KR20010055501A - 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법 - Google Patents

전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법 Download PDF

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Abstract

제조 원가를 절감하면서도 화소 패턴의 고정세화 및 전자 방출 효과의 향상이 가능한 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법에 관한 것으로, 본 발명은, 도전 페이스트를 제조하는 단계와; 제조된 도전 페이스트를 스크린 인쇄법을 이용하여 기판에 성막하는 단계와; 카본 계열의 물질로 면전자 방출 페이스트를 제조하는 단계와; 성막된 도전 페이스트의 상측에 상기 면전자 방출 페이스트를 스크린 인쇄법을 이용하여 성막하는 단계와; 레이저 어블레이션법을 이용하여 원하는 패턴에 따라 도전 페이스트와 면전자 방출 페이스트의 일부를 제거하여 전극과 에미터를 동시에 형성하는 단계;를 포함한다. 이와 같이, 제조 원가가 낮은 후막 기술 및 레이저 어블레이션법을 복합하여 사용함으로써, 제조 원가를 절감하면서도 미세 패턴의 형성이 가능하며, 전체 공정수 및 공정에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있어 전계 방출 표시 소자의 생산성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

Description

전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법{METHOD FOR FORMING CATHODE OF FIELD EMISSION DISPLAY}
본 발명은 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조 원가를 절감하면서도 화소 패턴의 고정세화 및 전자 방출 효과의 향상이 가능한 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전계 방출 표시 소자(FED; Field Emission Display)는 양자역학적인 터널링 효과를 이용하여 음극(에미터 및 상기 에미터에 구동 전압을 인가하는전극을 의미한다)의 에미터에서 전자를 방출시키고, 방출된 전자를 양극(형광체 및 상기 형광체에 구동 전압을 인가하는 전극을 의미한다)의 형광체에 충돌시켜 소정의 화상을 구현하는 표시 소자로서, 전자를 방출시키는 에미터로는 선단이 뾰족한 스핀트(spindt) 타입의 에미터와 평평한 면 타입의 에미터가 있다.
도 1은 면 타입의 에미터를 갖는 2극관 구조의 전계 방출 표시 소자를 도시한 것으로, 전계 방출 표시 소자는 도시한 바와 같이, 일정한 간격을 두고 대향 배치되는 제1 기판(12) 및 제2 기판(14)과, 상기 제1 기판(12)의 일면에 라인 형상으로 배치되는 제1 전극(16)과, 제1 전극(16)과 수직으로 교차하도록 제2 기판(14)의 일면에 수직의 라인 형상으로 배치되는 제2 전극(18)을 포함한다.
그리고 제1 전극(16)의 표면으로는 전자 방출용 물질로 이루어지는 다수개의 면 타입 에미터(20)가 위치하여 상기 제1 전극과 에미터에 의해 음극이 구성되며, 에미터(20)와 마주하는 제2 전극(18)의 일면으로는 각각의 녹, 청, 적 형광막(22)이 위치하여 상기 제2 전극과 형광막에 의해 양극이 구성된다.
여기에서, 제1 전극(16)과 제2 전극(18)이 교차하는 공간이 하나의 화소를 이루게 된다.
이에 따라, 제1 전극(16)과 제2 전극(18)으로 소정의 전압 패턴을 인가하면, 하나의 화소를 이루는 제1 전극(16)과 제2 전극(18)에 인가된 전압 차이에 따라 전계가 형성되어 에미터(20)에서 화살표 방향으로 전자를 방출하게 되고, 방출된 전자는 형광막(22)에 충돌하여 형광막(22)을 발광시킴으로써 소정의 화상을 구현하게 된다.
이와 같이 구성되는 전계 발광 표시 소자에 있어서, 면전자 방출 물질로는 주로 다이아몬드상 카본(DLC; Diamond Like Carbon), 카본 섬유, 카본 나노튜브(CNT; Carbon Nanotube) 등의 카본 계열 물질이 사용되며, 상기 제1 전극으로는 ITO(Indium Tin Oxide)막에 의한 투명 전극이 사용된다.
그리고, 면 타입의 에미터를 제1 기판에 형성하는 방법으로는 (a) 박막 설비를 이용하여 면 타입의 에미터를 성막화하고, 이를 습식 식각 기술을 이용하여 전계 발광 어레이(FEA :Field Emission Array)를 구성하거나, 또는 (b) 카본 계열의 물질을 페이스트(paste)로 제조하고 이를 슬러리(slurry)나 프린팅 등의 후막 기술을 이용하여 제1 전극의 상측에 도포시켜 전계 발광 어레이로 구성하는 방법이 있다.
그런데, 전자(a)의 경우에 의하면, 화소 패턴의 형성이 용이하고 화소 패턴의 고정세화가 가능하지만 제조 원가가 높고 공정이 복잡한 문제점이 있다.
그리고, 후자(b)의 경우에 의하면, 제조 원가가 낮고 공정이 간단하지만, 후막 기술에 사용하는 마스크의 메쉬내 화소간 거리 및 화소 자체의 크기에 제한이 있는 관계로 100마이크론 이내의 고정세화 혹은 미세 패턴의 형성이 상당히 어려운 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 제조 원가가 낮으면서도 화소 패턴의 고정세화가 가능하며, 전자 방출 효과의 향상이 가능한 평판 표시 소자의 음극 형성 방법을 제공함을 목적으로 한다.
도 1은 일반적인 면타입 에미터를 갖는 전계 방출 표시 소자의 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법을 순차적으로 나타낸 공정 순서도.
도 3은 도 2의 방법에 따라 제조되는 음극을 도식적으로 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법을 순차적으로 나타낸 공정 순서도.
도 5는 도 4의 방법에 따라 제조되는 음극을 도식적으로 나타내는 도면.
상기와 같은 본 발명의 목적은,
도전 페이스트를 제조하는 단계와;
제조된 도전 페이스트를 기판에 성막하는 단계와;
레이저 어블레이션법을 이용하여 원하는 패턴에 따라 상기 도전 페이스트의 일부를 제거함으로써 소정의 패턴을 갖는 전극을 형성하는 단계와,
카본 계열의 물질로 면전자 방출 페이스트를 제조하는 단계와;
제조된 면전자 방출 페이스트를 상기 전극이 형성된 기판의 전면(全面)에 성막하는 단계와;
레이저 어블레이션법을 이용하여 원하는 패턴에 따라 상기 면전자 방출 페이스트만을 제거하여 에미터를 형성하는 단계;
를 포함하는 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 바람직한 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법은,
도전 페이스트를 제조하는 단계와;
제조된 도전 페이스트를 기판에 성막하는 단계와;
카본 계열의 물질로 면전자 방출 페이스트를 제조하는 단계와;
성막된 도전 페이스트의 표면에 상기 면전자 방출 페이스트를 성막하는 단계와;
레이저 어블레이션법을 이용하여 원하는 패턴에 따라 도전 페이스트와 면전자 방출 페이스트의 일부를 제거하여 전극과 에미터를 동시에 형성하는 단계;
를 포함한다.
이와 같이, 도전막과 면전자 방출막을 형성할 때에는 후막 기술을 사용하고, 이 도전막과 면전자 방출막을 레이저 어블레이션법을 사용하여 패턴을 형성하므로써 전극과 에미터를 형성하면, 제조 원가를 절감하면서도 화소 패턴의 고정세화가 가능하게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법을 순차적으로 나타낸 공정 순서도로서, 도전 페이스트를 제조하는 단계와, 제조된 도전 페이스트를 후막 기술을 이용하여 기판에 성막하는 단계와, 원하는 패턴에 따라 상기 도전 페이스트의 일부를 제거함으로써 소정의 패턴을 갖는 전극을 형성하는 단계와, 면전자 방출 페이스트를 제조하는 단계와, 상기 전극이 형성된 기판의 전면(全面)에 상기 면전자 방출 페이스트를 후막 기술을 이용하여 성막하는 단계와, 레이저 어블레이션법을 이용하여 원하는 패턴에 따라 상기 면전자 방출 페이스트만을 제거하여 에미터를 형성하는 단계로 이루어진다.
이를 도 3을 참조로 상세히 설명하면, 상기 도전 페이스트는 인쇄에 적합하도록 고점도의 ITO(Indium Tin Oxide), 또는 이후 기판에 도포될 형광체와 화학적인 반응을 일으키지 않는 Al 또는 Cr 등의 금속 재료로 이루어짐이 바람직하다.
특히, 도전 페이스트가 ITO로 이루어지는 경우, ITO 페이스트는 일정 비율 이상의 고형성분을 포함하는 것이 바람직하다. 이 때, 인쇄에 적합한 도전 페이스트는 점도가 1만∼10만 cps 범위이며, 페이스트 내의 고형성분이 10∼80 중량%로 존재하는 것이 바람직하다.
이와 같이 제조된 도전 페이스트를 기판의 일면에 후막 기술(스크린 인쇄법 또는 슬러리법 등)중의 한 방법, 본 실시예에서는 스크린 인쇄법에 의해 성막함으로써 도전막을 형성한다.
스크린 인쇄법은 스퀴이즈나 고무 로울러를 이용하여 스크린 메쉬의 망목을 통해 도전 페이스트를 피인쇄체(기판)로 밀어내어 인쇄하는 방법을 말하며, 이는 설비가 간단하고 패턴을 형성하는 제판 과정이 비교적 용이하여 여러 분야의 인쇄에 널리 사용되고 있다.
도전 페이스트의 스크린 인쇄는 기판과 스크린 메쉬를 스크린 인쇄기에 고정시키고, 스퀴이즈를 이용하여 도전 페이스트를 기판에 인쇄하는 과정으로 이루어진다.
상기한 방법을 통하여 도 3a에 도시한 바와 같이 기판(2)의 일측 전면(全面)에 도전막(4)을 인쇄한 후, 레이저 어블레이션법을 사용하여 전극(6)으로 완성하며, 이를 도 3b에 도시하였다.
레이저 어블레이션법은 원하는 식각 부분에 초점을 맞춘 후 레이저 빔을 조사하면 레이저 빔의 에너지가 식각 대상 물질에 흡수되고, 순간적으로 큰 에너지를 흡수한 미소 영역의 물질들이 플라즈마화 되면서 원하는 부분의 식각이 이루어지도록 한 건식 식각 기술의 하나로서, 식각 영역은 레이저 빔의 직경에 의해 결정된다.
그리고, 상기와 같은 전극 형성 작업은, 기판 이송이 가능한 가공 테이블상에 기판을 재치하여 상기 기판을 2축 방향(가공 테이블상의 전후좌우 방향)으로 이송시키면서 실시하여도 무방하고, 기판을 고정한 채로 레이저 어블레이션 유닛을 이송시키면서 실시하여도 무방하다.
이와 같이 전극(6)을 형성한 다음, 옥사이드(oxide) 또는 실리콘 계열의 다른 물질에 비해 레이저 빔에 대한 에너지 흡수율이 높은 흑연(griphite) 또는 카본 나노튜브 등의 카본 계열 물질로 면전자 방출 페이스트를 제조하고, 제조된 면전자 방출 페이스트를 전극이 형성된 기판의 일측 전면(全面)에 스크린 인쇄법에 의해 성막하여 면전자 방출막(8)을 형성한 후 이를 고착시키며, 이를 도 3c에 도시하였다.
여기에서, 상기 면전자 방출 페이스트의 조성비는 면전자원 소스 물질을 1로 할 때, 0.5∼0.8의 글래스 파우더(glass powder)와, 0.5∼0.8의 은(silver)과, 2∼20의 바인더로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이, 면전자 방출막(8)을 형성한 후에는, 상기 레이저 어블레이션법을 이용하여 레이저 빔을 조사하므로써 원하는 식각 부분의 면전자 방출 페이스트만을 제거하여 에미터(10)를 형성하며, 이를 도 3d에 도시하였다.
이와 같은 에미터 형성시, 면전자 방출 물질로는 특히 카본 나노튜브(carbon nanotube)를 포함하는 것이 바람직한데, 그 이유는 레이저 빔을 식각 부분에 조사하여 에미터(10)를 형성할 때, 레이저 빔의 에너지를 전달받은 부분의 카본 나노튜브(CNT)가 도 3d의 확대도에 도시한 바와 같이 에미터(10)의 표면에서 재배열되어면전자 방출 효과가 극대화되기 때문이다.
그리고, 레이저 빔은 카본 계열 물질에서 특히 에너지 흡수율이 높은 적외선(IR:infrared) 레이저를 사용하며, 특히, 카본 나노튜브를 함유한 물질에서는 562∼1064㎚ 정도의 파장을 갖는 레이저를 사용한다.
이와 같이 레이저 빔을 이용하여 패턴을 형성하면, 10미크론 이내의 패터닝 영역까지 패턴을 형성할 수 있어 미세 패턴의 형성이 가능하게 되며, 또한, 레이저 빔에 의해 식각된 부분의 에미터 표면에서 재배열되는 카본 나노튜브에 의해 면전자 방출 효과를 향상시킬 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법을 순차적으로 나타낸 것으로, 상기 방법은, 도전 페이스트를 제조하는 단계와, 제조된 도전 페이스트를 스크린 인쇄법을 이용하여 기판에 성막하는 단계와, 면전자 방출 페이스트를 제조하는 단계와, 성막된 도전 페이스트의 상측에 상기 면전자 방출 페이스트를 스크린 인쇄법을 이용하여 성막하는 단계와, 레이저 어블레이션법을 이용하여 원하는 패턴에 따라 도전 페이스트와 면전자 방출 페이스트의 일부를 제거하여 전극과 에미터를 동시에 형성하는 단계로 이루어진다.
이를 도 5를 참조로 설명하면, 상기 도전 페이스트는 도 2의 실시예에서와 마찬가지로 고점도의 ITO(Indium Tin Oxide), 또는 Al 또는 Cr 등의 금속으로 이루어지며, 이와 같이 제조된 도전 페이스트를 기판의 일면에 스크린 인쇄법에 의해 성막함으로써 도전막을 형성한다.
상기한 방법을 통하여 도 5a에 도시한 바와 같이 기판(2)의 일측 전면(全面)에 도전막(4)을 인쇄한 후, 상기의 카본 계열 물질(특히 카본 나노튜브를 함유하는 물질)로 면전자 방출 페이스트를 제조하고, 제조한 면전자 방출 페이스트를 도전막(4)의 상면에 스크린 인쇄법에 의해 성막하여 면전자 방출막(8)을 형성하며, 이를 도 5b에 도시하였다.
이와 같이, 면전자 방출막(8)을 형성한 후에는, 상기 레이저 어블레이션법을 이용하여 레이저 빔을 원하는 식각 부분에 조사하여 도전 페이스트와 면전자 방출 페이스트의 일부를 제거함으로써 전극(6)과 에미터(10)를 동시에 형성하며, 이를 도 5c에 도시하였다.
이때, 레이저 빔은 카본 계열 물질에서 특히 에너지 흡수율이 높은 적외선 레이저(IR Laser)를 사용하며, 도전 페이스트와 면전자 방출 페이스트를 동시에 제거하는 것은 레이저 빔의 에너지를 조절하는 것에 의해 가능하다.
그리고, 면전자 방출 물질이 카본 나노튜브를 함유하는 경우에는 도 2 및 도 3의 실시예에서와 마찬가지로 562∼1064㎚ 정도의 파장을 갖는 레이저를 사용함이 바람직하며, 도시하지는 않았지만, 이 경우에도 도 3d에 도시한 바와 같이, 식각 부분의 에미터 표면에는 카본 나노튜브가 재배열된다.
이와 같이, 전극과 에미터를 동시에 형성하는 본 실시예에 의하면 도 2 및 도 3의 실시예에 비해 공정을 단순화 할 수 있다.
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.
이와 같이 본 발명에 의한 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법에 의하면, 제조 원가가 낮은 후막 기술과 미세 페턴의 형성이 가능한 레이저 어블레이션법을 복합하여 사용하므로, 제조 원가를 절감하면서도 패턴의 고정세화가 가능하다.
따라서, 본 발명의 방법에 의하면, 데스크탑 모니터와 같은 고정세화 제품에 사용될 수 있는 전계 방출 표시 소자의 생산이 가능하게 된다.
또한, 면전자 방출 물질이 카본 나노튜브를 함유하면, 레이저 빔의 에너지에 의해 카본 나노튜브가 식각 부분의 에미터의 표면에서 재배열되므로 면전자 방출 효과를 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명의 방법에 의하면, 라인 패터닝을 2차원적으로 실시할 수 있고, 한 공정에서 동시에 다양한 제품의 패터닝이 가능하며, 설계 변경시 혹은 제품 변경시 마스크 등 주변 설비를 변경함이 없이 패터닝 그림을 교체하는 간단한 작업만으로도 다양한 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 보다 단순화된 공정으로 전극을 형성할 수 있으므로 전체 공정수 및 공정에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있으며, 이로서 전계 방출 표시 소자의 생산 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 도전 페이스트를 제조하는 단계와;
    제조된 도전 페이스트를 후막 기술을 이용하여 기판에 성막하는 단계와;
    레이저 어블레이션법을 이용하여 원하는 패턴에 따라 상기 도전 페이스트의 일부를 제거함으로써 소정의 패턴을 갖는 전극을 형성하는 단계와,
    카본 계열의 물질로 면전자 방출 페이스트를 제조하는 단계와;
    제조된 면전자 방출 페이스트를 후막 기술을 이용하여 상기 전극이 형성된 기판의 전면(全面)에 성막하는 단계와;
    레이저 어블레이션법을 이용하여 원하는 패턴에 따라 상기 면전자 방출 페이스트만을 제거하여 에미터를 형성하는 단계;
    를 포함하는 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법.
  2. 도전 페이스트를 제조하는 단계와;
    제조된 도전 페이스트를 후막 기술을 이용하여 기판에 성막하는 단계와;
    카본 계열의 물질로 면전자 방출 페이스트를 제조하는 단계와;
    성막된 도전 페이스트의 상측에 상기 면전자 방출 페이스트를 후막 기술을 이용하여 성막하는 단계와;
    레이저 어블레이션법을 이용하여 원하는 패턴에 따라 도전 페이스트와 면전자 방출 페이스트의 일부를 제거하여 전극과 에미터를 동시에 형성하는 단계;
    를 포함하는 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 도전 페이스트는 스크린 인쇄법에 의해 기판의 일측 전면(全面)에 성막되는 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 도전 페이스트는 슬러리법에 의해 기판의 일측 전면(全面)에 성막되는 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 면전자 방출 페이스트는 스크린 인쇄법에 의해 상기 도전 페이스트의 표면에 성막되는 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 면전자 방출 페이스트는 흑연을 포함하는 물질로 이루어지는 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 면전자 방출 페이스트는 카본 나노튜브를 포함하는 물질로 이루어지는 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 레이저 어블레이션법에 이용되는 레이저는 562∼1064㎚의 파장대를 갖는 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 레이저 어블레이션법에 이용되는 레이저는 IR 레이저로 이루어지는 전계 방출 표시 소자의 음극 형성 방법.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 도전 페이스트는 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어지는 전계 방출 표시 소자.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 도전 페이스트는 금속으로 이루어지는 전계 방출 표시 소자.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 금속은 알루미늄 또는 크롬으로 이루어지는 전계 방출 표시 소자.
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