KR100874453B1 - Method of forming electron emission source of field emission display - Google Patents
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Abstract
전자 방출원의 표면을 고르게 하고, 대화면 표시장치 제작에 용이하게 적용할 수 있는 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법에 관한 것으로서,The present invention relates to a method for forming an electron emission source of a field emission display device which can be uniformly applied to the surface of an electron emission source and easily applied to fabrication of a large display.
전자 방출원 형성 방법은, 기판 상에 캐소드 전극들을 형성하는 단계와; 투명한 기재 필름 위에 점착층, 감광 물질이 포함된 카본층, 및 보호 필름을 순차적으로 적층하여 카본 필름을 제작하는 단계와; 보호 필름을 제거하고, 카본층이 캐소드 전극과 접촉하도록 카본 필름을 기판 위에 적층하는 단계와; 카본 필름 위에 노광 마스크를 배치하고, 자외선을 조사하여 카본층을 경화시킴으로써 캐소드 전극 상에 카본층을 고착시키는 단계와; 기재 필름을 제거하고, 경화되지 않은 카본층을 제거한 다음 열처리하는 단계를 포함한다.An electron emission source forming method includes forming cathode electrodes on a substrate; Preparing a carbon film by sequentially laminating an adhesive layer, a carbon layer including a photosensitive material, and a protective film on the transparent base film; Removing the protective film and laminating the carbon film on the substrate such that the carbon layer is in contact with the cathode electrode; Arranging an exposure mask on the carbon film, irradiating ultraviolet light to cure the carbon layer, and fixing the carbon layer on the cathode electrode; Removing the base film, removing the uncured carbon layer, and then heat treating.
Description
도 1∼도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법을 설명하기 위한 각 세부 단계에서의 개략도.1 to 5 are schematic diagrams at each detailed step for explaining a method for forming an electron emission source of a field emission display device according to a first embodiment of the present invention.
도 6∼도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법을 설명하기 위한 각 세부 단계에서의 개략도.6 to 8 are schematic diagrams at each detailed step for explaining an electron emission source forming method of a field emission display device according to a second embodiment of the present invention;
도 9와 도 10은 각각 본 발명에 의한 전자 방출원 형성 방법으로 제작된 전자 방출원을 구비한 전계 방출 표시장치의 부분 분해 사시도.9 and 10 are partially exploded perspective views of a field emission display device having an electron emission source fabricated by the method for forming an electron emission source according to the present invention, respectively.
본 발명은 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자 방출원의 표면을 고르게 하고, 대화면 표시장치 제작에 용이하게 적용할 수 있는 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
평판 표시장치의 일종인 전계 방출 표시장치는, 초기에 몰리브덴이나 실리콘 등의 물질을 적층하여 선단을 뾰족하게 구성한 스핀트(spindt) 타입의 전자 방출원을 사용하였으나, 스핀트 타입의 전자 방출원은 초미세 구조로 제조 방법이 복잡하 고, 높은 정밀도의 제조 기술이 요구되므로 대화면 표시장치 제작에 적용되기 어려운 한계가 있다.The field emission display device, which is a kind of flat panel display device, used a spindt type electron emission source in which a tip was formed by stacking materials such as molybdenum or silicon in the early stage. Due to the ultra-fine structure, the manufacturing method is complicated, and high precision manufacturing technology is required, it is difficult to be applied to manufacturing a large screen display device.
따라서 최근에는 낮은 일함수(work function)를 갖는 탄소계 물질을 이용하여 면 타입의 전자 방출원을 형성함으로써 제조 과정을 단순화하고, 대화면 표시장치를 용이하게 제작하려는 노력이 진행되고 있다.Therefore, in recent years, efforts have been made to simplify the manufacturing process and easily manufacture a large screen display by forming a surface type electron emission source using a carbon-based material having a low work function.
상기 전자 방출원에 적합한 탄소계 물질로는 흑연과 카본 나노튜브(CNT; carbon nanotube) 등이 잘 알려져 있으며, 이 가운데 특히 카본 나노튜브는 끝단의 곡률 반경이 100Å 정도로 극히 미세하여 1∼3V/㎛ 정도의 낮은 전계에서도 전자 방출을 원활하게 일으켜 이상적인 전자 방출원으로 기대되고 있다.Graphite and carbon nanotubes (CNT) are well known as carbon-based materials suitable for the electron emission source. Among them, carbon nanotubes have a very small radius of curvature of about 100 μs, and thus 1 to 3 V / μm. It is expected to be an ideal electron emission source by smoothly generating electrons even at low electric fields.
전술한 탄소계 물질을 이용한 전자 방출원의 형성 방법으로 스크린 인쇄법과 기판 성장법이 있다. 상기 스크린 인쇄법은 흑연 또는 카본 나노튜브와 유기 바인더를 혼합한 페이스트 형태의 혼합체를 캐소드 전극 위에 스크린 인쇄한 다음, 열처리하여 유기 바인더를 증발시키는 과정으로 이루어지며, 기판 성장법은 캐소드 전극 위에 화학기상증착(CVD; chemical vapor deposition)법을 이용하여 카본 나노튜브를 직접 성장시키는 과정으로 이루어진다.As a method of forming an electron emission source using the aforementioned carbon-based material, there are screen printing and substrate growth. The screen printing method consists of screen printing a mixture of graphite or carbon nanotubes and an organic binder on a cathode electrode, followed by heat treatment to evaporate the organic binder. Substrate growth is performed by chemical vapor deposition on the cathode electrode. It is made by directly growing carbon nanotubes using chemical vapor deposition (CVD).
상기 스크린 인쇄법은 제조 과정이 단순하고, 대화면 표시장치 제작에 용이하게 적용할 수 있는 장점이 있으나, 스크린 인쇄법으로 형성된 전자 방출원은 거친 표면을 가지므로, 전계 형성으로 전자 방출원에서 전자가 방출될 때, 전자 방출 특성이 불균일해지며, 그로 인해 사용 수명이 저하될 수도 있다.The screen printing method has a simple manufacturing process and can be easily applied to fabrication of a large screen display device. However, since the electron emission source formed by the screen printing method has a rough surface, electrons from the electron emission source are formed by forming an electric field. When released, the electron emission characteristics become nonuniform, which may lower the service life.
그리고 상기 기판 성장법은 캐소드 전극 상에 개개의 카본 나노튜브를 실질 적으로 수직하게 정렬하여 카본 나노튜브 끝단에 전계를 집중시킴으로써 전자 방출원의 전자 방출 특성을 우수하게 하는 장점이 있으나, 기판 성장법은 스크린 인쇄법과 비교하여 높은 정밀도의 제조 과정이 요구되고, 증착기가 필요하므로 대화면 표시장치 제작에 불리한 단점을 안고 있다.The substrate growth method has an advantage of excellent electron emission characteristics of an electron emission source by concentrating an electric field at the ends of carbon nanotubes by substantially vertically aligning individual carbon nanotubes on a cathode electrode. Compared with the screen printing method, the manufacturing process requires a higher precision and a deposition machine has a disadvantage in manufacturing a large screen display device.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전자 방출원이 균일한 표면을 갖도록 하여 전자 방출 특성을 균일하게 하고, 대화면 표시장치 제작에 용이하게 적용될 수 있는 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to make an electron emission source have a uniform surface so that electron emission characteristics are uniform, and a field emission display device which can be easily applied to fabrication of a large display device. The present invention provides a method for forming an electron emission source.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,In order to achieve the above object, the present invention,
기판 상에 캐소드 전극들을 형성하는 단계와, 투명한 기재 필름 위에 점착층, 감광 물질이 포함된 카본층, 및 보호 필름을 순차적으로 적층하여 카본 필름을 제작하는 단계와, 보호 필름을 제거하고 카본층이 캐소드 전극과 접촉하도록 카본 필름을 기판 위에 적층하는 단계와, 카본 필름 위에 노광 마스크를 배치하고 자외선을 조사하여 카본층을 경화시킴으로써 캐소드 전극 상에 카본층을 고착시키는 단계와, 기재 필름을 제거하고 경화되지 않은 카본층을 제거한 다음 열처리하는 단계를 포함하는 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법을 제공한다.Forming a cathode on the substrate, sequentially laminating an adhesive layer, a carbon layer containing a photosensitive material, and a protective film on a transparent base film to form a carbon film, removing the protective film, and Stacking a carbon film on a substrate to contact the cathode electrode, placing an exposure mask on the carbon film and irradiating ultraviolet light to cure the carbon layer, and fixing the carbon layer on the cathode electrode, removing the base film and curing It provides a method for forming an electron emission source of a field emission display device comprising the step of removing the carbon layer is not heat and then heat treatment.
상기 카본층을 형성하는 단계는, 흑연 또는 카본 나노튜브, 비히클, 필러, 프리트, 및 감광 물질이 혼합된 조성물을 상기 점착층 전면에 스크린 인쇄 또는 스 프레이 도포하는 것으로 이루어진다.The forming of the carbon layer may include screen printing or spray coating of a mixture of graphite or carbon nanotubes, a vehicle, a filler, a frit, and a photosensitive material on the entire surface of the adhesive layer.
그리고 상기 카본층 형성을 위한 조성물은, 알루미나 및 지르코니아로 이루어진 군으로부터 선택된 무기 분말, 및 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al)으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 분말을 더욱 포함한다.The composition for forming the carbon layer further includes an inorganic powder selected from the group consisting of alumina and zirconia, and a metal powder selected from the group consisting of silver (Ag), copper (Cu), and aluminum (Al).
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1∼도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법을 설명하기 위한 각 세부 단계에서의 개략도이다.1 to 5 are schematic diagrams at each detailed step for explaining a method for forming an electron emission source of a field emission display device according to a first embodiment of the present invention.
먼저 도 1에 도시한 바와 같이, 기판(1) 상에 캐소드 전극들(2)을 형성한다. 그리고 캐소드 전극(2) 상에 전자 방출원을 형성하기 위하여 카본 물질을 필름화한 카본 필름을 제작한다.First, as shown in FIG. 1,
상기 카본 필름을 제작하기 위하여 도 2에 도시한 바와 같이, 투명한 기재 필름(11)을 준비하고, 기재 필름(11) 위에 점착층(12)과, 감광 물질이 함유된 카본층(13), 및 보호 필름(14)을 순차적으로 적층하여 카본 필름(10)을 완성한다.In order to produce the carbon film, as shown in FIG. 2, a
상기 기재 필름(11)은 이후의 노광 공정에서 빛을 카본층(13)으로 투과시켜야 하므로 광 투명성이 있는 것이어야 하고, 일례로 비닐기를 갖는 물질로 이루어진다. 상기 카본층(13)은 흑연 또는 카본 나노튜브, 비히클, 필러, 프리트 및 감광 물질이 혼합된 조성물을 점착층(12) 위에 스크린 인쇄하거나 스프레이 도포하여 완성된다.Since the
상기 조성물에 포함되는 비히클은 인쇄 또는 도포가 용이하게 되도록 조성물 의 점도와 농도 등을 조절하는 역할을 하며, 일반적으로 페이스트 조성물에 사용되는 것은 모두 사용할 수 있다. 예를 들어 알파-테르피놀, 에틸 셀룰로즈, 부틸 카비톨 아세테이트 등의 물질이 비히클로 사용될 수 있다.The vehicle included in the composition serves to adjust the viscosity and concentration of the composition so as to facilitate printing or application, and generally, all materials used in the paste composition may be used. For example, materials such as alpha-terpinol, ethyl cellulose, butyl carbitol acetate and the like can be used as the vehicle.
그리고 상기 조성물에는 글래스 프리트, 알루미나, 지르코니아 등의 무기 분말과, 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 금속 분말이 포함될 수 있다. 상기 무기 분말은 접착 물질로 흑연 또는 카본 나노튜브를 캐소드 전극 상에 고정시키는 역할을 하며, 상기 금속 분말은 전도성 물질로 흑연 또는 카본 나노튜브와 캐소드 전극을 전기적으로 연결하는 역할을 한다.The composition may include inorganic powders such as glass frit, alumina, zirconia, and metal powders such as silver (Ag), copper (Cu), and aluminum (Al). The inorganic powder serves to fix the graphite or carbon nanotubes on the cathode as an adhesive material, and the metal powder serves to electrically connect the graphite or carbon nanotubes to the cathode as a conductive material.
이와 같이 카본 필름(10)을 제작한 다음, 보호 필름(14)을 제거하고, 도 3에 도시한 바와 같이 카본층(13)이 캐소드 전극(2)과 접촉하도록 기판(1) 상에 카본 필름(10)을 적층한다. 그리고 도 4에 도시한 바와 같이, 카본 필름(10) 위에 노광 마스크(20)를 장착하고, 카본 필름(10)에 자외선(점선 화살표)을 조사한다.After fabricating the
상기 노광 마스크(20)는 캐소드 전극(2) 상에 전자 방출원이 위치할 부분에 대응하여 홀(20a)이 형성된 것으로, 광원(미도시)에서 조사된 자외선 가운데 노광 마스크의 홀(20a)을 통과한 자외선 만이 카본 필름(10)으로 조사된다. 이 때, 기재 필름(11)이 광 투명성이므로 자외선을 카본층(13)으로 투과시키며, 카본층(13)은 감광 물질에 의해 자외선이 조사받은 부분이 선택적으로 경화된다.The
다음으로, 상기 카본층(13)으로부터 기재 필름(11)을 제거하고, 현상기(미도시)를 이용해 경화되지 않은 카본층을 제거하여 도 5에 도시한 바와 같이, 캐소드 전극(2) 상에 경화된 카본층(13) 만을 남긴다. 그리고 카본층(13)을 열처리하여 카본층(13)에 함유된 비히클을 증발시키고, 금속 분말을 융해시켜 전자 방출원을 완성한다.Next, the
도 6∼도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법을 설명하기 위한 각 세부 단계에서의 개략도이다.6 to 8 are schematic diagrams at each detailed step for explaining an electron emission source forming method of a field emission display device according to a second embodiment of the present invention.
먼저, 기판(1) 상에 캐소드 전극들(2)을 스트라이프 패턴으로 형성한 다음(도 1 참고), 도 6에 도시한 바와 같이 카본 물질을 필름화한 카본 필름(40)을 제작한다. 본 실시예에서 카본 필름(40)은 전술한 실시예의 것과 달리, 패턴화된 카본층(43)을 구비한 것에 특징이 있다.First, the
상기 카본 필름(40)을 제작하기 위하여, 먼저 기재 필름(41)을 준비하고, 기재 필름(41) 위에 점착층(42)을 형성하며, 흑연 또는 카본 나노튜브, 비히클, 필러, 및 프리트가 혼합된 조성물을 일정 패턴으로 스크린 인쇄하여 카본층(43)을 형성하고, 카본층(43) 위에 보호 필름(44)을 적층하여 카본 필름(40)을 완성한다.In order to fabricate the
상기 카본층(43) 형성에 사용되는 조성물은 감광 물질을 포함하지 않은 것을 제외하고 전술한 실시예의 것과 동일하게 이루어지며, 카본층(43)의 패턴은 캐소드 전극(2) 상에 형성하고자 하는 전자 방출원의 패턴과 동일하게 이루어진다.The composition used to form the
이와 같이 패턴화된 카본층(43)을 구비한 카본 필름(40)을 제작한 다음, 보호 필름(44)을 제거하고, 도 7에 도시한 바와 같이 카본층(43)이 캐소드 전극(2)과 접촉하도록 기판(1) 상에 카본 필름(40)을 적층한다. 이 때, 기재 필름(41) 위로 로울러(50)를 이동시켜 캐소드 전극(2) 상에 카본층(43)을 밀착시킨다. 그리고 카본층(43)으로부터 기재 필름(41)을 제거하여 도 8에 도시한 바와 같이 카본층(43) 을 캐소드 전극(2) 위에 남긴다.After the
마지막으로 카본층(43)을 열처리하여 카본층(43)에 함유된 비히클을 증발시키고, 금속 분말을 융해시켜 전자 방출원을 완성한다.Finally, the
이와 같이, 본 발명에 의한 전자 방출원 형성 방법은 캐소드 전극 상에 조성물을 직접 스크린 인쇄하거나 카본 나노튜브를 성장시키지 않고, 카본 물질을 필름화한 카본 필름을 제작한 다음, 필름화된 카본 물질을 캐소드 전극 상에 전사시키는데 큰 특징이 있다.As described above, the method for forming an electron emission source according to the present invention produces a carbon film obtained by filming a carbon material without directly screen-printing the composition or growing carbon nanotubes on the cathode, and then forming the filmed carbon material. There is a great feature for transferring onto a cathode electrode.
따라서 본 발명은 카본층을 캐소드 전극 위에 남기고 기재 필름을 제거하는 것으로 균일한 표면의 전자 방출원을 형성할 수 있으며, 대량의 카본 필름을 미리 제작한 다음 이를 표시장치 제작에 적용함으로써 대화면 표시장치 제작에 유리할 뿐만 아니라 보다 단순화된 공정으로 전자 방출원을 형성하는 장점을 갖는다.Therefore, the present invention can form an electron emission source having a uniform surface by leaving the carbon layer on the cathode electrode and removing the base film, and fabricates a large screen display device by preparing a large amount of carbon film in advance and then applying the same to the display device fabrication. Not only is it advantageous, but also has the advantage of forming an electron emission source in a simplified process.
또한 본 발명이 제공하는 전자 방출원 형성 방법은 다음에 설명하는 다양한 구성의 전계 방출 표시장치에 용이하게 적용될 수 있다. 도 9와 도 10은 각각 상기 과정으로 완성된 전자 방출원을 구비한 전계 방출 표시장치의 부분 분해 사시도이다.In addition, the electron emission source forming method provided by the present invention can be easily applied to the field emission display device of various configurations described below. 9 and 10 are respectively partially exploded perspective views of the field emission display device having the electron emission source completed by the above process.
먼저 도 9에 도시한 전계 방출 표시장치의 후면 기판(1)에는, 캐소드 전극들(2)이 형성되고, 캐소드 전극들(2)을 덮으면서 후면 기판(1) 전면에 절연층(3)이 형성되며, 절연층(3) 위에 게이트 전극들(4)이 캐소드 전극(2)과 수직한 스트라이프 패턴으로 형성된다. 그리고 캐소드 전극(2)과 게이트 전극(4)의 교차 영역에 게이트 전극(4)과 절연층(3)을 관통하는 홀(5)이 형성되고, 홀(5)에 의 해 노출된 캐소드 전극(2) 상에 전자 방출원(6)이 형성된다.First,
그리고 도 10에 도시한 전계 방출 표시장치의 후면 기판(1')에는, 게이트 전극들(4')이 스트라이프 패턴으로 형성되고, 게이트 전극들(4')을 덮으면서 후면 기판(1') 전면에 절연층(3')이 형성되며, 절연층(3') 위에 캐소드 전극들(2')이 게이트 전극(4')과 수직한 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극(2')과 게이트 전극(4')의 교차 영역에서 캐소드 전극(2')의 일측 가장자리 위에 전자 방출원(6')이 형성된다.In the rear substrate 1 'of the field emission display shown in FIG. 10, gate electrodes 4' are formed in a stripe pattern, and the front surface of the rear substrate 1 'is covered while covering the gate electrodes 4'. An insulating layer 3 'is formed on the cathode layer, and the cathode electrodes 2' are formed in a stripe pattern perpendicular to the gate electrode 4 'on the insulating layer 3', and the cathode electrode 2 'and the gate electrode are formed on the insulating layer 3'. An electron emission source 6 'is formed on one side edge of the cathode electrode 2' at the intersection region of 4 '.
도 9와 도 10에 도시한 전계 방출 표시장치 모두에서, 전면 기판(7)에는 투명한 애노드 전극(8)이 형성되고, 애노드 전극(8) 표면에 R(적), G(녹), B(청) 형광막(9R, 9B, 9G)이 위치한다. 이로서 캐소드 전극(2, 2')과 게이트 전극(4, 4')의 전압 차에 의해 전자 방출원(6, 6') 주위에 전계가 형성되면, 전자 방출원(6, 6')으로부터 전자가 방출되고, 방출된 전자들은 애노드 전극(8)에 인가된 고전압에 이끌려 해당 형광막에 충돌함으로써 형광막을 발광시킨다.In both of the field emission displays shown in FIGS. 9 and 10, a
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.
이와 같이 본 발명에 따르면, 필름화된 카본 물질을 캐소드 전극 위에 전사함으로써 다양한 구성을 갖는 대화면 표시장치에 전자 방출원을 용이하게 형성할 수 있다. 또한 카본 물질을 캐소드 전극 위에 남기고 기재 필름을 제거하는 것으로 균일한 표면의 전자 방출원을 형성하며, 그 결과 전자 방출원의 전계 방출 특성을 균일화할 수 있다.As described above, according to the present invention, an electron emission source can be easily formed on a large screen display device having various configurations by transferring the filmed carbon material onto the cathode electrode. In addition, by leaving the carbon material on the cathode electrode and removing the base film, an electron emission source having a uniform surface is formed, and as a result, the field emission characteristics of the electron emission source can be made uniform.
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