KR20040102791A - 전계방출소자의 단락제거 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계방출소자의 제조방법에 관한 것으로서 특히, 이물질이나 미세 돌기부, 탄소나노튜브에 의한 전기적 단락을 제거하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 전계방출소자의 단락제거 방법에 있어서, 전기적으로 분리되어야 하는 두개의 전극에 대한 전류를 측정하는 단계와, 상기 전류값이 소정치 이상 측정되는 경우 전류를 증가시켜 단락부를 제거하는 단계와, 상기 전류값이 소정치 이하 측정되는 경우 전기적 활성화를 통해 안정적인 전류가 흐르도록 하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.

Description

전계방출소자의 단락제거 방법{METHOD FOR PREVENTING SHORT CIRCUIT OF FIELD EMITTING DISPLAY}

본 발명은 전계방출소자의 제조방법에 관한 것으로서 특히, 이물질이나 미세 돌기부, 탄소나노튜브에 의한 전기적 단락을 제거하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 박막형 전계방출소자는 팁의 날카로운 부분에 전계가 집중되는 현상을 이용하여 비교적 낮은 전압, 예를 들어 5∼10V 정도의 전압을 인가하여 터널효과에 의한 냉전자를 방출시키는 소자로서, 이를 이용하여 형성되는 전계방출소자(FED : field emitting display)는 CRT의 고선명성과 액정표시장치(liquid crystal display; 이하 LCD라 칭함)의 경박형의 장점을 모두 갖추고 있어 차세대 표시장치로서 주목받고 있다.

특히 FED는 경박형의 제작이 가능할 뿐만 아니라, LCD의 결정적인 단점인 공정수율, 제조단가 및 대형화의 문제점들을 해결할 수 있다. 즉, LCD는 하나의 단위화소라도 불량이 발생되면 제품전체가 불량 처리되지만, FED는 하나의 화소 그룹에 그보다 작은 다수개의 단위화소들이 형성되어 있어 한 두개의 단위화소에 불량이 발생하여도 화소 그룹의 동작에는 이상이 없어 제품 전체의 수율이 향상된다.

또한, FED는 LCD에 비해 구조가 간단하고, 소비전력이 작아 단가가 낮고, 휴대형 표시장치에 적합한 등의 이점이 있다.

도 1은 종래의 원추형 에미터를 갖는 전계방출소자를 설명하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 초기의 FED는 공동에 의해 외부로 노출되어 있으며, 날카로운 부분을 갖는 원추형 에미터(14)가 캐소드 전극(13)의 상측에 형성되고, 상기 원추형 에미터(14)의 양측에 정렬되어 있는 게이트 전극(15)과 상기 게이트 전극(15)과 일정간격 이격되어 있으며 형광체가 형성된 애노드 전극(17)으로 구성된다. 그리고, 상기 캐소드 전극(13)은 하부기판(11)의 상측에 형성되고, 상기 애노드 전극(17)은 상부기판(12)의 하측에 형성된다. 상기 게이트 전극(15)과 캐소드 전극(13)은 절연층(16)으로 전기적으로 분리된다.

또한, 상기 애노드 전극(17)과 캐소드 전극(13)은 스페이서(18)에 의해 고진공을 유지하며 소정 간격 이격되어 형성된다.

상기의 FED는 애노드 전극(17)에 전압, 예를들어 500∼10㎸ 정도의 전압이 인가되어 원추형 에미터(14)의 꼭지부에 집중된 전계에 의해 전자가 방출되며, 상기 방출된 전자는 양의 전압이 인가된 애노드 전극(17)에 의해 인도되어 애노드 전극(17)에 도포되어있는 형광물질을 발광시키고, 상기 게이트 전극(15)은 전자의 방향 및 양을 조절한다.

도 2는 종래의 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 단면을 설명하는 도면이고, 도 3은 전자방출부의 확대 단면도이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 최근 낮은 일함수(WORK FUNCTION)를 갖는 탄소계 물질을 전자방출원(에미터)으로 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 상기 탄소계 물질 가운데 탄소나노튜브에 대한 기대가 높아지고 있다. 즉, 도 2와 도 3에 서 보는 바와 같이 종래의 원추형 에미터를 사용하지 않고 탄소나노튜브(19)를 전자방출원으로 사용하는 연구이다.

탄소나노튜브(19)를 전자방출원으로 사용하는 방법을 설명하면, 우선 탄소나노튜브 페이스트를 제조하고, 상기 탄소나노튜브 페이스트를 기판상에 스크린 인쇄하여 탄소나노튜브 필름을 형성한다. 그리고 상기 탄소나노튜브 필름을 열처리하여 페이스트 성분의 솔벤트(SOLVENT)를 기화시키는 예비소성단계를 거치고, 예비소성 온도보다 높은 온도에서 탄소나노튜브 필름을 열처리하여 페이스트 성분의 수지 등을 태우는 본 소성단계를 거친다.

그리고, 탄소나노튜브의 전계방출전압을 낮추기 위하여 탄소나노튜브 필름에 레이저 빔을 조사하여 탄소나노튜브 필름을 국부적으로 가열하고, 레이저 빔에 의해 가열된 부분을 급랭 처리하여 탄소나노튜브 필름에 마이크로 크랙(MICRO CRACK)을 발생시키는 과정을 통해 전자방출원으로 사용되는 탄소나노튜브(19)가 제작된다.

종래의 탄소나노튜브(19)를 이용한 전자방출원은 하부기판(11)상에 음극전극 라인(20)이 형성되고, 상기 음극전극라인(20)의 상측에 탄소나노튜브(19)가 성장되도록 한다. 그리고, 절연층(16)과 게이트 전극(15)이 구비된다.

탄소나노튜브(19)를 성장시키는 방법이나 효율적으로 성장시키게 하는 방법은 다양하게 제시될 수 있으며, 도 3에는 간단한 구조로서 음극전극라인(20)과 탄소나노튜브(19) 만을 도시하였다.

상기와 같은 종래의 탄소나노튜브를 이용한 전자방출원은 전기적 활성화 초기에 이물질(FOREIGN PARTICLE), 먼지(DUST), 게이트 전극 주변부에 형성된 미세 돌기부(BURR), 그리고 탄소나노튜브에 의하여 음극전극라인(20)과 게이트 전극(15) 사이에 단락이 발생됨으로써 정상적인 전자방출 작동이 방해되는 문제점이 있다.

이와 같은 이물질 내지 탄소나노튜브에 의해 단락된 것을 나타내는 단락부(21)로 도시 하였다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 초기 전기적 안정화와 전자방출의 균일성을 확보하기 위해 게이트 전극(15)에 낮은 전압부터 구동 전압 이상의 전압까지 펄스(PULSE) 또는 스윕(SWEEP)하는 전압을 인가하여 전기적 활성화(ELECTRICAL ACTIVATION 또는 ELECTRICAL AGING)를 실시한다.

그러나, 상기의 전기적 활성화 방법만으로는 단락된 부분의 문제를 해결할 수 없으며, 전압의 변화를 통해 단락문제를 해결하는 경우 높은 전압에 의해 미세 방전이 발생될 수 있으며, 전자방출원의 손상이 발생될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 전자방출원의 손상없이 전기적 단락 현상을 해결할 수 있는 전계방출소자의 단락 제거방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래의 원추형 에미터를 갖는 전계방출소자를 설명하는 도면.

도 2는 종래의 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 단면을 설명하는 도면.

도 3은 전자방출부의 확대 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 전계방출소자의 단락 제거방법에서 전기적 활성화를 위한 회로도.

도 5는 본 발명에 따른 전계방출소자의 단락 제거방법에 있어서 단락 제거를 위한 회로도를 설명하는 도면.

도 6은 본 발명에 따른 전계방출소자의 단락제거방법의 과정을 설명하는 도면.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

11 ; 하부기판 12 ; 상부기판

13 ; 캐소드 전극 14 ; 원추형 에미터

15 ; 게이트 전극 16 ; 절연층

17 ; 애노드 전극 18 ; 스페이서

19 ; 탄소나노튜브 20 ; 음극전극라인

21 ; 단락부 22 ; 전기적 활성화를 위한 회로

23 ; 단락제거회로

본 발명은 전계방출소자의 단락제거 방법에 있어서, 전기적으로 분리되어야 하는 두개의 전극에 대한 전류를 측정하는 단계와, 상기 전류값이 소정치 이상 측정되는 경우 전류를 증가시켜 단락부를 제거하는 단계와, 상기 전류값이 소정치 이하 측정되는 경우 전기적 활성화를 통해 안정적인 전류가 흐르도록 하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 단락부가 제거되었는지 여부는 전압 또는 전류의 급격한 변화에 의해 확인되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전기적 활성화는 펄스(PULSE) 또는 스윕(SWEEP) 전압을 인가하는 방법에 의하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전기적으로 분리되어야 하는 두개의 전극은 게이트 전극과 음극전극라인인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전기적으로 분리되어야 하는 두개의 전극은 집속전극과 게이트 전극인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전계방출소자의 단락 제거방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 전계방출소자의 단락 제거방법에서 전기적 활성화를 위한 회로도이다.

도 4를 참조하면, 먼저 전계방출소자는 하부기판(11)상에 음극전극라인(20)이 형성되고, 상기 음극전극라인(20)의 상측에 탄소나노튜브(19)가 형성된다.

상기 탄소나노튜브(19)의 형성은 저항층과 촉매전이금속등을 이용하여 형성하거나 다양한 방법이 사용되나, 본 도면에서는 단순화된 형태로 음극전극라인(20)과 탄소나노튜브(19) 만을 도시하였다.

그리고, 상기 음극전극라인(20)과 게이트 전극(15) 사이에 절연층(16)이 구비되고, 상기 게이트 전극(15)의 상측에 형광체가 구비된 애노드 전극(17)이 상부기판(12)에 형성된다.

전자방출부를 형성하는 방법은 상기 음극전극라인(20)을 스크린 프린트(screen frint) 방법으로 형성하고, 열처리를 통해 도전성 페이스트를 소성하는 단계, 탄소나노튜브를 소정 비율로 혼합한 스크린 프린트용 페이스트를 제조하여 상기 음극전극라인(20) 상에 도포하여 열처리를 하여 탄소나노튜브 페이스트를 소성하는 단계, 게이트 전극(15)을 형성하는 단계를 거치게 된다.

도면부호 22에는 전기적 활성화를 위한 회로도가 도시되어 있는데, 게이트 전극(15)에 펄스(PULSE) 또는 스윕(SWEEP) 전압을 인가하여 전기적 활성화(ELECTRIC ACTIVATION 또는 ELECTRIC AGING)를 실시한다.

전기적 활성화를 실시하는 경우에도 이물질이나 먼지, 게이트의 미세 돌기부, 그리고 탄소나노튜브에 의하여 단락부(21)는 완전히 제거되지 않아 게이트 전극(15)과 음극전극라인(20)과의 전기적 단락이 유지된다.

도 5는 본 발명에 따른 전계방출소자의 단락 제거방법에 있어서 단락 제거를 위한 회로도를 설명하는 도면이다.

도 5에서 보는 바와 같이 단락제거회로(23)를 구성하여 단락부(21)의 제거가 가능한데, 상기 게이트 전극(15)과 음극전극라인(20)에 낮은 전압에서 많은 전류가 흐르도록 함으로써 미세한 단락부분을 큰 주울(JOULE)열로 태워 없애게 된다.

즉, 고전압이 인가되도록 하면 전자방출부가 손상될 수 있으므로 낮은 전압으로 많은 전류를 흘려 단락부(21)가 제거되도록 하는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명에 따른 전계방출소자의 단락제거방법의 과정을 설명하는 도면이다.

먼저 도 4와 같이 회로를 구성하여 각각의 전극에 소정의 전압을 인가하고 게이트 전극에 대략 50V의 전압을 인가하여 게이트 전극과 음극전극라인의 전류를 측정한다.(S100)

전류값이 수㎁ 이하인 경우에는 전기적 활성화를 실시하고(S110), 전류값이 수㎁ 이상인 경우에는 게이트 전극과 음극전극라인 사이에 단락이 발생한 것으로 보아 도 5의 회로를 적용하여 전류를 인가하면서 전압을 측정하게 된다.(S150)

전류의 양은 점차 많은 양의 전류를 인가하면서 전압이 급격히 변하는지 여부를 확인하여 전압이 급격히 변하는 경우 단락된 부분이 없어진 것으로 판단하여 다시 전류량을 판단한다.(S160)(S100)

만약 전압이 급격히 변화하지 않는 경우에 단락된 곳을 전기적으로 단선되도록 할 수 없으므로 해당 부분을 전기적으로 연결되지 않도록 하여 사용하지 않거나 폐기하도록 한다.(S170)

전류값이 수㎁ 이하로 측정되어 전기적 활성화를 실시한 후(S120), 다시 전류값을 측정하여 전류값이 수㎁ 이하로 측정된 경우 단락이 발생되지 않은 것으로 판단하여 전기적 활성화를 하여 전자방출부의 전류가 안정화되도록 한다.(S130)(S140)

한편, 상기의 방법은 게이트 전극과 음극전극라인 외에도 전계방출소자의 단락문제를 해결하는데 있어서, 별도의 집속전극이 설치된 경우 상기 집속전극과 게이트 전극간에 적용될 수 있으며, 집속전극간에도 적용이 가능하다.

본 발명은 전계방출소자의 단락 문제를 전압에 의해 제거하지 않고 전류를 인가하여 제거함으로서 전계방출부의 손상을 제거할 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 전계방출소자의 단락제거 방법에 있어서,

   전기적으로 분리되어야 하는 두개의 전극에 대한 전류를 측정하는 단계와,

   상기 전류값이 소정치 이상 측정되는 경우 전류를 증가시켜 단락부를 제거하는 단계와,

   상기 전류값이 소정치 이하 측정되는 경우 전기적 활성화를 통해 안정적인 전류가 흐르도록 하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 단락제거 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 단락부가 제거되었는지 여부는 전압 또는 전류의 급격한 변화에 의해 확인되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 단락제거 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 전기적 활성화는 펄스(PULSE) 또는 스윕(SWEEP) 전압을 인가하는 방법에 의하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 단락제거 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 전기적으로 분리되어야 하는 두개의 전극은 게이트 전극과 음극전극라인인 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 단락제거방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 전기적으로 분리되어야 하는 두개의 전극은 집속전극과 게이트 전극인 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 단락제거 방법.