KR100620075B1 - Carbon nanotube film and field emission display, flat lamp and sensing film of chemical sensor using it - Google Patents

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KR100620075B1 KR1020040101279A KR20040101279A KR100620075B1 KR 100620075 B1 KR100620075 B1 KR 100620075B1 KR 1020040101279 A KR1020040101279 A KR 1020040101279A KR 20040101279 A KR20040101279 A KR 20040101279A KR 100620075 B1 KR100620075 B1 KR 100620075B1
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주병권
이현재
이양두
문승일
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Abstract

본 발명은 탄소나노튜브 후막 및 이를 이용한 전계방출형 표시소자, 평판형 램프 및 화학센서 감지막에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노튜브 페이스트를 제작하는 제1공정, 상기 제작된 탄소나노튜브 페이스트를 기판의 전극 상에 스크린 인쇄법 또는 잉크젯 인쇄법을 사용하여 후막을 형성시키는 제2공정, 상기 탄소나노튜브 후막에서 유기물을 제거시키는 제3공정, 상기 유기물이 제거된 탄소나노튜브 후막에 전기장을 적용하여 탄소나노튜브를 수직배향시키는 제4공정에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 후막 및 이를 이용한 전계방출형 표시소자, 평판형 램프 및 화학센서 감지막에 관한 것이다. 본 발명에 의하면 탄소나노튜브 후막 제조시 스크린 인쇄법이나 잉크젯 인쇄법을 사용하고 전기장을 사용하여 표면처리를 하므로 탄소나노튜브의 손상이나 불순물 혼입을 효율적으로 방지할 수 있고 탄소나노튜브 제작 비용을 절감시킬 수 있으며 이와 같이 제작된 탄소나노튜브 후막을 전계방출형 표시소자, 평판형 램프 및 화학 센서 감지막으로 이용하는 경우 성능이 우수한 제품을 생산할 수 있다.The present invention relates to a carbon nanotube thick film and a field emission display device, a flat lamp, and a chemical sensor sensing film using the same, and more particularly, a first process of manufacturing a carbon nanotube paste, and the prepared carbon nanotube paste. The second step of forming a thick film on the electrode of the substrate using a screen printing method or an inkjet printing method, the third step of removing the organic material from the carbon nanotube thick film, the electric field to the carbon nanotube thick film from which the organic material is removed The present invention relates to a carbon nanotube thick film and a field emission display device, a flat lamp, and a chemical sensor sensing film, which are manufactured by a fourth process of vertically aligning carbon nanotubes. According to the present invention, since screening or inkjet printing is used in the manufacture of thick carbon nanotubes and the surface treatment is performed using an electric field, damage to carbon nanotubes or contamination of impurities can be effectively prevented, and carbon nanotube manufacturing costs are reduced. When the carbon nanotube thick film manufactured as described above is used as a field emission display device, a flat lamp, and a chemical sensor detection film, a product having excellent performance can be produced.

탄소나노튜브페이스트, 수직배향 탄소나노튜브 후막, 전계방출형 표시소자, 평판형 램프, 화학 센서 감지막.Carbon nanotube paste, vertically aligned carbon nanotube thick film, field emission display element, flat lamp, chemical sensor detection film.

Description

탄소나노튜브 후막 및 이를 이용한 전계방출형 표시소자, 평판형 램프 및 화학센서 감지막{CARBON NANOTUBE FILM AND FIELD EMISSION DISPLAY, FLAT LAMP AND SENSING FILM OF CHEMICAL SENSOR USING IT}Carbon nanotube thick film and field emission display device, flat lamp and chemical sensor detection film using the same {CARBON NANOTUBE FILM AND FIELD EMISSION DISPLAY, FLAT LAMP AND SENSING FILM OF CHEMICAL SENSOR USING IT}

도 1는 본 발명에 따라 기판의 전극 상에 형성된 탄소나노튜브후막을 전기장 처리 하기 전의 단면 모식도이다. 1 is a schematic cross-sectional view before an electric field treatment of a carbon nanotube thick film formed on an electrode of a substrate according to the present invention.

도 2는 도1의 탄소나노튜브 후막을 전기장으로 표면처리하여 수직배향을 형성시키는 경우의 단면 모식도이다. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view when the carbon nanotube thick film of FIG. 1 is treated with an electric field to form a vertical alignment.

도 3는 전기장으로 표면처리 하기 전의 탄소나노튜브 후막의 배향상태를 보여주는 사진이며 도4는 전기장으로 표면처리한 후의 탄소나노튜브 후막의 배향상태를 보여주는 사진이다.Figure 3 is a photograph showing the orientation of the carbon nanotube thick film before the surface treatment with an electric field, Figure 4 is a photograph showing the orientation of the carbon nanotube thick film after the surface treatment with an electric field.

도 5은 본 발명의 탄소나노튜브 후막을 이용하여 제작된 이극형 전계방출형 표시소자 및 평판형 램프 단면도를 나타낸 것이다. 5 is a cross-sectional view of a bipolar field emission display device and a flat lamp fabricated using the carbon nanotube thick film of the present invention.

도 6은 본 발명의 탄소나노튜브 후막을 이용하여 제작된 삼극형 전계방출형 표시소자 및 평판형 램프 단면도를 나타낸 것이다.6 is a cross-sectional view of a tripolar field emission display device and a flat lamp manufactured using the carbon nanotube thick film of the present invention.

도 7은 전기장 처리 전의 탄소나노튜브 후막을 이용하여 제작된 전계방출형 표시소자의 발광사진이며 도 8은 전기장 처리 후의 탄소나노튜브 후막을 이용하여 제작된 전계방출형 표시소자의 발광사진이다.7 is a luminescence picture of a field emission display device fabricated using a carbon nanotube thick film before an electric field treatment, and FIG. 8 is a luminescence picture of a field emission display device fabricated using a carbon nanotube thick film after an electric field treatment.

도 9는 전기장 처리 전과 후의 탄소나노튜브를 사용한 전계방출형 표시소자의 전압변화에 따른 전자방출 전류특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing electron emission current characteristics of the field emission display device using carbon nanotubes before and after electric field treatment according to voltage change.

도 10는 본 발명의 탄소나노튜브 후막을 이용하여 제작된 화학 센서 감지막의 구조도이며 도 11은 상기 도 9의 화학 센서 감지막의 단면도이다.FIG. 10 is a structural diagram of a chemical sensor sensing film manufactured using the carbon nanotube thick film of the present invention, and FIG. 11 is a cross-sectional view of the chemical sensor sensing film of FIG. 9.

도 12는 전기장 처리 전과 후의 탄소나노튜브 후막를 사용한 화학 센서 감지막의 시간에 따른 저항변화 값을 비교하여 나타낸 그래프이다.12 is a graph illustrating a comparison of resistance change values over time of chemical sensor sensing films using carbon nanotube thick films before and after electric field treatment.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1 : (캐소드)기판 2 : (캐소드)전극1: (cathode) substrate 2: (cathode) electrode

3 : 탄소나노튜브 후막 4 : 애노드 전극3: carbon nanotube thick film 4: anode electrode

5 : 형광체막 6 : 애노드 기판5: phosphor film 6: anode substrate

7 : 스페이서 8 : 게이트 전극7 spacer 8 gate electrode

9 : 절연막 10 : 금속 와이어9: insulating film 10: metal wire

20 : 캐소드부 30 : 애노드부20: cathode part 30: anode part

본 발명은 탄소나노튜브 후막 및 이를 이용한 전계방출형 표시소자, 평판형 램프 및 화학센서 감지막에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노튜브 페이스트를 제작하는 제1공정, 상기 제작된 탄소나노튜브 페이스트를 기판의 전극 상에 스크린 인쇄법 또는 잉크젯 인쇄법을 사용하여 후막을 형성시키는 제2공정, 상기 탄 소나노튜브 후막에서 유기물을 제거시키는 제3공정, 상기 유기물이 제거된 탄소나노튜브 후막에 전기장을 적용하여 탄소나노튜브를 수직배향시키는 제4공정에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 후막 및 이를 이용한 전계방출형 표시소자, 평판형 램프 및 화학센서 감지막에 관한 것이다. The present invention relates to a carbon nanotube thick film and a field emission display device, a flat lamp, and a chemical sensor sensing film using the same, and more particularly, a first process of manufacturing a carbon nanotube paste, and the prepared carbon nanotube paste. The second step of forming a thick film on the electrode of the substrate using a screen printing method or an inkjet printing method, the third step of removing the organic material from the carbon nanotube thick film, the electric field is applied to the carbon nanotube thick film from which the organic material is removed The present invention relates to a carbon nanotube thick film and a field emission display device, a flat lamp, and a chemical sensor sensing film, which are manufactured by a fourth process of vertically aligning carbon nanotubes.

현재 탄소나노튜브는 새로운 물질특성의 구현이 가능하여 학문적 중요성과 산업적 응용성에 있어 가장 크게 각광 받고 있는 물질로 부각되고 있다. 특히 탄소타노튜브를 전자 방출 에미터로 사용할 경우, 탄소나노튜브의 수직배향특성이 우수하고 대면적기판에서 합성이 가능하면 에미터로 적용할 경우 전기적인 특성이나 생산성에서 유리하게 된다. 따라서 탄소나노튜브의 수직배향을 통해 전기적 특성을 향상시키고자 하는 연구가 진행되어 왔으며, Vink 등은 2003년에 발표된 Applied Physics Letters 83권에서 스크린 프린팅된 탄소나노튜브를 점착 테이핑법(adhesion taping)으로 기계적 표면처리하여 수직형태로 배열한 탄소나노튜브의 전자방출 전류가 증가하였음을 보고한 바 있으며, Kim 등은 2004년에 발표된 Applied Physics Letters 84권 논문에서 소프트 러버 롤링법(soft rubber rolling)을 사용하여 탄소나노튜브를 수직으로 배열시켜 전자방출 특성을 향상시킬 수 있다고 보고하였다. 그러나 상기와 같은 기술들에 의해 탄소나노튜브를 표면처리하여 수직배향시키는 경우에는 접착력이 약한 탄소나노튜브가 탈락되기 쉽다는 것이 단점이다. 또한 대한민국 공개특허 제2003-0014904호는 탄소나노튜브 필름에 레이저 빔을 조사하여 국부적으로 가열 노출시켜 전자 방출원을 활성화시키는 기술을 기재하고있다. 이 경우 레이저 장치가 진공장비와 레이저 빔으로 구성되어 있어 고가이고 공 정수행이 복잡하여 실제 응용하는데는 한계를 갖는다는 문제점을 갖고 있다.Currently, carbon nanotubes are emerging as the most prominent materials in terms of academic importance and industrial applicability because they can realize new material properties. In particular, when carbon nanotubes are used as electron emission emitters, the carbon nanotubes have excellent vertical alignment characteristics and can be synthesized on large-area substrates. Therefore, research has been conducted to improve electrical characteristics through vertical alignment of carbon nanotubes, and Vink et al. (Adhesion taping) of carbon nanotubes screen-printed in Applied Physics Letters 83 published in 2003. Reported that the electron emission current of carbon nanotubes arranged vertically by mechanical surface treatment was increased. Kim et al., Published in 2004, published in 2004, published in Applied Physics Letters 84, soft rubber rolling. It was reported that the electron emission characteristics can be improved by vertically arranging carbon nanotubes. However, in the case of vertical alignment by surface treatment of the carbon nanotubes by the above techniques, it is a disadvantage that the weak carbon nanotubes are easily detached. In addition, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0014904 describes a technique of activating an electron emission source by irradiating a laser beam to a carbon nanotube film and locally heating and exposing it. In this case, since the laser device is composed of a vacuum device and a laser beam, there is a problem in that it is expensive and complicated to carry out water purification, which has limitations in practical applications.

탄소나노튜브를 이용한 화학 센서는 실온에서 동작이 가능하고 입자의 크기가 나노 단위이기 때문에 감도가 높다는 장점을 가지고 있다. 탄소나노튜브감지막 제작은 일반적으로 실리콘 기판에 전극 및 촉매금속을 증착 후 500~900℃에서 카본 소스 가스(C2H2, CH4)를 흘리면서 반응시켜 탄소나노튜브를 합성하는 방식으로 이루어진다. L. Valentini 등은 2004년에 발표한 Diamond and Related Materials 13권 논문에서 탄소나노튜브 감지막을 플라즈마 화학 증착(PECVD)법으로 650℃ 에서 CH4 가스를 이용하여 수직으로 합성하였음을 보고하였으며, 대한민국 공개특허 제2003-0080833호는 새도우 마스크(shadow mask) 또는 사진식각공정을 사용하여 고온에서 수평성장 및 탄소나노튜브와 실리카 물질을 혼합한 화합물을 도포하여 탄소나노튜브 감지막을 제작하였음을 보고하였다. 이와 같은 방법들 역시 고가의 장비 및 복잡한 공정을 필요로 하기때문에 탄소나노튜브 감지막을 제작하는데 문제가 된다. Chemical sensors using carbon nanotubes have the advantage of high sensitivity because they can operate at room temperature and the particle size is nano-units. Carbon nanotube sensing film production is generally made by a method of synthesizing carbon nanotubes by depositing an electrode and a catalyst metal on a silicon substrate by flowing a carbon source gas (C 2 H 2 , CH 4 ) at 500 ~ 900 ℃. L. Valentini et al. Reported in a 13 issue of Diamond and Related Materials published in 2004 that carbon nanotube sensing films were vertically synthesized using CH 4 gas at 650 ° C by plasma chemical vapor deposition (PECVD). Patent No. 2003-0080833 reports that a carbon nanotube sensing film was fabricated by applying a compound in which horizontal growth and a mixture of carbon nanotubes and a silica material were applied at a high temperature using a shadow mask or a photolithography process. Such methods also require expensive equipment and complicated processes, which is a problem in manufacturing a carbon nanotube sensing film.

상기 살펴본 바와 같이 후막 인쇄 기술에 의해 형성된 탄소나노튜브 후막을 소프트 러버 롤링법이나 점착 테이핑법에 의해 표면처리하여 탄소나노튜브의 수직배향을 달성하고자하는 경우에는 비용이 저렴하고 공정이 간편하다는 장점이 있으나 탄소 나노튜브의 탈착현상과 사용되는 롤러와 접착 테이프로 인해 불순물이 발생할 수 있다는 단점을 갖고 있으며, 레이저 조사에 의한 방법은 고비용 및 공정 수행이 복잡하다는 단점을 가지고 있다. 또한 플라즈마(plasma)나 이온 빔(ion beam)과 같은 것을 사용한 표면처리는 탄소나노튜브의 구조 손상과 전극 기판에 손 상을 가져다주고, 제조비용이 높다는 단점을 가지고 있다.As described above, when the carbon nanotube thick film formed by the thick film printing technology is surface treated by soft rubber rolling or adhesive taping, to achieve vertical alignment of the carbon nanotubes, it is inexpensive and easy to process. However, there are disadvantages in that impurities may occur due to desorption of carbon nanotubes and rollers and adhesive tapes used, and the method by laser irradiation has a disadvantage of high cost and complicated process performance. In addition, the surface treatment using a plasma or ion beam, such as damage to the structure of the carbon nanotubes and the electrode substrate has a disadvantage that the manufacturing cost is high.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 기판의 전극상에 형성된 탄소나노튜브에 전기장을 가하여 탄소나노튜브를 수직배향시킴으로써 표면손상없이 전계방출(field emission) 효과를 증가시키고 공정이 간편하여 비용을 절감시키는 방법에 의해 제작되는 탄소나노튜브 후막을 제공하는 것을 목적으로한다. The present invention is to solve the problems of the prior art as described above by applying an electric field to the carbon nanotubes formed on the electrode of the substrate to vertically align the carbon nanotubes to increase the field emission effect without surface damage (process) It is an object to provide a carbon nanotube thick film produced by this simple and cost-saving method.

또한, 본 발명은 상기 전기장 적용에 의해 제작된 탄소나노튜브 후막을 사용한 전계방출형 표시소자, 평판형 램프 및 화학 센서 감지막을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a field emission display device, a flat lamp and a chemical sensor detection film using a carbon nanotube thick film produced by the electric field application.

이하, 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration of the present invention will be described in detail.

먼저 본 발명에 의한 탄소나노튜브 후막은 탄소나노튜브 페이스트를 제작하는 제1공정, 상기 제작된 탄소나노튜브 페이스트를 기판의 전극 상에 스크린 인쇄법 또는 잉크젯 인쇄법을 사용하여 후막을 형성시키는 제2공정, 상기 탄소나노튜브 후막에서 유기물을 제거시키는 제3공정, 상기 유기물이 제거된 탄소나노튜브 후막에 전기장을 적용하여 탄소나노튜브를 수직배향시키는 제4공정에 의해 제작된다.First, the carbon nanotube thick film according to the present invention comprises a first step of manufacturing a carbon nanotube paste, and a second film of forming the thick film by using a screen printing method or an inkjet printing method on the electrode of the substrate. Process, a third process of removing organic matter from the carbon nanotube thick film, and a fourth process of vertically aligning carbon nanotubes by applying an electric field to the carbon nanotube thick film from which the organic matter is removed.

상기 제1공정에서 사용하는 탄소나노튜브 페이스트는 탄소나노튜브, 유기 결합제, 유기 용매, 충전제 및 분산제로 구성되는데 상기 유기 결합제로는 에틸셀룰로오스, 나이트레이트 또는 아크릴 수지 등이 사용될 수 있으며 상기 유기 용매 로는 상기 유기 결합제를 용해할 수 있는 유기 용매 즉, 터피네올(Terpineol) 또는부틸 카르비톨 아세테이트(butly carbitol acetate: BCA)를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 충전제로는 비전도성 재료인 글래스 플릿(glass flit) 또는 전도성 재료인 은 분말을 사용할 수 있으며 분산제로는 상용제품인 테고(Tego) 사의 포멕스(Fomex) 810을 사용하는 것이 바람직하다.The carbon nanotube paste used in the first step is composed of carbon nanotubes, organic binders, organic solvents, fillers and dispersants. The organic binder may be ethyl cellulose, nitrate or acrylic resin, and the like. It is preferable to use an organic solvent capable of dissolving the organic binder, that is, terpineol or butyl carbitol acetate (BCA), and the filler is a glass flit, which is a non-conductive material. Or a conductive powder may be used. For the dispersant, commercially available Temox 810 manufactured by Tego may be used.

상기 제2공정에서는 기판에 전극을 형성시킨 후 탄소나튜브를 후막 인쇄기술인 스크린 인쇄법이나 잉크젯 인쇄법을 사용하여 탄소나노튜브 후막을 형성시키는데 이 경우 사용되는 기판으로는 유리 기판, 실리콘 기판 또는 알루미나(Al2O3) 등의 세라믹 기판을 사용하는 것이 바람직하며 전극으로는 ITO 등의 투명전극이나 Au, Ag, Pt, Cu 또는 Al 등의 금속 재료가 사용될 수 있다.In the second step, after forming the electrode on the substrate, the carbon nanotubes are formed using a screen printing method or an inkjet printing method, which is a thick film printing technique, and the carbon nanotube thick film is used in this case. It is preferable to use a ceramic substrate such as (Al 2 O 3 ), and as the electrode, a transparent electrode such as ITO or a metal material such as Au, Ag, Pt, Cu or Al may be used.

상기 제3공정은 상기 제2공정에서 형성된 탄소나노튜브 후막으로부터 유기용매를 제거하기위해 100-150℃의 온도를 적용한 후 질소와 아르곤 분위기 하에 350-450℃의 온도를 적용하여 소성시켜 유기 바인더를 제거하는 공정으로 이루어진다.In the third process, a temperature of 100-150 ° C. is applied to remove the organic solvent from the carbon nanotube thick film formed in the second step, followed by firing by applying a temperature of 350-450 ° C. under an atmosphere of nitrogen and argon. Removal process.

상기 제4공정의 탄소나노튜브 수직배향을 위한 전기장 처리는 도 2와 같이 애노드 전극(4)을 제작하여 양단에 전기장 즉, 2 내지 4 V/㎛의 순간적인 전기장을 5 내지 15초 동안 가하는 방식으로 이루어진다. 도 1은 기판(1)의 전극(2) 상에 형성된 탄소나노튜브 후막(3)을 전기장 처리 하기 전의 단면 모식도이며, 도 2는 도 1의 탄소나노튜브 후막(3)을 애노드 전극(4)을 제작하여 전기장으로 표면처리하여 수직배향을 형성시키는 경우의 단면 모식도이다. 탄소나노튜브 후막(3)의 전기장 처리전과 처리후의 SEM 사진을 통해 수직배향이 일어남을 확인할 수 있었으며 이를 도 3 및 도 4에 나타내었다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 전기장 처리전에는 탄소나노튜브가 돌출되어있지 않고 기판과 평행한 모양으로 나타나지만 전기장 처리후에는 탄소나노튜브가 수직배향 되어있음을 볼 수 있다. The electric field treatment for the vertical alignment of the carbon nanotubes of the fourth process is to produce an anode electrode 4 as shown in FIG. 2 and apply an electric field, i.e., an instant electric field of 2 to 4 V / μm, for 5 to 15 seconds at both ends. Is done. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a carbon nanotube thick film 3 formed on an electrode 2 of a substrate 1 before an electric field treatment, and FIG. 2 illustrates the carbon nanotube thick film 3 of FIG. 1 as an anode electrode 4. This is a schematic cross-sectional view in the case of forming a vertical orientation by fabricating and surface treatment with an electric field. It was confirmed that vertical alignment occurred through SEM photographs before and after the electric field treatment of the carbon nanotube thick film 3, which is shown in FIGS. 3 and 4. As can be seen in FIG. 3, the carbon nanotubes do not protrude before the electric field treatment but appear in parallel with the substrate, but after the electric field treatment, the carbon nanotubes are vertically oriented.

다음으로 상기 제작된 탄소나노튜브 후막을 이용한 전계방출형 표시소자 및 평판형 램프의 구성에 대하여 상세히 설명하도록 한다.Next, the configuration of the field emission display device and the flat lamp using the fabricated carbon nanotube thick film will be described in detail.

도 5는 상기 탄소나노튜브 후막을 이용하여 제작된 전계방출형 표시소자 및 평판형 램프 단면도를 나타낸 것이다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 전계방출형 표시소자 및 평판형 램프는 대략 캐소드부(10), 애노드부(20) 및 스페이서(7)로 구성된다.5 is a cross-sectional view of a field emission display device and a flat lamp manufactured using the carbon nanotube thick film. As can be seen in FIG. 5, the field emission display device and the flat lamp of the present invention are substantially composed of a cathode portion 10, an anode portion 20, and a spacer 7.

캐소드부(20)는 상술한 바와 같이 캐소드 전극(2)이 상기 캐소드 기판(1) 상에 형성되고, 전기장 처리에 의해 수직배향된 탄소나노튜브 후막(3)이 상기 캐소드 전극(2) 상에 형성되어 이루어지며 애노드부(30)는 애노드 기판(6) 상에 애노드 전극(4)이 형성되고 그 위에 형광체막(5)이 도포되어 이루어진다. 그리고 스페이서(7)가 상기 애노드 기판(6)과 캐소드 기판(1) 사이에 탑재되는데 이를 탑재하는 경우 고진공 상태를 유지하면서 350~450℃로 열처리하여 밀봉하는 방식에 의한다. 또한 본 발명에 의한 전계방출형 표시소자 및 평판형 램프는 도 6에서와 같이 애노드부(30)과 캐소드부(20) 사이 게이트 전극(gate electrode)(8)을 평행하게 삽입하여 삼극형으로 제작될 수도 있다.As described above, the cathode part 20 includes a cathode electrode 2 formed on the cathode substrate 1, and a carbon nanotube thick film 3 vertically oriented by an electric field treatment on the cathode electrode 2. The anode portion 30 is formed by forming the anode electrode 4 on the anode substrate 6 and applying the phosphor film 5 thereon. In addition, the spacer 7 is mounted between the anode substrate 6 and the cathode substrate 1, and when mounted thereon, the spacer 7 is sealed by heat treatment at 350 to 450 ° C. while maintaining a high vacuum state. In addition, the field emission display device and the flat lamp of the present invention are manufactured in a three-pole type by inserting a gate electrode 8 in parallel between the anode part 30 and the cathode part 20 as shown in FIG. 6. May be

도 7은 전기장 처리 전의 탄소나노튜브 후막을 이용하여 제작된 전계방출형 표시소자의 발광사진이며 도 8은 전기장 처리 후의 탄소나노튜브 후막을 이용하여 제작된 전계방출형 표시소자의 발광사진이다. 도 7 및 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이 전기장으로 표면처리 전에는 부분적으로 발광되었으나 표면처리 후에는 전면 발광되었음을 볼 수 있다. 7 is a luminescence picture of a field emission display device fabricated using a carbon nanotube thick film before an electric field treatment, and FIG. 8 is a luminescence picture of a field emission display device fabricated using a carbon nanotube thick film after an electric field treatment. As can be seen in Figures 7 and 8 it can be seen that the light emitted partially before the surface treatment with the electric field, but the front light after the surface treatment.

도 9는 전기장 처리 전과 후의 탄소나노튜브를 사용한 전계방출형 표시소자의 전압변화에 따른 전자방출 전류특성을 비교하여 나타낸 그래프이다. 이 경우 애노드와 캐소드 기판 사이의 거리는 400㎛로 유지하였다. 1100V에서 표면처리 전의 전자방출 전류는 0.13㎃, 표면처리 후의 전자방출 전류는 8.7㎃로 증가되어 에미터 전자 방출원이 활성화되었음을 알 수 있다. 9 is a graph showing electron emission current characteristics of the field emission display device using carbon nanotubes before and after electric field treatment according to voltage change. In this case, the distance between the anode and the cathode substrate was maintained at 400 μm. At 1100V, the electron emission current before the surface treatment increased to 0.13 mA and the electron emission current after the surface treatment to 8.7 mA, indicating that the emitter electron emission source was activated.

다음으로는 본 발명의 탄소나노튜브 후막을 이용한 화학 센서 감지막의 구조에 대하여 상세히 설명한다. Next, the structure of the chemical sensor sensing film using the carbon nanotube thick film of the present invention will be described in detail.

도 10는 본 발명의 탄소나노튜브 후막을 이용하여 제작된 화학 센서 감지막의 구조도이며 도 11은 상기 도 9의 화학 센서 감지막의 단면도이다. 상술한 바와 같이 기판(1) 상에 전극(2)을 형성하고 탄소나노튜브 페이스트를 상기 제작된 전극 기판에 후막 인쇄법으로 탄소나노튜브 후막(3)을 형성한 후 상기 제작된 탄소나노튜브후막(3)을 열처리 공정을 거쳐 유기 용매 및 유기 바인더를 제거한 후 전기장 처리하여 탄소나노튜브를 수직 배향 시킨다. 상기 제작된 탄소나노튜브 후막과 전극 사이에 절연막(9)을 삽입하여 탄소나노튜브 후막(3)과 외부 전극 사이(2)에 금속 와이어(10)를 연결한다. 상기 금속 와이어(10)는 Au, Cu, Al 등과 같이 전도성 금속 물질을 사용할 수 있고, 금속 와이어 대신 전도성 물질 박막을 이용할 수 도 있다.FIG. 10 is a structural diagram of a chemical sensor sensing film manufactured using the carbon nanotube thick film of the present invention, and FIG. 11 is a cross-sectional view of the chemical sensor sensing film of FIG. 9. As described above, after the electrode 2 is formed on the substrate 1 and the carbon nanotube paste is formed on the fabricated electrode substrate, the carbon nanotube thick film 3 is formed by thick film printing. After heat treatment process (3), the organic solvent and organic binder are removed, followed by electric field treatment to vertically align the carbon nanotubes. An insulating film 9 is inserted between the prepared carbon nanotube thick film and the electrode to connect the metal wire 10 between the carbon nanotube thick film 3 and the external electrode 2. The metal wire 10 may use a conductive metal material such as Au, Cu, Al, or the like, and may use a conductive material thin film instead of the metal wire.

도 12는 전기장 처리 전과 후의 탄소나노튜브 후막을 사용한 화학 센서 감지막의 저진공 분위기 챔버에서 NO2 가스(100ppm)의 감지변화를 시간에 따른 저항변화 값의 변화로 나타낸 그래프이다. 전기장 처리 전의 탄소나노튜브 후막을 사용한 경우에는 초기 저항 값 568 ohm(210초 부근)이 NO2 가스 분위기에서 저항 값 464 ohm(350초 부근)으로 변화하여 가스 감도 18%를 나타냈으나 전기장 처리 후의 탄소나노튜브 후막을 사용한 경우에는 초기 저항 값 1579 ohm(210초 부근)이 NO2 가스 분위기에서 저항 값 1188 ohm(350초 부근)으로 변화하여 가스 감도 24%를 나타내었다. 이와 같은 결과로 전기장 처리 후의 탄소나노튜브 후막을 이용한 화학 센서 감지막의 성능이 더 우수하다는 것을 알 수 있다. 검출 가능한 화학가스로는 CO, CO2, N2, NH3 등을 들 수 있다. FIG. 12 is a graph showing a change in detection value of NO 2 gas (100 ppm) in a low vacuum atmosphere chamber of a chemical sensor sensing membrane using a carbon nanotube thick film before and after electric field treatment as a change in resistance value with time. When carbon nanotube thick film was used before the electric field treatment, the initial resistance value of 568 ohm (near 210 seconds) was changed to a resistance value of 464 ohm (near 350 seconds) in a NO 2 gas atmosphere, indicating a gas sensitivity of 18%. In the case of using a carbon nanotube thick film, the initial resistance value of 1579 ohm (near 210 seconds) was changed to a resistance value of 1188 ohm (near 350 seconds) in a NO 2 gas atmosphere, indicating a gas sensitivity of 24%. As a result, it can be seen that the performance of the chemical sensor sensing film using the carbon nanotube thick film after the electric field treatment is better. The detectable chemical gas, and the like CO, CO 2, N 2, NH 3.

본 발명에 의하면 탄소나노튜브 후막 제조시 스크린 인쇄법이나 잉크젯 인쇄법을 사용하고 전기장을 사용하여 표면처리를 하므로 탄소나노튜브의 손상이나 불순물 혼입을 효율적으로 방지할 수 있고 탄소나노튜브 제작비용을 절감시킬 수 있으며 이와 같이 제작된 탄소나노튜브 후막을 전계방출형 표시소자, 평판형 램프 및 화학 센서 감지막으로 이용하는 경우 성능이 우수한 제품을 생산할 수 있다. According to the present invention, since screening or inkjet printing is used in the manufacture of thick carbon nanotubes, and the surface treatment is performed using an electric field, damage to carbon nanotubes or contamination of impurities can be effectively prevented, and carbon nanotube manufacturing costs are reduced. When the carbon nanotube thick film manufactured as described above is used as a field emission display device, a flat lamp, and a chemical sensor detection film, a product having excellent performance can be produced.

비록 발명이 상기에서 언급된 바람직한 실시예에 관해 설명되어졌으나, 발명 의 요지와 범위를 벗어남이 없이 많은 다른 가능한 수정과 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 발명의 진정한 범위 내에 속하는 이러한 수정과 변형을 포함할 것으로 예상된다. Although the invention has been described with reference to the preferred embodiments mentioned above, many other possible modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims are intended to cover such modifications and variations as fall within the true scope of the invention.

Claims (12)

탄소나노튜브 페이스트를 제작하는 제1공정, A first step of manufacturing carbon nanotube paste, 상기 제작된 탄소나노튜브 페이스트를 기판의 전극 상에 스크린 인쇄법 또는 잉크젯 인쇄법을 사용하여 후막을 형성시키는 제2공정, A second process of forming the thick film on the electrode of the substrate using the screen printing method or the inkjet printing method; 상기 탄소나노튜브 후막에서 유기물을 제거시키는 제3공정, A third step of removing organic matter from the carbon nanotube thick film, 상기 유기물이 제거된 탄소나노튜브 후막에 전기장을 적용하여 탄소나노튜브를 수직배향시키는 제4공정에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 후막. Carbon nanotube thick film, characterized in that produced by the fourth step of vertically aligning the carbon nanotubes by applying an electric field to the carbon nanotube thick film from which the organic material is removed. 제1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브 페이스트는 탄소나노튜브, 유기 결합제, 유기 용매, 충전제 및 분산제로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 후막.The carbon nanotube thick film of claim 1, wherein the carbon nanotube paste is composed of carbon nanotubes, an organic binder, an organic solvent, a filler, and a dispersant. 제2항에 있어서, 상기 유기 결합제는 에틸셀룰로오스, 나이트레이트 또는 아크릴 수지로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나, 상기 유기 용매는 터피네올 또는 부틸 카르비톨 아세테이트, 상기 충전제는 글래스 플릿 또는 은 분말이며 상기 분산제는 상용제품인 테고 사의 포멕스 810인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 후막.The method of claim 2, wherein the organic binder is any one selected from the group consisting of ethyl cellulose, nitrate or acrylic resin, the organic solvent is terpineol or butyl carbitol acetate, the filler is a glass fleet or silver powder Dispersant carbon nanotube thick film, characterized in that the commercial product Tego's Formex 810. 제1항에 있어서, 상기 유기물을 제거하는 제3공정은 100-150℃의 온도에서 유기 용매를 제거한 후, 350-450℃의 온도에서 질소와 아르곤 분위기 하에 소성시켜 유기 바인더를 제거하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 후막.The method of claim 1, wherein the third step of removing the organic material comprises removing the organic solvent at a temperature of 100-150 ° C. and then firing it under nitrogen and argon at a temperature of 350-450 ° C. to remove the organic binder. Carbon nanotube thick film characterized by. 제1항에 있어서, 상기 기판은 유리 기판, 실리콘 기판 또는 세라믹 기판 중 어느 하나이며 전극은 ITO, Au, Ag, Pt, Cu 또는 Al로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 후막. The carbon nanotube of claim 1, wherein the substrate is any one of a glass substrate, a silicon substrate, and a ceramic substrate, and the electrode is any one selected from the group consisting of ITO, Au, Ag, Pt, Cu, or Al. Thick film. 제1항에 있어서, 전기장을 적용하여 탄소나노튜브를 수직배향시키는 제4공정은 2 내지 4 V/㎛의 전기장을 5 내지 15초 동안 가하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 후막.The thick film of claim 1, wherein the fourth step of vertically aligning the carbon nanotubes by applying an electric field is performed by applying an electric field of 2 to 4 V / µm for 5 to 15 seconds. 제1항 내지 제6항 중의 어느 하나의 항에 의한 탄소나노튜브 후막(3)을 포함하는 캐소드부(20), 애노드 기판(6) 상에 애노드 전극(4)이 형성되고 그 위에 형광체막(5)이 도포되어 이루어진 상기 캐소드부(20)와 평행하게 배치되어 있는 애노드부(30) 및 상기 애노드 기판(6)과 캐소드 기판(1) 사이에 고진공 상태를 유지하면서 350~450℃로 열처리하여 밀봉하는 방식으로 탑재된 스페이서(7)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계방출형 표시소자.An anode electrode 4 is formed on the cathode portion 20 and the anode substrate 6 including the carbon nanotube thick film 3 according to any one of claims 1 to 6, and a phosphor film (8) is formed thereon. 5) is heat-treated at 350 ~ 450 ℃ while maintaining a high vacuum state between the anode portion 30 and the anode substrate 6 and the cathode substrate 1 is disposed parallel to the cathode portion 20 is applied A field emission display device comprising a spacer 7 mounted in a sealed manner. 제7항에 있어서, 상기 캐소드부(20)와 상기 애노드부(30) 사이에 게이트 전 극(8)이 평행하게 삽입되어 삼극형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 전계방출형 표시소자.8. A field emission display device according to claim 7, wherein a gate electrode (8) is inserted in parallel between the cathode portion (20) and the anode portion (30) to form a three-pole type. 제1항 내지 제6항 중의 어느 하나의 항에 의한 탄소나노튜브 후막(3)을 포함하는 캐소드부(20), 애노드 기판(6) 상에 애노드 전극(4)이 형성되고 그 위에 형광체막(5)이 도포되어 이루어진 상기 캐소드부(20)와 평행하게 배치되어 있는 애노드부(30) 및 상기 애노드 기판(6)과 캐소드 기판(1) 사이에 고진공 상태를 유지하면서 350~450℃로 열처리하여 밀봉하는 방식으로 탑재된 스페이서(7)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 평판형 램프.An anode electrode 4 is formed on the cathode portion 20 and the anode substrate 6 including the carbon nanotube thick film 3 according to any one of claims 1 to 6, and a phosphor film (8) is formed thereon. 5) is heat-treated at 350 ~ 450 ℃ while maintaining a high vacuum state between the anode portion 30 and the anode substrate 6 and the cathode substrate 1 is disposed parallel to the cathode portion 20 is applied A flat lamp comprising a spacer (7) mounted in a sealing manner. 제9항에 있어서, 상기 캐소드부(20)와 상기 애노드부(30) 사이에 게이트 전극(8)이 평행하게 삽입되어 삼극형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 평판형 램프.10. The flat lamp of claim 9, wherein a gate electrode (8) is inserted in parallel between the cathode portion (20) and the anode portion (30) to form a three-pole type. 제1항 내지 제6항 중의 어느 하나의 항에 의한 탄소나노튜브 후막(3)과 전극(2) 사이에 절연막(9)을 삽입하고 상기 탄소나노튜브 후막(3)과 외부 전극 사이(2)에 금속 와이어(10)를 연결하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 센서 감지막. An insulating film 9 is inserted between the carbon nanotube thick film 3 and the electrode 2 according to any one of claims 1 to 6, and between the carbon nanotube thick film 3 and the external electrode (2). Chemical sensor detection film, characterized in that made by connecting a metal wire (10) to. 제11항에 있어서, 상기 금속 와이어(10)는 Au, Cu 또는 Al로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나의 금속 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 센서 감지막.12. The chemical sensor sensing film of claim 11, wherein the metal wire (10) is made of any one metal material selected from the group consisting of Au, Cu or Al.
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