KR20080023957A - 전자 방출 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

전자 방출 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20080023957A
KR20080023957A KR1020060088143A KR20060088143A KR20080023957A KR 20080023957 A KR20080023957 A KR 20080023957A KR 1020060088143 A KR1020060088143 A KR 1020060088143A KR 20060088143 A KR20060088143 A KR 20060088143A KR 20080023957 A KR20080023957 A KR 20080023957A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
electron emission
cathode electrode
forming
metal layer
Prior art date
Application number
KR1020060088143A
Other languages
English (en)
Inventor
남중우
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020060088143A priority Critical patent/KR20080023957A/ko
Publication of KR20080023957A publication Critical patent/KR20080023957A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304—Field-emissive cathodes
    • H01J1/3042—Field-emissive cathodes microengineered, e.g. Spindt-type
    • H01J1/3044—Point emitters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J3/00—Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J3/02—Electron guns
    • H01J3/021—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
    • H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/14—Manufacture of electrodes or electrode systems of non-emitting electrodes
    • H01J9/148—Manufacture of electrodes or electrode systems of non-emitting electrodes of electron emission flat panels, e.g. gate electrodes, focusing electrodes or anode electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30—Cold cathodes
    • H01J2201/304—Field emission cathodes
    • H01J2201/30403—Field emission cathodes characterised by the emitter shape
    • H01J2201/30407—Microengineered point emitters
    • H01J2201/30415—Microengineered point emitters needle shaped
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2203/00—Electron or ion optical arrangements common to discharge tubes or lamps
    • H01J2203/02—Electron guns
    • H01J2203/0204—Electron guns using cold cathodes, e.g. field emission cathodes
    • H01J2203/0268—Insulation layer
    • H01J2203/0272—Insulation layer for gate electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/10—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes
    • H01J31/12—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes with luminescent screen
    • H01J31/123—Flat display tubes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

본 발명의 목적은 전자 방출원에서의 스크린 효과를 피할 수 있고 전자 방출 효율이 향상된 전자 방출 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 베이스 기판; 상기 베이스 기판 상에 배치된 캐소오드 전극; 상기 캐소오드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 게이트 전극; 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극을 절연하는 제1절연체층; 및 상기 제1절연체층과 상기 게이트 전극에 상기 캐소오드 전극이 드러나도록 전자 방출원 홀이 형성되고, 상기 전자 방출원 홀 내에 배치되며, 전자 방출 물질과 촉매 금속층과 텅스텐 패턴층을 구비하여 형성된 전자 방출원을 포함하는 전자 방출 소자 및 그 제조 방법을 제공한다.

Description

전자 방출 소자 및 그 제조 방법{Electron emission device and method of manufacturing the same}
도 1 은 본 발명의 실시예1에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 부분 절개 사시도.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 취한 단면도.
도 3은 도 2의 III 부분의 확대도.
도 4 내지 도 9는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법을 순차적으로 보여주는 도면.
도 10은 본 발명의 실시예2에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 부분 절개 사시도.
도 11은 도 10의 XI-XI선을 따라 취한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
60: 스페이서 70: 형광체층
80: 애노드 전극 90: 전면 기판
100: 전자 방출 표시 소자 101, 201: 전자 방출 소자
110: 베이스 기판 120: 캐소오드 전극
130: 제1절연체층 131: 전자 방출원 홀
135: 제2절연체층 140: 게이트 전극
145: 집속 전극 250: 전자 방출원
251: 촉매 금속층 252: 전자 방출 물질
253: 텅스텐 패턴층
본 발명은 전자 방출 소자(electron emission device) 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소계 물질 또는 나노 물질로 이루어진 전자 방출원을 갖고, 전자 방출원의 표면에서 탄소계 물질이나 나노 물질이 표면에 드러나 일으켜진 상태로 존재하고, 전자 방출원이 균일하게 배치되어 전자 방출 균일도가 향상된 전자 방출 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전자 방출 소자는 전자 방출원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다. 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는, FED(Field Emission device)형, SCE(Surface Conduction Emitter)형, MIM(Metal Insulator Metal)형 및 MIS (Metal Insulator Semiconductor)형, BSE(Ballistic electron Surface Emitting)형 등이 알려져 있다.
상기 FED형은 일함수(Work Function)가 낮거나 베타 함수가 높은 물질을 전자 방출원으로 사용할 경우 진공 중에서 전계 차이에 의하여 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한 것으로 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 등을 주된 재질로 하는 선단이 뾰 족한 팁(tip)구조물이나 그래파이트(graphite), DLC(Diamond Like Carbon) 등의 탄소계 물질 그리고 최근 나노 튜브(Nano Tube)나 나노와이어(Nano Wire)등의 나노 물질을 전자 방출원으로 적용한 소자가 개발되고 있다.
상기 SCE형은 베이스 기판 위에 서로 마주보며 배치된 제1전극과 제2전극 사이에 도전 박막을 제공하고 상기 도전 박막에 미세 균열을 제공함으로써 전자 방출원을 형성한 소자이다. 상기 소자는 상기 전극들에 전압을 인가하여 상기 도전 박막 표면으로 전류를 흘려 미세 균열인 전자 방출원으로부터 전자가 방출되는 원리를 이용한다.
상기 MIM형과 MIS형 전자 방출 소자는 각각 금속-유전층-금속(MIM)과 금속-유전층-반도체(MIS) 구조로 이루어진 전자 방출 원을 형성하고, 유전층을 사이에 두고 위치하는 두 금속 또는 금속과 반도체 사이에 전압을 인가할 때 높은 전자 전위를 갖는 금속 또는 반도체로부터, 낮은 전자 전위를 갖는 금속 방향으로 전자가 이동 및 가속되면서 방출되는 원리를 이용한 소자이다.
상기 BSE형은 반도체의 사이즈를 반도체 중의 전자의 평균 자유 행정 보다 작은 치수 영역까지 축소하면 전자가 산란하지 않고 주행하는 원리를 이용하여, 오믹(Ohmic) 전극 상에 금속 또는 반도체로 이루어지는 전자 공급층을 형성하고, 전자 공급층 위에 절연체층과 금속 박막을 형성하여 오믹 전극과 금속 박막에 전원을 인가하는 것에 의하여 전자가 방출되도록 한 소자이다.
근래의 FED형 전자 방출 소자에서는 앞서 언급한 것과 같이 주로 탄소계 물질로 이루어지는 침상 물질을 전자 방출원의 소재로 사용하고 있다. 공지의 방법 을 이용하여 탄소계 물질을 포함한 전자 방출원을 제조할 때, 전자 방출원을 구성하는 탄소계 물질 또는 나노 물질은 표면에 드러나지 않고 내부에 묻혀 있는 경우가 많아서 전자 방출원으로 효율적으로 활용되지 못한 경우가 많았다.
또한, 표면으로 탄소계 물질이나 나노 물질들의 일부가 돌출되는 경우에도 대부분의 전자 방출이 이루어지는 것으로 알려진 그 단부는 상부가 아닌 좌우 측방향을 향하고 있어, 불균일한 전자 방출이 이루어지게 되는 경우가 많았다.
또한, 전자 방출 물질들의 단부가 서로 일정 거리 이상 떨어져 않은 경우에는 가까이 위치하는 전자 방출 물질들이 직경이 큰 하나의 전자 방출물질과 같이 작용하여 세장비가 큰 형상에 따라 전자 방출 특성이 우수해지는 효과를 보기 어렵게 되는 스크린 효과(screen effect)가 나타나는 문제가 발생하였다.
이러한 문제들로 인해 결과적으로 전자 방출특성이 저하되고 화면이 불균일 해지는 문제점이 발생하여 이를 개선할 방안을 강구할 필요성이 크게 대두되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전자 방출원에서의 스크린 효과를 피할 수 있고 전자 방출 효율이 향상된 전자 방출 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은,
베이스 기판;
상기 베이스 기판 상에 배치된 캐소오드 전극;
상기 캐소오드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 게이트 전극;
상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극을 절연하는 제1절연체층; 및
상기 제1절연체층과 상기 게이트 전극에 상기 캐소오드 전극이 드러나도록 전자 방출원 홀이 형성되고, 상기 전자 방출원 홀 내에 배치되며, 전자 방출 물질과 촉매 금속층과 텅스텐 패턴층을 구비하여 형성된 전자 방출원을 포함하는 전자 방출 소자를 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 촉매 금속층은 상기 캐소오드 전극과 전기적으로 연결되도록 배치되고,
상기 텅스텐 패턴층은 상기 촉매 금속층의 상측에 배치되어 상기 촉매 금속층을 부분적으로 노출시키며,
상기 전자 방출 물질은 상기 촉매 금속층이 상기 텅스텐 패턴층에 의해 노출된 부분에서 상기 촉매 금속층과 전기적으로 연결되도록 배치된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 촉매 금속층은 Fe, Co, Ni, 또는 이들 중에서 선택된 금속의 합금을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 촉매 금속층의 두께는 0.5nm 내지 100nm 범위에 속하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 텅스텐 패턴층은 소정 두께의 텅스텐층에 불규칙적인 크랙이 형성된 것이거나, 소정 두께의 텅스텐층에 소정 직경의 홀들이 다수 형성된 것일 수 있다.
여기서, 상기 텅스텐 패턴층의 두께는 0.5㎛ 내지 10㎛ 범위에 속하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 게이트 전극과 전기적으로 절연된 상태로 배치되는 집속 전극과, 상기 집속 전극 및 상기 게이트 전극의 사이에 배치되는 제2절연체층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극은 상기 제1절연체층을 사이에 두고 서로 교차되도록 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은,
전자 방출 소자의 제조 방법에 있어서,
촉매 금속층을 형성하는 단계(a);
상기 촉매 금속층 상에 상기 촉매 금속층이 부분적으로 노출되도록 텅스텐 패턴층을 형성하는 단계(b); 및
상기 텅스텐 패턴층에 의해 부분적으로 노출된 촉매 금속층으로부터 전자 방출 물질을 성장시키는 단계(c)를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법을 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 단계(a)는,
베이스 기판을 준비하는 단계;
상기 베이스 기판 상에 일방향으로 연장된 캐소오드 전극을 형성하는 단계;
상기 베이스 기판 상에서 상기 캐소오드 전극이 덮이도록 제1절연체층을 형 성하는 단계;
상기 제1절연체층 상에 상기 캐소오드 전극과 교차하는 방향으로 게이트 전극을 형성하는 단계;
상기 제1절연체층 및 게이트 전극에 상기 캐소오드 전극이 노출되도록 전자 방출원 홀을 형성하는 단계; 및
노출된 캐소오드 전극 상에 촉매 금속층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또는 여기서, 상기 단계(a)는,
베이스 기판을 준비하는 단계;
상기 베이스 기판 상에 일방향으로 연장된 캐소오드 전극을 형성하는 단계;
상기 베이스 기판 상에서 상기 캐소오드 전극이 덮이도록 제1절연체층을 형성하는 단계;
상기 제1절연체층 상에 상기 캐소오드 전극과 교차하는 방향으로 게이트 전극을 형성하는 단계;
상기 캐소오드 전극이 덮이도록 제2절연체층을 형성하는 단계;
상기 제2절연체층 상에 상기 집속 전극을 형성하는 단계;
상기 제1절연체층, 상기 게이트 전극, 상기 제2절연체층 및 상기 집속 전극 상에 상기 캐소오드 전극이 드러나도록 전자 방출원 홀을 형성하는 단계; 및
노출된 캐소오드 전극 상에 촉매 금속층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 단계(b)는,
포토리소그래피 공정을 통해 소정 크기의 홀들이 다수 형성된 소정 두께의 텅스텐 패턴층을 형성하거나, 상기 촉매 금속층의 상측에 텅스텐층을 CVD 등의 방법으로 형성하고, 200℃이상 600℃ 이하의 온도에서 질소 분위기를 유지함으로써 텅스텐층에 크랙을 형성하여 촉매 금속층이 부분적으로 노출되도록 하는 텅스텐 패턴층을 형성하는 것일 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1에는 본 발명의 실시예1에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 부분 절개 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 II-II 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있으며, 도 3에는 도 2의 III 부분의 확대도가 도시되어 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예1에 따른 전자 방출 소자(101)는, 베이스 기판(110), 캐소오드 전극(120), 게이트 전극(140), 제1절연체층(130) 및 전자 방출원(250)을 포함한다.
상기 베이스 기판(110)은 소정의 두께를 가지는 판상의 부재로, 석영 유리, 소량의 Na과 같은 불순물을 함유한 유리, 판유리, SiO2가 코팅된 유리 기판, 산화 알루미늄 또는 세라믹 기판이 사용될 수 있다. 또한, 플랙서블 디스플레이 장치(flexible display apparatus)를 구현하는 경우에는 유연한 재질이 사용될 수도 있다.
상기 캐소오드 전극(120)은 상기 베이스 기판(110) 상에 일 방향으로 연장되 도록 배치되고, 통상의 전기 도전 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, Al, Ti, Cr, Ni, Au, Ag, Mo, W, Pt, Cu, Pd 등의 금속 또는 그 합금으로 만들어질 수 있다. 또는, Pd, Ag, RuO2, Pd-Ag 등의 금속 또는 금속 산화물과 유리로 구성된 인쇄된 도전체로 만들어질 수 있다. 또는, ITO, In2O3 또는 SnO2 등의 투명 도전체, 또는 다결정실리콘(polysilicon) 등의 반도체 물질로 만들어 질 수 있다.
상기 게이트 전극(140)은 상기 캐소오드 전극(120)과 상기 절연체층(130)을 사이에 두고 배치되고, 상기 캐소오드 전극(120)과 같이 통상의 전기 도전 물질로 만들어질 수 있다.
상기 절연체층(130)은, 상기 게이트 전극(140)과 상기 캐소오드 전극(120) 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극(120)과 게이트 전극(140)을 절연함으로써 두 전극 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지한다.
상기 전자 방출원(250)은 상기 캐소오드 전극(120)과 통전되도록 배치되고, 상기 게이트 전극(140)에 비해서는 높이가 낮게 배치된다. 상기 전자 방출원(250)은 전자 방출 물질(252), 촉매 금속층(251) 및 텅스텐 패턴층(253)을 포함한다. 상기 전자 방출 물질(252)은 상기 촉매 금속층으로부터 성장된 카본 나노 튜브(Carbon Nano Tube: CNT)일 수 있다. 카본 나노 튜브는 일함수가 작고, 베타 함수가 큰 물질로 전자 방출 특성이 우수하다. 그 외에도 전자 방출 물질로는 그래파이트, 다이아몬드 및 다이아몬드상 카본 등의 탄소계 물질과, 나노 와이어, 나노 로드 등의 나노 물질이 사용될 수 있다.
상기 촉매 금속층(251)은 Fe, Co, Ni 또는 이들 중에서 선택된 금속들의 합금으로 만들어진 것이 바람직하지만, 이에 한정되지는 않으며 전이 금속을 포함하는 금속염으로 만들어질 수도 있다. 상기 촉매 금속층(251)의 두께는 0.5nm 내지 100nm의 범위에 속하는 것이 바람직하다.
상기 텅스텐 패턴층은 소정의 홀이 형성된 패턴 또는 크랙이 형성된 패턴으로 상기 촉매 금속층을 부분적으로 노출시킨다. 상기 텅스텐 패턴층의 두께는 0.5㎛ 내지 10㎛의 범위에 속하고, 바람직하게는 0.5㎛ 정도인 것이 바람직하다. 상기 텅스텐 패턴층에 의해 부분적으로 노출된 촉매 금속층에서 카본 나노 튜브가 성장되어 전자 방출 물질로 기능하게 된다.
이상과 같은 구성을 가지는 전자 방출 소자(101)는 캐소오드 전극에 (-) 전압을 인가하고, 게이트 전극에 (+) 전압을 인가하여 상기 캐소오드 전극(120)과 상기 게이트 전극(140) 사이에 형성되는 전계에 의해 상기 전자 방출원(250)으로부터 전자가 방출되도록 할 수 있다. 물론 캐소오드 전극에 인가되는 전압이 (+) 전압이고, 게이트 전극에 인가되는 전압이 더 높은 (+) 전압이어도 전자 방출이 가능하다.
또한, 이상에서 설명한 전자 방출 소자(101)는 가시광선을 발생하여 화상을 구현하는 전자 방출 표시 소자(100)에 이용될 수 있다. 전자 방출 표시 소자로 구성하기 위해서는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 전자 방출원의 전방에 형광체가 배치되어야 한다. 이를 위하여, 전자 방출 소자(101)의 베이스 기판(110)과 나란 하게 배치되는 전면 패널(102)을 더 포함하고, 상기 전면 패널(102)은 전면 기판(90), 상기 전면 기판(90) 상에 설치되는 애노드 전극(80) 및 상기 애노드 전극(80)에 설치된 형광체층(70)을 더 포함하도록 구성할 수 있다.
상기 전면 기판(90)은 상기 베이스 기판(110)과 마찬가지로 소정의 두께를 가지는 판상의 부재로, 상기 베이스 기판(110)과 동일한 소재로 만들어질 수 있다. 상기 애노드 전극(80)은 상기 캐소오드 전극(120) 및 게이트 전극(140)과 마찬가지로 통상의 전기 도전성 물질로 만들어진다. 상기 형광체층(70)은 가속된 전자에 의해 여기되어 가시광선을 방생시키는 CL(Cathode Luminescence)형 형광체로 만들어진다. 상기 형광체층(70)에 사용될 수 있는 형광체로는 예를 들어, SrTiO3:Pr, Y2O3:Eu, Y2O3S:Eu 등을 포함하는 적색광용 형광체나, Zn(Ga, Al)2O4:Mn, Y3(Al, Ga)5O12:Tb, Y2SiO5:Tb, ZnS:Cu,Al 등을 포함하는 녹색광용 형광체나, Y2SiO5:Ce, ZnGa2O4, ZnS:Ag,Cl 등을 포함하는 청색광용 형광체가 있다. 물론 여기에 언급한 형광체들로 한정되는 것은 아니다.
또한, 단순히 램프로서 가시광선을 발생시키는 것이 아니라 화상을 구현하기 위해서는 상기 캐소오드 전극(120) 및 상기 게이트 전극(140)이 서로 교차하도록 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 게이트 전극(140)들과 상기 캐소드 전극(120)들이 교차하는 영역들에는 전자 방출원 홀(131)들이 형성하여, 그 내부에 전자 방출원(250)을 배치한다.
상기 베이스 기판(110)을 포함하는 전자 방출 소자(100)와 상기 전면 기판(90)을 포함하는 전면 패널(102)은 서로 소정의 간격을 유지하면서 대향되어 발광 공간을 형성하고, 상기 전자 방출 소자(100)와 전면 패널(102) 사이의 간격의 유지를 위해 스페이서(60)들이 배치된다. 상기 스페이서(60)는 절연물질로 만들어질 수 있다.
또한, 내부의 진공을 유지하기 위해 프리트(frit)로 전자 방출 소자(100)와 전면 패널(102)이 형성하는 공간의 둘레를 밀봉하고, 내부의 공기 등을 배기한다. 이러한 구성을 가지는 전자 방출 표시 소자는 다음과 같이 동작한다.
전자 방출을 위해 캐소오드 전극(120)에 (-) 전압을 인가하고, 게이트 전극(140)에는 (+) 전압을 인가하여 캐소오드 전극(120)에 설치된 전자 방출원(250)으로부터 전자가 방출될 수 있게 한다. 또한, 애노드 전극(80)에 강한 (+)전압을 인가하여 애노드 전극(80) 방향으로 방출된 전자를 가속시킨다. 이와 같이 전압이 인가되면, 전자 방출원(250)을 구성하는 침상의 물질들로부터 전자가 방출되어 게이트 전극(140)을 향해 진행하다가 애노드 전극(80)을 향해 가속된다. 애노드 전극(80)을 향하여 가속된 전자는 애노드 전극(80)측에 위치하는 형광체층(70)에 부딪히면서 형광체층을 여기시켜 가시광선을 발생시키게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 4 내지 도 9에는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법을 순차적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.
먼저, 도 4에 도시된 것과 같이, 베이스 기판(110), 캐소오드 전극(120), 제1절연체층(130) 및 게이트 전극(140)을 형성하는 소재를 순서대로 소정 두께로 적층한다. 적층은 스크린 프린팅과 같은 공정으로 수행하는 것이 바람직하다.
그 다음, 상기 게이트 전극(140)의 상면에 소정의 두께로 마스크 패턴(mask pattern)(미도시)을 형성한다. 상기 마스크 패턴의 형성은 전자 방출원 홀을 형성하기 위한 것으로 포토레지스트(Photo Resist: PR)를 도포하고 UV나 이-빔(E-beam)을 이용하는 포토리소그래피 공정에 의해 수행된다.
그 다음, 도 5에 도시된 것과 같이, 마스크 패턴을 이용하여 게이트 전극(140), 제1절연체층(130)을 식각하여 전자 방출원 홀(131)을 형성한다. 식각 공정은 게이트 전극(140) 및 절연체층(130)의 재료, 두께 등에 따라 식각액을 이용하는 습식 식각이나, 부식성 가스를 이용하는 건식 식각 또는 이온 빔(ion beam) 등을 이용하는 마이크로 머시닝 방식에 의해 이루어질 수 있다.
그 다음, 포토레지스트층을 형성하여 게이트 전극 및 절연체층을 덮도록 하고, 전자 방출원이 형성될 부분만 노출시킨다.
그 다음, 도 6에 도시된 것과 같이, 전자 방출원이 형성될 부분에 촉매 금속층을 소정의 두께로 형성한다.
그 다음, 도 7에 도시된 것과 같이 상기 촉매 금속층의 상측에 텅스텐층을 형성하고, 그 다음 도 8에 도시된 것과 같이 텅스텐 층을 가공하여 텅스텐 패턴층을 형성한다. 텅스텐 패턴층은 다음과 같은 방법으로 형성될 수 있다. 한 가지 방법은 포토레지스트층을 상기 촉매 금속층 위에 형성하고 상기 포토리소그래피 공 정을 통해 포토레지스트층 상에 카본 나노 튜브가 성장될 위치에만 포토레지스트층이 남도록 한 후, 텅스텐층을 CVD 등의 방법으로 형성하는 방법이다. 텅스텐의 증착이 완료된 후에는 포토레지스트를 제거하여 카본 나노 튜브가 형성될 위치에만 촉매 금속층이 노출된 상태의 텅스텐 패턴층을 형성할 수 있다.
다른 한 가지 방법은 약 0.5㎛의 두께로 텅스텐층을 CVD 등의 방법으로 형성하고, 대략 200℃이상 대략 600℃ 이하의 온도, 바람직하게는 대략 300℃의 온도에서 질소 분위기를 유지하면 텅스텐층에 크랙이 형성되면서 원하는 텅스텐 패턴층을 얻는 방법이 있다.
텅스텐 패턴층이 형성된 후에는, 상기 텅스텐 패턴층에 형성된 홀 또는 크랙에 의해 노출된 촉매 금속층들로부터 CVD(Chemical vapor deposition) 직접 성장법에 의해 카본 나노 튜브를 성장시킨다(도 9). 부분적으로 노출된 촉매 금속층에서 카본 나노 튜브가 성장됨으로써 카본 나노 튜브들이 밀집되어 존재하지 않게 되고, 스크린 효과를 피할 수 있어 결과적으로 전자 방출 소자의 전자 방출 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 상기 텅스텐 패턴층은 전자 방출 물질인 카본 나노 튜브의 성장이 완료되면 과산화 수소수나 암모니아수 등을 사용하여 제거할 수 있다.
도 10에는 본 발명의 실시예2에 따른 전자 방출 소자의 구성을 보여주는 사시도가 도시되어 있고, 도 11에는 도 10의 XI-XI선을 따라 취한 부분 단면도가 도 시되어 있다.
도 10 및 도 11에 도시된 것과 같이, 실시예2의 전자 방출 소자(201)는 게이트 전극(140)의 상측을 덮는 제2절연체층(135)과 상기 제2절연체층(135)의 상측에 형성된 집속 전극(145)을 더 포함한다. 상기 집속 전극(145)을 더 포함함으로써 전자 방출원(250)에서 방출되는 전자가 형광체층을 향하여 집속되고 좌우 측방향으로 분산되는 것을 방지할 수 있다. 본 실시예의 경우에도 전자 방출원에 포함되어 전자 방출 물질로 기능하는 카본 나노 튜브를 텅스텐 패턴층에 의해 부분적으로 노출된 촉매 금속층으로부터 성장시킬 수 있다. 이에 따라, 카본 나노 튜브들이 서로 밀집되지 않고 그 단부가 떨어져 있어 스크린 효과를 피하고 전자 방출 효율이 증가하는 효과를 얻을 수 있다.
상술한 본 발명에 의한 전자 방출 소자 및 그 제조 방법에 의하면, 전자 방출 소자에 포함된 카본 나노 튜브가 부분적으로 노출된 촉매 금속층에서 성장됨으로써, 전자 방출원의 표면에서 전자 방출 물질들이 서로 거리를 두고 배치된다. 이에 따라, 카본 나노 튜브가 밀집되어 성장될 때 일어날 수 있는 스크린 효과를 피할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법에 의하는 경우, 6㎛이상의 전자 방출원 홀이 형성된 전자 방출 소자에서 전자 방출 물질을 형성하는 작업이 용이하게 이루어질 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균 등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 배치된 캐소오드 전극;
    상기 캐소오드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 게이트 전극;
    상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극을 절연하는 제1절연체층; 및
    상기 제1절연체층과 상기 게이트 전극에 상기 캐소오드 전극이 드러나도록 전자 방출원 홀이 형성되고, 상기 전자 방출원 홀 내에 배치되며, 전자 방출 물질과 촉매 금속층과 텅스텐 패턴층을 구비하여 형성된 전자 방출원을 포함하는 전자 방출 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 촉매 금속층은 상기 캐소오드 전극과 전기적으로 연결되도록 배치되고,
    상기 텅스텐 패턴층은 상기 촉매 금속층의 상측에 배치되어 상기 촉매 금속층을 부분적으로 노출시키며,
    상기 전자 방출 물질은 상기 촉매 금속층이 상기 텅스텐 패턴층에 의해 노출된 부분에서 상기 촉매 금속층과 전기적으로 연결되도록 배치된 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 촉매 금속층은 Fe, Co, Ni, 또는 이들 중에서 선택된 금속의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 촉매 금속층의 두께는 0.50nm 내지 100nm 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 텅스텐 패턴층은 소정 두께의 텅스텐층에 불규칙적인 크랙이 형성된 것임을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 텅스텐 패턴층은 소정 두께의 텅스텐층에 소정 직경의 홀들이 다수 형성된 것임을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 텅스텐 패턴층의 두께는 0.5㎛ 내지 10㎛ 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 전극과 전기적으로 절연된 상태로 배치되는 집속 전극과, 상기 집속 전극 및 상기 게이트 전극의 사이에 배치되는 제2절연체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극은 상기 제1절연체층을 사이에 두고 서로 교차되도록 형성된 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  10. 전자 방출 소자의 제조 방법에 있어서,
    촉매 금속층을 형성하는 단계(a);
    상기 촉매 금속층 상에 상기 촉매 금속층이 부분적으로 노출되도록 텅스텐 패턴층을 형성하는 단계(b); 및
    상기 텅스텐 패턴층에 의해 부분적으로 노출된 촉매 금속층으로부터 전자 방출 물질을 성장시키는 단계(c)를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단계(a)는,
    베이스 기판을 준비하는 단계;
    상기 베이스 기판 상에 일방향으로 연장된 캐소오드 전극을 형성하는 단계;
    상기 베이스 기판 상에서 상기 캐소오드 전극이 덮이도록 제1절연체층을 형성하는 단계;
    상기 제1절연체층 상에 상기 캐소오드 전극과 교차하는 방향으로 게이트 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1절연체층 및 게이트 전극에 상기 캐소오드 전극이 노출되도록 전자 방출원 홀을 형성하는 단계; 및
    노출된 캐소오드 전극 상에 촉매 금속층을 형성하는 것임을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 단계(a)는,
    베이스 기판을 준비하는 단계;
    상기 베이스 기판 상에 일방향으로 연장된 캐소오드 전극을 형성하는 단계;
    상기 베이스 기판 상에서 상기 캐소오드 전극이 덮이도록 제1절연체층을 형성하는 단계;
    상기 제1절연체층 상에 상기 캐소오드 전극과 교차하는 방향으로 게이트 전극을 형성하는 단계;
    상기 캐소오드 전극이 덮이도록 제2절연체층을 형성하는 단계;
    상기 제2절연체층 상에 상기 집속 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1절연체층, 상기 게이트 전극, 상기 제2절연체층 및 상기 집속 전극 상에 상기 캐소오드 전극이 드러나도록 전자 방출원 홀을 형성하는 단계; 및
    노출된 캐소오드 전극 상에 촉매 금속층을 형성하는 것임을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 단계(b)는,
    포토리소그래피 공정을 통해 소정 크기의 홀들이 다수 형성된 소정 두께의 텅스텐 패턴층을 형성하는 것임을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 단계(b)는,
    상기 촉매 금속층의 상측에 텅스텐층을 CVD 공정으로 형성하고, 200℃이상 600℃ 이하의 온도에서 질소 분위기를 유지함으로써 텅스텐층에 크랙을 형성하여 촉매 금속층이 부분적으로 노출되도록 하는 텅스텐 패턴층을 형성하는 것임을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
KR1020060088143A 2006-09-12 2006-09-12 전자 방출 소자 및 그 제조 방법 KR20080023957A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060088143A KR20080023957A (ko) 2006-09-12 2006-09-12 전자 방출 소자 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060088143A KR20080023957A (ko) 2006-09-12 2006-09-12 전자 방출 소자 및 그 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080023957A true KR20080023957A (ko) 2008-03-17

Family

ID=39412507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060088143A KR20080023957A (ko) 2006-09-12 2006-09-12 전자 방출 소자 및 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20080023957A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7652418B2 (en) Electronic emission device, electron emission display device having the same, and method of manufacturing the electron emission device
JP2008130574A (ja) 表面伝導型電子放出素子及び該電子放出素子を利用する電子源
KR100858811B1 (ko) 전자 방출 표시 소자의 제조 방법
KR20070106231A (ko) 전자 방출원 형성용 조성물, 이를 이용하는 전자 방출원의제조 방법, 이 방법에 의해 제조된 전자 방출원 및 전자방출 소자
KR101117692B1 (ko) 전자 방출 표시 소자
JP2004241161A (ja) 電子放出源およびその製造方法並びに表示装置
KR20070105489A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법
US20080278062A1 (en) Method of fabricating electron emission source, electron emission device, and electron emission display device including the electron emission device
KR100898071B1 (ko) 전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출 디스플레이 장치 및 이의 제조방법
KR20080023957A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법
KR20060114865A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법
KR100869108B1 (ko) 전자 방출 소자 및 이를 구비한 전자 방출형 백라이트 유닛
KR20090131169A (ko) 전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출형 백라이트 유닛및 그 제조 방법
KR100838069B1 (ko) 전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출형 백라이트 유닛및 그 제조 방법
KR100879472B1 (ko) 전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출형 백라이트 유닛및 그 제조 방법
KR20080082338A (ko) 전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출 디스플레이 장치및 이의 제조방법
KR20070079248A (ko) 전자 방출 소자
KR20070105511A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법
KR20070046605A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법
KR20070046608A (ko) 전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출 표시 소자 및 그구동 방법
KR20070046606A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법
KR20050112450A (ko) 절연층을 이용한 빔 집속 구조를 갖는 전자 방출 소자 및이를 채용한 전자방출 표시장치
EP2239754A1 (en) Electron beam apparatus and image displaying apparatus
KR20070046629A (ko) 전자 방출원 및 이를 구비하는 전기 방출 소자
KR20070105508A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination