KR20090026422A - Composition for electron emitter and electron emitter - Google Patents

Composition for electron emitter and electron emitter Download PDF

Info

Publication number
KR20090026422A
KR20090026422A KR1020070091368A KR20070091368A KR20090026422A KR 20090026422 A KR20090026422 A KR 20090026422A KR 1020070091368 A KR1020070091368 A KR 1020070091368A KR 20070091368 A KR20070091368 A KR 20070091368A KR 20090026422 A KR20090026422 A KR 20090026422A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
field emission
emission device
composition
carbon nanotubes
forming
Prior art date
Application number
KR1020070091368A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박성욱
김현준
조항노
Original Assignee
(주)아이. 엠. 디
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 (주)아이. 엠. 디 filed Critical (주)아이. 엠. 디
Priority to KR1020070091368A priority Critical patent/KR20090026422A/en
Publication of KR20090026422A publication Critical patent/KR20090026422A/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00Compounds of titanium
    • C01G23/04Oxides; Hydroxides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details 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
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/30Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304Field-emissive cathodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30Cold cathodes
    • H01J2201/304Field emission cathodes
    • H01J2201/30446Field emission cathodes characterised by the emitter material
    • H01J2201/30453Carbon types
    • H01J2201/30469Carbon nanotubes (CNTs)

Landscapes

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

Abstract

Composition for electron emitter and an electron emitter using the same are provided to improve the field emission performance by coating the carbon nanotube with the titanium oxide film. A carbon nanotube is included about the whole composition to 1.5 through 10 weight percent. The copolymer resin is included about the whole composition to 5 through 25 weight percent. The photo polymerization initiator is included about the whole composition to 1 through 5 weight percent. The photo monomer is included about the whole composition to 5 through 10 weight percent. The inorganic system binder is included about the whole composition to 1 through 5 weight percent.

Description

전계방출소자 형성용 조성물 및 이를 이용한 전계방출소자.{Composition for electron emitter and electron emitter}Composition for forming field emission device and field emission device using same. {Composition for electron emitter and electron emitter}

본 발명은 전계방출소자 형성용 조성물 및 이를 이용하여 제작된 전계방출소자에 관한 것으로, 특히 티타늄 산화막이 코팅된 탄소나노튜브를 포함하는 전계방출소자 형성용 조성물 및 이를 이용하여 제작된 전계방출소자에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for forming a field emission device and a field emission device manufactured using the same, and particularly to a composition for forming a field emission device comprising a carbon nanotube coated with titanium oxide film and a field emission device manufactured using the same. It is about.

일반적으로 전계방출소자는 양자역학적인 터널링 효과를 이용하여 캐소드 전극에 형성된 전계방출물질인 에미터에서 전자를 방출시키고, 방출된 전자는 애노드 전극에 부착된 형광막에 충돌하여 발광시킴으로써 원하는 화상을 구현하는 소자이다. 이러한 전계방출소자 중 스핀트 타입은 몰리브덴이나 실리콘 성분의 원뿔모양의 에미터 팁에 대해 외부 게이트 전극에서 양전압을 가하면 에미터 팁의 끝부분에서 전자가 방출하게 되고, 방출된 전자는 형광체가 코팅된 애노드 전극에 충돌하여 표시장치의 역할을 수행하게 된다. 하지만 스핀트 타입의 에미터는 미세한 패턴으로 전극을 형성하는데 어려움이 있으며, 동작전압이 매우 높고 팁의 열화로 인해 성능저하가 일어나는 문제점이 있다.In general, a field emission device emits electrons from an emitter, which is a field emission material formed on a cathode electrode, by using a quantum mechanical tunneling effect, and the emitted electrons collide with a fluorescent film attached to the anode electrode to emit a desired image. It is an element to make. Among these field emission devices, the spin type of the emitter tip emits electrons at the tip of the emitter tip when a positive voltage is applied from the external gate electrode to the cone-shaped emitter tip of molybdenum or silicon. The display panel may collide with the anode to serve as a display device. However, the spin type emitter is difficult to form the electrode in a fine pattern, the operation voltage is very high and there is a problem that the performance is deteriorated due to deterioration of the tip.

이러한 실리콘 팁을 이용한 전계방출소자의 문제점을 개선하기 위해 화학적 및 기계적으로 강인하고 전계방출특성이 뛰어난 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자가 제안되었다. 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자는 입자상태의 탄소나노튜브를 미세패턴의 캐소드로 형성시키기 위해서 감광성 페이스트 조성물을 형성하여 현상액으로 현상하는 방법이나, 전기영동을 이용하는 방법을 시도하고 있다.In order to improve the problems of the field emission device using the silicon tip, a field emission device using carbon nanotubes, which are chemically and mechanically strong and has excellent field emission characteristics, has been proposed. Field emission devices using carbon nanotubes have attempted to form photosensitive paste compositions and develop them with a developing solution or electrophoresis in order to form carbon nanotubes in the form of particles in the form of cathodes with fine patterns.

하지만, 탄소나노튜브와 전극과의 접촉이 완전하게 이루어지지 않아 접촉저항이 증가하거나 에미터 형성후 잔류하는 고분자 물질이 탄소나노튜브의 전계방출을 방해하는 등의 문제점이 있다. 또한, 페이스트에 포함되어 있던 바인더, 분산제, 감광제 등이 에미터의 전류 방출시 증발하여 진공도를 불량하게 함으로써 전계방출소자의 수명을 단축시키며, 그 결과 전계방출소자의 수명이 일반적인 디스플레이 장치가 필요로 하는 30,000시간 이하로 떨어지게 되는 문제점이 있다.However, there is a problem that the contact between the carbon nanotubes and the electrode is not made completely, so that the contact resistance increases or the polymer material remaining after the emitter is formed prevents the emission of the carbon nanotubes. In addition, binders, dispersants, and photosensitizers included in the paste evaporate when the emitter emits current, resulting in poor vacuum, which shortens the lifespan of the field emission device. There is a problem that falls to less than 30,000 hours.

한편, 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자는 일반적으로 3극관 구조로 형성된다. 3극관 구조의 전계방출소자는 애노드 기판과 캐소드 기판을 가진다. 애노드 기판에는 애노드 전극이 형성된다. 캐소드 기판은 애노드 기판과 마주보게 배치된다. 캐소드 기판에는 캐소드 전극과 절연층이 형성되며, 절연층 상부에 게이트 전극이 형성된다. 그리고 캐소드 전극의 상측에 탄소나노튜브로 이루어진 에미터가 형성된다. 이와 같이, 캐소드 기판은 캐소드 전극 및 에미터 외에도 절연층과 게이트 전극을 갖는 구조를 갖는데, 이를 위해 증착, 포토레지스트 도포, 노광, 현상, 에칭, 포토레지스트 제거 등의 공정을 거치게 되며, 이러한 공정 중 탄소나노튜브 에미터 전극은 마지막 단계에서 기판 위에 형성되며, 400℃이상의 고온에서 소성하여 제조된다. On the other hand, the field emission device using a carbon nanotube is generally formed in a triode structure. The field emission device of the triode structure has an anode substrate and a cathode substrate. An anode electrode is formed on the anode substrate. The cathode substrate is disposed facing the anode substrate. The cathode electrode and the insulating layer are formed on the cathode substrate, and the gate electrode is formed on the insulating layer. An emitter made of carbon nanotubes is formed on the cathode. As such, the cathode substrate has a structure having an insulating layer and a gate electrode in addition to the cathode electrode and the emitter. For this purpose, the cathode substrate is subjected to processes such as deposition, photoresist coating, exposure, development, etching, and photoresist removal. Carbon nanotube emitter electrode is formed on the substrate in the last step, and is produced by firing at a high temperature of 400 ℃ or more.

하지만 탄소나노튜브 에미터를 제조하는 공정 중, 탄소나노튜브의 분산상태가 고르지 않아 각 소자 간의 불균일한 전계방출이 발생하고, 탄소나노튜브가 표면에 노출되는 양이 작아 충분한 전류밀도를 얻을 수 없게 된다. 따라서, 고가의 탄소나노튜브의 함량을 높여 에미터의 수를 증가시켜야 하는 문제점이 있다. However, during the manufacturing process of the carbon nanotube emitter, the dispersion state of the carbon nanotubes is uneven, so that uneven field emission occurs between the devices, and the amount of carbon nanotubes exposed on the surface is small so that sufficient current density cannot be obtained. do. Therefore, there is a problem in that the number of emitters needs to be increased by increasing the content of expensive carbon nanotubes.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 탄소나노튜브 에미터가 고르게 분산되어 전계방출특성이 향상되며, 에미터의 수명이 향상된 전계방출소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 전계방출특성이 향상되며, 에미터의 수명이 향상된 전계방출소자를 제작하기 위한 전계방출소자 형성용 조성물을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide a field emission device that the carbon nanotube emitter is evenly distributed to improve the field emission characteristics, the life of the emitter is improved. Another object of the present invention is to provide a composition for forming a field emission device for manufacturing a field emission device having improved field emission characteristics and an improved lifetime of the emitter.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전계방출소자 형성용 조성물은 티타늄 산화막(TiOX)으로 코팅된 탄소나노튜브와, 아크릴 공중합 수지와, 광중합 개시제와, 광중합 모노머와, 무기질계 바인더와, 유기용제를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the composition for forming a field emission device according to the present invention is a carbon nanotube coated with a titanium oxide film (TiO X ), an acrylic copolymer resin, a photopolymerization initiator, a photopolymerization monomer, an inorganic binder, It is characterized by containing an organic solvent.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전계방출소자는 상기 전계방출소자 형성용 조성물을 이용하여 제작되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve another object of the present invention, the field emission device according to the invention is characterized in that it is produced using the composition for forming a field emission device.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 탄소나노튜브를 티타늄 산화막으로 코팅함으로써 전계방출성능이 향상되고, 나아가 전계방출소자의 수명이 향상된다. According to the present invention of the above configuration, by coating the carbon nanotubes with a titanium oxide film, the field emission performance is improved, and further the life of the field emission device is improved.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전계방출소자 형성용 조성물 및 이를 이용하여 제작된 전계방출소자에 대해 설명한다. Hereinafter, a composition for forming a field emission device and a field emission device manufactured using the same according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 전계방출소자 형성용 조성물은 티타늄 산화막이 코팅된 탄소나노튜브와, 아크릴 공중합 수지와, 광중합 개시제와, 광중합 모노머와, 무기질계 바인더와, 도전성 금속분말과, 유기용제를 포함한다. The composition for forming a field emission device of the present invention includes a carbon nanotube coated with a titanium oxide film, an acrylic copolymer resin, a photopolymerization initiator, a photopolymerization monomer, an inorganic binder, a conductive metal powder, and an organic solvent.

탄소나노튜브는 전계방출특성이 우수한 것으로 알려진 단일벽 또는 이중벽의 탄소나노튜브, 두께가 3~20nm인 다중벽 탄소나노튜브 중 어느 하나를 사용한다. 전계방출소자 형성용 조성물에서 탄소나노튜브의 함량이 1 중량%이하일 경우에는 전계방출소자의 전류밀도가 낮아질 수가 있으며 10 중량%를 초과하는 경우에는 탄소나노튜브의 높은 표면적으로 인하여 전계방출소자 형성용 조성물의 인쇄 작업성이 불량해진다. 따라서, 탄소나노튜브는 전계방출소자 형성용 조성물에 대하여 1 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서 이용되는 탄소나노튜브는 티타늄 산화막으로 코팅되어 사용되는데, 탄소나노튜브에 티타늄 산화막을 코팅하는 과정은 후술하기로 한다.Carbon nanotubes use either single-walled or double-walled carbon nanotubes, which are known to have excellent field emission characteristics, and multi-walled carbon nanotubes having a thickness of 3 to 20 nm. When the content of carbon nanotubes in the composition for forming a field emission device is less than 1% by weight, the current density of the field emission device may be lowered. When it exceeds 10% by weight, the field emission device may be formed due to the high surface area of the carbon nanotubes. The print workability of the composition is poor. Therefore, the carbon nanotubes are preferably contained in 1 to 10% by weight based on the composition for forming a field emission device. In addition, the carbon nanotubes used in the present invention are coated with a titanium oxide film, the process of coating the titanium oxide film on the carbon nanotubes will be described later.

아크릴 공중합 수지는 글리시딜(메타)아크릴레이트와 (메타)아크릴산의 공중합 수지를 사용하지만, 글리시딜메타아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트 등을 사용할 수 있다. 한편, 알칼리 수용액에 용해되는 아크릴 수지 외에 물에 용해력을 갖는 하이드록실프로필셀룰로우스를 아크릴 수지의 1/5내지 1/10중량비로 혼합하여 사용할 수 있다. 아크릴 공중합 수지의 함량이 25 중량%를 초과하는 경우에는, 탄소나노튜브가 표면에 충분히 노출되지 못하거나 접촉저항이 높아지고, 소성 후 잔류 수지 성분에 의해 전계방출특성이 저하된다. 그리고 아크 릴 공중합 수지의 함량이 5중량% 이하인 경우에는 패턴 형성시 충분한 현상성을 얻을 수 없게 된다. 따라서, 아크릴 공중합 수지는 전계방출소자 형성용 조성물에 대하여 5 내지 25 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. The acrylic copolymer resin uses a copolymer resin of glycidyl (meth) acrylate and (meth) acrylic acid, but glycidyl methacrylate, epoxy acrylate, urethane acrylate and the like can be used. On the other hand, in addition to the acrylic resin dissolved in the aqueous alkali solution, hydroxylpropyl cellulose having a dissolving power in water can be mixed and used in a 1/5 to 1/10 weight ratio of the acrylic resin. When the content of the acrylic copolymer resin exceeds 25% by weight, the carbon nanotubes are not sufficiently exposed to the surface or the contact resistance is high, and the field emission characteristics are deteriorated by the residual resin component after firing. When the content of the acrylic copolymer resin is 5% by weight or less, sufficient developability may not be obtained at the time of pattern formation. Therefore, the acrylic copolymer resin is preferably contained in 5 to 25% by weight relative to the composition for forming a field emission device.

광중합 모노머로는 트리메틸롤프로판트리아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate), 트리메틸롤프로판에톡시트리아크릴레이트(trimethylolpropane ethoxy triacrylate), 펜타에리톨트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate),디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트(Dipentaerythritol Hexa Acrylate) 등 2개 이상의 이중결합을 가진 화합물을 사용할 수 있으며 바람직하게는 2가지 이상의 모노머를 혼합하여 사용한다. 광중합 모노머의 함량이 10 중량%를 초과하는 경우, 높은 경화도로 인하여 현상시 패턴의 뜯김 현상이 심해지고 패턴의 직진성이 악화되며, 5 중량% 미만이면 낮은 감도와 경화도로 인하여 정상적인 패턴 구현이 힘들어지고 패턴의 직진성도 악화된다. 따라서, 광중합 모노머는 전계방출소자 형성용 조성물에 대하여 5 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. As the photopolymerization monomer, trimethylolpropane triacrylate, trimethylolpropane ethoxy triacrylate, pentaerythritol triacrylate, dipentaerythritol hexaacrylate (Dipentaerythritol Hexa) Acrylate) and the like may be used a compound having two or more double bonds, preferably two or more monomers are used in combination. When the content of the photopolymerization monomer is more than 10% by weight, the pattern hardening during development is severe due to the high degree of curing, and the straightness of the pattern is deteriorated.When the content is less than 5% by weight, normal pattern implementation is difficult due to the low sensitivity and the degree of curing. The straightness of the pattern is also worsened. Therefore, the photopolymerization monomer is preferably contained in 5 to 10% by weight based on the composition for forming a field emission device.

광중합 개시제로는 벤조페논계, 아세트페논계 또는 티오키산톤계 화합물을 사용할 수 있다. 광중합 개시제의 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 노광시 충분한 중합반응이 일어나지 않으며, 함량이 5중량%를 초과하는 경우에는 노광시 반응이 지나치게 일어나 현상시 적절한 패턴을 얻을 수 없다. 따라서, 광중합 개시제는 전계방출소자 형성용 조성물에 대하여 1 내지 5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. As a photoinitiator, a benzophenone series, an acetphenone series, or a thioxanthone type compound can be used. When the content of the photopolymerization initiator is less than 1% by weight, sufficient polymerization does not occur at the time of exposure, and when the content is more than 5% by weight, the reaction occurs at the time of exposure so that an appropriate pattern may not be obtained during development. Therefore, the photopolymerization initiator is preferably contained in 1 to 5% by weight based on the composition for forming a field emission device.

무기질계 바인더는 붕규산 납 프릿, 붕규산 비스무스 프릿, B2O3ㆍSiO2ㆍMO 및 B2O3ㆍSiO2ㆍM'O(단, M은 2가 금속이온이고, M'은 1가 금속이온이다) 중 하나 이상을 사용할 수 있다. 무기질계 바인더의 함량이 1 중량% 미만이면 소결 후에 기판과 전극 간의 밀착력이 약화되어 전극이 분리되는 문제점이 있으며, 5 중량%을 초과하면 소결 후 전극의 전기저항이 높아지거나 단선의 위험이 있다. 따라서, 무기질계 바인더는 전계방출소자 형성용 조성물에 대하여 1 내지 5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.Inorganic binders include lead borosilicate, borosilicate bismuth frit, B 2 O 3 ㆍ SiO 2 ㆍ MO and B 2 O 3 ㆍ SiO 2 ㆍ M'O (where M is a divalent metal ion and M 'is a monovalent metal) Ions) can be used. If the content of the inorganic binder is less than 1% by weight, there is a problem in that the adhesion between the substrate and the electrode is weakened after sintering, and the electrode is separated. Therefore, the inorganic binder is preferably contained in 1 to 5% by weight based on the composition for forming a field emission device.

도전성 금속분말은 탄소나노튜브 에미터에 원활한 전류공급을 위하여 도전성이 우수한 은, 구리, 인-주석 산화물(ITO : Indium-Tin Oxide) 분말 등을 사용할 수 있으며, 입자의 크기가 0.1~1㎛인 입자를 사용한다. 도전성 금속분말의 함량이 1 중량%이하이면 원활한 전류공급 효과를 얻을 수 없으며, 함량이 30 중량%를 초과하면 탄소나노튜브가 표면에 존재하는 것을 방해하여 전류밀도를 저하시키는 문제점이 있다. 따라서, 도전성 금속분말은 전계방출소자 형성용 조성물에 대하여 1 내지 30 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.The conductive metal powder may be silver, copper, indium-tin oxide (ITO) powder, etc., having excellent conductivity, so as to smoothly supply a current to the carbon nanotube emitter. Use particles. If the content of the conductive metal powder is less than 1% by weight, a smooth current supply effect may not be obtained. If the content is more than 30% by weight, the carbon nanotubes may be prevented from being present on the surface to reduce the current density. Therefore, the conductive metal powder is preferably contained in 1 to 30% by weight based on the composition for forming a field emission device.

유기 용제는 테르피네올(TP:terpineol), 텍사놀(texanol), 카르비톨 아세테이트(CA:Carbitol acetate), 부틸 카르비톨 아세테이트(BCA:butyl carbitol acetate), 벤질 알콜(Benzil alcohol), 페녹시에탄올(Phenoxyethanol) 등 비점이 높은 용제를 사용하는 것이 바람직하다. 유기 용제의 함량은 특별히 한정되지는 않으나, 전계방출소자 형성용 조성물에 대하여 15 내지 80 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. Organic solvents include terpineol (TP: terpineol), texanol, carbitol acetate (CA), butyl carbitol acetate (BCA), benzil alcohol, phenoxyethanol It is preferable to use a solvent having a high boiling point such as (Phenoxyethanol). The content of the organic solvent is not particularly limited, but is preferably contained in 15 to 80% by weight based on the composition for forming a field emission device.

이하 본 발명의 전계방출소자 형성용 조성물 및 이를 전계방출소자를 제작하는 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a composition for forming a field emission device and a method of manufacturing the field emission device of the present invention will be described.

먼저, 티타늄 산화막으로 코팅된 탄소나노튜브와 유기용제를 혼합한 후 1Kw이상의 출력을 가진 초음파 발생기를 이용하여 탄소나노튜브를 일차적으로 분산시킨 후, 이 혼합액을 미세한 관에 고압,고속으로 흘림으로서 높은 전단력을 이용하여 한번 더 분산시킨다. 이때, 탄소나노튜브의 전계방출특성을 향상시키기 위하여 티타늄 산화막으로 코팅된 탄소나노튜브의 표면을 유기용제에 용해되지 않는 물질로 코팅하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 유기용제에 잘 녹지 않는 수크로오스를 물에 용해시킨 후 탄소나노튜브를 혼합하고, 이후 상술한 분산과정을 수행하고 건조시켜서 사용할 수 있다. First, carbon nanotubes coated with titanium oxide film and organic solvents are mixed, and the carbon nanotubes are first dispersed using an ultrasonic generator having a power of 1 Kw or more, and then the mixed solution is flowed into a fine tube at high pressure and high speed. Disperse once more using shear force. In this case, in order to improve the field emission characteristics of the carbon nanotubes, the surface of the carbon nanotubes coated with the titanium oxide film may be coated with a material that does not dissolve in an organic solvent. For example, after dissolving sucrose insoluble in organic solvents in water, the carbon nanotubes may be mixed, followed by performing the aforementioned dispersion process and drying.

이후, 탄소나노튜브가 분산된 유기용제에 아크릴 공중합 수지, 광중합 모노머, 광중합 개시제, 무기질계 바인더 및 도전성 금속 분말을 투입하고 혼합한 후, 플레니터리 믹서(planetary mixer)와 같은 혼합기로 사전혼합을 하고, 3-롤 밀(3-roll mill)의 롤간 거리를 조정하며 2회 이상, 바람직하게는 5회 이상 통과시켜 탄소나노튜브, 광중합 개시제, 무기질계 바인더, 및 도전성 금속분말을 고르게 분산시켜 전계방출소자 형성용 조성물을 제조한다. Thereafter, an acrylic copolymer resin, a photopolymerization monomer, a photopolymerization initiator, an inorganic binder, and a conductive metal powder are added to the organic solvent in which the carbon nanotubes are dispersed, mixed, and then premixed with a mixer such as a planetary mixer. And adjusting the distance between rolls of a 3-roll mill and passing two or more times, preferably five or more times, to evenly disperse the carbon nanotubes, the photopolymerization initiator, the inorganic binder, and the conductive metal powder. A composition for forming an emission device is prepared.

이와 같이 제조된 전계방출소자 형성용 조성물을 SUS 325메쉬나 SUS 400메쉬와 같은 스크린 마스크를 구비한 스크린 인쇄기를 이용하여 기판 표면에 인쇄를 한 후, 이 기판을 컨벡션 오븐(convection oven)에서 80℃의 온도로 건조하여 유기용 제를 증발시킨다. 이후, 설계된 패턴의 마스크를 사용하여 기판을 노광시킨다. 이때 노광에너지는 200내지 1000mJ/cm2인 것이 바람직하며, 원하는 막 두께에 따라 조절한다. 그리고 노광된 막에 0.1 중량t%내지 2 중량t%의 탄산나트륨수용액을 분무하여 현상하고, 순수를 사용하여 세정한다. 세정시 잔사를 효과적으로 제거하기 초음파 클리너를 이용할 수 있다. 이후, 현상막을 공기 또는 질소 내에서 400~500℃의 온도로 20분 내지 40분간 소성하여 전계방출소자를 제조한다. 이때, 소성온도가 400℃이하일때는 유기물이 제거되지 않아 전계방출특성이 저하되거나 기판에의 부착력을 부여하는 무기질계 바인더가 녹지 않아 탈막이 일어날 수 있다는 문제점이 있으며, 500℃이상일 경우 탄소나노튜브가 산화되거나 열분해 되어 전계방출특성이 저하된다는 문제점이 있다.The composition for forming the field emission device thus prepared was printed on the surface of the substrate using a screen printing machine equipped with a screen mask such as SUS 325 mesh or SUS 400 mesh, and the substrate was then heated at 80 ° C. in a convection oven. The organic solvent is evaporated to dryness. The substrate is then exposed using a mask of the designed pattern. In this case, the exposure energy is preferably 200 to 1000 mJ / cm 2, and is adjusted according to the desired film thickness. Then, 0.1 wt% to 2 wt% of sodium carbonate solution is sprayed and developed on the exposed film, and washed with pure water. Ultrasonic cleaners can be used to effectively remove residues during cleaning. Thereafter, the developing film is fired at a temperature of 400 to 500 ° C. for 20 to 40 minutes in air or nitrogen to manufacture a field emission device. In this case, when the firing temperature is 400 ℃ or less, there is a problem that the organic material is not removed and the field emission characteristics are deteriorated or the inorganic binder that imparts adhesion to the substrate is not melted, so that film removal may occur. There is a problem that the field emission characteristics are degraded due to oxidation or thermal decomposition.

이하 본 발명의 실시예를 통하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확히 표현하기 위한 목적일 뿐 본 발명의 내용은 하기 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter will be described in more detail through embodiments of the present invention. However, the following examples are for the purpose of more clearly expressing the present invention, and the contents of the present invention are not limited to the following examples.

아래 <표1>에 비교예와 각 실시예에 포함되는 물질의 함량을 정리하였다. 그리고, 각각의 비교예 및 실시예에 대하여 아래 과정을 거쳐 전계방출소자 형성용 조성물을 제조한 후, 이를 이용하여 전계방출소자를 제작하고, 제작된 전계방출소자에 대한 수명실험을 진행하였다.Table 1 below summarizes the contents of the comparative example and the substances included in each example. Then, for each of the comparative examples and examples to prepare a composition for forming a field emission device through the following process, to produce a field emission device using this, and carried out a life test for the produced field emission device.

비교예 Comparative example 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 탄소나노튜브Carbon nanotubes 2% 2% 0%0% 0%0% 0%0% TiOX 30 중량% 코팅된 탄소나노튜브TiO X 30 wt% coated carbon nanotubes 0% 0% 2.85% 2.85% 0% 0% 0% 0% TiOX 46 중량% 코팅된 탄소나노튜브TiO X 46 wt% Coated Carbon Nanotubes 0% 0% 0% 0% 3.7% 3.7% 0% 0% TiOX 61 중량% 코팅된 탄소나노튜브TiO X 61 wt% Coated Carbon Nanotubes 0% 0% 0% 0% 0% 0% 5.13% 5.13% 텍사놀Texanol 20%20% 20%20% 20%20% 20%20% 엘바사이트Elbasite 10%10% 10%10% 10%10% 10%10% 터피놀Terpinol 20%20% 20%20% 20%20% 20%20% 리메틸롤프로판에톡시트리아크릴레이트Trimethylolpropaneethoxytriacrylate 2% 2% 2% 2% 2% 2% 2% 2% 트리메틸롤프로판트리아크릴레이트Trimethylolpropanetriacrylate 2% 2% 2% 2% 2% 2% 2% 2% Irgacure 369Irgacure 369 1.5%1.5% 1.5%1.5% 1.5%1.5% 1.5%1.5% Darocur ITXDarocur ITX 1.5%1.5% 1.5%1.5% 1.5%1.5% 1.5%1.5% 무기질계 바인더Inorganic binder 1%One% 1%One% 1%One% 1%One% 은(Ag)Silver (Ag) 20%20% 19.15%19.15% 18.3%18.3% 16.87%16.87% 텍사놀Texanol 10%10% 10%10% 10%10% 10%10% 터피놀Terpinol 10%10% 10%10% 10%10% 10%10% system 100%100% 100%100% 100%100% 100%100%

<비교예 >Comparative Example

탄소나노튜브 2중량% 와 텍사놀 20중량%를 혼합한 다음 3kW의 초음파를 가해 선분산 시킨후, 100uM직경의 관을 사용한 분산기(미국 마이크로플루딕스사 마이크로플루다이저)에 18000psig의 압력으로 2회 통과시켜 탄소나노튜브를 분산시킨다. 이후, 상용하는 엘바사이트(Elvasite) 10중량%를 터피놀 20중량%에 녹여 탄소나노튜브가 분산된 혼합액에 투입하고 이를 교반시키면서 광중합모노머인 트리메틸로프로판에톡시트리아크릴레이트 2 중량%와 트리메틸로프로판트리아크릴레이트 2 중량%, 광중합 개시제로 Irgacure 369(Ciba chemicals사 제품) 1 중량% 와 Darocur ITX( Ciba chemicals 사 제품) 1 중량%, 무기질계 바인더 2 중량%, 은(Ag) 분말 20 중량%를 혼합하고 텍사놀 10 중량%, 터피놀 10 중량%를 투입하고 30분간 교반시킨다. 이후, 이 혼합물을 3-롤 밀로 5회 이상 통과시켜 전계방출소자 형성용 조성물을 제조한다. 이후 상술한 바와 같이 이 전계방출소자 형성용 조성물을 이용하여 인쇄, 건조, 노광, 현상, 및 세정과정을 거쳐 전계방출소자를 제조하였다. 2% by weight of carbon nanotubes and 20% by weight of texanol were mixed and predispersed by applying a 3 kW ultrasonic wave, followed by a pressure of 18000 psig into a disperser (Microfluidizer Inc., USA) using a 100 μm diameter tube. Pass it through once to disperse the carbon nanotubes. Then, 10% by weight of commercially available Elvasite was dissolved in 20% by weight of terpinol, and added to a mixed solution in which carbon nanotubes were dispersed, followed by stirring with 2% by weight of trimethylropropaneethoxytriacrylate as a photopolymerization monomer and trimethyl. 2% by weight of propanetriacrylate, 1% by weight of Irgacure 369 (Ciba Chemicals) and 1% by weight of Darocur ITX (Ciba Chemicals), 2% by weight of inorganic binder, 20% by weight of silver (Ag) powder 10 wt% of Texanol and 10 wt% of Terpinol were added and stirred for 30 minutes. Thereafter, the mixture is passed through a three-roll mill five or more times to prepare a composition for forming a field emission device. Then, as described above, the field emission device was manufactured through the printing, drying, exposure, development, and cleaning processes using the composition for forming the field emission device.

<실시예 1>, <실시예 2>, <실시예 3>는 전계방출소자 형성용 조성물에 포함되는 조성물의 함유량을 상기 <표1>에 따라 변화시키면서, 상술한 <비교예>와 동일한 방법으로 실시하였다.<Example 1>, <Example 2>, and <Example 3> are the same methods as those of <Comparative Example> described above while changing the content of the composition contained in the composition for forming the field emission device according to <Table 1>. Was carried out.

그리고, 실시예1,2,3에 사용되는 티타늄 산화막이 코팅된 탄소나노튜브는 아래의 과정을 통하여 제조된다. 이때, 실시예 1,2,3에 따라 탄소나노튜브에 코팅되는 티타늄의 함량을 변화시키며 제조하였다.In addition, the carbon nanotubes coated with the titanium oxide film used in Examples 1, 2, and 3 are manufactured by the following process. At this time, according to Examples 1, 2, 3 was prepared while changing the content of titanium coated on the carbon nanotubes.

1. 염화티타늄(TiC13) 수용액을 만들고, 이 수용액에 탄소나노튜브 분말을 첨가한다. 이후, 균일한 분산을 위해서 10분간 초음파 처리와 교반을 한다.1. Make an aqueous solution of titanium chloride (TiC13), and add carbon nanotube powder to this solution. Thereafter, ultrasonic treatment and stirring are performed for 10 minutes for uniform dispersion.

2. 환원제로 사용된 수소화 붕소나트륨(sodium borohydride : NaBH4)은 NaBH4 / TiCl3의 몰 비율이 10이 되도록 제조하였다.2. Sodium borohydride (NaBH 4 ) used as a reducing agent was prepared such that the molar ratio of NaBH 4 / TiCl 3 was 10.

3. 탄소나노튜브 분말이 분산된 염화티타늄 수용액에 수소화 붕소나트륨 수용액을 서서히 첨가시키면서 반응물들을 연속적으로 교반하였으며, 반응 후 상온으로 급냉시켰다.3. The reactants were continuously stirred while slowly adding an aqueous sodium borohydride solution to an aqueous titanium chloride solution in which carbon nanotube powder was dispersed, and quenched to room temperature after the reaction.

4. 위 과정을 통해 제조된 티타늄 산화막(TiO2)이 코팅된 탄소나노튜브는 10분간 초음파 처리 후, 염화나트륨(NaCl), 수산화붕소(B(OH)3) 등의 부산물을 제거하기 위하여 상온 내지 80℃의 증류수에 분산시키고, 기공크기가 0.2㎛인 여과지를 사용하여 두 차례 세척한 후, 동결건조를 통하여 티타늄 산화막(TiO2)이 코팅된 탄소나노튜브 분말을 회수하였다.4. The carbon nanotube coated with the titanium oxide film (TiO 2 ) prepared through the above process is sonicated for 10 minutes, and then removed from room temperature to remove by-products such as sodium chloride (NaCl) and boron hydroxide (B (OH) 3 ). Dispersed in distilled water at 80 ℃, and washed twice using a filter paper having a pore size of 0.2㎛, and recovered the carbon nanotube powder coated with titanium oxide film (TiO 2 ) through lyophilization.

5. 회수된 탄소나노튜브 분말은 티타늄 산화막(TiO2)의 결정성을 향상시키기 위한 일환으로 다음과 같은 열처리를 하였다. 알루미나 재질의 관상로(tube furnace)에 티타늄 산화막이 코팅된 탄소나노튜브를 넣고, 30분 동안 2% 수소 가스를 50ml/min의 유량으로 흘려주어 공기를 제거하고, 동일한 가스분위기 하에서 5℃/min의 승온속도로 600℃까지 승온시키고, 2℃/min의 승온속도로 700℃까지 승온시킨 후, 700℃에서 2시간 유지시켜 열처리 한다. 이후, 관상로 내에서 탄소나노튜브를 자연 냉각시켜 티타늄 산화막이 코팅된 탄소나노튜브를 제조하였다.5. The recovered carbon nanotube powder was heat treated as follows to improve the crystallinity of the titanium oxide film (TiO 2 ). A carbon nanotube coated with titanium oxide is placed in an alumina tube furnace, and air is removed by flowing 2% hydrogen gas at a flow rate of 50 ml / min for 30 minutes, and 5 ° C / min under the same gas atmosphere. The temperature was raised to 600 ° C. at a heating rate of 2 ° C., and the temperature was raised to 700 ° C. at a temperature rising rate of 2 ° C./min, followed by heat treatment at 700 ° C. for 2 hours. Thereafter, the carbon nanotubes were naturally cooled in the tubular furnace to prepare carbon nanotubes coated with titanium oxide.

이하, 첨부된 도면을 통하여 상기한 과정을 통해 제조된 탄소나노튜브를 확인하며, 이를 이용하여 제조된 전계방출소자의 효과를 확인하기로 한다.Hereinafter, the carbon nanotubes manufactured through the above process will be identified through the accompanying drawings, and the effects of the field emission devices manufactured using the same will be confirmed.

도 1은 티타늄 산화막이 코팅된 탄소나노튜브의 주사전자현미경 사진이며, 도 2a는 티타늄 산화막이 코팅된 탄소나노튜브의 투과전자현미경 사진이며, 도 2b는 도 2a를 확대한 사진이며, 도 3a는 <비교예>에 의해 제작된 전계방출소자의 전계방출양을 나타내는 그래프이며, 도 3b는 <실시예 1,2,3>에 의해 제작된 전계방출소자의 전계방출양을 나타내는 그래프이다.1 is a scanning electron micrograph of a carbon nanotube coated with a titanium oxide film, Figure 2a is a transmission electron micrograph of a carbon nanotube coated with a titanium oxide film, Figure 2b is an enlarged view of Figure 2a, Figure 3a It is a graph which shows the field emission quantity of the field emission element produced by the <comparative example>, and FIG. 3B is a graph which shows the field emission amount of the field emission element produced by <Examples 1,2,3>.

도 1 내지 도 2b를 참조하면 티타늄 산화막이 탄소나노튜브의 표면에 고르게 코팅된 것을 확인할 수 있다. 1 to 2B, it can be seen that the titanium oxide film is evenly coated on the surface of the carbon nanotubes.

또한, 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이, 티타늄 산화막이 코팅되지 않은 탄소나노튜브의 경우에는 수시간내에 전계방출량이 최초 전계방출양의 50%로 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 반면, 티타늄 산화막이 코팅된 탄소나노튜브의 경우에는 코팅되는 티타늄 산화막의 함양에 따라 다소 차이가 있으나, 전계방출양이 최초 전계방출양의 50%로 떨어지기까지 걸리는 시간이 10시간 내지 22시간으로 길어짐을 확인 할 수 있다. 따라서, 전계방출소자의 수명이 연장되는 것을 알 수 있으며, 부가적인 계산을 통하여 확인해보면 티타늄 산화막이 코팅된 탄소나노튜브로 제작된 전계방출소자를 실제 패널에 장착할 경우 30000시간이상의 수명을 가질 수 있음을 알 수 있다.In addition, as shown in FIGS. 3A and 3B, in the case of the carbon nanotubes not coated with the titanium oxide film, the field emission amount drops to 50% of the initial field emission amount within several hours. On the other hand, in the case of carbon nanotubes coated with titanium oxide film, there is a slight difference depending on the content of the coated titanium oxide film, but it takes 10 to 22 hours for the field emission amount to drop to 50% of the initial field emission amount. You can check. Therefore, it can be seen that the lifespan of the field emission device is extended, and through additional calculations, when the field emission device made of carbon nanotubes coated with titanium oxide is mounted on an actual panel, the lifespan of the field emission device can be over 30000 hours. It can be seen that.

도 1은 티타늄 산화막이 코팅된 탄소나노튜브의 주사전자현미경 사진이다.1 is a scanning electron micrograph of a carbon nanotube coated with a titanium oxide film.

도 2a는 티타늄 산화막이 코팅된 탄소나노튜브의 투과전자현미경 사진이다.2A is a transmission electron microscope photograph of a carbon nanotube coated with a titanium oxide film.

도 2b는 도 2a를 확대한 사진이다.FIG. 2B is an enlarged photograph of FIG. 2A.

도 3a는 <비교예>에 의해 제작된 전계방출소자의 전계방출양을 나타내는 그래프이다.3A is a graph showing the field emission amount of the field emission device manufactured by Comparative Example.

도 3b는 <실시예 1,2,3>에 의해 제작된 전계방출소자의 전계방출양을 나타내는 그래프이다.3B is a graph showing the amount of field emission of the field emission device fabricated in <Examples 1,2,3>.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

A1...티타늄 산화막이 전체 중량의 30%로 코팅된 탄소나노튜브로 제작된 전계방출소자의 전계방출량Field emission amount of the field emission device made of carbon nanotubes coated with A1 ... titanium oxide film at 30% of the total weight

A2...티타늄 산화막이 전체 중량의 46%로 코팅된 탄소나노튜브로 제작된 전계방출소자의 전계방출량Field emission amount of field emission device made of carbon nanotubes coated with A2 ... titanium oxide film at 46% of total weight

A3...티타늄 산화막이 전체 중량의 61%로 코팅된 탄소나노튜브로 제작된 전계방출소자의 전계방출량Field emission amount of the field emission device made of carbon nanotubes coated with A3 ... titanium oxide film at 61% of the total weight

Claims (4)

티타늄 산화막(TiOX)으로 코팅된 탄소나노튜브와, 아크릴 공중합 수지와, 광중합 개시제와, 광중합 모노머와, 무기질계 바인더와, 유기용제를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자 형성용 조성물.A composition for forming a field emission device, comprising carbon nanotubes coated with a titanium oxide film (TiO X ), an acrylic copolymer resin, a photopolymerization initiator, a photopolymerization monomer, an inorganic binder, and an organic solvent. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 탄소나노튜브는 전체 조성물에 대하여 1.5 내지 10 중량 퍼센트로 포함되며,The carbon nanotubes are included in 1.5 to 10 weight percent of the total composition, 상기 공중합 수지는 전체 조성물에 대하여 5 내지 25 중량 퍼센트로 포함되며,The copolymer resin is included in 5 to 25 weight percent of the total composition, 상기 광중합 개시제는 전체 조성물에 대하여 1 내지 5 중량 퍼센트로 포함되며,The photopolymerization initiator is included in 1 to 5% by weight based on the total composition, 상기 광중합 모노머는 전체 조성물에 대하여 5 내지 10 중량 퍼센트로 포함되며,The photopolymerization monomer is included in 5 to 10 weight percent of the total composition, 상기 무기질계 바인더는 전체 조성물에 대하여 1 내지 5 중량 퍼센트로 포함되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자 형성용 조성물.The inorganic binder is a composition for forming a field emission device, characterized in that contained in 1 to 5% by weight relative to the total composition. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전계방출소자 형성용 조성물은 도전성 금속분말을 더 포함하며,The composition for forming a field emission device further includes a conductive metal powder, 상기 도전성 분말은 전체 조성물에 대하여 1 내지 30 중량 퍼센트로 포함되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자 형성용 조성물.The conductive powder is a composition for forming a field emission device, characterized in that contained in 1 to 30% by weight relative to the total composition. 제1항 내지 제3항 중, 어느 한 항에 의한 전계방출소자 형성용 조성물을 이용하여 제조된 전계방출소자.The field emission device manufactured using the composition for forming a field emission device according to any one of claims 1 to 3.
KR1020070091368A 2007-09-10 2007-09-10 Composition for electron emitter and electron emitter KR20090026422A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070091368A KR20090026422A (en) 2007-09-10 2007-09-10 Composition for electron emitter and electron emitter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070091368A KR20090026422A (en) 2007-09-10 2007-09-10 Composition for electron emitter and electron emitter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090026422A true KR20090026422A (en) 2009-03-13

Family

ID=40694361

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070091368A KR20090026422A (en) 2007-09-10 2007-09-10 Composition for electron emitter and electron emitter

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20090026422A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4262976B2 (en) Method for improving the emission state of an electron field emitter
KR100911370B1 (en) The Manufacturing Method of CNT Paste and The Manufacturing Method of CNT Emitter with high Reliability
JP5006756B2 (en) CNT emitter manufacturing method
US20080299298A1 (en) Methods of Manufacturing Carbon Nanotube (Cnt) Paste and Emitter with High Reliability
EP1315191B1 (en) Composite for paste including carbon nanotubes, electron emitting device using the same, and manufacturing method thereof
CN1913075B (en) Electron emission source, method of preparing the same, and electron emission device employing the electron emission source
JP2011505055A (en) Cathode assembly including an ultraviolet blocking dielectric layer
KR20090026422A (en) Composition for electron emitter and electron emitter
JP2007149616A (en) Field emission element and its manufacturing method
US20060255297A1 (en) Electron emission source, method of preparing the same, and electron emission device using the electron emission source
JP2011508387A (en) Aqueous developable performance enhanced photoimageable carbon nanotube paste containing resinate
KR20050087265A (en) A cnt emitter containing nano-metal and a method for fabricating the same
KR20080045858A (en) A composition of carbon nanotube paste and process for preparing an electron emitter using the composition
US20110124261A1 (en) Method of making air-fired cathode assemblies in field emission devices
KR100932976B1 (en) Slurry composition for electron emission source formation of flat panel display device and electrode formation method using same
JP2007188874A (en) Manufacturing method of electron emission element, electron emission element manufactured by same, backlight device, and electron emission display device provided with element
KR100965545B1 (en) A composition for forming a electron emitter of flat panel display and electron emitter prepared therefrom
KR20030043663A (en) Composite for paste including Carbon nano tube and electron emitting device using the same and Manufacturing method thereof
KR20050104814A (en) A composition for preparing an emitter, an emitter prepared therefrom, and an electron emission device comprising the same
KR20060021745A (en) Composition for preparing an emitter, an emitter prepared therefrom, and a electron emission device comprising the same
JP2012074270A (en) Electron emission source paste

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination