KR20060088220A - Process for electron emission device - Google Patents

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제병길
류경선
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Abstract

불필요한 부분에 형성된 전자방출부를 형성하는 탄소나노튜브 등의 나노물질을 제거하여 불규칙한 부차 발광을 방지하고 색재현율을 향상시키는 것이 가능하도록, 탄소나노튜브 또는 나노와이어 등의 나노물질을 이용하여 전자방출부를 형성하고, 플라즈마를 이용한 세정을 실시하여 격벽의 내부나 전극의 표면 등의 구조물에 잔류된 나노물질을 제거하는 과정을 포함하는 전자방출소자 제조방법을 제공한다.By removing nanomaterials such as carbon nanotubes that form electron emitting portions formed on unnecessary portions, it is possible to prevent irregular secondary light emission and to improve color reproducibility. It provides a method for manufacturing an electron-emitting device comprising the step of removing the nanomaterial remaining in the structure, such as the inside of the barrier ribs or the surface of the electrode by forming a cleaning using a plasma.

전자방출부, 나노물질, 잔류, 색재현율, 부차 발광, 제거, 세정, 전자방출소자, 전계방출표시장치Electron emission unit, nanomaterial, residue, color reproducibility, secondary light emission, removal, cleaning, electron emission device, field emission display device

Description

전자방출소자 제조방법 {Process for Electron Emission Device}Process for Electron Emission Device

도 1은 본 발명에 따른 전자방출소자 제조방법의 일실시예를 나타내는 공정 순서도이다.1 is a process flowchart showing an embodiment of a method of manufacturing an electron-emitting device according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 전자방출소자 제조방법의 일실시예에 있어서 전자방출부를 형성한 상태를 나타내는 부분확대 단면도이다.2 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating a state in which an electron emission unit is formed in an embodiment of the method of manufacturing an electron emission device according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 전자방출소자 제조방법의 일실시예에 있어서 플라즈마 처리를 행하는 상태를 나타내는 부분확대 단면도이다.3 is a partially enlarged cross-sectional view showing a state in which plasma processing is performed in an embodiment of the method of manufacturing an electron emitting device according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 전자방출소자 제조방법의 다른 실시예를 나타내는 공정 순서도이다.4 is a process flowchart showing another embodiment of the method of manufacturing an electron-emitting device according to the present invention.

본 발명은 전자방출소자 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소나노튜브 등을 이용하여 전자방출부를 형성한 다음 플라즈마를 이용하여 불필요한 부분에 형성된 탄소나노튜브 등을 제거하여 불규칙한 부차 발광을 방지하고 색재현율을 향상시키는 것이 가능한 전자방출소자 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an electron emitting device, and more particularly, to form an electron emitting portion using carbon nanotubes, and then remove the carbon nanotubes formed in unnecessary portions using plasma to prevent irregular secondary light emission. The present invention relates to a method for manufacturing an electron-emitting device capable of improving color gamut.

일반적으로 전자방출소자(Electron Emission Device)는 전자원의 종류에 따 라 열음극(hot cathode)을 이용하는 방식과 냉음극(cold cathode)을 이용하는 방식으로 분류할 수 있다. 상기에서 냉음극을 이용하는 방식의 전자방출소자로는 전계방출 어레이(FEA;Field Emitter Array)형, 표면전도 에미션(SCE;Surface-Conduction Emission)형, 금속-절연층-금속(MIM;Metal-Insulator-Metal)형 및 금속-절연층-반도체(MIS;Metal-Insulator-Semiconductor)형, 발리스틱(BSE;Ballistic electron Surface Emitting)형 등이 알려져 있다.In general, an electron emission device may be classified into a method using a hot cathode and a cold cathode according to the type of electron source. Examples of the electron-emitting devices using the cold cathode include field emission array (FEA) type, surface conduction emission (SCE) type, and metal-insulating layer-metal (MIM). Insulator-Metal (Metal) -Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) type, Ballistic Electron Surface Emitting (BSE) type and the like are known.

상기에서 FEA형 전자방출소자는 일 함수(work function)가 낮거나 종횡비가 큰 물질을 전자방출원으로 사용할 경우 진공 중에서 전계에 의하여 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한 것으로, 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물이나 흑연, 다이아몬드상 카본(DLC) 등의 탄소계 물질 및 나노튜브(nano tube)나 나노와이어(nano wire) 등의 나노물질을 전자방출원으로 적용하는 기술이 개발되고 있다.The FEA type electron emitting device uses a principle that electrons are easily emitted by an electric field in a vacuum when a material having a low work function or a large aspect ratio is used as the electron emission source, and molybdenum (Mo) or silicon ( An electron emission source is a tip structure having a sharp tip (Si) or the like, carbonaceous materials such as graphite or diamond-like carbon (DLC), and nanomaterials such as nanotubes or nanowires. Application techniques are being developed.

상기 FEA형 전자방출소자의 전형적인 구조는, 진공용기를 구성하는 두 기판 중 제1기판 위에 전자방출부가 형성되고, 전자방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들로 캐소드 전극과 게이트 전극이 형성되며, 제1기판에 대향하는 제2기판의 일면에 형광층과 더불어 형광층을 고전위 상태로 유지시키는 애노드 전극이 형성되는 구성으로 이루어진다.In the typical structure of the FEA type electron emitting device, an electron emitting part is formed on a first substrate of two substrates constituting the vacuum container, and a cathode electrode and a gate electrode are formed as driving electrodes for controlling electron emission of the electron emitting part. An anode electrode for maintaining the fluorescent layer in a high potential state is formed on one surface of the second substrate opposite to the first substrate.

종래 탄소나노튜브(CNT;Carbon Nano Tube)를 이용하여 FEA형 전자방출소자의 전자방출부를 형성하는 경우에는 유기 바인더와 탄소나노튜브를 혼합한 다음 스크 린인쇄(screen printing)법을 이용하여 후막으로 형성하는 방식과, 화학증착법(CVD) 등을 통하여 박막으로 성장시키는 방식 등이 사용된다.In the case of forming the electron emitting portion of the FEA type electron emitting device using conventional carbon nanotubes (CNT; carbon nanotube), the organic binder and carbon nanotubes are mixed with a thick film using a screen printing method. The method of forming, the method of growing into a thin film through chemical vapor deposition (CVD), etc. are used.

상기와 같이 후막으로 인쇄 또는 박막으로 성장시켜 전자방출부를 형성하는 과정에서, 전자방출부 이외의 부분에 탄소나노튜브의 일부가 제거되지 않고 잔류하는 경우가 많이 발생한다. 이와 같이 격벽 내부나 전극의 표면 등의 구조물에 탄소나노튜브의 일부가 잔류하게 되면, 애노드 전극에 고압을 인가할 때에 구조물에 잔류하는 탄소나노튜브에 의해 화면 전반에 불규칙한 부차 발광이 발생하고, 색재현율 및 콘트라스트를 저하시키는 문제가 있다.As described above, in the process of forming an electron emitting portion by printing or printing a thin film with a thick film, a portion of the carbon nanotubes remain in portions other than the electron emitting portion without being removed. If a portion of the carbon nanotube remains in the structure such as the partition wall or the surface of the electrode, irregular secondary light emission occurs throughout the screen due to the carbon nanotube remaining in the structure when high pressure is applied to the anode electrode. There is a problem of reducing the refresh rate and contrast.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 탄소나노튜브 등의 나노물질을 이용하여 전자방출부를 형성한 다음 플라즈마를 이용하여 불필요한 부분에 형성된 탄소나노튜브 등의 나노물질을 제거하여 불규칙한 부차 발광을 방지하고 색재현율을 향상시키는 것이 가능한 전자방출소자 제조방법에 관한 것이다.An object of the present invention is to solve the above problems, by forming an electron emitting portion using nanomaterials, such as carbon nanotubes, and then irregular plasma by removing nanomaterials, such as carbon nanotubes formed in unnecessary portions using plasma. An electron emitting device manufacturing method capable of preventing light emission and improving color reproducibility.

본 발명이 제안하는 전자방출소자 제조방법은 탄소나노튜브 또는 나노와이어 등의 나노물질을 이용하여 전자방출부를 형성하고, 플라즈마를 이용한 세정을 실시하여 격벽의 내부나 전극의 표면 등의 구조물에 잔류된 나노물질을 제거하는 과정을 포함하여 이루어진다.In the method of manufacturing an electron-emitting device according to the present invention, an electron-emitting part is formed by using nanomaterials such as carbon nanotubes or nanowires, and the cleaning is performed by using plasma, and the residues remain in structures such as the inside of the partition wall or the surface of the electrode. It involves the process of removing nanomaterials.

상기에서 전자방출부를 스크린인쇄법 등을 이용하여 후막으로 형성하는 경우에는 플라즈마를 이용한 세정을 실시한 다음, 전자방출부에 대한 활성화 (activation)처리를 행하는 것이 표시 특성의 저하를 방지할 수 있으므로 바람직하다.In the case where the electron-emitting portion is formed into a thick film by screen printing or the like, it is preferable to perform cleaning using plasma and then to perform an activation process on the electron-emitting portion, since it is possible to prevent the degradation of display characteristics. .

또 상기 전자방출부를 박막 성장으로 형성하는 경우에는 플라즈마를 이용한 세정을 하기 전에 금속 등의 물질로 전자방출부에 보호층을 형성하여 전자방출부가 손상을 입는 것을 방지하는 것이 바람직하다.In the case where the electron emission portion is formed by thin film growth, it is preferable to prevent the electron emission portion from being damaged by forming a protective layer on the electron emission portion with a material such as metal before cleaning with plasma.

다음으로 본 발명에 따른 전자방출소자 제조방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Next, a preferred embodiment of the method of manufacturing an electron-emitting device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

먼저 본 발명에 따른 전자방출소자 제조방법의 일실시예는 도 1∼도 3에 나타낸 바와 같이, 탄소나노튜브 또는 나노와이어 등의 나노물질을 이용하여 전자방출부(10)를 형성(P10)하고, 플라즈마를 이용한 세정을 실시하여 격벽의 내부나 전극의 표면 등의 구조물에 잔류된 나노물질(12)을 제거(P20)하는 과정을 포함하여 이루어진다.First, as shown in FIGS. 1 to 3, an embodiment of the method of manufacturing an electron emission device according to the present invention forms an electron emission unit 10 using nanomaterials such as carbon nanotubes or nanowires (P10). In addition, the cleaning may be performed using plasma to remove nanomaterials 12 remaining in the structure of the partition wall or the surface of the electrode (P20).

상기에서 격벽은 캐소드 전극(4)과 게이트 전극(8) 사이에 형성되는 절연층(6)으로 구성된다. 즉 상기 전자방출부(10)가 형성되기 위한 공간은 상기 절연층(6)의 일부를 제거하여 캐소드 전극(4)을 노출시키는 것에 의하여 이루어진다.In the above, the partition wall is composed of an insulating layer 6 formed between the cathode electrode 4 and the gate electrode 8. That is, the space for forming the electron emission unit 10 is formed by removing a part of the insulating layer 6 to expose the cathode electrode 4.

도 2 및 도 3에 있어서 부호 (2)는 기판을 나타낸다.In FIG.2 and FIG.3, the code | symbol 2 shows a board | substrate.

예를 들면, 상기 캐소드 전극(4) 및 게이트 전극(8)은 스트라이프 패턴으로 형성하며, 서로 직교하는 방향으로 배열하여 형성한다. 상기 캐소드 전극(4)과 게이트 전극(8)의 사이에는 기판(2)의 전체 면적에 걸쳐서 절연층(6)을 형성한다.For example, the cathode electrode 4 and the gate electrode 8 are formed in a stripe pattern and arranged in a direction perpendicular to each other. An insulating layer 6 is formed between the cathode electrode 4 and the gate electrode 8 over the entire area of the substrate 2.

상기에서 캐소드 전극(4)과 게이트 전극(8)의 교차 영역을 화소 영역으로 정 의하면, 캐소드 전극(4) 위로 각 화소 영역마다 하나 이상의 전자방출부(10)를 형성하고, 상기 절연층(6)과 게이트 전극(8)에는 각 전자방출부(10)에 대응하는 개구부를 형성하여 기판(2) 상에 전자방출부(10)가 노출되도록 한다.According to the above description, when the intersection region of the cathode electrode 4 and the gate electrode 8 is defined as a pixel region, at least one electron emission unit 10 is formed in each pixel region over the cathode electrode 4, and the insulating layer 6 is formed. ) And the gate electrode 8 to form an opening corresponding to each electron emission unit 10 so that the electron emission unit 10 is exposed on the substrate 2.

상기 전자방출부(10)의 평면 형상과 화소 영역당 개수 및 배열 형태 등은 다양하게 구성하는 것이 가능하다.The planar shape of the electron emission unit 10, the number and arrangement form per pixel area, etc. may be variously configured.

상기 전자방출부(10)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질로 이루어지며, 예를 들면 탄소계 물질 또는 나노물질(나노미터 사이즈 물질)로 이루어진다. 상기 전자방출부(10)로 사용하는 바람직한 물질로는 흑연(graphite), 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(DLC;Diamond Liked Carbon), C60(fulleren) 등의 탄소계 물질 또는 탄소나노튜브(CNT;Carbon Nanotube), 흑연 나노파이버, 실리콘 나노와이어 등의 나노물질, 또는 이들의 조합 물질이 있다.The electron emission unit 10 is made of a material that emits electrons when an electric field is applied in a vacuum, and is made of, for example, a carbon-based material or a nanomaterial (nanometer size material). Preferred materials used for the electron emission unit 10 include carbon-based materials such as graphite, diamond, diamond like carbon (DLC), C 60 (fulleren), or carbon nanotubes (CNT; Carbon). Nanotubes), graphite nanofibers, silicon nanowires and the like, or combinations thereof.

본 발명은 캐소드 전극(4), 게이트 전극(8), 절연층(6) 등이 손상을 입지 않는 미세한 범위의 식각량을 보이는 플라즈마를 이용하여 세정 처리를 행하므로, 플라즈마에 의하여 식각이 가능하도록 탄소나노튜브(CNT;Carbon Nanotube), 흑연 나노파이버, 실리콘 나노와이어 등의 나노물질 및 이들의 조합 물질을 이용하여 전자방출부(10)를 형성하는 경우에 적합하다.In the present invention, since the cathode electrode 4, the gate electrode 8, the insulating layer 6, and the like are cleaned using a plasma that exhibits a small range of etch amount without damage, the plasma can be etched by the plasma. Carbon nanotubes (CNT; carbon nanotubes), such as graphite nanofibers, silicon nanowires, such as nanomaterials and combinations thereof are suitable for forming the electron emitting portion 10.

상기에서 전자방출부(10)를 스크린인쇄법 등을 이용하여 후막으로 형성하는 경우에는 도 1에 나타낸 바와 같이, 플라즈마를 이용한 세정을 실시(P20)한 다음, 전자방출부에 대한 활성화(activation)처리를 행한다(P30).In the case where the electron emitting unit 10 is formed into a thick film by using a screen printing method, as shown in FIG. 1, cleaning using plasma (P20) is performed, followed by activation of the electron emitting unit. The process is performed (P30).

즉 도 2에 나타낸 바와 같이, 포토레지스트 등을 이용하여 패턴화한 다음 전자방출부(10)를 스크린인쇄법 등을 이용하여 대략 2∼3㎛ 정도 또는 그 이상의 높이를 갖도록 후막으로 형성하고, 패턴으로 이용한 포토레지스트 등을 제거하는 과정에서 나노물질의 일부가 미세하게 절단되어 절연층(6) 및 게이트 전극(8) 등에 부착되어 잔류하게 된다.That is, as shown in FIG. 2, after patterning using a photoresist or the like, the electron emitting portion 10 is formed into a thick film to have a height of about 2 to 3 μm or more by using a screen printing method, and the like. In the process of removing the photoresist and the like used, a portion of the nanomaterial is finely cut and adhered to the insulating layer 6 and the gate electrode 8 to remain.

그리고 절연층(6) 및 게이트 전극(8) 등의 구조물에 잔류하는 전자방출부(10)를 구성하는 나노물질(12)을 제거하기 위하여 플라즈마 처리를 행하면, 플라즈마의 이온이 표면에 충돌하여 수십Å의 식각량으로 식각이 이루어지고, 도 3에 나타낸 바와 같이, 잔류 나노물질(12)에 대한 세정이 이루어진다.When the plasma treatment is performed to remove the nanomaterials 12 constituting the electron emission portions 10 remaining in the structures such as the insulating layer 6 and the gate electrode 8, the ions of the plasma collide with the surface and dozens of times. Etching is performed with an etching amount of ,, and as shown in FIG. 3, cleaning of the residual nanomaterial 12 is performed.

상기에서 플라즈마에 의하여 잔류 나노물질(12)에 대한 세정을 행하는 과정에서 전자방출부(10)의 표면도 일부 식각이 이루어지므로, 표시 특성이 저하될 우려가 있다. 따라서 표시 특성의 향상(전자 방출 성능의 향상)을 위하여 전자방출부(10)의 표면을 활성화(activation)하기 위한 처리를 행하는 것이 바람직하다.Since the surface of the electron emission unit 10 is partially etched in the process of cleaning the residual nanomaterial 12 by plasma, the display characteristics may be degraded. Therefore, in order to improve display characteristics (improvement of electron emission performance), it is preferable to perform a process for activating the surface of the electron-emitting part 10.

그리고 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 전자방출부(10)를 박막 성장으로 형성하는 경우에는 플라즈마를 이용한 세정(P20)을 하기 전에 금속 등의 물질로 전자방출부(10)에 보호층을 형성(P15)하여 전자방출부(10)가 손상을 입는 것을 방지한다.As shown in FIG. 4, when the electron emission unit 10 is formed by thin film growth, a protective layer is formed on the electron emission unit 10 using a material such as metal before cleaning (P20) using plasma ( P15) to prevent the electron emitting portion 10 from being damaged.

상기에서 전자방출부(10)를 박막 성장으로 형성하면, 대략 1㎛ 이하의 높이를 갖게 되므로 플라즈마 처리를 행하는 과정에서 전자방출부(10)가 손상을 입을 우려가 있다. 따라서 전자방출부(10)의 손상을 방지하기 위한 보호층을 형성하는 것이 바람직하다.When the electron emission unit 10 is formed by thin film growth, the electron emission unit 10 may have a height of about 1 μm or less, and thus the electron emission unit 10 may be damaged during the plasma treatment. Therefore, it is preferable to form a protective layer for preventing damage to the electron emission unit 10.

상기 보호층은 플라즈마에 의하여 전자방출부(10)가 손상을 입지 않을 정도의 두께의 박막으로 형성하는 것이 바람직하고, 플라즈마의 식각량이 수십 Å이므로 대략 수백∼수천Å 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.The protective layer is preferably formed of a thin film having a thickness such that the electron emitting portion 10 is not damaged by plasma, and since the etching amount of the plasma is several tens of microseconds, it is preferable to form a thickness of about several hundred to several thousand micrometers. Do.

상기 보호층은 플라즈마 처리(P20)가 완료된 다음, 제거한다(P25).The protective layer is removed after the plasma treatment P20 is completed (P25).

상기와 같이 전자방출부(10)를 박막으로 성장시켜 형성하는 경우에는 활성화 처리를 행하지 않는다.As described above, when the electron emitting portion 10 is formed by growing into a thin film, the activation process is not performed.

상기에서는 본 발명에 따른 전자방출소자 제조방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.In the above description of the preferred embodiment of the method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention, the present invention is not limited to this, but may be modified and practiced in various ways within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. This also belongs to the scope of the present invention.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 전자방출소자 제조방법에 의하면, 절연층이나 전극 등의 구조물에 잔류하는 전자방출부를 구성하는 물질을 수십Å의 식각량을 가진 플라즈마를 이용하여 제거하므로, 절연층이나 전극 등에 손상을 입히지 않고 불규칙한 부차 발광을 방지하는 것이 가능하다. 따라서 색재현율 및 콘트라스트의 저하를 방지하는 것이 가능하며, 발광 품위(표시 품위)가 향상된 표시소자를 제공하는 것이 가능하다.According to the method of manufacturing an electron emitting device according to the present invention as described above, since the material constituting the electron emitting portion remaining in a structure such as an insulating layer or an electrode is removed using a plasma having an etching amount of several tens of Å, the insulating layer or It is possible to prevent irregular secondary light emission without damaging the electrode or the like. Therefore, it is possible to prevent the fall of color reproducibility and contrast, and it is possible to provide a display element with improved light emission quality (display quality).

Claims (3)

탄소나노튜브, 흑연 나노파이버 또는 실리콘 나노와이어 등의 나노물질을 이용하여 전자방출부를 형성하고,Form an electron emission part using nanomaterials such as carbon nanotubes, graphite nanofibers, or silicon nanowires, 플라즈마를 이용한 세정을 실시하여 격벽의 내부나 전극의 표면 등의 구조물에 잔류된 나노물질을 제거하는 과정을 포함하는 전자방출소자 제조방법.A method of manufacturing an electron-emitting device comprising performing a cleaning process using a plasma to remove nanomaterials remaining in a structure such as the inside of a partition or the surface of an electrode. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 전자방출부를 2∼3㎛ 높이의 후막으로 형성하는 경우에는 플라즈마를 이용한 세정을 실시한 다음, 전자방출부에 대한 활성화처리를 행하는 과정을 더 포함하는 전자방출소자 제조방법.In the case of forming the electron emitting portion into a thick film having a height of 2 to 3㎛, after the cleaning using plasma, and further comprising the step of performing an activation process for the electron emitting portion. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 전자방출부를 1㎛ 이하 높이의 박막 성장으로 형성하는 경우에는 플라즈마를 이용한 세정을 하기 전에 금속 등의 물질로 전자방출부에 보호층을 형성하는 과정을 더 포함하는 전자방출소자 제조방법.If the electron emission portion is formed by the growth of a thin film having a height of 1 μm or less, further comprising forming a protective layer on the electron emission portion with a material such as a metal before cleaning with plasma.
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