KR100972381B1 - 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100972381B1
KR100972381B1 KR1020080074046A KR20080074046A KR100972381B1 KR 100972381 B1 KR100972381 B1 KR 100972381B1 KR 1020080074046 A KR1020080074046 A KR 1020080074046A KR 20080074046 A KR20080074046 A KR 20080074046A KR 100972381 B1 KR100972381 B1 KR 100972381B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon nanotubes
field emission
emission device
carbon nanotube
substrate
Prior art date
Application number
KR1020080074046A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100012573A (ko
Inventor
이경일
한종훈
김성현
이철승
Original Assignee
전자부품연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전자부품연구원 filed Critical 전자부품연구원
Priority to KR1020080074046A priority Critical patent/KR100972381B1/ko
Publication of KR20100012573A publication Critical patent/KR20100012573A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100972381B1 publication Critical patent/KR100972381B1/ko

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)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

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 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자 및 그 제조방법은 전계 방출 소자의 캐소드 전극에 있어서, 절연층이 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 포함함에 기술적 특징이 있다.
전계 방출, 탄소나노튜브, 횡방향, 캐소드 전극

Description

탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자 및 그 제조방법{Field emission device using carbon nanotubes of and method of the same}
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
종래의 탄소나노튜브 분말을 이용하여 전기영동에 의한 필름형성 방법은 공정이 간단하나 필름형성 이후에 문지르는 방식을 취해야 하므로 탄소나노튜브 필드 에미터를 형성하는데 제약이 따른다.
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.
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.
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.
본 발명의 상기 목적은 전계 방출 소자의 캐소드 전극에 있어서, 절연막이 형성된 기판 상에 형성되는 도전성 배선; 및 상기 도전성 배선의 상단면과 상기 도전성 배선의 측면이 만나는 모서리로부터 상기 도전성 배선의 외부로 돌출되도록 도포하여 상기 도전성 배선의 폭(W)을 덮을 수 있도록 도포된 탄소나노튜브 다발을 포함하는 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 탄소나노튜브 잉크의 도포는 스프레이, 잉크젯, 에어로젯, 전기수력학적 분무 및 시린지 중 선택되는 어느 하나의 방법을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 및 탄소나노섬유 중 어느 하나이다.
또한, 본 발명의 상기 기판은 유리기판, 실리콘 기판 및 세라믹 기판 중 어느 하나이다.
또한, 본 발명의 다른 목적 상기 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.
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 상단면과 상기 도전성 배선의 측면이 만나는 모서리로부터 상기 도전성 배선의 외부로 돌출되도록 도포하여 상기 도전성 배선의 폭(W)을 덮을 수 있도록 탄소나노튜브 다발을 형성하는 단계를 포함하는 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자의 제조방법에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 탄소나노튜브 잉크의 도포는 스프레이, 잉크젯, 에어로젯, 전기수력학적 분무 및 시린지 중 선택되는 어느 하나의 방법을 사용한다.
또한, 본 발명의 상기 탄소나노튜브 잉크는 탄소나노튜브를 물 또는 알콜 용매와 혼합하여 제조된다.
또한, 본 발명의 상기 탄소나노튜브 잉크는 탄소나노튜브를 분산시키는 비이온성 분산제를 추가하는 단계를 더 포함한다.
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.
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.
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.
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.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2a는 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 캐소드 전극의 상면도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 캐소드 전극의 단면도이다.
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.
본 발명의 절연막(110)이 형성된 기판(100) 위에 제작되는 캐소드 전극(200)은 도전성 배선(210) 및 탄소나노튜브 다발(220)을 포함한다.
탄소나노튜브 다발(220)을 형성할 때, 도전성 배선(210)의 폭보다 넓게 탄소나노튜브 잉크를 도포함으로써, 도전성 배선(210)의 가장자리에서 횡방향으로 탄소나노튜브가 튀어나오도록 형성한다. 즉, L1 길이에 해당하는 도전성 배선(210)에 탄소나노튜브 잉크를 도포하고자 할 때, L1 길이는 동일하게 유지한 채 도전성 배선(210)의 일부 면적인 W×L1 보다 더 큰 면적을 차지하도록 도포한다. 따라서, 도전성 배선(210)에 있어서 도포된 탄소나노튜브는 도전성 배선의 폭(W)을 초과하여 도전성 배선(210)을 덮을 수 있도록 도포된다. 이를 위해서 도 2b에 도시된 바와 같이 탄소나노튜브 일부는 도전성 배선(210)의 상단부를 덮을 수 있도록 도전성 배선(210)의 상단면과 도전성 배선(210)의 일측면(211,212)이 만나는 가장자리 즉, 모서리(213,214)부분에서 도전성 배선(210)의 외부로 돌출되도록 도포한다.
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.
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.
탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 및 탄소나노섬유 중 선택되는 어느 하나를 이용할 수 있다.
용매는 탄소나노튜브, 분산제 등을 용해해서 액상으로 만들기 위한 것으로, 물 또는 알콜을 사용한다.
분산제는 비이온성 분산제를 사용할 수 있으며, 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.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 캐소드 전극을 제조하는 과정을 나타낸 공정도이다.
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.
그리고, 도 3b와 같이, 리소그래피 공정으로 패터닝하여 도전성 배선(210)을 형성한다.
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.
이때, 탄소나노튜브 다발(220)의 직경은 0.1㎛ 내지 수백 ㎛이다..
이때, 탄소나노튜브 잉크를 도포하는 방법은 스프레이, 잉크젯, 에어로젯, 전기수력학적 분무(EHD) 및 시린지(syringe) 중 선택되는 어느 하나를 사용될 수 있다.
마지막으로, 탄소나노튜브를 도전성 배선(210)에 잘 접착되게 하기 위하여 열처리하는 공정이 더 추가될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 3극 구조의 전계 방출 소자를 나타낸 단면도이다.
본 발명에 따른 전계 방출 소자는 3극 구조로 형성하여 BLU(Back Light Unit)로 사용할 수 있다.
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.
본 발명에서는 두 개의 캐소드 전극(200)과 애노드 전극(320)을 전기배선으 로 연결하여 3극 구조의 전계 방출 소자 구조를 만든다.
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.
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.
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.
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.
상기 비틀림 힘 τ는
Figure 112009053557693-pat00009
로 표현될 수 있는데, 식 중 F는 정전기력이고, r은 도포된 탄소나노튜브의 길이이고, θ는 도포된 탄소나노튜브의 길이방향과 전계방향과의 각도이다. 이 때, 도 1b에서 도포된 탄소나노튜브의 길이(r)는 a에서 b사이의 길이이고, 도 2b에서 상기 r은 a에서 c사이의 길이가 아닌 b에서 c 사이의 길이가 된다.
본 발명에 따라 도포된 탄소나노튜브에 있어서, a에서 c 사이는 도전성 배선(210)에 부착되어 있기 때문에 실질적으로 상기 비틀림 힘(τ)을 받는 탄소나노튜브 부분은 b에서 c사이의 길이로 국한된다. 즉, 본 발명에 따라 탄소나노튜브를 도전성 배선(120)에 일정부분 접하도록 횡방향으로 도포시키고 나머지 일정부분은 도전성 배선(120)의 측면(211,212)의 모서리(213,214)에 걸치도록 도포할 때, 모서리(213,214)에 걸친 탄소나노튜브의 길이만이 비틀림 힘(τ)을 받는다.
따라서, 도전성 배선(210)에 도포된 탄소나노튜브 중 도전성 배선(210)과 부착된 부분인 a에서 b사이(도 2b 참조) 부분으로 인하여 비틀림 힘(τ)에 대한 지지력이 강해지는 효과가 생기고 나아가 상기 a에서 b사이(도 2b 참조) 부분이 도전성 배선(210)에 접착되어 있기 때문에 도포된 탄소나노튜브를 통해 전계가 방출될 때 전류에 의한 열이 도전성 배선(210)을 통해 원활하게 배출할 수 있게된다.
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.
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.
도 1a는 종래의 탄소나노튜브가 패터닝된 전계 방출 소자를 나타낸 상면도,
도 1b는 종래의 탄소나노튜브가 패터닝된 전계 방출 소자를 나타낸 단면도,
도 2a는 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 캐소드 전극의 상면도,
도 2b는 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 캐소드 전극의 단면도,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 캐소드 전극을 제조하는 과정을 나타낸 공정도,
도 4는 본 발명에 따른 3극 구조의 전계 방출 소자를 나타낸 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 하부기판 110, 310 : 기판
120 : 절연막 200 : 캐소드 전극
210 : 도전성 배선 220 : 탄소나노튜브 다발
300 : 상부기판 320 : 애노드 전극

Claims (9)

  1. 전계 방출 소자의 캐소드 전극에 있어서,
    절연막이 형성된 기판 상에 형성되는 도전성 배선; 및
    상기 도전성 배선의 상단면과 상기 도전성 배선의 측면이 만나는 모서리로부터 상기 도전성 배선의 외부로 돌출되도록 도포하여 상기 도전성 배선의 폭(W)을 덮을 수 있도록 도포된 탄소나노튜브 다발을 포함하되,
    상기 도전성 배선 사이에 전계를 인가하게 되면, 상기 도전성 배선 폭(W)의 외부로 돌출되어 있는 탄소나노튜브들이 상기 도전성 배선과 전기적으로 연결되면서 전자를 방출하는 것인 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 잉크의 도포는 스프레이, 잉크젯, 에어로젯, 전기수력학적 분무 및 시린지 중 선택되는 어느 하나의 방법을 사용하는 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 및 탄소나노섬유 중 선택되는 어느 하나인 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 유리기판, 실리콘 기판 및 세라믹 기판 중 선택되는 어느 하나인 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자.
  5. 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 소자.
  6. 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 배선의 상단면과 상기 도전성 배선의 측면이 만나는 모서리로부터 상기 도전성 배선의 외부로 돌출되도록 도포하여 상기 도전성 배선의 폭(W)을 덮을 수 있도록 탄소나노튜브 다발을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 도전성 배선 사이에 전계를 인가하게 되면, 상기 도전성 배선 폭(W)의 외부로 돌출되어 있는 탄소나노튜브들이 상기 도전성 배선과 전기적으로 연결되면서 전자를 방출하는 것인 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 잉크의 도포는 스프레이, 잉크젯, 에어로젯, 전기수력학적 분무 및 시린지 중 선택되는 어느 하나의 방법을 사용하는 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자의 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 잉크는 탄소나노튜브를 물 또는 알콜 용매와 혼합하여 제조하는 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 잉크는 탄소나노튜브를 분산시키는 분산제를 추가하는 단계를 더 포함하여 제조되는 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자의 제조방법.
KR1020080074046A 2008-07-29 2008-07-29 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자 및 그 제조방법 KR100972381B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080074046A KR100972381B1 (ko) 2008-07-29 2008-07-29 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080074046A KR100972381B1 (ko) 2008-07-29 2008-07-29 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100012573A KR20100012573A (ko) 2010-02-08
KR100972381B1 true KR100972381B1 (ko) 2010-07-27

Family

ID=42086785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080074046A KR100972381B1 (ko) 2008-07-29 2008-07-29 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100972381B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103838440B (zh) * 2012-11-23 2016-08-10 北京富纳特创新科技有限公司 触摸屏
KR20210082931A (ko) 2019-12-26 2021-07-06 (주)태성이엠씨 다열 마그네틱을 갖는 아마추어로 이루어진 bldc 모터
KR102526595B1 (ko) * 2021-01-22 2023-04-28 주식회사 일렉필드퓨처 캐소드 에미터 기판의 제조방법, 이에 의해 제조된 캐소드 에미터 기판 그리고, 이를 포함하는 엑스레이소스

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050042950A (ko) * 2003-11-04 2005-05-11 엘지전자 주식회사 전계 방출 소자
JP2006092903A (ja) 2004-09-24 2006-04-06 Sony Corp 微小電子源装置の製造方法
KR20070011806A (ko) * 2005-07-21 2007-01-25 삼성에스디아이 주식회사 전계 방출형 백라이트 유니트 및 이를 구비한 평판디스플레이 장치
KR20080024050A (ko) * 2006-09-12 2008-03-17 가부시키가이샤 노리타케 캄파니 리미티드 형광표시장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050042950A (ko) * 2003-11-04 2005-05-11 엘지전자 주식회사 전계 방출 소자
JP2006092903A (ja) 2004-09-24 2006-04-06 Sony Corp 微小電子源装置の製造方法
KR20070011806A (ko) * 2005-07-21 2007-01-25 삼성에스디아이 주식회사 전계 방출형 백라이트 유니트 및 이를 구비한 평판디스플레이 장치
KR20080024050A (ko) * 2006-09-12 2008-03-17 가부시키가이샤 노리타케 캄파니 리미티드 형광표시장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100012573A (ko) 2010-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8030837B2 (en) Field emission cathode device and display using the same
US8089206B2 (en) Field emission cathode and field emission display employing with same
US20060249388A1 (en) Electrophoretic deposition method for a field emission device
JP2011509510A (ja) 電界放射ディスプレイ
KR100972381B1 (ko) 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 소자 및 그 제조방법
KR100701093B1 (ko) 탄소 나노튜브의 배향 장치, 탄소 나노튜브의 배향 방법 및전계방출 표시장치의 제조 방법
JP2006261074A (ja) 電界放出物質の塗布方法および電界放出素子
KR101533048B1 (ko) 핵산으로 코팅된 탄소 나노 튜브를 포함하는 전계 전자 방출원 및 이의 제조 방법
JP4043139B2 (ja) 電子放出源の製造方法
US8053967B2 (en) Electron emission device and display device using the same
KR20070106231A (ko) 전자 방출원 형성용 조성물, 이를 이용하는 전자 방출원의제조 방법, 이 방법에 의해 제조된 전자 방출원 및 전자방출 소자
KR20070105489A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법
KR20060114865A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법
KR20010056989A (ko) 카본 나노튜브를 이용한 전계방출소자
JP5878222B2 (ja) 電界放出陰極素子及び電界放出装置
US7687982B2 (en) Electron emission device, electron emission display device including the electron emission device, and method of driving the electron emission device
JP2006156389A (ja) 炭素ナノチューブの配向装置、炭素ナノチューブの配向方法及び電界放出表示装置の製造方法
JP2005032523A (ja) 電子放出素子およびそれを用いた表示装置、ならびに電子放出素子の製造方法
JP5158224B2 (ja) エミッタの製造方法及び該エミッタを用いた電界放出型冷陰極並びに平面画像表示装置
JP4043141B2 (ja) 電子放出源の製造方法及び電子放出源
KR20100006524A (ko) 탄소나노튜브 전계 전자방출원을 제조하는 방법 및 그에 의하여 제조된 전계 전자방출원을 포함하는 전계 전자방출 소자
KR20090131169A (ko) 전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출형 백라이트 유닛및 그 제조 방법
KR20070046606A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법
KR20070046598A (ko) 카본계 물질 및 광전소자를 포함한 전자 방출원, 상기 전자방출원의 제조 방법, 상기 전자 방출원을 구비한 전자방출 소자 및 상기 전자 방출원을 구비한 전자 방출디스플레이 장치
KR20070075659A (ko) 전자 방출 소자의 제조방법, 이에 의하여 제조된 전자 방출소자, 이를 적용한 백라이트 장치 및 전자 방출디스플레이 장치

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