KR20040102435A - 카본 나노튜브로 이루어진 전자 방출원을 구비하는 전계방출 표시장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

카본 나노튜브로 이루어진 전자 방출원을 구비하는 전계 방출 표시장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 자성 물질로 캐소드 전극을 형성하는 단계와; 카본 나노튜브 분말과 촉매 금속 분말이 혼합된 분말상의 카본 나노튜브 혼합체를 제조하는 단계와; 자석을 이용해 캐소드 전극에 강한 자성을 인가하면서 카본 나노튜브 혼합체를 캐소드 전극 위에 도포하여 캐소드 전극 위에 카본 나노튜브들을 실질적으로 수직하게 정렬시키는 단계와; 카본 나노튜브들의 정렬 상태를 유지할 수 있는 정도의 낮은 점도를 갖는 수지층을 형성하는 단계와; 수지층 위에 금속층을 형성하는 단계와; 캐소드 전극과 금속층에 순간적인 고전압을 인가하여 카본 나노튜브들을 캐소드 전극 표면에 고착시키는 단계와; 금속층과 수지층을 제거하여 카본 나노튜브들을 노출시키는 단계를 포함하는 전계 방출 표시장치의 제조 방법을 제공한다.

Description

카본 나노튜브로 이루어진 전자 방출원을 구비하는 전계 방출 표시장치의 제조 방법 {MANUFACTURING METHOD OF FIELD EMISSION DISPLAY HAVING ELECTRON EMISSION SOURCE FORMED WITH CARBON NANOTUBES}

본 발명은 전계 방출 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 카본 나노튜브(CNT; carbon nanotube)로 이루어진 전자 방출원을 구비하는 전계 방출 표시장치의 제조 방법에 관한 것이다.

초기에 제안된 전계 방출 표시장치는 캐소드 전극 위에 몰리브덴이나 실리콘 등의 물질을 적층하여 선단을 뾰족하게 구성한 마이크로팁(microtip) 에미터를 형성하고, 에미터의 선단부 주위에 게이트 전극을 배치하여 캐소드 전극과 게이트 전극의 전압 차를 이용해 에미터의 전자 방출을 유도하는 구성으로 이루어진다.

그러나 전술한 전계 방출 표시장치에서 에미터는 초미세 구조로서, 고정밀도의 제조 기술이 요구되고, 제조 프로세스가 복잡하여 대화면 표시장치 제작에 적용하기 어려운 한계가 있다.

따라서 최근의 전계 방출 표시장치 분야에서는 저전압(대략, 10∼100V) 구동 조건에서 전자를 양호하게 방출하는 카본계 물질을 이용하여 스크린 인쇄와 같은 후막 공정을 통해 전자 방출원인 에미터를 평탄하게 형성하는 기술을 연구 개발하고 있다.

지금까지의 기술 동향에 의하면, 전술한 형상의 에미터에 적합한 카본계 물질로는 그라파이트, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본 및 카본 나노튜브 등이 알려져 있다. 이 가운데 특히 카본 나노튜브는 끝단의 곡률 반경이 수∼수십nm 정도로 극히 미세하여 1∼10V/㎛ 정도의 낮은 전계에서도 전자를 양호하게 방출함에 따라, 이상적인 전자 방출 물질로 기대되고 있다.

상기 카본 나노튜브를 이용한 에미터 형성 방법으로는 현재 페이스트 형태의 CNT 혼합체를 이용한 스크린 인쇄법이 대표적이다. 이 방법은 카본 나노튜브 분말에 비히클(vehicle)과 프릿(frit) 등을 혼합한 페이스트 형태의 혼합체를 캐소드 전극 위에 스크린 인쇄한 다음, 고온에서 소성하여 유기 성분을 증발시킴과 동시에 프릿을 용융시켜 카본 나노튜브들을 캐소드 전극 위에 고착시키는 과정으로 이루어진다.

상기 스크린 인쇄법을 이용한 에미터 제작과 관련한 종래 기술로는 미국특허 6,359,383호와 미국특허 6,436,221호에 개시된 카본 나노튜브 에미터를 들 수 있다. 이러한 스크린 인쇄법은 제조 과정이 비교적 단순하고, 대화면 표시장치 제작에 용이하게 적용할 수 있는 장점이 있다.

그러나 스크린 인쇄법으로 완성된 에미터를 살펴보면, 대부분의 카본 나노튜브들이 페이스트의 고형분과 섞여 불규칙하게 배열하고 있을 뿐만 아니라, 대부분의 카본 나노튜브들이 고형분 속에 묻혀 있으므로, 실질적으로 전자 방출이 이루어지는 카본 나노튜브들의 끝단이 에미터 표면으로 돌출되기 어려운 단점이 있다.

이로 인해 종래의 에미터는 실제 구동 과정에서 에미터 주위에 인가되는 전계 세기에 비해 에미터의 전자 방출량이 낮아 고휘도 화면을 구현하기 어려워진다. 더욱이 목표하는 전자 방출량을 얻기 위해서는 에미터에 보다 강한 전계를 인가해야 하지만, 이는 표시장치의 구동 전압을 높이고, 과도한 전계 세기에 의해 에미터의 수명이 단축되는 결과를 나타낸다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 카본 나노튜브들이 에미터의 전자 방출 특성을 향상시킬 수 있는 최적의 조건으로 정렬하도록 하여 에미터의 전자 방출량을 높이고, 화면의 고휘도 특성과 에미터의 수명 신뢰성을 확보할 수 있는 전계 방출 표시장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.

도 1∼도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 제조 방법을 설명하기 위한 각 세부 단계에서의 개략도이다.

도 7∼도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 제조 방법을 설명하기 위한 각 세부 단계에서의 개략도이다.

도 10은 본 발명의 제1, 2실시예를 통해 제작된 전계 방출 표시장치의 부분 분해 사시도이다.

도 11은 도 10의 A 화살표 방향에서 바라본 전계 방출 표시장치의 부분 결합 단면도이다.

도 12∼도 17은 본 발명의 제3실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 제조 방법을 설명하기 위한 각 세부 단계에서의 개략도이다.

도 18은 본 발명의 제3실시예를 통해 제작된 전계 방출 표시장치의 부분 결합 단면도이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

글래스 기판 위에 자성 물질로 이루어진 캐소드 전극을 형성하는 단계와, 글래스 기판 전면에 마스크층을 형성하고 이를 패터닝하여 전자 방출원이 위치할 캐소드 전극의 일부 표면을 선택적으로 노출시키는 단계와, 카본 나노튜브 분말과 촉매 금속 분말이 혼합된 분말상의 카본 나노튜브 혼합체를 제조하는 단계와; 자석을 이용해 캐소드 전극에 강한 자성을 인가하면서 카본 나노튜브 혼합체를 노출된 캐소드 전극 위에 도포하여 캐소드 전극 위에 카본 나노튜브들을 실질적으로 수직하게 정렬시키는 단계와, 캐소드 전극에 부착된 카본 나노튜브 혼합체 위에 카본 나노튜브들의 정렬 상태를 유지할 수 있는 정도의 점도를 갖는 수지층을 형성하는 단계와, 수지층 위에 금속층을 형성하는 단계와, 캐소드 전극과 금속층에 순간적인 고전압을 인가하여 촉매 금속을 녹임으로써 카본 나노튜브들을 캐소드 전극 표면에 고착시키는 단계와, 금속층과 수지층 및 마스크층을 제거하여 카본 나노튜브들을 노출시키는 단계를 포함하는 전계 방출 표시장치의 제조 방법을 제공한다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

글래스 기판 위에 자성 물질로 이루어진 캐소드 전극을 형성하는 단계와, 글래스 기판 전면에 마스크층을 형성하고 이를 패터닝하여 전자 방출원이 위치할 캐소드 전극의 일부 표면을 선택적으로 노출시키는 단계와, 카본 나노튜브 분말과 촉매 금속 분말이 혼합된 분말상의 카본 나노튜브 혼합체를 제조하는 단계와, 자석을 이용해 캐소드 전극에 강한 자성을 인가하면서 상기 카본 나노튜브 혼합체를 노출된 캐소드 전극 위에 도포하여 캐소드 전극 위에 카본 나노튜브들을 실질적으로 수직하게 정렬시키는 단계와, 캐소드 전극에 부착된 카본 나노튜브 혼합체 위에 카본 나노튜브들의 정렬 상태를 유지할 수 있는 정도의 점도를 갖는 감광성 수지층을 형성하는 단계와, 노광을 통해 상기 감광성 수지층을 경화시키고, 경화된 감광성 수지층을 소성하여 카본 나노튜브들을 상기 캐소드 전극 위에 고착시키는 단계와, 마스크층을 제거하는 단계를 포함하는 전계 방출 표시장치의 제조 방법을 제공한다.

상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는 Ni, Co, 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 물질을 스퍼터링(sputtering)하는 것으로 이루어지며, 상기 촉매 금속은 Ni, Co, 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합 물질로 이루어진다.

상기 수지층과 감광성 수지층의 점도는 1∼100cps, 더욱 바람직하게는 1∼30cps 범위가 바람직하며, 수지층과 감광성 수지층의 높이는 카본 나노튜브들의 끝단이 수지층 또는 감광성 수지층 위로 임의의 높이를 가지며 돌출되는 정도의 것이 바람직하다.

상기 금속층을 형성하는 단계는 Ag, Al, Cr, 및 Mo로 이루어진 군으로부터선택된 금속 물질을 스퍼터링하는 것으로 이루어지진다.

본 발명에 의한 전계 방출 표시장치의 제조 방법은, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계 이전에, 글래스 기판 위에 게이트 전극을 형성하는 단계와, 게이트 전극을 덮으면서 글래스 기판의 전면에 절연층을 형성하는 단계를 더욱 포함하며, 서로 직교하는 스트라이프 패턴으로 게이트 전극과 캐소드 전극을 형성한다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

글래스 기판 위에 자성 물질로 이루어진 캐소드 전극을 형성하는 단계와, 글래스 기판 전면에 마스크층을 형성하고 이를 패터닝하여 전자 방출원이 위치할 캐소드 전극의 일부 표면을 선택적으로 노출시키는 단계와, 카본 나노튜브 분말과 촉매 금속 분말이 혼합된 분말상의 카본 나노튜브 혼합체를 제조하는 단계와, 자석을 이용해 캐소드 전극에 강한 자성을 인가하면서 카본 나노튜브 혼합체를 노출된 캐소드 전극 위에 도포하여 캐소드 전극 위에 카본 나노튜브들을 실질적으로 수직하게 정렬시키는 단계와, 캐소드 전극에 부착된 카본 나노튜브 혼합체 위에 카본 나노튜브들의 정렬 상태를 유지할 수 있는 정도의 점도를 갖는 감광성 수지층을 형성하는 단계와, 노광을 통해 상기 감광성 수지층을 경화시키는 단계와, 마스크층과 감광성 수지층 위에 금속층을 형성하는 단계와, 캐소드 전극과 금속층에 순간적인 고전압을 인가하여 촉매 금속을 녹임으로써 카본 나노튜브들을 캐소드 전극 표면에 고착시키는 단계와, 금속층과 감광성 수지층 및 마스크층을 제거하여 카본 나노튜브들의 끝단을 노출시키는 단계를 포함하는 전계 방출 표시장치의 제조 방법을 제공한다.

상기 카본 나노튜브들을 캐소드 전극 표면에 고착시킨 이후의 과정은,

카본 나노튜브들의 고착 부위를 제외한 나머지 영역의 금속층과, 마스크층 전체를 제거하는 단계와, 글래스 기판의 전면에 절연 물질을 코팅하고, 절연 물질 위에 도전 물질을 코팅하는 단계와, 도전 물질을 패터닝하여 게이트 전극을 형성하는 단계와, 금속층이 노출되도록 절연 물질을 패터닝하여 절연층을 형성하는 단계와, 금속층을 제거하여 카본 나노튜브들을 노출시키는 단계들로 이루어진다.

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

도 1∼도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 제조 방법을 설명하기 위한 개략도로서, 아래에서는 전자 방출원인 에미터와, 에미터의 전자 방출을 유도하는 전극들, 즉 캐소드 전극과 게이트 전극의 형성 과정을 중심으로 설명한다.

먼저, 도 1에 도시한 바와 같이 글래스 기판(2) 위에 금속 또는 ITO(indium tin oxide) 등의 도전 물질을 임의 두께로 코팅하여 게이트 전극(4)을 형성한다.

그리고 게이트 전극(4)이 형성된 글래스 기판(2)의 전면에 후막 인쇄 방법을 이용하여 절연층(6)을 수십 마이크로미터(㎛) 두께로 형성한다. 절연층(6)은 게이트 전극(4)과 이후 형성할 캐소드 전극 사이의 내전압층으로 기능하며, 일례로 글래스 페이스트를 인쇄/건조/소성하는 과정을 대략 2회 정도 반복하여 상기 두께로 형성한다.

다음으로, 절연층(6) 위에 자성 물질을 임의 두께로 코팅하여 캐소드전극(8)을 형성한다. 캐소드 전극(8)은 Ni, Co, 및 Fe 등의 금속으로 이루어지며, 이 금속을 스퍼터링(sputtering)으로 증착하여 박막의 캐소드 전극(8)을 형성한다. 이와 같이 캐소드 전극(8)을 자성 물질로 형성하는 것은, 이후 설명할 에미터 형성 과정에서 개개의 카본 나노튜브들을 캐소드 전극(8)의 표면으로부터 수직하게 정렬시키기 위한 것이다.

그리고 도 2에 도시한 바와 같이, 절연층(6)과 캐소드 전극(8) 위에 마스크층(10)을 임의 두께로 코팅하고, 마스크층(10)을 패터닝하여 에미터가 위치할 캐소드 전극(8)의 일측 가장자리 부위를 선택적으로 노출시킨다. 상기 마스크층(10)으로는 폴리이미드 또는 통상의 포토레지스트 물질이 사용 가능하다.

이어서, 에미터 형성을 위해 카본 나노튜브 분말과 촉매 금속 분말을 혼합하여 분말상의 카본 나노튜브 혼합체를 제조한다. 이 때 사용되는 촉매 금속으로는 Ni, Co, 및 Fe 등이 바람직하다.

그리고 도 3에 도시한 바와 같이, 글래스 기판(2) 하부에 자석(12)을 설치하여 캐소드 전극(8)에 강한 자성을 인가하면서 전술한 분말상의 카본 나노튜브 혼합체(14)를 마스크층(10) 전면에 도포한다. 이에 따라 캐소드 전극(8)이 자화되면서 촉매 금속(16)이 캐소드 전극(8) 표면에 달라붙어 카본 나노튜브 혼합체(14)가 노출된 캐소드 전극(8) 표면에 부착된다.

이 때, 카본 나노튜브 혼합체(14)의 촉매 금속(16)이 캐소드 전극(8) 표면에 부착될 때에, 캐소드 전극(8)에 부착된 촉매 금속(16)에 의해 개개의 카본 나노튜브들(18)은 실질적으로 캐소드 전극(8)의 표면으로부터 수직하게 정렬한다.

이러한 카본 나노튜브들(18)의 수직 배열은 에미터의 전자 방출 특성을 최대화할 수 있는 정렬 상태인데, 이는 표시장치의 구동 과정에서 실질적으로 전자 방출이 이루어지는 카본 나노튜브들(18)의 끝단을 에미터 표면으로 돌출시켜 에미터 표면에 존재하는 에미션 사이트 수를 증가시킬 수 있기 때문이다.

다음으로, 도 4에 도시한 바와 같이 캐소드 전극(8)에 부착된 카본 나노튜브 혼합체(14) 위에 저점도 수지를 코팅하고 건조시켜 수지층(20)을 형성한다. 이 때, 수지층(20)의 점도는 카본 나노튜브들(18)이 수직 배열 상태를 유지할 수 있는 정도의 것이면 무방하고, 일례로 1∼100cps 범위, 더욱 바람직하게는 1∼30cps 범위로 이루어질 수 있다. 그리고 수지층(20)의 높이는 건조 후 카본 나노튜브들(18)의 끝단이 수지층(20) 위로 임의의 높이를 가지며 돌출되는 정도가 바람직하다.

이와 같이 수지층(20)을 형성한 다음, 도 5에 도시한 바와 같이 마스크층(10)과 수지층(20) 위에 Ag, Al, Cr 또는 Mo 등의 금속을 스퍼터링으로 증착하여 금속층(22)을 형성한다. 그리고 캐소드 전극(8)과 금속층(22)에 직류 전원을 연결하고, 여기에 순간적인 고전압(대략, 0.5∼50kV)을 인가한다.

이에 따라 캐소드 전극(8) 표면에 붙어있던 촉매 금속(16)이 순간적인 고전압에 의해 녹아 캐소드 전극(8) 표면에 달라 붙음으로써 촉매 금속(16)으로 둘러싸인 카본 나노튜브들(18)의 끝단이 캐소드 전극(8) 표면에 공고하게 부착된다.

마지막으로 금속층(22)을 에칭으로 제거하고, 수지층(20)과 마스크층(10)을 제거하여 도 6에 도시한 에미터(24)를 완성한다. 이 때, 금속층(22)을 제거하는 과정에서 수지층(20) 바깥으로 돌출된 카본 나노튜브들(18)의 끝단이 파되되므로, 카본 나노튜브들(18)의 높이가 일정해진다. 또한 수지층(20)이 미경화 상태이므로 현상액 수준에서 제거가 가능하여 카본 나노튜브(18)의 손상을 최소화한다.

이상의 내용을 고려하여 볼 때, 본 실시예에서는 에미터(24)를 구성하는 개개의 카본 나노튜브들(18)을 캐소드 전극(8)에 대해 수직하게 정렬시킴과 동시에, 실질적으로 모든 카본 나노튜브들(18)의 끝단이 에미터(24) 표면으로 돌출되도록 할 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 에미터(24)의 전자 방출량이 높아져 화면의 휘도가 향상되고, 에미터(24)의 수명 신뢰성이 확보되는 장점이 예상된다.

더욱이 본 실시예에서는 전술한 촉매 금속(16)이 기존의 프릿을 대체하고, 고압을 인가하는 과정이 기존의 소성 공정을 대체하고 있음을 알 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 전계 방출 표시장치 분야에서 소성에 의한 문제점으로 지적되어 왔던 카본 나노튜브의 전자 방출 특성 저하와 표시장치의 진공도 저하를 예방할 수 있는 추가적인 장점이 예상된다.

다음으로는 도 7∼도 9를 참고하여 본 발명의 제2실시예에 의한 전계 방출 표시장치의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 제2실시예는 게이트 전극(4)의 형성에서부터 카본 나노튜브들(18)을 정렬시키는 단계까지 전술한 제1실시예의 제조 방법을 기본으로 하면서, 후술하는 감광성 수지층을 이용한 패터닝 과정과 소성 과정을 통해 카본 나노튜브들(18)을 캐소드 전극(8)에 고착시켜 에미터(24)를 완성한다.

즉, 본 실시예에서는 도 7에 도시한 바와 같이 마스크층(10)에 의해 노출된 캐소드 전극(8) 위에 카본 나노튜브들(18)을 수직하게 정렬시킨 다음, 캐소드전극(8)에 부착된 카본 나노튜브 혼합체(14) 위에 저점도 감광성 수지를 코팅하고 건조시켜 감광성 수지층(26)을 형성한다. 이 때, 감광성 수지층(26)의 점도와 높이 조건은 전술한 제1실시예의 수지층과 동일하게 이루어진다.

이어서, 도 8에 도시한 바와 같이 감광성 수지층(26)을 향해 자외선(점선 화살표로 표시)을 조사하여 감광성 수지층(26)을 경화시킨다. 그리고 도 9에 도시한 바와 같이, 경화된 감광성 수지층(26)을 고온에서 소성하여 수지 성분을 분해 제거함과 동시에, 촉매 금속(16)을 용융시켜 카본 나노튜브들(18)을 캐소드 전극(8) 위에 고착시킨 다음, 마지막으로 남은 마스크층(10)을 제거한다.

이 때, 전술한 소성 공정은 질소 분위기에서 300∼500℃ 온도 범위로 진행하는 것이 바람직하다.

도 10은 전술한 제1, 2실시예를 통해 제작된 에미터와 전극들, 즉 게이트 전극과 캐소드 전극을 구비한 전계 방출 표시장치의 부분 분해 사시도이고, 도 11은 도 10의 A 화살표 방향에서 바라본 전계 방출 표시장치의 부분 결합 단면도이다.

도시한 바와 같이, 후면 기판(28) 위에는 게이트 전극들(4)이 후면 기판(28)의 일방향(일례로 도면의 Y 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 게이트 전극들(4)을 덮으면서 후면 기판(28) 전면에 절연층(6)이 위치한다. 그리고 절연층(6) 위에는 캐소드 전극들(8)이 게이트 전극(4)과 직교하는 방향(도면의 X 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

본 실시예에서 전계 방출 표시장치의 화소 영역을 게이트 전극(4)과 캐소드 전극(8)의 교차 영역으로 정의할 때, 각각의 화소 영역마다 캐소드 전극(8)의 일측가장자리 위에 카본 나노튜브(18)로 이루어진 에미터(24)가 위치한다.

그리고 후면 기판(28)에 대향하는 전면 기판(30)의 일면에는 애노드 전극(32)과 더불어 전면 기판(30)의 일방향, 일례로 게이트 전극 방향(도면의 Y 방향)을 따라 R, G, B 형광막들(34)이 임의의 간격을 두고 위치한다. 이 때, 애노드 전극(32)이 ITO와 같은 투명 전극인 경우, 전면 기판(30)으로부터 애노드 전극(32)과 형광막(34)이 순차적으로 형성된다.

더욱이 각각의 R, G, B 형광막(34) 사이로 콘트라스트 향상을 위한 블랙 매트릭스막(36)이 위치할 수 있으며, 형광막(34)과 블랙 매트릭스막(36) 위에는 휘도 향상에 도움을 주는 금속 박막층(38)이 위치할 수 있다.

이와 같이 구성되는 전면 기판(30)과 후면 기판(28)은 캐소드 전극(8)과 형광막(34)이 직교하도록 마주한 상태에서 임의의 간격을 두고 실링 물질에 의해 접합되며, 그 사이에 형성되는 내부 공간을 배기시켜 진공 상태로 유지함으로써 전계 방출 표시장치를 구성한다.

전술한 구성의 전계 방출 표시장치는, 외부로부터 게이트 전극(4), 캐소드 전극(8) 및 애노드 전극(32)에 소정의 전압을 공급하여 구동하는데, 일례로 게이트 전극(4)에는 수∼수십V의 (+)전압이, 캐소드 전극(8)에는 수∼수십V의 (-)전압이, 그리고 애노드 전극(32)에는 수백∼수천V의 (+)전압이 인가된다.

이로서 게이트 전극(4)과 캐소드 전극(8)의 전압 차에 의해 에미터(24) 주위에 전계가 형성되어 에미터(24) 표면으로 노출된 개개의 카본 나노튜브들(18)의 끝단으로부터 전자가 방출되고, 방출된 전자들은 애노드 전극(32)에 인가된 고전압에이끌려 해당 화소의 형광막(34)에 충돌함으로써 이 형광막(34)을 발광시킨다.

이 때, 상기 에미터(24)는 전술한 제조 과정을 통해 에미터(24)를 구성하는 개개의 카본 나노튜브들(18)이 캐소드 전극(8)에 대해 수직하게 정렬하고 있을 뿐만 아니라, 실질적으로 모든 카본 나노튜브들(18)의 끝단이 에미터(24) 표면으로 돌출되어 위치한다. 따라서 상기 에미터(24)를 구비한 전계 방출 표시장치는 에미터(24)의 전자 방출량이 높아져 화면의 휘도가 향상되고, 에미터(24)의 수명 신뢰성이 확보되는 장점이 예상된다.

다음으로는 도 12∼도 17을 참고하여 본 발명의 제3실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 제3실시예는 전술한 전계 방출 표시장치와 같이 에미터(24)의 전자 방출을 유도하는 게이트 전극(4)을 캐소드 전극(8) 밑에 배열하는 구조가 아닌, 게이트 전극(4)을 캐소드 전극(8) 위에 배열하는 구조의 전계 방출 표시장치 제작을 위한 것이다.

본 실시예에 따르면, 먼저 도 12에 도시한 바와 같이 글래스 기판(2) 위에 Ni, Co, 및 Fe 등의 자성 물질을 임의 두께로 코팅하여 캐소드 전극(8)을 형성한다. 그리고 글래스 기판(2) 전면에 마스크층(10)을 임의 두께로 코팅하여 캐소드 전극(8)을 덮은 다음, 마스크층(10)을 패터닝하여 에미터가 위치할 캐소드 전극(8)의 일부 표면을 선택적으로 노출시킨다.

이어서 글래스 기판(2) 하부에 자석(12)을 설치하여 캐소드 전극(8)에 강한 자성을 인가하면서 카본 나노튜브 분말과 촉매 금속(일례로 Ni, Co, 및 Fe 등으로이루어짐)이 혼합된 카본 나노튜브 혼합체(14)를 글래스 기판(2) 전면에 도포한다.

이로서 캐소드 전극(8)의 자성에 의해 노출된 캐소드 전극(8) 표면에 선택적으로 카본 나노튜브 혼합체(14)가 부착되는데, 이 과정에서 캐소드 전극(8) 표면에 부착된 촉매 금속(16)에 의해 개개의 카본 나노튜브들(18)은 실질적으로 캐소드 전극(8)의 표면으로부터 수직하게 정렬한다.

이어서, 도 13에 도시한 바와 같이 캐소드 전극(8)에 부착된 카본 나노튜브 혼합체(14) 위에 저점도 감광성 수지를 코팅하고 건조시켜 감광성 수지층(26)을 형성한다. 이 때, 감광성 수지층(26)의 점도와 높이 조건은 전술한 제1실시예의 수지층과 동일하게 이루어진다.

다음으로, 감광성 수지층(26)을 향해 자외선을 조사하여 감광성 수지층(26)을 경화시킨다. 이와 같이 감광성 수지층(26)을 경화시켜 카본 나노튜브들(18)을 고정시키는 것은 후술하는 절연층 형성 공정에서 카본 나노튜브들(18)이 절연층을 구성하는 물질과 섞이지 않고 그 형상과 배열 상태를 유지하기 위한 것이다.

그리고 도 14에 도시한 바와 같이 마스크층(10)과 감광성 수지층(26) 위에 Ag, Al, Cr 또는 Mo 등의 금속을 스퍼터링으로 증착하여 금속층(22)을 형성한다. 이어서 캐소드 전극(8)과 금속층(22)에 직류 전원을 연결하고, 여기에 순간적인 고전압(대략, 0.5∼50kV)을 인가하여 캐소드 전극(8) 표면에 붙어있던 촉매 금속(16)을 녹임으로써 캐소드 전극(8) 표면에 카본 나노튜브들(18)을 고착시킨다.

이어서, 도 15에 도시한 바와 같이 금속층(22)을 패터닝하여 카본 나노튜브들(18)의 고착 부위를 제외한 나머지 영역의 금속층(22)을 제거하고, 마스크층(10)전부를 제거한다. 이로서 캐소드 전극(8) 위에 수직하게 정렬된 카본 나노튜브들(18)을 경화된 감광성 수지층(26)과 금속층(22)을 이용해 보호한다.

다음으로, 도 16에 도시한 바와 같이 글래스 기판(2) 전면에 후막 인쇄 방법을 이용하여 절연층(6)을 수십 마이크로미터(㎛) 두께로 형성한다. 그리고 절연층(6) 위에 이후 게이트 전극이 될 도전 물질을 임의 두께로 코팅한다. 상기 절연층(6)은 캐소드 전극(8)과 게이트 전극 사이의 내전압층으로 기능하며, 일례로 폴리이미드와 같은 수지를 스크린 인쇄하여 상기 두께로 형성한다.

이어서, 공지의 포토리소그래피 방법을 이용해 도전 물질을 패터닝하여 게이트 전극(4)을 형성하고, 절연층(6)을 패터닝하여 금속층(22) 상부의 절연층(40)을 선택적으로 제거한다. 그리고 400℃ 이하의 온도 조건에서 소성하여 게이트 전극(4)과 절연층(6)을 완성한다.

다음으로, 도 17에 도시한 바와 같이 캐소드 전극(8) 위에 잔류한 금속층(22)과 감광성 수지층(26)을 제거하여 카본 나노튜브들(18)을 노출시킴으로써 에미터(24)를 완성한다. 이 때, 금속층(22)을 제거하는 과정에서 감광성 수지층(26) 바깥으로 돌출된 카본 나노튜브들(18)의 끝단이 파괴되므로, 카본 나노튜브들(18)의 높이가 일정해지며, 감광성 수지층(26)를 제거하는 과정을 통해 실질적으로 모든 카본 나노튜브들(18)의 끝단이 에미터(24) 표면으로 노출된다.

이상의 내용을 고려하여 볼 때, 본 발명의 제3실시예에서는 제조 과정에 있어서 캐소드 전극(8)과 게이트 전극(4)의 전기적인 단락을 원천적으로 방지하면서 캐소드 전극(8) 위에 상기 구조의 에미터(24)를 양호하게 배치할 수 있으며, 전술한 실시예와 마찬가지로 카본 나노튜브(18) 배열에 따른 장점, 즉 화면의 휘도 향상과 에미터(24)의 수명 신뢰성이 확보되는 장점이 예상된다.

도 18은 전술한 실시예를 통해 제작된 에미터와 전극들, 즉 캐소드 전극과 게이트 전극을 구비한 전계 방출 표시장치의 부분 결합 단면도이다.

도시한 바와 같이, 후면 기판(28) 위에는 캐소드 전극들(8)이 후면 기판(28)의 일방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(8)을 덮으면서 후면 기판(28) 위에 절연층(6)이 위치하며, 절연층(6) 위에는 게이트 전극들(4)이 캐소드 전극(8)과 직교하는 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

그리고 게이트 전극(4)과 절연층(6)에는 캐소드 전극(8)과 게이트 전극(4)이 교차하는 화소 영역마다 캐소드 전극(8)의 표면을 노출시키는 홀(40)이 형성되고, 홀(40)에 의해 노출된 캐소드 전극(8) 표면으로 전술한 구성의 에미터(24)가 배치된다. 이 때, 전면 기판(30)의 구성은 전술한 전계 방출 표시장치와 동일하게 이루어진다.

이로서 외부로부터 캐소드 전극(8), 게이트 전극(4) 및 애노드 전극(32)에 소정의 전압을 공급하면, 캐소드 전극(8)과 게이트 전극(4)의 전압 차에 의해 에미터(24) 주위에 전계가 형성되어 에미터(24) 표면으로 노출된 개개의 카본 나노튜브들(18)의 끝단으로부터 전자가 방출된다. 그리고 상기 전자들은 애노드 전극(32)에 인가된 고전압에 이끌려 해당 화소의 형광막(34)에 충돌함으로써 이 형광막(34)을 발광시킨다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은이에 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, 에미터를 구성하는 개개의 카본 나노튜브들을 캐소드 전극으로부터 수직하게 정렬시킴과 아울러, 실질적으로 모든 카본 나노튜브들의 끝단이 에미터 표면으로 돌출되도록 할 수 있다. 따라서 상기 에미터를 구비한 전계 방출 표시장치는 에미터의 전자 방출량이 높아져 화면의 휘도가 향상되고, 에미터에 가해지는 전류 부하를 낮추어 에미터의 수명 신뢰성을 확보할 수 있다.

Claims (21)

1. 카본 나노튜브로 이루어진 전자 방출원을 구비하는 전계 방출 표시장치의 제조 방법으로서,

   글래스 기판 위에 자성 물질로 이루어진 캐소드 전극을 형성하는 단계와;

   상기 글래스 기판 전면에 마스크층을 형성하고 이를 패터닝하여 전자 방출원이 위치할 캐소드 전극의 일부 표면을 선택적으로 노출시키는 단계와;

   카본 나노튜브 분말과 촉매 금속 분말이 혼합된 분말상의 카본 나노튜브 혼합체를 제조하는 단계와;

   자석을 이용해 상기 캐소드 전극에 강한 자성을 인가하면서 상기 카본 나노튜브 혼합체를 노출된 캐소드 전극 위에 도포하여 캐소드 전극 위에 카본 나노튜브들을 실질적으로 수직하게 정렬시키는 단계와;

   상기 캐소드 전극에 부착된 카본 나노튜브 혼합체 위에 카본 나노튜브들의 정렬 상태를 유지할 수 있는 정도의 점도를 갖는 수지층을 형성하는 단계와;

   상기 수지층 위에 금속층을 형성하는 단계와;

   상기 캐소드 전극과 금속층에 순간적인 고전압을 인가하여 상기 촉매 금속을 녹임으로써 카본 나노튜브들을 캐소드 전극 표면에 고착시키는 단계; 및

   상기 금속층과 수지층 및 마스크층을 제거하여 상기 카본 나노튜브들을 노출시키는 단계

   를 포함하는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 캐소드 전극을 형성하는 단계가, Ni, Co, 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 물질을 스퍼터링(sputtering)하는 것으로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 촉매 금속이 Ni, Co, 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합 물질로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 수지층의 점도가 1∼100cps로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 수지층의 높이가 상기 카본 나노튜브들의 끝단이 수지층 위로 임의의 높이를 가지며 돌출되는 정도의 것으로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 금속층을 형성하는 단계가, Ag, Al, Cr, 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 물질을 스퍼터링하는 것으로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
7. 카본 나노튜브로 이루어진 전자 방출원을 구비하는 전계 방출 표시장치의 제조 방법으로서,

   글래스 기판 위에 자성 물질로 이루어진 캐소드 전극을 형성하는 단계와;

   상기 글래스 기판 전면에 마스크층을 형성하고 이를 패터닝하여 전자 방출원이 위치할 캐소드 전극의 일부 표면을 선택적으로 노출시키는 단계와;

   카본 나노튜브 분말과 촉매 금속 분말이 혼합된 분말상의 카본 나노튜브 혼합체를 제조하는 단계와;

   자석을 이용해 상기 캐소드 전극에 강한 자성을 인가하면서 상기 카본 나노튜브 혼합체를 노출된 캐소드 전극 위에 도포하여 캐소드 전극 위에 카본 나노튜브들을 실질적으로 수직하게 정렬시키는 단계와;

   상기 캐소드 전극에 부착된 카본 나노튜브 혼합체 위에 카본 나노튜브들의 정렬 상태를 유지할 수 있는 정도의 점도를 갖는 감광성 수지층을 형성하는 단계와;

   노광을 통해 상기 감광성 수지층을 경화시키고, 경화된 감광성 수지층을 소성하여 상기 카본 나노튜브들을 상기 캐소드 전극 위에 고착시키는 단계; 및

   상기 마스크층을 제거하는 단계

   를 포함하는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 캐소드 전극을 형성하는 단계가, Ni, Co, 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 물질을 스퍼터링(sputtering)하는 것으로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
9. 제7항에 있어서,

   상기 촉매 금속이 Ni, Co, 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합 물질로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
10. 제7항에 있어서,

    상기 감광성 수지층의 점도가 1∼100cps로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
11. 제7항에 있어서,

    상기 감광성 수지층의 높이가 상기 카본 나노튜브들의 끝단이 감광성 수지층 위로 임의의 높이를 가지며 돌출되는 정도의 것으로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
12. 제7항에 있어서,

    상기 감광성 수지층을 소성하는 단계가, 질소 분위기와 300∼500℃ 온도 조건에서 행해지는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
13. 제1항 또는 제7항에 있어서,

    상기 캐소드 전극을 형성하는 단계 이전에,

    상기 글래스 기판 위에 게이트 전극을 형성하는 단계와;

    상기 게이트 전극을 덮으면서 상기 글래스 기판의 전면에 절연층을 형성하는 단계를 더욱 포함하며,

    상기 게이트 전극을 형성하는 단계가, 상기 글래스 기판의 일방향을 따라 게이트 전극을 스트라이프 패턴으로 형성하고,

    상기 캐소드 전극을 형성하는 단계가, 상기 게이트 전극과 직교하는 방향을 따라 캐소드 전극을 스트라이프 패턴으로 형성하는 것으로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
14. 카본 나노튜브로 이루어진 전자 방출원을 구비하는 전계 방출 표시장치의 제조 방법으로서,

    글래스 기판 위에 자성 물질로 이루어진 캐소드 전극을 형성하는 단계와;

    상기 글래스 기판 전면에 마스크층을 형성하고 이를 패터닝하여 전자 방출원이 위치할 캐소드 전극의 일부 표면을 선택적으로 노출시키는 단계와;

    카본 나노튜브 분말과 촉매 금속 분말이 혼합된 분말상의 카본 나노튜브 혼합체를 제조하는 단계와;

    자석을 이용해 상기 캐소드 전극에 강한 자성을 인가하면서 상기 카본 나노튜브 혼합체를 노출된 캐소드 전극 위에 도포하여 캐소드 전극 위에 카본 나노튜브들을 실질적으로 수직하게 정렬시키는 단계와;

    상기 캐소드 전극에 부착된 카본 나노튜브 혼합체 위에 카본 나노튜브들의 정렬 상태를 유지할 수 있는 정도의 점도를 갖는 감광성 수지층을 형성하는 단계와;

    노광을 통해 상기 감광성 수지층을 경화시키는 단계와;

    상기 마스크층과 감광성 수지층 위에 금속층을 형성하는 단계와;

    상기 캐소드 전극과 금속층에 순간적인 고전압을 인가하여 상기 촉매 금속을 녹임으로써 상기 카본 나노튜브들을 캐소드 전극 표면에 고착시키는 단계; 및

    상기 금속층과 감광성 수지층 및 마스크층을 제거하여 상기 카본 나노튜브들의 끝단을 노출시키는 단계

    를 포함하는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 캐소드 전극을 형성하는 단계가, Ni, Co, 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 물질을 스퍼터링(sputtering)하는 것으로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
16. 제14항에 있어서,

    상기 촉매 금속이 Ni, Co, 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합 물질로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
17. 제14항에 있어서,

    상기 감광성 수지층의 점도가 1∼100cps로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
18. 제14항에 있어서,

    상기 감광성 수지층의 높이가 상기 카본 나노튜브들의 끝단이 감광성 수지층 위로 임의의 높이를 가지며 돌출되는 정도의 것으로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
19. 제14항에 있어서,

    상기 금속층을 형성하는 단계가, Ag, Al, Cr, 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 물질을 스퍼터링하는 것으로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
20. 제14항에 있어서,

    상기 카본 나노튜브들을 캐소드 전극 표면에 고착시킨 이후의 과정이,

    상기 카본 나노튜브들의 고착 부위를 제외한 나머지 영역의 금속층과, 마스크층 전체를 제거하는 단계와;

    상기 글래스 기판의 전면에 절연 물질을 코팅하고, 절연 물질 위에 도전 물질을 코팅하는 단계와;

    상기 도전 물질을 패터닝하여 게이트 전극을 형성하는 단계와;

    상기 금속층이 노출되도록 상기 절연 물질을 패터닝하여 절연층을 형성하는 단계; 및

    상기 금속층을 제거하여 카본 나노튜브들을 노출시키는 단계들로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
21. 제20항에 있어서,

    상기 캐소드 전극을 형성하는 단계가, 상기 글래스 기판의 일방향을 따라 캐소드 전극을 스트라이프 패턴으로 형성하고,

    상기 게이트 전극을 형성하는 단계가, 상기 캐소드 전극과 직교하는 방향을 따라 게이트 전극을 스트라이프 패턴으로 형성하는 것으로 이루어지는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.