KR20050073733A - Field emission device and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20050073733A KR1020040001796A KR20040001796A KR20050073733A KR 20050073733 A KR20050073733 A KR 20050073733A KR 1020040001796 A KR1020040001796 A KR 1020040001796A KR 20040001796 A KR20040001796 A KR 20040001796A KR 20050073733 A KR20050073733 A KR 20050073733A
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Abstract

본 발명은 전계 방출 에미터로 탄소 나노 튜브를 사용하는 언더게이트 구조에서 셀이 형성되는 캐소드 라인의 내부 영역이 소정 식각되고, 그 식각된 내부 영역의 측면에 폐곡선 형태의 탄소 나노 튜브를 형성하여 탄소 나노 튜브의 접착성을 향상시키고, 아울러 전자빔 퍼짐을 줄일 수 있는 전계 방출 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 하부기판(유리기판) 상에 순차적으로 형성된 게이트 전극 및 절연층과, 상기 절연층 상부에 형성되고, 내부의 소정 영역이 식각되어 상기 절연층의 일부가 노출된 언더컷(undercut) 형태의 캐소드 전극과, 상기 캐소드 전극의 식각된 내부 영역 측면에 폐곡선 형태로 형성된 탄소 나노 튜브를 포함하여 구성함으로써, 탄소 나노 튜브의 접착성을 향상시켜 균일한 방출 전류를 얻을 수 있고, 또한, 탄소 나노 튜브를 대칭성의 폐곡선 형태로 형성함으로써, 전자빔 퍼짐을 작게하여 화질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, an inner region of a cathode line where a cell is formed is etched in an undergate structure using carbon nanotubes as a field emission emitter, and a carbon nanotube having a closed curve is formed on the side of the etched inner region to form carbon. The present invention relates to a field emission device capable of improving adhesion of nanotubes and reducing electron beam spreading, and to a method of manufacturing the same, comprising a gate electrode and an insulating layer sequentially formed on a lower substrate (glass substrate), and an upper portion of the insulating layer. And an undercut cathode electrode in which a predetermined region inside is etched to expose a portion of the insulating layer, and carbon nanotubes formed in a closed curve on the side of the etched inner region of the cathode electrode. By improving the adhesion of the carbon nanotubes, a uniform emission current can be obtained, and also the carbon nanotubes are symmetrical. By formation of a closed curve shape, it is capable of improving image quality by reducing the electron beam spreading effect.

Description

전계 방출 소자 및 그 제조 방법{FIELD EMISSION DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}FIELD EMISSION DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF

본 발명은 전계 방출 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 전계 방출 에미터로 탄소 나노 튜브를 사용하는 언더게이트 구조에서 셀이 형성되는 캐소드 라인의 내부 영역이 소정 식각되고, 그 식각된 내부 영역의 측면에 폐곡선 형태의 탄소 나노 튜브를 형성하여 탄소 나노 튜브의 접착성을 향상시키고, 아울러 전자빔 퍼짐을 줄일 수 있는 전계 방출 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a field emission device and a method of manufacturing the same, in particular, in an undergate structure using carbon nanotubes as a field emission emitter, an inner region of a cathode line where a cell is formed is etched, The present invention relates to a field emission device and a method of manufacturing the same, which form a closed curved carbon nanotube on the side to improve adhesion of the carbon nanotube and reduce electron beam spreading.

정보통신 기술의 급속한 발달과 다양화되는 정보의 시각화 요구에 따라 전자 디스플레이의 수요는 더욱 증가하고, 요구되는 디스플레이 모습 또한 다양해지고 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.With 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 forms are 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.

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.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.

이러한 다양한 표시 소자의 요구에 따라 최근에는 전계 방출(field emission)을 이용한 소자가 디스플레이 분야에 적용되면서, 크기 및 전력 소모를 감소시키면서도 높은 해상도를 제공할 수 있는 박막 디스플레이의 개발이 활발해지고 있다.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 전계 방출 소자는 현재 개발 혹은 양산중인 평판 디스플레이들(LCD와 PDP, VFD등)의 단점을 모두 극복한 차세대 정보 통신용 평판 디스플레이로 주목을 받고 있다. 전계 방출 소자는 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 information communication flat panel display that overcomes all the disadvantages of flat panel displays (LCD, PDP, VFD, etc.) currently being developed or produced. The field emission device has a simple electrode structure, high-speed operation using the same principle as the CRT, and has the advantages of display such as infinite color, infinite gray scale, high brightness, and high video rate. .

전계 방출 소자는 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. 전계 방출 소자는 전자 방출 원인 에미터와 방출된 전자가 충돌하여 발광하는 애노드부, 상하판 사이를 지지하는 스페이서, 그리고 진공기밀을 유지하기 위한 실링부 등으로 구성되어 있다. Field emission devices utilize quantum mechanical tunneling which causes electrons to exit the vacuum from the metal or conductor when a high field is applied on 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 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 tightness.

최근 들어 탄소 나노 튜브(CNT)가 기계적으로 강하고, 화학적으로 상당히 안정하여 비교적 낮은 진공도에서 전자방출 특성이 우수한 이유로 인해 이를 이용한 전계 방출 소자의 중요성이 인식되고 있다. 이와 같은 탄소 나노 튜브는 작은 직경(약 1.0∼수십[nm])을 갖기 때문에 종래의 마이크로팁형(spindt형) 전계 방출 팁에 비해 전계 강화 효과(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 the field emission device using the carbon nanotubes (CNT) because of the mechanically strong, chemically stable and excellent electron emission characteristics at a relatively low vacuum degree has been recognized. Since such carbon nanotubes have a small diameter (about 1.0 to several tens of nanometers), the field enhancement factor is considerably superior to the conventional microtip type spin emission field emission tips, and thus the emission threshold is low. Since it can be made in a turn-on field (about 1 to 5 [V / μm]), there is an advantage of reducing power loss and production cost.

도1은 종래 탄소 나노 튜브를 이용한 3전극 전계 방출 소자의 하판 구조에 대한 일 예를 도시한 단면도를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 실리콘기판(11) 상부에 순차적으로 저항층(12), 절연층(14) 및 게이트 전극(15)을 형성하고, 사진식각을 통해 게이트 전극(15) 및 절연층(14) 일부를 식각하여 홀을 형성한 다음 증착(evaporation)을 통해 홀 바닥의 저항층(12) 상부에 촉매전이금속층(13)을 형성하고, 실리콘기판(11) 전체를 600∼900[℃] 정도의 온도범위로 가열하여 탄화수소(hydrocarbon) 가스를 이용한 열(thermal) 화학기상증착 방법 또는 플라즈마(plasma) 화학기상증착 방법을 통해 촉매전이금속층(13) 상부에만 선택적으로 탄소 나노 튜브(16)를 형성한다.1 is a cross-sectional view showing an example of the bottom plate structure of a three-electrode field emission device using a conventional carbon nanotube. As shown, the resistive layer 12, the insulating layer 14, and the gate electrode 15 are sequentially formed on the silicon substrate 11, and the gate electrode 15 and the insulating layer 14 are formed by photolithography. After etching a portion to form a hole, the catalyst transition metal layer 13 is formed on the resistive layer 12 at the bottom of the hole through evaporation, and the entire silicon substrate 11 is about 600-900 [deg.] C. The carbon nanotubes 16 are selectively formed only on the catalyst transition metal layer 13 through a thermal chemical vapor deposition method using a hydrocarbon gas or a plasma chemical vapor deposition method by heating to a temperature range. .

이때, 상기 탄소 나노튜브(16)는 촉매전이금속층(13) 상부에만 선택적으로 형성되므로, 촉매전이금속층(13)의 면적이 클수록 탄소 나노 튜브(16)의 면적도 커진다. 이와 같이 탄소 나노 튜브(16)의 면적이 커지게 되면, 게이트 전극(15)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, 비대칭적인 전계 분포에 의해 게이트 전극(15)으로의 누설전류가 많은 문제점을 안고 있다.In this case, since the carbon nanotubes 16 are selectively formed only on the catalyst transition metal layer 13, the larger the area of the catalyst transition metal layer 13, the larger the area of the carbon nanotubes 16. As such, when the area of the carbon nanotubes 16 increases, the electric field applied through the gate electrode 15 is not concentrated, so that the beam of the emitted electrons is spread and the electron emission region is not even. Only the electron emission is likely to occur locally, and due to an asymmetric electric field distribution, the leakage current to the gate electrode 15 has many problems.

상기와 같은 문제점을 개선하기 위해서 게이트 전극의 위치를 캐소드 전극보다 낮은 위치에 형성한 탄소 나노 튜브 전계 방출 소자의 구조가 제시되었다.In order to solve the above problems, the structure of the carbon nanotube field emission device having the gate electrode positioned at a lower position than the cathode electrode has been proposed.

도2는 종래 탄소 나노 튜브를 이용한 언더게이트(under gate) 구조의 전계 방출 소자에서 하판 구조에 대한 일 예의 평면도와 단면도(평면도의 A-A')를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 유리기판(20) 상에 게이트 전극(21)과 캐소드 전극(23)이 절연층(22)을 사이에 두고 서로 직교하는 매트릭스 구조로 되어 있으며, 전자 방출을 일으키는 전기장을 탄소 나노 튜브(24)의 하부에 있는 게이트 전극(21)으로 인가하는 방식이다. FIG. 2 shows a plan view and a cross-sectional view (A-A 'of the plan view) of an example of a bottom plate structure in a field emission device having an under gate structure using a conventional carbon nanotube. As shown, the gate electrode 21 and the cathode electrode 23 on the glass substrate 20 have a matrix structure that is orthogonal to each other with the insulating layer 22 interposed therebetween. The method is applied to the gate electrode 21 under the tube 24.

이러한 언더게이트 구조의 전계 방출 소자에 대한 하판 구조의 제조 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the manufacturing process of the bottom plate structure for the field emission device of the undergate structure as follows.

먼저, 유리기판(20) 상에 ITO(Indium-Tin-Oxide) 투명 전극을 120[nm] 정도의 두께로 증착하고, 사진식각방법을 이용하여 게이트 전극(21)을 형성한 후, 그 게이트 전극(21) 상부에 페이스트 형태의 유전체 분말을 스크린 프린팅법으로 코팅하고, 약 580[℃]에서 소성하여 절연층(22)을 형성한다.First, an Indium-Tin-Oxide (ITO) transparent electrode is deposited on the glass substrate 20 to a thickness of about 120 nm, and the gate electrode 21 is formed by using a photolithography method. (21) The dielectric powder in the form of a paste is coated on the top by screen printing, and fired at about 580 [deg.] C to form the insulating layer 22.

상기 절연층(22) 상부에 알루미늄(Al)이나 크롬(Cr) 등의 전도성 금속을 소정의 두께로 증착한 후 사진식각방법을 이용하여 상기 게이트 전극(21)과 수직 교차시켜 캐소드 전극(23)을 형성하고, 그 캐소드 전극(23)의 가장 자리 위치에 탄소 나노 튜브(24)를 형성한다.A conductive metal such as aluminum (Al) or chromium (Cr) is deposited on the insulating layer 22 to a predetermined thickness, and then vertically intersects with the gate electrode 21 using a photolithography method to form the cathode electrode 23. The carbon nanotubes 24 are formed at the edges of the cathode electrode 23.

하지만, 이러한 구조의 전계 방출 소자는 탄소 나노 튜브를 캐소드 전극의 가장 자리에 위치시켜야 되기 때문에 공정상 까다롭고, 빔퍼짐이 커서 화질을 떨어뜨리는 문제가 있었다.However, the field emission device having such a structure is difficult to process because the carbon nanotubes need to be positioned at the edges of the cathode electrode, and there is a problem in that image quality is degraded due to large beam spreading.

또한, 탄소 나노 튜브의 페이스트 특성상 인쇄 및 소성 공정을 거치면서 절연층 또는 캐소드 전극과의 열팽창 계수차이로 인해 밀착력이 저하되는 문제가 발생한다.In addition, due to the paste characteristics of the carbon nanotubes, the adhesive force is deteriorated due to the difference in thermal expansion coefficient between the insulating layer and the cathode electrode during the printing and firing process.

상기와 같이 종래 탄소 나노 튜브를 이용한 언더게이트 구조의 전계 방출 소자는 전자빔 퍼짐이 커서 화질을 떨어뜨리고, 인쇄 및 소성 공정을 거치면서 절연층 또는 캐소드 전극과의 열팽창 계수차이로 인해 탄소 나노 튜브의 밀착력이 저하되는 문제점이 있었다.As described above, the field emission device of the undergate structure using the conventional carbon nanotubes has a large electron beam spread and thus degrades the image quality, and the adhesion force of the carbon nanotubes due to the difference in thermal expansion coefficient between the insulating layer and the cathode electrode during the printing and firing process. There was a problem of this deterioration.

따라서, 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 언더게이트 전극 구조에서 캐소드 전극의 내부 소정 영역을 식각하여 언더컷 형태로 만들고, 그 식각된 캐소드 전극의 내부 영역 측면에 폐곡선 형태의 탄소 나노 튜브를 형성함으로써, 탄소 나노 튜브의 접착성을 향상시켜 균일한 방출 전류를 얻을 수 있는 전계 방출 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, in view of the above problems, the present invention forms an undercut shape by etching an inner predetermined region of the cathode in the undergate electrode structure, and forms carbon nanotubes having a closed curve on the side of the inner region of the etched cathode electrode. It is an object of the present invention to provide a field emission device and a method of manufacturing the same, which can obtain uniform emission current by improving adhesion of nanotubes.

또한, 본 발명은 탄소 나노 튜브를 대칭성의 폐곡선 형태로 형성함으로써, 전자빔 퍼짐을 작게하여 화질을 향상시킬 수 있는 전계 방출 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a field emission device capable of improving the image quality by reducing the electron beam spreading by forming the carbon nanotubes in the form of symmetrical closed curves, and a method of manufacturing the same.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 전계 방출 소자는 하부기판(유리기판) 상에 순차적으로 형성된 게이트 전극 및 절연층과; 상기 절연층 상부에 형성되고, 내부의 소정 영역이 식각되어 상기 절연층의 일부가 노출된 언더컷(undercut) 형태의 캐소드 전극과; 상기 캐소드 전극의 식각된 내부 영역 측면에 폐곡선 형태로 형성된 탄소 나노 튜브를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.The field emission device of the present invention for achieving the above object comprises a gate electrode and an insulating layer sequentially formed on the lower substrate (glass substrate); An undercut cathode electrode formed on the insulating layer and having a predetermined region etched therein to expose a portion of the insulating layer; It characterized in that it comprises a carbon nanotube formed in a closed curve on the side of the etched inner region of the cathode electrode.

또한, 상기 캐소드 전극의 식각된 내부 영역은 사각형 또는 원형이고, Al과 Cr 또는 Nb과 Al 또는 Nb과 Cr으로 이루어진 서로 다른 금속 이중층으로 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the etched inner region of the cathode electrode is rectangular or circular, characterized in that formed of a different metal double layer consisting of Al and Cr or Nb and Al or Nb and Cr.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 전계 방출 소자 제조 방법은 하부기판(유리기판) 상부에 금속을 증착한 후 패터닝하여 게이트 전극을 형성하고, 그 게이트 전극 상부에 절연층을 형성하는 단계와; 상기 구조물 상부에 서로 다른 두 금속층을 순차적으로 증착하고, 내부의 소정 영역을 순차적으로 식각하여 언더컷(undercut) 형태의 캐소드 전극을 형성하는 단계와; 상기 구조물 상부에 차광용 금속을 증착하고 패터닝하여 상기 캐소드 전극의 식각된 내부 영역에 발광영역을 형성하는 단계와; 상기 구조물 상부에 탄소 나노 튜브 페이스트를 증착한 후 후면 사진식각방법을 이용하여 폐곡선 형태의 탄소 나노 튜브를 형성하는 단계와; 상기 구조물 상부에 형성된 차광용 금속을 제거하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.The field emission device manufacturing method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a gate electrode by depositing and patterning a metal on the upper substrate (glass substrate), and forming an insulating layer on the gate electrode; Sequentially depositing two different metal layers on the structure, and sequentially etching a predetermined region therein to form an undercut cathode electrode; Depositing and patterning a light blocking metal on the structure to form a light emitting region in an etched inner region of the cathode electrode; Depositing carbon nanotube paste on the structure to form carbon nanotubes in the form of closed curves using a backside photolithography method; And removing a light shielding metal formed on the structure.

또한, 상기 두 금속층 중 하부에 형성된 금속층의 식각 시간이 상부에 형성된 금속층의 식각 시간보다 긴 것을 특징으로 한다.In addition, the etching time of the metal layer formed on the lower of the two metal layers is characterized in that the longer than the etching time of the metal layer formed on the upper.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명 전계 방출 소자 및 그 제조 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the field emission device of the present invention having the above characteristics and a manufacturing method thereof will be described with reference to the accompanying drawings.

도3은 본 발명 탄소 나노 튜브를 이용한 언더게이트 구조의 전계 방출 소자에 대한 하판 구조의 평면도 및 단면도(평면도의 B-B')를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 셀이 형성되는 부분의 캐소드 라인(33)이 사각형 형태로 식각되어 절연층(32)의 일부 영역이 노출된 언더컷(undercut) 형태를 이루고, 그 식각된 캐소드 라인(33)의 내부 측면에 폐곡선 형태로 탄소 나노 튜브(34)가 형성된 구조로서, 유리기판(30) 상에 형성된 게이트 전극(31)과, 상기 게이트 전극(31) 상부에 형성된 절연층(32)과, 상기 절연층(32) 상부에 형성되고, 내부의 소정 영역이 사각형 형태로 식각된 언더컷 형태의 캐소드 전극(33)과, 상기 캐소드 전극(33)의 식각된 내부 측면에 폐곡선 형태로 형성된 탄소 나노 튜브(44)로 구성한다.3 is a plan view and a cross-sectional view (B-B 'of the plan view) of the bottom plate structure for the field emission device of the undergate structure using the carbon nanotube of the present invention. As shown, the cathode line 33 of the portion where the cell is formed is etched in a quadrangular form to form an undercut in which a portion of the insulating layer 32 is exposed, and the cathode line 33 of the etched cathode line 33 is formed. Carbon nanotubes 34 are formed on the inner side in a closed curve shape, the gate electrode 31 formed on the glass substrate 30, the insulating layer 32 formed on the gate electrode 31, and the insulation. A cathode electrode 33 having an undercut shape formed on the layer 32 and having a predetermined area therein, and a carbon nanotube 44 formed in a closed curve shape on an etched inner side surface of the cathode electrode 33. ).

상기 캐소드 전극(33)은 서로 다른 금속의 두층으로 형성되고, 하부에 형성된 금속층이 상부에 형성된 금속층보다 더 식각되어 언더컷(undercut) 형태로 형성되고, Al과 Cr 또는 Nb과 Al 또는 Nb과 Cr 등을 사용하여 형성할 수 있으며, 식각된 형태는 사각형 뿐만 아니라 원형 또는 타원형이 될 수도 있다.The cathode electrode 33 is formed of two layers of different metals, and a metal layer formed on the lower portion is etched more than the metal layer formed on the upper portion to form an undercut, and includes Al and Cr or Nb and Al or Nb and Cr. It can be formed using, the etched shape may be round or oval as well as square.

상기 탄소 나노 튜브(34)는 언더컷 형태로 형성된 캐소드 전극(33)의 식각된 내부 측면에 형성되기 때문에 절연층(32)과의 접착력이 향상되고, 폐곡선 형태의 대칭성으로 형성되기 때문에 전자빔 퍼짐을 작게하여 화질을 향상시킬 수 있다.Since the carbon nanotubes 34 are formed on the etched inner side surface of the cathode electrode 33 formed in the undercut form, adhesion to the insulating layer 32 is improved, and since the carbon nanotubes 34 are formed in a closed curve shape, the electron beam spreading is reduced. To improve picture quality.

그럼, 이러한 구조의 본 발명 전계 방출 소자에 대한 제조 과정을 도4에 도시한 수순 단면도를 참고하여 설명한다.Then, the manufacturing process for the field emission device of the present invention having such a structure will be described with reference to the procedure cross section shown in FIG.

도4a에 도시된 바와 같이, 유리기판(30) 상에 ITO(Indium-Tin-Oxide) 투명 전극을 120[㎚] 정도의 두께로 증착한 후 사진식각방법을 이용하여 게이트 전극(31)을 형성하고, 그 게이트 전극(31) 상부에 페이스트 형태의 유전체 분말을 스크린 인쇄법으로 코팅한 후 약 580[℃]에서 소성하여 3~20[㎛]의 절연층(32)을 형성한다.As shown in FIG. 4A, an ITO (Indium-Tin-Oxide) transparent electrode is deposited on the glass substrate 30 to a thickness of about 120 [nm], and then a gate electrode 31 is formed using a photolithography method. Then, the paste-type dielectric powder is coated on the gate electrode 31 by screen printing, and then fired at about 580 [deg.] C to form an insulating layer 32 having a thickness of 3 to 20 [micro] m.

그 다음, 도4b에 도시된 바와 같이, 상기 구조물 상부에 서로 다른 두 금속(Al/Cr 또는 Nb/Al 또는 Nb/Cr)을 순차적으로 증착하여 0.1~0.5[㎛]의 금속 이중층을 형성하고, 사진식각방법을 이용하여 금속 이중층의 내부 소정 영역을 습식식각 또는 건식식각으로 순차적으로 식각하여 언더컷 형태의 캐소드 전극(33)을 형성한다. 이때, 상기 금속 이중층은 진공 증착이나 스퍼터링 등에 의해 증착되고, 캐소드 전극(33)을 언더컷(undercut) 형태로 형성하기 위해 하부에 형성된 금속층의 식각 시간을 상부에 형성된 금속층의 식각 시간보다 길게 하는 것이 바람직하다.Then, as shown in Figure 4b, two different metals (Al / Cr or Nb / Al or Nb / Cr) are sequentially deposited on the structure to form a metal double layer of 0.1 ~ 0.5 [㎛], By using a photolithography method, an internal predetermined region of the metal double layer is sequentially etched by wet etching or dry etching to form an undercut cathode electrode 33. In this case, the metal double layer is deposited by vacuum deposition, sputtering, or the like, and in order to form the cathode electrode 33 undercut (undercut), it is preferable to make the etching time of the metal layer formed on the lower than the etching time of the metal layer formed on the upper side. Do.

그 다음, 도4c에 도시된 바와 같이, 상기 구조물 상부에 차광용 금속(35)을 증착하고, 도4d에 도시된 바와 같이, 사진식각방법을 이용하여 차광용 금속(35)을 식각하여 탄소 나노 튜브(34)가 형성될 발광 영역의 패턴을 형성한다.Next, as shown in FIG. 4C, the light-shielding metal 35 is deposited on the structure, and as shown in FIG. 4D, the light-shielding metal 35 is etched by using a photolithography method. The tube 34 forms a pattern of light emitting regions to be formed.

그 다음, 도4e에 도시된 바와 같이, 상기 구조물 상부에 음성 감광성인 탄소 나노 튜브 페이스트를 스크린 인쇄법으로 도포한 후 유리기판(30) 후면에서 사진식각방법으로 자외선을 조사하고, 탄소 나노 튜브 현상액을 스프레이법으로 현상하여 탄소 나노 튜브(34)를 형성한다.Then, as shown in Figure 4e, the negative photosensitive carbon nanotube paste is applied to the upper portion of the structure by the screen printing method, and then irradiated with ultraviolet rays by a photolithography method from the rear of the glass substrate 30, the carbon nanotube developer Is developed by the spray method to form the carbon nanotubes 34.

마지막으로, 도4f에 도시된 바와 같이, 상기 구조물 상부에 형성된 차광용 금속(35)을 제거한 후 약 400[℃]에서 소성하면 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 하판이 제조된다.Finally, as shown in FIG. 4F, when the light shielding metal 35 formed on the structure is removed, and then fired at about 400 [deg.] C, the bottom plate of the field emission device according to the present invention is manufactured.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 언더게이트 전극 구조에서 캐소드 전극의 내부 소정 영역을 식각하여 언더컷 형태로 만들고, 그 식각된 캐소드 전극의 내부 영역 측면에 폐곡선 형태의 탄소 나노 튜브를 형성함으로써, 탄소 나노 튜브의 접착성을 향상시켜 균일한 방출 전류를 얻을 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention forms an undercut shape by etching an inner predetermined region of the cathode in the undergate electrode structure, and forms a closed curved carbon nanotube on the side of the inner region of the etched cathode electrode. By improving the adhesiveness of the tube has the effect of obtaining a uniform emission current.

또한, 본 발명은 탄소 나노 튜브를 대칭성의 폐곡선 형태로 형성함으로써, 전자빔 퍼짐을 작게하여 화질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of improving the image quality by reducing the electron beam spread by forming the carbon nanotubes in the form of symmetrical closed curve.

도1은 종래 탄소 나노 튜브를 이용한 3전극 전계 방출 소자의 하판 구조에 대한 일 예를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing an example of the bottom plate structure of a three-electrode field emission device using a conventional carbon nanotube.

도2는 종래 탄소 나노 튜브를 이용한 언더게이트 구조의 전계 방출 소자에 대한 하판 구조를 도시한 평면도와 단면도.Figure 2 is a plan view and a cross-sectional view showing a bottom plate structure for the field emission device of the undergate structure using a conventional carbon nanotube.

도3은 본 발명에 따른 언더게이트 구조의 전계 방출 소자에 대한 하판 구조를 도시한 평면도 및 단면도.Figure 3 is a plan view and a cross-sectional view showing a bottom plate structure for the field emission device of the undergate structure according to the present invention.

도4a 내지 도4f는 본 발명에 따른 전계 방출 소자에 대한 하판 제조 과정을 도시한 수순 단면도.Figures 4a to 4f is a cross-sectional view showing the bottom plate manufacturing process for the field emission device according to the present invention.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **

30:유리기판 31:게이트 전극30: glass substrate 31: gate electrode

32:절연층 33:캐소드 전극32: insulating layer 33: cathode electrode

34:탄소 나노 튜브 35:차광용 금속34: carbon nanotube 35: shading metal

Claims (8)

하부기판(유리기판) 상에 순차적으로 형성된 게이트 전극 및 절연층과; 상기 절연층 상부에 형성되고, 내부의 소정 영역이 식각되어 상기 절연층의 일부가 노출된 언더컷(undercut) 형태의 캐소드 전극과; 상기 캐소드 전극의 식각된 내부 영역 측면에 폐곡선 형태로 형성된 탄소 나노 튜브를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자.A gate electrode and an insulating layer sequentially formed on the lower substrate (glass substrate); An undercut cathode electrode formed on the insulating layer and having a predetermined region etched therein to expose a portion of the insulating layer; And a carbon nanotube formed in a closed curve on an etched inner region side of the cathode electrode. 제1항에 있어서, 상기 캐소드 전극의 식각된 내부 영역은 사각형 또는 원형인 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자.2. The field emission device as claimed in claim 1, wherein the etched inner region of the cathode electrode is rectangular or circular. 제1항에 있어서, 상기 캐소드 전극은 서로 다른 금속 이중층으로 형성된 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자.The field emission device of claim 1, wherein the cathode is formed of a different metal double layer. 제3항에 있어서, 상기 캐소드 전극은 Al과 Cr 또는 Nb과 Al 또는 Nb과 Cr로 형성된 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자.4. The field emission device as claimed in claim 3, wherein the cathode is formed of Al and Cr or Nb and Al or Nb and Cr. 하부기판(유리기판) 상부에 금속을 증착한 후 패터닝하여 게이트 전극을 형성하고, 그 게이트 전극 상부에 절연층을 형성하는 단계와; 상기 구조물 상부에 서로 다른 두 금속층을 순차적으로 증착하고, 내부의 소정 영역을 순차적으로 식각하여 언더컷(undercut) 형태의 캐소드 전극을 형성하는 단계와; 상기 구조물 상부에 차광용 금속을 증착하고 패터닝하여 상기 캐소드 전극의 식각된 내부 영역에 발광영역을 형성하는 단계와; 상기 구조물 상부에 탄소 나노 튜브 페이스트를 증착한 후 후면 사진식각방법을 이용하여 폐곡선 형태의 탄소 나노 튜브를 형성하는 단계와; 상기 구조물 상부에 형성된 차광용 금속을 제거하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자 제조 방법.Depositing a metal on the lower substrate (glass substrate) and patterning the gate electrode to form a gate electrode, and forming an insulating layer on the gate electrode; Sequentially depositing two different metal layers on the structure, and sequentially etching a predetermined region therein to form an undercut cathode electrode; Depositing and patterning a light blocking metal on the structure to form a light emitting region in an etched inner region of the cathode electrode; Depositing carbon nanotube paste on the structure to form carbon nanotubes in the form of closed curves using a backside photolithography method; And removing a light shielding metal formed on the structure. 제5항에 있어서, 상기 두 금속층 중 하부에 형성된 금속층의 식각 시간이 상부에 형성된 금속층의 식각 시간보다 긴 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자 제조 방법.The method of claim 5, wherein the etching time of the metal layer formed at the bottom of the two metal layers is longer than the etching time of the metal layer formed at the top. 제5항에 있어서, 상기 탄소 나노 튜브는 상기 캐소드 전극의 측면을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자 제조 방법.The method of claim 5, wherein the carbon nanotubes are formed along side surfaces of the cathode electrode. 제5항에 있어서, 상기 폐곡선 형태의 탄소 나노 튜브는 대칭 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자 제조 방법.The method of claim 5, wherein the closed carbon nanotubes are formed in a symmetrical shape.
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