KR20040046141A - 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법 - Google Patents

Abstract

전자 방출원의 표면을 고르게 하고, 대화면 표시장치 제작에 용이하게 적용할 수 있는 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법에 관한 것으로서,

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.

Description

전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법{PRODUCING METHOD OF ELECTRON EMISSION SOURCE FOR FIELD EMISSION DISPLAY DEVICE}

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.

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 복잡하고, 높은 정밀도의 제조 기술이 요구되므로 대화면 표시장치 제작에 적용되기 어려운 한계가 있다.

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.

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.

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.

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.

그리고 상기 기판 성장법은 캐소드 전극 상에 개개의 카본 나노튜브를 실질적으로 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.

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.

도 1∼도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법을 설명하기 위한 각 세부 단계에서의 개략도.

도 6∼도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법을 설명하기 위한 각 세부 단계에서의 개략도.

도 9와 도 10은 각각 본 발명에 의한 전자 방출원 형성 방법으로 제작된 전자 방출원을 구비한 전계 방출 표시장치의 부분 분해 사시도.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

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.

상기 카본층을 형성하는 단계는, 흑연 또는 카본 나노튜브, 비히클, 필러, 프리트, 및 감광 물질이 혼합된 조성물을 상기 점착층 전면에 스크린 인쇄 또는 스프레이 도포하는 것으로 이루어진다.

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.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1∼도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법을 설명하기 위한 각 세부 단계에서의 개략도이다.

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.

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.

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.

상기 조성물에 포함되는 비히클은 인쇄 또는 도포가 용이하게 되도록 조성물의 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.

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.

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.

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.

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 열처리하여카본층(13)에 함유된 비히클을 증발시키고, 금속 분말을 융해시켜 전자 방출원을 완성한다.

도 6∼도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법을 설명하기 위한 각 세부 단계에서의 개략도이다.

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.

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.

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.

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.

마지막으로 카본층(43)을 열처리하여 카본층(43)에 함유된 비히클을 증발시키고, 금속 분말을 융해시켜 전자 방출원을 완성한다.

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.

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.

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.

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 의해 노출된 캐소드 전극(2) 상에 전자 방출원(6)이 형성된다.

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.

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.

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 따르면, 필름화된 카본 물질을 캐소드 전극 위에 전사함으로써 다양한 구성을 갖는 대화면 표시장치에 전자 방출원을 용이하게 형성할수 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.

Claims (9)

1. a) 기판 상에 캐소드 전극들을 형성하는 단계와;

   b) 투명한 기재 필름 위에 점착층, 감광 물질이 포함된 카본층, 및 보호 필름을 순차적으로 적층하여 카본 필름을 제작하는 단계와;

   c) 상기 보호 필름을 제거하고, 상기 카본층이 캐소드 전극과 접촉하도록 카본 필름을 기판 위에 적층하는 단계와;

   d) 상기 카본 필름 위에 노광 마스크를 배치하고, 자외선을 조사하여 상기 카본층을 경화시킴으로써 상기 캐소드 전극 상에 카본층을 고착시키는 단계; 및

   e) 상기 기재 필름을 제거하고, 경화되지 않은 카본층을 제거한 다음 열처리하는 단계

   를 포함하는 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 b) 단계에서 카본층을 형성하는 단계가,

   흑연 또는 카본 나노튜브, 비히클, 필러, 프리트, 및 감광 물질이 혼합된 조성물을 상기 점착층 전면에 스크린 인쇄 또는 스프레이 도포하는 것으로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 조성물이

   i) 알루미나 및 지르코니아로 이루어진 군으로부터 선택된 무기 분말; 및

   ii) 은, 구리, 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 분말을 더욱 포함하는 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법.
4. a) 기판 상에 캐소드 전극들을 스트라이프 패턴으로 형성하는 단계와;

   b) 기재 필름 위에 점착층, 임의 패턴을 갖는 카본층, 및 보호 필름을 순차적으로 적층하여 카본 필름을 제작하는 단계와;

   c) 상기 보호 필름을 제거하고, 상기 카본층이 캐소드 전극과 접촉하도록 카본 필름을 기판 위에 적층하는 단계와;

   d) 상기 기재 필름 위로 로울러를 이동시켜 캐소드 전극 상에 카본층을 밀착시키는 단계; 및

   e) 상기 기재 필름을 제거하고, 카본층을 열처리하는 단계

   를 포함하는 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 b) 단계에서 카본층을 형성하는 단계가,

   흑연 또는 카본 나노튜브, 비히클, 필러, 및 프리트가 혼합된 조성물을 상기 점착층 위에 임의 패턴으로 스크린 인쇄하는 것으로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법.
6. a) 기판 상에 캐소드 전극들을 스트라이프 패턴으로 형성하는 단계와;

   b) 기재 필름 위에 점착층, 카본층, 및 보호 필름을 순차적으로 적층하여 카본 필름을 제작하는 단계와;

   c) 상기 보호 필름을 제거하고, 상기 카본층이 캐소드 전극과 접촉하도록 카본 필름을 기판 위에 적층하는 단계; 및

   d) 상기 보호 필름을 제거하여 카본층을 캐소드 전극 상에 남기는 단계

   를 포함하는 전계 방출 표시장치의 전자 방출원 형성 방법.
7. 기재 필름과;

   상기 기재 필름 위에 형성되는 점착층과;

   상기 점착층 위에 형성되는 카본층; 및

   상기 카본층 위에 형성되어 카본층을 보호하는 보호 필름

   을 포함하는 전자 방출원 제작용 카본 필름.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 기재 필름이 광 투명성이고, 상기 카본층이 감광 물질을 포함하는 전자 방출원 제작용 카본 필름.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 카본층이 임의의 패턴으로 형성되는 전자 방출원 제작용 카본 필름.