KR20050052557A - Carbon nanotube field emission device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법에 관한 것으로, 특히 평면형 탄소 나노튜브 전계방출소자 구조에서 게이트 전극과 캐소드 전극 사이의 거리를 캐소드 전극 하부에 형성된 절연체의 두께를 이용하여 나노미터 단위로 조절하여 구동 전압을 크게 낮출 수 있도록 한 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법에 관한 것이다. 종래 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출소자는 게이트 전극과 캐소드 전극 사이의 거리가 수~수십 마이크론 이상이기 때문에 소자를 구동시키기 위한 구동 전압이 높으며, 이러한 높은 소자의 구동 전압은 전체 시스템의 전원에 많은 제한을 가져오므로 표시 소자로서의 경쟁력이 낮아지는 문제점이 있었다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 유리 기판 상에 불투명 절연 박막 패턴을 형성하고, 그 상부에 투명 전극을 증착하는 것으로 상기 절연 박막 패턴과 기판 사이의 단차에 의해 전기적으로 절연되는 게이트 전극과 캐소드 전극을 형성하면서 그 이격 거리를 상기 절연 박막 패턴의 두께로 조절할 수 있도록 한 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법을 제공함으로써, 캐소드 전극과 게이트 전극 사이의 거리를 나노미터 수준으로 조절 가능한 것은 물론이고, 이를 통해 소자의 구동 전압을 낮출수 있어 표시 소자로서의 경쟁력을 확보할 수 있도록 하는 효과가 있다.The present invention relates to a carbon nanotube field emission device and a manufacturing method, in particular, in the planar carbon nanotube field emission device structure, the distance between the gate electrode and the cathode electrode in nanometer units using the thickness of the insulator formed under the cathode electrode. The present invention relates to a carbon nanotube field emission device and a manufacturing method for controlling the driving voltage to be significantly lowered. Conventional field emission devices using carbon nanotubes have a high driving voltage for driving the device because the distance between the gate electrode and the cathode electrode is several tens to several tens of microns or more, and the driving voltage of these high devices is much limited to the power supply of the entire system There is a problem that the competitiveness as a display element is lowered because it brings. In order to solve the above problems, the present invention forms an opaque insulating thin film pattern on a glass substrate, and by depositing a transparent electrode thereon, the gate electrode electrically insulated by the step between the insulating thin film pattern and the substrate; By providing a carbon nanotube field emission device and a method of manufacturing the cathode electrode while forming the cathode electrode to adjust the separation distance to the thickness of the insulating thin film pattern, the distance between the cathode electrode and the gate electrode can be adjusted to the nanometer level, As a result, the driving voltage of the device can be lowered, thereby securing the competitiveness as a display device.
Description
본 발명은 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법에 관한 것으로, 특히 평면형 탄소 나노튜브 전계방출소자 구조에서 게이트 전극과 캐소드 전극 사이의 거리를 캐소드 전극 하부에 형성된 절연체의 두께를 이용하여 나노미터 단위로 조절하여 구동 전압을 크게 낮출 수 있도록 한 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon nanotube field emission device and a manufacturing method, in particular, in the planar carbon nanotube field emission device structure, the distance between the gate electrode and the cathode electrode in nanometer units using the thickness of the insulator formed under the cathode electrode. The present invention relates to a carbon nanotube field emission device and a manufacturing method for controlling the driving voltage to be significantly lowered.
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. 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.
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. 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.
이러한 탄소 나노튜브는 캐소드 전극 상에 페이스트 상태로 스크린 프린팅되어 형성되거나 화학 기상 증착 방법으로 성장시키는 방법으로 형성될 수 있다. Such carbon nanotubes may be formed by screen printing in the form of paste on the cathode or grown by chemical vapor deposition.
종래 전계방출소자의 구조를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The structure of the conventional field emission device will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 3은 종래의 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출소자의 3전극 구조들을 나타낸 것이다.1 to 3 show the three-electrode structures of the field emission device using the conventional carbon nanotubes.
도 1은 종래의 노멀 게이트 구조(normal gate)로서, 탄소 나노튜브(5)가 도포된 캐소드 전극(2), 절연체(3) 및 게이트(4)로 이루어진 전자 방출원과, 방출된 전자(e)가 충돌하는 애노드부(애노드 및 형광체)(9)와, 상하판(1, 8)을 지지하는 스페이서(7)와, 진공 기밀을 유지하는 실링부(frit sealing)(6)로 이루어진다. 1 is a conventional normal gate, in which an electron emission source consisting of a cathode electrode 2, an insulator 3, and a gate 4 coated with carbon nanotubes 5, and emitted electrons (e) The anode part (anode and fluorescent substance) 9 which collides with), the spacer 7 which supports the upper and lower plates 1, 8, and the sealing part 6 which hold | maintain a vacuum airtightness are comprised.
상기 게이트 전극(4)과 캐소드 전극(2) 사이에 충분한 전압이 구동 전압으로 인가되면 전자들이 탄소 나노튜브(5)의 첨단으로부터 방출되어 애노드 전극과 형광체로 이루어진 애노드부(9)의 애노드 전압에 의해 가속되면서 애노드부(9)의 형광체에 충돌함으로써 발광이 이루어진다.When a sufficient voltage is applied between the gate electrode 4 and the cathode electrode 2 as a driving voltage, electrons are emitted from the tips of the carbon nanotubes 5 to the anode voltage of the anode portion 9 composed of the anode electrode and the phosphor. The light is emitted by colliding with the phosphor of the anode part 9 while being accelerated by it.
전자 방출원의 구조를 좀 더 상세히 살펴보면, 도시한 바와 같이 기판(1) 상부에 캐소드 전극(2), 절연층(3), 게이트 전극(4)을 형성한 후 사진 식각 공정을 통해 상기 게이트 전극(4)과 절연층(3)을 식각하여 관통홀을 형성한 다음 노출된 캐소드 전극(2) 상부에 탄소 나노튜브(5)를 형성하여 구성한다. 이러한 구조는 전계가 제일 강한 홀의 주변에서만 국부적으로 전자방출이 일어날 가능성이 높고, 비대칭적인 전계분포에 의해 게이트전극(4)으로의 누설전류가 많다. 그리고, 그 공정 절차가 어렵기 때문에 대면적화가 용이하지 않은 문제점도 있었다. Looking at the structure of the electron emission source in more detail, as shown, the cathode electrode 2, the insulating layer 3, the gate electrode 4 is formed on the substrate 1 and then the gate electrode through a photolithography process 4 and the insulating layer 3 are etched to form through holes, and then carbon nanotubes 5 are formed on the exposed cathode electrode 2. In this structure, electron emission is likely to occur locally only around the hole with the strongest electric field, and a large amount of leakage current to the gate electrode 4 is caused by an asymmetrical electric field distribution. In addition, there is a problem that the large area is not easy because the process procedure is difficult.
그로인해 상기와 같은 기본 게이트 구조 대신 게이트를 캐소드 전극 하부 혹은 동일 평면에 위치시키는 평면형 구조들이 등장하게 되었는데, 이들 중 일부를 도 2와 도 3에 도시하였다. This has led to the emergence of planar structures in which the gate is positioned below the cathode electrode or in the same plane instead of the basic gate structure, some of which are shown in FIGS. 2 and 3.
먼저 도 2는 언더 게이트(under gate)구조 전계방출소자의 단면도로서, 도시한 바와 같이 전자 방출을 일으키는 전기장을 나노 튜브(14)의 하부에 있는 게이트 전극(11)을 통해 인가하는 방식이다. 이는 유리기판(10) 상부에 게이트 전극(11)을 형성한 후 그 상부에 차례로 절연층(12), 캐소드 전극(13)을 형성한 다음, 상기 캐소드 전극(13) 상부에 탄소 나노튜브 혼합 슬러리를 스크린 프린팅법 등으로 도포하고 일련의 바인더 제거공정을 통해 탄소 나노튜브(14)를 형성한다. 이는 그 제조 공정이 대단히 단순하기 때문에 종래의 다른 방법들에 비해 대면적 표시부에 적용하기 쉽다.First, FIG. 2 is a cross-sectional view of an under gate structure field emission device, in which an electric field causing electron emission is applied through the gate electrode 11 under the nanotube 14 as shown. The gate electrode 11 is formed on the glass substrate 10, and then the insulating layer 12 and the cathode electrode 13 are sequentially formed on the glass substrate 10, and the carbon nanotube mixed slurry is formed on the cathode electrode 13. Is applied by screen printing, etc., and carbon nanotubes 14 are formed 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, 노멀 게이트 구조나 언더 게이트 구조의 경우 게이트 전극과 캐소드 전극 사이의 거리는 수십 마이크론에 이르기 때문에 구동 전압이 상당히 높아진다.However, in the case of a normal gate structure or an undergate structure, the driving voltage is considerably higher because the distance between the gate electrode and the cathode electrode is several tens of microns.
도 3은 코플래너(coplanar) 구조 전계방출소자의 단면도로서, 도시한 바와 같이 게이트 전극(22)과 캐소드 전극(23)이 동일층에 형성되는 형태이다. 즉, 유리기판(20) 상부에 형성된 절연층(21) 상에 게이트 전극(22)과 캐소드 전극(23)을 단일 노광 공정으로 형성한 후 상기 캐소드 전극(23) 상부에 스크린 프린팅방법 등으로 탄소 나노튜브(24)를 형성한 것으로, 그 제조 공정이 간단하면서도 구동 전압을 전술한 노멀 게이트 구조나 언더 게이트 구조에 비해 낮출 수 있어 대면적화에 용이하다. 그러나, 이 경우에 있어서도 게이트 전극(22)과 캐소드 전극(23) 사이의 거리는 수 마이크론 정도에 이르므로 구동 전압을 크게 낮출 수는 없다.3 is a cross-sectional view of a coplanar structure field emission device, in which a gate electrode 22 and a cathode electrode 23 are formed on the same layer as shown. That is, the gate electrode 22 and the cathode electrode 23 are formed on the insulating layer 21 formed on the glass substrate 20 in a single exposure process, and carbon is screen-printed on the cathode electrode 23. Since the nanotubes 24 are formed, the manufacturing process is simple, and the driving voltage can be lowered as compared with the above-described normal gate structure or undergate structure, which facilitates large area. However, even in this case, since the distance between the gate electrode 22 and the cathode electrode 23 is about several microns, the driving voltage cannot be significantly reduced.
상기한 바와같이 종래 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출소자는 게이트 전극과 캐소드 전극 사이의 거리가 수~수십 마이크론 이상이기 때문에 소자를 구동시키기 위한 구동 전압이 높으며, 이러한 높은 소자의 구동 전압은 전체 시스템의 전원에 많은 제한을 가져오므로 표시 소자로서의 경쟁력이 낮아지는 문제점이 있었다.As described above, the field emission device using the conventional carbon nanotube has a high driving voltage for driving the device because the distance between the gate electrode and the cathode electrode is several tens to several tens of microns or more. Since there are many restrictions on the power supply, there is a problem that the competitiveness as a display element is lowered.
상기한 바와같은 종래의 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명은 유리 기판 상에 불투명 절연 박막 패턴을 형성하고, 상기 절연 박막 패턴과 기판 상에 투명 전극을 증착하는 것으로 상기 절연 박막 패턴의 두께에 의해 이격 거리가 결정되는 캐소드 전극과 게이트 전극을 형성한 후, 상기 캐소드 전극 상에 탄소 나노튜브를 형성하도록 하는 것으로 캐소드 전극과 게이트 전극 사이의 거리를 나노미터 수준으로 조절할 수 있으며 그에 따라 소자 구동 전압도 크게 줄일 수 있도록 한 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In order to solve the conventional problems as described above, the present invention is formed by forming an opaque insulating thin film pattern on a glass substrate, by depositing a transparent electrode on the insulating thin film pattern and the substrate spaced apart by the thickness of the insulating thin film pattern After forming the cathode and the gate electrode to determine the distance, and by forming carbon nanotubes on the cathode electrode, the distance between the cathode electrode and the gate electrode can be adjusted to the nanometer level, thereby increasing the device driving voltage It is an object of the present invention to provide a carbon nanotube field emission device and a manufacturing method which can be reduced.
상기한 바와같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유리기판 상부에 형성된 게이트 전극 및 캐소드 전극과; 상기 캐소드 전극 하부에 위치되어 상기 게이트 전극과 캐소드 전극 사이의 이격 거리를 조절하는 절연층과; 상기 캐소드 전극 상부에 형성되는 탄소 나노튜브를 구비한 것을 특징으로 한다. In order to achieve the object as described above, the present invention comprises a gate electrode and a cathode electrode formed on the glass substrate; An insulating layer positioned below the cathode electrode to adjust a separation distance between the gate electrode and the cathode electrode; It characterized in that it comprises a carbon nanotube formed on the cathode electrode.
또한, 본 발명은 유리 기판 상부에 이격 거리 조절용 절연체를 증착한 후 그 단면이 수직 또는 언더컷 형태가 되도록 패터닝하는 단계와; 상기 형성된 절연체 및 유리 기판 상에 전극을 증착하여 상기 절연체와 유리기판 사이의 단차에 의해 전기적으로 이격된 게이트 전극 및 캐소드 전극을 형성하는 단계와; 상기 캐소드 전극 상부에 탄소 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention comprises the steps of depositing the separation distance control insulator on the glass substrate patterned so that the cross-section is in the form of vertical or undercut; Depositing an electrode on the formed insulator and the glass substrate to form a gate electrode and a cathode electrode that are electrically spaced apart by a step between the insulator and the glass substrate; And forming carbon nanotubes on the cathode electrode.
상기 게이트 전극 및 캐소드 전극은 투명 전극으로 형성되고 캐소드 전극 하부에 형성되는 절연체는 불투명 물질로 형성되며, 상기 캐소드 전극 상부에 형성되는 탄소 나노튜브는 감광성 탄소 나노튜브 페이스트를 스크린 프린팅한 후 후면 노광하여 게이트 상부의 탄소 나노튜브 물질을 제거하는 것으로 형성하는 것을 특징으로 한다. The gate electrode and the cathode electrode are formed of a transparent electrode, the insulator formed under the cathode electrode is formed of an opaque material, and the carbon nanotubes formed on the cathode electrodes are screen-printed after the photosensitive carbon nanotube paste is back exposed. And removing the carbon nanotube material on the gate.
상기한 바와같은 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면들을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Embodiments of the present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명 일 실시예에 따른 전계방출소자의 하판 전극 구조를 나타낸 것으로, 도시한 바와 같이 유리기판(30) 상부에 절연층(31)이 일부 형성되어 있고, 그 상부에 투명 전극을 이용한 캐소드 전극(32)이 형성되어 있으며, 절연층(31)이 형성되지 않은 기판(30) 상부에는 역시 투명 전극을 이용한 게이트 전극(33)이 형성되어 있다. 그리고, 탄소 나노튜브(34)는 상기 게이트 전극(33)과 인접한 캐소드 전극(32) 상부에 위치한다. 4 illustrates a bottom electrode structure of the field emission device according to an exemplary embodiment of the present invention. As illustrated, an insulating layer 31 is partially formed on the glass substrate 30, and a transparent electrode is used on the top of the glass substrate 30. The cathode electrode 32 is formed, and the gate electrode 33 using the transparent electrode is also formed on the substrate 30 on which the insulating layer 31 is not formed. The carbon nanotubes 34 are positioned on the cathode electrode 32 adjacent to the gate electrode 33.
도시된 구조를 통해 알 수 있는 바와 같이 캐소드 전극(32)과 게이트 전극(33) 사이의 이격 거리는 절연층(31)의 두께에 의해 결정되기 때문에 절연층(31)의 두께를 수 나노에서 수백 나노 정도의 박막으로 형성하는 경우 대단히 근접한 이격 거리를 가지게 구성할 수 있다. 이는 소자의 구동 전압을 극단적으로 낮출수 있다 것을 의미한다. As can be seen from the structure shown, since the separation distance between the cathode electrode 32 and the gate electrode 33 is determined by the thickness of the insulating layer 31, the thickness of the insulating layer 31 may vary from several nanometers to several hundred nanometers. In the case of forming a thin film having a degree can be configured to have a very close separation distance. This means that the driving voltage of the device can be extremely low.
상기 게이트 전극(33)과 캐소드 전극(32)은 박막 절연층(31) 패턴이 형성된 이후, 구조물 상에 직접 증착되어 한번에 형성된 것으로 상기 절연층(31)과 기판(30)사이의 단차로인해 단차가 발생하는 부분에서 투명 전극이 끊어짐으로써 전기적으로 절연된 게이트 전극(33)과 캐소드 전극(32)이 형성된다. The gate electrode 33 and the cathode electrode 32 are directly deposited on the structure after the pattern of the thin film insulating layer 31 is formed, and are formed at one time, and are stepped due to the step between the insulating layer 31 and the substrate 30. The electrically insulated gate electrode 33 and the cathode electrode 32 are formed by cutting off the transparent electrode at the portion where is generated.
상기 게이트 전극(33)과 캐소드 전극(32)을 투명 전극으로 형성하는 이유는 상기 캐소드 전극(32) 상부에 정확하게 탄소 나노튜브(34)를 형성하기 위한 것으로, 상기 탄소 나노튜브(34)는 감광성 탄소 나노튜브 페이스트를 스크린 프린팅하여 형성한후 유리기판(30)과 투명 게이트 전극(33)을 투과하는 광을 기판의 후면에서 노광하여 게이트 전극(33) 상에 형성된 감광성 탄소 나노튜브 페이스트를 제거하는 과정을 통해 정확하게 캐소드 전극(32) 상부에만 위치하게 된다. 이로인해 대단히 정밀한 전자 방출부를 형성할 수 있게 되는 것이다.The reason why the gate electrode 33 and the cathode electrode 32 are formed as a transparent electrode is to form the carbon nanotube 34 accurately on the cathode electrode 32, and the carbon nanotube 34 is photosensitive. After the carbon nanotube paste is formed by screen printing, the light that passes through the glass substrate 30 and the transparent gate electrode 33 is exposed on the back side of the substrate to remove the photosensitive carbon nanotube paste formed on the gate electrode 33. Through the process, it is precisely positioned only on the cathode electrode 32. This makes it possible to form a very precise electron emission.
상기와 같은 구조에서 게이트 전극(33)과 캐소드 전극(32)의 이격 거리는 절연층(31) 두께를 나노미터 단위로 조절함으로써 결정될 수 있으므로 구동 전압을 대단히 낮은 값으로 설정할 수 있다.In the above structure, since the separation distance between the gate electrode 33 and the cathode electrode 32 may be determined by adjusting the thickness of the insulating layer 31 in nanometer units, the driving voltage may be set to a very low value.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명 일 실시예의 제조 방법을 보이는 수순단면도로서, 도시된 바와 같이, 간단한 공정을 통해서 평면형 전계 방출 소자를 제조한다.5A to 5C are cross-sectional views showing a manufacturing method of an embodiment of the present invention. As shown in the drawing, a planar field emission device is manufactured through a simple process.
먼저, 도 5a에 도시한 바와 같이, 유리기판(30) 상부에 불투명한 거리 조절용 절연층(31)을 수나노에서 수백 나노 두께로 전면에 증착한 후, 패터닝한다. 이 경우, 패턴된 단면이 수직(A)이거나 언더컷(B)의 형태가 되도록 식각한다. 언더컷(B)의 형태가 되도록 식각하여 패턴을 형성하는 경우 낮은 두께로 절연체를 형성하더라도 그 상부에 형성될 투명 전극이 해당 단면에서 전기적으로 완전히 절연될 수 있다.First, as illustrated in FIG. 5A, an opaque distance control insulating layer 31 is deposited on the entire surface of the glass substrate 30 to several hundred nanometers thick, and then patterned. In this case, the patterned cross section is etched so as to be vertical (A) or undercut (B). In the case of forming the pattern by etching to form the undercut (B), even if the insulator is formed to a low thickness, the transparent electrode to be formed thereon may be electrically insulated from the cross section.
그 다음, 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 형성된 구조물 상부 전면에 투명 전극을 증착하여 상기 절연층(31)과 유리기판(30)의 단차가 발생하는 영역에서 전기적으로 절연되도록 함으로써 유리기판(30) 상부에 직접 형성되는 게이트 전극(33)과 절연층(31) 상부에 형성되는 캐소드 전극(32)을 형성한다.Then, as shown in Figure 5b, by depositing a transparent electrode on the upper surface of the formed structure to be electrically insulated in the region where the step difference between the insulating layer 31 and the glass substrate 30 is generated glass substrate 30 The gate electrode 33 formed directly on the upper portion and the cathode electrode 32 formed on the insulating layer 31 are formed.
그 다음, 도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 형성된 캐소드 전극(32) 상부에 감광성 탄소 나노튜브를 스크린 프린팅법으로 형성한 후, 게이트 전극(33) 상에 형성된 탄소 나노튜브를 후면 노광을 통해 제거하여 캐소드 전극(32) 상부에만 탄소 나노튜브(34)가 위치하도록 한다.Subsequently, as shown in FIG. 5C, after photosensitive carbon nanotubes are formed by screen printing on the formed cathode electrode 32, the carbon nanotubes formed on the gate electrode 33 are removed through backside exposure. Thus, the carbon nanotubes 34 are positioned only on the cathode electrode 32.
전술한 바와 같이 제조된 전계 방출소자는 게이트 전극과 캐소드 전극사이의 이격 거리를 설계자가 대단히 정밀한 두께로 용이하게 설정할 수 있기 때문에 원하는 구동 전압에 따른 소자를 구현하기 쉬우며, 낮은 구동 전압에서 동작하는 전계 방출소자를 용이한 공정으로 제조할 수 있도록 하여 경쟁력을 높일 수 있게 된다.The field emission device manufactured as described above is easy to implement the device according to the desired driving voltage because the designer can easily set the separation distance between the gate electrode and the cathode electrode to a very precise thickness, and operates at a low driving voltage The field emission device can be manufactured in an easy process, thereby increasing the competitiveness.
상기한 바와 같은 본 발명 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법은 유리 기판 상에 불투명 절연 박막 패턴을 형성하고, 그 상부에 투명 전극을 증착하는 것으로 상기 절연 박막 패턴과 기판 사이의 단차에 의해 전기적으로 절연되는 게이트 전극과 캐소드 전극을 형성하면서 그 이격 거리를 상기 절연 박막 패턴의 두께로 조절할 수 있도록 함으로써 캐소드 전극과 게이트 전극 사이의 거리를 나노미터 수준으로 조절 가능한 것은 물론이고, 이를 통해 소자의 구동 전압을 낮출수 있어 표시 소자로서의 경쟁력을 확보할 수 있도록 하는 효과가 있다.The carbon nanotube field emission device and the manufacturing method of the present invention as described above are formed by forming an opaque insulating thin film pattern on a glass substrate, and depositing a transparent electrode thereon, and electrically by a step between the insulating thin film pattern and the substrate. The distance between the cathode electrode and the gate electrode can be adjusted to the nanometer level by forming the gate electrode and the cathode electrode to be insulated and adjusted to the thickness of the insulating thin film pattern, thereby driving the driving voltage of the device. Since it can be lowered, there is an effect to secure the competitiveness as a display element.
도 1은 종래 노멀 게이트형 전계방출 소자의 구조를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional normal gate type field emission device.
도 2는 종래 언더 게이트형 전계방출 소자의 구조를 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional undergate type field emission device.
도 3은 종래 코플래너 게이트형 전계방출 소자의 구조를 나타낸 단면도.3 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional coplanar gate type field emission device.
도 4는 본 발명 일 실시예의 전계방출 소자 구조를 나타낸 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view showing a structure of the field emission device of an embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명 일 실시예의 제조 과정을 보인 수순단면도.Figures 5a to 5c is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an embodiment of the present invention.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***
30: 유리기판 31: 절연층30: glass substrate 31: insulating layer
32: 캐소드 전극 33: 게이트 전극32: cathode electrode 33: gate electrode
34: 탄소 나노튜브 34: carbon nanotubes
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