KR100351070B1 - 전계방출표시소자의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전계 방출 표시 장치(field emission display) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 평판 표시 장치(flat panel display), 초고주파 증폭기 센서, 전자 빔 응용 기기의 소스로 사용할 수 있는 전계 방출 표시 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명에 따른 전계 방출 표시 소자의 제조 방법은 분리충으로 금속층을 이용한 그레이징 각도 증착을 이용하지 않고, 폴리이미드를 이용하여 분리층을 형성하고, 그 상부에 금속 마스크를 형성하여 홀을 식각하여 바로 마이크로팁을 형성함으로써, 마이크로팁의 높이를 조정하기 용이하고, 폴리이미드 자체가 솔벤트에 쉽게 용해되는 관계로 식각 공정상의 오염의 문제가 해소되어 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

전계 방출 표시 소자의 제조 방법{fablication methode of field effect display}
본 발명은 전계 방출 표시 장치(field emission display)의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 평판 표시 장치(flat panel display), 초고주파 증폭기 센서 전자 빔 응용 기기의 소스로 사용할 수 있는 전계 방출 표시 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
현재 기존 텔리비젼 수상기의 CRT(cathode ray tube)를 대신할 수 있는 화상 표시 장치로서 평면형 화상 표시 장치의 개발이 활발히 검토되어지고 있으며, 향후벽걸이 텔리비젼 및 HDTV용 화상 표시 장치 적용을 목표로하여 개발이 진행되고 있다. 이와 같은 평면형 화상 표시 장치로서는 액정 표시 소자(Liquid Crystal Device), 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Panel), 그리고 전계 방출 소자 (Field Emission Device) 등이 있으며, 그 중에서 화면의 밝기 및 저소비 전력에 있어서 전계 방출 표시 소자가 크게 주목을 받고 있다.
전계 방출에 의한 표시 소자는 화상 표시에 필요한 단위 화소 즉, 픽셀당 전자 발생원인 음극 팁(cathode tip)을 약 104～105tips/mm2정도로 고집적화 시킬 수 있음에 의해 매우 높은 발광 효율 및 휘도를 얻을 수 있으며, 또한 저소비 전력이 가능함에 의해서 향후 벽걸이 텔리비젼 및 HDTV(고선명 텔리비젼)에 적용할 수 있는 평면형 화상 표시 장치로서의 기대를 받고 있다.
제1도는 종래의 전계 방출 표시 장치의 수직 단면도이다. 여기서 그 구조를 살펴보면 다음과 같다.
유리 기판(1), 이 유리 기판(1) 상에 스트라이프 상으로 형성된 음극(2)들, 음극(2)들 상에 어레이 구조로 다수 형성된 전계 방출용의 마이크로팁(6)들, 이 마이크로팁(6)들을 에워싸도록 형성된 절연층(3), 마이크로팁(6)들의 상부에 전계 방출이 가능하도록 하는 개구(홀)를 가지도록 절연층(3) 상에 형성된 게이트 전극(4)으로 구성되어 있다.
이와 같은 구성의 전계 방출 표시 소자의 제조 방법은 다음과 같다.
제1도에 도시된 바와 같이, 유리 기판(1) 상에 음극들(2)을 스트라이프 상으로 형성하고, 제2도에 도시된 바와 같이, 그레이징 각도로 분리층(5)이 증착된다 (grazing angle deposition).
다음에 제3도에 도시된 바와 같이, 음극과 같은 물질로 마이크로-팁을 증착시킨다음, 제4도에 도시된 바와 같이, 분리층을 에칭하여 소자를 완성한다.
이와 같은 제조 방법에 있어서 가장 핵심이 되는 기술로서는 수십nm의 마이크로-팁 어레이 형성 기술이다. 이 때의 분리층(parting layer)은 금속을 이용한 것으로, 제2도에 도시된 바와 같은 공정상 특수하게 제작된 그레이징 각도 증착(grazing angle deposition)법을 사용하여야 하는 번거로움이 있다. 또한 분리층(5)의 두께가 정형화되어서 팁의 높이 등 기하학적 형태에 있어서 큰 융통성이 없어 방출 전계의 균일성이 저하되는 단점이 있다. 그리고 금속 분리층(5)의 제거 방법에 있어서 전기화학적 에칭을 사용함으로써 잔여 메탈층이 오염 (contamination)을 야기시켜서 소자에 누설 전류가 생길 수 있기 때문에 소자의 신뢰성에 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 분리층으로 금속층을 사용하지 않고 폴리머층을 사용하여 별도의 증착 방법을 사용는 번거로움 없이 오염에 의한 누설 전류를 방지할 수 있는 전계 방출 표시 소자의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전계 방출 표시 소자의 제조 방법은,
기판 상에 스트라이프 상의 음극들을 형성하는 단계;
상기 스트라이프 상의 음극들이 형성된 기판 상에 절연층을 형성하는 단계;
상기 절연층 상에 게이트 전극층을 증착하고 소정의 패턴으로 식각하여 상기 음극 들과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 게이트 전극들을 형성하는 단계;
상기 게이트 전극들이 형성된 상기 절연층 상에 폴리이미드층을 형성하는 단계;
상기 폴리이미드층 상에 금속을 증착하는 단계;
상기 금속층을 소정 직경의 홀들을 형성하기 위해 식각하는 단계;
상기 폴리이미드층을 상기 홀들을 형성하기 위해 식각하는 단계;
상기 게이트 전극층을 상기 홀들을 형성하기 위해 식각하는 단계;
상기 절연층을 상기 홀들을 형성하기 위해 식각하는 단계;
상기 홀들 내부에 전계 방출용 마이크로-팁들을 형성하는 단계;
상기 폴리이미드층을 리프트-오프시키는 단계;를
포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 절연층은 SiO2또는 Al2O3를 1㎛ 두께로 형성하는 것이 바람직하며,
상기 게이트층은 Mo 또는 Cr 을 3000～6000 Å 의 두께로 형성하는 것이 바람직하며,
상기 폴리이미드층을 형성하는 단계는,
폴리이미드를 2～3㎛ 두께로 스핀 코팅하는 단계; 및
상기 코팅된 폴리이미드층을 소정의 온도로 프리 베이킹하여 경화시키는 단계;를
포함하는 것이 바람직하며,
상기 금속을 증착하는 단계는 Al을 2000 Å 두께로 증착하는 것이 바람직하며,
상기 금속층을 식각하는 단계는 리액티브 이온 에칭법으로 식각하는 것이 바람직하며,
상기 폴리이미드층을 식각하는 단계는 02플라즈마를 이용하여 식각하는 것이 바람직하며,
상기 게이트 전극을 식각하는 단계는 플라즈마로 식각하는 것이 바람직하며,
상기 절연층을 식각하는 단계는 플라즈마로 식각하는 것이 바람직하다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 전계 방출 표시 소자의 제조 방법을 설명한다.
제5도 내지 제13도는 본 발명에 따른 전계 방출 표시 소자의 제조 공정 단계별 수직 단면도로서, 제13도는 본 발명에 따른 전계 방출 표시 소자 완성 후의 수직 단면도이다. 제13도를 참조하여 그 구조를 살펴보면 다음과 같다.
유리 기판(11), 이 유리 기판(11) 상에 스트라이프 상으로 형성된 음극(12)들, 음극(12)들 상에 어레이 구조로 다수 형성된 전계 방출용의 마이크로팁(17)들, 이 마이크로팁(17)들을 에워싸도록 형성된 절연체층(14), 마이크로-팁(16)들의 상부에 전계 방출이 가능하도록 하는 개구(홀)를 가지도록 절연층(13) 상에 형성된 게이트 전극(14)으로 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 전계 방출 표시 장치의 제조 방법은 다음과 같다.
제5도에 도시된 바와 같이, 유리 기판(11) 상에 투명 ITO를 적당한 두께로 적층한 다음, 스트라이프 상으로 식각하여 음극(12)들을 형성한다음, 절연층(13)을 SiO2로 1 ㎛ 정도로 증착하고, 여기에 다시 Mo 을 3000～6000 Å 두께로 증착하고 상기 음극(12)들과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 패터닝하여 게이트 전극 (14)들을 형성한다.
다음에, 제6도에 도시된 바와 같이, 아세톤이나 솔벤트에 용해되는 폴리이미드(15)를 스핀 코팅(spin coating)한 다음 적절한 온도로 프리베이킹(pre-baking)하여 폴리이미드가 흐르지 않도록 경화시킨다.
다음에, 제7도에 도시된 바와 같이, Al 금속(16)을 2000 Å 정도의 두께로 증착한다. 다음으로, 제8도에 도시된 바와 같이, 전계 방출용 마이크로-팁을 형성할 홀을 RIE(reactive ion etching)법으로 식각한다. 다음에, 제9도에 도시된 바와 같이, O2플라즈마를 이용하여 폴리이미드(15)를 에칭하고, 제10도에 도시된 바와 같이, CF4/O2플라즈마를 이용하여 Mo 게이트 전극들(14)을 에칭한 다음(전극이 Cr인 경우 CCl3F/O2플라즈마로 식각), 제11도에 도시된 바와 같이, CHF4/O2플라즈마를 이용하여 SiO2절연층(13)을 식각하여 홀들을 완성시킨다.
다음에, 제12도에 도시된 바와 같이, Mo 팁을 상기 홀들에 증착시킨다.
다음, 제13도에 도시된 바와 같이, 폴리이미드층(15)은 아세톤 등의 솔벤트로 리프트-오프(lift-off)시켜 소자를 완성시킨다.
이상과 같이 제작된 전계 방출 표시 소자는 음극(12)을 접지하고, 게이트 전극들(14)을 +전위로 하여 약 20～100 V 정도를 인가하면 마이크로-팁(17)에서 전계 효과에 의한 전자가 턴넬링(tunneling) 효과에 의해 방출된다. 이렇게 방출된 전자는 진공(10-6～10-7torr)을 통과하여 이동하는데 이들 전자들을 가속시켜 형광 물질에 충돌시키면 빛을 내게된다. 결국 이를 이용하여 화상을 표시하게 된다.
이렇한 전계 방출 표시 소자의 게이트에 rf 바이어스 전압을 걸어주면 초고주파 증폭기로 동작하고, 전자 빔을 제어하는 제어 그리드를 별도로 달아주면 전자 빔 응용 시스템, 즉 센서, SEM, e-beam lithography tool 등에 응용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전계 방출 표시 소자의 제조 방법은 분리층으로 금속층을 이용한 그레이징 각도 증착을 이용하지 않고, 폴리이미드를 이용하여 분리층을 형성하고, 그 상부에 금속 마스크를 형성하여 홀을 식각하여 바로 마이크로-팁을 형성함으로써, 마이크로-팁의 높이를 조정하기 용이하고, 폴리이미드 자체가 솔벤트에 쉽게 용해되는 관계로 식각 공정상의 오염의 문제가 해소되어 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
제1도 내지 제4도는 종래의 전계 방출 표시 소자의 제조 공정 단계별 수직 단면도로서,
제1도는 홀 형성 후의 수직 단면도,
제2도는 그레이징 각도 증착시의 수직 단면도,
제3도는 마이크로팁 증착 공정시의 수직 단면도,
제4도는 종래의 전계 방출 표시 소자의 완성 후의 수직 단면도이다.
제5도 내지 제13도는 본 발명에 따른 전계 방출 표시 소자의 제조 공정 단계별 수직 단면도로서,
제5도는 게이트 전극 형성후의 수직 단면도,
제6도는 폴리이미드층 형성후의 수직 단면도,
제7도는 Al층 형성후의 수직 단면도,
제8도는 Al 마스크 형성후의 수직 단면도,
제9도는 Al 마스크에 의한 폴리이미드층 식각후의 수직 단면도,
제10도는 게이트 전극 식각후의 수직 단면도,
제11도는 절연층 식각후의 수직 단면도,
제12도는 마이크로팁 형성후의 수직 단면도,
제13도는 본 발명에 따른 전계 방출 표시 소자 완성 후의 수직 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1. 유리 기판 2. 음극
3. 절연층 4. 게이트 전극
5. 분리(parting)층 6. 마이크로팁(음극)
6'. 마이크로팁 음극 물질층
11. 유리 기판 12. 음극
13. 절연층 14. 게이트 전극
15. 폴리이미드층 16. Al 마스크
17 마이크로팁(음극) 17'. 마이크로팁 음극 물질층

Claims (10)

  1. 기판 상에 스트라이프 상의 음극들을 형성하는 단계;
    상기 스트라이프 상의 음극들이 형성된 기판 상에 절연층을 형성하는 단계;
    상기 절연층 상에 게이트 전극층을 증착하고 소정의 패턴으로 식각하여 상기 음극 들과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 게이트 전극들을 형성하는 단계;
    상기 게이트 전극들이 형성된 상기 절연층 상에 폴리이미드층을 형성하는 단계;
    상기 폴리이미드층 상에 금속을 증착하는 단계;
    상기 금속층을 소정 직경의 홀들을 형성하기 위해 식각하는 단계:
    상기 폴리이미드층을 상기 홀들을 형성하기 위해 식각하는 단계;
    상기 게이트 전극층을 상기 홀들을 형성하기 위해 식각하는 단계;
    상기 절연층을 상기 홀들을 형성하기 위해 식각하는 단계;
    상기 홀들 내부에 전계 방출용 마이크로-팁들을 형성하는 단계;
    상기 폴리이미드층을 리프트-오프시키는 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 SiO2또는 Al2O3를 1㎛ 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는전계 방출 표시 소자의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 게이트층은 Mo 또는 Cr 을 3000～6000 Å 의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리이미드층을 형성하는 단계는,
    폴리이미드를 스핀 코팅하는 단계;
    상기 코팅된 폴리이미드층을 소정의 온도로 프리 베이킹하여 경화시키는 단계; 및
    상기 폴리이미드를 솔벤트에 스트립하는 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속을 증착하는 단계는 A1을 2000 Å 두께로 종착하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속층을 식각하는 단계는 리액티브 이온 에칭법으로 식각하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폴리이미드층을 식각하는 단계는 O2플라즈마를 이용하여 식각하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 전극을 식각하는 단계는 CF4/O2플라즈마 또는 CCl3F/O2로 식각하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 절연층을 식각하는 단계는 CHF4/O2플라즈마로 식각하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 폴리이미드가 분할층으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자의 제조 방법.
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