JP2000277003A - 電子放出源の製造方法及び電子放出源 - Google Patents
電子放出源の製造方法及び電子放出源Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造が容易で電子放出特性に優れた電子放出
源の製造方法及び電子放出源を提供すること。 【解決手段】 チャンバ１０１を圧力１ＰａのＨｅ雰囲
気にして、直流１００Ａのアーク電流を流して１秒間ア
ーク放電させて、陰極１０２を局所的に加熱させると、
陰極１０２を構成する陰極材料が飛散して、表面に多数
のカーボンナノチューブが形成されたカーボン粒子が生
じる。前記カーボン粒子を収集して、電子放出源のエミ
ッタとして使用する。
源の製造方法及び電子放出源を提供すること。 【解決手段】 チャンバ１０１を圧力１ＰａのＨｅ雰囲
気にして、直流１００Ａのアーク電流を流して１秒間ア
ーク放電させて、陰極１０２を局所的に加熱させると、
陰極１０２を構成する陰極材料が飛散して、表面に多数
のカーボンナノチューブが形成されたカーボン粒子が生
じる。前記カーボン粒子を収集して、電子放出源のエミ
ッタとして使用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出源の製造
方法およびこれによって製造した電子放出源に関する。
方法およびこれによって製造した電子放出源に関する。
【０００２】
【従来の技術】電界（電子）放出源は、熱エネルギーを
利用する電子源（熱電子放出源）に比べ、省エネルギー
で長寿命化が可能など、優れた点が多い。現在よく使わ
れている電界放出源の材料としては、シリコン（Ｓｉ）
などの半導体、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）などの金属、Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂ
ｏｎ（ＤＬＣ）などが知られている。
利用する電子源（熱電子放出源）に比べ、省エネルギー
で長寿命化が可能など、優れた点が多い。現在よく使わ
れている電界放出源の材料としては、シリコン（Ｓｉ）
などの半導体、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）などの金属、Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂ
ｏｎ（ＤＬＣ）などが知られている。
【０００３】電界放出現象は、金属または半導体表面の
印加電界を１０９Ｖ／ｍ程度にするとトンネル効果によ
り障壁を通過して常温でも真空中に電子放出が行われ
る。このため、エミッション部（以下エミッタという）
へ引き出し電極部（以下ゲート電極部という）から、い
かに高い電界をかけるかがその引き出し電流を決定す
る。このため、エミッタが鋭利な先端を持つほど、該エ
ミッタに印加される電界強度が高くなることが知られて
いる。このため、前記の半導体、金属の電子放出部の先
端を鋭利な針状に加工することが必要となる。
印加電界を１０９Ｖ／ｍ程度にするとトンネル効果によ
り障壁を通過して常温でも真空中に電子放出が行われ
る。このため、エミッション部（以下エミッタという）
へ引き出し電極部（以下ゲート電極部という）から、い
かに高い電界をかけるかがその引き出し電流を決定す
る。このため、エミッタが鋭利な先端を持つほど、該エ
ミッタに印加される電界強度が高くなることが知られて
いる。このため、前記の半導体、金属の電子放出部の先
端を鋭利な針状に加工することが必要となる。
【０００４】また、電界放出を安定に行わせるために、
その動作雰囲気を１０−８Ｔｏｒｒ以上の高真空に保つ
必要がある。この点から、最近カーボンナノチューブが
電界放出源材料として注目されつつある。カーボンナノ
チューブはその外径が１０〜数１０ｎｍ、長さが数μｍ
と形状的には低電圧で電界放出を行わせるのに十分な構
造形態を持ち、その材料である、カーボンは化学的に安
定、機械的にも強靱であるという特徴を持つため、電界
放出源としては、理想的な材料である。
その動作雰囲気を１０−８Ｔｏｒｒ以上の高真空に保つ
必要がある。この点から、最近カーボンナノチューブが
電界放出源材料として注目されつつある。カーボンナノ
チューブはその外径が１０〜数１０ｎｍ、長さが数μｍ
と形状的には低電圧で電界放出を行わせるのに十分な構
造形態を持ち、その材料である、カーボンは化学的に安
定、機械的にも強靱であるという特徴を持つため、電界
放出源としては、理想的な材料である。
【０００５】従来のカーボンナノチューブの製造方法と
しては、特開平６−２８０１１６号公報に記載されてい
るように、圧力２００Ｔｏｒｒ〜２，５００Ｔｏｒｒの
Ｈｅなどの高圧ガス雰囲気中で、カーボン直流（ＤＣ）
アーク放電により、陰極のカーボン電極にカーボンナノ
チューブを含有したカーボン堆積物を作る方法がある。
カーボンナノチューブは、前記のカーボン堆積物の無定
型炭素の殻（シェル（Ｓｈｅｌｌ））の内部（コア（Ｃ
ｏｒｅ））に、集積された束となって形成されており、
通常はこのコアを超音波分散させて、フィルターなどで
カーボンナノチューブなどを抽出分級して採集する。
しては、特開平６−２８０１１６号公報に記載されてい
るように、圧力２００Ｔｏｒｒ〜２，５００Ｔｏｒｒの
Ｈｅなどの高圧ガス雰囲気中で、カーボン直流（ＤＣ）
アーク放電により、陰極のカーボン電極にカーボンナノ
チューブを含有したカーボン堆積物を作る方法がある。
カーボンナノチューブは、前記のカーボン堆積物の無定
型炭素の殻（シェル（Ｓｈｅｌｌ））の内部（コア（Ｃ
ｏｒｅ））に、集積された束となって形成されており、
通常はこのコアを超音波分散させて、フィルターなどで
カーボンナノチューブなどを抽出分級して採集する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記従来のカーボンナ
ノチューブの製造方法においては、ＤＣアーク放電によ
る陰極のカーボン堆積物からカーボンナノチューブを採
集するため、カーボンナノチューブの採集率が極めて低
く、またその製造方法も複雑になるという問題があっ
た。従って、前記のようにして得られたカーボンナノチ
ューブは極めて高価であり、それを用いて電子放出源を
製造することは、コスト的にも採算がとれないという問
題点があった。
ノチューブの製造方法においては、ＤＣアーク放電によ
る陰極のカーボン堆積物からカーボンナノチューブを採
集するため、カーボンナノチューブの採集率が極めて低
く、またその製造方法も複雑になるという問題があっ
た。従って、前記のようにして得られたカーボンナノチ
ューブは極めて高価であり、それを用いて電子放出源を
製造することは、コスト的にも採算がとれないという問
題点があった。
【０００７】また、従来のカーボンナノチューブを電子
放出源として、実装する工程としては、カーボンナノチ
ューブをペースト化して所定電極上に印刷形成する試み
も行われているが、印刷ペーストの溶剤の粘度、添加物
のため、印刷後のカーボンナノチューブは基板に沿って
倒れているものがほとんどであり、このため有効な電界
放出効果が得られず、引き出し電圧が高い、引き出し電
流が小さいなどの問題点があった。
放出源として、実装する工程としては、カーボンナノチ
ューブをペースト化して所定電極上に印刷形成する試み
も行われているが、印刷ペーストの溶剤の粘度、添加物
のため、印刷後のカーボンナノチューブは基板に沿って
倒れているものがほとんどであり、このため有効な電界
放出効果が得られず、引き出し電圧が高い、引き出し電
流が小さいなどの問題点があった。
【０００８】本発明は、製造が容易で電子放出特性に優
れた電子放出源の製造方法を提供することを課題として
いる。また、本発明は、電子放出特性に優れ、かつ基板
への実装が容易で製造が容易な電子放出源を提供するこ
とすることを課題としている。
れた電子放出源の製造方法を提供することを課題として
いる。また、本発明は、電子放出特性に優れ、かつ基板
への実装が容易で製造が容易な電子放出源を提供するこ
とすることを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、所定ガ
ス圧１０Ｔｏｒｒから１０−６Ｔｏｒｒの雰囲気中で、
グラファイトまたは所定の触媒金属を含有するグラファ
イトからなる固体または粉末材料をプラズマ中高温瞬間
加熱することにより、カーボンを単原子レベルに分解
し、改めて結晶核を中心に、カーボンナノチューブ、ナ
ノカプセルあるいはフラーレンが再結晶化される。
ス圧１０Ｔｏｒｒから１０−６Ｔｏｒｒの雰囲気中で、
グラファイトまたは所定の触媒金属を含有するグラファ
イトからなる固体または粉末材料をプラズマ中高温瞬間
加熱することにより、カーボンを単原子レベルに分解
し、改めて結晶核を中心に、カーボンナノチューブ、ナ
ノカプセルあるいはフラーレンが再結晶化される。
【００１０】そのため、前記カーボンナノチューブ、ナ
ノカプセル、フラーレンまたはこれらの中のいずれかの
混合物を含む炭素系物質、あるいはその表面にカーボン
ナノチューブ、ナノカプセルまたはフラーレンの中の少
なくとも一つが成長したカーボン微粒子を含む炭素系物
質が生成する。前記炭素系物質は電界の作用によって電
子を放出する電子放出材料として使用できる。
ノカプセル、フラーレンまたはこれらの中のいずれかの
混合物を含む炭素系物質、あるいはその表面にカーボン
ナノチューブ、ナノカプセルまたはフラーレンの中の少
なくとも一つが成長したカーボン微粒子を含む炭素系物
質が生成する。前記炭素系物質は電界の作用によって電
子を放出する電子放出材料として使用できる。
【００１１】本発明によれば、電子放出材料をエミッタ
として複数の電極間に配設して成る電子放出源の製造方
法において、前記のようにして得られた前記電子放出材
料を絶縁体、半導体または金属体からなる基板上に被着
させて、エミッタとして使用することを特徴とする電子
放出源の製造方法およびその方法により製造された電子
放出源が提供される。
として複数の電極間に配設して成る電子放出源の製造方
法において、前記のようにして得られた前記電子放出材
料を絶縁体、半導体または金属体からなる基板上に被着
させて、エミッタとして使用することを特徴とする電子
放出源の製造方法およびその方法により製造された電子
放出源が提供される。
【００１２】所定のガス圧１０Ｔｏｒｒから１０−６Ｔ
ｏｒｒの雰囲気の中での、高温瞬間加熱方法としては、
真空アーク放電法、真空熱プラズマ法、レーザーアブレ
ーション法が、更に補助加熱として、抵抗加熱やレーザ
ー加熱、ランプ加熱がある。ここで真空アーク放電法と
は、陰極アークおよび陽極アークを含んでいるものであ
り、されにこれらは、直流、交流、単発パルズおよび繰
返しパルス電流アーク型が利用できる。従来のアーク放
電法は、熱的に圧縮された陽光柱を持ち、陽極、陰極と
もに活性で、その表面に電極点を有する。
ｏｒｒの雰囲気の中での、高温瞬間加熱方法としては、
真空アーク放電法、真空熱プラズマ法、レーザーアブレ
ーション法が、更に補助加熱として、抵抗加熱やレーザ
ー加熱、ランプ加熱がある。ここで真空アーク放電法と
は、陰極アークおよび陽極アークを含んでいるものであ
り、されにこれらは、直流、交流、単発パルズおよび繰
返しパルス電流アーク型が利用できる。従来のアーク放
電法は、熱的に圧縮された陽光柱を持ち、陽極、陰極と
もに活性で、その表面に電極点を有する。
【００１３】これに対して真空アーク放電法は拡散放電
ともいわれるものであり、一般に、陰極のみ活性で陰極
点は存在するが、陽極点や陽光柱は存在しない。ただ
し、陽極を陰極に比べてかなり小さくすると、陽極点が
形成され、陽極アークとなる。これに対して陰極真空ア
ークプラズマ法は、グラファイトまたは所定の触媒金属
を含有するグラファイトからなる固体または粉末材料を
陰極とし、それを取り囲む容器内壁が陽極の役割を果た
す。
ともいわれるものであり、一般に、陰極のみ活性で陰極
点は存在するが、陽極点や陽光柱は存在しない。ただ
し、陽極を陰極に比べてかなり小さくすると、陽極点が
形成され、陽極アークとなる。これに対して陰極真空ア
ークプラズマ法は、グラファイトまたは所定の触媒金属
を含有するグラファイトからなる固体または粉末材料を
陰極とし、それを取り囲む容器内壁が陽極の役割を果た
す。
【００１４】従って、陰極点のみが存在し、陰極材料の
みが蒸発して、プラズマを構成する粒子を供給する。ま
た前記陰極真空アークプラズマ方式として、その陰極点
およびアークプラズマ領域を磁界により圧縮し、電流密
度を上げ、陰極点の温度を上げて、より多くのカーボン
ナノチューブ、ナノカプセル、フラーレンの中の少なく
とも一つを含む炭素系物質が表面に成長したカーボン粒
子を生成することが出来る。
みが蒸発して、プラズマを構成する粒子を供給する。ま
た前記陰極真空アークプラズマ方式として、その陰極点
およびアークプラズマ領域を磁界により圧縮し、電流密
度を上げ、陰極点の温度を上げて、より多くのカーボン
ナノチューブ、ナノカプセル、フラーレンの中の少なく
とも一つを含む炭素系物質が表面に成長したカーボン粒
子を生成することが出来る。
【００１５】またアークプラズマ法では、直流電流を連
続的あるいは間欠的に印加する、またはパルス電流を印
加する方式を用い、前記ガスとしては、ＣＸＨＹＯＺＮ
Ｗ系（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗ≧０）で表されるガスあるいは希
ガスを使用することが出来る。また触媒金属としては、
Ｎｉ、Ｙ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｗ、Ｖ、Ｐｄおよ
びそれらの混合物が使用できる。またその触媒金属含有
方法としては、固体または粉体材料中への混合または、
固体中へ固体触媒金属を埋設する。
続的あるいは間欠的に印加する、またはパルス電流を印
加する方式を用い、前記ガスとしては、ＣＸＨＹＯＺＮ
Ｗ系（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗ≧０）で表されるガスあるいは希
ガスを使用することが出来る。また触媒金属としては、
Ｎｉ、Ｙ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｗ、Ｖ、Ｐｄおよ
びそれらの混合物が使用できる。またその触媒金属含有
方法としては、固体または粉体材料中への混合または、
固体中へ固体触媒金属を埋設する。
【００１６】更に、前記絶縁体、半導体または金属体か
らなる基板は、前記のようにして電子放出源を生成する
ための生成用材料の近傍に配設され、生成したカーボン
ナノチューブやカーボン粒子等の電子放出材料を直接被
着することにより前記電子放出源を形成することも可能
となる。また前記基板には、直流バイアスまたはＲＦバ
イアスを印加して、形成効率を改善することも出来る。
らなる基板は、前記のようにして電子放出源を生成する
ための生成用材料の近傍に配設され、生成したカーボン
ナノチューブやカーボン粒子等の電子放出材料を直接被
着することにより前記電子放出源を形成することも可能
となる。また前記基板には、直流バイアスまたはＲＦバ
イアスを印加して、形成効率を改善することも出来る。
【００１７】さらにまた前記基板に、前記電子放出源を
ペースト状にして、印刷法、電着法、スラリー形成法、
ドクターブレード法、沈降法、インクジェット印刷法な
どにより形成するか、または粉体状熊で静電吸着被着さ
せることにより前記電子源層を形成してもよい。また前
記基板は、第１の電極、絶縁層、第２の電極およびリフ
トオフ層が堆積されると共に、前記第１の電極が露出す
るように凹部が形成されており、前記基板に前記電子放
出材料を被着してエミッタを形成した後、前記リフトオ
フ層を除去する。
ペースト状にして、印刷法、電着法、スラリー形成法、
ドクターブレード法、沈降法、インクジェット印刷法な
どにより形成するか、または粉体状熊で静電吸着被着さ
せることにより前記電子源層を形成してもよい。また前
記基板は、第１の電極、絶縁層、第２の電極およびリフ
トオフ層が堆積されると共に、前記第１の電極が露出す
るように凹部が形成されており、前記基板に前記電子放
出材料を被着してエミッタを形成した後、前記リフトオ
フ層を除去する。
【００１８】または第１の電極、抵抗層、絶縁層、第２
の電極およびリフトオフ層が堆積されると共に、前記抵
抗層が露出するように凹部が形成されており、前記電子
放出材料を基板に被着してエミッタを形成した後、前記
リフトオフ層を除去する。これにより作製した電子放出
源の第１の電極と第２の電極間に所定の電圧を印加する
ことにより、電界放出現象により、前記電子放出材料に
含まれるカーボンナノチューブ、ナノカプセル、フラー
レンの先端または前記カーボン粒子表面のカーボンナノ
チューブ、ナノカプセル、フラーレンの先端から電子が
放出される。尚、プラズマを使用した場合には、熱分解
で得られるよりも更に低分子のラジカル分子を生成し、
反応性を向上、制御することができる。
の電極およびリフトオフ層が堆積されると共に、前記抵
抗層が露出するように凹部が形成されており、前記電子
放出材料を基板に被着してエミッタを形成した後、前記
リフトオフ層を除去する。これにより作製した電子放出
源の第１の電極と第２の電極間に所定の電圧を印加する
ことにより、電界放出現象により、前記電子放出材料に
含まれるカーボンナノチューブ、ナノカプセル、フラー
レンの先端または前記カーボン粒子表面のカーボンナノ
チューブ、ナノカプセル、フラーレンの先端から電子が
放出される。尚、プラズマを使用した場合には、熱分解
で得られるよりも更に低分子のラジカル分子を生成し、
反応性を向上、制御することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る電子放出源の製造方法に使用する陰極真空アーク
プラズマ法に使用する装置の概略図である。図１に於い
て、ＳＵＳ３０４で形成され、陽極として機能するチャ
ンバー１０１内には、陰極１０２およびＭｏ製のトリガ
電極１０３が配設されている。
に係る電子放出源の製造方法に使用する陰極真空アーク
プラズマ法に使用する装置の概略図である。図１に於い
て、ＳＵＳ３０４で形成され、陽極として機能するチャ
ンバー１０１内には、陰極１０２およびＭｏ製のトリガ
電極１０３が配設されている。
【００２０】カーボンナノチューブ、ナノカプセル、フ
ラーレンまたはこれらの中のいずれかの混合物を含む物
質、あるいはカーボンナノチューブ、ナノカプセル、フ
ラーレンの中の少なくとも一つが表面に成長した粒子
（カーボン粒子）を含む炭素系物質を生成するための生
成用材料である陰極１０２の材料として、例えば、グラ
ファイト（純度９９．９９８ｗｔ％）やＮｉ−Ｙ含有グ
ラファイト（Ｎｉ：１４．６ｗｔ％、Ｙ：４．９ｗｔ
％）、Ｙ含有グラファイト（Ｙ：０．８２ｗｔ％）、Ｆ
ｅ含有グラファイト（Ｆｅ：３．０ｗｔ％）またはＣｏ
含有グラファイト（Ｃｏ：３．０ｗｔ％）などの触媒金
属を含有するグラファイトなど、グラファイトを使用し
た種々の材料が利用出来る。
ラーレンまたはこれらの中のいずれかの混合物を含む物
質、あるいはカーボンナノチューブ、ナノカプセル、フ
ラーレンの中の少なくとも一つが表面に成長した粒子
（カーボン粒子）を含む炭素系物質を生成するための生
成用材料である陰極１０２の材料として、例えば、グラ
ファイト（純度９９．９９８ｗｔ％）やＮｉ−Ｙ含有グ
ラファイト（Ｎｉ：１４．６ｗｔ％、Ｙ：４．９ｗｔ
％）、Ｙ含有グラファイト（Ｙ：０．８２ｗｔ％）、Ｆ
ｅ含有グラファイト（Ｆｅ：３．０ｗｔ％）またはＣｏ
含有グラファイト（Ｃｏ：３．０ｗｔ％）などの触媒金
属を含有するグラファイトなど、グラファイトを使用し
た種々の材料が利用出来る。
【００２１】また、チャンバー１０１の外部には、絶縁
部材１０４を介して、保護抵抗１０５、アーク放電時に
流れる電流を検出するための電流計１０６およびアーク
放電を行うための電源（図示せず）が設けられている。
チャンバー１０１を圧力１ＰａのＨｅ雰囲気にして、直
流１００Ａのアーク電流を流して１秒間アーク放電させ
て、陰極１０２を局所的に加熱させると、陰極１０２を
構成する陰極材料が高温アークプラズマ中で溶融飛散し
て、微少のカーボン粒子である飛散小滴（Ｄｒｏｐｌｅ
ｔ）が生じ、これが基板やチャンバー壁に飛散付着し、
薄膜または微少のカーボン粒子層が形成される。
部材１０４を介して、保護抵抗１０５、アーク放電時に
流れる電流を検出するための電流計１０６およびアーク
放電を行うための電源（図示せず）が設けられている。
チャンバー１０１を圧力１ＰａのＨｅ雰囲気にして、直
流１００Ａのアーク電流を流して１秒間アーク放電させ
て、陰極１０２を局所的に加熱させると、陰極１０２を
構成する陰極材料が高温アークプラズマ中で溶融飛散し
て、微少のカーボン粒子である飛散小滴（Ｄｒｏｐｌｅ
ｔ）が生じ、これが基板やチャンバー壁に飛散付着し、
薄膜または微少のカーボン粒子層が形成される。
【００２２】前記薄膜やカーボン粒子層の表面には、一
度溶融した炭素集合体が急冷される際に再結晶して、炭
素あるいは炭素と触媒金属の化合物を核として、多数の
カーボンナノチューブ、ナノチューブ、フラーレンの中
の少なくとも一つを含む炭素系物質がその表面に成長す
る。また、カーボンナノチューブ、ナノカプセル、フラ
ーレン又はこれらの中のいずれかの混合物を含む炭素系
物質も生成される。
度溶融した炭素集合体が急冷される際に再結晶して、炭
素あるいは炭素と触媒金属の化合物を核として、多数の
カーボンナノチューブ、ナノチューブ、フラーレンの中
の少なくとも一つを含む炭素系物質がその表面に成長す
る。また、カーボンナノチューブ、ナノカプセル、フラ
ーレン又はこれらの中のいずれかの混合物を含む炭素系
物質も生成される。
【００２３】チャンバー１０１の内壁に付着した前記カ
ーボン粒子を収集して電子放出源用基板に被着させる、
あるいは、チャンバー１０１にその基板を飛散小滴の飛
散方向に配設してこれに前記カーボン粒子を直接被着さ
せるなどの方法により、前記カーボン粒子を、電界によ
り電子を放出する電子放出材料としての機能を有し、エ
ミッタとして電子放出源に適用することが出来る。今回
の試作では、前記飛散小滴は陰極面から３０度の方向に
最も多く放出された。従って、基板の位置、サイズ、膜
厚の均一性についてはその放出分布に合わせて調整する
必要がある。
ーボン粒子を収集して電子放出源用基板に被着させる、
あるいは、チャンバー１０１にその基板を飛散小滴の飛
散方向に配設してこれに前記カーボン粒子を直接被着さ
せるなどの方法により、前記カーボン粒子を、電界によ
り電子を放出する電子放出材料としての機能を有し、エ
ミッタとして電子放出源に適用することが出来る。今回
の試作では、前記飛散小滴は陰極面から３０度の方向に
最も多く放出された。従って、基板の位置、サイズ、膜
厚の均一性についてはその放出分布に合わせて調整する
必要がある。
【００２４】図２は、前記条件下で生成された前記カー
ボン粒子を収集して走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により
観察した写真である。細い線状に見えるのがカーボンナ
ノチューブである。前記方法により、その表面が多数の
カーボンナノチューブによって覆われている事が分か
る。
ボン粒子を収集して走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により
観察した写真である。細い線状に見えるのがカーボンナ
ノチューブである。前記方法により、その表面が多数の
カーボンナノチューブによって覆われている事が分か
る。
【００２５】図３は、前記カーボン粒子をチャンバー壁
より収集して、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって観
察した写真の一部を示す図である。多層カーボンナノチ
ューブが生成していることがわかる。
より収集して、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって観
察した写真の一部を示す図である。多層カーボンナノチ
ューブが生成していることがわかる。
【００２６】図４は、本発明の実施の形態に係る電子放
出源を示す図で、前記方法によって生成したカーボン粒
子を収集して、これを電子放出材料としてエミッタに利
用した電子放出源の部分断面図である。図４において、
ガラス製基板４０１、第１の電極としてのカソード電極
４０２、抵抗層４０３、絶縁層４０４および第２の電極
としてのゲート電極４０５が積層配設されると共に、抵
抗層４０３が露出するように凹部４０７が形成されてい
る。なお、カーボンナノチューブ、ナノカプセル、フラ
ーレン又はこれらの中のいずれかの混合物を含む物質を
収集して、これを電子放出材料としてエミッタに利用し
た場合にも同様の構成となる。基板４０１として、セラ
ミック製の基板や半導体性や導電性の基板、またプラス
チック基板なども使用することが出来る。また、基板４
０１に直流バイアスやＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅ
ｎｃｙ）バイアスを加えて、生成条件を制御することも
出来る。
出源を示す図で、前記方法によって生成したカーボン粒
子を収集して、これを電子放出材料としてエミッタに利
用した電子放出源の部分断面図である。図４において、
ガラス製基板４０１、第１の電極としてのカソード電極
４０２、抵抗層４０３、絶縁層４０４および第２の電極
としてのゲート電極４０５が積層配設されると共に、抵
抗層４０３が露出するように凹部４０７が形成されてい
る。なお、カーボンナノチューブ、ナノカプセル、フラ
ーレン又はこれらの中のいずれかの混合物を含む物質を
収集して、これを電子放出材料としてエミッタに利用し
た場合にも同様の構成となる。基板４０１として、セラ
ミック製の基板や半導体性や導電性の基板、またプラス
チック基板なども使用することが出来る。また、基板４
０１に直流バイアスやＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅ
ｎｃｙ）バイアスを加えて、生成条件を制御することも
出来る。
【００２７】凹部４０７内の抵抗層４０３上には、前述
のようにして得られたカーボンナノチューブ、ナノカプ
セル、フラーレン又はこれらの中のいずれかの混合物を
含む電子放出材料、あるいはカーボンナノチューブ、ナ
ノカプセル、フラーレンの中の少なくとも一つが成長し
たカーボン粒子４０６を含む電子放出材料をペースト状
にして、厚膜印刷、あるいは電着法、スラリー形成法、
ドクターブレード法、沈降法など、あるいは粉体塗布の
方法などにより被着されて、電界放出源のエミッタを形
成している。尚、過電流によるエミッタ破壊防止のため
の抵抗層４０３を用いる必要がない場合には、カーボン
粒子４０６はカソード電極４０２上に直接被着される。
のようにして得られたカーボンナノチューブ、ナノカプ
セル、フラーレン又はこれらの中のいずれかの混合物を
含む電子放出材料、あるいはカーボンナノチューブ、ナ
ノカプセル、フラーレンの中の少なくとも一つが成長し
たカーボン粒子４０６を含む電子放出材料をペースト状
にして、厚膜印刷、あるいは電着法、スラリー形成法、
ドクターブレード法、沈降法など、あるいは粉体塗布の
方法などにより被着されて、電界放出源のエミッタを形
成している。尚、過電流によるエミッタ破壊防止のため
の抵抗層４０３を用いる必要がない場合には、カーボン
粒子４０６はカソード電極４０２上に直接被着される。
【００２８】以上のように構成された電子放出源は、カ
ソード電極４０２とゲート電極４０５の間に電圧を印加
することにより、電界放出現象により、エミッタを形成
するカーボンナノチューブ、ナノカプセル、フラーレン
の層またはこれらの中のいずれかの混合物の先端、ある
いはカーボン粒子４０６表面のカーボンナノチューブ、
ナノカプセルまたはフラーレンの先端から電子が放出さ
れる。これは電界放出ディスプレイや真空マイクロデバ
イスのカソードとして用いることが出来る。
ソード電極４０２とゲート電極４０５の間に電圧を印加
することにより、電界放出現象により、エミッタを形成
するカーボンナノチューブ、ナノカプセル、フラーレン
の層またはこれらの中のいずれかの混合物の先端、ある
いはカーボン粒子４０６表面のカーボンナノチューブ、
ナノカプセルまたはフラーレンの先端から電子が放出さ
れる。これは電界放出ディスプレイや真空マイクロデバ
イスのカソードとして用いることが出来る。
【００２９】なお、本実施の形態においては、チャンバ
ー１０１を圧力１ＰａのＨｅ雰囲気にして行ったが、Ｏ
２、Ｈ２、Ｎ２あるいはＡｒなどの希ガス中で、１０Ｔ
ｏｒｒ以下の低真空から、１０−３〜１０−６Ｔｏｒｒ
の中高真空までの雰囲気中で行うことが可能である。
ー１０１を圧力１ＰａのＨｅ雰囲気にして行ったが、Ｏ
２、Ｈ２、Ｎ２あるいはＡｒなどの希ガス中で、１０Ｔ
ｏｒｒ以下の低真空から、１０−３〜１０−６Ｔｏｒｒ
の中高真空までの雰囲気中で行うことが可能である。
【００３０】図５は、本発明の第２の実施形態に係る電
子放出源の製造方法に使用する装置の概略図である。図
５において、ＳＵＳ３０４で形成され、陽極として機能
するチャンバー５０１内には、陰極５０２、遮蔽板５０
３、Ｍｏ製トリガ電極５０５、基板固定台５０６が配設
されている。基板固定台５０６は、絶縁部材５０７によ
って電気的にフロートした状態でチャンバー５０１に固
定されており、また基板固定台５０６にはＳｉ、Ｎｉ、
ＣｏあるいはＦｅによって形成された基板５０４が固定
されている。基板５０４は、陰極５０２の近傍に配設さ
れており、例えば、陰極５０２の表面から８５ｍｍ程度
離間した位置に配設されている。
子放出源の製造方法に使用する装置の概略図である。図
５において、ＳＵＳ３０４で形成され、陽極として機能
するチャンバー５０１内には、陰極５０２、遮蔽板５０
３、Ｍｏ製トリガ電極５０５、基板固定台５０６が配設
されている。基板固定台５０６は、絶縁部材５０７によ
って電気的にフロートした状態でチャンバー５０１に固
定されており、また基板固定台５０６にはＳｉ、Ｎｉ、
ＣｏあるいはＦｅによって形成された基板５０４が固定
されている。基板５０４は、陰極５０２の近傍に配設さ
れており、例えば、陰極５０２の表面から８５ｍｍ程度
離間した位置に配設されている。
【００３１】カーボンナノチューブ、ナノカプセル、フ
ラーレンまたはこれらの中のいずれかの混合物を含む電
子放出材料、あるいはカーボンナノチューブ、ナノカプ
セル、フラーレンの中の少なくとも一つが表面に成長し
たカーボン粒子を含む電子放出材料を生成するための生
成用材料である陰極５０２の材料としては、第１の実施
の形態と同様に、グラファイト（純度９９．９９８ｗｔ
％）やＮｉ−Ｙ含有グラファイト（Ｎｉ：１４．６ｗｔ
％、Ｙ：４．９ｗｔ％）、Ｙ含有グラファイト（Ｙ：
０．８２ｗｔ％）、Ｆｅ含有グラファイト（Ｆｅ：３．
０ｗｔ％）またはＣｏ含有グラファイト（Ｃｏ：３．０
ｗｔ％）などの触媒金属を含有するグラファイトなど、
グラファイトを使用した種々の材料が利用出来る。
ラーレンまたはこれらの中のいずれかの混合物を含む電
子放出材料、あるいはカーボンナノチューブ、ナノカプ
セル、フラーレンの中の少なくとも一つが表面に成長し
たカーボン粒子を含む電子放出材料を生成するための生
成用材料である陰極５０２の材料としては、第１の実施
の形態と同様に、グラファイト（純度９９．９９８ｗｔ
％）やＮｉ−Ｙ含有グラファイト（Ｎｉ：１４．６ｗｔ
％、Ｙ：４．９ｗｔ％）、Ｙ含有グラファイト（Ｙ：
０．８２ｗｔ％）、Ｆｅ含有グラファイト（Ｆｅ：３．
０ｗｔ％）またはＣｏ含有グラファイト（Ｃｏ：３．０
ｗｔ％）などの触媒金属を含有するグラファイトなど、
グラファイトを使用した種々の材料が利用出来る。
【００３２】チャンバー５０１の外部には、絶縁部材５
０７を介して保護抵抗５１０およびアーク放電時に流れ
る電流を検出するための電流計５０９が接続されてお
り、またアーク放電が生じる領域を磁界によって所定の
範囲内に制限するための磁石５０８およびアーク放電を
行うための電源（図示せず）が設けられている。また、
ガス導入口５１３からはＨｅが注入されるようになって
おり、またガス排出口側には、隔膜真空計５１１および
オートバルブ５１２が設けられている。
０７を介して保護抵抗５１０およびアーク放電時に流れ
る電流を検出するための電流計５０９が接続されてお
り、またアーク放電が生じる領域を磁界によって所定の
範囲内に制限するための磁石５０８およびアーク放電を
行うための電源（図示せず）が設けられている。また、
ガス導入口５１３からはＨｅが注入されるようになって
おり、またガス排出口側には、隔膜真空計５１１および
オートバルブ５１２が設けられている。
【００３３】まず、ガス導入口５１３からＨｅを供給す
ることによりチャンバー５０１内を圧力０．５ＰａのＨ
ｅ雰囲気にした後、直流１００Ａのアーク電流を流す。
尚、アーク放電を生じさせる方式として、直流電流を連
続的あるいは間欠的に印加するまたはパルス電流を印加
する方式を用いてもよい。これにより磁石５０８によっ
て制限された領域内でアーク放電させて、陰極５０２を
局所的に加熱させると、陰極５０２を構成する陰極材料
が飛散し、微少なカーボン粒子である飛散小滴が生成さ
れる。
ることによりチャンバー５０１内を圧力０．５ＰａのＨ
ｅ雰囲気にした後、直流１００Ａのアーク電流を流す。
尚、アーク放電を生じさせる方式として、直流電流を連
続的あるいは間欠的に印加するまたはパルス電流を印加
する方式を用いてもよい。これにより磁石５０８によっ
て制限された領域内でアーク放電させて、陰極５０２を
局所的に加熱させると、陰極５０２を構成する陰極材料
が飛散し、微少なカーボン粒子である飛散小滴が生成さ
れる。
【００３４】図１に関して説明したのと同様に、前記陰
極材料表面の溶融部から、高温プラズマにより一度溶融
した炭素集合体が、周りの雰囲気で急冷される際に再結
晶化して、炭素あるいは炭素と触媒金属の化合物を核と
して、多数のカーボンナノチューブ、ナノカプセルある
はフラーレンの結晶成長が行われる。また比較的大きな
カーボン溶融粒子が飛散した場合、その表面の原子状炭
素が急冷され、カーボンナノチューブ、ナノカプセル、
フラーレンまたはこれらの中のいずれかの混合物がその
粒子表面に成長し、カーボン粒子が生成する。前記カー
ボン粒子は、陰極５０２の近傍に配設された基板５０４
に被着する。
極材料表面の溶融部から、高温プラズマにより一度溶融
した炭素集合体が、周りの雰囲気で急冷される際に再結
晶化して、炭素あるいは炭素と触媒金属の化合物を核と
して、多数のカーボンナノチューブ、ナノカプセルある
はフラーレンの結晶成長が行われる。また比較的大きな
カーボン溶融粒子が飛散した場合、その表面の原子状炭
素が急冷され、カーボンナノチューブ、ナノカプセル、
フラーレンまたはこれらの中のいずれかの混合物がその
粒子表面に成長し、カーボン粒子が生成する。前記カー
ボン粒子は、陰極５０２の近傍に配設された基板５０４
に被着する。
【００３５】図６は、成膜時間を１分間とし、前記条件
下で前記カーボン粒子が被着した基板５０４をＳＥＭ観
察した写真で、図７はその拡大写真である。細い線状に
見えるのがカーボンナノチューブで、前記カーボン粒子
表面が多数のカーボンナノチューブで覆われていること
がわかる。
下で前記カーボン粒子が被着した基板５０４をＳＥＭ観
察した写真で、図７はその拡大写真である。細い線状に
見えるのがカーボンナノチューブで、前記カーボン粒子
表面が多数のカーボンナノチューブで覆われていること
がわかる。
【００３６】図８は、図５に示した装置を用いた電子放
出源の製造方法を説明するための部分断面図である。図
８において、基板としての電子放出源用基板８００は、
ガラス製の基板８０１、第１の電極としてのカソード電
極８０２、抵抗層８０３、絶縁層８０４、第２電極とし
てのゲート電極８０５およびリフトオフ膜８０６が積層
配設されると共に、抵抗層８０３が露出するように凹部
８０７が形成されている。なお、基板８０１としてガラ
ス製の基板の他に、セラミック製の基板や半導体性や導
電性の基板、またプラスチック基板なども使用すること
が出来る。また、基板に直流バイアスやＲＦバイアスを
加えて、生成条件を制御することも出来る。
出源の製造方法を説明するための部分断面図である。図
８において、基板としての電子放出源用基板８００は、
ガラス製の基板８０１、第１の電極としてのカソード電
極８０２、抵抗層８０３、絶縁層８０４、第２電極とし
てのゲート電極８０５およびリフトオフ膜８０６が積層
配設されると共に、抵抗層８０３が露出するように凹部
８０７が形成されている。なお、基板８０１としてガラ
ス製の基板の他に、セラミック製の基板や半導体性や導
電性の基板、またプラスチック基板なども使用すること
が出来る。また、基板に直流バイアスやＲＦバイアスを
加えて、生成条件を制御することも出来る。
【００３７】電子放出源を製造する場合には、図５にお
いて、基板５０４の代わりに、前記電子放出源用基板８
００を基板固定台５０６に固定し、陰極５０２の近傍に
配設する。この状熊で、前述のようにアーク放電を起こ
してカーボン粒子８０８を生成し、カーボン粒子８０８
を電子放出源用基板８００に被着させる。
いて、基板５０４の代わりに、前記電子放出源用基板８
００を基板固定台５０６に固定し、陰極５０２の近傍に
配設する。この状熊で、前述のようにアーク放電を起こ
してカーボン粒子８０８を生成し、カーボン粒子８０８
を電子放出源用基板８００に被着させる。
【００３８】これにより、図８に示すように、抵抗層８
０３およびリフトオフ膜８０６にカーボン粒子８０８が
被着する。この状態で、リフトオフ膜８０６を剥離除去
することにより、図４と同様に、カーボン粒子８０８が
抵抗層８０３にのみ被着したエミッタが形成され、電子
放出源が出来る。この場合にも、過電流によるエミッタ
破壊防止のための抵抗層８０３を使用しない場合には、
カーボンナノチューブ、ナノカプセル、フラーレンの層
およびそれらが表面に成長した微少カーボン粒子８０８
はカソード電極８０２上に直接被着される。
０３およびリフトオフ膜８０６にカーボン粒子８０８が
被着する。この状態で、リフトオフ膜８０６を剥離除去
することにより、図４と同様に、カーボン粒子８０８が
抵抗層８０３にのみ被着したエミッタが形成され、電子
放出源が出来る。この場合にも、過電流によるエミッタ
破壊防止のための抵抗層８０３を使用しない場合には、
カーボンナノチューブ、ナノカプセル、フラーレンの層
およびそれらが表面に成長した微少カーボン粒子８０８
はカソード電極８０２上に直接被着される。
【００３９】以上のように構成された電子放出源は、カ
ソード電極８０２とゲート電極８０５の間に電圧を印加
することにより、電界放出現象により、エミッタを形成
するカーボンナノチューブ、ナノカプセル、フラーレン
又はこれらの中のいずれかの混合物の層、あるいはそれ
らが表面に成長した微少カーボン粒子８０８表面のカー
ボンナノチューブ、ナノカプセル又はフラーレンの先端
から電子が放出される。これを電界放出ディスプレイや
真空マイクロデバイスのカソードとして用いることが出
来る。
ソード電極８０２とゲート電極８０５の間に電圧を印加
することにより、電界放出現象により、エミッタを形成
するカーボンナノチューブ、ナノカプセル、フラーレン
又はこれらの中のいずれかの混合物の層、あるいはそれ
らが表面に成長した微少カーボン粒子８０８表面のカー
ボンナノチューブ、ナノカプセル又はフラーレンの先端
から電子が放出される。これを電界放出ディスプレイや
真空マイクロデバイスのカソードとして用いることが出
来る。
【００４０】なお、本実施の形態においては、チャンバ
１０１を圧力０．５ＰａのＨｅ雰囲気にして行ったが、
Ｏ２、Ｈ２、Ｎ２あるいはＡｒなどの希ガス中で、１０
Ｔｏｒｒ以下の低真空から１０−６Ｔｏｒｒまでの高真
空雰囲気中で行うことが可能である。
１０１を圧力０．５ＰａのＨｅ雰囲気にして行ったが、
Ｏ２、Ｈ２、Ｎ２あるいはＡｒなどの希ガス中で、１０
Ｔｏｒｒ以下の低真空から１０−６Ｔｏｒｒまでの高真
空雰囲気中で行うことが可能である。
【００４１】図９は、本発明の第３の実施の形態に係る
電子放出源の製造方法を説明するための部分断面図であ
る。図９において、基板としてのガラス製の絶縁性基板
９０１上には、第１の電極としてのカソード電極９０２
及び第２の電極としてのゲート電極９０３が蒸着等の方
法により被着形成される。
電子放出源の製造方法を説明するための部分断面図であ
る。図９において、基板としてのガラス製の絶縁性基板
９０１上には、第１の電極としてのカソード電極９０２
及び第２の電極としてのゲート電極９０３が蒸着等の方
法により被着形成される。
【００４２】次に、前記第１、第２の実施の形態で生成
した電子放出材料を、エミッタ９０４として、カソード
電極とゲート電極の間である、カソード電極９０２の上
側面上に被着形成することにより、電子放出源が完成す
る。尚、エミッタ９０４は、カソード電極９０２の上側
面上ではなく、カソード電極９０２とゲート電極９０３
の間である、カソード電極９０２側壁部に被着形成する
ようにしてもよい。カソード電極９０２とゲート電極９
０３間に所定の電圧を印加することにより、エミッタ９
０４に含まれるカーボンナノチューブ、ナノカプセルま
たはフラーレンの先端、あるいはカーボン粒子表面のカ
ーボンナノチューブ、ナノカプセルまたはフラーレンの
先端から電子が放出される。
した電子放出材料を、エミッタ９０４として、カソード
電極とゲート電極の間である、カソード電極９０２の上
側面上に被着形成することにより、電子放出源が完成す
る。尚、エミッタ９０４は、カソード電極９０２の上側
面上ではなく、カソード電極９０２とゲート電極９０３
の間である、カソード電極９０２側壁部に被着形成する
ようにしてもよい。カソード電極９０２とゲート電極９
０３間に所定の電圧を印加することにより、エミッタ９
０４に含まれるカーボンナノチューブ、ナノカプセルま
たはフラーレンの先端、あるいはカーボン粒子表面のカ
ーボンナノチューブ、ナノカプセルまたはフラーレンの
先端から電子が放出される。
【００４３】以上述べた実施形態においては、Ｏ２、Ｈ
２、Ｎ２あるいはＨｅ、Ａｒなどの希ガス中で、所定の
１０Ｔｏｒｒ以下の低真空から１０−３〜１０−６Ｔｏ
ｒｒの中高真空の雰囲気まで、グラファイトまたは所定
の触媒金属を含有するグラファイトからなる生成用材料
を局所的に加熱することによりカーボンナノチユーブ、
ナノカプセル、フラーレン又はこれらの中のいずれかの
混合物の薄膜、あるいはそれらが表面に成長した微少カ
ーボン粒子を生成し、これを直接基板に被着して電界放
出素子として使用することを特徴としているので、従来
のＤＣアーク放電などの陰極堆積物の殻（Ｃｏｒｅ）部
からカーボンナノチューブ、ナノカプセルまたはフラー
レンを抽出精製するなどの作業が不要になり、大量生産
が容易な電子放出源の製造方法を提供することが可能に
なる。
２、Ｎ２あるいはＨｅ、Ａｒなどの希ガス中で、所定の
１０Ｔｏｒｒ以下の低真空から１０−３〜１０−６Ｔｏ
ｒｒの中高真空の雰囲気まで、グラファイトまたは所定
の触媒金属を含有するグラファイトからなる生成用材料
を局所的に加熱することによりカーボンナノチユーブ、
ナノカプセル、フラーレン又はこれらの中のいずれかの
混合物の薄膜、あるいはそれらが表面に成長した微少カ
ーボン粒子を生成し、これを直接基板に被着して電界放
出素子として使用することを特徴としているので、従来
のＤＣアーク放電などの陰極堆積物の殻（Ｃｏｒｅ）部
からカーボンナノチューブ、ナノカプセルまたはフラー
レンを抽出精製するなどの作業が不要になり、大量生産
が容易な電子放出源の製造方法を提供することが可能に
なる。
【００４４】また、従来は、陰極と陽極をｍｍオーダー
で対向離間させ、前記両電極間に安定な電圧を印加する
ことにより、アーク放電を安定維持させる必要があるた
め、極めて高度な制御が必要であったが、前記各実施の
形態によれば、陰極の表面上に、トリガ電極でアーク放
電プラズマを発生させるだけという簡単な制御で、容易
に長時間にわたり安定して、所定基板の表面にカーボン
ナノチューブ、ナノカプセル、フラーレンまたはこれら
の中のいずれかの混合物を形成した薄膜またはそれらが
表面に成長した微少なカーボン粒子を生成することが出
来る。
で対向離間させ、前記両電極間に安定な電圧を印加する
ことにより、アーク放電を安定維持させる必要があるた
め、極めて高度な制御が必要であったが、前記各実施の
形態によれば、陰極の表面上に、トリガ電極でアーク放
電プラズマを発生させるだけという簡単な制御で、容易
に長時間にわたり安定して、所定基板の表面にカーボン
ナノチューブ、ナノカプセル、フラーレンまたはこれら
の中のいずれかの混合物を形成した薄膜またはそれらが
表面に成長した微少なカーボン粒子を生成することが出
来る。
【００４５】なお、前記したグラファイトなどの材料表
面を局所的に加熱溶融させるのに、補助加熱法として、
抵抗加熱、レーザ照射、ランプ加熱などの組み合わせも
適用出来る。また、前記カーボンナノチューブ、ナノカ
プセル、フラーレンまたはこれらの中のいずれかの混合
物、あるいはそれらが表面に成長した微少なカーボン粒
子を収集してペースト状にし、印刷法、電着法、スラリ
ー形成法、ドクターブレード法、沈降法、インクジェッ
ト印刷法などにより形成するか、または粉体状態で静電
吸着被着させることにより前記エミッタを形成すること
が出来ることにより、製造が容易な電子放出源の製造方
法を提供することが可能になる。
面を局所的に加熱溶融させるのに、補助加熱法として、
抵抗加熱、レーザ照射、ランプ加熱などの組み合わせも
適用出来る。また、前記カーボンナノチューブ、ナノカ
プセル、フラーレンまたはこれらの中のいずれかの混合
物、あるいはそれらが表面に成長した微少なカーボン粒
子を収集してペースト状にし、印刷法、電着法、スラリ
ー形成法、ドクターブレード法、沈降法、インクジェッ
ト印刷法などにより形成するか、または粉体状態で静電
吸着被着させることにより前記エミッタを形成すること
が出来ることにより、製造が容易な電子放出源の製造方
法を提供することが可能になる。
【００４６】さらにまた、前記基板には、カソード電
極、抵抗層、絶縁層、ゲート電極およびリフトオフ層が
堆積されると共に、前記抵抗層が露出するように凹部が
形成されており、前記基板に前記カーボンナノチュー
ブ、ナノカプセル、フラーレンまたはこれらの中のいず
れかの混合物の薄膜、あるいはそれが表面に成長した微
少なカーボン粒子を被着させた後、前記リフトオフ層を
除去して、カソード電極とゲート電極に所定の電圧を印
加することにより、前記カーボンナノチューブ、ナノカ
プセルまたはフラーレンの先端、あるいは前記カーボン
粒子表面のカーボンナノチューブ、ナノカプセルまたは
フラーレンの先端から電子を放出する機能を持つ電子放
出源の製造が可能となる。これにより、低しきい値を持
ち、高電流密度のエミッション放出が可能となる電子放
出源が得られる。
極、抵抗層、絶縁層、ゲート電極およびリフトオフ層が
堆積されると共に、前記抵抗層が露出するように凹部が
形成されており、前記基板に前記カーボンナノチュー
ブ、ナノカプセル、フラーレンまたはこれらの中のいず
れかの混合物の薄膜、あるいはそれが表面に成長した微
少なカーボン粒子を被着させた後、前記リフトオフ層を
除去して、カソード電極とゲート電極に所定の電圧を印
加することにより、前記カーボンナノチューブ、ナノカ
プセルまたはフラーレンの先端、あるいは前記カーボン
粒子表面のカーボンナノチューブ、ナノカプセルまたは
フラーレンの先端から電子を放出する機能を持つ電子放
出源の製造が可能となる。これにより、低しきい値を持
ち、高電流密度のエミッション放出が可能となる電子放
出源が得られる。
【００４７】このようにして得られた電子放出源は、微
少カーボン粒子表面にウニ状に多数のカーボンナノチュ
ーブ、ナノカプセル、フラーレンあるいはこれらの混合
物が形成されているので、これをカソード基板に形成す
る際に、いかなる方向に前記カーボン粒子が置かれて
も、常に基板に対して垂直な方向に向いているカーボン
ナノチューブが一定の割合以上に高密度に存在するた
め、電界放出電子源として、引き出し電界が小さく高電
流密度の電子源が得られる。 例えば、Ｓｐｉｎｄｔ型
電界放出素子と比較した場合、より低い駆動電圧で電子
放出が可能となると共に、高電流密度が得られ、製造コ
ストが大幅に低減出来る。
少カーボン粒子表面にウニ状に多数のカーボンナノチュ
ーブ、ナノカプセル、フラーレンあるいはこれらの混合
物が形成されているので、これをカソード基板に形成す
る際に、いかなる方向に前記カーボン粒子が置かれて
も、常に基板に対して垂直な方向に向いているカーボン
ナノチューブが一定の割合以上に高密度に存在するた
め、電界放出電子源として、引き出し電界が小さく高電
流密度の電子源が得られる。 例えば、Ｓｐｉｎｄｔ型
電界放出素子と比較した場合、より低い駆動電圧で電子
放出が可能となると共に、高電流密度が得られ、製造コ
ストが大幅に低減出来る。
【００４８】また、前記カーボン粒子を用いて電子放出
源を製造するときには、スクリーン印刷法、インクジェ
ット印刷法、電着法、スラリー法、沈降法などの場合、
溶剤への分散が容易でペースト化が容易であるという利
点もある。なお、カーボンナノチューブ、ナノカプセル
やフラーレンが成長した微少カーボン粒子の大きさは、
使用する材料、密度、陰極電極に添加、または混合させ
る触媒金属材料、プラズマ生成条件および冷却固体化す
る条件により異なるため、これらの条件を適宜制御する
ことにより、特定の大きさの分布を持ったカーボン粒子
が得られる。
源を製造するときには、スクリーン印刷法、インクジェ
ット印刷法、電着法、スラリー法、沈降法などの場合、
溶剤への分散が容易でペースト化が容易であるという利
点もある。なお、カーボンナノチューブ、ナノカプセル
やフラーレンが成長した微少カーボン粒子の大きさは、
使用する材料、密度、陰極電極に添加、または混合させ
る触媒金属材料、プラズマ生成条件および冷却固体化す
る条件により異なるため、これらの条件を適宜制御する
ことにより、特定の大きさの分布を持ったカーボン粒子
が得られる。
【００４９】従って、所定条件に設定して生成したカー
ボン粒子を収集して、所望の大きさのカーボン粒子をさ
らに選択分級することにより、ペースト化、静電塗布な
どにより適当な材料とすることが出来、これを用いるこ
とにより、さらに電子放出特性に優れた、電子放出源が
得られる。これを応用することにより、高輝度、大画面
表示に向いた電界放出ディスプレイが可能となる。
ボン粒子を収集して、所望の大きさのカーボン粒子をさ
らに選択分級することにより、ペースト化、静電塗布な
どにより適当な材料とすることが出来、これを用いるこ
とにより、さらに電子放出特性に優れた、電子放出源が
得られる。これを応用することにより、高輝度、大画面
表示に向いた電界放出ディスプレイが可能となる。
【００５０】
【発明の効果】本発明によれば、電子放出源のより低コ
スト、大量生産が容易な製造方法を提供することが可能
になる。また、本発明によれば、電子放出特性に優れ、
製造が容易で、大面積化が容易な電子放出源を提供する
ことが可能になる。
スト、大量生産が容易な製造方法を提供することが可能
になる。また、本発明によれば、電子放出特性に優れ、
製造が容易で、大面積化が容易な電子放出源を提供する
ことが可能になる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電子放出源の
製造方法に使用する装置の概略図である。
製造方法に使用する装置の概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る製造方法によ
って生成されたカーボン粒子を示す走査電子顕微鏡写真
である。
って生成されたカーボン粒子を示す走査電子顕微鏡写真
である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る製造方法によ
って生成されたカーボン粒子を透過型電子顕微鏡により
観察した写真の部分図である。
って生成されたカーボン粒子を透過型電子顕微鏡により
観察した写真の部分図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る電子放出源を示す図
である。
である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る電子放出源の
製造方法に使用する装置の概略図である。
製造方法に使用する装置の概略図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る製造法によっ
て製造された基板の走査電子顕微鏡写真である。
て製造された基板の走査電子顕微鏡写真である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る製造法によっ
て製造された基板の拡大された走査電子顕微鏡写真であ
る。
て製造された基板の拡大された走査電子顕微鏡写真であ
る。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る電子放出源の
製造方法を説明するための部分側断面図である。
製造方法を説明するための部分側断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る電子放出源の
製造方法を説明するための部分側断面図である。
製造方法を説明するための部分側断面図である。
１０１、５０１・・・チャンバ １０２、５０２・・・陰極 ５０４・・・基板 １０４・・・ガラス製基板 ４０２、８０２、９０２・・・第１の電極としてのカソ
ード電極 ４０３、８０３・・・抵抗層 ４０４、８０４・・・絶縁層 ４０５、８０５、９０３・・・第２の電極としてのゲー
ト電極 ４０６、８０８・・・電子法放出材料であるカーボン粒
子 ４０７、８０７・・・凹部 ５０６・・・基板固定台 ８００・・・基板としての電子放出源用基板 ８０６・・・リフトオフ膜 ９０４・・・エミッタ
ード電極 ４０３、８０３・・・抵抗層 ４０４、８０４・・・絶縁層 ４０５、８０５、９０３・・・第２の電極としてのゲー
ト電極 ４０６、８０８・・・電子法放出材料であるカーボン粒
子 ４０７、８０７・・・凹部 ５０６・・・基板固定台 ８００・・・基板としての電子放出源用基板 ８０６・・・リフトオフ膜 ９０４・・・エミッタ
Claims (17)
- 【請求項１】 電子を放出する電子放出材料をエミッタ
として複数の電極間に配設して成る電子放出源の製造方
法において、 所定ガス圧１０Ｔｏｒｒから１０−６Ｔｏｒｒの雰囲気
中で、グラファイトまたは所定の触媒金属を含有するグ
ラファイトからなる固体または粉末材料をプラズマ中で
加熱させることにより、カーボンナノチューブ、ナノカ
プセルまたはフラーレンあるいはこれらの中のいずれか
の混合物を含む電子放出材料を生成し、前記電子放出材
料を、絶縁体、半導体または金属導体からなる基板上に
被着させて、エミッタとして使用することを特徴とする
電子放出源の製造方法。 - 【請求項２】 電子を放出する電子放出材料をエミッタ
として複数の電極間に配設して成る電子放出源の製造方
法において、 所定ガス圧１０Ｔｏｒｒから１０−６Ｔｏｒｒの雰囲気
中で、グラファイトまたは所定の触媒金属を含有するグ
ラファイトからなる固体または粉末材料をプラズマ中で
加熱させることにより、その表面にカーボンナノチュー
ブ、ナノカプセルまたはフラーレンの中の少なくとも一
つが成長したカーボン粒子を含む電子放出材料を生成
し、前記電子放出材料を絶縁体、半導体または金属導体
からなる基板上に被着させて、エミッタとして使用する
ことを特徴とする電子放出源の製造方法。 - 【請求項３】 前記触媒金属は、グラファイト粉体材料
中への混合または、固体のグラファイトへの埋設によ
り、前記グラファイトに含有されていることを特徴とす
る請求項１または２記載の電子放出源の製造方法。 - 【請求項４】 前記プラズマの発生方法として、真空ア
ーク放電法、真空熱プラズマ法、レーザーアブレーショ
ン法を用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
か一に記載の電子放出源の製造方法。 - 【請求項５】 前記電子放出材料は、グラファイトまた
は所定の触媒金属を含有するグラファイトからなる固体
または粉末材料を陰極とし、それを取り囲む容器内壁が
陽極の役割を果たす、グラファイト陰極点を使った陰極
真空アークプラズマ法を用いて生成することを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれか一に記載の電子放出源の製
造方法。 - 【請求項６】 前記陰極真空アークプラズマ法として、
電極に、直流電流を間欠的に印加する、またはパルス電
流を印加することを特徴とする請求項５記載の電子放出
源の製造方法。 - 【請求項７】 前記プラズマ中での補助加熱法として、
抵抗加熱、ランプ加熱またはレーザー加熱を用いること
を特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の電子
放出源の製造方法。 - 【請求項８】 前記陰極真空アークプラズマ方式とし
て、そのアークプラズマ領域の制御に磁界を用いること
を特徴とする請求項５乃至７のいずれか一に記載の電子
放出源の製造方法。 - 【請求項９】 前記ガスは、ＣＸＨＹＯＺＮＷ系（Ｘ、
Ｙ、Ｚ、Ｗ≧０）で表されるガスあるいは希ガスである
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載の
電子放出源の製造方法。 - 【請求項１０】 前記触媒金属は、Ｎｉ、Ｙ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｐｔ、Ｒｈ，Ｗ、ＶまたはＰｄ、あるいはこれらの
中の複数の混合物であることを特徴とする請求項１乃至
９のいずれか一に記載の電子放出源の製造方法。 - 【請求項１１】 前記基板には、直流バイアスまたはＲ
Ｆバイアスを印加することを特徴とする請求項１乃至１
０のいずれか一に記載の電子放出源の製造方法。 - 【請求項１２】 前記基板は、前記電子放出材料を生成
するための生成用材料の近傍に配設され、生成した前記
電子放出材料を直接被着することによりエミッタを形成
することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一に
記載の電子放出源の製造方法。 - 【請求項１３】 前記基板に、前記電子放出材料をペー
スト状または粉体状で被着させることにより前記エミッ
タを形成することを特徴とする請求項１乃至１１のいず
れか一に記載の電子放出源の製造方法。 - 【請求項１４】 前記基板は、第１の電極、絶縁層、第
２の電極およびリフトオフ層が堆積されると共に、前記
第１の電極が露出するように凹部が形成されており、前
記基板に、前記電子放出材料を被着させた後、前記リフ
トオフ層を除去することを特徴とする請求項１乃至１３
のいずれか一に記載の電子放出源の製造方法。 - 【請求項１５】 前記基板は、第１の電極、抵抗層、絶
縁層、第２の電極およびリフトオフ層が堆積されると共
に、前記抵抗層が露出するように凹部が形成されてお
り、前記基板に、前記電子放出材料を被着させた後、前
記リフトオフ層を除去することを特徴とする請求項１乃
至１３のいずれか一に記載の電子放出源の製造方法。 - 【請求項１６】 請求項１乃至１５のいずれか一に記載
の方法を用いて製造された電子放出源。 - 【請求項１７】 絶縁性基板上に形成された第１の電極
及び第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極間に、
請求項１乃至１３のいずれか一に記載の方法により得ら
れるエミッタを配設し、前記第１の電極と第２の電極間
に所定の電圧を印加することにより、前記エミッタに含
まれるカーボンナノチューブ、ナノカプセルまたはフラ
ーレンの先端、あるいはカーボン粒子表面のカーボンナ
ノチューブ、ナノカプセルまたはフラーレンの先端から
電子を放出することを特徴とする電子放出源。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11846299A JP2000277003A (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | 電子放出源の製造方法及び電子放出源 |
| KR1020000014601A KR20010020673A (ko) | 1999-03-23 | 2000-03-22 | 전자방출원의 제조방법 및 전자방출원 |
| US10/138,570 US20020136896A1 (en) | 1999-03-23 | 2002-05-06 | Method of preparing electron emission source and electron emission source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11846299A JP2000277003A (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | 電子放出源の製造方法及び電子放出源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000277003A true JP2000277003A (ja) | 2000-10-06 |
Family
ID=14737266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11846299A Pending JP2000277003A (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | 電子放出源の製造方法及び電子放出源 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020136896A1 (ja) |
| JP (1) | JP2000277003A (ja) |
| KR (1) | KR20010020673A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003068733A (ja) * | 2001-08-30 | 2003-03-07 | Tokyo Electron Ltd | 多孔質膜の形成方法及び形成装置 |
| US6624589B2 (en) | 2000-05-30 | 2003-09-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron emitting device, electron source, and image forming apparatus |
| US6848962B2 (en) | 2000-09-01 | 2005-02-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron-emitting device, electron source, image-forming apparatus, and method for producing electron-emitting device and electron-emitting apparatus |
| US6853126B2 (en) | 2000-09-22 | 2005-02-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron-emitting device, electron source, image forming apparatus, and electron-emitting apparatus |
| US6858990B2 (en) | 2001-09-07 | 2005-02-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron-emitting device, electron source, image forming apparatus, and method of manufacturing electron-emitting device and electron source |
| KR100475699B1 (ko) * | 2000-11-23 | 2005-03-10 | 주식회사 새 한 | 액정 표시장치용 백라이트 제조방법 |
| US6891320B2 (en) | 2000-11-17 | 2005-05-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Field emission cold cathode device of lateral type |
| US6948995B2 (en) | 2001-09-10 | 2005-09-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Manufacture method for electron-emitting device, electron source, light-emitting apparatus, and image forming apparatus |
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