KR100830987B1 - 전계 방출 표시 소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

전자 방출이 실질적으로 이루어지는 에미터의 가장 자리를 거칠게 하여 전자 방출량을 증가시킬 수 있도록 하기 위하여, 은을 포함하는 감광성 페이스트를 기판 위에 인쇄하고 이를 포토리소그래피 방식으로 패턴닝하여 복수의 캐소드 전극들을 형성하고, 카본계 물질을 사용하여 상기 캐소드 전극들 각각 위에 에미터를 형성한 다음, 상기 기판 위로 상기 에미터의 표면을 처리하기 위한 유기막을 상기 에미터가 덮이도록 형성하고, 아울러 물리적 에너지로 상기 유기막을 상기 기판으로부터 박리하여 상기 에미터의 가장자리가 거칠게 되도록 한다.

탄소 나노튜브, 전계방출, FED, 에미터, 카본계, 표면처리, 거칠기

Description

전계 방출 표시 소자의 제조방법 {METHOD OF MANUFACTURING FOR FIELD EMISSION DISPLAY}

도 1은 본 발명과 관련된 전계 방출 표시 소자를 도시한 단면도이고,

도 2는 본 발명과 관련된 따른 전계 방출 표시 소자의 배면 기판의 구성을 설명하기 위해 도시한 부분 사시도이고,

도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 표시 소자의 제조 단계를 설명하기 위한 도시한 도면이고,

도 4는 본 발명과 관련하여 전계 방출 표시 소자의 제조시, 캐소드 전극을 형성할 때 캐소드 전극 주위에 은 잔류물이 남은 상태를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 부분 평면도이고,

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출 표시 소자의 제조 단계를 설명하기 위해 도시한 도면이다.

본 발명은 전계 방출 표시 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 말하자면 카본계 물질로 이루어진 에미터를 갖는 전계 방출 표시 소자의 제조방법에 관한 것이다.

냉음극 전자를 전자 방출원으로 사용하여 이미지 형성을 하는 장치인 전계 방출 소자(FED; Field Emission Display)는, 전자 방출층인 에미터의 특성에 따라 소자 전체의 품질을 크게 좌우받게 된다.

초기의 전계 방출 표시 소자에 있어, 상기 에미터는 주로 몰리브덴(Mo)을 주 재질로 하는 이른바, 스핀드트(spindt) 타입의 금속 팁으로 형성되어 왔는데, 이에 대한 종래 기술로는 미국 특허 제 3,789,471 호에 개시된 전계 방출 캐소드를 갖는 표시 장치를 들 수 있다.

그런데, 상기 금속 팁 형상의 에미터를 갖는 전계 방출 표시 소자를 제조할 때에는, 알려진 바와 같이 반도체 제조 공정-① 에미터가 배치되는 홀을 형성하기 위한 포토리소그래피 및 에칭 공정, ② 금속 팁을 형성하기 위한 몰리브덴의 증착 공정 등-을 사용하므로, 제조 공정이 복잡하고 고난도의 기술을 필요로 할뿐만 아니라 고가의 장비를 사용하여함에 따라 제품 제조 단가의 상승으로 인해 대량 생산이 어려운 문제점이 있다.

이에 따라 전계 방출 표시 소자의 관련 업계에서는, 저전압(대략, 10∼50V)의 구동 조건에서도 전자 방출을 할 수 있고 제조 공정 상에도 편의를 도모할 수 있도록 하기 위해, 상기한 에미터를 면상으로 형성하는 기술을 연구 개발하고 있다.

지금까지의 기술 동향에 의하면, 상기 면상의 에미터로는 카본계열 물질 가 령, 그라파이트(graphite), 다이아몬드(diamond) 및 탄소 나노튜브(CNT; Carbon nanotube) 등이 적합한 것으로 알려져 있으며, 이 중 특히 탄소 나노튜브가 비교적 낮은 구동 전압(대략, 10∼50V)에서도 전자 방출을 원활히 이룰 수 있어 전계 방출 표시 소자의 에미터로서 가장 이상적인 물질로 기대되고 있다.

이러한 탄소 나노튜브를 이용한 전계 방출 표시소자와 관련된 종래 기술로는, 미국특허 제 6,062,931 호, 제 6,097,138 호에 개시된 냉음극 전계 방출 표시장치를 들 수 있는 바, 이들 기술에서는 저마다의 방법-가령, PCVD(Plasma Chemical Vapor Deposition)법, 코팅법, 프린팅법-등을 통해 탄소 나노튜브를 가지고 에미터를 형성하고 있다.

그런데, 상기한 탄소 나노튜브를 비롯한 탄소계 물질로 전계 방출 표시소자의 에미터를 형성할 때에는, 상기 탄소 계열의 물질이 하나의 에미터로서 형상을 갖도록 하는 일련의 공정을 거칠 때에, 공정 상에 필요한 다른 물질과의 결합력이 좋아 그 표면상에 전계 방출에 불필요한 막을 형성하는 경향이 많다.

가령, 상기한 에미터 위로 전계 방출에 필요한 전극-게이트 전극 및 포커싱 전극-이 형성되도록 전계 방출 표시소자를 제조하는 경우, 상기 전극을 패턴닝시키기 위하여 포토리소그라피 공정을 행하게 되는데, 이 때 사용되는 포토레지스트가 상기 에미터의 표면에 잔류되어 상기 에미터의 전계 방출 특성을 저하시키고 있다. 더욱이 이 때, 사용되는 에칭 용액도 상기 에미터의 기능 저하를 불러오는데 한가지 원인으로 작용한다.

뿐만 아니라 상기 에미터를 형성하기 위하여 열처리 공정을 행하게 되면, 상 기 에이터의 표면으로 노출되는 탄소계 물질이 산소와 반응하면서 타버려 이에 상기 에미터가 손상을 입기도 한다.

이와 같이 종래에 탄소계 물질로 에미터를 형성하는 경우에는 상술한 바와 같이 에미터의 표면을 손상시킬 우려가 많은 바, 이러한 에이터의 표면 손상은 전계 방출 표시소자의 전계 방출 특성을 떨어뜨리는 원인으로 작용하게 되고 더불어 전계 방출 표시소자의 대중화를 어렵게 하는 장애가 되게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 탄소계 물질로 전계 방출 표시소자의 에미터를 형성할 때에, 에미터의 가장 자리를 거칠게 하는 것으로 에미터의 표면이 손상되는 것을 보상하여 전계 방출 특성이 향상될 수 있도록 한 전계 방출 표시소자의 제조방법을 제공함에 있다.

이에 본 발명은 상기의 목적을 실현하기 위하여,

은을 포함하는 감광성 페이스트를 기판 위에 인쇄하고 이를 포토리소그래피 방식으로 패턴닝하여 복수의 캐소드 전극들을 형성하고, 카본계 물질을 사용하여 상기 캐소드 전극들 각각 위에 에미터를 형성한 다음, 상기 기판 위로 상기 에미터의 표면을 처리하기 위한 유기막을 상기 에미터가 덮이도록 형성하고, 아울러 물리적 에너지로 상기 유기막을 상기 기판으로부터 박리하여 상기 에미터의 가장자리가 거칠게 되도록 하는 전계 방출 표시소자의 제조방법을 제공한다.

상기에서 에미터의 형성은, 상기 카본계 물질을 포함하는 페이스트를 상기 캐소드 전극들 위에 인쇄하고, 이 인쇄된 상기 페이스트를 건조 및 소성하여 이룬다.

다른 한편으로 상기 에미터는, 상기 카본계 물질을 포함하는 감광성 페이스트를 상기 캐소드 전극들 위에 인쇄하고, 이 인쇄된 상기 감광성 페이스트를 건조시킨 다음, 포토리소그래피 방식으로 건조된 상기 감광성 페이스트의 가장 자리를 임의의 패턴으로 패턴닝하고, 아울러 상기 감광성 페이스트를 소성함으로써 형성할 수 있다.

본 발명에 있어 상기 카본계 물질은 탄소 나노튜브, 그라파이트 및 다이아몬드 중 적어도 어느 하나로 선택되어 이루어지며, 이 중 탄소 나노튜브로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 명확히 하기 위한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 표시소자를 도시한 부분 단면도로서, 도시된 전계 방출 표시소자는 3극관 구조의 전계 방출 표시소자이다.

도시된 바와 같이, 상기 전계 방출 표시소자는 소자의 외관을 형성하는 전면 기판(2)과 배면 기판(4)을 내부 공간부가 형성되도록 소정의 간격을 두고 배치하고, 상기 배면 기판(4)에는 전계 방출을 이룰 수 있는 구성을, 상기 전면 기판(2)에는 상기 전계 방출에 의한 방출 전자에 의해 소정의 이미지를 구현할 수 있는 구성을 형성하고 있다.

즉, 상기 배면 기판(4) 상에는 가령, 스트라이트 형상을 취하는 복수의 캐소드 전극들(6)이 형성되고 이 캐소드 전극들(6) 위로는 전계 방출에 따라 실질적으로 전자를 방출토록 하는 에미터(8)가 형성된다. 여기서 이 에미터(8)는 탄소계 물질-탄소 나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드 등-로 이루어지면서 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 면상의 형태로 형성되는 바, 본 실시예에서는 상기 에미터들(8)의 구성 물질로 복수의 탄소 나노튜브들(8a)을 적용하고 있다.

한편, 본 실시예에서 상기 전계 방출소자가 3극관을 이루도록 하는 게이트 전극(10)은 상기 배면 기판(4)과 상기 캐소드 전극(6) 사이에 배치된다. 즉, 상기 게이트 전극(10)은 상기 배면 기판(4) 바로 위에 상기 캐소드 전극(6)과 교차하는 방향으로 임의의 간격을 두고 복수로 형성되며, 이 게이트 전극(10)과 상기 캐소드 전극(6) 사이에는 이들의 전기적 절연을 위해 절연층(12)이 소정의 높이를 두고 형성된다.

이에 반해 상기 전면 기판(2) 상에는 상기 배면 기판(4)을 대향하는 면으로 복수의 애노드 전극들(14)과 함께 이 애노드 전극들(14) 상에 배치되는 형광층(16)이 형성된다. 도 1에서 인용 부호 18은 상기 전계 방출 표시소자의 셀갭을 유지토록 하는 스페이서를 가리킨다.

본 발명은 상기와 같은 전계 방출 표시소자의 구성에서 상기 에미터(8)가 탄소계 물질로 형성될 때, 이 에미터(8)가 전계 방출 표시소자의 제조 과정 중에서, 그 표면에 손상을 입는 것을 보상하여 상기 탄소계 물질 가령, 상기 탄소 나노튜브 들(8a)이 에미터(8)의 표면에 양호한 상태-상기 전면 기판을 향하도록 배열된 상태-로 배열되도록 함은 물론, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 에미터(8)의 가장 자리가 거칠게 형성되도록 함으로써, 전계 방출 특성을 향상시킬 수 있도록 하게 되는 바, 이러한 결과는 다음의 제조 방법으로 인해 가능하게 된다.

도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따라 상기 전계 방출 표시소자를 제조하는 단계를 설명하기 위해 도시한 도면으로서, 특히 상기 배면 기판(4) 위에 형성되는 구성 요소-게이트 전극, 절연층, 캐소드 전극 및 에미터-들의 제조 단계를 보여 주고 있다.

먼저, 상기 전계 방출 표시소자를 제조하기 위해서는 배면 기판(4)을 준비하고 이 배면 기판(4) 상에 프린팅법 또는 전도성 물질(예: Cr, ITO)스프터링한 후 포토리소그래피 방법으로 패터닝하여 게이트 전극(10)을 스트라이프형으로 복수 형성한다 (도 3a 참조).

그 다음으로, 상기 게이트 전극(10) 위에 프린팅법 또는 PECVD(Plasms Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 통해 절연층(12)을 도 3b에 도시한 바와 같이, 소정의 높이를 갖도록 형성하고, 다음으로 상기 절연층(12)의 상면에 캐소드 전극(6)을 스트라이프형으로 복수 형성한다 (도 3c 참조). 이 때, 상기 캐소드 전극(6)은 전술한 바와 같이, 상기 게이트 전극(10)과 서로 직교하는 상태로 형성되는 바, 본 발명에 있어 상기 캐소드 전극(6)은, 은(Ag)을 포함하는 감광성 페이스트로 형성되어진다.

즉, 본 발명에서는 상기와 같이 은을 포함하는 감광성 페이스트를 인쇄법으 로서 상기 절연층(12) 위에 인쇄하여 이를 스트라이프 패턴과 같은 임의의 패턴으로 일차 패턴닝하고, 이를 5분 이상 레벨링(leveling)한 후 건조(대략 90℃의 온도 분위기에서 15∼30분간)시킨 다음 노광,현상,세척하고 소성(대략 520℃의 온도 분위기에서 10분간)시킴으로써, 캐소드 전극(6)을 최종 형성하게 된다.

한편, 상기 캐소드 전극(6)이 최종 완성되면, 상기 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 이 캐소드 전극(6)의 양측 가장 자리 부위로는 도 4에 도시한 바와 같이, 은 잔류물(20)이 남게 된다. 상기 은 잔류물(20)은 상기한 캐소드 전극(6) 형성 과정에서 상기 캐소드 전극(6)을 형성하기 위한 감광성 페이스트가 소성 과정시, 그 폭을 줄이면서 어느 정도 수축될 때에 그 수축된 영역에 남는 것으로서, 이는 추후 상기 캐소드 전극(6) 위에 에미터(8)를 형성할 때에 이 에미터(8)의 가장 자리를 거칠게 하는 수단으로서 작용하게 된다. 도면에서 일점 쇄선으로 도시한 부위는 소정 단계를 거치기 전의 상기 감광성 페이스트를 나타내고 있다.

다음으로는 상기 캐소드 전극(6) 위에 에미터(8)를 각기 형성하게 된다. 본 발명에 있어 상기 에미터(8)는 인쇄 방법으로 통해 특히, 금속 메쉬 스크린을 이용한 스크린 인쇄법으로 형성된다. 이러한 에미터(8) 형성을 위해 스텐레스 와이어로 형성된 메쉬 스크린와 함께 상기 에미터(8)를 위한 페이스트가 구비된다. 여기서 상기 페이스트는 탄소 나노튜브 파우더, 유전체 페이스트 및 용매 등을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

상기한 에미터(8)의 형성 단계를 좀 더 구체적으로 알아보면, 우선 상기 에미터 형성용 페이스트를 스크린 인쇄법으로 도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 캐소 드 전극(6)의 일측 가장 자리를 감싸도록 상기 절연층(12) 위에 도포한다. 이 때 상기 에미터 형성용 페이스트는 상기 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 같이 길게 배치된다. 물론, 상기 페이스트의 도포 상태는 상기와 같은 형태로 한정되는 것은 아니며, 가령, 상기 캐소드 전극(6)의 상면만으로 도포될 수도 있다. 이후 상기 페이스트를 건조(대략 120℃의 온도 분위기에서 10분간)시키고 소성(대략 350℃의 온도 부위기에서 2분간)하여 상기 에미터(8)를 형성하게 된다.

다음으로는 상기 에미터(8)에 대한 표면 처리를 실시한다. 여기서 상기 에미터(8)의 표면 처리는 상기 에미터(8)의 전계 방출 능력을 향상시키기 위해 실시되는 것으로서, 이 공정을 위해 우선 상기 배면 기판(4) 위로 도 3e에 도시한 바와 같이, 유기막(22)을 형성한다.

상기 유기막(22)은, 폴리이미드와 같은 용액을 스핀 코팅법으로 상기 배면 기판(4) 위에 소정의 두께로 도포한 후, 이를 열처리하여 경화시켜 형성하게 되는데, 이는 상기한 예로 한정되는 것은 아니다.

상기 유기막(22)의 형성 후, 다음으로는 상기 유기막(22)을 상기 배면 기판(4)으로부터 박리시키는 공정을 실시하게 된다. 즉, 상기 배면 기판(4) 위에 필름 형상을 취하고 있던 상기 유기막(22)을 물리적인 에너지로서 도 3f에 도시한 바와 같이, 상기 배면 기판(4)으로부터 뜯어내게 되면, 상기 에미터(8)의 형성 부위 중, 상기 절연층(12) 위에 형성된 부위는 상기 유기막(22)의 박리시, 이 유기막(22)과 함께 상기 배면 기판(44)으로부터 박리되어지나, 상기 캐소드 전극(6) 위에 형성된 부위는 그 일부가 상기 유기막(22)과 함께 박리되고 나머지 일부위는 상기 캐소드 전극(6) 위에 남게 된다. 이 과정에서 상기 에미터(8)를 형성하는 탄소 나노튜브들은 그 선단 부위를 상기 에미터(8)의 표면 밖으로 노출시키게 될 뿐만 아니라, 에미터(8)의 가장 자리를 형성하게 될 탄소 나노튜브들은 상기 캐소드 전극(6) 상 및 이 캐소드 전극(6)의 주위 상에 불규칙한 패턴으로 남아 있던 상기 은 잔류물(20)로 인해 그 역시 불규칙한 패턴을 유지하게 되어, 이로 인해 상기 에미터(8)의 가장 자리는 도 2에 도시한 바와 같이, 매끄럽지 않고 거칠어지게 된다.

이상의 공정을 통해 상기 에미터(8)에 대한 표면 처리를 실시할 수 있게 되며, 이와 같이 표면 처리가 실시된 상기 에미터(8)는, 활성화된 탄소 나노튜브의 배치 상태 특히, 가장 자리에서 거칠게 된 탄소 나노튜브의 배치 상태로 인해 전계 방출 능력을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

실질적으로 본 발명의 발명자는, 7인치(inch)의 크기를 갖는 전계 방출 표시 소자에 대해 상기한 공정을 실시하여 전계 방출 표시 소자를 형성한 후, 이에 대한 동작 전압을 측정한 결과, 동일 크기의 종래 전계 방출 표시 소자에 비해 그 전압의 크기(본 발명: 100V, 종래: 250V)를가 줄어듬을 알 수 있었다. 즉, 본 발명의 전계 방출 표시 소자는 종래의 전계 방출 표시 소자보다 에미터의 전계 능력을 향상시켜 작은 크기의 전압에서도 동작을 이룰 수 있게 되는 것이다.

다음으로는 본 발명의 제2 실시예에 대해 알아보기로 한다. 본 발명의 제2 실시예에는 상기한 제조 공정 중, 상기 에미터의 형성 공정 단계를 달리하여 상기 전계 방출 표시 소자를 구성하게 된다.

이 제2 실시예에서는 상기 에미터(8)를 탄소나노 튜브 파우더, 프리트, 광개시제, 수지 및 용매 등을 포함하는 감광성 페이스트로 형성하는 것을 특징으로 한다. 즉, 도 5a에 도시한 바와 같이, 상기 기판(4) 위에 게이트 전극(10), 절연층 및 캐소드 전극(6)이 형성된 상태에서 상기한 에미터용 감광성 페이스트(8')를 상기한 상태와 마찬가지로 인쇄법으로서 도포 형성한다.

이러한 상태에서 도 5b에 도시한 바와 같이 상기 기판(4)의 상측으로 소정의패턴을 가진 마스크(30)를 대고 상기 감광성 페이스트(8')에 대한 노광 공정을 실시한다. 이 때, 상기 마스크(30)는 상기 감광성 페이스트(8')의 일측단에 대해 톱니 형상과 같은 날카로운 부위를 형성할 수 있는 홀 패턴을 갖는다.

즉, 상기한 마스크(30)를 이용하여 상기 감광성 페이스트(8')에 대해 노광 및 현상 공정을 행하게 되면, 상기 감광성 페이스트(8')로 이루어진 에미터(8)는 도 5c에 도시한 바와 같이, 그 일측단 가장자리 부위를 날카롭게 할 수 있게 되고, 이러한 상태로 전술한 예와 같이 표면 처리 공정을 거치게 되면, 그 거칠기를 더욱 강하게 이룰 수 있게 된다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허 청구의 범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하는 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 의한 전계 방출 표시소자의 제조방법은, 실질적으로 전 자 방출이 이루어지는 에미터의 가장 자리 부위를 거칠게 하여, 이로부터 많은 양의 전자가 방출되도록 함으로써, 전계 방출 표시소자의 작용시, 종래에 비해 구동 전압을 낮춘 상태에서도 전자 방출량에 영향없이 양호한 작용을 이룰 수 있는 효과를 가지게 된다.

Claims (7)

1. 은을 포함하는 감광성 페이스트를 기판 위에 인쇄하고 이를 포토리소그래피 방식으로 패턴닝하여 복수의 캐소드 전극들을 형성하고;

   카본계 물질을 사용하여 상기 캐소드 전극들 각각 위에 에미터를 형성하고;

   상기 기판 위로 상기 에미터의 표면을 처리하기 위한 유기막을 상기 에미터가 덮이도록 형성하고; 그리고,

   물리적 에너지로 상기 유기막을 상기 기판으로부터 박리하여 상기 에미터의 가장자리가 거칠게 되도록 하는 것을

   포함하고,

   상기 유기막을 스핀 코팅법으로 상기 기판 위에 형성하는 전계 방출 표시소자의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 에미터의 형성은,

   상기 카본계 물질을 포함하는 페이스트를 상기 캐소드 전극들 위에 인쇄하고; 그리고

   인쇄된 상기 페이스트를 건조 및 소성하는 것을

   포함하여 이루는 전계 방출 표시소자의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 카본계 물질이 탄소 나노튜브, 그라파이트 및 다이아몬드 중 적어도 어 느 하나로 선택되어 이루어지는 전계 방출 표시소자의 제조방법.
4. 삭제
5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 유기막이 폴리이미드 용액으로 이루어지는 전계 방출 표시소자의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 에미터의 형성은,

   상기 카본계 물질을 포함하는 감광성 페이스트를 상기 캐소드 전극들 위에 인쇄하고;

   인쇄된 상기 감광성 페이스트를 건조시키고,

   포토리소그래피 방식으로 건조된 상기 감광성 페이스트의 가장 자리를 임의의 패턴으로 패턴닝하고; 그리고,

   상기 감광성 페이스트를 소성하는 것을

   포함하여 이루는 전계 방출 표시소자의 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 감광성 페이스트의 가장 자리를 톱니 모양으로 패턴닝하는 전계 방출 표시소자의 제조방법.

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