KR100370246B1 - 전계방출소자 - Google Patents

Abstract

전계방출소자에 관하여 게시된다. 본 발명에 따른 전계방출소자의 형성방법은 하부전극이 형성된 하부기판 상에 저항층, 제1 절연층 및 소정의 금속층이 형성되는 단계; 금속층 상에 제1 포토레지스트가 도포 및 패터닝되어 게이트 전극 및 제1 집속전극이 형성되는 단계; 게이트 전극과 제1 집속전극을 절연시키기 위해 상기 게이트 전극 및 제1 집속전극이 형성된 기판 상에 제2 절연층이 형성되는 단계; 제2 절연층 상에 제2 집속전극이 형성되는 단계; 제2 집속전극 상에 제2 포토레지스트가 도포되며, 게이트 전극이 형성된 부분에 소정의 개구부가 형성되는 단계; 개구부 내에 에미터가 형성되는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 전계방출소자의 구조는 상기 제1 절연층 상에 형성되는 게이트 전극; 게이트 전극과 소정 거리 이격되는 동일 평면상에 형성되며, 게이트 전극 둘레에 위치하는 제1 집속전극; 게이트 전극과 상기 제1 집속전극을 절연시키기 위한 제2 절연층; 제2 절연층 상에 증착되는 제2 집속전극; 제2 집속전극, 제2 절연층, 게이트 전극 및 제1 절연층이 순차적으로 식각되어 형성되는 개구부; 개구부 안에 원추형으로 형성되는 에미터를 포함한다. 따라서, 집속효과가 뛰어나고, 해상도가 좋아지는 효과가 있다.

Description

전계방출소자{FIELD EMISSION DISPLAY}

본 발명은 전계방출소자에 관한 것으로, 상세하게는 게이트 전극과 동일 평면 상에 제1 집속전극이 형성되며, 상기 제1 집속전극 이외의 다른 집속전극은 상기 게이트 전극과 다른 평면상에 형성되며, 상기 집속전극 사이에는 절연층이 형성되는 전계방출소자에 관한 것이다.

일반적으로 박막형 전계 방출소자는 팁의 날카로운 부분에 전계가 집중되는 현상을 이용하여 비교적 낮은 전압, 예를 들어 수십 볼트 정도의 전압을 인가하여 터널효과에 의한 냉전자를 방출시키는 소자로서, 이를 이용하여 형성되는 전계방출소자는 음극선관의 고선명성과 액정표시장치(liquid crystal display)의 경박형의 장점을 모두 갖추고 있어 차세대 표시장치로서 주목받고 있다.

특히 전계방출소자는 경박형의 제작이 가능할 뿐만 아니라, 액정표시장치의 결정적인 단점이 공정수율, 제조단가 및 대형화의 문제점들을 해결할 수 있다.

즉 액정표시장치는 하나의 단위화소라도 불량이 발생되면 제품전체가 불량 처리되지만, 전계방출소자는 하나의 화소 그룹에 그보다 작은 다수개의 단위화소들이 형성되어 있어 한 두개의 단위화소에 불량이 발생하여도 화소 그룹의 동작에는 이상이 없어 제품 전체의 수율이 향상된다.

또한, 전계방출소자는 액정표시장치에 비해 구조가 간단하고, 소비전력이 작아 단가가 낮고, 휴대형 표시장치에 적합한 이점이 있다.

도 1a 내지 도 1f는 종래의 집속전극이 구비된 전계방출소자의 제조방법을 나타내는 도면이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 금속층으로 이루어지는 스트라이프 상의 하부전극(110)이 형성된 하부기판(100) 상에 저항층(120)이 증착된다. 그런 다음, 도 1b와 같이, 상기 저항층(120) 상에 절연층(130) 및 니오브등의 금속으로 이루어지는게이트 전극(140)이 형성된다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(140) 상에 포토레지스트(150)가 도포되고, 식각공정이 수행되어 소정의 개구부가 형성된다. 그리고, 도 1d에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(140)의 표면에만 선택적으로 증착되는 희생층(160)이 형성된다.

그런 다음, 도 1e와 같이, 상기 희생층(160) 상에, 예를 들면 몰리브덴을 퇴적시키면, 상기 희생층(160) 상에 퇴적층(170)이 퇴적되어, 상기 개구부 속에 에미터(172)가 원추형으로 형성된다. 그리고, 도 1f에 도시된 바와 같이, 상기 퇴적층(170) 및 희생층(160)이 제거된다. 이러한 경우, 상기 게이트 전극(140) 상에 형성된 몰리브덴의 일부가 상기 개구부 속으로 흘러들어가 단락을 일으킬 수도 있으며, 상기 몰리브덴이 완전히 제거되기 위해서는 많은 시간이 소요되는 단점이 있다. 한편, 상기 희생층(160)이 제거된 다음, 상기 니오브등의 금속이 패터닝되어 게이트 전극(140) 및 집속전극(170)을 패터닝한다. 이러한 경우, 상기 집속전극(170)은 상기 에미터(160)로부터 방출되는 전자가 목표하는 형광체에 도달하도록 유도한다.

그러나, 상기한 바와 같이 게이트 전극(140)과 집속전극(170)이 동일 평면상에 형성되는 경우, 에미터로부터 방출되는 전자를 집속시키는데에는 한계가 있다.

한편, 게이트 전극 상에 절연층이 형성되고, 상기 절연층 상에 집속전극이 형성되는 구조에서는 집속효과는 뛰어나지만, 공정단계가 많고 복잡한 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 효과적으로 해결하기 위해, 게이트 전극 동일 평면 상에 제1 집속전극이 형성되며, 상기 제1 집속전극 상에 소정의 절연층이 형성되고, 상기 절연층 상에 제2 집속전극이 형성되는 전계방출소자의 형성방법 및 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1f는 종래의 전계방출소자를 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 2a 내지 도 2i는 본 발명에 따른 전계방출소자의 일실시예를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 전계방출소자의 다른 일실시예를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

200 : 하부기판 210 : 하부전극

220 : 저항층 230 : 제1 절연층

242 : 게이트 전극 244 : 제1 집속전극

260 ; 제2 절연층 270 : 제2 집속전극

290 : 희생층 302 : 에미터

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 하부전극이 형성된 하부기판 상에 저항층, 제1 절연층 및 소정의 금속층이 형성되는 단계; 상기 금속층 상에 제1 포토레지스트가 도포 및 패터닝되어 게이트 전극 및 제1 집속전극이 형성되는 단계; 상기 게이트 전극과 제1 집속전극을 절연시키기 위해 상기 게이트 전극 및 제1 집속전극이 형성된 기판 상에 제2 절연층이 형성되는 단계; 상기 제2 절연층 상에 제2 집속전극이 형성되는 단계; 상기 제2 집속전극 상에 제2 포토레지스트가 도포되며, 상기 게이트 전극이 형성된 부분에 소정의 개구부가 형성되는 단계; 상기 개구부 내에 에미터가 형성되는 단계를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 일면은 제1 절연층 상에 형성되는 게이트 전극; 상기 게이트 전극과 소정 거리 이격되는 동일 평면상에 형성되며, 상기 게이트 전극 둘레에 위치하는 제1 집속전극; 상기 게이트 전극과 상기 제1 집속전극을 절연시키기 위한 제2 절연층; 상기 제2 절연층 상에 증착되는 제2 집속전극; 상기 제2 집속전극, 제2 절연층, 게이트 전극 및 제1 절연층이 순차적으로 식각되어 형성되는 개구부; 상기 개구부 안에 원추형으로 형성되는 에미터를 포함함에 있다.

이하, 첨부된 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 전계방출소자의 전극구조에대하여 설명하고자 한다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 유리로 이루어지는 하부기판(200) 상에 하부전극(210)이 스트라이프형으로 형성되며, 상기 하부전극(210) 상에 균일한 전자방출을 위한 저항층(220)이 증착되어 패터닝된다. 그런 다음, 도시된 2b와 같이, 상기 저항층(220)을 덮도록 실리콘을 열산화하여 제1 절연층(230)을 형성시킨다음, 상기 제1 절연층(230) 상에 니오브 등의 금속으로 이루어지는 금속층(240)이 전면증착된다. 그리고, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 금속층(240) 상에 제1 포토레지스트(250)를 도포하고 식각공정을 수행하여 게이트 전극(242) 및 제1 집속전극(244)을 패터닝한다. 이러한 경우, 상기 제1 집속전극(244)은 게이트 전극 (242)과 소정 간격 이격되어 스트라이프형 또는 액자형으로 식각되며, 전자를 집속시키는 역할을 한다. 그런 다음, 상기 제1 포토레지스트(250)를 제거시킨다.

도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(242) 및 제1 집속전극(244)이 형성된 기판 상에 제2 절연층(260) 및 제2 집속전극(270) 물질을 증착시킨다. 그리고, 도 2e와 같이, 상기 제2 집속전극(270) 상에 제2 포토레지스트(280)가 도포된 다음, 사진식각공정이 수행되어 제2 집속전극(270), 제2 절연층(260), 게이트 전극(240) 및 제1 절연층(230)이 순차적으로 식각되어 소정의 개구부를 형성시킨 다음, 상기 제2 포토레지스트(280)를 제거시킨다.

그런 다음, 도 2f에 도시된 바와 같이, 전자 빔 증착법에 의한 경사증착을 수행하여 상기 제2 집속전극(270) 상에 희생층(290)을 증착시킨다. 그리고, 도 2g와 같이, 에미터 물질(300)이 전자 빔 증착법에 의해 수직 증착되면, 상기 제2 집속전극(270) 및 개구부 안에 상기 에미터 물질(300)이 증착되며, 상기 개구부내에 원추형의 에미터(302)가 형성된다. 이때, 상기 희생층(290)은 상기 에미터 물질(300)과 식각선택비가 좋은 물질을 사용하여, 상기 에미터(302)가 형성된 다음 상기 에미터 물질(300) 및 희생층(290)의 식각이 잘 되도록 유도한다.

그리고, 도 2h에 도시된 바와 같이, 상기 제2 집속전극(270) 상에 증착된 에미터 물질(300)를 에칭하여, 상기 개부구 내에 에미터(302)가 남도록 한다. 그런 다음, 도 2i에 도시된 바와 같이, 제3 포토레지스트(미도시)를 도포하고 사진식각공정을 수행하여 상기 제2 집속전극(270)을 패터닝한다. 이러한 경우, 외부회로와의 소통을 위해 패드(미도시)가 형성된다.

본 발명은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2 집속전극(270)을 하지막으로하여 도금법을 수행하면, 제2 집속전극의 높이가 조절되어, 상기 에미터(302)로부터 방출되는 전자를 효과적으로 집속시킬 수 있다. 또한, 에미터로부터 방출되는 전자의 집속효과를 향상시키기 위해, 상기 집속전극을 두 개 이상 형성하여도 무방하다. 이러한 경우, 집속전극 사이에는 절연층이 형성되어야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 전계방출소자의 전극구조에 의하면, 제1집속전극이 게이트 전극과 동일한 평면 상에 형성되는 동시에, 상기 게이트 전극 상에 형성되는 절연층 상에 제2 집속전극이 형성되어, 에미터로부터 방출되는 전자가 효과적으로 집속된다.

Claims (7)

1. 제1 절연층 상에 형성되는 게이트 전극;

   상기 게이트 전극과 소정 거리 이격되는 동일 평면상에 형성되며, 상기 게이트 전극 둘레에 위치하는 제1 집속전극;

   상기 게이트 전극과 상기 제1 집속전극을 절연시키기 위한 제2 절연층;

   상기 제2 절연층 상에 증착되는 제2 집속전극;

   상기 제2 집속전극, 제2 절연층, 게이트 전극 및 제1 절연층이 순차적으로 식각되어 형성되는 개구부;

   상기 개구부 안에 원추형으로 형성되는 에미터를 포함하는 것을 특징으로하는 전계방출소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 게이트 전극 및 제1 집속전극이 같은 물질로 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 집속전극이 도금법을 이용하여 높이 조절이 되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 집속전극은 적어도 하나 이상 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 적층 사이에 절연층이 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
6. 하부전극이 형성된 하부기판 상에 저항층, 제1 절연층 및 소정의 금속층이 형성되는 단계;

   상기 금속층 상에 제1 포토레지스트가 도포 및 패터닝되어 게이트 전극 및 제1 집속전극이 형성되는 단계;

   상기 게이트 전극과 제1 집속전극을 절연시키기 위해 상기 게이트 전극 및 제1 집속전극이 형성된 기판 상에 제2 절연층이 형성되는 단계;

   상기 제2 절연층 상에 제2 집속전극이 형성되는 단계;

   상기 제2 집속전극 상에 제2 포토레지스트가 도포되며, 상기 게이트 전극이 형성된 부분에 소정의 개구부가 형성되는 단계;

   상기 개구부 내에 에미터가 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 에미터가 형성되는 단계가

   상기 개구부가 형성된 제2 집속전극 상에 전자 빔 증착법에 의해 상단부가 돌출되는 형상의 희생층이 형성되는 단계;

   상기 희생층 상에 전자 빔 증착법에 의해 에미터 물질이 수직증착되어 에미터가 형성되는 단계;

   상기 에미터를 제외한 에미터 물질이 제거되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.