KR20030014904A - Making method of electron emission source for flat panel display and device for activating of the electron emission source - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 평면 표시소자에 제공되는 전자 방출원에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전계 방출형 전자 방출원으로 사용되는 카본 나노튜브 필름의 전자 방출 영역을 증대시키는 방법 및 이를 실현하기 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electron emission source provided in a flat panel display device, and more particularly, to a method for increasing the electron emission region of a carbon nanotube film used as a field emission electron emission source, and an apparatus for realizing the same. .
상기 평면 표시소자의 일례로, 초기에 제안된 전계 방출 표시소자(FED; Field Emission Display)는 전자 방출원으로서 몰리브덴이나 실리콘 등의 물질을 적층시켜 선단을 뾰족하게 구성한 스핀트(spindt) 타입을 사용하였으나, 상기 스핀트 타입의 전자 방출원은 초미세 구조로서 제조 방법이 복잡하고, 고정밀도의 제조 기술이 요구되어 전계 방출 표시소자를 대면적화하여 제작하는데 한계가 있다.As an example of the flat panel display device, a field emission display (FED) proposed earlier uses a spindt type in which a tip is formed by stacking molybdenum or silicon as an electron emission source. However, the spin type electron emission source has an ultra-fine structure, a complicated manufacturing method, and a high precision manufacturing technique is required, so that the field emission display device has a large area.
따라서 최근에는 낮은 일함수(work function)를 갖는 탄소계 물질을 전자 방출원으로 적용하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 상기 탄소계 물질 가운데 특히 높은 종횡비를 갖는 카본 나노튜브(CNT; Carbon NanoTube)는 끝단의 곡률 반경이 100Å 정도로 극히 미세하여 10∼50 V의 외부 전압에 의해서도 전자 방출을 원활하게 일으켜 이상적인 전자 방출원으로 기대되고 있다.Therefore, recently, studies are being actively conducted to apply a carbon-based material having a low work function as an electron emission source, and carbon nanotubes (CNT) having a particularly high aspect ratio among the carbon-based materials are The radius of curvature of the tip is extremely fine, such as 100 kW, which causes electron emission smoothly even with an external voltage of 10 to 50 V, which is expected to be an ideal electron emission source.
일반적으로 상기 카본 나노튜브는 솔벤트 및 수지 등과 함께 페이스트 형태로 구비되어, 기판 사이에 스크린 인쇄된 후 열처리 과정을 거쳐 전자 방출원으로 형성된다. 이러한 카본 나노튜브는 낮은 일함수 특성에 의해 저전압 구동이 가능하고, 제조가 용이하여 대면적 디스플레이 구현에 보다 유리한 장점을 갖는다.In general, the carbon nanotubes are provided in the form of a paste together with a solvent, a resin, and the like, and are screen-printed between the substrates and formed as an electron emission source through heat treatment. The carbon nanotubes can be driven at low voltage due to low work function, and are easy to manufacture, which is more advantageous for large area display.
그러나 카본 나노튜브가 상기와 같이 스크린 인쇄 방법에 의해 전자 방출원으로 형성되면, 도 13에 도시한 바와 같이 개개의 카본 나노튜브(1)가 페이스트의 고형분과 섞여 상기 고형분 내부에 불규칙적으로 분포하게 되므로, 대부분의 카본 나노튜브(1)는 그 끝단이 고형분 내부에 묻히게 된다.However, when the carbon nanotubes are formed as electron emission sources by the screen printing method as described above, as shown in FIG. 13, the individual carbon nanotubes 1 are mixed with the solids of the paste and irregularly distributed inside the solids. Most of the carbon nanotubes 1 have their ends buried inside the solids.
도 14는 광학 현미경으로 통상의 스크린 인쇄 방법에 의해 형성된 카본 나노튜브의 전자 방출원을 촬영한 사진이다. 이와 같이 카본 나노튜브를 통상적인 스크린 인쇄법을 통해 평면 표시소자의 전자 방출원으로 형성할 때에는 카본 나노튜브의 끝단에 전계를 집중시킬 수 없으므로, 카본 나노튜브 고유의 종횡비 특성을 이용하여 전계 방출을 유도하기가 어려운 한계가 있다.14 is a photograph of an electron emission source of carbon nanotubes formed by a conventional screen printing method with an optical microscope. As such, when the carbon nanotubes are formed as electron emission sources of flat display devices through conventional screen printing, electric fields cannot be concentrated at the ends of the carbon nanotubes. There are limitations that are difficult to derive.
더욱이 카본 나노튜브 페이스트의 열처리 과정은, 통상적으로 페이스트 고형분의 솔벤트를 기화시키는 예비 소성단계(대략 150℃ 근방에서 10분 가량 진행)와, 페이스트 고형분의 수지 등을 태우는 본 소성단계(대략 350∼430℃ 근방에서 2∼20분 가량 진행)로 구성되는데, 상기 스크린 인쇄 과정에서 페이스트 고형분 표면에 카본 나노튜브의 끝단이 노출되었다 하더라도, 상기 본 소성단계에서의 고온에 의해 고형분 표면에 노출된 카본 나노튜브의 끝단이 손상되거나 산화되어 카본 나노튜브 필름의 전자 방출 기능이 감소하게 된다.Furthermore, the heat treatment process of the carbon nanotube paste usually includes a preliminary firing step of vaporizing the solvent of the paste solid (approximately 10 minutes at around 150 ° C), and the main firing step of burning the resin of the paste solid (approximately 350 to 430). 2 to 20 minutes in the vicinity of ℃), even if the end of the carbon nanotube exposed on the surface of the paste solid during the screen printing process, the carbon nanotube exposed to the surface of the solid by the high temperature in the present firing step The end of is damaged or oxidized to reduce the electron emission function of the carbon nanotube film.
이로 인해 카본 나노튜브 필름의 열처리 과정은 실질적으로 페이스트 고형분을 구성하는 첨가물의 적정 온도보다 낮게 진행되며, 이러한 이유로 카본 나노튜브 필름 이후에 형성되는 다른 막들의 소성 온도를 올릴 수 없게 되어 기계적 결함이 발생하거나, 표시소자의 패킹(packing) 이후의 진공 분위기에서 가스 발생량이 증가하는 등 표시소자의 내구성을 저하시키는 단점을 안고 있다.As a result, the heat treatment process of the carbon nanotube film is substantially lower than the appropriate temperature of the additive constituting the paste solids, and for this reason, it is impossible to raise the firing temperature of the other films formed after the carbon nanotube film, resulting in mechanical defects. In addition, there is a disadvantage in that the durability of the display device is reduced, such as an increase in gas generation in a vacuum atmosphere after packing of the display device.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전자 방출원으로 사용되는 카본 나노튜브 필름의 전자 방출 영역을 증대시키고, 카본 나노튜브의 끝단을 노출시켜 전자 방출 효과를 증대시키는 방법을 제공하는데 있다.Therefore, the present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to increase the electron emission region of the carbon nanotube film used as the electron emission source, and to expose the end of the carbon nanotubes to increase the electron emission effect To provide a method.
본 발명의 다른 목적은 평면 표시소자의 구성에 있어서, 카본 나노튜브로 형성된 전자 방출원 이외의 다른 막들을 손상시키지 않으면서 상기 전자 방출원을 활성화시킬 수 있는 장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a device capable of activating the electron emission source without damaging other films other than the electron emission source formed of carbon nanotubes in the construction of the flat panel display device.
도 1∼도 3은 본 발명에 의한 전자 방출원의 제조 방법을 설명하기 위한 개략도.1-3 is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the electron emission source by this invention.
도 4는 균열이 발생한 전자 방출원 표면의 광학 현미경 사진.4 is an optical micrograph of the surface of the electron emission source in which the crack occurs.
도 5는 본 발명에 의해 제조된 전자 방출원의 개략도.5 is a schematic view of an electron emission source produced by the present invention.
도 6은 균열이 발생한 전자 방출원 단면의 광학 현미경 사진.6 is an optical micrograph of a cross section of an electron emission source in which a crack occurs.
도 7과 도 8은 각각 일반적인 이극관 구조와 삼극관 구조의 전계 방출 표시소자에서 전자 방출원이 형성되는 기판의 단면도.7 and 8 are cross-sectional views of substrates in which electron emission sources are formed in the field emission display devices having the general dipole and triode structures, respectively.
도 9는 레이저 빔의 초점 상태를 설명하기 위한 개략도.9 is a schematic diagram for explaining a focus state of a laser beam;
도 10은 본 발명의 제 1실시예에 의한 크랙 발생 장치의 개략도.10 is a schematic diagram of a crack generator according to a first embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 제 2실시예에 의한 크랙 발생 장치의 개략도.11 is a schematic diagram of a crack generating apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명에 의한 전자 방출원과 종래 기술에 의한 전자 방출원의 전자 방출 특성을 나타낸 그래프.12 is a graph showing electron emission characteristics of an electron emission source according to the present invention and an electron emission source according to the prior art.
도 13은 종래 기술에 의한 전자 방출원의 개략도.13 is a schematic view of an electron emission source according to the prior art.
도 14는 종래 기술에 의한 전자 방출원 단면의 광학 현미경 사진.14 is an optical micrograph of a cross section of an electron emission source according to the prior art.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,In order to achieve the above object, the present invention,
카본 나노튜브 페이스트를 제조하는 단계와, 상기 카본 나노튜브 페이스트를 기판 상에 스크린 인쇄하여 카본 나노튜브 필름을 형성하는 단계와, 상기 카본 나노튜브 필름을 열처리하여 상기 페이스트 성분의 솔벤트를 기화시키는 예비 소성단계와, 상기 예비 소성단계의 열처리 온도보다 높은 온도에서 상기 카본 나노튜브 필름을 열처리하여 페이스트 성분의 수지 등을 태우는 본 소성단계와, 상기 카본 나노튜브 필름에 레이저 빔을 조사하여 카본 나노튜브 필름을 국부적으로 가열하는 단계와, 상기 레이저 빔에 의해 가열된 부분을 가열 직후 급냉 처리하여 카본 나노튜브 필름에 마이크로 크랙을 발생시키는 단계를 포함하는 평면 표시소자용 전자 방출원의 제조 방법을 제공한다.Preparing carbon nanotube paste; screen printing the carbon nanotube paste on a substrate to form a carbon nanotube film; and preheating the vaporized solvent of the paste component by heat-treating the carbon nanotube film. And firing the carbon nanotube film at a temperature higher than the heat treatment temperature of the preliminary firing step to burn a resin of a paste component, and irradiating a laser beam to the carbon nanotube film to produce a carbon nanotube film. A method of manufacturing an electron emission source for a flat panel display device comprising the step of locally heating and rapidly cooling the portion heated by the laser beam immediately after heating to generate micro cracks in the carbon nanotube film.
또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,In addition, the present invention to achieve the above object,
카본 나노튜브 필름이 형성된 기판을 안착시키며, 이동 유니트에 의해 적어도 한방향 이상으로 이동 가능하게 장착되는 고정대와, 상기 카본 나노튜브 필름에 레이저 빔을 조사하여 카본 나노튜브 필름을 국부적으로 가열시키는 레이저 조사 유니트와, 상기 레이저 빔의 포커스를 조정하는 포커스 조정 유니트와, 상기 레이저 조사 유니트에 연계 설치되어 상기 레이저 빔에 의해 가열된 카본 나노튜브 필름을 가열 직후 급냉하여 마이크로 크랙을 발생시키는 냉각 유니트를 포함하는 평면 표시소자용 전자 방출원의 활성화 장치를 제공한다.A laser irradiation unit for seating a substrate on which a carbon nanotube film is formed, mounted on the substrate so as to be movable in at least one direction by a moving unit, and locally heating the carbon nanotube film by irradiating a laser beam to the carbon nanotube film. And a cooling unit configured to adjust the focus of the laser beam, and a cooling unit installed in association with the laser irradiation unit to quench the carbon nanotube film heated by the laser beam immediately after heating to generate micro cracks. A device for activating an electron emission source for a display device is provided.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1∼도 3은 본 발명의 실시예에 따른 평면 표시소자용 전자 방출원의 제조 과정을 설명하기 위한 개략도로서, 본 발명이 제공하는 제조 방법은 특히 전계 방출 표시소자의 전자 방출원으로 사용되는 카본 나노튜브 필름에 유효하다.1 to 3 are schematic views for explaining a manufacturing process of an electron emission source for a flat panel display device according to an embodiment of the present invention, the manufacturing method provided by the present invention is particularly used as an electron emission source of the field emission display device It is effective for carbon nanotube films.
상기 카본 나노튜브 필름을 제조하기 위하여, 먼저 카본 나노튜브 분말에 수지, 용제(solvent), 바인더, 글래스 프리트와 같은 첨가제를 혼합하여 인쇄에 적합한 점도를 갖는 카본 나노튜브 페이스트를 제작하고, 이 페이스트를 공지의 스크린 인쇄기에 투입하여 기판(2)에 형성된 캐소드 전극(4) 위에 카본 나노튜브 페이스트를 스크린 인쇄한다.In order to prepare the carbon nanotube film, first, carbon nanotube powder is mixed with additives such as resin, solvent, binder, and glass frit to prepare a carbon nanotube paste having a viscosity suitable for printing, and the paste is prepared. The carbon nanotube paste is screen-printed on a cathode electrode 4 formed on the substrate 2 by feeding into a known screen printing machine.
그리고 상기 카본 나노튜브 페이스트가 인쇄된 기판(2)을 소성로에 투입하고, 열처리하여 상기 페이스트를 카본 나노튜브 필름(6)으로 고착화시킨다. (도 1참고)Subsequently, the substrate 2 on which the carbon nanotube paste is printed is put into a firing furnace and heat-treated to fix the paste into the carbon nanotube film 6. (See Figure 1)
통상적으로 카본 나노튜브의 제조는, 헬륨 가스중에 두개의 탄소 막대를 1∼2 mm 간격을 두고 배치하고, 여기에 직류 아크 방전을 일으켜 음극의 탄소 막대에 응집된 퇴적물 중에서 카본 나노튜브를 얻으며, 이와 같이 얻어진 카본 나노튜브는 직경과 길이가 각각 4∼50 nm와 1 ㎛ 정도로 이루어진다.Typically, the production of carbon nanotubes, two carbon rods in a helium gas spaced 1 to 2 mm apart, causing a direct arc arc discharge to obtain carbon nanotubes in the sediment aggregated on the carbon rod of the cathode, and The carbon nanotubes thus obtained have diameters and lengths of about 4 to 50 nm and about 1 μm, respectively.
상기한 열처리 과정은 먼저 페이스트 고형분의 솔벤트를 기화시키는 예비 소성단계와, 페이스트 고형분의 수지 등을 태워 제거하는 본 소성단계로 구성되며, 보다 구체적으로 상기 예비 소성단계는 대략 150 ℃ 분위기에서 10분 동안 진행되고, 상기 본 소성단계는 350∼550 ℃ 분위기에서 2∼20분 동안 진행된다.The heat treatment process includes a preliminary firing step of first vaporizing the solvent of the paste solids and a main firing step of burning off the resin of the paste solids, and more specifically, the preliminary firing step is performed for about 10 minutes in an atmosphere of about 150 ° C. The present firing step is performed for 2 to 20 minutes in an atmosphere of 350 to 550 ° C.
특히 본 실시예는 상기한 소성 단계 이후 카본 나노튜브 필름(6)에 전자 방출 영역, 즉 크랙을 발생시키는 과정이 추가됨으로써, 상기 본 소성단계의 온도를 페이스트 고형분을 구성하는 첨가물의 적정 온도에 맞게, 일례로 최대 550 ℃ 까지 올려 충분한 소성 온도를 확보할 수 있다.In particular, in the present embodiment, after the firing step, a process of generating an electron emission region, that is, a crack, is added to the carbon nanotube film 6 so that the temperature of the main firing step may be adjusted to an appropriate temperature of the additive constituting the paste solid content. For example, it can raise to a maximum of 550 degreeC and can ensure sufficient baking temperature.
이로서 본 실시예는 카본 나노튜브 필름(6)의 기계적 특성을 향상시키고, 표시소자의 패킹 후 진공 중으로 방출되는 가스 발생량을 감소시켜 표시소자의 내구성을 향상시킬 수 있다. 그러나 전술한 바와 같이 본 소성단계의 온도를 높이면, 카본 나노튜브 필름(6)의 고형분 표면으로 돌출된 카본 나노튜브의 끝단이 산화되는 등, 전자 방출원으로의 특성이 열화되므로, 다음과 같이 카본 나노튜브 필름(6)을 선택적으로 열처리하여 전자 방출 영역을 인위적으로 생성한다.As a result, the present embodiment can improve the mechanical properties of the carbon nanotube film 6 and reduce the amount of gas generated in the vacuum after packing of the display device, thereby improving durability of the display device. However, as described above, when the temperature of the firing step is increased, the carbon nanotubes protruding to the solid surface of the carbon nanotube film 6 deteriorate the characteristics of the electron emission source. The nanotube film 6 is optionally heat treated to artificially create an electron emission region.
즉, 소성이 완료된 기판(2) 위에 레이저 조사 유니트(8)를 설치하고, 이 유니트(8)에서 발생된 레이저 빔을 카본 나노튜브 필름(6)으로 조사하여 가열시킨다. (도 2 참고) 상기 레이저 빔으로는 Nd:야그 레이저 또는 CO2레이저가 사용 가능하며, 상기 레이저에 의해 카본 나노튜브 필름(6)은 350 ℃ 이상으로 가열된다. 여기서, 상기 레이저 빔은 카본 나노튜브 필름(6)의 패턴을 따라 연속적으로 조사될 수 있으며, 원하는 가열 온도에 따라 레이저 빔의 주사 속도를 조정할 수 있다.That is, the laser irradiation unit 8 is installed on the board | substrate 2 after baking is complete, and the laser beam produced by this unit 8 is irradiated with the carbon nanotube film 6, and is heated. (See FIG. 2) As the laser beam, a Nd: yag laser or a CO 2 laser can be used, and the carbon nanotube film 6 is heated to 350 ° C. or higher by the laser. Here, the laser beam may be continuously irradiated along the pattern of the carbon nanotube film 6, and the scanning speed of the laser beam may be adjusted according to a desired heating temperature.
이와 같이 카본 나노튜브 필름(6)의 가열에 레이저 빔을 사용하면, 기판(2)을 전체적으로 가열시키지 않고 카본 나노튜브 필름(6)만을 선택적으로 가열시킬 수 있으므로, 카본 나노튜브 필름(6) 이외의 다른 막들에 대한 물리적 충격을 최소화하는 잇점이 있다.When the laser beam is used to heat the carbon nanotube film 6 in this manner, only the carbon nanotube film 6 can be selectively heated without heating the substrate 2 as a whole. This has the advantage of minimizing physical impact on other membranes.
다음으로, 냉각 노즐을 이용하여 저온의 냉각 기체, 바람직하게 액화 질소나 액화 이산화탄소 상태에서 팽창 분사되는 기체를 상기 레이저 빔에 의해 가열된 카본 나노튜브 필름(6)의 표면으로 분사하여 빙점 이상의 온도에서 카본 나노튜브 필름(6)을 급냉 처리한다. 이로서 상기 카본 나노튜브 필름(6)은 고온으로 가열된 직후 급냉 처리되는 것에 의하여 다수의 마이크로 크랙이 발생하게 된다. (도 3과 도 4 참고)Next, by using a cooling nozzle, a low-temperature cooling gas, preferably a gas which is expanded and jetted in a state of liquefied nitrogen or liquefied carbon dioxide, is sprayed onto the surface of the carbon nanotube film 6 heated by the laser beam at a temperature above the freezing point. The carbon nanotube film 6 is quenched. As a result, the carbon nanotube film 6 is quenched immediately after being heated to a high temperature to generate a plurality of microcracks. (See Figures 3 and 4)
상기한 크랙 발생 과정에서 상기 레이저 빔의 파워, 레이저 빔을 집속하는 광학계의 포커스 길이, 냉각 물질의 온도 등을 조절하는 것으로써, 상기 카본 나노튜브 필름(6)에 발생하는 균열 정도를 용이하게 제어할 수 있으며, 균일한 크랙 발생을 유도할 수 있다.By controlling the power of the laser beam, the focal length of the optical system for focusing the laser beam, the temperature of the cooling material, etc. in the crack generation process, the degree of cracking occurring in the carbon nanotube film 6 can be easily controlled. It is possible to induce uniform crack generation.
따라서 상기 카본 나노튜브 필름(6)은 도 5와 도 6에 도시한 바와 같이, 페이스트 고형분 내부에 묻혀있던 각 카본 나노튜브의 단부가 상기 크랙을 통해 진공으로 노출되므로, 상기 크랙이 전자 방출 영역으로 기능하게 되며, 표시소자의 구동 과정에서 진공으로 노출된 카본 나노튜브의 끝단에 전계가 집중되어 전자 방출 효과가 증대될 수 있는 것이다.Thus, as shown in FIGS. 5 and 6, the carbon nanotube film 6 has an end portion of each carbon nanotube buried in a paste solid in a vacuum through the crack, so that the crack is transferred to the electron emission region. The electric field is concentrated on the ends of the carbon nanotubes exposed by vacuum during the driving of the display device, thereby increasing the electron emission effect.
한편, 상기 카본 나노튜브 필름(6)의 크랙 발생 과정은 상기 기판(2) 위에 카본 나노튜브 필름(6)을 포함한 모든 막들을 형성하고, 소성한 이후 마지막 단계로 진행되는데, 상기 카본 나노튜브 필름(6)의 형성 패턴에 따라 레이저 빔의 조사 방법을 다르게 적용할 수 있다.On the other hand, the crack generation process of the carbon nanotube film 6 is formed on the substrate (2), including all the films including the carbon nanotube film (6), and proceeds to the last step after the firing, the carbon nanotube film The irradiation method of the laser beam can be applied differently according to the formation pattern of (6).
즉, 카본 나노튜브 필름(6)은 전계 방출 표시소자의 내부 구조에 따라 다양한 패턴으로 형성되는데, 일례로 이극관(diode) 구조의 전계 방출 표시소자의 경우, 도 7에 도시한 바와 같이 카본 나노튜브 필름(6)은 캐소드 전극(4)을 따라 연속적인 스트라이프 패턴으로 형성된다.That is, the carbon nanotube film 6 is formed in various patterns according to the internal structure of the field emission display device. For example, in the case of a field emission display device having a biode structure, the carbon nanotube film 6 is shown in FIG. 7. The tube film 6 is formed in a continuous stripe pattern along the cathode electrode 4.
이 경우에는 후술하는 크랙 발생 장치를 이용하여 레이저 빔을 카본 나노튜브 필름(6)의 패턴을 따라 연속으로 조사하고, 냉각 노즐(10)을 레이저 조사 유니트(8)에 연계 설치하여 레이저 빔에 의해 가열된 부분을 급냉시켜 상기와 같이 카본 나노튜브 필름(6)에 다수의 마이크로 크랙을 발생시킨다.In this case, the laser beam is continuously irradiated along the pattern of the carbon nanotube film 6 using the crack generator described later, and the cooling nozzle 10 is connected to the laser irradiation unit 8 and installed by the laser beam. The heated portion is quenched to generate a plurality of microcracks in the carbon nanotube film 6 as described above.
또한 상기 카본 나노튜브 필름(6)은 삼극관(triode) 구조의 전자 방출원으로 사용되는 경우, 도 8에 도시한 바와 같이 화소 영역에 대응하여 다수개가 도트 패턴으로 형성된다. 이 경우, 기판(2) 위에는 상기 캐소드 전극(4) 및 카본 나노튜브 필름(6)과 더불어 절연층(12)과 게이트 전극(14)이 더욱 형성된다.In addition, when the carbon nanotube film 6 is used as an electron emission source having a triode structure, a plurality of carbon nanotube films 6 are formed in a dot pattern corresponding to the pixel region as shown in FIG. 8. In this case, the insulating layer 12 and the gate electrode 14 are further formed on the substrate 2 together with the cathode electrode 4 and the carbon nanotube film 6.
상기한 삼극관 구조에서도 전술한 이극관 구조와 동일하게, 상기 레이저 빔을 카본 나노튜브 필름(6)의 어레이를 따라 연속으로 조사하는 방법을 적용할 수 있다.Also in the triode structure described above, a method of continuously irradiating the laser beam along the array of carbon nanotube films 6 may be applied in the same manner as the dipole structure described above.
즉, 도 9에 도시한 바와 같이 상기 절연층(12)과 게이트 전극(14)은 카본 나노튜브 필름(6)보다 높게 형성되므로, 레이저 빔의 초점을 카본 나노튜브 필름(6)에 맞게 설정하면, 카본 나노튜브 필름(6)보다 높게 형성된 절연층(12)으로는 레이저 빔의 초점이 맞지 않아 가열되는 정도가 덜하게 된다.That is, since the insulating layer 12 and the gate electrode 14 are formed higher than the carbon nanotube film 6, as shown in FIG. 9, if the focus of the laser beam is set to match the carbon nanotube film 6, As the insulating layer 12 formed higher than the carbon nanotube film 6, the laser beam is not focused and less heated.
더욱이 상기 절연층(12) 위에 형성되는 게이트 전극(14)은 통상적으로 은(silver)과 같이 반사율이 높은 금속 물질로 제작되므로, 상기 카본 나노튜브 필름(6)과의 높이 차이에 의해 레이저 빔이 집중되지 않을 뿐만 아니라 레이저 빔을 반사하게 된다. 또한 상기 카본 나노튜브 필름(6)은 흑체에 가깝기 때문에, 레이저 빔의 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있다.In addition, since the gate electrode 14 formed on the insulating layer 12 is typically made of a metal material having high reflectivity such as silver, the laser beam may be formed by the height difference from the carbon nanotube film 6. Not only is it focused, but it also reflects the laser beam. In addition, since the carbon nanotube film 6 is close to the black body, it is possible to effectively absorb the energy of the laser beam.
다른 실시예로서, 상기 카본 나노튜브 필름(6)이 도트 패턴으로 형성되는 경우, 카본 나노튜브 필름(6) 이외의 막에 조사되는 레이저 빔을 인위적으로 차단할 수 있으며, 이를 위하여 일례로 레이저 조사 유니트(8)와 기판(2) 사이에 도시하지 않은 셔터 부재를 설치하여 상기 레이저 빔이 카본 나노튜브 필름(6)에 도달하는 시간 동안에만 셔터 부재를 개방하는 방법을 사용할 수 있다.As another embodiment, when the carbon nanotube film 6 is formed in a dot pattern, it is possible to artificially block the laser beam irradiated on a film other than the carbon nanotube film 6, for this purpose, for example, a laser irradiation unit A shutter member (not shown) may be provided between the 8 and the substrate 2 to open the shutter member only during the time when the laser beam reaches the carbon nanotube film 6.
도 10는 본 발명의 제 1실시예에 의한 크랙 발생 장치의 개략도로서, 상기 크랙 발생 장치는 카본 나노튜브 필름(6)이 형성된 기판(2)을 안착시키며 도시하지않은 이동 유니트에 의해 이동 가능하게 설치되는 고정대(16)와, 상기 카본 나노튜브 필름(6)에 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 유니트(8)와, 레이저 빔의 포커스를 조정하는 포커스 조정 유니트(18)와, 상기 레이저 조사 유니트(8)에 연계 설치되어 냉각 물질을 분사하는 냉각 유니트(20)를 포함한다.FIG. 10 is a schematic view of a crack generating apparatus according to a first embodiment of the present invention, wherein the crack generating apparatus seats the substrate 2 on which the carbon nanotube film 6 is formed and is movable by a moving unit (not shown). A fixing stand 16 provided, a laser irradiation unit 8 for irradiating a laser beam to the carbon nanotube film 6, a focus adjusting unit 18 for adjusting the focus of the laser beam, and the laser irradiation unit ( 8) is provided in conjunction with a cooling unit 20 for injecting cooling material.
상기 이동 유니트는 고정대(16)를 X 또는 Y축 방향으로 이동시키며, 상기 기판(2)에 형성된 카본 나노튜브 필름(6)이 소정의 간격을 두고 도면의 X축 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된 경우, 상기 이동 유니트는 레이저 빔 조사 과정에서 상기 고정대(16)를 카본 나노튜브 필름(6)과 평행한 X축 방향으로 이동시킨다.The mobile unit moves the holder 16 in the X or Y axis direction, and the carbon nanotube film 6 formed on the substrate 2 is formed in a stripe pattern along the X axis direction of the drawing at a predetermined interval. The mobile unit moves the holder 16 in the X-axis direction parallel to the carbon nanotube film 6 during the laser beam irradiation.
상기 레이저 조사 유니트(8)는 레이저 발생원(22)과, 상기 레이저 발생원(22)에서 방출된 레이저 빔을 수렴 집속하는 광학계(24)로 이루어지며, 상기 레이저 발생원(22)으로는 Nd:야그 레이저와 CO2레이저가 사용 가능하고, 이 가운데 Nd:야그 레이저는 1.06 마이크로미터 파장으로 발진하며, 초점의 크기는 10∼50 ㎛ 범위에서 가변될 수 있다.The laser irradiation unit 8 includes a laser generation source 22 and an optical system 24 for converging and focusing the laser beam emitted from the laser generation source 22. The laser generation source 22 includes Nd: Yag laser. And CO 2 lasers are available, of which Nd: Yag lasers oscillate at a wavelength of 1.06 micrometers, and the size of the focus can be varied in the range of 10-50 μm.
상기 레이저 발생원(22)에서 생성되는 레이저의 파워는 카본 나노튜브 필름(6)에 요구되는 열처리 온도에 맞추어 용이하게 조정될 수 있으며, 상기 광학계(24)는 포커스 조정 유니트(18)에 의해 기판(2)에 대한 높이가 가변되어 상기 레이저 빔의 포커스를 카본 나노튜브 필름(6)에 맞추어 조정할 수 있다.The power of the laser generated from the laser generation source 22 can be easily adjusted to the heat treatment temperature required for the carbon nanotube film 6, the optical system 24 is the substrate (2) by the focus adjustment unit 18 ), The height of the laser beam is variable so that the focus of the laser beam can be adjusted to the carbon nanotube film 6.
그리고 상기 냉각 유니트(20)는 냉각 액체 또는 냉각 기체를 분사하는 공지의 노즐이 사용될 수 있으며, 기판(2)의 이동 방향에 해당하는 레이저 조사 유니트(8)의 일측에 고정되어 레이저 빔에 의해 가열된 카본 나노튜브 필름(6)을 냉각시킨다.The cooling unit 20 may be a known nozzle for injecting cooling liquid or cooling gas, and is fixed to one side of the laser irradiation unit 8 corresponding to the moving direction of the substrate 2 and heated by a laser beam. The prepared carbon nanotube film 6 is cooled.
이로서 상기 기판(2)을 고정대(16)에 안착시키고, 카본 나노튜브 필름(6)의 패턴 방향과 평행한 방향, 즉 도면의 X축 방향으로 고정대(16)를 이동시키면서 레이저 빔의 초점을 상기 카본 나노튜브 필름(6)의 높이에 맞게 조정하여 레이저 빔을 조사한다. 이와 같이 레이저 빔을 이용하여 카본 나노튜브 필름(6)을 국부적으로 가열한 다음, 냉각 유니트(20)에서 분사된 냉각 물질을 이용하여 상기 가열된 부분을 급냉시켜 전술한 바와 같이 카본 나노튜브 필름(6)에 균일한 마이크로 크랙을 발생시킨다.Thus, the substrate 2 is seated on the holder 16 and the focus of the laser beam is moved while moving the holder 16 in a direction parallel to the pattern direction of the carbon nanotube film 6, that is, in the X-axis direction of the drawing. It adjusts to the height of the carbon nanotube film 6, and irradiates a laser beam. As such, the carbon nanotube film 6 is locally heated using a laser beam, and then the heated portion is quenched by using a cooling material sprayed from the cooling unit 20, and thus the carbon nanotube film ( 6) Generate uniform micro cracks.
이어서 어느 하나의 카본 나노튜브 필름(6)에 대한 크랙 발생 과정이 완료되면, 상기 고정대(16)를 Y축 방향으로 이동시켜 상기 레이저 빔이 다른 하나의 카본 나노튜브 필름(6)에 조사될 수 있도록 기판(2)의 위치를 재조정한다.Subsequently, when a crack generation process for one carbon nanotube film 6 is completed, the laser beam may be irradiated onto the other carbon nanotube film 6 by moving the holder 16 in the Y-axis direction. The position of the board | substrate 2 is readjusted so that it may be.
도 11은 본 발명의 제 2실시예에 의한 크랙 발생 장치의 개략도로서, 본 실시예는 레이저 조사 유니트(8)에 셔터 부재(26)를 더욱 설치한 것 이외에 앞선 실시예와 동일하게 구성되며, 본 실시예의 장치는 카본 나노튜브 필름(6)이 화소 영역에 대응하여 도트 패턴으로 형성된 경우에 더욱 적합하다.11 is a schematic diagram of a crack generating apparatus according to a second embodiment of the present invention. The present embodiment is configured in the same manner as in the previous embodiment except that the shutter member 26 is further provided in the laser irradiation unit 8, The apparatus of this embodiment is more suitable when the carbon nanotube film 6 is formed in a dot pattern corresponding to the pixel region.
즉, 상기 셔터 부재(26)는 고정대(16)를 이동시키는 이동 유니트와 연계되어 제어 신호에 의해 상기 레이저 빔이 카본 나노튜브 필름(6)을 향하는 시간에는 개방되고, 카본 나노튜브 필름(6) 이외의 다른 막들을 향하는 시간에는 차단되어 상기 레이저 빔이 카본 나노튜브 필름(6)에만 선택적으로 조사되도록 이 레이저 빔을 주기적으로 차단하는 역할을 한다.That is, the shutter member 26 is connected to the mobile unit for moving the fixing table 16 and is opened at a time when the laser beam is directed toward the carbon nanotube film 6 by a control signal, and the carbon nanotube film 6 At other times, the film is blocked at a time to block the laser beam periodically so that the laser beam is selectively irradiated to the carbon nanotube film 6 only.
도 12는 열처리 후 크랙을 형성하지 않은 전자 방출원(비교예)과, 본 발명에 의해 크랙을 발생시킨 전자 방출원(실시예)의 전자 방출 특성을 비교한 그래프로서, 1100 ㎛의 셀 간격을 갖는 이극관형 전계 방출 표시소자에서 테스트한 결과를 나타내었다.FIG. 12 is a graph comparing electron emission characteristics of an electron emission source (comparative example) in which no crack is formed after heat treatment and an electron emission source (example) in which a crack is generated by the present invention. The test results in the bipolar field emission display device having the same are shown.
상기 그래프에서 가로축은 전계의 세기이고, 세로축은 평균 애노드 전류 밀도를 나타내며, 전자 방출량은 단위 면적당 전계의 세기, 즉 전류 밀도로 표현된다.In the graph, the horizontal axis represents the intensity of the electric field, the vertical axis represents the average anode current density, and the electron emission amount is expressed as the intensity of the electric field per unit area, that is, the current density.
위 그래프에서 알 수 있듯이, 크랙을 형성하지 않은 비교예의 전자 방출원은 전계의 세기가 증가하여도 전자 방출량이 완만하게 증가하나, 크랙을 형성한 실시예의 전자 방출원은 전계의 세기가 증가할수록 전자 방출량이 급격하게 증가하며, 평균적으로 비교예의 전자 방출원과 비교하여 대략 5∼8배의 전자 방출 개선 효과를 나타낸다.As can be seen from the graph above, the electron emission source of the comparative example without the crack formation increases slowly even if the intensity of the electric field increases, but the electron emission source of the example in which the crack is formed increases the electron intensity as the electric field intensity increases. The amount of emission increases rapidly, and on average, the effect of improving electron emission approximately 5 to 8 times as compared to the electron emission source of the comparative example.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.
이와 같이 본 발명은 전자 방출원으로 사용되는 카본 나노튜브 필름에 다수의 마이크로 크랙을 발생시켜 이로부터 페이스트 고형분에 묻혀있는 각 카본 나노튜브의 끝단을 진공 중으로 노출시킴으로써 전계 집중 효과를 높여 전자 방출량을 증대시키고, 전자 방출원의 동작 전압을 감소시킬 수 있다.As such, the present invention generates a large number of microcracks in the carbon nanotube film used as the electron emission source, thereby exposing the ends of each carbon nanotube buried in the paste solids in vacuum to increase the electric field concentration effect to increase the electron emission amount. And the operating voltage of the electron emission source can be reduced.
또한 본 발명이 제시하는 크랙 형성 방법은 카본 나노튜브 필름 이외의 다른 막들에 손상을 입히지 않으며, 레이저 빔의 파워, 광학계의 포커스 길이, 고정대의 이동 속도와 냉각 온도 등을 조절함으로써 카본 나노튜브 필름의 균열 정도를 용이하게 제어하고, 균일한 크랙을 발생시킬 수 있다.In addition, the crack formation method proposed by the present invention does not damage other films other than the carbon nanotube film, and controls the carbon nanotube film by controlling the power of the laser beam, the focal length of the optical system, the moving speed of the stator, and the cooling temperature. The degree of cracking can be easily controlled and uniform cracks can be generated.
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