KR100637942B1

KR100637942B1 - 전계방출형 표시소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100637942B1
Application number: KR1020040069858A
Authority: KR
Inventors: 주병권; 이양두; 이현재; 문승일
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2006-10-23
Also published as: KR20060021049A

Abstract

본 발명은 전계방출형 표시소자(FED; Field Emission Display) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자 제작시에 캐소드 기판에 스크린을 프린팅하는 방법으로 탄소 나노튜브 후막을 형성하고 유기물 제거공정을 거친 후에 표면처리하는 전계방출형 표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 전계방출형 표시소자(FED; Field Emission Display)는 캐소드 기판; 상기 캐소드 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 카본 나노튜브 페이스트를 사용하여 상기 캐소드 전극 상에 형성된 카본 나노튜브 후막; 형광체막이 도포된 애노드 기판; 상기 애노드 기판 상에 형성된 투명한 애노드 전극; 및 상기 애노드 기판과 캐소드 기판 사이에 탑재된 스페이서;를 포함한다.

카본 나노튜브 후막, 표면처리, 전계방출형, 표시소자

Description

전계방출형 표시소자 및 그 제조방법{A field emission display and it's manufacturing method}

도 1은 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자의 단면도를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 카본 나노튜브 페이스트가 캐소드 기판 상에 형성된 카본 나노튜브 필름의 단면도를 나타낸 것이다.

도 3(a)는 본 발명에 따른 X-Y-Z 축이 움직이는 탐침이 장착된 표면처리장치를 나타낸 것이다.

도 3(b)는 본 발명에 따른 표면처리된 카본 나노튜브 후막의 단면도를 나타낸 것이다.

도 4(a)는 본 발명에 따른 스크린 프린팅 방법의 카본 나노튜브 후막이 격자무늬모양으로 표면처리된 사진을 나타낸 것이다.

도 4(b)는 본 발명에 따른 스크린 프린팅 방법의 카본 나노튜브 후막이 격자무늬모양으로 표면처리된 사진의 단면사진을 나타낸 것이다.

도 5(a)는 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자가 탐침으로 표면처리되기 전과 후의 전압변화에 따른 전자방출 전류특성 그래프를 나타낸 것이다.

도 5(b)는 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자가 탐침으로 표면처리되기 전 과 후의 발광 이미지 사진을 나타낸 것이다.

도 6(a)는 본 발명에 따른 캐소드 기판의 아르곤 플라즈마 처리시간에 대한 전자방출 전류를 비교한 것이다.

도 6(b)는 본 발명에 따른 캐소드 기판의 아르곤 플라즈마 처리 전과 2분 동안 처리한 후의 발광사진을 나타낸 것이다.

도 7(a)는 본 발명에 따른 자외선 오존 표면처리에 의한 탄소 나노튜브 후막(3)의 전자방출 효과를 보여주는 그래프 및 발광사진을 나타낸 것이다.

도 7(b)는 본 발명에 따른 자외선 오존 표면처리에 의한 탄소 나노튜브 후막의 밝기를 비교한 것이다.

도 7(c)는 본 발명에 따른 자외선 오존 표면처리 전과 2분 후의 발광사진을 나타낸 것이다.

대한민국 공개특허 제2001-0107272호에 의하면 탄소 나노튜브 후막을 형성한 후 기계적 폴리싱 방법 중 러빙(rubbing)법으로 전자의 방출 균일성을 향상시켰지만 캐소드 기판에 압출법으로 형성된 탄소 나노튜브 후막이 상기 언급한 표면처리시 접착력이 약한 탄소 나노튜브가 탈락되는 문제점을 가지고 있다. 또한, 화학적 기계적 폴리싱 및 플라즈마 처리는 대한민국 공개특허 제2001-0107272호에는 언급만 되어있고 실험적 데이터는 없고 가능성만 제시되어 있다. 대한민국 공개특허 제2003-0014904호를 보면 카본 나노튜브 필름에 레이저 빔을 조사하여 카본 나노튜브 필름을 국부적으로 가열시킨 후 급냉처리하여 카본 나노튜브 필름에 마이크로 크랙을 발생시켜 카본 나노튜브가 노출되어 전자 방출원이 활성화된다. 레이저 장치는 고가이고 공정수행이 복잡하고 사용하는 데 있어 한계가 있는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 본 발명은 다양한 방법으로 표면처리를 실시하여 전자 방출원이 활성화되고, 화학적 표면처리를 하지 않고 탐침이 장착된 표면처리장치를 이용하여 전자 방출원이 향상된 전계방출형 표시소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 전계방출형 표시소자(FED; Field Emission Display) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자 제작시에 캐소 드 기판에 스크린을 프린팅하는 방법으로 탄소 나노튜브 후막을 형성하고 유기물 제거공정을 거친 후에 표면처리하는 전계방출형 표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 전계방출형 표시소자는 캐소드 기판; 상기 캐소드 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 카본 나노튜브 페이스트를 사용하여 상기 캐소드 전극 상에 형성된 카본 나노튜브 후막; 형광체막이 도포된 애노드 기판; 상기 애노드 기판 상에 형성된 투명한 애노드 전극; 및 상기 애노드 기판과 캐소드 기판 사이에 탑재된 스페이서;를 포함한다.

또한, 본 발명의 전계방출형 표시소자 제조방법은 카본 나노튜브 페이스트를 제조하는 제1공정; 상기 카본 나노튜브 페이스트를 사용하여 캐소드 기판 상의 캐소드 전극 상에 카본 나노튜브 후막을 형성하는 제2공정; 상기 형성된 카본 나노튜브 후막을 열처리하여 유기용매를 제거하는 제3공정; 상기 열처리된 카본 나노튜브 후막을 소성하여 유기바인더를 제거하는 제4공정; 상기 소성된 카본 나노튜브 후막을 표면처리하는 제5공정; 및 형광체막이 형성된 애노드 기판을 제조하는 제6공정; 상기 애노드 기판과 캐소드 기판 사이에 스페이서를 탑재하여 정렬시키는 제7공정; 및 상기 방법으로 얻어진 소자를 소성하여 고진공 상태로 밀봉하는 제8공정;을 포함한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자의 단면도를 나타낸 것이다. 캐소드 전극(2)이 상기 캐소드 기판(1) 상에 형성되어 있고, 카본 나노튜브 후막(3)이 카 본 나노튜브 페이스트를 사용하여 상기 캐소드 전극(2) 상에 형성된다. 그리고, 애노드 기판(6)은 형광체막(8)이 도포되며, 애노드 전극(7)이 상기 애노드 기판(6) 상에 형성된다. 또한, 스페이서(9)는 상기 애노드 기판(6)과 캐소드 기판(1) 사이에 탑재된다.

도 2는 본 발명에 따른 카본 나노튜브 페이스트가 캐소드 기판 상에 형성된 카본 나노튜브 필름의 단면도를 나타낸 것이다. 카본 나노튜브 후막(3)을 형성시키기 위한 카본 나노튜브 페이스트 구성성분은 카본 나노튜브, 기판상에 접착력과 수직 배향성을 유지하기 위한 글래스 프릿(glass frit), 인쇄성 향상을 위한 유기 바인더(binder)인 에틸 셀룰로즈(ethly cellulose) 또는 나이트레이트 셀룰로즈(nitrate cellulose), 상기 재료의 혼합성 및 점도 조절을 용이하게 하기 위한 유기용매로 이루어져 있다. 캐소드 기판(1)에 캐소드 전극(2)을 형성한 후, 상기 제작된 카본 나노튜브 페이스트를 스크린 프린팅법으로 카본 나노튜브 후막(3)을 형성시킨다. 상기 제작된 카본 나노튜브 후막(3)은 유기용매를 제거하기 위한 열처리를 수행한 후 캐소드 기판(1) 상의 접착력 유지와 유기 바인더 제거를 위하여 350~450℃로 소성시킨다.

상기 소성된 카본 나노튜브 후막(3)은 에미터의 전자 방출원 향상을 위한 표면처리방법으로 다음과 같이 3가지의 실시예로 수행되었다.

실시예 1은 탐침(5)이 장착된 표면처리장치(4)를 이용하여 상기 소성된 카본 나노튜브 후막(3)을 표면처리한 예이다.

도 3(a)는 본 발명에 따른 X-Y-Z 축이 움직이는 탐침이 장착된 표면처리장치를 나타낸 것이다. 상기 소성된 카본 나노튜브 후막(3)을 적당한 폭(수십 ㎛에서 수 ㎜ 사이)을 유지하여 탐침(5)으로 카본 나노튜브 후막(3)을 제거하고 각각 제거된 카본 나노튜브 후막(3)의 양 옆으로 카본 나노튜브 에미터가 노출되어 전자가 방출되는 효과를 가진다. 탐침(5)의 재료는 텅스텐, 철 등의 금속 및 세라믹스 재료를 포함하고 직경은 수십 ㎛에서 수 ㎜을 가진다. 도 3(b)는 본 발명에 따른 표면처리된 카본 나노튜브 후막의 단면도를 나타낸 것이다. X-Y-Z 축을 조정하면서 표면처리모양은 선, 격자무늬 또는 다각형으로 제어가 가능하다.

도 4(a)는 본 발명에 따른 스크린 프린팅 방법의 카본 나노튜브 후막이 격자무늬모양으로 표면처리된 사진을 나타낸 것이다. 도 4(b)는 본 발명에 따른 스크린 프린팅 방법의 카본 나노튜브 후막이 격자무늬모양으로 표면처리된 사진의 단면사진을 나타낸 것이다.

도 5(a)는 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자가 탐침으로 표면처리되기 전과 후의 전압변화에 따른 전자방출 전류특성 그래프를 나타낸 것이다. 2100V에서 표면처리 전의 전자방출 전류는 0.076㎃, 표면처리 후의 전자방출 전류는 6.45㎃로 증가되어 에미터 전자 방출원이 활성화된다. 도 5(b)는 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자가 탐침으로 표면처리되기 전과 후의 발광 이미지 사진을 나타낸 것이다. 표면처리 전에는 부분적으로 발광되고, 표면처리 후에는 전면 발광되었다.

실시예 2는 상기 소성된 카본 나노튜브 후막(3)을 아르곤 플라즈마 표면처리한 실시예이다. 탄소 나노튜브 후막(3)에 Ar, O₂, H₂, NH₃ 등 여러 가지의 가스로 표면 처리를 한 경우에 전계방출특성에 긍정적인 영향을 미친다. 본 실시예에서는 실시 예 1과 같이 애노드 기판(6)과 캐소드 기판(1)을 정렬하고, 상기 특성을 적용하여 아르곤 플라즈마 표면처리공정을 실시하였다. 아르곤 플라즈마 표면처리는 아몰퍼스 탄소와 같은 입자나 탄소 나노튜브에 붙어 있는 불순물 제거에 상당한 효과를 보이는 것으로 알려져 있다. Ar 플라즈마 처리를 한 경우에 다중벽 탄소 나노튜브 맨 위 모서리 부분은 아르곤 이온 입자들과의 충돌로 인하여 제거됨으로써 탄소 나노튜브의 후막(3) 표면 위를 청결하게 조절하는 역할을 한다. 이러한 역할을 통해서 전자방출 특성은 향상되고 균일한 전자방출상태를 얻을 수 있다.

도 6(a)는 본 발명에 따른 캐소드 기판의 아르곤 플라즈마 처리시간에 대한 전자방출 전류를 비교한 것이다. 상기 표면처리 후 전자방출 전류가 증가하였으나, 2분이 지난 후에 감소한 이유는 탄소 나노튜브를 나노입자나 완전히 다른 구조로 변형되었기 때문이다. 도 6(b)는 본 발명에 따른 캐소드 기판의 아르곤 플라즈마 처리 전과 2분 동안 처리한 후의 발광사진을 나타낸 것이다. 2분 동안 처리한 후의 샘플에서 전면적으로 발광됨을 알 수 있다.

실시예 3은 상기 소성된 카본 나노튜브 후막(3)을 자외선 오존 표면처리한 것이다. 자외선은 가시광선의 파장(400nm)보다는 짧고 X선(100nm)보다는 긴 파장을 가진 전자 방사선을 말한다. 오존 램프(Ozone Lamp)는 살균선(253.7nm)의 출력은 살균램프와 동일하지만, 일반 자외선(UV Lamp)과 달리 오존을 발생시키는 184.9nm 파장을 이용한다. 자외선 작용으로 발생한 오존으로부터 분리된 활성산소의 작용으로 유기 오염물질을 휘발성 물질(H₂O, CO, CO₂, NO₂)로 분해하여 변화시켜 제거하게 된다. 본 실시예에서는 이러한 원리를 이용하여 스크린 프린팅된 탄소 나노튜브 후막(3)을 질소 분위기에서 350℃ 소성시킨 후, 자외선 오존 표면처리하였다. 실시예 1과 같이 애노드 기판(6)과 캐소드 기판(1)을 정렬하고, 상기 특성을 적용하였다.

도 7(a)는 본 발명에 따른 자외선 오존 표면처리에 의한 탄소 나노튜브 후막(3)의 전자방출 효과를 보여주는 그래프 및 발광사진을 나타낸 것이다. 자외선 오존처리 후에는 전자방출 전류가 증가하였다. 5분 이상 처리시 오존에 의한 활성산소가 탄소 나노튜브 내의 탄소와 반응하여 손상되고, 전자방출 특성에 좋지 않은 영향을 준다. 도 7(b)는 본 발명에 따른 자외선 오존 표면처리에 의한 탄소 나노튜브 후막의 밝기를 비교한 것이다. 이는 표 1에 정리되어 있는 데, 5분 후에 밝기와 효율이 가장 높다는 것을 알 수 있다. 도 7(c)는 본 발명에 따른 자외선 오존 표면처리 전과 2분 후의 발광사진을 나타낸 것이다.

시간[분]	Turn on field [V/ ]	Current density [mA/㎠]/3500V	Brightness [cd/㎥]	Efficiency [lm/W]
0	2.67	0.07	-	-
1	2.22	0.67	13140	1.76
5	2.22	0.7	17570	2.25
10	-	-	-	-

이상에서 설명한 내용을 통해 본 업에 종사하는 당업자라면 본 발명의 기술사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용만으로 한정되는 것이 아 니라 특허청구범위에 의하여 정해져야 한다.

이상에서와 같이 본 발명에 의한 전계방출형 표시소자 및 그 제조방법은 X-Y-Z축이 움직이는 탐침이 장착된 표면처리장치로 상기 소성된 카본 나노튜브 후막을 표면처리시 기존의 레이저 장비보다 공정이 단순하고 저가의 장비로 이용이 가능하다. 또한, 다양한 표면처리(탐침으로 표면처리, 아르곤 플라즈마 표면처리 및 자외선 오존 표면처리) 방법으로 전계방출형 표시소자 제작시 폭 넓게 사용이 가능하다.

Claims

카본 나노튜브 페이스트를 제조하는 제1공정;

상기 카본 나노튜브 페이스트를 사용하여 캐소드 기판 상의 캐소드 전극 상에 카본 나노튜브 후막을 형성하는 제2공정;

상기 형성된 카본 나노튜브 후막을 열처리하여 유기용매를 제거하는 제3공정;

상기 열처리된 카본 나노튜브 후막을 소성하여 유기바인더를 제거하는 제4공정;

상기 소성된 카본 나노튜브 후막을 탐침을 이용하여 상기 카본 나노튜브 후막의 특정 부분을 제거하는 방법으로써 표면처리하는 제5공정;

형광체막이 형성된 애노드 기판을 제조하는 제6공정;

상기 애노드 기판과 캐소드 기판 사이에 스페이서를 탑재하여 정렬시키는 제7공정; 및

상기 방법으로 얻어진 소자를 소성하여 고진공 상태로 밀봉하는 제8공정;

을 포함하는 전계방출형 표시소자 제조방법.
( 삭 제 )
( 삭 제 )
청구항 1에 있어서,

상기 제2공정의 카본 나노튜브 후막을 형성하는 것은 스크린 프린팅법을 이용하는 것을 특징으로 하는 전계방출형 표시소자 제조방법.
( 삭 제 )
청구항 1에 있어서,

상기 탐침은 X-Y-Z 축이 움직이는 것을 특징으로 하는 전계방출형 표시소자 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 탐침의 재료는 금속 또는 세라믹스 재료인 것을 특징으로 하는 전계방출형 표시소자 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 탐침을 이용한 표면처리의 모양은 선, 격자무늬 또는 다각형 중에서 어느 하나로 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 전계방출형 표시소자 제조방법.
( 삭 제 )
카본 나노튜브 페이스트를 제조하는 제1공정;

상기 카본 나노튜브 페이스트를 사용하여 캐소드 기판 상의 캐소드 전극 상에 카본 나노튜브 후막을 형성하는 제2공정;

상기 형성된 카본 나노튜브 후막을 열처리하여 유기용매를 제거하는 제3공정;

상기 열처리된 카본 나노튜브 후막을 소성하여 유기바인더를 제거하는 제4공정;

상기 소성된 카본 나노튜브 후막에서 유기 오염물질을 휘발성 물질로 분해하여 변화시켜 제거하는 자외선 오존 표면 처리 방법으로 상기 카본 나노튜브 후막을 표면처리하는 제5공정;

형광체막이 형성된 애노드 기판을 제조하는 제6공정;

상기 애노드 기판과 캐소드 기판 사이에 스페이서를 탑재하여 정렬시키는 제7공정; 및

상기 방법으로 얻어진 소자를 소성하여 고진공 상태로 밀봉하는 제8공정;

을 포함하는 전계방출형 표시소자 제조방법.