KR100506078B1 - Metal-insulator-carbon type field emission device using carbon nanotubes and dielectric materials - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저전압 전계 방출 물질인 탄소나노튜브를 이용하여 대면적의 평판 표시 소자를 구현하는데 사용될 수 있는 탄소나노튜브를 이용한 MIC형 전계 방출 소자(metal-insulator-carbon type field emission device using carbon nanotubes)를 기재한다. 즉, 본 발명에 따른 카본나노튜브와 절연물질을 이용한 MIC형 전계 방출 소자는 게이트가 음극(cathode)의 하단에 위치한 이른바 'under-gate'구조에 카본나노튜브와 절연물을 혼합한 페이스트를 음극상에 도포하여 카본나노튜브의 전자 방출원을 형성한 구조를 갖는다. The present invention provides a metal-insulator-carbon type field emission device using carbon nanotubes using carbon nanotubes that can be used to implement a large area flat panel display device using carbon nanotubes, which are low voltage field emission materials. It describes. That is, in the MIC type field emission device using the carbon nanotube and the insulating material according to the present invention, a paste in which the carbon nanotube and the insulator are mixed in a so-called 'under-gate' structure in which the gate is located at the bottom of the cathode is formed on the cathode. It has a structure in which the electron emission source of carbon nanotube is formed by apply | coating to the.
Description
본 발명은 저전압 전계 방출 물질인 탄소나노튜브를 이용하여 대면적의 평판 표시 소자를 구현하는데 사용될 수 있는 탄소나노튜브를 이용한 MIC형 전계 방출 소자(metal-insulator-carbon type field emission device using carbon nanotubes)에 관한 것이다.The present invention provides a metal-insulator-carbon type field emission device using carbon nanotubes using carbon nanotubes that can be used to implement a large area flat panel display device using carbon nanotubes, which are low voltage field emission materials. It is about.
도 1은 기존의 카본 나노 튜브를 이용한 삼극 구조 전계 방출 소자의 개략적 구조를 보여주는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 기존의 카본 나노 튜브를 이용한 삼극 구조 전계 방출 소자는 스페이서(6)를 사이에 두고 일정한 간격을 유지하면서 서로 대향하는 배면 기판(1) 및 전면 기판(10)이 구비되고, 이들 사이에 전자 방출원으로 카본 나노 튜브(5)가 도포된 음극(2), 게이트(3) 및 양극(4)을 구비하고 있다. 음극(2)들은 배면기판(1) 상에 스트라이프 상으로 나란하게 배치되어 있고, 양극(4)들은 음극(2)들과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 전면기판(10) 상에 나란하게 배열되어 있다. 양극(4) 아래의 음극(2) 상에는 일정한 간격을 두고 음극(2)과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 게이트(3)들이 상기 양극(4)들과 대응하도록 나란하게 배치되어 있다. 음극(2)들과 게이트(3)들이 교차하는 지점들에는 각각 카본 나노 튜브(5) 및 개구부(3a)가 형성되어 있다. 즉, 교차점들의 음극(2) 상에는 전자 방출원으로 사용되는 카본 나노 튜브들이 도포되어 있고, 교차점들의 게이트(3) 즉 카본 나노튜브들에 대응하는 게이트(3) 영역들에는 개구부(3a)들이 형성되어 있어 카본나노튜브(5)로부터 방출된 전자가 양극(4)으로 흐를수 있도록 한다. 1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a three-pole structure field emission device using a conventional carbon nanotube. As shown in the drawing, the tripolar structured field emission device using the conventional carbon nanotubes is provided with a rear substrate 1 and a front substrate 10 facing each other while maintaining a constant gap with the spacers 6 interposed therebetween. The cathode 2, the gate 3, and the anode 4 to which the carbon nanotubes 5 were applied as an electron emission source were provided in between. The cathodes 2 are arranged side by side on the back substrate 1 in a stripe shape, and the anodes 4 are arranged side by side on the front substrate 10 in a stripe in a direction crossing the cathodes 2. have. On the cathode 2 below the anode 4, the gates 3 are arranged side by side on the stripe in the direction crossing the cathode 2 at regular intervals so as to correspond to the anodes 4. Carbon nanotubes 5 and openings 3a are formed at points where the cathodes 2 and the gates 3 intersect. That is, carbon nanotubes used as electron emission sources are coated on the cathodes 2 of the intersections, and openings 3a are formed in the gate 3 of the intersections, that is, in the gate 3 regions corresponding to the carbon nanotubes. The electrons emitted from the carbon nanotubes 5 can flow to the anode 4.
이와 같이, 전계방출소자는 음극(cathode)와 양극(anode)으로 이루어진 이극 구조, 또는 이들 전극들 사이에 게이트(gate)를 위치시킨 삼극구조의 형태로 음극(cathode)에서 방출되는 전자량을 제어하였다. 최근에는 탄소나노튜브의 출현으로 음극(cathode) 상에 형성되는 전자 방출용 팁으로 기존의 금속 팁(tip)에서 탄소나노튜브를 적용하는 구조들이 시도되고 있다. 탄소나노튜브는 큰 종횡비(aspect ratio)(>100)와 도체와 같은 전도성을 갖는 전기적 특성과 안정된 기계적 특성을 갖기 때문에 현재 여러 연구기관에서 시도되고 있는 전계방출소자의 팁으로 도포하는 재료로 각광받고 있는 신물질이다. 탄소나노튜브를 이용한 이극구조의 전자방출소자는 현재 기존의 전형적 구조등으로 제작이 가능하다. 이극구조는 상대적으로 제작의 용이성은 있으나, 방출전류를 제어하는데 문제가 있어 동영상이나 다계조(gray-scale)의 영상을 실현하는데 어려움이 있다. 카본나노튜브를 이용한 삼극구조의 경우는 음극 바로 위에 게이트 전극을 배치하는 것과 그리드(grid) 형태의 금속 시트(metal sheet)를 배치하는 것을 고려할 수 있다. 전자의 경우는 게이트의 배치관계로 음극에 카본나노튜브를 접합시키는 어려움이 있고, 후자는 공정의 번거러움과 제어 전압이 증가하는 문제가 있다.As such, the field emission device controls the amount of electrons emitted from the cathode in the form of a bipolar structure composed of a cathode and an anode, or a tripolar structure in which a gate is disposed between these electrodes. It was. Recently, with the advent of carbon nanotubes, structures for applying carbon nanotubes at existing metal tips have been attempted as tips for electron emission formed on cathodes. Since carbon nanotubes have high aspect ratios (> 100) and conductive and electrical properties such as conductors, they are spotlighted as materials applied to the tips of field emission devices that are currently being tried by many research institutes. It is a new substance. The bipolar structured electron-emitting device using carbon nanotubes can be manufactured with the existing typical structures. The bipolar structure is relatively easy to manufacture, but there is a problem in controlling the emission current, which makes it difficult to realize moving images or gray-scale images. In the case of a tripolar structure using carbon nanotubes, it may be considered to arrange a gate electrode directly above the cathode and to arrange a metal sheet in a grid form. In the former case, there is a difficulty in bonding carbon nanotubes to the cathode due to the arrangement of the gates, and the latter has a problem in that the cumbersome process and the control voltage increase.
또한, 이러한 전계 방출 소자의 전자 방출원으로서 카본나노튜브를 이용하는 외에도 영국의 PFE 사에서는 금속 분말(metal powder)과 유전체 분말을 섞어 기존의 박막 구조와는 다른 후막의 MIM 구조를 갖는 전자 방출원을 음극 상에 형성한 전계 방출 소자를 제작하는데 성공하였다는 보고가 있다. 이러한 MIM형 전자 방출원 구조는 미국 특허 US 5,202,605(1993)호에 "MIM cold-cathode electron emission elements"라는 제목으로 소개된 바 있으며, 논문으로는 "Hiroshi Adachi, 'Emission characteristics of metal-insulator-metal tunnel cathodes', J. Vac. Sci. Tech. B 14, 2093, 1996."에 소개된 바 있다.In addition to using carbon nanotubes as the electron emission source of the field emission device, PFE in the UK mixes metal powder and dielectric powder to form an electron emission source having a thick film MIM structure different from conventional thin film structures. There have been reports of successful fabrication of field emission devices formed on cathodes. This MIM type electron emission source structure was introduced in US Pat. No. 5,202,605 (1993) entitled “MIM cold-cathode electron emission elements.” In the paper, “Hiroshi Adachi, 'Emission characteristics of metal-insulator-metal' tunnel cathodes', J. Vac. Sci. Tech. B 14, 2093, 1996. "
그러나 이러한 MIM형 전자 방출원 역시 기존의 3전극형 전계 방출 소자의 전자 방출원으로서 음극 상에 형성하는데에는 공정이 어렵고 복잡하다는 난점이 있었다. However, the MIM type electron emission source also has a difficulty in forming a process on the cathode as an electron emission source of the conventional three-electrode type field emission device.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안한 것으로, 게이트 전극을 음극 하단에 위치시켜 방출전류의 제어가 용이한 동시에 카본나노튜브를 음극 상에 금속 대신 분말로된 카본나노튜브와 절연물질을 이용한 MIC형 전계 방출 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above problems, and the gate electrode is located at the bottom of the cathode to facilitate the control of the emission current and at the same time using the carbon nanotubes and an insulating material made of powder on the cathode instead of metal on the carbon nanotubes. It is an object of the present invention to provide a MIC field emission device.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 탄소나노튜브와 절연물질을 이용한 MIC형 전계 방출 소자는, 일정한 간격으로 서로 대향하도록 배치된 배면 기판 및 전면 기판; 상기 두 기판의 간격을 유지하면서 그 내부를 진공 밀봉하는 스페이서; 상기 두 기판의 대향면 상에 각각 서로 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 배치된 음극 및 양극; 상기 음극 및 양극의 교차점에 대응하는 음극 상에 형성된 전자 방출원; 및 상기 마이크로팁으로부터 방출되는 전자를 제어하는 게이트;를 구비한 전계 방출 소자에 있어서, 상기 게이트는 상기 음극 아래의 상기 배면기판 상에 상기 음극과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 상기 양극들에 대응하는 위치에 배치되고, 상기 게이트와 음극 사이에 전기적 절연을 위한 절연층이 형성되며, 상기 전자 방출원은 카본나노튜브와 절연물이 혼합된 페이스트가 도포되어 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the MIC type field emission device using the carbon nanotube and the insulating material according to the present invention comprises: a rear substrate and a front substrate disposed to face each other at regular intervals; A spacer for vacuum sealing the inside of the substrate while maintaining a distance between the two substrates; A cathode and an anode disposed on strips in directions crossing each other on opposite surfaces of the two substrates; An electron emission source formed on a cathode corresponding to the intersection of the cathode and the anode; And a gate for controlling electrons emitted from the microtip, wherein the gate corresponds to the anodes on a stripe in a direction crossing the cathode on the back substrate under the cathode. It is disposed in the position, an insulating layer for electrical insulation is formed between the gate and the cathode, the electron emission source is characterized in that the carbon nanotubes and a paste mixed with an insulating material is formed by coating.
본 발명에 있어서, 상기 전자 방출원은 상기 카본나노튜브 및 절연물이 혼합된 페이스트가 상기 음극의 일측 가장자리의 국소 영역에 일자형으로 도포되어 형성되거나, 혹은 상기 카본나노튜브 및 절연물이 혼합된 페이스트가 상기 음극 및 게이트의 교차 영역에 대응하는 상기 음극 상에 도포되어 형성된다. 특히, 상기 전자 방출원은 상기 카본나노튜브 및 절연물이 혼합된 페이스트가 상기 음극 및 게이트의 교차 영역에 대응하는 상기 음극에 적어도 한 개 이상의 구멍을 뚫고, 그 구멍이 메워지도록 상기 음극 및 게이트의 교차 영역에 대응하는 상기 음극 상에 도포되어 형성된이 바람직하다. 이 경우, 상기 구멍들이 3개 이상 복수개 형성될 경우 가운데 위치한 구멍일수록 크게 뚫고 그 가장자리에 카본나노튜브를 도포하여 한 픽셀 내의 방출 전류의 균일도를 높이는 것이 바람직하다.In the present invention, the electron emission source is formed by applying a paste in which the carbon nanotubes and the insulator are mixed in a linear form at a local region of one edge of the cathode, or the paste in which the carbon nanotubes and the insulator are mixed. It is formed on the cathode corresponding to the intersection of the cathode and the gate. In particular, the electron emission source has at least one or more holes in the cathode corresponding to the intersection area of the cathode and the gate, and the paste is mixed with the carbon nanotubes and the insulator, and the intersection of the cathode and the gate is filled. It is preferable to apply | coat and formed on the said cathode corresponding to an area | region. In this case, when three or more holes are formed, it is preferable that the holes located in the middle of the holes are larger and the carbon nanotubes are applied to the edges to increase the uniformity of the emission current in one pixel.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 음극들과 양극들 사이의 공간에 상기 전자 방출원으로 부터 방출되는 전자들이 퍼지는 것을 방지하기 위한 메쉬형 그리드를 더 구비한 것이 바람직하다.Further, in the present invention, it is preferable to further include a mesh grid for preventing the electrons emitted from the electron emission source to spread in the space between the cathodes and the anodes.
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 탄소나노튜브와 절연물을 이용한 MIC형 전계 방출 소자를 상세하게 설명한다.Hereinafter, a MIC field emission device using a carbon nanotube and an insulator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 출원인의 선 발명에 따른 카본나노튜브를 이용한 삼극구조 전계 방출 소자의 개략적 수직 단면 구조가 도 2에 도시되어 있다. 도시된 바와 같은 카본 나노 튜브를 이용한 삼극 구조 전계 방출 소자는 스페이서(16)를 사이에 두고 일정한 간격을 유지하면서 서로 대향하는 배면 기판(11) 및 전면 기판(20)이 구비되고, 이들 사이에 전자 방출원으로 금속 마이크로팁(미도시)이 형성되거나 혹은 카본 나노 튜브(15)가 국소적으로 도포된 음극(12) 및 양극(14)이 구비되며, 음극(12) 하부에 절연층(17)을 사이에 두고 게이트(13)들이 구비된다. 게이트(13)들은 배면기판(1) 상에 스트라이프 상으로 나란하게 배치되어 있다. 이들 스트라이프 상의 게이트(13)들이 형성된 배면 기판(11) 상에 절연층(17)이 형성되고, 그 위에 게이트(13)들과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 서로 나란하게 음극(12)들이 형성된다. 양극(14)들은 음극(12)들과 교차하는 방향의 스트라이프 상(게이트들에 대응하는 나란한 방향의 스트라이프 상)으로 전면기판(20)의 음극 대향면 상에 나란하게 배치된다. 음극(12)들과 게이트(13)들이 교차하는 지점들의 음극(12) 상에는 금속 마이크로팁(미도시)이 형성되거나 혹은 카본 나노 튜브(15)들이 도포된다. 카본 나노 튜브(15)가 도포되는 경우 그 위치는 게이트(13)들( 혹은 양극들)과 교차하는 지점의 음극(12)들의 가장자리부에 국소적으로 도포되거나, 게이트(13)들(혹은 양극들)과 교차하는 지점의 음극(12)들에 적어도 한 개 이상의 구멍을 뚫고 그 구멍의 가장자리부에 카본나노튜브(15)가 국소적으로 도포된다. 이와 같이 카본나노튜브는 교차점의 음극 상의 어느 부분에도 형성될 수 있으나 굳이 음극의 가장자리부에 형성하는 이유는 실험적으로 가장자리부에서 가장 강한 전계가 형성되어 전자 방출에 가장 유리하기 때문이다. 즉, 이 전계 방출 소자는 게이트가 음극(cathode)의 하단에 위치한 이른바 'under-gate'구조의 전계 방출 소자이다.A schematic vertical cross-sectional structure of a tripolar structured field emission device using carbon nanotubes according to the applicant's prior invention is shown in FIG. 2. The tripolar structured field emission device using the carbon nanotube as shown is provided with a back substrate 11 and a front substrate 20 facing each other while maintaining a constant gap with the spacers 16 therebetween, and the electrons therebetween. An emission source includes a cathode 12 and an anode 14 having a metal microtip (not shown) or a carbon nanotube 15 applied locally, and an insulating layer 17 under the cathode 12. Gates 13 are provided between them. The gates 13 are arranged side by side on the back substrate 1 in a stripe pattern. The insulating layer 17 is formed on the back substrate 11 on which the gates 13 on these stripes are formed, and the cathodes 12 are formed next to each other on the stripe in the direction crossing the gates 13. . The anodes 14 are arranged side by side on the negative electrode facing surface of the front substrate 20 in a stripe shape in a direction crossing the cathodes 12 (a stripe shape in a parallel direction corresponding to the gates). Metal microtips (not shown) are formed or carbon nanotubes 15 are applied on the cathode 12 at the points where the cathodes 12 and the gates 13 intersect. When the carbon nanotubes 15 are applied, their positions are locally applied at the edges of the cathodes 12 at the point of intersection with the gates 13 (or anodes), or the gates 13 (or anodes). At least one hole is drilled in the cathodes 12 at the point where they intersect with each other and the carbon nanotubes 15 are locally applied to the edges of the holes. The carbon nanotubes may be formed at any portion on the negative electrode of the cross point, but the reason why they are formed at the edge of the negative electrode is because the strongest electric field is formed at the edge experimentally and is most advantageous for electron emission. In other words, the field emission device is a field emission device having a so-called 'under-gate' structure in which the gate is located at the bottom of the cathode.
본 발명에 따른 탄소나노튜브와 절연물을 이용한 MIC형 전계 방출 소자는 최근에 제안된 소위 'under-gate'구조의 삼극 전계 방출 소자를 기본 구조로 하여 게이트가 음극의 하단에 위치하도록 하여 전자 방출량의 제어가 용이한 동시에 저 전압 전계 방출 물질인 탄소나노튜브를 전자 방출원으로 음극 상에 형성하기 용이한 구조로 하되, 카본나노튜브와 절연물을 이용하여 물질에 따라 도 3에 도시된 바와 같은 에너지 밴드갭을 갖는 MIM (metal-insulator-metal) 구조와 유사한 후막의 MIC 구조의 전자 방출원을 음극 상에 형성한 것을 특징으로 한다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The MIC field emission device using the carbon nanotube and the insulator according to the present invention has a recently proposed three-pole field emission device having a so-called 'under-gate' structure, so that the gate is located at the lower end of the cathode, thereby reducing the amount of electron emission. It is easy to control and has a structure in which carbon nanotubes, which are low-voltage field emission materials, are easily formed on the cathode as an electron emission source, and using carbon nanotubes and an insulator, depending on the material, an energy band as shown in FIG. 3. An electron emission source having a thick MIC structure similar to a metal-insulator-metal (MIM) structure having a gap is formed on the cathode. This will be described in detail as follows.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명에 따른 탄소나노튜브와 절연물을 이용한 MIC형 전계 방출 소자의 제1실시예 구조를 개략적으로 보여주는 수직 단면도 및 음극 상에 카본나노튜브와 절연물의 페이스트가 도포되는 위치를 나타내는 개략적 평면도이다. 도 4a의 전극 및 카본나노튜브와 절연물 페이스트의 수직 단면은 도 4b의 A-A' 라인을 따라 절개한 부분의 단면을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브와 절연물을 이용한 MIC형 전계 방출 소자는 스페이서(160)를 사이에 두고 일정한 간격을 유지하면서 서로 대향하는 배면 기판(110) 및 전면 기판(200)이 구비되고, 이들 사이에 전자 방출원으로 카본 나노 튜브가 절연물 분말과 함께 페이스트(150) 상태로 국소적으로 도포된 음극(120) 및 양극(140)이 구비되며, 음극(120) 하부에 절연층(170)을 사이에 두고 게이트(130)들이 구비된다. 게이트(130)들은 배면기판(110) 상에 음극(120)들과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 서로 나란하게 형성된다. 양극(140)들은 음극(120)들과 교차하는 방향의 스트라이프 상(게이트들에 대응하는 나란한 방향의 스트라이프 상)으로 전면기판(200)의 음극 대향면 상에 나란하게 배치된다. 음극(120)들과 게이트(130)들이 교차하는 지점들의 음극(120) 상에는 카본 나노 튜브들이 절연물 분말과 함께 페이스트(150) 상태로 도포되어 형성된다. 카본 나노 튜브가 혼합된 절연물 페이스트(150)가 도포되는 경우 그 위치는 도 4a 혹은 도 4b에 도시된 바와 같이 음극(120)들의 가장자리부에 국소적으로 도포된다. 이와 같이, 탄소나노튜브와 유전체 물질을 섞어 페이스트를 만들어 under-gate의 3극구조의 음극(120)에 입힘으로서 음극판(cathode plate)을 용이하게 제작할 수 있다. 4A and 4B are vertical cross-sectional views schematically showing the structure of the first embodiment of the MIC type field emission device using the carbon nanotubes and the insulator according to the present invention, respectively, and the positions where the pastes of the carbon nanotubes and the insulator are coated on the cathode; It is a schematic plan view which shows. The vertical cross section of the electrode and the carbon nanotube and the insulator paste of FIG. 4A shows the cross section of the section cut along the line AA ′ of FIG. 4B. As shown, the MIC type field emission device using the carbon nanotubes and the insulator is provided with a back substrate 110 and a front substrate 200 facing each other while maintaining a constant interval with the spacer 160 therebetween, An electron emission source is provided between the cathode 120 and the anode 140 in which the carbon nanotubes are locally applied in the paste 150 state together with the insulator powder, and an insulating layer 170 is disposed below the cathode 120. Gates 130 are provided in between. The gates 130 are formed on the rear substrate 110 in parallel with each other on a stripe in a direction crossing the cathodes 120. The anodes 140 are arranged side by side on the cathode opposing surface of the front substrate 200 in a stripe shape in a direction crossing the cathodes 120 (a stripe shape in a parallel direction corresponding to the gates). Carbon nanotubes are formed on the cathode 120 at the points where the cathodes 120 and the gates intersect in the paste 150 together with the insulator powder. When the insulator paste 150 including the carbon nanotubes is mixed, the position is locally applied to the edges of the cathodes 120 as shown in FIG. 4A or 4B. As described above, a cathode plate may be easily manufactured by mixing a carbon nanotube and a dielectric material to form a paste and coating the negative electrode 120 having a three-pole structure of an under-gate.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명에 따른 탄소나노튜브와 절연물을 이용한 MIC형 전계 방출 소자의 제2실시예 구조를 개략적으로 보여주는 수직 단면도 및 음극 상에 카본나노튜브와 절연물의 페이스트가 도포되는 위치를 나타내는 개략적 평면도이다. 도 5a의 전극 및 카본나노튜브와 절연물 페이스트의 수직 단면은 도 5b의 B-B' 라인을 따라 절개한 부분의 단면을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 제2실시예의 구조는 게이트(130)들(혹은 양극들)과 교차하는 영역의 음극(120)들 상에 카본나노튜브와 절연체 분말이 혼합된 페이스트(151)가 도포된 것이 특징이다.5A and 5B are vertical cross-sectional views schematically showing a structure of a second embodiment of a MIC type field emission device using carbon nanotubes and an insulator according to the present invention, respectively, and a position where the paste of the carbon nanotubes and the insulator is coated on the cathode; It is a schematic plan view which shows. The vertical cross section of the electrode and carbon nanotube and insulator paste of FIG. 5A shows the cross section of the section cut along the line B-B 'of FIG. 5B. As shown, the second embodiment has a structure in which a paste 151 in which carbon nanotubes and insulator powder are mixed is coated on cathodes 120 in a region crossing gates 130 (or anodes). It is characteristic.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명에 따른 탄소나노튜브와 절연물을 이용한 MIC형 전계 방출 소자의 제3실시예 구조를 개략적으로 보여주는 수직 단면도 및 음극 상에 카본나노튜브와 절연물의 페이스트가 도포되는 위치를 나타내는 개략적 평면도이다. 도 6a의 전극 및 카본나노튜브와 절연물 페이스트의 수직 단면은 도 6b의 C-C' 라인을 따라 절개한 부분의 단면을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 제3실시예는 게이트(130)들(혹은 양극들)과 교차하는 영역의 음극(121)들에 적어도 한 개 이상의 구멍(121a)을 뚫고 그 구멍(121a)이 메워지도록 카본나노튜브와 절연물의 페이스트(152)가 도포된 것이 특징이다. 음극(121)에 다양한 모양의 구멍(hole)(121a)을 형성하면 가장자리 방출(edge emission) 영역을 많이 확보할 수 있다. 여기서, 구멍(121a)들이 3개 이상 복수개 형성될 경우 가운데 위치한 구멍일수록 크게 뚫어 한 픽셀 내의 방출 전류의 균일도를 높이는 것이 바람직하다.6A and 6B are vertical cross-sectional views schematically showing a structure of a third embodiment of a MIC type field emission device using carbon nanotubes and an insulator according to the present invention, and positions where the pastes of the carbon nanotubes and the insulator are coated on a cathode; It is a schematic plan view which shows. The vertical cross section of the electrode of FIG. 6A and the carbon nanotubes and the insulator paste shows the cross section of the section cut along the line C-C 'of FIG. As shown, the third embodiment drills at least one or more holes 121a in the cathodes 121 in the region crossing the gates 130 (or anodes) and fills the holes 121a with the carbons. The paste 152 of the nanotube and the insulator is coated. If holes 121a having various shapes are formed in the cathode 121, a large number of edge emission regions may be secured. In this case, when three or more holes 121a are formed, it is preferable that the larger the holes are located in the center to increase the uniformity of the emission current in one pixel.
이상 제1,2,3실시예에서와 같이 카본나노튜브는 교차점의 음극 상의 어느 부분에도 형성될 수 있으나 굳이 제1실시예와 같이 음극의 가장자리부에 도포하거나, 제3실시예와 같이 음극에 구멍을 뚫어 그 위에 도포하는 이유는 실험적으로 가장자리부 및 구멍의 가장자리부의 예리한 부분에서 가장 강한 전계가 형성되어 전자 방출에 가장 유리하기 때문이다. As described in the first, second, and third embodiments, the carbon nanotubes may be formed on any portion of the negative electrode at the intersection point. However, the carbon nanotubes may be applied to the edge of the negative electrode as in the first embodiment, or may be applied to the negative electrode as in the third embodiment. The reason for punching out and applying on it is that experimentally the strongest electric field is formed at the edges and the sharp part of the edge of the hole, which is most advantageous for electron emission.
도 7은 본 발명에 따른 탄소나노튜브와 절연물을 이용한 MIC형 전계 방출 소자의 제4실시예 구조를 개략적으로 보여주는 수직 단면도이다. 도시된 바와 같이, 제4실시예는 가장자리 방출(edge emission)에 의한 방출전자의 퍼짐을 제어할 수 있도록 음극(121)과 양극(140) 사이에 메쉬(mesh) 형태의 그리드(grid)(180)를 삽입한 것이 특징이다. 이와 같이 메쉬 형태의 그리드(180)를 설치하여 방출 전자의 퍼짐을 방지하면 색분리도가 향상될 수 있다. 이 메쉬 그리드(mesh-grid)(180)는 고휘도를 얻기 위해 양극(140)에 높은 전압을 인가하는 경우에 양극(140)의 전계가 음극(121)에 영향을 주는 문제를 해결할 수 있다. 7 is a vertical sectional view schematically showing the structure of a fourth embodiment of the MIC type field emission device using the carbon nanotubes and the insulator according to the present invention. As shown, the fourth embodiment is a mesh 180 in the form of a mesh between the cathode 121 and the anode 140 so as to control the spread of the emission electrons by the edge emission. ) Is inserted. As such, when the grid 180 in the form of a mesh is installed to prevent spreading of the emission electrons, color separation may be improved. The mesh grid 180 may solve the problem that the electric field of the anode 140 affects the cathode 121 when a high voltage is applied to the anode 140 to obtain high brightness.
이와 같은 실시예들의 under-gate의 구조를 제작하는 순서를 살펴보면, 게이트를 기판에 형성한 다음 절연층을 올리고 절연층위에 음극들을 형성하고, 음극들을 따라 또는 음극들과 게이트들이 겹치는 도트(dot) 영역에 전자방출원인 카본나노튜브와 유전체의 합성된 물질을 입힌 다음, 기존의 방법으로 스페이서(160)를 이용하여 전면기판(200)과 배면기판(100)을 진공 밀봉한다.Looking at the order of fabricating the structure of the under-gate of such embodiments, the gate is formed on the substrate, then the insulating layer is raised and the cathodes are formed on the insulating layer, the dot along the cathodes or the cathodes and the gates overlap. After the composite material of the carbon nanotube and the dielectric, which are electron emission sources, is coated on the region, the front substrate 200 and the rear substrate 100 are vacuum-sealed using the spacer 160 by the conventional method.
이렇게 제작된 전계 방출 소자의 동작원리를 알아보면 다음과 같다. The operation principle of the field emission device manufactured as described above is as follows.
양극(anode)에 음극에서 다이오드 모드(diode mode)의 전자방출이 되지 않을 정도의 전압을 인가한 상태에서, 게이트에 전압을 인가하면 게이트 인가 전압에 의한 전기장이 절연층을 투과하여 음극의 가장자리(edge) 부분에 강장 전기장히 형성되게 된다. 도트(dot) 영역에 구멍(hole)이 형성되어 있을 경우에는 그 구멍(hole)들 주위의 가장자리 부분에도 강한 전기장이 형성되게 된다. 이 강한 전기장에 의해 MIC 구조의 전자 방출원은 전도체인 탄소나노튜브와 절연체인 유전체 사이에 터널링(tunneling)에 의한 ballistic transport로 전자들이 음극에서 MIC 전자방출원의 표면 밖으로 방출되고 이후 양극 전압에 의해 방출전자들이 양극 쪽으로 끌려가서 양극 표면에 도포된 형광체(미도시)를 여기시켜 발광을 하게 된다. When a voltage is applied to the anode such that the electron does not emit a diode mode from the cathode, and a voltage is applied to the gate, the electric field due to the gate applied voltage penetrates the insulating layer and the edge of the cathode ( edges are formed strongly in the field. When holes are formed in the dot area, a strong electric field is formed at the edges around the holes. By this strong electric field, the electron emission source of the MIC structure is a ballistic transport by tunneling between the carbon nanotube as the conductor and the dielectric as the insulator and the electrons are released out of the surface of the MIC electron emission source at the cathode and then by the anode voltage. The emitted electrons are attracted to the anode to excite the phosphor (not shown) applied to the surface of the anode to emit light.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 카본나노튜브와 절연물질을 이용한 MIC형 전계 방출 소자는 게이트가 음극(cathode)의 하단에 위치한 이른바 'under-gate'구조에 카본나노튜브와 절연물을 혼합한 페이스트를 음극상에 도포하여 카본나노튜브의 전자 방출원을 형성한 구조를 갖는다. 따라서, 소자의 제작 공정이 단순하여 제작이 용이하고, 이를 대면적의 평판 디스플레이 소자로의 확장이 수월하다.As described above, the MIC type field emission device using the carbon nanotubes and the insulating material according to the present invention has a paste in which the carbon is mixed with the carbon nanotubes and the insulator in a so-called 'under-gate' structure in which the gate is located at the bottom of the cathode. Is coated on the cathode to form an electron emission source of carbon nanotubes. Therefore, the manufacturing process of the device is simple and easy to manufacture, it is easy to expand to a large area flat panel display device.
또한, 카본나노튜브와 절연물 페이스트가 도포되는 음극 영역에 구멍을 형성하여 상기 페이스트를 도포하여 카본나노튜브 전자 방출원을 형성한 경우에는 가장자리 전계가 더욱 강화되므로 더욱 낮은 전압으로 구동되는 저전압 전계 방출 소자의 제작이 가능하다. In addition, when the carbon nanotubes are formed by forming holes in the cathode region to which the carbon nanotubes and the insulator paste are applied to form the carbon nanotube electron emission source, the edge electric field is further strengthened so that the low voltage field emission device is driven at a lower voltage. It is possible to make.
더욱이, 메쉬 그리드(mesh-grid)를 음극과 양극 사이에 채용하게 되면 가장자리 방출(edge emission)에 방출전자의 퍼짐을 방지할 수 있어 색분리도를 향상시킬 수 있고, 양극에 고전압을 인가하면 고휘도의 동작이 가능하게 된다.Moreover, when a mesh grid is employed between the cathode and the anode, it is possible to prevent the spreading of the electrons at the edge emission, thereby improving color separation, and applying a high voltage to the anode provides high brightness. Operation is possible.
도 1은 종래의 카본나노튜브를 이용한 삼극구조 전계 방출 소자의 개략적 구조를 보여주는 수직 단면도.1 is a vertical cross-sectional view showing a schematic structure of a three-pole structure field emission device using a conventional carbon nanotube.
도 2는 선 발명에 따른 카본나노튜브를 이용한 삼극구조 전계 방출 소자의 개략적 구조를 보여주는 수직 단면도.Figure 2 is a vertical cross-sectional view showing a schematic structure of a three-pole structure field emission device using a carbon nanotube according to the line invention.
도 3은 기존의 MIM (metal-insulator-metal)형 전자 방출원에서 적층 후막의 에너지 밴드갭을 나타낸 다이어그램,3 is a diagram showing an energy band gap of a laminated thick film in a conventional metal-insulator-metal (MIM) type electron emission source.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명에 따른 탄소나노튜브와 절연물을 이용한 MIC형 전계 방출 소자의 제1실시예 구조를 개략적으로 보여주는 수직 단면도 및 음극 상에 카본나노튜브와 절연물의 페이스트가 도포되는 위치를 나타내는 개략적 평면도,4A and 4B are vertical cross-sectional views schematically showing the structure of the first embodiment of the MIC type field emission device using the carbon nanotubes and the insulator according to the present invention, respectively, and a position where the paste of the carbon nanotubes and the insulator is coated on the cathode; Schematic plan view,
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명에 따른 탄소나노튜브와 절연물을 이용한 MIC형 전계 방출 소자의 제2실시예 구조를 개략적으로 보여주는 수직 단면도 및 음극 상에 카본나노튜브와 절연물의 페이스트가 도포되는 위치를 나타내는 개략적 평면도,5A and 5B are vertical cross-sectional views schematically showing a structure of a second embodiment of a MIC type field emission device using carbon nanotubes and an insulator according to the present invention, respectively, and a position where the paste of the carbon nanotubes and the insulator is coated on the cathode; Schematic plan view,
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명에 따른 탄소나노튜브와 절연물을 이용한 MIC형 전계 방출 소자의 제3실시예 구조를 개략적으로 보여주는 수직 단면도 및 음극 상에 카본나노튜브와 절연물의 페이스트가 도포되는 위치를 나타내는 개략적 평면도이다.6A and 6B are vertical cross-sectional views schematically showing a structure of a third embodiment of a MIC type field emission device using carbon nanotubes and an insulator according to the present invention, and positions where the pastes of the carbon nanotubes and the insulator are coated on a cathode; It is a schematic plan view which shows.
그리고 도 7은 본 발명에 따른 탄소나노튜브와 절연물을 이용한 MIC형 전계 방출 소자의 제4실시예 구조를 개략적으로 보여주는 수직 단면도이다. 7 is a vertical sectional view schematically showing the structure of a fourth embodiment of the MIC type field emission device using the carbon nanotubes and the insulator according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1. 배면 기판 2. 음극1. Back substrate 2. Cathode
3. 게이트 3a. 개구부3. Gate 3a. Opening
4. 양극 5. 카본 나노 튜브4. anode 5. carbon nanotube
6. 스페이서 10. 전면 기판6. Spacer 10. Front Board
11. 배면 기판 12. 음극11.Back substrate 12.Cathode
13. 게이트 14. 양극 13. Gate 14. Anode
15. 카본 나노 튜브 16. 스페이서15. Carbon Nanotubes 16. Spacers
17. 절연층 20. 전면 기판17. Insulation layer 20. Front substrate
110. 배면 기판 120. 음극110. Back substrate 120. Cathode
121. 음극 121a. 구멍121. Cathode 121a. hole
130. 게이트 140. 양극130. Gate 140. Anode
150, 151, 152. 카본나노튜브 및 절연물 혼합 페이스트150, 151, 152. Carbon Nanotube and Insulator Mixing Paste
160. 스페이서 170. 절연층160. Spacer 170. Insulation layer
180. 메쉬 그리드 200. 전면기판 180. Mesh Grid 200. Front Board
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| KR20050089639A (en) * | 2004-03-05 | 2005-09-08 | 엘지전자 주식회사 | Carbon nanotube field emission device |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5711694A (en) * | 1995-05-30 | 1998-01-27 | Texas Instruments Incorporated | Field emission device with lattice vacancy, post-supported gate |
| US5889372A (en) * | 1997-01-16 | 1999-03-30 | International Business Machines Corporation | Device cathode with extractor grid for display |
| JP2000036243A (en) * | 1998-07-17 | 2000-02-02 | Ise Electronics Corp | Manufacture of electron emitting source |
| JP2000086216A (en) * | 1998-09-09 | 2000-03-28 | Toshiba Corp | Production of carbon nanotube, field-emission cold- cathode device and its production |
| JP2000141056A (en) * | 1998-09-21 | 2000-05-23 | Lucent Technol Inc | Device having adhesive carbon nano-tube film |
| KR20010058675A (en) * | 1999-12-30 | 2001-07-06 | 김순택 | Triode structure field emission device using carbon nanotube and driving method thereof |
-
2000
- 2000-08-03 KR KR10-2000-0045017A patent/KR100506078B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5711694A (en) * | 1995-05-30 | 1998-01-27 | Texas Instruments Incorporated | Field emission device with lattice vacancy, post-supported gate |
| US5889372A (en) * | 1997-01-16 | 1999-03-30 | International Business Machines Corporation | Device cathode with extractor grid for display |
| JP2000036243A (en) * | 1998-07-17 | 2000-02-02 | Ise Electronics Corp | Manufacture of electron emitting source |
| JP2000086216A (en) * | 1998-09-09 | 2000-03-28 | Toshiba Corp | Production of carbon nanotube, field-emission cold- cathode device and its production |
| JP2000141056A (en) * | 1998-09-21 | 2000-05-23 | Lucent Technol Inc | Device having adhesive carbon nano-tube film |
| KR20010058675A (en) * | 1999-12-30 | 2001-07-06 | 김순택 | Triode structure field emission device using carbon nanotube and driving method thereof |
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