KR20060114865A - Electron emitting element, and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

An electron emitting element and a method for manufacturing the same are provided to lower a driving voltage and increase electron emission efficiency by improving an electron emission characteristic thereof. A cathode electrode(23) and a gate electrode(22) are formed at a predetermined interval on a substrate(21) by using one selected from a sputtering method, a chemical vapor deposition method, a physical vapor deposition method, and a photolithography process. An electron emission layer is sprayed between the cathode electrode and the gate electrode. A bake process for the electron emission layer is performed. The electron emission layer is divided into a part connected with the cathode electrode and a part connected with the gate electrode.

Description

전자 방출 소자 및 그 제조 방법{Electron emitting element, and method of manufacturing the same}Electron emitting element and method of manufacturing the same {Electron emitting element, and method of manufacturing the same}

도 1은 종래의 전자 방출 소자의 구성을 보여주는 도면. 1 is a view showing the configuration of a conventional electron emitting device.

도 2는 도 1의 II 부분의 확대도. FIG. 2 is an enlarged view of part II of FIG. 1. FIG.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자의 구성을 보여주는 도면. 3 is a view showing the configuration of an electron emitting device according to a first embodiment of the present invention.

도 4는 도 3의 IV 부분의 확대도. 4 is an enlarged view of portion IV of FIG. 3;

도 5 내지 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자를 구성하는 제2 기판의 제작 방법을 순차적으로 보여주는 도면. 5 to 9 are views sequentially showing a method of manufacturing a second substrate constituting the electron emission device according to the first embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자의 구성을 보여주는 도면. 10 is a view showing the configuration of an electron emitting device according to a second embodiment of the present invention.

도 11은 도 10의 XI 부분의 확대도. FIG. 11 is an enlarged view of portion XI of FIG. 10;

도 12 내지 도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자를 구성하는 제2 기판의 제작 방법을 순차적으로 보여주는 도면. 12 to 15 are views sequentially showing a method of manufacturing a second substrate constituting the electron emission device according to the second embodiment of the present invention.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

10: 제1 패널 11: 제1 기판10: first panel 11: first substrate

12: 형광체층 13: 보호막층12: phosphor layer 13: protective film layer

20, 120, 220: 제2 패널 21: 제2 기판20, 120, 220: second panel 21: second substrate

22: 게이트 전극 23: 캐소오드 전극22: gate electrode 23: cathode electrode

24, 124, 224: 전자 방출원 125, 225: 틈 24, 124, 224: electron emission sources 125, 225: gap

본 발명은 전자 방출 소자(electron emitting element) 및 이를 제작하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자의 방출량이 많고 구동 전압이 낮은 전자 방출 소자 및 이를 제작하는 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron emitting element and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an electron emitting element having a large amount of electron emission and a low driving voltage, and a method of manufacturing the same.

일반적으로 전자 방출 소자(Electron Emission Device)는 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. In general, an electron emission device includes a method using a hot cathode and a cold cathode as an electron emission source. Examples of electron-emitting devices using cold cathodes include Field Emitter Array (FEA), Surface Conduction Emitter (SCE), Metal-Insulator-Metal (MIM), Metal-Insulator-Semiconductor (MIS), and BSE (BSE). Ballistic electron Surface Emitting type and the like are known.

상기 FEA형은 일함수(Work Function)가 낮거나 βFunction이 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 탄 소계 물질 그리고 최근 나노 튜브(Nano Tube)나 나노와이어(Nano Wire)등의 나노 물질을 전자 방출원으로 적용한 소자가 개발되고 있다. The FEA type uses a principle that electrons are easily released due to electric field difference in vacuum when a material having a low work function or a high βFunction is used as an electron emission source, and thus molybdenum (Mo), silicon (Si), and the like are used. The main material is a sharp tip structure, carbonaceous materials such as graphite, diamond like carbon (DLC), and recent nano materials such as nano tube or nano wire. Devices that have been applied as emission sources have been developed.

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. The SCE type is a device in which an electron emission source is formed by providing a conductive thin film between a first electrode and a second electrode disposed to face each other on a first substrate and providing a micro crack in the conductive thin film. The device uses a principle that electrons are emitted from an electron emission source that is a micro crack by applying a voltage to the electrodes to flow a current to the surface of the conductive thin film.

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. The MIM type and the MIS type electron emission devices each form an electron emission source having a metal-dielectric layer-metal (MIM) and metal-dielectric layer-semiconductor (MIS) structure, and are disposed between two metals or metals with a dielectric layer interposed therebetween When a voltage is applied between semiconductors, a device using the principle of emitting electrons is moved and accelerated from a metal or semiconductor having a high electron potential toward a metal having a low electron potential.

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 절연층과 금속 박막을 형성하여 오믹 전극과 금속 박막에 전원을 인가하는 것에 의하여 전자가 방출되도록 한 소자이다. The BSE type uses the principle that electrons travel without scattering when the size of the semiconductor is reduced to a dimension area smaller than the average free stroke of the electrons in the semiconductor, thereby forming an electron supply layer made of a metal or a semiconductor on an ohmic electrode. And an insulating layer and a metal thin film formed on the electron supply layer to emit electrons by applying power to the ohmic electrode and the metal thin film.

본 발명은 이중 SCE 형태의 전자 방출 소자와 관련된다. The present invention relates to an electron emitting device in the form of a double SCE.

SCE는 FED, CRT(Cathode-Ray Tube) 및 PDP(Plasma Display Panel)와 같은 자발광 디스플레이다. 기본적인 구동 원리가 CRT와 같기 때문에 PDP보다 계조비가 높아 보다 자연스러운 색조 표현이 가능하다. 그리고 LCD의 단점으로 여겨지는 응답 속도는 CRT 수준으로 구현이 가능하여 스포츠 프로그램과 같은 빠른 움직임에도 잔상이 전혀 없다. 또한, 40인치 이상 대화면으로 구현하는 경우에도 CRT와는 비교가 안될 정도로 두께가 얇으며, 전반적으로 소비전력이 낮다는 것이 특징이 있어 차세대 디스플레이로 주목받고 있다. SCE is a self-luminous display such as FED, Cathode-Ray Tube (CRT) and Plasma Display Panel (PDP). Since the basic driving principle is the same as that of the CRT, the gradation ratio is higher than that of the PDP, which enables more natural color expression. And the response speed, which is considered to be a disadvantage of LCD, can be implemented at the CRT level, so there is no afterimage even in fast movements such as sports programs. In addition, even when implemented with a large screen of 40 inches or more, the thickness is so thin that it is incomparable with the CRT, and the overall power consumption is attracting attention as a next-generation display.

도 1에는 미국공개특허 제2002/0028285호에 개시된 종래의 SCE를 구성하는 전자 방출 소자의 개략적인 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 II 부분의 확대도가 도시되어 있다. FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of an electron emission device constituting a conventional SCE disclosed in US Patent Publication No. 2002/0028285, and FIG. 2 is an enlarged view of part II of FIG.

도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 SCE를 구성하는 전자 방출 소자는 소정의 간격으로 배치된 제1 패널(10)과 제2 패널(20)을 포함한다. 상기 제1 패널(10)은, 투명 기판으로 만들어진 제1 기판(11), 상기 제1 기판(11)의 일면에 형성된 형광체층(12), 상기 형광체층(12)의 표면을 덮는 보호층(13) 및 상기 형광체층(12)과 일체로 형성된 애노드 전극(미도시)을 포함한다. 상기 제2 패널(20)은, 제2 기판(21), 상기 제2 기판(21) 상에서 마주하여 배치된 캐소오드 전극(23)과 게이트 전극(22) 및 상기 캐소오드 전극(23)과 상기 게이트 전극(22) 사이에 배치된 전자 방출원(24)을 포함한다. As shown in FIG. 1, an electron emission device constituting a conventional SCE includes a first panel 10 and a second panel 20 arranged at predetermined intervals. The first panel 10 may include a first substrate 11 made of a transparent substrate, a phosphor layer 12 formed on one surface of the first substrate 11, and a protective layer covering a surface of the phosphor layer 12 ( 13) and an anode electrode (not shown) integrally formed with the phosphor layer 12. The second panel 20 includes a cathode electrode 23, a gate electrode 22, the cathode electrode 23, and the second substrate 21, which are disposed to face each other on the second substrate 21. An electron emission source 24 disposed between the gate electrodes 22.

도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 캐소오드 전극(23)에 (-)전압을 인가하고, 게이트 전극(22)에 (+)전압을 인가하면 캐소오드 전극(23)에서 게이트 전극(22) 방향으로 전자가 방출된다. 방출된 전자는 애노드 전극에 인가된 높은 (+) 전압으로 생성된 전계에 의해 애노드 전극 방향으로 진행하게 되고, 애노드 전 극과 일체로 설치된 형광체층(12)에 충돌하여 가시광선을 발생시킨다. As shown in FIGS. 1 and 2, when a negative voltage is applied to the cathode electrode 23 and a positive voltage is applied to the gate electrode 22, the gate electrode 22 is formed on the cathode electrode 23. Electrons are emitted in the () direction. The emitted electrons travel in the direction of the anode electrode by the electric field generated by the high (+) voltage applied to the anode, and collide with the phosphor layer 12 provided integrally with the anode to generate visible light.

이상에서 설명한 것과 같은 구조를 가지는 전자 방출 소자는 전자 방출원의 소재로 다이아몬드, DLC(diamond like carbon), 단일층 카본 나노 튜브(Single-Walled carbon Nano Tube: SWNT) 또는 그래파이트 나노 화이버(graphite nano fiber)를 사용하고 있다. 그러나, 이러한 소재들은 일함수가 작고 전자 방출 특성이 좋은 이점은 있지만, 산화온도가 낮아 전자 방출원으로서의 수명이 짧은 단점이 있다. 이에 전자 방출 특성이 우수하면서도 수명이 긴 전자 방출원을 구비하는 전자 방출 소자와 그 제조 방법을 개발할 필요성이 대두되고 있다. The electron emitting device having the structure as described above is a material of the electron emission source is diamond, diamond like carbon (DLC), single-walled carbon nanotube (SWNT) or graphite nanofiber (graphite nano fiber) ) Is used. However, these materials have advantages of low work function and good electron emission characteristics, but have a disadvantage of short life as an electron emission source due to low oxidation temperature. Accordingly, there is a need to develop an electron emission device having an electron emission source having excellent electron emission characteristics and a long lifetime, and a method of manufacturing the same.

또한, 그램당 수천 달러가 넘는 고가의 카본 나노 튜브나 그래파이트 나노 화이버 등을 사용하는 경우에 재료비가 많이 소요되는 문제점이 있는데, 전자 방출 특성에 영향을 미치지 않으면서 카본 나노 튜브 등의 사용량을 줄여서 이러한 문제점을 개선할 수 있는 새로운 구조의 전자 방출 소자 및 이를 제조하는 방법을 개발할 필요성이 대두되고 있다. In addition, the use of expensive carbon nanotubes or graphite nanofibers, which are more than thousands of dollars per gram, requires a lot of material costs. There is a need to develop a new structure of the electron emitting device and a method for manufacturing the same that can improve the problem.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 전자 방출 특성이 우수하고 수명이 긴 전자 방출원을 구비하는 전자 방출 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. 또한, 재료비를 절감할 수 있는 전자 방출 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an electron emission device having an electron emission source having excellent electron emission characteristics and a long lifetime, and a method of manufacturing the same. Moreover, it is providing the electron emission element which can reduce material cost, and its manufacturing method.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 기판 상에 소정의 간격으로 캐소오드 전극 및 게이트 전극을 형성하는 단계(a); 상기 캐소오드 전극 및 게이트 전극 사이의 간격에 전자 방출층을 도포하는 단계(b); 상기 전자 방출층을 소성하는 단계(c); 및 상기 전자 방출층을 상기 캐소오드 전극에 연결된 부분과 상기 게이트 전극에 연결된 부분으로 분리하는 단계(d)를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법을 제공함으로써 달성된다. An object of the present invention as described above comprises the steps of (a) forming a cathode electrode and a gate electrode on a substrate at predetermined intervals; (B) applying an electron emission layer to a gap between the cathode electrode and the gate electrode; Firing the electron emission layer (c); And (d) separating the electron emission layer into a portion connected to the cathode electrode and a portion connected to the gate electrode.

여기서, 상기 단계(a)는 스퍼터링, 화학기상증착, 물리기상증착 또는 포토리소그래피 공정 중에 선택되는 방법으로 이루어질 수 있다. Here, the step (a) may be made by a method selected during sputtering, chemical vapor deposition, physical vapor deposition or photolithography process.

상기 단계(b)에서, 상기 전자 방출층은 유기 용매, 접착제, 수지 및 광촉매를 포함하는 페이스트에 이중벽 또는 다층벽 카본 나노 튜브가 포함될 수 있다. In the step (b), the electron emission layer may include a double-walled or multi-walled carbon nanotubes in a paste containing an organic solvent, an adhesive, a resin and a photocatalyst.

상기 단계(d)는 이온 빔 또는 전자빔을 이용하여 카본층에 틈을 형성하는 방식으로 이루어질 수 있다. Step (d) may be performed by forming a gap in the carbon layer using an ion beam or an electron beam.

또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 기판 상에 소정의 간격으로 캐소오드 전극 및 게이트 전극을 형성하는 단계(a); 상기 캐소오드 전극에 인접한 상기 게이트 전극 상의 부분에 수용성 수지를 도포하는 단계(b); 상기 수용성 수지와 상기 캐소오드 전극 사이의 간격에 전자 방출층을 도포하는 단계(c); 상기 수용성 수지를 물을 이용하여 제거하는 단계(d); 및 상기 전자 방출층을 소성하는 단계(e)를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법을 제공함으로써 달성된다. In addition, the object of the present invention as described above comprises the steps of: (a) forming a cathode electrode and a gate electrode on the substrate at predetermined intervals; (B) applying a water soluble resin to a portion on the gate electrode adjacent to the cathode electrode; (C) applying an electron emission layer to a gap between the water soluble resin and the cathode electrode; (D) removing the water-soluble resin with water; And firing the electron emitting layer (e).

여기서, 상기 단계(a)는 스퍼터링, 화학기상증착, 물리기상증착 또는 포토리소그래피 공정 중에 선택되는 방법으로 이루어질 수 있고, 상기 단계(c)에서, 상기 전자 방출층은 유기 용매, 접착제, 수지 및 광촉매를 포함하는 페이스트에 이중벽 또는 다층벽 카본 나노 튜브가 포함될 수 있다. Here, the step (a) may be made by a method selected during the sputtering, chemical vapor deposition, physical vapor deposition or photolithography process, in the step (c), the electron emission layer is an organic solvent, an adhesive, a resin and a photocatalyst The paste comprising a double wall or multi-walled carbon nanotubes may be included.

또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 소정의 간격으로 형성된 캐소오드 전극 및 게이트 전극과, 상기 캐소오드 전극 및 게이트 전극 사이의 간격에 배치되는 전자 방출원을 포함하는 제1 기판; 및 애노드 전극과 형광체층이 형성되고, 상기 제1 기판과 소정의 간격으로 배치된 제2 기판을 포함하고, 상기 전자 방출원은 다층벽 카본 나노 튜브를 포함하는 카본층인 전자 방출 소자, 또는 소정의 간격으로 형성된 캐소오드 전극 및 게이트 전극과, 상기 캐소오드 전극 및 게이트 전극 사이에서 상기 캐소오드 전극에만 연결되어 배치되는 전자 방출원을 포함하는 제1 기판; 및 애노드 전극과 형광체층이 형성되고, 상기 제1 기판과 소정의 간격으로 배치된 제2 기판을 포함하는 전자 방출 소자를 제공함으로써 달성된다. In addition, the object of the present invention as described above, the first substrate including a cathode electrode and a gate electrode formed at a predetermined interval, and an electron emission source disposed in the interval between the cathode electrode and the gate electrode; And a second substrate having an anode electrode and a phosphor layer formed thereon, the second substrate being disposed at a predetermined interval from the first substrate, wherein the electron emission source is a carbon layer including a multi-walled carbon nanotube, or a predetermined A first substrate including a cathode electrode and a gate electrode formed at intervals of an electron source, and an electron emission source disposed to be connected only to the cathode electrode between the cathode electrode and the gate electrode; And an anode electrode and a phosphor layer are formed, and the second substrate is arranged at a predetermined interval from the first substrate.

여기서, 상기 전자 방출원은 침상의 전자 방출원인 것이 바람직하고, 특히 단일벽 카본 나노 튜브, 이중벽 카본 나노 튜브, 다층벽 카본 나노 튜브, 그래파이트 나노 화이버, 다이아몬드, 다이아몬드 라이크 카본 등의 일함수가 작은 소재를 포함하는 그룹에서 선택되는 소재로 만들어진 것이 바람직하다. Herein, the electron emission source is preferably a needle-like electron emission source, and in particular, a material having a small work function such as a single wall carbon nanotube, a double wall carbon nanotube, a multilayer wall carbon nanotube, graphite nanofiber, diamond, diamond-like carbon, etc. It is preferably made of a material selected from the group containing.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 보다 상세히 설명한다. 이하에서 언급되는 부재 중 종래의 경우와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부재번호를 사용한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a specific embodiment of the present invention. The same member number is used for the same member as the conventional case among the members mentioned below.

도 3에는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 도 면이 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 IV 부분의 확대도가 도시되어 있다. FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the electron emitting device according to the present invention, and FIG. 4 is an enlarged view of part IV of FIG. 3.

도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 전자 방출 소자는 제1 패널(10) 및 제2 패널(120)을 포함하고, 상기 제1 패널(10)은 제1 기판(11)과 상기 제1 기판(11)에 형성된 애노드 전극(미도시), 형광체층(12) 및 보호막층(13)을 포함하며, 상기 제2 패널(120)은 제2 기판(21), 캐소오드 전극(23), 게이트 전극(22) 및 전자 방출원(124)을 포함한다. As shown in FIG. 3, the electron emission device according to the present invention includes a first panel 10 and a second panel 120, and the first panel 10 includes the first substrate 11 and the first substrate. An anode electrode (not shown), a phosphor layer 12 and a protective layer 13 formed on the first substrate 11, the second panel 120 is a second substrate 21, the cathode electrode 23 And a gate electrode 22 and an electron emission source 124.

상기 제1 패널(10)을 구성하는 구성요소들은 본 발명의 특징적인 구성요소가 아니므로 종래 기술에서 설명한 내용으로 대신한다. Since the components constituting the first panel 10 are not characteristic components of the present invention, the components described in the related art are replaced with the above descriptions.

상기 제2 기판(120)은 소정의 두께를 가지는 판상의 부재로, 석영 유리, 소량의 Na과 같은 불순물을 함유한 유리, 판 유리, SiO2가 코팅된 유리 기판, 산화 알루미늄 또는 세라믹 기판이 사용될 수 있다. The second substrate 120 is a plate-shaped member having a predetermined thickness. Quartz glass, glass containing a small amount of impurities such as Na, plate glass, SiO 2 coated glass substrate, aluminum oxide or ceramic substrate may be used. have.

상기 캐소오드 전극(23) 및 게이트 전극(22)은 상기 기판 상에 소정의 간격을 두고 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. The cathode electrode 23 and the gate electrode 22 are disposed at predetermined intervals on the substrate, and may be made of a conventional electrically conductive material. For example, metals such as Al, Ti, Cr, Ni, Au, Ag, Mo, W, Pt, Cu, Pd or alloys thereof, glass and metals or metal oxides such as Pd, Ag, RuO2, Pd-Ag, etc. It can be made of a printed printed conductor, a transparent conductor such as In2O3 or SnO2, or a semiconductor material such as polysilicon.

상기 캐소오드 전극(23) 및 게이트 전극(22) 사이의 거리는 수백 ?? 내지 수백 ㎛의 범위인 것이 바람직하다. 이는, 두 전극 사이에 인가되는 전압이 가능한 한 낮은 것이 효율 면에서 바람직하고 이에 따라 두 전극 들 사이의 거리가 작게 형성되는 것이 바람직하기 때문이다. The distance between the cathode electrode 23 and the gate electrode 22 is hundreds of degrees ?? It is preferably in the range of from several hundred micrometers. This is because it is preferable that the voltage applied between the two electrodes is as low as possible in terms of efficiency, and therefore, the distance between the two electrodes is preferably formed small.

상기 전자 방출원(124)은 침상의 전자 방출원으로 만들어지는데, 특히 이중벽 카본 나노 튜브(Double-Walled carbon Nano Tube: MWNT) 또는 다층벽 카본 나노 튜브(Multi-Walled carbon Nano Tube: MWNT)로 만들어지는 것이 바람직하다. 상기 이중벽 또는 다층벽 카본 나노 튜브는 전자 전도성이 탁월하고, 전도성 및 전계 집중 효과가 우수하며, 일함수가 낮고 전자 방출 특성이 우수하여 저전압 구동이 용이하다. 이에 따라 이를 전자 방출원으로 사용하는 디스플레이 장치의 대면적화에 유리하다. The electron emission source 124 is made of a needle-like electron emission source, in particular, made of a double-walled carbon nanotube (MWNT) or a multi-walled carbon nanotube (MWNT). It is desirable to lose. The double-walled or multi-walled carbon nanotubes have excellent electron conductivity, excellent conductivity and electric field concentration effect, low work function, and excellent electron emission characteristics, thereby facilitating low voltage driving. Accordingly, it is advantageous for the large area of the display device using this as an electron emission source.

도 4에 도시된 것과 같이, 상기 전자 방출원(124)의 표면에는 다수의 이중벽 또는 다층벽 카본 나노 튜브가 돌출되어 있다. 상기 캐소오드 전극(23)에 (+) 전압이 인가되고, 상기 게이트 전극(22)에 (-) 전압이 인가되어 상기 캐소오드 전극(23) 및 게이트 전극(22) 사이에 전계가 형성되면, 상기 전자 방출원(124)의 표면에서는 상기 게이트 전극(22)을 향하여 전자가 방출된다. As shown in FIG. 4, a plurality of double-walled or multi-walled carbon nanotubes protrude from the surface of the electron emission source 124. When a positive voltage is applied to the cathode electrode 23 and a negative voltage is applied to the gate electrode 22 to form an electric field between the cathode electrode 23 and the gate electrode 22, Electrons are emitted from the surface of the electron emission source 124 toward the gate electrode 22.

이상에서 설명한 것과 같은 전자 방출 소자에서, 상기 캐소오드 전극(23)(상대적으로 낮은 전압이 인가됨)에 연결된 전자 방출원(124)으로부터 상기 게이트 전극(22)(캐소오드 전극의 전압보다 높은 전압이 인가됨)을 향해 방출되는 전자는 애노드 전극(게이트 전극보다 훨씬 높은 전압이 인가됨)을 향하여 이동하게 되고, 애노드 전극에 배치된 형광체층(12)을 때려서 가시광선을 발생시킨다. 특히, 전자 방출원의 소재로 이중벽 또는 다층벽 카본 나노 튜브가 적용된 본 발명에 따른 전자 방출 소자로 화상 표시 장치를 구성하는 경우에는, 이중벽 또는 다층벽 카본 나 노 튜브의 일함수가 낮아서 전자를 방출시키기 위해 소요되는 구동 전압이 낮아진다. 이에 따라 전자 방출 효율이 증가되어 대면적의 화상 표시 장치를 구현하기에 유리하다. 또한, 구동 전압이 낮아짐에 따라 구동회로를 구성하는 반도체 소자의 단가를 낮출 수 있어 재료비를 절감할 수 있다. 또한, 이중벽 또는 다중벽 카본 나노 튜브의 경우 높은 산화온도를 가지므로 전자 방출원으로서의 수명이 긴 특성을 가진다. 이에 따라 이러한 물질을 전자 방출원으로 사용하는 전자 방출 소자의 수명이 길어지게 된다. In the electron emitting device as described above, the voltage higher than the voltage of the gate electrode 22 (cathode electrode) from the electron emission source 124 connected to the cathode electrode 23 (a relatively low voltage is applied) Electrons emitted toward the anode move toward the anode electrode (a voltage higher than that of the gate electrode), and strikes the phosphor layer 12 disposed on the anode to generate visible light. In particular, when the image display device is configured with the electron emission device according to the present invention, in which the double-walled or multi-walled carbon nanotubes are applied as the material of the electron emission source, the work function of the double-walled or multi-walled carbon nanotubes is low to emit electrons. The driving voltage required to make it low. Accordingly, the electron emission efficiency is increased, which is advantageous for implementing a large area image display device. In addition, as the driving voltage is lowered, the unit cost of the semiconductor device constituting the driving circuit can be lowered, thereby reducing the material cost. In addition, double-walled or multi-walled carbon nanotubes have a high oxidation temperature and thus have a long life as an electron emission source. As a result, the lifetime of the electron emission device using such a material as the electron emission source is long.

한편, 각 전극에 인가되는 전압은 상대적인 차이이고 반드시 (+)(-)가 종래 기술에서 예를 든 것과 동일하게 인가될 필요는 없다. On the other hand, the voltage applied to each electrode is a relative difference and it is not necessary to apply (+) (-) the same as exemplified in the prior art.

이하에서는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing an electron emission device according to the present invention.

도 5 내지 도 9에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법을 단계적으로 보여주는 도면들이 도시되어 있다. 5 to 9 are diagrams showing a step-by-step method of manufacturing an electron emitting device according to a first embodiment of the present invention.

먼저, 기판을 준비한 후(도 5), 상기 기판 상에 캐소오드 전극(23) 및 게이트 전극(22)이 되는 물질로 소정 두께의 막을 스퍼터링 공정을 이용하여 형성한다. 그 다음, 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 캐소오드 전극(23) 및 게이트 전극(22)을 형성한다(도 6). 그 다음, 상기 캐소오드 전극(23)과 상기 게이트 전극(22)의 사이에 이중벽 또는 다층벽 카본 나노 튜브를 함유한 전자 방출층(120)을 도포한다(도 7). 상기 전자 방출층(120)에는 이중벽 또는 다층벽 카본 나노 튜브 외에 유기 용매(organic solvent), 접착제, 수지(resin) 및 광촉매(photo initiator) 등이 함유될 수 있다. 그 다음, 50?? 내지 200??에서 소성 과정을 거 쳐 전자 방출층에 포함된 휘발성의 유기 용매 등의 물질을 제거한다(도 8). 도 7과 비교하여 도 8에서 전자 방출층(120')의 체적이 감소한 것은 휘발성 유기 용매가 제거된 것을 표현한 것이다. 그 다음, 이온 빔(ion beam)이나 전자 빔(electron beam) 등의 수단을 사용하여 이중벽 또는 다층벽 카본 나노 튜브 층에 소정의 틈(125)을 형성한다(도 9). 이와 같은 과정을 거쳐 보다 간편한 방법으로 상기 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같은 전자 방출 소자를 제작할 수 있다. First, after preparing a substrate (FIG. 5), a film having a predetermined thickness is formed on the substrate by using a material for forming a cathode electrode 23 and a gate electrode 22 using a sputtering process. Then, patterned by a photolithography process to form a cathode electrode 23 and a gate electrode 22 (Fig. 6). Next, an electron emission layer 120 containing double-walled or multi-walled carbon nanotubes is applied between the cathode electrode 23 and the gate electrode 22 (FIG. 7). The electron emission layer 120 may contain an organic solvent, an adhesive, a resin, a photocatalyst, and the like, in addition to the double-walled or multi-walled carbon nanotubes. Then, 50 ?? The calcination process is performed at 200 to 200 ° to remove volatile organic solvents and the like contained in the electron emission layer (FIG. 8). The decrease in the volume of the electron emission layer 120 ′ in FIG. 8 compared to FIG. 7 represents the removal of the volatile organic solvent. Then, a predetermined gap 125 is formed in the double-walled or multi-walled carbon nanotube layer using a means such as an ion beam or an electron beam (FIG. 9). Through such a process, an electron emitting device as shown in FIGS. 3 and 4 may be manufactured in a simpler method.

도 10에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 11에는 도 10의 XI 부분의 확대도가 도시되어 있다. FIG. 10 is a view schematically showing a configuration of an electron emitting device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 11 is an enlarged view of part XI of FIG. 10.

도 10 및 도 11에 도시된 것과 같이, 구조면에서 본 발명의 제2 실시예가 제1 실시예와 다른 점은 전자 방출원(224)이 캐소오드 전극(23)에만 접하도록 형성되어 있다는 것이다. 이와 같이 구성하는 경우에는, 게이트 전극(22)에 접하도록 형성되어 전자 방출 효율 향상에 기여하지 않는 전자 방출 소재(도 1의 24', 도 3의 124')의 불필요한 사용량을 없앨 수 있다. 이에 따라 전자 방출 특성이 우수한 침상의 전자 방출원을 구성하는 소재인 단일벽 카본 나노 튜브, 다층벽 카본 나노 튜브, 그래파이트 나노 화이버, 다이아몬드, 다이아몬드 라이크 카본 등의 소재 중 어느 것을 사용하는 경우라도 그 사용량이 감소하여 재료비를 절감할 수 있다. As shown in FIGS. 10 and 11, the second embodiment of the present invention differs from the first embodiment in terms of structure, in that the electron emission source 224 is formed to be in contact only with the cathode electrode 23. In such a configuration, unnecessary usage of the electron emission material (24 'in FIG. 1 and 124' in FIG. 3) which is formed in contact with the gate electrode 22 and does not contribute to the improvement of electron emission efficiency can be eliminated. Accordingly, the amount of the material used for the material comprising the needle-like electron emission source having excellent electron emission characteristics, such as single-wall carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, graphite nanofibers, diamonds and diamond-like carbons This reduces the material cost.

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자를 제작하는 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing the electron emission device according to the second embodiment of the present invention.

도 12 내지 도 15에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자를 제작 하는 방법을 단계적으로 보여주는 도면들이 도시되어 있다. 12 to 15 are views showing step by step a method of manufacturing an electron emitting device according to a second embodiment of the present invention.

캐소오드 전극(23) 및 게이트 전극(22)을 기판 상에 형성하는 단계까지는 제1 실시예의 전자 방출 소자를 제작하는 방법과 동일하게 이루어질 수 있다. 그 다음, 수용성 수지(230)를 게이트 전극(22)에 도포한다(도 12). 상기 수용성 수지(230)가 도포되는 면의 폭은 게이트 전극(22)에서 캐소오드 전극(23)과 가까운 곳으로 전자 방출층(120)을 도포하는 공정에서 전자 방출층이 게이트 전극(22)에 도포되는 것을 막아줄 수 있는 정도이면 충분하다. 그 다음, 수용성 수지(230)가 도포되지 않은 캐소오드 전극(23)과 수용성 수지(230) 사이의 부분에 전자 방출층(120)을 도포한다(도 13). 전자 방출층(120)의 도포가 완료되면, 물을 이용하여 수용성 수지(230)를 제거하고(도 14), 그 다음, 50?? 내지 200??에서 소성 과정을 거쳐 전자 방출층(120)에 포함된 휘발성의 유기 용매 등의 물질을 제거하여 도 10 및 도 11에 도시된 것과 같은 전자 방출 소자를 완성한다(도 15). 도 14와 비교하여 도 15에서 전자 방출층(120')의 체적이 감소한 것은 휘발성 유기 용매가 제거된 것을 표현한 것이다. The steps of forming the cathode electrode 23 and the gate electrode 22 on the substrate may be performed in the same manner as the method of manufacturing the electron emission device of the first embodiment. Next, a water soluble resin 230 is applied to the gate electrode 22 (FIG. 12). The width of the surface on which the water-soluble resin 230 is applied is the electron emission layer 120 to the gate electrode 22 in the process of applying the electron emission layer 120 from the gate electrode 22 to the cathode electrode 23. It is enough that it can prevent it from being applied. Then, the electron emission layer 120 is applied to the portion between the cathode electrode 23 and the water soluble resin 230 to which the water soluble resin 230 is not applied (FIG. 13). When the application of the electron emission layer 120 is completed, the water-soluble resin 230 is removed using water (FIG. 14), and then 50 ?? Through the firing process from to 200 ?? to remove a material such as a volatile organic solvent contained in the electron emitting layer 120 to complete the electron emitting device as shown in Figs. 10 and 11 (Fig. 15). The decrease in the volume of the electron emission layer 120 ′ in FIG. 15 compared to FIG. 14 represents the removal of the volatile organic solvent.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 전자 방출 특성이 우수한 전자 방출 소자를 구현할 수 있고, 이에 따라 구동 전압이 낮아져서 전자 방출 효율이 증가하여 대면적 디스플레이 장치를 구현하기에 유리하다. 또한, 구동 회로를 구성하는 반도체 칩의 단가를 낮출 수 있어 재료비가 절감된다. As described above, according to the present invention, it is possible to implement an electron emitting device having excellent electron emission characteristics, and accordingly, the driving voltage is lowered, thereby increasing the electron emission efficiency, which is advantageous to implement a large area display device. In addition, the unit cost of the semiconductor chip constituting the driving circuit can be reduced, thereby reducing the material cost.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 의하는 경우 불필요한 전자 방출 소재의 사용 량을 감소시켜 재료비를 절감할 수 있다. In addition, according to the second embodiment of the present invention it is possible to reduce the material cost by reducing the amount of unnecessary electron emission material used.

한편, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 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 한다. On the other hand, the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, but this is only exemplary, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. . Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (11)

기판 상에 소정의 간격으로 캐소오드 전극 및 게이트 전극을 형성하는 단계(a); (A) forming a cathode electrode and a gate electrode on the substrate at predetermined intervals; 상기 캐소오드 전극 및 게이트 전극 사이의 간격에 전자 방출층을 도포하는 단계(b); (B) applying an electron emission layer to a gap between the cathode electrode and the gate electrode; 상기 전자 방출층을 소성하는 단계(c); 및 Firing the electron emission layer (c); And 상기 전자 방출층을 상기 캐소오드 전극에 연결된 부분과 상기 게이트 전극에 연결된 부분으로 분리하는 단계(d)를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법. And (d) separating the electron emission layer into a portion connected to the cathode electrode and a portion connected to the gate electrode. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 단계(a)는 스퍼터링, 화학기상증착, 물리기상증착 또는 포토리소그래피 공정 중에 선택되는 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법. The step (a) is a method of manufacturing an electron emitting device, characterized in that consisting of a method selected from sputtering, chemical vapor deposition, physical vapor deposition or photolithography process. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 단계(b)에서, In step (b), 상기 전자 방출층은 유기 용매, 접착제, 수지 및 광촉매를 포함하는 페이스트에 이중벽 또는 다층벽 카본 나노 튜브가 포함된 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법. The electron emission layer is a method of manufacturing an electron emission device, characterized in that the double-walled or multi-walled carbon nanotubes are included in a paste containing an organic solvent, an adhesive, a resin and a photocatalyst. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 단계(d)는 이온 빔 또는 전자빔을 이용하여 카본층에 틈을 형성하는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법. The step (d) is a method of manufacturing an electron emitting device, characterized in that for forming a gap in the carbon layer using an ion beam or an electron beam. 기판 상에 소정의 간격으로 캐소오드 전극 및 게이트 전극을 형성하는 단계(a); (A) forming a cathode electrode and a gate electrode on the substrate at predetermined intervals; 상기 캐소오드 전극에 인접한 상기 게이트 전극 상의 부분에 수용성 수지를 도포하는 단계(b); (B) applying a water soluble resin to a portion on the gate electrode adjacent to the cathode electrode; 상기 수용성 수지와 상기 캐소오드 전극 사이의 간격에 전자 방출층을 도포하는 단계(c); (C) applying an electron emission layer to a gap between the water soluble resin and the cathode electrode; 상기 수용성 수지를 물을 이용하여 제거하는 단계(d); 및 (D) removing the water-soluble resin with water; And 상기 전자 방출층을 소성하는 단계(e)를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법. Firing the electron emission layer (e). 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, 상기 단계(a)는 스퍼터링, 화학기상증착, 물리기상증착 또는 포토리소그래피 공정 중에 선택되는 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법. The step (a) is a method of manufacturing an electron emitting device, characterized in that consisting of a method selected from sputtering, chemical vapor deposition, physical vapor deposition or photolithography process. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, 상기 단계(c)에서, In step (c), 상기 전자 방출층은 유기 용매, 접착제, 수지 및 광촉매를 포함하는 페이스트에 이중벽 또는 다층벽 카본 나노 튜브가 포함된 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법. The electron emission layer is a method of manufacturing an electron emission device, characterized in that the double-walled or multi-walled carbon nanotubes are included in a paste containing an organic solvent, an adhesive, a resin and a photocatalyst. 소정의 간격으로 형성된 캐소오드 전극 및 게이트 전극과, 상기 캐소오드 전극 및 게이트 전극 사이의 간격에 배치되는 전자 방출원을 포함하는 제1 기판; 및 A first substrate including a cathode electrode and a gate electrode formed at predetermined intervals, and an electron emission source disposed at an interval between the cathode electrode and the gate electrode; And 애노드 전극과 형광체층이 형성되고, 상기 제1 기판과 소정의 간격으로 배치된 제2 기판을 포함하고, An anode electrode and a phosphor layer are formed, and a second substrate disposed at a predetermined distance from the first substrate, 상기 전자 방출원은 다층벽 카본 나노 튜브를 포함하는 카본층인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자. The electron emission source is an electron emission device, characterized in that the carbon layer comprising a multi-walled carbon nanotube. 소정의 간격으로 형성된 캐소오드 전극 및 게이트 전극과, 상기 캐소오드 전극 및 게이트 전극 사이에서 상기 캐소오드 전극에만 연결되어 배치되는 전자 방출원을 포함하는 제1 기판; 및 A first substrate including a cathode electrode and a gate electrode formed at predetermined intervals, and an electron emission source disposed to be connected only to the cathode electrode between the cathode electrode and the gate electrode; And 애노드 전극과 형광체층이 형성되고, 상기 제1 기판과 소정의 간격으로 배치된 제2 기판을 포함하는 전자 방출 소자. An anode electrode and a phosphor layer are formed, and the electron emission device comprising a second substrate disposed at a predetermined interval from the first substrate. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 전자 방출원은 침상의 전자 방출원인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자. And the electron emission source is a needle-like electron emission source. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 전자 방출원은 단일벽 카본 나노 튜브, 이중벽 카본 나노 튜브, 다층벽 카본 나노 튜브, 그래파이트 나노 화이버, 다이아몬드, 다이아몬드 라이크 카본 등의 일함수가 작은 소재를 포함하는 그룹에서 선택되는 소재로 만들어진 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자. The electron emission source is made of a material selected from the group including materials having a small work function such as single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, graphite nanofibers, diamonds, and diamond-like carbons. An electron emission element made into.
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