KR100649587B1 - 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법 - Google Patents

전계방출 에미터 어레이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

다공성 양극산화 알루미나층의 공극 내에 CNT-금속 복합 물질을 도금함으로써, 전계방출 에미터 어레이가 제조된다. 본 발명에 따른 전계방출 에미터 전극의 제조 방법은, 알루미늄 기판 상에 다수의 균일한 공극을 갖는 양극산화 알루미나층을 형성하는 단계와; CNT가 분산되어 있는 도금액을 준비하는 단계와; 양극산화된 상기 알루미늄 기판에 대해 상기 도금액으로 CNT-금속 복합 도금을 실시하여 상기 공극 내에 CNT-금속 필라를 형성하는 단계를 포함한다.
전계방출 에미터, 탄소나노튜브, 전기도금

Description

전계방출 에미터 어레이의 제조 방법{Method For Manufacturing Field Emitter Array}
도 1a 내지 도 1d는 종래의 전계방출 에미터 어레이 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 양이온 분산제와 결합된 탄소나토튜브를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전계방출 에미터 어레이이 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 전계방출 에미터 어레이를 사용하여 얻은 전계방출 이미지를 나타내는 사진이다.
도 10은 본 발명에 따라 전계방출 에미터 어레이를 제조하는 데에 사용되는 AAO층 표면의 일례를 나타내는 평면 사진이다.
도 11은 도 10의 AAO층을 사용하여 제조된 전계방출 에미터 어레이를 나타내는 평면 사진이다.
도 12는 도 11을 확대한 사진이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
101: 알루미늄 기판 102: AAO층
103: 공극 30: 탄소나노튜브
40: 양이온 분산제 104: CNT-니켈 필라
130: 전계방출 에미터
본 발명은 전계방출 에미터 어레이(field emitter array)의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다공성 AAO층 표면에 형성된 공극에 CNT-금속 복합 물질을 전기도금으로 형성함으로써 전계방출 에미터 어레이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전계방출 표시장치(Field Emission Display; FED)는, 강한 전계에 의해 전자를 방출하는 다수의 미세한 팁 또는 에미터가 형성된 전계방출 에미터 어레이를 포함한다. 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 전계방출 표시장치의 성능은 주로 전자를 방출할 수 있는 에미터 어레이에 의해 좌우된다. 최근에는 전계방출 특성을 향상시키기 위해 에미터로서 탄소나노튜브(carbon nano tube: 이하, "CNT"라 하기도 함)가 사용되고 있다.
종래, CNT를 사용한 에미터 어레이는 주로 CNT, 바인더, 글래스 파우더(glass powder), 은 등을 혼합하여 제조된 전계방출 물질을 기판 상에 스크린 프린팅하는 방법으로 제조하여 왔다. 그러나, 이러한 스크린 프린팅법에 의해 에미터 어레이를 제조하는 경우, 바인더로 인해 아웃가싱(outgasing) 현상이 발생하고, 열처리 공정시 CNT가 열화되는 문제를 갖고 있다. 이에 따라 전계방출 효율이 낮아지고 에미터의 기계적 강도가 약화되며, 에미터 수명이 저하된다.
CNT 에미터 어레이를 제조하기 위한 다른 방안으로서, 화학기상증착(chemical vapor desposition, CVD)으로 기판상에 CNT를 성장시키는 방법이 도입되었다. 도 1a 내지 도 1d는 CVD를 이용하여 CNT 에미터 어레이를 제조하는 종래의 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 먼저, 도 1a를 참조하면, 기판(11) 상에 금속층(13)을 증착한 후, 그 위에 SiO2, Si3N4 등으로 된 유전체층(15) 및 포토레지스트층(17)을 순차 형성한다. 그 후, 도 1b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트층(17)을 패터닝하여 레지스트층 패턴(17a)를 형성한 후 이를 식각 마스크로 하여 유전체층 (15)을 선택적으로 식각함으로써 유전체층 패턴(15a)을 형성한다. 다음으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 유전체층 패턴(15a)을 증착 마스크로 하여 코발트(Co) 등으로 된 금속 촉매 시드층(19)을 스퍼터링법에 의해 금속층(13) 상에 증착한다. 그 후, 도 1d에 도시된 바와 같이, 예를 들어 아세틸렌 가스를 상기 금속 촉매 시드층(19)에 공급한 후 이를 열분해시킴으로써 금속 촉매 시드층(19) 상에 CNT(20)를 성장시킨다. 이에 따라, CNT(20)로 된 에미터를 구비하는 전계방출 에미터 어레이가 제조된다.
그러나, 상기한 바와 같이 종래의 CVD법을 이용하여 제조된 전계방출 에미터 어레이는, 대면적의 응용에 적합하지 않고 불균일한 CNT 에미터 분포를 나타낼 수 있다. 또한, 종래의 CVD를 이용하는 방법에 따르면, CNT 에미터의 분포 밀도를 제어하기가 어렵고, 양산성이 좋지 않으며, 에미터의 부착 강도가 낮다. CNT 에미터가 기판 상에 균일하게 분포되어 있지 않고 CNT 에미터의 부착 강도가 낮으면, 전계방출 효율이 저하되고 에미터 어레이의 수명이 짧아지게 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 CNT 에미터가 기판 상에 균일하게 분포될 수 있고 CNT의 분포 밀도를 용이하게 제어할 수 있으며 CNT의 부착 강도를 높일 수 있는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 양태에 따른 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법은, 알루미늄 기판을 양극산화하여 상기 알루미늄 기판 상에 다수의 균일한 공극을 갖는 양극산화 알루미나층을 형성하는 단계와; CNT가 분산되어 있는 도금액을 준비하는 단계와; 양극산화된 상기 알루미늄 기판에 대해 상기 도금액으로 CNT-금속 복합 도금을 실시하여 상기 공극 내에 CNT-금속 필라(pillar)를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 공극 내에 형성된 CNT-금속 필라의 상부는 상기 양극산화 알루미나층 표면으로부터 돌출된다.
바람직하게는, 상기 CNT-금속 복합 도금은 CNT-니켈 복합 도금이며, 상기 CNT-금속 필라는 CNT-니켈 필라이다. 또한, 바람직하게는, 상기 공극은 상기 양극산화 알루미나층을 관통하며, 상기 CNT-금속 필라의 바닥은 상기 알루미늄 기판과 접해 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 도금액에 양이온성 분산제가 첨가되며, 상기 양이온성 분산제로는 벤젠 코니움 클로라이드(Benzene Konium Chloride; BKC), 소디움 도데실벤젠 술포네이트(Sodium Dodecylbenzen Sulfonate; NaDDBS) 또는 트리톤-X(Triton-X)를 사용할 수 있다. 페닐기를 갖는 이러한 양이온성 분산제는 상기 도금액 내에서 CNT가 응집되지 않도록 한다. 상기 분산제는 상기 도금액 내에 있는 상기 CNT 양의 약 100 내지 200wt%로 첨가되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 상기 공극의 평균 깊이는 2 내지 5 ㎛ 정도 이고, 상기 공극의 평균 직경은 100 내지 400 nm 정도인 것이 바람직하다. 상기 공극의 깊이가 너무 크거나 상기 공극의 직경이 너무 좁으면, CNT-금속의 복합 물질이 상기 공극 내에 완전히 매립되기가 어렵다. 또한, 상기 공극의 깊이가 너무 작거나 상기 공극의 직경이 너무 크면, CNT 에미터의 전계방출 효율이 낮아지게 된다.
본 발명의 제2 양태에 따른 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법은, 알루미늄 기판을 양극산화하여 상기 알루미늄 기판 상에 다수의 균일한 공극을 갖는 양극산화 알루미나층을 형성하는 단계와; CNT가 분산되어 있는 도금액을 준비하는 단계와; 양극산화된 상기 알루미늄 기판에 대해 상기 도금액으로 CNT-금속 복합 도금을 실시하여 상기 공극 내에 CNT-금속 필라(pillar)를 형성하는 단계와; 상기 양극산화 알루미나층을 제거하여 상기 CNT-금속 필라를 노출시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 상기 공극의 평균 깊이는 1 내지 2.5 ㎛ 정도 이고, 상기 공극의 평균 직경은 200 내지 600 nm 정도인 것이 바람직하다. 상기 제2 양태에 따르면, 상기 양극산화 알루미나층이 제거되어 상기 CNT-금속 필라가 노출된다. 따라서, 인접한 CNT-금속 필라들 간의 상호 간섭을 방지하기 위해, 상기 제1 양태에서보다 상기 공극의 깊이를 더 작게하고 직경을 더 크게 하는 것이 바람 직하다.
상기 제2 양태의 에미터 어레이 제조 방법에 따르면, 상기 공극 내에 형성된 상기 CNT-금속 필라의 상부면은 상기 양극산화 알루미나층 표면 아래에 위치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 상기 CNT-금속 필라의 상부면을 상기 양극산화 알루미나층 표면 아래에 위치시킴으로써, 상기 CNT-금속 필라의 상부는 상기 양극산화 알루미나층 표면으로부터 돌출되지 않게 된다.
본 발명은, 균일한 CNT 에미터 분포와 높은 CNT 부착 강도를 구현할 수 있는 방안으로 제공한다. 이를 위해, 본 발명에서는, 다공성 양극산화 알루미나층을 형성하고 CNT-금속 복합 도금을 실시하여 상기 알루미나층의 공극 내에 CNT-금속 필라를 형성한다. 이 경우, 상기 CNT-금속 필라에 포함되어 외부로 돌출된 CNT는 전계방출 에미터 역할을 하게 된다. 상기 방법에 따르면, 상기 양극산화 알루미나층의 공극 밀도를 용이하게 제어할 수 있으므로, CNT 에미터의 분포 밀도를 용이하게 조절할 수 있다.
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.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 먼저, 도 2를 참조하면, 알루미늄 기판(101) 상에 다공성의 양극산화 알루미나층(102)을 형성한다. 여기서, 양극산화 알루미나층은 AAO층(Anodized Aluminium Oxide layer)이라고도 한다. 이 다공성 AAO층(102)에는 다수의 공극(103)이 균일하게 분포되어 있다. 이러한 다공성의 AAO층(102)은 본 기술분야에서 알려져 있는 알루미늄의 양극산화(oxide anodization)공정을 통해 얻을 수 있다.
상기 다공성 AAO층(102)의 형성 방법을 보다 구체적으로 설명하면, 먼저 알루미늄 기판을 전해연마(electro-polishing)하여 세척 및 탈지한다. 전해연마는, 예를 들어 황산, 인산 및 탈이온수가 혼합된 전해액에 알루미늄 기판을 침지하여 일정한 전류를 흐르게 함으로써 실시될 수 있다. 그 후, 인산용액에 상기 전해연마된 알루미늄 기판을 침지하고 이 기판을 양극으로 하고 탄소 전극을 음극으로 하여 소정 전압을 인가하여 양극산화를 실시한다. 이에 따라 균일하게 분포된 다수의 공극을 갖는 다공성 AAO층이 알루미늄 기판 상에 형성된다. 이 때, 양극산화 시간과 인가 전압을 조절하여 공극의 깊이와 공극들의 밀도를 제어할 수 있다. 필요에 따라 인산용액에 상기 AAO층을 침지하여 에칭함으로써 공극의 직경을 크게 할 수도 있다.
본 실시형태에서, 상기 공극의 평균 깊이는 2 내지 5 ㎛ 정도 이고, 상기 공극의 평균 직경은 100 내지 400 nm 정도인 것이 바람직하다. 상기 공극의 깊이가 너무 크거나 상기 공극의 직경이 너무 좁으면, 후속 공정에서 공극 내에 CNT-니켈의 복합 물질을 매립하기가 어려워진다. 또한, 상기 공극의 깊이가 너무 작거나 상기 공극의 직경이 너무 크면, 후속 공정에서 형성되는 CNT-니켈 필라의 길이가 너무 짧거나 그 폭이 너무 넓어진다. 이 경우, 전계방출 효율을 작아질 수 있다.
상기 공극(103)은 상기 AAO층(102)을 관통하여 상기 공극(103)의 바닥에서 알루미늄 기판(101)이 노출되도록 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 후속 공정에서 공극(103) 내에 형성되는 도금 물질이 알루미늄 기판(101)과 접하도록 한다.
다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이 CNT(30)가 분산되어 있는 도금액(60)을 사용하여, 다공성 AAO층(102)이 형성된 알루미늄 기판(101)에 대해 전기도금(CNT-니켈 복합 도금)을 실시한다. 이에 따라, 공극(103) 내에는 니켈과 함께 이 니켈에 묻혀 있는 CNT가 매립된다.
보다 구체적으로 설명하면, 먼저 CNT가 분산되어 있는 도금액(60)을 준비한다. 상기 도금액(60)은 CNT, 니켈 이온 및 양이온성 분산제를 포함한다. 니켈 이온은 주로 NiSO4 와 NiCl2 로부터 공급된다. 상기 도금액에 분산되어 있는 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.
CNT를 도금액(60) 중에 균일하게 분산시키기 위해, 도금액(60)에는 양이온성 분산제가 첨가된다. 양이온성 분산제로는 페닐기(phenyl group)를 갖는 양이온성 분산제 예를 들어, 벤젠 코니움 클로라이드(benzene konium chloride; BKC), 소디움 도데실벤젠 술포네이트(Sodium Dodecylbenzen Sulfonate; NaDDBS) 또는 트리톤-X(Triton-X)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 양이온성 분산제는 CNT의 중량 대비 약 100wt% 내지 200wt%로 첨가하는 것이 바람직하다. 양이온성 분산제가 너무 적으면 CNT의 응집을 충분하게 방지하지 못하며, 양이온성 분산제가 너무 많으면 과량의 양이온성 분산제가 전극에 달라 붙어 CNT-니켈의 도금 속도가 낮아질 수 있다. 도 5는 양이온 분산제(40)와 결합된 CNT(30)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 페닐기를 갖는 양이온성 분산제(40)는 CNT(30)와 결합함으로써 도금액(60) 내에서 CNT(30)가 응집되는 것을 방지한다. 상기 도금액을 초음파로 처리하여 CNT의 분산 정도를 더 높일 수도 있다. CNT(30)의 분산 후에는, 분산되지 않고 응집된 CNT를 필터를 통해서 걸러낼 수 있다.
도금액(60)이 준비되면, 상기 도금액(60)을 도금조(21)에 투입한 후, 다공성 AAO층(102)이 형성된 알루미늄 기판(101)을 상기 도금액(60)에 침지하여 전기도금을 실시한다. 이 때, 알루미늄 기판을 음극으로 하여 DC 전원 (25)에 연결하고 소정의 전압을 인가한다. 이러한 CNT-니켈 복합 도금에 따라, 다공성 AAO층(102)에 형성된 공극(103)에 CNT-니켈 복합 물질이 도금된다.
도 4는 상기 CNT-니켈 복합 도금을 실시하여 얻은 전계방출 에미터 어레이의 단면도를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 다공성 AAO층(102)의 공극에 CNT-니켈 복합 물질이 도금 및 매립되어 기둥 모양의 CNT-니켈 필라(104)을 형성한다. 이 때, 도금 시간이나 도금시 흘려준 전류 밀도를 조절함으로써 상기 CNT-니켈의 도금양을 적절히 조절할 수 있다. CNT-니켈 복합 도금에 의해 형성된 CNT-니켈 필라(104)의 상부는 상기 AAO층 표면으로부터 돌출된다. 이렇게 함으로써 CNT-니켈 필라(140)의 상부면에 부착된 CNT(130)가 AAO층(102) 표면으로부터 충분히 돌출되도록 한다. AAO층(102) 표면으로부터 돌출된 CNT(130)는 전계방출 에미터의 역할을 하게 된다.
상기 실시형태에 따르면, 액상에서의 도금 공정을 이용하여 균일한 공극(103) 내에 CNT-니켈 필라를 형성함으로써, 기판 상에 균일하게 분포된 CNT 에미터를 대면적으로 구현할 수 있게 된다. 또한, 양극산화시 인가 전압의 조절 등에 의해 공극의 밀도를 용이하게 조절할 수 있으므로, CNT 에미터의 분포 밀도를 쉽게 조절할 수 있다. 이에 따라 높은 전계방출 사이트 밀도를 얻을 수 있게 된다. 또한, CNT가 니켈 금속에 묻혀 있기 때문에, CNT 에미터의 부착 강도가 매우 높다. 그 밖에도 도금 공정을 사용하므로 저비용으로 높은 양산성을 얻을 수 있다. 상기 실시형태에서는 도금되는 금속으로서 니켈을 사용하였으나, 다른 금속을 사용할 수도 있다.
도 6 내지 도 7을 참조하여 다른 실시형태에 따른 전계방출 에미터 어레이 제조 방법을 설명한다.
먼저, 도 6을 참조하면, 도 2에서 설명한 바와 마찬가지로 알루미늄 기판(201)의 양극산화 공정을 통해 다수의 균일한 공극(203)을 갖는 AAO층(202)을 형성한다. 다만, 이 실시형태에서는 전술한 실시형태에서보다 공극(203)의 깊이를 작게하고 공극(203)의 직경을 크게 한다. 예를 들어, 양극산화에 의해 AAO층이 형성된 알루미늄 기판을 0.5M의 인산에 30분 내지 40분 정도 침지하여 상기 공극의 직경을 크게 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 공극(203)의 평균 깊이는 1 내지 2.5 ㎛ 정도이고, 상기 공극의 평균 직경은 200 내지 600 nm 정도이다. 본 실시형태에서는 나중에 AAO층(203)이 제거되어 CNT-금속 필라가 완전히 노출되기 때문에, 인접한 CNT-니켈 필라 사이에 상호 간섭이 발생할 가능성이 크다. 이러한 상호 간섭을 방지하기 위해 CNT 에미터에 의한 전계 강화(field enhancement) 정도를 완화시키도록 필라의 높이를 작게 하고 필라의 직경을 크게할 필요가 있다. 따라서, 필라의 성형틀을 제공하는 상기 공극(203)의 종횡비를, 전술한 실시형태에서보다 더 작게 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 전술한 바와 같은 CNT-니켈 복합 도금을 실시하여 공극(203) 내에 CNT-니켈 복합 물질을 매립한다. 이에 따라, 공극 (203) 내에는 CNT-니켈 필라(204)가 형성되고, CNT-니켈 필라(204)의 상부면에는 CNT(230)가 부착되어 위로 돌출된다. 이 때, 공극(203) 내에 형성된 CNT-금속 필라(204)의 상부면은 AAO층(202)의 표면 아래에 위치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 CNT-니켈 필라(204)의 상부면을 AAO층(202) 표면 아래에 위치시킴으로써, CNT-금속 필라(204)의 상부는 AAO층 표면으로부터 돌출되지 않게 된다.
다음으로, CNT-니켈 필라(204)가 완전히 노출되도록 상기 AAO층(202)을 식각한다. 예를 들어, 0.5M의 인산용액으로 AAO층(202)을 습식 처리함으로써 AAO층(202)을 제거할 수 있다. AAO층(202)을 제거함으로써, CNT-니켈 필라(204)의 측면 부분이 노출된다. 이에 따라, CNT 에미터 어레이가 제조된다. 이 때, CNT-니켈 필라(204)의 상부면에 부착된 CNT(230)는 전계방출 에미터의 역할을 한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예)
고순도의 알루미늄 시이트(순도: 99.9%)를 준비한 후, 이 알루미늄 시이트에 대해 전해연마를 실시하였다. 전해연마는 황산, 인산 및 탈이온수가 2:2:3의 부피로 혼합된 전해액에 알루미늄 기판을 침지하여 약 20mA/cm2의 전류를 흐르게 함으로써 실시하였다. 그 후, 0.3M의 인산용액에 상기 전해연마된 알루미늄 시이트를 침지하고 이 기판을 양극으로 하여 약 10 내지 20분 동안 양극산화를 실시한다. 이에 따라, 알루미늄 시이트 상에 다공성 AAO층을 형성하였다. 이와 같이 형성된 다공성 AAO층의 표면을 도 10의 사진에 나타내었다. 도 10에 도시된 바와 같이, AAO막 표면에는 다수의 공극이 균일하게 분포되어 있다.
그 후, 니켈 도금액 4 리터에 BKC 분산제와 CNT를 첨가하여 CNT-니켈 복합 도금액을 준비하였다. 상기 CNT로는 CVD-MWNT를 사용하였고 이 CNT는 니켈 도금액에 15 mg/l로 첨가되었다. 상기 BKC 분산제는 상기 첨가된 CNT 중량 대비 약 150 wt%로 첨가되었다. 그리고 나서, 상기 CNT-니켈 복합 도금액에 대해 약 40분 동안 초음파 처리하였다.
초음파 처리된 CNT-니켈 복합 도금액을 사용하여 상기 양극산화된 알루미늄 시이트에 대해 전기도금을 실시하였다. 이 때, 도금액 온도는 섭씨 약 50도로 유지되었다. 도금시의 전류밀도는 0.1 내지 0.5 A/dm2 으로 유지하였고, 도금 시간은 약 40분 정도였다. 이에 따라, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같은 CNT 에미터 어레이를 얻었다. 도 11은 본 실시예에 따라 제조된 CNT 에미터 어레이를 나타내는 평면 사진이며, 도 12는 도 11을 확대한 사진이다.
본 실시예에 따라 제조된 CNT 에미터 어레이를 사용하여 전계방출 실험을 실시하였다. 실험 결과, 15000 cd/cm2 정도의 높은 휘도를 얻었다. 도 9는 이 실험을 통해 얻은 전계방출 이미지를 나타내는 사진이다. 도 9에 나타난 바와 같이, CNT 에미터 어레이에 의한 전계방출점들은 상당히 높은 밀도로 매우 균일한 분포를 보이고 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 또한, 본 발명은 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 다공성 AAO층의 공극에 CNT-금속 필라를 형성하여 CNT 에미터 어레이를 제조함으로써, CNT 에미터의 분포 밀도를 용이하게 조절할 수 있고, 높은 전계방출 사이트 밀도를 구현할 수 있다. 또한, 액상의 도금 공정과 다공성 AAO층을 이용하여 CNT 에미터 어레이를 제조함으로써, 균일한 CNT 에미터 분포를 얻을 수 있고 대면적 에미터 어레이를 구현하기 용이하며, CNT 에미터의 부착 강도를 향상시킬 수 있다.
그 밖에도, 바인더를 사용하지 않고 금속과 세라믹 재료를 기반으로 하여 CNT 에미터 어레이를 제조하므로, 아웃가싱의 문제가 없고 종래에 비하여 에미터 수명을 크게 증가시킬 수 있다. 더 나아가, 도금 공정을 사용함으로써 저비용으로 높은 양산성을 얻을 수 있게 된다.

Claims (11)

  1. 알루미늄 기판을 양극산화하여 상기 알루미늄 기판 상에 다수의 균일한 공극을 갖는 양극산화 알루미나층을 형성하는 단계;
    CNT가 분산되어 있는 도금액을 준비하는 단계;
    양극산화된 상기 알루미늄 기판에 대해 상기 도금액으로 CNT-금속 복합 도금을 실시하여 상기 공극 내에 CNT-금속 필라를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 공극 내에 형성된 CNT-금속 필라의 상부는 상기 양극산화 알루미나층 표면으로부터 돌출되고,
    상기 공극의 평균 깊이는 2 내지 5 ㎛ 이고, 상기 공극의 평균 직경은 100 내지 400 nm 인 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 CNT-금속 복합 도금은 CNT-니켈 복합 도금이며, 상기 CNT-금속 필라는 CNT-니켈 필라인 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공극은 상기 양극산화 알루미나층을 관통하며, 상기 CNT-금속 필라의 바닥은 상기 알루미늄 기판과 접하는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도금액을 준비하는 단계에서, 상기 도금액에는 양이온성 분산제가 첨가되는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 양이온성 분산제는 벤젠 코니움 클로라이드, 소디움 도데실벤젠 술포네이트 및 트리톤-X 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 분산제는 상기 도금액 내에 있는 상기 CNT 양의 100 내지 200wt%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 알루미늄 기판을 양극산화하여 상기 알루미늄 기판 상에 다수의 균일한 공극을 갖는 양극산화 알루미나층을 형성하는 단계;
    CNT가 분산되어 있는 도금액을 준비하는 단계;
    양극산화된 상기 알루미늄 기판에 대해 상기 도금액으로 CNT-금속 복합 도금을 실시하여 상기 공극 내에 CNT-금속 필라를 형성하는 단계; 및
    상기 양극산화 알루미나층을 식각하여 제거하여 상기 CNT-금속 필라를 노출시키는 단계를 포함하고,
    상기 공극의 평균 깊이는 1 내지 2.5 ㎛ 이고, 상기 공극의 평균 직경은 200 내지 600 nm 인 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 CNT-금속 복합 도금은 CNT-니켈 복합 도금이며, 상기 CNT-금속 필라는 CNT-니켈 필라인 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 공극 내에 형성된 상기 CNT-금속 필라의 상부면은 상기 양극산화 알루미나층 표면 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
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