KR100631883B1 - 탄소나노튜브의 초기 부착 사이트를 이용한 전계방출에미터 전극의 제조방법 및 이에 따라 제조된 전계방출에미터 전극 - Google Patents

탄소나노튜브의 초기 부착 사이트를 이용한 전계방출에미터 전극의 제조방법 및 이에 따라 제조된 전계방출에미터 전극 Download PDF

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Abstract

초기 부착 사이트를 제공하도록 표면 처리된 기판을 이용하여 탄소나노튜브 에미터의 분포 밀도와 균일성을 향상시킬 수 있는 전계방출 에미터 전극의 제조 방법 및 이에 따라 제조된 전계방출 에미터 전극을 개시한다. 본 발명에 따른 전계방출 에미터 전극의 제조 방법은, 탄소나노튜브가 분산되어 있는 도금액을 준비하는 단계와; 탄소나노튜브의 초기 부착 사이트를 제공하도록 표면 처리된 기판을 구비하는 음전극과, 양전극을 상기 도금액에 함침하는 단계와; 상기 음전극 및 양전극에 소정의 전압을 가하여 상기 표면 처리된 기판면 상에 탄소나노튜브-금속 도금층을 형성하는 단계를 포함한다.
전계방출 에미터, 탄소나노튜브, 초기 부착 사이트, 전기도금

Description

탄소나노튜브의 초기 부착 사이트를 이용한 전계방출 에미터 전극의 제조방법 및 이에 따라 제조된 전계방출 에미터 전극{Method For Preparing Field Emitter Electrode By Using Nucleation Sites and Field Emitter Electrode Prepared Thereby}
도 1은 CNT-금속 복합도금에 사용되는 일반적인 도금장치를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 종래의 CNT-금속 복합도금시의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라 표면 처리된 기판을 나타내는 도면으로서,
도 3a는 표면에 양각이 형성된 기판의 측단면도를 나타내는 도면이며,
도 3b는 표면에 음각이 형성된 기판의 측단면도를 나타내는 도면이며,
도 3c는 표면에 톱니형태의 산단면이 형성된 기판의 측단면도를 나타내는 도면이며,
도 3d는 표면에 규칙적인 포인트형 양각이 형성된 기판을 나타내는 도면이며,
도 3e는 표면에 일정한 간격으로 형성된 라인형의 양각이 형성된 기판을 나타내는 도면이며,
도 3f는 표면에 불규칙한 요철이 형성된 기판을 나타내는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 방법에 따라 표면에 불규칙한 요철이 형성된 기판상에 형성된 CNT-금속도금층을 갖는 전계방출 에미터 전극의 전계방출밀도를 나타내는 사진이다.
도 4b는 종래의 방법으로 기판상에 형성된 CNT-금속도금층을 갖는 전계방출 에미터 전극의 전계방출밀도를 나타내는 사진이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
11: 도금조 12: 도금액
13, 23: 탄소나노튜브 14: 음전극
15: 양전극 16: CNT-니켈 도금층
22: 기판상의 흠 또는 장애물
본 발명은 전계방출 에미터 전극(field emitter electrode)의 제조방법 및 이에 따라 제조된 전계방출 에미터 전극에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 음전극 기판상에 탄소나노튜브의 초기 부착 사이트(nucleation site)를 제공하도록 기판을 표면 처리함으로써 에미터의 밀도와 균일도를 높일 수 있는 전계방출 에미터의 제조 방법 및 이에 따라 제조된 전계방출 에미터에 관한 것이다.
일반적으로, 전계방출 표시장치(Field Emission Display; FED)는 진공에서의 전자 방출을 기반으로 한 광원으로서, 강한 전계에 의해 전자를 방출하는 다수의 미세한 팁 또는 에미터가 형성된 전계방출 에미터 전극을 구비한다. 에미터로부터 방출된 전자들은 진공 중에서 형광체 스크린으로 가속되어 형광체를 여기시킴으로써 빛을 발한다. CRT 표시장치와 달리, 전계방출 표시장치는 전자빔 조종 회로(beam steering circuitry)를 요하지 않고 불필요한 많은 열을 발생시키지도 않는다. 또한, LCD 표시장치와 달리, 전계방출 표시장치는 백 라이트(back light)를 요하지 않고 매우 밝으며 매우 넓은 시야각(viewing angle)을 갖고 있고 응답 시간(response time)도 매우 짧다. 이러한 장점들로 인해, 전계방출 표시장치는 각종 조명분야 및 디스플레이 장치 분야에 있어서 차세대 광원으로 각광 받고 있다.
상기 전계방출 표시장치의 성능은 주로 전자를 방출할 수 있는 에미터 전극에 의해 좌우된다. 최근에는 전계방출 특성을 향상시키기 위해 에미터로서 탄소나노튜브(carbon nano tube: 이하, "CNT"라 하기도 한다.)가 사용되고 있다.
종래, 탄소나노튜브 에미터 전극은 주로 CNT와 바인더를 혼합하여 기판에 스크린 프린팅하는 방법으로 제조하여 왔다. 그러나, 스크린 프린팅법에 의해 제조된 탄소나노튜브 에미터 전극은 전계방출 효율이 낮고 기계적 강도가 약하다는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 금속도금법을 이용하여 기판 상에 탄소나노튜브 에미터를 형성하는 방법이 도입되었다. 그러나, 종래의 금속도금법에 의해 탄소나노튜브 에미터 전극을 제조할 경우, 금속도금의 제어가 어렵고 탄소나노튜브가 기판에 균일하게 부착되지 않게 된다.
도 1은 CNT-금속 복합 도금에 사용되는 일반적인 도금장치를 나타낸 도면이며, 도 2는 종래의 CNT-금속 복합도금법으로 탄소나노튜브 에미터 전극을 제조할 경우 발생되는 문제점을 개략적으로 나타낸 도면이다. 종래의 금속도금법에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같은 도금장치를 사용하여, 금속이온(예컨대, Ni 이온)이 함유된 도금액과 탄소나노튜브를 혼합하여 제조된 복합도금액(12)(이 복합도금액 내에는 탄소나노튜브가 분산되어 있음)에 음전극(14)과 양전극(15)을 함침하고 두 전극 간에 전압을 인가한다. 이때, 예를들어, Ni을 음전극(14) 상에 도금할 경우, Ni 기판이 양전극(15)으로 사용되고, 금속판이나 금속을 입힌 유리평판이 음전극(14)으로는 사용될 수 있다(경우에 따라서는 Ni이 도포된 기판을 음전극으로 사용되고 다른 금속 기판이 양극으로 사용될 수도 있음). 이와 같이 두 전극(14, 15)간에 전압을 인가해줌으로써, 복합도금액 내에 있는 Ni 이온과 CNT이 음전극(14) 표면 상에 도금된다. 이에 따라, 음전극(14) 상에 CNT가 배열되어 CNT 에미터 전극이 형성된다.
그런데, 전기도금시 음전극(14)으로 끌려온 Ni이온과 CNT는 도 2의 a와 같이 기판상에서 전기장에 이끌려 이동하여 도 2의 b로 도시한 바와 같이 흠 또는 장애물(22)에 우선적으로 부착되어 고정된다. 이렇게 형성된 구조물은 흠 또는 장애물(22) 부위에서 국부적으로 더욱 증가된 전기장을 유발시킨다. 따라서, 더 많은 Ni이온과 CNT이 상기 흠 또는 장애물(22) 부위로 끌려간다. 결과적으로, 이렇게 형 성된 CNT 에미터 전극은 전체적으로 불균일한 에미터 분포를 나타내고, 낮은 에미터 분포 밀도를 갖게 된다.
도시바의 일본특허출원 2000-98026호는 CNT-금속 복합도금으로 음전극 라인(cathode line) 상에 탄소나노튜브를 부착하는 방법을 개시하고 있다. 상기 도시바의 방법으로 음전극 라인 상에 탄소나노튜브를 도금하는 경우, 상기한 이유로 인하여 낮은 CNT 분포 밀도와 균일도를 갖는 탄소나노튜브 에미터 전극이 얻어지게 된다.
그러나, 탄소나노튜브 에미터 전극을 전계방출 표시장치에 사용되기 위해서는 탄소나노튜브 에미터가 전극 상에 균일하고 고밀도로 부착되어야 한다. 탄소나노튜브 에미터가 전극 상에 균일하게 분포되어 있지 않거나 충분한 분포 밀도를 나타내지 않는다면, 전계방출 효율이 저하되고 표시장치의 수명이 짧아지게 된다.
이에 본 발명의 목적은, 탄소나노튜브 에미터가 기판 상에 높은 밀도로 균일하게 분포될 수 있게 하는 전계방출 에미터 전극의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 탄소나노튜브의 초기 부착 사이트(nucleation site)을 제공하도록 기판을 표면처리함으로써 탄소나노튜브의 분포 밀도를 제어할 수 있 는 전계방출 에미터 전극의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 탄소나노튜브 에미터가 기판 상에 높은 밀도로 균일하게 분포되어 있는 전계방출 에미터 전극를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면,
탄소나노튜브가 분산되어 있는 도금액을 준비하는 단계와;
탄소나노튜브의 초기 부착 사이트(nucleation site)를 제공하도록 표면 처리된 기판을 구비하는 음전극과, 양전극을 상기 도금액에 함침하는 단계와;
상기 음전극 및 양전극에 소정의 전압을 가하여 상기 표면 처리된 기판면 상에 탄소나노튜브-금속 도금층을 형성하는 단계;
를 포함하는 전계방출 에미터 전극의 제조 방법이 제공된다.
상기 본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 초기 부착 사이트를 제공하도록 표면 처리된 기판은, 상기 기판 표면에 양각 또는 음각이 형성되도록 표면 처리된 기판일 수 있다. 이 경우, 상기 양각 또는 음각은 포인트형 또는 라인형으로 이루어 질 수 있다. 다른 실시형태로서, 상기 초기 부착 사이트를 제공하도록 표면 처리된 기판은, 상기 기판 표면에 톱니형태의 산단면이 형성되도록 표면 처리된 기판일 수 있다. 또한, 상기 초기 부착 사이트를 제공하도록 표면 처리된 기판은, 상기 기판 표면에 불규칙한 요철이 형성되도록 표면 처리된 기판일 수도 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면,
탄소나노튜브의 초기 부착 사이트를 제공하도록 표면 처리된 기판 상에 균일하게 도금된 탄소나노튜브-금속층을 구비하는 전계방출 에미터 전극이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전계방출 에미터 전극 제조시 음전극용 기판으로서 CNT의 초기 부착 사이트를 제공하도록 표면 처리된 기판을 사용함으로써 CNT가 기판상의 특정한 부위에 우선적으로 도금된다. 따라서, 기판상에 부착되는 CNT 분포의 균일성, 밀도를 높일 수 있으며, 그 균일도, 밀도 및 배향성을 제어할 수 있다.
보다 구체적으로는 기판 표면에 양각 또는 음각 등의 요철을 형성시킴으로써 탄소나노튜브가 도금될 수 있는 초기 부착 사이트(nucleation site)을 제공한다. 이에 따라 탄소나노튜브가 우선적으로 도금되는 위치를 기판 상에 균일하게 분포시키거나 그 위치를 제어할 수 있게 된다.
본 발명에 의한 전계방출 에미터 전극 제조시, 탄소나노튜브의 초기 부착 사이트를 제공하도록 표면 처리된 기판의 표면 구조(형태)의 예들을 도 3a 내지 도 3f 에 나타내었다.
탄소나노튜브를 도금시 초기점으로 제공되는 기판(예컨대 구리 기판) 표면상의 구조(형태)는 도 3a에서와 같이 양각(철부)으로 형성될 수 있거나 혹은 도 3b 에서와 같이 음각(요부)으로 형성될 수 있다. 한편, 상기 양(음)각은 도 3c 에서와 같이 산단면을 갖는 톱니형태의 모양으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 양각 또는 음각은 도 3d와 같은 포인트 형뿐만 아니라, 도 3e 에 도시한 바와 같은 라인형으로 형성할 수 있다. 나아가, 예를들어, 포인트형 양각(철부)의 단면은 정사각형, 직사각형 또는 원형등일 수도 있다. 또한, 상기 기판 표면상에 형성된 구조(형태)는 규칙적이거나 혹은 불규칙적일 수 있다. 예를 들어, 강판 표면을 사포(sand paper)로 문질러서 강판 표면 상에 불규칙한 모폴로지를 형성시킬 수도 있다.
본 발명의 전계방출 에미터 전극은 면광원용으로 사용될 수 있는데, 기판 표면 상에 양각 또는 음각의 간격은 점광 현상을 방지하기 위해 약 1-20㎛로 하는 것이 좋으며, 양각의 높이 또는 음각의 깊이는 CNT 팁보다 낮게(<1㎛) 하는 것이 바람직하다.
탄소나노튜브의 초기 부착 사이트를 제공하도록 기판 표면에 형성되는 요철의 형태, 모양 및 간격등은 원하는 전계방출 에미터의 전계방출 밀도에 따라 적합하게 선택 및 변형 가능한 것으로, 도 3a 내지 도 3e의 모양으로 한정되는 것은 아니다.
탄소나노튜브의 초기 부착 사이트를 제공하도록 기판을 표면 처리하는 방법으로는, 리소그라피를 사용한 마이크로 패터닝, 스크린 프린팅 또는 기계적 방법등이 사용될 수 있다. 기계적 방법은 특히 음각 패턴을 형성하는 경우에 적합하다.
나아가, 기판 표면 상의 요철에 대해 규칙성이 요구되지 않는 경우에는 샌드 페이퍼(sand paper) 또는 샌드 블라스트(sand blast)법으로 도 3f에서와 같이 기판 표면에 불규칙한 요철을 형성할 수 있다. 이와 같이 불규칙한 요철을 형성함으로써 탄소나노튜브가 부착되는 초기 부착 사이트가 증가되며, 이에 따라 CNT-금속 복합도금에 의해 기판 상에 부착 및 도금되는 탄소나노튜브의 분포 밀도가 증가한다. 이와 같이 기판 상의 탄소나노튜브의 분포 밀도가 증가하면 전계방출 에미터로 사용시 전계방출 밀도가 증가한다. 상기 기판으로는 구리 또는 알루미늄등의 금속 기판이 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기와 같이 탄소나노튜브의 초기 부착 사이트을 제공하도록 표면 처리된 기판을 음전극 기판으로 하여 CNT-금속의 복합 도금을 실시한다. 즉, 상기와 같이 표면 처리된 기판을 구비하는 음전극과, 양전극을 탄소나노튜브를 포함하는 복합도금액에 함침하여 전기도금을 실시한다. 이에 따라, CNT-금속의 복합 도금층이 상기 기판 표면상에 도금된다.
상기 복합도금액은 탄소나노튜브, 금속이온 및 양이온성 분산제를 포함하여 이루어질 수 있다. 니켈 도금의 경우, 금속이온은 주로 NiSO4 와 NiCl2 로부터 공급된다. 또한, 상기 복합도금액에는 H3BO3 등이 첨가될 수 있다. CNT가 분산되어 있는 복합도금액의 조성은 일반적인 것으로 이 기술분야의 기술자는 필요에 따라 각 성분의 함량을 적절히 조절하여 배합할 수 있다.
CNT로는 이로써 한정하는 것은 아니나, 일반적으로 CVD(chemical vapor deposition)법으로 제조된 것이 사용될 수 있으며, 구체적으로는 CNT로서 MWNT(Multi Wall Nanotube), DWNT(Double Wall Nanotubes) 또는 SWNT(Single Wall Nanotube)가 사용될 수 있으며, 특히 곧은 직선형태로 제조되는 arc-MWNT이 사용될 수 있다.
기판에 도금으로 부착되는 CNT의 양은 도금시간을 조절함으로써 조절할 수 있으며, 이는 이 기술분야의 기술자가 필요에 따라 적합하게 조절할 수 있다.
한편, 탄소나노튜브는 표면적이 매우 크고 밀도가 작은 물질이므로, 강한 응집력을 갖는다. 이러한 탄소나노튜브의 응집력은 균일한 탄소나노튜브의 분산을 저해할 수 있으므로, 복합도금액중에 분산제가 첨가되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 분산제로는 양이온성 분산제가 사용된다. 양이온성 분산제를 사용함으로써 탄소나노튜브가 양전하를 띄게된다. 이와 같은 양이온성 분산제의 작용에 의해 탄소나노튜브는 다른 금속이온과 함께 보다 용이하게 음전극에 침착될 수 있다.
양이온성 분산제로는 이로써 한정하는 것은 아니나, 예를들어, 벤젠 코니움 클로라이드(benzene konium chloride)가 사용될 수 있다. 상기 양이온성 분산제는 탄소나노튜브의 중량 대비 약 50wt% ∼ 200wt%로 첨가하는 것이 바람직하다. 양이온성 분산제가 50wt%미만으로 사용되면, 탄소나노튜브 입자의 응집을 충분하게 방지하지 못하며, 200wt%를 초과하는 경우에는 과량의 분산제가 전극에 달라 붙어 CNT의 부착을 저해함으로 바람직하지 않다.
상기 양이온성 분산제, 탄소나노튜브, 금속이온 제공물질 및 탈이온수를 혼합하고 약 1시간 정도 초음파 처리함으로써 탄소나노튜브가 적절하게 분산된 복합도금액을 얻을 수 있다.
전술한 바와 같이 표면처리된 기판을 음전극 기판으로 사용하여 상기 복합도금액으로 전기도금을 실시하면, 탄소나노튜브의 초기 부착 사이트을 제공하는 구조의 주위(예컨대, 양각 주위)에 증가된 전기장이 유발된다. 이에 따라 이 전기장은 복합도금액중의 CNT를 끌어 당기게 되어 상기 초기 부착 사이트 주위에 집중적으로 CNT가 부착 및 도금된다. 따라서, 표면처리에 의해 기판 상에 초기 부착 사이트를 균일하게 분포시킴으로써 기판 상에 부착되는 CNT의 분포를 균일하게 할 수 있으며, CNT의 분포 밀도를 높일 수 있다. 또한, 기판상에 부착되는 CNT 의 밀도, 균일성 및 방향성을 초기 부착 사이트를 제공하는 구조의 형상, 위치등을 조절함으로써 제어할 수 있다.
본 발명의 전계방출 에미터 제조방법은 기판상에 초기 부착 사이트를 제공하는 구조(형태)가 형성되는 것을 제외하고는, 도 1에 도시한 바와 같은 통상의 전기도금을 이용할 수 있다. 도 1은 도금조(11)에 투입된 복합도금액(12)에 음전극(14)과 양전극(15)이 함침된 상태를 나타낸다. 상기 복합도금액(12)은 예를 들어, Ni이온(Ni2+), 탄소나노튜브(CNT) 및 양이온성 분산제를 탈이온수에 첨가 및 배합하여 제조할 수 있다. 상기 음전극(14)과 상기 양전극(15)에 소정의 전압이 인가되면, 복합도금액(12) 중의 Ni이온은 탄소나노튜브(13)와 함께 음전극(14)에 침착되어 탄소나노튜브입자를 포함하는 CNT-금속 도금층(16)이 형성된다.
본 발명에 따르면, 기판 상에 초기 부착 사이트를 균일하게 분포시킴으로써 CNT-금속 도금층(16)은 기판상에 보다 더 균일하게 분포될 수 있다. 따라서, 탄소나토튜브 에미터가 균일하게 배열되어 있는 전계방출 에미터 전극을 얻을 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 상기 얻어진 CNT-금속 도금층(16)의 표면은 CNT의 정렬을 향상시키기 위해 추가적으로 활성화처리될 수 있다. 이와 같이 활성화처리함으로써 CNT 입자를 금속막 표면으로부터 충분히 노출시킬 수 있고 CNT의 정렬이 향상된다. 상기 활성화처리는 이로써 한정되는 것은 아니나, 이온빔, 레이져빔 또는 테이프 리프트 업등을 이용하여 행할 수 있다. 이러한 활성화 공정을 통해 보다 우수한 전계방출 특성을 갖는 전계방출 에미터 전극을 제공할 수 있다.
본 발명에 의한 방법으로 CNT가 균일하게 분포 및 부착된 전계방출 에미터 전극을 제조할 수 있다. 본 발명의 방법으로 제조된 전계방출 에미터 전극은 증가된 CNT 분포 밀도 및 균일도를 나타낸다. 이러한 CNT 분포의 밀도 및 균일도 증가에 의해 개개의 CNT 에미터 팁의 전류를 최소화할 수 있게 된다. 따라서, 저항열로 인한 에미터의 열화가 방지되며, 에미터의 수명이 연장된다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 통해, 본 발명에 따른 전계방출 에미터전극의 제조방법을 보다 구체적으로 설명한다.
실시예
(발명예)
본 발명예에서는 도 1의 도금장치를 이용하여 초기 부착 사이트를 제공하도록 표면처리된 구리기판에 CNT-니켈 도금층을 형성하였다. 도금액을 제조하기 위해, 탈이온수에 135g/ℓ의 NiSO4, 22.5g/ℓ의 NiCl2 및 17.5g/ℓ의 H3BO3를 혼합하였다. 그 후, 이 용액에 10mg/ℓ의 탄소나노튜브와 100wt% 의 분산제(벤젠 코니움 클로라이드(BKC))를 첨가하고 약 1시간 동안 이 용액을 초음파 처리하여 복합도금액을 제조하였다. 그 후 이 복합도금액을 도금조에 투입하였다.
한편, 샌드 블라스트를 이용하여 구리기판의 일 표면에 불규칙한 요철을 형성하였다. 그리고, 상기 표면처리된 구리 기판을 음전극으로 하고 니켈 기판을 양전극으로 하여 상기 복합도금액에 함침하였다. 그리고 나서, 30V의 전압을 상기 두 전극에 인가하여 약 30분 정도 도금함으로써 탄소나노튜브가 부착된 약 2㎛두께의 CNT-Ni 복합도금층이 상기 구리 기판(음전극 기판)상에 형성되었다.
이와 같이 발명예에 따라 형성된 결과물(CNT-Ni 복합도금층이 형성된 구리 기판)을 전계방출 에미터 전극으로 하여 전계방출 실험을 실시하였다. 도 4(a)는 이러한 전계방출 실험에 의해 얻어진 전계방출 점들을 나타내는 사진(크기 약 4cm x 5cm)이다. 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 전체적으로 상당히 높은 밀도의 전계방 출 점들이 나타나 있다.
(종래예)
도 1의 도금장치를 이용하여 초기 부착 사이트를 제공하는 표면 처리를 실시하지 않은 구리기판에 CNT-니켈 도금층을 형성하였다. 도금액을 제조하기 위해 탈이온수에 135g/ℓ의 NiSO4, 22.5g/ℓ의 NiCl2 및 17.5g/ℓ의 H3BO3를 혼합하였다. 그 후, 이 용액에 10mg/ℓ의 탄소나노튜브와 100wt% 의 분산제(벤젠 코니움 클로라이드(BKC))를 혼합하고 약 1시간 동안 이 용액을 초음파 처리하여 복합도금액을 제조하였다. 그 후, 이 복합도금액을 도금조에 투입하였다.
초기 부착 사이트 형성을 위한 별도의 표면처리를 받지 않은 구리기판을 음전극으로 하고 니켈 기판을 양전극으로 복합도금액에 함침하였다. 그리고 나서 30V의 전압을 상기 두 전극에 인가하여 약 30분 정도 도금함으로써 탄소나노튜브가 부착된 약 2㎛두께의 CNT-Ni 복합도금층이 기판상에 형성되었다.
이와 같이 종래의 방법에 의해 형성된 결과물(CNT-Ni 복합도금층이 형성된 구리 기판)을 전계방출 에미터 전극으로 하여 전계방출 실험을 실시하였다. 도 4(b)는 이러한 전계방출 실험에 의해 얻어진 전계방출 점들을 나타내는 사진(크기 약 4cm x 5cm)이다. 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 전계방출 점들은 상당히 낮은 분 포 밀도를 나타내고 있다.
도 4(a) 및 4(b)에서 알 수 있듯이, 초기 부착 사이트를 제공하도록 샌드 블라스트를 이용하여 표면처리된 기판에 탄소나노튜브-Ni 금속층을 도금하는 경우(도 4(a)), 도금시 탄소나노튜브가 부착되는 초기 부착 사이트의 증가로 인하여 탄소나노튜브가 기판 상에 고밀도로 부착된다. 별도의 초기 부착 사이트가 형성되어 있지 않은 기판을 이용한 종래예(도 4(b))에 비하여, 상기 발명예의 전계방출 점의 밀도가 약 3배 정도 증가하였음을 확인할 수 있었다.
본 발명의 방법에 의하면 탄소나노튜브 에미터가 균일하게 고밀도로 분포된 전계방출 에미터가 제조된다. 전계방출 에미터 제조시 특정한 요철이 형성된 기판을 사용함으로써, 이 요철이 형성된 부분이 탄소나노튜브가 도금되는 초기 부착 사이트로 작용하게 된다. 이에 따라 탄소나노튜브를 높은 밀도와 균일한 분포로 기판 상에 도금할 수 있다. 또한, 탄소나노튜브가 도금되는 위치 및 밀도를 제어할 수도 있다. 상기 본 발명의 방법으로 제조된 전계 방출 에미터는 증대된 전계 방출 효과를 갖는다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 탄소나노튜브가 분산되어 있는 도금액을 준비하는 단계;
    탄소나노튜브의 초기 부착 사이트를 제공하도록 표면 처리된 기판을 구비하는 음전극과, 양전극을 상기 도금액에 함침하는 단계; 및
    상기 음전극 및 양전극에 소정의 전압을 가하여 상기 표면 처리된 기판면 상에 탄소나노튜브-금속 도금층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 전극의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초기 부착 사이트를 제공하도록 표면 처리된 기판은, 상기 기판 표면에 양각 또는 음각이 형성되도록 표면 처리된 기판인 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 전극의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 양각 또는 음각은 포인트형 또는 라인형으로 된 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 전극의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 초기 부착 사이트를 제공하도록 표면 처리된 기판은, 상기 기판 표면에 톱니형태의 산단면이 형성되도록 표면 처리된 기판인 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 전극의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초기 부착 사이트를 제공하도록 표면 처리된 기판은, 상기 기판 표면에 불규칙한 요철이 형성되도록 표면 처리된 기판인 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 전극의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브-금속 도금층을 형성하는 단계 후에, 상기 탄소나노튜브의 정렬을 향상시키기 위한 활성화처리를 상기 탄소나토튜브-금속 도금층에 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 에미터 전극의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도금액은 금속 이온 및 양이온성 분산제를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 전극의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 금속 이온은 니켈 이온이고, 상기 기판은 구리 기판인 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 전극의 제조 방법.
  9. 청구항 1항 내지 8항중 어느 한 항의 방법으로 제조되어 초기 부착 사이트를 제공하도록 표면 처리된 기판상에 탄소나노튜브-금속 도금층을 갖는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 전극.
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