JP4291322B2

JP4291322B2 - Device, manufacturing method thereof, device group, electron emission source, and display device

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Publication number: JP4291322B2
Application number: JP2005503166A
Authority: JP
Inventors: 秀典三村; 研次表
Original assignee: Ideal Star Inc
Current assignee: Ideal Star Inc
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2024-03-08
Also published as: WO2004079767A1; JPWO2004079767A1

Description

【技術分野】
本発明は、素子とその製造方法、素子群、電子放出源及び表示装置に係る。
【背景技術】
電界放出型冷陰極電子源（以下、簡単に電子源という）として、いわゆるスピント型と呼ばれる電子源や、下部電極、金属または半導体薄膜、絶縁層および上部電極を順次堆積した構造を有するいわゆる平面積層型電子源がある。
前者のスピント型電子源１ａは、図８に模式的に示すように、通常モリブデンからなる微小な円錐状のティップ（エミッタ）２ａを多数配置した下部電極３ａと、ティップ２ａの先端部を露出する孔部４ａが配置された上部電極５ａと、下部電極３ａとおよび上部電極５ａの間に形成された絶縁部６ａとを有する。スピント型電子源１ａは、下部電極３ａに対して上部電極５ａに正電圧を印加することにより、孔部４ａを通して電子を放出するように構成されている。このスピント型電子源は現在最も完成度の高い電子源である。
しかしながら、上記スピント型電子源は、微小な円錐状のティップを含む電子源を微細加工技術により形成するため、製造プロセスが複雑で、スピント型電子源を大面積に形成することが難しく、また製造コストが非常に高いという不具合がある。さらに、スピント型電子源から放出される電子は電子源の法線方向に対して約１５度の角度を持って放出されるため、この電子源をカソードとアノードの間隔が広い高圧対応型の高精細電界放出ディスプレイに応用する際には、画素間のクロストークを避けるために収束電極を形成しなければならないという不具合がある。さらに、スピント型電子源では電子を放出させるために上部電極に印加する電圧が数十Ｖ以上と高いという不具合がある。
このスピント型電子源と類似の構成の電子源として、カーボンナノチューブを用いた電子源が検討されている。カーボンナノチューブを用いた電子源１ｂは、第８図に模式的に示すように、スピント型電子源１ａにおけるティップ２ａに代えてカーボンナノチューブの層２ｂをエミッタとするものである。なお、第８図中、参照符号３ｂは下部電極を示し、参照符号４ｂはカーボンナノチューブの層２ｂを露出する孔部を示し、参照符号５ｂは上部電極を示す。カーボンナノチューブを用いた電子源は、スピント型のように円錐構造を作らなくても良いので、構造が比較的簡単であり、大面積に電子源を製作するのに優れている。また、カーボンナノチューブは化学的に安定で、電子放出特性に優れているとされている。
しかしながら、カーボンナノチューブを用いた電子源は、カーボンナノチューブの長さを揃えて形成することが難しく、カーボンナノチューブの先端位置がまちまちとなる。そのため、上部電極とカーボンナノチューブの先端との間の距離が場所によって異なり、電子を引き出す電界に違いを生じる。従って、カーボンナノチューブを用いた電子源を用いた画素構造のディスプレイの場合には、画素によって輝度等にバラツキを生じるという不具合がある。
上記したスピント型電子等の不具合を解消するものとして、電子源の各構成部分をすべて積層方法によって形成する、前記後者の平面積層型の電子源がある。
平面積層型電子源には、代表的なものとして、ＭＩＳ（ＭｅｔａｌＩｎｓｕｌａｔｏｒＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型およびＭＩＭ（ＭｅｔａｌＩｎｓｕｌａｔｏｒＭｅｔａｌ）型がある。ＭＩＳ型の場合はＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒとしてシリコンが用いられ、ＭＩＭ型の場合はＭｅｔａｌとしてアルミニウム等の金属材料が用いられる。
上記積層型の電子源は、半導体や金属から供給された電子がトンネル現象により絶縁層を通過して上部電極に到達し、到達した電子のうち上部電極の仕事関数以上のエネルギーを持つ電子が上部電極から放出されるように構成されている。
このため、上部電極の厚みは、上部電極の表面から均一に電子を放出できるように、上部電極内での電子の平均自由工程と同程度の１０〜２０ｎｍに形成される。
また、積層型電子源と類似の構成の電子源として、ＢＳＤ型（ＢａｌｌｉｓｔｉｃｅｌｅｃｔｒｏｎＳｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇＤｅｖｉｃｅ）電子源が検討されている。ＢＳＤ型電子源１ｃは図８に模式的に示すように、柱状の半導体結晶であるポリシリコン７ｃと、ポリシリコン７ｃ間に介在するシリコン酸化膜（図示せず）が表面に形成されたナノメートルオーダーの微結晶シリコン層２ｃとからなる多孔質ポリシリコン層６ｃをエミッタとするものである。
上記積層型電子源およびＢＳＤ型電子源は電子放出特性の真空度依存性が小さく、かつ電子放出が安定でノイズが少なく、また放出電子の放出角が非常に小さく、電子放出面からほぼ垂直に電子が放射される。また、電子を放出させるための、上部電極への印加電圧が１０Ｖ以下と低い。
しかしながら、上記積層型電子源およびＢＳＤ型電子源は、上部電極に到達し、到達した電子のうち上部電極の仕事関数以上のエネルギーを持つ電子が上部電極から放出されるように構成されているため、上部電極に流れるリーク電流に比べ、真空中へ放出される電子の割合が非常に小さいという課題を有する。
真空中へ放出される電子による電流を上部電極に流れるリーク電流と真空中へ放出される電子による電流の和で割った値は、放出効率と言われ、上記積層型電子源およびＢＳＤ型電子源の場合は最大で約１％、スピント型電子源の場合は約１００％である。
【発明の開示】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、上記した不具合乃至課題をことごとく解決することができる。
本発明は、容易に大面積に形成することができ、またスピント型電子源並みの電子放出効率を持ち、さらにＭＩＭやＢＳＤ等の積層型電子源並みの優れた電子放出特性（真空度依存性が小さい、放出電子の放出角が小さい、放出電子による電流が安定でノイズが少ない、電子を放出するための印加電圧が低い）を有する電子放出源を提供することを目的とする。
本発明は、高精細、高輝度であり、しかも画素により輝度のバラツキが無く、また、かかる特性の安定性に優れた表示装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記電子放出源を構成するに好適な素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の素子は、導電性高分子材料とカーボン系材料とを含む混合物が、樹脂を含み絶縁性を有する中空体の内部に充填されてなることを特徴とする。
係る素子においては、導電性高分子は下部電極として、カーボン系材料はエミッタとして、中空体は絶縁部として機能する。この素子を所定の長さに切断し、一方の中空体端面に電極を形成して他方の絶縁体端面との間に電圧を印加することで電子放出を行う事が可能となる。ここで、係る素子は導電性高分子材料及び樹脂を主な構成とするため、樹脂成形技術などを適用可能である。このため、形状自由度が高く、かつ形状精度が高い素子が容易に形成される。したがって、本発明に係る素子は、電子放出特性が安定し、かつ量産性に優れる。
前記素子の外径は０．１μｍ〜１ｍｍであることを特徴とする。
カーボン系材料は、カーボンナノチューブであることを特徴とする。
カーボン系材料は、グラファイト或いはダイヤモンドライクカーボンであることを特徴とする。
カーボン系材料は、フラーレンであることを特徴とする。
前記フラーレンは内包フラーレンであることを特徴とする。
これらのカーボン材料はいずれもπ結合を有するため、電子放出しやすい。特に、原子や分子が内包することでフラーレンの仕事関数は低下し、電子放出特性が特に良好になる。
前記導電性高分子は、ポリアセチレン、ポリフェニレンビニレン、ポリピロール、ポリアニリン若しくはポリアルキルチオフェン又はこれらの誘導体を有することを特徴とする。
前記素子は押出し成形により一体成形されたものであることを特徴とする。
前記素子は可撓性を有することを特徴とする。
本発明の素子群は前記素子を束ねてなることを特徴とする。
本発明の電子放出源は、前記素子における前記中空体の端面に電極を設けたことを特徴とする。
本発明の表示装置は、前記電子放出源と、該電子源の電子放出方向に対向して設けられた発光部とを備えたことを特徴とする。
本発明の素子の製造方法は、導電性高分子材料とカーボン系材料とを含む、混合物を流動状態として第一の吐出部から吐出するとともに、第一の吐出部の周囲に配置される第二の吐出部から絶縁性樹脂をなす材料を流動状態として吐出して、その材料に基づいて成る絶縁性樹脂の中空体に混合物が充填されてなる素子を成形することを特徴とする。
かかる方法を採用することにより、第一の吐出部から吐出される混合物の周囲に第二の吐出部から吐出される絶縁性樹脂をなす材料が密着配置され、その材料に基づいて絶縁性樹脂が生成すると、絶縁性樹脂の中空体に混合物が充填されてなる素子が一工程で製造される。したがって、係る製造方法によって製造された素子は量産性を維持しつつ、不良率が低減される。
ここで、絶縁性樹脂をなす材料としては絶縁性樹脂そのものであっても良いし、そのポリマーであっても良い。また、混合物や材料を流動状態にするためには、これらを加熱して溶融又は半溶融状態としてもよいし、溶媒或いは分散媒を用いて溶解又は分散させてもよい。モノマー状態にある場合にはそのまま用いてもよい。
さらに、素子を成形した後、長手方向に展伸して、所望の外形を有する素子を形成してもよい。
本発明では、導電性高分子材料とカーボン系材料との混合物が、絶縁性樹脂からなる中空体の内部に充填された素子を束ねることにより電子放出源を形成する。
該素子は、押出しなどにより容易に製造することができる。すなわち、真空成膜技術を用いることなく製造することができる。
また、該素子は任意の数束ねることが可能であるため、束ねる数を増やすだけで任意の面積の電子放出源とすることができる。すなわち、大面積の電子放出源とすることができ、ひいては大面積の表示装置を極めて容易に実現することができる。
また、素子の中空部には、導電性樹脂にカーボン系材料を混合した混合物が充填されている。すなわち、カーボン系材料は導電性樹脂中に均一に分散しているため図８１ｂに示した従来技術とは異なり、電極とカーボン系材料との距離が場所によって異なるということはない。また、放出電子の放出角は小さく、電子放出面からほぼ垂直に電子が放出される。
なお、素子の径は０．１μｍ以上の任意の大きさとすることができる。０．１μｍ〜１０ｍｍが好ましい。０．１μｍ〜１ｍｍがより好ましい。０．１μｍ以上の場合押出し成形がより容易となる。１ｍｍ〜１０ｍｍの場合であっても遠距離から見る表示装置の場合、画面の粗さは気にならない。従って、画面の粗さが気にならない距離から見るような用途に対しては１ｍｍ〜１０ｍｍ径の素子を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
第１図本発明の実施例に係る素子を示す図である。
第２図本発明の実施例に係る素子の製造方法を示す図である。
第３図本発明の実施例に係る電子放出源を示す図である。
第４図本発明の実施例における素子の配列例を示す図である。
第５図本発明の実施例における素子の配列例を示す図である。
第６図本発明の実施例に係る表示装置を示す図である。
第７図本発明の他の実施例に係る表示装置を示す図である。
第８図従来例を示す図である。
【符号の説明】
１２０１絶縁性樹脂
１２０１ＬＩＱ絶縁性樹脂溶液
１２０２混合物
１２０２ＬＩＱ混合物溶液
１２０３電極
１２０４，
１２０４ａ、１２０４ｂ、１２０４ｃ，１２０４ｄ，１２０４ｅ、１２０４ｆ、１２０４ｇ素子
１２０５共通電極
１２０６電源
１２０７押出型
１２０８発光部
１２０９基板
１２１０導電性樹脂
１２１１カーボン系材料
１２１２、１２１３容器
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
第１図に本実施例に係る素子を示す。
本例に係る素子１２０４は、導電性高分子材料１２１０とカーボン系材料１２１１との混合物１２０２が、絶縁性樹脂からなる中空体１２０１の内部に充填されている。
かかる素子１２０４は、次のように製造することが好ましい。
以下第２図に基づき製造方法例を説明する。
導電性高分子材料１２１０とカーボン系材料１２１１とを混合して混合物とする。この混合物を容器１２１２内において加熱により溶融して溶液状態１０２０_ｌｉｑとする。あるいは、混合物を適宜の溶媒に溶解して溶液状態の混合物１０２０_ｌｉｑとしてもよい。
一方、絶縁性樹脂も同様に容器１２１３内において溶液状態の絶縁性樹脂１２０１_ｌｉｑとする。
なお、ここで言う溶液とは半流動状態も含む。
次いで、溶液状態の混合物１０２０_ｌｉｑと溶液状態の絶縁性樹脂１２０１_ｌｉｑとを押出し成形する。例えば、溶液状態の混合物１０２０_ｌｉｑと溶液状態の絶縁性樹脂１２０１_ｌｉｑとに圧力を加えることにより、所定の孔が形成されている型１２０７を介して押出しを行う。型１２０７を通過した後は、混合物、絶縁性樹脂は凝固状態あるいは半凝固状態となる。
これにより導電性高分子材料１２１０とカーボン系材料１２１１との混合物１２０２が、絶縁性樹脂からなる中空体１２０１の内部に充填された素子が連続的に形成される。該素子の一端を引張ることによりロールなどに巻き取ればよい。
押出し成形を行う際に、素子には長手方向の引張り力が加わるため、カーボン系材料（特にカーボンナノチューブなどのアスペクト比が１以上の材料）も素子の長手方向に平行に配列する。
なお、押出し成形後に素子の長手方向の引張り力を加えて展伸してもよい。かかる展伸により、素子径をより細くすることも可能である。また、カーボン系材料を長手方向に平行に揃えることができる。
素子１２０４自体の断面形状や混合物１２０２の断面形状は任意の形状とすることが可能である。型１２０７における孔の形状を所望の形状にしておけばよい。例えば、三角形、四角形その他の多角形、星型、円形、楕円形その他の任意の形状とすることができる。また、混合物の形状も同様である。
次いで、素子の一端に電極１２０３を形成する。また、電極の形成前に、電極が形成される側の端面において、充填された混合物をエッチングあるいは混合物のみ溶解する溶液を用いてわずかに除去する。
なお、電極の形成は、素子を束ねた後に行ってもよい。
以上のようにして製造した素子を複数個束ねる。
束ね方の例を第４図に示す。この例は素子として円形の断面形状の素子を用いた例である。大きな径の素子１２０４ｆ同士を隣接させるとともに、隙間に小さな径の素子１２０４を埋め込んである。これによりより高密度に配列することができる。
図５は素子自体の断面形状が正方形の場合の例を示している。この場合素子同士の隙間は少なくなり高密度に素子を配列することができる。
束ねる素子の数は任意である。従って、束ねる素子の数を増やすだけでいくらでも大きな面積の電子放出源を製造することが可能となる。ひいては、大面積の表示装置が極めて簡単に作成することが可能となる。
素子を束ねた状態の素子群を長手方向に垂直に切断する。切断する長さは任意である。切断後、第３図に示すように、切断した素子群を共通電極１２０５上に垂直に載置し、共通電極１２０５と混合物１２０２とを電気的に接続する。次いで、共通電極１２０５と素子上の電極１２０３との間に電圧を印加できるように電源を接続する。
共通電極１２０５と電極１０３との間に電圧を印加すれば、混合物中から電子が放出される。
電子の放出方向に第６図に示すように、発光部１２０８を設けておけば表示装置を構成することができる。
なお、上記例では、素子群を基板１２０５上に配置したが、基板１２０５を用いる必要は必ずしもない。
素子群を所望の長さに切断し、一方の端面（電極１２０３が形成されている端面）は蛍光部１２０８に向けて配置する。一方、素子の反対側の端面においては混合部を少し露出させて、第７図に示すように、各素子の混合部同士を接続する。この接続部に電源１２０６の陽極を接続する。本発明の素子は可撓性を有しているため接続部は任意の位置に設定することが可能である。素子群の切断は接続部の位置に合わせた長さで切断すればよい。このように、基板１２０５の配置を考える必要が無くなり、また、接続部を自由に選択することができるため設計の自由度が大幅に増す。
【産業上の利用可能性】
本発明によれば以下の効果が得られる。
大面積が可能である。
優れた電子放出効率が得られる。
電子放出特性が経時的にも安定している。
６°以下の低放出角が達成される。
低ノイズである。
駆動電圧が１０Ｖ以下という低電圧である。
１０^−２〜１０^−６Ｔｏｒｒという低真空化が可能である。
蛍光部を発光させる発光素子に構成することにより、表示装置、ライトバルブあるいはバックライトに好適に用いることができるとともに、さらに走査型電子顕微鏡等の他の用途にも広く適用することができる。【Technical field】
The present invention relates to an element, a manufacturing method thereof, an element group, an electron emission source, and a display device.
[Background]
As a field emission type cold cathode electron source (hereinafter simply referred to as an electron source), a so-called planar stack having a structure in which a so-called Spindt type electron source, a lower electrode, a metal or semiconductor thin film, an insulating layer and an upper electrode are sequentially deposited. There is a type electron source.
As shown schematically in FIG. 8, the former Spindt-type electron source 1a exposes the lower electrode 3a in which a large number of minute conical tips (emitters) 2a made of molybdenum are arranged, and the tip of the tip 2a. It has the upper electrode 5a in which the hole 4a is disposed, the lower electrode 3a, and the insulating part 6a formed between the upper electrode 5a. The Spindt-type electron source 1a is configured to emit electrons through the hole 4a by applying a positive voltage to the upper electrode 5a with respect to the lower electrode 3a. This Spindt-type electron source is currently the most complete electron source.
However, since the above-mentioned Spindt type electron source is formed by a microfabrication technique with an electron source including a minute conical tip, the manufacturing process is complicated, and it is difficult to form the Spindt type electron source in a large area. There is a problem that the cost is very high. Furthermore, electrons emitted from the Spindt-type electron source are emitted at an angle of about 15 degrees with respect to the normal direction of the electron source. When applied to a fine field emission display, there is a problem that a focusing electrode must be formed to avoid crosstalk between pixels. Furthermore, the Spindt-type electron source has a problem that the voltage applied to the upper electrode to emit electrons is as high as several tens of volts or more.
As an electron source having a structure similar to this Spindt-type electron source, an electron source using carbon nanotubes has been studied. As schematically shown in FIG. 8, the electron source 1b using carbon nanotubes has a carbon nanotube layer 2b as an emitter instead of the tip 2a in the Spindt type electron source 1a. In FIG. 8, reference numeral 3b represents a lower electrode, reference numeral 4b represents a hole exposing the carbon nanotube layer 2b, and reference numeral 5b represents an upper electrode. Since an electron source using carbon nanotubes does not need to have a conical structure like the Spindt type, the structure is relatively simple, and it is excellent for manufacturing an electron source in a large area. Carbon nanotubes are considered to be chemically stable and excellent in electron emission characteristics.
However, it is difficult to form an electron source using carbon nanotubes so that the lengths of the carbon nanotubes are uniform, and the tip positions of the carbon nanotubes vary. Therefore, the distance between the upper electrode and the tip of the carbon nanotube varies depending on the location, and the electric field for extracting electrons differs. Therefore, in the case of a display having a pixel structure using an electron source using carbon nanotubes, there is a problem in that brightness and the like vary from pixel to pixel.
In order to eliminate the above-mentioned problems such as Spindt-type electrons, there is the latter planar stacked electron source in which all the constituent parts of the electron source are formed by a stacking method.
Typical planar stacked electron sources include a MIS (Metal Insulator Semiconductor) type and a MIM (Metal Insulator Metal) type. In the case of the MIS type, silicon is used as the semiconductor, and in the case of the MIM type, a metal material such as aluminum is used as the metal.
In the stacked electron source, electrons supplied from a semiconductor or metal pass through the insulating layer due to a tunnel phenomenon and reach the upper electrode, and among the reached electrons, electrons having energy higher than the work function of the upper electrode are upper. It is comprised so that it may discharge | release from an electrode.
For this reason, the thickness of the upper electrode is formed to be 10 to 20 nm, which is about the same as the mean free path of electrons in the upper electrode so that electrons can be uniformly emitted from the surface of the upper electrode.
In addition, as an electron source having a configuration similar to that of the stacked electron source, a BSD type (Ballistic Electron Surface-Emitting Device) electron source has been studied. As schematically shown in FIG. 8, the BSD type electron source 1c has a nanometer in which polysilicon 7c, which is a columnar semiconductor crystal, and a silicon oxide film (not shown) interposed between the polysilicons 7c are formed on the surface. A porous polysilicon layer 6c composed of an order microcrystalline silicon layer 2c is used as an emitter.
The stacked electron source and the BSD type electron source have a small degree of vacuum dependency of electron emission characteristics, stable electron emission and low noise, and a very small emission angle of emitted electrons, almost perpendicular to the electron emission surface. Electrons are emitted. In addition, the voltage applied to the upper electrode for emitting electrons is as low as 10 V or less.
However, the stacked electron source and the BSD type electron source are configured such that electrons reaching the upper electrode and electrons having energy equal to or higher than the work function of the upper electrode are emitted from the upper electrode. The problem is that the proportion of electrons emitted into the vacuum is very small compared to the leakage current flowing through the upper electrode.
A value obtained by dividing the current caused by electrons emitted into the vacuum by the sum of the leakage current flowing through the upper electrode and the current caused by electrons emitted into the vacuum is referred to as emission efficiency, and the stacked electron source and the BSD type electron source. In the case of (1), the maximum is about 1%, and in the case of a Spindt type electron source, it is about 100%.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
The present invention has been made in view of the above problems, and can solve all of the above problems and problems.
The present invention can be easily formed in a large area, has an electron emission efficiency equivalent to that of a Spindt-type electron source, and has excellent electron emission characteristics (vacuum degree dependency) equivalent to that of a stacked electron source such as MIM and BSD. It is an object to provide an electron emission source having a small emission angle, a small emission angle of emitted electrons, a stable current due to the emitted electrons, low noise, and a low applied voltage for emitting electrons.
It is an object of the present invention to provide a display device that has high definition and high luminance, has no luminance variation among pixels, and is excellent in stability of such characteristics.
An object of the present invention is to provide a device suitable for constituting the electron emission source and a method for manufacturing the device.
The element of the present invention is characterized in that a mixture containing a conductive polymer material and a carbon-based material is filled in a hollow body containing a resin and having an insulating property.
In such an element, the conductive polymer functions as a lower electrode, the carbon-based material functions as an emitter, and the hollow body functions as an insulating portion. Electrons can be emitted by cutting this element into a predetermined length, forming an electrode on one end face of the hollow body, and applying a voltage between the end face of the other insulator. Here, since the element mainly includes a conductive polymer material and a resin, a resin molding technique or the like can be applied. For this reason, an element with a high degree of freedom in shape and high shape accuracy can be easily formed. Therefore, the device according to the present invention has stable electron emission characteristics and excellent mass productivity.
The outer diameter of the element is 0.1 μm to 1 mm.
The carbon-based material is a carbon nanotube.
The carbon-based material is graphite or diamond-like carbon.
The carbon-based material is a fullerene.
The fullerene is an endohedral fullerene.
Since these carbon materials all have a π bond, electrons are easily emitted. In particular, the inclusion of atoms and molecules lowers the work function of fullerene, and the electron emission characteristics are particularly good.
The conductive polymer includes polyacetylene, polyphenylene vinylene, polypyrrole, polyaniline, polyalkylthiophene, or derivatives thereof.
The element is integrally formed by extrusion molding.
The element has flexibility.
The element group of the present invention is characterized in that the elements are bundled.
The electron emission source of the present invention is characterized in that an electrode is provided on an end face of the hollow body in the element.
The display device according to the present invention includes the electron emission source and a light emitting unit provided facing the electron emission direction of the electron source.
In the element manufacturing method of the present invention, a mixture containing a conductive polymer material and a carbon-based material is discharged from the first discharge portion as a fluidized state, and is disposed around the first discharge portion. A material forming the insulating resin is discharged from the discharge portion in a fluidized state, and an element in which the mixture is filled in the hollow body of the insulating resin based on the material is formed.
By adopting such a method, the material forming the insulating resin discharged from the second discharge portion is closely arranged around the mixture discharged from the first discharge portion, and the insulating resin is based on the material. When produced, a device in which a hollow body of insulating resin is filled with the mixture is manufactured in one step. Therefore, the defect rate of the element manufactured by the manufacturing method is reduced while maintaining mass productivity.
Here, the material forming the insulating resin may be the insulating resin itself or a polymer thereof. Moreover, in order to make a mixture or material into a fluid state, these may be heated to be in a molten or semi-molten state, or may be dissolved or dispersed using a solvent or a dispersion medium. When it is in a monomer state, it may be used as it is.
Further, after forming the element, the element may be stretched in the longitudinal direction to form an element having a desired outer shape.
In the present invention, an electron emission source is formed by bundling elements filled in a hollow body made of an insulating resin with a mixture of a conductive polymer material and a carbon-based material.
The element can be easily manufactured by extrusion or the like. That is, it can be manufactured without using a vacuum film formation technique.
In addition, since any number of the elements can be bundled, an electron emission source having an arbitrary area can be obtained simply by increasing the number of bundles. That is, a large-area electron emission source can be obtained, and as a result, a large-area display device can be realized very easily.
The hollow portion of the element is filled with a mixture obtained by mixing a carbon-based material with a conductive resin. That is, since the carbon-based material is uniformly dispersed in the conductive resin, the distance between the electrode and the carbon-based material does not differ depending on the location, unlike the conventional technique shown in FIG. 81b. Further, the emission angle of the emitted electrons is small, and electrons are emitted almost perpendicularly from the electron emission surface.
The diameter of the element can be set to an arbitrary size of 0.1 μm or more. 0.1 μm to 10 mm is preferable. 0.1 μm to 1 mm is more preferable. When the thickness is 0.1 μm or more, extrusion molding becomes easier. Even in the case of 1 mm to 10 mm, the roughness of the screen does not matter in the case of a display device viewed from a long distance. Accordingly, an element having a diameter of 1 mm to 10 mm may be used for an application where the screen is viewed from a distance where the roughness of the screen is not a concern.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a method for manufacturing an element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing an electron emission source according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing an arrangement example of elements in the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view showing an arrangement example of elements in the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a view showing a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
1201 Insulating resin 1201LIQ Insulating resin solution 1202 Mixture 1202LIQ Mixture solution 1203 Electrode 1204
1204a, 1204b, 1204c, 1204d, 1204e, 1204f, 1204g Element 1205 Common electrode 1206 Power supply 1207 Extrusion mold 1208 Light emitting part 1209 Substrate 1210 Conductive resin 1211 Carbon-based material 1212, 1213 Container
【Example】
FIG. 1 shows an element according to this example.
In the element 1204 according to this example, a mixture 1202 of a conductive polymer material 1210 and a carbon-based material 1211 is filled in a hollow body 1201 made of an insulating resin.
Such an element 1204 is preferably manufactured as follows.
An example of the manufacturing method will be described below with reference to FIG.
The conductive polymer material 1210 and the carbon-based material 1211 are mixed to form a mixture. This mixture is melted by heating in the container 1212 to form a solution state 1020 _liq . Alternatively, the mixture may be dissolved in an appropriate solvent to form a solution mixture 1020 _liq .
On the other hand, the insulating resin is also the insulating resin 1201 _liq in a solution state in the container 1213.
In addition, the solution said here also includes a semi-fluid state.
Next, the solution state mixture 1020 _liq and the solution state insulating resin 1201 _liq are extruded. For example, by applying pressure to the mixture 1020 _liq in the solution state and the insulating resin 1201 _{liq in the} solution state, extrusion is performed through the mold 1207 in which predetermined holes are formed. After passing through the mold 1207, the mixture and the insulating resin are solidified or semi-solidified.
As a result, elements in which the mixture 1202 of the conductive polymer material 1210 and the carbon-based material 1211 is filled in the hollow body 1201 made of an insulating resin are continuously formed. What is necessary is just to wind up to a roll etc. by pulling one end of this element.
When extrusion molding is performed, a tensile force in the longitudinal direction is applied to the element. Therefore, a carbon-based material (particularly a material having an aspect ratio of 1 or more such as a carbon nanotube) is also arranged in parallel with the longitudinal direction of the element.
In addition, you may extend by applying the tensile force of the longitudinal direction of an element after extrusion molding. By this extension, the element diameter can be further reduced. Moreover, the carbon-based material can be aligned in parallel with the longitudinal direction.
The cross-sectional shape of the element 1204 itself and the cross-sectional shape of the mixture 1202 can be any shape. What is necessary is just to make the shape of the hole in the type | mold 1207 into a desired shape. For example, it may be a triangle, a quadrilateral or other polygon, a star, a circle, an ellipse or any other shape. The shape of the mixture is also the same.
Next, an electrode 1203 is formed at one end of the element. Further, before the electrode is formed, the filled mixture is slightly removed from the end surface on the side where the electrode is formed by etching or using a solution that dissolves only the mixture.
Note that the electrodes may be formed after the elements are bundled.
A plurality of devices manufactured as described above are bundled.
An example of how to bundle is shown in FIG. In this example, an element having a circular cross-sectional shape is used as the element. The large-diameter elements 1204f are adjacent to each other, and the small-diameter element 1204 is embedded in the gap. Thereby, it can arrange in higher density.
FIG. 5 shows an example in which the cross-sectional shape of the element itself is a square. In this case, the gaps between the elements are reduced, and the elements can be arranged with high density.
The number of elements to be bundled is arbitrary. Therefore, an electron emission source having a large area can be manufactured by increasing the number of elements to be bundled. As a result, a display device having a large area can be manufactured very easily.
The element group in a state where the elements are bundled is cut perpendicularly to the longitudinal direction. The length to cut is arbitrary. After the cutting, as shown in FIG. 3, the cut element group is placed vertically on the common electrode 1205, and the common electrode 1205 and the mixture 1202 are electrically connected. Next, a power source is connected so that a voltage can be applied between the common electrode 1205 and the electrode 1203 on the element.
When a voltage is applied between the common electrode 1205 and the electrode 103, electrons are emitted from the mixture.
As shown in FIG. 6 in the electron emission direction, a display device can be configured by providing a light emitting portion 1208.
In the above example, the element group is arranged on the substrate 1205; however, the substrate 1205 is not necessarily used.
The element group is cut to a desired length, and one end surface (an end surface on which the electrode 1203 is formed) is disposed toward the fluorescent portion 1208. On the other hand, on the opposite end face of the element, the mixing portion is slightly exposed, and the mixing portions of the elements are connected to each other as shown in FIG. The anode of the power source 1206 is connected to this connection portion. Since the element of the present invention has flexibility, the connecting portion can be set at an arbitrary position. What is necessary is just to cut | disconnect the element group by the length match | combined with the position of the connection part. Thus, it is not necessary to consider the arrangement of the substrate 1205, and the connection portion can be freely selected, so that the degree of freedom in design is greatly increased.
[Industrial applicability]
According to the present invention, the following effects can be obtained.
Large areas are possible.
Excellent electron emission efficiency can be obtained.
The electron emission characteristics are stable over time.
A low emission angle of 6 ° or less is achieved.
Low noise.
The drive voltage is a low voltage of 10V or less.
Vacuum reduction of 10 ⁻² to 10 ⁻⁶ Torr is possible.
By constituting the light emitting element that emits the fluorescent portion, it can be suitably used for a display device, a light valve, or a backlight, and can be widely applied to other uses such as a scanning electron microscope.

Claims

導電性高分子材料とカーボン系材料とを含む混合物が、樹脂を含み絶縁性を有する中空体の内部に充填されてなり、電子放出源に用いることを特徴とする素子。Mixture containing a conductive polymer material and the carbon-based material, Ri Na is filled into the hollow body having an insulating property includes a resin, elements, characterized by using the electron emission source.

前記素子の外径は０．１μｍ〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の素子。The element according to claim 1, wherein an outer diameter of the element is 0.1 μm to 1 mm.

カーボン系材料は、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１又は２記載の素子。3. The device according to claim 1, wherein the carbon-based material is a carbon nanotube.

カーボン系材料は、グラファイト或いはダイヤモンドライクカーボンであることを特徴とする請求項１又は２記載の素子。3. The element according to claim 1, wherein the carbon-based material is graphite or diamond-like carbon.

カーボン系材料は、フラーレンであることを特徴とする請求項１又は２記載の素子。The element according to claim 1, wherein the carbon-based material is fullerene.

前記フラーレンは内包フラーレンであることを特徴とする請求項５記載の素子。6. The device according to claim 5, wherein the fullerene is an endohedral fullerene.

前記導電性高分子は、ポリアセチレン、ポリフェニレンビニレン、ポリピロール、ポリアニリン若しくはポリアルキルチオフェン又はこれらの誘導体を有することを特徴とする請求項１乃至６記載の素子。The element according to claim 1, wherein the conductive polymer includes polyacetylene, polyphenylene vinylene, polypyrrole, polyaniline, polyalkylthiophene, or a derivative thereof.

前記素子は押出し成形により一体成形されたものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか1項記載の素子。The element according to claim 1, wherein the element is integrally formed by extrusion molding.

前記素子は可撓性を有することを特徴とする請求項８記載の素子。The element according to claim 8, wherein the element is flexible.

請求項１乃至９記載の素子を束ねてなることを特徴とする素子群。10. An element group comprising the elements according to claim 1 bundled together.

請求項１ないし９のいずれか1項記載の素子における前記中空体の端面に電極を設けたことを特徴とする電子放出源。10. An electron emission source according to claim 1, wherein an electrode is provided on an end face of the hollow body in the element according to any one of claims 1 to 9.

請求項１１記載の電子放出源と、前記電子放出源の電子放出方向に対向して設けられた発光部とを備えたことを特徴とする表示装置。 12. A display device comprising: the electron emission source according to claim 11; and a light emitting unit provided to face the electron emission direction of the electron emission source.

導電性高分子材料とカーボン系材料とを含む混合物を流動状態として第一の吐出部から吐出するとともに、当該第一の吐出部の周囲に配置される第二の吐出部から絶縁性樹脂をなす材料を流動状態として吐出して、当該材料に基づいて成る絶縁性樹脂の中空体に前記混合物が充填されてなり、電子放出源に用いる素子を成形することを特徴とする素子の製造方法。A mixture containing a conductive polymer material and a carbon-based material is discharged from the first discharge portion in a fluidized state, and an insulating resin is formed from the second discharge portion disposed around the first discharge portion. and discharging the material as a fluidized state, Ri Na said mixture to a hollow body of insulating resin made on the basis of the material is filled, the manufacturing method of the device characterized by forming a device used for the electron emission source.

前記成形に引き続いて、前記素子を長手方向に展伸することを特徴とする請求項１３記載の素子の製造方法。14. The method for manufacturing an element according to claim 13, wherein the element is stretched in the longitudinal direction following the molding.