KR20050087111A - Carbon nanotube field emission device manufacturing apparatus and method thereof - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소 나노튜브 전계방출소자 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 탄소 나노튜브 페이스트를 이용하여 에미터를 형성한 전계방출소자를 상압 플라즈마로 후처리하도록 하여 공정 제한을 줄이고 비용을 낮춘 탄소 나노튜브 전계방출소자 제조 장치 및 방법에 관한 것이다. 종래 페이스트 형태의 탄소 나노튜브를 이용하여 에미터를 형성한 전계방출소자의 탄소 나노튜브 후처리는 기계적인 연마나 고온 진공 플라즈마 처리를 이용하는데, 기계적인 연마를 이용하는 경우 전계방출소자의 구조적 제한이 심해 사용 가능한 대상이 제한되며, 고온 진공 플라즈마 처리를 이용하는 경우 고온에서 변형되지 않는 재료로 가용 재료가 제한되고 고온 및 진공 상태 형성을 위한 고가의 장비가 필요하므로 제조 비용이 상승하는 문제점이 있었다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge:DBD) 기술을 이용하여 상온 및 상압에서 플라즈마 방전을 발생시키는 상압 플라즈마 발생기와, 탄소 나노튜브의 수직 배향을 유도하는 자계 발생부를 구비한 후처리 장치를 구현하고, 탄소 나노튜브가 형성된 전계방출소자 패널이 상기 자계 및 상압 플라즈마 발생 영역을 통과하도록 하여 후처리를 실시하도록 함으로써, 전계 방출소자 구조 재현의 제한과 고온 및 진공 조건의 제한을 받지 않도록 하여 생산 비용을 크게 줄이는 효과가 있다.The present invention relates to an apparatus and a method for manufacturing a carbon nanotube field emission device. In particular, carbon nanotube paste is used to post-treat an emitter-formed field emission device with an atmospheric pressure plasma to reduce process limitations and reduce costs. The present invention relates to a tube field emission device manufacturing apparatus and method. The carbon nanotube post-treatment of a field emission device in which an emitter is formed using a carbon nanotube in the form of a paste is performed by mechanical polishing or high temperature vacuum plasma treatment. The use of the deep sea is limited, and when using a high temperature vacuum plasma treatment, there is a problem in that the manufacturing cost increases because the available material is limited to a material that is not deformed at a high temperature and expensive equipment for forming a high temperature and a vacuum is required. In order to solve the above problems, the present invention provides an atmospheric pressure plasma generator for generating plasma discharge at room temperature and atmospheric pressure using dielectric barrier discharge (DBD) technology, and magnetic field generation for inducing vertical orientation of carbon nanotubes. By implementing a post-treatment apparatus having a portion, and by performing a post-treatment by passing the field emission device panel having carbon nanotubes formed through the magnetic field and the atmospheric pressure plasma generating region, the restriction of the structure of the field emission device structure and high temperature and vacuum conditions It is effective to greatly reduce the production cost by not being limited by.

Description

탄소 나노튜브 전계방출소자 제조 장치 및 방법{CARBON NANOTUBE FIELD EMISSION DEVICE MANUFACTURING APPARATUS AND METHOD THEREOF}Carbon nanotube field emission device manufacturing apparatus and method {CARBON NANOTUBE FIELD EMISSION DEVICE MANUFACTURING APPARATUS AND METHOD THEREOF}

본 발명은 탄소 나노튜브 전계방출소자 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 탄소 나노튜브 페이스트를 이용하여 에미터를 형성한 전계방출소자를 상압 플라즈마로 후처리하도록 하여 공정 제한을 줄이고 비용을 낮춘 탄소 나노튜브 전계방출소자 제조 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and a method for manufacturing a carbon nanotube field emission device. In particular, carbon nanotube paste is used to post-treat an emitter-formed field emission device with an atmospheric pressure plasma to reduce process limitations and reduce costs. The present invention relates to a tube field emission device manufacturing apparatus and method.

정보통신 기술의 급속한 발달과 다양화되는 정보의 시각화 요구에 따라 전자 디스플레이의 수요는 더욱 증가하고, 요구되는 디스플레이의 모습 또한 다양해 지고 있다. 그 예로 휴대형 정보기기와 같이 이동성이 강조되는 환경에서는 무게, 부피 및 소비전력이 작은 디스플레이가 요구되며, 대중을 위한 정보 전달매체로 사용되는 경우에는 시야각이 넓은 대화면의 디스플레이 특성이 요구된다. 또한, 이와 같은 요구를 만족시켜 나가기 위해 전자 디스플레이는 대형화, 저가격화, 고성능화, 고정세화, 박형화, 경량화 등의 조건이 필수적이어서, 기존의 CRT를 대체할 수 있는 가볍고 얇은 평판 디스플레이 장치의 개발이 절실히 필요하게 되었다. 이러한 다양한 표시 소자의 요구에 따라 최근에는 전계방출(field emission)을 이용한 소자가 디스플레이 분야에 적용되면서, 크기 및 전력 소모를 감소시키면서도 높은 해상도를 제공할 수 있는 박막 디스플레이의 개발이 활발해지고 있다.Due to the rapid development of information and communication technology and the demand for the visualization of diversified information, the demand for electronic display is increasing and the appearance of the required display is also diversified. For example, in an environment where mobility is emphasized such as a portable information device, a display having a small weight, volume, and power consumption is required, and when used as an information transmission medium for the public, display characteristics of a large viewing angle are required. In addition, in order to satisfy such demands, electronic displays require conditions such as large size, low price, high performance, high definition, thinness, and light weight, and thus, development of a light and thin flat panel display device that can replace the existing CRT is urgently needed. It became necessary. Recently, as the needs of various display devices have been applied to display fields, devices using field emission have been actively developed for thin film displays that can provide high resolution while reducing size and power consumption.

상기 전계방출소자는 현재 개발 혹은 양산중인 평판 디스플레이들(LCD와 PDP, VFD등)의 단점을 모두 극복한 차세대 정보 통신용 평판 디스플레이로 주목을 받고 있다. 전계방출소자 디스플레이는 전극 구조가 간단하고, CRT와 같은 원리로 고속동작이 가능하며, 무한대의 칼라, 무한대의 그레이 스케일, 높은 휘도, 높은 비디오(video rate) 속도 등 디스플레이가 가져야 할 장점들을 고루 갖추고 있다. The field emission device is attracting attention as a next-generation flat panel display for overcoming all the disadvantages of flat panel displays (LCD, PDP, VFD, etc.) currently being developed or produced. The field emitter display has a simple electrode structure, high-speed operation based on the same principle as the CRT, and has the advantages that the display must have such as infinite color, infinite gray scale, high brightness, and high video rate. have.

전계방출 표시소자는 진공 속의 금속 또는 도체 표면(에미터)상에 고전계가 인가될 때 전자들이 금속 또는 도체로부터 진공 밖으로 나오는 양자역학적 터널링 현상을 이용한 것이다. 이 때 소자는 파울러-노드하임(Fowler-Nordheim) 법칙에 의하여 전류-전압 특성을 나타내게 된다. 전계방출 표시소자는 전자 방출 원인 에미터와 방출된 전자가 충돌하여 발광하는 애노드 부, 상하판 사이를 지지하는 스패이서, 그리고 진공기밀을 유지하기 위한 실링부 등으로 구성되어 있다. The field emission display device uses a quantum mechanical tunneling phenomenon in which electrons come out of the vacuum from the metal or conductor when a high field is applied to the metal or conductor surface (emitter) in the vacuum. At this time, the device exhibits the current-voltage characteristic according to the Fowler-Nordheim law. The field emission display device is composed of an anode portion which emits an electron emission source and the emitted electrons collide with each other to emit light, a spacer that supports the upper and lower plates, and a sealing portion for maintaining a vacuum tightness.

최근 들어 탄소 나노튜브가 비교적 낮은 진공도에서 전자방출특성이 우수한 이유로 인해 이를 이용한 전계방출소자의 중요성이 인식되고 있다. 탄소 나노튜브는 하나의 탄소원자가 3개의 다른 탄소와 결합되어 형성된 육각형 벌집 무늬의 구조가 둥굴게 말려 튜브 형태로 된 것으로서, 튜브의 직경이 수 내지 수백 나노미터 정도로 극히 작으며, 단일벽(single wall) 구조나 다중벽(multi-wall)구조 등으로 성장한다. 이러한 탄소 나노튜브는 감긴 형태 및 직경에 따라 금속과 같은 전기적 도체가 되기도 하며, 전기가 잘 통하지 않는 반도체의 성질을 갖기도 하며, 속이 비어 있고 길이가 길기 때문에 기계적, 전기적, 화학적 특성이 우수하여 전계방출소자의 에미터 소재로 사용되고 있다.Recently, the importance of the field emission device using the carbon nanotubes due to the excellent electron emission characteristics at a relatively low vacuum degree has been recognized. Carbon nanotubes are hexagonal honeycomb structures formed by combining one carbon atom with three other carbons in a shape of a tube. The carbon nanotubes are extremely small, ranging from several to several hundred nanometers in diameter, and have a single wall. ) It grows into a structure or a multi-wall structure. These carbon nanotubes may be electrical conductors, such as metals, depending on the shape and diameter of the coil. They may also have properties of poorly conducting semiconductors. It is used as an emitter material of the device.

이와같은 탄소 나노튜브는 작은 직경(약, 1.0∼ 수십[nm])을 갖기 때문에 종래의 마이크로팁형(spindt형) 전계방출 팁에 비해 전계강화효과(field enhancement factor)가 상당히 우수하여 전자방출이 낮은 임계 전계(turn-on field, 약 1∼5[V/㎛])에서 이루어질 수 있게 되므로, 전력손실 및 생산단가를 줄일 수 있는 장점이 있다. Since such carbon nanotubes have a small diameter (about 1.0 to several tens of nm), the field enhancement factor is considerably superior to conventional microtip type spin-emitting field emission tips, resulting in low electron emission. Since it can be made in a critical field (turn-on field, about 1 to 5 [V / μm]), there is an advantage that can reduce the power loss and production cost.

이러한 탄소 나노튜브는 캐소드 전극 상에 페이스트 상태로 스크린 프린팅되어 형성되거나 화학 기상 증착 방법으로 성장시키는 방법으로 형성될 수 있다. Such carbon nanotubes may be formed by screen printing in the form of paste on the cathode or grown by chemical vapor deposition.

종래 전계방출소자의 구조를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The structure of the conventional field emission device will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a 내지 도 1e는 종래의 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출소자의 3전극 구조들을 나타낸 것이다.1A to 1E illustrate three electrode structures of a field emission device using a conventional carbon nanotube.

도 1a는 종래의 일반 게이트 구조(normal gate)로서, 도시한 바와 같이 기판(1) 상부에 캐소드 전극(2), 절연층(3), 게이트 전극(4)을 형성한 후 사진 식각 공정을 통해 상기 게이트 전극(4)과 절연층(3)을 식각하여 관통홀을 형성한 다음 노출된 캐소드 전극(2) 상부에 탄소 나노튜브(5)를 형성한 것이다. 이러한 구조는 전계가 제일 강한 홀의 주변에서만 국부적으로 전자방출이 일어날 가능성이 높고, 비대칭적인 전계분포에 의해 게이트전극(4)으로의 누설전류가 많다. 그리고, 그 공정 절차가 어렵기 때문에 대면적화가 용이하지 않은 문제점도 있었다. FIG. 1A illustrates a conventional normal gate, in which a cathode electrode 2, an insulating layer 3, and a gate electrode 4 are formed on a substrate 1 as shown in the drawings, and then, through a photolithography process The gate electrode 4 and the insulating layer 3 are etched to form through holes, and carbon nanotubes 5 are formed on the exposed cathode electrode 2. In this structure, electron emission is likely to occur locally only around the hole with the strongest electric field, and a large amount of leakage current to the gate electrode 4 is caused by an asymmetrical electric field distribution. In addition, there is a problem that the large area is not easy because the process procedure is difficult.

그로인해 상기와 같은 기본 게이트 구조 대신 게이트를 캐소드 전극 하부 혹은 동일 평면에 위치시키는 평면형 구조들이 등장하게 되었는데, 이들을 도 1b에서 도 1e까지 도시하였다. This has led to the emergence of planar structures in which the gate is positioned below the cathode electrode or in the same plane instead of the basic gate structure, which is shown in FIGS. 1B to 1E.

먼저 도 1b는 언더 게이트(under gate)구조 전계방출소자의 단면도로서, 도시한 바와 같이 전자 방출을 일으키는 전기장을 나노 튜브(14)의 하부에 있는 게이트 전극(11)으로 인가하는 방식이다. 이는 유리기판(10) 상부에 게이트 전극(11)을 형성한 후 그 상부에 차례로 절연층(12), 캐소드 전극(13)을 형성한 다음, 상기 캐소드 전극(13) 상부에 탄소 나노튜브 혼합 페이스트를 스크린 프린팅법 등으로 도포하고 일련의 바인더 제거공정을 통해 탄소 나노튜브(14)를 형성한다. 이는 그 제조 공정이 대단히 단순하기 때문에 종래의 다른 방법들에 비해 대면적 표시부에 적용하기 쉽다.First, FIG. 1B is a cross-sectional view of an under gate structure field emission device, in which an electric field causing electron emission is applied to the gate electrode 11 under the nanotube 14 as shown. The gate electrode 11 is formed on the glass substrate 10, and then the insulating layer 12 and the cathode electrode 13 are sequentially formed on the glass substrate 10, and then the carbon nanotube mixed paste is formed on the cathode electrode 13. Is applied by screen printing, etc., and carbon nanotubes 14 are formed through a series of binder removal processes. This is easy to apply to the large-area display portion compared to other conventional methods because the manufacturing process is very simple.

도 1c는 코플래너(coplanar) 구조 전계방출소자의 단면도로서, 도시한 바와 같이 게이트 전극(22)과 캐소드 전극(23)이 동일층에 형성되는 형태이다. 즉, 유리기판(20) 상부에 형성된 절연층(21) 상에 게이트 전극(22)과 캐소드 전극(23)을 형성한 후 상기 캐소드 전극(23) 상부에 스크린 프린팅방법 등으로 탄소 나노튜브(25)를 형성한 것으로, 그 제조 공정이 간단하면서도 구동 전압을 크게 낮출 수 있어 대면적화에 용이하다. FIG. 1C is a cross-sectional view of a coplanar structure field emission device in which a gate electrode 22 and a cathode electrode 23 are formed on the same layer as shown. That is, the gate electrode 22 and the cathode electrode 23 are formed on the insulating layer 21 formed on the glass substrate 20, and the carbon nanotubes 25 are screen-printed on the cathode electrode 23. ), The manufacturing process is simple and the driving voltage can be significantly lowered, which facilitates large area.

도 1d는 상기 코플래너 구조와 언더게이트 구조가 혼합된 구조(undergate with counter electrode)로서, 도시한 바와 같이 캐소드 전극(35) 하부에 게이트 배선(31)을 형성하고, 상기 캐소드 전극(35)과 동일한 평면 상에 게이트 전극(34)을 배치하기 위해 관통홀을 형성하여 상기 게이트 배선(31)과 게이트 전극(34)을 연결한 형태이다. 이 경우 공정은 단순 코플래너 형태나 언더게이트 구조에 비해 복잡해 지지만 전극들의 배치를 구현하기 쉬운 장점이 있다. FIG. 1D illustrates an undergate with counter electrode in which the coplanar structure and the undergate structure are mixed. A gate wiring 31 is formed below the cathode electrode 35, and the cathode electrode 35 and the cathode electrode 35 are formed as shown in FIG. In order to arrange the gate electrode 34 on the same plane, a through hole is formed to connect the gate wiring 31 and the gate electrode 34. In this case, the process is more complicated than the simple coplanar type or the undergate structure, but there is an advantage that it is easy to implement the arrangement of the electrodes.

도 1e는 게이트 전극(43)을 공통으로 이용하면서 그 양편에 캐소드 전극(41) 및 탄소 나노튜브(44)가 배치된 양측 캐소드 구조(Both Side Cathode)이다. 비록 이러한 구조는 게이트 전극(43)이 절연층(42)에 의해 캐소드 전극들(41)보다 높지만 게이트 전극 자체의 높이는 캐소드 전극들(41)의 높이와 유사하다. 이러한 구조는 일반 게이트 구조와 비교하여 게이트 전극(43)과 캐소그 전극들(41)의 높이가 거의 같은 평면 상에 위치하므로 동일 평면상에 전극들이 위치하는 것으로 간주할 수 있다.FIG. 1E illustrates a both side cathode structure in which a cathode electrode 41 and a carbon nanotube 44 are disposed on both sides of the gate electrode 43 in common. Although this structure is higher than the cathode electrodes 41 by the insulating layer 42, the height of the gate electrode itself is similar to the height of the cathode electrodes 41. This structure can be regarded as the electrodes are located on the same plane because the height of the gate electrode 43 and the cathode electrodes 41 are located on the same plane compared to the general gate structure.

상기와 같이 종래 탄소 나노튜브를 이용한 다양한 구조를 살펴보았는데, 이러한 구조의 대부분은 탄소 나노튜브를 패이스트 형태로 제조하여 스크린 프린팅 을 비롯한 방법으로 도포하여 형성하기 때문에 탄소 나노튜브의 접착성이나 표면 균일성이 나쁘게 된다. As described above, various structures using the conventional carbon nanotubes were examined. Since most of these structures are formed by coating carbon nanotubes in a paste form and applied by methods such as screen printing, adhesion or surface uniformity of carbon nanotubes is formed. Last name becomes bad.

따라서, 이러한 탄소 나노튜브의 접착성 향상 및 표면 평탄화를 비롯한 특성 향상을 위해 후처리가 필요하다. 먼저, 분산된 탄소 나노튜브와 유기물, 미세금속 분말을 혼합하여 제조한 페이스트를 이용하여 탄소 나노튜브 에미터를 형성한 후 기계적인 연마나 플라즈마 처리를 실시하여 표면을 후처리하는데, 이를 통해 탄소 나노튜브의 전자 방출 균일도와 접착성을 향상시킬 수 있다. Therefore, post-treatment is required to improve the adhesion and the surface planarization of such carbon nanotubes. First, carbon nanotube emitters are formed using a paste prepared by mixing dispersed carbon nanotubes with organic materials and fine metal powders, and then subjected to mechanical polishing or plasma treatment to post-treat the surface. The electron emission uniformity and adhesion of the tube can be improved.

상기 기계적인 연마는 구조에 따라 용이하게 실시하기 어려운 경우가 많기 때문에 구조적인 제약이 심한 문제점이 있다. Since the mechanical polishing is often difficult to perform easily depending on the structure, there is a serious structural constraint.

따라서, 플라즈마 처리를 이용한 방법이 더욱 광범위하게 사용될 수 있어 새로운 공정 방법으로 각광 받고 있다. 현재는 공정 온도가 500~600℃인 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Assisted CVD:PACVD) 기술이 개발되어 있다. 상기 고온 플라즈마 기술은 진공 상태에서만 사용 가능하기 때문에 탄소 나노튜브가 형성된 기판을 진공 상태의 고온 환경으로 만든후 플라즈마 처리를 해 주어야 한다. 따라서, 고온에 따른 전계방출 소자 구성물질의 변형이 발생할 수 있어 소재 선택이 제한적이 되며, 진공 시스템을 구현하기 위해 장비의 가격이 높아지고 설치 공간이 커질 수 밖에 없다. Therefore, the method using the plasma treatment can be used more widely, which is attracting attention as a new process method. Currently, Plasma Assisted CVD (PACVD) technology has been developed with process temperatures between 500 and 600 ° C. Since the high temperature plasma technology can be used only in a vacuum state, a plasma treatment must be performed after a substrate on which carbon nanotubes are formed is made in a high temperature environment in a vacuum state. Therefore, deformation of the field emission device constituents may occur due to the high temperature, thereby limiting the material selection and increasing the cost of the equipment and the installation space for the vacuum system.

상기한 바와같이 종래 페이스트 형태의 탄소 나노튜브를 이용하여 에미터를 형성한 전계방출소자의 탄소 나노튜브 후처리는 기계적인 연마나 고온 진공 플라즈마 처리를 이용하는데, 기계적인 연마를 이용하는 경우 전계방출소자의 구조적 제한이 심해 사용 가능한 대상이 제한되며, 고온 진공 플라즈마 처리를 이용하는 경우 고온에서 변형되지 않는 재료로 가용 재료가 제한되고 고온 및 진공 상태 형성을 위한 고가의 장비가 필요하므로 제조 비용이 상승하는 문제점이 있었다. As described above, the carbon nanotube post-treatment of the field emission device in which the emitter is formed using the conventional paste-type carbon nanotubes uses mechanical polishing or high temperature vacuum plasma treatment. Due to severe structural limitations, the available objects are limited, and the use of high temperature vacuum plasma treatment increases the manufacturing cost because the available materials are limited to materials that are not deformed at high temperatures and expensive equipment for forming high temperature and vacuum conditions is required. There was this.

상기한 바와같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge:DBD) 기술을 이용하여 상온 및 상압에서 플라즈마 방전을 발생시는 상압 플라즈마 발생기를 구비한 후처리 장치를 구현하고, 상기 장치에 탄소 나노튜브가 형성된 전계방출소자 하판을 통과시키도록 하여 공정 비용을 줄이도록 한 탄소 나노튜브 전계방출소자 제조 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention for solving the above-described problems, by implementing a dielectric barrier discharge (DBD) technology to implement a post-processing device having an atmospheric pressure plasma generator for generating a plasma discharge at room temperature and atmospheric pressure It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for manufacturing a carbon nanotube field emission device, which reduces the process cost by passing the lower plate of the field emission device on which carbon nanotubes are formed.

상기한 바와같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 페이스트 형태의 탄소 나노튜브가 적용되는 전계방출소자의 제조 장치에 있어서, 탄소 나노튜브가 형성된 전계방출소자 하판을 이동시키는 이동 수단과; 상기 이동수단의 상하부에 이격되어 설치되는 전극들을 구비한 상압 플라즈마 발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a device for manufacturing a field emission device to which the carbon nanotubes in paste form are applied, comprising: moving means for moving the lower plate of the field emission device on which the carbon nanotubes are formed; It characterized in that it comprises an atmospheric pressure plasma generating unit having electrodes spaced apart from the upper and lower portions of the moving means.

상기 상압 플라즈마 발생부의 전극들 사이에 자기장 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The apparatus may further include a magnetic field generator between the electrodes of the atmospheric pressure plasma generator.

또한, 본 발명은 상압 플라즈마 발생 수단을 이용한 탄소 나노튜브 전계방출 소자 제조 방법에 있어서, 기판 상에 전극을 형성한 후 탄소 나노튜브 페이스트를 이용하여 원하는 위치에 탄소 나노튜브 에미터를 형성하는 단계와; 상기 형성된 전계방출소자 하판을 상압 플라즈마 발생 수단에 의해 플라즈마가 발생되는 영역 사이로 통과시켜 상기 형성된 탄소 나노튜브 에미터를 후처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention provides a method for manufacturing a carbon nanotube field emission device using an atmospheric pressure plasma generating means, after forming an electrode on a substrate using a carbon nanotube paste to form a carbon nanotube emitter at a desired position; ; And post-processing the formed carbon nanotube emitter by passing the formed field emission device lower plate between the regions where the plasma is generated by the atmospheric pressure plasma generating means.

상기한 바와같은 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면들을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Embodiments of the present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명 일 실시예에 적용되는 상압 플라즈마의 발생 원리를 보이는 개념도로서, 도시된 바와 같이 유전체 전극(55)이 포함된 한쌍의 전극(50, 60)을 이용한다. FIG. 2 is a conceptual diagram showing a principle of generating an atmospheric pressure plasma applied to an embodiment of the present invention, and uses a pair of electrodes 50 and 60 including a dielectric electrode 55 as shown.

상기 상압 플라즈마를 발생시키기 위한 전극(50, 60)은 접지 전위가 인가되는 접지전극(60)과 교류 고전압이 인가되는 고전압 전극(50) 및 유전체 전극(55)으로 이루어진다. The electrodes 50 and 60 for generating the atmospheric pressure plasma include a ground electrode 60 to which a ground potential is applied, a high voltage electrode 50 to which an alternating high voltage is applied, and a dielectric electrode 55.

상기 구조의 상압 플라즈마 발생 수단은 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge:DBD)을 이용하는데, 이는 유전체 전극(55)의 전하축적(charge build-up)현상을 이용하여 교류전원에 의해 교류 고전압 전극(50)에 인가되는 전압 효율을 극대화시켜서 균일한 글로우 방전(glow discharge)을 얻는 방법이다. 이 기술은 기존의 진공플라즈마에 비해 반응활성종(radical)의 농도가 100~1000배 이상 높으며 온도가 상온~150℃로 낮아서 폴리머, 유리 및 저융점 금속의 표면처리에 적합하다.The atmospheric pressure plasma generating means of the above structure uses a dielectric barrier discharge (DBD), which uses an AC power supply using the charge build-up phenomenon of the dielectric electrode 55. It is a method of obtaining a uniform glow discharge by maximizing the voltage efficiency applied to the). This technology is more suitable for surface treatment of polymer, glass and low melting point metal because the concentration of reactive species is more than 100 ~ 1000 times higher than the conventional vacuum plasma and the temperature is low from room temperature to 150 ℃.

따라서, 상기 기법을 이용하는 상압 플라즈마 방전 수단에서는 접지전극(60)을 접지와 연결하고, 고전압 전극(50)에 교류 고전압을 인가한 후 도시된 화살표 방향으로 가스를 주입하면, 전자들이 두 전극사이의 전기장 영역에서 가속되면서 주입된 가스를 이온화 시켜 안정된 플라즈마(a)를 발생시킨다. 상기 플라즈마 발생 영역의 거리는 전계방출소자 하판의 두께보다 충분히 넓기 때문에 상기 플라즈마 발생 영역(a) 사이에 탄소 나노튜브가 형성된 전계방출소자 하판을 통과시켜 탄소 나노튜브를 후처리하고자 하는 것이 본 발명의 목적이다. Therefore, in the atmospheric pressure plasma discharge means using the above technique, when the ground electrode 60 is connected to the ground, the high voltage electrode 50 is applied with an alternating current high voltage, and then gas is injected in the direction of the arrow, electrons are formed between the two electrodes. While accelerating in the electric field region, the injected gas is ionized to generate a stable plasma (a). Since the distance of the plasma generating region is sufficiently wider than the thickness of the lower plate of the field emission device, it is an object of the present invention to pass through the lower plate of the field emission device having carbon nanotubes formed therebetween to post-treat the carbon nanotubes. to be.

또한, 이러한 플라즈마에 의한 후처리는 공정 중 잔류할 수 있는 유기물, 수분, 잔류 폴리머등을 플라즈마 내의 산소 반응활성종을 이용하여 제거할 수 있는 부수적인 효과도 기대할 수 있다. In addition, the post-treatment by plasma can also be expected a side effect of removing organic substances, moisture, residual polymers, etc. that may remain in the process using oxygen-reactive active species in the plasma.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브 후처리 공정용 장치의 구성을 보인 것으로, 도시된 바와 같이 하판 제조 공정 후 직접 연결하여 사용할 수 있다. 3a to 3c show the configuration of a carbon nanotube post-treatment process apparatus according to an embodiment of the present invention, as shown can be directly connected after the lower plate manufacturing process.

도 3a는 본 발명에 따른 장치의 상면도이고, 도 3b는 측면도, 그리고 도 3c는 상압 플라즈마 발생부를 기준으로한 단면도이다.3A is a top view of the apparatus according to the present invention, FIG. 3B is a side view, and FIG. 3C is a sectional view based on an atmospheric pressure plasma generating unit.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 페이스트 형태의 탄소 나노튜브가 적용된 전계방출소자 하판 기판(200)이 적치되어 공급되는 제 1공정 블록(100), 상압 방전에 의해 탄소 나노튜브 후처리가 실시되는 제 2공정 블록(110), 후처리가 끝난 기판(200)이 적치되는 제 3공정 블록(120)으로 나뉘며, 이 중에서도 본 발명의 핵심 부분은 기판(200)이 이송되면서 상압 플라즈마 발생부(115)에 의해 후처리가 실시되는 제 2공정 블록(110)이다. As shown, an embodiment of the present invention is a carbon nanotube post-treatment by the atmospheric pressure discharge, the first process block 100, which is supplied with the field emission device lower substrate 200 to which the paste-type carbon nanotubes are applied. The second process block 110 is carried out, the post-processed substrate 200 is divided into a third process block 120 is stacked, the core part of the present invention is the atmospheric pressure plasma generated while the substrate 200 is transferred The second process block 110 is subjected to post-processing by the unit 115.

상기 제 1공정 블록(100)이나 제 3공정 블록(120)은 단순히 탄소 나노튜브 전계방출소자 하판 기판(200)을 제 2공정 블록(110)에 제공해 주고 처리된 기판을 적치하기 위한 기판 공급대(105)와 기판 적치대(125)로 이루어 진 것이며, 이는 이전 공정 블록이나 다음 공정 블록에 포함될 수 있는 부분이다.The first process block 100 or the third process block 120 simply provides a carbon nanotube field emission device lower substrate 200 to the second process block 110 and a substrate supply table for depositing the processed substrate. It consists of the 105 and the substrate loading rack 125, which may be included in the previous process block or the next process block.

상기 제 2공정 블록(110)을 보면, 적어도 하나 이상의 상압 플라즈마 발생부(115)가 포함되어 있으며, 상기 상압 플라즈마 발생부(115)의 양 전극 사이에 컨베이어 밸트와 같은 기판 이송부(111)의 이송 부분이 위치하여 기판(200)이 상기 상압 플라즈마 발생부(115)에 의해 발생하는 플라즈마 발생 영역을 통과할 수 있도록 한다. 기판(200)의 크기에 따라 상기 상압 플라즈마 발생부(115)의 크기 및 수가 결정될 수 있다.Referring to the second process block 110, at least one atmospheric pressure plasma generator 115 is included, and transfer of a substrate transfer part 111, such as a conveyor belt, between both electrodes of the atmospheric pressure plasma generator 115. The portion is positioned to allow the substrate 200 to pass through the plasma generation region generated by the atmospheric pressure plasma generator 115. The size and number of the atmospheric pressure plasma generator 115 may be determined according to the size of the substrate 200.

그 동작 방법을 보면, 페이스트 상태의 탄소 나노튜브를 스크린 프린팅 등으로 형성한 전계방출소자 하판 기판(200)을 상기 제 2공정 블록(110)의 기판 이송부(111)에 제공하면, 상기 기판(200)은 기판 이송부(111)의 동작에 의해 상압 플라즈마 발생부(115)의 양 전극 사이로 이동하게 되며, 이때, 상기 플라즈마 발생부(115)의 전극에 접지와 교류 고전압을 인가하고, 가스를 전극 사이로 흘려주면 상기 전극 사이에 형성된 유전체에 의해 높아진 효율의 교류 전압에 의해 균일한 글로우 방전이 발생하면서 상기 기판(200)의 탄소 나노튜브 후막을 표면 처리하게 된다. 이를 통해 탄소 나노튜브의 접착력을 높이고 전자방출 균일도를 높일 수 있다.In the operation method, when the field emission element lower substrate 200 formed by pasting carbon nanotubes by screen printing is provided to the substrate transfer part 111 of the second process block 110, the substrate 200 ) Is moved between both electrodes of the atmospheric pressure plasma generator 115 by the operation of the substrate transfer unit 111, and at this time, ground and an alternating current high voltage are applied to the electrodes of the plasma generator 115, and gas is transferred between the electrodes. When flowing, the surface of the carbon nanotube thick film of the substrate 200 is surface-treated while generating a uniform glow discharge by an alternating current voltage having high efficiency by the dielectric formed between the electrodes. This can increase the adhesion of the carbon nanotubes and increase the electron emission uniformity.

도 4a 내지 도 4b는 본 발명 다른 실시예들의 상압 플라즈마 발생부(115)를 보인 측면도들로서, 도시된 바와 같이 기판(200)이 통과하는 상압 플라즈마 발생부 전극들(115-1, 115-2) 사이에 자기장 발생부(150)를 더 부가한 구성이다. 4A to 4B are side views illustrating the atmospheric pressure plasma generator 115 of another embodiment of the present invention, and the atmospheric pressure plasma generator electrodes 115-1 and 115-2 through which the substrate 200 passes as shown in FIG. It is the structure which added the magnetic field generating part 150 further in between.

본 발명의 목적이 탄소 나노튜브를 후처리하여 탄소 나노튜브의 전자 방출 균일도를 높이고자 하는 것이므로 이를 보다 효과적으로 달성하기 위해 자기장 발생부(150)를 더 부가하면, 상기 자기장 발생부로부터 발생하는 전자기력에 의해 탄소 나노튜브의 수직 배향을 유도하여 후처리 효율을 더욱 높일 수 있게 된다. Since the purpose of the present invention is to increase the electron emission uniformity of the carbon nanotubes by post-treatment of the carbon nanotubes, the magnetic field generating unit 150 may be further added to achieve the effect more effectively. By inducing the vertical orientation of the carbon nanotubes it is possible to further increase the post-treatment efficiency.

상기 자기장 발생부(115)는 도시된 실시예에서는 접지전극(115-2)에 인접하게 위치하고 있지만, 고전압전극(115-1)에 인접하게 배치될 수도 있으며, 상기 전극에 인가되는 전압이 반전될 수도 있으므로 구체적인 배치 위치는 다양해 질 수 있다. 또한, 상기 자기장 발생부는 상기 도 4a의 자기장 발생부(150) 처럼 단일한 자기장 발생 수단일 수 있고, 도 4b의 자기장 발생부(150a) 처럼 다수의 자기장 발생 수단으로 이루어질 수 있으며, 상기 자기장 발생부(150, 150a)에서 발생하는 자기장의 방향과 세기는 상기 자기장 발생부(150, 150a)를 통과하는 탄소 나노튜브의 수직배향을 유도하도록 설정되어야 한다. Although the magnetic field generator 115 is positioned adjacent to the ground electrode 115-2 in the illustrated embodiment, it may be disposed adjacent to the high voltage electrode 115-1, and the voltage applied to the electrode may be reversed. As such, specific placement locations may vary. In addition, the magnetic field generating unit may be a single magnetic field generating means such as the magnetic field generating unit 150 of FIG. 4A, may be formed of a plurality of magnetic field generating means such as the magnetic field generating unit 150a of FIG. 4B, and the magnetic field generating unit The direction and intensity of the magnetic field generated at 150 and 150a should be set to induce vertical alignment of the carbon nanotubes passing through the magnetic field generator 150 and 150a.

따라서, 본 발명은 저온/상압 플라즈마 표면처리기술을 탄소 나노튜브 전계 방출부의 후처리 공정에 적용하여 열변형 및 공정 공간의 제한을 크게 줄이며 공정 장비의 비용을 낮추어 생산 비용을 줄이고자 한 것이며, 그 외에 오염물질이나 부산물을 제거하는 세정 기능도 기대할 수 있게 된다. 또한, 최근 규제가 심해지고 있는 환경적인 측면에 있어서도 유독 물질을 발생시키지 않는 환경 친화적인 특성을 가지게 된다.Accordingly, the present invention is to apply a low temperature / atmospheric pressure plasma surface treatment technology to the post-treatment process of the carbon nanotube field emitter to greatly reduce the thermal deformation and process space limitation, and to reduce the cost of the process equipment to reduce the production cost, In addition, the cleaning function to remove contaminants and by-products can be expected. In addition, in the environmental aspects that are becoming more and more restrictive in recent years, it has environmentally friendly characteristics that do not generate toxic substances.

상기한 바와 같은 본 발명 탄소 나노튜브 전계방출소자 제조 장치 및 방법은 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge:DBD) 기술을 이용하여 상온 및 상압에서 플라즈마 방전을 발생시키는 상압 플라즈마 발생기와, 탄소 나노튜브의 수직 배향을 유도하는 자계 발생부를 구비한 후처리 장치를 구현하고, 탄소 나노튜브가 형성된 전계방출소자 패널이 상기 자계 및 상압 플라즈마 발생 영역을 통과하도록 하여 후처리를 실시하도록 함으로써, 전계 방출소자 구조 재현의 제한과 고온 및 진공 조건의 제한을 받지 않도록 하여 생산 비용을 크게 줄이는 효과가 있다.An apparatus and method for manufacturing a carbon nanotube field emission device according to the present invention as described above includes an atmospheric pressure plasma generator for generating a plasma discharge at room temperature and atmospheric pressure using a dielectric barrier discharge (DBD) technology, and a vertical direction of carbon nanotubes. By implementing a post-treatment apparatus having a magnetic field generating unit for inducing orientation, and performing the post-treatment by passing the field emission device panel on which carbon nanotubes are formed through the magnetic field and the atmospheric pressure plasma generating region, There is an effect to greatly reduce the production cost by not being limited by the restrictions and high temperature and vacuum conditions.

도 1a 내지 도 1e는 종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 종류별 구조들을 보인 단면도.1A to 1E are cross-sectional views showing structures of types of three-electrode field emission devices using conventional carbon nanotubes.

도 2는 본 발명 일 실시예에 적용되는 상압 플라즈마 발생 개념도.2 is a conceptual diagram of atmospheric pressure plasma generation applied to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명 일 실시예의 제조 장치 구성도.Figure 3 is a block diagram of a manufacturing apparatus of an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명 다른 실시예의 구성도.Figure 4 is a block diagram of another embodiment of the present invention.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***

50: 고전압 전극 55: 유전체50: high voltage electrode 55: dielectric

60: 접지 전극 100: 제 1공정 블록60: ground electrode 100: first process block

105: 기판 공급대 110: 제 2공정 블록105: substrate supply stage 110: second process block

111: 기판 이송부 115: 상압 플라즈마 발생부111: substrate transfer unit 115: atmospheric pressure plasma generation unit

120: 제 3공정 블록 125: 기판 적치대120: third process block 125: substrate loading table

150: 자기장 발생부 200: 기판150: magnetic field generating unit 200: substrate

Claims (4)

페이스트 형태의 탄소 나노튜브가 적용되는 전계방출소자의 제조 장치에 있어서, 탄소 나노튜브가 형성된 전계방출소자 하판을 이동시키는 이동 수단과; 상기 이동수단의 상하부에 이격되어 설치되는 전극들을 구비한 상압 플라즈마 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자 제조 장치.An apparatus for manufacturing a field emission device to which carbon nanotubes in paste form are applied, comprising: moving means for moving a lower plate of the field emission device on which carbon nanotubes are formed; Carbon nanotube field emission device manufacturing apparatus comprising an atmospheric pressure plasma generating unit having electrodes spaced apart from the upper and lower portions of the moving means. 제 1항에 있어서, 상기 상압 플라즈마 발생부의 전극들 사이에 자기장 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자 제조 장치.According to claim 1, Carbon nanotube field emission device manufacturing apparatus characterized in that it further comprises a magnetic field generating unit between the electrodes of the atmospheric pressure plasma generating unit. 제 2항에 있어서, 상기 자기장 발생부는 단일한 자기장 발생부이거나 다수의 자기장 발생 수단이 배치된 발생부이며, 상기 자기장 발생부에서 발생하는 자기장의 방향과 세기는 상기 자기장 발생부를 통과하는 탄소 나노튜브의 수직배향을 유도하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자 제조 장치.The magnetic field generating unit of claim 2, wherein the magnetic field generating unit is a single magnetic field generating unit or a generating unit in which a plurality of magnetic field generating units are arranged, and the direction and intensity of the magnetic field generated in the magnetic field generating unit pass through the magnetic field generating unit. Carbon nanotube field emission device manufacturing apparatus characterized in that it is set to induce a vertical orientation of the. 상압 플라즈마 발생 수단을 이용한 탄소 나노튜브 전계방출 소자 제조 방법에 있어서, 기판 상에 전극을 형성한 후 탄소 나노튜브 페이스트를 이용하여 원하는 위치에 탄소 나노튜브 에미터를 형성하는 단계와; 상기 형성된 전계방출소자 하판을 상압 플라즈마 발생 수단에 의해 플라즈마가 발생되는 영역 사이로 통과시켜 상기 형성된 탄소 나노튜브 에미터를 후처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자 제조 방법.A method of manufacturing a carbon nanotube field emission device using an atmospheric pressure plasma generating means, comprising: forming a carbon nanotube emitter at a desired location using a carbon nanotube paste after forming an electrode on a substrate; And post-processing the formed carbon nanotube emitter by passing the formed field emission device lower plate through a region in which plasma is generated by an atmospheric pressure plasma generating means.