KR100565199B1 - Carbon nanotube field emission device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법에 관한 것으로, 특히 평면형 탄소 나노튜브 전계방출소자 구조에서 빔 퍼짐을 방지하기 위해 탄소 나노튜브 전자 방출원의 주위를 절연막으로 둘러싸도록 하여 전계를 왜곡하는 것으로 빔이 퍼지는 영역을 줄이도록 한 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법에 관한 것이다. 종래 탄소 나노튜브를 이용한 평면형 전계방출소자는 탄소 나노튜브가 하판의 최상단에 노출되어 있기 때문에 방출되는 전자가 넓게 퍼져서 인접한 셀의 형광체를 발광시키는 빔 퍼짐 문제가 심각하여 영상의 빛이 번지거나 선명도가 크게 낮아지는 치명적인 문제점이 있었다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 평면형 전계방출소자의 전자 방출원인 탄소 나노튜브가 형성될 부분에 절연막을 형성한 후, 전자 방출원이 형성될 부분 만을 일부 식각 제거하고, 제거된 부분에 탄소 나노튜브를 형성하도록 하는 것으로 탄소 나노튜브가 절연막으로 둘러싸이도록 하여 진공과 절연막의 불연속에 의한 전계 왜곡을 발생시킴으로써 대단히 간단한 공정의 추가만으로 방출되는 전자가 퍼지지 않도록 하면서 전자 방출원과 형광체를 일대일 대응시켜 빛 범짐을 억제하고 영상의 선명도를 크게 개선할 수 있는 뛰어난 효과가 있다. The present invention relates to a carbon nanotube field emission device and a method for manufacturing the same. In particular, in order to prevent beam spread in a planar carbon nanotube field emission device structure, the electric field is distorted by surrounding the carbon nanotube electron emission source with an insulating film. The present invention relates to a carbon nanotube field emission device and a manufacturing method for reducing a region where a beam spreads. In the conventional planar field emission device using carbon nanotubes, since the carbon nanotubes are exposed at the top of the lower plate, the emitted electrons are widely spread and the beam spreading problem that emits the phosphors of adjacent cells is severe. There was a fatal problem that was greatly lowered. In order to solve the above problems, the present invention forms an insulating film on a portion where a carbon nanotube, which is an electron emission source of the planar field emission device, is formed, and then etches away only a portion where the electron emission source is to be formed, By forming carbon nanotubes, the carbon nanotubes are surrounded by an insulating film to generate electric field distortions due to vacuum and discontinuity of the insulating film, thereby preventing electrons from being emitted by the addition of a very simple process. There is an excellent effect that can suppress the light blur and greatly improve the sharpness of the image.

Description

탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법{CARBON NANOTUBE FIELD EMISSION DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Carbon nanotube field emission device and manufacturing method {CARBON NANOTUBE FIELD EMISSION DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 종래 노멀 게이트형 전계방출 소자의 구조를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional normal gate type field emission device.

도 2는 종래 언더 게이트형 전계방출 소자의 구조를 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional undergate type field emission device.

도 3은 종래 코플래너 게이트형 전계방출 소자의 구조를 나타낸 단면도.3 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional coplanar gate type field emission device.

도 4는 본 발명 일 실시예의 구조를 보인 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view showing the structure of an embodiment of the present invention.

도 5a 내지 도 5b는 종래 구조와 본 발명 일 실시예의 구조에 따른 빔 퍼짐 정도를 나타낸 그래프도.5a to 5b are graphs showing the degree of beam spread according to the conventional structure and the structure of one embodiment of the present invention.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명 일 실시예의 제조 과정을 보인 수순단면도.Figure 6a to 6d is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an embodiment of the present invention.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***

30: 유리기판 31: 게이트 전극30: glass substrate 31: gate electrode

32: 하부 절연막 33: 캐소드 전극32: lower insulating film 33: cathode electrode

34: 상부 절연막 35: 탄소 나노튜브34: upper insulating film 35: carbon nanotubes

본 발명은 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법에 관한 것으로, 특히 평 면형 탄소 나노튜브 전계방출소자 구조에서 빔 퍼짐을 방지하기 위해 탄소 나노튜브 전자 방출원의 주위를 절연막으로 둘러싸도록 하여 전계를 왜곡하는 것으로 빔이 퍼지는 영역을 줄이도록 한 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon nanotube field emission device and a method for manufacturing the same. In particular, in the planar carbon nanotube field emission device structure, the electric field is distorted by surrounding the carbon nanotube electron emission source with an insulating film to prevent beam spreading. The present invention relates to a carbon nanotube field emission device and a manufacturing method for reducing a beam spreading area.

정보통신 기술의 급속한 발달과 다양화되는 정보의 시각화 요구에 따라 전자 디스플레이의 수요는 더욱 증가하고 있으며, 요구되는 디스플레이 모습 또한 다양해 지고 있다. 그 예로 휴대형 정보기기와 같이 이동성이 강조되는 환경에서는 무게, 부피 및 소비전력이 작은 디스플레이가 요구되며, 대중을 위한 정보 전달매체로 사용되는 경우에는 시야각이 넓은 대화면의 디스플레이 특성이 요구된다. 또한, 이와 같은 요구를 만족시켜 나가기 위해 전자 디스플레이는 대형화, 저가격화, 고성능화, 고정세화, 박형화, 경량화 등의 조건이 필수적이어서, 이러한 요구사항을 만족시키기 위해서는 기존의 CRT를 대체할 수 있는 가볍고 얇은 평판 디스플레이 장치의 개발이 절실히 필요하게 되었다. 이러한 다양한 표시 소자의 요구에 따라 최근에는 전계방출(field emission)을 이용한 소자가 디스플레이 분야에 적용되면서, 크기 및 전력 소모를 감소시키면서도 높은 해상도를 제공할 수 있는 박막 디스플레이의 개발이 활발해지고 있다.Due to the rapid development of information and communication technology and the demand for the visualization of diversified information, the demand for electronic displays is increasing, and the required display forms are also diversified. For example, in an environment where mobility is emphasized such as a portable information device, a display having a small weight, volume, and power consumption is required, and when used as an information transmission medium for the public, display characteristics of a large viewing angle are required. In addition, in order to satisfy such demands, electronic displays require conditions such as large size, low price, high performance, high definition, thinness, and light weight, so that light and thin that can replace the existing CRT are required to satisfy these requirements. There is an urgent need for the development of flat panel display devices. Recently, as the needs of various display devices have been applied to display fields, devices using field emission have been actively developed for thin film displays that can provide high resolution while reducing size and power consumption.

상기 전계방출소자는 현재 개발 혹은 양산중인 평판 디스플레이들(LCD와 PDP, VFD등)의 단점을 모두 극복한 차세대 정보 통신용 평판 디스플레이로 주목을 받고 있다. 전계방출소자 디스플레이는 전극 구조가 간단하고, CRT와 같은 원리로 고속동작이 가능하며, 무한대의 칼라, 무한대의 그레이 스케일, 높은 휘도, 높은 비디오(video rate) 속도 등 디스플레이가 가져야 할 장점들을 고루 갖추고 있다. The field emission device is attracting attention as a next-generation flat panel display for overcoming all the disadvantages of flat panel displays (LCD, PDP, VFD, etc.) currently being developed or produced. The field emitter display has a simple electrode structure, high-speed operation based on the same principle as the CRT, and has the advantages that the display must have such as infinite color, infinite gray scale, high brightness, and high video rate. have.

전계방출 표시소자는 진공 속의 금속 또는 도체 표면(에미터)상에 고전계가 인가될 때 전자들이 금속 또는 도체로부터 진공 밖으로 나오는 양자역학적 터널링 현상을 이용한 것이다. 이 때 소자는 파울러-노드하임(Fowler-Nordheim) 법칙에 의하여 전류-전압 특성을 나타내게 된다. The field emission display device uses a quantum mechanical tunneling phenomenon in which electrons come out of the vacuum from the metal or conductor when a high field is applied to the metal or conductor surface (emitter) in the vacuum. At this time, the device exhibits the current-voltage characteristic according to the Fowler-Nordheim law.

최근 들어 탄소 나노튜브가 직경에 대한 길이의 비가 크고, 기계적으로 강하며, 화학적으로 상당히 안정하여 비교적 낮은 진공도에서 전자방출특성이 우수한 이유로 인해 이를 이용한 전계방출소자의 중요성이 인식되고 있다. 이와같은 탄소 나노튜브는 작은 직경(약, 1.0∼ 수십[nm])을 갖기 때문에 종래의 마이크로팁형(spindt형) 전계방출 팁에 비해 전계강화효과(field enhancement factor)가 상당히 우수하여 전자방출이 낮은 임계 전계(turn-on field, 약 1∼5[V/㎛])에서 이루어질 수 있게 되므로, 전력손실 및 생산단가를 줄일 수 있는 장점이 있다. Recently, the importance of field emission devices using carbon nanotubes has been recognized because of their excellent electron emission characteristics at a relatively low vacuum due to their large ratio of diameter, mechanical strength, and chemical stability. Since such carbon nanotubes have a small diameter (about 1.0 to several tens of nm), the field enhancement factor is considerably superior to conventional microtip type spin-emitting field emission tips, resulting in low electron emission. Since it can be made in a critical field (turn-on field, about 1 to 5 [V / μm]), there is an advantage that can reduce the power loss and production cost.

이러한 탄소 나노튜브는 캐소드 전극 상에 페이스트 상태로 스크린 프린팅되어 형성되거나 화학 기상 증착 방법으로 성장시키는 방법으로 형성될 수 있으며, 정밀한 구조에 적용하기 위해서 감광성 페이스트 상태로 사용하여 후면 노광하는 방법을 사용하기도 한다. The carbon nanotubes may be formed by screen printing in the form of paste on the cathode or grown by chemical vapor deposition, and may be used as a photosensitive paste in order to expose the backside to the backside. do.

종래 전계방출소자의 구조를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The structure of the conventional field emission device will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 내지 도 3은 종래의 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출소자의 3전극 구 조들을 나타낸 것이다.1 to 3 show three electrode structures of a field emission device using a conventional carbon nanotube.

도 1은 종래의 노멀 게이트(normal gate) 구조로서, 탄소 나노튜브(5)가 도포된 캐소드 전극(2), 절연체(3) 및 게이트(4)로 이루어진 전자 방출원과, 방출된 전자(e)가 충돌하는 애노드부(애노드 및 형광체)(9)와, 상하판(1, 8)을 지지하는 스페이서(7)와, 진공 기밀을 유지하는 실링부(frit sealing)(6)로 이루어진다. 1 is a conventional normal gate structure, in which an electron emission source consisting of a cathode electrode 2, an insulator 3, and a gate 4 coated with carbon nanotubes 5, and emitted electrons (e) The anode part (anode and fluorescent substance) 9 which collides with), the spacer 7 which supports the upper and lower plates 1, 8, and the sealing part 6 which hold | maintain a vacuum airtightness are comprised.

상기 게이트 전극(4)과 캐소드 전극(2) 사이에 충분한 전압이 구동 전압으로 인가되면 전자들이 탄소 나노튜브(5)의 첨단으로부터 방출되어 애노드 전극과 형광체로 이루어진 애노드부(9)의 애노드 전압에 의해 가속되면서 애노드부(9)의 형광체에 충돌함으로써 발광이 이루어진다.When a sufficient voltage is applied between the gate electrode 4 and the cathode electrode 2 as a driving voltage, electrons are emitted from the tips of the carbon nanotubes 5 to the anode voltage of the anode portion 9 composed of the anode electrode and the phosphor. The light is emitted by colliding with the phosphor of the anode part 9 while being accelerated by it.

전자 방출원의 구조를 좀 더 상세히 살펴보면, 도시한 바와 같이 기판(1) 상부에 캐소드 전극(2), 절연층(3), 게이트 전극(4)을 형성한 후 사진 식각 공정을 통해 상기 게이트 전극(4)과 절연층(3)을 식각하여 관통홀을 형성한 다음 노출된 캐소드 전극(2) 상부에 탄소 나노튜브(5)를 형성하여 구성한다. 이러한 구조는 기존의 마이크로팁형 전계방출 소자의 구조에서 전자 방출원을 탄소 나노튜브로 대체한 것이며, 주로 화학 기상 증착등을 통한 성장법을 사용하고 있다. 하지만, 상기 구조는 전계가 제일 강한 홀의 주변에서만 국부적으로 전자방출이 일어날 가능성이 높고, 비대칭적인 전계분포에 의해 게이트전극(4)으로의 누설전류가 많으며, 공정 절차가 어렵기 때문에 대면적화가 용이하지 않으므로 사용이 감소하고 있다.Looking at the structure of the electron emission source in more detail, as shown, the cathode electrode 2, the insulating layer 3, the gate electrode 4 is formed on the substrate 1 and then the gate electrode through a photolithography process 4 and the insulating layer 3 are etched to form through holes, and then carbon nanotubes 5 are formed on the exposed cathode electrode 2. This structure replaces the electron emission source with carbon nanotubes in the structure of the conventional microtip type field emission device, and mainly uses a growth method through chemical vapor deposition. However, the structure has a high possibility of locally emitting electrons only in the vicinity of the hole having the strongest electric field, has a large amount of leakage current to the gate electrode 4 due to an asymmetrical electric field distribution, and facilitates a large area because the process procedure is difficult. As we do not, use decreases.

그로인해 상기와 같은 기본 게이트 구조 대신 게이트를 캐소드 전극 하부 혹은 동일 평면에 위치시키는 평면형 구조들이 등장하게 되었는데, 이들 중 일부를 도 2와 도 3에 도시하였다. This has led to the emergence of planar structures in which the gate is positioned below the cathode electrode or in the same plane instead of the basic gate structure, some of which are shown in FIGS. 2 and 3.

먼저 도 2는 언더 게이트(under gate)구조 전계방출소자의 단면도로서, 도시한 바와 같이 전자 방출을 일으키는 전기장을 나노 튜브(14)의 하부에 있는 게이트 전극(11)을 통해 인가하는 방식이다. 이는 유리기판(10) 상부에 게이트 전극(11)을 형성한 후 그 상부에 차례로 절연층(12), 캐소드 전극(13)을 형성한 다음, 상기 캐소드 전극(13) 상부 혹은 측면에 탄소 나노튜브(14)로 이루어진 전자 방출원을 형성하여 구성한다. 상기 탄소 나노튜브(14)를 형성하는 방법에는 크게 두가지 방법이 있는데, 포토레지스트 기법을 이용하기 위한 감광성 탄소 나노튜브 페이스트를 이용하는 방법과 비 감광성 탄소 나노튜브 페이스트를 이용하는 방법이다. 최근에는 정밀한 전자 방출원 형성을 위해 감광성 탄소 나노튜브 페이스트와 후면 노광을 이용하는 경우가 많다.First, FIG. 2 is a cross-sectional view of an under gate structure field emission device, in which an electric field causing electron emission is applied through the gate electrode 11 under the nanotube 14 as shown. The gate electrode 11 is formed on the glass substrate 10, and then the insulating layer 12 and the cathode electrode 13 are sequentially formed on the glass substrate 10, and then the carbon nanotubes are formed on the upper side or the side of the cathode electrode 13. The electron emission source which consists of 14 is formed and comprised. There are two methods for forming the carbon nanotubes 14, namely, a method using a photosensitive carbon nanotube paste for using a photoresist technique and a method using a non-photosensitive carbon nanotube paste. Recently, photosensitive carbon nanotube pastes and back exposure are often used to form precise electron emission sources.

도 3은 코플래너(coplanar) 구조 전계방출소자의 단면도로서, 도시한 바와 같이 게이트 전극(22)과 캐소드 전극(23)이 동일층에 형성되는 형태이다. 즉, 유리기판(20) 상부에 형성된 절연층(21) 상에 게이트 전극(22)과 캐소드 전극(23)을 단일 공정으로 형성한 후 상기 캐소드 전극(23)의 상부 혹은 측면에 역시 전술한 방법과 같은 감광성 혹은 비 감광성 탄소 나노튜브 페이스트를 적용하여 탄소 나노튜브(24)를 형성한다. 3 is a cross-sectional view of a coplanar structure field emission device, in which a gate electrode 22 and a cathode electrode 23 are formed on the same layer as shown. That is, the gate electrode 22 and the cathode electrode 23 are formed on the insulating layer 21 formed on the glass substrate 20 in a single process, and then the method described above on the side or the top of the cathode electrode 23 is also performed. Carbon nanotubes 24 are formed by applying a photosensitive or non-photosensitive carbon nanotube paste such as.

상기와 같은 평면형 전계방출소자는 구동 전압을 줄이고, 대 면적화가 용이한 장점이 있지만, 애노드 전계에 직접 노출되어 암전류에 의한 이상 발광이 빈번한 문제점과, 방출되는 전자빔이 넓게 퍼지는 문제점이 있다.The planar field emission device as described above has the advantage of reducing the driving voltage and increasing the area, but there are problems of abnormal light emission caused by dark current due to direct exposure to the anode field, and widespread emission of the electron beam.

여기서, 전자빔이 넓게 퍼진다는 의미는 방출되는 전자가 해당 셀이 아닌 인접한 다른 셀의 형광체 까지 도달하여 인접 셀을 발광시킨다는 것을 뜻하며, 이는 빛 번짐과 선명도 감소라는 치명적인 문제를 유발한다. 특히 언더게이트형 구조는 상당히 넓은 영역까지 전자들이 퍼져 구현의 용이성에도 불구하고 영상 표현력이 낮은 문제점이 있다.Here, the electron beam spreads widely means that the emitted electrons reach the phosphors of other cells instead of the corresponding cells to emit light of adjacent cells, which causes a fatal problem of light bleeding and sharpness reduction. In particular, the undergate structure has a problem in that the image expression power is low despite the ease of implementation because electrons are spread to a considerably wide area.

상기한 바와같이 종래 탄소 나노튜브를 이용한 평면형 전계방출소자는 탄소 나노튜브가 하판의 최상단에 노출되어 있기 때문에 방출되는 전자가 넓게 퍼져서 인접한 셀의 형광체를 발광시키는 빔 퍼짐 문제가 심각하여 영상의 빛이 번지거나 선명도가 크게 낮아지는 치명적인 문제점이 있었다. As described above, in the planar field emission device using carbon nanotubes, since the carbon nanotubes are exposed at the top of the lower plate, electrons are widely spread and the beam spreading problem of emitting phosphors in adjacent cells is severe. There was a fatal problem that smeared or sharply lowered sharpness.

상기한 바와같은 종래의 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명은 평면형 전계방출소자의 전자 방출원인 탄소 나노튜브가 형성될 부분에 절연막을 형성한 후, 전자 방출원이 형성될 부분 만을 일부 식각 제거하고, 제거된 부분에 탄소 나노튜브를 형성하도록 하는 것으로 탄소 나노튜브가 절연막으로 둘러싸이도록 하여 진공과 절연막의 불연속에 의한 전계 왜곡을 발생시킴으로써 방출되는 전자가 퍼지지 않도록 하여 전자 방출원와 형광체를 일대일 대응시킬 수 있도록 한 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention forms an insulating film on a portion where carbon nanotubes, which are electron emission sources of the planar field emission device, are to be formed, and then partially removes only portions where the electron emission source is to be formed, By forming carbon nanotubes on the removed portions, the carbon nanotubes are surrounded by an insulating film to generate electric field distortion due to vacuum and discontinuity of the insulating film so that the emitted electrons do not spread so that the electron emission source and the phosphor can be corresponded one-to-one. It is an object of the present invention to provide a carbon nanotube field emission device and a manufacturing method.

상기한 바와같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 하판 유리기판 상부에 차례로 배치된 게이트 전극, 하부 절연막, 그리고 캐소드 전극과; 상기 구조물 전면에 형성되며 전자 방출 영역 부분에 관통홀을 가지는 상부 절연막과; 상기 절연막의 관통홀 내부에서 상기 캐소드 전극과 접촉하도록 형성된 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, an embodiment of the present invention comprises a gate electrode, a lower insulating film, and a cathode electrode disposed in turn on the upper glass substrate; An upper insulating film formed on the entire surface of the structure and having a through hole in an electron emission region; And carbon nanotubes formed to contact the cathode electrode in the through hole of the insulating layer.

상기 상부 절연막은 상기 탄소 나노튜브로부터 방출되는 전자의 초기 진행 방향을 포함하도록 위치하며 진공과 절연막의 불연속에 의해 상기 전자의 초기 진행을 방해하는 전계 왜곡을 발생시키는 것을 특징으로 한다. The upper insulating film is positioned to include the initial traveling direction of the electrons emitted from the carbon nanotubes, and generates electric field distortion that prevents the initial progress of the electrons due to the discontinuity of the vacuum and the insulating film.

또한, 본 발명의 다른 실시예는 유리 기판 상에 차례로 게이트 전극, 하부 절연막, 캐소드 전극을 형성하는 단계와; 상기 캐소드 전극 상부 전면에 상부 절연막을 형성하고 전자 방출원 형성 부분에 관통홀을 형성하는 단계와; 상기 관통홀에 의해 노출되는 캐소드 전극에 접촉하도록 탄소 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, another embodiment of the present invention comprises the steps of forming a gate electrode, a lower insulating film, a cathode electrode on the glass substrate; Forming an upper insulating film on an upper surface of the cathode electrode and forming a through hole in an electron emission source forming portion; And forming carbon nanotubes in contact with the cathode electrode exposed by the through-holes.

상기한 바와같은 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면들을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Embodiments of the present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명 일 실시예의 구조를 보이는 단면도로서, 언더게이트형 전계방출소자 하판 구성에 탄소 나노튜브(35)를 둘러싸는 상부 절연막(34)이 더 형성되어 있다. 일반적으로, 도시된 바와 같은 언더게이트형 전계방출소자는 탄소 나노튜브(35)에서 전자가 방출되는 경우 캐소드 전극(33)과 반대되는 방향(도면에서는 오른쪽)으로 초기 진행하다가 상판 애노드 전압에 의해 가속되게 된다. 그러나, 본 구조에서는 상기 탄소 나노튜브(35)의 오른쪽에 상부 절연막(34)이 형성되에 있기 때문에 진공 상태로 방치되는 일반적인 경우에 비해 전계가 왜곡되게 된다. 진공과 절연막(34)의 불연속에 의해 발생하는 전계는 방출되는 전자의 초기 진행 방향의 반대쪽으로 영향을 주게 되여 전자가 초기 속도에 의해 멀리 퍼지는 현상을 방지할 수 있게 된다. 그리고, 상기와 같은 구조를 사용한다 할지라도 상부 절연막(34)에는 전압이 인가되지 않기 때문에 소자의 구동 전압이 변하지 않는다. 4 is a cross-sectional view showing the structure of an embodiment of the present invention, and an upper insulating film 34 surrounding the carbon nanotubes 35 is further formed in the undergate type field emission device lower panel configuration. In general, the undergate type field emission device as shown in the drawing proceeds initially in a direction opposite to the cathode electrode 33 (right in the drawing) when electrons are emitted from the carbon nanotubes 35 and then accelerated by the top anode voltage. Will be. However, in this structure, since the upper insulating film 34 is formed on the right side of the carbon nanotubes 35, the electric field is distorted as compared with the general case of being left in a vacuum state. The electric field generated by the vacuum and the discontinuity of the insulating film 34 affects the opposite direction of the initial traveling direction of the emitted electrons, thereby preventing the electrons from spreading away by the initial speed. Even if the above structure is used, the driving voltage of the device does not change since no voltage is applied to the upper insulating film 34.

도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 상기 도시된 언더게이트 구조에서 방출되는 전자빔의 퍼짐과 종래 상부 절연막이 없는 구조에서의 전자빔 퍼짐을 비교한 것으로, 도 5a는 종래의 언더게이트 구조에서 하부 절연막의 두께를 10㎛로 한 경우이며, 도 5b는 본 발명 일 실시예의 구조에서 측정한 것으로 역시 하부 절연막의 두께는 10㎛이며, 사용된 전압 조건 및 상부 절연막의 구조를 제외하고는 모든 구조의 수치가 도 5a에 동일하도록 한 경우이다. 5a to 5b compare the spread of the electron beam emitted from the undergate structure shown in the embodiment of the present invention and the electron beam spread in a structure without a conventional upper insulating film, Figure 5a is a conventional undergate structure The thickness of the lower insulating film is 10 μm, and FIG. 5B is measured by the structure of the exemplary embodiment of the present invention, and the thickness of the lower insulating film is also 10 μm, except for the voltage conditions and the structure of the upper insulating film. It is a case where the value of is equal to FIG.

상부 절연막이 없는 도 5a의 경우에는 도시된 바와 같이 전자빔이 170~500㎛에서 형성되었으며, 상부 절연막 구조를 형성한 도 5b의 경우에는 도시된 바와 같이 전자빔이 220~380㎛에서 형성되었다. 즉, 본 발명의 구조를 이용하는 경우 동일한 구동 전압과 기본 구조를 가지더라도 수백㎛의 빔 퍼짐 영역이 줄어드는 초점 향상을 얻을 수 있게 된다. In the case of FIG. 5A without the upper insulating film, the electron beam was formed at 170 to 500 μm as shown, and in the case of FIG. 5B having the upper insulating film structure, the electron beam was formed at 220 to 380 μm. That is, in the case of using the structure of the present invention, even with the same driving voltage and the basic structure, it is possible to obtain a focus enhancement in which the beam spread region of several hundred μm is reduced.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명 일 실시예를 제조하기 위한 과정을 보인 수순 단면도로서, 도시한 바와 같이 네가티브 감광성 탄소 나노튜브 페이스트와 후면 노광을 이용하는 경우의 실시예이다. 하지만, 본 발명은 탄소 나노튜브 전자방출원의 주위를 진공과 불연속인 유전체가 둘러싸도록 하여 전계 왜곡에 의해 빔의 퍼짐을 방지할 수 있는 모든 구조와 해당 구조를 제조하는 모든 방법을 포괄한다는 것에 주의한다.6A to 6D are cross-sectional views illustrating a process for manufacturing an embodiment of the present invention, in which a negative photosensitive carbon nanotube paste and a backside exposure are used as shown. Note, however, that the present invention encompasses all structures and all methods of fabricating such structures that allow the dielectric of the vacuum and discontinuity to surround the carbon nanotube electron emission source to prevent the beam from spreading by electric field distortion. do.

먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이, 유리기판(30) 상부에 게이트 전극(31)을 형성한다. 여기서, ITO 전극이 형성된 유리기판(30)을 이용하는 경우 ITO 전극을 패터닝하여 게이트 전극(31)을 형성할 수 있으며, ITO 전극이 형성되지 않은 유리기판(30)을 이용하는 경우 자외선 영역에 대해 투명한 전극을 이용하여 게이트 전극(31)을 형성한다. First, as shown in FIG. 6A, the gate electrode 31 is formed on the glass substrate 30. Here, in the case of using the glass substrate 30 having the ITO electrode formed thereon, the gate electrode 31 may be formed by patterning the ITO electrode, and in the case of using the glass substrate 30 in which the ITO electrode is not formed, the electrode transparent to the ultraviolet region. To form the gate electrode 31.

그 다음, 도 6b에 도시한 바와 같이 상기 게이트 전극(31) 상부에 자외선 영역에 대해 투명한 절연물질로 하부 절연막(32)을 스크린 인쇄 등으로 형성하고, 그 상부에 캐소드 전극으로 사용할 물질을 성막한 후 패터닝하여 캐소드 전극(33)을 형성한다. 이 경우 상기 캐소드 전극으로 사용할 물질은 자외선 영역에 대해 불투명한 것을 사용할 수 있으며 투명한 것을 사용할 수도 있는데, 이후 형성할 탄소 나노튜브를 캐소드 전극(33)의 측면에 형성할 것이라면 불투명한 재료를 이용하고, 상부에 형성할 것이라면 투명한 재료를 이용한다. 또한, 상기 캐소드 전극(33)의 식각에 의해 상기 하부 절연막(32)이 손상될 수 있으므로 하부 절연막(32)과 캐소드 전극(33) 사이에 식각 방지막을 형성할 수도 있는데, 일반적으로 전도성이 없고 자외선에 대해 투명한 실리콘 산화막등을 이용한다.Next, as shown in FIG. 6B, a lower insulating film 32 is formed by screen printing or the like on the gate electrode 31 with an insulating material transparent to the ultraviolet region, and a material to be used as a cathode electrode is formed thereon. Subsequently, the cathode electrode 33 is formed by patterning. In this case, the material to be used as the cathode electrode may be used that is opaque to the ultraviolet region and may be transparent. If the carbon nanotubes to be formed later will be formed on the side of the cathode electrode 33, using an opaque material, If it is to be formed on top, use a transparent material. In addition, since the lower insulating layer 32 may be damaged by the etching of the cathode electrode 33, an etch stop layer may be formed between the lower insulating layer 32 and the cathode electrode 33. The transparent silicon oxide film etc. are used.

그 다음, 도 6c에 도시한 바와 같이 상기 캐소드 전극(33) 상부에 자외선 영역에 대해 불투명한 유전체로 상부 절연막(34)을 형성한다. 이를 위해 화학 기상 증착법이나 유전체 페이스트를 이용한 인쇄법이 사용될 수 있다. 이후, 전자방출원이 형성될 부분의 상부 절연막(34)을 식각하여 관통홀을 형성하고, 필요하다면(캐 소드 전극(33)의 측면에 탄소 나노튜브를 형성할 경우) 노출되는 캐소드 전극(33)의 일부를 식각하여 제거할 수 있다. 여기서, 상기 상부 절연막(34)의 두께는 하부 절연막(32)의 두께보다 작으며 이후 형성할 탄소 나노튜브의 두께보다 두껍도록 하는 것이 바람직하다.Next, as shown in FIG. 6C, an upper insulating film 34 is formed on the cathode electrode 33 using a dielectric opaque to the ultraviolet region. For this purpose, a chemical vapor deposition method or a printing method using a dielectric paste may be used. Thereafter, the upper insulating film 34 of the portion where the electron emission source is to be formed is etched to form through holes, and if necessary (when carbon nanotubes are formed on the side of the cathode electrode 33), the cathode electrode 33 is exposed. Can be removed by etching. Here, the thickness of the upper insulating film 34 is preferably smaller than the thickness of the lower insulating film 32 and thicker than the thickness of the carbon nanotubes to be formed later.

그 다음, 도 6d에 도시한 바와 같이 상기 불투명한 캐소드 전극(33)과 상부 절연막(34)에 의해 정의된 부분에 네가티브 감광성 탄소 나노튜브 페이스트를 적용하고 후면 노광하여 전자 방출원인 탄소 나노튜브(35)를 형성한다. 투명한 캐소드 전극(33)을 이용하면 상부 절연막(34) 패턴에 의해 정의되는 대로 상기 캐소드 전극(33)의 상부에 탄소 나노튜브(35)를 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 6D, a negative photosensitive carbon nanotube paste is applied to a portion defined by the opaque cathode electrode 33 and the upper insulating film 34, and exposed to the rear surface to expose carbon nanotubes 35 as electron emission sources. ). When the transparent cathode electrode 33 is used, carbon nanotubes 35 may be formed on the cathode electrode 33 as defined by the upper insulating layer 34 pattern.

전술한 바와 같이, 본 발명은 유전체 구조물을 전자 방출원인 탄소 나노튜브에 인접하도록 배치하여 전계 왜곡을 유발하여 전자빔의 퍼짐을 줄이도록 하여 방출되는 전자빔이 해당 형광체에 집중되도록 할 수 있다.As described above, the present invention can arrange the dielectric structure adjacent to the carbon nanotubes as the electron emission source to cause electric field distortion to reduce the spread of the electron beam so that the emitted electron beam can be concentrated on the phosphor.

상기한 바와 같은 본 발명 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법은 평면형 전계방출소자의 전자 방출원인 탄소 나노튜브가 형성될 부분에 절연막을 형성한 후, 전자 방출원이 형성될 부분 만을 일부 식각 제거하고, 제거된 부분에 탄소 나노튜브를 형성하도록 하는 것으로 탄소 나노튜브가 절연막으로 둘러싸이도록 하여 진공과 절연막의 불연속에 의한 전계 왜곡을 발생시킴으로써 대단히 간단한 공정의 추가만으로 방출되는 전자가 퍼지지 않도록 하면서 전자 방출원과 형광체를 일대일 대응시켜 빛 범짐을 억제하고 영상의 선명도를 크게 개선할 수 있는 뛰어난 효과가 있다. In the carbon nanotube field emission device and the manufacturing method of the present invention as described above, after forming an insulating film on the portion where the carbon nanotube which is the electron emission source of the planar field emission device is to be formed, only the portion where the electron emission source is to be formed is removed by etching By forming carbon nanotubes on the removed portions, the carbon nanotubes are surrounded by an insulating film, which causes electric field distortion due to vacuum and discontinuity of the insulating film, thereby preventing the electrons emitted by the addition of a very simple process. There is an excellent effect that one to one correspondence with the phosphor to suppress the light blur and greatly improve the sharpness of the image.

Claims (6)

하판 유리기판 상부에 차례로 배치된 게이트 전극, 하부 절연막, 그리고 캐소드 전극과; A gate electrode, a lower insulating film, and a cathode electrode sequentially disposed on the lower glass substrate; 상기 구조물 전면에 형성되며 전자 방출 영역 부분에 관통홀을 가지는 상부 절연막과; An upper insulating film formed on the entire surface of the structure and having a through hole in an electron emission region; 상기 절연막의 관통홀 내부에서 상기 캐소드 전극과 접촉하도록 형성된 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자.And a carbon nanotube formed in contact with the cathode electrode in the through hole of the insulating film. 제 1항에 있어서, 상기 상부 절연막의 두께는 하부 절연막의 두께보다 작으며 상기 탄소 나노튜브의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자.The carbon nanotube field emission device of claim 1, wherein a thickness of the upper insulating layer is smaller than a thickness of the lower insulating layer and thicker than a thickness of the carbon nanotubes. 제 1항에 있어서, 상기 상부 절연막은 상기 탄소 나노튜브로부터 방출되는 전자의 초기 진행 방향을 포함하도록 위치하며 진공과 절연막의 불연속에 의해 상기 전자의 초기 진행을 방해하는 전계 왜곡을 발생시키는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자.The method of claim 1, wherein the upper insulating film is positioned to include the initial traveling direction of the electrons emitted from the carbon nanotubes and generates an electric field distortion that prevents the initial progress of the electrons by the discontinuity of the vacuum and the insulating film. Carbon nanotube field emission device. 유리 기판 상에 차례로 게이트 전극, 하부 절연막, 캐소드 전극을 형성하는 단계와; Forming a gate electrode, a lower insulating film, and a cathode electrode in order on the glass substrate; 상기 캐소드 전극 상부 전면에 상부 절연막을 형성하고 전자 방출원 형성 부분에 관통홀을 형성하는 단계와; Forming an upper insulating film on an upper surface of the cathode electrode and forming a through hole in an electron emission source forming portion; 상기 관통홀에 의해 노출되는 캐소드 전극에 접촉하도록 탄소 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자 제조방법. And forming carbon nanotubes so as to contact the cathode electrodes exposed by the through-holes. 제 4항에 있어서, 상기 관통홀에 의해 노출되는 캐소드 전극은 식각 제거되고, 상기 탄소 나노튜브는 노출되는 캐소드 전극의 측면에 접촉하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자 제조방법. The method of claim 4, wherein the cathode electrode exposed by the through-holes is etched away, and the carbon nanotubes are formed to contact the side surfaces of the exposed cathode electrodes. 6. 제 4항에 있어서, 상기 게이트 전극, 하부 절연막을 자외선에 투명한 소재를 이용하여 형성하고, 캐소드 전극은 자외선에 불투명한 소재를 이용하여 형성하며, 상기 상부 절연막은 자외선에 불투명한 소재를 이용하여 형성하도록 한 후, 상기 탄소 나노튜브는 감광성 페이스트 형태로 도포한 후 후면 노광하여 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자 제조방법. The method of claim 4, wherein the gate electrode and the lower insulating film are formed using a material transparent to ultraviolet light, the cathode electrode is formed using a material opaque to ultraviolet light, and the upper insulating film is formed using a material opaque to ultraviolet light. After the carbon nanotubes are coated in the form of a photosensitive paste, the carbon nanotube field emission device is characterized in that it is formed by back exposure.
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