KR20070059914A - 고 신뢰성 ｃｎｔ 페이스트의 제조 방법 및 ｃｎｔ 에미터제조 방법 - Google Patents

고 신뢰성 ｃｎｔ 페이스트의 제조 방법 및 ｃｎｔ 에미터제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노 크기의 금속입자를 첨가한 전계 방출 디스플레이(Field Emission Display : 이하 FED)용 고 신뢰성 CNT 페이스트 제조 방법 및 상기 방법으로 제조된 CNT 에미터 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 CNT 페이스트 제조 방법은 (ⅰ) 탄소 나노 튜브(CNT) 파우더를 용매에 분산시키는 단계; (ⅱ) 상기 CNT 파우더가 혼합된 분산용액에 유기 바인더를 첨가하는 단계; 및 (ⅲ) 상기 유기 바인더가 첨가된 분산용액의 점도를 조절하기 위해 밀링 공정을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 (ⅰ)단계 또는 상기 (ⅲ) 단계에 나노 크기의 금속 입자를 첨가하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, CNT 페이스트의 금속성 충전제를 나노 크기의 금속입자로 첨가함으로써, CNT의 열화가 나타나지 않는 낮은 온도에서 금속을 용융시킬 수 있으며, 이에 의해, CNT 페이스트와 음전극과의 접착성을 향상시킬 수 있으며, 음전극과 CNT 또는 CNT와 CNT 간의 저항을 낮출 수 있다. 더욱이, 상기 방법으로 제작된 CNT페이스트를 CNT 에미터 제조에 이용함으로써, CNT 에미터의 전자방출을 균일하게 얻을 수 있으며, 전자방출 사이트가 증가할 수 있어, CNT 에미터의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
CNT 페이스트, CNT 에미터, 탄소 나노 튜브(CNT), 나노 크기의 금속 입자

Description

고 신뢰성 ＣＮＴ 페이스트의 제조 방법 및 ＣＮＴ 에미터 제조 방법{The Manufacturing Method of CNT Paste and The Manufacturing Method of CNT Emitter with high Reliability}
도 1은 종래의 CNT 에미터를 이용한 FED의 개략적인 측단면도이다.
도 2는 도 1의 CNT 에미터(Ⅱ) 영역을 확대한 부분 측단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 CNT 페이스트의 제조 방법을 나타낸 제조 블럭도이다.
도 4는 도 3에서 제조된 CNT 페이스트를 이용한 CNT 에미터 제조방법을 나타내는 제조 블럭도이다.
도 5a 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 크기의 금속 입자가 첨가된 CNT 페이스트로 패터닝된 CNT 에미터를 개략적으로 도시한 확대 단면도이다.
도 5b는 도 3의 CNT 에미터의 소성 단계 후 제조 완료된 CNT 에미터를 개략적으로 도시한 확대 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따라 제조된 CNT 에미터와 기존의 방법으로 제조된 CNT에미터의 시간에 따른 전자 방출 특성 및 전자 방출 균일도를 각각 나타내는 그래프이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
500: CNT 에미터 510: 기판
520: 전극 530: CNT 페이스트
531: CNT(파우더) 532, 532a: 금속 입자
본 발명은 CNT 페이스트의 제조 방법 및 CNT 에미터 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 나노 크기의 금속입자를 금속 충전제로 첨가한 고 신뢰성을 가지는 CNT 페이스트의 제조 방법 및 CNT 에미터 제조 방법에 관한 것이다.
최근 디스플레이 기술이 발달함에 따라, 전통적인 음극선관(CRT; cathode ray tube) 대신, 평판표시장치가 널리 보급되고 있다. 이러한 평판표시장치로는 액정 디스플레이 장치(LCD; liquid crystal display), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP; plasma display panel) 및 전계 방출 장치(FED: field emission device) 등이 대표적이다.
특히, 평판표시장치 중 FED는 음극선관의 전자 방출원이 냉음극(Cold Cathode) 물질로 이루어져 있다는 점을 제외하고는, 음극선관과 유사한 물리적인 원리를 이용한다. FED는 극미세 구조의 전계 에미터(음극 전극)에 전기장을 인가 하여 전계 에미터에서 진공속으로 방출시킨 전자를 형광체에 충돌시켜(즉, 형광체를 여기시켜) 화상을 표시하기 때문에, 음극선관의 우수한 표시특성을 그대로 살리면서 경량, 박형화가 가능하다. 전술과 같이, FED는 디스플레이 소자의 모든 측면에서 이상적인 특성을 가지고 있어, 가장 유망한 차세대 평판 디스플레이 장치로 평가받고 있다.
이러한 FED의 전자 방출원(에미터)으로 최근 들어 각광받고 있는 물질은 탄소 나노 튜브(CNT: carbon nano tube)이다. 탄소 나노 튜브는 진공 중에서 끝이 뾰족한 도전성 에미터에 전기장이 인가되었을 때 전자가 방출되는 전계 방출(Field emission)원리를 이용하는 에미터로 가장 우수한 성능을 제공한다.
도 1은 종래의 CNT 에미터를 이용한 FED의 개략적인 측단면도이다. 이하에서는 도 1을 참조하여, 탄소 나노 튜브를 이용한 FED의 동작 원리를 설명한다. 도 1에 따르면, FED(100)는 전자방출원인 에미터(114)가 형성된 전자방출부(110)와, 전자방출부(110)에서 방출된 전자를 충돌시킴으로써 빛을 발생하는 형광막(135)이 형성되어 있는 화상구현부(130)를 포함한다.
화상구현부(130)는 제2 기판(131)과, 제2 기판(131) 상에 형성되는 양전극(애노드;133)과, 양전극(133) 상에 상호 이격 거리를 가지며 형성되는 형광막(135)과, 형광막(135) 사이에 형성되는 광차폐막(137)을 포함한다. 광차폐막(137)은 각 화소의 경계를 담당한다.
전자방출부(110)는 제1 기판(111)과, 제1 기판(111) 상에 소정 형상으로 상 호 이격되게 형성된 음전극(캐소드; 113)과, 음전극(121) 상에 CNT를 이용하여 제조된 CNT 에미터(114)와, 음전극(113)과 절연되어 교차하는 방향으로 배치되는 게이트 전극(119)을 포함한다. 게이트 전극(119)의 하부에는 절연층(118)이 형성되어 있다. 전자 방출부(110)와 화상구현부(130) 사이에는 이들을 지지하는 스페이서(140)가 형성된다.
CNT 에미터(114)를 제조하기 위해서는, 우선 CNT 페이스트를 제조해야 한다. CNT 페이스트는 (1)CNT 및 금속 충전제를 분산한 다음, (2)유기바인더 및 감광수지를 첨가하고, (3)용매를 이용하여 첨가물을 혼합하고 점도를 조절함으로써 제조된다. (1) ~ (3)을 통해 CNT 페이스트가 제조된 다음, 전자 방출부(110)의 음극 전극(113) 상에 도포하고, 노광 및 패터닝함으로써, CNT 에미터(114)를 제조할 수 있다.
그러나, 전술한 CNT 페이스트를 이용하여 CNT 에미터(114)를 제조하는 경우, 음전극(113)과 CNT 에미터(114) 사이의 접착성이 불균일하여, 음전극(113)과 CNT 에미터(114) 또는 CNT 에미터(114)의 CNT와 CNT 사이에 저항이 크게 나타나거나 불균일하게 나타나기 때문에 FED의 기능 수행에 한계가 있다. 즉, CNT 에미터(114)가 음전극(113) 상에 강한 접착력을 가지고 형성되지 못하기 때문에, CNT 에미터(114)에서 강한 전기장을 발생시키는 경우, CNT 에미터(114)가 음전극(113)으로부터 탈착될 수도 있다. 이에 의해, CNT 에미터(114)와 음전극(113) 사이의 접촉저항이 균일하지 않거나 증가하게 되며, CNT 에미터(114)들 중 일부만 전자 방출에 기여하게 되어 전자 방출 특성을 저하시켜, 전자 방출 사이트의 저하 및 불균일한 전자 방출 분포를 보이게 된다. 또한, CNT 에미터(114)의 CNT와 CNT 간의 저항이 균일하지 않게 나타날 수 있어, CNT 에미터(114) 중 일부만이 전자 방출을 담당하게 됨으로써 CNT 에미터(114)의 수명이 크게 저하될 수 있다.
전술한 문제점들을 해소하기 위해, 최근에는 CNT 페이스트에 첨가되는 금속충전제의 역할을 강화하는 방법이 개시되고 있다. 도 2는 도 1의 CNT 에미터(14) 영역(Ⅱ)을 확대한 부분 측 단면도로, 도 2는 종래의 문제점을 해소하기 위해, CNT 페이스트에 첨가되는 금속충전제(Filler, 115)의 역할을 강화한 도면이다.
도 2에 도시된 금속충전제(115)의 경우, 입자의 크기가 서브 ㎛ 단위로 CNT (117)에 비하여 현저하게 크기 때문에 CNT 페이스트내의 분산 정도가 매우 약할 뿐만 아니라 금속충전제(115)와 CNT(117)가 서로 뭉치는 현상(A)이 나타날 수 있다. 뭉침 현상(A)을 줄이기 위해, 금속 충전제(115)의 크기를 최대한 작게 하여 금속 충전제(115)와 CNT(117) 간의 불균일한 분산 정도를 부분적으로 해결할 수 있다.
그러나, 금속 충전제(115)의 크기를 감소시키는 것만으로는 음전극(113)과 CNT 에미터(114) 사이의 접착성 문제 및 음전극(113)과 CNT 에미터(114) 또는 CNT 에미터(114)의 CNT와 CNT 사이의 저항 불균일성을 모두 해소할 수는 없다.
본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위해 고안된 발명으로, 본 발명의 목 적은, CNT가 열화되지 않는 낮은 온도에서 용융 가능한 나노 크기의 금속 입자를 첨가함으로써, CNT 에미터와 음전극 사이의 접착성을 향상시킬 수 있는 CNT 페이스트를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 나노 크기의 금속 입자가 첨가된 CNT 페이스트를 이용하여 CNT 에미터를 제조함으로써, 전자 방출의 균일도를 향상시키고 전자 방출 사이트를 증가시킬 수 있는 고 신뢰성 CNT 에미터 제조 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적들을 달성하기 위한, 본 발명의 일측면에 따르면, 본 CNT 페이스트 제조방법은 (ⅰ) 탄소 나노 튜브(CNT) 파우더를 용매에 분산시키는 단계; (ⅱ) 상기 CNT 파우더가 혼합된 분산용액에 유기 바인더를 첨가하는 단계; 및 (ⅲ) 상기 유기 바인더가 첨가된 분산용액의 점도를 조절하기 위해 밀링 공정을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 (ⅰ)단계 또는 상기 (ⅲ) 단계에 나노 크기의 금속 입자를 첨가한다.
바람직하게, (ⅳ) 상기 혼합된 분산용액에 감광물질과 상기 감광물질과 반응하여 상기 유기 바인더와 고분자 중합을 일으키는 모노모를 첨가하는 단계를 더 포함한다.
상기 금속 입자가 파우더 형태인 경우, 상기 금속 입자를 상기 (ⅰ) 단계에서 첨가하고, 상기 금속 입자가 페이스트 형태인 경우, 상기 금속 입자를 상기 (ⅲ) 단계에서 첨가한다. 상기 금속 입자는 상기 CNT 파우더의 열 손상 (열화) 온 도보다 낮은 온도에서 용융되는 입자이다. 상기 금속 입자는 Ag, Ru, Ti, Pd, Zn, Fe 또는 Au 등과 같은 전도성이 우수한 금속을 이용한다. 상기 CNT 파우더의 열화 온도는 400℃ ~ 550℃이다.
상기 CNT 파우더와 상기 금속 입자는 질량백분율(wt%)이 1 : 2의 조성으로 이루어진다. 상기 용매는 이소프로필 알코올(IPA) 및 테르피네올(terpineol)과 같은 계면 활성 특성이 양호한 용매를 이용한다.
본 발명의 다른 일측면에 따르면, 본 CNT 에미터 제조방법은 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 CNT 페이스트 제조 방법으로 제조된 CNT 페이스트를 준비하는 단계; 상기 CNT 페이스트를 기판의 상부에 형성된 전극 상에 도포하는 단계; 상기 전극 상에 도포된 상기 CNT 페이스트를 노광하여 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 CNT 페이스트를 소성하는 단계; 및 상기 소성된 CNT 페이스트의 표면이 활성화되도록 상기 CNT 페이스트의 표면을 처리하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 CNT 페이스트를 소성하는 단계는, 대기 분위기에서 약 250℃ ~ 300℃ 온도로 행해지는 소성 단계와, 진공 분위기에서 약 320 ~ 450℃ 온도에서 행해지는 소성 단계 중 적어도 하나의 단계를 포함한다.
상기 대기 분위기에서 행해지는 소성 단계에서는 상기 유기 바인더의 버닝 아웃 및 상기 금속 입자의 용융이 행해진다. 상기 진공 분위기에서 행해지는 소성 단계에서는 잔존하는 유기 바인더의 탄소화 및 추가적인 상기 금속 입자의 용융이 행해진다. 상기 표면처리 단계에서는 글루가 묻어 나오지 않도록 롤링 처리한다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 본 발명의 구성을 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 CNT 페이스트의 제조 방법을 나타낸 제조 블럭도이다. 도 3을 참조하면, CNT 페이스트를 제조하기 위해서는, 우선, CNT 파우더와 나노 크기의 금속 입자를 용매에 분산시켜야 한다(S310).
여기서, 금속 입자는 수 ~ 수십(㎚)의 크기가 가능하며, 금속 입자는 파우더 형태나 페이스트 형태 모두 사용가능하며, CNT 파우더와 나노 크기의 금속 입자를 같이 분산 시키는 경우에는 파우더 형태의 금속 입자를 사용한다. 본 실시 예에서는 파우더 형태의 금속 입자를 CNT 파우더와 같이 분산시키는 단계가 개시되어 있으나, 페이스트 형태의 금속 입자를 이용하여 CNT 페이스트 제작할 수 있으며, 이 경우에는 페이스트 형태의 금속 입자를 후 공정인 밀링 단계에서 첨가한다.
상기 금속 입자는 CNT와 CNT 간 계면 저항 및 CNT 페이스트로 제작된 CNT 에미터에서 CNT와 음극 전극(미도시) 간의 계면 저항 등을 낮추기 위해 옴접촉(ohmic contact)이 가능한 고전도성 금속을 사용하는 것이 바람직하다. CNT 페이스트에 사용가능한 고전도성 금속으로는 Ag, Ti, Pd, Zn, Au, Fe, Ru 등이 있으며, 이들을 각각 개별적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 적절하게 혼합하여 사용할 수도 있다. 다양한 금속을 혼합하여 나노 크기의 금속 입자를 형성함으로써, 접착성 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
CNT 파우더와 나노 크기의 금속입자는 대부분의 용매(수용성 용매, 유기 용 매 등)에서 분산 가능하다. 그러나, 일반적으로, CNT와 같은 나노 물질은 분산이 이루어지고, 소정 시간 경과 후에 재결합(뭉침)하려는 특성을 가지고 있기 때문에, 계면 활성 특성이 좋은 용매를 이용하는 것이 바람직하며, 또한, 급속한 증발 방지를 위해 기화 온도가 높은 용매(끊는 점이 약 150℃ 이상인 용매)를 추가로 이용하는 것이 더욱 바람직하다.
본 실시 예에서는 계면 활성 특성이 좋은 이소프로필 알콜(IPA)과 테르피네올(terpineol) 등을 이용하여 CNT 파우더와 나노 크기의 금속입자를 분산 처리한다. 이소프로필 알콜과 테르피네올을 혼합하여 분산 용매로 사용하는 경우에는, CNT 페이스트가 제조 완료된 후 테르피네올(terpineol)만 존재하게 되는데, 이는 CNT 분산이 완료된 다음에 CNT 분산에 이용된 이소프로필 알콜을 건조시키기 때문이다. CNT페이스트 제조 후 존재하는 테르피네올의 끊는점은 120 ~ 170℃ 정도이다.
또한, CNT 페이스트를 제조할 때, 사용되는 CNT 파우더와 나노 크기의 금속 입자는 이를 이용하여 제조될 CNT 에미터의 형상을 고려하여 적절한 조성비를 이루어야 하며, 본 실시 예에서는 질량 백분율(wt%)로 보았을 때, CNT 파우더와 금속 입자의 조성비를 1 : 2로 구성한다.
그 다음 단계 (S320)에서는, CNT 파우더와 나노 크기의 금속 입자가 분산되어 있는 분산용액에 유기 바인더, 감광물질 및 모노모를 첨가한다(S320). 분산용액에 첨가되는 유기 바인더는 다양한 종류의 폴리머를 이용할 수 있지만, 대개 아 크릴레진 계열 또는 에틸셀룰로우즈 등을 많이 사용한다. 감광 물질은 광을 받으면 모노모를 반응하도록 지시하는 물질(광개시제)로, 첨가된 유기 바인더의 종류에 따라 선택하는 것이 바람직하며, 특히, 유기 바인더와 매칭이 이루어지는 물질을 선택하는 것이 가장 바람직하다.
모노모는 노광에 의한 패터닝 특성을 얻기 위해 첨가하는 물질로, 감광물질에 의해 반응을 일으켜서 폴리머와 고분자 중합을 일으키는 역할을 수행한다. 감광물질은 모노모 및 유기 바인더와의 적절한 질량비로 최적화되어야 하며, 이 비율이 적절치 못할 경우 최종 CNT 에미터의 형상에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 감광물질의 질량은 유기바인더 대비 1/10 ~ 1/100 범위로 첨가하며, 모노모 역시 유기바인더 대비 1/10 ~ 1/100 범위로 첨가한다. 이처럼, CNT 페이스트에 감광물질이 섞여 있는 경우에는 기판이나 전극 상에 도포된 CNT 페이스트를 감광 작용을 통해 특정한 모양으로 형성할 수 있다.
본 실시 예에서는 CNT 페이스트 제조시 감광물질을 첨가하여 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 이와 달리, CNT 페이스트 제조시 감광물질을 첨가하지 않는 경우에는 스크린 프린팅 방법을 이용하여 패터닝할 수 있다. 물론, 이 경우에는 100㎛이상의 큰 패턴 형성에 더욱 효과적이다.
다음 단계인 (S330)에서는 유기 바인더, 감광 물질 및 모노모가 첨가된 분산 용액의 점도를 조절한다. 분산용액의 점도를 조절하기 위해서는, 밀링 공정을 이용한다. 이하에서는, 전술한 (S310 ~ S330) 단계를 거쳐 제작된 CNT 페이스트를 이용하여 CNT 에미터를 제조하는 방법이 설명된다.
도 4는 도 3에서 제조된 CNT 페이스트를 이용한 CNT 에미터 제조방법을 나타내는 제조 블럭도이고, 도 5a 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 크기의 금속 입자가 첨가된 CNT 페이스트로 패터닝된 CNT 에미터를 개략적으로 도시한 확대 단면도이며, 도 5b는 도 3의 CNT 에미터의 소성 단계 후 제조 완료된 CNT 에미터를 개략적으로 도시한 확대 단면도이다.
도 4 및 도 5a를 참조하면, CNT 에미터(500)를 제조하기 위해서는, 우선, CNT 파우더(531)와 나노크기의 금속입자(532)가 포함된 CNT 페이스트(530)를 준비한다(S410). CNT 페이스트(530)를 제조하는 과정은 도 3의 단계 (S310 ~ S330)를 참조한다. CNT 페이스트(530)가 준비된 다음, FED의 기판(510) 상에 형성된 전극(음전극, 520) 상에 CNT 페이스트(530)를 도포한다(S420). 다음 단계에서는 음극 전극(520) 상에 도포된 CNT 페이스트(530)를 원하는 패턴에 따라 노광하고 패터닝한다(S430).
도 4 및 도 5b를 참조하면, CNT 페이스트(530)가 패터닝된 다음에는 패터닝된 CNT 페이스트(530)를 소성하는 단계(S440)를 수행한다. CNT 페이스트(530)를 소성하는 단계(S440)는 대기 분위기에서 약 250 ~ 300℃의 온도로 수행하는 1차 소성 공정과, 진공 분위기에서 약 320 ~ 450℃의 온도 범위로 수행하는 2차 소성 공정을 포함한다. 1차 소성 공정은 CNT 페이스트(530)에 포함된 유기 바인더의 버닝 아웃을 가능하게 할 수 있으며, 또한, 금속 입자의 종류에 따라 금속 입자의 용융 이 가능하다. 2차 소성 공정은 전술한 조건(진공 분위기, 320 ~ 450℃ 온도 범위)에서 금속 입자를 용융시킬 수 있다. 일반적으로, 금속의 용융온도는 금속 입자의 표면적과 질량과의 상대비에 따르게 된다. 통상 800℃의 용융점을 가지는 금속의 경우, 입자의 크기가 ㎛이하로 작아질 경우 50% 정도인 약 400℃의 온도에서 용융 가능하며, 수 ~ 수십 ㎚ 크기로 매우 작게 쪼개질 경우 100℃근방의 온도에서도 용융될 수 있다. 물론 상기 특성은 금속의 종류 및 용융되는 주위 분위기에 따라 달라질 수 있다.
소성 단계 (S440)를 거쳐, 유기 바인더의 버닝 아웃 및 금속 입자의 용융이 이루어지게 되면, 도 5b에 도시된 바와 같이, CNT 에미터(500)가 음전극(520) 상에 강하게 접착된다. 그 다음 단계에서는 소성된 CNT 페이스트(530)의 표면이 활성화되도록 표면처리를 수행한다(S450). 표면 처리 방법으로는 플라즈마 처리, 고전계 처리, 테이핑 처리 및 롤링 처리 등이 다양하게 사용될 수 있지만, 진공 중에서 아웃 개싱의 문제를 제거하고 글루가 묻어나지 않는 롤링 처리를 이용하는 것이 가장 바람직하다.
전술한 제조 단계를 거쳐 제작된 CNT 에미터(500)는, 도 2에 도시된 종래의 CNT 에미터와는 달리, 나노 크기의 금속 입자(532a)와 나노 크기인 CNT(531)가 골고루 분산되어 있다. 또한 CNT와 CNT 간의 접촉도 용융된 금속에 의하여 균일하게 이루어질 수 있으며, 최종적으로 물리적 표면처리 단계를 거쳐 향상된 전자 방출 특성을 갖는 CNT 에미터(500)가 포함된 FED의 제조가 가능하다. 특히, 상기 제조 공정을 거쳐 CNT 에미터(500)를 제조하는 경우에는, 단순히 금속 충전제에 의해 접 착되는 경우에 비해 접착성이 월등히 향상된 이상적인 형태를 나타내며, 접착성이 향상됨으로써 전기 저항이 감소되고 저항의 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따라 제조된 CNT 에미터와 기존의 방법으로 제조된 CNT 에미터의 시간에 따른 전자 방출 특성 및 전류 밀도의 균일도를 각각 나타내는 그래프이다.
도 6a는 전자 방출 특성을 나타내는 그래프로, 가로축은 시간을 , 세로축은 전류 밀도를 나타내며, 전자 방출 환경은 DC 전압하에서 연속적인 전자방출이 이루어지는 경우이다. 그래프 (Ⅰ)은 본 발명에 따라 제조된 CNT 페이스트를 이용하여 제작된 CNT 에미터의 전자 방출 특성을 나타내며, 그래프 (Ⅱ)는 종래 기술에 따라 제조된 CNT 페이스트를 이용하여 제작된 CNT 에미터의 전자 방출 특성을 나타낸다. 그래프 (Ⅰ, Ⅱ)를 참조하면, 두 개의 그래프에서 초기 전류 밀도는 약 30mA/㎠이다. 전류 밀도 측정 초기에는 본 발명에 따른 CNT 에미터와 종래 기술에 따른 CNT 에미터의 전류 밀도가 거의 동일하다. 그러나, 2시간 경과 후에는 본 발명에 따른 CNT 에미터의 전류 밀도는 약 30mA/㎠ 이고, 종래 기술에 따른 CNT 에미터의 전류 밀도는 약 19mA/㎠임을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 따라 제조된 CNT 에미터는 약 2시간의 연속 전자방출 환경하에서, 종래 CNT 에미터와 전자 방출에 변화가 없이 균일하게 전자가 방출됨을 알 수 있다.
도 6b는 전류 밀도의 균일도를 나타내는 그래프로, 가로축은 시간(로그 스케일)을, 세로축은 전류 밀도를 나타낸다. 그래프 (Ⅰ')은 본 발명에 따라 제조된 CNT 페이스트를 이용하여 제작된 CNT 에미터의 전류 밀도 균일도를 나타내며, 그래프 (Ⅱ')는 종래 기술에 따라 제조된 CNT 페이스트를 이용하여 제작된 CNT 에미터의 전류 밀도의 균일도를 나타낸다. 그래프 (Ⅰ')에 따르면, 본 발명에 다른 전류 밀도는 거의 동일하지만, 종래 기술에 따른 전류 밀도는 시간이 경과함에 따라 감소함을 알 수 있다(그래프 Ⅱ' 참조).
결과적으로, 본 발명의 제조방법으로 제조된 CNT페이스트를 이용하여 제조된 CNT 에미터의 경우(그래프Ⅰ,Ⅰ')에는 소정 시간이 경과한 후에도 전류 밀도의 변화가 거의 없는 반면, 종래 기술에 따라 제조된 CNT페이스트를 이용하여 제작된 CNT 에미터(그래프 Ⅱ, Ⅱ')의 경우에는 전류 밀도가 현저하게 감소함을 알 수 있다. 이는 본 발명의 CNT 페이스트에 사용된 용융된 나노 크기의 금속입자에 의해 CNT 에미터의 접착성이 크게 향상되어 전자 방출의 특성 및 균일도를 비롯한 신뢰성이 크게 향상되었음을 확인할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 바람직한 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아니므로, 상기 기술 분야의 당업자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상, 전술에 따르면, 본 발명은 CNT가 열화되지 않는 낮은 온도에서 용융 가능한 나노 크기의 금속 입자를 첨가함으로써, CNT 에미터와 음전극 사이의 접착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 용융된 금속 입자에 의해 전도성이 우수한 도체에 CNT 페이스트가 골고루 섞이게 되므로, 본 발명에 따른 CNT 에미터에서는 CNT 에미터와 금속 입자가 FED에 안정하게 접착될 수 있으며, 이에 의해, 균일한 전자 방출을 유도할 수 있다.
또한, CNT 에미터와 음전극 사이에 용융된 금속 입자를 통해 접착성을 향상시키고, 이로 인해 음전극과 CNT 간의 저항 및 CNT와 CNT 간의 저항을 낮출 수 있어, 전자 방출을 균일하게 유지하고 전자 방출에 기여하는 활성 방출 사이트 밀도를 증가시킬 수 있어, 신뢰성이 크게 확보된 CNT 에미터를 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. (ⅰ) 탄소 나노 튜브(CNT) 파우더를 용매에 분산시키는 단계;
    (ⅱ) 상기 CNT 파우더가 혼합된 분산용액에 유기 바인더를 첨가하는 단계; 및
    (ⅲ) 상기 유기 바인더가 첨가된 분산용액의 점도를 조절하기 위해 밀링 공정을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 (ⅰ)단계 또는 상기 (ⅲ)단계에 나노 크기의 금속 입자를 첨가하는 CNT 페이스트 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (ⅳ) 상기 혼합된 분산용액에 감광물질과 상기 감광물질과 반응하여 상기 유기 바인더와 고분자 중합을 일으키는 모노모를 첨가하는 단계
    를 더 포함하는 CNT 페이스트 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 입자가 파우더 형태인 경우, 상기 금속 입자를 상기 (ⅰ) 단계에서 첨가하는 CNT페이스트의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 입자가 페이스트 형태인 경우, 상기 금속 입자를 상기 (ⅲ) 단계에서 첨가하는 CNT 페이스트의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 입자는 상기 CNT 파우더의 용융 온도보다 낮은 온도에서 용융되는 입자인 CNT 페이스트 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속 입자는 Ag, Ru, Ti, Pd, Zn, Fe 또는 Au 와 같은 전도성이 우수한 금속을 이용하는 CNT 페이스트 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 CNT 파우더와 상기 금속 입자는 질량백분율(wt%)이 1 : 2의 조성으로 이루어진 CNT 페이스트 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 용매는 계면 활성 특성이 양호한 용매를 이용하는 CNT 페이스트 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 용매는 이소프로필 알코올(IPA) 및 테르피네올(terpineol)인 CNT 페이스트 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 CNT 페이스트 제조 방법으로 제조된 CNT 페이스트를 준비하는 단계;
    상기 CNT 페이스트를 기판의 상부에 형성된 전극 상에 도포하는 단계;
    상기 전극 상에 도포된 상기 CNT 페이스트를 노광하여 패터닝하는 단계;
    상기 패터닝된 CNT 페이스트를 소성하는 단계;
    상기 소성된 CNT 페이스트의 표면이 활성화되도록 상기 CNT 페이스트의 표면을 처리하는 단계
    를 포함하는 CNT 에미터 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 CNT 페이스트를 소성하는 단계는,
    대기 분위기에서 약 250 ~ 300℃ 온도로 행해지는 소성 단계, 및
    진공 분위기에서 약 320 ~ 450℃ 온도에서 행해지는 소성 단계
    중 적어도 하나를 포함하는 CNT 에미터 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 대기 분위기에서 행해지는 소성 단계에서는 상기 유기 바인더의 버닝 아웃 및 상기 금속 입자의 용융이 행해지는 CNT 에미터의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 진공 분위기에서 행해지는 소성 단계에서는 잔존하는 유기 바인더의 탄소화 및 추가적인 상기 금속 입자의 용융이 행해지는 CNT 에미터 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 표면처리 단계에서는 글루가 묻어 나오지 않도록 롤링 처리하는 CNT 에미터 제조 방법.
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