KR20070097704A - 전자 방출 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

전자 방출 디바이스의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자 방출 디바이스의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 제조 방법은 기판 위로 캐소드 전극, 제1 절연층, 게이트 전극, 제2 절연층 및 집속 전극을 순차적으로 형성하는 단계, 상기 제1 절연층, 게이트 전극, 제2 절연층 및 집속 전극 각각에 상기 캐소드 전극의 일부를 노출시키도록 개구부를 형성하는 단계, 상기 기판 위에 형성된 구조물 전체에 전자 방출 물질을 포함하는 페이스트를 도포하는 단계, 상기 페이스트 위로 포토 마스크를 배치하고, 상기 기판의 전면(前面)으로부터 광을 조사하여 상기 페이스트를 노광하는 단계 및 상기 노광에 의해 경화되지 않은 페이스트를 제거하여 전자 방출부를 형성하는 단계를 포함한다.
전자방출, 캐소드전극, 노광, 포토마스크

Description

전자 방출 디바이스의 제조 방법 {METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRON EMISSION DEVICE}
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 각 단계에서의 공정 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 캐소드 전극의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 공정 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 디바이스를 포함하는 전자 방출 표시 디바이스의 분해 사시도이다.
본 발명은 전자 방출 디바이스의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자 방출부의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전자 방출 소자(electron emission element)는 전자원의 종류에 따라 열음극(hot cathode)을 이용하는 방식과 냉음극(cold cathode)을 이용하는 방식으로 분류될 수 있다.
여기서, 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는 전계 방출 어레 이(Field Emitter Array)형, 표면 전도 에미션(Surface-Conduction Emission;)형, 금속-절연층-금속(Metal-Insulator-Metal)형 및 금속-절연층-반도체(Metal-Insulator-Semiconductor)형 등이 알려져 있다.
상기 전계 방출 어레이형 전자 방출 소자는 전자 방출부와 이 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들로서 하나의 캐소드 전극과 하나의 게이트 전극을 구비한다.
상기 전자 방출부는 진공 중에서 전계에 의해 쉽게 전자가 방출되도록 일 함수(work function)가 낮거나 종횡비가 큰 물질, 일례로 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물이나, 탄소 나노튜브와 흑연 및 다이아몬드상 탄소와 같은 탄소계 물질로 이루어진다.
한편, 전자 방출 소자는 일 기판에 어레이를 이루며 형성되어 전자 방출 디바이스(electron emission device)를 구성하고, 전자 방출 디바이스는 형광층과 애노드 전극 등으로 이루어진 발광 유닛이 구비된 다른 기판과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스(electron emission display device)를 구성한다.
상기한 전자 방출 디바이스에서 전자 방출부를 형성하기 위해, 기판 위에 형성된 구조물 위에는 전자 방출 물질을 포함하는 페이스트가 도포되며, 도포된 페이스트는 노광 및 현상 작업을 거쳐 패터닝된다.
즉, 기판 위에 형성된 캐소드 전극, 절연층 및 게이트 전극 위로 자외선을 차단할 수 있는 희생층이 기판 전체에 형성되고, 이 희생층은 전자 방출부가 형성 될 위치마다 개구부가 형성되도록 패터닝되어 캐소드 전극의 표면을 노출시킨다.
다음으로 희생층의 개구부를 포함한 기판의 전체에 전자 방출 물질을 포함하는 페이스트가 도포되며, 도포된 페이스트는 기판의 후면으로부터 들어오는 광에 의해 경화된다. 이때, 희생층은 자외선을 차단하므로 희생층의 개구부에 위치하는 페이스트만이 경화된다.
여기서, 기판의 후면으로부터 들오는 광은 캐소드 전극을 통하여 희생층의 개구부 내에 위치하는 페이스트를 경화시킨다. 이와 같은 후면 노광 작업이 가능하기 위해서는 캐소드 전극이 투명하게 형성되어야 한다.
따라서, 종래에는 캐소드 전극이 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide, 이하 'ITO'라 함)와 같은 투명 재료로 이루어졌다.
그러나, ITO는 저항이 높아 캐소드 전극의 라인 저항을 증가시켜 전자 방출부의 화소별 발광 균일도를 저하시키는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 캐소드 전극을 투명 물질로 형성하지 않음으로써 라인 전극을 감소시키고, 이에 따라 화소별 발광 균일도를 향상시키는 전자 방출 디바이스의 제조 방법을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 제조 방법은 기판 위로 캐소드 전극, 제1 절연층, 게이트 전극, 제2 절연층 및 집속 전극을 순차적으로 형성하는 단계, 상기 제1 절연층, 게이트 전극, 제2 절 연층 및 집속 전극 각각에 상기 캐소드 전극의 일부를 노출시키도록 개구부를 형성하는 단계, 상기 기판 위에 형성된 구조물 전체에 전자 방출 물질을 포함하는 페이스트를 도포하는 단계, 상기 페이스트 위로 포토 마스크를 배치하고, 상기 기판의 전면(前面)으로부터 광을 조사하여 상기 페이스트를 노광하는 단계 및 상기 노광에 의해 경화되지 않은 페이스트를 제거하여 전자 방출부를 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 캐소드 전극은 불투명 도전 물질로 형성될 수 있으며, 이때 상기 캐소드 전극은 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 캐소드 전극은 상기 기판 위에 도전막을 형성하는 단계, 상기 도전막을 패터닝하여 내부에 개구부를 구비한 주 전극을 형성하는 단계, 상기 개구부 내측에 상기 주 전극과 이격되어 위치하면서 상기 전자 방출부가 놓이는 격리 전극을 형성하는 단계 및 상기 주 전극과 격리 전극을 연결하는 저항층을 형성하는 단계를 거쳐 형성될 수 있다.
또한, 상기 주 전극 및 격리 전극은 불투명 도전 물질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 전자 방출 물질로는 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소, 플러렌(C60) 및 실리콘 나노와이어로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 각 단계에서의 공정 단면도이다.
먼저, 도 1a을 참고하면, 기판(2) 위에 도전막을 형성하고 이를 패터닝하여 스트라이프 형상의 캐소드 전극들(4)을 형성한다. 캐소드 전극(4)은 불투명 도전 물질 일례로, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
캐소드 전극들(4) 위로 기판(2) 전체에 절연 물질을 화학기상증착 또는 스크린 인쇄하여 제1 절연층(6)을 형성한다. 그리고 제1 절연층(6) 위에 도전막을 형성하고 이를 패터닝하여 캐소드 전극들(4)과 교차하는 스트라이프 형상의 게이트 전극들(8)을 형성한다.
게이트 전극들(8) 위로 기판(2) 전체에 절연 물질을 화학기상증착 또는 스크린 인쇄하여 제2 절연층(10)을 형성하고, 그 후 제2 절연층(10) 위에 집속 전극(12)을 형성한다.
다음으로, 도 1b를 참고하면, 집속 전극(12), 제2 절연층(10), 게이트 전극들(8) 및 제1 절연층(6)을 순차적으로 부분 식각하여 이들 각각에 개구부(121, 101, 81, 61)를 형성함으로써 캐소드 전극들(4)의 일부 표면을 노출시킨다.
다음으로, 도 1c를 참고하면, 집속 전극의 개구부(121), 제2 절연층의 개구부(101), 게이트 전극의 개구부(81) 및 제1 절연층의 개구부(61)를 채우면서 전자 방출 물질과 감광성 물질을 포함하는 페이스트(14)를 기판(2) 상에 형성한다.
전자 방출 물질로는 탄소계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질이 사용될 수 있다. 즉, 전자 방출 물질로 탄소 나노튜브(CNT), 흑연, 흑연 나노파이버, 다이 아몬드, 다이아몬드상 탄소, 플러렌(C60), 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질이 사용될 수 있다.
다음으로, 도 1d를 참고하면, 페이스트(14) 위로 홀(161)을 구비한 포토 마스크(16)를 배치한다. 이때, 포토 마스크(16)의 홀(161)은 집속 전극의 개구부(121), 제2 절연층의 개구부(101), 게이트 전극의 개구부(81) 및 제1 절연층의 개구부(61)의 각 중앙에 대응한다.
그 후 노광을 통해 상기 페이스트(14)를 경화시킨다. 노광시, 기판(2)의 전면(前面) 즉, 포토 마스크(16)의 상부로부터 광을 조사한다. 이때, 자외선(도 1d에서 화살표로 표시)은 포토 마스크(16)의 개구부(161)를 통하여 그에 대응하는 페이스트(14)를 경화시킨다.
마지막으로, 도 1e를 참고하면, 경화되지 않은 페이스트(14)를 현상으로 제거한 후 소성 단계를 거치면 전자 방출부(18)가 완성된다.
상기와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 제조 방법은 노광 방식으로 후면 노광이 아닌 전면 노광을 채택함으로써, 캐소드 전극(4)을 반드시 투명 물질로 형성해야 하는 제한을 제거할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 의해 제조된 전자 방출 디바이스는 상대적으로 저항이 높은 ITO와 같은 투명 물질을 이용하지 않아도 되므로 캐소드 전극의 라인 저항을 감소시킬 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 캐소드 전극의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 공정 단면도로서, 저항층이 적용 된 캐소드 전극(20)의 제조 방법을 나타낸다.
제2 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 제조 방법은 캐소드 전극(20)을 형성하는 단계를 제외하고는 상기 제1 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 제조 방법과 동일하다. 따라서, 제2 실시예에서, 제1 실시예와 동일한 부분은 설명을 생략하며, 제1 실시예와 동일한 구성 요소는 동일한 도면 번호를 사용한다.
도 2a를 참고하면, 기판(2) 위에 도전막을 형성하고, 이 도전막을 스트라이프 형상으로 패터닝하여 주 전극(201)을 형성한다. 주 전극(201) 내부에는 주 전극(201)의 길이 방향을 따라 소정 간격으로 개구부(202)가 형성된다.
개구부(202) 내측에는 상기 주 전극(201)과 이격되어 위치하면서 전자 방출부가 놓이는 격리 전극(203)이 형성된다.
다음으로, 도 2b를 참고하면, 상기 주 전극(201)과 격리 전극(203) 사이를 연결하는 저항층(204)이 형성된다. 이 저항층(204)은 화소별 전자 방출 균일도를 향상시키는 기능을 하며, 아몰포스 실리콘으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 주 전극 및 격리 전극은 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)과 같은 불투명 도전 물질로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 디바이스를 포함하는 전자 방출 표시 디바이스의 분해 사시도이다.
도 3을 참고하면, 전자 방출 표시 디바이스는 소정의 간격을 두고 평행하게 대향 배치되는 제1 기판(30)과 제2 기판(32)을 포함한다. 제1 기판(30)과 제2 기판(32)의 가장자리에는 밀봉 부재(도시하지 않음)가 배치되어 두 기판을 접합시키 며, 제1 기판(30), 제2 기판(32) 및 밀봉 부재는 진공 용기를 구성한다. 진공 용기의 내부 공간은 대략 10-6 torr의 진공도로 배기된다.
상기 제1 기판(30) 중 제2 기판(32)과의 대향면에는 전자 방출 소자들이 어레이를 이루며 배치되어 제1 기판(30)과 함께 전자 방출 디바이스(100)를 구성하고, 전자 방출 디바이스(100)는 제2 기판(32) 및 제2 기판(32)에 제공된 발광 유닛(110)과 결합되어 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.
먼저, 제1 기판(30) 위에는 캐소드 전극들(34)이 제1 기판(30)의 일 방향(도 3에서 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(34)을 덮으면서 제1 기판(30) 전체에 제1 절연층(36)이 형성된다. 제1 절연층(36) 위에는 게이트 전극들(38)이 캐소드 전극(34)과 직교하는 방향(도 3에서 x축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.
본 실시예에서 캐소드 전극(34)과 게이트 전극(38)의 교차 영역이 단위 화소 를 이루며, 제1 절연층(36)과 게이트 전극(38)에는 각각 개구부들(361, 381)이 형성된다.
그리고, 상기 개구부(361, 381) 내 캐소드 전극(34) 위로 전자 방출부(40)가 형성된다. 전자 방출부(40)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어질 수 있다.
도면에서는 전자 방출부들(40)이 원형으로 형성되고, 캐소드 전극(34)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열되는 구성을 도시하였다. 그러나 전자 방출부(40)의 평 면 형상과 화소 영역당 개수 및 배열 형태 등은 도시한 예에 한정되지 않는다.
그리고 게이트 전극들(38)과 제1 절연층(36) 위로 집속 전극(42)이 형성된다. 집속 전극(42)과 게이트 전극(38)들 사이에는 제2 절연층(44)이 위치하여 이들을 절연시킨다.
또한, 상기 집속 전극(42) 및 제2 절연층(44)에는 전자빔 통과를 위한 개구부(421, 441)가 각각 형성된다. 이 개구부(421, 441)는 일례로 단위 화소마다 하나씩 형성될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 집속 전극을 구비하여 전자빔의 집속을 강화한다.
다음으로, 제1 기판(30)에 대향하는 제2 기판(32)의 일면에는 형광층(46), 일례로 적색, 녹색 및 청색의 형광층들(46R, 46G, 46B)이 서로간 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(46) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(48)이 형성된다. 형광층(46)은 제1 기판(30)에 설정되는 단위 화소마다 한가지 색의 형광층이 대응하도록 배치될 수 있다.
그리고 형광층(46)과 흑색층(48) 위로 알루미늄(Al)과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(50)이 형성된다. 애노드 전극(50)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받아 형광층(46)을 고전위 상태로 유지시키며, 형광층(46)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(30)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(32) 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높인다.
한편 애노드 전극은 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 도전막으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 애노드 전극은 제2 기판(32)을 향한 형광층(46)과 흑색 층(48)의 일면에 위치한다. 또한 애노드 전극은 전술한 투명 도전막과 금속막을 동시에 형성하는 구조도 가능하다.
그리고 제1 기판(30)과 제2 기판(32) 사이에는 스페이서들(52)이 배치되어 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고, 제1 기판(30)과 제2 기판(32)의 간격을 일정하게 유지시킨다. 스페이서들(52)은 형광층(46)을 침범하지 않도록 흑색층(48)에 대응하여 위치한다.
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 발명의 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 제조 방법은 전면 노광으로 전자 방출부를 형성함으로써, 캐소드 전극을 투명 도전 물질로 형성할 필요가 없어져 캐소드 전극의 라인 저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 캐소드 전극에 저항층을 적용하는 구조의 경우, 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 디바이스는 전자 방출부 하부에 불투명한 저항층을 구비할 수 있어 화소별 발광 균일도가 향상된다.

Claims (6)

  1. 기판 위로 캐소드 전극, 제1 절연층, 게이트 전극, 제2 절연층 및 집속 전극을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 제1 절연층, 게이트 전극, 제2 절연층 및 집속 전극 각각에 상기 캐소드 전극의 일부를 노출시키도록 개구부를 형성하는 단계;
    상기 기판 위에 형성된 구조물 전체에 전자 방출 물질을 포함하는 페이스트를 도포하는 단계;
    상기 페이스트 위로 포토 마스크를 배치하고, 상기 기판의 전면(前面)으로부터 광을 조사하여 상기 페이스트를 노광하는 단계; 및
    상기 노광에 의해 경화되지 않은 페이스트를 제거하여 전자 방출부를 형성하는 단계
    를 포함하는 전자 방출 디바이스의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐소드 전극은 불투명 도전 물질로 형성되는 전자 방출 디바이스의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 캐소드 전극은 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 이들의 합금으로 형성되는 전자 방출 디바이스의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캐소드 전극은,
    상기 기판 위에 도전막을 형성하는 단계;
    상기 도전막을 패터닝하여 내부에 개구부를 구비한 주 전극을 형성하는 단계;
    상기 개구부 내측에 상기 주 전극과 이격되어 위치하면서 상기 전자 방출부가 놓이는 격리 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 주 전극과 격리 전극을 연결하는 저항층을 형성하는 단계
    를 거쳐 형성되는 전자 방출 디바이스의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 주 전극 및 격리 전극은 불투명 도전 물질로 형성되는 전자 방출 디바이스의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전자 방출 물질로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소, 플러렌(C60) 및 실리콘 나노와이어로 이루어진 군으로부터 선택 된 적어도 하나를 사용하는 전자 방출 디바이스의 제조 방법.
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