KR100720669B1 - Double side light triode structure spindt type field emission display and the manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 제1기판의 양면 즉, 상면 및 하면 모두에 금속팁을 형성시킴으로써 양면 발광이 가능하도록 하며, 특히 알루미나 구조체 및 희생층을 형성시키는 공정을 수행하는데 있어서 양 면에 동일 한 조건을 제공할 수 있는 소정 제조장치를 이용함으로써 알루미나 구조체 및 희생층을 양면에 동일하게 형성시킬 수 있도록 한 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spin type triode field emission device capable of emitting light on both sides, and a method of manufacturing the same. A metal tip is formed on both surfaces of the first substrate, that is, on both the top and bottom surfaces thereof, to enable both sides light emission. In performing the process of forming the sacrificial layer, a spin-type triode capable of emitting light on both sides to form the alumina structure and the sacrificial layer on both sides by using a predetermined manufacturing apparatus capable of providing the same conditions on both sides. A field emission device and a method of manufacturing the same.
본 발명의 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자는 제1기판; 상기 제1기판의 상면과 하면에 형성된 캐소드전극; 상기 캐소드전극 상에 미세공이 형성된 알루미나 구조체; 상기 미세공 내부의 상기 캐소드전극 상에 형성된 금속전극; 상기 금속전극 상에 형성된 금속팁; 상기 알루미나 구조체 상에 형성된 게이트전극; 형광물질이 도포된 투명전극이 상기 상면 측 상기 금속팁과 대응되는 위치에 형성된 상부 제2기판; 상기 형광물질이 도포된 상기 투명전극이 상기 하면 측 상기 금속팁과 대응되는 위치에 형성된 하부 제2기판 및 상기 상부 제2기판과 상기 상면 측 상기 게이트전극 사이 및 상기 하부 제2기판과 상기 하면 측 상기 게이트전극 사이에 구비되어 상기 상부 제2기판과 상기 하부 제2기판을 고정시키는 접합부재를 포함하여 이루어진다.A spin type triode field emission device capable of emitting both sides of the present invention includes a first substrate; A cathode electrode formed on an upper surface and a lower surface of the first substrate; An alumina structure in which micropores are formed on the cathode electrode; A metal electrode formed on the cathode electrode in the micropores; A metal tip formed on the metal electrode; A gate electrode formed on the alumina structure; An upper second substrate having a transparent electrode coated with a fluorescent material at a position corresponding to the metal tip on the upper side; The transparent second electrode on which the fluorescent material is coated is formed at a position corresponding to the metal tip of the lower surface side, between the lower second substrate and the upper second substrate and the upper surface side of the gate electrode, and the lower second substrate and the lower surface side. And a bonding member provided between the gate electrodes to fix the upper second substrate and the lower second substrate.
전계방출소자, 3극관, 양극산화, 전해도금, 스핀트형, spindt, FED, 양면발광 Field emission device, triode, anodization, electroplating, spin type, spindt, FED, double sided emission
Description
도 1은 종래 스핀트형 3극관 전계방출소자의 단면도,1 is a cross-sectional view of a conventional spin type triode field emission device;
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자의 단면도,2 is a cross-sectional view of a spin type triode field emission device capable of emitting both sides of an embodiment according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따라 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자를 제조할 때 이용되는 제조장치의 계략적인 사시도,3 is a schematic perspective view of a manufacturing apparatus used when manufacturing a spin type triode field emission device capable of emitting light on both sides according to the present invention;
도 4a~4f는 본 발명에 따른 일실시예의 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자의 제조공정 단면도,4A to 4F are cross-sectional views of manufacturing processes of a spin type triode field emission device capable of emitting light on both sides according to an embodiment of the present invention;
도 5는 도 4a~4f의 공정으로 완성된 일 실시예의 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자의 제2기판을 제거하고 본 평면도,FIG. 5 is a plan view illustrating the second substrate of the spin type triode field emission device capable of emitting light on both sides of one embodiment completed by the process of FIGS. 4A to 4F;
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예의 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자의 단면도,6 is a cross-sectional view of a spin type triode field emission device capable of emitting both sides of another embodiment according to the present invention;
도 7은 도 6에 도시한 다른 실시예의 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자의 제2기판을 제거하고 본 평면도이다.FIG. 7 is a plan view illustrating the second substrate of the spin type triode field emission device capable of emitting light on both sides of another embodiment shown in FIG.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***
1, 11, 31 : 제1기판 2, 12, 33 : 캐소드전극1, 11, 31:
3, 14, 35 : 알루미나 구조체 3a, 14a, 35a : 미세공3, 14, 35:
4, 16, 38 : 게이트전극 5, 15, 34 : 금속전극4, 16, 38:
6, 18, 36 : 금속팁 7, 42 : 접합부재6, 18, 36: metal tip 7, 42: bonding member
8, 20, 39 : 제2기판 9, 21, 40 : 투명전극8, 20, 39:
10, 22, 41 : 형광물질 13 : 알루미늄층10, 22, 41: fluorescent material 13: aluminum layer
17: 희생층 32 : 산화막17: sacrificial layer 32: oxide film
37 : 절연막 110 : 하판37: insulating film 110: lower plate
120 : 상판120: top plate
본 발명은 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 제1기판의 상면 및 하면 모두에 금속팁을 형성시킴으로써 양면 발광이 가능하도록 한 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
전계방출소자(Field Emission display, FED)는 화면을 이루는 픽셀마다 전자총을 배치시킨 형태의 표시장치에 이용되며, 상술한 전자총에 해당하는 냉음극 전자원(cold cathode electron source)인 전계 방출 에미터 어레이(field emitter array, 전계방출소자)에 전압을 가하여 전자를 방출 시키고, 이어 방출된 전자가 전면에 있는 각각의 형광체를 발광시킴으로써 영상을 표시하게 된다. 이러한 FED는 브라운관(cathode-ray tube, CRT)의 광시야각, 광작동온도 범위와 고휘도 특성을 그대로 가지면서 박형이라는 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이로서 주목받고 있다.A field emission display (FED) is used for a display device in which an electron gun is arranged for each pixel forming a screen, and a field emission emitter array which is a cold cathode electron source corresponding to the electron gun described above. An electron is emitted by applying a voltage to a field emitter array, and then the emitted electrons emit respective phosphors in the front to display an image. These FEDs are attracting attention as next-generation displays because they have the advantages of being thin while retaining the wide viewing angle, light operating temperature range, and high brightness characteristics of a cathode-ray tube (CRT).
도 1은 종래 스핀트형 3극관 전계방출소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional spin type triode field emission device.
도 1에 도시된 바와 같이 종래 스핀트형 3극관 전계방출소자는 전자가 방출되는 하판(110), 상기 전자가 충돌하면 발광하는 형광물질(10)이 도포된 상판(120) 및 상판(110)과 하판(120)사이에서 지지대 역할을 하는 접합부재(7)로 이루어진다.As shown in FIG. 1, a conventional spin type triode field emission device includes a
전술한 구성에서 하판(110)은 실리콘 웨이퍼인 제1기판(1), 제1기판(1)의 상부에 증착되는 캐소드전극(2), 캐소드전극(2)에 증착되고 소정 간격으로 미세공(3a)이 형성되며 실리카(SiO2)로 이루어진 알루미나 구조체(3), 알루미나 구조체(3) 상부에 증착되며 상기 전자가 쉽게 방출되도록 하는 게이트전극(4), 전자가 방출되는 전자방출원인 금속팁(6) 및 금속팁(6)이 캐소드전극(2)에 증착되도록 하는 금속전극(5)을 포함하여 이루어진다.In the above-described configuration, the
한편, 상판(120)은 유리재질의 제2기판(8), 상기 전자를 유도하며 형광물질(10)과 제2기판(8) 사이에 도포되는 애노드 투명전극(9)을 포함하여 이루어진다.Meanwhile, the
따라서 하판(110)의 캐소드전극(2)과 상판(120)의 애노드 투명전극(9)이 활성화 된 상태에서 게이트전극(4)에 전압을 가하면 하판(110)의 금속팁(6)에서 전자가 방출되며, 상기 방출된 전자가 상판(120)의 형광물질(10)에 충돌하여 형광물질 이 발광하게 된다.Therefore, when a voltage is applied to the
그러나 종래 스핀트형 3극관 전계방출소자에 따르면 단면 발광만 가능하기 때문에 양면 발광이 필요한 장치의 경우 단면 스핀트형 3극관 전계방출소자를 2개 사용해야 하므로 장치가 두꺼워지고 제조비용이 상승하는 문제점이 있었다.However, according to the conventional spin type triode field emission device, since only single-sided light emission is possible, a device requiring double-sided light emission has to use two single-sided spin type triode field emission devices, resulting in a thicker device and a higher manufacturing cost.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제1기판의 상면과 하면 모두에 동일한 공정을 동일한 조건에서 수행함으로써 양면 발광이 가능하도록 한 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and the spin-type triode field emission device capable of double-sided light emission, which enables double-sided light emission by performing the same process on both the upper and lower surfaces of the first substrate under the same conditions, and its The purpose is to provide a manufacturing method.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자 및 그 제조방법은 제1기판; 상기 제1기판의 상면과 하면에 형성된 캐소드전극; 상기 캐소드전극 상에 미세공이 형성된 알루미나 구조체; 상기 미세공 내부의 상기 캐소드전극 상에 형성된 금속전극; 상기 금속전극 상에 형성된 금속팁; 상기 알루미나 구조체 상에 형성된 게이트전극; 형광물질이 도포된 투명전극이 상기 상면 측 상기 금속팁과 대응되는 위치에 형성된 상부 제2기판; 상기 형광물질이 도포된 상기 투명전극이 상기 하면 측 상기 금속팁과 대응되는 위치에 형성된 하부 제2기판 및 상기 상부 제2기판과 상기 상면 측 상기 게이트전극 사이 및 상기 하부 제2기판과 상기 하면 측 상기 게이트전극 사이에 구비되어 상기 상부 제2기판과 상기 하부 제2기판을 고정시키는 접합부재를 포함하여 이루어진 양면 발광이 가 능한 스핀트형 3극관 전계방출소자 및 그 제조방법을 제공한다.Spin-type triode field emission device capable of emitting both sides of the present invention for achieving the above object and a method of manufacturing the first substrate; A cathode electrode formed on an upper surface and a lower surface of the first substrate; An alumina structure in which micropores are formed on the cathode electrode; A metal electrode formed on the cathode electrode in the micropores; A metal tip formed on the metal electrode; A gate electrode formed on the alumina structure; An upper second substrate having a transparent electrode coated with a fluorescent material at a position corresponding to the metal tip on the upper side; The transparent second electrode on which the fluorescent material is coated is formed at a position corresponding to the metal tip of the lower surface side, between the lower second substrate and the upper second substrate and the upper surface side of the gate electrode, and the lower second substrate and the lower surface side. Provided is a spin-type triode field emission device capable of double-sided light emission provided between the gate electrodes and including a bonding member for fixing the upper second substrate and the lower second substrate, and a method of manufacturing the same.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자 및 그 제조방법에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the spin type triode field emission device capable of emitting light on both sides according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a spin type triode field emission device capable of emitting both sides of an embodiment according to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 일 실시예의 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자는 제1기판(11); 상기 제1기판(11)의 상면과 하면에 형성된 캐소드전극(12); 상기 캐소드전극(12) 상에 형성된 소정 미세공(14a)을 갖는 알루미나 구조체(14); 상기 소정 미세공(14a) 내부의 상기 캐소드전극(12) 상에 형성된 금속전극(15); 상기 금속전극(15) 상에 형성된 금속팁(18); 상기 알루미나 구조체(14) 상에 형성된 게이트전극(16); 형광물질(22)이 도포된 투명전극(21)이 상기 상면 측 상기 금속팁(18)과 대응되는 위치에 형성된 상부 제2기판(20); 상기 형광물질(22)이 도포된 상기 투명전극(21)이 상기 하면 측 상기 금속팁(18)과 대응되는 위치에 형성된 하부 제2기판(20) 및 상기 상부 제2기판(20)과 상기 상면 측 상기 게이트전극(16) 사이 및 상기 하부 제2기판(20)과 상기 하면 측 상기 게이트전극(16) 사이에 구비되어 상기 상부 제2기판(20)과 상기 하부 제2기판(20)을 고정시키는 접합부재(23)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 2, a spin-type triode field emission device capable of emitting both sides of an embodiment according to the present invention includes a
도 3은 본 발명에 따라 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자를 제조할 때 이용되는 제조장치의 계략적인 사시도인바, 알루미나 구조체(14)를 형성 하기 위한 양극산화 공정 및 금속팁(18) 형성 전에 게이트전극(16) 상에 희생층(17)을 형성시키는 전해도금 공정에 이용된다.Figure 3 is a schematic perspective view of a manufacturing apparatus used when manufacturing a spin-type triode field emission device capable of emitting light on both sides according to the present invention, an anodizing process for forming an
도 3에 도시된 바와 같이 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자 제조장치는 진공 또는 전해도금액이 채워지는 소정 크기의 반응실(52)을 갖는 챔버(51)로 달성되는바, 반응실(52) 내부에는 제1기판(11)을 고정시킬 수 있는 고정틀(53)이 설치된다.As shown in FIG. 3, the apparatus for manufacturing a spin type triode field emission device capable of emitting both sides is achieved by a
따라서 고정틀(53)에 소정 증착물이 증착된 제1기판(56)을 고정시킨 후 소정 증착물이 증착된 제 1기판(56)의 양쪽에 백금판(Pt plate)(55)을 각각 한개씩 설치하고 백금판(55)과 소정 증착물에 전압 및 전류를 가하면 양극산화 또는 전해도금 공정이 양면에 동시에 수행되게 된다.Therefore, after fixing the
도 4a~4f는 본 발명에 따른 일실시예의 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자의 제조공정 단면도이다.4A to 4F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a spin-type triode field emission device capable of emitting light on both sides according to an embodiment of the present invention.
먼저 도 4a는 제1기판(11)의 상면 및 하면에 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 구리(Cu), 팔라듐(Pd) 또는 탄탈륨(Ti) 등의 캐소드전극(12)을 증착한 후 캐소드전극(12) 상에 알루미늄층(13)을 증착하는 공정인바, CVD(Chemical Vapour Deposition)법을 이용하면 양면에 동시증착이 가능하며, 스퍼터링(Sputtering)법을 이용하면 한 면씩 번갈아가면서 공정을 수행함으로써 달성된다.First, FIG. 4A illustrates a
다음 도 4b는 양극산화 및 인산처리 공정을 수행하여 알루미늄층(13)을 미세공(14a)을 갖는 알루미나(Al2O3) 구조체(14)로 만든 단면도인바, 도 3에 도시된 제 조장치(50)를 이용함으로써 달성되며, 양면에 동일한 크기의 미세공(14a)을 갖는 알루미나 구조체(14)의 형성은 양극산화 공정시 동일한 조건 즉, 동일한 전압, 동일한 시간, 동일한 진공상태, 동일한 속도의 회전 및 동일한 온도를 제공함으로써 달성된다.Next, FIG. 4B is a cross-sectional view of the
전술한 구성에서 상기 양극산화 공정은 정전압법과 정전류법이 있으며, 전해질의 종류 및 농도에 따라 온도 및 시간을 달리하여야 한다. 일반적으로 황산을 제외한 모든 전해질은 상온에서 사용이 가능하다. 양극산화를 정전압법으로 수행하는 경우에는 전류의 변화량을, 정전류법으로 수행하는 경우에는 전압의 변화량을 관찰해가며 양극산화의 시간을 조절하여야 한다. 만일 일정한 시간을 정해 놓고 양극산화를 수행하게 되면, 미세공(14a)이 완전하게 형성되지 않거나 지나쳐서 알루미나 구조체(14)가 기판으로부터 분리되는 현상이 벌어지게 된다. 먼저, 정전압법으로 양극산화를 수행하는 경우, 전류는 초기에 급격히 감소하다가 서서히 미세하게 증가한 후, 어느 시점에서 갑자기 증가하는 부분이 나타나게 되며, 그 후 다시 감소하게 된다. 따라서 갑자기 증가하다가 떨어지는 순간에 정지를 하게 되면 미세공(14a)의 하단이 캐소드전극(12)까지 형성되게 된다. 다음으로, 정전류법으로 양극산화를 수행하는 경우, 초기에 전압은 급격히 상승하다가 서서히 미세하게 감소하기 시작하며, 어느 시점에서 급격히 감소하는 부분이 나타난 후 다시 증가하게 되는데, 이때 양극산화를 정지하게 되면 미세공(14a)의 하단이 캐소드전극(12)까지 형성된다.In the above-described configuration, the anodization process includes a constant voltage method and a constant current method, and the temperature and time must be varied according to the type and concentration of the electrolyte. In general, all electrolytes except sulfuric acid can be used at room temperature. In the case of carrying out the anodization by the constant voltage method, the time of the anodic oxidation should be adjusted while observing the change of the current in the case of the constant current method. If the anodic oxidation is performed at a fixed time, the phenomenon in which the
따라서 미세공(14a)의 지름이나 미세공(14a)간의 거리를 조절하기 위해서는 인가해주는 전압을 제어하며, 알루미나 구조체(14)의 두께를 조절하기 위해서는 인가해주는 전류를 제어함으로써 달성된다.Therefore, the voltage applied to control the diameter of the
한편, 양극산화공정 후 미세공(14a)의 하단과 캐소드전극(12) 사이에는 베리어층(미도시)이 형성되는데, 알루미늄층(13)의 높이가 위치에 따라 다르거나 표면의 평탄도가 좋지 않을 경우, 미세공(14a)의 하단과 캐소드전극(12) 사이의 거리가 위치마다 달라지게되며, 이로 인하여 일정하게 배열된 미세공(14a)을 얻기 위한 인산처리 공정이 추가 된다.Meanwhile, a barrier layer (not shown) is formed between the lower end of the
상술한 인산처리 공정은 증류수에 0.2M 이하의 인산을 저농도로 혼합하여 60℃에서 수행한다. 인산처리 시간은 베리어층의 두께에 따라 달라지게 되는데 베리어층 하단의 두께는 일반적으로 10Å/V 가 형성되며, 미세공(14a) 사이의 알루미나 구조체(14) 막 두께는 15Å/V의 두께로 형성된다. 베리어층을 식각하게 되면, 미세공(14a) 사이의 알루미나 구조체(14)도 동시에 식각 되므로 베리어층을 식각하는데 있어서 미세공(14a)의 알루미나 구조체(14)가 모두 식각되기 이전에 정지를 해야 한다. 따라서, 베리어층의 식각은 저농도의 산(acid) 에서 수행하는 것이 좋으며, 0.2M의 인산을 사용하는 경우에 7Å/sec의 식각율을 보인다. 만일 저농도의 인산이 아닌 고농도의 인산을 사용하게 되면 식각률이 빨라지게 되므로 정확한 식각시간을 맞추기가 어렵다.The phosphoric acid treatment process described above is carried out at 60 ° C by mixing a phosphoric acid of 0.2M or less in distilled water at a low concentration. Phosphate treatment time depends on the thickness of the barrier layer. The thickness of the barrier layer is generally 10 μs / V, and the thickness of the
한편, 증착되는 알루미늄층(13)은 모든 면적에서 같은 높이를 보여야 한다. 만일 그렇지 않으면, 양극산화 공정에서 미세공(14a)의 하단과 캐소드전극(12) 사이에 거리가 모든 면적에서 같은 거리를 유지하지 못하게 되며, 이로 인하여 일부 면적에서 금속팁(18)과 캐소드전극(12)이 서로 연결되지 않게 되는 현상이 벌어지게 된다. 더하여, 증착된 알루미늄층(13)의 표면 평탄도 및 표면 거칠기가 좋지 않을 경우, 양극산화에 의해 일정하고 수직적으로 형성된 미세공(14a)을 얻기가 힘들다. On the other hand, the deposited
따라서, 알루미늄층(13)은 순도가 높은 것을 이용하고, 제1기판(11)을 실리콘 웨이퍼로 사용하는 경우, 캐소드전극(12)으로 금(Au)이나 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W)을 사용하고자 한다면, 캐소드전극 및 알루미늄층의 접착력을 높여주기 위해 제1기판(11)과 캐소드전극(12) 사이 및 캐소드전극(12)과 알루미늄층(13) 사이에 크롬(Cr), 니켈(Ni), 니크롬(NiCr) 등을 매우 얇게 증착해 주되 약 200nm두께로 약 200Å 정도로 증착시키며, 캐소드전극(12)으로 코발트(Co), 구리(Cu), 은(Ag) 등을 사용하고자 한다면, 티타늄(Ti)을 중간에 증착해 주는 것이 바람직하다. 이는 알루미늄층(13)과 실리콘 웨이퍼는 비슷한 bulk density 즉, 겉보기 비중을 가지기 때문이다.Therefore, when the
한편, 인산처리 공정에서 인산 대신 크롬산, 묽은 황산, BOE(Buffered Oxid Etch) 또는 옥살산을 사용할 수도 있을 것이다.Meanwhile, chromic acid, dilute sulfuric acid, BOE (Buffered Oxid Etch) or oxalic acid may be used instead of phosphoric acid in the phosphoric acid treatment process.
한편, 인산처리 공정을 수행하여 드러나는 캐소드전극(12)의 면적은 각각의 미세공(14a)마다 미세하게 차이가 생길 수 있기 때문에 이후 미세공(14a) 내에 금속팁(18)을 형성시킬 때 미세공(14a) 마다 금속팁(18)과 접촉하는 캐소드전극(12)의 면적이 달라질 수 있으며, 이는 각각의 에미터 투명전극(21)마다 전계방출 특성이 달라지게 되는 원인으로 작용할 수 있다. 따라서, 미세공(14a)의 하단에 드러난 캐소드전극(12)의 면적을 동일하게 해 주기 위해서 증착장비를 이용하여 미세공(14a)의 하단에 금속전극(18)을 증착하는바, 이때 동일한 재료로 달성될 수 있는 게이트전극(16)을 알루미나 구조체(14)의 상단에 동시에 증착함으로써 공정의 수를 줄일 수 있다.On the other hand, since the area of the
도 4c는 알루미나 구조체(14)의 상단 및 미세공(14a)의 하단에 전극 즉, 게이트전극(16)과 금속전극(15)을 증착한 후 게이트전극(16)의 상단에 희생층(17)을 형성시킨 단면도인바, 게이트전극(16) 및 금속전극(15)은 CVD법을 이용하여 양면에 동시증착하거나 스퍼터링법을 이용하여 한 면씩 번갈아가면서 공정을 수행함으로써 달성되며, 희생층(17)은 도 3에 도시된 제조장치를 이용하여 전해도금 공정을 수행함으로써 달성된다.4C shows that the
상술한 금속전극(15) 및 게이트전극(16)은 알루미나 구조체(14) 및 캐소드전극(12)과 겉보기 비중이 비슷한 금속을 사용해야 접착력이 좋아지며, 게이트전극(16)의 겉보기 비중은 이후 증착될 희생층의 겉보기 비중과 큰 차이를 보이도록 하는 것이 좋다. 특히 게이트전극(16)은 이후 수행될 전해도금 공정의 전극으로 사용하기 위해 최소한 3000Å 이상으로 증착시키는 것이 바람직하다.The
상술한 전해도금 공정은 도 3에 도시된 제조장치를 이용함으로써 달성되는바, 양극산화 공정과 마찬가지로 동일한 조건 즉, 동일한 전압, 동일한 시간, 동일한 진공상태, 동일한 속도의 회전 및 동일한 온도를 제공함으로써 양면에 동일한 두께의 희생층이 형성된다.The above-described electroplating process is achieved by using the manufacturing apparatus shown in Fig. 3, which is similar to the anodizing process by providing the same conditions, i.e., the same voltage, the same time, the same vacuum, the same speed of rotation and the same temperature. A sacrificial layer of the same thickness is formed in.
특히 이후 희생층(17) 식각 공정을 수행할 때 알루미나 구조체(14)나 게이트 전극(16)에 영향을 주지 않아야 하므로 10nm 이하의 얇은 층으로 형성시켜주는 것이 좋다. 대표적인 Ni 전해도금을 수행할 경우, H3·BO3(붕산), NiSO4·6H2O(황산니켈) 그리고 NiCl2·6H2O(염화니켈)의 순서로 투입하여 전해도금액을 만들며, Ni 판(plate)을 양극(+), 게이트전극(16)을 음극(-)으로 하여 면적당 전류량을 조절함으로서 원하는 높이의 희생층(17)을 만들 수 있다.In particular, when the
다음 도 4d는 스퍼터(sputter)를 이용하여 금속팁(18)을 형성시킨 단면도인바, 금속팁(18)은 주로 몰리브덴(Mo)을 사용하게 되며, 제1기판(11)을 회전시키면서 증착하게 되면 도 2e에 도시된 것처럼, 스핀트형 즉, 원추형으로 증착되게 된다.Next, FIG. 4D is a cross-sectional view of forming the
금속팁(18) 증착 공정은 양면을 동시에 수행하기 어렵기 때문에 한 면씩 번갈아 가면서 수행함으로써 달성된다.Since the
다음 도 4e는 금속팁(18) 증착 공정 후 희생층(17)을 제거한 단면도인바, 리프트오프(lift-off)법을 이용 희생층(17)을 제거함으로써, 금속팁(18) 형성을 위해 불필요하게 형성된 몰리브덴을 제거할 수 있게 된다.Next, FIG. 4E is a cross-sectional view of the
상술한 리프트오프법은 양면에 증착된 몰리브덴을 제거하기 위해 희생층(17)을 Ni 식각용액에 침전시킴으로써 달성된다.The above lift-off method is achieved by precipitating the
다음 도 4f는 도 4a~도 4e의 공정으로 완성된 제1기판(11)에 형광체(22) 및 투명전극(21)이 형성된 제2기판(20)을 양면에 접착한 단면도 인바, 제2기판(20)과 게이트전극(16) 사이에 접착부재(23)를 이용하여 접착함으로써 달성된다.Next, FIG. 4F is a cross-sectional view of the
도 5는 도 4a~4f의 공정으로 완성된 일 실시예의 양면 발광이 가능한 스핀트 형 3극관 전계방출소자의 제2기판을 제거하고 본 평면도인바, 각 미세공(14a)마다 게이트전극(16)이 존재하며, 미세공(14a) 내부에는 금속전극(15)이 형성되어 있다. 특히 제1기판(11)의 양면을 동일한 공정으로 수행하였기 때문에 저면도도 평면도와 동일하다.FIG. 5 is a plan view showing the second substrate of the spin-type triode field emission device capable of emitting light on both sides according to one embodiment completed by the processes of FIGS. 4A to 4F. The
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예의 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자의 단면도인바, PM방식의 스핀트형 3극관 전계방출소자를 나타낸다.6 is a cross-sectional view of a spin type triode field emission device capable of double-sided light emission according to another embodiment of the present invention, showing a PM type spin type triode field emission device.
PM(Passive Matrix)는 제1기판(31)의 캐소드전극(33)과 상판의 애노드 투명전극(40)이 그물모양의 매트릭스 구조로 형성됨으로써 각각 다른 전압을 인가하여 서로 교차하는 곳의 화소를 제어하는 구동방식이다. 다른 구동 방식으로는 AM(Active Matrix)가 있으며, AM 방식은 각 화소마다 박막 트랜지스터를 설치하여 각각의 화소를 개별 제어를 하는 구동 방식이다. 전체적인 성능을 비교하면 AM 구동 방식이 PM 구동 방식보다 휘도, 해상도 및 응답성 등 에서 우수한 성능을 보이지만 제조가 어렵고 단가가 비싸다는 단점이 있다.The PM (Passive Matrix) is a
본 발명의 다른 실시예인 PM 구조의 스핀트형 3극관 전계방출소자는 제1기판(31); 제1기판(31)의 상면 및 하면에 증착되는 캐소드전극(33)과 산화막(32); 캐소드전극(33)과 산화막(32) 상에 증착되는 미세공(35a)을 갖는 알루미나 구조체(35); 알루미나 구조체(35) 상에 증착되는 게이트전극(38)과 절연막(37); 미세공(35a) 내부의 캐소드전극(33) 상에 형성되는 금속전극(34); 금속전극(34) 상에 형성 되는 금속팁(36); 형광물질(41)이 도포된 투명전극(40)이 상기 상면 측 상기 금속팁(36)과 대응되는 위치에 형성된 상부 제2기판(39); 상기 형광물질(41)이 도포된 상기 투명전극(40)이 상기 하면 측 상기 금속팁(36)과 대응되는 위치에 형성된 하부 제2기판(39) 및 상기 상부 제2기판(39)과 상기 상면 측 상기 게이트전극(38) 사이 및 상기 하부 제2기판(39)과 상기 하면 측 상기 게이트전극(38) 사이에 구비되어 상기 상부 제2기판(39)과 상기 하부 제2기판(39)을 고정시키는 접합부재(42)를 포함하여 이루어진다.In another embodiment of the present invention, a spin type triode field emission device having a PM structure includes: a
상술한 PM 구조의 스핀트형 3극관 전계방출소자의 제조공정은 스핀트형 3극관 전계방출소자의 제조공정에 몇 가지 공정이 추가됨으로 달성되는바, 먼저, 제1기판(31) 위와 아래에 포토리소그라피법을 이용하여 산화막(32)과 캐소드전극(33)을 형성한 후, 알루미늄층(미도시)을 증착하여 양극산화법으로 미세공(35a)을 갖는 알루미나 구조체(35)를 위와 아래에 형성시킨다.The above-described manufacturing process of the SPT type triode field emission device of the PM structure is achieved by adding several steps to the manufacturing process of the SPT type triode field emission device. First, photolithography above and below the
다음 알루미나 구조체(35)에 희생층(미도시)을 증착하면 미세공(35a) 내부에도 희생층(미도시)이 증착되며 미세공은(35a)은 닫히게 된다. 그 후, 희생층 위에 포토레지스터(photo resister이하 PR)(미도시)을 도포하고 반도체공정을 이용하여 전자방출소자가 만들어 질 부분의 희생층(미도시)만 선택적으로 제거하게 되면 미세공(35a)에 증착되었던 희생층(미도시)도 제거된다. 이때, 제거되는 희생층(미도시)의 방향은 캐소드전극(33)과 직각으로 교차하는 방향이어야 한다.Next, when the sacrificial layer (not shown) is deposited on the
이후 드러난 미세공(35a) 위에 증착장비를 이용하여 게이트전극(38)을 증착하고, 게이트전극(38) 위에 전해도금법을 이용하여 Ni(미도시)을 증착한 후, 증착장비를 이용하여 전자방출원인 금속팁(36)을 형성시키기 위하여 Mo을 증착시킨다. 그리고 PR(미도시)을 제거하게 되면, PR(미도시) 위에 있던 Mo은 lift-off법에 의 하여 제거되고, 다시 Ni을 제거하면 도3에 도시된 PM구조의 양면 발광이 가능한 3극관 전계방출소자를 제작할 수 있다.Thereafter, the
이처럼 저전압 구동이 가능한 PM(Passive Matrix) 구조의 양면 발광 3극관 전계방출소자의 제작은 기존의 반도체공정이 많이 사용되기 때문에 제작하는데 있어서 많은 어려움이 뒤따른다. 하지만 전해도금법과 증착법에 의한 희생층을 이용하기 때문에 공정의 단계나 방법에 있어서 다른 제조법에 비해 비교적 용이하게 제작할 수 있을 것이다.As described above, the fabrication of a double-sided light emitting triode field emission device having a PM (Passive Matrix) structure capable of driving a low voltage requires a lot of difficulties in fabricating a conventional semiconductor process. However, since the sacrificial layer by the electroplating method and the deposition method is used, it will be relatively easy to manufacture in comparison with other manufacturing methods in the step or method of the process.
도 7은 도 6에 도시한 다른 실시예의 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자의 제2기판을 제거하고 본 평면도인바, 각 미세공(45)마다 게이트전극(38)이 존재하며, 미세공(35a) 내부에는 금속팁(36)이 형성되어 있으며, 금속팁(36)이 없는 미세공(35a)은 절연막(37)으로 덮혀 있게 된다. 특히 제1기판(31)의 양면을 동일한 공정으로 수행하였기 때문에 저면도도 평면도와 동일하다.FIG. 7 is a plan view illustrating the second substrate of the spin type triode field emission device capable of emitting light on both sides of another embodiment shown in FIG. 6, wherein a
본 발명의 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자 및 그 제조방법은 전술한 실시예에 국한 되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.The spin-type triode field emission device capable of emitting both sides of the present invention and its manufacturing method are not limited to the above-described embodiments and can be modified in various ways within the scope of the technical idea of the present invention.
이 상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 양면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자 및 그 제조방법에 따르면, 양면 발광이 필요한 장치에서 단면 발광이 가능한 스핀트형 3극관 전계방출소자를 2개 사용하는 것보다 두께가 얇아지고 비용도 절감되는 효과가 있다.According to the spin-type triode field emission device capable of double-sided light emission and the manufacturing method thereof according to the present invention as described above, rather than using two spin-type triode field emission devices capable of single-side light emission in a device requiring double-sided light emission. The thickness is reduced and the cost is reduced.
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