KR100464298B1 - Field emission display device and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 전계 방출 표시소자는 일정한 간격을 두고 이격되어 서로 대향되게 배치된 전면 기판 및 배면 기판; 상기 배면 기판 상에 스트라이프 상으로 형성된 음극들; 상기 음극들에 전기적으로 접속되도록 상기 음극들 상에 어레이 형태로 복수개 형성된 마이크로 팁들; 상기 복수개의 마이크로 팁들을 각각 수용하는 홀들을 갖도록 상기 음극들 및 상기 기판 노출부 위에 형성된 절연체층; 상기 홀에 대응하는 개구부들을 갖도록 상기 절연체층 상에 상기 음극들과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 형성된 게이트들; 상기 전면 기판 상에 상기 음극들과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 형성된 양극들; 및 상기 양극들 상에 형성된 형광체층;을 구비하여 된 전계 방출 표시소자에 있어서, 상기 게이트는 제1게이트, 제2게이트 및 홀 직경 조절용 금속층이 순차적으로 개재되어 형성됨으로써, 홀 직경 조절용 금속층에 의해 게이트의 개구부 직경이 조절되어 방출전자의 전류밀도 균일성을 확보함과 동시에 강한 전류밀도 하에서 발생되는 잔류가스들의 이온화에 의한 게이트 표면의 손상을 억제시킴에 따라 전계 방출 표시소자의 내구성을 개선시킬 수 있는 장점이 있다.The field emission display device according to the present invention includes a front substrate and a rear substrate spaced apart from each other at regular intervals; Cathodes formed in a stripe shape on the rear substrate; A plurality of micro tips formed in an array on the cathodes to be electrically connected to the cathodes; An insulator layer formed on the cathodes and the substrate exposed portion to have holes for receiving the plurality of micro tips, respectively; Gates formed on a stripe in a direction crossing the cathodes on the insulator layer to have openings corresponding to the holes; Anodes formed on the front substrate on a stripe in a direction crossing the cathodes; And a phosphor layer formed on the anodes, wherein the gate is formed by sequentially interposing a first gate, a second gate, and a metal layer for adjusting hole diameters, by the metal layer for adjusting hole diameters. The opening diameter of the gate is controlled to ensure uniform current density of the emission electrons and to suppress damage to the gate surface caused by ionization of residual gases generated under strong current density, thereby improving durability of the field emission display device. There is an advantage.
Description
본 발명은 평판 표시소자(flat panel display)인 전계 방출 표시소자(field emission display)에 관한 것으로서, 게이트 위에 홀 직경 조절용 금속층을 증착하여 개구부의 직경조절이 가능한 전계 방출 표시소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a field emission display, which is a flat panel display, and to a field emission display device capable of controlling the diameter of an opening by depositing a metal layer for adjusting the hole diameter on a gate, and a method of manufacturing the same. will be.
현재 기존 텔리비젼 수상기의 CRT(cathode ray tube)를 대신할 수 있는 화상 표시장치로서 평면형 화상 표시장치의 개발이 활발히 검토 되어지고 있으며, 향후 벽걸이 텔리비젼 및 HDTV용 화상 표시장치 적용을 목표로 하여 개발이 진행되고 있다.Currently, the development of a flat image display device as an image display device that can replace the CRT (cathode ray tube) of the existing television receiver is being actively studied, and the development is in progress for the purpose of applying the image display device for wall-mounted television and HDTV in the future. It is becoming.
이와 같은 평면형 화상 표시장치로서는 액정 표시소자(Liquid Crystal Display), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel), 그리고 전계 방출 표시소자(Field Emission Device) 등이 있으며, 그 중에서 화면의 밝기 및 저소비 전력에 있어서 전계 방출 표시소자가 크게 주목을 받고 있다.Such flat image display apparatuses include liquid crystal displays, plasma display panels, and field emission devices, among which are electric fields in terms of brightness and low power consumption of the screen. Emission display devices have attracted much attention.
도 1은 종래의 전계 방출 표시소자의 수직 단면도이다.1 is a vertical cross-sectional view of a conventional field emission display device.
도시된 바와 같이, 종래의 전계 방출 표시소자는 유리 기판(1) 상에 스트라이프 상으로 형성된 음극(2)들과, 음극(2)들 상에 어레이 구조로 다수 형성된 전계 방출용의 마이크로-팁(5)들, 이 마이크로-팁(5)들을 에워싸도록 형성된 절연체층(3), 마이크로-팁(6)들의 상부에 전계 방출이 가능하도록 하는 개구부(4a)를 가지도록 절연체층(3) 상에 형성된 게이트(4)가 구비되어 있다.As shown in the drawing, the conventional field emission display device has a cathode 2 formed in a stripe shape on a glass substrate 1, and a micro-tip for field emission formed in a large array structure on the cathodes 2 ( 5) on the insulator layer 3 with an insulator layer 3 formed to enclose these micro-tips 5, and an opening 4a on top of the micro-tips 6 to enable field emission. The gate 4 formed in the is provided.
이와 같은 구성의 전계 방출 표시소자의 제조 방법은 다음과 같다.A method of manufacturing a field emission display device having such a configuration is as follows.
도 2에 도시된 바와 같이, 유리 기판(1) 상에 음극들(2)을 스트라이프 상으로 형성하고, 그 위에 절연체층(3) 및 게이트층(4')을 순차적으로 적층한다.As shown in FIG. 2, the cathodes 2 are formed in a stripe shape on the glass substrate 1, and the insulator layer 3 and the gate layer 4 ′ are sequentially stacked thereon.
다음에 포토리소그라피 공정으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 마스크(6)를 게이트층(4') 상부에 형성하고 이를 식각하여 개구부(4a)를 갖는 게이트(4)를 형성한다.Next, in a photolithography process, as shown in FIG. 3, a photoresist mask 6 is formed on the gate layer 4 ′ and etched to form a gate 4 having an opening 4 a.
다음에, 도 4에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 마스크(6)를 제거하고, 게이트(4)를 마스크로 사용하여 절연체층(3)를 식각함으로써, 절연체(3)에 홀(3a)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 4, the photoresist mask 6 is removed and the insulator layer 3 is etched using the gate 4 as a mask to form holes 3a in the insulator 3. do.
다음에, 도 5에 도시된 바와 같이, 게이트(4) 상에 분할층(7)을 증착하고, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판을 회전시키면서 몰리브데늄(Mo)과 같은 고융점 물질로 마이크로 팁(5)을 증착시킨 다음, 분할층(7)을 에칭하여 제거함으로써, 마이크로 팁 부산물(5a)도 함께 제거되게 한다. 이와 같이 함으로써, 도 1에 도시된 바와 같은 전계 방출 표시소자를 완성한다.Next, as shown in FIG. 5, a partition layer 7 is deposited on the gate 4, and as shown in FIG. 6, a high melting point material such as molybdenum (Mo) is rotated while rotating the substrate. The micro tip 5 is deposited, and then the dividing layer 7 is removed by etching, so that the micro tip by-product 5a is also removed. In this way, the field emission display device as shown in FIG. 1 is completed.
그러나, 상기와 같은 전계 방출 표시소자의 제조방법에 있어서, 마이크로 팁이 형성되는 홀의 가공공정은 고정밀을 요구하는 매우 어려운 기술이다.However, in the method of manufacturing the field emission display device as described above, the processing of the hole in which the micro tip is formed is a very difficult technique requiring high precision.
즉, 마이크로 홀의 크기는 1㎛의 직경을 갖도록 하는 포토리소그라피 공정이 요구된다. 이는 현존하는 마이크로 패턴 형성 기술에 있어서, 최고 정밀도가 필요한 포토리소그라피 기술이 요구되고 있으므로 공정조건 개발이 매우 어렵고, 동시에 균일성 확보가 매우 힘든 문제점을 가지고 있다. 또한, 전계 방출 표시소자의 내부가 고진공이 요구되며, 매우 좁은 공간에서 강전계가 형성되므로 내부 잔류 가스들에 의한 이온화가 발생되어 장치 내부의 금속 전극들이 손상되는 문제점들을 가지고 있다.That is, a photolithography process is required in which the size of the micro holes has a diameter of 1 μm. In the existing micro-pattern forming technology, since photolithography technology requiring the highest precision is required, it is very difficult to develop process conditions and at the same time, it is very difficult to secure uniformity. In addition, since a high vacuum is required inside the field emission display device and a strong electric field is formed in a very narrow space, ionization by internal residual gases occurs, thereby causing damage to metal electrodes inside the device.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 게이트의 개구부를 일정크기 만큼 작게 조절할 수 있도록 홀 직경 조절용 금속층을 형성시킴으로써, 매우 균일한 게이트의 개구부를 갖는 전계 방출 표시소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and by forming a metal layer for hole diameter adjustment so that the opening of the gate can be adjusted to a certain size, a field emission display device having a very uniform opening of the gate and a method of manufacturing the same. The purpose is to provide.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전계 방출 표시소자는, 일정한 간격을 두고 이격되어 서로 대향되게 배치된 전면 기판 및 배면 기판; 상기 배면 기판 상에 스트라이프 상으로 형성된 음극들; 상기 음극들에 전기적으로 접속되도록 상기 음극들 상에 어레이 형태로 복수개 형성된 마이크로 팁들; 상기 복수개의 마이크로 팁들을 각각 수용하는 홀들을 갖도록 상기 음극들 및 상기 기판 노출부 위에 형성된 절연체층; 상기 홀에 대응하는 개구부들을 갖도록 상기 절연체층 상에 상기 음극들과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 형성된 게이트들; 상기 전면 기판 상에 상기 음극들과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 형성된 양극들; 및 상기 양극들 상에 형성된 형광체층;을 구비하여 된 전계 방출 표시소자에 있어서, 상기 게이트는 제1게이트, 제2게이트 및 홀 직경 조절용 금속층이 순차적으로 개재되어 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the field emission display device according to the present invention includes: a front substrate and a rear substrate spaced apart from each other at regular intervals; Cathodes formed in a stripe shape on the rear substrate; A plurality of micro tips formed in an array on the cathodes to be electrically connected to the cathodes; An insulator layer formed on the cathodes and the substrate exposed portion to have holes for receiving the plurality of micro tips, respectively; Gates formed on a stripe in a direction crossing the cathodes on the insulator layer to have openings corresponding to the holes; Anodes formed on the front substrate on a stripe in a direction crossing the cathodes; And a phosphor layer formed on the anodes, wherein the gate is formed by sequentially interposing a first gate, a second gate, and a metal layer for adjusting the hole diameter.
상기 홀 직경 조절용 금속층은 상기 제2게이트와 동일한 금속물질로 형성되며, 상기 홀 직경 조절용 금속층은 동작시 잔류가스 이온의 충돌에 견딜 수 있는 정도의 고융점의 금속물질로 이루어지며, 상기 제1게이트는 상기 절연체층의 표면에서 결합력을 증가시키기 위한 크롬으로 이루어지고, 상기 제2게이트는 몰리브데늄으로 이루어진다.The hole diameter adjusting metal layer is formed of the same metal material as the second gate, and the hole diameter adjusting metal layer is made of a metal material having a high melting point to withstand the collision of residual gas ions during operation, and the first gate Is made of chromium for increasing the bonding force on the surface of the insulator layer, and the second gate is made of molybdenum.
또한, 본 발명에 따른 전계 방출 표시소자의 제조방법은, (가) 유리 기판 상에 스트라이프 상의 음극층, 절연체층, 제1게이트층 및 제2게이트층의 금속물질을 순차적으로 증착하고, 상기 제1 및 제2게이트층을 식각하여 소정 직경의 개구부를 갖는 제1 및 제2게이트를 형성하는 단계; (나) 상기 절연체층에 상기 개구부에 대응하는 홀을 형성하기 위해 식각하는 단계; (다) 기판을 회전시키면서 상기 제2게이트 상에 전자빔을 경사지게 입사시켜 소정 각도로 홀 직경 조절용 금속층 및 분할층을 순차로 형성하는 단계; 및 (라) 기판을 회전시키면서 수직방향의 증착을 수행하여 마이크로 팁을 형성하고, 상기 분할층을 식각하여 마이크로 팁 부산물층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method for manufacturing a field emission display device according to the present invention includes (a) sequentially depositing a metal material of a cathode layer, an insulator layer, a first gate layer, and a second gate layer on a stripe on a glass substrate; Etching the first and second gate layers to form first and second gates having openings of a predetermined diameter; (B) etching to form holes corresponding to the openings in the insulator layer; (C) sequentially forming the hole diameter adjusting metal layer and the divided layer at a predetermined angle by inclining the electron beam on the second gate while rotating the substrate; And (d) performing vertical deposition while rotating the substrate to form a micro tip, and etching the partition layer to remove the micro tip byproduct layer.
상기 (가) 단계에서, 상기 제1게이트층은 상기 절연체층의 표면에서 결합력을 증가시키기 위한 크롬으로 이루어지고, 상기 제2게이트층은 고융점의 몰리브데늄으로 이루어진다.In the step (a), the first gate layer is made of chromium to increase the bonding force on the surface of the insulator layer, and the second gate layer is made of molybdenum having a high melting point.
그리고, 상기 (다) 단계에서, 상기 제1 및 제2게이트의 개구부 직경은 1.5㎛로 형성하며, 상기 홀 직경 조절용 금속층은 상기 제1 및 제2게이트 보다 직경이 0.2㎛ 내지 0.3㎛가 작도록 형성한다. In the step (c), the opening diameters of the first and second gates are formed to be 1.5 μm, and the hole diameter adjusting metal layer has a diameter of 0.2 μm to 0.3 μm smaller than that of the first and second gates. Form.
또한, 상기 (다) 단계에서, 상기 분할층은 알루미늄으로 이루어지며, 상기 (다) 단계에서, 상기 홀 직경 조절용 금속층은 상기 제2게이트와 동일한 몰리브데늄으로 형성한 것을 특징으로 한다.In addition, in the step (c), the partition layer is made of aluminum, and in the step (c), the hole diameter adjusting metal layer is formed of the same molybdenum as the second gate.
이하, 본 발명에 따른 전계 방출 표시소자를 상세하게 설명한다.Hereinafter, the field emission display device according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 전계 방출 표시소자는, 순차적으로 제1게이트, 제2게이트 및 상기 제2게이트와 동일한 금속물질의 홀 직경 조절용 금속층으로 개재되는 게이트가 형성된 점에 그 특징이 있다. 이러한 특징을 도 7을 참조하여 상세하게 설명해보기로 한다. 여기서, 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.The field emission display device according to the present invention is characterized in that a gate interposed between the first gate, the second gate, and the metal layer for adjusting the hole diameter of the same metal material as the second gate is sequentially formed. This feature will be described in detail with reference to FIG. 7. Here, the same reference numerals refer to the same components.
도시된 바와 같이, 배면 기판(31) 및 전면 기판(38)이 일정한 간격을 유지하도록 스페이서(35)로 이격되어 서로 대향되게 배치된다. 그리고, 배면 기판(31) 상에 음극(32)이 스트라이프 상으로 나란하게 형성된다. 음극(32)에는 상기 음극(32)과 전기적으로 접속되도록 복수개의 마이크로 팁(34)이 어레이 구조로 형성된다.As shown, the back substrate 31 and the front substrate 38 are spaced apart from the spacers 35 so as to maintain a constant distance therebetween. The cathode 32 is formed on the rear substrate 31 in parallel with the stripe. In the cathode 32, a plurality of micro tips 34 are formed in an array structure so as to be electrically connected to the cathode 32.
그리고, 마이크로 팁(34)을 각각 수용하는 홀(33a)을 갖는 절연체층(33)이 음극(32) 및 배면 기판(31)의 노출부 위에 형성되고, 절연체층(33) 상에는 절연체층(33)의 홀(33a)에 대응하는 개구부(36a)를 갖는 게이트(36)가 음극(32)들과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 형성된다.Then, an insulator layer 33 having holes 33a respectively accommodating the micro tips 34 is formed on the exposed portions of the cathode 32 and the back substrate 31, and the insulator layer 33 is disposed on the insulator layer 33. The gate 36 having the opening 36a corresponding to the hole 33a of the () is formed in a stripe shape in the direction crossing the cathodes 32.
여기서, 게이트(36)는 절연체층(33)의 표면에서 결합력을 증가시키기 위한 크롬(Cr)으로 이루어진 제1게이트(14)와, 고융점을 가지는 몰리브데늄(Mo)으로 이루어진 제2게이트(15)로 형성되며, 게이트(36)의 개구부(36a)는 제1게이트(14) 및 제2게이트(15) 상에 제2게이트와 동일한 금속물질의 몰리브데늄(Mo)으로 형성된 홀 직경 조절용 금속층(17)의 두께 조절로 개구부(36a)의 직경을 소정 크기 만큼 작게 조절되게 한다. 이러한 홀 직경 조절용 금속층(17)의 증착으로 인한 이차적인 개구부(19)의 직경은 일차적으로 형성된 제1 및 제2게이트(14,15)의 개구부(14a,15a) 직경인 1.5㎛ 보다 0.2㎛∼0.3㎛가 작게 조절된 1.2㎛∼1.3㎛으로 형성된다.Here, the gate 36 includes a first gate 14 made of chromium (Cr) for increasing the bonding force on the surface of the insulator layer 33, and a second gate made of molybdenum (Mo) having a high melting point ( 15 and the opening 36a of the gate 36 is formed of molybdenum (Mo) of the same metal material as that of the second gate on the first gate 14 and the second gate 15. The thickness of the metal layer 17 is adjusted to reduce the diameter of the opening 36a by a predetermined size. The diameter of the secondary openings 19 due to the deposition of the hole diameter adjusting metal layer 17 is 0.2 μm to 1.5 μm, which is the diameter of the openings 14a and 15a of the first and second gates 14 and 15 formed primarily. 0.3 micrometers is formed in 1.2 micrometers-1.3 micrometers with small adjustment.
그러므로, 마이크로 팁(34)의 크기와, 마이크로 팁(34)의 선단에서부터 개구부(36a) 단면까지의 거리를 조절하게 된다.Therefore, the size of the micro tip 34 and the distance from the tip of the micro tip 34 to the cross section of the opening 36a are adjusted.
이러한 홀 직경 조절용 금속층(17)에 의한 개구부(36a)의 직경 조절 및 마이크로 팁(34)의 선단으로부터 개구부(36a)의 단면까지 거리의 차는 후술되는 수학식 1에 의해 마이크로 팁(34)으로 부터의 방출전자(37) 전류밀도의 균일성 확보를 좌우하는 데 중요한 요소가 된다.The diameter adjustment of the opening 36a by the hole diameter adjusting metal layer 17 and the difference of the distance from the tip of the micro tip 34 to the cross section of the opening 36a are determined from the micro tip 34 by Equation 1 to be described later. The emission electrons 37 are important factors in determining the uniformity of the current density.
특히, 마이크로 팁(34)에서 방출되는 방출전자(37)는 때때로 매우 강한 방출 전류밀도를 가져 진공영역을 통과할 때, 소량의 잔류가스들을 이온화시키고, 이 때, 발생된 가스 이온들이 게이트(36) 표면에 충돌한다. 따라서, 개구부(36a)의 손상을 방지하기 위해서는 고융점의 물질이 필요하게 된다. 그러므로, 고융점의 몰리브데늄을 홀 직경 조절용 금속층(17)의 재료로 사용함으로써, 장수명의 전계 방출 표시소자를 얻게 된다.In particular, the emission electrons 37 emitted from the micro tip 34 sometimes have very strong emission current densities to ionize a small amount of residual gases as they pass through the vacuum region, where the generated gas ions are gated 36. ) Hit the surface. Therefore, in order to prevent damage to the opening 36a, a material having a high melting point is required. Therefore, by using molybdenum having a high melting point as the material for the hole diameter adjusting metal layer 17, a long-life field emission display device can be obtained.
또한, 전면 기판(38) 상에는 양극(39)들이 스트라이프 상으로 형성되고, 양극(39) 상에는 형광체층(39a)이 도포된다. 그리고, 형광체층(39a)과 게이트(36) 사이에는 진공 공간이 구비되어 마이크로 팁(34)들로부터 양극(39)들로의 방출전자(37) 방출이 용이하게 된다.In addition, the anodes 39 are formed on the front substrate 38 in a stripe shape, and the phosphor layer 39a is coated on the anodes 39. In addition, a vacuum space is provided between the phosphor layer 39a and the gate 36 to facilitate emission of the emission electrons 37 from the micro tips 34 to the anodes 39.
이와 같은 구조를 가진 본 발명에 따른 전계 방출 표시소자는 음극(32)과, 게이트(36) 간에 70V∼100V 정도의 전압을 인가하고, 음극(32)과, 양극(39) 간에 300V 정도의 전위차를 유지시키면 마이크로 팁(34)으로부터 방출전자(37)가 방출되어 진공 영역을 통과하여 양극(39) 위의 형광체층(39a)에 충돌되면서 원하는 부분이 빛을 발하기 시작한다.The field emission display device according to the present invention having such a structure applies a voltage of about 70V to 100V between the cathode 32 and the gate 36, and a potential difference of about 300V between the cathode 32 and the anode 39. When it is maintained, the emission electrons 37 are emitted from the micro tip 34 to pass through the vacuum region and collide with the phosphor layer 39a on the anode 39 to start to emit light.
이러한 음극(32)과 게이트(36)는 일정간격 및 스트라이프 상으로 서로 절연체(33)를 사이에 두고 대향되어 마주보는 X-Y matrix 구조를 갖고 있으므로 선택된 영역만이 빛을 발하게 된다.Since the cathode 32 and the gate 36 have X-Y matrix structures facing each other with the insulator 33 interposed therebetween at predetermined intervals and stripes, only the selected region emits light.
이 때, FEA(Field Emitter Array)가 형성된 배면 기판(31)과, 형광체층(39a)이 형성되어 있는 전면 기판(38) 사이의 간격은 고정세 스페이서(35)에 의해서 일정간격을 유지할 수 있게 되며, 이 때의 유지간격은 200㎛ 정도로 형성된다.At this time, the distance between the back substrate 31 on which the field emitter array (FEA) is formed and the front substrate 38 on which the phosphor layer 39a is formed can be maintained by the high-definition spacer 35. At this time, the holding interval is formed to about 200㎛.
여기서, 마이크로 팁(34)에서 전자가 방출되기 시작하는 게이트(36)의 전압의 크기는 게이트(36)의 개구부(36a) 직경, 마이크로 팁(34)의 선단 직경, 및 개구부(36a)의 단면에서 마이크로 팁(34) 선단까지의 거리의 차에 의해서 주로 결정되어 방출전자(37)의 전류밀도 균일성을 확보하게 된다.Here, the magnitude of the voltage of the gate 36 at which electrons start to be emitted from the micro tip 34 is the diameter of the opening 36a of the gate 36, the tip diameter of the micro tip 34, and the cross section of the opening 36a. Is mainly determined by the difference in distance from the tip of the micro tip 34 to ensure the uniformity of current density of the emission electrons 37.
전술한 바와 같은 게이트(36)의 개구부(36a) 직경, 마이크로 팁(34)의 선단 직경 및 개구부(36a)의 단면에서 마이크로 팁(34) 선단까지의 거리의 차에 의해 좌우되는 방출전자(37)의 전류밀도 균일성에 대한 이론의 수학식은 다음과 같다.Emitting electrons 37 which are influenced by the difference in the diameter of the opening 36a of the gate 36, the tip diameter of the micro tip 34, and the distance from the cross section of the opening 36a to the tip of the micro tip 34 as described above. The theory of the current density uniformity of
[수학식 1][Equation 1]
여기서, J는 전류밀도(current-density)이고, E는 전계의 세기이며, ψ는 일함수이다.Where J is current-density, E is the strength of the electric field, and ψ is the work function.
상기 Fowler-Nordheim 방정식의 수학식 1에서 전계 방출에 의한 전류밀도는 전계의 세기 E의 제곱에 비례함을 알 수 있다.In Equation 1 of the Fowler-Nordheim equation, it can be seen that the current density due to the field emission is proportional to the square of the intensity E of the electric field.
그러므로, 전계의 세기 E 및 전계의 세기에 대한 전류밀도 J는 마이크로 팁(34) 선단의 크기, 게이트(36)의 개구부(36a) 직경 및 개구부(36a)의 단면에서 마이크로 팁(34) 선단 까지의 거리에 밀접한 관계가 있다. 즉, 증착된 홀 직경 조절용 금속층(17)의 두께조절로 인한 게이트(36)의 개구부(36a) 직경조절, 마이크로 팁(34)의 크기조절 및 개구부(36a)의 단면에서 마이크로 팁(34) 선단 까지의 거리조절과 관계되는 전계의 세기 E에 따라 전류밀도 균일성의 확보를 가능하게 한다.Therefore, the electric current intensity E and the electric current density J for the electric field strength are the size of the tip of the micro tip 34, the diameter of the opening 36a of the gate 36 and the cross section of the opening 36a to the tip of the micro tip 34. It is closely related to the distance. That is, the diameter of the opening 36a of the gate 36, the size of the micro tip 34, and the tip of the micro tip 34 at the cross section of the opening 36a due to the thickness of the deposited hole diameter adjusting metal layer 17 are adjusted. It is possible to ensure the current density uniformity according to the intensity E of the electric field related to the distance control to.
여기서, 전류밀도의 균일성은 양극(39) 위의 형광체층(39a)에서 휘도의 차로 나타나기 때문에 이러한 방출전자(37) 전류밀도의 균일성 확보는 전계 방출 표시소자의 표시품질을 좌우하게 된다.Here, since the uniformity of the current density is represented by the difference in luminance in the phosphor layer 39a on the anode 39, ensuring the uniformity of the current density of the emission electrons 37 determines the display quality of the field emission display device.
이와 같은 본 발명에 따른 전계 방출 표시소자의 제조방법을 상세하게 설명한다.Such a method of manufacturing the field emission display device according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 전계 방출 표시소자의 제조방법은, 서로 다른 두가지 금속물질의 제1게이트 및 제2게이트 위에 두께조절이 가능한 홀 직경 조절용 금속층을 증착함으로써, 게이트의 개구부 직경 조절이 가능하게 한 점에 그 특징이 있다. 이러한 특징을 도 8 내지 도 15를 참조하여 구체적으로 설명해보기로 한다. 여기서, 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.In the method of manufacturing the field emission display device according to the present invention, the thickness of the hole diameter adjusting metal layer is deposited on the first gate and the second gate of two different metal materials, so that the opening diameter of the gate can be adjusted. It has its features. This feature will be described in detail with reference to FIGS. 8 to 15. Here, the same reference numerals refer to the same components.
먼저, 도 8을 참조하면, 유리 기판(11) 상에 음극(12)을 스트라이프 상으로 형성하고, 그 위에 절연체층(13) 및 서로 다른 금속물질을 가지는 게이트층(14',15')으로 제1게이트층(14')과, 그 위에 제2게이트층(15')을 순차적으로 적층한다.First, referring to FIG. 8, the cathode 12 is formed in a stripe shape on the glass substrate 11, and the insulator layer 13 and the gate layers 14 ′ and 15 ′ having different metal materials thereon are formed thereon. The first gate layer 14 'and the second gate layer 15' are stacked sequentially.
이 때, 음극(12)과 제1게이트층(14') 및 제2게이트층(15')의 중간에 절연체층(13)을 사이에 두고 서로 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 X-Y matrix 형상을 갖도록 형성한다.At this time, the insulator layer 13 is interposed between the cathode 12, the first gate layer 14 ', and the second gate layer 15' so as to have an XY matrix shape on a stripe in a direction crossing each other. Form.
다음에 포토리소그라피 공정으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1게이트 층(14') 위의 제2게이트층(15') 상부에 포토레지스트를 형성한다. 그리고, 포토레지스트를 자외선 파장을 갖는 노광장비로 노광한 후, 식각하여 포토레지스트 마스크(16)를 형성한다.Next, in a photolithography process, as shown in FIG. 9, a photoresist is formed on the second gate layer 15 ′ over the first gate layer 14 ′. Then, the photoresist is exposed with an exposure apparatus having an ultraviolet wavelength and then etched to form a photoresist mask 16.
다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 증착된 제1게이트층(14') 및 제2게이트층(15')을 식각하여 제1 및 제2게이트(14,15)의 개구부(14a,15a)를 형성하는 단계로서, 형성된 포토레지스트 마스크(16)를 사용하여 제1 및 제2게이트층(14',15')을 식각하면 소정 직경의 개구부(14a,15a)를 형성한다. 여기서, 제1게이트 개구부(14a)는 SF6와 CF4의 플라즈마를 이용하는 리엑티브 이온 에칭(Reactive Ion Etching: RIE)법으로 식각하고, 또한, 제2게이트층(15')의 제2게이트 개구부(15a)는 Cl2와 O2의 플라즈마를 이용하는 리엑티브 이온 에칭법으로 식각한다. 이렇게 일차적으로 형성된 제1 및 제2게이트 개구부(14a,15a)의 직경은 1.5㎛로 형성한다.Next, as shown in FIG. 10, the deposited first gate layer 14 ′ and the second gate layer 15 ′ are etched to form openings 14a and 15a of the first and second gates 14 and 15. ), The first and second gate layers 14 'and 15' are etched using the formed photoresist mask 16 to form openings 14a and 15a having a predetermined diameter. Here, the first gate opening 14a is etched by reactive ion etching (RIE) using plasma of SF 6 and CF 4 , and further, the second gate opening of the second gate layer 15 ′. 15a is etched by a reactive ion etching method using plasma of Cl 2 and O 2 . The diameters of the first and second gate openings 14a and 15a formed as described above are 1.5 μm.
이렇게 형성된 제1게이트(14)는 제1게이트(14) 하부에 형성된 절연체층(13)의 표면에서 제1게이트(14)와 절연층(13)과의 결합력을 증가시키기 위해 접합력이 우수한 크롬(Cr)으로 이루어지며, 제2게이트(15)는 고융점의 몰리브데늄(Mo)으로 이루어진다.The first gate 14 formed as described above is formed of chromium having excellent bonding strength in order to increase the bonding force between the first gate 14 and the insulating layer 13 on the surface of the insulator layer 13 formed under the first gate 14. Cr), and the second gate 15 is made of molybdenum (Mo) having a high melting point.
다음으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 절연체층(13)의 홀(13a)을 형성하기 위해 상기의 포토레지스트 마스크(16)를 사용하여 습식 에칭법으로 식각함으로써, 제1 및 제2게이트 개구부(14a,15a)에 대응하는 소정 직경의 홀(13a)을 형성한다. 그 다음, 마스크(16)를 제거한다.Next, as shown in FIG. 11, the first and second gate openings are etched by wet etching using the photoresist mask 16 to form the holes 13a of the insulator layer 13. Holes 13a having a predetermined diameter corresponding to 14a and 15a are formed. Next, the mask 16 is removed.
그 후, 도 12에 도시된 바와 같이, 기판을 회전시키면서 제2게이트(15) 상에 전자빔을 일정각도(θ≥75°)로 경사지게 입사시켜 소정 각도로 홀 직경 조절용 금속층(17)을 형성한다. 기판의 회전과 전자빔 증착으로 인해 홀 직경 조절용 금속층(17)은 제2게이트(15) 위에서 완만한 형태로 홀 직경 조절용 금속층(17) 하부의 제1 및 제2게이트(14,15)들을 에워싸게 된다. 여기서, 홀 직경 조절용 금속층(17)의 증착으로 인한 이차적인 개구부(19)의 직경은 일차적으로 형성된 제1 및 제2게이트(14,15)의 개구부(14a,15a) 직경 보다 0.2㎛∼0.3㎛가 작게 조절되도록 형성한다. 이러한 증착으로 홀 직경 조절용 금속층(17)의 두께를 조절하여 게이트의 개구부(19) 직경을 용이하게 조절할 수 있으며, 홀 직경 조절용 금속층(17)을 제2게이트(15)의 금속물질과 동일한 몰리브데늄(Mo)으로 증착함으로써, 방출전자들의 강한 전류밀도 하에서 발생되는 잔류가스들의 이온화에 의한 게이트 표면 및 게이트의 개구부(19) 손상을 방지할 수 있는 정도의 고융점을 갖는 몰리브데늄(Mo)의 금속물질에 의해 표시소자의 내구성을 개선시킬 수 있다.Thereafter, as shown in FIG. 12, the electron beam is inclined at a predetermined angle (θ ≧ 75 °) on the second gate 15 while rotating the substrate to form the hole diameter adjusting metal layer 17 at a predetermined angle. . Due to the rotation of the substrate and the electron beam deposition, the hole diameter adjusting metal layer 17 forms a gentle shape on the second gate 15 to surround the first and second gates 14 and 15 under the hole diameter adjusting metal layer 17. do. Here, the diameter of the secondary openings 19 due to the deposition of the hole diameter adjusting metal layer 17 is 0.2 μm to 0.3 μm than the diameters of the openings 14a and 15a of the first and second gates 14 and 15 formed primarily. It is formed to be adjusted small. By the deposition, the diameter of the opening diameter 19 of the gate can be easily adjusted by adjusting the thickness of the hole diameter adjusting metal layer 17, and the hole diameter adjusting metal layer 17 has the same molybdenum as the metal material of the second gate 15. Molybdenum (Mo) having a high melting point to prevent damage to the gate surface and the opening 19 of the gate by ionization of the residual gases generated under the strong current density of the emitting electrons by depositing with the de (Mo) The metal material may improve durability of the display device.
다음으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 알루미늄(Al)으로 이루어진 분할층(18)을 홀 직경 조절용 금속층(17) 상에 증착하는데, 전술한 바와 같은 홀 직경 조절용 금속층(17)의 증착과 같은 방법으로 형성한다.Next, as shown in FIG. 13, a partition layer 18 made of aluminum (Al) is deposited on the hole diameter adjusting metal layer 17, such as the deposition of the hole diameter adjusting metal layer 17 as described above. To form.
다음에, 마이크로 팁(20)을 형성하는 단계로서, 도 14 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 몰리브데늄(Mo)의 마이크로 팁(20)을 형성하는 단계로서, 진공 증착기로 진공상태를 유지시킨 상태에서 전자빔 증착용 몰리브데늄(Mo) 소스(source)를 사용하여 기판을 회전시키면서 수직방향의 증착을 수행하여 몰리브데늄의 마이크로 팁(20)을 증착한다.Next, as the forming of the micro tip 20, as shown in Figures 14 to 15, forming the micro tip 20 of molybdenum (Mo), by maintaining a vacuum state with a vacuum evaporator In this state, the molybdenum (Mo) source for the electron beam deposition (Mo) source (rotation) while rotating the substrate to perform the vertical deposition to deposit the micro tip 20 of molybdenum.
그리고, 알루미늄(Al)으로 이루어진 분할층(18)을 화학용액을 이용한 습식 에칭 공정을 수행하여 제거함과 동시에 마이크로 팁 부산물(20a)을 함께 분해 제거하게 되면 몰리브데늄층의 첨예한 선단을 갖는 마이크로 팁(20) 어레이(micro-tip array)의 제조공정이 완료된다.In addition, when the partition layer 18 made of aluminum (Al) is removed by performing a wet etching process using a chemical solution, and the micro tip by-product 20a is decomposed and removed together, the micro layer having a sharp tip of the molybdenum layer is removed. The manufacturing process of the micro-tip array is completed.
여기서, 상술한 바와 같이 형성된 마이크로 팁(20)은 홀 직경 조절용 금속층(17)의 두께조절로 인한 게이트의 개구부(19) 직경 조절로 높이조절을 가능하게 한다.Here, the micro tip 20 formed as described above enables height adjustment by adjusting the diameter of the opening 19 of the gate due to the thickness adjustment of the metal layer 17 for adjusting the hole diameter.
이와 같은 공정으로 제조된 전계 방출 표시소자는 몰리브데늄(Mo)으로 증착된 홀 직경 조절용 금속층(17)에 의해 게이트의 개구부(19) 직경조절 및 마이크로 팁(20)의 높이조절이 가능하고, 개구부(19)의 직경이 작으면서도 마이크로 팁(20)과 개구부(19) 가장자리 간의 이격거리가 일정하게 유지되어 방출전자 전류밀도의 균일성 확보가 가능하며, 동작시 잔류가스의 이온화에 의한 게이트의 개구부(19)와 게이트 표면의 손상을 보호할 수 있는 장점이 있다. The field emission display device manufactured by the above process is capable of adjusting the diameter of the opening 19 of the gate and the height of the micro tip 20 by the hole diameter adjusting metal layer 17 deposited with molybdenum (Mo), Although the diameter of the opening 19 is small, the separation distance between the micro tip 20 and the edge of the opening 19 is kept constant to ensure uniformity of the emission electron current density. There is an advantage that can protect the damage of the opening 19 and the gate surface.
이후 공정으로, 상술한 바와 같이 제조된 FEA(field emitter array)들과, 형광체층(도 7의 39a)이 형성된 양극판(도 7의 38)을 조립한 후, 열용융 공정으로써 저용융의 유리 파우더(glass powder)를 사용하여 진공용기를 구성하고, 가열 배기장치(미도시)를 사용하여 전계 방출 표시소자의 내부를 고진공, 약 10-7∼10-8 torr 까지 배기시킨다.Subsequently, after assembling the FEA (field emitter array) manufactured as described above and the positive electrode plate (38 in FIG. 7) having the phosphor layer (39a in FIG. 7) formed thereon, a low melting glass powder as a thermal melting process (glass powder) is used to construct a vacuum container, and a heat exhaust device (not shown) is used to evacuate the inside of the field emission display device to high vacuum at about 10 -7 to 10 -8 torr.
이 때, 진공도 향상 및 표시소자 내부의 진공도 유지를 위하여 배기공정 중에 약 320∼340℃ 정도까지 가열하여 표시소자 내부로부터 발생될 수 있는 각종 잔류가스들을 방출시키면서 배기공정을 수행한다.At this time, in order to improve the degree of vacuum and maintain the degree of vacuum inside the display element, the exhaust process is performed while releasing various residual gases that may be generated from the inside of the display element by heating to about 320 to 340 ° C.
그 다음으로, 표시소자 내부가 10-7∼10-8 torr 정도의 진공도에 도달되면 유리 배기관을 열융착시켜서 표시소자의 내부가 고진공 상태가 유지될 수 있도록 한 후에 추가적으로 표시소자 내부에 잔류가스들을 흡착하여 표시소자 내부의 진공도를 높이기 위한 목적으로 고주파 유도 가열장치를 사용하여 화학물질인 바륨(Ba) 게터(getter) 막을 표시소자 내부에 플래싱(flashing) 시키게 되면 본 발명에 따른 전계 방출 표시소자의 제조가 완료된다.Next, when the inside of the display element reaches a vacuum degree of about 10 -7 to 10 -8 torr, the glass exhaust pipe is thermally fused so that the inside of the display element can be maintained in a high vacuum state. When a flashing of a barium (Ba) getter film, which is a chemical substance, is performed inside a display device by using a high frequency induction heating device to increase the degree of vacuum inside the display device by adsorption, the field emission display device according to the present invention Manufacturing is complete.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전계 방출 표시소자 및 그 제조방법은 전계 방출 표시소자의 전 영역에서 게이트의 개구부 직경 조절로 인해 매우 균일한 방출전자의 전류밀도를 얻을 수 있다. 이는 게이트 상에 홀 직경 조절용 금속층을 증착시킴으로써, 게이트의 개구부 직경조절로 가능하며, 강한 전류밀도 하에서 발생되는 잔류가스들의 이온화에 의한 게이트 표면의 손상을 억제시킴에 따라 전계 방출 표시소자의 내구성을 개선시킬 수 있는 장점이 있다.As described above, the field emission display device and the manufacturing method thereof according to the present invention can obtain a very uniform current density of the emission electrons by controlling the opening diameter of the gate in the entire area of the field emission display device. This is possible by controlling the opening diameter of the gate by depositing a metal layer for adjusting the hole diameter on the gate, and improving durability of the field emission display device by suppressing damage to the gate surface caused by ionization of residual gases generated under a strong current density. There is an advantage to this.
도 1은 종래의 전계 방출 표시소자의 발췌 수직 단면도,1 is a vertical cross-sectional view taken from a conventional field emission display device;
도 2 내지 도 6은 도 1의 전계 방출 표시소자의 제조 단계별 공정후의 수직 단면도,2 to 6 are vertical cross-sectional views after the step-by-step process of manufacturing the field emission display device of FIG.
도 7은 본 발명에 따른 전계 방출 표시소자의 발췌 수직 단면도,7 is a vertical cross-sectional view taken from the field emission display device according to the present invention;
그리고, 도 8 내지 도 15는 도 7의 전계 방출 표시소자의 제조 단계별 공정후의 수직 단면도이다.8 to 15 are vertical cross-sectional views after the step-by-step process of manufacturing the field emission display device of FIG. 7.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
1,11... 유리 기판 2,12,32... 음극1,11 ... glass substrate 2,12,32 ... cathode
3,13,33... 절연체층 3a,13a,33a... 절연체 홀3,13,33 ... insulator layer 3a, 13a, 33a ... insulator hole
4,36... 게이트 4'... 게이트층4,36 ... Gate 4 '... Gate Layer
4a... 개구부 4a ... opening
5,20,34... 마이크로 팁 6... 포토레지스트5,20,34 ... Micro Tip 6 ... Photoresist
7,18... 분할층 14'... 제1게이트층7,18 ... 14 '... First gate layer
14... 제1게이트 14a... 제1게이트 개구부14 ... First gate 14a ... First gate opening
15'... 제2게이트층 15... 제2게이트15 '... Second gate layer 15 ... Second gate
15a... 제2게이트 개구부 16... 마스크 15a ... second gate opening 16 ... mask
17... 홀 직경 조절용 금속층 19,36a... 게이트 개구부17 ... Metal layer for hole diameter adjustment 19,36a ... Gate opening
5a,20a... 마이크로 팁 부산물 35... 스페이서5a, 20a ... Micro Tip By-Products 35 ... spacer
31... 배면 기판 38... 전면 기판31 ... back board 38 ... front board
37... 방출전자 39a... 형광체층37 ... emitted electron 39a ... phosphor layer
39... 양극 39 ... anode
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