새로운 CNT 페이스트 조성물을 이용한 전계 방출 특성의 향상 및 전계 방출 구동 중 CNT tips의 degradation 현상 규명

Abstract

본 연구에서는 CNT 페이스트의 조성물을 탐색하여 최적의 전계 방출 특성을 구현할 수 있는 CNT 페이스트의 조성을 확립하고 각 조성물의 전계 방출 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 최적의 전계 방출 특성을 구현할 수 있는 CNT 페이스트를 개발하기 위해 CNT 페이스트의 기본 조성물인 organic binder, CNT powder, inorganic binder (frit glass, inorganic powder) 등을 각각 개발 및 다양화하여 각각의 특성을 규명하였다. 또한 FED 중 가장 그 실용화가 기대되는 CNT FE-BLU의 패널을 구현하여 구동 시 관찰되는 특성인 CNT tip의 degradation 현상을 관찰하였다. CNT cathode의 제작 시 각 공정이 전계 방출 특성에 미치는 영향도 고려하여 CNT cathode 제작 조건을 확립하였다. 개발된 CNT 페이스트를 이용하여 3.5 inch, 10 inch 백색광 패널을 제작하여 패널의 구동시 CNT cathode가 겪는 degradation에 대해서도 고찰하였다. CNT FE-BLU의 cathode가 degradation 되는 원인은 다양하다. 본 연구에서는 그 중 CNT FE-BLU에서 형광막에서 구동 중 발생 가능한 원소들이 CNT tip의 degradation에 미치는 영향은 밝혀진 바가 없으므로 실제 패널을 구현하여 구동 중 발생하는 형광체 원소들과 CNT tip의 degradation을 다양한 분석을 통해 규명하였다. (1) CNT 페이스트 조성물 1) organic binder 일반적으로 사용되는 ethyl celullose의 높은 소성 온도에 의한 CNT의 파괴를 방지하기 위해 300 도의 저온에서 소성되는 새로운 organic binder를 개발하였다. 개발된 organic binder의 조성은 P(MMA-co-BMA) 였으며 열분석 결과 300 도에서 완전히 분해되는 안정된 저온소성 특성을 가짐을 확인하였다. 또한 소성 후 잔류물의 양도 상용 350 도 소성 binder와 비교 시 1/4 수준으로 매우 낮았다. 페이스트 형성 능력도 조절이 용이하고 스크린 프린팅 후 morphology도 상용 binder와 차이가 없는 우수한 수준임을 확인하였다. 이를 이용하여 CNT 페이스트를 제조하여 전계 방출 특성을 관찰한 결과 CNT 표면의 잔류물을 최소화 하여 전계 방출 특성을 개선하는 효과가 있음을 확인하였다. 2) Inorganic binder (frit glass, inorganic powder) Frit glass와 inorganic powder를 사용하여 각각이 전계 방출 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. Frit glass는 일반적으로 CNT와 기판 간의 adhesion을 도와주는 물질로서 첨가되었다. 그러나 연구 결과를 통하여 frit glass가 직접적으로 CNT를 접착시키기 보다는 inorganic powder와 기판간의 adhesion을 증가시킴을 확인하였다. Adhesion이 향상된inorganic powder들이 CNT의 사이사이에 위치하여 CNT를 분산시키고 이를 통하여 CNT와 기판의 adhesion이 얻어진다는 결론을 얻었다. 또한 frit glass와 inorganic powder가 전계 방출 특성에 미치는 영향에 대해서도 고찰하였다. 그 결과 frit glass는 adhesion agent로서의 역할에 더하여 insulator의 역할을 하여 전계 방출 특성에서 stability를 높이기도 함을 확인하였다. Inorganic powder의 가장 주요한 역할은 CNT의 dispersion agent 였으며 inorganic powder 자체가 가지고 있는 물성에 의해 전계 방출 특성을 향상 시킬 수도 있음을 확인하였다. 3) Field emission enhanced by dielectric materials CNT 페이스트를 이용한 전계 방출 cathode의 개발에 있어 cathode의 특성을 효과적으로 개선하