KR20030083790A - 전계 방출 표시소자용 탄소 나노 튜브 에미터 페이스트조성물 및 이를 이용한 전계 방출 표시소자용 탄소 나노튜브 에미터의 제조방법 - Google Patents

전계 방출 표시소자용 탄소 나노 튜브 에미터 페이스트조성물 및 이를 이용한 전계 방출 표시소자용 탄소 나노튜브 에미터의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전계 방출 표시소자용 탄소 나노 튜브 에미터 페이스트 조성물 및 이를 이용한 전계 방출 표시소자용 탄소 나노 튜브 에미터의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캐소드 전극의 미세 패터닝이 가능하고, 진공도 저하 및 전류밀도의 감소를 최소화함으로써 탄소 나노 튜브 에미터의 방출전류 특성을 향상시킨 전계 방출 표시소자용 탄소 나노 튜브 에미터 페이스트 조성물 및 그를 이용한 전계 방출 표시소자용 탄소 나노 튜브 에미터의 제조방법에 관한 것이다.

Description

전계 방출 표시소자용 탄소 나노 튜브 에미터 페이스트 조성물 및 이를 이용한 전계 방출 표시소자용 탄소 나노 튜브 에미터의 제조방법{CARBON NANOTUBE EMITTER PASTE COMPOSITION FOR FIELD EMISSION DEVICE AND METHOD OF PREPARING CARBON NANOTUBE EMITTER USING SAME}
본 발명은 전계 방출 표시소자용 탄소 에미터 페이스트 조성물 및 이를 이용한 전계 방출 표시소자용 탄소 에미터의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캐소드 전극의 미세 패터닝이 가능하고, 진공도 저하 및 전류밀도의 감소를 최소화함으로써 탄소 나노 튜브 에미터의 방출전류 특성을 향상시킨 전계 방출 표시소자용 탄소 에미터 페이스트 조성물 및 그를 이용한 전계 방출 표시소자용 탄소 에미터의 제조방법에 관한 것이다.
전계 방출형 표시소자(Field Emission Display Device: FED)는 전자 방출원인 에미터(emitter)에 강한 전계를 형성하여 터널링 효과에 의하여 전자를 방출시키고, 방출된 전자가 진공 속을 이동하여 애노드 전극에 형성된 형광막에 충돌함으로써 형광막을 발광시켜 화상을 표현하는 대표적인 표시소자이다.
이러한 전계 방출형 표시소자의 전자 방출원으로 최근에는 탄소 나노튜브(Carbon Nano Tube: CNT)가 각광을 받고 있는데, 탄소 나노 튜브는 전계 집중 효과가 우수하고, 일함수가 낮아 전자 방출 특성이 우수하여 저전압 구동이 용이하고, 대면적화가 가능한 전계 방출 표시 장치의 이상적인 전자 방출원으로 기대되고 있다.
일반적으로, 탄소 나노 튜브를 전자 방출원으로 구비한 전계 방출 표시 장치는 전자방출을 용이하게 조절하기 위하여 삼극관(triode) 구조로 제작되며, 이 때 탄소 나노튜브 전자 방출층은 진공 증착을 이용한 박막 공정이나 페이스트를 인쇄하는 후막 공정에 의해 형성된다. 이 가운데 후막 형성 방법은 탄소 나노 튜브를 주성분으로 하는 페이스트를 제작하여, 이를 캐소드 전극에 인쇄하여 전자 방출층을 형성하는 방법으로, 박막 공정에 비하여 제조 설비가 단순하여 공정이 간단하므로 대량 생산에 유리하다는 장점이 있다.
상기 탄소 나노튜브 에미터는 카본 나노튜브 분말, 바인더 및 용매를 포함하는 페이스트를 제조하고, 이 페이스트를 전극 위에 스크린 프린트하여 형성한 후 공기 분위기 하에서 400℃ 이상의 고온에서 소성하여 제조된다.
이 때, 탄소 나노튜브 페이스트의 성분으로 열분해성 수지인 아크릴레이트,아크릴, 또는 에틸 셀룰로오스(EC) 수지를 사용한다. 열분해성 수지로서 아크릴레이트계 수지만을 사용하는 경우에는 탄소 나노 튜브 페이스트의 패턴성이 우수하다는 장점이 있으나, 삼극관 탄소 에미터에 적용시 전류밀도가 7.5 V/㎛에서 20 ㎂/㎠로 낮게 나타난다는 문제점이 있다.
한 편, 아크릴 또는 에틸 셀룰로오스 수지를 이용하는 경우에는, 전류밀도가 100 ㎂/㎠ 이상으로 높게 나타나는 장점이 있으나, 소성 후 열분해가 일어나 수축되고, 패턴과 기판간의 부착력이 약해진다는 문제점이 있다. 또한, 자외선 노광후 패턴시 페이스트 조성물과의 포토레지스트와의 접촉이 불가피하기 때문에, 페이스트 조성물과 포토레지스트 간의 반응으로 말미암아 게이트와 캐소드 전극 간의 쇼트가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 상기한 페이스트 조성물을 이용하여 삼극관 탄소 에미터를 제조하는 경우, 패턴 후의 막두께가 얇고 게이트와의 거리가 멀어 동작전압이 높아질 수 있다는 문제점이 있다.
즉, 아크릴레이트계 수지, 아크릴 수지, 및 에틸 셀룰로오스 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1 종의 수지만을 포함하여 삼극관 탄소 나노 튜브를 제조하는 경우에는 패턴성과 전류밀도가 동시에 우수하기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 노광성, 현상성 및 방출전류의 특성이 향상된 전계 방출 표시소자용 탄소 에미터 페이스트 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 진공도 저하 및 전류밀도 감소를 최소화하는전계 방출 표시소자용 탄소 에미터 페이스트 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 탄소 에미터 페이스트 조성물을 이용한 탄소 에미터의 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 3의 탄소 나노 튜브 에미터의 영상사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 3의 탄소 나노 튜브 에미터에 전기장을 인가한 경우의 영상사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 3의 탄소 나노 튜브 에미터의 단면사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 3의 탄소 나노 튜브 에미터에서 방출된 전자의 전류밀도를 전기장의 세기에 따라 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 3의 탄소 나노 튜브 에미터에서 방출된 전자의 전류밀도를 숙성시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 6a는 비교예 3의 탄소 나노 튜브 에미터에 대한 전기장의 세기에 따른 전류밀도를 나타낸 그래프이다.
도 6b는 비교예 1의 탄소 나노 튜브 에미터 형성용 조성물을 사용하여 탄소 나노 튜브 에미터를 제조하는 과정에 있어, 패턴 후 찍은 조성물막의 SEM(Scanning electron microscope) 사진이다.
도 7은 비교예 2의 탄소 나노 튜브 에미터 형성용 조성물을 사용하여 탄소나노 튜브 에미터를 제조하는 과정에 있어, 패턴 후 찍은 조성물막의 SEM(Scanning electron microscope) 사진이다.
도 8은 실시예 3 및 4, 및 비교예 3의 탄소 나노 튜브 에미터에서 방출된 전자의 전류밀도를 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예 1의 탄소 나노 튜브 에미터 형성용 조성물을 사용하여 탄소 나노 튜브 에미터를 제조하는 과정 중에서, 소성 후 찍은 조성물막의 SEM(Scanning electron microscope) 사진이다.
도 10은 실시예 2의 탄소 나노 튜브 에미터 형성용 조성물을 사용하여 탄소 나노 튜브 에미터를 제조하는 과정 중에서, 소성 후 찍은 조성물막의 SEM(Scanning electron microscope) 사진이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탄소 나노튜브 분말 1 내지 20 중량%, 글라스 프리트, 아크릴레이트계 수지 및/또는 아크릴 수지, 및 에틸셀룰로오스의 혼합물 40 내지 80 중량%, 광개시제 0.1 내지 20 중량%, 및 유기 용매 1 내지 20 중량%를 포함하는 전계 방출 표시소자용 탄소 에미터 페이스트 조성물로서, 상기 글라스 프리트를 상기 탄소 나노 튜브 분말의 1중량에 대하여 1 내지 500 중량비로 포함하는 탄소 에미터 페이스트 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 전계 방출 표시소자용 탄소 에미터 페이스트 조성물을 인쇄하고, 인쇄한 페이스트 조성물을 90 내지 110 ℃에서 10 분 내지 1 시간 동안 건조하고, 건조시킨 상기 조성물을 노광 및 현상하고, 상기 현상된 조성물을 400 내지 500 ℃에서 10 내지 30 분 동안 소성하는 공정을 포함하는 전계 방출 표시소자용 탄소 에미터의 제조방법을 제공한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 전계 방출 표시소자용 탄소 에미터 페이스트 조성물은 탄소 나노튜브 분말 1 내지 20 중량%, 글라스 프리트, 아크릴레이트계 수지 및/또는 아크릴 수지, 및 에틸 셀룰로오스의 혼합물 40 내지 80 중량%, 광개시제 0.1 내지 20 중량%, 및 유기 용매 1 내지 20 중량%를 포함한다. 또한, 상기 글라스 프리트는 상기 탄소 나노 튜브 분말의 1중량에 대하여 1 내지 500 중량비의 양으로 사용된다.
상기 탄소 나노튜브 분말의 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 전계 방출 소자의 방출 전류 밀도가 낮아질 수 있으며, 20 중량%를 초과하는 경우에는 상기 조성물로 후막을 인쇄하고 노광하는 과정에서 후막을 투과하는 자외선의 양이 적어지기 때문에 바람직한 두께의 노광막이 형성되지 않을 수 있다는 문제점이 있어 바람직하지 않다.
상기 글라스 프리트는 상기 탄소 나노 튜브 분말의 1중량에 대하여 1 내지 500 중량비, 즉 글라스 프리트 사용 중량에 대하여 1 내지 500 배로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 글라스 프리트의 함량이 탄소 나노 튜브 분말에 대하여 1 중량% 미만인 경우에는 전계 방출 소자의 방출 전류 밀도가 낮아질 수 있으며, 500 중량%를 초과하는 경우에는 조성물의 점도가 지나치게 높아져 인쇄하기 어려우며, 방출전류 밀도가 낮아질 수 있다는 문제점이 있다.
상기 아크릴레이트계 수지로는 에폭시 아크릴레이트 또는 폴리에스테르 아크릴레이트를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 크레졸 에폭시 아크릴레이트 올리고머, 또는 메타메틸아크릴레이트(MMA: Methamethylacrylate)를 사용한다. 또한, 상기 아크릴 수지로는 아크릴 공중합체를 사용할 수 있다. 상기 아크릴레이트계 수지 및/또는 아크릴 수지, 및 에틸셀룰로오스의 혼합물의 함량은 40 내지 80 중량%인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 아크릴레이트계 수지, 아크릴 수지, 및 에틸 셀룰로오스의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기한 혼합수지들을 포함하는 본 발명의 탄소 나노튜브 에미터 조성물은 게이트 전극과 캐소드 전극간의 쇼트를 방지할 수 있다. 상기한 수지 혼합물이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 방출 전류 밀도가 저하될 수 있어 바람직하지 않다.
상기 아크릴레이트계 수지 또는 아크릴 수지, 및 에틸셀룰로오스 수지의 혼합 중량비는 1:1 내지 1:2인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 아크릴레이트계 수지, 아크릴 수지, 및 에틸셀룰로오스 수지를 각각 1:1:1 내지 0.5:1:1의 비율로 혼합하여 사용한다.
상기 광개시제로는 열분해성 아크릴레이트 계열의 모노머, 벤조페논계 모노머, 아세트페논계 모노머, 또는 티오키산톤계 모노머 등을 용매와 혼합한 것을 사용할 수 있고, 바람직하게는 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 2,4-디에틸옥산톤(2,4-diethyloxanthone), 또는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논을 사용한다. 또한, 상기 용매로는 터피네올(terpineol), 부틸 카르비톨 아세테이트(butyl carbitol acetate: BCA), 톨루엔(toluene), 또는 텍사놀(texanol)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 광개시제의 함량은 0.1 내지 20 중량%인 것이 바람직하다. 상기 광개시제의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 후막 노광시 노광이 일어나기 어려우며, 20 중량%를 초과하는 경우에는 후막 표면에서의 광반응이 지나치게 급격히 일어나 후막두께가 감소할 수 있다는 문제점이 있다.
상기 유기용매는 본 발명의 조성물의 점도를 조절하기 위하여 사용되며, 터피네올, 부틸 카르비톨 아세테이트, 톨루엔, 또는 텍사놀을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 유기용매의 함량은 1 내지 20 중량%인 것이 바람직하다. 상기유기용매의 함량이 20 중량%를 초과하는 경우에는 광개시제와 모노머 간의 반응성을 약화시켜 노광 특성이 안 좋아지는 문제점이 있어 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 탄소 나노 튜브 에미터 조성물은 광반응성 모노머를 더욱 포함할 수 있다. 상기 광반응성 모노머는 패턴의 분해 향상제로 첨가되며, 상기한 광개시제와 같은 열분해성 아크릴레이트 계열의 모노머, 벤조페논계 모노머, 아세트페논계 모노머, 또는 티오키산톤계 모노머를 최대 10 중량% 첨가할 수 있고, 바람직하게는 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 2,4-디에틸옥산톤(2,4-diethyloxanthone), 또는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 탄소 에미터 페이스트 조성물은 분산제 및 소포제를 더욱 포함할 수 있다. 상기 분산제 및 소포제의 함량은 각각 0 중량% 보다 크고 10 중량%인 이하인 것이 바람직하다. 상기 분산제로는 상용의 계면활성제와 소포제를 사용한다.
이하 본 발명의 탄소 나노 튜브 에미터 형성용 조성물의 제조방법을 설명한다.
본 발명의 탄소 나노 튜브 에미터 형성용 조성물은, 탄소 나노 튜브분말 및 글라스 프리트의 혼합물과 수지혼합물을 혼합하여 제조된다. 이 때, 글라스 프리트를 상기 탄소 나노 튜브 분말의 1중량에 대하여 1 내지 500 중량비로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 탄소 나노 튜브분말과 글라스 프리트의 혼합시에 볼 밀(ball mill)을 사용하여 5 내지 100 rmp의 속도로 1 내지 24 시간 동안 회전시켜혼합할 수도 있다.
상기 수지혼합물로는 아크릴레이트계 수지 및/또는 아크릴 수지, 및 에틸셀룰로오스의 혼합물을 사용한다. 상기 수지 혼합물은 아크릴레이트계 수지, 아크릴 수지, 및 에틸셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 수지를 유기용매에 희석시킨 다음 혼합하여 제조한다. 이 때, 상기 수지 혼합물에 분산제를 첨가할 수도 있다.
상기 아크릴레이트계 수지로는 에폭시 아크릴레이트 또는 폴리에스테르 아크릴레이트를 사용할 수 있고, 바람직하게는 크레졸 에폭시 아크릴레이트 올리고머, 또는 메타메틸아크릴레이트(MMA: Methamethylacrylate)를 사용한다. 또한, 상기 아크릴 수지로는 아크릴 공중합체를 사용할 수 있다.
상기 아크릴레이트계 수지 또는 아크릴 수지, 및 에틸셀룰로오스 수지의 혼합 중량비는 1:1 내지 2:1인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 아크릴레이트계 수지, 아크릴 수지, 및 에틸셀룰로오스 수지를 각각 1:1:1 내지 0.5:1:1의 비율로 혼합하여 사용한다.
상기 유기용매로는 터피네올(terpineol), 부틸 카르비톨 아세테이트(butyl carbitol acetate: BCA), 톨루엔(toluene), 또는 텍사놀(texanol)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 분산제로는 상용제품인 테고(Tego) 사의 포멕스(Foamex) 810, BYK-164 등을 사용할 수 있으며, 분산제의 함량은 0 중량% 보다 크고 10 중량% 미만인 것이 바람직하다.
다음으로 상기 탄소 나노 튜브 분말 및 글라스 프리트의 혼합물과 수지혼합물을 혼합한다. 상기 탄소 나노 튜브 분말과 글라스 프리트의 혼합물이 상기 아크릴레이트계 수지, 아크릴 수지, 및 에틸셀룰로오스 수지에 고르게 섞이도록 분산시킨다. 상기 수지에 대한 탄소 나노 튜브 분말과 글라스 프리트 혼합물의 혼합 중량비는 1:0.1 내지 50인 것이 바람직하다. 상기 탄소 나노 튜브 분말과 글라스 프리트의 혼합물과 수지 혼합물의 혼합물에 소포제를 0 중량% 보다 크고 10 중량% 이하의 함량으로 첨가하고, 광개시제 0.1 내지 20 중량%를 첨가하여 1 내지 10 시간 동안 교반한다. 이 때, 패턴의 분해 향상제로 광반응성 모노머를 첨가 및 교반하여 혼합시킬 수 있다.
상기 광개시제로는 열분해성 아크릴레이트 계열의 모노머, 벤조페논계 모노머, 아세트페논계 모노머, 또는 티오키산톤계 모노머 등을 용매와 혼합한 것을 사용할 수 있고, 바람직하게는 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 2,4-디에틸옥산톤(2,4-diethyloxanthone), 또는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논을 사용한다. 또한, 상기 용매로는 터피네올(terpineol), 부틸 카르비톨 아세테이트(butyl carbitol acetate: BCA), 톨루엔(toluene), 또는 텍사놀(texanol)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 광반응성 모노머로는 아크릴레이트계 수지를 사용할 수 있으며, 각각 에폭시 아크릴레이트 또는 폴리에스테르 아크릴레이트인 것이 바람직하다. 상기 광반응성 모노머의 함량은 최대 10 중량%인 것이 바람직하며, 상기 광반응성 모노머의 함량이 10 중량%를 초과하는 경우에는 조성물이 건조되지 않을 수 있다는 문제점이 있다.
다음, 유기 용매를 첨가하여 점도가 10,000 cP 내지 50,000 cP인 본 발명의 탄소 나노튜브 에미터 페이스트 조성물을 제조한다. 상기 유기용매로는 터피네올(terpineol), 부틸 카르비톨 아세테이트(butyl carbitol acetate: BCA), 톨루엔(toluene), 또는 텍사놀(texanol)을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 유기용매의 함량은 1 내지 20 중량%인 것이 바람직하다. 상기 유기용매의 함량이 20 중량%를 초과하는 경우에는 광개시제와 모노머 간의 반응성을 약화시켜 노광 특성이 안 좋아지는 문제점이 있어 바람직하지 않다.
이하, 본 발명의 전계방출 표시소자용 탄소 나노 튜브 에미터의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 전계방출 표시소자용 탄소 나노튜브 에미터는 다음과 같이 제조된다. 먼저, 상기한 방법과 같이 제조된 탄소 나노 튜브 에미터 페이스트 조성물을 캐소드 전극에 인쇄하여 후막을 형성하고, 이를 90 내지 110 ℃의 온도에서 10 분 내지 1 시간 동안 건조시킨다.
다음, 마스크를 사용하여 상기 후막을 노광한다. 이 때, 노광에너지는 100 내지 20,000 mJ/㎠인 것이 바람직하며, 원하는 막 두께에 따라 조절할 수 있다. 상기 노광된 막을 0.4 내지 5%의 탄산나트륨 수용액과 아세톤의 혼합용액, 또는 에탄올에서 현상하고, 초음파 클리너를 이용하여 잔사를 제거한다.
상기 현상막을 공기 및 질소 분위기 하에서 400 내지 500℃의 온도로 10 내지 30 분간 소성하여 탄소 나노튜브 에미터를 제조한다. 상기 소성 온도가 400 ℃미만인 경우에는 유기물 성분이 제거되지 않고 글라스 프리트가 녹지 않을 수 있다는 문제점이 있어 바람직하지 않으며, 500 ℃를 초과하는 경우에는 탄소 나노 튜브 분말이 산소와 반응하여 제거될 수 있다는 문제점이 있어 바람직하지 않다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확히 표현하기 위한 목적으로 기재될 뿐 본 발명의 내용은 하기 실시예에 한정되지 않는다.
(실시예1)
탄소 나노 튜브 분말 8 중량% 및 800 L 프리트 글라스 2 중량%를 혼합한 다음, 이 혼합물을 삼분의 일 가량을 볼로 채운 볼 밀 포트(ball mill pot)에 넣고 5 내지 100 rpm의 속도로 회전시키고, 50 메쉬(mesh)의 체로 걸러서 정량하였다.
60% 터피네올에 용해시킨 아크릴 수지로 상용하는 엘바사이트(Elvasite) 25 중량%와 60% 터피네올 용매에 용해시킨 에틸셀룰로오스 고형분 25 중량%를 혼합하고, 이 혼합물을 50% 부틸 카비톨 아세테이트(Butyl carbitol acetate:BCA)에 용해시킨 크레졸 에폭시 아크릴레이트 올리고머(crezol epoxy acrylate oligomer) 25 중량%와 혼합하였다. 여기에 분산제로 BYK-164를 1.5 중량%를 첨가하였다.
상기 탄소 나노 튜브 분말과 프리트글라스의 혼합물 10 중량%와 아크릴, 에틸셀룰로오스, 및 크레졸 에폭시 아크릴레이트 올리고머의 혼합물 75 중량%를 혼합하여 교반시켰다. 여기에 광개시제로서 HSP-188(SK-UCB사 제조) 7 중량% 및 소포제(Tegp 사 제품) 1 중량%를 첨가하여 5 시간 동안 교반하였다. 이 다음, 광반응성 모노머로 펜타에리트리톨-트리-테트라-아크릴레이트(pentaerytritol-tri-tetra-acrylate)를 5.5 중량% 첨가하여 혼합하였다.
상기 혼합물을 3-롤-밀로 10 회 이상 회전시켜 분말이 수지에 고르게 분산되도록 한 다음, 점도조절제로 유기 용매 터피네올을 12 중량% 첨가하여 페이스트형 탄소 나노튜브 에미터 형성용 조성물을 제조하였다. 이 때, 상기 조성물의 점도는 25,000 cP였다.
(실시예 2)
아크릴 수지를 사용하지 않고, 크레졸 에폭시 아크릴레이트 올리고머 50 중량% 및 에틸셀룰로오스 고형분 50 중량%의 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 시행하였다.
(비교예 1)
상기한 아크릴, 에틸셀룰로오스 고형분, 및 크레졸 에폭시 아크릴레이트 올리고머의 혼합물 대신, 폴리에스테르 아크릴레이트 50 중량%만을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 시행하였다.
(비교예 2)
상기한 아크릴, 에틸셀룰로오스 고형분, 및 크레졸 에폭시 아크릴레이트 올리고머의 혼합물 대신, 에틸셀룰로오스 고형분 50 중량%만을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 시행하였다.
(실시예 3)
상기 실시예 1의 조성물을 캐소드 전극 위에 인쇄하고, 90 ℃의 온도의 건조기에서 1 시간 동안 건조시켰다. 이 다음, 패턴 마스크를 사용하여 2,000 mJ/㎠의노광에너지로 노광하고, 0.4% 탄산나트륨(Na2CO3)수용액에서 현상한 다음, 초음파 클리너를 이용하여 잔사를 제거하여 후막을 형성하였다. 상기 후막을 공기 및 질소 분위기 하에서 450 ℃의 온도로 10 분 동안 소성하여 삼극관 구조의 탄소 나노 튜브 에미터를 제조하였다.
(실시예 4)
실시예 1의 탄소 나노 튜브 에미터 형성용 조성물 대신에, 상기 실시예 2의 조성물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 수행하여 삼극관 구조의 탄소 나노 튜브 에미터를 제조하였다.
(비교예 3 및 4)
실시예 1의 탄소 나노 튜브 에미터 형성용 조성물 대신에, 각각 비교예 1 및 2의 조성물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 수행하여 비교예 3 및 4에 따른 삼극관 구조의 탄소 나노 튜브 에미터를 제조하였다.
도 1은 상기 실시예 3의 전계 방출형 표시소자의 영상사진이고, 도 2는 애노드 전압을 600 V, 게이트 전압을 60 V로 하여, 상기 실시예 3의 전계 방출형 표시소자에 전기장을 인가하여 3극관을 전면구동한 경우의 영상사진이며, 도 3은 상기 실시예 3의 탄소 나노 튜브 에미터의 단면사진이다. 상기 도 1 및 3에서와 같이, 캐소드 전극에 입경 20 ㎛ 이하의 미세한 홀을 선택적으로 패터닝할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 표시소자의 발광의 균일도 및 방출 특성이 향상된 것을 확인할 수 있다. 아울러, 도 3에 나타난 바와 같이, 게이트와 캐소드 간의 쇼트가 발생되지 않은 상태로 3극관 구조 안에 탄소 나노 튜브 에미터를 형성할 수 있음을 알 수 있다.
도 4는 및 도 5는 각각 본 발명의 실시예 3의 탄소 나노 튜브 에미터의 전기장의 세기에 따른 전류밀도 변화, 및 숙성시간에 따른 전류밀도의 변화를 나타낸 그래프이다. 상기 도 4에 나타난 바와 같이, 방출 전압이 7.5 V/㎛일 때 전류밀도 300 ㎂/㎠까지 얻을 수 있어, 기준으로 잡고 있는 10 ㎂/㎠를 상회하는 값을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 도 5에 나타난 바와 같이, 시간이 흘러도 전류밀도가 감소되지 않음을 알 수 있다.
도 6a는 비교예 3의 탄소 나노튜브 에미터의 전기장의 세기에 따른 전류 밀도를 나타낸 그래프이고, 도 6b는 비교예 1의 탄소 나노 튜브 에미터 형성용 조성물을 사용하여 탄소 나노 튜브 에미터를 제조하는 과정에 있어, 패턴 후 찍은 조성물막의 SEM(Scanning electron microscope) 사진을 나타낸다.
또한, 도 7은 비교예 2의 탄소 나노 튜브 에미터 형성용 조성물을 사용하여 탄소나노 튜브 에미터를 제조하는 과정에 있어, 패턴 후 찍은 조성물막의 SEM 사진이다.
도 6a에서와 같이, 각각 비교예 3의 탄소 나노 튜브 에미터가 나타내는 전류밀도가 본 발명의 실시예에 비하여 낮게 나타남을 알 수 있다. 또한, 도 6b 및 7에서와 같이, 비교예 1 및 2의 탄소 나노 튜브 에미터 형성용 조성물의 패턴 후 막두께는 각각 3 내지 4㎛이므로 삼극관에 적용하는 경우 게이트 전극과의 거리를 멀게 할 수 있는 가능성이 있음을 알 수 있다.
도 8은 실시예 3 및 4, 및 비교예 3의 탄소 나노 튜브 에미터에서 방출된 전자의 전류밀도를 나타낸 그래프로서, 비교예 3의 아크릴레이트계 수지만을 이용하였을 때에 비하여 혼합수지를 이용한 실시예 1 및 2의 전류밀도가 향상되었음을 확인할 수 있다.
도 9 내지 10은 실시예 1 및 2의 탄소 나노 튜브 에미터 형성용 조성물을 사용하여 탄소 나노 튜브 에미터를 제조하는 과정 중에서, 소성 후 찍은 조성물막의 SEM(Scanning electron microscope) 사진이다. 도 9 내지 10에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 1 내지 2의 조성물을 사용하여 형성한 조성물막은 삼극관 구조에 적용하기 적합함을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 탄소 나노 튜브 에미터 형성용 조성물은 미세패턴이 필요한 구조나 에미터의 형상조절이 필요한 3극관 구조에서, 탄소 나노 튜브 에미터를 효과적으로 조절하여 형성할 수 있다. 또한, 방출전류 특성 향상 및 전류밀도를 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명의 탄소 나노 튜브 에미터 형성용 조성물 및 그의 제조방법은 노광성 및 현상성이 우수하고, 진공도 저하 및 전류밀도의 감소를 최소화함으로써 캐소드 전극의 미세 패터닝이 가능하여 탄소 나노 튜브 에미터의 방출전류의 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 탄소 나노튜브 분말 1 내지 20 중량%;
    글라스 프리트;
    아크릴레이트계 수지 및/또는 아크릴 수지, 및 에틸 셀룰로오스의 혼합물 40 내지 80 중량%;
    광개시제 0.1 내지 20 중량%; 및
    유기 용매 1 내지 20 중량%
    를 포함하는 전계 방출 표시소자용 탄소 나노 튜브 에미터 페이스트 조성물로서, 상기 글라스 프리트를 상기 탄소 나노 튜브 분말의 1중량에 대하여 1 내지 500 중량비로 포함하는 탄소 에미터 페이스트 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 아크릴레이트계 수지, 아크릴 수지, 및 에틸 셀룰로오스 수지의 혼합중량비가 1:1:1 내지 0.5:1:1인 전계 방출 표시소자용 탄소 나노 튜브 에미터 페이스트 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 아크릴레이트계 수지 또는 아크릴 수지, 및 에틸 셀룰로오스 수지의 혼합중량비가 1:1 내지 1:2인 전계 방출 표시소자용 탄소 나노 튜브 에미터 페이스트 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 아크릴레이트계 수지는 에폭시 아크릴레이트 또는 폴리에스테르 아크릴레이트인 전계방출 표시소자용 탄소 나노 튜브 에미터 페이스트 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 아크릴 수지는 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 또는 아크릴 공중합체인 전계방출 표시소자용 탄소 나노 튜브 에미터 페이스트 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 유기용매는 터피네올, 부틸 카르비톨 아세테이트, 또는 텍사놀인 전계방출 표시소자용 탄소 나노 튜브 에미터 페이스트 조성물.
  7. 전계 방출 표시소자용 탄소 에미터 페이스트 조성물을 인쇄하고;
    인쇄한 페이스트 조성물을 90 내지 110 ℃에서 10 분 내지 1 시간 동안 건조하고;
    건조시킨 상기 조성물을 노광 및 현상하고;
    상기 현상된 조성물을 400 내지 500 ℃에서 10 내지 30 분 동안 소성하는
    공정을 포함하는 전계 방출 표시소자용 탄소 에미터의 제조방법.
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