KR20050057636A - 입자들과 혼합된 카본 나노튜브로부터의 전계 방출 - Google Patents

입자들과 혼합된 카본 나노튜브로부터의 전계 방출 Download PDF

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Abstract

본 발명은 캐소드(100), 및 카본 나노튜브(CNT)들(105) 및 입자들(104)을 포함하는 캐소드 물질(106)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명의 캐소드(100)를 포함하는 전계 방출 장치, 뿐만 아니라 그러한 캐소드(100)를 제조하는 방법에 관한 것이다. 몇몇 실시예에서, 본 발명의 캐소드(100)는 전계 방출 디스플레이(200)에서 이용된다. 본 발명은 또한 본 발명의 캐소드(100)를 형성하기 위해 기판(204) 상에 CNT(105) 및 입자들(104) 층을 증착하는 방법을 포함할 뿐만 아니라, 전계 방출 디스플레이 응용예를 위한 최종 층의 전계 방출 특성들을 최적화하기 위한 노력으로 이러한 혼합 층에서 사용되는 CNT의 밀도를 제어하는 방법을 포함한다.

Description

입자들과 혼합된 카본 나노튜브로부터의 전계 방출 {ENHANCED FIELD EMISSION FROM CARBON NANOTUBES MIXED WITH PARTICLES}
본 발명은 일반적으로 전계 방출 장치에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 카본 나노튜브를 포함하는 전계 방출 장치에 관한 것이다.
카본 나노튜브(CNT: carbon nanotube)는 다수의 진행중인 논문들(Ajayan 등, Top. Appl. Phys. vol. 80, p. 391, 2001; Dai, Acc, Chem. Res. vol. 35, 2002)의 주제가 되는 흥미로운 물리적 및 화학적 특성들을 갖는다. 이러한 논문들의 결과로서, 카본 나노튜브는 높은 종횡비 및 뛰어난 화학적 비활성으로 인해 전계 방출 디스플레이를 위한 우수한 캐소드 물질이 되어왔다(미국 특허(특허 번호 5,773,921)). 단일-벽 카본 나노튜브(SWNT)는 중공의 카본 플러렌 튜브로서, 직경이 5Å에서 수 나노미터(nm)이고 길이는 마이크론(㎛) 길이 또는 더 길 수 있다. 다중-벽 카본 나노튜브(MWNT)는 유사하지만, 튜브를 형성하는 하나 이상의 중심 카본 층을 포함한다. 정렬된 카본 나노튜브는 양호한 전계 방출 특성을 가질 수 있는다는 것이 제안되어 왔고, 이는 상기 튜브들이 더 높은 기하학적 전계 향상을 가지기 때문이다(Wang 등, Appl. Phys. Lett, vol. 72, p. 2912, 1998). CNT는 화학 증착(CVD)(Nikolaev 등, Chem. Phys. Lett., vol. 313, p. 91, 1999; Huang 등, Appl. Phys. A, vol. 74, p. 387, 2002), 아크 방전(Journet 등, Nature, vol. 388, p. 756, 1997), 레이저 제거(Thess 등, Science, vol. 273, p. 483, 1997), 및 다른 기술들(예를 들어, Derycke 등, Nano Letters, vol. 2(10), p. 1043, 2002)에 의해 생성될 수 있다. 추가로, 수직-정렬된 CNT는 약 550℃ 내지 약 1200℃의 온도에서 CVD 방식(Huang 등, 2002)을 사용하는 나노 스케일의 금속 촉매를 갖춘 기판 상에 성장될 수 있다.
그러나, 앞서 언급한 모든 기술들은 좋지 않은 성장 균일성을 갖고, 큰 영역에 대해서는 실제적으로 카본 나노튜브를 증착시킬 수 없다. 더욱이, 성장 환경은 상대적으로 고온을 필요로 하고, 이는 저온의 통상 저렴한 기판 물질을 사용을 방해한다.
전계 방출 디스플레이를 위한 캐소드 물질을 생성하기 위한 앞서 언급한 CNT 성장 기술들의 다른 문제점은, 생성되는 CNT의 밀도가 너무 높다는 점이다. 개발자들은, 고 밀도 CNT 캐소드의 전계 방출 특성이 기대치보다 낮고 이는 인접하는 나노튜브들이 추출된 전계를 서로 차폐하기 때문이란 사실을 발견했다(Bonard 등, Advanced Materials, vol. 13, p.184, 2001). 결과적으로, 고-해상도의 리소그래피는 CNT를 성장시킬 수 있는 촉매 도트들(catalytic dots)을 생성함으로써 CNT 밀도를 제어하기 위해 채용되어 왔다(Haung 등, Appl. Phys. A, vol. 74, p. 387, 2002). 그러나, 이러한 방식은 매우 고가이고, 고온의 기판 상에서의 성장을 필요로 한다.
그러므로, 제조된 CNT를 수확하여, 그것들을 저온에서 다양한 기판 상에 적용 또는 분배할 필요가 있다. 이는 또한 상기 CNT의 전계 방출 특성을 최적화하기 위한 노력으로서 상기 CNT의 밀도를 제어할 필요가 있다.
도 1은 CNT 및 입자를 포함하는 캐소드의 도면.
도 2는 본 발명을 병합하는 전계 방출 디스플레이 장치의 도면.
도 3은 CNT를 그린딩하기 위해 사용될 수 있는 볼 밀링(ball milling) 장치의 도면.
도 4는 CNT 및 입자들의 혼합물을 기판상에 증착시키기 위해 어떻게 스프레잉가 사용될 수 있는지를 도시한 도면.
도 5는 CNT 및 입자들의 혼합물을 기판상에 증착하는데 사용될 수 있는 스크린 프린팅 장치의 도면.
도 6은 CNT 및 입자들의 혼합물을 기판상에 증착시키기 위해 어떻게 디스펜스 또는 잉크 젯 프린팅이 사용될 수 있는지를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 캐소드가 테이핑 과정에 의해 "활성화" 되는 처리 과정의 도면.
도 8A 및 도 8B는 A) 90 wt. %의 SWNT + 10 wt. % 나노 입자들의 혼합물을 B) 10 wt.% SWNT + 90 wt. % 나노 입자들의 혼합물에 대조하는 전자 마이크로그래프를 스캔하는 도면.
도 9는 CNT 및 알루미나 나노 입자들을 포함하는 캐소드의 전자 전계 방출 I/V 곡선들.
도 10은 25mA의 방출 전류에서 본 발명의 다양한 캐소드에 대한 CNT 농도 함수로서의 전계의 플롯도(균형은 알루미나 나노 입자들임).
도 11은 이후에 테이핑 처리를 사용하여 활성화되는, 알루미나 나노파우더와 혼합되는 CNT의 전자 전계 방출 I/V 곡선들.
도 12는 25mA의 방출 전류에서 본 발명의 다양한 캐소드에 대한 CNT 농도 함수로서 전계의 플롯도(평균은 알루미나 나노 입자들임)이고, 상기 캐소드들은 테이핑 처리에 의해 활성화된다.
도 13은 클레이 입자들이 재 수화(rehydrate)됨에 따른 상기 클레이 입자들이 스웰링되는 도면.
도 14는 CNT 및 층상(클레이) 입자들의 혼합물을 정렬시키기 위해 전단력(shear force)이 어떻게 사용될 수 있는지를 도시한 도면.
도 15는 재 수화의 결과로써 클레이 입자들의 층들 사이에서 CNT 가 어떻게 트랩될 수 있는지를 도시한 도면.
도 16은 CNT 및 클레이 입자들을 포함하는 캐소드의 I-V 특성을 도시한 도면.
도 17은 CNT 및 클레이 입자들을 포함하는 캐소드에 의해 생성되는 인광성 스크링 상의 이미지도.
도 18은 본 발명에 따라 구성되는 데이터 처리 시스템의 도면.
본 발명은 전계 방출 장치를 위한 새로운 캐소드, 그러한 캐소드의 제조 방법, 및 임계 전계 방출을 낮추고 방출 전류를 증가시킴으로써 그러한 캐소드의 전자 전계 방출 성능을 최적화할 수 있는 방법에 관한 것이다. 그러한 캐소드는 카본 나노튜브(CNT) 및 입자를 차례 차례 포함하는 캐소드 물질을 포함한다. 전자 전계 방출 성능의 최적화는 특정 매트릭스 물질에서 전계 이미터(CNT)의 밀도를 조정함으로써 달성된다. 캐소드 물질 혼합물(CNT 및 입자)에서 CNT 섬유들의 최적 농도는, 방출을 위해 이용 가능한 CNT의 최고 개수는 남겨두지만, 적용된 전계의 전기적 차폐를 통해 서로의 성능을 방해할 만큼 높지는 않다고 인식된다. 더욱이, 그러한 혼합물은 매우 광범위한 물질들에 적용될 수 있는데, 이는 그 처리가 실온에서 이루어질 수 있고 CNT 농도의 최적화가 기판에-독립적이기 때문이다. 이러한 방법은 또한 매우 경제적인데, 이는 고-해상도의 리소그래피 처리가 필요하지 않기 때문이다. CNT 물질을 전계 이미터로써 사용하는 임의의 응용예는 잠재적으로 본 발명의 이점을 가질 수 있다 하겠다.
후속하는 본 발명의 상세한 설명이 잘 이해될 수 있도록 하기 위해, 이제까지는 본 발명의 특성 및 기술적 이점들을 좀 더 광범위하게 개괄 설명했다. 본 발명의 추가적 특성들 및 이점들이 지금부터 설명될 것이고, 이는 본 발명의 청구항들의 논점들을 정의한다.
본 발명의 좀 더 완전한 이해를 위해, 그리고 본 발명의 이점들을 위해, 첨부된 도면들과 결합되어 상세한 설명들이 설명되겠다.
본 발명은 카본 나노튜브(CNT) 및 입자들을 포함하는 캐소드 및 캐소드 물질에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 캐소드를 제조하는 방법 뿐만 아니라, 본 발명의 캐소드를 포함하는 전계 방출 장치에 관한 것이다. 몇몇 실시예에서, 본 발명의 캐소드는 전계 방출 디스플레이에서 사용된다. 본 발명은 또한 본 발명의 캐소드를 형성하기 위해 기판 상에 CNT 및 입자들의 층을 증착하는 방법 뿐만 아니라, 전계 방출 디스플레이 응용예에 대한 최종 층의 전계 방출 특성을 최적화하기 위해 이러한 혼합 층에서 사용되는 CNT의 밀도를 제어하는 방법을 포함한다.
본 발명에 따라, CNT는 단일-벽 카본 나노튜브(SWNT), 다중-벽 카본 나노튜브(MWNT), 이중-벽 카본 나노튜브, 벅키튜브, 카본 피브릴, 및 그것들의 결합일 수 있다. 그러한 CNT는 공지된 기술로 제조될 수 있고, 선택적으로는 정련(purify)될 수 있다. 그러한 CNT는 금속, 반도체, 반금속, 및 그것들의 조합일 수 있다. 몇몇 실시예에서, CNT는 화학적으로 변형되고/변형되거나 유도될 수 있다. 몇몇 실시예에서, CNT는 본 명세서에서 참조로서 그 전체가 병합되고 2003년 4월 1일 출원되어 공동 허여되고 현재 계류중인 미국 특허 출원(출원 번호 10/406,928)에서 설명된 기술들에 따라 금속화 된다.
카본 나노튜브와 함께 혼합되는 입자들은, 전계 방출 장치에 병합될 때 캐소드의 전계 방출 특성들을 효과적으로 향상시키기 위해 상기 캐소드에서 CNT 물질의 밀도를 적절히 감소시키는 역할을 하는 임의의 물질일 수 있다. 그러한 입자들은 구형 입자, 디스크-형태 입자, 층상 입자, 로드-형태 입자, 및 그것들의 조합을 포함하지만 그것들로 제한되지는 않는다. 그러한 입자들의 물질은 전도성, 반도체성, 절연성 또는 그것들의 조합일 수 있다. 그러한 물질들은 금속, 합금, 중합체, S도체, 유전체, 클레이 및 세라믹을 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 유전체 물질은 Al2O3, CeO2, La2O3, TiO2, SiO2, TiC, WC, 유리 프리트, 다이아몬드, 및 그것들의 결합을 포함할 수 있으나, 그것들로 제한되지는 않는다. 이용될 수 있는 반도체 물질은 Si, GaAs, GaN 및 그것들의 조합일 수 있으나, 그것들로 제한되지는 않는다. 이용될 수 있는 금속들은 니켈, 철, 크롬, 합금, 및 그것들의 조합일수 있으나, 그것들로 제한되지는 않는다. 이러한 입자들을 CNT에 대한 매트릭스 물질로서 역할을 하고, 전계 방출 특성들을 향상시킨 결과로서 CNT 사이의 상호 작용을 효과적으로 감소시킨다. 그러한 입자들은 크기 및 형태가 변화될 수 있으나, 일반적으로 약 1 나노미터(nm) 내지 수 백 마이크로미터(㎛) 범위의 직경을 갖는다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 입자들은 CNT를 기판 상에 또는 CNT-입자 매트릭스에 트랩시키거나 홀딩하는 기능을 수행할 수 있다. 이후에 설명되는 바와 같이, 일부 입자들은 다공성일 수 있다. 클레이와 같은 다른 입자들은 층들 사이에 갭을 갖는 층 구조일 수 있다. 이러한 갭은 클레이의 상태에 의존할 수 있다. 예를 들어, 만일 클레이가 층들 사이에서 충분히 수화되거나 포화 된다면 갭들은 수 나노미터 너비일 수 있다. CNT 또는 기능화된 CNT는 입자들의 구멍 또는 갭에 유입될 수도 있다. 이런 사실 하나만으로 CNT를 홀딩하거나 캡쳐하기에는 충분할 수 있다. 더욱이, 입자들의 층들 사이에서 수화물 또는 분자는 가열 및/또는 건조화 같은 특정 처리들에 의해 꺼내질 수 있다. 이러한 처리는 입자들의 층들을 붕괴시킬 수 있고, 나아가서는 CNT의 홀딩 및 캡쳐를 붕괴시킬 수 있다.
도 1에서 전형적 실시예로서, CNT 및 입자들을 포함하는 캐소드가 도시된다. 도 1을 참조하면, 캐소드는 기판(103)을 포함하는데, 상기 기판 상에서는 캐소드 물질(106)이 접촉한다. 상기 캐소드 물질은 CNT(105) 및 입자들(104)을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 기판(103)은 전도성 층(102)을 지지하는 유리 베이스(101)이다.
본 발명의 캐소드가 전계 방출 디스플레이 장치에 병합되는 실시예가 도 2에 도시된다. 도 2를 참조하면, 위에서 설명된 캐소드는 전계 방출 디스플레이(200)에 병합될 수 있다. 베이스가 전도 층(102)에 증착되고, 그 위에는 캐소드 물질(106)이 증착된다. 애노드는 기판(204)을 포함하는데, 상기 기판은 캐소드 물질 층(106)으로부터 방출되는 전자들을 수신하기 위한 ITO, ALC 인광 층(206)일 수 있는 유리 기판(204), 전도 층(205)일 수 있다. 전자들은 애노드 및 캐소드 사이의 적절한 전계에 응답하여 층(106)으로부터 방출된다.
도 2는 디스플레이의 매우 간략화된 도면이다. 애노드 및 캐소드 사이의 갭의 엔클로저를 완성시키는 측 벽들이 도2에 도시되지 않았다. 애노드 및 캐소드 사이의 갭을 홀딩하는 공간 역시 도시되지 않았다. 정상 동작시, 애노드 및 캐소드 사이의 갭은 약 10-6 토르 또는 보다 나은 진공 범위로 압력 배출된다. 다수의 디스플레이들은 픽셀을 생성하여 애노드 상에 이미지을 형성하기 위해 캐소드 및 애노드 상에 독립적으로 어드레싱 가능한 다수의 라인들을 갖는다. 도 2는 또한 다이오드 디스플레이 구조를 도시한다. 다른 디스플레이 구조들은 3개(애노드, 캐소드, 그리드) 또는 그 이상의 엘리먼트들을 가질 수 있다. 그러한 경우들에 있어서, 어드레싱 라인들 및 컬럼들은 캐소드 및 그리드 상에 존재하고 애노드는 일 위치에 유지된다. 본 명세서에서 설명되는 발명은 특정 유형의 전계 방출 디스플레이 구조(단일 픽셀 또는 다중-픽셀, 다이오드 또는 트리오드, 컬러 또는 모노크롬 등)에 종속되지는 않는다.
캐소드 물질에서의 나노튜브의 밀도는 입자들의 중량에 대한 CNT의 중량과 관련한다. CNT의 중량 퍼센트는 일반적으로 약 0.1% 내지 약 99%로 변화할 수 있고, 더욱 특정하게는 약 40% 내지 60%로 변화한다.
몇몇 실시예에서, 본 발명의 캐소드 물질(CNT+입자들)은 층 형태이다. 응용예들에 따라, 이러한 층은 영역 및 두께가 변할 수 있다. 이러한 층은 일반적으로 10nm 내지 약 1mm의 범위 두께를 가지고, 특정하게는 약 100nm 내지 약 20㎛의 두께, 더욱 특정하게는 약 1㎛ 내지 약 20㎛의 두께를 갖는다.
본 발명의 몇몇 실시예에서는, 냉 캐소드는 기판을 포함하고, 상기 기판 상에는 캐소드 물질이 잔존한다. 그러한 기판은 크기 및 형태에 있어 광범위하게 변화할 수 있으나 전형적으로는 평평한 표면을 갖는다. 그러한 기판은 임의의 물질, 또는 본 발명에 따른 기판에 적합하게 제공하는 물질들의 조합일 수 있다. 그러한 기판 물질은 도체, 반도체, 절연체 및 그것들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 기판은 하나 이상의 스택화 된 층들을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 유리가 기판으로써 사용된다.
전계 방출 장치에서, 본 발명의 캐소드 물질은 특정 값의 전류 밀도를 추출하기 위해 필요한 전계를 낮게 함으로써 전계 방출 처리를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 캐소드가 제조되는 방법은 일반적으로 1) 카본 나노튜브 및 입자들의 적절한 조합을 선택하는 단계, 2) 상기 카본 나노튜브들을 상기 입자들과 함께 혼합하는 단계, 및 3) 상기 혼합물을 적합한 기판에 도포하는 단계를 포함한다.
CNT 및 입자들의 선택은 원하는 응용예 및 사용되는 처리 방법에 따라 변할 수 있다. 가격 또한 고려될 수 있다.
몇몇 실시예에서, CNT 및/또는 입자들은 혼합되기 이전에 그라운딩(ground)된다. 몇몇 실시예에서, 이는 혼합 처리 중의 일부이다. 그러한 그린딩은 도 3에도시된 바와 같이 볼-밀링 장치와 같은 다양한 방식들을 사용하여 수행될 수 있다. 도 3을 참조하여, 볼-밀링 장치(300)는 모터(301)를 포함하고, 상기 모터에서는 휠(302)이 제 2 휠(304)를 구동하는 벨트(303)에 부착된다. 이러한 제 2 휠(304)은 터빈(305), 기어(306), 및 체인(307) 어셈블리를 통해서, 밀링 챔버(309)를 스핀하는 샤프트(308)를 구동시킨다. 이러한 밀링 챔버(309)에는 CNT 및 입자들이 위치된다.
CNT 및 입자들을 혼합하는 단계는 다양한 방식들로 수행될 수 있다. 몇몇 실시예에서는, CNT 및 입자들이 건조 혼합된다. 몇몇 실시예에서는, 입자들 및/또는 CNT가 개별적으로 사전-분산된다. 본 발명에 따른 사전-분산은 용매의 디스펜싱 및/또는 분산을 수반할 수 있다. 용매는 임의의 용매, 또는 본 발명에 따라 CNT 및/또는 입자들을 적절히 분산시키는 용매일 수 있다. 그러한 용매는 물, 이소프로필 알콜(IPA), 메탄올, 에탄올, 테트라하이드로푸란(THF), CH2CL2, 사이클로헥산, 및 그것들의 조합일 수 있으나, 그것들로 제한되지는 않는다. 일반적으로, 용매가 간단히 (증발로써)제거될 수 있다는 것은 본 발명의 대부분의 실시예들에 이점으로 작용한다. 몇몇 실시예에서는, 용매에서의 CNT 및/또는 입자들의 디스펜싱 및/또는 분산을 용이하게 하기 위해 초음파 분해가 이용된다.
본 발명에 따른 혼합은 일반적으로 전계 방출을 위한 최적 또는 원하는 CNT에 효과를 끼치기 위해, 특정 매트릭스에서 CNT의 원하는 비율(예를 들어, 중량 퍼센트)를 달성하는 방식으로 이루어진다. 그러한 비율은 일반적으로 사용되는 물질, 입자 크기, 혼합의 균질성, 및 혼합 층의 두께 등에 의존한다.
몇몇 실시예에서는, 입자들은 층상 형태를 가지고, 전단력이 가해지면 CNT와 함께 정렬된다. 그러므로, 혼합물에서의 나노튜브는 전계 방출 성능을 개선시키기 위해 캐소드 상의 CNT 방향성에 영향을 미치도록 동일한 방향으로 정렬될 수 있다. 더욱 상세하게는, CNT는 수분 기질의 졸 또는 젤을 형성하는 클레이 입자과 혼합될 수 있다.
몇몇 실시예에서는, 추가의 물질이 CNT 및 입자들과 함께 혼합된다. 그러한 추가적 물질은 바인더, 계면활성제, 분산제, 및 그것들의 조합을 포함할 수 있으나, 그것들로 제한되지는 않는다.
혼합물을 기판에 도포하는 것을 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 일반적으로, CNT 및 입자들을 포함하는 사전-형성된 화합물 물질이 접촉 수단을 사용하여 기판에 접촉되거나, CNT 및 입자들의 혼합물이 증착 수단을 사용하여 기판에 도포된다. 몇몇 실시예에서는, CNT 및 입자 혼합물은 우선 용매에서 분산되고, 기판에 증착되는데, 이 때 상기 용매는 최종적으로는 제거된다. 몇몇 실시예에서는, CNT 및 입자의 혼합물은 특정 배열 또는 패턴으로 영역에 증착된다. 몇몇 실시예에서는, 이는 샤도우 마스크를 사용하여 이루어진다. 그러한 증착 수단은 스프레잉, 브러싱, 전기 이동 증착, 디핑, 디스펜싱, 스크린 프린팅, 잉크 젯 프린팅, 스핀-코팅, 및 그것들의 조합을 포함할 수 있으나, 그것들로 제한되지는 않는다. 몇몇 실시예에서는, 증착 이전, 증착 중, 및/또는 증착 이후에 기판이 가열된다. 그러한 가열은 용매 제거를 돕는 역할을 할 수 있다.
도 4는, CNT 및 입자 혼합물이 기판상에 스프레잉되는 실시예를 도시한다. 응축 기체(401)은 CNT 및 입자들의 용매-디스펜싱 혼합물을 포함하는 분무기(402)를 충전하도록 이용된다. 혼합물(403)은 CNT 및 입자들을 포함하는 캐소드 물질 층(407)을 형성하기 위해 기판(404) 상에 스프레잉되고, 상기 기판은 선택적으로 가열기(405) 및/또는 적외선(IR) 램프(406)와 접촉한다.
도 5A 내지 도 5C는 스크린 프린팅 방식을 도시하는데, 이때 CNT 및 입자 혼합물은 본 발명의 몇몇 실시예에 따라 기판 상에 증착될 수 있다. 도 5A를 참조하면, 기판(501)은 기판 스테이지/처크(502) 상에 배치되어 이미지 스크린 스텐실(503)과 접촉된다. CNT 및 입자를 포함하는 페이스트(504)는 도 5B에 도시되는 바와 같이, 이미지 스크린 스텐실(503)에 대해 스퀴지(503)로 "와이핑(wipe)"된다. 그 후 페이스트(504)는 상기 이미지 스크린 스텐실(503)의 개구부들 바로 아래 영역에서만 기판(501)과 접촉한다. 그 후 도 5C에 도시된 바와 같이, 기판 스테이지/처크(502)는 상기 패턴화된 캐소드 물질(506)을 기판(501) 상에서 보이도록 하기 위해 낮추어진다. 그 후, 상기 패턴화된 기판은 기판 스테이지/처크로부터 제거된다.
도 6에서는, CNT 및 입자 혼합물을 기판 상에 증착시키기 위해 디스펜저 또는 잉크 젯이 사용되는 실시예를 도시한다. 도 6을 참조하면, 프린팅 헤드(601)가 원하는 방식으로 기판(604)에 대해 이동된다. 상기 헤드가 기판(604)에 대해 이동됨에 따라, 상기 프린팅 헤드(601)는 용매에 분산된 CNT 및 입자를 포함하는 방울들을 스프레잉한다. 이러한 방울들(602)이 기판(604)과 접촉함에 따라, 상기 방울들은 CNT 및 입자들을 포함하는 프린팅된 캐소드 물질(603)을 형성한다. 몇몇 실시예에서는, 상기 기판(604)은 상기 방울들 내에서 용매의 신속한 증발에 영향을 미치기 위해 가열된다. 가열 및/또는 초음파 에너지는 분산 과정 동안에 프린팅 헤드(604)에 인가될 수도 있다.
몇몇 실시예에서는, 일단 제조된 본 발명의 캐소드는 전계 방출 장치에 병합되기 전에 진공 상태에서 가열된다.
몇몇 실시예에서는, 활성화 공정은, 본 명세서에서 참조로서 병합되는 미국 특허 출원(공동 특허 허여되고 공동 계류중으로써 2002년 10월 11일 출원되었으며 출원 번호는 10/269,577 임)에서 설명되는 바와 같이, CNT를 포함하는 층을 활성화하기 위해 이용된다. 몇몇 실시예에서는, 이러한 활성화 공정은 테이핑 과정을 포함한다. 이러한 테이핑 과정은 표면에서 CNT의 정렬에 영향을 미치며, 이는 캐소드의 전계 방출 특성을 향상시킨다고 인식된다. 도 7을 참조하면, 기판(702) 및 캐소드 물질(701)을 포함하여 캐소드가 단계(7001)에서 제공된다. 캐소드 물질은 CNT 및 입자들을 포함한다. 단계(7002)에서, 테이프(703)는 캐소드 물질(701) 쪽으로 접착 측을 갖는 캐소드 물질(701)의 상부에 배치된다. 단계(7003)에서, 테이프(703)는 방향성을 갖는 CNT들(704)을 포함하는 활성화된 층을 생성하기 위해 제거된다.
금속화된 CNT들을 이용하는 실시예들에서, 그러한 금속화된 CNT들은, 본 명세서에서 참조로서 병합된 미국 특허 출원(공동 특허 허여되고 공동 계류중으로써 출원 번호는 10/406,928 임)의 제 4 과정을 따르는 바와 같이, 정렬 전계에 증착될 수 있거나 증착 이후에 정렬 필드에 놓이게 된다.
증착된 필름(예를 들어, CNT들+입자 층)에서의 CNT의 밀도 제어는 CNT 물질들에 대한 입자 파우더들의 비율을 변화시킴으로써 달성된다. 이러한 최적화는 상기 필름으로부터 전자 방출을 추출하는데 필요한 전계를 낮춤으로써 상기 증착된 필름의 전계 방출 특성들을 개선시키는 결과를 가져온다. 이러한 발명에서는 고온 공정 단계들이 필요하지 않으며, 모든 공정들은 실온 또는 실온에 근접하여 수행될 수 있다.
다음의 예시들은 본 발명의 실시예들의 일부를 좀 더 완전하게 설명하기 위해 제공된다. 이러한 예시들은, CNT들이 입자들과 혼합되어 그 화합물이 캐소드 물질로서 전계 방출 장치들로 병합되는 방법을 도시한다. 다음의 예시들에서 개시되는 기술들은 발명의 실행시 기능을 잘 수행하기 위해 발명자들에 의해 제시되는기술들을 나타내고, 그 수행에 대해 예시적 모드들을 구성하도록 고려될 수 있다는 것이 당업자에게는 인식되어야만 한다. 그러나, 본 발명의 관점에서 볼 때, 설명된 특정 실시예들에 있어 다양한 변형이 이루어질 수 있고 이는 본 발명의 개념 및 범주를 벗어나지 않으면서 여전히 유사하거나 비슷한 결과를 달성한다.
예시들
예시 1
본 예시는 본 발명의 실시예를 도시하는데, 이때 SWNT들은 적합한 밀도 달성을 위해 알루미나(Al2O3) 나노입자들과 혼합되어 기판에 도포되고 전계 방출 디스플레이에서 캐소드로서 사용된다(도 2 및 도 13을 참조하시오). 본 실시예의 자세한 예시는 본 발명을 좀 더 잘 설명하기 위해 제공된다.
SWNT는 미국 KY, Lexington에 소재하는 CarboLex, Inc. 에서 얻는다. 이러한 SWNT들은 약 1-2nm의 직경을 갖고 약 5-20㎛의 길이를 갖는다. 본 예시의 목적을 위해, SWNT들은 단순히 CNT들의 서브셋이라고 이해될 것이고, 다수의 경우에 있어서 상기 용어들은 혼용하여 사용될 수 있다. Al2O3는 나노입자들은 미국 MA, Ward Hill에 소재하는 Alfa Aesar에서 얻을 수 있다. 상기 나노입자들은 99.98%의 순도를 갖으면서 10-20nm 정도로 작다.
간단한 볼 밀이 SWNT 번들을 그린딩하기 위해 사용된다. 도 3은 이러한 볼 밀의 다이아그램을 도시한다. 이러한 기계의 밀링 율은 분 당 약 50-60 회전한다. 이러한 방법에서, 그린딩을 위해 사용되는 수십개의 Al2O3 볼들을 따라 1g의 SWNT가 200-300 ml의 이소프로필 알콜(IPA)과 혼합된다. 상기 물질은 카본 나노튜브들을 분산시키기 위해 1-14일 동안 그라운딩된다. 몇몇 실시예에서, 계면활성제(100ml IPA 당 약 1 방울) 또는 유사한 물질이 상기 카본 나노튜브들의 더 나은 분산 달성을 위해 상기 혼합물에 첨가됨을 인지하여야 한다.
Al2O3 나노입자들이 쉽게 서로 클러스터링됨에 따라, 상기 입자들을 SWNT들과 혼합하기 이전에 분산시키는 것이 유리하다. 따라서, 1g의 Al2O3 나노입자들은 열판/자석 교반기에 의해 가동되는 자석 교반기 막대에 의해 교반이 제공되는 비이커에서 200-300ml의 IPA와 혼합된다. 상기 물질은 1-24 시간동안 교반되는데, 이는 상기 나노 입자들이 서로 서로 분리될 수 있도록 하기 위함이다.
그라운딩된 SWNT들 및 분산된 Al2O3 나노입자들은 서로 다른 중량 비율들에 따라 혼합된다: 10wt.%의 SWNT + 90wt.%의 나노 입자들, 25wt.%의 SWNT + 75wt.%의 나노 입자들, 50wt.%의 SWNT + 50wt.%의 나노 입자들, 75wt.%의 SWNT + 25wt.%의 나노 입자들, 및 90wt.%의 SWNT + 10wt.%의 나노 입자들. SWNT 및 나노 입자들은 쉽게 서로 클럼핑되기 때문에 만일 그것들을 계속하여 휘젓지 않으면, 기판들 상에 스프레잉하기 직전에 상기 SWNT 및 나노 입자들을 IPA 용액에서 재 분산시키기 위해 초음파 혼(horn) 또는 바스(bath)가 이용된다. 이러한 실험에서, 혼합물은 전도성 ITO(인듐 주석 옥사이드)-코팅된 유리 상에 스프레잉된다. 상기 혼합물은 2×2㎠의 영역으로 기판 상에 스프레잉된다. 기판 상에서의 좀 더 양호한 코팅 균일성 및 분산을 달성하기 위해, 추가의 IPA가 스프레잉 이전에 앞서 언급한 용액에 추가될 수 있다. 이러한 실험에서, 스프레잉에 애해 이용되는 용액은 100ml IPA에서 0.1g의 나노튜브/나노입자를 포함한다. 상기 IPA가 원치 않는 기판 영역으로 흐르는 것을 방지하기 위해, 기판은 상기 IPA를 신속하게 증발시키기 위한 노력의 일환으로 스프레잉 과정 중에 앞측 및 뒤측 상 모두에서 대략 70℃로 가열된다. 상기 기판들은 상기 기판들은 전체 표면이 혼합물로 코팅될 때까지 수번 내지 수십번동안 앞뒤 및 위아래로 스프레잉된다. 혼합물의 최종 두께는 약 1-20㎛이다. 그후 기판들은 공기중에서 건조된다. a)90wt.%의 SWNT + 10wt.%의 나노입자들을 b)10wt.%의 SWNT + 90wt.%의 나노입자들과 대조하는 주사 전자 마이크로그래프가 도 8에 도시된다. 도 4는 스프레잉 과정을 도시한다.
전계 방출 특성들을 비교하기 위해, 어떤 Al2O3 나노입자들도 없는 100wt.%의 SWNT들이 또한 ITO 유리 기판들 상에 스프레잉된다. 그후 모든 캐소드들이 인광성 스크린과 함께 다이오드 구성으로 서로 장착됨으로써 테스트되고, 이는 도 2에서와 같이 애노드 및 캐소드 사이에 약 0.5mm의 갭이 존재한다. 이러한 테스트 어셈블리는 진공 챔버에 배치되고 10-7 토르로 펌핑된다. 캐소드의 전기적 특성들은 캐소드에 음의 펄스 전압(AC)를 인가하고 애노드는 접지 전위로 유지시켜 애노드에서의 전류를 측정함으로써 측정될 수 있다(DC 전위 또한 테스트를 위해 이용될 수 있다 ). 일부 샘플들을 위한 방출 전류 대 전계의 그래프가 도 9에 도시된다.
CNT 물질의 농도가 감소함에 따라, 6.25mA/㎠의 전류 밀도를 추출하는데 필요한 전계(애노드 및 캐소드 사이의 갭에 의해 분배되는 애노드 및 캐소드 사이의 전압에 의해 측정될 수 있음) 또한 감소한다는 것을 도 10에서 확인할 수 있다. 나노튜브/나노입자 혼합물에서 SWNT의 최상의 농도는 20% 내지 60% 사이이다. 그러므로, 농도를 낮춤으로써, CNT 물질의 농도는 CNT 들이 더 이상 서로 차폐하지 않는 순간까지 감소한다. CNT 농도가 20% 이하로 감소할 때, 필요한 전계가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 CNT 농도가 너무 작아짐에 따른 결과로서, 이에 의해 전자를 방출하는데 이용 가능한 CNT 섬유들은 극 소소만 존재하게 된다.
이론적으로 한계짓지 않으려는 시도에서, 만일 CNT 농도가 너무 높다면 카본 나노튜브 섬유들은 적용된 전계를 서로 서로 전기적으로 차폐한다는 것이 인식된다. 이상적으로는, 만일 튜브들이 모두 완벽하게 정렬되었다면, 튜브들 사이의 거리는 튜브의 길이와 건의 동일한 거리일 것이다. 밀도가 계속하여 감소함에 따라, 전기적 차폐 문제는 충분히 개선되지 않지만, 전자 방출을 위해 이용 가능한 섬유들의 개수는 밀도에 함께 계속하여 감소한다. 그러므로, 최고의 방출 파라미터들을 제공하는 최적의 밀도가 존재해야만 한다. 본 명세서에서 도시되는 데이터는, 이러한 최적 밀도는, CNT 물질이 약 20%-60% 중량 농도 범위에 존재하는 CNT 물질 및 알루미나 나노 입자들의 혼합물임이 실현된다.
예시 2
본 예시는 활성 공정들이 본 발명의 캐소드의 전계 방출 특성들을 더 향상시키기 위해 어떻게 이용되는지를 도시한다.
이전의 개시(공동 특허 허여되고 공동 계류중으로써 2002년 10월 11일 출원되었으며 출원 번호는 10/269,577 임)에서, 접착성 테이프 물질을 필름에 도포하고 상기 접착성 테이프를 벗겨냄으로써 CNT 필름을 "활성"화 시키는 공정이 개시된다. 이는 또한 CNT 섬유들의 밀도를 낮추는 효과를 갖는다. 이러한 활성화 과정은 위에서 설명된 CNT/알루미나 혼합물의 겹합과 연관된다. 결과는 일치한다.
SWNT 및 Al2O3의 혼합물이 기판상에 스프레잉 된 이후에, 접착성 테이핑 처리가 표면 상에서 상기 물질들의 상부 층을 제거하기 위해 사용된다. 이러한 방법에서, 비록 유사한 결과로 사용될 수 있는 다수의 브랜드 및 다양한 접착성 테이프가 존재할 것 같을지라도, 클리어 테이프가 상기 혼합물을 제거하는데 이용된다. 상기 테이프는 적층 처리를 이용하는 코팅에 접촉되고, 상기 처리에서 상기 테이프의 접착 측은 카본 나노튜브 및 알루미나 입자 모두와 닿는다. 상기 테이프 및 상기 SWNT와 Al2O3의 혼합물 사이에는 공기가 없다는 것을 보장하는 것이 고련된다(만일 기포가 존재한다면, 상기 영역에서 상기 혼합물은 균일하게 제거되지 않을 것임). 고무 롤러는 상기 테이프 및 상기 혼합물 코팅 사이의 교차면에서 공기를 제거하기 위해 상기 테이프를 더 압축하도록 이용된다. 마지막으로, 상기 테이프는, 50% 미만의 혼합물이 기판 상에 남게 되도록 제거된다. 이러한 테이핑 과정은 도 7에 도시된다.
활성화된 샘플들은 비활성화된 샘플들의 경우와 동일한 방식으로, 방출 전류 대 전계(I/V) 특성에 대해 테스트 된다. 도 11은 이러한 실험의 I/V 결과의 일부를 도시한다. 도 12는, 샘플들 각각이 25mA의 방출 전류(도 11을 참조하시오)에 도달할 때의 전계 대 CNT 물질의 중량 퍼센트로서의 CNT 농도를 도시한 플롯도이다. 접착성 테이프로 처리된 샘플들에 대해, 최적의 성능을 생성하는 농도는 CNT + Al2O3 혼합물에서 40-80wt.%의 범위에서 이동된다는 것이 관심사이다. 테이프 활성 처리는 앞선 설명된 바와 같이 CNT 물질의 농도보다 낮기 때문에, 이는 도 12에서 확인되는 바와 같이, 최적 농도 범위를 Al2O3 의 나노 입자 파우더에서 CNT 섬유들의 더 높은 초기 농도로 이동시키는 결과를 가져온다.
예시 3
본 예시는 클레이 입자들을 이용하는 본 발명의 몇몇 실시예들을 도시한다.
앞서 언급한 바와 같이, 입자들은 나노 입자들일 수 있고, 상기 입자들은 또한 다공질 실리콘 또는 다수의 다양한 제올라이트 미네랄들 중 하나와 같은 다공성 물질을 포함할 수 있다. 이러한 입자들은 또한 클레이 입자들과 같은 층 구조 물질들을 포함할 수 있다. 대표적 클레이들은 라포나이트, 벤토나이트 또는 헥토라이트를 포함할 수 있으나, 그것들로 제한되지는 않는다. 클레이들은 물분자들 및 양/음 이온들(cations or anions)을 흡수하고 이러한 이온들을 용매와 교환 상호작용할 수 있는, 층들 사이의 공간을 갖는 층 구조 물질들이다. 클레이들은 매우 독특한 특성들을 갖는다. 상기 클레이들이 건조될 때, 상기 층들 사이의 분자들 또는 이온들이 밖으로 나올 수 있고, 상기 층들 사이의 갭들이 가깝고 상기 층 스택은 충분히 축소될 수 있다. 따라서, 클레이 입자들이 재 수화될 때, 도 13에서 도시된 바와 같이, 클레이 입자 층들(1301) 사이의 공간은 팽창된다.
물과 같은 용매들에서 분산된 클레이 입자들은 용액의 점성을 충분히 변화시킬 수 있다. 수인성 용액을 농축시킬 수 있는 다른 물질들이 존재하는 반면, 클레이 입자들은 독특한데, 점성이 전단에 민감하다(전단력이 크기 순서대로 점성을 낮출 것이다).
클레이 입자들은 CNT + 나오 입자들의 화합물에서 다른 입자들에 비해 여러 이점들을 갖는다. 튜브 또는 파이프를 통해 압출될 때, 상기 클레이 분자들은 또한 압출기 벽에 의해서 전단 상호 작용에 의해 서로 정렬될 수 있다. 만일 CNT가 클레이 입자들의 용액에 포함된다면, 클레이 입자들의 정렬이 선호되는 방향으로 또는 선호되는 평면에서 도는 또 14에 도시된 바와 같은 층으로 카본 튜브들을 정렬할 것이고, 이때 층 구조 클레이 입자들(1401) 및 CNT(1402)는 영역(1403)으로부터 흐르고, 여기서 상기 입자들은 영역(1404)을 통해 상기 입자들의 방향성 영역(1405)으로 랜덤하게 방향지워진다.
클레이 입자들은 층들의 재 수화 또는 수축 처리 동안에 상기 층들 사이에서 CNT들을 트랩하거나 캡쳐하는 것을 보조할 수 있다. 층들 사이의 갭들은 수 나노미터에서 수십 나노미터의 범위일 수 있고, 이는 상기 상기 갭들로 CNT를 투과시킬 만큼 충분히 크다. 갭이 수축함에 따라, CNT는 클레이 입자들의 층들 사이에서 캡쳐될 수 있으므로 도 15에 도시된 바와 같이 입자들에 고정되고, 이때 CNT(1501)는 클레이 입자 층들(1301) 사이에서 트랩된다. 이는 CNT + 나노입자들 화합물의 안정성에 상당히 기여하게 된다. 몇몇 실시예에서, CNT 섬유는 층들 사이에서 CNT 섬유를 투과시키는 것을 보조하기 위한 기능성을 필요로 할 수 있다. 클레이 입자들은 평평한, 팬 케익 형태의 입자들이기 때문에, 용액이 건조될 때 입자들 사이에 CNT를 트랩시키거나 캡쳐하는 것은 쉽다.
클레이 입자들이 다른 입자들 또는 나노 입자들에 비해 갖는 추가의 이점은, 진공 환경에서 기체를 제거할 수 있는 유기물 또는 물질을 추가하지 않고 스크린 프린팅을 위한 페이스트로서 또는 분산 또는 잉크젯 프린팅을 위한 잉크로서 사용될 용액을 농축시킬 수 있다는 점이다. 물-기질 물질로서, 이는 다른 스크린 프린팅 페이스트 또는 잉크보다 좀 더 환경 친화적이다. 앞서 언급한 바와 같이, 클레이 용액은 전단력 이하에서 잘 흐를 것이지만, 고정시 젤 밀도로 설정할 수 있다. 이는 스퀴지를 사용하여 스크린에 대해 쉽게 스프레딩 또는 "와이핑" 될 수 있기 때문에(도 5를 참조하시오), 이는 이상적인 스크린 프린팅 페이스트를 제조하지만 젤로 설정한 후 프린팅 이후에는 흐르지 않는다. 이는 프린팅된 패턴의 해상도를 상당히 향상시킬 수 있다. 디스펜싱 잉크로서(도 6을 참조하시오), 이는 유사한 이점들을 갖는다. 이는 처리에서 입자들을 정렬하고, 낮은 점도를 가지면서 디스펜싱 튜브에서 흐를 수 있지만, 일단 기판 상에서 디스펜싱 되면 젤 밀도로 설정하여 흐르지 않는다. 용액은 물 기질이기 때문에, 프린팅된 젤은 클레이 입자들 및 CNT 섬유들을 유인하기 위해 열(약 100℃)로 쉽게 건조될 수 있다. 대부분의 스크린 프린팅 페이스트와는 달리, 이러한 물질은 고온에서의 열을 필요로 하지 않는다.
CNT와 혼합된 클레이 입자들이 스크린 프린트될 수 있고 우수한 전계 방출이 처리시에 발생할 수 있다는 것을 설명하기 위해 간단한 실험이 수행된다. 5.6그램의 클레이 젤(Southern Clay Products의 0.05% 내지 3%의 라포나이트, 수용액 ) 및 0.1 그램의 CNT는 CNT 잉크를 제조하기 위해 모르타르로 그라운딩된다. 스크린 프린터는 이전에 설명된 바와 같이 이러한 잉크를 ITO 유리 기판 상에 프린트하기 위해 이용된다(도 5 참조). 샘플은 30분 동안 100℃로 오븐에서 건조된다. 테이프 층을 이용한 활성화는 전계 방출 특성을 개선시키기 위해 이용될 수 있다(앞서 설명됨). I-V 특성은 도 16에 도시된다. 기판의 크기는 3㎝×3㎝ 이다.
클레이 입자 + CNT 화합물 캐소드 물질로부터 방출되는 전자 전류의 결과로서 인광성 스크린 상의 이미지는 도 17에 도시된다. 도 17을 참조하면, 도면에서 개별 서브-픽셀들은 약 1mm의 너비에 6mm의 길이를 갖는다. 이 도면에서는 픽섹 피처들이 스크린 프린팅 기술로 프린팅 될 수 있으나, 전계 방출 장치 또는 디스플레이에서 동작을 위해 처리하고 준비하기 위해 단지 저온의 처리 단계들이 필요하다는 것을 도시한다.
예시 4
다수의 다른 응용예들이 존재하지만, 본 예시는 본 발명의 캐소드를 포함하는 전계 방출 디스플레이 장치가 어떻게 데이터 처리 시스템에 병합될 수 있는지를 도시한다.
본 발명을 실행하기 위한 대표적 하드웨어 환경은 도 18에 도시되어 있는데, 기존의 마이크로 프로세서와 같은 중앙 처리 장치(CPU)(1810), 및 시스템 버스(1812)를 통해 상호 연결되는 다수의 다른 장치들을 구비하는 본 발명에 따른 데이터 처리 시스템(1813)의 예시적 하드웨어 구성이 도시된다. 데이터 처리 장치(1813)는 랜덤 액세스 메모리(RAM)(1814), 리드 온니 메모리(ROM)(1816), 및 디스크 유닛(1820) 및 테이프 드라이브(1840)와 같은 주변 장치들을 버스(1812)에 연결시키기 위한 입력/출력(I/O) 어댑터(1818), 키보드(1824) 및 마우스(1826), 및/또는 터치 스크린 장치(미도시됨)와 같은 다른 사용자 인터페이스 장치들을 상기 버스(1812)에 연결시키기 위한 사용자 인터페이스 어댑터(1822), 데이터 처리 시스템(1813)을 데이터 처리 네트워크에 연결하기 위한 디스플레이 어댑터(1836), 및 버스(1812)를 디스플레이 장치(200)에 연결하기 위한 디스플레이 어댑터(1836)를 포함한다. CPU(1810)는 본 도면에는 도시되지 않은 다른 회로를 포함할 수 있고, 이는 실행 유닛, 버스 인터페이스 유닛, 산술 논리 유닛 등과 같이, 마이크로 프로세서에서 공통적으로 나타나는 회로를 포함할 것이다. CPU(1810)는 또한 단일 집적 회로 상에 존재할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 모든 실시예들은 시스템(1813)에서 디스플레이를 생성하도록 사용될 수 있다는 것을 인지해야만 한다.
본 발명 및 그 장점들이 자세하게 설명되었을지라도, 첨부된 청구항에서 정의되는 바와 같이 본 발명의 개념 및 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 변형예, 대체예 및 변경예들이 본 명세서에서 이루어질 수 있음을 이해해야만 한다.

Claims (25)

  1. a) 기판, 및
    b) 카본 나노튜브들 및 입자들의 혼합물을 포함하는 전계 방출 캐소드 물질
    을 포함하는 전계 방출 캐소드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 카본 나노튜브들은 단일-벽 카본 나노튜브들, 이중-벽 카본 나노튜브들, 다중-벽 카본 나노튜브들, 벅키튜브들(buckytubes), 카본 피브릴들, 화학적으로 변형된 카본 나노튜브들, 유도된 카본 나노튜브들, 금속성 카본 나노튜브들, 반도체성 카본 나노튜브들, 금속화된 카본 나노튜브들, 및 그것들의 조합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자들은 구형 입자들, 디스크-형태 입자들, 층상(lamellar) 입자들, 로드(rod)-형태 입자들, 금속 입자들, 반도체 입자들, 중합체 입자들, 세라믹 입자들, 유전체 입자들, 클레이 입자들, 섬유들, 나노 입자들, 및 그것들의 조합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 물질은 상기 기판의 표면 상에 층으로서 존재하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 캐소드 물질 층은 약 10nm 내지 약 1mm의 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노튜브들은 약 0.1 중량 퍼센트 내지 약 99 중량 퍼센트의 범위의 양으로 상기 캐소드 물질에 존재하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 카본 나노튜브들은 정렬되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 카본 나노튜브들은 입자들 사이에서 트랩되는 적어도 하나의 단부를 가지는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 카본 나노튜브들은 상기 입자들의 공극들(pores)내에 트랩되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 카본 나노튜브들은 상기 입자들 사이의 갭들내에 트랩되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자들은 층상인 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 카본 나노튜브들은 상기 입자들 내에서 상기 층들 사이에서 트랩되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드.
  13. a) 애노드 어셈블리; 및
    b) 기판, 상기 기판 상에 증착된 전기 전도층, 및 상기 전기 전도층에 대한 층으로서 증착되며 카본 나노튜브들 및 입자들을 포함하는 전계 방출 캐소드 물질을 포함하는 캐소드 어셈블리
    를 포함하는 전계 방출 디스플레이 장치.
  14. a) 카본 나노튜브들 및 입자들의 혼합물을 형성하는 단계; 및
    b) 캐소드 형성을 위해 상기 카본 나노튜브들 및 입자들의 혼합물 층을 기판 상에 증착하는 단계
    를 포함하는 전계 방출 캐소드 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 카본 나노튜브들은 단일-벽 카본 나노튜브, 이중-벽 카본 나노튜브, 다중-벽 카본 나노튜브, 벅키튜브, 카본 피브릴, 화학적으로 변형된 카본 나노튜브들, 유도된 카본 나노튜브들, 금속성 카본 나노튜브들, 반도체성 카본 나노튜브들, 금속화된 카본 나노튜브들, 및 그것들의 조합물들로 이루어진 그룹들로부터 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 입자들은 구형 입자들, 디스크-형태 입자들, 층상(lamellar) 입자들, 로드-형태 입자들, 금속 입자들, 반도체 입자들, 중합체 입자들, 세라믹 입자들, 유전체 입자들, 클레이 입자들, 섬유들, 나노 입자들, 및 그것들의 조합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드 제조 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 카본 나노튜브들 및 입자들의 혼합물을 형성하는 단계는 밀링 작업(milling operation)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드 제조 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 카본 나노튜브들 및 입자들의 혼합물을 형성하는 단계는 용매 분산을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드 제조 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 카본 나노튜브들 및 입자들의 혼합물은 스프레잉, 브러싱, 전기 이동 증착, 디핑(dipping), 디스펜싱(dispensing), 스크린 프린팅, 잉크 젯 프린팅, 및 그것들의 조합법들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법을 이용하여 증착되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 혼합물을 상기 기판 상에 증착한 이후에 상기 혼합물로부터 상기 용매를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드 제조 방법.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 캐소드를 활성화시키기 위해 테이핑(taping) 처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드 제조 방법.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 카본 나노튜브들을 상기 카본 나노튜브들 및 입자들의 층 내에 정렬시키는 방법을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드 제조 방법.
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 입자들은 층상인 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드 제조 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 카본 나노튜브들 및 층상 입자들의 혼합물에 가해진 전단력(shear force)을 이용하여 상기 카본 나노튜브들을 정렬시키는 방법을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드 제조 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 층상 입자들은 클레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 캐소드 제조 방법.
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