JP2005243635A - 電子放出素子用電子放出源の形成方法とこれを利用した電子放出素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機残炭を生じることなく、カーボン系物質を選択的に所望のパターンに蒸着させることができ、追加的な表面処理を必要としない電子放出素子の電子放出源の形成方法、前記方法で形成された電子放出源、前記電子放出源を含み大面積にも適用することができ、寿命特性と電子放出特性に優れた電子放出素子、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 カーボン系物質、ならびに金属粒子、無機物粒子及び有機物質からなる群より選択される１種以上の帯電可能な粒子を、反対の電荷がかかった基板に蒸着する段階を含む電子放出源の形成方法。
【選択図】 図４

Description

本発明は電子放出素子用の電子放出源の形成方法とこれを利用した電子放出素子に関し、より詳しくは有機残炭を生じることなく、カーボン系物質を選択的に所望のパターンに蒸着させることができ、追加的な表面処理を必要とせず簡単な方法で寿命特性と電子放出特性とに優れた電子放出源を形成する方法およびこれを利用した電子放出素子に関する。

一般に、電子放出素子の一例として、電界放出表示装置（ＦＥＤ）は量子力学的なトンネリング効果を利用してカソード電極に提供された電子放出源から電子を放出させ、放出された電子をアノード電極に備えられた蛍光層に衝突させて、これを発光させることによって所定の映像を形成する表示装置であって、カソード電極、ゲート電極及びアノード電極を備えた３極管構造が広く使用されている。

電子放出素子の他の例としては、現在は熱電子放出を利用している各種電子装置に用い得る冷陰極が考えられる。冷陰極を加熱型陰極の替わりに用いれば、始動時の加熱時間が不要であり、また、局部的温度変化がなくなって、従来は考慮する必要があった熱膨張がなくなり、精密な小形真空電子装置を構成できる。

このような使用例において、従来の電子放出源として用いられた先端が鋭いスピントタイプに代替して、カソード電極上に任意形状、特に平坦形状に形成される構造が主に利用されている。このような面タイプ電子放出源はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）または黒鉛のようなカーボン系物質を、スクリーン印刷のような厚膜工程で塗布した後に焼成する過程を通じて完成され、スピントタイプ電子放出源と比較して製造工程が比較的に単純で、特に大面積表示装置製作に有利な点を有する。

この時、既存の方法はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を各電極に用いるためにＣＮＴをペースト化したり、スラリー法を利用して感光剤とともに塗布・現像するなど、選択的にＣＮＴパターンを形成するものであった。しかし、このような方法では、根本的に窒素雰囲気下の焼成時に、ＣＮＴと共に混合されていた有機物質が残炭となり、これを完全に除去することが難しい。このような残炭は後に真空ディバイス内で真空度を悪くしたり、ＣＮＴ電子放出源の寿命を短縮させる。そして、このような有機残炭成分によってＣＮＴの先端が露出されていなかったり、ＣＮＴが横になったりする。ＣＮＴが横になっていると、付加的な表面処理を通じてＣＮＴを垂直配向させなくてはならないという問題がある。なお、本願と関係がある文献として、特許文献１がある。
特開２００３−２５７３０４号公報

本発明は上述した従来の問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、有機残炭を生じることなくカーボン系物質を選択的に所望のパターンに蒸着させることができ、追加的な表面処理を必要としない電子放出素子の電子放出源の形成方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、前記方法で形成された電子放出源を提供することにある。

本発明の他の目的は、前記方法で形成された電子放出源を含み、大面積にも適用することができ、寿命特性と電子放出特性に優れた電子放出素子と、その製造方法とを提供することにある。

前記目的を達成するために本発明は、カーボン系物質、金属粒子、無機物粒子、及び有機物質からなる群より選択される１種以上の帯電可能な粒子を、前記帯電可能な粒子と反対の電荷を帯びた基板に蒸着する段階を含む電子放出源の形成方法を提供する。

また、本発明は前記方法で形成された電子放出源を提供する。

また、本発明は、任意の間隔をおいて対向配置され、密封材により接合されて真空容器を構成する第１基板及び第２基板；前記第１基板上に形成されたカソード電極；前記カソード電極と接し、カーボン系物質ならびに、金属粒子、無機物粒子、及び有機物質からなる群より選択される１種以上の帯電可能な粒子を、前記カーボン系物質および前記帯電可能な粒子と反対の電荷を帯びた前記第１基板上に蒸着して形成された電子放出源；前記第１基板上に形成されたゲート電極；前記カソード電極とゲート電極との間に形成される絶縁層；前記第２基板上に形成されたアノード電極；及び、前記アノード電極の一面に位置する蛍光スクリーンを含む電子放出素子を提供する。

また、本発明は、（ａ）透明な第１基板上部にカソード電極を形成する段階；（ｂ）前記第１基板上に絶縁層を形成し、前記絶縁層上にゲート層を形成した後、前記ゲート層と前記絶縁層とを貫通する孔を形成する段階；ならびに、（ｃ）カーボン系物質、金属粒子、無機物粒子、及び有機物質からなる群より選択される１種以上の帯電可能な粒子を、前記帯電可能な粒子と反対の電荷を帯びた前記第１基板上面に蒸着した後、焼成して電子放出源を形成する段階を含む電子放出素子の製造方法を提供する。

本発明は有機残炭を生じることなく、カーボン系物質を選択的に所望のパターンに蒸着させることができ、特に、ＣＮＴを蒸着させる場合には、ＣＮＴ先端を立ち上げるための追加的な表面処理を必要とせずに簡単な方法で寿命特性と電子放出特性に優れた電子放出源を形成することができ、これを利用して寿命特性と電子放出特性に優れた電子放出素子を提供する効果がある。

本発明の第一は、カーボン系物質、金属粒子、無機物粒子、及び有機物質からなる群より選択される１種以上の帯電可能な粒子を、前記カーボン系物質および前記帯電可能な粒子と反対の電荷を帯びた基板に蒸着する段階を含む電子放出源の形成方法である。

本発明の電界放出源の形成方法について、より詳細に述べると、カーボン系物質ならびに、金属粒子、無機物粒子、及び有機物質からなる群より選択される１種以上の帯電可能な粒子を、前記カーボン系物質および前記帯電可能な粒子と反対の電荷を帯びた基板に、各種粒子を一緒にまたは独立に蒸着する段階を含む電子放出源の形成方法である。

つまり、本発明ではカーボン系物質を金属粒子などのその他の粒子と共に蒸着する段階、または、その他の粒子を蒸着する段階とカーボン系物質を蒸着する段階とを含むことによりカーボン系物質を選択的に所望のパターンに蒸着させることができるというものである。

前記カーボン系物質および帯電可能な粒子の大きさは１ｎｍ乃至１００μｍであることが好ましい。粒子の大きさが１ｎｍ未満であればコーティングが不良となるおそれがあり、１００μｍを超えれば三極管での粒子パターン形成が困難となるおそれがある。前記カーボン系物質および帯電可能な粒子は静電粒子発生器によって電荷を帯びることができ、蒸着される粒子と基板との静電気の電極は負極と正極とを含むことが好ましい。蒸着は前記カーボン系物質および帯電可能な粒子の種類と、順序とに関係なく実施されることが好ましい。例えば、カーボン系物質を、金属粒子よりも先に蒸着しても良いし、後に蒸着してもよい。

カーボン系物質はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、黒鉛、ダイアモンド、ダイアモンド状カーボン、及びＣ_６０からなる群より選択される１種以上であることが好ましく、より好ましくはＣＮＴである。

金属粒子はＡｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｉｎ、及びＰｔからなる群より選択される１種以上であることが好ましい。

無機物粒子はフリット系、ＳｉＯ_２、ＰｂＯ、及びＴｉＯ_２からなる群より選択される１種以上であることが好ましい。

有機物質はエチルセルロース樹脂及びアクリレート樹脂からなる群より選択される１種以上であることが好ましい。

基板はフォトレジスト犠牲層、金属保護層、または有機保護層を有することができる。

以下、カーボン系物質としてＣＮＴを用い、帯電可能な粒子として金属粒子および無機物粒子を用いた際の本発明の電子放出源の形成方法をさらに詳細に説明する。

本発明の一実施形態はＣＮＴと金属粒子、および無機物粒子とを負に帯電した後、これらを正電荷を有する基板に選択的に所望の位置に蒸着させる方法である。これにより最終的に基板上にはＣＮＴと金属粒子のみが残り、従来のように蒸着時の粒子がＣＮＴに積層してしまうために別途ＣＮＴを立ち上げるための表面処理をしなくてもよい長所がある。

つまり、本発明は有機成分を含まないＣＮＴの粉末と金属粒子と無機物粒子とのみを各々負に帯電可能なようにした後、これらを正電荷を有する基板に付着させることによって、最終的に残るＣＮＴと金属粒子と無機物粒子との混合形態で存在するようにする。これにより、ＣＮＴは金属粒子無機物粒子との間を通って正電極面に立てられた形態で存在し、このようなＣＮＴは焼成後に付加的な表面処理を行わなくても電子放出源として使用することができるという長所がある。このような方法は基板のサイズに関係なく、たとえ大形でも、均一に蒸着させることができるという長所がある。また、有機残炭を生じることなく、ＣＮＴを選択的に所望のパターンに付着させることができ、従来は必要であったＣＮＴの掻き出しなどの、追加的な表面処理をしなくてもよい。

本発明はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）と金属粒子とを各々静電塗装方法を利用して負の電荷を帯びたまま噴射することが好ましく、基板上の一定部位に選択的な蒸着をする場合には、基板上にフォトレジスト（ＰＲ）犠牲層などを形成してから蒸着を所望する部分のみ、ＰＲ犠牲層などに窓を開けて蒸着することができる。この時、基板上に前記ＰＲ犠牲層以外にも他の保護膜として例えば金属保護層や有機保護層を使用することができる。

本発明で電子放出源を形成する方法の一実施形態をより具体的に説明すれば、まず、基板上に、ＣＮＴならびに金属粒子、および無機物粒子を負に帯電した後、これらを正に帯電した基板に蒸着（単なる電界吸着でもよい）させ、その上に再び負に帯電したカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を蒸着させる。その後、再び金属や無機物粒子の膜の厚さを調節して薄く蒸着させ、さらに再びカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を蒸着させる方法を繰り返すと、金属粒子および／または無機物粒子などの粒子同士の間にＣＮＴ繊維が立てられ、挟まっている形態のＣＮＴ電子放出源が形成される。次に、ここに少しの可塑工程を経て付着力を与えて犠牲層であるＰＲを除去し、本焼成を行って金属粒子が基板との付着力を有するようにする。したがって、最終的に得られた本発明によるＣＮＴ電子放出源は、選択的に所望の部分に形成され、有機物や残炭がなく、金属粒子や無機物粒子が混合されているＣＮＴを得ることができる。このような方法はＣＮＴを立てるための追加的な表面処理が必要でなく、残炭が残らないので寿命でも非常に有利な点を有している。

本発明の第二は、上述の方法により形成された電子放出素子用電子放出源である。

本発明の第三は、任意の間隔をおいて対向配置され、密封材により接合されて真空容器を構成する第１基板及び第２基板；第１基板上に形成されたカソード電極；カソード電極と接し、第１基板上に蒸着して形成された電子放出源；第１基板上に形成されたゲート電極；カソード電極とゲート電極との間に形成された絶縁層；第２基板上に形成されたアノード電極；ならびに、アノード電極の一面に位置する蛍光スクリーンを含み、電子放出源はカーボン系物質ならびに、金属粒子、無機物粒子、及び有機物質からなる群より選択される１種以上の帯電可能な粒子を前記カーボン系物質および帯電可能な粒子と反対の電荷を帯びた第１基板上に蒸着して形成された電子放出素子である。

帯電可能な粒子の大きさ、カーボン系物質、前記金属粒子、無機物粒子、有機物質の好ましい例については上述したとおりである。

以下、添付した図面を参照して本発明の電子放出表示素子の好ましい一実施形態をより詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態による電子放出表示素子を示した部分断面図である。

図１を参照すれば、本発明の電子放出素子は任意の大きさを有する第１基板（またはカソード基板）１と第２基板（またはアノード基板）２とを内部空間部が形成されるように所定の間隔をおいて実質的に平行に配置し、これらの外周を密封材２２により互いに結合させて真空容器を形成している。前記真空容器内において、第１基板１上には電子を放出することができる電子放出源１５が形成され、前記第２基板２上には前記電子放出源から放出された電子によって発光して所定のイメージを表示することができる発光部を形成している。この発光部の構成は例えば次のようになる。発光部は第２基板上に形成されたアノード電極１１と、アノード電極上に形成された蛍光スクリーン２１とからなり、蛍光スクリーン２１は蛍光層１３とブラックマトリックス（遮光層）１７とからなる。

前記電子放出源の構成としては第１基板１にはカソード電極３、絶縁層５及びゲート電極７が形成され、第２基板２にはアノード電極１１と蛍光層１３とが備えられる。カソード電極３とゲート電極７とは互いに直交する帯状パターンで形成しており、カソード電極３とゲート電極７との交差領域にはゲート電極７と絶縁層５とを貫通する孔５ａ、および孔７ａを形成している。そして、孔５ａ、および孔７ａによって露出されたカソード電極３表面に電子放出源１５が位置する。

本発明の第４は、（ａ）透明な第１基板上部にカソード電極を形成する段階；（ｂ）前記第１基板上に絶縁層を形成し、前記絶縁層上にゲート層を形成した後、前記ゲート層と前記絶縁層とを貫通する孔を形成する段階；ならびに（ｃ）カーボン系物質、金属粒子、無機物粒子、及び有機物質からなる群より選択される１種以上の帯電可能な粒子を、前記帯電可能な粒子と反対の電荷帯びた前記第１基板前面に蒸着した後、焼成して電子放出源を形成する段階を含む電子放出素子の製造方法である。

上記（ｃ）について、より詳細に述べると、カーボン系物質ならびに、金属粒子、無機物粒子、及び有機物質からなる群より選択される１種以上の帯電可能な粒子を、前記帯電可能な粒子と反対の電荷帯びた前記第１基板前面に蒸着した後、焼成して電子放出源を形成する段階である。

つまり、（ｃ）の段階においてはカーボン系物質を金属粒子などのその他の粒子と共に蒸着する工程、または、その他の粒子を蒸着する工程とカーボン系物質を蒸着する工程とを含むことによりカーボン系物質を選択的に所望のパターンに蒸着させることができる。

帯電可能な粒子の大きさ、カーボン系物質、前記金属粒子、無機物粒子、有機物質の好ましい例については上述したとおりである。また、電子放出表示素子の好ましい構成は上述したとおりである。

以下、添付した図面を参照して本発明の電子放出表示素子の製造方法の好ましい一実施形態をより詳細に説明する。

図１に示す絶縁層５の厚さは２０μｍが好ましく、誘電体ペーストを厚膜印刷、乾燥及び焼成する過程を数回繰り返して前述した厚さの絶縁層５を完成することができる。前記絶縁層を形成する誘電体ペーストは通常の組成のものを使用することができる。好ましくは、誘電体ペーストの組成はＳｉＯ_２、ＰｂＯ、ＴｉＯ_２、及びその他の通常の溶媒を含むことができる。

前記ゲート電極７は絶縁層５上に金属物質を蒸着し、これをパターニングしてカソード電極３と直交する帯形状に形成する。そして通常のフォトリソグラフィ工程を利用してカソード電極３とゲート電極７とが交差する領域にゲート電極７と絶縁層５を貫通する孔５ａ、および７ａを形成することによりカソード電極３が露出する。

本発明でゲート層と絶縁層とを貫通する孔を形成した後、露出したカソード電極３上に電子放出源１５を形成する、電子放出素子の製造方法は次の通りである。

本発明の電子放出源を形成する方法は従来の一般的なペースト組成物を利用することなく、カーボン系物質ならびに、金属粒子、無機物粒子、及び有機物質からなる群より選択される１種以上の帯電可能な粒子を、これらと反対の電荷を帯びた基板に蒸着する段階を含む。

この時、導電性を有するカーボン系粒子がカソード電極３及びゲート電極７にかけて形成されて二つの電極間に短絡を誘発することがあるため、このような電極短絡を防止するために選択的にＰＲ犠牲層などを使用して電子放出源１５を形成することもできる。ゲート電極７上および絶縁層５側面にフォトレジスト犠牲層、金属保護層、または有機保護層を形成することが好ましい。しかし、本発明が必ずこれに限定されるわけではなく、前記のようにＰＲ犠牲層などを形成せずに電界放出表示源を製造してもよい。

より好ましくは、本発明の電子放出源を形成する方法はＰＲ犠牲層を使用する図２ａのような段階を含む。

図２ａ乃至２ｇは本発明の好ましい一実施形態によるカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、金属粒子、及び無機物粒子に静電塗装を利用して負に帯電した後、３極管基板上に電子放出源を形成する過程を示した概略図である。図２ａ乃至２ｇで図面符号１はガラス基板であり、４はＩＴＯ透明電極（図１におけるカソード電極３）、５は絶縁層、６はＰＲ犠牲層、７はゲート電極、８は静電粒子（金属粒子、無機物粒子）、９は静電粒子（ＣＮＴ）、１０は（−）静電粒子発生器である。この時、静電粒子発生器１０が粒子を（＋）帯電させる場合、基板には（−）電圧がかかる。前記静電粒子発生器は通常のものを使用することができ、好ましくは塗装に使用される一般的な静電塗装に用いられる静電粒子発生器を利用することができる。

図２ａ乃至図２ｇを参照すると、本発明では（図２ａ）静電粒子発生器１０によって負の電荷を帯びた金属粒子８と無機物粒子８とをガラス基板１上の正の電荷を有するＩＴＯ透明電極４に蒸着し、（図２ｂ）カーボンナノチューブ９を蒸着し、（図２ｃ）金属粒子８と無機物粒子８をさらに蒸着し、（図２ｄ）カーボンナノチューブ９をさらに蒸着し、（図２ｅ）仮焼成工程を実施し、（図２ｆ）フォトレジスト犠牲層６の剥離工程を実施し、（図２ｇ）焼成工程を実施して電子放出源を形成する。

このような過程の好ましい一実施形態をより具体的に説明すれば、次の通りである。

本発明の好ましい一実施形態ではカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、金属粒子及び無機物粒子を静電粒子発生器で静電塗装の原理を利用して負に帯電可能なようにする。

その後、前記荷電粒子を正の電荷を有する基板上に均一に塗装する方法で噴射する。選択的にコーティングするための基板はＰＲを保護層として使用して蒸着される部分のみが露出されるようにパターニングをする。

蒸着順は金属粒子を先に蒸着させた後、ここにＣＮＴや無機物粒子を蒸着する。そして再びその上に金属粒子を最初より薄くて粗く蒸着した後、最後にＣＮＴを同じ方法で蒸着する。

このように順次カーボン系物質と帯電可能な粒子とを蒸着していく方法により、金属粒子や無機物粒子の間にＣＮＴ繊維が立てられた形態やＣＮＴの表面がよく露出されている形態に形成される。

次に、これを１２０℃で仮焼成してＣＮＴと基板との間に付着力を与えた後、ＰＲ犠牲層を除去して蒸着されてはならない部分の残渣を除去する。

ＰＲ犠牲層は第１基板１上面全体に形成することができ、通常のフォトリソグラフィ工程を利用してカソード電極３の上部の犠牲層を一部除去する。本発明でフォトリソグラフィ工程は前記方法に限定されるわけではなく、スクリーン印刷工程などでもよい。

最後に、前記残渣が除去されたものを４５０℃窒素雰囲気で本焼成して金属粒子とＣＮＴ、基板との付着力を付与し、ＣＮＴ電子放出源を完成する。

前記帯電可能な粒子はその大きさが１ｎｍ乃至１００μｍであるのが好ましく、粒子の大きさが１ｎｍ未満であればよくコーティングできないおそれがあり、１００μｍを超えれば三極管での粒子パターン形成が困難となるおそれがある。

前記基板に蒸着される粒子と基板の静電気の電極は負極または正極を構成する。この時、基板に（＋）電圧がかかると帯電可能な粒子は（−）電荷になり、帯電可能な粒子が（＋）電荷であれば、基板は（−）電荷を帯びる。また、電極は電荷が零である状態で、（＋）または（−）に電荷を付与すればさらに効果が良い。

また、前記基板に蒸着させる粒子の蒸着順は帯電可能な粒子の種類と順序に関係なく実施することができる。つまり、ＣＮＴと無機物粒子などを混合したり、各々順序に関係なく蒸着することができる。例えば、帯電可能な粒子が基板に蒸着される順は金属粒子、カーボン類、金属粒子、カーボン類の順に実施することができるが、これに限定されない。本発明の一実施形態として、静電塗装を行うために準備されたカーボンナノチューブ、ガラスフリット固形粉、金属粒子、有機物質が混合された形態で存在するパウダーの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図３に示す。

前記カーボン系物質はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、黒鉛、ダイアモンド、ダイアモンド状カーボン、及びＣ_６０（フラーレン）からなる群より１種以上選択されるのが好ましい。前記金属粒子はＡｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｉｎ、及びＰｔからなる群より以上選択される１種以上が好ましい。前記無機物粒子はフリット系、ＳｉＯ_２、ＰｂＯ、及びＴｉＯ_２からなる群より選択される１種以上が好ましい。前記有機物質はエチルセルロース（ＥＣ）樹脂、アクリレート樹脂からなる群より選択される１種以上が好ましい。

上述のように形成された電子放出源は、前記真空容器の外部から前記カソード電極３及びゲート電極７に印加される電圧によって、前記カソード電極３とゲート電極７との間に形成される電界分布によって前記電子放出源１５から電子を放出する。

前記カソード電極３は所定のパターン、例えば帯状形状で前記第１基板１の一方向に沿って形成され、前記絶縁層５は前記カソード電極３を覆いながら前記第１基板１上に全体的に配置される。

また、前記絶縁層５上には、前記絶縁層５に形成された孔５ａと貫通する孔７ａを有するゲート電極７が複数形成されるが、このゲート電極７は前記カソード電極３と直交する方向に任意の間隔をおいて帯状形状を維持して形成される。

このように形成された電子放出源を含む電子放出素子において、発光部の構成は、前記第２基板２の一面（前記第１基板と対向する面）に形成されるアノード電極１１と、このアノード電極１１上に形成される赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の蛍光層１３を含んで構成される。

第１基板１に対向する第２基板２の一面にはアノード電極が形成され、アノード電極の一面には蛍光膜１３とブラックマトリックス（遮光層）１７とからなる蛍光スクリーン２１が形成される。アノード電極はインジウムティンオキシド（ＩＴＯ）のような透明電極で備えられる。一方、蛍光スクリーン表面にはメタルバック効果によって画面の輝度を高める金属膜（図示せず）を配置することができ、この場合、透明電極を省略して金属膜をアノード電極として使用することができる。

前記でアノード電極１１は前記カソード電極３の長さ方向と平行な方向に長く配置される帯状パターンを維持して、前記第２基板２上に任意の間隔をおいて複数形成され、前記蛍光膜１３は前記アノード電極１１上に電気泳動法、スクリーン印刷、スピンコーティングなどの製造方法を通じて形成することができる。

以上で説明した本発明の方法を利用すれば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）をｃ−ＦＥＤ３極管構造内に有機成分の残炭が残らない条件でＣＮＴと金属及び無機物粒子のみの組み合わせで所望の部分に選択的に蒸着させることができる。また、その後ＣＮＴを立ち上げるための追加的な表面処理がなくても均一な電子放出位置を形成することができる。このような方法は基本的に従来ペーストやスラリー組成物のように有機成分の溶媒や樹脂を使用しないために真空ディスプレイとしての寿命を確保するのに非常に重要な役割を果たすことができる。さらに、ディスプレイの面積に関わらず大面積化するのにも容易である。

以下、本発明の好ましい実施例及び比較例を記載する。下記の実施例は本発明をより明確に表現するためのものであり、本発明の内容が下記の実施例に限定されるわけではない。

（実施例１）
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ、長さ２〜３μｍ）１０ｇと金属粒子としてＡｇ（平均粒径１μｍ）３０ｇ、無機物粒子としてガラスフリット（平均粒径１μｍ）２０ｇ、及び有機物質としてイソブチルアクリレート（平均粒径１μｍ）４０ｇを混合して図２ａに示したような静電粒子発生器を利用して静電塗装の原理で負に帯電した。次に、前記荷電粒子を正の電荷を有する基板上に均一に塗装する方法で噴射した。この時、選択的にコーティングするために基板はＰＲ犠牲層を保護層として使用して、蒸着される部分のみが露出されるようにＰＲ犠牲層をパターニングした。

蒸着の順序は金属粒子、無機物粒子、及び有機物質を先に蒸着させた後、ＣＮＴを蒸着した。そして再びその上に金属粒子、無機物粒子、及び有機物質を最初より薄くて粗く蒸着した後、最後にＣＮＴを同じ方法で蒸着した。このように順次的な方法を使用して金属粒子や無機物粒子の間にＣＮＴが立てられた形態や表面によく露出されている形態で残った。

その後、これを１２０℃で仮焼成工程し、ＰＲ犠牲層を除去して蒸着されてはならない部分の残渣を除去した。最後に、４５０℃の窒素雰囲気で本焼成を行って金属粒子、無機物粒子、有機物質、及びＣＮＴ、基板との付着力を与えて電子放出源を形成した。

（比較例１）
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）３ｇ、ガラスフリット０．８ｇを定量した後、混合した。その次に感光性モノマー１５ｇ、光開始剤８ｇ、溶媒としてテルピネオール１５ｇ、有機バインダー樹脂としてアクリレート樹脂６０ｇを混合してビヒクルを得た。その後、前記カーボンナノチューブを含む混合物とビヒクルを混合した後、攪拌してペースト組成物を製造した。このペースト組成物を印刷器でスクリーン印刷した後、９０℃で１０分間熱処理した。そして、平行光露光器で露光し（露光エネルギー：１０乃至２００００ｍＪ／ｃｍ^２）、アルカリ溶液を利用したスプレー方法で現像した。次いで、焼成炉で４５０乃至５５０℃で焼成し、ＣＮＴ膜を表面処理して電子放出源を得た。

（実験例）
前記実施例１と比較例１とに対して、二極管方法で電子放出源に対する電流量を測定した。その結果を図４に示す。図４は本発明の実施例１によって形成された電子放出源と比較例１の電子放出源の電子放出（Ｉ−Ｖ）特性を比較して示した図面である。

図４に示すように、既存のペーストを利用して印刷法でコーティングした比較例１のＣＮＴ電子放出源に比べて、本発明の静電塗装の方法でコーティングして形成された実施例１の電子放出源の場合、放出電流密度が二極管基準の５Ｖ／μｍで約３倍増加しており、同じ電流密度（２００μＡ／ｃｍ^２）を得るための動作電界も１Ｖ／μｍ以上低くすることができることが分かる。つまり、本発明の方法は放出電流密度、動作電圧、寿命、大面積化において全ての長所を有しているＣＮＴ電子放出源形成方法であることを確認することができる。

また、本発明の実施例１の場合、残炭が残っていなかったが、比較例１の場合有機残炭の比率は１０％であった。

本発明による電子放出素子の部分断面図である。 負に帯電した粒子を蒸着する過程を示した概略図である。 ＣＮＴを蒸着する過程を示した概略図である。 負に帯電した粒子を蒸着する過程を示した概略図である。 ＣＮＴを蒸着する過程を示した概略図である。 仮焼成した電界放出素子の一部分を示した断面概略図である。 ＰＲ犠牲層を剥離した電界放出素子の一部分を示した断面概略図である。 焼成した電界放出素子の一部分を示した断面概略図である。 本発明の一実施例によって静電塗装をするために準備されたカーボンナノチューブ、ガラスフリット固形粉、金属粒子、有機バインダーが混合された形態で存在するパウダーの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示した図面である。 本発明の実施例１によって形成された電子放出源と、比較例１の電子放出源の電子放出（Ｉ−Ｖ）特性を比較して示した図面である。

符号の説明

１ 第１基板、カソード基板、ガラス基板、
２ 第２基板、アノード基板、
３ カソード電極、
４ ＩＴＯ透明電極、
５ 絶縁層、
６ ＰＲ犠牲層
７ ゲート電極、
８、９ 静電粒子、
１０ 静電粒子発生器、
１１ アノード電極、
１３ 蛍光層、
１５ 電子放出源、
１７ ブラックマトリックス、
２１ 蛍光スクリーン、
２２ 密封材、
５ａ、７ａ 孔。

Claims (23)

1. カーボン系物質、金属粒子、無機物粒子、及び有機物質からなる群より選択される１種以上の帯電可能な粒子を、前記帯電可能な粒子と反対の電荷を帯びた基板に蒸着する段階を含む電子放出源の形成方法。
2. 前記帯電可能な粒子の大きさが１ｎｍ乃至１００μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の電子放出源の形成方法。
3. 前記帯電可能な粒子は静電粒子発生器によって電荷を帯びることができ、蒸着される前記粒子と前記基板との静電気の電極は負極と正極とを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の電子放出源の形成方法。
4. 前記蒸着は前記帯電可能な粒子の種類と、蒸着する順序とに関係なく実施されることを特徴とする、請求項１〜３に記載の電子放出源の形成方法。
5. 前記カーボン系物質はカーボンナノチューブ、黒鉛、ダイアモンド、ダイアモンド状カーボン、及びＣ_６０からなる群より選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１に記載の電子放出源の形成方法。
6. 前記金属粒子はＡｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｉｎ、及びＰｔからなる群より選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１に記載の電子放出源の形成方法。
7. 前記無機物粒子はフリット系、ＳｉＯ_２、ＰｂＯ、及びＴｉＯ_２からなる群より選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１に記載の電子放出源の形成方法。
8. 前記有機物質はエチルセルロース樹脂及びアクリレート樹脂からなる群より選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１に記載の電子放出源の形成方法。
9. 前記基板はフォトレジスト犠牲層、金属保護層、または有機保護層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の形成方法。
10. （ａ）静電粒子発生器によって負の電荷を帯びた金属粒子と無機物粒子とを正の電荷を有する基板に蒸着し、
    （ｂ）前記カーボン系物質を蒸着し、
    （ｃ）前記金属粒子および／または前記無機物粒子をさらに蒸着し、
    （ｄ）前記カーボン系物質をさらに蒸着し、
    （ｅ）仮焼成工程を実施し、
    （ｆ）フォトレジスト犠牲層剥離工程を実施し、
    （ｇ）焼成工程を実施する段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電子放出源の形成方法。
11. 請求項１に記載の方法により形成された電子放出素子用電子放出源。
12. 任意の間隔をおいて対向配置され、密封材により接合されて真空容器を構成する第１基板及び第２基板；
    前記第１基板上に形成されたカソード電極；
    前記カソード電極と接し、前記第１基板上に蒸着して形成された電子放出源；
    前記第１基板上に形成されたゲート電極；
    前記カソード電極と前記ゲート電極との間に形成された絶縁層；
    前記第２基板上に形成されたアノード電極；ならびに
    前記アノード電極の一面に位置する蛍光スクリーンを含み、
    前記電子放出源はカーボン系物質ならびに、金属粒子、無機物粒子、及び有機物質からなる群より選択される１種以上の帯電可能な粒子を、前記カーボン系物質および前記帯電可能な粒子と反対の電荷を帯びた前記第１基板上に蒸着して形成された電子放出素子。
13. 前記カーボン系物質および前記帯電可能な粒子の大きさが１ｎｍ乃至１００μｍであることを特徴とする、請求項１２に記載の電子放出素子。
14. 前記カーボン系物質はカーボンナノチューブ、黒鉛、ダイアモンド、ダイアモンド状カーボン、及びＣ_６０からなる群より選択される一種以上であることを特徴とする、請求項１２に記載の電子放出素子。
15. 前記金属粒子はＡｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｉｎ、及びＰｔからなる群より選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１２に記載の電子放出素子。
16. 前記無機物粒子はフリット系、ＳｉＯ_２、ＰｂＯ、及びＴｉＯ_２からなる群より選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１２に記載の電子放出素子。
17. 前記有機物質はエチルセルロース樹脂及びアクリレート樹脂からなる群より選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１２に記載の電子放出素子。
18. （ａ）透明な第１基板上部にカソード電極を形成する段階；
    （ｂ）前記第１基板上に絶縁層を形成し、前記絶縁層上にゲート層を形成した後、前記ゲート層と前記絶縁層とを貫通する孔を形成する段階；ならびに
    （ｃ）カーボン系物質、金属粒子、無機物粒子、及び有機物質からなる群より選択される１種以上の帯電可能な粒子を、前記帯電可能な粒子と反対の電荷を帯びた前記第１基板前面に蒸着した後、焼成して電子放出源を形成する段階を含む電子放出素子の製造方法。
19. 前記帯電可能な粒子の大きさが１ｎｍ乃至１００μｍであることを特徴とする、請求項１８に記載の電子放出素子の製造方法。
20. 前記カーボン系物質はカーボンナノチューブ、黒鉛、ダイアモンド、ダイアモンド状カーボン、及びＣ_６０からなる群より選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１８に記載の電子放出素子の製造方法。
21. 前記金属粒子はＡｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｉｎ、及びＰｔからなる群より選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１８に記載の電子放出素子の製造方法。
22. 前記無機物粒子はフリット系、ＳｉＯ_２、ＰｂＯ、及びＴｉＯ_２からなる群より選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１８に記載の電子放出素子の製造方法。
23. 前記有機物質はエチルセルロース樹脂及びアクリレート樹脂からなる群より選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１８に記載の電子放出素子の製造方法。