KR100556746B1

KR100556746B1 - Field emission device

Info

Publication number: KR100556746B1
Application number: KR1020030082718A
Authority: KR
Inventors: 조원기; 박민수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2003-11-20
Publication date: 2006-03-10
Also published as: KR20050048964A

Abstract

본 발명은 전계 방출 에미터로 탄소 나노 튜브를 사용하는 언더게이트 구조에서 캐소드 전극의 일측 또는 좌우측 동일 평면상에 집속 전극을 형성하여 누화를 방지하고, 절연층에 쌓이는 전자의 양을 줄여 이상 발광 현상을 방지할 수 있으며 방출전압을 낮출 수 있는 전계 방출 소자에 관한 것으로, 하부기판(유리기판) 상에 순차적으로 형성된 게이트 전극 및 절연층과, 상기 절연층 상부에 형성되고, 일부 영역에 탄소 나노 튜브가 형성된 캐소드 전극과, 상기 캐소드 전극과 동일 평면상에 형성되고, 상기 탄소 나노 튜브에서 방출된 전자를 집속시키는 집속 전극을 포함하여 구성함으로써, 탄소 나노 튜브에서 방출되는 전자빔을 집속시켜 누화를 방지할 수 있고, 절연층에 쌓이는 전자의 양을 줄여 이상 발광 현상을 방지할 수 있으며 방출전압을 낮출 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, in an undergate structure using carbon nanotubes as field emission emitters, a focusing electrode is formed on one or left and right coplanar surfaces of a cathode to prevent crosstalk, and to reduce the amount of electrons accumulated in an insulating layer, thereby causing abnormal light emission. The present invention relates to a field emission device capable of preventing the emission voltage and lowering the emission voltage, and includes a gate electrode and an insulation layer sequentially formed on a lower substrate (glass substrate), and an upper portion of the insulation layer and a carbon nanotube in a portion of the region. Is formed on the same plane as the cathode electrode, and a focusing electrode configured to focus electrons emitted from the carbon nanotubes, thereby converging electron beams emitted from the carbon nanotubes to prevent crosstalk. Can reduce the amount of electrons accumulated in the insulating layer to prevent abnormal light emission phenomenon and lower the emission voltage It can be effective.

Description

전계 방출 소자{FIELD EMISSION DEVICE}Field emission device {FIELD EMISSION DEVICE}

도1은 종래 탄소 나노 튜브를 이용한 3전극 전계 방출 소자의 하판 구조에 대한 일 예를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing an example of the bottom plate structure of a three-electrode field emission device using a conventional carbon nanotube.

도2는 종래 탄소 나노 튜브를 이용한 언더게이트 구조의 전계 방출 소자에 대한 하판 구조를 도시한 평면도와 단면도.Figure 2 is a plan view and a cross-sectional view showing a bottom plate structure for the field emission device of the undergate structure using a conventional carbon nanotube.

도3은 본 발명 언더게이트 구조의 전계 방출 소자에 대한 하판 구조를 도시한 평면도 및 단면도.3 is a plan view and a sectional view showing a bottom plate structure of the field emission device of the undergate structure of the present invention;

도4는 본 발명 언더게이트 구조의 전계 방출 소자에 대한 또 다른 실시예의 하판 구조를 도시한 평면도 및 단면도.4 is a plan view and a cross-sectional view showing a bottom plate structure of another embodiment of the field emission device of the present invention undergate structure.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **

20:유리기판 21:게이트 전극20: glass substrate 21: gate electrode

22:절연층 23:캐소드 전극22: insulating layer 23: cathode electrode

24:탄소 나노 튜브 25:집속 전극24: carbon nanotube 25: focused electrode

본 발명은 전계 방출 소자에 관한 것으로, 특히 전계 방출 에미터로 탄소 나 노 튜브를 사용하는 언더게이트 구조에서 캐소드 전극의 일측 또는 좌우측 동일 평면상에 집속 전극을 형성하여 누화를 방지하고, 절연층에 쌓이는 전자의 양을 줄여 이상 발광 현상을 방지할 수 있으며 방출전압을 낮출 수 있는 전계 방출 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a field emission device, and in particular, in an undergate structure using carbon nanotubes as a field emission emitter, a focusing electrode is formed on one side or left and right coplanar surfaces of a cathode electrode to prevent crosstalk. The present invention relates to a field emission device capable of preventing abnormal light emission by reducing the amount of accumulated electrons and lowering an emission voltage.

정보통신 기술의 급속한 발달과 다양화되는 정보의 시각화 요구에 따라 전자 디스플레이의 수요는 더욱 증가하고, 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.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 appearance is 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.

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.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.

이러한 다양한 표시 소자의 요구에 따라 최근에는 전계 방출(field emission)을 이용한 소자가 디스플레이 분야에 적용되면서, 크기 및 전력 소모를 감소시키면서도 높은 해상도를 제공할 수 있는 박막 디스플레이의 개발이 활발해지고 있다.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 전계 방출 소자는 현재 개발 혹은 양산중인 평판 디스플레이들(LCD와 PDP, VFD등)의 단점을 모두 극복한 차세대 정보 통신용 평판 디스플레이로 주목을 받고 있다. 전계 방출 소자는 전극 구조가 간단하고, CRT와 같은 원리로 고속동작 이 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 information communication flat panel display that overcomes all the disadvantages of flat panel displays (LCD, PDP, VFD, etc.) currently being developed or produced. The field emission device has a simple electrode structure, high-speed operation using the same principle as the CRT, and has the advantages of display such as infinite color, infinite gray scale, high luminance, and high video rate. .

전계 방출 소자는 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. 전계 방출 소자는 전자 방출 원인 에미터와 방출된 전자가 충돌하여 발광하는 애노드부, 상하판 사이를 지지하는 스페이서, 그리고 진공기밀을 유지하기 위한 실링부 등으로 구성되어 있다. Field emission devices utilize quantum mechanical tunneling which causes electrons to exit the vacuum from the metal or conductor when a high field is applied on 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. The field emission device is composed of an anode portion which emits an electron emission source and the emitted electrons collide with each other to emit light, a spacer supporting the upper and lower plates, and a sealing portion for maintaining a vacuum tightness.

최근 들어 탄소 나노 튜브(CNT)가 기계적으로 강하고, 화학적으로 상당히 안정하여 비교적 낮은 진공도에서 전자방출 특성이 우수한 이유로 인해 이를 이용한 전계 방출 소자의 중요성이 인식되고 있다. 이와 같은 탄소 나노 튜브는 작은 직경(약 1.0∼수십[nm])을 갖기 때문에 종래의 마이크로팁형(spindt형) 전계 방출 팁에 비해 전계 강화 효과(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 the field emission device using the carbon nanotubes (CNT) because of the mechanically strong, chemically stable and excellent electron emission characteristics at a relatively low vacuum degree has been recognized. Since such carbon nanotubes have a small diameter (about 1.0 to several tens of nanometers), the field enhancement factor is considerably superior to the conventional microtip type spin emission field emission tips, and thus the emission threshold is low. Since it can be made in a turn-on field (about 1 to 5 [V / μm]), there is an advantage of reducing power loss and production cost.

도1은 종래 탄소 나노 튜브를 이용한 3전극 전계 방출 소자의 하판 구조에 대한 일 예를 도시한 단면도를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 실리콘기판(11) 상부에 순차적으로 저항층(12), 절연층(14) 및 게이트 전극(15)을 형성하고, 사진식각을 통해 게이트 전극(15) 및 절연층(14) 일부를 식각하여 홀을 형성한 다음 증착(evaporation)을 통해 홀 바닥의 저항층(12) 상부에 촉매전이금속층(13)을 형성 하고, 실리콘기판(11) 전체를 600∼900[℃] 정도의 온도범위로 가열하여 탄화수소(hydrocarbon) 가스를 이용한 열(thermal) 화학기상증착 방법 또는 플라즈마(plasma) 화학기상증착 방법을 통해 촉매전이금속층(13) 상부에만 선택적으로 탄소 나노 튜브(16)를 형성한다.1 is a cross-sectional view showing an example of the bottom plate structure of a three-electrode field emission device using a conventional carbon nanotube. As shown, the resistive layer 12, the insulating layer 14, and the gate electrode 15 are sequentially formed on the silicon substrate 11, and the gate electrode 15 and the insulating layer 14 are formed by photolithography. After etching a portion to form a hole, the catalyst transition metal layer 13 is formed on the resistive layer 12 at the bottom of the hole through evaporation, and the entire silicon substrate 11 is about 600-900 [deg.] C. The carbon nanotubes 16 are selectively formed only on the catalyst transition metal layer 13 through a thermal chemical vapor deposition method using a hydrocarbon gas or a plasma chemical vapor deposition method by heating to a temperature range. .

이때, 상기 탄소 나노튜브(16)는 촉매전이금속층(13) 상부에만 선택적으로 형성되므로, 촉매전이금속층(13)의 면적이 클수록 탄소 나노 튜브(16)의 면적도 커진다. 이와 같이 탄소 나노 튜브(16)의 면적이 커지게 되면, 게이트 전극(15)을 통하여 가해지는 전계가 집중되지 않아 방출전자의 빔이 퍼지게 될 뿐만 아니라 전자방출영역도 고르지 못하여 전계가 제일 강한 홀의 주변에서만 국부적으로 전자방출이 일어날 가능성이 높고, 비대칭적인 전계 분포에 의해 게이트 전극(15)으로의 누설전류가 많은 문제점을 안고 있다.In this case, since the carbon nanotubes 16 are selectively formed only on the catalyst transition metal layer 13, the larger the area of the catalyst transition metal layer 13, the larger the area of the carbon nanotubes 16. As such, when the area of the carbon nanotubes 16 increases, the electric field applied through the gate electrode 15 is not concentrated, so that the beam of the emitted electrons is spread and the electron emission region is not even. Only the electron emission is likely to occur locally, and due to an asymmetric electric field distribution, the leakage current to the gate electrode 15 has many problems.

상기와 같은 문제점을 개선하기 위해서 게이트 전극의 위치를 캐소드 전극보다 낮은 위치에 형성한 탄소 나노 튜브 전계 방출 소자의 구조가 제시되었다.In order to solve the above problems, the structure of the carbon nanotube field emission device having the gate electrode positioned at a lower position than the cathode electrode has been proposed.

도2는 종래 탄소 나노 튜브를 이용한 언더게이트(under gate) 구조의 전계 방출 소자에서 하판 구조에 대한 일 예의 평면도와 단면도(평면도의 A-A')를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 유리기판(20) 상에 게이트 전극(21)과 캐소드 전극(23)이 절연층(22)을 사이에 두고 서로 직교하는 매트릭스 구조로 되어 있으며, 전자 방출을 일으키는 전기장을 탄소 나노 튜브(24)의 하부에 있는 게이트 전극(21)으로 인가하는 방식이다.FIG. 2 shows a plan view and a cross-sectional view (A-A 'of the plan view) of an example of a bottom plate structure in a field emission device having an under gate structure using a conventional carbon nanotube. As shown, the gate electrode 21 and the cathode electrode 23 on the glass substrate 20 have a matrix structure that is orthogonal to each other with the insulating layer 22 interposed therebetween. The method is applied to the gate electrode 21 under the tube 24.

이러한 언더게이트 구조의 전계 방출 소자에 대한 하판 구조의 제조 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the manufacturing process of the bottom plate structure for the field emission device of the undergate structure as follows.

먼저, 유리기판(20) 상에 ITO(Indium-Tin-Oxide) 투명 전극을 120[nm] 정도의 두께로 증착하고, 사진식각방법을 이용하여 게이트 전극(21)을 형성한 후, 그 게이트 전극(21) 상부에 페이스트 형태의 유전체 분말을 스크린 프린팅법으로 코팅하고, 약 580[℃]에서 소성하여 절연층(22)을 형성한다.First, an Indium-Tin-Oxide (ITO) transparent electrode is deposited on the glass substrate 20 to a thickness of about 120 nm, and the gate electrode 21 is formed by using a photolithography method. (21) The dielectric powder in the form of a paste is coated on the top by screen printing, and fired at about 580 [deg.] C to form the insulating layer 22.

상기 절연층(22) 상부에 알루미늄(Al)이나 크롬(Cr) 등의 전도성 금속을 소정의 두께로 증착한 후 사진식각방법을 이용하여 상기 게이트 전극(21)과 수직 교차시켜 캐소드 전극(23)을 형성하고, 그 캐소드 전극(23)의 가장 자리 위치에 탄소 나노 튜브(24)를 형성한다.A conductive metal such as aluminum (Al) or chromium (Cr) is deposited on the insulating layer 22 to a predetermined thickness, and then vertically intersects with the gate electrode 21 using a photolithography method to form the cathode electrode 23. The carbon nanotubes 24 are formed at the edges of the cathode electrode 23.

하지만, 이러한 3극 언더게이트 구조의 전계 방출 소자는 도2에 도시된 바와 같이, 탄소 나노 튜브에서 방출된 전자빔의 퍼짐이 크게 되어 누화(crosstalk)가 발생할 수 있으며, 상기 방출된 전자가 절연층 위에 쌓이게 되어 이상 발광의 원인이 될 수 있다.However, as shown in FIG. 2, the field emission device having the three-pole undergate structure has a large spread of the electron beam emitted from the carbon nanotubes, so that crosstalk may occur, and the emitted electrons may be formed on the insulating layer. It may accumulate and cause abnormal light emission.

상기와 같이 종래 탄소 나노 튜브를 이용한 3극 언더게이트 구조의 전계 방출 소자는 탄소 나노 튜브에서 방출된 전자빔의 퍼짐이 크기때문에 누화가 발생할 수 있는 문제점이 있었다.As described above, the field emission device having the three-pole undergate structure using the carbon nanotube has a problem that crosstalk may occur because the electron beam emitted from the carbon nanotube is large.

또한, 종래 기술은 탄소 나노 튜브에서 방출된 전자가 절연층 위에 쌓이게 되어 이상 발광 현상을 일으킬 수 있는 문제점이 있었다.In addition, the prior art has a problem that electrons emitted from the carbon nanotubes are accumulated on the insulating layer may cause abnormal light emission phenomenon.

따라서, 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 언더게이트 전극 구조에서 절연층 상부에 형성된 캐소드 전극의 일측 또는 좌우측 동일 평면 상에 형성된 상기 캐소드 전극과 동일한 극성의 전계가 인가되는 집속 전극을 포함하여 구성함으로써, 탄소 나노 튜브에서 방출되는 전자빔을 집속시켜 누화를 방지할 수 있고, 절연층에 쌓이는 전자의 양을 줄여 이상 발광 현상을 방지할 수 있으며 방출전압을 낮출 수 있는 전계 방출 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention in consideration of such a problem comprises a focusing electrode to which an electric field of the same polarity as that of the cathode electrode formed on one side or left and right coplanar surfaces of the cathode electrode formed on the insulating layer in the undergate electrode structure is applied, The purpose of the present invention is to provide a field emission device capable of focusing electron beams emitted from carbon nanotubes to prevent crosstalk, reducing the amount of electrons accumulated in an insulating layer, preventing abnormal light emission, and lowering an emission voltage. .

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하부기판(유리기판) 상에 순차적으로 형성된 게이트 전극 및 절연층과; 상기 절연층 상부에 형성되고, 일부 영역에 탄소 나노 튜브가 형성된 캐소드 전극과; 상기 캐소드 전극과 동일 평면상에 형성되고, 상기 탄소 나노 튜브에서 방출된 전자를 집속시키는 집속 전극을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object comprises a gate electrode and an insulating layer formed sequentially on the lower substrate (glass substrate); A cathode formed on the insulating layer and having carbon nanotubes formed in a portion of the insulating layer; And a focusing electrode formed on the same plane as the cathode and focusing electrons emitted from the carbon nanotubes.

또한, 상기 집속 전극에 인가되는 전계의 극성은 상기 캐소드 전극에 인가되는 전계의 극성과 동일한 것을 특징으로 한다.In addition, the polarity of the electric field applied to the focusing electrode is the same as the polarity of the electric field applied to the cathode electrode.

또한, 상기 탄소 나노 튜브는 상기 캐소드 전극과 이격되어 형성된 집속 전극 쪽으로 치우쳐 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the carbon nanotubes are characterized by being biased toward the focusing electrode formed to be spaced apart from the cathode electrode.

또한, 상기 탄소 나노 튜브와 집속 전극은 상기 캐소드 전극을 중심으로 좌우 대칭으로 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the carbon nanotubes and the focusing electrode may be formed symmetrically about the cathode electrode.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명 전계 방출 소자에 대한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다.With reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the field emission device of the present invention having the above characteristics will be described.

도3은 본 발명 탄소 나노 튜브를 이용한 언더게이트 구조의 전계 방출 소자 에 대한 하판 구조의 평면도 및 단면도(평면도의 B-B')를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 종래 언더게이트 구조를 갖는 전계 방출 소자의 하판 구조에서 캐소드 전극(23)과 동일 평면상에 집속 전극(25)이 첨가된 구조로서, 유리기판(20) 상에 형성된 게이트 전극(21)과, 상기 게이트 전극(21) 상부에 형성된 절연층(22)과, 상기 절연층(22) 상부에 형성되고, 일부 영역에 탄소 나노 튜브(24)가 형성된 캐소드 전극(23)과, 상기 캐소드 전극(23)의 일측 동일 평면상에 형성된 집속 전극(25)으로 구성한다.3 is a plan view and a cross-sectional view (B-B 'of the plan view) of the bottom plate structure of the field emission device of the undergate structure using the carbon nanotube of the present invention. As shown, a structure in which a focusing electrode 25 is added on the same plane as the cathode electrode 23 in the bottom plate structure of a field emission device having a conventional undergate structure, is formed on the glass substrate 20. 21, an insulating layer 22 formed on the gate electrode 21, a cathode electrode 23 formed on the insulating layer 22, and having carbon nanotubes 24 formed on a portion of the gate electrode 21, and One side of the cathode electrode 23 is composed of a focusing electrode 25 formed on the same plane.

도4는 본 발명에 대한 또 다른 실시예의 평면도 및 단면도(평면도의 C-C')를 도시한 것으로, 도3에 도시된 것과는 달리 탄소 나노 튜브가 캐소드 전극의 좌우측 상부에 형성되고, 집속 전극이 상기 캐소드 전극 좌우측의 동일 평면상에 형성되어 상기 탄소 나노 튜브에서 방출된 전자(e)를 집속시키는 기능을 수행하며, 집속 전극이 하나인 경우(도3)에 비해 보다 많은 방출 전류의 효과를 기대할 수 있다.Figure 4 shows a plan view and a cross-sectional view (C-C 'of the plan view) of another embodiment of the present invention, unlike shown in Figure 3 carbon nanotubes are formed on the upper left and right sides of the cathode electrode, It is formed on the same plane on the left and right sides of the cathode electrode to perform the function of focusing the electrons (e) emitted from the carbon nanotubes, and the effect of more emission current than expected if there is only one focusing electrode (Fig. 3) Can be.

상기 캐소드 전극(23)과 집속 전극(25)은 동일한 공정을 이용하여 형성되며, 집속 전극(25)에 캐소드 전극(23)과 동일한 극성의 전계가 인가되면 탄소 나노 튜브(24)에서 방출된 전자빔을 집속시킬 수 있고, 반대 극성의 전계가 인가되면 방출 전압을 낮출 수 있다.The cathode electrode 23 and the focusing electrode 25 are formed using the same process, and when the electric field having the same polarity as that of the cathode electrode 23 is applied to the focusing electrode 25, the electron beam emitted from the carbon nanotube 24 is emitted. And the emission voltage can be lowered when an electric field of opposite polarity is applied.

그럼, 이러한 구성을 갖는 본 발명에 대한 제조 과정을 설명하면 다음과 같다.Then, the manufacturing process for the present invention having such a configuration will be described.

먼저, 유리기판(20) 상에 ITO(Indium-Tin-Oxide) 투명 전극을 120[nm] 정도의 두께로 증착하고, 사진식각방법을 이용하여 게이트 전극(21)을 형성한다.First, an Indium-Tin-Oxide (ITO) transparent electrode is deposited on the glass substrate 20 to a thickness of about 120 nm, and the gate electrode 21 is formed using a photolithography method.

상기 게이트 전극(21) 상부에 페이스트 형태의 유전체 분말을 스크린 프린팅법으로 코팅하고, 약 580[℃]에서 소성하여 약 10[㎛]의 절연층(22)을 형성한다.The paste-type dielectric powder is coated on the gate electrode 21 by screen printing, and baked at about 580 [deg.] C to form an insulating layer 22 having a thickness of about 10 [[mu] m].

상기 절연층(22) 상부에 알루미늄(Al)이나 크롬(Cr) 등의 전도성 금속을 300[nm] 정도의 두께로 증착한 후 사진식각방법을 이용하여 상기 게이트 전극(21)과 수직 교차시켜 캐소드 전극(23)과 상기 캐소드 전극(23) 일측 또는 좌우측에 집속 전극(25)을 형성하고, 상기 캐소드 전극(23) 상부의 일측 또는 좌우측 가장 자리 위치에 탄소 나노 튜브(24)를 형성한다.A conductive metal such as aluminum (Al) or chromium (Cr) is deposited on the insulating layer 22 to a thickness of about 300 [nm], and then vertically intersects with the gate electrode 21 using a photolithography method to form a cathode. A focusing electrode 25 is formed on one side or left and right sides of the electrode 23 and the cathode electrode 23, and a carbon nanotube 24 is formed at one side or left and right edge positions of the upper portion of the cathode electrode 23.

이때, 상기 캐소드 전극(23)의 가장 자리에 형성된 탄소 나노 튜브(24)는 페이스트 형태로 된 탄소 나노 튜브를 인쇄법으로 형성할 수도 있고, 리프트 오프(lift-off)법을 이용하여 정확히 섬(island) 형태로도 형성 가능하다.In this case, the carbon nanotubes 24 formed at the edges of the cathode electrode 23 may form the carbon nanotubes in the form of a paste by a printing method, or may be accurately drawn using a lift-off method. It is also possible to form an island).

이렇게 형성된 전계 방출 소자의 집속 전극(25)은 캐소드 전극(23)과 동일한 마스크를 이용하여 동일한 층에 형성되며, 독립 전극 또는 공통 전극으로 형성시킬 수 있다. 이러한 집속 전극(25)은 탄소 나노 튜브(24)에서 방출된 전자빔의 집속 기능을 수행하거나 방출전압을 낮추는 기능을 수행한다. 예를 들어, 게이트 전극(21)에 양(+)의 전계를 인가하고, 캐소드 전극(23)에 0 또는 음(-)의 전계를 인가하면 탄소 나노 튜브(24)에서 전자가 방출되는데, 이때 집속 전극(25)에 음(-)의 전계를 인가하면 방출된 전자(e)는 도3 또는 도4에 도시된 바와 같이 집속되어 애노드 전극(미도시)으로 끌려간다.The focusing electrode 25 of the field emission device thus formed may be formed on the same layer using the same mask as the cathode electrode 23, and may be formed as an independent electrode or a common electrode. The focusing electrode 25 performs the function of focusing the electron beam emitted from the carbon nanotubes 24 or lowers the emission voltage. For example, when a positive electric field is applied to the gate electrode 21 and a zero or negative electric field is applied to the cathode electrode 23, electrons are emitted from the carbon nanotubes 24. When a negative electric field is applied to the focusing electrode 25, the emitted electrons e are focused as shown in FIG. 3 or 4 and attracted to the anode electrode (not shown).

또한, 상기 집속 전극에 음(-)의 전계가 아닌 양(+)의 전계를 인가하면 방출되는 전자의 문턱전압(방출전압)을 낮출 수 있다.In addition, applying a positive electric field instead of a negative electric field to the focusing electrode may lower the threshold voltage (emission voltage) of the emitted electrons.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 언더게이트 전극 구조에서 절연층 상부에 형성된 캐소드 전극의 일측 또는 좌우측 동일 평면 상에 형성된 상기 캐소드 전극과 동일한 극성의 전계가 인가되는 집속 전극을 포함하여 구성함으로써, 탄소 나노 튜브에서 방출되는 전자빔을 집속시켜 누화를 방지할 수 있고, 절연층에 쌓이는 전자의 양을 줄여 이상 발광 현상을 방지할 수 있으며 방출전압을 낮출 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention includes a focusing electrode to which an electric field of the same polarity is applied as the cathode electrode formed on one side or the left and right coplanar surfaces of the cathode electrode formed on the insulating layer in the undergate electrode structure, thereby providing carbon The electron beam emitted from the nanotubes can be focused to prevent crosstalk, and the amount of electrons accumulated in the insulating layer can be reduced to prevent abnormal light emission and to lower the emission voltage.

Claims

하부기판(유리기판) 상에 순차적으로 형성된 게이트 전극 및 절연층과; 상기 절연층 상부에 형성되고, 일부 영역에 탄소 나노 튜브가 형성된 캐소드 전극과; 상기 캐소드 전극과 동일 평면상에 형성되고, 상기 탄소 나노 튜브에서 방출된 전자를 집속시키는 집속 전극을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자.A gate electrode and an insulating layer sequentially formed on the lower substrate (glass substrate); A cathode formed on the insulating layer and having carbon nanotubes formed in a portion of the insulating layer; And a focusing electrode formed on the same plane as the cathode and focusing electrons emitted from the carbon nanotubes.

제1항에 있어서, 상기 집속 전극에 인가되는 전계의 극성은 상기 캐소드 전극에 인가되는 전계의 극성과 동일한 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자.The field emission device of claim 1, wherein the polarity of the electric field applied to the focusing electrode is the same as the polarity of the electric field applied to the cathode electrode.

제1항에 있어서, 상기 탄소 나노 튜브는 상기 캐소드 전극과 이격되어 형성된 집속 전극 쪽으로 치우쳐 형성된 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자.The field emission device of claim 1, wherein the carbon nanotubes are formed to be biased toward a focusing electrode formed to be spaced apart from the cathode electrode.

제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 탄소 나노 튜브와 집속 전극은 상기 캐소드 전극을 중심으로 좌우 대칭으로 형성된 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자.The field emission device according to claim 1, wherein the carbon nanotubes and the focusing electrode are symmetrically formed around the cathode electrode.