KR100840534B1 - 전계방출소자 제조방법 - Google Patents

Abstract

전계방출소자 제조방법이 개시된다. 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 제조방법은, 수지에 패턴을 형성하고 탄소나노튜브를 형성한 후, 패턴의 일부를 제거하는 방법을 이용함으로써, CVD, 스퍼터링(sputtering)과 같은 박막공정 및 패턴형성을 위한 포토리소그래피 공정을 수행하지 않고, 생산성 및 재현성을 확보할 수 있다.

전계방출소자, 임프린트, 탄소나노튜브, 에칭

Description

전계방출소자 제조방법{Manufacturing method of field emission array}

본 발명은 전계방출소자 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전계방출 표시장치(Field Emission Display; FED)는, 강한 전계에 의해 전자를 방출하는 다수의 미세한 팁 또는 에미터가 형성된 전계방출소자를 포함한다.

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.

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.

도 1a 내지 도 2c는 종래기술에 따른 전계방출소자를 제조하는 모습을 나타내는 흐름도이다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

다음으로, 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 페이스트법에 의한 전계방출소자를 제조하는 방법이 제시되어 있다.

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.

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.

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.

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.

본 발명은 간단한 공정으로 패턴을 균일하게 배열시킬 수 있는 전계방출소자 제조방법을 제공하는 것이다.

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.

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.

한편, 시드층을 형성하는 단계는 스퍼터링(sputtering)을 통하여 수행될 수 있다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

이러한 공정을 통하여 기판(30)에 패턴화 된 탄소나노튜브(72)가 형성된 모습이 도 9에 도시되어 있다.

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.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

도 1a 내지 도 2c는 종래기술에 따른 전계방출소자 제조방법을 나타내는 흐름도.

도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 전계방출소자 제조방법의 일 실시예를 나타내는 순서도.

도 4 내지 도 9는 도 3의 전계방출소자 제조방법을 나타내는 공정도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

30: 기판 40: 수지층

42: 양각패턴 50: 스탬퍼

52: 음각패턴 61, 62: 시드층

71, 72: 탄소나노튜브

Claims (3)

1. 기판의 일면에 소정의 양각패턴을 형성하는 단계;

   상기 기판의 상기 일면 및 상기 양각패턴에 시드층을 형성하는 단계;

   상기 시드층에 탄소나노튜브(CNT)를 형성하는 단계; 및

   상기 양각패턴을 제거하는 단계를 포함하는 전계방출소자 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 양각패턴을 형성하는 단계는,

   상기 기판의 일면에 수지층을 형성하는 단계;

   상기 양각패턴에 상응하는 음각패턴이 형성된 스탬퍼와 상기 수지층을 압착하는 단계; 및

   상기 스탬퍼와 상기 수지층을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 시드층을 형성하는 단계는 스퍼터링(sputtering)을 통하여 수행되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자 제조방법.

Images