KR20050051308A - 전계 방출 표시 장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계 방출 표시 장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 임의의 간격을 두고 대향 배치되며, 밀봉재에 의해 접합되어 진공 용기를 구성하는 제1 및 제2 기판; 상기 제1 기판 상에 형성되는 캐소드 전극들; 상기 캐소드 전극과 접하며 상기 제1 기판상 상에 형성되는 전자 방출원; 상기 제1 기판 상에 형성되는 게이트 전극들; 상기 캐소드 전극과 게이트 전극 사이에 형성되는 TiO₂를 포함하는 절연층; 상기 제2 기판 상에 형성되는 애노드 전극; 및 상기 애노드 전극의 일면에 위치하는 형광 스크린을 포함하는 전계 방출 표시 장치를 제공한다. 본 발명의 방법은 절연층의 내산성을 강화하여 절연층의 크랙 방지로 전계방출 표시장치의 내전압 확보 및 아킹을 줄일 수 있다.

Description

전계 방출 표시 장치 및 그의 제조방법{FIELD EMISSION DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

[산업상 이용 분야]

본 발명은 전계 방출 표시장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절연층 형성시 유전체 페이스트에 TiO₂를 첨가함으로써 내산성을 강화하여 게이트의 에천트에 의한 절연층의 크랙을 방지하여 전계방출 표시장치의 내전압 확보 및 아킹을 줄일 수 있는 전계 방출 표시장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

[종래 기술]

일반적으로 전계 방출 표시장치(FED; field emission display)는 양자역학적인 터널링 효과를 이용하여 캐소드 전극에 제공된 전자 방출원으로부터 전자를 방출시키고, 방출된 전자를 애노드 전극에 마련된 형광층에 충돌시켜 이를 발광시킴으로써 소정의 영상을 구현하는 표시장치로서, 캐소드 전극과 게이트 전극 및 애노드 전극을 구비한 3극관 구조가 널리 사용되고 있다.

이때, 상기 전자 방출원은 선단이 뾰족한 종래의 스핀트(spindt) 타입을 대체하여 캐소드 전극 위에 평탄하게 형성되는 구조가 주로 사용되고 있다. 이러한 면타입 전자 방출원은 카본나노튜브 또는 흑연과 같은 카본계 물질을 스크린 프린트와 같은 후막 공정으로 도포한 다음 소성하는 과정을 통해 완성되며, 스핀트 타입 전자 방출원과 비교하여 제조 공정이 비교적 단순하고, 대면적 표시장치 제작에 유리한 장점을 갖는다.

종래 카본나노튜브(CNT: Carbon Nano Tube)를 이용한 전계 방출 표시 장치의 제조방법은 기판위에 캐소드 전극을 형성하고 그 위에 절연층과 게이트 전극을 형성하고 제2 기판에는 애노드 전극과 형광층을 마련하여 이루어진다. 캐소드 전극과 게이트 전극은 서로 직교하는 스트라이프 패턴으로 이루어지고, 캐소드 전극과 게이트 전극의 교차 영역에는 게이트 전극과 절연층을 관통하는 홀이 형성된다.

상기 구조는 후막 절연층(유전층)을 패턴 인쇄/전면 인쇄 후 에칭, 박막 절연 전면 코팅 후 에칭 등의 방법을 이용한다. 일반적인 후막 전면 인쇄 후 에칭법은 유전체(유전상수 12~15) 페이스트를 인쇄하여 절연층 형성 후 포토레지스트(PR) 등을 이용하여 홀을 패터닝한 후 금속 박막을 스퍼터(Sputter) 등을 이용하여 게이트 박막을 형성한다. 그러나, 상기 공정 중에 게이트 박막의 에천트(Etchant)가 절연층(유전층)에 크랙을 형성한다. 이 크랙은 내전압의 다운(down), 아킹(Arcing) 발생, 및 CNT 모양의 불균일 등의 원인을 제공한다.

본 발명은 상술한 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 게이트 박막 전극의 에칭시 에천트에 의한 절연층의 크랙 발생을 방지하여 내전압의 다운, 아킹(Arcing) 발생 및 카본 나노 튜브(CNT) 모양의 불균일 등의 문제를 해결할 수 있는 전계방출 표시장치 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

임의의 간격을 두고 대향 배치되며, 밀봉재에 의해 접합되어 진공 용기를 구성하는 제1 및 제2 기판;

상기 제1 기판 상에 형성되는 캐소드 전극들;

상기 캐소드 전극과 접하며 상기 제1 기판상 상에 형성되는 전자 방출원;

상기 제1 기판 상에 형성되는 게이트 전극들;

상기 캐소드 전극과 게이트 전극 사이에 형성되는 TiO₂를 포함하는 절연층;

상기 제2 기판 상에 형성되는 애노드 전극; 및

상기 애노드 전극의 일면에 위치하는 형광 스크린

을 포함하는 전계 방출 표시 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은

(a) 투명한 제1 기판 상부에 캐소드 전극을 형성하는 단계;

(b) 상기 제1 기판 전면에 TiO₂를 포함하는 절연층을 형성하고, 절연층 위에 게이트층을 형성한 다음, 게이트층과 절연층을 관통하는 홀들을 형성하는 단계; 및

(c) 상기 제1 기판 전면에 탄소계 물질을 포함하는 페이스트 조성물을 도포한 후 소성하여 전자 방출원을 형성하는 단계

를 포함하는 전계 방출 표시장치의 제조 방법을 제공한다.

상기 전계 방출 표시장치의 제조방법은 (b)단계 및 (c) 단계 전에 희생층을 형성하는 단계를 더욱 포함하여 전자 방출원을 형성할 수도 있다.

즉, 상기 전계 방출 표시 장치의 제조방법은

(a) 투명한 제1 기판 상부에 캐소드 전극을 형성하는 단계;

(b) 상기 제1 기판 전면에 TiO₂를 포함하는 절연층을 형성하고, 절연층 위에 게이트층을 형성한 다음, 게이트층과 절연층을 관통하는 홀들을 형성하는 단계; 및

(c) 상기 제1 기판 전면에 희생층을 형성하고, 상기 캐소드 전극 상부의 희생층 일부를 제거하는 단계;

(d) 상기 제1 기판 전면에 탄소계 물질을 포함하는 페이스트 조성물을 도포한 후 소성하여 전자 방출원을 형성하는 단계; 및

(e) 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명은 전계 방출 표시 장치의 제조방법에 있어서, 에칭법을 이용한 캐소드 전극 제조시 게이트 박막 전극의 에천트로 인해 절연층에 크랙이 발생하는 것을 방지하기 위해, 절연층(유전층)에 TiO₂를 함유함으로써, 내산성이 강화되는 특징이 있다.

상기 TiO₂ 는 유전체 페이스트 대비 0.5 중량% 이상으로 포함되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.5 내지 5 중량%이다. 상기 TiO₂의 함량이 0.5 중량% 미만이면 절연층의 크랙 방지 효과가 미흡하며, 5 중량% 이상일 경우는 에칭성이 좋지 않다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출 표시소자를 도시한 부분 단면도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 전계 방출 표시 장치는 임의의 크기를 갖는 제1 기판(또는 캐소드 기판)(1)과 제2 기판(또는 애노드 기판)(2)을 내부 공간부가 형성되도록 소정의 간격을 두고 실질적으로 평행하게 배치하고 이들을 서로 결합시켜 장치의 외관인 진공 용기를 형성하고 있다. 상기 진공 용기 내로 제1 기판(1) 상에는 전자를 방출할 수 있는 전자 방출원의 구성이, 상기 제2 기판(2) 상에는 상기 전자 방출원에서 방출된 전자에 의해 발광됨으로써 소정의 이미지를 구현할 수 있는 발광부의 구성이 형성된다. 이 발광부의 구성은 일례로 다음과 같이 이루어질 수 있다.

상기 전자 방출원의 구성으로는 제1 기판(1)에는 캐소드 전극(3)과 상기 TiO₂ 를 함유하는 절연층(5) 및 게이트 전극(7)이 형성되고, 제2 기판(2)에는 애노드 전극(11)과 형광층(13)이 마련된다. 캐소드 전극(3)과 게이트 전극(7)은 서로 직교하는 스트라이프 패턴으로 이루어지며, 캐소드 전극(3)과 게이트 전극(7)의 교차 영역에는 게이트 전극(7)과 절연층(5)을 관통하는 홀(5a, 7a)들이 형성된다. 그리고 홀(5a, 7a)들에 의해 노출된 캐소드 전극(3) 표면으로 전자 방출원(emitter)(15)이 위치한다.

절연층(3)의 두께는 대략 20㎛이며, 유전체 페이스트를 후막 인쇄, 건조 및 소성하는 과정을 여러번 반복하여 전술한 두께의 절연층(3)을 완성한다. 상기 절연층을 형성하는 유전체 페이스트는 TiO₂를 첨가하는 것을 제외하고는, 통상적인 조성으로 사용될 수 있다. 바람직하게, 유전체 페이스트의 조성은 SiO₂, PbO, TiO₂ , 및 기타 통상의 용매를 포함할 수 있다.

상기 게이트 전극(7)은 절연층(3) 위에 금속 물질을 증착하고 이를 패터닝하여 캐소드 전극(3)과 직교하는 스트라이프 형상으로 형성한다. 그리고 통상의 포토리소그래피 공정을 이용하여 캐소드 전극(3)과 게이트 전극(7)이 교차하는 영역에 게이트 전극(7)과 절연층(5)을 관통하는 홀(5a, 7a)들을 형성한다.

상기에서 게이트 층과 절연층을 관통하는 홀들을 형성한 후, 전자 방출원 형성용 페이스트 조성물을 캐소드 전극(3) 위에 도포할 때에, 도전성을 갖는 탄소계 물질이 캐소드 전극(3)과 게이트 전극(7)에 걸쳐 형성되어 두 전극간 쇼트를 유발할 수 있어 이러한 전극 쇼트를 방지하기 위해 선택적으로 희생층을 사용하여 전자 방출원(15)을 형성할 수도 있다. 그러나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기한 바와 같이 희생층을 형성하지 않고 전계 방출 표시장치를 제조할 수도 있다.

이하에서는 상기한 전계 방출 표시장치의 제조 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하며, 도 2a∼도 2d는 본 발명에 의한 전계 방출 표시장치의 제조 과정 중 전자 방출원 형성 과정을 나타낸 개략도이다.

도 2a를 참조하면, 상기한 바와 같이, 제1 기판(1) 위에 캐소드 전극(3)과 절연층(5) 및 게이트 전극(7)을 순차적으로 형성하고, 캐소드 전극(3)과 게이트 전극(7)의 교차 영역에 게이트 전극(7)과 절연층(5)을 관통하는 홀(5a, 7a)들을 형성한다. 이때, 제1 기판(1)은 투명한 글래스 기판으로 이루어지고, 캐소드 전극(3)은 ITO(indium tin oxide)와 같이 광 투과율이 높은 투명 도전막으로 이루어진다.

이때, 본 발명에서는 상기 절연층 형성시 사용된 TiO₂에 의해 상기 에천트에 의한 절연층의 크랙을 방지할 수 있다.

이어서 도 2b에 도시한 바와 같이, 제1 기판(1)의 상면 전체에 페이스트상의 탄소계 물질(19)을 후막 공정을 이용하여 도포하고, 제1 기판(1)의 배면을 통해 자외선을 조사하여 캐소드 전극(3) 위의 탄소계 물질(19)을 선택적으로 경화시킨다.

그리고 도 2c에 도시한 바와 같이 경화되지 않은 탄소계 물질을 제거한 후 소성하여 전자 방출원(15)을 형성하고 나면, 도 2d에 도시한 바와 같이, 제1 기판(1) 구조를 완성한다.

본 발명에서, 희생층을 형성하는 경우는 도면에는 도시하지 않았지만 전자 방출원이 위치할 캐소드 전극(3) 위 일부 영역을 제외하고 게이트 전극(7)과 절연층(5) 및 캐소드 전극(3) 위에 희생층을 형성할 수 있다. 희생층은 제1 기판(1) 상면 전체에 형성할 수 있으며, 통상의 포토리소그래피 공정을 이용하여 캐소드 전극(3) 상부의 희생층 일부를 제거한다.

이어서 희생층이 형성된 제1 기판(1)의 상면 전체에 페이스트상의 탄소계 물질(19)을 후막 공정을 이용하여 도포하고, 제1 기판(1)의 배면을 통해 자외선을 조사하여 캐소드 전극(3) 위의 탄소계 물질(19)을 선택적으로 경화시킨다. 그리고 경화되지 않은 탄소계 물질을 제거한 후 소성하여 전자 방출원(15)을 형성하고, 제1 기판(1)에 남아있는 희생층을 에천트를 이용한 에칭 방법으로 제거하여 제1 기판(1) 구조를 완성할 수도 있다.

본 발명에서 포토리소그래피 공정은 상기 방법으로 한정되는 것은 아니며, 스크린 인쇄 공정도 될 수 있다.

상기 전자 방출원(15)은 상기 구멍(5a, 7a) 내로 상기 캐소드 전극(3) 위에 형성되는 바, 이때 이 전자 방출원(15)은 평탄한 형상으로 이루어지며 그 재질은 탄소계 물질이다.

물론, 상기 전자 방출원의 형상(15)은 상기한 예로 한정되는 것은 아니고, 원추형의 형상을 이루면서 형성될 수 있다. 즉, 본 발명에 있어 상기 전자 방출원(15)의 형상은 특정한 경우로 구애받지 않는다.

이에 상기와 같이 구성되는 전자 방출원은, 상기 진공 용기의 외부로부터 상기 캐소드 전극(3) 및 게이트 전극(7)에 인가되는 전압에 의해 상기 캐소드 전극(3)과 게이트 전극(7) 사이에 형성되는 전계 분포에 따라 상기 전자 방출원(15)으로부터 전자를 방출하게 된다.

본 발명에서 전자방출원을 형성시 사용되는 페이스트 조성물은 탄소계 물질, 무기분말, 바인더 수지 및 유기용매를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 탄소계 물질은 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들면 카본 나노튜브, 흑연, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀(fulleren) 중 어느 하나 또는 이들의 조합 물질로 이루어진다. 바람직하게는 카본 나노 튜브를 사용할 수 있다.

상기 무기분말, 바인더수지 및 유기용매는 통상 탄소계 물질(바람직하게, 카본나노튜브)의 페이스트 제조시 사용되는 것을 사용할 수 있으며, 특별히 한정되지는 않는다. 본 발명은 필요에 따라 감광성 수지와 UV용 개시제를 더욱 첨가할 수 있다.

상기에서 캐소드 전극(3)은 소정의 패턴 가령, 스트라이프 형상을 취하여 상기 제1 기판(1)의 일 방향을 따라 형성되며, 상기 절연층(5)은 상기 캐소드 전극(3)을 덮으면서 상기 제1 기판(1)상에 전체적으로 배치된다.

또한, 상기 절연층(5) 위에는, 상기 절연층(5)에 형성된 구멍(5a)과 관통되는 구멍(7a)을 갖는 게이트 전극(7)이 복수로 형성되는 바, 이 게이트 전극(7)은 상기 캐소드 전극(3)과 직교하는 방향으로 임의의 간격을 두고 스트라이프 형상을 유지하여 형성된다.

이러한 전자 방출원의 구성에 비해, 상기 발광부의 구성은, 상기 제2 기판(2)의 일면(상기 제1 기판과 마주하는 면)에 형성되는 애노드 전극(11)과, 이 애노드 전극(11) 위에 형성되는 R,G,B 형광막(13)을 포함하여 이루어진다.

즉, 제1 기판(1)에 대향하는 제2 기판(2)의 일면에는 애노드 전극이 형성되고, 애노드 전극의 일면에는 형광막들과 블랙 매트릭스(17)로 이루어진 형광 스크린(21)이 형성된다. 애노드 전극은 인듐 틴 옥사이드(ITO)와 같은 투명 전극으로 구비된다. 한편, 형광 스크린 표면에는 메탈 백(metal back) 효과에 의해 화면의 휘도를 높이는 금속막(도시하지 않음)이 위치할 수 있으며, 이 경우 투명 전극을 생략하고, 금속막을 애노드 전극으로 사용할 수 있다.

상기에서 애노드 전극(11)은 상기 캐소드 전극(3)의 길이 방향과 나란한 방향으로 길게 배치되는 스트라이프 패턴을 유지하여 상기 제2 기판(2) 상에 임의의 간격을 두고 복수로 형성되며, 상기 형광막(13)은 상기 애노드 전극(11) 상에 전기 영동법, 스크린 인쇄, 스핀 코팅 등의 제조 방법을 통해서 형성될 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확히 표현하기 위한 목적으로 기재될 뿐 본 발명의 내용은 하기 실시예에 한정되지 않는다.

(실시예 1)

SiO₂ 70 중량%, PbO 20 중량%, 용매 9.5 중량% 및 TiO₂ 0.5 중량%를 포함하는 유전체 페이스트 조성을 이용하여, 절연층을 형성하여 통상의 방법으로 전계 방출 표시 장치를 제조하였다. 이때, 절연층은 제 1기판 상면 전체에 상기 유전체 페이스트를 후막 인쇄하고 건조 및 소성하여 형성하였다.

(비교예 1)

상기 유전체 페이스트에 TiO₂를 첨가하지 않고 절연층을 형성하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전계 방출 표시 장치를 제조하였다.

상기 실시예 1 및 비교예 1의 전계 방출 표시 장치에 있어, 게이트 전극의 에칭 후 홀 구조의 단면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진을 각각 도 3 및 4에 나타내었다.

도 3에서 보면 실시예 1 경우 절연층을 형성하는 유전체 페이스트에 TiO₂를 함유하여 내산성 강화로 크랙이 발생하지 않았다.

반면, 도 4에서 보면, 종래 비교예 1의 경우 게이트의 에천트에 의해 절연층에 심한 크랙이 발생하였다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 전계 방출 표시 장치의 게이트 전극의 에칭시 에천트에 의한 절연층(유전층)의 크랙을 방지하여 내전압 확보 및 아킹(Arcing) 등을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 전계 방출 표시장치의 부분 단면도이다.

도 2a ∼ 도 2d는 본 발명의 전계 방출 표시장치의 제조 방법을 설명하기 위한 개략도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전계 방출 표시 장치의 제조공정에서 게이트 전극 에칭 후 홀 구조의 단면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진을 나타낸 것이다.

도 4는 종래 기술에 의한 전계 방출 표시 장치의 제조공정에서 게이트 전극 에칭 후 홀 구조의 단면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진을 나타낸 것이다.

Claims (10)

1. 임의의 간격을 두고 대향 배치되며, 밀봉재에 의해 접합되어 진공 용기를 구성하는 제1 및 제2 기판;

   상기 제1 기판 상에 형성되는 캐소드 전극들;

   상기 캐소드 전극과 접하며 상기 제1 기판상 상에 형성되는 전자 방출원;

   상기 제1 기판 상에 형성되는 게이트 전극들;

   상기 캐소드 전극과 게이트 전극 사이에 형성되는 TiO₂를 포함하는 절연층;

   상기 제2 기판 상에 형성되는 애노드 전극; 및

   상기 애노드 전극의 일면에 위치하는 형광 스크린

   을 포함하는 전계 방출 표시 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 절연층은 0.5 중량% 이상의 TiO₂를 포함하는 것인 전계 방출 표시 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 절연층은 0.5 내지 5 중량%의 TiO₂를 포함하는 것인 전계 방출 표시 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 게이트 전극을 구성하는 층이 금속으로 이루어지는 것인 전계 방출 표시장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 전자 방출원은 탄소계 물질, 무기분말, 바인더 수지 및 유기용매를 포함하는 페이스트 조성물로 형성되는 것인 전계 방출 표시장치.
6. (a) 투명한 제1 기판 상부에 캐소드 전극을 형성하는 단계;

   (b) 상기 제1 기판 전면에 TiO₂를 포함하는 절연층을 형성하고, 절연층 위에 게이트층을 형성한 다음, 게이트층과 절연층을 관통하는 홀들을 형성하는 단계; 및

   (c) 상기 제1 기판 전면에 탄소계 물질을 포함하는 페이스트 조성물을 도포한 후 소성하여 전자 방출원을 형성하는 단계

   를 포함하는 전계 방출 표시장치의 제조 방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 (b)단계에서 절연층은 0.5 중량% 이상의 TiO₂를 포함하는 것인 전계 방출 표시 장치의 제조방법.
8. 제 6항에 있어서, 상기 절연층은 0.5 내지 5 중량%의 TiO₂를 포함하는 것인 전계 방출 표시 장치의 제조방법.
9. 제 6항에 있어서, 상기 게이트층이 금속으로 이루어지는 것인 전계 방출 표시장치의 제조방법.
10. 제 6항에 있어서, 상기 (c)단계에서 페이스트 조성물은 탄소계 물질, 무기분말, 바인더 수지 및 유기용매를 포함하는 전계 방출 표시장치의 제조방법.