KR100656781B1 - 탄소나노튜브와 구리의 복합도금법으로 형성된 전자방출팁의 형성방법 - Google Patents

탄소나노튜브와 구리의 복합도금법으로 형성된 전자방출팁의 형성방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100656781B1
KR100656781B1 KR1020050020370A KR20050020370A KR100656781B1 KR 100656781 B1 KR100656781 B1 KR 100656781B1 KR 1020050020370 A KR1020050020370 A KR 1020050020370A KR 20050020370 A KR20050020370 A KR 20050020370A KR 100656781 B1 KR100656781 B1 KR 100656781B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
copper
electron
plating
carbon nanotubes
substrate
Prior art date
Application number
KR1020050020370A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060098225A (ko
Inventor
성우용
이호영
김용협
이승민
김왈준
연순창
Original Assignee
재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인서울대학교산학협력재단 filed Critical 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority to KR1020050020370A priority Critical patent/KR100656781B1/ko
Priority to PCT/KR2005/002731 priority patent/WO2006095947A1/en
Publication of KR20060098225A publication Critical patent/KR20060098225A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100656781B1 publication Critical patent/KR100656781B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D15/00—Electrolytic or electrophoretic production of coatings containing embedded materials, e.g. particles, whiskers, wires
    • C25D15/02—Combined electrolytic and electrophoretic processes with charged materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/18—Electroplating using modulated, pulsed or reversing current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
    • H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30—Cold cathodes
    • H01J2201/304—Field emission cathodes
    • H01J2201/30446—Field emission cathodes characterised by the emitter material
    • H01J2201/30453—Carbon types
    • H01J2201/30469—Carbon nanotubes (CNTs)

Abstract

전계방출소자에 사용되는 전자방출 팁을 탄소나노튜브와 구리의 복합도금을 이용하여 형성하는 방법이 개시된다. 본 발명의 전자방출 팁의 형성방법은 표면에 구리 씨앗층이 정의된 음극 기판을 양극 기판와 함께 탄소나노튜브와 구리 전해액을 포함하는 도금액이 채워진 도금조에 담근 후에 음극 기판 및 양극 기판에 전원을 인가하여 음극 기판 상에 탄소나노튜브와 구리를 복합도금하여 전자방출 팁을 형성한다. 탄소나노튜브와 구리와의 복합도금을 사용하여 전자방출 팁을 형성하여 탄소나노튜브와 기판의 접착력이 우수한 전계방출소자를 형성할 수 있으며, 고휘도, 저소비전력, 긴 수명을 갖는 전계방출소자를 형성할 수 있다.
탄소나노튜브, 전자방출, 디스플레이 장치, 광원, 복합도금

Description

탄소나노튜브와 구리의 복합도금법으로 형성된 전자방출 팁의 형성방법{Method for forming electron emitter tip by copper-carbon nanotube composite electroplating}
도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브와 구리의 복합도금을 위한 도금조를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소나노튜브와 구리의 복합도금구조를 나타내는 사진들이다.
도 3 및 도 4은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소나노튜브와 구리의 복합도금구조를 나타내는 사진들이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄소나노튜브와 구리의 복합도금구조를 나타내는 사진들이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 탄소나노튜브와 구리의 복합도금구조를 나타내는 사진들이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 및 구리의 복합도금의 주파수 특성에 따른 발광 정도를 나타내는 사진들이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 탄소나노튜브와 구리로 이루어진 전자방출 팁을 이용하여 일반 게이트 구조의 FED를 제조하는 실시예를 설명하기 위한 단 면도들이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명에 따른 전자방출 팁을 사용하여 일반 게이트 구조의 FED를 제조하는 제2 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 16 내지 도 19는 본 발명에 따른 전자방출 팁을 사용하여 하부 게이트 구조의 FED를 제조하는 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 20 및 도 21은 본 발명에 따른 전자방출 팁의 복합도금을 사용하여 백색 광원을 제조하는 제1 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 22 내지 도 24은 본 발명에 따른 전자방출 팁을 사용하여 백색광원을 제조하는 제2 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.
본 발명은 전자방출 팁의 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자방출 팁을 탄소나노튜브와 구리의 복합도금을 이용하여 전자방출 팁을 형성하는 방법에 관한 것이다.
FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display), CRT(Cathod Ray Tube) 등의 디스플레이 장치 또는 백색광원, LCD(Liquid Crystal Display)의 백라이트 램프 등의 광원은 일정한 세기의 전계가 인가되면 전자를 방출하는 전자방출 팁(emitter tip)을 필요로 한다.
전자방출 팁을 사용하는 전계방출형 소자는 주로 ITO(Indium Tin Oxide) 형 광체가 도포되어 있는 양극이 형성된 상부기판과 전자방출 팁을 구비한 음극이 형성된 하부기판으로 구성되어 있다.
최근들어, 종래의 전자방출 팁에 비해 전자방출전압은 수십배 낮은 반면 전자방출전류는 수십 내지 수십 배인 탄소나노튜브가 새로운 전자방출 팁으로서 각광 받고 있다. 탄소나노튜브를 전자방출 팁으로 형성하기 위하여는 저온에서 고순도 및 고밀도로 형성하여야 하며, 또한 전자방출이 쉽게 일어나도록 하기 위해서는 전자방출 팁의 끝 모양은 가능한 한 뾰족하여야 한다.
현재 전자방출 팁으로 탄소나노튜브를 이용하는 방법은 주로 금속, 유기 고분자 및 탄소나노튜브로 이루어진 페이스트(paste)를 하부기판에 프린팅 한 후에 선택적 식각으로 패터닝하여 탄소나노튜브막을 형성하는 방법과 탄소나노튜브를 대전제와 함께 용매에 분산시켜 전기영동법에 의하여 전자방출 팁을 형성하는 방법 등이 사용되고 있다.
그런데, 페이스트를 이용하는 방법은 탄소나노튜브가 아닌 페이스트에서 가스방출(outgassing)이 발생하여 디바이스의 수명이 단축되며, 전자방출에 유효한 나노튜브의 개수분포가 불량하고, 특히 전극기판과 나노튜브와의 접착력이 불량하기 때문에 균일한 휘도의 발광을 일으킬 수 없고 장시간 사용할 수 없는 단점이 있다. 전기영동법을 이용한 방법의 경우 기판과의 약한 접착성으로 인해 고전계에서 탄소나노튜브가 떨어지는 현상이 발생하여 접착성을 향상시키기 위한 방법이 필요하며, 이러한 문제점으로 실용화에 한계를 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전극기판과 접착성이 우수하고 고밀도로 배열된 탄소나노튜브막을 형성하여 균일한 휘도를 가지며 장시간 사용할 수 있는 전자방출 팁의 형성방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 기판의 변형 온도 이하의 저온에서 전자방출 팁을 고밀도로 형성할 수 있는 전자방출 팁의 형성 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 전자방출 팁의 형성방법은 표면에 구리 씨앗층이 정의된 음극 기판을 양극 기판와 함께 탄소나노튜브와 구리 전해액을 포함하는 도금액이 채워진 도금조에 담근 후에 음극 기판 및 양극 기판에 전원을 인가하여 상기 음극 기판 상에 탄소나노튜브와 구리를 복합도금하여 전자방출 팁을 형성한다.
본 발명에 있어서, 구리 전해액은 황산구리, 황산, 염산으로 구성되며, 전원은 펄스 전압으로서 전류 밀도는 20mA/cm2 이상, 주파수는 10Hz ~ 5,000Hz으로 진행할 수 있으며, 구리의 도금의 소오스는 구리 전해액에 있는 구리 이온이다.
본 발명에 있어서, 전자방출 팁은 전계방출 디스플레이의 전자방출 팁이거나 또는 전계방출(field emission) 방식의 백라이트의 전자방출 팁일 수 있다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 각 층 및 물질들의 모양 및 두께는 설명의 편의를 위하여 과장 또는 개략화된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 부재를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브와 구리의 복합도금을 위한 도금조를 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 도금조(1)에는 도금액(15)이 일정 수위로 채워져 있으며, 양극기판(20)과 전자방출 팁이 형성되는 음극기판(25)이 도금액(15)에 담겨져 있다. 양극기판(20)과 음극기판(25) 사이에는 전원 공급장치(30)에 의하여 전기장이 가해질 수 있다. 양극기판(20)에는 구리의 소오스로 구리기판 사용할 수 있으며, 또는 구리 이외의 금속(예컨대 텅스텐 등)을 사용하였다. 음극기판(25)으로는 소다라임 유리, 실리콘 웨이퍼 등 현재 사용되는 모든 기판을 사용할 수 있으며, 또한 기판의 크기도 제한을 받지 않는다. 음극 기판(25)에는 도금법을 사용하기 위한 씨앗층(seed layer)이 스퍼터(sputter)법, 열증착(thermal evaporation)법, 전해도금방법을 사용하여 형성되어 질 수 있다.
도금액(15)은 황산구리(90g/L), 황산(197g/L), 염산(0.1g/L)로 이루어지거나 또는 시안화구리, 시안화나트륨, 롯셀염의 혼합액으로 구성되어 있으며, 여기에 탄소나노튜브(35)가 첨가되어 있다. 탄소나노튜브(35)는 열적, 화학적, 기계적 특성이 안정되어 있는 나노미터 두께의 지름을 갖는 뾰족한 모양을 갖는다.
이하, 이와 같은 도금조를 사용하여 탄소나노튜브와 구리의 복합도금 방법을 설명한다.
도금방법으로는 직류(DC) 도금과 펄스 도금을 사용하였으며, 특히 펄스 도금 의 경우에는 듀티비율(duty ratio, 온(on)/오프(off) 비율을 나타내며, 20%인 경우에는 온(on) 시간이 20%임을 나타냄)이 1~100%, 주파수는 10Hz ~ 5,000Hz 범위에서 저주파에서 고주파로 진행하였다. 전류밀도는 20 mA/cm2~ 100mA/cm2으로 하여 실험하였다.
실제로 도금방법에는 여러가지 변수가 있으며, 본 실험에서는 교반강도, 시간, 온도, 황산구리 용액의 농도, 전류밀도, 펄스 도금시 듀티비율, 주파수(frequency), 양극기판에서의 구리 소오스의 유무에 따라서 도금특성이 달라짐을 확인할 수 있었다.
(실시예1)
전류밀도를 53mA/cm2으로 하고, 도금액을 교반하지 않은 상태에서, 양극기판에 구리 소오스를 사용하여 도금을 실시하였다. 듀티비율은 33%로 하였으며, 주파수는 100Hz로 사용하였다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소나노튜브와 구리의 복합도금구조를 나타내는 사진들이다.
도 2를 참조하면, 전류밀도가 50mA/cm2 이상인 경우 탄소나노튜브의 복합도금이 잘 되었다. 높은 전류밀도의 도금에서는 양극(+) 기판에 구리 소오스가 있을 경우, 일반적인 구리도금박막과 동일하게 형성되지만, 탄소나노튜브의 뾰족한 형상은 나타나지 않았다.
(실시예2)
전류밀도를 53mA/cm2으로 하고, 도금액을 교반하지 않은 상태에서, 양극기판에 구리 소오스를 사용하지 않고 도금을 실시하였다. 듀티비율은 33%로 하였으며, 주파수는 100Hz로 사용하였다. 제1 실시예와 대비하여 양극기판에 구리를 사용하지 않은 경우이다.
도 3 및 도 4은 본 발명의 제2 실시예에 따라 형성한 탄소나노튜브와 구리의 복합도금구조를 나타내는 사진들이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전류밀도가 50mA/cm2 이상인 경우 탄소나노튜브와 구리의 복합도금이 잘 되고 있으며, 높은 전류밀도의 도금에서 양극(+) 기판에 구리소오스가 있는 제1 실시예와 비교했을 때, 구리 소오스가 없는 경우에 복합도금구조가 제1 실시예와는 다르게 나왔으며, 탄소나노튜브와 구리의 복합도금이 잘 되는 것을 알 수 있었다. 특히, 펄스 도금에 있어 주파수를 높여 주었을 경우 도금박막의 균일도(uniformity)가 높아 지고 황산구리 용액에서의 탄소나노튜브의 이동 속도가 더욱 증가하는 것으로 확인되었다.
(실시예3)
전류밀도를 40mA/cm2으로 하고, 도금액을 교반하지 않은 상태에서, 양극 기판에 구리 소오스를 사용하고 도금을 실시하였다. 듀티비율은 33%로 하였으며, 주파수는 100Hz로 사용하였다. 제3 실시예에서 양극 기판에 구리를 사용하면서, 전류밀도를 낮춘 경우이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄소나노튜브와 구리의 복합도금구조를 나타내는 사진이다.
도 5를 참조하면, 전류밀도가 40mA/cm2인 경우 양극(+) 기판에 구리 소오스를 사용하였을 경우 보통의 일반적인 구리도금박막과 같은 형상의 구조물이 형성되었으며, 탄소나노튜브와 구리의 복합도금을 확인 할 수는 없었다. 즉, 양극 기판에 구리 소오스가 있는 경우에는 낮은 전류밀도에서는 탄소나노튜브와 구리의 복합도금이 잘 일어나지 않는 것을 확인할 수 있었다.
(실시예4)
전류밀도를 40mA/cm2으로 하고, 도금액을 교반하지 않은 상태에서, 양극전극에 구리 소오스를 사용하지 않고 도금을 실시하였다. 듀티비율은 33%로 하였으며, 주파수는 100Hz로 사용하였다. 즉, 제4 실시예에서 양극전극으로 구리를 사용하지 않으면서, 전류밀도를 낮춘 경우이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 탄소나노튜브와 구리의 복합도금구조를 나타내는 사진들이다.
도 6을 참조하면, 전류밀도가 40mA/cm2인 경우 양극(+) 기판에 구리 소오스를 사용하지 않았을 경우, 보통의 일반적인 구리 도금과는 다른 형상의 구조물이 형성되었으며, 탄소나노튜브와 구리의 복합도금은 일부분에서 확인할 수 있었다. 다만, 시간이 충분히 경과하면 일부분이 아닌 전체적으로 탄소나노튜브와 구리의 복합도금을 확인 할 수 있었다.
(실시예5)
다른 공정 조건은 동일하게 유지하고, 주파수 특성만 변화시켰을 경우의 탄소나노튜브와 구리의 복합도금을 실시하였다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 및 구리의 복합도금의 주파수 특성에 따른 발광 정도를 나타내는 사진들로서, 도 7은 낮은 주파수(약 100Hz)에서의 발광을, 도 8은 높은 주파수(약 1,000Hz)에서의 발광을 나타내는 사진이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 낮은 주파수에서는 탄소나노튜브와 구리의 복합도금의 균일성이 떨어지는 것으로 나타났다. 탄소나노튜브와 구리의 복합도금할 때, 기판의 모서리 부분에서는 강한 전기장으로 인하여 기판의 모서리 부분이 다른 지역에 비하여 상대적으로 많이 도금된 것을 알 수 있었다. 반면에, 높은 주파수 조건에서는 탄소나노튜브와 구리의 복합도금의 균일성이 높은 것으로 나타났다. 즉, 높은 주파수 조건에서 전자방출팁을 도금한 전자방출소자가 균일한 발광을 나타내었다.
이하, 본 발명에 따른 탄소나노튜브와 구리의 복합도금으로 형성한 전자방출 팁을 이용하여 디스플레이 장치 또는 광원을 제조하는 실시예들에 대하여 설명한다. 디스플레이 장치로는 FED를 광원으로는 백색 광원을 예를 들어 설명하나, 기타 다른 디스플레이 장치 또는 광원에 적용가능함은 당업자에게 자명하다.
FED는 전자 방출을 용이하게 조절하기 위하여 통상 3극관 구조로 제작되는바, 3극관 구조는 게이트 전극이 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극의 하부에 위치하는 하부 게이트(under gate)구조와, 게이트 전극이 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극의 상부에 위치하는 일반 게이트(normal gate) 구조로 나눌 수 있다.
도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 탄소나노튜브와 구리로 이루어진 전자방출 팁을 이용하여 일반 게이트 구조의 FED를 제조하는 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9를 참조하면, 대면적의 하부 기판 (100) 상에 제 1 절연막(110)을 형성한다. 하부 기판(100)으로는 유리, 석영, 실리콘 또는 알루미나(Al2O3) 기판이 이용된다. 제1 절연막(110)은 후속 공정에서 형성되는 캐소드 전극(200)과 하부 기판(100)이 상호 반응하는 것을 방지하기 위하여 형성한다. 필요에 따라서는 제1 절연막(110)의 형성은 생략할 수 있다. 캐소드 전극(200)은 크롬막, 티타늄막 또는 텅스텐막을 이용하여 형성한다.
계속하여, 캐소드 전극(200) 상에 구리막(300)을 형성한다. 구리막(300)은 열증착법, 전자선 증착법 또는 스퍼터링법을 사용하여 수 nm 내지 수백 nm 두께로, 바람직하기로는 400 nm 내지 500 nm 두께로 형성한다. 이어서, 구리막(300) 상에 제2 절연막(310)을 형성한 다음, 상기 제2 절연막(310) 상에 게이트 전극용 금속막(320)을 형성한다. 게이트 전극용 금속막(320)은 크롬, 티타늄 또는 팔라디움으로 형성한다. 게이트 전극용 금속막(320)은 전자선 증착법, 열증착법 또는 스퍼터링법으로 형성한다. 바람직하기로는, 제1 절연막(110), 캐소드 전극(200), 구리막(300), 제2 절연막(310) 및 게이트 전극용 금속막(320)의 형성 공정은 모두 하부기판(100)의 변형 온도 이하에서 진행한다.
도 10을 참조하면, 게이트 전극용 금속막(320) 상에 포토레지스트막을 코팅한 후 사진현상하여 포토레지스트 패턴(PR)을 형성한다. 이어서, 포토레지스트 패턴(PR)을 마스크로 상기 게이트 전극용 금속막(320)을 식각하여 게이트 전극(320a)을 형성한다. 게이트 전극(320a)은 제2 절연막(310)의 표면을 노출시키는 홀(H)을 정의한다. 홀(H)은 직경이 0.8 ~ 5.0μm 정도이고 홀(H)들 간의 간격이 3.0 ~ 15.0μm 정도가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.
도 11을 참조하면, 포토레지스트 패턴(PR)을 제거한 후, 게이트 전극(320a)을 식각마스크로 하여 제2 절연막(310)을 식각하여 제2 절연막 패턴(310a)을 형성한다. 제2 절연막 패턴(310a)에 의해 구리막(300)의 표면이 노출된다. 경우에 따라서는 포토레지스트 패턴(PR)을 제거하지 않고 포토레지스트 패턴(PR)과 게이트 전극(320a)을 함께 식각마스크로 사용하여 제2 절연막 패턴(310a)을 형성한 후 포토레지스트 패턴(PR)을 제거할 수 있다.
이어서, 제2 절연막 패턴(310a)이 형성된 결과물에 대하여 앞에서 상술한 탄소나노튜브와 구리의 복합도금을 사용하여 전자방출 팁(400)들을 형성한다.
도 12를 참조하면, 게이트 전극(320a) 상에 스페이서(500)를 설치한다.
이어서, 미리 마련된 상부 기판(600)에 애노드 전극(700)을 형성시킨 후, 애노드 전극(700) 상에 발광을 일으키는 형광체(phosphor, 800)를 부착시킨다. 형광체(800)는 Y2O2S:Eu, Gd2O3:Eu, Y2O3:Eu 등의 적색 형광체, Gd2O2S:Tb, SrGaS4:Eu, ZnS:Cu, Cl, Y3Al5O12:Tb, Y2SiO5:Tb 등의 녹색 형광체, ZnS:Ag, Me, Y2SiO5:Ce 등의 청색 형광체와 같은 물질로 이루어질 수 있다. 상부 기판(600)은 형광체(800)에서 발광되는 빛을 외부로 방출하기 위해서 투명한 물질, 예컨대, 유리로 이루어진다. 애노드 전극(700)은 ITO(Indium Tin Oxide)과 같은 투명한 물질로 형성한다.
계속해서, 애노드 전극(700) 및 형광체(800)가 부착된 상부 기판(600)을 뒤집어서 스페이서(500) 위에 올려놓은 다음 진공으로 밀봉시켜 실장시킴으로써 FED를 완성한다. 그 결과 상부 기판(600) 상에 형성된 형광체(800)와 진공방출 팁(400)이 스페이서(500)에 의해 일정 거리 이격되어 배치되게 된다.
이와 같이 완성된 FED의 게이트 전극(320a)과 캐소드 전극(200) 사이에 일정전압(수십 V)이 인가되면 탄소나노튜브로 이루어진 전자방출 팁(400)으로부터 양자역학적인 터널링을 통하여 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 애노드 전극(700)에 인가된 더욱 큰 전압(수백 ~ 수천 V)에 의해 형광체(800)에 충돌하게 되고 충돌한 전자가 가지고 있던 에너지에 의해 형광체(800) 내의 전자들이 여기되었다가 떨어지면서 빛을 발생한다. 도 12에 도시되어 있는 FED는 전극을 3개(200, 320a, 700) 구비한 3극형 FED이다. 물론 본 발명에 따른 제조방법을 전극을 2개 구비하는 2극형 FED 에도 적용할 수 있음은 물론이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명에 따른 전자방출 팁을 사용하여 일반 게이트 구조의 FED를 제조하는 제2 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다. 제1 실시예와 동일한 구성요소들의 형성방법, 두께, 모양, 크기, 물질 등은 설명의 중복을 피하기 위하여 생략한다.
도 13을 참조하면, 제1 실시예와 달리 구리막을 형성하지 않고, 대면적의 하 부 기판(100) 상에 캐소드 전극(200), 절연막(310), 게이트 전극용 금속막(320) 및 포토레지스트 패턴(PR)을 차례대로 형성한 후, 포토레지스트 패턴(PR)을 식각 마스크로 게이트 전극용 금속막(320) 및 절연막(310)을 차례대로 식각하여 게이트 전극(320a) 및 절연막 패턴(310a)을 형성한다. 그 결과 캐소드 전극(200)의 표면이 노출된다.
도 14를 참조하면, 도 13의 결과물 전면에 구리막(300)을 형성한다. 그 결과 포토레지스트 패턴(PR) 및 캐소드 전극(200)의 표면에 구리막(300)이 형성된다.
도 15를 참조하면, 리프트 오프(lift-off) 공정을 이용하여 포토레지스트 패턴(PR)과 그 표면에 증착된 구리막(300)을 제거시킴으로써 캐소드 전극(200)의 표면에만 구리막(300)을 남긴다. 계속하여 상술한 탄소나노튜브와 구리의 복합도금을 사용하여 전자방출팁(400)을 완성한다. 이후, 제1 실시예에서 설명한 바와 같이 스페이서를 형성하고, 애노드 전극 및 형광체가 적층된 상부 기판을 스페이서 위에 올려놓은 다음 진공으로 밀봉시켜 실장시킴으로써 FED를 완성한다.
도 16 내지 도 19는 본 발명에 따른 전자방출 팁을 사용하여 하부 게이트 구조의 FED를 제조하는 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다. 하부 게이트 구조는 캐소드 전극이 게이트 전극과 형광막 사이에 배치된 구조이다.
도 16을 참조하면, 대면적의 하부기판(100) 상에 게이트 전극(325), 절연막(315), 캐소드 전극(305)을 차례대로 적층 형성한다.
도 17을 참조하면, 캐소드 전극(305) 상에 포토레지스트 패턴(PR)을 형성한 후에, 포토레지스트 패턴(PR)을 식각마스크로 사용하여 캐소드 전극(305a)을 패터 닝한다.
도 18을 참조하면, 포토레지스트 패턴(PR)을 제거한 후에, 패터닝된 캐소드 전극(305a)을 식각마스크로 사용하여 절연막을 게이트 전극(325)이 노출될 때까지 선택적으로 식각한다. 도면에는 도시되어 있지 않지만 상술한 캐소드 전극의 패터닝에 사용한 감광막 패턴을 절연막(315a)의 패터닝의 식각마스크로 사용할 수도 있다.
도 19를 참조하면, 패터닝된 캐소드 전극(305a)에 상술한 탄소나노튜브와 구리의 복합도금을 사용하여 전자방출 팁(405)을 완성한다.
이후, 스페이서를 형성하고 애노드 전극 및 형광체가 적층된 상부 기판을 스페이서 위에 올려놓은 다음 진공으로 밀봉시켜 실장시키으로써 FED를 완성한다.
도 20 및 도 21은 본 발명에 따른 전자방출 팁의 복합도금을 사용하여 백색 광원을 제조하는 제1 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 20을 참조하면, 하부 기판(100) 상에 캐소드 전극(200) 및 구리막(300)을 차례대로 형성한다. 이어서, 탄소나노튜브와 구리의 복합도금을 사용하여 전자방출 팁(400)을 형성한다. 이어서, 전자방출 팁(400)이 형성되어 있는 구리막(300) 상에 스페이서(500)를 형성한다.
도 21을 참조하면, 상부 기판(600) 상에 투명 전극(700) 및 형광체(800)를 형성한 후, 형광체(800)의 표면이 전자방출 팁(400)과 대향하도록 상부 기판(600)을 스페이서(500) 위에 올려놓는다. 형광체(800)는 백색 발광을 일으키는 형광 물 질, 예컨대, 3Ca3(PO4)CaFCl/Sb, Mn 등과 같이 단파장 백색 발광을 일으키는 형광 물질을 사용하여 형성한다. 이어서, 진공으로 밀봉하여 실장하여 백색광원을 완성한다.
이와 같이 제조된 백색 광원의 캐소드 전극(200)과 애노드 전극(700) 사이에 일정 전압이 인가되면, 전자방출 팁(400)으로부터 전자가 방출된다.
도 22 내지 도 24는 본 발명에 따른 전자방출 팁을 사용하여 백색광원을 제조하는 제2 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다. 제2 실시예는 전자방출 팁(400)들을 그룹지어 각 그룹 별로 하나의 셀을 구성하도록 한다는 접에서 제1 실시예와 차이가 있다.
도 22를 참조하면, 하부 기판(100) 상에 제1 절연막(110), 캐소드 전극(200), 구리막(300) 및 제2 절연막(310)을 차례대로 형성한 다음, 통상의 사진식각 공정을 사용하여 선택적으로 패터닝하여 하부의 구리막(300)을 노출하는 복수개의 홀(H)들을 정의하는 제2 절연막 패턴(310a)을 형성한다. 이 때, 각각의 홀(H)들은 각각 하나의 셀을 정의하기에 적당한 직경과 간격을 가지도록 제2 절연막 패턴(310a)을 형성한다.
도 23을 참조하면, 절연막 패턴(350)의 홀(H)에 의해 노출되는 구리막(300) 상에 탄소나노튜브와 구리의 복합도금을 사용하여 전자방출 팁(400)을 형성한다, 이어서, 전자방출 팁(400)이 형성되어 있는 제2 절연막 패턴(310a) 상에 스페이서(500)를 형성한다.
도 24를 참조하면, 애노드 전극(700) 및 형광체(800)가 적층된 상부 기판(600)을 형광체(800)가 전자방출 팁(400)과 대향하도록 스페이서(500) 위에 올린 후 진공 밀봉하여 실장하여 백색광원을 완성한다. 이 때 형광체(800) 또한 스페이서(500)가 지지할 위치의 투명전극(700) 부분을 노출하도록 패터닝되어지는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같이 이루어진 본 발명은, 탄소나노튜브와 구리와의 복합도금을 사용하여 전자방출 팁을 형성하여 탄소나노튜브와 기판의 접착력이 우수한 전계방출소자를 형성할 수 있다.
또한, 도금법을 사용하므로 기존의 페이스트 방법에서 발생하는 유기바인더에 의한 가스방출 문제를 해결할 수 있다.
또한, 고휘도, 저소비전력, 긴 수명을 갖는 전계방출소자를 형성할 수 있다.

Claims (7)

  1. 표면에 구리 씨앗층이 정의된 음극 기판을 제공하는 단계;
    상기 음극 기판을 양극 기판와 함께 탄소나노튜브와 구리 전해액을 포함하는 도금액이 채워진 도금조에 담그는 단계; 및
    상기 음극 기판 및 양극 기판에 펄스 전압으로서 전류 밀도는 20mA/cm2 이상, 주파수는 10Hz 내지 5,000Hz의 범위의 전원을 인가하여 상기 음극 기판 상에 탄소나노튜브와 구리를 복합도금하는 단계를 포함하며, 구리의 도금의 소오스는 구리 전해액에 있는 구리 이온인 것을 특징으로 하는 전자방출 팁의 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구리 전해액은 황산구리, 황산, 염산으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자방출 팁의 형성 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자방출 팁은 전계방출 디스플레이의 전자방출 팁을 특징으로 하는 전자방출 팁의 형성 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자방출 팁은 전계방출(field emission) 방식의 백라이트의 전자방출 팁인 것을 특징으로 하는 전자방출 팁의 형성 방법.
KR1020050020370A 2005-03-11 2005-03-11 탄소나노튜브와 구리의 복합도금법으로 형성된 전자방출팁의 형성방법 KR100656781B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050020370A KR100656781B1 (ko) 2005-03-11 2005-03-11 탄소나노튜브와 구리의 복합도금법으로 형성된 전자방출팁의 형성방법
PCT/KR2005/002731 WO2006095947A1 (en) 2005-03-11 2005-08-19 Method of forming electron emitter tips using copper-carbon nanotube composite electroplating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050020370A KR100656781B1 (ko) 2005-03-11 2005-03-11 탄소나노튜브와 구리의 복합도금법으로 형성된 전자방출팁의 형성방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060098225A KR20060098225A (ko) 2006-09-18
KR100656781B1 true KR100656781B1 (ko) 2006-12-13

Family

ID=36953520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050020370A KR100656781B1 (ko) 2005-03-11 2005-03-11 탄소나노튜브와 구리의 복합도금법으로 형성된 전자방출팁의 형성방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR100656781B1 (ko)
WO (1) WO2006095947A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100785638B1 (ko) * 2006-01-10 2007-12-12 성균관대학교산학협력단 Ｃｕ 환원 반응을 이용한 저 저항 ＳＷＮＴ 버키페이퍼 및 이의 제조방법과 복합재료
CN102097268B (zh) * 2011-01-18 2014-06-18 上海交通大学 用于等离子体显示器的碳纳米管辅助结构的制备方法
CN105913972B (zh) * 2016-06-13 2017-08-29 苏州捷迪纳米科技有限公司 一种碳纳米管复合导线的制备方法
CN109778214B (zh) * 2017-11-15 2020-11-13 中国科学院金属研究所 一种快速选择性填充纳米粒子至碳纳米管管腔内的方法
CN108034984A (zh) * 2017-12-07 2018-05-15 哈尔滨工业大学 一种碳纳米管铜基层状复合材料的制备方法
CN111188074B (zh) * 2020-01-21 2021-10-01 中国科学院电工研究所 一种Cu-CNTs复合材料的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001283716A (ja) 2000-03-31 2001-10-12 Toshiba Corp 電界放出型冷陰極、その製造方法及び真空マイクロ装置
KR20030081866A (ko) * 2002-04-15 2003-10-22 나노퍼시픽(주) 액정표시장치용 백라이트
KR20040057353A (ko) * 2002-12-26 2004-07-02 이호영 구리산화물 또는 구리 나노와이어로 이루어진 전자방출팁의 저온 형성 방법 및 이 방법에 의해 제조된 전자방출팁을 포함하는 디스플레이 장치 또는 광원
KR20040078002A (ko) * 2003-03-03 2004-09-08 (주) 나노텍 전자파 차폐용 탄소 나노 복합재료 및 그것의 제조방법
KR20050111139A (ko) * 2004-05-21 2005-11-24 삼성전기주식회사 전계방출 에미터전극 제조방법 및 이를 이용하여 제조된전계방출장치
KR20060021257A (ko) * 2004-09-01 2006-03-07 삼성전기주식회사 탄소나노튜브의 초기 부착 사이트를 이용한 전계방출에미터 전극의 제조방법 및 이에 따라 제조된 전계방출에미터 전극

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3582410B2 (ja) * 1999-07-09 2004-10-27 松下電器産業株式会社 電子放出素子およびその製造方法
KR100314094B1 (ko) * 1999-08-12 2001-11-15 김순택 전기 영동법을 이용한 카본나노튜브 필드 에미터의 제조 방법
US6656339B2 (en) * 2001-08-29 2003-12-02 Motorola, Inc. Method of forming a nano-supported catalyst on a substrate for nanotube growth
US7252749B2 (en) * 2001-11-30 2007-08-07 The University Of North Carolina At Chapel Hill Deposition method for nanostructure materials

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001283716A (ja) 2000-03-31 2001-10-12 Toshiba Corp 電界放出型冷陰極、その製造方法及び真空マイクロ装置
KR20030081866A (ko) * 2002-04-15 2003-10-22 나노퍼시픽(주) 액정표시장치용 백라이트
KR20040057353A (ko) * 2002-12-26 2004-07-02 이호영 구리산화물 또는 구리 나노와이어로 이루어진 전자방출팁의 저온 형성 방법 및 이 방법에 의해 제조된 전자방출팁을 포함하는 디스플레이 장치 또는 광원
KR20040078002A (ko) * 2003-03-03 2004-09-08 (주) 나노텍 전자파 차폐용 탄소 나노 복합재료 및 그것의 제조방법
KR20050111139A (ko) * 2004-05-21 2005-11-24 삼성전기주식회사 전계방출 에미터전극 제조방법 및 이를 이용하여 제조된전계방출장치
KR20060021257A (ko) * 2004-09-01 2006-03-07 삼성전기주식회사 탄소나노튜브의 초기 부착 사이트를 이용한 전계방출에미터 전극의 제조방법 및 이에 따라 제조된 전계방출에미터 전극

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1020030081866 *
1020040078002 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006095947A1 (en) 2006-09-14
KR20060098225A (ko) 2006-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100502821B1 (ko) 구리산화물 또는 구리 나노와이어로 이루어진 전자방출팁의 저온 형성 방법 및 이 방법에 의해 제조된 전자방출팁을 포함하는 디스플레이 장치 또는 광원
KR100656781B1 (ko) 탄소나노튜브와 구리의 복합도금법으로 형성된 전자방출팁의 형성방법
US7999453B2 (en) Electron emitter and a display apparatus utilizing the same
KR19980050947A (ko) 전계방출 디스플레이용 발광입자 및 그를 이용한 발광층 형성방법
JPH11329217A (ja) 電界放出型カソードの製造方法
US7601043B2 (en) Method of manufacturing microholes in a cathode substrate of a field emission display using anodic oxidation
KR20010062703A (ko) 전계 방출형 캐소드, 전자 방출 장치, 및 전자 방출장치의 제조 방법
KR100842936B1 (ko) 액정 표시장치용 백라이트의 제조 방법
US20080278062A1 (en) Method of fabricating electron emission source, electron emission device, and electron emission display device including the electron emission device
KR100842934B1 (ko) 액정표시장치용 백라이트
US7847475B2 (en) Electron emitter apparatus, a fabrication process for the same and a device utilising the same
US20090310333A1 (en) Electron emission device, electron emission type backlight unit including the same, and method of manufacturing the electron emission device
US20070096630A1 (en) Field emission backlight unit and its method of operation
KR20070046606A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법
KR100917466B1 (ko) 전계 방출 면광원 소자 및 그 제조 방법
KR100565198B1 (ko) 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법
KR100804496B1 (ko) 나노 전해도금법을 이용한 수지상 구조의 구리 팁의형성방법 및 이를 이용한 탄소나노화이버 및탄소나노코일의 형성방법
KR100517962B1 (ko) 전계 방출 표시 소자 제조 방법
JP5293352B2 (ja) 三極構造型の電界電子放出型ランプの製造方法
KR20070105490A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법
JP2009059680A (ja) 電子エミッタ構造製造方法、電子エミッタ構造製造方法により製造される電子エミッタ構造、電子エミッタ構造を内蔵する電界電子放出表示装置および電界電子放出バックライト
JPH08153464A (ja) 粒子放出装置の製造方法及び電界放出型装置の製造方法
JP2003346642A (ja) 電子源装置とその製造方法および表示装置
JP2004091670A (ja) 蛍光体薄膜および発光素子
KR20040083911A (ko) 전계방출 디스플레이장치 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120605

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121206

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee