KR20070003467A - 면광원장치와 이를 포함하는 액정표시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 면광원 장치와 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 면광원장치는 하부 기판과, 상기 하부 기판에 형성되어 있는 캐소드 전극과, 상기 캐소드 전극과 전기적으로 연결되어 있는 에미터 팁용 탄소나노튜브와 상기 하부 기판에 대향하여 위치하는 상부 기판 및 상부 기판에 형성되어 있는 형광층과 애노드 전극을 포함한다. 본 발명에 따라 수은을 사용하지 않으면서도 효율이 우수한 면광원 장치와 이를 포함하는 액정표시장치가 제공된다.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치의 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 캐소드 전극에서 탄소나노튜브를 성장시킨 모습을 보여주는 전자현미경 사진들이다.
도 6 은 원료가스 비율에 따라 캐소드 전극에서 탄소나노튜브를 성장시킨 모습을 보여주는 전자현미경 사진들이다.
도 7은 플라즈마 전압의 크기에 따라 캐소드 전극에서 탄소나노튜브를 성정시킨 모습을 보여주는 전자현미경 사진들이다.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치 제조 방법을 나타낸 단면도들이다.
* 도면의 주요부에 대한 부호의 설명
100 : 상부 샤시 200 : 액정표시패널
300 : 광학부재 400 : 면광원장치
500 : 하부 샤시 20 : 캐소드 전극
50 : 탄소나노튜브
본 발명은 면광원장치와 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전계방출 형식의 면광원장치와 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 종래의 CRT를 대신하여 액정표시장치(LCD), PDP(plasma display panel), OLED(organic light emitting diode) 등의 평판표시장치가 많이 개발되고 있다.
이 중 널리 사용되고 있는 액정표시장치는 박막트랜지스터 기판, 컬러필터 기판 그리고 양 기판 사이에 주입되어 있는 액정을 포함하는 액정표시패널을 가지고 있다. 액정표시패널은 비발광소자이기 때문에 박막트랜지스터 기판의 후면에는 빛을 공급하기 위한 백라이트 유닛이 위치한다. 백라이트 유닛에서 조사된 빛은 액정의 배열상태에 따라 투과량이 조정되어, 액정표시장치에서 이미지 표현을 위한 계조를 표현할 수 있다.
백라이트 유닛에 사용되는 광원으로는 냉음극형광램프(CCFL), 외부전극형광램프(EEFL), 면광원인 FFL(flat fluorescent lamp) 등이 있다. 이들 광원은 플라즈마 현상을 이용한 것으로 램프 내부에는 수은, 네온, 아르곤 등의 방전가스가 봉입되어 있다. 램프의 전극에 고전압을 가하면 전극으로부터 전계에 의해 전자가 방출된다. 방출된 전자는 수은을 여기시키고, 여기된 수은으로부터 자외선이 발생된다. 발생된 자외선은 형광층에 의하여 가시광선으로 변환되어 외부로 방출된다. 그런데 최근 수은이 환경규제의 대상이 되면서 수은을 사용하지 않는 광원에 대한 요구가 증가하고 있다.
본 발명의 목적은 수은을 사용하지 않는 전계방출 형식의 면광원장치와 이를 포함하는 액정표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 형식의 면광원 장치는 탄소나노튜브로 이루어진 에미터용 팁과, 단위면적당 전하 변화율(Charge transition rate)이 10^(-6.1) A/cm2 이하인 캐소드 전극을 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전계 방출 형식의 면광원 장치는 탄소나노튜브로 이루어진 에미터용 팁과, 상기 에미터용 팁의 상단 주변을 둘러싸고 있는 게이트 전극 및 상기 게이트 전극 상에 존재하는 탄소나노튜브 성장을 위한 촉매금속을 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전계 방출 형식의 면광원 장치는 하부기판과 하부기판에 적어도 2중층으로 형성되어 있는 캐소드 전극 그리고 캐소드 전극 상에 성장된 에미터 팁용 탄소나노튜브 및 상기 하부기판에 대향하여 위치하며, 형광체와 투명전극을 갖는 상부기판을 포함한다.
상기 캐소드 전극의 일 실시예로 상기 캐소드 전극의 표면은 단위면적당 전 하 변화율(Charge transition rate)이 10^(-6.1) A/cm2 이하인 물질일 수 있다. 한편, 상기 캐소드 전극은 하부 캐소드 전극층 및 상부 캐소드 전극층으로 이루어진2중층으로 형성되어 있으며, 하부 캐소드 전극층은 게이트 전극과 같은 물질을 포함할 수 있다.
상기 게이트 전극의 일 실시예로 상기 게이트 전극은 단위면적당 전하 변화율이 10^(-6.0) A/cm2 이상인 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 상기 면광원 장치 상에 액정 표시패널을 더 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 상기 면광원 장치의 게이트 전극에 액정 표시 패널의 구동 프레임 주파수 또는 그 정수배에 해당하는 주파수를 갖는 전압이 인가될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 면광원 장치의 제조방법은 챔버 내에서, 선택적으로 하부기판의 캐소드 전극 상에 탄소나노튜브를 성장시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 면광원 장치의 제조방법은 하부기판에 적어도 하나의 층으로 이루어진 캐소드 전극을 형성하는 단계, 상기 캐소드 전극의 상부에 상기 캐소드 전극의 표면 일부를 노출시키는 개구를 갖는 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극의 상부 표면 및 캐소드 전극의 표면에 탄소나노튜브 성장을 위한 촉매 금속을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극의 개구부에 대응하 는 상기 캐소드 전극 영역에서만 선택적으로 에미터 팁용 탄소나노튜브를 성장시키는 단계, 상기 하부기판에 대향하여 위치하며, 형광체와 투명전극을 갖는 상부기판 구비하는 단계를 포함한다.
상기 촉매 금속을 형성하는 단계의 일 실시예로 상기 촉매 금속은 암모니아(NH3) 가스 분위기에서 전처리 될 수 있다.
상기 탄소나노튜브를 성장시키는 단계의 일 실시예로 상기 탄소나노튜브는 암모니아(NH3) 가스와 탄화 수소 가스 분위기에서 성장시킬 수 있다.
상기 면광원 장치 제조 방법의 일 실시예로, 상기 면광원 장치 제조 방법은 상기 게이트 전극 패턴을 형성하는 단계에서만 1회 사진식각 공정을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치 제조방법의 일 실시예로, 액정 표시장치 제조방법은 상기 면광원 장치 상에 광학 필름을 구비하는 단계, 상기 광학 필름 상에 액정 표시패널을 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하겠다.
여러 실시예에 있어서 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 부여하였으며, 동일한 구성요소에 대하여는 제1실시예에서 대표적으로 설명하고 다른 실시예에서는 생략될 수 있다.도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 분해 사시도이다.
액정표시장치(1000)는 액정표시패널(200), 액정표시패널(200)의 배면에 위치 한 광학부재(300), 광학부재(300)로 빛을 출사시키는 면광원장치(400)를 포함한다. 액정표시패널(200), 광학부재(300), 면광원장치장치(400)는 상부 샤시(100)와 하부 샤시(500)에 수용되어 있다.
액정표시패널(200)은 박막트랜지스터가 형성되어 있는 박막트랜지스터 기판(210)과 박막트랜지스터 기판(210)과 대면하고 있는 컬러필터 기판(220), 양 기판(210, 220)을 접합시키며 셀갭(cell gap)을 형성하는 실런트, 양 기판(210, 220)과 실런트 사이에 위치하는 액정층을 포함한다. 액정표시패널(200)의 액정층은 비발광소자이기 때문에 배면에 위치한 면광원장치(400)로부터 빛을 공급받아야 한다. 박막트랜지스터 기판(210)의 일측에는 구동신호 인가를 위한 구동부(250)가 마련되어 있다.
구동부(250)는 연성인쇄회로기판(FPC; 260), 연성인쇄회로기판(260)에 장착되어 있는 구동칩(270), 연성인쇄회로기판(260)의 타측에 연결되어 있는 회로기판(PCB, 280)을 포함한다. 도시된 구동부(250)는 칩온 필름(chip on film; COP), 테이프 케리어 패키지(tape carrier package;TCP), 칩온 글래스(chip on glass;COG) 등 공지의 방식 등이 적용될 수 있다. 또한 구동부(250)가 배선형성과정에서 박막트랜지스터 기판(210)에 형성되는 것도 가능하다.
액정표시패널(200)의 배면에 위치하는 광학부재(300)는 베이스 필름과 베이스 필름에 형성되어 있는 광학패턴을 포함할 수 있다. 경우에 따라, 광학부재(300)는 광확산 플레이트, 프리즘 시트 또는 리사이클링 필름이거나 이들의 조합일 수 있다.
액정표시패널(200)과 평행하게 배치되어 있는 베이스 필름은 투명한 재질로 이루어져 있다. 광학패턴은 렌즈 형태이며 액정표시패널(200)을 향하는 베이스 필름 면에 마련되어 있다. 베이스 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(poly ethylene terephtalate;PET), 폴리카보네이트(poly carbonate;PC), 싸이클릭 올레핀 폴리머(cyclic olefin polymer;COP) 등의 투명한 재질로 마련될 수 있다. 광학패턴은 베이스 필름과 동일한 재질로 마련될 수 있으며 베이스 필름과 일체로 형성되는 것도 가능하다. 광학패턴은 입사되는 빛을 확산시키는 역할을 하는 것으로서, 렌즈 형태 외에 비드(bead) 등 다양한 형태가 가능하다. 광학패턴은 베이스 필름 전면에 걸쳐 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치의 단면도이다.
면광원장치(400)는 전계방출(field emission)을 이용한 것으로서 서로 밀봉되어 방출 공간을 형성하는 하부 기판(10)과 상부 기판(90)을 포함한다. 하부 기판(10)과 상부 기판(90)은 유리 또는 쿼츠 등의 투명하고 절연성이 있는 재료로 만들어질 수 있다.
하부기판(10) 상에는 캐소드 전극(20)이 형성되어 있다. 캐소드 전극(20)은 단일층 또는 복층일 수 있으며, 전기 도전성을 갖는 금속물질을 포함할 수 있다..
하부기판(10)에는 상부로 돌출되어 있는 지지부(30), 지지부(30) 상에 위치하는 게이트 전극(40) 및 인접한 지지부(30)들 사이에는그루브가 형성되어 있다.
상기 그루브에 의해 캐소드 전극(20)의 표면이 노출되어 있다. 즉, 게이트 전극(40)이 형성되어 있는 영역과, 상기 게이트 전극(40) 사이의 캐소드 전극(20) 이 노출된 영역이 존재한다. 또한, 상기 캐소드 전극(20) 및 게이트 전극(40)은 면광원 장치 전면에 걸쳐 하나의 금속층일 수 있다. 이는 상기 면광원 장치가 구별되는 화소에서 각각의 이미지를 표시하는 표시장치와 달리, 면광원 장치 전면에서 단일 색상의 광을 출사하면 충분하기 때문이다.
상기 지지부(30)는 절연물질, 예컨대, 산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 또는 유기막일 수 있다.
상기 그루브에는 에미터 팁인 탄소나노튜브(50)가 그루브의 캐소드 전극(20) 상에 형성되어 있다. 상기 탄소나노튜브(50)는 캐소드 전극(20)으로부터 전압을 인가 받아 전자를 방출하는 역할을 한다. 탄소나노튜브(50)는 상기 캐소드 전극(20) 상에 성장시킬 수도 있고, 탄소나노튜브가 혼합된 고분자 페이스트를 이용하여 탄소나노튜브 에미터 팁(50)을 형성할 수도 있다.
게이트 전극(40)은 지지부(30) 상에 위치하는데, 탄소나노튜브(50)의 상측면에 위치하는 것이 바람직하다.
하부 기판(10)과 상부 기판(90) 사이의 방출 공간은 진공상태이기 때문에 양 기판(10, 90) 사이에는 서로 간의 간격을 유지하는 스페이서(60)가 필요할 수 있다.
상부 기판(90)에는 애노드 전극(80)과 형광층(70)이 순차적으로 형성되어 있다. 애노드 전극(80)은 투명한 도전체인 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide; ITO)나 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide; IZO) 등으로 이루어져 있으며 에미터 팁(50)에서 생성된 전자를 가속시키는 역할을 한다. 형광층(70)은 입사되는 전자와 반응하여 백색광을 발생시킨다. 형광층(70)은 적색, 녹색, 청색의 형광체가 혼합되어 있어, 면광원 전면에서 3파장 타입의 백색광이 출사될 수 있다. 이와 달리 형광층(70)은 각각 적색, 녹색, 청색의 형광체가 일정한 간격마다 배치되어 면광원 전면에서 3가지 색상의 광이 공급될 수도 있다. 이 때 3가지 색상의 광은 면광원장치(400)와 액정표시패널(200) 사이의 공간에서 혼합되어 백색광이 된다.
실시예와 달리 애노드 전극(80)은 상부 기판(90)의 외부에 형성될 수 있으며 이 때에는 애노드 전극(80)을 보호할 보호막이 필요하다. 보호막으로 질화실리콘막, 산화실리콘막 또는 투명한 고분자막 등이 사용될 수 있다.
한편, 게이트 전극(40)에는 특정 주파수를 갖는 전압이 인가될 수 있다. 게이트 전극(40)과 탄소나노튜브 팁(50) 사이의 전압차에 의해 전자가 방출되고, 상기 전자는 에노드 전극(80)에 인가되어 있는 전압에 의해 가속되어 형광체(70)와 충돌하게 된다. 게이트 전극(40)에 인가되는 전압의 주파수는 액정 패널의 구동 프레임 주파수와 동일하거나 정수배일 수 있다. 예컨대, 액정 패널의 프레임 주파수가 60Hz 또는 120Hz인 경우, 상기 게이트 전극(40)에 인가되는 전압의 주파수도 60Hz 또는 120Hz이거나 그 정수배일 수 있다. 이렇게 액정 패널의 프레임 주파수와 게이트 전극(40)에 인가되는 전압의 주파수를 일치시킴으로써, 인접한 이미지 사이에 어두운 이미지를 삽입할 수 있다. 이렇게 삽입된 어두운 이미지는 인접한 이미지 사이를 명확히 구별하여 액정표시장치의 화질을 개선시킬 수 있다.
통상, 캐소드 전극(20)에는 음의 전압이 인가되고, 게이트 전극(40)과 애노드 전극(80)에는 양의 전압이 인가된다. 게이트 전극(40)은 에미터 팁(50)에서 전 자가 방출될 수 있도록 하는 역할을 수행하며, 캐소드 전극(20)과 애노드 전극(80) 사이의 전압차에 의해 전자는 애노드 전극(80)을 향하여 가속되어 이동하게 된다.
도 3 내지 도 5는 캐소드 전극에서 탄소나노튜브를 성장시킨 모습을 보여주는 전자현미경 사진들이다.
본 도면과 같은 성장 결과를 얻기 위해 다양한 캐소드 전극 상에서 탄소나노튜브를 성장시켰다. 우선, 기판 상에 캐소드 전극과 탄소나노튜브 형성을 위한 촉매금속을 형성한 다음, 챔버 내에서 촉매금속의 전처리 및 탄소나노튜브를 성장시킨다. 탄소나노튜브 성장을 위한 촉매금속으로 니켈(Ni)을 사용하였고, 촉매금속의 전처리는 암모니아 플라즈마를 이용하였으며, 탄소나노튜브 성장을 위해 암모니아(NH3)와 아세틸렌(C2H2)의 혼합 플라즈마를 사용하였다. 촉매 금속으로 니켈(Ni) 이외에 철(Fe)이나 코발트(Co) 등도 사용할 수 있다. 또한, 글래스(Glass)를 기판으로 사용하므로 공정은 500℃ 이하에서 수행되었다.
도 3을 참조하면, 캐소드 전극으로 각각 백금(Pt)(도 3a), 크롬(Cr)(도 3b) 그리고 텅스텐(W)(도 3c)을 사용하였다. 도 4를 참조하면, 캐소드 전극으로 각각 몰리브덴-텅스텐 합금(MoW)(도 4a), 몰리브덴(Mo)(도 4b), 은(Ag)(도 4c), 구리(Cu)(도 4d) 그리고 알루미늄(Al)(도 4e) 을 사용하였다. 도5를 참조하면, 캐소드 전극으로 각각 티타늄(Ti)/백금(Pt)(도 5a) 그리고 티타늄(Ti)/크롬(Cr)(도 5c)을 사용하였다. 상기 도 3 내지 5에서, 니켈(Ni)은 촉매 금속이고, 글래스(Glass)와 니켈(Ni) 사이의 금속은 캐소드 전극을 나타낸다.
도면에서와 같이 도 3에서 사용한 캐소드 전극 상에서는 탄소나노튜브가 성장되지 않는 것이 관찰되었으며, 도 4내지 도 5에서 사용한 캐소드 전극 상에서는 탄소나노튜브가 성장되는 것으로 관찰되었다.
한편, 플로팅 금속에서 전류밀도와 탄소나노튜브 성장 여부를 표로 정리하면 다음과 같다.
(전류밀도의 단위는 A/Cm2임)
(본 표에서 전류밀도는 log rate이므로 예컨대, -3.0의 실제값은 10-3.0임)
상기 표 1 에서 전류밀도는 전기적으로 고립되어 있는(플로팅 상태에 있는) 금속(Floating metal)에서 단위면적당 전하의 변화율을 나타낸다. 즉, 플라즈마 가스 등에 의해 전하가 대전된 금속에서 금속 표면 전하의 변화율이나 금속에서 전하 축적 등의 변화율을 나타낸다. 또한, 탄소나노튜브 성장 여부는 도 3내지 도 5의 실험 결과를 반영하여 표시하였다. 표 1 에서 공백부분은 정확한 전류밀도를 알 수 없거나 탄소나노튜브 성장 여부를 알 수 없는 경우이다.
표 1과 탄소나노튜브 성장 여부에 따라, 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 철(Fe), 금(Au), 텅스텐(W), 크롬(Cr) 등을 포함하는 제 1 그룹, 은(Ag), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 탄탈륨(Ta), 비스무트(Bi), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 몰리브덴-텅스텐 합금(MoW)를 포함하는 제 2 룹으로 나눌 수 있다. 즉, 제 1 그룹은 플로팅 금속에서 단위면적당 전하의 변화율이 10^(-6.0) [A/Cm2]이상인 금속과 Cr를 포함하고, 제 2 그룹은 전류밀도가 10^(-6.1)[A/Cm2]이하인 금속과 MoW를 포함한다.
한편, 도 5를 참조하면, 제 1 그룹에 속하는 백금(Pt)나 크롬(Cr)을 하부 금속층으로 형성하고, 제 2 그룹에 속하는 티타늄(Ti)을 상부 금속층으로 형성한 경우, 탄소나노튜브가 성장되는 것으로 관찰되었다. 즉, 하부 금속층의 종류와 상관없이 상부 표면의 금속층에 따라 탄소나노튜브가 성장되었다.
도 6 은 원료가스 비율에 따라 캐소드 전극에서 탄소나노튜브를 성장시킨 모습을 보여주는 전자현미경 사진들이다.
탄소나노튜브 성장을 위해, 암모니아와 탄화수소의 혼합 플라즈마를 이용하여 탄소나노튜브를 성장시킨다. 본 실험에서는 탄화수소 가스로 아세틸렌(C2H2) 가스를 사용하였다.
도 6을 참조하면, 각각의 도면은 암모니아(NH3) 가스 대 아세틸렌(C2H2) 가스의 부피 비율에 따른 도면이다. 도 6a 내지 도 6d는 각각 암모니아 가스 대 아세틸렌 가스의 부피비가 1:1, 2:1, 4:1 및 6:1일 때의 탄소나노튜브의 성장모습을 보여주는 전자현미경 사진들이다. 예를 들어, 2 : 1은 암모니아 가스 2 부피 대 아세틸렌 가스 1 부피에 대응되는 표현이다.
암모니아(NH3) 가스와 아세틸렌(C2H2) 가스의 부피 비율(NH3 : C2H2)은 1 ~4 : 1범위에서 탄소나노튜브가 수직으로 성장함을 관찰할 수 있었다. 상기 부피 비율은 SCCM(Standard Cubic Cm) 단위이다. 1 SCCM은 표준 상태 (0℃, 1기압)에서 1 Cm3을 의미한다. 특히, 도면에서 나타낸 바와 같이 암모니아(NH3) 가스와 아세틸렌(C2H2) 가스의 부피 비율(NH3 : C2H2)이 2 : 1인 경우에 수직으로 성장함을 관찰하였다.
도 7은 플라즈마 전압의 크기에 따라 캐소드 전극에서 탄소나노튜브를 성장 시킨 모습을 보여주는 전자현미경 사진들이다. 도 7a 및 도 7b는 각각 400V 및 40V의 플라즈마 전압을 인가했을 때의 탄소나노튜브의 성장 모습을 나타내는 사진들이다.
도 7을 참조하면, 플라즈마 전압이 낮을 때(도 7b)보다 높을 때(7a) 탄소나노튜브가 수직 성장함을 관찰 할 수 있다. 특히, 400V이상의 전압에서 수직으로 성장함이 관찰되었다.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치 제조 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 8을 참조하면, 기판(200) 상에 캐소드 전극(211)을 형성한다. 캐소드 전극은 하부 캐소드 전극층(205) 및 상부 캐소드 전극층(210)이 순차적으로 형성된 2중층 구조를 갖는다. 이 때 캐소드 전극(211)은 제 2 그룹에 속하는 금속을 상부 캐소드 전극층(210)에 형성한다. 예컨대, 은(Ag), 납(Nb), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 탄탈륨(Ta), 비스무트(Bi), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 등 전류밀도가 10^(-6.0)[A/Cm2]이하인 금속과 몰리브덴-텅스텐 합금(MoW) 중 선택된 어느 하나를 상부 캐소드 전극층(210)으로 형성할 수 있다.
또한, 캐소드 전극(211)을 이중층으로 형성하는 경우, 제 1 그룹 또는 제 2 그룹에 속하는 금속을 하부 캐소드 전극층(205)으로 형성하고 그 상부에 제 2 그룹에 속하는 금속을 상부 캐소드 전극층(210)으로 형성할 수 있다. 구체적으로 하부 캐소드 전극층(205)으로 크롬(Cr)을 사용하고 상부 캐소드 전극층(210)으로 티타늄(Ti)을 사용할 수 있다.
통상 금속층의 형성은 스퍼터링 등의 방법이 이용될 수 있다.
본 발명에서 캐소드 전극(211)은 전체적으로 전기적으로 연결되어 있는 금속으로 형성되며 단락되어 고립된 영역이 별도로 존재하지 않는다.
캐소드 전극(211)이 형성된 하부기판(200) 상에 절연막(215)과 게이트 전극층(220) 및 포토레지스트층(225)을 더 형성한다.
도 9를 참조하면, 상기 게이트 전극층(220)을 사진식각 공정을 통해 패턴화한다. 사진식각 공정은 노광기를 통해 게이트 전극층(220) 상부에 형성된 포토레지스트층(225)을 현상하는 포토공정과 현상된 포토레지스트층(225)을 식각 하여 포토레지스트 패턴(225)을 형성하는 식각공정으로 이루어진다. 이후 상기 포토레지스트 패턴(225)을 마스크로 게이트 전극층(220)을 식각 한다. 상기 게이트 전극(220)은 제 1 그룹에 속하는 금속으로 형성한다. 한편, 게이트 전극(220)은 제 1 그룹에 속하는 금속으로 형성하되, 상기 도 8에서와 같이 크롬(Cr)을 사용하거나 캐소드 전극의 하부 전극(205)과 같은 금속을 사용할 수 있다. 이는 같은 금속물질을 사용함으로써, 공정상의 비용절감을 꾀할 수 있기 때문이다. 한편, 상기 절연막(215)은 유기막이나 산화실리콘막 또는 질화실리콘막 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서 패턴된 게이트 전극(220)은 전체적으로 전기적으로 연결되어 있는 금속으로 형성되며, 단락되어 고립된 영역이 별도로 존재하지 않는다. 이는 본 발명의 면광원 장치가 전체적으로 균일한 광을 출사하기만 하면 되므로, 개별 구동되는 화소들이 존재할 필요가 없기 때문이다.
도 10을 참조하면, 상기 패턴된 게이트 전극(220)을 마스크로 절연막(215)을 식각하여 캐소드 전극(210)을 노출시킨다. 상기 절연막(215)의 식각은 건식 식각이나 습식식각 방법을 사용할 수 있다. 습식식각 방법을 사용하는 경우, 등방성 식각이 일어나므로 게이트 전극(220) 하부 일정 영역까지 절연막(215)이 식각 되는 언더컷(Undercut)이 발생된다.
도 11을 참조하면, 게이트 전극(220) 및 노출된 캐소드 전극(210)이 존재하는 하부 기판(200) 상에 탄소나노튜브 촉매 금속(225)을 전체적으로 형성한다. 촉매 금속(225)으로 통상 니켈(Ni)이나 철(Fe), 코발트(Co) 등이 사용될 수 있으며, 스퍼터링 등의 방법으로 형성될 수 있다.
도 12를 참조하면, 촉매 금속(225)이 형성된 하부 기판(200)을 전처리 한다. 전처리 과정을 통해 촉매 금속(225)이 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역으로 나뉜다. 통상, 전처리 과정에는 암모니아 플라즈마가 사용되는데, 이를 통해 촉매 금속(225)은 탄소나노튜브를 성장시키기 위한 씨드(225; Seed)가 된다.
도 13을 참조하면, 촉매 금속 씨드(225; Seed)를 기반으로 탄소나노튜브(230)를 성장시킨다. 탄소나노튜브(230)는 암모니아와 탄화수소의 혼합 플라즈마를 이용하여 성장시킨다. 탄화수소는 아세틸렌일 수 있다. 탄소나노튜브(230)의 성장은 제 2 그룹에 속하는 금속 표면 상에 촉매금속(225)이 존재하는 영역에서만 성장하므로, 제 1 그룹에 속하는 게이트 전극(220) 상에 촉매금속(225)이 존재하더라도 탄소나노튜브가 성장되지 않는다. 따라서, 게이트 전극(225)으로 둘러싸인 캐소드 전극(210) 영역에서만 탄소나노튜브(230)가 성장하게 된다.
상기 도 12내지 도 13의 과정은 동일 챔버 내에서 외부의 공기에 노출 없이 인-시츄(In-situ)로 진행될 수 있으며, 도 8내지 도 13의 과정은 한번의 포토 공정 만으로 진행될 수 있다.
이후 투명전극과 형광층이 형성된 상부 기판과 탄소나노튜브가 성장된 하부 기판을 결합하여 면광원 장치를 형성한다. 이때 상부기판과 하부기판 사이에 스페이서가 형성될 수 있다.
본발명에 따른 면광원장치(400)의 사용은 액정표시장치(1000)의 백라이트에 한정되지 않으며, 예를 들어, 일반조명으로 사용될 수도 있다.
비록 본발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 본발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 수은을 사용하지 않는 전계 발광 형식의 면광원 장치 및 상기 면광원 장치를 포함하는 액정 표시장치가 제공된다.
Claims (20)
- 하부기판;상기 하부기판 상에 적어도 2중층으로 형성되어 있는 캐소드 전극;상기 캐소드 전극 상에 성장된 에미터 팁용 탄소나노튜브; 및상기 하부기판에 대향하여 위치하며, 형광체와 투명전극을 갖는 상부기판을 포함하되,상기 캐소드 전극의 상부 표면층은 은(Ag), 납(Nb), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 탄탈륨(Ta), 비스무트(Bi), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 및 몰리브덴-텅스텐 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캐소드 전극과 절연되며, 상기 캐소드 전극 상부에 형성되는 게이트 전극을 더 포함하는 면광원 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 게이트 전극은 납(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 철(Fe), 금(Au), 텅스텐(W) 및 크롬(Cr)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캐소드 전극은 2중층으로 이루어져 있으며, 하부 캐 소드 전극층은 크롬을 포함하고 상부 캐소드 전극층은 티타늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
- 제 4 항에 있어서, 하부 캐소드 전극층은 게이트 전극과 같은 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 면광원 장치 상에 배치된 액정 표시패널을 더 포함하는 액정 표시 장치.
- 하부기판;상기 하부기판 상에 적어도 하나의 층으로 형성되어 있는 캐소드 전극;상기 캐소드 전극 상부에, 상기 캐소드 전극과 절연되며 상기 캐소드 전극의 표면 일부를 노출시키는 개구를 갖는 게이트 전극;상기 게이트 전극의 상부 표면에 탄소나노튜브 성장을 위한 촉매 금속층;상기 게이트 전극의 개구에 대응하는 상기 캐소드 전극 상에서 성장된 에미터 팁용 탄소나노튜브; 및상기 하부기판에 대향하여 위치하며, 형광체와 투명전극을 갖는 상부기판을 포함하는 면광원 장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 캐소드 전극은 하부 캐소드 전극층 및 상부 캐소드 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
- 제 8 항에 있어서, 상기 하부 캐소드 전극층은 게이트 전극과 동일한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
- 하부기판에 적어도 하나의 층으로 이루어진 캐소드 전극을 형성하는 단계;상기 캐소드 전극의 상부에 상기 캐소드 전극과 절연되며 상기 캐소드 전극 표면 일부를 노출시키는 개구를 갖는 게이트 전극을 형성하는 단계;상기 게이트 전극의 상부 표면 및 상기 게이트 전극의 개구에 대응하는 캐소드 전극의 표면에 탄소나노튜브 성장을 위한 촉매 금속층을 형성하는 단계;상기 게이트 전극의 개구에 대응하는 상기 캐소드 전극 상에 에미터 팁용 탄소나노튜브를 성장시키는 단계; 및상기 하부기판에 대향하여 위치하며, 형광체와 투명전극을 갖는 상부기판 구비하는 단계를 포함하는 면광원 장치 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 캐소드 전극과 절연되며, 상기 캐소드 전극 상부에 게이트 전극을 형성하는 단계는,상기 캐소드 전극 상에 절연 물질층을 형성하는 단계;상기 절연 물질층 상에 게이트 전극 패턴을 형성하는 단계; 및상기 게이트 전극 패턴을 마스크로 하여 상기 절연 물질층을 식각하여 캐소 드 전극 표면을 노출시키는 단계를 포함하는 면광원 장치 제조방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는,크롬층을 형성하는 단계; 및상기 크롬층 상에 티타늄층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 면광원 장치 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 게이트 전극은 크롬층인 것을 특징으로 하는 면광원 장치 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 암모니아(NH3) 가스 분위기에서 상기 촉매 금속을 전처리하는 단계를 더 포함하는 면광원 장치 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 탄소나노튜브를 성장시키는 단계는 암모니아(NH3) 가스와 아세틸렌(C2H2) 가스 분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 면광원 장치 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서, 탄소나노튜브를 성장시키는 단계에서 상기 암모니아(NH3) 가스와 아세틸렌(C2H2) 가스의 부피 비율(NH3 : C2H2)은 2 : 1 인 것을 특징으 로 하는 면광원 장치 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서, 탄소나노튜브를 성장시키는 단계는 400V 이상의 플라즈마 전계가 인가된 상태에서 성장시키는 것을 특징으로 하는 면광원 장치 제조 방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 면광원 장치 제조 방법은 상기 게이트 전극 패턴을 형성하는 단계에서만 1회의 포토 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 면광원 장치 제조방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 면광원 장치 상에 액정 표시패널을 배치하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치 제조방법.
- 하부기판, 상기 하부기판에 크롬층 및 티타늄층을 포함하는 캐소드 전극, 상기 캐소드 전극 상부에, 상기 캐소드 전극과 절연되며 상기 캐소드 전극의 표면 일부를 노출시키는 개구를 갖는 크롬으로 이루어진 게이트 전극, 상기 게이트 전극의 개구에 대응하는 상기 캐소드 전극 상에서 성장된 에미터 팁용 탄소나노튜브, 상기 하부기판에 대향하여 위치하며, 형광체와 투명전극을 갖는 상부기판으로 이루어진 면광원 장치;상기 면광원 장치 상부에 위치하는 액정 표시 패널; 및상기 면광원 장치와 액정 표시 패널 사이에 개재된 광학시트를 포함하는 액정 표시장치.
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