KR20030072271A - Field Emission Display Device And Method For Manufacturing the device - Google Patents

Abstract

PURPOSE: A field emission display device and a method for manufacturing the same are provided to lower the operating voltage applied to the gate electrode, while achieving improved efficiency of electron emission. CONSTITUTION: A method for manufacturing a field emission display device comprises a step of forming an oxide film(302a) on a substrate(301), a step of etching the oxide film into a predetermined depth so as to correspond to the position of the pixel of the field emission display device, a step of forming a gate electrode(303a) on the oxide film, a step of forming a gate insulation film(304a) and a cathode electrode layer on the substrate where the gate electrode is formed, a step of forming a cathode electrode(305a) and a gate insulation film pattern by partially etching the cathode electrode layer and the gate insulation film, and a step of forming an emitter on the cathode electrode corresponding to the position of the pixel.

Description

전계 방출 디스플레이 장치 및 그 제조 방법{Field Emission Display Device And Method For Manufacturing the device}Field emission display device and method for manufacturing the device

본 발명은 전계 방출 디스플레이 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 게이트 전극에 인가되는 동작 전압을 낮추고 에미터의 전자 방출 효율을 높이기 위한 전계 방출 디스플레이 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a field emission display device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a field emission display device for lowering the operating voltage applied to the gate electrode and to increase the electron emission efficiency of the emitter.

전계 방출 디스플레이(FED: Field Emission Display)는 CRT 및 평판디스플레이(LCD 등)의 장점을 모두 갖춘 표시장치로 미세 에미터 팁(emitter tip)으로부터 전자들이 방출되는 원리를 이용한 것이다. 상기 팁을 금속 또는 반도체로 뾰족하게 만든다. 그 다음 강한 전계를 인가하면 상기 팁에서 전자가 방출된다. 상기와 같은 에미터 팁을 매트릭스 형태로 구성하고, 전계를 인가하여 방출된 전자를 형광체 스크린에 충돌시키면 빛을 방출하게 된다. 전계 방출 디스플레이는 에미터와 형광체 스크린간의 거리가 수백 마이크로미터(㎛) 정도에 불과하므로 평판형으로 만들 수 있을 뿐만 아니라 CRT의 우수한 표시 특성을 그대로 살릴 수 있다. 이때 전자방출은 에미터로부터 진공속으로 양자역학적인 터널링(quantum mechanical tunneling)을 통해 방출되는데, 이러한 현상을 전계 방출(field emission)이라 부른다.Field emission displays (FEDs) are displays that combine the advantages of CRTs and flat panel displays (such as LCDs), using the principle of electrons being emitted from fine emitter tips. The tip is made of metal or semiconductor. The application of a strong electric field then releases electrons at the tip. The emitter tip is configured in the form of a matrix, and when the electrons emitted by applying an electric field strike the phosphor screen, light is emitted. Field emission displays are only a few hundred micrometers (μm) in distance between the emitter and phosphor screens, making them not only flat, but also maintaining the excellent display characteristics of the CRT. The electron emission is then emitted from the emitter through vacuum through quantum mechanical tunneling, which is called field emission.

그러나 상기와 같이 반도체 공정이 발전하고 있음에도 불구하고, 전계 방출 디스플레이에 기존의 금속 에미터 또는 실리콘 에미터를 응용할 경우 여전히 인가 전압이 100V 정도로 높기 때문에 디스플레이 장치의 구동 등에 어려움을 줄 뿐만 아니라 수명 및 안정성에서도 어려움이 있었다.However, despite the development of the semiconductor process as described above, when the conventional metal emitter or silicon emitter is applied to the field emission display, the applied voltage is still high as about 100V, which not only makes the display device difficult to operate, but also has long life and stability. There was a difficulty.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 등장한 전계 방출 디스플레이의 전자 방출원 소재가 탄소 나노 튜브(Carbon Nanotube; CNT)이다. 탄소 나노 튜브는 하나의 탄소가 다른 탄소 원자와 결합되어 튜브 형태를 이루고 있는 물질이다. 상기 탄소나노 튜브는 직경이 나노미터 수준으로 극히 작은 영역의 물질로서 우수한 기계적 특성, 전기적 선택성, 뛰어난 전계 방출 특성 및 고효율의 수소 저장 매체 특성 등을 지니며 현존하는 물질 중 결함이 거의 없는 완벽한 신소재로 알려져 있다. 상기와 같이 탄소 나노 튜브는 전기 전도성이 우수하고 단단한 물질이므로 전계 방출 디스플레이의 전자 방출원 소재로서 충분한 가능성을 가지고 있다.Carbon nanotubes (CNTs) are electron emission sources of field emission displays. Carbon nanotubes are materials in which one carbon is bonded to another carbon atom to form a tube. The carbon nanotube is a material having a very small area of the nanometer diameter, and has excellent mechanical properties, electrical selectivity, excellent field emission characteristics, high efficiency hydrogen storage medium properties, and is a perfect new material with few defects among existing materials. Known. As described above, since the carbon nanotubes are excellent in electrical conductivity and rigid materials, they have sufficient potential as electron emission source materials for field emission displays.

상기 탄소 나노 튜브를 전자 방출원으로 이용하는 방법에는 탄소 나노 튜브를 선택적으로 성장시키는 방법과 탄소 나노 튜브 페이스트를 사용하는 방법이 있다.Methods of using the carbon nanotubes as electron emission sources include a method of selectively growing carbon nanotubes and a method of using carbon nanotube pastes.

도 1a 내지 도 1b는 종래 기술에 따른 전계 방출 디스플레이 장치에 사용되는 탄소 나노 튜브의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이다.1A to 1B are scanning electron microscope (SEM) images of carbon nanotubes used in a field emission display device according to the prior art.

도 1a는 탄소 나노 튜브를 선택적으로 성장시킨 SEM 사진이다. 탄소 나노 튜브를 선택적으로 성장시키는 방법은 대부분 촉매 금속을 필요로 한다. 촉매 금속은 대부분 니켈, 코발트 또는 철을 사용하는데 일반적으로 열 화학 기상 증착법으로 상기 촉매 금속에 탄소 나노 튜브를 합성한다. 예를 들어, 촉매 금속이 증착된 기판을 물로 희석시킨 HF 용액속에서 140 sec 동안 담근(Dipping) 후, 950℃의 온도를 유지시키면서 100 sccm의 NH3가스를 20 분간 흘려서 기판 위에 촉매금속 파티클을 형성시킨다. 그 다음으로 20 sccm의 C2H2 가스를 10 분간 흘리면 탄소 나노 튜브를 합성할 수 있다. 상기와 같은 방법으로 성장 탄소 나노 튜브를 합성시키면 도 1a에서 도시된 바와 같이 촉매 금속 상에 상기 탄소 나노 튜브가 수직으로 배향됨을 알 수 있다. 탄소 나노 튜브는 수직으로 배향될 경우에 전자 방출 효율이 높아지므로 상기와 같은 방법으로 성장 시킬 수 있다.1A is an SEM image of carbon nanotubes selectively grown. The method of selectively growing carbon nanotubes mostly requires catalytic metals. Most catalytic metals use nickel, cobalt or iron, and generally synthesize carbon nanotubes on the catalytic metal by thermal chemical vapor deposition. For example, after dipping the substrate on which the catalyst metal is deposited with HF solution diluted with water for 140 sec, the catalyst metal particle is formed on the substrate by flowing 100 sccm of NH3 gas for 20 minutes while maintaining the temperature of 950 ° C. Let's do it. Next, carbon nanotubes can be synthesized by flowing 20 sccm of C2H2 gas for 10 minutes. When the growth carbon nanotubes are synthesized in the same manner as described above, it can be seen that the carbon nanotubes are vertically oriented on the catalyst metal as shown in FIG. 1A. When the carbon nanotubes are oriented vertically, the electron emission efficiency is increased, and thus the carbon nanotubes can be grown by the above method.

상기 탄소 나노 튜브를 전자 방출원으로 이용하는 또 다른 방법에는 탄소 나노 튜브 페이스트를 스크린 프린팅으로 도포하여 사용하는 방법이 있다. 도 1b는 탄소 나노 튜브 페이스트의 형태를 보여주는 SEM 사진이다. 상기 방법은 페이스트에 묻혀있는 탄소 나노 튜브를 세워 전자 방출 효율을 높이기 위한 후속의 열처리 공정을 한다. 상기와 같은 후막 공정은 간단하고 경제적인 장점이 있으나, 상기 공정으로 인하여 오염이 될 수 있고 해상도가 떨어지는 단점이 있다.Another method of using the carbon nanotubes as an electron emission source is to apply the carbon nanotube paste by screen printing. Figure 1b is a SEM photograph showing the shape of the carbon nanotube paste. The method is followed by a subsequent heat treatment process to raise the carbon nanotubes embedded in the paste to increase electron emission efficiency. The thick film process as described above has a simple and economical advantage, but it may be contaminated due to the process and has a disadvantage of poor resolution.

도 2는 종래 기술에 따른 탄소 나노 튜브를 이용한 전계 방출 디스플레이 장치를 도시한 도면이다. 상기 전계 방출 디스플레이 장치는 홀 내에 상기 탄소 나노 튜브를 성장시켜 에미터(201)를 형성하였다. 그러나 상기 홀 내의 직경은 수 ㎛이기 때문에 상기 전계 방출 디스플레이 장치에 전압을 인가하였을 경우 상기 탄소 나노 튜브가 완전히 수직으로 성장되지 못하므로 상기 탄소 나노 튜브 에미터와 게이트 전극 사이의 단락이 발생할 가능성이 매우 클 수 있다.2 is a view showing a field emission display device using a carbon nanotube according to the prior art. The field emission display device grew the carbon nanotubes in a hole to form an emitter 201. However, since the diameter in the hole is several μm, when the voltage is applied to the field emission display device, the carbon nanotubes may not grow completely vertically, and thus there is a high possibility of a short circuit between the carbon nanotube emitter and the gate electrode. Can be large.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 에미터의 상단이 게이트 전극과 동일 평면상에 위치하도록 식각함으로써, 상기 에미터 주위의 전계가 크게 형성되므로 동작 전압이 낮아지고, 게이트 절연막으로 충전되는 전자량을 현저하게 줄일 수 있는 전계 방출 디스플레이 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to improve the prior art as described above, by etching so that the top of the emitter is located on the same plane as the gate electrode, the electric field around the emitter is formed large, the operating voltage is lowered, the gate An object of the present invention is to provide a field emission display device and a method of manufacturing the same, which can significantly reduce the amount of electrons charged with an insulating film.

본 발명의 다른 목적은 선택적 성장 방법뿐만 아니라 페이스트를 사용한 방법으로도 에미터의 탄소 나노 튜브를 수직으로 배향시킴으로써 전자 방출 효율을 높일 수 있는 전계 방출 디스플레이 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a field emission display device and a method of manufacturing the same, which can enhance electron emission efficiency by vertically aligning carbon nanotubes of an emitter not only by selective growth but also by using a paste.

본 발명의 또 다른 목적은 탄소 나노 튜브를 에미터로 이용함으로써, 상기 에미터와 게이트 전극과의 단락으로 인한 신뢰성의 저하를 극복할 수 있는 전계 방출 디스플레이 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a field emission display device and a method of manufacturing the same, which can overcome the degradation of reliability due to short circuit between the emitter and the gate electrode by using a carbon nanotube as an emitter.

도 1a 내지 도 1b는 종래 기술에 따른 전계 방출 디스플레이 장치에 사용되는 탄소 나노 튜브의 SEM 사진이다.1A to 1B are SEM images of carbon nanotubes used in the field emission display device according to the prior art.

도 2는 종래 기술에 따른 탄소 나노 튜브를 이용한 전계 방출 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.2 is a view showing a field emission display device using a carbon nanotube according to the prior art.

도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 전계 방출 디스플레이 장치의 제조 방법을 도시한 도면이다.3A to 3G illustrate a method of manufacturing a field emission display device according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

301:기판302a:산화막301: substrate 302a: oxide film

303a:게이트 전극304a:게이트 절연막303a: gate electrode 304a: gate insulating film

305a:캐소드 전극306b:제2 촉매 금속 패턴305a: cathode electrode 306b: second catalyst metal pattern

307:탄소 나노 튜브307: carbon nanotubes

상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 기판 상에 산화막을 형성하는 단계, 상기 전계 방출 디스플레이 장치의 화소 위치에 대응하도록 상기 산화막을 소정의 깊이로 식각하는 단계, 상기 산화막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극이 형성된 상기 기판 상에 게이트 절연막 및 캐소드 전극층을 차례로 형성하는 단계, 상기 캐소드 전극층 및 상기 게이트 절연막을 부분적으로 식각하여 캐소드 전극 및 게이트 절연막 패턴을 형성하는 단계 및 상기 화소 위치에 대응하는 상기 캐소드 전극 상에 에미터를 형성하는 단계를 포함하여 제공한다.In order to achieve the above object and solve the problems of the prior art, the present invention comprises the steps of forming an oxide film on a substrate, etching the oxide film to a predetermined depth to correspond to the pixel position of the field emission display device, the oxide film Forming a gate electrode on the substrate on which the gate electrode is formed, and sequentially forming a gate insulating layer and a cathode electrode layer on the substrate, and partially etching the cathode electrode layer and the gate insulating layer to form a cathode electrode and a gate insulating layer pattern And forming an emitter on the cathode electrode corresponding to the pixel position.

본 발명의 일측에 따르는 전계 방출 디스플레이 장치는 기판, 상기 기판 상에 형성되며, 화소 위치에 대응하는 화소홈을 포함하는 산화막, 상기 화소홈을 통과하도록 상기 산화막 상에 형성된 게이트 전극, 절연 물질을 통해 상기 게이트 전극과 절연되며, 상기 게이트 전극과 교차하도록 형성된 캐소드 전극 및 상기 화소 위치에 대응하는 상기 캐소드 전극 상에 형성된 에미터를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a field emission display device includes a substrate, an oxide film formed on the substrate and including a pixel groove corresponding to a pixel position, a gate electrode formed on the oxide film to pass through the pixel groove, and an insulating material. And a cathode electrode insulated from the gate electrode and formed to intersect the gate electrode and an emitter formed on the cathode electrode corresponding to the pixel position.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;

도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 디스플레이 장치의 제조 방법을 도시한 도면들이다.3A to 3G illustrate a method of manufacturing a field emission display device according to an embodiment of the present invention.

도 3a를 참조하면, 기판(301) 상에 산화막(302)이 형성된다.Referring to FIG. 3A, an oxide film 302 is formed on the substrate 301.

기판(301)으로는 유리기판이 사용되며, 상기 기판 상에 실리콘 산화막(302)이 화학 기장 증착 방법에 의해서 약 1~30 ㎛의 두께로 증착된다. 유리기판의 경우 500℃ 이하에서의 저온 증착이 요구되므로, 플라즈마 화학기상 증착(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)에 의한 방법이 바람직하다. 본 실시예에서는 유리기판을 사용하지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판으로 실리콘 기판이 사용될 수 있으며, 열산화 반응을 통해서 기판 상에 실리콘 산화막을 생성할 수 있다.A glass substrate is used as the substrate 301, and a silicon oxide film 302 is deposited on the substrate to a thickness of about 1 to 30 μm by a chemical field deposition method. In the case of a glass substrate, since low temperature deposition is required at 500 ° C. or lower, a method by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is preferable. In the present embodiment, a glass substrate is used, but according to another embodiment of the present invention, a silicon substrate may be used as the substrate, and a silicon oxide film may be formed on the substrate through a thermal oxidation reaction.

플라즈마 화학기상 증착은 반응 물질을 진공상태의 챔버에 주입하고, 전장을 형성하여 플라즈마를 유도하는 증착 방법이다. 상기 전장에 의해 높은 에너지를 얻은 전자가 중성상태의 가스분자와 충돌하여 가스분자를 분해하고, 이 분해된 가스원자가 기판에 부착되는 반응을 이용하여 박막을 형성한다. 따라서, 플라즈마 화학기상 증착은 플라즈마를 이용함으로써, 그만큼 열에너지를 줄일 수 있게 되어 저온에서 박막을 형성할 수 있다.Plasma chemical vapor deposition is a deposition method in which a reaction material is injected into a chamber in a vacuum state, and an electric field is formed to induce plasma. Electrons obtained with high energy by the electric field collide with gas molecules in a neutral state to decompose gas molecules, and a thin film is formed by using a reaction in which the decomposed gas atoms are attached to a substrate. Therefore, the plasma chemical vapor deposition can reduce the thermal energy by using the plasma to form a thin film at a low temperature.

도 3b는 전계 방출 디스플레이 장치의 화소 위치에 대응하도록 산화막(303a)을 소정의 깊이로 식각한 도면이다. 산화막(302a)을 식각하기 위해서, 산화막(302a) 상에 포토 레지스트 막을 생성하고, 디스플레이 장치의 화소가 생성되는 위치에 대응하도록 포토 레지스트 막을 제거하여 포토 레지스트 패턴을 형성한다.3B is a view of etching the oxide film 303a to a predetermined depth so as to correspond to the pixel position of the field emission display device. In order to etch the oxide film 302a, a photoresist film is formed on the oxide film 302a, and the photoresist film is removed to correspond to the position where the pixels of the display device are formed to form a photoresist pattern.

포토 레지스트 패턴에 의해서 노출된 부분을 불산 용액으로 식각한다. 이때 상기 노출된 부분을 약 2~30㎛의 깊이로 식각한다. 이때 에미터의 상단이 게이트 전극과 동일 평면상에 위치하는 것이 바람직하며, 이에 따라 산화막의 식각되는 깊이가 결정된다. 상기 산화막을 소정의 깊이로 식각한 다음, 포토 레지스트 패턴을 제거한다.The portion exposed by the photoresist pattern is etched with hydrofluoric acid solution. At this time, the exposed portion is etched to a depth of about 2 ~ 30㎛. In this case, the upper end of the emitter is preferably located on the same plane as the gate electrode, and thus the depth of etching of the oxide film is determined. After etching the oxide film to a predetermined depth, the photoresist pattern is removed.

도 3c는 상기 식각된 산화막(302a) 상에 게이트 전극막(303)이 형성된 도면이다. 게이트 전극막(303)은 화소의 위치에 대응하도록 식각된 기판 상에 형성한다. 게이트 전극막(303)은 몰리브덴, 코발트 및 알루미늄 등으로 구성되며, 스퍼터링 또는 전자적 증착법에 의해서 형성될 수 있다. 이때 생성되는 게이트 전극막(303)의 두께는 약 100~500nm이다.3C illustrates a gate electrode layer 303 formed on the etched oxide layer 302a. The gate electrode film 303 is formed on the substrate etched to correspond to the position of the pixel. The gate electrode film 303 is made of molybdenum, cobalt, aluminum, or the like, and may be formed by sputtering or electronic vapor deposition. The thickness of the gate electrode film 303 produced at this time is about 100-500 nm.

게이트 전극막(303) 상에 포토 레지스트 막을 생성한 후, 게이트 전극(303a)을 형성하기 위한 포토 레지스트 패턴을 형성한다. 사진 식각 공정으로 통해 게이트 전극막(303)을 부분적으로 제거하여 게이트 전극(303a)을 생성한다.After the photoresist film is formed on the gate electrode film 303, a photoresist pattern for forming the gate electrode 303a is formed. The gate electrode layer 303 is partially removed by the photolithography process to generate the gate electrode 303a.

도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 에미터를 형성하는 방법을 도시한 도면이다.3D illustrates a method of forming an emitter in accordance with an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따르면, 탄소 나노 튜브를 선택적 성장시킨다. 게이트 전극(303a), 게이트 절연막(304) 및 캐소드 전극층(305)을 차례로 형성하고, 촉매 금속층, 캐소드 전극층(305) 및 상기 게이트 절연막(304)을 부분적으로 식각한다. 게이트 전극(303a) 및 캐소드 전극(305)으로 사용되는 금속은 몰리브덴(Mo),크롬(Cr), 알루미늄(Al)으로 구성될 수 있으며, 상기 금속들을 형성하는 방법은 스퍼터링(sputtering) 또는 전자선 증착법(electron beam evaporation)이 있다. 또한 상기 금속들은 100~500㎚ 정도의 두께로 형성된다.According to this embodiment, carbon nanotubes are grown selectively. The gate electrode 303a, the gate insulating layer 304, and the cathode electrode layer 305 are sequentially formed, and the catalyst metal layer, the cathode electrode layer 305, and the gate insulating layer 304 are partially etched. The metal used as the gate electrode 303a and the cathode electrode 305 may be formed of molybdenum (Mo), chromium (Cr), and aluminum (Al), and the method of forming the metals may be formed by sputtering or electron beam deposition. (electron beam evaporation). In addition, the metals are formed to a thickness of about 100 ~ 500nm.

촉매 금속은 니켈(Ni), 철(Fe) 및 코발트(Co)로 구성될 수 있으며, 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 이때, 촉매 금속도 게이트 전극(303a) 및 캐소드 전극(305)과 마찬가지로 스퍼터링 또는 전자선 증착법의 방법으로 약 10~50㎚의 두께로 형성된다.The catalytic metal may be composed of nickel (Ni), iron (Fe) and cobalt (Co), and may be used by mixing them. At this time, the catalyst metal is also formed to have a thickness of about 10 to 50 nm by the method of sputtering or electron beam deposition, similarly to the gate electrode 303a and the cathode electrode 305.

도 3e는 상기 촉매 금속층(306), 캐소드 전극층(305) 및 게이트 절연막(306)을 차례로 식각한 도면이다. 상기 식각으로 인하여 생성된 캐소드 전극(305a) 및 게이트 절연막 패턴(306a) 상의 제1 촉매 금속 패턴(306a)은 화소 위치에 대응하는 부분을 제외하고 식각을 통하여 제거한다. 상기 화소 위치에 대응하는 부분에 포토 레지스트막을 생성하고, 사진 공정을 통하여 식각한다. 상기 식각으로 인해 생성된 포토 레지스트 패턴을 제거하면 화소 위치에 대응하는 부분, 즉 게이트 전극(303a) 및 캐소드 전극(305a)이 교차하는 부분에만 제2 촉매 금속 패턴(306b)이 형성된다.3E is a diagram in which the catalyst metal layer 306, the cathode electrode layer 305, and the gate insulating layer 306 are sequentially etched. The first catalyst metal pattern 306a on the cathode electrode 305a and the gate insulating layer pattern 306a generated by the etching is removed by etching except for a portion corresponding to the pixel position. A photoresist film is formed at a portion corresponding to the pixel position and etched through a photo process. When the photoresist pattern generated by the etching is removed, the second catalyst metal pattern 306b is formed only at a portion corresponding to the pixel position, that is, at the intersection of the gate electrode 303a and the cathode electrode 305a.

다음으로 도 3f에서 도시된 바와 같이 제2 촉매 금속 패턴(306b) 상에 탄소 나노 튜브(307)를 선택적으로 성장시킨다. 탄소 나노 튜브(307)를 성장시키기 위해서 화학 기상 증착 방법(CVD: Chemical Vapor Deposition)이 사용된다. 상기 증착 방법에 사용되는 기체는 수소(H2) 및 메탄(CH4)의 혼합 가스 또는 암모니아(NH3)와 아세틸렌(C2H2)의 혼합가스가 사용된다. 상기 탄소 나노 튜브가성장 하기 위해서는 촉매 금속이 필요하므로 상기 촉매 금속 패턴 상에만 선택적으로 성장 될 수 있다.Next, as shown in FIG. 3F, the carbon nanotubes 307 are selectively grown on the second catalyst metal pattern 306b. Chemical Vapor Deposition (CVD) is used to grow the carbon nanotubes 307. As the gas used in the deposition method, a mixed gas of hydrogen (H 2) and methane (CH 4) or a mixed gas of ammonia (NH 3) and acetylene (C 2 H 2) is used. Since the carbon nanotubes require a catalyst metal to grow, they may be selectively grown only on the catalyst metal pattern.

본 실시예에서는 기판을 유리로 사용하였으므로 500℃ 이하의 저온에서 성장시키는 것이 바람직하다. 상기 탄소 나노 튜브(307)의 성장 높이는 0.5~10㎛ 정도로 하여 상단의 끝이 게이트 전극(303a)과 동일 평면상에 위치할 수 있게 한다.In this embodiment, since the substrate is used as glass, it is preferable to grow at a low temperature of 500 ° C or lower. The growth height of the carbon nanotubes 307 is about 0.5 to 10 μm so that the end of the carbon nanotubes 307 is coplanar with the gate electrode 303a.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전계 방출 디스플레이 장치의 제조 방법은 캐소드 전극(305a) 및 게이트 절연막 패턴(304a)을 먼저 형성한 다음 에미터를 형성하는 방법이다. 기판(301) 및 산화막(302a)의 형성은 상기 실시예에서 상술한 방법과 동일 하므로 생략한다.A method of manufacturing a field emission display device according to another embodiment of the present invention is a method of first forming a cathode electrode 305a and a gate insulating layer pattern 304a and then forming an emitter. Formation of the substrate 301 and the oxide film 302a is the same as the method described above in the above embodiment, and thus will be omitted.

화소의 위치에 대응하도록 식각된 기판 상에 게이트 전극막을 형성한다. 게이트 전극막은 몰리브덴, 코발트 및 알루미늄 등으로 구성되며, 스퍼터링 또는 전자적 증착법에 의해서 형성될 수 있다. 이때 생성되는 게이트 전극막의 두께는 약 100~500nm이다.A gate electrode film is formed on the substrate etched to correspond to the position of the pixel. The gate electrode film is made of molybdenum, cobalt, aluminum, or the like, and may be formed by sputtering or electronic vapor deposition. The thickness of the gate electrode film produced at this time is about 100-500 nm.

게이트 전극막 상에 포토 레지스트 막을 생성한 후, 게이트 전극(303a)을 형성하기 위한 포토 레지스트 패턴을 형성한다. 사진 식각 공정으로 통해 게이트 전극막을 부분적으로 제거하여 게이트 전극을 생성한다.After the photoresist film is formed on the gate electrode film, a photoresist pattern for forming the gate electrode 303a is formed. The gate electrode is partially removed by a photolithography process to generate a gate electrode.

본 실시예에 따르면, 탄소 나노 튜브를 선택적 성장에 의한 방법으로 형성할 경우 게이트 전극(303a)이 형성된 상기 기판 상에 게이트 절연막(304) 및 캐소드 전극층(305)을 차례로 형성한다.According to the present embodiment, when the carbon nanotubes are formed by the selective growth method, the gate insulating layer 304 and the cathode electrode layer 305 are sequentially formed on the substrate on which the gate electrode 303a is formed.

상기 게이트 절연막(304)은 상기 산화막(302a)과 마찬가지로 기판이 유리기판(301)으로 사용한 경우 저온 증착이 요구되므로 플라즈마 화학 기상 증착에 의한 방법으로 형성한다. 게이트 절연막의 두께는 1~30㎛가 적당하다. 상기 게이트 절연막상에 캐소드 전극층(305)을 증착한다. 상기 캐소드 전극층(305)을 형성하는 금속은 몰리브덴, 크롬 및 알루미늄 등이 있으며 스퍼터링 또는 전자선 증착법으로 생성한다. 상기 금속은 100~500㎚의 두께로 증착한다.Like the oxide film 302a, the gate insulating film 304 is formed by a plasma chemical vapor deposition method because low temperature deposition is required when the substrate is used as the glass substrate 301. As for the thickness of a gate insulating film, 1-30 micrometers is suitable. The cathode electrode layer 305 is deposited on the gate insulating layer. Metals forming the cathode electrode layer 305 include molybdenum, chromium and aluminum, and are produced by sputtering or electron beam deposition. The metal is deposited to a thickness of 100 ~ 500nm.

다음 단계에서 상기 캐소드 전극층(305) 및 게이트 절연막(304)은 캐소드 전극(305a)을 제외한 부분에 대하여 사진 식각 공정을 통한 습식식각 또는 건식식각을 한다.In the next step, the cathode electrode layer 305 and the gate insulating layer 304 are wet etched or dry etched through a photolithography process on portions excluding the cathode 305a.

상기 식각 공정을 통해서 생성된 캐소드 전극(305a) 상에 촉매 금속을 형성한다. 상기 촉매 금속은 니켈(Ni), 철(Fe) 및 코발트(Co)로 구성된다. 촉매 금속도 게이트 전극(303a) 및 캐소드 전극(305a)과 마찬가지로 스퍼터링 또는 전자선 증착법의 방법을 이용하고, 바람직한 촉매 금속의 두께는 10~50㎚정도이다. 상기 촉매 금속 상에 포토 레지스트 막을 생성한 후, 촉매 금속 패턴을 형성하기 위한 포토 레지스트 패턴을 형성한다. 사진 식각 공정을 이용하여 화소를 제외한 부분의 촉매 금속을 제거하면, 제2 촉매 금속 패턴(306b)이 형성된다.A catalyst metal is formed on the cathode electrode 305a generated through the etching process. The catalytic metal is composed of nickel (Ni), iron (Fe) and cobalt (Co). Similarly to the gate electrode 303a and the cathode electrode 305a, the catalyst metal also uses a method of sputtering or electron beam evaporation, and the preferred catalyst metal has a thickness of about 10 to 50 nm. After the photoresist film is formed on the catalyst metal, a photoresist pattern for forming the catalyst metal pattern is formed. When the catalyst metal is removed except for the pixel using the photolithography process, the second catalyst metal pattern 306b is formed.

다음으로 상기 제2 촉매 금속 패턴(306b) 상에 탄소 나노 튜브(307)를 선택적으로 성장시키는 방법은 본 발명의 일 실시예에서 상술한 내용과 동일 하므로 생략한다.Next, the method for selectively growing the carbon nanotubes 307 on the second catalyst metal pattern 306b is the same as described above in one embodiment of the present invention, and thus will be omitted.

에미터를 형성하는 방법에 있어서, 본 발명의 또 다른 실시예로 탄소 나노 튜브 페이스트(미도시)를 이용하는 방법이 있다. 이때에는 촉매 금속이 필요하지않으므로, 캐소드 전극 상에 촉매 금속을 형성하지 않는다. 상기 탄소 나노 튜브 페이스트를 사용하는 방법은 먼저 기판(301) 상에 산화막(302)을 형성하여 식각한다.In the method of forming the emitter, another embodiment of the present invention is a method using a carbon nanotube paste (not shown). At this time, no catalyst metal is required, and thus no catalyst metal is formed on the cathode. In the method of using the carbon nanotube paste, an oxide film 302 is first formed on the substrate 301 and then etched.

상기 식각된 산화막(302a) 상에 게이트 전극(303a)을 형성하고, 상기 게이트 전극(303a) 상에 게이트 절연막 패턴(304a) 및 캐소드 전극(305a)을 차례로 형성한다. 상기 형성된 캐소드 전극(305a)상에 스크린 프린팅을 이용하여 탄소 나노 튜브 페이스트를 도포하면, 탄소 나노 튜브 페이스트 패턴을 형성된다. 상기 탄소 나노 튜브 페이스트 패턴을 후속 열처리 공정을 하여 탄소 나노 튜브를 수직으로 세운다.A gate electrode 303a is formed on the etched oxide film 302a, and a gate insulating layer pattern 304a and a cathode electrode 305a are sequentially formed on the gate electrode 303a. When the carbon nanotube paste is coated on the formed cathode electrode 305a using screen printing, a carbon nanotube paste pattern is formed. The carbon nanotube paste pattern is subjected to a subsequent heat treatment to erect the carbon nanotubes vertically.

도 3g는 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 전계 방출 디스플레이 장치를 입체적으로 도시한 도면이다. 전계 방출 디스플레이 장치는 기판(301), 산화막(302a), 게이트 전극(303a), 게이트 절연막(304a), 캐소드 전극(305a) 및 에미터(306b 및 307)를 포함한다.3G is a three-dimensional view of the field emission display device manufactured by the manufacturing method according to the present invention. The field emission display device includes a substrate 301, an oxide film 302a, a gate electrode 303a, a gate insulating film 304a, a cathode electrode 305a, and emitters 306b and 307.

산화막(302a)은 기판(301) 상에 1~30㎛의 두께로 실리콘을 사용하여 형성되며, 화소 위치에 대응하는 화소홈을 포함한다. 상기 화소는 게이트 전극(303a) 및 캐소드 전극이 교차하는 부분에 위치하며, 제2 촉매 금속 패턴을 형성되는 위치이기도 하다.The oxide film 302a is formed on the substrate 301 by using silicon having a thickness of 1 to 30 μm and includes pixel grooves corresponding to pixel positions. The pixel is positioned at the intersection of the gate electrode 303a and the cathode electrode, and is also a position at which the second catalyst metal pattern is formed.

게이트 전극(303a)은 상기 화소홈을 통과하도록 산화막(302a) 상에 형성된다. 게이트 전극이 화소홈의 표면을 따라 형성되기 때문에, 게이트 전극은 화소홈이 위치한 부분에서 내측을 향하는 요철을 형성한다.The gate electrode 303a is formed on the oxide film 302a to pass through the pixel groove. Since the gate electrode is formed along the surface of the pixel groove, the gate electrode forms an unevenness toward the inside at the portion where the pixel groove is located.

게이트 절연막(304a)은 게이트 전극(303a) 상에 형성된다.The gate insulating film 304a is formed on the gate electrode 303a.

캐소드 전극(305a)은 절연 물질을 통해 게이트 전극(303a)과 절연되며, 게이트 전극(303a)과 교차하도록 형성된다.The cathode electrode 305a is insulated from the gate electrode 303a through an insulating material and formed to intersect the gate electrode 303a.

에미터(306b 및 307)는 제2 촉매 금속 패턴 및 탄소 나노 튜브를 포함한다. 제2 촉매 금속 패턴은 게이트 전극 및 캐소드 전극이 교차하는 부분의 상부에 형성되며, 탄소 나노 튜브는 제2 촉매 금속 패턴 상에 수직으로 배향하여 형성된다. 여기서 탄소 나노 튜브는 제2 촉매 금속 패턴 상에 선택적 성장시켜 형성될 수 있다. 즉, 에미터는 화소 위치에 대응하는 캐소드 전극(305a) 상에 형성된다.Emitters 306b and 307 include a second catalytic metal pattern and carbon nanotubes. The second catalyst metal pattern is formed on the intersection of the gate electrode and the cathode electrode, and the carbon nanotubes are formed to be oriented vertically on the second catalyst metal pattern. The carbon nanotubes may be formed by selective growth on the second catalytic metal pattern. That is, the emitter is formed on the cathode electrode 305a corresponding to the pixel position.

이 외에도, 에미터는 탄소 나노 튜브 페이스트 패턴 및 상기 탄소 나노 튜브 페이스트에 포함된 탄소 나노 튜브로 형성 될 수도 있다.In addition, the emitter may be formed of a carbon nanotube paste pattern and carbon nanotubes included in the carbon nanotube paste.

본 발명에 따른 전계 방출 디스플레이 장치의 제조 방법에 의하면, 에미터의 상단이 게이트 전극과 동일 평면상에 위치하도록 식각함으로써, 상기 에미터 주위의 전계가 크게 형성되므로 동작 전압이 낮아지고, 게이트 절연막으로 충전되는 전자량을 현저하게 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.According to the manufacturing method of the field emission display device according to the present invention, by etching so that the upper end of the emitter is located on the same plane as the gate electrode, the electric field around the emitter is formed large, the operating voltage is lowered, the gate insulating film The effect of remarkably reducing the amount of charged electrons can be obtained.

또한 본 발명에 따른 전계 방출 디스플레이 장치의 제조 방법에 의하면, 선택적 성장 방법뿐만 아니라 페이스트를 사용한 방법으로도 에미터를 수직으로 배향시킴으로서 전자 방출 효율을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to the method of manufacturing the field emission display device according to the present invention, by aligning the emitter vertically not only by the selective growth method but also by the method using the paste, the effect of increasing the electron emission efficiency can be obtained.

또한 본 발명에 따른 전계 방출 디스플레이 장치의 제조 방법에 의하면, 탄소 나노 튜브를 에미터로 이용함으로써, 상기 에미터와 게이트 전극과의 단락으로인한 신뢰성의 저하를 극복할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to the manufacturing method of the field emission display device according to the present invention, by using the carbon nanotube as an emitter, it is possible to obtain an effect that can overcome the degradation of the reliability caused by the short circuit between the emitter and the gate electrode.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, which can be variously modified and modified by those skilled in the art to which the present invention pertains. Modifications are possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only by the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will belong to the scope of the present invention.

Claims (11)

전계 방출 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서,In the method of manufacturing a field emission display device, 기판 상에 산화막을 형성하는 단계;Forming an oxide film on the substrate; 상기 전계 방출 디스플레이 장치의 화소 위치에 대응하도록 상기 산화막을 소정의 깊이로 식각하는 단계;Etching the oxide film to a predetermined depth so as to correspond to a pixel position of the field emission display device; 상기 산화막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;Forming a gate electrode on the oxide film; 상기 게이트 전극이 형성된 상기 기판 상에 게이트 절연막 및 캐소드 전극층을 차례로 형성하는 단계;Sequentially forming a gate insulating layer and a cathode electrode layer on the substrate on which the gate electrode is formed; 상기 캐소드 전극층 및 상기 게이트 절연막을 부분적으로 식각하여 캐소드 전극 및 게이트 절연막 패턴을 형성하는 단계; 및Partially etching the cathode electrode layer and the gate insulating layer to form a cathode electrode and a gate insulating layer pattern; And 상기 화소 위치에 대응하는 상기 캐소드 전극 상에 에미터를 형성하는 단계Forming an emitter on the cathode electrode corresponding to the pixel location 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이 장치의 제조 방법.Method of manufacturing a field emission display device comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 산화막은 상기 에미터의 상단이 상기 게이트 전극과 동일 평면상에 위치하도록 식각되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이 장치의 제조 방법.And the oxide layer is etched such that an upper end of the emitter is coplanar with the gate electrode. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 에미터를 형성하는 단계는Forming the emitter 상기 화소 위치에 대응하는 상기 캐소드 전극 상에 촉매 금속 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a catalyst metal pattern on the cathode electrode corresponding to the pixel position; And 상기 촉매 금속 패턴 상에 탄소 나노 튜브를 선택적으로 성장시키는 단계Selectively growing carbon nanotubes on the catalytic metal pattern 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이 장치의 제조 방법.Method of manufacturing a field emission display device comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 에미터를 형성하는 단계는Forming the emitter 상기 캐소드 전극층 및 상기 게이트 절연막을 부분적으로 식각하기 전에 상기 캐소드 전극층 상에 촉매 금속층을 형성하는 단계;Forming a catalyst metal layer on the cathode electrode layer before partially etching the cathode electrode layer and the gate insulating layer; 상기 촉매 금속층, 상기 캐소드 전극층 및 상기 게이트 절연막을 부분적으로 식각하여 제1 촉매 금속 패턴, 캐소드 전극 및 게이트 절연막 패턴을 형성하는 단계;Partially etching the catalyst metal layer, the cathode electrode layer, and the gate insulating layer to form a first catalyst metal pattern, a cathode electrode, and a gate insulating layer pattern; 상기 화소 위치에 대응하는 상기 캐소드 전극 상에 제2 촉매 금속 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a second catalytic metal pattern on the cathode electrode corresponding to the pixel position; And 상기 제2 촉매 금속 패턴 상에 탄소 나노 튜브를 선택적으로 성장시키는 단계Selectively growing carbon nanotubes on the second catalytic metal pattern 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이 장치의 제조 방법.Method of manufacturing a field emission display device comprising a. 제3항 또는 제4항에 있어서,The method according to claim 3 or 4, 상기 촉매 금속은 니켈(Ni), 철(Fe) 및 코발트(Co)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나로 구성 되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이 장치의 제조 방법.The catalyst metal is a method of manufacturing a field emission display device, characterized in that consisting of at least one selected from the group consisting of nickel (Ni), iron (Fe) and cobalt (Co). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 에미터를 형성하는 단계는Forming the emitter 상기 화소 위치에 대응하는 상기 캐소드 전극 상에 탄소 나노 튜브 페이스트 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a carbon nanotube paste pattern on the cathode electrode corresponding to the pixel position; And 후속 열처리 공정을 통해 상기 탄소 나노 튜브 페이스트 패턴에 포함된 탄소 나노 튜브를 수직으로 배향시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이 장치의 제조 방법.And vertically orienting the carbon nanotubes included in the carbon nanotube paste pattern through a subsequent heat treatment process. 기판;Board; 상기 기판 상에 형성되며, 화소 위치에 대응하는 화소홈을 포함하는 산화막;An oxide film formed on the substrate and including pixel grooves corresponding to pixel positions; 상기 화소홈을 통과하도록 상기 산화막 상에 형성된 게이트 전극;A gate electrode formed on the oxide film to pass through the pixel groove; 절연 물질을 통해 상기 게이트 전극과 절연되며, 상기 게이트 전극과 교차하도록 형성된 캐소드 전극; 및A cathode electrode insulated from the gate electrode through an insulating material and formed to cross the gate electrode; And 상기 화소 위치에 대응하는 상기 캐소드 전극 상에 형성된 에미터An emitter formed on the cathode electrode corresponding to the pixel position 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이 장치.Field emission display device comprising a. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 에미터의 상단은 상기 게이트 전극과 동일 평면상에 위치한 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이 장치.And the top of the emitter is coplanar with the gate electrode. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 에미터는The emitter is 상기 화소 위치에 대응하는 상기 캐소드 전극 상에 형성된 촉매 금속 패턴; 및A catalytic metal pattern formed on the cathode electrode corresponding to the pixel position; And 상기 촉매 금속 패턴 상에 선택적으로 성장된 탄소 나노 튜브Carbon nanotubes selectively grown on the catalytic metal pattern 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이 장치.Field emission display device comprising a. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 촉매 금속은 니켈(Ni), 철(Fe) 및 코발트(Co)으로 이루어진 그룹 에서 선택된 적어도 하나로 구성 되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이 장치.And the catalytic metal is at least one selected from the group consisting of nickel (Ni), iron (Fe), and cobalt (Co). 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 에미터는The emitter is 상기 화소 위치에 대응하는 상기 캐소드 전극 상에 형성된 탄소 나노 튜브 페이스트 패턴; 및A carbon nanotube paste pattern formed on the cathode electrode corresponding to the pixel position; And 상기 탄소 나노 튜브 페이스트 패턴에 수직으로 배향된 탄소 나노 튜브Carbon nanotubes oriented perpendicular to the carbon nanotube paste pattern 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이 장치.Field emission display device comprising a.