KR20070036929A - Electron emission device, manufacturing method of the device, and electron emission display device with the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 촉매 금속층 위에 탄소계 물질을 성장시켜 전자 방출부를 형성하는 전자 방출 디바이스와 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스의 제조 방법은 기판 위에 캐소드 전극들과 제1 절연층과 게이트 전극들 및 제2 절연층을 순차적으로 형성하고, 제2 절연층과 게이트 전극들 및 제1 절연층에 개구부를 형성하여 캐소드 전극들의 표면 일부를 노출시키고, 기판 위에 제공된 구조물 표면 전체에 금속층을 형성하고, 금속층 위 전자 방출부 형성 위치에 촉매 금속층들을 형성하고, 촉매 금속층들 위에 탄소계 물질을 성장시켜 전자 방출부들을 형성하고, 촉매 금속층 하부와 제2 절연층 상부를 제외한 나머지 부위의 금속층을 전자 방출부 형성 단계에서 금속층에 적층된 탄소 잔류물과 함께 제거하는 단계를 포함한다.The present invention relates to an electron emission device for forming an electron emission portion by growing a carbon-based material on a catalyst metal layer, and a method for manufacturing the electron emission device according to the present invention includes cathode electrodes and a first insulating layer on a substrate; The gate electrodes and the second insulating layer are sequentially formed, and openings are formed in the second insulating layer and the gate electrodes and the first insulating layer to expose a part of the surface of the cathode electrodes, and a metal layer is formed over the entire surface of the structure provided on the substrate. And forming a catalyst metal layer at a location where an electron emission region is formed on the metal layer, growing a carbonaceous material on the catalyst metal layers to form electron emission regions, and forming a metal layer in the remaining portions except the lower portion of the catalyst metal layer and the upper portion of the second insulating layer. Removing together with the carbon residue deposited on the metal layer in the electron emission forming step.

전자방출부, 캐소드전극, 게이트전극, 집속전극, 절연층, 촉매금속층, 촉매버퍼층, 직접성장 Electron emission unit, cathode electrode, gate electrode, focusing electrode, insulation layer, catalyst metal layer, catalyst buffer layer, direct growth

Description

전자 방출 디바이스와 이의 제조 방법 및 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스 {ELECTRON EMISSION DEVICE, MANUFACTURING METHOD OF THE DEVICE, AND ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE WITH THE SAME}ELECTRON EMISSION DEVICE, MANUFACTURING METHOD OF THE DEVICE, AND ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE WITH THE SAME

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 각 제조 단계에서의 부분 단면도이다.1A to 1D are partial cross-sectional views at each manufacturing step shown to illustrate a method of manufacturing an electron emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도이다.2 is a partially exploded perspective view of an electron emission display device according to an exemplary embodiment.

본 발명은 전자 방출 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 촉매 금속층 위에 탄소계 물질을 성장시켜 전자 방출부를 형성하는 전자 방출 디바이스와 이의 제조 방법 및 이 전자 방출 디바이스를 이용한 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron emission device, and more particularly, to an electron emission device for forming an electron emission portion by growing a carbon-based material on a catalyst metal layer, a method for manufacturing the same, and an electron emission display device using the electron emission device.

일반적으로 전자 방출 소자(electron emission element)는 전자원의 종류에 따라 열음극(hot cathode)을 이용하는 방식과 냉음극(cold cathode)을 이용하는 방식으로 분류할 수 있다.In general, electron emission elements may be classified into a method using a hot cathode and a cold cathode according to the type of electron source.

여기서, 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는 전계 방출 어레이(Field Emitter Array; FEA)형, 표면 전도 에미션(Surface-Conduction Emission; SCE)형, 금속-절연층-금속(Metal-Insulator-Metal; MIM)형 및 금속-절연층-반도체(Metal-Insulator-Semiconductor; MIS)형 등이 알려져 있다.Here, the electron-emitting device using the cold cathode is a field emitter array (FEA) type, a surface conduction emission type (SCE) type, a metal-insulation layer-metal Metal (MIM) type and Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) type are known.

이 중 FEA형 전자 방출 소자는 전자 방출부와 이 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극으로서 하나의 캐소드 전극과 하나의 게이트 전극을 구비하며, 전자 방출부의 구성 물질로 일 함수(work function)가 낮거나 종횡비가 큰 물질을 사용하여 진공 중에서 전계에 의해 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한다.Among them, the FEA type electron emission device includes an electron emission portion and a driving electrode for controlling electron emission of the electron emission portion, and includes one cathode electrode and one gate electrode, and a work function is formed as a constituent material of the electron emission portion. Low or high aspect ratio materials are used to facilitate the release of electrons by an electric field in vacuum.

한편, 전자 방출 소자는 일 기판에 어레이를 이루며 형성되어 전자 방출 디바이스(electron emission device)를 구성하고, 전자 방출 디바이스는 형광층과 애노드 전극 등으로 이루어진 발광 유닛이 구비된 다른 일 기판과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스(electron emission display device)를 구성한다.On the other hand, the electron-emitting device is formed in an array on one substrate to form an electron emission device, the electron-emitting device is combined with another substrate having a light emitting unit consisting of a fluorescent layer, an anode electrode, etc. An emission display device is configured.

즉 통상의 전자 방출 디바이스는 전자 방출부와 더불어 주사 전극들과 데이터 전극들로 기능하는 복수의 구동 전극들을 구비하여 전자 방출부와 구동 전극들의 작용으로 화소별 전자 방출의 온/오프와 전자 방출량을 제어한다. 그리고 전자 방출 표시 디바이스는 전자 방출부에서 방출된 전자들로 형광층을 여기시켜 소정의 발광 또는 표시 작용을 하게 된다.That is, the conventional electron emitting device includes a plurality of driving electrodes that function as scan electrodes and data electrodes in addition to the electron emitting part, thereby controlling the on / off and electron emission amount of electron emission for each pixel by the action of the electron emitting part and the driving electrodes. To control. In addition, the electron emission display device excites the fluorescent layer with electrons emitted from the electron emission unit to perform a predetermined light emission or display function.

최근의 FEA형 전자 방출 소자 분야에서는 저전압 조건에서도 전자를 양호하게 방출하는 탄소계 물질을 이용하여 전자 방출부를 형성하는 기술이 연구 개발되 고 있다. 전자 방출부에 적합한 탄소계 물질로는 탄소 나노튜브, 흑연 및 다이아몬드상 카본 등이 있으며, 특히 탄소 나노튜브는 끝단의 곡률 반경이 100?? 정도로 극히 미세하여 1 내지 10 V/㎛의 낮은 전계에서도 전자를 양호하게 방출함에 따라 이상적인 전자 방출 물질로 기대되고 있다.Recently, in the field of FEA type electron emission devices, a technology for forming an electron emission unit using a carbon-based material which emits electrons well even at low voltage conditions has been researched and developed. Suitable carbon-based materials for electron emission include carbon nanotubes, graphite, and diamond-like carbon. Especially, carbon nanotubes have a radius of curvature of 100? It is expected to be an ideal electron emission material as it is extremely fine and emits electrons well even at a low electric field of 1 to 10 V / µm.

상기 탄소계 물질을 이용한 전자 방출부의 제조 방법 중 하나로 직접 성장법이 있다. 직접 성장법에는 전기 방전법, 레이저 증착법, 플라즈마 화학기상증착법 및 열 화학기상증착법 등이 있으며, 이 방법들은 주로 촉매 금속층 위에 탄소계 물질을 성장시켜 전자 방출부를 얻는다.One method of manufacturing the electron emission unit using the carbon-based material is a direct growth method. Direct growth methods include electric discharge, laser deposition, plasma chemical vapor deposition, and thermal chemical vapor deposition. These methods mainly grow carbon-based materials on a catalytic metal layer to obtain electron emission portions.

직접 성장법을 이용한 전자 방출 디바이스 제조 방법은, 기판 위에 캐소드 전극들과 촉매 금속층을 형성하고, 그 위에 절연층과 게이트 전극들을 형성하며, 게이트 전극들과 절연층에 개구부를 형성하여 촉매 금속층을 노출시키고, 노출된 촉매 금속층 위에 탄소계 물질을 성장시켜 전자 방출부를 형성하는 단계들로 이루어진다.In the method of manufacturing an electron emission device using the direct growth method, a cathode electrode and a catalyst metal layer are formed on a substrate, an insulation layer and a gate electrode are formed thereon, and an opening is formed in the gate electrode and the insulation layer to expose the catalyst metal layer. And growing a carbonaceous material on the exposed catalytic metal layer to form an electron emission portion.

그런데 촉매 금속층 위에 탄소계 물질을 성장시키는 과정에서 의도하지 않은 부위, 즉 절연층의 개구부 측벽에 탄소 잔류물이 존재하게 된다. 이 탄소 잔류물은 도전성을 가지므로 캐소드 전극과 게이트 전극의 내전압 특성을 저하시키며, 심한 경우 두 전극간 쇼트를 유발할 수 있다.However, in the process of growing a carbon-based material on the catalyst metal layer, carbon residues are present at unintended portions, that is, sidewalls of the openings of the insulating layer. Since the carbon residue is conductive, it degrades the breakdown voltage characteristics of the cathode electrode and the gate electrode and, in severe cases, may cause a short between the two electrodes.

이러한 문제는 FEA형 전자 방출 디바이스가 게이트 전극들 상부에 집속 전극을 구비하는 경우에도 동일하게 발생한다. 이때 게이트 전극들과 집속 전극 사이에는 추가 절연층이 위치하며, 추가 절연층과 집속 전극에도 상기 개구부에 대응하는 개구부가 마련된다. 이 경우 추가 절연층의 개구부 측벽에도 전술한 탄소 잔류물이 존재하게 되어 게이트 전극과 집속 전극의 내전압 특성을 저하시킨다.This problem occurs equally when the FEA type electron emission device has a focusing electrode on the gate electrodes. In this case, an additional insulating layer is positioned between the gate electrodes and the focusing electrode, and an opening corresponding to the opening is also provided in the additional insulating layer and the focusing electrode. In this case, the above-described carbon residues also exist on the sidewalls of the openings of the additional insulating layer, thereby degrading the breakdown voltage characteristics of the gate electrode and the focusing electrode.

한편 상기와 같이 집속 전극을 구비한 FEA형 전자 방출 디바이스는 그 제작시 각각의 증착 공정과 패터닝 공정을 통해 캐소드 전극들, 촉매 금속층, 게이트 전극들 및 집속 전극을 별도로 형성하고 있으므로 제조 공정이 복잡해지는 문제를 안고 있다.Meanwhile, as described above, the FEA type electron emission device including the focusing electrode separately forms the cathode electrodes, the catalyst metal layer, the gate electrodes, and the focusing electrode through respective deposition and patterning processes, thereby making the manufacturing process complicated. I have a problem.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 의도하지 않은 부위에 탄소 잔류물이 남지 않도록 하여 내전압 특성을 높이고, 제조 공정을 단순화할 수 있는 전자 방출 디바이스와 이의 제조 방법 및 이 전자 방출 디바이스를 이용한 전자 방출 표시 디바이스를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an electron-emitting device and a method of manufacturing the same, which can increase the breakdown voltage characteristics and simplify the manufacturing process by not leaving carbon residues at unintended sites. The present invention provides an electron emission display device using the electron emission device.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,In order to achieve the above object, the present invention,

기판과, 기판 위에 형성되는 캐소드 전극들과, 캐소드 전극들 위에 적층되어 위치하는 촉매 버퍼층 및 촉매 금속층과, 촉매 금속층 위에 성장된 탄소계 물질들로 이루어진 전자 방출부들과, 캐소드 전극들과 절연을 유지하며 캐소드 전극들 상부에 위치하고 전자 방출부들을 개방시키기 위한 각자의 개구부를 가지는 게이트 전극들 및 집속 전극을 포함하며, 촉매 버퍼층과 집속 전극이 동일한 물질로 이루어지는 전자 방출 디바이스를 제공한다.Maintains insulation with the substrate, cathode electrodes formed on the substrate, a catalyst buffer layer and a catalyst metal layer stacked on the cathode electrodes, electron emission portions made of carbon-based materials grown on the catalyst metal layer, and cathode electrodes And a gate electrode and a focusing electrode positioned above the cathode electrodes and having respective openings for opening the electron emission portions, wherein the catalyst buffer layer and the focusing electrode are made of the same material.

상기 전자 방출부는 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드상 카본 및 C60으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.The electron emission unit may include any one material selected from the group consisting of carbon nanotubes, graphite, graphite nanofibers, diamond-like carbon, and C 60 .

상기 촉매 버퍼층은 가장자리에 언더컷이 형성되어 촉매 금속층보다 작은 폭을 가질 수 있으며, 촉매 버퍼층과 촉매 금속층은 서로 다른 에천트에 의해 식각되는 금속 물질로 이루어진다.The catalyst buffer layer may have an undercut formed at an edge thereof to have a width smaller than that of the catalyst metal layer. The catalyst buffer layer and the catalyst metal layer may be formed of metal materials etched by different etchant.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,In addition, the present invention, in order to achieve the above object,

서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판 위에 형성되는 캐소드 전극들과, 캐소드 전극들 위에 적층되어 위치하는 촉매 버퍼층 및 촉매 금속층과, 촉매 금속층 위에 성장된 탄소계 물질들로 이루어진 전자 방출부들과, 캐소드 전극들과 절연을 유지하며 캐소드 전극들 상부에 위치하고 전자 방출부들을 개방시키기 위한 각자의 개구부를 가지는 게이트 전극들 및 집속 전극과, 제2 기판의 일면에 형성되는 형광층들과, 형광층들의 어느 일면에 형성되는 애노드 전극을 포함하며, 촉매 버퍼층과 집속 전극이 동일한 물질로 이루어지는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다.A first substrate and a second substrate disposed opposite to each other, cathode electrodes formed on the first substrate, a catalyst buffer layer and a catalyst metal layer stacked on the cathode electrodes, and carbon-based materials grown on the catalyst metal layer Gate electrodes and focusing electrodes disposed on the cathode electrodes to maintain the electron emitters, the insulating electrodes are insulated from the cathode electrodes, and the fluorescent layers formed on one surface of the second substrate. And an anode electrode formed on one surface of the fluorescent layers, and the catalyst buffer layer and the focusing electrode are made of the same material.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,In addition, the present invention, in order to achieve the above object,

기판 위에 캐소드 전극들과 제1 절연층과 게이트 전극들 및 제2 절연층을 순차적으로 형성하고, 제2 절연층과 게이트 전극들 및 제1 절연층에 개구부를 형성하여 캐소드 전극들의 표면 일부를 노출시키고, 기판 위에 제공된 구조물 표면 전체에 금속층을 형성하고, 금속층 위 전자 방출부 형성 위치에 촉매 금속층들을 형성하고, 촉매 금속층들 위에 탄소계 물질을 성장시켜 전자 방출부들을 형성하고, 촉 매 금속층 하부와 제2 절연층 상부를 제외한 나머지 부위의 금속층을 이전 전자 방출부 형성 단계에서 금속층에 적층된 탄소 잔류물과 함께 제거하는 단계를 포함하는 전자 방출 디바이스의 제조 방법을 제공한다.Cathode electrodes, the first insulating layer, the gate electrodes, and the second insulating layer are sequentially formed on the substrate, and openings are formed in the second insulating layer, the gate electrodes, and the first insulating layer to expose a portion of the surface of the cathode electrodes. A metal layer is formed over the entire surface of the structure provided on the substrate, the catalyst metal layers are formed at the electron emission formation position on the metal layer, and the carbon-based material is grown on the catalyst metal layers to form electron emission portions, A method of manufacturing an electron emitting device is provided that includes removing a portion of the metal layer other than the top of the second insulating layer together with the carbon residue deposited on the metal layer in the previous electron emission forming step.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 각 제조 단계에서의 부분 단면도이다.1A to 1D are partial cross-sectional views at each manufacturing step shown to illustrate a method of manufacturing an electron emitting device according to an embodiment of the present invention.

먼저 도 1a를 참고하면, 기판(10) 위에 도전막을 형성하고 이를 패터닝하여 스트라이프 형상의 캐소드 전극들(12)을 형성하고, 캐소드 전극들(12) 위로 기판(10) 전체에 절연 물질을 화학기상증착 또는 스크린 인쇄하여 제1 절연층(14)을 형성한다. 그리고 제1 절연층(14) 위에 도전막을 형성하고 이를 패터닝하여 캐소드 전극들(12)과 교차하는 스트라이트 형상의 게이트 전극들(16)을 형성한다.First, referring to FIG. 1A, a conductive film is formed on a substrate 10 and patterned to form stripe cathode electrodes 12, and an insulating material is formed on the entire substrate 10 over the cathode electrodes 12. The first insulating layer 14 is formed by deposition or screen printing. A conductive film is formed on the first insulating layer 14 and patterned to form the gate electrodes 16 having a strip shape intersecting with the cathode electrodes 12.

상기 게이트 전극들(16) 위로 기판(10) 전체에 절연 물질을 화학기상증착 또는 스크린 인쇄하여 제2 절연층(18)을 형성한다. 그리고 제2 절연층(18)과 게이트 전극들(16) 및 제1 절연층(14)을 순차적으로 부분 식각하여 개구부(20)를 형성함으로써 캐소드 전극들(12)의 일부 표면을 노출시킨다.The second insulating layer 18 is formed by chemical vapor deposition or screen printing an insulating material on the entire substrate 10 over the gate electrodes 16. In addition, the surface of the cathode electrodes 12 may be exposed by partially etching the second insulating layer 18, the gate electrodes 16, and the first insulating layer 14 to sequentially form the openings 20.

다음으로 도 1b를 참고하면, 기판(10) 위에 제공된 구조물 표면 전체에 금속 물질을 코팅하여 금속층(22)을 형성한다. 그리고 금속층(22) 표면에 촉매 금속을 열 증착이나 스퍼터링으로 코팅한 다음 이 코팅막을 패터닝하여 캐소드 전극들(12) 위 전자 방출부 형성 위치에 선택적으로 촉매 금속층(24)을 형성한다.Next, referring to FIG. 1B, the metal layer 22 is formed by coating a metal material on the entire surface of the structure provided on the substrate 10. Then, the catalyst metal is coated on the surface of the metal layer 22 by thermal vapor deposition or sputtering, and then the coating film is patterned to selectively form the catalyst metal layer 24 at the electron emission region formation position on the cathode electrodes 12.

촉매 금속층(24)은 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 또는 이 세가지 금속의 합금으로 형성할 수 있다. 금속층(22)은 촉매 금속층(24)과 서로 다른 에천트에 의해 식각되는 물질로 형성하여 촉매 금속층(24) 패터닝 과정에서 함께 패터닝되지 않으며, 도전성이 우수한 금속 물질, 일례로 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 크롬(Cr)으로 형성할 수 있다.The catalytic metal layer 24 may be formed of iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), or an alloy of these three metals. The metal layer 22 is formed of a material which is etched by the catalyst metal layer 24 and different etchant and is not patterned together in the process of patterning the catalyst metal layer 24. The metal layer 22 has excellent conductivity, for example, molybdenum (Mo) and aluminum. (Al), silver (Ag), or chromium (Cr).

이어서 직접 성장법, 즉 공지의 전기 방전법, 레이저 증착법, 플라즈마 화학기상증착법, 열 화학기상증착법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 도 1c에 도시한 바와 같이 촉매 금속층(24) 위에 탄소계 물질, 특히 탄소 나노튜브를 성장시켜 전자 방출부(26)를 형성한다. 직접 성장법을 이용해 합성할 수 있는 탄소계 물질로는 카본 나노튜브 이외에 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드상 카본, C60 등이 있다.Subsequently, the carbonaceous material on the catalyst metal layer 24 as shown in FIG. 1C by using any one of a direct growth method, i.e., known electric discharge method, laser deposition method, plasma chemical vapor deposition method and thermal chemical vapor deposition method, The carbon nanotubes are grown to form the electron emission unit 26. Carbon-based materials that can be synthesized using the direct growth method include graphite, graphite nanofibers, diamond-like carbon, and C 60 in addition to carbon nanotubes.

특히 본 실시예에서 유효하게 적용할 수 있는 직접 성장법에는 플라즈마 화학기상증착법과 열 화학기상증착법이 있다. 플라즈마 화학기상증착법은 전자 방출 디바이스의 기판으로 주로 사용되는 소다라임 글라스의 변형 온도인 550℃ 이하에서 탄소계 물질을 합성할 수 있는 장점이 있고, 열 화학기상증착법은 고순도 탄소계 물질을 합성하기에 적합하고 미세 구조를 용이하게 제어할 수 있으며 장치가 간단하고 대량 합성에 유리한 장점이 있다.In particular, the direct growth method which can be effectively applied in this embodiment includes a plasma chemical vapor deposition method and a thermal chemical vapor deposition method. Plasma chemical vapor deposition has the advantage of synthesizing carbon-based materials below 550 ° C, which is the deformation temperature of soda-lime glass, which is mainly used as a substrate for electron-emitting devices, and thermal chemical vapor deposition is used to synthesize high-purity carbon-based materials. Suitable and easy to control microstructure, simple device and advantageous for mass synthesis.

상기 플라즈마 화학기상증착법과 열 화학기상증착법을 적용하는 경우, 촉매층 금속층(24) 위에 탄소계 물질을 합성하기 전, 암모니아 가스와 수소 가스 등을 이용해 촉매 금속층(24) 표면을 식각하여 촉매 금속층(24) 표면에 나노미터 크기의 미세한 촉매 금속 파티클을 형성한다. 이는 탄소계 물질이 이 미세한 촉매 금속 파티클 위에서 합성되기 때문이다.In the case where the plasma chemical vapor deposition method and the thermal chemical vapor deposition method are applied, the surface of the catalyst metal layer 24 is etched using ammonia gas, hydrogen gas, or the like before synthesizing a carbonaceous material on the catalyst layer metal layer 24. To form nanometer-sized fine catalytic metal particles on the surface. This is because carbon-based materials are synthesized on these fine catalytic metal particles.

상기 플라즈마 화학기상증착법은 양 전극에 인가되는 직류 또는 고주파 전원에 의해 챔버 또는 반응로 내에 글로우 방전을 발생시켜 촉매층의 미세 금속 파티클로부터 탄소계 물질을 합성시키며, 반응 기체로서 C2H2, CH4, C2H4, C2H6, 또는 CO 가스를 사용한다. 상기 열 화학기상증착법은 히팅 코일이 설치된 석영 반응관 내에 기판(10)을 설치하고, 석영 반응관 내에 반응 가스를 흘려주는 과정을 통해 촉매 금속층(24)의 미세 금속 파티클로부터 탄소계 물질을 합성시킨다.The plasma chemical vapor deposition process is to generate a glow discharge within the chamber or reaction by direct current or high frequency power applied to the electrodes sikimyeo synthetic carbon-based materials from the fine metal particles in the catalyst layer, as the reaction gas C 2 H 2, CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 6 , or CO gas is used. In the thermal chemical vapor deposition method, a substrate 10 is installed in a quartz reaction tube in which a heating coil is installed, and a carbon-based material is synthesized from the fine metal particles of the catalyst metal layer 24 by flowing a reaction gas into the quartz reaction tube. .

이와 같이 직접 성장법을 이용해 촉매 금속층(24)으로부터 탄소계 물질을 합성하여 전자 방출부(26)를 형성한다. 이 과정에서 의도하지 않은 탄소 잔류물이 생성되며, 이 탄소 잔류물은 개구부(20) 측벽의 금속층(22) 표면에 임의 두께로 적층된다. 도면에서 부호 28이 탄소 잔류물을 나타낸다.As such, the carbon-based material is synthesized from the catalyst metal layer 24 using the direct growth method to form the electron emission part 26. In this process, an unintended carbon residue is produced, which is deposited to an arbitrary thickness on the surface of the metal layer 22 on the sidewall of the opening 20. In the figure, reference numeral 28 denotes a carbon residue.

다음으로 금속층(22) 가운데 촉매 금속층(24) 하부와 제2 절연층(18) 상부를 제외한 나머지 부위를 박리시켜 이 금속층(22) 부위와 그 위에 적층된 탄소 잔류물(28)을 함께 제거한다. 그러면 도 1d에 도시한 바와 같이 촉매 금속층(24) 하부에 남은 금속층이 촉매 버퍼층(30)이 되고, 제2 절연층(18) 상부에 남은 금속층이 집속 전극(32)이 된다.Next, the remaining portion of the metal layer 22 except for the lower portion of the catalyst metal layer 24 and the upper portion of the second insulating layer 18 is peeled off to remove the portion of the metal layer 22 and the carbon residue 28 stacked thereon. . Then, as shown in FIG. 1D, the metal layer remaining under the catalyst metal layer 24 becomes the catalyst buffer layer 30, and the metal layer remaining on the second insulating layer 18 becomes the focusing electrode 32.

상기 금속층(22)을 박리할 때에는 제2 절연층(18) 상부의 금속층(22) 위로 마스크층(34, 도 1c 참고)을 형성하고, 금속층 에천트에 기판을 담가 마스크층(34) 과 촉매 금속층(24)으로 덮이지 않은 금속층(22) 부위를 제거하는 습식 식각법을 적용할 수 있다. 이때 촉매 금속층(24)이 마스크층 역할을 하여 그 아래에 촉매 버퍼층(30)이 형성되도록 한다.When the metal layer 22 is peeled off, a mask layer 34 (see FIG. 1C) is formed over the metal layer 22 on the second insulating layer 18, and the substrate is immersed in the metal layer etchant to mask the layer 34 and the catalyst. A wet etching method for removing a portion of the metal layer 22 that is not covered by the metal layer 24 may be applied. At this time, the catalyst metal layer 24 serves as a mask layer so that the catalyst buffer layer 30 is formed thereunder.

또한 습식 식각법으로 금속층(22)을 제거할 때 과식각이 되도록 하여 촉매 금속층(24) 가장자리 하부에 이른바 언더컷(under-cut)을 발생시킬 수 있다. 도 1d에서 부호 36이 언더컷 발생 부위를 나타낸다. 이와 같이 한번의 금속층(22) 패터닝 과정으로 탄소 잔류물(28)을 제거하면서 촉매 버퍼층(30)과 집속 전극(32)을 동시에 형성할 수 있다.In addition, when the metal layer 22 is removed by a wet etching method, it may be overetched to generate a so-called under-cut under the edge of the catalyst metal layer 24. In Fig. 1D, reference numeral 36 denotes an undercut generation site. As described above, the catalyst buffer layer 30 and the focusing electrode 32 may be simultaneously formed while removing the carbon residue 28 through the patterning process of the metal layer 22.

이와 같이 본 실시예의 제조 방법에 따르면, 촉매 금속층(24) 위에 탄소계 물질을 합성하는 과정에서 부수적으로 생긴 탄소 잔류물(28)을 금속층(22) 박리시 함께 제거함으로써 탄소 잔류물(28)에 의한 내전압 특성 저하를 억제할 수 있으며, 한번의 패터닝 과정으로 촉매 금속층(30)과 집속 전극(32)을 동시에 형성하여 제조 공정을 단순화할 수 있다.As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, the carbon residue 28 generated in the process of synthesizing the carbonaceous material on the catalyst metal layer 24 is removed together with the carbon residue 28 by the metal layer 22 being removed. Due to the deterioration of the breakdown voltage characteristic, it is possible to simplify the manufacturing process by simultaneously forming the catalyst metal layer 30 and the focusing electrode 32 in one patterning process.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도이다.2 is a partially exploded perspective view of an electron emission display device according to an exemplary embodiment.

도면을 참고하면, 전자 방출 표시 디바이스는 소정의 간격을 두고 평행하게 대향 배치되는 제1 기판(10)과 제2 기판(38)을 포함한다. 제1 기판(10)과 제2 기판(38)의 가장자리에는 밀봉 부재(도시하지 않음)가 배치되어 두 기판을 접합시키며, 내부 공간이 대략 10-6 torr의 진공도로 배기되어 제1 기판(10)과 제2 기판(38) 및 밀봉 부재가 진공 용기를 구성한다.Referring to the drawings, the electron emission display device includes a first substrate 10 and a second substrate 38 which are disposed to face each other in parallel at predetermined intervals. Sealing members (not shown) are disposed at the edges of the first substrate 10 and the second substrate 38 to bond the two substrates, and the internal space is evacuated with a vacuum of approximately 10 −6 torr so that the first substrate 10 ), The second substrate 38 and the sealing member constitute a vacuum container.

상기 제1 기판(10) 중 제2 기판(38)과의 대향면에는 전자 방출 소자들이 어레이를 이루며 배치되어 제1 기판(10)과 함께 전자 방출 디바이스(100)를 구성하고, 전자 방출 디바이스(100)가 제2 기판(38) 및 제2 기판(38)에 제공된 발광 유닛(110)과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.On the opposite surface of the first substrate 10 to the second substrate 38, electron emission elements are arranged in an array to form the electron emission device 100 together with the first substrate 10, and the electron emission device ( 100 is combined with the second substrate 38 and the light emitting unit 110 provided on the second substrate 38 to form an electron emission display device.

먼저, 제1 기판(10) 위에는 캐소드 전극들(12)과 게이트 전극들(16)이 제1 절연층(14)을 사이에 두고 서로 직교하는 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다. 본 실시예에서 캐소드 전극(12)과 게이트 전극(16)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극(12) 위로 각 화소 영역마다 하나 이상의 전자 방출부(26)가 형성된다.First, the cathode electrodes 12 and the gate electrodes 16 are formed on the first substrate 10 in a stripe pattern along a direction orthogonal to each other with the first insulating layer 14 therebetween. In the present exemplary embodiment, when the intersection area between the cathode electrode 12 and the gate electrode 16 is defined as a pixel area, one or more electron emission parts 26 are formed in each pixel area over the cathode electrode 12.

전자 방출부(26)는 탄소계 물질로 이루어지며, 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드상 카본 및 C60 등으로 형성될 수 있다. 전자 방출부(26)는 촉매 금속층(24) 위에 형성되며, 캐소드 전극(12)과 촉매 금속층(24) 사이에는 이들을 전기적으로 연결시키는 촉매 버퍼층(30)이 형성된다.The electron emission unit 26 may be formed of a carbon-based material, and may be formed of carbon nanotubes, graphite, graphite nanofibers, diamond-like carbon, C 60, or the like. The electron emission part 26 is formed on the catalyst metal layer 24, and a catalyst buffer layer 30 is formed between the cathode electrode 12 and the catalyst metal layer 24 to electrically connect them.

촉매 버퍼층(30)은 그 가장자리에 언더컷이 형성되어 촉매 금속층(24)보다 작은 폭으로 형성되며, 촉매 금속층(24)과 서로 다른 에천트에 의해 식각되는 선택적 식각 특성을 갖는다. 촉매 금속층(24)은 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 또는 이 세가지 금속의 합금으로 이루어질 수 있다.The catalyst buffer layer 30 has an undercut formed at an edge thereof to have a width smaller than that of the catalyst metal layer 24, and has a selective etching characteristic that is etched by the catalyst metal layer 24 and a different etchant. The catalytic metal layer 24 may be made of iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), or an alloy of three metals.

상기 게이트 전극(16)과 제1 절연층(14) 위로 제2 절연층(18)과 집속 전극 (32)이 형성된다. 본 실시예에서 집속 전극(32)은 촉매 버퍼층(30)과 동일한 물질로 이루어지며, 일례로 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 크롬(Cr)으로 형성될 수 있다.The second insulating layer 18 and the focusing electrode 32 are formed on the gate electrode 16 and the first insulating layer 14. In this embodiment, the focusing electrode 32 may be made of the same material as the catalyst buffer layer 30 and may be formed of, for example, molybdenum (Mo), aluminum (Al), silver (Ag), or chromium (Cr).

집속 전극(32)과 제2 절연층(18), 게이트 전극(16)과 제1 절연층(14)은 제1 기판(10) 상에 전자 방출부(26)를 노출시키기 위한 개구부(20)를 형성한다. 도면에서는 일례로 집속 전극(32)과 제2 절연층(18)에 형성된 개구부(201)가 게이트 전극(16) 및 제1 절연층(14)에 형성된 세 개의 개구부(202)를 둘러싸는 구성을 도시하였다.The focusing electrode 32, the second insulating layer 18, the gate electrode 16, and the first insulating layer 14 may have an opening 20 for exposing the electron emission part 26 on the first substrate 10. To form. In the drawing, for example, the opening 201 formed in the focusing electrode 32 and the second insulating layer 18 surrounds the three openings 202 formed in the gate electrode 16 and the first insulating layer 14. Shown.

다음으로, 제1 기판(10)에 대향하는 제2 기판(38)의 일면에는 형광층(40), 일례로 적색과 녹색 및 청색의 형광층들이 서로간 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(40) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(42)이 형성된다. 그리고 형광층(40)과 흑색층(42) 위로 알루미늄(Al)과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(44)이 형성된다.Next, on one surface of the second substrate 38 facing the first substrate 10, the fluorescent layer 40, for example, red, green, and blue fluorescent layers are formed at random intervals from each other, each fluorescent A black layer 42 is formed between the layers 40 to improve the contrast of the screen. An anode electrode 44 formed of a metal film such as aluminum (Al) is formed on the fluorescent layer 40 and the black layer 42.

애노드 전극(44)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받아 형광층(40)을 고전위 상태로 유지시키며, 형광층(40)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(10)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(38) 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높인다.The anode 44 receives the high voltage necessary for accelerating the electron beam from the outside to maintain the fluorescent layer 40 in a high potential state, and visible light emitted toward the first substrate 10 of the visible light emitted from the fluorescent layer 40. Is reflected toward the second substrate 38 to increase the brightness of the screen.

한편, 애노드 전극은 금속막이 아닌 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 도전막으로 이루어질 수 있다. 이 경우 애노드 전극은 제2 기판(38)을 향한 형광층(40)과 흑색층(42)의 일면에 위치하며, 소정의 형상으로 패터닝되어 복수개로 형성 될 수 있다. 또한 애노드 전극으로서 전술한 투명 도전막과 금속막을 동시에 사용하는 구조도 가능하다.On the other hand, the anode electrode may be made of a transparent conductive film such as indium tin oxide (ITO) rather than a metal film. In this case, the anode electrode is positioned on one surface of the fluorescent layer 40 and the black layer 42 facing the second substrate 38, and may be formed in a plurality of patterns by patterning a predetermined shape. Moreover, the structure which uses simultaneously the above-mentioned transparent conductive film and a metal film as an anode electrode is also possible.

그리고 제1 기판(10)과 제2 기판(38) 사이에는 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고 두 기판의 간격을 일정하게 유지시키는 다수의 스페이서들(46)이 배치된다. 스페이서들(46)은 형광층(40)을 침범하지 않도록 흑색층(42)에 대응하여 위치한다.In addition, a plurality of spacers 46 are disposed between the first substrate 10 and the second substrate 38 to support the compressive force applied to the vacuum container and to keep the distance between the two substrates constant. The spacers 46 are positioned corresponding to the black layer 42 so as not to invade the fluorescent layer 40.

전술한 구성의 전자 방출 표시 디바이스는 외부로부터 캐소드 전극들(12), 게이트 전극들(16), 집속 전극(32) 및 애노드 전극(44)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다.The electron emission display device having the above-described configuration is driven by supplying a predetermined voltage to the cathode electrodes 12, the gate electrodes 16, the focusing electrode 32, and the anode electrode 44 from the outside.

일례로 캐소드 전극들(12)과 게이트 전극들(16) 중 어느 한 전극들이 주사 구동 전압을 인가받아 주사 전극들로 기능하고, 다른 한 전극들이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극들로 기능한다. 그리고 집속 전극(32)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 일례로 0V 또는 수 내지 수십 볼트의 음의 직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(44)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 일례로 수백 내지 수천 볼트의 양의 직류 전압을 인가받는다.For example, any one of the cathode electrodes 12 and the gate electrodes 16 receives a scan driving voltage to serve as scan electrodes, and the other electrodes receive a data driving voltage to serve as data electrodes. The focusing electrode 32 receives a voltage required for electron beam focusing, for example, 0V or a negative DC voltage of several to several tens of volts, and the anode electrode 44 is a voltage required for electron beam acceleration, for example, several hundreds to thousands of volts. DC voltage of is applied.

그러면 캐소드 전극(12)과 게이트 전극(16)간 전압 차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(26) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 집속 전극(32)의 개구부(201)를 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되며, 애노드 전극(44)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 화소의 형광층(40)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.Then, an electric field is formed around the electron emission part 26 in the pixels in which the voltage difference between the cathode electrode 12 and the gate electrode 16 is greater than or equal to the threshold, and electrons are emitted therefrom. The emitted electrons are focused to the center of the electron beam bundle while passing through the opening 201 of the focusing electrode 32, and are attracted by the high voltage applied to the anode electrode 44 to collide with the fluorescent layer 40 of the corresponding pixel to emit light. Let's do it.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to

이와 같이 본 발명에 따르면, 촉매 금속층 위에 탄소계 물질을 합성하여 전자 방출부를 형성할 때 부수적인 탄소 잔류물이 생성되어도 추후 금속층을 패터닝하는 과정에서 탄소 잔류물을 효과적으로 제거할 수 있다. 따라서 캐소드 전극과 게이트 전극 및 집속 전극의 내전압 특성을 우수하게 확보할 수 있으며, 한번의 금속층 패터닝 공정으로 탄소 잔류물 제거와 함께 촉매 버퍼층과 집속 전극을 동시에 형성할 수 있어 제조 공정을 단순화할 수 있다.As such, according to the present invention, even when incidental carbon residues are generated when the carbon-based material is synthesized on the catalyst metal layer to form the electron emission portion, the carbon residues can be effectively removed in the process of patterning the metal layer later. Therefore, it is possible to secure the withstand voltage characteristics of the cathode electrode, the gate electrode and the focusing electrode, and to remove the carbon residue and simultaneously form the catalyst buffer layer and the focusing electrode in one metal layer patterning process, thereby simplifying the manufacturing process. .

Claims (13)

기판과;A substrate; 상기 기판 위에 형성되는 캐소드 전극들과;Cathode electrodes formed on the substrate; 상기 캐소드 전극들 위에 적층되어 위치하는 촉매 버퍼층 및 촉매 금속층과;A catalyst buffer layer and a catalyst metal layer stacked on the cathode electrodes; 상기 촉매 금속층 위에 성장된 탄소계 물질들로 이루어진 전자 방출부들과;Electron emission portions made of carbon-based materials grown on the catalyst metal layer; 상기 캐소드 전극들과 절연을 유지하며 캐소드 전극들 상부에 위치하고, 상기 전자 방출부들을 개방시키기 위한 각자의 개구부를 가지는 게이트 전극들 및 집속 전극을 포함하며,A gate electrode and a focusing electrode, which are insulated from the cathode electrodes and positioned above the cathode electrodes, each having a respective opening for opening the electron emission parts; 상기 촉매 버퍼층과 집속 전극이 동일한 물질로 이루어지는 전자 방출 디바이스.And the catalyst buffer layer and the focusing electrode are made of the same material. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전자 방출부가 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드상 카본 및 C60으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 물질을 포함하는 전자 방출 디바이스.And the electron emission unit comprises any one material selected from the group consisting of carbon nanotubes, graphite, graphite nanofibers, diamond-like carbon, and C 60 . 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 촉매 버퍼층은 가장자리에 언더컷이 형성되어 상기 촉매 금속층보다 작 은 폭을 가지는 전자 방출 디바이스.And the catalyst buffer layer has an undercut formed at an edge thereof to have a width smaller than that of the catalyst metal layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 촉매 버퍼층과 상기 촉매 금속층이 서로 다른 에천트에 의해 식각되는 금속 물질로 이루어지는 전자 방출 디바이스.And the catalyst buffer layer and the catalyst metal layer are made of a metal material etched by different etchant. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 촉매 금속층이 철, 니켈, 코발트 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지고,The catalyst metal layer is made of any one material selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt and alloys thereof, 상기 촉매 버퍼층과 상기 집속 전극이 몰리브덴, 알루미늄, 은 및 크롬으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지는 전자 방출 디바이스.And the catalyst buffer layer and the focusing electrode are made of any one material selected from the group consisting of molybdenum, aluminum, silver and chromium. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 전자 방출 디바이스와;An electron emitting device according to any one of claims 1 to 5; 상기 기판에 대향 배치되는 타측 기판과;Another substrate disposed to face the substrate; 상기 타측 기판의 일면에 형성되는 형광층들; 및Fluorescent layers formed on one surface of the other substrate; And 상기 형광층들의 어느 일면에 형성되는 애노드 전극을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.And an anode electrode formed on one surface of the fluorescent layers. 기판 위에 캐소드 전극들과 제1 절연층과 게이트 전극들 및 제2 절연층을 순차적으로 형성하고;Forming cathode electrodes, first insulating layer, gate electrodes and second insulating layer sequentially on the substrate; 상기 제2 절연층과 게이트 전극들 및 제1 절연층에 개구부를 형성하여 상기 캐소드 전극들의 표면 일부를 노출시키고;Openings are formed in the second insulating layer, the gate electrodes and the first insulating layer to expose a portion of the surface of the cathode electrodes; 상기 기판 위에 제공된 구조물 표면 전체에 금속층을 형성하고;Forming a metal layer over the entire surface of the structure provided on the substrate; 상기 금속층 위 전자 방출부 형성 위치에 촉매 금속층들을 형성하고;Forming catalyst metal layers on the metal layer at an electron emission region; 상기 촉매 금속층들 위에 탄소계 물질을 성장시켜 전자 방출부들을 형성하고;Growing a carbon-based material on the catalyst metal layers to form electron emission portions; 상기 촉매 금속층 하부와 상기 제2 절연층 상부를 제외한 나머지 부위의 금속층을 상기 전자 방출부 형성 단계에서 금속층에 적층된 탄소 잔류물과 함께 제거하는 단계를 포함하는 전자 방출 디바이스의 제조 방법.Removing the metal layer of the portions other than the lower portion of the catalyst metal layer and the upper portion of the second insulating layer together with the carbon residue deposited on the metal layer in the electron emission forming step. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 탄소계 물질을 성장시킬 때 전기 방전법, 레이저 증착법, 플라즈마 화학기상증착법 및 열 화학기상증착법 중 어느 하나의 방법을 이용하는 전자 방출 디바이스의 제조 방법.A method of manufacturing an electron emission device using any one of an electric discharge method, a laser deposition method, a plasma chemical vapor deposition method and a thermal chemical vapor deposition method when growing the carbonaceous material. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 촉매 금속층을 형성할 때 철, 니켈, 코발트 또는 이들의 합금을 열 증착과 스퍼터링 중 어느 하나의 방법으로 형성하며,When the catalyst metal layer is formed, iron, nickel, cobalt or an alloy thereof is formed by any one of thermal vapor deposition and sputtering, 상기 촉매 금속층 위에 탄소계 물질을 성장시키기 전, 촉매 금속층 표면을 식각하여 나노미터 크기의 미세 촉매 파티클을 형성하는 전자 방출 디바이스의 제 조 방법.Prior to growing the carbon-based material on the catalyst metal layer, etching the surface of the catalyst metal layer to form nanometer-sized fine catalyst particles. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 금속층을 형성할 때 상기 촉매 금속층과 서로 다른 에천트에 의해 식각되는 금속 물질로 형성하는 전자 방출 디바이스의 제조 방법.And forming a metal material etched by an etchant different from the catalyst metal layer when forming the metal layer. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 금속층을 몰리브덴, 알루미늄, 은 및 크롬 중 어느 하나의 물질로 형성하는 전자 방출 디바이스의 제조 방법.A method of manufacturing an electron emitting device, wherein the metal layer is formed of a material of any one of molybdenum, aluminum, silver, and chromium. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 금속층의 일 부위를 제거할 때 금속층 에천트를 이용하여 습식 식각하는 전자 방출 디바이스의 제조 방법.And wet etching using a metal layer etchant when removing a portion of the metal layer. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 금속층을 과식각하여 금속층의 가장자리에 언더컷을 발생시키는 전자 방출 디바이스의 제조 방법.Overetching the metal layer to produce an undercut at the edge of the metal layer.
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