KR20100012573A - Field emission device using carbon nanotubes of and method of the same - Google Patents
Field emission device using carbon nanotubes of and method of the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20100012573A KR20100012573A KR1020080074046A KR20080074046A KR20100012573A KR 20100012573 A KR20100012573 A KR 20100012573A KR 1020080074046 A KR1020080074046 A KR 1020080074046A KR 20080074046 A KR20080074046 A KR 20080074046A KR 20100012573 A KR20100012573 A KR 20100012573A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- carbon nanotubes
- field emission
- carbon nanotube
- emission device
- substrate
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- 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
- C01B2202/02—Single-walled nanotubes
-
- 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
- C01B2202/06—Multi-walled nanotubes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
- H01J2201/30—Cold cathodes
- H01J2201/304—Field emission cathodes
- H01J2201/30446—Field emission cathodes characterised by the emitter material
- H01J2201/30453—Carbon types
- H01J2201/30469—Carbon nanotubes (CNTs)
Abstract
Description
본 발명은 전계 방출 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 도전성 배선 상에 탄소나노튜브 잉크를 도포하여 도전성 배선 가장자리에서 횡방향으로 튀어나오도록 탄소나노튜브 다발을 형성함으로써, 수직 정렬하는 과정 없이도 전계 방출에 기여하는 유효 탄소나노튜브 수를 증가시킬 수 있는 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a field emission device and a method for manufacturing the same. More specifically, the process of vertical alignment by forming carbon nanotube bundles to protrude transversely from the edge of the conductive wiring by applying carbon nanotube ink on the conductive wiring The present invention relates to a field emission device using carbon nanotubes that can increase the number of effective carbon nanotubes contributing to field emission without the need.
전계 방출 표시장치(Field Emission Display)는 전계에 의해 캐소드에서 방출된 전자를 형광체에 가속 충돌시킴으로써 영상을 나타낸다. 이러한 원리는 브라운관(CRT)과 유사하지만 평판으로 되어 있어 차세대 평면 브라운관으로 불리고, 발광효율이 높고 시야각이 넓으며 제조비가 저렴하다는 장점이 있으나 LED보다 구동전압이 높다는 단점이 있다.A field emission display displays an image by accelerated collision of electrons emitted from a cathode by an electric field onto a phosphor. This principle is similar to the CRT, but because it is a flat plate, it is called the next-generation flat CRT, and has the advantages of high luminous efficiency, wide viewing angle, and low manufacturing cost, but has a higher driving voltage than an LED.
초기에 개발된 전계 방출 표시장치는 몰리브덴(Mo) 등을 주재질로 하는 선단 이 뾰족한 마이크로팁 전자 방출원을 사용하였다. 하지만, 이러한 전계 방출 표시장치를 제작하기 위해서는, 반도체 공정을 이용해야 하므로 제조 공정이 복잡하고, 고난이도의 기술과 고가의 장비를 필요로 하며, 대면적으로 제작하는 것이 어렵다는 단점이 있었다.Early field emission displays used a microtip electron emitter with a pointed tip, based on molybdenum (Mo). However, in order to manufacture the field emission display device, a semiconductor process must be used, and thus, a manufacturing process is complicated, requires high-technological and expensive equipment, and is difficult to manufacture in large areas.
이에 따라 최근에는 저전압(대략 10∼50V) 구동 조건에서도 전자를 양호하게 방출하는 탄소계 물질을 전자 방출원으로 이용하는 기술이 연구 개발되고 있다. 특히, 탄소나노튜브(CNT)는 끝단의 곡률 반경이 극히 미세하여 1∼10 V/㎛의 낮은 전계에서도 전자를 양호하게 방출함에 따라 전계 방출 디스플레이의 이상적인 전자 방출원으로 주목받고 있으며, 활발한 연구가 진행되고 있다.In recent years, a technique for using a carbon-based material which emits electrons well even in low voltage (approximately 10 to 50V) driving conditions has been researched and developed. In particular, carbon nanotubes (CNTs) are attracting attention as an ideal electron emission source for field emission displays as they emit very good electrons even at low electric fields of 1 to 10 V / ㎛ due to the extremely small radius of curvature of the ends. It's going on.
종래의 탄소나노튜브를 박막 성장 기술로 형성된 니켈 등의 금속 촉매 존재 하에서 플라즈마 상태를 유지하면서 전극 위에 직접 성장시키는 방법은 탄소나노튜브를 기판상에 수직으로 정렬시킬 수 있으나, 대면적에서 균일한 전계 방출 특성을 얻을 수 없으며, 탄소나노튜브의 성장 조건이 500~600℃ 이상의 고온에서 이루어져 기판의 온도를 높여야 하기 때문에 고온용 기판을 사용해야 한다는 단점이 있다. 또한, 탄소나노튜브의 성장 길이 또는 탄소나노튜브 끝단과 구동 전극간 거리 등을 정확하게 제어하기가 어려워 전자 방출 특성이 불균일해지는 문제점이 있다.The conventional method of growing carbon nanotubes directly on an electrode while maintaining a plasma state in the presence of a metal catalyst such as nickel formed by a thin film growth technique can align carbon nanotubes vertically on a substrate, but has a uniform electric field in a large area. Emission characteristics cannot be obtained, and the growth conditions of the carbon nanotubes are made at a high temperature of 500 to 600 ° C. or higher, so that the temperature of the substrate must be increased. In addition, it is difficult to accurately control the growth length of the carbon nanotubes, or the distance between the carbon nanotube ends and the driving electrodes, and thus there is a problem in that electron emission characteristics are uneven.
종래의 분말 상태의 탄소나노튜브를 Ag, 유리 프릿, ZnO 등과 같은 메탈금속과 유기 바인더가 포함된 페이스트 등과 혼합하여 기판 상에 스크린 프린팅하는 방법은 전자방출을 위한 캐소드로 사용하기 위해서는 기판과 오믹 접촉을 하여 안정적으로 결합을 해야 하지만 탄소나노튜브 자체만으로는 본딩을 할 수 없기 때문에 기판과의 본딩을 위해 유기 바인더를 사용한다. 이러한 유기 바인더는 캐소드에서 전자방출 시 고온에 의해 아웃 가스(outgas)를 방출하고 소자 내부에 잔류하는 가스와 결합하여 비정질 카본을 만들어 캐소드의 수명과 성능을 떨어뜨린다.The conventional method of screen printing on a substrate by mixing powdered carbon nanotubes with a metal metal such as Ag, glass frit, ZnO, and a paste containing an organic binder, and the like is used to contact the substrate with ohmic contact for use as a cathode for electron emission. It is necessary to bond stably, but bonding is not possible with carbon nanotubes alone, so an organic binder is used for bonding with the substrate. Such an organic binder emits outgass by high temperature when electrons are emitted from the cathode and combines with the gas remaining in the device to form amorphous carbon, thereby decreasing the lifetime and performance of the cathode.
또한, 탄소나노튜브를 수직 정렬하기 위해 점착 테이핑법을 사용하여 표면처리를 하여 수직 정렬시킨다. 그러나 테이프 자체에도 고분자 바인더가 존재하기 때문에 역시 아웃 가스를 방출할 수 있으며, 탄소나노튜브의 탈착현상과 접착 테이프로 인해 불순물이 발생해 탄소나노튜브 자체 손상을 유발시키므로 탄소나노튜브의 전자방출 특성이 불균일해지고, 수명이 줄어드는 단점이 있다. 또한, 탄소나노튜브를 완전히 수직 정렬시키는 것에는 한계가 존재한다.In addition, in order to vertically align the carbon nanotubes, the surface treatment is performed by adhesive taping to vertically align the carbon nanotubes. However, since the polymer binder is present in the tape itself, it can also emit outgas, and desorption of carbon nanotubes and impurities caused by the adhesive tape cause damage to the carbon nanotubes themselves. There is a disadvantage that it becomes uneven and the life is shortened. In addition, there is a limit to the complete vertical alignment of the carbon nanotubes.
이러한 문제점을 해결하기 위해 녹는점이 낮은 메탈을 유기 바인더 대신 증착하여 열처리공정을 통해 탄소나노튜브가 기판과 물리적인 본딩을 할 수 있도록 하고 있지만, 이 역시 탄소나노튜브의 활성화를 위해 테이프를 사용하여 수직 정렬시켜야 하는 문제점이 있다.In order to solve this problem, the low melting point metal is deposited instead of the organic binder so that the carbon nanotubes can be physically bonded to the substrate through a heat treatment process, but this also uses a tape to activate the carbon nanotubes. There is a problem with sorting.
종래의 탄소나노튜브 분말을 이용하여 전기영동에 의한 필름형성 방법은 공정이 간단하나 필름형성 이후에 문지르는 방식을 취해야 하므로 탄소나노튜브 필드 에미터를 형성하는데 제약이 따른다.Film forming method by electrophoresis using conventional carbon nanotube powder has a simple process, but the method of rubbing after film formation requires a method of forming a carbon nanotube field emitter.
종래의 탄소나노튜브를 수용액 상에 분산하여 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 스프레이 등의 분사 방식으로 전극 위에 탄소나노튜브를 도포하는 방식은 도포된 잉크의 용매가 증발하면서 탄소나노튜브가 전극 위에 납작하게 붙기 때문에 기판과 수직방향인 길이 성분이 거의 없게 된다. 테이프를 사용하여 수직 정렬을 시 키더라도 전체 탄소나노튜브에 비하면 극소수이기 때문에 탄소나노튜브의 기판과 수직한 방향의 전계를 걸어 전계방출을 하는데는 효율적이지 못하다.In the conventional method of dispersing carbon nanotubes in an aqueous solution and applying carbon nanotubes on the electrodes by spraying, such as screen printing, inkjet printing, and spraying, the carbon nanotubes adhere to the electrodes flatly while the solvent of the applied ink evaporates. As a result, there is almost no length component perpendicular to the substrate. Even if the tape is aligned vertically, it is not efficient to emit an electric field by applying an electric field in a direction perpendicular to the substrate of the carbon nanotubes because it is very small compared to the entire carbon nanotubes.
도 1a는 종래의 탄소나노튜브가 패터닝된 전계 방출 소자를 나타낸 상면도이고, 도 1b는 종래의 탄소나노튜브가 패터닝된 전계 방출 소자를 나타낸 단면도이다. 절연층(11)이 형성된 기판 위에 도전성 배선(21)을 형성하고, 잉크젯 프린팅법을 이용하여 탄소나노튜브(22)가 도전성 배선(21) 안쪽에 들어가도록 도포한다. 이러한 경우, 실제 전계 방출에 기여하는 유효 탄소나노튜브의 수가 적어 전계가 불균일하게 형성되고, 높은 전압 또는 전류를 필요로 한다. 따라서, 전계방출 효율이 떨어지고, 수명 또한 짧아진다는 문제점이 존재한다.1A is a top view showing a field emission device patterned with conventional carbon nanotubes, and FIG. 1B is a cross-sectional view showing a field emission device patterned with conventional carbon nanotubes. The
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 도전성 배선 상에 배선의 폭보다 넓게 탄소나노튜브 잉크를 도포하여 도전성 배선 가장자리에서 횡방향으로 튀어나오도록 탄소나노튜브 다발을 형성함으로써, 탄소나노튜브 다발 사이에 전계를 균일하게 형성하고, 수직 정렬하는 과정 없이도 전계 방출에 기여하는 유효 탄소나노튜브 수를 증가시켜 전계 발광 효율을 증가킬 수 있는 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art by forming a carbon nanotube bundle to protrude transversely from the edge of the conductive wiring by applying carbon nanotube ink wider than the width of the wiring on the conductive wiring, The present invention provides a field emission device using carbon nanotubes that can form an electric field uniformly between bundles of carbon nanotubes and increase the number of effective carbon nanotubes contributing to the field emission without vertical alignment. The purpose is.
본 발명의 상기 목적은 전계 방출 소자의 캐소드 전극에 있어서, 절연막이 형성된 기판 상에 형성되는 도전성 배선; 및 상기 도전성 배선 상에 상기 도전성 배선의 폭보다 넓은 크기를 갖도록 탄소나노튜브 잉크를 도포하여 상기 도전성 배선의 가장자리에서 횡방향으로 튀어나오도록 형성되는 탄소나노튜브 다발을 포함하는 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자에 의해 달성된다.The object of the present invention is a cathode electrode of a field emission device, comprising: conductive wiring formed on a substrate on which an insulating film is formed; And carbon nanotube bundles formed to apply carbon nanotube ink on the conductive wires to have a size wider than the width of the conductive wires so as to protrude in the lateral direction from the edges of the conductive wires. Achieved by the emitting element.
또한, 본 발명의 상기 탄소나노튜브 잉크의 도포는 스프레이, 잉크젯, 에어로젯, 전기수력학적 분무 및 시린지 중 선택되는 어느 하나의 방법을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the coating of the carbon nanotube ink of the present invention preferably uses any one method selected from spray, inkjet, aerojet, electrohydrodynamic spray and syringe.
또한, 본 발명의 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 및 탄소나노섬유 중 선택되는 어느 하나임이 바람직 하다.In addition, the carbon nanotubes of the present invention is preferably any one selected from single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes and carbon nanofibers.
또한, 본 발명의 상기 기판은 유리기판, 실리콘 기판 및 세라믹 기판 중 선택되는 어느 하나임이 바람직하다.In addition, the substrate of the present invention is preferably any one selected from a glass substrate, a silicon substrate and a ceramic substrate.
또한, 본 발명의 다른 목적은 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 캐소드 전극을 구비한 하부기판; 및 상기 하부기판과 소정의 간격으로 이격되어 평행하게 배치되고, 애노드 전극과 그 위에 도포되는 형광막을 구비한 상부기판을 포함하고, 상기 캐소드 전극과 애노드 전극이 3극 구조로 형성되는 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자에 의해 달성된다.In addition, another object of the present invention is a lower substrate having a cathode electrode of any one of claims 1 to 4; And an upper substrate disposed parallel to the lower substrate at predetermined intervals, the upper substrate including an anode electrode and a fluorescent film applied thereon, wherein the cathode electrode and the anode electrode are formed of a three-pole structure. It is achieved by the field emission device used.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 전계 방출 소자의 캐소드 전극을 형성하는 단계에 있어서, 탄소나노튜브가 분산되어 있는 탄소나노튜브 잉크를 제조하는 단계; 절연막이 형성된 기판 상에 도전성 배선을 리소그래피 공정을 이용하여 패터닝하는 단계; 및 상기 도전성 배선 상에 상기 도전성 배선의 폭보다 넓은 크기를 갖도록 탄소나노튜브 잉크를 도포하여 상기 도전성 배선 가장자리에서 횡방향으로 튀어나오도록 탄소나노튜브 다발을 형성하는 단계를 포함하는 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자의 제조방법에 의해 달성된다.In addition, another object of the present invention is to form a cathode electrode of the field emission device, comprising the steps of preparing a carbon nanotube ink in which carbon nanotubes are dispersed; Patterning the conductive wiring on the substrate on which the insulating film is formed by using a lithography process; And coating carbon nanotube ink to have a size wider than the width of the conductive wire on the conductive wire to form a bundle of carbon nanotubes so as to protrude laterally from the edge of the conductive wire. It is achieved by a method of manufacturing a field emission device.
또한, 본 발명의 상기 탄소나노튜브 잉크의 도포는 스프레이, 잉크젯, 에어로젯, 전기수력학적 분무 및 시린지 중 선택되는 어느 하나의 방법을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the coating of the carbon nanotube ink of the present invention preferably uses any one method selected from spray, inkjet, aerojet, electrohydrodynamic spray and syringe.
또한, 본 발명의 상기 탄소나노튜브 잉크는 탄소나노튜브를 물 또는 알콜 용매와 혼합하여 제조됨이 바람직하다.In addition, the carbon nanotube ink of the present invention is preferably prepared by mixing the carbon nanotubes with water or an alcohol solvent.
또한, 본 발명의 상기 탄소나노튜브 잉크는 탄소나노튜브를 분산시키는 비이온성 분산제를 추가하는 단계를 더 포함하여 제조됨이 바람직하다.In addition, the carbon nanotube ink of the present invention is preferably prepared further comprising the step of adding a nonionic dispersant for dispersing the carbon nanotubes.
따라서, 본 발명의 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자 및 그 제조방법은 도전성 배선 상에 배선의 폭보다 넓게 탄소나노튜브 잉크를 도포하여 도전성 배선 가장자리에서 횡방향으로 튀어나오도록 탄소나노튜브 다발을 형성함으로써, 수직 정렬하는 과정 없이도 전계 방출에 기여하는 유효 탄소나노튜브 수를 증가시켜 전계 발광 효율을 증가시킬 수 있는 현저하고도 유리한 효과가 있다.Therefore, the field emission device using the carbon nanotubes of the present invention and a method of manufacturing the same are coated with carbon nanotube ink wider than the width of the wiring on the conductive wiring to form a bundle of carbon nanotubes so as to protrude laterally from the edge of the conductive wiring. Therefore, there is a remarkable and advantageous effect of increasing the number of effective carbon nanotubes contributing to the field emission without increasing the vertical alignment process, thereby increasing the electroluminescence efficiency.
또한, 본 발명의 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자 및 그 제조방법은 도전성 배선 사이에 전계를 형성할 때 전계를 균일하게 형성함으로써, 비틀림 힘에 대한 지지력이 강해지고 전류에 의한 열이 잘 배출되어 전계 방출 소자의 수명을 증가시킬 수 있는 현저하고도 유리한 효과가 있다.In addition, the field emission device using the carbon nanotube of the present invention and a method for manufacturing the same by forming an electric field uniformly when forming an electric field between the conductive wiring, the support force for the torsional force is stronger and the heat by the current is well discharged There is a significant and advantageous effect that can increase the life of the field emission device.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a는 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 캐소드 전극의 상면도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 캐소드 전극의 단면도이다.2A is a top view of the cathode electrode of the field emission device according to the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the cathode electrode of the field emission device according to the present invention.
본 발명의 전계 방출 소자는 탄소나노튜브(CNT)를 전자 방출원으로 사용한다. 본 발명은 도전성 배선 위에 탄소나노튜브가 분산되어 있는 탄소나노튜브 잉크를 도포하는 간단한 공정으로 캐소드 전극을 형성할 수 있고, 전자 방출 효율도 증가시킬 수 있다.The field emission device of the present invention uses carbon nanotubes (CNT) as an electron emission source. The present invention can form a cathode electrode by a simple process of applying carbon nanotube ink in which carbon nanotubes are dispersed on a conductive wiring, and can also increase electron emission efficiency.
본 발명의 절연막(110)이 형성된 기판(100) 위에 제작되는 캐소드 전극(200)은 도전성 배선(210) 및 탄소나노튜브 다발(220)을 포함한다.The
탄소나노튜브 다발(220)을 형성할 때, 도전성 배선(210)의 폭보다 넓게 탄소나노튜브 잉크를 도포함으로써, 도전성 배선(210)의 가장자리에서 횡방향으로 탄소나노튜브가 튀어나오도록 형성한다. When the
이때, 도전성 배선(210) 가장자리로 튀어나오는 탄소나노튜브가 전계 방출에 기여하는 유효 탄소나노튜브(222)이다. 도전성 배선(210)의 가운데 부분에 증착된 탄소나노튜브(221)는 횡방향으로 도전성 배선(210)에 접착되어 있기 때문에 전계 방출에 기여하지 않는다. 단, 탄소나노튜브가 수직으로 정렬되어 있는 경우에는 전 계 방출에 기여할 수 있다.At this time, the carbon nanotubes protruding to the edge of the
탄소나노튜브 다발(220)을 전도성 배선(200) 상에 형성하기 위해 준비되는 탄소나노튜브 잉크는 탄소나노튜브를 용매와 혼합함으로써 액상으로 제조된다. 이때, 탄소나노튜브를 분산시키기 위한 분산제를 더 포함하여 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 잉크를 구성하는 탄소나노튜브, 용매, 분산제의 함량을 조절하여 탄소나노튜브 전자 방출원의 밀도를 조절할 수 있다.The carbon nanotube ink prepared to form the
탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 및 탄소나노섬유 중 선택되는 어느 하나를 이용할 수 있다.The carbon nanotubes may use any one selected from single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, and carbon nanofibers.
용매는 탄소나노튜브, 분산제 등을 용해해서 액상으로 만들기 위한 것으로, 물 또는 알콜을 사용한다.The solvent is used to dissolve the carbon nanotubes, dispersant, etc. into a liquid phase, and water or alcohol is used.
분산제는 비이온성 분산제를 사용하는데, 비이온성 분산제는 친수기로 분자 내에 하이드록시기 그룹과 에테르 결합과 같은 비이온성 성질을 갖는 물질로 되어 있다. 비이온성 분산제는 친수기의 형태에 따라 폴리옥시에틸렌 글리콜형 분산제와 다가 알콜형 분산제로 분리된다.The dispersant uses a nonionic dispersant, wherein the nonionic dispersant is made of a material having nonionic properties such as hydroxy group and ether bond in the molecule by hydrophilic group. The nonionic dispersant is separated into a polyoxyethylene glycol type dispersant and a polyhydric alcohol type dispersant depending on the form of the hydrophilic group.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 캐소드 전극을 제조하는 과정을 나타낸 공정도이다.3A to 3C are process diagrams illustrating a process of manufacturing a cathode of a field emission device according to the present invention.
우선 도 3a와 같이, SiOx 또는 SiNx인 절연층(110)이 형성된 기판(100) 상에 도전성 박막을 도포한다. 여기서 기판은 유리기판, 실리콘 기판 및 세라믹 기판 중 선택되는 어느 하나를 사용한다.First, as shown in FIG. 3A, a conductive thin film is coated on the
그리고, 도 3b와 같이, 리소그래피 공정으로 패터닝하여 도전성 배선(210)을 형성한다.3B, the
그 후, 도 3c와 같이, 도전성 배선(210) 상에 탄소나노튜브 잉크를 정밀하게 도포하여, 도전성 배선의 폭보다 넓은 크기를 갖으면서 도전성 배선 가장자리에서 횡방향으로 탄소나노튜브가 튀어나오도록 탄소나노튜브 다발(220)을 형성한다.Thereafter, as shown in FIG. 3C, the carbon nanotube ink is precisely coated on the
이때, 탄소나노튜브 다발(220)의 직경은 0.1㎛ 내지 수백 ㎛임이 바람직합니다.At this time, the diameter of the
이때, 탄소나노튜브 잉크를 도포하는 방법은 스프레이, 잉크젯, 에어로젯, 전기수력학적 분무(EHD) 및 시린지(syringe) 중 선택되는 어느 하나를 사용될 수 있다.At this time, the method of applying the carbon nanotube ink may be used any one selected from spray, inkjet, aerojet, electro-hydraulic spray (EHD) and syringe (syringe).
마지막으로, 탄소나노튜브를 도전성 배선(210)에 잘 접착되게 하기 위하여 열처리하는 공정이 더 추가될 수 있다.Finally, a process of heat-treating the carbon nanotubes to be adhered to the
도 4는 본 발명에 따른 3극 구조의 전계 방출 소자를 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a field emission device having a three-pole structure according to the present invention.
본 발명에 따른 전계 방출 소자는 3극 구조로 형성하여 BLU(Back Light Unit)로 사용할 수 있다.The field emission device according to the present invention may be used as a BLU (Back Light Unit) by forming a three-pole structure.
하부전극은 절연막(110)이 형성된 기판(100)과 도전성 배선(210) 및 탄소나노튜브 다발(220)로 이루어진 복수 개의 캐소드 전극(200)을 구비한다. 그리고, 상부전극(300)은 상기 하부전극의 캐소드 전극(200)과 소정의 간격으로 이격되어 평행하게 배치되고, 기판(310) 상에 형성되는 애노드 전극(320)과 그 위에 도포되는 형광막(330)을 구비한다.The lower electrode includes a
본 발명에서는 두 개의 캐소드 전극(200)과 애노드 전극(320)을 전기배선으 로 연결하여 3극 구조의 전계 방출 소자 구조를 만든다.In the present invention, the two
그 후, 캐소드 전극(200)의 도전성 배선(210) 사이에 전계를 인가하게 되면, 도전성 배선(210) 폭 바깥쪽으로 튀어나와있는 탄소나노튜브(221)들이 도전성 배선(210)과 전기적으로 연결되면서 전자를 방출하게 되고, 이로써 전계 방출에 기여하게 된다. 이때, 도전성 배선(210) 사이에는 전계가 균일하게 형성되고, 전계 발광 시키는데 필요한 전압 또는 전류가 종래에 비해 낮아진다.Then, when an electric field is applied between the
탄소나노튜브(221)로부터 방출되는 전자들은 상부전극에 전압을 인가하여 그쪽으로 이동시킬 수 있다. 전자는 형광막(330)에 부딪혀 그 안에 있는 형광체를 발광시켜 빛을 내겐 된다.Electrons emitted from the
종래의 수직정렬된 탄소나노튜브를 이용하는 수직 전계 방출과 달리 본 발명은 탄소나노튜브 잉크의 도포 시 횡방향으로 도전성 배선에 납작하게 부착되어 있는 나노튜브들 중 배선 가장자리에 걸쳐있는 것들이 모두 전계 방출에 기여하기 때문에 유효 나노튜브의 비율이 높아지게 된다. 이로 인해, 전계 방향과의 각도가 줄어들어 인가되는 정전기력이 길이 벡터 방향과 일치하는 정도가 늘어나 비틀림 힘(torque)을 적게 받게 된다. In contrast to the conventional field emission using conventional vertically aligned carbon nanotubes, the present invention shows that all of the nanotubes that are attached to the conductive wires in the transverse direction when applied with carbon nanotube inks are connected to the field emission. This contributes to an increase in the proportion of effective nanotubes. As a result, the angle with respect to the electric field direction is reduced, so that the applied electrostatic force coincides with the length vector direction, thereby receiving less torsional force.
나아가, 탄소나노튜브들이 도전성 배선에 접착되어 있기 때문에 비틀림 힘에 대한 지지력이 강해지며, 탄소나노튜브들이 도전성 배선에 접착되어 있어 전계 방출 시 전류에 의한 열의 배출이 원활하게 된다.Furthermore, since the carbon nanotubes are bonded to the conductive wiring, the supporting force against the torsional force is strengthened, and the carbon nanotubes are bonded to the conductive wiring, so that the heat is discharged by the current when the electric field is discharged.
따라서, 보다 많은 탄소나노튜브들이 전계 방출에 기여하고 개별 탄소나노튜브들이 도전성 배선에 지속적으로 접착력을 유지한 채 온도가 많이 올라가지 않으 면서도 전계 방출이 일어나기 때문에 전계 방출 소자의 효율이 높고, 수명 또한 증가하게 된다.As a result, more carbon nanotubes contribute to field emission and individual carbon nanotubes continuously maintain adhesion to the conductive wiring, so that the field emission occurs while the temperature does not increase much. Done.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.
도 1a는 종래의 탄소나노튜브가 패터닝된 전계 방출 소자를 나타낸 상면도,Figure 1a is a top view showing a field emission device patterned with conventional carbon nanotubes,
도 1b는 종래의 탄소나노튜브가 패터닝된 전계 방출 소자를 나타낸 단면도,Figure 1b is a cross-sectional view showing a field emission device patterned with conventional carbon nanotubes,
도 2a는 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 캐소드 전극의 상면도,2A is a top view of the cathode of the field emission device according to the present invention;
도 2b는 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 캐소드 전극의 단면도,2B is a cross-sectional view of the cathode of the field emission device according to the present invention;
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 캐소드 전극을 제조하는 과정을 나타낸 공정도,3a to 3c is a process chart showing a process of manufacturing a cathode of the field emission device according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 3극 구조의 전계 방출 소자를 나타낸 단면도.4 is a cross-sectional view showing a field emission device having a three-pole structure according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 하부기판 110, 310 : 기판 100:
120 : 절연막 200 : 캐소드 전극120: insulating film 200: cathode electrode
210 : 도전성 배선 220 : 탄소나노튜브 다발210: conductive wiring 220: carbon nanotube bundle
300 : 상부기판 320 : 애노드 전극300: upper substrate 320: anode electrode
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080074046A KR100972381B1 (en) | 2008-07-29 | 2008-07-29 | Field emission device using carbon nanotubes of and method of the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080074046A KR100972381B1 (en) | 2008-07-29 | 2008-07-29 | Field emission device using carbon nanotubes of and method of the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100012573A true KR20100012573A (en) | 2010-02-08 |
| KR100972381B1 KR100972381B1 (en) | 2010-07-27 |
Family
ID=42086785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020080074046A KR100972381B1 (en) | 2008-07-29 | 2008-07-29 | Field emission device using carbon nanotubes of and method of the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100972381B1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103838440A (en) * | 2012-11-23 | 2014-06-04 | 北京富纳特创新科技有限公司 | Touch screen |
| KR20210082931A (en) | 2019-12-26 | 2021-07-06 | (주)태성이엠씨 | BLDC motor consisting of an amateur with a multi-row magnetic |
| KR20220106422A (en) * | 2021-01-22 | 2022-07-29 | 주식회사 일렉필드퓨처 | Cathode emitter substrate manufacturing method, cathode emitter substrate manufactured thereby, and x-ray source including the same |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100556745B1 (en) * | 2003-11-04 | 2006-03-10 | 엘지전자 주식회사 | Field emission device |
| JP2006092903A (en) | 2004-09-24 | 2006-04-06 | Sony Corp | Manufacturing method for micro electron source device |
| KR20070011806A (en) * | 2005-07-21 | 2007-01-25 | 삼성에스디아이 주식회사 | Electron emission type backlight unit and flat panel display device using the same |
| JP2008071501A (en) * | 2006-09-12 | 2008-03-27 | Noritake Co Ltd | Fluorescent display device |
-
2008
- 2008-07-29 KR KR1020080074046A patent/KR100972381B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103838440A (en) * | 2012-11-23 | 2014-06-04 | 北京富纳特创新科技有限公司 | Touch screen |
| KR20210082931A (en) | 2019-12-26 | 2021-07-06 | (주)태성이엠씨 | BLDC motor consisting of an amateur with a multi-row magnetic |
| KR20220106422A (en) * | 2021-01-22 | 2022-07-29 | 주식회사 일렉필드퓨처 | Cathode emitter substrate manufacturing method, cathode emitter substrate manufactured thereby, and x-ray source including the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100972381B1 (en) | 2010-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8030837B2 (en) | Field emission cathode device and display using the same | |
| US7816848B2 (en) | Surface-conduction electron emitter and electron source using the same | |
| US8089206B2 (en) | Field emission cathode and field emission display employing with same | |
| EP2079095B1 (en) | Method of manufacturing a field emission display | |
| US20080067912A1 (en) | Electron emitter and a display apparatus utilizing the same | |
| KR100972381B1 (en) | Field emission device using carbon nanotubes of and method of the same | |
| JP2006261074A (en) | Coating method of field emission material and field emission element | |
| KR101533048B1 (en) | Field electron emitter containing nucleic acid coated carbon nanotube and methode for manufactring the same | |
| JP4043139B2 (en) | Manufacturing method of electron emission source | |
| US8053967B2 (en) | Electron emission device and display device using the same | |
| KR20070105489A (en) | Electron emission device and method of manufacturing the same | |
| JP5878222B2 (en) | Field emission cathode device and field emission device | |
| KR20060114865A (en) | Electron emitting element, and method of manufacturing the same | |
| KR20010056989A (en) | Field Emission Device Using Carbon Nanotube | |
| JP2006156389A (en) | Orientation device and orientation method of carbon nanotube, and method for manufacturing electric field emission display device | |
| US20070096619A1 (en) | Electron emission source comprising carbon-based material and photoelectric element, method of preparing the same, electron emission device and electron emission display device comprising the electron emission source | |
| KR20090131169A (en) | Electron emission device, electron emission type backlight unit, and method of fabricating electron emission device | |
| JP4043141B2 (en) | Method for manufacturing electron emission source and electron emission source | |
| KR20070046606A (en) | Electron emission device and method of manufacturing the same | |
| KR20070075659A (en) | Method of manufacturing electron emission device, electron emission device prepared using the method, and backlight unit and electron emission display device adopting the electron emission device | |
| TWI421895B (en) | Field emission device and field emission display | |
| KR20120058136A (en) | Metal-carbon nanotube composite powder, metal-carbon nanotube composite paste, and field emission device using the same | |
| KR101151600B1 (en) | Field emission device(fed) including carbon nanotube field emitter having a high electron emission | |
| KR101030487B1 (en) | Equipment for vertical alignement of the CNT and method using the same | |
| TW201230126A (en) | Field emission device and field emission display |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| B701 | Decision to grant | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130621 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |