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KR100442840B1 - Manufacturing method of triode carbon nanotube field emission array - Google Patents

Manufacturing method of triode carbon nanotube field emission array Download PDF

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KR100442840B1
KR100442840B1 KR10-2001-0083353A KR20010083353A KR100442840B1 KR 100442840 B1 KR100442840 B1 KR 100442840B1 KR 20010083353 A KR20010083353 A KR 20010083353A KR 100442840 B1 KR100442840 B1 KR 100442840B1
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carbon nanotube
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Abstract

본 발명은 저전압 전계방출 물질인 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출 어레이의 제조방법에 관한 것으로, 후면 노광법에 의한 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법을 제공하여 별도의 마스크층을 사용하지 않고 공정상에 제조되는 박막층 자체를 마스크층으로 사용함으로써 적은 수의 마스크층을 사용하여 삼극관구조의 탄소나노튜브 전계방출 어레이를 용이하게 제조할 수 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a field emission array using carbon nanotubes, which are low voltage field emission materials, and to providing a method of manufacturing a tripolar carbon nanotube field emission array by a back exposure method, without using a separate mask layer. By using the thin film layer itself prepared on the mask layer as a mask layer, a carbon nanotube field emission array having a triode structure can be easily manufactured using a small number of mask layers.

Description

삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법{Manufacturing method of triode carbon nanotube field emission array}Manufacturing method of triode carbon nanotube field emission array

본 발명은 저전압 전계 방출 물질인 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출 어레이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a field emission array using carbon nanotubes, which are low voltage field emission materials.

종래의 전계 방출 표시소자는 주로 Mo 등의 금속이나 Si등의 반도체 물질을 소재로한 스핀트형(Spindt type) 전계 방출 어레이(field emitter array:FEA)가 있었다. 이는 일정한 간격으로 배열시킨 팁에 게이트로 부터 강한 전기장을 인가함으로써 팁으로 부터 전자를 방출시키는 방식의 마이크로 팁 FED이다. 마이크로 팁 FED의 경우에는 고가의 반도체 장비를 필요로 하며, 대면적의 전계 방출 표시소자의 제작에 어려운 문제점이 있다.Conventional field emission display devices include a Spindt type field emitter array (FEA) mainly made of a metal such as Mo or a semiconductor material such as Si. This is a micro tip FED in which electrons are emitted from the tip by applying a strong electric field from the gate to the tips arranged at regular intervals. In the case of the micro tip FED, expensive semiconductor equipment is required, and it is difficult to manufacture a large area field emission display device.

또한, 금속이나 반도체로 형성된 팁의 경우에는 일함수가 크기 때문에 전자 방출을 위한 게이트 전압이 상대적으로 상당히 높고, 전자 방출시 진공중에 잔류 가스 입자들이 전자들과 충돌하여 이온화되고 이들 가스 이온들이 마이크로 팁과충돌하면서 충격을 주게 되어 전자 방출원을 파괴시키며, 이러한 전자에 의해 충돌된 형광체 입자가 떨어지게 되면 마이크로 팁을 오염시키게 되므로 전자 방출원의 성능을 저하시키고, 결과적으로 FEA의 성능과 수명을 저하시킨다.In addition, in the case of a tip formed of a metal or a semiconductor, the gate voltage for electron emission is relatively high due to the large work function, and during the electron emission, residual gas particles collide with electrons and ionize, and these gas ions are micro-tips. It impacts and impacts and destroys the electron emission source. If the phosphor particles collided by these electrons fall, it contaminates the micro tip, thereby degrading the performance of the electron emission source and consequently degrading the performance and lifetime of the FEA. .

최근, 새로운 전계 방출 물질인 탄소나노튜브가 출현하면서, 종래에 전자 방출용 팁으로 사용하던 금속팁등을 탄소나노튜브로 대채하고자 하는 연구들이 시도되고 있다. 탄소나노튜브는 큰 종횡비(aspect ratio)를 가지고, 전도성이 매우 우수한 전기적 특성 및 안정된 기계적 특성을 가진 물질이다. 이와 같은 특성에 의해 현재 여러 연구 단체에서 탄소나노튜브를 전계방출 물질로 채용하여 보다 나은 전계방출 소자를 제조하고자 연구가 진행되고 있다. 이러한 탄소나노튜브의 경우 전자방출전계가 약 2V/㎛로서 매우 낮으며 또한 화학적 안정성이 뛰어나 전계 방출 표시소자의 제작에 적합하다.Recently, with the emergence of carbon nanotubes, which are new field emission materials, studies have been attempted to replace metal tips, which have been used as electron emission tips, with carbon nanotubes. Carbon nanotubes have a large aspect ratio and have excellent electrical and stable mechanical properties. Due to such characteristics, various research groups are currently conducting research to manufacture better field emission devices by employing carbon nanotubes as field emission materials. In the case of such carbon nanotubes, the electron emission field is about 2V / µm, which is very low, and has excellent chemical stability, which is suitable for manufacturing a field emission display device.

탄소나노튜브를 채용한 이극관 구조의 전계 방출 소자의 경우 종래의 전형적인 구조로 용이한 제작이 가능하지만, 방출 전류를 제어하는데 문제가 있으며 동영상 또는 다계조(gray-scale)의 영상의 실현하는데 어려운 문제점이 있다. 따라서, 이극관 구조 대신 삼극관 구조가 요구된다. 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출 표시소자에 대한 특허의 경우 Xu et al.(미 특허번호 제 5,973,444호)등에서 처럼 CVD 방법에 의해 탄소나노튜브를 성장시키는 것을 기본으로 하여 삼극관 구조가 마이크로 팁과 같이 전공정이 박막공정을 통해서 형성되는 것이 개시되어 있다. 또한, Uemura et al(미 특허번호 제 6,239,547호)에서는 탄소나노튜브 번들(bundle)을 전계방출 소자로 사용하여 이를 전도성 접착물을 이용하여 전극에 접착하는 것이 개시되어 있다.In the case of the bipolar tube structured field emission device employing carbon nanotubes, the conventional structure can be easily manufactured, but there is a problem in controlling the emission current, and it is difficult to realize a moving image or gray-scale image. There is a problem. Therefore, a triode structure is required instead of the dipole structure. In the case of a patent for a field emission display device using carbon nanotubes, as in Xu et al. (US Pat. No. 5,973,444), etc., the triode structure is majored like a micro tip based on growing carbon nanotubes by CVD. It is disclosed that the tablet is formed through a thin film process. In addition, Uemura et al (US Pat. No. 6,239,547) discloses using a carbon nanotube bundle as a field emission device and attaching it to an electrode using a conductive adhesive.

그러나, 이러한 공정을 사용하여 구조를 제작할 경우 고가의 반도체 장비가 필요하며, 또한 대면적의 표시소자를 제작하는데 어려움이 있다.However, when fabricating a structure using such a process, expensive semiconductor equipment is required, and it is difficult to manufacture a display device having a large area.

기존의 일반적인 후막 공정을 사용하면 후막공정이 가지고 있는 해상도의 한계에 의해 보편적인 삼극관 구조를 형성시키기 어려운 문제점이 있다. 또한, 대면적의 표시소자 제작시 후막의 특성상 고온의 소성 공정을 거쳐야 하기 때문에 다층막 형성시 층간 정렬이 어려운 문제점이 있다.If a conventional thick film process is used, it is difficult to form a universal triode structure due to the limitation of resolution of the thick film process. In addition, there is a problem in that the alignment between layers is difficult when forming a multilayer film because a large-area display device needs to undergo a high temperature baking process due to the characteristics of the thick film.

본 발명에서는 상기 문제점을 해결하기 위하여, 감광성 후막 물질을 사용하여 스크린 프린팅으로 전면을 도포하고 식각공정을 통하여 삼극관 구조를 제작하되 적은 수의 마스크층을 사용하고 다층막의 층간 얼라인 문제를 동시에 해결할 수 있는 탄소나노튜브 전계 방출 어레이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In the present invention, in order to solve the above problems, using the photosensitive thick film material to apply the front surface by screen printing and fabricate the triode structure through the etching process, but using a small number of mask layer and can solve the problem of the interlayer alignment of the multilayer film at the same time It is an object of the present invention to provide a method for producing a carbon nanotube field emission array.

도 1a 내지 도 1j는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이 제작 방법을 나타낸 단면도이다.1A to 1J are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a triode carbon nanotube field emission array according to a first embodiment of the present invention.

도 2a 내지 도 2k는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이 제작 방법을 나타낸 단면도이다.2A to 2K are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a triode carbon nanotube field emission array according to a second embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 삼극관 탄소나노튜브 전계 방출 어레이의 제작 방법을 나타낸 단면도이다.3A to 3J are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a triode carbon nanotube field emission array according to a third embodiment of the present invention.

도 4는 비정질 현상 공정에 사용되는 자외선의 비정질 실리콘에 대한 투과도를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the transmittance of ultraviolet light to amorphous silicon used in the amorphous development process.

도 5는 본 발명의 제 1실시예에 의해 제작된 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 소자를 찍은 SEM 사진이다.FIG. 5 is a SEM photograph of a triode carbon nanotube field emission device manufactured according to a first embodiment of the present invention.

도 6a 및 도 6b는 각각 절연성 물질과 전도성 물질을 음성 및 양성 공정에 의해 제작한 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 소자의 Microscope 사진이다.6A and 6B are microscopic photographs of triode carbon nanotube field emission devices fabricated by negative and positive processes of an insulating material and a conductive material, respectively.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제 3실시예에 의해 제작된 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이를 찍은 SEM 사진이다.7A and 7B are SEM photographs of the triode carbon nanotube field emission arrays manufactured according to the third embodiment of the present invention.

< 도면의 중요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Important Parts of Drawings>

11, 21, 31... 글래스 기판 12, 22, 32... ITO 전극층11, 21, 31 ... glass substrate 12, 22, 32 ... ITO electrode layer

13, 23... Cr 전극층 14... Al 박막층13, 23 ... Cr electrode layer 14 ... Al thin film layer

15... 후막 절연층 16... 불투명 절연층15 ... thick insulation layer 16 ... opaque insulation layer

17, 25, 35... 게이트층 18, 26, 36... 탄소나노튜브17, 25, 35 ... gate layers 18, 26, 36 ... carbon nanotubes

33... 비정질 실리콘층 24, 34... 박막 절연층33 ... amorphous silicon layer 24, 34 ... thin film insulation layer

33', 34', 35'... 홀33 ', 34', 35 '... Hall

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는,In the present invention to achieve the above object,

(가) 투명전극이 증착된 글래스 기판 상부에 전도성 박막층을 형성시키고 상기 투명전극의 소정 부위를 노출시키는 단계;(A) forming a conductive thin film layer on the glass substrate on which the transparent electrode is deposited and exposing a predetermined portion of the transparent electrode;

(나) 상기 노출된 투명전극의 소정 부위에 불투명 박막층을 형성하는 단계;(B) forming an opaque thin film layer on a predetermined portion of the exposed transparent electrode;

(다) 상기 글래스 기판 상부에 절연물질을 전면 도포하고 상기 전도층 및 불투명 박막층 상부의 절연물질을 제거하여 상기 투명 기판 상에 절연층을 형성하는 단계;(C) forming an insulating layer on the transparent substrate by coating an insulating material over the glass substrate and removing the insulating material over the conductive layer and the opaque thin film layer;

(라) 상기 절연층 상부에 게이트층을 형성하는 단계; 및(D) forming a gate layer on the insulating layer; And

(마) 상기 불투명 박막층을 제거한 뒤, 상기 노출된 투명전극 상부에 탄소 나노튜브 페이스트를 도포하고 후면 노광을 통해 탄소나노튜브 팁을 형성하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법을 제공한다.(E) removing the opaque thin film layer, coating carbon nanotube paste on the exposed transparent electrode and forming carbon nanotube tips through backside exposure; tripolar carbon nanotube field emission array It provides a method for producing.

본 발명에 있어서, 상기 (가) 단계는 상기 글래스 기판의 투명전극층 패터닝하여 스트라이프 형태로 형성하는 단계; 상기 패터닝된 투명전극 상부에 전도층을 형성하는 단계; 및 상기 전도층의 소정부위에 상기 투명전극층을 노출시키는 홀을 형성하는 단계;로 이루어지거나, 상기 (가) 단계는 투명전극층이 형성된 글래스 기판 상부에 전도층을 형성하는 단계; 상기 전극층 및 투명전극층을 동시에 패터닝하여 스트라이프 형태로 형성하는 단계; 및 상기 전도층의 소정부위에 상기 투명전극층을 노출시키는 홀을 형성하는 단계;로 이루어진 것이 바람직하다.In the present invention, the step (a) may include forming a transparent electrode layer of the glass substrate in a stripe shape; Forming a conductive layer on the patterned transparent electrode; And forming a hole exposing the transparent electrode layer in a predetermined portion of the conductive layer. Alternatively, the step (a) may include forming a conductive layer on the glass substrate on which the transparent electrode layer is formed. Simultaneously patterning the electrode layer and the transparent electrode layer to form a stripe shape; And forming a hole exposing the transparent electrode layer in a predetermined portion of the conductive layer.

본 발명에 있어서, 상기 (다) 단계는 상기 글래스 기판 상부에 절연물질을 전면에 걸쳐 도포한 뒤, 상기 글래스 기판에 대해 후면 노광을 실시함으로써 이루어지는 것이 바람직하다.In the present invention, the step (c) is preferably performed by applying an insulating material over the entire surface of the glass substrate, and then performing a backside exposure on the glass substrate.

본 발명에 있어서, 상기 (다) 단계는 상기 글래스 기판 상부에 상기 절연물질을 프린팅 공정에 의해 전면에 걸쳐 도포하고 건조하는 단계; 상기 후면 노광 및 현상공정에 의해 상기 전도층 및 불투명 박막층 상부의 절연물질을 제거하는 단계; 및 상기 잔존한 절연물질을 소결하는 단계;를 2회 이상 반복함으로써 상기 절연층을 형성하는 것이 바람직하다.In the present invention, the step (c) includes applying and drying the insulating material over the entire surface of the glass substrate by a printing process; Removing the insulating material on the conductive layer and the opaque thin film layer by the backside exposure and development process; And sintering the remaining insulating material; to form the insulating layer by repeating two or more times.

상기 (라) 단계는 음극 게이트 패턴 스크린 마스크를 사용하여 상기 절연층의 중앙 상부 영역에 불투명 절연층을 형성하는 단계; 전도성 감광 페이스트를 상기 글래스기판 상부에 전면에 걸쳐 도포하는 단계; 및 상기 글래스 기판에 대해 후면 노광을 실시하여 게이트층을 형성시키는 단계;로 이루어진 것이 바람직하다.The step (d) may include forming an opaque insulating layer in a central upper region of the insulating layer using a cathode gate pattern screen mask; Applying a conductive photosensitive paste over the entire glass substrate; And forming a gate layer by performing backside exposure on the glass substrate.

본 발명에 있어서, 상기 (마) 단계는 음성 감광성 탄소나노튜브 페이스트를 상기 글래스 기판 상부에 전면에 걸쳐 도포하는 단계; 및 상기 글래스 기판에 대해 후면 노광을 실시하여 상기 투명전극층 상부에만 탄소나노튜브 팁을 형성하는 단계;로 이루어진 것이 바람직하다.In the present invention, the step (e) may include applying a negative photosensitive carbon nanotube paste over the entire surface of the glass substrate; And forming a carbon nanotube tip only on the transparent electrode layer by performing backside exposure on the glass substrate.

본 발명에 있어서, 상기 전도성 박막층은 Cr을 포함하며, 상기 불투명 박막층은 Al을 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, the conductive thin film layer comprises Cr, the opaque thin film layer preferably comprises Al.

본 발명에 있어서, 상기 절연층 및 상기 게이트층은 음성 감광성 페이스트를 사용하여 형성시키는 것이 바람직하다.In the present invention, the insulating layer and the gate layer are preferably formed using a negative photosensitive paste.

또한, 본 발명에서는In the present invention,

(가) 투명전극이 증착된 글래스 기판 상부에 전도성 박막층을 형성시키고 상기 투명전극의 소정 부위를 노출시키는 단계;(A) forming a conductive thin film layer on the glass substrate on which the transparent electrode is deposited and exposing a predetermined portion of the transparent electrode;

(나) 상기 글래스 기판 상부에 절연물질을 전면 도포하는 단계;(B) applying an insulating material over the glass substrate;

(다) 상기 절연층 상부에 게이트층을 형성하고 패터닝하여 상기 투명전극 상부의 절연물질을 노출시키는 단계;(C) forming and patterning a gate layer on the insulating layer to expose the insulating material on the transparent electrode;

(라) 상기 투명전극 상부의 절연물질을 제거하여 절연층을 형성시키고 상기 전도성 박막층 및 상기 투명전극의 소정 부위를 노출시키는 단계; 및(D) removing the insulating material on the transparent electrode to form an insulating layer and exposing a portion of the conductive thin film layer and the transparent electrode; And

(마) 상기 노출된 투명전극 상부에 탄소 나노튜브 페이스트를 도포하고 후면노광을 통해 탄소나노튜브 팁을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법을 제공한다.(E) applying a carbon nanotube paste on the exposed transparent electrode and forming a carbon nanotube tip through back exposure, the method of manufacturing a triode carbon nanotube field emission array comprising:

본 발명에 있어서, 상기 (다) 단계는 상기 절연층 상부에 박막 장비를 이용하여 전도성 물질을 증착시키는 단계; 상기 ITO 전극층에 대응되는 부위의 전도성 물질을 홀 형태로 패터닝하여 절연물질을 노출시기고 게이트층을 형성하는 단계;로 이루어진 것이 바람직하다.In the present invention, the (c) step may include depositing a conductive material on the insulating layer using thin film equipment; And patterning a conductive material of a portion corresponding to the ITO electrode layer in the form of a hole to expose an insulating material and forming a gate layer.

본 발명에 있어서, 상기 (라) 단계는 글래스 기판 상부에서 건조 에칭 공정에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.In the present invention, the step (d) is preferably performed by a dry etching process on the glass substrate.

본 발명에 있어서, 상기 (마) 단계는 음성 감광성 탄소나노튜브 페이스트를 상기 글래스 기판 상부에 전면에 걸쳐 도포하는 단계; 및 상기 글래스 기판에 대해 후면 노광을 실시하여 상기 투명전극층 상부에만 탄소나노튜브 팁을 형성하는 단계;로 이루어진 것이 바람직하다.In the present invention, the step (e) may include applying a negative photosensitive carbon nanotube paste over the entire surface of the glass substrate; And forming a carbon nanotube tip only on the transparent electrode layer by performing backside exposure on the glass substrate.

본 발명에 있어서, 상기 게이트층의 전도성 물질에 대해 PR 공정을 실시하여 라인 형태의 게이트층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다In the present invention, performing a PR process on the conductive material of the gate layer to form a gate layer in the form of a line; preferably further comprises a

본 발명에 있어서, 상기 전도성 박막층은 Cr을 포함하며, 상기 절연물질은 폴리이미드를 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the conductive thin film layer includes Cr, and the insulating material includes polyimide.

본 발명에 있어서, 상기 절연층 및 상기 게이트층은 양성 감광성 페이스트를 사용하여 형성시키는 것이 바람직하다.In this invention, it is preferable to form the said insulating layer and the said gate layer using positive photosensitive paste.

또한 본 발명에서는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법에 있어서, (가) 투명 전극이 형성된 투명 기판 상부에 비정질 실리콘층 및 절연층을 순차적으로 형성시키는 단계;; (나) 상기 절연층 상부에 전도성 게이트층을 형성시키고, 상기 비정질 실리콘 층이 노출되도록 상기 게이트층 및 상기 절연층에 홀을 형성시키는 단계; (다) 상기 노출된 비정질 실리콘층에 홀을 형성시켜 상기 투명 전극층을 노출시키고, 상기 게이트층 및 상기 홀에 탄소 나노튜브 페이스트를 전면 도포하는 단계; 및 (라) 상기 기판 후면에서 자외선을 주사하여 현상함으로써 탄소 나노튜브 팁을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a triode carbon nanotube field emission array, comprising: (a) sequentially forming an amorphous silicon layer and an insulating layer on a transparent substrate on which a transparent electrode is formed; (B) forming a conductive gate layer over the insulating layer and forming holes in the gate layer and the insulating layer to expose the amorphous silicon layer; (C) forming a hole in the exposed amorphous silicon layer to expose the transparent electrode layer, and applying a carbon nanotube paste to the gate layer and the hole; And (d) forming a carbon nanotube tip by developing ultraviolet rays by irradiating ultraviolet rays from the rear surface of the substrate to provide a method of manufacturing a triode carbon nanotube field emission array, the method comprising:

본 발명에 있어서, 상기 (나) 단계는 포토-리소그래피 공정으로 상기 게이트층에 상기 절연층을 노출시키는 홀을 형성시키는 단계; 및 상기 기판 구조체를 oxide 에천트에 넣어 상기 비정질 실리콘이 노출되도록 상기 산화층에 홀을 형성시키는 단계;로 이루어지는 것이 바람직하다.In the present invention, the step (b) may include forming a hole in the gate layer exposing the insulating layer by a photo-lithography process; And forming a hole in the oxide layer to expose the amorphous silicon by placing the substrate structure in an oxide etchant.

본 발명에 있어서, 상기 (다) 단계는 상기 비정질 실리콘층에 대해 건식 에칭 또는 습식 에칭으로 상기 투명 전극이 노출되도록 홀을 형성키시는 단계; 상기 게이트층에 대해 포토-리소그래피 공정으로 라인 패터닝을 실시하는 단계; 및 상기 상기 게이트층 및 상기 홀에 탄소 나노튜브 페이스트를 스크린 프린팅으로 전면에 도포하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, the (c) step may include forming a hole to expose the transparent electrode by dry etching or wet etching the amorphous silicon layer; Performing line patterning on the gate layer by a photo-lithography process; And coating carbon nanotube paste on the entire surface of the gate layer and the hole by screen printing.

이하, 도면을 참고하면서 본 발명에 의한 삼극관 탄소 나노튜브 전계 전계방출 소자의 제조 방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a triode carbon nanotube field emission device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1a 내지 도 1j는 본 발명에 의한 제 1실시예에 의한 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다. 여기서는 절연층 및 전도성 후막을 사용하는 게이트층을 음성 공정을 이용하여 제작하는 방법에 대해 설명한다.1A to 1J are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a triode carbon nanotube field emission device according to a first embodiment of the present invention. Here, a method of fabricating a gate layer using an insulating layer and a conductive thick film using a negative process will be described.

본 발명에서는 투명 전극이 형성된 투명 기판을 사용한다. 예를 들어, 통상적으로 사용되는 ITO(I:Indium, T:Tin, O:Oxide)가 증착되어 있는 글래스 기판(11)에서 ITO가 형성되어 있는 부위에 패터닝을 실시함으로써, 스트라이프 형태의 ITO 전극(12)을 형성시킨다. 도 1a는 패터닝 공정을 거친 기판에 대해 스트라이프 구조의 ITO 전극(2)의 폭 방향으로 절단한 단면을 나타내고 있다.In the present invention, a transparent substrate on which a transparent electrode is formed is used. For example, by patterning a portion where ITO is formed on a glass substrate 11 on which ITO (I: Indium, T: Tin, O: Oxide) is commonly used, a stripe-shaped ITO electrode ( 12). FIG. 1A shows a cross section taken in the width direction of the ITO electrode 2 in a stripe structure with respect to a substrate subjected to a patterning process.

다음으로, 글래스 기판(11) 및 ITO 전극(12) 상부에 스퍼터등의 박막 장비를 이용하여 전면으로 Cr 박막층(13)을 형성시킨다. 상기 형성된 Cr 박막층(13)에 대해 노광공정 및 현상공정(exposure and develop)을 실시하여 도 1b에 나타낸 바와 같은 Cr 박막층(13)을 패턴한다. 상기 Cr 박막층(13)의 형태는 제한이 없으나, 이후의 공정에서 탄소나노튜브를 성장 시키기 위해 중앙부위에 홀이 형성된 형태로 제작하는 것이 바람직하다. 상기 도 1b는 글래스 기판(11)을 수직으로 절단한 단면도로서 Cr 박막층(13)은 가운데 부분에 홀이 형성되어 있는 링형태로 나타내어지고 있다.Next, the Cr thin film layer 13 is formed on the front surface of the glass substrate 11 and the ITO electrode 12 by using thin film equipment such as sputtering. The Cr thin film layer 13 as shown in FIG. 1B is patterned by exposing and developing the exposed Cr thin film layer 13. Although the form of the Cr thin film layer 13 is not limited, it is preferable to manufacture a form in which a hole is formed in a central portion in order to grow carbon nanotubes in a subsequent process. 1B is a cross-sectional view of the glass substrate 11 cut vertically, and the Cr thin film layer 13 is shown in a ring shape in which holes are formed in the center thereof.

다음으로, 스퍼터(sputter)등의 박막장비 이용하여 Al 박막층(14)을 상기 글래스 기판(11), ITO 전극(12) 및 Cr 박막층(13) 상부의 전면에 걸쳐 형성시킨다. 이러한 Al 박막층에 대해 노광 공정 및 현상 공정을 실시하여, 도 1c에 나타낸 바와 같이 상기 ITO 음극전극(12) 및 Cr 박막층(13)의 일부에 걸치는 도트(dot) 형태로 패턴시킨다. 여기서 상기 Cr 박막층(13) 및 상기 Al 박막층(14)의 재료는 Cr 및 Al에 한정되지 않으며, 에칭공정시 에칭 선택성(selectivity)을 지닌 물질이면 사용될 수 있다.Next, an Al thin film layer 14 is formed over the entire surface of the glass substrate 11, the ITO electrode 12, and the Cr thin film layer 13 using thin film equipment such as a sputter. The Al thin film layer is subjected to an exposure step and a developing step, and as shown in FIG. 1C, a pattern is formed in a dot form over a part of the ITO cathode electrode 12 and the Cr thin film layer 13. The material of the Cr thin film layer 13 and the Al thin film layer 14 is not limited to Cr and Al, and may be used as long as it has a material having etching selectivity during the etching process.

다음으로, 음성 감광성 페이스트를 사용하여 제작한 절연성 물질을 스크린 프린팅 공정을 사용하여 Cr 박막층(13) 및 Al 박막층(14)이 형성된 글래스 기판(11) 상부의 전면에 결쳐 도포시킨다. 이러한 공정을 거친 뒤, 도 1d에 나타낸 바와 같이 글래스 기판(11) 뒷면에서 일반적인 노광 공정에 사용하는 자외선을 조사하여 노광(reverse exposure)시킨다. 상기 노광공정에 있어서, 미리 형성된 Cr 박막층(13) 및 Al 박막층(14)은 불투명하기 때문에 마스크층의 역할을 한다. 따라서, 상기 노광시 조사하는 광이 통과할 수 없고, 상기 Cr 박막층(13) 및 Al 박막층(14)이 형성되지 아니한 부위에서는 노광용 광이 통과할 수 있다.Next, an insulating material produced by using the negative photosensitive paste is applied to the entire surface of the upper portion of the glass substrate 11 on which the Cr thin film layer 13 and the Al thin film layer 14 are formed using a screen printing process. After such a process, as shown in FIG. 1D, ultraviolet rays used in a general exposure process are irradiated from the rear surface of the glass substrate 11 to be exposed. In the exposure step, the pre-formed Cr thin film layer 13 and Al thin film layer 14 are opaque and thus serve as a mask layer. Therefore, the light irradiated during the exposure cannot pass, and the exposure light can pass through the portion where the Cr thin film layer 13 and the Al thin film layer 14 are not formed.

상기 노광공정을 실시한 후 현상공정을 거치게 되면, 도 1e에 나타낸 바와 같이, 글래스 기판(11) 상부에서 마스크 역할을 한 Cr 박막층(13) 및 Al 박막층(14)이 형성된 부위의 절연층(15')을 제외한 나머지 부위의 절연층(15)만이 잔존하게 된다. 여기서 상기 절연층(15', 15)은 음성 감광성 페이스트(negative photosensitive paste)를 사용하여 형성시켰다. 통상적으로 후막 절연층의 경우 마이크로 핀 홀(micro pin hole)등을 고려하여 우수한 절연 특성을 나타낼 수 있도록, P/D/ED/F/P/D/ED/F(P:프린팅, D:건조, ED:노광 및 현상, F:소결)의 2회 반복 공정을 거치는 것이 바람직하다. 이 경우, 통상적인 노광공정에 사용되는 자외선(파장: 약 350nm)에 대해 상기 절연 물질은 그 투과율이 70% 이상이므로 노광 공정시 실시하는 경우 자외선이 통과할 수 있다.After the exposure process and the development process, as shown in FIG. 1E, the insulating layer 15 ′ at the portion where the Cr thin film layer 13 and the Al thin film layer 14 serving as a mask is formed on the glass substrate 11. Only the insulating layer 15 of the remaining portion except for the remaining. In this case, the insulating layers 15 'and 15 are formed by using a negative photosensitive paste. In general, in the case of a thick film insulating layer, P / D / ED / F / P / D / ED / F (P: printing, D: drying) may be used in consideration of micro pin holes. , ED: exposure and development, F: sintering). In this case, since the insulating material has a transmittance of 70% or more with respect to ultraviolet light (wavelength: about 350 nm) used in a typical exposure process, ultraviolet light may pass through the exposure process.

이러한 과정을 거치고 나서 도 1f에 나타낸 바와 같이, 음극 게이트 패턴 스크린 마스크(negative gate patterned screen mask)(16)를 사용하여 상기 절연층(15) 상부에 프린팅한다. 상기 불투명 절연층(16)을 프린팅한 후, 건조(drying) 공정만을 실시하고, 전도성 감광 페이스트를 스크린 프린팅 공정으로 상기 글래스기판(11) 상부에 전면으로 도포한다. 그리고 나서, 상기 글래스기판(11) 뒷면에서 노광을 실시하여 도 1g에 나타낸 바와 같이 게이트 전극층(17)을 형성시킨다.After this process, as shown in FIG. 1F, a negative gate patterned screen mask 16 is printed on the insulating layer 15. After the opaque insulating layer 16 is printed, only a drying process is performed, and a conductive photosensitive paste is applied to the entire surface of the glass substrate 11 by a screen printing process. Thereafter, exposure is performed on the rear surface of the glass substrate 11 to form the gate electrode layer 17 as shown in FIG. 1G.

상기 게이트 전극층(17)을 형성시킨 뒤에 소성을 하고 나서, Al 에천트(etchant)를 이용하여 ITO 음극 전극(12) 상부의 도트 형태의 Al 박막층(14)을 제거하게 되면 도 1h에 나타낸 바와 같이, Cr 박막층 가운데 부분에 다시 홀이 형성된다.When the gate electrode layer 17 is formed and then fired, the Al thin film layer 14 having a dot shape on the ITO cathode electrode 12 is removed using an Al etchant, as shown in FIG. 1H. The hole is again formed in the center of the Cr thin film layer.

마지막으로, 도 1i 및 도 1j에 나타낸 바와 같이, 감광성(photosensitive) 카본나노튜브 페이스트를 상기 글래스 기판(11) 상부 전면에 걸쳐 프린팅 공정으로 도포하고, 글래스 기판(11) 뒷면에서 노광 및 현상공정을 실시한다. 여기서 상기 탄소나노튜브 페이스트는 음성 감광성 물질인 것이 바람직하다. 후면 노광에 의해 노광빔이 통과하는 ITO 전극층(12) 상부에 도포된 탄소 나노튜브(18)만이 잔존하고, 상기 Cr 박막층(13) 및 게이트 전극층(17) 상부에 도포된 감광성 탄소나노튜브 페이스트는 제거된다. 그리하여 링 형태의 Cr 박막층(13)내부 홀 부위에 탄소나노튜브 팁층(18)이 형성된다.Finally, as shown in FIGS. 1I and 1J, a photosensitive carbon nanotube paste is coated on the entire upper surface of the glass substrate 11 by a printing process, and an exposure and developing process is performed on the rear surface of the glass substrate 11. Conduct. Here, the carbon nanotube paste is preferably a negative photosensitive material. Only the carbon nanotubes 18 coated on the ITO electrode layer 12 through which the exposure beam passes through the backside exposure remain, and the photosensitive carbon nanotube paste coated on the Cr thin film layer 13 and the gate electrode layer 17 Removed. Thus, the carbon nanotube tip layer 18 is formed in the hole portion of the ring-shaped Cr thin film layer 13.

상기 공정에서는 음극 전극 형성시 기판 상부에 포토마스크를 별도로 제작할 필요가 없이 Cr 박막층(13) 및 Al 박막층(14)이 그 역할을 하게되므로, 이후 공정에서 얼라이너(alligner)가 필요 없게 된다. 또한, 그 상부에 형성되는 다층막이 셀프-얼라인이 되므로 다층막 형성시 각 층마다 필요한 소성 공정에 의한 글래스의 변형에 의한 정렬 오차 및 각 층마다 얼라이너(alligner) 사용시 발생하는 얼라이너 자체의 오차도 방지할 수 있게 되어 카본나노튜브의 팁과 게이트 사이의 거리를 좁힐 수 있으므로 전계방출 전압을 크게 줄일 수 있다.In the above process, since the Cr thin film layer 13 and the Al thin film layer 14 play a role, there is no need to separately fabricate a photomask on the substrate when the cathode electrode is formed, so that an aligner is not necessary in a subsequent process. In addition, since the multilayer film formed on the upper part becomes self-alignment, an alignment error caused by deformation of the glass due to the firing process required for each layer when forming the multilayer film and an error of the aligner itself generated when using an aligner for each layer In addition, since the distance between the tip and the gate of the carbon nanotube can be narrowed, the field emission voltage can be greatly reduced.

본 발명의 제 2실시예를 도 2a 내지 도 2k를 참고하여, 보다 상세히 설명하고자 한다. 도 2a 내지 도 2k는 절연 물질 및 전도성 물질을 양성 페이스트를 사용하여 본 발명에 의한 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 소자의 제조공정을 설명한 단면도이다.A second embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2A-2K. 2A to 2K are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a triode carbon nanotube field emission device according to the present invention using an insulating material and a conductive material using a positive paste.

먼저 도 2a에 나타낸 바와 같이, 투명전극으로 통상적으로 사용되는 ITO(22)가 증착된 글래스 기판(21) 상부에 스퍼터등의 박막 제조 장비를 이용하여 Cr 박막층(23)을 전면에 결쳐 형성시킨다.First, as shown in FIG. 2A, the Cr thin film layer 23 is formed on the entire surface of the glass substrate 21 on which the ITO 22, which is commonly used as a transparent electrode, is deposited, using thin film manufacturing equipment such as sputter.

이러한 Cr 박막층(23)에 대해 노광 및 현상 공정을 실시하여 Cr 음극 전극(23)층을 형성시킨다. 도 2b 및 도 2c에서 나타낸 것처럼, Cr 전극층(23) 및 ITO 전극층(22)을 동시에 스트라이프 상으로 형성시키고 나서 다시 Cr 전극층(23) 내부에 링 형태의 홀을 형성시켰다. 상기 Cr 전극층(23)을 형성시킨 후, 상기 글래스 기판(21)에 대해 ITO 에천트를 사용하여 에칭 공정을 실시하게 되면, 도 2b에 나타낸 바와 같이, Cr 전극층(23)이 형성되어 있지 않은 부위의 ITO 전극층(22)이 식각되고, 그 결과 Cr 전극층(23)과 ITO 전극층(22)이 같은 형태로 정렬되어 음극 전극을 형성시킨다. 그 뒤, 도 2c에 나타낸 바와 같이, Cr 음극전극(10)층에 대해노광 및 현상공정을 실시하여 링형태의 홀을 형성시킨다. 상기 홀은 이후 공정에서 탄소나노튜브를 형성시키는 영역이 된다.The Cr thin film layer 23 is exposed and developed to form a Cr cathode electrode 23 layer. As shown in FIG. 2B and FIG. 2C, the Cr electrode layer 23 and the ITO electrode layer 22 were formed in a stripe shape at the same time, and then ring-shaped holes were formed in the Cr electrode layer 23 again. After the Cr electrode layer 23 is formed, an etching process is performed on the glass substrate 21 using an ITO etchant. As shown in FIG. 2B, a portion where the Cr electrode layer 23 is not formed is formed. The ITO electrode layer 22 is etched, and as a result, the Cr electrode layer 23 and the ITO electrode layer 22 are aligned in the same form to form a cathode electrode. Thereafter, as illustrated in FIG. 2C, a ring-shaped hole is formed by performing exposure and development steps on the Cr cathode electrode 10 layer. The hole becomes a region for forming carbon nanotubes in a subsequent process.

다음으로, 도 2d에 나타낸 바와 같이, 상기 글래스 기판(21) 상부에 절연물질(24)을 후막 형태로 도포한다. 상기 절연물질로는 예를 들어, 절연성과 온도 특성이 뛰어나며, 후막형성이 용이한 폴리이미드(polymide)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 절연층(24)을 스핀 코팅법을 이용하여 글래스 기판(21) 및 Cr 전극층(23) 상부에 전면에 걸쳐 증착시킨 다음 큐어링(curing)을 실시한다.Next, as shown in FIG. 2D, an insulating material 24 is coated on the glass substrate 21 in the form of a thick film. As the insulating material, for example, it is preferable to use a polyimide that is excellent in insulation and temperature characteristics and easily forms a thick film. The insulating layer 24 is deposited on the glass substrate 21 and the Cr electrode layer 23 over the entire surface by spin coating, and then cured.

다음으로, 도 2e에 나타낸 바와 같이, 상기 절연층(24) 상부에 박막 장비를 이용하여 전도성 물질(25)을 증착시킨 뒤, 도 2f와 같이 상기 증착시킨 전도층(25)을 패터닝하여 게이트층(25)을 형성시킨다. 여기서 패터닝에 의해 제거되는 부위는 그 단면이 ITO 전극층(22)이 형성된 부위이며, 홀 형태로 형성시키는 것이 바람직하다. 따라서, 잔존한 부분은 게이트로층(25)으로서 역할을 하게된다. 그리고 나서, 도 2g에 나타낸 바와 같이, 건조 에칭(drying etching)공정을 이용하여 케이트층을 패터닝하고 노출된 홀 부위의 절연물질(24')을 제거한다. 상기 제 1실시예에서는 기판 후면에서의 노광에 의해 절연물질(15')을 제거하였으나, 여기서는 기판 전면에서의 건조 에칭 공정에 의해 절연물질(24')를 제거한다.Next, as shown in FIG. 2E, the conductive material 25 is deposited on the insulating layer 24 using thin film equipment, and then the gate layer is patterned by patterning the deposited conductive layer 25 as shown in FIG. 2F. (25) is formed. Here, the site | part removed by patterning is the site | part in which the ITO electrode layer 22 was formed, and it is preferable to form in hole shape. Thus, the remaining portion serves as the gate furnace layer 25. Then, as shown in FIG. 2G, the gate layer is patterned using a dry etching process to remove the insulating material 24 ′ of the exposed hole portions. In the first embodiment, the insulating material 15 'is removed by exposure on the rear surface of the substrate, but the insulating material 24' is removed by a dry etching process on the entire surface of the substrate.

절연 물질(24')을 제거하고 나면, 도 2h에 나타낸 바와 같이 Cr 전극층(23)의 홀 부위에 ITO 전극층(22)이 노출된다. 이러한 상태에서 도 2i와 같이 감광성 (photosensitive) 탄소나노튜브 페이스트를 상기 글래스 기판(21) 상부에 스크린 프린팅 공정으로 도포하고, 상기 글래스 기판(21) 뒷면에서 노광 및 현상공정을 실시한다. 여기서 상기 탄소나노튜브 페이스트는 상기 제 1실시예와 마찬가지로 음성 감광성 페이스트인 것이 바람직하다. 그리하여 도 2j에 나타낸 바와 상기 Cr 박막층의 홀 부위에 탄소나노튜브 팁층(26)이 형성된다. 마지막으로, 도 2k에 나타낸 바와 같이 상기 게이트층(25)에 대해 통상적인 PR 공정을 실시하여 라인 형태의 게이트층(25)을 형성시킨다.After the insulating material 24 'is removed, the ITO electrode layer 22 is exposed in the hole region of the Cr electrode layer 23 as shown in FIG. 2H. In this state, as shown in FIG. 2I, a photosensitive carbon nanotube paste is coated on the glass substrate 21 by a screen printing process, and an exposure and development process is performed on the rear surface of the glass substrate 21. Here, the carbon nanotube paste is preferably a negative photosensitive paste as in the first embodiment. Thus, as shown in FIG. 2J, the carbon nanotube tip layer 26 is formed in the hole region of the Cr thin film layer. Finally, as shown in FIG. 2K, the gate layer 25 is subjected to a general PR process to form the gate layer 25 in a line shape.

이러한 양성 감광성 절연물질 및 전도성 물질을 사용한 공정을 상기 음성 감광성 절연물질 및 전도성 물질을 사용한 경우와 비교하면, 상기 게이트층과 절연층의 홀 부위를 따로 얼라인을 시켜야 하지만, 탄소나노튜브의 팁은 자동 정렬되고, 기타 공정에 있어서는 보다 간단한 장점이 있다.Compared to the case where the positive photosensitive insulating material and the conductive material are used, the process of using the positive photosensitive insulating material and the conductive material should be aligned separately between the hole portions of the gate layer and the insulating layer, but the tip of the carbon nanotube It is automatically aligned and has a simpler advantage in other processes.

본 발명에 의한 제 3실시예를 도 3a 내지 도 3j를 참고하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.A third embodiment according to the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 3A to 3J.

도 3a 내지 도 3j는 전계 방출 표시소자에서 저항층으로 사용되는 비정질 실리콘층의 광학적 특성을 이용하여 삼극관 탄소 나노튜브 전계 방출 소자를 제조하는 과정을 나타낸 단면도이다.3A to 3J are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a triode carbon nanotube field emission device using optical properties of an amorphous silicon layer used as a resistive layer in a field emission display device.

먼저 도 3a에 나타낸 바와 같이, 투명 기판(31) 상부에 투명 전극(32)으로 사용되는 물질을 증착시킨다. 상기 투명 기판(31)으로는 글래스 기판을 사용할 수 있으며, 상기 투명 전극(32)으로는 통상적으로 사용되는 ITO를 증착시킬 수 있다. 상기 투명 전극(32)은 포토-리소그래피(photo-lithography) 공정을 이용하여 스트라이프 형태로 형성시킨 것이다.First, as shown in FIG. 3A, a material used as the transparent electrode 32 is deposited on the transparent substrate 31. A glass substrate may be used as the transparent substrate 31, and ITO, which is commonly used, may be deposited as the transparent electrode 32. The transparent electrode 32 is formed in a stripe shape using a photo-lithography process.

다음으로, 도 3b와 같이 비정질 실리콘(amorphous-Si)(33)을 상기 기판(31)및 상기 투명 전극(32) 상부에 PECVD 장비 등을 이용하여 도포한다. 그리고 나서 도 3c와 같이, in-situ로 상기 비정질 실리콘층(33) 상부에 절연층으로 사용되는 산화층(34)을 형성시킨다. 상기 산화층(34)을 형성시킨 후, 도 3d에 나타낸 바와 같이 그 상부에 전도성 게이트층(35), 예를 들어 Cr을 박막 장치를 이용하여 증착시킨다. 그리고, 상기 포토-리소그래피 공정으로 상기 게이트층(35)에 홀(35')을 형성시킨다.(도 3e) 상기 홀(35')은 상기 투명 전극(32)이 위치한 부위에 대응하여 형성시킨다. 이 상태에서 기판 상에 박막층들이 형성된 상태로 oxide 에천트에 넣어 도 3f와 같이 비정질 실리콘층(33)을 노출시키도록 상기 산화층(34)에 홀(34')을 형성한다. 이때 노출된 비정질 실리콘층(33)에 대해 dry-etching(건식 에칭) 또는 wet-etching(습식 에칭)을 이용하여 상기 투명 전극(32)을 노출시키는 홀(33')을 형성시킨다.(도 3g) 그리고, 상기 산화층(34) 상부의 게이트층(35)에 대해 포토-리소그래피 공정으로 라인 패터닝을 실시한다.(도 3h)Next, as shown in FIG. 3B, amorphous silicon (Amorphous-Si) 33 is coated on the substrate 31 and the transparent electrode 32 using PECVD equipment or the like. Then, as shown in FIG. 3C, an oxide layer 34 used as an insulating layer is formed on the amorphous silicon layer 33 in-situ. After the oxide layer 34 is formed, a conductive gate layer 35, for example Cr, is deposited thereon as shown in FIG. 3D. A hole 35 ′ is formed in the gate layer 35 by the photo-lithography process. (FIG. 3E) The hole 35 ′ is formed corresponding to a portion where the transparent electrode 32 is located. In this state, holes 34 'are formed in the oxide layer 34 so as to expose the amorphous silicon layer 33 as shown in FIG. 3F with the thin film layers formed on the substrate. At this time, a hole 33 'exposing the transparent electrode 32 is formed by using dry-etching (wet etching) or wet-etching (wet etching) on the exposed amorphous silicon layer 33 (FIG. 3G). Then, line patterning is performed on the gate layer 35 on the oxide layer 34 by a photo-lithography process (FIG. 3H).

다음으로, 도 3i와 같이 상기 구조 상에 전면에 걸쳐 탄소 나노튜브 페이스트(36)를 스크린 프린팅 등으로 전면에 도포한다. 마지막으로, 상기 기판(31) 후면에서 자외선 빔을 주사하여 현상 공정을 통하여 도 3j와 같이 탄소 나노튜브 전계 방출 에미터를 형성시킨다. 여기서는, 상기 기판(31)에 후면에서 자외선을 주사하는 경우 다른 포토-리소그래피 공정과 같이 별도의 포토마스크를 사용하는 것이 아니라, 공정 도중에 형성되는 비정질 실리콘층(33)을 사용하는 것을 특징으로 한다. 상기 비정질 실리콘층(33)은 일반적으로 전계 방출 디스플레이에서 균일도의 향상을 위해 많이 사용되는 물질이다. 도 4를 참고하면, 비정질 실리콘은 현상 공정에사용되는 자외선에 대한 투과도가 매우 낮은 것을 알 수 있다.Next, the carbon nanotube paste 36 is coated on the entire surface on the structure as shown in FIG. 3I by screen printing or the like. Finally, an ultraviolet beam is scanned from the rear surface of the substrate 31 to form a carbon nanotube field emission emitter as shown in FIG. 3J through a development process. In this case, when the ultraviolet rays are scanned from the rear surface of the substrate 31, an amorphous silicon layer 33 formed during the process is used, rather than using a separate photomask like other photo-lithography processes. The amorphous silicon layer 33 is generally a material used for improving the uniformity in the field emission display. Referring to FIG. 4, it can be seen that amorphous silicon has a very low transmittance to ultraviolet rays used in a developing process.

도 5은 본 발명에 의해 제작된 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 소자를 찍은 SEM 사진으로서, 절연성 물질과 전도성 물질을 음성 감광성 페이스트를 사용하여 제작한 것이다. 사진에 나타난 바와 같이, 절연층(15) 및 게이트층(17)등의 다층막이 형성되더라도 따로 정렬시킬 필요없이 셀프-얼라인이 된 결과를 나타내고 있다.FIG. 5 is a SEM photograph of a triode carbon nanotube field emission device fabricated by the present invention, wherein an insulating material and a conductive material are prepared using a negative photosensitive paste. As shown in the photograph, even when multilayer films such as the insulating layer 15 and the gate layer 17 are formed, the results are self-aligned without the need for alignment.

도 6a 및 도 6b는 각각 절연성 물질과 전도성 물질을 음성 및 양성 감광성 페이스트를 사용하여 제작한 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 소자를 찍은 평면 SEM 사진이다. 도 6a는 음성 감광성 페이스트를 사용한 것으로 홀의 크기가 약 60㎛인 상태를 나타내었고, 아직 탄소나노튜브 팁 형성하지는 않았으므로, 홀 부위가 ITO 전극층(12)으로 인해 밝게 나타나고 있다. 도 6b는 양성 감광성 페이스트를 사용한 것으로 홀의 크기가 약 40㎛인 상태를 나타내고 있다. 여기서는 홀 내부에 탄소나토튜브 팁(26)을 형성시켰으므로 홀 부위가 짙은 색으로 나타나고 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, Cr 전극층(23)이 스트라이프상으로 글래스 기판(21) 상에 형성되어 있다.6A and 6B are planar SEM photographs of triode carbon nanotube field emission devices fabricated with an insulating material and a conductive material using negative and positive photosensitive pastes, respectively. 6A shows a state in which a hole has a size of about 60 μm using a negative photosensitive paste, and since the carbon nanotube tip has not been formed yet, the hole region is bright due to the ITO electrode layer 12. Fig. 6B shows a state in which the size of the hole is about 40 mu m, using a positive photosensitive paste. In this case, since the carbon nanotube tip 26 is formed inside the hole, the hole part is shown in a dark color. As shown in the figure, the Cr electrode layer 23 is formed on the glass substrate 21 in a stripe shape.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 의해 제작된 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 소자를 찍은 SEM 사진으로서, 두 경우 모두 절연물질 및 전도성 물질을 양성 감광성 페이스트를 사용하여 제작한 것이다. 여기서, 7a는 소자의 표면을 대략 30도 각도로 찍은 사진으로서 게이트 전극 라인 패턴(25)에 형성된 홀 내부에 탄소나노튜브 팁(26)들이 형성된 것을 볼 수 있다. 여기서는 홀의 직경이 대략 40㎛정도이다. 도 7b는 그 단면을 찍은 사진으로서 홀 내부에 형성된 탄소나노튜브 팁(26)을 직접 나타내고 있으며, 폴리이미드로 형성시킨 절연층(24) 및 게이트층(25)이 잘 정렬되어 있는 것을 알 수 있다.7A and 7B are SEM photographs of the triode carbon nanotube field emission devices fabricated according to the present invention. In both cases, an insulating material and a conductive material were prepared using a positive photosensitive paste. Here, 7a is a photograph of the surface of the device at an angle of about 30 degrees, and it can be seen that carbon nanotube tips 26 are formed in the hole formed in the gate electrode line pattern 25. Here, the diameter of the hole is about 40 µm. FIG. 7B is a photograph showing a cross section of the carbon nanotube tip 26 formed directly inside the hole, and it can be seen that the insulating layer 24 and the gate layer 25 formed of polyimide are well aligned. .

본 발명에 따르면, 음성 또는 양성 감광성 페이스트를 사용하여 스크린 프린팅 공정 및 식각공정을 진행하면서 별도의 얼라이너를 사용하지 않고도 다층막의 얼라인 문제를 해소할 수 있으며, 또한 공정상에 제조되는 박막층 자체를 마스크층으로 사용함으로써 적은 수의 마스크층을 사용하여 삼극관구조의 탄소나노튜브 전계방출 어레이를 용이하게 제조할 수 있다.According to the present invention, the screen printing process and the etching process using the negative or positive photosensitive paste can solve the alignment problem of the multilayer film without using a separate aligner, and also mask the thin film layer itself manufactured in the process. By using the layer, a carbon nanotube field emission array having a triode structure can be easily manufactured using a small number of mask layers.

Claims (21)

삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법에 있어서,In the manufacturing method of triode carbon nanotube field emission array, (가) 투명 전극이 증착된 투명 기판 상부에 전도성 박막층을 형성시키고 상기 투명전극의 소정 부위를 노출시키는 단계;(A) forming a conductive thin film layer on the transparent substrate on which the transparent electrode is deposited and exposing a predetermined portion of the transparent electrode; (나) 상기 노출된 투명 전극의 소정 부위에 불투명 박막층을 형성하는 단계;(B) forming an opaque thin film layer on a predetermined portion of the exposed transparent electrode; (다) 상기 투명 기판 상부에 절연물질을 전면 도포하고 상기 전도층 및 불투명 박막층 상부의 절연물질을 제거하여 상기 투명 기판 상에 절연층을 형성하는 단계;(C) forming an insulating layer on the transparent substrate by coating an insulating material over the transparent substrate and removing the insulating material over the conductive layer and the opaque thin film layer; (라) 상기 절연층 상부에 게이트층을 형성하는 단계; 및(D) forming a gate layer on the insulating layer; And (마) 상기 불투명 박막층을 제거한 뒤, 상기 노출된 투명 전극 상부에 탄소 나노튜브 페이스트를 도포하고 후면 노광을 통해 탄소나노튜브 팁을 형성하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법.(E) removing the opaque thin film layer, applying carbon nanotube paste on the exposed transparent electrode and forming carbon nanotube tips through backside exposure; tripolar carbon nanotube field emission array Method of preparation. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (가) 단계는 상기 투명 기판의 투명 전극을 패터닝하여 스트라이프 형태로 형성하는 단계;The step (a) may include forming a stripe pattern by patterning the transparent electrode of the transparent substrate; 상기 패터닝된 투명 전극 상부에 전도층을 형성하는 단계; 및Forming a conductive layer on the patterned transparent electrode; And 상기 전도층의 소정부위에 상기 투명 전극을 노출시키는 홀을 형성하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조방법.Forming a hole exposing the transparent electrode at a predetermined portion of the conductive layer; and manufacturing a triode carbon nanotube field emission array. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (가) 단계는 투명 전극이 형성된 투명 기판 상부에 전도층을 형성하는 단계;The step (a) may include forming a conductive layer on the transparent substrate on which the transparent electrode is formed; 상기 전극층 및 투명 전극을 동시에 패터닝하여 스트라이프 형태로 형성하는 단계; 및Simultaneously patterning the electrode layer and the transparent electrode to form a stripe shape; And 상기 전도층의 소정 부위에 상기 투명 전극을 노출시키는 홀을 형성하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조방법.Forming a hole exposing the transparent electrode in a predetermined portion of the conductive layer; and manufacturing a triode carbon nanotube field emission array. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (다) 단계는 상기 투명 기판 상부에 절연물질을 전면에 걸쳐 도포한뒤, 상기 투명 기판에 대해 후면 노광을 실시함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법.The step (c) is a method of manufacturing a triode carbon nanotube field emission array, characterized in that by applying an insulating material over the entire surface over the transparent substrate, and performing a back exposure to the transparent substrate. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 (다) 단계는 상기 투명 기판 상부에 상기 절연물질을 프린팅 공정에 의해 전면에 걸쳐 도포하고 건조하는 단계;The step (c) may include applying and drying the insulating material over the entire surface of the transparent substrate by a printing process; 상기 후면 노광 및 현상공정에 의해 상기 전도층 및 불투명 박막층 상부의 절연물질을 제거하는 단계; 및Removing the insulating material on the conductive layer and the opaque thin film layer by the backside exposure and development process; And 상기 잔존한 절연물질을 소결하는 단계;를 2회 이상 반복함으로써 상기 절연층을 형성하는 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법.And sintering the remaining insulating material; to form the insulating layer by repeating the at least two times. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (라) 단계는 음극 게이트 패턴 스크린 마스크를 사용하여 상기 절연층의 중앙 상부 영역에 불투명 절연층을 형성하는 단계;The step (d) may include forming an opaque insulating layer in a central upper region of the insulating layer using a cathode gate pattern screen mask; 전도성 감광 페이스트를 상기 투명 기판 상부에 전면에 걸쳐 도포하는 단계; 및Applying a conductive photosensitive paste over the transparent substrate over the entire surface; And 상기 투명 기판에 대해 후면 노광을 실시하여 게이트층을 형성시키는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조방법.And forming a gate layer by performing backside exposure on the transparent substrate. 2. A method of manufacturing a triode carbon nanotube field emission array comprising: 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (마) 단계는 음성 감광성 탄소나노튜브 페이스트를 상기 투명 기판 상부에 전면에 걸쳐 도포하는 단계; 및The step (e) may include applying a negative photosensitive carbon nanotube paste on the transparent substrate over the entire surface; And 상기 투명 기판에 대해 후면 노광을 실시하여 상기 투명 전극 상부에만 탄소나노튜브 팁을 형성하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법.Forming a carbon nanotube tip only on the transparent electrode by performing a backside exposure on the transparent substrate; and manufacturing a triode carbon nanotube field emission array. 제 1항 내지 제 7항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 7, 상기 전도성 박막층은 Cr을 포함하며, 상기 불투명 박막층은 Al을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법.The conductive thin film layer comprises Cr, the opaque thin film layer is a method of manufacturing a triode carbon nanotube field emission array characterized in that it comprises Al. 제 1항 내지 제 7항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 7, 상기 절연층 및 상기 게이트층은 음성 감광성 페이스트를 사용하여 형성시키는 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법.The insulating layer and the gate layer is a method of manufacturing a triode carbon nanotube field emission array, characterized in that formed using a negative photosensitive paste. 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법에 있어서,In the manufacturing method of triode carbon nanotube field emission array, (가) 투명 전극이 증착된 투명 기판 상부에 전도성 박막층을 형성시키고 상기 투명전극의 소정 부위를 노출시키는 단계;(A) forming a conductive thin film layer on the transparent substrate on which the transparent electrode is deposited and exposing a predetermined portion of the transparent electrode; (나) 상기 투명 기판 상부에 절연 물질을 전면 도포하는 단계;(B) completely applying an insulating material on the transparent substrate; (다) 상기 절연층 상부에 게이트층을 형성하고 패터닝하여 상기 투명전극 상부의 절연물질을 노출시키는 단계;(C) forming and patterning a gate layer on the insulating layer to expose the insulating material on the transparent electrode; (라) 상기 투명전극 상부의 절연물질을 제거하여 절연층을 형성시키고 상기 전도성 박막층 및 상기 투명전극의 소정 부위를 노출시키는 단계; 및(D) removing the insulating material on the transparent electrode to form an insulating layer and exposing a portion of the conductive thin film layer and the transparent electrode; And (마) 상기 노출된 투명전극 상부에 탄소 나노튜브 페이스트를 도포하고 후면 노광을 통해 탄소 나노튜브 팁을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법.(E) coating a carbon nanotube paste on the exposed transparent electrode and forming a carbon nanotube tip through a back exposure, wherein the method of manufacturing a triode carbon nanotube field emission array is provided. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 (가) 단계는 상기 투명 기판의 투명 전극을 패터닝하여 스트라이프 형태로 형성하는 단계;The step (a) may include forming a stripe pattern by patterning the transparent electrode of the transparent substrate; 상기 패터닝된 투명 전극 상부에 전도층을 형성하는 단계; 및Forming a conductive layer on the patterned transparent electrode; And 상기 전도층의 소정부위에 상기 투명 전극을 노출시키는 홀을 형성하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조방법.Forming a hole exposing the transparent electrode at a predetermined portion of the conductive layer; and manufacturing a triode carbon nanotube field emission array. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 (가) 단계는 투명 전극이 형성된 투명 기판 상부에 전도층을 형성하는 단계;The step (a) may include forming a conductive layer on the transparent substrate on which the transparent electrode is formed; 상기 전극층 및 투명 전극을 동시에 패터닝하여 스트라이프 형태로 형성하는 단계; 및Simultaneously patterning the electrode layer and the transparent electrode to form a stripe shape; And 상기 전도층의 소정부위에 상기 투명 전극을 노출시키는 홀을 형성하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조방법.Forming a hole exposing the transparent electrode at a predetermined portion of the conductive layer; and manufacturing a triode carbon nanotube field emission array. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 (다) 단계는 상기 절연층 상부에 박막 장비를 이용하여 전도성 물질을 증착시키는 단계; 및The step (c) includes depositing a conductive material on the insulating layer using thin film equipment; And 상기 ITO 전극층에 대응되는 부위의 전도성 물질을 홀 형태로 패터닝하여 절연물질을 노출시기고 게이트층을 형성하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법.And patterning a conductive material of a portion corresponding to the ITO electrode layer in the form of a hole to expose an insulating material and to form a gate layer. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 (라) 단계는 상기 투명 기판 상부에서 건조 에칭 공정에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법.The step (d) is a method of manufacturing a triode carbon nanotube field emission array, characterized in that by the dry etching process on the transparent substrate. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 (마) 단계는 음성 감광성 탄소나노튜브 페이스트를 상기 투명 기판 상부에 전면에 걸쳐 도포하는 단계; 및The step (e) may include applying a negative photosensitive carbon nanotube paste on the transparent substrate over the entire surface; And 상기 투명 기판에 대해 후면 노광을 실시하여 상기 투명 전극 상부에만 탄소나노튜브 팁을 형성하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법.Forming a carbon nanotube tip only on the transparent electrode by performing a backside exposure on the transparent substrate; and manufacturing a triode carbon nanotube field emission array. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 게이트층의 전도성 물질에 대해 PR 공정을 실시하여 라인 형태의 게이트층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법.And forming a line-type gate layer by performing a PR process on the conductive material of the gate layer. 제 10항 내지 제 16항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 10 to 16, 상기 전도성 박막층은 Cr을 포함하며, 상기 절연물질은 폴리이미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법.The conductive thin film layer includes Cr, and the insulating material is a method of manufacturing a triode carbon nanotube field emission array, characterized in that the polyimide. 제 10항 내지 제 16항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 10 to 16, 상기 절연층 및 상기 게이트층은 양성 감광성 페이스트를 사용하여 형성시키는 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법.And the insulating layer and the gate layer are formed using a positive photosensitive paste. 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법에 있어서,In the manufacturing method of triode carbon nanotube field emission array, (가) 투명 전극이 형성된 투명 기판 상부에 비정질 실리콘층 및 절연층을 순차적으로 형성시키는 단계;;(A) sequentially forming an amorphous silicon layer and an insulating layer on the transparent substrate on which the transparent electrode is formed; (나) 상기 절연층 상부에 전도성 게이트층을 형성시키고, 상기 비정질 실리콘 층이 노출되도록 상기 게이트층 및 상기 절연층에 홀을 형성시키는 단계;(B) forming a conductive gate layer over the insulating layer and forming holes in the gate layer and the insulating layer to expose the amorphous silicon layer; (다) 상기 노출된 비정질 실리콘층에 홀을 형성시켜 상기 투명 전극층을 노출시키고, 상기 게이트층 및 상기 홀에 탄소 나노튜브 페이스트를 전면 도포하는 단계; 및(C) forming a hole in the exposed amorphous silicon layer to expose the transparent electrode layer, and applying a carbon nanotube paste to the gate layer and the hole; And (라) 상기 기판 후면에서 자외선을 주사하여 현상함으로써 탄소 나노튜브 팁을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소 나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법.(D) forming a carbon nanotube tip by developing by scanning ultraviolet rays from the rear surface of the substrate. 제 19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 (나) 단계는 포토-리소그래피 공정으로 상기 게이트층에 상기 절연층을 노출시키는 홀을 형성시키는 단계; 및The step (b) may include forming a hole in the gate layer exposing the insulating layer in a photo-lithography process; And 상기 기판 구조체를 oxide 에천트에 넣어 상기 비정질 실리콘이 노출되도록 상기 산화층에 홀을 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법.And inserting the substrate structure into an oxide etchant to form holes in the oxide layer so that the amorphous silicon is exposed. 제 19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 (다) 단계는 상기 비정질 실리콘층에 대해 건식 에칭 또는 습식 에칭으로 상기 투명 전극이 노출되도록 홀을 형성키시는 단계;The step (c) may include forming holes to expose the transparent electrode by dry etching or wet etching the amorphous silicon layer; 상기 게이트층에 대해 포토-리소그래피 공정으로 라인 패터닝을 실시하는 단계; 및Performing line patterning on the gate layer by a photo-lithography process; And 상기 상기 게이트층 및 상기 홀에 탄소 나노튜브 페이스트를 스크린 프린팅으로 전면에 도포하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법.And coating a carbon nanotube paste on the entire surface of the gate layer and the hole by screen printing. 2.
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