KR100697515B1 - FED using carbon nanotube and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자는, 기판의 위로 소정의 간격을 두고 형성된 캐소드전극 및 게이트전극과; 캐소드전극의 위로 성막된 촉매전이금속 복합체 및 절연층과; 절연층의 위로 성막되어 애노드에 의한 전계의 직접적인 영향을 배제시켜 애노드에 의한 전계방출을 방지하는 전계차폐층; 및 게이트전극으로 수십 볼트의 일정 전압이 가해질 때 발생되는 전계로부터 전자를 방출하도록 캐소드전극에 성막된 촉매전이금속 복합체의 부위에서 게이트 전극의 방향으로 배향되게 성장된 탄소나노튜브를 포함한다.A field emission display device using carbon nanotubes according to the present invention comprises: a cathode electrode and a gate electrode formed at predetermined intervals on a substrate; A catalyst transition metal composite and an insulating layer formed on the cathode electrode; An electric field shielding layer formed over the insulating layer to exclude direct influence of the electric field by the anode to prevent field emission by the anode; And carbon nanotubes grown to be oriented in the direction of the gate electrode at a portion of the catalytic transition metal composite deposited on the cathode to emit electrons from an electric field generated when a certain voltage of several tens of volts is applied to the gate electrode.

또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자의 제조방법은, 기판 위에 캐소드전극과 게이트전극을 소정의 간격을 두고 형성한 후 그 위에 촉매전이금속 복합체를 성막시키는 단계와; 촉매전이금속 복합체의 위에는 절연층과 전계차폐층을 성막시킨 후, 성막된 절연층과 전계차폐층을 건식이나 습식 에칭에 의해 패터닝시키는 단계; 및 촉매전이금속 복합체는 절연층 및 전계차폐층 보다 좀더 식각하여 언더컷한 후, 터미널 또는 플라즈마 CVD법으로 기판의 온도범위내에서 탄소나노튜브를 촉매금속부위에만 게이트 전극 방향으로 배향시키는 단계를 포함한다.In addition, the method of manufacturing a field emission display device using carbon nanotubes according to the present invention includes forming a cathode electrode and a gate electrode at predetermined intervals on a substrate, and then forming a catalyst transition metal composite thereon; Depositing an insulating layer and a field shielding layer on the catalyst transition metal composite, and then patterning the deposited insulating layer and the field shielding layer by dry or wet etching; And the catalyst transition metal composite is etched and undercut more than the insulating layer and the field shielding layer, and then orients the carbon nanotubes in the gate electrode direction only in the catalytic metal region within the temperature range of the substrate by a terminal or plasma CVD method. .

Description

탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자 및 그 제조방법{FED using carbon nanotube and manufacturing method thereof}Field emission-type display device using carbon nanotubes and manufacturing method thereof {FED using carbon nanotube and manufacturing method}

도 1은 종래 spindt타입의 3전극 전계방출 어레이(FEA)의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a conventional spindt type three-electrode field emission array (FEA).

도 2는 종래 탄소나노튜브를 이용한 3전극 전계방출 어레이(FEA)의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.Figure 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a three-electrode field emission array (FEA) using conventional carbon nanotubes.

도 3은 본 발명의 일실시예로 탄소나노튜브를 이용한 3전극 전계방출형 표시소자의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.Figure 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a three-electrode field emission display device using carbon nanotubes as an embodiment of the present invention.

도 4의 a∼f는 본 발명의 일실시예로 탄소나노튜브를 이용한 3전극 전계방출형 표시소자의 제조방법을 나타낸 공정도.4A to 4 are process charts illustrating a method of manufacturing a 3-electrode field emission display device using carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예로 게이트전극을 절연층 위에 형성시킨 3전극 전계방출형 표시소자의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a three-electrode field emission display device in which a gate electrode is formed over an insulating layer according to a first embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예로 캐소드전극과 게이트전극 사이에 중간전극을 형성시킨 4전극 전계방출형 표시소자의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.6 is a schematic cross-sectional view of a structure of a four-electrode field emission display device in which an intermediate electrode is formed between a cathode electrode and a gate electrode according to a second embodiment of the present invention.

본 발명은 전계방출형 표시소자(FED; Field Emission Display)에 관한 것으로서, 특히 탄소나노튜브를 이용하여 평면형 3전극 구조로서 구동전압이 낮은 전계방출형 표시소자를 간단한 공정으로 제조하여 균일한 전류의 제어로부터 안정된 전자방출특성을 가질 수 있는 탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a field emission display (FED). In particular, a field emission display device having a low driving voltage as a planar three-electrode structure using carbon nanotubes is manufactured by a simple process, thereby providing a uniform current. A field emission display device using carbon nanotubes having stable electron emission characteristics from control, and a method of manufacturing the same.

최든 들어, 탄소나노튜브를 이용한 전계방출표시소자의 중요성이 많이 인식되고 있다.Most recently, the importance of field emission display devices using carbon nanotubes has been recognized.

그 이유는 탄소나노튜브가 기계적으로 강하고 화학적으로 상당히 안정하여 비교적 낮은 진공도에서도 전자방출특성이 좋기 때문이다.The reason is that the carbon nanotubes are mechanically strong and chemically stable and have good electron emission characteristics even at a relatively low vacuum.

또한 탄소나노튜브의 직경이 1.0∼수십 nm로 작아 기존의 spindt형 전계방출 팁보다 전계강화효과(field enhancement factor)가 상당히 크기 때문에 전자방출이 되는 임계전계(turn-on-field)가 1∼5 V/㎛ 로 낮다.In addition, since the carbon nanotubes have a diameter of 1.0 to several tens of nm, the field enhancement factor is considerably larger than that of the conventional spindt type field emission tips, and thus the turn-on-field of electron emission is 1-5. Low as V / μm.

이와 같이 탄소나노튜브의 낮은 임계전계로 인해 구동을 낮은 전압에서 할수 있어 전력 손실, 나아가서는 저렴한 생산가를 맞출수 있는 장점이 있다.As such, the carbon nanotubes can be driven at low voltage due to the low critical electric field, and thus, there is an advantage in that they can meet the power loss and even the low cost of production.

종래 spindt타입 3전극 전계방출형 표시소자의 경우에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 글래스기판(1)의 위에 저항층(a), 절연층(b), 그리고 게이트막(c)을 성막시키고, 사진식각 공정을 통하여 게이트막(c)과 절연층(b)에 구멍(1a)을 낸다.In the case of the conventional spindt type three-electrode field emission display device, as shown in FIG. 1, a resistive layer (a), an insulating layer (b), and a gate film (c) are formed on the glass substrate 1. The hole 1a is formed in the gate film c and the insulating layer b through a photolithography process.

이후, 분리막과 에미터막을 직진성이 좋은 전자빔 증착법으로 성막시켜 예리한 에미터팁(d)을 만든다.Thereafter, the separator and the emitter film are formed by an electron beam evaporation method having good linearity to form a sharp emitter tip (d).

이때, 상기 게이트(c)에 수십 볼트의 전압이 가해지면, 상기 에미터팁(d)에 서는 강한 전계로부터 전자방출이 일어나는데, 상기 전자방출은 게이트막(c)에 전압이 걸리는 시간동안 일어나고, 상기 전자방출이 충돌하는 한 픽셀에는 R(Red), G(Green), B(Blue) 포스퍼 도트들이 배열되어 있어서 컬러 디스플레이가 가능하게 되는 것이다.At this time, when a voltage of several tens of volts is applied to the gate (c), electron emission occurs from the strong electric field at the emitter tip (d), and the electron emission occurs during the time when the voltage is applied to the gate film (c). As long as the electron emission collides, R (Red), G (Green), and B (Blue) phosphor dots are arranged to enable color display.

따라서, 상기 에미터팁(d)의 형상 제어가 균일한 전자방출을 위하여 상당히 중요하지만, 패널을 대형화할 경우에는 전체 영역에서 균일한 팁 형상을 얻기 위해서는 장비가 상당히 대형화 되어야 하기 때문에 고가의 장비가 필요로 하는 불편함은 물론, 성막시킬 재료의 손실도 상당히 크게 발생하는 문제점을 갖고 있었다.Therefore, the shape control of the emitter tip (d) is very important for uniform electron emission, but when the panel is enlarged, expensive equipment is required because the equipment must be significantly enlarged to obtain a uniform tip shape in the entire area. In addition to the inconvenience, the loss of the material to be formed also had a problem that occurs significantly.

이에 탄소나노튜브를 이용한 3전극 구조의 전계방출형 표시소자가 종래 도 2에서와 같이 제공되었다.Accordingly, a field emission display device having a three-electrode structure using carbon nanotubes is provided as in FIG. 2.

즉, 도 2에 도시된 바와같이, 실리콘기판(2) 위에 저항층(a), 절연층(b), 그리고 게이트막(c)을 성막시킨 다음 사진식각 공정을 통해 게이트막(c)과 절연층(b)에 구멍(2a)을 낸다.That is, as shown in FIG. 2, a resistive layer (a), an insulating layer (b), and a gate film (c) are formed on the silicon substrate 2 and then insulated from the gate film (c) by a photolithography process. A hole 2a is made in the layer b.

이후, 탄소나노튜브를 성장시키기 위해 필요한 촉매전이금속(3)을 증착 (evaporation)에 의해 저항층(a) 위에 성막시킨다.Thereafter, the catalyst transition metal 3 necessary for growing the carbon nanotubes is deposited on the resistive layer a by evaporation.

그리고, 상기 실리콘 기판(2) 전체를 약 600∼900℃의 온도범위로 가열한 후 Hydrocarbon개스를 이용하여 촉매전이금속(3) 위에 탄소나노튜브(4)를 성장시킨다.After heating the entire silicon substrate 2 to a temperature range of about 600 to 900 ° C., carbon nanotubes 4 are grown on the catalyst transition metal 3 using a hydrocarbon gas.

이때, 상기 게이트(c)로 수십 볼트의 일정 전압이 가해지면, 상기 촉매전이금속(3)에 성장된 탄소나노튜브(4)에는 강한 전계가 가해지면서 전자방출이 일어나며, 상기 전자방출은 게이트막(c)에 전압이 걸리는 시간동안 일어난다. At this time, when a predetermined voltage of several tens of volts is applied to the gate (c), a strong electric field is applied to the carbon nanotubes 4 grown on the catalyst transition metal 3, and electron emission occurs. (c) occurs during the time the voltage is applied.                         

여기서, 상기 탄소나노튜브(4)는 촉매전이금속(3) 부위에만 성장하므로, 상기 촉매전이금속(3)이 클수록 상기 탄소나노튜브(4)의 성장영역도 함께 커지게 된다.Herein, since the carbon nanotubes 4 grow only in the catalytic transition metal 3 region, the larger the catalyst transition metal 3, the larger the growth region of the carbon nanotubes 4 is.

그러나, 상기 탄소나노튜브(4)의 영역이 넓을 경우 게이트(c)를 통하여 가해지는 전계가 집중되지 않고 방출전자의 빔이 퍼지게 될뿐만 아니라 전자방출영역도 고르지 못하여 주로 전계가 제일 강한 게이트(c)의 홀 주변에서만 국부적으로 전자방출이 이루어지는 문제점을 갖고 있다.However, when the area of the carbon nanotubes 4 is wide, the electric field applied through the gate c is not concentrated, the beam of the emitted electrons is spread, and the electron emission area is not even, so that the gate having the strongest electric field is mainly c. Only in the vicinity of the hole has a problem that the local electron emission.

더불어, 비대칭적인 전계분포에 의해 게이트(c)로의 누설전류가 많이 발생하므로서, 종래에는 촉매전이금속(3)을 중심부에만 탄소나노튜브(4)를 성막시켜 전계집중에 도움을 주도록 하는 불편함이 따랐다. In addition, since a large amount of leakage current to the gate (c) is generated by the asymmetrical electric field distribution, conventionally, the inconvenience of assisting the electric field concentration by depositing the carbon nanotubes (4) only in the center of the catalyst transition metal (3) Followed.

본 발명은 상기와 같은 여건을 감안하여 창출된 것으로서, 전이금속복합체를 통해 게이트 방향으로 배향되는 탄소나노튜브를 촉매 전이금속이 있는 부위에만 성장시킨 평면형 3극 구조의 전계방출형 표시소자를 제조하므로서, 그 구동전압을 낮게 하면서 균일한 전류제어로 부터 안정된 전자방출특성을 가질 수 있는 탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above-described conditions, and by manufacturing a field emission display device having a planar tripolar structure in which carbon nanotubes oriented in a gate direction through a transition metal complex are grown only at a portion having a catalytic transition metal. It is an object of the present invention to provide a field emission display device using carbon nanotubes and a method of manufacturing the same, which can have stable electron emission characteristics from uniform current control while lowering the driving voltage thereof.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자는,In order to achieve the above object, the field emission display device using the carbon nanotube according to the present invention,

기판의 위로 소정의 간격을 두고 형성된 캐소드전극 및 게이트전극과; A cathode electrode and a gate electrode formed on the substrate at predetermined intervals;                     

상기 캐소드전극의 위로 성막된 촉매전이금속 복합체 및 절연층과;A catalyst transition metal composite and an insulating layer formed on the cathode electrode;

상기 절연층의 위로 성막되어 애노드에 의한 전계의 직접적인 영향을 배제시켜 애노드에 의한 전계방출을 방지하는 전계차폐층; 및An electric field shielding layer formed on the insulating layer to prevent direct emission of the electric field by the anode to prevent field emission by the anode; And

게이트전극으로 수십 볼트의 일정 전압이 가해질 때 발생되는 전계로부터 전자를 방출하도록 상기 캐소드전극에 성막된 촉매전이금속 복합체의 부위에서 게이트 전극의 방향으로 배향되게 성장된 탄소나노튜브를 포함하는 점에 그 특징이 있다.It includes carbon nanotubes grown to be oriented in the direction of the gate electrode at the site of the catalytic transition metal complex deposited on the cathode to emit electrons from the electric field generated when a certain voltage of several tens of volts is applied to the gate electrode There is a characteristic.

여기서 상기 촉매전이금속 복합체는, 전이금속-전이금속이나 전이금속-비전이금속의 복합체로 구성되는 점에 그 특징이 있다.The catalyst transition metal complex is characterized by being composed of a transition metal-transition metal or a transition metal-non-transition metal complex.

또한, 상기 게이트전극은 소정의 높이를 갖는 절연층 위에 형성되는 점에 그 특징이 있다.In addition, the gate electrode is characterized in that it is formed on an insulating layer having a predetermined height.

또한, 상기 캐소드전극과 게이트전극 사이에 양전압과 음전압이 적절하게 가해지는 중간전극이 추가 형성되는 점에 그 특징이 있다.In addition, there is a feature in that an intermediate electrode to which a positive voltage and a negative voltage are appropriately applied is further formed between the cathode electrode and the gate electrode.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자의 제조방법은,In addition, in order to achieve the above object, a method of manufacturing a field emission display device using carbon nanotubes according to the present invention,

기판 위에 캐소드전극과 게이트전극을 소정의 간격을 두고 형성한 후 그 위에 촉매전이금속 복합체를 성막시키는 단계와;Forming a cathode electrode and a gate electrode at predetermined intervals on the substrate, and then depositing a catalyst transition metal composite thereon;

상기 촉매전이금속 복합체의 위에는 절연층과 전계차폐층을 성막시킨 후, 성막된 절연층과 전계차폐층을 건식이나 습식 에칭에 의해 패터닝시키는 단계; 및Depositing an insulating layer and a field shielding layer on the catalyst transition metal composite, and then patterning the deposited insulating layer and the field shielding layer by dry or wet etching; And

상기 촉매전이금속 복합체는 절연층 및 전계차폐층 보다 좀더 식각하여 언더 컷한 후, 터미널 또는 플라즈마 CVD법으로 기판의 온도범위내에서 탄소나노튜브를 촉매금속부위에만 게이트 전극 방향으로 배향시키는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.The catalyst transition metal complex may be etched and cut more than the insulating layer and the field shielding layer, and orienting the carbon nanotubes in the gate electrode direction only in the catalytic metal region within the temperature range of the substrate by a terminal or plasma CVD method. It has that feature.

여기서 상기 탄소나노튜브의 크기 조절은, 전이금속-전이금속 또는 전이금속 -비전이금속외 다른물질들의 성분비 조절로부터 이루어지는 점에 그 특징이 있다.Herein, the size control of the carbon nanotubes is characterized in that the transition metal-transition metal or transition metal-transition metal is made of a component ratio of other materials.

이와 같은 본 발명에 의하면, 전이금속복합체를 통해 게이트 방향으로 배향되는 탄소나노튜브를 촉매 전이금속이 있는 부위에만 성장시킨 평면형 3극 구조의 전계방출형 표시소자를 제조하므로서, 그 구동전압을 낮게 하면서 균일한 전류제어로 부터 안정된 전자방출특성을 가질 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, a field emission display device having a planar tripolar structure in which carbon nanotubes oriented in the gate direction through a transition metal composite is grown only at a site having a catalytic transition metal, while lowering the driving voltage thereof There is an advantage that can have a stable electron emission characteristics from the uniform current control.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

상기 목적달성을 위한 탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자는 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 위로 소정의 간격을 두고 형성된 캐소드전극(11) 및 게이트전극(12)과; 상기 캐소드전극(11)의 위로 성막된 촉매전이금속 복합체(20) 및 절연층(13)과; 상기 절연층(13)의 위로 성막되어 애노드(100)에 의한 전계의 직접적인 영향을 배제시켜 애노드(100)에 의한 전계방출을 방지하는 전계차폐층(14)과; 게이트전극(12)으로 수십볼트의 일정전압이 가해질 때 발생되는 전계로 부터 전자를 방출하도록 상기 캐소드전극(11)에 성막된 촉매전이금속 복합체(20)의 부위에서 게이트 전극(11)의 방향으로 배향되게 성장된 탄소나노튜브(30)로 구성된다.As shown in FIG. 3, a field emission display device using carbon nanotubes for achieving the above object includes: a cathode electrode 11 and a gate electrode 12 formed at predetermined intervals above the substrate 10; A catalyst transition metal composite 20 and an insulating layer 13 formed on the cathode electrode 11; An electric field shielding layer 14 formed on the insulating layer 13 to prevent direct emission of the electric field by the anode 100 to prevent field emission by the anode 100; In the direction of the gate electrode 11 at the site of the catalytic transition metal composite 20 formed on the cathode electrode 11 to emit electrons from the electric field generated when a certain voltage of tens of volts is applied to the gate electrode 12. It is composed of carbon nanotubes (30) grown to be oriented.

그리고, 도 4는 상기 설명되는 전계방출형 표시소자의 제조방법을 보인 공정도로서 그 진행단계는, 기판(10) 위에 캐소드전극(11)과 게이트전극(12)을 소정의 간격을 두고 형성한 후 그 위에 촉매전이금속 복합체(20)를 성막시키는 단계와; 상기 촉매전이금속 복합체(20)의 위에는 절연층(13)과 전계차폐층(14)을 성막시킨 후, 성막된 절연층(13)과 전계차폐층(14)을 건식이나 습식 에칭에 의해 패터닝시키는 단계와; 상기 촉매전이금속 복합체(20)는 절연층(13) 및 전계차폐층(14) 보다 좀더 식각하여 언더컷(undercut)한 후, 터미널(thermal) 또는 플라즈마 CVD법으로 기판(10)의 온도범위내에서 탄소나노튜브(30)를 촉매금속부위에만 게이트 전극(11) 방향으로 배향시키는 단계를 포함한다.4 is a process chart showing a method of manufacturing a field emission display device as described above, in which a step of forming a cathode electrode 11 and a gate electrode 12 is formed on the substrate 10 at a predetermined interval. Depositing a catalyst transition metal composite 20 thereon; After the insulating layer 13 and the field shielding layer 14 are formed on the catalyst transition metal composite 20, the formed insulating layer 13 and the field shielding layer 14 are patterned by dry or wet etching. Steps; The catalyst transition metal composite 20 is more etched and undercut than the insulating layer 13 and the field shielding layer 14, and then within the temperature range of the substrate 10 by a thermal or plasma CVD method. Orienting the carbon nanotubes 30 in the direction of the gate electrode 11 only on the catalytic metal portion.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자 및 그 제조방법에 대한 작용을 첨부된 도 3 및 도 4를 참조하여 부연 설명하면 다음과 같다.Referring to Figures 3 and 4 attached to the field emission display device and a method of manufacturing the same using the carbon nanotube according to the present invention configured as described in detail as follows.

먼저, 기판(10) 위에 캐소드전극(11)과 게이트전극(12)을 소정의 간격을 두고 형성한다.First, the cathode electrode 11 and the gate electrode 12 are formed on the substrate 10 at predetermined intervals.

여기서, 상기 기판(10)의 재료는 탄소나노튜브(30)가 성장하는 온도에 견딜수 있으며 절연이 잘되는 Si, Al2O3, SiO2, Al2O3+SiO 2, Al2O3+TiC 또는 기타 세라믹 재료 등을 사용함이 바람직하며, 탄소나노튜브(30)를 저온에서 성막시킬 경우 글래스를 사용하여도 무방하다.Here, the material of the substrate 10 can withstand the temperature at which the carbon nanotubes 30 are grown and is well insulated Si, Al 2 O 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 + SiO 2 , Al 2 O 3 + TiC Alternatively, other ceramic materials may be used, and glass may be used when the carbon nanotubes 30 are formed at a low temperature.

더불어, 상기 전극(11)(12)은 탄소나노튜브(30)가 성장되지 않는 물질의 금속층(Al, Cr, Nb, Cu, Ag 또는 금속합금 등)으로 이를 스퍼터링이나 증착법에 의해 만든 후 이를 기판(10)에 위에 형성한 후, 상기 캐소드전극(11)과 게이트전극(12) 은 전자방출을 위한 구동전압을 결정할수 있도록 소정의 간격으로 패터닝한다.In addition, the electrodes 11 and 12 are made of a metal layer (Al, Cr, Nb, Cu, Ag or a metal alloy, etc.) of the material on which the carbon nanotubes 30 are not grown, and then made by sputtering or vapor deposition. After forming on (10), the cathode electrode 11 and the gate electrode 12 are patterned at predetermined intervals so as to determine the driving voltage for electron emission.

이후, 상기 캐소드전극(11)과 게이트전극(12)의 위로 촉매전이금속 복합체 (20)를 성막시킨다.Thereafter, a catalyst transition metal composite 20 is formed on the cathode electrode 11 and the gate electrode 12.

여기서, 상기 촉매전이금속 복합체(20)는 전이금속(Fe-Ni-Co의 합금)-전이금속(Fe-Ni-Co의 합금)이나 전이금속(Fe-Ni-Co의 합금)-비전이금속{Fe(또는 Ni+Co)+ SiO2(또는 Al2O3, Cu, Cr 등)}의 복합체로서, 전이금속물질이 복합체 내에 입자와 같이 미세하게 분산되는 것을 사용함이 바람직하다.Here, the catalyst transition metal composite 20 is a transition metal (alloy of Fe-Ni-Co) -transition metal (alloy of Fe-Ni-Co) or transition metal (alloy of Fe-Ni-Co) -non-transition metal As a composite of {Fe (or Ni + Co) + SiO 2 (or Al 2 O 3 , Cu, Cr, etc.), it is preferable to use a finely dispersed transition metal material like particles in the composite.

그리고, 상기 촉매전이금속 복합체(20)의 위에는 절연층(13)과 전계차폐층 (14)을 성막시킨 후, 상기 성막된 절연층(13)과 전계차폐층(14)을 건식이나 습식 에칭에 의해 패터닝한다.In addition, after the insulating layer 13 and the electric field shield layer 14 are formed on the catalyst transition metal composite 20, the formed insulating layer 13 and the electric field shield layer 14 are subjected to dry or wet etching. By patterning.

더불어, 상기 촉매전이금속 복합체(20)는 절연층(13) 및 전계차폐층(14) 보다 좀더 식각하여 언더컷(undercut)을 한 후, 터미널(thermal) 또는 플라즈마 CVD법으로 기판(10)의 온도범위내에서 탄소나노튜브(30)를 성장시킨다.In addition, the catalyst transition metal composite 20 is etched more than the insulating layer 13 and the electric field shield layer 14 to undercut, and then the temperature of the substrate 10 by a thermal or plasma CVD method. The carbon nanotubes 30 are grown within the range.

즉, Hydrocarbon개스(CXHY, C2H2, C2H4, CH4, C2H6 등)나 COx개스등의 탄소를 함유한 개스 또는 이런 개스들과 불활성개스(Ar, He 등)나 질소같은 개스 등을 섞은 후 이를 터미널 또는 플라즈마 CVD법으로 약 300∼900℃의 기판(10) 온도범위내에서 탄소나노튜브(30)를 촉매전이금속 복합체(20)의 부위에만 게이트 전극(11) 방향으로 배향시키면서 성장시킨다.That is, carbon-containing gas such as hydrocarbon gas (C X H Y , C 2 H 2 , C 2 H 4 , CH 4 , C 2 H 6, etc.) or COx gas, or such gases and inert gas (Ar, He And the like, or a gas such as nitrogen, and then the carbon nanotubes 30 in the temperature range of the substrate 10 at a temperature of about 300 to 900 ° C. by means of a terminal or plasma CVD method. It grows, orientating in the (11) direction.

여기서, 상기 성장된 탄소나노튜브(30)의 직경이나 밀도는 주로 촉매금속의 표면개질에 의한 촉매금속의 입자나 분산정도에 의해 영향을 받고 그 성장길이는 성장시간에 의해 결정되며, 그 크기는 전이금속-전이금속 또는 전이금속-비전이금속외의 다른물질들의 성분비를 조절하므로서 조절할수 있도록 하였다.Here, the diameter or density of the grown carbon nanotubes 30 is mainly influenced by the particle or dispersion degree of the catalyst metal by the surface modification of the catalyst metal, the growth length is determined by the growth time, the size is By controlling the ratio of the components other than transition metal-transition metal or transition metal-non-transition metal can be controlled.

그러면, 상기 탄소나노튜브(30)는 게이트전극(12)으로 수십볼트의 전압이 가해질 때 전계가 상기 촉매전이금속 복합체(20)의 부위에서만 성장된 탄소나노튜브 (30)로 가해지므로서, 상기 탄소나노튜브(30)에서는 전자를 방출하고, 상기 방출되는 전자로 부터 양전압의 게이트전극(12)으로는 전자들의 이동이 발생된다.Then, the carbon nanotubes 30 are applied to the carbon nanotubes 30 grown only at the site of the catalyst transition metal composite 20 when a voltage of several tens of volts is applied to the gate electrode 12. Carbon nanotubes 30 emit electrons, and electrons move from the emitted electrons to the gate electrode 12 of positive voltage.

이때, 3∼10kV의 고전압으로 걸려 있는 애노드(100)에 의한 전계에도 영향을 받게 되는 바, 상기 게이트전극(12)으로 이동되는 전자들의 일부분이 애노드전극 (100)으로 끌려가면서 그 전극 위에 입혀진 포스퍼발광물질(100a)을 때려 빛을 발광하게 되는 것이다.At this time, the electric field caused by the anode 100 applied at a high voltage of 3 to 10 kV is affected. A portion of the electrons moved to the gate electrode 12 is attracted to the anode electrode 100 and is coated on the electrode. By hitting the per-luminescent material (100a) is to emit light.

한편, 상기 캐소드전극(11)의 최상층에는 전계차폐층(14)이 성막되어 있는 바, 상기 전계차폐층(14)은 애노드(100)에 의한 전계의 직접적인 영향을 배제시키면서 상기 애노드(100)에 의한 전계방출을 방지시키게 되고, 이에따라 상기 게이트전극(12)에 이한 전류제어가 용이하게 이루어질수 있게 되는 것이다.On the other hand, the field shield layer 14 is formed on the uppermost layer of the cathode electrode 11, the field shield layer 14 to the anode 100 while excluding the direct effect of the electric field by the anode 100 This prevents the electric field emission, and accordingly the current control to the gate electrode 12 can be easily performed.

여기서, 상기 성장된 탄소나노튜브(30)의 직경이나 밀도는 주로 촉매금속의 표면개질에 의한 촉매금속의 입자나 분산정도에 의해 영향을 받고 그 성장길이는 성장시간에 의해 결정된다.Here, the diameter and density of the grown carbon nanotubes 30 are mainly influenced by the particle or dispersion degree of the catalyst metal by the surface modification of the catalyst metal, and the growth length is determined by the growth time.

한편, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예로서 게이트전극(12)을 절연층(13) 위에 형성시킨 후, 상기 게이트전극(12)의 높낮이는 탄소나노튜브(30)에 대한 전자빔의 궤적을 수직방향으로 효과적으로 유도할수 있도록 조절함을 보여주고 있다.Meanwhile, FIG. 5 illustrates a trace of an electron beam with respect to the carbon nanotubes 30 of which the height of the gate electrode 12 is lowered after the gate electrode 12 is formed on the insulating layer 13 as the first embodiment of the present invention. It shows how to adjust it effectively in the vertical direction.

더불어, 도 6은 본 발명의 제 2 실시예로, 캐소드전극(11)과 게이트전극(12) 사이에 중간전극(40)을 설치한 4전극 구조를 보인 것이다.6 shows a four-electrode structure in which an intermediate electrode 40 is provided between the cathode electrode 11 and the gate electrode 12 as a second embodiment of the present invention.

즉, 중간전극(40)에 양전압이나 음전압을 적절하게 가하므로서 전계방출 효과를 증진시키거나 또는 방출된 전자의 궤적을 제어하게 되고, 이에따라 상기 방출되는 전자가 효과적으로 애노드(100) 방향으로 유도시켜 전자방출 효율을 높일수 있도록 한 것이다.That is, by appropriately applying a positive voltage or a negative voltage to the intermediate electrode 40 to enhance the field emission effect or to control the trajectory of the emitted electrons, accordingly, the emitted electrons are effectively guided toward the anode 100 It is to improve the electron emission efficiency.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전자방출형 표시소자 및 그 제조방법에 의하면, 전이금속복합체를 통해 게이트 방향으로 배향되는 탄소나노튜브를 촉매 전이금속이 있는 부위에만 성장시킨 평면형 3극 구조의 전계방출형 표시소자를 제조하므로서, 그 구동전압을 낮게 하면서 균일한 전류제어로 부터 안정된 전자방출특성을 가질 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the electron-emitting display device using the carbon nanotubes according to the present invention and a method for manufacturing the same, a planar type in which carbon nanotubes oriented in the gate direction through a transition metal complex are grown only at a portion having a catalytic transition metal. Since the field emission display device having a three-pole structure is manufactured, the driving voltage can be lowered and stable electron emission characteristics can be obtained from uniform current control.

Claims (6)

기판의 위로 소정의 간격을 두고 형성된 캐소드전극 및 게이트전극과; A cathode electrode and a gate electrode formed on the substrate at predetermined intervals; 상기 캐소드전극의 위로 성막된 촉매전이금속 복합체 및 절연층과;A catalyst transition metal composite and an insulating layer formed on the cathode electrode; 상기 절연층의 위로 성막되어 애노드에 의한 전계의 직접적인 영향을 배제시켜 애노드에 의한 전계방출을 방지하는 전계차폐층; 및An electric field shielding layer formed on the insulating layer to prevent direct emission of the electric field by the anode to prevent field emission by the anode; And 게이트전극으로 수십 볼트의 일정 전압이 가해질 때 발생되는 전계로부터 전자를 방출하도록 상기 캐소드전극에 성막된 촉매전이금속 복합체의 부위에서 게이트 전극의 방향으로 배향되게 성장된 탄소나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자.And carbon nanotubes grown so as to be oriented in the direction of the gate electrode at a portion of the catalyst transition metal complex deposited on the cathode to emit electrons from an electric field generated when a predetermined voltage of several tens of volts is applied to the gate electrode. A field emission display device using carbon nanotubes. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매전이금속 복합체는,The method of claim 1, wherein the catalyst transition metal complex, 전이금속-전이금속이나 전이금속-비전이금속의 복합체로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자.A field emission display device using carbon nanotubes, comprising a transition metal-transition metal or a transition metal-non-transition metal complex. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 게이트전극은 소정의 높이를 갖는 절연층 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자.The gate electrode is a field emission display device using carbon nanotubes, characterized in that formed on an insulating layer having a predetermined height. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 캐소드전극과 게이트전극 사이에 양전압과 음전압이 적절하게 가해지는 중간전극이 추가 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자.A field emission display device using carbon nanotubes, characterized in that an intermediate electrode to which the positive and negative voltages are appropriately applied is further formed between the cathode electrode and the gate electrode. 기판 위에 캐소드전극과 게이트전극을 소정의 간격을 두고 형성한 후 그 위에 촉매전이금속 복합체를 성막시키는 단계와;Forming a cathode electrode and a gate electrode at predetermined intervals on the substrate, and then depositing a catalyst transition metal composite thereon; 상기 촉매전이금속 복합체의 위에는 절연층과 전계차폐층을 성막시킨 후, 성막된 절연층과 전계차폐층을 건식이나 습식 에칭에 의해 패터닝시키는 단계; 및Depositing an insulating layer and a field shielding layer on the catalyst transition metal composite, and then patterning the deposited insulating layer and the field shielding layer by dry or wet etching; And 상기 촉매전이금속 복합체는 절연층 및 전계차폐층 보다 좀더 식각하여 언더컷한 후, 터미널 또는 플라즈마 CVD법으로 기판의 온도범위내에서 탄소나노튜브를 촉매금속부위에만 게이트 전극 방향으로 배향시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자의 제조방법.The catalyst transition metal complex may be etched and undercut more than the insulating layer and the field shielding layer, and orienting the carbon nanotubes in the gate electrode direction only in the catalytic metal region within the temperature range of the substrate by a terminal or plasma CVD method. A method of manufacturing a field emission display device using carbon nanotubes, characterized in that. 제 5 항에 있어서, 상기 탄소나노튜브의 크기 조절은,The method of claim 5, wherein the size control of the carbon nanotubes, 전이금속-전이금속 또는 전이금속-비전이금속외 다른물질들의 성분비 조절로부터 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 전계방출형 표시소자의 제조방법.A method of manufacturing a field emission type display device using carbon nanotubes, characterized in that the transition ratio is made of a transition metal-transition metal or a transition metal-nontransition metal.
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