KR100664021B1 - 전계 방출 소자를 위한 탄소 나노 튜브 페이스트의 후처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CNT 페이스트의 소성 공정 후 CNT 표면을 덮고있는 오염물질을 고무 롤러를 이용한 표면 처리를 통해 제거하여 픽셀의 손상없이 표면에 CNT를 노출시킬 수 있는 전계 방출 소자를 위한 탄소 나노 튜브 페이스트의 후처리 방법에 관한 것으로, 탄소 나노 튜브 페이스트를 하부 기판 상에 소정의 방법으로 도포하는 단계와, 상기 도포된 탄소 나노 튜브 페이스트를 기 설정된 소정의 온도에서 소성하는 단계와, 상기 소성된 탄소 나노 튜브 페이스트 상부를 고무 롤러를 이용하여 표면처리 하는 단계를 포함하여 이루어짐으로써, CNT 페이스트 상부에 형성된 오염물질을 제거하고, 픽셀의 손상없이 CNT를 노출시킬 수 있을 뿐만 아니라 CNT 표면의 오염물질만 제거하기 때문에 분리입자의 생성을 줄여 아킹을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

전계 방출 소자를 위한 탄소 나노 튜브 페이스트의 후처리 방법{POST-TREATMENT METHOD OF PRINTED CARBON NANOTUBE FOR ELECTRON FIELD EMISSION DEVICE}

도1은 종래 탄소 나노 튜브 전계 방출 소자에서 테이핑법을 이용한 표면처리 방법을 도시한 일 실시예 단면도.

도2는 본 발명 탄소 나노 튜브 전계 방출 소자의 고무 롤러를 이용한 표면처리 방법을 도시한 일 실시예 단면도.

도3a 내지 도3b는 종래 테이핑법에 의한 픽셀의 CNT 페이스트 표면 형상(a)과 본 발명에 따른 픽셀의 CNT 페이스트 표면 형상(b)을 도시한 일 예시도.

도4는 본 발명이 적용된 전계 방출 표시 장치의 형광체 발광 이미지를 도시한 일 예시도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

10:하부기판 20:탄소 나노 튜브(CNT)

40:고무 롤러

본 발명은 전계 방출 소자를 위한 탄소 나노 튜브 페이스트의 후처리 방법에 관한 것으로, 특히 CNT 페이스트의 소성 공정 후 CNT 표면을 덮고있는 오염물질을 고무 롤러를 이용한 표면 처리를 통해 제거하여 픽셀의 손상없이 표면에 CNT를 노출시킬 수 있는 전계 방출 소자를 위한 탄소 나노 튜브 페이스트의 후처리 방법에 관한 것이다.

정보통신 기술의 급속한 발달과 다양화되는 정보의 시각화 요구에 따라 전자 디스플레이의 수요는 더욱 증가하고, 요구되는 디스플레이 모습 또한 다양해지고 있다. 그 예로 휴대형 정보기기와 같이 이동성이 강조되는 환경에서는 무게, 부피 및 소비전력이 작은 디스플레이가 요구되며, 대중을 위한 정보 전달매체로 사용되는 경우에는 시야각이 넓은 대화면의 디스플레이 특성이 요구된다.

또한, 이와 같은 요구를 만족시켜 나가기 위해 전자 디스플레이는 대형화, 저가격화, 고성능화, 고정세화, 박형화, 경량화 등의 조건이 필수적이어서, 이러한 요구사항을 만족시키기 위해서는 기존의 CRT를 대체할 수 있는 가볍고 얇은 평판 디스플레이 장치의 개발이 절실히 필요하게 되었다.

이러한 다양한 표시 소자의 요구에 따라 최근에는 전계 방출(field emission)을 이용한 소자가 디스플레이 분야에 적용되면서, 크기 및 전력 소모를 감소시키면서도 높은 해상도를 제공할 수 있는 박막 디스플레이의 개발이 활발해지고 있다.

상기 전계 방출 소자는 현재 개발 혹은 양산중인 평판 디스플레이들(LCD와 PDP, VFD등)의 단점을 모두 극복한 차세대 정보 통신용 평판 디스플레이로 주목을 받고 있다. 전계 방출 소자는 전극 구조가 간단하고, CRT와 같은 원리로 고속동작이 가능하며, 무한대의 칼라, 무한대의 그레이 스케일, 높은 휘도, 높은 비디오(video rate) 속도 등 디스플레이가 가져야 할 장점들을 고루 갖추고 있다.

전계 방출 소자는 종래의 마이크로 팁(tip), 평면형의 MIM 구조 등 전자 방출원의 제작을 위한 많은 기술이 개발되었으나 각각의 기술적 한계로 인하여 성공적으로 시장에 진입하지는 못하고 있는 실정이다.

최근 들어 탄소 나노 튜브(CNT)가 기계적으로 강하고, 화학적으로 상당히 안정하여 비교적 낮은 진공도에서 전자방출 특성이 우수한 이유로 인해 이를 이용한 전계 방출 소자의 중요성이 인식되고 있다. 이와 같은 탄소 나노 튜브는 작은 직경(약 1.0∼수십[nm])을 갖기 때문에 종래의 마이크로팁형(spindt형) 전계 방출 팁에 비해 전계 강화 효과(field enhancement factor)가 상당히 우수하여 전자방출이 낮은 임계 전계(turn-on field, 약 1∼5[V/㎛])에서 이루어질 수 있게 되므로, 전력손실 및 생산단가를 줄일 수 있는 장점이 있다.

CNT를 전계 방출 소자에 적용하는 방법으로는 열 또는 플라즈마 CVD를 이용한 직접 성장법과 이미 성장시킨 CNT를 페이스트로 제작하여 스크린 인쇄법으로 인쇄하는 방법으로 크게 나눌 수 있다. 상기 직접 성장법은 현재 기술의 성숙도로 볼 때 대면적의 저온 공정에는 아직 적당하지 않은 반면, 아크 방전(arc discharge), CVD, 혹은 미국 CNI사의 Hipco 공정 등에 의해 생산된 단일벽 혹은 다중벽 CNT 등을 유기바인더와 배합하여 제작한 CNT 페이스트는 대면적 저가의 전자방출원을 제작하기에 매우 유용한 기술이다.

그리고, CNT 페이스트를 이용한 전계 방출 소자 제작에 있어서 페이스트로 제작된 CNT 에미터의 표면을 효과적으로 처리하여 전자 방출을 용이하게 만드는 후처리 기술이 매우 중요하다.

CNT 페이스트의 제조는 CNT 원 재료의 정제, 분산 등을 위하여 액상공정을 거친 후 유기 바인더, 구조체 및 전도체 역할을 하는 필러(filler), 접착력 개선을 위한 유리 파우더 등 많은 첨가물질이 포함된다. 이렇게 제작된 CNT 페이스트는 전계 방출 소자 캐소드에 스크린 메쉬(mesh)를 통하여 원하는 위치에 도포된 후 정해진 위치로부터 전자를 방출하게 된다.

이때, 제작하고자 하는 패턴의 크기가 일반적인 인쇄법으로는 50[㎛] 이하의 미세패턴을 형성하기는 매우 어려운 실정이다. 반면, 40[㎛] 이하의 미세패턴일 경우 후면노광을 이용한 방법이 사용될 수 있으며 이를 이용하면 5[㎛] 이하의 극미세 패턴도 가능하며 일반적 인쇄공정의 장점인 이론상 수백인치의 패널 크기에도 균일하게 형성시킬 수 있다. 이렇게 제작된 CNT 에미터는 350~450[℃]의 열처리 공정을 거쳐 대부분의 유기 바인더를 이산화탄소 혹은 일산화탄소 형태로 제거하는 소성 공정을 거친 후 완성되는데, 이러한 소성 공정에는 조건에 따라 과다의 차이는 있으나 반드시 산소가 필요하다.

반면, 소성 공정 시 산소의 존재하에 CNT의 산화도 함께 일어나기 때문에 유기물의 완벽한 제거를 위해 고온에서 장시간 소성하는 것은 CNT에 치명적인 결과를 초래할 수도 있다. 소성공정을 거친 CNT 페이스트의 표면은 유기물 뿐만 아니라 함 께 첨가된 SiO₂, ITO, SnO₂ 등의 필러와 유리 파우더에 의해 사실상 거의 모두 덮여있어서 전자를 방출하기에는 부적합한 상태에 놓이게 된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 종래에는 접착테이프를 이용하여 페이스트 표면의 일부를 제거하여 내부의 CNT를 노출시키는 기술을 사용하였으나 도1에 도시된 바와 같이, 하부기판(10) 상에 형성된 CNT 페이스트(20)의 표면 일부를 제거하는 과정에서 파티클을 형성할 가능성이 매우 높고, 실제 노출되는 CNT는 사실상 테이프의 접착면에 직접 닿았던 것이 아니라 벗겨진 내부에 있던 CNT들이 노출되는 것이기 때문에 여전히 유기 물질에 오염돼 있을 가능성이 매우 크다.

또한, 테이핑법 이외에도 레이저를 이용하거나 집중 전자빔(focused electron beam) 등을 이용한 후처리 기술이 알려져 있으나 고가의 복잡한 장비를 사용해야 하는 큰 단점이 있다.

상기와 같이 종래 CNT 전계 방출 소자는 CNT 페이스트의 소성 공정 후 생성되는 CNT 상부의 오염 물질을 접착테이프를 이용한 테이핑법을 사용하였지만, CNT 패턴의 표면 일부를 제거하는 과정에서 파티클을 형성할 가능성이 매우 높고, 실제 노출되는 CNT가 내부에 있던 CNT 들이 노출되는 것이기 때문에 여전히 유기 물질에 오염돼 있을 가능성이 있는 문제점이 있었다.

또한, 종래 CNT 전계 방출 소자에서 레이저 혹은 전자빔 등을 이용한 후처리 기술이 있지만, 고가의 복잡한 장비를 사용해야 하는 문제점이 있었다.

따라서, 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 CNT 페이스트를 하부기판 상에 도포하고, 소정의 온도에서 소성한 후 CNT 페이스트 상부를 고무 롤러를 이용하여 표면처리 함으로써, CNT 페이스트 상부에 형성된 오염물질을 제거하고, 픽셀의 손상없이 CNT를 노출시킬 수 있는 전계 방출 소자를 위한 탄소 나노 튜브 페이스트의 후처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 고무 롤러를 이용하여 CNT 표면의 오염물질만 제거하기 때문에 분리입자의 생성을 줄여 아킹을 방지할 수 있는 전계 방출 소자를 위한 탄소 나노 튜브 페이스트의 후처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 탄소 나노 튜브 페이스트를 하부 기판 상에 소정의 방법으로 도포하는 단계와; 상기 도포된 탄소 나노 튜브 페이스트를 기 설정된 소정의 온도에서 소성하는 단계와; 상기 소성된 탄소 나노 튜브 페이스트를 고무 롤러로 롤링하여 표면 처리함과 아울러 상기 탄소 나노 튜브 페이스트 상면의 오염물질을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고무 롤러의 고무 두께는 1[mm] 이상인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전계 방출 소자를 위한 탄소 나노 튜브 페이스트 후처리 방법은 상기 탄소 나노 튜브 페이스트로부터 제거되어 상기 고무롤러에 부착된 오염물질을 제거할 수 있도록 상기 고무롤러를 접착성 테이프에 롤링하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명 전계 방출 소자를 위한 탄소 나노 튜브 페이스트의 후처리 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다.

본 발명은 페이스트로 형성된 탄소 나노 튜브(CNT) 페이스트의 소성 공정 후 상부에 형성되는 유기 바인더 성분 및 필터 등이 포함된 오염 물질을 부드러운(경 도가 낮은) 고무 롤러를 이용하여 제거하고, 픽셀의 손상없이 CNT를 노출시키는 것을 그 요지로 한다.

도2는 본 발명에 따른 CNT 페이스트의 후처리 과정을 도시한 일 예시도이다. 도시된 바와 같이, 하부기판(10) 상부에 페이스트를 스크린 인쇄법으로 인쇄하여 형성한 CNT(20)를 기 설정된 소정의 온도에서 소성하고, 그 소성 공정 후 CNT 상부에 형성된 오염물질(미도시)을 고무 롤러(40)를 이용한 표면처리를 통해 제거한다.

여기서, 상기 CNT(20) 상부에 형성된 오염물질은 CNT 페이스트를 제조할 때 첨가된 유기 바인더 성분과, 구조체 및 전도체 역할을 하는 필러 등을 말한다.

상기 고무 롤러(40)는 소정의 기 설정된 힘에 의해 롤링되는데, 롤링 방법에는 롤러를 이용한 수동 방식과 현재 시판되고 있는 오염물질 제거장치를 이용한 기계 방식을 사용할 수 있다.

또한, 상기 고무 롤러(40)는 매우 부드러운(경도가 낮은) 고무를 사용해야 하고, 고무의 탄력을 위해 적어도 1[mm] 이상의 두께를 가져야 하는데, 고무의 두께가 두꺼울수록 표면의 균일한 처리에 효과적이다. 그리고, 상기 CNT(20) 표면 처리 후 고무 롤러(40)에 부착된 오염물질은 접착성분이 묻어있는 테이프 등에 수회 롤링하여 제거할 수 있고, 롤러의 크기는 상황에 따라 다르게 제작할 수 있으므로 40인치 이상의 대화면의 제작에도 적용할 수 있는 장점이 있다.

도3은 종래 테이핑법에 의해 형성된 CNT 픽셀의 표면 형상(a)과 본 발명 고무 롤러에 의해 표면 처리된 CNT 픽셀의 표면 형상(b)을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 테이핑법에 의한 CNT 표면 형상은 상당한 두께의 페이스트가 픽셀로부터 탈락되었으나 본 발명 고무 롤러(40)에 의해 표면 처리된 CNT 표면 형상은 페이스트 두께가 픽셀로부터 탈락되지 않고 유지되고 있음을 알 수 있다. 여기서, 도3b의 표면 형상은 일본 공업 표준 규격(JIS 규격) 15도로 제작하고, 2[cm]의 두께를 갖는 실리콘 고무 롤러에 의해 표면 처리된 픽셀의 CNT 표면 형상이다.

도4는 본 발명의 고무 롤러(40)에 의해 후처리된 전계 방출 표시 장치의 전자 방출에 의한 형광체 발광 이미지를 도시한 것으로, 발광 이미지가 균일한 것을 알 수 있고, 또한, 도시하지는 않았지만, 전류-전압 특성도 매우 우수하다.

이와 같이 본 발명은 페이스트에 의해 형성된 CNT의 소성 공정 후 CNT의 표면 처리를 고무 롤러를 이용하기에 매우 간단하고 저렴할 뿐만 아니라 대면적의 공정에도 쉽게 적용할 수 있어 향후 전자 방출원을 CNT 페이스트로 사용하는 모든 평판 디스플레이 패널(FDP)에 적용할 수 있는 장점이 있다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 CNT 페이스트를 하부기판 상에 도포하고, 소정의 온도에서 소성한 후 CNT 페이스트 상부를 고무 롤러를 이용하여 표면처리 함으로써, CNT 페이스트 상부에 형성된 오염물질을 제거하고, 픽셀의 손상없이 CNT를 노출시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 고무 롤러를 이용하여 CNT 표면의 오염물질만 제거하기 때문에 분리입자의 생성을 줄여 아킹을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 탄소 나노 튜브 페이스트를 하부 기판 상에 소정의 방법으로 도포하는 단계와;

   상기 도포된 탄소 나노 튜브 페이스트를 기 설정된 소정의 온도에서 소성하는 단계와;

   상기 소성된 탄소 나노 튜브 페이스트를 고무 롤러로 롤링하여 표면 처리함과 아울러 상기 탄소 나노 튜브 페이스트 상면의 오염물질을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자를 위한 탄소 나노 튜브 페이스트의 후처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 고무 롤러의 고무 두께는 1[mm] 이상인 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자를 위한 탄소 나노 튜브 페이스트의 후처리 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 탄소 나노 튜브 페이스트로부터 제거되어 상기 고무롤러에 부착된 오염물질을 제거할 수 있도록 상기 고무롤러를 접착성 테이프에 롤링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자를 위한 탄소 나노 튜브 페이스트 후처리 방법.

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