KR100853246B1 - Manufacturing method of field emission array - Google Patents
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Abstract
Description
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 1 및 도 2는 종래기술에 따른 전계방출소자를 제조하는 모습을 나타내는 흐름도이다.1 and 2 are a flow chart showing a state of manufacturing a field emission device according to the prior art.
우선 도 1을 참조하면, 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD)을 이용하여 기판상에 CNT를 성장시키는 방법이 제시되고 있다. 도 1의 (a) 내지 (d)는 CVD를 이용하여 CNT 에미터 어레이를 제조하는 종래의 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.First, referring to FIG. 1, a method of growing CNTs on a substrate using chemical vapor deposition (CVD) has been proposed. 1A to 1D are cross-sectional views illustrating a conventional method for manufacturing a CNT emitter array using CVD.
먼저, 도 1의 (a)를 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
그 후, 도 1의 (b)에 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
다음으로, 도 1의 (c)에 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
다음으로, 도 1의 (d)에 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, the
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 2를 참조하면, 페이스트법에 의한 전계방출소자를 제조하는 방법이 제시되어 있다.Next, referring to FIG. 2, a method of manufacturing the field emission device by the paste method is presented.
먼저, 도 2의 (a)에 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
이후에, 도 2의 (b)에 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 shown in FIG. 2B, an electron-emitting
그 다음, 도 2의 (c)에 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. 2 (c), the
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 CVD, 스퍼터링(sputtering)과 같은 박막공정 및 패턴형성을 위한 포토리소그래피 공정을 수행하지 않고, 생산성 및 재현성을 확보할 수 있는 전계방출소자 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a method of manufacturing a field emission device capable of securing productivity and reproducibility without performing a thin film process such as CVD and sputtering and a photolithography process for pattern formation.
본 발명의 일 측면에 따르면, 은 페이스트(silver paste)와 탄소나노튜브(CNT)가 분산된 분산액을 전도성 기판의 일면에 도포하는 단계; 분산액을 경화시켜 기판의 일면에 자성물질층을 형성하는 단계; 초이온 전도체(superionic conductor)를 포함하여 이루어지고, 일면에 소정의 양각패턴이 형성되며, 타면에는 전극이 형성된 스탬퍼(stamper)를 로딩하는 단계; 양각패턴과 자성물질층을 접촉시키는 단계; 및 전극과 자성물질층에 전압을 인가하는 단계를 포함하는 전계방출소자 제조방법을 제공할 수 있다.According to an aspect of the invention, the step of applying a dispersion of silver paste (silver paste) and carbon nanotubes (CNT) dispersed on one surface of the conductive substrate; Curing the dispersion to form a magnetic material layer on one surface of the substrate; Comprising a superionic conductor (superionic conductor), a predetermined embossed pattern is formed on one surface, the other side is loaded with a stamper (electrode) is formed; Contacting the relief pattern with the magnetic material layer; And it may provide a method for manufacturing a field emission device comprising applying a voltage to the electrode and the magnetic material layer.
스탬퍼는 황화은(Ag2S)을 주된 재질로 하여 이루어질 수 있으며, 전극과 자성물질층에 전압을 인가하는 단계는, 전극에 양(+)전압을 인가하고 자성물질층에 음(-)전압을 인가함으로써 수행될 수 있다.The stamper may be made of silver sulfide (Ag 2 S) as a main material, and applying voltage to the electrode and the magnetic material layer may include applying a positive voltage to the electrode and applying a negative voltage to the magnetic material layer. It can be done by applying.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 초이온 전도체를 이용한 임프린팅을 통하여 패턴을 형성함으로써, 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, by forming a pattern by imprinting using a superion conductor, without performing a thin film process such as CVD, sputtering and photolithography process for pattern formation, productivity and reproducibility It can be secured.
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, 동일하거나 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 제조방법을 나타내는 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a field emission device according to an aspect of the present invention.
먼저, 은 페이스트(silver paste)와 탄소나노튜브(CNT)가 분산된 분산액(51)을 전도성 기판의 일면에 도포한다(S110). 탄소나노튜브와 은 페이스트가 1:100의 부피 비로 분산된 분산액(51)을, 도 4에 도시된 바와 같이 마스크(31)와 스퀴지(32)를 이용한 스크린 인쇄 방식을 이용하여 전도성 기판(40)의 일면에 도포할 수 있다. 본 실시예에서는 스크린 인쇄 방식을 제시하였으나, 스크린 인쇄 방식 이외의 다양한 방법을 이용하여 전도성 기판(40)의 일면에 분산액(51)을 도포할 수 있음은 물론이며, 탄소나노튜브(20)와 은 페이스트의 비율 역시 필요에 따라 변경될 수 있음 또한 당연하다.First, a
분산액(51)을 도포한 다음, 분산액(51)을 경화시켜 기판의 일면에 자성물질층(50)을 형성한다(S120). 이러한 경화공정은 열처리를 통하여 실시될 수 있다. 예를 들면, 전도성 기판에 도포된 분산액(51)을 100℃에 1시간 동안 노출시킬 수 있다.After applying the
이러한 과정을 통하여 기판에 자성물질층(50)이 형성된 모습이 도 5에 도시되어 있다.The
이렇게 전도성 기판(40)의 일면에 자성물질층(50)을 형성한 다음, 일면에는 소정의 양각패턴(62)이 형성되고, 타면에는 전극(64)이 형성된 스탬퍼(60)를 로딩한다(S130). 이러한 스탬퍼(60)를 이용하여, 자성물질층(50)에 소정의 패턴을 형성하기 위한 임프린팅 공정을 수행할 수 있게 된다.After forming the
이 때, 스탬퍼(60)는 초이온 전도체(superionic conductor)로 이루어질 수 있다. 즉, 본 실시예에의 스탬퍼(60)는 모바일 양이온을 갖는 초이온 전도체를 이용하여 만들어진 황화은(Ag2S)으로 이루어질 수 있는 것이다.At this time, the
도 6에 도시된 바와 같이, 자성물질층(50)을 향하는 스탬퍼(60)의 하면에는 소정의 양각패턴(62)이 형성될 수 있으며, 이후의 임프린팅 공정에 의해 자성물질층(50)에는 양각패턴(62)에 상응하는 음각패턴(도 7의 52)이 형성될 수 있다.As shown in FIG. 6, a
다음으로, 스탬퍼(60)의 하면에 형성된 양각패턴(62)과 자성물질층(50)을 접촉시키고(S140), 스탬퍼(60)의 상면에 형성된 전극(64)과 자성물질층(50)에 전압을 인가한다(S150). 이 때, 자성물질층(50)은 음극이 되고, 스탬퍼(60) 상면에 형성된 전극은 양극이 될 수 있다.Next, the embossed
스탬퍼(60)의 상면에 형성된 전극(64)과 자성물질층(50)에 전압이 인가되면, 양각패턴(62)과 자성물질층(50)이 접촉하는 계면에서 고상전기화학반응(solid-state electric chemical reaction)이 발생하게 된다. 즉, 전압의 인가로 인하여 계면에서 전위차가 발생하게 되는데, 이러한 전위차는 자성물질층(50)에 함유된 은의 산화를 유발하게 되며, 그 결과 모바일 은 이온이 생성되는 것이다.When voltage is applied to the
이렇게 생성된 모바일 은 이온은 초이온 전도체인 스탬퍼(60)를 통과해 양극으로 이동할 수 있게 되며, 이러한 과정을 통해, 양각패턴(62)과 접촉하는 자성물질층(50)의 일부가 점차 제거될 수 있게 된다.The generated mobile silver ions can move to the anode through the
이 때, 자성물질층(50) 일부의 제거에도 불구하고, 계속적인 전기적 접촉이 유지될 수 있도록 하기 위하여, 스탬퍼(60)에 소정의 압력을 제공할 수도 있다.At this time, despite removing part of the
이러한 과정을 통하여, 자성물질층(50)에는 스탬퍼(60)의 하면에 형성된 양각패턴(62)에 상응하는 음각패턴(52)이 형성될 수 있게 된다. 음각패턴이 형성된 자성물질층(50')의 모습이 도 7에 도시되어 있다.Through this process, the
본 실시예에서와 같이, 전기화학적인 임프린팅 공정을 이용하여 자성물질층에 소정의 패턴을 형성하는 경우, 전계방출소자의 대량생산에 유리할 수 있으며, 동일한 구조의 패턴을 반복적으로 형성할 수 있어 재현성 확보에 유리한 효과를 나타낼 수 있게 된다.As in the present embodiment, when a predetermined pattern is formed on the magnetic material layer by using an electrochemical imprinting process, it may be advantageous for mass production of the field emission device, and the pattern having the same structure may be repeatedly formed. It is possible to exhibit an advantageous effect to ensure reproducibility.
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 존재한 다.Many embodiments other than the above-described embodiments are within the scope of the claims of the present invention.
도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 전계방출소자 제조방법을 나타내는 흐름도.1 and 2 are a flow chart showing a method for manufacturing a field emission device according to the prior art.
도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 전계방출소자 제조방법을 나타내는 순서도.3 is a flow chart showing a method for manufacturing a field emission device according to an aspect of the present invention.
도 4는 기판에 분산액을 도포하는 모습을 나타내는 공정도.4 is a process chart showing how a dispersion is applied to a substrate.
도 5는 기판에 자성물질층이 형성된 모습을 나타내는 단면도.5 is a cross-sectional view showing a state in which a magnetic material layer is formed on a substrate.
도 6은 도 5의 자성물질층에 임프린팅을 수행하는 모습을 나타내는 도면.FIG. 6 is a view illustrating a state in which imprinting is performed on the magnetic material layer of FIG. 5. FIG.
도 7은 자성물질층에 소정의 패턴이 형성된 모습을 나타내는 단면도.7 is a cross-sectional view showing a predetermined pattern formed on the magnetic material layer.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
20: 탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT)20: carbon nanotube (CNT)
40: 전도성 기판 50, 50': 자성물질층40:
52: 음각패턴 60: 스탬퍼52: engraved pattern 60: stamper
62: 양각패턴 64: 전극62: embossed pattern 64: electrode
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |