KR101564456B1 - 전계 방출 소자, 페이스트 제조방법 및 박막 형성방법 - Google Patents

전계 방출 소자, 페이스트 제조방법 및 박막 형성방법 Download PDF

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고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 전계 방출 소자 및 전계 방출 소자 제조방법에 대해 개시한다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 소자는 기판; 및 복수의 시트(sheet) 층을 가지고 상기 기판 상면에 비스듬한 각도를 가지고 배향되거나 수직 배향된 복수의 2차원 나노물질을 포함하는 페이스트(paste)로 제작된 박막을 포함한다.

Description

전계 방출 소자, 페이스트 제조방법 및 박막 형성방법{FIELD EMITTER DEVICE, METHOD FOR FABRICATING PASTE, AND METHOD FOR FORMING THIN FILM}
본 발명은 전계 방출 소자, 페이스트 제조방법 및 박막 형성방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 복수의 2차원 나노물질을 이용하여 제작된 전계 방출 소자, 그 전계 방출 소자에서 기판 상에 형성되는 박막을 위한 페이스트를 제조하는 방법 및 기판 상에 박막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
다양한 전자 전기 제품들에서 전계 방출 소자가 사용되고 있고, 전계 방출 소자에 대한 연구들이 현재까지도 지속적으로 이루어지고 있다.
기존의 전계 방출 소자에는 수직 성장되거나 박막으로 제작된 탄소 나노 튜브(Carbon nanobubes; CNTs)가 이용되거나, 전기적 특성이 매우 우수하고 얇은 그래핀 모서리에 전계가 집중되어 효율적인 전자 방출이 기대되는 단일 층의 그래핀(Graphene)이 이용되었다.
일 예로, 한국공개특허 제10-2010-0076801호(발명의 명칭: 전계방출소자 및 그 제조방법)는 적어도 하나의 그루브가 형성된 기판과, 이 그루브 내에 마련되는 금속 전극과, 금속 전극 상에 형성되는 탄소나노튜브 에미터를 구비하며, 탄소나노튜브 에미터는 Sn과 탄소나노튜브의 복합체를 포함한다는 내용을 개시하고 있다.
다만, 수직 성장된 탄소 나노 튜브는 기판과 탄소 나노 튜브 사이의 접착력이 낮고 스크린 효과(Screening Effect)로 인해 우수한 성능을 얻기 힘들다는 단점이 있었다. 또한, 박막 타입의 탄소 나노 튜브는 분산된 탄소 나노 튜브 용액을 얻기 어렵다는 단점이 있었다. 또한, 단일 층의 그래핀은 얇은 그래핀 모서리에 집중되는 강한 전계로 인해 절연 파괴가 쉽게 일어나고, 안정적인 전자 방출이 불가능하다는 문제점이 있었다.
한편, 흑연은 두꺼운 복수 층의 그래핀 시트를 가진다. 층간의 반데르발스 결합(Van der Waals interaction)과 카본 플레인의 공유결합이 존재함에 따라 강한 방향 종속적인 전기적 이동 특성을 보이고, 이로 인해 흑연은 전계 방출 소자에 사용하기 적합하지 않다.
본 발명의 일부 실시예는 기존과 달리 복수의 시트 층을 가진 2차원 나노물질이 복수 개 포함된 페이스트를 이용하여 제작된 고효율의 전계 방출 소자를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일부 실시예는 전계 방출 소자에서 기판 상에 박막을 형성하는 경우 성능 향상을 위해 사용할 복수의 2차원 나노물질을 포함하는 페이스트를 제조하는 방법을 제공하는 데에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일부 실시예는 복수의 2차원 나노물질을 포함하는 페이스트 및 스크린 프린팅 방식을 이용하여, 박막을 형성하는 방법을 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 소자는, 기판; 및 복수의 시트(sheet) 층을 가지고 상기 기판 상면에 비스듬한 각도를 가지고 배향되거나 수직 배향된 복수의 2차원 나노물질을 포함하는 페이스트(paste)로 제작된 박막을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 소자에서 기판 상에 형성되는 박막을 위한 페이스트(paste)를 제조하는 방법은, 복수의 2차원 나노물질, 각각의 2차원 나노물질 간 공간을 채우는 충전제, 및 상기 2차원 나노물질과 상기 충전제를 서로 결합시키는 결합제를 혼합하는 단계를 포함하고, 상기 각각의 2차원 나노물질은 복수의 시트(sheet) 층을 가지고, 상기 박막이 형성된 경우 상기 기판 상면에 비스듬한 각도를 가지고 배향되거나 수직 배향되는 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 소자의 기판 상에 박막을 형성하는 방법은, 복수의 2차원 나노물질을 포함하는 페이스트를 주입하는 단계; 및 상기 페이스트가 기설정된 패턴을 가진 스크린 마스크를 통과하도록 제어하는 단계를 포함하고, 각각의 2차원 나노물질은 복수의 시트(sheet) 층을 가지고, 상기 박막이 형성된 경우 상기 기판 상면에 비스듬한 각도를 가지고 배향되거나 수직 배향되는 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나인 전계 방출 소자는 샤프한 테두리 면을 가지고 기판 상면에 비스듬한 각도를 가지고 배향되거나 실질적으로 수직 배향된 복수의 2차원 나노물질을 포함함으로써, 안정적이고 효율적으로 전계를 방출할 수 있다.
또한, 전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 페이스트 제조방법 및 박막 형성방법을 이용하면, 낮은 턴-온 전기장, 낮은 문턱 전기장, 높은 최대 방출 전류, 그리고 장기간 방출 안정성이 나타나는 고성능의 전계 방출 소자를 제작할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 소자의 일부분을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 페이스트 제조방법의 각 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 제조된 페이스트 필름에 대한 SEM 버드뷰 이미지(사시도)이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성방법의 각 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 소자의 최대 방출 전류 밀도를 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 발명에서 제안하는 전계 방출 소자는 복수의 2차원 나노물질을 포함하는 페이스트(paste)를 이용하여 제작된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 소자의 일부분을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 소자는 기판(10) 및 박막(20)을 포함하고, 필요에 따라 전극 등의 기타 구성들을 더 포함할 수 있다.
기판(10)은 ITO(Indium Tin Oxide) 코팅된 글라스일 수 있고, 실질적으로 평평한 윗면을 가진 형태일 수 있다.
박막(20)은 복수의 시트(sheet) 층을 가지고 상술한 기판(10) 상면에 비스듬한 각도를 가지고 배향되거나 수직 배향된 복수의 2차원 나노물질을 포함하는 페이스트로 제작 및 형성된다. 즉, 각각의 2차원 나노물질은 페이스트의 제조과정을 통해 기판(10) 상면에 비스듬한 각도를 가지고 배향되거나 수직 배향된다.
구체적으로, 각각의 2차원 나노물질이 가진 복수의 시트 층은 그래핀(Graphene), 보론 나이트라이드(Boron Nitride; BN), 및 이황화 몰리브덴(Molybdenum Sulfide; MoS2) 중 어느 하나가 적층되어 형성될 수 있다.
예를 들어, 복수의 그래핀이 적층되어 형성된 복수의 시트 층을 가진 2차원 나노물질은 흑연 나노판(Graphite NanoPlatelet; GNP)일 수 있다.
보다 구체적으로, 하나의 시트 층은 1 개 혹은 다수의 원자의 집합체로서, 수 Å정도의 두께를 가진 평면 격자 구조로 이루어져 있을 수 있다. 복수의 시트 층(평균적으로 수십 개 내지 수백 개)을 가진 2차원 나노물질은 높은 종횡비와, 매우 샤프한 테두리(edge) 면을 가진 수십 nm 내지 수백 nm 두께의 판상형 구조체일 수 있고, 기판(10) 상면에 대해 소정의 각도로 비스듬하게 기울어져 있거나 90도로 수직하게 배치되어 있을 수 있다.
아울러, 페이스트 내에서 각각의 2차원 나노물질은 서로 임의의 거리를 두고 퍼져 있을 수 있다. 즉, 각각의 2차원 나노물질은 소정의 용매 내에서 수행되는 초음파 처리를 통해 서로 응집되거나 뭉쳐 있는 상태에서 분산되거나 퍼져 있는 상태로 변할 수 있다.
이때, 페이스트는 2차원 나노물질 이외에 각각의 2차원 나노물질 사이를 메우는 충전제(Filler), 및 2차원 나노물질과 충전제를 서로 결합시키는 결합제(Binder)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 충전제는 나노 파우더 형태일 수 있고, 석면, 글라스(Glass), 탈크(Talc), 점토(Clay), 이산화 규소(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 수산화 알루미늄(Al(OH)3), 이산화 타이타늄(TiO2), 보론 나이트라이드(BN), 탄산칼슘(CaCO3), 규산칼슘 등이 충전제로서 사용될 수 있다.
또한, 그 자체로 접착성을 가지는 에틸 셀룰로오스(Ethyl Cellulose), 니트로 셀룰로오스(Nitro Cellulose), 아크릴(Acryl) 등이 결합제로서 사용될 수 있고, 열처리 등의 추가 공정을 통하여 접착성을 가지게 되는 금속 나노입자(Metal Nanoparticle), 글라스 프리트(Glass frit) 등도 결합제로서 사용될 수 있다.
이러한 페이스트에 의한 박막은 페이스트가 기설정된 패턴을 가진 스크린 마스크를 통해 프린팅됨에 따라 형성될 수 있다(Screen Printing Process).
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 페이스트 제조방법에 대해 도 2를 참고하여 설명하고자 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 페이스트 제조방법의 각 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명에서 제안하는 페이스트(paste) 제조방법은 전계 방출 소자에서 기판 상에 형성되는 박막을 위해 사용되는 것이 바람직하다.
복수의 2차원 나노물질, 각각의 2차원 나노물질 간 공간을 채우는 충전제, 및 2차원 나노물질과 충전제를 서로 결합시키는 결합제가 서로 혼합된다. 이때, 페이스트 내 각각의 2차원 나노물질은 복수의 시트(sheet) 층을 가지고, 상술한 박막(20)이 형성된 경우 기판(10) 상면에 비스듬한 각도를 가지고 배향되거나 수직 배향된다.
각 재료가 혼합되는 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
소정의 용매 내에서 복수의 2차원 나노물질에 대하여 초음파 처리(Tip-Sonication)를 수행하는 단계가 진행된다(S110).
예를 들어, 에탄올 용매에 복수의 나노 흑연판(GNPs)을 넣으면, 각각의 나노 흑연판은 응집되거나 뭉쳐진 채로 존재하고, 수백 nm 내지 수 ㎛ 두께의 집합체를 이루고 있을 수 있다. 이렇게 서로 응집되어있던 나노 흑연판 혹은 집합체에 대해 수십분 동안 초음파 처리를 수행하면, 각각의 나노 흑연판은 잘게 부수어져서 서로 임의의 거리를 두고 퍼지거나 분산되게 되고, 수십 nm 내지 수백 nm 두께의 판상형 구조체가 될 수 있다. 초음파 처리에 의해 부수어지더라도, 각각의 나노 흑연판 또는 나노 흑연판의 테두리 면은 고 결정 구조를 유지할 수 있고, 그 테두리 면에 그래핀이 적층되어 형성된 복수의 시트 층의 적층 구조가 나타날 수 있다.
덧붙여, 상기 단계(S110)와 관련하여 통상의 기술자는 앞서 언급한 보론 나이트라이드 또는 이황화 몰리브덴이 적층되어 형성된 복수의 시트 층을 가진 2차원 나노물질도 나노 흑연판처럼 사용될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
상술한 초음파 처리를 수행하는 단계(S110) 이후에 충전제(filler) 추가 및 건조 공정을 수행하는 단계가 진행된다(S120). 소정의 용매 내에서 복수의 2차원 나노물질과 충전제는 자성 교반기(magnetic stirrer)에 의해 혼합될 수 있고, 나노 파우더 형태의 충전제는 각각의 나노 흑연판 간 공간을 채울 수 있으며, 용매는 건조 공정을 통해 제거될 수 있다.
예를 들어, 각각의 2차원 나노물질은 수십 개 내지 수백 개의 시트 층을 가지고, 하나의 2차원 나노물질의 두께는 10nm 내지 15nm이며, 하나의 시트 층의 두께는 대략 1 nm 이하 이다.
계속해서, 건조 공정을 수행하는 단계(S120) 이후에 결합제(binder)를 추가하는 단계가 진행된다 (S130).
결합제는 2차원 나노물질과 충전제를 서로 결합시킨다. 이때, 그 자체로 접착성을 가지거나 열처리 등의 추가 공정을 통하여 접착성을 가지게 되는 물질이 결합제로서 사용될 수 있다.
도 3은 제조된 페이스트 필름에 대한 SEM 버드뷰 이미지(사시도)이다.
페이스트 내에 플레이크(flake) 형상의 복수의 2차원 나노물질(①, ②)과 나노 파우더 형태의 충전제(③)가 존재함을 확인할 수 있다. 이때, 각각의 2차원 나노물질(①, ②)은 초음파 처리에 의해 집합체 없이 페이스트 내에서 서로 임의의 거리를 두고 퍼지거나 분산된 상태이고, 나노파우더 형태의 충전제(③)가 각각의 2차원 나노물질 간 공간을 메운 상태라는 것을 도 3을 참고하여 확인할 수 있다.
특히, 샤프한 테두리 면을 가지고 ITO 기판 상면에 비스듬한 각도를 가지고 배향되거나 실질적으로 수직 배향된 복수의 2차원 나노물질은 전계 방출 특성에 기여할 수 있다.
이와 같은 일련의 과정들을 통해 각 재료들이 혼합될 수 있고, 그에 따라 박막 형성을 위해 적합한 페이스트가 제조될 수 있다. 참고로 혼합 및 거품 발생 억제를 위해 Thinky사의 AR-250 믹서가 사용될 수 있고, 최종 혼합물(페이스트) 내 복수의 2차원 나노물질의 양은 1wt%일 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성방법의 각 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명에서 제안하는 박막 형성방법은 상술한 것과 같은 전계 방출 소자의 기판 (10)상에 박막(20)을 형성하기 위해 사용되는 것이 바람직하다.
소정의 박막 제조장치는 복수의 2차원 나노물질을 포함하는 페이스트를 주입한다(S210). 이때, 페이스트 내 각각의 2차원 나노물질은 복수의 시트(sheet) 층을 가지고, 소정의 박막 제조장치는 페이스트 저장공간을 구비할 수 있으며, 적절한 주입을 위한 부가적인 구성을 포함할 수 있다.
이후, 박막 제조장치는 기설정된 패턴을 가진 스크린 마스크를 통해 페이스트를 통과시킨다(S220). 이와 같은 스크린 프린트(Screen Printing) 방식은 에미터 물질 식각 등의 복잡한 공정이 필요하지 않고, 대량생산에 유리하다는 장점을 가지며, 박막 제조장치는 이러한 방식이 미리 반영된 프로그램에 의해 동작 및 제어될 수 있다.
계속해서, 솔벤트(Solvent)를 증발시키기 위해 대략 1시간 동안 150도에서 프린트된 페이스트는 건조될 수 있고, 접착성을 가진 에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스, 아크릴(Acryl) 등이 결합제로 사용되었을 경우 유기 물질을 제거하기 위해 대략 수십 분 동안 고온에서 열 어닐링(thermal annealing) 공정이 이루어질 수 있다.
추가적으로, 표면 상의 불순물들을 제거하고 기판(10)과의 기계적인 접착력을 향상시키기 위해 스카치 테이프 등이 이용될 수 있다.
이와 같은 일련의 공정을 통해 박막(20)이 기판(10) 상에 형성될 수 있고, 박막(20)이 기판(10) 상에 형성된 경우 페이스트 내 각각의 2차원 나노물질은 상기 기판(10) 상면에 비스듬한 각도를 가지고 배향되거나 수직 배향된다.
지금까지 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 페이스트 제조방법 및 박막 형성방법은, 종래와는 다른 원리에 의해 전계를 방출할 수 있는 소자를 생산하는 데에 사용될 수 있다.
아울러, 전계 방출 특성을 확인하기 위해, 전계 방출 소자에 대한 성능 측정 실험은 진공 챔버(10-7 Torr) 내 상온에서 다이오드 구성을 이용하여 진행하였다. 애노드는 0.5cm 지름을 가진 실린더 형상의 스테인리스이고, 캐소드는 ITO 글라스이며, 전계 방출 소자의 방출 영역은 0.2cm2이었다. 애노드와 캐소드 간격은 절연 스페이서와 함께 300㎛로 조절되었고, 방출 전류는 Keithley 6485로 모니터링 되었으며, DC 파워가 일정한 파워 전압 및 전류 제어기(HCN140-3500)에 의해 공급되었다.
참고로, 전계 방출을 측정하기 전에 동작 중 전자 방출의 변동을 제거하고, 캐소드에 원하지 않게 돌출된 2차원 나노물질을 제거함으로써 불안정한 전계 방출을 미연에 방지하였다. 또한, 5시간 동안 1mA/cm2의 전류밀도와 함께 전계 방출을 유지함으로써 전기적인 에이징(Aging)까지 고려하였다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 소자의 최대 방출 전류 밀도를 나타낸 그래프이다.
전기적 브레이크 다운(break down) 이전에 전계 방출 소자의 최대 방출 전류 밀도는 대략 39mA/cm2 이라는 것을 확인할 수 있다.
턴-온 전기장은 전기적 어닐링 이후에 약간 증가되었는데, 이는 에미터 표면에 도출된 복수의 2차원 나노물질의 파괴 때문이다. 고 방출 전류에서 전계 방출 소자는 적층된 시트 층 구조로 인해 쉽게 파손되지 않는다.
또한, 고 방출 특성은 복수의 2차원 나노물질의 샤프한 테두리 면에서 유효한 전자 방출에서 기인한다. 특히, 주로 기판 상면에 비스듬한 각도를 가지고 배향되거나 실질적으로 수직 배향된 복수의 2차원 나노물질, 및 복수의 2차원 나노물질의 샤프한 테두리 면은 몇 차례 측정 도중에 뛰어난 전계 방출 반복성을 보인다.
정리하자면, 전계 방출 소자에 대해 복수의 2차원 나노물질을 포함한 페이스트를 이용하는 경우, 낮은 턴-온 전기장, 낮은 문턱 전기장, 높은 최대 방출 전류, 그리고 장기간 방출 안정성이 나타나므로, 전계 방출 소자로서 뛰어난 성능을 보이며 동작한다는 것을 알 수 있다. 이러한 고성능은 복수의 2차원 나노물질의 샤프한 테두리 면, 높은 종횡비, 넓은 표면 영역, 및 쿼시(quasi)-수직 배열 특징들로부터 기인되는 것일 수 있다. 더욱이 스크린 프린팅 공정은 많은 수의 2차원 나노물질을 효율적으로 배열하는 데에 적절하다.
추가적으로, 본 발명에서 제안하는 전계 방출 소자는 다양한 영역(예를 들어, 평평한 램프, 에서 전계 방출 디스플레이 장치, 엑스레이 광원 등)에서 적절하게 활용될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 기판 20: 박막

Claims (11)

  1. 전계 방출 소자에 있어서,
    기판; 및
    복수의 시트(sheet) 층을 가지는 복수의 2차원 나노물질을 포함하는 페이스트(paste)로 제작된 박막을 포함하되,
    각각의 2차원 나노물질은 상기 페이스트의 제조과정을 통해 상기 기판 상면에 비스듬한 각도를 가지고 배향되거나 수직 배향되는 것이고,
    상기 페이스트는 상기 2차원 나노물질을 초음파 처리하여 임의의 간격으로 분산시킨 후, 각각의 2차원 나노물질 간 공간을 채우는 충전제, 및 2차원 나노물질과 충전제를 서로 결합시키는 결합제에 의하여 혼합된 것인 전계 방출 소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합제는
    그 자체로 접착성을 가지거나 열처리 등의 추가 공정을 통하여 접착성을 가지게 되는 물질인 것인 전계 방출 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막은 상기 페이스트가 기설정된 패턴을 가진 스크린 마스크를 통해 프린팅됨에 따라 형성되는 전계 방출 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차원 나노물질은 적어도 하나 이상의 테두리 면을 가지고, 상기 테두리 면에 상기 시트 층의 적층 구조가 나타나는 전계 방출 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 시트 층은 그래핀(Graphene), 보론 나이트라이드(BN), 및 이황화 몰리브덴(MoS2) 중 어느 하나가 적층되어 형성되는 전계 방출 소자.
  9. 전계 방출 소자에서 기판 상에 형성되는 박막을 위한 페이스트(paste)를 제조하는 방법에 있어서,
    소정의 용매 내에서 복수의 2차원 나노물질에 대하여 초음파 처리를 수행하는 단계; 및
    복수의 2차원 나노물질, 각각의 2차원 나노물질 간 공간을 채우는 충전제, 및 상기 2차원 나노물질과 상기 충전제를 서로 결합시키는 결합제를 혼합하는 단계를 포함하고,
    상기 각각의 2차원 나노물질은 복수의 시트(sheet) 층을 가지고, 상기 페이스트의 제조과정을 통해 상기 기판 상면에 비스듬한 각도를 가지고 배향되거나 수직 배향되는 것인, 페이스트 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 혼합하는 단계는
    상기 초음파 처리를 수행하는 단계 이후에 상기 충전제 추가 및 건조 공정을 수행하는 단계; 및
    상기 건조 공정을 수행하는 단계 이후에 상기 결합제를 추가하는 단계를 포함하는 페이스트 제조방법.
  11. 전계 방출 소자의 기판 상에 박막을 형성하는 방법에 있어서,
    복수의 2차원 나노물질을 포함하는 페이스트를 주입하는 단계; 및
    기설정된 패턴을 가진 스크린 마스크를 통해 상기 페이스트를 통과시키는 단계를 포함하고,
    각각의 2차원 나노물질은 복수의 시트(sheet) 층을 가지고, 상기 페이스트의 제조과정을 통해 상기 기판 상면에 비스듬한 각도를 가지고 배향되거나 수직 배향되는 것인, 박막 형성방법.
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