KR20050104549A - 전자 방출 표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소계 전자방출원과 기판, 특히, 기판 상의 실리콘 옥사이드계 절연막에 잘 부착되어 있도록 하기 위한 것으로, 기판과, 상기 기판 상에 형성된 캐소오드 전극과, 상기 기판 상에 상기 캐소오드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되고, 탄소계 물질을 포함한 전자방출원과, 상기 전자방출원과 적어도 상기 기판과의 사이에 개재된 바인딩 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 표시장치 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

전자 방출 표시장치 및 그 제조방법 {Electron emission display, and manufacturing method thereof}

본 발명은 전자 방출 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판에 대한 전자방출원의 부착력을 향상시킨 전자 방출 표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 표시장치(Electrion Emission Display Device)는 제1 기판 쪽에서 방출된 전자를 제2 기판에 형성된 형광층에 충돌시켜 이의 발광을 이용해 소정의 영상을 구현하는 평판 표시장치로서, 전자원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다.

상기에서 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 표시장치로는 전계 방출 표시장치(Field Emission Display; FED)가 있으며, 상기 전계 방출 표시 장치는 더욱 FE(Field Emitt)형 전계 방출 표시장치, MIM(Metal-Insulator-Metal)형 전계 방출 표시장치, MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)형 전계 방출 표시장치 및 표면 전도형(surface conduction) 전계 방출 표시장치 등이 알려져 있다.

상기 전계 방출 표시장치는 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들로 전자 방출원을 형성하고, 전자 방출을 제어하기 위한 전극들을 구비하여 소정의 표시를 행한다. 이러한 전계 방출 표시장치는 전자 방출원의 특성에 따라 표시장치의 전체 품질이 큰 영향을 받게 된다.

초기에 개발된 전계 방출 표시장치는 몰리브덴(Mo) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 마이크로팁 전자방출원을 사용하였다. 이러한 전자방출원은 미국 특허 US 3,789,471호에 개시되어 있다. 그런데 상기 마이크로팁 전자방출원을 갖는 전계 방출 표시장치를 제작하기 위해서는, 공지의 반도체 공정을 이용해야 하므로 제조 공정이 복잡하고, 고난이도의 기술과 고가의 장비를 필요로 하며, 대화면 표시장치 제작이 어려운 단점이 있다.

이에 따라 최근의 전계 방출 표시장치 분야에서는 저전압(대략, 10∼50V) 구동 조건에서도 전자를 양호하게 방출하는 물질을 이용하여 스크린 인쇄와 같은 후막 공정을 통해 전자방출원을 형성하는 기술이 연구 개발되고 있다.

상기 전자방출원에 적합한 물질로는 흑연, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본 및 카본 나노튜브 등이 알려져 있으며, 이 가운데 탄소나노튜브는 탄소가 육각형의 벌집무늬를 이루고 있는 구조로 흑연면이 나노크기의 직경으로 둥글게 말린 형태이다. 상기 나노튜브는 끝단의 곡률 반경이 100Å 정도로 극히 미세하여 1∼10 V/㎛의 낮은 전계에서도 전자를 양호하게 방출하는 장점이 있다.

디스플레이 기술분야에서 탄소나노튜브를 이용하여 전자방출원을 제조하는 방법에는, 미국특허 US 6,232,706호에 개시된 플라즈마 화학기상증착법(Plasma Chemical Vapour Deposition)과, 미국특허 US 6,239,547호에 개시된 페이스트를 이용하는 방법 등이 있다.

상기 플라즈마 화학기상증착법은, 니켈촉매가 존재하는 반응기의 두 전극 사이에 아세틸렌 가스를 주입시키며, 직류 또는 고주파 전계에 의해 상기 가스를 글로우(glow) 방전시킨 다음 플라즈마로 변형시켜 그 에너지에 의해 전극상에 탄소나노튜브를 성장시키는 방법이다.

상기 페이스트를 이용하는 전자방출원 제조방법은, 탄소나노튜브를 레이저 어블레이션(ablation) 또는 아크방전을 이용해 카본 나노 튜브 분말로 만들고 이를 전도성 또는 비전도성의 비히클(Vehicle)과 혼합하여 프린팅하는 방법이다.

그런데, 이렇게 페이스트를 이용하는 방법에서, 전자방출원 페이스트의 패터닝 공정에서 상기 전자방출원 페이스트와 기판간의 부착력이 약하여 공정 중에 막 탈락 현상이 발생되는 문제가 있다. 이렇게 전자방출원 페이스트의 탈락 현상이 발생되면 부분적으로 전자방출원이 없는 캐소오드 전극도 생기게 되므로 문제가 된다.

한편, 미국 공개 특허 공보 US 2003/0111946 A1 에는 카본 나노 튜브를 증착하여 캐소오드를 형성하고, 상기 캐소오드와 기판의 사이에 산화물로 이루어진 바인더를 개재한 FED가 개시되어 있는 데, 이는 캐소오드 전극으로 카본 나노 튜브를 이용하기 때문에 캐소오드 형성 공정이 어려운 문제가 있다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 탄소계 전자방출원과 기판, 특히, 기판 상의 실리콘 옥사이드계 절연막에 잘 부착되어 있도록 할 수 있는 전자 방출 표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,

기판;

상기 기판 상에 형성된 캐소오드 전극;

상기 기판 상에 상기 캐소오드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되고, 탄소계 물질을 포함한 전자방출원; 및

상기 전자방출원과 적어도 상기 기판과의 사이에 개재된 바인딩 층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시장치를 제공한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 전자방출원은 복수개의 카본 나노 튜브를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 바인딩층은 헥사메틸디실라잔(Hexamethyldisilazane)계 물질로 구비될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 기판은 실리콘 옥사이드계로 구비된 절연막을 포함하고, 상기 바인딩층은 상기 절연막과 상기 전자방출원의 사이에 개재될 수 있다.

본 발명은 또한 전술한 목적을 달성하기 위하여,

기판 상에 소정 패턴의 캐소오드 전극을 형성하는 단계;

상기 캐소오드 전극이 형성된 기판 상에 바인딩층을 형성하는 단계;

상기 바인딩층 상에 탄소계 물질을 포함한 전자방출원 페이스트를 도포하는 단계; 및

상기 전자방출원 페이스트를 패터닝해, 상기 캐소오드 전극과 전기적으로 연결된 전자방출원을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시장치의 제조방법을 제공한다.

이러한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 전자방출원 페이스트는 복수개의 카본 나노 튜브를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 바인딩층은 헥사메틸디실라잔(Hexamethyldisilazane)계 물질로 구비될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 캐소오드 전극을 형성하기 전에, 상기 기판 상에 실리콘 옥사이드계로 구비된 절연막을 형성하고, 상기 바인딩층을 상기 절연막 상에 형성하는 것일 수 있다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 부분 단면도로서, 언더 게이트 구조의 전계 방출 표시장치를 나타낸 것이고, 도 2는 도 1의 A부분에 대한 확대도이다.

도시된 바와 같이, 전계 방출 표시장치는 내부 공간을 갖도록 소정 간격을 두고 대향된 제 1 기판(2)과, 제 2 기판(3)을 포함하며, 상기 제 2 기판(4)에는 전계 형성으로 전자를 방출하는 구성이, 그리고, 상기 제 1 기판(2)에는 전자에 의해 소정의 이미지를 구현하는 구성이 제공된다.

먼저, 상기 제 2 기판(4)에는 다수의 게이트 전극(5)이 소정 패턴, 예컨대, 스트라이프 패턴으로 형성되어 있고, 이 게이트 전극(5)을 덮도록 절연막(8)이 형성된다. 이 절연막(8)은 실리콘 옥사이드계 물질로 형성될 수 있는 데, 복수개의 비아 홀(8a)을 갖도록 형성된다. 상기 절연막(8) 위에는 상기 비아 홀(8a)을 통하여 하부의 게이트 전극(5)과 연결되도록지 게이트 아일랜드(10)가 형성된다.

상기 절연막(8) 위에는 상기 게이트 전극(5)과 수직으로 교차하도록 스트라이프 패턴의 캐소오드 전극(6)이 형성된다. 상기와 같은 게이트 전극(5)과 캐소오드 전극(6)의 패턴은 이 외에도 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 절연막(8) 위에는 캐소오드 전극(6)의 측부에 접하도록 전자방출원(12)가 형성된다.

이 전자방출원(12)는 전계 형성에 의해 전자를 방출하는 것으로, 카본 나노 튜브, 그라파이트, 다이아몬드 및 다이아몬드상 카본 등의 탄소계 물질로 이루어질 수 있으며, 더욱 바람직하게는 카본 나노 튜브가 주성분으로 사용될 수 있다.

상기 전자방출원(12)와 절연막(8)의 사이에는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 바인딩 층(11)이 개재되는 데, 이 바인딩층(11)은 실리콘 옥사이드로 구비된 절연막(8)에 전자방출원(12)가 보다 잘 부착되어 있도록 하기 위한 것으로, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 헥사메틸디실라잔(Hexamethyldisilazane)계 물질로 구비될 수 있다.

상기 헥사메틸디실라잔(Hexamethyldisilazane)은 하기 화학식 1과 같이 형성된 것이 사용될 수 있다.

이러한 헥사메틸디실라잔(Hexamethyldisilazane)은 하기 화학식 2와 같은 실리콘 옥사이드로 구비된 절연막(8)의 표면에서 하기 화학식 3과 같이 실리레이션(silylation)과 강한 결합을 하고, 동시에 전자방출원(12)를 형성하기 위한 페이스트와도 결합할 수 있는 본드를 형성한다.

이러한 바인딩 층(11)에 의해 전자방출원(12)가 공정 중에 탈락되는 현상을 방지할 수 있고, 더욱 견고하게 고착되어 있을 수 있다.

한편, 제 1 기판(2)에는 전자 가속에 필요한 고전압이 인가되는 애노드 전극(14)과, 상기 전자방출원(12)로부터 방출된 전자에 의해 여기되어 가시광을 방출하는 형광막(16)이 위치한다. 그리고, 상기 제 1 기판(2)과 제 2 기판(4)은 도시되지는 않았지만 다수의 스페이서에 의해 일정한 갭이 유지될 수 있다.

상기와 같은 구조의 전계 방출 표시장치는 다음과 같은 방법에 의해 제조된다. 이하에서는 제 2 기판(4)에 형성되는 전자 방출 구조의 제조방법을 설명한다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 글라스재 등으로 형성된 제 2 기판(4)을 준비하고, 이 제 2 기판(4) 상에 ITO, IZO, In2O3 등의 투명 전도성 물질로 다수의 게이트 전극(5)을 스트라이프 패턴으로 형성한다. 이 게이트 전극(5)은 이 외에도 다양한 물질로 형성 가능함은 물론이다.

다음으로는, 상기 게이트 전극(5)을 덮도록 글라스 페이스트를 수회 스크린 인쇄하여 실리콘 옥사이드계 절연막(8)을 형성한다. 이 절연막(8)에 상기 게이트 전극(5)의 상부에 위치하도록 복수개의 비아 홀(8a)을 형성한다. 그리고, 도전성 물질로 각 비아 홀(8a)을 통하여 하부 게이트 전극(5)과 전기적으로 연결되는 게이트 아일랜드(10)를 형성한다.

상기 절연막(8) 위에는 은(Ag)과 같은 전도성이 좋은 금속재로 게이트 전극(5)에 직교하도록 복수개의 캐소오드 전극(6)을 스트라이프 패턴으로 형성한다. 상기 캐소오드 전극(6)과 게이트 아일랜드(10)의 형성은 동시에 이루어져도 무방하다.

이렇게 캐소오드 전극(6)을 형성한 후에는 캐소오드 전극(6)의 측부에 밀착되도록 전자방출원(12)를 형성한다. 이 전자방출원을 형성하기 위하여, 탄소계 물질, 예컨대, 카본 나노튜브를 주성분으로 하는 전자방출원 페이스트를 준비한다.

상기 전자방출원 페이스트는 탄소계 물질, 예컨대, 카본 나노튜브 분말에 접착성분과 용질 및 용매로 구성된 비히클(Vehicle)로 형성된다. 상기 접착성분으로는 글래스 프리트(frit)이 사용될 수 있고 상기 비히클을 구성하는 용질로 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 에틸 셀룰로오스 또는 니트로셀룰로오스와 같은 셀룰로오스계 수지 등이 사용될 수 있고, 상기 용매로는 부틸 카르비톨 아세테이트(BCA), 터피네올(terpineol)이 사용될 수 있다. 본 발명은 필요에 따라 통상의 감광성 수지와 UV용 개시제를 더 첨가할 수 있다. 페이스트 조성물의 점도는 5,000 내지 100,000 cps 인 것이 바람직하다.

이렇게 형성된 전자방출원 페이스트를 절연막(8) 상부에 형성하기 전에, 전술한 바와 같이, 바인딩층(11)을 형성한다. 상기 바인딩층(11)은 헥사메틸디실라잔으로 구비된 것으로, 침적법, 스프레이법, 증기 접착법 등에 의해 절연막(8) 상에 형성될 수 있다.

이렇게 바인딩층(11)이 형성된 절연막(8) 상에 전술한 전자방출원 페이스트를 인쇄한 후, 건조, 노광, 현상 공정을 거쳐 패터닝을 행하며, 이에 따라 전자방출원(12)를 형성한다.

본 발명은 이처럼 전자방출원 페이스트의 도포 전에 바인딩층(11)을 절연막(8) 상에 형성함으로써 전자방출원 페이스트가 공정 중에 절연막(8)으로부터 탈리되는 현상을 방지할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같은 바인딩층(11)은 도 1에 도시된 바와 같은 언더 게이트(Under-gate) 구조에서 뿐 아니라, 캐소오드 전극이 절연막 하부에 위치하고, 게이트 전극이 절연막 상부에 위치하며, 전자방출원이 캐소오드 전극 상부에 위치하는 구조의 전계 방출 표시장치에서도 그대로 적용 가능하다. 즉, 이 때에도 전자방출원 페이스트는 실리콘 옥사이드계의 기판 상에 도포될 것이므로, 이 전자방출원 페이스트가 보다 잘 고착될 수 있도록 바인딩층을 기판과 전자방출원 페이스트 사이에 개재할 수 있는 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명에 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 전자방출원이 기판이나 절연막 상에 잘 부착되도록 할 수 있어, 전자방출원이 없는 전극이 생기는 것을 방지할 수 있다.

둘째, 전자방출원을 형성하는 공정에서 전자방출원 페이스트가 기판이나 절연막에서 탈리되는 현상을 방지할 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명을 가장 바람직한 실시예를 기준으로 설명하였으나, 상기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 내용이 그에 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 구성에 대한 일부 구성요소의 부가,삭감,변경,수정 등이 있더라도 첨부된 특허청구범위에 의하여 정의되는 본 발명의 기술적 사상에 속하는 한, 본 발명의 범위에 해당된다.

도 1은 본 발명에 따른 전자 방출 표시장치의 부분 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도,

도 2는 도 1의 A 부분에 대한 부분확대 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>

2: 제 1 기판 4: 제 2 기판

5: 게이트 전극 6: 캐소오드 전극

8: 절연막 8a: 비아 홀

10: 게이트 아일랜드 11: 바인딩 층

12: 전자방출원 14: 애노드 전극

16: 형광막

Claims (8)

1. 기판;

   상기 기판 상에 형성된 캐소오드 전극;

   상기 기판 상에 상기 캐소오드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되고, 탄소계 물질을 포함한 전자방출원; 및

   상기 전자방출원과 적어도 상기 기판과의 사이에 개재된 바인딩 층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 표시장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전자방출원은 복수개의 카본 나노 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 표시장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 바인딩층은 헥사메틸디실라잔(Hexamethyldisilazane)계 물질로 구비된 것을 특징으로 하는 전자 방출 표시장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 기판은 실리콘 옥사이드계로 구비된 절연막을 포함하고, 상기 바인딩층은 상기 절연막과 상기 전자방출원의 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 전자 방출 표시장치.
5. 기판 상에 소정 패턴의 캐소오드 전극을 형성하는 단계;

   상기 캐소오드 전극이 형성된 기판 상에 바인딩층을 형성하는 단계;

   상기 바인딩층 상에 탄소계 물질을 포함한 전자방출원 페이스트를 도포하는 단계; 및

   상기 전자방출원 페이스트를 패터닝해, 상기 캐소오드 전극과 전기적으로 연결된 전자방출원을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 표시장치의 제조방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 전자방출원 페이스트는 복수개의 카본 나노 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시장치의 제조방법.
7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,

   상기 바인딩층은 헥사메틸디실라잔(Hexamethyldisilazane)계 물질로 구비된 것을 특징으로 하는 전자 방출 표시장치의 제조방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 캐소오드 전극을 형성하기 전에, 상기 기판 상에 실리콘 옥사이드계로 구비된 절연막을 형성하고, 상기 바인딩층을 상기 절연막 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 표시장치의 제조방법.