KR100502821B1 - 구리산화물 또는 구리 나노와이어로 이루어진 전자방출팁의 저온 형성 방법 및 이 방법에 의해 제조된 전자방출팁을 포함하는 디스플레이 장치 또는 광원 - Google Patents

구리산화물 또는 구리 나노와이어로 이루어진 전자방출팁의 저온 형성 방법 및 이 방법에 의해 제조된 전자방출팁을 포함하는 디스플레이 장치 또는 광원 Download PDF

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Abstract

구리산화물 또는 구리 나노와이어로 이루어진 전자방출 팁의 저온 형성 방법및 이 방법에 의해 제조된 전자방출 팁을 포함하는 디스플레이 장치 또는 광원을 제공한다. 노출된 구리 표면을 가지는 기판을 제공한 후, 구리 표면을 100℃ 이하의 저온으로 유지되는 산화 용액과 접촉시켜 기판 표면에 구리산화물 나노와이어들을 성장시킨다. 선택적으로, 구리산화물 나노와이어들에 환원 가스를 공급하여 상기 구리산화물 나노와이어들을 구리 나노와이어들로 환원시킨다. 본 발명에 따르면, 구리산화물 또는 구리 나노와이어로 이루어진 전자방출 팁을 전자방출에 적합한 모양과 길이를 지니도록 저온에서 고밀도로 형성할 수 있다.

Description

구리산화물 또는 구리 나노와이어로 이루어진 전자방출 팁의 저온 형성 방법및 이 방법에 의해 제조된 전자방출 팁을 포함하는 디스플레이 장치 또는 광원{Low temperature formation method for emitter tip including copper oxide nanowire or copper nanowire and display device or light source having emitter tip manufactured by using the same method}
본 발명은 구리산화물 또는 구리 나노와이어로 이루어진 전자방출 팁의 저온 형성 방법 및 이 방법에 의해 제조된 전자방출 팁을 포함하는 디스플레이 장치 또는 광원에 관한 것이다.
FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display), CRT(Cathode Ray Tube) 등의 디스플레이 장치 또는 백색광원, LCD (Liquid Crystal Display)의 백라이트 램프 등의 광원은 일정한 세기의 전계가 인가되면 전자를 방출하는 전자방출 팁(emitter tip)을 필요로 한다.
최근들어, 종래의 전자방출 팁에 비해 전자방출전압은 수십배 낮은 반면 전자방출전류는 수십 내지 수백 배인 탄소나노튜브가 새로운 전자방출 팁으로서 각광받고 있다. 그런데, 현재까지 알려진 탄소나노튜브의 제조 방법에 따르면 주로 700℃ 이상의 고온 공정을 사용한다. 따라서, 변형 온도(strain temperature)가 650℃ 이하로 알려져 있는 각종 디스플레이 장치 또는 광원의 기판으로 널리 사용되는 유리 기판, 예를 들면 고강도 유리(650℃ 이하), 일반적인 유리(570℃ 이하) 또는 소다 석회(soda lime) 유리(550℃ 이하)상에 탄소나노튜브를 형성하는 것이 불가능하다. 유리 기판을 사용할 수 없다면 기술적인 면은 물론 경제적인 면에서 매우 불리하게 된다. 따라서, 전자방출 팁의 합성 온도가 기판의 변형 온도 이하가 되어야 한다. 비록, 적절한 가스와 가열방식을 사용하거나 플라즈마 화학기상증착법을 사용하여 합성 온도를 500℃ 정도까지 낮춘 공정이 알려져 있기는 하나, 이 온도도 여전히 높은 온도이며 이 온도에서는 탄소나노튜브를 고순도 및 고밀도로 형성하는 것이 어렵다.
또, 전자방출이 쉽게 일어나도록 하기 위해서는 전자방출 팁의 끝 모양은 가능한 한 뾰족하고 그 길이는 전자방출원으로서 적합한 길이를 초과하지 않아야 한다.
따라서, 각종 디스플레이 장치 또는 광원의 기판에 전자방출 팁을 저온에서 고밀도로 전자 방출에 적합한 길이와 모양으로 미세조절하여 형성시킬 수 있는 새로운 방법이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기판의 변형 온도 이하의 저온에서 전자방출 팁을 고밀도로 전자 방출에 적합한 길이와 모양으로 형성할 수 있는 저온 형성 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 저온 형성 방법에 의해 제조된 전자방출 팁을 포함하는 디스플레이 장치 또는 광원을 제공하고자 하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자방출 팁의 저온 형성 방법에 따르면, 노출된 구리 표면을 가지는 기판을 제공한 후, 구리 표면을 100℃ 이하의 저온에서 산화 용액과 접촉시켜 상기 기판 표면에 구리산화물 나노와이어들을 성장시킨다. 선택적으로, 구리산화물 나노와이어들에 450℃ 이하의 온도에서 환원 가스를 공급하여 상기 구리산화물 나노와이어들을 구리 나노와이어들로 환원시킬 수도 있다.
바람직하기로는 산화 용액은 아염소산나트륨(NaClO2) 수용액과 수산화나트륨(NaOH) 수용액의 혼합액이다. 또 산화용액은 인산삼나트륨 수용액이 더 포함된 혼합액일 수도 있다.
환원 가스로는 수소 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치 또는 광원은 상기 저온 형성 방법을 사용하여 형성한 구리산화물 또는 구리나노와이어로 이루어진 전자방출 팁을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전자방출 팁의 저온 형성 방법 및 이 방법에 의해 제조된 전자방출 팁을 포함하는 디스플레이 장치 또는 광원에 관한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 각 층 및 물질들의 모양 및 두께는 설명의 편의를 위하여 과장 또는 개략화된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 부재를 지칭한다.
먼저 구리산화물 나노와이어로 이루어진 전자방출 팁의 저온 형성 방법에 대하여 설명한다. 본 발명에 따른 구리산화물 나노와이어로 이루어진 전자방출 팁의 형성 방법은 저온 용액 산화법이다. 구체적으로, 베어(bare) 구리 기판의 표면 또는 기판 상에 형성되어 있는 구리막의 표면을 100℃ 이하의 저온에서 산화용액과 접촉시켜 산화반응을 진행한다. 산화반응은 산화용액이 담기고 온도가 100℃ 이하로 유지되는 배스(bath)에 담그는 방식(dipping method)으로 진행한다.
산화반응에 사용되는 산화용액으로는 26 내지 32 중량%의 아염소산나트륨(NaClO2) 수용액과 1.6 내지 2 중량%의 수산화나트륨(NaOH) 수용액의 혼합액이 바람직하다. 아염소산나트륨 수용액과 수산화나트륨 수용액은 1:1의 부피비로 혼합되는 것이 바람직하다.
산화용액의 또 다른 예로는 10 내지 11.25 중량%의 아염소산나트륨 수용액, 1.7 내지 1.8 중량%의 수산화나트륨 수용액과 23 내지 30 중량%의 인산삼나트륨 수용액(Na3PO4·12H2O) 혼합액을 들 수 있다. 이 경우 각각은 1:1:1의 부피비로 혼합되는 것이 바람직하다.
혼합액을 구성하는 각 수용액들 농도와 혼합 부피비는 당업자에 의해 임의로 조정될 수 있음은 물론이다.
산화반응은 2 내지 4 분 정도 진행시킨다. 아염소산나트륨 수용액과 수산화나트륨 수용액의 혼합 용액을 산화 용액으로 사용할 경우 산화 반응은 약 2분 정도가 적당하다. 그 이유는 2분을 초과하더라도 자기억제성장(self-limiting growth)에 의해 구리산화물 나노와이어가 1㎛ 이상, 바람직하기로는 0.8㎛ 이상으로 성장하지 않는다.
도 1은 아염소산나트륨 수용액(320g/증류수 1L)과 수산화나트륨 수용액(20g/증류수 1L)이 1:1 부피비로 혼합된 산화 용액에 구리기판을 담그고 온도를 70℃로 유지하면서 저온 용액 산화법을 실시한 후, 투과 전자 현미경(transmission electron microscope: TEM)으로 관찰한 결과를 나타내는 사진이다. 잔디처럼 끝이 매우 뾰족하고 얇은 구리산화물 나노와이어(20)가 기판(10) 표면에 고밀도로 성장하였음을 확인할 수 있었다. 구리산화물 나노와이어(10)의 길이는 최대 0.8㎛로 측정되었다.
즉, 본 발명의 저온 용액 산화법에 의하면, 저온(100 ℃ 이하)에서 복잡한 장비의 사용없이 구리산화물 나노와이어를 고밀도로, 전자방출 팁에 적합한 뾰족한 모양으로, 자기억제성장에 의해 전자방출 팁에 적합한 길이인 1㎛ 이하로 성장시킬 수 있다.
도 2는 저온 용액 산화법을 실시할 경우 자기억제성장이 일어남을 실험으로 확인한 결과를 나타내는 그래프이다. 쿨롱 환원법(coulometric(또는 galvanostatic) reduction method)을 사용하여 산화시간에 따른 구리산화물층의 두께를 측정하였다. 쿨롱 환원법시 기준전극으로는 포화 칼로멜 전극(Saturated Calomel Electrode)을 사용하였고, 백금을 보조전극으로 사용하였다. 전해액은 0.1M 수산화나트륨 수용액을 사용하였으며 실험전에 전해액을 질소가스로 충분히 퍼지하여 음극에서 산소가 환원될 가능성을 배제하였다. 전해액에 노출된 구리의 표면적이 1 ㎠가 되도록 하였으며 전류는 1 mA를 흘렸다. 알칼리용액(0.1M NaOH)에서 구리표면에 형성된 산화구리(II)(CuO)가 우선적으로 구리로 환원된 후 산화구리(I)(Cu2O)가 구리로 환원된다고 가정하고 하기 수학식 1에 따라 구리산화물의 두께를 측정하였다. 이 때, 오차 범위는 10% 이내로 설정하였다.
[수학식 1]
δ= QV/nFA =itA/nFA
상기 식에서, δ는 반응물의 두께를, Q는 음극 전하(cathodic charge)를, n은 반응에 참여하는 외각전자(valence electron)의 수(Cu2O : 2, CuO : 2)를, F는 패러데이 상수를, A는 반응면적을, V는 반응물의 mol당 부피를 각각 나타낸다. 구리산화물의 mol당 부피를 살펴보면 Cu2O는 23.9 cm3/mole이고, CuO는 12.4 cm3 /mole이다.
측정결과 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 즉, 산화시간 2분까지 0.15 ㎛까지 성장한 후 더 이상 성장하지 않았다. 이로부터 저온 용액 산화법을 적용할 경우 자기억제성장이 일어남을 확인할 수 있었다. 쿨롱 환원법을 사용하여 측정한 구리산화물층의 두께는 평균 두께이다. 쿨롱 환원법을 사용하여 측정한 구리산화물층의 평균 두께(0.15 ㎛)가 실제 형성된 구리나노와이어 길이(0.8㎛)보다 작은 이유는 구리산화물 나노와이어들 사이에 많은 빈공간(gap)들이 있기 때문으로 추정된다.
이렇게 형성된 구리산화물 나노와이어를 직접 전자방출 팁으로 사용하거나, 환원 반응을 추가로 진행하여 구리산화물 나노와이어를 구리 나노와이어로 환원시켜 전자방출 팁으로 사용할 수도 있다.
구리 나노와이어를 형성하기 위한 환원 반응은 다음과 같이 진행한다. 열 확산 챔버 내에 구리산화물 나노와이어가 형성되어 있는 기판을 로딩한다. 이어서, 챔버 내의 온도를 환원 온도, 바람직하기로는 400 내지 450℃로 승온시키는 램프-업(ramp-up) 단계를 진행시킨다.
램프-업 단계 동안 챔버 내로 불활성 가스, 예를 들면 아르곤 가스를 약 20 ∼ 40 sccm의 유량으로 흘려준다. 챔버 내의 온도가 원하는 환원 온도에 도달하면, 불활성 가스와 함께 챔버 내로 환원 가스를 공급하여 구리산화물 나노와이어를 구리 나노와이어로 환원시킨다. 환원 가스는 약 30 내지 60분 동안 10 내지 30 sccm으로 공급한다. 환원 가스로는 수소 가스를 사용한다.
환원 반응이 완료되면, 환원 가스의 공급을 중단하고, 챔버 내의 온도를 하강시킴과 동시에 챔버 내의 환원 가스를 불활성 가스를 사용하여 배기구를 통해 배기하여 램프-다운(ramp-down) 단계를 진행시킨다. 램프 다운이 완료되면 기판을 챔버로부터 언로딩한다.
환원 반응 또한 디스플레이 장치 또는 광원의 기판으로 널리 사용되는 기판의 변형 온도보다 낮은 온도인 450℃ 이하의 저온에서 진행되므로 기판을 변형시키지 않고 구리 나노와이어를 성장시키는 것이 가능하다.
이하 본 발명에 따른 구리산화물 나노와이어 또는 구리 나노와이어로 이루어진 전자방출 팁의 저온 형성 방법을 이용하여 디스플레이 장치 또는 광원을 제조하는 실시예들에 대하여 설명한다. 디스플레이 장치로는 FED를 광원으로는 백색 광원을 예로 들어 설명하나, 기타 다른 디스플레이 장치 또는 광원에 적용가능함은 당업자에게 자명하다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 구리산화물 나노와이어 또는 구리 나노와이어로 이루어진 전자방출 팁의 저온 형성 방법을 이용하여 FED를 제조하는 제1 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 대면적의 하부 기판(100) 상에 제1 절연막(110)을 형성한다. 하부 기판(100)으로는 유리, 석영, 실리콘 또는 알루미나(Al2O3) 기판이 이용된다. 제1 절연막(110)은 후속 공정에서 형성되는 캐소드 전극(200)과 하부 기판(100)이 상호 반응하는 것을 방지하기 위하여 형성한다. 필요에 따라서는 제1 절연막(110)의 형성은 생략될 수도 있다. 이어서, 제1 절연막(110) 상에 금속막을 적층하여 캐소드 전극(200)을 형성한다. 캐소드 전극(200)은 크롬막, 티타늄막 또는 텅스텐막을 이용하여 형성한다.
계속하여, 캐소드 전극(200) 상에 구리막(300)을 형성한다. 구리막(300)은 열증착법, 전자선 증착법 또는 스퍼터링법을 사용하여 수 nm 내지 수백 nm 두께로, 바람직하기로는 400 nm 내지 500 nm 두께로 형성한다. 이어서, 구리막(300) 상에 제2 절연막(310)을 형성한 다음, 상기 제2 절연막(310) 상에 게이트 전극용 금속막(320)을 형성한다. 게이트 전극용 금속막(320)은 크롬, 티타늄 또는 팔라디움으로 형성한다. 게이트 전극용 금속막(320) 또한 전자선 증착법, 열증착법 또는 스퍼터링법으로 형성한다. 바람직하기로는, 제1 절연막(110), 캐소드 전극(200), 구리막(300), 제2 절연막(310) 및 게이트 전극용 금속막(320)의 형성 공정은 모두 하부 기판(100)의 변형 온도 이하에서 진행한다.
도 4를 참조하면, 게이트 전극용 금속막(320) 상에 포토레지스트막을 코팅한 후 사진현상하여 포토레지스트 패턴(PR)을 형성한다. 이어서, 포토레지스트 패턴(PR)을 마스크로 상기 게이트 전극용 금속막(320)을 식각하여 게이트 전극(320a)을 형성한다. 게이트 전극(320a)은 제2 절연막(310)의 표면을 노출시키는 홀(H)을 정의한다. 홀(H)은 직경이 0.8∼5.0㎛ 정도이고 홀(H)들 간의 간격이 3.0∼15.0㎛ 정도가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.
도 5를 참조하면, 포토레지스트 패턴(PR)을 제거한 후, 게이트 전극(320a)을 식각마스크로 하여 제2 절연막(310)을 식각하여 제2 절연막 패턴(310a)을 형성한다. 제2 절연막 패턴(310a)에 의해 구리막(300) 표면이 노출된다. 경우에 따라서는 포토레지스트 패턴(PR)을 제거하지 않고 포토레지스트 패턴(PR)과 게이트 전극(320a)을 함께 식각마스크로 사용하여 제2 절연막 패턴(310a)을 형성한 후 포토레지스트 패턴(PR)을 제거할 수 있다.
이어서, 제2 절연막 패턴(310a)이 형성된 결과물에 대하여 앞에서 상술한 저온 용액 산화법을 실시하여 구리막(300)의 표면에 구리산화물 나노와이어로 이루어진 전자방출 팁(400)들을 형성한다. 저온 용액 산화법은 100℃ 이하의 저온에서 단시간동안 실시되므로 하부 기판(100), 제1 절연막(110), 캐소드 전극(200), 제2 절연막 패턴(310a) 및 게이트 전극(320a)은 산화 용액에 의해 변형 또는 변성되지 않는다. 바람직하기로는 하부 기판(100), 제1 절연막(110), 캐소드 전극(200), 제2 절연막 패턴(310a) 및 게이트 전극(320a)은 산화 용액에 대해 내산화성을 지니는 물질로 형성하여 변형을 방지한다. 저온 용액 산화법은 앞에서 설명하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
구리산화물 나노와이어보다 전기전도도가 높고 일함수가 낮은 나노와이어가 전자방출 팁(400)으로 요구될 경우에는 구리산화물 나노와이어에 대하여 앞에서 설명한 바와 같은 환원 반응을 진행한다. 즉, 앞에서 설명한 바와 같이 열 확산 챔버내에 구리산화물 나노와이어로 이루어진 전자방출 팁(400)을 구비하는 기판(100)을 로딩한 후, 환원 가스를 공급하여 구리산화물 나노와이어를 구리 나노와이어로 환원시켜 구리 나노와이어로 이루어진 전자방출 팁(400)을 형성할 수도 있다.
도 6을 참조하면, 게이트 전극(320a) 상에 스페이서(500)를 설치한다. 이어서, 미리 마련된 상부 기판(600)에 애노드 전극(700)을 형성시킨 후, 애노드 전극(700) 상에 발광을 일으키는 형광체(phosphor)(800)를 부착시킨다. 형광체(800)는 Y2O2S:Eu, Gd2O3:Eu, Y2O3:Eu 등의 적색 형광체, Gd2O2S:Tb, SrGa2S4:Eu, ZnS:Cu, Cl, Y3Al5O12:Tb, Y2SiO5:Tb 등의 녹색 형광체, ZnS:Ag, Me, Y2SiO5:Ce 등의 청색 형광체와 같은 물질로 이루어질 수 있다. 상부 기판(600)은 형광체(800)에서 발광되는 빛을 외부로 방출하기 위해서 투명한 물질, 예컨대, 유리로 이루어진다. 애노드 전극(700) 또한 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명한 물질로 형성한다. 계속해서, 애노드 전극(700) 및 형광체(800)가 부착된 상부 기판(600)을 뒤집어서 스페이서(500) 위에 올려놓은 다음 진공으로 밀봉시켜 실장시킴으로써 FED를 완성한다. 그 결과 상부 기판(600) 상에 형성된 형광체(800)와 전자방출 팁(400)이 스페이서(500)에 의해 일정 거리 이격되어 배치되게 된다.
이렇게 완성된 FED의 게이트 전극(320a)과 캐소드 전극(200) 사이에 일정전압(수십 V)이 인가되면 구리산화물 나노와이어 또는 구리 나노와이어로 이루어진 전자방출 팁(400)으로부터 양자역학적인 터널링을 통하여 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 애노드 전극(700)에 인가된 더욱 큰 전압(수백 ∼수천V)에 의해 형광체(800)에 충돌하게 되고 충돌한 전자가 가지고 있던 에너지에 의해 형광체(800) 내의 전자들이 여기되었다가 떨어지면서 빛을 발생한다. 도 6에 도시되어 있는 FED는 전극을 3개(200, 320a, 700) 구비한 3극형 FED이다. 물론 본 발명에 따른 제조 방법을 전극을 2개 구비하는 2극형 FED에도 적용할 수 있음은 물론이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 전자방출 팁의 저온 형성 방법을 사용하여 FED를 제조하는 제2 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다. 제1 실시예와 동일한 구성 요소들의 형성방법, 두께, 모양, 크기, 물질 등은 설명의 중복을 피하기 위하여 생략한다.
도 7을 참조하면, 제1 실시예와 달리 구리막을 형성하지 않고, 대면적의 하부 기판(100) 상에 캐소드 전극(200), 절연막(310), 게이트 전극용 금속막(320) 및 포토레지스트 패턴(PR)을 차례대로 형성한 후, 포토레지스트 패턴(PR)을 식각 마스크로 게이트 전극용 금속막(320) 및 절연막(310)을 차례대로 식각하여 게이트 전극(320a) 및 절연막 패턴(310a)을 형성한다. 그 결과 캐소드 전극(200)의 표면이 노출된다.
도 8을 참조하면, 도 7의 결과물 전면에 구리막(300)을 형성한다. 그 결과 포토레지스트 패턴(PR) 및 캐소드 전극(200)의 표면에 구리막(300)이 형성된다.
도 9를 참조하면, 리프트 오프(lift-off) 공정을 이용하여 포토레지스트 패턴(PR)과 그 표면에 증착된 구리막(300)을 제거시킴으로써 캐소드 전극(200)의 표면에만 구리막(300)을 남긴다. 계속하여 저온 용액 산화법을 사용하여 구리산화물 나노와이어를 형성하거나, 저온 용액산화법과 환원 방법을 조합하여 구리 나노와이어를 형성하여 전자방출 팁(400)을 완성한다. 이후, 제1 실시예에서 설명한 바와 같이 스페이서를 형성하고, 애노드 전극 및 형광체가 적층된 상부 기판을 스페이서 위에 올려놓은 다음 진공으로 밀봉시켜 실장시킴으로써 FED를 완성한다.
도 10 내지 도 11은 본 발명에 따른 전자방출 팁의 저온 형성 방법을 사용하여 백색 광원을 제조하는 제1 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10을 참조하면, 하부 기판(100) 상에 캐소드 전극(200) 및 구리막(300)을 차례대로 형성한다. 이어서, 저온 용액산화법을 사용하여 구리산화물 나노와이어를 형성하거나, 저온 용액산화법과 환원 방법을 조합하여 구리 나노와이어를 형성하여 전자방출 팁(400)을 형성한다. 계속해서, 전자방출 팁(400)이 형성되어 있는 구리막(300) 상에 스페이서(500)를 형성한다.
도 11을 참조하면, 상부 기판(600) 상에 투명 전극(700) 및 형광체(800)를 형성한 후, 형광체(800)의 표면이 전자방출 팁(400)과 대향하도록 상부 기판(600)을 스페이서(500) 위에 올려놓은다. 형광체(800)는 백색 발광을 일으키는 형광 물질, 예컨대, 3Ca3(PO4)2CaFCl/Sb, Mn 등과 같이 단파장 백색 발광을 일으키는 형광 물질 또는 Y2O3:Eu, CeMaA11O19:Tb, BaMg2Al16 O7:Eu 등과 같이 삼파장 백색 발광을 일으키는 형광 물질을 사용하여 형성한다. 이어서, 진공으로 밀봉하며 실장하여 백색 광원을 완성한다.
이와 같이 제조된 백색 광원의 캐소드 전극(200)과 애노드 전극(700) 사이에 일정전압이 인가되면, 전자방출 팁(400)으로부터 전자가 방출된다. 구리산화물 또는 구리 나노와이어로 이루어진 전자방출 팁(400)은 끝이 뾰족하며 전자방출에 적합한 길이를 가지고 있어서, 전계 전자 방출이 매우 효율적으로 이루어진다. 따라서, 캐소드 전극(200)과 애노드 전극(700)간에 도입되는 전계를 낮출 수 있다. 또, 구리산화물 또는 구리 나노와이어로 이루어진 전자방출 팁(400)이 고밀도로 배열되어 형광체(800)에 입사되는 전자 밀도는 매우 높게 되어 형광체(800)에 의해서 발생되는 빛의 휘도 또한 매우 높게 된다.
또, 구리산화물 또는 구리 나노와이어를 백색 광원의 전자방출 팁(400)으로 사용하면 수은을 사용할 필요가 없으므로 환경을 보호할 수 있으며, 한쪽 방향에서만 빛이 나오기 때문에 빛의 반사를 위한 램프 커버의 사용이 불필요하며, 직류를 사용하기 때문에 교류를 인가하기 위한 인버터의 사용이 필요없는 또 다른 장점이 있다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 백색 광원은 매우 다양한 분야에 널리 사용될 수 있다.
도 12 내지 도 14는 본 발명에 따른 전자방출 팁의 저온 형성 방법을 사용하여 백색 광원을 제조하는 제2 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다. 제2 실시예는 전자방출 팁(400)들을 그룹지어 각 그룹 별로 하나의 셀을 구성하도록 한다는 점에 있어서 제1 실시예와 차이가 있다.
도 12를 참조하면, 하부 기판(100) 상에 제1 절연막(110), 캐소드 전극(200), 구리막(300) 및 제2 절연막(310)을 차례대로 형성한 다음, 사진 식각 공정을 이용하여 패터닝하여 하부의 구리막(300)을 노출하는 복수개의 홀(H)들을 정의하는 제2 절연막 패턴(310a)을 형성한다. 이 때, 각각의 홀(H)들은 각각 하나의 셀을 정의하기에 적당한 직경과 간격을 가지도록 제2 절연막 패턴(310a)을 형성한다.
도 13을 참조하면, 절연막 패턴(350)의 홀(H)에 의해 노출되는 구리막(300) 상에, 저온 용액산화법을 사용하여 구리산화물 나노와이어를 형성하거나, 저온 용액산화법과 환원 방법을 조합하여 구리 나노와이어를 형성하여 전자방출 팁(400)을 형성한다. 전자방출 팁(400)이 형성되어 있는 제2 절연막 패턴(310a) 상에 스페이서(500)를 형성한다.
도 14를 참조하면, 애노드 전극(700) 및 형광체(800)가 적층된 상부 기판(600)을 형광체(800)가 전자방출 팁(400)과 대향하도록 스페이서(500) 위에 올린 후 진공 밀봉하여 실장하여 백색 광원을 완성한다. 이 때 형광체(800) 또한 스페이서(500)가 지지할 위치의 투명 전극(700) 부분을 노출하도록 패터닝되어지는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예들을 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명에 따른 저온 형성 방법에 의하면 구리산화물 나노와이어 또는 구리 나노와이어를 전자방출 팁에 적합한 뾰족한 모양을 가지고 자기 억제 성장을 통해 전자방출 팁에 적합한 길이로 고밀도로 형성할 수 있다. 특히 저온에서 형성이 가능하므로, 전계방출 표시소자 또는 광원 등의 제조에 범용적으로 사용되는 유리 기판에 용이하게 적용할수 있으며, 제조 공정 또한 매우 간단하여 제조 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 저온 형성 방법에 의해 형성된 구리산화물 나노와이어를 투과 전자 현미경으로 관찰한 결과를 나타내는 사진이다.
도 2는 저온 형성 방법을 사용할 경우 자기억제성장이 일어남을 쿨롱 환원법으로 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 저온 형성 방법을 사용하여 전계 방출 표시소자를 제조하는 제1 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 저온 형성 방법을 사용하여 전계 방출 디스플레이 장치를 제조하는 제2 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 저온 형성 방법을 사용하여 백색 광원을 제조하는 제1 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명에 따른 저온 형성 방법을 사용하여 백색 광원을 제조하는 제2 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 하부 기판 110 : 제1 절연막
200 : 캐소드 전극 300 : 구리막
310a: 제2 절연막 패턴 320a: 게이트 전극
400 : 전자방출 팁 500 : 스페이서
600 : 상부 기판 700 : 아노드 전극
800 : 형광체

Claims (9)

  1. 노출된 구리 표면을 가지는 기판을 제공하는 단계; 및
    상기 구리 표면을 100℃ 이하의 저온에서 산화 용액과 접촉시켜 상기 기판 표면에 구리산화물 나노와이어들을 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출 팁의 저온 형성 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 산화 용액은 아염소산나트륨 수용액과 수산화나트륨 수용액의 혼합액인 것을 특징으로 하는 전자방출팁의 저온 형성 방법.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 산화 용액은 인산삼나트륨 수용액을 더 포함하는 혼합액인 것을 특징으로 하는 전자방출팁의 저온 형성 방법.
  4. 노출된 구리 표면을 가지는 기판을 제공하는 단계;
    상기 구리 표면을 100℃ 이하의 저온에서 산화 용액과 접촉시켜 상기 기판 표면에 구리산화물 나노와이어들을 성장시키는 단계; 및
    상기 구리산화물 나노와이어들에 450℃ 이하의 온도에서 환원 가스를 공급하여 상기 구리산화물 나노와이어들을 구리 나노와이어들로 환원시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출 팁의 저온 형성 방법.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 산화 용액은 아염소산나트륨 수용액과 수산화나트륨 수용액의 혼합액인 것을 특징으로 하는 전자방출팁의 저온 형성 방법.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 산화 용액은 인산삼나트륨 수용액을 더 포함하는 혼합액인 것을 특징으로 하는 전자방출팁의 저온 형성 방법.
  7. 제4 항에 있어서, 상기 환원 가스는 수소 가스인 것을 특징으로 하는 전자방출팁의 저온 형성 방법.
  8. 제1 항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 의해 형성된 전자방출 팁을 구비하는 전계방출 디스플레이 장치.
  9. 제1 항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 의해 형성된 전자방출 팁을 구비하는 광원.
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