KR100312510B1 - Field Emission Device Using Carbon Nanotube - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CNT를 이용하기 적합한 전계 방출 소자에 관한 것이다.The present invention relates to field emission devices suitable for using CNTs.
본 발명의 CNT를 이용한 전계방출소자는 전자를 공급하기 위한 음극과, 음극 위에 형성되어 전자를 방출하기 위한 카본 나노튜브 이미터와, 카본 나노튜브의 옆에 위치하여 전자방출을 위한 전계를 인가하는 게이트전극과, 카본 나노튜브 이미터의 위에 형성되어진 보호층을 구비하는 것을 특징으로 한다.The field emission device using the CNTs of the present invention has a cathode for supplying electrons, a carbon nanotube emitter formed on the cathode to emit electrons, and is positioned next to the carbon nanotubes to apply an electric field for electron emission. And a protective layer formed on the gate electrode and the carbon nanotube emitter.
본 발명에 의하면, CNT가 보호층에 의해 양극에 직접 노출되지 않아 양극에 고전압을 인가할 수 있으므로 고전압 형광체를 이용하는 표시소자에 적용할 수 있게 된다.According to the present invention, since the CNT is not directly exposed to the anode by the protective layer, a high voltage can be applied to the anode, so that the CNT can be applied to a display device using a high voltage phosphor.
Description
본 발명은 전계방출 디스플레이나 기타 진공중에서의 전자방출을 위해 이용되는 전계방출소자에 관한 것으로, 특히 카본 나노튜브를 이용한 전계방출소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to field emission devices used for field emission displays or other electron emission in vacuum, and more particularly to field emission devices using carbon nanotubes.
최근들어, 신물질로 각광받고 있는 카본 나노튜브(Carbon Nanotube; 이하, CNT라 한다)는 수 nm에서 수십 nm의 아주 작은 직경의 결정구조를 갖음과 아울러 내화화적 특성 및 기계적 강도가 우수하여 그의 응용이 기대되고 있다. 하나의 응용분야로서 CNT를 이용한 전계 방출 소자로의 제작이 연구되고 있는데, 특히 전계 방출 표시 소자로의 응용이 기대되고 있다. 이는 CNT를 전계 방출 소자로 이용하는 경우 전자 방출 전압을 크게 낮출 수 있으므로 기존의 스핀트형 팁이나 실리콘 팁등과 같은 전계방출소자를 이용하는 것보다 구동전압을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 CNT의 내화학적 특성 및 기계적 강도가 우수하여 신뢰성이 좋은 소자 제작이 가능하기 때문이다. CNT의 전계 방출 전압이 낮은 이유는 직경이 nm로 아주 작아 전계강화효과(Field Enhancdment Factor)가 커서 전자방출이 일어나는 임계전계(Turn-on Field)가 1∼5V/㎛로 낮기 때문이다. CNT를 이용한 전계 방출 소자로는 이극구조와 삼극구조로 대별될 수 있다.Recently, carbon nanotubes (CNTs), which have been spotlighted as new materials, have very small diameter crystal structures of several nm to several tens of nm, and have excellent fire resistance and mechanical strength. It is expected. As one application field, the fabrication of a field emission device using CNTs is being studied. In particular, application to a field emission display device is expected. When CNT is used as a field emission device, the electron emission voltage can be significantly lowered. Therefore, the driving voltage can be lowered than using a field emission device such as a spin type tip or a silicon tip, and the chemical resistance and mechanical strength of the CNT can be reduced. This is because the device can be manufactured with excellent reliability. The reason why the field emission voltage of CNTs is low is because the diameter is so small that the field enhancement factor is large, resulting in a low turn-on field at 1-5V / µm. Field emission devices using CNTs can be roughly divided into two-pole structures and three-pole structures.
도 1은 종래의 이극구조 CNT 전계 방출 소자를 나타낸 것이다. 도 1의 전계 방출 소자는 하부기판(10) 상의 음극(12) 및 CNT 이미터(14)와, 상부기판(18) 상의 형광체(16)를 구비한다. CNT 이미터(14)는 CNT를 미세분말 형태로 제작한 후 바인더(Binder)에 섞어 스크린 프린팅(Screen Printing) 방법을 이용하여 하부기판(10)의 음극(12) 상에 형성하거나, 박막을 성장시켜 형성하게 된다. 음극(12)과 상부기판(18) 상의 양극(도시하지 않음) 사이에 인가되는 전압에 의해 CNT 이미터(14)로부터 전자가 방출되고, 방출된 전자들을 양극에 의해 가속되어 형광체(16)와 충돌하게 한다. 이 경우, 저전압 형광체를 사용하여 수백 V의 높은 전압으로 구동하게 된다. 이러한 이극 구조의 전계 방출 소자는 제작은 간단한 반면에 구동전압이 높음에 따라 현실적으로 이용되기 어려우므로 게이트 전극으로 전자가 방출되게 하는 삼극구조의 전계 방출 소자가 개발되고 있다.1 shows a conventional bipolar CNT field emission device. The field emission device of FIG. 1 includes a cathode 12 and a CNT emitter 14 on the lower substrate 10 and a phosphor 16 on the upper substrate 18. The CNT emitter 14 is formed on the cathode 12 of the lower substrate 10 by using a screen printing method by mixing the CNT in the form of fine powder and then mixed with a binder (Binder), or grow a thin film To form. Electrons are emitted from the CNT emitter 14 by a voltage applied between the cathode 12 and the anode (not shown) on the upper substrate 18, and the emitted electrons are accelerated by the anode to form the phosphor 16. Let it crash In this case, a low voltage phosphor is used to drive a high voltage of several hundred volts. While the field emission device having such a bipolar structure is simple to manufacture, it is difficult to be practically used due to a high driving voltage, and thus, a field emission device having a tripolar structure that emits electrons to the gate electrode has been developed.
도 2는 종래의 삼극구조 CNT 전계 방출 소자를 나타낸 것이고, 도 3a 내지 도 3b는 도 2에 도시된 CNT 전계 방출 소자의 제조 방법을 단계적으로 나타낸 것이다. 도 2의 전계 방출 소자는 하부기판(10) 상의 음극(12)과, 음극(12) 상의 CNT 이미터(14) 및 절연층(20)과, 절연층(20) 상의 게이트전극(22)과, 상부기판(18) 상의 형광체(16)를 구비한다. 이러한 전계 방출 소자에서는 음극(12)과 게이트전극(22) 사이에 인가되는 전압에 의해 CNT 이미터(14)에서 전자가 방출되고, 방출된 전자는 상부기판(18) 상의 양극(도시하지 않음)에 의해 가속되어 형광체(16)와 충돌하게 된다. 이 경우, 게이트전극(22)에 인가되는 전압에 의해 전자방출량을 제어 하게 된다.FIG. 2 illustrates a conventional tripolar CNT field emission device, and FIGS. 3A to 3B show step by step methods for manufacturing the CNT field emission device shown in FIG. 2. The field emission device of FIG. 2 includes a cathode 12 on the lower substrate 10, a CNT emitter 14 and an insulating layer 20 on the cathode 12, and a gate electrode 22 on the insulating layer 20. And a phosphor 16 on the upper substrate 18. In such a field emission device, electrons are emitted from the CNT emitter 14 by a voltage applied between the cathode 12 and the gate electrode 22, and the emitted electrons are an anode (not shown) on the upper substrate 18. It is accelerated by and collides with the phosphor 16. In this case, the electron emission amount is controlled by the voltage applied to the gate electrode 22.
이러한 전계 방출 소자의 제조 방법을 살펴보면, 도 3a에 도시된 바와 같이 하부기판(10) 상에 음극(12)과 절연물질층(20A) 및 게이트금속층(22A)을 순차적으로 성막하게 된다. 이어서, 게이트금속층(22A)을 에칭함으로써 도 3b에 도시된 바와 같이 홀을 형성된 게이트전극(22)을 마련하게 된다. 그 다음, 게이트전극(22)의 홀을 통해 절연물질층(20A)을 에칭하여 도 3c에 도시된 바와 같이 홀이 형성된 절연층(20)을 마련하게 된다. 그리고, 게이트전극(22) 및 절연층(20)의 홀을 통해 노출된 음극(12) 상에 CNT를 성장시켜 도 3d에 도시된 바와 같이 CNT 이미터(14)를 형성하게 된다.Referring to the method of manufacturing the field emission device, as shown in FIG. 3A, the cathode 12, the insulating material layer 20A, and the gate metal layer 22A are sequentially formed on the lower substrate 10. Subsequently, the gate metal layer 22A is etched to provide the gate electrode 22 having the hole as shown in FIG. 3B. Next, the insulating material layer 20A is etched through the hole of the gate electrode 22 to provide the insulating layer 20 having the hole as shown in FIG. 3C. Then, CNTs are grown on the cathode 12 exposed through the holes of the gate electrode 22 and the insulating layer 20 to form the CNT emitter 14 as shown in FIG. 3D.
이러한 제조방법에 의한 종래의 삼극구조 CNT 전계 방출 소자에서는 CNT가 양극 밑에서 그 끝이 양극을 향한 상태로 바로 노출되게 된다. 이에 따라, 양극에 높은 전압을 인가하는 경우에는 게이트전극에 전압을 인가해 주기 전에 전자가 방출되게 되므로 게이트전극을 이용한 전자방출량의 제어가 어렵게 된다. 표시소자에서는 휘도를 높이기 위하여 효율이 높고 안정적인 고전압 형광체가 적용되고 있는데, 이 고전압 형광체를 사용하는 경우 수 kV의 높은 전압을 양극에 인가해 주어야만 한다. 그러나, 종래의 삼극구조 CNT 전계 방출 소자는 양극에 높은 전압을 인가하는 경우 전자방출량의 제어가 어렵게 되므로 고전압 형광체를 사용하는 표시소자에 적용할 수 없게 된다. 또한, 종래의 삼극구조의 CNT 전계 방출 소자는 대면적의 기판 상에 균일하게 제작하는 것이 어려운 문제점이 있다.In the conventional tripolar CNT field emission device by this manufacturing method, the CNT is directly exposed under the anode with its end facing the anode. Accordingly, when a high voltage is applied to the anode, electrons are emitted before the voltage is applied to the gate electrode, thereby making it difficult to control the amount of electron emission using the gate electrode. In the display device, a high-efficiency and stable high voltage phosphor is applied to increase the luminance. When using the high voltage phosphor, a high voltage of several kV must be applied to the anode. However, the conventional tripolar CNT field emission device is difficult to control the amount of electron emission when a high voltage is applied to the anode, and thus cannot be applied to a display device using a high voltage phosphor. In addition, the conventional tripolar CNT field emission device has a problem that it is difficult to manufacture uniformly on a large-area substrate.
따라서, 본 발명의 목적은 CNT를 이용하여 안정한 삼극구조의 전계 방출 소자를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a stable tripolar field emission device using CNTs.
도 1은 종래의 이전극 CNT 전계 방출 소자를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing a conventional two-electrode CNT field emission device.
도 2는 종래의 삼전극 CNT 전계 방출 소자를 나타낸 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view showing a conventional three-electrode CNT field emission device.
도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시된 CNT 전계 방출 소자의 제조 방법을 단계적으로 나타낸 단면도.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the CNT field emission device illustrated in FIG. 2.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 삼전극 CNT 전계 방출 소자를 나타낸 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view showing a three-electrode CNT field emission device according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 삼전극 CNT 전계 방출 소자를 나타낸 단면도.Figure 5 is a cross-sectional view showing a three-electrode CNT field emission device according to another embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 삼전극 CNT 전계 방출 소자를 나타낸 단면도.Figure 6 is a cross-sectional view showing a three-electrode CNT field emission device according to another embodiment of the present invention.
도 7a 내지 도 7e는 도 4에 도시된 삼전극 CNT 전계 방출 소자의 제조 방법을 단계적으로 나타낸 단면도.7A to 7E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the three-electrode CNT field emission device illustrated in FIG. 4.
도 8은 본 발명에 따른 삼전극 CNT 전계 방출 소자에서 음극과 게이트전극 간의 거리(x)와 턴-온 전압과의 관계를 나타낸 그래프.8 is a graph showing the relationship between the distance (x) between the cathode and the gate electrode and the turn-on voltage in the three-electrode CNT field emission device according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>
10, 24 : 하부기판 12, 26 : 음극10, 24: lower substrate 12, 26: cathode
14, 30, 46 : CNT 이미터 16, 38 : 형광체14, 30, 46: CNT emitter 16, 38: phosphor
18, 34 : 상부기판 20, 52 : 절연층18, 34: upper substrate 20, 52: insulating layer
20A :절연물질층 22, 28, 50 : 게이트전극20A: insulating layer 22, 28, 50: gate electrode
22A : 게이트전극층 32 : 보호층22A: gate electrode layer 32: protective layer
36 : 양극 40 : 전자36: anode 40: electron
42 : 전도성 에폭시 44 : CNT42: conductive epoxy 44: CNT
48 : 촉매금속층 60 : 금속층48: catalytic metal layer 60: metal layer
62 : CNT 층62: CNT layer
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 CNT을 이용한 전계방출소자는 전자를 공급하기 위한 음극과, 음극 위에 형성되어 전자를 방출하기 위한 카본 나노튜브 이미터와, 카본 나노튜브의 옆에 위치하여 전자방출을 위한 전계를 인가하는 게이트전극과, 카본 나노튜브 이미터의 위에 형성되어진 보호층을 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the field emission device using the CNT according to the present invention is a cathode for supplying electrons, a carbon nanotube emitter formed on the cathode for emitting electrons, and is located next to the carbon nanotubes And a protective layer formed on the carbon nanotube emitter and the gate electrode applying an electric field for electron emission.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.Other objects and advantages of the present invention in addition to the above object will be apparent from the description of the preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 4 내지 도 8을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 8.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 삼전극 구조의 CNT 전계 방출 소자를 나타낸 것이다. 도 4의 CNT 전계 방출 소자는 하부기판(24) 상에 형성된 음극(26) 및 게이트전극(28)과, 음극(26)을 포획하는 CNT 이미터(30)와, CNT 이미터(30) 위에 형성된 보호층(32)과, 상부기판(34) 상에 순차적으로 적층된 양극(36) 및 형광체(38)를 구비한다. CNT 이미터(30)는 전도성 에폭시(Epoxy)(42) 내에 평면방향으로 배열된 CNT(44)를 구성으로 한다. 이 CNT 이미터(30)는 그 아래의 음극(26)과 CNT 이미터(30) 옆에 소정의 간격을 두고 위치한 게이트전극(28) 사이에 인가되는 전압에 의해 전자(40)를 방출하게 된다. 방출된 전자(40)는 양극(36)에 인가되는 전압에 의해 가속되어 형광체(38)에 충돌함으로써 형광체(38)를 발광시키게 된다. CNT 이미터(30)는 보호층(32)에 의해 양극(36)에 노출되지 않게 된다. 이에 따라, 형광체(38)로 고전압 형광체를 이용하여 양극(36)에 높은 전압을 인가하는 경우에도 CNT 이미터(30)는 양극(36)의 전계에 의해 직접 전자가 방출되지 않게 되고, 게이트전극(28)의 전계에 의해 전자가 방출되게 된다.4 illustrates a CNT field emission device having a three-electrode structure according to an exemplary embodiment of the present invention. The CNT field emission device of FIG. 4 includes a cathode 26 and a gate electrode 28 formed on the lower substrate 24, a CNT emitter 30 that captures the cathode 26, and a CNT emitter 30. The protective layer 32 formed thereon and the anode 36 and the phosphor 38 sequentially stacked on the upper substrate 34 are provided. The CNT emitter 30 constitutes a CNT 44 arranged in a planar direction in a conductive epoxy 42. The CNT emitter 30 emits electrons 40 by a voltage applied between the cathode 26 below it and the gate electrode 28 positioned at a predetermined interval next to the CNT emitter 30. . The emitted electron 40 is accelerated by the voltage applied to the anode 36 and collides with the phosphor 38 to emit light of the phosphor 38. The CNT emitter 30 is not exposed to the anode 36 by the protective layer 32. Accordingly, even when a high voltage is applied to the anode 36 using the high voltage phosphor as the phosphor 38, the CNT emitter 30 does not emit electrons directly by the electric field of the anode 36. Electrons are emitted by the electric field of (28).
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 삼전극 CNT 전계 방출 소자를 나타낸 것이다. 도 5의 전계 방출 소자는 도 4에 도시된 전계 방출 소자와 대비하여 CNT 이미터(46)가 촉매층(48) 옆으로 성장된 CNT(44)를 제외하고는 동일한 구성요소들을 구비한다. 이러한 전계 방출 소자에서도 CNT 이미터(46)가 보호층(32)에 의해 양극(36)에 노출되지 않으므로 CNT 이미터(46)는 양극(36)에 고전압이 인가되더라도 게이트전극(28)에 인가되는 전계에 의존하여 전자(40)를 방출하게 된다.5 shows a three-electrode CNT field emission device according to another embodiment of the present invention. The field emission device of FIG. 5 has the same components except for the CNT 44 where the CNT emitter 46 is grown next to the catalyst layer 48 as compared to the field emission device shown in FIG. Even in such a field emission device, since the CNT emitter 46 is not exposed to the anode 36 by the protective layer 32, the CNT emitter 46 is applied to the gate electrode 28 even when a high voltage is applied to the anode 36. Depending on the electric field being emitted will emit electrons (40).
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 삼전극 CNT 전계 방출 소자를 나타낸 것이다. 도 6의 전계 방출 소자는 도 4에 도시된 전계 방출 소자와 대비하여 게이트전극(50)이 CNT 이미터(30)의 아래 쪽에 형성되고, 그 게이트전극(50)과 음극(26) 사이의 절연을 위한 절연층(52)을 더 구비하는 것이외에는 동일한 구성요소들을 구비한다. 도 6에 도시된 CNT 이미터(46) 역시 전술한 바와 같이 보호층(32)에 의해 양극(36)에 노출되지 않으므로 양극(36)에 고전압이 인가되더라도 게이트전극(28)에 인가되는 전계에 의존하여 전자(40)를 방출하게 된다.Figure 6 shows a three-electrode CNT field emission device according to another embodiment of the present invention. In the field emission device of FIG. 6, in contrast to the field emission device of FIG. 4, a gate electrode 50 is formed below the CNT emitter 30, and insulation between the gate electrode 50 and the cathode 26 is formed. Except for further comprising an insulating layer 52 for the same components are provided. Since the CNT emitter 46 shown in FIG. 6 is also not exposed to the anode 36 by the protective layer 32 as described above, even if a high voltage is applied to the anode 36, the CNT emitter 46 is applied to the electric field applied to the gate electrode 28. In dependence on the electrons 40
이와 같이, 본 발명의 삼전극 CNT 전계 방출 소자는 고전압 환경에서도 게이트전극에 의해 전자방출량의 제어가 가능하게 되므로 고전압 형광체를 이용하는 표시소자에 적용될 수 있게 된다.As such, the three-electrode CNT field emission device of the present invention can be applied to a display device using a high voltage phosphor because the electron emission amount can be controlled by the gate electrode even in a high voltage environment.
도 7a 내지 도 7e는 도 4에 도시된 CNT 전계 방출 소자의 제조 방법을 단계적으로 나타낸 것이다.7A to 7E show step by step the manufacturing method of the CNT field emission device shown in FIG.
우선, 도 7a에 도시된 바와 같이 하부기판(24) 상에 금속층(60)을 형성한 후 그 금속층(60)을 패터닝하여 도 7b에 도시된 바와 같이 음극(26) 및 게이트전극(28)을 형성하게 된다. 그 다음, CNT를 페이스트 상태의 전도성 에폭시 등과 섞어 스크린 프린팅 또는 스핀 코팅(Spin Coating) 등의 방법을 이용하여 도 7c에 도시된 바와 같이 음극(26) 및 게이트전극(28)이 형성된 하부기판(24) 상에 CNT층(62)을 형성하게 된다. 이 경우, 고온에서 성장된 CNT를 떼어내어 분말형태로 만든 후 페이스트 상태의 전도성 에폭시 등과 섞어 기판(24) 상에 형성시킴으로써 기판(24)을 고온으로 가열하지 않고도 양질의 CNT를 전자원으로 사용할 수 있게 된다. 이어서, 도 7d에 도시된 바와 같이 CNT층(62) 상에 보호층(32)을 형성한다. 이 보호층(32)은 CNT층(62) 상에 SiO2 등과 같은 절연체나 Cr 또는 Al 등과 같은 금속층을 형성한 후 패터닝함으로써 형성하게 된다. 그리고, 보호층(32)을 마스크로 이용하여 CNT 층(62)을 에칭함으로써 도 7e에 도시된 바와 같이 CNT 이미터(30)를 만들어 하판을 완성하게 된다.First, as shown in FIG. 7A, the metal layer 60 is formed on the lower substrate 24, and then the metal layer 60 is patterned to form the cathode 26 and the gate electrode 28 as shown in FIG. 7B. To form. Subsequently, the lower substrate 24 having the cathode 26 and the gate electrode 28 formed thereon as shown in FIG. 7C by mixing CNTs with a conductive epoxy in a paste state or the like using screen printing or spin coating. CNT layer 62 is formed on the (). In this case, the CNT grown at a high temperature is removed, made into a powder form, mixed with a paste-like conductive epoxy, and formed on the substrate 24 so that a good CNT can be used as an electron source without heating the substrate 24 to a high temperature. Will be. Subsequently, a protective layer 32 is formed on the CNT layer 62 as shown in FIG. 7D. The protective layer 32 is formed by forming an insulator such as SiO 2 or a metal layer such as Cr or Al on the CNT layer 62 and then patterning the same. Then, by etching the CNT layer 62 using the protective layer 32 as a mask, as shown in FIG. 7E, a CNT emitter 30 is formed to complete the bottom plate.
도 5에 도시된 삼전극 CNT 전계 방출 소자의 제조 방법을 살펴보면 다음과 같다. 우선, 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이 하부기판(24) 상에 음극(26) 및 게이트전극(28)이 형성하게 된다. 그 다음, 음극(26) 및 게이트전극(28)이 형성된 하부기판(24) 상에 촉매금속층을 성막한 후, 그 촉매금속층 위에 도 7d에 도시된 바와 같이 보호층(32)을 형성하게 된다. 이어서, 보호층(32)을 마스크로 이용하여 촉매금속층을 에칭한 후 CVD 방법을 이용하여 CNT를 성막하게 된다. 이 경우, CNT가 촉매금속층의 옆으로 성장하게 됨으로써 도 5에 도시된 바와 같이 촉매금속층에서 옆으로 신장된 CNT를 구성으로 하는 CNT 이미터(46)가 형성되게 된다.Looking at the manufacturing method of the three-electrode CNT field emission device shown in FIG. First, as shown in FIGS. 7A and 7B, the cathode 26 and the gate electrode 28 are formed on the lower substrate 24. Next, after forming a catalyst metal layer on the lower substrate 24 on which the cathode 26 and the gate electrode 28 are formed, the protective layer 32 is formed on the catalyst metal layer as shown in FIG. 7D. Subsequently, the catalyst metal layer is etched using the protective layer 32 as a mask, and then CNTs are formed by CVD. In this case, the CNTs grow to the side of the catalyst metal layer, thereby forming a CNT emitter 46 composed of CNTs extending laterally in the catalyst metal layer as shown in FIG. 5.
도 6에 도시된 삼전극 CNT 전계 방출 소자의 제조 방법을 살펴보면 다음과 같다. 우선 하부기판(24) 상에 금속층을 형성한 후 패터닝하여 게이트전극(50)을 형성하고, 그 위에 절연층(58)을 형성하게 된다. 그 다음, 절연층(58) 위에 음극(26)을 형성하고, 그 위에 도 7c에 도시된 바와 같이 전도성 에폭시와 CNT가 혼합된 CNT층(62)을 형성하게 된다. 이어서, CNT층(62) 위에 도 7d에 도시된 바와 같이 보호층(32)을 형성하고, 그 보호층(32)을 마스크로 이용하여 CNT층(62)을 에칭함으로써 CNT 이미터(30)를 만들게 된다.Looking at the manufacturing method of the three-electrode CNT field emission device shown in FIG. First, a metal layer is formed on the lower substrate 24, and then patterned to form a gate electrode 50, and an insulating layer 58 is formed thereon. Next, a cathode 26 is formed on the insulating layer 58, and the CNT layer 62 in which the conductive epoxy and the CNT are mixed is formed thereon as shown in FIG. 7C. Subsequently, the protective layer 32 is formed on the CNT layer 62 as shown in FIG. 7D, and the CNT emitter 30 is etched by etching the CNT layer 62 using the protective layer 32 as a mask. Will be made.
도 8은 본 발명에 따른 삼전극 CNT 전계 방출 소자에서 음극과 게이트전극 간의 거리(x)와 전자방출 개시전압, 즉 턴-온 전압과의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 8에서 CNT 이미터(30)로부터 전자가 방출이 개시되는 턴-온 전압은 음극(26)과 게이트전극(28) 간의 거리(x)에 비례함을 알 수 있다. 다시 말하여, 음극(26)과 게이트전극(28) 간의 거리(x)가 작을 수록 턴-온 전압은 낮아지게 된다. 여기서, 음극(26)과 게이트전극(28) 간의 거리(x)가 5㎛인 경우 전자 방출 개시전압은 6V 정도로 낮으므로 10V 전후의 낮은 전압에서 CNT 이미터(30)를 구동하는 것이 가능하게 된다. 그리고, 고전압 형광체를 사용하여 음극(26)과 양극(36)의 거리(y)를 1.1mm로 설정하고 양극(36)에 6kV의 고전압을 인가하는 경우 칼라 표시 소자에서 500cd/㎡ 이상의 고휘도를 얻을 수 있게 된다.8 is a graph showing the relationship between the distance (x) between the cathode and the gate electrode and the electron emission start voltage, that is, the turn-on voltage in the three-electrode CNT field emission device according to the present invention. In FIG. 8, it can be seen that the turn-on voltage at which electrons are emitted from the CNT emitter 30 is proportional to the distance x between the cathode 26 and the gate electrode 28. In other words, the smaller the distance x between the cathode 26 and the gate electrode 28, the lower the turn-on voltage. Here, when the distance x between the cathode 26 and the gate electrode 28 is 5 μm, the electron emission starting voltage is as low as 6V, so that the CNT emitter 30 can be driven at a low voltage around 10V. . When the distance y between the cathode 26 and the anode 36 is set to 1.1 mm using a high voltage phosphor and a high voltage of 6 kV is applied to the anode 36, high luminance of 500 cd / m 2 or more can be obtained from the color display element. It becomes possible.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 CNT를 이용한 전계 방출 소자에 의하면 CNT가 보호층에 의해 양극에 직접 노출되지 않으므로 양극에 고전압을 인가할 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 CNT를 이용한 전계 방출 소자는 고전압 형광체를 이용하는 표시소자에 적용하여 고화질/고효율의 표시소자를 구현할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따른 CNT를 이용한 전계 방출 소자에 의하면 음극과 게이트전극 간의 거리를 5㎛로 설정하는 경우 10V 정도의 낮은 구동전압으로 CNT 이미터를 구동할 수 있게 된다.As described above, according to the field emission device using the CNT according to the present invention, since the CNT is not directly exposed to the anode by the protective layer, a high voltage can be applied to the anode. Accordingly, the field emission device using the CNT according to the present invention can be applied to a display device using a high voltage phosphor to implement a display device of high quality / high efficiency. Further, according to the field emission device using the CNT according to the present invention, when the distance between the cathode and the gate electrode is set to 5 μm, the CNT emitter can be driven with a low driving voltage of about 10V.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
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