KR100565197B1 - 탄소 나노튜브 전계방출소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소 나노튜브 전계방출소자에 관한 것으로, 종래 평면형 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출소자는 전극 및 탄소 나노튜브의 구조상 방출되는 전자가 수평방향으로 먼저 진행하다가 높은 애노드 전계에 의해 수직방향으로 가속되어 형광체에 충돌하기 때문에 전자빔이 형광체에 충돌하는 위치는 애노드 전압 및 게이트 전압의 변화에 대단히 민감하며, 원하지 않는 전극 전압 변화가 발생하면 정확한 형광체 위치에 전자빔이 도달하지 못하므로 휘도 감소나 오발광이 나타날 수 있는 문제점이 있었다. 또한, 각 전극의 전압에 따른 전자빔 위치를 실험적으로 구하여 설계에 반영하는 경우가 있으나 실험에 의한 위치 측정이 쉽지 않으며 생산 중 발생하는 약간의 전극 전압 변화에도 휘도 감소나 오발광이 발생하는 문제점이 있었다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 평면형 전극을 형성하면서 게이트 전극을 탄소 나노튜브가 형성된 캐소드 전극으로 둘러싸도록 하는 것으로 방출되는 전자빔이 탄소 나노튜브로 둘러싸여진 영역 내부를 벗어나지 못하게 하여 탄소 나노튜브로 둘러싸여진 영역에 모인 전자빔이 그 형태에 따라 형광체를 발광시키도록 함으로써 방출된 전자빔이 전극들의 전압 변동에 관계 없이 항상 일정한 형광체 부분에 충돌하도록 하여 설계를 용이하게 하면서도 전극 전압의 변동에 의한 특성 열화를 방지하도록 하는 효과가 있다.

Description

탄소 나노튜브 전계방출소자{CARBON NANO TUBE FIELD EMISSION DEVICE}

도 1은 일반적인 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 일 예를 보인 단면도.

도 2는 일반적인 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 다른 예를 보인 단면도.

도 3은 일반적인 탄소 나노튜브를 이용한 언더게이트 구조 전계방출소자의 단면도.

도 4는 일반적인 탄소 나노튜브를 이용한 카운터전극 언더게이트 구조 전계방출소자의 단면도.

도 5는 일반적인 탄소 나노튜브를 이용한 코플래너 구조 전계방출소자의 단면도.

도 6는 본 발명 일 실시예에 따른 언더게이트 구조 전계방출소자의 단면도 및 평면도.

도 7은 본 발명 일 실시예에 다른 카운터전극 언더게이트 구조 전계방출소자의 단면도 및 평면도.

도 8은 본 발명 일실시예에 따른 코플래너 구조 전계방출소자의 단면도 및 평면도.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

40: 기판 41: 게이트 전극

42: 게이트 카운터전극 43: 절연층

44: 캐소드 전극 45: 탄소 나노 튜브

본 발명은 탄소 나노튜브 전계방출소자에 관한 것으로, 특히 게이트 전극을 탄소 나노튜브가 형성된 캐소드 전극으로 둘러싸도록 하는 것으로 전자가 방출되는 탄소 나노튜브에서 방출되는 전자빔이 퍼지는 현상을 방지하여 형광체의 일정한 위치에 전자빔이 도달하도록 한 탄소 나노튜브 전계방출소자에 관한 것이다.

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.

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. 전계방출 표시소자는 전자 방출 원인 에미터와 방출된 전자가 충돌하여 발광하는 애노드 부, 상하판 사이를 지지하는 스페이서, 그리고 진공기밀을 유지하기 위한 실링부 등으로 구성되어 있다.

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 생 산단가를 줄일 수 있는 장점이 있다. 종래 전계방출소자 및 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

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.

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.

상기와 같은 문제점을 해결하면서 보다 기계적인 구성을 가지도록 한 구조를 도 2에 도시한다.

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.

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.

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.

상기한 바와같은 종래 탄소 나노튜브를 이용한 3전극 전계방출소자의 다른 예는 상기 게이트전극(13)으로 적용되는 금속 그리드의 이격영역과 패터닝된 캐소드전극(11)과의 정렬이 어려운 문제점이 있다. 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.

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.

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.

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.

도 4는 종래 탄소 나노튜브를 이용한 카운터전극 언더게이트(counter electrode undergate)구조 전계방출소자의 단면도로서, 도시한 바와 같이 게이트 배선(31)이 캐소드 전극(34)의 하부에 형성되며, 상기 게이트 배선(31)과 연결된 게이트 전극(33)이 캐소드 전극(34)과 동일층에 위치되도록 한 형태이다. 비록 제 조 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.

도 5는 종래 탄소 나노튜브를 이용한 코플래너(coplanar) 구조 전계방출소자의 단면도로서, 도시한 바와 같이 게이트 전극(33)과 캐소드 전극(34)이 동일층에 형성되는 형태이다. 게이트 전극(33)과 캐소드 전극(34)을 한번의 노광 공정을 통해 형성할 수 있기 때문에 그 거리를 조절하기 용이하며 이를 통해 낮은 구동전압에서 동작하는 전계방출소자를 구현할 수 있다. 하지만, 게이트 전극(33)과 캐소드 전극(34)에 전류를 제공하는 게이트 배선(미도시) 및 캐소드 배선(미도시)이 격자형으로 교번하면서 배치되어야 하기 때문에 교차하는 부분에 대한 고려가 필요하게 된다.

상기 도 3, 도 4 및 도 5에 도시한 구조들은 비교적 평면에 가까운 전극 구조들을 가지기 때문에 제조가 용이하여 대면적화를 실현할 수 있는 장점이 있어 최근 각광받고 있다. 그러나, 이러한 평면형 전극 구조들은 탄소 나타튜브로부터 방출되는 전자빔이 애노드 상판에 위치한 형광체에 도달할때 형광체와 부딛치는 위치가 게이트 전압과 애노드 전압의 상대적인 크기에 따라 변화한다는 점에서 문제가 발생하게 된다. 즉, 언더게이트 구조(카운터전극 언더게이트 구조 포함)나 코플래너 구조의 탄소 나노튜브에서 전자를 방출시키기 위해 캐소드 경계(cathode edge)에 인가되는 전계는 고전계가 걸려있는 애노드 전극에 수평인 전계를 발생시키게 된다. 이는 탄소 나노튜브에서 방출되는 전자가 일정한 수평 방향의 초기 속도를 가지게 하므로 에미터의 위치에 수직한 위치에 존재하는 애노드 상판에 전자가 충돌하지 못하고 일정 부분의 오프셋을 가지는 위치에서 전자 충돌이 발생하게 된다. 즉, 탄소 나노튜브에서 방출된 전자는 일정한 수평방향 초기속도로 소정 시간 진행한 후 강한 애노드 전계에 의해 애노드 전극쪽으로 가속되기 때문에 방출위치에서 소정의 오프셋만큼 이동한 부분에 해당하는 애노드 상판 형광체를 발광시키게 되는 것이다. 이러한 오프셋의 크기는 애노드 전압과 게이트 전압의 상대적인 비에 의해 결정되며 대단히 민감하게 반응한다. 따라서, 이를 고려하여 에미터와 애노드의 상대적인 위치를 미리 정하는 경우도 있으나 외부 요인, 소자 열화, 제조 환경등에 의해 게이트 전압이나 애노드 전압에 변화가 생긴다면 정확한 형광체 발광이 어려워지게 된다. 이러한 현상은 휘도의 감소나 다른 픽셀의 형광체에 충돌하여 이상 발광이 발생하는 치명적인 문제점을 가져올 수 있다.

또한, 이러한 문제는 높은 애노드 전압에 의한 탄소 나노튜브의 이상 발광을 방지하기위해 애노드 전계를 차폐할 수 있는 차폐판을 적용하는 경우에 더욱 심화될 수 있는데, 이 경우에는 게이트 전압과 애노드 전압 뿐만 아니라 전계 차폐판의 전압까지도 한꺼번에 고려해 주어야 하므로 실제 전자빔이 충돌할 형광체 위치를 알아내기가 매우 어려워 진다. 이는 실험적인 결과를 얻기도 힘들뿐만 아니라 이를 얻어 설계 및 구동값들을 얻었다 할지라도 실제 제품 제조시에 일정한 결과를 보장하도록 유지하면서 생산하기 어렵게 된다.

상기한 바와같은 종래 평면형 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출소자는 전극 및 탄소 나노튜브의 구조상 방출되는 전자가 수평방향으로 먼저 진행하다가 높은 애노드 전계에 의해 수직방향으로 가속되어 형광체에 충돌하기 때문에 전자빔이 형광체에 충돌하는 위치는 애노드 전압 및 게이트 전압의 변화에 대단히 민감하며, 원하지 않는 전극 전압 변화가 발생하면 정확한 형광체 위치에 전자빔이 도달하지 못하므로 휘도 감소나 오발광이 나타날 수 있는 문제점이 있었다. 또한, 각 전극의 전압에 따른 전자빔 위치를 실험적으로 구하여 설계에 반영하는 경우가 있으나 실험에 의한 위치 측정이 쉽지 않으며 생산 중 발생하는 약간의 전극 전압 변화에도 휘도 감소나 오발광이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명은 언더게이트 또는 코플래너 형태의 전극을 형성하면서 게이트 전극을 탄소 나노튜브가 형성된 캐소드 전극으로 둘러싸도록 하는 것으로 방출되는 전자가 탄소 나노튜브로 둘러싸여진 영역 내부로 진행하다가 높은 애노드 전계에 의해 수직방향으로 가속되도록 함으로써 방출된 전자들이 전극들의 전압 변동에 관계 없이 항상 일정한 형광체 부분에 충돌할 수 있도록 한 탄소 나노튜브 전계방출소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 기판 상에 형성된 게이트 전극과; 상기 게이트 전극을 적어도 3면에서 둘러싸는 형태를 가지는 캐소드 전극과; 상기 캐소드 전극의 상부 일부에 형성되면서 상기 게이트 전극을 상기 캐소드 전극과 동일한 형태로 둘러싸는 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 캐소드 전극은 전자 방출영역이상의 폭으로 상기 게이트 전극 상부에 전기적으로 이격 배치됨과 아울러 게이트 전극에 대응하는 전극 내부의 일부 영역이 제거된 구조를 가지며, 상기 탄소 나노튜브는 상기 캐소드 전극의 제거된 영역 주변을 따라 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 실시예에서, 상기 캐소드 전극은 게이트 전극과 동일 평면상에 형성되면서 상기 게이트 전극을 요철형태로 둘러싸고, 탄소 나노튜브는 상기 게이트 전극에 인접한 캐소드 전극 상부에 위치하면서 상기 캐소드 전극과 동일하게 상기 게이트 전극을 둘러싸도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와같은 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명 일 실시예에 따른 언더게이트 구조 전계방출소자의 단면도 및 평면도로서, 도시한 바와 같이 기판(10) 상에 차례로 게이트 전극(41), 절연층(43), 캐소드 전극(44), 그리고 탄소 나노튜브(45)가 형성되어 있다. 여기서, 캐소드 전극(44)은 상기 게이트 전극(41)을 기준으로 대칭형태로 상기 게이트 전극(41)을 둘러싸면서 위치하고 있으며, 탄소 나노튜브(45)는 게이트 전극(41)측 캐소드 전극(44) 모서리 상부에 위치하며 게이트 전극(41)을 둘러싸도록 배치되어 있다.

이를 좀더 실시예에 따라 구체적으로 설명하면, 캐소드 전극(44)의 폭을 전자 방출영역 이상으로 넓게 형성한 후, 게이트 전극(41)이 형성된 위치에 대응하는 내부 일부를 서브 픽셀(sub-pixel)의 형광체 형태(본 실시예에서는 직사각형)에 비례한 형태로 제거하고, 그 주변을 따라 탄소 나노튜브(45)를 도포하여 형성한 것이 다.

상기 구조에 의해서, 게이트 전극(41)에 전압을 인가하면 게이트 전극(41)을 중심에 두면서 제거된 캐소드 전극(44)의 모서리 부분에 전계가 집중되어 전자의 방출이 발생하게 된다. 이 경우에도 방출되는 전자는 애노드 전계와 상반되는 수평 전계에 의해 수평 방향으로 진행하지만, 전자가 방출되는 탄소 나노튜브(45)가 게이트 전극(41)을 둘러싸고 있기 때문에 게이트 전극(41) 부분으로 전자 빔이 모이게 된다. 즉, 도시된 실시예에서는 방출되는 전자빔이 직사각형 영역을 벗어나지 못하고 그 내부에서만 존재하게 되므로 해당 영역에서 전자빔이 애노드 전계에 의해 수직으로 가속되게 된다. 이는 전자빔들이 정의된 캐소드 전극(44)의 형태(사각형)로 형광체를 발광시킨다는 의미이다. 즉, 상기 실시예와 같은 구조를 통해 전극 전압의 변동에 무관하게 전자빔은 동일한 형광체 영역에 도달하게 된다.

도 7은 본 발명 일 실시예에 따른 카운터 전극 언더게이트 구조 전계방출소자의 단면도 및 평면도로서, 도 6에 도시한 구조에서 카운터 전극(42)만을 더 부가한 형태이다. 상기 카운터 전극(42)을 형성하기위해서 관통홀 공정등과 같은 부가적인 공정이 필요하지만, 게이트 전극(42, 41)과 캐소드 전극(44) 사이의 거리가 짧에 짐에 따라 소자의 구동 전압을 낮출 수 있는 효과가 있다. 상기 카운터 전극(42)과 캐소드 전극(44) 사이의 거리에 의해 소자의 구동 전압이 결정되기 때문에 도시된 바와 같이 그 이격 거리는 일정하도록 하는 것이 바람직하다.

도 8은 본 발명 일 실시예에 따른 코플래너 구조 전계방출소자의 단면도 및 평면도로서, 도시한 바와 같이 캐소드 전극(44)은 게이트 전극(41)과 동일 평면상 에 단일 노광 공정등을 통해 형성되며 게이트 전극(41)을 요철형태로 둘러싸도록 한다. 탄소 나노튜브(45)는 게이트 전극(45)에 인접한 캐소드 전극(44) 상부에 게이트 전극(45)을 둘러싸도록 배치된다. 여기서는 게이트 전극(41)의 3개 면을 캐소드 전극(44) 및 탄소 나노튜브(45)가 둘러싸고 있다. 하지만, 대칭되는 2개 면에 대해서만 탄소 나노튜브(45)가 형성되더라도 전자빔이 게이트 전극(41)쪽으로 모이기 때문에 본 발명의 효과를 얻을 수 있게 된다. 따라서, 탄소 나노튜브(45)가 게이트 전극(41)을 완전하게 둘러싸지 않더라도 대칭되는 형태가 되면 본 발명에 의한 효과를 얻을 수 있다는데 주의한다. 또한, 이 경우에서도 소자의 구동 전압은 게이트 전극(45)과 캐소드 전극(44) 사이의 거리에 의해 결정되므로 그 이격 거리를 일정하게 하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 탄소 나노튜브가 형성된 캐소드 전극이 게이트 전극을 둘러싸도록 배치하여 전자빔이 게이트 전극 주변으로 모이게 함으로써 어떠한 조합의 애노드 전압, 게이트 전압(그리고, 존재한다면 전계 차폐판 전압도 포함)이 인가되더라도 형광체의 발광 위치(즉, 전자빔이 도달하는 형광체 위치)가 변화하지 않게 된다. 따라서, 가해지는 전극 전압들의 상태를 실험적으로 측정하여 전자빔의 왜곡정도를 고려한 복잡한 설계가 필요 없으며 실제 제품 생산시 발생할 수 있는 전극 전압들의 미세한 변동에 의한 휘도 감소나 오발광을 방지할 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명 탄소 나노튜브 전계방출소자는 평면형 전극을 형성하면서 게이트 전극을 탄소 나노튜브가 형성된 캐소드 전극으로 둘러싸도록 하는 것으로 방출되는 전자빔이 탄소 나노튜브로 둘러싸여진 영역 내부를 벗어나지 못하게 하여 탄소 나노튜브로 둘러싸여진 영역에 모인 전자빔이 그 형태에 따라 형광체를 발광시키도록 함으로써 방출된 전자빔이 전극들의 전압 변동에 관계 없이 항상 일정한 형광체 부분에 충돌하도록 하여 설계를 용이하게 하면서도 전극 전압의 변동에 의한 특성 열화를 방지하도록 하는 효과가 있다. 이는 소자의 신뢰성과 수율 향상을 통한 가격 하락을 주도할 수 있어 제품의 경쟁력 향상에 도움이 되는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 기판 상에 형성된 게이트 전극과; 상기 게이트 전극을 적어도 3면에서 둘러싸는 형태를 가지는 캐소드 전극과; 상기 캐소드 전극의 상부 일부에 형성되면서 상기 게이트 전극을 상기 캐소드 전극과 동일한 형태로 둘러싸는 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자.
2. 제 1항에 있어서, 상기 캐소드 전극은 전자 방출영역이상의 폭으로 상기 게이트 전극 상부에 전기적으로 이격 배치됨과 아울러 게이트 전극에 대응하는 전극 내부의 일부 영역이 제거된 구조를 가지며, 상기 탄소 나노튜브는 상기 캐소드 전극의 제거된 영역 주변을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자.
3. 제 1항에 있어서, 상기 캐소드 전극은 게이트 전극과 동일 평면상에 형성되면서 상기 게이트 전극을 요철형태로 둘러싸고, 탄소 나노튜브는 상기 게이트 전극에 인접한 캐소드 전극 상부에 위치하면서 상기 캐소드 전극과 동일하게 상기 게이트 전극을 둘러싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자.
4. 제 1항에 있어서, 상기 게이트 전극과 상기 캐소드 전극은 언더게이트 구조, 카운터 전극 언더게이트 구조, 또는 코플래너 구조를 가지며, 상기 탄소 나노튜브가 형성된 상기 캐소드 전극이 상기 게이트 전극을 기준으로 적어도 일방에서 대칭형태를 가지는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자.
5. 제 1항에 있어서, 상기 게이트 전극을 둘러싸는 상기 캐소드 전극의 형태는 애노드 상판 형광체의 형상과 비례적인 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자.
6. 제 1항에 있어서, 상기 게이트 전극과 캐소드 전극이 카운터 전극 언더게이트 구조나 코플래너 구조를 이루는 경우 동일 평면상의 게이트 전극과 이를 둘러싸는 케소드 전극사이의 거리는 일정한 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자.

Images