KR20010104960A - Cathode for field emission device and its fabrication method - Google Patents

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KR20010104960A
KR20010104960A KR1020000026389A KR20000026389A KR20010104960A KR 20010104960 A KR20010104960 A KR 20010104960A KR 1020000026389 A KR1020000026389 A KR 1020000026389A KR 20000026389 A KR20000026389 A KR 20000026389A KR 20010104960 A KR20010104960 A KR 20010104960A
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cathode electrode
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조영래
이진호
송윤호
강승열
정문연
조경익
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오길록
한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 전계방출소자(field emission device)를 구성하는 핵심요소인 전자방출용 캐소드 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cathode for electron emission, which is a key component of a field emission device, and a method of manufacturing the same.

본 발명은 전기적 부도체 재료로 이루어진 하부기판과; 상기 하부기판상에 전기적 도전성을 갖는 물질로 형성되는 캐소드전극; 및 상기 캐소드전극의 위에 패터닝되어 부착되는 에미터로 구성되는 전계방출소자용 캐소드를 제공한다. 또한 전기적 부도체 재료로 이루어진 하부기판에 전기적 도전성을 갖는 물질로 캐소드전극을 형성시키는 공정과; 형성된 캐소드전극 위에 에미터 재료를 사진식각(photolithography) 공정으로 패터닝하여 에미터를 부착시키는 공정으로 이루어지며, 상기 에미터 부착 공정은, 낮은 전계에서 전자방출이 용이한 입자형 에미터 재료와 자외선에 감광되는 물질인 감광제(photo-sensitizer)를 함유하는 혼합체(mixture) 용액을 제조하는 단계; 제조된 혼합체 용액을 균일한 두께로 캐소드전극을 함유한 하부기판에 균일하게 도포하여 혼합체막을 형성하는 단계; 상기 혼합체막에 마스크를 사용하여 선별적으로 자외선을 조사하는 단계; 및 자외선에 노출된 부분과 노출되지 않은 부분에 있던 혼합체막을 선택적으로 제거하는 현상 단계를 포함하는 전계방출소자용 캐소드의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a lower substrate comprising an electrical insulator material; A cathode electrode formed of a material having electrical conductivity on the lower substrate; And it provides a cathode for the field emission device consisting of an emitter that is patterned and attached on the cathode electrode. And forming a cathode electrode of a material having electrical conductivity on a lower substrate made of an electrically nonconductive material; Patterning the emitter material on the formed cathode electrode by a photolithography process to attach the emitter, and the emitter attaching process is performed on the particle emitter material and the ultraviolet light which are easy to emit electrons at a low electric field. Preparing a mixture solution containing a photo-sensitizer as a photosensitive material; Uniformly applying the prepared solution to the lower substrate containing the cathode electrode to a uniform thickness to form a mixture film; Selectively irradiating ultraviolet rays to the mixture film using a mask; And a developing step of selectively removing the mixed film in the portion exposed to the ultraviolet ray and the portion not exposed to the ultraviolet ray.

Description

전계방출소자용 캐소드 및 그 제조방법 {Cathode for field emission device and its fabrication method}Cathode for field emission device and its manufacturing method {Cathode for field emission device and its fabrication method}

본 발명은 평판 디스플레이(flat panel display) 장치, 일명 전계방출 디스플레이(Field Emission Display: FED)의 제조와 관련된 것으로, 상세하게는 전계방출소자(field emission device)를 구성하는 핵심요소인 전계방출소자용 캐소드 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to the manufacture of a flat panel display device, also known as a field emission display (FED), in particular for a field emission device which is a key element constituting a field emission device. It relates to a cathode and a method of manufacturing the same.

최근 종래의 브라운관(cathode ray tube: CRT)을 대체할 수 있는 평판 디스플레이로서 활발하게 연구 개발되고 있는 전계방출 디스플레이는 캐소드를 가진 하부기판(lower plate)과 형광체(phosphor)를 가진 상부기판(upper plate)을 서로 평행하게 좁은 간격(2 mm 이내)으로 진공패키징(vacuum packaging)하여 제작하며, 하부기판의 캐소드로부터 방출된 전자를 상부기판의 형광체에 충돌시켜 형광체의 음극 발광(cathodoluminescence)으로 화상을 표시하는 장치이다.Recently, the field emission display, which is actively researched and developed as a flat panel display that can replace a conventional cathode ray tube (CRT), has a lower plate having a cathode and an upper plate having a phosphor. ) Is manufactured by vacuum packaging at narrow intervals (within 2 mm) in parallel with each other, and electrons emitted from the cathode of the lower substrate collide with the phosphor of the upper substrate to display an image by cathodoluminescence of the phosphor. Device.

이와 같은 전계방출소자(전계방출 디스플레이) 하부기판의 핵심 구성 요소인 캐소드는 소자 구조, 에미터 물질, 에미터 모양에 따라 전자 방출 효율이 크게 달라진다. 현재 전계방출소자의 구조는 크게 캐소드전극와 아노드전극로 구성된 2극형(diode)과 캐소드전극, 게이트전극, 아노드전극로 구성된 3극형(triode)으로 분류할 수 있다. 또 에미터 물질로는 주로 금속, 실리콘, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(Diamond Like Carbon), 카본나노튜브(carbon nanotube) 등이 사용되고 있으며, 일반적으로 금속과 실리콘은 3극형 구조로, 다이아몬드 또는 카본나노튜브 등은 2극형 구조로 제작되고 있다. 2극형 캐소드는 주로 작은 전계에서 전자방출 특성이 우수한 다이아몬드 또는 카본나노튜브를 막(film) 혹은 입자(분말 포함)의 형태로 사용하며, 3극형에 비해서 전자 방출의 제어성 및 저전압 구동 측면에서 불리하지만 제작 공정이 간단하고 또한 전자 방출의 신뢰성이 높다는 장점을 가진다.The cathode, which is a key component of the bottom of the field emission device (field emission display), varies greatly depending on the device structure, emitter material, and emitter shape. The current structure of the field emission device can be classified into a two-pole (diode) consisting of a cathode electrode and an anode electrode and a triode consisting of a cathode electrode, a gate electrode, and an anode electrode. In addition, the emitter materials are mainly metal, silicon, diamond, diamond like carbon, carbon nanotube, and the like. Generally, metal and silicon have a tripolar structure, and diamond or carbon nanotube is used. The back is manufactured in a bipolar structure. The bipolar cathode mainly uses diamond or carbon nanotubes with excellent electron emission characteristics in small electric fields in the form of a film or particles (including powder), and is disadvantageous in terms of controllability of electron emission and low voltage driving compared to the tripolar type. However, the manufacturing process is simple and the electron emission reliability is high.

도 1은 Brandes 등의 미국특허 No. 5,900,301(특허권자: Candescent Technologies Corporation, 명칭: Structure and fabrication of electron-emitting devices utilizing electron-emissive particles which typically contain carbon, 등록일: May 4, 1999)에 개시된 전계방출소자용 종래의 2극형 캐소드의 구성을 보여주는 개략 단면도이다.1 is a US patent No. of Brandes et al. 5,900,301 (Patent: Candescent Technologies Corporation, designation: Structure and fabrication of electron-emitting devices utilizing electron-emissive particles which typically contain carbon, May 4, 1999) shows the construction of a conventional bipolar cathode for field emission devices. It is a schematic cross section.

이를 간략하게 설명하면, 캐소드(100)는 하부기판(120) 상에 캐소드전극(140)과 상기 캐소드전극(140)에 입자(particle)형의 에미터(160)와, 상기 입자형의 에미터(160)를 하부기판(140)에 본딩시키는 본딩제(170)로 구성된다. 하부기판(120)의 재료로는 유리기판이 많이 사용되고 있으며, 캐소드전극(140)의 제작은 금속을 유리기판에 스파터공정 혹은 전자빔공정 등의 방법으로 증착한 후 사진식각공정을 통하여 선택적으로 에칭함으로써 달성할 수 있다. 캐소드전극(140)의 재료로는 전기가 잘 통하는 금속이면 가능하고, 현재는 크롬(Cr), 니켈(Ni), 니오븀(Nb) 등이 사용되고 있다. 에미터(160) 재료로는 낮은 전계에서 전자방출 특성이 우수한 재료가 많이 사용되고 있으며, 카본(carbon)을 주성분으로 하는 물질인 다이아몬드, 다이아몬드성 카본(Diamond Like Carbon : DLC), 비정질카본, 카본나노튜브, 카본나노입자 등이 있다. 본딩제(170)는 에미터(160)를 캐소드전극(140)에 전기적으로 연결시키는 역할을 해야하기 때문에 전기적으로 도전성을 갖는 도전체 재료가 적당하다. 또한 본딩제(170)는 입자상의 에미터(160)를 캐소드전극(140)으로부터 떨어지지 않도록하는 역할을 동시에 수행해야 한다. 때문에 이 특허에서는 본딩제(170)의 재료로 티탄(Ti), 그래파이트(graphite), 니켈(Ni) 혹은 그 합금을 사용하으며, 본딩력 증가를 위해서 본딩제 도포후 열처리를 하여 에미터(160)와 캐소드전극(140)의 사이에 카바이드(carbide)상을 형성시키는 기술을 사용하였다.In brief, the cathode 100 includes a particle-type emitter 160 and a particle-type emitter on the cathode electrode 140 and the cathode electrode 140 on the lower substrate 120. It is composed of a bonding agent 170 for bonding the 160 to the lower substrate 140. Glass substrates are frequently used as a material of the lower substrate 120. The cathode electrode 140 is manufactured by depositing a metal on a glass substrate by a method such as a spatter process or an electron beam process, and then selectively etching the same through a photolithography process. This can be achieved by. As the material of the cathode electrode 140, a metal that is well-conducted can be used. Currently, chromium (Cr), nickel (Ni), niobium (Nb), and the like are used. As the emitter 160 material, many materials having excellent electron emission characteristics at low electric fields are used, and diamond, diamond like carbon (DLC), amorphous carbon, and carbon nano, which are carbon-based materials, are mainly used. Tubes, carbon nanoparticles, and the like. Since the bonding agent 170 should serve to electrically connect the emitter 160 to the cathode electrode 140, an electrically conductive material is suitable. In addition, the bonding agent 170 should simultaneously play a role of preventing the particle emitter 160 from falling off from the cathode electrode 140. Therefore, the patent uses titanium (Ti), graphite (graphite), nickel (Ni) or an alloy thereof as a material of the bonding agent 170, and in order to increase the bonding force after the application of the bonding agent to heat treatment to emitter (160) ) And a carbide phase was formed between the cathode electrode 140 and the cathode electrode 140.

한편, Blanchet-Fincher 등의 미국특허 No. 5,948,465(특허권자: E.I.duPontde Nemours and Company, 명칭: Process for making a field emitter cathode using a particulate field emitter material, 등록일: Sep. 7, 1999)에서는 에미터(160)를 캐소드전극(140)에 부착시키는 본딩제(170)의 재료로 금속화합물(metal-compound)를 사용하였다. 이 특허에서 본딩제(170)로 사용된 금속화합물은 AgNO3이며, 본딩제(170) 형성방법의 일 예는 다음과 같이 요약된다. 중량비로 25%의 AgNO3, 3%의 PVA(polyvinyl alcohl), 71.9%의 증류수(DI water)와 0.1%의 계면활성제를 사용해서 혼합체 용액을 만든 후 캐소드전극에 도포시켜 혼합체막을 형성시킨다. 이어서 입자상의 에미터 재료를 도포된 혼합체막에 균일하게 흩뿌린후 열처리한다. 열처리하는 동안 혼합체막은 분해되어 혼합체 용액을 구성하던 비금속 성분은 제거되고 금속만 남게된다. AgNO3를 금속화합물로 사용한 경우는 은(Ag)이 본딩제로 남게 되며 에미터와 캐소드전극을 전기적으로 연결하는 역할뿐만 아니라 기계적으로 본딩하는 역할을 하게 된다.On the other hand, U. S. Patent No. of Blanchet-Fincher et al. 5,948,465 (Patent holder: EIduPontde Nemours and Company, name: Process for making a field emitter cathode using a particulate field emitter material, registered date: Sep. 7, 1999) is a bonding agent for attaching the emitter 160 to the cathode electrode 140 A metal compound (metal-compound) was used as the material of (170). The metal compound used as the bonding agent 170 in this patent is AgNO 3 , an example of the method of forming the bonding agent 170 is summarized as follows. A mixture solution was prepared using 25% AgNO 3 , 3% polyvinyl alcohl (PVA), 71.9% distilled water (DI water), and 0.1% surfactant by weight, and then applied to a cathode electrode to form a composite film. Subsequently, the particulate emitter material is uniformly scattered on the coated mixture film and then heat-treated. During the heat treatment, the mixture film is decomposed to remove the nonmetal components that make up the mixture solution, leaving only the metal. When AgNO 3 is used as a metal compound, silver (Ag) remains as a bonding agent and serves to mechanically bond as well as electrically connect the emitter and the cathode.

도 2는 Jin 등의 미국특허 No. 5,623,180(특허권자: Lucent Technologies Inc., 명칭: Electron field emitters comprising particles cooled with low voltage emitting material, 등록일: Apr. 22, 1997)에 개시된 종래의 2극형 전계방출소자용 캐소드의 구성을 보여주는 개략 단면도이다.2 is US Patent No. 5,623,180 (Patent: Lucent Technologies Inc., name: Electron field emitters comprising particles cooled with low voltage emitting material, registered date: Apr. 22, 1997) is a schematic cross-sectional view showing the construction of a cathode for a conventional bipolar field emission device disclosed.

이를 간략하게 설명하면, 도면에서 보듯이 캐소드(200)는 하부기판(220) 위에 띠 형태로 배열된 캐소드전극(240)과, 상기 캐소드전극(240) 위에입자(particle)형의 입자형기판(265)과, 상기 입자형기판(265)의 표면에 에미터(260)가 부착되어 구성된다. 여기서 하부기판(220)의 재료로는 고온에서 잘 견디는 절연체를 주로 사용하며, 캐소드전극(240)은 전기적 도전성이 우수한 도전체를 사용해서 형성시킨다. 에미터(260) 재료로는 낮은 전계에서 전자방출 특성이 우수한 재료가 많이 사용되고 있다. 대표적인 에미터(260) 재료로는 결함을 가진 다이아몬드, 세라믹입자들(ceramic particles) 예를 들면 산화물입자들, 질화물입자들, 탄화물입자들 및 반도체재료도 사용이 가능하다. 도 2와 같이 입자형기판(265)에 부착된 에미터(260)는 입자형기판(265)을 완전히 둘러싸는 연속상일 경우도 있지만, 다수개의 에미터 입자가 불연속적으로 입자형기판(265)에 부착되는 경우도 있다. 입자형기판(265)의 재료로는 금속입자가 주로 사용되며 몰리브텐(Mo)과 같이 카바이드를 잘 형성하는 금속이거나 혹은 융점이 500℃ 이상으로 고온특성이 우수한 금속이 주로 사용된다. 입자형기판(265)의 크기는 지름이 0.1∼100미크론(micron) 범위의 것이 요구되지만 바람직하게는 0.2∼5미크론 범위의 입자크기를 갖는다.Briefly, as shown in the drawing, the cathode 200 includes a cathode electrode 240 arranged in a band shape on the lower substrate 220 and a particle-shaped particle substrate (particle) on the cathode electrode 240. 265 and the emitter 260 is attached to the surface of the particulate substrate 265. As the material of the lower substrate 220, an insulator that can withstand high temperatures is mainly used, and the cathode electrode 240 is formed using a conductor having excellent electrical conductivity. As the emitter 260, a material having excellent electron emission characteristics in a low electric field is used. Representative emitter 260 materials may also be used with defective diamond, ceramic particles such as oxide particles, nitride particles, carbide particles and semiconductor materials. As shown in FIG. 2, the emitter 260 attached to the particulate substrate 265 may be a continuous phase completely surrounding the particulate substrate 265, but a plurality of emitter particles discontinuously form the particulate substrate 265. Sometimes attached to Metal particles are mainly used as the material of the particulate substrate 265, and metals that form carbides such as molybdenum (Mo) or metals having excellent high temperature characteristics having a melting point of 500 ° C. or more are mainly used. The size of the particulate substrate 265 is required to be in the range of 0.1 to 100 microns in diameter, but preferably has a particle size in the range of 0.2 to 5 microns.

도 2에서의 캐소드전극(240)은 그 형성방법에 있어 도 1에서의 캐소드전극(140)과 큰 차이를 보인다. 그 이유는, 도 2의 캐소드전극(240)은 에미터(260)에 전기적 신호를 전달해주는 역할과 동시에 에미터(260)와 입자형기판(265)을 캐소드전극(240)으로부터 떨지지 않도록 본딩시키는 역할을 해야하기 때문이다. 따라서, 도 2에서의 캐소드전극(240) 형성방법은 도 1에서의 본딩제(170) 형성방법과 유사하며, 이를 요약하면 다음과 같다.The cathode electrode 240 shown in FIG. 2 has a large difference from the cathode electrode 140 shown in FIG. The reason is that the cathode electrode 240 of FIG. 2 serves to transmit an electrical signal to the emitter 260 and to bond the emitter 260 and the particulate substrate 265 so as not to be separated from the cathode electrode 240. Because it should play a role. Therefore, the method of forming the cathode electrode 240 in FIG. 2 is similar to the method of forming the bonding agent 170 in FIG. 1, which is summarized as follows.

입자형기판(265)에 부착된 에미터(260)를 아세톤 등의 액체, 유기성바인더(organic binder), 금속 혹은 도전성산화물 입자들 중에서 일부를 소정의 비율로 선택하여 혼합하여 슬러리(slurry)상의 혼합체를 만든다. 금속입자로는 은(Ag)을 주성분으로 하는 재료가 많이 쓰이며, 도전성산화물 입자로는 낮은 온도에서 쉽게 환원되는 산화물인 산화동(CuO) 입자가 많이 쓰인다. 후속공정인 열처리공정에서 유기성 재료는 제거되고 열처리공정이 끝나면 에미터(260)가 부착된 입자형기판(265)과 금속만 남게된다. 도 2에서 보듯이 열처리 공정후 남은 에미터(260)가 부착된 입자형기판(265)은 불연속적으로 연속상인 금속막에 박혀(insertion) 있는 구조를 가지며, 연속상인 금속막은 캐소드전극(240) 역할을 한다. 도 2에서 각각의 에미터(260)는 일부가 노출되어야 전계방출소자로 사용할 수 있기 때문에 열처리공정후 에미터(260)를 돌출시키기 위해서 표면처리를 할 수 있다. 표면처리 방법으로는 화학적에칭 혹은 기계적인 폴리싱 방법 등이 사용된다.The emitter 260 attached to the particulate substrate 265 is selected by mixing a portion of a liquid such as acetone, an organic binder, metal or conductive oxide in a predetermined ratio, and then mixed in a slurry phase. Make As the metal particles, a material mainly composed of silver (Ag) is used, and as the conductive oxide particles, copper oxide (CuO) particles, which are oxides which are easily reduced at low temperatures, are used. In the subsequent heat treatment process, the organic material is removed, and after the heat treatment process, only the particle substrate 265 to which the emitter 260 is attached and the metal remain. As shown in FIG. 2, the particulate substrate 265 to which the emitter 260 remaining after the heat treatment process is attached has a structure in which the metal substrate in the continuous phase is inserted in the discontinuous metal film, and the continuous metal film is the cathode electrode 240. Play a role. In FIG. 2, each emitter 260 may be used as a field emission device when a part of the emitter 260 is exposed, so that the emitter 260 may be surface treated to protrude the emitter 260 after the heat treatment process. As the surface treatment method, chemical etching or mechanical polishing method is used.

앞서 설명한 도 1 및 도 2의 종래 전계방출소자에서 사용된 2극형 캐소드는 원추형 3극 캐소드와는 달리 게이트 및 게이트 절연막이 필요 없기 때문에 구조가 간단하고 제작 공정이 용이한 장점을 가진다. 또한, 2극형 캐소드는 전자 방출시 스퍼터링 효과에 의한 캐소드의 파괴 확률이 매우 낮기 때문에 소자의 신뢰성이 높을 뿐만 아니라, 3극형 캐소드에서 크게 문제가 되는 게이트 및 게이트 절연체의 파괴 현상이 전혀 없다.The bipolar cathode used in the conventional field emission device of FIGS. 1 and 2 described above has a merit that the structure is simple and the manufacturing process is easy because the gate and the gate insulating film are not required unlike the conical tripolar cathode. In addition, since the cathode has a very low probability of breakdown of the cathode due to the sputtering effect during electron emission, the bipolar cathode is not only highly reliable, but also has no destruction of gate and gate insulators, which are a major problem in the tripolar cathode.

또한 본 출원의 발명자들이 발명한 선행 대한민국 특허출원 제99-31976호(명칭: "2극형 전계 에미터를 가진 전계 방출 디스플레이")에서 보듯이 액티브구동 2극형 전계방출소자의 개발에 대한 새로운 개념으로 2극형 캐소드의 필요성은 더욱 커지고 있다.In addition, as shown in the preceding Korean Patent Application No. 99-31976 (named: "Field Emission Display with 2-pole Field Emitter") invented by the inventors of the present application, a new concept for the development of an active-driven bi-pole field emitter is disclosed. The need for bipolar cathodes is increasing.

그러나, 2극형 캐소드를 가진 전계방출소자는 전자 방출에 필요한 높은 전계를 상당한 간격으로 떨어진 상부기판과 하부기판(통상 50㎛ ~ 2㎜임)에 설치된 전극을 통하여 인가시켜 주어야 하기 때문에 낮은 전계에서도 전자방출이 잘 일어나는 물질을 에미터 재료로 사용해야 한다는 제한점을 가진다. 한편, 현재까지 알려진 에미터용 재료로는 카본을 주성분으로 하는 다이아몬드, 다이아몬드상카본, 비정질카본, 카본나노튜브, 카본나노입자 등이 있으며, 산화물, 질화물, 탄화물, 반도체 재료까지 에미터 재료로 사용될 수 있음이 보고되고 있지만, 어느 한가지도 아직 전계방출소자로 실용화된 예는 없다. 그 이유는 카본나노튜브를 포함한 우수한 전자방출 특성을 갖는 에미터 재료는 대부분 500℃ 이상의 고온공정으로 형성되는데, 이러한 고온공정에 견딜수 있는 하부기판의 선택에 제한이 많기 때문이다.However, a field emission device having a bipolar cathode has to apply a high electric field required for electron emission through electrodes disposed on the upper substrate and the lower substrate (typically 50 탆 to 2 mm) separated by a considerable distance. The limitation is the use of emitter materials as emitter materials. On the other hand, emitter materials known to date include diamond, diamond-like carbon, amorphous carbon, carbon nanotubes, carbon nanoparticles, etc., which include carbon as a main component, and oxides, nitrides, carbides, and semiconductor materials can be used as emitter materials. Although it is reported, there is no example of practical use as a field emission device. The reason is that the emitter material having excellent electron emission characteristics including carbon nanotubes is formed by a high temperature process of 500 ° C. or more, because there are many limitations in selecting a lower substrate that can withstand such high temperature processes.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 별도의 고온공정, 예를 들면 아크디스차지(arc discharge) 방법 등으로 입자상의 에미터 재료를 형성시킨후, 입자상의 에미터 재료를 캐소드전극에 부착시키는 방법에 관한 기술 개발이 필요하였다. 몇몇 미국특허들(No. 5,900,301; No. 5,948,465; No. 5,623,180)에서 보듯이 입자상의 에미터 재료를 사용한 2극형 캐소드의 제조의 필요성은 매우 크지만, 현재까지 입자형 에미터 재료의 패터닝(patterning) 기술이 개발되지 못하여 2극형 캐소드가 실용화 되지 못하고 있다.In order to solve this problem, after the formation of particulate emitter material by a separate high temperature process, for example, an arc discharge method, a technique for attaching the particulate emitter material to the cathode electrode is developed. Was needed. As shown in some US patents (No. 5,900,301; No. 5,948,465; No. 5,623,180), the necessity of producing bipolar cathodes using particulate emitter materials is very large, but to date patterning of particulate emitter materials Technology has not been developed, so bipolar cathodes have not been put to practical use.

물론, 종래의 기술인 스크린프린팅(screen printing), 스프레이코팅(spraycoating), 디핑(dipping) 방법을 이용할 수는 있지만 이들을 이용하여서는 고정세(high resolution) 전계방출 표시소자에 적합한 에미터를 제작하는데 많은 문제점이 있다. 그 이유는 스크린프린팅의 원리는 구멍(hole)이 형성된 마스크(mask)에 비교적 점도가 낮은 페이스트(paste)를 스퀴징(squeezing) 시키기 때문에 스크린프린팅시 기존의 소자가 파손될 수 있으며, 또한 마스크구멍을 통과한 페이스트가 퍼지기 때문에 미세패턴을 형성하기가 어렵다. 그리고, 스프레이코팅과 디핑 방법은 전체면적을 균일하게 코팅하기 위해 방법으로, 아직까지 코팅 후 패터닝 하는 방법은 알려져 있지 않다. 종래의 또 다른 기술인 전기영동(electrophoretic) 방법을 적용하기 위해서는 입자형 에미터 재료에 전하(charge)를 띠도록 해야 하기 때문에 자형 에미터 재료와 첨가제의 선택에 있어서 제한점이 많다.Of course, conventional screen printing, spraycoating, and dipping methods can be used, but there are many problems in producing emitters suitable for high resolution field emission display devices using these methods. There is this. The reason for this is that the principle of screen printing squeezes a relatively low viscosity paste into a mask in which holes are formed, and thus, existing elements may be damaged during screen printing. Since the pasted paste spreads, it is difficult to form a fine pattern. In addition, the spray coating and dipping method is a method for uniformly coating the entire area, and the method of patterning after coating is not known yet. In order to apply the electrophoretic method, which is another conventional technology, the particle emitter material needs to be charged, so there are many limitations in the selection of the magnetic emitter material and the additive.

상기와 같은 종래 2극형 전계방출소자용 캐소드 제조방법의 문제점을 해결하고자 안출된 본 발명은, 낮은 전계에서 전자방출특성이 우수한 에미터 재료들을 고온공정으로 형성시킨 후, 감광제를 사용한 사진식각 공정으로 저온공정이 요구되는 하부기판상의 캐소드전극에 부착 및 패터닝함으로써 전자방출소자의 하부기판 선택의 제한을 완화시키고, 전자방출소자를 대면적화 및 고정세화 할 수 있는 전계방출소자용 캐소드 제조방법과 이에 의해 제조되는 전계방출소자용 캐소드를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention devised to solve the problems of the conventional method for manufacturing a cathode for a bipolar field emission device as described above, after forming the emitter materials having excellent electron emission characteristics in a low electric field by a high temperature process, by a photolithography process using a photosensitive agent By attaching and patterning the cathode electrode on the lower substrate requiring low temperature process, the method of manufacturing the cathode for the field emission device, which can alleviate the limitation of the selection of the lower substrate of the electron-emitting device, and make the electron-emitting device large in size and high resolution. It is an object of the present invention to provide a cathode for a field emission device to be manufactured.

도 1은 종래의 2극형 전계방출소자용 캐소드의 구성을 보여주는 개략 단면도.1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a conventional bipolar field emission device cathode.

도 2는 종래의 2극형 전계방출소자용 캐소드의 구성을 보여주는 개략 단면도.Figure 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a conventional bipolar field emission device cathode.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출소자용 캐소드 제조방법을 보인 개략 단면도.Figure 3 is a schematic cross-sectional view showing a cathode manufacturing method for a field emission device according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 3의 방법으로 제조한 전계방출소자용 캐소드의 구조를 보여주는 개략 사시도.4 is a schematic perspective view showing a structure of a cathode for a field emission device manufactured by the method of FIG.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계방출소자용 캐소드 제조방법을 보인 개략 단면도.Figure 5 is a schematic cross-sectional view showing a cathode manufacturing method for a field emission device according to another embodiment of the present invention.

도 6은 도 5의 방법으로 제조한 전계방출소자용 캐소드의 구조를 보여주는 개략 사시도.6 is a schematic perspective view showing the structure of the cathode for the field emission device manufactured by the method of FIG.

도 7은 본 발명에 의해 제조한 전계방출소자용 캐소드를 2극형 전계방출 디스플레이에 적용한 일예를 보여주는 개략도.7 is a schematic view showing an example in which the cathode for the field emission device manufactured according to the present invention is applied to a bipolar field emission display.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100, 200, 300, 500 : 캐소드 120, 220, 320, 520 : 하부기판100, 200, 300, 500: cathode 120, 220, 320, 520: lower substrate

140, 240, 340, 540 : 캐소드전극 160, 260, 360, 560 : 에미터140, 240, 340, 540: cathode electrode 160, 260, 360, 560: emitter

170 : 본딩제 265 : 입자형기판170: bonding agent 265: particulate substrate

350, 550 : 혼합체막 380 : 마스크350, 550: composite film 380: mask

390 : 자외선 530 : 절연체390: ultraviolet ray 530: insulator

535 : 픽셀홈 785 : 스페이서535: pixel groove 785: spacer

790 : 애노드 792 : 상부기판790: anode 792: upper substrate

794 : 애노드전극 796 : 형광체794: anode electrode 796: phosphor

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출소자용 캐소드는 전기적 부도체 재료로 이루어진 하부기판과; 상기 하부기판상에 전기적 도전성을 갖는 물질로 형성되는 캐소드전극; 및 상기 캐소드전극의 위에 사진식각공정으로 패터닝되어 부착되는 에미터로 구성되는 것을 특징으로 한다.The cathode for the field emission device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a lower substrate made of an electrical non-conductive material; A cathode electrode formed of a material having electrical conductivity on the lower substrate; And an emitter attached and patterned on the cathode electrode by a photolithography process.

또한 상기 전계방출소자용 캐소드의 제조방법은 전기적 부도체 재료로 이루어진 하부기판에 전기적 도전성을 갖는 물질로 캐소드전극을 형성시키는 공정과; 형성된 캐소드전극위에 에미터 재료를 사진식각(photolithography) 공정으로 패터닝하여 에미터를 부착시키는 공정으로 이루어지며, 상기 에미터 부착 공정은, 낮은 전계에서 전자방출이 용이한 입자형 에미터 재료와 자외선에 감광되는 물질인 감광제(photo-sensitizer)를 함유하는 혼합체(mixture) 용액을 제조하는 단계; 제조된 혼합체 용액을 균일한 두께로 캐소드전극을 함유한 하부기판에 균일하게 도포하여 혼합체막을 형성하는 단계; 상기 혼합체막에 마스크를 사용하여 선별적으로 자외선을 조사하는 단계; 및 자외선에 노출된 부분과 노출되지 않은 부분에 있던 혼합체막을 선택적으로 제거하는 현상 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a cathode for a field emission device includes the steps of forming a cathode electrode of a material having electrical conductivity on a lower substrate made of an electrically nonconductive material; Patterning the emitter material on the formed cathode electrode by a photolithography process to attach the emitter, wherein the emitter attaching process is performed on the particle emitter material and ultraviolet light which are easy to emit electrons at a low electric field. Preparing a mixture solution containing a photo-sensitizer as a photosensitive material; Uniformly applying the prepared solution to the lower substrate containing the cathode electrode to a uniform thickness to form a mixture film; Selectively irradiating ultraviolet rays to the mixture film using a mask; And a developing step of selectively removing the mixed film in the portion exposed to the ultraviolet ray and the portion not exposed to the ultraviolet ray.

상기한 목적과 에미터와 캐소드전극의 부착력을 더욱 향상시키고 에미터 파손을 줄이기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계방출소자용 캐소드는, 전기적 부도체 재료로 이루어진 하부기판; 상기 하부기판상에 전기적 도전성을 갖는 물질로 형성되는 캐소드전극; 상기 캐소드전극을 함유한 상기 하부기판에 형성되고 바닥면에 상기 캐소드전극이 존재하는 픽셀홈을 가지며, 에미터와 캐소드전극 사이의 부착력을 강화시키고 에미터 파손을 줄여주는 절연체; 및 상기 픽셀홈 내의 노출된 상기 캐소드전극 상에 사진식각공정으로 패터닝 되어 부착되는 낮은 전계에서 전자방출이 용이한 입자형 에미터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The cathode for the field emission device according to another embodiment of the present invention for further improving the above object and the adhesion between the emitter and the cathode electrode and reduce the emitter breakage, the lower substrate made of an electrical non-conductive material; A cathode electrode formed of a material having electrical conductivity on the lower substrate; An insulator formed on the lower substrate containing the cathode electrode and having a pixel groove on the bottom surface of the cathode to enhance adhesion between the emitter and the cathode and reduce the damage of the emitter; And a particle emitter which is easy to emit electrons at a low electric field which is patterned and attached to the exposed cathode electrode in the pixel groove by a photolithography process.

또한 상기한 전계방출소자용 캐소드의 제조방법은, 전기적 부도체 재료로 이루어진 하부기판에 전기적 도전성을 갖는 물질로 캐소드전극을 형성시키는 공정; 에미터와 캐소드전극 사이의 부착력을 강화시키고, 후속공정에서의 에미터 파손을 줄이기 위하여 상기 캐소드전극을 갖는 상기 하부기판에 전기적으로 부도체인 절연체를 형성시키는 공정; 상기 절연체를 선택적으로 식각하여 상기 캐소드전극을 바닥면으로 하는 픽셀홈을 형성시키는 공정; 및 상기 픽셀홈에 입자형 에미터 재료를 사진식각공정으로 패터닝하여 에미터를 부착시키는 공정으로 이루어지며, 상기 에미터 부착 공정은, 낮은 전계에서 전자방출이 용이한 입자형 에미터 재료와 자외선에 감광되는 물질인 감광제를 함유하는 혼합체 용액을 제조하는 단계; 제조된 혼합체 용액을 균일한 두께로 캐소드전극을 함유한 하부기판에 균일하게 도포하여 혼합체막을 형성하는 단계; 상기 혼합체막에 마스크를 사용하여 선별적으로 자외선을 조사하는 단계; 및 자외선에 노출된 부분과 노출되지 않은 부분에 있던 혼합체막을 선택적으로 제거하는 현상 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a cathode for a field emission device includes the steps of forming a cathode electrode of a material having electrical conductivity on a lower substrate made of an electrical nonconductive material; Forming an insulator that is electrically nonconductive on the lower substrate having the cathode electrode in order to strengthen the adhesion between the emitter and the cathode and reduce the emitter breakage in a subsequent process; Selectively etching the insulator to form pixel grooves having the cathode as a bottom surface; And attaching the emitter by patterning the particle emitter material in the pixel groove by a photolithography process, wherein the emitter attaching process is performed on the particle emitter material and ultraviolet light which are easy to emit electrons at a low electric field. Preparing a mixture solution containing a photosensitizer as a photosensitive material; Uniformly applying the prepared solution to the lower substrate containing the cathode electrode to a uniform thickness to form a mixture film; Selectively irradiating ultraviolet rays to the mixture film using a mask; And a developing step of selectively removing the mixed film in the portion exposed to the ultraviolet ray and the portion not exposed to the ultraviolet ray.

바람직하게는 상기 하부기판은 전기적 부도체인 유리기판을 사용하고, 상기 캐소드전극은 전기적 도전성이 우수한 물질을 물리적증착 또는 화학적증착 방법으로 형성시키는 것을 특징으로 한다.Preferably, the lower substrate is a glass substrate which is an electrical non-conductor, and the cathode electrode is characterized in that to form a material having excellent electrical conductivity by physical vapor deposition or chemical vapor deposition method.

보다 바람직하게는 상기 캐소드전극의 재료로는 금속재료를 사용하고, 에미터의 재료로는 낮은 전계에서 전자방출 특성이 우수한 재료로서 카본을 주성분으로 하는 물질인 카본나노튜브, 카본나노입자, 결함을 가진 다이아몬드; 세라믹입자들(ceramic particles)로서 산화물입자들, 질화물입자들, 탄화물입자들; 및 반도체재료를 사용하는 것을 특징으로 한다.More preferably, a metal material is used as the material of the cathode electrode, and carbon nanotubes, carbon nanoparticles, and defects, which are carbon-based materials, are excellent materials for electron emission at low electric fields. Having diamonds; Oxide particles, nitride particles, carbide particles as ceramic particles; And a semiconductor material.

본 발명의 특징을 보다 자세하게 설명한다.The features of the present invention will be described in more detail.

전계방출소자용 캐소드에 있어서 에미터는 원하는 위치에만 존재해야 한다. 이를 위해 본 발명에서는 에미터용 재료를 사진식각 공정으로 캐소드전극에 패터닝하며, 에미터용 재료를 캐소드에 부착시키기 위해서 요구되는 에미터용 재료를 포함하는 혼합체 용액을 제조한다. 여기서 혼합체 용액이란 에미터용 재료와 감광제가 초순수에 혼합된 용액으로, 혼합체 용액은 점도를 조절하기 위한 바인더와 미량의 첨가제를 추가로 포함하기도 한다. 혼합체 용액의 점도와 퍼짐성은 바인더, 계면활성제 및 첨가제의 양으로 조절이 가능하다.For field emission devices, the emitter must be present only at the desired location. To this end, in the present invention, the emitter material is patterned on the cathode electrode by a photolithography process, and a mixture solution containing the emitter material required for attaching the emitter material to the cathode is prepared. Here, the mixture solution is a solution in which the emitter material and the photosensitive agent are mixed in ultrapure water, and the mixture solution may further include a binder for adjusting the viscosity and a small amount of additives. The viscosity and spreadability of the mixture solution can be controlled by the amount of binder, surfactant and additives.

혼합체 용액이 제조되면 캐소드전극을 갖는 하부기판에 균일한 두께로 혼합체막을 형성시킨 후, 사진식각 공정으로 패터닝한다. 즉, 원하는 패턴이 존재하는 마스크(mask)를 사용해서 자외선(UV-light)을 혼합체막에 선택적으로 노광(exposure)시킨다. 이어서 현상(development) 공정을 통하여 선택적으로 자외선에 노출된 부분 혹은 노출되지 않은 부분에 존재하는 혼합체막을 제거함으로써에미터의 패터닝을 달성한다.When the mixture solution is prepared, a mixture film is formed to a uniform thickness on the lower substrate having the cathode, and then patterned by a photolithography process. That is, UV-light is selectively exposed to the composite film using a mask in which a desired pattern exists. The patterning of the emitter is then accomplished by a development process to remove the composite film that is present in the exposed or unexposed areas, optionally.

이와 같이 본 발명에서는 사진식각 공정으로 에미터용 재료를 부착시키고 패터닝하기 때문에 캐소드전극에 형성시키는 에미터용 재료를 수십미크론의 범위까지 원하는 위치에 정밀하게 패터닝 할 수 있다. 본 발명은 입자형 에미터를 적용한 고정세(high resolution) 전계방출소자용 에미터의 제작에 반드시 필요한 패터닝 기술을 제공함으로써 2극형 전계방출소자의 제작을 가능하게 한다.As described above, in the present invention, since the emitter material is attached and patterned by a photolithography process, the emitter material formed on the cathode electrode can be accurately patterned at a desired position up to a range of several tens of microns. The present invention enables the fabrication of a bipolar field emission device by providing a patterning technique necessary for the fabrication of an emitter for a high resolution field emission device using a particle emitter.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

[실시예 1]Example 1

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출소자용 캐소드의 제조방법을 에미터의 부착 및 패터닝 공정 부분을 중심으로 나타낸 개략 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view showing a method of manufacturing a cathode for a field emission device according to an embodiment of the present invention, focusing on an attaching and patterning process of an emitter.

도면에서 보듯이, 본 실시예의 방법은 처음에, 도 3의 (a)와 같이 유리와 같은 전기적 부도체 재료로 이루어진 하부기판(320)에 전기적 도전성을 갖는 물질로 일정한 간격으로 띠형의 캐소드전극(340)을 형성시킨다.As shown in the figure, the method of the present embodiment initially, as shown in (a) of Figure 3, the band-shaped cathode electrode 340 at regular intervals of a material having electrical conductivity on the lower substrate 320 made of an electrical non-conductive material such as glass. ).

다음에 형성된 캐소드전극(340) 위에 에미터를 부착하여 전계방출소자용 캐소드를 완성하는데, 에미터를 부착하는 공정은 캐소드전극(340) 위에 입자형의 에미터 재료를 사진식각공정으로 패터닝하며 다음과 같다.Next, an emitter is attached on the formed cathode electrode 340 to complete the cathode for the field emission device. The attaching of the emitter is performed by patterning a particle-type emitter material on the cathode electrode 340 by a photolithography process. Same as

즉, 낮은 전계에서 전자방출이 용이한 입자형 에미터 재료와 자외선에 감광되는 물질인 감광제를 함유하는 혼합체 용액을 제조하는 단계; 도 3의 (b)와 같이제조된 혼합체 용액을 균일한 두께로 캐소드전극(340)을 함유한 하부기판(320)에 균일하게 도포하여 혼합체막(350)을 형성하는 단계; 도 3의 (c)와 같이 상기 혼합체막(350)에 마스크(380)를 사용하여 선별적으로 자외선(390)을 조사하는 단계; 및 도 3의 (d)와 같이 자외선(390)에 노출된 부분과 노출되지 않은 부분에 있던 혼합체막(390)을 선택적으로 제거하는 현상 단계를 순차적으로 수행한다.That is, preparing a mixture solution containing a particulate emitter material that is easy to emit electrons at a low electric field and a photosensitizer which is a material that is exposed to ultraviolet rays; Forming a mixture film 350 by uniformly applying the mixed solution prepared as shown in FIG. 3B to the lower substrate 320 containing the cathode electrode 340 at a uniform thickness; Selectively irradiating ultraviolet rays 390 on the mixture film 350 using a mask 380 as shown in FIG. 3 (c); And a developing step of selectively removing the mixed film 390 in the portion exposed to and not exposed to the ultraviolet ray 390 as shown in FIG. 3D.

각 공정을 보다 자세하게 설명한다.Each process is explained in more detail.

하부기판(320)에 띠형의 캐소드전극(340)을 형성하는 공정에서, 캐소드전극(340)은 전기적 도전성이 우수한 금속재료로 만들어지며, 물리적증착(physical vapor deposition) 혹은 화학적증착(chemical vapor deposition) 방법으로 소정의 두께를 갖는 막형으로 형성될 수 있다. 도 3의 (a)에서 띠형의 캐소드전극(340)은 선폭이 일정한 것으로 제한을 받지는 않는다. 캐소드전극(340)의 패터닝은 일반적으로 사용되는 포토레지스트(photoresist) 물질을 사용해서 금속막의 건식식각 혹은 습식식각 방법으로 쉽게 할 수 있다.In the process of forming the band-shaped cathode electrode 340 on the lower substrate 320, the cathode electrode 340 is made of a metal material excellent in electrical conductivity, and physical vapor deposition or chemical vapor deposition It can be formed into a film having a predetermined thickness by the method. In FIG. 3A, the band-shaped cathode electrode 340 is not limited to a constant line width. The patterning of the cathode electrode 340 can be easily performed by dry etching or wet etching of a metal film using a photoresist material which is generally used.

도 3의 (b)에서 패터닝에 의해 에미터를 형성할 혼합체막(350)을 형성하는 방법은 다음과 같다.In FIG. 3B, a method of forming the mixture film 350 to form the emitter by patterning is as follows.

혼합체막(350)을 형성시키기 위해서는 이에 앞서 에미터 재료를 포함하는 콜로이드(colloid) 상태의 혼합체 용액을 제조해야 한다. 혼합체막(350) 형성에 사용되는 혼합체 용액은 입자형의 에미터 재료와 감광제 및 초순수(DI water)로 구성되며, 점도를 조절하기 위한 바인더와 혼합체막의 형성을 용이하게 하기 위한 첨가제로서 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다. 혼합체 용액의 점도와 퍼짐성은 바인더, 계면활성제 및 첨가제의 양으로 조절이 가능하다.In order to form the mixture film 350, a colloidal mixture solution including an emitter material must be prepared. The mixture solution used to form the mixture film 350 is composed of a particle emitter material, a photosensitive agent, and ultrapure water (DI water), and a surfactant is used as an additive for facilitating formation of a binder and a mixture film to control viscosity. It may further comprise. The viscosity and spreadability of the mixture solution can be controlled by the amount of binder, surfactant and additives.

그리고 에미터 재료로는 낮은 전계에서 전자방출 특성이 우수한 입자형(분말형 포함)재료가 사용되는데, 예를 들면 카본을 주성분으로 하는 물질인 카본나노튜브, 카본나노입자, 결함을 가진 다이아몬드; 세라믹입자들(ceramic particles), 특히 산화물입자들, 질화물입자들, 탄화물입자들; 및 반도체재료들이 있다. 입자형 에미터 재료의 형상은 구형, 괴상형, 막대형 혹은 판상형 등이 있으며, 형상에 제한을 받지 않는다. 또한 혼합체 용액을 구성하는 감광제로는 중크롬산(ADC, amonium dichromate)이 사용될 수 있으며, 바인더로는 폴리비닐알콜(PVA, polyvinyl alcohol) 혹은 터피네올(terpineol) 등이 사용될 수 있다. 계면활성제로는 이소프로필알콜(Iso-Propyl Alcohol)등이 사용될 수 있다.As the emitter material, a particulate (including powder) material having excellent electron emission characteristics in a low electric field is used, for example, carbon nanotubes, carbon nanoparticles, and diamonds having defects including carbon as a main component; Ceramic particles, in particular oxide particles, nitride particles, carbide particles; And semiconductor materials. The shape of the particulate emitter material is spherical, blocky, rod-shaped or plate-shaped, and the like, and is not limited in shape. In addition, dichromic acid (ADC, amonium dichromate) may be used as the photosensitizer constituting the mixture solution, and polyvinyl alcohol (PVA, polyvinyl alcohol) or terpineol may be used as the binder. As a surfactant, isopropyl alcohol (Iso-Propyl Alcohol) may be used.

제조된 혼합체 용액을 캐소드전극(340)을 함유한 하부기판(320)에 도포시켜 혼합체막(350)을 형성하는 방법으로는 스핀코팅(spin coating), 닥터블레이드(Doctor Blade) 방법 등이 사용될 수 있다.As a method of forming the mixture film 350 by applying the prepared mixture solution to the lower substrate 320 containing the cathode electrode 340, a spin coating method or a doctor blade method may be used. have.

도 3의 (c)에서 혼합체막(350)의 패터닝에 사용되는 마스크(380)는 자외선(390)이 투과하는 영역과 투과하지 못하는 부분으로 구성되는 패턴을 갖는다. 감광제로 중크롬산을 사용한 경우 사진식각 공정시 자외선에 노출된 부분의 혼합체막(350)은 감광제인 중크롬산 때문에 마치 음성(negative) 포토레지스트와 처럼 반응한다. 즉, 현상공정시 자외선에 노출된 부분은 남고 자외선에 노출되지 않은 부분의 혼합체막은 제거된다. 도 3의 (c)에서 자외선 조사(exposure)는 혼합체막(350)이 건조된 상태에서 하는 것이 바람직하며, 혼합체막(350)의 건조는 일반적으로 50℃내지 70℃에서 5분간 핫플레이트(hot plate)를 사용해서 수행한다. 자외선 조사시 사용하는 파장은 280nm에서 380nm의 범위를 갖는 것이 적당하며, 사용되는 마스크(380)의 패턴은 혼합체막(350)의 형상을 결정하기 때문에 중요하다. 에미터가 형성될 부분인 픽셀에만 자외선이 조사되도록 하는 것이 바람직하다.In FIG. 3C, the mask 380 used for patterning the mixture film 350 has a pattern composed of a region through which the ultraviolet ray 390 transmits and a portion that does not transmit. When the dichromic acid is used as the photosensitizer, the mixture film 350 of the portion exposed to the ultraviolet light during the photolithography process reacts as if the photoresist is a negative photoresist. That is, in the developing process, the portion exposed to the ultraviolet rays remains and the mixture film of the portion not exposed to the ultraviolet rays is removed. In (c) of FIG. 3, ultraviolet irradiation is preferably performed in a state in which the mixture film 350 is dried, and drying of the mixture film 350 is generally performed at 50 ° C. to 70 ° C. for 5 minutes. plate). The wavelength used in the ultraviolet irradiation is appropriate to have a range of 280nm to 380nm, and the pattern of the mask 380 used is important because it determines the shape of the mixture film 350. It is desirable to allow ultraviolet light to be irradiated only to the pixel where the emitter will be formed.

도 3의 (d)는 본 실시예에서 사진식각공정으로 에미터 패터닝을 했을 때 현상공정 후 패터닝된 에미터(360)의 단면을 보여주는 개략도이다. 본 실시예에서 현상은 혼합체를 구성하는 바인더가 물에 녹는 수용성이기 때문에 물을 현상액으로 사용하는 것을 특징으로 한다. 즉, 자외선에 조사시킨 후 상기 혼합체막(350)이 코팅된 하부기판(320)을 물(water)에 디핑(dipping)시켜 현상을 할 수도 있지만, 현상의 속도를 가속시키기 위해서는 40℃ 내지 50℃의 온수를 스프레이(spray) 분사시켜 현상하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 현상시 물을 현상액으로 사용해 선택적으로 패터닝이 가능한 이유는, 자외선에 노출된 혼합체막(350) 부분은 감광제와 바인더가 반응하여 물에 쉽게 녹지 않은 반면, 자외선에 노출되지 않은 부분의 혼합체막(350)은 물에 쉽게 녹는 특성을 갖기 때문이다.FIG. 3 (d) is a schematic diagram showing a cross section of the patterned emitter 360 after the developing process when the emitter patterning is performed by the photolithography process in this embodiment. In the present embodiment, the development is characterized in that water is used as a developer because the binder constituting the mixture is water soluble in water. That is, after irradiating with ultraviolet light, the lower substrate 320 coated with the mixture film 350 may be developed by dipping in water, but in order to accelerate the development speed, the temperature may be 40 ° C. to 50 ° C. It is preferable to develop by spraying hot water of spray. In the present embodiment, the reason for the selective patterning using water as a developing solution is that the portion of the mixture film 350 exposed to ultraviolet rays is not easily dissolved in water due to the reaction between the photoresist and the binder. This is because the mixture film 350 is easily soluble in water.

도 3의 (d)에서는 음성 감광제를 사용하였기 때문에 자외선(390)에 노출된부분의 에미터만 남아 있지만, 양성 감광제를 사용해서 에미터를 패터닝할 수도 있다. 현상공정 후 남아 있는 혼합체막(350)은 수분과 바인더, 감광제 등을 함유하고 있기 때문에 열처리를 해서 사용한다. 열처리를 하는 이유는 에미터(365)를 제외한 혼합체막(350)의 구성 성분인 수분, 바인더 및 감광제를 태워서 제거해야 하기 때문이다. 이 때 열처리 온도는 혼합체 용액의 제조시 사용한 바인더 종류에 따라 다르지만 일반적으로 200℃에서 400℃의 범위를 갖는다.In FIG. 3D, since the negative photosensitive agent is used, only the emitter of the portion exposed to the ultraviolet ray 390 remains, but the emitter may be patterned using the positive photosensitive agent. The mixture film 350 remaining after the development process contains water, a binder, a photosensitizer, and the like, and thus is used after heat treatment. The reason for the heat treatment is that the moisture, the binder, and the photosensitive agent, which are components of the composite film 350 except for the emitter 365, need to be burned out. At this time, the heat treatment temperature varies depending on the type of binder used in the preparation of the mixture solution, but generally has a range of 200 ° C to 400 ° C.

열처리 공정후는 에미터 재료만 픽셀부분에 남아있기 때문에 픽셀부분의 캐소드전극(340)과 에미터(360)의 부착력이 낮아서 에미터가 박리되는 문제가 발생할 수 있다. 때문에 본 실시예에서는 에미터(360)와 캐소드전극(340)의 부착력을 증가시키기 위한 방법으로 혼합체 용액의 제조시 금속화합물을 첨가시킨다.After the heat treatment process, since only the emitter material remains in the pixel portion, the adhesion between the cathode electrode 340 and the emitter 360 in the pixel portion may be low, causing the emitter to peel off. Therefore, in the present embodiment, the metal compound is added during the preparation of the mixture solution by increasing the adhesion between the emitter 360 and the cathode electrode 340.

대표적인 금속화합물로는 마그네슘나이트레이트(Mg(NO3)2)와 실버나이트레이트(AgNO3)가 있는데, 이들 금속화합물은 열처리시 환원되어 금속은 남게 되며, 입자형 에미터(360)를 캐소드전극(340)의 픽셀부분에 강하게 부착시키는 본딩제 역할을 한다. 이 밖에도 혼합체막(350)의 형성을 용이하게 하기 위해서 혼합체 용액에 미량의 계면활성제를 추가로 넣을 수 있으며, 계면활성제로는 이소프로필알콜 등이 사용 될 수 있다.Representative metal compounds include magnesium nitrate (Mg (NO 3 ) 2 ) and silver nitrate (AgNO 3 ). These metal compounds are reduced during heat treatment to leave metals. It serves as a bonding agent to strongly adhere to the pixel portion of 340. In addition, in order to facilitate the formation of the mixture film 350, a small amount of the surfactant may be added to the mixture solution, and isopropyl alcohol may be used as the surfactant.

도 4는 앞서 설명한실시예 1의 방법(도 3 참조)으로 제조한 전자방출용 캐소드의 구조를 보여주는 개략 사시도로서, 유리기판으로 구성된 하부기판(320) 위에 금속막의 캐소드전극(340)이 띠형으로 형성되며, 상기 캐소드전극(340) 위에 소정의 크기를 갖는 에미터(360)가 패터닝 되어 있다. 여기서, 상기 캐소드전극(340)의 형상은 반드시 띠형일 필요는 없다. 또한 에미터(360)의 형상, 크기 및 개수는 특정하게 제한될 필요는 없다.4 is a schematic perspective view showing the structure of the electron-emitting cathode manufactured by the method of Example 1 described above (see FIG. 3), wherein the cathode electrode 340 of the metal film is formed in a band shape on the lower substrate 320 formed of a glass substrate. An emitter 360 having a predetermined size is patterned on the cathode electrode 340. Here, the shape of the cathode electrode 340 does not necessarily have to be a band shape. In addition, the shape, size and number of emitters 360 need not be particularly limited.

[실시예 2]Example 2

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계방출소자용 캐소드 제조방법을 보여주는 개략 단면도로서, 본 실시예는 앞서 설명한실시예 1의 제조방법에 비해서 에미터와 캐소드전극 사이의 부착력을 강하게 할 수 있는 장점과 후속공정에서 에미터의 파손을 줄이는 장점을 갖도록 고안된 것이다.5 is a schematic cross-sectional view showing a method of manufacturing a cathode for a field emission device according to another embodiment of the present invention, the present embodiment can increase the adhesion between the emitter and the cathode electrode compared to the manufacturing method of Example 1 described above It is designed to have the advantage of reducing the damage of the emitter in the subsequent process and in the subsequent process.

도 5의 (a)에서 보듯이 유리와 같은 전기적 부도체 재료로 구비된 하부기판(520)에, 전기적 도전성을 갖는 물질로 띠형의 캐소드전극(540)을 형성시킨다. 여기서 캐소드전극(540) 형성에 사용되는 기술, 재료 등은 앞서 설명한실시예 1(도 3 참조)과 동일하게 적용될 수 있다.As shown in FIG. 5A, a strip-shaped cathode electrode 540 is formed of a material having electrical conductivity on the lower substrate 520 made of an electrical non-conductive material such as glass. The technique, material, and the like used for forming the cathode electrode 540 may be applied in the same manner as in Embodiment 1 (see FIG. 3).

이어서, 캐소드전극(540)을 포함한 상기 하부기판(520) 상에 절연체(530)를 형성시킨다. 이 때 절연체(530)의 형성은 물리적증착 방법 혹은 화학적증착 방법 등으로 가능하다. 그리고, 절연체(530)의 두께는 캐소드전극(540)의 두께보다 두텁게 하여 후술하는 픽셀홈(535)을 형성한 후에 절연체(530)가 캐소드전극(540)에 비해 표면으로 돌출되도록 형성시키는 것이 바람직하다.Next, an insulator 530 is formed on the lower substrate 520 including the cathode electrode 540. In this case, the insulator 530 may be formed by a physical vapor deposition method or a chemical vapor deposition method. The thickness of the insulator 530 is thicker than the thickness of the cathode electrode 540 to form the pixel groove 535 described later, and then the insulator 530 is formed to protrude to the surface of the cathode 540. Do.

계속하여, 형성된 절연체(530)를 사진식각공정 등의 방법으로 선택적으로 식각하여 픽셀홈(535)을 형성한다. 이 때 도 5의 (a)에서 보듯이, 상기 픽셀홈(535)은 캐소드전극(540) 상에 위치하며, 픽셀홈(535)의 바닥에 캐소드전극(540)이 존재하도록, 즉 캐소드전극(540)이 노출되도록 충분히 깊게 식각해야 한다.Subsequently, the formed insulator 530 is selectively etched by a photolithography process to form a pixel groove 535. At this time, as shown in (a) of FIG. 5, the pixel groove 535 is positioned on the cathode electrode 540, so that the cathode electrode 540 is present at the bottom of the pixel groove 535, that is, the cathode electrode ( 540 must be etched deep enough to expose.

도 5의 (a) 이후의 공정은 상기 절연체(530)의 픽셀홈(535)에 의해서 노출된 캐소드전극(540)에 입자형 에미터 재료를 패터닝하여 부착시키는 공정으로, 자세한 공정은 앞서 설명한실시예 1에서와 동일한 단계로 이루어진다.Process after (a) of Fig. 5 is a step of attaching and patterning the particulate emitter material to the cathode electrode 540 exposed by the pixel groove 535 of the insulator 530, the exemplary detailed process described above Same steps as in Example 1

즉, 낮은 전계에서 전자방출이 용이한 입자형 에미터 재료와 자외선에 감광되는 물질인 감광제를 함유하는 혼합체 용액을 제조하는 단계; 도 5의 (b)와 같이 제조된 혼합체 용액을 캐소드전극(540)과 절연체(530)를 함유한 하부기판(520)에 균일하게 도포하여 혼합체막(550)을 형성하는 단계; 도 5의 (c)와 같이 상기 혼합체막(550)에 마스크(580)를 사용하여 선별적으로 자외선(590)을 조사하는 단계; 및 도 5의 (d)와 같이 자외선(590)에 노출된 부분과 노출되지 않은 부분에 있던 혼합체막(550)을 선택적으로 제거하는 현상 단계를 순차적으로 수행한다.That is, preparing a mixture solution containing a particulate emitter material that is easy to emit electrons at a low electric field and a photosensitizer which is a material that is exposed to ultraviolet rays; Forming a mixture film 550 by uniformly applying the mixed solution prepared as shown in FIG. 5B to the lower substrate 520 containing the cathode electrode 540 and the insulator 530; Selectively irradiating ultraviolet light 590 on the mixture film 550 using a mask 580 as shown in FIG. 5 (c); And a developing step of selectively removing the mixed film 550 in the portion exposed to the ultraviolet ray 590 and the portion not exposed as shown in FIG. 5 (d).

에미터 부착을 위한 각각의 단계 역시실시예 1의 기술, 재료 등을 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들면, 혼합체막(550)을 형성시킨 후 건조단계를 가지며, 감광제로는 음성 감광제인 중크롬산을 사용할 수 있다. 또한 에미터 재료의 선택과 에미터와 캐소드전극의 부착력을 증가시키기 위해서 첨가제를 사용할 수 있다.Each step for emitter attachment may also apply the same techniques, materials, and the like of Example 1. FIG. For example, the mixture film 550 may be formed and then dried, and dichromic acid, which is a negative photosensitive agent, may be used. Additives can also be used to select the emitter material and increase the adhesion between the emitter and the cathode.

도 6은실시예 2(도 5)의 제조방법으로 제조한 전계방출소자용 캐소드의 구조를 보여주는 개략 사시도이다. 도면에서 보듯이, 사진식각 공정으로 제조한 전계방출소자용 캐소드(500)는 유리기판으로 구성된 하부기판(520)에 금속막의 캐소드전극(540)이 띠형으로 형성되며, 캐소드전극(540)을 함유한 하부기판(520)에 절연체(530)를 도포한 후, 캐소드전극 상에 형성된 절연체(530)를 선택적으로 식각하여 픽셀홈(535)을 형성시킨다. 이어서 상기 픽셀홈(535)을 통하여 캐소드전극(540)이 노출된 부분에 사진식각공정으로 패터닝하여 에미터(560)를 형성시킨다.6 is a schematic perspective view showing the structure of the cathode for the field emission device manufactured by the manufacturing method of Example 2 (FIG. 5). As shown in the drawing, the cathode 500 for the field emission device manufactured by the photolithography process has a cathode electrode 540 of a metal film formed in a band shape on a lower substrate 520 made of a glass substrate, and contains a cathode electrode 540. After the insulator 530 is coated on the lower substrate 520, the insulator 530 formed on the cathode electrode is selectively etched to form the pixel groove 535. Subsequently, the emitter 560 is formed by patterning a portion of the cathode electrode 540 exposed through the pixel groove 535 by a photolithography process.

이와 같이 본 실시예에서는 패터닝된 에미터(560)는 아래로는 캐소드전극(540)과 부착되고, 측면으로는 픽셀홈(535)에 의해 보호되므로 외부의 물리적 자극에 의해 캐소드전극(540)과 에미터(560)가 박리되는 현상을 억제시킨다. 또한 에미터를 픽셀홈의 내부에 부착시킴으로써 후속공정시 픽셀홈(535)이 에미터(560)를 보호하는 역할을 하기 때문에 에미터의 손상을 방지할 수 있다. 이런 이유로 픽셀홈(535)을 갖는 절연체(530)의 두께는 캐소드전극(540)의 두께 보다 두텁게 하고, 에미터(560)의 표면이 절연체(530)의 표면보다 아래에 위치하도록 하는 것이 더욱 바람직하다.Thus, in the present embodiment, the patterned emitter 560 is attached to the cathode electrode 540 below, and is protected by the pixel groove 535 on the side, so that the cathode 540 and the cathode are externally stimulated. The phenomenon in which the emitter 560 is peeled off is suppressed. In addition, since the emitter is attached to the inside of the pixel groove, the damage of the emitter may be prevented because the pixel groove 535 serves to protect the emitter 560 in a subsequent process. For this reason, it is more preferable that the thickness of the insulator 530 having the pixel groove 535 is thicker than the thickness of the cathode electrode 540, and the surface of the emitter 560 is located below the surface of the insulator 530. Do.

본 실시예에서는 에미터(560)와 픽셀홈(535) 사이에 일정한 공간을 두었지만, 에미터(560)와 픽셀홈(535)을 접하게 함으로써 에미터(560)의 캐소드전극(540)으로부터 박리되는 현상을 더욱 억제 시킬 수 있다. 또한 에미터(560)와 픽셀홈(535)이 접하는 면적을 증가시킬수록 에미터(560)의 박리현상을 더 한층 억제시킬 수 있기 때문에 한 개의 픽셀에 작은 다수개의 픽셀홈을 형성시킴으로써 에미터(560)의 박리현상을 줄이는 것이 더욱 바람직하다.In this embodiment, although a certain space is provided between the emitter 560 and the pixel groove 535, the emitter 560 and the pixel groove 535 are contacted to peel off from the cathode electrode 540 of the emitter 560. The phenomenon can be further suppressed. In addition, since the peeling phenomenon of the emitter 560 can be further suppressed as the area where the emitter 560 and the pixel groove 535 are in contact with each other increases, the emitter (by forming a plurality of small pixel grooves in one pixel) It is more desirable to reduce delamination of 560.

[실시예 3]Example 3

도 7은실시예 1에 의해 제조된 전계방출소자용 캐소드를 2극형 전계방출 디스플레이에 적용한 일예를 보여주는 개략도이다.7 is a schematic view showing an example in which the cathode for the field emission device manufactured according to Example 1 is applied to a bipolar field emission display.

도면에서, 전계방출소자용 캐소드(300)는 스페이서(785)를 지지대로 하여 애노드(790)과 서로 마주보면서도 평행하게 진공패키징 한다. 애노드(790)는 유리기판으로 구성된 상부기판(792)에 띠 형태로 배열된 투명전극으로 구성된 애노드전극(794)과 애노드전극의 일부 위에 빨강(R), 녹색(G), 파랑색(B)의 형광체 (phosphor, 796)를 가진 상부기판(792)으로 구성된다. 그리고 하부기판상의 캐소드전극(340)과 애노드전극(794)은 서로 교차되도록 정렬하여 교차 영역이 하나의 픽셀(pixel)로 정의된다. 한편, 픽셀에서 서로 교차하는 캐소드전극(340)과 아노드전극(794)인 투명전극 사이에 전압를 인가하면, 전계(electric field)가 형성되고 소정 크기 이상의 전계에서는 에미터(360)에서 전자가 방출된다. 통상 사용되는 에미터 재료로는 10 V/㎛ 이하의 전계에서 쉽게 전자가 방출되는 물질을 사용한다.In the figure, the field emission device cathode 300 is vacuum-packed in parallel while facing the anode 790 with the spacer 785 as a support. The anode 790 includes an anode electrode 794 composed of a transparent electrode arranged in a strip shape on an upper substrate 792 composed of a glass substrate, and a red (R), green (G), and blue (B) portion of the anode electrode. It consists of an upper substrate 792 having a phosphor (796) of. In addition, the cathode electrode 340 and the anode electrode 794 on the lower substrate are aligned to intersect with each other so that the crossing region is defined as one pixel. On the other hand, when a voltage is applied between the cathode electrode 340 and the transparent electrode, which is the anode electrode 794, which cross each other in the pixel, an electric field is formed and electrons are emitted from the emitter 360 in an electric field of a predetermined size or more. do. Commonly used emitter materials include materials that readily emit electrons in an electric field of 10 V / µm or less.

상술한 바와 같이 본 발명에서는 전계방출소자용 캐소드를 입자형 에미터를 사용해서 사진식각 공정으로 캐소드전극을 함유한 하부기판의 원하는 소정의 위치에 정밀하게 패터닝할 수 있다. 때문에 고온공정으로 형성시킨 낮은 전계에서 전자방출 특성이 우수한 에미터 재료들 예를들면, 카본나노튜브, 카본나노입자, 결함을 가진 다이아몬드, 세라믹입자들을 저온공정이 요구되는 유리기판에 부착 및 패터닝할 수 있는 장점을 갖는다.As described above, in the present invention, the field emission device cathode can be accurately patterned at a desired predetermined position of the lower substrate containing the cathode electrode by a photolithography process using a particle emitter. Therefore, emitter materials having excellent electron emission characteristics in a low electric field formed by a high temperature process, for example, carbon nanotubes, carbon nanoparticles, defective diamond, ceramic particles can be attached and patterned on a glass substrate requiring a low temperature process. Has the advantage.

따라서 별도의 장치에서 합성온도와 기판의 형상에 제한을 받지 않고 전자방출특성이 우수한 입자형 에미터 재료를 합성하여, 본 발명의 사진식각 공정으로 입자형 에미터를 미세하고 정교하게 선택적으로 패터닝함으로써 전계방출소자의 하부기판 선택의 제한을 완화시킬 수 있으며, 전계방출소자의 대면적화 및 고정세화를 가능하게 한다. 즉, 유리기판을 하부기판으로 사용한 고정세 대면적 전계방출 디스플레이의 실용화가 가능하다.Therefore, by synthesizing the particle emitter material having excellent electron emission characteristics without limiting the synthesis temperature and the shape of the substrate in a separate device, by fine and finely selectively patterning the particle emitter by the photolithography process of the present invention The restriction on the selection of the lower substrate of the field emission device can be relaxed, and the large area and high definition of the field emission device can be achieved. In other words, it is possible to commercialize a high-resolution large-area field emission display using a glass substrate as a lower substrate.

그리고, 본 발명의 다른 실시예에서는 입자형 에미터가 절연체로 이루어지 픽셀홈에 형성되기 때문에 입자형 에미터와 캐소드전극 사이의 부착력을 강화시킬 수 있는 장점을 가진다.In another embodiment of the present invention, since the particle emitter is formed in the pixel groove made of an insulator, the particle emitter has an advantage of enhancing adhesion between the particle emitter and the cathode electrode.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.The technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, but this is by way of example only and not intended to limit the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

Claims (18)

캐소드를 가진 하부기판과 형광체를 가진 상부기판이 서로 평행하게 좁은 간격으로 진공패키징되어 하부기판의 캐소드로부터 방출된 전자를 상부기판의 형광체에 충돌시켜 형광체의 음극 발광으로 화상을 표시하는 전계방출소자용 캐소드에 있어서,The lower substrate having the cathode and the upper substrate having the phosphor are vacuum-packed in parallel to each other at narrow intervals so that electrons emitted from the cathode of the lower substrate collide with the phosphor of the upper substrate to display an image by cathode emission of the phosphor. For the cathode, 전기적 부도체 재료로 이루어진 하부기판;A lower substrate made of an electrically nonconductive material; 상기 하부기판상에 전기적 도전성을 갖는 물질로 형성되는 캐소드전극; 및A cathode electrode formed of a material having electrical conductivity on the lower substrate; And 상기 캐소드전극의 위에 사진식각공정으로 패터닝 되어 부착되는 낮은 전계에서 전자방출이 용이한 입자형 에미터를 포함하여 구성되어,It comprises a particle emitter that is easy to emit electrons in a low electric field is attached to the cathode patterned by a photolithography process, 전자방출소자의 하부기판 선택의 제한을 완화시키고, 전자방출소자를 대면적화 및 고정세화 할 수 있는 것을 특징으로 하는 전계방출소자용 캐소드.A cathode for a field emission device, characterized in that it is possible to relax the limitation of the selection of the lower substrate of the electron emission device, and to make the electron emission device large in size and high definition. 전계방출소자용 캐소드를 제조하는 방법에 있어서,In the method of manufacturing the cathode for the field emission device, 전기적 부도체 재료로 이루어진 하부기판에 전기적 도전성을 갖는 물질로 캐소드전극을 형성시키는 공정;Forming a cathode electrode of a material having electrical conductivity on a lower substrate made of an electrically nonconductive material; 형성된 캐소드전극위에 입자형 에미터 재료를 사진식각 공정으로 패터닝하여 에미터를 부착시키는 공정으로 이루어지며,Patterning the particle emitter material on the formed cathode electrode by photolithography process and attaching the emitter, 상기 에미터 부착 공정은, 낮은 전계에서 전자방출이 용이한 입자형 에미터재료와 자외선에 감광되는 물질인 감광제를 함유하는 혼합체 용액을 제조하는 단계;The emitter attaching process may include preparing a mixture solution containing a particle emitter material that is easy to emit electrons at a low electric field and a photosensitizer that is a material that is exposed to ultraviolet rays; 제조된 혼합체 용액을 균일한 두께로 캐소드전극을 함유한 하부기판에 균일하게 도포하여 혼합체막을 형성하는 단계;Uniformly applying the prepared solution to the lower substrate containing the cathode electrode to a uniform thickness to form a mixture film; 상기 혼합체막에 마스크를 사용하여 선별적으로 자외선을 조사하는 단계; 및Selectively irradiating ultraviolet rays to the mixture film using a mask; And 자외선에 노출된 부분과 노출되지 않은 부분에 있던 혼합체막을 선택적으로 제거하는 현상 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항의 전계방출소자용 캐소드 제조방법.A method for manufacturing a cathode for a field emission device according to claim 1, comprising the step of selectively removing the mixture film in the portion exposed to the ultraviolet and the portion not exposed. 캐소드를 가진 하부기판과 형광체를 가진 상부기판이 서로 평행하게 좁은 간격으로 진공패키징되어 하부기판의 캐소드로부터 방출된 전자를 상부기판의 형광체에 충돌시켜 형광체의 음극 발광으로 화상을 표시하는 전계방출소자용 캐소드에 있어서,The lower substrate having the cathode and the upper substrate having the phosphor are vacuum-packed in parallel to each other at narrow intervals so that electrons emitted from the cathode of the lower substrate collide with the phosphor of the upper substrate to display an image by cathode emission of the phosphor. For the cathode, 전기적 부도체 재료로 이루어진 하부기판;A lower substrate made of an electrically nonconductive material; 상기 하부기판상에 전기적 도전성을 갖는 물질로 형성되는 캐소드전극;A cathode electrode formed of a material having electrical conductivity on the lower substrate; 상기 캐소드전극을 함유한 상기 하부기판에 형성되고 바닥면에 상기 캐소드전극이 존재하는 픽셀홈을 가지며, 에미터와 캐소드전극 사이의 부착력을 강화시키고 에미터 파손을 줄여주는 절연체; 및An insulator formed on the lower substrate containing the cathode electrode and having a pixel groove on the bottom surface of the cathode to enhance adhesion between the emitter and the cathode and reduce the damage of the emitter; And 상기 픽셀홈 내의 노출된 상기 캐소드전극 상에 사진식각공정으로 패터닝 되어 부착되는 낮은 전계에서 전자방출이 용이한 입자형 에미터를 포함하여 구성되어,And a particle emitter that is easy to emit electrons at a low electric field that is patterned and attached to the exposed cathode electrode in the pixel groove by a photolithography process. 전자방출소자의 하부기판 선택의 제한을 완화시키고, 전자방출소자를 대면적화 및 고정세화 할 수 있는 것을 특징으로 하는 전계방출소자용 캐소드.A cathode for a field emission device, characterized in that it is possible to relax the limitation of the selection of the lower substrate of the electron emission device, and to make the electron emission device large in size and high definition. 전계방출소자용 캐소드를 제조하는 방법에 있어서,In the method of manufacturing the cathode for the field emission device, 전기적 부도체 재료로 이루어진 하부기판에 전기적 도전성을 갖는 물질로 캐소드전극을 형성시키는 공정;Forming a cathode electrode of a material having electrical conductivity on a lower substrate made of an electrically nonconductive material; 에미터와 캐소드전극 사이의 부착력을 강화시키고, 후속공정에서의 에미터 파손을 줄이기 위하여 상기 캐소드전극을 갖는 상기 하부기판에 전기적으로 부도체인 절연체를 형성시키는 공정;Forming an insulator that is electrically nonconductive on the lower substrate having the cathode electrode in order to strengthen the adhesion between the emitter and the cathode and reduce the emitter breakage in a subsequent process; 상기 절연체를 선택적으로 식각하여 상기 캐소드전극을 바닥면으로 하는 픽셀홈을 형성시키는 공정; 및Selectively etching the insulator to form pixel grooves having the cathode as a bottom surface; And 상기 픽셀홈에 입자형 에미터 재료를 사진식각공정으로 패터닝하여 에미터를 부착시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제3항의 전계방출소자용 캐소드 제조방법.The method of claim 3, further comprising: attaching the emitter to the pixel groove by patterning the particle emitter material by a photolithography process. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 절연체의 두께는 상기 캐소드전극의 두께보다 두텁게 하여 픽셀홈을 형성한 후에 그 표면이 상기 캐소드전극에 비해 돌출되도록 형성시키는 것을 특징으로 하는 전계방출소자용 캐소드 제조방법.And the thickness of the insulator is thicker than the thickness of the cathode electrode to form a pixel groove so that its surface protrudes from the cathode electrode. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 픽셀홈 내에 패터닝되어 부착되는 에미터가, 그 표면이 절연체의 표면 보다 아래에 위치하도록 형성시키는 것을 특징으로 하는 전계방출소자용 캐소드 제조방법.And the emitter patterned and attached in the pixel groove is formed such that its surface is positioned below the surface of the insulator. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 에미터 부착 공정은,The emitter attachment process, 낮은 전계에서 전자방출이 용이한 입자형 에미터 재료와 자외선에 감광되는 물질인 감광제를 함유하는 혼합체 용액을 제조하는 단계;Preparing a mixture solution containing a particulate emitter material that is easy to emit electrons at a low electric field and a photosensitive agent which is a material that is exposed to ultraviolet rays; 제조된 혼합체 용액을 균일한 두께로 캐소드전극을 함유한 하부기판에 균일하게 도포하여 혼합체막을 형성하는 단계;Uniformly applying the prepared solution to the lower substrate containing the cathode electrode to a uniform thickness to form a mixture film; 상기 혼합체막에 마스크를 사용하여 선별적으로 자외선을 조사하는 단계; 및Selectively irradiating ultraviolet rays to the mixture film using a mask; And 자외선에 노출된 부분과 노출되지 않은 부분에 있던 혼합체막을 선택적으로 제거하는 현상 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자용 캐소드 제조방법.A method for manufacturing a cathode for a field emission device, characterized in that it comprises the step of selectively removing the mixture film in the portion exposed to the ultraviolet and the portion not exposed. 제2항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 2 and 4 to 7, 상기 입자형 에미터가, 카본을 주성분으로 하는 물질인 것을 특징으로 하는 전계방출소자용 캐소드 제조방법.A method for producing a cathode for a field emission device, characterized in that the particulate emitter is a material containing carbon as a main component. 제2항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 2 and 4 to 7, 상기 입자형 에미터가, 카본나노튜브, 카본나노입자, 결함을 가진 다이아몬드, 세라믹입자 혹은 반도체 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계방출소자용 캐소드 제조방법.And said particulate emitter is made of carbon nanotubes, carbon nanoparticles, defective diamond, ceramic particles or semiconductor material. 제2항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 2 and 4 to 7, 상기 입자형 에미터가 구형, 괴상형, 막대형 혹은 판상형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계방출소자용 캐소드 제조방법.The particle emitter is a cathode, a method for manufacturing a cathode for a field emission device, characterized in that consisting of a bar or plate. 제2항 또는 제7항에 있어서,The method according to claim 2 or 7, 상기 감광제는 중크롬산인 것을 특징으로 하는 전계방출소자용 캐소드 제조방법.The method of manufacturing a cathode for a field emission device, characterized in that the photosensitive agent is dichromic acid. 제2항 또는 제7항에 있어서,The method according to claim 2 or 7, 상기 혼합체 용액이 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자용 캐소드 제조방법.The cathode solution for a field emission device, characterized in that the mixture solution comprises a binder. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 바인더가 폴리비닐알콜 또는 터피네올인 것을 특징으로 하는 전계방출소자용 캐소드 제조방법.And the binder is polyvinyl alcohol or terpineol. 제2항 또는 제7항에 있어서,The method according to claim 2 or 7, 상기 혼합체 용액은 금속화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자용 캐소드 제조방법.The mixture solution is a cathode for a field emission device characterized in that it comprises a metal compound. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 금속화합물은 Mg(NO3)2또는 AgNO3인 것을 특징으로 하는 전계방출소자용 캐소드 제조방법.The metal compound is Mg (NO 3 ) 2 or AgNO 3 cathode manufacturing method for a field emission device characterized in that. 제2항 또는 제7항에 있어서,The method according to claim 2 or 7, 상기 혼합체막은 스핀코팅 또는 닥터블레이드 방법으로 형성시키는 것을 특징으로 하는 전계방출소자용 캐소드 제조방법.And the mixture film is formed by a spin coating method or a doctor blade method. 제2항 또는 제7항에 있어서,The method according to claim 2 or 7, 상기 현상 단계는 현상액으로 물을 사용하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자용 캐소드 제조방법.The developing step is a cathode manufacturing method for a field emission device, characterized in that using the developer as water. 제2항 또는 제7항에 있어서,The method according to claim 2 or 7, 상기 현상 단계 수행 후, 남아 있는 혼합체막에 잔존하는 수분, 바인더 및 감광제 등을 제거하기 위하여 패터닝된 혼합체막을 열처리하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자용 캐소드 제조방법.After the development step, the cathode for the field emission device characterized in that the heat treatment of the patterned mixture film in order to remove the remaining water, binder, photoresist and the like remaining in the mixture film.
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