KR20060117074A - Fabrication method of field emitter electrode - Google Patents

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Abstract

A method of fabricating a field emitter electrode is provided to adhere a carbon nano-tube onto a substrate through a cold spray process, without using an electric chemical process, thereby improving adhering strength of the carbon nano-tube. A carbon nano-tube is prepared, and the carbon nano-tube is collided against a substrate(21) by using carriage gas sprayed at a subsonic speed or supersonic speed, so that the carbon nano-tube is adhered on the substrate. The carriage gas is a compressed air. A distance between a nozzle spraying the carriage gas and the substrate is about 30 to 50 cm. A spray angle of the carriage gas is in the range of about -15 to +15 degrees relative to a normal line perpendicular to a surface of the substrate.

Description

전계방출 에미터전극 제조방법{FABRICATION METHOD OF FIELD EMITTER ELECTRODE}Field emission emitter electrode manufacturing method {FABRICATION METHOD OF FIELD EMITTER ELECTRODE}

도1은 종래의 전기영동방식을 이용한 전계방출 에미터전극 제조방법에 채용되는 전기화학중합과정을 나타내는 개략도이다.Figure 1 is a schematic diagram showing the electrochemical polymerization process employed in the field emission emitter electrode manufacturing method using a conventional electrophoresis method.

도2는 본 발명에 따른 전계방출 에미터전극 제조방법에 사용가능한 콜드 스프레이 시스템의 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram of a cold spray system that can be used in the method for manufacturing a field emission emitter electrode according to the present invention.

도3a 및 도3b는 각각 본 발명의 다른 실시형태에 따라 얻어진 전계방출 에미터전극을 나타낸다.3A and 3B respectively show field emission emitter electrodes obtained in accordance with another embodiment of the present invention.

도4은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전계방출 에미터전극 제조방법을 설명하기 위한 개략도이다.4 is a schematic view for explaining a method for manufacturing a field emission emitter electrode according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>

21: 기판 22: 압축가스공급부21: substrate 22: compressed gas supply unit

25: CNT저장부 26: 분사노즐25: CNT storage 26: injection nozzle

27: 형성실 28: 기판 홀더27: formation chamber 28: substrate holder

31: 도전성 기판 35,45: 탄소나노튜브31: conductive substrate 35, 45: carbon nanotubes

41: 비도전성 기판 42: 도전층41: non-conductive substrate 42: conductive layer

본 발명은 전계방출 에미터전극(field emitter electrode)의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소나노튜브의 부착강도를 향상시킨 새로운 전계방출 에미터전극 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a field emitter electrode, and more particularly to a method for manufacturing a new field emission emitter electrode with improved adhesion strength of carbon nanotubes.

일반적으로, 전계방출장치는 진공 속에서 전자의 방출을 기반한 광원으로서, 강한 전기장에 의해 미세입자에서 방출된 전자를 가속시켜 형광물질과 충돌하는 원리로 발광하는 소자를 말한다. 상기 전계방출장치는 백열전구와 같은 일반 조명광원에 비해 발광효율이 우수하고 경박단소화가 가능할 뿐만 아니라, 형광등과 같이 중금속을 사용하지 않으므로, 환경친화적이라는 장점을 갖고 있어 각종의 조명분야 및 디스플레이장치의 차세대 광원으로 각광을 받고 있다. In general, the field emission device is a light source based on the emission of electrons in a vacuum, and refers to a device that emits light on the principle of colliding with a fluorescent material by accelerating electrons emitted from fine particles by a strong electric field. The field emission device is excellent in luminous efficiency and light and short and small in comparison with general light sources such as incandescent lamps, and does not use heavy metals such as fluorescent lamps. It is in the spotlight as a light source.

이러한 전계방출장치의 성능은 전계를 방출할 수 있는 에미터전극에 의해 크게 좌우된다. 최근에 우수한 전자방출특성을 갖는 에미터전극을 위한 전자방출재료로서 탄소나노튜브(carbon nanotube: CNT)가 적극적으로 사용되고 있다. The performance of such a field emission device is highly dependent on the emitter electrode capable of emitting an electric field. Recently, carbon nanotubes (CNTs) have been actively used as electron emission materials for emitter electrodes having excellent electron emission characteristics.

하지만, 탄소나노튜브는 대면적의 기판에서 균일한 성장이 어려우므로, 일반적으로, 별도의 공정으로 성장된 탄소나노튜브를 정제하여 기판에 부착시키는 공정이 사용된다. 대표적인 탄소나노튜브 에미터전극 제조방법으로는 통상의 프린팅방 법과 전기영동에 의한 방법이 있다.However, since carbon nanotubes are difficult to uniformly grow on a large-area substrate, generally, a process of purifying carbon nanotubes grown by a separate process and attaching them to a substrate is used. Representative carbon nanotube emitter electrode manufacturing methods include conventional printing methods and electrophoresis methods.

종래의 프린팅에 의한 에미터전극 제조방법은, 평탄한 표면을 갖는 기판 상에 전극층을 코팅한 후에, 그 전극층 상에 탄소나노튜브와 은 분말로 제조된 페이스트를 인쇄하는 방식을 이용한다. 이어, 소정의 열처리공정을 통해 상기 페이스트 중의 수지와 용매를 제거하고, 테이프법을 이용하여 탄소나노튜브가 부분적으로 표면으로부터 노출시키는 공정을 실시한다. The conventional method for manufacturing an emitter electrode by printing uses a method of printing a paste made of carbon nanotubes and silver powder on the electrode layer after coating the electrode layer on a substrate having a flat surface. Subsequently, the resin and the solvent in the paste are removed through a predetermined heat treatment step, and the carbon nanotubes are partially exposed from the surface by a tape method.

하지만, 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 탄소나노튜브의 균일한 분산을 얻기가 어려우며, 이로 인해 전계방출 에미터전극의 특성이 저하될 수 있다. 또한, 공지된 페이스트의 도포공정으로는 하부의 전극물질과의 충분한 물리적 기계적 결합을 얻기 어렵다는 문제도 있다. However, not only the process is complicated, but it is difficult to obtain uniform dispersion of carbon nanotubes, which may lower the characteristics of the field emission emitter electrode. In addition, there is a problem that it is difficult to obtain a sufficient physical mechanical bonding with the underlying electrode material in the application process of the known paste.

이와 달리, 전기영동(electrophoresis)에 의한 탄소나노튜브 에미터전극 제조방법에서는, 도1에 도시된 바와 같이, 전해액(14)에 미리 정제된 탄소나노튜브(CNT)와 분산제(예를 들어, 양이온 분산제)를 혼합한 후에, 상기 전해액(14)에 침지된 두 전극(16,17) 사이에 전압을 인가하여, 음극(16)에 마련된 기판(11)에 탄소나노튜브(CNT)를 부착시키는 방법이 사용된다. In contrast, in the method of manufacturing carbon nanotube emitter electrodes by electrophoresis, as shown in FIG. 1, carbon nanotubes (CNT) and a dispersant (for example, cations) previously purified in the electrolyte solution 14 are shown. After mixing the dispersant), by applying a voltage between the two electrodes (16, 17) immersed in the electrolyte solution 14, to attach the carbon nanotubes (CNT) to the substrate 11 provided on the cathode 16 This is used.

이러한 전기영동에 의한 방법은 비교적 탄소나노튜브의 균일한 분산을 실현할 수 있으며, 전체 공정을 보다 간소화시킬 수 있으나, 탄소나노튜브의 부착력이 낮아 기계적 충격에 약하므로 긴 수명이 요구되는 장치에 적합하지 않다는 문제가 있다.This electrophoresis method can realize a uniform dispersion of carbon nanotubes and can simplify the whole process, but is not suitable for a device requiring a long service life because the adhesion of carbon nanotubes is low and weak to mechanical impact. There is a problem.

본 발명은 상술된 종래기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 콜드 스프레이공정을 이용하여 탄소나노튜브의 부착강도를 향상시킬 수 있는 새로운 전계방출 에미터전극의 제조방법을 제공하는데 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, the object is to provide a method for producing a new field emission emitter electrode that can improve the adhesion strength of carbon nanotubes using a cold spray process.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은, In order to achieve the above technical problem, the present invention,

탄소나노튜브를 마련하는 단계와, 아음속 또는 초음속으로 분사되는 반송가스를 이용하여 상기 탄소나노튜브를 기판에 충돌시킴으로써 상기 탄소나노튜브를 상기 기판 상에 부착시키는 단계를 포함하는 전계방출 에미터전극 제조방법을 제공한다.Producing a field emission emitter electrode comprising the steps of providing a carbon nanotube, and attaching the carbon nanotubes on the substrate by impinging the carbon nanotubes on the substrate using a carrier gas injected at a subsonic or supersonic speed Provide a method.

상기 반송가스는 압축공기일 수 있으며, 이 경우에 압축공기는 충분한 분사속도를 얻기 위해서, 250∼500℃로 가열된 상태인 것이 바람직하다.The carrier gas may be compressed air, in which case the compressed air is preferably heated to 250 to 500 ℃ in order to obtain a sufficient injection rate.

바람직하게는, 상기 반송가스의 분사속도는 마하 1.5∼2범위일 수 있다. 이 경우에, 상기 반송가스가 분사되는 노즐위치와 상기 기판 사이의 거리는 약 30 ∼ 50㎝ 범위인 것이 바람직하다.Preferably, the injection speed of the carrier gas may be in the range of Mach 1.5-2. In this case, the distance between the nozzle position to which the carrier gas is injected and the substrate is preferably in the range of about 30 to 50 cm.

또한, 탄소나노튜브는 에미터의 전계방출요소로 작용하기 위해서 기판표면과 수직으로 부착되는 것이 바람직하다. 이를 위해서, 상기 반송가스의 분사각도는 적절한 범위를 조정될 것이 요구되며, 바람직한 분사각도는 상기 기판 표면과 수직인 법선을 기준으로 약 -15∼+15°범위이다.In addition, the carbon nanotubes are preferably attached perpendicularly to the substrate surface in order to act as field emitters of the emitter. To this end, the injection angle of the carrier gas is required to be adjusted to an appropriate range, and the preferred injection angle is in the range of about -15 to + 15 ° based on a normal perpendicular to the substrate surface.

본 발명은 다양한 응용형태를 구현될 수 있다. 상기 기판은 상기 탄소나노튜브가 형성되는 면에 도전층이 형성된 것을 사용할 수 있다. 상기 도전층은 탄소나노튜브가 원래의 형태가 크게 변형되지 않고 부착될 수 있도록 구리, 알루미늄, 은과 같이 연질이면서 높은 전도성을 갖는 금속 또는 전도성 폴리머층을 사용할 수 있다. 또한, 다른 실시형태에서는, 상기 기판 자체를 구리, 알루미늄, 은 또는 그 합금인 기판을 사용할 수도 있다.The invention can be implemented in a variety of applications. The substrate may use a conductive layer formed on a surface on which the carbon nanotubes are formed. The conductive layer may be a metal or conductive polymer layer that is soft and has high conductivity, such as copper, aluminum, and silver, so that the carbon nanotubes may be attached without significantly deforming the original shape. Moreover, in another embodiment, the board | substrate itself can also use the board | substrate which is copper, aluminum, silver, or its alloy.

이와 달리, 상기 탄소나노튜브를 마련하는 단계에서, 탄소나노튜브와 전도성 폴리머 또는 금속을 혼합하고, 반송가스를 이용하여 탄소나노튜브와 함께 전도성 폴리머 및 금속을 동시에 분사시킴으로써 탄소나노튜브의 부착과 동시에 전도성 폴리머 또는 금속으로 이루어진 전극층을 기판 상에 형성할 수도 있다. On the contrary, in the preparing the carbon nanotubes, the carbon nanotubes are mixed with the conductive polymer or metal, and simultaneously the conductive polymer and the metal are sprayed together with the carbon nanotubes using the carrier gas to simultaneously attach the carbon nanotubes. An electrode layer made of a conductive polymer or metal may be formed on the substrate.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in more detail.

도2는 본 발명에 따른 전계방출 에미터전극 제조방법에 사용가능한 콜드 스프레이 시스템의 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram of a cold spray system that can be used in the method for manufacturing a field emission emitter electrode according to the present invention.

도2를 참조하면, 압축가스공급부(22)와 CNT저장부(25) 및 형성실(27)을 포함하는 콜드스프레이 시스템이 예시되어 있다. 상기 압축가스공급부(22)는 노즐(26)을 통해 아음속 또는 초음속의 고속기류를 형성하기 위해 통상의 공기 또는 헬륨과 질소와 같은 불활성가스를 높은 압력으로 압축시킨다. 또한, 압축효율을 높히기 위해서, 상기 압축가스공급부(22) 내부는 250∼500℃의 온도를 유지할 수 있다. 반송가스로서 압축공기는 노즐(26)로부터 아음속 또는 초음속의 기류를 분사시킬 수 있는 조건으로 형성한다. 이 경우에, 충분한 부착강도를 고려한 바람직한 분사속도가 마하 1.5∼2범위일 수 있다. 2, there is illustrated a cold spray system comprising a compressed gas supply 22, a CNT storage 25, and a forming chamber 27. The compressed gas supply unit 22 compresses normal air or an inert gas such as helium and nitrogen at a high pressure to form a subsonic or supersonic high speed air through the nozzle 26. In addition, in order to increase the compression efficiency, the inside of the compressed gas supply unit 22 can maintain a temperature of 250 ~ 500 ℃. Compressed air as a carrier gas is formed under the conditions that can inject a subsonic or supersonic air stream from the nozzle 26. In this case, the preferred injection speed in consideration of sufficient adhesion strength may be in the range of Mach 1.5-2.

CNT저장부(25)는 반송관을 통해 압축가스공급부(22)와 노즐(26) 사이에 연결된다. 압축가스공급부(22)로부터 제공되는 고속 기류는 상기 저장부(25)의 탄소나노튜브(CNT)를 노즐(26)로 향해 수송시킨다. 상기 탄소나노튜브는 CVD법 또는 아크-방전(arc-discharge)법으로 제조된 다중벽(multi wall) 또는 단일벽(single wall) 탄소나노튜브를 분쇄한 후에, 필드 플럭스 플로우 분리법과 같은 공지된 공정을 통해 정제하여 얻어질 수 있다. 바람직하게 본 발명에서 사용되는 탄소나노튜브는 약 1∼ 2㎛의 길이를 가질 수 있다. The CNT storage unit 25 is connected between the compressed gas supply unit 22 and the nozzle 26 through a conveying pipe. The high velocity airflow provided from the compressed gas supply unit 22 transports the carbon nanotubes (CNT) of the storage unit 25 toward the nozzles 26. After the carbon nanotubes are pulverized by multi-wall or single-wall carbon nanotubes manufactured by CVD or arc-discharge, a known process such as a field flux flow separation method. It can be obtained by purification through. Preferably the carbon nanotubes used in the present invention may have a length of about 1 ~ 2㎛.

상기 노즐(26)은 기판홀더(28)상에 위치한 기판(21)과 대향하도록 형성실(27) 내부에 배치되며, 노즐(26)로 통해 분사되는 탄소나노튜브는 상기 기판(21) 상면에 고속으로 충돌하여 부착된다. 이러한 콜드스프레이 공정은, 상기 기판에 대한 별도의 열처리없이 상온에서 실시될 수 있다. The nozzle 26 is disposed inside the formation chamber 27 to face the substrate 21 on the substrate holder 28, and the carbon nanotubes injected through the nozzle 26 are disposed on the upper surface of the substrate 21. Collisions are attached at high speed. This cold spray process may be performed at room temperature without a separate heat treatment of the substrate.

본 발명에서 전계 방출 에미터전극의 기재로 사용되는 기판(21)은 도전층일 수 있다. 바람직하게는 비교적 연질이면서 전기적 전도성이 우수한 도전층을 포함한다. 즉 상기 기판(21)은 그 상면에 구리, 알루미늄, 은 또는 합금과 같은 금속층 또는 전도성 폴리머와 같은 도전층이 마련되거나, 그 자체가 이러한 도전물질로 구성될 수 있다. 상기 기판(21)은 비교적 연질인 금속으로 이루어지므로, 탄소나노튜브는 큰 변형없이 용이하게 부착될 수 있다. 이에 대해서는 도3a 및 도3b에서 보다 상세히 설명한다.In the present invention, the substrate 21 used as the substrate of the field emission emitter electrode may be a conductive layer. It preferably comprises a conductive layer which is relatively soft and excellent in electrical conductivity. That is, the substrate 21 may be provided with a metal layer such as copper, aluminum, silver or an alloy, or a conductive layer such as a conductive polymer on its upper surface, or may be composed of such a conductive material. Since the substrate 21 is made of a relatively soft metal, the carbon nanotubes can be easily attached without large deformation. This will be described in more detail with reference to FIGS. 3A and 3B.

일반적으로, 콜드 스프레이공정은 금속분말을 고속으로 분사하여 금속층을 형성하는 공정으로 알려져 있으며, 부분적으로 훼손된 금속층을 수선하는데 주로 사용되었다. 본 발명에서는 통상의 분말형태과 상이한 탄소나노튜브를 부착하는데 사용함으로써 부착강도향상 뿐만 아니라, 탄소나뉴튜브의 원하는 부착각도를 보다 용이하게 실현할 수 있다는 장점을 제공한다. 즉, 탄소나노튜브는 고속기류에 의해 가속되어 기판 상에 부착되므로, 부착강도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 노즐로부터 기판을 향해 분사되는 동안에 고속 기류에 의해 일축으로 배열되므로 기판 표면과 수직방향으로 부착될 확률을 높힐 수 있다. In general, the cold spray process is known as a process of forming a metal layer by spraying the metal powder at high speed, and was mainly used to repair a partially damaged metal layer. In the present invention, by using to attach carbon nanotubes different from ordinary powder forms, not only the adhesion strength is improved, but also the desired adhesion angle of carbon nanotubes can be more easily realized. That is, since carbon nanotubes are accelerated by high velocity airflow and adhered to the substrate, not only can the adhesion strength be improved, but also they are arranged uniaxially by the high velocity airflow while being sprayed from the nozzle toward the substrate so that the carbon nanotubes are perpendicular to the surface of the substrate. Can increase the probability of attachment.

도2에 도시된 콜드스프레이 시스템은, 단일 노즐(26)을 갖는 형태를 예시하여 설명하였으나, 분사면적을 고려하여 다수의 노즐이 배열된 콜드 스프레이 시스템을 사용할 수도 있다. 또한, 이동식 노즐을 구비하여 기판 상면을 일정한 속도로 스캐닝함으로써 기판 전체 면적에 균일하게 탄소나노튜브를 부착할 수 있다.Although the cold spray system shown in FIG. 2 has been described by way of example with a single nozzle 26, a cold spray system in which a plurality of nozzles are arranged in consideration of the spraying area may be used. In addition, the carbon nanotubes may be uniformly attached to the entire area of the substrate by scanning the upper surface of the substrate with a movable nozzle.

도3a 및 도3b는 각각 본 발명의 다른 실시형태에 따라 얻어진 전계방출 에미터전극을 나타낸다.3A and 3B respectively show field emission emitter electrodes obtained in accordance with another embodiment of the present invention.

도3a를 참조하면, 전계방출 에미터전극은 탄소나노튜브(35)가 부착된 상면을 갖는 도전성 기판(31)이 도시되어 있다. 상기 기판(31)은 탄소나노튜브(35)의 부착을 보다 용이하게 실현하기 위해서 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 그 합금과 같은 비교적 연질이면서 전도성이 우수한 금속기판이 바람직하다. 탄소나노튜브(35)는 도2에서 설명된 콜드스프레이공정을 고속기류에 의해 기판(31) 상면에 부착된다. 탄소나노튜브(35)는 분사각도에 따라 상기 기판과 일정한 각도(α)를 갖도록 부착된다. 예를 들어, 노즐의 분사각도가 지나치게 클 경우에는 일부 탄소나노튜브는 기판 평면과 수직인 법선과 큰 각도를 갖도록 부착될 수 있으나, 이러한 형태로 부착된 탄소나노튜브는 전계방출요소로 작용하는데 적절치 않다. 따라서, 본 발명에 따른 콜드스프레이공정에서는 적절히 분사각도범위를 조절할 것이 요구된다. 이에 대해서는 도4에서 보다 상세히 설명한다. Referring to FIG. 3A, the field emission emitter electrode has a conductive substrate 31 having an upper surface to which carbon nanotubes 35 are attached. The substrate 31 is preferably a relatively soft and highly conductive metal substrate such as copper (Cu), aluminum (Al), silver (Ag), or an alloy thereof, in order to facilitate the attachment of the carbon nanotubes 35. Do. The carbon nanotubes 35 are attached to the upper surface of the substrate 31 by the high speed air flow in the cold spray process described in FIG. Carbon nanotubes 35 are attached to have a predetermined angle (α) with the substrate in accordance with the injection angle. For example, if the spray angle of the nozzle is too large, some carbon nanotubes may be attached to have a large angle with a normal perpendicular to the plane of the substrate, but the carbon nanotubes attached in this form are not suitable for acting as a field emission element. not. Therefore, in the cold spraying process according to the present invention, it is required to appropriately adjust the spray angle range. This will be described in more detail with reference to FIG. 4.

도3b에 도시된 바와 같이, 전계방출 에미터전극은 비도전성 기판(41)을 포함할 수 있다. 상기 비도전성 기판(41) 상에는 추가적인 도전층(42)이 형성된다. 상기 도전층(42)은 금속층 또는 전도성 폴리머층으로 이루어질 수 있으며, 탄소나노튜브와 연결된 전극으로 작용한다. 이러한 도전층(42)은 탄소나노튜브의 일단이 충 분히 노출될 수 있도록 얇은 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 약 0.2㎛ ∼ 약 1㎛의 두께로 형성될 수 있다. 상기 도전층(42)이 금속인 경우에는, 앞서 설명된 구리, 알루미늄, 은 또는 그 합금과 같은 비교적 연질이면서 전도성이 우수한 금속으로 구성되는 것이 바람직하며, 전도성 폴리머로 구성될 경우에는, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리(3,4-에틸렌에디오시티오펜), 폴리아세틸렌, 폴리(p-페닐렌), 폴리티오펜, 폴리(p-페닐렌 비닐렌) 및, 폴리(티에닐렌 비닐렌)로 구성된 그룹으로부터 선택하여 형성하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 3B, the field emission emitter electrode may include a non-conductive substrate 41. An additional conductive layer 42 is formed on the nonconductive substrate 41. The conductive layer 42 may be formed of a metal layer or a conductive polymer layer, and serves as an electrode connected to the carbon nanotubes. The conductive layer 42 is preferably formed to a thin thickness so that one end of the carbon nanotubes are sufficiently exposed. For example, it may be formed to a thickness of about 0.2㎛ 1㎛. In the case where the conductive layer 42 is a metal, it is preferable that the conductive layer 42 is made of a relatively soft and highly conductive metal such as copper, aluminum, silver, or an alloy thereof, and, when the conductive layer 42 is made of a conductive polymer, polypyrrole, polyaniline , Group consisting of poly (3,4-ethylenedithiothiophene), polyacetylene, poly (p-phenylene), polythiophene, poly (p-phenylene vinylene), and poly (thienylene vinylene) It is preferable to select from and to form.

이러한 도전층(42)은 기판(41) 상에 미리 마련하고, 콜드스프레이공정을 통해 탄소나노튜브(45)만을 부착시킬 수 있으나, 콜드스프레이공정을 이용하여 탄소나노튜브와 함께 금속분말 또는 전도성 폴리머입자를 함께 분사시킴으로써 도3b와 같은 에미터를 얻을 수도 있다. 이 경우에, 금속분말 또는 전도성 폴리머입자는 고속기류에 의해 기판(41) 상에 충돌하고 그 충격에 의해 고화됨으로써 우수한 부착강도를 갖는 도전층(42)을 얻을 수 있다. The conductive layer 42 may be prepared on the substrate 41 in advance, and only the carbon nanotubes 45 may be attached through the cold spray process, but the metal powder or the conductive polymer together with the carbon nanotubes using the cold spray process. By spraying the particles together, an emitter as shown in FIG. 3B can be obtained. In this case, the metal powder or the conductive polymer particles collide with the substrate 41 by high speed air and solidify by the impact, thereby obtaining the conductive layer 42 having excellent adhesion strength.

도4은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전계방출 에미터전극 제조방법을 설명하기 위한 개략도이다.4 is a schematic view for explaining a method for manufacturing a field emission emitter electrode according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 전계방출 에미터전극 제조방법으로 사용되는 콜드스프레이공정은 적절한 분사각도(θ)와 분사거리(d)로 한정하는 것이 바람직하다. 특히, 분사각도θ)의 경우에는 탄소나노튜브의 부착상태를 결정함으로써 중요한 공정요소가 된다. The cold spray process used in the field emission emitter electrode production method of the present invention is preferably limited to an appropriate spray angle θ and a spray distance d. In particular, in the case of the injection angle θ), it is an important process element by determining the attachment state of the carbon nanotubes.

도3a에서 설명된 바와 같이, 탄소나노튜브가 우수한 전계방출요소로서 작용 하기 위해서는 기판(51) 표면과 거의 수직으로 부착되는 것이 가장 바람직하다. 이러한 탄소나노튜브의 부착각도는 분사각도(θ)에 의해 결정된다. 따라서, 이러한 탄소나노튜브의 부착각도를 고려하여, 노즐(56)로부터 분사되는 반송가스의 각도범위(θ)는 상기 기판(51) 표면과 수직인 법선을 기준으로 약 -15∼+15°범위인 것이 바람직하다. As illustrated in FIG. 3A, it is most preferable that the carbon nanotubes be attached almost perpendicularly to the surface of the substrate 51 in order to function as an excellent field emission element. The attachment angle of the carbon nanotubes is determined by the injection angle θ. Therefore, in consideration of the adhesion angle of the carbon nanotubes, the angular range θ of the carrier gas injected from the nozzle 56 ranges from about -15 to + 15 ° based on a normal perpendicular to the surface of the substrate 51. Is preferably.

또한, 이와 함께 부착강도를 고려하여, 노즐(56)과 기판(51)상면과의 거리인 분사거리(d)는 중요한 공정요소이다. 이러한 분사거리(d)는 분사속도와의 관계로 적절히 정의될 수 있다. 예를 들어, 분사속도가 마하 1.5∼2범위인 경우에, 상기 반송가스가 분사되는 노즐위치와 상기 기판 사이의 거리(d)는 약 30 ∼ 50㎝ 범위인 것이 바람직하다.In addition, in consideration of the adhesion strength, the injection distance d, which is the distance between the nozzle 56 and the upper surface of the substrate 51, is an important process element. This injection distance d may be appropriately defined in relation to the injection speed. For example, when the injection speed is in the range of Mach 1.5 to 2, the distance d between the nozzle position to which the carrier gas is injected and the substrate is preferably in the range of about 30 to 50 cm.

상기 분사각도와 분사거리에 의해 탄소나노튜브의 부착면적이 정의된다. 예를 들어, 분사각도가 ±15°이고, 분사거리가 40㎝일 때에, 부착면적은 대략 5 ×5㎝정도이다. 따라서, 보다 큰 면적의 기판에 적용하기 위해서는, 노즐당 부착면적을 고려하여 다수의 노즐이 배열된 시스템을 사용하거나, 단일 노즐을 기판 전체 면적에 걸쳐 일정한 속도로 스캐닝하는 방식을 채용할 수 있다.The adhesion area of the carbon nanotubes is defined by the injection angle and the injection distance. For example, when the spray angle is ± 15 ° and the spray distance is 40 cm, the adhesion area is about 5 x 5 cm. Therefore, in order to apply to a larger area of the substrate, a system in which multiple nozzles are arranged in consideration of the attachment area per nozzle, or a method of scanning a single nozzle at a constant speed over the entire area of the substrate may be adopted.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위 에 속한다고 할 것이다.It is intended that the invention not be limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, but rather by the claims appended hereto. Accordingly, various forms of substitution, modification, and alteration may be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, which are also within the scope of the present invention. something to do.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 콜드 스프레이공정을 이용하여 탄소나노튜브를 기판에 부착시킴으로써 전기화학적인 공정없이 보다 용이하게 탄소나노튜브의 부착강도가 우수한 전계방출 에미터전극을 제조할 수 있다. 또한, 탄소나노튜브는 고속기류에 의해 부착과정에서 일축방향으로 기판에 부착됨으로써 전계방출요소로서 보다 유익하게 작용할 수 있다.According to the present invention as described above, by attaching the carbon nanotubes to the substrate using a cold spray process it is possible to manufacture a field emission emitter electrode excellent in the adhesion strength of the carbon nanotubes more easily without the electrochemical process. In addition, the carbon nanotubes can be more advantageously acted as field emission elements by being attached to the substrate in the uniaxial direction during the attachment process by the high speed airflow.

Claims (8)

탄소나노튜브를 마련하는 단계; 및Preparing carbon nanotubes; And 아음속 또는 초음속으로 분사되는 반송가스를 이용하여 상기 탄소나노튜브를 기판에 충돌시킴으로써 상기 탄소나노튜브를 상기 기판 상에 부착시키는 단계를 포함하는 전계방출 에미터전극 제조방법.And attaching the carbon nanotubes on the substrate by impinging the carbon nanotubes on the substrate using a carrier gas injected at a subsonic or supersonic speed. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반송가스는 압축공기인 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터 전극 제조방법.The carrier gas is a field emission emitter electrode manufacturing method, characterized in that the compressed air. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반송가스의 분사속도는 마하 1.5∼2범위인 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터전극 제조방법.The injection speed of the carrier gas is Mach 1.5 ~ 2 range, characterized in that the field emission emitter electrode manufacturing method. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 반송가스가 분사되는 노즐위치와 상기 기판 사이의 거리는 약 30 ∼ 50㎝ 범위인 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터전극 제조방법.And a distance between the nozzle position at which the carrier gas is injected and the substrate is in a range of about 30 to 50 cm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반송가스의 분사각도는 상기 기판 표면과 수직인 법선을 기준으로 약 -15∼+15°범위인 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터전극 제조방법.And an injection angle of the carrier gas is in a range of about -15 to +15 degrees based on a normal perpendicular to the surface of the substrate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 상기 탄소나노튜브가 형성되는 면에 도전층이 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터전극 제조방법.The substrate is a field emission emitter electrode manufacturing method, characterized in that the conductive layer is formed on the surface on which the carbon nanotubes are formed. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 구리, 알루미늄, 은 또는 그 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터전극 제조방법.The substrate is a method for producing a field emission emitter electrode, characterized in that containing copper, aluminum, silver or alloys thereof. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탄소나노튜브를 마련하는 단계는, 전도성 폴리머 입자 또는 금속 분말과 혼합된 탄소나노튜브를 마련하는 단계이며,The preparing the carbon nanotubes may include preparing carbon nanotubes mixed with conductive polymer particles or metal powder. 상기 탄소나노튜브가 기판 상에 부착되는 동안에, 상기 전도성 폴리머 입자 또는 금속분말은 상기 반송가스에 의해 기판 상에 부착되어 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출 에미터전극 제조방법.While the carbon nanotubes are attached to the substrate, the conductive polymer particles or metal powder is attached to the substrate by the carrier gas to form an electrode, characterized in that for forming an electrode.
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