KR20030062739A - 탄소나노튜브를 이용한 3극구조를 가지는 평판형전계방출램프 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소나노튜브를 이용한 3극구조를 가지는 평판형 전계방출램프 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 일정한 간격을 유지한 채 서로 대향하도록 배치된 배면기판 및 전면기판; 상기 배면기판 상에 스트라이프 형태로 형성된 캐소드전극; 상기 배면기판 상에 상기 캐소드전극과 교차하는 방향으로 스트라이프 형태로 형성된 그리드전극; 상기 두 기판의 간격을 유지하면서 그 내부를 진공밀봉하는 스페이서; 상기 전면기판 상의 전면(全面)에 형성된 애노드전극; 상기 애노드전극 상에 도포된 형광체; 상기 캐소드전극 및 애노드전극의 교차점에 대응하는 캐소드전극 상에 전자방출소자로서 형성된 카본나노튜브; 상기의 카본나노튜브로부터 방출되는 전자를 제어하기 위한 그리드; 상기 그리드를 배면기판 상에 있는 그리드전극과 접지시키는 전도성 페이스터를 가지는 구조를 가지는 3극형 전계방출램프에 관한 것이다. 또한, 상기의 배면기판과 상면기판을 진공실장함에 있어서 유리프릿으로된 스페이서 만을 사용하여 진공챔버내의 고진공 상태에서 진공 실장함으로서 배기용 세관이 없이 평판형으로 전계방출램프를 제조하는 것을 특징으로 한다

Description

탄소나노튜브를 이용한 3극구조를 가지는 평판형 전계방출램프 및 그 제조방법{TRIODE-FLAT TYPE FIELD EMISSION LAMP AND ITS FABRICATION METHOD BY USING CARBON NANO TUBE}

본 발명은 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube)를 이용한 3극구조를 가지는 평판형 전계방출램프 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노튜브를 전자방출소자로서 이용하고, 캐소드전극과 애노드전극 사이에 그리드가 삽입된 구조를 가지는 전계방출램프 및 그의 제조방법과 상기의 전계방출램프를 평판형으로 실장할 수 있는 실장방법에 관한 것이다.

박막 트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD), 야외 전광판등과 같은 정보표시장치 분야에서 광원으로서의 램프부분은 제품전체의 특성을 좌우할 수 있는 부분인 만큼 이에 대한 많은 연구가 이루어 지고 있다. 특히 텔레비전, 모니터, 프로젝터로서 큰 시장을 형성할 것으로 예상되는 LCD(Liquid Crystal Display)의 백라이트부에의 응용을 고려할 때 정보표시장치의 광원으로서 램프에 대한 연구는 발광면적의 균일화, 고휘도화, 저소비전력화, 장수명화, 경박단소화에 초점이 맞추어져 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재, 디스플레이 장치의 광원으로서 가장 대표적인 것으로는 형광램프를 들수 있는데, 이러한 형광램프는 방전에 의한 형광체의 발광을 이용하는 장치이다. 그러나, 형광램프는 발광효율이 낮고 휘도가 낮으며 소형화 하기 어렵고 동작을 위해서는 고소비전력을 요구하며 특히 사용시간이 경과함에 따라 발광특성이 열화되어 안정성이 떨어진다는 문제점을 가지고 있다.

이러한 이유로 인해 디스플레이 장치의 광원으로서 현재 전계방출램프에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 전계방출램프는 도 1에서 도시된 바와 같이 진공 분위기에서 직렬형 캐소드전극(2) 상에 위치한 전자방출소자(3)로부터 나오는 열전자(7)를 캐소드전극(2)와 애노드전극(5) 사이에 걸리는 전기장으로 애노드전극(5) 상에 위치한 형광체(6)에 가속시켜 일정한 운동에너지를 가지고 형광체(6)에 충돌 시켜서, 이때 전자들의 운동에너지가 형광체(6)에 전달되며, 형광체(6)는 전자의 운동에너지를 전달받아 여기되어 빛을 방출하게 된다.

또한, 상기의 전계방출램프를 진공·실장하는 기술로는 도 1에 도시된 바와 같이 배면기판상(1) 상에 유리프릿을 가열·접합하여 배기용 세관(9)을 연결하고, 상기의 배기용세관의 입구(11)를 진공펌프에 연결하여 배면기판(1)과 상면기판(4)사이의 이격공간(8), 즉 패널내부를 1×10^-6Torr 정도의 진공상태로 유지한 상태에서 배기용 세관의 가운데 부근(10)을 400∼500℃ 정도로 가열·밀봉한 후 말단 부분을 절단(tip off)하는 방법, 즉 CRT(cathode ray tube)타입의 진공·실장기술이 일반적으로 응용되어 사용되고 있다.

상기의 전계방출램프의 특성을 결정하는 가장 중요한 요소는 얼마나 얇은 두께와 저소비전력으로 우수한 발광특성을 낼 수 있는지와 발광면적이 얼마나 균일한지 그리고 캐소드전극과 애노드전극 및 전자방출소자가 형성되어 있는 패널내부의 진공도를 얼마나 높이느냐에 있다.

그러나, 상기의 캐소드전극(2)과 애노드전극(5)만을 가진, 즉 2극형 전계방출램프는 전자방출소자에서 나온 열전자를 일정한 속도 이상으로 가속 시키기 위해서는 애노드와 캐소드전극 사이의 간격을 수 센티미터(centimeter) 이상으로 이격시켜야 하고, 고휘도를 얻기 위해서는 수십 킬로볼트(KV) 이상의 고전압을 인가하여야 한다는 문제점과 방출된 열전자의 조절이 어려워 발광면적이 불균일해 질 수있다는 문제점이 있다.

또한, 전계방출램프를 제작하기 위해 적용된 CRT타입의 진공·실장기술은 배기용 세관의 존재로 인해 전계방출램프의 두께가 증가한다는 문제점과 도 2에 표시된 바와 같이 실장 후에 배기용 세관의 가열·밀봉시 발생하는 가스로 인해 패널내부가 오염되어 진공도가 떨어진다는 문제점으로 인한 휘도(brightness)감소 및 400℃ 이상의 고온공정으로 인한 내부의 금속전극이 손상을 받을 우려가 있다는 문제점이 있다.

따라서, 기존의 2극형 전계방출램프는 큰 부피와 두께 및 높은 소비전력을 요구하게 되어 이동식 디스플레이 소자에의 응용을 어렵게 할 뿐만 아니라 발광면적이 불균일하여 특정 부분이 밝게 보이거나 어둡게 보이는 등의 표시특성이 저하된다는 단점이 있으며, 기존의 CRT 타입의 진공실장기술 적용시엔 진공도의 감소로 인해 휘도가 감소할 수 있다는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전계 전자 방출 효율이 우수하여 낮은 인가 전압에도 큰 방출전류를 얻을 수 있고, 발광효율이 우수하고, 얇은 두께로도 균일한 발광면적을 얻을 수 있으며, 고진공상태로 실장하여 휘도가 우수한 평판형 전계방출램프 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 2극 구조를 가진 CRT타입의 전계방출램프를 나타내는 단면도.

도2는 종래 CRT타입의 진공실장에 있어서 실장 전후의 밝기 차이를 나타내는 그래프.

도 3는 본 발명에 따른 3극 구조를 가지는 평판형 전계방출램프의 단면도.

도 4(a) 내지 도 4(f)는 본 발명에 따른 3극 구조를 가지는 평판형 전계방출램프의 제조공정을 평면도 내지는 사시도로 나타낸 것.

도 5은 유리기판위에 탄소나노튜브가 형성된 형태를 나타내는 전자주사현미 경(SEM) 사진.

도 6은 그리드를 현미경을 사용하여 확대한 사진.

도 7은 본 발명에 따른 진공실장방법으로 제조된 전계방출램프의 단면을 나 타내는 사진.

도 8는 탄소나노튜브가 그리드와 캐소드전극에 모두 형성된 전계방출램프를 나타내는 단면도.

도 9는 탄소나노튜브가 그리드 상에만 형성되어 있는 전계방출램프를 나타내는 단면도.

도 10은 본 발명에 의한 진공실장기술을 2극형 전계방출램프에 적용한 실시예를 나타내는 단면도.

도 11 내지 도 13은 CRT타입의 전계방출램프에 3극구조를 적용시킨 전계방출램프로서 탄소나노튜브가 그리드 위에만 형성된 경우의 실시예를 나타내는 단면도.

도 12는 도 11의 전계방출램프에서 탄소나노튜브가 캐소드전극 상에만 형성된 경우의 실시예를 나타내는 단면도.

도 13은 도 11타입의 전계방출램프에 있어서 탄소나노튜브가 그리드 및 캐소드에 모두 형성된 경우의 실시예를 나타내는 단면도.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 3극구조를 가지는 평판형 전계방출램프는, 일정한 간격을 유지한 채 서로 대향하도록 배치된 배면기판 및 전면기판; 상기 배면기판 상에 스트라이프(stripe) 형태로 형성된 캐소드전극; 상기 배면기판 상에 상기 캐소드전극과 교차하는 방향으로 스트라이프 형태로 형성된 그리드전극; 상기 두 기판의 간격을 유지하면서 그 내부공간을 진공밀봉하는 스페이서; 상기 전면기판 상의 전면(全面)에 형성된 애노드전극; 상기 애노드전극 상에 도포된 형광체; 상기 캐소드전극 및 애노드전극의 교차점에 대응하는 캐소드전극 상에 전자방출소자로서 형성된 카본나노튜브; 상기의 카본나노튜브로부터 방출되는 전자를 제어하기 위한 그리드; 상기 그리드를 배면기판상에 있는 그리드전극과 접지시키는 전도성 페이스터를 가지는 구조를 취하고 있다.

또한, 상기의 배면기판과 상면기판을 진공실장함에 있어서 스페이서 만을 사용하여 진공챔버내의 고진공 상태에서 진공 실장함으로서 배기용 세관이 없이 평판형으로 전계방출램프를 제조하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 내용에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 3는 본 발명에 따른 하나의 실시예를 나타내는 것으로서 도 3에 대해 보다 상세히 설명하면, 캐소드전극(22)과 그리드전극(23) 및 전자방출소자로서 탄소나노튜브(24)가 형성되어 있는 배면기판(21); 상기의 캐소드전극(22)상에 전자방출 소자로서 형성된 탄소나노튜브(24); 상기의 캐소드전극(22)상의 끝부분에 상면기판과 이격간격을 둘 수 있도록 하고 상면기판과 합착시 실런트(sealant)로서의 역할을 동시에 수행할 수 있도록 형성된 스페이서(25); 지지대(26)를 이용하여 전자방출소자(24)와 이격되도록 형성되어 있는 그리드(27); 상기의 지지대(26)의 외측면에 상기 그리드(27)와 그리드전극(23)이 전기적으로 접지시키는 역할을 하는 전도성 페이스터(28); 애노드전극(32)과 형광체(33)가 형성되어 있고 배면기판(21)과 대향되도록 배치되어 있는 상면기판(31)으로 구성되어 있는 전계방출램프가 배기용 세관 없이 평판형으로 제작되어 있는 것의 단면도를 나타낸다.

이와 같은 탄소나노튜브(24)를 전자방출소자로서 이용한 3극구조를 가진 평판형 전계방출램프의 제조방법에 대해서는 도 4a 내지 도 4f 에 상세히 나타내었으며 이에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 4a 에 도시된 바와 같이 유리 또는 석영과 같은 투명한 물질로 이루어진 배면 기판(21)상에 스트라이프(stripe) 형태로 서로 교차되는 방향으로 캐소드전극(22)과 그리드전극(23)을 형성한다. 이때 전극 물질로는 금속, 실리콘, 다이아몬드상 카본(diamond like carbon)등을 사용 할 수 있으며, 캐소드전극(21)의 형태로는 원추형과 같이 주어진 인가전압에 의해 가능한 한 큰 전계를 유도시킬 수 있는 형태인 끝이 뾰족한 팁(tip)형으로 하는 것이 바람직하다. 또한 상기의 금속막을 형성하는 단계 이전에 절연물질로 상기 배면기판(21)과 상기 전극(22, 23)과의 반응을 방지하는 반응 방지막을 형성시킬 수 있다.

이어서, 도 4b에 도시된 바와 같이 상기의 캐소드전극(22) 상에 촉매금속막 (미도시)을 형성한 후, 상기 촉매금속막 상에 전자 방출용 탄소나노튜브(24)를 수직으로 배향되도록 형성한다. 상기 촉매금속막은 나노 크기의 상호 분리된 촉매금속 입자들로 이루어질 수 있으며, 탄소나노튜브(24)는 상기 촉매금속막 상에 제공되는 탄소 소오스(carbon source)로 부터 화학기상증착(chemical vapor deposition)으로 수직 성장된 것일 수 있다. 이때, 상기 촉매금속은 코발트(Co), 니켈(Ni), 철(Fe), 이트륨(Y) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 만일 배면기판(21)과 캐소드전극(22) 사이에 반응방지막이 형성된 경우에는 상기 촉매금속막 상에 상기 촉매금속막을 선택적으로 노출하는 오프닝을 가지는 절연막 패턴을 형성할 수 있고, 상기 탄소나노튜브(24)는 상기 촉매금속막 상의 오프닝에 의해서 노출되는 부분 상에 선택적으로 위치할 수 있다.

상기의 탄소나노튜브(24)의 특성에 대해 상세히 기술하면, 탄소나노튜브는 미시적으로 하나의 탄소 원소에 이웃하는 세 개의 탄소원자가 결합되어 있으며, 이러한 탄소 원자간의 결합에 의해서 육각 환형이 이루어지고, 이러한 육각 환형이 벌집형태로 반복된 평면이 원통형으로 말려있는 형태를 가진다고 알려져 있다. 상기한 원통형 구조는 그 직경이 일반적으로 수 nm 내지 수십 nm이며, 그 길이는 직경에 수십 배 내지 수천 배 이상으로 긴 특성을 가진다고 알려져 있다. 따라서, 탄소나노튜브의 팁(tip) 부는 수 ㎚ 내지 수십 ㎚ 정도의 직경을 가지게 되어, 매우 높은 전계 방출 효율을 구현할 수 있다. 그러므로, 낮은 인가 전압으로도 큰 방출 전류를 얻을 수 있다. 또한, 단위 면적당 매우 높은 밀도로 상기한 탄소나노튜브들을 성장시킬 수 있어, 매우 높은 팁(tip)밀도를 나타내게 하여 우수한 발광 효율을 얻을 수 있다.

도 5는 상기와 같은 특성을 갖는 탄소나노튜브를 소다-라임(soda-lime) 유리기판 상에 캐소드전극으로 티타늄(Ti)을 이용하고, 촉매금속으로서 니켈(Ni), 철(Fe)을 이용하여 암모니아(NH₃)가스로 전처리를 거친후 아세틸렌(C₂H₂)가스 분위기에서 성장시킨 것을 전자주사현미경(scanning electron microscope)을 통하여 관찰한 사진을 나타내는 것이다.

이어서, 도 4c 에 도시된 바와 같이 상기 촉매금속막상에 스페이서(25)를 위치시킨다. 상기의 스페이서(25)는 여러 가지 물질이 이용될 수 있으나, PbO-SiO₂를 주성분으로 하고 300∼450℃ 정도의 고온으로 열처리 하면 딱딱하게 굳는 성질을 가져 진공유지특성이 우수한 것으로 알려진 유리프릿(glass frit)을 이용하는 것이 가장 바람직하며, 상기 스페이서(25)는 우수한 진공유지특성으로 인해 후에 기술될 실장에 있어서 실런트(sealant)로서의 역할도 동시에 수행하도록 설계한다.

이어서, 도 4d 에 도시된 바와 같이 지지대(26)를 이용하여 그리드(27)를 캐소드전극(22)과 일정한 간격을 두고 중첩되도록 형성한다. 이때, 지지대로는 여러 가지 물질이 사용될 수 있으나 유리로 된 프릿을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

또한, 그리드(27)는 도 6에 도시된 바와 같이 얇은 스테인레스판(stainless plate)을 육각형 형태로 미세식각하여 만든 것을 사용하고 그 육각형의 직경은 도 6에 표시된 것과 같이 0.2mm 보다는 짧지 않고 0.3mm 보다는 길지 않은 (0.2㎜∼0.3㎜) 것으로 하는 것이 바람직하며, 육각형을 이루는 선의 두께는 20㎛ 보다는 가늘지 않고 30㎛ 보다는 굵지 않은(20㎛∼30㎛) 것이 바람직하며, 그리드와 전자방출소자인 탄소나노튜브(24)와의 이격간격은 20㎛ 보다는 짧지 않고 500㎛ 보다는 길지 않은(20㎛∼500㎛) 것으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 이때에 지지대(26)의 외측면에 전도성 페이스터(conductive paster)를 도포하여 그리드(27)와 배면기판(21)상에 형성된 그리드전극(23)과 접지시킨다. 이때 사용되는 페이스터는 전도성을 가진 물질이라면 어떤 물질도 사용가능하나, 은으로된 페이스터(silver paster)을 사용하는 것이 바람직 하다.

상기의 그리드(27)는 그리드전극(23)에 음전압 또는 양전압을 가함에 따라서 전자방출소자인 탄소나노튜브(24)로부터 방출된 전자를 육각형 모양의 홀(hole)을 통하여 통과시켜 그리드와 애노드전극 사이에 형성된 전기장을 이용하여 전자를 가속 시키거나 차단 시키기도 하고, 탄소나노튜브에서의 전자방출을 용이하게 하여준다. 또한 전기장 분포의 변화를 완만하게 해줌으로서 전자가 형광체에 골고루 부딛치게 하여 균일한 발광면적을 갖도록 하여 준다.

이어서, 도 4e 에 도시된 바와 같이 상기의 배면기판(21)에 대향되는 상면기판(31) 상에 투명한 전도성 물질인 ITO(indium tin oxide)를 애노드전극(32)으로 증착한 후, 상기의 애노드전극(32)위에 형광체(33)를 균일하게 분포시킨다.

이때, 상면기판(31)은 석영과 같이 투명한 물질을 사용할 수 있으나 유리로된 기판을 사용하는 것이 가장 바람직하며, 상기의 형광체(33)로는 백색발광을 일으키는 형광물질, 예컨데 3Ca₃(PO₄)2CaFCl/Sb,Mn)등과 같이 단파장 백색 발광을 일으키는 형광물질로 이루어지거나, Y₂O₃:EU, CeMaA₁₁O₁₉:Tb 및 BaMg₂Al₁₆O₇:EU 등과 같이 삼파장 백색발광을 일으키는 형광물질로 이루어질 수 있으나, ZnO:Zn을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

이어서, 도 4f 에 도시된 바와 같이 상기의 배면기판(21)과 상기의 상면기판(31)을 일정한 온도에서 상기의 스페이서(25)를 실런트(sealant)로 이용하여 기판사이의 이격공간을 진공상태로 실장한다.

이때 스페이서(25)가 상면기판(31)과 닿는 면을 일정한 형태로 가공함으로서 스페이서(25)와 상부기판(31)을 소결에 의해 합착시 발생할 수 있는 가스가 기판사이의 이격공간 내부로 흘러드는 것을 방지할 수 있으며, 이때 스페이서(25) 말단의 모양은 여러 가지 형태가 있을 수 있으나 둥근 형태 또는 뾰족한 형태로 하는 것이 가장 바람직 할 것이다.

또한, 상기의 진공 실장을 함에 있어서는 상기의 캐소드전극(22)과 탄소나노튜브(24), 스페이서(25)등이 형성된 배면기판(21)과 애노드전극(32)와 형광체(33)가 형성된 상면기판(31)을 진공챔버에 넣고, 1×10^-6Torr 이하의 고진공 상태를 유지한 상태에서 바람직 하게는 300℃보다는 낮지 않고 450℃ 보다는 높지 않은(300℃∼450℃) 온도에서 실장하며, 가장 바람직 하게는 350℃에서 실장한다.

상기의 진공실장기술은 종래의 CRT타입의 실장기술에 비해 가스등의 불순물로 인해 패널내부가 오염될 가능성이 줄어들 수 있으나, 보다 확실한 진공실장을 위하여 배면기판(21)상의 일정한 위치에 패널내부에서 각 물질로부터 발생한 가스(outgas)들을 흡착하는 게터(getter)를 삽입할 수도 있다.

도 7은 상기의 방법으로 진공실장하여 평판형으로 제조된 전계방출램프의 단면 사진을 나타내는 것으로서, 도 7에서 보는 바와 같이 상기의 진공실장 방법으로 제조된 전계방출램프는 그 단면의 두께가 2㎜ 보다는 얇지 않고 4㎜ 보다는 두껍지 않은(2㎜∼4㎜) 정도의 매우 얇은 두께를 가지고 있음을 알 수 있다.

상기와 같이 구성된 탄소나노튜브를 이용한 3극 구조를 가진 평판형 전계방출램프는 다양한 구조로 변형될 수 있다. 도 8은 본 발명에 따른 전계방출램프의 다른 실시예를 나타내는 것으로서, 도 8에서 도시한 바와 같이 배면기판(21) 뿐만 아니라, 상기의 그리드(27)위에도 전자방출소자(28)(바람직하게는 탄소나노튜브)를 형성함으로서 전자 방출량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 탄소나노튜브는 고온성장에서 보다 좋은 전기적 특성을 지니게 된다고 알려져 있으므로, 상기의 그리드(27)를 금속으로 된 것을 사용할 경우엔 상기의 배면 기판(21)으로 쓰이는 유리나 석영기판에서 성장시키는 것 보다 높은 온도에서 탄소나노튜브를 성장 시킬 수 있어서 전계방출램프의 발광특성을 높여 줄 수 있게 될 것이다.

이때 탄소나노튜브(28)를 그리드(27)위에 형성하는 방법은 본 발명과 관련된 전자 방출 램프의 제조 공정에 있어서 배면기판상에 탄소나노튜브를 형성하는 공정 또는 별도로 그리드 위에 탄소나노튜브를 형성하는 공정을 둘 수도 있을 것이나, 고온 성장일수록 좋은 전계방출특성을 갖는다는 탄소나노튜브의 특성을 고려할 때 상기 전계방출램프 제조공정과는 별도로 미리 다른 고온의 반응계에서 탄소나노튜브를 그리드 위에 성장시킨 것을 사용하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 기술적 사상에 따른 또 다른 실시예는 상기한 탄소나노튜브를 사용한 3극구조를 가지는 평판형 전계방출램프를 제조함에 있어서, 도 9에서 도시한바와 같이 배면기판(21) 상에는 탄소나노튜브를 형성하지 아니하고 그리드(27)위에만 탄소나노튜브를 형성 할 수도 있을 것이다. 이때 배면기판(21)상에 전체적으로 금속막을 증착하여 그리드상(27)상에서 방출된 전자 및 방출된 빛을 반사시켜주는 거울(mirror) 내지는 반사판으로도 사용할 수도 있을 것이다.

상기의 실시예들을 종합하여 볼 때 본 발명의 기술적 사상은 첫째, 그리드를 사용하여 3극구조를 가진 전계방출램프를 제조한다는 것과, 둘째, 전자방출소자를 그리드 상에만 또는 그리드와 배면기판상에 모두 형성시킨다는 것과, 셋째, 전계 방출램프의 실장 공정을 함에 있어서 배기용 세관을 두지 않고 진공챔버 내의 고진공 상태에서 실장함으로서 평판형으로 전계방출램프를 제조하는 방법으로 크게 나눌 수 있으며, 상기에서 설명한 각각의 기술적 사상은 종래의 기술에 그 하나만 적용하는 것도 가능할 것이며, 둘이상을 조합한 형태로도 적용하는 것이 가능할 것인바, 상기의 이러한 조합들은 모두 당해 발명의 실시예에 속한다고 해야할 것이며, 이에 대한 각각의 실시예들을 도 10에서 도 13에 나타내었다.

또한, 본 발명에 대해서 상기에서 설명한 것들은 본 발명의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명의 범위가 상기에서 상술한 실시예에 의해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 아니된다. 다만, 본 상기에서 상술한 것은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로서, 도면 상에서 동일 부호로 표시된 요소는 모두 동일한 요소를 의미한다. 또한, 어떤 막이 다른 막 또는 기판의 "상에" 있다라고 기재되는 경우에, 상기 어떤 막은 상기 다른 막 또는 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는, 그사이에 제3의 막이개재되어질 수도 있다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 전자방출소자로서 이용한 3극구조를 가진 전계방출램프 및 그 제조방법에 따르면 저전압에서도 작동가능하고, 고에너지효율을 가진 평판형 전계방출램프의 제작이 가능해 질 수 있으며, 고휘도를 얻을 수 있어 액정표시장치의 백라이트(backlight) 등과 같은 디스플레이(display) 소자의 발광원으로서의 응용이 가능하다. 또한, 진공내 실장 기술을 이용할 경우 기존의 CRT타입의 방법보다 고진공을 얻을 수 있으며 2∼4㎜ 정도의 얇은 두께로도 발광원 구현이 가능한 효과가 있다.

Claims (23)

1. 일정한 간격으로 서로 대향되도록 배치된 배면기판 및 전면기판; 상기 배면기판 상에 스트라이프(stripe) 형태로 형성된 캐소드전극; 상기 배면기판 상에 상기 캐소드전극과 교차하는 방향으로 스트라이프 형태로 형성된 그리드전극; 상기 두기판 사이의 간격을 유지하면서 그 내부공간을 가열·밀봉하는 스페이서; 상기 전면기판상의 전면(全面)에 형성된 캐소드전극; 상기 애노드전극 상에 도포된 형광체; 상기 캐소드전극 및 애노드전극의 교차점에 대응하는 캐소드전극 상에 전자방출소자로서 형성된 탄소나노튜브; 상기의 카본나노튜브로부터 방출되는 전자를 제어하기 위하여 상기 캐소드전극과 애노드전극 사이에 일정한 간격을 두고 배치된 그리드; 상기 그리드를 설치하기 위하여 상기 배면기판상에 배치된 지지대; 상기 그리드를 배면기판상에 위치된 그리드전극과 전기적으로 접지시키기 위해 상기 지지대 외측면에 도포된 전도성페이스터;

   로 구성된 3극구조를 가진 전계방출램프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 배면기판 및 상면기판이 석영 또는 유리와 같이 투명한 물질로 되어 있는 3극 구조를 가진 전계방출램프.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 캐소드전극과 그리드전극은 스트라이프 형상으로 서로 교차하는 방향으로 패터닝 되어있는 것을 특징으로 하는 3극 구조를 가진 전계방출램프.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 캐소드전극의 표면은 주어진 인가전압에 의해 큰 전계를 유도시킬 수 있는 팁(tip)형으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 3극 구조를 가진 전계방출램프.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 배면기판과 캐소드전극사이에 반응을 방지하는 절연성을 가진 물질이 증착되어 있는 것을 특징으로 하는 3극 구조를 가진 전계방출램프.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 캐소드전극 상에는 코발트, 니켈, 철, 이트륨 또는 이들의 합금으로 구성된 일군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질로 촉매금속막이 형성되어 탄소나노튜브의 형성을 촉진하는 것을 특징으로 하는 3극구조를 가진 전계방출형램프.
7. 제 6 항에 있어서, 촉매금속막 상에 촉매금속막을 선택적으로 노출하는 오프닝을 가지는 절연막 패턴을 형성하고, 탄소나노튜브는 상기 촉매금속막 상의 오프닝에 의해서 노출되는 부분상에 선택적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 3극 구조를 가진 전계방출램프.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 캐소드전극과 애노드전극 사이에는 스테인레스판을 미세식각하여 육각형 형태의 홀(hole)들을 가진 그리드가 배치된 것을 특징으로 하는 3극구조를 가진 전계방출램프.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 그리드 상에 형성된 육각형의 직경은 0.2mm 보다는 짧지 않고 0.3mm 보다는 길지 않고, 육각형을 이루는 선의 두께는 20㎛ 보다는 가늘지 않고 30㎛ 보다는 굵지 않은 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 3극구조를 가진 전계방출램프.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 그리드와 전계방출소자와의 간격은 20㎛ 보다는 짧지 않고 500㎛ 보다는 길지 않으며, 그리드와 애노드 기판상에 형성되어 있는 형광체와의 간격은 50㎛이상으로 유지하는 것을 특징으로 하는 3극 구조를 가진 전계방출램프.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 스페이서는 실런트로서의 역할도 동시에 수행할 수 있도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 3극구조를 가진 전계방출램프.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 스페이서는 PbO-SiO₂를 주성분으로 하여 고온 열처리시 경화되는 유리프릿으로 이루어진 것을 특징으로 하는 3극구조를 가진 전계방출램프.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 유리프릿은 300℃ 보다는 낮지 않고 450℃ 보다는 높지 않은 온도에서 고온 경화되는 것을 특징으로 하는 3극구조를 가진 전계방출램프.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 지지대에는 그리드와 그리드전극을 전기적으로 접지시키기 위한 전도성 페이스터가 도포된 것을 특징으로 하는 3극구조를 가진 전계방출램프.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 상면기판과 맞닿는 스페이서의 면은 일정한 형태로 가공되어 스페이서와 상면기판의 합착시 발생되는 가스가 기판사이의 이격공간 내부로 흘러드는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 3극구조를 가진 전계방출램프.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 스페이서는 둥근형태 또는 뾰족한 형태로 말단부가 형성되는 것을 특징으로 하는 3극구조를 가진 전계방출램프.
17. 제 1 항에 있어서, 전계방출램프는 기판사이의 이격공간을 진공상태로 만들기 위한 배기용 세관이 없는 평판형인 것을 특징으로 하는 3극구조를 가진 전계방출램프.
18. 제 1 항에 있어서, 상기 그리드 위에 형성되어 방출 전자량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 3극구조를 가진 전계방출램프.
19. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 금속으로 이루어진 그리드 상에 형성된 고온 성장된 탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 3극구조를 가진 전계방출램프.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 배면기판상에 형성되어 있는 캐소드전극이 그리드 상에 형성된 탄소나노튜브에서 방출된 전자 및 형광체에서 방출되는 빛을 반사하는 것을 특징으로 하는 3극구조를 가진 전계방출램프.
21. 전계방출램프를 진공실장함에 있어서, 캐소드전극과 전계방출소자가 형성되어 있는 배면기판 및 애노드전극과 형광체가 형성되어 있는 상면기판을 진공챔버내의 고진공상태에서 진공실장 함으로서 배기용세관 없이 평판형으로 제조하는 것을 특징으로 하는 전계방출램프의 진공실장 방법.
22. 제 21 항에 있어서, 진공챔버내의 진공도는 1×10^-6Torr 이하로 유지되는 것을 특징으로 하는 전계방출램프의 진공실장 방법.
23. 제 21 항에 있어서, 배면기판과 상면기판사이의 이격공간 내에 가스를 흡착할 수 있는 게터(getter)를 배치함으로써 고온에서의 진공실장시 발생하는 가스를 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.