KR100763890B1 - Ｃｎｔ를 적용한 전계방출표시소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

CNT 가 전자방출원으로 적용된 전계방출표시소자의 제조방법에 관해 기술된다. 개시된 방법은: 기판 상에 캐소드를 형성하는 단계; 상기 캐소드 상에 다수의 게이트 홀을 가지는 게이트 절연층을 형성하는 단계; 상기 게이트 절연층 상에 상기 게이트 홀에 대응하는 관통공을 가지는 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 홀들 내의 캐소드 상에 게이트 전극보다 높은 레벨을 가지는 도전성 칼럼을 형성하는 단계; 별도로 준비된 평판형 템플리트의 저면에 CNT를 부착하는 단계; 상기 템플리트의 저면을 상기 도전성 칼럼의 상면에 상기 CNT를 부착하는 단계; 상기 도전성 칼럼을 소결시켜 도전성 칼럼의 레벨이 낮추는 단계;를 포함한다. 이상과 같은 본 발명의 CNT 전계방출표시소자의 제조방법은 종래 방법, 예를 들어 스크린 프린팅법등에 의해 야기되었던 CNT의 함몰, 리프트오프법 적용시 발생할 수 있는 게이트 내의 CNT 잔류물의 발생 및 이로 인한 게이트-캐소드 쇼트 문제 등을 해소할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 종래와는 달리 CNT를 전계방출이 일어나는 부분 즉 도전성 칼럼의 상단에만 사용함으로써 CNT의 사용량을 줄이고 따라서 제조단가를 절감할 수 있게 된다. 이러한 본 발명은 스탬핑에 의해 CNT를 형성하기 때문에 대량생산에 매우 유리한다.

CNT, 전계, 방출, 표시

Description

ＣＮＴ를 적용한 전계방출표시소자의 제조방법{Fabrication method of field effect display adopting Carbon NanoTube}

도 1은 기판 상에 프린팅된 CNT 페이스트의 SEM(Secondary Electron Microscope, Scanning Electron Microscope) 사진이다.

도 2a 내지 도 3d 는 본 발명에 따른 CNT를 적용한 전계방출표시소자의 제조방법의 공정도이다.

도 4a는 본 발명에 따른 전계방출표시소자의 제조방법에 따라 CNT가 스탬핑되기 전의 도전성 칼럼의 평면을 보인 SEM 사진이다.

도 4b는 본 발명에 따른 전계방출표시소자의 제조방법에 따라 CNT가 스탬핑된 후의 도전성 칼럼의 평면 형태를 보인 SEM이다.

도 5는 본 발명에 따른 전계방출표시소자의 제조방법에 따라 기판 상에 형성된 다수의 도전성 칼럼을 보인 SEM 사진이다.

도 6은 본 발명에 따른 전계방출표시소자의 제조방법에 따른 도전성 칼럼을 확대하여 도전성 칼럼 상에 CNT 가 부착된 상태를 보인 SEM 사진이다.

도 7은 본 발명에 따른 전계방출표시소자의 제조방법에 의해 제작된 소자의 전계방출 상태를 보인 사진이다.

본 발명은 탄소 나노 튜브를 이용한 전계방출 표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세히는 낮은 소비전력, 고휘도의 특성을 가지며 고정세의 화상을 실현할 수 있고 대량 생산의 양산체제에 적합한 탄소 나노 튜브를 이용한 전계방출표시소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

개인용 컴퓨터와 텔레비전 수상기 등에 대표적으로 사용되는 표시장치는 최근의 새로운 응용분야에서 널리 그 사용범위가 확대되고 있다.

일반적인 표시장치에는 고속 열전자 방출을 이용한 음극선관(cathode ray tube)과 최근 급속한 기술발전을 보이고 있는 액정표시소자(LCD, Liquid Crystal Display), 플라즈마표시패널(PDP, Plasma Display Panel), 전계방출표시소자(FED, Field Emission Display) 등의 평판표시소자가 있다.

전자방출원으로서 마이크로 팁 대신에 CNT를 적용한 전계방출표시소자(이하 CNT 전계방출표시소자)는 넓은 시야각, 높은 해상도, 저전력(Low Power), 온도 안정성 등에 있어서 음극선관에 비해서 매우 유리하다. 이러한 CNT 전계방출표시소자는 자동차 항법(car navigation) 장치, 전자적인 영상장치의 뷰파인더(View Finder) 등으로의 다양한 분야로의 이용 가능성이 있다. 특히, 개인용 컴퓨터(PC, Personal Computer), PDA(Personal Data Assistants)단말기, 의료기기, HDTV(High Definition Television) 등에서 대체 디스플레이 장치로의 가능성을 가지고 있다.

일반적으로 CNT 전계방출소자에서 게이트 전극의 하부에 위치하는 CNT는 소위 스크린 프린팅 등에 의한 후막 공정, 포토 리소그래피법이 응용된 리프트 오프법, 후면 노광법에 의해 형성된다.

후막 공정은 공정시간이 길뿐 아니라, 고가의 CNT 파우더와 이를 고용하는 피클(vehicle)로 된 CNT 페이스트(paste)가 이용된다. 도 1은 기판 상에 프린팅된 CNT 페이스트의 SEM(Secondary Electron Microscope, Scanning Electron Microscope) 사진으로서, 페이스트 내에 CNT 가 존재하는 모양을 보인다. 이러한 CNT 페이스트는 단가가 비싸고 그리고 이를 이용한 비용과 시간이 소요될 것으로 예상된다. 그리고, 그리고 CNT 페이스트 사용에 따라, 후막 공정 중에 가해지는 물리적인 힘에 의해 에미션을 방해하는 CNT의 함몰, 그리고 리프트 오프 후 게이트 내에 잔존하는 CNT 페이스트 잔유물에 의한 게이트-캐소드 간의 쇼트 등의 문제가 우려된다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 제조 단가가 저렴하고 높은 수율을 가지는 CNT를 적용한 전계방출표시소자의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면,

기판 상에 캐소드를 형성하는 단계;

상기 캐소드 상에 다수의 게이트 홀을 가지는 게이트 절연층을 형성하는 단 계;

상기 게이트 절연층 상에 상기 게이트 홀에 대응하는 관통공을 가지는 게이트 전극을 형성하는 단계;

상기 게이트 홀들 내의 캐소드 상에 게이트 전극보다 높은 레벨을 가지는 도전성 칼럼을 형성하는 단계;

별도로 준비된 평판형 템플리트의 저면에 CNT를 부착하는 단계;

상기 템플리트의 저면을 상기 도전성 칼럼의 상면에 상기 CNT를 부착하는 단계;

상기 도전성 칼럼을 소결시켜 도전성 칼럼의 레벨이 낮추는 단계;를 포함하는 CNT를 적용한 전계방출표시소자의 제조방법이 제공된다.

상기 본 발명의 전계방출표시소자의 제조방법에 있어서, 상기 템플리트의 저면에 형성되는 CNT는 성장법에 의해 형성되거나 별도의 제조된 정제된 분말상태로 부착될 수 있고, 상기 CNT 가 부착(설치)되는 상기 도전성 칼럼의 상면에 접착물질을 미리 도포해 놓는 것이 CNT의 안정된 부착에 도움이 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 CNT를 적용한 전계방출표시소자의 제조방법의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2a 내지 도 2c 와 함께 설명되는 공정은 종래의 방법들 중의 하나에 따른 것으로 구체적으로 설명되지 않으며, 다양한 다른 방법들 중에서 선택될 수 있다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 소다 라임 글라스(soda lime glass) 등으로 된 기판(1)에 ITO 캐소드(2)를 소정 패턴으로 형성한다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 기판(1) 상에 게이트 절연층(3)을 형성한다. 게이트 절연층(3)은 캐소드(2)가 부분적으로 노출되는 게이트 홀(3a)을 갖는다. 이러한 게이트 절연층(3)을 스크린 프린트법 또는 기타의 알려진 여러 가지 방법에 의해 형성될 수 있다.

도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 절연층(3) 상에 게이트 전극(4)을 형성한다. 게이트 전극(4)은 상기 게이트 홀(3a)에 대응하는 관통공(4a)을 가지며, 박막 형성 공정 또는 후막 형성 공정 등에 의해 금속 물질의 증착 및 패터닝 또는 금속 페이스의 스크린 프린팅 등에 의해 형성된다.

도 2a 내지 도 2c에 도시된 공정은 지금까지 잘 알려진 과정으로서 위에서 언급된 방법 외 다른 방법에 의해 형성될 수 있다. 이하의 과정은 상기 과정에 연속되는 것으로 본 발명을 특징 지우는 단계들을 포함한다.

도 3a 에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 홀(3a)의 바닥에 노출된 캐소드(2) 상에 소결(燒結, firing)에 의한 수축성(收縮性)을 갖는 도전성 칼럼(15)을 형성한다. 이때에 도전성 칼럼(15)은 각 게이트홀(3a)의 중앙부분에 형성되며 그 상단부는 상기 게이트 전극(4)보다 높게 그 표면보다 높게 연장되어 있다. 이때에 모든 도전성 칼럼(15)의 높이가 정밀하게 일치되는 것이 바람직하다.

상기 도전성 칼럼(15)은 은 페이스 등에 의해 스퀴징에 의한 스크린 프린팅법, 희생층이 적용되는 리프트 오프법, 기판의 저면으로부터 노광이 이루어지는 포토 리소그래피법 등에 의해 형성될 수 있다. 도전성 칼럼(15)의 다양한 형성방법은 본원 발명의 기술적 범위를 제한하지 않는다. 실험에 사용된 은페이스트는 듀퐁사의 DC 206 이었다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 도전성 칼럼(15)들의 상면에 고순도로 정제된 CNT(17)가 그 저면에 부착된 템플리트(18)를 접근시킨다. 이때에 CNT(17)가 모든 도전성 칼럼(15)의 정상면에 접촉되도록 한다. 본 발명자는 이 과정을 스탬핑이라 칭한다.

상기 템플리트(18)의 저면에 마련된 CNT(17)는 정제된 CNT 분말 상태로서 템플리트(18)의 저면에 적절한 점착물질에 의해 부착되어 있거나 템플리트(18)에 저면에 직접 성장될 수 있다. 또한, 상기 도전성 칼럼(15)의 상면에 적절한 접착물질을 도포해 놓으면 보다 효과적으로 CNT(17)를 상기 도전성 칼럼(15)에 설치(부착)시킬 수 있게 된다.

상기 템플리트(18)의 크기는 FET 소자에서 CNT(17)를 설치할 수 있는 도전성 칼럼(15)의 개수와 관계된다. 즉, 어떠한 경우에는 한 번의 스탬핑에 의해 전체 도전성 칼럼(15)에 대한 CNT의 설치가 완료될 수 있을 것이며, 그보다 큰 대형의 FED의 경우 몇 번의 스탬핑에 의해 전체 FED의 도전성 칼럼(15)에 대한 CNT(17)의 설치가 완료될 수 있을 것이다.

도 3b에서는 CNT(17)가 템플리트(18)의 저면에 수직으로 직립 된 것처럼 보이나. 실제적으로는 섬유 상으로 무질서한 형태로 템플리트에 저면에 부착되어 있을 것이다.

상기와 같은 과정을 통해 스탬핑이 완료되면, 상기 템플리트(18)에 접촉되었던 도전성 칼럼(15)의 상단 면에 CNT(17)가 장착(실제는 부착)되어 있게 된다. 이와 같은 상태에서 450 내지 550℃에서 상기 도전성 칼럼(15)에 대한 소결처리를 진행시키면 도 3d에 도시된 바와 같이 상기 도전성 칼럼(15)이 수축되어 도전성 칼럼(15)이 게이트 전극(4)의 하부로 낮추어진다.

이상과 같은 과정을 통해서 전계방출표시소자에서 전자방출원이 마련되는 하판에 대한 공정의 일부가 완료된다.

도 4a는 CNT(17)가 스탬핑되기 전의 도전성 칼럼(15)의 평면 형태를 보인 SEM 사진이며, 도 4b는 CNT(17)가 스탬핑된 후의 도전성 칼럼(15)의 평면 형태를 보인 SEM이다. 여기에서 사용된 CNT는 정제된 분말상태로 공급되는 카보렉스(caborex)사의 제품이다.

도 5는 기판 상에 형성된 다수의 도전성 칼럼을 보인 SEM 사진이며, 도 6은 도전성 칼럼을 확대하여 도전성 칼럼 상에 CNT 가 부착된 상태를 보인 SEM 사진이다. 도 5에서는 게이트 전극, 캐소드 전극이 생략된 상태에서 기판에 도전성 칼럼만이 형성된 상태를 볼 수 있다. 도 6은 실제 제작된 전계방출소자의 전계방출 특성을 측정한 결과 도 7에 도시된 바와 같이 안정된 전자방출이 가능하였다.

이상과 같은 본 발명의 CNT 전계방출표시소자의 제조방법은 종래 방법, 예를 들어 스크린 프린팅법등에 의해 야기되었던 CNT의 함몰, 리프트오프법 적용시 발생할 수 있는 게이트 내의 CNT 잔류물의 발생 및 이로 인한 게이트-캐소드 쇼트 문제 등을 해소할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 종래와는 달리 CNT를 전계방출이 일어나는 부분 즉 도전성 칼럼의 상단에만 사용함으로써 CNT의 사용량을 줄이고 따라서 제조단가를 절감할 수 있게 된다. 이러한 본 발명은 스탬핑에 의해 CNT를 형성하기 때문에 대량생산에 매우 유리한다.

Claims (4)

1. 기판 상에 캐소드를 형성하는 단계;

   상기 캐소드 상에 다수의 게이트 홀을 가지는 게이트 절연층을 형성하는 단계;

   상기 게이트 절연층 상에 상기 게이트 홀에 대응하는 관통공을 가지는 게이트 전극을 형성하는 단계;

   상기 게이트 홀들 내의 캐소드 상에 게이트 전극보다 높은 레벨을 가지는 도전성 칼럼을 형성하는 단계;

   별도로 준비된 평판형 템플리트의 저면에 CNT를 부착하는 단계;

   상기 템플리트의 저면을 상기 도전성 칼럼의 상면에 상기 CNT를 부착하는 단계;

   상기 도전성 칼럼을 소결시켜 도전성 칼럼의 레벨이 낮추는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 CNT를 적용한 전계방출표시소자의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 템플리트의 저면에 형성되는 CNT는 성장법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 CNT를 적용한 전계방출표시소자의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 템플리트의 저면에 형성되는 CNT는 정제된 분말상태로 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 CNT를 적용한 전계방출표시소자의 제조방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 도전성 칼럼의 상면에 먼저 접착제를 도포한 후 상기 CNT를 부착시키는 것을 특징으로 하는 CNT를 적용한 전계방출표시소자의 제조방법.

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