KR100863808B1 - apparatus and method for manufacturing Field Emission Device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 우수한 전계방출 특성을 갖도록 한 전계방출 소자의 제조 장치에 관한 것이다. 본 발명의 전계방출 소자의 제조 장치는 진공챔버; 상기 진공 챔버의 내부에 설치되며, 에미터를 갖는 캐소드 기판이 놓여지는 스테이지; 상기 진공 챔버의 내부에 상기 스테이지와 대향되게 설치되며, 상기 스테이지와 마주하는 일면에 애노드 전극이 구비된 애노드 기판; 에미터의 전계방출을 위해 상기 스테이지에 놓여지는 상기 캐소드 기판으로 전압을 인가하는 전원공급부; 및 산화촉진용 가스를 상기 진공챔버의 내부로 공급하는 가스 공급부를 포함한다. 상술한 구성에 의하면, 본 발명은 우수한 전계방출 특성을 위한 전기적 균질화 과정을 짧은 시간에 처리할 수 있다.

Figure R1020060107033

전계방출, 탄소나노튜브, 에미터, 산화, 캐소드, 애노드

The present invention relates to an apparatus for producing a field emission device that has excellent field emission characteristics. The apparatus for producing a field emission device of the present invention comprises a vacuum chamber; A stage installed inside the vacuum chamber, on which a cathode substrate having an emitter is placed; An anode substrate disposed in the vacuum chamber so as to face the stage, and having an anode electrode on one surface facing the stage; A power supply for applying a voltage to the cathode substrate placed on the stage for field emission of an emitter; And a gas supply unit supplying an oxidation promoting gas into the vacuum chamber. According to the above configuration, the present invention can process the electrical homogenization process for excellent field emission characteristics in a short time.

Figure R1020060107033

Field emission, carbon nanotubes, emitters, oxidation, cathodes, anodes

Description

전계방출 소자의 제조 장치 및 방법{apparatus and method for manufacturing Field Emission Device} Apparatus and method for manufacturing Field Emission Device

도 1 본 발명의 실시예에 따른 전계방출 소자의 제조장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining the configuration of an apparatus for manufacturing a field emission device according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 전계방출 소자의 제조장치에서 가스 안내 커버가 구비된 변형예를 보여주는 도면이다. 2 is a view showing a modification provided with a gas guide cover in the apparatus for manufacturing a field emission device of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

110 : 공정챔버110: process chamber

120 : 스테이지120: stage

130 : 애노드 기판130: anode substrate

132 : 애노드 전극132: anode electrode

140 : 전원공급부140: power supply

150 : 가스공급부150: gas supply unit

10 : 캐소드 기판10: cathode substrate

16 : 에미터 16: emitter

본 발명은 전계방출 소자(field emission device)의 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우수한 전계방출 특성을 갖도록 한 전계방출 소자의 제조 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a device for manufacturing a field emission device, and more particularly, to an apparatus and method for manufacturing a field emission device to have excellent field emission characteristics.

일반적으로, 전계방출 소자는 램프형 백라이트나 발광다이오드에 비해서 소비전력, 효율, 휘도 등의 면에서 뛰어나며, 형광등과 달리 수은을 사용하지 않아 환경친화적이다. 또한 점등시간이 짧고 수명이 긴 장점도 있다. In general, the field emission device is superior in terms of power consumption, efficiency, brightness, and the like compared to a lamp-type backlight or a light emitting diode, and, unlike fluorescent lamps, is not environmentally friendly. It also has the advantage of short lighting time and long life.

이러한 전계방출 소자는 캐소드 전극 위에 일정한 간격으로 배열된 에미터에 강한 전계를 인가함으로써 에미터로부터 전자를 방출시키고, 이 전자를 애노드 전극의 표면에 도포된 형광체에 충돌시켜 발광되도록 한다. 즉, 진공 속의 에미터에 강한 전계가 인가될 때 전자들이 에미터로부터 진공 밖으로 나오는 양자역학적 터널링 현상을 이용한 것이다. 이때, 전계 방출 소자는 파울러-노드하임(Fowler-Nordheim) 법칙에 의하여 전류-전압 특성을 나타내게 된다.The field emission device emits electrons from the emitter by applying a strong electric field to the emitters arranged at regular intervals on the cathode electrode, and impinges the electrons on the phosphor coated on the surface of the anode to emit light. In other words, when a strong electric field is applied to the emitter in the vacuum, electrons are taken out of the vacuum from the emitter using quantum mechanical tunneling. In this case, the field emission device exhibits current-voltage characteristics according to the Fowler-Nordheim law.

초기의 전계방출 소자의 에미터는 주로 몰리브덴(Mo)을 주 재질로 하여 스핀트(Spindt) 타입의 금속 팁(또는 마이크로 팁)이 사용되었다. 그런데, 이러한 금속 팁 형상의 에미터를 갖는 전계방출 소자에 있어서는 에미터를 배치하기 위한 극미세한 홀이 형성되어야 하고, 몰리브덴을 증착하여 화면 전영역에서 균일한 금속 마이크로 팁이 형성되어야 하기 때문에 제조 공정이 복잡하고 고난도의 기술을 필요로 한다. 뿐만 아니라, 고가의 장비를 사용하여야 하므로 제품 제조 단가가 상승하는 문제점이 있다. 따라서, 금속 팁 형상의 에미터를 갖는 전계방출 소자는 대화 면화하는데 제약이 있는 것으로 지적되고 있다. 이에 따라, 저전압의 구동 조건에서도 양질의 전자방출을 얻을 수 있고, 에미터를 평탄한 형상으로 형성시켜 제조 공정을 간략하게 할 수 있는 기술이 연구 개발되고 있다. 최근 들어 탄소 나노튜브가 기계적으로 강하고, 화학적으로 상당히 안정하여 비교적 낮은 진공도에서 전자방출특성이 우수하여, 이를 이용한 전계방출 소자의 중요성이 인식되고 있다. Early emitters of field emission devices were mainly made of molybdenum (Mo), and spint type metal tips (or micro tips) were used. However, in the field emission device having an emitter having a metal tip shape, an extremely fine hole for disposing an emitter should be formed, and a uniform metal micro tip should be formed in the entire area of the screen by depositing molybdenum. This requires complicated and difficult skills. In addition, there is a problem in that the manufacturing cost of the product rises because expensive equipment must be used. Therefore, it is pointed out that the field emission device having the emitter in the shape of a metal tip has a limitation in large surface area. As a result, high-quality electron emission can be obtained even under low voltage driving conditions, and a technology for simplifying the manufacturing process by forming the emitter in a flat shape has been researched and developed. In recent years, carbon nanotubes are mechanically strong and chemically stable, and have excellent electron emission characteristics at relatively low vacuum, and thus, the importance of field emission devices using the same has been recognized.

탄소 나노튜브 에미터는 전계방출 특성을 향상시키기 위해서 물리적 또는 전기적으로 탄소나노튜브를 배향시키는 후처리 공정을 실시한다.Carbon nanotube emitters undergo a post-treatment process to orient the carbon nanotubes physically or electrically to improve field emission properties.

물리적 후처리 방법으로는 탄소나노튜브 에미터가 형성되어 있는 면을 점착테이프를 이용하여 배향시키는 방법(미국특허 6,436,221), 점착성이 있는 고무롤러를 이용하여 배향시키는 방법, 또는 고분자 유기물 용액을 도포하고 건조한 후, 필름층을 형성한 후 필오프(peel-off)하여 배향시키는 방법(한국공개특허 2004-44101) 등이 있다. 전기적 후처리 방법으로는 탄소나노튜브 에미터가 형성되어 있는 면에 전기장을 인가하여 배향시키는 방법(한국공개특허 2005-76122), 플라즈마(일본공개특허 2005-340222) 또는 레이저를 이용한 방법 등이 있다.As a physical post-treatment method, a surface on which carbon nanotube emitters are formed is oriented using adhesive tape (US Pat. No. 6,436,221), a method of aligning using a sticky rubber roller, or a polymer organic solution is coated. After drying, there is a method of forming a film layer and then peeling off and orientating (Korean Patent Publication No. 2004-44101). As an electrical post-treatment method, there is a method of applying and orienting an electric field to a surface on which a carbon nanotube emitter is formed (Korean Laid-Open Patent 2005-76122), a plasma (Japanese Laid-Open Patent 2005-340222), or a method using a laser. .

위와 같은 방법으로 형성된 탄소나노튜브 에미터를 구비한 전계방출소자는 전계방출 개시전압이 낮고, 전계방출 특성이 향상된다. 그러나 위와 같은 후처리된 전계방출소자는 전계방출 특성은 양호하나, 탄소나노튜브의 분포가 균일하지 못해서 제품으로 사용할 수 없을 정도의 균일한 전계방출 특성을 발휘할 수 없다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 전계방출소자를 전계방출을 시키면서 전기적 균질화 과정을 수시간 내지 수십시간 실시하게 된다.The field emission device having the carbon nanotube emitter formed by the above method has a low field emission start voltage and improves field emission characteristics. However, the after-treated field emission device has good field emission characteristics, but it cannot exhibit uniform field emission characteristics such that the distribution of carbon nanotubes is not uniform so that it cannot be used as a product. In order to solve this problem, an electric homogenization process is performed for several hours to several tens of hours while the field emission device emits a field.

전기적 균질화 과정은 제품의 구동전압보다 높은 가혹한 조건에서 전계방출을 실시하여 비이상적으로 전계방출을 하는 에미터를 산화시킴으로써 균질화가 이루어지며, 제품으로서의 균일한 전계방출 특성을 발휘하기 위해서는 비교적 긴 시간이 소요된다. 위와 같은 전기적 균질화 과정이 길어질 경우 제품의 원가상승의 원인이 될 수 있다. The electric homogenization process is homogenized by oxidizing emitters that emit non-ideal field by conducting field emission under severe conditions higher than the driving voltage of the product, and relatively long time is required to exhibit uniform field emission characteristics as a product. It takes If the above-mentioned electric homogenization process is prolonged, it can cause the cost increase of the product.

본 발명은 우수한 전계방출 특성을 갖도록 한 전계방출 소자의 제조 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for manufacturing a field emission device that has excellent field emission characteristics.

본 발명은 전기적 균질화 과정을 짧은 시간에 처리할 수 있는 전계방출 소자의 제조 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for manufacturing a field emission device capable of processing an electrical homogenization process in a short time.

본 발명은 전계방출 소자의 크기(넓이)가 커지더라도 전기적 균질화 과정을 균일하게 처리할 수 있는 전계방출 소자의 제조 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for manufacturing a field emission device capable of uniformly processing the electric homogenization process even if the size (width) of the field emission device increases.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전계방출 소자의 제조 장치는 진공챔버; 상기 진공 챔버의 내부에 설치되며, 에미터를 갖는 캐소드 기판이 놓여지는 스테이지; 상기 진공 챔버의 내부에 상기 스테이지와 대향되게 설치되며, 상기 스테이지와 마주하는 일면에 애노드 전극이 구비된 애노드 기판; 에미터의 전계방출을 위해 상기 스테이지에 놓여지는 상기 캐소드 기판으로 전압을 인가하는 전원공급부; 및 산화촉진용 가스를 상기 진공챔버의 내부로 공급하는 가스 공급부를 포 함한다.The apparatus for manufacturing a field emission device of the present invention for achieving the above object is a vacuum chamber; A stage installed inside the vacuum chamber, on which a cathode substrate having an emitter is placed; An anode substrate disposed in the vacuum chamber so as to face the stage, and having an anode electrode on one surface facing the stage; A power supply for applying a voltage to the cathode substrate placed on the stage for field emission of an emitter; And a gas supply unit supplying an oxidation promoting gas into the vacuum chamber.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 애노드 기판은 상기 산화촉진용 가스가 상기 애노드 기판과 상기 캐소드 기판 사이에 균일하게 분포될 수 있도록 복수의 관통홀들을 더 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the anode substrate further includes a plurality of through holes so that the oxidation-promoting gas can be uniformly distributed between the anode substrate and the cathode substrate.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 관통홀은 원형, 다각형, 폭이 작고 길이가 긴 스트라이프 모양이다.According to an embodiment of the present invention, the through hole has a circular shape, a polygonal shape, a stripe shape having a small width and a long length.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 관통홀의 지름 또는 한 변의 길이는 1nm - 10mm 이다.According to an embodiment of the present invention, the diameter of the through hole or the length of one side is 1 nm-10 mm.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 산화촉진용 가스는 산소, 오존, 일산화탄소, 이산화탄소, 수증기 등에서 선택되어진 1종 또는 이들의 혼합가스이다.According to an embodiment of the present invention, the oxidation promoting gas is one or a mixture thereof selected from oxygen, ozone, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor and the like.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 애노드 기판은 전처리된 글라스, 도전처리된 세라믹판, 금속 플레이트, 금속 메쉬(mesh) 중에서 어느 하나로 이루어진다.According to an embodiment of the present invention, the anode substrate is made of any one of pre-treated glass, conductive ceramic plate, metal plate, and metal mesh.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 에미터는 탄소나노튜브이다.According to an embodiment of the present invention, the emitter is carbon nanotubes.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 캐소드 기판은 에미터가 위치하는 캐소드 전극과 게이트 전극을 포함하며, 상기 전원공급부는 게이트 전극과 상기 애노드 전극사이에 바이폴라(bipolar)형의 전원을 인가한다.According to an embodiment of the present invention, the cathode substrate includes a cathode electrode and a gate electrode on which the emitter is located, and the power supply unit applies a bipolar power between the gate electrode and the anode electrode.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전계방출 소자의 제조 방법은 진공 챔버에 서로 대향되게 위치한 애노드 기판과 캐소드 기판으로 구동전압보다 높은 전압을 제공하여 비이상적으로 전계방출하는 에미터를 산화시키되, 에미터의 산화 촉진을 위해 상기 진공 챔버로 산화촉진용 가스를 공급한다.The method of manufacturing the field emission device of the present invention for achieving the above object is to provide a voltage higher than the driving voltage to the anode substrate and the cathode substrate which are located opposite to each other in the vacuum chamber to oxidize the emitter that is ideally field emission, Oxidation promoting gas is supplied to the vacuum chamber to promote oxidation of the emitter.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 산화촉진용 가스는 상기 애노드 기판에 형성된 다수의 관통홀들을 통해 상기 애노드 기판과 상기 캐소드 기판 사이에 균일하게 분포된다.According to an embodiment of the present invention, the oxidation promoting gas is uniformly distributed between the anode substrate and the cathode substrate through a plurality of through holes formed in the anode substrate.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 산화촉진용 가스는 산소, 오존, 일산화탄소, 이산화탄소, 수증기에서 선택되어진 1종 또는 이들의 혼합가스이다.According to an embodiment of the present invention, the oxidation promoting gas is one or a mixture of these selected from oxygen, ozone, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 산화촉진용 가스는 상기 진공챔버가 10-2 내지 10-6토르(torr)의 압력을 유지하면서 공급되다.According to an embodiment of the present invention, the oxidation promoting gas is supplied while the vacuum chamber maintains a pressure of 10 −2 to 10 −6 torr.

예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다. For example, embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape of the elements in the drawings and the like are exaggerated to emphasize a clearer description.

본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 2에 의거하여 상세히 설명한다. Exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

본 발명의 전계방출 소자의 제조장치는 탄소나노튜브 에미터를 구비한 전계방출소자의 균일한 전계방출을 위해 비이상적인 전계방출을 하는 에미터를 산화시키는 전기적 균질화 공정을 위한 것이다. 본 발명의 특징은 전기적 균질화 과정에서 산화 촉진을 위해 산화촉진용 가스를 공급하는데 있다. The apparatus for manufacturing a field emission device of the present invention is for an electrical homogenization process for oxidizing an emitter that emits non-ideal field for uniform field emission of a field emission device having a carbon nanotube emitter. A feature of the present invention is to supply an oxidation-promoting gas to promote oxidation in the electrical homogenization process.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계방출 소자의 제조장치의 구성을 설명 하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining the configuration of an apparatus for manufacturing a field emission device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 전계방출 소자의 제조장치(100)는 공정 챔버(process chamber, 110), 피처리체인 캐소드 기판(10)이 놓여지는 스테이지(120) 그리고 캐소드 기판(10)과 대향되게 위치되는 애노드 기판(130), 캐소드 기판(10)과 애노드 기판(130) 사이에 전압을 인가하는 전원공급부(140) 그리고 가스 공급부(150)를 갖는다. Referring to FIG. 1, the apparatus 100 for manufacturing a field emission device is disposed to face a process chamber 110, a stage 120 on which a cathode substrate 10 to be processed is placed, and a cathode substrate 10. The anode substrate 130, the cathode substrate 10, and the anode substrate 130 are provided with a power supply unit 140 for applying a voltage and a gas supply unit 150.

공정챔버(110)는 탄소나노튜브 에미터를 구비한 전계방출소자에 대한 전기적 균질화 처리가 이루어지는 반응공간을 제공한다. 공정챔버(110)의 반응공간은 지면과 대체로 나란한 상부벽(112a)과 바닥벽(112b) 그리고 수직한 측벽(112c)들에 의해 제공된다. 이러한 공정 챔버(110)의 반응공간에는 게이트 슬롯(114)의 개방에 따라 트랜스퍼 챔버에 위치한 로봇(도시하지 않음)에 의해 투입 위치되는 캐소드 기판(피처리기판)(10)이 놓여지는 스테이지(120)가 구비된다. 본 실시예에서 피처리기판에 해당되는 캐소드 기판(10)은 탄소나노튜브 에미터(16)가 위치하는 캐소드 전극(12)과 게이트 전극(14)을 갖는 3극관형일 수 있다. The process chamber 110 provides a reaction space in which an electric homogenization treatment is performed on a field emission device having a carbon nanotube emitter. The reaction space of the process chamber 110 is provided by a top wall 112a and a bottom wall 112b and vertical sidewalls 112c generally parallel to the ground. The stage 120 in which the cathode substrate (to-be-processed substrate) 10 placed in the reaction space of the process chamber 110 is placed by a robot (not shown) located in the transfer chamber according to the opening of the gate slot 114. ) Is provided. In the present exemplary embodiment, the cathode substrate 10 corresponding to the substrate to be processed may be a triode having a cathode electrode 12 and a gate electrode 14 on which the carbon nanotube emitter 16 is located.

게이트 슬롯(114)은 게이트 밸브(114a)에 의해 개폐된다. 그리고 스테이지(120)는 상술한 로봇으로 하여금 캐소드 기판(10)의 이송이 용이하도록 기판을 지지하는 형태로 승하강 구동하는 리프트 어셈블리(미도시됨)를 포함하는 것이 바람직하다. 예컨대, 리프트 어셈블리는 게이트 슬롯(114)의 개방에 따라 로봇에 의해 투입 위치되는 캐소드 기판(10)의 저면을 받쳐 지지하는 리프트 핀들과, 리프트 핀들을 상승(업 위치)/하강(다운 위치)시키기 위한 구동부를 포함할 수 있다. 필요 한 경우 스테이지 자체가 업다운 될 수 있다. The gate slot 114 is opened and closed by the gate valve 114a. In addition, the stage 120 preferably includes a lift assembly (not shown) that drives the robot to move up and down in a form of supporting the substrate to facilitate the transfer of the cathode substrate 10. For example, the lift assembly may include lift pins that support and support the bottom surface of the cathode substrate 10 that is input and positioned by the robot according to the opening of the gate slot 114, and raise (up position) / down (down position) the lift pins. It may include a drive for. The stage itself can be up and down if necessary.

한편, 공정 챔버(110)의 바닥에는 스테이지의 둘레를 따라 진공펌프(162)와 연결되는 진공흡입포트(vacuum suction port, 116)가 대칭으로 형성된다. 진공 배기부(160)는 공정 챔버(110)의 내부를 진공 상태로 형성하고, 전기적 균질화 공정이 수행되는 동안 발생하는 반응 부산물 등을 배출시키기 위한 것으로, 펌프(162)와, 진공흡입포트(116)에 연결되는 진공라인(164)을 포함한다. 공정 챔버(110)와 펌프(162)를 연결하는 진공라인(164)에는 각종 밸브(도시되지 않음)가 설치되어 진공라인(164)을 개폐하고 개폐 정도를 조절함으로써 진공 정도를 조절한다. Meanwhile, a vacuum suction port 116 connected to the vacuum pump 162 is symmetrically formed at the bottom of the process chamber 110 along the circumference of the stage. The vacuum exhaust unit 160 forms a vacuum inside the process chamber 110 and discharges reaction by-products generated during the electric homogenization process. The pump 162 and the vacuum suction port 116 It comprises a vacuum line 164 connected to). Various valves (not shown) are installed in the vacuum line 164 connecting the process chamber 110 and the pump 162 to control the degree of vacuum by opening and closing the vacuum line 164 and adjusting the opening and closing degree.

예컨대, 공정이 진행되는 동안 공정 챔버(110) 내의 압력은 10-2 내지 10-6토르(torr)이다. 더욱 바람직하게는 공정 챔버(110)의 압력은 10-3 내지 10-4토르(torr)로 유지된다. 예컨대, 공정 챔(110)버 내의 압력이 10-2토르(torr) 보다 큰 경우에는 전계방출이 발생되지 않았으며, 공정 챔버(110) 내의 압력이 10-6토르(torr) 보다 낮은 경우에는 산화에 필요한 산화촉진용 가스가 부족하여 에미터의 산화가 충분하게 일어나지 못하였다.For example, the pressure in the process chamber 110 is 10 -2 to 10 -6 torr while the process is in progress. More preferably, the pressure in the process chamber 110 is maintained at 10 −3 to 10 −4 torr. For example, no field emission occurs when the pressure in the process chamber 110 is greater than 10 −2 torr, and oxidation is not achieved when the pressure in the process chamber 110 is less than 10 −6 tor. The oxidation of the emitter did not occur sufficiently due to the lack of the gas for oxidation promotion.

전계방출 소자의 제조장치(100)는, 공정 챔버(110)로 산화촉진용 가스를 공급하는 가스공급부(150)를 갖는다. 가스 공급부(150)는 가스 소스부(152)와, 가스 소스부(152)로부터 제공받은 산화촉진용 가스를 공정 챔버(110)로 공급되는 공급노즐(154) 그리고 산화촉진용 가스의 양을 조절할 수 있는 제어밸브(156)를 갖는다. 공급노즐(154)운 공정 챔버(110)의 상부에 설치된다. 도시하지 않았지만, 공정 챔버(110)는 공급노즐(154)로부터 제공받은 산화촉진용 가스가 공정 챔버 내부(특히 애노드 기판 상부)에 균일하게 분포되도록 가스 분배 플레이트(Gas Distribution Plate, GDP)가 설치될 수 있다. 산화촉진용 가스로는 산소, 오존, 일산화탄소, 이산화탄소, 수증기 등에서 선택되어진 1종 또는 이들의 혼합가스가 사용될 수 있다. 가장 바람직하게는, 산소 또는 오존을 사용하였을 때 가장 양호한 전계방출 특성을 나타내었고, 균질화 과정에 소요되는 시간도 가장 짧았다. The apparatus 100 for manufacturing a field emission device has a gas supply unit 150 for supplying an oxidation promoting gas to the process chamber 110. The gas supply unit 150 adjusts the amount of the gas source unit 152, the supply nozzle 154 supplied with the oxidation promoting gas provided from the gas source unit 152 to the process chamber 110, and the amount of the oxidation promoting gas. It has a control valve 156 that can be. The supply nozzle 154 is installed above the process chamber 110. Although not shown, the process chamber 110 may be provided with a gas distribution plate (GDP) such that the oxidation-promoting gas provided from the supply nozzle 154 is uniformly distributed in the process chamber (particularly, the anode substrate). Can be. As the oxidation promoting gas, one or a mixture thereof selected from oxygen, ozone, carbon monoxide, carbon dioxide, and water vapor may be used. Most preferably, the use of oxygen or ozone showed the best field emission characteristics and the shortest time for homogenization.

도 2는 본 발명의 전계방출 소자의 제조장치에서 가스 안내 커버가 구비된 변형예를 보여주는 도면이다. 2 is a view showing a modification provided with a gas guide cover in the apparatus for manufacturing a field emission device of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 가스 안내 커버(158)은 공급노즐(154)과 애노드 기판(130) 사이에 설치되며, 좁은 상단과 넓은 하단을 갖는 깔대기 형상으로 이루어진다. 공급노즐(154)로부터 제공받은 산화촉진용 가스는 가스 안내 커버(158)에 의해 점차적으로 퍼지면서 애노드 기판(130) 상부로 균일하게 제공된다. As shown in FIG. 2, the gas guide cover 158 is installed between the supply nozzle 154 and the anode substrate 130, and has a funnel shape having a narrow top and a wide bottom. The oxidation-promoting gas provided from the supply nozzle 154 is uniformly provided over the anode substrate 130 while gradually being spread by the gas guide cover 158.

공정 진행시, 전원공급장치(140)가 에미터(16)의 전계방출을 위해 스테이지(120)에 놓여지는 캐소드 기판(10)과 애노드 전극(132) 사이에 실제 제품의 구동 전압보다 높은 전압을 인가함으로써 비이상적으로 전계방출을 하는 에미터를 산화시킨다. 도 1에 도시된 바와 같이, 캐소드 전극(12)을 접지로 하여 0볼트의 전압이 되게 하고, 게이트 전극(14)에는 (+)(-)의 양방향(bipolar) 펄스형 전압이 인가된다. (+)전압이 인가될 때에는 캐소드 전극(12)상의 에미터로부터 게이트 전극(14)상의 에미터로 전자가 방출되고, (-)전압이 인가될 때에는 게이트 전극(14)상의 에 미터로부터 캐소드 전극(12)상의 에미터로 전자가 방출된다. 예컨대, 애노드 전극(132)에는 최고 DC 10kV가 인가되며, 캐소드 기판(10)의 전극에는 500V 이하의 펄스 전원이 인가된다. During the process, the power supply 140 may apply a voltage higher than the actual drive voltage of the actual product between the cathode substrate 10 and the anode electrode 132 placed on the stage 120 for the field emission of the emitter 16. The application oxidizes the emitters that emit non-ideally field emission. As shown in FIG. 1, the cathode electrode 12 is grounded to a voltage of 0 volts, and a positive bipolar pulsed voltage is applied to the gate electrode 14. Electrons are emitted from the emitter on the cathode electrode 12 to the emitter on the gate electrode 14 when a positive voltage is applied, and from the emitter on the gate electrode 14 when the negative voltage is applied. Electrons are emitted to the emitter on (12). For example, a maximum DC 10 kV is applied to the anode electrode 132, and a pulse power of 500 V or less is applied to the electrode of the cathode substrate 10.

공정 챔버(110)에 설치되는 애노드 기판(130)은 스테이지(120)와 대향되게 위치된다. 애노드 기판(130)은 스테이지(120)와 마주하는 일면에 애노드 전극(132)과, 산화촉진용 가스가 애노드 기판(130)과 캐소드 기판(10) 사이에 균일하게 분포될 수 있도록 복수의 관통홀(134)들을 갖는다. 관통홀의 모양은 원형 이외에 다격형, 폭이 작고 길이가 긴 스트라이프 형태 등의 다양한 형상이 가능하며, 이는 전계에 변형을 주지 않는 범위 내의 다양한 모양이 가능하다. The anode substrate 130 installed in the process chamber 110 is positioned to face the stage 120. The anode substrate 130 has a plurality of through holes so that the anode electrode 132 and the oxidation-promoting gas are uniformly distributed between the anode substrate 130 and the cathode substrate 10 on one surface facing the stage 120. Have (134). The shape of the through-hole is possible in a variety of shapes, such as a multi-layered, narrow and long stripe in addition to the circular shape, which can be a variety of shapes within the range that does not deform the electric field.

관통홀(134)들은 애노드 기판(130)에 일정한 간격으로 형성될 수도 있고, 또는 가장자리보다 중앙부근에 좀더 조밀하게 또는 그 반대로 형성할 수 있다. 관통홀(134)들의 크기(지름)는 1nm - 10mm 이다. 1nm 이하의 관통홀은 가공상 제작하기 어렵고, 10mm 이상에서는 전기적 균질화를 위한 필수조건인 균일한 전계(electric field)를 형성하지 못하여 균일한 균질화를 할 수 없다. 바람직하게는 관통홀의 크기가 0.001 -10mm일 경우 전계에 큰 영향을 주지 않으며 균일한 균질화가 가능하다.  The through holes 134 may be formed in the anode substrate 130 at regular intervals, or may be formed more densely near the center than the edges or vice versa. The size (diameter) of the through holes 134 is 1 nm-10 mm. Through holes of less than 1 nm are difficult to fabricate in processing, and more than 10 mm cannot form a uniform electric field, which is a prerequisite for electrical homogenization, and thus cannot be uniform homogenized. Preferably, when the size of the through hole is 0.001 -10 mm, uniform homogenization is possible without significantly affecting the electric field.

여기서, 애노드 기판(130)은 전계방출 소자에서 형광체층이 형성된 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명도전층으로 이루어지는 제품 장착용 애노드 기판이 아니며, 전기적 균질화 과정을 위해서만 제공되는 더미용 애노드 기판이다. 그렇기 때문에, 본 발명에서 사용되는 애노드 기판(130)은 도전처리된 글라스, 도 전처리된 세라미판, 금속 플레이트, 금속 메쉬(mesh) 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 공정 챔버에 고정식으로 설치될 수 있다. Here, the anode substrate 130 is not an anode substrate for product mounting consisting of a transparent conductive layer such as indium tin oxide (ITO) in which a phosphor layer is formed in a field emission device, and is a dummy anode substrate provided only for an electrical homogenization process. Therefore, the anode substrate 130 used in the present invention may be made of any one of conductive glass, conductive ceramic plate, metal plate, and metal mesh, and may be fixedly installed in the process chamber.

참고로, 애노드 기판(130)과 캐소드 기판(10)과의 간격은 전계방출시 일반적으로는 중요한 부분으로, 최종 구동시 실제 적용되는 간격과 동일하게 하여 전기적 균질화 공정을 진행한다. 그러나, 본 발명에서와 같이, 관통홀(134)들이 형성된 애노드 기판(130)을 사용할 경우 산화촉진용 가스가 균일하게 제공되기 때문에 애노드 기판(130)과 캐소드 기판(10)과의 간격은 큰 연관성은 없으나, 본 실시예에서는 0.5mm -10mm 정도의 간격을 갖는다. 도 1을 살펴보면, 캐소드 기판(10)과 애노드 기판(130) 사이의 가장자리에는 스페이서(180)가 구비되어 있다. 이 스페이서(180)는 캐소드 기판(10)에 형성되거나, 애노드 기판(130)에 형성되어도 무관하다. 도시하지 않았지만, 애노드 기판(130)에 설치될 경우 스페이서(180)는 캐소드기판이 스테이지에 로딩될때 간섭이 발생되지 않도록 업상태로 이동되고, 스테이지에 캐소드기판이 로딩되면 다운 이동될 수 있다. 원래, 전계방출 소자에서 스페이서는 캐소드 기판과 애노드 기판의 간극을 유지하기 위한 용도로 사용되는데, 본 실시예에는 전계방출이 일어나는 캐소드 기판과 애노드 기판 사이의 공간과 그 바깥 공간을 구분하기 위한 용도로 사용될 수 있다. For reference, an interval between the anode substrate 130 and the cathode substrate 10 is generally an important part in the field emission, and the electric homogenization process is performed in the same manner as the interval actually applied during the final driving. However, as in the present invention, when the anode substrate 130 having the through holes 134 is used, since the gas for promoting oxidation is uniformly provided, the gap between the anode substrate 130 and the cathode substrate 10 has a large correlation. There is no, but in this embodiment has a spacing of about 0.5mm -10mm. Referring to FIG. 1, a spacer 180 is provided at an edge between the cathode substrate 10 and the anode substrate 130. The spacer 180 may be formed on the cathode substrate 10 or may be formed on the anode substrate 130. Although not shown, the spacer 180 may be moved up to prevent interference when the cathode substrate is loaded on the stage, and may be moved down when the cathode substrate is loaded on the stage. Originally, in the field emission device, the spacer is used to maintain a gap between the cathode substrate and the anode substrate. In this embodiment, the spacer is used to distinguish the space between the cathode substrate and the anode substrate where the field emission occurs and the outer space thereof. Can be used.

상술한 바와 같은, 전계방출 소자의 제조 장치(100)에서의 전기적 균질화 과정은 다음과 같다. 피처리 기판인 캐소드 기판(10)은 트랜스퍼 챔버에 위치한 로봇(도시하지 않음)에 의해 스테이지(120)에 놓여진다. 공정 챔버(110)의 내부가 설정 압력으로 유지된 상태에서 애노드 기판(130)과 캐소드 기판(10)으로 구동 전압 보다 높은 전압이 제공된다. 이와 연동해서 공정 챔버(110)에는 산화촉진용 가스가 공급된다. 공급노즐(154)로부터 애노드 기판(130)의 상부로 공급된 산화촉진용 가스는 애노드 기판(130)에 형성된 관통공(134)들을 통과하여 스테이지(120) 상에 놓여진 캐소드 기판(10)으로 향하게 되며, 캐소드 기판(10)상에 비이상적으로 전계방출하는 에미터의 산화를 촉진시킴으로써, 빠른 시간안에 전기적 균질화 과정이 완료된다. 도시하지 않았지만, 이렇게 전기적 균질화 과정이 완료된 캐소드 기판(10)은 동일 챔버내에서 진공패키징을 순차적으로 실시할 수도 있다. 진공패키징은 캐소드 기판 상부에 위치하는 애노드 기판(균질화 공정용)(130)을 실제 제품에 적용되는 애노드 기판(미도시됨)으로 교체한 상태에서 스페이서 및 프레임 글라스로 일정 간격을 유지하고, 고진공 고온에서 진행되는 통상의 패키징 공정을 진행할 수 있다. 물론, 패키징 공정은 다른 챔버로 이동하여 실시할 수 있으며, 이러한 진공패키징 공정에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. As described above, the electric homogenization process in the apparatus 100 for manufacturing a field emission device is as follows. The cathode substrate 10, which is the substrate to be processed, is placed on the stage 120 by a robot (not shown) located in the transfer chamber. The voltage higher than the driving voltage is provided to the anode substrate 130 and the cathode substrate 10 while the inside of the process chamber 110 is maintained at a set pressure. In cooperation with this, an oxidation promoting gas is supplied to the process chamber 110. The oxidation promoting gas supplied from the supply nozzle 154 to the upper portion of the anode substrate 130 passes through the through holes 134 formed in the anode substrate 130 to face the cathode substrate 10 placed on the stage 120. By accelerating oxidation of the non-ideally field-emitting emitter on the cathode substrate 10, the electrical homogenization process is completed in a short time. Although not shown, the cathode substrate 10 in which the electric homogenization process is completed may be sequentially vacuum-packed in the same chamber. Vacuum packaging maintains a constant gap with a spacer and a frame glass in a state where the anode substrate (for homogenization process) 130 positioned on the cathode substrate is replaced with an anode substrate (not shown) applied to a real product, and a high vacuum high temperature The usual packaging process can be carried out in. Of course, the packaging process can be carried out by moving to another chamber, a detailed description of such a vacuum packaging process will be omitted.

예컨대, 본 실시예에서는 피처리기판에 해당되는 캐소드 기판(10)이 탄소나노튜브 에미터가 위치하는 캐소드 전극과 게이트 전극을 구비한 것으로 도시하였으나 이는 하나의 예에 불과하며, 캐소드 전극만을 갖는 2극관형의 캐소드 기판 등과 같이 다양한 형태의 캐소드 기판이 적용될 수 있다. For example, in the present exemplary embodiment, the cathode substrate 10 corresponding to the substrate to be processed includes the cathode electrode and the gate electrode on which the carbon nanotube emitters are located, but this is only one example. Various types of cathode substrates may be applied, such as a cathode tube substrate.

한편, 본 발명은 상기의 구성으로 이루어진 전계방출 소자의 제조 장치는 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 하지만, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있 는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.On the other hand, the present invention is a device for manufacturing a field emission device having the above configuration can be variously modified and can take various forms. It is to be understood, however, that the present invention is not limited to the specific forms referred to in the above description, but rather that all modifications, equivalents, and substitutions fall within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It should be understood to include.

상술한 바와 같이, 본 발명은 우수한 전계방출 특성을 갖는 전계방출 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 우수한 전계방출 특성을 위한 전기적 균질화 과정을 짧은 시간에 처리할 수 있다. 또한, 본 발명은 전계방출 소자의 크기(넓이)가 커지더라도 전기적 균질화 과정을 균일하게 처리할 수 있다.As described above, the present invention can provide a field emission device having excellent field emission characteristics. In addition, the present invention can treat the electrical homogenization process for excellent field emission characteristics in a short time. In addition, the present invention can uniformly process the electrical homogenization process even if the size (width) of the field emission device increases.

Claims (11)

삭제delete 전계방출 소자의 제조 장치에 있어서:In the apparatus for producing a field emission device: 진공챔버; Vacuum chamber; 상기 진공 챔버의 내부에 설치되며, 에미터를 갖는 캐소드 기판이 놓여지는 스테이지; A stage installed inside the vacuum chamber, on which a cathode substrate having an emitter is placed; 상기 진공 챔버의 내부에 상기 스테이지와 대향되게 설치되며, 상기 스테이지와 마주하는 일면에 애노드 전극이 구비된 애노드 기판; An anode substrate disposed in the vacuum chamber so as to face the stage, and having an anode electrode on one surface facing the stage; 에미터의 전계방출을 위해 상기 스테이지에 놓여지는 상기 캐소드 기판으로 전압을 인가하는 전원공급부; 및 A power supply for applying a voltage to the cathode substrate placed on the stage for field emission of an emitter; And 산화촉진용 가스를 상기 진공챔버의 내부로 공급하는 가스 공급부를 포함하되;It includes a gas supply for supplying an oxidation promoting gas into the vacuum chamber; 상기 애노드 기판은 The anode substrate 상기 산화촉진용 가스가 상기 애노드 기판과 상기 캐소드 기판 사이에 균일하게 분포될 수 있도록 복수의 관통홀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 소자의 제조 장치. And a plurality of through holes so that the oxidation-promoting gas is uniformly distributed between the anode substrate and the cathode substrate. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 관통홀은 원형, 다각형, 스트라이프 모양에서 선택되어진 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조 장치. The through-hole is a device for manufacturing a field emission device, characterized in that consisting of one selected from circular, polygonal, stripe shape. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 관통홀의 지름 또는 한변의 길이가 1nm - 10mm 인 것을 특징으로 하는 전계방출 소자의 제조 장치. A device for manufacturing a field emission device, characterized in that the diameter of the through hole or the length of one side is 1 nm-10 mm. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 산화촉진용 가스는The oxidation promoting gas is 산소, 오존, 일산화탄소, 이산화탄소, 수증기에서 선택되어진 1종 또는 이들의 혼합가스인 것을 특징으로 하는 전계방출 소자의 제조 장치. A device for producing a field emission device, characterized in that one or a mixture of these selected from oxygen, ozone, carbon monoxide, carbon dioxide, and water vapor. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 애노드 기판은The anode substrate 도전처리된 글라스, 도전처리된 세라믹판, 금속 플레이트, 금속 메쉬(mesh) 중에서 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계방출 소자의 제조 장치. Apparatus for manufacturing a field emission device, characterized in that made of any one of a conductive glass, a conductive ceramic plate, a metal plate, a metal mesh (mesh). 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 에미터는 탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 전계방출 소자의 제조 장치. The emitter is a device for manufacturing a field emission device, characterized in that the carbon nanotubes. 삭제delete 전계방출 소자의 제조 방법에 있어서: In the method for producing a field emission device: 진공 챔버에 서로 대향되게 위치한 애노드 기판과 캐소드 기판으로 구동전압보다 높은 전압을 제공하여 전계방출하는 에미터를 산화시키되, 에미터의 산화 촉진을 위해 상기 진공 챔버로 산화촉진용 가스를 공급하되;Supplying a voltage higher than a driving voltage to an anode substrate and a cathode substrate positioned opposite to each other in the vacuum chamber to oxidize the field emitting emitter, and supplying an oxidation promoting gas to the vacuum chamber to promote oxidation of the emitter; 상기 산화촉진용 가스는 상기 애노드 기판에 형성된 다수의 관통홀들을 통해 상기 애노드 기판과 상기 캐소드 기판 사이에 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 전계방출 소자의 제조 방법. And the oxidation promoting gas is uniformly distributed between the anode substrate and the cathode substrate through a plurality of through holes formed in the anode substrate. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 산화촉진용 가스는The oxidation promoting gas is 산소, 오존, 일산화탄소, 이산화탄소, 수증기에서 선택되어진 1종 또는 이들의 혼합가스인 것을 특징으로 하는 전계방출 소자의 제조 방법. A method for producing a field emission device, characterized in that one or a mixture of these selected from oxygen, ozone, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor. 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 산화촉진용 가스는 상기 진공챔버가 10-2 내지 10-6토르(torr)의 압력을 유지하면서 공급되는 것을 특징으로 하는 전계방출 소자의 제조 방법. The oxidation-promoting gas is supplied to the vacuum chamber while maintaining a pressure of 10 -2 to 10 -6 torr (torr).
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