(57)【要約】【課題】  エミッタの形成方法及びこれを利用した電界放出素子の製造方法を提供する。【解決手段】  電極上の外部刺激に反応して可逆的に膨脹収縮するポリマーからなる体積変化構造物を形成するステップと、体積変化構造物の内部に電子放出物質を注入するステップと、電子放出物質を整列させるステップと、ポリマーを除去してエミッタを形成するステップと、を含むエミッタの形成方法である。【選択図】図１Ｆ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部刺激に反応して可逆的に膨脹収縮するポリマーからなる体積変化構造物を電極上に形成するステップと、
前記体積変化構造物の内部に電子放出物質を注入するステップと、
前記電子放出物質を整列させるステップと、
前記ポリマーを除去してエミッタを形成するステップと、
を含むことを特徴とする、エミッタの形成方法。
【請求項２】
前記体積変化構造物を形成するステップは、前記電極が形成された基板上に前記電極を覆うように前記ポリマーをコーティングし、これをパターニングするステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載のエミッタの形成方法。
【請求項３】
前記体積変化構造物を形成するステップは、パターニングされた前記ポリマー内部の水分を除去するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載のエミッタの形成方法。
【請求項４】
前記ポリマーは、電場応答性高分子（ＥＡＰ）、またはヒドロゲルからなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエミッタの形成方法。
【請求項５】
前記ポリマーは、ＰＤＭＳ、ＰＭＡ、ＰＡＡ、ＰＮＩＰＡＡｍ、ＰＡＭ、ヒアルロン酸、アルギン酸塩、ＰＶＡ、ＰＤＡＤＭＡＣ、アルギン酸ナトリウム、アクリルアミド、ＮＩＰＡＡｍ、ＰＶＭＥ、ＰＥＧ、ＰＰＧ、メチルセルロース、ＰＤＥＡＥＭ、グルコース、キトサン、及びゼラチンからなる群から選択される少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項４に記載のエミッタの形成方法。
【請求項６】
前記電子放出物質は、前記体積変化構造物を繰り返し膨脹収縮させることにより、前記体積変化構造物の内部に注入されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエミッタの形成方法。
【請求項７】
前記体積変化構造物の繰り返しの膨脹収縮は、前記体積変化構造物を、前記電子放出物質を含む第１水溶液に入れ、前記体積変化構造物に外部刺激の印加、及び除去を繰り返し行うことによってなされることを特徴とする、請求項６に記載のエミッタの形成方法。
【請求項８】
前記外部刺激は、温度、ｐＨ、電場、及び光からなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする、請求項７に記載のエミッタの形成方法。
【請求項９】
前記電子放出物質は、カーボンナノチューブ、非晶質炭素、ナノダイアモンド、ナノスケール金属線、及びナノスケール酸化金属線からなる群から選択される少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のエミッタの形成方法。
【請求項１０】
前記第１水溶液には、前記電子放出物質と共に前記体積変化構造物の内部に注入され、前記電子放出物質を前記電極に支持させるための導電性ナノ粒子がさらに含まれることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載のエミッタの形成方法。
【請求項１１】
前記電子放出物質は、前記体積変化構造物を膨脹させることによって整列することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエミッタの形成方法。
【請求項１２】
前記体積変化構造物の膨脹は、前記体積変化構造物を第２水溶液に入れ、前記体積変化構造物に外部刺激を印加、または除去することによってなされることを特徴とする、請求項１１に記載のエミッタの形成方法。
【請求項１３】
前記外部刺激は、温度、ｐＨ、電場、及び光からなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする、請求項１２に記載のエミッタの形成方法。
【請求項１４】
前記ポリマーは、加熱またはプラズマ処理によって除去されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のエミッタの形成方法。
【請求項１５】
電子放出物質及び外部刺激に反応して可逆的に膨脹収縮するポリマーからなる体積変化構造物を電極上に形成するステップと、
前記電子放出物質を整列させるステップと、
前記ポリマーを除去してエミッタを形成するステップと、
を含むことを特徴とする、エミッタの形成方法。
【請求項１６】
前記体積変化構造物を形成するステップは、前記電極が形成された基板上に前記電極を覆うように前記電子放出物質が含まれた前記ポリマーをコーティングし、これをパターニングするステップを含むことを特徴とする、請求項１５に記載のエミッタの形成方法。
【請求項１７】
前記体積変化構造物を形成するステップは、パターニングされた前記ポリマー内部の水分を除去するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１６に記載のエミッタの形成方法。
【請求項１８】
前記電子放出物質は、カーボンナノチューブ、非晶質炭素、ナノダイアモンド、ナノスケール金属線、及びナノスケール酸化金属線からなる群から選択された少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載のエミッタの形成方法。
【請求項１９】
前記ポリマーは、ＥＡＰまたはヒドロゲルからなることを特徴とする、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のエミッタの形成方法。
【請求項２０】
前記ポリマーは、ＰＤＭＳ、ＰＭＡ、ＰＡＡ、ＰＮＩＰＡＡｍ、ＰＡＭ、ヒアルロン酸、アルギン酸塩、ＰＶＡ、ＰＤＡＤＭＡＣ、アルギン酸ナトリウム、アクリルアミド、ＮＩＰＡＡｍ、ＰＶＭＥ、ＰＥＧ、ＰＰＧ、メチルセルロース、ＰＤＥＡＥＭ、グルコース、キトサン及びゼラチンからなる群から選択される少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項１９に記載のエミッタの形成方法。
【請求項２１】
前記体積変化構造物には、前記電子放出物質を前記電極に支持させるための導電性ナノ粒子がさらに含まれることを特徴とする、請求項１５〜２０のいずれか１項に記載のエミッタの形成方法。
【請求項２２】
前記電子放出物質は、前記体積変化構造物を膨脹させることによって整列することを特徴とする、請求項１５〜２１のいずれか１項に記載のエミッタの形成方法。
【請求項２３】
前記体積変化構造物の膨脹は、前記体積変化構造物を水溶液に入れ、前記体積変化構造物に外部刺激を印加または除去することによってなされることを特徴とする、請求項２２に記載のエミッタの形成方法。
【請求項２４】
前記外部刺激は、温度、ｐＨ、電場、及び光からなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする、請求項２３に記載のエミッタの形成方法。
【請求項２５】
前記ポリマーは、加熱またはプラズマ処理によって除去されることを特徴とする、請求項１５〜２４のいずれか１項に記載のエミッタの形成方法。
【請求項２６】
基板上にカソード電極、絶縁層、及びゲート電極を順次形成し、前記絶縁層には前記カソード電極の一部を露出させるエミッタホールを形成するステップと、
前記エミッタホール内部に外部刺激に反応して可逆的に膨脹収縮するポリマーからなる体積変化構造物を形成するステップと、
前記体積変化構造物の内部に電子放出物質を注入するステップと、
前記電子放出物質を整列させるステップと、
前記ポリマーを除去してエミッタを形成するステップと、
を含むことを特徴とする、電界放出素子の製造方法。
【請求項２７】
前記体積変化構造物を形成するステップは、
前記ゲート電極及びカソード電極を覆うようにフォトレジストを形成し、これをパターニングして前記カソード電極の一部を露出させるステップと、
前記フォトレジスト及び露出したカソード電極の上面を覆うように前記ポリマーをコーティングするステップと、
前記フォトレジストをフォトマスクとして背面露光を利用したフォトリソグラフィ工程によって前記ポリマーをパターニングするステップと、
前記フォトレジストを除去するステップと、
を含むことを特徴とする、請求項２６に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項２８】
前記体積変化構造物を形成するステップは、パターニングされた前記ポリマー内部の水分を除去するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項２７に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項２９】
前記ポリマーは、ＥＡＰまたはヒドロゲルからなることを特徴とする、請求項２６〜２８のいずれか１項に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項３０】
前記ポリマーは、ＰＤＭＳ、ＰＭＡ、ＰＡＡ、ＰＮＩＰＡＡｍ、ＰＡＭ、ヒアルロン酸、アルギン酸塩、ＰＶＡ、ＰＤＡＤＭＡＣ、アルギン酸ナトリウム、アクリルアミド、ＮＩＰＡＡｍ、ＰＶＭＥ、ＰＥＧ、ＰＰＧ、メチルセルロース、ＰＤＥＡＥＭ、グルコース、キトサン及びゼラチンからなる群から選択される少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項２９に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項３１】
前記電子放出物質は、前記体積変化構造物を繰り返し膨脹収縮させることにより、前記体積変化構造物の内部に注入されることを特徴とする、請求項２６〜３０のいずれか１項に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項３２】
前記体積変化構造物の繰り返しの膨脹収縮は、前記体積変化構造物を、前記電子放出物質を含む第１水溶液に入れ、前記体積変化構造物に外部刺激の印加、及び除去を繰り返し行うことによってなされることを特徴とする、請求項３１に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項３３】
前記外部刺激は、温度、ｐＨ、電場及び光からなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする、請求項３２に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項３４】
前記電子放出物質は、カーボンナノチューブ、非晶質炭素、ナノダイアモンド、ナノスケール金属線、及びナノスケール酸化金属線からなる群から選択される少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項２６〜３３のいずれか１項に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項３５】
前記第１水溶液には、前記電子放出物質と共に前記体積変化構造物の内部に注入され、前記電子放出物質を前記カソード電極に支持させるための導電性ナノ粒子がさらに含まれることを特徴とする、請求項３２〜３４のいずれか１項に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項３６】
前記電子放出物質は、前記体積変化構造物を膨脹させることによって整列することを特徴とする、請求項２６〜３５のいずれか１項に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項３７】
前記体積変化構造物の膨脹は、前記電子放出物質が注入された前記体積変化構造物を第２水溶液に入れ、前記体積変化構造物に外部刺激を印加、または除去することによってなされることを特徴とする、請求項３６に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項３８】
前記外部刺激は、温度、ｐＨ、電場、及び光からなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする、請求項３７に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項３９】
前記ポリマーは、加熱またはプラズマ処理によって除去されることを特徴とする、請求項２６〜３８のいずれか１項に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項４０】
基板上にカソード電極、絶縁層、及びゲート電極を順次形成し、前記絶縁層には前記カソード電極の一部を露出させるエミッタホールを形成するステップと、
前記エミッタホール内部に電子放出物質、及び外部刺激に反応して可逆的に膨脹収縮するポリマーからなる体積変化構造物を形成するステップと、
前記電子放出物質を整列させるステップと、
前記ポリマーを除去してエミッタを形成するステップと、
を含むことを特徴とする、電界放出素子の製造方法。
【請求項４１】
前記体積変化構造物を形成するステップは、
前記ゲート電極及びカソード電極を覆うようにフォトレジストを形成し、これをパターニングして前記カソード電極の一部を露出させるステップと、
前記フォトレジスト及び露出されたカソード電極の上面を覆うように前記電子放出物質が含まれた前記ポリマーをコーティングするステップと、
前記フォトレジストをフォトマスクとして背面露光を利用したフォトリソグラフィ工程によって前記ポリマーをパターニングするステップと、
前記フォトレジストを除去するステップと、
を含むことを特徴とする、請求項４０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項４２】
前記体積変化構造物を形成するステップは、パターニングされた前記ポリマー内部の水分を除去するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項４１に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項４３】
前記電子放出物質は、カーボンナノチューブ、非晶質炭素、ナノダイアモンド、ナノスケール金属線、及びナノスケール酸化金属線からなる群から選択された少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項４０〜４２のいずれか１項に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項４４】
前記ポリマーは、ＥＡＰまたはヒドロゲルからなることを特徴とする、請求項４０〜４３のいずれか１項に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項４５】
前記ポリマーは、ＰＤＭＳ、ＰＭＡ、ＰＡＡ、ＰＮＩＰＡＡｍ、ＰＡＭ、ヒアルロン酸、アルギン酸塩、ＰＶＡ、ＰＤＡＤＭＡＣ、アルギン酸ナトリウム、アクリルアミド、ＮＩＰＡＡｍ、ＰＶＭＥ、ＰＥＧ、ＰＰＧ、メチルセルロース、ＰＤＥＡＥＭ、グルコース、キトサン、及びゼラチンからなる群から選択される少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項４４に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項４６】
前記体積変化構造物には、前記電子放出物質を前記カソード電極に支持させるための導電性ナノ粒子がさらに含まれることを特徴とする、請求項４０〜４５に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項４７】
前記電子放出物質は、前記体積変化構造物を膨脹させることによって整列することを特徴とする、請求項４０〜４７のいずれか１項に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項４８】
前記体積変化構造物の膨脹は、前記体積変化構造物を水溶液に入れ、前記体積変化構造物に外部刺激を印加、または除去することによってなされることを特徴とする、請求項４７に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項４９】
前記外部刺激は、温度、ｐＨ、電場及び光からなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする、請求項４８に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項５０】
前記ポリマーは、加熱またはプラズマ処理によって除去されることを特徴とする、請求項４０〜４９のいずれか１項に記載の電界放出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エミッタの形成方法、及びこれを利用した電界放出素子の製造方法に係り、さらに詳細には、低温でもエミッタ形成が可能であり、複雑な構造体にも適用できるエミッタの形成方法、及びこれを利用して電界放出素子を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界放出素子は、エミッタが形成されているカソード電極とゲート電極との間に強い電場を印加することにより、前記エミッタから電子を放出させる装置である。かかる電界放出素子の電子放出源として、最近ではカーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ）を電子放出物質として使用するＣＮＴエミッタが主に使われている。
【０００３】
前記ＣＮＴエミッタを形成する方法には、ＣＮＴを基板上に直接成長させて形成する方法と、ＣＮＴをペーストから形成する方法とがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ＣＮＴを基板上に成長させて形成する方法の場合には、ＣＮＴを基板自体に成長させねばならないので、ＣＮＴの大型化は難しく、加えて高温工程が要求されるので、ガラスを基板として使用する場合には、温度などが問題となる。また、ＣＮＴをペーストから形成する方法の場合には、ＣＮＴの整列のための工程が必要になり、複雑な構造体には適用し難いという問題点がある。
【０００５】
本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたものであり、低温でもエミッタ形成が可能であり、複雑な構造体にも適用できるエミッタの形成方法、及びこれを利用して電界放出素子を製造する方法を提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するために、本発明の実施形態によるエミッタの形成方法は、電極上の外部刺激に反応して可逆的に膨脹収縮するポリマーからなる体積変化構造物を形成するステップと、前記体積変化構造物の内部に電子放出物質を注入するステップと、前記電子放出物質を整列させるステップと、前記ポリマーを除去してエミッタを形成するステップとを含む。
【０００７】
前記体積変化構造物を形成するステップは、前記電極が形成されている基板上に前記電極を覆うように前記ポリマーをコーティングし、これをパターニングするステップを含むことができ、パターニングされた前記ポリマー内部の水分を除去する段階がさらに含まれうる。
【０００８】
前記ポリマーは、電場応答性高分子（ＥＡＰ）、またはヒドロゲルからなることが好ましく、具体的には、ポリジメルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメタクリル酸（ＰＭＡ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリＮ−イソプロピルアクリルアミド（ＰＮＩＰＡＡｍ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、ヒアルロン酸、アルギン酸塩、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリジアリルジメチル塩化アンモニウム（ＰＤＡＤＭＡＣ）、アルギン酸ナトリウム、アクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）、ポリビニルメチルエーテル（ＰＶＭＥ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）、メチルセルロース、ポリ（Ｎ，Ｎ−メタクリル酸エチルアミノエチル）（ＰＤＥＡＥＭ）、グルコース、キトサン、及びゼラチンからなる群から選択される少なくとも一つからなることが好ましい。
【０００９】
前記電子放出物質は、前記体積変化構造物を繰り返し膨脹収縮させることにより、前記体積変化構造物の内部に注入されることが好ましい。ここで、前記体積変化構造物の繰り返しの膨脹収縮は、前記体積変化構造物を、前記電子放出物質を含む第１水溶液に入れ、前記体積変化構造物に外部刺激の印加、及び除去を繰り返し行うことによってなされることが好ましい。
【００１０】
前記外部刺激は、温度、ｐＨ、電場、及び光からなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましく、前記電子放出物質は、ＣＮＴ、非晶質炭素、ナノダイアモンド、ナノスケール金属線、及びナノスケール酸化金属線からなる群から選択される少なくとも一つからなることが好ましい。
【００１１】
前記第１水溶液には、前記電子放出物質と共に前記体積変化構造物の内部に注入され、前記電子放出物質を前記電極に支持させるための導電性ナノ粒子がさらに含まれることが好ましい。
【００１２】
前記電子放出物質は、前記体積変化構造物を膨脹させることによって整列することが好ましい。前記体積変化構造物の膨脹は、前記体積変化構造物を第２水溶液に入れ、前記体積変化構造物に外部刺激を印加、または除去することによってなされることが好ましい。
【００１３】
前記ポリマーは、加熱またはプラズマ処理によって除去することが好ましい。
【００１４】
本発明の他の実施形態によるエミッタの形成方法は、電極上に電子放出物質及び外部刺激に反応して可逆的に膨脹収縮するポリマーからなる体積変化構造物を形成するステップと、前記電子放出物質を整列させるステップと、前記ポリマーを除去してエミッタを形成するステップとを含む。
【００１５】
前記体積変化構造物を形成するステップは、前記電極が形成されている基板上に、前記電極を覆うように前記電子放出物質が含まれた前記ポリマーをコーティングし、これをパターニングするステップを含むことができ、パターニングされた前記ポリマー内部の水分を除去する段階がさらに含まれうる。
【００１６】
前記電子放出物質は、前記体積変化構造物を膨脹させることによって整列することが好ましい。前記体積変化構造物の膨脹は、前記体積変化構造物を水溶液に入れ、前記体積変化構造物に外部刺激を印加、または除去することによってなされることが好ましい。
【００１７】
本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法は、基板上にカソード電極、絶縁層、及びゲート電極を順次形成し、前記絶縁層には前記カソード電極の一部を露出させるエミッタホールを形成するステップと、前記エミッタホール内部に外部刺激に反応して可逆的に膨脹収縮するポリマーからなる体積変化構造物を形成するステップと、前記体積変化構造物の内部に電子放出物質を注入するステップと、前記電子放出物質を整列させるステップと、前記ポリマーを除去してエミッタを形成するステップとを含む。
【００１８】
また、前記体積変化構造物を形成するステップは、前記ゲート電極及びカソード電極を覆うようにフォトレジストを形成し、これをパターニングして前記カソード電極の一部を露出させるステップと、前記フォトレジスト及び露出されたカソード電極の上面を覆うように前記ポリマーをコーティングするステップと、前記フォトレジストをフォトマスクとして背面露光を利用したフォトリソグラフィ工程によって前記ポリマーをパターニングするステップと、前記フォトレジストを除去するステップとを含むことができる。
【００１９】
本発明の他の実施形態による電界放出素子の製造方法は、基板上にカソード電極、絶縁層及びゲート電極を順次形成し、前記絶縁層には、前記カソード電極の一部を露出させるエミッタホールを形成するステップと、前記エミッタホール内部に電子放出物質、及び外部刺激に反応して可逆的に膨脹収縮するポリマーからなる体積変化構造物を形成するステップと、前記電子放出物質を整列させるステップと、前記ポリマーを除去してエミッタを形成するステップとを含む。
【００２０】
また、前記体積変化構造物を形成するステップは、前記ゲート電極及びカソード電極を覆うようにフォトレジストを形成し、これをパターニングして前記カソード電極の一部を露出させるステップと、前記フォトレジスト、及び露出されたカソード電極の上面を覆うように前記電子放出物質が含まれた前記ポリマーをコーティングするステップと、前記フォトレジストをフォトマスクとして背面露光を利用したフォトリソグラフィ工程によって前記ポリマーをパターニングするステップと、前記フォトレジストを除去するステップとを含むことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によるエミッタの形成方法、及びこれを利用した電界放出素子の製造方法によれば、低温でもエミッタ形成が可能であり、複雑な構造体にも容易にエミッタを形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明による好ましい実施形態を詳細に説明する。図面で同じ参照符号は、同じ構成要素を指す。
【００２３】
図１Ａないし図１Ｆは、本発明の実施形態によるエミッタの形成方法を説明するための図面である。
【００２４】
図１Ａに図示したように、電極１１０が形成されている基板１００上に、前記電極１１０を覆うように所定のポリマー１２０’をコーティングする。ここで、前記ポリマー１２０’としては、外部刺激に反応して可逆的に膨脹収縮するＥＡＰまたはヒドロゲルのような物質が使われることが好ましい。具体的には、前記ポリマー１２０’は、ＰＤＭＳ、ＰＭＡ、ＰＡＡ、ＰＮＩＰＡＡｍ、ＰＡＭ、ヒアルロン酸、アルギン酸塩、ＰＶＡ、ＰＤＡＤＭＡＣ、アルギン酸ナトリウム、アクリルアミド、ＮＩＰＡＡｍ、ＰＶＭＥ、ＰＥＧ、ＰＰＧ、メチルセルロース、ＰＤＥＡＥＭ、グルコース、キトサン及びゼラチンからなる群から選択される少なくとも一つからなることが好ましい。
【００２５】
次に、図１Ｂに図示したように、基板１００上にコーティングされた前記ポリマー１２０’をパターニングした後、図１Ｃに図示したように、ポリマー１２０’内部の水分を除去すれば、電極１１０の上面に外部刺激に反応して可逆的に膨脹収縮するポリマー１２０からなる体積変化構造物１３０が形成される。また、前記体積変化構造物１３０は、電極１１０が形成されている基板１００上に電気重合反応によって形成されたポリマーからなることも可能である。
【００２６】
次に、図１Ｄに図示したように、図１Ｃに図示した結果物を、第１容器１５０に充填された第１水溶液１６０中に入れる。ここで、前記第１水溶液１６０の内部には、電子放出物質１４１と導電性ナノ粒子１４２とが分散している。前記電子放出物質１４１は、ＣＮＴ、非晶質炭素、ナノダイアモンド、ナノスケール金属線、及びナノスケール酸化金属線からなる群から選択された少なくとも一つからなることが好ましい。そして、前記導電性ナノ粒子１４２は、前記電子放出物質１４１を電極１１０に支持させるためのものであり、主にナノ金属粒子からなる。前記体積変化構造物１３０を第１水溶液１６０に浸した状態で、前記体積変化構造物１３０に外部刺激の印加及び除去を繰り返し行えば、前記体積変化構造物１３０は、繰り返し膨脹収縮する。この過程で、前記第１水溶液１６０に分散していた電子放出物質１４１及び導電性ナノ粒子１４２は、体積変化構造物１３０の内部に注入される。ここで、前記外部刺激としては温度、ｐＨ、電場、及び光からなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。
【００２７】
次に、図１Ｅに図示したように、図１Ｄに図示した結果物を、第２容器１７０に充填された第２水溶液１８０中に入れる。ここで、前記第２水溶液１８０は、前記電子放出物質１４１も導電性ナノ粒子１４２も含まない水溶液である。電子放出物質１４１と導電性ナノ粒子１４２とが注入された体積変化構造物１３０を第２水溶液１８０に浸した状態で、前記体積変化構造物１３０に外部刺激を加えるか、または加えた外部刺激を除去すれば、前記体積変化構造物１３０は膨脹する。この過程で、前記電子放出物質１４１は、体積変化構造物１３０の内部で電極１１０の表面に対してほぼ垂直に整列する。そして、前記電子放出物質１４１は、導電性ナノ粒子１４２によって電極１１０に支持される。ここで、前記外部刺激としては、温度、ｐＨ、電場及び光からなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。
【００２８】
次に、前記体積変化構造物１３０をなすポリマー１２０を除去すれば、図１Ｆに図示されているように、電子放出物質１４１と導電性ナノ粒子１４２とからなるエミッタ１４０が完成する。ここで、前記ポリマー１２０は、加熱またはプラズマ処理によって除去可能である。
【００２９】
図２Ａないし図２Ｅは、本発明の他の実施形態によるエミッタの形成方法を説明するための図面である。
【００３０】
図２Ａに図示したように、電極２１０が形成されている基板２００上に前記電極２１０を覆うように、電子放出物質２４１と導電性ナノ粒子２４２とを含む所定のポリマー２２０’をコーティングする。ここで、前記電子放出物質２４１は、ＣＮＴ、非晶質炭素、ナノダイアモンド、ナノスケール金属線、及びナノスケール酸化金属線からなる群から選択される少なくとも一つからなることが好ましい。そして、前記導電性ナノ粒子２４２は、主にナノ金属粒子からなる。前記ポリマー２２０’としては、外部刺激に反応して可逆的に膨脹収縮するＥＡＰまたはヒドロゲルのような物質が使われ、具体的には、前記ポリマー２２０’は、ＰＤＭＳ、ＰＭＡ、ＰＡＡ、ＰＮＩＰＡＡｍ、ＰＡＭ、ヒアルロン酸、アルギン酸塩、ＰＶＡ、ＰＤＡＤＭＡＣ、アルギン酸ナトリウム、アクリルアミド、ＮＩＰＡＡｍ、ＰＶＭＥ、ＰＥＧ、ＰＰＧ、メチルセルロース、ＰＤＥＡＥＭ、グルコース、キトサン及びゼラチンからなる群から選択される少なくとも一つからなることが好ましい。
【００３１】
次に、図２Ｂに図示したように、前記ポリマー２２０’をパターニングした後、図２Ｃに図示したように、ポリマー２２０’内部の水分を除去すれば、電極２１０の上面に、電子放出物質２４１、導電性ナノ粒子２４２、及び外部刺激に反応して可逆的に膨脹収縮するポリマー２２０からなる体積変化構造物２３０が形成される。また、前記体積変化構造物２３０は、電極２１０が形成されている基板２００上に電気重合反応によって形成されている電子放出物質２４１と、導電性ナノ粒子２４２とを含むポリマーからなることも可能である。
【００３２】
次に、図２Ｄに図示したように、図２Ｃに図示した結果物を、容器２７０内に充填された水溶液２８０中に入れる。ここで、前記水溶液２８０は、前記電子放出物質２４１も導電性ナノ粒子２４２も含まない水溶液である。前記体積変化構造物２３０を前記水溶液２８０に浸した状態で、前記体積変化構造物２３０に外部刺激を加えるか、または加えた外部刺激を除去すれば、前記体積変化構造物２３０は膨脹する。この過程で、前記電子放出物質２４１は、体積変化構造物２３０内部で電極２１０の表面に対してほぼ垂直に整列する。そして、前記電子放出物質２４１は、導電性ナノ粒子２４２によって電極２１０に支持される。ここで、前記外部刺激としては、温度、ｐＨ、電場、及び光からなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。
【００３３】
次に、前記ポリマー２２０を除去すれば、図２Ｅに図示したように、電子放出物質２４１と導電性ナノ粒子２４２とからなるエミッタ２４０が完成する。ここで、前記ポリマー２２０は、加熱またはプラズマ処理によって除去可能である。
【００３４】
以下では、前記のエミッタの形成方法を利用して電界放出素子を製造する方法について説明する。
【００３５】
図３Ａないし図３Ｇは、本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【００３６】
図３Ａに図示したように、基板３００上に、カソード電極３１０、絶縁層３１２、及びゲート電極３１４を順次形成した後、前記絶縁層３１２に、前記カソード電極３１０の一部を露出させるエミッタホール３１５を形成する。ここで、前記基板３００としては、一般的にガラス基板が使われうる。そして、前記カソード電極３１０は、例えば導電性の透明な物質であるインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）からなり、前記ゲート電極３１４は、導電性の金属、例えばクロム（Ｃｒ）などからなりうる。
【００３７】
具体的には、基板３００上に、ＩＴＯからなるカソード電極層を所定厚さに蒸着した後、このカソード電極層を所定形状、例えばストライプ状にパターニングすれば、カソード電極３１０が形成される。次に、カソード電極３１０及び基板３００の全表面に、絶縁層３１２を所定厚さに形成する。次に、前記絶縁層３１２上にゲート電極層を形成する。前記ゲート電極層は、導電性の金属をスパッタリングなどの方法により所定厚さに蒸着することにより形成され、このゲート電極層を所定形状にパターニングすれば、ゲート電極３１４が形成される。次に、前記ゲート電極３１４を介して露出された絶縁層３１２をエッチングし、カソード電極３１０の一部を露出させるエミッタホール３１５を形成する。
【００３８】
次に、図３Ｂ図に示したように、図３Ａに図示した結果物の全面に、フォトレジスト３１６を所定厚さに形成した後でこれをパターニングし、前記カソード電極３１０の一部を露出させる。そして、前記フォトレジスト３１６、及び露出されたカソード電極３１０を覆うように、所定のポリマー３２０’をコーティングする。ここで、前記ポリマー３２０’としては、外部刺激に反応して可逆的に膨脹収縮するＥＡＰまたはヒドロゲルのような物質が使われ、具体的には、ＰＤＭＳ、ＰＭＡ、ＰＡＡ、ＰＮＩＰＡＡｍ、ＰＡＭ、ヒアルロン酸、アルギン酸塩、ＰＶＡ、ＰＤＡＤＭＡＣ、アルギン酸ナトリウム、アクリルアミド、ＮＩＰＡＡｍ、ＰＶＭＥ、ＰＥＧ、ＰＰＧ、メチルセルロース、ＰＤＥＡＥＭ、グルコース、キトサン及びゼラチンからなる群から選択される少なくとも一つからなることが好ましい。
【００３９】
次に、図３Ｃに図示したように、前記フォトレジスト３１６をフォトマスクとして、背面露光を利用したフォトリソグラフィ工程によって前記ポリマー３２０’をパターニングした後、前記フォトレジスト３１６を除去する。次に、図３Ｄに図示したように、前記ポリマー３２０’内部の水分を除去すれば、エミッタホール３１５の内部に外部刺激に反応して、可逆的に膨脹収縮するポリマー３２０からなる体積変化構造物３３０が形成される。
【００４０】
次に、図３Ｅに図示したように、図３Ｄに図示した結果物を、第１容器３５０に充填された第１水溶液３６０中に入れる。ここで、前記第１水溶液３６０の内部には、電子放出物質３４１と導電性ナノ粒子３４２とが分散している。前記電子放出物質３４１は、ＣＮＴ、非晶質炭素、ナノダイアモンド、ナノスケール金属線、及びナノスケール酸化金属線からなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。そして、前記導電性ナノ粒子３４２は、前記電子放出物質３４１をカソード電極３１０に支持させるためのものであり、主にナノ金属粒子からなる。前記体積変化構造物３３０を第１水溶液３６０に浸した状態で、前記体積変化構造物３３０に外部刺激の印加及び除去を繰り返し行えば、前記体積変化構造物３３０は、繰り返し膨脹収縮する。この過程で、前記第１水溶液３６０に分散していた電子放出物質３４１及び導電性ナノ粒子３４２は、体積変化構造物３３０の内部に注入される。ここで、前記外部刺激としては、温度、ｐＨ、電場及び光からなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。
【００４１】
次に、図３Ｆに図示したように、図３Ｅに図示した結果物を、第２容器３７０に充填された第２水溶液３８０中に入れる。ここで、前記第２水溶液３８０は、前記電子放出物質３４１も導電性ナノ粒子３４２も含まない水溶液である。電子放出物質３４１と導電性ナノ粒子３４２とが注入された体積変化構造物３３０を第２水溶液３８０に浸した状態で、前記体積変化構造物３３０に外部刺激を加えるか、または加えた外部刺激を除去すれば、前記体積変化構造物３３０は膨脹する。この過程で、前記電子放出物質３４１は、体積変化構造物３３０の内部でカソード電極３１０の表面に対してほぼ垂直に整列する。そして、前記電子放出物質３４１は、導電性ナノ粒子３４２によってカソード電極３１０に支持される。ここで、前記外部刺激としては、温度、ｐＨ、電場、及び光からなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。
【００４２】
次に、前記体積変化構造物３３０をなすポリマー３２０を除去すれば、図３Ｇに図示しているように、エミッタホール３１５の内部に電子放出物質３４１と導電性ナノ粒子３４２とからなるエミッタ３４０が形成され、これにより電界放出素子が完成する。ここで、前記ポリマー３２０は、加熱またはプラズマ処理によって除去可能である。
【００４３】
図４Ａないし図４Ｆは、本発明の他の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【００４４】
図４Ａに図示したように、基板４００上に、カソード電極４１０、絶縁層４１２、及びゲート電極４１４を順次形成した後、前記絶縁層４１２に前記カソード電極４１０の一部を露出させるエミッタホール４１５を形成する。
【００４５】
次に、図４Ｂに図示したように、図４Ａに図示した結果物の全面に、フォトレジスト４１６を所定厚さに形成した後でこれをパターニングし、前記カソード電極４１０の一部を露出させる。そして、前記フォトレジスト４１６、及び露出されたカソード電極４１０を覆うように、電子放出物質４４１と導電性ナノ粒子４４２とを含む所定のポリマー４２０’をコーティングする。ここで、前記電子放出物質４４１は、ＣＮＴ、非晶質炭素、ナノダイアモンド、ナノスケール金属線、及びナノスケール酸化金属線からなる群から選択される少なくとも一つからなることが好ましい。そして、前記導電性ナノ粒子４４２は、主にナノ金属粒子からなる。前記ポリマー４２０’としては、外部刺激に反応して可逆的に膨脹収縮するＥＡＰまたはヒドロゲルのような物質が使われ、具体的には、ＰＤＭＳ、ＰＭＡ、ＰＡＡ、ＰＮＩＰＡＡｍ、ＰＡＭ、ヒアルロン酸、アルギン酸塩、ＰＶＡ、ＰＤＡＤＭＡＣ、アルギン酸ナトリウム、アクリルアミド、ＮＩＰＡＡｍ、ＰＶＭＥ、ＰＥＧ、ＰＰＧ、メチルセルロース、ＰＤＥＡＥＭ、グルコース、キトサン及びゼラチンからなる群から選択される少なくとも一つからなることが好ましい。
【００４６】
次に、図４Ｃに図示したように、前記フォトレジスト４１６をフォトマスクとして、背面露光を利用したフォトリソグラフィ工程によって前記ポリマー４２０’をパターニングした後、前記フォトレジスト４１６を除去する。次に、図４Ｄに図示したように、前記ポリマー４２０’内部の水分を除去すれば、エミッタホール４１５の内部に、電子放出物質４４１、導電性ナノ粒子４４２、及び外部刺激に反応して可逆的に膨脹収縮するポリマー４２０からなる体積変化構造物４３０が形成される。
【００４７】
次に、図４Ｅに図示したように、図４Ｄに図示した結果物を容器４７０内に充填された水溶液４８０中に入れる。ここで、前記水溶液４８０は、前記電子放出物質４４１も導電性ナノ粒子４４２も含まない水溶液である。前記体積変化構造物４３０を前記水溶液４８０に浸した状態で、前記体積変化構造物４３０に外部刺激を加えるか、または加えた外部刺激を除去すれば、前記体積変化構造物４３０は膨脹する。この過程で、前記電子放出物質４４１は、体積変化構造物４３０の内部でカソード電極４１０の表面に対してほぼ垂直に整列する。そして、前記電子放出物質４４１は、導電性ナノ粒子４４２によってカソード電極４１０に支持される。ここで、前記外部刺激としては、温度、ｐＨ、電場、及び光からなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。
【００４８】
次に、前記ポリマー４２０を除去すれば、図４Ｆに図示したように、エミッタホール４１５の内部に、電子放出物質４４１と導電性ナノ粒子４４２とからなるエミッタ４４０が形成され、これにより電界放出素子が完成する。ここで、前記ポリマー４２０は、加熱またはプラズマ処理によって除去可能である。
【００４９】
以上において、本発明による望ましい実施形態を説明したが、それは例示的なものに過ぎず、当分野で当業者ならば、それらから多様な変形、及び同様な他の実施形態が可能であるという点が理解されるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲により決まるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、電界放出素子関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１Ａ】本発明の実施形態によるエミッタの形成方法を説明するための図面である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態によるエミッタの形成方法を説明するための図面である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態によるエミッタの形成方法を説明するための図面である。
【図１Ｄ】本発明の実施形態によるエミッタの形成方法を説明するための図面である。
【図１Ｅ】本発明の実施形態によるエミッタの形成方法を説明するための図面である。
【図１Ｆ】本発明の実施形態によるエミッタの形成方法を説明するための図面である。
【図２Ａ】本発明の他の実施形態によるエミッタの形成方法を説明するための図面である。
【図２Ｂ】本発明の他の実施形態によるエミッタの形成方法を説明するための図面である。
【図２Ｃ】本発明の他の実施形態によるエミッタの形成方法を説明するための図面である。
【図２Ｄ】本発明の他の実施形態によるエミッタの形成方法を説明するための図面である。
【図２Ｅ】本発明の他の実施形態によるエミッタの形成方法を説明するための図面である。
【図３Ａ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図３Ｄ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図３Ｅ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図３Ｆ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図３Ｇ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図４Ａ】本発明の他の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図４Ｂ】本発明の他の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図４Ｃ】本発明の他の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図４Ｄ】本発明の他の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図４Ｅ】本発明の他の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図４Ｆ】本発明の他の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【符号の説明】
【００５２】
１００    基板
１１０    電極
１２０、１２０’    ポリマー
１３０    体積変化構造物
１４０    エミッタ
１４１    電子放出物質
１４２    導電性ナノ粒子
１５０    第１容器
１６０    第１水溶液
１７０    第２容器
１８０    第２水溶液
２００    基板
２１０    電極
２２０、２２０'    ポリマー
２３０    体積変化構造物
２４０    エミッタ
２４１    電子放出物質
２４２    導電性ナノ粒子
２７０    容器
２８０    水溶液
３００    基板
３１０    カソード電極
３１２    絶縁層
３１４    ゲート電極
３１５    エミッタホール
３１６    フォトレジスト
３２０、３２０’    ポリマー
３３０    体積変化構造物
３４０    エミッタ
３４１    電子放出物質
３４２    導電性ナノ粒子
３５０    第１容器
３６０    第１水溶液
３７０    第２容器
３８０    第２水溶液
４００    基板
４１０    カソード電極
４１２    絶縁層
４１４    ゲート電極
４１５    エミッタホール
４１６    フォトレジスト
４２０、４２０’    ポリマー
４３０    体積変化構造物
４４０    エミッタ
４４１    電子放出物質
４４２    導電性ナノ粒子
４７０    容器
４８０    水溶液
【図１Ａ】
2006054185.tif 000003
【図１Ｂ】
2006054185.tif 000004
【図１Ｃ】
2006054185.tif 000005
【図１Ｄ】
2006054185.tif 000006
【図１Ｅ】
2006054185.tif 000007
【図１Ｆ】
2006054185.tif 000008
【図２Ａ】
2006054185.tif 000009
【図２Ｂ】
2006054185.tif 000010
【図２Ｃ】
2006054185.tif 000011
【図２Ｄ】
2006054185.tif 000012
【図２Ｅ】
2006054185.tif 000013
【図３Ａ】
2006054185.tif 000014
【図３Ｂ】
2006054185.tif 000015
【図３Ｃ】
2006054185.tif 000016
【図３Ｄ】
2006054185.tif 000017
【図３Ｅ】
2006054185.tif 000018
【図３Ｆ】
2006054185.tif 000019
【図３Ｇ】
2006054185.tif 000020
【図４Ａ】
2006054185.tif 000021
【図４Ｂ】
2006054185.tif 000022
【図４Ｃ】
2006054185.tif 000023
【図４Ｄ】
2006054185.tif 000024
【図４Ｅ】
2006054185.tif 000025
【図４Ｆ】
2006054185.tif 000026