KR20130098735A - Emitter for field emission, method of manufacturing the same and field emission device using the same - Google Patents

Emitter for field emission, method of manufacturing the same and field emission device using the same

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KR20130098735A
KR20130098735A KR1020120020491A KR20120020491A KR20130098735A KR 20130098735 A KR20130098735 A KR 20130098735A KR 1020120020491 A KR1020120020491 A KR 1020120020491A KR 20120020491 A KR20120020491 A KR 20120020491A KR 20130098735 A KR20130098735 A KR 20130098735A
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Abstract

PURPOSE: An emitter for field emission, a manufacturing method thereof, and a field emission device using the same strengthen the adhesion between a substrate and carbon nanotube by forming an adhesive layer on the back of the substrate. CONSTITUTION: An emitter for field emission includes a substrate (100), a carbon nanotube pattern, and an adhesive layer (300). The substrate has a through hole. The carbon nanotube pattern covers the upper part of the through hole and protrudes from the front side of the substrate. The adhesive layer is arranged on the back side of the substrate and in contact with the carbon nanotube in the through hole.

Description

전계방출용 에미터, 그 제조방법 및 이를 이용한 전계방출장치{Emitter for Field Emission, Method of manufacturing the same and Field Emission Device using the same}Field emitter, method of manufacturing the same, and field emission device using the same {Emitter for Field Emission, Method of manufacturing the same and Field Emission Device using the same}

본 발명은 전계방출용 에미터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노튜브를 포함하는 전계방출용 에미터, 그 제조방법 및 이를 이용한 전계방출장치에 관한 것이다.The present invention relates to a field emission emitter, and more particularly to a field emission emitter comprising a carbon nanotube, a method of manufacturing the same and a field emission apparatus using the same.

전계방출소자(Field Emission Device)는 진공에서의 전자 방출을 기반으로 한 광원으로서, 각종 조명분야 및 디스플레이 장치 분야에 있어서 차세대 광원으로 각광 받고 있다.A field emission device is a light source based on electron emission in a vacuum, and has been spotlighted as a next generation light source in various lighting fields and display device fields.

일반적으로 전계방출소자는 강한 전계에 의해 전자를 방출하는 다수의 미세한 팁 또는 에미터가 형성된 전계방출 에미터 전극을 구비한다. 이러한 전계방출소자의 성능은 주로 전자를 방출할 수 있는 에미터 전극에 의해 결정된다.Generally, a field emission device includes a field emission emitter electrode having a plurality of fine tips or emitters for emitting electrons by a strong electric field. The performance of the field emission device is mainly determined by the emitter electrode capable of emitting electrons.

최근에는 전계방출 특성을 향상시키기 위해 에미터로서 탄소나노튜브(Carbon Nanotube: CNT)가 사용되고 있다. 전자 전도성이 탁월한 탄소나노튜브를 포함한 카본계 물질은 전도성 및 전계 집중 효과가 우수하고, 일함수가 낮고 전계 방출 특성이 우수하여 저전압 구동이 용이하고, 대면적화가 가능하므로 전계방출소자의 이상적인 전자 방출원으로 기대되고 있다.Recently, carbon nanotubes (CNTs) have been used as emitters to improve field emission characteristics. Carbon-based materials, including carbon nanotubes with excellent electronic conductivity, have excellent conductivity and field concentration effects, low work function, and excellent field emission characteristics, making it easy to drive low voltage and large-area, making them ideal electron emission devices. It is expected in a circle.

탄소나노튜브를 포함한 전자 방출원 제조 방법에는 캐소드 기판을 제작하는 방법으로 탄소나노튜브의 직접성장, 탄소나노튜브 페이스트, 용액기반의 스프레이법 또는 전기영동법 등을 사용하였다.In the method of manufacturing an electron emission source including carbon nanotubes, direct growth of carbon nanotubes, carbon nanotube pastes, solution-based spraying, or electrophoresis were used as a method of fabricating a cathode substrate.

다만, 탄소나노튜브 에미터를 형성할 때, 캐소드 기판과 탄소나노튜브와의 부착력이 강하지 못하여 탄소나노튜브의 밀도가 적고, 전기전도도가 떨어져 전자방출시 탄소나노튜브가 쉽게 기판에서 탈착되는 현상이 빈번히 발생하여 결국, 전기적인 아킹을 유발하게 되고 장시간 안정된 구동이 어렵게 되는 문제점이 있다.However, when forming the carbon nanotube emitter, the adhesion between the cathode substrate and the carbon nanotube is not strong, so that the density of the carbon nanotube is low and the electrical conductivity is low, so that the carbon nanotube is easily detached from the substrate. Frequently occurring, eventually causing electrical arcing, there is a problem that it is difficult to drive stable for a long time.

또한, 탄소나노튜브를 기판에 패턴하기 위해서는 복잡한 공정이 필요하고 탄소나노튜브의 밀도를 제어하기 어려운 문제점이 있다.In addition, in order to pattern carbon nanotubes on a substrate, a complicated process is required, and it is difficult to control the density of the carbon nanotubes.

대한민국 공개특허 제10-2006-0024725호(2006.03.17.)는 탄소나노튜브가 부착된 표면에 전도성 폴리머를 도포하고, 상기 전도성 폴리머가 경화되도록 열처리하는 단계를 포함하는 전계방출 에미터 전극 제조방법을 제공하였다. 이 경우, 탄소나노튜브의 부착강도를 향상시킬 수 있으나, 탄소나노튜브의 밀도를 제어하지 못하는 문제점이 있다.Republic of Korea Patent Publication No. 10-2006-0024725 (Mar. 17, 2006) is a method for manufacturing a field emission emitter electrode comprising the step of applying a conductive polymer on the surface of the carbon nanotubes attached, and heat-treating the conductive polymer to cure Provided. In this case, the adhesion strength of the carbon nanotubes can be improved, but there is a problem in that the density of the carbon nanotubes cannot be controlled.

따라서, 탄소나노튜브의 패턴 공정을 단순화시키고, 기판과 탄소나노튜브와의 부착력을 향상시킨 전계방출용 에미터를 제조할 필요성이 있다.Therefore, there is a need to manufacture a field emission emitter that simplifies the patterning process of carbon nanotubes and improves the adhesion between the substrate and the carbon nanotubes.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 강한 부착력을 갖는 패턴된 탄소나노튜브 에미터를 제공함에 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a patterned carbon nanotube emitter having a strong adhesion.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 관통홀을 구비하는 기판; 상기 관통홀의 상부 일부를 매립하며 상기 기판의 전면 상으로 돌출된 탄소나노튜브 패턴; 및 상기 기판의 후면 상에 배치되며 상기 관통홀 내에서 상기 탄소나노튜브 패턴에 접하는 부착층을 포함하는 전계방출용 에미터를 제공한다.One aspect of the present invention to achieve the above technical problem is a substrate having a through hole; A carbon nanotube pattern which fills a portion of the upper portion of the through hole and protrudes onto the front surface of the substrate; And an adhesion layer disposed on a rear surface of the substrate and contacting the carbon nanotube pattern in the through hole.

상기 기판은 금속 메쉬인 것을 특징으로 한다.The substrate is characterized in that the metal mesh.

상기 탄소나노튜브는 산화물 코팅이 된 탄소나노튜브인 것을 특징으로 한다.The carbon nanotubes are characterized in that the carbon nanotubes are oxide coating.

상기 부착층은 Ni, Fe, Co, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Zn, Sn, Pb, Cr, Ti, Ta, Al, In, W 및 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.The adhesion layer includes any one selected from the group consisting of Ni, Fe, Co, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Zn, Sn, Pb, Cr, Ti, Ta, Al, In, W and alloys thereof can do.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 관통홀들을 구비하는 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에서 진공 여과시켜, 상기 관통홀의 상부 일부를 매립하는 탄소나노튜브 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 기판의 후면 상에 상기 관통홀 내에서 상기 탄소나노튜브 패턴에 접하는 부착층을 형성하는 단계를 포함하는 전계방출용 에미터 제조방법을 제공한다.Another aspect of the present invention to achieve the technical problem is a step of preparing a substrate having through holes; Vacuum filtration on the substrate to form a carbon nanotube pattern filling the upper portion of the through hole; And forming an adhesion layer in contact with the carbon nanotube pattern in the through hole on the rear surface of the substrate.

상기 부착층을 형성하는 단계는 페이스트법 또는 전기도금법을 이용하는 것을 특징으로 한다.The forming of the adhesion layer is characterized by using a paste method or an electroplating method.

상기 부착층을 형성하는 단계 이후에, 상기 탄소나노튜브를 활성화하여 상기 탄소나노튜브를 수직 정렬시키는 단계를 더 포함할 수 있다.After the forming of the adhesion layer, the method may further include activating the carbon nanotubes to vertically align the carbon nanotubes.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 관통홀들을 구비하는 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 상기 관통홀들 중 일부를 노출시키는 개구부를 구비하는 마스크층을 형성하는 단계; 상기 마스크층 상에서 진공 여과시켜, 상기 개구부 내에 노출된 상기 관통홀들의 상부 일부를 매립하는 탄소나노튜브 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판의 후면 상에 상기 관통홀 내에서 상기 탄소나노튜브 패턴에 접하는 부착층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크층을 제거하는 단계를 포함하는 전계방출용 에미터 제조방법을 제공한다.Another aspect of the present invention to achieve the technical problem is a step of preparing a substrate having through holes; Forming a mask layer on the substrate, the mask layer having an opening that exposes some of the through holes; Vacuum filtration on the mask layer to form a carbon nanotube pattern filling the upper portion of the through holes exposed in the opening; Forming an adhesion layer on the rear surface of the substrate in contact with the carbon nanotube pattern in the through hole; And it provides a field emission emitter manufacturing method comprising the step of removing the mask layer.

상기 마스크층은 금속 메쉬인 것을 특징으로 한다.The mask layer is characterized in that the metal mesh.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 관통홀을 구비하는 기판 상에 상기 관통홀의 상부 일부를 매립하며 상기 기판의 전면 상으로 돌출된 탄소나노튜브 패턴 및 상기 기판의 후면 상에 배치되며, 상기 관통홀 내에서 상기 탄소나노튜브 패턴에 접하는 부착층을 포함하는 에미터; 상기 에미터 하부에 형성된 베이스 기재; 상기 에미터 상부에 이격되어 형성된 타겟층; 및 상기 타겟층 상에 형성된 상부 기재를 포함하는 전계방출장치를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, an aspect of the present invention is disposed on a carbon nanotube pattern protruding onto a front surface of the substrate and filling a top portion of the through hole on a substrate having a through hole, and disposed on a rear surface of the substrate, An emitter including an adhesion layer in contact with the carbon nanotube pattern in the through hole; A base substrate formed under the emitter; A target layer spaced apart from the emitter; And an upper substrate formed on the target layer.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 관통홀을 구비하는 기판과 진공 여과법을 이용하여 탄소나노튜브의 패턴 공정을 단순화할 수 있다.As described above, according to the present invention, the process of patterning carbon nanotubes can be simplified by using a substrate having a through hole and a vacuum filtration method.

또한, 기판 후면 상에 탄소나노튜브와 접하도록 부착층을 형성함으로써, 기판과 탄소나노튜브 사이의 부착력을 강화시킬 수 있다.In addition, by forming an adhesion layer in contact with the carbon nanotubes on the back of the substrate, it is possible to enhance the adhesion between the substrate and the carbon nanotubes.

다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출용 에미터를 이용한 전계방출장치를 나타낸 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출용 에미터의 제조방법을 공정단계에 따라 나타낸 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출용 에미터를 나타낸 SEM 이미지이다.
도 6 내지 도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출용 에미터의 제조방법을 공정단계에 따라 나타낸 단면도들이다.1 is a cross-sectional view illustrating a field emission device using a field emission emitter according to an embodiment of the present invention.
2 to 4 are cross-sectional views showing a method of manufacturing an field emission emitter according to an embodiment of the present invention according to a process step.
Figure 5 is a SEM image showing the field emission emitter according to an embodiment of the present invention.
6 to 9 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an field emission emitter according to an embodiment of the present invention according to a process step.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. Like reference numerals designate like elements throughout the specification. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

실시예 1Example 1

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출용 에미터를 이용한 전계방출장치를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a field emission device using a field emission emitter according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출용 에미터(500)는 관통홀을 구비하는 기판(100), 상기 관통홀의 상부 일부를 매립하며 상기 기판(100)의 전면 상으로 돌출된 탄소나노튜브(200) 패턴 및 상기 기판(100)의 후면 상에 배치되며 상기 관통홀 내에서 상기 탄소나노튜브(200) 패턴에 접하는 부착층(300)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the field emission emitter 500 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a substrate 100 having a through hole, and a portion of an upper portion of the through hole embedded in the front surface of the substrate 100. A protruding carbon nanotube 200 pattern and an adhesion layer 300 disposed on the rear surface of the substrate 100 and in contact with the carbon nanotube 200 pattern in the through hole are included.

상기 관통홀을 구비하는 기판(100)은 캐소드 전극의 역할을 하기 위하여 도전성 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 관통홀의 형태는 원기둥, 사각기둥 또는 육각기둥 등 다양한 형태가 가능하다. 상기 기판(100)은 금속 메쉬일 수 있다. 상기 금속 메쉬는 Ni, Fe, Co, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Zn, Sn, Pb, Cr, Ti, Ta, Al, In, W 및 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.The substrate 100 having the through hole preferably includes a conductive material to serve as a cathode electrode. The through hole may have various shapes such as a cylinder, a square column, or a hexagonal column. The substrate 100 may be a metal mesh. The metal mesh includes any one selected from the group consisting of Ni, Fe, Co, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Zn, Sn, Pb, Cr, Ti, Ta, Al, In, W, and alloys thereof. can do.

상기 탄소나노튜브(200) 패턴은 상기 관통홀의 상부 일부를 매립하며 상기 기판(100)의 전면 상으로 돌출되어 있다. 상기 탄소나노튜브(200)는 단수 또는 복수 개의 탄소나노튜브(200)일 수 있다. 상기 탄소나노튜브(200) 패턴은 상기 기판(100)의 관통홀에 대응하는 형태일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 탄소나노튜브(200) 패턴은 다수 개의 관통홀들에 걸쳐 위치할 수 있다.The carbon nanotube 200 pattern fills an upper portion of the through hole and protrudes over the front surface of the substrate 100. The carbon nanotubes 200 may be single or plural carbon nanotubes 200. The carbon nanotube 200 pattern may have a shape corresponding to the through hole of the substrate 100. However, the present invention is not limited to this, and the carbon nanotube 200 pattern may be located over a plurality of through holes.

상기 탄소나노튜브(200)의 길이는 상기 관통홀의 높이보다 긴 것이 바람직하다. 상기 탄소나노튜브(200)의 길이가 상기 관통홀의 높이보다 짧을 경우, 상기 기판(100) 상에 탄소나노튜브(200)가 돌출되지 못할 우려가 있다.The length of the carbon nanotubes 200 is preferably longer than the height of the through hole. When the length of the carbon nanotubes 200 is shorter than the height of the through-holes, the carbon nanotubes 200 may not protrude on the substrate 100.

상기 탄소나노튜브(200)는 산화물이 코팅된 탄소나노튜브(200)일 수 있다. 상기 탄소나노튜브(200)에 산화물이 코팅됨으로써, 기판(100)과 탄소나노튜브(200)의 접착력을 증가시킬 수 있고, 탄소나노튜브 에미터의 산화를 억제하여 에미터의 수명을 향상시킬 수 있다. 상기 산화물은 도전성 산화물일 수 있다. 바람직하게 상기 도전성 산화물은 금속 산화물일 수 있다. 상기 금속 산화물은 Ni, Fe, Co, Cu, Ag, Ti, Zn, Rh, Sn, Cd, Cr, Be, Pd, In, Pt, Au, Si, W 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된 어느 하나의 산화물일 수 있다. 예를 들어, 탄소나노튜브(200)는 Co-Ni 산화물이 코팅된 탄소나노튜브(200)일 수 있다.The carbon nanotubes 200 may be carbon nanotubes 200 coated with an oxide. By coating an oxide on the carbon nanotubes 200, the adhesion between the substrate 100 and the carbon nanotubes 200 may be increased, and the oxidation of the carbon nanotube emitters may be suppressed to improve the lifetime of the emitters. have. The oxide may be a conductive oxide. Preferably, the conductive oxide may be a metal oxide. The metal oxide is any one selected from the group consisting of Ni, Fe, Co, Cu, Ag, Ti, Zn, Rh, Sn, Cd, Cr, Be, Pd, In, Pt, Au, Si, W and mixtures thereof It may be an oxide of. For example, the carbon nanotubes 200 may be carbon nanotubes 200 coated with Co—Ni oxide.

상기 부착층(300)은 상기 탄소나노튜브(200)와 접하고, 상기 기판(100)의 후면 상에 배치되어 있다. 즉, 상기 기판(100)의 관통홀에 매립된 탄소나노튜브들(200) 사이 및 상기 관통홀의 측벽과 상기 탄소나노튜브(200) 사이의 공간을 매립하며 상기 기판(100) 후면 상에 형성될 수 있다. 상기 부착층(300)은 Ni, Fe, Co, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Zn, Sn, Pb, Cr, Ti, Ta, Al, In, W 및 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 예컨대 Ni을 부착층(300)으로 사용할 수 있다. 따라서, 기판(100)과 탄소나노튜브(200) 사이를 부착층(300)의 물질로 메움으로써, 상기 탄소나노튜브(200)와 상기 기판(100) 사이의 부착력을 향상시킬 수 있다.The adhesion layer 300 is in contact with the carbon nanotubes 200 and is disposed on the rear surface of the substrate 100. That is, the space between the carbon nanotubes 200 embedded in the through hole of the substrate 100 and between the sidewall of the through hole and the carbon nanotube 200 may be buried on the back surface of the substrate 100. Can be. The adhesion layer 300 is any selected from the group consisting of Ni, Fe, Co, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Zn, Sn, Pb, Cr, Ti, Ta, Al, In, W and alloys thereof It may include one. For example, Ni may be used as the adhesion layer 300. Therefore, the adhesive force between the carbon nanotubes 200 and the substrate 100 may be improved by filling the substrate 100 and the carbon nanotubes 200 with the material of the adhesion layer 300.

상기 베이스 기재(600)는 상기 에미터(500) 하부에 형성되어 있다. 상기 베이스 기재(600)는 캐소드 기판의 역할을 하기 위해 전도성 물질을 포함할 수 있다.The base substrate 600 is formed under the emitter 500. The base substrate 600 may include a conductive material to serve as a cathode substrate.

상기 타겟층(700)은 상기 에미터 상부에 이격되어 형성되어 있다. 상기 타겟층(700)은 가시광선을 방출시키기 위하여 형광물질을 포함하거나, X선을 방출시키기 위하여 금속물질을 포함할 수 있다. 상기 금속물질은 W, Cu, Mo, Co, Cr, Te, Ag 및 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The target layer 700 is formed spaced apart from the emitter. The target layer 700 may include a fluorescent material to emit visible light or a metal material to emit X-rays. The metal material may be any one selected from the group consisting of W, Cu, Mo, Co, Cr, Te, Ag, and alloys thereof.

상기 상부 기재(800)는 상기 타겟층(700) 상에 형성되어 있다. 상기 상부 기재(800)는 애노드 기판의 역할을 하기 위해 전도성 물질을 포함할 수 있다.The upper substrate 800 is formed on the target layer 700. The upper substrate 800 may include a conductive material to serve as an anode substrate.

또한, 상기 에미터(500) 및 상기 타겟층(700) 사이에 지지대 역할을 하는 스페이서(미도시)가 더 형성될 수 있다.
In addition, a spacer (not shown) may serve as a support between the emitter 500 and the target layer 700.

실시예Example 2 2

도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출용 에미터의 제조방법을 공정단계에 따라 나타낸 단면도들이다.2 to 4 are cross-sectional views showing a method of manufacturing an field emission emitter according to an embodiment of the present invention according to a process step.

도 2를 참조하면, 먼저 관통홀들을 구비하는 기판(100)을 준비한다. 상기 기판(100)으로 금속 메쉬를 준비할 수 있다. 이 경우, 금속 메쉬 홀의 일부를 막을 수 있다.Referring to FIG. 2, first, a substrate 100 having through holes is prepared. A metal mesh may be prepared with the substrate 100. In this case, part of the metal mesh hole can be blocked.

도 3을 참조하면, 상기 기판(100) 상에서 진공 여과시켜, 상기 관통홀의 상부 일부를 매립하는 탄소나노튜브(200) 패턴을 형성한다.Referring to FIG. 3, a vacuum filtration is performed on the substrate 100 to form a pattern of the carbon nanotubes 200 filling the upper portion of the through hole.

일 예로서, 탄소나노튜브(200) 패턴을 형성하는 단계는, 고분자 멤브레인(membrane) 위에 관통홀들을 구비하는 기판(100)을 위치시키는 단계, 상기 기판(100) 상에 탄소나노튜브 용액을 진공 여과시키는 단계 및 상기 고분자 멤브레인을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.As an example, the forming of the carbon nanotube 200 pattern may include: placing a substrate 100 having through holes on a polymer membrane, and vacuuming the carbon nanotube solution on the substrate 100. The method may include filtering and removing the polymer membrane.

구체적으로 설명하면, 고분자 멤브레인(membrane) 위에 관통홀들을 구비하는 기판(100)을 위치시킨다. 상기 고분자 멤브레인은 다수의 기공(pore)을 포함할 수 있다. 상기 고분자 멤브레인은 MCE(mixed cellulose ester) 멤브레인 또는 PVDF(polyvinyl difluoride) 멤브레인일 수 있다. 예를 들어, MCE 고분자 멤브레인(membrane) 위에 금속 메쉬를 위치시킬 수 있다.Specifically, the substrate 100 having the through holes is positioned on the polymer membrane. The polymer membrane may include a plurality of pores. The polymer membrane may be a mixed cellulose ester (MCE) membrane or a polyvinyl difluoride (PVDF) membrane. For example, a metal mesh may be placed over the MCE polymer membrane.

그 다음에, 상기 기판(100) 상에 탄소나노튜브 용액을 진공 여과시킬 수 있다. 즉, 탄소나노튜브 용액을 상기 관통홀들을 구비하는 기판(100)이 위치한 고분자 멤브레인에 대하여 진공 여과시킬 수 있다. 상기 탄소나노튜브 용액은 탄소나노튜브 및 계면활성제를 포함할 수 있다. 상기 계면활성제는 소듐 도데실 설페이트(Sodium dodecyl sulfate, SDS)일 수 있다. 예를 들어, 탄소나노튜브 용액은 SDS를 녹인 증류수에 CNT를 넣어 혼 타입의 초음파발생기(horn-type sonicator)로 분산하여 제조될 수 있다.Next, the carbon nanotube solution may be vacuum filtered on the substrate 100. That is, the carbon nanotube solution may be vacuum filtered with respect to the polymer membrane in which the substrate 100 having the through holes is located. The carbon nanotube solution may include a carbon nanotube and a surfactant. The surfactant may be sodium dodecyl sulfate (SDS). For example, the carbon nanotube solution may be prepared by dispersing CNT in distilled water in which SDS is dissolved in a horn-type sonicator.

상기 탄소나노튜브(200)가 상기 기판(100)의 관통홀 주위에만 잔류될 수 있도록 상기 멤브레인의 기공의 크기나 기판 홀의 밀도를 조절할 수 있다. 이는, 진공 여과시 탄소나노튜브(200)가 층 형태로 남는 것을 방지하기 위함이다. 따라서, 진공 여과시 상기 고분자 멤브레인의 흡인력에 의하여 탄소나노튜브(200)는 기판(100)의 관통홀 안에 걸쳐서 잔류하게 된다. 따라서, 기판(100)의 관통홀들에 대응하는 탄소나노튜브(200) 패턴이 형성될 수 있다.The carbon nanotubes 200 may adjust the size of the pores of the membrane or the density of the substrate holes so that the carbon nanotubes 200 remain only around the through-holes of the substrate 100. This is to prevent the carbon nanotubes 200 in the form of a layer during vacuum filtration. Accordingly, the carbon nanotubes 200 remain in the through holes of the substrate 100 by the suction force of the polymer membrane during vacuum filtration. Therefore, a pattern of carbon nanotubes 200 corresponding to the through holes of the substrate 100 may be formed.

그 다음에, 진공 여과된 탄소나노튜브(200)에 잔류하는 SDS를 증류수 등을 이용하여 제거하거나 열처리를 통해 제거할 수 있다. 그 후, 상기 기판(100)으로부터 상기 고분자 멤브레인을 제거한다. 즉, 진공 여과에 의해 형성된 패턴된 탄소나노튜브(200)가 형성된 기판(100)을 고분자 멤브레인으로부터 분리시킬 수 있다.Subsequently, the SDS remaining in the vacuum filtered carbon nanotubes 200 may be removed using distilled water or the like by heat treatment. Thereafter, the polymer membrane is removed from the substrate 100. That is, the substrate 100 on which the patterned carbon nanotubes 200 formed by vacuum filtration are formed may be separated from the polymer membrane.

예를 들어, 고분자 멤브레인을 이용하여 진공 여과 후, 일정 온도, 예컨대 약 70℃에서 패턴된 탄소나노튜브(200)가 형성된 기판(100)을 건조할 수 있다. 상기 건조에 의해 고분자 멤브레인은 길이 방향으로 수축되는 것에 반해 기판(100)에 의해 고정된 탄소나노튜브(200) 패턴은 수축되지 않으므로 고분자 멤브레인을 쉽게 분리할 수 있다.For example, after vacuum filtration using a polymer membrane, the substrate 100 on which the patterned carbon nanotubes 200 are formed may be dried at a predetermined temperature, for example, about 70 ° C. While the polymer membrane shrinks in the longitudinal direction by the drying, the pattern of the carbon nanotubes 200 fixed by the substrate 100 does not shrink, and thus the polymer membrane may be easily separated.

도 4를 참조하면, 상기 기판(100)의 후면에 상기 탄소나노튜브(200)와 접하도록 부착층(300)을 형성한다. 상기 부착층(300)은 페이스트법 또는 전기도금법을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 부착층(300)은 Ni, Fe, Co, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Zn, Sn, Pb, Cr, Ti, Ta, Al, In, W 및 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, an adhesion layer 300 is formed on the rear surface of the substrate 100 to be in contact with the carbon nanotubes 200. The adhesion layer 300 may be formed using a paste method or an electroplating method. The adhesion layer 300 is any selected from the group consisting of Ni, Fe, Co, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Zn, Sn, Pb, Cr, Ti, Ta, Al, In, W and alloys thereof It may include one.

상기 부착층(300)을 형성하는 단계 이후에, 탄소나노튜브(200)를 활성화(activating)하여 상기 탄소나노튜브(200)를 수직 정렬시키는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 엘라스토머(elastomer)를 이용하여 탄소나노튜브(200)를 활성화하여 탄소나노튜브(200)를 수직 정렬시킬 수 있다.After forming the adhesion layer 300, the method may further include vertically aligning the carbon nanotubes 200 by activating the carbon nanotubes 200. For example, the carbon nanotubes 200 may be vertically aligned by activating the carbon nanotubes 200 using an elastomer.

다른 예를 들어, 상기 탄소나노튜브(200)를 용액 또는 증기처리를 수행하여 뾰족한 모양을 갖는 탄소나노튜브 에미터를 제작할 수 있다. 상기 용액 또는 증기 처리를 통하여 상기 용액 또는 증기가 탄소나노튜브(200)를 통과하면서 발생하는 모세관(capillary) 효과를 이용해 탄소나노튜브(200)의 밀도를 증가시킬 수 있다. 또한, 끝이 뾰족한 모양을 형성함으로써 전계방출 강도를 향상시킬 수 있다.As another example, the carbon nanotubes 200 may be treated with a solution or steam to produce a carbon nanotube emitter having a pointed shape. Through the solution or steam treatment, the density of the carbon nanotubes 200 may be increased by using a capillary effect generated while the solution or steam passes through the carbon nanotubes 200. In addition, it is possible to improve the field emission intensity by forming a pointed end.

한편, 상기 탄소나노튜브(200)에 산화물 코팅하는 단계(미도시)를 더 수행할 수 있다. 상기 코팅 방법은 종래의 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 상기 탄소나노튜브(200)에 산화물 코팅을 수행함으로써 탄소나노튜브(200)를 산화성 분위기에서 저항력을 갖게 한다. 또한, 견고한 구조를 가져 탄소나노튜브들(200)이 전계방출 중에 쉽게 풀어지지 않게 하여 수명을 증가시킬 수 있다.Meanwhile, an oxide coating on the carbon nanotubes 200 may be further performed. The coating method may be performed by various conventional methods. By performing oxide coating on the carbon nanotubes 200, the carbon nanotubes 200 have resistance in an oxidizing atmosphere. In addition, the carbon nanotubes 200 may have a robust structure so that the carbon nanotubes 200 are not easily released during the field emission, thereby increasing the lifespan.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출용 에미터를 나타낸 SEM 이미지이다. 도 5를 참조하면, 금속 메쉬 홀 영역에 탄소나노튜브(200)가 잔류하여 패턴이 형성됨을 알 수 있다.
Figure 5 is a SEM image showing the field emission emitter according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, it can be seen that the carbon nanotubes 200 remain in the metal mesh hole region to form a pattern.

실시예Example 3 3

도 6 내지 도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출용 에미터의 제조방법을 공정단계에 따라 나타낸 단면도들이다.6 to 9 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an field emission emitter according to an embodiment of the present invention according to a process step.

도 6를 참조하면, 관통홀들을 구비하는 기판(100)을 준비한다. 상기 기판(100)은 금속 메쉬일 수 있다. 상기 금속 메쉬는 마크로 메쉬 또는 파인 메쉬 등의 홀의 크기와 상관없이 다양한 메쉬를 사용할 수 있다. 이는 마스크층의 개구부에 대응하여 탄소나노튜브(200) 패턴의 형태가 결정되기 때문이다.Referring to FIG. 6, a substrate 100 having through holes is prepared. The substrate 100 may be a metal mesh. The metal mesh may use a variety of meshes regardless of the size of holes such as macro meshes or fine meshes. This is because the shape of the carbon nanotubes 200 pattern is determined corresponding to the opening of the mask layer.

상기 기판(100) 상에 상기 관통홀들 중 일부를 노출시키는 개구부를 구비하는 마스크층(400)을 형성한다. 상기 마스크층(400)의 개구부는 탄소나노튜브(200)를 잔류시킬 영역에 대응하여 제작될 수 있다. 상기 마스크층(400)은 금속 메쉬일 수 있다. 이 경우, 상기 금속 메쉬를 마스크층(400)으로 사용할 경우, 진공 여과시에 상기 금속 메쉬 상에 탄소나노튜브(200)가 층 형태로 형성되지 않도록 메쉬 홀의 일부를 메울 수 있다.A mask layer 400 having an opening for exposing some of the through holes is formed on the substrate 100. The opening of the mask layer 400 may be manufactured to correspond to a region in which the carbon nanotubes 200 are to be left. The mask layer 400 may be a metal mesh. In this case, when the metal mesh is used as the mask layer 400, a portion of the mesh hole may be filled so that the carbon nanotubes 200 may not be formed in a layer form on the metal mesh during vacuum filtration.

도 7을 참조하면, 상기 마스크층(400) 상에서 진공 여과시켜, 상기 개구부 내에 노출된 상기 관통홀들의 상부 일부를 매립하는 탄소나노튜브(200) 패턴을 형성한다. 일 예로, 상기 탄소나노튜브(200) 패턴을 형성하는 단계는, 고분자 멤브레인 위에 개구부를 구비하는 마스크층(400)이 형성된 관통홀들을 구비하는 기판(100)을 위치시키는 단계, 상기 마스크층(400) 상에 탄소나노튜브 용액을 진공 여과시키는 단계 및 상기 고분자 멤브레인을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 상기 개구부 내에 노출된 기판(100)의 표면 및 관통홀 내에 탄소나노튜브들(200)이 서로 걸쳐 형성된다.Referring to FIG. 7, a vacuum filtration is performed on the mask layer 400 to form a pattern of carbon nanotubes 200 filling the upper portion of the through holes exposed in the opening. For example, the forming of the carbon nanotubes 200 pattern may include: placing the substrate 100 including the through holes in which the mask layer 400 having an opening is formed on the polymer membrane, and the mask layer 400. Vacuum filtering the carbon nanotube solution on the) and may include the step of removing the polymer membrane. That is, the carbon nanotubes 200 are formed on the surface of the substrate 100 exposed through the opening and through holes.

도 8을 참조하면, 상기 기판(100)의 후면 상에 상기 관통홀 내에서 상기 탄소나노튜브(200) 패턴에 접하는 부착층(300)을 형성한다. 상기 부착층(300)은 페이스트법 또는 전기도금법을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 부착층(300)은 Ni, Fe, Co, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Zn, Sn, Pb, Cr, Ti, Ta, Al, In, W 및 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, an adhesion layer 300 is formed on the rear surface of the substrate 100 to contact the carbon nanotubes 200 pattern in the through hole. The adhesion layer 300 may be formed using a paste method or an electroplating method. The adhesion layer 300 is any selected from the group consisting of Ni, Fe, Co, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Zn, Sn, Pb, Cr, Ti, Ta, Al, In, W and alloys thereof It may include one.

도 9을 참조하면, 상기 마스크층(400)을 제거한다. 기판(100) 상에 형성된 마스크층(400)을 제거할 때, 상기 부착층(300)에 의해 기판(100)과의 부착력이 강화된 탄소나노튜브(200)는 상기 기판(100)에 잔류된다.Referring to FIG. 9, the mask layer 400 is removed. When the mask layer 400 formed on the substrate 100 is removed, the carbon nanotubes 200 having an enhanced adhesion to the substrate 100 by the adhesion layer 300 remain on the substrate 100. .

상기 마스크층(400)을 제거하는 단계 이후에, 탄소나노튜브(200)를 활성화(activating)하여 상기 탄소나노튜브(200)를 수직 정렬시키는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 엘라스토머(elastomer)를 이용하여 탄소나노튜브(200)를 활성화하여 탄소나노튜브(200)를 수직 정렬시킬 수 있다.After removing the mask layer 400, the method may further include vertically aligning the carbon nanotubes 200 by activating the carbon nanotubes 200. For example, the carbon nanotubes 200 may be vertically aligned by activating the carbon nanotubes 200 using an elastomer.

한편, 상기 탄소나노튜브(200)에 산화물을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 산화물은 도전성 산화물로서, 바람직하게 금속 산화물일 수 있다.Meanwhile, the method may further include coating an oxide on the carbon nanotubes 200. The oxide is a conductive oxide, preferably a metal oxide.

본 발명은 관통홀을 구비하는 기판(100)과 진공 여과법을 이용하여 기판(100) 상에 탄소나노튜브(200)를 쉽게 패턴화할 수 있다.According to the present invention, the carbon nanotubes 200 may be easily patterned on the substrate 100 by using the substrate 100 having the through holes and the vacuum filtration method.

또한, 기판(100) 후면 상에 탄소나노튜브(200)와 접하도록 부착층(300)을 형성함으로써, 기판(100)과 탄소나노튜브(200)사이의 부착력을 강화시킬 수 있다.
In addition, by forming the adhesion layer 300 to contact the carbon nanotubes 200 on the back of the substrate 100, it is possible to enhance the adhesion between the substrate 100 and the carbon nanotubes 200.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention. Change is possible.

100: 기판 200: 탄소나노튜브
300: 부착층 400: 마스크층
500: 에미터 600: 베이스 기재
700: 타겟층 800: 상부 기재100: substrate 200: carbon nanotubes
300: adhesion layer 400: mask layer
500: emitter 600: base substrate
700: target layer 800: upper substrate

Claims (10)

관통홀을 구비하는 기판;
상기 관통홀의 상부 일부를 매립하며 상기 기판의 전면 상으로 돌출된 탄소나노튜브 패턴; 및
상기 기판의 후면 상에 배치되며 상기 관통홀 내에서 상기 탄소나노튜브 패턴에 접하는 부착층을 포함하는 전계방출용 에미터.A substrate having a through hole;
A carbon nanotube pattern which fills a portion of the upper portion of the through hole and protrudes onto the front surface of the substrate; And
And an adhesion layer disposed on a rear surface of the substrate and contacting the carbon nanotube pattern in the through hole. 제1항에 있어서,
상기 기판은 금속 메쉬인 것을 특징으로 하는 전계방출용 에미터.The method of claim 1,
The substrate is an emitter for field emission, characterized in that the metal mesh. 제1항에 있어서,
상기 탄소나노튜브는 산화물 코팅이 된 탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 전계방출용 에미터.The method of claim 1,
The carbon nanotubes are emitters for field emission, characterized in that the oxide coating carbon nanotubes. 제1항에 있어서,
상기 부착층은 Ni, Fe, Co, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Zn, Sn, Pb, Cr, Ti, Ta, Al, In, W 및 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 전계방출용 에미터.The method of claim 1,
The adhesion layer includes any one selected from the group consisting of Ni, Fe, Co, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Zn, Sn, Pb, Cr, Ti, Ta, Al, In, W and alloys thereof Field emitter emitters. 관통홀들을 구비하는 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에서 진공 여과시켜, 상기 관통홀의 상부 일부를 매립하는 탄소나노튜브 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 기판의 후면 상에 상기 관통홀 내에서 상기 탄소나노튜브 패턴에 접하는 부착층을 형성하는 단계를 포함하는 전계방출용 에미터 제조방법.Preparing a substrate having through holes;
Vacuum filtration on the substrate to form a carbon nanotube pattern filling the upper portion of the through hole; And
And forming an adhesion layer in contact with the carbon nanotube pattern in the through hole on a rear surface of the substrate. 제5항에 있어서,
상기 부착층을 형성하는 단계는 페이스트법 또는 전기도금법을 이용하는 것을 특징으로 하는 전계방출용 에미터 제조방법.The method of claim 5,
Forming the adhesion layer is a field emission emitter manufacturing method, characterized in that using the paste method or electroplating method. 제5항에 있어서, 상기 부착층을 형성하는 단계 이후에,
상기 탄소나노튜브를 활성화하여 상기 탄소나노튜브를 수직 정렬시키는 단계를 더 포함하는 전계방출용 에미터 제조방법.The method of claim 5, wherein after forming the adhesion layer,
And activating the carbon nanotubes to vertically align the carbon nanotubes. 관통홀들을 구비하는 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 상기 관통홀들 중 일부를 노출시키는 개구부를 구비하는 마스크층을 형성하는 단계;
상기 마스크층 상에서 진공 여과시켜, 상기 개구부 내에 노출된 상기 관통홀들의 상부 일부를 매립하는 탄소나노튜브 패턴을 형성하는 단계;
상기 기판의 후면 상에 상기 관통홀 내에서 상기 탄소나노튜브 패턴에 접하는 부착층을 형성하는 단계; 및
상기 마스크층을 제거하는 단계를 포함하는 전계방출용 에미터 제조방법.Preparing a substrate having through holes;
Forming a mask layer on the substrate, the mask layer having an opening that exposes some of the through holes;
Vacuum filtration on the mask layer to form a carbon nanotube pattern filling the upper portion of the through holes exposed in the opening;
Forming an adhesion layer on the rear surface of the substrate in contact with the carbon nanotube pattern in the through hole; And
Field emission emitter manufacturing method comprising the step of removing the mask layer. 제8항에 있어서,
상기 마스크층은 금속 메쉬인 것을 특징으로 하는 전계방출용 에미터 제조방법.9. The method of claim 8,
The mask layer is a field emission emitter manufacturing method, characterized in that the metal mesh. 제1항의 전계방출용 에미터;
상기 에미터 하부에 형성된 베이스 기재;
상기 에미터 상부에 이격되어 형성된 타겟층; 및
상기 타겟층 상에 형성된 상부 기재를 포함하는 전계방출장치.The field emission emitter of claim 1;
A base substrate formed under the emitter;
A target layer spaced apart from the emitter; And
And a top substrate formed on the target layer.
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