KR100638668B1

KR100638668B1 - 전계방출 에미터 어레이 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100638668B1
Application number: KR1020050001834A
Authority: KR
Inventors: 이상문; 강형동; 이지운
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2006-10-30
Also published as: JP4214145B2; KR20060081494A; US20060151774A1; JP2006190652A

Abstract

높은 전계방출 효율을 구현할 수 있는 전계방출 에미터 어레이가 제공된다. 본 발명에 따른 전계방출 에미터 어레이는, 니켈 기판과, 상기 니켈 기판과 일체로 연결되어 상기 니켈 기판으로부터 수직 방향으로 연장된 다수의 나노필라들을 포함한다. 상기 나노필라 각각은, 상기 니켈 기판과 일체를 이루며 수직 방향으로 연장되고 니켈로 된 나노필라 본체부와, 상기 나노필라 본체부 상에 형성되고 CNT-나노필라 복합 물질로 된 나노필라 상단부를 포함한다. 상기 나노필라 상단부의 상면에서는 하나 이상의 CNT가 외부로 돌출되어 있다.

전계방출 에미터, 탄소나노튜브

Description

전계방출 에미터 어레이 및 그 제조 방법{Field Emitter Array and Method For Manufacturing the Same}

도 1a 내지 도 1d는 종래의 전계방출 에미터 어레이 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전계방출 에미터 어레이의 단면도이다.

도 3 내지 도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 9는 양이온 분산제와 결합된 탄소나토튜브를 개략적으로 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

101: 알루미늄 기판 102: 양극산화 알루미나층

103: 공극 30: 탄소나노튜브

40: 양이온 분산제 104: CNT-니켈 복합 물질

105: 니켈 기판 106: 니켈층

107: 나노필라 본체부 110: 나노필라

본 발명은 전계방출 에미터 어레이(field emitter array) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다공성 양극산화 알루미나층을 이용하여 전계방출 에미터 어레이를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조되는 전계방출 에미터 어레이에 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. 또한, 이 방법에 따르면, CNT 에미터의 분포가 불균일하여 전계방출 효율이 낮고, 에미터의 부착 강도도 낮아 수명이 비교적 짧다.

CNT 에미터 어레이를 제조하기 위한 다른 방안으로서, 화학기상증착법(chemical vapor desposition, CVD)을 이용하여 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 SiO₂등으로 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, 상기 유전체층 패턴(15a)을 증착 마스크로 하여 코발트(Co) 등으로 된 금속 촉매 시드층(19)을 스퍼터링법에 의해 금속층(13) 상에 증착한다. 다음으로, 도 1d에 도시된 바와 같이, CVD를 이용하여 금속 촉매 시드층(19) 상에 CNT(20)를 형성한다. 이에 따라, CNT(20)로 된 에미터들을 구비하는 전계방출 에미 터 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 CVD법으로는, CNT 에미터의 분포 밀도를 제어하기가 어렵고, 양산성이 좋지 않으며, CNT 에미터의 부착 강도가 낮다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전계방출 효율을 향상시킬 수 있고, CNT 에미터의 분포 밀도를 용이하게 제어할 수 있으며, CNT 에미터의 높은 균일도와 부착 강도를 구현할 수 있는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법, 및 이에 따라 제조되는 전계방출 에미터 어레이를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 전계방출 에미터 어레이는,니켈 기판과; 상기 니켈 기판과 일체로 연결되어 상기 니켈 기판으로부터 수직 방향으로 연장된 다수의 나노필라들을 포함한다. 상기 나노필라 각각은, 상기 니켈 기판과 일체를 이루며 수직 방향으로 연장되고 니켈로 된 나노필라 본체부와, 상기 나노필라 본체부 상에 형성되고 CNT-나노필라 복합 물질로 된 나노필라 상단부를 포함한다. 상기 나노필라 상단부의 상면에서는 하나 이상의 CNT가 외부로 돌출되어 있다. 외부로 돌출된 상기 CNT는 에미터 역할을 하게 된다. 바람직하게는, 상기 나노필라 상단부의 상면에서만 CNT가 외부로 돌출되어 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 나노필라는 나노필라 상단부와 상기 나노필라 본체부로 구성된다. 니켈로 된 상기 나노필라의 본체부는, 상기 니켈 기판과 일체를 이루며 연결되어 있다. 따라서, 상기 나노필라와 상기 니켈 기판 간의 접촉 저항의 문제가 발생하지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 나노필라의 전체 길이는 약 2 내지 5 ㎛ 이고, 상기 나노필라의 직경은 약 100 내지 400 nm 이다. 또한, CNT-니켈 복합 물질로 이루어진 상기 나노필라 상단부는, 약 0.1 내지 0.2 ㎛ 정도의 길이를 가질 수 있다. 상기 니켈 기판은 약 50 내지 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.

본 발명의 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법에 따르면, 다수의 균일한 공극을 갖는 양극산화 알루미나층이 형성되어 있는 알루미늄 기판을 준비하는 단계와; 상기 알루미늄 기판에 대해, CNT가 분산되어 있는 니켈 도금액으로 CNT-니켈 복합 도금을 실시하여, CNT-니켈 복합 물질로 상기 공극을 일부 깊이만큼 매립하는 단계와; 상기 공극을 완전히 매립하면서 상기 양극산화 알루미나층의 상면 위로 일정 두께를 갖도록 상기 양극산화 알루미나층 상에 니켈층을 형성하는 단계와; 상기 알루미늄 기판 및 상기 양극산화 알루미나층을 제거하여, 상면에 CNT가 돌출되어 있는 다수의 나노필라를 얻는 단계를 포함한다. 상기 돌출되어 있는 CNT는 전계방출 소자의 에미터 역할을 한다.

바람직하게는, 상기 CNT가 분산되어 있는 니켈 도금액은 양이온성 분산제를 포함한다. 상기 양이온성 분산제는, 벤젠 코니움 클로라이드(Benzene Konium 며loride; BKC), 소디움 도데실벤젠 술포네이트(Sodium Dodecylbenzen Sulfonate; NaDDBS) 및 트리톤-X(Triton-X)로 이루어진 그룹으로부터 하나 이상 선택될 수 있다. 페닐기를 갖는 이러한 양이온성 분산제는 상기 도금액 내에서 CNT가 응집되지 않도록 한다. 상기 니켈 도금액 내의 상기 분산제의 함량은, 상기 CNT 양의 약 100 내지 200wt%인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 공극을 완전히 매립하는 니켈층을 형성하는 단계는 전기도금에 의해 실시될 수 있다. 상기 니켈층은 상기 CNT-니켈 복합 물질 내의 금속 성분(니켈)과 동일한 물질로 되어 있기 때문에, 상기 니켈층과 상기 CNT-니켈 복합 물질 간의 접촉 저항이 저감되고, 이에 따라 전계방출 효율이 개선된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 다수의 나노필라를 얻는 단계는, 상기 알루미늄 기판을 습식식각하는 단계와, 상기 양극산화 알루미나층을 습식식각하는 단계를 포함한다. 이 경우, 상기 알루미늄 기판을 습식식각할 때, 상기 CNT-금속 복합 물질 내의 금속 물질도 일부 식각하여 CNT가 외부로 돌출되도록 한다. 바람직하게는, 상기 알루미늄 기판을 습식식각하는 단계는 질산 용액을 사용하여 실시한다. 상기 양극산화 알루미나층을 식각하는 단계는 인산 용액을 사용하여 실시할 수 있다. 상기 알루미늄 기판을 질산 용액으로 습식식각할 때, CNT-니켈 복합 물질 내의 니켈도 일부 식각된다. 이에 따라, CNT-니켈 복합 물질 내에 있는 일부 CNT가 외부로 돌출된다.

상기 습식식각에 의해 얻은 상기 나노필라는, 상기 CNT-금속 복합 물질로 이루어진 상단부와 상기 금속층의 일부로 이루어진 본체부로 구성된다. CNT가 상기 나노필라의 상단부에만 있기 때문에, 나노필라의 측면부나 하단부에서는 전계방출이 발생할 염려가 없다. 따라서, 전계방출 효율을 더욱 개선시킬 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 공극의 전체 깊이는 2 내지 5 ㎛ 이고, 상기 공극의 직경은 100 내지 400 nm 이다. 상기 CNT-니켈 복합 물질은 상기 공극 내에 0.1 내지 0.2 ㎛ 정도의 길이로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 니켈층은 상기 양극산화 알루미나층 상에 50 내지 100 ㎛의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 니켈층은, 상기 전계방출 에미터 어레이의 기판 역할을 한다. 따라서, 상기 니켈층은, 상기 나노필라를 견고하게 지지할 수 있도록 충분한 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명은, 균일한 CNT 에미터 분포와 높은 CNT 부착 강도를 구현할 수 있고 전계방출 효율을 향상시킬 수 있는 방안으로 제공한다. 이를 위해, 본 발명에서는, 다공성 양극산화 알루미나층을 이용하여, CNT-니켈 복합 물질로 된 상단부와 니켈로 된 본체부로 구성된 나노필라를 형성한다. 이 나노필라의 상면에는 CNT가 외부로 돌출된다. 이와 같이 외부로 돌출된 CNT는 전계방출 에미터 역할을 하게 된다. 본 발명의 제조 방법에 따르면, 양극산화 알루미나층의 공극 밀도를 조절함으로써, 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 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전계방출 에미터 어레이(100)의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 니켈로 이루어진 기판(105) 상에 다수의 나노필라(110)들이 수직 방향으로 연장되어 배열되어 있다. 이 나노필라(110)는 기판(105)과 일체를 이루며 수직 방향으로 연장된 나노필라 본체부(107)와 이 본체부(107) 위에 형성된 나노필라 상단부(104)로 구성된다. 나노필라 본체부(107)는 니켈 기판(105)과 동일한 물질인 니켈로 형성된 것이며, 나노필라 상단부(104)는 CNT-니켈 복합 물질로 형성된 것이다. 나노필라 상단부(104)를 이루는 CNT-니켈 복합 물질은 니켈 금속 내에 CNT가 묻혀 있는 구조를 이루고 있다. 이러한 CNT-니켈 복합 물질은, 후술하는 바와 같이 CNT-니켈 복합 도금에 의하여 형성될 수 있다. 여기서, CNT-니켈 복합 도금은, CNT가 분산되어 있는 니켈 도금액을 사용하여 실시하는 도금을 말한 다.

도 2에 도시된 바와 같이, CNT-니켈 복합 물질로 된 나노필라 상단부(104)에는 CNT가 외부로 노출되어 있다. 이와 같이 외부로(바람직하게는, 수직 방향으로) 돌출된 CNT는, 전계방출 어레이 동작시 전자를 방출하는 에미터 역할을 한다. 특히, 도 2에 도시된 바와 같이 나노필라 상단부(104)의 상면에서만 CNT가 외부로 돌출되어 있다. 본 실시형태에 따르면, CNT가 상기 나노필라의 상단부(104)에만 있기 때문에, 나노필라(110)의 측면부나 하단부에서는 전계방출이 발생할 염려가 없다.

만약, 나노필라(110)의 측면부나 하단부에서도 CNT가 외부로 돌출되어 있다면, 나노필라(110)의 측면부나 하단부에서도 전계방출이 발생하게 된다. 이와 같이 나노필라(110)의 측면부나 하단부에서도 전계방출이 발생하면, 인접한 나노필라(110)들의 측면부 또는 하단부에서 발생한 전계방출이 서로 간섭되어, 전체적인 전계방출 효율이 저하된다. 따라서, 나노필라(110)의 측면부나 하단부에서는 전계방출이 발생하지 않는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 나노필라(110)의 상단부에만 CNT가 있기 때문에, 전계방출 효율을 더욱 개선시킬 수 있게 된다.

또한, 나노필라의 본체부(107)과 니켈 기판(105)은 동일한 니켈로 형성되어 있으며, 서로 일체로 연결되어 니켈층(106)을 구성한다. 이와 같이, 나노필라 본체부(107)가 기판(105)과 동일한 재료(니켈)로 일체를 이루고 있기 때문에, 나노필라와 기판 간의 접촉 저항의 문제가 발생되지 않는다. 따라서, 종래에 기판과 에미터 간의 접촉 저항으로 인한 전계방출 효율의 저하 문제를 방지할 수 있게 된다. 또한, 전계방출 에미터 역할을 하는 CNT(30)가 니켈 금속에 매립되어 있기 때문에, CNT 에미터의 부착 강도는 매우 높게되고 전계방출 에미터 어레이의 수명이 크게 증가된다.

다음으로, 도 3 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 따른 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법을 설명한다.

먼저, 도 3을 참조하면, 다공성 양극산화 알루미나층(102)이 형성되어 있는 알루미늄 기판(101)을 준비한다. 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. 양극산화 후에는, 필요에 따라 상기 AAO층을 인산용액에 침지하여 에칭함으로써 공극의 직경을 크게 할 수도 있다.

본 실시형태에서, 상기 공극은, 그 전체 깊이가 2 내지 5 ㎛ 정도이고, 평균 직경이 약 100 내지 400 nm 정도가 되도록 형성될 수 있다. 공극의 깊이가 너무 크거나 공극의 직경이 너무 좁으면, 후속 공정에서 공극 내에 CNT-니켈 복합 물질이나 니켈을 매립하기가 어려워진다. 또한, 공극의 깊이가 너무 작거나 공극의 직경이 너무 크면, 후속 공정에서 형성되는 나노필라의 길이가 너무 짧거나 그 폭이 너무 넓어지게 되어 전계방출 효율이 낮아진다.

다음으로, 도 4에 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. 이러한 CNT-니켈 복합 독금을 실시하여, 공극(103) 내에 CNT-니켈 복합 물질을 공극의 일부 깊이 만큼 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. 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 9는 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)를 니켈 도금액에 분산시킨 후에, 응집된 CNT는, 필터를 통해 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 침지한다. 이 알루미늄 기판(101)을 DC 전원(25)에 연결하고 알루이늄 기판(101)에 소정의 전압을 인가하여, CNT-니켈 복합 도금을 실시한다. 이때, 도금 시간을 조절하여 공극(103) 내에 CNT-니켈 복합 물질을 일부 깊이만큼만 매립한다. 이에 따라, 도 5에 도시된 바와 같은 결과물을 얻게된다. 도 5를 참조하면, CNT(30)를 포함하는 CNT-니켈 복합 물질이 공극(103)내에 일부 깊이만큼 매립되어 있다. 본 실시형태에서는, CNT-니켈 복합 물질(104)을 0.1 내지 0.2 ㎛ 정도의 두께(길이)로 형성할 수 있다.

다음으로, 도 6을 참조하면, 상기 CNT-니켈 복합 물질(104)이 형성된 결과물 에 대해 니켈 전기도금을 실시하여, AAO층(102) 상에 니켈층(106)을 형성한다. 이때, 상기 니켈층(106)은, 도 6에 도시된 바와 같이 공극(103)을 완전히 매립하고 상기 AAO층(102)의 상면 위로 일정한 두께를 갖도록 두껍게 형성된다. 예를 들어, 상기 니켈층(106)은 AAO층(102)의 상면 위로 약 50 내지 100 ㎛ 정도의 두께를 갖도록 두껍게 형성될 수 있다. 이 니켈층(106)은 전계방출 에미터 어레이의 기판 역할을 하므로, 충분한 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 알루미늄 기판(101)을 질산 용액으로 습식식각하여 완전히 제거한다. 이때, 질산 용액에 의해 상기 CNT-니켈 복합 물질(104)도 약간 식각되므로, CNT-니켈 복합 물질(104)의 상면에는 CNT(30)가 외부로 노출된다.

다음으로, 도 8에 도시된 바와 같이, AAO층(102)을 인산 용액으로 습식식각하여 완전히 제거하여, 본 실시형태에 따른 전계방출 어레이(100)를 얻는다. 예를 들어, 도 7에 도시된 결과물을 0.5M의 인산 용액에 침지함으로써, AAO층(102)을 완전히 제거할 수 있다. 이와 같이 AAO층(102)을 완전히 제거하면, 니켈층(106)은 완전히 노출된다. 이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 니켈로 이루어진 본체부(107)와 CNT-니켈 복합 물질로 이루어진 상단부(104)를 갖는 나노필라(110)를 얻게 된다. 니켈층(106)은, 기판 역할을 하는 니켈 기판(105)과, 니켈 기판(105)과 일체를 이루며 수직방향으로 연장된 나노필라 본체부(107)로 구분될 수 있다. 나노필라 본체부(107) 상에 위치하는 나노필라 상단부(104)의 상면에는 CNT(30)가 노출된다. 이 노출된 CNT(30)는 전계방출 에미터 어레이의 에미터 역할을 하게 된다.

상기 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법에 따르면, AAO층(102)의 공극(103)의 밀도를 조절함으로써, 나노필라(110)의 분포 밀도를 용이하게 제어할 수 있게 된다. 따라서, 나노필라 상단부(104)에 위치하는 CNT 에미터(30)의 전체적인 분포 밀도를 용이하게 조절할 수 있게 된다.

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, CNT가 나노필라 상단부에만 있기 때문에, 전계방출 효율을 더욱 개선할 수 있다. 또한, 기판과 그 위에 수직으로 연장된 나노필라가 동일한 물질로 일체를 이루고 있기 때문에 접촉 저항으로 인한 전계방출 효율의 저하 현상을 억제할 수 있다.

본 발명의 제조 방법에 따르면, AAO층의 공극의 밀도의 조절에 의해 CNT 에미터의 분포 밀도를 용이하게 조절할 수 있게 된다. 또한, 액상의 도금 공정을 기초로 전계방출 에미터 어레이를 제조하기 때문에, CNT 에미터의 균일도가 향상되며, 대면적의 전계방출 에미터 어레이를 저비용으로 구현할 수 있다. 나아가, CNT 에미터가 니켈 금속 내에 견고하게 묻혀있기 때문에, CNT 에미터의 부착 강도 또한 강화된다. 그 밖에도, 바인더를 사용하지 않고 니켈 금속과 CNT를 기반으로 하여 전계방출 에미터 어레이를 제조하므로, 아웃가싱의 문제가 없고 종래에 비하여 에미터 수명을 크게 증가시킬 수 있다.

Claims

니켈 기판; 및

상기 니켈 기판과 일체로 연결되어 상기 니켈 기판으로부터 수직 방향으로 연장된 다수의 나노필라들을 포함하고,

상기 나노필라 각각은, 상기 니켈 기판과 일체를 이루며 수직 방향으로 연장되고 니켈로 된 나노필라 본체부와, 상기 나노필라 본체부의 위에 형성되고 CNT-니켈 복합 물질로 된 나노필라 상단부를 포함하고,

상기 나노필라의 상면에서는 하나 이상의 CNT가 외부로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이.
제1항에 있어서,

상기 나노필라 상단부의 상면에서만 하나 이상의 CNT가 외부로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이.
제1항에 있어서,

상기 나노필라의 전체 길이는 2 내지 5 ㎛ 이고, 상기 나노필라의 직경은 100 내지 400 nm 인 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이.
제1항에 있어서,

상기 나노필라 상단부의 길이는, 0.1 내지 0.2 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이.
제1항에 있어서,

상기 니켈 기판의 두께는, 50 내지 100 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이.
다수의 균일한 공극을 갖는 양극산화 알루미나층이 형성되어 있는 알루미늄 기판을 준비하는 단계;

상기 알루미늄 기판에 대해, CNT가 분산되어 있는 니켈 도금액으로 CNT-니켈 복합 도금을 실시하여, CNT-니켈 복합 물질로 상기 공극을 일부 깊이만큼 매립하는 단계;

상기 공극을 완전히 매립하면서 상기 양극산화 알루미나층의 상면 위로 일정 두께를 갖도록 상기 양극산화 알루미나층 상에 니켈층을 형성하는 단계;

상기 알루미늄 기판 및 상기 양극산화 알루미나층을 제거하여, 상면에 CNT가 돌출되어 있는 다수의 나노필라를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
제6항에 있어서,

상기 CNT가 분산되어 있는 니켈 도금액은 양이온성 분산제를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
제7항에 있어서,

상기 양이온성 분산제는, 벤젠 코니움 클로라이드, 소디움 도데실벤젠 술포네이트 및 트리톤-X로 이루어진 그룹으로부터 하나 이상 선택된 것임을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
제7항에 있어서,

상기 CNT가 분산되어 있는 니켈 도금액에 포함되어 있는 상기 분산제의 함량은, 상기 CNT 양의 약 100 내지 200wt% 인 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
제6항에 있어서,

상기 공극을 완전히 매립하는 니켈층을 형성하는 단계는 전기도금에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
제6항에 있어서,

상기 다수의 나노필라를 얻는 단계는, 상기 알루미늄 기판을 습식식각하는 단계와, 상기 양극산화 알루미나층을 습식식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 알루미늄 기판을 습식식각할 때, 상기 CNT-금속 복합 물질 내의 금속 물질도 일부 식각하여 하나 이상의 CNT가 외부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 알루미늄 기판을 습식식각하는 단계는, 질산 용액을 사용하여 실시되는 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 양극산화 알루미나층을 습식식각하는 단계는, 인산 용액을 사용하여 실시되는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
제6항에 있어서,

상기 공극의 전체 깊이는 2 내지 5 ㎛ 이고, 상기 공극의 직경은 100 내지 400 nm 인 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
제6항에 있어서,

상기 CNT-니켈 복합 물질은 상기 공극 내에 0.1 내지 0.2 ㎛ 정도의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.
제6항에 있어서,

상기 니켈층은 상기 양극산화 알루미나층 상에 50 내지 100 ㎛의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 어레이의 제조 방법.