KR100623233B1 - 탄소나노튜브가 혼합된 음극선 발광 형광분말 및 형광막의제조방법 - Google Patents

탄소나노튜브가 혼합된 음극선 발광 형광분말 및 형광막의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소나노튜브가 혼합된 음극선 발광 형광분말 및 형광막의 제조방법에 관한 것으로, IPA(Isopropanol) 용액속에 탄소나노튜브를 혼합한 후, 초음파를 이용하여 분산시키는 공정; 상기 IPA 용액속에 분산되어 있는 탄소나노튜브에 음극선 발광(CL; Cathode Luminescence)용 형광체를 혼합하는 공정; 상기 IPA 용액을 초음파를 이용하여 증발시키는 건조과정을 거쳐 탄소나노튜브와 음극선 발광(CL)용 형광체의 분말을 생성하는 공정; 및 상기 탄소나노튜브와 음극선 발광(CL)용 형광체의 분말을 바인더와 혼합하여 양극 기판 위에 도포한 후 소성과정을 거치거나, 유리 기판 위에 도포한 후 소성과정을 거친 뒤 양극 기판을 그 위에 증착하여 음극선 발광(CL) 형광막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 제조방법의 변화나 형광체에 물리적, 화학적 처리 방법 없이 더 향상된 발광효율과 낮은 발광전압을 얻을 수 있고, 이것은 성능이 향상된 새로운 형광분말과 형광막 생성을 위해 새 공정과 설비를 만들 필요가 없으므로 여기에 들어가는 비용을 획기적으로 줄일 수 있다.
음극선 발광(CL)용 형광분말, 형광막, 탄소나노튜브, 양극 기판, 유리 기판

Description

탄소나노튜브가 혼합된 음극선 발광 형광분말 및 형광막의 제조방법{Fabrication method of the fluorescent powder and fluorescent screen mixed carbonnanotubes for cathode luminescence}
도 1은 본 발명에 의한 탄소나노튜브와 CL용 형광체의 분말을 생성하는 과정을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 의한 CL용 형광체와 탄소나노튜브로 혼합된 형광막이 양극 기판위에 형성된 상태도,
도 3은 본 발명에 의한 CL용 형광체와 탄소나노튜브로 혼합된 형광막이 양극 기판과 유리 기판 사이에 형성된 상태도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 유리 기판 20 : 양극(anode) 기판
30 : 음극선 발광(CL)용 형광체 40 : 탄소나노튜브(CNT)
50 : IPA 60 : 바인더
본 발명은 음극선 발광(CL; Cathode Luminescence)용 형광체로 형광막을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극(anode) 기판에 음극선 발광(CL)용 형광체를 도포하여 형광막을 형성할 때에 탄소나노튜브를 혼합하여 도포하는 형광막의 제조방법에 관한 것이다.
음극선 발광(CL)용 형광체를 가지고 형광막을 만드는 방법으로는 형광체 분말을 바인더, 용제 등과 혼합하여 점성 액체 (페이스트)를 제조한 후 양극(anode) 기판에 스크린 인쇄하는 방법이 주로 사용되고 있다. 그러나 일반적인 방법으로 스크린 인쇄를 하여 형광막을 제작하는 경우 형광막의 형광체들과 양극사이의 접촉 면적이 균일하지 않고, 접촉율이 떨어짐으로 인해 형광체 표면의 1차 전자(primary electron)와 2차 전자(secondary electron)들이 양극으로 효율적으로 포집되지 못하여 charging 현상 및 후면 발광에 의해 발광의 효율 저하와 높은 발광 전압을 가져오게 된다.
그런데, 음극선 발광(CL)용 형광체를 음극선 발광식 디스플레이장치인 브라운관(CRT; Cathode Ray Tube), 전계방출소자(FED; Field Emission Display), 전계방출광원(FELS; Field Emission Light Source) 및 진공형광 표시소자(VFD; Vacuum Fluorescent Display) 등에 사용하기 위해 형광막을 제작하는 경우 높은 발광효율과 낮은 발광전압이 요구되나, 기존의 형광막 제작방법으로는 이러한 요구조건을 반영하기에 여러 가지 면에서 곤란한 점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 음극선 발광(CL)용 형광체로 형광막을 제조하는 경우 탄소나노튜브를 혼합하여 형광막을 제조함으로서 제조공정의 변화나 형광체에 대한 별도의 물리적, 화학적 처리 없이 높은 발광효율과 낮은 발광전압을 얻을 수 있는 탄소나노튜브가 혼합된 음극선 발광 형광분말 및 형광막의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 음극선 발광(CL)용 형광물질에 탄소나노튜브를 혼합한 형광체를 양극 기판에 도포할 때에 우수한 전기 전도도를 가지며 나노(㎚) 크기의 지름을 갖는 탄소나노튜브와 섞어서 도포함으로서 형광체와 양극 사이의 접촉율을 증가시키고, 형광체 자체 및 형광체와 형광막 사이의 전자흐름을 개선하는 탄소나노튜브가 혼합된 음극선 발광 형광분말 및 형광막의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 탄소나노튜브가 혼합된 음극선 발광 형광분말 및 형광막의 제조방법은, 탄소나노튜브를 혼합하여 음극선 발광 형광분말 및 형광막을 제조하는 방법에 있어서, IPA 용액속에 탄소나노튜브를 혼합한 후, 초음파를 이용하여 분산시키는 공정; 상기 IPA 용액속에 분산되어 있는 탄소나노튜브에 음극선 발광(CL)용 형광체를 혼합하는 공정; 상기 IPA 용액을 초음파를 이용하여 증발시키는 건조과정을 거쳐 탄소나노튜브와 음극선 발광(CL)용 형광체의 분말을 생성하는 공정; 및 상기 탄소나노튜브와 음극선 발광(CL)용 형광체의 분말 을 바인더와 혼합하여 양극 기판 위에 도포한 후 소성과정을 거치거나, 유리 기판 위에 도포한 후 소성과정을 거친 뒤 양극 기판을 그 위에 증착하여 음극선 발광(CL) 형광막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 IPA 용액속에 혼합된 탄소나노튜브를 분산시킬 때에, 탄소나노튜브의 다발(bundle)이 눈으로 보이지 않을 정도까지 초음파를 이용하여 소정시간(탄소나노튜브의 다발이 눈으로 보이지 않을 정도까지의 충분한 시간)동안 분산하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 탄소나노튜브와 CL용 형광체의 분말을 생성하는 과정을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 의한 CL용 형광체와 탄소나노튜브로 혼합된 형광막이 양극 기판위에 형성된 상태도이며, 도 3은 본 발명에 의한 CL용 형광체와 탄소나노튜브로 혼합된 형광막이 양극 기판과 유리 기판 사이에 형성된 상태도이다.
도면에서 10은 유리 기판, 20은 양극(anode) 기판, 30은 음극선 발광(CL)용 형광체(luminescent material), 40은 탄소나노튜브(CNT), 50은 IPA(Isopropanol), 60은 바인더(binder)를 각각 나타낸다.
본 발명은 브라운관(CRT; Cathode Ray Tube), 전계방출소자(FED; Field Emission Display), 전계방출광원(FELS; Field Emission Light Source) 및 진공형 광 표시소자(VFD; Vacuum Fluorescent Display) 등에 이용될 수 있는 음극선 발광(CL; Cathode Luminescence) 형광물질에 탄소나노튜브(CNT)를 혼합한 형광체를 제안하고자 하는 것이다.
탄소나노튜브(40)와 형광체(30)를 균일하게 혼합하기 위해서는, 먼저 탄소나노튜브(40)를 분산하여야 한다. 수 ㎚의 지름을 가지는 탄소나노튜브(40)는 반데르발스 힘에 의해 서로 붙어있는 성질을 가지므로 IPA(50;Isopropanol) 용액 속에 넣어 초음파를 이용하여 분산시킨다.(도 1a 참조)
이 방법은 일반적으로 탄소나노튜브(40)를 분산시키는데 널리 이용되고 있는 방법으로서, 이때 탄소나노튜브(40)의 다발(bundle)이 눈으로 보이지 않을 정도까지의 소정시간((예를 들면, 30분씩 4회 정도; 이는 탄소나노튜브의 양에 따라 다르게 설정되며, 탄소나노튜브의 다발이 눈으로 보이지 않을 정도까지의 충분한 시간을 의미한다)동안 충분히 분산되어야 한다.
이는 탄소나노튜브(40)가 눈으로 보이는 정도가 되면 탄소나노튜브(40)의 색깔이 검은색이므로 음극선 발광(CL)용 형광체(30) 발광에 안 좋은 영향을 줄 수 있기 때문이다.
다음, 분산되어 있는 탄소나노튜브(40)를 음극선 발광(CL)용 형광체(30)와 혼합하는 과정이다. IPA(50) 용액 속에 분산되어 있는 탄소나노튜브(40) 속에 음극선 발광(CL)용 형광체(30)를 넣어 준다.(도 1b 참조)
이는, 음극선 발광(CL)용 형광체(30)에 우수한 전기 전도도를 가지며 나노(㎚) 크기의 지름을 갖는 탄소나노튜브(40)를 혼합함으로서 형광막을 제조할 때에 형광체(30)와 양극 사이의 접촉율을 증가시키고, 형광체(30) 자체 및 형광체(30)와 형광막 사이의 전자흐름을 개선하기 위함이다.
그리고, IPA(50) 용액을 대기 중에 자연 증발시키는 건조과정을 거쳐서 탄소나노튜브(40)와 음극선 발광(CL)용 형광체(30)의 분말을 구성한다.(도 1c 참조) 자연 증발을 시킬 때, 초음파를 이용하여 증발하는 도중에 탄소나노튜브(40)가 다발 형태로 형성되는 것을 방지하여야 한다.
다음은, 통상적인 방법으로 탄소나노튜브와(40) 음극선 발광(CL)용 형광체(30)가 혼합된 분말을 유기 바인더(60;binder)와 혼합하고,(도 1d 참조) 유기 바인더(60)와 혼합된 분말(탄소나노튜브 + CL용 형광체)을 양극(anode)기판(20)에 형광막을 형성하여 도포(printing)한다. 이 경우 스크린 인쇄 등을 통하여 형광막을 형성하는 방법을 쓴다.
이후, 통상적인 방법의 소성과정을 거치면, 도 2 및 도 3과 같은 상태를 얻게 된다.
이렇게 제조된 음극선 발광(CL)용 형광체(30)의 형광막을 도 2와 도 3과 같이 도식적으로 나타낼 수 있다. 도 2과 도 3의 차이점은 양극 기판(20)과 유리 기판(10)의 위치가 다른 경우이다. 도 2의 경우에는 주로 실험적 측정의 경우에 사용되며 도 3의 경우 실체 디스플레이에 사용된다.
또한, 음극선 발광(CL)용 형광체(30)를 양극 기판(20)에 도포할 때에 탄소나노튜브(40)를 섞어서 도포함으로써 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 형광체(30)와 양극(anode) 간의 접촉율을 증가시킴으로 인하여 1차 전자(primary electron)와 2차 전자(secondary electron)에 의해 발생하는 후면 발광을 감소시킴으로 인해 발광할 때에 밝기를 향상시키며, 발광시작전압을 낮추는 효과를 기대할 수 있게 된다.
상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 탄소나노튜브가 혼합된 음극선 발광 형광분말 및 형광막의 제조방법에 의하면, CL용 형광체에 탄소나노튜브를 첨가하여 제조한 형광막은 CL용 형광체의 성능을 향상시키기 위해 제조방법의 변화나 형광체에 물리적, 화학적 처리 방법 없이 더 향상된 발광효율과 낮은 발광전압을 얻을 수 있고, 이것은 성능이 향상된 새로운 형광체와 형광막 생성을 위해 새 공정과 설비를 만들 필요가 없으므로 여기에 들어가는 비용을 획기적으로 줄일 수 있다는 효과가 있다.
상기에서 설명한 것은 본 발명에 의한 탄소나노튜브가 혼합된 음극선 발광 형광분말 및 형광막의 제조방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 다양한 형태로 구현이 가능함은 물론이다.

Claims (4)

  1. 탄소나노튜브를 혼합하여 음극선 발광 형광분말을 제조하는 방법에 있어서,
    이소프로판올 용액 속에 탄소나노튜브를 혼합한 후, 초음파를 이용하여 분산시키는 공정과;
    상기 이소프로판올 용액 속에 분산되어 있는 탄소나노튜브에 음극선 발광(CL)용 형광체를 혼합하는 공정; 및
    상기 이소프로판올 용액을 증발시키는 과정에 상기 이소프로판올 용액에 초음파를 조사하여 상기 탄소나노튜브가 다발형태로 형성되는 것을 방지하면서 건조되는 건조과정을 거쳐 탄소나노튜브와 음극선 발광(CL)용 형광체의 분말을 생성하는 공정을
    포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 혼합된 음극선 발광 형광분말의 제조방법.
  2. 탄소나노튜브를 혼합하여 음극선 발광 형광막을 제조하는 방법에 있어서,
    이소프로판올 용액 속에 탄소나노튜브를 혼합한 후, 초음파를 이용하여 분산시키는 공정과;
    상기 이소프로판올 용액 속에 분산되어 있는 탄소나노튜브에 음극선 발광(CL)용 형광체를 혼합하는 공정과;
    상기 이소프로판올 용액을 증발시키는 과정에 상기 이소프로판올 용액에 초음파를 조사하여 상기 탄소나노튜브가 다발형태로 형성되는 것을 방지하면서 건조되는 건조과정을 거쳐 탄소나노튜브와 음극선 발광(CL)용 형광체의 분말을 생성하는 공정; 및
    상기 탄소나노튜브와 음극선 발광(CL)용 형광체의 분말을 바인더와 혼합하여 양극 기판 위에 도포한 후, 소성과정을 거쳐 음극선 발광(CL) 형광막을 형성하는 공정을
    포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 혼합된 음극선 발광 형광막의 제조방법.
  3. 탄소나노튜브를 혼합하여 음극선 발광 형광막을 제조하는 방법에 있어서,
    이소프로판올 용액 속에 탄소나노튜브를 혼합한 후, 초음파를 이용하여 분산시키는 공정과;
    상기 이소프로판올 용액 속에 분산되어 있는 탄소나노튜브에 음극선 발광(CL)용 형광체를 혼합하는 공정과;
    상기 이소프로판올 용액을 증발시키는 과정에 상기 이소프로판올 용액에 초음파를 조사하여 상기 탄소나노튜브가 다발형태로 형성되는 것을 방지하면서 건조되는 건조과정을 거쳐 탄소나노튜브와 음극선 발광(CL)용 형광체의 분말을 생성하는 공정; 및
    상기 탄소나노튜브와 음극선 발광(CL)용 형광체의 분말을 바인더와 혼합하여 유리 기판 위에 도포한 후 소성과정을 거친 뒤 양극 기판을 그 위에 증착하여 음극선 발광(CL) 형광막을 형성하는 공정을
    포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 혼합된 음극선 발광 형광막의 제조방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이소프로판올 용액 속에 혼합된 탄소나노튜브를 분산시킬 때에, 탄소나노튜브의 다발(bundle)이 눈으로 보이지 않을 정도까지 초음파를 이용하여 소정시간동안 분산하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 혼합된 음극선 발광 형광분말 및 형광막의 제조방법.
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