KR100688860B1 - Method for manufacturing a Field Emission Array - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전계방출디스플레이(FED)용 전계방출소자(field emission array)의 제조 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 탄소나노튜브(CNT)의 에미터(emitter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조 방법에 관한 것으로, 이를 위하여 임프린트 공정을 이용하여 고분자 기판의 표면에 나노 단위의 패턴을 형성한 후 패턴 내로 탄소나노튜브와 같은 자성 물질을 증착시키고, 자성 물질이 증착된 위로 금속 베이스를 더 형성시키는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조 방법을 개시하며, 이에 따라 종래의 페이스트를 이용한 방법 또는 CVD를 이용한 방법과 비교하여 대면적 상에 균일한 밀도의 에미터를 형성할 수 있는 이점을 갖는다. 또한, 페이스트를 사용한 종래의 경우에 발생하던 바인더의 열화 문제를 방지할 수 있고, CVD 장치를 사용하는 경우에 수반되는 고가의 장비로 인한 고비용의 문제점을 방지할 수 있어, 전계방출소자의 양산을 위한 새로운 공정으로써 활용될 수 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a field emission array for a field emission display (FED), and more specifically, to a field emission characterized in that it comprises an emitter of carbon nanotubes (CNT) The present invention relates to a method for manufacturing a device, and to this end, a nano-pattern is formed on a surface of a polymer substrate by using an imprint process, and then a magnetic material such as carbon nanotubes is deposited into the pattern, and a metal base is deposited on the magnetic material. Disclosed is a method of manufacturing a field emission device characterized by further forming, thereby providing an advantage of forming an emitter of uniform density on a large area compared to a method using a conventional paste or a method using CVD. Have In addition, it is possible to prevent the problem of deterioration of the binder caused in the conventional case using the paste, and to prevent the problem of high cost due to the expensive equipment involved in using the CVD apparatus, thereby preventing mass production of the field emission device. It can be used as a new process.

전계방출소자, 전계방출디스플레이, 탄소나노튜브, 에미터, 전해 도금, 분산 Field emission devices, field emission displays, carbon nanotubes, emitters, electrolytic plating, dispersion

Description

전계방출소자의 제조 방법 {Method for manufacturing a Field Emission Array}Method for manufacturing field emission device {Method for manufacturing a Field Emission Array}

도 1a 내지 1c는 종래의 일 예에 따른 전계방출소자(FEA)의 제조 공정을 간략히 도시한 도;1A to 1C schematically illustrate a manufacturing process of a field emission device (FEA) according to a conventional example;

도 2a 내지 2d는 종래의 다른 예에 따른 전계방출소자의 제조 공정을 간략히 도시한 도;2a to 2d schematically illustrate a manufacturing process of a field emission device according to another conventional example;

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출소자의 제조방법을 도시한 순서도;3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a field emission device according to an embodiment of the present invention;

도 4a 내지 4f는 도 3의 제조방법에 따른 제조 공정을 순차적으로 도시한 공정도;Figures 4a to 4f is a process diagram sequentially showing a manufacturing process according to the manufacturing method of FIG.

도 5는 고분자 기판의 표면에 자성물질이 전해 도금되는 공정을 도시한 도;5 is a diagram illustrating a process of electroplating a magnetic material on a surface of a polymer substrate;

도 6a는 니켈 및 탄소나노튜브의 수용체에 대한 분산 공정을 개략적으로 도시한 도; 및FIG. 6a schematically illustrates a dispersion process for acceptors of nickel and carbon nanotubes; FIG. And

도 6b는 도 5a의 분산 공정이 실시되는 상태를 개략적으로 도시한 도이다.6B is a view schematically showing a state in which the dispersion process of FIG. 5A is performed.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

10, 30 : 기판 12, 32 : 전도층10, 30: substrate 12, 32: conductive layer

14 : 전자방출물질 20, 40 : 회로 패턴14 electron emitting material 20, 40 circuit pattern

34 : 절연층 36 : 포토 레지스트층34: insulating layer 36: photoresist layer

50 : 금속 촉매 시드층50: metal catalyst seed layer

110 : 금형 112 : 돌출 패턴110: mold 112: protrusion pattern

120 : 고분자 기판 122 : 패턴120: polymer substrate 122: pattern

130 : 금속막 140 : 자성 물질130: metal film 140: magnetic material

150 : 금속 베이스 210 : 전해조150: metal base 210: electrolytic cell

220 : 전해액 222 : 탄소나노튜브220: electrolyte 222: carbon nanotubes

230 : 기판 240 : 도금 금속230: substrate 240: plated metal

250 : 욕조 260 : 초음파 발생수단250: bath 260: ultrasonic generating means

본 발명은 전계방출디스플레이(FED; field emission display)용 전계방출소자(FEA; field emission array)의 제조 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 탄소나노튜브(CNT; carbon nano tube)의 에미터(emitter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a field emission array (FEA) for a field emission display (FED), and more particularly to an emitter of carbon nanotubes (CNT). It relates to a method for manufacturing a field emission device comprising a).

전계 방출 디스플레이(FED)라 함은 강한 전기장(예컨대 5kV/㎛ 이상)에 의해 금속 및 반도체 표면으로부터 진공으로 나오는 전자들을 RGB 형광체에 충돌시킴으로써 빛을 발광하게 하는 원리를 이용한 디스플레이의 한 형태로서, 현재 거의 모든 모니터에 사용되고 있는 음극선관(CRT; cathode ray tube)의 장점과 평판 디스 플레이(FPD; flat panel display)의 장점을 혼합한 차세대 유망한 디스플레이 중의 하나이다.Field emission display (FED) is a form of display that uses the principle of emitting light by colliding electrons exiting the vacuum from metal and semiconductor surfaces with RGB phosphors by a strong electric field (eg 5 kV / μm or more). It is one of the next generation promising displays that combines the advantages of cathode ray tube (CRT) and flat panel display (FPD), which are used in almost all monitors.

이러한 FED용 전계방출소자(FEA; field emission array)는 다양한 방식의 공정을 통하여 제작될 수 있으며, 종래에 널리 알려진 제작 공정으로는 CVD 증착법 및 페이스트법(paste method) 등이 있다.Field emission arrays (FEAs) for the FED may be manufactured through various methods, and conventionally known manufacturing processes include a CVD deposition method and a paste method.

도 1a 내지 1c는 종래의 페이스트법에 의한 전계방출소자(FEA)를 제조하는 방법을 설명한 일 예이다.1A to 1C illustrate an example of a method of manufacturing a field emission device (FEA) by a conventional paste method.

도 1에 따라 종래의 전계방출소자의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 1, a conventional method for manufacturing a field emission device is as follows.

먼저, 아르곤(Ar) 및 크롬(Cr) 등의 기판(10) 위로 도전성 페이스트(12)가 예컨대, 스크린 프린트(screen print) 방법 등에 의해 도포된다(도 1a). 이후에, 탄소나노튜브(CNT), 바인더(binder), 유리 분말(glass powder) 및 은(silver) 등과 같은 전자 방출 물질(14)이 도전성 페이스트 위로 역시 스크린 프린트법에 의해 도포된다(도 1b). 마지막으로, 적외선 레이저(IR laser)를 이용하여 탄소나노튜브를 포함한 전자 방출 물질을 패턴화(20)한다(도 1c). 패턴화된 전자 방출 물질 중 탄소나노튜브의 팁(tip)들이 전자 에미터(emitter)로써 기능하게 된다.First, the conductive paste 12 is applied onto the substrate 10 such as argon (Ar) and chromium (Cr) by, for example, a screen print method or the like (FIG. 1A). Thereafter, electron emitting materials 14 such as carbon nanotubes (CNTs), binders, glass powders, silver, and the like are also applied onto the conductive paste by screen printing (FIG. 1B). . Finally, an infrared laser (IR laser) is used to pattern 20 the electron emitting material including carbon nanotubes (FIG. 1C). Among the patterned electron emitting materials, tips of carbon nanotubes function as electron emitters.

그러나, 이러한 종래의 전계방출소자는 바인더를 이용하기 때문에 고전압 인가시에 바인더에서 방출되는 방출가스로 인하여 전계방출소자의 진공도에 악영향을 미치게 되며, 또한 규칙적인 탄소나노튜브의 조절이 안 되는 경우에는(도 1c 참조) 국부적으로 탄소나노튜브(팁)에 전류가 과도하게 걸리게 됨으로써 열화로 인한 파괴가 일어나는 문제점이 있었다.However, since such a conventional field emission device uses a binder, the emission gas emitted from the binder during high voltage application adversely affects the vacuum degree of the field emission device, and when regular carbon nanotubes cannot be controlled. (See FIG. 1C) There is a problem in that breakdown due to deterioration occurs due to excessive current in the carbon nanotube (tip) locally.

다음으로, 도 2a 내지 도 2d는 종래의 다른 예에 따른 전계방출소자의 제조 방법을 도시한 공정도이며, 이를 참조하여 종래의 제조 방법의 다른 예를 설명하면 다음과 같다.Next, FIGS. 2A to 2D are flowcharts illustrating a method of manufacturing a field emission device according to another conventional example, and another example of the conventional manufacturing method will be described below with reference to this.

종래의 제조 방법은 먼저 기판(30)에 금속 전도층(32; 전극생성용)을 증착한 후 그 위로 절연층(34) 및 포토 레지스트층(36)을 차례로 증착 형성한다(도 2a).The conventional manufacturing method first deposits a metal conductive layer 32 (for electrode generation) on a substrate 30, and then deposits an insulating layer 34 and a photoresist layer 36 thereon (FIG. 2A).

이때, 금속 전도층(32)은 스퍼터링(sputtering) 또는 증착(evaporation) 공정에 의해 증착되고, 이산화규소(SiO2), 질산화규소(Si3N4), 산화마그네슘(MgO), 산화티타늄(TiO2) 및 산화탄탈륨(TaO2) 등과 같은 절연층(34)은 화학적기상증착(CVD; chemical vapor deposition) 및 증착 공정에 의해 증착되며, 포토 레지스트층(36)은 스핀(spinning) 방법에 의해 형성되는 것이 일반적이다.In this case, the metal conductive layer 32 is deposited by a sputtering or evaporation process, and silicon dioxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), magnesium oxide (MgO), and titanium oxide (TiO). 2 ) and an insulating layer 34 such as tantalum oxide (TaO 2 ) and the like are deposited by chemical vapor deposition (CVD) and a deposition process, and the photoresist layer 36 is formed by a spinning method. It is common to be.

다음으로, 포토 레지스트층(36)을 이용한 포토그래피(photography) 공정을 거쳐 절연층 일부가 에칭되어 패턴(40)이 형성된다(도 2b). 절연층이 에칭된 금속 전도층의 상부에 금속 촉매 시드층(50; metal catalyst seed layer)이 스퍼터링 공정에 의해 형성되고(도 2c), 마지막으로 금속 촉매 시드층(50) 부분에 CVD 공정을 이용하여 탄소나노튜브(예컨대, 다중벽 나노튜브; MWNT; multi walled nanotube)를 성장시킨다(도 2d).Next, a portion of the insulating layer is etched through a photography process using the photoresist layer 36 to form a pattern 40 (FIG. 2B). A metal catalyst seed layer 50 is formed by a sputtering process on top of the metal conductive layer where the insulating layer is etched (FIG. 2C), and finally, a CVD process is used for the metal catalyst seed layer 50 portion. To grow carbon nanotubes (eg, multi-walled nanotubes) (FIG. 2D).

이러한 방법에 의해 제조되는 전계방출소자는 에미터(예컨대, 탄소나노튜브)의 밀도 조절이 용이한 이점이 있으나, 대면적에 대한 적용이 어려운 점이 있다. 즉, CVD 공정의 특성상 대면적에 대한 적용이 어려우며, 또한 도금을 이용하는 경 우에는 이와 반대로 밀도의 조절이 어려운 점이 있다.The field emission device manufactured by this method has an advantage of easily controlling the density of an emitter (for example, carbon nanotubes), but it is difficult to apply to a large area. That is, it is difficult to apply to a large area due to the characteristics of the CVD process, and in the case of using plating, on the contrary, it is difficult to control the density.

본 발명은 대용량의 균일한 밀도의 탄소나노튜브 에미터를 포함하는 전계방출소자(FEA)를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a method for manufacturing a field emission device (FEA) comprising a large-capacity, uniform density of carbon nanotube emitters.

본 발명은 또한 탄소나노튜브를 분산시킨 분산제를 전해액으로 활용함으로써 도금 공정을 이용하는 경우에도 밀도의 조절이 가능한 전계방출소자의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention also provides a method of manufacturing a field emission device that can control the density even when the plating process is used by using a dispersant in which carbon nanotubes are dispersed as an electrolyte.

이러한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 임프린트 공정을 이용하여 고분자 기판의 표면에 나노 단위의 패턴을 형성하는 단계와; (b) 패턴을 포함하는 고분자 기판의 표면에 금속막을 증착하는 단계와; (c) 금속막을 이용한 전해 도금을 통하여 자성물질을 상기 패턴 내로 충진하는 단계와; (d) 고분자 기판 및 충진된 자성물질의 표면에 금속 베이스를 도금하는 단계; 및 (e) 금속막을 제거함으로써 고분자 기판을 분리하는 단계를 포함하고, 이때 자성 물질은 니켈(Ni) 및 탄소나노튜브(CNT)의 결합체로 구성되고 금속 베이스는 니켈층으로 구성되며, 이에 따라 탄소나노튜브가 에미터로써 활용되는 전계방출소자(field emission array)를 제조하는 방법을 제공한다.In order to achieve these objects, the present invention comprises the steps of (a) forming a pattern of nano units on the surface of the polymer substrate using an imprint process; (b) depositing a metal film on the surface of the polymer substrate including the pattern; (c) filling a magnetic material into the pattern through electrolytic plating using a metal film; (d) plating a metal base on the surface of the polymer substrate and the filled magnetic material; And (e) separating the polymer substrate by removing the metal film, wherein the magnetic material is composed of a combination of nickel (Ni) and carbon nanotubes (CNT) and the metal base is composed of a nickel layer. Provided is a method of manufacturing a field emission array in which nanotubes are utilized as emitters.

본 발명에 있어서, (c) 단계의 전해 도금에서 전해액은 니켈 및 탄소나노튜브가 포함된 수용체이고, 수용체는 전해 도금에 사용되기 이전에 분산(dispersion) 처리되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the electrolytic solution in the electrolytic plating of step (c) is a receptor containing nickel and carbon nanotubes, the receptor is characterized in that the dispersion (dispersion) before being used for electrolytic plating.

또한, 본 발명에 있어서, 수용체에 대한 분산 처리는 양이온 분산제가 첨가된 후 초음파가 가해짐으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.Further, in the present invention, the dispersion treatment for the receptor is characterized in that the ultrasonic wave is added after the cationic dispersant is added.

또한, 본 발명에 있어서, 수용체는 분산 처리된 이후에 필터를 이용하여 여과된 후 (c) 단계의 전해 도금의 전해액으로 공급되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the receptor is characterized in that it is filtered using a filter after the dispersion treatment and then supplied to the electrolytic solution of the electrolytic plating of step (c).

또한, 본 발명에 있어서, (c) 단계는 (c-1) 패턴을 포함한 금속막 위로 자성물질을 적층하는 단계; 및 (c-2) 패턴을 제외한 기판의 표면에 금속막이 노출되도록 고분자 기판의 표면을 평탄화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, step (c) comprises the steps of laminating a magnetic material on the metal film including the pattern (c-1); And (c-2) planarizing the surface of the polymer substrate to expose the metal film on the surface of the substrate except for the pattern.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출소자의 제조방법을 도시한 순서도이다. 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 전계방출소자의 제조방법을 간략히 설명하면 다음과 같다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a field emission device according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 3 briefly described a method for manufacturing a field emission device according to the present invention.

본 발명에 따르면, 전계방출소자(FEA)는 임프린트 공정을 이용하여 고분자 기판의 표면에 나노 단위의 패턴을 형성하는 단계(S100)와, 패턴을 포함하는 기판의 표면에 구리 등의 금속막을 형성하는 단계(S110)와, 금속막을 이용한 전해 도금을 실시하여 고분자 기판의 패턴 내로 자성물질을 충진시키는 단계(S120)와, 고분자 기판의 표면에 금속 베이스를 도금하는 단계(S130), 및 금속막을 에칭함으로써 고분자 기판을 분리 제거하는 단계(S140)에 의해 제조될 수 있다.According to the present invention, the field emission device (FEA) is a step of forming a nano-pattern on the surface of the polymer substrate using an imprint process (S100), and forming a metal film such as copper on the surface of the substrate including the pattern Step (S110), performing the electroplating using a metal film to fill the magnetic material into the pattern of the polymer substrate (S120), plating a metal base on the surface of the polymer substrate (S130), and by etching the metal film It may be prepared by the step of separating and removing the polymer substrate (S140).

이러한 제조방법은 임프린트 공정을 이용하여 고분자 기판의 표면에 나노 단위의 패턴을 형성한 후 분산 처리된 탄소나노튜브 등의 자성 물질을 패턴 내부로 충진시켜 대면적으로 균일한 밀도의 에미터(emitter)를 형성하는 점에 특징을 갖는 다.This manufacturing method uses an imprint process to form a nano-pattern on the surface of the polymer substrate, and then fills the magnetic material such as carbon nanotubes dispersed therein into the pattern and emits emitters of uniform density. It is characterized by forming a point.

이하, 각 공정 순서에 따라 도시된 공정도들(도 4a 내지 4g)을 참조하여 그 상세를 설명하기로 한다.Hereinafter, the details thereof will be described with reference to process diagrams (FIGS. 4A to 4G) according to the respective process sequences.

본 발명에 따른 전계방출소자(FEA)의 제조방법은 먼저 나노 단위의 돌출 패턴(112)이 형성된 금형(110; 스탬퍼; stamper)을 이용한 임프린트 공정에 특징이 있다. 고분자 기판(120)을 금형(110)에 배치한 후 가열 가압한 후 금형으로부터 분리하면 도 4a에 도시된 바와 같이 금형의 돌출 패턴(112)에 대응되는 나노 단위의 패턴(122)이 형성된 기판(120)을 형성할 수 있다.The method of manufacturing a field emission device (FEA) according to the present invention is characterized by an imprint process using a metal mold 110 (stamper; stamper) formed with a protrusion pattern 112 in nano units. When the polymer substrate 120 is disposed on the mold 110, heated and pressurized, and then separated from the mold, as illustrated in FIG. 4A, the substrate on which the nanostructure pattern 122 corresponding to the protrusion pattern 112 of the mold is formed ( 120).

이러한 임프린트 공정은 기존의 반도체 제조공정에서 일반적으로 사용되던 포토리소그래피(photolithography) 공정 등보다 더욱 정밀한 스케일의 패턴을 형성하도록 하며, 또한 단순히 가열 가압에 의해 고분자 기판상에 최대 나노 단위의 패턴까지 형성할 수 있는 등 인쇄회로기판을 포함한 다양한 분야에서 향후 계속적으로 개발 사용될 수 있는 기술의 하나이다.Such an imprint process can form a pattern with a more precise scale than the photolithography process commonly used in the conventional semiconductor manufacturing process, and can also form patterns of up to nano units on the polymer substrate by simply heating and pressing. It is one of the technologies that can be continuously developed and used in various fields including printed circuit boards.

이처럼, 나노 단위의 패턴(122)이 형성된 고분자 기판(120)의 표면은 도 4b에 도시된 바와 같이 나타난다. 즉, 금형의 돌출 패턴의 형상(간격 및 크기 등)에 맞추어 배열되는 다수의 패턴(122)을 고분자 기판(120)의 표면에서 찾아볼 수 있다.As such, the surface of the polymer substrate 120 on which the nanoscale pattern 122 is formed is shown in FIG. 4B. That is, a plurality of patterns 122 arranged in accordance with the shape (interval and size, etc.) of the protruding pattern of the mold may be found on the surface of the polymer substrate 120.

다음으로, 패턴들(122)이 형성된 고분자 기판의 표면 위로 구리(Cu)와 같은 금속막(130)을 스퍼터링(sputtering) 공정 등을 이용하여 형성한다. 금속막(130)은 기판(120)의 표면과 함께 각 패턴(122)의 내부면에 형성된다(도 4c). 이때, 고 분자 기판(120)은 앞서 임프린트 공정에서 가열 가압되었기 때문에 경화된 상태이고, 경화된 상태의 고분자 기판 위로 구리 이온을 충돌시킴으로써 그 표면에 물리적으로 구리막과 같은 금속막을 형성할 수 있다.Next, a metal film 130 such as copper (Cu) is formed on the surface of the polymer substrate on which the patterns 122 are formed by using a sputtering process or the like. The metal film 130 is formed on the inner surface of each pattern 122 together with the surface of the substrate 120 (FIG. 4C). In this case, the high molecular substrate 120 is hardened because it was previously heated and pressed in an imprint process, and a metal film, such as a copper film, may be physically formed on the surface by colliding copper ions onto the polymer substrate in the hardened state.

다음으로, 도 4d에 도시된 바와 같이, 금속막(130)이 형성된 고분자 기판(120)의 표면에 니켈+탄소나노튜브(Ni+CNT)와 같은 자성 물질(140)을 증착한다. 이러한 자성 물질(140)의 증착은 기판(120)의 표면에 형성된 금속막(130)을 이용한 전해 도금으로 실시되며, 이후 금속막(130)을 기준으로 고분자 기판(120)의 표면 위로 형성된 자성 물질을 일부분 제거함으로써, 각 패턴 내부에만 자성 물질(140)이 충진된 상태의 구조체를 형성한다(도 4e).Next, as shown in FIG. 4D, a magnetic material 140 such as nickel + carbon nanotubes (Ni + CNT) is deposited on the surface of the polymer substrate 120 on which the metal film 130 is formed. The deposition of the magnetic material 140 is performed by electroplating using the metal film 130 formed on the surface of the substrate 120, and then the magnetic material formed on the surface of the polymer substrate 120 based on the metal film 130. By removing a part of the structure, the structure in which the magnetic material 140 is filled only in each pattern is formed (FIG. 4E).

자성 물질(140)의 증착과 관련하여 그 공정의 상세를 설명하면 다음과 같다.The details of the process with respect to the deposition of the magnetic material 140 are as follows.

자성 물질(140)의 증착은 도 5에 도시된 바와 같이, 전해액을 이용한 전해 도금 공정에 의해 실시될 수 있다. 예를 들면, 니켈 이온(Ni2 +) 및 탄소나노튜브(222) 등이 분산처리된 전해액(220)이 전해조(210) 내에 수용되고, 전해액 내로 고분자 기판(230) 및 니켈(Ni)과 같은 도금 금속(240)이 담겨진 후, 이들 고분자 기판(230) 및 도금 금속(240)에 직류 전류를 연결함으로써 도금 공정이 수행된다.Deposition of the magnetic material 140 may be performed by an electrolytic plating process using an electrolyte, as shown in FIG. For example, a nickel ion (Ni 2 +) and carbon nanotubes (222) such that the distribution process the electrolytic solution 220 is accommodated in the electrolyzer (210), into the electrolyte, such as a polymer substrate 230 and the nickel (Ni) After the plating metal 240 is contained, the plating process is performed by connecting a direct current to the polymer substrate 230 and the plating metal 240.

이러한 도금 공정이 이루어지는 공정 조건은 다음과 같다. 예를 들면, 도금시 온도는 50℃를 유지하며, 고분자 기판과 도금 금속에 인가되는 전류 밀도는 대략 0.1 내지 0.5 ASD 범위 내에서 조절하고, 그리고 도금 공정 시간은 1분 내지 3분 범위 내에서 실시함으로써 결과적으로 두께 0.1 내지 0.2 ㎛의 자성 물질(니켈 + 탄소나노튜브)을 패턴 내로 증착시킬 수 있다.The process conditions under which this plating process is performed are as follows. For example, during plating, the temperature is maintained at 50 ° C., the current density applied to the polymer substrate and the plating metal is controlled within the range of approximately 0.1 to 0.5 ASD, and the plating process time is performed within the range of 1 to 3 minutes. As a result, a magnetic material (nickel + carbon nanotubes) having a thickness of 0.1 to 0.2 μm can be deposited into the pattern.

또한, 이 도금 공정에서 사용되는 전해액은 앞서 설명한 바와 같이 탄소나노튜브가 분산제에 의해 분산 처리된 상태로 제공되는 것이 바람직하다. 도 6a 및 6b는 분산 공정에 관한 개략도 및 분산이 이루어지는 일 예를 도시한 도이다.In addition, it is preferable that the electrolyte solution used in this plating process is provided in a state where carbon nanotubes are dispersed by a dispersant as described above. 6A and 6B are diagrams showing a schematic diagram of a dispersion process and an example in which dispersion is performed.

도 6에 도시된 바와 같이, 도금 공정에 사용되는 전해액을 생성하기 위하여 탄소나노튜브의 분산 처리가 실시되며, 이는 욕조(250) 내에 탄소나노튜브(CNT)와 니켈 도금액 조성과 양이온 분산제(CNT 100~200wt%)를 넣어준 후 초음파 발생수단(260)을 이용하여 초음파를 인가함으로써 분산 처리되도록 할 수 있다.As shown in FIG. 6, carbon nanotube dispersion treatment is performed to produce an electrolyte solution used in a plating process, which is composed of carbon nanotube (CNT) and a nickel plating solution and a cationic dispersant (CNT 100) in a bath 250. ~ 200wt%) may be dispersed by applying ultrasonic waves using the ultrasonic wave generating means 260.

분산 공정에 대하여 상세히 설명한다면, CVD-MWNT, Arc-MWNT, SWNT 등의 탄소나노튜브(CNT)를 대략 10 내지 20 mg/L의 양으로 4L의 니켈 Watt욕(니켈 도금액 조성)에 넣은 후 CNT 무게 대비 1배 내지 2배 정도의 양이온 분산제와 함께 30분에서 1시간 정도 초음파를 인가하여 실시한다. 이때, 본 발명의 분산 공정에 사용되는 양이온 분산제로는, BKC(Benzalkonium Chloride, ALDRICH), NaDDBS(sodium dodecylbenzene sulfonate), Triton-X, CTAB(cetyltrimetylammonium bromide) 등이 사용되는 것이 바람직하며, 반면 이로 한정되는 것은 아니다.If the dispersion process is described in detail, carbon nanotubes (CNT) such as CVD-MWNT, Arc-MWNT, SWNT, etc., are placed in a 4L nickel Watt bath (nickel plating solution composition) in an amount of approximately 10 to 20 mg / L, followed by CNT. It is carried out by applying ultrasonic waves for 30 minutes to 1 hour with a cationic dispersant of about 1 to 2 times the weight. At this time, as the cationic dispersant used in the dispersion process of the present invention, it is preferable that BKC (Benzalkonium Chloride, ALDRICH), NaDDBS (sodium dodecylbenzene sulfonate), Triton-X, CTAB (cetyltrimetylammonium bromide), etc. are used. It doesn't happen.

이러한 양이온 분산제가 도 6b에 도시된 바와 같이 탄소나노튜브(CNT)에 결합된 후 분리됨으로써 탄소나노튜브가 분산 처리된 전해액을 생성할 수 있다.As shown in FIG. 6B, the cationic dispersant may be bonded to the carbon nanotubes (CNT) and then separated to generate an electrolytic solution in which the carbon nanotubes are dispersed.

그러나, 양이온 분산제를 이용하여 분산 처리된 탄소나노튜브가 완전히 분산되지 못하여 불균질 상태(예컨대, 일부의 탄소나노튜브가 뭉쳐진 상태)로 남아 있을 수 있으며, 이를 해소하기 위하여 분산 공정 이후에 통상의 필터(예컨대, ㎛ 단 위의 필터)를 사용하여 전해액 내에 뭉쳐 있는 탄소나노튜브를 걸러내는 공정을 수반할 수 있다. 이러한 공정을 거쳐 생성된 탄소나노튜브가 분산 처리된 용액이 도 5의 전해조 내에 채워지는 전해액으로써 공급될 수 있다.However, the carbon nanotubes dispersed using the cationic dispersant may not be completely dispersed and remain in an inhomogeneous state (for example, some carbon nanotubes are agglomerated). (For example, a filter having a micrometer unit) may be used to filter out the carbon nanotubes agglomerated in the electrolyte solution. The solution in which the carbon nanotubes generated through such a process are dispersed may be supplied as an electrolyte filled in the electrolytic cell of FIG. 5.

이후, 고분자 기판(120)의 표면 위로 니켈(Ni)과 같은 금속의 금속 베이스(150)를 역시 전해 도금을 이용하여 형성하며(도 4f), 최종적으로 금속막(130)을 식각함으로써 고분자 기판(120)을 분리함으로써 금속 베이스(150)상에 자성 물질(140) 패턴이 형성된 전계방출소자(FEA)의 구조를 제조할 수 있다(도 4g).Subsequently, a metal base 150 of a metal such as nickel (Ni) is also formed on the surface of the polymer substrate 120 by using electroplating (FIG. 4F), and finally, the metal film 130 is etched to form the polymer substrate ( By separating the 120, a structure of the field emission device FEA in which the magnetic material 140 pattern is formed on the metal base 150 may be manufactured (FIG. 4G).

이상과 같은 제조 공정에 따르면, 본 발명은 예컨대, 니켈 재질의 금속 베이스상에 니켈+탄소나노튜브의 자성 물질로 구성된 에미터가 균일한 밀도로 형성된 구조의 전계방출소자의 구조를 제공할 수 있으며, 특히 이러한 전계방출소자의 규모가 대면적에서 제조될 수 있는 특징을 갖는다.According to the manufacturing process as described above, the present invention, for example, can provide a structure of the field emission device having a structure in which the emitter composed of a magnetic material of nickel + carbon nanotubes on a nickel metal base is formed in a uniform density. In particular, the size of the field emission device can be manufactured in a large area.

즉, 본 발명에 따른 전계방출소자의 제조 방법은 임프린트 공정을 이용하여 고분자 기판의 표면에 나노 단위의 패턴을 형성한 후 패턴 내로 탄소나노튜브와 같은 자성 물질을 증착시키고, 자성 물질이 증착된 위로 금속 베이스를 더 형성시키며, 이후 고분자 기판을 분리함으로써 탄소나노튜브의 에미터가 형성된 금속 베이스로 구성되는 전계방출소자를 제공할 수 있다.In other words, the method for manufacturing a field emission device according to the present invention forms a nano-pattern on the surface of the polymer substrate by using an imprint process and then deposits a magnetic material such as carbon nanotubes into the pattern, the magnetic material is deposited A metal base may be further formed, and then the polymer substrate may be separated to provide a field emission device including a metal base on which emitters of carbon nanotubes are formed.

이러한 공정에 의해 제조되는 전계방출소자는 종래의 페이스트를 이용한 방법 또는 CVD를 이용한 방법과 비교하여 대면적 상에 균일한 밀도의 에미터를 형성할 수 있는 이점을 갖는다. 또한, 페이스트를 사용한 종래의 경우에 발생하던 바인더의 열화 문제를 방지할 수 있고, CVD 장치를 사용하는 경우에 수반되는 고가의 장비로 인한 고비용의 문제점을 방지할 수 있어, 전계방출소자의 양산을 위한 새로운 공정으로써 활용될 수 있다.The field emission device manufactured by this process has the advantage of forming an emitter of uniform density on a large area compared with the conventional paste method or the CVD method. In addition, it is possible to prevent the problem of deterioration of the binder caused in the conventional case using the paste, and to prevent the problem of high cost due to the expensive equipment involved in using the CVD apparatus, thereby preventing mass production of the field emission device. It can be used as a new process.

본 발명에 따른 전계방출소자의 제조 방법은 임프린트 공정을 이용하여 고분자 기판의 표면에 나노 단위의 패턴을 형성한 후 패턴 내로 탄소나노튜브와 같은 자성 물질을 증착시키고, 자성 물질이 증착된 위로 금속 베이스를 더 형성시키는 것을 특징으로 하며, 이에 따라 종래의 페이스트를 이용한 방법 또는 CVD를 이용한 방법과 비교하여 대면적 상에 균일한 밀도의 에미터를 형성할 수 있는 이점을 갖는다. 또한, 페이스트를 사용한 종래의 경우에 발생하던 바인더의 열화 문제를 방지할 수 있고, CVD 장치를 사용하는 경우에 수반되는 고가의 장비로 인한 고비용의 문제점을 방지할 수 있어, 전계방출소자의 양산을 위한 새로운 공정으로써 활용될 수 있다.In the method of manufacturing a field emission device according to the present invention, a nano-based pattern is formed on a surface of a polymer substrate by using an imprint process, and then a magnetic material such as carbon nanotubes is deposited into the pattern, and the metal base is deposited on the magnetic material. It is characterized in that to further form, and thus has the advantage of forming an emitter of uniform density on a large area compared to the method using a conventional paste or a method using CVD. In addition, it is possible to prevent the problem of deterioration of the binder caused in the conventional case using the paste, and to prevent the problem of high cost due to the expensive equipment involved in using the CVD apparatus, thereby preventing mass production of the field emission device. It can be used as a new process.

Claims (5)

(a) 임프린트 공정을 이용하여 고분자 기판의 표면에 나노 단위의 패턴을 형성하는 단계;(a) forming a nano pattern on the surface of the polymer substrate using an imprint process; (b) 상기 패턴을 포함하는 고분자 기판의 표면에 금속막을 증착하는 단계;(b) depositing a metal film on the surface of the polymer substrate including the pattern; (c) 상기 금속막을 이용한 전해 도금을 통하여 자성물질을 상기 패턴 내로 충진하는 단계;(c) filling a magnetic material into the pattern through electrolytic plating using the metal film; (d) 충진된 자성물질이 각 패턴별로 분리된 상태에서 상기 고분자 기판 및 충진된 자성물질의 표면에 금속 베이스를 도금하는 단계; 및(d) plating a metal base on the surface of the polymer substrate and the filled magnetic material while the filled magnetic material is separated for each pattern; And (e) 상기 금속막을 제거함으로써 상기 고분자 기판을 분리하는 단계를 포함하고,(e) separating the polymer substrate by removing the metal film, 상기 자성 물질은 니켈(Ni) 및 탄소나노튜브(CNT)의 결합체로 구성되고 상기 금속 베이스는 니켈층으로 구성되며, 이에 따라 상기 탄소나노튜브가 에미터로써 활용되는 전계방출소자(field emission array)를 제조하는 방법.The magnetic material is composed of a combination of nickel (Ni) and carbon nanotubes (CNT), and the metal base is composed of a nickel layer. Accordingly, a field emission array in which the carbon nanotubes are utilized as an emitter. How to prepare. 제 1 항에 있어서, 상기 (c) 단계의 전해 도금에서 전해액은 니켈 및 탄소나노튜브가 포함된 수용체이고, 상기 수용체는 전해 도금에 사용되기 이전에 분산(dispersion) 처리되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the electrolytic solution in the electrolytic plating of step (c) is a receptor containing nickel and carbon nanotubes, the acceptor is a field emission, characterized in that the dispersion (dispersion) before being used for electrolytic plating Method of manufacturing the device. 제 2 항에 있어서, 상기 수용체에 대한 분산 처리는 양이온 분산제가 첨가된 후 초음파가 가해짐으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조 방법.The method of manufacturing a field emission device according to claim 2, wherein the dispersion treatment for the receptor is performed by applying ultrasonic waves after the addition of the cationic dispersant. 제 3 항에 있어서, 상기 수용체는 분산 처리된 이후에 필터를 이용하여 여과된 후 상기 (c) 단계의 전해 도금의 전해액으로 공급되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조 방법.4. The method of claim 3, wherein the receptor is filtered through a filter after dispersion treatment and then supplied to the electrolytic plating solution of step (c). 제 4 항에 있어서, 상기 (c) 단계는The method of claim 4, wherein step (c) (c-1) 상기 패턴을 포함한 금속막 위로 자성물질을 적층하는 단계; 및(c-1) stacking a magnetic material on the metal film including the pattern; And (c-2) 상기 패턴을 제외한 상기 기판의 표면에 금속막이 노출되도록 상기 고분자 기판의 표면을 평탄화하는 단계;(c-2) planarizing the surface of the polymer substrate to expose a metal film on the surface of the substrate except for the pattern; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조 방법.Method for producing a field emission device comprising a.
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