KR100299868B1 - 미세구멍을이용한 탄소나노튜브전계방출표시(fed)소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법은 기판 상에 절연박막과 금속막을 형성한 후 그 내부에 미세 구멍을 형성시킨다. 그리고, 상기 미세구멍 내에 전도성 물질막을 형성한 후 상기 전도성 물질막 상의 상기 미세 구멍 내에 탄소나노튜브를 집어 넣은후, 상기 미세 구멍을 절연 물질막으로 채운다. 이어서, 상기 절연 물질막 및 금속막 상에 형광체 및 상부 전극을 형성한다. 이에 따라, 본 발명의 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법은 제조공정이 간단하여 재현성과 신뢰성이 좋고 수율이 놓으면 전기적 특성이 우수하다. 또한, 본 발명의 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법에 사용되는 탄소나노튜브는 직경이 대략 수십 nm 이하로 매우 작기 때문에 전계 집적도가 높아 작은 인가전압으로 높은 방출 전류를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 전계방출 표시소자[field emission display (FED) Device]의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노튜브를 이용한 전계방출 표시소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전계방출 표시소자는 원뿔 모양의 에미터 팁에 대해 외부 게이트 전극에서 양 전압을 수백 볼트 정도로 가하면 강한 전기장의 영향을 받은 에미터 팁의 끝부분에서 전자가 방출하게 되고, 방출된 전자는 수백에서 수킬로의 전압이 가해진 형광체가 코팅된 애노드 전극에 충돌하게 되어 표시 장치의 역할을 수행한다.
도 1은 종래의 실리콘 팁을 이용하는 전계방출 표시소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
구체적으로, 종래의 전계방출 표시 소자는 실리콘 기판(1)에 사진식각방법으로 실리콘 기판을 식각하여 실리콘 팁(7, 캐소드 전극)를 만든 후, 절연막(3) 위에 게이트(5)를 실리콘 팁(7)과 약 1.5㎛ 정도의 간격으로 분리하여 증착시킨다. 이어서, 약 10-7Torr의 고진공을 유지하면서 게이트(5)와 일정한 간격을 유지하면서 윗부분에 형광체(9)를 부착시킨 다음, 형광체(9) 위에 상부 전극(11, 애노드 전극)을 증착시킨다. 다음에, 이어서, 실리콘 기판(1) 밑면에 하부 전극(13)을 증착함으로써 제작된다.
그런데, 종래의 실리콘 팁(7)을 이용한 전계방출 표시소자는 식각공정을 사용하여 약 1.5㎛ 정도의 해상도로 게이트(5)와 실리콘 팁(7)을 분리해야하는 제조공정상의 어려움이 있다. 그리고, 종래의 전계방출 표시소자는 동작 전압이 매우 높고 고전류 방출에 의한 실리콘 팁의 열화로 인하여 누설 전류가 크고 소자 신뢰성 및 성능 저하가 일어날 뿐만 아니라 제조 수율도 낮은 문제점이 있다. 이러한 실리콘 팁을 이용한 전계방출 표시소자의 문제점을 개선하기 위해 탄소나노튜브를 이용한 전계방출 표시소자가 제안되었다.
도 2는 종래의 탄소나노튜브를 사용한 전계방출 표시소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
구체적으로, 탄소나노튜브를 이용한 종래의 전계방출 표시소자의 제조방법은 먼저 탄소나노튜브를 전기방전법에 의해 성장시킨 후, 합성된 탄소나노튜브를 세정 용액에 넣어 초음파 세척기로 흔들어 정제시킨후, 다공성 세라믹 필터(도시 안함) 위에 부어 다공성 세라믹 필터의 기공에 나노튜브를 주입시킨다. 이어서, 기판(21)위에 전도성 고분자(23)를 부착시킨 후, 앞서 다공성 세라믹 필터의 기공에 들어있는 탄소나노튜브(25)을 상기 전도성 고분자(23) 위에 찍어세운다. 계속하여, 상기 전도성 고분자(23) 위에 스페이서(27)을 만들고 그 위에 50% 개구율을 가진 구리 그리드(29)를 부착시킨다. 이어서, 약 10-7Torr 이상의 고진공을 유지하면서 상기 구리 그리드(29) 윗부분에 형광체(31)를 부착시킨다음, 형광체(31) 위에 상부전극(33)를 증착함으로써 제작된다.
그런데, 에미터 팁용으로 종래의 탄소나노튜브를 사용하는 전계방출 표시소자는 실리콘 팁을 사용하는 전계방출 표시소자에 비하여 안정성이 뛰어나지만 상기 전도성 고분자 위에 탄소 나노튜브를 효율적으로 세우는 것이 어렵고 제조 공정이 복잡하기 때문에 제조 수율이 낮고 대면적으로 제조할 수 없다는 문제점을 갖고 있다.
또한, 종래의 탄소나노튜브를 이용한 전계방출 표시소자의 제조방법은 전도성 고분자와 탄소나노튜브 사이의 전기적인 접촉에 문제가 있기 때문에 전계방출 표시소자 제작시 재현성이 나쁘고 수율이 낮은 문제점을 갖고 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 제조공정이 간단하여 넓은 전계방출 면적을 확보할 수 있고 낮은 인가전압으로 큰 방출전류를 얻을 수 있게 미세 구멍을 이용한 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
제1도는 종래의 실리콘 팁을 이용하는 전계방출 표시소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
제2도는 종래의 탄소나노튜브를 사용한 전계방출 표시소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
제3도 및 제4도는 본 발명에 의하여 미세 구멍을 이용한 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법은 기판 상에 절연박막을 형성한 후, 상기 절연박막 상에 금속막을 형성하는 단계를 포함한다. 사진식각방법을 사용하여 상기 금속막 및 절연박막에 미세구멍을 형성한 후 상기 미세구멍의 바닥부분에 액상의 전도성 물질막을 형성한다. 상기 미세구멍 내의 액상의 전도성 물질막 상에 탄소나노튜브를 집어넣어 세운 후, 상기 액상의 전도성 물질막을 열처리하여 상기 전도성 물질막에 상기 탄소나노튜브를 접착시킨다. 상기 미세 구멍내에 절연 물질막을 채운 후, 상기 절연물질막 및 금속막 상에 형광체 및 상부 전극을 형성한다. 상기 상부 전극 상에 유리기판을 놓은 후 밀봉시킨다. 상기 미세 구멍은 2.0∼4.0㎛의 간격으로 형성할 수 있다. 상기 미세 구멍 내에 탄소나노튜브를 집어넣어 세우는 방법은 상기 미세 구멍내에 탄소나노튜브를 초음파를 사용하여 집어넣거나, 미세한 구멍을 갖는 그물망(grating)을 사용하여 상기 미세 구멍내로 탄소나노튜브를 집어넣거나, 상기 기판에 전압을 걸어주거나 또는 탄소나노튜브를 대전시킴으로써 상기 미세 구멍내에 탄소나노튜브를 집어넣을 수 있다.
본 발명의 미세구멍을 이용한 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법은 제조공정이 간단하고 넓은 전계 방출면적을 확보할 수 있으며, 낮은 인가전압에도 높은 방출전류를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 미세구멍을 이용한 탄소나노튜브 전계방출 표시 소자의 제조방법에 의하면, 한 개의 픽셀안에 여러개의 방출원을 갖고 있어서 단위 면적당 매우 높은 밀도를 갖기 때문에 방출전류의 값을 크게 높일수 있고, 재현성과 신뢰성 및 우수한 수율을 얻을 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의하여 미세 구멍을 이용한 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 미세 구멍을 이용한 탄소나노튜브 전계방출 표시소자는 기판(41), 예컨대 글라스 기판 또는 실리콘 기판 위에 2∼5nm 두께 범위의 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막과 같은 절연박막(43)을 화학기상증착법으로 형성시킨다. 이어서, 상기 절연박막(43) 상에 1∼2㎛의 두께로 금속막(45)을 열증착법이나 스퍼터링법을 이용하여 증착한다.
계속하여, 사진식각방법을 사용하여 상기 금속막(45)에 직경이 1㎛이하인 미세구멍(h1)을 약2.0∼4.0㎛의 간격으로 형성시킨 다음, 상기 금속막(45)를 마스크로 하여 상기 절연박막(43)에 직경이 1㎛ 이하인 미세구멍(h2)을 약2.0∼4.0㎛의 간격으로 형성시킨다. 이때, 상기 절연박막(43)에 형성되는 미세구멍(h2)는 상기 금속막(45)에 형성되는 형성되는 미세구멍(h1)보다 직경을 약간 크게 조절한다. 도 3에서, 화살표로 표시된 부분이 미세구멍(h1, h2)가 형성되는 부분이다.
도 4를 참조하면, 상기 미세구멍(h1, h2)의 바닥부분에 액상의 알루미늄합금 또는 은합금의 전도성 물질막(47)을 스프레이 방법이나 스핀코팅방법을 이용하여 0.1∼0.2㎛의 두께로 형성한다. 이어서, 상기 금속막(45)의 상부에 탄소나노튜브를 깔아놓은 후, 초음파를 인가하거나 또는 미세한 구멍을 갖는 그물망(grating)을 사용하여 상기 미세구멍(h1, h2)내로 탄소나노튜브(49)를 집어넣음으로써 상기 전도성물질막(47)에 상기 탄소나노튜브(49)를 세워놓은 다음, 약 450℃ 이하의 온도로 열처리를 실시하여 상기 전도성 물질막(47)에 상기 탄소나노튜브(49)를 접착시킨다.
이때, 상기 탄소나노튜브(49)를 픽셀 전체에 균일하게 세우기 위해 상기 탄소나노튜브(49)를 미세구멍(h1, h2)에 뿌릴 때 대전시키거나 필요에 따라 상기 기판(41)에 전압을 걸어 상기 탄소나노튜브(49)를 세울수도 있다. 상기 탄소나노튜브(49)의 길이는 상기 절연박막(43) 및 금속막(45)의 두께보다 작아야 한다.
다음에, 상기 미세구멍(h1, h2) 내에 절연물질막(50)을 채운 후, 상기 절연물질막(50) 및 금속막(45) 상에 형광체(51)를 부착시킨 후, 상기 형광체(51) 상에 열증착법이나 스퍼터링법으로 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막과 같은 전도성 금속막을 증착시켜 상부 전극(53)을 형성시킨다. 이어서, 상기 상부 전극(53) 상에 유리 기판(도시 안함)를 놓은 후 밀봉시킨다. 도 4에서, 참조번호 55는 하부 전극을 나타낸다.
상술한 바와 같이 본 발명의 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법은 기판 상에 절연박막과 금속막을 형성한 후 그 내부에 미세 구멍을 형성시킨다. 그리고, 상기 미세 구멍 내에 전도성 물질막을 형성한 후 상기 전도성 물질막 상의 상기 미세 구멍 내에 탄소나노튜브를 집어 넣은후, 상기 미세구멍 내에 절연물질막을 채운다. 이어서, 상기 절연물질막 및 금속막 상에 형광체 및 상부 전극을 형성한다. 이에 따라, 본 발명의 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법은 제조공정이 간단하여 재현성과 신뢰성이 좋고 수율이 놓으면 전기적 특성이 우수하다. 또한 본 발명의 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법에 사용되는 탄소나노튜브는 직경이 대략 수십 nm 이하로 매우 작기 때문에 전계 집적도가 높아 작은 인가 전압으로 높은 방출 전류를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 전계방출 표시소자의 제조방법에 의하면, 단위면적당 매우 높은 밀도를 갖는 전계방출 표시소자를 제작할 수 있어서 방출 전류의 값을 크게 높일 수 있다. 또한, 한 개의 픽셀당 여러개의 방출 탐침을 갖기 때문에 재현성 및 수율을 높일수 있다.
아울러, 본 발명의 전계방출 표시소자의 제조방법은 실리콘 공정기술을 사용하여 제작이 가능하기 때문에 실리콘 기판을 사용할 경우 한 개의 실리콘 칩에 전자소자와 광소자를 동시에 집적시킬 수 있는 장점을 가진다. 더욱이, 본 발명의 전계방출 표시소자의 제조방법은 제조공정이 간단하고 낮은 인가전압으로 큰 방출전류를 얻을 수 있기 때문에 전계방출 표시소자 이외에 LCD 백 라이트, LCD, 총천연색 평면판 표시기, 광원, 전구, 광전자 집적소자등에 응용될 수 있다.
Claims (3)
- 기판 상에 절연박막을 형성하는 단계;상기 절연박막 상에 금속막을 형성하는 단계;사진식각방법을 사용하여 상기 금속막 및 절연박막에 미세구멍을 형성하는 단계;상기 미세구멍의 바닥부분에 액상의 전도성 물질막을 형성하는 단계;상기 미세구멍 내에 액상의 전도성 물질막 상에 탄소나노튜브를 집어넣어 세우는 단계;상기 액상의 전도성 물질막을 열처리하여 상기 전도성 물질막에 상기 탄소나노튜브를 접착시키는 단계;상기 미세 구멍내에 절연 물질막을 채우는 단계;상기 절연 물질막 및 금속막 상에 형광체 및 상부 전극을 형성시키는 단계; 및상기 상부 전극 상에 유리기판을 놓은 후 밀봉시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 미세 구멍은 2.0∼4.0㎛의 간격으로 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 미세 구멍 내에 탄소나노튜브를 집어넣어 세우는 단계는 상기 미세 구멍내에 탄소나노튜브를 초음파를 사용하여 집어넣거나, 미세한 구멍을 갖는 그물망(grating)을 사용하여 상기 미세 구멍내로 탄소나노튜브를 집어넣거나, 상기 기판에 전압을 걸어주거나 또는 탄소나노튜브를 대전시킴으로써 상기 미세 구멍내에 탄소나노튜브를 집어넣는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전계방출 표시소자의 제조방법.
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