KR101605131B1 - 전계전자방출원, 이를 포함하는 전계전자방출소자 및 이의 제조방법 - Google Patents

전계전자방출원, 이를 포함하는 전계전자방출소자 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

금속 전극 및 상기 전극과 일체화되어 전극 표면에 돌출된 탄소나노튜브를 포함하는 전계전자방출원, 이를 포함하는 전계전자방출소자 및 이의 제조방법이 제시된다.

Description

전계전자방출원, 이를 포함하는 전계전자방출소자 및 이의 제조방법{Field electron emitter, field electron emitter device and method for preparing the same}
전계전자방출원, 이를 포함하는 전계전자방출소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
탄소나노튜브를 전계방출 팁으로 사용하는 전계전자방출원은 음극 전극을 증착하고 그 위에 탄소나노튜브를 증착시켜 제조될 수 있다. 다르게는, 상기 전계전자방출원은 기판 상에 탄소나노튜브, 바인더 및 충진제를 포함하는 탄소나노튜브 페이스트를 프린팅하여 제조될 수 있다.
기상 증착으로 탄소나노튜브를 증착하는 방법은 공정이 번거롭고 고가 장비가 요구되므로, 탄소나노튜브 페이스트가 많이 사용된다.
탄소나노튜브 페이스트를 사용하여 전계전자방출원을 제조하는 방법도 프린팅 단계, 고온 소성 단계 및 활성화 단계가 요구되므로 공정이 번거롭다.
본 발명의 한 측면은 새로운 구조를 가지는 전계전자방출원을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 한 측면은 상기 전계전자방출원을 채용한 전계전자방출소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 전계전자방출원 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따라
금속 전극; 및
상기 전극과 일체화되어 전극 표면에 돌출된 탄소나노튜브;를 포함하는 전계전자방출원이 제공된다.
본 발명의 다른 한 측면에 따라
상기 전계전자방출원을 포함하는 전계전자방출소자가 제공된다.
본 발명의 또 다른 한 측면에 따라
도금액에 기판을 침지시키는 단계;
상기 침지된 기판 상의 일부 또는 전부에 도금층을 형성하는 단계; 및
선택적으로 상기 도금층의 표면에 노출된 핵산을 제거하는 단계;를 포함하며,
상기 도금액이 탄소나노튜브, 핵산 및 금속이온을 포함하는 전계전자방출원 제조방법이 제공된다.
본 발명의 한 측면에 따르면 전계전자방출원에서 금속 전극과 전계방출팁이 일체화됨에 의하여 제조가 용이하고 비용이 저렴하다.
이하에서 본 발명의 일실시예에 다른 전계전자방출원, 이를 포함하는 전계전자방출소자 및 이의 제조방법에 관하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전계전자방출원은 금속 전극; 및 상기 전극과 일체화되어 전극 표면에 돌출된 탄소나노튜브;를 포함한다. 상기 금속 전극과 탄소나노튜브는 일체화되므로 전극과 전자방출팁이 일체화된 구조를 가질 수 있다. 따라서, 전계전자방출원의 신뢰도가 높고 다른 첨가물이 개입되지 않고 전극과 전자방출팁이 직접 전기적으로 연결되므로 전극과 전자방출팁 사이의 계면저항이 감소되어 전계전자방출원의 전자방출 효율이 우수하다. 상기 전계전자방출원의 일실시예의 단면 개략도를 도 1에 나타내었다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 전계전자방출원에서 상기 전극 내부에 핵산을 추가적으로 포함할 수 있다. 즉, 금속 전극 내부에 존재하는 탄소나노튜브의 일부 또는 전부는 핵산으로 피복될 수 있다. 그러나, 상기 핵산은 전극 표면에 돌출된 탄소나노튜브 표면에는 실질적으로 존재하지 않을 수 있다. 즉, 상기 돌출된 탄소나노튜브 표면에는 핵산이 존재하지 않거나 존재하더라도 전계전자방출원의 전자방출 성능에 영향을 주지 않는다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전계전자방출원에서 상기 전극은 도금에 의하여 형성된 도금층일 수 있다. 상기 도금층은 당해 기술 분야에서 알려진 모든 도금 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 전해도금, 무전해도금 등이다. 상기 도금층은 구조가 치밀하여 탄소나노튜브와 금속 전극 사이에 공극이 발생하지 않고 금속 전극과 탄소나노튜브가 일체화될 수 있다. 따라서, 상기 전계전자방출원은 금속이온과 탄소나노튜브를 포함하는 도금액으로부터 도금에 의하여 형성되므로, 제조가 용이하고 제조 비용도 저렴하다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전계전자방출원에서 상기 금속 전극은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Ag, Au, Hg, Pt, Ta, Mo, Zr, Ta, Mg, Sn, Ge, Y, Nb, Tc, Ru, Rh, Lu, Hf, W, Re, Os, Ir, Lr, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg 및 Uub로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으면 당해 기술 분야에서 금속 전극으로 사용될 수 있으며 용액중에서 이온 상태로 존재할 수 있는 금속이라면 특별히 한정되지 않는다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전계전자방출원에서 상기 금속 전극은 P, B, N, C, O 및 H로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 원소들은 상기 도금층을 형성하는 방법 중 무전해도금에서 상기 금속이온들을 환원시키는 환원제에 포함된 원소들이다. 상기 환원제가 금속이온들을 환원시키면서 환원된 금속과 함께 도금층에 포함된다. 상기 원소들은 금속이온의 환원제로서 사용되는 화합물에 포함되는 원소라면 특별히 한정되지 않는다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전계전자방출원에서 상기 핵산이 DNA, cDNA(complementary DNA), cpDNA(chloroplast DNA), msDNA(multicopy single-stranded DNA), mtDNA(mitochondrial DNA), RNA, mRNA(messenger RNA), tRNA(transfer RNA), GNA(glycerol nucleic acid), LNA(locked nucleic acid), PNA(peptide nucleic acid), 및 TNA(threose nucleic acid) 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며, 당해 기술분야에서 알려진 모든 핵산이 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전계전자방출원에서 상기 핵산이 아데닌(A), 구아닌(G), 티민(T), 시토신(C), 및우라실(U)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 질소를 포함하는 헤테로고리 염기를 포함할 수 있다. 또한, 상기 핵산은 헤테로고리염기 외에 오탄당(pentose sugar) 및/또는 포스페이트(phosphate) 그룹을 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전계전자방출원에서 상기 탄소나노튜브가 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 금속성 탄소나노튜브 및 반도체성 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 알려진 모든 탄소나노튜브가 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전계전자방출원에서 상기 탄소나노튜브의 함량이 0.1 내지 80중량%일 수 있다. 상기 탄소나토튜브 함량의 본 발명의 일 측면에 따른 과제 달성에 적합하다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전계전자방출원에서 상기 금속 전극은 전극 하단면에 형성된 하부 전극을 추가로 포함할 수 있다. 상기 하부 전극은 상기 금속 전극(상부 전극에 해당함)과 동일하거나 다른 금속일 수 있다. 상기 하부 전극은 증착 등과 같은 당해 기술 분야에서 알려진 모든 방법으로 형성될 수 있으며, 상기 하부 전극의 형성에 사용되는 금속은 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 금속이라면 특별히 한정되지 않는다. 상기 하부 전극은 탄소나노튜브를 포함하지 않는 순수한 금속일 수 있다. 상기 하부 전극은 전계전자방출소자의 캐소드 전극일 수 있다. 상기 하부 전극이 추가된 전계전자방출원의 일실시예의 단면 모식도를 도 2에 나타내었다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전계전자방출소자는 상기의 전계전자방출원을 포함한다. 상기 전계전자방출소자의 일실시예를 도 3에 개략적으로 도시하였다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전계전자방출소자 중에서도 3극관 구조의 전계전자방출소자를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 전계전자방출소자(200)는 상판(201)과 하판(202)을 구비하고, 상기 상판은 상면기판(190), 상기 상면기판의 하면(190a)에 배치된 애노드 전극(180), 상기 애노드 전극의 하면(180a)에 배치된 형광체층(170)을 구비한다.
상기 하판 (202)은 내부공간(210)을 갖도록 소정의 간격을 두고 상기 상면기판(190)과 대향하여 평행하게 배치되는 하면기판(110), 상기 하면기판(110) 상에 스트라이프 형태로 배치된 캐소드 전극(120), 상기 캐소드 전극(120)과 교차하도록 스트라이프 형태로 배치된 게이트 전극(140), 상기 게이트 전극(140)과 상기 캐소 드 전극(120) 사이에 배치된 절연체층(130), 상기 절연체층(130)과 상기 게이트 전극(140)의 일부에 형성된 전계전자방출원 홀(169), 상기 전계전자방출원 홀(169) 내에 배치되어 상기 게이트 전극(140) 보다 낮은 높이로 배치되며, 상기 캐소드 전극(120) 및 캐소드전극(120)과 일체화된 탄소나노튜브(121)를 포함하는 전계전자방출원(160)을 구비한다. 상기 전계전자방출원 (160)에 대한 상세한 설명은 상술한 바와 동일하다.
상기 전계전자방출원(160)을 구성하는 금속 전극(도 3의 캐소드 전극(120))은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Ag, Au, Hg, Pt, Ta, Mo, Zr, Ta, Mg, Sn, Ge, Y, Nb, Tc, Ru, Rh, Lu, Hf, W, Re, Os, Ir, Lr, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg 및 Uub로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으면 당해 기술 분야에서 금속 전극으로 사용될 수 있으며 용액중에서 이온 상태로 존재할 수 있는 금속이라면 특별히 한정되지 않는다.
상기 전계전자방출원(160)은 도면에 도시되지 않았지만 전계전자방출원의 금속 전극 하단면에 형성된 하부 전극을 추가로 포함할 수 있다. 상기 하부 전극은 상기 금속 전극(캐소드 전극(120))과 동일하거나 다른 금속일 수 있다. 상기 하부 전극은 증착 등과 같은 당해 기술 분야에서 알려진 모든 방법으로 형성될 수 있으며, 상기 하부 전극의 형성에 사용되는 금속은 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 금속이라면 특별히 한정되지 않는다. 또한, 상기 하부 전극은 ITO, 알루미늄 도핑된 산화아연(aluminium doped zinc oxide), 아연 도핑된 산화 인듐(zinc doped indium oxide) 또는 갈륨 인듐 옥사이드 (gallium indium oxide) 같은 투명 전극을 사용할 수 있다.
상기 상판(201)과 하판(202)은 대기압보다 낮은 압력의 진공으로 유지되며, 상기 진공에 의해 발생되는 상기 상판과 하판 간의 압력을 지지하고, 발광공간(210)을 구획하도록 스페이서(192)가 상기 상판과 상기 하판 사이에 배치된다.
상기 애노드 전극(180)은 상기 전계방출원(160)에서 방출된 전자의 가속에 필요한 고전압을 인가하여 상기 전자가 상기 형광체층(170)에 고속으로 충돌할 수 있도록 한다. 상기 형광체층의 형광체는 상기 전자에 의해 여기되어 고에너지 레벨에서 저에너지 레벨로 떨어지면서 가시광 등을 방출한다.
상기 게이트 전극(140)은 상기 전계방출원(160)에서 전자가 용이하게 방출될 수 있도록 하는 기능을 하며, 상기 절연체층(130)은 상기 전계 방출원 홀(169)을 구획하고, 상기 전계방출원(160)과 상기 게이트 전극(140)을 절연하는 기능을 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전계전자방출소자는 도 3에 도시된 바와 같은 3극관 구조의 전계전자방출소자를 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 3극관 구조 외에, 2극관을 비롯한 다른 구조의 전계전자방출소자도 포함할 수 있다. 또한, 게이트 전극이 캐소드 전극 하부에 배치되는 전계전자방출소자는 방전 현상에 의하여 발생되는 것으로 추정되는 아크에 의한 게이트 전극 및/또는 캐소드 전극의 손상을 방지하고, 전계전자방출원으로부터 방출되는 전자의 집속을 보장하기 위한 그리드/ 메쉬를 구비하는 전계전자방출소자에도 사용될 수 있다.
상기 전계전자방출소자의 구조를 다른 표시 소자, 백라이트 유닛 또는 의료 영상용 X-선 소스 등에 응용할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 다른 전계전자방출소자는 FED를 비롯하여 LCD 백라이트 유닛 (backlight unit)의 면광원 및 의료 영상용 X-선 소스 등 전계 방출이 이용되는 다양한 분야에서 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전계전자방출소자의 제조방법을 도 4를 참조하여 설명한다. 먼저 기판 상에 시드 금속(seed metal)을 증착시켜 시드 금속층을 형성한다. 시드 금속으로서 Mo, Cr 등을 사용할 수 있다. 이어서, 포토마스크 및 포토레지스트를 사용하고, 당해 기술분야의 공지된 패터닝 기술을 사용하여 소정의 시드 금속 패턴을 형성한다. 다음으로, 상기 시드 금속 패턴이 형성된 기판 상에 절연 물질을 증착하고, 노광 공정을 통하여 시드 금속 패턴의 상부에 존재하는 절연 물질만을 에칭하여 제거한다. 이어서, 상기 시드 금속 패턴 상에 탄소나노튜브와 일체화된 금속 전극으로 이루어진 도금층을 형성한다. 상기 금속 전극의 표면에 돌출된 탄소나노튜브는 전계전자방출팁으로 사용된다. 상기 금속 전극의 표면에 돌출된 탄소나노튜브의 양이 작을 경우 선택적으로 에칭 공정 등을 사용하여 돌출된 탄소나노튜브의 양을 증가시킬 수 있다. 이어서, 당해 기술 분야에서 알려진 통상의 기술로 나머지 공정을 수행하여 전계전자방출소자를 제작할 수 있다.
본 발명의 구체적인 또 다른 일실시예에 따른 보다 단순한 전계전자방출소자의 제조방법을 도 5를 참조하여 설명한다. 먼저, 절연성 기판 상에 마스크층을 형 성한 후 선택적으로 식각하여 소정 패턴의 홈(groove)을 형성시킨다. 상기 홈의 하부에 시드 금속층을 형성시킨다. 이어서, 상기 시드 금속층 상에 탄소나노뷰브와 일체화된 금속 전극으로 이루어진 도금층을 형성한다. 상기 금속 전극의 표면에 돌출된 탄소나노튜브는 전계전자방출팁으로 사용된다. 상기 금속 전극의 표면에 돌출된 탄소나노튜브의 양이 작을 경우 선택적으로 에칭 공정 등을 사용하여 돌출된 탄소나노튜브의 양을 증가시킬 수 있다. 이어서, 당해 기술 분야에서 알려진 통상의 기술로 나머지 공정을 수행하여 전계전자방출소자를 제작할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일구현예에 따른 전계전자방출원 제조방법은 도금액에 기판을 침지시키는 단계; 상기 침지된 기판 상의 일부 또는 전부에 도금층을 형성하는 단계; 및 선택적으로 상기 도금층의 표면에 노출된 핵산을 제거하는 단계;를 포함하며, 상기 도금액이 탄소나노튜브, 핵산 및 금속이온을 포함한다.
먼저, 탄소나노튜브, 핵산 및 금속이온을 포함하는 도금액을 준비한 후, 상기 도금액에 기판을 침지시키고, 상기 기판 상의 일부 또는 전부에 도금에 의한 도금층을 형성시킨다. 상기 도금액은 필요에 따라 전도도를 높이기 위한 전해질; 금속이온의 석출을 용이하게 해주는 시트르산염, 타르타르산염, 술파민산 등의 착화제; 등의 첨가제를 추가적으로 포함할 수 있으며, pH도 조절할 수 있다. 상기 금속이온은 탄소나노튜브에 피복된 핵산과 착물을 형성할 수 있다. 예를 들어, 탄소나노튜브/핵산/금속이온 착물을 형성할 수 있다. 상기 탄소나토뷰브/핵산/금속이온 착물은 표면에 다수의 금속이온이 존재할 수 있다. 상기 도금액에는 다수의 금 속이온과 착물이 동시에 존재하게 된다. 핵산의 헤테로고리 염기는 Ag, Hg, Pt 등의 금속의 이온과 결합이 용이하고, 포스페이트 그룹은 Li, Na, K 등의 금속의 이온과 결합이 용이하다. 전이금속 이온은 d 오비탈에 전자가 부분적으로 비어있으므로 2 이상의 결합 자리와 결합을 형성할 수 있다. 예를 들어, 전이금속 이온은 핵산의 염기와는 직접적인 결합을 포스페이트 그룹과는 간접적인 결합을 형성할 수 있다. 상기 착물은 탄소나노튜브가 전기적으로 양이온 상태를 유지하도록 만들어준다. 상기 착물의 형태는 사용되는 핵산 및 금속이온의 종료에 따라 달라질 수 있다. 상기 도금층의 형성을 위하여 상기 기판상의 일부 또는 전부에는 금속, 금속산화물 등과 같은 도전성 박막이 미리 형성되어야 한다. 상기 도금층에는 탄소나노튜브 및 핵산이 포함되며, 도금층 표면에 탄소나노튜브가 돌출된다. 이후에, 선택적으로 상기 도금층의 표면에 노출된 핵산을 제거하여 전극과 전자방출팁이 일체화된 전계전자방출원을 제조한다.
본 발명의 또 다른 일구현예에 따른 전계전자방출원 제조방법에서 상기 도금층의 형성은 전해도금 또는 무전해도금에 의하여 수행될 수 있다. 비용면에서는 전해도금이 상대적으로 저렴하다.
상기 전해도금은 전해조에 도금액을 넣고 상기 도금액에 캐소드 및 애노드를 침지시키고 전류를 인가하여 진행될 수 있다. 전해도금시 애노드는 당해 기술분야에서 사용되는 전도성 금속이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 구리, 니켈, 크롬, 아연, 카드뮴, 주석, 금, 은, 로듐, 백금 등의 금속을 사용할 수 있다. 상기 애노드로 사용되는 금속은 도금층을 형성하는 금속과 동일한 금속을 사용할 수 있다. 도금 과정에서 캐소드에서 도금층이 석출되기 시작하면, 도금액 내에서 상기 석출된 금속에 해당하는 금속이온의 양이 감소하므로 이를 보충하기 위하여 애노드에서 산화된 금속이온이 도금액으로 공급되어야 하기 때문이다. 상기 캐소드로는 상기 도금층을 형성하는 금속과 동일하거나 다른 금속이 사용될 수 있다. 또는, 도 3의 캐소드 전극(120)이 형성된 하면기판(110)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 몰리브덴이 증착된 유리 기판, 크롬이 증착된 유리 기판, 구리가 증착된 유리 기판, 니켈이 증착된 유리기판, ITO가 증착된 유리 기판 등이 사용될 수 있다.
상기 전해도금의 조건은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 전류 밀도는 0.01mA/dm2 내지 1000A/dm2, 도금시간은 0.01초 내지 1000시간, 인가 전압은 0. 01mV 내지 10000V일 수 있다.
상기 전해도금은 도금층의 표면의 요철을 감소시키고 표면의 균일도를 높이기 위하여 본 도금 단계 전에 스트라이크 도금 등의 예비도금 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 예비 도금 조건은 당해 기술 분양에서 알려진 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 또한, 상기 도금액은 2 종류 이상의 금속이온을 포함할 수 있다. 다양한 표준 환원 전위를 가지는 금속 이온들의 선택에 의하여 다양한 조성의 금속 및/또는 합금 도금층이 형성될 수 있다.
상기 무전해도금에서 도금액의 조성은 환원제가 도금액에 첨가된다는 점을 제외하고는 전해도금과 동일하다. 무전해도금은 전기 대신 환원제에 의하여 도금층이 형성되는 방법이다. 상기 환원제는 당해기술 분야에서 무전해도금에 사용될 수 있는 것으로 알려진 모든 환원제가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 환원제는 차아인산염(hypophosphite), 수소화붕소(borohydride), 아민보란(amine borane), 히드라진(hydrazine), 포름알데히드(formaldehyde), (dimethylborane), DMAB(dimethylamine borane), 코발트 보란(cobalt borane), 및 2-옥사졸리디논(2-oxazolidinone) 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전계전자방출원 제조방법에서 상기 도금액에 포함된 탄소나노튜브의 일부 또는 전부가 핵산에 의하여 피복되어 있을 수 있다. 상기 피복에 의하여 탄소나노튜브가 개별적으로 도금액 내에서 분산될 수 있다. 따라서, 상기 도금액을 탄소나노튜브의 분산을 위한 계면활성제를 별도로 첨가할 필요가 없다. 계면활성제의 첨가는 도금 효율 및 도금 속도를 저하시킨다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전계전자방출원 제조방법에서 상기 금속이온이 원소주기율표 상의 1족 내지 16족에 속하는 원소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속의 이온을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속이온은 Li, Na, K, Rb, 및 Cs로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 알칼리금속; Be, Mg, Ca, Sr, 및 Ba 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 희토류금속; Co, Cr, Fe, Ni, Mn, Cu, Hg, Pt, Ag, Cd, Zn, Sc, Ti, V, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Au, Lr, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg 및 Uub로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 전이금속; 및 Pb, Sn 및 Ge로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속;으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속의 이온을 포함할 수 있다. 예를 들어, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Ag, Au, Hg, Pt, Ta, Mo, Zr, Ta, Mg, Sn, Ge, Y, Nb, Tc, Ru, Rh, Lu, Hf, W, Re, Os, Ir, Lr, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg 및 Uub로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속의 이온일 수 있다. 상기 금속 이온의 산화수는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 금속이온들의 산화수는 +1 내지 +3일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전계전자방출원 제조방법에서 상기 핵산이 DNA, cDNA(complementary DNA), cpDNA(chloroplast DNA), msDNA(multicopy single-stranded DNA), mtDNA(mitochondrial DNA), RNA, mRNA(messenger RNA), tRNA(transfer RNA), GNA(glycerol nucleic acid), LNA(locked nucleic acid), PNA(peptide nucleic acid), 및 TNA(threose nucleic acid) 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며, 당해 기술분야에서 알려진 모든 핵산이 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전계전자방출원 제조방법에서 상기 핵산이 아데닌(A), 구아닌(G), 티민(T), 시토신(C), 및우라실(U)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 질소를 포함하는 헤테로고리 염기를 포함할 수 있다. 또한, 상기 핵산은 헤테로고리염기 외에 오탄당(pentose sugar) 및/또는 포스페이트(phosphate) 그룹을 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전계전자방출원 제조방법에서 상기 탄소나노튜브가 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 금속성 탄소나노튜브 및 반도체성 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상 일 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며, 당해 기술분야에서 알려진 모든 탄소나노튜브가 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전계전자방출원 제조방법에서 상기 도금층의 표면에 노출된 핵산의 제거가 소성, 에칭, 화학반응, 및 탈착으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 방법으로 수행될 수 있다. 상기 핵산의 제거는 전계전자방출소자의 활성화 단계에 해당할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전계전자방출원 제조방법에서 상기 도금액에 포함된 탄소나노튜브의 함량은 0.1 내지 60 부피%일 수 있다. 상기 함량 범위가 본 발명의 일 측면에 따른 과제 달성에 적합하다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전계전자방출원 제조방법에서 상기 도금액에 포함된 핵산의 함량은 0.1 내지 50부피%일 수 있다. 상기 함량 범위가 본 발명의 일 측면에 따른 과제 달성에 적합하다.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.
(전계전자방출원의 제조)
실시예 1 : 전해도금
단일벽 탄소나노튜브(Hipco, 순도 95%) 40mg 및 tRNA(Synonym Transfer RNA transferred from baker's yeast (S. cerevisiae), Sigma Aldrich, CAS Number 9014-25-9) 40mg을 탈이온수 100ml에 첨가하여 혼합액을 제조하였다. 상기 혼합액을 Ni 전해도금액 (NiSO4·6H2O 300g/L, NiCl2·6H2O 45g/L, 및 H3BO3 40g/L) 300ml와 혼합하여 도금액을 준비하였다. 상기 도금액을 도금조에 투입하고 기판(캐소드) 및 애노드를 침지시킨 다음, 20mA/dm2의 전류밀도로 2분간 전류를 흘려주어 기판 상에 두께 1㎛의 도금층을 형성시켜 전계전자방출원을 제조하였다. 기판으로서 스테인레스스틸기판을 사용하였고, 애노드로는 니켈막대를 사용하였다.
실시예 2 : 무전해도금
단일벽 탄소나노튜브(Hipco, 순도 95%) 40mg 및 tRNA(Synonym Transfer RNA transferred from baker's yeast (S. cerevisiae), Sigma Aldrich, CAS Number 9014-25-9) 40mg을 탈이온수 100ml에 첨가하여 혼합액을 제조하였다. 상기 혼합액을 Ni 무전해도금액 (NaH2PO2·H2O 10.5g/L, NiCl2·6H2O 28.5g/L, NaC6H5O7·2H2O 43.5g/L, 및 NH4Cl 25g/L) 300ml와 혼합하여 도금액을 준비하였다. 상기 도금액을 도금조에 투입하고 구리 기판을 침지시킨 다음, 85℃에서 5분간 무전해도금을 실시하여 두께 0.5㎛의 도금층을 형성시켜 전계전자방출원을 제조하였다. 상기 구리 기판은 무전해도금액에 침지시키기 전에 Pd 용액(PdCl2 0.25g/L, HCl 2.5ml/L) 에 1분간 침지하여 표면을 활성화하였다.
평가예 1: 주사전자현미경 실험
상기 실시예 1 및 2에서 제조된 전계전자방출원의 표면을 전자현미경으로 측 정하여 도 6 및 도 7에 각각 나타내었다. 도 6 및 7에서 보여지는 바와 같이 금속 전극과 일체화된 탄소나노튜브가 금속 전극 표면에 돌출된 구조를 가졌다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전계전자방출원의 단면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 전계전자방출원의 단면 모식도이다.
도 3는 본 발명의 일실시예예에 따른 전계전자방출소자의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전계전자방출소자의 제조방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전계전자방출소자의 제조방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 전계전자방출원 표면의 주사전자현미경 이미지이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 전계전자방출원 표면의 주사전자현미경 이미지이다.
<도면 부호의 간단한 설명>
110 : 하면기판 120 : 캐소드 전극
121 : 탄소나노튜브 130 : 절연체층
140 : 게이트 전극 160 : 전계전자방출원
169 : 전계전자방출원 홀 170 : 형광체층
180 : 애노드 전극 190 : 상면기판
192 : 스페이서 200 : 전계전자방출소자
201 : 상판 202 : 하판
210 : 내부공간

Claims (20)

  1. 금속 전극; 및
    상기 금속 전극과 일체화되어 금속 전극 내부로부터 금속 전극 표면에 돌출된 탄소나노튜브;를 포함하며,
    상기 전극이 핵산을 포함하는 전계전자방출원.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 내부에 포함된 탄소나노튜브의 일부 또는 전부가 핵산으로 피복된 전계전자방출원.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전극이 도금층인 전계전자방출원.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 전극이 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Ag, Au, Hg, Pt, Ta, Mo, Zr, Ta, Mg, Sn, Ge, Y, Nb, Tc, Ru, Rh, Lu, Hf, W, Re, Os, Ir, Lr, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg 및 Uub로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 전계전자방출원.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 전극이 P, B, N, C, O 및 H로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 추가적으로 포함하는 전계전자방출원
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 핵산이 DNA, cDNA, cpDNA, msDNA, mtDNA, RNA, mRNA, tRNA, GNA, LNA, PNA, 및 TNA로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 복합재료를 포함하는 전계전자방출원.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 핵산이 아데닌(A), 구아닌(G), 티민(T), 시토신(C), 및우라실(U)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 염기를 포함하는 전계전자방출원
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소나노튜브가 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 금속성 탄소나노튜브 및 반도체성 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 전계전자방출원
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소나노튜브의 함량이 0.1 내지 80중량%인 전계전자방출원.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 전극의 하단면에 형성된 하부 전극을 추가로 포함하는 전계전자방출원.
  12. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 전계 전자 방출원을 포함하는 전계 전자 방출 소자.
  13. 제1항 및 제3항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 전계전자방출원 제조방법으로서,
    도금액에 기판을 침지시키는 단계;
    상기 침지된 기판 상의 일부 또는 전부에 도금층을 형성하는 단계; 및
    선택적으로 상기 도금층의 표면에 노출된 핵산을 제거하는 단계;를 포함하며,
    상기 도금액이 탄소나노튜브, 핵산 및 금속이온을 포함하는 전계전자방출원 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 도금층의 형성이 전해도금 또는 무전해도금에 의하여 수행되는 전계전자방출원 제조방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 도금액이 환원제를 추가적으로 포함하는 전계전자방출원 제조방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 도금액에 포함된 탄소나노튜브의 일부 또는 전부가 핵산에 의하여 피복되어 있는 전계전자방출원 제조방법.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 금속이온이 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Ag, Au, Hg, Pt, Ta, Mo, Zr, Ta, Mg, Sn, Ge, Y, Nb, Tc, Ru, Rh, Lu, Hf, W, Re, Os, Ir, Lr, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg 및 Uub로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속의 이온인 전계전자방출원 제조방법.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 핵산이 DNA, cDNA, cpDNA, msDNA, mtDNA, RNA, mRNA, tRNA, GNA, LNA, PNA, 및 TNA로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 전계전자방출원 제조방법.
  19. 제 13 항에 있어서, 상기 탄소나노튜브가 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 금속성 탄소나노튜브 및 반도체성 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 전계전자방출원 제조방법.
  20. 제 13 항에 있어서, 상기 핵산의 제거가 소성, 에칭, 화학반응, 및 탈착으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 방법에 의하여 수행되는 전계전자방출원 제조방법.
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