(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出物質と、
ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル誘導体又はポリビニルピロリドンである分散剤と、
シラン系化合物又はコロイド性シリカであるバインダと、水と、を含むフィールドエミッションディスプレイ用エレクトロンエミッタ組成物であって、
前記電子放出物質は組成物全体の１０ないし２０重量％、前記分散剤は１ないし３重量％、前記バインダは１ないし５重量％、前記水は７２ないし８８重量％含むフィールドエミッションディスプレイ用エレクトロンエミッタ組成物。
【請求項２】
前記電子放出物質は、グラファイト粉末、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）、ナノチューブ（Ｎａｎｏｔｕｂｅ）、カーボンファイバーパウダー、ボロンニトリドパウダー、アルミニウムニトリドパウダーからなる群から選択される１つ以上の化合物であることを特徴とする請求項１に記載のフィールドエミッションディスプレイ用エレクトロンエミッタ組成物。
【請求項３】
前記グラファイト粉末は、粒径が０．５ないし３μｍである請求項２に記載のフィールドエミッションディスプレイ用エレクトロンエミッタ組成物。
【請求項４】
電極が形成された後面プレート（カソードプレート）上にフォトレジスト組成物を塗布して乾燥してフォトレジスト膜を形成する工程と、
マスクを用いて前記フォトレジスト膜を所定のパターンに露光、現像させる工程と、電子放出物質、バインダ、分散剤、水を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載のエレクトロンエミッタ組成物を前記の現像されたフォトレジスト膜に塗布して乾燥して電子放出物質膜を形成する工程と、
前記電子放出物質膜をエッチングしてフォトレジスト膜を露出させる工程と、前記の露出されたフォトレジスト膜をストリッピング（Ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ）させた後、前記電子放出物質膜を洗浄及び乾燥する工程と、
を含むフィールドエミッションディスプレイ用エレクトロンエミッタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフィールドエミッションディスプレイ（field emission display、以下“ＦＥＤ“と称する）用エレクトロンエミッタ組成物とこれを利用したフィールドエミッションディスプレイ用エレクトロンエミッタの製造方法に係り、より詳しくは、平面タイプのエミッタを形成するためのエレクトロンエミッタ組成物と、これを利用したフィールドエミッションディスプレイ（Field Emission Display：ＦＥＤ）においてカソードの役割を果たす平面タイプのエレクトロンエミッタの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フィールドエミッションディスプレイ（Field Emission Display：ＦＥＤ）は平板表示装置（Flat Panel Display：ＦＰＤ）の一種であり、平板表示装置は従来の陰極線管に比べて重量及び体積が小さく、かつ、大画面用表示素子として適しており電力消費が少ないという利点があるため、現在、活発な研究開発が行われている。
【０００３】
このようなフィールドエミッションディスプレイの動作を図１に基づいて説明すると次の通りである。
フィールドエミッションディスプレイ１００は前面プレート２０、後面プレート３０、前記前面プレート２０と前記後面プレート３０とを囲んで支持するための側面隔壁４０、スペーサ５０から構成されており、その内部は約１×１０-7ｔｏｒｒの真空状態に維持されている。前記前面プレート２０はアノードプレートともいい、その内側面にはそれぞれの画素に必要なパルス電圧を印加するためにＩＴＯ電極６０がストライプ形に形成されており、前記ＩＴＯ電極上に画像を表示するための蛍光体パターン６２が形成されている。また、前記後面プレート３０はカソードプレートともいい、その内側面には前記前面プレート２０に形成されたＩＴＯ電極６０と直角方向にＡｇ又はＩＴＯ電極７０が形成されており、前記電極上に電子を放出するエレクトロンエミッタ７２がコーティングされている。このようなフィールドエミッションディスプレイ１００において、図示しない駆動回路によって前記ＩＴＯ電極６０、７０に画像信号が印加されると、両電極の間に形成された強い電界によってエレクトロンエミッタ７２が励起されて電子（図示しない）を放出し、このように放出された電子は真空状態に維持された空間を移動して前記蛍光体パターンを励起させることによって可視光線を発生させて画像を表示する。
【０００４】
このようなフィールドエミッションディスプレイ１００を製造するためには、まず、前面プレート２０にＩＴＯをスパッタリングしてエッチングしてストライプ形ＩＴＯ電極６０を形成し、側面隔壁４０用ペーストを適切な間隔をおいて並行に印刷して熱処理した後、印刷又はスピンコーティング法で前記ＩＴＯ電極６０上に蛍光膜を形成し、前記前面プレート２０の端部に封着用シーリングフリット（Sealing Frit）を塗布する。次いで、後面プレート３０にＩＴＯ又はＡｇをスパッタリング又はスクリーン印刷法で塗布してストライプ形ＩＴＯ又はＡｇ電極７０を形成し、側面隔壁４０用ペーストを適切な間隔をおいて並行に印刷して熱処理した後、前記電極７０上にエレクトロンエミッタ組成物をコーティングしてエレクトロンエミッタ７２を形成し、後面プレート３０の端部に封着用シーリングフリットを塗布する。
【０００５】
このように製造された前記前面プレート２０と前記後面プレート３０とを並行に重ねた後、適当な圧力を加えながら熱処理して封着し、真空排気することでフィールドエミッションディスプレイ１００を製造する。ここで、カソードの役割を果たすエレクトロンエミッタ７２は、モリブデン蒸着によるコーンタイプエミッタ（cone type emitter）、シリコンシャープニング（sharpening）によるコーンタイプエミッタ、ダイアモンド又はＤＬＣ（Diamond Like Carbon）を使用する平面タイプエミッタ（flat type emitter）などが使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
モリブデンを材料とするコーンタイプエミッタ、即ちスピンドット（spindt）タイプエミッタ又はシリコンを材料とするコーンタイプエミッタは、イオン衝撃又は残留ガスによるチップの損傷を最少化するために高真空（約１０-8ｔｏｒｒ程度）環境が要求され、このような環境が維持されない時にはエミッタチップ（tip）の損傷によって寿命特性が低下する。また、スパッタリング、露光、エッチングなどを含む薄膜工程を実施しなければならないので費用が高く、均一なエミッタを面積の大きな基板に形成することが難しい。
【０００７】
ダイアモンド又はＤＬＣを材料とする平面タイプエミッタを製造するためには、化学蒸着（chemical vapor deposition）、プラズマインヘンスド化学蒸着（plasma enhanced chemical vapor deposition）、レーザーエイブレーション蒸着（laser ablation deposition）などの方法が使用されており、これらの方法の場合には面積の大きなエミッタを製造することが難しく、均一なエミッタ面を提供することが難しい。また、工程条件が複雑であり、高価な設備が要求されるなど、作業性及び経済性においても不利な点がある。
【０００８】
本発明は前記問題点を解決するためのものであって、その目的は製造工程が簡単で大型装置の製作が容易なフィールドエミッションディスプレイ用エレクトロンエミッタ組成物及びこれを利用したエレクトロンエミッタの製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は安価な厚膜工程によって高精密度の大型エレクトロンエミッタパターンを形成することができるフィールドエミッションディスプレイ用エレクトロンエミッタ組成物及びこれを利用したエレクトロンエミッタの製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１から５に記載した点にある。特に、本発明は、電子放出物質と；ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル誘導体又はポリビニルピロリドンである分散剤と；シラン系化合物又はコロイド性シリカであるバインダと；水と；を含むフィールドエミッションディスプレイ用エレクトロンエミッタ組成物を提供するものである。
【００１０】
また、前記目的を達成するために本発明は、電極が形成された後面プレート（カソードプレート）上にフォトレジスト組成物を塗布して乾燥してフォトレジスト膜を形成する工程と；マスクを用いて前記フォトレジスト膜を所定のパターンに露光、現像させる工程と；電子放出物質、バインダ、分散剤、水を含むエレクトロンエミッタ組成物を前記の現像されたフォトレジスト膜に塗布して乾燥して電子放出物質膜を形成する工程と；前記電子放出物質膜をエッチングしてフォトレジスト膜を露出させる工程と；前記の露出されたフォトレジスト膜をストリッピングさせた後、洗浄及び乾燥する工程と；を含むフィールドエミッションディスプレイ用エレクトロンエミッタの製造方法を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のエレクトロンエミッタ組成物は、グラファイト粉末、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）、グラファイトシート（graphite sheet）が丸く巻かれたカーボンナノチューブ（Nanotube）、カーボンファイバーパウダーなどのカーボン物質、エネルギーバンドギャップが２．７〜４．５ｅＶであってバンドギャップが広い物質であるボロンニトリド（boron nitride：ＢＮ）パウダー、アルミニウムニトリド（aluminium nitride：ＡＩＮ）パウダーからなる群から選択される１つ以上の電子放出化合物、バインダ、分散剤、水を含む。前記ボロンニトリド、アルミニウムニトリドはダイアモンドと同様に負電子親和力（negative electron affinity：ＮＥＡ）効果によって電子を放出する物質である。
【００１２】
前記グラファイト粉末は粒径が０．５ないし３μｍ、より好ましくは０．５〜１μｍであるものを使用するのが好ましい。通常、グラファイトは商業的に流通するグラファイトを適正な大きさに粉砕して使用するので、０．５μｍ未満の粒径に粉砕するのは事実上難しい。粒径が３μｍを超える場合には粗いエミッタ表面を形成するのでエミッションが不均一になるという問題点が発生する。
【００１３】
また、前記電子放出物質は組成物全体の１ないし５０重量％含まれるのが好ましく、より好ましくは５ないし３０重量％含まれ、最も好ましくは１０ないし２０重量％含まれる。電子放出物質の含量が１重量％未満である場合には電子放出がほとんど行われず、５０重量％を超える場合にはエミッタ組成物の粘度が高すぎるために工程が容易ではない。
【００１４】
前記分散剤としてはポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル誘導体、ポリビニルピロリドンなどを使用することができ、前記バインダとしてはシラン系化合物、コロイド性シリカなどを使用することができる。
【００１５】
前記ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル誘導体やポリビニルピロリドンはエレクトロンエミッタ組成物中で電子放出物質を分散させる役割を果たす。この分散剤の含量は組成物全体の０．０１ないし２０重量％であるのが好ましく、より好ましくは、０．５ないし５重量％であり、最も好ましくは１ないし３重量％である。分散剤の含量が０．０１重量％未満である場合には組成物中の電子放出物質が均一に分散されないという問題点が発生し、２０重量％を超える場合には電子放出物質の電子放出が阻害されるおそれがある。
【００１６】
前記シラン系化合物やコロイド性シリカであるバインダは本発明による組成物を銀、インジウムチンオキシド（ＩＴＯ）などで形成したカソード電極上に付着させる作用をする。このバインダの含量は組成物全体の０．０１ないし５０重量％であるのが好ましく、より好ましくは１ないし２０重量％であり、最も好ましくは１ないし５重量％である。バインダの含量が０．０１重量％未満である場合にはエレクトロンエミッタがカソード電極から脱落しやすく、５０重量％を超える場合にはバインダが電子放出物質の電子放出作用を妨害するおそれがある。
【００１７】
本発明による組成物は分散媒として水を使用する。ここで、水は純水を使用するのが好ましく、使用量は組成物全体において前記電子放出物質、分散剤、バインダの量を除いた残りの分量である。
【００１８】
本発明によるエレクトロンエミッタ組成物を製造するために、電子放出物質、分散剤、純水を適正比率で混合した後、ジルコニウムボールなどでボールミルしながら約４８時間攪拌し、その後、バインダを添加して約６時間マグネチックバーで攪拌する。
【００１９】
このように製造したエレクトロンエミッタ組成物を使用して図１に示されているように、後面プレート３０（カソードプレート）上に平面タイプエレクトロンエミッタ７２を製造する。これを具体的に説明すると、まず、電極が形成された後面プレート（カソードプレート）上にフォトレジストを塗布してから露光、現像させてパターンを形成する。次いで、本発明によるエレクトロンエミッタ組成物をフォトレジストパターン上に前面スピンコーティングした後、エッチング、ストリッピングを実施してエレクトロンエミッタを完成する。
【００２０】
一般に、カーボンブラックを液状の油性溶媒に分散させてスラリーを形成した後、複写機トナー用炭素膜を形成したり黒鉛を水溶液に分散させてカソードレイチューブ（Cathode Ray Tube：ＣＲＴ）のブラックマトリックスを形成する技術が知られているが、このようなエレクトロンエミッタ組成物は多様な有機物質とバインダを含有しているので、これらを使用してエレクトロンエミッタを製造すると電子放出効率が低下したり電子が全く放出されないという問題点がある。従って、フィールドエミッションディスプレイのエミッタの製造に使用するためのエレクトロンエミッタ組成物は電子放出を妨害する物質を含んではならず、最小限の試薬を使用して適切な組成比に配合することが重要であり、かつ、製造されたエレクトロンエミッタ組成物の基板に対する付着力が優れていなければならなく、パターニング作業が容易に行われなければならない。
【００２１】
ＦＥＤ素子を製造するために、ガラス基板（前面プレート）上にインジウムチンオキシド（ＩＴＯ）をスパッタリングした後、エッチングしてライン（line）形態のアノード電極を形成する。アノード電極上に蛍光体パターンを印刷法で形成して熱処理する。次いで、側面隔壁及びスペーサ用ペーストを蛍光体パターン間に並行に印刷して熱処理することでアノード基板を完成する。
【００２２】
他のガラス基板（後面プレート）上にインジウムチンオキシド又は銀をスパッタリング又はスクリーン印刷してライン（line）形態のカソード電極を形成する。スクリーン印刷法を用いてカソード電極間に隔壁及びスペーサをライン（line）形態に形成する。
【００２３】
前記のように製造されたエレクトロンエミッタ組成物を利用してカソードの役割を果たす平面型エレクトロンエミッタ７２をフォトリソグラフィ（photolithography）法によって形成するためには、まず、電極が形成された後面プレート上にスピンコーター（Spin coater）を用いてフォトレジスト組成物を塗布して回転させてフォトレジスト膜を形成した後、乾燥オーブンに入れてフォトレジスト膜を乾燥する。次いで、フォトレジスト膜が形成された基板にマスクをかぶせた後、Ｉ−ライン超高圧水銀灯を用いて露光してから、低圧現像ノズルを用いて露光されなかったフォトレジスト部位、即ち、電極に対応した所定の領域を除去することによって現像させる。基板を回転させて水分を除去してオーブンで乾燥した後、スピンコーターを用いて前記エレクトロンエミッタ組成物を塗布して回転させ、電子放出物質膜を形成する。この時、エレクトロンエミッタ組成物は、電子放出物質、分散剤としてポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル誘導体又はポリビニルピロリドン、バインダとしてシラン系化合物又はコロイド性シリカ、純水を含む。電子放出物質膜が形成された基板を乾燥オーブンに入れて乾燥する。このように形成されたフォトレジストパターン上の電子放出物質膜の膜厚分を薄い硫酸溶液でエッチングし、高圧ノズルを使用して残っているフォトレジストをストリッピング（Stripping）してパターニングした後、洗浄してオーブンで乾燥して後面プレートを完成する。前記フォトリソグラフィ工程は前記条件に限られず当業者の便宜に応じて多様に変形して適用することができる。
【００２４】
製造されたアノード基板及びカソード基板の端部にシールフリット（seal frit）を塗布する。シールフリットが塗布されたアノード電極とカソード電極とが互いに直交するように配置し、適当な圧力を加えて熱処理することで封着させる。次いで、真空排気を実施してＦＥＤ素子を完成する。
【００２５】
このように製造されたＦＥＤ素子は前面プレート２０上に形成されたＩＴＯ電極６０（アノード電極）と後面プレート３０上に形成されたＩＴＯ電極７０（カソード電極）との間に形成された強い電界によってエレクトロンエミッタ７２から電子を放出させる。この電子がアノード電極６０上に形成された蛍光体パターン６２を打って発光させる。この時、前記アノード電極６０及びカソード電極７０はそれぞれストライプ状で互いに直角をなすように形成されており、ストライプ状のカソード電極７０及びアノード電極６０の間にはスペーサ５０が形成されている。この素子はそれぞれの画素に必要なパルス信号電圧が印加されることによって駆動される。
【００２６】
以下、本発明の理解を助けるために好ましい実施例を提示する。しかし、下記の実施例は本発明をより容易に理解するために提供されるものにすぎず、本発明が下記の実施例に限定されるのではない。
〔実施例１〕
粒径が約０．７μｍであるグラファイト（製造会社：Dong-won Ceramic Corporation、韓国）５ｇ及びポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル誘導体（商品名：ＮＰ１０１８、製造会社：Dong-nam Synthesis Corporation、韓国）０．２ｇを純水３０ｇと混合した後、ジルコニウムボールでボールミルしながら４８時間攪拌した。この混合物にシラン（商品名：ＫＢＭ６０３、製造会社：Shin-etsu Corporation、日本）０．５ｇを添加して６時間マグネチックバーで攪拌してフィールドエミッションディスプレイ用エミッタの形成に必要なエレクトロンエミッタ組成物を製造した。一方、ガラス基板上にインジウムチンオキシドをスクリーン印刷してライン（line）形態のカソード電極を形成し、スクリーン印刷法を使用してカソード電極間にスペーサをライン（line）形態に形成したカソード基板を準備した。
電極が形成されたフィールドエミッションディスプレイの後面プレートにスピンコーター（Spin coater）を用いてフォトレジスト組成物を塗布して回転させてフォトレジスト膜を形成した後、乾燥オーブンを用いてフォトレジスト膜を乾燥した。この時、使用されたフォトレジスト組成物は通常のネガティブタイプのフォトレジスト組成物であって、高分子であるポリビニルピロリドン、感光剤である４，４′−ジアゾスチルベンゼン−２，２′−ソジウムジスルホネート、界面活性剤であるポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、シランカップリング剤であるＮ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシランを含む。次いで、フォトレジスト膜が形成された基板にマスクをかぶせた後、Ｉ−ライン超高圧水銀灯を用いてフォトレジスト膜を露光させ、低圧現像ノズルを用いて露光されなかった部位を除去することによって現像させた。基板をスピンコーター上で回転させて水分を除去してからオーブンで乾燥した後、スピンコーターを用いて前記エレクトロンエミッタ組成物を塗布して回転させて電子放出物質膜を形成した。電子放出物質膜が形成された基板を乾燥オーブンに入れて乾燥した。このように形成された電子放出物質膜を薄い硫酸溶液でエッチングし、高圧ノズルを用いて残っているフォトレジスト膜をストリッピング（Stripping）してパターニングした後、洗浄してオーブンで乾燥してフィールドエミッションディスプレイの後面プレートを完成した。
【００２７】
〔実施例２〕
粒径が約０．７μｍであるグラファイト（製造会社：Dong-won Ceramic Corporation、韓国）５ｇ及びポリビニルピロリドン（商品名：ＰＶＰ、製造会社：BASF Corporation、米国）１ｇを２０ｇの純水と混合した後、ジルコニウムボールでボールミルしながら４８時間攪拌した。この混合物にコロイド性シリカ（商品名：ＳＴ−３０、製造会社：Il-san Chemical Corporation、韓国）２ｇを添加して６時間マグネチックバーで攪拌してフィールドエミッションディスプレイ用エミッタの形成に必要なエレクトロンエミッタ組成物を製造した。一方、ガラス基板上にインジウムチンオキシドをスクリーン印刷してライン（line）形態のカソード電極を形成し、スクリーン印刷法を使用してカソード電極間にスペーサをライン（line）形態に形成したカソード基板を準備した。
電極が形成されたフィールドエミッションディスプレイの後面プレートにスピンコーター（Spin coater）を用いてフォトレジスト組成物を塗布して回転させてフォトレジスト膜を形成した後、乾燥オーブンを用いてフォトレジスト膜を乾燥した。この時、使用されたフォトレジスト組成物は通常のネガティブタイプのフォトレジスト組成物であって、高分子であるポリビニルピロリドン、感光剤である４，４′−ジアゾスチルベン−２，２′−ソジウムジスルホネート、界面活性剤であるポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、シランカップリング剤であるＮ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシランを含む。次いで、フォトレジスト膜が形成された基板にマスクをかぶせた後、Ｉ−ライン超高圧水銀灯を用いて前記フォトレジスト膜を露光し、低圧現像ノズルを用いて露光されなかった部位を除去することによって現像させた。基板をスピンコーター上で回転させて水分を除去してからオーブンで乾燥した後、スピンコーターを用いて前記エレクトロンエミッタ組成物を塗布して回転させて電子放出物質膜を形成した。電子放出物質膜が形成された基板を乾燥オーブンに入れて乾燥した。このように形成された電子放出物質膜を薄い硫酸溶液でエッチングし、高圧ノズルを用いて残っているフォトレジスト膜をストリッピング（Stripping）してパターニングした後、洗浄してオーブンで乾燥してフィールドエミッションディスプレイの後面プレートを完成した。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、エレクトロンエミッタ組成物を使用してフィールドエミッションディスプレイのエミッタを製作すると、第１に、電子放出が均一に行われるので安価な厚膜工程でも薄膜工程と類似した良質の電子放出効果を得ることができ、第２に、フォトレジスト工程を用いてエレクトロンエミッタを形成するので精密なエミッタのパターニング（patterning）ができて工業用モニターの製作にも応用することができ、第３に、面積の大きなカソードの製作ができるのでフィールドエミッションディスプレイ以外にも平面ＣＲＴなどの他の平板表示装置にも応用することができるという長所がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による組成物から製造したエレクトロンエミッタを含むフィールドエミッションディスプレイの概略断面図である
【符号の説明】
２０      前面プレート
３０      後面プレート
４０      隔壁
５０      スペーサ
６０      ＩＴＯ電極
６２      蛍光体パターン
７０      ＩＴＯ電極
７２      エレクトロンエミッタ
１００    フィールドエミッションディスプレイ
【図１】
0004409003.tif 000002