KR100700527B1

KR100700527B1 - Carbon nanotube field emission device and manufacturing method thereof

Info

Publication number: KR100700527B1
Application number: KR1020050083869A
Authority: KR
Inventors: 전기성
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2007-03-28
Also published as: KR20070029006A

Abstract

본 발명은 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 종래 배면 노광을 이용하여 홀 내부에 탄소 나노튜브 에미터를 형성하는 노멀 게이트 구조의 3전극 전계방출소자 제조시 캐소드와 게이트 전극을 이격시키는 절연층으로 유전층을 사용하는 경우 배면 노광을 위해 적용되는 UV 차폐막과 상기 유전층이 유전층 소성시 반응하여 부산물 혹은 산화물을 발생시키므로 홀 형성을 위한 식각 공정을 방해하여 형성되는 홀의 품질을 낮추며 이로인해 발광 효율과 균일성이 저해되는 문제점이 있으며, 유전층과 상부 게이트 전극층의 접합성이 낮아 좋지 않은 계면 효과가 발생할 수 있는 문제점이 있었다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 UV 차폐막과 유전층 사이에 절연층으로 동작하며 상기 두 층 사이의 반응을 방지하기 위한 제 1산화막과, 상기 유전층과 게이트 전극 사이의 접합성을 높이기 위한 제 2산화막을 더 형성하도록 함으로써, 두껍게 형성되어야 하는 유전층을 인쇄법과 같은 간단한 공정으로 실시하고, 그로 인해 발생 되는 상기 유전층과 인접층들간의 문제점을 비교적 간단한 산화막 형성을 통해 해결할 수 있어 고품질 전계방출 홀을 형성할 수 있고, 그로인해 발광 효율 및 균일성을 개선할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a carbon nanotube field emission device and a method of manufacturing the same, and to a cathode and a gate electrode when manufacturing a three-electrode field emission device having a normal gate structure that forms a carbon nanotube emitter in a hole using a conventional back exposure method. When the dielectric layer is used as the insulating layer spaced apart, the UV shielding film applied for the back exposure and the dielectric layer react with each other during the firing of the dielectric layer to generate byproducts or oxides, thereby lowering the quality of the holes formed by interrupting the etching process for forming the holes There is a problem that the luminous efficiency and uniformity is inhibited, and there is a problem that a poor interface effect may occur due to low bonding between the dielectric layer and the upper gate electrode layer. In order to solve the above problems, the present invention operates as an insulating layer between the UV shielding film and the dielectric layer, and includes a first oxide film for preventing a reaction between the two layers, and a second film for enhancing the bonding between the dielectric layer and the gate electrode. By further forming the oxide film, the dielectric layer to be formed thicker can be formed by a simple process such as printing, and the problems between the dielectric layer and the adjacent layers can be solved through the formation of a relatively simple oxide film to form a high quality field emission hole. This has the effect of improving the luminous efficiency and uniformity.

Description

탄소 나노튜브 전계방출소자 및 그 제조 방법{CARBON NANOTUBE FIELD EMISSION DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Carbon nanotube field emission device and its manufacturing method {CARBON NANOTUBE FIELD EMISSION DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 종래 탄소 나노튜브 에미터를 배면 노광 방식으로 형성한 노멀구조 3전극 전계방출소자의 단면도.1 is a cross-sectional view of a normal structure three-electrode field emission device in which a conventional carbon nanotube emitter is formed by a back exposure method.

도 2는 본 발명 일 실시예의 전계 방출소자 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view of the field emission device of one embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명 일 실시예의 제조 과정을 보인 수순 단면도.Figure 3a to 3e is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an embodiment of the present invention.

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

10: 투명기판 20: 투명 캐소드 전극10: transparent substrate 20: transparent cathode electrode

30: UV 차폐층 40: 제 1산화막30: UV shielding layer 40: first oxide film

50: 절연층 60: 제 2산화막50: insulating layer 60: second oxide film

70: 게이트 전극 80: 탄소 나노튜브70: gate electrode 80: carbon nanotube

본 발명은 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 배면 노광 방식으로 탄소 나노튜브 에미터를 홀 내부에 형성하는 노멀(normal) 구조 3전극 전계방출소자에서 UV차폐층과 절연층 간 반응에 의한 부산물 생성을 방지하 고 절연층과 게이트 메탈층의 접착성을 높여 계면효과를 줄이도록 산화층을 더 적용한 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon nanotube field emission device and a method of fabricating the same, and between a UV shielding layer and an insulating layer in a normal structure three-electrode field emission device that forms a carbon nanotube emitter inside a hole by a back exposure method. The present invention relates to a carbon nanotube field emission device and a method of manufacturing the same, in which an oxide layer is further applied to prevent the formation of by-products by the reaction and increase the adhesion between the insulating layer and the gate metal layer to reduce the interfacial effect.

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

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

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

최근 들어 탄소 나노튜브가 비교적 낮은 진공도에서 전자방출특성이 우수한 이유로 인해 이를 이용한 전계방출소자의 중요성이 인식되고 있다. 탄소 나노튜브는 하나의 탄소원자가 3개의 다른 탄소와 결합되어 형성된 육각형 벌집 무늬의 구조가 둥굴게 말려 튜브 형태로 된 것으로서, 튜브의 직경이 수 내지 수백 나노미터 정도로 극히 작으며, 단일벽(single wall) 구조나 다중벽(multi-wall)구조 등으로 성장한다. 상기 단일벽 구조는 높은 종횡비를 가지므로 전자 방출 특성이 우수하나 열적으로 취약하여 수명이 짧으며, 다중벽 구조인 경우 그와 반대로 수명이 길지만 전자 방출 특성은 취약하다.Recently, the importance of the field emission device using the carbon nanotubes due to the excellent electron emission characteristics at a relatively low vacuum degree has been recognized. Carbon nanotubes are hexagonal honeycomb structures formed by combining one carbon atom with three other carbons in a shape of a tube. The carbon nanotubes are extremely small, ranging from several to several hundred nanometers in diameter, and have a single wall. ) It grows into a structure or a multi-wall structure. Since the single-walled structure has a high aspect ratio, it has excellent electron emission characteristics but is thermally vulnerable, and thus has a short lifespan.

이와 같은 탄소 나노튜브는 감긴 형태 및 직경에 따라 금속과 같은 전기적 도체가 되기도 하며, 전기가 잘 통하지 않는 반도체의 성질을 갖기도 하며, 속이 비어 있고 길이가 길기 때문에 기계적, 전기적, 화학적 특성이 우수하여 전계방출소자의 에미터 소재로 사용되고 있다. 즉, 탄소 나노튜브는 작은 직경(약, 1.0∼ 수십[nm])을 갖기 때문에 종래의 마이크로팁형(spindt형) 전계방출 팁에 비해 전계강화효과(field enhancement factor)가 상당히 우수하여 전자방출이 낮은 임계 전계(turn-on field, 약 1∼5[V/㎛])에서 이루어질 수 있게 되므로, 전력손실 및 생산단가를 줄일 수 있게 된다.Such carbon nanotubes may become electrical conductors such as metals, depending on the shape and diameter of the wound, and may have properties of a poorly conducting semiconductor, and because of their hollow and long lengths, they have excellent mechanical, electrical, and chemical properties. It is used as emitter material of emitting element. That is, since carbon nanotubes have a small diameter (about 1.0 to several tens of nanometers), the field enhancement factor is considerably superior to that of the conventional microtip (spindt) field emission tip, resulting in low electron emission. Since it can be made in a turn-on field (about 1 to 5 [V / μm]), power loss and production cost can be reduced.

이러한 탄소 나노튜브는 캐소드 전극 상에 페이스트 상태로 스크린 프린팅되어 형성되거나 화학 기상 증착으로 성장시키는 방법으로 형성될 수 있는데, 이 중에서 직접 성장시키는 방법은 구동 전압이 낮아 효율은 높지만 높이를 균일하게 제어하여 대형 패널에 적용하기 어렵다. 따라서, 대형 패널에 적용하기 쉽고 공정이 간단한 페이스트 상태의 탄소 나노튜브를 적용하는 방법이 많이 사용되고 있다. Such carbon nanotubes may be formed by screen printing in the form of a paste on the cathode electrode or grown by chemical vapor deposition. Among them, the direct growing method has a low driving voltage and high efficiency but uniformly controls height. Difficult to apply to large panels Therefore, a method of applying carbon nanotubes in a paste state that is easy to apply to a large panel and has a simple process is widely used.

종래 전계방출소자의 구조 중에서 페이스트 상태의 탄소 나노튜브를 적용하는 대표적인 구조로 다양한 평면형 구조들이 제안되었는데, 간단히 언더게이트 구조, 코플래너 구조, 카운터 전극 코플래너 구조등이 대표적이다. 이들은 각각 홀 형성 공정이 필요없는 간단한 공정을 통해 용이하게 대면적 전계방출소자 패널을 구현할 수 있다는 장점을 가지고 있으나, 높은 애노드 고전계에 의한 오발광이 발생하기 쉽고 전자빔의 집속 특성이 좋지 않다는 이유로 캐소드 전극이 홀의 하부에 위치하고 게이트 전극이 홀의 상부에 위치하며, 탄소 나노튜브는 홀 내부의 캐소드 전극 상에 배치되는 노멀(normal)게이트 3전극 구조가 다시 연구되고 있다. 이러한 노멀 게이트 구조에서, 높은 애노드 고전계의 영향을 방지하고 전자빔의 방출 특성을 높이기 위해서는 홀의 형태가 좁고 깊어야 하므로 탄소 나노튜브를 해당 홀 내부에 정확히 형성하기 어렵기 때문에 상기 탄소 나노튜브 페이스트를 감광성을 가지도록 형성한 후 후면에서 노광하는 것으로 원하는 탄소 나노튜브 에미터를 홀 내부에 형성할 수 있도록 하는 후면 노광 방식이 제안되었다.Among the structure of the conventional field emission device, various planar structures have been proposed as representative structures for applying carbon nanotubes in a paste state, such as an undergate structure, a coplanar structure, a counter electrode coplanar structure, and the like. Each of them has the advantage of easily realizing a large area field emitting device panel through a simple process that does not require a hole forming process.However, cathodes are prone to false emission due to a high anode high field and because the focusing characteristics of the electron beam are not good. The normal gate three-electrode structure in which the electrode is located at the bottom of the hole and the gate electrode is located at the top of the hole, and the carbon nanotubes are disposed on the cathode electrode inside the hole is being studied again. In such a normal gate structure, the carbon nanotube paste is photosensitive because it is difficult to form carbon nanotubes precisely in the hole because the shape of the hole must be narrow and deep in order to prevent the influence of the high anode high field and improve the emission characteristics of the electron beam. The backside exposure method has been proposed to form the desired carbon nanotube emitter inside the hole by forming it so as to expose it from the backside.

도 1은 종래 후면 노광 방식으로 형성된 노멀 게이트 3전극 전계방출소자의 하판 단면도를 보인 것이다. 1 is a cross-sectional view of a lower plate of a normal gate three-electrode field emission device formed by a conventional backside exposure method.

상기 도시된 구조는 투명한 유리 기판(1)과, 그 상부에 형성된 투명한 캐소드 전극(2), 그 상부에 형성되면서 배면 노광시 필요한 부분에만 광이 투과하도록 하며 저항층의 역할도 하는 UV 차폐막(3), 그리고, 홀을 형성하면서 형성되는 절연층(4) 및 게이트 전극(5), 그리고 상기 홀 내부의 투명한 캐소드 전극(2) 상에 형성되는 탄소 나노튜브 에미터(6)로 이루어진다. The structure shown is a transparent glass substrate (1), a transparent cathode electrode (2) formed on the upper portion, the UV shielding film (3) formed on the upper portion to transmit light only necessary for back exposure and also serves as a resistance layer (3). And the carbon nanotube emitter 6 formed on the insulating layer 4 and the gate electrode 5 formed while forming the hole, and the transparent cathode electrode 2 inside the hole.

상기 구조를 형성하는 방법은, 우선 유리기판(1) 상에 투명한 캐소드 전극(2)으로 ITO 전극을 형성한 후 적절히 전극 구조에 맞추어 패터닝하고, 그 상부에 불투명한 비정질 실리콘으로 UV 차폐막(3)을 형성한다. 그리고, 그 상부에 인쇄 방법으로 절연층(4)을 높이 형성하고 그 상부에 게이트 전극(5)을 형성한 후, 상기 게이트 전극(5)과 절연층(4)을 식각하여 홀을 형성하고, UV 차폐막(3)을 식각하여 에미터가 형성될 위치를 정한다. 이후, 감광성 탄소 나노튜브 페이스트를 상기 홀에 도포한 후 배면 노광하여 노광된 부분의 탄소 나노튜브 페이스트만 잔류시켜 탄소 나노튜브 에미터(6)를 형성함으로써 하판 구조를 완성한다. 상기 감광성 탄소 나노튜브 페이스트는 감광성 비이클과 탄소계 전자방출물질의 혼합체로 점성을 가진 상태로 사용되며, 주로 자외선(UV) 조사를 받은 부분이 남게 되는 네가티브형이 사용된다.In the method of forming the structure, first, the ITO electrode is formed of the transparent cathode electrode 2 on the glass substrate 1, and then patterned according to the electrode structure as appropriate, and the UV shielding film 3 is made of amorphous silicon opaque thereon. To form. Then, the insulating layer 4 is formed high on the upper portion by the printing method, and the gate electrode 5 is formed on the upper portion, and the gate electrode 5 and the insulating layer 4 are etched to form holes. The UV shield 3 is etched to determine where the emitter will be formed. Subsequently, the photosensitive carbon nanotube paste is applied to the hole, and the bottom side is exposed to form only the carbon nanotube paste of the exposed portion to form the carbon nanotube emitter 6, thereby completing the lower plate structure. The photosensitive carbon nanotube paste is used in a viscous state as a mixture of the photosensitive vehicle and the carbon-based electron-emitting material, and a negative type mainly in which a portion subjected to ultraviolet (UV) irradiation remains.

상기 제조 방법을 보면, UV 차폐막(3)으로 사용되는 비정질 실리콘층 상에 인쇄법으로 유전체를 높게 형성함으로써 절연층(4)을 형성하게 되는데, 그 높이와 형성되는 홀의 크기에 따라 구동 전압과 빔 집속도가 결정된다. 또한, 상기 홀의 높이가 높고 폭이 좁을수록 애노드 고전계에 의한 영향이 줄어들고 셀의 크기도 줄 어들게 된다. 따라서, 상기 절연층(4)은 비교적 두껍게 형성되어야 하는데, 이를 유전체의 인쇄법이 아닌 산화막 증착법을 통해 형성하고자 한다면 공정을 여러번 반복해야만 원하는 두께를 얻을 수 있게 된다. 또한, 유전체를 높이 형성하는 공정은 여러 종류의 디스플레이 소자(예를 들어 PDP 등)에서 현재 사용되고 있는 것이므로 공정 장비나 조건등이 이미 확립되어 있어 실제 적용이 용이하며, 복수의 디스플레이를 생산하는 업체의 경우 하나의 장비를 공용으로 사용할 수 있는 장점도 있다. In the manufacturing method, the insulating layer 4 is formed by forming a dielectric on the amorphous silicon layer used as the UV shielding film 3 by a printing method, and the driving voltage and the beam depending on the height and the size of the hole to be formed. The collecting speed is determined. In addition, the higher the height and the narrower the hole, the smaller the effect of the anode high field and the smaller the cell size. Therefore, the insulating layer 4 should be formed relatively thick, and if it is to be formed through an oxide film deposition method rather than a dielectric printing method, the desired thickness may be obtained by repeating the process several times. In addition, since the process of forming a dielectric high is currently used in various types of display elements (for example, PDPs), process equipment and conditions have already been established, so it is easy to apply practically. There is also the advantage of using a single device in common.

그러나, 이렇게 유전체로 이루어진 절연층(4)을 UV 차폐막(3) 상부에 직접 형성하게 되면 유전층 소성시 상기 UV 차폐막(3)과 유전층 사이에서 반응과 산화가 발생하게 된다. 이는 홀 형성을 위한 식각 공정시 식각을 방해하는 잔류물이 되어 홀의 품질을 낮추고 그로 인해 발광 효율과 밝기 균일도가 저하되는 원인이 된다. 또한, 상기 유전층과 그 상부의 게이트 전극(5) 사이의 좋지 않은 계면 효과가 나타나고 접착성이 낮아지게 된다.However, if the insulating layer 4 made of a dielectric material is directly formed on the UV shielding film 3, reaction and oxidation occur between the UV shielding film 3 and the dielectric layer during firing of the dielectric layer. This becomes a residue that interferes with the etching during the etching process to form the hole to lower the quality of the hole, thereby causing a decrease in luminous efficiency and brightness uniformity. In addition, a poor interface effect between the dielectric layer and the gate electrode 5 thereon appears and the adhesion becomes low.

상기한 바와 같이 종래 배면 노광을 이용하여 홀 내부에 탄소 나노튜브 에미터를 형성하는 노멀 게이트 구조의 3전극 전계방출소자 제조시 캐소드와 게이트 전극을 이격시키는 절연층으로 유전층을 사용하는 경우 배면 노광을 위해 적용되는 UV 차폐막과 상기 유전층이 유전층 소성시 반응하여 부산물 혹은 산화물을 발생시키므로 홀 형성을 위한 식각 공정을 방해하여 형성되는 홀의 품질을 낮추며 이로인해 발광 효율과 균일성이 저해되는 문제점이 있으며, 유전층과 상부 게이트 전극층 의 접합성이 낮아 좋지 않은 계면 효과가 발생할 수 있는 문제점이 있었다.As described above, when fabricating a three-electrode field emission device having a normal gate structure that forms a carbon nanotube emitter in a hole using a conventional back exposure, a back exposure is used when a dielectric layer is used as an insulating layer that separates the cathode and the gate electrode. For this reason, the UV shielding film and the dielectric layer react to generate by-products or oxides during the firing of the dielectric layer, thereby lowering the quality of the hole formed by interrupting the etching process for forming the hole, thereby impairing luminous efficiency and uniformity. There is a problem that the poor interface effect can occur due to the low adhesion of the upper gate electrode layer.

상기한 바와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, UV 차폐막과 유전층 사이에 절연층으로 동작하며 상기 두 층 사이의 반응을 방지하기 위한 제 1산화막과, 상기 유전층과 게이트 전극 사이의 접합성을 높이기 위한 제 2산화막을 더 형성하도록 함으로써, 다용도로 사용할 수 있는 유전층 인쇄수단에 의해 용이하게 유전층을 높게 형성하고, 그로 인한 문제점은 산화막을 추가하는 것으로 해결하도록 한 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention for solving the conventional problems as described above, the first oxide film for preventing the reaction between the two layers and acts as an insulating layer between the UV shielding film and the dielectric layer, and the bonding between the dielectric layer and the gate electrode By further forming a second oxide film for increasing, the dielectric layer is easily formed by the dielectric layer printing means which can be used for various purposes, and the problem thereof is solved by adding an oxide film. The purpose is to provide a method.

상기한 바와같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 투명 캐소드 전극이 형성된 투명 기판과; 상기 투명 캐소드 전극 상부에 형성되어 상기 캐소드 전극의 일부를 노출시켜 배면 노광 영역을 정의하는 UV 차폐막과; 상기 UV 차폐막 상부에 차례로 형성되는 제 1산화막, 유전체, 제 2산화막으로 이루어진 절연층과; 상기 절연층 상부에 형성되는 게이트 전극과; 상기 UV 차폐막이 배면 노광 영역으로 정의한 부분의 캐소드 전극이 노출되도록 상기 게이트 전극 및 절연층에 형성된 홀과; 상기 홀 내부의 캐소드 전극 상에 형성된 탄소 나노튜브 에미터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a transparent substrate comprising a transparent cathode electrode; A UV shielding film formed on the transparent cathode electrode and exposing a portion of the cathode electrode to define a back exposure area; An insulating layer comprising a first oxide film, a dielectric material, and a second oxide film sequentially formed on the UV shielding film; A gate electrode formed on the insulating layer; Holes formed in the gate electrode and the insulating layer to expose the cathode electrode of the portion of the UV shielding film defined as the back exposure region; It characterized in that it comprises a carbon nanotube emitter formed on the cathode electrode inside the hole.

상기 제 1산화막 및 제 2산화막의 두께는 1㎛이하이며, 유전체를 포함한 전체 절연층의 두께는 10~25㎛인 것을 특징으로 한다.The thickness of the first oxide film and the second oxide film is 1㎛ or less, the thickness of the entire insulating layer including the dielectric is characterized in that 10 ~ 25㎛.

또한, 본 발명은 투명 기판에 투명 전극으로 캐소드 전극을 형성한 후 그 상 부에 UV 차폐막을 형성하는 단계와; 상기 UV 차폐막 상부에 제 1산화막을 형성하고, 그 상부에 유전체를 인쇄법으로 형성한 후 그 상부에 제 2산화막을 형성하는 단계와; 상기 제 2산화막 상부에 게이트 금속 전극을 형성한 후 전계 방출 영역의 게이트 금속 전극, 제 2산화막, 유전체, 제 1산화막 및 UV 차폐막을 차례로 식각하여 홀을 형성하는 단계와; 상기 형성된 홀에 감광성 탄소 나노튜브 페이스트를 도포한 후 배면 노광하여 탄소 나노튜브 에미터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention comprises the steps of forming a cathode electrode as a transparent electrode on a transparent substrate and a UV shielding film thereon; Forming a first oxide film on the UV shielding film, forming a dielectric on the UV shielding film, and then forming a second oxide film on the UV shielding film; Forming a hole by sequentially forming a gate metal electrode on the second oxide layer, and then sequentially etching a gate metal electrode, a second oxide layer, a dielectric, a first oxide layer, and a UV shielding layer in a field emission region; And applying a photosensitive carbon nanotube paste to the formed hole, and then back exposing to form a carbon nanotube emitter.

상기 제 1산화막 및 제 2산화막은 SiO₂를 증착하여 형성하는 것을 특징으로 한다.The first oxide film and the second oxide film are formed by depositing SiO ₂ .

상기한 바와같은 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면들을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Embodiments of the present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명 일 실시예의 구조를 보인 단면도로서, 도시한 바와 같이 절연층으로 제 1산화막(40), 유전층(50), 제 2산화막(60)을 이용한다. 2 is a cross-sectional view showing a structure of an embodiment of the present invention, and as shown in FIG. 1, a first oxide film 40, a dielectric layer 50, and a second oxide film 60 are used.

상기 구조를 보면, 배면 노광 기법을 사용하기 위하여 투명한 유리질 기판(10)과, 그 상부에 형성된 투명 캐소드 전극(20)과, 그 상부에 형성된 UV 차폐막(30)과, 그 상부에 형성되어 상기 UV 차폐막(30)과 후속층 간의 반응을 방지하는 제 1산화막(40)과, 그 상부에 용이한 공정으로 범용적인 장비를 통해 용이하게 형성되는 두꺼운 유전층(50)과, 상기 유전층(50) 상부에 형성되어 후속하는 금속층과의 접합성을 높이는 제 2산화막(60)과, 그 상부에 형성되는 게이트 전극(70)의 적 층 구조를 가진다. 그리고, 상기 UV 차폐막(30) 상부에 형성된 모든 막의 일정 영역을 식각하는 것으로 형성된 홀이 전계 방출 영역을 정의하면서 배치되어 있고, 해당 홀에 의해 노출된 투명 캐소드 전극(20) 상에 배면 노광 기법에 의해 정밀하게 형성된 탄소 나노튜브 에미터(80)가 위치한다.In view of the above structure, the transparent glass substrate 10, the transparent cathode electrode 20 formed thereon, the UV shielding film 30 formed thereon, and the UV light formed thereon for use of the back exposure technique A first oxide film 40 which prevents a reaction between the shielding film 30 and a subsequent layer, a thick dielectric layer 50 which is easily formed on the top of the dielectric layer 50, and is easily formed through general-purpose equipment. And a second oxide film 60 formed thereon to enhance bonding with subsequent metal layers, and a lamination structure of the gate electrode 70 formed thereon. In addition, holes formed by etching a predetermined area of all the films formed on the UV shielding film 30 are disposed while defining a field emission area, and are subjected to a back exposure technique on the transparent cathode electrode 20 exposed by the hole. Positioned precisely is a carbon nanotube emitter 80.

상기 구조에서, 제 1산화막(40)과 제 2산화막(60)의 두께는 1㎛이하면 충분하며, 0.1㎛ 정도면 원하는 차단 성능 및 접합 성능을 기대할 수 있다. 상기 유전층(50)과 제 1산화막(40) 및 제 2산화막(60)을 모두 합친 절연층의 두께는 10~25㎛ 정도면 적당하다.In the above structure, the thickness of the first oxide film 40 and the second oxide film 60 may be 1 µm or less, and about 0.1 µm may provide a desired blocking performance and bonding performance. The thickness of the insulating layer in which the dielectric layer 50, the first oxide film 40, and the second oxide film 60 are combined is appropriately about 10 to 25 μm.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 두꺼운 절연층을 형성하기 위해 공정이 용이하고, 다른 디스플레이 소자를 제조하는 경우에도 공용으로 사용 가능한 장비를 이용할 수 있는 유전체 인쇄 방식을 통해 절연층을 형성하면서도, 상기 유전체가 비정질 실리콘으로 이루어지는 UV 차폐막(30)과 소성시 반응하여 부산물을 발생시키는 것과, 상기 유전층(50)과 금속막 사이의 낮은 접착성에 의해 좋지 않은 계면 효과가 발생하는 것을 방지하는 것이다. 특히 상기 부산물은 앞서 설명한 것처럼 홀 형성을 위한 식각을 방해하기 때문에, 형성되는 홀의 품질 및 균일성을 낮추게 되며, 그로인해 전계 방출 효율 및 소자별 발광 균일성을 악화시키게 된다.The problem to be solved in the present invention is easy to process to form a thick insulating layer, even when manufacturing other display devices, while forming the insulating layer through a dielectric printing method that can use the equipment that can be used in common, the dielectric It is to prevent by-products from reacting upon firing with the UV shielding film 30 made of amorphous silicon to generate a by-product, and to prevent an adverse interface effect from occurring due to the low adhesion between the dielectric layer 50 and the metal film. In particular, the by-products interfere with the etching for hole formation as described above, thereby lowering the quality and uniformity of the formed holes, thereby deteriorating the field emission efficiency and the device-specific light emission uniformity.

즉, 본원 발명의 특징은 상기 인쇄법으로 형성되는 유전층(50)과 UV 차폐막(30) 사이에 제 1산화막(40)을 보호막으로써 증착하도록 하는 것이 첫번째이며, 상기 유전층(50)과 금속막 사이의 낮은 접착성에 기인하는 계면 효과를 방지하기 위해 상기 유전층(50)과 상부 게이트 전극층(70) 사이에 제 2산화막(60)을 접착층으 로 증착하도록 하는 것이 두번째이다.That is, the first feature of the present invention is to deposit the first oxide film 40 as a protective film between the dielectric layer 50 and the UV shielding film 30 formed by the printing method, and between the dielectric layer 50 and the metal film. In order to prevent the interfacial effect due to the low adhesion of the film, the second oxide film 60 is deposited as an adhesive layer between the dielectric layer 50 and the upper gate electrode layer 70.

상기 본원 발명의 특징을 도 3a 내지 도 3e에 도시되는 수순 단면도들을 참조하여 조금 더 상세히 설명하도록 한다. The features of the present invention will be described in more detail with reference to the procedure cross-sectional views shown in FIGS. 3A-3E.

먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이 투명한 유리질 기판(10) 상부에 ITO와 같은 투명한 전극층을 형성한 후 패터닝하여 투명 캐소드 전극(20)을 형성하고, 그 상부에 배면 노광을 통해 탄소 나노튜브를 잔류시킬 영역을 정의하면서 저항층으로도 동작하는 UV 차폐막(30)을 비정질 실리콘을 이용하여 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, a transparent electrode layer, such as ITO, is formed on the transparent glassy substrate 10 and then patterned to form a transparent cathode electrode 20, and carbon nanotubes remain on the upper surface through back exposure. A UV shielding film 30, which also acts as a resistive layer while defining a region to be formed, is formed using amorphous silicon.

그리고, 도 3b에 도시한 바와 같이 상기 형성된 UV 차폐막(30) 상부에 약 0.1㎛ 두께로 SiO₂와 같은 산화막을 증착하여 상기 비정질 실리콘으로 이루어진 UV 차폐막(30)을 불필요한 반응 및 산화로부터 보호하는 제 1산화막(40)을 스퍼터링 등의 방식으로 증착한다. 그리고 그 상부에 유전체 분말을 스크린 인쇄법등으로 높은 두께(10~25㎛)로 인쇄하여 약 580℃ 정도로 소성하는 것으로 유전층(50)을 형성한 후 그 상부에 접착력을 높이기 위한 제 2산화막(60)을 약 0.1㎛ 두께로 증착한다. 그리고, 그 상부에 Al, Cr, Au 등의 금속막을 0.1~1㎛ 두께로 형성한 후 패터닝하여 게이트 전극(70)을 형성한다.3B, an oxide film such as SiO ₂ is deposited to a thickness of about 0.1 μm on the formed UV shielding film 30 to protect the UV shielding film 30 made of amorphous silicon from unnecessary reaction and oxidation. The oxide film 40 is deposited by sputtering or the like. The second oxide film 60 is formed on the upper portion of the dielectric powder 50 by printing the dielectric powder at a high thickness (10 to 25 μm) by screen printing or the like and firing it at about 580 ° C. to increase the adhesive force thereon. Is deposited to a thickness of about 0.1 μm. A metal film such as Al, Cr, Au, or the like is formed on the upper portion to have a thickness of 0.1 to 1 μm, and then patterned to form the gate electrode 70.

그리고, 도 3c에 도시한 바와 같이 전계방출부가 형성될 영역의 게이트 전극(70), 제 2산화막(60), 유전층(50), 제 1산화막(40)을 식각하여 홀을 형성하고, 상기 UV 차단막(30)을 식각하여 홀 영역 중 투명 캐소드 전극(20)을 노출시킨다. 상기 형성되는 홀의 깊이(게이트 전극과 캐소드 전극 간의 거리)에 따라 구동 전압과 빔 퍼짐이 결정되므로 상기 절연층 부분의 두께는 설계 중 결정되어야 한다.As illustrated in FIG. 3C, holes are formed by etching the gate electrode 70, the second oxide layer 60, the dielectric layer 50, and the first oxide layer 40 in the region where the field emission region is to be formed. The blocking layer 30 is etched to expose the transparent cathode electrode 20 in the hole region. Since the driving voltage and the beam spread are determined according to the depth of the formed hole (distance between the gate electrode and the cathode electrode), the thickness of the insulating layer portion should be determined during the design.

그리고, 도 3d에 도시한 바와 같이 감광성 탄소 나노튜브 페이스트(80)를 상기 홀 영역에 도포한 후 투명한 기판(10)과 투명한 캐소드 전극(20)을 통해 자외선을 조사하여 감광성 탄소 나노튜브 페이스트(80)를 노광하는데, 노광되는 영역은 UV 차단막(30)의 패턴에 따라 결정된다.3D, the photosensitive carbon nanotube paste 80 is applied to the hole region, and then irradiated with ultraviolet rays through the transparent substrate 10 and the transparent cathode electrode 20 to expose the photosensitive carbon nanotube paste 80. ) Is exposed, and the area to be exposed is determined according to the pattern of the UV blocking film 30.

그리고, 도 3e에 도시한 바와 같이 감광되지 않은 탄소 나노튜브 페이스트(80)를 제거하면 노광된 영역에만 탄소 나노튜브 페이스트(80)가 잔류하여 에미터로 사용된다.As shown in FIG. 3E, when the unsensitized carbon nanotube paste 80 is removed, the carbon nanotube paste 80 remains only in the exposed region and is used as an emitter.

전술한 바와 같이 UV 차단막(30)이 필수적인 배면 노광 방식의 노멀 게이트 구조와 장비의 공유 및 공정의 편의를 위한 유전물질 절연층을 함께 적용할 경우 발생되는 부산물 생성의 문제점 및 금속 전극과 유전물질 절연층 사이의 접착성 문제를 비교적 간단한 공정을 통해 용이하게 해결할 수 있으므로, 이를 통해 높은 품질의 홀을 형성할 수 있고, 그로 인해 발광 효율 및 균일성을 개선할 수 있게 된다.As described above, a problem of generation of by-products and insulation of the metal electrode and dielectric material generated when the normal gate structure of the back exposure method and the dielectric material insulating layer for the convenience of sharing and the process of the equipment are applied together as described above. Since the adhesion problem between the layers can be easily solved through a relatively simple process, it is possible to form high quality holes, thereby improving the luminous efficiency and uniformity.

상기한 바와 같은 본 발명 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 그 제조 방법은 UV 차폐막과 유전층 사이에 절연층으로 동작하며 상기 두 층 사이의 반응을 방지하기 위한 제 1산화막과, 상기 유전층과 게이트 전극 사이의 접합성을 높이기 위한 제 2산화막을 더 형성하도록 함으로써, 두껍게 형성되어야 하는 유전층을 인쇄법과 같은 간단한 공정으로 실시하고, 그로 인해 발생 되는 상기 유전층과 인접층들간의 문제점을 비교적 간단한 산화막 형성을 통해 해결할 수 있어 고품질 전계방출 홀을 형성할 수 있고, 그로인해 발광 효율 및 균일성을 개선할 수 있는 효과가 있다.The carbon nanotube field emission device of the present invention as described above, and a method of manufacturing the same, act as an insulating layer between the UV shielding film and the dielectric layer, and prevent the reaction between the two layers, and between the dielectric layer and the gate electrode. By further forming a second oxide film for improving the bonding property, the dielectric layer to be formed thicker is carried out by a simple process such as printing, and the problems between the dielectric layer and the adjacent layers can be solved by forming a relatively simple oxide film. It is possible to form a high quality field emission hole, thereby improving the luminous efficiency and uniformity.

Claims

투명 캐소드 전극이 형성된 투명 기판과; A transparent substrate on which a transparent cathode electrode is formed;

상기 투명 캐소드 전극 상부에 형성되어 상기 캐소드 전극의 일부를 노출시켜 배면 노광 영역을 정의하는 UV 차폐막과; A UV shielding film formed on the transparent cathode electrode and exposing a portion of the cathode electrode to define a back exposure area;

상기 UV 차폐막 상부에 차례로 형성되는 제 1산화막, 유전체, 제 2산화막으로 이루어진 절연층과; An insulating layer comprising a first oxide film, a dielectric material, and a second oxide film sequentially formed on the UV shielding film;

상기 절연층 상부에 형성되는 게이트 전극과; A gate electrode formed on the insulating layer;

상기 UV 차폐막이 배면 노광 영역으로 정의한 부분의 캐소드 전극이 노출되도록 상기 게이트 전극 및 절연층에 형성된 홀과; Holes formed in the gate electrode and the insulating layer to expose the cathode electrode of the portion of the UV shielding film defined as the back exposure region;

상기 홀 내부의 캐소드 전극 상에 형성된 탄소 나노튜브 에미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자.Carbon nanotube field emission device comprising a carbon nanotube emitter formed on the cathode electrode inside the hole.

제 1항에 있어서, 상기 제 1산화막과 제 2산화막 중 적어도 어느 하나의 두께는 0.1 ~ 1㎛이며, 유전체를 포함한 전체 절연층의 두께는 10~25㎛인 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자.The carbon nanotube field emission of claim 1, wherein the thickness of at least one of the first oxide film and the second oxide film is 0.1 to 1 µm, and the thickness of the entire insulating layer including the dielectric is 10 to 25 µm. device.

투명 기판에 투명 전극으로 캐소드 전극을 형성한 후 그 상부에 UV 차폐막을 형성하는 단계와; 상기 UV 차폐막 상부에 제 1산화막을 형성하고, 그 상부에 유전체를 인쇄법으로 형성한 후 그 상부에 제 2산화막을 형성하는 단계와; 상기 제 2산 화막 상부에 게이트 금속 전극을 형성한 후 전계 방출 영역의 게이트 금속 전극, 제 2산화막, 유전체, 제 1산화막 및 UV 차폐막을 차례로 식각하여 홀을 형성하는 단계와; 상기 형성된 홀에 감광성 탄소 나노튜브 페이스트를 도포한 후 배면 노광하여 탄소 나노튜브 에미터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자 제조 방법.Forming a cathode electrode as a transparent electrode on the transparent substrate, and then forming a UV shielding film thereon; Forming a first oxide film on the UV shielding film, forming a dielectric on the UV shielding film, and then forming a second oxide film on the UV shielding film; Forming a hole by sequentially forming a gate metal electrode on the second oxide layer, and then sequentially etching a gate metal electrode, a second oxide layer, a dielectric, a first oxide layer, and a UV shielding layer in a field emission region; And forming a carbon nanotube emitter by applying a photosensitive carbon nanotube paste to the formed hole and exposing the back surface to form a carbon nanotube emitter.

제 3항에 있어서, 상기 제 1산화막 및 제 2산화막은 SiO₂를 증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자 제조 방법.The method of claim 3, wherein the first oxide film and the second oxide film are formed by depositing SiO ₂ .