KR20060047145A - 카본나노튜브, 이를 포함한 전자 방출원 및 이를 구비한전자 방출 소자 - Google Patents

카본나노튜브, 이를 포함한 전자 방출원 및 이를 구비한전자 방출 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR20060047145A
KR20060047145A KR1020040092996A KR20040092996A KR20060047145A KR 20060047145 A KR20060047145 A KR 20060047145A KR 1020040092996 A KR1020040092996 A KR 1020040092996A KR 20040092996 A KR20040092996 A KR 20040092996A KR 20060047145 A KR20060047145 A KR 20060047145A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electron emission
carbon nanotubes
emission source
nanotubes
carbon nanotube
Prior art date
Application number
KR1020040092996A
Other languages
English (en)
Inventor
문종운
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020040092996A priority Critical patent/KR20060047145A/ko
Publication of KR20060047145A publication Critical patent/KR20060047145A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304—Field-emissive cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
    • H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/10—Filled nanotubes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

본 발명은 주카본나노튜브의 내부에 복수개의 부카본나노튜브들을 포함하는 카본나노튜브, 이를 포함하는 전자 방출원 및 상기 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 전자 방출 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 전자 방출 효율이 증대되고, 수명 특성이 향상된 카본나노튜브를 제공할 수 있다.

Description

카본나노튜브, 이를 포함한 전자 방출원 및 이를 구비한 전자 방출 소자{A carbon nanotube, an emitter comprising the carbon nanotube and an electron emission device comprising the emitter}
도 1은 기판 상에 본 발명에 따른 카본나노튜브들을 갖는 전자 방출 소자에 대한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따라서 제조된 카본나노튜브의 투과 전자 현미경 (Transmission Electron Microscope; TEM) 사진으로서, 도 1의 부분 확대 사진에 해당된다.
도 3은 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일구현예에 대한 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 카본나노튜브 및 종래 기술에 따른 카본나노튜브의 전류밀도 측정 결과를 도시한 그래프이다.
<도면 부호의 간단한 설명>
200: 전자 방출 소자 201: 상판
202: 하판 110: 하면기판
120: 캐소드 전극 130: 절연체층
140: 게이트 전극 160: 전자방출원
41...음극 42...양극
본 발명은 카본나노튜브, 이를 포함하는 전자 방출원 및 상기 전자 방출원을 구비하는 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 주카본나노튜브의 내부에 복수개의 부카본나노튜브들을 포함하는 카본나노튜브, 이를 포함하는 전자 방출원 및 상기 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자에 관한 것이다.
전자 방출 소자 (Electron Emission Device)는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 전압을 인가하여 전계를 형성함으로써 캐소드 전극의 전자 방출원으로부터 전자를 방출시키고, 이 전자를 애노드 전극 측의 형광 물질에 충돌시켜 발광되도록 하는 디스플레이 장치이다.
이러한 전자 방출 소자의 전자 방출원으로서, 종래에는 몰리브덴과 같은 금속으로 이루어진 마이크로 팁이 많이 사용되었으나, 이러한 마이크로 팁은 표시 면적이 대면적화됨에 따라서 제작 단가가 상당히 증대된다는 문제점이 있으며, 또한 진공에서의 잔류 가스 입자들이 전자들과 충돌하여 이온화되고 상기 가스 이온들이 마이크로 팁과 충돌하여 마이크로 팁 자체에 손상을 입히게 되므로, 마이크로 팁이 파괴되기도 하고, 전자에 의해 충돌된 형광체 입자가 떨어져 나와서 마이크로 팁을 오염시키게 되므로, 전자 방출 소자의 성능과 수명을 저하시킨다는 문제점이 있었다.
따라서, 최근에는 이러한 문제점을 극복하기 위한 방안으로서, 전자 전도성이 탁월한 카본계 물질로서 카본나노튜브가 각광을 받고 있는데, 이는 카본나노튜브가 전도성 및 전계 집중 효과가 우수하고, 일함수 (work function)가 낮아서 전계 방출 특성이 우수하여 저전압 구동이 용이하고, 대면적화가 가능하기 때문이다.
상기와 같이, 전자 방출 소자의 전자 방출원으로서 카본나노튜브를 사용하는 경우에는 비표면적이 넓어야 하며, 단위 면적 당 에미터 (emitter)의 갯수가 많아야만 전자 방출 효율 증대 및 수명 향상이라는 효과를 기대할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 넓은 비표면적을 갖고, 단위 면적 당 많은 숫자의 에미터를 가짐으로써, 전자 방출 효율 및 수명이 향상된 카본나노튜브를 제공하며, 또한 이를 포함하는 전자 방출원 및 이러한 전자 방출원을 구비하는 전자 방출 소자를 제공하고자 하는 것이다.
상기 본 발명의 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제1 태양은, 주카본나노튜브의 내부에 복수개의 부카본나노튜브들을 포함하는 카본나노튜브를 제공한다.
상기 본 발명의 다른 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제2 태양은, 주카본나노튜브의 내부에 복수개의 부카본나노튜브들을 포함하는 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원을 제공한다.
본 발명의 또 다른 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제3 태양은,
기판;
상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 및
상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되고, 주카본나노튜브의 내부에 복수개의 부카본나노튜브들을 포함하는 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자를 제공한다.
본 발명의 또 다른 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제4 태양은,
주카본나노튜브의 내부에 복수개의 부카본나노튜브들을 포함하는 카본나노튜브 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제조하는 단계;
기판 상에 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄하는 단계;
상기 인쇄된 전자 방출원 형성용 조성물을 소성하는 단계; 및
상기 소성된 결과물을 활성화시켜 전자 방출원을 얻는 단계를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 카본나노튜브를 사용하면, 전자 방출 효율 및 수명이 향상된 전자 방출 소자를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 주카본나노튜브의 내부에 복수개의 부카본나노튜브들을 포함하는 카본나노튜브를 제공한다.
전자 방출원으로 사용되는 카본나노튜브의 전자 방출 효율을 극대화하기 위해서는 제한된 면적 하에서, 에미터의 갯수를 최대화할 필요성이 존재한다. 본 발명에서는 기존의 카본나노튜브 구조와는 상이하게 하나의 주카본나노튜브의 내부에 복수개의 부카본나노튜브들을 형성시킴으로써, 기존의 카본나노튜브보다 면적 당 에미터의 갯수를 최대화할 수 있고, 결과적으로 전자 방출 효율을 극대화할 수 있는 방안을 제시한다.
도 1에는 기판 상에 본 발명에 따른 카본나노튜브들을 갖는 전자 방출 소자에 대한 개략적인 단면도가 도시되어 있으며, 도 2에는 본 발명에 따른 카본나노튜브의 투과 전자 현미경 (Transmission Electron Microscope; TEM) 사진으로서, 도 1의 부분 확대 사진이 도시되어 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 카본나노튜브는 주카본나노튜브의 내부에 복수개 (도시된 도면에서는 3 내지 4개)의 부카본나노튜브들을 가지며, 따라서 상술한 바와 같이 종래기술에 비해서 제한된 면적 당 에미터의 갯수를 최대화할 수 있게 된다.
바람직하게는, 상기 주카본나노튜브의 직경은 10 nm 내지 1 ㎛이다. 상기 주카본나노튜브의 직경이 10 nm 미만인 경우에는 내부에 카본나노튜브 촉매를 삽입시키기가 용이하지 않으며, 따라서 부카본나노튜브들을 성장시키기가 용이하지 않다는 문제점이 있어서 바람직하지 않고, 상기 주카본나노튜브의 직경이 1 ㎛를 초과하는 경우에는 부카본나노튜브의 개수 또는 배향성 등을 용이하게 제어할 수 없다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
상기 부카본나노튜브의 직경은 1 nm 내지 100 nm인 것이 바람직하다. 상기 부카본나노튜브의 직경이 1 nm 미만인 경우에는 카본나노튜브 자체의 내구성이 떨어져서 수명이 불리해질 수 있다는 문제점이 있어서 바람직하지 않고, 상기 부카본나노튜브의 직경이 100 nm를 초과하는 경우에는 상기 부카본나노튜브가 주카본나노튜브 내부에서 성장하기가 용이하지 않다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
또한, 주카본나노튜브 내부에서 부카본나노튜브를 성장시켜야 하므로, 상기 주카본나노튜브의 직경은 상기 부카본나노튜브의 직경보다 커야 한다.
바람직하게는, 상기 주카본나노튜브는 그 내부에 2 내지 10개의 부카본나노튜브들을 포함한다. 상기 부카본나노튜브의 개수가 2개 미만인 경우에는 충분한 전자 방출 효율 증대 효과를 얻을 수 없어서 바람직하지 않고, 상기 부카본나노튜브의 개수가 10개를 초과하는 경우에는 스크리닝 효과로 인해서 전계 강화 인자 (field enhancement factor)가 커져서 카본나노튜브의 팁에 효율적으로 전기장이 걸릴 수 없다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 카본나노튜브는 전기방전법, 레이저증착법, 기상합성법, 열화학기상증착법 또는 플라즈마 화학기상증착법 등을 포함하는 다양한 방법에 따라 합성될 수 있다. 본 발명의 카본나노튜브 제조 방법에 대한 일 구현예는 다음과 같다.
먼저, 카본나노튜브가 성장하게 될 촉매 금속을 제공한다. 촉매 금속은 예를 들면, 코발트, 니켈, 철, 또는 이들의 합금을 사용할 수 있다. 상기 촉매 금속은 예를 들면 유리, 석영, 실리콘 또는 알루미나 (Al2O3) 등과 같은 기판에 열 증착법, 전자빔 증착법 또는 스퍼터링법을 이용하여 수 내지 수백 nm의 두께의 막 형태로 형성될 수 있다. 이 후, 촉매 금속막을 추가로 식각하여 서로 독립적으로 분리된 나노 크기의 촉매 금속 입자들을 형성한다. 식각 가스로는 암모니아 가스, 수소 가스 또는 수소화물 가스 등이 사용될 수 있다. 상기 식각 가스는 기판 상의 그레인 입계를 따라 촉매 금속막을 식각하여 서로 독립적으로 분리된 나노 크기의 촉매 금속 입자를 균일하게 고밀도로 형성한다.
금속 촉매 제공의 다른 예로는 제올라이트(zeolite) 지지체를 이용하는 방법이 있다. 상기 제올라이트 지지체에 금속 촉매를 합체시키는 방법은 진공주입법 (impregnation) 또는 이온 교환법 (ion exchange) 등과 같은 방법을 이용한다. 제올라이트 지지체를 이용하는 촉매 제공 방법으로는 구체적으로 Co/Y 촉매, Co/ZSM-5 촉매, Co/Y 촉매, Fe/Y 촉매 등을 얻을 수 있다. 상기 제올라이트 지지체를 이용한 촉매는 예를 들어, Co-(Fe) 아세테이트 용액을 이용하여 제조될 수 있으며, 최종 Co 또는 Fe 함량은 약 2.5 중량%일 수 있다.
전술한 바와 같이 카본나노튜브가 성장할 촉매 금속을 제공한 후, 상기 촉매 금속에 카본나노튜브를 성장시킨다. 카본 공급 가스로는 C1-3탄화수소 가스가 사용되며, 이의 구체적인 예에는 아세틸렌, 에틸렌, 에탄, 프로필렌, 프로판 또는 메탄가스 등이 포함된다. 카본나노튜브 성장 온도는 통상적으로 700 내지 800℃이다. 상기 카본 공급 가스는 카본나노튜브의 성장 속도 및 시간을 조절하기 위하여 수소 가스 또는 아르곤 가스와 같은 운반 가스 또는 수소화물 가스와 같은 희석 가스와 동시에 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 카본나노튜브는 상기와 같이 제조된 주카본나노튜브 내부에 다시 촉매 금속을 채워 넣고 복수개의 부카본나노튜브들을 재합성시킴으로써 제조될 수 있다.
본 발명의 카본나노튜브 합성 방법은 전술한 바와 같은 합성 방법을 참조하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
상기와 같이 합성된 직후의 카본나노튜브는 다양한 종류의 불순물을 다량 함유하고 있으며, 이러한 불순물들이 전자 방출원에 포함될 경우, 전자 방출 특성이 저해되므로, 이를 제거하는 정제 공정을 카본나노튜브 합성 이후에 수행할 수 있다. 상기 정제 공정으로는 초음파 세척법, 원심 분리법, 화학침전법, 필터링법, 크로마토그래피법 등과 같은 당업계에서 통상적으로 사용되는 다양한 방법들이 포함된다.
본 발명은 다른 구현예에서, 주카본나노튜브의 내부에 복수개의 부카본나노튜브들을 포함하는 카본나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출원을 제공한다.
본 발명의 전자 방출원은 예를 들면 화학기상증착법 등과 같은 방법을 이용하여 기판 상에 상기 카본나노튜브를 직접 성장시킴으로써 형성되거나, 또는 상기 카본나노튜브를 포함하는 페이스트 조성물을 이용한 페이스트법에 의해서 형성될 수 있다. 이 중, 대량 생산 용이성 및 제조 단가 측면에서는 페이스트법이 유리하다.
페이스트법을 이용하여 전자 방출원을 형성하는 경우, 본 발명의 전자 방출원은 접착 성분 및 접착 성분의 소성 결과물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 접착 성분은 카본나노튜브와 기판 간의 접착력을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 무기 접착 성분의 구체적인 예에는 글래스 프리트, 실란, 물유리 등이 포함 되고, 유기 접착 성분의 구체적인 예에는 에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스 등과 같은 셀룰로오스계 수지; 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 및 우레탄 아크릴레이와 같은 아크릴계 수지; 비닐계 수지 등이 포함되며, 저융점 금속 또한 상기 접착 성분으로 이용될 수 있다.
본 발명은 또 다른 구현예에서, 기판; 상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 및 상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되고, 주카본나노튜브의 내부에 복수개의 부카본나노튜브들을 포함하는 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원을 구비하는 전자 방출 소자를 제공한다.
도 3은 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 부분 단면도로서, 대표적으로 3극관 구조의 전자 방출 소자를 도시하였다.
도시한 바와 같이, 전자 방출 소자 (200)는 상판 (201)과 하판 (202)을 구비하고, 상기 상판은 상면기판 (190), 상기 상면기판의 하면 (190a)에 배치된 애노드 전극 (180), 상기 애노드 전극의 하면 (180a)에 배치된 형광체층 (170)을 구비한다.
상기 하판 (202)은 내부 공간을 갖도록 소정의 간격을 두고 상기 상면기판 (190)과 대향하여 평행하게 배치되는 하면기판 (110), 상기 하면기판 (110) 상에 스트라이프 형태로 배치된 캐소드 전극 (120), 상기 캐소드 전극 (120)과 교차하도록 스트라이프 형태로 배치된 게이트 전극 (140), 상기 게이트 전극 (140)과 상기 캐소드 전극 (120) 사이에 배치된 절연체층 (130), 상기 절연체층 (130)과 상기 게이트 전극 (140)의 일부에 형성된 전자방출원 홀 (169), 상기 전자방출원 홀 (169) 내에 배치되어 상기 캐소드 전극 (120)과 통전되고 상기 게이트 전극 (140)보다 낮은 높이로 배치되는 전자방출원 (160)을 구비한다.
상기 상판 (201)과 하판 (202)은 대기압보다 낮은 압력의 진공으로 유지되며, 상기 진공에 의해 발생하는 상기 상판과 하판 간의 압력을 지지하고, 발광공간 (210)을 구획하도록 스페이서 (192)가 상기 상판과 하판 사이에 배치된다.
상기 애노드 전극 (180)은 상기 전자방출원 (160)에서 방출된 전자의 가속에 필요한 고전압을 인가하여 상기 전자가 상기 형광체층 (170)에 고속으로 충돌할 수 있도록 한다. 상기 형광체층은 상기 전자에 의해 여기되어 고에너지 레벨에서 저에너지 레벨로 떨어지면서 가시광을 방출한다. 칼라 전자 방출 소자의 경우에는 단위화소를 이루는 복수의 상기 발광공간 (210) 각각에 적색 발광, 녹색 발광, 청색 발광의 형광체층이 상기 애노드 전극의 하면 (180a)에 배치된다.
상기 게이트 전극 (140)은 상기 전자방출원 (160)에서 전자가 용이하게 방출될 수 있도록 하는 기능을 담당하며, 상기 절연체층 (130)은 상기 전자방출원 홀 (169)을 구획하고, 상기 전자방출원 (160)과 상기 게이트 전극 (140)을 절연하는 기능을 담당한다.
전계 형성에 의해 전자를 방출하는 상기 전자방출원 (160)은 주카본나노튜브의 내부에 복수개의 부카본나노튜브들을 포함하는 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원 (160)이다.
본 발명은 또 다른 구현예에서, 주카본나노튜브의 내부에 복수개의 부카본나노튜브들을 포함하는 카본나노튜브 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성 물을 제조하는 단계; 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄하는 단계; 전자 방출원 형성용 조성물을 소성하는 단계; 및 소성 결과물을 활성화시키는 단계를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명을 따르는 전자 방출 소자의 제조 방법의 일 구현예는 다음과 같다.
먼저 전자 방출원 형성용 조성물을 준비한다. 전자 방출원 형성용 조성물은 카본나노튜브 및 비이클을 포함한다.
카본나노튜브는 전자를 방출하는 역할을 하는 것으로서, 전술한 바와 같이 주카본나노튜브의 내부에 복수개의 부카본나노튜브들을 포함하는 카본나노튜브일 수 있다. 상기 조성물 내의 카본나노튜브는 0.1 내지 30 중량%, 바람직하게는 5 내지 20 중량%의 양으로 사용될 수 있다.
비이클은 전자 방출원 형성용 조성물의 점도 및 인쇄성을 조절하는 역할을 하는 것으로서, 이는 폴리머 성분 및 유기 용매 성분을 포함한다.
비이클 내에 포함되는 폴리머 성분에 대한 비제한적인 예로는 에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스 등과 같은 셀룰로오스계 수지; 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 및 우레탄 아크릴레이트와 같은 아크릴계 수지; 및 비닐계 수지 등이 있으며, 그 함량은 전체 페이스트 조성물에 대하여 5 내지 60 중량%일 수 있다.
비이클 내에 포함되는 유기 용매 성분에 대한 비제한적인 예로는 부틸 카르비톨 아세테이트 (BCA), 터피네올 (TP), 톨루엔, 텍사놀 및 부틸 카르비톨 (BC) 등이 있으며, 그 함량은 전체 페이스트 조성물에 대하여 40 내지 80 중량%일 수 있 다.
상기 전자 방출원 형성용 조성물은, 카본나노튜브와 기판과의 접착력을 향상시키는 역할을 하는 접착 성분으로서, 무기 접착 성분, 유기 접착 성분, 및 저융점 금속으로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택된 것을 포함할 수도 있다.
또한, 이 밖에도, 상기 전자 방출원 형성용 조성물은 필러 (filler), 감광성 수지, 점도 개선제, 해상도 개선제 등을 더 포함할 수도 있다. 이 중, 필러는 기판과 충분히 접착되지 못한 카본나노튜브의 전도성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 이의 구체적인 예에는 Ag, Al, Pd 등이 있다. 감광성 수지는 전자 방출원 형성 영역에 따라 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄할 때 사용되는 것으로서, 이의 구체적인 예에는 PMMA, TMPTA, 메틸 아크릴산 (Methyl acrylic acid) 등이 있다.
또한 본 발명의 조성물은 필요에 따라 통상의 감광성 모노머와 광개시제, 폴리에스테르 아크릴레이트계와 같은 감광성 수지, 또는 셀룰로오스, 아크릴레이트와 비닐계 같은 비감광성 폴리머, 분산제, 소포제 등을 더 포함할 수 있다.
상기 감광성 모노머는 패턴의 분해 향상제로 첨가되며, 열분해성 아크릴레이트 계열의 모노머, 벤조페논계 모노머, 아세트페논계 모노머, 또는 티오키산톤계 모노머 등이 있으며, 보다 구체적으로는 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 2,4-디에틸옥산톤 (2,4-diethyloxanthone), 또는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논을 사용할 수 있다. 상기 감광성 모노머의 함량은 3 내지 40 중량%로 포함될 수 있다.
상기 광개시제의 종류는 통상 사용되는 것을 사용할 수 있으며, 그 함량은 0.05 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
상기와 같은 조성을 갖는 전자 방출원 형성용 조성물의 점도는 5,000 내지 50,000 cps인 것이 바람직하다.
다음으로, 준비된 전자 방출원 형성용 조성물을 기판에 인쇄한다. 상기 "기판"이란 전자 방출원이 형성될 기판으로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 기판을 사용할 수 있다.
인쇄 방식은 전자 방출원 형성용 조성물이 감광성 수지를 포함하는 경우와 감광성 수지를 포함하지 않은 경우에 따라 상이하다. 전자 방출원 형성용 조성물이 감광성 수지를 포함하는 경우에는 별도의 포토레지스트 패턴이 불필요하다. 즉, 기판 상에 감광성 수지를 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄로 코팅하고, 이를 원하는 전자 방출원 형성 영역에 따라 노광 및 현상한다. 한편, 전자 방출원 형성용 조성물이 감광성 수지를 포함하지 않는 경우에는, 별도의 포토레지스트막 패턴을 이용한 포토리소그래피 공정이 필요하다. 즉, 포토레지스트막을 이용하여 포토레지스트막 패턴을 먼저 형성한 후, 상기 포토레지스트막 패턴을 이용하여 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄로 공급한다.
이 후, 인쇄된 전자 방출원 형성용 조성물을 소성시킨다. 상기 소성 단계를 통하여 카본나노튜브와 기판과의 접착력이 향상될 수 있고, 일부 이상의 접착 성분의 용융 및 고형화에 의하여 내구성 등도 향상될 수 있으며, 아웃개싱 (outgasing)도 최소화될 수 있다. 소성 온도는 전자 방출원 형성용 조성물에 포함된 비이클의 휘발 및 접착 성분의 소결가능 온도 및 시간을 고려하여 결정되어야 한다. 통상적인 소성 온도는 350 내지 500℃, 바람직하게는 450℃이다. 소성 온도가 400℃ 미만이면 비이클 등의 휘발이 충분히 이루어지지 않는다는 문제점이 발생할 수 있고, 소성 온도가 500℃를 초과하면 카본나노튜브 손상의 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
이 후, 소성 결과물을 활성화하여 전자 방출원을 얻는다. 상기 활성화 단계는, 예를 들어, 열처리 공정을 통하여 필름 형태로 경화될 수 있는 폴리이미드계 고분자를 포함하는 전자 방출원 표면 처리제를 상기 소성 결과물 상에 도포한 후, 이를 열처리한 다음, 상기 열처리로 형성된 필름을 박리함으로써 수행될 수 있다. 또한, 상기 활성화 단계는 소정의 구동원으로 구동되는 롤러 표면에 접착력을 갖는 접착부를 형성하여 상기 소성 결과물 표면에 소정의 압력으로 가압함으로써 수행될 수도 있다. 이러한 활성화 단계를 통하여 전자 방출원 표면으로 카본나노튜브가 노출되거나 카본나노튜브의 수직배향 상태가 조절될 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확히 표현하기 위한 목적으로 기재되는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
카본나노튜브의 제조
실시예 1.
기공을 가지는 알루미나 멤브레인을 통하여 튜브의 직경이 20nm인 카본나노튜브를 합성하고 다시 금속 촉매 염을 이용하여, 상기 카본나노튜브 내부에 촉매입 자를 채워 넣었다. 알루미나 멤브레인을 불산을 통해 제거한 다음, 통상적인 화학기상증착법에 의해서 상기 카본나노튜브 내부에 카본나노튜브를 재성장시킴으로써 본 발명에 따른 카본나노튜브를 제조하였다.
비교예 1.
통상적인 화학기상증착법에 의해서 카본나노튜브를 제조하였다.
전자 방출원의 제조
실시예 2.
상기 실시예 1에서 제조된, 주카본나노튜브 내부에 복수개의 부카본나노튜브들을 포함하는 카본나노튜브, 글래스 프리트, 에틸 셀룰로오스, 메틸 아크릴산, 부틸 카르비톨 아세테이트를 혼합하여 25000cps의 점도를 갖는 전자 방출원용 조성물을 제조하여 기판 상에 코팅한 후, 패턴 마스크를 이용하여 2000 mJ/cm2의 노광 에너지로 평행 노광기를 이용하여 조사하였다. 노광 후 스프레이하여 현상하고, 450 의 온도에서 소성하여 전자 방출원을 얻었다.
비교예 2.
상기 비교예 1에서 제조된 카본나노튜브를 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법에 따라 전자 방출원을 제조하였다.
전류 밀도 측정
상기 실시예 2 및 비교예 2의 전자 방출원에 대하여 전류 밀도를 측정하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에 따르면, 본 발명에 따른 전자 방출원의 전류 밀도 기울기가 비교예에 따른 전자 방출원의 전류 밀도 기울기에 비해서 더욱 샤프하고, 따라서 전자 방출 효율이 우수하다는 것을 확인할 수 있다.
전자 방출 소자의 제조
하면 기판을 준비하고, 상기 하면 기판 상에 ITO 물질로 이루어진 투명한 다수의 캐소드 전극을 스트라이프 형태로 형성하였다. 이후, 상기 캐소드 전극이 덮이도록 폴리이미드 절연 물질을 스크린 인쇄하여 절연체층을 형성하고, 상기 절연체층의 상면에 도전성이 우수한 은(Ag) 또는 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 도체를 포함하는 페이스트를 스크린 인쇄하여 게이트 전극을 형성하였다. 이후 게이트 전극과 절연체층을 에칭하여 상기 캐소드 전극의 표면이 드러나도록 전자방출원 홀을 형성하고, 상기 게이트 전극을 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 상기 캐소드 전극들과 교차하도록 스트라이프 형태로 형성하였다.
다음으로, 상기 전자방출원 홀에 주카본나노튜브의 내부에 복수개의 부카본나노튜브들을 포함하는 카본나노튜브 및 비이클을 포함하는 전자방출원 형성용 페이스트를 도포하여 전자방출원을 형성하고, 소성 및 활성화 단계를 거쳐서 전자 방출 소자를 제조하였다.
본 발명에 따르면, 전자 방출 효율이 증대되고, 수명 특성이 개선된 카본나노튜브, 이를 포함하는 전자 방출원 및 이러한 전자 방출원을 구비하는 전자 방출 소자를 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 주카본나노튜브의 내부에 복수개의 부카본나노튜브들을 포함하는 카본나노튜브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주카본나노튜브의 직경은 10 nm 내지 1㎛인 것을 특징으로 하는 카본나노튜브.
  3. 제1항에 있어서, 상기 부카본나노튜브의 직경은 1 nm 내지 100nm인 것을 특징으로 하는 카본나노튜브.
  4. 제1항에 있어서, 상기 주카본나노튜브의 직경이 상기 부카본나노튜브의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 카본나노튜브.
  5. 제1항에 있어서, 상기 카본나노튜브는 전기방전법, 레이저증착법, 기상합성법, 열화학기상증착법 및 플라즈마 화학기상증착법으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법에 의해서 제조된 것을 특징으로 하는 카본나노튜브.
  6. 주카본나노튜브의 일 말단에 형성된 복수개의 부카본나노튜브들을 포함하는 분지상 구조를 갖는 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전자 방출원은 기판 상에 상기 카본나노튜브를 직접 성장시킴으로써 형성되거나, 또는 상기 카본나노튜브를 포함하는 페이스트 조성물을 이용한 페이스트법에 의해서 형성된 것을 특징으로 하는 전자 방출원.
  8. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 및
    상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되고, 주카본나노튜브의 내부에 복수개의 부카본나노튜브들을 포함하는 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  9. 주카본나노튜브의 내부에 복수개의 부카본나노튜브들을 포함하는 카본나노튜브 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제조하는 단계;
    기판 상에 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄하는 단계;
    상기 인쇄된 전자 방출원 형성용 조성물을 소성하는 단계; 및
    상기 소성된 결과물을 활성화시켜 전자 방출원을 얻는 단계를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
KR1020040092996A 2004-11-15 2004-11-15 카본나노튜브, 이를 포함한 전자 방출원 및 이를 구비한전자 방출 소자 KR20060047145A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040092996A KR20060047145A (ko) 2004-11-15 2004-11-15 카본나노튜브, 이를 포함한 전자 방출원 및 이를 구비한전자 방출 소자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040092996A KR20060047145A (ko) 2004-11-15 2004-11-15 카본나노튜브, 이를 포함한 전자 방출원 및 이를 구비한전자 방출 소자

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20060047145A true KR20060047145A (ko) 2006-05-18

Family

ID=37149746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040092996A KR20060047145A (ko) 2004-11-15 2004-11-15 카본나노튜브, 이를 포함한 전자 방출원 및 이를 구비한전자 방출 소자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20060047145A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101293629B (zh) * 2007-06-08 2010-09-08 北京大学 碳纳米管或纳米线分叉结构的制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101293629B (zh) * 2007-06-08 2010-09-08 北京大学 碳纳米管或纳米线分叉结构的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7728497B2 (en) Carbon nanotube, electron emission source including the carbon nanotube, electron emission device including the electron emission source, and method of manufacturing the electron emission device
US20050244325A1 (en) Carbon nanotube, electron emission source including the same, electron emission device including the electron emission source,and method of manufacturing the electron emission device
US7466072B2 (en) Carbon nanotube and electron emission device including the carbon nanotube
CN1763885A (zh) 电子发射装置及其制备方法
EP1553613B1 (en) Method of forming carbon nanotube emitter
KR100670330B1 (ko) 전자 방출원 및 상기 전자 방출원을 포함하는 전자 방출소자
US7942714B2 (en) Method of manufacturing field emission device
JP2007103346A (ja) 電子放出素子、電子放出ディスプレイ装置およびその製造方法
KR20060047145A (ko) 카본나노튜브, 이를 포함한 전자 방출원 및 이를 구비한전자 방출 소자
JP2002197965A (ja) 電子放出装置、冷陰極電界電子放出素子及びその製造方法、並びに、冷陰極電界電子放出表示装置及びその製造方法
KR101166014B1 (ko) 전자 방출원 형성용 조성물, 이를 이용하여 제조된 전자 방출원, 및 상기 전자 방출원을 포함하는 전자 방출 소자
JP5549028B2 (ja) フレーク状ナノ炭素材料の製造方法及び電子放出素子並びに面発光素子
KR100762590B1 (ko) 탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자 및 그 제조방법
KR20070016270A (ko) 카본나노튜브, 이를 포함한 전자 방출원 및 이를 구비한전자 방출 소자
KR20070014738A (ko) 카본나노튜브, 이를 포함하는 전자 방출원 및 이를 구비한전자 방출 소자
KR20070014739A (ko) 카본나노튜브 분말의 제조방법 및 상기 방법에 의해서제조된 카본나노튜브 분말, 상기 카본나노튜브 분말을포함하는 카본나노튜브 페이스트, 상기 카본나노튜브페이스트를 사용하여 제조된 전자 방출원 및 상기 전자방출원을 구비한 전자 방출 소자
KR20070079747A (ko) 표면에 전자쌍 공여기를 갖는 카본나노튜브, 그 제조방법,상기 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원 및 상기 전자방출원을 구비한 전자 방출 소자
KR20070084918A (ko) 전자 방출원 형성용 조성물, 이를 이용하여 제조된 전자방출원, 상기 전자 방출원을 포함하는 전자 방출 소자, 및상기 전자 방출원의 제조방법
KR20060021746A (ko) 전자 방출원의 제조방법 및 전자 방출원을 포함하는 전자방출 소자
KR20060019911A (ko) 플라즈마 처리를 통한 전자 방출원의 제조방법 및 전자방출원을 포함하는 전자 방출 소자
KR20060113258A (ko) 전자 방출원의 제조방법, 그 방법에 의하여 제조된 전자방출원 및 이를 구비한 전자 방출 소자
KR20060000779A (ko) 전자 방출 소자 및 이의 제조 방법
KR20070046599A (ko) 탄소나노코일을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물, 이를이용하여 제조된 전자 방출원, 및 상기 전자 방출원을포함하는 전자 방출 소자
KR20070014742A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조방법
KR20060118723A (ko) 전자 방출원, 그 제조방법 및 이를 채용한 전자 방출 소자

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination