KR100554023B1 - 전계방출 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소나노튜브가 형성된 음극전극의 측면에 게이트가 배치되어 있는 레터럴 게이트(Lateral Gate) 형태의 3극관형 전계방출 장치에 관한 것이다.

본 발명에 의한 액정 전계방출형 냉음극 장치는, 지지부재와, 상기 지지부재 상에 설치된 음극전극과, 상기 음극전극의 상부면에 탄소나노튜브로 이루어진 에미터 전극과, 상기 에미터 전극의 전계방출을 제어하기 위한 게이트를 포함하는 전계방출형 냉음극 장치에 있어서, 상기 게이트는 각각이 이격되어 배치된 복수의 스트라이프로 구성되어 있고, 상기 에미터 전극은 상기 이격된 복수의 스트라이프 사이에 적어도 하나 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

탄소, 나노, 튜브, 백라이트, 3극관, 게이트, 전계방출

Description

전계방출 장치 및 그 제조방법{FIELD EMISSION DEVICE AND MANUFACTURING THEREOF}

도 1은 종래의 사이드형 냉음극형광관 백라이트의 분해도

도 2는 종래의 직하1111111형 냉음극형광관 백라이트의 단면도

도 3은 본 발명에 의한 백라이트의 단면도

도 4는 본 발명에 의한 백라이트의 단면도

도 5는 카본나노튜브 분화구 모양의 전자방출원의 사시도

도 6은 유기물 코팅 후 peel-off 처리에 의한 카본나노튜브 전자방출원의 전자현미경 사진

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

31 하부 기판 32 상부 기판

33 형광체층 34 스페이서

35 음극 전극 36 에미터(카본나노튜브)

37 절연층 38 게이트 전극

39 확산판

본 발명은 전계방출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노튜브가 형성된 음극전극의 측면에 게이트가 배치되어 있는 레터럴 게이트(Lateral Gate)형태의 3극관형 전계방출 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시소자는 무게가 가볍고 소비전력도 적다는 장점을 가지고 있어서, 컴퓨터 또는 텔레비젼 분야의 디스플레이장치에 널리 보급되고 있다. 그러나 액정표시소자는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고 후방에서 균일한 빛을 받아야만 화상을 형성할 수 있다. 이러한 빛을 제공하는 것이 백라이트로서, 액정 디스플레이 장치의 중요한 디바이스 중의 하나이다.

도 1은 일본공개특허 평성8-313710호 및 일본공개특허 평성9-251807호에 공개된 종래의 에지라이트 방식의 백라이트 구조(10)를 보여 주는 단면도이다. 냉음극형광관(11)을 액정표시장치의 측면 하단에 장착하고, 여기서 나온 빛은 반사판(12, 13)에 의하여 액정판 하단으로 전달된다. 전달된 빛은 도광판(14)에 의하여 액정판(17)의 하단으로 분산되어 전달된다.

한편, 투과성 재료로 이루어지는 도광판(14)의 상면에는 빛을 액정판(17) 전체에 골고루 분산하여 보내는 확산판(15)이 있으며, 그 상부에 위치한 프리즘판(16)에 의하여 빛을 집합하고 액정판의 정면 휘도를 향상시킨다.

이와 같이 구성된 종래의 백라이트 장치는 일반적으로 구성이 복잡하여 생산비가 높아질 뿐만 아니라 광원이 측면에 위치하므로, 빛의 반사와 투과에 의하여 소비 전력에 대한 효율이 현저하게 낮아지고 휘도의 균일성을 보장하기 어렵다는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라 액정 텔레비젼의 20인치 이상의 대면적화 및 12000cd/㎡의 고휘도화에 따라 충분한 특성을 발휘할 수 없다.

이에 따라 직하형 냉음극형광관(CCFL) 방식, 평판형 냉음극형광관 방식, 플라즈마 방식, 전계방출 방식 등과 같은 다양한 방법으로 기술개발이 이루어지고 있다.

도 2는 한국공개특허공보 2003-52948호에 공개된 것과 같은 직하형 냉음극형광관 방식의 백라이트 구조(20)를 도시한 것이다. 다수의 냉음극형광관(21)을 LCD 패널 아래에 배열하여 반사판(22) 및 확산판(23)을 통하여 액정판으로 전달하는 방식이다. 그러나 많은 수의 냉음극형광관을 사용해야 하므로 인버터의 수가 많이 필요하여, 휘도균일도가 나쁘고, 원가가 높고, 환경친화적이지 못한 문제가 있다.

평판형 냉음극형광관 방식의 백라이트는 한국공개특허공보 2000-26971호에 공개되어 있으며, 전면 유리판과 이에 대응하는 후면 유리판 사이에 일정 간격으로 격벽을 설치하여 방전통로를 형성시키고 그 양측에 전극을 설치한다. 이들 두 전극의 상부에 유전체층을 설치하고 전기 방전통로를 형성하는 격벽과 전면 유리판 내부면에 형광체층을 도포하고 밀봉시킨 후 방전용가스를 충진하여 백라이트를 제조한다. 그러나 제조시 원가상승 및 소비전력이 상승하는 문제와 수은을 사용하기 때문에 환경친화적이지 못한 문제가 있다.

플라즈마 방식의 백라이트는 한국공개특허공보 2002-12096호에 공개되어 있으며, 상판의 전면에 투명전극을 도포하고 하판 전체에 면전극을 도포, 각각 형광층을 형성한다. 그리고 상하판 사이의 방전에 의한 플라즈마로부터 형광체를 발광 시키는 방식이다. 그러나 방전효율이 매우 낮기 때문에 고열이 발생하므로 백라이트로써 실용 가능성이 낮다.

한편, 전계방출형 백라이트는 대면적화, 고휘도화 및 저소비전력화 등 그 특성은 우수하나, 마이크로 팁의 제조시 반도체 물질의 증착 및 에칭등과 같은 복잡한 공정을 반복해야 하므로, 제조원가가 매우 높아 아직 실용화되지 못하고 있다.

이에 따라 최근들어 한국공개특허공보 2002-65968호에 공개되어 있는 바와 같이, 전계방출 디스플레이의 전자 방출원으로 마이크로 팁을 사용하지 않고, 탄소나노튜브를 이용하는 기술이 개발되고 있다.

탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 백라이트는 그 구조에 따라 전자방출원으로 탄소나노튜브가 구비되어 있는 음극과 형광체가 설치된 양극으로 구성된 2극관형과, 음극과 양극 사이에 게이트 전극(즉, 그리드)이 설치되어 있는 3극관형 방식이 있다.

2극관형은 절연층이나 게이트 전극과 같은 3극 구조의 적층들이 구비될 필요가 없으므로 낮은 비용으로 쉽게 제작할 수 있으나, 단순한 2극구조로서는 전자방출을 제어하기 곤란하여 균일한 발광특성을 얻을 수 없으며, 전계방출형 백라이트로서 장점인 고효율화를 이룰 수 없는 문제가 있다.

3극관형은 그 구조에 따라 종래의 일반적인 게이트(Normal Gate) 방식과 게이트가 음극 아래 부분에 위치한 언더게이트(Under Gate) 방식이 있는데, 그 제작방법이 반도체 제조공정과 같은 다수의 공정을 거쳐야 하므로 저가형의 백라이트에는 적용하기 어렵다. 특히, 한국공개특허공보 2003-62739호에 개시된 그리드 방식 은 음극 상부에 일정한 거리를 두고 에미터 부근에 구멍이 뚫린 게이트가 설치되는 그리드(grid)형 게이트를 갖는 방식이다. 이 경우는 대면적 백라이트 제작시 그리드의 가공이 용이하지 않으며, 음극과의 균일한 거리를 유지하기 곤란하여 실질적인 3극관형 백라이트 자체를 제작하기 어려운 문제를 가지고 있다.

한편, 종래 기술에 따른 전계방출형 백라이트의 탄소나노튜브 에미터의 제조방법으로는 다음과 같이 여러 가지가 있다. 금속, 유기고분자 및 나노튜브로 이루어진 페이스트를 프린팅 한 후 에칭공정을 통해 나노튜브가 돌출되게 하는 방법과, 나노튜브를 유기용제에 분산시켜 도전판 위에서 유기용제를 증발시켜 나노튜브막을 형성시키는 방법 및 나노튜브를 대전제와 함께 용매에 분산시켜 전기 영동법에 의해 에미터를 형성시키는 방법 등이 있다.

그러나 이와 같은 방법으로 제조된 나노튜브 에미터는 전자방출에 유효한 나노튜브의 갯수 분포가 균일하지 못하고, 특히 전극 기판 위의 나노튜브가 전자방출을 쉽게 일으킬 수 있도록 수직으로 배열되어 있지 않기 때문에 고휘도의 균일한 발광을 일으킬 수 없고 장시간 사용 할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그리드로 사용되는 게이트를 에미터의 측면에 배치시켜 구성이 단순하고 생산비와 소비전력을 감소시킬 수 있는 레터럴 게이트 형태의 3극관형 전계방출 장치를 제공하기 위한 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 고밀도로 수직 배열된 탄소나노튜브막을 형성하여 균일한 휘도를 발휘할 수 있고 장시간 사용 가능한 전계방출 장치의 에미터를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전계방출 장치는, 지지부재와, 상기 지지부재상에 설치된 음극전극과, 상기 음극전극의 상부면에 탄소나노튜브로 이루어진 에미터와, 상기 에미터의 전계방출을 제어하기 위한 게이트를 포함하는 전계방출 장치에 있어서, 상기 게이트는 각각이 이격되어 배치된 복수의 스트라이프로 구성되고, 상기 이격된 복수의 스트라이프 사이에 적어도 하나의 에미터가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 전계방출 장치는, 상기 게이트는 상기 지지부재상의 절연층의 상부면에 설치되고, 상기 음극전극은 복수의 스트라이프로 구성되고, 상기 복수의 스트라이프로 구성된 음극전극은 상기 복수의 스트라이프로 구성된 게이트 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 전계방출 장치는, 상기 음극전극은 상기 지지부재상의 전면에 형성되고, 상기 게이트는 상기 전면에 형성된 음극전극상의 절연층의 상부면에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 전계방출 장치는, 상기 에미터는 소정의 형상으로 패턴된 모양이고, 그 상부면에는 분화구 모양의 팁을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 전계방출 장치는, 상기 에미터는 스트라이프 모양인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 그리드로 사용되는 게이트를 에미터의 측면에 배치시켜 구성이 단순하고 생산비와 소비전력을 감소시킬 수 있는 레터럴 게이트 형태의 3극관형 전계방출 장치를 만드는 것이 가능하다.

또한 본 발명에 의한 전계방출 장치는, 탄소나노튜브로 구성된 에미터를 갖는 전계방출 장치에 있어서, 상기 에미터는 분화구 모양의 팁을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 전계방출 장치는, 상기 분화구 모양의 팁은 소정 형상의 탄소나노튜브 패턴상에 설치되며, 상기 패턴의 크기에 대한 상기 분화구 지름의 비가 0.5 내지 1인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 전계방출 장치는, 상기 탄소나노튜브의 평균 길이에 대한 상기 분화구의 평균 높이의 비가 1 내지 100인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 탄소나노튜브막을 고밀도로 수직 배열되도록 형성할 수 있으므로, 이러한 에미터를 갖는 전계방출 장치는 균일한 휘도를 발휘할 수 있고 장시간 사용하는 것이 가능하다.

또한 본 발명에 의한 전계방출용 탄소나노튜브 에미터 전극의 제조방법은, 탄소나노튜브를 포함하는 페이스트를 도포하고 패턴하는 단계와, 상기 패턴을 건조하는 단계와, 상기 패턴의 상부면을 소정 형상의 틀로 눌러준 뒤 상기 틀을 상부로 제거하여 패턴에 분화구를 생성하는 단계와, 상기 분화구가 생성된 패턴을 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 전계방출용 탄소나노튜브 에미터 전극의 제조방법은, 탄소나노튜브를 포함하는 페이스트를 도포하고 패턴하는 단계와, 상기 패턴의 상부면에 내열성을 갖는 구(Ball)를 올려 놓고, 소결하는 단계와, 상기 구를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 전계방출용 탄소나노튜브 에미터 전극의 제조방법은, 상기 구는 유리구, 지르코니아구, 알루미나구로 이루어진 군에서 선택된 것임을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 전계방출용 탄소나노튜브 에미터 전극의 제조방법은, 탄소나노튜브와 일정한 크기를 갖는 고분자구(Polymer Ball)를 포함하는 페이스트를 도포하고 패턴하는 단계와, 상기 패턴된 페이스트를 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 전계방출용 탄소나노튜브 에미터 전극의 제조방법은, 상기 고분자구는 아크릴구, 폴리스타이렌계구로 이루어진 군에서 선택된 것임을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 전계방출용 탄소나노튜브 에미터 전극의 제조방법은, 상기 소결 단계에서 상기 구는 제거되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 전계방출용 탄소나노튜브 에미터 전극의 제조방법은, 탄소나노튜브를 포함하는 페이스트를 스크린 프린팅하는 단계와, 상기 스크린 프린팅된 페이스트를 소결하는 단계와, 상기 소결된 페이스트의 상부에 유기물을 포함하는 용액으로 코팅하는 단계와, 상기 용액을 건조하는 단계와, 상기 건조 단계에 의해 생성된 유기물층을 박리시켜 탄소나노튜브를 노출시키는 단계를 포함하는 것 을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 전계방출용 탄소나노튜브 에미터 전극의 제조방법은, 상기 유기물은 폴리비닐알콜을 포함하는 유기바인더를 15중량%로 물에 용해시켜서 제조된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 탄소나노튜브막을 고밀도로 수직 배열되게 형성할 수 있으며, 이에 따라 제조된 전계방출 장치는 균일한 휘도를 발휘할 수 있고 장시간 사용하는 것이 가능하다.

이하 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 스트라이프 형상의 음극전극을 갖는 전계방출형 백라이트의 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 판상의 음극전극을 갖는 전계방출형 백라이트의 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전계방출형 백라이트는 하부 기판(31)의 표면에 스트라이프 형상의 음극 전극(35)이 형성되어 있고, 스트라이프 형상의 음극 전극의 사이에는 교번적(alternatively)으로 절연층(37)이 배치되어 구성된다. 음극 전극(35)의 상부면에는 탄소나노튜브로 구성된 에미터(36)가, 절연층(37)의 상부면에는 게이트 전극이 구비되어 있다. 하부 기판(31)에 대하여 대향하여 형광체층(33), 양극 전극(32'), 상부 기판(32) 및 확산판(39) 등의 상부 페널이 구비되어 있다. 하부 기판과 상부패널은 스페이서(34) 를 사이에 두고 일정한 간격으로 대면하고 있으며 그 공간에는 전자가 방출될 수 있도록 진공이 형성된다.

하부 기판(31) 및 상부 기판(32)은 절연성 기판으로 유리, 알루미나, 석영, 실리콘 웨이퍼 등이 가능하나, 제작될 장치의 공정 및 대면적화를 고려하여 유기 기판을 사용하는 것이 바람직하다.

음극 전극(35)은 절연성 소재인 하부기판(31)의 상부면에 트라이프 형상으로 구성되며, Ag, Cr, Al, Ni, Co, Pt, Au, Ti, W, Zn, ITO 등의 금속으로 이루어진 군에서 선택된 것이거나 이들의 합금으로 형성된다. 스트라이프의 선폭은 50 내지 500㎛ 이고, 간격은 50 내지 1000㎛이며, 총두께는 5 내지 30㎛이 가능하나, 각각 400㎛, 600㎛, 10㎛인 것이 바람직하다.

절연층(37)은 스트라이프 형상을 가지며, 음극 전극의 라인과 라인 사이에 형성된다. 스트라이프의 선폭은 100 내지 1000㎛ 이고, 간격은 100 내지 1000㎛이며, 총두께는 5 내지 900㎛이 가능하나, 각각 400㎛, 600㎛, 15㎛인 것이 바람직하다.

절연층(37)의 상부면에는 역시 스트라이프 형상의 게이트 전극(38)이 형성되며, 그 선폭은 50 내지 100㎛ , 두께는 5 내지 200㎛ 이 가능하나, 각각 100㎛, 10㎛인 것이 바람직하다.

이때 탄소나노튜브(36)로 구성된 에미터와 게이트 전극(38)간의 거리는 약 300㎛ 이다.

상기 하부 기판(31)에 대향되는 상부 기판(32)에는 양극 전극(32')으로 사용 되는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명도전층이 형성되고, R G B 형광체가 일정 비율로 혼합된 백색 형광체층(13)이 10 내지 20㎛ 정도의 두께로 도포된다. 또한 그 상부에는 알루미늄막(미도시)이 있어 형광체층에 전자가 충돌하여 발광하는 빛을 알루미늄막이 외부로 반사시켜 휘도를 상승시키는 효과가 있으며, 형광체층에 전자가 누적되어 발생하는 아킹을 방지할 수 있다. 형광체층은 브라운관 등에서 일반적으로 사용되는 5 내지 10kV의 고전압으로 가속된 전자를 충돌시키는 것에 의해 발광하는 주지의 산화물 형광체나 황화물 형광체가 사용된다.

이와 같이 형성된 음극과 양극 사이에는 스페이서(34)가 설치되고, 그 내부에는 진공이 유지되도록 한다. 최종적으로 백라이트로 이용하기 위하여 이러한 발광장치 위에 5mm 거리를 유지하여 빛을 확산시킬 수 있는 확산판를 설치하여 최종 백라이트 유닛을 완성한다.

또한, 본 발명에 의한 전계방출형 백라이트에서는 도 3의 경우와는 달리, 음극 전극를 스트라이프 형상으로 만들지 않고 하부 기판의 전면에 배치할 수도 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계방출형 백라이트에서는 음극 전극(45)를 하부 기판(41)의 전면에 배치하고, 그 상부면에 스트라이프 형상의 절연층(47)을 형성하고 절연층(47)의 사이 사이에 탄소나노튜브로 구성된 에미터(46)를 형성한다. 그외 상부 기판(42) 상의 양극 전극(42'), 형광층(43), 확산판(49) 등의 배치와 스페이서(44) 등은 도 3의 경우와 동일하므로 생략하도록 한다.

상기와 같은 백라이트의 전자방출용 에미터로 사용되는 탄소나노튜브를 수직으로 배열시키는 제조 방법을 설명하면 다음의 실시예1과 실시예2와 같다.

[실시예1]

실시예1의 방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브의 패턴 상에 분화구 모양을 만들어 분화구의 끝 부분에서 전자가 방출되도록 하는 것이다.

탄소 나노튜브의 패턴은 한변의 길이(d)가 50 내지 500㎛인 동일한 정사각형 모양으로 가로 세로 각각 100 내지 1000㎛ 간격을 갖거나, 선폭이 50 내지 500㎛이고 간격은 100 내지 1000㎛인 스트라이프 모양을 갖는다.

패턴 상부면의 분화구는 아래의 수학식 1 및 수학식2를 만족하는 원형 또는 다각형 모양이다. r은 분화구 모양이 원형일 경우는 지름이고 다각형 모양일 경우는 다각형의 중심에서 각 꼭지점과의 거리의 2배이며, d는 정사각형 패턴의 한변의 길이 혹은 스트라이프 패턴의 선폭이다. t는 원형 또는 다각형 모양 분화구의 평균 높이고, L은 탄소 나노튜브의 평균 길이이다.

0.5 ≤ r/d < 1

1 < t/L < 100

패턴 상부의 탄소나노튜브를 분화구 모양으로 수직 배열시키는 방법은 여러 가지가 있다.

첫째, 탄소나노튜브를 포함하는 페이스트를 특정한 모양으로 스크린 프린팅 하여 패턴을 만들어, 80 내지 150℃에서 건조한다. 이렇게 만들어진 패턴의 상부에 원형 또는 다각형 모양의 틀로 누르고 그 틀을 상부로 제거한다. 이 과정에서 패턴 내부에 홈이 만들어지고 그 홈의 가장자리에는 분화구가 형성되도록 하며 300 내지 500℃의 소결 과정을 완성하는 방법이다. 이때 틀이 상부로 들려 올려질 때 틀과 페이스트와의 접착력에 의해 상부로 뾰족한 형상이 생성되어 탄소나노튜브의 분화구 모양의 팁이 형성된다.

둘째, 탄소나노튜브 페이스트를 특정한 모양으로 스크린 프린팅하여 패턴을 만들고, 일정한 크기의 500℃ 이상의 내열성을 갖는 구(Ball)를 각각의 패턴 위에 올려 놓아 탄소 나노튜브 페이스트를 300 내지 500℃에서 소결하고 구를 제거하여 형성하는 방법이다. 내열성의 구로는 유리구, 지르코니아구, 알루미나구 등이 있다.

보다 상세하게 설명하면, 바람직하게는 한변의 길이가 300㎛인 정사각형의 패턴이 되도록 스크린 프린팅한 후 지름이 400㎛인 유리구를 올려 놓고 400℃에서 소결하여 페이스트에 존재하는 유기물을 제거한 후 유리구를 제거한다. 이에 따라 유리구의 측면을 따라 분화구 모양의 팁이 생성되며, 생성된 팁의 r/d의 비가 0.8이고, t/L의 비가 10였다.

세째, 탄소나노튜브 페이스트에 일정한 크기를 갖는 고분자구(Polymer Ball)을 포함시켜 페이스트를 제조한 후 음극전극의 상부면에 일정한 패턴으로 도포하고 300 내지 500℃에서 소결하여 고분자구를 태워서 제거하는 방법이다. 고분자구는 아크릴(Acryl)구, 폴리스타이렌(Polystyrene)계구 등이 있다. 소결하는 과정에서 구의 측면을 따라 탄소나노튜브의 분화구가 생성된다.

이때 350V의 펄스 직류 전압을 게이트에 인가하면, 턴-온 전압은 0.7V/㎛이고, 2.0V/㎛에서 4.3mA의 전류값을 갖는 특성을 보였다. 또한, 12,000cd/㎡의 백색 휘도와 10,500K의 색온도를 갖는 발광 특성을 보였다.

[실시예2]

탄소나노튜브 페이스트를 선폭 200㎛, 두께 15㎛인 스트라이프 형태로 스크린 프린팅하고 건조 및 소결한 후, 탄소나노튜브의 활성화를 위하여 유기물을 포함하는 코팅액으로 100 내지 500㎛ 바람직하게는 350㎛ 두께로 표면을 코팅하고, 50 내지 80도 바람직하게는 70도에서, 5 내지 20분 바람직하게는 15분 동안 건조하고, 건조시 표면에 경화되어 생성된 유기물층을 박리시키는 peel-off 처리를 함으로써, 탄소나노튜브가 표면으로 균일하게 노출되도록 한다.(도 6 참조) 이때 탄소나노튜브 에미터와 게이트 전극간의 거리는 약 350㎛이다. 이 경우 탄소나노튜브를 스프라이프 형상만이 아닌 실시예1과 같은 정사각형 또는 여러가지 모양의 패턴으로 스크린 프린팅하여 제조할 수도 있다.

상기 유기물은 폴리비닐알콜(PVA)과 같은 유기 바인더를 15wt%로 물에 용해시켜 사용한다.

이때 400V의 펄스 직류 전압을 게이트에 인가하면, 턴-온 전압은 0.9V/㎛이고, 3.2V/㎛에서 5.0mA의 전류값을 갖는 특성을 보였다. 또한 13,000cd/㎡의 백색 휘도와 11,200K의 색온도를 갖는 발광 특성을 보였다.

본 발명에 따른 상기의 실시예들에서, 상기의 탄소나노튜브 페이스트는 질산 과 황산이 혼합된 산화제에서 8 시간 이상 산화시켜 직경(d)이 1 내지 30nm, 길이(L)가 1 내지 10㎛이고, 길이(L)와 직경(d)의 비인 L/d가 500 내지 10000 정도가 되도록 한 후, 터피네올(Terpineol)에 에틸셀룰로스(Ethylcellulose)를 10wt%로 녹인 용액과 혼합하여 제조한다.

상기의 실시예에서는 백라이트만을 언급하고 있으나, 일반적인 면광원 또는 여러가지 전계방출 장치에서도 사용될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호 범위에 속하게 될 것이다.

본 발명의 전계방출 장치에 의하면, 패턴화 된 카본나노튜브층을 평면상에 배치하여 전류가 고르게 분산되도록 하여 균일한 빛이 직접 발산되게 하므로써, 사용되는 부품의 수를 줄일 수 있어 제조공정의 단순화를 가져오고 이로 인해 생산비가 크게 감소되는 효과가 있다.

또한 본 발명의 전계방출 장치에 의하면, 고밀도로 수직 배열된 탄소나노튜브막을 형성하므로써, 균일한 휘도를 발휘할 수 있고 장시간 사용 가능한 전계방출 장치를 얻을 수 있다.

Claims (16)

1. 절연성의 지지부재;

   상기 지지부재상에 각각이 이격되어 배치되되, 복수개의 스트라이프 형상의 음극전극;

   상기 음극전극의 상부면에 수직배열된 탄소나노튜브로 이루어진 에미터; 및

   상기 지지부재상의 음극전극들 사이에 배치되되, 상기 에미터의 전계방출을 제어하기 위한 복수개의 스트라이프 형상의 게이트를 포함하며;

   상기 에미터와 상기 게이트는 서로 소정 거리만큼 이격된 것을 특징으로 하는 전계방출 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 게이트는 상기 지지부재상의 음극전극들 사이의 절연층상에 형성되되, 스트라이프 형상의 폭이 상기 절연층의 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는 전계방출 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 음극전극은 상기 지지부재상의 전면에 형성되고,

   상기 게이트는 상기 전면에 형성된 음극전극상의 절연층의 상부면에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전계방출 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 에미터는 소정의 형상으로 패턴된 모양이고, 그 상부면에는 분화구 모양의 팁을 구비한 것을 특징으로 하는 전계방출 장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 에미터는 스트라이프 모양인 것을 특징으로 하는 전계방출 장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 전계방출용 탄소나노튜브 에미터 전극의 제조방법에 있어서,

   상기 탄소나노튜브를 포함하는 페이스트를 도포하고 패턴하는 단계와,

   상기 패턴을 건조하는 단계와,

   상기 패턴의 상부면을 소정 형상의 틀로 눌러준 뒤 상기 틀을 상부로 제거하여 상기 패턴을 변형시키는 단계와,

   상기 변형된 패턴을 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 에미터 전극의 제조방법.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 전계방출용 탄소나노튜브 에미터 전극의 제조방법에 있어서,

    상기 탄소나노튜브를 포함하는 페이스트를 스크린 프린팅하는 단계와,

    상기 스크린 프린팅된 페이스트를 소결하는 단계와,

    상기 소결된 페이스트의 상부에 유기물을 포함하는 용액으로 코팅하는 단계와,

    상기 용액을 건조하는 단계와,

    상기 건조 단계에 의해 생성된 유기물층을 박리시켜 탄소나노튜브를 노출시 키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 에미터 전극의 제조방법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 유기물은 폴리비닐알콜을 포함하는 유기바인더를 15중량%로 물에 용해시켜서 제조된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 에미터 전극의 제조방법.

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