JP2010231210A - 白熱光源表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、白熱光源表示装置に関する。
【解決手段】本発明の白熱光源表示装置は、絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、複数の白熱光源と、を備える。該複数の行電極と該複数の列電極とは交叉し、隣接する二つの行電極と、隣接する二つの列電極とは、１つの格子を形成し、各々の格子に一つの前記白熱光源が設置される。前記白熱光源は、第一電極と、第二電極と、熱発光素子と、を含む。前記第一電極と第二電極は、前記熱発光素子に電気的に接続され、且つ別々に前記行電極と列電極とに接続される。前記熱発光素子は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体又はカーボンナノチューブ複合体からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、白熱光源表示装置に関し、特にカーボンナノチューブを応用した白熱光源表示装置に関するものである。

表示装置が動画を表示するために、１秒間に少なくとも２４フレーム画面を表示する。即ち該表示装置の画素の応答時間は４１ｍｓ未満である必要を有し、且つ応答時間がより短くなるほどよりよい。通常、液晶表示装置の応答時間は、５ｍｓ〜２５ｍｓである。陰極線管表示装置の応答時間は、数マイクロ秒程度である。

１８７９年に、トーマス・エジソンが電−熱−光の変更によって白熱光源を発明して以来、白熱光源が生活、工業などの分野で広範に応用されている。現在、白熱光源は、通常タングステン・フィラメント白熱光源である。

Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、"Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１

しかし、従来の白熱光源の応答時間が長く、例えば直径が１５μｍであるタングステン・フィラメントの応答時間は１００ｍＳより長い。従って、ディスプレイの分野に表示装置として応用できず、従来の白熱光源は、直接動画を表示することに応用できない。

従って、前記課題を解決するために、本発明は画素点が白熱光源からなり、動画を表示できる白熱光源表示装置を提供する。

本発明の白熱光源表示装置は、絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、を備える。前記複数の行電極は、平行し、等間隔に前記絶縁基板の１つの表面に設置され、前記複数の列電極は、平行し、等間隔に前記絶縁基板の前記複数の行電極が設置された表面に設置され、該複数の行電極と該複数の列電極は交叉し、複数の格子に形成され、１つの前記格子は、隣接する二つの行電極と、隣接する二つの列電極とからなり、各々の前記格子の中間に一つの白熱光源が設置され、前記白熱光源は、それぞれ行電極と列電極とに電気的に接続される。各々の白熱光源は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体又はカーボンナノチューブ複合体からなる。

本発明の白熱光源表示装置は、絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、複数の白熱光源と、を備える。前記複数の行電極は、平行し、等間隔に前記絶縁基板の１つの表面に設置され、前記複数の列電極は、平行し、等間隔に前記絶縁基板の前記複数の行電極が設置された表面に設置され、該複数の行電極と該複数の列電極は交叉し、複数の格子に形成され、１つの前記格子は、隣接する二つの行電極と、隣接する二つの列電極とからなり、各々の前記格子の中間に一つの白熱光源が設置され、前記白熱光源は、第一電極と、第二電極と、熱発光素子と、を含む。前記第一電極と第二電極とは間隔を置いて、前記熱発光素子に電気的に接続され、且つ別々に前記行電極と列電極とに接続される。前記熱発光素子は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体、カーボンナノチューブ複合体又はカーボンナノチューブサイジング層からなる。

前記少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体、カーボンナノチューブ複合体又はカーボンナノチューブサイジング層の単位体積当たりの熱容量は、０〜２×１０^−４Ｊ／ｃｍ^２・Ｋ（０は含まず）である。

従来の技術と比べて、本発明の白熱光源表示装置は、直接動画を表示することができる。前記白熱光源表示装置の白熱光源は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体、カーボンナノチューブ複合体又はカーボンナノチューブサイジング層からなるため、前記白熱光源の応答時間が短い。従って、本発明の白熱光源表示装置は、直接動画を表示することができる。

本発明白熱光源表示装置の１つの実施例の立体構造を示す図である。 図１に示す白熱光源表示装置の表面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。 図１に示す白熱光源表示装置に採用したドローン構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 図４中のカーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブセグメントの構造を示す図である。 図１に示す白熱光源表示装置に採用したプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 図１に示す白熱光源表示装置に採用した超長カーボンナノチューブからなるフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 配向して曲げられたカーボンナノチューブワイヤ構造の概略図である。 図１に示す白熱光源表示装置に採用した非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。 図１に示す白熱光源表示装置に採用したねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。 図１に示す白熱光源表示装置の１つの白熱光源の応答時間を示す図である。 図１に示す白熱光源表示装置の１つの白熱光源の走査型電子顕微鏡写真である。 図１１に示す白熱光源の側面走査型電子顕微鏡写真である。 図１に示す白熱光源表示装置の１つの白熱光源の輝度と電力の間の関係を示す曲線図である。 図１に示す白熱光源表示装置の１つの白熱光源の電流と発光安定性を示す曲線図である。 図４中のカーボンナノチューブフィルムを引き出す見取り図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１、図２及び図３を参照すると、本実施例の白熱光源表示装置１００は、絶縁基板１１０と、複数の行電極１２０と、複数の列電極１３０と、複数の白熱光源１５０と、を備える。前記複数の行電極１２０は、平行し、等間隔に前記絶縁基板１１０の１つの表面に設置される。前記複数の列電極１３０は、平行し、等間隔に前記絶縁基板１１０の前記行電極１２０が設置された表面に設置されている。該複数の行電極１２０と該複数の列電極１３０は、交叉して前記絶縁基板１１０に設置されている。該複数の行電極１２０と該複数の列電極１３０とが短路することを防止するために、交叉する場所に絶縁層１４０が設置されている。隣接する二つの行電極１２０と、隣接する二つの列電極１３０とは、複数の格子１７０を形成している。各々の前記格子１７０に一つの前記白熱光源１５０が設置される。即ち、一つの前記格子１７０は、一つの前記白熱光源１５０に対応している。一つの前記白熱光源１５０は、前記白熱光源表示装置１００の１つの画素に相当する。

前記絶縁基板１１０は、剛性材料又は柔軟性材料からなる。前記剛性材料は、石英、セラミック、ガラス、樹脂、二酸化ケイ素である。前記柔軟性材料は、プラスチックまたはファイバーである。前記絶縁基板１１０が柔軟性材料からなる場合、前記白熱光源表示装置１００は曲げることができる。本実施例において、前記絶縁基板１１０は石英からなり、その厚さが１ｍｍであり、その辺長が４８ｍｍである。

前記複数の行電極１２０と複数の列電極１３０とは、導電体（例えば、金属）又は導電体で被覆された絶縁体からなる。前記複数の行電極１２０と複数の列電極１３０とが交差してなす角度は、１０度〜９０度であるが、９０度であることが好ましい。隣接する前記行電極１２０の間の距離及び隣接する前記列電極１３０の間の距離は、それぞれ５０μｍ〜２ｃｍである。単一の前記行電極１２０の幅及び単一の前記列電極１３０の幅は、それぞれ３０μｍ〜１００μｍであり、その厚さはそれぞれ１０μｍ〜５０μｍである。前記複数の行電極１２０及び複数の列電極１３０は、スクリーン印刷方法によって、導電ペーストを前記絶縁基板１１０に印刷して形成したものである。前記導電ペーストは、金属粉末、低融点ガラス粉末及び接着剤を含む。ここで、前記金属粉末が銀の粉末であり、前記接着剤がテルピネオール又はエチルセルロースであることが好ましい。前記導電ペーストにおける前記金属粉の含有量は質量パーセンテージで５０〜９０％であり、前記低融点ガラスパウダーの含有量は質量パーセンテージで２〜１０％であり、前記接着剤の含有量は質量パーセンテージで１０〜４０％である。

各々の前記白熱光源１５０は、熱発光素子１５１と、第一電極１２１と、第二電極１３１と、を含む。該第一電極１２１と第二電極１３１とは対向し、分離して絶縁的に配置される。前記各々の白熱光源１５０において、前記第一電極１２１と第二電極１３１の間の距離は１０μｍ〜２ｃｍである。前記熱発光素子１５１は、前記第一電極１２１と第二電極１３１の間に配置され、且つそれぞれ前記第一電極１２１及び第二電極１３１に電気的に接続される。前記熱発光素子１５１は前記絶縁基板１１０と所定の距離で離れるように配置される。前記熱発光素子１５１と前記絶縁基板１１０の間の距離が、１μｍ〜２ｃｍであり、１０μｍであることが好ましい。本実施例において、同じ行に沿って配列された前記複数の白熱光源１５０における前記第一電極１２１は、該行の行電極１２０に電気的に接続されている。同じ列に沿って配列された前記複数の白熱光源１５０における前記第二電極１３１は、該列の列電極１３０に電気的に接続されている。

前記第一電極１２１と第二電極１３１は、導電体である。例えば、前記第一電極１２１と第二電極１３１は、金属層である。前記第二電極１３１は、前記列電極１３０と一体成型されることができる。この場合、前記第二電極１３１は、前記列電極１３０から延びて形成された凸部である。同様に、前記第一電極１２１は、前記行電極１２０と一体成型されることができる。この場合、前記第一電極１２１は、前記行電極１２０から延びて形成された凸部である。本実施例において、前記第一電極１２１と第二電極１３１は、平面導電体であり、その大きさは前記格子１７０の大きさと関係する。前記第二電極１３１は、前記列電極１３０に直接接続され、前記第一電極１２１は、前記行電極１２０に直接接続される。前記第一電極１２１と第二電極１３１は、それぞれ長さが２０μｍ〜１．５ｃｍであり、幅が３０μｍ〜１ｃｍであり、厚さが１０μｍ〜５００μｍであるが、長さが１００μｍ〜７００μｍであり、幅が５０μｍ〜５００μｍであり、厚さが２０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。前記第一電極１２１と第二電極１３１は導電パルプからなり、シルクスクリーン印刷法で前記絶縁基板１１０に印刷して形成される。前記第一電極１２１と第二電極１３１の材料は、前記行電極１２０と前記列電極１３０の材料と同じである。

前記熱発光素子１５１は、複数のカーボンナノチューブのみからなるカーボンナノチューブ構造体、又は複数のカーボンナノチューブと基材とからなるカーボンナノチューブ複合材料体を含む。前記基材は、無機材料、金属材料又はポリマーであり、例えば、酸化アルミニウム、銀、銅、ニッケルなどの優れた熱伝導性を有する材料からなることが好ましい。

前記カーボンナノチューブ構造体は、分子間力で緊密に接続した複数のカーボンナノチューブを含む。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態のことである。すなわち、前記カーボンナノチューブ構造体を対向する両側から支持して、前記カーボンナノチューブ構造体の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブ構造体を懸架させることができることを意味する。例えば、カーボンナノチューブワイヤ構造体又はカーボンナノチューブフィルム構造体である。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。該カーボンナノチューブ構造体は大きな比表面積（例えば、１００ｍ^２／ｇ以上）を有する。該カーボンナノチューブ構造体の単位体積当たりの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０^−４Ｊ／ｃｍ^２・Ｋであるが、好ましくは、０（０は含まず）〜１．７×１０^−６Ｊ／ｃｍ^２・Ｋであり、本実施例では、１．７×１０^−６Ｊ／ｃｍ^２・Ｋである。前記カーボンナノチューブ構造体の熱容量が小さいので、前記カーボンナノチューブ構造体からなる加熱部品の熱応答速度が速く、物体に対して加熱時間を短縮させる。

前記カーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブのみからなり、且つ、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分散されている。前記複数のカーボンナノチューブの大部分は、前記カーボンナノチューブフィルムの表面に平行にしている。前記カーボンナノチューブ構造体は、配向型のカーボンナノチューブ構造体である。即ち、前記カーボンナノチューブ構造体では、前記複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。又は、前記配向型のカーボンナノチューブ構造体が二つ以上の領域に分割される場合、各々の領域における複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。この場合、異なる領域におけるカーボンナノチューブの配列方向は異なる。

前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚の、厚さが０．５ｎｍ〜１０μｍであるカーボンナノチューブフィルム、少なくとも一本の、直径が０．５ｎｍ〜１０μｍであるカーボンナノチューブワイヤ又は前記カーボンナノチューブフィルム及びカーボンナノチューブワイヤを組み合わせて形成する物である。前記カーボンナノチューブフィルムの質量密度は３×１０^−４ｋｇ/ｍ^３である。前記カーボンナノチューブ構造体は、積み重ねた複数のカーボンナノチューブフィルムを含む場合、その厚さが１０μｍより小さいことが好ましい。

本発明のカーボンナノチューブ構造体としては、以下の（一）〜（四）のものが挙げられる。

（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、図４に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む。このカーボンナノチューブフィルムはドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、超配列カーボンナノチューブアレイ（非特許文献１を参照）から引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている（図１６を参照）。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、分子間力で長さ方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。また、前記複数のカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの表面に平行して配列されている。図４及び図５を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、複数のカーボンナノチューブセグメントを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメントは、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメントは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメントにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの靭性及び機械強度を高めることができる。有機溶剤に浸漬された前記カーボンナノチューブフィルムの単位面積当たりの熱容量が低くなるので、その熱音響効果を高めることができる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１０μｍに設けられる。

前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが０°以上（０は含まず）の角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ構造体に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく並列されることもできる。

前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は次のステップを含む。

第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイを提供する。該カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１を参照）であり、該超配列カーボンナノチューブアレイの製造方法は、化学気相堆積法を採用する。該製造方法は、次のステップを含む。ステップ（ａ）では、平らな基材を提供し、該基材はＰ型のシリコン基材、Ｎ型のシリコン基材及び酸化層が形成されたシリコン基材のいずれか一種である。本実施例において、４インチのシリコン基材を選択することが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記基材の表面に、均一に触媒層を形成する。該触媒層の材料は鉄、コバルト、ニッケル及びその２種以上の合金のいずれか一種である。ステップ（ｃ）では、前記触媒層が形成された基材を７００℃〜９００℃の空気で３０分〜９０分間アニーリングする。ステップ（ｄ）では、アニーリングされた基材を反応炉に置き、保護ガスで５００℃〜７４０℃の温度で加熱した後で、カーボンを含むガスを導入して、５分〜３０分間反応を行って、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１）を成長させることができる。該カーボンナノチューブアレイの高さは１００マイクロメートル以上である。該カーボンナノチューブアレイは、互いに平行し、基材に垂直するように生長する複数のカーボンナノチューブからなる。該カーボンナノチューブは、長さが長いため、部分的にカーボンナノチューブが互いに絡み合っている。生長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボン及び残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まなくなる。

本実施例において、前記カーボンを含むガスとしては例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、エチレンを選択することが好ましい。保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスであり、アルゴンガスが好ましい。

本実施例から提供されたカーボンナノチューブアレイは、前記の製造方法により製造されることに制限されず、アーク放電法またはレーザー蒸発法で製造してもいい。

第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす。まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。例えば、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブセグメントからなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。

前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。

（二）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、ストリップ状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。

図６を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向に配置される。該カーボンナノチューブフィルムは、等方的に配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。隣接するカーボンナノチューブが分子間力で相互に引き合い、接続する。該カーボンナノチューブ構造体は平面等方性を有する。該カーボンナノチューブフィルムは、平面を有する押し器具を利用して、カーボンナノチューブアレイが成長された基板に垂直な方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押すことにより形成される。

単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向して配列される。該カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。

前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの傾斜の程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブと該カーボンナノチューブフィルムの表面とは、角度αを成し、該角度αは０°以上１５°以下である。好ましくは、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する。

（三）超長カーボンナノチューブからなるフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。図７を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、ほぼ同じ長さを有する複数のカーボンナノチューブを含む。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、前記複数のカーボンナノチューブは、同じ方向に沿って、均一に配列されている。単一の前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、１０ｎｍ〜１０μｍである。前記複数のカーボンナノチューブは、それぞれ前記カーボンナノチューブフィルムの表面に平行に配列され、相互に平行に配列されている。隣接する前記カーボンナノチューブは所定の距離で分離して設置される。前記距離は５μｍ以下である。前記距離が０μｍである場合、隣接する前記カーボンナノチューブは分子間力で接続されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１ｃｍ以上である。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブの少なくとも一種である。さらに、各々の前記カーボンナノチューブに結節がない。

前記超長カーボンナノチューブからなるフィルムの製造方法は、反応容器を備えた成長装置を提供する第一ステップと、一つの表面に触媒層が堆積された第二基板、及び第一基板を前記成長装置の反応容器の中に設置する第二ステップと、カーボンを含むガスを前記成長装置の中に導入して、前記第二基板にカーボンナノチューブを成長させる第三ステップと、前記カーボンを含むガスの導入を止めて、前記カーボンナノチューブの大部分を前記第一基板に付着させる第四ステップと、触媒層を有する新たな第二基板を、前記成長装置の中に設置する第五ステップと、を含む。前記新たな第二基板が、前記カーボンナノチューブが成長された第二基板をクリーンして利用される。

（四）カーボンナノチューブワイヤ
前記カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０^−４Ｊ／ｃｍ^２・Ｋであり、５×１０^−５Ｊ／ｃｍ^２・Ｋであることが好ましい。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は４．５ｎｍ〜１ｃｍである。図８を参照すると、カーボンナノチューブ構造体が一本のカーボンナノチューブワイヤを含む場合、該カーボンナノチューブワイヤの構造が、表面内に配向して曲げられたものとなることによって、平坦な構造体が形成される。また、カーボンナノチューブワイヤは曲げられた部分同士が互いに実質的に平行になり、隣り合って配置される。図９を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤ（非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ）は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。図１０を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。

前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出してなるカーボンナノチューブフィルムを利用する。前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種では、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長手方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。第三種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。

１つの例として、前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも１つのカーボンナノチューブフィルム及び少なくとも１つのカーボンナノチューブワイヤからなる。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブワイヤと同じな方向に沿って平行配列する。

前記カーボンナノチューブ複合材料体は、カーボンナノチューブとポリマー基材とからなる場合、カーボンナノチューブの質量パーセンテージは８０％である。前記カーボンナノチューブ複合材料体は以下のステップによって形成する。まず、複数のカーボンナノチューブを、硬化剤を含む溶液に浸漬させて混合物を形成する。次に、前記混合物を固化させて、カーボンナノチューブ複合材料体を形成する。前記カーボンナノチューブ複合材料体は、カーボンナノチューブと無機材料基体／金属材料基体からなる場合、前記カーボンナノチューブ複合材料体は以下のステップによって形成する。まず、複数のカーボンナノチューブを無機材料又は金属粉を含む有機溶剤に浸漬させて混合物を形成する。次に、前記混合物から有機溶剤を揮発させて、カーボンナノチューブ複合材料体を形成する。

その他、複数のカーボンナノチューブを１，２−ジクロロエタンに分散させ、且つ超音波で前記複数のカーボンナノチューブを液体の１，２−ジクロロエタンに十分に分散させて混合物を形成する。次に、前記十分に分散させた混合物をテルピネオールとセルロースの混合物に加入させて固化することによって、カーボンナノチューブ複合材料体を形成する。

前記カーボンナノチューブ構造体又はカーボンナノチューブ複合材料体は、大きな比表面積及び大きな熱輻射係数を有し、その単位体積当たりの熱容量が小さいので、パルス加熱に対して前記カーボンナノチューブ構造体又はカーボンナノチューブ複合材料体の応答時間が短い。従って、前記カーボンナノチューブ構造体又はカーボンナノチューブ複合材料体は、画面を表示するための白熱光源表示装置に用いられることができる。図１０に示されるように、強度が１０３ｍＡの加熱パルスにより、寸法が２ｍｍ×８ｍｍであるドローン構造カーボンナノチューブフィルムを６ｍｓ加熱させる。前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの単位体積当たりの熱容量は、１．７×１０^−６Ｊ／ｃｍ^２・Ｋである。図１０に示されるように、パルス加熱の開始から白熱光の発生まで、０．８ｍｓがかかり、パルス加熱の停止から白熱光の消失まで、０．７ｍｓがかかる。従って、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを利用した白熱光源表示装置の応答時間は、液晶表示装置の応答時間より短い。前記カーボンナノチューブ構造体又はカーボンナノチューブ複合材料体の単位体積当たりの熱容量が大きくなるほど、前記白熱光源表示装置の応答時間が長くなる。前記カーボンナノチューブ構造体又はカーボンナノチューブ複合材料体の単位体積当たりの熱容量が２×１０^−４Ｊ／ｃｍ^２・Ｋである場合、白熱光源表示装置の応答時間が４０ｍｓより長くなる。

前記白熱光源１５０は、更に複数の固定素子１６０を含む。前記複数の固定素子１６０は、それぞれ前記複数の第一電極１２１と複数の第二電極１３１の、前記絶縁基板１１０と接触する表面と反対側の表面に配置されている。前記第一電極１２１に配置された固定素子１６０の形状、寸法及び材料は、前記第一電極１２１の形状、寸法及び材料と同じであることができる。前記第二電極１３１に配置された固定素子１６０の形状、寸法及び材料は、前記第二電極１３１の形状、寸法及び材料と同じであることができる。前記固定素子１６０は、前記熱発光素子１５１を前記第一電極１２１と第二電極１３１に固定することができる。

また、前記白熱光源表示装置１００は、更にカバー１８０を備える。前記カバー１８０と前記絶縁基板１１０とは、１つの収容空間（図示せず）を形成する。前記収容空間には、前記複数の行電極１２０と、複数の列電極１３０と、複数の白熱光源１５０と、が内蔵される。前記収容空間は、不活性雰囲気環境又は真空環境である。

図１２及び図１３を参照し、本実施例において、前記熱発光素子１５１は、一枚のドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる。前記一枚のカーボンナノチューブフィルムの面積は１００μｍ×３００μｍである。前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの厚さは１ｎｍ〜１００ｎｍである。前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは同じ方向に沿って前記第一電極１２１から前記第二電極１３１まで伸展するように配列される。前記カーボンナノチューブフィルムが自身で良好な接着性を有するので、前記カーボンナノチューブフィルムは、前記第一電極１２１及び第二電極１３１と直接粘着され、且つ良好に電気的に接続されている。前記第一電極１２１又は第二電極１３１と前記カーボンナノチューブ構造体との間に導電性接着層（図示せず）を設置することができる。前記白熱光源表示装置１００は作業する場合、前記白熱光源表示装置１００に制御回路を接続させる。前記制御回路により、前記白熱光源表示装置１００に動画が表示される。前記白熱光源表示装置１００を起動するための電圧は４Ｖ〜７Ｖであるので、集積回路（ＩＣ）を前記白熱光源表示装置１００に接続することが好ましい。前記白熱光源表示装置１０に利用したドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、双方向で導電できるので、電流を切断するために、前記白熱光源表示装置１０にダイオードを設置することができる。

本実施例において、一枚の前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを利用した前記白熱光源表示装置１００に、１６×１６数の画素マトリクスを形成する。前記白熱光源表示装置１００の白熱光源１５０は、不活性雰囲気環境又は真空環境で作動する。前記図１４を参照すると、一枚の前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる前記白熱光源１５０の輝度は、該白熱光源１５０に接続された制御回路の電力の増加に伴って増加する。前記制御回路の電力が０．０８Ｗである場合、前記白熱光源１５０の輝度が６４００ｃｄ/ｍ^２になる。即ち、前記白熱光源表示装置１００の消費電力が約１Ｗであるので、前記白熱光源表示装置１００には、低消費電力や高輝度などの優れた点がある。前記図１５を参照すると、一枚のドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる前記白熱光源１５０に、１１．５ｍＡの電流を入力する場合、その輝度が５３０ｃｄ/ｍ^２になり、その温度が１７４０Ｋになる。即ち、前記白熱光源表示装置１００の駆動電流が小さく、熱安定性がよい。前記白熱光源１５０の最小駆動電圧は１Ｖである。

前記白熱光源表示装置１００の製造方法は、絶縁基板を提供する第一ステップと、前記絶縁基板の１つの表面に、複数の格子を形成する第二ステップと、各々の格子に第一電極及び第二電極を設置する第三ステップと、前記絶縁基板の前記表面に少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを敷設し、且つ前記第一電極及び第二電極に接触させる第四ステップと、前記少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを切断して、前記各々の格子の前記第一電極及び前記第二電極の間に、熱発光素子を形成する第五ステップと、を含む。

前記第一ステップにおいて、前記絶縁基板は、セラミック、ガラス、樹脂及び石英のいずれか一種からなる。本実施例において、前記絶縁基板はガラスからなる。

前記第二ステップは、前記絶縁基板の一つの表面に、複数の行電極を平行し、等間隔に形成させる第一サブステップと、各々の行電極に等間隔に絶縁層を設置する第二サブステップと、前記絶縁基板の前記行電極が設置された表面に、複数の列電極を平行し、等間隔に、且つそれぞれ前記複数の行電極に交叉するように形成させる第三サブステップと、を含む。前記絶縁部を設置することにより、複数の行電極と複数の列電極が交叉した領域を絶縁状態に保持することができる。前記複数の行電極と複数の列電極はそれぞれ外部の回路に電気的に接続されている。前記複数の行電極と複数の列電極を交叉して設置することにより、複数の格子を形成することができる。

前記第三ステップにおいて、各々の前記格子において、前記第一電極を前記行電極に電気的に接続させ、前記第二電極を前記列電極に電気的に接続させている。前記第一電極及び前記第二電極はスクリーン印刷法、蒸着法又はスパッタリング法により形成することができる。本実施例において、前記第一電極及び第二電極は、スクリーン印刷方法によって、導電ペーストを前記絶縁基板に印刷して形成したものである。前記導電ペーストは、金属粉、低融点ガラスパウダー及び接着剤を含む。ここで、前記金属粉が銀粉末であり、前記接着剤がテルピネオール又はエチルセルロースであることが好ましい。前記導電ペーストにおける前記金属粉の含有量は質量パーセンテージで５０〜９０％であり、前記低融点ガラスパウダーの含有量は質量パーセンテージで２〜１０％であり、前記接着剤の含有量は質量パーセンテージで１０〜４０％である。前記第一電極及び第二電極は、所定の距離で分離して設置されている。

前記第四ステップの第二サブステップにおいて、前記カーボンナノチューブフィルムを前記第一電極及び第二電極に設置する方法は、次の三つである。

第一の方法により、一枚の前記カーボンナノチューブフィルムを前記第一電極及び第二電極に設置する。ここで、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、前記第一電極から第二電極まで進む方向に沿って配列されている。

第二の方法により、複数のカーボンナノチューブフィルムを積み重ねて、前記第一電極及び第二電極に設置する。ここで、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、０°〜９０°の角度で交叉している。

第三の方法により、支持部材を提供して、複数のカーボンナノチューブフィルムを前記支持部材に積み重ねて、所定の形状によって前記カーボンナノチューブフィルムを切断し、有機溶剤で前記カーボンナノチューブフィルムを浸漬させて、前記支持部材から前記カーボンナノチューブ構造体を取り外して、前記第一電極及び第二電極に設置する。

前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは不純物を含まず、該カーボンナノチューブの比表面積が大きいので、該カーボンナノチューブフィルムは強い接着性を有する。従って、該カーボンナノチューブフィルムは直接前記第一電極及び第二電極に固定することができる。また、該カーボンナノチューブフィルムは導電性接着剤で前記第一電極及び第二電極に固定することができる。

前記第五ステップにおいて、カーボンナノチューブフィルムを切断することは、レーザー切断法、加熱熔断法又は電子線走査法を利用することができる。本実施例において、レーザー切断法を利用する。前記第五ステップは、前記行電極に沿って、レーザービームで前記カーボンナノチューブ構造体を走査する第一サブステップと、前記列電極に沿って、レーザービームで前記カーボンナノチューブ構造体を走査する第二サブステップと、を含む。前記第一サブステップ及び第二サブステップにより、前記カーボンナノチューブ構造体の、前記第一電極及び第二電極の間に設置された部分以外を除去することができる。前記レーザービームのパワーは１０Ｗ〜５０Ｗであり、前記レーザービームの走査速度は１０ｍｍ／秒〜５０００ｍｍ／秒である。本実施例において、前記レーザービームのパワーは３０Ｗであり、前記レーザービームの走査速度は１０００ｍｍ／秒である。

前記第五ステップの第一サブステップにおいて、前記レーザービームの幅は、列電極に沿って配列された隣接する第一電極の間の距離と等しい。前記第五ステップの第二サブステップにおいて、前記レーザービームの幅は、行電極に沿って配列された隣接する第二電極の間の距離と等しい。

１００ 白熱光源表示装置
１１０ 絶縁基板
１２０ 行電極
１３０ 列電極
１５１ 熱発光素子
１２１ 第一電極
１３１ 第二電極
１５０ 白熱光源
１６０ 固定素子
１７０ 格子
１４０ 絶縁層
１８０ カバー
１４３ａ カーボンナノチューブフィルム
１４３ｂ カーボンナノチューブセグメント
１４５ カーボンナノチューブ

Claims (3)

1. 絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、を備える白熱光源表示装置であって、
   前記複数の行電極は、平行し、等間隔に前記絶縁基板の１つの表面に設置され、
   前記複数の列電極は、平行し、等間隔に前記絶縁基板の前記複数の行電極が設置された表面に設置され、該複数の行電極と該複数の列電極とは交叉し、複数の格子に形成され、
   １つの前記格子は、隣接する二つの行電極と、隣接する二つの列電極とからなり、
   各々の前記格子の中間に一つの白熱光源が設置され、
   一つの前記白熱光源は、それぞれ隣接する行電極と列電極とに電気的に接続され、
   各々の白熱光源は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体又はカーボンナノチューブ複合体からなることを特徴とする白熱光源表示装置。
2. 絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、複数の白熱光源と、を備える白熱光源表示装置であって、
   前記複数の行電極は、平行し、等間隔に前記絶縁基板の１つの表面に設置され、
   前記複数の列電極は、平行し、等間隔に前記絶縁基板の前記複数の行電極が設置された表面に設置され、該複数の行電極と該複数の列電極とは交叉し、複数の格子に形成され、
   １つの前記格子は、隣接する二つの行電極と、隣接する二つの列電極とからなり、
   各々の前記格子の中間に一つの前記白熱光源が設置され、
   前記白熱光源は、第一電極と、第二電極と、熱発光素子と、を含み、
   前記第一電極と第二電極とは間隔を置いて、前記熱発光素子に電気的に接続され、且つ別々に前記行電極と列電極とに接続され、
   前記熱発光素子は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体又はカーボンナノチューブ複合体からなることを特徴とする白熱光源表示装置。
3. 前記カーボンナノチューブ構造体、カーボンナノチューブ複合体又はカーボンナノチューブサイジング層の単位体積当たりの熱容量は、０〜２×１０^−４Ｊ／ｃｍ^２・Ｋであって０は含まないことを特徴とする請求項１又は２に記載の白熱光源表示装置。