KR101046775B1 - electron emission source - Google Patents

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KR101046775B1
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이철진
김광섭
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

전자 방출원 및 이를 적용하는 전자소자에 관련되어 기술된다.
전자 방출원은 도전성 고정막과 고정막에 물리적으로 직접 고정되는 침상 전자방출 물질층을 구비한다. 전극은 고정막을 포함하며, 침상 전자방출 물질층은 CNT 층을 포함할 수 있다. 침상 전자방출 물질층은 현탁액 필터링법을 이용해 형성되며, 증착에 의한 고정층에 의해 전자방출물질이 상호 고정된다.It relates to an electron emission source and an electronic device to which the same is applied.
The electron emission source includes a conductive fixed film and a needle-like electron emission material layer which is physically fixed directly to the fixed film. The electrode may include a pinned layer, and the acicular electron emission material layer may include a CNT layer. The needle-like electron-emitting material layer is formed using a suspension filtering method, and the electron-emitting material is fixed to each other by a fixed layer by deposition.

Description

전자 방출원 {Electron emission source}Electron emission source

발명의 일 실시 예는 전자 방출원(Electron emission source)과 이를 응용하는 전자소자(electric device)에 관한 것으로 상세하게 침상(針狀) 전자방출물질(needle-shaped electron emission material)에 의한 캐소드, 이를 적용하는 전자 방출원 및 전자소자에 관련된다.An embodiment of the present invention relates to an electron emission source and an electronic device using the same, and thus, a cathode made of a needle-shaped electron emission material in detail. It relates to an electron emission source and an electronic device to be applied.

미세 구조물에 의한 전자 방출원에서, CNT(carbon nanotube) 또는 나노 파티클 등이 전자방출물질로서 선호된다. CNT는 튜브 또는 로드 형태로 성장(growth)되거나 합성(composited)된 미세 구조물로서 형태상 다양한 유형이 알려져 있다. 이러한 CNT는 매우 우수한 전기적, 기계적, 화학적, 열적 특성을 가지며, 이러한 장점으로 다양한 분야에 응용되고 있다. CNT는 낮은 일함수(low work function)와 높은 종횡비(high aspect ratio)를 가지며, 선단(top end, 또는 emission end)이 작은 곡률 반경을 가지기 때문에 매우 큰 전계강화인자(field enhancement factor)를 가지며, 따라서 낮은 포텐셜의 전계(electric field)하에서도 용이하게 전자를 방출할 수 있다.
In electron emission sources by microstructures, carbon nanotubes (CNTs) or nanoparticles and the like are preferred as electron emission materials. CNTs are known in various forms as microstructures grown or composited in the form of tubes or rods. Such CNTs have very excellent electrical, mechanical, chemical, and thermal properties, and have been applied to various fields due to these advantages. CNTs have a low work function, high aspect ratio, very large field enhancement factor because the top end or emission end has a small radius of curvature, Therefore, electrons can be easily released even under a low potential electric field.

알려진 CNT 전자 방출원의 제작 방법으로는 CNT를 도전체, 예를 들어 캐소드 또는 기판 위에 직접 수직 성장시키는 방법 또는 별도 공정에서 합성된 CNT 분말을 도전체에 부착시키는 방법 등이 있다.
Known methods for producing CNT electron emitters include CNTs grown vertically directly on a conductor, such as a cathode or substrate, or CNT powder synthesized in a separate process to a conductor.

CNT를 성장하는 방법으로서, 고온 분해시킨 탄화수소 가스를 이용해 미세 촉매 금속에 CNT를 성장시키는 직접 성장법이 다수 알려져 있다. (참고문헌: Science vol. 283, 512, 1999; Chemical Physics Letters. 312, 461, 1999; Chemical Physics Letters. 326, 175, 2000; Nano Letter vol. 5, 2153, 2005; US006350488B1; US006514113B1)
As a method of growing CNTs, many direct growth methods are known in which CNTs are grown on a fine catalyst metal using a hydrocarbon gas decomposed at high temperature. (Reference: Science vol. 283, 512, 1999; Chemical Physics Letters. 312, 461, 1999; Chemical Physics Letters. 326, 175, 2000; Nano Letter vol. 5, 2153, 2005; US006350488B1; US006514113B1)

미리 합성된 CNT 분말을 캐소드 기판 위에 부착시키는 방법에는 현탁액 필터링법, 스크린 프린팅법, 전기영동법, 자기조립(Self assembling)법, 스프레이 법, 잉크제트 프린팅법 등이 있다.
Methods for attaching the pre-synthesized CNT powder on the cathode substrate include suspension filtering method, screen printing method, electrophoresis method, self assembling method, spray method, inkjet printing method and the like.

현탁액 필터링법은 CNT 현탁액을 미세구멍을 갖는 필터로 걸러서 필터에 잔류하는 CNT를 테프론 코팅된 캐소드 기판으로 전사한다. (참고문헌: Science vol. 268, 845, 1995; Applied Physics Letters vol. 73, 918, 1998),
Suspension filtration filters the CNT suspension into a filter having micropores to transfer the CNTs remaining in the filter to a Teflon coated cathode substrate. (Reference: Science vol. 268, 845, 1995; Applied Physics Letters vol. 73, 918, 1998),

스크린 프린팅법은 폴리머 및 유기 용매를 함유하는 비이클, 무기 바인더 및 기타 첨가제와 CNT 분말을 섞은 페이스트를 캐소드 기판에 인쇄 후 소성하여 CNT 박막을 형성한다. (참고문헌: Applied Physics Letters vol. 75, 3129, 1999; 특허공개번호 10-2007-0011808)Screen printing method forms a CNT thin film by printing and baking a paste mixed with a vehicle, an inorganic binder and other additives containing a polymer and an organic solvent, and a CNT powder on a cathode substrate. (Reference: Applied Physics Letters vol. 75, 3129, 1999; Patent Publication No. 10-2007-0011808)

전기영동법은 계면활성제에 CNT 분말이 분산되어 있는 전해질 용액에 캐소드 기판을 담근 상태에서 전기적 영동에 의해 CNT를 캐소드 기판에 부착시킨다.( 참고문헌: Advanced Materials vol. 13, 1770, 2001; Nano Letter vol. 6, 1569, 2006; US006616497B1; US20060055303A1)
Electrophoresis method attaches a CNT to a cathode substrate by electrophoresis while the cathode substrate is immersed in an electrolyte solution in which the CNT powder is dispersed in a surfactant. (Ref .: Advanced Materials vol. 13, 1770, 2001; Nano Letter vol 6, 1569, 2006; US006616497B1; US20060055303A1).

자기조립법은 탈이온수(Deionized Water) 용액에 친수성으로 표면 개질 된 CNT를 잘 분산시킨 현탁액에 친수성 기판을 수직으로 넣은 후 점진적인 용액의 기화에 의해 CNT 박막을 형성시킨다.( 참고문헌: Advanced Materials vol.14, 8990, 2002; US006969690B2)
The self-assembly method involves vertically placing a hydrophilic substrate in a well-dispersed suspension of hydrophilic surface-modified CNTs in a deionized water solution and forming a CNT thin film by gradual vaporization of the solution (Ref .: Advanced Materials vol. 14, 8990, 2002; US006969690B2)

스프레이 법은 잘 분산된 CNT 현탁액을 분무 노즐을 통해 분사시켜 캐소드 기판에 CNT 박막을 형성한다.( 참고문헌: Mat. Res. Soc. Symp. Proc. vol. 593, 215, 2000; Carbon vol. 44, 2689, 2006; The Journal of Physical Chemistry C.111, 4175, 2007; US006277318B1; 공개특허 10-2007-0001769)The spray method sprays a well dispersed CNT suspension through a spray nozzle to form a thin film of CNT on the cathode substrate. (Ref. Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 593, 215, 2000; Carbon vol. 44 , 2689, 2006; The Journal of Physical Chemistry C. 111, 4175, 2007; US006277318B1; Pub. 10-2007-0001769).

잉크제트 프린팅 법은 분산이 잘된 CNT 현탁액을 잉크제트 프린터기로 캐소드 기판에 프린트하여 CNT 박막을 형성한다.( 참고문헌: Small. vol.2, 1021, 2006; Carbon vol.45, 27129, 2007; US20050202578A1)
The inkjet printing method prints a well-dispersed CNT suspension on a cathode substrate with an inkjet printer to form a CNT thin film. (Ref. Small. Vol. 2, 1021, 2006; Carbon vol. 45, 27129, 2007; US20050202578A1 )

위와 같은 알려진 방법들에 있어서, 직접 성장법은 전도성 또는 비전도성의 캐소드 기판 위에 스퍼터링, 열 증착 또는 전자빔 증착 등의 방법으로 나노 크기의 촉매 금속을 증착한 후, 화학 기상 증착법으로 기상 및 액상 탄화소스 가스를 고온에서 열분해 하여 수직 정렬된 CNT 전계 전자 방출원을 제작하는 방법이다. 상기 방법은 CNT의 직경, 길이, 밀도, 패턴화 조절 등의 구조 제어가 용이하지만, 촉매 금속을 대면적(大面積))으로 증착할 시 전체적인 균질성 확보와 촉매 금속 입자의 크기 제어가 어려울 뿐만 아니라, 성장된 CNT와 캐소드 기판 사이의 접착력이 약하고 대면적화하기가 쉽지 않다. In the above known methods, the direct growth method deposits a nano-sized catalytic metal by sputtering, thermal evaporation, or electron beam evaporation on a conductive or non-conductive cathode substrate, and then vapor and liquid carbonation sources by chemical vapor deposition. A method of producing vertically aligned CNT field electron emission sources by pyrolysing gas at high temperature. The method is easy to control the structure of the diameter, length, density, patterning, etc. of the CNT, but it is not only difficult to secure the overall homogeneity and control the size of the catalyst metal particles when depositing the catalyst metal to a large area (large area) Therefore, the adhesion between the grown CNT and the cathode substrate is weak and not easy to large area.

상기와 같이 CNT와 캐소드 기판 사이의 접착력 문제와 CNT 전계 전자 방출원의 대면적화의 어려움 등을 해소하기 위하여 여러 가지 합성방법으로 제조된 CNT 분말을 정제, 분산, 기능화시켜 페이스트화 하거나 용매 및 계면활성제에 분산시킨 현탁액을 캐소드 기판에 부착시키는 다양한 방법들이 개발되었다. 그 중에서 CNT 분말, 폴리머, 바인더, 고분자, 유기용매, 금속충전제 및 기타 첨가제 등을 포함하는 CNT 페이스트 조성물을 캐소드 기판에 인쇄하여 건조, 노광, 소성 및 표면 돌출 처리 등의 과정을 거쳐 CNT 전자 방출원을 제작하는 스크린 프린팅법은 캐소드 기판과 CNT 전자 방출원 사이의 접착력이 좋고 대면적화에 유리하지만, 활성 전자방출 사이트(site)의 밀도 조절이 어렵고, 각종 유, 무기물 바인더 및 고분자들 때문에 전계 전자방출 특성이 쉽게 저하될 뿐만 아니라, 공정 절차가 까다롭다. 전기 영동법은 전해액에 CNT 분말과 양극분산제를 혼합하여 잘 분산된 CNT 현탁액을 만든 후, 상기 CNT 현탁액에 두 전극 기판을 넣고 전기장을 건 다음, 전기장 안에서 (+)로 대전 된 CNT를 (-)전압이 인가된 캐소드 기판에 증착시켜 CNT 전계 전자 방출원을 제작하는 방법으로서, 상온에서 선택적 증착이 가능하고 대면적화하기 쉬우나, 두께와 밀도 조절이 어렵고 균질성과 재현성이 좋지 못할 뿐더러 캐소드 기판과의 접착력이 좋지 않아 전계 전자방출시 신뢰성과 안정성 문제가 대두 되고 있다.
In order to solve the problem of adhesion between CNT and cathode substrate and difficulty of large area of CNT field electron emission source, CNT powder prepared by various synthetic methods is purified, dispersed and functionalized to paste or solvent and surfactant. Various methods have been developed for attaching a suspension dispersed in a cathode substrate. Among them, CNT paste composition containing CNT powder, polymer, binder, polymer, organic solvent, metal filler, and other additives is printed on the cathode substrate, followed by drying, exposure, firing, and surface protruding process to produce CNT electron emission source. The screen printing method to fabricate the film has good adhesion between the cathode substrate and the CNT electron emission source and is advantageous for large area, but it is difficult to control the density of active electron emission sites, and electric field emission is caused by various oils, inorganic binders and polymers. Not only are the properties easily degraded, but the process procedures are difficult. In the electrophoresis method, CNT powder and anodic dispersant are mixed with an electrolyte to make a well dispersed CNT suspension, and then, two electrode substrates are put in the CNT suspension, an electric field is applied, and a negatively charged CNT is charged in the electric field. As a method of fabricating a CNT field electron emission source by depositing on the applied cathode substrate, selective deposition is possible at room temperature and is easy to large area, but it is difficult to control thickness and density, poor homogeneity and reproducibility, and adhesion to cathode substrate. As a result, reliability and stability problems have arisen in the field emission.

한편, 탈이온수에 친수성으로 표면 개질 된 CNT를 잘 분산시킨 현탁액에 친수성 기판을 수직으로 넣은 후 점진적인 용액의 기화에 의해 CNT 전계 전자 방출원을 형성시키는 자기조립법은 공정이 간단하고 상온에서 대면적화가 용이하지만, 전기영동법과 마찬가지로 형성된 CNT 박막과 캐소드 기판과의 접착력이 좋지 않고 많은 시간이 소요된다는 단점을 가지고 있다. On the other hand, the self-assembly method in which a hydrophilic substrate is vertically placed in a suspension in which hydrophilic surface-modified CNTs are well dispersed in deionized water, and then forms a CNT field electron emission source by gradual vaporization of a solution is simple and large-area at room temperature. Although easy, as in the electrophoresis method, the adhesion between the formed CNT thin film and the cathode substrate is not good, and has a disadvantage in that it takes a lot of time.

상기 스프레이 법도 마찬가지로 공정이 간단하고 상온에서 대면적화하기 용이하지만, 노즐에서 캐소드 기판까지 분사액의 이동 중 현탁액 증발 정도에 따라 박막 표면 상태가 결정되게 되므로 CNT 박막 두께, 밀도 조절 및 고른 CNT 박막 증착이 용이하지 않기에 균질성과 재현성이 떨어지며, 캐소드 기판과의 약한 접착력으로 인해 전계 전자방출 기간 동안 쉽게 떨어져 나오는 단점을 가지고 있다.
Similarly, the spray method is simple and easy to obtain a large area at room temperature.However, the surface state of the thin film is determined by the degree of suspension evaporation during the movement of the spray liquid from the nozzle to the cathode substrate. Since it is not easy, it is inferior in homogeneity and reproducibility, and has a disadvantage in that it easily comes off during the field emission period due to the weak adhesion with the cathode substrate.

그리고 잉크제트 프린터기에 의한 전자 방출원의 제조방법은 친수성으로 표면 개질 된 CNT 분말을 탈이온수에 잘 분산시켜 만든 현탁액을 캐소드 기판에 선택적으로 프린팅하여 CNT 전계 전자 방출원을 형성한다. 이 방법은 CNT 막의 두께와 밀도 조절이 쉽고 선택적 패턴화를 실현할 수 있으며 상온에서 대면적화에 유리하지만, 프린팅된 CNT 전계 전자 방출원과 캐소드 기판 사이의 약한 접착력이 문제점이다. 또한, 잘 분산된 CNT 현탁액을 미세구멍을 가진 필터 종이에 걸러 테프론 코팅된 금속 기판에 단순히 전사시켜 CNT 전계 전자 방출원을 형성시키는 현탁액 필터링법은 CNT 분말의 양이나 농도를 조절하여 박막 두께 및 밀도 조절이 용이하고 공정이 간단하여 대면적화하기 유리하지만, 마찬가지로 CNT 박막과 캐소드 기판과의 접착력이 문제가 되어왔다.
In the method of manufacturing an electron emission source using an ink jet printer, a suspension made by dispersing hydrophilic surface-modified CNT powder in deionized water is selectively printed on a cathode substrate to form a CNT field electron emission source. This method is easy to control the thickness and density of the CNT film, can realize selective patterning and is advantageous for large area at room temperature, but the weak adhesion between the printed CNT field electron emission source and the cathode substrate is a problem. In addition, a suspension filtering method in which a well-dispersed CNT suspension is filtered onto a filter paper having micropores and simply transferred onto a Teflon-coated metal substrate to form a CNT field electron emission source, adjusts the amount or concentration of CNT powder to control thin film thickness and density. Although it is easy to adjust and the process is simple, it is advantageous to make a large area. However, the adhesion between the CNT thin film and the cathode substrate has been a problem.

CNT 현탁액을 필터링하여 CNT 박막을 만든 후 캐소드 기판 위에 전사시키는 방법과는 달리, US 2004/0166235 A1에서는 금속 기판 위에 전도성 은(銀) 페이스트를 패턴화시킨 곳에 직접 성장법으로 수직 정렬된 CNT 박막을 접합시켜 열 압축하여 전사하거나, 유리시트 위에 패턴화된 전도성층을 깔고 전도성층 위에 전도성 탄소(은, 금 등) 페이스트를 증착시킨 곳에 직접 성장법으로 수직정렬된 CNT 박막으로부터 접착시트에 옮겨진 CNT를 이들에 전사시켜 CNT 전계 전자 방출원을 제작하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이 방법은 직접 성장법으로 수직 정렬된 CNT 박막을 대면적화하는 것이 어렵기 때문에, 결국 대면적화에 한계를 느끼게 되고 또한 전사시킬 때 접착이 잘 될 수 있도록 건조, 압축, 가열 또는 열 압축을 실시하는 복잡한 공정을 거치는 단점도 있다.
Unlike filtering CNT suspensions to form CNT thin films and then transferring them onto cathode substrates, US 2004/0166235 A1 uses CNT thin films vertically aligned by direct growth where conductive silver paste is patterned on metal substrates. CNT transferred to the adhesive sheet from the vertically aligned CNT thin film by direct growth method where it is bonded and thermally compressed and transferred, or where a patterned conductive layer is deposited on the glass sheet and a conductive carbon (silver, gold, etc.) paste is deposited on the conductive layer. A method of producing a CNT field electron emission source by transferring to them is disclosed. However, this method is difficult to large-area vertically aligned CNT thin films by direct growth method, so that drying, compression, heating, or thermal compression is performed so that a large area may be limited and adhesion may be well achieved when transferring. There is also a disadvantage of going through a complicated process.

CNT 전자 방출원의 제조에 있어서, 신뢰성과 안정성 및 경제성이 겸비됨이 바람직하다. 양질의 CNT 전자 방출원의 제작을 위해서는 전자방출에 나쁜 영향을 주는 불순물의 혼입을 억제해야 한다. 그리고 균질하고 재현성 있는 전자방출을 위해서는 CNT 밀도 조절이 용이해야 한다. 또한, CNT 전자 방출원 신뢰성과 안정성의 확보를 위해서는 CNT와 이를 지지하는 캐소드 사이의 접착력 향상이 요구된다. 또한, CNT 전자 방출원 제조에 있어서 경제성을 확보하기 위해서는 제작 공정 절차가 간단하고 대면적화가 용이해야 한다.In the manufacture of CNT electron emission sources, it is desirable to combine reliability, stability and economy. In order to manufacture high quality CNT electron emission sources, it is necessary to suppress the incorporation of impurities that adversely affect the electron emission. In addition, CNT density control should be easy for homogeneous and reproducible electron emission. In addition, in order to secure the reliability and stability of the CNT electron emission source, it is required to improve the adhesion between the CNT and the cathode supporting the same. In addition, in order to secure economics in manufacturing CNT electron emission sources, the manufacturing process procedure should be simple and large area should be easy.

본 발명의 실시 예에 따르면, 제작이 용이하고 신뢰성이 높을 뿐 아니라 높은 전류밀도를 가지는 전자 방출원법이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, an electron emission source method that is easy to manufacture, high in reliability, and has a high current density is provided.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 방출원:은,Electron emission source according to an embodiment of the present invention:

침상 전자방출물질(needle-shaped electron emission material)을 포함하는 전자방출부;와 그리고An electron emission unit including a needle-shaped electron emission material; and

상기 전자방출부을 지지하는 것으로 상기 침상 전자방출물질의 일단부를 물리적으로 매립 고정하는 전극(electrode);을 포함한다.
And an electrode for physically embedding and fixing one end of the acicular electron emission material by supporting the electron emission unit.

한 실시 예에 따르면, 상기 전극은 전기적 저항을 가질 수 있다.
According to one embodiment, the electrode may have an electrical resistance.

다른 실시 예에 따르면, 전자방출 물질층은 SW(Single-walled) CNT, DW(double walled) CNT, MW(Multi-walled) CNT, 탄소나노파이버, 반도체 나노와이어, 도전성 나노막대 중의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
According to another embodiment, the electron emitting material layer may include at least one of single-walled (SW) CNT, double walled (DW) CNT, multi-walled (NTW) CNT, carbon nanofiber, semiconductor nanowire, and conductive nanorod. It may include.

또 다른 실시 예에 따르면, 상기 전극은 복층 구조를 가지며, 상기 전자방출물질의 일단부는 전극의 최상부에 마련되는 고정막(fixing layer)에 의해 고정될 수 있다.
According to another embodiment, the electrode has a multi-layered structure, one end of the electron-emitting material may be fixed by a fixing layer provided on the top of the electrode.

또 다른 실시 예에 따르면, 상기 전극은 상기 고정막의 하부에 마련되는 도전성 지지막(support layer)과; 상기 고정막과 지지막의 사이에 마련되는 저항막(resistive layer)을 구비할 수 있다.
According to another embodiment, the electrode may include a conductive support layer provided under the fixed membrane; A resistive layer may be provided between the fixed layer and the support layer.

또 다른 실시 예에 따르면, 상기 고정막, 저항막 및 지지막은 상호 증착에 의해 직접 본딩될 수 있다.According to another embodiment, the pinned layer, the resistive layer and the support layer may be directly bonded by mutual deposition.

이러한 본 발명은 전자 방출원을 적용하는 전자장치의 전체 제조 공정과는 별개로 전자 방출원을 단일 품목으로 생산이 가능하다. 따라서 전자 방출원이 전자장치의 제조와 함께 이루어짐으로써 발생할 수 있는 전도성 유기/무기물, 바인더 및 고분자 페이스트 등에 의한 전자소자의 오염 등을 방지할 수 있다. 또한, 전자 방출원이 별개로 제조됨으로써 전자소자의 제조가 복잡한 공정 없이 이루어질 수 있으며, 특히 대면적화가 용이하다. 특히 대면적의 전자방출면적을 얻기 용이하기 때문에 예를 들어 디스플레이 장치에서 하나의 화소에 하나의 CNT 층을 가지게 할 수도 있다.The present invention can produce an electron emission source as a single item separately from the overall manufacturing process of the electronic device applying the electron emission source. Therefore, it is possible to prevent contamination of electronic devices due to conductive organic / inorganic materials, binders, polymer pastes, etc., which may occur when the electron emission source is made together with the manufacture of the electronic device. In addition, since the electron emission source is manufactured separately, the manufacturing of the electronic device can be made without a complicated process, and in particular, the large area is easy. In particular, since it is easy to obtain a large electron emission area, it is possible to have one CNT layer in one pixel, for example, in a display device.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전자방출원의 개략적 구조를 보인다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전자방출원의 개략적 구조를 보인다.
도 3은 도 1은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전자방출원의 개략적 구조를 보인다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전자방출원의 개략적 구조를 보인다.
도 5a 내지 도 5d 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 방출원의 제조방법을 보이는 공정도이다.
도 6의 (a)와 (b)는 전극에 무질서하게 고정 배치되어 있는 CNT를 전극에 대해 수직으로 정렬하는 표면처리 방법을 도시한다.
1 shows a schematic structure of an electron emission source according to an embodiment of the present invention.
2 shows a schematic structure of an electron emission source according to another embodiment of the present invention.
3 shows a schematic structure of an electron emission source according to another embodiment of the present invention.
4 shows a schematic structure of an electron emission source according to another embodiment of the present invention.
5A to 5D are flowcharts illustrating a method of manufacturing an electron emission source according to an embodiment of the present invention.
6 (a) and 6 (b) illustrate a surface treatment method of vertically aligning CNTs arranged in a disordered manner on the electrodes with respect to the electrodes.

이하 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 예시적 실시 예들에 따른 전자 방출원, 이를 이용하는 디스플레이 및 이의 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, an electron emission source, a display using the same, and a manufacturing method thereof according to exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 단일 전자 방출원의 개략적 구조를 보인다.1 shows a schematic structure of a single electron emission source according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 침상(針狀) 전자방출물질(needle-shaped electron emission material)을 이용한다. 침상 전자방출물질에는 속이 빈 나노튜브, 속이 채워진 나노 로드 등이 있으며, 그 대표적인 재료는 탄소이며, 그 외에 금속 물질에 의해 제조될 수도 있다. 본 발명의 침상 전자방출물질에는 구체적으로 SW(Single-walled) CNT, DW(double walled) CNT, MW(Multi-walled) CNT, 탄소나노파이버, 반도체 나노와이어, 도전성 나노막대 중의 적어도 어느 하나가 포함될 수 있다.
The present invention utilizes a needle-shaped electron emission material. Needle-shaped electron-emitting materials include hollow nanotubes, filled nanorods, and the like, and representative materials thereof are carbon, and other materials may be produced by metallic materials. Specifically, the needle-like electron-emitting material of the present invention includes at least one of single-walled (SW) CNTs, double (walled) CNTs, multi-walled (NTW) CNTs, carbon nanofibers, semiconductor nanowires, and conductive nanorods. Can be.

이하의 실시 예의 설명에서는 침상 전자방출물질의 대표적인 물질인 CNT(carbon nanotube)를 중심으로 설명된다. 그러나 침상으로서 전자방출이 가능한 모든 물질이 적용될 수 있으며, 따라서 침상 전자방출물질의 특정한 예에 의해 본 발명이 제한되지 않는다.
In the following description of the embodiment will be described based on the carbon nanotube (CNT) which is a representative material of the acicular electron emission material. However, any material capable of electron emission as a needle may be applied, and thus the present invention is not limited by the specific example of the needle-like electron emission material.

도 1을 참조하면, 흔히 캐소드 구조체(cathode structure)라 불리우는 전자 방출원(10)은 다수의 CNT(13a)를 포함하는 CNT층(13)과 이를 하부에서 지지하는 전극(12)을 구비한다. 전극(12)은 상기 CNT(13a)의 하단부(13a')를 물리적으로 고정하고 있는 고정막(12a)을 포함한다. 고정막(12a)은 증착에 의해 형성되는 것으로 도 1에 도시된 바와 같이 CNT(13a)의 하단부(13a')는 전극(12)의 한 요소인 고정막(12a)에 심어져 매립 고정된 상태를 가진다. 즉, 전극(12)의 고정막(12a)은 CNT(13a)를 물리적으로 확고히 고정하고 있으며, 따라서 촉매에 성장된 기존의 CNT의 고정 강도 이상의 확고한 고정구조를 가진다. 상기 고정막(12a)은 본 발명에 따른 전자방출원의 필수요소로서 Al, Ti, Cr, Ag, Au 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 전도성이 좋은 금속 물질의 증착에 의해 얻어지는 것으로 이에 대해서는 후에 상세히 설명된다. 상기과 같은 고정막(12a)을 포함하는 전극(12)은 고정막(12a) 하나만을 포함할 수 도 있으나, 추가적인 적층을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 다른 실시 예의 설명을 통해 상세히 이해된다.
Referring to FIG. 1, an electron emission source 10, commonly referred to as a cathode structure, includes a CNT layer 13 including a plurality of CNTs 13a and an electrode 12 supporting the bottom thereof. The electrode 12 includes a fixed membrane 12a that physically fixes the lower end 13a 'of the CNT 13a. As shown in FIG. 1, the fixed film 12a is formed by evaporation, and the lower end 13a 'of the CNT 13a is embedded in the fixed film 12a, which is an element of the electrode 12, and is buried and embedded. Has That is, the fixed membrane 12a of the electrode 12 physically firmly fixes the CNT 13a, and thus has a firm fixed structure that is higher than the fixed strength of the existing CNT grown on the catalyst. The fixed film 12a is obtained by deposition of a highly conductive metal material including at least one of Al, Ti, Cr, Ag, and Au as an essential element of the electron emission source according to the present invention. do. The electrode 12 including the pinned layer 12a as described above may include only one pinned layer 12a, but may have a multilayer structure including an additional stack, which will be understood in detail through the description of other embodiments. do.

본 발명에 따른 다른 실시 예의 전자방출원(10a)을 보이는 도 2를 참조하면,전자 방출원(10a)은 베이스(11) 위에 상기 고정막(12a)을 포함하는 전극(12)이 형성되고, 전극(12) 위에 전술한 바와 같은 CNT 층(13)이 형성되어 있다. 베이스(11)는 도전체로 형성됨으로써 고정막(12a)과 함께 전극으로서의 기능을 가질 수 있으며, 부도체로 형성되는 경우 단순한 전자 방출원(10)의 하부 지지구조물이 될 수 있다. 여기에서 베이스(11)는 상징적으로 표현되어 있으며, 본 발명에 따른 전자 방출원의 응용 분야에 따라 다양한 형태로 설계될 수 있을 것이며, 이것은 본 발명의 기술적 범위를 제한하지 않음은 명백하다. 한편, 상기 고정막(12a)과 베이스(11)의 사이에는 다른 기능층, 예를 들어 저항층 및/또는 고전도층 등이 개재될 수 있으며 이는 상기 전극이 다층 구조를 가질 수 있음을 의미하며 이 역시 본 발명의 기술적 범위를 제한하지 않다.
Referring to FIG. 2 showing an electron emission source 10a of another embodiment according to the present invention, the electron emission source 10a includes an electrode 12 including the fixed layer 12a on the base 11, The CNT layer 13 as described above is formed on the electrode 12. The base 11 may have a function as an electrode together with the fixed layer 12a by being formed of a conductor, and when the base 11 is formed of an insulator, may be a lower support structure of the electron emission source 10. Here, the base 11 is represented symbolically, and may be designed in various forms according to the application field of the electron emission source according to the present invention, which obviously does not limit the technical scope of the present invention. Meanwhile, another functional layer, for example, a resistance layer and / or a high conductive layer, may be interposed between the pinned layer 12a and the base 11, which means that the electrode may have a multilayer structure. This also does not limit the technical scope of the present invention.

상기 고정막(12a)은 고열처리 등에 의한 확산에 의해 베이스에 직접 본딩될 수 있으며, 다른 실시 예에 따르면 접착제에 의해 본딩될 수 있다. 즉, 고정막(12a)과 베이스(11)의 사이에 접착제가 포함될 수 있다. 여기에서 베이스(11)가 전극(12)의 일부 요소로서의 기능을 가지는 경우 접착제에 도전성 파티클이 포함될 수 있다.
The fixed membrane 12a may be directly bonded to the base by diffusion by high heat treatment, or the like, and may be bonded by an adhesive according to another embodiment. That is, an adhesive may be included between the fixed membrane 12a and the base 11. Here, the conductive particles may be included in the adhesive when the base 11 has a function as some element of the electrode 12.

도 3에 도시된 전자 방출원(10b)는 도 1에 도시된 전자 방출원(10)의 고정막(12a)의 하부에 고전도성 지지막(12b)이 추가된 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 것이다. 도 3을 참조하면, CNT층(13)은 고정막(12a)에 의해 직접 고정되어 있으며, 고정막(12a)의 하부에는 지지막(12b)이 마련되어 있다. 고정막(12a)과 지지막(12b)은 전극(12)의 구성요소들로서 Al, Ti, Cr 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 도전성 물질의 증착 등에 의해 형성된다. 상기 고정막(12a)은 수 ㎚에서 수 ㎛ 까지의 두께를 가질 수 있으며, 이는 설계 조건에 따라 용이하게 조절할 수 있다.
The electron emission source 10b shown in FIG. 3 is a further embodiment of the present invention in which a highly conductive support film 12b is added to the lower portion of the fixed membrane 12a of the electron emission source 10 shown in FIG. 1. Will follow. Referring to FIG. 3, the CNT layer 13 is directly fixed by the pinned film 12a, and a support film 12b is provided below the fixed film 12a. The pinned film 12a and the support film 12b are formed by deposition of a conductive material including at least one of Al, Ti, and Cr as constituents of the electrode 12. The pinned film 12a may have a thickness from several nm to several μm, which can be easily adjusted according to design conditions.

도 4에 도시된 또 다른 실시 예에 따른 전자 방출원(10c)은 3 중층 구조의 전극(12)을 구비할 수 있다. 3 중층 구조의 전극(12)은 Al, Ti, Cr, Ag, Au 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 고정막(12), Al, Ti, Cr 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 그 하부의 고전도성 지지막(12b) 그리고 이들 사이의 저항막(12c)이 형성된 구조를 가진다. 상기 저항막(12c)은 Al2O3, 비정질 실리콘(a-Si), SiO2 중의 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다. 상기 고정막(12a), 지지막(12b) 및 이들 사이의 저항막(13c)은 각각 수 nm에서 수 ㎛의 두께를 가질 수 있으며 이들은 전자빔 증착법, 열증착법, 스퍼터링법 등의 물리적 증착법(PVD) 또는 화학적증착법(CVD) 등에 의해 형성될 수 있다.
The electron emission source 10c according to another exemplary embodiment illustrated in FIG. 4 may include an electrode 12 having a triple layer structure. The triple layer structure electrode 12 includes a fixed film 12 including at least one of Al, Ti, Cr, Ag, and Au, and a highly conductive support film thereunder including at least one of Al, Ti, and Cr. (12b) and the resistive film 12c therebetween is formed. The resistive film 12c may be formed of any one material of Al 2 O 3 , amorphous silicon (a-Si), and SiO 2 . The fixed film 12a, the support film 12b, and the resistive film 13c therebetween may each have a thickness of several nm to several μm, and these may be physical vapor deposition (PVD) methods such as electron beam deposition, thermal deposition, and sputtering. Or by chemical vapor deposition (CVD) or the like.

도 1내지 도 4에 도시된 전자방출원에서 모든 고정막(12a) 및 이 하부의 지지막(12b)이 평탄한 면을 가지는 형태로 도시되어 있는데, 다른 실시 예에 따르면 둥글거나 오목한 표면을 가지는 등 입체적 면을 가질 수 있다.
In the electron emission sources illustrated in FIGS. 1 to 4, all of the fixed membrane 12a and the lower support layer 12b are shown to have a flat surface. According to another exemplary embodiment, the fixed membrane 12a and the lower support layer 12b have a rounded or concave surface. It may have a three-dimensional face.

이러한 전자 방출원은 다양한 분야의 전자 소자(electronic device)에 응용될 수 있다. 예를 들어, 이들 전자 소자에는 조명용으로 이용되는 가시 광원(Visible light source), 평판 디스플레이용 백라이트 장치, X-RAY 장치용 전자 소스, 고출력 마이크로 웨이브용 전자 소스 등이 있다. 이러한 전자 방출원은 평면상으로 형성될 수 도 있으나, 입체적인 구조물에 고정되는 비평면상, 예를 들어 만곡된 곡면상 또는 구면상 등의 다양한 형태를 가질 수 있으며, 이러한 형태상의 변형 및 응용은 본 발명의 기술적 범위를 제한하지 않는다.
Such electron emission sources can be applied to electronic devices of various fields. For example, these electronic devices include a visible light source used for illumination, a backlight device for flat panel displays, an electron source for X-RAY devices, an electron source for high power microwaves, and the like. Such an electron emission source may be formed in a planar shape, but may have various forms such as non-planar, for example, curved curved or spherical shapes fixed to a three-dimensional structure. It does not limit the technical scope of the.

위의 구조에서, 상기 고정막(12a), 또는 고정막(12a)과 지지막(12b)을 포함하는 전극(12)은 도전체로서 도전체 자체의 저항보다는 높은, 적절히 조절된 전기적 저항(electrical resistance)을 가짐으로써 고정막(12a)의 표면에 고정된 CNT 층(13)에 조절된 전류 공급이 가능하게 된다. 이러한 저항은 고정막(12a)이나 지지막(12b) 자체 적절한 저항물질을 포함시킴으로서 부여할 수 있으며, 도 4에 도시된 실시 예의 전자방출원(10c)에서와 같이 별도의 저항막(12c)을 가질 수 있다. 위의 실시 예 설명에서 전극(12)이 하나의 고정막(12a)에 의한 단일막 또는 고정막(12a)과 지지막(12b)에 의한 2중막, 또는 고정막(12a)과 저항막(12c) 그리고 지지막(12b)에 의한 3 중막 구조를 가질 수 있으며, 추가적으로 다른 막이 더 구비될 수 있다.
In the above structure, the fixed film 12a, or the electrode 12 including the fixed film 12a and the support film 12b, is a properly controlled electrical resistance higher than the resistance of the conductor itself as a conductor. resistance) enables controlled supply of current to the CNT layer 13 fixed to the surface of the fixed film 12a. Such resistance may be imparted by including a suitable resistive material for the fixed film 12a or the support film 12b itself, and a separate resistive film 12c as in the electron emission source 10c of the embodiment shown in FIG. Can have In the above-described embodiment, the electrode 12 is a single film by one pinned film 12a or a double film by the pinned film 12a and the support film 12b, or the pinned film 12a and the resistive film 12c. And it may have a triple film structure by the support film (12b), in addition may be further provided with another film.

이하, 본 발명의 단일 전자 방출원의 제조방법에 따른 예시적 실시 예를 살펴본다.
Hereinafter, an exemplary embodiment according to the method of manufacturing a single electron emission source of the present invention will be described.

먼저, CNT 콜로이드 현탁액(이하 현탁액)과 템플리트로서 테프런, 세라믹, AAO(Anodic Aluminum oxide), 폴리카보네이트 등의 재료로 된 여과지(여과 템플리트)를 준비한다. 현탁액은 용매 및 계면활성제에 분말 상태의 CNT 을 분산시켜 만든 콜로이드 상태의 액체이다. 여기에서 상기 계면활성제는 선택적인 물질로서 계면활성제가 없는 용매에 CNT 가 분산되어 있을 수 있다. 보다 고른 분산을 위해 초음파 처리하는 것이 바람직하다. 여과지는 현탁액을 여과하여 그 표면에 CNT 만 남기게 되는데, CNT 현탁액을 건조시키고 CNT 만 소정 패턴으로 잔류시켜 판상 캐소드로 전사(transfer)하기 위한 것이다. CNT에는 SWCNT(Single-walled carbon nanotube), DWCNT(Double-walled carbon nanotube), 얇은 MWCNT(Multi-walled carbon nanotube), 두꺼운 MWCNT 등이 있다. 상기 용매로는 ethanol, dimethyl formamide, tetrahydrofuran, dimethyl acetamide, 1,2 dichloroethane, 1,2 dichlorobenzene중의 어느 하나이다.
First, a CNT colloidal suspension (hereinafter referred to as a suspension) and a filter paper (filtration template) made of materials such as Teflon, ceramic, Aanodic Aluminum oxide (AOA), and polycarbonate are prepared as templates. A suspension is a colloidal liquid made by dispersing powdered CNTs in a solvent and a surfactant. Herein, the surfactant may be a CNT dispersed in a solvent having no surfactant as an optional material. It is desirable to sonicate for more even dispersion. The filter paper filters the suspension, leaving only CNTs on its surface, to dry the CNT suspension and to retain only the CNTs in a predetermined pattern for transfer to the plate cathode. CNTs include single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), double-walled carbon nanotubes (DWCNTs), thin multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs), and thick MWCNTs. The solvent is any one of ethanol, dimethyl formamide, tetrahydrofuran, dimethyl acetamide, 1,2 dichloroethane and 1,2 dichlorobenzene.

그리고 상기 계면활성제는 sodium dodecylbenzene sulfonate(NaDDBS C12H25C6H4SO3Na), sodium butylbenzene sulfonate (NaBBS C4H9C6H4SO3Na), sodium benzoate(C6H5CO2Na), sodium dodecyl sulfate (SDS; CH3(CH2)11OSO3Na), Triton X-100 (TX100; C8H17C6H4(OCH2CH2)n-OH; n 10), dodecyltrimethylammonium bromide (DTAB;CH3(CH2)11N(CH3)3Br), 아라비아 고무(Arabic Gum) 중의 어느 하나이다.
And the surfactant is sodium dodecylbenzene sulfonate (NaDDBS C1 2 H 25 C 6 H 4 SO 3 Na), sodium butylbenzene sulfonate (NaBBS C 4 H 9 C 6 H 4 SO 3 Na), sodium benzoate (C 6 H 5 CO 2 Na), sodium dodecyl sulfate (SDS; CH 3 (CH 2 ) 11 OSO 3 Na), Triton X-100 (TX100; C 8 H 17 C 6 H 4 (OCH 2 CH 2 ) n-OH; n 10), dodecyltrimethylammonium bromide (DTAB; CH 3 (CH 2 ) 11 N (CH 3 ) 3 Br) or Arabic gum.

도 5a에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 여과지(filter) 등으로 된 여과 템플리트(21)를 준비한 후 상기 현탁액을 소정 패턴으로 도포한 후 이를 건조시켜 CNT 막(13')을 형성한다. 현택액의 도포 영역은 전자 방출원의 캐소드(전자방출부)의 형태에 따르며, 응용분야의 요구되는 캐소드의 형태에 따라 다양한 변화가 가능하다. 여기에서, 현탁액의 용매와 계면활성제 및 CNT의 비율 또는 농도를 제어함으로써 CNT 밀도를 자유로이 조절할 수 있고 주변 전기적 조건에 따른 최적의 전자방출 밀도 구현이 가능하고, 이러한 최적의 조건을 반복 재현 및 균질 한 밀도의 CNT 막을 형성할 수 있다. 현탁액을 여과 템플리트(21)에 형성하며, CNT 만 잔류하고 액상 물질은 여과 템플리트를 통과한다. 이 상태에서 건조 과정을 진행하면 템플리트(21) 표면에 CNT 막(13')이 형성되게 되는데 이러한 과정은 상온 또는 고온 상태에서 자연 건조 또는 진공 건조 과정을 포함할 수 있다.
As shown in FIG. 5A, after preparing a filtration template 21 made of a filter or the like as described above, the suspension is applied in a predetermined pattern and then dried to form a CNT film 13 ′. The application area of the suspension depends on the form of the cathode (electron emitting portion) of the electron emission source, and various changes are possible depending on the type of cathode required for the application. Here, by controlling the ratio or concentration of the solvent, the surfactant, and the CNT in the suspension, the CNT density can be freely controlled and the optimum electron emission density can be realized according to the ambient electrical conditions, and the optimum conditions can be repeatedly reproduced and homogenized. Density CNT films can be formed. A suspension is formed in the filtration template 21, with only CNT remaining and the liquid material passing through the filtration template. When the drying process is performed in this state, the CNT film 13 ′ is formed on the surface of the template 21. This process may include a natural drying or vacuum drying process at room temperature or high temperature.

도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 CNT 막(13') 위에 도전물질, 예를 들어 Al, Ti, Cr, Ag, Au 등을 증착하여 상기 CNT 막(13')의 CNT 들을 상호 고정하는 고정막(12a)을 수 nm 에서 수 ㎛의 두께로 형성한다. 이때에 적절한 불순물을 포함시킴으로써 고정막(12a) 자체에 전기적 저항을 부여할 수 도 있을 것이다. 여기에서 증착 방법으로는 일반적인 방법으로서 전자빔 증착법, 열증착법, 스퍼터링법, CVD(Chemical vapor deposition)법을 이용할 수 있다. 여기까지의 과정을 거친 후 후속하는 다른 실시 예들에 따라 도 5d의 단계, 여과지 제거과정을 수행하는 도 5e의 단계로 건너 뛸 수 있으며, 또 다른 실시 예에 따라 도 5c의 단계를 수행할 수 있다.
As shown in FIG. 5B, a fixed layer is formed on the CNT film 13 ′ to deposit C conductive layers, for example, Al, Ti, Cr, Ag, Au, and the like, to fix the CNTs of the CNT film 13 ′ to each other. (12a) is formed from several nm to a thickness of several micrometers. At this time, by including an impurity, it may be possible to impart an electrical resistance to the fixed film (12a) itself. Here, as the deposition method, an electron beam deposition method, a thermal deposition method, a sputtering method, or a CVD (chemical vapor deposition) method may be used. After the process up to this point, it may be skipped to the step of FIG. 5D and the step of FIG. 5E performing the filter paper removing process according to other exemplary embodiments, and the step of FIG. 5C may be performed according to another embodiment. .

도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 고정막(12a) 위에 전기적 저항물질을 증착하여 저항막(12c)을 수nm 내지 수 ㎛의 두께로 형성한다. 그 재료로서는 고정막(12a)에 대해 피착 또는 증착이 가능한 어떠한 재료도 가능하며, 예를 들어 비정질 실리콘(a-Si), 알루미나(Al2O3), 실리콘산화물(SiO2) 등이 사용될 수 있다. 이러한 물질의 증착방법으로서는 사용물질이 허용하는 공지의 어떠한 방법도 적용가능하다. 이와 같이 별도의 저항막(12c)이 형성되는 경우 고정막(12a)에 저항물질을 함유시키지 않아도 될 것이다. 도 5c에 도시된 바와 같은 과정을 거친 후 다른 실시 예에 따라 여과지 제거과정을 수행하는 도 5e의 단계를 수행할 수 도 있으며, 또 다른 실시 예에 따라 도 5d의 단계를 수행할 수 있다.
As shown in FIG. 5C, an electrical resistive material is deposited on the fixed layer 12a to form the resistive layer 12c in a thickness of several nm to several μm. The material may be any material that can be deposited or deposited on the fixed film 12a. For example, amorphous silicon (a-Si), alumina (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), or the like may be used. have. As a method of depositing such a material, any known method that the use material allows can be applied. As such, when the separate resistive layer 12c is formed, it is not necessary to include the resistive material in the fixed layer 12a. After performing the process as illustrated in FIG. 5C, the process of FIG. 5E may be performed to perform the filter paper removing process, and according to another embodiment, the process of FIG. 5D may be performed.

도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 저항막(12c) 위에 고전도성 물질, 예를 들어 Al, Ti, Cr 등을 증착하여 고정막(12a)과 저항막(12c)을 지지하는 지지막(12b)을 수 nm 에서 수 ㎛의 두께로 형성한다. 이때에 적절한 불순물을 포함시킴으로써 고정막(12a) 자체에 전기적 저항을 부여할 수 도 있을 것이며, 이 경우 상기 저항막(12c)이 배제될 수 있다. 여기에서 증착 방법으로는 전술한 바와 같은 일반적인 전자빔 증착법, 열증착법, 스퍼터링법, CVD법을 이용할 수 있다.
As shown in FIG. 5D, a support film 12b for supporting the fixed film 12a and the resistive film 12c by depositing a highly conductive material such as Al, Ti, Cr, etc. on the resistive film 12c. Is formed from several nm to a thickness of several micrometers. At this time, by including an impurity, it may be possible to impart an electrical resistance to the fixed film 12a itself, in which case the resistive film 12c may be excluded. Here, as the deposition method, the above-described general electron beam deposition method, thermal deposition method, sputtering method, CVD method can be used.

도 5e에 도시된 바와 같이 상기 여과 템플리트(21)를 제거하여 고정막(12a)과, 그 하단부(13b)가 고정막(12a)등을 포함하는 전극(12)에 물리적으로 고정되는 다수의 CNT(13a)를 갖는 CNT 층(13)을 가지는 전자 방출원을 얻는다. 여기에서 분리하는 방법은 용제 또는 고온열처리에 의해서 제거하게 된다. 용제는 템플리트(21) 재료에 대해 용해성을 가지는 물질로서 예를 들어 NaOH 등을 이용될 수 있다. 한편, 고온열처리에 의하면 템플리트(21)는 열분해에 의해 제거되며, 이 정에서는 상기 고정막(12a), 저항막(12c), 지지막(12b) 등이 열처리되어 상호 접착력이 강화된다. 이러한 접착력 강화를 위한 열처리는 별도로 수행될 수 도 있다.
As shown in FIG. 5E, the filtration template 21 is removed to form a plurality of CNTs in which a fixed membrane 12a and a lower end 13b are physically fixed to an electrode 12 including a fixed membrane 12a and the like. An electron emission source having a CNT layer 13 having a (13a) is obtained. The separation method here is removed by solvent or high temperature heat treatment. The solvent may be, for example, NaOH or the like as a substance having solubility in the template 21 material. On the other hand, according to the high temperature heat treatment, the template 21 is removed by pyrolysis. In this tablet, the fixed film 12a, the resistive film 12c, the support film 12b, and the like are heat treated to enhance mutual adhesion. Heat treatment for strengthening the adhesion may be performed separately.

상기와 같이 여과 템플리트(21)가 제거된 전자 방출원이 얻어진 후에 CNT 막의 활성화가 실시될 수 있다. 활성화는 플라즈마나 레이저 조사에 의해 수행될 수 있으며, 다른 실시 예에 따르면, 테이프 등에 의해 CNT를 전극(12)에 대해 일으켜 세우기 위한 단계가 진행될 수 있다.
After the electron emission source from which the filtration template 21 has been removed is obtained as described above, activation of the CNT film may be performed. Activation may be performed by plasma or laser irradiation, and according to another embodiment, a step for raising the CNT against the electrode 12 by a tape or the like may proceed.

위의 과정을 통해서 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같은 가장 기본적인 형태의 전자방출원을 얻을 수 있게 된다. 이러한 제조 방법을 응용하여 다양한 형태로의 응용이 가능하다.
Through the above process, the most basic form of the electron emission source as shown in FIGS. 1 to 4 can be obtained. By applying this manufacturing method, it is possible to apply in various forms.

도 6은 전극(12)에 무질서하게 고정 배치되어 있는 CNT 층(13)의 CNT (13a)들을 수직으로 정렬하는 CNT 층의 표면처리 방법을 도시한다. 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 테이블이나 고정용 기판(30)에 전자 방출원(10)을 고정시킨 후 점착성을 가진 테이프(22)를 전극(12) 상의 CNT 층(13)에 접착시킨 후 이를 들어올려서 떼어낸다. 이와 같이 하면, CNT 층(13)에서 표면에 노출된 CNT가 테이프(22)의 점착성에 의해 전극(12)에 대해 수직인 방향으로 정렬되게 된다. 즉, 테이프(22)를 이용해 고정막(12a)과 지지막(12b)을 포함하는 전극(12)에 대해 일으켜 세운다. 이러한 테이프(22)를 이용하는 방법 외에, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 표면에 점착성을 가진 롤러(23)를 상기 CNT 층(13)의 표면을 소정 압력으로 굴림으로써 CNT를 전극(12)에 대해 일으켜 세워 수직 방향으로 정렬시킬 수 있다. 이와 같은 수직 정렬 과정에서 전극(12)의 고정층(12a)에 약하게 고정된 CNT는 이로부터 분리되어 제거될 것이나, CNT 대부분은 그 하단부가 전극(12)의 고정층에 매몰된 형태로 고정되어 있으므로 그 상단 부분이 위 방향으로 들리는 형태로 수직정렬될 것이다. 이러한 표면 처리 외에, 플라즈마나 레이저를 상기 전자방출물질의 표면의 가하는 표면 처리가 적용될 수 도 있다.
FIG. 6 shows a method for surface treatment of a CNT layer vertically aligning the CNTs 13a of the CNT layer 13 which are arranged in a disorderly fixed manner on the electrode 12. As shown in FIG. 6A, after fixing the electron emission source 10 to the table or the fixing substrate 30, the adhesive tape 22 is adhered to the CNT layer 13 on the electrode 12. Lift it up and remove it. In this way, the CNT exposed on the surface in the CNT layer 13 is aligned in a direction perpendicular to the electrode 12 by the adhesiveness of the tape 22. That is, the tape 22 is used to raise the electrode 12 including the fixed film 12a and the support film 12b. In addition to the method of using such a tape 22, as shown in (b) of FIG. 6, CNTs are formed by rolling the surface of the CNT layer 13 to a predetermined pressure by rolling a roller 23 having adhesiveness on the surface thereof. Can be raised to align vertically. In the vertical alignment process, the CNTs weakly fixed to the fixed layer 12a of the electrode 12 will be separated therefrom and removed. However, since most of the CNTs are fixed in a form buried in the fixed layer of the electrode 12, The top part will be vertically aligned in a lifted up direction. In addition to such surface treatment, a surface treatment for applying a plasma or laser to the surface of the electron-emitting material may be applied.

전술한 바와 같은 구조와 방법에 의해 제조되는 다양한 실시 예에 따른 전자 방출원은 CNT 등의 침상 전자방출물질이 전극에 확고히 고정된 구조를 가지며, 따라서 합성에 의해 제조된 CNT 등 침상 전자방출물질에 의해서도 양질의 전자방출원을 얻을 수 있다. 전극은, 기본적으로 침상 전자방출물질의 하단부가 적어도 증착으로 형성된 고정막을 구비하고 있는데, 이 고정막에 저항물질을 함유시킴으로써 전류 밀도의 고른 분포를 유도할 수 있고, 나아가서는 별도의 증착에 의해 저항막을 가짐으로써 소기의 목적을 달성할 수 있다. 가장 안정된 전극 구조로서 고정막과 그 하부의 저항막이 고전도성 지지막에 의해 확고히 지지된다. 따라서 상기 전극은 캐소드로 사용되며 전자방출 물질층은 에미터로서 기능을 가진다. 고정막이나 저항층의 두께 조절은 전체적인 전극의 저항의 조절을 가능하게 하는 것으로 이는 전자방출물질에 의해 에미션 특성 향상에 도움이 된다.The electron emission source according to various embodiments manufactured by the above-described structure and method has a structure in which needle-like electron-emitting materials such as CNTs are firmly fixed to the electrodes, and thus, on the needle-like electron-emitting materials such as CNTs manufactured by synthesis. Also, a good electron emission source can be obtained. The electrode basically has a fixed film formed by depositing the lower end of the needle-like electron-emitting material at least by vapor deposition. By incorporating the resistive material into the fixed film, an even distribution of the current density can be induced, and further, the deposition is performed by separate deposition. By having a film | membrane, a desired objective can be achieved. As the most stable electrode structure, the fixed film and the resistive film below it are firmly supported by the highly conductive support film. Thus the electrode is used as a cathode and the electron emitting material layer functions as an emitter. The control of the thickness of the fixed membrane or the resistance layer enables the control of the resistance of the entire electrode, which helps to improve the emission characteristics by the electron-emitting material.

지금까지, 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 모범적인 실시 예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시 예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 내용에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.Thus far, exemplary embodiments have been described and illustrated in the accompanying drawings in order to facilitate understanding of the present invention. However, it should be understood that these embodiments are merely illustrative of the invention and do not limit it. It is to be understood that the invention is not limited to the details shown and described. This is because a variety of other variations may occur to those skilled in the art.

Claims (9)

침상 전자방출물질(needle-shaped electron emission material)을 포함하는 전자방출부; 그리고
상기 전자방출부를 지지하는 것으로, 침상 전자 방출물질의 하단부가 심어져 매립고정되는 고정막(fixing layer), 상기 고정막의 하부에 마련되는 도전성 지지막(support layer), 그리고 상기 고정막과 도전성 지지막의 사이에 마련되는 저항막(resistive layer);을 갖춘 다층 구조의 전극;을 포함하는 전자 방출원.An electron emission unit including a needle-shaped electron emission material; And
By supporting the electron emission portion, a fixing layer in which the lower end of the needle-like electron emission material is planted and fixed, a conductive support layer provided under the fixed membrane, and the fixed membrane and the conductive support membrane And an electrode having a multilayer structure having a resistive layer provided therebetween. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 침상 전자방출물질은 SW(Single-walled) CNT, DW(double walled) CNT, MW(Multi-walled) CNT, 탄소나노파이버, 반도체 나노와이어, 도전성 나노막대 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출원.The method of claim 1,
The acicular electron emission material may include at least one of SW (Single-walled) CNT, DW (double walled) CNT, MW (Multi-walled) CNT, carbon nanofiber, semiconductor nanowire, and conductive nanorod. Electron emission source. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 고정막, 저항막 및 도전성 지지막은 상호 직접 본딩되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 방출원.The method according to claim 1 or 3,
And said fixed film, resistive film and conductive support film are bonded directly to each other. 삭제delete
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