KR100548256B1 - 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 구동 방법 - Google Patents

탄소 나노튜브 전계방출소자 및 구동 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100548256B1
KR100548256B1 KR1020030078025A KR20030078025A KR100548256B1 KR 100548256 B1 KR100548256 B1 KR 100548256B1 KR 1020030078025 A KR1020030078025 A KR 1020030078025A KR 20030078025 A KR20030078025 A KR 20030078025A KR 100548256 B1 KR100548256 B1 KR 100548256B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
electrode
driving
cathode
gate
Prior art date
Application number
KR1020030078025A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20050043208A (ko
Inventor
문성학
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020030078025A priority Critical patent/KR100548256B1/ko
Priority to US10/976,858 priority patent/US20050095947A1/en
Publication of KR20050043208A publication Critical patent/KR20050043208A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100548256B1 publication Critical patent/KR100548256B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/46—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the ray or beam, e.g. electron-optical arrangement
    • H01J29/48—Electron guns
    • H01J29/481—Electron guns using field-emission, photo-emission, or secondary-emission electron source
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/22—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/10—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes
    • H01J31/12—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes with luminescent screen
    • H01J31/123—Flat display tubes
    • H01J31/125—Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection
    • H01J31/127—Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection using large area or array sources, i.e. essentially a source for each pixel group
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30—Cold cathodes
    • H01J2201/304—Field emission cathodes
    • H01J2201/30446—Field emission cathodes characterised by the emitter material
    • H01J2201/30453—Carbon types
    • H01J2201/30469—Carbon nanotubes (CNTs)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)

Abstract

본 발명은 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 구동 방법에 관한 것으로, 종래 탄소 나노튜브를 이용한 평면형 전계방출소자는 탄소 나노튜브의 한쪽 경계에서만 전자 방출이 이루어져 휘도 효율이 낮으며, 방출되는 전자가 심하게 왜곡된 궤적으로 형광체에 도달하기 때문에 인접 셀간의 누화가 발생하기 쉽고 왜곡된 전자빔의 궤적에 의해 형광체의 일부만이 여기되므로 균일성이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 높은 애노드 전계가 탄소 나노튜브에 영향을 주어 선택되지 않은 셀이 발광하는 이상 발광이 나타나는 문제점이 있으며, 이를 차단하기위해 애노드 전압을 낮추는 경우 영상이 어두워지는 문제점이 있었다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 하나의 셀 영역에 복수의 캐소드 전극과 탄소 나노튜브를 셀 중심을 기준으로 대칭 배치하고, 상기 형성된 탄소 나노튜브 사이에 게이트 전극, 상부 절연층 그리고 포커스 전극을 형성한 다음, 상기 포커스 전극에 게이트 전극 이상의 전압을 가해 애노드 전계를 차폐하고, 셀의 중간에 형성된 게이트측으로 방출되는 전자의 집속 정도를 제어하도록 하며, 소자가 구동되지 않는 경우 캐소드 전극에 게이트 전극 이상의 전압을 가하도록 함으로써 개선된 구조의 각 전극들에 대한 구동 전압을 구동 단계에 따라 효과적으로 제공하여 전자빔의 왜곡과 애노드 전계에 의한 이상 발광을 억제하여 선명하고 밝은 화질을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

탄소 나노튜브 전계방출소자 및 구동 방법{CARBON NANOTUBE FIELD EMISSION DEVICE AND DRIVING METHOD THEREOF}
도 1은 종래 코플래너 전계방출 소자의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명 전계방출 소자의 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 도 2의 구조를 구동하기위한 전극 구동 파형의 일 실시예.
도 4는 도 2의 구조를 구동하기위한 전극 구동 파형의 다른 실시예.
도 5는 본 발명 일실시예에 따른 구조 및 구동 방법의 개념도.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
30: 하판 유리기판 31: 캐소드 전극 배선
32: 절연층 33: 캐소드 전극
34: 게이트 전극 35: 상부 절연층
36: 포커스 전극 37: 탄소 나노튜브
40: 상판 유리기판 41: 애노드 전극
42: 형광체
본 발명은 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 구동 방법에 관한 것으로, 특히 탄소 나노튜브를 게이트 전극의 양측에 배치하고 게이트 전극 상부에 포커스 전극을 형성한 후 캐소드 전극을 양의 전압으로 구동시켜 전자 빔의 퍼짐을 방지하고 휘도를 높이면서 애노드 전계의 영향을 줄일 수 있도록 한 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 구동 방법에 관한 것이다.
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.
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.
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.
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.
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.
종래 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출소자는 일반형(normal gate) 구조와 평면형 구조로 크게 나눌 수 있는데, 일반형 구조는 캐소드 전극을 하부에 형성하 고 게이트 전극을 관통홀이 형성된 절연층 상부에 형성하도록 한 구조로서, 전계가 제일 강한 홀의 주변에서만 국부적으로 전자방출이 일어날 가능성이 높고, 비대칭적인 전계분포에 의해 게이트전극으로의 누설전류가 많으며 공정 절차가 어렵기 때문에 대면적화가 용이하지 않아, 최근에는 사용이 줄어들고 있다.
그로인해 상기와 같은 일반형 게이트 구조 대신 게이트를 캐소드 전극 하부 혹은 동일 평면에 위치시키는 평면형 구조들이 등장하게 되었는데, 이들에는 게이트 전극이 캐소드 전극 하부에 위치하는 언더 게이트 구조, 게이트 전극과 캐소드 전극이 동일 평면상에 위치하는 코플래너 구조, 하부에 형성된 게이트 전극 배선과 관통홀을 통해 연결되는 게이트 전극을 캐소드 전극과 동일한 평면상에 위치시킨 카운터전극 언더게이트 구조등이 있으며, 이들은 당 업자들에게 공지된 것이다. 이러한 평면형 구조들은 구성이 간단하고 구동 전압이 낮기 때문에 대면적화에 유리한 장점을 가지고 있어 최근 사용이 급증하고 있다.
여기서는 상기 평면형 전계방출 소자들 중에서 기본이 되는 코플래너 구조를 예로 들어 설명하도록 한다.
도 1은 종래의 탄소 나노튜브 코플래너 전극 구조로서, 도시된 바와 같이 동일한 평면상에 캐소드 전극(12)과 게이트 전극(11)이 형성되어 있다.
상기 코플래너 전극 구조는 하판 유리기판(10) 상부에 도전성 물질을 성막한 후 이를 패터닝하여 캐소드 전극(12)과 게이트 전극(11)을 동시에 형성한 다음, 상기 캐소드 전극(12) 상부에 탄소 나노튜브(13)를 형성하는 것으로 이루어진다. 상기 탄소 나노튜브(13)를 정확히 캐소드 전극(12)의 측면에 일치시키기 위해서 네가 티브 감광성 페이스트 형태의 탄소 나노튜브를 도포한 후 후면 노광하는 방법을 이용할 수 있으며, 일반적인 경우 탄소 나노튜브와 바인더등에 혼합된 페이스트를 스크린 인쇄한 후 열처리하는 방법을 이용할 수도 있다.
이후, 별도 공정으로 상판 유리기판(20) 상부에 애노드 전극(21)과 형광체(22)를 형성한 후 기 형성된 하판 구조물 상부에 이격 배치하고 스페이서와 밀봉제로 고정한 다음 내부를 진공 상태로 만들어 전계방출소자를 완성하게 된다.
이를 구동시키기 위해서는 상기 애노드 전극(21)에 높은 전압을 인가한 후, 상기 캐소드 전극(12)에 구동에 필요한 음전압(-Vs)을 가하고, 상기 게이트 전극(11)에 선택적으로 소자 구동에 필요한 양의 전압(Vg)을 가하면 상기 캐소드 전극(12)에 접촉된 탄소 나노튜브(13)의 경계(edge)에서 전자가 게이트 전극(11)측으로 초기 속도를 가지고 방출된다. 상기 방출된 전자는 초기 속도를 가지고 게이트 전극(11)측으로 이동하다가 높은 애노드 전계에 의해 가속되어 상판 형광체(22)에 충돌하여 가시광을 생성하게 된다. 다시 말해서 3전극 구조르 전자 방출을 제어하기 위하여 높은 애노드 전압이 가해지는 상태에서 캐소드 전극에 음전압을 가하고, 탄소 나노튜브의 전자 방출을 게이트 전극으로 제어하는 것이다.
이는 도시한 코플래너 구조 만이 아니라 일반적인 평면형 전계 방출 소자 구조들(언더 게이트 구조, 카운터 전극 언더게이트 구조 등) 모두에서 유사하게 사용되는 구동 방법이다.
하지만, 상기와 같은 평면형 구조에서는 상기 탄소 나노튜브(13)에서 방출된 전자가 고전압이 인가된 애노드 전극(12)으로 진행할 때 진행 궤적이 심하게 왜곡 되므로 인접 셀간의 누화(cross talk)를 발생시키기 쉬워 표시 영상의 콘트라스트를 열화 시킬 수 있으며 전자 빔의 궤적이 한쪽으로 치우쳐 형광체의 전체 면을 여기시키지 못하고 일부 영역만 여기시켜 휘도나 균일성을 크게 저해시키게 된다.
그리고, 소자가 구동되지 않는 경우, 게이트 전압과 캐소드 전압은 모두 접지 전위를 유지하게 되므로 게이트 전압이 전자 방출을 제어할 수 없게 된다. 따라서, 이 경우 해당 소자의 탄소 나노튜브는 전자를 방출하지 않아야 하지만 높은 애노드 전계에 의해 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 다이오드 전류가 흘러 탄소 나노튜브가 전자를 방출하는 이상 발광이 일어날 수 있다.
따라서, 종래 평면형 전계 방출 소자들은 공정의 용이성과 대면적화의 장점을 지니고 있지만 빔 퍼짐에 의한 누화나 휘도 및 균일성 저하의 문제점이 있고, 소자를 턴 오프 했음에도 불구하고 애노드 전압에 따라 발생하는 전계 때문에 탄소 나노튜브가 전자를 방출시키는 이상발광에 의해 콘트라스트가 열화되며, 이를 방지하고자 애노드 전극에 가하는 전압을 낮추면 표시소자에 출력되는 영상이 어두워지는 치명적인 문제점이 있다.
상기한 바와같이 종래 탄소 나노튜브를 이용한 평면형 전계방출소자는 게이트 전극과 캐소드 전극이 이격 배치되고, 게이트 전극을 향한 캐소드 전극 상부 혹은 측면에 탄소 나노튜브가 형성되기 때문에 탄소 나노튜브의 한쪽 경계에서만 전자 방출이 이루어져 휘도 효율이 낮으며, 방출되는 전자가 심하게 왜곡된 궤적으로 형광체에 도달하기 때문에 인접 셀간의 누화가 발생하기 쉽고 왜곡된 전자빔의 궤 적에 의해 형광체의 일부만이 여기되므로 균일성이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 높은 애노드 전계가 탄소 나노튜브에 영향을 주어 선택되지 않은 셀이 발광하는 이상 발광이 나타나는 문제점이 있으며, 이를 차단하기위해 애노드 전압을 낮추는 경우 영상이 어두워지는 문제점이 있었다.
상기한 바와같은 종래의 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명은 하나의 셀 영역에 복수의 캐소드 전극과 탄소 나노튜브를 셀 중심에 대칭으로 배치하고, 상기 형성된 탄소 나노튜브들 사이에 게이트 전극, 상부 절연층 그리고 포커스 전극을 형성한 다음, 상기 포커스 전극에 게이트 전극 이상의 전압을 가해 애노드 전계를 차폐하고, 셀의 중간에 형성된 게이트측으로 방출되는 전자의 집속 정도를 제어하도록 하며, 소자가 구동되지 않는 경우 캐소드 전극에 게이트 전극 이상의 전압을 가하여 애노드 전계에 의한 이상 발광을 방지하도록 한 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 구동 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 카운터 전극 언더게이트 구조의 탄소 나노튜브 전계방출 소자에 있어서, 셀 영역 내에서 상호 대칭되도록 배치된 복수의 캐소드 전극들 및 상기 캐소드 전극들 상에 형성된 탄소 나노튜브와; 상기 셀 영역 내에서 대칭되는 복수의 탄소 나노튜브들 중간에 형성되는 게이트 전극 및 상기 게이트 전극 상부에 전기적으로 절연되면서 위치하는 포커스 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 게이트 전극 상에 전기적으로 절연된 포커스 전극을 형성한 카운터 전극 언더게이트 구조의 전계방출소자 구동 방법에 있어서, 적어도 소자를 구동하는 경우 포커스 전극에 게이트 인가 전압을 초과하는 포커스 전압을 제공하는 단계와; 소자를 구동하는 경우 캐소드 전극에 접지 전압 이상의 구동전압을 제공하고 소자를 구동하지 않는 경우 상기 캐소드 전극에 게이트 구동 전압 이상의 양전압을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와같은 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면들을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 일 실시예의 단면도로서, 도시한 바와 같이 탄소 나노튜브(37)가 게이트 전극(34)의 좌우측에 형성되어 있고, 캐소드 전극 배선(31)이 게이트 전극(34) 하부에 형성되어 있으며, 무엇보다도 한쌍의 탄소 나노튜브(37) 중간에 형성된 게이트 전극(34) 상부에 상부 절연층(35)으로 절연된 포커스 전극(36)이 위치하고 있음을 알 수 있다. 이는 본 발명을 가장 바람직하게 실시할 수 있도록 한 구조로서 포커스 전극(36)이 형성된 게이트 전극(34)을 셀의 중심에 두고 대칭적으로 다수의 탄소 나노튜브(37)를 배치한 다양한 구조로 변경할 수 있다는데 주의한다.
먼저, 구조를 알아보면, 유리기판(30) 상에 캐소드 전극 배선(31)이 위치하고 그 상부에 절연체(32)가 위치하며, 그 상부 중심(셀 영역의 중심)에 게이트 전극(34)이 배치된다. 그리고, 상기 게이트 전극(34)의 좌우측 절연체(32)에 관통홀이 형성되어 하부 캐소드 전극 배선(31)과 연결된 캐소드 전극(33)이 게이트 전극(34)과 유사한 평면까지 연장되며, 그 상부에 탄소 나노튜브(37)가 위치한다. 그리고, 상기 게이트 전극(34) 상부에 상부 절연층(35)과 포커스 전극(36)이 위치 한다. 상기 상부 절연층(35)은 도시된 바와 같이 두께가 얇을 수 있지만, 하부에 위치된 절연층(32)보다 더 두꺼울 수도 있다는 데 주의한다. 상기 상부 절연층(35)의 두께에 의해 포커스 전극(36)에 가해지는 포커스 전압에 따른 전계가 탄소 나노튜브(37)에 미치는 영향을 조절할 수 있다.
상기 구조를 통해 얻을 수 있는 가장 큰 특징은 탄소 나노튜브(35)가 게이트 전극(34)의 좌우측에 배치되어 있기 때문에 기대할 수 있는 경계 효과에 따른 전자 방출량의 증가와, 게이트 전극(34) 방향의 초기 전자 속도에 따른 빔의 집속과 상기 포커스 전극(36)에 제공되는 전압에 의한 빔의 추가적인 집속 및 상부 애노드 전계의 차단이다. 즉, 상기 포커스 전극(36)에는 상기 게이트 전압보다 높은 전압이 소자 구동 주기 동안 또는 항상 인가될 수 있어 상부 애노드 전계가 인접한 탄소 나노튜브(37)에 미치지 않거나 적어도 약화되도록 한다. 부가적으로 게이트 전극(34)측으로 왜곡된 궤적을 가지는 전자빔을 집속할 수 있어 발광 균일성과 선명도를 개선할 수 있다.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 전극 및 포커스 전극을 가진 구조를 구동시키는 전극 전압 파형들을 나타낸 것이다. 도 2에 도시한 구조를 가진 소자들을 격자형으로 배치한 후 매트릭스 구동 방식으로 구동시킨다고 가정하여 설명하도록 한다. 다수의 스캔라인들(캐소드 전극)과 데이터라인(게이트 전극)이 존재하겠지만, 여기서는 하나의 게이트 전극과 2개의 스캔라인만 예로 들어 나타낸다.
먼저, 도 3을 보면, 소자 구동 시 게이트 전극 구동 전압(+Vd)을 기준으로 포커스 전압(+VF)을 포커스 전극에 펄스 형태로 제공한다. 물론 펄스 형태가 아닌 직류 형태로 제공할 수 있으나 소비 전류를 낮추기 위해서는 펄스 형태로 제공되는 것이 바람직하다. 상기 소자 구동 주기에서 게이트 전극에 제공되는 전압(+Vd)은 스캔 전압이 소정의 낮은 전압(Vs, 본 실시예에서는 0V)인 경우 소자를 구동시킬 수 있는 전압이어야 하며, 데이터의 유무에 따라 선택적으로 제공된다.
그리고, 소자의 실질적인 구동 전에 스캔 전압#1과 스캔 전압#2에 소정의 높은 전압(Vf)을 제공한다. 상기 높은 전압은 포커스 전압(VF)인 것이 바람직하지만, 게이트 전극에 가해지는 구동 전압(Vd)보다 높은 임의의 전압일 수 있다. 소자 구동시에만 포커스 전극에 포커스 전압(VF)이 제공되기 때문에 해당 포커스 전극이 동작하지 않는 초기 상태에서 애노드 전계에 의한 암전류 발생을 차단하기 위함이다.
본 발명에서는 스캔전압으로 제공되는 캐소드 전극의 전압 변화가 중요하므로, 스캔 전압#1의 구동을 동작에 따른 주기에 맞추어 살펴보도록 하자.
상기 캐소드 전극에 제공되는 전압은, 먼저 소자의 구동 전에 애노드 전계의 영향을 방지하기 위하여 게이트 전극에 가해지는 전압보다 높은 전압(+Vf)이 소정 시간 동안 제공된다. 그리고, 게이트 전극의 구동 전압(+Vd) 이상의 기본 전압(+Vc)을 유지하다가 해당 소자가 선택되는 경우 구동 주기 동안 +Vs 전압을 인가되는데, 이는 접지 전위이거나 낮은 양전압인 것이 바람직하다. 상기 구동 주기가 끝나면 게이트 전극 전압은 접지 전위가 되며, 포커스 전압 역시 게이트 전압으로 낮아지게 된다. 따라서, 상기 캐소드 전극 상부의 탄소 나노튜브에 애노드 전계의 영향이 미치기 쉬우므로 상기 다음 구동 주기까지의 휴지기 동안 게이트 전극에 가해지는 전압보다 높은 전압(여기서는 Vf)을 제공한다.
상기 캐소드 전극에 제공되는 전압을 게이트 전극에 가하는 전압보다 높은 전압(+Vf)과 구동시 제공되는 전압(Vs) 만으로 구성할 수 있지만, 이 경우 전력 소비가 커지게되는 문제점이 있다.
도 4는 캐소드 전극에 제공하는 스캔 전압을 소자의 구동 주기들 사이의 휴지기 마다 모든 소자들의 캐소드 전극에 일괄적으로 게이트 구동 전압보다 높은 전압(+Vf)을 제공하도록 한 다른 실시예이다. 소비 전력은 약간 더 상승하지만 보다 효과적으로 애노드 전계의 영향을 차단할 수 있다.
정리하자면, 본 발명은 소자의 구동 주기 동안 높은 전압(+VF)을 포커스 전극에 제공하여 애노드 전계에 의한 탄소 나노튜브 이상 발광을 방지하며 소자를 구동하지 않는 주기 동안 포커스 전압 이하의 낮은 전압(+Vd)을 포커스 전극에 제공하고, 게이트 전극의 구동 전압(+Vd) 이상의 전압(+Vc, +Vf)을 캐소드 전극에 인가하는 것으로 애노드 전계에 의한 탄소 나노튜브 이상 발광을 방지한다.
도 5는 본 발명 일 실시예의 구조 및 구동 방법을 동시에 나타낸 개념도로서, 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 구조를 이용하는 경우의 구동 방법을 나타내기 위한 것이다.
먼저 캐소드 전극(33)에 제공될 수 있는 전압들의 종류를 보면 접지 전압과 양의 전압들(+Vc, +Vf)로서 모두 접지 전위 이상이라는 점에 주목한다. 또한, 상기 기본이 되는 전압(+Vc)은 게이트 전극(34)의 구동 전압(+Vd)보다 더 높은 전압이며, 포커스 전극(36)에 낮은 전위(+Vd)가 인가되는 경우 애노드 전계의 영향을 차 단하기 위한 높은 전압(+Vf)은 포커스 전극(36)에 인가되는 포커스 전압(+VF)이거나 그와 유사한 높은 전압이다. 즉, 캐소드 전극(33)은 기본적으로 +Vc가 인가되고, 포커스 전극(36)의 인가 전압에 따라 애노드 전계를 차폐하기 위해 높은 전압 +Vf이 인가되며, 소자 구동을 위해 접지 전위가 인가된다.
그리고, 포커스 전극(36)에는 애노드 전계를 차폐하면서 빔 궤적을 집속하기 위한 높은 전압(+VF)이 항상 혹은 게이트 구동 전압(+Vd)을 기준으로 소자가 구동되는 주기에 맞추어 제공된다. 상기 기준 전압(+Vd)은 정확히 게이트 전극(34)의 구동 전압일 필요는 없다.
상기 게이트 전극(34)은 소자를 구동하는 경우 데이터의 유무에 따라 구동 전압(+Vd)이나 접지 전위가 제공되는데, 상기 구동 전압(+Vd)은 캐소드 전극(33)에 접지 전위가 인가되는 경우 소자를 구동시킬 정도의 전압이어야 한다.
도시된 바와 같이 기본적으로 포커스 전극(36)에 높은 전압(+VF)이 인가 되는 동안에는 애노드 전계가 탄소 나노튜브(37)에 미치는 영향을 줄여 게이트 전극(34)에 인가되는 전압이 접지 전위(표시 데이터 없는 경우)가 되더라도 탄소 나노튜브(37)의 이상 발광을 억제하며, 포커스 전극(36)에 높은 전압(+VF)이 인가되지 않는 경우(소자를 구동하지 않는 휴지기)에는 캐소드 전극(33) 전압을 게이트 전극(34)에 인가되는 접지 전위 이상(+Vc 또는 +Vf)을 유지하도록 하여 애노드 전계에 의한 탄소 나노튜브(37)의 이상 발광을 억제할 수 있다. 또한, 포커스 전극(36)에 인가되는 높은 전압(+VF)은 게이트 전극(34)측으로 왜곡되는 전자빔의 초점을 조절하는 기능도 동시에 수행하므로 보다 선명한 화질을 제공할 수 있게 된 다.
상기한 바와 같은 본 발명 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 구동 방법은 하나의 셀 영역에 복수의 캐소드 전극과 탄소 나노튜브를 셀 중심을 기준으로 대칭으로 배치하고, 상기 형성된 탄소 나노튜브 사이에 게이트 전극, 상부 절연층 그리고 포커스 전극을 형성한 다음, 상기 포커스 전극에 게이트 전극 이상의 전압을 가해 애노드 전계를 차폐하고, 셀의 중간에 형성된 게이트측으로 방출되는 전자의 집속 정도를 제어하도록 하며, 소자가 구동되지 않는 경우 캐소드 전극에 게이트 전극 이상의 전압을 가하도록 함으로써 인접 셀 간의 누화를 방지하고 휘도를 개선한 구조의 각 전극들에 대한 구동 전압을 구동 단계에 따라 효과적으로 제공하여 전자빔의 왜곡과 애노드 전계에 의한 이상 발광을 억제하여 선명하고 밝은 화질을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 카운터 전극 언더게이트 구조의 탄소 나노튜브 전계방출 소자에 있어서, 셀 영역 내에서 상호 대칭되도록 배치된 복수의 캐소드 전극들 및 상기 캐소드 전극들 상에 형성된 탄소 나노튜브와;
    상기 셀 영역 내에서 대칭되는 복수의 탄소 나노튜브들 중간에 형성되는 게이트 전극 및 상기 게이트 전극 상부에 전기적으로 절연되면서 위치하는 포커스 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 캐소드 전극은 유리기판 상부에 형성되는 캐소드 전극 배선과 연결되며, 상기 게이트 전극과 캐소드 전극 배선을 절연하는 절연층 상에 형성된 관통홀에 도전성 물질을 채워 형성한 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자.
  3. 게이트 전극 상에 전기적으로 절연된 포커스 전극을 형성한 카운터 전극 언더게이트 구조의 전계방출소자 구동 방법에 있어서,
    적어도 소자를 구동하는 경우 포커스 전극에 게이트 인가 전압을 초과하는 포커스 전압을 제공하는 단계와;
    소자를 구동하는 경우 캐소드 전극에 접지 전압 이상의 구동전압을 제공하고 소자를 구동하지 않는 경우 상기 캐소드 전극에 게이트 구동 전압 이상의 양전압을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자 구동 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 캐소드 전극에 제공되는 전압은 소자 구동 이전에 게이트 구동 전압 이상의 전압 펄스가 인가되고, 소자 구동 주기에서는 낮은 양전압 혹은 접지 전압이 인가되며, 소자가 구동되지 않는 주기들 중 적어도 한 주기 동안 게이트 구동 전압 이상의 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자 구동 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 캐소드 전극에 제공되는 상기 게이트 구동 전압 이상의 전압은 포커스 전압인 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자 구동 방법.
KR1020030078025A 2003-11-05 2003-11-05 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 구동 방법 KR100548256B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030078025A KR100548256B1 (ko) 2003-11-05 2003-11-05 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 구동 방법
US10/976,858 US20050095947A1 (en) 2003-11-05 2004-11-01 Field emission display device and driving method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030078025A KR100548256B1 (ko) 2003-11-05 2003-11-05 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 구동 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050043208A KR20050043208A (ko) 2005-05-11
KR100548256B1 true KR100548256B1 (ko) 2006-02-02

Family

ID=34545758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030078025A KR100548256B1 (ko) 2003-11-05 2003-11-05 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 구동 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20050095947A1 (ko)
KR (1) KR100548256B1 (ko)

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5186670A (en) * 1992-03-02 1993-02-16 Micron Technology, Inc. Method to form self-aligned gate structures and focus rings
TW272322B (ko) * 1993-09-30 1996-03-11 Futaba Denshi Kogyo Kk
JP2947145B2 (ja) * 1995-10-23 1999-09-13 日本電気株式会社 陰極線管を用いたディスプレイ装置
JP2871579B2 (ja) * 1996-03-28 1999-03-17 日本電気株式会社 発光装置およびこれに用いる冷陰極
JP3171121B2 (ja) * 1996-08-29 2001-05-28 双葉電子工業株式会社 電界放出型表示装置
US6069599A (en) * 1997-03-24 2000-05-30 National Research Council Of Canada Field emission displays with focusing/deflection gates
US6441543B1 (en) * 1998-01-30 2002-08-27 Si Diamond Technology, Inc. Flat CRT display that includes a focus electrode as well as multiple anode and deflector electrodes
KR100263310B1 (ko) * 1998-04-02 2000-08-01 김순택 전계 방출용 음극을 갖는 평판 디스플레이와 이의제조방법
US6326725B1 (en) * 1998-05-26 2001-12-04 Micron Technology, Inc. Focusing electrode for field emission displays and method
JP2000020019A (ja) * 1998-06-30 2000-01-21 Toshiba Corp 電界放出型表示装置
US6465941B1 (en) * 1998-12-07 2002-10-15 Sony Corporation Cold cathode field emission device and display
JP2000311587A (ja) * 1999-02-26 2000-11-07 Canon Inc 電子放出装置及び画像形成装置
US6225761B1 (en) * 1999-09-27 2001-05-01 Motorola, Inc. Field emission display having an offset phosphor and method for the operation thereof
US6617798B2 (en) * 2000-03-23 2003-09-09 Samsung Sdi Co., Ltd. Flat panel display device having planar field emission source
KR100378597B1 (ko) * 2000-12-22 2003-04-03 한국전자통신연구원 고해상도 전계 방출 디스플레이
JP3984548B2 (ja) * 2001-02-01 2007-10-03 シャープ株式会社 電子放出装置及びフィールドエミッションディスプレイ
JP2002270099A (ja) * 2001-03-07 2002-09-20 Sony Corp 平面型表示装置におけるノッキング処理方法、及び、平面型表示装置用基板におけるノッキング処理方法
US6515429B2 (en) * 2001-06-08 2003-02-04 Sony Corporation Method of variable resolution on a flat panel display
JP3774682B2 (ja) * 2001-06-29 2006-05-17 キヤノン株式会社 電子放出素子、電子源および画像形成装置
US6873118B2 (en) * 2002-04-16 2005-03-29 Sony Corporation Field emission cathode structure using perforated gate
US6791278B2 (en) * 2002-04-16 2004-09-14 Sony Corporation Field emission display using line cathode structure
JP3937907B2 (ja) * 2002-05-01 2007-06-27 ソニー株式会社 冷陰極電界電子放出表示装置
KR100874450B1 (ko) * 2002-08-21 2008-12-17 삼성에스디아이 주식회사 카본계 물질로 형성된 에미터를 갖는 전계 방출 표시 장치

Also Published As

Publication number Publication date
US20050095947A1 (en) 2005-05-05
KR20050043208A (ko) 2005-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6946787B2 (en) Field emission display device
KR100859685B1 (ko) 카본계 물질로 형성된 에미터를 갖는 전계 방출 표시 장치
KR100863952B1 (ko) 카본계 물질로 형성된 에미터를 갖는 전계 방출 표시 장치
KR20040065436A (ko) 전자 방출 특성을 향상시킬 수 있는 에미터 배열 구조를갖는 전계 방출 표시 장치
KR20040017421A (ko) 카본계 물질로 형성된 에미터를 갖는 전계 방출 표시 장치
KR20040055095A (ko) 전자 방출 특성을 향상시킬 수 있는 에미터 배열 구조를갖는 전계 방출 표시 장치
KR100556747B1 (ko) 전계 방출 소자
KR100556740B1 (ko) 표면 전도형 전계 방출 소자의 매트릭스 구조
KR100548256B1 (ko) 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 구동 방법
KR20050089639A (ko) 탄소 나노튜브 전계방출소자
KR100556744B1 (ko) 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조 방법
KR100556745B1 (ko) 전계 방출 소자
KR100565201B1 (ko) 표면 전도형 전계 방출 소자
KR100869790B1 (ko) 전계 방출 표시장치
KR100565200B1 (ko) 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법
KR100641096B1 (ko) 전계방출소자 및 그 제조방법
KR100532999B1 (ko) 전계 차폐판을 구비한 탄소 나노튜브 전계방출소자
KR100556746B1 (ko) 전계 방출 소자
KR100533000B1 (ko) 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 그 제조방법
KR100565199B1 (ko) 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법
KR101000662B1 (ko) 전계 방출 소자
KR20050086306A (ko) 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 그 구동방법
KR20030083791A (ko) 전계 방출 표시소자
KR20050087109A (ko) 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 그 구동방법
KR20050020518A (ko) 탄소 나노튜브 전계방출소자 구동 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee