KR101084082B1 - 전자 방출 디바이스 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

탄소계 물질들이 간격을 두고 형성되어 스크린 효과를 억제함으로써 구동 전압을 낮출 수 있도록, 기판, 기판 위에 형성되는 캐소드 전극들, 캐소드 전극들 위에 형성되는 촉매층, 촉매층 위에 제공되고 촉매층 위로 나노포어들을 형성하는 미세기공층, 나노포어들을 통해 노출된 촉매층 위에 형성되는 전자 방출부, 캐소드 전극들과 절연층을 사이에 두고 형성되며 전자 방출부 개방을 위한 개구부를 가지는 게이트 전극들을 포함하는 전자 방출 디바이스를 제공한다.

전자 방출 디바이스, 전자 방출부, 탄소나노튜브, 촉매금속, 나노포어, 미세 기공, 덴드리머

Description

전자 방출 디바이스 및 그 제조방법 {Electron Emission Device and Manufacturing Method Thereof}

도 1은 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스의 일실시예가 적용된 전자 방출 표시 디바이스를 나타내는 부분확대 단면 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스의 일실시예가 작용된 전자 방출 표시 디바이스를 나타내는 부분확대 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스의 일실시예를 나타내는 부분확대 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스 제조방법의 일실시예를 나타내는 공정도이다.

도 5는 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스 제조방법의 다른 실시예를 나타내는 공정도이다.

본 발명은 전자 방출 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자 방출부를 형성하는 탄소계 물질들이 간격을 두고 형성되어 스크린 효 과(screen effect)를 억제함으로써 구동 전압을 낮출 수 있는 전자 방출 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 디바이스는 전자원의 종류에 따라 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식으로 분류할 수 있다.

여기서, 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 디바이스로는 전계 방출 어레이(Field Emitter Array; FEA)형, 표면 전도 에미션(Surface-Conduction Emission; SCE)형, 금속-절연층-금속(Metal-Insulator-Metal; MIM)형 및 금속-절연층-반도체(Metal-Insulator-Semiconductor; MIS)형 등이 알려져 있다.

상기 MIM형과 MIS형 전자 방출 디바이스는 각각 금속/절연층/금속(MIM)과 금속/절연층/반도체(MIS) 구조로 이루어진 전자 방출부를 구비하며, 절연층을 사이에 두고 위치하는 두 금속 또는 금속과 반도체 사이에 전압을 인가할 때 높은 전자 전위를 갖는 금속 또는 반도체로부터 낮은 전자 전위를 갖는 금속쪽으로 전자가 이동 및 가속되면서 방출되는 원리를 이용한다.

상기 SCE형 전자 방출 디바이스는 기판 위에 서로 이격되어 배치된 제1 전극과 제2 전극 사이에 도전 박막을 형성하고 이 도전 박막에 미세 균열을 제공함으로써 전자 방출부를 형성하고 있으며, 양 전극에 전압을 인가하여 도전 박막의 표면으로 전류가 흐를 때 전자 방출부로부터 전자가 방출되는 원리를 이용한다.

그리고 상기 FEA형 전자 방출 디바이스는 일 함수(work function)가 낮거나 종횡비가 큰 물질을 전자원으로 사용할 경우 진공 중에서 전계에 의해 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한 것으로서, 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물로 전자 방출부를 형성하거나, 탄소 나노튜브와 같은 탄소계 물질로 전자 방출부를 형성한 예가 개발되고 있다.

이와 같이 냉음극을 이용하는 전자 방출 디바이스는 기본적으로 기판 위에 형성되는 전자 방출부와 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들을 구비하며, 전자 방출부와 구동 전극들의 작용으로 화소별 전자 방출의 온/오프와 전자 방출량을 제어한다.

전자 방출 표시 디바이스는 상기 전자 방출 디바이스에 형광층을 더욱 구비하며, 전자 방출부에서 방출된 전자들로 형광층을 여기시켜 소정의 표시 작용을 행하는 것으로, 일반적으로 형광층은 적색, 청색, 녹색 형광층으로 구성된다.

상기에서 전자 방출부를 형성할 때에, 탄소계 물질들이 밀질 대향으로 성장되면, 스크린 효과(screen effect)에 의해 구동 전압이 높아지는 문제가 있다. 이에 탄소계 물질들을 어느 정도의 간격을 두고 성장시켜 구동 전압을 낮추려는 연구가 활발히 진행되고 있다.

본 발명의 목적은 전자 방출부를 형성하는 탄소계 물질들이 간격을 두고 형성되어 스크린 효과를 억제함으로써 구동 전압을 낮출 수 있는 전자 방출 디바이스를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 스크린 효과를 억제하기 위하여 전자 방출부를 형성하는 탄소계 물질들이 간격을 두고 형성되도록 나노포어(nanopore)를 이용하는 전자 방출 디바이스 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판, 상기 기판 위에 형성되는 캐소드 전극들, 상기 캐소드 전극들 위에 형성되는 촉매층, 상기 촉매층 위에 제공되고 촉매층 위로 나노포어(nanopore)들을 형성하는 미세기공층, 상기 나노포어들을 통해 노출된 촉매층 위에 형성되는 전자 방출부, 상기 캐소드 전극들과 절연층을 사이에 두고 형성되며 상기 전자 방출부 개방을 위한 개구부를 가지는 게이트 전극들을 포함하는 전자 방출 디바이스를 제공한다.

그리고 본 발명은 기판 위에 캐소드 전극들, 절연층, 게이트 전극들을 순차적으로 형성하고, 상기 게이트 전극들 및 절연층에 개구부를 형성하여 캐소드 전극들의 표면 일부를 노출시키고, 상기 노출된 캐소드 전극들에 촉매층을 형성하고, 상기 촉매층 위에 미세기공층을 코팅하고, 상기 미세기공층에 나노포어(nanopore)을 형성하고, 상기 나노포어를 통해 노출되는 촉매층에 탄소계 물질을 성장시켜 전자 방출부를 형성하는 단계를 포함하는 전자 방출 디바이스 제조방법을 제공한다.

상기 미세기공층은 일정 조건에서 나노포어(nanopore)가 형성되는 물질을 촉매층 위에 코팅하여 형성한다.

상기에서 일정 조건에서 나노포어가 형성되는 물질로는 덴드리머(Dendrimer) 등을 들 수 있다.

상기 덴드리머는 SOG(Spin On Glass) 물질에 혼합하여 사용하며, 예를 들면 EA-PPI-64(64-armed ethyl acrylate-terminated polypropylenimine), EA-PPI-128(128-armed ethyl acrylate-terminated polypropylenimine) 등의 덴드리머 물질 을 SOG 물질에 혼합하여 사용한다.

상기 SOG 물질로는 PMSQ(polymethylsilsesquioxane), PPSQ(polyphenylsilsesquioxane) 등의 Si-O-Si의 구조를 가진 물질을 사용한다.

상기에서 나노포어의 형성은 미세기공층에 열을 가하는 것에 의하여 이루어진다.

상기 전자 방출부는 나노포어를 통해 노출된 촉매층에 탄소계 물질을 성장시켜 형성하게 되며, 탄소계 물질로는 카본 나노 튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본 및 C₆₀ 등이 사용될 수 있다.

상기에서 탄소계 물질의 성장 방법으로는 카본 나노튜브의 직접 성장, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등 탄소계 물질 성장을 위해 일반적으로 사용되는 모든 방법이 사용 가능하다.

다음으로 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전자 방출 디바이스가 적용된 전자 방출 표시 디바이스의 부분확대 사시도이고, 도 2는 부분확대 단면도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스가 적용된 전자 방출 표시 디바이스는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 소정의 간격을 두고 평행하게 대향 배치되는 제1기판(2)과 제2기판(4)을 포함한다. 상기 제1기판(2)과 제2기판(4)의 가장자리에는 밀봉부재(도면에 나타내지 않음)가 배치되어 두 기판을 접합시키 며, 제1기판(2)과 제2기판(4) 및 밀봉부재가 진공 용기를 구성한다.

상기 제1기판(2) 위에는 제1전극인 캐소드 전극(6)들이 제1기판(2)의 한쪽 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극(6)들을 덮으면서 제1기판(2) 전체에 제1절연층(8)이 형성된다.

상기 제1절연층(8) 위에는 제2전극인 게이트 전극(10)들이 캐소드 전극(6)들과 직교하는 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

상기에서 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극(6) 위로 각 화소 영역마다 하나 이상의 전자 방출부(12)가 형성되고, 제1절연층(8)과 게이트 전극(10)에는 각 전자 방출부(12)에 대응하는 개구부(9), (11)가 형성되어 제1기판(2) 상에 전자 방출부(12)가 노출되도록 한다.

상기 전자 방출부(12)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 예를 들면 탄소계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어질 수 있다.

상기 전자 방출부(12)는 일례로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀, 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질을 포함할 수 있다.

상기 전자 방출부(12)의 제조법으로는 스크린 인쇄, 직접 성장, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.

본 실시예에서는 전자 방출부(12)와 게이트 전극(10)의 개구부(11)가 원형을 이루며 각 화소 영역에서 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열되는 구 성으로 설명한다. 그러나 상기 전자 방출부(12)와 게이트 전극(10)의 개구부(11) 평면 형상과 화소 영역당 개수 및 배열 형태 등은 상기한 실시예에 한정되지 않고 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하다.

그리고 상기에서는 게이트 전극(10)이 제1절연층(8)을 사이에 두고 캐소드 전극(6) 상부에 위치하는 구조에 대해 설명하였으나, 게이트 전극이 제1절연층을 사이에 두고 캐소드 전극 하부에 위치하는 구조도 가능하다. 이 경우 전자 방출부(12)는 제1절연층 위에서 캐소드 전극의 가장자리와 접촉하며 위치할 수 있다.

상기 게이트 전극(10)과 제1절연층(8) 위로 제3전극인 집속 전극(18)이 위치한다. 상기 집속 전극(18) 하부에는 제2절연층(16)이 위치하여 게이트 전극(10)과 집속 전극(18)을 절연시키며, 제2절연층(16)과 집속 전극(18)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(17), (19)가 마련된다.

그리고 상기 제1기판(2)에 대향하는 제2기판(4)의 일면에는 형광층(20), 예를 들면 적색과 녹색 및 청색의 형광층(20R, 20G, 20B)들이 서로 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(20) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(21)이 형성된다.

상기 형광층(20)은 제1기판(2)에 설정되는 화소 영역에 한가지 색의 형광층이 대응하도록 형성될 수 있다.

상기 형광층(20)과 흑색층(21) 위로 알루미늄과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(22)이 형성된다. 상기 애노드 전극(22)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받아 형광층(20)을 고전위 상태로 유지시키며, 형광층(20)에 서 방사된 가시광 중 제1기판(2)을 향해 방사된 가시광을 제2기판(4) 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높이는 역할을 한다.

한편, 애노드 전극(22)은 금속막이 아닌 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 도전막으로 이루어질 수 있다. 이 경우 애노드 전극은 제2기판(4)을 향한 형광층(20)과 흑색층(21)의 일면에 위치하며, 소정의 패턴으로 구분되어 복수개로 형성될 수 있다. 또한 애노드 전극(22)으로서 전술한 투명 도전막과 금속막을 동시에 형성하는 구조도 가능하다.

상기 제1기판(2)과 제2기판(4) 사이에는 스페이서(24)들이 배치되어 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고, 두 기판(2), (4)의 간격을 일정하게 유지시킨다. 상기 스페이서(24)들은 형광층(20)을 침범하지 않도록 흑색층(21)에 대응하여 위치한다.

상기와 같이 구성되는 전자 방출 표시 디바이스는 외부로부터 캐소드 전극(6), 게이트 전극(10), 집속 전극(18) 및 애노드 전극(22)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다. 예를 들면 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10) 중 어느 하나의 전극이 주사 구동 전압을 인가받아 주사 전극으로 기능하고, 다른 하나의 전극이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극으로 기능한다. 그리고 집속 전극(18)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 예를 들면 0V 또는 수∼수십 볼트의 (-) 직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(22)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 일례로 수백∼수천 볼트의 (+) 직류 전압을 인가받는다.

상기와 같이 구동 전압을 인가받으면, 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)간 전압 차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(12) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출되고, 방출된 전자들은 집속 전극(18)의 개구부(19)를 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되며, 애노드 전극(22)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 화소의 형광층(20)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.

그리고 상기와 같이 구성되는 전자 방출 표시 디바이스에 적용되는 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 디바이스는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 캐소드 전극(6)의 상기 제1절연층(8) 및 게이트 전극(10)의 개구부(9), (11)를 통하여 노출된 부분에 촉매물질을 도포하여 형성하는 촉매층(30)과, 상기 촉매층(30) 위에 일정 조건에서 나노포어(nanopore)가 형성되는 물질을 도포하여 형성되는 미세기공층(40)을 더 포함한다.

상기 전자 방출부(12)는 상기 미세기공층(40)에 형성되는 나노포어를 통하여 노출되는 촉매층(30)에 탄소계 물질을 성장시켜 형성된다.

상기 촉매층(30)을 형성하는 촉매물질로는 탄소계 물질의 성장을 위한 시드(seed)로서 기능하는 촉매금속를 포함한다.

상기 촉매금속으로는 Ni, Fe, Co, Y, 철-니켈 합금(예:Invar) 등이 사용될 수 있다.

상기와 같이 미세기공층(40)에 형성되는 나노포어를 통하여 탄소계 물질을 성장시켜 전자 방출부(12)를 형성하게 되면, 탄소계 물질이 상기 나노포어를 통해 상호간 간격을 유지하게 되므로, 스크린 효과를 억제하는 것이 가능하다.

그리고 상기에서 일정 조건에서 나노포어가 형성되는 물질로는 덴드리머 (Dendrimer) 등을 들 수 있다.

상기 덴드리머는 SOG(Spin On Glass) 물질에 혼합하여 사용하며, 예를 들면 EA-PPI-64(64-armed ethyl acrylate-terminated polypropylenimine), EA-PPI-128(128-armed ethyl acrylate-terminated polypropylenimine) 등의 덴드리머 물질을 SOG 물질에 혼합하여 사용한다.

상기 SOG 물질로는 PMSQ(polymethylsilsesquioxane), PPSQ(polyphenylsilsesquioxane) 등의 Si-O-Si의 구조를 가진 물질을 사용한다.

상기 미세기공층(40)은 SOG 물질과 덴드리머를 MIBK(methyl isobutyl ketone) 등의 용매를 사용하여 혼합한 다음, 이를 도포하여 형성한다.

상기에서 나노포어의 형성은 미세기공층(40)에 열을 가하는 것에 의하여 이루어진다.

다음으로 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스 제조방법의 일실시예는 도 4를 참조하여 설명한다.

먼저 기판(2) 위에 캐소드 전극(6)들, 제1절연층(8), 게이트 전극(10)들을 순차적으로 형성한다(P10).

상기에서 캐소드 전극(6)은 기판(2) 위에 도전막을 형성하고 이를 패터닝함에 의해 형성될 수 있다. 상기와 같이 캐소드 전극(6)을 패터닝한 다음, 기판(2) 전체에 절연 물질을 코팅하여 제1절연층(8)을 형성한다. 상기 제1절연층(8) 위에는 도전막을 형성하고 이를 패터닝하여 캐소드 전극(6)들과 교차하는 방향으로 게이트 전극(10)들을 형성한다.

그리고 상기 게이트 전극(10)들 및 제1절연층(8)의 일부(전자 방출부(12)가 형성될 부분)를 식각하여 개구부(11), (9)를 형성하여 캐소드 전극(6)들의 표면 일부를 노출시킨다(P20).

상기 노출된 캐소드 전극(6)들에 촉매층(30)을 형성한다(P30).

상기 촉매층(30)은 캐소드 전극(6)들 표면에 촉매 금속을 코팅하여 형성된다.

상기에서 촉매층(30)을 형성하는 촉매 금속으로는 Ni, Fe, Co, Y, Invar 등이 사용될 수 있다.

상기 촉매 금속의 코팅 방법으로는 통상적인 코팅 방법들이 모두 사용될 수 있으며, 열 증착 및 스퍼터링이 가장 바람직하게 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 전자 방출 디바이스 제조방법의 일실시예는 기판(2)에 캐소드 전극(6)들을 형성한 다음, 전자 방출부(12)를 형성할 부분에 촉매층(30)을 패터닝하여 형성하고, 캐소드 전극(6)과 촉매층(30)을 덮도록 기판(2) 전체에 제1절연층(8)을 형성하고, 상기 캐소드 전극(6)과 교차하는 방향으로 게이트 전극(10)을 형성하고, 상기 게이트 전극(10)과 제1절연층(8)에 개구부(11), (9)를 형성하여 촉매층(30)을 노출시키는 단계로 구성하는 것도 가능하다.

상기에서 촉매층(30)은 기판(2) 위에 캐소드 전극(6)들을 형성한 다음, 상기 캐소드 전극(6)들 표면에 촉매 금속을 코팅하고, 이를 패터닝하는 것에 의하여 전자 방출부(12) 형성 위치에 선택적으로 형성된다.

그리고 상기 촉매층(30) 위에 미세기공층(40)을 코팅한다(P40).

상기 미세기공층(40)은 일정 조건에서 나노포어(42)가 형성되는 물질을 도포하여 형성된다.

상기에서 일정 조건에서 나노포어(42)가 형성되는 물질로는 덴드리머(Dendrimer) 등을 들 수 있다.

상기 덴드리머는 SOG(Spin On Glass) 물질에 혼합하여 사용한다.

예를 들면, EA-PPI-64(64-armed ethyl acrylate-terminated polypropylenimine), EA-PPI-128(128-armed ethyl acrylate-terminated polypropylenimine) 등의 덴드리머 물질을 SOG 물질에 혼합하여 사용한다.

상기에서 SOG 물질로는 PMSQ(polymethylsilsesquioxane), PPSQ(polyphenylsilsesquioxane) 등의 Si-O-Si의 구조를 가진 물질을 사용한다.

상기 미세기공층(40)은 SOG 물질과 덴드리머를 MIBK(methyl isobutyl ketone) 등의 용매를 사용하여 혼합한 다음, 이를 도포하여 형성한다.

본 발명에 따른 전자 방출 디바이스 제조방법의 일실시예는 상기 미세기공층(40)을 상기 캐소드 전극(6) 위에 촉매층(30)을 형성하고, 제1절연층(8)을 SOG 물질과 덴드리머가 MIBK 등의 용매에 의하여 혼합된 물질을 이용하여 형성하고, 상기 제1절연층(8) 위에 게이트 전극(10)을 형성하고, 상기 게이트 전극(10)에 개구부(11)를 형성하여 상기 제1절연층(8)을 노출시키는 것으로 미세기공층(40)을 형성하는 것도 가능하다.

상기와 같이 제1절연층(8)을 이용하여 미세기공층(40)을 형성하는 경우에는 상기 게이트 전극(10)에 개구부(11)를 형성할 때에 제1절연층(8)에도 상기 촉매층 (30)이 노출되지 않도록 불완전하게 개구부(9)를 형성하는 것에 의하여 제1절연층(8)보다 두께가 얇은 상태로 미세기공층(40)을 형성하는 것이 미세기공층(40)을 통하여 성장되는 전자 방출부(12)가 게이트 전극(10)과 단락되는 것을 방지할 수 있다.

이어서 상기 미세기공층(40)에 나노포어(42)를 형성한다(P50).

상기 나노포어(42)의 형성은 열을 가하는 것에 의하여 이루어진다.

상기 미세기공층(40)에 대략 400∼500℃ 정도의 열처리를 행하면, 덴드리머가 증발되면서 나노포어(42)가 형성된다.

상기에서 미세기공층(40)에 형성되는 나노포어(42)의 개수를 조절(덴드리머의 혼합비율을 조절)하는 것에 의하여 전자 방출부(12)의 성장 밀도를 조절하는 것이 가능하다.

다음으로 상기 나노포어(42)를 통해 노출되는 촉매층(30)에 탄소계 물질을 성장시켜 전자 방출부(12)를 형성한다(P60).

상기에서 탄소계 물질은 나노포어(42)를 통해 노출된 촉매층(30) 위에만 형성되므로, 밀집된 형태를 이루지 않고, 서로 간격을 유지하며 형성된다. 따라서, 스크린 효과를 방지하여 구동 전압을 낮출 수 있다.

상기 탄소계 물질로는 카본 나노 튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀ 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

상기 탄소계 물질의 성장 방법으로는 전기 방전법, 레이저 증착법, 플라즈마 화학기상증착법 및 열 화학기상증착법 등이 사용될 수 있다.

상기에서 탄소계 물질의 성장 방법으로 열 화학기상증착법 등을 사용하는 경우에는 나노포어(42)를 형성하기 위한 열처리를 별도로 행하지 않고, 탄소계 물질의 성장을 위한 열 화학기상증착법을 행할 때에 가해지는 열에 의해 덴드리머가 증발되어 나노포어(42)가 형성되면서 이 나노포어(42)를 통하여 탄소계 물질의 성장이 이루어지도록 하나의 공정으로 수행하는 것도 가능하다.

상기의 경우에는 열 화학기상증착법을 덴드리머가 증발되는 온도인 대략 400∼500℃ 정도 범위에서 조절하여 수행한다.

그리고 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스의 다른 실시예는 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 게이트 전극(10) 위에 집속 전극(18)을 더 형성할 수 있다.

상기 집속 전극(18)은 게이트 전극(10)과의 절연 유지를 위해 제2절연층(16) 위에 형성된다.

즉 상기 게이트 전극(10) 위에 기판(2) 전체를 덮도록 제2절연층(16)을 형성하고, 상기 제2절연층(16) 위에 집속 전극(18)을 형성한다.

상기 집속 전극(18) 및 제2절연층(16)에는 전자 방출부(12)가 노출되도록 각각 개구부(19), (17)가 형성된다.

상기 집속 전극(18)은 제2절연층(16)에 개구부(17)를 식각한 다음 또는 전자 방출부(12)를 형성한 다음에 형성하는 것도 가능하며, 집속 전극(18)의 형성은 종래 집속 전극을 형성하는 방법과 동일하게 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기에서는 전자 방출부가 진공 중에서 전계에 의해 전자를 방출하는 물질들로 이루어진 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이러한 FEA형에 한정되지 않고 전자 방출부와 집속 전극 및 형광층을 구비하는 다른 타입의 전자 방출 표시 디바이스에도 용이하게 적용 가능함은 물론이다.

상기에서는 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스 및 그 제조방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스 및 그 제조방법에 의하면, 전자 방출부를 형성하는 탄소계 물질들을 간격을 두고 형성하는 것이 가능하므로, 전자 방출부에서 발생하는 스크린 효과(screen effect)를 억제하는 것이 가능하고, 구동 전압을 낮출 수 있다.

Claims (20)

1. 기판과;

   상기 기판 위에 형성되는 캐소드 전극들과;

   상기 캐소드 전극들 위에 형성되는 촉매층과;

   상기 촉매층 위에 제공되고 촉매층 위로 나노포어들을 형성하는 미세기공층과;

   상기 나노포어들을 통해 노출된 촉매층 위에 형성되는 전자 방출부; 및

   상기 캐소드 전극들과 절연층을 사이에 두고 형성되며 상기 전자 방출부 개방을 위한 개구부를 가지는 게이트 전극들

   을 포함하는 전자 방출 디바이스.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 촉매층을 형성하는 촉매금속으로는 Ni, Fe, Co, Y, Invar로 이루어진 군에서 선택하여 사용되는 전자 방출 디바이스.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 미세기공층을 형성하는 물질로는 Si-O-Si의 구조를 갖는 SOG 물질에 덴드리머를 혼합한 물질이 사용되는 전자 방출 디바이스.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 덴드리머로는 EA-PPI-64 또는 EA-PPI-128이 사용되는 전자 방출 디바이스.
5. 청구항 3에 있어서,

   상기 미세기공층을 형성하는 물질로는 SOG 물질과 덴드리머를 MIBK 용매를 사용하여 혼합한 물질이 사용되는 전자 방출 디바이스.
6. 기판 위에 캐소드 전극들, 절연층, 게이트 전극들을 순차적으로 형성하고,

   상기 게이트 전극들 및 절연층에 개구부를 형성하여 캐소드 전극들의 표면 일부를 노출시키고,

   상기 노출된 캐소드 전극들에 촉매층을 형성하고,

   상기 촉매층 위에 미세기공층을 코팅하고,

   상기 미세기공층에 나노포어들을 형성하고,

   상기 나노포어들을 통해 노출되는 촉매층에 탄소계 물질을 성장시켜 전자 방출부를 형성하는

   단계를 포함하는 전자 방출 디바이스 제조방법.
7. 기판 위에 캐소드 전극들, 촉매층, 절연층, 게이트 전극들을 순차적으로 형성하고,

   상기 게이트 전극들 및 절연층에 개구부를 형성하여 촉매층을 노출시키고,

   상기 촉매층 위에 미세기공층을 코팅하고,

   상기 미세기공층에 나노포어들을 형성하고,

   상기 나노포어들을 통해 노출되는 촉매층에 탄소계 물질을 성장시켜 전자 방출부를 형성하는

   단계를 포함하는 전자 방출 디바이스 제조방법.
8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,

   상기 미세기공층을 형성하는 물질로는 Si-O-Si의 구조를 갖는 SOG 물질에 덴드리머를 혼합한 물질이 사용되는 전자 방출 디바이스 제조방법.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 덴드리머로는 EA-PPI-64 또는 EA-PPI-128이 사용되는 전자 방출 디바이스 제조방법.
10. 청구항 8에 있어서,

    상기 미세기공층을 형성하는 물질로는 SOG 물질과 덴드리머를 MIBK 용매를 사용하여 혼합한 물질이 사용되는 전자 방출 디바이스 제조방법.
11. 기판 위에 캐소드 전극들, 절연층, 게이트 전극들을 순차적으로 형성하고,

    상기 게이트 전극들에 개구부를 형성하여 절연층의 표면 일부를 노출시키는 것에 의하여 미세기공층을 형성하고,

    상기 미세기공층에 나노포어들을 형성하고,

    상기 나노포어들을 통해 노출되는 촉매층에 탄소계 물질을 성장시켜 전자 방출부를 형성하는

    단계를 포함하는 전자 방출 디바이스 제조방법.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 절연층 및 미세기공층을 형성하는 물질로는 Si-O-Si의 구조를 갖는 SOG 물질에 덴드리머를 혼합한 물질이 사용되는 전자 방출 디바이스 제조방법.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 덴드리머로는 EA-PPI-64 또는 EA-PPI-128이 사용되는 전자 방출 디바이스 제조방법.
14. 청구항 12에 있어서,

    상기 절연층 및 미세기공층을 형성하는 물질로는 SOG 물질과 덴드리머를 MIBK 용매를 사용하여 혼합한 물질이 사용되는 전자 방출 디바이스 제조방법.
15. 청구항 6, 청구항 7, 청구항 11 중 어느 한항에 있어서,

    상기 미세기공층의 나노포어는 열을 가하는 것에 의하여 형성되는 전자 방출 디바이스 제조방법.
16. 청구항 15에 있어서,

    상기 미세기공층의 나노포어는 400∼500℃에서 열처리하는 것에 의하여 형성되는 전자 방출 디바이스 제조방법.
17. 청구항 6, 청구항 7, 청구항 11 어느 한항에 있어서,

    상기 촉매층을 형성하는 촉매 금속으로는 Ni, Fe, Co, Y, Invar로 이루어진 군에서 선택되는 전자 방출 디바이스 제조방법.
18. 청구항 6, 청구항 7, 청구항 11 중 어느 한항에 있어서,

    상기 전자 방출부를 형성하는 탄소계 물질로는 카본 나노 튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀ 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 전자 방출 디바이스 제조방법.
19. 청구항 6, 청구항 7, 청구항 11 중 어느 한항에 있어서,

    상기 전자 방출부를 형성하는 탄소계 물질의 성장은 전기 방전법, 레이저 증착법, 플라즈마 화학기상증착법 및 열 화학기상증착법으로 이루어진 군에서 선택되 는 방법에 의하여 이루어지는 전자 방출 디바이스 제조방법.
20. 청구항 6, 청구항 7, 청구항 11 중 어느 한항에 있어서,

    상기 미세기공층에 나노포어들을 형성하는 공정과 상기 전자 방출부를 형성하는 탄소계 물질을 성장시키는 공정을 열 화학기상증착법을 이용하여 동시에 행하는 전자 방출 디바이스 제조방법.

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