KR101046977B1 - 카본나노튜브, 이를 포함한 전자 방출원 및 이를 구비한전자 방출 소자 - Google Patents

카본나노튜브, 이를 포함한 전자 방출원 및 이를 구비한전자 방출 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 X선 회절 분석에 의한 반치전폭이 0.6 이하인 것을 특징으로 하는 카본나노튜브, 이를 포함하는 전자 방출원 및 상기 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 전자 방출 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 결정성이 높고, I-V 특성이 우수한 카본나노튜브를 제공할 수 있으므로, 이를 포함하는 전자 방출원을 이용하면 휘도가 높고, 수명이 우수한 전자 방출 소자를 제공할 수 있다.

Description

카본나노튜브, 이를 포함한 전자 방출원 및 이를 구비한 전자 방출 소자{A carbon nanotube, an emitter comprising the carbon nanotube and an electron emission device comprising the emitter}
도 1은 본 발명의 전자 방출 소자의 일 구현예를 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 카본나노튜브 (2a) 및 종래의 카본나노튜브 (2b 및 2c)를 X선 회절 분석한 데이터를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원 및 종래의 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원의 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 카본나노튜브를 제조하기 위해서 전기방전법을 실행하는 전기방전장치의 구조도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
<도면 부호의 간단한 설명>
200: 전자 방출 소자 201: 상판
202: 하판 110: 하면기판
120: 캐소드 전극 130: 절연체층
140: 게이트 전극 160: 전자방출원
41...음극 42...양극
본 발명은 카본나노튜브, 이를 포함하는 전자 방출원 및 상기 전자 방출원을 구비하는 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 X선 회절 분석에 의한 반치전폭이 0.6 이하인 카본나노튜브, 상기 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원, 상기 전자 방출원을 구비하는 전자 방출 소자에 관한 것이다.
전자 방출 소자 (Electron Emission Device)는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 전압을 인가하여 전계를 형성함으로써 캐소드 전극의 전자 방출원으로부터 전자를 방출시키고, 이 전자를 애노드 전극 측의 형광 물질에 충돌시켜 발광되도록 하는 디스플레이 장치이다.
전자 전도성이 탁월한 탄소 나노 튜브 (Carbon Nano Tube: CNT)를 포함한 카본계 물질은 전도성 및 전계 집중 효과가 우수하고, 일함수가 낮고 전계 방출 특성이 우수하여 저전압 구동이 용이하고, 대면적화가 가능하므로 전자 방출 소자의 이상적인 전자 방출원으로 기대되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제2001-0056153호는 카본나노튜브막을 갖는 전계방출형 디스플레이 소자 및 그의 제조 방법을 개시하고 있으며, 이는 전계방출 디스플레이 소자에 있어서, 전자를 방출하는 캐소드 플레이트의 기판 위에 캐소드 전극이 형성되며, 캐소드 금속 전극 위에 절연층과 에미터 전극으로서 카본나노튜브막이 교대로 형성되고, 상기 절연층 위에 게이트 전극을 형성하여 캐소드 어레이를 구성 한 것을 특징으로 한다.
일본 공개특허공보 평15-288833호는 탄소 섬유의 형성에 이용하는 촉매 및 그 제조 방법 및 전자 방출 소자, 전자원, 화상 형성 장치를 개시하고 있으며, 이는 복수의 탄소 섬유를 포함하는 막을 갖는 전자 방출 소자로서, 상기 복수의 탄소 섬유를 포함하는 막은 파장 514.5 nm의 레이저를 조사하여 검출되는 라만 강도 분포 특성에 있어서, 라만 시프트가 1355±10 카이저인 범위에 라만 산란광 강도의 제1 피크를 가짐과 동시에 라만 시프트가 1580±10 카이저인 범위에 라만 산란광 강도의 제2 피크를 가지고, 상기 제1 피크의 반치전폭 (FWHM1)과 상기 제2 피크의 반치전폭 (FWHM2)이 FWHM2/FWHM1≤1.2의 관계에 있는 것을 특징으로 한다.
그러나, 전술한 특허의 전자 방출 소자를 포함하여 현재까지의 전자 방출 소자로는 카본나노튜브의 결정성 및 I-V 특성 (전류-전압 특성: 임의의 전압 또는 필드 (V/㎛)가 인가되었을 때에, 전류 또는 전류 밀도 (㎂/cm2)가 어느 정도인지 평가하기 위한 특성)에 있어서, 만족할 만한 결과를 얻을 수 없었으며, 따라서 결정성이 높고, I-V 특성이 우수한 카본나노튜브를 제공할 필요성이 존재하고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 결정성이 높고, I-V 특성이 우수한 카본나노튜브, 이를 포함하는 전자 방출원 및 이를 구비한 전자 방출 소자를 제공하며, 상기 전자 방출 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제1 태양은, X선 회절 분석에 의한 반치전폭 (Full Width at Half Maximun: FWHM)이 0.6 이하인 카본나노튜브를 제공한다.
상기 본 발명의 다른 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제2 태양은, X선 회절 분석에 의한 반치전폭이 0.6 이하인 카본나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출원을 제공한다.
본 발명의 또 다른 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제3 태양은,
기판;
상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 및
상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되고, X선 회절 분석에 의한 반치전폭이 0.6 이하인 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자를 제공한다.
본 발명의 또 다른 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제4 태양은,
X선 회절 분석에 의한 반치전폭이 0.6 이하인 카본나노튜브 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제조하는 단계;
기판 상에 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄하는 단계;
상기 인쇄된 전자 방출원 형성용 조성물을 소성하는 단계; 및
상기 소성된 결과물을 활성화시켜 전자 방출원을 얻는 단계를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 카본나노튜브는 결정성이 높으며, 결정성이 높고, I-V 특성이 우수하므로, 이를 포함하는 전자 방출원을 이용하면 디스플레이의 휘도가 높고, 수명이 우수한 전자 방출 소자를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 X선 회절 분석에 의한 반치전폭이 0.6 이하인 것을 특징으로 하는 카본나노튜브를 제공한다.
X선 회절 분석에 있어서 반치전폭 (Full Width at Half Maximun: FWHM)이란, 피크의 중간 세기에서의 피크 폭으로서 정규분포와 같은 종모양을 하고 있는 피크에서 결정성이 우수하다면 2θ (세터) 값이 동일한 위치에서 피크 폭이 좁게 나타나게 되며, 규칙적인 결정구조를 가지고 있는지 여부를 판단할 수 있는 근거로서 이용되고, 이의 분석을 통하여 결정성의 정도를 알 수 있다.
또한, 일반적으로 카본나노튜브는 결정성이 높을수록 견고해서 수명이 우수하고, 디스플레이의 신뢰성이 향상될 수 있는 장점을 가지며, 카본나노튜브의 I-V 특성은 전자방출 특성을 나타내는 것으로서, I-V 특성이 우수한 카본나노튜브가 저전압 구동 및 고휘도의 특성을 가지게 된다. 저전압 구동이 가능하면 구동전압이 낮은 드라이브 집적회로를 이용할 수 있어서 원가 절감 효과도 얻게 되며, 소비전력이 낮아지게 되는 장점을 갖는다.
본 발명자들은 여러가지 합성 방법에 따른 카본나노튜브를 분석한 결과, 반치전폭 값이 작은 카본나노튜브가 결정성이 높고, I-V 특성이 우수하다는 사실을 발견하게 되었으며, 따라서 본 발명에서는 X선 회절 분석에 의한 반치전폭이 0.6 이하인 것을 특징으로 하는 카본나노튜브를 제공한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 카본나노튜브는 X선 회절 분석의 2θ 값이 26.5 내지 65이며, 각 위치에서 반치전폭이 0.6 이하인 것이 바람직하다. 0.6 미만의 경우 결정성이 나쁘고 전자방출 특성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명에 따른 카본나노튜브는 전기방전법, 레이저증착법, 기상합성법, 열화학기상증착법 또는 플라즈마 화학기상증착법 등을 포함하는 다양한 방법에 따라 합성될 수 있으며, 바람직하게는 수소 기체를 이용한 아크 방전에 의해서 합성될 수 있다. 본 발명의 카본나노튜브 제조 방법에 대한 일 구현예는 다음과 같다.
먼저, 카본나노튜브가 성장하게 될 촉매 금속를 제공한다. 촉매 금속은 예를 들면, 코발트, 니켈, 철, 또는 이들의 합금을 사용할 수 있다. 상기 촉매 금속은 예를 들면 유리, 석영, 실리콘 또는 알루미나 (Al2O3) 등과 같은 기판에 열 증착법, 전자빔 증착법 또는 스퍼터링법을 이용하여 수 내지 수백 nm의 두께의 막 형태로 형성될 수 있다. 이 후, 촉매 금속막을 추가로 식각하여 서로 독립적으로 분리된 나노 크기의 촉매 금속 입자들을 형성한다. 식각 가스로는 암모니아 가스, 수소 가스 또는 수소화물 가스 등이 사용될 수 있다. 상기 식각 가스는 기판 상의 그레인 입계를 따라 촉매 금속막을 식각하여 서로 독립적으로 분리된 나노 크기의 촉매 금속 입자를 균일하게 고밀도로 형성한다.
금속 촉매 제공의 다른 예로는 제올라이트(zeolite) 지지체를 이용하는 방법이 있다. 상기 제올라이트 지지체에 금속 촉매를 합체시키는 방법은 진공주입법 (impregnation) 또는 이온 교환법 (ion exchange) 등과 같은 방법을 이용한다. 제올라이트 지지체를 이용하는 촉매 제공 방법으로는 구체적으로 Co/Y 촉매, Co/ZSM-5 촉매, Co/Y 촉매, Fe/Y 촉매 등을 얻을 수 있다. 상기 제올라이트 지지체를 이용한 촉매는 예를 들어, Co-(Fe) 아세테이트 용액을 이용하여 제조될 수 있으며, 최종 Co 또는 Fe 함량은 약 2.5 중량%일 수 있다.
전술한 바와 같이 카본나노튜브가 성장할 촉매 금속을 제공한 후, 상기 촉매 금속에 카본나노튜브를 성장시킨다. 카본 공급 가스로는 C1-3탄화수소 가스가 사용되며, 이의 구체적인 예에는 아세틸렌, 에틸렌, 에탄, 프로필렌, 프로판 또는 메탄가스 등이 포함된다. 카본나노튜브 성장 온도는 통상적으로 700 내지 800℃이다. 상기 카본 공급 가스는 카본나노튜브의 성장 속도 및 시간을 조절하기 위하여 수소 가스 또는 아르곤 가스와 같은 운반 가스 또는 수소화물 가스와 같은 희석 가스와 동시에 공급될 수 있다.
본 발명의 카본나노튜브 합성 방법은 전술한 바와 같은 합성 방법을 참조하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
상기와 같이 합성된 직후의 카본나노튜브는 다양한 종류의 불순물을 다량 함유하고 있으며, 이러한 불순물들이 전자 방출원에 포함될 경우, 전자 방출 특성이 저해되므로, 이를 제거하는 정제 공정을 카본나노튜브 합성 이후에 수행할 수 있다. 상기 정제 공정으로는 초음파 세척법, 원심 분리법, 화학침전법, 필터링법, 크로마토그래피법 등과 같은 당업계에서 통상적으로 사용되는 다양한 방법들이 포 함된다.
본 발명은 다른 구현예에서, X선 회절 분석에 의한 반치전폭이 0.6 이하인 카본나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출원을 제공한다.
본 발명의 전자 방출원은 예를 들면 화학기상증착법 등과 같은 방법을 이용하여 기판 상에 상기 카본나노튜브를 직접 성장시킴으로써 형성되거나, 또는 상기 카본나노튜브를 포함하는 페이스트 조성물을 이용한 페이스트법에 의해서 형성될 수 있다. 이 중, 대량 생산 용이성 및 제조 단가 측면에서는 페이스트법이 유리하다.
페이스트법을 이용하여 전자 방출원을 형성하는 경우, 본 발명의 전자 방출원은 접착 성분 및 접착 성분의 소성 결과물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 접착 성분은 카본나노튜브와 기판 간의 접착력을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 무기 접착 성분의 구체적인 예에는 글래스 프리트, 실란, 물유리 등이 포함되고, 유기 접착 성분의 구체적인 예에는 에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스 등과 같은 셀룰로오스계 수지; 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 및 우레탄 아크릴레이와 같은 아크릴계 수지; 비닐계 수지 등이 포함되며, 저융점 금속 또한 상기 접착 성분으로 이용될 수 있다.
본 발명은 또 다른 구현예에서, 기판; 상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 및 상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되고, X선 회절 분석에 의한 반치전폭이 0.6 이하인 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원을 구비하는 전자 방출 소자를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 부분 단면도로서, 대표적으로 3극관 구조의 전자 방출 소자를 도시하였다.
도시한 바와 같이, 전자 방출 소자 (200)는 상판 (201)과 하판 (202)을 구비하고, 상기 상판은 상면기판 (190), 상기 상면기판의 하면 (190a)에 배치된 애노드 전극 (180), 상기 애노드 전극의 하면 (180a)에 배치된 형광체층 (170)을 구비한다.
상기 하판 (202)은 내부 공간을 갖도록 소정의 간격을 두고 상기 상면기판 (190)과 대향하여 평행하게 배치되는 하면기판 (110), 상기 하면기판 (110) 상에 스트라이프 형태로 배치된 캐소드 전극 (120), 상기 캐소드 전극 (120)과 교차하도록 스트라이프 형태로 배치된 게이트 전극 (140), 상기 게이트 전극 (140)과 상기 캐소드 전극 (120) 사이에 배치된 절연체층 (130), 상기 절연체층 (130)과 상기 게이트 전극 (140)의 일부에 형성된 전자방출원 홀 (169), 상기 전자방출원 홀 (169) 내에 배치되어 상기 캐소드 전극 (120)과 통전되고 상기 게이트 전극 (140)보다 낮은 높이로 배치되는 전자방출원 (160)을 구비한다.
상기 상판 (201)과 하판 (202)은 대기압보다 낮은 압력의 진공으로 유지되며, 상기 진공에 의해 발생하는 상기 상판과 하판 간의 압력을 지지하고, 발광공간 (210)을 구획하도록 스페이서 (192)가 상기 상판과 하판 사이에 배치된다.
상기 애노드 전극 (180)은 상기 전자방출원 (160)에서 방출된 전자의 가속에 필요한 고전압을 인가하여 상기 전자가 상기 형광체층 (170)에 고속으로 충돌할 수 있도록 한다. 상기 형광체층은 상기 전자에 의해 여기되어 고에너지 레벨에서 저 에너지 레벨로 떨어지면서 가시광을 방출한다. 칼라 전자 방출 소자의 경우에는 단위화소를 이루는 복수의 상기 발광공간 (210) 각각에 적색 발광, 녹색 발광, 청색 발광의 형광체층이 상기 애노드 전극의 하면 (180a)에 배치된다.
상기 게이트 전극 (140)은 상기 전자방출원 (160)에서 전자가 용이하게 방출될 수 있도록 하는 기능을 담당하며, 상기 절연체층 (130)은 상기 전자방출원 홀 (169)을 구획하고, 상기 전자방출원 (160)과 상기 게이트 전극 (140)을 절연하는 기능을 담당한다.
전계 형성에 의해 전자를 방출하는 상기 전자방출원 (160)은 X선 회절 분석에 의한 반치전폭이 0.6 이하인 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원 (160)이다.
본 발명은 또 다른 구현예에서, X선 회절 분석에 의한 반치전폭이 0.6 이하인 카본나노튜브 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제조하는 단계; 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄하는 단계; 전자 방출원 형성용 조성물을 소성하는 단계; 및 소성 결과물을 활성화시키는 단계를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명을 따르는 전자 방출 소자의 제조 방법의 일 구현예는 다음과 같다.
먼저 전자 방출원 형성용 조성물을 준비한다. 전자 방출원 형성용 조성물은 카본나노튜브 및 비이클을 포함한다.
카본나노튜브는 전자를 방출하는 역할을 하는 것으로서, 전술한 바와 같이 X선 회절 분석에 의한 반치전폭이 0.6 이하인 카본나노튜브일 수 있다. 상기 조성물 내의 카본나노튜브는 0.1 내지 30 중량%, 바람직하게는 5 내지 20 중량%의 양으 로 사용될 수 있다.
비이클은 전자 방출원 형성용 조성물의 점도 및 인쇄성을 조절하는 역할을 하는 것으로서, 이는 폴리머 성분 및 유기 용매 성분을 포함한다.
비이클 내에 포함되는 폴리머 성분에 대한 비제한적인 예로는 에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스 등과 같은 셀룰로오스계 수지; 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 및 우레탄 아크릴레이트와 같은 아크릴계 수지; 및 비닐계 수지 등이 있으며, 그 함량은 전체 페이스트 조성물에 대하여 5 내지 60 중량%일 수 있다.
비이클 내에 포함되는 유기 용매 성분에 대한 비제한적인 예로는 부틸 카르비톨 아세테이트 (BCA), 터피네올 (TP), 톨루엔, 텍사놀 및 부틸 카르비톨 (BC) 등이 있으며, 그 함량은 전체 페이스트 조성물에 대하여 40 내지 80 중량%일 수 있다.
상기 전자 방출원 형성용 조성물은, 카본나노튜브와 기판과의 접착력을 향상시키는 역할을 하는 접착 성분으로서, 무기 접착 성분, 유기 접착 성분, 및 저융점 금속으로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택된 것을 포함할 수도 있다.
또한, 이 밖에도, 상기 전자 방출원 형성용 조성물은 필러 (filler), 감광성 수지, 점도 개선제, 해상도 개선제 등을 더 포함할 수도 있다. 이 중, 필러는 기판과 충분히 접착되지 못한 카본나노튜브의 전도성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 이의 구체적인 예에는 Ag, Al, Pd 등이 있다. 감광성 수지는 전자 방출원 형성 영역에 따라 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄할 때 사용되는 것으로서, 이 의 구체적인 예에는 PMMA, TMPTA, 메틸 아크릴산 (Methyl acrylic acid) 등이 있다.
또한 본 발명의 조성물은 필요에 따라 통상의 감광성 모노머와 광개시제, 폴리에스테르 아크릴레이트계와 같은 감광성 수지, 또는 셀룰로오스, 아크릴레이트와 비닐계 같은 비감광성 폴리머, 분산제, 소포제 등을 더 포함할 수 있다.
상기 감광성 모노머는 패턴의 분해 향상제로 첨가되며, 열분해성 아크릴레이트 계열의 모노머, 벤조페논계 모노머, 아세트페논계 모노머, 또는 티오키산톤계 모노머 등이 있으며, 보다 구체적으로는 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 2,4-디에틸옥산톤 (2,4-diethyloxanthone), 또는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논을 사용할 수 있다. 상기 감광성 모노머의 함량은 3 내지 40 중량%로 포함될 수 있다.
상기 광개시제의 종류는 통상 사용되는 것을 사용할 수 있으며, 그 함량은 0.05 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
상기와 같은 조성을 갖는 전자 방출원 형성용 조성물의 점도는 5,000 내지 50,000 cps인 것이 바람직하다.
다음으로, 준비된 전자 방출원 형성용 조성물을 기판에 인쇄한다. 상기 "기판"이란 전자 방출원이 형성될 기판으로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 기판을 사용할 수 있다.
인쇄 방식은 전자 방출원 형성용 조성물이 감광성 수지를 포함하는 경우와 감광성 수지를 포함하지 않은 경우에 따라 상이하다. 전자 방출원 형성용 조성물 이 감광성 수지를 포함하는 경우에는 별도의 포토레지스트 패턴이 불필요하다. 즉, 기판 상에 감광성 수지를 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄로 코팅하고, 이를 원하는 전자 방출원 형성 영역에 따라 노광 및 현상한다. 한편, 전자 방출원 형성용 조성물이 감광성 수지를 포함하지 않는 경우에는, 별도의 포토레지스트막 패턴을 이용한 포토리소그래피 공정이 필요하다. 즉, 포토레지스트막을 이용하여 포토레지스트막 패턴을 먼저 형성한 후, 상기 포토레지스트막 패턴을 이용하여 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄로 공급한다.
이 후, 인쇄된 전자 방출원 형성용 조성물을 소성시킨다. 상기 소성 단계를 통하여 카본나노튜브와 기판과의 접착력이 향상될 수 있고, 일부 이상의 접착 성분의 용융 및 고형화에 의하여 내구성 등도 향상될 수 있으며, 아웃개싱 (outgasing)도 최소화될 수 있다. 소성 온도는 전자 방출원 형성용 조성물에 포함된 비이클의 휘발 및 접착 성분의 소결가능 온도 및 시간을 고려하여 결정되어야 한다. 통상적인 소성 온도는 350 내지 500℃, 바람직하게는 450℃이다. 소성 온도가 400℃ 미만이면 비이클 등의 휘발이 충분히 이루어지지 않는다는 문제점이 발생할 수 있고, 소성 온도가 500℃를 초과하면 카본나노튜브 손상의 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
이 후, 소성 결과물을 활성화하여 전자 방출원을 얻는다. 상기 활성화 단계는, 예를 들어, 열처리 공정을 통하여 필름 형태로 경화될 수 있는 폴리이미드계 고분자를 포함하는 전자 방출원 표면 처리제를 상기 소성 결과물 상에 도포한 후, 이를 열처리한 다음, 상기 열처리로 형성된 필름을 박리함으로써 수행될 수 있다. 또한, 상기 활성화 단계는 소정의 구동원으로 구동되는 롤러 표면에 접착력을 갖는 접착부를 형성하여 상기 소성 결과물 표면에 소정의 압력으로 가압함으로써 수행될 수도 있다. 이러한 활성화 단계를 통하여 전자 방출원 표면으로 카본나노튜브가 노출되거나 카본나노튜브의 수직배향 상태가 조절될 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확히 표현하기 위한 목적으로 기재되는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
카본나노튜브의 제조
전기 방전법에 의하여 본 발명에 따른 카본나노튜브를 제조하였으며, 도 4에는 이러한 전기방전법을 실행하는 전기방전장치의 구조도를 간략히 나타내었다. 상기 방법에서는, 두 개의 그래파이트나 금속 막대를 음극 (41)과 양극 (42)으로 하고, 두 전극 사이에 직류 전원을 인가하여 전극 사이에 방전을 일으켰다.
이러한 방전에 의해 발생된 다량의 전자는 양극으로 이동하여 양극 막대 (41)에 충돌하게 되고, 이때 전자의 충돌에 의해서 양극으로 사용된 그래파이트 막대에서 떨어져나온 탄소 크러스트들은 낮은 온도로 냉각되어 있는 음극 (42)의 그래파이트 막대 표면에 응축되어 카본나노튜브가 제조된다.
전자 방출원의 제조
실시예 1.
상기 방법에 의해서 제조된, X선 회절 분석에 의한 반치전폭 값이 0.5481인 카본나노튜브 (X선 회절 분석 데이터를 도 2a에 도시), 글래스 프리트, 에틸 셀룰 로오스, 메틸 아크릴산, 부틸 카르비톨 아세테이트를 혼합하여 25000cps의 점도를 갖는 전자 방출원용 조성물을 제조하여 기판 상에 코팅한 후, 패턴 마스크를 이용하여 2000 mJ/cm2의 노광 에너지로 평행 노광기를 이용하여 조사하였다. 노광 후 스프레이하여 현상하고, 450 ℃의 온도에서 소성하여 전자 방출원을 얻었다.
비교예 1.
X선 회절 분석에 의한 반치전폭 값이 0.7188인 카본나노튜브 (X선 회절 분석 데이터를 도 2b에 도시)를 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예와 동일한 방법에 따라 전자 방출원을 제조하였다.
비교예 2.
X선 회절 분석에 의한 반치전폭 값이 1.1028인 카본나노튜브 (X선 회절 분석 데이터를 도 2c에 도시)를 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예와 동일한 방법에 따라 전자 방출원을 제조하였다.
전류 밀도 측정
상기 실시예 및 비교예 1, 2의 전자 방출원에 대하여 전류 밀도를 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에 따르면, 본 발명에 따른 전자 방출원의 전류 밀도 기울기가 비교예에 따른 전자 방출원의 전류 밀도 기울기에 비해서 더욱 샤프하다는 것을 확인할 수 있다.
전자 방출 소자의 제조
하면 기판을 준비하고, 상기 하면 기판 상에 ITO 물질로 이루어진 투명한 다 수의 캐소드 전극을 스트라이프 형태로 형성하였다. 이후, 상기 캐소드 전극이 덮이도록 폴리이미드 절연 물질을 스크린 인쇄하여 절연체층을 형성하고, 상기 절연체층의 상면에 도전성이 우수한 은(Ag) 또는 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 도체를 포함하는 페이스트를 스크린 인쇄하여 게이트 전극을 형성하였다. 이후 게이트 전극과 절연체층을 에칭하여 상기 캐소드 전극의 표면이 드러나도록 전자방출원 홀을 형성하고, 상기 게이트 전극을 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 상기 캐소드 전극들과 교차하도록 스트라이프 형태로 형성하였다.
다음으로, 상기 전자방출원 홀에 X선 회절 분석에 의한 반치전폭이 0.6 이하인 카본나노튜브 및 비이클을 포함하는 전자방출원 형성용 페이스트를 도포하여 전자방출원을 형성하고, 소성 및 활성화 단계를 거쳐서 전자 방출 소자를 제조하였다.
본 발명의 카본나노튜브는 X선 회절 분석에 의한 반치전폭이 0.6 이하로서, 결정성이 높고, I-V 특성이 우수하므로, 이를 포함하는 전자 방출원을 이용하면 휘도가 높고, 수명이 우수한 전자 방출 소자를 얻을 수 있다.

Claims (8)

  1. X선 회절 분석에 의한 반치전폭이 0.5481 내지 0.6이고, 카본나노튜브의 X선 회절 분석의 2θ값은 26.5 내지 65인 것을 특징으로 하는 전자방출원용 카본나노튜브.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 카본나노튜브는 전기방전법, 레이저증착법, 기상합성법, 열화학기상증착법 및 플라즈마 화학기상증착법으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법에 의해서 제조된 것을 특징으로 하는 전자방출원용 카본나노튜브.
  4. 제3항에 있어서, 상기 카본나노튜브는 수소 기체를 이용한 아크 방전에 의해서 제조된 것을 특징으로 하는 전자방출원용 카본나노튜브.
  5. X선 회절 분석에 의한 반치전폭이 .5481 내지 0.6이고, 카본나노튜브의 X선 회절 분석의 2θ값은 26.5 내지 65인 카본나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출원.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전자 방출원은 기판 상에 상기 카본나노튜브를 직접 성장시킴으로써 형성되거나, 또는 상기 카본나노튜브를 포함하는 페이스트 조성물을 이용한 페이스트법에 의해서 형성된 것을 특징으로 하는 전자 방출원.
  7. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 및
    상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되고, X선 회절 분석에 의한 반치전폭이 0.5481 내지 0.6이고, 카본나노튜브의 X선 회절 분석의 2θ값은 26.5 내지 65인 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  8. X선 회절 분석에 의한 반치전폭이 0.5481 내지 0.6이고, 카본나노튜브의 X선 회절 분석의 2θ값이 26.5 내지 65인 카본나노튜브 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제조하는 단계;
    기판 상에 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄하는 단계;
    상기 인쇄된 전자 방출원 형성용 조성물을 소성하는 단계; 및
    상기 소성된 결과물을 활성화시켜 전자 방출원을 얻는 단계를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7438829B2 (en) * 2003-11-13 2008-10-21 E.I. Du Pont De Nemours And Company Thick film getter paste compositions for use in moisture control
KR20070046598A (ko) * 2005-10-31 2007-05-03 삼성에스디아이 주식회사 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
KR100752013B1 (ko) * 2006-06-28 2007-08-28 제일모직주식회사 전자 방출원 형성용 조성물, 전자 방출원의 제조방법,이로부터 제조되는 전자 방출원 및 이를 포함하는 평면표시 소자
JP2008117757A (ja) * 2006-10-10 2008-05-22 Toray Ind Inc 電子放出源用ペースト
JP4687695B2 (ja) * 2007-07-23 2011-05-25 トヨタ自動車株式会社 膜電極接合体製造方法
CN101556887A (zh) * 2008-04-09 2009-10-14 富准精密工业(深圳)有限公司 碳纳米管场发射显示器的制备方法
CN103310869B (zh) 2012-03-08 2016-06-08 清华大学 碳纳米管浆料，其制备方法以及采用该碳纳米管浆料制备阴极发射体的方法
EP3933881A1 (en) 2020-06-30 2022-01-05 VEC Imaging GmbH & Co. KG X-ray source with multiple grids
CN114044509B (zh) * 2021-12-28 2023-09-26 中国石油大学(华东) 一种具有精确孔径的有序微孔碳的制备方法
CN114751399B (zh) * 2022-04-29 2024-04-09 北京航空航天大学 一种碳纳米管限域金属纳米线材料及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020009066A (ko) * 2000-07-24 2002-02-01 구자홍 카본나노튜브 전계방출 표시 소자 및 그 제조방법
JP2002053301A (ja) 2000-05-31 2002-02-19 Nippon Mitsubishi Oil Corp 水素吸蔵剤、水素吸蔵方法および水素吸蔵炭素
KR20020072594A (ko) * 2000-02-25 2002-09-16 샤프 가부시키가이샤 카본 나노튜브 및 그 제조 방법, 전자원 및 그 제조 방법및 표시 장치
KR20030028464A (ko) * 2000-04-12 2003-04-08 쇼와 덴코 가부시키가이샤 미세 탄소 섬유와 그 제조 방법 및 그 미세 탄소 섬유를함유하는 전도성 재료

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07102423A (ja) * 1993-09-10 1995-04-18 Hyperion Catalysis Internatl Inc 黒鉛質フィブリル材料
SK27699A3 (en) * 1996-09-03 2000-02-14 Smithkline Beecham Corp (s)-7-[(4,4'-bipiperidin-1-yl)carbonyl]-2,3,4,5-tetrahydro-4- -methyl-3-oxo-1h-1,4-benzodiazepine-2-acetic acid, hydrochloride, processes for its preparation and methods for its use.
KR20010056153A (ko) 1999-12-14 2001-07-04 구자홍 카본나노 튜브막을 갖는 전계방출형 디스플레이 소자 및그의 제조방법
JP3768908B2 (ja) 2001-03-27 2006-04-19 キヤノン株式会社 電子放出素子、電子源、画像形成装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020072594A (ko) * 2000-02-25 2002-09-16 샤프 가부시키가이샤 카본 나노튜브 및 그 제조 방법, 전자원 및 그 제조 방법및 표시 장치
KR20030028464A (ko) * 2000-04-12 2003-04-08 쇼와 덴코 가부시키가이샤 미세 탄소 섬유와 그 제조 방법 및 그 미세 탄소 섬유를함유하는 전도성 재료
JP2002053301A (ja) 2000-05-31 2002-02-19 Nippon Mitsubishi Oil Corp 水素吸蔵剤、水素吸蔵方法および水素吸蔵炭素
KR20020009066A (ko) * 2000-07-24 2002-02-01 구자홍 카본나노튜브 전계방출 표시 소자 및 그 제조방법

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