KR100291786B1 - 전계 방출 표시소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
전계 방출 표시소자의 제조방법은, 제 1기판과 제 2기판의 일면에 캐소드 전극과 애노드 전극을 각각 형성하고, 애노드 전극 위로 형광막을 형성하며, 에미터 형성물질과 대전제(charging agent)를 용매에 분산시켜 전기영동 용액을 제조하고, 제조된 전기영동 용액 속에 캐소드 전극을 담근 다음, 캐소드 전극에 전압을 인가하여 에미터 형성물질을 정전기적인 힘으로 캐소드 전극에 부착시키며, 제 1기판과 제 2기판을 일체로 접합 및 배기시키는 단계로 이루어진다.
이러한 전기영동법에 의해, 에미터를 구성하는 각각의 입자들은 뾰족한 모서리 부분이 바깥을 향하도록 배향되어 에미션 효율을 향상시킨다.
Description
본 발명은 전계 방출 표시소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저가의 공정으로 대형 표시소자의 제작이 가능하고, 에미터 내부의 입자들을 기판에 대하여 실질적으로 수직하게 배향하여 에미션 효율을 높일 수 있는 전계 방출 표시소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 전계 방출 표시소자(FED : Field Emission Display)는 양자역학적인 터널링 효과를 이용하여 캐소드 전극에 형성된 에미터에서 전자를 방출시키고, 방출된 전자는 애노드 전극에 부착된 형광막에 충돌하여 이를 발광시킴으로써 소정의 화상을 구현하는 표시소자이다.
이러한 전계 방출 표시소자는 구조에 따라 3극관과 2극관으로 분류되는데, 일반적으로 3극관 구조는 동일 기판에 형성된 캐소드 전극과 게이트 전극 사이의 전압 차이에 의해 전자를 방출하는 선단이 뾰족한 스핀트(spindt) 타입의 에미터를 채용하고 있으며, 2극관 구조는 캐소드 전극과 애노드 전극 사이의 전압 차이에 의해 전자를 방출하는 면 타입의 에미터를 채용하고 있다.
상기 스핀트 타입의 에미터는 캐소드 전극의 일면에 절연막과 게이트 전극을 형성한 다음, 게이트 전극과 절연막을 식각하고, 식각된 공간으로 몰리브덴이나 실리콘 등의 전자방출 물질을 적층시키는 과정으로 제조된다.
이러한 스핀트 타입의 에미터는 마이크로미터 단위로서 정밀한 박막 공정이 요구되기 때문에 제조 비용을 상승시키며, 대형 표시소자의 제작을 어렵게 하는 한 요인이 된다.
또한 이온이나 잔류 가스에 의한 에미터 팁의 손상을 방지하기 위해서 10-7∼ 10-10토르(torr) 정도의 고진공이 필수적으로 요구되고, 각 부재들 사이의 미소한 간격으로 인하여 에미터 팁이 손상되기 쉽기 때문에 수명 특성에서 불리한 점을 갖는다.
그리고 2극관 구조에 사용되는 면 타입의 에미터는 캐소드 전극 표면에 다이아몬드상 카본(DLC : Diamond Like Carbon), 흑연 분말, 카본 파이버 등을 박막 또는 후막 공정으로 패턴화시키는 과정으로 제조된다.
상기한 박막 공정에 의한 에미터는 앞선 스핀트 타입과 마찬가지로 제조 단가가 높고 대형화에 불리한 단점을 그대로 내포하고 있는 반면, 후막 공정에 의한 에미터는 보다 저가의 공정으로 대형 표시소자의 제작이 용이하다는 장점이 있다.
그러나 모든 경우에 있어서 면 타입의 에미터는 에미터를 구성하는 각 입자들이 기판에 대하여 수직하게 배향하는 대신, 대부분 불규칙적으로 분포되기 때문에, 스핀트 타입에서와 같이 지엽적인 전계 증대에 의한 에미션 효율 향상을 기대할 수 없는 한계가 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은 저가의 공정으로 대형 표시소자를 용이하게 제작할 수 있으며, 에미터 내부의 입자들을 기판에 대하여 실질적으로 수직하게 배향시켜 에미션 효율을 높일 수 있는 전계 방출 표시소자의 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 의한 전계 방출 표시소자의 제조방법을 나타낸 공정도.
도 2는 본 발명에 의해 완성된 전계 방출 표시소자의 단면도.
도 3과 도 4는 전기영동법에 의한 에미터 형성 방법을 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명에 의해 형성된 에미터의 SEM 사진.
도 6은 종래의 스크린 인쇄법에 의해 형성된 에미터의 SEM 사진.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
제 1기판 및 제 2기판의 일면에 라인 패턴의 캐소드 전극과 애노드 전극을 각각 형성하는 단계와,
상기 애노드 전극 위로 형광체 페이스트를 도포하고 건조시켜 형광막을 형성하는 단계와,
에미터 형성물질과 대전제(charging agent)를 용매에 분산시켜 전기영동 용액을 제조하는 단계와,
상기 전기영동 용액에 캐소드 전극을 담그고, 캐소드 전극에 전압을 인가하여 에미터 형성물질을 정전기적인 힘으로 캐소드 전극에 부착시키는 단계와,
상기 제 1기판과 제 2기판을 일체로 밀봉시키는 단계를 포함하는 전계 방출 표시소자의 제조방법을 제공한다.
이와 같은 전기영동법에 의해, 에미터 형성물질은 기판에 대하여 실질적으로 수직하게 배향되어 에미션 효율을 효과적으로 향상시키며, 양산에 적합하여 보다 저가의 공정으로 대형 표시소자를 제작할 수 있는 장점을 갖는다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 전계 방출 표시소자의 제조방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 2는 본 발명에 의해 완성된 전계 방출 표시소자의 단면도이다.
먼저, 전계 방출 표시소자의 구성을 간략하게 살펴보면, 제 1기판(2)의 표면에 스트라이프 패턴의 캐소드 전극(4)이 위치하고, 캐소드 전극(4) 위에 전자방출 물질로 이루어지는 에미터(6)가 위치한다. 그리고 제 1기판(2)과 마주하는 제 2기판(8)의 내면에는 캐소드 전극(4)과 수직으로 교차하는 스트라이프 패턴의 애노드 전극(10)이 위치하고, 애노드 전극(10) 표면에 형광막(12)이 위치한다.
상기 캐소드 전극(4)과 애노드 전극(10)의 교차 영역이 하나의 화소를 구성함에 따라, 각각의 화소 구동에 필요한 펄스 신호전압을 캐소드 전극(4)과 애노드 전극(10)에 인가하면, 이들 캐소드 전극(4)과 애노드 전극(10) 사이에 형성된 강한 전계에 의해 에미터(6)에서 전자(점선으로 도시)를 방출시키고, 방출된 전자는 형광막(12)에 충돌하여 이를 발광시킴으로써 화상을 표현하게 된다.
이와 같은 구성의 전계 방출 표시소자를 제작하기 위하여, 먼저 제 1기판(2)의 일면에 인듐 틴 옥사이드(ITO) 또는 은(Ag)을 스퍼터링하고, 이를 부분적으로 에칭하여 스트라이프 패턴의 캐소드 전극(4)을 형성한다. 이러한 캐소드 전극(4) 사이사이로 격벽용 페이스트를 스크린 인쇄하고 열처리하여 격벽(10a)을 완성한다.
그리고 투명한 제 2기판(8)의 일면에 위와 동일한 방법으로 스트라이프 패턴의 애노드 전극(10)을 형성하고, 애노드 전극(10) 위로 형광체 페이스트를 인쇄하고 열처리하여 형광막(12)을 형성한 다음, 애노드 전극(10) 사이사이로 격벽용 페이스트를 평행하게 인쇄하고 열처리하여 격벽(10b)을 완성한다.
다음으로, 에미터(6) 형성에 필요한 전기영동 용액을 제조한다. 상기 전기영동 용액은 용액 내에서 에미터 형성물질이 플러스 또는 마이너스 전하를 띄도록, 에미터 형성물질과 대전제(charging agent)를 용매에 혼합 분산시켜 제조된 것으로, 대전제의 종류에 따라 에미터 형성물질은 플러스 또는 마이너스 전하를 띄게 된다.
상기한 에미터 형성물질에는 최근에 연구되고 있는 카본 나노튜브 및 카본 파이버와 더불어, 질화알루미늄(AIN), 질화붕소(BN), 그라파이트, 다이아몬드상 카본(DLC) 등이 있으며, 특히 카본 나노튜브가 바람직하다.
그리고 상기한 에미터 형성물질이 특정의 전하를 띄도록 하는 대전제로는 일례로 La-나이트레이트와 Mg-나이트레이트가 혼합 사용되어 에미터 형성물질이 플러스 전하를 띄도록 할 수 있다.이 경우 전기영동 용액은, 이소프로필 알콜 100∼2000 g과 순수 1∼100 g을 혼합한 용매에 대전제인 La-나이트레이트 0.1∼20 g과 Mg-나이트레이트 0.1∼20 g을 녹인 다음, 이 용액에 바인더 역할을 하는 글리세롤 1∼150 g을 교반시키고, 이 용액에 그라파이트 분말 1∼200 g을 혼합하여 제조한다.보다 바람직하게, 상기 전기영동 용액의 조성은 이소프로필 알콜 800∼1500 g과, 순수 30∼80 g과, La-나이트레이트 1∼10 g과, Mg-나이트레이트 1∼10 g과, 글리세롤 50∼100 g과, 그라파이트 10∼50 g으로 이루어진다.다른 실시예로서, 전기영동 용액은 대전제로 황산을 사용하여 에미터 형성물질이 마이너스 전하를 띄도록 할 수 있다.이 경우 전기영동 용액은, 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드 0.1∼50 g과, 아세톤 1000∼3000 g과, 니트로셀룰로오즈 0.1∼20 g과, 메탄올 100∼300 g을 혼합하고, 이 용액에 황산 0.1∼50 g과 그라파이트 분말 1∼200 g을 혼합하여 제조한다.보다 바람직하게, 상기 전기영동 용액의 조성은 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드 1∼20 g과, 아세톤 500∼2000 g과, 니트로셀룰로오즈 1∼10 g과, 메탄올 50∼200 g과, 황산 1∼10 g과, 그라파이트 10∼50 g으로 이루어진다.
도 3과 도 4는 전기영동법에 의한 에미터 형성 과정을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 상기와 같이 제조된 전기영동 용액(14)을 용기(16)에 넣고, 캐소드 전극(4)이 형성된 제 1기판(2)을 전기영동 용액(14)속에 담근다.
그리고 캐소드 전극(4) 아래로 1∼3 cm의 간격을 두고 캐소드 전극(4)과 동일한 직류전원(18)에 연결되는 보조 전극(20)을 평행하게 배치한다. 상기한 보조 전극(20)은 그라파이트 입자가 캐소드 전극(4)에 균일하게 부착될 수 있도록 캐소드 전극(4) 주변에 일정한 전계가 형성되도록 보조하는 역할을 한다.
상기한 보조 전극(20)과 제 1기판(2)은 도시하지 않은 별도의 지그를 사용하여 용기(16) 내부에 위치시킬 수 있다.
도 3에서 도시하는 바와 같이, 전기영동 용액(14) 속의 그라파이트 입자(작은 원으로 도시)가 플러스 전하를 띄는 경우, 캐소드 전극(4)과 보조 전극(20) 사이에서의 전자 흐름이 캐소드 전극(4)에서 보조 전극(20)을 향하도록 직류전원(18)을 연결하여 30∼60 초 동안 50∼100 볼트의 전압을 인가하면, 에미터를 형성할 수 있는 양의 그라파이트 입자가 이동하여 캐소드 전극(4) 표면에 부착된다.
다른 실시예로서, 도 4에서 도시하는 바와 같이, 그라파이트 입자(작은 원으로 도시)가 마이너스 전하를 띄는 경우, 캐소드 전극(4)과 보조 전극(20) 사이에서의 전자 흐름이 보조 전극(20)에서 캐소드 전극(4)을 향하도록 직류전원(18)을 연결하여 30∼60 초 동안 50∼100 볼트의 전압을 인가한다.
이 때, 보조 전극(20)이 캐소드 전극(4) 아래로 배치되어 캐소드 전극(4)이 용기(16)의 바닥을 향하도록 배치하는데, 이는 침전에 의해 그라파이트 입자가 캐소드 전극(4)에 부착되는 것을 방지하고, 오직 정전기적인 힘으로만 그라파이트 입자를 이동시켜 캐소드 전극(4)에 부착시키기 위해서이다.
이로서 전기영동 용액(14) 내에서 유동성을 갖는 그라파이트 입자들은 캐소드 전극(4)과 보조 전극(20) 사이에 형성된 전계에 의해 화살표 방향으로 힘을 받아 캐소드 전극(4)에 이끌려 그 표면에 부착되며, 이러한 과정에서 개개의 그라파이트 입자들은 그 모서리 부분에 전계가 집중되어 일정한 방향, 즉 기판에 대하여 수직한 방향으로 캐소드 전극(4)의 표면에 균일하게 부착된다.
도 5는 이와 같은 전기영동법으로 캐소드 전극에 형성된 에미터의 SEM 사진이고, 도 6은 종래의 스크린 인쇄법으로 형성된 에미터의 SEM 사진으로서, 도시하는 바와 같이 전기영동법으로 형성된 에미터가 스크린 인쇄법으로 형성된 에미터보다 수직방향으로 일정한 배향을 가지면서 캐소드 전극에 부착되어 있음을 알 수 있다.
따라서 에미터를 구성하는 각 입자들은 뾰족한 모서리 부분이 바깥을 향하도록 배향되어 에미션 효율을 효과적으로 향상시키며, 이로서 스크린 인쇄법으로 에미터를 형성하는 종래 기술보다 휘도 특성에서 유리한 장점을 갖는다.
이와 같은 과정으로 에미터(6)를 형성한 다음, 제 1기판(2)의 둘레부에 시일재를 도포하고, 제 1기판(2)과 제 2기판(8)을 일체로 접합시킨다.
그리고 어느 한쪽 기판에 형성된 배기홀(도시하지 않음)을 통하여 기판 내부를 배기 장치와 연결시키고, 상기 배기 장치를 구동하여 기판 내부를 배기시킨 후, 배기홀을 밀봉시키는 과정을 거쳐 전계 방출 표시소자를 완성한다.
상술한 바와 같이 전기영동법으로 에미터를 형성하는 것으로서, 본 실시예에 의한 제조 방법은 다음과 같은 장점을 갖는다.
첫째, 에미터를 구성하는 미세 입자들을 수직하게 배향시켜 에미션 효율을 높일 수 있으며, 최근에 연구되고 있는 카본 나노튜브나 카본 파이버 등을 에미터로 보다 쉽게 적용시킬 수 있다.
둘째, 전압 인가 형태에 따라 원하는 부분에만 선택적으로 에미터를 형성할 수 있으므로 면 타입의 에미터로도 3극관 구조의 전계 방출 표시소자를 용이하게 제작할 수 있다. 이 경우, 전계 방출 표시소자의 구동 전압을 낮출 수 있으며, 계조(gray scale)의 조절이 용이하고, 보다 저가의 공정으로 표시소자를 제작할 수 있다.
셋째, 양산에 유리하며, 전기영동 용액을 반복 사용할 수 있으므로 재료비 절감이 가능하여 표시소자의 제조단가를 낮출 수 있다.
[실시예 1]
전기영동 용액의 제조
이소프로필 알콜 1250 g과 순수 50 g을 혼합하고, 이 용액에 La-나이트레이트 5 g과 Mg-나이트레이트 2.5 g을 넣어 교반한 다음, 글리세롤 75 g을 넣어 충분히 교반하였다. 여기에 그라파이트 25 g을 넣어 교반하였다.
에미터의 부착
제조된 전기영동 용액을 용기에 붓고, 캐소드 전극과 보조 전극이 2 cm의 간격을 두고 마주하도록 고정시킨 다음, 이들을 전기영동 용액 속에 넣었다. 그리고 직류전원의 양, 음극 단자를 각각 보조 전극과 캐소드 전극에 연결시키고, 60 볼트의 전압을 50초 동안 인가하였다.
[실시예 2]
전기영동 용액의 제조
니트로셀룰로오즈 2 g과 아세톤 1000 g과 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드 10 g과 메탄올 100 g을 혼합하고, 이 용액에 황산 1 g과 그라파이트 25 g을 넣고 교반하였다.
에미터의 부착
제조된 전기영동 용액을 용기에 붓고, 캐소드 전극과 보조 전극이 2 cm의 간격을 두고 마주하도록 고정시킨 다음, 이들을 전기영동 용액 속에 넣었다. 그리고 직류전원의 양, 음극 단자를 각각 캐소드 전극과 보조 전극에 연결시키고, 60 볼트의 전압을 50초 동안 인가하였다.
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 발명에 의한 제조방법은 양산에 유리하고, 보다 저가의 공정으로 대형 표시소자를 용이하게 제작할 수 있으며, 에미터 내부의 입자들을 기판에 대하여 실질적으로 수직하게 배향시켜 에미션 효율을 높임으로써 표시소자의 품질을 향상시킬 수 있다.
Claims (4)
- 제 1기판 및 제 2기판의 일면에 라인 패턴의 캐소드 전극과 애노드 전극을 각각 형성하는 단계와;상기 애노드 전극 위로 형광체 페이스트를 도포하고 건조시켜 형광막을 형성하는 단계와;에미터 형성물질과 대전제(charging agent)를 용매에 분산시켜 전기영동 용액을 제조하는 단계와;상기 전기영동 용액에 캐소드 전극을 담그고, 캐소드 전극에 전압을 인가하여 에미터 형성물질을 정전기적인 힘으로 캐소드 전극에 부착시키는 단계와;상기 제 1기판과 제 2기판을 일체로 밀봉시키는 단계를 포함하는 전계 방출 표시소자의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 에미터 형성물질은 카본 나노튜브, 카본 파이버, 그라파이트, 다이아몬드상 카본(DLC), 질화알루미늄(AlN) 및 질화붕소(BN)로 이루어진 군에서 선택되는 전계 방출 표시소자의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 에미터의 부착은 전기영동 용액 속에 캐소드 전극과 일정한 간격을 두고 마주하도록 보조 전극을 배치하고, 상기 보조 전극에 캐소드 전극과 소정 차이의 전압을 인가하여 캐소드 전극과 보조 전극 사이에 일정 전계를 형성시킴을 특징으로 하는 전계 방출 표시소자의 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 보조 전극은 캐소드 전극 아래에 배치되어 캐소드 전극이 용기의 바닥부를 향하도록 하는 전계 방출 표시소자의 제조방법.
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