JP2008512849A

JP2008512849A - 活性化させないカーボンナノチューブによる電界放出の増強法

Info

Publication number: JP2008512849A
Application number: JP2007536693A
Authority: JP
Inventors: トンシェンマオ，; リチャードエル．フィンク，; ズビィヤニブ，
Original assignee: ナノプロプリエタリー，インコーポレイテッド
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2025-09-08
Also published as: TW200622031A; CN101432838B; KR101092540B1; US7736209B2; CN101432838A; WO2007035178A2; TWI378155B; KR20080009258A; JP5090917B2; US20070278925A1; WO2007035178A3

Abstract

カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）のようなナノ粒子を用いる電界放出デバイスにおいて使用するためのカソードを形成するための方法が、開示される。ＣＮＴ層は、カソードの表面上に、電界放出材料を含有する。本発明の方法を使用して、被覆されたＣＮＴの密度は、このカソードの表面上に島状電界放出領域を形成することによって、調節され得る。ＣＮＴ島状電界放出領域の大きさおよび分布は、得られるＣＮＴ層の電界放出特性を最適にするように働く。１つの実施形態において、ＣＮ島状電界放出領域は、スクリーン印刷被覆方法を使用して、形成される。本発明は、被覆後に、電界放出のためにカーボンナノチューブを活性化または整列させるためのさらなるプロセスなしで、実施され得る。

Description

本発明は、米国特許法第１１９条第（ｅ）項の下で、米国仮特許出願番号６０／６０９，１２８に対する優先権を主張する。

（技術分野）
本発明は、一般に、電界放出（ｆｅｉｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎ）に関し、そして特に、カーボンナノチューブカソードを使用する電界放出に関する。

（背景情報）
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、高いアスペクト比、導電率、および顕著な化学的不活性に起因する、長寿命の非常に安定かつ低い電圧での作動により、電界放出用途（例えば、フラットパネルディスプレイ、マイクロ波供給源、Ｘ線管など）のための優れたコールドカソード材料である（非特許文献１）。ＣＮＴは、触媒により支持された基板上に、アーク放電、レーザー切除および他の技術によって、１２００℃〜１３００℃までの高温で成長し得る。化学蒸着法（ＣＶＤ）により被覆（ｄｅｐｏｓｉｔ）される、整列ＣＮＴ（ａｌｉｇｎｅｄＣＮＴ）は、良好な電界放出特性を有し得る。なぜなら、これらは、より高い幾何学的電界増強を有するからである。しかし、ＣＶＤプロセスは、必ずしも、広い面積にわたってＣＮＴを被覆させるためには適していない。なぜなら、ディスプレイ用途に要とされる、面積が広い基板にわたり均一性の高いプロセス条件を達成することが、非常に困難であるからである。ＣＶＤによるＣＮＴの成長はまた、高い（５００℃を超える）プロセス温度を必要とするため、低費用の基板（例えば、ソーダ石灰ガラス）の使用を除外してしまう。

より簡単なプロセスは、ＣＮＴ粉末を収集し、そしてこれらを、基板の選択的な領域に均一に被覆させることである。ＣＮＴは、結合剤、エポキシなどと混合される場合、メッシュスクリーンを通して印刷され得る（非特許文献２）。これらの粉末は、溶媒（例えば、ＩＰＡ、アセトン、または水）と混合される場合、基板上にスプレーされ得る（非特許文献３）。次いで、特別な表面処理（いわゆる「活性化プロセス」）が、しばしば、ＣＮＴカソードの低い電界放出および高い放出部位密度を達成するために、必要とされる。テーピング（ｔａｐｉｎｇ）プロセスは、カーボンナノチューブの電界放出特性を増強し得る（Ｙｕ−ＹａｎｇＣｈａｎｇ，Ｊｙｈ−ＲｏｎｇＳｈｅｕ，Ｃｈｅｎｇ−ＣｈｕｎｇＬｅｅ，「Ｍｅｔｈｏｄｏｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｆｏｒｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｆｉｅｌｄｅｍｉｔｔｅｒｓ」、特許文献１）。この方法において、接着テープが、ＣＮＴカソード表面に密接に取り付けられ、次いで、取り外される。テーピングの結果として、いくらかのカーボンナノチューブが垂直に配向し、そして弱く結合したＣＮＴ部分が除去される。いくらかの接着剤の残留物が、カーボンナノチューブ層の頂部に残される可能性がある。テーピング活性化プロセス後のカソード表面上の有機性残留物は、電界放出作動の間に、望ましくない残留気体を、密封されたガラスディスプレイエンベロープ内に放出し得る。また、表面積が広い基板にわたって均一に活性化させることは、依然として困難である。例えば、多くのディスプレイ用途は、４０インチ〜１００インチのディスプレイパネルを必要とし得る。

ＣＮＴの一部は、テーピングプロセス後に垂直に整列し得るが、このことは、ＣＮＴカソードの電界放出特性を改善する際の、主要な因子であると考えられており、実際に、ＣＮＴ材料の一部は、テープの接着層によって除去される。ある研究者は、ＣＮＴの密度が非常に高い場合に、ＣＮＴの電界放出特性が低下することを見出した（非特許文献４）。ＣＮＴが互いに非常に接近している場合、電界放出遮蔽効果が起こり、ＣＮＴが電子を放出することを妨げる。粒子と混合されたＣＮＴでは、電界放出特性が増強された。これは、その粒子によってＣＮＴが互いに離れているからである（ＤｏｎｇｓｈｅｎｇＭａｏ，ＲｉｃｈａｒｄＬｅｅＦｉｎｋ，ＺｖｉＹａｎｉｖ，「Ｅｎｈａｎｃｅｄｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｆｒｏｍｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｍｉｘｅｄｗｉｔｈｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、特許文献２）。非特許文献２において、研究者らは、ＣＮＴ混合物の被覆後の活性化プロセス（例えば、テーピング）なしで、良好な電界放出結果を得た。炭素フィルムをコールドカソードとして使用する、以前の研究において、パターン付けされた炭素フィルムは、連続的な炭素フィルムよりもずっと良好な電界放出特性を有することが観察された（ＺｈｉｄａｎＬｉＴｏｌｔ，ＺｖｉＹａｎｉｖ，ＲｉｃｈａｒｄＬｅｅＦｉｎｋ，「Ｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｕｓｅｄｉｎｇｒｏｗｉｎｇａｃａｒｂｏｎｆｉｌｍ」、特許文献３）。別の活性化プロセスは、最適化された軟質ゴムローラを使用して、ＣＮＴを覆っている汚染物質を除去することを包含する（非特許文献５）。このプロセスの間、ＣＮＴの一部もまた除去され、そしてＣＮＴの電界放出特性が改善された。摩擦プロセス後のＣＮＴの整列は、観察されなかったが、ＣＮＴコーティングに電場が印加された後に、整列が観察された。このことは、カソード上のＣＮＴの整列が、改善された電界放出特徴のために必要とされる重要な特性ではないことを示す。
米国特許第６，４３６，２２１号明細書米国特許第６，７９８，１２７号明細書米国特許第６，６３０，０２３号明細書ＺｖｉＹａｎｉｖ，「Ｔｈｅｓｔａｔｕｓｏｆｔｈｅｃａｒｂｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｅｍｉｔｔｉｎｇｆｉｌｍｓｆｏｒｄｉｓｐｌａｙａｎｄｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，ＴｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＤｉｓｐｌａｙＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｊａｎｕａｒｙ２９−３１，２００２，Ｓｅｏｕｌ，ＫｏｒｅａＤ．Ｓ．Ｃｈｕｎｇ，Ｗ．Ｂ．Ｃｈｏｉ，Ｊ．Ｈ．Ｋａｎｇら，「Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｆｒｏｍ４．５ｉｎ．ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌｅｄａｎｄｍｕｌｔｉ−ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｆｉｌｍｓ」，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１８（２），１０５４−１０５８（２０００）Ｄ．Ｓ．Ｍａｏ，Ｒ．Ｌ．Ｆｉｎｋ，Ｇ．Ｍｏｎｔｙら，「ＮｅｗＣＮＴｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｏｒＦＥＤｓｔｈａｔｄｏｎｏｔｒｅｑｕｉｒｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ」，ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＮｉｎｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＤｉｓｐｌａｙＷｏｒｋｓｈｏｐｓ，Ｈｉｒｏｓｈｉｍａ，Ｊａｐａｎ，ｐ．１４１５，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ４−６，２００２Ｊｅａｎ−ＭａｒｃＢｏｎａｒｄ，ＮｉｃｏｌａｓＷｅｉｓｓ，ＨａｎｎｅｓＫｉｎｄら，「Ｔｕｎｉｎｇｔｈｅｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｐａｔｔｅｒｎｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｆｉｌｍｓ」，ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ１３，１８４−１８８（２００１）ＹｏｎｇＣ．Ｋｉｍ，Ｋ．Ｈ．Ｓｏｈｎ，Ｙ．Ｍｏ．Ｃｈｏ，およびＥｕｎＨ．Ｙｏｏ，「Ｖｅｒｔｉｃａｌａｌｉｇｎｍｅｎｔｏｆｐｒｉｎｔｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｂｙｍｕｌｔｉｐｌｅｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃｙｃｌｅｓ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ８４，５３５０−５３５２（２００４）

関連技術におけるこれらの知見を考慮して、ＣＮＴが表面上で高密度になりすぎて被覆されることにより、電子の放出を阻止しないように、ＣＮＴカソードを低温で製造することが必要とされる。ＣＮＴ材料の最適化された空間分布を用いて、被覆後の活性化プロセスが排除され得、これによって、得られる電界放出ディスプレイ装置の製造におけるかなりの費用および努力を節約する。

（発明の要旨）
本発明は、活性化プロセス工程を必要とせずに、改善された電界放出特徴を有するＣＮＴカソードを得る方法を提供することによって、上記必要性に取り組む。ＣＮＴ材料は、カソード電極表面上に、互いから物理的に点在する不連続な島状電界放出領域の層として、被覆される。電界放出性能の最適化は、島状電界放出領域の密度を調節することによって、実現される。本発明の方法は、増強された電界放出特性を得るために、ＣＮＴ材料を他の粒子と混合することも、ＣＮＴを物理的に整列させることも、いずれも必要としない。

電界放出カソードのためにＣＮＴ材料を被覆させることに関する、先行技術より優れた本発明の利点としては、引き続く基板の活性化および材料の除去を伴う被覆と比較した場合に、必要とされるＣＮＴの量、および全体的に単純なプロセスが挙げられる。低温での被覆プロセス（例えば、スクリーン印刷）を使用して、本発明は、工業規模の操作のために、費用対効果が優れた方法を提供する。

上記のことは、以下の発明の詳細な説明がよりよく理解され得るために、本発明の特徴および技術的利点をかなり広範に概説した。本発明のさらなる特徴および利点は、本発明に係る特許請求の範囲における主要部を形成し、以下で本明細書において記載される。

本発明およびその利点のより完全な理解のために、以下の明細書が、添付の図面と組み合わせて参照される。

（詳細な説明）
以下の説明において、多数の具体的な詳細（例えば、具体的な基板材料）が、本発明の完全な理解を提供するために、記載される。しかし、本発明は、このような具体的な詳細なしで実施され得ることが、当業者に明らかである。他の例において、本発明を不必要な細部において不明瞭にしないために、周知の回路が、ブロック図の形態で示されている。ほとんどの部分において、タイミングの問題などに関する細部は、このような細部が本発明の完全な理解を得るためには必ずしも必要ではなく、そして関連分野の当業者の技術範囲内である限り、省略されている。

ここで、図面が参照される。図面に図示される要素は、必ずしも、同一縮尺で示されてはおらず、そして同じかまたは類似の要素は、数枚の図にわたって、同じ参照番号によって表される。

本発明は、互いから離れているＣＮＴ島状領域をパターン付けすることによって、実質的に増強された電界放出特性を提供する。本発明の方法およびデバイスは、ＣＮＴカソード材料の電界放出を容易にするための活性化プロセスを必要としない。従って、本発明は、非常に容易かつ低費用のプロセスを組み込み、このプロセスは、非常に良好な均一性で、非常に広い面積にわたって、実施され得る。

本発明の１つの実施例において使用される、未精製の単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）（ＩｌｊｉｎＮａｎｏｔｅｃｈ，Ｉｎｃ．，Ｋｏｒｅａ製）および精製単層カーボンナノチューブ（ＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ製）は、直径１ｎｍ〜２ｎｍおよび長さ５μｍ〜２０μｍであった。他の供給源からの、精製されたものと未精製のものとの両方の、単層、二層または多層の、カーボンナノチューブ、炭素繊維または他の種類のナノチューブおよびナノワイヤもまた、使用され得、類似の結果が得られる。ＣＮＴ材料はまた、化学修飾されたＣＮＴ、機能化されたＣＮＴ、または種々の方法によって誘導体化されたＣＮＴからなり得る。ＣＮＴ材料としてはまた、他の種々の形態のナノ粒子（バルキーチューブ（ｂｕｃｋｙｔｕｂｅ）、炭素繊維、金属カーボンナノチューブ、半導体カーボンナノチューブが挙げられる）が挙げられ得る。いくつかの場合において、ナノ粒子材料は、球状粒子、皿状粒子（ｄｉｓｈ−ｓｈａｐｅｄｐａｒｔｉｃｌｅ）、板状粒子（ｌａｍｅｌｌａｒｐａｒｔｉｃｌｅ）、棒様粒子、金属粒子、半導体粒子、ポリマー粒子、セラミック粒子、誘電粒子、粘土粒子および繊維を含有し得る。他の例示的な方法において、上記なの粒子の組成および形態の種々の組み合わせもまた、本発明を実施するために使用され得る。

本発明の例示的な実施例において、島状ＣＮＴ領域は、スクリーン印刷プロセスを使用して形成された。１つの方法において、ＣＮＴを含有するペーストを、磨砕プロセスによって作製した。このＣＮＴペーストを、１．３ｇのＣＮＴ粉末を、８ｇのビヒクル（有機溶媒、ＤａｅｊｏｏＦｉｎｅＣｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，Ｋｏｒｅａ製）、０．７ｇの低融点（４３０℃）のガラスフリット（結合剤、ＤａｅｊｏｏＦｉｎｅＣｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，Ｋｏｒｅａ製）、およびシンナー（有機溶媒、Ｄｕｐｏｎｔ）と混合することにより作製して、このペーストの粘度をさらに調整した。３ロールミル（ＮｅｔｚｓｃｈＩｎｃ．）を使用して、このペーストを少なくとも２０回磨砕し、ＣＮＴをこのペースト中に分散させた。１つの混合物中の、ペーストの最終粘度は、約１３０，０００ＣＰであった。

次いで、このＣＮＴペーストを、スクリーン印刷プロセスによって被覆させた。３５５メッシュのスクリーンを使用して、このＣＮＴペーストを、制御された厚さで、基板上に印刷した。図１は、このメッシュスクリーンの光学顕微鏡画像を示す。このスクリーンを、パターン付けされたポリエステルラインの上に１０ミクロンのエマルジョンを載せて形成し、ＣＮＴペーストの厚さを制御した。これらのポリエステルラインの幅は、約４２ミクロンである。ＣＮＴペーストが基板へと通過する開口部の大きさは、２８ミクロン×２８ミクロンである。いくらかのＣＮＴ材料は、この印刷プロセス後に、これらの開口部内に残ることが判る。他の場合には、種々の適合可能な大きさのメッシュスクリーンがまた、本発明を実施するために使用され得る。本発明の他の例において、スクリーン印刷プロセス以外のプロセス（例えば、スプレー、ブラッシング、インクジェット印刷、電気泳動被覆、および分散）もまた、利用され得る。

手で絞ることによって、ＣＮＴペーストを、ＩＴＯ／ガラス表面上に、３ｃｍ×３ｃｍの領域にわたって印刷した。次いで、このサンプルを１００℃で１０分間、オーブン内で焼成して、ＣＮＴコーティングの上部表面を、印刷の直後に硬化させた。図２は、焼成後のＣＮＴコーティングの光学顕微鏡画像を示す。島状ＣＮＴ領域が、この画像中に明らかに見られる。次いで、このサンプルを、真空オーブン内で火炎処理（ｆｉｒｉｎｇ）した。１つの火炎処理プロセスにおいて、温度を、１時間あたり１８０℃の速度で上昇させた。次いで、この温度を、３１５℃で１０分間維持し、ＣＮＴコーティング混合物中の有機材料を蒸発させた。次いで、このオーブンをＮ_２ガスでフラッディングし、ＣＮＴが黒鉛化することを防止し、他方で、１０分間にわたって温度を４５０℃までさらに上昇させ、ガラスフリットを融解させた。１つの実施形態において、融解したガラスフリットは、伝導性層とＣＮＴコーティングとの間の接着を改善した。次いで、このサンプルを室温まで冷却した。図３は、火炎処理プロセス後のサンプルの光学顕微鏡画像を示す。この実施例において、これらの島状ＣＮＴ領域の厚さは、約２ミクロン〜４ミクロンであった。

電界放出特性の比較のために、サンプルを、２回、３回、および５回印刷した。印刷された層の数の増加と供に、島状ＣＮＴ領域は、より大きく、かつより密度が高くなった。サンプルを印刷するごとに、これらのサンプルを、１００℃で１０分間焼成し、その後、再度印刷した。図４は、５回印刷されたサンプルの光学顕微鏡画像を示す。いくらかのＣＮＴクラスターが互いに接続されていることが、図４に明らかに見られる。

電界放出特性を比較するために、全てのサンプル（１回印刷したもの、２回印刷したもの、３回印刷したもの、および５回印刷したもの）を、これらを図１１に示されるようなダイオード構成で、アノードとカソードとの間のギャップを約０．５ｍｍにして、リン光スクリーンを用いて設置することによって、試験した。この試験アセンブリを減圧チャンバに入れ、そして１０^−７トルの圧力までポンプで減圧した。次いで、これらのカソードの電気的特性を、負のパルス電圧（ＡＣ）をカソードに印加し、そしてアノードを接地電圧に維持し、同時にアノードにおける電流を測定することによって、測定した。ＤＣ電位もまた、試験のために使用され得る。これらのサンプルについての放出電流対電場（電界）のグラフを、図５に示す。

２回印刷されたサンプルは、最もよい電界放出特性（すなわち、最も低い電場強度での放出）を示した。２回印刷されたサンプルの電界放出画像を、図６に示す。図６は、非常に良好な均一性および高い放出部位密度を示す。３０ｍＡの放出電流における電場は、それぞれ、７．８２Ｖ／ミクロン、６．３４Ｖ／ミクロン、６．４４Ｖ／ミクロン、および７．２Ｖ／ミクロンであった。これらのデータは、最適な島状ＣＮＴ領域密度が、この実施例における、ＣＮＴペーストを２回印刷することに対応したことを示す。３回以上印刷されたサンプルについて、電界放出特性は、島状ＣＮＴ領域の密度が増加すると共に、低下した。このことは、電場の遮蔽効果を示し、これは、これらのサンプルにおける電界放出挙動に対して有害である。本発明の他の実施形態において、印刷プロセスが、１回の印刷操作で、最良の電界放出結果に対応する最適な島状ＣＮＴ領域の大きさおよび密度を生じるように改変され得る。

さらなる比較のために、テーピングプロセスを実施して、印刷プロセス後にＣＮＴを活性化させた（ＹａｎｇＣｈａｎｇ，Ｊｙｈ−ＲｏｎｇＳｈｅｕ，Ｃｈｅｎｇ−ＣｈｕｎｇＬｅｅ，ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｓｉｎｃｈｕ，ＴＷ，「ＭｅｔｈｏｄｏｆＩｍｐｒｏｖｉｎｇＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙｆｏｒＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅＦｉｅｌｄＥｍｉｔｔｅｒｓ」，米国特許第６，４３６，２２１号）。透明なテープ（＃３３６，３Ｍ）を使用して、ＣＮＴを活性化させた。２回印刷されたサンプルを、この実験のために選択した。なぜなら、このサンプルは、最良の電界放出挙動を示したサンプルであるからである。テープを、米国特許第６，４３６，２２１号に記載されるプロセスと同じプロセスを使用して、ＣＮＴコーティング上に重ねた。次いで、このテープを剥がした。図７は、テーピングの前後での、これらのサンプルの電界放出電流対電場電流を示す。これらのデータは、テーピングされたサンプルとテーピングされていないサンプルとの間に、電界放出特性にはほとんど差がないことを示す。

本発明の別の例示的な実施例において、ＣＮＴペーストを、パターン付けされた構造を有する、より広い面積に印刷した。これは、ガラス基板上に被覆されたＩＴＯのブランケット層上に形成された、前述のサンプルとは対照的である。ＣＮＴコールドカソードデバイスについて、抽出電圧を低下させ、そして費用をかなり削減するために、トリオード構造体を使用し得る。この実施例について、精製されたＳＷＮＴ形態のＣＮＴ（ＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．）を使用した。図８を参照すると、ＣＮＴペースト１０３を、パターン付けされた構造体１０１、１０６、１０７の表面に印刷した。最初に、６ミクロンの厚さの銀ペースト電極１０６を、ガラス基板１０１上にスクリーン印刷した。次いで、５０ミクロンの厚さの絶縁オーバーコート１０７を印刷し、これによって、表面上に、銀電極１０６の小さい開口部を残した。これらの開口部の大きさは、１つの場合において、３００ミクロン×８００ミクロンであり、一方で、これらの開口部の数は、１６０×４８０ピクセルであった。全カソード活性面積は、１０インチ×１０インチであった。

ＣＮＴペーストを、パターン付けされた３５５メッシュのスクリーン（図１を参照のこと）を通して、ウェル内に印刷した。本発明の１つの実施形態におけるスクリーン印刷プロセスの工程を、図６Ａ〜図６Ｆに図示する。図６Ａ（この図は、スクリーン印刷装置の断面図を図示する）を参照すると、ステージ（またはチャック（ｃｈｕｃｋ））６１３が、ペースト（またはインク）６１１を用いて印刷されるべき基板６１４を受容する。ペースト６１１は、画像メッシュスクリーン６１６の印刷表面６１０の型面に被覆される。スキージー６１２は、ペースト６１１を、メッシュスクリーン６１６の開口部６０５にわたって均一に塗布するための手段である。図６Ｂを参照すると、ステージ６１３は、基板６１４と一緒になって、スクリーンに整列され、その結果、スクリーン６１６と基板６１４との間の望ましいスナップオフ距離が達成される。この整列は、ステージ６１３および基板６１４の、（ｘ，ｙ，ｚ）方向６１５での操作によってなされ、これにより、さらなる角度修正または整列もまた、実施され得る。図６Ｃにおいて、スキージー６１２の、メッシュスクリーン６１６の表面６１０を横切る、方向６２０での移動が実施され、これは、ペースト６１１を、スクリーン表面６１０にわたって均一に、効果的に分配する。ペースト６１１は、スキージー６１２の力によって、メッシュ開口部６０５を強制的に通される。図６Ｄにおいて、ステージ６１３および基板６１４（今は、ペースト６１１を印刷されている）が、メッシュスクリーン６１６から離れるように下げられる（６２５）。図６Ｅは、得られたステージ６１３、およびペースト６１１で印刷された基板６１４を図示する。図６Ｆにおいて、ステージ６１３が除去され、望ましい製品（メッシュスクリーン６１６のパターンに従ってペースト６１１を印刷された基板６１４）を残す。

絶縁オーバーコート１０７は、ＣＮＴコーティング１０３より３０ミクロン〜４０ミクロン高かった。次いで、このサンプルを、前述の実施例において示された手順に従って、焼成およびか円処理した。次いで、電界放出特性を、先に言及されたように試験した。図９は、１２０ｍＡの放出電流で、ダイオードモードで試験することによって得られた、サンプルの電界放出画像を示す。この画像は、電界放出が、広い面積にわたって均一であったことを示す。縁部の暗い領域は、曲がったアノードスクリーンの結果であり、これは、カソードとアノードとの間に、不均一なギャップを作製した。

本発明を実施するための代表的なハードウェア環境が、図１０に示される。図１０は、本発明に従う、データ処理システム５１３の例示的なハードウェア構成を図示し、システムバス５１２を介して相互接続された、中央処理装置（ＣＰＵ）５１０（例えば、従来のマイクロプロセッサ）および多数の他のユニットを有する。データ処理システム５１３は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５１４、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）５１６、および入力／出力（Ｉ／Ｏ）アダプタ５１８（ディスクユニット５２０およびテープドライブ５４０のような周辺機器をバス５１２に接続するためのもの）、ユーザインターフェースアダプタ５２２（キーボード５２４、マウス５２６、および／または他のユーザインターフェースデバイス（例えば、タッチスクリーンデバイス（図示せず））をバス５１２に接続するためのもの）、通信アダプタ５３４（データ処理システム５１３をデータ処理ネットワークに接続するためのもの）、およびディスプレイアダプタ５３６（バス５１２をディスプレイデバイス５３８に接続するためのもの）を備える。ＣＰＵ５１０は、本明細書中には示されない他の回路構成要素を備え得、これには、マイクロプロセッサ中に通常見出される回路構成要素（例えば、実行ユニット、バスインターフェースユニット、計算論理ユニットなど）が挙げられる。ディスプレイデバイス５３８は、本発明の可能な実施形態を代表する。

図１１は、上で作製されたようなダイオード構成において、カソードを使用して作製された電界放出ディスプレイ５３８の一部を図示する。このカソードには、伝導性層１０６およびＣＮＴエミッタ１０３が含まれる。このアノードは、ガラス基板６１２、およびインジウムスズ層６１３、および陰極ルミネッセンス層（ｃａｔｈｏｄｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）６１４から構成され得る。電場が、アノードとカソードとの間に発生される。このようなディスプレイ５３８は、図１０に関して説明されたように、データ処理システム５１３において利用され得る。

本発明およびその利点が、詳細に記載されたが、種々の変更、置換および代替が、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書中においてなされ得ることが、理解されるべきである。

図１は、メッシュスクリーンの光学画像を示す。図２は、基板上のＣＮＴコーティングの光学顕微鏡画像を示す。図３は、火炎処理プロセス後のサンプルの光学画像を示す。図４は、５回印刷したサンプルの光学顕微鏡画像を示す。図５は、数種のサンプルの、電界放出電流対電場のデータを図示する。図６は、３０ｍＡの放出電流で２回印刷されたサンプルの電界放出画像を示す。図６Ａ〜６Ｆは、本発明の実施形態におけるスクリーン印刷プロセスを図示する。図６Ａ〜６Ｆは、本発明の実施形態におけるスクリーン印刷プロセスを図示する。図６Ａ〜６Ｆは、本発明の実施形態におけるスクリーン印刷プロセスを図示する。図６Ａ〜６Ｆは、本発明の実施形態におけるスクリーン印刷プロセスを図示する。図６Ａ〜６Ｆは、本発明の実施形態におけるスクリーン印刷プロセスを図示する。図６Ａ〜６Ｆは、本発明の実施形態におけるスクリーン印刷プロセスを図示する。図７は、本発明のサンプルの、電界放出電流対電場のデータを図示する。図８は、基板の構造の概略図を図示する。図９は、本発明の実施形態の電界放出画像サンプルを示す。図１０は、データ処理システムを図示する。図１１は、ダイオード構成でカソードを使用して作製された、電界放出ディスプレイの一部を図示する。

Claims

電界放出カソードデバイスを形成するための方法であって、該方法は、ナノ粒子材料の表面層を、基板上に被覆させる工程を包含し、その結果、該ナノ粒子材料の表面層は、互いから物理的に点在する複数の島状電界放出領域を形成する、方法。
前記ナノ粒子材料の島状電界放出領域が：
約１０ｎｍの幅より大きく；
互いとの間に約１０ｎｍより大きい距離を有し；そして
約１ｎｍの厚さより大きい、
請求項１に記載の方法。
前記基板が、伝導性電極層を備える、請求項１に記載の方法。
前記ナノ粒子材料層が、スクリーン印刷、ブラッシング、スプレー、分散、インクジェット印刷、ナノインプリンティング、ディップペンリソグラフィー、Ｘ線リソグラフィー、光リソグラフィー、およびこれらの任意の組み合わせからなる群より選択される方法によって被覆される、請求項１に記載の方法。
前記ナノ粒子材料が、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、バルキーチューブ、炭素繊維、化学修飾されたカーボンナノチューブ、誘導体化カーボンナノチューブ、金属カーボンナノチューブ、半導体カーボンナノチューブ、およびこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されるカーボンナノチューブを含有する、請求項１に記載の方法。
前記ナノ粒子材料が、球状粒子、皿状粒子、板状粒子、棒様粒子、金属粒子、半導体粒子、ポリマー粒子、セラミック粒子、誘電粒子、粘土粒子、繊維、およびこれらの任意の組み合わせからなる群より選択される粒子を含有する、請求項１に記載の方法。
前記ナノ粒子材料が、約２５ミクロン〜３０ミクロンの幅のメッシュ開口部を有する３５５メッシュのスクリーンを使用して被覆される、請求項１に記載の方法。
電界放出カソードデバイスであって、ナノ粒子材料が、互いから物理的に点在する複数の島状電界放出領域を備えるように、基板上の該ナノ粒子材料の表面層を備える、電界放出カソードデバイス。
前記ナノ粒子材料の島状電界放出領域が：
約１０ｎｍの幅より大きく；
互いとの間に約１０ｎｍより大きい距離を有し；そして
約１ｎｍの厚さより大きい、
請求項８に記載のデバイス。
前記基板が、伝導性電極層を備える、請求項８に記載のデバイス。
前記ナノ粒子材料層が、スクリーン印刷、ブラッシング、スプレー、分散、インクジェット印刷、ナノインプリンティング、ディップペンリソグラフィー、Ｘ線リソグラフィー、光リソグラフィー、およびこれらの任意の組み合わせからなる群より選択される方法によって被覆される、請求項８に記載のデバイス。
前記ナノ粒子材料が、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、バルキーチューブ、炭素繊維、化学修飾されたカーボンナノチューブ、誘導体化カーボンナノチューブ、金属カーボンナノチューブ、半導体カーボンナノチューブ、およびこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されるカーボンナノチューブを含有する、請求項８に記載のデバイス。
前記ナノ粒子材料が、球状粒子、皿状粒子、板状粒子、棒様粒子、金属粒子、半導体粒子、ポリマー粒子、セラミック粒子、誘電粒子、粘土粒子、繊維、およびこれらの任意の組み合わせからなる群より選択される粒子を含有する、請求項８に記載のデバイス。
前記ナノ粒子材料が、約２５ミクロン〜３０ミクロンの幅のメッシュ開口部を有する３５５メッシュスクリーンを使用して被覆される、請求項１に記載のデバイス。
電界放出ディスプレイ装置であって、該電界放出ディスプレイ装置は、アノードアセンブリおよびカソードアセンブリを備え、該カソードアセンブリは：
導電性層；および
該導電性層上のナノ粒子材料の表面層として被覆された電界放出カソード材料であって、これによって、該ナノ粒子材料は、互いから物理的に点在する複数の島状電界放出領域を形成する、電界放出カソード材料、
をさらに備える、電界放出ディスプレイ装置。
前記ナノ粒子材料の島状電界放出領域が：
約１０ｎｍの幅より大きく；
互いとの間に約１０ｎｍより大きい距離を有し；そして
約１ｎｍの厚さより大きい、
請求項１５に記載の装置。
前記ナノ粒子材料層が、スクリーン印刷、ブラッシング、スプレー、分散、インクジェット印刷、ナノインプリンティング、ディップペンリソグラフィー、Ｘ線リソグラフィー、光リソグラフィー、およびこれらの任意の組み合わせからなる群より選択される方法によって被覆される、請求項１５に記載の装置。
前記ナノ粒子材料が、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、バルキーチューブ、炭素繊維、化学修飾されたカーボンナノチューブ、誘導体化カーボンナノチューブ、金属カーボンナノチューブ、半導体カーボンナノチューブ、およびこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されるカーボンナノチューブを含有する、請求項１５に記載の装置。
前記ナノ粒子材料が、球状粒子、皿状粒子、板状粒子、棒様粒子、金属粒子、半導体粒子、ポリマー粒子、セラミック粒子、誘電粒子、粘土粒子、繊維、およびこれらの任意の組み合わせからなる群より選択される粒子を含有する、請求項１５に記載の装置。
前記ナノ粒子材料が、約２５ミクロン〜３０ミクロンのメッシュ開口部を有する３５５メッシュスクリーンを使用して被覆される、請求項１５に記載の装置。