KR100314830B1

KR100314830B1 - 전계방출표시장치의제조방법

Info

Publication number: KR100314830B1
Application number: KR1019940018358A
Authority: KR
Inventors: 박남신
Original assignee: 김순택; 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1994-07-27
Publication date: 2002-02-28
Also published as: JPH0855574A; FR2723255A1; US5505649A; FR2723255B1; KR960005736A

Abstract

본 발명은 전계방출 표시장치 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 방법은 a) 기판(11)위에 캐소드 전극(12)을 형성시키고 그 위에 절연체층(13)을 형성시키는 공정; b) 포토리지스트(21)를 사용하여 상기 절연체층(13)을 식각시키는 공정; c) 포토리지스트(21)를 제거하고 절연체층(13) 위에 분리층(22)이 형성시키는 공정; d) 다이아몬드를 사용하여 다이아몬드 캐소드(20)와 다이아몬드층(23)을 형성시키는 공정; 및 e) 리프트 오프공정에 의해 분리층(22)을 제거시키는 공정으로 이루어진다. 한편, 본 발명의 전계방출 표시장치는 전계방출 표시장치에 있어서 캐소드 전극(12)위에 원형 패턴의 애퍼쳐를 갖는 절연체층(13)을 형성시키고, 그 절연체층(13)의 애퍼쳐내에 다이아몬드 캐소드(20)를 형성시켜서 된 구조로서, 제작공정을 단순화시킬 수 있으며 제작단가를 낮출 수 있고 캐소드의 수명을 연장시킬 수 있는 잇점이 있다.

Description

전계방출 표시장치의 제조방법

본 발명은 전계방출 표시장치(Field Emission Display Device)의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 평판 표시소자(Flat Panel Display)에 적용할 수 있는 전계방출 화상표시장치의 제조시에 특히 대형화에 필요한 전계방출 캐소드를 미세구조의 게이트 애퍼쳐(Gate Aperture) 제작공정을 사용하지 않으면서 캐소드의 수명을 크게 연장시킬 수 있는 구조로 제작하므로써 제작공정을 단순화시킬 수 있으며 제작단가를 낮출 수 있는 전계방출 표시장치의 제조방법에 관한 것이다.

현재의 화상표시장치로는 크게 음극선관인 CRT(Cathod Ray Tube)와 최근 급격히 각광을 받고 있는 평판 표시소자인 액정표시소자(LCD), 플라즈마 표시소자 (PSP), 형광표시소자(VFD)등으로 구분할 수 있다.

한편, CRT의 경우 화질 및 밝기측면에서는 상당히 양호한 성능을 가지고 있으나 크기가 증가함에 따라 부피 및 무게적인 측면에서는 매우 불리한 단점을 가지고 있다. 반면, 평판 표시소자의 경우에는 부피 및 무게측면에서 CRT보다 매우 유리한 장점을 가지고 있으나 화질의 열세 및 밝기측면에서는 CRT의 화질보다 아직까지 떨어지는 단점을 가지고 있다. 그러나, 최근에 와서 반도체 제작기술의 급격한 발전에 의해서 전자방출 캐소드를 미세가공하여 전계방출 캐소드를 제작하여 화상 표시소자에 적용할 수 있게됨에 따라 CRT의 화질성능을 가짐과 동시에 평판 포시소자의 형태를 유지시킬 수 있는 전계방츄출 표시장치가 활발히 연구개발되고 있다.

종래의 경우, 전계방출 표시장치는 대표적인 제조방법인 스핀트(Spindt) 방식에 의해 제작되었는데, 이때 가장 핵심이 되는 기술로는 서브미크론 크기의 선단(submicron apex)을 갖는 캐소드 팁 형성기술과 게이트 전극에 형성되는 게이트 에퍼쳐 형성기술이 매우 큰 비중을 차지하고 있었다.

제1도는 종래의 방법에 따른 전계방출 캐소드를 갖는 전계방출 표시장치의 단면도를 나타낸 것으로, 이러한 전계방출 표시장치는 기판(1)상의 캐소드 전극(2)위에 원형 패턴의 애퍼쳐를 갖도록 절연체층(3) 및 게이트 전극(4)을 형성시키고, 그 절연체층(3) 및 게이트 전극(4)의 애퍼쳐내에 원추형 캐소드(10)를 형성시켜서 된 구조에 특징이 있다.

그러나, 이러한 구조의 전계방출 표시장치의 제조시, 게이트 전극에 형성되는 게이트 애퍼쳐는 포토리소그래피(photolithography)공정에 의해서 형성될 수 있으나, 포토리소그래피공정에서 사용되는 패턴 노광장치의 자외선 파장 0.4㎛정도의 H선이 사용되기 때문에 패턴이 형성될 수 있는 최소 패턴크기의 한계가 1.5㎛정도로 제한되므로 스핀트방식에 의해 게이트 애퍼쳐를 형성시키는 데에는 많은 문제점이 있었다. 또한, 대형화 개발시에는 새로운 리소그래피(lithography)장치의 개발이 요구되므로 대형 전계방출 표시장치의 개발에 큰 문제점을 가지고 있었으며, 마이크로팁 캐소드의 경우에는 팁 선단이 약 50nm정도의 반경을 가지게 되므로 진공영역내의 잔류기체들에 의한 이온 충돌현상(ion bombardment)의 발생시 팁의 선단이 파괴되므로 캐소드의 수명이 매우 떨어지는 문제점을 가지고 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결할 뿐만 아니라 제작공정을 단순화시킬 수 있고 제작단가를 낮출 수 있는 전계방출 표시장치의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 전계방출 표시장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전계방출 표시장치의 제조방법은, 전계방출 표시장치의 제조방법에 있어서 a) 기판위에 캐소드 전극을 형성시키고 그 위에 절연체층을 형성시키는 공정; b) 포토리지스트를 사용하여 상기 절연체층을 식각시키는 공정; c) 포토리지스트를 제거하고 절연체층 위에 분리층을 형성시키는 공정; d) 다이아몬드를 사용하여 박막형 다이아몬드 캐소드와 다이아몬드층을 형성시키는 공정; 및 e) 리프트 오프공정에 의해 분리층 및 다이아몬드층을 제거시키는 공정으로 이루어진다.

한편, 본 발명의 전계방출 표시장치는 전계방출 표시소자에 있어서, 캐소드 전극위에 원형 패턴의 애퍼쳐를 갖는 절연체층을 형성시키고, 그 절연체층의 애퍼쳐내에 다이아몬드 캐소드를 형성시켜서 된 것에 특징이 있다.

이하 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

현재, 반도체 제직기술의 급격한 발전에 의해서 전자방출 캐소드를 미세가공하여 전계방출 캐소드를 제작하여 화상 표시소자에 적용할 수 있게됨에 따라 CRT의 화질성능을 가짐과 동시에 평판 표시소자의 형태를 유지시킬 수 있는 전게방출 표시장치가 활발히 연구개발되고 있다.

전계방출 표시장치는 전술한 바와 같이 대표적인 제조방법인 스핀트 방식에 의해 제작되고 있으며 그중에서도 캐소드 팁 형성기술과 게이트 애퍼쳐 형성기술이 매우 큰 비중을 차지하고 있지만, 기존의 방법으로 제작된 전계방출 표시장치는 많은 문제점을 내재하고 있었다.

본 발명자는 전술한 문제점을 개선하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 미세구조의 게이트 애퍼쳐 제작공정을 사용하지 않으면서도 캐소드의 수명을 크게 증가시킬 수 있는 본 발명의 전계방출 표시장치의 제조방법을 개발한 것이다.

제2도는 본 발명에 따른 전계방출 캐소드를 갖는 전계방출 표시장치의 단면도이고, 제3(가) ∼ (마)도는 본 발명에 따른 전계방출 캐소드의 제조공정도로서, 도면중 부호 11은 기판, 12는 캐소드 전극, 13은 절연체층, 15는 진공 영역, 16은 형광체층, 17은 에노드 전극, 18은 페이스 플레이트 글라스, 19는 격벽, 20은 다이아몬드 캐소드, 21은 포토리지스트, 22는 분리층, 23은 다이아몬드층이다.

제2도에 의하면, 본 발명의 전계방출 표시장치의 제조방법은 a) 기판(11)위에 캐소드 전극(12)을 형성시키고 그 위에 절연체층(13)을 형성시키는 공정; b) 포토리지스트(21)를 사용하여 상기 절연체층(13)을 식각시키는 공정; c) 포토리지스트(21)를 제거하고 절연체층(13) 위에 분리층(22)을 형성시키는 공정; d) 다이아몬드를 사용하여 다이아몬드 캐소드(20)와 다이아몬드층(23)을 형성시키는 공정; 및 e) 리프트 오프 공정에 의해 분리층(22) 및 다이아몬드층(23)을 제거시키는 공정으로 이루어지는 것에 특징이 있다.

한편, 제3(가) ∼ (마)도를 참조하여 본 발명에 따른 전계방출 캐소드의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 글래스 기판(11)위에 캐소드 전극(12)을 형성시키고 그 위에 절연체층 (13)을 형성시킨다(제3(가)도 참조).

포토리지스트(21)를 사용하여 이미 형성되어 있는 절연체층(13)을 식각해낸다(제3(나)도 참조). 이때 절연체층(13)의 식각공정은 원형애퍼쳐 패턴(pattern)으로 50~100㎛정도의 직경을 가지도록 형성되므로 매우 일반적인 자외선 노광장치에 의한 포토리지스트 패터닝으로 이루어질 수 있다.

포토리지스트(21)를 제거하고 절연체층(13) 위에만 분리층(22)이 형성될 수 있도록 경사각도 10 ~ 20° 를 갖도록 전자빔 증착기를 사용하여 기판을 회전시키면서 알루미늄(Al)등으로 형성시킨다(제3(다)도 참조). 한편, 이때의 경사각도에 따라 절연체층 애퍼쳐내에 분리층 물질이 들어가는 것을 막아주는 조건이 요구되게 된다.

그 다음, 마이크로피 CVD(microwave CVD)방식에 의해서 다이아몬드를 사용하여 박막형태의 다이아몬드 캐소드(20)와 다이아몬드층(23)을 형성킨다(제3(라)도 참조).

최종적으로, 리프트 오프(lift off)공정에 의해 분리층(22)을 제거시키므로써 제3(마)도와 같이 절연체층 애퍼쳐내의 다이아몬드 캐소드(20)부분만 남기고 절연체층(13)위의 다이아몬드층(23)을 제거하여 본 발명에 의한 전계방출 캐소드의 제작을 완료하게 된다.

이상의 공정으로 제작된 본 발명에 따른 전계방출 다이아몬드 캐소드는 400~7000℃온도에서 제작가능하며, 이렇게 제작된 다이아몬드 캐소드는 일함수 (work function)가 2.1eV정도이므로 금속팁 캐소드보다 매우 낮은 일함수값을 가지고 있다. 이에 따라 게이트 전극에 의한 강전계의 형성없이도 곧바로 애노드 전극에서 강전계를 형성시킬 수 있는 것이다.

한편, 본 발명의 동작원리를 제2도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

전술한 방법으로 제작완성된 전계방출 캐소드를 사용하여 애노드 전극(17) 및 형광체층(16)이 형성된 페이스 플레이트 글라스(18)가 서로 대향된 상태에서 격벽(19)을 사이에 두고 X방향전극인 박막형 다이아몬드 캐소드(20)와 Y방향 전극인 애노드 전극(17)이 스트립(stripe)형상으로 대향교차된 상태에서 캐소드 전극(12)과 애노드 전극(17)사이에 전위차 200V정도가 유지되면 박막형 다이아몬드 캐소드 (20)의 표면에서 전자들이 방출되어 애노드 전극(17)위의 형광체층(16)에 충돌되므로써 원하는 화상표시를 수행하게 된다. 이때 애노드 전극(17)과 캐소드 전극(12)내에는 10^-6~10^-7torr정도의 고진공이 유지된 상태이다.

그리고, 전계방출 다이아몬드 캐소드는 방출된 전자들에 의한 잔류기체들의 이온 충돌현상에 의한 캐소드의 수명단축 문제점을 극복할 수 있도록 박막 캐소드 형상을 가지고 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명하지만, 이것이 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다. 한편, 하기 실시예에서는 전계방출 표시장치의 전체적인 제조공정을 기술하지 않고 본 발명의 특징부인 전계방출 캐소드의 제조공정만을 기술하기로 한다.

실시예 1

먼저 글래스 기판위에 크롬재질의 캐소드 전극을 전자빔 증착기를 사용하여제작하고 그위에 SiO₂절연체층을 PECVD장비를 사용하여 제작하였다.

그 다음, 포토리지스트를 사용하여 원형 애퍼쳐 패턴으로 70㎛정도의 직경을 가지도록 포토리지스트를 형성시키고 매우 일반적인 자외선 노광장치인 마스크 얼라이너(aligner)를 사용하여 포토리지스트 패터닝공정을 수행하여 상기 절연체층을 RIE장비를 사용하여 식각하였다.

포토리지스트를 제거한 다음, 전자빔 증착기를 사용하여 기판을 회전시키면서 경사각 15°로 알루미늄을 경사증착시켜 상기 절연체층위에 분리층을 제작하였다.

그후, 다이아몬드를 사용하여 500℃에서 마이크로파 CVD방식에 의해 박막형태의 다이아몬드 캐소드와 다이아몬드층을 제작하였다.

최종적으로, 리프트 오프공정에 의해 분리층을 제거하여 절연체층 애퍼쳐내의 다이아몬드 캐소드부분만 남기고 절연체층위의 다이아몬드층을 제거하여 본 발명에 의한 전계방출 캐소드의 제작을 완료하였다.

상기 실시예를 통해 제작한 전계방출 캐소드를 전계방출 표시장치에 구성하여 사용해본 결과, 종래의 화상 표시판넬내에서 발생되던 이온충돌의 문제점을 극복할 수 있었으며 캐소드의 수명을 종래의 것보다 10,000시간에서 20,000시간까지 대폭 개선시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다.

그러므로, 본 발명의 방법으로 제작된 전계방출 캐소드는 제작공정 측면에서 패턴형성의 최소크기를 50㎛정도로 유지할 수 있으므로 대형화에 필요한 패턴 노광장치의 적용에 큰 문제점이 없으며 또한 게이트 전극을 사용하지 않으므로 제작공정을 종래보다 1/3가량 단순화시킬 수 있으며, 화상 표시장치로 적용하는데 필요한 저온공정의 다이아몬드 캐소드 제작공정을 사용함에 의해 일반적인 글래스 기반을 사용하므로써 제작 단가를 종래보다 30%이상 감소시킬 수 있다. 그리고 구조적 측면에서 종래의 화상 표시판넬내에서 발생되던 이온충돌의 문제점을 극복할 수 있으므로 캐소드의 수명을 종래의 10,000시간정도에서 20,000시간까지 대폭 개선시킬 수 있는 잇점이 있다.

제 1도는 종래의 방법에 따른 전계방출 캐소드를 갖는 전계방출 표시장치의 단면도이고,

제 2도는 본 발명의 방법에 따른 전계방출 캐소드를 갖는 전계방출 표시장치의 단면도이며,

도 3(가)∼(마)도는 본 발명에 따른 전계방출 캐소드의 제조공정도이다.

♣ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣

1, 11: 기판 2, 12: 캐소드 전극

3, 13: 절연체층 4: 게이트 전극

5, 15: 진공 영역 6, 16: 형광체층

7, 17: 애노드 전극 8, 18: 페이스 플레이트 글라스

9, 19: 격벽(spacer) 10: 원추형 캐소드

20: 다이아몬드 캐소드 21: 포토리지스트(P/R)

22: 분리층 23: 다이아몬드층

Claims

전계방출 표시장치의 제조방법에 있어서,

a) 기판(11) 위에 캐소드 전극(12)을 형성시키고, 그 위에 원형 패턴의 애퍼쳐를 갖는 절연체층(13)을 형성시키는 공정;

b) 포토레지스트(21)를 사용하여 상기 절연체층(13)을 식각시키는 공정;

c) 포토레지스트(21)를 제거하고 절연체층(13) 위에 분리층(22)을 형성시키고, 분리층(22)의 형성공정은 기판을 회전시키면서 전자빔 증착기를 사용하여 10∼20°의 경사각을 갖도록 경사증착시키는 공정;

d) 절연체층(13)의 애퍼쳐 내에 다이아몬드를 사용하여 마이크로파 CVD공정에 의해 400∼700℃의 온도에서 형성되는 박막의 다이아몬드 캐소드(20)와 다이아몬드층(23)을 형성시키는 공정; 및

e) 리프트 오프공정에 의해 분리층(22)을 제거시키는 공정으로 이루어치는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치의 제조방법.