KR20070046628A - 전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출 디스플레이 장치및 그 제조방법 - Google Patents

전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출 디스플레이 장치및 그 제조방법 Download PDF

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KR20070046628A
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최영철
박종환
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Abstract

본 발명의 목적은 탄소 나노 튜브의 합성 과정에서 원료가스의 분해가 우수한 전자 방출 소자와, 이를 구비하여 화소간의 균일도가 향상된 디스플레이 장치를 제공하는 것이다. 또한, 이러한 전자 방출 소자의 제조방법을 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 배치된 캐소오드 전극 및 전자방출부; 상기 캐소오드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 백금 또는 팔라듐으로 형성된 게이트 전극; 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극을 절연하는 절연체층; 상기 캐소오드 전극에 접하도록 배치된 탄소 나노 튜브를 포함하는 전자 방출 소자, 이를 구비한 디스플레이 장치 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출 디스플레이 장치 및 그 제조방법{Electron emission device, electron emission display apparatus having the same, and method of manufacturing the same}
도 1은 종래 전자 방출 소자 및 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 사시도.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 취한 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자 및 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도.
도 4는 도 3의 IV 부분의 확대도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출원의 평면도.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출원의 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
60: 스페이서 70: 형광체층
80: 애노드 전극 90: 제2 기판
100, 200: 전자 방출 디스플레이 장치
101, 201: 전자 방출 소자
102: 전면 패널 103: 발광 공간
110: 제1 기판 120: 캐소오드 전극
130: 제1 절연체층 131: 전자 방출원 홀
135: 제2 절연체층 140: 게이트 전극
145: 집속 전극 160:촉매금속
본 발명은 전자 방출 소자(electron emission element), 이를 구비한 전자 방출 디스플레이 장치(electron emission display apparatus) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 게이트 전극에 백금 또는 팔라듐을 사용하는 새로운 구조의 전자 방출 소자와, 이를 구비하여 화소간의 균일도가 향상된 전자 방출 디스플레이 장치와, 이러한 전자 방출 소자를 제조하는 방법에 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 함수(β Function)가 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 구비한다.
이와 같이 FEA형 전자 방출 소자를 활용하여 화상을 구현하는 디스플레이 장치를 만드는 경우에, 화소간의 휘도 균일도가 떨어지는 경우가 있다. 각각의 전자 방출원에 있어서 게이트 전극이 크롬이나 몰리브덴을 사용하기 때문에 저온에서 탄소 나노 튜브의 수직성장이 원활하게 진행되지 못하는 문제가 발생하게 되었다. 이러한 문제가 있음으로 해서 디스플레이 장치의 품위를 크게 저해할 수 있고 디스플레이 장치의 품질 향상을 위해서는 이러한 문제를 해결하여야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 탄소 나노 튜브의 합성 과정에서 원료가스의 분해가 우수한 전자 방출 소자 및 이를 구비하여 신뢰성이 향상된 디스플레이 장치를 제공하는 것이다. 또한, 이러한 전자 방출 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
제1 기판; 상기 제1 기판 상에 배치된 캐소오드 전극 및 전자방출부;
상기 캐소오드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 백금 또는 팔라듐으로 형성된 게이트 전극; 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극을 절연하는 절연체층; 상기 캐소오드 전극에 접하도록 배치된 탄소 나노 튜브를 포함하는 전자 방출 소자를 제공한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
제1 기판; 상기 제1 기판 상에 배치된 복수 개의 캐소오드 전극; 상기 캐소 오드 전극들과 교차하도록 배치되고 백금 또는 팔라듐으로 형성된 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 전자 방출원 홀 내에 상기 캐소오드 전극에 접하도록 배치된 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 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 백금 또는 팔라듐을 이용하여 게이트 전극을 형성하고, 절연체층 및 캐소오드 전극을 부분 식각하여 전자 방출원 홀을 형성하는 단계(c); 촉매금속을 준비하는 단계(d); 및 상기 전자 방출원 홀에서 상기 촉매금속을 화학적 기상증착법 (CVD법)에 의하여 수직성장시켜 탄소 나노 튜브를 제조하는 단계(e)를 포함하는 전자 방출 소자의 제조방법을 제공한다.
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 구 현한 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 IV 부분의 확대도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자(201)는 제1 기판(110), 캐소오드 전극(120), 게이트 전극(140), 제1 절연체층(130), 전자 방출원 및 탄소 나노 튜브(125)를 포함한다.
상기 제1 기판(110)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(120)은 상기 제1 기판(110) 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 만들어 질 수 있다.
상기 게이트 전극(140)은 상기 캐소오드 전극(120)과 상기 절연체층(130)을 사이에 두고 배치되고, 백금 또는 팔라듐으로 제조한다. 종래에는 게이트 전극이 크롬이나 몰리브덴을 재료로 사용하였으나, 저온 상태에서 전자 방출부(131)에 공 급되는 원료가스의 분해를 더욱 용이하게 하기 위하여 백금 또는 팔라듐을 재료로 사용하였다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 전자 방출원을 확대하여 도시하고 있다. 도 4를 참조하면, 게이트 전극(140)의 일부가 전자 방출부(131)의 내부 쪽으로 돌출되어 있다. 게이트 전극은 전자 방출부(131) 내부 방향으로 돌출된 돌출부(140')를 가질 수 있다. 상기 돌출부(140')는 원료가스의 공급 및 분해를 더욱 촉진할 수 있다. 게이트 전극이 절연체층과 동일한 폭을 형성하여 돌출부위가 없거나 안쪽으로 배치되는 것보다 전자 방출부(131)의 방향으로 돌출부위를 형성함으로써 탄소 나노 튜브의 형성을 위한 원료가스의 분해효과를 더욱 개선할 수 있다.
또한, 상기 게이트 전극(140)은 백금 및 팔라듐의 다중층으로 형성될 수 있다. 백금 및 팔라듐의 원료가스의 분해능이 모두 우수하기 때문에 단일층으로 형성될 수 있을 뿐만 아니라 두 전이금속을 모두 사용하여 다중층으로 제조하여 사용될 수 있다.
상기 절연체층(130)은, 상기 게이트 전극(140)과 상기 캐소오드 전극(120) 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극(120)과 게이트 전극(140)을 절연함으로써 두 전극 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지한다.
상기 전자 방출원은 상기 캐소오드 전극(120)과 통전되도록 배치되고, 상기 게이트 전극(140)에 비해서는 높이가 낮게 배치된다. 상기 전자 방출원의 재료로는 침상 구조를 가진 것이면 어떤 것이라도 사용될 수 있다. 특히, 일함수가 작 고, 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.
전자 방출원을 위한 탄소 나노 튜브의 제조방법에는 여러 방법이 제안되고 있고, 예를 들어 레이저아브레이션(laser ablation), 아크방전법(arc discharge), 열분해법(pyrolysis), 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD) 등이 있다. 레이저아브레이션법과 아크방전법은 주로 단일벽 탄소 나노 튜브(single wall carbon nanotube: SWCNT)를 합성하는데 이용되고 있으나, 그 효율이 매우 낮은 단점이 있다. 열분해법과 화학 기상 증착법은 다중벽 탄소 나노 튜브(multi-wall carbon nanotube: MWCNT)를 합성하는데 적합한 방법으로 알려져 있다.
본 발명은 전자 방출원용 탄소 나노 튜브를 제조하기 위하여 화학 기상 증착법(CVD)을 이용할 수 있다. 화학 기상 증착법은 간단한 공정과 비교적 낮은 온도에서 탄소 나노 튜브를 성장시킬 수 있는 방법으로서 전자 방출원 홀 내에 안정되고 효율이 높은 탄소 나노 튜브를 화학적으로 증착하여 수직성장시킴으로써 합성할 수 있다.
화학 기상 증착법에는 플라스마를 이용한 플라스마 화학 기상 증착법(PECVD)과 열화학 기상 증착법(Thermal CVD)으로 크게 나눌 수 있다. 특히 플라스마를 이용한 화학 기상 증착법은 열을 이용한 화학 기상 증착법보다 낮은 온도에서 탄소 나노 튜브를 성장시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다. 플라즈마를 이용한 화학기 상 증착법에도 탄소 나노 튜브의 수직배열 성장에 유리한 직류 바이아스를 채택한 dc-PECVD법과 합성 용기 내의 직류방전을 최소화하는 마이크로웨이브를 이용한 MPECVD법이 있다.
특히 본 발명에서와 같이 전자 방출 소자 등에 응용하려면 저온에서 수직배열된 탄소 나노 튜브를 합성하는 공정은 매우 중요하다. 탄소 나노 튜브의 효과적인 성장을 위해서는 고온에서 반응시키는 것이 바람직하지만, 기판상에 캐소오드 전극, 절연체, 캐소오드 전극 등이 이미 패터닝되어 있는 전자 방출 소자를 고온 상태에 두는 것은 소자의 안정성을 훼손한다는 점에서 바람직하지 못하다. 또한, 소자의 안정성만을 고려하여 저온에서 촉매금속을 성장시키게 되면 탄소 나노 튜브의 성장 효율이 저하된다는 문제점이 있기 때문에 저온에서 탄소 나노 튜브를 성장시키면서 효율을 개선하는 점이 중요하다.
직접 기판 위의 원하는 영역에 탄소 나노 튜브를 생성하기 위해서는 먼저 촉매역할을 하는 촉매금속이 필요하다. 그 재질로는 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni), 또는 이들의 합금 등이 주로 사용되고, 그 증착 방법은 주로 DC혹은 RF 스퍼터링법을 이용할 수 있다. 이러한 방법을 이용하여 상기 촉매금속을 1 내지 100㎚의 두께로 증착한 후 증착된 소자를 반응로 안에 넣어서 400 내지 600℃의 온도에서 CH2, C2H2, C2H4, 또는 CO과 같은 탄화가스를 반응로 내에 공급하여 탄소 나노 튜브를 성장시킨다. 통상적으로 탄소 나노 튜브만을 제조하기 위해서는 700 내지 950℃의 온도가 바람직하지만, 상기 설명한 바와 같이 소자의 안정성을 위해서 400 내지 600℃에서 탄소 나노 튜브를 성장시킨다.
캐소오드, 애노드, 및 게이트 전극을 갖는 3전극 구조의 전자 방출 소자에 있어서 400 내지 600℃의 저온으로 탄소 나노 튜브를 용이하게 합성하기 위해서는 CH2, C2H2, C2H4, 또는 CO과 같은 원료가스의 공급 및 분해가 잘 이루어져야 한다. 그러나, 전자 방출원 홀의 특성상 가스의 흐름이 홀 내부로 완전하게 이루어지지 않기 때문에 탄소 나노 튜브의 원료가 되는 촉매금속으로 공급되는 가스의 양이 적을 뿐만 아니라, 저온 상태에서 공급된 가스의 분해도 용이하지 않게 된다.
본 발명자들은 상부기판과 하부기판 각각에 백금, 팔라듐, 또는 백금 및 팔라듐을 증착하여 촉매입자를 성장시킨 경우에 원료가스의 공급 및 분해가 크롬이나 몰리브덴과 같은 종래의 금속보다 훨씬 용이하다는 것을 발견하게 되었다. 한쪽에 니켈(Ni)이 코팅된 실리콘 기판과 이와 평행하게 팔라듐(Pd) 기판을 설치한 탄소 나노 튜브를 성장시켰다. 니켈 촉매입자는 크기와 밀도가 거의 유사하였지만, 반응결과는 팔라듐 기판을 설치한 경우 더욱 우수한 탄소 나노 튜브가 성장된다는 것을 확인할 수 있었다. 이것은 팔라듐 금속이 원료가스의 분해를 보조하여 탄소 나노 튜브의 저온성장을 촉진한다는 것을 나타낸다. 이러한 내용은 논문 H.J. Jeong 등의 "Chemical Physics Letters 361(2002) 189-195"에 개시되어 있으며, 상기 논문은 인용에 의하여 본 명세서에 통합되어 있다.
따라서, 본 발명은 게이트 전극 제조에 있어서 백금, 팔라듐, 또는 이들의 합금 금속 또는 이들 금속의 다중층을 사용함으로써 탄소 나노 튜브가 성장하는 근 접지역에서 원료가스의 분해를 용이하게 하는 것이고, 저온에서 화학 기상 증착법에 의하여 용이하게 탄소 나노 튜브를 제조하는 것이다.
한편, 도 3을 참조하면 상기 전자 방출 소자는 가시광선을 발생하여 화상을 구현하는 디스플레이 장치에 이용될 수 있다. 디스플레이 장치로 구성하기 위해서는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 제1 기판(110)과 나란하게 배치되는 제2 기판(90), 상기 제2 기판(90) 상에 설치되는 애노드 전극(80) 및 상기 애노드 전극(80)에 설치된 형광체층(70)을 더 포함한다.
또한, 단순히 램프로서 가시광선을 발생시키는 것이 아니라 화상을 구현하기 위해서는 상기 캐소오드 전극(120) 및 상기 게이트 전극(140)이 서로 교차하도록 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 게이트 전극(140)들과 상기 캐소드 전극(120)들이 교차하는 영역들에는 전자 방출원 홀(131)들이 형성하여, 그 내부에 전자 방출원(125)을 배치한다. 전자 방출원의 제조방법은 상술한 바와 같다.
상기 제1 기판(110)을 포함하는 전자 방출 소자(201)와 상기 제2 기판(90)을 포함하는 전면 패널(102)은 서로 소정의 간격을 유지하면서 대향되어 발광 공간을 형성하고, 상기 전자 방출 소자(201)와 전면 패널(102) 사이의 간격의 유지를 위해 스페이서(60)들이 배치된다. 상기 스페이서(60)는 절연물질로 만들어질 수 있다.
또한, 내부의 진공을 유지하기 위해 프리트(frit)로 전자 방출 소자(201)와 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(120)에 (-) 전압을 인가하고, 게이트 전극(140)에는 (+) 전압을 인가하여 캐소오드 전극(120)에 설치된 전자 방출원(125)으로부터 전자가 방출될 수 있게 한다. 또한, 애노드 전극(80)에 강한 (+)전압을 인가하여 애노드 전극(80) 방향으로 방출된 전자를 가속시킨다. 이와 같이 전압이 인가되면, 전자 방출원(125)을 구성하는 침상의 물질들로부터 전자가 방출되어 게이트 전극(140)을 향해 진행하다가 애노드 전극(80)을 향해 가속된다. 애노드 전극(80)을 향하여 가속된 전자는 애노드 전극(80)측에 위치하는 형광체층(70)에 부딪히면서 가시광선을 발생시키게 된다.
한편, 본 발명의 제1 실시예의 전자 방출 소자에서 게이트 전극에 백금 또는 팔라듐을 사용함으로써 탄소 나노 튜브에 의해 화소를 이루는 전자 방출원에서 방출되는 전류밀도가 높아지고, 화상의 품위가 향상된다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자의 제조방법에 대해 설명한다. 이하에서 설명되는 제조방법은 일 실시예일 뿐이고, 반드시 아래의 방법으로 제조되어야 하는 것은 아니다.
먼저, 제1 기판(110), 캐소오드 전극(120), 절연체층(130) 및 게이트 전극(140)을 형성하는 소재를 순서대로 소정 두께로 적층한다. 적층은 스크린 프린팅과 같은 공정으로 수행하는 것이 바람직하다.
그 다음, 상기 게이트 전극(140)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 이용 하여 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정에 의해 수행된다.
그 다음, 상기 마스크 패턴을 이용하여 게이트 전극(140), 절연체층(130) 및 캐소오드 전극(120)을 식각하여 전자 방출원 홀을 형성한다. 식각 공정은 게이트 전극(140), 절연체층(130) 및 캐소오드 전극(120)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.
이어서 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni), 또는 이들의 합금과 같은 촉매금속을 준비하고, 상기 전자 방출원 홀에서 상기 촉매금속을 화학적 기상증착법 (CVD법)에 의하여 수직성장시켜 탄소 나노 튜브를 제조하여 전자 방출원을 형성할 수 있으며, 이에 대한 상세한 내용은 상기 설명한 바와 동일하다.
도 5에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자의 개략적인 구성을 보여주는 부분 단면도가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자는 앞서 설명한 제1 실시예의 전자 방출 소자의 구조에 제2 절연체층(135) 및 집속 전극(145)이 추가된 것이다.
상기 집속 전극(145)은 상기 제2 절연체층(135)에 의해 게이트 전극(140)과 전기적으로 절연되도록 설치된다. 또한, 캐소오드 전극(120)과 게이트 전극(140)에 의해 형성되는 전계에 의해 전자 방출원(125)에서 방출되는 전자들이 가능한 한 도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같은 전면 패널(102)의 애노드 전극(80)을 향하여 직진하도록 하는 기능을 한다. 상기 집속 전극(145)의 소재는 캐소오드 전극(120)등과 마찬가지로 전기 전도성이 우수한 소재로 만들어진다. 집속 전극(145)을 더 구비하는 전자 방출 소자의 경우에도 게이트 전극이 백금 또는 팔라듐으로 형성되어 있기 때문에 저온에서 효율이 우수한 탄소 나노 튜브를 제조할 수 있다. 집속 전극은 전자 방출부 내부 방향으로 돌출된 돌출부(145')를 가질 수 있다. 상기 돌출부(145')는 원료가스의 공급 및 분해를 더욱 촉진할 수 있다.
특히, 집속 전극을 더 포함하는 더블 게이트 구조의 전자 방출 소자에서는 전자 방출원 홀의 깊이가 더 깊게 형성되기 때문에 촉매금속까지 원료가스의 공급 및 분해의 면에서 싱글 게이트보다 불리하다. 따라서 더블 게이트 구조에서도 게이트에 백금, 팔라듐 또는 이들의 다중층 구조를 이용함으로써 원료가스의 공급 및 분해를 용이하게 하여 탄소 나노 튜브의 성장을 개선할 수 있다. 탄소 나노 튜브의 개선된 효율은 전자 방출 소자의 전류밀도를 증가시켜 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 전자 방출 소자를 채용한 디스플레이 장치에서 집속 전극에 의한 전자 집속 효과에 의한 균일한 전압 인가 효과가 어우러져 화소간의 균일성이 더욱 확보될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 소자의 개략적인 구성을 보여주는 부분 단면도가 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 소자는 앞서 설명한 제2 실시예의 전자 방출 소자의 구조에 촉매금속박막(160)을 추가로 설치한 것이다. 이와 같이 박막을 성막한 이후에 촉매금속을 성장시킴으로써 탄소 나노 튜브의 성장을 더욱 용이하게 할 수 있다.
이상에서 설명한 것과 같이, 본 발명에 따르면 게이트 전극을 백금 또는 팔 라듐을 사용함으로써, 탄소 나노 튜브의 성장을 용이하게 하고 전류밀도가 향상된 전자 방출 소자를 제조할 수 있다. 이러한 전자 방출 소자를 채용한 디스플레이 장치는 신뢰성과 품위가 개선된 효과를 얻을 수 있다. 또한, 집속 전극을 추가함으로써 이러한 균일한 전자 방출 효과가 더욱 배가될 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.

Claims (9)

  1. 제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 배치된 캐소오드 전극 및 전자방출부;
    상기 캐소오드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 백금 또는 팔라듐으로 형성된 게이트 전극;
    상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극을 절연하는 절연체층;
    상기 캐소오드 전극에 접하도록 배치된 탄소 나노 튜브를 포함하는 전자 방출 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 전극이 전자 방출부 내부 방향으로 돌출된 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 전극이 백금 및 팔라듐의 다중층으로 형성되는 것을 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. 제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 배치된 복수 개의 캐소오드 전극;
    상기 캐소오드 전극들과 교차하도록 배치되고 백금 또는 팔라듐으로 형성된 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 전자 방출원 홀 내에 상기 캐소오드 전극에 접하도록 배치된 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 것을 특징으로 하는 전자 방출 디스플레이 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 게이트 전극이 전자 방출부 내부 방향으로 돌출된 것을 특징으로 하는 전자 방출 디스플레이 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 게이트 전극이 백금 및 팔라듐의 다중층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 디스플레이 장치.
  8. 제 5 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.
  9. 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 백금 또는 팔라듐을 이용하여 게이트 전극을 형성하고, 절연체층 및 캐소오드 전극을 부분 식각하여 전자 방출원 홀을 형성하는 단계(c);
    촉매금속을 준비하는 단계(d); 및
    상기 전자 방출원 홀에서 상기 촉매금속을 화학적 기상증착법 (CVD법)에 의하여 수직성장시켜 탄소 나노 튜브를 제조하는 단계(e)를 포함하는 전자 방출 소자의 제조방법.
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