DE60200369T2

DE60200369T2 - Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsanzeige unter Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren

Info

Publication number: DE60200369T2
Application number: DE60200369T
Authority: DE
Inventors: Shang-hyeun Boryung-city Park; Deuk-seok Suwon-city Chung; Hang-woo Gunpo-city Lee
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2001-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2022-08-07
Also published as: KR100763890B1; EP1283541A3; JP2003115262A; US6935915B2; EP1283541A2; JP3893089B2; US20030027478A1; EP1283541B1; DE60200369D1; KR20030012971A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feldemissionsanzeige (FED, field emission display), die Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs, carbon nanotubes) einsetzt und ein Verfahren zur Herstellung der FED, und insbesondere eine FED, die CNTs einsetzt, was niedrigen Energieverbrauch, hohe Helligkeit und hohe Auflösung erreicht, und die für Massenproduktion geeignet ist, und ein Verfahren zur Produktion von FED.
In jüngster Zeit werden in Personalcomputern (PCs) und Fernsehgeräten verwendete Anzeigegeräte verbreitet auch in neuen Anwendungsbereichen verwendet. Solche Anzeigegeräte weisen Kathodenstrahlröhren auf, die Hochgeschwindigkeitsthermoelektronenemission verwenden und Flachanzeigevorrichtungen wie Flüssigkristallanzeigen (LCDs, liquid crystal displays), Plasmaanzeigetafeln (PDPs, plasma display panels) und FEDs, die sich in jüngster Zeit schnell entwickelt haben.
FEDs (nachfolgend als CNT FEDs bezeichnet), die CNTs anstelle von Mikrospitzen als Elektronenemissionsquellen einsetzen, sind viel vorteilhafter als Kathodenstrahlröhren was ihren Blickwinkel, Auflösung, Energieverbrauch und Temperaturstabilität an geht. Es besteht die Möglichkeit, dass CNT FEDs in verschiedenen Bereichen angewendet werden wie Fahrzeugnavigationsgeräte und Sucher in elektronischen Videogeräten. Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass CNT FEDs als alternative Anzeigevorrichtungen in PCs, Personaldatenassistenten (PDAs), medizinischen Instrumenten, Hochauflösungsfernsehgeräten (HDTVs, high-definition televisions) usw. verwendet werden.
Allgemein werden unter einer Gateelektrode in einem CNT FED positionierte CNTs in einem Dickfilmprozess ausgebildet, zum Beispiel durch Siebdruck, einem Lift-Off-Prozess, der eine Anwendung der Photolithographie ist, und einem Rückseitenbelichtungsprozess.
Ein Dickfilmprozess erfordert viel Zeit, teures CNT-Pulver und CNT-Paste, die ein Vehikel zum Einsatz des CNT-Pulvers ist. 1 ist eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme (SEM) der auf ein Substrat aufgedruckten CNT-Paste und zeigt die Form, in der CNTs in der Paste vorliegen. Eine solche CNT-Paste ist sehr teuer, wodurch sich die Herstellungskosten erhöhen. Außerdem können Probleme auftreten wie das Absinken der CNTs, was durch physikalische Kräfte verursacht ist, die während eines Dickfilmprozesses aufgebracht werden und die Emission behindert, und Kurzschluss zwischen einem Gate und einer Kathode bedingt durch restliche CNT-Paste, die nach einem Lift-Off-Prozess im Gate verblieben ist.
Um die oben genannten Probleme zu lösen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsanzeige (FED) unter Verwendung von Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs) zur Verfügung zu stellen, das geringe Fertigungskosten und hohe Ausbeute erzielt.
Um das obige Ziel der Erfindung zu erreichen wird ein Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsanzeige unter Einsatz von CNTs zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst Ausbilden einer Kathode auf einem Substrat; Ausbilden einer Gateisolierschicht mit einer Mehrzahl von Gatedurchtritten auf der Kathode; Ausbilden einer Gateelektrode mit einer Mehrzahl von Durchgangsdurchtritten, entsprechend den jeweiligen Gatedurchtritten, auf der Gateisolierschicht; Ausbilden einer Mehrzahl von leitfähigen Säulen, die höher sind als die Gateelektrode auf der Kathode in den entsprechenden Gatedurchtritten; Bereitstellen von CNTs, die am Boden eines Plattentemplats anhaften, das separat vorgesehen ist; in Kontakt bringen des Bodens des Templats mit den CNTs mit den Oberseiten der leitfähigen Säulen, um die CNTs auf den Ober seiten der leitfähigen Säulen zum Anhaften zu bringen; und Erwärmen der leitfähigen Säulen, um ihre Höhe zu verringern.
Die CNTs können am Boden des Templats nach einem Wachstumsverfahren ausgebildet werden oder können am Boden des Templats als gereinigtes Pulver zum Anhaften gebracht werden, das separate erzeugt ist. Die Oberseiten der leitfähigen Säulen können mit einem Klebstoff beschichtet werden, bevor die CNTs darauf zum Anhaften gebracht werden, was eine stabile Haftung der CNTs fördert.
Das obige Ziel und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser ersichtlich durch ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme (SEM) von auf ein Substrat aufgedruckter Kohlenstoffnanoröhrchenpaste (CNT) zeigt;
2A bis 3D Schnittansichten von Prozessstufen zur Herstellung einer Feldemissionsanzeige (FED) mit CNTs nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
4A eine SEM-Aufnahme der Ebene einer leitfähigen Säure zeigt, bevor sie gemäß einem Verfahren zur Herstellung von FED der vorliegenden Erfindung mit CNTs bestempelt wird;
4B eine SEM-Aufnahme der Ebene einer leitfähigen Säure zeigt, nachdem sie gemäß einem Verfahren zur Herstellung von FED der vorliegenden Erfindung mit CNTs bestempelt ist;
5 eine SEM-Aufnahme einer Mehrzahl von leitfähigen Säulen zeigt, die auf einem Substrat gemäß einem Verfahren zur Herstellung von FED der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind;
6 eine SEM-Aufnahme einer vergrößerten leitfähigen Säule zeigt, an der CNTs anhaften, gemäß einem Verfahren zur Herstellung von FED der vorliegenden Erfindung; und
7 eine Aufnahme der Feldemission eines gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten FED zeigt.
Die in den 2A bis 2C gezeigten Prozesse gehören zu einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung einer FED, und werden daher nicht im Detail beschrieben. Sie können auch durch entsprechende Prozesse ersetzt werden, die zu anderen herkömmlichen Verfahren gehören.
Wie in 2A gezeigt ist, wird eine Indiumzinnoxidkathode 2 (ITO) in einem bestimmten Muster auf einem Substrat 1 ausgebildet, das zum Beispiel aus Natronkalkglas gebildet ist.
Wie in 2B gezeigt ist, wird eine Gateisolierschicht 3 auf dem Substrat 1 ausgebildet. Die Gateisolierschicht 3 weist Durchtritte 3A auf, die die Kathode 2 teilweise freilegen. Die Gateisolierschicht 3 kann nach einem Siebdruckverfahren oder anderen bekannten Verfahren ausgebildet werden.
Wie in 2C gezeigt ist, wird eine Gateelektrode 4 auf der Gateisolierschicht 3 ausgebildet. Die Gateelektrode 4 weist Durchgangsdurchtritte 4a auf, die den Gatedurchtritten 3a entsprechen und durch Abscheiden und Mustern eines Metallmaterials unter Verwendung eines Dünnfilmprozesses oder Dickfilmprozesses oder durch Siebdrucken von Metallpaste ausgebildet wird.
Wie oben erwähnt sind die Prozesse der 2A bis 2C bekannt und können variiert werden. Die vorliegende Erfindung ist durch die folgenden Prozesse gekennzeichnet.
Wie in 3A gezeigt ist, sind leitfähige Säulen 15, die im Falle des Erwärmens schrumpfen, auf der Kathode 2 ausgebildet am Boden der Gatedurchtritte 3a freigelegt. Jede der leitfähigen Säulen 15 ist in der Mitte jedes der Gatedurchtritte 3a ausgebildet und ist höher als die Gatee lektrode 4. Hier ist es bevorzugt, dass die Oberseiten aller leitfähigen Säulen 15 die selbe Höhe aufweisen.
Die leitfähigen Säulen 15 können ausgebildet werden nach einem Siebdruckverfahren mit einer Silberpaste, einem Lift-Off-Verfahren mit einer Opferschicht oder einem Photolithographieverfahren mit Bestrahlen der Rückseite eines Substrats mit Licht. Das Verfahren zum Ausbilden der leitfähigen Säulen 15 schränkt den technologischen Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht ein. Silberpaste in den Tests war DC 206 von DuPont.
Wie in 3B gezeigt ist, wird ein Templat 18 mit hochreinen CNTs 17, die an seinem Boden anhaften, nahe der Oberseiten der leitfähigen Säulen 15 gebracht. Hier kommen die CNTs 17 mit den Oberseiten aller leitfähigen Säulen 15 in Kontakt. Dieser Prozess wird hier als Stempeln bezeichnet.
Die CNTs 17 können in einem Zustand als gereinigtes CNT-Pulver mit einem geeigneten Klebstoffmaterial am Boden des Templats 18 anhaften oder direkt auf dem Templat 18 gezüchtet werden. Wenn außerdem die Oberseiten der leitfähigen Säulen 15 mit einem geeigneten Klebstoffmaterial beschichtet werden, können die CNTs 17 effektiver an den leitfähigen Säulen 15 installiert (angeklebt) werden.
Die Größe des Templats 18 steht in Bezug zur Anzahl der leitfähigen Säulen 15, auf denen die CNTs 17 in einem FED installiert werden können. Mit anderen Worten, in einigen Fällen kann die CNT-Installation auf jeder leitfähigen Säule 15 durch nur einmaliges Bestempeln erreicht werden. Im Falle eines größeren FED kann es notwendig sein, das Stempeln mehr als einmal vorzunehmen, um die CNT-Installation auf jeder leitfähigen Säule 15 über der FED zu erreichen.
In 3B sieht es so aus, als ob die CNTs 17 vertikal auf dem Boden des Templats stehen, aber tatsächlich haften sie daran in Unordnung wie Fasern.
Wenn das Stempeln durch den oben beschriebenen Prozess beendet ist, sind die CNTs 17 auf den Oberseiten der leitfähigen Säulen installiert (tatsächlich angeklebt), wie es in 3C gezeigt ist. Wenn in diesem Zustand ein Erwärmen der leitfähigen Säulen 15 bei 450 bis 550 EC vorgenommen wird, schrumpfen die leitfähigen Säulen 15 und werden niedriger als die Gateelektrode 4, wie in 3D gezeigt ist.
Durch die oben beschriebenen Prozesse werden einige der Prozesse auf einem niedrigeren Substrat ausgeführt, auf dem Elektronenemitter in einer FED vorgesehen werden.
4A ist eine SEM-Aufnahme der Ebene einer der leitfähigen Säulen 15, bevor die CNTs 17 aufgestempelt sind. 4B ist eine SEM-Aufnahme der Ebene der leitfähigen Säule 15, nachdem die CNTs 17 aufgestempelt sind. Hier wird hoch gereinigtes CNT-Pulver hergestellt von Caborex für die CNTs 17 verwendet.
5 ist eine SEM-Aufnahme einer Mehrzahl von leitfähigen Säulen, die auf einem Substrat ausgebildet sind. 6 ist eine SEM-Aufnahme einer vergrößerten leitfähigen Säule, an der CNTs anhaften. In 5 sind Gateelektrode und Kathodenelektrode weggelassen, und nur die leitfähigen Säulen sind auf dem Substrat ausgebildet. Als die Feldemissionscharakteristik einer FED hergestellt unter Verwendung der CNTs wie in 6 gezeigt gemessen wurde, zeigt sich, dass stabile Elektronenemission erreicht wurde, wie es in 7 gezeigt ist.
Wie oben beschrieben kann ein Verfahren zur Herstellung einer CNT FED gemäß der vorliegenden Erfindung die Probleme herkömmlicher Verfahren lösen, wie das Absinken der CNTs verursacht durch Siebdrucken, in einem Gate verbleibende restliche CNTs, wenn ein Lift-Off-Verfahren angewendet wird, und Kurzschluss zwischen Gate und Kathode bedingt durch die restlichen CNTs. Außerdem werden bei der vorliegenden Erfindung, im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, CNTs nur auf einen Teil zur Feldemission aufgebracht, das heißt nur auf die Oberseite einer leitfähigen Säule, wodurch weniger CNTs erforderlich sind und die Herstellungskosten sinken. Da die vorliegende Erfindung Stempeln verwendet, um CNTs auszubilden, ist es in der Massenproduktion sehr vorteilhaft.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsanzeige unter Verwendung von Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs, carbon nanotubes), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Ausbilden einer Kathode auf einem Substrat; Ausbilden einer Gateisolierschicht mit einer Mehrzahl von Gatedurchtritten auf der Kathode; Ausbilden einer Gateelektrode mit einer Mehrzahl von Durchgangsdurchtritten, entsprechend den jeweiligen Gatedurchtritten, auf der Gateisolierschicht; Ausbilden einer Mehrzahl von leitfähigen Säulen, die höher sind als die Gateelektrode auf der Kathode in den entsprechenden Gatedurchtritten; Bereitstellen von CNTs, die am Boden eines Plattentemplats anhaften, das separat vorgesehen ist; in Kontakt bringen des Bodens des Templats mit den CNTs mit den Oberseiten der leitfähigen Säulen, um die CNTs auf den Oberseiten der leitfähigen Säulen zum Anhaften zu bringen; und Erwärmen der leitfähigen Säulen, um ihre Höhe zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die CNTs am Boden des Templats nach einem Wachstumsverfahren ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, worin separat bereitgestellte CNTs am Boden des Plattentemplats zum Anhaften gebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 3, worin die CNTs am Boden des Templats als gereinigtes Pulver zum Anhaften gebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Oberseiten der leitfähigen Säulen mit einem Klebstoff beschichtet werden, bevor die CNTs darauf zum Anhaften gebracht werden.