KR20060032402A - 카본나노튜브 에미터 및 그 제조방법과 이를 응용한전계방출소자 및 그 제조방법 - Google Patents

카본나노튜브 에미터 및 그 제조방법과 이를 응용한전계방출소자 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20060032402A
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Abstract

카본나노튜브 에미터 및 그 제조방법과 이를 응용한 전계방출소자 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 카본나노튜브 에미터는 기판에 나란한 방향으로 기판에 고착되는 다수의 제1 카본나노튜브; 및 제1 카본나노튜브의 표면에 형성되는 다수의 제2 카본나노튜브;를 구비한다.

Description

카본나노튜브 에미터 및 그 제조방법과 이를 응용한 전계방출소자 및 그 제조방법{Carbon nanotube emitter and manufacturing method thereof and field emission device and manufacturing method thereof}
도 1a 및 도 1b는 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)에 의해 기판 상에 성장된 카본나노튜브들을 보여주는 SEM 이미지이다.
도 2a 및 도 2b는 열 화학기상증착법(Thermal CVD)에 의해 기판 상에 성장된 카본나노튜브들을 보여주는 SEM 이미지이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 카본나노튜브 에미터의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 플라즈마 화학기상증착법에 의해 성장된 제1 카본나노튜브의 측면에 나노 촉매입자들이 존재하는 것을 보여주는 TEM 이미지이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 방법에 따라 성장된 제2 카본나노튜브들의 TEM 이미지들이다.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 실시예에 따른 전계방출소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 카본나노튜브 에미터가 적용된 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100,200... 제1 기판 110,210,310... 제1 카본나노튜브
115,215,315... 나노 촉매입자 120,220... 분산용액
130,230... 제2 기판 150,250,350... 제2 카본나노튜브
232,332... 캐소드전극 234,334... 절연층
236,336... 게이트전극 240,340... 에미터홀
330... 하부기판 360... 상부기판
362... 애노드전극 364... 형광체층
본 발명은 카본나노튜브 에미터 및 그 제조방법, 그리고 이를 응용한 전계방출소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
카본나노튜브의 독특한 구조적, 전기적 특성이 알려진 이래로 카본나노튜브를 전계방출소자(field emission device; FED)나 트랜지스터 이차전지 등과 같은 소자에 응용하기 위한 많은 연구가 진행되어 왔다. 특히, 전계방출소자의 에미터로서의 카본나노튜브는 낮은 구동전압과 높은 휘도, 가격 경쟁력 등 많은 장점을 가지고 있다. 이러한 카본나노튜브 에미터를 제조하는 방법으로는 카본나노튜브 파우더를 이용한 스크린 프린팅(screen printing)법과 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)을 이용하는 방법이 있다. 그 중 화학기상증착법을 이용한 카보나 노튜브 성장법은 고해상도의 디스플레이장치의 제작이 가능하고 기판에 카본나노튜브들을 직접 성장시키기 때문에 프로세스가 간단한 장점을 가지고 있어 이를 이용한 활발한 연구가 진행 중이다. 이러한 화학기상증착법에는 플라즈마 화학기상증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD)과 열 화학기상증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition; Thermal CVD)이 대표적이다.
보다 우수한 전계방출소자의 제조를 위해서는 에미터로 사용되는 카본나노튜브가 보다 낮은 구동전압과 높은 전자방출 전류을 가지며 넓은 면적에서 균일한 전자방출 특성을 보여야 한다. 카본나노튜브가 낮은 구동전압과 높은 전자방출 전류를 가지려면 보다 가는 직경과 함께 적정한 밀도를 가져야만 한다. 카본나노튜브의 직경은 튜브 상에 존재하는 촉매 금속의 크기에 의해 결정되므로 가는 직경의 카본나노튜브를 합성하기 위해서는 보다 작은 크기의 촉매 입자를 형성, 제어해야만 한다. 또한, 카본나노튜브의 밀도를 조절하기 위해서는 성장된 카본나노튜브의 일 방향성이 필수적이고, 넓은 면적에서 균일한 전자방출 특성을 얻기 위해서는 성장시스템의 균일한 온도분포가 반드시 필요하다.
본 발명은 낮은 구동전압과 높은 전자방출 전류를 가지면서도 균일한 전자방출 특성을 보이는 카본나노튜브 에미터 및 그 제조방법과, 이를 응용한 전계방출소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 실시예에 따른 카본나노튜브 에미터는,
기판에 나란한 방향으로 상기 기판에 고착되는 다수의 제1 카본나노튜브; 및
상기 제1 카본나노튜브의 표면에 형성되는 다수의 제2 카본나노튜브;를 구비한다.
여기서, 상기 제1 카본나노튜브의 표면에는 다수의 나노 촉매입자가 존재하며, 상기 제2 카본나노튜브들은 상기 나노 촉매입자들로부터 성장되어 형성된다.
상기 나노 촉매입자들은 니켈(Ni) 또는 Invar합금으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 제1 카본나노튜브들은 30 ~ 100㎚의 직경을 가지며, 상기 제2 카본나노튜브들은 1 ~ 10㎚의 직경을 가지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 카본나노튜브 에미터의 제조방법은,
촉매물질층이 형성된 제1 기판 상에 다수의 제1 카본나노튜브를 성장시키는 단계;
상기 제1 카본나노튜브들을 상기 제1 기판으로부터 분리하여 분산용액에 넣는 단계;
상기 분산용액을 제2 기판에 도포하고, 이를 소정온도에서 베이킹(baking)하여 상기 제1 카본나노튜브들을 상기 제2 기판에 나란한 방향으로 상기 제2 기판에 고착시키는 단계; 및
상기 제1 카본나노튜브의 표면에 존재하는 다수의 나노 촉매입자로부터 다수의 제2 카본나노튜브를 성장시키는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 촉매물질층은 니켈(Ni) 또는 Invar합금으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 카본나노튜브들은 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)에 의하여 상기 제1 기판 상에 수직으로 성장되는 것이 바람직하다.
상기 제1 카본나노튜브들은 초음파에 의하여 상기 제1 기판으로부터 분리될 수 있으며, 상기 분산용액은 IPA(isopropyl alcohol) 또는 탈이온수(deionized water)가 될 수 있다. 그리고, 상기 분산용액에는 대전제(charging agent)가 포함될 수 있다.
상기 분산용액은 전기영동법 또는 스핀코팅법에 의하여 도포될 수 있으며, 도포된 상기 분산용액은 70 ~ 100℃에서 베이킹될 수 있다.
상기 제2 카본나노튜브들은 열 화학기상증착법(Thermal CVD)에 의하여 성장되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 전계방출소자는,
기판;
상기 기판 상에 형성되는 캐소드전극;
상기 기판 상에 상기 캐소드전극을 덮도록 형성되며 상기 캐소드전극의 일부를 노출시키는 에미터홀을 가지는 절연층;
상기 절연층 상에 형성되는 게이트전극; 및
상기 에미터홀을 통하여 노출된 상기 캐소드전극 상에 형성되는 것으로, 상기 캐소드전극에 나란한 방향으로 상기 캐소드전극에 고착되는 적어도 하나의 제1 카본나노튜브와 상기 제1 카본나노튜브의 표면에 형성되는 다수의 제2 카본나노튜브를 포함하는 카본나노튜브 에미터;를 구비한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전계방출소자의 제조방법은,
촉매물질층이 형성된 제1 기판 상에 다수의 제1 카본나노튜브를 성장시키는 단계;
상기 제1 카본나노튜브들을 상기 제1 기판으로부터 분리하여 분산용액에 넣는 단계;
제2 기판 상에 캐소드전극, 절연층 및 게이트전극을 순차적으로 형성하고, 상기 캐소드전극의 일부를 노출시키는 에미터홀을 형성하는 단계;
상기 게이트전극의 상면 및 상기 에미터홀의 내벽을 덮도록 포토레지스트를 도포하고, 이를 패터닝하여 상기 에미터홀 하부의 상기 캐소드전극을 노출시키는 단계;
상기 포토레지스트 및 노출된 상기 캐소드전극 위에 상기 분산용액을 도포하고, 이를 소정온도에서 베이킹(baking)하는 단계;
노출된 상기 캐소드전극 위에만 상기 제1 카본나노튜브들이 남도록 상기 포토레지스트를 제거하는 단계; 및
상기 제1 카본나노튜브의 표면에 존재하는 다수의 나노 촉매입자로부터 다수의 제2 카본나노튜브를 성장시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치는,
서로 일정간격 이격되게 배치되는 하부기판과 상부기판;
상기 하부기판 상에 형성되는 캐소드전극;
상기 하부기판 상에 상기 캐소드전극을 덮도록 형성되며 상기 캐소드전극의 일부를 노출시키는 에미터홀을 가지는 절연층;
상기 절연층 상에 형성되는 게이트전극;
상기 에미터홀을 통하여 노출된 상기 캐소드전극 상에 형성되는 것으로, 상기 캐소드전극에 나란한 방향으로 상기 캐소드전극에 고착되는 적어도 하나의 제1 카본나노튜브와 상기 제1 카본나노튜브의 표면에 형성되는 다수의 제2 카본나노튜브를 포함하는 카본나노튜브 에미터;
상기 상부기판의 하면에 형성되는 애노드전극; 및
상기 애노드전극의 하면에 형성되는 형광체층;을 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 먼저 카본나노튜브의 성장에 이용되는 플라즈마 화학기상증착법(PECVD) 및 화학기상증착법(CVD)에 의한 카본나노튜브의 성장에 대하여 살펴본다.
<< 실험예 1 >>
도 1a 및 도 1b는 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)에 의해 기판 상에 성장된 카본나노튜브들을 보여주는 SEM 이미지이다.
도 1a는 유리 기판 상에 패터닝되지 않은 촉매금속층 위에 30분간 성장한 카본나노튜브를 보여준다. 도 1a에 도시된 카본나노튜브는 기판에 수직방향으로 성장되었으며, 길이는 약 5㎛, 직경은 약 50 ~ 80㎚ 정도였다. 도 1b는 포토리소그래피 공정을 이용하여 촉매금속층을 직경 10㎛의 원반형으로 패터닝한 후 플라즈마 화학 기상증착법(PECVD)을 이용하여 20분간 성장한 카본나노튜브를 보여준다. 도 1b를 참조하면 카본나노튜브는 원형의 촉매금속층 패턴 상에서만 선택적으로 성장되었음을 알 수 있다. 성장된 카본나노튜브는 약 3㎛의 길이와 약 50 ~ 80㎚의 직경 분포를 보였다.
이와 같이 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)을 이용한 카본나노튜브 성장법은 카본나노튜브를 기판에 수직한 방향으로 성장시킬 수 있고 다른 성장법보다 상대적으로 낮은 온도에서 합성이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 카본나노튜브의 수직 성장은 플라즈마 화학기상증착법(PECVD) 시스템에서의 애노드 전극와 캐소드 전극사이에 인가되는 전계의 방향에 의존하며 따라서 전계의 방향에 따라 카본나노튜브의 성장방향의 조절이 가능하다. 또한 카본나노튜브의 성장 방향이 일정하므로 밀도 조절이 용이하며 전계에 의한 전자 방출이 용이한 장점을 가진다. 하지만 균일한 카본나노튜브의 성장이 어려운 단점이 있으며, 저온에서 성장한 카본나노튜브는 직경이 비교적 크기 때문에 전계방출 특성이 좋지 않은 단점이 있다.
<< 실험예 2 >>
도 2a 및 도 2b는 열 화학기상증착법(Thermal CVD)에 의해 기판 상에 성장된 카본나노튜브들을 보여주는 SEM 이미지이다.
평면기판(도 2a)과 패터닝된 기판(도 2b) 상에 성장된 카본나노튜브는 랜덤한 방향으로 성장되었으며, 카본나노튜브들이 서로 엉켜있는 형태를 보여준다. 성장된 카본나노튜브의 직격은 약 40 ~ 50㎚ 정도로 플라즈마 화학기상증착법(PECVD) 에 의하여 성장된 것보다 더 가늘며 성장길이는 약 4㎛이다.
이러한 열 화학기상증착법(Thermal CVD)은 시편 전체의 온도가 일정하여 카본나노튜브의 성장 균일도가 매우 우수하고, 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)에 비해 작은 직경을 가지는 카본나노튜브를 성장시킬 수 있으므로 전자방출 개시전압(turn on voltage)이 낮은 카본나노튜브를 형성할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 열 화학기상증착법(Thermal CVD)은 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)과는 달리 카본나노튜브 성장시 기판에 전계가 걸리지 않기 때문에 카본나노튜브의 성장 방향이 일정하지 않고 가스분해가 열에너지에 의해 이루어져 다른 성장법에 비해 성장 온도가 높은 단점이 있다.
<< 실시예 1 >>
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 카본나노튜브 에미터의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3a를 참조하면, 제1 기판(100) 상에 촉매물질층(미도시)을 증착하고, 그 위에 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)에 의하여 다수의 제1 카본나노튜브(110)를 수직으로 성장시킨다. 이렇게 성장된 제1 카본나노튜브들(110)은 대략 30 ~ 100nm의 직경을 가질 수 있다. 여기서, 상기 제1 기판(100)으로는 유리기판 또는 실리콘 웨이퍼가 사용될 수 있다. 그리고, 제1 카본나노튜브(110) 성장을 위한 촉매물질층은 Ni 또는 Invar 합금으로 이루어질 수 있다. 상기 Invar 합금은 Fe 52mol%, Ni42mol%, Co 6mol%의 조성으로 이루어진다.
한편, 이러한 제1 카본나노튜브(110) 성장 시에 사용된 촉매물질층은 제1 카본나노튜브(110)의 탄소층과 촉매물질층 간의 스트레인(strain)에 의해 잘게 부수어지고, 이것이 성장된 제1 카본나노튜브(100)의 표면에 입자형태로 고착된다. 따라서, 본 발명에 사용된 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)을 통해 성장한 제1 카본나노튜브(110)의 표면에서는 다수의 나노 촉매입자(115)가 서로 응집되지 않고 고르게 존재하게 된다. 여기서, 상기 나노 촉매입자들(115)은 대략 1 ~ 10nm의 크기를 가질 수 있다. 도 4는 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)에 의하여 성장된 제1 카본나노튜브의 표면에 나노 촉매입자들(화살표)가 존재하는 것을 보여주는 TEM 이미지이다.
도 3b를 참조하면, 상기 제1 카본나노튜브들(110)을 제1 기판(100)으로부터 분리하여 분산용액(120)에 넣어 고르게 분산시킨다. 여기서, 상기 제1 카본나노튜브들(110)은 초음파를 이용함으로써 분리될 수 있다. 그리고, 상기 분산용액(120)으로는 이소프로필알코올(isopropyl alcohol; IPA) 또는 탈이온수(deionized water; DI water)가 사용될 수 있다. 한편, 상기 분산용액(120)에는 상기 제1 카본나노튜브들(110)이 제2 기판(도 3c의 130)에 잘 부착될 수 있도록 MgNO3와 같은 대전제(charging agent)가 첨가될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 제1 카본나노튜브들(110)이 고르게 분포된 분산용액(120)을 제2 기판(130) 상에 도포하게 되면, 상기 제1 카본나노튜브들(110)은 제2 기판(130)에 나란한 방향으로 고르게 배열된다. 이때, 상기 분산용액(120)은 전기영동 법 또는 스핀코팅(spin coating)법에 의하여 도포될 수 있다. 다음으로, 도포된 분산용액(120)을 대략 70 ~ 100℃의 온도에서 베이킹(baking)하게 되면, 상기 제1 카본나노튜브들(110)은 그 측면이 제2 기판(130)에 고착된다.
도 3d을 참조하면, 열 화학기상증착법(Thermal CVD)에 의하여 제2 기판(130)에 고착된 제1 카본나노튜브들(110) 각각의 표면에 미세한 직경을 가지는 다수의 제2 카본나노튜브(150)를 성장시킨다. 이 과정에서, 상기 제2 카본나노튜브들(150)은 상기 제1 카본나노튜브(110)의 표면에 존재하는 나노 촉매입자들(115)로부터 랜덤한 방향으로 성장하게 되며, 그 직경은 대략 1 ~ 10nm 정도가 될 수 있다. 도 5a 내지 도 5d는 열 화학기상증착법(Thermal CVD)에 의하여 제1 카본나노튜브의 표면으로부터 성장한 제2 카본나노튜브들의 TEM 이미지이다. 도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 제2 카본나노튜브들은 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)에 의해 성장한 제1 카본나노튜브의 표면에 존재하는 나노 촉매입자들로부터 성장하였음을 알 수 있다. 또한, 제2 카본나노튜브들은 그 직경이 제1 카본나노튜브의 표면에 존재하는 나노 촉매입자들의 크기와 같으며 랜덤한 방향으로 성장하였음을 알 수 있다.
<< 실시예 2 >>
이하에서는 전술한 실시예에서의 카본나노튜브 에미터의 제조방법을 응용하여 전계방출소자를 제조하는 방법을 설명하기로 한다.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 실시예에 따른 전계방출소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6a를 참조하면, 촉매물질층이 형성된 제1 기판(200) 상에 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)에 의하여 다수의 제1 카본나노튜브(210)를 수직으로 성장시킨다. 이렇게 성장된 제1 카본나노튜브들(210)은 대략 30 ~ 100nm의 직경을 가질 수 있다. 그리고, 성장된 상기 제1 카본나노튜브(210)의 표면에는 전술한 바와 같이 Ni 또는 Invar 합금 등으로 이루어진 대략 1 ~ 10nm 크기의 나노 촉매입자들(215)이 존재하게 된다.
도 6b를 참조하면, 상기 제1 카본나노튜브들(210)을 초음파 등을 이용하여 제1 기판(200)으로부터 분리한 다음, 이소프로필알코올(isopropyl alcohol; IPA) 또는 탈이온수(deionized water; DI water) 등과 같은 분산용액(220)에 넣어 고르게 분산시킨다.
도 6c를 참조하면, 제2 기판(230) 상에 캐소드전극(232), 절연층(234) 및 게이트전극(236)을 순차적으로 형성한 다음, 상기 절연층(234)에 캐소드전극(232)의 일부를 노출시키는 에미터홀(240)을 형성한다. 여기서, 상기 제2 기판(230)으로는 일반적으로 유리기판이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 캐소드전극(232)은 도전성이 있는 투명한 물질인 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어질 수 있으며, 상기 게이트전극(236)은 도전성이 있는 금속, 예컨대 크롬(Cr) 등으로 이루어질 수 있다. 구체적으로는, 기판(230) 상에 ITO로 이루어진 캐소드 전극층을 소정 두께로 증착한 뒤, 이를 소정 형상, 예컨대 스트라이프 형상으로 패터닝하면 캐소드전극(232)이 형성된다. 다음으로, 캐소드전극(232) 및 제2 기판(230)의 전 표면에 절연층(234)을 소정 두께로 형성한다. 이어서, 상기 절연층(234) 상에 게이트 전극층을 형성한다. 상기 게이트 전극층은 도전성이 있는 금속을 스퍼터링(sputtering) 등의 방법에 의해 소정 두께로 증착함으로써 형성되며, 이 게이트 전극층을 소정 형상으로 패터닝하면 게이트 전극(236)이 형성된다. 다음으로, 상기 게이트전극(236)을 통해 노출된 절연층(234)을 식각하여 캐소드전극(232)의 일부를 노출시키는 에미터홀(240)을 형성한다.
그리고, 상기 게이트전극(236)의 상면 및 에미터홀(240)의 내벽을 덮도록 포토레지스트(238)를 소정 두께로 도포한 다음, 이를 패터닝하여 에미터홀(240)의 하부에 위치한 캐소드전극(232)을 노출시킨다.
도 6d를 참조하면, 도 6c에 도시된 결과물 전면에 제1 카본나노튜브들(210)이 고르게 분포된 분산용액(220)을 도포한다. 이때, 상기 분산용액(220)은 전기영동법 또는 스핀코팅(spin coating)법에 의하여 도포될 수 있다. 다음으로, 도포된 분산용액(220)을 대략 70 ~ 100℃의 온도에서 베이킹(baking)하게 되면, 상기 제1 카본나노튜브들(210)은 그 측면이 포토레지스트(238)와 노출된 캐소드전극(232)에 고착된다.
도 6e를 참조하면, 상기 포토레지스트(230)를 아세톤 등을 이용하여 제거하게 되면 노출된 캐소드전극(232)에 고착된 적어도 하나의 제1 카본나노튜브(210)만이 남게 된다.
도 6f를 참조하면, 열 화학기상증착법(Thermal CVD)에 의하여 캐소드전극(232)에 고착된 제1 카본나노튜브(210)의 표면에 미세한 직경을 가지는 다수의 제2 카본나노튜브(250)를 성장시킨다. 이 과정에서, 상기 제2 카본나노튜브들(250)은 상기 제1 카본나노튜브(210)의 표면에 존재하는 나노 촉매입자들(215)로부터 랜덤한 방향으로 성장하게 되며, 그 직경은 대략 1 ~ 10nm 정도가 될 수 있다.
<< 응용예 >>
도 7은 전술한 전계방출소자가 적용된 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
도 7을 참조하면, 하부기판(330)과 상부기판(360)이 서로 일정간격으로 이격되게 배치되어 있다. 상기 하부기판(330) 상에는 캐소드전극(332)이 형성되어 있으며, 그 위에는 캐소드전극(332)의 일부를 노출시키는 에미터홀(340)을 가지는 절연층(334)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 절연층(334) 상에는 게이트전극(336)이 형성되어 있다. 상기 에미터홀(340)을 통하여 노출된 캐소드전극(332) 상에는 카본나노튜브 에미터가 형성되어 있다. 여기서, 상기 카본나노튜브 에미터는 캐소드전극(332)에 나란한 방향으로 캐소드전극(332)에 고착된 적어도 하나의 제1 카본나노튜브(310)와 상기 제1 카본나노튜브(310)의 표면에 형성되는 다수의 제2 카본나노튜브(350)로 이루어진다. 여기서, 상기 제1 카본나노튜브(310)의 표면에는 다수의 나노 촉매입자(315)가 존재하며, 상기 제2 카본나노튜브들(350)은 열 화학기상증착법(Thermal CVD)에 의하여 상기 나노 촉매입자들(315)로부터 성장되어 형성된 것이다. 한편, 상기 상부기판(360)의 하면에는 상기 캐소드전극(332)에 대응하는 애노드전극(362)이 형성되어 있으며, 상기 애노드전극(362)의 하면에는 형광체층(364)이 형성되어 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 도시되고 설명된 구조와 공정 순서에 국한되지 않은다는 점이 이해되어야 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 제1 카본나노튜브의 표면에 나노 크기의 직경을 가지는 다수의 제2 카본나노튜브들이 형성됨으로써 낮은 전자방출전압을 얻을 수 있다.
둘째, 제1 카본나노튜브의 표면에 제2 카본나노튜브들이 균일하게 분포됨으로써 균일한 전자방출특성을 얻을 수 있다.
셋째, 제1 카본나노튜브의 농도 조절을 통해 에미터 밀도의 제어가 가능하다.
넷째, 분산용액을 이용함으로써 대면적의 소자에 적용이 용이하다.

Claims (34)

  1. 기판에 나란한 방향으로 상기 기판에 고착되는 다수의 제1 카본나노튜브; 및
    상기 제1 카본나노튜브의 표면에 형성되는 다수의 제2 카본나노튜브;를 구비하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 에미터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 카본나노튜브의 표면에는 다수의 나노 촉매입자가 존재하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 에미터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 카본나노튜브들은 상기 나노 촉매입자들로부터 성장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 에미터.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 나노 촉매입자들은 니켈(Ni) 또는 Invar합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 에미터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 카본나노튜브들은 30 ~ 100㎚의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 에미터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 카본나노튜브들은 1 ~ 10㎚의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 에미터.
  7. 촉매물질층이 형성된 제1 기판 상에 다수의 제1 카본나노튜브를 성장시키는 단계;
    상기 제1 카본나노튜브들을 상기 제1 기판으로부터 분리하여 분산용액에 넣는 단계;
    상기 분산용액을 제2 기판에 도포하고, 이를 소정온도에서 베이킹(baking)하여 상기 제1 카본나노튜브들을 상기 제2 기판에 나란한 방향으로 상기 제2 기판에 고착시키는 단계; 및
    상기 제1 카본나노튜브의 표면에 존재하는 다수의 나노 촉매입자로부터 다수의 제2 카본나노튜브를 성장시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 에미터의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 촉매물질층은 니켈(Ni) 또는 Invar합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 에미터의 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 카본나노튜브들은 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)에 의하여 상기 제1 기판 상에 수직으로 성장되는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 에미터의 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 카본나노튜브들은 초음파에 의하여 상기 제1 기판으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 에미터의 제조방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 분산용액은 IPA(isopropyl alcohol) 또는 탈이온수(deionized water)인 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 에미터의 제조방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 분산용액에는 대전제(charging agent)가 포함되는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 에미터의 제조방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 분산용액은 전기영동법 또는 스핀코팅법에 의하여 도포되는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 에미터의 제조방법.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 분산용액은 70 ~ 100℃에서 베이킹되는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 에미터의 제조방법.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 카본나노튜브들은 열 화학기상증착법(Thermal CVD)에 의하여 성장되는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 에미터의 제조방법.
  16. 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 캐소드전극;
    상기 기판 상에 상기 캐소드전극을 덮도록 형성되며 상기 캐소드전극의 일부를 노출시키는 에미터홀을 가지는 절연층;
    상기 절연층 상에 형성되는 게이트전극; 및
    상기 에미터홀을 통하여 노출된 상기 캐소드전극 상에 형성되는 것으로, 상기 캐소드전극에 나란한 방향으로 상기 캐소드전극에 고착되는 다수의 제1 카본나노튜브와 상기 제1 카본나노튜브의 표면에 형성되는 다수의 제2 카본나노튜브를 포함하는 카본나노튜브 에미터;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 카본나노튜브의 표면에는 다수의 나노 촉매입자가 존재하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제2 카본나노튜브들은 상기 나노 촉매입자들로부터 성장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 나노 촉매입자들은 니켈(Ni) 또는 Invar합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 카본나노튜브들은 30 ~ 100㎚의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 제2 카본나노튜브들은 1 ~ 10㎚의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  22. 촉매물질층이 형성된 제1 기판 상에 다수의 제1 카본나노튜브를 성장시키는 단계;
    상기 제1 카본나노튜브들을 상기 제1 기판으로부터 분리하여 분산용액에 넣는 단계;
    제2 기판 상에 캐소드전극, 절연층 및 게이트전극을 순차적으로 형성하고, 상기 캐소드전극의 일부를 노출시키는 에미터홀을 형성하는 단계;
    상기 게이트전극의 상면 및 상기 에미터홀의 내벽을 덮도록 포토레지스트를 도포하고, 이를 패터닝하여 상기 에미터홀 하부의 상기 캐소드전극을 노출시키는 단계;
    상기 포토레지스트 및 노출된 상기 캐소드전극 위에 상기 분산용액을 도포하고, 이를 소정온도에서 베이킹(baking)하는 단계;
    노출된 상기 캐소드전극 위에만 상기 제1 카본나노튜브들이 남도록 상기 포토레지스트를 제거하는 단계; 및
    상기 제1 카본나노튜브의 표면에 존재하는 다수의 나노 촉매입자로부터 다수의 제2 카본나노튜브를 성장시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 촉매물질층은 니켈(Ni) 또는 Invar합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 제1 카본나노튜브들은 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)에 의하여 상기 제1 기판 상에 수직으로 성장되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 제1 카본나노튜브들은 초음파에 의하여 상기 제1 기판으로부터 분리되 는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 분산용액은 IPA(isopropyl alcohol) 또는 탈이온수(deionized water)인 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  27. 제 22 항에 있어서,
    상기 분산용액에는 대전제(charging agent)가 포함되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  28. 제 22 항에 있어서,
    상기 분산용액은 전기영동법 또는 스핀코팅법에 의하여 도포되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  29. 제 22 항에 있어서,
    상기 분산용액은 70 ~ 100℃에서 베이킹되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  30. 제 22 항에 있어서,
    상기 포토레지스트는 아세톤에 의하여 제거되는 것을 특징으로 하는 전계방 출소자의 제조방법.
  31. 제 22 항에 있어서,
    상기 제2 카본나노튜브들은 열 화학기상증착법(Thermal CVD)에 의하여 성장되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  32. 서로 일정간격 이격되게 배치되는 하부기판과 상부기판;
    상기 하부기판 상에 형성되는 캐소드전극;
    상기 하부기판 상에 상기 캐소드전극을 덮도록 형성되며 상기 캐소드전극의 일부를 노출시키는 에미터홀을 가지는 절연층;
    상기 절연층 상에 형성되는 게이트전극;
    상기 에미터홀을 통하여 노출된 상기 캐소드전극 상에 형성되는 것으로, 상기 캐소드전극에 나란한 방향으로 상기 캐소드전극에 고착되는 다수의 제1 카본나노튜브와 상기 제1 카본나노튜브의 표면에 형성되는 다수의 제2 카본나노튜브를 포함하는 카본나노튜브 에미터;
    상기 상부기판의 하면에 형성되는 애노드전극; 및
    상기 애노드전극의 하면에 형성되는 형광체층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 제1 카본나노튜브의 표면에는 다수의 나노 촉매입자가 존재하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 제2 카본나노튜브들은 상기 나노 촉매입자들로부터 성장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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