(57)【要約】【課題】  良好な電界電子放出特性が得られる電界電子放出体とその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明に係る電界電子放出体は、樹脂材料中にカーボンナノチューブが配合され、加熱処理されることにより、樹脂材料が炭化してカーボンナノチューブ端部が露出すると共に、カーボンナノチューブが炭化した樹脂により固着していることを特徴とする。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂材料中にカーボンナノチューブが配合され、酸化性雰囲気中で加熱処理されることにより、樹脂材料が炭化してカーボンナノチューブ端部が露出すると共に、カーボンナノチューブが炭化した樹脂により固着していることを特徴とする電界電子放出体。
【請求項２】
一方の面に電極が固定されていることを特徴とする請求項１記載の電界電子放出体。
【請求項３】
電極が導電性接着剤により固定されていることを特徴とする請求項２記載の電界電子放出体。
【請求項４】
カーボンナノチューブが気相成長法による炭素繊維であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の電界電子放出体。
【請求項５】
樹脂材料中にカーボンナノチューブを配合する工程と、
該混合材料を酸化性雰囲気中で加熱処理して、樹脂材料を炭化させると共に、該炭化した樹脂によりカーボンナノチューブを固着する加熱処理工程とを含むことを特徴とする電界電子放出体の製造方法。
【請求項６】
前記混合材料を所要形状に成形し、この成形物を酸化性雰囲気中で加熱処理することを特徴とする請求項５記載の電界電子放出体の製造方法。
【請求項７】
前記混合材料を所要支持体上に塗布した状態で加熱処理することを特徴とする請求項５記載の電界電子放出体の製造方法。
【請求項８】
樹脂材料に対するカーボンナノチューブの配合量を２０ｗｔ％以下にすることを特徴とする請求項５〜７いずれか１項記載の電界電子放出体の製造方法。
【請求項９】
誘導加熱により加熱処理することを特徴とする請求項５〜８いずれか１項記載の電界電子放出体の製造方法。
【請求項１０】
前記加熱処理物の一方の面に導電性接着剤により電極を固定する工程を含むことを特徴とする請求項５〜９いずれか１項記載の電界電子放出体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電界電子放出体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）からの電界放出（field  emission）が検討され、ディスプレー用材料としての有用性に注目されている。
１本のＣＮＴから放出される電流には限界があるが、多数のＣＮＴを用いれば、大きな電流を得ることができる。
このため、電界電子放出体として、樹脂で固めたＭＷＣＮＴ（マルチウォールＣＮＴ）膜やＳＷＣＮＴ（シングルウォールＣＮＴ）膜が研究されている。
【非特許文献１】化学フロンティア２）カーボンナノチューブ、175〜184頁、2001.1.30(株)化学同人
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば気相成長法によるカーボンナノチューブ（昭和電工製ＶＧＣＦ）は直径が数十ｎｍ、長さが数μｍ程度のアスペクト比が大きく、細長い炭素繊維であり、その鋭いエッジ部から電界電子が放出される。しかしながら、ＣＮＴを樹脂で固めた場合には、ＣＮＴが樹脂中に埋没し、エッジ部が露出しないことから、電界電子放出特性が抑制されるという課題がある。
【０００４】
そこで本発明は上記課題を解決すべくなされたもので、その目的とするところは、良好な電界電子放出特性が得られる電界電子放出体とその製造方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る電界電子放出体は、樹脂材料中にカーボンナノチューブが配合され、酸化性雰囲気中で加熱処理されることにより、樹脂材料が炭化してカーボンナノチューブ端部が露出すると共に、カーボンナノチューブが炭化した樹脂により固着していることを特徴とする。
また、一方の面に電極が固定されていることを特徴とする。
電極は導電性接着剤により固定することができる。
また、カーボンナノチューブが気相成長法による炭素繊維であることを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る電界電子放出体の製造方法では、樹脂材料中にカーボンナノチューブを配合する工程と、該混合材料を酸化性雰囲気中で加熱処理して、樹脂材料を炭化させると共に、該炭化した樹脂によりカーボンナノチューブを固着する加熱処理工程とを含むことを特徴とする。
前記混合材料を所要形状に成形し、この成形物を酸化性雰囲気中で加熱処理することができる。
あるいは前記混合材料を所要支持体上に塗布した状態で加熱処理することができる。
樹脂材料に対するカーボンナノチューブの配合量を２０ｗｔ％以下にするとよい。
加熱処理は誘導加熱により行うと好適である。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように、本発明によれば、樹脂材料とＣＮＴとを混合し、加熱処理して樹脂材料を炭化するので、ＣＮＴのエッジ部を露出させることができ、電界電子放出特性に優れる電界電子放出体を提供できる。また、任意の形状、大きさに形成できるので、特に大面積の冷陰極の作成が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
本実施の形態における電界電子放出体は、前記のように、樹脂材料中にカーボンナノチューブが配合され、加熱処理されることにより、樹脂材料が炭化するとともに雰囲気中の酸素によって一部酸化されることによって、カーボンナノチューブが露出し、ナノチューブ自体も側面が局部的に酸化されて、電子を放出しやすいエッジ面がでる。カーボンナノチューブは炭化した樹脂により固着している。
【０００９】
樹脂材料は特に限定されるものではなく、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等の、加熱処理により炭化する樹脂であればよい。
また、カーボンナノチューブも特に限定されないが、大量に入手しうるものとして気相成長法による炭素繊維、例えば昭和電工製ＶＧＣＦなどを好適に用いることができる。
なお、電界電子放出特性としては、エッジ部がより尖鋭であるＳＷＣＮＴの方がＭＷＣＮＴよりも優れている。
【００１０】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）と樹脂との複合材およびその成形物は例えば次のようにして作ることができる。
１）樹脂材料とＣＮＴを溶媒中に分散させる。この場合には、例えば混合物に超音波エネルギーを付与することによりＣＮＴを樹脂中に均一に分散させるようにする。
ＣＮＴの樹脂材料に対する配合比率は２０ｗｔ％以下が好適である。
次いで、混合物を加熱して溶媒を揮散させ、さらに粗砕することによって、ＣＮＴが混入された樹脂ペレットを得る。
この樹脂ペレットを用いてインジェクション成形して、任意大きさの板状（フイルム状を含む）の成形体をつくる。
ＣＮＴを直接熱可塑性樹脂中に練り込むようにすることもできる。この場合には２軸押出し装置等を用いて混合し、ペレット状にする。
２）溶媒に分散した樹脂材料とＣＮＴの混合物を適宜な支持体（例えば金属板）上に塗布して板状の成形体としてもよい。
【００１１】
上記成形体を加熱処理して樹脂材料を炭化させるのである。
加熱処理は成形体を大気雰囲気下で誘導加熱により行うと好適である。
ディスプレイの冷陰極として用いる場合には、上記の加熱処理物の一方の面に導電性接着剤等により電極を固定するようにする。
導電性接着剤としては、金属粉または炭素粉をフィラーとして混入する接着性を有する樹脂を用いることができる。
【実施例】
【００１２】
樹脂材料（ポリプロピレン）中に気相成長法炭素繊維（昭和電工製ＶＧＣＦ）１０ｗｔ％を均一に混合した複合材料からなる樹脂ペレットを用いて、インジェクションにより板状の成形体を形成した。
この成形体を誘導加熱装置に収容し、大気雰囲気下で約７００℃、１０分間加熱して、樹脂材料を加熱（炭化）処理した。
【００１３】
加熱処理前の成形体の表面、および上記加熱処理した成形体（加熱処理物）の表面の走査型電子顕微鏡写真を図１、図２、図３（図３は図２の拡大図）に示す。
図１に示すように、加熱処理前にあってはＣＮＴが成形体中に埋没し、その表面にはほとんど現れていない。上記加熱処理を行うと、図２、図３に示すように、樹脂材料が炭化し、この非晶質炭素間に固着されたＣＮＴが露出するようになる。
すなわち、ＣＮＴのエッジ部が露出し（図３）、良好な電界電子放出特性が得られるようになる。
【００１４】
図４に電界電子放出特性の測定結果を示す。この測定は、１０-4Ｐａの真空中で、電界を印加して流れる電流を測定することにより評価した。電極間距離はマイクロメータヘッドで制御し、約６００μｍとした。電流は指針微小形電流計で測定した。
図４に示されるように、１×１０-6Ａ／ｃｍ2の電流が流れる電界を閾値と考えると、閾値電界はおよそ２．５Ｖ／μｍとなっている。電界電圧が３．３Ｖ／μｍのとき、約３．８×１０-6Ａ／ｃｍ2の電流が流れた。電流は単調に増加しており、さらに高い電圧を加えることにより大きな電流が得られると考えられる。
用いたＶＧＣＦはＭＷＣＮＴである。ＳＷＣＮＴやＷＷＣＮＴも用いることが可能であり、さらに低い閾値電圧が得られると考えられる。
【００１５】
本実施例における閾値電圧は、これまでに報告されている最小の値よりも低いとは言えないが、ほぼ同程度の値が得られている。
本実施例では、成形体を、射出成形等で成形して形成するほか、ＣＮＴをエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂と混合してペースト状にし、支持体上に塗布して、任意の形状、かつ大きな板状（フイルム状を含む）に形成できるので、大面積の電界電子放出体が得られるのであり、実用的価値は高い。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】加熱処理前の成形体の表面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図２】加熱処理した成形体（加熱処理物）の表面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】図２の拡大写真である。
【図４】電界電子放出特性を示すグラフである。
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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