KR100840534B1 - Manufacturing method of field emission array - Google Patents

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KR100840534B1
KR100840534B1 KR1020070086288A KR20070086288A KR100840534B1 KR 100840534 B1 KR100840534 B1 KR 100840534B1 KR 1020070086288 A KR1020070086288 A KR 1020070086288A KR 20070086288 A KR20070086288 A KR 20070086288A KR 100840534 B1 KR100840534 B1 KR 100840534B1
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field emission
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이상문
나승현
문진석
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삼성전기주식회사
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Abstract

A method for manufacturing a field emission device is provided to ensure the productivity and reproducibility by forming a pattern on a resin, forming a carbon nano-tube, and removing a portion of the pattern. A certain embossed pattern is formed on one surface of a substrate(S110), and then a seed layer is formed on one surface of the substrate and the embossed pattern(S120). A carbon nano-tube is formed on the seed layer(S130), and then the embossed pattern is removed(S140). The step of forming the embossed pattern includes forming a resin layer on one surface of the substrate(S112), compressing a stamper with a depressed pattern corresponding to the embossed pattern against the resin layer(S114), and detaching the stamper from the resin layer(S116).

Description

전계방출소자 제조방법{Manufacturing method of field emission array}Manufacturing method of field emission device

본 발명은 전계방출소자 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a field emission device manufacturing method.

일반적으로, 전계방출 표시장치(Field Emission Display; FED)는, 강한 전계에 의해 전자를 방출하는 다수의 미세한 팁 또는 에미터가 형성된 전계방출소자를 포함한다.In general, a field emission display (FED) includes a field emission device in which a plurality of fine tips or emitters are formed which emit electrons by a strong electric field.

에미터로부터 방출된 전자들은 진공 중에서 형광체 스크린으로 가속되어 형광체를 여기 시킴으로써 빛을 발한다. CRT 표시장치와 달리, 전계방출 표시장치는 전자 빔 조종 회로(beam steering circuitry)를 요하지 않고 불필요한 많은 열을 발생시키지도 않는다.Electrons emitted from the emitter are accelerated to the phosphor screen in a vacuum to emit light by exciting the phosphor. Unlike CRT displays, field emission displays do not require electron steering circuitry and do not generate much unnecessary heat.

또한, LCD 표시장치와 달리, 전계방출 표시장치는 백 라이트(back light)를 요하지 않고 매우 밝으며 매우 넓은 시야 각(viewing angle)을 갖고 있고 응답 시간(response time)도 매우 짧다. 이러한 전계방출 표시장치의 성능은 주로 전자를 방출할 수 있는 에미터 어레이에 의해 좌우된다. 최근에는 전계방출 특성을 향상시 키기 위해 에미터로서 탄소나노튜브(carbon nano tube: 이하, "CNT"라 하기도 함)가 사용되고 있다.In addition, unlike LCD displays, field emission displays do not require back light, are very bright, have a very wide viewing angle, and have a very short response time. The performance of such field emission displays is largely dependent on the emitter array capable of emitting electrons. Recently, carbon nanotubes (hereinafter referred to as "CNTs") have been used as emitters to improve field emission characteristics.

도 1a 내지 도 2c는 종래기술에 따른 전계방출소자를 제조하는 모습을 나타내는 흐름도이다.1A to 2C are flowcharts showing a state of manufacturing a field emission device according to the prior art.

우선 도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD)을 이용하여 기판상에 CNT를 성장시키는 방법이 제시되고 있다. 도 1a 내지 1d는 CVD를 이용하여 CNT 에미터 어레이를 제조하는 종래의 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.First, referring to FIGS. 1A to 1D, a method of growing CNTs on a substrate using chemical vapor deposition (CVD) has been proposed. 1A-1D are cross-sectional views illustrating a conventional method of fabricating a CNT emitter array using CVD.

먼저, 도 1a를 참조하면, 기판(11) 상에 금속층(13)을 증착한 후, 그 위에 SiO2 등으로 된 유전체층(15) 및 포토레지스트층(17)을 순차적으로 형성한다.First, referring to FIG. 1A, after depositing a metal layer 13 on a substrate 11, a dielectric layer 15 and a photoresist layer 17 made of SiO 2 or the like are sequentially formed thereon.

그 후, 도 1b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트층(17)을 패터닝하여 레지스트층 패턴(17a)를 형성한 후 이를 식각 마스크로 이용하여 유전체층(15)을 선택적으로 식각함으로써 유전체층 패턴(15a)을 형성한다.Thereafter, as shown in FIG. 1B, the photoresist layer 17 is patterned to form a resist layer pattern 17a, and then the dielectric layer 15 is selectively etched using the resist layer pattern 17a as an etching mask. To form.

다음으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 유전체층 패턴(15a)을 증착 마스크로 이용하여 코발트(Co) 등으로 된 금속 촉매 시드층(19)을 스퍼터링법에 의해 금속층(13) 상에 증착한다.Next, as shown in FIG. 1C, the metal catalyst seed layer 19 made of cobalt (Co) or the like is deposited on the metal layer 13 by sputtering using the dielectric layer pattern 15a as a deposition mask.

다음으로, 도 1d에 도시된 바와 같이, CVD를 이용하여 금속 촉매 시드층(19) 상에 CNT(20)를 형성한다. 이에 따라, CNT(20)로 된 에미터들을 구비하는 전계방출소자가 제조될 수 있다.Next, as shown in FIG. 1D, CNTs 20 are formed on the metal catalyst seed layer 19 using CVD. Accordingly, a field emission device having emitters made of CNTs 20 can be manufactured.

그러나, 상기한 바와 같이 종래의 CVD법을 이용하여 제조된 전계방출소자는, 대면적의 응용에 적합하지 않고 불균일한 CNT 에미터 분포를 나타낼 수 있는 문제가 있다. 또한, CNT 에미터의 분포 밀도를 제어하기가 어렵고, 양산성이 좋지 않으며, CNT 에미터의 부착 강도가 낮다는 문제 또한 가지고 있다.However, as described above, the field emission device manufactured by using the conventional CVD method has a problem that it is not suitable for the application of a large area and may exhibit uneven CNT emitter distribution. In addition, it is difficult to control the distribution density of the CNT emitters, and there is also a problem that the mass productivity is not good and the adhesion strength of the CNT emitters is low.

다음으로, 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 페이스트법에 의한 전계방출소자를 제조하는 방법이 제시되어 있다.Next, referring to FIGS. 2A to 2C, a method of manufacturing the field emission device by the paste method is presented.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 아르곤(Ar) 및 크롬(Cr) 등의 기판(21) 위에, 도전성 페이스트(22)를 스크린 인쇄(screen print) 방법 등을 이용하여 도포한다.First, as shown in FIG. 2A, the conductive paste 22 is applied onto the substrate 21 such as argon (Ar) and chromium (Cr) by using a screen print method or the like.

이후에, 도 2b에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브(CNT, 20), 바인더(binder), 유리 분말(glass powder) 및 니켈(Ni) 등과 같은 전자 방출 물질(23)을 스크린 프린트법 등을 이용하여 도전성 페이스트 상면에 도포한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2B, an electron-emitting material 23 such as carbon nanotubes (CNT) 20, a binder, glass powder, nickel (Ni), or the like may be screen printed. To the upper surface of the conductive paste.

그 다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 적외선 레이저(IR laser)를 이용하여 탄소나노튜브(20)를 포함한 전자 방출 물질(23)을 패턴화(23') 한다. 패턴화된 전자 방출 물질 중 탄소나노튜브(20)의 팁(tip)들이 전자 에미터(emitter)로써 기능하게 된다.Next, as shown in FIG. 2C, the electron emitting material 23 including the carbon nanotubes 20 is patterned 23 ′ using an IR laser. The tips of the carbon nanotubes 20 in the patterned electron emitting material serve as electron emitters.

그러나, 이러한 종래의 전계방출소자는 바인더를 이용하기 때문에 고전압 인가 시에 바인더에서 방출되는 방출가스로 인하여 전계방출소자의 진공도에 악영향을 미치게 되며, 또한 규칙적인 탄소나노튜브의 조절이 안 되는 경우에는 국부적으로 탄소나노튜브(팁)에 전류가 과도하게 걸리게 됨으로써 열화로 인한 파괴가 일어 나는 문제점이 있었다.However, since the conventional field emission device uses a binder, the emission gas emitted from the binder when the high voltage is applied adversely affects the vacuum degree of the field emission device, and also when regular carbon nanotubes cannot be controlled. Locally, the current is excessively applied to the carbon nanotubes (tips), which causes a problem of destruction due to deterioration.

본 발명은 간단한 공정으로 패턴을 균일하게 배열시킬 수 있는 전계방출소자 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a method for manufacturing a field emission device capable of uniformly arranging patterns in a simple process.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기판의 일면에 소정의 양각패턴을 형성하는 단계; 기판의 일면 및 양각패턴에 시드층을 형성하는 단계; 시드층에 탄소나노튜브(CNT)를 형성하는 단계; 및 양각패턴을 제거하는 단계를 포함하는 전계방출소자 제조방법을 제공할 수 있다.According to an aspect of the invention, the step of forming a predetermined relief pattern on one surface of the substrate; Forming a seed layer on one surface and an embossed pattern of the substrate; Forming carbon nanotubes (CNT) on the seed layer; And it can provide a field emission device manufacturing method comprising the step of removing the relief pattern.

양각패턴을 형성하는 단계는, 기판의 일면에 수지층을 형성하는 단계; 양각패턴에 상응하는 음각패턴이 형성된 스탬퍼와 수지층을 압착하는 단계; 및 스탬퍼와 수지층을 분리하는 단계를 통하여 수행될 수 있다.Forming the embossed pattern, forming a resin layer on one surface of the substrate; Pressing the stamper and the resin layer on which the intaglio pattern corresponding to the relief pattern is formed; And separating the stamper and the resin layer.

한편, 시드층을 형성하는 단계는 스퍼터링(sputtering)을 통하여 수행될 수 있다.Meanwhile, the forming of the seed layer may be performed through sputtering.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 임프린트를 이용하여 수지에 패턴을 형성하고 탄소나노튜브를 형성한 후, 패턴의 일부를 제거하는 방법을 이용함으로 써, CVD, 스퍼터링(sputtering)과 같은 박막공정 및 패턴형성을 위한 포토리소그래피 공정을 수행하지 않고, 생산성 및 재현성을 확보할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, a thin film process such as CVD, sputtering, and the like by using a method of forming a pattern on a resin and forming carbon nanotubes using an imprint, and then removing a part of the pattern; Productivity and reproducibility can be secured without performing a photolithography process for pattern formation.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

이하, 본 발명에 따른 전계방출소자 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일 하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the method for manufacturing a field emission device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals and Duplicate explanations will be omitted.

도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 전계방출소자 제조방법의 일 실시예를 나타내는 순서도이고, 도 4 내지 도 9는 도 3의 전계방출소자 제조방법을 나타내는 공정도이다. 도 4 내지 도 9를 참조하면, 기판(30), 수지층(40), 양각패턴(42), 스탬퍼(50), 음각패턴(52), 시드층(61, 62), 탄소나노튜브(71, 72)가 도시되어 있다.3 is a flow chart showing an embodiment of a field emission device manufacturing method according to an aspect of the present invention, Figures 4 to 9 is a process chart showing a method for manufacturing a field emission device of FIG. 4 to 9, the substrate 30, the resin layer 40, the embossed pattern 42, the stamper 50, the intaglio pattern 52, the seed layers 61 and 62, and the carbon nanotubes 71 , 72).

먼저, 기판의 일면에 소정의 양각패턴을 형성한다(S110). 기판(30)에 형성되는 양각패턴(도 6의 42)은 전계방출소자에 형성되는 탄소나노튜브의 패턴을 고려하여 형성될 수 있다. 이에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.First, a predetermined relief pattern is formed on one surface of a substrate (S110). An embossed pattern (42 in FIG. 6) formed on the substrate 30 may be formed in consideration of a pattern of carbon nanotubes formed in the field emission device. This will be described in more detail as follows.

우선, 기판(30)의 일면에 수지층(40)을 형성한다(S112). 이를 위하여, 기판(30)에 경화되지 않은 상태의 에폭시 수지를 도포하는 방법을 이용할 수도 있고, 필름 형상의 에폭시 수지층을 기판(30)에 적층하는 방법을 이용할 수도 있다. 이러한 방법을 이용하여 수지층(40)이 형성된 기판(30)이 도 4의 아래쪽에 도시되어 있다.First, the resin layer 40 is formed on one surface of the substrate 30 (S112). For this purpose, the method of apply | coating the epoxy resin of the uncured state to the board | substrate 30 may be used, and the method of laminating | stacking a film-shaped epoxy resin layer on the board | substrate 30 may be used. The substrate 30 on which the resin layer 40 is formed using this method is shown below in FIG.

다음으로, 기판(30)에 형성하고자 하는 양각패턴(도 6의 42)에 상응하는 음각패턴(52)이 형성된 스탬퍼(50)와 수지층(40)을 압착한다(S114). 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 음각패턴(52)이 형성된 스탬퍼(50)와 수지층(40)을 정렬한 다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 스탬퍼(50)와 수지층(40)을 압착하는 것이다. 이 후, 스탬퍼(50)와 수지층(40)을 분리하면(S116), 도 6에 도시된 바와 같이, 기판(30)의 상면에 수지로 이루어지는 양각패턴(42)이 형성될 수 있으며, 기판(30)의 일부는 노 출될 수 있다.Next, the stamper 50 and the resin layer 40 on which the intaglio pattern 52 corresponding to the embossed pattern (42 in FIG. 6) to be formed on the substrate 30 are pressed are pressed (S114). That is, as shown in FIG. 4, the stamper 50 and the resin layer 40 on which the intaglio pattern 52 is formed are aligned, and as shown in FIG. 5, the stamper 50 and the resin layer 40 are arranged. To squeeze. Thereafter, when the stamper 50 and the resin layer 40 are separated (S116), as shown in FIG. 6, an embossed pattern 42 made of resin may be formed on the upper surface of the substrate 30. Part of (30) may be exposed.

한편, 스탬퍼(50)에 SAM(self-assembled monolayers)코팅 등과 같은 이형처리를 하여 스탬퍼(50)와 수지층(40)의 분리가 수월하게 수행되도록 할 수도 있다.Meanwhile, the stamper 50 may be subjected to a release process such as self-assembled monolayers (SAM) coating to facilitate separation of the stamper 50 and the resin layer 40.

상술한 방법을 통하여 기판(30)에 양각패턴(42)을 형성한 다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(30) 및 양각패턴(42)에 시드층(61, 62)을 형성한다(S120). 시드층(61, 62)은 니켈(Ni) 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 시드층(61, 62)을 형성하는 방법으로는 스퍼터링(sputtering)을 이용할 수 있다. 이 밖에, 무전해 도금 등과 같은 다양한 방법을 이용할 수도 있음은 물론이다.After forming the embossed pattern 42 on the substrate 30 through the above-described method, as shown in FIG. 7, seed layers 61 and 62 are formed on the substrate 30 and the embossed pattern 42 ( S120). The seed layers 61 and 62 may be made of nickel (Ni), and sputtering may be used as a method of forming the seed layers 61 and 62. In addition, of course, various methods such as electroless plating may be used.

다음으로, 시드층(61, 62)에 탄소나노튜브(71, 72)를 형성한다(S130). 시드층(61, 62)에 탄소나노튜브(71, 72)를 형성하기 위한 방법으로는 플라즈마 화학기상증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)이나, 열 화학기상증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition) 등을 이용할 수 있다. 이 밖에도, 다양한 방법을 통하여 탄소나노튜브(71, 72)를 형성할 수 있음은 물론이다. 시드층(61, 62)에 탄소나노튜브(71, 72)가 형성된 모습이 도 8에 도시되어 있다.Next, carbon nanotubes 71 and 72 are formed on the seed layers 61 and 62 (S130). As a method for forming the carbon nanotubes 71 and 72 on the seed layers 61 and 62, plasma enhanced chemical vapor deposition, thermal chemical vapor deposition, or the like may be used. have. In addition, the carbon nanotubes 71 and 72 may be formed through various methods. 8 shows the carbon nanotubes 71 and 72 formed on the seed layers 61 and 62.

다음으로, 양각패턴(42)을 제거한다(S140). 수지로 이루어진 양각패턴(42)을 제거하면, 양각패턴(42)에 형성된 탄소나노튜브(71) 역시 제거할 수 있게 되며, 기판(30)의 노출된 면에 형성된 탄소나노튜브(72)만을 남길 수 있게 된다. 그 결과 최종적으로 구현하고자 하는 탄소나노튜브(72) 패턴을 형성할 수 있게 된다.Next, the relief pattern 42 is removed (S140). When the relief pattern 42 made of resin is removed, the carbon nanotubes 71 formed on the relief pattern 42 may also be removed, leaving only the carbon nanotubes 72 formed on the exposed surface of the substrate 30. It becomes possible. As a result, the carbon nanotubes 72 pattern to be finally implemented can be formed.

양각패턴(42)을 제거하는 방법으로는, 수지의 면적을 넓혀 에칭 효율을 증가시키는 스웰링 공정을 수행한 다음, 에칭액을 이용하여 수지를 녹여내는 방법을 이 용할 수 있다. 이러한 습식 에칭(wet etching)뿐만 아니라 이 외의 다양한 방법을 이용할 수도 있음은 물론이다.As a method of removing the embossed pattern 42, a swelling process of increasing the area of the resin to increase the etching efficiency may be performed, and then a method of melting the resin using an etching solution may be used. In addition to such wet etching, various other methods may be used.

이러한 공정을 통하여 기판(30)에 패턴화 된 탄소나노튜브(72)가 형성된 모습이 도 9에 도시되어 있다.9 shows the patterned carbon nanotubes 72 formed on the substrate 30 through this process.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be appreciated that modifications and variations can be made.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.Many embodiments other than the above-described embodiments are within the scope of the claims of the present invention.

도 1a 내지 도 2c는 종래기술에 따른 전계방출소자 제조방법을 나타내는 흐름도.1A to 2C are flowcharts illustrating a method of manufacturing a field emission device according to the related art.

도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 전계방출소자 제조방법의 일 실시예를 나타내는 순서도.3 is a flow chart showing an embodiment of a method for manufacturing a field emission device according to an aspect of the present invention.

도 4 내지 도 9는 도 3의 전계방출소자 제조방법을 나타내는 공정도.4 to 9 is a process chart showing a method for manufacturing a field emission device of FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

30: 기판 40: 수지층30: substrate 40: resin layer

42: 양각패턴 50: 스탬퍼42: embossed pattern 50: stamper

52: 음각패턴 61, 62: 시드층52: engraved pattern 61, 62: seed layer

71, 72: 탄소나노튜브71, 72: carbon nanotubes

Claims (3)

기판의 일면에 소정의 양각패턴을 형성하는 단계;Forming a predetermined relief pattern on one surface of the substrate; 상기 기판의 상기 일면 및 상기 양각패턴에 시드층을 형성하는 단계;Forming a seed layer on the one surface and the relief pattern of the substrate; 상기 시드층에 탄소나노튜브(CNT)를 형성하는 단계; 및Forming carbon nanotubes (CNT) on the seed layer; And 상기 양각패턴을 제거하는 단계를 포함하는 전계방출소자 제조방법.The field emission device manufacturing method comprising the step of removing the embossed pattern. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 양각패턴을 형성하는 단계는,Forming the embossed pattern, 상기 기판의 일면에 수지층을 형성하는 단계;Forming a resin layer on one surface of the substrate; 상기 양각패턴에 상응하는 음각패턴이 형성된 스탬퍼와 상기 수지층을 압착하는 단계; 및Pressing the stamper and the resin layer on which an intaglio pattern corresponding to the embossed pattern is formed; And 상기 스탬퍼와 상기 수지층을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자 제조방법.And a step of separating the stamper and the resin layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 시드층을 형성하는 단계는 스퍼터링(sputtering)을 통하여 수행되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자 제조방법.Forming the seed layer is a field emission device manufacturing method characterized in that it is carried out through sputtering (sputtering).
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