KR101720697B1

KR101720697B1 - 대면적 전계방출원 장치에의 전자 방출원의 균일 방출 검사 방법

Info

Publication number: KR101720697B1
Application number: KR1020160085347A
Authority: KR
Inventors: 호 섭 김
Original assignee: 씨이비티 주식회사
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2017-04-03
Also published as: KR20160084831A

Abstract

본 발명은 CNT를 포함하는 나노 구조물을 전자 방출원으로 사용하며, 상기 전자 방출원이 음극 컨덕터에 다수의 어레이 형태로 배열되고, 그리고 상기 전자 방출원에 대응하는 다수의 게이트 또는 렌즈를 포함하는 대면적 전계방출원 장치의 전자들이 균일하게 방출되는지 여부를 검사하는 방법에 관한 것이다.
이와 같은 방법을 수행하기 위하여, 본 발명은 상기 전자 방출원이 음극 컨덕터에 배열된 상태에서 상기 전자 방출원에 전자빔을 주사하는 단계; 상기 주사된 전자빔의 전자들이 상기 전자 방출원에 부딪혀서 나온 전자들을 검출하거나 또는 상기 주사된 전자빔의 전자들을 상기 전자 방출원에서 직접 검출하는 단계; 그리고
상기 검출된 전자들의 양의 균일도를 검사하거나 또는 상기 검출된 전자들로부터 이미지를 만들어 밝기들의 균일도를 검사하는 단계; 를 포함한다.

Description

대면적 전계방출원 장치에의 전자 방출원의 균일 방출 검사 방법{Method for inspecting electron emission uniformity of electron emitters in Large-sized Field Emission Device}

본 발명은 대면적 전계방출원 장치(Large-sized Field Emission Device)에서 방출되는 전자들의 분포가 일정한 지를 검사하기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소 나노 튜브를 포함하는 다양한 나노 구조물을 전자 방출원으로 이용하는 대면적 전계방출원 장치(LFED)에서 상기 전자 방출원들로부터 방출되는 전자 량의 분포가 균일하게 되어 있는지를 검사하기 위한 방법에 관한 것이다.

대면적 전계방출원 장치는 탄소 나노 튜브(CNT)를 포함하는 다양한 나노 구조물을 전자 방출원으로 사용하며, 전계(electron field)를 이용하여 다수의 전자빔을 방출하는 장치로서, 대표적인 장치로는 박막 대형 디스플레이 장치의 하나로서 FED(Field Emission Display)가 있다. FED는 전자 방출원에서 방출된 전자들을 빔으로 만들어 스크린에 영상을 만드는 것이다. 이런 FED는 박막 대형 디스플레이 장치로서 사용될 수 있으며 스크린에 전자빔을 주사해서 사용되는 기술이다.

그러나 이러한 탄소 나노 튜브를 포함하는 다양한 나노 구조물을 전자 방출원으로 사용하는 LFED는 다수의 전자 방출원이 사용되는 결과 각 전자 방출원으로부터 방출된 전자빔이 균일한 밝기로 주사되지 않는 문제가 있다. 이와 같은 문제를 LFED 제작 공정 중 확인하여 이상 유무를 검사할 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자, 탄소 나노 튜브를 포함하는 다양한 나노 구조물을 전자 방출원으로 사용하는 LFED 의 제조 공정 중 전자 방출원이 균일하게 분포 배치되어 있는가 및 균일한 전자 방출을 할 수 있는 가를 검사하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 검사 방법은, CNT를 포함하는 나노 구조물을 전자 방출원으로 사용하며, 상기 전자 방출원이 음극 컨덕터에 다수의 어레이 형태로 배열되고, 그리고 상기 전자 방출원에 대응하는 다수의 게이트 또는 렌즈를 포함하는 대면적 전계방출원 장치의 전자 균일 방출 검사 방법에 있어서,

상기 전자 방출원이 음극 컨덕터에 배열된 상태에서 상기 전자 방출원에 전자빔을 주사하는 단계;

상기 주사된 전자빔의 전자들이 상기 전자 방출원에 부딪혀서 나온 전자들을 검출하거나 또는 상기 주사된 전자빔의 전자들을 상기 전자 방출원에서 직접 검출하는 단계; 그리고

상기 검출된 전자들의 양의 균일도를 검사하거나 또는 상기 검출된 전자들로부터 이미지를 만들어 밝기들의 균일도를 검사하는 단계;

를 포함하는 대면적 전계방출원 장치의 전자 균일 방출을 검사하는 방법.

또한, 본 발명에 따른 방법은, 상기 전자빔을 주사하는 것이 초소형 전자칼럼(Microcolumn)을 이용하여 주사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 방법은, 상기 초소형 전자칼럼이 멀티 전자칼럼으로서 n×m 배열되어 작동되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 방법은, 상기 대면적 전계방출원 장치가 나노 구조물을 전자 방출원으로 사용하며 그리고 상기 전자 방출원에 대응되는 대면적 실리콘 렌즈층이 게이트 또는 렌즈 역할을 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 검사 방법이 적용되는 LFED는 다수의 전자빔을 발생시키는 전자빔 발생 장치로서 사용될 수 있는 것으로, 전자빔을 이용한 장치에 사용될 수도 있고, 또한 단독의 디스플레이 장치로서 사용될 수 있을 뿐만 아니라 일반 LCD 디스플레이 장치 등의 백라이트 유니트(Back Light Unit)로도 사용이 가능하다. 즉 기존의 FED기술을 이용하여 BLU 광원 소스로서 사용이 가능하다. 또한 멀티빔 구조의 전자 칼럼도 대면적 전계 방출원 장치를 사용할 수 있다.

두 경우 모두 디스플레이 장치의 특성상 화면의 밝기가 모든 위치에서 균일하게 밝아야 한다. 그러나 다수의 방출원을 가진 LFED는 방출원마다의 특성상 디스플레이되는 화면의 밝기가 다른 불량의 원인이 존재한다. 물론 방출원 자체의 불량으로서 화소 자체가 작동되지 않을 수도 있다.

또한 이와 같은 문제를 해결하기 위해 각 단위 전자 방출원으로 CNT를 포함하는 나노 구조물을 다수로 사용할 수도 있다. 이러한 경우에서도 다수의 나노 구조물 방출원이 하나의 단위 전자 방출원으로 작동하면서 각 단위 나노 구조물 다발이 스크린상에 균일하게 밝기를 유지하는지에 대한 검사가 제조 공정 중 필요하다.

먼저 본 발명에서 검사 대상인 LFED의 제조 공정은 도체인 기체 위에 다수의 나노 구조물이 하나의 전자 방출원 단위로 부착 또는 형성된 후의 상태에서 검사하는 것이 바람직하다.

이와 같은 제조 공정 중의 LFED의 전자 방출원 영역에 전자 칼럼을 이용하여 전자빔을 주사하고 여기에 반응된 전자들을 검출하여 상기 LFED의 전자 방출원들이 균일하게 밝기를 유지할 수 있는지를 검사하는 것이다. 여기서 전자 칼럼은 전자빔을 형성하여 상기 LFED의 전자 방출원에 주사할 수 있는 것이면 사용이 가능하지만, 바람직하게는 1Kv 이하의 저에너지를 갖는 전자빔을 형성하여 주사가 가능한 전자 칼럼이 사용되는 것이 좋다.

상기 LFED에 전자 칼럼으로부터 주사된 전자빔에 의하여 LFED의 표면에서 발생되는 2차 전자들은 디텍터로 디텍팅 하거나 상기 도체로 이루어진 기체를 통해서 직접 상기 전자 방출원에 주사된 전자들을 검출하여 전자 방출원들의 균일한 분포여부를 확인 할 수 있다. 디텍터를 이용하는 방법은 SE(secondary electron) 디텍터나 BSE(back scattering electron) 디텍터 등 기존의 디텍터가 사용될 수 있다. 디텍터 없이 직접 기체를 통해서 전자 방출원에 주사된 전자들을 검출할 수 있다. 특히 디텍터 없이 전자들을 검출하는 방법은 저에너지에서 많은 유효 전자들을 방출하여 전자빔을 형성하는 마이크로칼럼을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 방식을 샘플커런트검출(sample current detecting) 방식 이라고도 불리워진다.

이와 같이 상기 LFED의 전자 방출원에 쏘여진 전자들을 디텍터를 이용하거나 직접 검출하여 LFED의 전자 방출원이 정상적으로 균일하게 분포되었는지를 검사하는 것이다.

본 발명에 따른 검사 방법을 이용하면, LFED를 완전히 제조한 후 불량을 확인하지 않고 제조 공정 중에 LFED의 전자 방출원의 불량을 확인할 수 있어 LFED 개발 및 제조 공정에서 그 개발 및 제조 공정 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따른 검사 방법을 이용하면 전자빔을 이용하여 간단하게 LFED의 전자 방출원의 균일한 배치 여부를 쉽게 할 수 있는 장점이 있다.

도1은 본 발명의 검사 대상인 LFED의 일 예인 FED의 구조를 나타내는 분해 사시도이다.
도2는 도1의 개략적인 단면도이다.
도3은 본 발명의 검사 방법을 도시한 사시도로서 디텍터가 사용된 예이다.
도4는 본 발명의 검사 방법을 도시한 사시도로서 디텍터가 사용되지 않은 예이다.

이하 도면을 참고하여 본 발명의 검사 방법을 보다 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 검사 대상인 일반적인 LFED 중 디스플레이로 사용되는 LFED의 구조를 나타내는 분해 사시도이고 도2는 도1의 개략적인 단면도이다. 일반적으로 LFED는 콜드 캐소드 전자 소스(cold cathod electron source)인 전계 방출원 어레이(field emitter array)를 행렬처럼 배열하며, 각각의 전계 방출원이 기존의 CRT와 같이 전자선(electron beam)을 방출하는 장치이며, 이러한 전자선(전자빔)을 형광체(phosphor)에 부딪혀 음극 발광을 하도록 하는 원리를 이용하면 FED와 같은 디스플레이는 장치로 사용이 가능하다.

도1에 도시된 바와 같이 아래쪽에는 음극 컨덕터(11)에 나노 구조물 전자 방출원(12)이 위치되며 상기 각 전자 방출원에 따라 위치된 게이트(13)를 포함하는 캐소드(CATHODE) 판(10)이 있으며 스페이서(미도시)에 의해 일정 간격을 작은 진공 갭을 두고 위쪽은 형광체(21)로 도포된 ITO(22)를 포함하는 아노드 판(23)과 상기 아노드 판이 부착된 유리(24)판을 포함하는 스크린(20)이 있다.

도2는 도1의 개략적인 단면도이다. 도2에서 상기 나노 구조물 전자 방출원(12)이 각 단위별로 다수의 나노 구조물들이 전자 방출원으로 사용된 상태로 스페이서(15)에 의해 게이트(13)와 이격되어 있다.

도3은 본 발명의 검사 방법을 도시한 도로서 디텍터가 사용된 예이다. 도3은 도2의 단면도에서 상기 LFED의 전자 방출원에 전자빔 주사 수단을 이용하여 전자빔을 주사하는 것을 나타내는 것으로, 즉, 스크린(20)이 없는 상태에서 검사되는 것이다. 도3에는 게이트(13)까지만 공정이 이루어진 상태에서 전자빔을 주사한 것으로 되어 있으나 게이트(13)는 없는 상태에서 전자빔을 주사하여도 무방하다. 이는 LFED 공정에 따라 선택되면 된다. 전자빔 주사 장치(100)에서는 주사된 실선 화살표로 표시된 전자빔(I)이 전자 방출원(11)에 주사되고 상기 전자 방출원(11)에서 반사된 점선 화살표로 표시된 2차 전자나 백스캐터링 전자들이 나오게 되며 이들 전자를 디텍터(30)가 검출하게된다. 그리하여 검출된 전자들을 분석하여 전자 방출원의 정상적인 분포 여부를 확인하게 된다. 전자빔 주사 장치(100)에서 실선 화살표로 표시된 전자빔(I)이 주사할 때 캐소드판(10)의 음극 컨덕터(11)에 일정 전압을 인가하여 전자 방출원(11)이 전하를 갖게 한 상태에서 각 전자 방출원에서 나오는 2차 전자나 백스캐터링 전자들을 검출하는 것이 더 바람직하다. 음극 컨덕터(11)에는 전자를 방출하기 위해서 음 전압이 인가되지만 검사시는 양전압을 인가하여도 무방하다. 즉 전압이 인가되어 상기 인가된 전압이 전자 방출원인 각 다발의 나노 구조물 개개에 전달되어 2차 전자나 백스캐터링 전자들의 방출에 영향을 줄 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 상기 디텍터(30)를 통해 각 전자 방출원(각 다발의 나노 구조물 개별)으로부터 전자들이 검출되어 전류 증폭기(A)를 통해 증폭되어 확인하게 된다.

CNT를 전자 방출원으로 사용하는 LFED는 CNT와 페이스트(paste)를 혼합하여 넓은 영역을 도포하고 테이프로 영역위에 부착한 후 탈착하여 CNT가 돌출되게 하는 방법도 있는데, 이 경우에도 위와 같이 검사가 가능하다.

도4는 본 발명의 검사 방법을 도시한 사시도로서 디텍터가 사용되지 않은 예이다. 도3의 디텍터 대신에 음극 컨덕터(11)에 전류 증폭기(A)를 연결하여 직접 각 나노 구조물에 수신된 전자빔을 직접 확인하는 방법이다. 즉 샘플커런트 방식으로 전자빔 주사 장치(100)로부터 나온 전자들을 확인하여 나노 구조물들의 배열 및 균일도를 확인하는 것이다.

즉, 나노 구조물이 일정한 영역에 제대로 배치되었는 지를 디텍터나 직접 샘플커런트 방식으로 확인 하는 것이다.

이와 같이 디텍터나 샘플커런트 방식으로 각 전자 방출원에 주사된 전자들을 이용해 그 이미지를 볼 수 있다. 이와 같이 각 전자방출원의 위치에 따른 각 이미지의 밝기를 보면 각 전자 방출원의 분포에 따른 정상 유무를 확인할 수 있다. 만일 각 나노 구조물의 전자 방출원이 제대로 균일하게 배치되지 않는다면 전자 방출원의 해당 부분의 이미지의 밝기가 고르게 분포되지 않는다. 또한 각 나노 구조물이 음극 컨덕터에 잘 부착되지 않으면 그 부분의 이미지가 다른 밝기를 나타내게 될 것이다.

또는 더 간단하게 각 전자 방출원, 즉 개개의 나노 구조물의 위치에 따른 검출된 전자량을 디텍터나 직접 음극 컨덕터를 통해서 확인하면 이미지를 확인하는 것과 같이 나노 구조물들의 위치를 확인할 수 있으며 각 검출된 전자들의 량의 분포를 확인하여 검사할 수도 있다.

또한 LFED의 각 전자 방출원에 일정한 전압을 인가한 상태에서 전자빔 주사 장치에서 전자빔이 주사하면, 확인되는 이미지나 전자량의 분포가 각 전자 방출원에 일정한 전압을 인가하지 않은 상태와는 다른 분포를 보이게 된다. 그 이유는 각 전자 방출원의 단부에 전압이 인가된 상태에서는 전자빔 주사 장치에서 주사되는 전자들이 다르게 반응을 하기 때문이다. 이미지상의 비교에서는 LFED의 각 전자 방출원을 포함한 표면의 이미지가 좀 더 내부적인 이미지까지 나타난다. 따라서 각 전자 방출원에 전압을 인가한 상태와 인가하지 않은 상태를 비교하여 검사하면 LFED의 좀더 정확한 이미지를 확인할 수 있어 나노 구조물 전자 방출원의 불량 및 균일성을 확인할 수 있다. 특히 전압을 인가하여 검사하는 경우에는 나노 구조물의 전자 방출원이 음극 컨덕터에 잘 부착되지 않은 경우에는 인가된 전압이 제대로 나노 구조물의 단부에 영향을 주지 못하므로 확인되는 이미지나 전자량의 분포가 다르게 되므로 이상 유무 확인에 바람직하다.

또한 전자빔 주사 장치를 다수개 사용하는 경우 각 전자빔 주사 장치에서 방출되는 전자빔의 양은 약간씩 다를 수 있다. 이 경우 각 전자빔 주사 장치에서 방출되는 전자빔의 양을 미리 확인 고려하여 각 각의 이미지의 밝기의 차이나 검출되는 전자량의 차이를 보정하면 고른 분포여부를 알 수 있다.

또한 각 나노 구조물의 위치는 전자 현미경에서 시료의 거리를 측정하는 것과 같이 기준점을 정하여 각 거리를 확인할 수도 있고 각 나노 구조물에서 확인된 전자량을 이미지화하면서 밝기의 차이를 이용할 수 있다. 물론 검출되는 전자량을 이미지 데이타와 함께 이용할 수도 있으나 검출 전자량 데이타를 이용해서 각 나노 구조물에 대한 검출 전자량의 예상값으로 비교하여 확인할 수도 있다.

나노 구조물이 다발로서 개별로 단위 전자 방출원으로 사용되는 것이 아니고 기존의 단일 전자 방출원이 사용되는 경우에는, 상기 전자 방출원이 음극 컨덕터(11)에 잘 부착이 되어있는지를 확인 할 수 있다.

그리고 본 발명의 검사 방법은 음극 컨덕터에 전자 방출원이 제대로 위치되어 있는지 또한 잘 부착되어 있는 지를 검사할 수 있는 것이다.

Claims

CNT를 포함하는 나노 구조물을 전자 방출원으로 사용하며, 게이트 또는 렌즈에 대응하여 상기 게이트 또는 렌즈에 전자들을 방출하도록 다수의 나노 구조물을 단위 전자 방출원으로 하여 상기 단위 전자 방출원을 어레이 형태로 다수 포함하며, 다수의 어레이 형태의 상기 단위 전자 방출원들이 음극 컨덕터에 배열되고, 그리고 상기 단위 전자 방출원들의 다수의 어레이 형태의 배열에 대응하는 다수의 개개의 게이트 또는 렌즈를 포함하여, 상기 단위 전자 방출원의 다수의 어레이에 따라 다수의 단위 전자빔들을 개별적으로 방출하는 대면적 전계방출원 장치에서 각 단위 전자 방출원들 간의 전자 균일 방출을 검사하는 방법에 있어서,
상기 단위 전자 방출원들이 상기 음극 컨덕터에 다수의 어레이 형태로 배열된 상태에서 어레이 형태로 배열된 각 단위 전자 방출원들에 전자빔을 주사하는 단계;
상기 주사된 전자빔들의 전자들이 상기 단위 전자 방출원들에 부딪혀서 나온 전자들을 검출하거나 또는 상기 주사된 전자빔의 전자들을 상기 단위 전자 방출원들을 통해서 샘플커런트 방식으로 전자들을 검출하는 단계; 그리고
상기 검출하는 단계에서 검출된 전자들을 어레이 형태로 배열된 각 단위 전자 방출원 별로 전자들의 양을 비교하거나 또는 상기 검출된 전자들로 이미지를 만들어 각 어레이 형태의 단위 전자 방출원 별로 밝기들을 비교하여, 각 단위 전자 방출원 별로 검출된 전자들의 양의 차이를 확인하거나 또는 이미지의 각 단위 전자 방출원 별로 밝기의 차이를 확인하여 각 단위 전자 방출원들의 균일도를 검사하는 단계;
를 포함하는 대면적 전계방출원 장치의 전자 균일 방출을 검사하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 단위 전자 방출원들에 일정 전압을 인가한 상태에서 상기 단위 전자 방출원들에 전자빔이 주사되는 것을 특징으로 하는 대면적 전계방출원 장치의 전자 균일 방출을 검사하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 단위 전자 방출원들에 일정 전압을 인가한 상태와 인가하지 않은 상태 각 각에서 상기 단위 전자 방출원들에 전자빔이 주사되며, 그리고 두 상태의 이미지를 비교해서 검사하는 것을 특징으로 하는 대면적 전계방출원 장치의 전자 균일 방출을 검사하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자빔을 주사하는 것이 초소형 전자칼럼(Microcolumn)을 이용하여 주사하는 것을 특징으로 하는 대면적 전계방출원 장치의 전자 균일 방출을 검사하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 초소형 전자칼럼이 멀티 전자칼럼으로서 n×m 배열되어 작동되는 것을 특징으로 하는 대면적 전계방출원 장치의 전자 균일 방출을 검사하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대면적 전계방출원 장치가 나노 구조물을 전자 방출원으로 사용하며 그리고 상기 단위 전자 방출원들에 대응되는 대면적 실리콘 렌즈층이 게이트 또는 렌즈 역할을 하는 것을 특징을 하는 대면적 전계방출원 장치의 전자 균일 방출을 검사하는 방법.