KR100531793B1 - Field emission device and fabricating method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전계방출소자 및 제조방법에 관한 것으로, 종래 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출소자는 고압 형광체를 이용하기 때문에 애노드 전압으로 고전압을 사용할 수 밖에 없고, 그로인해 높은 애노드 전계가 탄소 나노튜브에 영향을 주어 선택되지 않은 셀이 발광하는 이상 발광이 나타나며, 이를 차단하기 위해 차폐판이나 게이트 전극의 구조를 변경하는 경우 공정이 복잡해지는 문제점이 있었다. 또한, 소자 제조 공정 중에 탄소 나노튜브에 흡착된 기체가 구동시 방출되면서 탄소 나노튜브의 특성을 불규칙하게 변화시키므로 소자 특성이 열화되는 문제점이 있었다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 탄소 나노튜브를 형성한 후 그 표면에 특정 기체(산소)를 흡착시킬 수 있는 후처리 공정을 열처리, 플라즈마 처리, 액체나 페이스트 적용 등의 방법을 통해 실시하는 것으로 소자의 전계방출 임계 전계를 높여 애노드 전계에 의한 이상 발광 현상을 줄이고, 조자 동작에 따라 발생할 수 있는 탄소 나노튜브의 오염을 방지할 수 있도록 한 전계방출소자 및 제조방법을 제공함으로써 별도의 추가 구조물을 부가하거나 전극 구조를 변경하지 않고서도 간단한 후처리 만으로 오염에 따른 소자의 특성 변화를 방지하고, 오방전을 피하면서 애노드의 전압을 높여 휘도를 개선할 수 있는 효과가 있다. The present invention relates to a field emission device and a manufacturing method, the field emission device using the conventional carbon nanotubes because of the use of a high-pressure phosphor inevitably use a high voltage as the anode voltage, whereby a high anode electric field affects the carbon nanotubes The abnormal light emission of the unselected cells emits light, and the process becomes complicated when the structure of the shielding plate or the gate electrode is changed to block the light emission. In addition, since the gas adsorbed on the carbon nanotubes during the device fabrication process is released when the gas is driven, the characteristics of the carbon nanotubes are changed irregularly, thereby deteriorating device characteristics. In order to solve the above problems, the present invention performs a post-treatment process that can adsorb a specific gas (oxygen) on the surface after forming carbon nanotubes through a method such as heat treatment, plasma treatment, liquid or paste application, etc. By increasing the field emission threshold electric field of the device to reduce the abnormal light emission phenomenon by the anode electric field, and to provide a field emission device and a manufacturing method to prevent the contamination of carbon nanotubes that may occur due to the operation of the investigator additionally It is possible to improve luminance by increasing the voltage of the anode while preventing the change of characteristics of the device due to contamination by simple post-treatment without adding a structure or changing the electrode structure.
Description
본 발명은 전계방출소자 및 제조방법에 관한 것으로, 특히 전계방출 에미터로 탄소 나노튜브를 이용하는 구조에서 탄소 나노튜브 표면에 소정 물질을 흡착시키는 후처리를 실시하는 것으로 탄소 나노튜브가 애노드의 전계에 영향을 받아 원하지 않는 전자 방출이 발생하는 현상을 억제하고 소자 제작 후 에미터 주변부 기체 방출로 인한 소자 특성 열화를 방지할 수 있도록 한 전계방출소자 및 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a field emission device and a manufacturing method, and in particular, in a structure using carbon nanotubes as field emission emitters, post-treatment of adsorption of a predetermined substance on the surface of carbon nanotubes is performed. The present invention relates to a field emission device and a method for manufacturing the device to suppress the phenomenon of undesired electron emission and to prevent deterioration of device characteristics due to the emission of gas around the emitter after fabrication.
정보통신 기술의 급속한 발달과 다양화되는 정보의 시각화 요구에 따라 전자 디스플레이의 수요는 더욱 증가하고, 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 appearance is 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. 전계방출 표시소자는 전자 방출 원인 에미터와 방출된 전자가 충돌하여 발광하는 애노드 부, 상하판 사이를 지지하는 스페이서, 그리고 진공기밀을 유지하기 위한 실링부 등으로 구성되어 있다. 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. The field emission display device is composed of an anode portion which emits an electron emission source and the emitted electrons collide with each other to emit light, a spacer supporting the upper and lower plates, and a sealing portion for maintaining a vacuum seal.
최근 들어 탄소 나노튜브가 기계적으로 강하고, 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. 종래 전계방출소자 및 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Recently, the importance of field emission devices using carbon nanotubes has been recognized because of their strong mechanical and chemical stability and excellent electron emission characteristics at relatively low vacuum. 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. The field emission device and the manufacturing method according to the related art will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래의 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출소자의 3전극 구조를 나타낸 것으로, 도시한 바와 같이 실리콘기판(1) 상부에 순차적으로 저항층(2), 절연층(4) 및 게이트전극(5)을 형성하고, 사진식각을 통해 게이트전극(5) 및 절연층(4) 일부를 식각하여 홀을 형성한 다음 증착(evaporation)을 통해 홀 바닥의 저항층(2) 상부에 촉매전이금속층(3)을 형성하고, 실리콘기판(1) 전체를 600∼900[℃] 정도의 온도범위로 가열하여 탄화수소(hydrocarbon) 가스를 이용한 열(thermal) 화학기상증착 또는 플라즈마(plasma) 화학기상증착 방법을 통해 촉매전이금속층(3) 상부에만 선택적으로 탄소 나노튜브(6)를 형성한다.FIG. 1 shows a three-electrode structure of a field emission device using a conventional carbon nanotube, and as shown in the figure, a resistive layer 2, an insulating layer 4, and a gate electrode 5 on a silicon substrate 1 in sequence ), A portion of the gate electrode 5 and the insulating layer 4 are etched through photolithography to form a hole, and then a catalyst transition metal layer 3 is formed on the resistive layer 2 at the bottom of the hole through evaporation. ), The entire silicon substrate 1 is heated to a temperature range of about 600 to 900 [deg.] C., and thermal thermal vapor deposition or plasma chemical vapor deposition using a hydrocarbon gas. Carbon nanotubes 6 are selectively formed only on the catalyst transition metal layer 3.
이때, 상기 탄소 나노튜브(6)는 촉매전이금속층(3) 상부에만 선택적으로 형성되므로, 촉매전이금속층(3)의 면적이 클수록 탄소 나노튜브(6)의 면적도 커진다. 이와같이 탄소 나노튜브(6)의 면적이 커지게 되면, 게이트전극(5)을 통하여 가해지는 전계가 집중되지 않아 방출전자의 빔이 퍼지게 될 뿐만 아니라 전자방출영역도 고르지 못하여 전계가 제일 강한 홀의 주변에서만 국부적으로 전자방출이 일어날 가능성이 높고, 또한 비대칭적인 전계분포에 의해 게이트전극(5)으로의 누설전류가 많은 문제점을 안고 있다.In this case, since the carbon nanotubes 6 are selectively formed only on the catalyst transition metal layer 3, the area of the carbon nanotubes 6 also increases as the area of the catalyst transition metal layer 3 increases. As such, when the area of the carbon nanotubes 6 becomes large, the electric field applied through the gate electrode 5 is not concentrated, so that the beam of the emitted electrons is spread and the electron emission region is not even, so only in the vicinity of the hole having the strongest electric field. Local emission of electrons is likely to occur, and the leakage current to the gate electrode 5 is problematic due to an asymmetric electric field distribution.
상기와 같은 문제점을 해결하면서 보다 기계적인 구성을 가지도록 한 구조를 도 2에 도시한다. The structure to have a more mechanical structure while solving the above problems is shown in FIG.
도 2는 종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 다른 예를 보인 단면도로서, 이에 도시한 바와같이 제 1기판(10) 상에 스크린 프린팅(screen printing) 또는 박막 패턴 등의 방법을 통해 일정하게 이격되는 캐소드전극(11)을 형성한 다음 탄소 나노튜브 분말을 바인더(binder) 및 전도성 필러(filler) 등과 혼합하여 슬러리(slurry) 형태로 만들어 스크린 프린팅 등과 같은 방법으로 도포하고, 일련의 바인더 제거과정을 거쳐 캐소드전극(11) 상부에 탄소 나노튜브(12)가 노출되도록 한다.FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of a three-electrode field emission device using conventional carbon nanotubes. As shown in FIG. 2, a screen printing or a thin film pattern on a first substrate 10 may be used. After forming the cathode electrode 11 spaced apart from each other, the carbon nanotube powder is mixed with a binder and a conductive filler to form a slurry and applied by a method such as screen printing, and a series of binders are removed. Through the process, the carbon nanotubes 12 are exposed on the cathode electrode 11.
상기 캐소드전극(11) 및 탄소 나노튜브(12)가 형성된 결과물의 상부에 일정한 공간이 이격되도록 금속 그리드(metal grid)를 형성하여 게이트전극(13)으로 적용하며, 이때 게이트전극(13)으로 적용되는 금속 그리드는 탄소 나노튜브(12)가 형성된 영역과 이격되도록 정렬하여야 한다. A metal grid is formed on the upper part of the resultant product in which the cathode electrode 11 and the carbon nanotube 12 are formed, and a metal grid is formed to be applied to the gate electrode 13, where it is applied to the gate electrode 13. The metal grid to be aligned should be spaced apart from the area where the carbon nanotubes 12 are formed.
한편, 제2 기판(14) 상에 순차적으로 ITO(indium tin oxide) 애노드전극(15)과 발광층(16)을 적층하여 일정하게 이격되도록 형성한 다음 상기 게이트전극(13)이 형성된 결과물의 상부에 일정한 공간이 이격되며, 발광층(16)이 상기 탄소 나노튜브(12)와 마주보도록 정렬한다.Meanwhile, the indium tin oxide (ITO) anode electrode 15 and the light emitting layer 16 are sequentially stacked on the second substrate 14 so as to be uniformly spaced apart, and then the gate electrode 13 is formed on the top of the resultant product. Space is spaced apart, and the light emitting layer 16 is aligned to face the carbon nanotubes 12.
상기한 바와같은 종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 다른 예는 상기 게이트전극(13)으로 적용되는 금속 그리드의 이격영역과 패터닝된 캐소드전극(11)과의 정렬이 어렵다. 즉, 상기와 같은 금속 그리드로 형성된 게이트(13)를 각 픽셀마다 독립 구동되도록 형성해야 하므로 작은 조각의 금속 구조물을 인접 픽셀들과 전기적으로 이격되도록 위치시켜야 하기 때문에 조립공정이 대단히 복잡하고 정확한 정렬을 달성하기 어렵게 된다. 또한, 탄소 나노튜브(12)에서 방출되는 전자들의 많은 양이 금속 그리드의 게이트전극(13)을 통하여 누설되기 때문에 방출전자의 효율이 낮은 문제점이 있었다. Another example of the three-electrode field emission device using the conventional carbon nanotube as described above is difficult to align the spaced area of the metal grid applied to the gate electrode 13 and the patterned cathode electrode 11. That is, since the gate 13 formed of the metal grid as described above must be formed to be driven independently for each pixel, a small piece of metal structure must be positioned so as to be electrically spaced from adjacent pixels so that the assembly process is very complicated and accurate. Will be difficult to achieve. In addition, since a large amount of electrons emitted from the carbon nanotubes 12 leaks through the gate electrode 13 of the metal grid, there is a problem in that the efficiency of emitted electrons is low.
상기와 같은 고전적인 종래 탄소 나노튜브를 사용한 전계방출소자들의 제조상 어려움을 개선하기 위해서 게이트의 위치를 캐소드와 같거나 더욱 낮은 위치에 형성한 평면형 탄소 나노튜브 전계방출소자의 구조들이 제시되었다.In order to improve the manufacturing difficulties of the field emission devices using the classical carbon nanotubes as described above, structures of planar carbon nanotube field emission devices having gate positions positioned at or below the cathode have been proposed.
도 3은 종래 탄소 나노튜브를 이용한 언더게이트(under gate) 구조 전계방출소자의 단면도를 보인 것으로, 도시한 바와 같이 전자 방출을 일으키는 전기장을 나노 튜브(24)의 하부에 있는 게이트 전극(21)으로 인가하는 방식이다. 이는 유리기판(20) 상부에 게이트 전극(21)을 형성한 후 그 상부에 차례로 절연층(22), 캐소드 전극(23)을 형성한 다음, 상기 캐소드 전극(23) 상부에 탄소 나노튜브 혼합 슬러리를 스크린 프린팅법 등으로 도포하고 일련의 바인더 제거공정을 통해 탄소 나노튜브(24)를 형성한다. 이는 그 제조 공정이 대단히 단순하기 때문에 종래의 다른 방법들에 비해 대면적 표시부에 적용하기 쉽다.3 is a cross-sectional view of an under-gate structure field emission device using conventional carbon nanotubes, and as shown, an electric field causing electron emission to the gate electrode 21 below the nanotubes 24. It is a way to apply. The gate electrode 21 is formed on the glass substrate 20, and the insulating layer 22 and the cathode electrode 23 are sequentially formed on the glass substrate 20, and then the carbon nanotube mixed slurry is formed on the cathode electrode 23. Is applied by screen printing or the like to form carbon nanotubes 24 through a series of binder removal processes. This is easy to apply to the large-area display portion compared to other conventional methods because the manufacturing process is very simple.
하지만, 이러한 경우 게이트 전극(21)이 캐소드 전극(24) 하부에 위치하기 때문에 턴온 전압이 상대적으로 높은 단점이 있으며 이후 형성되는 상판 애노드 전극(미도시)에 의해 이상 발광이 나타날 수 있다는 문제점이 있다. However, in this case, since the gate electrode 21 is positioned below the cathode electrode 24, there is a disadvantage in that the turn-on voltage is relatively high, and abnormal light emission may be caused by the upper anode electrode (not shown). .
도 4는 종래 탄소 나노튜브를 이용한 코플래너(coplanar) 구조 전계방출소자의 단면도로서, 도시한 바와 같이 게이트 전극(33)과 캐소드 전극(34)이 동일층에 형성되는 형태이다. 비록 제조 공정은 상기 도 3에 도시한 언더게이트 구조에 비해 관통홀 형성 공정이 더 부가되므로 다소 복잡해지지만 이러한 구조적 배치에 의해 나노튜브(35)에서 전자 방출이 일어나는 턴온 전압이 낮아져 구동 전압을 낮출 수 있는 장점이 있다. 4 is a cross-sectional view of a coplanar structure field emission device using a conventional carbon nanotube, in which a gate electrode 33 and a cathode electrode 34 are formed on the same layer. Although the manufacturing process is more complicated because the through-hole forming process is added compared to the undergate structure shown in FIG. 3, the turn-on voltage at which the electron emission occurs in the nanotube 35 is lowered due to this structural arrangement, thereby lowering the driving voltage. There is an advantage.
상기 도 3과 도 4의 구조는 기존의 기본적인 3극 구조(도 1 및 도 2)보다 간단하고 제조가 용이하여 다면적화에 유리하지만 탄소 나노튜브가 상부에 노출되어 있으므로 상판 애노드 전극의 전압에 대단히 큰 영향을 받는다. 일반적으로 현재 사용되고 있는 형광체가 고압 형광체이므로 애노드 전압이 높을수록 형광체 효율이 높아져 휘도가 증가하기 때문에 애노드 전압이 높아질 수 밖에없다. 이로인해, 소자를 턴 오프 했음에도 불구하고 애노드 전압에 따라 발생하는 전계 때문에 탄소 나노튜브가 전자를 방출시키는 현상이 발생하게 된다. 실질적으로 수 kV의 애노드 전압에 거의 모든 탄소 나노튜브가 발광하게 된다. 이러한 구조의 전계방출 소자에서 애노드에 가할 수 있는 전압의 임계치는 상대적으로 작아지므로 휘도에 제한을 받게 되어 전체적으로 표시소자에 출력되는 영상이 어두워진다.The structure of FIGS. 3 and 4 is simpler than the existing basic three-pole structure (FIGS. 1 and 2), and is easy to manufacture, which is advantageous for multi-sided area. It is greatly affected. In general, since the currently used phosphor is a high-pressure phosphor, the higher the anode voltage, the higher the phosphor efficiency and the higher the brightness, so that the anode voltage is high. This causes the carbon nanotubes to emit electrons even though the device is turned off due to the electric field generated by the anode voltage. Almost all carbon nanotubes emit light at an anode voltage of several kV. Since the threshold value of the voltage that can be applied to the anode in the field emission device of this structure is relatively small, the luminance is limited and the image output to the display device becomes dark overall.
이러한 현상을 방지하고자 종래에는 금속 전계 차폐막을 상하판 사이에 형성하거나 게이트의 전극 위치를 변경하는 등의 다양한 구조적인 변경을 시도했으나, 공정이 복잡해지는 문제점이 있었다.In order to prevent such a phenomenon, various structural changes, such as forming a metal field shielding film between upper and lower plates or changing electrode positions of a gate, have been attempted, but there is a problem in that the process becomes complicated.
또한, 종래에는 제조 공정 중에 탄소 나노튜브 주변에 형광체 등의 기체가 흡착되며, 소자 제작후 동작을 실시할때 흡착되었던 기체들이 방출되면서 수분을 생성하게 된다. 상기 방출되는 기체와 수분은 탄소 나노튜브의 전자 방출 특성을 불규칙적으로 변화시키므로 소자 특성 열화가 발생하는 문제점이 있다.In addition, conventionally, a gas such as a phosphor is adsorbed around the carbon nanotubes during the manufacturing process, and the adsorbed gases are released when the device is fabricated, thereby generating moisture. Since the emitted gas and moisture randomly change the electron emission characteristics of the carbon nanotubes, there is a problem in that device characteristics deteriorate.
상기한 바와같은 종래 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출소자는 고압 형광체를 이용하기 때문에 애노드 전압으로 고전압을 사용할 수 밖에 없고, 그로인해 높은 애노드 전계가 탄소 나노튜브에 영향을 주어 선택되지 않은 셀이 발광하는 이상 발광이 나타나며, 이를 차단하기위해 차폐판이나 게이트 전극의 구조를 변경하는 경우 공정이 복잡해지는 문제점이 있었다. 또한, 소자 제조 공정 중에 탄소 나노튜브에 흡착된 기체가 구동시 방출되면서 탄소 나노튜브의 특성을 불규칙하게 변화시키므로 소자 특성이 열화되는 문제점이 있었다.Since the field emission device using the conventional carbon nanotubes as described above uses a high-pressure phosphor, it is inevitable to use a high voltage as the anode voltage, so that a high anode electric field affects the carbon nanotubes so that an unselected cell emits light. Abnormal light emission occurs, and there is a problem in that the process becomes complicated when the structure of the shielding plate or the gate electrode is changed to block this. In addition, since the gas adsorbed on the carbon nanotubes during the device fabrication process is released when the gas is driven, the characteristics of the carbon nanotubes are changed irregularly, thereby deteriorating device characteristics.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명은 탄소나노튜브를 형성한 후 그 표면에 특정 기체(산소)를 흡착시킬 수 있는 후처리 공정을 실시하는 것으로 소자의 전계방출 임계 전계를 높여 애노드 전계에 의한 이상 발광 현상을 줄이고, 그 표면 상에 흡착된 기체를 통해 동작시 발생하는 특성 변화를 방지할 수 있어 소자의 특성을 유지하면서 휘도를 높일 수 있는 전계방출소자 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the conventional problems as described above, and the present invention is to perform a post-treatment process that can adsorb a specific gas (oxygen) on the surface after forming the carbon nanotubes of the device By increasing the field emission threshold electric field, it is possible to reduce abnormal light emission caused by the anode electric field, and to prevent the change of characteristics generated during operation through the gas adsorbed on the surface, and to increase the brightness while maintaining the characteristics of the device. And to provide a method for manufacturing the object.
먼저, 상기한 바와같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탄소 나노튜브를 에미터로 사용하는 평면형 전계방출소자에 있어서, 게이트 전극과 캐소드 전극이 형성된 하판 기판과; 상기 형성된 캐소드 전극의 상부 혹은 측면에 위치하며 전계방출 임계 전계를 높이기 위한 소정의 기체분자가 표면 상에 흡착된 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다. First, in order to achieve the above object, the present invention provides a planar field emission device using carbon nanotubes as an emitter, the lower substrate comprising a gate electrode and a cathode electrode; Located on the top or side of the formed cathode electrode, characterized in that it comprises a carbon nanotube adsorbed on the surface of a predetermined gas molecules for increasing the field emission critical electric field.
또한, 본 발명은 탄소 나노튜브를 에미터로 사용하는 평면형 전계방출소자 제조 방법에 있어서, 하판 기판 상에 게이트 전극, 캐소드 전극 및 절연층을 다양한 구조에 따라 형성한 후 상기 형성된 캐소드 전극의 상부 혹은 측면에 탄소 나노튜브를 형성하는 단계와; 상기 탄소 나노튜브의 전계방출 임계 전계를 높이기 위해 소정의 기체 분자를 상기 탄소 나노튜브의 노출된 표면상에 흡착시키는 후처리를 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention is a method for manufacturing a planar field emission device using carbon nanotubes as an emitter, after forming a gate electrode, a cathode electrode, and an insulating layer according to various structures on the lower substrate or the upper portion of the formed cathode electrode or Forming carbon nanotubes on the sides; And post-treatment by adsorbing certain gas molecules on the exposed surface of the carbon nanotubes to increase the field emission critical field of the carbon nanotubes.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 전계방출소자 및 제조방법의 실시예들을 상세히 설명하면 다음과 같다. Referring to the embodiments of the field emission device and the manufacturing method according to the present invention as described above in detail.
일반적인 평면형 소자 구조는 애노드 전계에 의한 오방전이 쉽게 발생하는 구조로서, 수kV 의 애노드 전압에 의해서도 선택되지 않은 탄소 나노튜브가 동작하게 된다. The general planar device structure is a structure in which erroneous discharge is easily generated by an anode electric field, and carbon nanotubes, which are not selected by an anode voltage of several kV, operate.
이를 방지 하기 위해서 종래에는 애노드 전계를 차폐할 수 있는 수단을 더 부가하거나 게이트의 구조를 변경하여 애노드 전계를 차폐하도록 했었다. 하지만, 이러한 부가적인 공정은 소자의 생산성을 낮추게 되므로 패널의 대형화에 큰 영향을 주게 된다. In order to prevent this, in the related art, a means for shielding the anode field may be added or the structure of the gate may be changed to shield the anode field. However, this additional process lowers the productivity of the device, which greatly affects the size of the panel.
따라서, 본 발명에서는 고전압의 애노드 전계를 차폐하는 대신 탄소 나노튜브의 전계방출 임계 전계(Turn-on field)를 높여 높은 애노드 전계에 의해 탄소 나노튜브가 오동작하지 않도록 함으로써 오방전을 방지하면서 더 높은 애노드 전압을 허용하여 휘도를 높일 수 있게 된다. Therefore, in the present invention, instead of shielding the high voltage anode field, the carbon nanotubes are prevented from malfunctioning by the high anode field by increasing the field emission threshold field of the carbon nanotubes, thereby preventing higher discharge. The voltage can be allowed to increase the luminance.
일반적으로 탄소 나노튜브에서 방출되는 전자는 탄소 나노튜브의 끝단에서 발생하기 때문에 해당 부분에 다른 원자 또는 분자가 결합 또는 흡착되는 경우 탄소 나노튜브 끝단 주변부의 전자 분포가 변화하며, 이로인해 전자 방출에 필요한 임계 전계가 변화한다. 따라서, 본 발명에서는 탄소 나노튜브를 형성한 후 탄소 나노튜브 끝단 주변부에 산소를 흡착시켜 전계방출 임계 전계를 높이도록 한다. In general, electrons emitted from carbon nanotubes are generated at the ends of carbon nanotubes, so when other atoms or molecules are bonded or adsorbed to the corresponding portions, the electron distribution around the carbon nanotube ends changes, which is necessary for electron emission. The critical electric field changes. Therefore, in the present invention, after forming the carbon nanotubes, oxygen is adsorbed to the periphery of the carbon nanotube ends to increase the field emission critical electric field.
탄소 나노튜브 끝단에 산소를 효과적으로 흡착시키기 위해서는 흡착될 산소 기체를 활성화 해 주어야 한다. 이를 위해 탄소 나노튜브를 형성한 후 산소 기체나 산소를 포함한 기체 분위기에서 열처리 혹은 플라즈마 처리를 수행하여 상기 노출된 탄소 나노튜브 표면에 기체의 전부 혹은 일부가 흡착되도록 할 수 있다. To effectively adsorb oxygen to the carbon nanotube ends, the oxygen gas to be adsorbed must be activated. To this end, after the carbon nanotubes are formed, heat treatment or plasma treatment may be performed in an oxygen gas or a gas atmosphere containing oxygen, so that all or part of the gas may be adsorbed onto the exposed carbon nanotube surface.
도 5는 본 발명 일실시예에 따른 언더게이트 구조의 전계방출소자 단면도로서, 도시한 바와 같이 산소 기체나 산소를 포함한 기체를 반응로에 주입하여 산소 분위기를 형성한 후 열처리 혹은 플라즈마 처리하여 탄소 나노튜브(24) 표면에 산소 흡착층(25)을 더 형성한 것이다. Figure 5 is a cross-sectional view of the field emission device of the undergate structure according to an embodiment of the present invention, as shown in the injection of oxygen gas or oxygen-containing gas into the reactor to form an oxygen atmosphere and heat treatment or plasma treatment carbon nano The oxygen adsorption layer 25 is further formed on the surface of the tube 24.
상기와 같은 기체 분위기를 이용하는 방법 외에, 상기 탄소 나노튜브를 형성한 후 기판에 산소를 포함한 산용액을 주입하거나 기판을 디핑(dipping)하여 그 표면에 산소가 흡착되도록 할 수 있다. 이 경우 산소 분위기에서 플라즈마 처리한 경우와 유사한 결과를 가진다.In addition to using the gas atmosphere as described above, after forming the carbon nanotubes, an acid solution including oxygen may be injected into the substrate or the substrate may be dipped to allow oxygen to be adsorbed on the surface thereof. In this case, the results are similar to those obtained by plasma treatment in an oxygen atmosphere.
그리고, 또다른 방법으로 상기 탄소 나노튜브를 형성한 후 기판에 산소를 포함한 액체나 페이스트를 주입하면서 상기 탄소 나노튜브의 일부 혹은 전부가 상기 물질에 잠기도록 하는 것으로 표면처리를 실시할 수 도 있다. In another method, the carbon nanotubes may be formed and then surface treatment may be performed by injecting a part or all of the carbon nanotubes into the material while injecting a liquid or paste containing oxygen into the substrate.
도 6은 본 발명 일실시예에 따른 코플래너 구조의 전계방출소자 단면도로서, 도시한 바와 같이 탄소 나노튜브(35)를 형성한 후 그 상부에 산용액(37)을 주입하면서 탄소 나노튜브(35)가 상기 용액에 잠기도록 하여, 그 표면에 흡착층(36)을 형성한 것이다. 6 is a cross-sectional view of the field emission device of the coplanar structure according to an embodiment of the present invention, after forming the carbon nanotubes 35 as shown, while injecting the acid solution 37 thereon, the carbon nanotubes 35 ) Is immersed in the solution to form an adsorption layer 36 on the surface.
본 실시예에서는 흡착 물질로 산소를 이용했지만, 탄소 나노튜브의 전계방출 임계전계를 높일 수 있는 다른 종류의 물질을 탄소 나노튜브의 표면에 흡착시킬 수 있다는 것에 주의한다.In this embodiment, although oxygen is used as the adsorbent material, it is noted that other kinds of materials capable of increasing the field emission critical field of the carbon nanotubes can be adsorbed on the surface of the carbon nanotubes.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 탄소 나노튜브를 형성한 후 상기 탄소 나노튜브의 끝단 주변부에 소정의 기체 분자를 흡착시키도록 하는 것으로 전계방출 임계전계를 높여 애노드 전계에 의한 오방전 발생을 감소시킬 수 있도록 한다.As described above, in the present invention, by adsorbing predetermined gas molecules on the periphery of the ends of the carbon nanotubes after forming the carbon nanotubes, the field emission threshold electric field may be increased to reduce the occurrence of erroneous discharge caused by the anode electric field. Make sure
이러한 후처리에 의한 탄소 나노튜브의 표면 개질은 부가적인 이점을 제공하게 되는데, 본 발명을 적용하는 경우 소자 제조 후 동작 시 발생하는 기체들에 의한 탄소 나노튜브의 오염을 방지할 수 있다는데 주목할 필요가 있다. The surface modification of the carbon nanotubes by the post-treatment provides additional advantages. It should be noted that the present invention can prevent contamination of the carbon nanotubes by gases generated during operation after fabrication of the device. have.
일반적으로 탄소 나노튜브를 적용한 전계발광소자를 제조한 후 소자를 동작 시키면 공정 중에 형광체등과 같이 에미터 주변부에 흡착된 기체들이 방출되는데, 대부분 H2O 성분인 수분으로 알려져 있다. 또한, 동작 중에는 산소가 발생하는 경우도 있으므로 이러한 부가적인 물질들로 인해 탄소 나노튜브가 불규칙적으로 오염되어 전자 방출 특성이 변화할 수 있으며, 소자 품질의 열화를 유발하게 된다.After producing the EL device generally apply carbon nanotubes when operating the device there is emitted to the adsorbed gases to the emitter periphery, such as phosphor, etc. during the process, most known as the H 2 O component moisture. In addition, since oxygen may be generated during operation, these additional materials may contaminate the carbon nanotubes irregularly, thereby changing electron emission characteristics and causing deterioration of device quality.
하지만, 본 발명을 적용하는 경우 이미 탄소 나노튜브의 표면에 소정 기체를 흡착시켜 두기 때문에 소자 동작 시 발생하는 산소나 수분에 의한 영향을 크게 줄일 수 있어 소자의 특성을 유지할 수 있게 된다. 이는 소자의 품질과 신뢰성에 크게 기여할 수 있다.However, in the case of applying the present invention, since a predetermined gas is already adsorbed on the surface of the carbon nanotubes, the effect of oxygen or moisture generated during operation of the device can be greatly reduced, thereby maintaining the device characteristics. This can greatly contribute to the quality and reliability of the device.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소 나노튜브의 후처리로 평면형 전계방출소자의 오방전을 방지하며 동작에 따른 소자 특성의 열화를 방지할 수 있게 된다. 또한, 본 발명은 평면형 전계 방출소자 뿐만 아니라 다양한 구조의 탄소 나노튜브 전계방출소자에도 적용되어 애노드 전계에 의한 영향을 줄이면서 동작에 따른 소자 열화를 방지할 수 있다는데 주의한다.As described above, the post-treatment of the carbon nanotubes according to the present invention prevents erroneous discharge of the planar field emission device and prevents deterioration of device characteristics due to operation. In addition, the present invention is applied not only to the planar field emission device, but also to the carbon nanotube field emission device having various structures to prevent the deterioration of the device due to the operation while reducing the influence of the anode electric field.
상기한 바와같은 본 발명 전계방출소자 및 제조방법은 탄소나노튜브를 형성한 후 그 표면에 특정 기체(산소)를 흡착시킬 수 있는 후처리 공정을 열처리, 플라즈마 처리, 액체나 페이스트 적용 등의 방법을 통해 실시하는 것으로 소자의 전계방출 임계 전계를 높여 애노드 전계에 의한 이상 발광 현상을 줄이고, 조자 동작에 따라 발생할 수 있는 탄소 나노튜브의 오염을 방지할 수 있도록 함으로써 별도의 추가 구조물을 부가하거나 전극 구조를 변경하지 않고서도 간단한 후처리 만으로 오염에 따른 소자의 특성 변화를 방지하고, 오방전을 피하면서 애노드의 전압을 높여 휘도를 개선할 수 있는 효과가 있다. As described above, the field emission device and the manufacturing method of the present invention include a method of heat treatment, plasma treatment, liquid or paste application, and the like, in which a carbon nanotube is formed and a post-treatment process capable of adsorbing a specific gas (oxygen) on its surface. It is possible to increase the electric field emission critical field of the device to reduce abnormal light emission caused by the anode field and to prevent contamination of carbon nanotubes that may occur due to the operation of the solar cell. It is possible to improve the luminance by increasing the voltage of the anode while preventing the change of the characteristics of the device due to contamination by simple post-treatment without changing.
도 1은 일반적인 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 일 예를 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing an example of a three-electrode field emission device using a common carbon nanotube.
도 2는 일반적인 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 다른 예를 보인 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view showing another example of a three-electrode field emission device using a common carbon nanotube.
도 3은 일반적인 탄소 나노튜브를 이용한 언더게이트 구조 전계방출소자의 단면도.3 is a cross-sectional view of an undergate structure field emission device using common carbon nanotubes.
도 4는 일반적인 탄소 나노튜브를 이용한 코플래너 구조 전계방출소자의 단면도.4 is a cross-sectional view of a coplanar structure field emission device using common carbon nanotubes.
도 5는 본 발명 일 실시예에 따른 언더게이트 구조 전계방출소자의 단면도.5 is a cross-sectional view of an undergate structure field emission device according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명 일실시예에 따른 코플래너 구조 전계방출소자의 단면도.6 is a cross-sectional view of the coplanar structure field emission device according to an embodiment of the present invention.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***
20: 유리기판 21: 게이트 전극20: glass substrate 21: gate electrode
22: 절연층 23: 캐소드 전극22: insulating layer 23: cathode electrode
24: 탄소 나노튜브 25: 흡착층24: carbon nanotube 25: adsorption layer
30: 유리기판 31: 게이트 배선30: glass substrate 31: gate wiring
32: 절연층 33: 게이트 전극32: insulating layer 33: gate electrode
34: 캐소드 전극 35: 탄소 나노튜브34: cathode electrode 35: carbon nanotubes
36: 흡착층 37: 산용액36: adsorption layer 37: acid solution
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000208029A (en) * | 1999-01-13 | 2000-07-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electron emitting material, electron emitting element and its manufacture |
| JP2001181842A (en) * | 1999-12-21 | 2001-07-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Carbon nanotube |
| KR20020011617A (en) * | 2000-08-03 | 2002-02-09 | 김순택 | Metal-insulator-carbon type field emission device using carbon nanotubes and dielectric materials |
| KR20020049630A (en) * | 2000-12-19 | 2002-06-26 | 임지순 | field emitter |
| JP2003141986A (en) * | 2001-11-07 | 2003-05-16 | Hitachi Ltd | Manufacturing method of electrode device |
| KR20030060611A (en) * | 2002-01-10 | 2003-07-16 | 삼성전자주식회사 | Field emitter device comprising carbon nanotube with protective membrane |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000208029A (en) * | 1999-01-13 | 2000-07-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electron emitting material, electron emitting element and its manufacture |
| JP2001181842A (en) * | 1999-12-21 | 2001-07-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Carbon nanotube |
| KR20020011617A (en) * | 2000-08-03 | 2002-02-09 | 김순택 | Metal-insulator-carbon type field emission device using carbon nanotubes and dielectric materials |
| KR20020049630A (en) * | 2000-12-19 | 2002-06-26 | 임지순 | field emitter |
| JP2003141986A (en) * | 2001-11-07 | 2003-05-16 | Hitachi Ltd | Manufacturing method of electrode device |
| KR20030060611A (en) * | 2002-01-10 | 2003-07-16 | 삼성전자주식회사 | Field emitter device comprising carbon nanotube with protective membrane |
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