(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】  電解槽に金属イオンを含有した電解液を設ける段階と、上記電解液に炭素ナノチューブと上記炭素ナノチューブ粒子の凝集を妨害するための陽イオン分散剤とを設ける段階と、上記電解液に含浸された陰極ドラムと不溶性陽極部に所定の電圧を印加して上記陰極ドラム表面に沿って上記炭素ナノチューブを含む金属膜を形成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。【選択図】図2
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽に金属イオンを含んだ電解液を設ける段階と、
上記電解液に炭素ナノチューブと上記炭素ナノチューブ粒子の凝集を妨害するための陽イオン分散剤とを設ける段階と、
上記電解液に含浸された陰極ドラムと不溶性陽極部に所定の電圧を印加して上記陰極ドラム表面に沿って上記炭素ナノチューブを含む金属膜を形成する段階とを含む電界放出エミッタ電極の製造方法。
【請求項２】
上記金属は銅、ニッケル、クローム、金、アルミニウム及びそれらの合金から成る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３】
上記金属イオンは銅イオンで、上記金属膜は銅箔で、
上記金属イオンを含む電解液はCuSO4・6H2O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４】
上記電解液に炭素ナノチューブと陽イオン分散剤を設ける段階は、
上記炭素ナノチューブと陽イオン分散剤とを混合して粉砕する段階と、
上記粉砕された結果物を上記電解液に投入する段階と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５】
上記粉砕された結果物を超音波を利用してさらに分散させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の電界放出エミッタ電極の製造方法。
【請求項６】
上記電解液に炭素ナノチューブと陽イオン分散剤を設ける段階は、
上記電解液に炭素ナノチューブと陽イオン分散剤を投入する段階と、
上記電解液内において炭素ナノチューブと陽イオン分散剤を均一に分散させる段階とを含むことを特徴とする請求項1に記載のエミッタ電極の製造方法。
【請求項７】
上記陽イオン分散剤は、ベンゼンコニウムクロライド(benzene konium chrolide)、ソジウムドデシルスルフェート(sodium dodecyl sulfate)及びポリエチレンイミン(polyethylenimine)から成る郡から選択された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８】
上記陽イオン分散剤は上記炭素ナノチューブ量に対して約2wt%〜約200wt%で添加することを特徴とする請求項7に記載の電界放出エミッタ電極の製造方法。
【請求項９】
上記金属膜の表面から上記炭素ナノチューブの一部が露出するよう上記金属膜の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。
【請求項１０】
金属イオン、炭素ナノチューブ、及び上記炭素ナノチューブ粒子の凝集を妨害するための陽イオン分散剤を含む電解液を利用した電界メッキ方法により製造された電界放出エミッタ電極と、
上記エミッタ電極と真空領域を挟んで配置された透明電極と、
上記透明電極の上記エミッタ電極と対向した面に形成された蛍光体層とを含む電界放出装置。
【請求項１１】
上記電解液中金属イオンは銅イオンで、上記エミッタ電極は炭素ナノチューブが含まれた銅箔であることを特徴とする請求項10に記載の電界放出装置。
【請求項１２】
上記エミッタ電極と上記透明電極はその間に真空領域を挟んで略平行に配列された平板型であることを特徴とする請求項10に記載の電界放出装置。
【請求項１３】
上記エミッタ電極は外部面を有する棒型から成り、上記透明電極は上記エミッタ電極と真空領域を挟んで配置された円筒形である透明電極であることを特徴とする請求項10に記載の電界放出装置。
【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として、詳しくは電界銅箔工程を利用して炭素ナノチューブを含んだ電界放出エミッタ電極を製造する方法とこれを利用して製造した電界放出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電界放出装置は真空中の電子放出に基づいた光源として、強い電気場により微細粒子から放出された電子を加速させ蛍光物質と衝突させる原理により発光する素子のことをいう。こうした電界放出装置は白熱電球などの一般の照明光源に比して発光効率に優れ、軽薄短小なばかりでなく、蛍光灯のように重金属を使用しないので環境親和的な利点を有しており、各種照明分野及びディスプレー装置における次世代光源として脚光を浴びている。
【０００３】
上記電界放出装置の性能は主に電界を放出できるエミッタ電極により決定される。電子放出特性を向上させるため最近使用されるエミッタ電極は炭素ナノチューブ(carbon nanotube: CNT)を均一に分散させ部分的に表面に露出させた電極構造で主に使用されている。
【０００４】
図1は従来の炭素ナノチューブを含んだ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順序図である。
【０００５】
図1によると、従来の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物質をコーティングして電極層を形成する工程(S11)から始まる。こうした基板には金属またはガラス基板などが使用されることができる。一方、適切な樹脂と溶媒を利用して炭素ナノチューブと銀粉末ガラス質でペーストを製造し、上記ペーストを上記電極層上に印刷する(S13)。続いて、乾燥後所定の熱処理工程を通して樹脂と溶媒を除去する(S15)。最後に、さらなる熱処理工程とテープ法を利用して炭素ナノチューブを部分的に表面に露出させる工程(S17)を施すことにより、電界放出エミッタ電極を得ることができる。
【０００６】
しかし、上述した従来の方法において通常のペースト製造工程は炭素ナノチューブの均一分散が大変困難であるとの問題を抱えている。こうした問題のため、炭素ナノチューブが均一に分散されなかった場合、得られた電界放出エミッタ電極の特性が低下しかねない。さらに、公知のペースト塗布工程からは下部の電極物質との充分な物理的機械的結合が得られないとの問題もある。
【０００７】
一方、従来のエミッタ電極の製造方法においては、電極物質を塗布するための基板が要求されるので、様々な電界放出装置を具現するためにエミッタ電極構造を変形しなければならない場合に基板材質の特性による制約が生じたりもする。例えば、棒型電界放出装置を製造するためにエミッタ電極を捲いて円筒構造を製造しなければならないが、一般に使用されるガラス基板または金属基板を用いる場合にはこうした構造変形が困難であるとの問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上述した従来技術の問題を解決するためのものとして、その目的は電界銅箔工程を利用して電極内部に炭素ナノチューブを均一に分散させながら大量生産に適し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。
【０００９】
また、本発明の他目的はエミッタ電極の製造方法を利用して多様な構造に容易に製造されることのできる電界放出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記技術的課題を成し遂げるために、本発明は、
電解槽に金属イオンを含有した電解液を設ける段階と、上記電解液に炭素ナノチューブと上記炭素ナノチューブ粒子の凝集を妨害するための陽イオン分散剤とを設ける段階と、上記電解液に含浸された陰極ドラムと不溶性陽極部に所定の電圧を印加して上記陰極ドラム表面に沿って上記炭素ナノチューブを含む金属膜を形成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。
【００１１】
本発明において、上記金属は銅、ニッケル、クローム、金、アルミニウム及びそれらの合金から成る群から選択されたものであることができる。好ましくは、上記金属イオンは銅イオンで、上記金属膜は銅箔であることができ、この場合に、上記金属イオンを含んだ電解液はCuSO4・6H2Oであることができる。
【００１２】
本発明の一実施形態においては、上記電解液に炭素ナノチューブと陽イオン分散剤を設ける段階を、上記炭素ナノチューブと陽イオン分散剤を混合して粉砕する段階と、上記粉砕された結果物を上記電解液に投入する段階とで具現することができる。
【００１３】
本実施形態において、上記粉砕された結果物を超音波を利用してさらに分散させる段階をさらに含むことが好ましい。
【００１４】
本発明の他実施形態においては、上記電解液に炭素ナノチューブと陽イオン分散剤を設ける段階を、上記電解液に炭素ナノチューブと陽イオン分散剤を投入する段階と、上記電解液内に炭素ナノチューブと陽イオン分散剤を均一に分散させる段階とで具現することができる。
【００１５】
本発明に使用できる陽イオン分散剤は、ベンゼンコニウムクロライド(benzene konium chrolide)、ソジウムドデシルスルフェート(sodium dodecyl sulfate)及びポリエチレンイミン(polyethylenimine)から成る郡から選ばれた分散剤であることができ、上記陽イオン分散剤は上記炭素ナノチューブの量対比約2wt%〜約200wt%を添加することが好ましい。
【００１６】
本発明の好ましき実施形態においては、上記金属膜の表面から上記炭素ナノチューブの一部が露出するよう上記金属膜の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】
本発明の他視点によると、上記製造方法により製造されたエミッタ電極を含む電界放出装置を提供することができる。上記電界放出装置は、金属イオン、炭素ナノチューブ、及び上記炭素ナノチューブ粒子の凝集を妨害するための陽イオン分散剤を含む電解液を利用した電界メッキ方法により製造された電界放出エミッタ電極と、上記エミッタ電極と真空領域を挟んで配置された透明電極と、上記透明電極の上記エミッタ電極と対向した面に形成される蛍光体層とを含む。
【００１８】
本発明において、上記電解液中の金属イオンは銅イオンで、上記エミッタ電極は炭素ナノチューブが含浸された銅箔であることができる。
【００１９】
本発明の一実施形態は平板型電界放出装置に具現することができる。即ち、上記エミッタ電極と上記透明電極はその間に真空領域を挟んで平行に配列された平板型である電界放出装置として提供することができる。
【００２０】
本発明の他実施形態は棒型電界放出装置に具現することができる。上記エミッタ電極は外部面を有する棒型から成り、上記透明電極は上記エミッタ電極と真空領域を挟んで配置された円筒形である電界放出装置として提供することができる。
【発明の効果】
【００２１】
上述したように本発明によると、電解金属膜製造工程を利用して電極内部に炭素ナノチューブが均一に分散されたエミッタ電極をより容易に製造することができる。
【００２２】
また、本発明による電界放出エミッタ電極製造工程によると、工程が簡素で大量生産に適したばかりでなく、下部基板無しでエミッタ電極に使用される金属膜のみを製造できるので多様な構造を有する電界放出装置に容易に用いることができる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付の図に基づいて、本発明をより詳しく説明する。
【００２４】
図2は本発明による電界放出エミッタ電極の製造方法に用いられる共析メッキ原理を説明するための概略図である。 
図2によると、電解槽(21)に貯蔵された電解液(22)に陰極部(23)と陽極部(25)が含浸された状態が示してある。上記電解液(22)はNiイオン(Ni2+)と炭素ナノチューブ(CNT)を含む。上記陰極部(23)と上記陽極部(25)に夫々連結された電源(27)から所定の電圧が与えられると、電解液(22)中Niイオンは炭素ナノチューブ(CNT)と共に陰極部に沈着し炭素ナノチューブ粒子を含んだNi層(29)を形成する。
【００２５】
このように、本発明は上述した従来のペーストを利用した方法と異なって、共析メッキ原理を利用した電界メッキ方法を利用する。こうした方法においては、炭素ナノチューブ(CNT)が粘性の高いペースト状態においてより均一な分散が保障される電解液(22)に投入されるので、最終的に形成されるNi層(29)はより均一に炭素ナノチューブが分散された層となることができる。
【００２６】
こうした共析メッキ原理を利用した本発明は主に銅箔に使用される電解金属膜製造工程と共に適用することができる。こうした電解金属膜の製造工程を通して、本発明は電界放出エミッタ電極として使用される炭素ナノチューブを含む金属膜を大量且つより容易に製造することができる。
【００２７】
図3は本発明の電界放出エミッタ電極の製造方法に実際使用できる電解メッキ装置の概略図である。
【００２８】
図3によると、電解液の貯蔵された電解槽が示してある。上記電解槽の電解液には陰極ドラムと陽極部が含浸されている。
【００２９】
本発明に用いた電解液はエミッタ電極の主原料に使用される金属イオンと炭素ナノチューブと共に、さらに陽極分散剤を含む。エミッタ電極の主原料に用いられる金属は銅ばかりでなく、ニッケル、クローム、金、アルミニウム及びそれらの合金から適宜に選択して使用することができる。
【００３０】
一方、炭素ナノチューブは表面積が大変高く密度が低い物質なので、強い凝集力を有する。こうした炭素ナノチューブの凝集力は均一な炭素ナノチューブの分散を妨げかねないので、本発明においては分散剤を投入する。また、本発明に使用される分散剤は陽イオン性質を有するものを使用し、陰イオン性質を有する炭素ナノチューブが陽の電荷を帯びるようにする。したがって、こうした陽イオン分散剤の作用によって炭素ナノチューブは他金属イオンと共により容易に陰極ドラムに沈着することができる。
【００３１】
上記陰極ドラム(33)と上記陽極部(35)に夫々連結された電源(図示せず)から所定の電圧が与えられると、上記電解液(32)中金属イオンは炭素ナノチューブと共に陰極ドラム(33)に沈着し炭素ナノチューブ粒子を含んだ金属膜(39)を形成する。
【００３２】
先に説明したように、上記電解液内の炭素ナノチューブは陽イオン分散剤により均一に分散された状態において陽イオン特性を有することができるので、陰極ドラムに沈着した金属膜には炭素ナノチューブが均一に分布することができる。最後に、陰極ドラムに沈着した金属膜は回転する陰極ドラムに沿って連続的に製造され、切断工程などから所望の電界放出エミッタ電極として用いることができる。
【００３３】
本発明に用いられる陽イオン分散剤はベンゼンコニウムクロライド(benzene konium chrolide)、ソジウムドデシル スルフェート(sodium dodecyl sulfate)及びポリエチレンイミン(polyethylenimine)から成る群から選択され使用することができ、充分な分散効果のため投入される炭素ナノチューブ量対比2wt%ないし200wt%の範囲で添加する。一般に、分散効果に使用される分散剤量は2w%未満であるが、本発明においては強い凝集力を有する炭素ナノチューブを分散させるために少なくとも2wt%以上で使用することが好ましい。また、陽イオン分散剤の添加量は不純物として作用し電解メッキ特性を低下させることのないよう、200wt%を超えさせないことが好ましい。
【００３４】
電解液に炭素ナノチューブと共に設けられる陽イオン分散剤は多様な方式で添加されることができる。本発明の製造方法は電解液に投入する段階を基準に後分散処理方法と先分散処理方法とに具現することができる。
【００３５】
先ず、後分散処理方法は、炭素ナノチューブと共に陽イオン分散剤を電解液内に直接投入し、電解液内においてスターリング(stirring)のような公知の方法で均一に分散させる方法に具現される。
【００３６】
これと異なり、先分散処理方法は、電解液に投入する前に、炭素ナノチューブと陽イオン分散剤をボールミリングのような混合/粉砕工程を通して混合/粉砕してから、電解液内に投入する方法に具現される。上記先分散処理方法は、さらに超音波ホモジナイザーのような分散機を利用して粉砕された結果物をさらに分散する方法を用いることができる。先分散処理工程は後分散処理工程に比して既に凝集体に形成された炭素ナノチューブを粉砕し、その表面に分散剤を効果的に吸着させられるので、優れた分散効果を奏し、さらに炭素ナノチューブが安定して陽イオン特性を有することができる点において有利である。
【００３７】
本発明による電界放出エミッタ電極の製造方法は得られた金属膜の表面に対してさらなるエッチング工程を含むことができる。本エッチング工程は金属物質に対する選択的なエッチング工程として、炭素ナノチューブの粒子を金属膜表面から充分に露出させることができる。したがって、こうした本エッチング工程を通してより優れた効果を奏する電界放出エミッタ電極を提供することができる。
【００３８】
以下、本発明の具体的な実施例を通して、本発明による電界放出エミッタ電極の製造方法をより具体的に説明する。
【００３９】
(実施例)
本実施例は図3のような電界銅箔工程に用いるメッキ装置を利用した。電解液は400g/Ｌ(リットル)のCuSO4・6H2O, 45g/ＬのH3BO3 及び30g/ＬのNiCl2・5H2Oを混合して用意した。また、上記電解液内に投入される炭素ナノチューブは分散剤と共に予め分散処理した。即ち、炭素ナノチューブ50mgとベンゼンコニウムクロライド(BKC) 100wt%を適宜な容器に純水200gと共に投入した後、ボールミリング工程を通して1時間混合/粉砕工程を施した。次に、上記結果物を超音波ホモナイザーを利用して1時間さらに均一に分散させた。
【００４０】
最終分散した結果物を電解槽に投入した後、前記メッキ装置を稼動して炭素ナノチューブの含まれた約30μm厚さの電界銅箔を製造した。この際、電流密度は0.5A/dm2にし、陰極ドラム回転速度は1.2m/mimに設定した。
【００４１】
図4(a)は本実施例により製造された炭素ナノチューブが含まれた銅箔の写真で、図4(b)は本実施例による銅箔の表面を撮影したSEM写真である。
【００４２】
図4(b)により、図4(a)の表面における炭素ナノチューブの分布状態をより詳しく観察することができる。図4(b)によると、製造された金属膜の表面に炭素ナノチューブが存在し、多様な形態で配列され全体的には均一に分散された結果を確認することができる。
【００４３】
本発明による電界放出エミッタ電極の製造方法のさらなる利点は別途の基板無しで直接エミッタ電極に使用できる金属膜を提供し、したがって多様な構造の電界放出装置をより容易に製造できることである。とりわけ、こうした利点は電界放出エミッタ電極を相対的に高い軟性を有する銅箔から製造する場合に、より大きい設計自由度を図ることができる。
【００４４】
図5(a)及び図5(b)は本発明により製造した電界放出エミッタ電極が用いられた電界放出装置を示す概略図である。
【００４５】
図5(a)は本発明の一実施形態による平板型電界放出装置を示す断面図で、こうした形態はLCD用バックライト光源として主に使用される。
【００４６】
図5(a)によると、上記電界放出装置は電界放出エミッタ電極(41)と、上記エミッタ電極(41)と真空領域を挟んで配置された透明電極(43)と、上記透明電極(43)の上記エミッタ電極(41)と対向した面に形成された蛍光体層(44)とを含み、上記エミッタ電極(41)と上記透明電極(43)はその間に真空領域を挟んで略平行に配列された構造を有する。
【００４７】
また、上記電界放出エミッタ電極(41)は上述した方法により、銅イオンと、炭素ナノチューブ及び上記炭素ナノチューブ粒子の凝集を妨害するための陽イオン分散剤とを含む電解液を利用して製造した銅箔であることができる。
【００４８】
本実施形態は上記エミッタ電極(41)と上記透明電極(43)との間に真空領域を設けるためのシーリング部材(44)を含み、上記透明電極(43)の上面には上部保護基板(46)が設けられる。上記上部保護基板(46)は光を放出するよう透明なガラスであることができる。また、本実施形態においては、エミッタ電極(41)の下面に下部基板(45)がさらに形成された例を示しているが、本発明による電界放出エミッタ電極(41)は別途の基板無しで電解金属膜製造工程を利用して金属膜のみ形成できるので、設計上の要求に応じて下部基板(41)の無い形態としても設けることができる。
【００４９】
図5(b)は棒構造を有する電界放出装置の断面図を示す。図5(b)に示す電界放出装置は蛍光灯を代替できる照明器具の光源として使用できる。
【００５０】
図5(b)によると、上記電界放出装置は棒構造を有するエミッタ電極(51)と、上記エミッタ電極(51)の外部面と真空領域を挟んで配置された円筒形の透明電極(53)と、上記透明電極(53)の上記エミッタ電極(51)と対向面に形成された蛍光体層(54)とを含む。また、上記電界放出エミッタ電極(51)は図5(a)と同様に、銅イオンと、炭素ナノチューブ及び上記炭素ナノチューブ粒子の凝集を妨害するための陽イオン分散剤とを含む電解液を利用して製造した銅箔であることができる。
【００５１】
上記エミッタ電極(51)は先述したように、下部基板無しで電解金属膜製造工程を通して製造されることができる。したがって、充分な軟性を有する金属膜はより容易に捲かれ図5(b)に例示した棒構造に製造することができる。
【００５２】
このように、本発明によるエミッタ電極は様々な形態に加工され諸構造の電界放出装置に使用することができ、また特定の実施形態に要求される多様な形状を有する基板にもより容易に付着し使用できる利点がある。
【００５３】
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されるものである。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において当技術分野の通常の知識を有する者により多様な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これもまた本発明の範囲に属するものといえよう。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来の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２】本発明の電界放出エミッタ電極の製造方法に適用される原理を説明するための概略図である。
【図３】本発明の電界放出エミッタ電極の製造方法に使用されることのできる電解メッキ装置の概略図である。
【図４】本発明の方法により製造された電界放出エミッタ電極を撮影した写真である。
【図５】本発明により製造された電界放出エミッタ電極が用いられた電界放出装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５５】
31  電解槽
32  電解液
33  陰極ドラム
35  陽極部
41、51  エミッタ電極
43、53  透明電極
44、54  蛍光体層
46、56  保護基板
【図１】
2005332798.tif 000003
【図２】
2005332798.tif 000004
【図３】
2005332798.tif 000005
【図５】
2005332798.tif 000006
【図４】
2005332798.tif 000007