KR100376198B1 - 수직 배향된 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출 표시소자및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

수직 배향된 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출 표시소자를 제공한다. 본 발명은 하부 기판 상에 캐소드 전극용 제1 금속막이 형성되어 있고, 상기 제1 금속막 상의 전면에 수직 배향된 에미터 팁용 탄소 나노튜브가 형성되어 있다. 상기 에미터 팁용 탄소 나노튜브의 수직 배향은 상기 제1 금속막 상에 촉매 금속 입자들을 형성한 후 화학기상증착법으로 촉매 금속 입자들 상에 수직 성장시킴으로서 얻어진다. 상기 제1 금속막의 양단상에는 제1 스페이서가 설치되어 있고, 상기 제1 스페이서에 지지되면서 상기 탄소 나노튜브 상부에 게이트 전극으로 이용되고 메쉬 형태로 이루어진 제2 금속막이 형성되어 있다. 상기 제1 스페이서 상에는 제2 스페이서가 설치되어 있고, 상기 제2 스페이서 상에는 그 표면에 투명 전극 및 형광체가 부착된 상부 기판이 부착되어 있다. 본 발명에 의한 수직방향된 탄소 나노 튜브를 이용한 전계방출 표시소자는 구조가 간단하여 제조 수율을 높일 수 있고 대면적으로 만들 수도 있다. 또한, 에미터용 팁으로 수직방향으로 잘 배향된 탄소 나노튜브를 사용하기 때문에 낮은 동작 전압에서도 큰 방출전류를 얻을 수 있다.

Description

수직 배향된 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출 표시소자 및 그 제조 방법{Field emission display device using vertically aligned carbon nanotube and manufacturing method thereof}
본 발명은 전계방출 표시소자[field emission display (FED) Device] 및 그제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직 배향된 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출 표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전계방출 표시소자는 원뿔 모양의 에미터 팁에 대해 외부 게이트 전극에서 양 전압을 수백 볼트 정도로 가하면 강한 전기장의 영향을 받은 에미터 팁의 끝부분에서 전자가 방출하게 되고, 방출된 전자는 수백에서 수킬로의 전압이 가해진 투명 도전막과 형광체가 코팅된 애노드 전극에 충돌하게 되어 표시 장치의 역할을 수행한다. 그런데, 에미터용으로 실리콘 기판을 식각하여 만든 실리콘 팁을 이용하는 종래의 전계방출 표시소자는 약 1.0∼1.5nm 정도의 미세한 간격으로 애노드 전극과 캐소드 전극을 분리해야 하는 어려움이 있다. 그리고, 종래의 전계방출 표시소자는 동작 전압이 매우 높고 고전류 방출에 의한 실리콘 팁의 열화로 인하여 누설 전류가 크고 소자 신뢰성 및 성능 저하가 일어날 뿐만 아니라 제조 수율도 낮은 문제점이 있다. 이러한 실리콘 팁을 이용한 전계방출 표시소자의 문제점을 개선하기 위해 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출 표시소자가 제안되었다.
종래의 탄소 나노튜브는 전기 방전법이나 레이저 증착법에 의해 합성한 후, 세정 용액에 넣어 초음파 세척기로 흔들어 정제시킨다. 그리고, 정제된 탄소 나노 튜브를 전계방출 표시소자에 적용하기 위하여 다공성 세라믹 필터의 기공에 정제된 탄소 나노튜브를 주입한다. 이어서, 다공성 세라믹 필터의 기공에 들어있는 탄소 나노튜브를 전계방출 표시소자용 하부 기판 상의 전도성 고분자 위에 찍어 세움으로써 에미터 팁을 형성한다.
그런데, 에미터 팁용으로 종래의 탄소 나노튜브를 사용하는 전계방출 표시소자는 실리콘 팁을 사용하는 전계방출 표시소자에 비하여 안정성이 뛰어나지만 상기 전도성 고분자 위에 탄소 나노튜브를 효율적으로 세우는 것이 어렵고 제조 공정이 복잡하기 때문에 제조 수율이 낮고 대면적으로 제조할 수 없다는 문제점을 갖고 있다. 또한, 기판 상의 전도성 고분자와 탄소 나노튜브 사이에 전기적으로 완전한 접속이 이루어지지 않는다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로써 대면적이 가능하고 단위 면적당 에미터 팁 밀도가 높은 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출 표시소자를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 간단한 제조 공정으로 대면적이 가능한 전계방출 표시소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수직 배향된 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출 표시소자를 도시한 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 전계방출 표시소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 3의 탄소 나노튜브 성장 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일예로 도 3의 탄소 나노튜브의 성장에 사용된 열 화학기상증착장치의 개략도이다.
도 7은 본 발명에 의하여 분리된 촉매 금속 입자들상에서 탄소 나노튜브가 성장하는 메카니즘을 도시한 도면이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 전계방출 표시소자는 하부 기판 상에 캐소드 전극용 제1 금속막이 형성되어 있고, 상기 제1 금속막 상의 전면에 수직 배향된 에미터 팁용 탄소 나노튜브가 형성되어 있다. 상기 탄소 나노튜브의 수직 배향은 상기 제1 금속막 상에 촉매 금속 입자들을 형성한 후 화학기상증착법으로 촉매 금속 입자들 상에 수직 성장시킴으로서 얻어진다. 상기 제1 금속막의 양단 상에는 제1 스페이서가 설치되어 있고, 상기 제1 스페이서에 지지되면서 상기 탄소 나노튜브 상부에 게이트 전극으로 이용되고 메쉬 형태로 이루어진 제2 금속막이 형성되어 있다. 상기 제1 스페이서 상에는 제2 스페이서가 설치되어 있고, 상기 제2 스페이서 상에는 그 표면에 투명 전극 및 형광체가 부착된 상부 기판이 부착되어 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 전계방출 표시소자의 제조 방법은 하부 기판 상에 캐소드 전극용 제1 금속막을 형성한 후, 상기 제1 금속막 상의 전면에 탄소 나노튜브를 수직 배향시켜 성장시키는 단계를 포함한다. 상기 수직 배향시켜 성장된 탄소 나노튜브는 상기 제1 금속막 상에 촉매 금속막을 형성한 후, 상기 촉매 금속막의 표면을 식각하여 분리된 나노 크기의 촉매금속 입자들을 형성하고, 탄소 소오스 가스를 이용한 화학기상증착법으로 상기 분리된 촉매 금속 입자들마다 에미터팁용 탄소 나노튜브를 수직방향으로 성장시킴으로써 얻어진다. 상기 촉매 금속 입자들의 형성 및 탄소 나노튜브를 성장시킬 때 열 화학기상증착법 또는 플라즈마 화학기상증착법을 이용할 수 있다. 상기 탄소 소오스 가스는 아세틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 프로판 또는 메탄가스를 이용할 수 있다. 상기 촉매 금속막의 표면 식각시 암모니아 가스, 수소 가스, 또는 수소화물 가스를 이용하거나 불화 수소 용액을 이용할 수 있다. 상기 촉매 금속막은 코발트, 니켈, 철, 이트륨 또는 이들의 합금으로 형성할 수 있다.
계속하여, 상기 제1 금속막의 양단 상에 제1 스페이서를 설치한 후, 상기 제1 스페이서에 지지되면서 상기 탄소 나노튜브 상부에 게이트 전극으로 이용되고 메쉬 형태로 이루어진 제2 금속막을 형성한다. 상기 제1 스페이서 상에 제2 스페이서를 형성한 후, 상기 제2 스페이서 상에 투명 전극 및 형광체가 부착된 상부 기판을 부착시켜 전계방출 표시소자를 완성한다.
본 발명에 의한 수직방향된 탄소 나노 튜브를 이용한 전계방출 표시소자는구조가 간단하여 제조 수율을 높일 수 있고 대면적으로 만들 수도 있다. 또한, 에미터용 팁으로 수직방향으로 잘 배향된 탄소 나노튜브를 사용하기 때문에 낮은 동작 전압에서도 큰 방출전류를 얻을 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 어떤 막이 다른 막 또는 기판의 "위(상)"에 있다라고 기재된 경우, 상기 어떤 막이 상기 다른 막의 위에 직접 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 다른 막이 개재될 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수직 배향된 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출 표시소자를 도시한 단면도이다.
구체적으로, 본 발명의 전계방출 표시소자는 하부 기판(30) 상에 캐소드 전극용 제1 금속막(32)이 형성되어 있다. 상기 하부 기판(30)은 유리, 석영, 실리콘 또는 알루미나(Al2O3) 기판으로 구성한다. 그리고, 상기 제1 금속막(32)은 크롬막, 티타늄막, 텅스텐막, 알루미늄막 등으로 구성한다. 상기 제1 금속막(32) 상에는 수직방향으로 정렬된 탄소 나노튜브(34)가 형성되어 있다. 상기 탄소 나노튜브(34)는 에미터 팁으로 이용된다. 이렇게 수직 배향된 탄소 나노튜브(34)는 낮은 동작 전압, 예컨대 3V/㎛ 이하에서 큰 방출전류를 얻을 수 있다. 그리고, 상기 수직 배향된 탄소 나노튜브(34)는 단위 면적당 높은 팁 밀도를 갖고 있기 때문에 발광 효율을 높일 수 있다.
상기 제1 금속막(32) 상에는 제1 스페이서(36)가 형성되어 있다. 상기 제1 스페이서(36) 상에는 메쉬형으로 제2 금속막(38)이 형성되어 있다. 상기 제2 금속막(38)은 게이트 전극으로 이용된다. 상기 제1 스페이서(36) 상에는 제2 스페이서(40)가 형성되어 있고, 제2 스페이서(40) 상에는 표면에 투명 전극(52) 및 형광체(54)가 부착된 상부 기판(50)이 마련되어 있다.
이렇게 구성된 전계방출 표시소자는 캐소드 전극용 제1 금속막(32)과 애노드용 투명전극(32) 사이에 전계가 인가되어 상기 수직방향으로 배향된 탄소 나노튜브(34)에서 전자가 방출되고, 방출된 전자가 형광체(54)에 충돌함으로써 빨간색, 녹색, 파란색의 광을 방출한다. 이때, 상기 캐소드 전극용 제1 금속막(32)과 게이트 전극용 제2 금속막(38) 사이에 걸리는 전계로 인하여 상기 형광체(54)에 전자가 용이하게 충돌하여 광을 방출한다. 결과적으로, 본 발명의 전계방출 표시소자는 전극을 3개 구비한 3 전극 전계방출 표시소자이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 전계방출 표시소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 대면적의 하부 기판(30) 상에 캐소드 전극용 제1 금속막(32)을 0.2∼0.5㎛의 두께로 형성한다. 상기 하부 기판(30)은 유리, 석영,실리콘 또는 알루미나(Al2O3) 기판이 이용된다. 상기 제1 금속막(32)은 크롬막, 티타늄막,텅스텐막, 알루미늄막 등을 이용하여 형성한다.
도 2를 참조하면, 상기 제1 금속막(32) 상에 탄소 나노튜브(34)를 수직배향시켜 성장시킨다. 상기 탄소 나노튜브(34)를 수직배향으로 성장시키는 방법은 상기 제1 금속막(32) 상에 촉매 금속막(도시 안함)을 형성한 후, 상기 촉매 금속막의 표면을 건식 또는 습식 방법으로 식각하여 분리된 나노 크기의 촉매금속 입자들(independently isolated nano-sized catalytic metal particles, 도시 안함)을 형성한 후, 촉매 금속입자들 상에 열 화학기상증착법 또는 플라즈마 화학기상증착법으로 탄소 나노튜브(34)를 수직방향으로 복수개 성장시킨다. 필요에 따라서는 상기 제1 금속막(32) 및 촉매 금속막을 미세한 선 패턴으로 패턴닝한 후, 패턴닝된 촉매 금속막의 표면을 식각하여 탄소 나노 튜브를 성장시킬수도 있다. 상기 탄소 나노튜브(34)는 에미터 팁으로 이용되며, 상기 탄소 나노튜브(34)는 픽셀당 여러 개의 에미터 팁을 형성할 수 있어 낮은 동작 전압에서 큰 방출전류를 얻을 수 있을 수 있다. 상기 촉매 금속 입자들 및 탄소 나노튜브(34)의 수직 성장 방법에 대하여는 후에 좀더 자세하게 설명한다.
도 3를 참조하면, 상기 제1 금속막(32) 상에 제1 스페이서(36)를 100∼700㎛의 두께로 형성한다. 계속하여, 상기 제1 스페이서(36) 상에 게이트 전극용으로 메쉬 형태의 제2 금속막(38)을 형성한다. 즉, 상기 제2 금속막(38)은 상기 제1 스페이서(36)에 의해 지지되고 탄소 나노튜브(34)의 상부에 메쉬 형태로 형성된다. 상기 제2 금속막(38)은 크롬막, 티타늄막, 또는 팔라디움막으로 형성한다.
계속하여, 도 1을 참조하면 상기 제1 스페이서(36) 상에 제2 스페이서(40)를 100∼700㎛의 두께로 형성한다. 이어서, 미리 마련된 상부 기판(50)에 애노드용 투명 전극(52)을 형성시킨 후, 상기 투명전극(52) 상에 발광을 일으키는 형광체(54)를 부착시킨다. 상기 상부 기판(50)은 유리 기판을 사용하며, 상기 투명 전극은 ITO(Indium Tin Oxide) 전극을 사용할 수 있다. 상기 형광체(54)는 빨간색, 녹색, 파란색의 발광을 일으키는 세종류의 형광물질로 구성한다. 다음에, 상기 투명 전극(52) 및 형광체(54)가 부착된 상부 기판(50)을 뒤집어서 상기 제2 스페이서(40) 위에 올려놓은 다음 진공으로 밀봉시켜 실장시킴으로써 전계방출 표시소자를 완성한다.
여기서, 상기 수직방향으로 탄소 나노튜브를 성장시키는 방법을 자세히 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 도 5a 내지 도 5c는 도 3의 탄소 나노튜브 성장 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 일예로 도 3의 탄소 나노튜브의 성장에 사용된 열 화학기상증착장치의 개략도이고, 도 7은 본 발명에 의하여 분리된 촉매 금속 입자들상에서 탄소 나노튜브가 성장하는 메카니즘을 도시한 도면이다. 도 5a 내지 도 5c에서는 편의상 도면을 확대하여 도시한다.
도 3의 수직 방향으로 성장된 탄소 나노튜브(34)는 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이 3 단계로 형성된다. 먼저, 도 5a에 도시한 바와 같이 제1 금속막(32) 상에 촉매 금속막(33)을 형성한다. 상기 촉매 금속막은 코발트, 니켈, 철, 이트륨 또는 이들의 합금(코발트-니켈, 코발트-철, 코발트-이트륨, 니켈-철, 코발트-니켈-철 또는 코발트-니켈-이트륨)을 사용하여 형성한다. 상기 촉매 금속막은 열증착법이나 스퍼터링법을 사용하여 기판 상에 수 nm 내지 수백 nm 두께로, 바람직하기로는 20nm 내지 200nm 두께로 형성한다. 이어서, 도 5b에 도시한 바와 같이 상기 촉매 금속막(33)의 표면을 식각하여 분리된 나노 크기의 촉매금속 입자들(independently isolated nano-sized catalytic metal particles: 33a)을 형성한다.
구체적으로, 촉매 금속막(33)이 형성되어 있는 기판들을 열 화학기상증착장치의 보트(310)에 소정 거리 이격되도록 나란히 설치한 후, 보트(310)를 열 화학기상증착장치의 반응로(300) 내로 로딩한다. 보트(310) 로딩시 기판(30)상에 형성되어 있는 촉매 금속막(33)의 표면이 식각 가스의 주입 방향(315)과 반대 방향이면서 아래로 향하도록 하여 로딩한다. 보트(310) 로딩후, 반응로(330) 내의 압력을 수 백 mTorr ∼ 수 Torr 정도가 되도록 한 후, 반응로(300) 외측벽에 설치된 저항 코일(330)을 사용하여 반응로(300)내의 온도를 700℃ 내지 1000℃로 상승시킨다. 반응로(300) 내의 온도가 공정 온도에 다다르면 제1 밸브(410)를 열고 식각 가스 공급원(400)으로부터 식각 가스를 가스 공급관(320)을 통해 반응로(300) 내로 공급한다. 식각 가스는 암모니아 가스, 수소 가스, 또는 수소화물 가스를 사용할 수 있다. 이 중 암모니아 가스가 식각 가스로 바람직하다. 암모니아 가스를 사용할 경우에는 80 내지 400sccm의 유량으로 10 내지 30분 동안 공급한다.
반응로(300) 내로 공급된 식각 가스는 그레인 입계(grain boundary)를 따라 촉매 금속막(33)을 식각하여 표면에 서로 독립적으로 분리된 나노 크기의 촉매 금속 입자들(33a)을 균일하게 고밀도로 형성한다. 본 명세서 내에서 나노 크기는 수 nm 에서 수백 nm의 크기를 지칭한다. 식각 조건에 따라 분리된 나노 크기의 촉매금속 입자들(33a)의 크기와 형태가 달라진다. 촉매 금속 입자들(33a)의 형태에 따라 후속 공정에서 형성되는 탄소 나노튜브(34)의 형태 또한 영향을 받게 된다. 본 실시예에서는 촉매 금속 입자들(33a)의 크기를 200nm 이하로 형성한다.
다음에, 탄소 소오스 가스를 열 화학기상증착장치내로 공급하여 탄소 나노튜브(34)를 성장시킨다. 상기 탄소 나노튜브(34)의 성장 단계와 나노 크기의 촉매금속 입자들(33a)을 형성하는 단계는 인-시츄로 실시할 수 있다. 구체적으로, 도 6의 제1 밸브(410)는 잠그고 제2 밸브(460)를 열어서 암모니아 가스의 공급은 차단하고, 탄소 소오스 가스 공급원(450)으로부터 가스 공급관(320)을 통해 탄소 소오스 가스를 반응로(300)내로 공급한다. 반응로(300) 내의 온도는 분리된 나노 크기의 촉매 금속 입자 형성시의 온도와 동일한 온도 범위인 700 내지 1000℃를 유지하도록 한다. 탄소 소오스 가스는 20 내지 200sccm의 유량으로 10 내지 60분 동안 공급한다. 상기 탄소 소스 가스는 탄소 원자를 제공할 수 있는 것으로서 저온에서 분해 가능한 것이면 사용 가능하다. 상기 탄소 소스 가스로서 바람직하게는, C1∼ C20의 탄화수소 가스를 사용한다. 바람직하기로는 아세틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 프로판 또는 메탄가스등이 사용될 수 있다.
탄소 나노튜브의 성장 속도 및 시간을 조절하기 위해서는 제3 밸브(490)를 열고 기타 가스 공급원(480)으로부터 캐리어 가스(수소 또는 아르곤등의 비활성 가스) 및/또는 희석 가스(수소화물 가스)등을 탄소 소오스 가스와 동시에 공급할 수도 있다. 또, 탄소 소오소 가스와 함께 적절한 비율로 식각 가스(예:암모니아 가스, 수소 가스 또는 수소화물 가스)를 동시에 공급하여 탄소나노튜브의 밀도와 성장 형태를 조절할 수도 있다. 탄소 소오스 가스와 식각 가스의 부피비는 2:1 내지 3:1 이 바람직하다.
도 7에 도시한 바와 같이 열 화학기상증착장치의 반응로(300)내로 공급된 탄소 소오스 가스(예: 아세틸렌 가스(C2H2))가 기상에서 열분해(pyrolysis)되어 탄소 유니트(units)(C=C또는 C)와 자유 수소(H2)를 형성하면, 탄소 유니트들이 촉매 금속 입자(33a)의 표면에 흡착된 후 내부로 확산되어 들어가 용해된다. 계속하여, 촉매 금속 입자(33a) 내부로 탄소 유니트들이 확산되어 축적되면 탄소나노튜브(34)가 성장하기 시작한다. 지속적으로 탄소 유니트들이 공급되면 촉매 금속 입자(33a)의 촉매 작용에 의해 탄소 나노튜브(34)가 대나무 형태로 성장하게 된다. 촉매 금속 입자(33a)의 형태가 둥글거나 뭉툭한 경우에는 탄소나노튜브(34)의 말단 또한 원형(round)이나 뭉툭(blunt)한 형태로 형성된다. 한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 나노 크기의 촉매 금속 입자(33a)의 말단이 뾰족한 경우에는 탄소나노튜브의 말단 또한 뾰족하게 형성된다.
본 발명은 탄소 나노튜브의 성장에 적합한 촉매 금속 입자들이 주변의 다른 입자들과 덩어리(agglomeration)지지 않고 분리되어 독립적으로 형성되기 때문에 탄소 나노튜브 형성시 비정질 상태의 탄소 덩어리들이 형성되지 않는다. 따라서 고순도의 탄소 나노튜브를 형성할 수 있으며 탄소 나노튜브가 기판에 수직으로 정렬되도록 할 수 있다. 게다가, 식각 가스, 즉 암모니아 가스에 의한 식각 조건, 예컨대 가스 유량, 식각 온도 및 식각 시간을 변화시킴으로써 촉매 금속 입자들의 크기를 조절할 수 있기 때문에 용이하게 탄소 나노튜브의 직경을 조절할 수 있다. 그리고 탄소 소오스 가스의 공급 조건, 예컨대 가스 유량, 반응 온도 및 반응 시간을 변경시킴으로써 탄소 나노튜브의 길이 또한 용이하게 조절할 수 있다.
본 실시예에서는 고립된 나노 크기의 촉매 금속 입자를 도 6의 열 화학기상증착장치를 이용한 건식 식각법으로 식각하여 형성하였으나, 습식 식각법으로 형성할 수 있다. 즉, 촉매 금속막이 형성된 기판을 습식 식각액, 예컨대 불화수소(HF) 용액에 담그어 분리된 나노 크기의 촉매 금속 입자들을 형성한다. 습식 식각법을 사용할 경우에도 저온에서 실시할 수 있다는 장점이 있다.
그리고, 본 실시예에서는 상기 촉매 금속 입자들 및 탄소 나노튜브 성장시 수평형 열 화학기상증착장치를 예로 들어 설명하였으나, 수직형, 인-라인형 또는 컨베이어형 열화학기상증착장치 등도 사용될 수 있음은 물론이다. 또한, 상기 촉매 금속 입자들 및 탄소 나노튜브 성장시 수평형 열 화학기상증착장치를 예로 들어 설명하였으나, 플라즈마 화학기상증착장치도 사용될 수 있다. 플라즈마 화학기상증착장치를 사용할 경우 저온에서 실시할 수 있으며, 반응 조절이 용이하다는 장점이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 수직방향된 탄소 나노 튜브를 이용한 전계방출 표시소자는 3전극 전계방출 표시소자이며, 더욱이 본 발명의 전계방출 표시소자는 구조가 간단하여 제조 수율을 높일 수 있고 대면적으로 만들 수도 있다.
그리고, 본 발명에 따른 전계방출 표시소자는 에미터용 팁으로 수직방향으로 잘 배향된 탄소 나노튜브를 사용하기 때문에 낮은 동작 전압, 예컨대 3V/㎛ 이하에서도 큰 방출전류를 얻을 수 있으며, 단위 면적당 높은 팁 밀도를 갖고 있기 때문에 발광 효율이 우수하고 신뢰성이 높다.

Claims (12)

  1. 하부 기판 상에 형성된 캐소드 전극용 제1 금속막;
    상기 제1 금속막 상의 전면에 수직 배향된 에미터 팁용 탄소 나노튜브;
    상기 제1 금속막 상의 양단에 설치된 제1 스페이서;
    상기 제1 스페이서에 지지되면서 상기 탄소 나노튜브 상부에 형성되어 게이트 전극으로 이용되고 메쉬 형태로 이루어진 제2 금속막;
    상기 제1 스페이서 상에 형성된 제2 스페이서; 및
    상기 제2 스페이서 상에 설치되고 그 표면에 투명 전극 및 형광체가 부착된 상부 기판을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하부 기판은 유리, 석영, 실리콘 또는 알루미나(Al2O3) 기판인 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 금속막은 크롬막, 티타늄막, 텅스텐막 또는 알루미늄막이며, 제2 금속막은 크롬막, 티타늄막, 또는 팔라디움막인 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 에미터 팁용 탄소 나노튜브는 상기 제1 금속막 상에 촉매 금속 입자들을 형성한 후 화학기상증착법으로 촉매 금속 입자들 상에서 성장시킴으로서 얻어지는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.
  5. 하부 기판 상에 캐소드 전극용 제1 금속막을 형성하는 단계;
    상기 제1 금속막 상의 전면에 탄소 나노튜브를 수직 배향시켜 성장시키는 단계;
    상기 제1 금속막의 양단상에 제1 스페이서를 설치하는 단계;
    상기 제1 스페이서에 지지되면서 상기 탄소 나노튜브 상부에 게이트 전극으로 이용되고 메쉬 형태로 이루어진 제2 금속막을 형성하는 단계 ;
    상기 제1 스페이서 상에 제2 스페이서를 형성하는 단계; 및
    상기 제2 스페이서 상에 투명 전극 및 형광체가 부착된 상부 기판을 부착시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 하부 기판은 유리, 석영, 실리콘 또는알루미나(Al2O3) 기판을 이용하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 금속막은 크롬막, 텅스텐막 또는 알루미늄막이며, 제2 금속막은 크롬막 또는 팔라디움막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브를 수직 배향시켜 성장시키는 단계는 상기 제1 금속막 상에 촉매 금속막을 형성하는 단계와, 상기 촉매 금속막의 표면을 식각하여 분리된 나노 크기의 촉매금속 입자들을 형성하는 단계와, 탄소 소오스 가스를 이용한 화학기상증착법으로 상기 분리된 촉매 금속 입자들마다 에미터팁용 탄소 나노튜브를 수직방향으로 성장시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 촉매 금속 입자들의 형성 및 탄소 나노튜브를 성장시킬 때 열 화학기상증착법 또는 플라즈마 화학기상증착법을 이용하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 탄소 소오스 가스는 아세틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 프로판 또는 메탄가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 촉매 금속막의 표면 식각시 암모니아 가스, 수소 가스, 또는 수소화물 가스를 이용하거나 불화 수소 용액을 이용하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 촉매 금속막은 코발트, 니켈, 철, 이트륨 또는 이들의 합금으로 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 제조방법.
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