KR20070046612A - 전자 방출 소자의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 전자방출 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소정의 기판에 액상의 UV 감광성 수지 조성물을 인쇄하는 단계; 상기 UV 노광에 의하여 감광성 수지를 패터닝하는 단계; 패터닝된 상기 감광성 수지에 절연체층 물질을 도포하는 단계; 및 상기 절연체층을 소성하여 상기 감광성 수지를 제거하는 단계;를 포함하는 전자 방출 소자의 제조방법을 개시한다.

Description

전자 방출 소자의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 전자 방출 소자{Method for preparing electron emission device and an electron emission device prepared by the method}

도 1은 종래의 제조방법에 의해 제조되는 전자 방출 소자의 일 구현예를 나타낸 것이고,

도 2는 본 발명의 제조방법에 따라 제조되는 전자 방출 소자의 일 구현예를 나타낸 것이고,

도 3은 본 발명에 따른 제조방법으로 형성된 미세 홀을 나타낸 그림이고,

도 4는 본 발명에 따라 제조된 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자의 일 구현예를 나타낸 것이고,

도 5는 도 3의 II-II 선을 따라 취한 단면도를 나타낸 것이다.

<도면 부호의 간단한 설명>

11, 21: 기판 12:절연체층 조성물

14: 전자 방출원 홀 23: 패턴 마스크

60: 스페이서 70: 형광체층

80: 애노드 전극 90: 제2 기판

100: 전자 방출 디스플레이 장치 101: 전자 방출 소자

102: 전면 패널 103: 발광 공간

110: 제1 기판 120: 캐소오드 전극

130: 제1 절연체층 131: 전자 방출원 홀

140: 게이트 전극 150: 전자 방출원

본 발명은 전자 방출 소자의 제조방법 및 그 방법에 의해 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 UV 감광성 수지를 사용하여 균일하고 미세한 홀의 형성이 가능한 전자 방출 소자의 제조방법에 관한 것이다.

전자 방출 소자 (Electron Emission Device)는 애노드 전극과 캐소오드 전극 사이에 전압을 인가하여 전계를 형성함으로써 캐소오드 전극의 전자 방출원으로부터 전자를 방출시키고, 이 전자를 애노드 전극 측의 형광 물질에 충돌시켜 발광되도록 하는 디스플레이 장치이다.

전자 전도성이 탁월한 탄소나노튜브 (Carbon Nano Tube: CNT)를 포함한 카본계 물질은 전도성 및 전계 집중 효과가 우수하고, 일함수가 낮고 전계 방출 특성이 우수하여 저전압 구동이 용이하고, 대면적화가 가능하므로 전자 방출 소자의 이상적인 전자 방출원으로 기대되고 있다.

탄소나노튜브를 포함하는 전자 방출원 제조 방법은 예를 들면, CVD법 등을 이용하는 탄소나노튜브 성장법, 탄소나노튜브를 포함하는 전자 방출원 형성용 조성 물을 이용하는 페이스트법 등을 포함한다. 상기 페이스트법을 이용하면 제조 단가가 낮고, 대면적으로 전자 방출원 형성이 가능하다.

도 1은 종래의 제조방법에 따른 전자 방출 소자 제조 공정의 일 구현예를 나타낸 것이고, 도 1을 참조하면, 상기의 탄소나노튜브를 포함하는 전자 방출원을 전자 방출 소자에 배치하기 위하여 소정의 기판(11)에 절연체층 형성용 조성물(12)을 인쇄하고, 이를 건조 및 소성한 후 에칭 용액을 사용하여 에칭함으로써 소성된 절연체층(13)을 식각하여 전자 방출원 홀(14)을 형성하였다. 그러나, 이와 같은 일정한 형태의 홀(14)을 형성하기 위해서 절연체층 형성용 조성물(12)을 전면 코팅하고 산으로 에칭하여 홀(14)을 제조하기 때문에 모양이 불균일하거나, 언더컷(under cut)이 발생하거나, 산 용액의 잔류물로 내전압 특성이 나빠지는 문제가 발생하게 된다는 문제점이 있었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 바와 같은 문제점을 해결하여 전자 방출원 미세 홀이 균일하고 손상이 없도록 하는 전자 방출 소자의 제조방법, 그 방법에 의해 제조된 신뢰성이 향상된 전자 방출 소자 및 전자 방출 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은

소정의 기판에 액상의 UV 감광성 수지 조성물을 인쇄하는 단계; 상기 UV 노광에 의하여 감광성 수지를 패터닝하는 단계; 패터닝된 상기 감광성 수지에 절연체 층 물질을 도포하는 단계; 및 상기 절연체층을 소성하여 상기 감광성 수지를 제거하는 단계;를 포함하는 전자 방출 소자의 제조방법을 제공한다.

상기의 다른 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은

제1 기판; 상기 제1 기판 상에 배치된 캐소오드 전극 및 전자방출부; 상기 캐소오드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 게이트 전극; 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극을 절연하는 절연체층; 및 상기 캐소오드 전극에 접하도록 배치된 전자방출원을 포함하는 전자 방출 소자에 있어서, 상기 전자방출부가 상기의 제조방법에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자를 제공한다.

상기의 또 다른 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은

제1 기판; 상기 제1 기판 상에 배치된 복수 개의 캐소오드 전극; 상기 캐소오드 전극들과 교차하도록 배치된 복수 개의 게이트 전극; 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극들과 상기 게이트 전극들을 절연하는 절연체층; 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극이 교차하는 지점에 형성된 전자 방출원 홀; 상기 전자 방출원 홀 내에 배치된 전자 방출원; 및 상기 캐소오드 전극과 접하도록 배치된 전자방출원을 포함하고, 상기 제1 기판과 실질적으로 평행하게 배치되는 제2 기판; 상기 제2 기판에 배치된 애노드 전극; 및 상기 애노드 전극에 배치된 형광체층을 포함하는 전자 방출 디스플레이 장치에 있어서, 상기 전자 방출원 홀이 상기의 제조방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 디스플레이 장치를 제공한다.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 소정의 기판에 액상의 UV 감광성 수지 조성물을 인쇄하는 단계; 상기 UV 노광에 의하여 감광성 수지를 패터닝하는 단계; 패터닝된 상기 감광성 수지에 절연체층 물질을 도포하는 단계; 및 상기 절연체층을 소성하여 상기 감광성 수지를 제거하는 단계;를 포함하는 전자 방출 소자의 제조방법을 제공한다.

도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 전자 방출 소자의 제조방법이 수행되는 공정을 도시하는 구성도이다. 도 2를 참조하면, 전자 방출 소자의 제조를 위해 소정의 기판(21)을 준비한다. 상기 "기판"이란 전자 방출원이 형성될 기판으로서, 형성하고자 하는 전자 방출 소자에 따라 상이할 수 있으며, 이는 당업자에게 용이하게 인식가능한 것이다. 예를 들면, 상기 "기판"이란, 캐소오드와 애노드 사이에 게이트 전극이 구비된 형태의 전자 방출 소자를 제조하는 경우에는 캐소오드가 될 수 있다.

이어서, 상기 기판(21) 상에 UV 감광성 수지 조성물(22)을 인쇄한다. UV 감광성 수지 조성물(22)은 감광성 수지, 광개시제 및 용매를 포함한다.

감광성 수지는 패터닝에 사용되는 물질이다. 상기 감광성 수지의 비제한적인 예에는 아크릴레이트계 모노머, 벤조페논계 모노머, 아세토페논계 모노머, 또는 티오크산톤계 모노머 등이 있으며, 보다 구체적으로는 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 2,4-디에틸옥산톤(2,4-diethyloxanthone), 또는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논 등을 사용할 수 있다.

광개시제는 상기 감광성 수지가 노광될 때 감광성 수지의 가교결합을 개시하 는 역할을 한다. 상기 광개시제의 비제한적인 예에는 벤조페논 등이 있다.

용매는 이에 한정되지는 않지만, 예를 들어 터피네올(terpineol), 부틸 카르비톨(butyl carbitol:BC), 부틸 카르비톨 아세테이트(butyl carbitol acetate:BCA), 톨루엔(toluene) 및 텍사놀(texanol) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 중, 터피네올을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 UV 감광성 수지 조성물은 필러 등을 더 포함할 수 있다. 상기 필러는 기판과 충분히 접착하지 못한 나노 사이즈를 갖는 무기물의 전도성을 보다 향상시키는 역할을 하는 물질로서 이의 비제한적인 예에는 Ag, Al 등이 있다.

다음으로, UV 노광을 통하여 감광성 수지 조성물로 이루어진 층(22)을 원하는 영역을 경화시켜 패터닝한다. UV 노광은 후면 노광을 통하여 패터닝하는 것이 바람직하다. 이때, 선택적인 UV 노광을 위해서는 소정의 마스크 패턴(23)이 사용될 수 있다. 즉, 기판(21) 상에 인쇄된 감광성 수지 조성물을 원하는 전자 방출원 형성 영역에 따라 노광 및 현상하여 경화된 감광성 수지(24) 영역을 제조한다. 아울러, 상기 수지 경화공정은 열풍건조, 자외선, 전자선 및 원적외선 중 적어도 어느 하나 이상을 이용하여 수행될 수 있다.

이어서, 패터닝된 상기 감광성 수지층에 절연체층 물질(25)을 인쇄한다. 절연체층 물질(25)로는 기계적, 열적, 화학적 안정성 외에 절연 저항이 높고, 파괴 전압이 높은 물질이 바람직하다. 상기 절연체층 물질은 통상적으로 SiO2가 포함된 절연 물질일 수 있다. 상기 절연체층 물질은 박막 공정(sputter, CVD), 통상의 프린팅법, 딥핑법(dipping), 테이블 코팅법(table coating) 등과 같은 통상의 방법을 이용하여 인쇄될 수 있다.

상기 절연체층(25)을 소성하여 상기 감광성 수지(24)를 제거한다. 본 발명에 따른 전자 방출원 홀을 형성하기 위하여 질소 가스 분위기 하에서 소성 단계를 거친다. 이러한 소성 단계를 통하여 감광성 수지 등은 휘발, 제거되고, 절연체층 및 바인더 등이 용융 및 고형화된 절연체층(26)을 형성하고 감광성 수지(24)가 있던 부분은 전자 방출원 홀(27)을 형성하게 된다.

상기 소성 온도는 감광성 수지 조성물에 포함된 비이클의 휘발 온도 및 시간을 고려하여 결정되어야 한다. 통상적인 소성 온도는 350 내지 500℃, 바람직하게는 450℃이다. 소성 온도가 350℃ 미만이면 비이클 등의 휘발이 충분히 이루어지지 않는다는 문제점이 발생할 수 있고, 소성 온도가 500℃를 초과하면 제조 비용이 상승하고, 기판이 손상될 수 있다는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.

본 발명에 따른 제조방법에 의하면, 미세하고 균일한 전자 방출원 홀 형성으로 인하여 전자 방출 특성을 향상시킴으로써 결과적으로 언더컷이 발생하지 않고, 내전압 특성이 우수한 전자 방출 소자를 제조할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 제조방법으로 형성된 미세 홀을 나타낸 그림이다. 이를 통하여 미세하고 균일한 홀이 형성됨을 확인할 수 있다.

본 발명에 따라 상기와 같은 전자방출원 홀을 형성하고, 전자 방출 소자를 완성하기 위하여 전자방출용 전자 방출원를 형성한다. 상기 전자 방출원 형성공정은 바람직하게 금속 메쉬 스크린을 이용한 스크린 프린팅법에 의해 수행될 수 있다. 이 경우 프린팅을 위한 페이스트 조성물은 카본계 물질 및 비이클 등으로 혼 합되어 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 카본계 물질은 전도성 및 전자방출 특성이 우수하여 전자 방출 소자 작동시 애노드부의 형광층으로 전자를 방출시켜 형광체를 여기하는 역할을 한다. 이러한 카본계 물질의 비제한적인 예로는 탄소나노튜브, 그래파이트, 다이아몬드, 풀러렌, 탄화규소 등이 사용되며, 그 중에서도 탄소나노튜브가 가장 바람직하다.

본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물에 포함되는 비이클은 전자 방출원 형성용 조성물의 인쇄성 및 점도를 조절하는 역할을 한다. 상기 비이클은 수지 성분 및 용매 성분으로 이루어질 수 있다. 상기 수지 성분은 예를 들면, 에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스 등과 같은 셀룰로오스계 수지; 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 및 우레탄 아크릴레이트 등과 같은 아크릴계 수지; 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 에테르 등과 같은 비닐계 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상술한 바와 같은 상기 수지 성분 중 일부는 감광성 수지의 역할을 동시에 할 수 있다.

상기 용매 성분은 예를 들면, 터피네올(terpineol), 부틸 카르비톨(butyl carbitol:BC), 부틸 카르비톨 아세테이트(butyl carbitol acetate:BCA), 톨루엔(toluene) 및 텍사놀(texanol) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 중, 터피네올을 포함하는 것이 바람직하다.

전자방출원 형성용 조성물을 본 발명에 따라 제조된 전자 방출원 홀에 인쇄하고, 건조 및 소성하여 소성 결과물을 얻는다. 소성 결과물은 필요에 따라 활성 화한다. 상기 활성화 단계의 일 구현예에 따르면, 열처리 공정을 통하여 필름 형태로 경화될 수 있는 용액, 예를 들면 폴리이미드계 고분자를 포함하는 전자 방출원 표면 처리제를 상기 소성 결과물 상에 도포한 후, 이를 열처리한 다음, 상기 열처리로 형성된 필름을 박리한다. 활성화 단계의 다른 구현예에 따르면 소정의 구동원으로 구동되는 롤러 표면에 접착력을 갖는 접착부를 형성하여 상기 소성 결과물 표면에 소정의 압력으로 가압함으로써 활성화 공정을 수행할 수도 있다. 이러한 활성화 단계를 통하여 나노 사이즈를 갖는 무기물은 전자 방출원 표면으로 노출되거나 수직배향되도록 제어될 수 있다.

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 배치된 복수 개의 캐소오드 전극; 상기 캐소오드 전극들과 교차하도록 배치된 복수 개의 게이트 전극; 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극들과 상기 게이트 전극들을 절연하는 절연체층; 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극이 교차하는 지점에 형성된 전자 방출원 홀; 상기 전자 방출원 홀 내에 배치된 전자 방출원; 및 상기 캐소오드 전극과 접하도록 배치된 전자방출원을 포함하고, 상기 제1 기판과 실질적으로 평행하게 배치되는 제2 기판; 상기 제2 기판에 배치된 애노드 전극; 및 상기 애노드 전극에 배치된 형광체층을 포함하는 전자 방출 디스플레이 장치에 있어서, 상기 전자 방출원 홀이 상기의 제조방법에 의해 형성되는 전자 방출 디스플레이 장치를 제공한다.

도 4에는 본 발명에 따른 탑 게이트형 전자 방출 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 보여주는 부분 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 3의 II-II 선을 따 라 취한 단면도가 도시되어 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 전자 방출 디스플레이 장치(100)는 나란하게 배치되어 진공인 발광 공간(103)을 형성하는 전자 방출 소자(101) 및 전면 패널(102)과, 상기 전자 방출 소자(101) 및 전면 패널(102) 사이의 간격을 유지하여 주는 스페이서(60)를 구비한다.

상기 전자 방출 소자(101)는, 제1 기판(110), 상기 제1 기판(110) 상에 교차되도록 배치된 게이트 전극(140)들과 캐소오드 전극(120)들 및 상기 게이트 전극(140)과 상기 캐소오드 전극(120) 사이에 배치되어 상기 게이트 전극(140)과 상기 캐소오드 전극(120)을 전기적으로 절연하는 절연체층(130)을 구비한다.

상기 게이트 전극(140)들과 상기 캐소오드 전극(120)들이 교차하는 영역들에는 전자 방출원 홀(131)들이 형성되어 있으며, 그 내부에 전자 방출원(150)이 배치되어 있다.

상기 전면 패널(102)은 제2 기판(90), 상기 제2 기판(90)의 저면에 배치된 애노드 전극(80), 상기 애노드 전극(80)의 저면에 배치된 형광체층(70)을 구비한다.

본 발명의 전자 방출 소자는 도 4에 도시된 바와 같은 3극관 구조의 전자 방출 소자를 예로 하여 설명하였으나, 본 발명은 3극관 구조 뿐만 아니라, 2극관을 비롯한 다른 구조의 전자 방출 소자도 포함한다. 뿐만 아니라, 게이트 전극이 캐소오드 전극 하부에 배치되는 전자 방출 소자, 방전 현상에 의하여 발생되는 것으로 추정되는 아크에 의한 게이트 전극 및/또는 캐소오드 전극의 손상을 방지하고, 전 자 방출원으로부터 방출되는 전자의 집속을 보장하기 위한 그리드/메쉬를 구비하는 전자 방출 소자에도 사용될 수 있다. 한편, 상기 전자 방출 소자의 구조를 디스플레이 장치에 응용하는 것도 물론 가능하다.

본 발명에 의하면 전자 방출 소자의 제조방법에 있어서 전자 방출원 홀을 형성하기 위하여 에칭 용액을 이용한 별도의 에칭 공정이 없기 때문에 에칭액으로 인한 소자 전자 방출원 홀 부분에 손상이 발생될 염려가 적고, 수 nm 단위의 미세 홀 형성이 가능하다. 따라서 미세하고 균일한 전자 방출원 홀 형성으로 인하여 전자 방출 특성을 향상시킴으로써 결과적으로 언더컷이 발생하지 않고, 내전압 특성이 우수한 전자 방출 소자를 제조할 수 있다. 이러한 본 발명은 대면적의 디스플레이 패널에 대해서도 수행될 수 있다.

Claims (7)

1. 소정의 기판에 액상의 UV 감광성 수지 조성물을 인쇄하는 단계; 상기 UV 노광에 의하여 감광성 수지를 패터닝하는 단계; 패터닝된 상기 감광성 수지에 절연체층 물질을 도포하는 단계; 및 상기 절연체층을 소성하여 상기 감광성 수지를 제거하는 단계;를 포함하는 전자 방출 소자의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 UV 노광은 후면 노광인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 감광성 수지 조성물은 감광성 수지, 광개시제, 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 감광성 수지는 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 2,4-디에틸옥산톤(2,4-diethyloxanthone), 또는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 절연체층 소성 단계에서 소성 온도는 350 내지 500℃인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조방법.
6. 제1 기판;

   상기 제1 기판 상에 배치된 캐소오드 전극 및 전자방출부;

   상기 캐소오드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 게이트 전극;

   상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극을 절연하는 절연체층; 및

   상기 캐소오드 전극에 접하도록 배치된 전자방출원을 포함하는 전자 방출 소자에 있어서, 상기 전자방출부가 제1항 내지 제5항의 제조방법에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
7. 제1 기판;

   상기 제1 기판 상에 배치된 복수 개의 캐소오드 전극;

   상기 캐소오드 전극들과 교차하도록 배치된 복수 개의 게이트 전극;

   상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극들과 상기 게이트 전극들을 절연하는 절연체층;

   상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극이 교차하는 지점에 형성된 전자 방출원 홀;

   상기 전자 방출원 홀 내에 배치된 전자 방출원; 및

   상기 캐소오드 전극과 접하도록 배치된 전자방출원을 포함하고,

   상기 제1 기판과 실질적으로 평행하게 배치되는 제2 기판;

   상기 제2 기판에 배치된 애노드 전극; 및

   상기 애노드 전극에 배치된 형광체층을 포함하는 전자 방출 디스플레이 장치에 있어서, 상기 전자 방출원 홀이 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 디스플레이 장치.

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