電界放出装置
【課題】電界放出装置に関し、特に大寸法の電界放出装置に関する。
【解決手段】本発明の電界放出装置は、絶縁基板と、電子放出ユニットと、行引出し電極と、列引出し電極とを含む。行引出し電極と列引出し電極とは、電気絶縁的に交叉して格子が形成される。各々の格子の中に、電子放出ユニットが設置されている。電子放出ユニットは、陽極電極と、陰極電極と、蛍光層と、陰極エミッタと、第一集束電極と、第二集束電極とを含む。陽極電極は、行引出し電極に接続され、陰極電極は、列引出し電極に接続されている。陰極エミッタは、陽極電極と陰極電極の間に設置され、一端は陰極電極に接続され、もう一端は陽極電極に対向している。蛍光層は、陽極電極の絶縁基板に隣接する表面の反対表面に形成されている。第一集束電極と第二集束電極は、それぞれ列引出し電極に接続され、行引出し電極及び陽極電極と絶縁的に設置され、陰極エミッタの両側に設置されている。
【解決手段】本発明の電界放出装置は、絶縁基板と、電子放出ユニットと、行引出し電極と、列引出し電極とを含む。行引出し電極と列引出し電極とは、電気絶縁的に交叉して格子が形成される。各々の格子の中に、電子放出ユニットが設置されている。電子放出ユニットは、陽極電極と、陰極電極と、蛍光層と、陰極エミッタと、第一集束電極と、第二集束電極とを含む。陽極電極は、行引出し電極に接続され、陰極電極は、列引出し電極に接続されている。陰極エミッタは、陽極電極と陰極電極の間に設置され、一端は陰極電極に接続され、もう一端は陽極電極に対向している。蛍光層は、陽極電極の絶縁基板に隣接する表面の反対表面に形成されている。第一集束電極と第二集束電極は、それぞれ列引出し電極に接続され、行引出し電極及び陽極電極と絶縁的に設置され、陰極エミッタの両側に設置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放出装置に関し、特に大寸法の電界放出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電界放出装置は、電界放出電子部品であり、例えば電界放出表示装置（ＣＮＴ‐ＦＥＤ）などの重要な素子として利用されている。現在、大寸法の電界放出装置が益々注目されている。
【０００３】
従来の大寸法の電界放出装置は、絶縁基板と、複数の電界放出ユニットと、複数の行引出し電極と、複数の列引出し電極と、蛍光層と、を備えっている。ここで、前記複数の行引出し電極は、平行しており、前記複数の列引出し電極も、平行している。前記複数の行引出し電極と、前記複数の列引出し電極は交差して、複数の格子を形成する。各々の前記格子の中に、一つの前記電界放出ユニットが設置されている。前記電界放出ユニットは、陰極エミッタを含む。該陰極エミッタは、金属化合物を含む導電膜である（非特許文献１を参照）。前記陰極エミッタに電圧を印加すると、該陰極エミッタから電子が放出される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】牟強等、「表面伝導電子放出表示技術進展」、液晶及びディスプレイ、２００６年、第２１巻、ｐ．２２６−２３１
【非特許文献２】Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ”、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の大寸法の電界放出装置は、放出電子の制御を行うので、一部の放出電子は偏向することがある。従って、前記大寸法の電界放出装置ではクロストークという現象が起こり、また、電子の無駄があるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、前記課題を解決するために、本発明は、電子の利用率が高く、表示効果が優れた電界放出装置を提供する。
【０００７】
本発明の電界放出装置は、絶縁基板と、該絶縁基板に設置した複数の電子放出ユニットと、複数の行引出し電極と、複数の列引出し電極と、を含む。前記複数の行引出し電極と、前記複数の列引出し電極とは、電気絶縁的に交叉して、複数の格子を形成している。各々の前記格子の中に、一つの前記電子放出ユニットが設置されている。一つの前記電子放出ユニットは、陽極電極と、陰極電極と、蛍光層と、陰極エミッタと、第一集束電極と、第二集束電極と、を含む。前記陽極電極は、前記行引出し電極に接続され、前記陰極電極は、前記列引出し電極に接続されている。前記陰極エミッタは、前記陽極電極及び陰極電極の間に設置され、その一つの端部は前記陰極電極に接続され、そのもう一つの端部は前記陽極電極に対向している。前記蛍光層は、前記陽極電極の前記絶縁基板に隣接する表面とは反対の表面に形成されている。前記第一集束電極及び第二集束電極は、それぞれ前記列引出し電極に接続され、前記行引出し電極及び前記陽極電極と絶縁的に設置され、前記陰極エミッタの両側に設置されている
【０００８】
前記第二集束電極の長さは、前記陽極電極の前記陰極エミッタに対向する表面から、前記陰極電極の前記列引出し電極に接続した表面までの距離より大きい。
【０００９】
前記第一集束電極又は第二集束電極を、前記陰極エミッタ及び前記陽極電極より厚く設ける。
【発明の効果】
【００１０】
従来の技術と比べて、本発明は、電界放出装置の陰極エミッタの両側に集束電極を設置することにより、放出電子の軌跡を制御することができるので、電界放出装置にクロストークの現象が減少し、電子の利用率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係る電界放出装置を示す図である。
【図２】図１の線ＩＩ‐ＩＩに沿った電界放出装置の断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る電界放出装置の電子放出ユニットを示す図である。
【図４】図３の線ＩＶ‐ＩＶに沿った電子放出ユニットの断面図である。
【図５】本発明の実施例２に係る電界放出装置を示す図である。
【図６】本発明の実施例２に係る電界放出装置の電子放出ユニットを示す図である。
【図７】本発明の実施例２に係る電界放出装置のＳＥＭ写真である。
【図８ａ】集束電極が設置しない電界放出装置の一つの電子放出ユニットの表示効果を示す図である。
【図８ｂ】本発明の実施例２に係る電界放出装置の一つの電子放出ユニットの表示効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１及び２を参照すると、本実施例の電界放出装置２００は、絶縁基板２０２と、該絶縁基板２０２に設置した複数の電子放出ユニット２２０と、複数の行引出し電極２０４と、複数の列引出し電極２０６と、を含む。前記複数の行引出し電極２０４は、それぞれ所定の距離で離れるように、平行して配列されている。前記複数の列引出し電極２０６は、それぞれ所定の距離で離れるように、平行して配列されている。前記複数の行引出し電極２０４と、前記複数の列引出し電極２０６とは、交叉して、複数の格子２１４が形成されている。隣接する二本の前記行引出し電極２０４と、隣接する二本の前記列引出し電極２０６とは、一つの前記格子２１４に形成されている。各々の前記格子の中に、一つの前記電子放出ユニット２２０を設置する。短路することを防止するために、前記複数の行引出し電極２０４と、前記複数の列引出し電極２０６と交叉した領域に、それぞれ一つの絶縁層２１６を設置する。本実施例において、前記行引出し電極２０４の長手方向は、Ｘ方向と定義され、前記列引出し電極２０６の長手方向は、Ｙ方向と定義されている。
【００１４】
図３及び４を参照すると、一つの前記電子放出ユニット２２０は、陽極電極２１０と、陰極電極２１２と、蛍光層２０９と、陰極エミッタ２０８と、第一集束電極２１１と、第二集束電極２１３と、を含む。前記陽極電極２１０と、陰極電極２１２とは、所定の距離で離れるように、前記絶縁基板２０２に設置されている。前記陽極電極２１０は、前記行引出し電極２０４に接続され、前記陰極電極２１２は、前記列引出し電極２０６に接続されている。前記陰極エミッタ２０８は、前記陽極電極２１０及び陰極電極２１２の間に設置され、その一つの端部は前記陰極電極２１２に接続され、そのもう一つの端部は放出先２２２として、前記陽極電極２１０に対向している。即ち、前記放出先２２２は、前記陽極電極２１０と所定の距離で離れている。前記陰極エミッタ２０８は所定の距離で前記絶縁基板２０２と離れているか、又は直接前記絶縁基板２０２に設置されている。前記陰極エミッタ２０８は所定の距離で前記絶縁基板２０２と離れて設置される場合、前記陰極エミッタ２０８の機能を良好に実現することができる。前記蛍光層２０９は、前記陽極電極２１０の前記絶縁基板２０２に隣接する表面の反対表面に形成されている。前記陰極エミッタ２０８の放出先２２２からの電子は、前記蛍光層２０９に衝突して発光する。
【００１５】
前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３は、それぞれ前記陰極エミッタ２０８の両側に設置されている。即ち、前記列引出し電極２０６に沿って、一つの前記陰極エミッタ２０８の対向する両側に、それぞれ前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３が設置されている。前記第一集束電極２１１／第二集束電極２１３の一端は、前記列引出し電極２０６に接続され、そのもう一つの端部は、この列引出し電極２０６から離れる方向に沿って延伸している。前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３は、前記列引出し電極２０６に接続されるので、その電位は前記陰極エミッタ２０８の電位と同じである。電子は電位が高い所へ流れるので、前記陰極エミッタ２０８の放出先２２２からの電子は、前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３で遮蔽され、偏向せず前記陽極電極２１０の蛍光層２０９に衝突することができる。これにより、各々の前記格子２１４に設置した前記電子放出ユニット２２０からの電子は、隣接する格子２１４へ偏向しないので、クロストークという現象が生じないし、電子の無駄がない。前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３は、前記行引出し電極２０４及び前記陽極電極２１０と所定の距離で離れて絶縁されている。本実施例において、同じ行に設置した前記電子放出ユニット２２０の前記陽極電極２１０は、同じ行に設置した前記行引出し電極２０４に接続されており、同じ列に設置した前記電子放出ユニット２２０の前記陰極電極２１２と、前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３と、は、同じ列に設置した前記列引出し電極２０６に接続されている。
【００１６】
前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３は、金属やＩＴＯなどの導電材料からなる。好ましくは、前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３は、金属粉末、低融点ガラス粉末及び接着剤を含む導電ペーストからなるものである。ここで、前記金属粉末が銀の粉末であり、前記接着剤がテルピネオール又はエチルセルロースであることが好ましい。前記導電ペーストにおける前記金属粉の質量パーセンテージの含有量は５０％〜９０％であり、前記低融点ガラスパウダーの質量パーセンテージの含有量は２％〜１０％であり、前記接着剤の質量パーセンテージの含有量は１０％〜４０％である。前記導電ペーストをシルク印刷方法によって前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３に形成できる。
【００１７】
前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３は、円形、方形、矩形、アーク状に形成されている。前記電子放出ユニット２２０からの電子は、前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３を越えて、隣接する格子２１４に入ることを防止するために、前記第一集束電極２１１／第二集束電極２１３を、前記陰極エミッタ２０８及び前記陽極電極２１０より厚く設けることが好ましい。図３を参照すると、ここでの「厚さ」は、図面の紙に垂直する方向に沿う寸法である。本実施例において、前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３は、矩形の平面導電体であり、その厚さは、１５μｍ〜６００μｍである。前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３は、それぞれ一つの端部が一つの前記列引出し電極２０６に接続され、該端部とは反対の端部がＸ方向に沿って延伸するように設置されている。前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３は、直接前記列引出し電極２０６に接続されるか、又は別の導電体素子によって前記列引出し電極２０６に接続されることができる。前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３の、Ｘ方向に沿う寸法は大きいので、前記陰極エミッタ２０８の放出先２２２からの電子が、隣接する格子２１４における陽極電極２１０に吸引されて偏向することを防止することができる。
【００１８】
ここで、前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３の、Ｘ方向に沿う寸法（長さ）は、それぞれｄ１、ｄ２として定義されている。前記陰極電極２１２及び前記陰極エミッタ２０８の、Ｘ方向に沿う寸法の和（即ち、前記陰極エミッタ２０８の放出先２２２から、前記列引出し電極２０６の該陰極エミッタ２０８に接続した表面までの距離）は、ｄ３として定義されている。前記陽極電極２１０の前記陰極エミッタ２０８に対向する表面から、前記陰極電極の前記列引出し電極２０６に接続した表面までの距離は、ｄ４として定義されている。前記ｄ１、ｄ２は、一つの前記格子２１４の寸法によって変更することができ、ｄ１及びｄ２はそれぞれｄ３より大きく又は等しいことが好ましい。即ち、前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３の、Ｘ方向に沿う寸法は、それぞれ前記陰極エミッタ２０８の放出先２２２から、前記列引出し電極２０６の該陰極エミッタ２０８に接続した表面までの距離よりより大きく又は等しいことが好ましい。さらに、ｄ２をｄ４より大きく設けることにより、前記陰極エミッタ２０８の放出先２２２からの電子が、前記第二集束電極２１３を越えて、隣接する格子へ偏向することを防止することができる。
【００１９】
前記絶縁基板２０２は、シリコン、ガラス、セラミックス、樹脂、ポリマーなどの絶縁材料からなる。前記絶縁基板２０２の形状は、円形、方形、矩形である。本実施例において、前記絶縁基板２０２は、厚さが１ｍｍであり、辺長が１ｃｍの方形ガラス基板である。
【００２０】
前記行引出し電極２０４及び前記列引出し電極２０６は、それぞれ金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又は導電ペーストからなる導電層である。前記金属は、銅、アルミニウム、金、銀又は鉄である。前記導電ペーストは、金属粉末、低融点ガラス粉末及び接着剤を含む。前記行引出し電極２０４及び前記列引出し電極２０６の厚さは、それぞれ１０μｍ〜５０μｍであり、その幅は３０μｍ〜１００μｍである。隣接する前記行引出し電極２０４の間の距離は５０μｍ〜２ｃｍであり、隣接する前記列引出し電極２０６の間の距離は５０μｍ〜２ｃｍである。前記行引出し電極２０４及び前記列引出し電極２０６は、１０°〜９０°で交叉して、９０°で交叉することが好ましい。本実施例において、前記行引出し電極２０４及び前記列引出し電極２０６は、導電ペーストをシリク印刷して成るものである。
【００２１】
前記陰極電極２１２及び陽極電極２１０は、それぞれ金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又は導電ペーストからなり、矩形の導電層である。前記陰極電極２１２は、前記列引出し電極２０６に接続され、前記陽極電極２１０は、前記行引出し電極２０４に接続されている。前記陰極電極２１２及び陽極電極２１０の、Ｙ方向に沿う寸法は、３０μｍ〜１．５ｃｍであり、Ｘ方向に沿う方向は、２０μｍ〜１ｃｍであり、その厚さが１０μｍ〜５００μｍである。好ましくは、前記陰極電極２１２及び陽極電極２１０の、Ｙ方向に沿う寸法は、１００μｍ〜７００μｍであり、Ｘ方向に沿う方向は、５０μｍ〜５００μｍであり、その厚さが２０μｍ〜１００μｍである。本実施例において、前記陰極電極２１２及び陽極電極２１０は、導電ペーストをシリク印刷して成るものである。
【００２２】
前記蛍光層２０９は、前記陽極電極２１０の前記絶縁基板２０２に隣接する表面の反対面に設置されている。前記蛍光層２０９は、前記陽極電極２１０の一部又は全ての表面に被覆されている。前記蛍光層２０９は、前記陽極電極２１０の一部の表面に被覆される場合、前記蛍光層２０９は、前記陽極電極２１０の前記陰極エミッタ２０８の放出先２２２に隣接する表面に設置されている。前記蛍光層２０９は、白、赤、緑、青のいずれ一種の蛍光粉末である。前記蛍光層２０９は、堆積法、印刷法、フォトリソグラフィー、塗布法により、前記陽極電極２１０の表面に形成される。前記蛍光層２０９の厚さは、５μｍ〜５０μｍである。
【００２３】
前記陰極エミッタ２０８は、シリコンワイヤ、カーボンナノチューブ、炭素繊維、カーボンナノチューブワイヤのいずれか一種又は多種である。本実施例において、前記陰極エミッタ２０８は、平行して配列した複数のカーボンナノチューブワイヤを含む。各々の前記複数のカーボンナノチューブワイヤは、一端が前記陰極電極２１２に電気的に接続され、もう一端が放出先２２２として前記陽極電極２１０に向けて延伸しているように設置されている。前記放出先２２２から前記陽極電極２１０までの距離は、１μｍ〜１０００μｍである。前記複数のカーボンナノチューブワイヤの一端は、直接前記陰極電極２１２に接続されるか、又は導電剤又は分子間力で前記陰極電極２１２に接続されている。単一の前記カーボンナノチューブワイヤの長さは、１０μｍ〜１ｃｍであり、隣接する前記カーボンナノチューブワイヤの間の距離は、１μｍ〜１０００μｍである。
【００２４】
前記カーボンナノチューブワイヤは、複数のカーボンナノチューブを含む自立構造を有するものである。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブワイヤを独立して利用することができるという形態のことである。すなわち、前記カーボンナノチューブワイヤを対向する両側から支持して、前記カーボンナノチューブワイヤの構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブワイヤを懸架させることができることを意味する。前記カーボンナノチューブワイヤにおける前記複数のカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブワイヤの長軸方向に沿って、端と端で接続されている。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。
【００２５】
一つの例として、前記陰極エミッタ２０８の製造方法は、カーボンナノチューブフィルムを提供する第一ステップと、少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムを前記陽極電極２１０及び前記陰極電極２１２に被覆させる第二ステップと、前記陽極電極２１０の前記陰極電極２１２に対向する表面に沿って、前記複数のカーボンナノチューブフィルムを切断して、前記陰極電極２１２に陰極エミッタ２０８としての複数のカーボンナノチューブワイヤを形成する第三ステップと、を含む。
【００２６】
前記第一ステップにおいて、前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は次の工程を含む。第一工程では、カーボンナノチューブアレイを提供する。該カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献２を参照）であり、該超配列カーボンナノチューブアレイの製造方法は、化学気相堆積法を採用する。該製造方法は、次のステップを含む。ステップ（ａ）では、平らな基材を提供し、該基材はＰ型のシリコン基材、Ｎ型のシリコン基材及び酸化層が形成されたシリコン基材のいずれか一種である。本実施例において、４インチのシリコン基材を選択することが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記基材の表面に、均一に触媒層を形成する。該触媒層の材料は鉄、コバルト、ニッケル及びその２種以上の合金のいずれか一種である。ステップ（ｃ）では、前記触媒層が形成された基材を７００℃〜９００℃の空気で３０分〜９０分間アニーリングする。ステップ（ｄ）では、アニーリングされた基材を反応炉に置き、保護ガスで５００℃〜７４０℃の温度で加熱した後で、カーボンを含むガスを導入して、５分〜３０分間反応を行って、超配列カーボンナノチューブアレイを成長させることができる。該カーボンナノチューブアレイの高さは１００マイクロメートル以上である。該カーボンナノチューブアレイは、互いに平行し、基材に垂直に生長する複数のカーボンナノチューブからなる。該カーボンナノチューブは、長さが長いため、部分的にカーボンナノチューブが互いに絡み合っている。生長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボン及び残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まなくなる。
【００２７】
本実施例において、前記カーボンを含むガスとしては例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、エチレンを選択することが好ましい。保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスであり、アルゴンガスが好ましい。
【００２８】
本実施例から提供されたカーボンナノチューブアレイは、前記の製造方法により製造されることに制限されず、アーク放電法またはレーザー蒸発法で製造してもいい。
【００２９】
第二工程では、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす。まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。例えば、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブセグメントからなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００３０】
前記第二ステップにおいて、複数の前記カーボンナノチューブフィルムを前記陽極電極２１０及び前記陰極電極２１２に被覆させる場合、前記複数のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブを同じ方向に沿って配列させるように設置する。さらに、前記複数のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、前記陰極電極２１２から前記陽極電極２１０へ延伸する方向に平行している。本実施例において、１〜５枚の前記カーボンナノチューブフィルムを積層させる。
【００３１】
前記第三ステップにおいて、レーザー焼断法、電子線走査法又は加熱溶断法を利用して、前記複数のカーボンナノチューブフィルムを切断することができる。本実施例において、所定の幅を有するレーザーで、各々の前記列引出し電極２０６に平行して前記複数のカーボンナノチューブフィルムを走査し、前記陽極電極２１０及び前記陰極電極２１２の間に所定の隙間を形成させる。さらに、前記陽極電極２１０及びそれに隣接する列引出し電極２０６の間のカーボンナノチューブフィルムは除去することが好ましい。レーザーで前記カーボンナノチューブフィルムを走査する場合、前記カーボンナノチューブフィルムは加熱して収縮して、複数のカーボンナノチューブワイヤに形成される。レーザーで切断した前記カーボンナノチューブフィルムの端部に、陰極エミッタ２０８の放出先２２２が形成される。本実施例において、前記レーザーのパワーは、１０〜５０Ｗであり、その走査速度は０．１〜１００００ｍｍ／秒であり、その幅は１μｍ〜４００μｍである。
【００３２】
もう一つの例として、前記陰極エミッタ２０８の製造方法は、複数のカーボンナノチューブワイヤを前記陽極電極２１０及び前記陰極電極２１２に被覆させる第一ステップと、前記陽極電極２１０の前記陰極電極２１２に対向する表面に沿って、前記複数のカーボンナノチューブワイヤを切断する第二ステップと、を含む。
【００３３】
前記第一ステップにおいて、前記カーボンナノチューブワイヤは次の二種の方法により形成される。第一種では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤で浸漬して、前記有機溶剤を蒸発させた後、前記カーボンナノチューブフィルムが縮んで、カーボンナノチューブワイヤに形成される。前記有機溶剤は、メタノール、アルコール、アセトン又はこの二種の混合物である。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）して、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成することもできる。詳しく説明すると、まず、前記カーボンナノチューブ予備成形体を紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブ予備成形体を回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。
【００３４】
前記第二ステップは、レーザー焼断法、電子線走査法又は加熱溶断法を利用して、前記複数のカーボンナノチューブワイヤを切断することができる。
【００３５】
さらに、前記電界放出装置２００は、前記陰極エミッタ２０８を前記陰極電極２１２に固定させるための固定素子（図示せず）を含むことができる。該固定素子は、導電材料からなり、前記陰極電極２１２に設置されている。
【００３６】
（実施例２）
図５〜７を参照すると、本実施例の電界放出装置３００は、絶縁基板３０２と、該絶縁基板３０２に設置した複数の電子放出ユニット３２０と、複数の行引出し電極３０４と、複数の列引出し電極３０６と、を含む。前記複数の行引出し電極３０４は、それぞれ所定の距離で離れるように、平行して配列されている。前記複数の列引出し電極３０６は、それぞれ所定の距離で離れるように、平行して配列されている。前記複数の行引出し電極３０４と、前記複数の列引出し電極３０６とは、交叉して、複数の格子３１４が形成されている。隣接する二本の前記行引出し電極３０４と、隣接する二本の前記列引出し電極３０６とは、一つの前記格子３１４に形成されている。各々の前記格子の中に、一つの前記電子放出ユニット３２０を設置する。短路することを防止するために、前記複数の行引出し電極３０４と、前記複数の列引出し電極３０６とが交叉した領域に、それぞれ一つの絶縁層３１６を設置する。本実施例において、前記行引出し電極３０４の長手方向は、Ｘ方向と定義され、前記列引出し電極３０６の長手方向は、Ｙ方向と定義されている。
【００３７】
図５及び図６を参照すると、一つの前記電子放出ユニット３２０は、陽極電極３１０と、陰極電極３１２と、蛍光層３０９と、陰極エミッタ３０８と、第一集束電極３１１と、第二集束電極３１３と、を含む。前記陰極エミッタ３０８は、前記陽極電極３１０及び陰極電極３１２の間に設置され、その一つの端部は前記陰極電極３１２に接続され、そのもう一つの端部は放出先３２２として、前記陽極電極３１０に対向している。
【００３８】
本実施例の電界放出装置３００は、実施例１の電界放出装置２００と比べて、次の異なる点がある。前記第二集束電極３１３は「Ｌ」字に形成されている。詳しくは、前記第二集束電極３１３はＸ方向に平行する第一部分３１３ａと、Ｙ方向に平行する第二部分３１３ｂと、からなる。前記第二集束電極３１３の第一部分３１３ａは、その一端が前記列引出し電極３０６に電気的に接続され、そのもう一端が前記第二集束電極３１３の第二部分３１３ｂの一端に接続されている。ここで、前記第一集束電極３１１のＸ方向に沿う寸法は、ｄ１’として定義されている。前記第二集束電極３１３の第一部分３１３ａのＸ方向に沿う寸法は、ｄ２’として定義されている。前記陰極電極３１２及び前記陰極エミッタ３０８の、Ｘ方向に沿う寸法の和（即ち、前記陰極エミッタ３０８の放出先３２２から、前記列引出し電極３０６の該陰極エミッタ３０８に接続した表面までの距離）は、ｄ３’として定義されている。前記陽極電極３１０の前記陰極エミッタ３０８に対向する表面から、前記陰極電極の前記列引出し電極３０６に接続した表面までの距離は、ｄ４’として定義されている。前記ｄ２’は、前記ｄ４’より大きい。即ち、前記第二集束電極３１３の第一部分３１３ａは、前記陽極電極３１０を超えて、隣接する列引出し電極３０６へ延伸している。これにより、前記陰極エミッタ３０８の放出先３２２からの電子が、前記第二集束電極３１３を超えて、隣接する格子３１４に入ることを防止することができる。前記第二集束電極３１３の第二部分３１３ｂは、前記陽極電極３１０及び隣接する列引出し電極３０６の間に設置されている。前記第二集束電極３１３の第二部分３１３ｂは、それぞれ前記陽極電極３１０及び前記列引出し電極３０６と所定の距離で離れている。さらに、前記第二集束電極３１３の第二部分３１３ｂは、前記行引出し電極３０４に接触しない程度まで、前記第二集束電極３１３の第二部分３１３ｂはできるだけ長く設けることができる。これにより、前記陰極エミッタ３０８の放出先３２２からの電子が、前記陽極電極３１０を超えて、隣接する格子３１４に入ることを防止することができる。
【００３９】
さらに、前記陰極エミッタ３０８の放出先３２２からの電子が、前記陽極電極３１０を超えて、隣接する格子３１４に入ることを防止するために、前記第二集束電極３１３の第二部分３１３ｂの厚さは、前記蛍光層３０９の厚さより大きく設けられる。図６を参照すると、ここでの「厚さ」は、図面の紙に垂直する方向に沿う寸法である。
【００４０】
図８ａは、集束電極を設置しない電界放出装置の表示効果を示す写真である。図８ｂは、本願発明の集束電極を設置した電界放出装置の表示効果を示す写真である。図８ａの表示と比べて、本願発明の電界放出装置の表示効果がよくなり、クロストークの現象が減少した。本願発明の電界放出装置において、陰極エミッタの放出先からの電子を、陽極電極へ移動して蛍光層に衝突させることにより、前記電界放出装置を発光させる。前記電子は、集束電極の作用で集束されて、全て蛍光層に衝突される。従って、本願発明の電界放出装置において、クロストークという現象が減少し、電子の利用率が高くなる。
【符号の説明】
【００４１】
２００、３００ 電界放出装置
２０２、３０２ 絶縁基板
２０４、３０４ 行引出し電極
２０６、３０６ 列引出し電極
２０８、３０８ 陰極エミッタ
２０９、３０９ 蛍光層
２１０、３１０ 陽極電極
２１１、３１１ 第一集束電極
２１２、３１２ 陰極電極
２１３、３１３ 第二集束電極
２１４、３１４ 格子
２２０、３２０ 電子放出ユニット
２２２、３２２ 放出先
３１３ａ 第一部分
３１３ｂ 第二部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放出装置に関し、特に大寸法の電界放出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電界放出装置は、電界放出電子部品であり、例えば電界放出表示装置（ＣＮＴ‐ＦＥＤ）などの重要な素子として利用されている。現在、大寸法の電界放出装置が益々注目されている。
【０００３】
従来の大寸法の電界放出装置は、絶縁基板と、複数の電界放出ユニットと、複数の行引出し電極と、複数の列引出し電極と、蛍光層と、を備えっている。ここで、前記複数の行引出し電極は、平行しており、前記複数の列引出し電極も、平行している。前記複数の行引出し電極と、前記複数の列引出し電極は交差して、複数の格子を形成する。各々の前記格子の中に、一つの前記電界放出ユニットが設置されている。前記電界放出ユニットは、陰極エミッタを含む。該陰極エミッタは、金属化合物を含む導電膜である（非特許文献１を参照）。前記陰極エミッタに電圧を印加すると、該陰極エミッタから電子が放出される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】牟強等、「表面伝導電子放出表示技術進展」、液晶及びディスプレイ、２００６年、第２１巻、ｐ．２２６−２３１
【非特許文献２】Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ”、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の大寸法の電界放出装置は、放出電子の制御を行うので、一部の放出電子は偏向することがある。従って、前記大寸法の電界放出装置ではクロストークという現象が起こり、また、電子の無駄があるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、前記課題を解決するために、本発明は、電子の利用率が高く、表示効果が優れた電界放出装置を提供する。
【０００７】
本発明の電界放出装置は、絶縁基板と、該絶縁基板に設置した複数の電子放出ユニットと、複数の行引出し電極と、複数の列引出し電極と、を含む。前記複数の行引出し電極と、前記複数の列引出し電極とは、電気絶縁的に交叉して、複数の格子を形成している。各々の前記格子の中に、一つの前記電子放出ユニットが設置されている。一つの前記電子放出ユニットは、陽極電極と、陰極電極と、蛍光層と、陰極エミッタと、第一集束電極と、第二集束電極と、を含む。前記陽極電極は、前記行引出し電極に接続され、前記陰極電極は、前記列引出し電極に接続されている。前記陰極エミッタは、前記陽極電極及び陰極電極の間に設置され、その一つの端部は前記陰極電極に接続され、そのもう一つの端部は前記陽極電極に対向している。前記蛍光層は、前記陽極電極の前記絶縁基板に隣接する表面とは反対の表面に形成されている。前記第一集束電極及び第二集束電極は、それぞれ前記列引出し電極に接続され、前記行引出し電極及び前記陽極電極と絶縁的に設置され、前記陰極エミッタの両側に設置されている
【０００８】
前記第二集束電極の長さは、前記陽極電極の前記陰極エミッタに対向する表面から、前記陰極電極の前記列引出し電極に接続した表面までの距離より大きい。
【０００９】
前記第一集束電極又は第二集束電極を、前記陰極エミッタ及び前記陽極電極より厚く設ける。
【発明の効果】
【００１０】
従来の技術と比べて、本発明は、電界放出装置の陰極エミッタの両側に集束電極を設置することにより、放出電子の軌跡を制御することができるので、電界放出装置にクロストークの現象が減少し、電子の利用率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係る電界放出装置を示す図である。
【図２】図１の線ＩＩ‐ＩＩに沿った電界放出装置の断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る電界放出装置の電子放出ユニットを示す図である。
【図４】図３の線ＩＶ‐ＩＶに沿った電子放出ユニットの断面図である。
【図５】本発明の実施例２に係る電界放出装置を示す図である。
【図６】本発明の実施例２に係る電界放出装置の電子放出ユニットを示す図である。
【図７】本発明の実施例２に係る電界放出装置のＳＥＭ写真である。
【図８ａ】集束電極が設置しない電界放出装置の一つの電子放出ユニットの表示効果を示す図である。
【図８ｂ】本発明の実施例２に係る電界放出装置の一つの電子放出ユニットの表示効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１及び２を参照すると、本実施例の電界放出装置２００は、絶縁基板２０２と、該絶縁基板２０２に設置した複数の電子放出ユニット２２０と、複数の行引出し電極２０４と、複数の列引出し電極２０６と、を含む。前記複数の行引出し電極２０４は、それぞれ所定の距離で離れるように、平行して配列されている。前記複数の列引出し電極２０６は、それぞれ所定の距離で離れるように、平行して配列されている。前記複数の行引出し電極２０４と、前記複数の列引出し電極２０６とは、交叉して、複数の格子２１４が形成されている。隣接する二本の前記行引出し電極２０４と、隣接する二本の前記列引出し電極２０６とは、一つの前記格子２１４に形成されている。各々の前記格子の中に、一つの前記電子放出ユニット２２０を設置する。短路することを防止するために、前記複数の行引出し電極２０４と、前記複数の列引出し電極２０６と交叉した領域に、それぞれ一つの絶縁層２１６を設置する。本実施例において、前記行引出し電極２０４の長手方向は、Ｘ方向と定義され、前記列引出し電極２０６の長手方向は、Ｙ方向と定義されている。
【００１４】
図３及び４を参照すると、一つの前記電子放出ユニット２２０は、陽極電極２１０と、陰極電極２１２と、蛍光層２０９と、陰極エミッタ２０８と、第一集束電極２１１と、第二集束電極２１３と、を含む。前記陽極電極２１０と、陰極電極２１２とは、所定の距離で離れるように、前記絶縁基板２０２に設置されている。前記陽極電極２１０は、前記行引出し電極２０４に接続され、前記陰極電極２１２は、前記列引出し電極２０６に接続されている。前記陰極エミッタ２０８は、前記陽極電極２１０及び陰極電極２１２の間に設置され、その一つの端部は前記陰極電極２１２に接続され、そのもう一つの端部は放出先２２２として、前記陽極電極２１０に対向している。即ち、前記放出先２２２は、前記陽極電極２１０と所定の距離で離れている。前記陰極エミッタ２０８は所定の距離で前記絶縁基板２０２と離れているか、又は直接前記絶縁基板２０２に設置されている。前記陰極エミッタ２０８は所定の距離で前記絶縁基板２０２と離れて設置される場合、前記陰極エミッタ２０８の機能を良好に実現することができる。前記蛍光層２０９は、前記陽極電極２１０の前記絶縁基板２０２に隣接する表面の反対表面に形成されている。前記陰極エミッタ２０８の放出先２２２からの電子は、前記蛍光層２０９に衝突して発光する。
【００１５】
前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３は、それぞれ前記陰極エミッタ２０８の両側に設置されている。即ち、前記列引出し電極２０６に沿って、一つの前記陰極エミッタ２０８の対向する両側に、それぞれ前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３が設置されている。前記第一集束電極２１１／第二集束電極２１３の一端は、前記列引出し電極２０６に接続され、そのもう一つの端部は、この列引出し電極２０６から離れる方向に沿って延伸している。前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３は、前記列引出し電極２０６に接続されるので、その電位は前記陰極エミッタ２０８の電位と同じである。電子は電位が高い所へ流れるので、前記陰極エミッタ２０８の放出先２２２からの電子は、前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３で遮蔽され、偏向せず前記陽極電極２１０の蛍光層２０９に衝突することができる。これにより、各々の前記格子２１４に設置した前記電子放出ユニット２２０からの電子は、隣接する格子２１４へ偏向しないので、クロストークという現象が生じないし、電子の無駄がない。前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３は、前記行引出し電極２０４及び前記陽極電極２１０と所定の距離で離れて絶縁されている。本実施例において、同じ行に設置した前記電子放出ユニット２２０の前記陽極電極２１０は、同じ行に設置した前記行引出し電極２０４に接続されており、同じ列に設置した前記電子放出ユニット２２０の前記陰極電極２１２と、前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３と、は、同じ列に設置した前記列引出し電極２０６に接続されている。
【００１６】
前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３は、金属やＩＴＯなどの導電材料からなる。好ましくは、前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３は、金属粉末、低融点ガラス粉末及び接着剤を含む導電ペーストからなるものである。ここで、前記金属粉末が銀の粉末であり、前記接着剤がテルピネオール又はエチルセルロースであることが好ましい。前記導電ペーストにおける前記金属粉の質量パーセンテージの含有量は５０％〜９０％であり、前記低融点ガラスパウダーの質量パーセンテージの含有量は２％〜１０％であり、前記接着剤の質量パーセンテージの含有量は１０％〜４０％である。前記導電ペーストをシルク印刷方法によって前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３に形成できる。
【００１７】
前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３は、円形、方形、矩形、アーク状に形成されている。前記電子放出ユニット２２０からの電子は、前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３を越えて、隣接する格子２１４に入ることを防止するために、前記第一集束電極２１１／第二集束電極２１３を、前記陰極エミッタ２０８及び前記陽極電極２１０より厚く設けることが好ましい。図３を参照すると、ここでの「厚さ」は、図面の紙に垂直する方向に沿う寸法である。本実施例において、前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３は、矩形の平面導電体であり、その厚さは、１５μｍ〜６００μｍである。前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３は、それぞれ一つの端部が一つの前記列引出し電極２０６に接続され、該端部とは反対の端部がＸ方向に沿って延伸するように設置されている。前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３は、直接前記列引出し電極２０６に接続されるか、又は別の導電体素子によって前記列引出し電極２０６に接続されることができる。前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３の、Ｘ方向に沿う寸法は大きいので、前記陰極エミッタ２０８の放出先２２２からの電子が、隣接する格子２１４における陽極電極２１０に吸引されて偏向することを防止することができる。
【００１８】
ここで、前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３の、Ｘ方向に沿う寸法（長さ）は、それぞれｄ１、ｄ２として定義されている。前記陰極電極２１２及び前記陰極エミッタ２０８の、Ｘ方向に沿う寸法の和（即ち、前記陰極エミッタ２０８の放出先２２２から、前記列引出し電極２０６の該陰極エミッタ２０８に接続した表面までの距離）は、ｄ３として定義されている。前記陽極電極２１０の前記陰極エミッタ２０８に対向する表面から、前記陰極電極の前記列引出し電極２０６に接続した表面までの距離は、ｄ４として定義されている。前記ｄ１、ｄ２は、一つの前記格子２１４の寸法によって変更することができ、ｄ１及びｄ２はそれぞれｄ３より大きく又は等しいことが好ましい。即ち、前記第一集束電極２１１及び第二集束電極２１３の、Ｘ方向に沿う寸法は、それぞれ前記陰極エミッタ２０８の放出先２２２から、前記列引出し電極２０６の該陰極エミッタ２０８に接続した表面までの距離よりより大きく又は等しいことが好ましい。さらに、ｄ２をｄ４より大きく設けることにより、前記陰極エミッタ２０８の放出先２２２からの電子が、前記第二集束電極２１３を越えて、隣接する格子へ偏向することを防止することができる。
【００１９】
前記絶縁基板２０２は、シリコン、ガラス、セラミックス、樹脂、ポリマーなどの絶縁材料からなる。前記絶縁基板２０２の形状は、円形、方形、矩形である。本実施例において、前記絶縁基板２０２は、厚さが１ｍｍであり、辺長が１ｃｍの方形ガラス基板である。
【００２０】
前記行引出し電極２０４及び前記列引出し電極２０６は、それぞれ金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又は導電ペーストからなる導電層である。前記金属は、銅、アルミニウム、金、銀又は鉄である。前記導電ペーストは、金属粉末、低融点ガラス粉末及び接着剤を含む。前記行引出し電極２０４及び前記列引出し電極２０６の厚さは、それぞれ１０μｍ〜５０μｍであり、その幅は３０μｍ〜１００μｍである。隣接する前記行引出し電極２０４の間の距離は５０μｍ〜２ｃｍであり、隣接する前記列引出し電極２０６の間の距離は５０μｍ〜２ｃｍである。前記行引出し電極２０４及び前記列引出し電極２０６は、１０°〜９０°で交叉して、９０°で交叉することが好ましい。本実施例において、前記行引出し電極２０４及び前記列引出し電極２０６は、導電ペーストをシリク印刷して成るものである。
【００２１】
前記陰極電極２１２及び陽極電極２１０は、それぞれ金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又は導電ペーストからなり、矩形の導電層である。前記陰極電極２１２は、前記列引出し電極２０６に接続され、前記陽極電極２１０は、前記行引出し電極２０４に接続されている。前記陰極電極２１２及び陽極電極２１０の、Ｙ方向に沿う寸法は、３０μｍ〜１．５ｃｍであり、Ｘ方向に沿う方向は、２０μｍ〜１ｃｍであり、その厚さが１０μｍ〜５００μｍである。好ましくは、前記陰極電極２１２及び陽極電極２１０の、Ｙ方向に沿う寸法は、１００μｍ〜７００μｍであり、Ｘ方向に沿う方向は、５０μｍ〜５００μｍであり、その厚さが２０μｍ〜１００μｍである。本実施例において、前記陰極電極２１２及び陽極電極２１０は、導電ペーストをシリク印刷して成るものである。
【００２２】
前記蛍光層２０９は、前記陽極電極２１０の前記絶縁基板２０２に隣接する表面の反対面に設置されている。前記蛍光層２０９は、前記陽極電極２１０の一部又は全ての表面に被覆されている。前記蛍光層２０９は、前記陽極電極２１０の一部の表面に被覆される場合、前記蛍光層２０９は、前記陽極電極２１０の前記陰極エミッタ２０８の放出先２２２に隣接する表面に設置されている。前記蛍光層２０９は、白、赤、緑、青のいずれ一種の蛍光粉末である。前記蛍光層２０９は、堆積法、印刷法、フォトリソグラフィー、塗布法により、前記陽極電極２１０の表面に形成される。前記蛍光層２０９の厚さは、５μｍ〜５０μｍである。
【００２３】
前記陰極エミッタ２０８は、シリコンワイヤ、カーボンナノチューブ、炭素繊維、カーボンナノチューブワイヤのいずれか一種又は多種である。本実施例において、前記陰極エミッタ２０８は、平行して配列した複数のカーボンナノチューブワイヤを含む。各々の前記複数のカーボンナノチューブワイヤは、一端が前記陰極電極２１２に電気的に接続され、もう一端が放出先２２２として前記陽極電極２１０に向けて延伸しているように設置されている。前記放出先２２２から前記陽極電極２１０までの距離は、１μｍ〜１０００μｍである。前記複数のカーボンナノチューブワイヤの一端は、直接前記陰極電極２１２に接続されるか、又は導電剤又は分子間力で前記陰極電極２１２に接続されている。単一の前記カーボンナノチューブワイヤの長さは、１０μｍ〜１ｃｍであり、隣接する前記カーボンナノチューブワイヤの間の距離は、１μｍ〜１０００μｍである。
【００２４】
前記カーボンナノチューブワイヤは、複数のカーボンナノチューブを含む自立構造を有するものである。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブワイヤを独立して利用することができるという形態のことである。すなわち、前記カーボンナノチューブワイヤを対向する両側から支持して、前記カーボンナノチューブワイヤの構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブワイヤを懸架させることができることを意味する。前記カーボンナノチューブワイヤにおける前記複数のカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブワイヤの長軸方向に沿って、端と端で接続されている。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。
【００２５】
一つの例として、前記陰極エミッタ２０８の製造方法は、カーボンナノチューブフィルムを提供する第一ステップと、少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムを前記陽極電極２１０及び前記陰極電極２１２に被覆させる第二ステップと、前記陽極電極２１０の前記陰極電極２１２に対向する表面に沿って、前記複数のカーボンナノチューブフィルムを切断して、前記陰極電極２１２に陰極エミッタ２０８としての複数のカーボンナノチューブワイヤを形成する第三ステップと、を含む。
【００２６】
前記第一ステップにおいて、前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は次の工程を含む。第一工程では、カーボンナノチューブアレイを提供する。該カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献２を参照）であり、該超配列カーボンナノチューブアレイの製造方法は、化学気相堆積法を採用する。該製造方法は、次のステップを含む。ステップ（ａ）では、平らな基材を提供し、該基材はＰ型のシリコン基材、Ｎ型のシリコン基材及び酸化層が形成されたシリコン基材のいずれか一種である。本実施例において、４インチのシリコン基材を選択することが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記基材の表面に、均一に触媒層を形成する。該触媒層の材料は鉄、コバルト、ニッケル及びその２種以上の合金のいずれか一種である。ステップ（ｃ）では、前記触媒層が形成された基材を７００℃〜９００℃の空気で３０分〜９０分間アニーリングする。ステップ（ｄ）では、アニーリングされた基材を反応炉に置き、保護ガスで５００℃〜７４０℃の温度で加熱した後で、カーボンを含むガスを導入して、５分〜３０分間反応を行って、超配列カーボンナノチューブアレイを成長させることができる。該カーボンナノチューブアレイの高さは１００マイクロメートル以上である。該カーボンナノチューブアレイは、互いに平行し、基材に垂直に生長する複数のカーボンナノチューブからなる。該カーボンナノチューブは、長さが長いため、部分的にカーボンナノチューブが互いに絡み合っている。生長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボン及び残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まなくなる。
【００２７】
本実施例において、前記カーボンを含むガスとしては例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、エチレンを選択することが好ましい。保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスであり、アルゴンガスが好ましい。
【００２８】
本実施例から提供されたカーボンナノチューブアレイは、前記の製造方法により製造されることに制限されず、アーク放電法またはレーザー蒸発法で製造してもいい。
【００２９】
第二工程では、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす。まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。例えば、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブセグメントからなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００３０】
前記第二ステップにおいて、複数の前記カーボンナノチューブフィルムを前記陽極電極２１０及び前記陰極電極２１２に被覆させる場合、前記複数のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブを同じ方向に沿って配列させるように設置する。さらに、前記複数のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、前記陰極電極２１２から前記陽極電極２１０へ延伸する方向に平行している。本実施例において、１〜５枚の前記カーボンナノチューブフィルムを積層させる。
【００３１】
前記第三ステップにおいて、レーザー焼断法、電子線走査法又は加熱溶断法を利用して、前記複数のカーボンナノチューブフィルムを切断することができる。本実施例において、所定の幅を有するレーザーで、各々の前記列引出し電極２０６に平行して前記複数のカーボンナノチューブフィルムを走査し、前記陽極電極２１０及び前記陰極電極２１２の間に所定の隙間を形成させる。さらに、前記陽極電極２１０及びそれに隣接する列引出し電極２０６の間のカーボンナノチューブフィルムは除去することが好ましい。レーザーで前記カーボンナノチューブフィルムを走査する場合、前記カーボンナノチューブフィルムは加熱して収縮して、複数のカーボンナノチューブワイヤに形成される。レーザーで切断した前記カーボンナノチューブフィルムの端部に、陰極エミッタ２０８の放出先２２２が形成される。本実施例において、前記レーザーのパワーは、１０〜５０Ｗであり、その走査速度は０．１〜１００００ｍｍ／秒であり、その幅は１μｍ〜４００μｍである。
【００３２】
もう一つの例として、前記陰極エミッタ２０８の製造方法は、複数のカーボンナノチューブワイヤを前記陽極電極２１０及び前記陰極電極２１２に被覆させる第一ステップと、前記陽極電極２１０の前記陰極電極２１２に対向する表面に沿って、前記複数のカーボンナノチューブワイヤを切断する第二ステップと、を含む。
【００３３】
前記第一ステップにおいて、前記カーボンナノチューブワイヤは次の二種の方法により形成される。第一種では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤で浸漬して、前記有機溶剤を蒸発させた後、前記カーボンナノチューブフィルムが縮んで、カーボンナノチューブワイヤに形成される。前記有機溶剤は、メタノール、アルコール、アセトン又はこの二種の混合物である。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）して、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成することもできる。詳しく説明すると、まず、前記カーボンナノチューブ予備成形体を紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブ予備成形体を回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。
【００３４】
前記第二ステップは、レーザー焼断法、電子線走査法又は加熱溶断法を利用して、前記複数のカーボンナノチューブワイヤを切断することができる。
【００３５】
さらに、前記電界放出装置２００は、前記陰極エミッタ２０８を前記陰極電極２１２に固定させるための固定素子（図示せず）を含むことができる。該固定素子は、導電材料からなり、前記陰極電極２１２に設置されている。
【００３６】
（実施例２）
図５〜７を参照すると、本実施例の電界放出装置３００は、絶縁基板３０２と、該絶縁基板３０２に設置した複数の電子放出ユニット３２０と、複数の行引出し電極３０４と、複数の列引出し電極３０６と、を含む。前記複数の行引出し電極３０４は、それぞれ所定の距離で離れるように、平行して配列されている。前記複数の列引出し電極３０６は、それぞれ所定の距離で離れるように、平行して配列されている。前記複数の行引出し電極３０４と、前記複数の列引出し電極３０６とは、交叉して、複数の格子３１４が形成されている。隣接する二本の前記行引出し電極３０４と、隣接する二本の前記列引出し電極３０６とは、一つの前記格子３１４に形成されている。各々の前記格子の中に、一つの前記電子放出ユニット３２０を設置する。短路することを防止するために、前記複数の行引出し電極３０４と、前記複数の列引出し電極３０６とが交叉した領域に、それぞれ一つの絶縁層３１６を設置する。本実施例において、前記行引出し電極３０４の長手方向は、Ｘ方向と定義され、前記列引出し電極３０６の長手方向は、Ｙ方向と定義されている。
【００３７】
図５及び図６を参照すると、一つの前記電子放出ユニット３２０は、陽極電極３１０と、陰極電極３１２と、蛍光層３０９と、陰極エミッタ３０８と、第一集束電極３１１と、第二集束電極３１３と、を含む。前記陰極エミッタ３０８は、前記陽極電極３１０及び陰極電極３１２の間に設置され、その一つの端部は前記陰極電極３１２に接続され、そのもう一つの端部は放出先３２２として、前記陽極電極３１０に対向している。
【００３８】
本実施例の電界放出装置３００は、実施例１の電界放出装置２００と比べて、次の異なる点がある。前記第二集束電極３１３は「Ｌ」字に形成されている。詳しくは、前記第二集束電極３１３はＸ方向に平行する第一部分３１３ａと、Ｙ方向に平行する第二部分３１３ｂと、からなる。前記第二集束電極３１３の第一部分３１３ａは、その一端が前記列引出し電極３０６に電気的に接続され、そのもう一端が前記第二集束電極３１３の第二部分３１３ｂの一端に接続されている。ここで、前記第一集束電極３１１のＸ方向に沿う寸法は、ｄ１’として定義されている。前記第二集束電極３１３の第一部分３１３ａのＸ方向に沿う寸法は、ｄ２’として定義されている。前記陰極電極３１２及び前記陰極エミッタ３０８の、Ｘ方向に沿う寸法の和（即ち、前記陰極エミッタ３０８の放出先３２２から、前記列引出し電極３０６の該陰極エミッタ３０８に接続した表面までの距離）は、ｄ３’として定義されている。前記陽極電極３１０の前記陰極エミッタ３０８に対向する表面から、前記陰極電極の前記列引出し電極３０６に接続した表面までの距離は、ｄ４’として定義されている。前記ｄ２’は、前記ｄ４’より大きい。即ち、前記第二集束電極３１３の第一部分３１３ａは、前記陽極電極３１０を超えて、隣接する列引出し電極３０６へ延伸している。これにより、前記陰極エミッタ３０８の放出先３２２からの電子が、前記第二集束電極３１３を超えて、隣接する格子３１４に入ることを防止することができる。前記第二集束電極３１３の第二部分３１３ｂは、前記陽極電極３１０及び隣接する列引出し電極３０６の間に設置されている。前記第二集束電極３１３の第二部分３１３ｂは、それぞれ前記陽極電極３１０及び前記列引出し電極３０６と所定の距離で離れている。さらに、前記第二集束電極３１３の第二部分３１３ｂは、前記行引出し電極３０４に接触しない程度まで、前記第二集束電極３１３の第二部分３１３ｂはできるだけ長く設けることができる。これにより、前記陰極エミッタ３０８の放出先３２２からの電子が、前記陽極電極３１０を超えて、隣接する格子３１４に入ることを防止することができる。
【００３９】
さらに、前記陰極エミッタ３０８の放出先３２２からの電子が、前記陽極電極３１０を超えて、隣接する格子３１４に入ることを防止するために、前記第二集束電極３１３の第二部分３１３ｂの厚さは、前記蛍光層３０９の厚さより大きく設けられる。図６を参照すると、ここでの「厚さ」は、図面の紙に垂直する方向に沿う寸法である。
【００４０】
図８ａは、集束電極を設置しない電界放出装置の表示効果を示す写真である。図８ｂは、本願発明の集束電極を設置した電界放出装置の表示効果を示す写真である。図８ａの表示と比べて、本願発明の電界放出装置の表示効果がよくなり、クロストークの現象が減少した。本願発明の電界放出装置において、陰極エミッタの放出先からの電子を、陽極電極へ移動して蛍光層に衝突させることにより、前記電界放出装置を発光させる。前記電子は、集束電極の作用で集束されて、全て蛍光層に衝突される。従って、本願発明の電界放出装置において、クロストークという現象が減少し、電子の利用率が高くなる。
【符号の説明】
【００４１】
２００、３００ 電界放出装置
２０２、３０２ 絶縁基板
２０４、３０４ 行引出し電極
２０６、３０６ 列引出し電極
２０８、３０８ 陰極エミッタ
２０９、３０９ 蛍光層
２１０、３１０ 陽極電極
２１１、３１１ 第一集束電極
２１２、３１２ 陰極電極
２１３、３１３ 第二集束電極
２１４、３１４ 格子
２２０、３２０ 電子放出ユニット
２２２、３２２ 放出先
３１３ａ 第一部分
３１３ｂ 第二部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、該絶縁基板に設置した複数の電子放出ユニットと、複数の行引出し電極と、複数の列引出し電極と、を含む電界放出装置において、
前記複数の行引出し電極と、前記複数の列引出し電極とは、電気絶縁的に交叉して、複数の格子を形成しており、
各々の前記格子の中に、一つの前記電子放出ユニットが設置され、
一つの前記電子放出ユニットは、陽極電極と、陰極電極と、蛍光層と、陰極エミッタと、第一集束電極と、第二集束電極と、を含み、
前記陽極電極は、前記行引出し電極に接続され、前記陰極電極は、前記列引出し電極に接続され、
前記陰極エミッタは、前記陽極電極及び陰極電極の間に設置され、その一つの端部は前記陰極電極に接続され、そのもう一つの端部は前記陽極電極に対向し、
前記蛍光層は、前記陽極電極の前記絶縁基板に隣接する表面とは反対の表面に形成され、
前記第一集束電極及び第二集束電極は、それぞれ前記列引出し電極に接続され、前記行引出し電極及び前記陽極電極と絶縁的に設置され、前記陰極エミッタの両側に設置されていることを特徴とする電界放出装置。
【請求項２】
前記第二集束電極の長さは、前記陽極電極の前記陰極エミッタに対向する表面から、前記陰極電極の前記列引出し電極に接続した表面までの距離より大きいことを特徴とする、請求項１に記載の電界放出装置。
【請求項３】
前記第一集束電極又は第二集束電極を、前記陰極エミッタ及び前記陽極電極より厚く設けることを特徴とする、請求項１に記載の電界放出装置。
【請求項１】
絶縁基板と、該絶縁基板に設置した複数の電子放出ユニットと、複数の行引出し電極と、複数の列引出し電極と、を含む電界放出装置において、
前記複数の行引出し電極と、前記複数の列引出し電極とは、電気絶縁的に交叉して、複数の格子を形成しており、
各々の前記格子の中に、一つの前記電子放出ユニットが設置され、
一つの前記電子放出ユニットは、陽極電極と、陰極電極と、蛍光層と、陰極エミッタと、第一集束電極と、第二集束電極と、を含み、
前記陽極電極は、前記行引出し電極に接続され、前記陰極電極は、前記列引出し電極に接続され、
前記陰極エミッタは、前記陽極電極及び陰極電極の間に設置され、その一つの端部は前記陰極電極に接続され、そのもう一つの端部は前記陽極電極に対向し、
前記蛍光層は、前記陽極電極の前記絶縁基板に隣接する表面とは反対の表面に形成され、
前記第一集束電極及び第二集束電極は、それぞれ前記列引出し電極に接続され、前記行引出し電極及び前記陽極電極と絶縁的に設置され、前記陰極エミッタの両側に設置されていることを特徴とする電界放出装置。
【請求項２】
前記第二集束電極の長さは、前記陽極電極の前記陰極エミッタに対向する表面から、前記陰極電極の前記列引出し電極に接続した表面までの距離より大きいことを特徴とする、請求項１に記載の電界放出装置。
【請求項３】
前記第一集束電極又は第二集束電極を、前記陰極エミッタ及び前記陽極電極より厚く設けることを特徴とする、請求項１に記載の電界放出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【公開番号】特開２０１２−１２９１８２（Ｐ２０１２−１２９１８２Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４７４８３（Ｐ２０１１−４７４８３）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
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