KR20050006926A - Field emission device and fabricating method thereof - Google Patents

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KR20050006926A KR1020030046915A KR20030046915A KR20050006926A KR 20050006926 A KR20050006926 A KR 20050006926A KR 1020030046915 A KR1020030046915 A KR 1020030046915A KR 20030046915 A KR20030046915 A KR 20030046915A KR 20050006926 A KR20050006926 A KR 20050006926A
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이범주
송문봉
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엘지전자 주식회사
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    • H01J1/30Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304Field-emissive cathodes

Abstract

PURPOSE: A field emission device and a method are provided to reduce costs and improve yield rate by forming the field emission device even without performing a through hole forming process. CONSTITUTION: A field emission device comprises a gate electrode(41) and a cathode electrode(42) formed in the same layer on a glass substrate(40), and a bus electrode formed for one of the gate electrode and the cathode electrode; an insulation layer(43) selectively formed in a portion where the gate electrode and the cathode electrode cross with each other; a conductive bus electrode passing over the insulation layer such that the conductive bus electrode is electrically connected to a part of the gate electrode or the cathode electrode where the bus electrode is not formed; and a carbon nanotube(45) formed on the cathode electrode.

Description

전계방출소자 및 그 제조방법{FIELD EMISSION DEVICE AND FABRICATING METHOD THEREOF}Field emission device and manufacturing method thereof {FIELD EMISSION DEVICE AND FABRICATING METHOD THEREOF}

본 발명은 전계방출소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 전계방출 에미터로 탄소 나노튜브를 이용하며 게이트와 캐소드를 동일 평면상에 위치시키는 코플래너형 소자를 제조함에 있어 관통홀을 형성하지 않는 단순화된 제조공정을 이용하여 공정 시간을 줄이고 수율을 높일 수 있도록 한 전계방출소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a field emission device and a method for manufacturing the same. In particular, a carbon planar device using carbon nanotubes as a field emission emitter and having a gate and a cathode positioned on the same plane does not form a through hole. The present invention relates to a field emission device and a method of manufacturing the same, which can reduce a process time and increase a yield by using a simplified manufacturing process.

정보통신 기술의 급속한 발달과 다양화되는 정보의 시각화 요구에 따라 전자 디스플레이의 수요는 더욱 증가하고, 요구되는 디스플레이 모습 또한 다양해 지고 있다. 그 예로 휴대형 정보기기와 같이 이동성이 강조되는 환경에서는 무게, 부피 및 소비전력이 작은 디스플레이가 요구되며, 대중을 위한 정보 전달매체로 사용되는 경우에는 시야각이 넓은 대화면의 디스플레이 특성이 요구된다. 또한, 이와 같은 요구를 만족시켜 나가기 위해 전자 디스플레이는 대형화, 저가격화, 고성능화, 고정세화, 박형화, 경량화 등의 조건이 필수적이어서, 이러한 요구사항을 만족시키기 위해서는 기존의 CRT를 대체할 수 있는 가볍고 얇은 평판 디스플레이 장치의 개발이 절실히 필요하게 되었다. 이러한 다양한 표시 소자의 요구에 따라 최근에는 전계방출(field emission)을 이용한 소자가 디스플레이 분야에 적용되면서, 크기 및 전력 소모를 감소시키면서도 높은 해상도를 제공할 수 있는 박막 디스플레이의 개발이 활발해지고 있다.Due to the rapid development of information and communication technology and the demand for the visualization of diversified information, the demand for electronic displays is increasing and the required display appearance is also diversified. For example, in an environment where mobility is emphasized such as a portable information device, a display having a small weight, volume, and power consumption is required, and when used as an information transmission medium for the public, display characteristics of a large viewing angle are required. In addition, in order to satisfy such demands, electronic displays require conditions such as large size, low price, high performance, high definition, thinness, and light weight, so that light and thin that can replace the existing CRT are required to satisfy these requirements. There is an urgent need for the development of flat panel display devices. Recently, as the needs of various display devices have been applied to display fields, devices using field emission have been actively developed for thin film displays that can provide high resolution while reducing size and power consumption.

상기 전계방출소자는 현재 개발 혹은 양산중인 평판 디스플레이들(LCD와 PDP, VFD등)의 단점을 모두 극복한 차세대 정보 통신용 평판 디스플레이로 주목을 받고 있다. 전계방출소자 디스플레이는 전극 구조가 간단하고, CRT와 같은 원리로 고속동작이 가능하며, 무한대의 칼라, 무한대의 그레이 스케일, 높은 휘도, 높은 비디오(video rate) 속도 등 디스플레이가 가져야 할 장점들을 고루 갖추고 있다.The field emission device is attracting attention as a next-generation flat panel display for overcoming all the disadvantages of flat panel displays (LCD, PDP, VFD, etc.) currently being developed or produced. The field emitter display has a simple electrode structure, high-speed operation based on the same principle as the CRT, and has the advantages that the display must have such as infinite color, infinite gray scale, high brightness, and high video rate. have.

전계방출 표시소자는 진공 속의 금속 또는 도체 표면(에미터)상에 고전계가 인가될 때 전자들이 금속 또는 도체로부터 진공 밖으로 나오는 양자역학적 터널링 현상을 이용한 것이다. 이 때 소자는 파울러-노드하임(Fowler-Nordheim) 법칙에 의하여 전류-전압 특성을 나타내게 된다. 전계방출 표시소자는 전자 방출 원인 에미터와 방출된 전자가 충돌하여 발광하는 애노드 부, 상하판 사이를 지지하는 스페이서, 그리고 진공기밀을 유지하기 위한 실링부 등으로 구성되어 있다.The field emission display device uses a quantum mechanical tunneling phenomenon in which electrons come out of the vacuum from the metal or conductor when a high field is applied to the metal or conductor surface (emitter) in the vacuum. At this time, the device exhibits the current-voltage characteristic according to the Fowler-Nordheim law. The field emission display device is composed of an anode portion which emits an electron emission source and the emitted electrons collide with each other to emit light, a spacer supporting the upper and lower plates, and a sealing portion for maintaining a vacuum seal.

최근 들어 탄소 나노튜브가 기계적으로 강하고, 화학적으로 상당히 안정하여 비교적 낮은 진공도에서 전자방출특성이 우수한 이유로 인해 이를 이용한 전계방출소자의 중요성이 인식되고 있다. 이와같은 탄소 나노튜브는 작은 직경(약, 1.0∼ 수십[nm])을 갖기 때문에 종래의 마이크로팁형(spindt형) 전계방출 팁에 비해 전계강화효과(field enhancement factor)가 상당히 우수하여 전자방출이 낮은 임계 전계(turn-on field, 약 1∼5[V/㎛])에서 이루어질 수 있게 되므로, 전력손실 및 생산단가를 줄일 수 있는 장점이 있다. 종래 전계방출소자 및 그 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Recently, the importance of field emission devices using carbon nanotubes has been recognized because of their strong mechanical and chemical stability and excellent electron emission characteristics at relatively low vacuum. Since such carbon nanotubes have a small diameter (about 1.0 to several tens of nm), the field enhancement factor is considerably superior to conventional microtip type spin-emitting field emission tips, resulting in low electron emission. Since it can be made in a critical field (turn-on field, about 1 to 5 [V / μm]), there is an advantage that can reduce the power loss and production cost. Referring to the conventional field emission device and a method of manufacturing the same in detail with reference to the accompanying drawings as follows.

도 1은 종래의 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출소자의 3전극 구조를 나타낸것으로, 도시한 바와 같이 실리콘기판(1) 상부에 순차적으로 저항층(2), 절연층(4) 및 게이트전극(5)을 형성하고, 사진식각을 통해 게이트전극(5) 및 절연층(4) 일부를 식각하여 홀을 형성한 다음 증착(evaporation)을 통해 홀 바닥의 저항층(2) 상부에 촉매전이금속층(3)을 형성하고, 실리콘기판(1) 전체를 600∼900[℃] 정도의 온도범위로 가열하여 탄화수소(hydrocarbon) 가스를 이용한 열(thermal) 화학기상증착 또는 플라즈마(plasma) 화학기상증착 방법을 통해 촉매전이금속층(3) 상부에만 선택적으로 탄소 나노튜브(6)를 형성한다.FIG. 1 shows a three-electrode structure of a field emission device using a conventional carbon nanotube. As shown in FIG. 1, a resistive layer 2, an insulating layer 4, and a gate electrode 5 are sequentially formed on a silicon substrate 1. ), A portion of the gate electrode 5 and the insulating layer 4 are etched through photolithography to form a hole, and then a catalyst transition metal layer 3 is formed on the resistive layer 2 at the bottom of the hole through evaporation. ), The entire silicon substrate 1 is heated to a temperature range of about 600 to 900 [deg.] C., and thermal thermal vapor deposition or plasma chemical vapor deposition using a hydrocarbon gas. Carbon nanotubes 6 are selectively formed only on the catalyst transition metal layer 3.

이때, 상기 탄소 나노튜브(6)는 촉매전이금속층(3) 상부에만 선택적으로 형성되므로, 촉매전이금속층(3)의 면적이 클수록 탄소 나노튜브(6)의 면적도 커진다. 이와같이 탄소 나노튜브(6)의 면적이 커지게 되면, 게이트전극(5)을 통하여 가해지는 전계가 집중되지 않아 방출전자의 빔이 퍼지게 될 뿐만 아니라 전자방출영역도 고르지 못하여 전계가 제일 강한 홀의 주변에서만 국부적으로 전자방출이 일어날 가능성이 높고, 또한 비대칭적인 전계분포에 의해 게이트전극(5)으로의 누설전류가 많은 문제점을 안고 있다.In this case, since the carbon nanotubes 6 are selectively formed only on the catalyst transition metal layer 3, the area of the carbon nanotubes 6 also increases as the area of the catalyst transition metal layer 3 increases. As such, when the area of the carbon nanotubes 6 becomes large, the electric field applied through the gate electrode 5 is not concentrated, so that the beam of the emitted electrons is spread and the electron emission region is not even, so only in the vicinity of the hole having the strongest electric field. Local emission of electrons is likely to occur, and the leakage current to the gate electrode 5 is problematic due to an asymmetric electric field distribution.

상기와 같은 문제점을 해결하면서 보다 기계적인 구성을 가지도록 한 구조를 도 2에 도시한다.The structure to have a more mechanical structure while solving the above problems is shown in FIG.

도 2는 종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 다른 예를 보인 단면도로서, 이에 도시한 바와같이 제 1기판(10) 상에 스크린 프린팅(screen printing) 또는 박막 패턴 등의 방법을 통해 일정하게 이격되는 캐소드전극(11)을 형성한 다음 탄소 나노튜브 분말을 바인더(binder) 및 전도성 필러(filler) 등과혼합하여 슬러리(slurry) 형태로 만들어 스크린 프린팅 등과 같은 방법으로 도포하고, 일련의 바인더 제거과정을 거쳐 캐소드전극(11) 상부에 탄소 나노튜브(12)가 노출되도록 한다.FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of a three-electrode field emission device using conventional carbon nanotubes. As shown in FIG. 2, a screen printing or a thin film pattern on a first substrate 10 may be used. After forming the cathode electrode 11 spaced apart from each other, the carbon nanotube powder is mixed with a binder, a conductive filler, and the like to form a slurry, applied by a method such as screen printing, and a series of binders are removed. Through the process, the carbon nanotubes 12 are exposed on the cathode electrode 11.

상기 캐소드전극(11) 및 탄소 나노튜브(12)가 형성된 결과물의 상부에 일정한 공간이 이격되도록 금속 그리드(metal grid)를 형성하여 게이트전극(13)으로 적용하며, 이때 게이트전극(13)으로 적용되는 금속 그리드는 탄소 나노튜브(12)가 형성된 영역과 이격되도록 정렬하여야 한다.A metal grid is formed on the upper part of the resultant product in which the cathode electrode 11 and the carbon nanotube 12 are formed, and a metal grid is formed to be applied to the gate electrode 13, where it is applied to the gate electrode 13. The metal grid to be aligned should be spaced apart from the area where the carbon nanotubes 12 are formed.

한편, 제2 기판(14) 상에 순차적으로 ITO(indium tin oxide) 애노드전극(15)과 발광층(16)을 적층하여 일정하게 이격되도록 형성한 다음 상기 게이트전극(13)이 형성된 결과물의 상부에 일정한 공간이 이격되며, 발광층(16)이 상기 탄소 나노튜브(12)와 마주보도록 정렬한다.Meanwhile, the indium tin oxide (ITO) anode electrode 15 and the light emitting layer 16 are sequentially stacked on the second substrate 14 so as to be uniformly spaced apart, and then the gate electrode 13 is formed on the top of the resultant product. Space is spaced apart, and the light emitting layer 16 is aligned to face the carbon nanotubes 12.

상기한 바와같은 종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 다른 예는 상기 게이트전극(13)으로 적용되는 금속 그리드의 이격영역과 패터닝된 캐소드전극(11)과의 정렬이 어렵다. 즉, 상기와 같은 금속 그리드로 형성된 게이트(13)를 각 픽셀마다 독립 구동되도록 형성해야 하므로 작은 조각의 금속 구조물을 인접 픽셀들과 전기적으로 이격되도록 위치시켜야 하기 때문에 조립공정이 대단히 복잡하고 정확한 정렬을 달성하기 어렵게 된다. 또한, 탄소 나노튜브(12)에서 방출되는 전자들의 많은 양이 금속 그리드의 게이트전극(13)을 통하여 누설되기 때문에 방출전자의 효율이 낮은 문제점이 있었다.Another example of the three-electrode field emission device using the conventional carbon nanotube as described above is difficult to align the spaced area of the metal grid applied to the gate electrode 13 and the patterned cathode electrode 11. That is, since the gate 13 formed of the metal grid as described above must be formed to be driven independently for each pixel, a small piece of metal structure must be positioned so as to be electrically spaced from adjacent pixels so that the assembly process is very complicated and accurate. Will be difficult to achieve. In addition, since a large amount of electrons emitted from the carbon nanotubes 12 leaks through the gate electrode 13 of the metal grid, there is a problem in that the efficiency of emitted electrons is low.

상기와 같은 고전적인 종래 탄소 나노튜브를 사용한 전계방출소자들의 제조상 어려움을 개선하기 위해서 게이트의 위치를 캐소드와 같거나 더욱 낮은 위치에 형성한 탄소 나노튜브 전계방출소자의 구조들이 제시되었다.In order to improve the manufacturing difficulties of the field emission devices using the classical carbon nanotubes as described above, structures of the carbon nanotube field emission devices having gate positions positioned at the same or lower positions of the cathodes have been proposed.

도 3은 종래 탄소 나노튜브를 이용한 언더게이트(under gate) 구조 전계방출소자의 단면도를 보인 것으로, 도시한 바와 같이 전자 방출을 일으키는 전기장을 나노 튜브(24)의 하부에 있는 게이트 전극(21)으로 인가하는 방식이다. 이는 유리기판(20) 상부에 게이트 전극(21)을 형성한 후 그 상부에 차례로 절연층(22), 캐소드 전극(23)을 형성한 다음, 상기 캐소드 전극(23) 상부에 탄소 나노튜브 혼합 슬러리를 스크린 프린팅법 등으로 도포하고 일련의 바인더 제거공정을 통해 탄소 나노튜브(24)를 형성한다. 이는 그 제조 공정이 대단히 단순하기 때문에 종래의 다른 방법들에 비해 대면적 표시부에 적용하기 쉽다.3 is a cross-sectional view of an under-gate structure field emission device using conventional carbon nanotubes, and as shown, an electric field causing electron emission to the gate electrode 21 below the nanotubes 24. It is a way to apply. The gate electrode 21 is formed on the glass substrate 20, and the insulating layer 22 and the cathode electrode 23 are sequentially formed on the glass substrate 20, and then the carbon nanotube mixed slurry is formed on the cathode electrode 23. Is applied by screen printing or the like to form carbon nanotubes 24 through a series of binder removal processes. This is easy to apply to the large-area display portion compared to other conventional methods because the manufacturing process is very simple.

하지만, 이러한 경우 게이트 전극(21)이 캐소드 전극(24) 하부에 위치하기 때문에 턴온 전압이 상대적으로 높은 단점이 있으며 이후 형성되는 상판 애노드 전극(미도시)에 의해 이상 발광이 나타날 수 있다는 문제점이 있다.However, in this case, since the gate electrode 21 is positioned below the cathode electrode 24, there is a disadvantage in that the turn-on voltage is relatively high, and abnormal light emission may be caused by the upper anode electrode (not shown). .

도 4는 종래 탄소 나노튜브를 이용한 코플래너(coplanar) 구조 전계방출소자의 단면도로서, 도시한 바와 같이 게이트 전극(33)과 캐소드 전극(34)이 동일층에 형성되는 형태이다. 이러한 구조적 배치에 의해 나노튜브(35)에서 전자 방출이 일어나는 턴온 전압이 낮아서 구동 전압을 낮출 수 있는 장점이 있다. 하지만 캐소드 전극(34) 하부를 지나는 게이트 배선(31)이 상기 캐소드 전극(34)과 동일 평면상에 위치하기 위해서는 노광 및 식각 공정을 부가하여 상기 게이트 배선(31)의 일부가 노출되도록 절연층(32)에 관통홀(via)을 형성하고, 그 부분을 금속(33)으로 채워야한다.4 is a cross-sectional view of a coplanar structure field emission device using a conventional carbon nanotube, in which a gate electrode 33 and a cathode electrode 34 are formed on the same layer. By such a structural arrangement, the turn-on voltage at which the electron emission occurs in the nanotubes 35 is low, and thus the driving voltage may be lowered. However, in order for the gate wiring 31 passing below the cathode electrode 34 to be coplanar with the cathode electrode 34, an insulating layer (eg, an exposure and etching process) may be added to expose a portion of the gate wiring 31. 32, a through hole must be formed and the part must be filled with metal 33.

도 5a 내지 도 5d는 종래 코플래너 전계방출소자의 제조방법을 보이는 수순 단면도로서, 도시한 바와 같이 복잡한 관통홀 형성공정이 필요하다.5A to 5D are cross-sectional views showing a conventional method of manufacturing a coplanar field emission device, and a complicated through hole forming process is required as shown.

먼저, 도 5a에 도시한 바와 같이 유리기판(30) 상부에 도전층을 형성하고 패턴하여 게이트 배선층(31)을 형성한다. 상기 게이트 배선층(31)은 게이트 전극을 연결하는 공통 라인의 역할을 하게 된다.First, as illustrated in FIG. 5A, a conductive layer is formed and patterned on the glass substrate 30 to form a gate wiring layer 31. The gate wiring layer 31 serves as a common line connecting the gate electrode.

그 다음, 도 5b에 도시한 바와 같이 상기 형성된 구조물 상부 전면에 절연층(32)을 형성한 후 상기 게이트 배선층(31)의 일부가 노출되도록 상기 절연층(32)을 식각하여 관통홀을 형성한다.Next, as shown in FIG. 5B, after forming the insulating layer 32 on the entire upper surface of the formed structure, the insulating layer 32 is etched to expose a portion of the gate wiring layer 31 to form a through hole. .

그 다음, 도 5c에 도시한 바와 같이 상기 구조물 상부에 도전층을 형성하여 상기 관통홀을 채우고, 그 상부에 다시 도전층을 형성한 후 패턴하여 상기 게이트 배선층(31)과 관통홀을 통해 연결되는 게이트 전극(33)과 캐소드 전극 및 배선(34)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 5C, a conductive layer is formed on the structure to fill the through hole, and a conductive layer is formed on the upper portion of the structure to be patterned to be connected to the gate wiring layer 31 through the through hole. The gate electrode 33, the cathode electrode and the wiring 34 are formed.

마지막으로 상기 도 5d에 도시한 바와 같이 상기 캐소드 전극(34) 상부에 탄소 나노튜브를 스크린 프린팅법을 이용하여 형성한다.Finally, as shown in FIG. 5D, carbon nanotubes are formed on the cathode electrode 34 using screen printing.

상기 살펴본 바와 같이 종래 코플래너 구조의 탄소 나노튜브 전계방출소자 제조방법은 관통홀을 이용하여 게이트 전극 배선과 연결되는 게이트 전극을 캐소드 전극과 동일한 층에 형성하게 된다. 하지만, 상기 관통홀 형성은 공정 난이도가 높은 공정 중 하나로 전체적인 수율에 큰 영향을 미치게 된다.As described above, in the conventional method of manufacturing a carbon nanotube field emission device having a coplanar structure, a gate electrode connected to the gate electrode wiring is formed on the same layer as the cathode electrode by using a through hole. However, the formation of the through hole is one of high process difficulty processes, which greatly affects the overall yield.

상기한 바와같은 종래 탄소 나노튜브를 이용한 코플래너 구조의 전계방출소자는 게이트 전극을 캐소드 전극과 동일한 평면에 구성하기 위해 관통홀을 형성한 후 이를 금속으로 채우는 공정이 필수적으로 요구되기 때문에 공정 난이도가 높은 관통홀 형성공정에 의해 수율이 낮아지는 문제점이 있었다.In the coplanar field emission device using the conventional carbon nanotubes as described above, a process difficulty is required because a through hole is required to form a gate electrode in the same plane as the cathode electrode and then filled with metal. There was a problem that the yield is lowered by a high through-hole forming process.

본 발명은 상기한 바와같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명은 게이트 배선 및 전극과 캐소드 전극을 동일 평면상에 형성하고 상기 게이트 배선과 이후 형성될 캐소드 배선이 교차할 부분에만 절연막을 적용한 후 상기 절연막 상부를 지나면서 상기 캐소드 전극과 일부에서 전기적으로 연결되도록 캐소드 배선을 형성하도록 하여 공정을 단순화한 전계방출소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the present invention provides an insulating film only at a portion where the gate wiring and the electrode and the cathode electrode are formed on the same plane, and where the gate wiring and the cathode wiring to be formed later intersect. It is an object of the present invention to provide a field emission device that simplifies the process by forming a cathode wiring so as to be electrically connected to a part of the cathode electrode while passing through an upper portion of the insulating film after applying the above.

도 1은 종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 일 예를 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing an example of a three-electrode field emission device using a conventional carbon nanotube.

도 2는 종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 다른 예를 보인 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view showing another example of a three-electrode field emission device using a conventional carbon nanotube.

도 3은 종래 탄소 나노튜브를 이용한 언더게이트 구조 전계방출소자의 단면도.3 is a cross-sectional view of an undergate structure field emission device using a conventional carbon nanotube.

도 4는 종래 탄소 나노튜브를 이용한 코플래너 구조 전계방출소자의 단면도.4 is a cross-sectional view of a coplanar structure field emission device using a conventional carbon nanotube.

도 5a 내지 도 5d는 종래 코플래너 구조 전계방출소자의 제조방법을 보인 수순단면도.5A to 5D are cross-sectional views showing a method of manufacturing a conventional coplanar structure field emission device.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명 일 실시예의 제조방법을 보인 수순단면도.Figure 6a to 6d is a cross-sectional view showing a manufacturing method of an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명 일 실시예의 단면을 바라본 측면도.Figure 7 is a side view as seen in the cross section of an embodiment of the present invention.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***

40: 유리기판 41: 게이트 배선 및 전극40: glass substrate 41: gate wiring and electrode

42: 캐소드 전극 43: 절연층42 cathode electrode 43 insulating layer

44: 캐소드 배선 45: 탄소 나노튜브44: cathode wiring 45: carbon nanotubes

먼저, 상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 전계방출소자는 유리기판 상의 동일층에 형성된 게이트 전극, 캐소드 전극 그리고 이들 중 한 종류에 대해 형성된 버스 전극과; 상기 게이트 전극 및 캐소드 전극이 교차할 부분에 선택적으로 형성된 절연층과; 상기 절연층 상부를 지나면서 게이트 전극 혹은 캐소드 전극 중 버스가 형성되지 않은 종류의 전극과 일부에서 전기적으로 연결된 도전성 버스 전극과; 상기 캐소드 전극 상에 형성된 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.First, the field emission device for achieving the object of the present invention as described above comprises a gate electrode formed on the same layer on the glass substrate, a cathode electrode and a bus electrode formed for one of them; An insulating layer selectively formed at a portion where the gate electrode and the cathode electrode cross each other; A conductive bus electrode electrically connected to a portion of a gate electrode or a cathode of which no bus is formed while passing over the insulating layer; It characterized in that it comprises a carbon nanotube formed on the cathode electrode.

또한, 본 발명은 유리기판 상에 도전성 물질을 성막하여 게이트 전극과 캐소드 전극을 동시에 형성하면서 이들 중 한 종류에 대한 버스 전극을 동일층 상에 형성하는 단계와; 이후 형성될 다른 종류의 버스가 교차할 상기 형성된 버스의 일부에 절연층을 형성하는 단계와; 상기 형성된 절연층 상부를 지나며 상기 버스가 형성되지 않은 전극과 일부에서 전기적으로 연결되는 도전성 버스 전극을 형성하는 단계와; 상기 캐소드 전극 상에 탄소 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention includes forming a gate electrode and a cathode electrode simultaneously by forming a conductive material on a glass substrate while forming a bus electrode for one of them on the same layer; Forming an insulating layer on a portion of the formed bus to which another kind of bus to be formed subsequently intersects; Forming a conductive bus electrode which is electrically connected at least partially with the electrode where the bus is not formed and passes over the formed insulating layer; And forming carbon nanotubes on the cathode electrode.

상기한 바와같은 본 발명에 의한 전계방출소자 및 그 제조방법을 첨부한 도면을 일 실시예로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The field emission device and the method of manufacturing the same according to the present invention as described above will be described in detail with reference to an embodiment as follows.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 의한 전계방출소자 제조방법을 보이는 수순단면도로서, 도시한 바와 같이 유리기판(40) 상부에 게이트 배선 및 전극(41)과 캐소드 전극(42)을 동시에 형성하는 단계와; 상기 형성된 캐소드 전극(42)들의 위치에 맞추어 상기 형성된 게이트 배선을 가로지르면서 캐소드 전극(42) 부분은 노출시키도록 절연층(43)을 형성하는 단계와; 상기 절연층(43) 상부에 상기 노출된 캐소드 전극(42)과 일부에서 전기적으로 연결되도록 캐소드 배선(44)을 형성하는 단계와; 상기 캐소드 전극(42) 상부 일부에 탄소 나노튜브(45)를 형성하는 단계로 이루어진다.6A to 6D are cross-sectional views showing a method of manufacturing a field emission device according to the present invention, as shown in the steps of simultaneously forming a gate wiring and an electrode 41 and a cathode electrode 42 on the glass substrate 40. Wow; Forming an insulating layer (43) to expose a portion of the cathode electrode (42) while crossing the formed gate wiring in accordance with the positions of the formed cathode electrodes (42); Forming a cathode wiring (44) on the insulating layer (43) so as to be electrically connected to the exposed cathode electrode (42) in part; The carbon nanotubes 45 are formed on a portion of the upper portion of the cathode electrode 42.

상기 단계를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.The above steps are described in more detail as follows.

먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이 유리기판(40) 상부에 금속막을 증착한 후 사진 식각 공정으로 패터닝하는 방법으로 게이트 배선 및 전극(41)과 캐소드 전극(42)을 동시에 형성한다. 본 실시예에서는 게이트 배선이 동일 평면 상에 형성되어 있지만, 캐소드 배선을 형성할 수 도 있다는데 주의한다. 즉, 본 발명에서는게이트 전극(41)과 캐소드 전극(42)이 형성되는 동일 평면상에 이들 중 한 종류의 전극에 대한 버스 전극을 기본적으로 형성하는 것으로 공정을 시작한다. 종래에는 게이트 전극과 캐소드 전극이 형성되는 층의 하부에 미리 게이트 배선을 형성해 두고 관통홀을 통해 전기적으로 연결하지만, 본 발명에서는 전극들이 동시에 형성되는 평면 하부에 교차 배치되는 전극을 미리 형성하는 것이 아니라 교차 배치되는 배선을 나중에 형성한다는데 특징이 있다.First, as shown in FIG. 6A, the gate line, the electrode 41, and the cathode electrode 42 are simultaneously formed by depositing a metal film on the glass substrate 40 and patterning the same by a photolithography process. Note that although the gate wiring is formed on the same plane in this embodiment, the cathode wiring may be formed. That is, in the present invention, the process starts by basically forming a bus electrode for one of these types on the same plane on which the gate electrode 41 and the cathode electrode 42 are formed. Conventionally, although the gate wiring is formed in advance under the layer where the gate electrode and the cathode electrode are formed, and is electrically connected through the through hole, the present invention does not pre-form an electrode that is intersected under the plane where the electrodes are formed at the same time. It is characteristic to form later-wiring wiring later.

그 다음, 도 6b에 도시한 바와 같이 상기 형성된 게이트 배선(41)과 교차되어 형성될 캐소드 배선을 위해 상기 캐소드 전극(42)이 형성된 위치에 맞추어 상기 게이트 배선(41)과 교차하도록 절연층(43)을 형성한다. 상기 절연층(43)은 스크린 프린팅 방법으로 형성하는 것이 공정 상 간편하며, 이 경우 상기 절연층(43)이 지날 캐소드 전극(42)의 일부 부분이 노출되도록 한다. 물론, 상기와 같은 방법이 아니라 이후 캐소드 배선이 지날 영역의 게이트 배선(41) 상부에만 충분한 폭으로 절연층(43)을 형성할 수도 있다는데 주의한다. 이미 도 6a를 설명하면서 언급했지만 캐소드 배선이 형성되어 있는 경우라면 게이트 배선을 형성하기 위해 캐소드 배선의 일부 영역에 절연층(43)을 형성할 수도 있다.Next, as shown in FIG. 6B, the insulating layer 43 intersects with the gate wiring 41 at a position where the cathode electrode 42 is formed for the cathode wiring to be formed to intersect the formed gate wiring 41. ). It is easy to form the insulating layer 43 by a screen printing method, and in this case, a portion of the cathode electrode 42 through which the insulating layer 43 passes is exposed. Of course, the insulating layer 43 may be formed to have a sufficient width only on the upper portion of the gate wiring 41 in the region where the cathode wiring passes. Although it has already been described with reference to FIG. 6A, when the cathode wiring is formed, the insulating layer 43 may be formed in a portion of the cathode wiring to form the gate wiring.

그 다음, 도 6c에 도시한 바와 같이 상기 형성된 절연층(43) 상부에 도전성 버스 전극을 스크린 프린팅법으로 형성하여 캐소드 배선(44)을 위치시키면 상기 캐소드 배선(44)은 교차하는 게이트 배선(41)과는 절연층(43)에 의해 절연되고 캐소드 전극(42)의 일부와는 전기적으로 연결되어 버스 기능을 수행할 수 있게 된다.Next, as shown in FIG. 6C, the conductive bus electrode is formed on the formed insulating layer 43 by screen printing to place the cathode wiring 44. The cathode wiring 44 crosses the gate wiring 41. ) Is insulated by the insulating layer 43 and electrically connected to a portion of the cathode electrode 42 to perform a bus function.

그리고, 도 6d에 도시한 바와 같이 상기 캐소드 전극(42) 상부에 탄소 나노튜브(45)를 형성한다.As shown in FIG. 6D, carbon nanotubes 45 are formed on the cathode electrode 42.

도 7은 상기 도 6d의 A-A'를 자른 단면을 바라본 측면도로서, 본 발명의 특징을 나타내는 구조를 볼 수 있다. 즉, 유리기판(40) 상부에 게이트 배선 및 전극(41)과 캐소드 전극(42)이 동일 평면상에 위치하고 있으며, 상기 캐소드 전극(42)과 연결되어 버스 구조를 형성하는 캐소드 배선(44)은 상기 게이트 배선(41) 상부에 형성된 절연층(43)에 의해 게이트 배선 및 전극(41)과 전기적으로 절연된다. 상기 절연층(43)은 캐소드 전극(42)의 일부를 노출시켜 상기 캐소드 배선(44)이 캐소드 전극(42)과 전기적으로 연결되도록 형성된다. 혹은 상기 게이트 배선(41)과 캐소드 배선(44)이 교차하는 영역에만 절연층(43)이 형성되도록 할 수도 있다는데 주의한다.FIG. 7 is a side view illustrating a cross section taken along the line A-A 'of FIG. 6D, and shows a structure showing the features of the present invention. That is, the gate wiring and the electrode 41 and the cathode electrode 42 are positioned on the same plane on the glass substrate 40, and the cathode wiring 44 connected to the cathode electrode 42 to form a bus structure is The insulating layer 43 formed on the gate wiring 41 is electrically insulated from the gate wiring and the electrode 41. The insulating layer 43 is formed to expose a portion of the cathode electrode 42 so that the cathode wiring 44 is electrically connected to the cathode electrode 42. Alternatively, the insulating layer 43 may be formed only in an area where the gate wiring 41 and the cathode wiring 44 intersect.

전술한 바와 같이, 본 발명은 관통홀을 형성하지 않고서도 비교적 공정이 쉬운 스크린 프린팅 방법을 통해 코플래너 구조의 전계방출소자를 제조할 수 있도록 하여 대량생산에서 수율을 높일 수 있게 된다.As described above, the present invention enables to manufacture a field-emitting device having a coplanar structure through a screen printing method which is relatively easy to process without forming a through hole, thereby increasing the yield in mass production.

상기한 바와같은 본 발명 전계방출소자 및 그 제조방법은 게이트 전극과 캐소드 전극을 동일 평면상에 형성하고 상기 게이트 전극과 캐소드 전극이 교차할 부분에만 선택적으로 절연층을 스크린 프린팅법으로 형성하도록 한 후 상기 교차 부분에 형성된 절연층 상부에 도전성 버스 전극을 형성하도록 하는 것으로 관통홀을 형성하지 않고서도 서로 교차하는 게이트 전극과 캐소드 전극의 버스 구조를 전기적으로 분리할 수 있도록 함으로써 복잡한 사진 식각공정을 통한 관통홀 형성 공정을 거치지 않고서도 코플래너 구조의 전계방출소자를 용이한 공정만으로 형성할 수 있도록 하여 공정 비용과 수율을 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, the field emission device and the method of manufacturing the same according to the present invention form a gate electrode and a cathode electrode on the same plane, and selectively form an insulating layer on the portion where the gate electrode and the cathode electrode intersect by screen printing. Through forming a conductive bus electrode on the insulating layer formed on the intersection portion, it is possible to electrically separate the bus structure of the gate electrode and the cathode electrode which cross each other without forming the through hole, thereby penetrating through the complicated photolithography process. It is possible to form the field emission device of the coplanar structure by an easy process without going through the hole forming process, thereby increasing the process cost and yield.

Claims (5)

유리기판 상의 동일층에 형성된 게이트 전극, 캐소드 전극 그리고 이들 중 한 종류에 대해 형성된 버스 전극과; 상기 게이트 전극 및 캐소드 전극이 교차할 부분에 선택적으로 형성된 절연층과; 상기 절연층 상부를 지나면서 게이트 전극 혹은 캐소드 전극 중 버스가 형성되지 않은 종류의 전극과 일부에서 전기적으로 연결된 도전성 버스 전극과; 상기 캐소드 전극 상에 형성된 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.A gate electrode formed on the same layer on the glass substrate, a cathode electrode and a bus electrode formed on one of them; An insulating layer selectively formed at a portion where the gate electrode and the cathode electrode cross each other; A conductive bus electrode electrically connected to a portion of a gate electrode or a cathode of which no bus is formed while passing over the insulating layer; A field emission device comprising carbon nanotubes formed on the cathode electrode. 제 1항에 있어서, 상기 동일층에 형성된 게이트 전극은 버스 전극을 통해 동일 평면상에서 연결되며, 상기 캐소드 전극은 상기 게이트 전극 버스의 일부에 형성된 상기 절연층 상부를 지나는 캐소드 버스 전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.The gate electrode of claim 1, wherein the gate electrode formed on the same layer is connected on the same plane through a bus electrode, and the cathode electrode is connected to a cathode bus electrode passing over the insulating layer formed on a portion of the gate electrode bus. A field emission device. 유리기판 상에 도전성 물질을 성막하여 게이트 전극과 캐소드 전극을 동시에 형성하면서 이들 중 한 종류에 대한 버스 전극을 동일층 상에 형성하는 단계와; 이후 형성될 다른 종류의 버스가 교차할 상기 형성된 버스의 일부에 절연층을 형성하는 단계와; 상기 형성된 절연층 상부를 지나며 상기 버스가 형성되지 않은 전극과 일부에서 전기적으로 연결되는 도전성 버스 전극을 형성하는 단계와; 상기 캐소드 전극 상에 탄소 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자 제조방법.Forming a gate electrode and a cathode electrode at the same time by forming a conductive material on a glass substrate while forming a bus electrode for one of them on the same layer; Forming an insulating layer on a portion of the formed bus to which another kind of bus to be formed subsequently intersects; Forming a conductive bus electrode which is electrically connected at least partially with the electrode where the bus is not formed and passes over the formed insulating layer; And forming carbon nanotubes on the cathode electrode. 제 3항에 있어서, 상기 절연층과 도전성 버스 전극은 스크린 프린팅 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자 제조방법.The method of claim 3, wherein the insulating layer and the conductive bus electrode are formed by a screen printing method. 제 3항에 있어서, 상기 게이트 전극과 캐소드 전극을 동시에 형성하는 단계는 게이트 전극 및 상기 게이트 전극을 공통으로 연결하는 게이트 버스 전극과 전계 발광을 위해 상기 게이트 전극과 이격되어 위치하는 캐소드 전극을 동시에 형성하는 단계를 포함하고, 상기 절연층을 형성하는 단계는 캐소드 전극이 형성된 위치에 맞추어 상기 게이트 버스 전극의 일부를 절연하면서 캐소드 전극은 노출하도록 절연물질을 스크린 프린팅 법으로 형성하는 단계를 포함하며, 상기 형성된 절연층 상부에 위치하며 상기 노출된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 캐소드 버스 전극을 스크린 프린팅법으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자 제조방법.The method of claim 3, wherein the forming of the gate electrode and the cathode electrode simultaneously comprises forming a gate electrode and a gate bus electrode connecting the gate electrode in common, and a cathode electrode spaced apart from the gate electrode for electroluminescence. And forming the insulating layer by insulating a portion of the gate bus electrode in accordance with a position where the cathode electrode is formed, and forming an insulating material by screen printing to expose the cathode electrode. And forming a cathode bus electrode by a screen printing method on the formed insulating layer and electrically connected to the exposed cathode electrode.
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