KR100898071B1 - 전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출 디스플레이 장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출 디스플레이 장치 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 배치된 캐소오드 전극; 상기 캐소오드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 게이트 전극; 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극을 절연하는 절연체층; 상기 캐소오드 전극 상에 배치된 촉매 성장층; 및 상기 촉매 성장층에서 수직성장되어 배치된 탄소 나노 튜브를 포함하는 전자 방출원을 포함하는 전자 방출 소자로서, 상기 촉매 성장층이 일산화 탄소 및 수소 가스를 투입하고, 300℃ 내지 350℃의 온도에서 형성된 금속 촉매 입자를 포함하는 탄화층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자, 이를 구비한 디스플레이 장치 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 전자 방출 소자의 동작 전압을 감소시킬 수 있으며, 이러한 전자 방출 소자를 채용한 디스플레이 장치는 전력의 소모를 절감할 수 있다.

Description

전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출 디스플레이 장치 및 이의 제조방법{Electron emission device, electron emission display apparatus having the same, and method of manufacturing the same}
본 발명은 전자 방출 소자(electron emission device), 이를 구비한 전자 방출 디스플레이 장치(electron emission display apparatus) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 촉매 성장층을 구비하여 동작전압이 감소된 전자 방출 소자와, 이를 구비하여 전력소모가 감소된 전자 방출 디스플레이 장치와, 이러한 전자 방출 소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 전자 방출 소자는 전자 방출원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다. 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는, FEA(Field Emitter Array)형, SCE(Surface Conduction Emitter)형, MIM(Metal Insulator Metal)형 및 MIS (Metal Insulator Semiconductor)형, BSE(Ballistic electron Surface Emitting)형 등이 알려져 있다.
상기 FEA형은 일함수(Work Function)가 낮거나 베타 함수가 높은 물질을 전자 방출원으로 사용할 경우 진공 중에서 전계 차이에 의하여 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한 것으로 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 등을 주된 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁(tip)구조물이나 그래파이트(graphite), DLC(Diamond Like Carbon) 등의 탄소계 물질 그리고 최근 나노 튜브(Nano Tube)나 나노와이어(Nano Wire)등의 나노 물질을 전자 방출원으로 적용한 소자가 개발되고 있다.
상기 SCE형은 제1 기판 위에 서로 마주보며 배치된 제1 전극과 제2 전극 사이에 도전 박막을 제공하고 상기 도전 박막에 미세 균열을 제공함으로써 전자 방출원을 형성한 소자이다. 상기 소자는 상기 전극들에 전압을 인가하여 상기 도전 박막 표면으로 전류를 흘려 미세 균열인 전자 방출원으로부터 전자가 방출되는 원리를 이용한다.
상기 MIM형과 MIS형 전자 방출 소자는 각각 금속-유전층-금속(MIM)과 금속-유전층-반도체(MIS) 구조로 이루어진 전자 방출 원을 형성하고, 유전층을 사이에 두고 위치하는 두 금속 또는 금속과 반도체 사이에 전압을 인가할 때 높은 전자 전위를 갖는 금속 또는 반도체로부터, 낮은 전자 전위를 갖는 금속 방향으로 전자가 이동 및 가속되면서 방출되는 원리를 이용한 소자이다.
상기 BSE형은 반도체의 사이즈를 반도체 중의 전자의 평균 자유 행정 보다 작은 치수 영역까지 축소하면 전자가 산란하지 않고 주행하는 원리를 이용하여, 오믹(Ohmic) 전극 상에 금속 또는 반도체로 이루어지는 전자 공급층을 형성하고, 전자 공급층 위에 절연체층과 금속 박막을 형성하여 오믹 전극과 금속 박막에 전원을 인가하는 것에 의하여 전자가 방출되도록 한 소자이다.
이중에서 FEA형 전자 방출 소자는 캐소드 전극과 게이트 전극의 배치 형태에 따라 크게 탑 게이트형(top gate type)과 언더 게이트형(under gate type)형으로 나눌 수 있으며, 사용되는 전극의 개수에 따라 2극관, 3극관 또는 4극관 등으로 나눌 수 있다. FEA형 전자 방출 소자를 이용하여 디스플레이 장치를 구현하는 경우의 예가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.
도 1에는 종래의 탑 게이트형 전자 방출 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 보여주는 부분 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 II-II 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 종래의 전자 방출 디스플레이 장치(100)는 나란하게 배치되어 진공인 발광 공간(103)을 형성하는 전자 방출 소자(101) 및 전면 패널(102)과, 상기 전자 방출 소자(101) 및 전면 패널(102) 사이의 간격을 유지하여 주는 스페이서(60)를 구비한다.
상기 전자 방출 소자(101)는, 제1 기판(110), 상기 제1 기판(110) 상에 교차되도록 배치된 게이트 전극(140)들과 캐소오드 전극(120)들 및 상기 게이트 전극(140)과 상기 캐소오드 전극(120) 사이에 배치되어 상기 게이트 전극(140)과 상기 캐소오드 전극(120)을 전기적으로 절연하는 절연체층(130)을 구비한다.
상기 게이트 전극(140)들과 상기 캐소드 전극(120)들이 교차하는 영역들에는 전자 방출원 홀(131)들이 형성되어 있으며, 그 내부에 전자 방출원(150)이 배치되어 있다.
상기 전면 패널(102)은 제2 기판(90), 상기 제2 기판(90)의 저면에 배치된 애노드 전극(80), 상기 애노드 전극(80)의 저면에 배치된 형광체층(70)을 구비한 다.
화학적 기상증착(Chemical Vapor Deposition ; CVD) 방법을 이용하여 탄소 나노 튜브를 직접 합성하여 전자 방출원을 제조하는 경우에 있어서, 탑 게이트형 구조의 전자 방출 소자는 캐소드 내에 가스 흐름상의 어려움으로 인하여 길이가 긴 탄소 나노 튜브의 합성이 용이하지 않다. 따라서, 전자 방출원의 탄소 나노 튜브 끝단으로부터 게이트 전극까지의 거리가 멀게 되어 게이트 전압이 높아진다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 촉매 성장층을 구비하여 동작전압이 감소된 전자 방출 소자와, 이를 구비하여 전력소모가 감소된 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
또한, 이러한 전자 방출 소자를 제조하는 제조방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
제1 기판;
상기 제1 기판 상에 배치된 캐소오드 전극;
상기 캐소오드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 게이트 전극;
상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극을 절연하는 절연체층;
상기 캐소오드 전극 상에 배치된 촉매 성장층; 및
상기 촉매 성장층에서 수직성장되어 형성된 탄소 나노 튜브를 포함하는 전자 방출원을 포함하는 전자 방출 소자로서,
상기 촉매 성장층이 일산화 탄소 및 수소 가스를 투입하고, 300℃ 내지 350℃의 온도에서 형성된 금속 촉매 입자를 포함하는 탄화층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자를 제공한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
제1 기판;
상기 제1 기판 상에 배치된 복수 개의 캐소오드 전극;
상기 캐소오드 전극들과 교차하도록 배치된 복수 개의 게이트 전극;
상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극들과 상기 게이트 전극들을 절연하는 절연체층;
상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극이 교차하는 지점에 형성된 전자 방출원 홀;
상기 캐소오드 전극 상에 배치된 촉매 성장층;
상기 촉매 성장층에서 수직성장되어 형성된 탄소 나노 튜브를 포함하는 전자 방출원;
상기 제1 기판과 실질적으로 평행하게 배치되는 제2 기판;
상기 제2 기판에 배치된 애노드 전극; 및
상기 애노드 전극에 배치된 형광체층을 포함하는 전자 방출 디스플레이 장치로서,
상기 촉매 성장층이 일산화 탄소 및 수소 가스를 투입하고, 300℃ 내지 350℃의 온도에서 형성된 금속 촉매 입자를 포함하는 탄화층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자 방출 디스플레이 장치를 제공한다.
또한, 상기의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
기판, 캐소오드 전극, 절연체층 및 게이트 전극을 형성하는 소재를 순차적으로 형성하는 단계(a);
상기 게이트 전극 소재의 상면에 소정의 두께로 포토 레지스트로 마스크 패턴을 형성하는 단계(b);
상기 마스크 패턴을 이용하여 절연체층까지 식각하여 전자 방출원 홀을 형성하는 단계(c);
상기 캐소오드 전극 상에 촉매 금속 입자를 준비하고, 상기 전자방출원 홀 내에 일산화탄소 및 수소 가스를 투입하고 300℃ 내지 350℃의 온도로 가열하여 촉매 성장층을 형성하는 단계(d); 및
상기 촉매 성장층이 형성된 이후 상기 촉매 금속 입자를 화학적 기상증착법 (CVD법)에 의하여 수직성장시켜 탄소 나노 튜브를 제조하는 단계(e)를 포함하는 전자 방출 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 전자 방출 소자의 동작 전압을 감소시킬 수 있으며, 이러한 전자 방출 소자를 채용한 디스플레이 장치는 전력의 소모를 절감할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자와 이를 이용하여 구현한 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 IV 부분의 확대도가 도시되어 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자(200)는, 제1 기판(210), 캐소오드 전극(220), 게이트 전극(240), 제1 절연체 층(230), 촉매 성장층(225) 및 전자 방출원(231)을 포함한다.
상기 제1 기판(210)은 소정의 두께를 가지는 판상의 부재로, 석영 유리, 소량의 Na과 같은 불순물을 함유한 유리, 판유리, SiO2가 코팅된 유리 기판, 산화 알루미늄 또는 세라믹 기판이 사용될 수 있다. 또한, 플랙서블 디스플레이 장치(flexible display apparatus)를 구현하는 경우에는 유연한 재질이 사용될 수도 있다.
상기 캐소오드 전극(220)은 상기 제1 기판(210) 상에 일 방향으로 연장되도록 배치되고, 통상의 전기 도전 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, Al, Ti, Cr, Ni, Au, Ag, Mo, W, Pt, Cu, Pd 등의 금속 또는 그 합금, 유리 및 Pd, Ag, RuO2, Pd-Ag 등의 금속 또는 금속 산화물로 구성된 인쇄된 도전체, In2O3 또는 SnO2 등의 투명 도전체, 또는 다결정실리콘(polysilicon) 등의 반도체 물질로 만들어질 수 있다.
상기 게이트 전극(240)은 상기 캐소오드 전극(220)과 상기 절연체층(230)을 사이에 두고 배치되고, 상기 캐소오드 전극(220)과 같이 통상의 전기 도전 물질로 만들어질 수 있다.
상기 절연체층(230)은, 상기 게이트 전극(240)과 상기 캐소오드 전극(220) 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극(220)과 게이트 전극(240)을 절연함으로써 두 전극 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지한다.
상기 전자 방출원(231)은 상기 캐소오드 전극(220)과 통전되도록 배치되고, 상기 게이트 전극(240)에 비해서는 높이가 낮게 배치된다. 상기 전자 방출원(231)의 재료로는 침상 구조를 가진 것이면 어떤 것이라도 사용될 수 있다. 특히, 일함수가 작고, 베타 함수가 큰 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube: CNT), 그래파이트, 다이아몬드 및 다이아몬드상 카본 등의 탄소계 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 특히, 탄소 나노 튜브는 전자 방출 특성이 우수하여 저전압 구동이 용이하므로, 이를 전자 방출원으로 사용하는 장치의 대면적화에 유리하다.
본 발명에 따른 전자 방출원은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 성장 방법으로서 정해진 픽셀 안에 선택적으로 촉매 금속 입자를 직접 성장 합성하는 방법에 의하여 제조될 수 있다. 전자 방출원 홀 내에 촉매 성장층(225)을 형성하고, 촉매 금속 입자를 화학적으로 증착하여 안정된 고효율의 탄소 나노 튜브를 수직성장시킨다.
화학적 기상증착(CVD) 방법을 이용한 직접 성장 합성 방법은 아주 국부적으로 높은 전류 밀도를 실현하면서도 전류의 조절을 용이하게 한다는 장점이 있다.
직접 기판 위의 원하는 영역에 탄소 나노 튜브를 생성하기 위해서는 먼저 촉매역할을 하는 촉매금속이 필요하다. 그 재질로는 코발트(Co), 철(Fe), 또는 니켈(Ni) 등이 주로 사용되고, 그 증착 방법은 주로 DC혹은 RF 스퍼터링법을 이용할 수 있다. 상기한 방법을 이용하여 1-50㎚의 두께로 증착하면 이는 탄소 나노 튜브를 성장할 수 있는 촉매 역할을 하게 된다.
촉매금속이 증착 형성된 기판 위에 화학적 기상증착(CVD) 법을 이용하여 탄소 나노 튜브를 성장시킬 경우 그 기판물질에 따라 임의로 선택적 증착을 행할 수 있다. 즉, 촉매금속이 형성되지 않은 부분은 전혀 탄소 나노 튜브가 증착 성장되지 않는다.
그러므로 본 발명에서는 탄소 나노 튜브를 성장시킬 영역에만 촉매금속을 형성하고 탄소 나노 튜브를 화학적 기상증착(CVD) 방법을 이용하여 선택적으로 형성시켜 전자 방출원을 형성한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 전자 방출원을 확대하여 도시하고 있다. 도 4를 참조하면, 제1 기판(310), 캐소오드 전극(320), 게이트 전극(340), 절연체층(330) 및 전자 방출원(325)을 포함한다. 전자 방출원(325)은 캐소오드 전극(320) 상에 형성된 촉매 성장층(370)이 형성되고, 상기 촉매 성장층(370)의 상부에 탄소 나노 튜브(350)가 형성된다. 촉매 성장층(370)을 형성함으로써, 결과적으로 전자 방출원(325)의 탄소 나노 튜브(350) 높이가 더 높아지고, 게이트 전극(340)과의 거리를 감소시켜 동작 전압(scan voltage)이 감소되는 효과를 얻을 수 있다.
상기 촉매 성장층(370)은 금속 촉매 입자를 포함하는 탄화층으로서, 두께는 0.1 내지 2㎛인 것이 바람직하다. 촉매 성장층의 두께가 상기 범위를 벗어나는 경우 동작 전압이 감소되는 효과가 현저히 감소하는 문제점이 있다.
촉매 성장층 및 탄소 나노 튜브를 제조하는 방법은 1단계로서, 촉매 금속을 배치한 캐소오드 구조에 일산화탄소 및 수소 가스를 흘려보내고, 300℃ 내지 350℃의 온도로 가온하여 촉매 성장층을 얻을 수 있다. 촉매 성장층의 두께는 0.1 내지 2㎛인 것이 바람직하다. 일산화탄소 및 수소 가스의 압력, 온도 및 시간을 조절하 여 촉매 성장층의 두께를 조절할 수 있다. 일산화탄소 및 수소 가스의 압력은 50 - 300 torr가 적당하며, 10분 내지 30분의 시간동안 반응시키는 것이 바람직하다.
2단계로서, 상기 촉매 성장층의 형성 이후에 350 내지 450℃의 온도로 가온하여 탄소 나노 튜브를 성장시킨다. 상기 탄소 나노 튜브는 촉매 성장층을 통하여 캐소오드 전극과 통전되게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출원의 사진을 도시하고 있다. 도 5를 참조하면, 캐소오드 전극(미도시)상에 형성된 촉매 성장층(470)을 확인할 수 있다.
지금까지 설명한 것과 같은 구성을 가지는 전자 방출 소자는 캐소오드 전극에 (-) 전압을 인가하고, 게이트 전극에 (+) 전압을 인가하여 상기 전자 방출원으로부터 전자가 균일하게 방출되도록 할 수 있다.
한편, 상기 전자 방출 소자는 가시광선을 발생하여 화상을 구현하는 디스플레이 장치에 이용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일구현예에 따른 전자 방출 디스플레이 장치는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 제1 기판(210)과 나란하게 배치되는 제2 기판(290), 상기 제2 기판(290) 상에 설치되는 애노드 전극(280) 및 상기 애노드 전극(280)에 설치된 형광체층(270)을 더 포함한다.
또한, 단순히 램프로서 가시광선을 발생시키는 것이 아니라 화상을 구현하기 위해서는 상기 캐소오드 전극(220) 및 상기 게이트 전극(240)이 서로 교차하도록 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 게이트 전극(240)들과 상기 캐소오드 전극(220)들이 교차하는 영역들에는 전자 방출원 홀들이 형성되어, 그 내부에 전자 방출원(231)을 배치한다. 전자 방출원의 제조방법은 상술한 바와 같다.
상기 제1 기판(210)을 포함하는 후면 패널(201)과 상기 제2 기판(290)을 포함하는 전면 패널(202)은 서로 소정의 간격을 유지하면서 대향되어 발광 공간을 형성한다. 상기 후면패널(201)과 전면 패널(202) 사이의 간격의 유지를 위해 스페이서(260)들이 배치된다. 상기 스페이서(260)는 절연물질로 만들어질 수 있다.
또한, 내부의 진공을 유지하기 위해 프리트(frit)로 후면 패널(201)과 전면 패널(102)이 형성하는 공간의 둘레를 밀봉하고, 내부의 공기 등을 배기한다.
이러한 구성을 가지는 전자 방출 디스플레이 장치는 다음과 같이 동작한다.
전자 방출을 위해 캐소오드 전극(220)에 (-) 전압을 인가하고, 게이트 전극(240)에는 (+) 전압을 인가하여 캐소오드 전극(220)에 설치된 전자 방출원(231)으로부터 전자가 방출될 수 있게 한다. 또한, 애노드 전극(280)에 강한 (+)전압을 인가하여 애노드 전극(280) 방향으로 방출된 전자를 가속시킨다. 이와 같이 전압이 인가되면, 전자 방출원(231)을 구성하는 침상의 물질들로부터 전자가 방출되어 게이트 전극(240)을 향해 진행하다가 애노드 전극(280)을 향해 가속된다. 애노드 전극(280)을 향하여 가속된 전자는 애노드 전극(280)측에 위치하는 형광체층(270)에 부딪히면서 가시광선을 발생시키게 된다.
먼저, 제1 기판(210), 캐소오드 전극(220), 절연체층(230) 및 게이트 전극(240)을 형성하는 소재를 순서대로 소정 두께로 적층한다. 적층은 박막 공정으 로 수행하는 것이 바람직하다.
그 다음, 상기 게이트 전극(240)의 상면에 소정의 두께로 마스크 패턴(mask pattern)을 형성한다. 상기 마스크 패턴의 형성은 전자 방출원 홀을 형성하기 위한 것으로 포토레지스트(Photo Resist: PR)를 도포하고 UV나 이-빔(E-beam)을 이용하여 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정에 의해 수행된다.
그 다음, 상기 마스크 패턴을 이용하여 게이트 전극(240) 및 절연체층(230)을 식각하여 전자 방출원 홀을 형성한다. 식각 공정은 게이트 전극(240), 절연체층(230) 및 캐소오드 전극(220)의 재료, 두께 등에 따라 식각액을 이용하는 습식 식각이나, 부식성 가스를 이용하는 건식 식각 또는 이온 빔(ion beam) 등을 이용하는 마이크로 머시닝 방식에 의해 이루어질 수 있다.
상기 캐소오드 전극(220) 상에 촉매 금속 입자를 준비하고, 상기 전자방출원 홀 내에 일산화탄소 및 수소 가스를 투입하고, 300℃ 내지 350℃의 온도로 가열하여 촉매 성장층(225)을 형성한다. 상기 촉매 성장층의 두께는 0.1 내지 2㎛인 것이 바람직하며, 촉매 성장층의 두께가 상기 범위를 벗어나는 경우 전술한 바와 같이 동작 전압이 감소되는 효과가 현저히 감소하는 문제점이 있다.
상기 촉매 성장층(225)이 형성된 이후 상기 촉매 금속 입자를 화학적 기상증착법 (CVD법)에 의하여 수직성장시켜 탄소 나노 튜브(350)를 제조한다. 바람직하게는 상기 탄소 나노 튜브(350)를 수직성장시키기 위하여 전자방출원 홀을 400 내지 450℃로 가열한다.
도 6에는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 전자 방출 소자의 개략적인 구성 을 보여주는 부분 단면도가 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 상기 전자 방출 소자는 앞서 설명한 일 실시예의 전자 방출 소자의 구조에 제2 절연체층(435) 및 집속 전극(445)이 추가된 것이다.
상기 집속 전극(445)은 상기 제2 절연체층(435)에 의해 게이트 전극(440)과 전기적으로 절연되며, 상기 게이트 전극과 나란한 방향으로 설치된다. 또한, 캐소오드 전극(420)과 게이트 전극(440)에 의해 형성되는 전계에 의해 전자 방출원(425)에서 방출되는 전자들이 가능한 한 도 3에 도시된 것과 같은 전면 패널(202)의 애노드 전극(280)을 향하여 직진하도록 하는 기능을 한다. 상기 집속 전극(445)의 소재는 캐소오드 전극(420) 및 게이트 전극과 마찬가지로 전기 전도성이 우수한 소재로 만들어진다. 이와 같이 집속 전극(445)을 더 구비하는 전자 방출 소자의 경우에 전자 방출원에서 방출되는 전자 방출이 균일하게 일어날 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 전자 방출 소자를 구비한 디스플레이 장치 및 종래 기술에 따른 전자 방출 소자를 구비한 디스플레이 장치에 대한 전류-전압를 보여주는 그래프이다. 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 전자 방출 소자를 구비한 디스플레이 장치가 종래 기술에 의한 전자 방출 소자를 구비한 디스플레이 장치보다 현저히 낮은 동작 전압을 보여줌을 알 수 있다.
이상에서 설명한 것과 같이, 본 발명에 따르면 전자 방출 소자의 동작 전압을 감소시킬 수 있으며, 이러한 전자 방출 소자를 채용한 디스플레이 장치는 전력의 소모를 절감할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래 전자 방출 소자 및 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 전자 방출 소자 및 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3의 IV 부분의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 전자 방출 소자의 사진이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 전자 방출 소자를 구비한 디스플레이 장치 및 종래 기술에 따른 전자 방출 소자를 구비한 디스플레이 장치에 대한 전류-전압를 보여주는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
60, 260: 스페이서 70, 270: 형광체층
80, 280: 애노드 전극 90, 290: 제2 기판
100, 200: 전자 방출 디스플레이 장치
101, 201: 전면 패널 103, 203: 발광 공간
110, 210: 제1 기판 120, 220: 캐소오드 전극
130, 230: 절연체층 150, 231: 전자 방출원
435: 제2 절연체층 140, 240, 340: 게이트 전극
445: 집속 전극 225, 370, 470: 촉매 성장층

Claims (11)

  1. 제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 배치된 캐소오드 전극;
    상기 캐소오드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 게이트 전극;
    상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극을 절연하는 절연체층;
    상기 캐소오드 전극 상에 배치된 촉매 성장층; 및
    상기 촉매 성장층에서 수직성장되어 배치된 탄소 나노 튜브를 포함하는 전자 방출원을 포함하는 전자 방출 소자로서,
    상기 촉매 성장층이 일산화 탄소 및 수소 가스를 투입하고, 300℃ 내지 350℃의 온도에서 형성된 금속 촉매 입자를 포함하는 탄화층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 성장층의 두께가 0.1 내지 2㎛인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 나노 튜브는 촉매 성장층을 통하여 캐소오드 전극과 통전되는 것 을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 전극의 상측을 덮는 제2 절연체층과,
    상기 제2 절연체층에 의해 상기 게이트 전극과 절연되고, 상기 게이트 전극과 나란한 방향으로 배치된 집속 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극은 서로 교차하는 방향으로 연장되어 배치된 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  6. 제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 배치된 복수 개의 캐소오드 전극;
    상기 캐소오드 전극들과 교차하도록 배치된 복수 개의 게이트 전극;
    상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극들과 상기 게이트 전극들을 절연하는 절연체층;
    상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극이 교차하는 지점에 형성된 전자 방출원 홀;
    상기 캐소오드 전극 상에 배치된 촉매 성장층;
    상기 촉매 성장층에서 수직성장되어 형성된 탄소 나노 튜브를 포함하는 전자 방출원;
    상기 제1 기판과 평행하게 배치되는 제2 기판;
    상기 제2 기판에 배치된 애노드 전극; 및
    상기 애노드 전극에 배치된 형광체층을 포함하는 전자 방출 디스플레이 장치로서,
    상기 촉매 성장층이 일산화 탄소 및 수소 가스를 투입하고, 300℃ 내지 350℃의 온도에서 형성된 금속 촉매 입자를 포함하는 탄화층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자 방출 디스플레이 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 촉매 성장층의 두께가 0.1 내지 2㎛인 것을 특징으로 하는 전자 방출 디스플레이 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 탄소 나노 튜브는 촉매 성장층을 통하여 캐소오드 전극과 통전되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 디스플레이 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 게이트 전극의 상측을 덮는 제2 절연체층과,
    상기 제2 절연체층에 의해 상기 게이트 전극과 절연되고, 상기 게이트 전극과 나란한 방향으로 배치된 집속 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 디스플레이 장치.
  10. 기판, 캐소오드 전극, 절연체층 및 게이트 전극을 형성하는 소재를 순차적으로 형성하는 단계(a);
    상기 게이트 전극 소재의 상면에 소정의 두께로 포토 레지스트로 마스크 패턴을 형성하는 단계(b);
    상기 마스크 패턴을 이용하여 절연체층까지 식각하여 전자 방출원 홀을 형성하는 단계(c);
    상기 캐소오드 전극 상에 촉매 금속 입자를 준비하고, 상기 전자방출원 홀 내에 일산화탄소 및 수소 가스를 투입하고 300℃ 내지 350℃의 온도로 가열하여 촉매 성장층을 형성하는 단계(d); 및
    상기 촉매 성장층이 형성된 이후 상기 촉매 금속 입자를 화학적 기상증착법 (CVD법)에 의하여 수직성장시켜 탄소 나노 튜브를 제조하는 단계(e)를 포함하는 전자 방출 소자의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 단계(e)에서 전자방출원 홀을 400 내지 450℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조방법.
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