KR20050087109A

KR20050087109A - Carbon nanotube field emission device and driving method thereof

Info

Publication number: KR20050087109A
Application number: KR1020040012725A
Authority: KR
Inventors: 문성학
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2005-08-31

Abstract

본 발명은 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 그 구동방법에 관한 것으로, 종래 평면형 탄소 나노튜브 전계방출소자 중 언더게이트 구조는 구성이 간단한 대신 구동 전압이 높고 효율이 낮은 문제점이 있고, 카운터 전극 코플래너 구조는 관통홀 형성 공정이 더 필요하여 비용 및 수율이 악화되는 문제점이 있으며, 공통적으로 노출된 표면을 가지는 절연층에 전하가 충방전 되면서 전계 왜곡이 발생하기 쉽고 높은 애노드 전계에 의한 이상 발광이 나타나는 문제점이 있었다. 또한, 탄소 나노튜브를 게이트 전극의 폭에 맞추어 형성하므로 전자빔의 퍼짐이 심해 인접셀과 광 간섭이 발생하는 문제점이 있었다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 탄소 나노튜브 방향으로 연장된 폭이 좁은 돌출부를 가진 보조 전극을 캐소드 전극과 평행하게 형성하면서, 상기 돌출부 폭보다 더 길지만 교차하는 게이트 전극의 폭보다 짧은 길이를 가지는 탄소 나노튜브를 상기 캐소드 전극 상부에 형성하여 소자를 구성하고, 소자 구동 시 보조 전극에 전압을 가해 부족한 전계를 추가적으로 제공함과 아울러 소자를 구동하지 않는 경우 보조 전극에 접지전위 이하의 전압을 가해 애노드 전계에 의한 탄소 나노튜브의 이상 발광을 방지하도록 함으로써, 번거로운 공정 없이도 전자빔의 궤적을 셀 내부로 집속하도록 하면서 소자의 휘도 및 효율을 높이고 표시 품질을 높일 수 있는 효과가 있다. The present invention relates to a carbon nanotube field emission device and a driving method thereof. Among the conventional planar carbon nanotube field emission devices, the undergate structure has a simple configuration but a high driving voltage and low efficiency, and has a counter electrode coplanar structure. In this case, there is a problem in that cost and yield are deteriorated due to the need for a through hole forming process, and electric charge is easily charged and discharged in the insulating layer having the exposed surface. There was this. In addition, since the carbon nanotubes are formed in accordance with the width of the gate electrode, there is a problem in that the electron beam is spread so much that optical interference with adjacent cells occurs. In order to solve the above problems, the present invention forms an auxiliary electrode having a narrow protrusion extending in the carbon nanotube direction in parallel with the cathode electrode, which is longer than the protrusion width but shorter than the width of the intersecting gate electrode. Forming a carbon nanotube having an upper portion on the cathode electrode to configure the device, and when the device is driven to provide an additional insufficient electric field by applying a voltage to the auxiliary electrode, when not driving the device by applying a voltage below the ground potential to the auxiliary electrode By preventing abnormal light emission of the carbon nanotubes by the anode electric field, it is possible to focus the electron beam trajectory into the cell without a cumbersome process while increasing the brightness and efficiency of the device and improving the display quality.

Description

Carbon nanotube field emission device and driving method thereof {CARBON NANOTUBE FIELD EMISSION DEVICE AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 그 구동방법에 관한 것으로, 특히 언더 게이트 구조를 가지는 탄소 나노튜브 전계방출소자에 보조 전극을 더 형성하여 휘도를 높이고 전극 사이 유전체에 전하가 충전되는 것을 방지하도록 한 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 그 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon nanotube field emission device and a method of driving the same, and in particular, an auxiliary electrode is further formed in a carbon nanotube field emission device having an undergate structure to increase luminance and prevent charges from being charged in the dielectric between the electrodes. A carbon nanotube field emission device and a driving method thereof are provided.

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.Due to the rapid development of information and communication technology and the demand for the visualization of diversified information, the demand for electronic displays is increasing, and the required display forms are also diversified. For example, in an environment where mobility is emphasized such as a portable information device, a display having a small weight, volume, and power consumption is required, and when used as an information transmission medium for the public, display characteristics of a large viewing angle are required. In addition, in order to satisfy such demands, electronic displays require conditions such as large size, low price, high performance, high definition, thinness, and light weight, so that light and thin that can replace the existing CRT are required to satisfy these requirements. There is an urgent need for the development of flat panel display devices. Recently, as the needs of various display devices have been applied to display fields, devices using field emission have been actively developed for thin film displays that can provide high resolution while reducing size and power consumption.

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. The field emission device is attracting attention as a next-generation flat panel display for overcoming all the disadvantages of flat panel displays (LCD, PDP, VFD, etc.) currently being developed or produced. The field emitter display has a simple electrode structure, high-speed operation based on the same principle as the CRT, and has the advantages that the display must have such as infinite color, infinite gray scale, high brightness, and high video rate. have.

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. The field emission display device uses a quantum mechanical tunneling phenomenon in which electrons come out of the vacuum from the metal or conductor when a high field is applied to the metal or conductor surface (emitter) in the vacuum. At this time, the device exhibits the current-voltage characteristic according to the Fowler-Nordheim law.

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. Recently, the importance of field emission devices using carbon nanotubes has been recognized because of their excellent electron emission characteristics at a relatively low vacuum due to their large ratio of diameter, mechanical strength, and chemical stability. Since such carbon nanotubes have a small diameter (about 1.0 to several tens of nm), the field enhancement factor is considerably superior to conventional microtip type spin-emitting field emission tips, resulting in low electron emission. Since it can be made in a critical field (turn-on field, about 1 to 5 [V / μm]), there is an advantage that can reduce the power loss and production cost.

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 사용하기도 한다. The carbon nanotubes may be formed by screen printing in the form of paste on the cathode or grown by chemical vapor deposition, and may be used as a photosensitive paste in order to expose the backside to the backside. do.

종래 전계방출소자의 구조를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The structure of the conventional field emission device will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래의 다양한 평면형 탄소 나노튜브 전계방출 소자 구조들 중 기본구조인 언더게이트(undergate) 구조와 카운터 전극 코플래너(counter electrode coplanar) 구조를 보인 단면도로서, 상기 카운터 전극 코플래너 구조는 구동 전압을 낮추기 위해 상기 언더게이트 구조를 변형한 구조이다.1 is a cross-sectional view illustrating an undergate structure and a counter electrode coplanar structure, which are basic structures among various planar carbon nanotube field emission device structures, wherein the counter electrode coplanar structure is a driving voltage. In order to reduce the undergate structure is a structure modified.

먼저, 도 1a의 언더게이트 구조를 보면, 도시된 바와 같이 하판 유리기판(1) 상부에 데이터 전극으로 동작하는 게이트 전극(2) 및 절연층(3)를 차례로 형성하고, 그 상부 전면에 도전성 물질을 형성한 후 패터닝하여 캐소드 전극(5)을 형성한다. 그리고 상기 형성된 캐소드 전극(5)의 상부 일부에 탄소 나노튜브(6)를 형성하는 것으로 하판을 제조를 완료한다. First, referring to the undergate structure of FIG. 1A, a gate electrode 2 and an insulating layer 3, which act as data electrodes, are sequentially formed on the lower glass substrate 1 as illustrated, and a conductive material is formed on the entire upper surface thereof. After the formation of the cathode, the cathode 5 is patterned. The lower plate is completed by forming carbon nanotubes 6 on the upper portion of the formed cathode electrode 5.

그 다음, 상판 유리 기판(10) 상에 차례로 애노드 전극(11)과 형광체(12)를 형성하여 상판을 별도로 제조한 후, 상기 형성된 하판 상부에 소정의 간격을 두고 배치한다. 그리고, 도시되지는 않았지만, 상기 상판과 하판 사이에 스페이서와 밀봉부를 형성하여 물리적으로 고정하고 내부를 진공 상태로 만들어 전계 발광소자 구조를 완성한다.Then, the anode electrode 11 and the phosphor 12 are sequentially formed on the upper glass substrate 10 to separately manufacture the upper plate, and are disposed at predetermined intervals on the formed lower plate. Although not shown, a spacer and a sealing part are formed between the upper plate and the lower plate to be physically fixed and the inside thereof is vacuumed to complete the structure of the EL device.

상기 소자를 구동시키기 위하여 상판 애노드 전극(11)에 높은 전압을 인가하고 상기 게이트 전극(2)과 캐소드 전극(5)에 전압을 가하면 상기 탄소 나노튜브(6)로부터 전자가 방출되기 시작하고, 이는 상기 애노드 전극(11)의 고 전계에 의해 가속되어 상판의 형광체(12)에 충돌하여 발광이 실시된다.When a high voltage is applied to the top anode electrode 11 and a voltage is applied to the gate electrode 2 and the cathode electrode 5 to drive the device, electrons start to be emitted from the carbon nanotube 6. It is accelerated by the high electric field of the anode 11 and collides with the phosphor 12 of the upper plate to emit light.

상기 구조는 공정이 용이하지만, 전계 발광 소자를 구동시키기 위해 상이한 층에 위치한 게이트 전극(2)과 캐소드 전극(5)에 전압을 가해야 하므로 구동을 위한 전압이 높아 전력 소비가 큰 문제점이 있으며, 상기 전극 사이에 위치하는 절연층(3)에 전하가 충전되어 전계가 왜곡되는 문제점이 있다. Although the structure is easy to process, in order to drive the electroluminescent device, a voltage needs to be applied to the gate electrode 2 and the cathode electrode 5 located in different layers, and thus there is a problem in that power consumption is high due to high voltage for driving. There is a problem in that an electric field is distorted due to charge being charged in the insulating layer 3 located between the electrodes.

따라서, 이를 개선하기 위해 도 1b와 같은 보다 복잡한 카운터 전극 코플래너 구조가 사용되기도 한다. Therefore, a more complicated counter electrode coplanar structure such as FIG. 1B may be used to improve this.

도시된 바와 같이 하판 유리기판(1) 상부에 데이터 전극으로 동작하는 게이트 전극(2) 및 절연층(3)를 형성한 후 절연층(3)에 관통홀을 형성하고, 그 상부 전면에 도전성 물질을 형성한 후 패터닝하여 동일 평면 상에 카운터 전극(4)과 캐소드 전극(5)을 형성한다. 상기 형성된 캐소드 전극(5)의 상부 일부에 탄소 나노튜브(6)를 형성하는 것으로 하판을 제조한다. As shown in the drawing, the gate electrode 2 and the insulating layer 3 acting as data electrodes are formed on the lower glass substrate 1, and then, through holes are formed in the insulating layer 3, and a conductive material is formed on the entire upper surface thereof. After forming the patterning and patterning, the counter electrode 4 and the cathode electrode 5 are formed on the same plane. The lower plate is manufactured by forming carbon nanotubes 6 on the upper portion of the formed cathode electrode 5.

그리고, 상판 및 패널 형성은 전술한 언더게이트 구조와 동일하다.The top plate and panel formation are the same as those of the undergate structure described above.

상기 카운터 전극 코플래너 구조는 전술한 언더 게이트 구조에 비해 구동 전압이 낮고, 효율이 높아지지만, 관통홀 형성 공정과 같은 난이도가 높은 공정을 포함하고 있으므로 수율이 낮고 비용이 높아지는 문제점을 가진다. 그리고, 상기 경우에서도 절연층(3)에 전하가 축적되기 쉬운데, 도시된 캐소드 전극(5)과 카운터 전극(4) 사이의 노출된 절연층(3) 표면을 통해 전하가 충방전되게 된다. 도시된 바와 같이, 상기 절연층(3) 표면이 많이 노출되면 시간에 따라 충전 및 방전현상이 발생하므로 전계를 왜곡시키거나 이상 발광의 원인이 되기도 한다.The counter electrode coplanar structure has a lower driving voltage and higher efficiency than the above-described under gate structure, but includes a process having a high difficulty such as a through hole forming process, and thus has a low yield and a high cost. Further, even in this case, charges tend to accumulate in the insulating layer 3, and the charge is charged and discharged through the exposed surface of the insulating layer 3 between the cathode electrode 5 and the counter electrode 4 shown. As shown in the drawing, when the surface of the insulating layer 3 is exposed to a large amount, charge and discharge may occur over time, thereby distorting an electric field or causing abnormal light emission.

또한, 상기 언더 게이트 구조나 카운터 전극 언더 게이트 구조 모두 탄소 나노튜브가 최상층에 노출되어 있으므로 애노드 전계에 의한 이상 발광이 발생하기 쉬워 표시 화면 품질이 악화되는 문제점이 있다.In addition, since both the undergate structure and the counter electrode undergate structure are exposed to the uppermost layer of carbon nanotubes, abnormal light emission due to an anode field is likely to occur, which causes a problem in that the display screen quality is deteriorated.

도 2는 종래 구조(특히 언더게이트 구조)에서 발생되는 전자빔의 궤적을 설명하기 위한 평면도들로서, 도 2a에 도시한 바와 같이 하부 게이트 전극(데이터 전극)(2)과 수직 교차하도록 배치된 캐소드 전극(스캔 전극)(5) 상부에 게이트 전극(2)의 폭과 같은 길이(F)로 탄소 나노튜브(6)를 형성하는 것이 일반적이다. 이는 보다 많은 경계면에서 전자가 방출되도록 하기 위한 것인데, 도 2b에 도시한 바와 같이 전자빔이 하부 게이트 전극(2)의 좌우로 퍼지게 된다. 즉, 탄소 나노튜브(6)로부터 방출되는 전자가 하부 게이트 전극(2) 방향으로 하향 진행하다가 높은 애노드 전계에 의해 상판 형광체로 가속되며, 탄소 나노튜브(6)의 양 끝단에서 전자 방출이 가장 많기 때문에 초기 속도에 의해 빔이 넓게 퍼지게 되는 것이다. 이렇게 퍼진 전자는 인접한 셀의 형광체에까지 도달할 수 있어 혼색을 유발하게 되며, 해상도를 높이는데 치명적인 문제점을 야기시킨다.FIG. 2 is a plan view illustrating a trajectory of an electron beam generated in a conventional structure (particularly, an undergate structure). As shown in FIG. 2A, a cathode electrode disposed to vertically intersect the lower gate electrode (data electrode) 2 is shown. It is common to form the carbon nanotubes 6 on the scan electrodes) 5 to the same length F as the width of the gate electrodes 2. This is to cause electrons to be emitted at more interfaces, and as shown in FIG. 2B, the electron beam spreads to the left and right of the lower gate electrode 2. That is, the electrons emitted from the carbon nanotubes 6 travel downward toward the lower gate electrode 2 and are accelerated to the upper phosphor by a high anode electric field, and the electrons are emitted most at both ends of the carbon nanotubes 6. Therefore, the beam spreads widely by the initial speed. This spreading electrons can reach the phosphors of adjacent cells, causing color mixing and causing fatal problems in increasing the resolution.

상기한 바와같이 종래 평면형 탄소 나노튜브 전계방출소자 중 언더게이트 구조는 구성이 간단한 대신 구동 전압이 높고 효율이 낮은 문제점이 있고, 카운터 전극 코플래너 구조는 관통홀 형성 공정이 더 필요하여 비용 및 수율이 악화되는 문제점이 있으며, 공통적으로 노출된 표면을 가지는 절연층에 전하가 충방전 되면서 전계 왜곡이 발생하기 쉽고 높은 애노드 전계에 의한 이상 발광이 나타나는 문제점이 있었다. 또한, 탄소 나노튜브를 게이트 전극의 폭에 맞추어 형성하므로 전자빔의 퍼짐이 심해 인접셀과 광 간섭이 발생하는 문제점이 있었다.As described above, the undergate structure of the conventional planar carbon nanotube field emission device has a problem that the driving voltage is high and the efficiency is low, while the counter electrode coplanar structure requires a more through hole forming process, and thus the cost and yield are higher. There is a problem of deterioration, and as the charge is charged and discharged on the insulating layer having the exposed surface, there is a problem in that electric field distortion occurs easily and abnormal light emission occurs due to a high anode electric field. In addition, since the carbon nanotubes are formed in accordance with the width of the gate electrode, there is a problem in that the electron beam is spread so much that optical interference with adjacent cells occurs.

상기한 바와같은 종래의 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명은 탄소 나노튜브 방향으로 연장된 폭이 좁은 돌출부를 가진 보조 전극을 캐소드 전극과 평행하게 형성하면서, 상기 돌출부 폭보다 더 길지만 교차하는 게이트 전극의 폭보다 짧은 길이를 가지는 탄소 나노튜브를 상기 캐소드 전극 상부에 형성하여 소자를 구성하고, 소자 구동 시 보조 전극에 전압을 가해 부족한 전계를 추가적으로 제공함과 아울러 소자를 구동하지 않는 경우 보조 전극에 접지전위 이하의 전압을 가해 애노드 전계에 의한 탄소 나노튜브의 이상 발광을 방지하도록 한 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 그 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In order to solve the conventional problems as described above, the present invention forms an auxiliary electrode having a narrow protrusion extending in the direction of carbon nanotubes in parallel with the cathode electrode, while the gate electrode is longer than the protrusion width but intersects. The carbon nanotube having a length shorter than the width is formed on the cathode electrode to configure the device, and when the device is driven, an additional electric field is provided by applying a voltage to the auxiliary electrode, and when the device is not driven, below the ground potential at the auxiliary electrode. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a carbon nanotube field emission device and a driving method thereof for preventing abnormal emission of carbon nanotubes by an anode field by applying a voltage of.

상기한 바와같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 상에 차례로 형성된 게이트 전극 및 절연층과; 상기 절연층 상부에 위치하여 상기 게이트 전극과 수직한 방향으로 배치된 캐소드 전극과; 상기 게이트 전극과 교차되는 상기 캐소드 전극 상부 영역에 게이트 전극 영역보다 작은 가로 길이를 가지도록 배치된 탄소 나노튜브와; 상기 캐소드 전극과 평행하게 형성되며, 상기 캐소드 전극 상부에 형성된 탄소 나노튜브보다 작은 폭을 가지며 상기 탄소 나노튜브에 인접하도록 연장한 돌출부를 구비한 보조 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the object as described above, the present invention comprises a gate electrode and an insulating layer formed on the substrate in turn; A cathode electrode disposed above the insulating layer and disposed in a direction perpendicular to the gate electrode; A carbon nanotube disposed in the upper region of the cathode electrode crossing the gate electrode to have a horizontal length smaller than that of the gate electrode region; And an auxiliary electrode formed in parallel with the cathode electrode, the auxiliary electrode having a smaller width than the carbon nanotube formed on the cathode electrode and extending to be adjacent to the carbon nanotube.

또한, 본 발명은 게이트 전극과 교차되는 영역보다 짧게 형성한 탄소 나노튜브가 상부에 형성된 캐소드 전극 및, 상기 캐소드 전극에 평행하며 상기 탄소 나노튜브 방향으로 탄소 나노튜브보다 짧은 폭을 가지는 돌출부를 구비한 보조 전극을 가진 평면형 전계방출소자 구동 방법에 있어서, 소자가 구동되는 중에 상기 보조 전극에 소정의 양전압을 인가하여 방출된 전자를 여기시키는 소자 구동 단계와; 소자가 구동되지 않는 경우 상기 보조 전극에 접지 전위 이하의 전압을 인가하여 전계방출부의 전자 방출을 억제하는 소자 비구동 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention includes a cathode electrode formed on top of the carbon nanotube formed shorter than the region crossing the gate electrode, and a protrusion having a width parallel to the cathode electrode and shorter than the carbon nanotube in the carbon nanotube direction A method of driving a planar field emission device having an auxiliary electrode, comprising: an element driving step of exciting an emitted electron by applying a predetermined positive voltage to the auxiliary electrode while the device is being driven; And a device non-driving step of suppressing electron emission of the field emission unit by applying a voltage below ground potential to the auxiliary electrode when the device is not driven.

상기한 바와같은 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면들을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Embodiments of the present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명 일 실시예의 구조를 나타낸 상부 평면도로서, 도시한 바와 같이 기존의 언더게이트 구조를 기본으로 스캔 전극(130)과 평행한 보조 전극(140)을 더 형성한 것이다. 그리고, 전계방출의 효율을 높이기 위해 캐소드 전극(130)의 전계 방출 영역 중 경계 부분 양쪽에 탄소 나노튜브(50)를 이중으로 형성한 구조를 예시하고 있다. 하지만, 이러한 탄소 나노튜브(50)의 구체적인 구성으로 본 발명이 제한되지는 않는다.3 is a top plan view showing a structure of an embodiment of the present invention, and further shows an auxiliary electrode 140 parallel to the scan electrode 130 based on the existing undergate structure. In addition, the structure in which the carbon nanotubes 50 are formed on both sides of the boundary of the field emission region of the cathode electrode 130 in order to increase the field emission efficiency is illustrated. However, the present invention is not limited to the specific configuration of the carbon nanotubes 50.

비록, 도시된 도면이 평면도이기 때문에 나타나지는 않지만, 본 발명 일 실시예는 하판 유리기판(미도시)과, 그 상부에 차례로 형성된 게이트 전극(데이터 전극으로 동작)(110) 및 절연층(120)과, 그 상부에 형성된 캐소드 전극(130), 탄소 나노튜브(150)와, 상기 캐소드 전극(130)과 평행하게 배치되면서 돌출부를 가지는 보조 전극(140)이 형성된 단면 구조를 가지고 있다. Although the illustrated figure is not shown because it is a plan view, an embodiment of the present invention is a lower glass substrate (not shown), and a gate electrode (operating as a data electrode) 110 and an insulating layer 120 formed in order thereon. And a cathode electrode 130, a carbon nanotube 150, and an auxiliary electrode 140 having a protrusion while being disposed in parallel with the cathode electrode 130.

그럼, 본 발명의 핵심이 되는 절연층(120) 상부 구조물들의 형태를 도시된 평면도를 통해 상세히 설명하면, 다음과 같다. Then, the shape of the upper structure of the insulating layer 120 to be the core of the present invention will be described in detail through the plan view shown below.

먼저, 상기 게이트 전극(110)과 수직한 방향으로 캐소드 전극(130)을 형성하여 상기 게이트 전극(110)을 데이터 전극으로 사용하고 캐소드 전극(130)을 스캔 전극으로 사용하는 것은 일반적인 패널 구조를 따른다.First, forming the cathode electrode 130 in a direction perpendicular to the gate electrode 110 to use the gate electrode 110 as a data electrode and the cathode electrode 130 as a scan electrode follows a general panel structure. .

상기 캐소드 전극(130)의 상부 영역 중 전계가 집중 되는 부분은 상기 게이트 전극(110)과 교차되는 지점이므로 그 교차 영역의 캐소드 전극(130) 상부에 탄소 나노튜브(150)를 형성하여 에미터를 만드는데, 일반적으로 캐소드 전극(130)의 경계부분에 형성하여 전자 방출 효율을 높일 수 있도록 한다.Since the portion where the electric field is concentrated in the upper region of the cathode electrode 130 is a point that intersects with the gate electrode 110, the carbon nanotube 150 is formed on the cathode electrode 130 in the crossing region to emit the emitter. In general, it is formed at the boundary of the cathode electrode 130 to increase the electron emission efficiency.

본 발명에서는 상기 탄소 나노튜브(150)를 형성함에 있어, 그 길이를 전극의 교차영역의 길이(즉, 게이트 전극(110)의 폭)보다 짧게 형성하도록 하는데, 이는 탄소 나노튜브(150)를 통해 방출되는 전자가 주로 경계면에 집중되며, 이러한 집중이 가장 큰 부분이 양측 종단 부분이기 때문에 전자가 가장 많이 방출되는 종단 부분을 셀 영역의 내부로 한정하기 위한 것이다.In the present invention, in forming the carbon nanotubes 150, the length of the carbon nanotubes 150 is shorter than the length of the intersecting region of the electrodes (that is, the width of the gate electrode 110), which is formed through the carbon nanotubes 150. The electrons emitted are mainly concentrated at the interface, and since the greatest concentration is at both end portions, the electron emitting portion is limited to the inside of the cell region.

그 다음, 본 발명에서 제안하는 보조 전극(140)은 단순히 캐소드 전극(130)과 수평하게 배치되어 소자 구동에 필요한 전계를 보충하는 용도로만 사용되는 것이 아니라 소정의 돌출부를 더 형성하여 보조 전극과 캐소드 전극(130) 사이에 절연층(120) 표면이 노출되지 않도록 함으로써 불필요한 전하의 충방전에 따른 전계 왜곡이 발생하지 않도록 하는 역할과, 상기 탄소 나노튜브(150)로부터 방출되는 전자를 셀 내부로 집속하는 역할을 더 수행하게 된다. Subsequently, the auxiliary electrode 140 proposed in the present invention is not only used to supplement the electric field required for driving the device because it is simply arranged horizontally with the cathode electrode 130, and further forms a predetermined protrusion to form the auxiliary electrode and the cathode. The surface of the insulating layer 120 is not exposed between the electrodes 130 to prevent electric field distortion due to unnecessary charge and discharge, and to collect electrons emitted from the carbon nanotubes 150 into the cell. You will play more roles.

그러면, 상기 보조 전극(140)의 기본적인 역할을 설명하도록 한다. 그리고 전자빔을 집속하는 방법에 대해서는 이후, 도 4를 통해 좀더 상세히 설명할 것이다. Next, the basic role of the auxiliary electrode 140 will be described. The method of focusing the electron beam will be described in more detail later with reference to FIG. 4.

상기 보조 전극(140)은 소자가 구동되는 동안(즉, 스캔 전극이 순차적으로 구동되는 동안) 소정의 양전압을 제공받아 상기 보조 전극(140)에 의해 발생하는 전계가 전계 방출부에 작용하도록 함으로써 효율을 높이도록 하는데, 상기 탄소 나노튜브(150)로부터 방출되는 전자를 여기시켜 휘도를 높인다. 그리고, 소자가 구동되지 않는 동안 접지 전위 이하의 전압을 제공 받아 상기 탄소 나노튜브(150)로부터의 전자 방출을 억제한다. The auxiliary electrode 140 receives a predetermined positive voltage while the device is driven (ie, while the scan electrode is sequentially driven) so that the electric field generated by the auxiliary electrode 140 acts on the field emitter. In order to increase the efficiency, the luminance emitted from the carbon nanotubes 150 is excited. In addition, while the device is not driven, a voltage below ground potential is provided to suppress electron emission from the carbon nanotubes 150.

그리고, 도시된 바와 같이 보조 전극(140)에는 탄소 나노튜브(150) 방향으로 돌출된 돌출부를 구비하여, 상기 보조 전극(140)과 캐소드 전극(130) 사이에 노출된 절연층(120) 표면을 줄일 수 있도록 하고 있다. 이는 발생되는 전계에 의한 절연층(120)의 전하 충방전을 방지하는 역할을 하게 된다. And, as shown in the auxiliary electrode 140 is provided with a protrusion protruding in the direction of the carbon nanotubes 150, to expose the surface of the insulating layer 120 exposed between the auxiliary electrode 140 and the cathode electrode 130. To reduce it. This serves to prevent the charge and discharge of the insulating layer 120 by the generated electric field.

도 4는 상기 도 3의 일부 영역을 확대한 확대도 및 전자빔의 궤적을 보인 개념도로서, 도 4a는 구체적인 구조적 특징을 설명하기 위한 것이며, 도 4b는 상기 구조에서 발생되는 빔 퍼짐 궤적을 설명하기 위한 것이다. 4 is an enlarged view illustrating an enlarged view of a portion of FIG. 3 and a trajectory of an electron beam. FIG. 4A is for explaining specific structural features, and FIG. 4B is for explaining a beam spreading trajectory generated in the structure. will be.

먼저, 도 4a에 도시된 스캔 전극(130)과 보조 전극(140) 및 탄소 나노튜브(150)의 배치를 보면, 스캔 전극(130) 경계면 상부에 탄소 나노튜브(150)가 위치하는데, 그 길이는 데이터 전극(110)의 폭에 비해 짧은 길이(B)를 가진다. 그리고, 상기 보조 전극(140)은 상기 탄소 나노튜브(150) 쪽으로 연장되며 그 폭이 상기 탄소 나노튜브(150)의 길이보다 짧은(A)은 돌출부를 구비한다. 상기 돌출부에 의해 스캔 전극(130)과 보조 전극(140)의 이격 거리는 D에서 C로 짧아지게 된다. 이는 실제 전계가 형성되는 부분에 노출되는 절연층(미도시)의 표면 영역을 줄여 절연층에 전하가 충방전되지 않도록 하면서, 상기 탄소 나노튜브(140)로부터 방출되는 전자빔의 궤적을 십자형태를 이루는 보조 전극의 중심 부분으로 집속한다.First, referring to the arrangement of the scan electrode 130, the auxiliary electrode 140, and the carbon nanotubes 150 illustrated in FIG. 4A, the carbon nanotubes 150 are positioned on the interface of the scan electrode 130. Has a length B shorter than the width of the data electrode 110. In addition, the auxiliary electrode 140 extends toward the carbon nanotubes 150 and has a protrusion portion whose width is shorter than the length of the carbon nanotubes 150. The distance between the scan electrode 130 and the auxiliary electrode 140 is shortened from D to C by the protrusion. This reduces the surface area of the insulating layer (not shown) exposed to the part where the actual electric field is formed, and prevents charge from being charged and discharged to the insulating layer, and crosswise forms the trajectory of the electron beam emitted from the carbon nanotubes 140. Focusing on the center of the auxiliary electrode.

도 4b에 도시된 전자빔의 궤적을 보면, 상기 설명과 같이 보조 전극(140) 돌출부 중앙 부분으로 집속되는 것을 알 수 있는데, 이는 보조 전극(140)에 의해 생성되는 전계가 상기 돌출 부분의 측면에서도 생성되기 때문에 전자가 가장 많이 방출되는 탄소 나노튜브(150)의 양 종단 부분으로부터 방출되는 전자 진행 방향을 보조 전극(140)의 돌출부 쪽으로 유도하기 때문이다. 따라서, 이러한 돌출부 구조를 가지지 못한 보조 전극(140)을 이용할 경우 셀 영역을 벗어나던 전자빔은 상기 돌출부 구조에 따라 변화된 전계에 의해 셀 영역 내부로 집속되므로 인접한 셀과의 광 간섭을 방지하고 휘도를 높일 수 있다. Referring to the trajectory of the electron beam shown in FIG. 4B, it can be seen that the focus is focused on the central portion of the protrusion of the auxiliary electrode 140 as described above. The electric field generated by the auxiliary electrode 140 is also generated on the side of the protrusion. This is because the direction of electron propagation emitted from both end portions of the carbon nanotubes 150 where electrons are emitted the most is directed toward the protrusion of the auxiliary electrode 140. Therefore, when the auxiliary electrode 140 having no protrusion structure is used, the electron beam that has escaped from the cell region is focused into the cell region by an electric field changed according to the protrusion structure, thereby preventing optical interference with adjacent cells and increasing luminance. Can be.

도 5는 상기 도 3에 도시한 본 발명 일 실시예를 구동하는 방법을 설명하기 위한 구동 파형도로서, 소자가 구동되어 전자가 방출되는 경우 보조 전극은 보조적인 전계를 형성하여 방출되는 전자를 여기시켜 휘도를 높이고, 소자가 구동되지 않아 높은 애노드 전계에 탄소 나노튜브가 영향을 받게 되는 경우 보조 전극에 음전압을 가해 탄소 나노튜브의 전자 방출을 억제하여 이상 발광을 방지하도록 하는 것을 핵심으로 하는 구동 방법이다.FIG. 5 is a driving waveform diagram illustrating a method of driving an embodiment of the present invention shown in FIG. 3. When an element is driven and electrons are emitted, the auxiliary electrode forms an auxiliary electric field to excite electrons emitted. Driving the device to increase luminance and to prevent the emission of carbon nanotubes by preventing negative emission by applying negative voltage to the auxiliary electrode when the device is not driven and the carbon nanotubes are affected by the high anode electric field. Way.

즉, 데이터 전극에 데이터 전압(Vd)이 인가되고 순차적으로 스캔 전극들에 스캔 전극(-Vc) 펄스가 공급되는 소자의 구동 시간 동안(즉, 스캔 펄스들이 인가되는 동안) 보조 전극에는 소정의 양전압(Vf)이 인가되며, 스캔 펄스들이 인가되지 않아 소자가 구동되지 않는 동안에는 상기 보조 전극에 음전압(-Vf)이 인가된다. 당연히, 상기 양전압과 음전압의 크기는 상이할 수 있다. That is, a predetermined amount is applied to the auxiliary electrode during the driving time of the device in which the data voltage Vd is applied to the data electrode and the scan electrode (-Vc) pulse is sequentially supplied to the scan electrodes (that is, while the scan pulses are applied). The voltage Vf is applied and a negative voltage -Vf is applied to the auxiliary electrode while the scan pulses are not applied and the device is not driven. Naturally, the magnitudes of the positive voltage and the negative voltage may be different.

상기 보조 전극에 소정의 양전압(Vf)이 인가되면 소자 구동을 위한 전압(Vd+Vc)에 의해 발생되는 전계 외에 부가적인 전계가 발생하여 전계 방출의 효율을 높이며 돌출부 구조물에 의해 전자빔의 궤적을 셀 내부로 집속할 수 있다. 그리고, 소자가 구동되지 않는 기간 동안 보조 전극에 0V 이하의 전압(-Vf)을 인가하면 애노드와 스캔 전극(캐소드 전극)에 걸리는 전계를 상쇄 시키거나 역전계를 형성할 수 있어 높은 애노드 전압에 의한 이상 발광을 방지할 수 있게 된다. When a predetermined positive voltage Vf is applied to the auxiliary electrode, an additional electric field is generated in addition to the electric field generated by the voltage Vd + Vc for driving the device, thereby increasing the efficiency of field emission and increasing the trajectory of the electron beam by the protrusion structure. It can focus inside the cell. In addition, when a voltage (-Vf) of 0 V or less is applied to the auxiliary electrode during the period when the device is not driven, the electric field applied to the anode and the scan electrode (cathode electrode) may be canceled or a reverse electric field may be formed. Abnormal light emission can be prevented.

도 6은 본 발명 다른 실시예의 보조 전극 구동 파형도로서, 도시한 바와 같이 보조 전극의 구동을 데이터 전극의 데이터 신호 제공 시점에 맞추어 펄스로 제공하도록 한 경우이다. FIG. 6 is a waveform diagram of an auxiliary electrode driving waveform according to another embodiment of the present invention, in which driving of the auxiliary electrode is provided as a pulse in accordance with a data signal providing time of the data electrode.

스캔 전극이 순차적으로 동작하는 소자의 구동 시간 동안은 소정의 양전압(Vf)과 접지 전압(0V) 사이의 펄스 전압을 인가하는 것으로 도시되어 있으나 접지 전압 대신 음전압(-Vf)을 인가할 수도 있다. 하지만, 접지 전압을 인가하는 경우 지속적으로 양전압(Vf)을 인가하지 않아도 되므로 소비 전력을 줄일 수 있다. While the scan electrode is sequentially driven, the pulse voltage between the predetermined positive voltage (Vf) and the ground voltage (0V) is shown during application, but the negative voltage (-Vf) may be applied instead of the ground voltage. have. However, when applying the ground voltage it is not necessary to constantly apply the positive voltage (Vf) can reduce the power consumption.

상기한 바와 같은 본 발명 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 그 구동방법은 탄소 나노튜브 방향으로 연장된 폭이 좁은 돌출부를 가진 보조 전극을 캐소드 전극과 평행하게 형성하면서, 상기 돌출부 폭보다 더 길지만 교차하는 게이트 전극의 폭보다 짧은 길이를 가지는 탄소 나노튜브를 상기 캐소드 전극 상부에 형성하여 소자를 구성하고, 소자 구동 시 보조 전극에 전압을 가해 부족한 전계를 추가적으로 제공함과 아울러 소자를 구동하지 않는 경우 보조 전극에 접지전위 이하의 전압을 가해 애노드 전계에 의한 탄소 나노튜브의 이상 발광을 방지하도록 함으로써, 번거로운 공정 없이도 전자빔의 궤적을 셀 내부로 집속하도록 하면서 소자의 휘도 및 효율을 높이고 표시 품질을 높일 수 있는 효과가 있다. The carbon nanotube field emission device and the driving method thereof according to the present invention as described above form a secondary electrode having a narrow protrusion extending in the carbon nanotube direction in parallel with the cathode electrode, the gate being longer than the width of the protrusion but intersecting. The carbon nanotube having a length shorter than the width of the electrode is formed on the cathode electrode to form a device, and when the device is driven, an additional electric field is provided by applying a voltage to the auxiliary electrode and grounded to the auxiliary electrode when the device is not driven. By applying a voltage below the potential to prevent abnormal light emission of the carbon nanotubes by the anode electric field, it is possible to focus the electron beam trajectory into the cell without the cumbersome process, while increasing the brightness and efficiency of the device and improve the display quality. .

도 1은 종래 평면형 전계방출 소자의 대표적인 구조들을 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing typical structures of a conventional planar field emission device.

도 2는 종래 셀 부분 확대 평면도 및 빔 퍼짐 궤적도를 나타낸 평면도.2 is a plan view illustrating a conventional cell enlarged plan view and a beam spreading trajectory diagram;

도 3은 본 발명 일 실시예의 전극 구조를 나타낸 평면도.Figure 3 is a plan view showing the electrode structure of one embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명 일 실시예의 셀 부분 확대 평면도 및 빔 퍼짐 궤적도를 나타낸 평면도.4 is a plan view showing a cell enlarged plan view and a beam spreading trajectory diagram of an embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명 일실시예의 전극 구동 파형도.5 is an electrode driving waveform diagram of an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명 다른 실시예의 보조 전극 구동 파형도.6 is an auxiliary electrode driving waveform diagram of another embodiment of the present invention.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***

100: 하판 유리기판 110: 게이트 전극100: lower glass substrate 110: gate electrode

120: 절연층 130: 캐소드 전극120: insulating layer 130: cathode electrode

140: 보조 전극 150: 탄소 나노튜브140: auxiliary electrode 150: carbon nanotubes

Claims

A gate electrode and an insulating layer sequentially formed on the substrate; A cathode electrode disposed above the insulating layer and disposed in a direction perpendicular to the gate electrode; A carbon nanotube disposed in the upper region of the cathode electrode crossing the gate electrode to have a horizontal length smaller than that of the gate electrode region; And an auxiliary electrode formed in parallel with the cathode electrode and having a smaller width than the carbon nanotube formed on the cathode electrode, the auxiliary electrode having a protrusion extending adjacent to the carbon nanotube. device.

The carbon nanotube field emission device of claim 1, wherein the carbon nanotubes are formed at upper ends of both sides of the boundary of the auxiliary electrode in the upper region of the cathode electrode crossing the gate electrode.

The carbon nanotube field emission device of claim 1, wherein the auxiliary electrode is formed of a single electrode structure which is electrically connected to at least one side.

Planar type having a cathode electrode formed on top of the carbon nanotube formed shorter than the region intersecting the gate electrode, and an auxiliary electrode having a projection parallel to the cathode electrode and having a width shorter than the carbon nanotube in the carbon nanotube direction A field emission device driving method comprising: an element driving step of exciting an emitted electron by applying a predetermined positive voltage to the auxiliary electrode while the device is being driven; And a device non-driving step of suppressing electron emission of the field emission unit by applying a voltage below ground potential to the auxiliary electrode when the device is not driven.

The method of claim 4, wherein the positive voltage applied to the auxiliary electrode in the device driving step is selectively provided only during a period in which a data potential is applied to a data electrode, and a ground or negative voltage is provided during a period in which a data potential is not applied. Carbon nanotube field emission device driving method characterized in that the pulse form.