KR100493696B1 - the manufacturing method for FED by CNTs - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전계 방출 표시 소자(field emission display device)의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소 나노 튜브를 이용하여 전계 방출 표시 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a field emission display device, and more particularly, to a method for manufacturing a field emission display device using carbon nanotubes.
상기 전계 방출 표시 소자에서 에미터 팁 물질을 증착하는 과정에서 게이트 홀 부분이 닫히기 직전에 에미터 팁 증착을 끝내고 상기 원추형의 에미터 팁 끝의 뾰족하지 않고 평평한 부분에 촉매 금속을 이어서 증착시키고 상기 촉매 금속 위에 열 화학 기상 증착법 또는 플라즈마 화학 기상 증착법을 이용하여 탄소 나노 튜브를 성장 시킴으로써 재현성이 우수하면서 에미터 팁이 파괴되는 것을 방지할 수 있다.In the process of depositing the emitter tip material in the field emission display device, the emitter tip deposition is finished immediately before the gate hole portion is closed, and then a catalyst metal is deposited on the non-pointed and flat portion of the tip of the conical emitter tip. By growing the carbon nanotubes on the metal using thermal chemical vapor deposition or plasma chemical vapor deposition, it is possible to prevent the emitter tip from being destroyed while having excellent reproducibility.
Description
본 발명은 전계 방출 표시 소자(field emission display device)의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소 나노 튜브를 이용하여 전계 방출 표시 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a field emission display device, and more particularly, to a method for manufacturing a field emission display device using carbon nanotubes.
최근에는, 휴대 정보 통신 기기의 발전과 멀티미디어 사회의 분위기가 고조되어 인간과 정보매체간의 인터페이스 중요성이 크게 대두되고 있다. In recent years, the development of portable information communication devices and the atmosphere of a multimedia society have increased, and the importance of the interface between a human and an information medium has increased.
지금까지 가장 보편적으로 사용되고 있는 CRT(cathode ray tube)는 성능 그 자체로서는 매우 우수한 디스플레이로서 고광도(high brightness), 넓은 광조절 범위(high dynamic range), 완전한 칼라, 우수한 색순도, 넓은 시야각(viewing angle), 높은 해상도 등을 가지면서도 제작이 간단하다는 특징을 가진다.The most commonly used cathode ray tube (CRT) to date is a very good display by itself, with high brightness, wide dynamic range, full color, excellent color purity and wide viewing angle. It is characterized by the simplicity of manufacturing while having high resolution.
그러나, 상기 CRT의 가장 큰 단점은 스크린의 크기가 증가할수록 부피나 무게가 비선형적으로 엄청나게 증가한다는 것이다.However, the biggest disadvantage of the CRT is that as the size of the screen increases, the volume or weight increases enormously nonlinearly.
상기와 같은 취약점을 극복하고자 새로운 디스플레이 기술들이 등장해 왔으며 특히 평판 디스플레이가 정보매체의 주요 역할을 담당하게 됨으로써 현재 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma dispaly panel), ELD(electroluminescent display) 등의 다양한 평판 디스플레이가 활발히 개발되고 실용화되고 있는 상황이다.To overcome these weaknesses, new display technologies have emerged. In particular, as flat panel displays play a major role in information media, liquid crystal displays (LCDs), plasma dispaly panels (PDPs), electroluminescent displays (ELDs), etc. Flat panel displays are actively developed and put into practical use.
그러나, 상기 CRT에 비해 이들 모두 휘도, 색대비(Contrast), 색 재현성등 성능적인 면에서 떨어진다는 문제점을 가지고 있다.However, these CRTs have a problem in that they are inferior in performance such as brightness, contrast, and color reproducibility.
최초의 사용 가능한 평면 디스플레이 기술이었던 패시브 매트릭스 LCD (passive-matrix LCD: PMLCD)는 인가된 전장에 의해 방향성이 결정되는 액정 박막을 통해 편광된 빛이 통과하게 되므로 주변 광원으로부터의 방해를 피하기 위해 별도로 높은 광도의 후광을 필요로 한다. Passive-matrix LCD (PMLCD), the first available flat-panel display technology, allows polarized light to pass through a liquid crystal film whose orientation is determined by the applied electric field, so that it is separately high to avoid interference from ambient light sources. Requires a halo of luminosity.
특히, 액정물질은 반응속도가 느리다는 고유한 특성을 지니며, 시야각 및 온도, 압력의 변화에 따라 통과된 빛의 광도나 색이 민감하게 변한다는 문제점을 안고 있다.In particular, the liquid crystal material has a unique characteristic that the reaction rate is slow, and has a problem that the intensity or color of the light passing through is sensitively changed depending on the viewing angle, temperature, and pressure.
오랫동안 연구되고 있는 액티브 매트릭스 LCD(active-matrix LCD: AMLCD)인 TFT-LCD의 경우, 각 색별로 필터가 요구되고 고해상도의 디스플레이를 위해서는 너무 많은 트랜지스터가 요구된다는 점과 적어도 한개의 트랜지스터가 불량하면 디스플레이 기능을 상실하게 되고 제조 비용이 비싸며 품질 조절이 어렵고 수율이 낮다는 등의 단점이 있다.TFT-LCD, an active matrix LCD (AMLCD) that has been studied for a long time, requires a filter for each color and requires too many transistors for a high resolution display. There are disadvantages such as loss of function, high manufacturing cost, difficult quality control, and low yield.
또한, ELD의 경우는 발광 효율이 특히 청색 파장 영역에서 낮으며 광도가 낮고 동작범위가 좁으며 완전한 색을 얻기 어려울 뿐만 아니라 구동 전압을 낮추기위해 전극들을 근접시킬 경우 전극들 간의 높은 용량성 때문에 리프레쉬 레이트(refresh rate)가 낮아질 수 있다는 점 등의 문제가 있다.In addition, in the case of ELD, the luminous efficiency is particularly low in the blue wavelength region, the luminous intensity is low, the operating range is narrow, and it is difficult to obtain a perfect color, and the refresh rate is high due to the high capacitance between the electrodes when the electrodes are brought close to lower the driving voltage. (Refresh rate) can be lowered, such as the problem.
PDP의 경우는 광도를 높이기 위해서는 상당량의 가스가 필요하며 이것은 화소의 최소 크기 및 스크린의 최소 크기를 제한시키게 한다. In the case of PDPs, a significant amount of gas is required to increase the brightness, which limits the minimum size of the pixels and the minimum size of the screen.
또한, 발광이 화소로부터 3차원적으로 이루어지므로 비방향성 (omnidirectional) 출력 특성을 가져와 픽셀(pixel)사이의 크로스 토크(cross-talk)를 유발하게 될 가능성이 있으며 이를 피하기 위해서는 해상도 및 동작 범위가 크게 낮아진다는 단점이 있다.In addition, since light emission is made three-dimensionally from a pixel, it may have an omnidirectional output characteristic and cause cross talk between pixels. There is a disadvantage of being lowered.
상기와 같은 문제점과 더불어 가격과 화질면에서 여전히 CRT(Cathode Ray Tube: 음극선관)는 여전히 어떤 평판 디스플레이들과 견주어도 경쟁력이 있으며 지금까지 가장 보편적으로 사용되고 있는 것으로서 성능 그 자체로서는 매우 우수한 디스플레이 장치로 고광도(High brightness), 넓은 광조절 범위(High dynamic range), 완전한 칼라, 우수한 색순도, 넓은 시야각(viewing angle), 높은 해상도 등을 가지면서도 제작이 간단하다는 특징을 지니고 있다.In addition to the above problems, the CRT (Cathode Ray Tube) is still competitive with any flat panel display in terms of price and image quality, and is the most widely used display so far. It features high brightness, wide dynamic range, full color, excellent color purity, wide viewing angle, and high resolution, but is simple to manufacture.
상기와 같은 평판 디스플레이중에서 비교적 최근에 제안된 전계 방출 표시 소자(field emission display: FED)는 진공 내에서의 전자방출과 방출된 전자와 형광체의 충돌에 의해 발광하는 CRT와 동일한 발광기구를 가지며 형태상으로는 수 mm의 박형구조를 하고 있다. Among such flat panel displays, a relatively recent field emission display (FED) has the same light emitting mechanism as the CRT which emits light by electron emission in a vacuum and collision of emitted electrons and phosphors. It has a thin structure of several mm.
이에 따라 전계 방출 표시 소자가 미래의 디스플레이 기술로서 가지는 가장 이상적인 요인은 종래의 칼라 CRT의 장점인 고해상도, 풀칼라가 가능하면서도 부피가 작고 무게가 가볍다는 것이다. Accordingly, the most ideal factor that the field emission display device has as the display technology of the future is that the high resolution, full color, which is an advantage of the conventional color CRT, is possible while being small in size and light in weight.
또한, 전계 방출 표시 소자는 TFT LCD의 단점인 시야각, 내환경성, 수율 등의 측면에서도 우수한 특성을 가진다. In addition, the field emission display device has excellent characteristics in terms of viewing angle, environmental resistance, yield, etc., which are disadvantages of the TFT LCD.
상기와 같은 특성을 가지는 전계 방출 표시 소자는 1986년 프랑스의 LETI사에 의해 처음 소개되었는데, 이것은 강한 전기장(5kV/㎛)에 의해 금속 및 반도체 표면으로부터 진공으로 터널링되어 나온 전자들을 적(R), 청(B), 녹(G) 형광체에 충돌시킴으로써 빛을 발광하게 하는 원리를 이용한 디스플레이이다.The field emission display device having the above characteristics was first introduced by LETI, France, in 1986, which used electrons (R), which were tunneled into the vacuum from metal and semiconductor surfaces by a strong electric field (5 kV / µm). It is a display using the principle that light is emitted by colliding with blue (B) and green (G) phosphors.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 상기 전계 방출 표시 소자의 구조와 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a structure and a manufacturing method of the field emission display device will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래의 전계 방출 표시 소자의 개략적인 구조로서, 전계 방출 표시 소자의 에미터로 사용되고 있는 금속 팁(통상, 몰리브덴: Mo ) 을 이용한 스핀트 타입(spindt type)의 전계 방출 표시 소자를 나타낸 것이다.1 is a schematic structure of a conventional field emission display device, and illustrates a spindt type field emission display device using a metal tip (typically molybdenum: Mo) that is used as an emitter of the field emission display device. will be.
상기 전계 방출 표시 소자는 기본적으로 각 에미터로 전기장을 가해주는 음극 전극(cathode electode)과, 전계 방출을 제어하기 위한 게이트 전극(gate electrode)과, 형광체가 코팅된 양극 전극(anode electrode)의 3극으로 이루어진다.The field emission display device is basically a cathode electrode for applying an electric field to each emitter, a gate electrode for controlling field emission, and a cathode-coated anode electrode. Made of poles.
도 1을 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 스핀트 타입의 전계 방출 표시 소자는 하부 기판(170) 위에 형성된 캐소드 전극(160)과, 상기 캐소드 전극(160) 위에 원추 형태로 형성된 금속 에미터 팁(180)과, 상기 팁에 인접하여 캐소드 전극(160) 위에 형성된 절연막(150)과, 상기 절연막(150) 위에 형성되는 게이트 전극(140)을 구비한다.Referring to FIG. 1, the spin type field emission display device includes a cathode electrode 160 formed on the lower substrate 170, and a metal emitter tip formed in a cone shape on the cathode electrode 160. 180, an insulating film 150 formed on the cathode electrode 160 adjacent to the tip, and a gate electrode 140 formed on the insulating film 150.
상기 캐소드 전극(160)은 금속 에미터 팁(180)으로부터 방출된 전자를 상부 유리 기판(100)에 형성되어 있는 애노드인 ITO 투명 전극(110) 쪽으로 가속시키게 된다.The cathode electrode 160 accelerates electrons emitted from the metal emitter tip 180 toward the ITO transparent electrode 110, which is an anode formed on the upper glass substrate 100.
상기 ITO 투명 전극(110)에는 적, 청, 녹의 형광체(120)가 프린팅 되어 있다.Red, blue, and green phosphors 120 are printed on the ITO transparent electrode 110.
상기 에미터 팁(180)은 캐소드 전극(160)에 의해 자신에게 고전계가 인가되면 전자를 방출하게 된다.The emitter tip 180 emits electrons when a high field is applied to itself by the cathode electrode 160.
상기 게이트 전극(140)은 에미터에서 전자를 방출시키기 위한 인출 전극으로 사용된다.The gate electrode 140 is used as an extraction electrode for emitting electrons from the emitter.
상기 상부 유리 기판(100)과 하부 기판(170)은 스페이서(130)에 의해 일정 간격으로 유지된다.The upper glass substrate 100 and the lower substrate 170 are maintained at regular intervals by the spacer 130.
상기 전계 방출 표시 소자의 내부 진공속의 고체(금속 혹은 도체) 표면상에 약 5 ×107 V/cm 이상의 전계가 인가될 때 전자들이 고체로부터 진공 밖으로 양자역학적 터널링(tunneling)에 의해 나오게 된다.When an electric field of about 5 x 10 7 V / cm or more is applied on the solid (metal or conductor) surface of the internal vacuum in the field emission display device, electrons are released from the solid by quantum mechanical tunneling out of the vacuum.
이 때, 발생되는 전류-전압 특성은 I = a×V2×exp(-b/V)로 표현되는 F-N 법칙(fowler-Nordheim theory)에 의해 결정된다.At this time, the generated current-voltage characteristic is determined by the FN law (fowler-Nordheim theory) expressed by I = a x V 2 x exp (-b / V).
상기에서 V는 인가 전압, I는 방출 전류이며 a 및 b는 도체의 일함수(work function), 방출 면적 및 에미터(emitter)의 기하학적 구조에 의해 결정되는 상수들이다.Where V is the applied voltage, I is the emission current and a and b are constants determined by the geometry of the work function, emission area and emitter of the conductor.
상기 식을 통해 볼 때, 가능한 낮은 전압에서 높은 전류를 얻기 위해서는 일함수 값이 낮아야 하며, 에미터 팁 끝부분의 반경이 가능한 작아야 함을 알 수 있게 된다. From the above equation, in order to obtain a high current at the lowest possible voltage, the work function should be low and the radius of the tip of the emitter tip should be as small as possible.
따라서, 전자를 방출하는 소자는 매우 가는 끝을 가지는 구조를 갖게끔 제작되어 졌으며, 통상 원추형 팁을 이용하여 전계 방출 표시 소자의 판넬을 만드는 기술이 가장 보편적으로 적용되고 있다.Therefore, a device for emitting electrons has been manufactured to have a structure having a very thin tip, and a technique of making a panel of a field emission display device using a conical tip is generally applied.
상기 원추형 팁을 제조하는 기술로 가장 대표적인것이 스핀트(spindt)형태의 에미터이다.The most typical technique for manufacturing the conical tip is a spindt type emitter.
상기 스핀트 형태의 에미터는 미국 SRI(Stanford Research Institute)의 C.A.Spindt 연구진에 의해 최초로 제안되었으며 종래의 전계 방출 표시 소자에서는 주로 몰리브덴(Mo)등의 금속이나 실리콘(silicon)등의 반도체 물질로 만들어진 스핀트형 전계 방출 어레이를 이용하며, 이는 일정한 간격으로 배열된 금속 팁에 게이트 전극을 이용하여 전기장을 가함으로써 전자를 방출시키는 것이다.The spin-type emitter was first proposed by a CASpindt team at the Stanford Research Institute (SRI) in the United States, and is a spin made of a metal such as molybdenum (Mo) or a semiconductor material such as silicon in a conventional field emission display device. A tapped field emission array is used, which emits electrons by applying an electric field using gate electrodes to metal tips arranged at regular intervals.
도 2는 종래 전계 방출 표시 소자의 에미터로 사용되고 있는 금속 팁( metal tip : 통상 몰리브덴 사용)을 이용한 스핀트 타입의 전계 방출 소자를 제조하는 공정을 나타낸 것이다.FIG. 2 illustrates a process for manufacturing a spin type field emission device using a metal tip (usually using molybdenum), which is used as an emitter of a conventional field emission display device.
먼저, 공정 (A)는 대면적화가 용이한 유리 기판(230) 위에 캐소드 전극용 금속막(270)을 형성하고 금속 에미터 팁(260)과 게이트 전극 금속막(210) 간의 절연을 위한 절연막 물질층으로 실리콘등을 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition : CVD)등으로 형성한 후, 게이트 전극용 금속막(210)을 순차적으로 증착한다.First, the process (A) forms an insulating metal film 270 for the cathode electrode on the glass substrate 230 that is easy to large area, and the insulating material for insulating between the metal emitter tip 260 and the gate electrode metal film 210. After the silicon and the like are formed by chemical vapor deposition (CVD) or the like as a layer, the gate electrode metal film 210 is sequentially deposited.
상기 게이트 전극용 금속막(210) 위에 포토 레지스트막을 코팅시킨 후 사진 현상하여 포토 레지스터 패턴 (PR pattern)을 형성하고 상기 포토 레지스터 패턴을 이용하여 식각 처리함으로써 상기 캐소드 전극 금속막(270)을 노출하는 상기 포토 레지스터 패턴과 동일한 패턴을 가지는 게이트 홀(200)을 형성하는 패터닝 작업을 거친다.After the photoresist film is coated on the gate electrode metal film 210, a photodevelopment pattern is formed to form a photoresist pattern (PR pattern), and the cathode electrode metal film 270 is exposed by etching using the photoresist pattern. The patterning operation is performed to form the gate hole 200 having the same pattern as the photoresist pattern.
다음으로 공정 (B)는 상기 공정 (A)를 거친 후에 희생층(240)을 증착(evaporant)하는 과정이다.Next, step (B) is a step of evaporating the sacrificial layer 240 after the step (A).
이 때, 절연막(220)의 측면에 코팅이 일어나는 것을 방지하고 아울러 게이트 홀(200)의 모양을 조절할 수 있도록 증착이 일어나는 동안 일정한 입사각(예컨데, 도시된 바와 같이 게이트 전극용 금속막(210)으로부터 30°의 각도)을 갖도록 기판을 기울인 뒤 회전시킨다.At this time, the coating layer is prevented from being formed on the side surface of the insulating layer 220 and a constant angle of incidence (for example, from the metal film 210 for the gate electrode 210 as shown) during the deposition is performed to control the shape of the gate hole 200. The substrate is tilted and rotated to have an angle of 30 °).
상기 과정이 끝난 후, 공정 (C)는 팁 물질로 사용될 몰리브덴(250)을 기판에 대해 수직 방향으로 회전 증착(evaporant)시킨다.After the process is completed, process (C) evaporates molybdenum 250 to be used as the tip material in a direction perpendicular to the substrate.
상기 증착 과정 중에 상기 몰리브덴(250)이 증착하면서 캐소드 전극 금속막(270) 위에도 몰리브덴(250)이 증착되며 이 증착 과정이 진행됨에 따라 희생층(240) 위의 몰리브덴 층의 홀 직경이 감소하여 게이트 홀(200)의 내부로부터 원추 형태의 금속 에미터 팁(260)이 캐소드 전극 금속막(270) 위에 형성되며 이는 홀이 막힐 때까지 계속 자라게 된다.During the deposition process, the molybdenum 250 is deposited on the cathode electrode metal layer 270 while the molybdenum 250 is deposited, and as the deposition process proceeds, the hole diameter of the molybdenum layer on the sacrificial layer 240 decreases to form a gate. Conical metal emitter tips 260 are formed over the cathode electrode metal film 270 from the inside of the holes 200 and continue to grow until the holes are blocked.
최종 공정 (D)는 희생층(240)을 제거하는 공정인데, 상기 희생층(240)을 전기 화학적인 습식 식각 방법에 의해 제거하면 위에 덮인 몰리브덴 층이 함께 분리되어 제거되므로 이로써 전계 방출 소자가 완성된다. The final step (D) is a step of removing the sacrificial layer 240. When the sacrificial layer 240 is removed by an electrochemical wet etching method, the molybdenum layer covered thereon is separated and removed, thereby completing the field emission device. do.
상기 금속 에미터 팁이 팁 물질의 재료로서 갖추어야 할 요건은 먼저 순수한 물질을 얻기가 용이하고 진공 증착 공정에 적합하여야 함은 물론 사용될 기판과의 점착성도 우수하여야 한다. The requirement that the metal emitter tip be equipped as a material of the tip material must first be easy to obtain a pure material and suitable for the vacuum deposition process, as well as excellent adhesion to the substrate to be used.
이러한 금속 에미터 팁(260)의 재료로는 현재까지 몰리브덴이 주로 채택되고 있지만, 최근에 이르러 텅스텐이나 크롬 등에 관한 연구 결과들도 발표되고 있다. Molybdenum is mainly adopted as a material of the metal emitter tip 260, but recently, research results on tungsten, chromium, and the like have been published.
또한, 습식 식각에 의해 희생 층(240)을 제거하는 과정에서 팁이 손상을 입지 않아야 하며, 융점이 높아야 하고, 진공 패키징을 할 때의 온도 (약 400 ℃ 정도)에서 영향을 받지 않을 정도의 진공압이 요구된다. In addition, the tip should not be damaged during the removal of the sacrificial layer 240 by wet etching, the melting point should be high, and the vacuum will not be affected by the temperature (about 400 ° C.) when vacuum packaging. Pneumatic is required.
아울러, 끝이 뾰족하게 될 수 있는 가공성을 지녀야 하고, 일 함수의 값이 가능한 낮아야 함은 물론이다. In addition, it should have a machinability that can be sharpened, and the value of the work function should be as low as possible.
그러나, 종래의 전계 방출 표시 소자의 금속 에미터 팁으로 이용되는 금속 또는 반도체 물질은 비교적 큰 일함수 때문에 게이트 전극에 인가되는 전압이 높아야 한다.However, the metal or semiconductor material used as the metal emitter tip of the conventional field emission display device has a high voltage applied to the gate electrode because of the relatively large work function.
또한, 진공에서의 잔류 가스 입자들이 전자들과 충돌하여 이온화되고 상기 가스 이온들이 금속 팁과 충돌하여 손상을 입히게 되므로 금속 에미터 팁이 파괴되기도 한다.In addition, the metal emitter tip is destroyed because residual gas particles in the vacuum collide with electrons and become ionized and the gas ions collide with the metal tip to damage it.
또한, 전자에 의해 충돌된 형광체 입자가 떨어져 나와 금속 에미터 팁을 오염시키게 되므로 전계 방출 표시소자의 성능과 수명을 저하시키는 문제점이 발생하기도 한다.In addition, since the phosphor particles collided by the electrons fall off to contaminate the metal emitter tip, a problem may occur that degrades the performance and lifespan of the field emission display device.
이에 따라, 전자 방출 전계가 낮고 화학적 안정성이 우수한 탄소 나노 튜브가 기존의 금속이나 반도체 물질의 대신한 차세대 전자 방출 재료로 각광을 받고 있다.Accordingly, carbon nanotubes having a low electron emission electric field and excellent chemical stability are spotlighted as next generation electron emission materials instead of existing metals or semiconductor materials.
상기 탄소 나노 튜브(CNT: carbon nano tube)는 1991년 새로운 물질을 연구하던 일본 전기 회사(NEC) 부설 연구소의 이이지마(Iijima)박사가 전기 방전법을 사용하여 흑연 음극상에 형성시킨 탄소 덩어리를 TEM으로 분석하는 과정에서 최초 발견한 것으로, 그 특성은 우선 형태상으로 매우 큰 종횡비(aspect ratio:~1000)를 갖고 있고, 튜브의 직경과 구조에 따라 도체 또는 반도체의 특성을 보이며, 도체의 탄소 나노 튜브의 경우 매우 우수한 전기 전도도를 갖는다고 보고되었고, 또한 매우 강한 기계적 강도, 테라 단위의 영률(Young's modulus), 우수한 열전도도 등의 특성을 가지고 있다.The carbon nanotube (CNT) is a mass of carbon formed on a graphite cathode by Dr. Iijima of a research institute affiliated with a Japanese electric company (NEC), which was studying new materials in 1991. First discovered in the analysis by TEM, its characteristics are very large in aspect ratio (~ 1000) in shape, showing the characteristics of conductors or semiconductors depending on the diameter and structure of the tube, Nanotubes have been reported to have very good electrical conductivity, and also have very strong mechanical strength, Young's modulus in tera, and excellent thermal conductivity.
상기와 같은 탄소 나노 튜브의 특성은 FED의 에미터로서의 특성에 매우 적합한 것으로, 따라서 탄소 나노 튜브를 에미터로 이용하고자 하는 많은 연구가 이루어져 왔으며, 탄소 나노 튜브를 에미터로 사용하였을 때 저전압에서도 쉽게 전자가 방출된다는 보고가 많이 이루어졌다.The characteristics of the carbon nanotubes as described above are very suitable for the characteristics of the emitter of the FED, and thus, many studies have been made to use the carbon nanotubes as emitters. There have been many reports of electron emission.
상기 탄소 나노 튜브를 에미터로 이용하고기 위해 탄소 나노 튜브를 금속 페이스트(paste)와 결합하여 이를 스크린 프린팅 방법으로 기판에 도포시킨 후 이용하고자 하는 연구가 이루어졌다.In order to use the carbon nanotubes as an emitter, a research has been made to combine the carbon nanotubes with a metal paste and apply them to a substrate by a screen printing method.
도 3은 종래 탄소 나노 튜브를 이용한 FED 제조 방법의 일 실시예로, 스크린 프린팅 방법(screen printing method)을 이용하여 탄소 나노 튜브 에미터를 제작하는 방법에 대한 것이다.3 is a view illustrating a method of manufacturing a carbon nanotube emitter using a screen printing method as an embodiment of a conventional FED manufacturing method using carbon nanotubes.
즉, 대량 생산으로 싸게 제작된 탄소 나노 튜브를 정제하여 이를 금속 페이스트와 혼합한 후, 스크린 프린팅 하는 방법이다.In other words, it is a method of purifying carbon nanotubes produced cheaply by mass production, mixing them with a metal paste, and then screen printing.
탄소 나노 튜브는 전기 방전법이나 레이저 증착법에 의해 합성한 후, 세정 용액에 넣어 초음파 세척기로 흔들어 정제시킨다.The carbon nanotubes are synthesized by an electric discharge method or a laser deposition method, and then put into a cleaning solution and shaken and purified by an ultrasonic cleaner.
그리고, 상기 정제된 탄소 나노 튜브를 금속의 페이스트에 골고루 섞이게 혼합한다.(A)The purified carbon nanotubes are mixed to be evenly mixed with the metal paste.
상기 탄소 나노 튜브와 금속의 페이스트를 혼합한 후, 유리 기판위에 증착된 캐소드 전극 물질층 위에 스크린 프린팅한다.(B)After the carbon nanotube and the metal paste are mixed, screen printing is performed on the cathode electrode material layer deposited on the glass substrate.
이 때, (C)는 탄소 나노 튜브와 금속의 페이스트를 혼합하여 스크린 프린팅 한 에미터의 단면도를 고배율 확대한 SEM 사진을 보여준다.At this time, (C) shows a SEM image showing a high magnification of the cross-sectional view of the emitter screen-printed by mixing a carbon nanotube and a metal paste.
상기와 같이 탄소 나노 튜브와 금속 페이스트를 혼합하여 스크린 프린팅 하는 방법은 제작 공정상에 가격이 비싼 반도체 공정이 들어가지 않기 때문에, 매우 싼 가격으로 전계 방출 소자를 제조할 수 있다는 장점이 있지만 페이스트로 쓰이는 물질이 진공속에 놓이게 되면, 불순물의 가스를 많이 내보내는 아웃 개싱(outgasing)매우 심하여, 매우 높은 고 진공을 요구하는 전계 방출 표시 소자의 경우 그 수명이 짧아지는 단점이 있다.As described above, the method of screen printing by mixing carbon nanotubes and metal pastes has an advantage that a field emission device can be manufactured at a very low price because an expensive semiconductor process is not included in the manufacturing process, but it is used as a paste. When the material is placed in a vacuum, the outgasing that emits a lot of impurities gas is very severe, and the lifespan of the field emission display device requiring a very high high vacuum is shortened.
또한, 게이트 전극 없이 스크린 프린팅 방법으로 패터닝하여 2극으로 제조함으로써 공정 과정을 단순화하여 제조 단가를 높일 수 있었으나, 높은 전압이 요구되는등의 문제점이 있다.In addition, by fabricating a two-pole patterned by a screen printing method without a gate electrode, the manufacturing process can be simplified to increase the manufacturing cost, but there is a problem that a high voltage is required.
따라서, 상기 게이트 전극을 포함하여 3극으로 설계하는 방법이 바람직하나 이 또한 설계가 어렵다는 단점이 있다.Therefore, a method of designing a three-pole including the gate electrode is preferable, but this also has a disadvantage in that design is difficult.
상술한 대로 종래의 전계 방출 표시 소자의 에미터 팁으로 스핀트 형태의 원추형 금속 팁을 이용할 경우에 재현성이 매우 우수한 기술이나 비교적 큰 일함수 때문에 게이트 전극에 인가되는 전압이 높아야 한다.As described above, when the spin-shaped conical metal tip is used as the emitter tip of the conventional field emission display device, the voltage applied to the gate electrode needs to be high due to a technology having excellent reproducibility or a relatively large work function.
또한, 전계 방출 표시 소자 내부의 진공에서의 잔류 가스 입자들이 전자들과 충돌하여 이온화되고 상기 잔류 가스 이온들이 금속 팁과 충돌하여 손상을 입히게 되므로 금속 팁이 파괴되기도 한다.In addition, the metal tip may be destroyed because residual gas particles in the vacuum inside the field emission display device collide with the electrons and become ionized, and the residual gas ions collide with the metal tip to cause damage.
또한, 전자에 의해 충돌된 형광체 입자가 떨어져 나와 금속 팁을 오염시키게 되므로 전계 방출 표시소자의 성능과 수명을 저하시키기도 한다.In addition, since the phosphor particles collided by the electrons fall off to contaminate the metal tip, the performance and lifespan of the field emission display device may be degraded.
또한, 금속 팁 끝이 매우 뾰족해야 전자가 잘 방출되는데, 사용중에 끝이 무뎌져서 에미터로의 역할을 하지 못하는 경우가 발생하여 제품 수명이 저하되는 문제점이 발생한다.In addition, when the tip of the metal tip is very sharp, the electrons are well emitted, the end of the use of the tip becomes dull and does not act as an emitter occurs a problem that the product life is reduced.
상기와 같이 대량 생산으로 싸게 제작된 탄소 나노 튜브를 정제하여 이를 금속 페이스트와 혼합한 후, 스크린 프린팅 하는 방법은 제작 공정상에 가격이 비싼 반도체 공정이 들어가지 않기 때문에, 매우 싼 가격으로 전계 방출 소자를 제조할 수 있지만 페이스트로 쓰이는 물질이 진공속에 놓이게 되면 불순물의 가스를 많이 내보내는 아웃 개싱(outgasing) 매우 심하여, 매우 높은 고 진공을 요구하는 전계 방출 표시 소자의 경우 그 수명이 짧아지는 문제점이 있다.As described above, the method of purifying carbon nanotubes manufactured at low cost by mass production, mixing them with metal paste, and screen printing method do not include an expensive semiconductor process in the manufacturing process, so the field emission device is very cheap. However, when a material used as a paste is placed in a vacuum, outgasing that emits a lot of gas of impurities is very severe, and the lifespan of a field emission display device requiring a very high vacuum is shortened.
또한, 3극 구조로 설계 제작하는 데 많은 어려움이 있어 고 효율의 에미터 팁을 제작하기가 어려우므로 실용화에 문제점이 있다.In addition, there are many difficulties in designing and manufacturing a three-pole structure, making it difficult to manufacture a high efficiency emitter tip, which causes problems in practical use.
본 발명은 전계 방출 표시 소자에 있어서 스핀트 형태의 원추형 에미터 팁 위에 탄소 나노 튜브를 성장시키는 기술에 관한 것으로, 에미터 팁 물질을 증착하는 과정에서 게이트 홀 부분이 닫히기 직전에 에미터 팁 증착을 끝내고 상기 원추형의 에미터 팁 끝의 뾰족하지 않고 평평한 부분에 촉매 금속을 이어서 증착시키고 상기 촉매 금속 위에 열 화학 기상 증착법 또는 플라즈마 화학 기상 증착법을 이용하여 탄소 나노 튜브를 성장 시킴으로써 재현성이 우수하면서 에미터 팁이 파괴되는 것을 방지하는 전계 방출 표시 소자에서 탄소 나노 튜브를 이용한 에미터를 제공하는데 그 목적이 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for growing carbon nanotubes on a spine-shaped conical emitter tip in a field emission display device, wherein the emitter tip deposition is performed immediately before the gate hole portion is closed in the process of depositing the emitter tip material. Finally, the catalyst metal is deposited on the non-pointed and flat portion of the tip of the conical emitter tip and the carbon nanotubes are grown on the catalyst metal using thermal chemical vapor deposition or plasma chemical vapor deposition to provide excellent reproducibility and emitter tip. It is an object of the present invention to provide an emitter using carbon nanotubes in a field emission display device which prevents this from being destroyed.
본 발명은 탄소 나노 튜브를 이용한 전계 방출 표시 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 하부 기판 상에 캐소드 전극용 도전막, 절연막, 게이트 전극용 도전막을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 게이트 전극용 도전막 상에 포토 레지스트막을 형성하고 패터닝한 후 상기 게이트 전극용 도전막과 절연막을 식각하여 상기 캐소드 전극용 도전막을 노출하는 복수개의 미세한 게이트 홀을 형성하는 단계; 상기 포토 레지스트막을 제거하고 상기 게이트 전극용 도전막 위에 게이트 전극을 보호하고 게이트 홀의 모양을 조절할 수 있도록 상기 게이트 홀 주변에서 소정의 각도를 가지는 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층 상에 팁 물질을 수직 방향으로 증착함으로써 상기 게이트 홀 내부의 캐소드 전극용 도전막 상에 팁 물질을 원추형으로 형성하고 상기 원추형의 팁 물질 위에 촉매 금속을 증착시키는 단계; 상기 희생층을 제거하고 상기 촉매 금속 상에 탄소 나노 튜브를 수직 방향으로 성장시키는 단계; 상기 게이트 전극용 도전막 상에 스페이서를 설치하고 상기 스페이서 상에 투명 전극 및 형광체가 부착된 상부 기판을 부착시키는 단계;를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for manufacturing a field emission display device using carbon nanotubes, the method comprising: sequentially forming a cathode electrode conductive film, an insulating film, and a gate electrode conductive film on a lower substrate; Forming and patterning a photoresist film on the gate electrode conductive film and etching the gate electrode conductive film and the insulating film to form a plurality of fine gate holes exposing the cathode electrode conductive film; Forming a sacrificial layer having a predetermined angle around the gate hole to remove the photoresist layer, protect the gate electrode, and adjust a shape of the gate hole on the conductive film for the gate electrode; Depositing a tip material in the vertical direction on the sacrificial layer in a conical shape on the conductive film for the cathode electrode inside the gate hole and depositing a catalytic metal on the tip material of the conical shape; Removing the sacrificial layer and growing carbon nanotubes in a vertical direction on the catalyst metal; And installing a spacer on the conductive film for the gate electrode and attaching an upper substrate on which the transparent electrode and the phosphor are attached to the spacer.
상기 희생층을 소정의 각도를 가지도록 형성하는 단계에서 기판을 일정한 입사각으로 기울인 뒤 회전하여 상기 희생층을 증착시키는 것을 특징으로 한다.In the step of forming the sacrificial layer to have a predetermined angle, the substrate is inclined at a predetermined incident angle and rotated to deposit the sacrificial layer.
상기 촉매 금속은 니켈 또는 코발트 또는 철 또는 그 합금을 사용하는 것을 특징으로 한다.The catalytic metal is characterized by using nickel or cobalt or iron or alloys thereof.
상기 원추형 팁 물질은 그 형상이 상부의 끝이 평평한 것을 특징으로 한다.The conical tip material is characterized in that its shape is flat at its top end.
상기 팁 물질을 원추형으로 증착하는 단계에서 형성되는 촉매 금속의 면적과 탄소 나노 튜브의 개수가 비례하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the area of the catalytic metal formed in the step of depositing the tip material in a conical shape and the number of carbon nanotubes proportional.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서 탄소 나노 튜브를 이용한 전계 방출 표시 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.4 is a view for explaining a method of manufacturing a field emission display device using carbon nanotubes as an embodiment of the present invention.
더 상세하게는, 전계 방출 표시 소자에서 스핀트 형태의 원추형의 에미터 팁 위에 탄소 나노 튜브를 성장 시키는 방법을 설명하기 위한 것이다.More specifically, the present invention describes a method of growing carbon nanotubes on spine-shaped conical emitter tips in a field emission display device.
공정 (A)는 대면적화가 용이한 유리 기판(330)위에 캐소드 전극용 금속막(320)을 형성하고 에미터 팁과 게이트 전극용 금속막(300)간의 절연을 위한 절연막(310)으로 실리콘등을 화학 기상 증착법등으로 형성한 후, 게이트 전극용 금속막(300)을 순차적으로 증착한다.Step (A) forms a cathode electrode metal film 320 on the glass substrate 330 which is easy to make a large area, and uses silicon as an insulating film 310 for insulation between the emitter tip and the gate electrode metal film 300. After forming by chemical vapor deposition, etc., the gate electrode metal film 300 is sequentially deposited.
공정 (B)는 상기 게이트 전극용 금속막(300) 위에 포토 레지스트막을 코팅시킨 후 사진 현상하여 포토 레지스터 패턴(340)을 형성한다.In step (B), the photoresist film is coated on the gate electrode metal film 300 and then photodeveloped to form a photoresist pattern 340.
공정 (C)는 상기 포토 레지스터 패턴(340)를 이용하여 게이트 전극 금속막(300) 및 절연막(310)를 식각함으로써 캐소드 전극 물질층을 노출하는 상기 포토 레지스터 패턴과 동일한 패턴을 가지는 게이트 홀을 형성하는 패터닝 작업을 거친다.Step (C) forms a gate hole having the same pattern as the photoresist pattern exposing the cathode electrode material layer by etching the gate electrode metal film 300 and the insulating film 310 using the photoresist pattern 340. Patterning is done.
다음으로 공정 (D)는 상기 공정에서 포토 레지스터 패턴(340)을 제거한 후 희생층(350)을 증착(evaporant)하는 과정을 거치는데 절연막(310)의 측면에 코팅이 일어나는 것을 방지하고 아울러 게이트 홀의 모양을 조절할 수 있도록 증착이 일어나는 동안 일정한 입사각(도시된 바와 같이 게이트 전극용 금속막으로부터 30°의 각도)을 갖도록 기판을 기울인 뒤 회전시킨다.Next, in step (D), the photoresist pattern 340 is removed in the process, and the sacrificial layer 350 is evaporated, thereby preventing the coating from occurring on the side surface of the insulating layer 310. The substrate is tilted and rotated to have a constant angle of incidence (an angle of 30 ° from the metal film for gate electrodes, as shown) during deposition to control the shape.
상기 과정이 끝난 후, 공정 (E)는 팁 물질로 사용될 에미터 팁 금속 물질층(360)인 몰리브덴을 기판에 대해 수직 방향으로 회전 증착(evaporant)시키며, 이러한 증착 과정 중에 상기 몰리브덴이 증착하면서 캐소드 전극용 금속막(320) 위에도 몰리브덴이 증착된다.After the process is finished, process (E) evaporates molybdenum, a layer of emitter tip metal material 360 to be used as the tip material, in a direction perpendicular to the substrate, during which the molybdenum deposits the cathode Molybdenum is also deposited on the electrode metal film 320.
상기 증착 과정이 진행됨에 따라 희생층(350) 위의 몰리브덴 층의 홀 직경이 감소하여 게이트 홀의 내부로부터 에미터 팁(380)이 캐소드 전극용 금속막(320) 위에 형성되도록 하고 패터닝된 게이트 홀 부분이 닫히기 바로 직전에 에미터 팁(380) 증착을 끝내고, 니켈 또는 코발트 또는 철 등의 촉매 금속(370, 390)을 증착시킨다.As the deposition process proceeds, the hole diameter of the molybdenum layer on the sacrificial layer 350 is decreased, so that the emitter tip 380 is formed on the metal layer 320 for the cathode electrode from the inside of the gate hole and patterned. Immediately before this close, the emitter tip 380 finishes deposition and deposits catalytic metals 370 and 390, such as nickel or cobalt or iron.
이 때, 완전히 뾰족한 팁을 가지도록 증착할 수도 있으며, 어느정도 평평한 면을 갖도록 증착할 수도 있다.At this time, it may be deposited to have a completely pointed tip, it may be deposited to have a somewhat flat surface.
이렇게 되면 에미터 팁 끝만이 촉매 금속(390)으로 이루어진 원추형 팁이 형성된다.This results in a conical tip consisting of catalytic metal 390 only at the emitter tip end.
공정 (F)는 희생층(350) 제거하는 공정으로 상기 희생층(350) 상에 증착되어 있는 에미터 팁 금속 물질층(360)과 촉매 금속 물질층(370)도 함께 분리되어 제거된다. Process (F) is a process of removing the sacrificial layer 350 and the emitter tip metal material layer 360 and the catalyst metal material layer 370 deposited on the sacrificial layer 350 are also separated and removed together.
최종적으로, 공정 (G)는 상기 촉매 금속 물질층(370) 위에 탄소 나노 튜브(399)를 성장시키는 공정인데, 화학 기상 증착법(Thermal CVD, PECVD등)을 이용하여 500℃의 성장 온도에서 탄소가 포함된 가스( 탄화 수소 가스 또는 일산화 탄소 가스)를 고온 또는 플라즈마 내에 흘려주어 탄소 나노 튜브(399)를 성장시킨다.Finally, the process (G) is a process of growing the carbon nanotubes 399 on the catalytic metal material layer 370, the carbon is grown at a growth temperature of 500 ℃ using chemical vapor deposition (Thermal CVD, PECVD, etc.) The gas (hydrocarbon gas or carbon monoxide gas) included in the high temperature or plasma is flowed to grow the carbon nanotubes 399.
한편, 상기 공정 과정으로 생성되는 탄소 나노 튜브(399)의 수는 증착된 촉매 금속(390)의 면적에 따라 비례하여 증가할 것이다. Meanwhile, the number of carbon nanotubes 399 generated by the process will increase in proportion to the area of the deposited catalyst metal 390.
상기 탄소 나노 튜브(399)는 촉매 금속(390)이 있는 부분에서만 성장하므로, 상기 촉매 금속이 있는 부분의 면적을 조절함으로써 팁 끝에 성장하는 탄소 나노 튜브(399)의 수를 어느 정도 조절이 가능하다.Since the carbon nanotubes 399 grow only in the portion having the catalytic metal 390, the number of carbon nanotubes 399 growing at the tip end can be controlled to some extent by adjusting the area of the portion having the catalytic metal 390 therein. .
상기 공정 (E`)에서 팁 물질로 사용될 몰리브덴을 기판에 대해 수직 방향으로 회전 증착시키며, 이러한 증착 과정 중에 상기 몰리브덴이 증착하면서 캐소드 전극 금속막(320) 위에도 몰리브덴이 증착되며 이 증착 과정이 진행됨에 따라 희생층 위의 몰리브덴 층의 홀 직경이 감소하기 시작한다.In the process (E`), molybdenum to be used as the tip material is rotated in the vertical direction with respect to the substrate. During the deposition process, the molybdenum is deposited on the cathode electrode metal film 320 while the molybdenum is deposited. As a result, the hole diameter of the molybdenum layer on the sacrificial layer begins to decrease.
이 때, 좀 더 많은 수의 탄소 나노 튜브(399)를 성장시키고자 할 경우에는 홀 직경을 적절한 크기가 될 때까지만 몰리브덴을 증착하여 에미터 팁 증착을 끝내고, 니켈 또는 코발트 또는 철 등의 촉매 금속(390)을 평평한 면을 가지는 금속 팁 (380)위에 증착시킨다.At this time, in order to grow a larger number of carbon nanotubes 399, molybdenum is deposited until the hole diameter is appropriately sized to finish the emitter tip deposition, and a catalyst metal such as nickel or cobalt or iron is finished. 390 is deposited over a metal tip 380 having a flat surface.
다음으로, 공정 (F`)는 희생층(350) 제거하는 공정으로 상기 희생층(350)에 증착되어 있는 에미터 팁 금속 물질층(360)과 촉매 금속 물질층(370)도 함께 분리되어 제거된다.Next, the process (F ′) is a process of removing the sacrificial layer 350, and the emitter tip metal material layer 360 and the catalyst metal material layer 370 deposited on the sacrificial layer 350 are also separated and removed. do.
최종적으로 공정 (G`)는 상기 촉매 금속 물질층(370) 위에 탄소 나노 튜브(399)를 화학 기상 증착법을 이용하여 500℃의 성장 온도에서 탄소가 포함된 가스( 탄화 수소 가스 또는 일산화 탄소 가스)를 고온 또는 플라즈마 내에 흘려주어 탄소 나노 튜브(399)를 성장시킨다.Finally, the process (G ′) is a carbon-containing gas (hydrocarbon gas or carbon monoxide gas) at a growth temperature of 500 ° C. on the catalytic metal material layer 370 using a chemical vapor deposition method. Is flowed in a high temperature or plasma to grow the carbon nanotubes 399.
도 5는 본 발명에 따른 탄소 나노 튜브를 이용한 전계 방출 표시 소자의 개략적인 단면도이다.5 is a schematic cross-sectional view of a field emission display device using carbon nanotubes according to the present invention.
상기 제조 공정이 끝나면 하부 기판(470) 위의 게이트 전극용 금속막(440)위에 스페이서(430)를 설치하고 투명 전극(410) 및 형광체(420)가 부착된 상부 기판(400)을 뒤집어서 상기 스페이서(430) 위에 올려 놓은 다음 진공으로 밀봉시켜 실장시킴으로써 전계 방출 표시 소자를 완성한다.After the manufacturing process is completed, the spacer 430 is installed on the gate electrode metal film 440 on the lower substrate 470, and the upper substrate 400 to which the transparent electrode 410 and the phosphor 420 are attached is turned upside down. The field emission display device is completed by mounting on 430, sealing and mounting in vacuum.
상기와 같이 완성된 전계 방출 표시 소자는 캐소드 전극(460)과 애노드 전극용 투명 전극(410) 사이에 전계가 인가되어 상기 금속 팁(480) 위에 증착시킨 촉매 금속(490)위에서 수직 방향으로 성장한 탄소 나노 튜브(499)에서 전자가 방출되고, 상기 방출된 전자(electron)가 형광체(420)에 충돌함으로써 적, 청, 녹의 광이 방출된다.The completed field emission display device includes carbon grown in a vertical direction on the catalytic metal 490 deposited on the metal tip 480 by applying an electric field between the cathode electrode 460 and the transparent electrode 410 for the anode electrode. Electrons are emitted from the nanotubes 499, and the emitted electrons collide with the phosphor 420 to emit red, blue, and green light.
이 때, 게이트 전극용 금속막(440)과 캐소드 전극(460)은 절연막(450)에 의해 절연된다.At this time, the gate electrode metal film 440 and the cathode electrode 460 are insulated by the insulating film 450.
결과적으로, 본 발명의 전계 방출 표시 소자는 전극이 3개인 3극 전계 방출 표시 소자이다.As a result, the field emission display device of the present invention is a three-pole field emission display device having three electrodes.
본 발명의 전계 방출 표시 소자의 제조 방법에 의하면, 에미터 팁 역할을 하는 탄소 나노 튜브를 미세한 구멍내의 에미터 팁 위의 촉매 금속막 위에서만 수직 방향으로 선택적 성장을 시키고 탄소 나노 튜브의 직경이 매우 작기 때문에 전계 집적도가 높아서 작인 인가 전압으로도 높은 전류를 방출할 수 있게 된다.According to the manufacturing method of the field emission display device of the present invention, the carbon nanotubes serving as the emitter tips are selectively grown in the vertical direction only on the catalytic metal film on the emitter tips in the fine holes, and the diameter of the carbon nanotubes is very large. Because of their small size, their high field integration allows them to emit high currents even at small applied voltages.
본 발명은 상기 예시한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있다. The present invention is not limited to the above-exemplified embodiments, and may be modified in various other forms.
본 발명은 전계 방출 표시 소자의 에미터 팁으로 스핀트 형태의 원추형 금속 팁 위에 탄소 나노 튜브를 성장시켜서 에미터로 이용함으로써 재현성이 우수하고 사용중에 에미터 팁의 끝이 무뎌져서 에미터로서의 역할을 하지 못하는 것을 방지하여 제품의 품질과 수명이 길어지는 효과가 있다.The present invention provides excellent reproducibility by growing carbon nanotubes on a spin-shaped conical metal tip as an emitter tip of a field emission display device and using it as an emitter. This prevents the product from failing and has a long effect on product quality and lifespan.
또한, 탄소 나노 튜브를 이용하여 에미터 팁을 형성할 때, 게이트 홀 직경을 조절하여 니켈 또는 코발트 또는 철 등의 촉매금속을 평평한 면을 가지는 금속 팁 위에 증착시켜 에미터 팁 역할을 하는 탄소 나노 튜브를 좁은 촉매 금속 위에서 수직 방향으로 선택적 성장을 시킴으로써 전계 집적도가 높아서 작은 인가 전압으로도 높은 전류를 방출할 수 있어 에너지를 절약하는 효과가 있다. In addition, when the emitter tip is formed using the carbon nanotube, the gate hole diameter is adjusted to deposit a catalyst metal such as nickel, cobalt, or iron on the metal tip having a flat surface, thereby serving as an emitter tip. By selectively growing in a vertical direction on a narrow catalyst metal, the field density is high, and high current can be emitted even at a small applied voltage, thereby saving energy.
도 1은 종래의 전계 방출 표시 소자의 개략적인 구조를 보여주는 부분 단면도.1 is a partial cross-sectional view showing a schematic structure of a conventional field emission display device.
도 2는 종래의 전계 방출 표시 소자의 에미터로 사용되고 있는 금속 팁을 이용한 스핀트 타입의 전계 방출 소자를 제조하는 공정을 나타내고 있는 부분 단면도들.2 is a partial cross-sectional view showing a process of manufacturing a spin type field emission device using a metal tip used as an emitter of a conventional field emission display device.
도 3은 종래의 탄소 나노 튜브를 이용한 전계 방출 표시 소자의 제조 방법의 일 실시예로, 스크린 프린팅 방법을 이용하여 탄소 나노 튜브 에미터를 제작하는 방법을 나타내는 단면도들.3 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a carbon nanotube emitter using a screen printing method as an embodiment of a method of manufacturing a field emission display device using a conventional carbon nanotube.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서 탄소 나노 튜브를 이용한 전계 방출 표시 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들.4 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a field emission display device using carbon nanotubes as an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 탄소 나노 튜브를 이용한 전계 방출 표시 소자의 개략적인 단면도.5 is a schematic cross-sectional view of a field emission display device using carbon nanotubes according to the present invention;
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 상부 기판 110 : 투명 전극100: upper substrate 110: transparent electrode
120 : 형광체 130 : 스페이서120: phosphor 130: spacer
140 : 게이트 전극 150 : 절연막140 gate electrode 150 insulating film
160 : 캐소드 전극 170 : 하부 기판160: cathode electrode 170: lower substrate
180 : 에미터 240 : 희생층180: emitter 240: sacrificial layer
250 : 팁 물질 490 : 촉매 금속250: tip material 490: catalytic metal
500 : 탄소 나노 튜브500: Carbon Nanotubes
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