガス等の物質による電子放出部への影響を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、一態様として、基板と、この基板上に在る導電層と、この導電層上に在り、電子放出部を有する電子放出層と、前記電子放出部の表面を覆うとともにこの電子放出部よりも酸化しにくい材料からなる被覆材と、を備えたことを特徴とする電子放出素子である。
【０００６】
本発明は、他の一態様として、 基板上に、導電層を形成する工程と、前記導電層上に、電子放出部を有する電子放出層を形成する工程と、前記電子放出部の表面に、該電子放出部の表面よりも酸化しにくい被覆材を形成する工程と、を備えたことを特徴とする電子放出素子の製造方法である。
【０００７】
本発明は、他の一態様として、上記の電子放出素子と、前記電子放出素子から放出される電子により発光する表示部と、を備えたことを特徴とする表示装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、周りに存在する残留ガス等の物質による電子放出部への影響を低減することができる。これにより、電子放出素子を製造する過程等で、生産コストを抑えることが可能となる。また、従来に比較して、電子放出部の長寿命化等を図ることが可能となり、電子放出素子、引いては電子放出素子を有する表示装置の性能を高めることに寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［第１実施形態］
以下に、本発明の第１実施形態に係る電子放出素子１０、電子放出素子の製造方法、及び電子放出素子を有する画像表示装置１について説明する。
先ず、本発明の第１実施形態にかかる画像表示装置１、電子放出素子１０等について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は画像表示装置１の１画素に対応する部分を示す斜視図である。図２は図１の画像表示装置１のＡ部分を拡大して示す断面図である。図３は図２の電子放出部を一部切欠して示す側面図である。図１、図２及び図３中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する三方向を示している。なお、各図において説明のため、適宜、構成を拡大、縮小または省略して示している。
【００１０】
図１に示されるように、表示装置の一例としての画像表示装置１は、電子放出素子１０と、この電子放出素子１０から放出される電子により発光する表示部３０とを備えている。これら電子放出素子１０と表示部３０とは所定の間隙を確保した状態で、対向して接合される。
【００１１】
図１及び図２に示される電子放出素子１０は、カソード基板１１と、該カソード基板１１上に形成された複数の導電層１２と、これらカソード基板１１及び導電層１２上に形成された絶縁層１３と、絶縁層１３上に形成された複数のゲート電極１４とを備えている。絶縁層１３及びゲート電極１４にはエミッタ孔１５が形成され、このエミッタ孔１５において導電層１２上に電子放出層の一例としてのカーボン層２０が形成されている。
【００１２】
カソード基板１１はガラスやシリコン等により構成され、画像を表示するために必要な所定の面積を有している。
【００１３】
ここでは、１画素に対応するカソード基板１１上に、例えば、３個の導電層１２が並列して形成されている。例えば、導電層１２は、ニッケル等の触媒金属からなり、前述のＹ方向に延びる矩形に形成されている。
【００１４】
図１および図２に示すように、絶縁層１３は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等で構成され、カソード基板１１及び導電層１２の上面に形成されている。また、３つのゲート電極１４は、アルミニウム等の金属から、前述のＸ方向に延びる矩形状に形成され、それぞれ後述する三色の蛍光体３３〜３５と対応する位置に配置されている。これらゲート電極１４は駆動回路に接続され、マトリクス制御される。
【００１５】
図１に示すように、ゲート電極１４と絶縁層１３と導電層１２とが交差して重なっている部分には、円形のエミッタ孔１５が複数個形成されている。ここでは、図２に示すように、エミッタ孔１５は、エッチング加工等によりゲート電極１４及び絶縁層１３のみが除去されて形成される。
【００１６】
図２及び図３に示すように、エミッタ孔１５に露出した導電層１２上には電子放出層としてのカーボン層２０が形成されている。カーボン層２０は、表示部３０に向かって、前述のＺ方向に起立してブラシ状に成長した多数のＣＮＴ２１と、このＣＮＴ２１の外面を覆う被覆材としての被覆膜２２とから構成されている。このＣＮＴ２１の先端部２１ａが電子放出部の一例に該当する。
【００１７】
ＣＮＴ２１は、グラフェンシートを円筒状に丸めた構造である。ＣＮＴ２１は直径５０ｎｍ、長さ１μｍ程度に構成され、許容電流密度が大きく、減圧下で低い電圧が加えられることにより電子を放出する。ＣＮＴ２１の先端部２１ａは、ゲート電極１４より低い高さに位置している。このＣＮＴ２１の外表面は被覆膜２２によって覆われている。
【００１８】
被覆膜２２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）など、ＣＮＴ２１よりも酸化しにくい酸化物で構成されている。被覆膜２２は、例えば材質等に応じて決定されるトンネル効果を生じるのに必要な所定の厚さに設定され、本実施形態では数ｎｍ程度に構成されている。この被覆膜２２は、ＣＮＴ２１の外表面をコーティングすることにより減圧雰囲気中の残留ガス等の物質からＣＮＴ２１を保護する機能を有する。
【００１９】
一方、図１及び図２において、表示部３０は、アノード基板３１と、アノード基板３１上に形成されたアノード電極３２と、このアノード電極３２の表面に塗布されたＲ、Ｇ、Ｂの三色の蛍光体３３〜３５とを備える。ここでは、アノード基板３１は、カソード基板１１との封止を良好にするため、カソード基板１１と同素材のガラス等の透明材料で構成されている。また、アノード電極３２は、カソード基板１１と対向する面上に形成され、例えばアルミ等の金属から構成されている。アノード電極３２は駆動回路に接続されている。一方、３色の蛍光体３３〜３５は、前述のＸ方向に延びる矩形状を成し、それぞれゲート電極１４に対応して配置されている
電子放出素子１０と表示部３０とは、図示しないスペーサにより所定の間隙を確保して接合されている。その間隙は例えば約１０−８トール程度の減圧状態とされ、図示しないゲッターによりこの減圧状態が維持されている。
【００２０】
以降、前述した本実施形態の電子放出素子１０の製造方法について図１または図２を参照して説明する。
まず、カソード基板１１上にニッケル板を取り付け、導電層１２を形成する。ついで、導電層１２上、及び導電層１２が形成されていないカソード基板１１の上面全体に絶縁層１３を形成する。ついで、スパッタ法等により、絶縁層１３の表面に、導電層１２で使用した触媒金属とは異なるアルミ等の金属を成膜し、ゲート電極１４を形成する。
【００２１】
さらに、ゲート電極１４及び絶縁層１３を貫通して触媒金属が露出するよう所定の位置にエミッタ孔１５を形成する。具体的には、まず、円形の開口部を有するマスクをゲート電極１４上に設置する。その後、マスクを用い、所定のエッチングガスで、ゲート電極１４にドライエッチングを施して開口する。次いで、所定のエッチングガスで絶縁層１３を導電層１２に達するまでドライエッチングを施すことで、所定の形状のエミッタ孔１５が形成される。
【００２２】
エミッタ孔１５の形成後、カソード基板１１を図示しない真空容器内に導入し、メタンと水素の混合ガスをプラズマで分解することで、露出した導電層１２上にＣＮＴ２１を形成する。ここで、例えば、導電層１２はニッケル等の触媒金属から構成されている。この場合、導電層１２は触媒層として作用するので、前述の方法を用い、その上に直接ＣＮＴ２１を形成することができる。また、プラズマはマイクロ波プラズマとし、成長するＣＮＴ２１の向きを揃えるため導電層１２の表面に垂直に電界を形成しておく。こうして、導電層１２が露出しているエミッタ孔１５内において、導電層１２上に多数のＣＮＴ２１がＺ方向にブラシ状に起立した状態で形成され、カーボン層２０が構成される。
【００２３】
ついで、スパッタ法あるいは蒸着法によりＣＮＴ２１の外表面に酸化シリコンを成膜することにより、被覆膜２２を形成する。このとき、スパッタリングまたは蒸着を表示部３０側から施すことにより、被覆膜２２が必ずしもＣＮＴ２１の外表面全体に形成されず部分的に形成される場合であっても、少なくとも電子放出部となるＣＮＴ２１の先端部２１ａが被覆膜２２に覆われることとなる。なお、図３では被覆膜２２がＣＮＴ２１の外表面全体を被覆した様子を示している。
【００２４】
一方、ガラス等の透明材からなるアノード基板３１にアノード電極３２を形成し、アノード電極３２に蛍光体３３〜３５を塗布して表示部３０を製造する。また、スペーサを介して所定の間隙を確保した状態でカソード基板１１の周囲とアノード基板３１の周囲とを封止材で接合する。こうして電子放出素子１０と表示部３０とが接合され、画像表示装置１が完成する。
【００２５】
次に、図１及び図２を参照しながら、本実施形態にかかる画像表示装置１の動作について説明する。
アノード電極３２、カソード電極としての導電層１２及びゲート電極１４にそれぞれ所定の電圧Ｖａ（例えば１〜１５ＫＶ）、Ｖｄ（例えば０〜１００Ｖ）が印加される（以上、図２を参照する）と、電界が生じる。ここで、導電層１２に成長したＣＮＴ２１の先端部２１ａは細いためここに電気力線が集中する。これにより強い電界が得られ、この電界に引き出されて、ＣＮＴ２１の先端部２１ａなどの電子放出部から、被覆膜２２を通り越して電子が放出される。この電子はゲート電極１４に導かれて蛍光体３３〜３５が塗布されたアノード電極３２に入射する。こうして蛍光体３３〜３５が励起され、発光する。この発光により透明なアノード基板３１を通して所望の画像が表示される。ここで、ゲート電極１４に印加する電圧をマトリクス制御することで発光を制御することができ、画素毎の階調表示が可能となっている。
【００２６】
本実施形態にかかる電子放出素子１０、画像表示装置１などは以下に掲げる効果を奏する。
ＣＮＴ２１の外表面が酸化シリコンからなる被覆膜２２で覆われているため、減圧雰囲気中の残留ガス等の物質による影響を防ぐことが出来る。したがって、例えば残留ガスに含まれる水素や酸素などがＣＮＴ２１の表面に吸着して酸化するのを防止できるため電子放出量が安定する。また、被覆膜２２により雰囲気中の物質によりＣＮＴの表面が劣化するのを防止することができるためＣＮＴ２１の電子放出部としての性能を長く維持することが可能となる。
【００２７】
また、これまで残留ガスの影響を防ぐために雰囲気中の圧力を下げて高真空化し、残留ガス自体を減らしていたが、この圧力条件を緩和することができ、例えばこれまで１０−１０トール程度に減圧する必要があったところ、１０−４トール程度にすることが可能となる。したがって、減圧に要するコストを押さえることが出来る。
【００２８】
また、被覆膜２２の厚さを例えば数ｎｍとし、トンネル効果が可能な厚さに構成することで、電子放出性能を低下することなく、酸化シリコンなどの絶縁材料を用いることができる。
【００２９】
さらに、電子放出部は表示部３０側に位置するため、表示部３０の方向からスパッタリングまたは蒸着を施すことにより、表示部３０側に突出したＣＮＴ２１の先端部２１ａなどの電子放出部を含む部分に容易に被覆膜２２を形成することが可能となる。
【００３０】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係る電子放出素子１０及び画像表示装置２について図４及び図５を参照して説明する。図４は画像表示装置の一部を拡大して示す断面図である。図５は図４の電子放出部を一部切欠して示す側面図である。また、各図において説明のため、適宜、構成を拡大、縮小または省略して示している。なお、本実施形態の画像表示装置２において、カーボン層４０以外の部分の構成等については上記第１実施形態の画像表示装置１と同様であるため、同符号を付して説明を省略する。
【００３１】
本実施形態の電子放出層としてのカーボン層４０は、互いに絡み合った複数のＣＮＴ４１を備えている。ＣＮＴ４１は先端部４１ａや折曲部４１ｂを有する。このうち表示部３０側に突出した先端部４１ａや折曲部４１ｂ等が電子放出部の一例となる。ＣＮＴ４１の外周面は被覆膜４２で覆われている。
【００３２】
被覆膜４２は、上記第１実施形態と同様に、例えば酸化シリコンなど、ＣＮＴ２１よりも酸化しにくい酸化物で構成されている。被覆膜４２は、例えば材質等に応じて決定されるトンネル効果を生じるのに必要な所定の厚さに設定され、本実施形態では数ｎｍ程度に構成されている。
【００３３】
以降、前述した本発明の実施形態の電子放出素子１０および画像表示装置２の製造方法について図４または図５を参照して説明する。ここでは、ＣＮＴ４１の形成工程以外の製造方法は上記第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
まず、上記第１実施形態と同様に、ガラスからなるカソード基板１１上に、触媒金属で構成された導電層１２、絶縁層１３、及びゲート電極１４を形成する。ゲート電極１４及び絶縁層１３を貫通して導電層１２が露出するよう所定の位置にエミッタ孔１５を形成する。エミッタ孔１５の形成後、カソード基板１１を図示しない減圧容器内に導入し、メタンと水素の混合ガスをプラズマで分解することで、露出した導電層１２上にＣＮＴ４１を形成する。
【００３４】
ここで、上記第１実施形態においては、成長するＣＮＴ２１の向きを揃えるため導電層１２の表面に垂直に電界を形成したが、本実施形態においてはこの工程を省略し、垂直に電界を形成せずＣＮＴ４１を成長させる。こうして、１２が露出しているエミッタ孔１５内において、導電層１２上に、折曲されて互いに絡み合う多数のＣＮＴ４１が形成され、カーボン層４０が構成される。
【００３５】
ついで、スパッタ法あるいは蒸着法によりＣＮＴ４１の外表面に酸化シリコンを成膜することにより、被覆膜４２が形成される。このとき第１実施形態と同様に、表示部３０側から蒸着またはスパッタリングを施す。これにより、被覆膜４２が必ずしも全面に形成されず、部分的に形成される場合であっても、少なくとも表示部３０側に突出するＣＮＴ４１の先端部４１ａや折曲部４１ｂなど電子放出部となる部位が被覆膜４２に覆われることとなる。なお、図５では被覆膜４２がＣＮＴ４１の全面を被覆した様子を示している。
【００３６】
一方、第１実施形態と同様に、アノード基板３１にアノード電極３２を形成し、アノード電極３２に蛍光体３３〜３５を塗布して表示部３０を製造する。また、スペーサを介して所定の間隙を確保した状態でカソード基板１１の周囲とアノード基板３１の周囲とを封止材で接合する。こうして電子放出素子１０と表示部３０とが接合され、図４にその一部が示される画像表示装置２が完成する。
【００３７】
本実施形態においても上述した第１実施形態にかかる電子放出素子１０及び画像表示装置１などと同様の効果が得られる。すなわち、ＣＮＴ４１の外表面が被覆膜４２で覆われているため、減圧雰囲気中の残留ガス等の物質によるＣＮＴ４１への影響を防ぐことが出来る。したがって、圧力条件を緩和することができるため、減圧に要するコストを抑えられる。また、被覆膜４２の厚さを例えば数ｎｍとし、トンネル効果が可能な厚さに構成することで、電子放出効果を妨げることなく、酸化シリコンなどの絶縁材料を用いることができる。表示部３０の方向から蒸着またはスパッタリングを施すことにより、表示部３０側に突出した電子放出部としてのＣＮＴ４１の先端部４１ａや折曲部４１ｂを含む必要部分に容易に被覆膜２２を形成することが可能となる。
さらに、ＣＮＴ４１を形成する際に、垂直に電界をかける工程が不要であるため、製造工程を単純化することができるとともに、先端部４１ａのほかに折曲部４１ｂも電子放出部となるため電子放出部を多数形成することができる。
【００３８】
［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態に係る電子放出素子１０及び画像表示装置３について図６及び図７を参照して説明する。図６は画像表示装置３の一部を拡大示す断面図である。図７は図６の電子放出部を一部切欠して示す側面図である。また各図において説明のため、適宜、構成を拡大、縮小または省略して示している。なお、本実施形態の画像表示装置３において、カーボン層５０以外の部分の構成等については上記第１実施形態の画像表示装置１と同様であるため、同符号を付して説明を省略する。
【００３９】
本実施形態の電子放出層としてのカーボン層５０は、印刷法により形成される。上記第１実施形態ではＣＮＴ５１を導電層１２上に直接成長させるため、導電層１２を触媒金属で構成していたが、本実施形態では触媒金属以外でも適用可能である。カーボン層５０は、例えば銀などの金属材料にＣＮＴ５１が混合されたペースト５２で構成されている。このペースト５２の表面にＣＮＴ５１が露出している。ＣＮＴ５１は上記第２実施形態のＣＮＴ４１と同様に先端部５１ａや折曲部５１ｂを有している。このうち、表示部３０方向に突出した先端部５１ａや折曲部５１ｂが電子放出部の一例となる。ＣＮＴ５１の外表面は上記各実施形態と同様に、被覆膜５３で覆われている。
【００４０】
被覆膜５３は、上記第１実施形態及び第２実施形態と同様に、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）など、ＣＮＴ５１よりも酸化しにくい絶縁材料で構成されている。被覆膜５３は、例えば材質等に応じて決定されるトンネル効果を生じるのに必要な所定の厚さに設定され、本実施形態では数ｎｍ程度に構成されている。
【００４１】
以降、前述した本発明の実施形態の電子放出素子１０及び画像表示装置３について図６および図７を参照して説明する。ここでカーボン層５０の形成工程以外の製造方法は上記第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００４２】
まず、上記第１実施形態と同様に、カソード基板１１上に、導電層１２、絶縁層１３、及びゲート電極１４を形成する。ゲート電極１４及び絶縁層１３を貫通して導電層１２が露出するよう所定の位置にエミッタ孔１５を形成する。このエミッタ孔１５における導電層１２上に、銀粒子やフリット成分などが配合され、かつＣＮＴ５１を含むペースト５２を印刷する。ついで、乾燥、焼成を行った後、ペースト５２の表面にレーザを照射することによりＣＮＴ５１を表面に露出させる。ここで、ペースト５２は銀に限らず他の導電材からなるペーストを用いてもよい。
【００４３】
ついで、第１実施形態と同様に、スパッタ法あるいは蒸着法によりカーボン層５０の表面に酸化シリコンを成膜することにより、被覆膜５３を形成する。被覆膜５３は露出したＣＮＴ５１及びペースト５２の表面を覆う。このとき第１実施形態と同様に、表示部３０側から蒸着またはスパッタリングを施す。これにより、被覆膜５３が必ずしもＣＮＴ５１及びペースト５２の全面に形成されず、部分的に形成される場合であっても、少なくとも表示部３０側に突出するＣＮＴ５１の先端部５１ａや折曲部５１ｂを含む電子放出部が被覆膜５３に覆われることとなる。なお、図７では全面に被覆した様子を示している。以上により、エミッタ孔１５内において、多数のＣＮＴ５１が被覆膜５３に覆われた状態で露出し、カーボン層５０が形成される。
【００４４】
一方、第１実施形態と同様に、アノード基板３１にアノード電極３２を形成し、アノード電極３２に蛍光体３３〜３５を塗布して表示部３０を製造する。また、スペーサを介して所定の間隙を確保した状態でカソード基板１１の周囲とアノード基板３１の周囲とを封止材で接合する。こうして電子放出素子１０と表示部３０とが接合され、図６にその一部が示される画像表示装置３が完成する。
【００４５】
本実施形態においても上述した第１実施形態にかかる電子放出素子１０及び画像表示装置１などと同様の効果が得られる。すなわち、ＣＮＴ５１の外表面が被覆膜５３で覆われているため、減圧雰囲気中の残留ガス等の物質による電子放出部への影響を防ぐことが出来る。したがって、圧力条件を緩和することができるため、減圧に要するコストを押さえることが出来る。また、被覆膜５３の厚さを例えば数ｎｍとし、トンネル効果が可能な厚さに構成することで、電子放出効果を妨げることなく、酸化シリコンなどの絶縁材料を用いることができる。表示部３０の方向から蒸着またはスパッタリングを施すことにより、表示部３０側に突出した先端部５１ａや折曲部５１ｂなどを含む電子放出部に容易に被覆膜５３を形成することが可能となる。
さらに印刷法を用いたことによりカーボン層５０を容易に形成することができる。
【００４６】
［第４実施形態］
次に本発明の第４実施形態に係る電子放出素子１０及び画像表示装置４について図８及び図９を参照して説明する。図８は画像表示装置の一部を拡大示す断面図である。図９は図８の電子放出部を一部切欠して示す側面図である。また、各図において説明のため、適宜、構成を拡大、縮小または省略して示している。なお、本実施形態の画像表示装置４において、カーボン層６０以外の部分の構成等については上記第１実施形態の画像表示装置１と同様であるため、同符号を付して説明を省略する。
【００４７】
本実施形態のカーボン層６０は、エミッタ孔１５内の導電層１２上においてブラシ状に多数形成されたＣＮＴ６１と、このＣＮＴ６１の外表面を覆う被覆膜６２とから構成されている。被覆膜６２は、例えば白金、金などのＣＮＴ６１よりも酸化しにくい導電材料で構成されている。被覆膜６２は、例えば数ｎｍ程度に構成されている。
【００４８】
以降、前述した本発明の実施形態の電子放出素子１０および画像表示装置４の製造方法について説明する。ここでカーボン層６０の形成工程以外の製造方法は上記第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００４９】
まず、上記第１実施形態と同様に、カソード基板１１上に、導電層１２、絶縁層１３、及びゲート電極１４を形成する。ゲート電極１４及び絶縁層１３を貫通して触媒金属が露出するよう所定の位置にエミッタ孔１５を形成する。エミッタ孔１５の形成後、カソード基板１１を図示しない減圧容器内に導入し、メタンと水素の混合ガスをプラズマで分解することで、露出した導電層１２上に多数のＣＮＴ６１を形成する。
【００５０】
ついで、スパッタ法あるいは蒸着法によりＣＮＴ６１の外表面に金あるいは白金を成膜することにより、被覆膜６２を形成する。以上によりカーボン層６０が完成する。このとき第１実施形態と同様に、表示部３０側から蒸着またはスパッタリングを施す。これにより、被覆膜６２が必ずしも全面に形成されず、部分的に形成される場合であっても、少なくとも表示部３０側に突出するＣＮＴ６１の先端部６１ａを含む電子放出部が被覆膜２２に覆われることとなる。なお、図９では被覆膜６２がＣＮＴ６１の全面を被覆する様子を示している。
【００５１】
一方、第１実施形態と同様に表示部３０を製造する。スペーサを介して所定の間隙を確保した状態で電子放出素子１０と表示部３０とが接合され、図８にその一部が示される画像表示装置４が完成する。
【００５２】
本実施形態においても上述した第１実施形態にかかる電子放出素子１０及び画像表示装置１と同様の効果が得られる。すなわち、ＣＮＴ６１の外表面が酸化しにくい被覆膜６２で覆われているため、減圧雰囲気中の残留ガス等の物質による電子放出部への影響を防ぐことが出来る。したがって、圧力条件を緩和することができるため、減圧に要するコストを押さえることが出来る。表示部３０の方向から蒸着またはスパッタリングを施すことにより、表示部３０側に突出した電子放出部を含む部分に容易に被覆膜６２を形成することが可能となる。
【００５３】
さらに、本実施形態では被覆膜６２は金、白金などの導電材料で構成されているため、厚く形成しても電子放出特性を低下させることなくＣＮＴ６１の酸化及び劣化を防ぐことができる。
【００５４】
なお、ここでは本実施形態の特徴である被覆膜６２の構成を第１実施形態の電子放出素子１０の構造に適用した場合について説明したが、他の第２実施形態及び第３実施形態の構造にも適用可能である。
【００５５】
［第５実施形態］
次に本発明の第５実施形態に係る電子放出素子１０及び画像表示装置５について図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は画像表示装置５の一部を拡大示す断面図である。図１１は図１０の電子放出部を一部切欠して示す側面図である。また、各図において説明のため、適宜、構成を拡大、縮小または省略して示している。なお、本実施形態の画像表示装置５において、カーボン層７０以外の部分の構成等については上記第１実施形態の画像表示装置１と同様であるため、同符号を付して説明を省略する。
【００５６】
本実施形態のカーボン層７０はＣＮＴ７１と、その外表面を覆う被覆膜７２と、さらに被覆膜７２の外表面を覆う導電被覆材の一例としての導電膜７３と、を備えている。
【００５７】
ＣＮＴ７１は第１実施形態と同様に導電層１２上にブラシ状に多数形成されている。このＣＮＴ７１の外側に形成された被覆膜７２は、第１実施形態と同様に酸化シリコンなどの絶縁材で構成されている。被覆膜７２の外表面には、白金や金など、ＣＮＴ２１よりも酸化しにくい導電材料で構成された導電膜７３が形成されている。被覆膜７２及び導電膜７３は、例えば材質等に応じて決定されるトンネル効果を生じるのに必要な所定の厚さに設定され、本実施形態ではいずれも数ｎｍ程度に構成されている。
【００５８】
以降、前述した本発明の実施形態の電子放出素子１０および画像表示装置５の製造方法について説明する。ここで導電膜７３の形成工程以外の製造方法は上記第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００５９】
まず、上記第１実施形態と同様に、カソード基板１１上に、導電層１２、絶縁層１３、及びゲート電極１４を形成する。この絶縁層１３及びゲート電極１４を貫通して導電層１２を露出させるエミッタ孔１５を形成する。このエミッタ孔１５において導電層１２上に多数のＣＮＴ７１を形成し、その外表面にスパッタ法あるいは蒸着法により酸化シリコンを成膜することにより、被覆膜７２を形成する。
【００６０】
さらに、本実施形態では、スパッタ法あるいは蒸着法により被覆膜７２の外表面に金あるいは白金からなる導電膜７３を形成する。このとき、表示部３０側から蒸着またはスパッタリングを施す。これにより、導電膜７３が必ずしも全面に形成されず、部分的に形成される場合であっても、少なくとも表示部３０側に突出するＣＮＴ７１の先端部７１ａや折曲部７１ｂなどの電子放出部が被覆膜７２及び導電膜７３に覆われることとなる。なお、図１１ではＣＮＴ７１の全面が被覆された様子を示している。
【００６１】
一方、第１実施形態と同様に表示部３０を製造する。また、スペーサを介して所定の間隙を確保した状態でカソード基板１１の周囲とアノード基板３１の周囲とを封止材で接合する。こうして電子放出素子１０と表示部３０とが接合され、図１０にその一部が示される画像表示装置５が完成する。
【００６２】
本実施形態においても上述した第１実施形態にかかる電子放出素子１０及び画像表示装置１と同様の効果が得られる。すなわち、ＣＮＴ７１の外表面が酸化しにくい被覆膜７２及び導電膜７３で覆われているため、減圧雰囲気中の残留ガス等の物質による電子放出部への影響を防ぐことが出来る。したがって、圧力条件を緩和することができるため、減圧に要するコストを押さえることが出来る。
【００６３】
また、被覆膜７２の外表面にさらに導電材料からなる導電膜７３を形成したことにより、被覆膜７２に絶縁材料が含まれる場合にも、チャージアップ等を防ぎ、電子放出部の性能を維持することが出来る。
【００６４】
なお、ここでは本実施形態の特徴である被覆膜７２及び導電膜７３の構成を第１実施形態の電子放出素子１０の構造に適用した場合について説明したが、他の第２実施形態及び第３実施形態の構造にも適用可能である。
【００６５】
なお、上記各実施形態においては、電子放出層としてのカーボン層２０、４０、５０、６０、７０はＣＮＴ２１、４１、５１、６１、７１で構成される場合について例示したが、この他に、グラファイト、グラファイトナノファイバ、ダイアモンド、ダイアモンドライクカーボン、及びシリコンナノワイヤ等も適用可能である。また、導電層１２はニッケルで構成されている場合について例示したが、この他、鉄、コバルトなどの触媒金属から構成されていてもよく、さらに第３実施形態においては触媒金属以外も適用可能である。
【００６６】
上記各実施形態において被覆膜２２、４２、５３等は、酸化シリコンで構成されている場合について説明したが酸化マグネシウムＭｇＯやダイヤモンド等も適用可能である。また、被覆膜６２及び導電膜７３は金、白金に限らずこの他の酸化しにくい金属等も適用可能である。
【００６７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる画像表示装置の一部を模式的に示す斜視図。
【図２】同画像表示装置の要部を拡大して模式的に示す断面図。
【図３】図２の要部を一部切欠して模式的に示す側面図。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる画像表示装置の一部を模式的に示す断面図。
【図５】同画像表示装置の要部を一部切欠して模式的に示す側面図。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる画像表示装置の一部を模式的に示す断面図。
【図７】同画像表示装置の要部を一部切欠して模式的に示す側面図。
【図８】本発明の第４実施形態にかかる画像表示装置の一部を模式的に示す断面図。
【図９】同画像表示装置の要部を一部切欠して模式的に示す側面図。
【図１０】本発明の第５実施形態にかかる画像表示装置の一部を模式的に示す断面図。
【図１１】同画像表示装置の要部を一部切欠して模式的に示す側面図。
【符号の説明】
【００６９】
１、２，３，４，５…画像表示装置、１０…電子放出素子、１１…カソード基板、１２…導電層、２０．４０、５０、６０、７０…カーボン層、
２１、４１、５１、６１、７１…ＣＮＴ、２２、４２、５３、６２、７２…被覆膜、
３０…表示部、４１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａ…先端部、５１ｂ、７１ｂ…折曲部、
７３…導電膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置等に用いられる電子放出素子、電子放出素子の製造方法、及び電子放出素子を有する表示装置に関し、特に性能劣化を防止できるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置の一種として、電子放出素子を用いるフィールドエミッションディスプレイ（以下“ＦＥＤ”と称す）が知られている（例えば特許文献１参照 ）。この種の表示装置では、一定間隔をもって配置された電子放出素子と表示部とを備えている。電子放出素子は、例えばガラス基板上にカソード電極層が形成され、このカソード電極層上に電子放出部を有する電子放出層が形成されて構成されている。一方、表示部は、電子放出部に対抗して形成されたゲート電極及びアノード電極層を備えている。減圧状態において、これらカソード電極層、ゲート電極層及びアノード電極層に所定の電圧をかけると、電子放出部から電子が放出され、この電子が表示部に衝突することにより表示部が発光する。しかし、減圧状態においても、電子放出部の周りには水素や酸素などの残留ガス等の物質が存在しているため、電子放出部の周りに存在する残留ガス等の物質により、電子放出部が影響を受ける場合がある。すなわち、例えば減圧状態の雰囲気中に存在する残留ガス等の物質が電子放出部に吸着することにより電子放出部の表面が酸化あるいは劣化することがある。この酸化または劣化は、電子放出部の放出電子量の減少や性能低下を生じさせる一因となる。通常、電子放出部の周りの雰囲気を高真空化することで、残留ガスなどの物質を減少させることにより、上述の酸化や劣化に起因する性能低下を防止している。
【特許文献１】特開２００４−１８６０１５号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上述した電子放出素子には次のような問題があった。すなわち、残留ガスなどの物質を減少させるために雰囲気を高真空化すると生産コストが高くなってしまう場合がある。
【０００４】
そこで本発明は、低真空状態であっても電子放出部の周りに存在する残留ガス等の物質による電子放出部への影響を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、一態様として、基板と、この基板上に在る導電層と、この導電層上に在り、電子放出部を有する電子放出層と、前記電子放出部の表面を覆うとともにこの電子放出部よりも酸化しにくい材料からなる被覆材と、を備えたことを特徴とする電子放出素子である。
【０００６】
本発明は、他の一態様として、 基板上に、導電層を形成する工程と、前記導電層上に、電子放出部を有する電子放出層を形成する工程と、前記電子放出部の表面に、該電子放出部の表面よりも酸化しにくい被覆材を形成する工程と、を備えたことを特徴とする電子放出素子の製造方法である。
【０００７】
本発明は、他の一態様として、上記の電子放出素子と、前記電子放出素子から放出される電子により発光する表示部と、を備えたことを特徴とする表示装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、周りに存在する残留ガス等の物質による電子放出部への影響を低減することができる。これにより、電子放出素子を製造する過程等で、生産コストを抑えることが可能となる。また、従来に比較して、電子放出部の長寿命化等を図ることが可能となり、電子放出素子、引いては電子放出素子を有する表示装置の性能を高めることに寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［第１実施形態］
以下に、本発明の第１実施形態に係る電子放出素子１０、電子放出素子の製造方法、及び電子放出素子を有する画像表示装置１について説明する。
先ず、本発明の第１実施形態にかかる画像表示装置１、電子放出素子１０等について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は画像表示装置１の１画素に対応する部分を示す斜視図である。図２は図１の画像表示装置１のＡ部分を拡大して示す断面図である。図３は図２の電子放出部を一部切欠して示す側面図である。図１、図２及び図３中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する三方向を示している。なお、各図において説明のため、適宜、構成を拡大、縮小または省略して示している。
【００１０】
図１に示されるように、表示装置の一例としての画像表示装置１は、電子放出素子１０と、この電子放出素子１０から放出される電子により発光する表示部３０とを備えている。これら電子放出素子１０と表示部３０とは所定の間隙を確保した状態で、対向して接合される。
【００１１】
図１及び図２に示される電子放出素子１０は、カソード基板１１と、該カソード基板１１上に形成された複数の導電層１２と、これらカソード基板１１及び導電層１２上に形成された絶縁層１３と、絶縁層１３上に形成された複数のゲート電極１４とを備えている。絶縁層１３及びゲート電極１４にはエミッタ孔１５が形成され、このエミッタ孔１５において導電層１２上に電子放出層の一例としてのカーボン層２０が形成されている。
【００１２】
カソード基板１１はガラスやシリコン等により構成され、画像を表示するために必要な所定の面積を有している。
【００１３】
ここでは、１画素に対応するカソード基板１１上に、例えば、３個の導電層１２が並列して形成されている。例えば、導電層１２は、ニッケル等の触媒金属からなり、前述のＹ方向に延びる矩形に形成されている。
【００１４】
図１および図２に示すように、絶縁層１３は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等で構成され、カソード基板１１及び導電層１２の上面に形成されている。また、３つのゲート電極１４は、アルミニウム等の金属から、前述のＸ方向に延びる矩形状に形成され、それぞれ後述する三色の蛍光体３３〜３５と対応する位置に配置されている。これらゲート電極１４は駆動回路に接続され、マトリクス制御される。
【００１５】
図１に示すように、ゲート電極１４と絶縁層１３と導電層１２とが交差して重なっている部分には、円形のエミッタ孔１５が複数個形成されている。ここでは、図２に示すように、エミッタ孔１５は、エッチング加工等によりゲート電極１４及び絶縁層１３のみが除去されて形成される。
【００１６】
図２及び図３に示すように、エミッタ孔１５に露出した導電層１２上には電子放出層としてのカーボン層２０が形成されている。カーボン層２０は、表示部３０に向かって、前述のＺ方向に起立してブラシ状に成長した多数のＣＮＴ２１と、このＣＮＴ２１の外面を覆う被覆材としての被覆膜２２とから構成されている。このＣＮＴ２１の先端部２１ａが電子放出部の一例に該当する。
【００１７】
ＣＮＴ２１は、グラフェンシートを円筒状に丸めた構造である。ＣＮＴ２１は直径５０ｎｍ、長さ１μｍ程度に構成され、許容電流密度が大きく、減圧下で低い電圧が加えられることにより電子を放出する。ＣＮＴ２１の先端部２１ａは、ゲート電極１４より低い高さに位置している。このＣＮＴ２１の外表面は被覆膜２２によって覆われている。
【００１８】
被覆膜２２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）など、ＣＮＴ２１よりも酸化しにくい酸化物で構成されている。被覆膜２２は、例えば材質等に応じて決定されるトンネル効果を生じるのに必要な所定の厚さに設定され、本実施形態では数ｎｍ程度に構成されている。この被覆膜２２は、ＣＮＴ２１の外表面をコーティングすることにより減圧雰囲気中の残留ガス等の物質からＣＮＴ２１を保護する機能を有する。
【００１９】
一方、図１及び図２において、表示部３０は、アノード基板３１と、アノード基板３１上に形成されたアノード電極３２と、このアノード電極３２の表面に塗布されたＲ、Ｇ、Ｂの三色の蛍光体３３〜３５とを備える。ここでは、アノード基板３１は、カソード基板１１との封止を良好にするため、カソード基板１１と同素材のガラス等の透明材料で構成されている。また、アノード電極３２は、カソード基板１１と対向する面上に形成され、例えばアルミ等の金属から構成されている。アノード電極３２は駆動回路に接続されている。一方、３色の蛍光体３３〜３５は、前述のＸ方向に延びる矩形状を成し、それぞれゲート電極１４に対応して配置されている
電子放出素子１０と表示部３０とは、図示しないスペーサにより所定の間隙を確保して接合されている。その間隙は例えば約１０−８トール程度の減圧状態とされ、図示しないゲッターによりこの減圧状態が維持されている。
【００２０】
以降、前述した本実施形態の電子放出素子１０の製造方法について図１または図２を参照して説明する。
まず、カソード基板１１上にニッケル板を取り付け、導電層１２を形成する。ついで、導電層１２上、及び導電層１２が形成されていないカソード基板１１の上面全体に絶縁層１３を形成する。ついで、スパッタ法等により、絶縁層１３の表面に、導電層１２で使用した触媒金属とは異なるアルミ等の金属を成膜し、ゲート電極１４を形成する。
【００２１】
さらに、ゲート電極１４及び絶縁層１３を貫通して触媒金属が露出するよう所定の位置にエミッタ孔１５を形成する。具体的には、まず、円形の開口部を有するマスクをゲート電極１４上に設置する。その後、マスクを用い、所定のエッチングガスで、ゲート電極１４にドライエッチングを施して開口する。次いで、所定のエッチングガスで絶縁層１３を導電層１２に達するまでドライエッチングを施すことで、所定の形状のエミッタ孔１５が形成される。
【００２２】
エミッタ孔１５の形成後、カソード基板１１を図示しない真空容器内に導入し、メタンと水素の混合ガスをプラズマで分解することで、露出した導電層１２上にＣＮＴ２１を形成する。ここで、例えば、導電層１２はニッケル等の触媒金属から構成されている。この場合、導電層１２は触媒層として作用するので、前述の方法を用い、その上に直接ＣＮＴ２１を形成することができる。また、プラズマはマイクロ波プラズマとし、成長するＣＮＴ２１の向きを揃えるため導電層１２の表面に垂直に電界を形成しておく。こうして、導電層１２が露出しているエミッタ孔１５内において、導電層１２上に多数のＣＮＴ２１がＺ方向にブラシ状に起立した状態で形成され、カーボン層２０が構成される。
【００２３】
ついで、スパッタ法あるいは蒸着法によりＣＮＴ２１の外表面に酸化シリコンを成膜することにより、被覆膜２２を形成する。このとき、スパッタリングまたは蒸着を表示部３０側から施すことにより、被覆膜２２が必ずしもＣＮＴ２１の外表面全体に形成されず部分的に形成される場合であっても、少なくとも電子放出部となるＣＮＴ２１の先端部２１ａが被覆膜２２に覆われることとなる。なお、図３では被覆膜２２がＣＮＴ２１の外表面全体を被覆した様子を示している。
【００２４】
一方、ガラス等の透明材からなるアノード基板３１にアノード電極３２を形成し、アノード電極３２に蛍光体３３〜３５を塗布して表示部３０を製造する。また、スペーサを介して所定の間隙を確保した状態でカソード基板１１の周囲とアノード基板３１の周囲とを封止材で接合する。こうして電子放出素子１０と表示部３０とが接合され、画像表示装置１が完成する。
【００２５】
次に、図１及び図２を参照しながら、本実施形態にかかる画像表示装置１の動作について説明する。
アノード電極３２、カソード電極としての導電層１２及びゲート電極１４にそれぞれ所定の電圧Ｖａ（例えば１〜１５ＫＶ）、Ｖｄ（例えば０〜１００Ｖ）が印加される（以上、図２を参照する）と、電界が生じる。ここで、導電層１２に成長したＣＮＴ２１の先端部２１ａは細いためここに電気力線が集中する。これにより強い電界が得られ、この電界に引き出されて、ＣＮＴ２１の先端部２１ａなどの電子放出部から、被覆膜２２を通り越して電子が放出される。この電子はゲート電極１４に導かれて蛍光体３３〜３５が塗布されたアノード電極３２に入射する。こうして蛍光体３３〜３５が励起され、発光する。この発光により透明なアノード基板３１を通して所望の画像が表示される。ここで、ゲート電極１４に印加する電圧をマトリクス制御することで発光を制御することができ、画素毎の階調表示が可能となっている。
【００２６】
本実施形態にかかる電子放出素子１０、画像表示装置１などは以下に掲げる効果を奏する。
ＣＮＴ２１の外表面が酸化シリコンからなる被覆膜２２で覆われているため、減圧雰囲気中の残留ガス等の物質による影響を防ぐことが出来る。したがって、例えば残留ガスに含まれる水素や酸素などがＣＮＴ２１の表面に吸着して酸化するのを防止できるため電子放出量が安定する。また、被覆膜２２により雰囲気中の物質によりＣＮＴの表面が劣化するのを防止することができるためＣＮＴ２１の電子放出部としての性能を長く維持することが可能となる。
【００２７】
また、これまで残留ガスの影響を防ぐために雰囲気中の圧力を下げて高真空化し、残留ガス自体を減らしていたが、この圧力条件を緩和することができ、例えばこれまで１０−１０トール程度に減圧する必要があったところ、１０−４トール程度にすることが可能となる。したがって、減圧に要するコストを押さえることが出来る。
【００２８】
また、被覆膜２２の厚さを例えば数ｎｍとし、トンネル効果が可能な厚さに構成することで、電子放出性能を低下することなく、酸化シリコンなどの絶縁材料を用いることができる。
【００２９】
さらに、電子放出部は表示部３０側に位置するため、表示部３０の方向からスパッタリングまたは蒸着を施すことにより、表示部３０側に突出したＣＮＴ２１の先端部２１ａなどの電子放出部を含む部分に容易に被覆膜２２を形成することが可能となる。
【００３０】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係る電子放出素子１０及び画像表示装置２について図４及び図５を参照して説明する。図４は画像表示装置の一部を拡大して示す断面図である。図５は図４の電子放出部を一部切欠して示す側面図である。また、各図において説明のため、適宜、構成を拡大、縮小または省略して示している。なお、本実施形態の画像表示装置２において、カーボン層４０以外の部分の構成等については上記第１実施形態の画像表示装置１と同様であるため、同符号を付して説明を省略する。
【００３１】
本実施形態の電子放出層としてのカーボン層４０は、互いに絡み合った複数のＣＮＴ４１を備えている。ＣＮＴ４１は先端部４１ａや折曲部４１ｂを有する。このうち表示部３０側に突出した先端部４１ａや折曲部４１ｂ等が電子放出部の一例となる。ＣＮＴ４１の外周面は被覆膜４２で覆われている。
【００３２】
被覆膜４２は、上記第１実施形態と同様に、例えば酸化シリコンなど、ＣＮＴ２１よりも酸化しにくい酸化物で構成されている。被覆膜４２は、例えば材質等に応じて決定されるトンネル効果を生じるのに必要な所定の厚さに設定され、本実施形態では数ｎｍ程度に構成されている。
【００３３】
以降、前述した本発明の実施形態の電子放出素子１０および画像表示装置２の製造方法について図４または図５を参照して説明する。ここでは、ＣＮＴ４１の形成工程以外の製造方法は上記第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
まず、上記第１実施形態と同様に、ガラスからなるカソード基板１１上に、触媒金属で構成された導電層１２、絶縁層１３、及びゲート電極１４を形成する。ゲート電極１４及び絶縁層１３を貫通して導電層１２が露出するよう所定の位置にエミッタ孔１５を形成する。エミッタ孔１５の形成後、カソード基板１１を図示しない減圧容器内に導入し、メタンと水素の混合ガスをプラズマで分解することで、露出した導電層１２上にＣＮＴ４１を形成する。
【００３４】
ここで、上記第１実施形態においては、成長するＣＮＴ２１の向きを揃えるため導電層１２の表面に垂直に電界を形成したが、本実施形態においてはこの工程を省略し、垂直に電界を形成せずＣＮＴ４１を成長させる。こうして、１２が露出しているエミッタ孔１５内において、導電層１２上に、折曲されて互いに絡み合う多数のＣＮＴ４１が形成され、カーボン層４０が構成される。
【００３５】
ついで、スパッタ法あるいは蒸着法によりＣＮＴ４１の外表面に酸化シリコンを成膜することにより、被覆膜４２が形成される。このとき第１実施形態と同様に、表示部３０側から蒸着またはスパッタリングを施す。これにより、被覆膜４２が必ずしも全面に形成されず、部分的に形成される場合であっても、少なくとも表示部３０側に突出するＣＮＴ４１の先端部４１ａや折曲部４１ｂなど電子放出部となる部位が被覆膜４２に覆われることとなる。なお、図５では被覆膜４２がＣＮＴ４１の全面を被覆した様子を示している。
【００３６】
一方、第１実施形態と同様に、アノード基板３１にアノード電極３２を形成し、アノード電極３２に蛍光体３３〜３５を塗布して表示部３０を製造する。また、スペーサを介して所定の間隙を確保した状態でカソード基板１１の周囲とアノード基板３１の周囲とを封止材で接合する。こうして電子放出素子１０と表示部３０とが接合され、図４にその一部が示される画像表示装置２が完成する。
【００３７】
本実施形態においても上述した第１実施形態にかかる電子放出素子１０及び画像表示装置１などと同様の効果が得られる。すなわち、ＣＮＴ４１の外表面が被覆膜４２で覆われているため、減圧雰囲気中の残留ガス等の物質によるＣＮＴ４１への影響を防ぐことが出来る。したがって、圧力条件を緩和することができるため、減圧に要するコストを抑えられる。また、被覆膜４２の厚さを例えば数ｎｍとし、トンネル効果が可能な厚さに構成することで、電子放出効果を妨げることなく、酸化シリコンなどの絶縁材料を用いることができる。表示部３０の方向から蒸着またはスパッタリングを施すことにより、表示部３０側に突出した電子放出部としてのＣＮＴ４１の先端部４１ａや折曲部４１ｂを含む必要部分に容易に被覆膜２２を形成することが可能となる。
さらに、ＣＮＴ４１を形成する際に、垂直に電界をかける工程が不要であるため、製造工程を単純化することができるとともに、先端部４１ａのほかに折曲部４１ｂも電子放出部となるため電子放出部を多数形成することができる。
【００３８】
［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態に係る電子放出素子１０及び画像表示装置３について図６及び図７を参照して説明する。図６は画像表示装置３の一部を拡大示す断面図である。図７は図６の電子放出部を一部切欠して示す側面図である。また各図において説明のため、適宜、構成を拡大、縮小または省略して示している。なお、本実施形態の画像表示装置３において、カーボン層５０以外の部分の構成等については上記第１実施形態の画像表示装置１と同様であるため、同符号を付して説明を省略する。
【００３９】
本実施形態の電子放出層としてのカーボン層５０は、印刷法により形成される。上記第１実施形態ではＣＮＴ５１を導電層１２上に直接成長させるため、導電層１２を触媒金属で構成していたが、本実施形態では触媒金属以外でも適用可能である。カーボン層５０は、例えば銀などの金属材料にＣＮＴ５１が混合されたペースト５２で構成されている。このペースト５２の表面にＣＮＴ５１が露出している。ＣＮＴ５１は上記第２実施形態のＣＮＴ４１と同様に先端部５１ａや折曲部５１ｂを有している。このうち、表示部３０方向に突出した先端部５１ａや折曲部５１ｂが電子放出部の一例となる。ＣＮＴ５１の外表面は上記各実施形態と同様に、被覆膜５３で覆われている。
【００４０】
被覆膜５３は、上記第１実施形態及び第２実施形態と同様に、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）など、ＣＮＴ５１よりも酸化しにくい絶縁材料で構成されている。被覆膜５３は、例えば材質等に応じて決定されるトンネル効果を生じるのに必要な所定の厚さに設定され、本実施形態では数ｎｍ程度に構成されている。
【００４１】
以降、前述した本発明の実施形態の電子放出素子１０及び画像表示装置３について図６および図７を参照して説明する。ここでカーボン層５０の形成工程以外の製造方法は上記第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００４２】
まず、上記第１実施形態と同様に、カソード基板１１上に、導電層１２、絶縁層１３、及びゲート電極１４を形成する。ゲート電極１４及び絶縁層１３を貫通して導電層１２が露出するよう所定の位置にエミッタ孔１５を形成する。このエミッタ孔１５における導電層１２上に、銀粒子やフリット成分などが配合され、かつＣＮＴ５１を含むペースト５２を印刷する。ついで、乾燥、焼成を行った後、ペースト５２の表面にレーザを照射することによりＣＮＴ５１を表面に露出させる。ここで、ペースト５２は銀に限らず他の導電材からなるペーストを用いてもよい。
【００４３】
ついで、第１実施形態と同様に、スパッタ法あるいは蒸着法によりカーボン層５０の表面に酸化シリコンを成膜することにより、被覆膜５３を形成する。被覆膜５３は露出したＣＮＴ５１及びペースト５２の表面を覆う。このとき第１実施形態と同様に、表示部３０側から蒸着またはスパッタリングを施す。これにより、被覆膜５３が必ずしもＣＮＴ５１及びペースト５２の全面に形成されず、部分的に形成される場合であっても、少なくとも表示部３０側に突出するＣＮＴ５１の先端部５１ａや折曲部５１ｂを含む電子放出部が被覆膜５３に覆われることとなる。なお、図７では全面に被覆した様子を示している。以上により、エミッタ孔１５内において、多数のＣＮＴ５１が被覆膜５３に覆われた状態で露出し、カーボン層５０が形成される。
【００４４】
一方、第１実施形態と同様に、アノード基板３１にアノード電極３２を形成し、アノード電極３２に蛍光体３３〜３５を塗布して表示部３０を製造する。また、スペーサを介して所定の間隙を確保した状態でカソード基板１１の周囲とアノード基板３１の周囲とを封止材で接合する。こうして電子放出素子１０と表示部３０とが接合され、図６にその一部が示される画像表示装置３が完成する。
【００４５】
本実施形態においても上述した第１実施形態にかかる電子放出素子１０及び画像表示装置１などと同様の効果が得られる。すなわち、ＣＮＴ５１の外表面が被覆膜５３で覆われているため、減圧雰囲気中の残留ガス等の物質による電子放出部への影響を防ぐことが出来る。したがって、圧力条件を緩和することができるため、減圧に要するコストを押さえることが出来る。また、被覆膜５３の厚さを例えば数ｎｍとし、トンネル効果が可能な厚さに構成することで、電子放出効果を妨げることなく、酸化シリコンなどの絶縁材料を用いることができる。表示部３０の方向から蒸着またはスパッタリングを施すことにより、表示部３０側に突出した先端部５１ａや折曲部５１ｂなどを含む電子放出部に容易に被覆膜５３を形成することが可能となる。
さらに印刷法を用いたことによりカーボン層５０を容易に形成することができる。
【００４６】
［第４実施形態］
次に本発明の第４実施形態に係る電子放出素子１０及び画像表示装置４について図８及び図９を参照して説明する。図８は画像表示装置の一部を拡大示す断面図である。図９は図８の電子放出部を一部切欠して示す側面図である。また、各図において説明のため、適宜、構成を拡大、縮小または省略して示している。なお、本実施形態の画像表示装置４において、カーボン層６０以外の部分の構成等については上記第１実施形態の画像表示装置１と同様であるため、同符号を付して説明を省略する。
【００４７】
本実施形態のカーボン層６０は、エミッタ孔１５内の導電層１２上においてブラシ状に多数形成されたＣＮＴ６１と、このＣＮＴ６１の外表面を覆う被覆膜６２とから構成されている。被覆膜６２は、例えば白金、金などのＣＮＴ６１よりも酸化しにくい導電材料で構成されている。被覆膜６２は、例えば数ｎｍ程度に構成されている。
【００４８】
以降、前述した本発明の実施形態の電子放出素子１０および画像表示装置４の製造方法について説明する。ここでカーボン層６０の形成工程以外の製造方法は上記第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００４９】
まず、上記第１実施形態と同様に、カソード基板１１上に、導電層１２、絶縁層１３、及びゲート電極１４を形成する。ゲート電極１４及び絶縁層１３を貫通して触媒金属が露出するよう所定の位置にエミッタ孔１５を形成する。エミッタ孔１５の形成後、カソード基板１１を図示しない減圧容器内に導入し、メタンと水素の混合ガスをプラズマで分解することで、露出した導電層１２上に多数のＣＮＴ６１を形成する。
【００５０】
ついで、スパッタ法あるいは蒸着法によりＣＮＴ６１の外表面に金あるいは白金を成膜することにより、被覆膜６２を形成する。以上によりカーボン層６０が完成する。このとき第１実施形態と同様に、表示部３０側から蒸着またはスパッタリングを施す。これにより、被覆膜６２が必ずしも全面に形成されず、部分的に形成される場合であっても、少なくとも表示部３０側に突出するＣＮＴ６１の先端部６１ａを含む電子放出部が被覆膜２２に覆われることとなる。なお、図９では被覆膜６２がＣＮＴ６１の全面を被覆する様子を示している。
【００５１】
一方、第１実施形態と同様に表示部３０を製造する。スペーサを介して所定の間隙を確保した状態で電子放出素子１０と表示部３０とが接合され、図８にその一部が示される画像表示装置４が完成する。
【００５２】
本実施形態においても上述した第１実施形態にかかる電子放出素子１０及び画像表示装置１と同様の効果が得られる。すなわち、ＣＮＴ６１の外表面が酸化しにくい被覆膜６２で覆われているため、減圧雰囲気中の残留ガス等の物質による電子放出部への影響を防ぐことが出来る。したがって、圧力条件を緩和することができるため、減圧に要するコストを押さえることが出来る。表示部３０の方向から蒸着またはスパッタリングを施すことにより、表示部３０側に突出した電子放出部を含む部分に容易に被覆膜６２を形成することが可能となる。
【００５３】
さらに、本実施形態では被覆膜６２は金、白金などの導電材料で構成されているため、厚く形成しても電子放出特性を低下させることなくＣＮＴ６１の酸化及び劣化を防ぐことができる。
【００５４】
なお、ここでは本実施形態の特徴である被覆膜６２の構成を第１実施形態の電子放出素子１０の構造に適用した場合について説明したが、他の第２実施形態及び第３実施形態の構造にも適用可能である。
【００５５】
［第５実施形態］
次に本発明の第５実施形態に係る電子放出素子１０及び画像表示装置５について図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は画像表示装置５の一部を拡大示す断面図である。図１１は図１０の電子放出部を一部切欠して示す側面図である。また、各図において説明のため、適宜、構成を拡大、縮小または省略して示している。なお、本実施形態の画像表示装置５において、カーボン層７０以外の部分の構成等については上記第１実施形態の画像表示装置１と同様であるため、同符号を付して説明を省略する。
【００５６】
本実施形態のカーボン層７０はＣＮＴ７１と、その外表面を覆う被覆膜７２と、さらに被覆膜７２の外表面を覆う導電被覆材の一例としての導電膜７３と、を備えている。
【００５７】
ＣＮＴ７１は第１実施形態と同様に導電層１２上にブラシ状に多数形成されている。このＣＮＴ７１の外側に形成された被覆膜７２は、第１実施形態と同様に酸化シリコンなどの絶縁材で構成されている。被覆膜７２の外表面には、白金や金など、ＣＮＴ２１よりも酸化しにくい導電材料で構成された導電膜７３が形成されている。被覆膜７２及び導電膜７３は、例えば材質等に応じて決定されるトンネル効果を生じるのに必要な所定の厚さに設定され、本実施形態ではいずれも数ｎｍ程度に構成されている。
【００５８】
以降、前述した本発明の実施形態の電子放出素子１０および画像表示装置５の製造方法について説明する。ここで導電膜７３の形成工程以外の製造方法は上記第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００５９】
まず、上記第１実施形態と同様に、カソード基板１１上に、導電層１２、絶縁層１３、及びゲート電極１４を形成する。この絶縁層１３及びゲート電極１４を貫通して導電層１２を露出させるエミッタ孔１５を形成する。このエミッタ孔１５において導電層１２上に多数のＣＮＴ７１を形成し、その外表面にスパッタ法あるいは蒸着法により酸化シリコンを成膜することにより、被覆膜７２を形成する。
【００６０】
さらに、本実施形態では、スパッタ法あるいは蒸着法により被覆膜７２の外表面に金あるいは白金からなる導電膜７３を形成する。このとき、表示部３０側から蒸着またはスパッタリングを施す。これにより、導電膜７３が必ずしも全面に形成されず、部分的に形成される場合であっても、少なくとも表示部３０側に突出するＣＮＴ７１の先端部７１ａや折曲部７１ｂなどの電子放出部が被覆膜７２及び導電膜７３に覆われることとなる。なお、図１１ではＣＮＴ７１の全面が被覆された様子を示している。
【００６１】
一方、第１実施形態と同様に表示部３０を製造する。また、スペーサを介して所定の間隙を確保した状態でカソード基板１１の周囲とアノード基板３１の周囲とを封止材で接合する。こうして電子放出素子１０と表示部３０とが接合され、図１０にその一部が示される画像表示装置５が完成する。
【００６２】
本実施形態においても上述した第１実施形態にかかる電子放出素子１０及び画像表示装置１と同様の効果が得られる。すなわち、ＣＮＴ７１の外表面が酸化しにくい被覆膜７２及び導電膜７３で覆われているため、減圧雰囲気中の残留ガス等の物質による電子放出部への影響を防ぐことが出来る。したがって、圧力条件を緩和することができるため、減圧に要するコストを押さえることが出来る。
【００６３】
また、被覆膜７２の外表面にさらに導電材料からなる導電膜７３を形成したことにより、被覆膜７２に絶縁材料が含まれる場合にも、チャージアップ等を防ぎ、電子放出部の性能を維持することが出来る。
【００６４】
なお、ここでは本実施形態の特徴である被覆膜７２及び導電膜７３の構成を第１実施形態の電子放出素子１０の構造に適用した場合について説明したが、他の第２実施形態及び第３実施形態の構造にも適用可能である。
【００６５】
なお、上記各実施形態においては、電子放出層としてのカーボン層２０、４０、５０、６０、７０はＣＮＴ２１、４１、５１、６１、７１で構成される場合について例示したが、この他に、グラファイト、グラファイトナノファイバ、ダイアモンド、ダイアモンドライクカーボン、及びシリコンナノワイヤ等も適用可能である。また、導電層１２はニッケルで構成されている場合について例示したが、この他、鉄、コバルトなどの触媒金属から構成されていてもよく、さらに第３実施形態においては触媒金属以外も適用可能である。
【００６６】
上記各実施形態において被覆膜２２、４２、５３等は、酸化シリコンで構成されている場合について説明したが酸化マグネシウムＭｇＯやダイヤモンド等も適用可能である。また、被覆膜６２及び導電膜７３は金、白金に限らずこの他の酸化しにくい金属等も適用可能である。
【００６７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる画像表示装置の一部を模式的に示す斜視図。
【図２】同画像表示装置の要部を拡大して模式的に示す断面図。
【図３】図２の要部を一部切欠して模式的に示す側面図。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる画像表示装置の一部を模式的に示す断面図。
【図５】同画像表示装置の要部を一部切欠して模式的に示す側面図。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる画像表示装置の一部を模式的に示す断面図。
【図７】同画像表示装置の要部を一部切欠して模式的に示す側面図。
【図８】本発明の第４実施形態にかかる画像表示装置の一部を模式的に示す断面図。
【図９】同画像表示装置の要部を一部切欠して模式的に示す側面図。
【図１０】本発明の第５実施形態にかかる画像表示装置の一部を模式的に示す断面図。
【図１１】同画像表示装置の要部を一部切欠して模式的に示す側面図。
【符号の説明】
【００６９】
１、２，３，４，５…画像表示装置、１０…電子放出素子、１１…カソード基板、１２…導電層、２０．４０、５０、６０、７０…カーボン層、
２１、４１、５１、６１、７１…ＣＮＴ、２２、４２、５３、６２、７２…被覆膜、
３０…表示部、４１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａ…先端部、５１ｂ、７１ｂ…折曲部、
７３…導電膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
この基板上に在る導電層と、
この導電層上に在り、電子放出部を有する電子放出層と、
前記電子放出部の表面を覆うとともに、この電子放出部よりも酸化しにくい材料からなる被覆材とを備えたことを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記電子放出層は、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラファイトナノファイバ、からなる群より選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項１記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記導電層は、鉄、ニッケル、コバルト、又はこれらのうち少なくとも一つを有する合金を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記被覆材は酸化物を含む材料からなることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項５】
前記被覆材は導電材を含む材料からなることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項６】
前記被覆材は絶縁材料を含み、
さらに、前記被覆材の表面に、前記電子放出部の表面よりも酸化しにくい導電材からなる導電被覆材が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子放出素子。
【請求項７】
基板上に、導電層を形成する工程と、
前記導電層上に、電子放出部を有する電子放出層を形成する工程と、
前記電子放出部の表面に、該電子放出部の表面よりも酸化しにくい被覆材を形成する工程とを備えたことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項８】
前記被覆材は絶縁材料を含み、
前記電子放出部における前記被覆材の表面に、前記電子放出部よりも酸化しにくい導電材からなる導電被覆材を形成する工程を備えたことを特徴とする請求項７に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項９】
上記請求項１乃至６のいずれかに記載の電子放出素子と、前記電子放出素子から放出される電子により発光する表示部と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項１】
基板と、
この基板上に在る導電層と、
この導電層上に在り、電子放出部を有する電子放出層と、
前記電子放出部の表面を覆うとともに、この電子放出部よりも酸化しにくい材料からなる被覆材とを備えたことを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記電子放出層は、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラファイトナノファイバ、からなる群より選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項１記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記導電層は、鉄、ニッケル、コバルト、又はこれらのうち少なくとも一つを有する合金を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記被覆材は酸化物を含む材料からなることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項５】
前記被覆材は導電材を含む材料からなることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項６】
前記被覆材は絶縁材料を含み、
さらに、前記被覆材の表面に、前記電子放出部の表面よりも酸化しにくい導電材からなる導電被覆材が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子放出素子。
【請求項７】
基板上に、導電層を形成する工程と、
前記導電層上に、電子放出部を有する電子放出層を形成する工程と、
前記電子放出部の表面に、該電子放出部の表面よりも酸化しにくい被覆材を形成する工程とを備えたことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項８】
前記被覆材は絶縁材料を含み、
前記電子放出部における前記被覆材の表面に、前記電子放出部よりも酸化しにくい導電材からなる導電被覆材を形成する工程を備えたことを特徴とする請求項７に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項９】
上記請求項１乃至６のいずれかに記載の電子放出素子と、前記電子放出素子から放出される電子により発光する表示部と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−５３０５７（Ｐ２００８−５３０５７Ａ）
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２８１４４（Ｐ２００６−２２８１４４）
【出願日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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