KR20070014739A - A method for preparing a carbon nanotube powder and the carobon nanotube powder prepared using the method, a carbon nanotube paste comprising the carbon nanotube powder, an emitter prepared using the carbon nanotube paste, and an electron emission device comprising the emitter - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자에 대한 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of an electron emitting device having an electron emission source according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원 및 종래의 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing the current density according to the voltage of an electron emission source including a carbon nanotube and a conventional electron emission source including a carbon nanotube according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원 및 종래의 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원의 수명 특성을 각각 나타낸 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the life characteristics of the electron emission source containing a carbon nanotube and the electron emission source including a conventional carbon nanotube according to the present invention, respectively.
<도면 부호의 간단한 설명><Short description of drawing symbols>
200: 전자 방출 소자 201: 상판200: electron emission element 201: top plate
202: 하판 110: 하면기판202: lower plate 110: lower substrate
120: 캐소드 전극 130: 절연체층120: cathode electrode 130: insulator layer
140: 게이트 전극 160: 전자 방출원140: gate electrode 160: electron emission source
본 발명은 카본나노튜브 분말의 제조방법 및 상기 방법에 의해서 제조된 카본나노튜브 분말, 상기 카본나노튜브 분말을 포함하는 카본나노튜브 페이스트, 상기 카본나노튜브 페이스트를 사용하여 제조된 전자 방출원 및 상기 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 진공 열처리 또는 산처리를 통하여 촉매 금속의 함량을 감소시키는 카본나노튜브 분말의 제조방법 및 상기 방법에 의해서 제조된 카본나노튜브 분말, 상기 카본나노튜브 분말을 포함하는 카본나노튜브 페이스트, 상기 카본나노튜브 페이스트를 사용하여 제조된 전자 방출원 및 상기 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자에 관한 것이다.The present invention provides a method for producing carbon nanotube powder and carbon nanotube powder prepared by the above method, carbon nanotube paste containing the carbon nanotube powder, an electron emission source manufactured using the carbon nanotube paste and the The present invention relates to an electron emission device having an electron emission source, and more particularly, to a method of preparing carbon nanotube powder for reducing the content of a catalyst metal through vacuum heat treatment or acid treatment, and carbon nanotube powder prepared by the above method. A carbon nanotube paste containing the carbon nanotube powder, an electron emission source manufactured using the carbon nanotube paste, and an electron emission device having the electron emission source.
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.An electron emission device emits electrons from an electron emission source of a cathode electrode by applying a voltage between the anode electrode and the cathode electrode to form an electric field, and impinges the electrons on a fluorescent material on the anode electrode side to emit light. It is a display device.
전자 전도성이 탁월한 카본나노튜브 (Carbon Nano Tube: CNT)를 포함한 카본계 물질은 전도성 및 전계 집중 효과가 우수하고, 일함수가 낮고 전계 방출 특성이 우수하여 저전압 구동이 용이하고, 대면적화가 가능하므로 전자 방출 소자의 이상적인 전자 방출원으로 기대되고 있다.Carbon-based materials including carbon nanotubes (CNTs), which have excellent electronic conductivity, have excellent conductivity and electric field concentration effects, low work function, and excellent field emission characteristics, so that low-voltage driving is easy and large area is possible. It is expected to be an ideal electron emission source for electron emission devices.
종래에 이러한 카본나노튜브의 제조방법으로는, 전기방전법, 레이저증착법, 기상합성법, 열화학기상증착법 또는 플라즈마 화학기상증착법 등을 포함하는 다양한 방법들이 널리 사용되어 왔다.Conventionally, various methods, including an electric discharge method, a laser deposition method, a gas phase synthesis method, a thermochemical vapor deposition method or a plasma chemical vapor deposition method, have been widely used as a method of manufacturing such carbon nanotubes.
종래기술에 따른 카본나노튜브의 제조방법에 있어서는, 먼저 카본나노튜브가 성장하게 될 촉매 금속이 제공되며, 이러한 촉매 금속으로는, 예를 들면, 코발트, 니켈, 철, 또는 이들의 합금 등이 널리 사용된다. 일반적으로 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 형성되며, 이후, 촉매 금속막을 추가로 식각하여 서로 독립적으로 분리된 나노 크기의 촉매 금속 입자들이 형성된다. 전술한 바와 같이 카본나노튜브가 성장할 촉매 금속이 제공된 후에는, 상기 촉매 금속에 카본나노튜브가 성장된다. 카본 공급 가스로는 C1-3탄화수소 가스가 사용되며, 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.In the method for producing carbon nanotubes according to the prior art, first, a catalyst metal on which carbon nanotubes are to be grown is provided. For example, cobalt, nickel, iron, or an alloy thereof is widely used. Used. In general, the catalyst metal is formed on a substrate such as, for example, glass, quartz, silicon, or alumina (Al 2 O 3 ) in the form of a film having a thickness of several to several hundred nm by using a thermal deposition method, an electron beam deposition method, or a sputtering method. Thereafter, the catalyst metal film is further etched to form nano-sized catalyst metal particles that are separated from each other independently. As described above, after the catalyst metal on which the carbon nanotubes are to be grown is provided, the carbon nanotubes are grown on the catalyst metal. As a carbon feed gas, C 1-3 hydrocarbon gas is used, and the carbon feed gas is simultaneously with a diluent gas such as a hydride gas or a carrier gas such as hydrogen gas or argon gas to control the growth rate and time of the carbon nanotubes. Can be supplied.
그러나, 전술한 종래기술에 따른 카본나노튜브의 제조방법은 촉매 금속의 사용을 필연적으로 수반하며, 결과적으로 최종적으로 제조된 카본나노튜브의 순도를 떨어뜨리는 요인이 되고, 이는 카본나노튜브 자체의 전자 방출 특성 등에 영향을 미치며, 단위 면적 당 전자방출원의 갯수를 감소시키는 요인이 된다.However, the above-described method for manufacturing carbon nanotubes according to the related art inevitably involves the use of a catalyst metal, and as a result, the purity of the finally produced carbon nanotubes is a factor that lowers the electrons of the carbon nanotubes themselves. It affects the emission characteristics, etc., and reduces the number of electron emission sources per unit area.
따라서, 미국특허 제6,843,850호에서는 촉매 부존재 하에서 단일벽 카본나노튜브를 제조하는 방법을 개시하고 있으며, 상기 특허에서는 적어도 약 1,350℃ 온도의 불활성 기체 하에서 실리콘 카바이드 반도체 웨이퍼를 어닐링 (annelaing)함으로써 카본나노튜브를 제조하는 방법을 개시하고 있다.Accordingly, U. S. Patent No. 6,843, 850 discloses a method for producing single-walled carbon nanotubes in the absence of a catalyst, and the patent discloses carbon nanotubes by annealing a silicon carbide semiconductor wafer under an inert gas at a temperature of at least about 1,350 ° C. Disclosed is a method of preparing the same.
또한, 대한민국 공개특허공보 제2003-11398호에서는 탄소 나노튜브 분말을 산처리하고, 산처리된 탄소 나노튜브 분말을 세정하여 탄소 나노튜브 코팅액을 준비한 후, 코팅액을 기판 상에 피복하는 단계를 포함하는 탄소 나노튜브 박막의 제조방법을 개시하고 있다.In addition, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-11398 includes acid treating carbon nanotube powder, cleaning the acid treated carbon nanotube powder to prepare a carbon nanotube coating solution, and then coating the coating solution on a substrate. A method for producing a carbon nanotube thin film is disclosed.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 진공 열처리 또는 산처리를 통하여 촉매 금속의 함량을 감소시키는 카본나노튜브 분말의 제조방법 및 상기 방법에 의해서 제조된 카본나노튜브 분말, 상기 카본나노튜브 분말을 포함하는 카본나노튜브 페이스트, 상기 카본나노튜브 페이스트를 사용하여 제조된 전자 방출원 및 상기 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자를 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention includes a method for producing carbon nanotube powder for reducing the content of the catalyst metal through vacuum heat treatment or acid treatment, and carbon nanotube powder prepared by the method, the carbon nanotube powder The present invention provides a carbon nanotube paste, an electron emission source manufactured using the carbon nanotube paste, and an electron emission device having the electron emission source.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명의 제1 태양은, In order to achieve the technical problem of the present invention, the first aspect of the present invention,
진공 열처리 및 산처리 중 적어도 하나의 처리를 수행함으로써 카본나노튜브 분말 중의 촉매 금속의 함량을 감소시키는 카본나노튜브 분말의 제조방법을 제공한다.Provided is a method for producing carbon nanotube powder which reduces the content of catalyst metal in carbon nanotube powder by performing at least one of vacuum treatment and acid treatment.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명의 제2 태양은,In order to achieve said another technical subject, the 2nd aspect of this invention is
상기 방법에 의해서 제조된 카본나노튜브 분말을 제공한다.It provides a carbon nanotube powder prepared by the above method.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명의 제3 태양은,In order to achieve said another technical subject, the 3rd aspect of this invention is
상기 카본나노튜브 분말 및 비이클을 포함하는 카본나노튜브 페이스트를 제공한다.It provides a carbon nanotube paste comprising the carbon nanotube powder and the vehicle.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명의 제4 태양은,In order to achieve said another technical subject, the 4th aspect of this invention is
상기 카본나노튜브 페이스트를 사용하여 제조된 전자 방출원을 제공한다.It provides an electron emission source prepared using the carbon nanotube paste.
또한, 상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명의 제5 태양은,Moreover, in order to achieve said another technical subject, the 5th aspect of this invention is
기판;Board;
상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 및A cathode electrode formed on the substrate; And
상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되고, 상기 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자를 제공한다.It is formed to be electrically connected to the cathode electrode formed on the substrate, and provides an electron emission device having the electron emission source.
본 발명에 따르면, 고순도의 카본나노튜브를 사용하게 되므로 전자 방출원 또는 전자 방출 소자의 전자 방출 특성이 향상되고, 더불어 단위 면적 당 전자 방출원의 수를 증가시킬 수 있으므로 전류 밀도를 증가시킬 수 있다는 효과가 있다.According to the present invention, the use of high-purity carbon nanotubes improves the electron emission characteristics of the electron emission source or the electron emission device, and can increase the current density since the number of electron emission sources per unit area can be increased. It works.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
진공 열처리 및 산처리 중 적어도 하나의 처리를 수행함으로써 카본나노튜브 분말 중의 촉매 금속의 함량을 감소시키는 카본나노튜브 분말의 제조방법을 제공한다.Provided is a method for producing carbon nanotube powder which reduces the content of catalyst metal in carbon nanotube powder by performing at least one of vacuum treatment and acid treatment.
종래의 통상적인 카본나노튜브 분말의 제조방법에서는, 코발트, 니켈, 철, 또는 이들의 합금 등과 같은 촉매 금속의 사용을 수반하게 되며, 이러한 촉매 금속의 사용은 최종적으로 제조된 카본나노튜브의 순도를 저하시킴으로써, 카본나노튜브 자체의 전자 방출 특성 등에 영향을 미치며, 단위 면적 당 전자방출원의 갯수를 감소시키는 요인이 된다. 따라서, 본 발명에서는 카본나노튜브 분말 중의 촉매 금속 함량을 감소시키기 위해서 진공 열처리 및/또는 산처리를 수행한다.In a conventional method for producing carbon nanotube powder, the use of a catalyst metal such as cobalt, nickel, iron, or an alloy thereof is involved, and the use of such catalyst metal is used to improve the purity of the finally prepared carbon nanotubes. By lowering, it affects the electron emission characteristics of the carbon nanotubes themselves and becomes a factor of reducing the number of electron emission sources per unit area. Therefore, in the present invention, vacuum heat treatment and / or acid treatment are performed to reduce the catalyst metal content in the carbon nanotube powder.
상기 진공 열처리 온도는 1000℃ 내지 1500℃인 것이 바람직한데, 열처리 온도가 1000℃ 미만인 경우에는 촉매금속의 제거가 쉽지 않으며, 1500℃를 초과하는 경우에는 카본나노튜브의 구조가 변형될 수 있는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.The vacuum heat treatment temperature is preferably 1000 ℃ to 1500 ℃, if the heat treatment temperature is less than 1000 ℃ is not easy to remove the catalyst metal, if the temperature exceeds 1500 ℃ problem that the structure of the carbon nanotubes may be deformed Not preferred.
본 발명에서는 상기와 같은 진공 열처리에 의해서 카본나노튜브 분말 중의 촉매 금속 함량을 감소시킬 수 있게 되는데, 이는 고온의 진공분위기 (10-3 torr - 10-8 torr )에서는 금속의 증발이 발생하기 때문이다.In the present invention, it is possible to reduce the catalyst metal content in the carbon nanotube powder by the vacuum heat treatment as described above, because the evaporation of the metal occurs in the high temperature vacuum atmosphere (10 -3 torr-10 -8 torr). .
또한, 상기 산처리는 pH 2 내지 5의 산용액 중에서 수행되는 것이 바람직한데, pH가 2미만인 경우에는 카본나노튜브에 결함이 발생하는 문제점이 있고, 5를 초과하는 경우에는 촉매금속의 제거가 용이하지 않다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.In addition, the acid treatment is preferably carried out in an acid solution of
또한, 상기 산처리에 사용되는 산용액으로는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 질산, 염산, 황산 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 산용액이 사용될 수 있다.In addition, as the acid solution used for the acid treatment, an acid solution selected from the group consisting of nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid and mixtures thereof may be used.
본 발명에서는 상기와 같은 산처리에 의해서 카본나노튜브 분말 중의 촉매 금속 함량을 감소시킬 수 있게 되는데, 이는 촉매금속이 이러한 산에 의해 녹기 때문이다.In the present invention, it is possible to reduce the catalyst metal content in the carbon nanotube powder by the acid treatment as described above, because the catalyst metal is dissolved by such acid.
상기 진공 열처리 및/또는 산처리는 30분 내지 2시간 동안 수행되는 것이 바람직한데, 처리 시간이 너무 짧은 경우에는 충분한 촉매 금속 제거의 효과를 얻을 수가 없다는 문제점이 있고, 처리 시간이 너무 긴 경우에는 CNT의 구조에 결함을 유발할 수 있으며 공정 시간이 길어진다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.Preferably, the vacuum heat treatment and / or acid treatment is performed for 30 minutes to 2 hours. If the treatment time is too short, there is a problem in that sufficient catalytic metal removal cannot be obtained. If the treatment time is too long, CNT It is not preferable because it may cause defects in the structure and the process time is long.
상기와 같이 처리된 직후의 카본나노튜브 분말에 대해서는 포함된 불순물을 더욱 정제하기 위해서 초음파 세척법, 원심 분리법, 화학침전법, 필터링법, 크로마토그래피법 등과 같은 당업계에서 통상적으로 사용되는 다양한 정제 공정들이 더 수행될 수도 있다.For the carbon nanotube powder immediately after the treatment as described above, various purification processes commonly used in the art, such as ultrasonic cleaning, centrifugation, chemical precipitation, filtering, chromatography, etc., to further purify impurities contained therein. May be performed further.
본 발명은 또한, 상기 진공 열처리 및/또는 산처리에 의해서 제조된 카본나노튜브 분말을 제공한다.The present invention also provides a carbon nanotube powder produced by the vacuum heat treatment and / or acid treatment.
바람직하게는, 상기 카본나노튜브 분말은 상기 처리에 의해서 카본나노튜브 분말 중의 촉매 금속 함량이 3 중량% 이하, 바람직하게는 1 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 중량% 이하가 된다.Preferably, the carbon nanotube powder has a catalyst metal content in the carbon nanotube powder of 3 wt% or less, preferably 1 wt% or less, more preferably 0.1 wt% or less by the treatment.
본 발명은 또한, 상기 방법에 의해서 제조된 카본나노튜브 분말 및 비이클을 포함하는 카본나노튜브 페이스트를 제공한다.The present invention also provides a carbon nanotube paste comprising a carbon nanotube powder and a vehicle prepared by the above method.
본 발명에 따른 카본나노튜브 페이스트 중, 비이클은 페이스트의 점도 및 인쇄성을 조절하는 역할을 하는 것으로서, 이는 폴리머 성분 및 유기 용매 성분을 포 함한다. 상기 폴리머 성분으로는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스 등과 같은 셀룰로오스계 수지; 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 및 우레탄 아크릴레이와 같은 아크릴계 수지; 및 비닐계 수지 등이 사용될 수 있으며, 유기 용매 성분으로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 유기 용매들이 사용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니지만, 부틸 카르비톨 아세테이트 (BCA), 터피네올 (TP), 톨루엔, 텍사놀 및 부틸 카르비톨 (BC) 등이 사용될 수 있다.Among the carbon nanotube pastes according to the present invention, the vehicle serves to control the viscosity and printability of the paste, which includes a polymer component and an organic solvent component. Examples of the polymer component include, but are not limited to, cellulose resins such as ethyl cellulose and nitro cellulose; Acrylic resins such as polyester acrylate, epoxy acrylate and urethane acrylate; And vinyl-based resins, and the like, and organic solvent components may include organic solvents commonly used in the art, but are not limited thereto, but are not limited to butyl carbitol acetate (BCA), terpineol (TP), Toluene, texanol and butyl carbitol (BC) and the like can be used.
또한, 상기 카본나노튜브 페이스트는 바람직하게는 접착 성분 (binder), 필러 (filler), 감광성 수지, 광개시제, 레벨링 향상제, 점도 개선제, 해상도 개선제, 분산제, 및 소포제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수도 있다.In addition, the carbon nanotube paste is preferably one or more additives selected from the group consisting of an adhesive component, a filler, a photosensitive resin, a photoinitiator, a leveling enhancer, a viscosity improver, a resolution improver, a dispersant, and an antifoaming agent. It may also include.
접착 성분은 카본나노튜브와 기판과의 접착력을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 무기 접착 성분, 유기 접착 성분 및 저융점 금속으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된 것을 사용할 수 있다.The adhesive component serves to improve adhesion between the carbon nanotubes and the substrate, and at least one selected from the group consisting of an inorganic adhesive component, an organic adhesive component, and a low melting point metal may be used.
필러는 기판과 충분히 접착되지 못한 카본나노튜브의 전도성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 이러한 필러의 구체적인 예로는, 이에 제한되는 것은 아니지만, Ag, Al, Pd 등이 있다.The filler serves to improve the conductivity of the carbon nanotubes not sufficiently adhered to the substrate. Specific examples of the filler include, but are not limited to, Ag, Al, Pd, and the like.
감광성 수지는 전자 방출원의 패터닝에 사용되는 물질로서, 이러한 감광성 수지의 구체적인 예로는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 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.The photosensitive resin is a material used for patterning an electron emission source, and specific examples of the photosensitive resin include, but are not limited to, a thermally decomposable acrylate monomer, a benzophenone monomer, an acetphenone monomer, or a thiocylic acid. Ton monomers, and more specifically, epoxy acrylate, polyester acrylate, 2,4-diethyloxanthone, or 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone can be used. Can be.
광개시제는 상기 감광성 수지가 노광될 때 감광성 수지의 가교결합을 개시하는 역할을 한다. 상기 광개시제의 비제한적인 예로는 벤조피논 등이 있다.The photoinitiator serves to initiate crosslinking of the photosensitive resin when the photosensitive resin is exposed. Non-limiting examples of such photoinitiators include benzopinone and the like.
레벨링 향상제는 인쇄 후 형성된 카본나노튜브 표면에서의 표면 장력을 낮추어 줌으로써 조성물 중에 포함되는 성분들의 레벨링 특성을 향상시켜 주게 된다. 이와 같이 레벨링 특성이 향상된 전자 방출원은 발광 균일도가 양호하며, 고르게 전기장이 인가될 수 있어서 결과적으로 수명이 향상될 수 있다.The leveling enhancer improves the leveling properties of the components included in the composition by lowering the surface tension on the surface of the carbon nanotubes formed after printing. As such, the electron emission source having improved leveling characteristics has good light emission uniformity, and an electric field can be applied evenly, resulting in an improved lifetime.
상기 카본나노튜브 페이스트는 그 외에도, 필요에 따라서 통상적으로 사용되는 점도 개선제, 해상도 개선제, 분산제, 및 소포제 등을 더 포함할 수도 있다.The carbon nanotube paste may further include, in addition, a viscosity improver, a resolution improver, a dispersant, an antifoaming agent, and the like, which are commonly used as needed.
본 발명은 또한, 상기 카본나노튜브 페이스트를 사용하여 제조된 전자 방출원을 제공한다.The present invention also provides an electron emission source manufactured using the carbon nanotube paste.
카본나노튜브 페이스트법를 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 포함되고, 유기 접착 성분의 구체적인 예에는 상기 언급한 비이클 중의 폴리머 성분들을 예로 들 수 있다.When the electron emission source is formed by using the carbon nanotube paste method, the electron emission source of the present invention may include at least one of an adhesive component and a firing result of the adhesive component. The adhesive component serves to improve adhesion between the carbon nanotubes and the substrate. Specific examples of the inorganic adhesive component include glass frit, silane, water glass, and the like, and specific examples of the organic adhesive component include the polymer in the vehicle. Examples are ingredients.
본 발명은 또한, 기판; 상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 및 상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되고, 상기 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자를 제공한다.The invention also provides a substrate; A cathode electrode formed on the substrate; And an electron emission device formed to be electrically connected to a cathode electrode formed on the substrate and having the electron emission source.
도 1은 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 부분 단면도로서, 대표적으로 3극관 구조의 전자 방출 소자를 도시하였다.1 is a partial cross-sectional view of an electron emission device according to the present invention, and typically shows an electron emission device having a triode structure.
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.As shown, the
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 전자 방출원 홀 (169), 상기 전자 방출원 홀 (169) 내에 배치되어 상기 캐소드 전극 (120)과 통전되고 상기 게이트 전극 (140)보다 낮은 높이로 배치되는 전자 방출원 (160)을 구비한다.The
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.The
상기 애노드 전극 (180)은 상기 전자 방출원 (160)에서 방출된 전자의 가속 에 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.The
상기 게이트 전극 (140)은 상기 전자 방출원 (160)에서 전자가 용이하게 방출될 수 있도록 하는 기능을 담당하며, 상기 절연체층 (130)은 상기 전자 방출원 홀 (169)을 구획하고, 상기 전자 방출원 (160)과 상기 게이트 전극 (140)을 절연하는 기능을 담당한다.The
전계 형성에 의해 전자를 방출하는 상기 전자 방출원 (160)은 상기 서술한 방법에 의해서 제조되어 촉매 금속의 함량이 감소된 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원 (160)이다.The
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.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. The following examples are only described for the purpose of more clearly expressing the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.
카본나노튜브의 제조Manufacture of Carbon Nanotubes
전기 방전법에 의하여 카본나노튜브 분말을 제조하였으며, 상기 방법에서는, 두 개의 그래파이트나 금속 막대를 음극과 양극으로 하고, 두 전극 사이에 직류 전원을 인가하여 전극 사이에 방전을 일으켰다.Carbon nanotube powder was prepared by an electric discharge method. In this method, two graphite or metal bars were used as a cathode and an anode, and a direct current power was applied between the two electrodes to cause discharge between the electrodes.
이러한 방전에 의해 발생된 다량의 전자는 양극으로 이동하여 양극 막대에 충돌하게 되고, 이때 전자의 충돌에 의해서 양극으로 사용된 그래파이트 막대에서 떨어져나온 탄소 크러스트들은 낮은 온도로 냉각되어 있는 음극의 그래파이트 막대 표면에 응축되어 카본나노튜브 분말이 제조된다.The large amount of electrons generated by this discharge moves to the anode and collides with the anode rod. At this time, the carbon crusts falling from the graphite rod used as the anode by the collision of electrons are cooled to the surface of the graphite rod of the cathode which is cooled to a low temperature. It is condensed on to produce carbon nanotube powder.
상기와 같이 제조된 카본나노튜브 분말에 대해서 1200℃에서의 진공 열처리 및 pH 2의 질산 및 염산 혼합수용액을 사용하여 1시간 동안 산처리를 수행하였다.The carbon nanotube powder prepared as described above was subjected to an acid treatment for 1 hour using a vacuum heat treatment at 1200 ° C. and a mixed solution of nitric acid and hydrochloric acid at
전자 Electronic 방출원의Emission source 제조 Produce
실시예 1.Example 1.
상기 방법에 의해서 제조된, 카본나노튜브 분말, 글래스 프리트, 에틸 셀룰로오스, 메틸 아크릴산, 부틸 카르비톨 아세테이트를 혼합하여 25000cps의 점도를 갖는 카본나노튜브 페이스트를 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.Carbon nanotube powder prepared by the above method, glass frit, ethyl cellulose, methyl acrylic acid, butyl carbitol acetate were mixed to prepare a carbon nanotube paste having a viscosity of 25000 cps, and then coated on a substrate, and then a pattern mask was applied. Irradiated with an exposure energy of 2000 mJ / cm 2 using a parallel exposure machine. After exposure, the solution was sprayed and developed, and fired at a temperature of 450 ° C. to obtain an electron emission source.
비교예 1.Comparative Example 1.
진공 열처리 및 산처리를 가하지 않은 통상의 카본나노튜브 분말을 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 전자 방출원을 제조하였다.An electron emission source was manufactured in the same manner as in Example 1, except that conventional carbon nanotube powders without vacuum treatment and acid treatment were used.
전류 밀도 측정Current density measurement
상기 실시예 1 및 비교예 1의 전자 방출원에 대하여 전자 방출 특성을 평가하기 위해서, 각각에 대한 전류 밀도를 측정하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.In order to evaluate electron emission characteristics of the electron emission sources of Example 1 and Comparative Example 1, current densities were measured for each, and the results are shown in FIG. 2.
수명 특성 측정Life characteristic measurement
상기 실시예 1 및 비교예 1의 전자 방출원에 대하여 수명 특성을 평가하기 위해서, 각각에 대한 전자 방출 수명을 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3으로부터 본 발명을 따르는 전자 방출원은 종래의 전자 방출원에 비하여 향상된 수명 특성을 가짐을 알 수 있다.In order to evaluate the lifetime characteristics of the electron emission sources of Example 1 and Comparative Example 1, the electron emission lifetime for each was measured, and the results are shown in FIG. 3. It can be seen from FIG. 3 that the electron emission source according to the present invention has improved lifetime characteristics as compared to the conventional electron emission source.
전자 방출 소자의 제조Fabrication of Electron Emission Devices
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 전자 방출원 홀을 형성하고, 상기 게이트 전극을 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 상기 캐소드 전극들과 교차하도록 스트라이프 형태로 형성하였다.A lower surface substrate was prepared, and a plurality of transparent cathode electrodes made of an ITO material were formed on the lower surface substrate in a stripe form. Thereafter, an insulator layer is formed by screen printing a polyimide insulating material to cover the cathode electrode, and a conductor such as silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), etc. having excellent conductivity is formed on an upper surface of the insulator layer. The paste was screen printed to form a gate electrode. Thereafter, the gate electrode and the insulator layer were etched to form an electron emission source hole so that the surface of the cathode was exposed, and the gate electrode was patterned by a photolithography process to form a stripe shape to cross the cathode electrodes.
다음으로, 상기 전자 방출원 홀에 본 발명에 따라서 제조된 카본나노튜브 분말 및 비이클을 포함하는 카본나노튜브 페이스트를 도포하여 전자 방출원을 형성하고, 소성 및 활성화 단계를 거쳐서 전자 방출 소자를 제조하였다.Next, carbon nanotube paste including carbon nanotube powder and vehicle prepared according to the present invention was applied to the electron emission source hole to form an electron emission source, and an electron emission device was manufactured by firing and activating. .
본 발명에 따르면, 고순도의 카본나노튜브를 사용하게 되므로 전자 방출원 또는 전자 방출 소자의 전자 방출 특성이 향상되고, 더불어 단위 면적 당 전자 방 출원의 수를 증가시킬 수 있으므로 전류 밀도를 증가시킬 수 있다는 효과가 있다. 또한 카본나노튜브의 산화온도 증가로 인하여 수명이 증가되는 효과도 있다.According to the present invention, the use of high-purity carbon nanotubes improves the electron emission characteristics of the electron emission source or the electron emission device, and can increase the number of electron emission applications per unit area, thereby increasing the current density. It works. In addition, due to the increase in the oxidation temperature of the carbon nanotubes has the effect of increasing the life.
Claims (12)
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2005
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