(57)【要約】【課題】本発明は電界放出エミッタ電極の製造方法に関するものである。【解決手段】炭素ナノチューブと伝導性ポリマーを脱イオン水に分散させ粘度が50〜100cpsの炭素ナノチューブ混合液を設ける段階と、基板上に上記炭素ナノチューブ混合液を塗布する段階と、上記塗布された炭素ナノチューブ混合液から炭素ナノチューブが含まれた伝導性ポリマー層が形成されるよう上記炭素ナノチューブ混合液を熱処理する段階とを含む電界放出エミッタ電極の製造方法を提供する。本発明によれば、追加的な炭素ナノチューブ付着工程無しで全体工程をより簡素化できると同時に、炭素ナノチューブがより均一に分散したエミッタ電極を得ることができる。また、炭素ナノチューブ間の空間に充填された伝導性ポリマーにより付着強度と電極の電気的特性を向上させることができる。【選択図】      図2
2006086105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素ナノチューブと伝導性ポリマーを脱イオン水に分散させ粘度が50〜100cpsの炭素ナノチューブ混合液を設ける段階;
基板上に上記炭素ナノチューブ混合液を塗布する段階; 及び、
上記塗布された炭素ナノチューブ混合液から炭素ナノチューブが含まれた伝導性ポリマー層が形成されるよう上記炭素ナノチューブ混合液を熱処理する段階を含む電界放出エミッタ電極の製造方法。
【請求項２】
上記炭素ナノチューブ混合液を設ける段階は、0.01〜0.05wt%の炭素ナノチューブと2〜5wt%の伝導性ポリマーを脱イオン水に混合して設ける段階であることを特徴とする請求項1に記載の電界放出エミッタ電極の製造方法。
【請求項３】
上記炭素ナノチューブは1〜2μmの長さを有することを特徴とする請求項1に記載の電界放出エミッタ電極の製造方法。
【請求項４】
上記伝導性ポリマー層の厚さは0.5〜2μmの範囲であることを特徴とする請求項1に記載の電界放出エミッタ電極の製造方法。
【請求項５】
上記伝導性ポリマーはポリピロール、ポリアニリン、ポリ(3、4-エチレンジオキシチオペン)、ポリアセチレン、ポリ(p-フェニレン)、ポリチオペン、ポリ(p-フェニレンビニレン)及びポリ(チエニレンビニレン)の群から選択されることを特徴とする請求項1に記載の電界放出エミッタ電極の製造方法。
【請求項６】
上記炭素ナノチューブ混合液を塗布する段階は、
スピンコーティング工程、スプレー工程、スクリーンプリンティング工程及びインクジェットプリンティング工程の群から選択された工程により行われることを特徴とする請求項1に記載の電界放出エミッタ電極の製造方法。
【請求項７】
上記炭素ナノチューブ混合液に分散剤がさらに添加されることを特徴とする請求項1に記載の電界放出エミッタ電極の製造方法。
【請求項８】
上記分散剤は、ベンゼンコニウムクロライド(benzene konium chrolide)、ポリエチレンイミン(polyethylenimine)及び塩化マグネシウム(MgCl2)中少なくとも一つの陽イオン分散剤またはドデシル硫酸ナトリウム(sodium dodecyl sulfate)である陰イオン分散剤であることを特徴とする請求項1に記載の電界放出エミッタ電極の製造方法。
【請求項９】
上記炭素ナノチューブ混合液を設ける段階は、上記炭素ナノチューブがより均一に分散されるよう上記炭素ナノチューブ混合液に超音波を適用する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の電界放出エミッタ電極の製造方法。
【請求項１０】
上記炭素ナノチューブ混合液を熱処理する段階は、上記炭素ナノチューブ混合液から脱イオン水が蒸発するよう40〜100℃の温度範囲で乾燥させる段階と、上記乾燥した結果物を150〜200℃の温度範囲で硬化させる段階を含むことを特徴とする請求項1に記載の電界放出エミッタ電極の製造方法。
【請求項１１】
上記炭素ナノチューブが露出されるよう上記硬化された伝導性ポリマー表面をエッチングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の電界放出エミッタ電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電界放出エミッタ電極(field emitter electrode)の製造方法に関するもので、より詳しくは従来の電気泳動方式の欠点である炭素ナノチューブの低い付着強度を改善し工程が簡素化された新たな電界放出エミッタ電極の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電界放出装置は真空中における電子の放出に基づく光源として、強い電場により微細粒子から放出された電子を加速して蛍光物質と衝突する原理により発光する素子のことをいう。上記電界放出装置は白熱電球のような一般の照明光源に比して発光効率が優れ軽薄短小化が可能なばかりでなく、蛍光灯のような重金属を使用しないので環境親和的であるとの利点を有し、あらゆる照明分野及びディスプレー装置の次世代光源として脚光を浴びている。
【０００３】
こうした電界放出装置の性能は電界を放出できるエミッタ電極により大きく左右される。最近優れた電子放出特性を有するエミッタ電極のための電子放出材料として炭素ナノチューブ(carbon nanotube:CNT)が積極的に用いられている。しかし、炭素ナノチューブは大面積の基板において均一な成長をさせ難いので、一般に別途の工程により成長させた炭素ナノチューブを精製して基板に付着する工程が用いられる。代表的な炭素ナノチューブエミッタ電極の製造方法には通常のプリンティング方法と電気泳動による方法がある。
【０００４】
従来のプリンティング法による炭素ナノチューブエミッタ電極の製造方法は、平坦な表面を有する基板上に電極層をコーティングした後、その電極層上に炭素ナノチューブと銀粉末で製造されたペーストを印刷する方式を利用する。次いで、所定の熱処理工程を通して上記ペースト中の樹脂と溶媒を除去し、テープ法を利用して炭素ナノチューブを部分的に表面から露出させる工程を行う。
【０００５】
しかし、工程が複雑なばかりでなく、炭素ナノチューブの均一な分散が得がたく、これにより電界放出エミッタ電極の特性が低下しかねない。また、公知されたペーストの塗布工程では下部電極物質との充分な物理的機械的結合を得がたい問題がある。
【０００６】
これと異なり、電気泳動(electrophoresis)による炭素ナノチューブエミッタ電極の製造方法においては、図1に示すように電解液(14)に予め精製された炭素ナノチューブ(CNT)と分散剤(例えば、陽イオン分散剤)を混合した後に、上記電解液(14)に浸漬された二つの電極(16、17)間に電圧を印加して、陰極(16)に設けられた基板(11)に炭素ナノチューブ(CNT)を付着する方法が使用される。
【０００７】
こうした電気泳動による方法は比較的炭素ナノチューブの均一な分散を実現でき、全体工程をより簡素化できるが、炭素ナノチューブの付着力が低く機械的衝撃に弱いので長寿命を要する装置には適さない問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上述された従来の技術の問題を解決するためのもので、その目的は従来の方式と異なって、炭素ナノチューブと伝導性ポリマーを含んだ炭素ナノチューブ混合液を塗布して硬化させ炭素ナノチューブが含まれた伝導性ポリマー層を製造することにより工程を簡素化できるばかりでなく、炭素ナノチューブの付着強度と電気的特性が改善された電界放出エミッタ電極の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記技術的課題を成し遂げるために本発明は、
炭素ナノチューブと伝導性ポリマーを脱イオン水(DI water)に分散させ粘度が50〜100cpsの炭素ナノチューブ混合液を設ける段階と、基板上に上記炭素ナノチューブ混合液を塗布する段階と、上記塗布された炭素ナノチューブ混合液から炭素ナノチューブが含まれた伝導性ポリマー層が形成されるよう上記炭素ナノチューブ混合液を熱処理する段階を含む電界放出エミッタ電極の製造方法を提供する。
【００１０】
好ましくは、上記炭素ナノチューブ混合液は、0.01〜0.05wt%の炭素ナノチューブと2〜5wt%の伝導性ポリマー及び残部を脱イオン水として製造することができる。本発明に用いられる炭素ナノチューブは1〜2μmの長さを有することが好ましい。
【００１１】
上記伝導性ポリマー層は炭素ナノチューブがその硬化した層の表面上に露出するよう0.5〜2μmの厚さであることが好ましい。本発明に用いられる伝導性ポリマーはこれに限定されるわけではないが、ポリピロール、ポリアニリン、ポリ(3、4-エチレンジオキシチオペン)、ポリアセチレン、ポリ(p-フェニレン)、ポリチオペン、ポリ(p-フェニレンビニレン)及びポリ(チエニレンビニレン)の群から選択することができる。
【００１２】
また、上記炭素ナノチューブ混合液を塗布する段階は通常の塗布工程、即ちスピンコーティング工程、スプレー工程、スクリーンプリンティング工程及びインクジェットプリンティング工程の群から選択された工程により容易に行うことができる。
【００１３】
好ましくは、上記炭素ナノチューブ混合液に炭素ナノチューブのより均一な分散のために、所定の分散剤をさらに添加できる。上記分散剤には、ベンゼンコニウムクロライド(benzene konium chrolide)、ポリエチレンイミン(polyethylenimine)及び塩化マグネシウム(MgCl2)中少なくとも一つの陽イオン分散剤またはドデシル硫酸ナトリウム(sodium dodecyl sulfate)のような陰イオン分散剤から選択された少なくとも一つであることができる。
【００１４】
また、炭素ナノチューブ混合液を設ける段階において、上記炭素ナノチューブをより均一に分散させるために、上記炭素ナノチューブ混合液に超音波を適用する段階をさらに行うことができる。
【００１５】
好ましくは、上記炭素ナノチューブ混合液を熱処理する段階は、上記炭素ナノチューブ混合液から脱イオン水が蒸発するよう40〜100℃の温度範囲で乾燥させる段階と、上記乾燥した結果物を150〜200℃の温度範囲で硬化する段階で具現することができる。
【００１６】
また、上記炭素ナノチューブが露出するよう上記硬化された伝導性ポリマー表面をエッチングする段階をさらに含むことができる。
【００１７】
本発明の特徴中一つは電気泳動方式のような炭素ナノチューブの付着工程を別途に行わず、炭素ナノチューブと伝導性ポリマーが含まれた混合液を利用して塗布しエミッタ電極を製造することにある。これにより、全体工程を簡素化でき、均一な炭素ナノチューブの分散を確保しながら、同時に炭素ナノチューブ間の空間に充填された伝導性ポリマーにより付着強度と電極の電気的特性も向上させられる。
【発明の効果】
【００１８】
上述したような本発明によると、炭素ナノチューブが伝導性ポリマーと共に均一に分散された低い粘度の混合液を利用してエミッタ電極を製造することにより別途の炭素ナノチューブ付着工程無しで全体工程をより簡素化させられ、均一な炭素ナノチューブの分散を得ると同時に炭素ナノチューブ間の空間に充填された伝導性ポリマーにより付着強度と電極の電気的特性を向上させられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付の図と本発明の具体的な実施例を通して本発明をより詳しく説明する。
【００２０】
図2は本発明による電界放出エミッタ電極の製造方法を説明するための工程フロー図である。
【００２１】
図2のように、本発明による電界放出エミッタ電極の製造方法は、炭素ナノチューブと伝導性ポリマーを脱イオン水に分散させ粘度が50〜100cpsの炭素ナノチューブ混合液を設ける段階(S21)から始まる。
【００２２】
本発明による炭素ナノチューブ混合液は比較的低い粘度を有する。これは炭素ナノチューブの均一な分散と炭素ナノチューブと伝導性ポリマーの充分な混合を保障するためのものである。粘度が100cpsを超過すると混合物の充分な流動性が確保できず均一な分散を得がたく、50cpsより小さいと粘性が弱すぎ後続塗布工程が困難になる問題がある。
【００２３】
好ましくは、上記炭素ナノチューブ混合液は0．01〜0．05wt%の炭素ナノチューブと2〜5wt%の伝導性ポリマー及び残部脱イオン水を適切に混合して製造される。本発明に用いられる炭素ナノチューブはCVD法またはアーク放電(arc-discharge)法により製造された多重壁(multi wall)または単一壁(single wall)炭素ナノチューブを粉砕した後に、フィールドフラックスフロー分離法のような公知の工程を経て精製し得ることができ、好ましくは1〜2μmの長さを有する炭素ナノチューブを使用できる。
【００２４】
また、本発明に用いられる伝導性ポリマーはポリピロール、ポリアニリン、ポリ(3、4-エチレンジオキシチオペン)、ポリアセチレン、ポリ(p-フェニレン)、ポリチオペン、ポリ(p-フェニレンビニレン)及びポリ(チエニレンビニレン)の群から選択されたものであることができるが、これに限定されるわけではない。
【００２５】
必要に応じて、上記炭素ナノチューブ混合液に分散剤をさらに添加してもよい。本発明に使用できる分散剤としては、ベンゼンコニウムクロライド(benzene konium chrolide)、ポリエチレンイミン(polyethylenimine)及び塩化マグネシウム(MgCl2)中少なくとも一つの陽イオン分散剤を用いるか、ドデシル硫酸ナトリウム(sodium dodecyl sulfate)のような陰イオン分散剤を用いることができる。
【００２６】
また、設けられた炭素ナノチューブ混合液に超音波を適用して上記炭素ナノチューブをより均一に分散させることができる。
【００２７】
次いで、段階(S23)のような基板上に上記炭素ナノチューブ混合液を塗布する段階を行う。本発明においては従来の電気泳動方式による方法を使わないので、上記基板は導電性基板に限定されない。必要に応じて絶縁性基板を使用でき、また最終工程において炭素ナノチューブが含まれた伝導性ポリマー膜のみを基板から分離させて使用することもできる。本塗布工程はスピンコーティング工程、スプレー工程、スクリーンプリンティング工程及びインクジェットプリンティング工程のような公知の塗布工程を用いることができるが、粘度の低い液を均一な厚さで塗布するために有利なスピンコーティングが好ましく使用される。
【００２８】
最後に、段階(S25)のような上記炭素ナノチューブ混合液を熱処理して炭素ナノチューブが含まれた伝導性ポリマー層を形成する。本発明に用いられる炭素ナノチューブ混合液の多くを脱イオン水が占めるので、好ましくは脱イオン水を蒸発させる乾燥工程を行ってから、伝導性ポリマー成分を硬化させるための熱処理工程を行う。好ましくは、本段階は40〜100℃の温度範囲で乾燥させる段階と、上記乾燥した結果物を150〜200℃の温度範囲で硬化させる段階から成ることができる。
【００２９】
また、必要に応じて、上記硬化した伝導性ポリマー表面をエッチングしてその表面から炭素ナノチューブを充分に露出させる工程をさらに実施することができ、上記伝導性ポリマー層を上記基板から分離して軟性を有するエミッタ電極とすることができる。したがって、本発明により製造されたエミッタ電極は加工性が高く多様な構造の電界放出装置に使用されうる利点もある。
【実施例】
【００３０】
先ず、本発明による炭素ナノチューブ混合液を製造するために、伝導性ポリマーとしてポリ(3、4-エチレンジオキシチオペン)(Bayer社の「Baytron P」製品)3gと、CVD法で製造された多重壁炭素ナノチューブ15ｍｇを秤量して設けた。上記設けられた伝導性ポリマーと炭素ナノチューブを脱イオン水97gに混合して所望の炭素ナノチューブ混合液を設け、基板に対する付着性を向上させるために、イソプロフェノール4g、エチレングリコール1.5g、テトラエトキシシラン1.2g及び酢酸(100%)1gと、分散剤としてベンゼンコニウムクロライド(BKC)30mgを上記炭素ナノチューブ混合液にさらに添加した。上記炭素ナノチューブ混合液の粘度を測定した結果、約90cpsであった。
【００３１】
本実施例においては炭素ナノチューブの均一な分散のために上記炭素ナノチューブ混合液に1時間超音波を適用した。
【００３２】
こうして得た炭素ナノチューブ混合液を銅基板に適用してから、スピンコーティングを行った。先ず、450rpmで5秒間スピニングして全体的に塗布させた後、1500rpmで10秒間スピニングして塗布厚さを適切に調節した。
【００３３】
次いで、上記塗布された炭素ナノチューブ混合液をドライングオーブンに投入して50℃で10分間乾燥させた後に、180℃で30分間さらなる熱処理を行い炭素ナノチューブ混合液中の伝導性ポリマー成分が硬化するようにした。
【００３４】
その結果、上記銅基板上に約0.28μmの炭素ナノチューブが含まれた伝導性ポリマー層が形成され、所望の電界放出エミッタ電極を製造することができた。
【００３５】
図3aは本実施例による電界放出エミッタ電極を撮影したSEM写真である。図3aによると、全面積にかけて比較的均一に炭素ナノチューブが配列されたことが分かる。本実施例のエミッタ電極を発光装置に適用して発光実験を行った。本実施例のエミッタ電極が優れた発光状態を示すことを図3bを通して確認できる。
【００３６】
本発明は上述した実施形態及び添付の図により限定されるわけではなく、添付の請求範囲により限定する。したがって、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で当技術分野の通常の知識を有する者によって多様な形態の置換、変形及び変更が可能で、これもやはり本発明の範囲に属するものといえるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来の電気泳動方式を利用した電界放出エミッタ電極の製造方法に用いられる電気化学重合過程を示す概略図である。
【図２】本発明による電界放出エミッタ電極の製造方法を説明するための工程フロー図である。
【図３】ａ及びｂは各々本発明の一実施例により製造された電界放出エミッタ電極を示すSEM写真とその発光状態を示す写真である。
【符号の説明】
【００３８】
11  基板
14  電解液
16  陰極
17  陽極
【図１】
2006086105.tif 000003
【図２】
2006086105.tif 000004
【図３】
2006086105.tif 000005