KR20050058013A - 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법에 관한 것으로, 종래 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출소자로 노멀형 전극 구조를 이용하면 탄소 나노튜브의 양측에 형성된 게이트 전극에 의해 탄소 나노튜브에서 방출된 전자 빔이 왜곡되면서 셀 외부로 퍼지므로 선명도가 낮아지는 문제가 있으며, 평면형 전극 구조를 이용하면 높은 애노드 전계에 직접 노출된 탄소 나노튜브가 비 정상적으로 전자를 방출하기 쉬우므로 콘트라스트를 열화시키고, 이를 방지하기위해 애노드 전압을 낮추는 경우 영상이 어두워지는 문제점이 있었다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 탄소 나노튜브가 형성된 캐소드 전극 상에 관통 홀을 가지는 절연층을 형성하고, 상기 탄소 나노튜브의 일측 방향의 절연층 상에 게이트 전극을 형성하며, 그 반대편 절연층 상에는 상기 캐소드 전극과 연결되는 상부 게이트 전극을 형성한 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법을 제공함으로써, 탄소 나노튜브의 한 측면에서만 전자가 방출되도록 하여 빔 퍼짐을 방지하고, 캐소드 전극과 동일한 전위를 상부 캐소드 전극에 가하도록 하여 애노드 전계에 의한 이상 발광을 방지하는 효과가 있으며, 결과적으로 전체 표시 영상의 선명도 및 콘트라스트를 개선하고 휘도를 높이는 효과가 있다.

Description

탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법{CARBON NANOTUBE FIELD EMISSION DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법에 관한 것으로, 특히 탄소 나노튜브 주변 혹은 상부에 캐소드 전극과 동일한 전위의 전극을 형성하여 탄소 나노튜브가 받는 애노드 전계의 영향을 줄이도록 한 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법에 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 사용하기 도 한다.

종래 전계방출소자의 구조를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3은 종래의 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출소자의 3전극 구조들을 나타낸 것이다.

도 1은 종래의 노멀 게이트 구조(normal gate)로서, 탄소 나노튜브(5)가 도포된 캐소드 전극(2), 절연체(3) 및 게이트(4)로 이루어진 전자 방출원과, 방출된 전자(e)가 충돌하는 애노드부(애노드 및 형광체)(9)와, 상하판(1, 8)을 지지하는 스페이서(6)로 이루어지며, 전체 패널을 지지하며 진공 기밀을 유지하는 실링부(frit sealing)(미도시)가 패널 경계부분에 위치한다.

상기 게이트 전극(4)과 캐소드 전극(2) 사이에 충분한 전압이 구동 전압으로 인가되면 전자들이 탄소 나노튜브(5)의 첨단으로부터 방출되어 애노드 전극과 형광체로 이루어진 애노드부(9)의 애노드 전압에 의해 가속되면서 애노드부(9)의 형광체에 충돌함으로써 발광이 이루어진다.

전자 방출원의 구조를 좀 더 상세히 살펴보면, 도시한 바와 같이 기판(1) 상부에 캐소드 전극(2), 절연층(3), 게이트 전극(4)을 형성한 후 사진 식각 공정을 통해 상기 게이트 전극(4)과 절연층(3)을 식각하여 관통홀을 형성한 다음 노출된 캐소드 전극(2) 상부에 탄소 나노튜브(5)를 형성하여 구성한다. 이러한 구조는 기존의 마이크로팁형 전계방출 소자의 구조에서 전자 방출원을 탄소 나노튜브로 대체한 것이며, 주로 화학 기상 증착등을 통한 성장법을 사용하고 있다. 하지만, 상기 구조는 탄소 나노튜브(5)의 양측 혹은 상부를 둘러싸면서 게이트 전극(4)이 형성되어 있으므로 방출되는 전자빔이 게이트 전극(4)측으로 왜곡되어 여러 방향으로 분산되면서 퍼지게 되며 이는 선명도의 감소를 가져오게 된다. 또한, 공정 절차가 어렵기 때문에 대면적화가 용이하지 않으므로 사용이 감소하고 있다.

그로인해 상기와 같은 기본 게이트 구조 대신 게이트를 캐소드 전극 하부 혹은 동일 평면에 위치시키는 평면형 구조들이 등장하게 되었는데, 이들 중 일부를 도 2와 도 3에 도시하였다.

먼저 도 2는 언더 게이트(under gate)구조 전계방출소자의 단면도로서, 도시한 바와 같이 전자 방출을 일으키는 전기장을 나노 튜브(14)의 하부에 있는 게이트 전극(11)을 통해 인가하는 방식이다. 이는 유리기판(10) 상부에 게이트 전극(11)을 형성하고 그 상부에 차례로 절연층(12), 캐소드 전극(13)을 형성한 다음, 상기 캐소드 전극(13) 상부 혹은 측면에 탄소 나노튜브(14)로 이루어진 전자 방출원을 형성한다. 상기 탄소 나노튜브(14)를 형성하는 방법에는 크게 두가지 방법이 있는데, 감광성 탄소 나노튜브 페이스트를 이용하는 노광법과 비 감광성 탄소 나노튜브 페이스트를 이용하는 인쇄법이 대표적이다.

이 중에서 비 감광성 탄소 나노튜브 페이스트를 이용하는 방법은 탄소 나노튜브와 바인더가 혼합된 페이스트를 스크린 인쇄 방법으로 적절한 위치에 도포하는 것으로, 셀의 크기가 비교적 큰 경우(100㎛ 이상)라면 가능하지만, 작을 셀에 소형 전자 방출원을 정밀하게 형성하는 경우라면 정밀도 문제로 사용이 어렵다. 따라서, 이 경우 빛이 조사된 부분이 현상 후에 잔류하는 네가티브 포토레지스트를 이용하는 감광성 탄소 나노튜브 페이스트와 후면 노광을 이용하게 된다. 상부에서 직접 노광하는 경우 페이스트의 하부까지 충분히 노광할 수 없으므로 실제 캐소드 전극(13)과 인접하는 부분의 포토레지스트가 현상액에 의해 제거되는 경우가 발생하기 때문에 후면 노광을 이용하게 된다. 후면 노광을 이용하기 위해서는 도시된 유리기판(10), 게이트 전극(11), 절연층(12), 캐소드 전극(13)이 모두 빛이 투과할 수 있는 투명한 소재로 이루어져야 한다. 즉, 투명한 하판 구조물 상에 자외선 차단막을 이용하여 탄소 나노튜브가 형성될 영역을 정의한 후 도포된 네가티브 탄소 나노튜브 포토레지스트를 선택적으로 노광한 다음, 현상하면 도시된 바와 같은 탄소 나노튜브(14) 전자방출원을 형성할 수 있다.

도 3은 코플래너(coplanar) 구조 전계방출소자의 단면도로서, 도시한 바와 같이 게이트 전극(22)과 캐소드 전극(23)이 동일층에 형성되는 형태이다. 즉, 유리기판(20) 상부에 형성된 절연층(21) 상에 게이트 전극(22)과 캐소드 전극(23)을 단일 공정으로 형성한 후 상기 캐소드 전극(23)의 상부 혹은 측면에 역시 전술한 방법과 같은 감광성 혹은 비 감광성 탄소 나노튜브 페이스트를 적용하여 탄소 나노튜브(24)를 형성한다.

상기 평면형 전계방출소자들은 공정이 간단하며 인접셀 간의 영향이 적어 대면적화에 유리하지만, 고전압 애노드 전계에 의한 영향으로 이상발광하기 쉬운 문제점을 가지고 있다. 현재 사용되는 형광체는 고압 형광체이기 때문에 애노드 전극에 높은 전압을 가할 수 밖에 없으며, 이는 탄소 나노튜브가 노출되는 평면형 전계 방출 소자에서 소자를 구동시키지 않는 경우에도 탄소 나노튜브가 애노드 전계에 의해 전자를 방출시켜 형광체를 발광시키게 된다. 즉, 3전극 구조로 동작하는 소자임에도 불구하고, 애노드 극과 캐소드 전극 사이에서 다이오드 전류가 발생하여 탄소 나노튜브가 이상발광하게 되며, 이는 콘트라스트 및 선명도를 낮추며, 이를 방지하기 위해서 애노드에 가하는 전압을 낮추게 되면 전체적인 영상이 어두워지게 된다.

상기한 바와같이 종래 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출소자로 노멀형 전극 구조를 이용하면 탄소 나노튜브의 양측에 형성된 게이트 전극에 의해 탄소 나노튜브에서 방출된 전자 빔이 왜곡되면서 셀 외부로 퍼지므로 선명도가 낮아지는 문제가 있으며, 평면형 전극 구조를 이용하면 높은 애노드 전계에 직접 노출된 탄소 나노튜브가 비 정상적으로 전자를 방출하기 쉬우므로 콘트라스트를 열화시키고, 이를 방지하기위해 애노드 전압을 낮추는 경우 영상이 어두워지는 문제점이 있었다.

상기한 바와같은 종래의 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명은 탄소 나노튜브가 형성된 캐소드 전극 상에 관통 홀을 가지는 절연층을 형성하고, 상기 탄소 나노튜브의 일측 방향의 절연층 상에 게이트 전극을 형성하며, 그 반대편 절연층 상에는 상기 캐소드 전극과 연결되는 상부 게이트 전극을 형성하는 것으로 탄소 나노튜브의 한 측면에서만 전자가 방출되도록 하여 빔 퍼짐을 방지하고, 상부 캐소드 전극에 의해 애노드 전계의 영향을 차단하여 이상 발광을 방지할 수 있도록 한 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 상부에 형성된 캐소드 전극 및 상기 캐소드 전극 상에 형성된 탄소 나노튜브와; 상기 구조물 상부에 형성되며 상기 캐소드 전극의 일부 및 탄소 나노튜브가 노출되는 관통홀을 가지는 절연층과; 상기 탄소 나노튜브의 일측 방향의 절연층 상에 형성되는 게이트 전극과; 상기 탄소 나노튜브의 타측 방향의 절연층 상에 형성되며 관통홀을 통해 상기 캐소드 전극과 연결되는 상부 캐소드 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 캐소드 전극, 탄소 나노튜브, 상부 캐소드 전극 및 상부 캐소드 전극 하부의 절연층은 상기 게이트 전극 및 게이트 전극 하부 절연층을 기준으로 대칭되는 형태로 구성되어 상기 게이트 전극을 중심으로 한 쌍의 탄소 나노튜브들 및 상부 캐소드 전극들이 배치되어 하나의 셀을 이루는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 기판 상부에 차례로 캐소드 전극과 절연층을 형성하는 단계와; 상기 절연층을 패터닝하여 전자 방출부분 및 상부 캐소드 전극과 연결될 부분의 캐소드 전극이 노출되도록 관통홀을 형성하는 단계와; 상기 구조물 상부에 도전성 물질을 형성하고 패터닝하여 전자 방출부분의 일 측 방향의 절연층 상부에 상기 형성된 관통홀을 통해 캐소드 전극과 연결되는 상부 캐소드 전극을 형성하면서 상기 전자 방출 부분의 타측 방향 절연층 상부에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 전자 방출 부분의 캐소드 전극에 탄소 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 상부 캐소드 전극 및 게이트 전극을 형성하고 탄소 나노튜브를 형성하는 단계는 상기 형성된 절연층 구조물 상부에 도전성 자외선 차단막을 형성하고, 그 상부에 전극 물질을 형성하는 단계와; 상기 전극 물질을 패터닝하여 상부 캐소드 전극 및 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 잔류하는 자외선 차단막을 패터닝하여 탄소 나노튜브가 형성될 부분을 정의하는 단계와; 상기 구조물 상에 감광성 탄소 나노튜브를 도포하고 상기 형성된 자외선 차단막 패턴을 이용하여 후면 노광하는 것으로 탄소 나노튜브를 형성하는 단계와; 상기 노출된 자외선 차단막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와같은 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브 전계방출 소자의 구조를 보이는 단면도로서, 도시한 바와 같이 셀의 중간에 위치한 게이트 전극(35)을 기준으로 한쌍의 탄소 나노튜브(36)를 대칭 형태로 배치하고 있으며, 게이트 전극(35)의 반대편에는 캐소드 전극(31)과 연결되는 상부 캐소드 전극(34)이 위치하고 있다. 하지만, 본 발명은 이러한 이중 탄소 나노튜브 구조로 제한되지는 않으며 도시된 구조의 절반에 해당하는 구조를 이용하는 경우에도 충분한 효과를 발휘할 수 있다는데 주의한다. 도시된 구조는 본 발명을 효과적으로 실시할 수 있는 바람직한 실시예로서, 다양한 변형이 가능하다.

본 발명은 탄소 나노튜브(36)로부터 방출되는 전자빔의 퍼짐을 줄여 선명도를 높이기 위해 탄소 나노튜브(36)의 일측에만 게이트 전극(35)을 형성하고,상부 애노드 전극(41)에 가해지는 높은 전압의 영향이 상기 탄소 나노튜브(36)에 미치지 않도록 게이트 전극(35)의 반대편에 캐소드 전극(31)과 동일 전위를 가지도록 한 상부 캐소드 전극(34)을 형성한다.

간단히 설명하자면, 노멀 전극 구조에서 탄소 나노튜브 양측에 게이트 전극을 형성하는 대신 한쪽에만 게이트 전극을 형성하여 방출되는 전자빔이 퍼지는 것을 방지하도록 하고, 다른쪽에는 캐소드 전극과 동일한 전위를 가지는 상부 캐소드 전극을 형성하여 이상 발광을 방지한 것이다.

애노드 전계의 차폐 효과는 게이트 전극(35)과 상부 캐소드 전극(34) 사이의 거리(D)가 좁을 수록, 그리고 유전체로 이루어진 절연층(32)의 높이(H)가 높을 수록 커지게 된다.

도시된 구조는 셀의 중심에 위치하는 게이트 전극(35)을 기준으로 한쌍의 탄소 나노튜브(36)가 대칭으로 형성되어 있는데, 탄소 나노튜브(36)를 하나만 형성하는 구조의 제조 과정과 유사한 과정으로 형성할 수 있으므로 추가 비용이나 공정의 어려움 없이 적용이 가능하다. 이러한 이중 탄소 나노튜브 구조는 셀의 중심에 위치하는 게이트 전극(35)측으로 전자가 방출되기 때문에 전자 빔이 셀의 중심쪽으로 집속되므로 선명도와 콘트라스트가 높아지며, 방출되는 전자의 양이 두배로 증가하여 휘도가 높아지게 된다.

종래에 애노드 전계의 영향을 줄이며 초기 방출 전자의 방향을 상부쪽으로 변경하기 위하여 탄소 나노튜브 인접 영역에 절연층을 형성하고 그 상부에 게이트전극을 배치한 구조가 제안된 적이 있으나 이는 애노드 전계를 효과적으로 차단하지 못하여 탄소 나노튜브가 애노드 전계의 영향으로 원하지 않는 전자 방출을 일으키는 경우가 발생하게 되었다. 따라서, 본 발명에서는 이를 방지하기 위하여 탄소 나노튜브를 기준으로 게이트 전극의 대칭 위치에 게이트 전극과 같은 높이로 상부 캐소드 전극을 형성하여 캐소드 전극과 동일한 전위를 공급함으로써 애노드 전계의 차폐효과를 크게 개선하도록 하였다.

도 5a내지 도 5e는 본 발명 일 실시예의 제조 과정을 보이는 수순단면도로서, 도시한 바와 같이 탄소 나노튜브를 후면 노광 방식으로 정밀하게 형성하는 방법을 나타낸 것이다. 이 경우 하나의 탄소 나노튜브를 하나의 셀에 배치하는 구조와 다수의 탄소 나노튜브를 하나의 셀에 배치하는 구조를 제조하는 과정이 유사하며 공정 정밀도나 공정 복잡도 역시 크게 증가하지 않는다. 하지만, 반드시 후면 노광법을 이용하여 탄소 나노튜브를 형성할 필요는 없으며 성장법이나 인쇄법으로 형성하는 경우도 가능하다는데 주의한다.

먼저, 도 5a에 도시한 바와 같이 하판 유리기판(30) 상부에 차례로 캐소드 전극(31)과 절연층(32)을 형성한다. 상기 캐소드 전극(31)은 후면 노광법을 이용하는 경우 자외선 영역에 대해 투명한 전극(ITO 등)을 이용하며, 상기 절연층(32) 역시 자외선 영역에 대해 투명한 유전체를 실크스크린 인쇄 등으로 형성한다.

그 다음, 도 5b에 도시한 바와 같이 탄소 나노튜브가 형성될 캐소드 전극(31)의 전자 방출 부분과 상부 캐소드 전극이 연결될 부분의 캐소드 전극(31)이 노출되도록 상기 절연층(32)을 패터닝한다.

그 다음, 도 5c에 도시한 바와 같이 상기 형성된 구조물 상부 전면에 도전성 물질로 형성된 자외선 차단막(33)과 전극 물질(34)을 형성한다. 상기 자외선 차단막(33)과 전극 물질(34)은 식각 특성이 상이하여 전극 물질(34)을 패터닝 하는 경우 상기 자외선 차단막(33)에 영향을 주지 않아야 한다.

그 다음, 도 5d에 도시한 바와 같이 상기 상기 전극 물질(34)을 패터닝하여 상부 캐소드 전극(34) 및 게이트 전극(35)을 형성한다. 상기 전극 중 상부 캐소드 전극(34)은 관통홀을 채운 도전성 자외선 차단막(33)에 의해 하부의 캐소드 전극(31)과 연결되어 항상 동일한 전위를 가지게 되며, 애노드 전계에 의한 영향으로부터 이후 형성될 탄소 나노튜브를 보호하게 된다. 그리고 노출된 자외선 차단막(33) 중에서 캐소드 전극(31) 상부에 형성된 부분을 패터닝하여 탄소 나노튜브가 형성될 부분을 정의한다.

그 다음, 도 5e에 도시한 바와 같이 상기 구조물 상부에 감광성 탄소 나노튜브 페이스트를 도포하고, 상기 자외선 차단막(33) 패턴을 통해 후면 노광하고 현상등 후처리하여 탄소 나노튜브(36)를 형성한 후 노출된 자외선 차단막(33)을 제거한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 구조는 전자빔의 퍼짐을 방지하고, 애노드 전계에 의한 이상 발광을 방지하여 표시 영상의 선명도 및 콘트라스트를 개선하는 것은 물론이고 탄소 나노튜브를 이중 배치하는 구조를 이용하는 경우 휘도 및 선명도를 크게 개선할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법은 탄소 나노튜브가 형성된 캐소드 전극 상에 관통 홀을 가지는 절연층을 형성하고, 상기 탄소 나노튜브의 일측 방향의 절연층 상에 게이트 전극을 형성하며, 그 반대편 절연층 상에는 상기 캐소드 전극과 연결되는 상부 게이트 전극을 형성함으로써, 탄소 나노튜브의 한 측면에서만 전자가 방출되도록 하여 빔 퍼짐을 방지하고, 캐소드 전극과 동일한 전위를 상부 캐소드 전극에 가하도록 하여 애노드 전계에 의한 이상 발광을 방지하는 효과가 있으며, 결과적으로 전체 표시 영상의 선명도 및 콘트라스트를 개선하고 휘도를 높이는 효과가 있다.

도 1은 종래 노멀 게이트형 전계방출 소자의 구조를 나타낸 단면도.

도 2는 종래 언더 게이트형 전계방출 소자의 구조를 나타낸 단면도.

도 3은 종래 코플래너 게이트형 전계방출 소자의 구조를 나타낸 단면도.

도 4는 본 발명 일 실시예의 전계방출 소자 구조를 나타낸 단면도.

도 5a 내지 도 5e는 본 발명 일 실시예의 제조 과정을 보인 수순단면도.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

30: 하판 유리기판 31: 캐소드 전극

32: 절연층 33: 자외선 차단막

34: 상부 캐소드 전극 35: 게이트 전극

36: 탄소 나노튜브 37: 스페이서

40: 상판 유리기판 41: 애노드 전극

42: 형광체

Claims (5)

1. 기판 상부에 형성된 캐소드 전극 및 상기 캐소드 전극 상에 형성된 탄소 나노튜브와; 상기 구조물 상부에 형성되며 상기 캐소드 전극의 일부 및 탄소 나노튜브가 노출되는 관통홀을 가지는 절연층과; 상기 탄소 나노튜브의 일측 방향의 절연층 상에 형성되는 게이트 전극과; 상기 탄소 나노튜브의 타측 방향의 절연층 상에 형성되며 관통홀을 통해 상기 캐소드 전극과 연결되는 상부 캐소드 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자.
2. 제 1항에 있어서, 상기 캐소드 전극, 탄소 나노튜브, 상부 캐소드 전극 및 상부 캐소드 전극 하부의 절연층은 상기 게이트 전극 및 게이트 전극 하부 절연층을 기준으로 대칭되는 형태로 구성되어 상기 게이트 전극을 중심으로 한 쌍의 탄소 나노튜브들 및 상부 캐소드 전극들이 배치되어 하나의 셀을 이루는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자.
3. 제 1항에 있어서, 상기 게이트 전극과 상부 캐소드 전극 사이의 거리가 좁을 수록, 그리고 상기 절연층의 높이가 높을 수록 상기 탄소 나노튜브에 미치는 애노드 전계의 영향이 줄어드는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자.
4. 기판 상부에 차례로 캐소드 전극과 절연층을 형성하는 단계와; 상기 절연층을 패터닝하여 전자 방출부분 및 상부 캐소드 전극과 연결될 부분의 캐소드 전극이 노출되도록 관통홀을 형성하는 단계와; 상기 구조물 상부에 도전성 물질을 형성하고 패터닝하여 전자 방출부분의 일 측 방향의 절연층 상부에 상기 형성된 관통홀을 통해 캐소드 전극과 연결되는 상부 캐소드 전극을 형성하면서 상기 전자 방출 부분의 타측 방향 절연층 상부에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 전자 방출 부분의 캐소드 전극에 탄소 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자 제조방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 상부 캐소드 전극 및 게이트 전극을 형성하고 탄소 나노튜브를 형성하는 단계는 상기 형성된 절연층 구조물 상부에 도전성 자외선 차단막을 형성하고, 그 상부에 전극 물질을 형성하는 단계와; 상기 전극 물질을 패터닝하여 상부 캐소드 전극 및 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 잔류하는 자외선 차단막을 패터닝하여 탄소 나노튜브가 형성될 부분을 정의하는 단계와; 상기 구조물 상에 감광성 탄소 나노튜브를 도포하고 상기 형성된 자외선 차단막 패턴을 이용하여 후면 노광하는 것으로 탄소 나노튜브를 형성하는 단계와; 상기 노출된 자외선 차단막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 전계방출소자 제조방법.