JP2006156389A - 炭素ナノチューブの配向装置、炭素ナノチューブの配向方法及び電界放出表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炭素ナノチューブの配向装置、炭素ナノチューブの配向方法及び電界放出表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に従う炭素ナノチューブの配向装置は、絶縁性基板上に形成された極性が互いに反対である少なくとも二つ以上の電極及びこの電極を覆う絶縁層を含む。この電極によって形成される電界によって、この電極に隣接して配置された炭素ナノチューブが配向される。これにより、炭素ナノチューブを一定方向に配向させることができて高輝度の均一な発光を起こすことができ、長時間使用できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、表示装置に関するものであり、より詳しくは、電界放出表示装置の製造方法に関するものである。

従来の情報伝達媒体の重要部分である表示装置の代表的な活用分野としては、個人用コンピュータのモニターとテレビジョン受像機などを挙げることができる。こうした表示装置は、高速熱電子放出を用いる陰極線管（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ；ＣＲＴ）と、最近に急速度に発展している液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）、プラズマ表示装置（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ；ＰＤＰ）及び電界放出表示装置（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＦＥＤ）などのような平板表示装置（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）に広く分類できる。

この中で、電界放出表示装置は、他の平板表示装置の短所を克服できる次世代情報通信用平板表示装置に注目を浴びている。電界放出表示装置は、電極構造が簡単であり、ＣＲＴのような原理に高速動作が可能であり、消費電力、効率、輝度などの面で優れる。

こうした電界放出表示装置は、カソード電極上に一定した間隔に配列されたエミッターに強い電界を印加することによってエミッターから電子を放出させ、この電子をアノード電極の表面に塗布された蛍光体に衝突させて発光されるようにする。すなわち、真空中のエミッターに強い電界が印加されるとき、電子がエミッターから真空外へ出る量子力学的トンネリング現象を用いたことである。この際、電界放出表示装置は、Ｆ−Ｎ（Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ）法則によって電流−電圧特性を現す。

初期の電界放出表示装置のエミッターは、主にモリブデン（Ｍｏ）を主材質としてスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）タイプの金属チップ（又はマイクロチップ）が使用された。ところで、こうした金属チップ形状のエミッターを有する電界放出表示装置においては、エミッターを配置するための極微細なホールが形成されなければならなく、モリブデンを蒸着して画面全領域で均一な金属マイクロチップが形成されなければならないので、製造工程が複雑であり、高難度の技術を必要とする。だけではなく、高価の装備を使用しなければならないため製品コストが上昇する問題点がある。従って、金属チップ形状のエミッターを有する電界放出表示装置は、大画面化することに制約があることと指摘されている。これにより、低電圧の駆動条件でも良質の電子放出を得ることができ、エミッターを平坦な形状に形成させて製造工程を簡略に行うことができる技術が研究開発されている。最近では炭素ナノチューブが機械的に強く、化学的に相当に安定して比較的低い真空度で電子放出特性に優れて、これを用いた電界放出表示装置の重要性が認識されている。

炭素ナノチューブエミッターを製造する方法では金属、有機高分子及びナノチューブより成ったペーストをプリンティングした後、エッチング工程を通じてナノチューブが突出されるようにする方法、ナノチューブを有機溶剤に分散させて導電板上で有機溶剤を蒸発させてナノチューブ膜を形成させる方法及びナノチューブを帯電体と共に溶媒に分散させて電気泳動法によってエミッターを形成させる方法などがある。しかしながら、このような方法に製造されたナノチューブエミッターは、電子放出に有効なナノチューブの分布が均一であることができなく、特に電極基板上のナノチューブが電子放出を容易に起こすことができるように垂直に配列されていないので高輝度の均一な発光を起こすことができない。また、長時間使用できない短所がある。

本発明の技術的課題は、高輝度の均一な発光を起こすことができるように炭素ナノチューブを配向する方法及びこれを含む電界放出表示装置の製造方法を提供するところにある。

本発明の他の技術的課題は、炭素ナノチューブを一定方向に配向できる炭素ナノチューブの配向装置を提供するところにある。

前述した技術的課題を達成するための本発明の一側面による炭素ナノチューブの配向装置は、絶縁性基板上に形成された極性が互いに反対である少なくとも二つ以上の電極及びこの電極を覆う絶縁層を含む。この電極によって形成される電界によって、この電極に隣接して配置された炭素ナノチューブが配向される。

一対の電極は、サイズが同一なストライプ形でありうる。

前述した技術的課題を達成するための本発明の他の側面による炭素ナノチューブの配向方法は、炭素ナノチューブの配向装置を使用する。この方法は、炭素ナノチューブが配置された基板を配向装置に近接するように設けさせ、配向装置の電極に電圧を印加して電界を形成することを含む。

電圧を印加するため使用される電流は、交流又はパルス型直流でありうる。

この電界の強度は、０．１Ｖ／μｍ〜１０Ｖ／μｍでありうる。

前述した技術的課題を達成するための本発明のさらに他の側面による電界放出表示装置の製造方法は、カソード電極及びゲート電極が形成された絶縁性基板上に炭素ナノチューブを配置し、炭素ナノチューブを電界に露出させて炭素ナノチューブを配向させることを含む。

炭素ナノチューブを配置することは、カソード電極及びゲート電極上に炭素ナノチューブを含むペーストをスクリーンプリンティングすることによって遂行されるか、或いは基板上に炭素ナノチューブを含むペーストをプリンティングした後パターニングすることによって遂行されることができる。

この電界は、請求項１の電界印加装置によって形成できる。

この電界の強度は、０．１Ｖ／μｍ〜１０Ｖ／μｍでありうる。

本発明によれば、炭素ナノチューブを一定方向に配向させることができて、高輝度の均一な発光を起こすことができる。

前述した本発明によれば、炭素ナノチューブを一定方向に配向させることができて、高輝度の均一な発光を起こすことができ、長時間使用できる。

本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付する図面と共に詳細に後述している実施形態を参照すれば明確になる。しかしながら、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、相異なる多様な形態で具現されるものであり、本実施形態は、本発明の開示が完全となり、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、特許請求の範囲の記載に基づいて決められなければならない。

図面において、層（膜）又は領域の厚さなどは明確性を期するために誇張されるように表現できる。また、層（膜）が他の層（膜）又は基板上にあると言及される場合に、それは他の層（膜）又は基板上に直接形成できるか、又はそれらの間に第３の層（膜）が介在されても良い。

なお、明細書全体にかけて同一参照符号は同一構成要素を示すものとする。

以下、添付した図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。

図１は、炭素ナノチューブの配向装置を概略的に示した図面である。

図１を参照すれば、炭素ナノチューブの配向装置１０は、絶縁性基板１２と、電界を形成するための電極１５ａ，１５ｃ及び絶縁層１８と、を含む。絶縁性基板１２上に極性が互いに反対である電極１５ａ，１５ｃが設けられる。示されないが、電極１５ａ，１５ｃはストライプ（ｓｔｒｉｐｅ）形でありうる。極性が互いに反対である電極１５ａ，１５ｃは、アノード電極１５ａとカソード電極１５ｃとから構成され、アノード電極１５ａとカソード電極１５ｃは一定間隔を置いて一つずつ交代に配置される。アノード電極１５ａとカソード１５ｃは厚さと幅が互いに同一であることができる。また、炭素ナノチューブの配向装置でのアノード電極１５ａ及びカソード電極１５ｃは後述される電界放出表示装置でのアノード電極及びカソード電極と区別されなければならない。

基板１２上に電極１５ａ，１５ｃを覆う絶縁層１８が設けられることができる。絶縁層１８がなくアノード電極１５ａに電圧が印加されれば、電界（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆｉｅｌｄ；ＥＦ）は、アノード電極１５ａとカソード電極１５ｃとの間の最短距離に形成されるが、絶縁層１８が塗布されれば、電界（ＥＦ）はアノード電極１５ａとカソード電極１５ｃとの間に放物線を描いて形成される。

図２は、炭素ナノチューブの配向方法を説明するための図面である。

図２を参照すれば、炭素ナノチューブを含むペースト３０ｐを図１の配向装置によって形成された電界（ＥＦ）に近接するように設けさせれば、ペースト３０ｐ内の炭素ナノチューブが電界（ＥＦ）の方向に配向される。この際、配向装置１０の電極１５ａ，１５ｃの配置と印加される電圧、そして電界放出表示装置のエミッター基板２０の位置を適切に調節すれば、垂直方向だけではなく、所望のいずれか方向にも炭素ナノチューブを配向させうる。

電圧印加に使用される電源は、交流、直流及びパルス型直流のうちいずれかも可能であるが、炭素ナノチューブの配向時衝撃効果などの観点で交流やパルス型直流を使用することが好ましい。炭素ナノチューブの配向に必要な電界（ＥＦ）の強度は０．１Ｖ／μｍ〜１０Ｖ／μｍが適当する。

本発明の一実施形態では、炭素ナノチューブを含むペースト３０ｐがエミッター基板２０のゲート電極２５ｇ及びカソード電極２５ｃに全て形成されているが、どのような形態でも可能である。ペースト３０ｐは、カソード電極２５ｃ上にのみ形成できる。また、ゲート電極２５ｇがカソード電極２５ｃの側面に設けられるラテラルゲート方式だけではなく、ゲート電極２５ｇがカソード電極２５ｃ下に設けられるアンダーゲート方式やゲート電極２５ｇがカソード電極２５ｃとアノード電極（図示せず）との間に穴が空いた形態に設けられるグリッド型ゲート方式などでも本発明に従う配向方法が適用されうる。

図３Ａ〜図３Ｃは、電界放出表示装置の製造方法を説明するための図面である。

図３Ａを参照すれば、エミッター基板２０上にカソード電極２５ｃ及びゲート電極２５ｇが形成される。本発明の一実施形態のようにゲート電極２５ｇがカソード電極２５ｃの側面に設けられるラテラルゲート方式の電界放出表示装置では、カソード電極２５ｃ及びゲート電極２５ｇが一回の写真及びエッチング工程によって同時に形成される。カソード電極２５ｃ及びゲート電極２５ｇは、同じサイズのストライプ形であり、それぞれ一つずつ交代になるように形成される。但し、本発明において、電界放出表示装置は、ラテラルゲート方式ではなくても差支えない。

エミッター基板２０は、ガラス、アルミナ、石英、シリコンなどが使用できるが、電界放出表示装置の工程及び大面積化を考慮すれば、ガラス基板を使用することが好ましい。カソード電極２５ｃ及びゲート電極２５ｇは、Ａｇ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｗ，Ｚｎ，ＩＴＯ及びこれらの合金から構成されるグループから選択されたいずれか一つより成ることができる。

図３Ｂを参照すれば、カソード電極２５ｃ及びゲート電極２５ｇ上に炭素ナノチューブを含むペースト３０ｐがスクリーンプリンティングされる。この際、ペースト３０ｐはカソード電極２５ｃ及びゲート電極２５ｇのようにストライプ形に形成される。勿論、ストライプ形ではない異なる形態で形成されても良い。また、本発明は炭素ナノチューブペースト３０ｐの形成方法や形成位置に制限を受けない。

ペースト３０ｐは、窒酸と黄酸が混合された酸性溶液で炭素ナノチューブを８時間以上酸化させて直径ｄが１ｎｍ〜３０ｎｍ、長さＬが１μｍ〜１０μｍ、長さと直径の比（Ｌ／ｄ）が５００〜１００００になるようにした後、ターピネオール（ｔｅｒｐｉｎｅｏｌ）にエチルセルロース（ｅｔｈｙｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）を１０ｗｔ％溶かした溶液と混合して製造される。

再び図３Ｂと図２を参照すれば、炭素ナノチューブペースト３０ｐが形成されたエミッター基板２０が配向装置１０に近接するように配置される。配向装置の電極１５ａ，１５ｃによって形成された電界（ＥＦ）によってペースト３０ｐ内の炭素ナノチューブが垂直方向に配向される。前述したように、垂直方向ではない他の方向に配向させても良い。

図３Ｃを参照すれば、ペースト３０ｐを乾燥させれば、配向された炭素ナノチューブによってエミッター３０が形成される。エミッター基板２０上にアノード基板４０が配置される。アノード基板４０上に蛍光体５０が塗布されたアノード電極４５が設けられる。

以下では、本発明に従って製造されたエミッターの発光特性を実験した結果が記述される。再び図３Ｃを参照すれば、エミッター３０の線幅が１００μｍ、厚さが１０μｍであり、２Ｖ／μｍ大きさの電界によって約３分間垂直配向された。エミッター基板２０上に５ｍｍ間隔を置いてアノード基板４０を配置した後、ゲート電極２５ｇには２５０Ｖの両方向型パルス直流電圧を印加し、アノード電極４５には６ｋＶの直流電圧を印加していたが、１２０００ｃｄ／ｍ^２の輝度と１１５００Ｋの色温度を示すなど電子放出特性が電界処理によって向上されたことを示した。

以上、添付した図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本発明の技術的思想や必須的な特徴を変更せずに他の具体的な形態で実施されうることを理解することができ、本発明の範囲から外れない限度内で色々の変形が可能なことは勿論である。したがって、上述した好適な実施形態は、例示的なものであり、限定的なものではないと理解されるべきであり、特許請求の範囲だけではなく、この発明の特許請求の範囲と均等なことによって決められるべきである。

炭素ナノチューブの配向装置を概略的に示した図面である。 炭素ナノチューブの配向方法を説明するための図面である。 電界放出表示装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 電界放出表示装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 電界放出表示装置の製造方法を説明するための工程断面図である。

符号の説明

１０：配向装置
１２：配向装置の絶縁性基板
１５ａ：配向装置のアノード電極
１５ｃ：配向装置のカソード電極
１８：絶縁層
２０：電界放出表示装置の基板
２５ｃ：電界放出表示装置のカソード電極
２５ｇ：電界放出表示装置のゲート電極
３０：エミッター
３０ｐ：ペースト
ＥＰ：電界

Claims (10)

1. 絶縁性基板上に形成された極性が互いに反対である少なくとも二つ以上の電極；および前記電極を覆う絶縁層を含み、
   前記電極によって形成される電界によって前記電極に隣接して配置された炭素ナノチューブを配向させること
   を特徴とする炭素ナノチューブの配向装置。
2. 前記電極は、サイズが同一なストライプ形であること
   を特徴とする請求項１に記載の炭素ナノチューブの配向装置。
3. 請求項１の配向装置を使用して炭素ナノチューブを配向する方法であって、
   前記炭素ナノチューブが配置された基板を前記配向装置に近接するように設けさせ、
   前記配向装置の電極に電圧を印加して電界を形成することを含むこと
   を特徴とする炭素ナノチューブの配向方法。
4. 前記電圧を印加するため使用される電流は、交流又はパルス型直流であること
   を特徴とする請求項３に記載の炭素ナノチューブの配向方法。
5. 前記電界の強度は、０．１Ｖ／μｍ〜１０Ｖ／μｍであること
   を特徴とする請求項３に記載の炭素ナノチューブの配向方法。
6. カソード電極及びゲート電極が形成された絶縁性基板上に炭素ナノチューブを配置し、
   前記炭素ナノチューブを電界に露出させて前記炭素ナノチューブを配向させること
   を含むことを特徴とする電界放出表示装置の製造方法。
7. 前記炭素ナノチューブを配置することは、前記カソード電極及びゲート電極上に前記炭素ナノチューブを含むペーストをスクリーンプリンティングすることによって遂行されること
   を特徴とする請求項６に記載の電界放出表示装置の製造方法。
8. 前記炭素ナノチューブを配置することは、前記基板上に前記炭素ナノチューブを含むペーストをプリンティングした後パターニングすることによって遂行されること
   を特徴とする請求項６に記載の電界放出表示装置の製造方法。
9. 前記電界は、請求項１の電界印加装置によって形成されること
   を特徴とする請求項６に記載の電界放出表示装置の製造方法。
10. 前記電界の強度は、０．１Ｖ／μｍ〜１０Ｖ／μｍであること
    を特徴とする請求項６に記載の電界放出表示装置の製造方法。

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