KR100724369B1 - Field emission device with ultraviolet protection layer and manufacturing method thereof - Google Patents

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신은정
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 자외선 차폐층을 구비한 전계방출소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 종래 애노드 고전계에 의한 영향이 작은 노멀 게이트형 전계방출 소자는 좁고 깊은 게이트홀 내부에 에미터 물질이 정밀하게 형성되어야 하므로 희생층을 적용하거나 캐소드층 상부에 별도의 차폐층을 적용하고, 감광성 에미터 물질을 형성한 후 배면 노광하는 것으로 상기 게이트홀 내부에 에미터 물질을 형성하였으나, 희생층을 이용하는 경우에는 정렬 문제와 희생층 제거 문제로 인해 소자 특성이 열화될 수 있고, 상기 차폐층을 적용하는 경우에는 감광성 페이스트를 고난이도 정렬을 통한 패턴 인쇄로 적용해야 하므로 공정이 어려워지는 문제점이 있었다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 캐소드 전극 상부에 하부 자외선 차폐층을 형성하고, 그 상부에 차례로 절연층, 박막 절연층 및 게이트 전극을 형성한 후, 그 상부 전면에 희생층을 성막한 다음 게이트홀을 형성하도록 하여 상기 희생층이 직접 절연층 상에 형성되는 부분이 없도록 하고 하부 자외선 차폐층이 자기정렬방식으로 식각되어 노광창을 형성하도록 함으로써, 상기 박막 절연층에 의해 희생층의 제거를 용이하게 하고, 노광창 형성 공정 역시 용이하게 함과 아울러 감광성 에미터 페이스트를 소자 전면에 적용할 수 있도록 하여 공정 난이도를 크게 줄이고 수율을 높이며 소자 품질을 균일화 할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.The present invention relates to a field emission device having a UV shielding layer and a method of manufacturing the same. In the conventional normal gate type field emission device having a small effect due to the anode high electric field, an emitter material must be precisely formed inside a narrow and deep gate hole. Therefore, by applying a sacrificial layer or by applying a separate shielding layer on the cathode layer, and forming a photosensitive emitter material and exposing the back surface, the emitter material is formed inside the gate hole. Device characteristics may deteriorate due to the problem of removing the sacrificial layer, and when the shielding layer is applied, the photosensitive paste has to be applied by pattern printing through a high degree of alignment, which makes the process difficult. In order to solve the above problems, the present invention forms a lower ultraviolet shielding layer on the cathode electrode, forms an insulating layer, a thin film insulating layer, and a gate electrode in order on the upper portion thereof, and then forms a sacrificial layer on the entire upper surface thereof. Next, the gate hole is formed so that the sacrificial layer is not directly formed on the insulating layer, and the lower ultraviolet shielding layer is etched in a self-aligning manner to form an exposure window, thereby removing the sacrificial layer by the thin film insulating layer. In addition, it facilitates the exposure window forming process, and also allows the photosensitive emitter paste to be applied to the entire surface of the device, thereby greatly reducing the process difficulty, increasing the yield, and uniformizing the device quality.

Description

자외선 차폐층을 구비한 전계방출소자 및 그 제조 방법{FIELD EMISSION DEVICE WITH ULTRAVIOLET PROTECTION LAYER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Field emission device having an ultraviolet shielding layer and a method of manufacturing the same {FIELD EMISSION DEVICE WITH ULTRAVIOLET PROTECTION LAYER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 종래 노멀형 3전극 전계방출소자의 구조를 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional normal three-electrode field emission device.

도 2는 종래 평면형 3전극 전계방출소자들의 구조를 보인 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional planar three-electrode field emission device.

도 3은 종래 배면 노광 방식으로 형성된 노멀형 3전극 전계방출소자의 구조를 보인 단면도.Figure 3 is a cross-sectional view showing the structure of a normal three-electrode field emission device formed by a conventional back exposure method.

도 4a 내지 도 4c는 상기 도 3에 도시된 배면 노광방식 전계방출 소자를 제조하는 과정을 보인 수순 단면도.Figures 4a to 4c is a cross-sectional view showing a process of manufacturing the back exposure type field emission device shown in FIG.

도 5a 내지 도 5d는 상기 도 4a 내지 도 4c와 상이한 방식으로 배면 노광방식 전계방출 소자를 제조하는 과정을 보인 수순 단면도.5A to 5D are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a back exposure field emission device in a manner different from those of FIGS. 4A to 4C.

도 6a 내지 도 6d는 이종게이트를 이용하는 배면 노광방식 전계방출 소자를 제조하는 과정을 보인 수순 단면도.6A to 6D are procedures cross-sectional views showing a process of manufacturing a back exposure type field emission device using a hetero gate.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명 일 실시예의 제조 과정을 보인 수순 단면도.7a to 7e is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an embodiment of the present invention.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***

100: 투명 기판 101: 캐소드 전극100 transparent substrate 101 cathode electrode

102: 하부 자외선 차폐층 103: 절연층102: lower ultraviolet shielding layer 103: insulating layer

104: 박막 절연층 105: 게이트 전극104: thin film insulating layer 105: gate electrode

106: 희생층 107: 감광성 에미터 페이스트106: sacrificial layer 107: photosensitive emitter paste

본 발명은 전계방출소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 감광성 에미터를 이용하여 노멀 게이트형 전계방출 소자를 구현하는 배면 노광 방식에 적용되는 자외선 차폐층을 게이트 전극 하부 및 상부에 형성하도록 하여 정렬이나 공정 잔류물에 의한 악영향을 피하고 감광성 에미터 페이스트를 전면 증착할 수 있도록 하여 공정 용이성을 개선할 수 있도록 한 자외선 차폐층을 구비한 전계방출소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. Field of the Invention The present invention relates to a field emission device and a method of manufacturing the same, and in particular, an ultraviolet shielding layer applied to a back exposure method for implementing a normal gate type field emission device using a photosensitive emitter to be formed under and above the gate electrode. The present invention relates to a field emission device having an ultraviolet shielding layer and to a method of manufacturing the same, which is capable of improving the ease of processing by avoiding adverse effects caused by process residues and allowing the entire surface of the photosensitive emitter paste to be deposited.

정보통신 기술의 급속한 발달과 다양화되는 정보의 시각화 요구에 따라 전자 디스플레이의 수요는 더욱 증가하고, 요구되는 디스플레이의 모습 또한 다양해 지고 있다. 그 예로 휴대형 정보기기와 같이 이동성이 강조되는 환경에서는 무게, 부피 및 소비전력이 작은 디스플레이가 요구되며, 대중을 위한 정보 전달매체로 사용되는 경우에는 시야각이 넓은 대화면의 디스플레이 특성이 요구된다. 또한, 이와 같은 요구를 만족시켜 나가기 위해 전자 디스플레이는 대형화, 저가격화, 고성능화, 고정세화, 박형화, 경량화 등의 조건이 필수적이어서, 기존의 CRT를 대체할 수 있는 가볍고 얇은 평판 디스플레이 장치의 개발이 절실히 필요하게 되었다. 이러한 다양한 표시 소자의 요구에 따라 최근에는 전계방출(field emission)을 이용한 소자가 디스플레이 분야에 적용되면서, 크기 및 전력 소모를 감소시키면서도 높은 해 상도를 제공할 수 있는 박막 디스플레이의 개발이 활발해지고 있다.Due to the rapid development of information and communication technology and the demand for the visualization of diversified information, the demand for electronic display is increasing and the appearance of the required display is also diversified. For example, in an environment where mobility is emphasized such as a portable information device, a display having a small weight, volume, and power consumption is required, and when used as an information transmission medium for the public, display characteristics of a large viewing angle are required. In addition, in order to satisfy such demands, electronic displays require conditions such as large size, low price, high performance, high definition, thinness, and light weight, and thus, development of a light and thin flat panel display device that can replace the existing CRT is urgently needed. It became necessary. Recently, as the needs of various display devices have been applied to the display field, devices using field emission have been actively developed for thin film displays that can provide high resolution while reducing size and power consumption.

상기 전계방출소자는 현재 개발 혹은 양산중인 평판 디스플레이들(LCD와 PDP, VFD등)의 단점을 모두 극복한 차세대 정보 통신용 평판 디스플레이로 주목을 받고 있다. 전계방출소자 디스플레이는 전극 구조가 간단하고, CRT와 같은 원리로 고속동작이 가능하며, 무한대의 칼라, 무한대의 그레이 스케일, 높은 휘도, 높은 비디오(video rate) 속도 등 디스플레이가 가져야 할 장점들을 고루 갖추고 있다. The field emission device is attracting attention as a next-generation flat panel display for overcoming all the disadvantages of flat panel displays (LCD, PDP, VFD, etc.) currently being developed or produced. The field emitter display has a simple electrode structure, high-speed operation based on the same principle as the CRT, and has the advantages that the display must have such as infinite color, infinite gray scale, high brightness, and high video rate. have.

전계방출 표시소자는 진공 속의 금속 또는 도체 표면(에미터)상에 고전계가 인가될 때 전자들이 금속 또는 도체로부터 진공 밖으로 나오는 양자역학적 터널링 현상을 이용한 것이다. 이 때 소자는 파울러-노드하임(Fowler-Nordheim) 법칙에 의하여 전류-전압 특성을 나타내게 된다. 전계방출 표시소자는 전자 방출 원인 에미터와 방출된 전자가 충돌하여 발광하는 애노드 부, 상하판 사이를 지지하는 스패이서, 그리고 진공기밀을 유지하기 위한 실링부 등으로 구성되어 있다. The field emission display device uses a quantum mechanical tunneling phenomenon in which electrons come out of the vacuum from the metal or conductor when a high field is applied to the metal or conductor surface (emitter) in the vacuum. At this time, the device exhibits the current-voltage characteristic according to the Fowler-Nordheim law. The field emission display device is composed of an anode portion which emits an electron emission source and the emitted electrons collide with each other to emit light, a spacer that supports the upper and lower plates, and a sealing portion for maintaining a vacuum tightness.

최근 들어 탄소 나노튜브가 비교적 낮은 진공도에서 전자방출특성이 우수한 이유로 인해 이를 이용한 전계방출소자의 중요성이 인식되고 있다. 탄소 나노튜브는 하나의 탄소원자가 3개의 다른 탄소와 결합되어 형성된 육각형 벌집 무늬의 구조가 둥굴게 말려 튜브 형태로 된 것으로서, 튜브의 직경이 수 내지 수백 나노미터 정도로 극히 작으며, 단일벽(single wall) 구조나 다중벽(multi-wall)구조 등으로 성장한다. 이러한 탄소 나노튜브는 감긴 형태 및 직경에 따라 금속과 같은 전기적 도체가 되기도 하며, 전기가 잘 통하지 않는 반도체의 성질을 갖기도 하며, 속이 비어 있고 길이가 길기 때문에 기계적, 전기적, 화학적 특성이 우수하여 전계방출 소자의 에미터 소재로 사용되고 있다.Recently, the importance of the field emission device using the carbon nanotubes due to the excellent electron emission characteristics at a relatively low vacuum degree has been recognized. Carbon nanotubes are hexagonal honeycomb structures formed by combining one carbon atom with three other carbons in a shape of a tube. The carbon nanotubes are extremely small, ranging from several to several hundred nanometers in diameter, and have a single wall. ) It grows into a structure or a multi-wall structure. These carbon nanotubes may be electrical conductors, such as metals, depending on the shape and diameter of the coil. They may also have properties of poorly conducting semiconductors, and because of their hollow and long lengths, they are excellent in mechanical, electrical, and chemical properties. It is used as an emitter material of the device.

이와같은 탄소 나노튜브는 작은 직경(약, 1.0∼ 수십[nm])을 갖기 때문에 종래의 마이크로팁형(spindt형) 전계방출 팁에 비해 전계강화효과(field enhancement factor)가 상당히 우수하여 전자방출이 낮은 임계 전계(turn-on field, 약 1∼5[V/㎛])에서 이루어질 수 있게 되므로, 전력손실 및 생산단가를 줄일 수 있는 장점이 있다. Since such carbon nanotubes have a small diameter (about 1.0 to several tens of nm), the field enhancement factor is considerably superior to conventional microtip type spin-emitting field emission tips, resulting in low electron emission. Since it can be made in a critical field (turn-on field, about 1 to 5 [V / μm]), there is an advantage that can reduce the power loss and production cost.

이러한 탄소 나노튜브는 캐소드 전극 상에 페이스트 상태로 스크린 프린팅되어 형성되거나 화학 기상 증착 방법으로 성장시키는 방법으로 형성될 수 있는데, 최근에는 속도가 느린 성장법 대신 대량 생산이 용이하고 공정이 빠르도록 탄소 나노튜브 분말을 페이스트 형태로 인쇄하거나, 해당 페이스트에 감광성 특성을 부여하여 배면 노광 방식으로 노광하는 방식으로 사용하는 것이 일반화되고 있다.Such carbon nanotubes may be formed by screen printing in the form of paste on the cathode or grown by chemical vapor deposition. In recent years, carbon nanotubes are easy to mass-produce and process fast instead of slow growth. It is common to use tube printing in the form of a paste, or to give a photosensitive characteristic to the paste and to expose it by a back exposure method.

종래 전계방출소자의 구조를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The structure of the conventional field emission device will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 내지 도 2는 종래의 탄소 나노튜브를 이용한 전계방출소자의 3전극 구조들 중 대표적인 구조들을 나타낸 것이다.1 to 2 show representative structures among the three-electrode structures of the field emission device using the conventional carbon nanotubes.

도 1은 노멀 게이트 구조(normal gate)로서, 도시한 바와 같이 기판(1) 상부에 캐소드 전극(2), 절연층(3), 게이트 전극(4)을 형성한 후 사진 식각 공정을 통해 상기 게이트 전극(4)과 절연층(3)을 식각하여 관통홀을 형성한 다음 노출된 캐소드 전극(2) 상부에 탄소 나노튜브(5)를 형성한 것이다. 그리고, 그에 대응하여 형광체가 형성된 상판 기판(7)에 애노드 전극(8)을 형성하여 스페이서 혹은 격벽 (6)에 의해 상기 형성된 하판과 대향 배치된다. 상기 게이트 전극(4)과 캐소드 전극(2)에 전압이 인가되면, 상기 탄소 나노튜브(5) 에미터에서 전자가 방출되며, 이는 상기 고전압이 인가된 애노드 전극(8)의 높은 전계에 이끌려 상판으로 가속 충돌하게 되어 상판(7)의 형광체를 여기시켜 발광이 이루어지게 된다.1 illustrates a normal gate structure, in which a cathode electrode 2, an insulating layer 3, and a gate electrode 4 are formed on a substrate 1 as illustrated, and then the gate is formed by a photolithography process. The electrode 4 and the insulating layer 3 are etched to form through holes, and then carbon nanotubes 5 are formed on the exposed cathode electrode 2. The anode electrode 8 is formed on the upper substrate 7 on which the phosphor is formed so as to face the lower substrate formed by the spacer or partition 6. When voltage is applied to the gate electrode 4 and the cathode electrode 2, electrons are emitted from the carbon nanotube 5 emitter, which is attracted by the high electric field of the anode electrode 8 to which the high voltage is applied. Accelerated collision causes the phosphor of the upper plate 7 to be excited to emit light.

하지만, 이러한 노멀 구조는 전계가 제일 강한 홀의 주변에서만 국부적으로 전자방출이 일어날 가능성이 높고, 비대칭적인 전계분포에 의해 게이트전극(4)으로의 누설전류가 많으며, 그 공정 절차가 어렵기 때문에 대면적화가 용이하지 않은 문제점도 있어 한동안 사용이 줄어들었던 방식이다. 그러나, 최근에는 이러한 여러가지 문제점들을 해결할 수 있는 방식들이 제안됨에 따라 애노드 전극(8)의 고전계에 의해 소자가 선택되지 않은 경우에도 에미터가 전자를 방출하게 되는 오발광에 대한 내성이 가장 높은 구조라는 특성을 활용할 수 있게 되어 다시 관심을 받고 있는 구조이다.However, this normal structure has a large area because electron emission is likely to occur locally only around the hole where the electric field is strongest, leakage current to the gate electrode 4 is increased due to an asymmetric field distribution, and the process procedure is difficult. There are also problems that are not easy to paint, which has reduced usage for some time. However, in recent years, methods have been proposed to solve these various problems, so that the emitter emits electrons even when the device is not selected by the high field of the anode electrode 8. It is a structure that is attracting attention again because it can utilize the characteristics.

한때, 상기 노멀 게이트 구조의 난해한 공정을 간략화하면서 대면적화에 유리하도록 게이트를 캐소드 전극 하부 혹은 동일 평면에 위치시키는 평면형 구조들이 등장하게 되었는데, 이들을 도 2에 도시하였다. At one time, planar structures, which simplify the difficult process of the normal gate structure while placing the gate under the cathode electrode or on the same plane, have been introduced, which is advantageous in large area, which is illustrated in FIG. 2.

먼저 도 2a는 가장 간단한 평면형 구조인 언더 게이트(under gate)구조 전계방출소자의 단면도로서, 도시한 바와 같이 전자 방출을 일으키는 전기장을 나노 튜브(14)의 하부에 있는 게이트 전극(11)으로 인가하는 방식이다. 이는 유리기판(10) 상부에 게이트 전극(11)을 형성한 후 그 상부에 차례로 절연층(12), 캐소드 전극(13)을 형성한 다음, 상기 캐소드 전극(13) 상부에 탄소 나노튜브(14)를 형성하는 것으로 제조한다. First, FIG. 2A is a cross-sectional view of an under gate structure field emission device, which is the simplest planar structure. As shown in FIG. 2A, an electric field causing electron emission is applied to the gate electrode 11 under the nanotube 14. That's the way. The gate electrode 11 is formed on the glass substrate 10, and then the insulating layer 12 and the cathode electrode 13 are sequentially formed on the glass substrate 10, and then the carbon nanotubes 14 are formed on the cathode electrode 13. To form).

도 2b는 코플래너(coplanar) 구조 전계방출소자의 단면도로서, 도시한 바와 같이 게이트 전극(22)과 캐소드 전극(23)이 동일층에 형성되는 형태이다. 즉, 유리기판(20) 상부에 형성된 절연층(21) 상에 게이트 전극(22)과 캐소드 전극(23)을 형성한 후 상기 캐소드 전극(23) 상부에 탄소 나노튜브(25)를 형성한 것이다. FIG. 2B is a cross-sectional view of a coplanar structure field emission device in which the gate electrode 22 and the cathode electrode 23 are formed on the same layer as shown in FIG. That is, after forming the gate electrode 22 and the cathode electrode 23 on the insulating layer 21 formed on the glass substrate 20, the carbon nanotube 25 is formed on the cathode electrode 23. .

도 2c는 상기 코플래너 구조와 언더게이트 구조가 혼합된 카운터 전극 언더게이트 구조(undergate with counter electrode)로서, 도시한 바와 같이 캐소드 전극(35) 하부에 게이트 배선(31)을 형성하고, 상기 캐소드 전극(35)과 동일한 평면 상에 게이트 전극(34)을 배치하기 위해 관통홀을 형성하여 상기 게이트 배선(31)과 게이트 전극(34)을 연결한 형태이다. FIG. 2C illustrates a counter electrode undergate structure in which the coplanar structure and the undergate structure are mixed. A gate wiring 31 is formed below the cathode electrode 35 as shown in the drawing. In order to arrange the gate electrode 34 on the same plane as that of 35, a through hole is formed to connect the gate wiring 31 and the gate electrode 34.

상기 평면형 구조들은 비교적 공정이 간단하므로 대면적화가 용이한 장점이 있지만, 애노드 고전계에 에미터가 그대로 노출되어 있다는 점에서 치명적인 문제점이 존재한다. 특히, 탄소 나노튜브와 같이 낮은 전계방출 개시 전압 특성을 가지는 에미터는 이러한 상판 애노드 전계에 쉽게 영향을 받을 수밖에 없다. 일반적으로, 고전압 형광체를 사용해야 하는 상판의 특성상 애노드에 고전압이 인가되어야 하므로 이를 줄일 경우 발광 특성이 낮아져 휘도가 낮아지게 된다. 따라서, 별도의 전계 차폐 구조물을 더 형성하거나, 상하판의 거리를 조절하는 등의 추가적인 조치가 필요하며, 경우에 따라서는 구동 방식을 변경하여 여러 구동 전압들을 번갈아 제공하는 등의 복잡한 제어가 요구되기도 한다. The planar structures have advantages in that they are relatively easy to process due to relatively simple processes, but have a fatal problem in that the emitter is exposed to the anode high field as it is. In particular, emitters having low field emission starting voltage characteristics, such as carbon nanotubes, are inevitably affected by such top anode fields. In general, since a high voltage must be applied to the anode due to the characteristics of the top plate to which the high voltage phosphor is to be used, if the reduction is made, the luminance is lowered and the luminance is lowered. Therefore, additional measures, such as forming a separate electric field shielding structure or adjusting the distance between the upper and lower plates, are required, and in some cases, complicated control such as providing various driving voltages alternately by changing the driving method is required. do.

이러한 고려사항들로 인해, 최근 들어 애노드 고전계에 의한 영향을 피할 수 있는 종래의 노멀 게이트 구조를 이용하여, 좁고 깊은 게이트홀을 형성하더라도 용이하고 정밀하게 에미터를 형성할 수 있도록 하는 방법이 제안되어 사용되고 있는데, 바로 감광성 에미터 페이스트를 게이트홀에 적용한 후 배면에서 노광하는 것으로 정밀한 에미터를 형성하는 방식이다. Due to these considerations, a method for easily and precisely forming an emitter even if a narrow and deep gate hole is formed by using a conventional normal gate structure that can avoid the influence of the anode high electric field in recent years is proposed. The photosensitive emitter paste is applied to the gate hole and then exposed from the back side to form a precise emitter.

도 3은 배면 노광 방식을 이용하여 제조된 노멀 게이트 전계방출 소자 구조를 보인 것으로, 도시한 바와 같이 탄소 나노튜브 페이스트와 같은 에미터 물질이 게이트 홀 내부에 정밀하게 형성될 수 있도록, 투명 기판(50)에 투명한 캐소드 전극(51)을 형성하고, 그 상부에 게이트 홀 내부 영역만 제거된 자외선 차폐층(52)을 더 적용한 구조를 보이고 있다. 상기 자외선 차폐층(52)의 제거 영역에만 탄소 나노튜브(55)가 위치하게 된다.3 illustrates a structure of a normal gate field emission device manufactured by using a backside exposure method, and as shown in FIG. 3, an emitter material such as carbon nanotube paste may be precisely formed in the gate hole. ), A transparent cathode electrode 51 is formed, and the ultraviolet shielding layer 52 in which only the inner region of the gate hole is removed is further applied. The carbon nanotubes 55 are positioned only in the removal region of the ultraviolet shielding layer 52.

도 4a 내지 도 4c를 통해 제공하는 공정 수순 단면도들을 통해 상기 도 3의 구조를 좀더 상세히 설명하도록 한다. The structure of FIG. 3 will be described in more detail through the process procedure cross-sectional views provided through FIGS. 4A to 4C.

먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이 투명한 기판(50) 상에 투명한 캐소드 전극(51)을 형성하고, 그 상부에 불투명한 자외선 차폐층(52)을 형성한 후 상기 캐소드 전극(51) 배선에 맞추어 패터닝 한다. 그리고, 그 상부에 차례로 유전층(53) 및 게이트 전극(54)을 형성한다. 상기 불투명한 자외선 차폐층(52)은 고온 공정이 요구되는 환경에서 주로 비정실 실리콘층이 사용된다. 상기 높게 형성되어야 하는 유전층(53)은 다양한 유사 공정들에 공통 적용될 수 있는 범용 장비로 용이하게 형성할 수 있으므로 다른 절연층 대신 유전층(53)의 이용이 일반화 되고 있다.First, as shown in FIG. 4A, a transparent cathode electrode 51 is formed on a transparent substrate 50, an opaque ultraviolet shielding layer 52 is formed on the upper portion thereof, and then aligned with the cathode electrode 51 wiring. Pattern it. The dielectric layer 53 and the gate electrode 54 are sequentially formed thereon. As the opaque ultraviolet shielding layer 52, an amorphous silicon layer is mainly used in an environment requiring a high temperature process. Since the dielectric layer 53 to be formed to be high can be easily formed as a general purpose device that can be commonly applied to various similar processes, the use of the dielectric layer 53 instead of another insulating layer is becoming common.

그리고, 도 4b에 도시한 바와 같이 전계방출 영역을 정의하기 위해 상기 게 이트 전극(54), 유전층(53) 및 자외선 차폐층(52)을 차례로 식각하여 게이트홀을 형성하고, 그 상부 전면에 감광성 에미터 페이트스(55)를 형성한 후 기판 배면에서 노광하여 상기 자외선 차폐층(52)이 일부 제거된 노광 창 부분에 위치한 감광성 에미터 페이스트(55) 부분만 노광되도록 한다. 상기 감광성 에미터 페이스트(55)는 주로 감광성 물질이 포함된 탄소 나노튜브 페이스트를 이용한다. In addition, as shown in FIG. 4B, the gate electrode 54, the dielectric layer 53, and the ultraviolet shielding layer 52 are sequentially etched to define a field emission region to form a gate hole, and a photosensitive layer is formed on the entire upper surface thereof. After the emitter paste 55 is formed, it is exposed on the back surface of the substrate so that only the portion of the photosensitive emitter paste 55 positioned in the exposure window portion from which the ultraviolet shielding layer 52 is partially removed is exposed. The photosensitive emitter paste 55 mainly uses a carbon nanotube paste containing a photosensitive material.

그리고, 도 4c에 도시한 바와 같이 상기 노광된 에미터 페이스트(55)를 현상하면 노광된 게이트홀 하부 영역의 에미터 페이스트(55)를 제외한 나머지 부분이 제거되며, 잔류하는 에미터 페이스트(55)를 소성하여 전자 방출부로 이용할 수 있게 된다. As shown in FIG. 4C, when the exposed emitter paste 55 is developed, the remaining portion of the exposed gate hole except for the emitter paste 55 is removed, and the remaining emitter paste 55 is removed. Can be fired and used as an electron emission unit.

따라서, 좁고 깊은 형태의 게이트홀을 형성하더라도 비교적 정확하게 에미터 물질을 형성할 수 있는 장점이 있으나, 완전한 절연체가 아닌 상기 하부 자외선 차폐층(52)이 하부 전면에 형성되는 것이 아니라 캐소드 전극(51)과 동일하거나 더 넓게 형성된다 할지라도 인접한 다른 캐소드 전극 패턴을 침범하지 않도록 형성되어야 하기 때문에 자외선이 상기 유전층(62) 및 박막의 게이트 전극(64)(약 200㎛)을 투과하여 그 상부까지 도달하거나 상기 게이트 전극(64) 패턴이 형성되지 않은 영역으로 투과하여 방출될 수 있으므로 감광성 에미터 페이트스(55)를 구조물 전면에 일괄적으로 적용할 수 없게 된다. 이는 하부 자외선 차폐층(61)의 범위로 상기 감광성 에미터 페이스트(55)를 패턴 인쇄해야 한다는 것을 의미하며, 이를 위해 정밀한 정렬이 요구되어 공정이 어려워지게 된다. 만일, 상기 패턴 인쇄시 정렬 오차가 발생하면 게이트 전극(64) 상부나 유전층(62) 상부에 에미터 물질이 잔류하게 되어 오발광 등이 발생할 수 있다. Accordingly, although the narrow and deep gate holes are formed, the emitter material can be formed relatively accurately. However, the lower ultraviolet shielding layer 52, which is not a complete insulator, is not formed on the lower front surface of the cathode electrode 51. UV rays pass through the dielectric layer 62 and the gate electrode 64 (about 200 μm) of the thin film and reach up to the top because they must be formed so as not to invade other adjacent cathode electrode patterns even though they are formed to be the same or wider than Since the gate electrode 64 pattern may be transmitted through a region where the pattern is not formed, the photosensitive emitter paste 55 may not be collectively applied to the entire surface of the structure. This means that the photosensitive emitter paste 55 should be pattern printed in the range of the lower ultraviolet shielding layer 61. For this purpose, precise alignment is required, which makes the process difficult. If an alignment error occurs when printing the pattern, the emitter material may remain on the gate electrode 64 or the dielectric layer 62, thereby causing mis-emitting light.

도 5a 내지 도 5d는 상기 도 4a 내지 도 4c에 도시한 공정과는 다른 방식으로 배면 노광을 실시하여 에미터 페이스트를 게이트홀 하부에 형성하는 방법으로, 이 경우에는 자외선을 차폐하는 희생층을 게이트홀 상부 전면에 형성하고 에미터 영역을 정의한 후 에미터를 형성한 다음 최종적으로 상기 희생층을 제거하는 방법을 이용한다.5A to 5D show a method of forming an emitter paste under the gate hole by performing back exposure in a manner different from the process shown in FIGS. 4A to 4C. In this case, the sacrificial layer for shielding ultraviolet rays is gated. After forming the upper surface of the hole and defining the emitter region, the emitter is formed and finally the sacrificial layer is removed.

먼저, 도 5a에 도시한 바와 같이 투명 기판(60) 상부에 투명 캐소드 전극(61)을 형성하고, 그 상부에 절연층(62)과 게이트 전극(63)을 형성한다. First, as shown in FIG. 5A, a transparent cathode electrode 61 is formed on the transparent substrate 60, and an insulating layer 62 and a gate electrode 63 are formed on the transparent substrate 60.

그리고, 도 5b에 도시한 바와 같이 상기 게이트 전극(63)과 절연층(62)의 일부 영역을 식각 제거하여 전계방출 영역을 정의한 후, 해당 구조물 전면에 자외선 차폐층으로 사용될 희생층(64)을 형성한다. 상기 희생층은 이후 제거되어야 할 것이므로 다른 층들과의 식각 선택성이 높아야 하기 때문에 텅스텐(W)을 주로 사용하게 된다. Then, as shown in FIG. 5B, a portion of the gate electrode 63 and the insulating layer 62 is etched away to define the field emission region, and then the sacrificial layer 64 to be used as the ultraviolet shielding layer is formed on the entire surface of the structure. Form. Since the sacrificial layer will need to be removed later, tungsten (W) is mainly used because the etching selectivity with other layers should be high.

그리고, 도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 형성된 희생층(64) 중에서 에미터가 형성될 게이트홀 내부의 일부 영역 만을 선택적으로 식각하여 제거한 후 상기 구조물 전면에 감광성 에미터 페이스트(65)를 형성하고 배면 노광한다.As shown in FIG. 5C, only a portion of the inside of the formed sacrificial layer 64 in which the emitter is to be formed is selectively etched and removed to form a photosensitive emitter paste 65 on the entire surface of the structure. Back exposure.

그리고, 도 5d에 도시한 바와 같이 상기 감광된 에미터 페이스트(65)를 현상하여 감광되지 않은 부분을 제거한 후 상기 희생층(65)을 식각하여 제거하면 게이트홀 하부의 일부 영역에 탄소 나노튜브(65)가 형성된다.As shown in FIG. 5D, when the photosensitive emitter paste 65 is developed to remove the unsensitized portion, the sacrificial layer 65 is etched and removed to form carbon nanotubes in a region below the gate hole. 65) is formed.

이 경우, 상기 희생층(65)이 식각에 의해 거친 표면을 가지게되는 게이트홀 의 표면 및 절연층(62)의 상부 노출면에 형성되기 때문에 희생층(65)으로 사용되는 W을 제거할 경우 게이트홀 내부면의 절연층(62) 및 소자 상부에 노출된 절연층(62)에 포집된 W이 완전히 제거되지 않아 게이트 전극(63)과 캐소드 전극(61) 사이에 단락이 발생하거나 인접 소자들에 형성된 게이트 전극들 간 단락이 발생할 위험이 있고, 게이트 홀 내부에 형성된 희생층(65)의 일정 영역을 선택적으로 제거해야 하므로 이 과정에서 정렬 오차가 발생하기 쉬워 추후 에미터가 게이트홀의 중심에 형성되지 않고 그 내부에서 편심되어 발광 균일도가 달라지는 문제가 발생할 수 있다. 특히, 미세한 게이트홀이 형성되면서 열공정에 따른 패널의 수축 및 팽창으로 전체 발광영역에서 게이트홀과 하단 에미터 형성을 위한 희생층(64)의 식각 영역 정렬이 대단히 어려워진다.In this case, since the sacrificial layer 65 is formed on the surface of the gate hole having the rough surface by etching and the upper exposed surface of the insulating layer 62, when the W used as the sacrificial layer 65 is removed, the gate is removed. W trapped in the insulating layer 62 on the inner surface of the hole and the insulating layer 62 exposed on the upper part of the hole is not completely removed, causing a short circuit between the gate electrode 63 and the cathode electrode 61 or the adjacent devices. There is a risk of a short circuit between the formed gate electrodes, and since a certain region of the sacrificial layer 65 formed inside the gate hole must be selectively removed, alignment errors are likely to occur in this process, so that the emitter is not formed at the center of the gate hole later. Instead of this, there is a problem that the light emitting uniformity is varied due to eccentricity therein. In particular, as the fine gate holes are formed, alignment of the etch regions of the sacrificial layer 64 for forming the gate holes and the lower emitters in the entire emission region becomes very difficult due to shrinkage and expansion of the panel due to the thermal process.

도 6a 내지 도 6d는 상기 도 5a 내지 도 5d에 도시한 희생층을 이용한 배면 노광 방식을 이용할 경우, 게이트 전극의 표면이 손상되는 것을 방지하기 위한 다른 방법(국내 공개특허 공보 제2005-0034313호 "전계방출 표시장치 및 그의 제조방법")으로, 이종 게이트 전극을 이용하는 방법에 관한 수순 단면도이다.6A to 6D are other methods for preventing the surface of the gate electrode from being damaged when the back exposure method using the sacrificial layer shown in FIGS. 5A to 5D is used. (Korean Patent Publication No. 2005-0034313 " Field emission display device and method for fabricating the same> are sectional views of a method of using a hetero gate electrode.

도 6a에 도시한 바와 같이 투명 기판(70) 상부에 캐소드 전극(71)을 형성한 후 패터닝하여 전극 패턴을 형성하고, 그 상부에 차례로 절연층(72), 제 1게이트 전극(73) 및 제 2게이트 전극(74)을 형성한다. 이러한 게이트 전극의 적층 구조는 Cr과 Ag, Cr과 Al, 또는 Al과 Ag로 형성된다.As shown in FIG. 6A, the cathode electrode 71 is formed on the transparent substrate 70, and then patterned to form an electrode pattern. The insulating layer 72, the first gate electrode 73, and the first electrode are sequentially formed thereon. The two-gate electrode 74 is formed. The stacked structure of the gate electrode is formed of Cr and Ag, Cr and Al, or Al and Ag.

그리고, 도 6b에 도시한 바와 같이 상기 구조물을 차례로 식각하여 게이트홀을 형성하고, 그 상부 전면에 희생층(75)을 형성한다. 그리고, 도 6c에 도시한 바 와 같이 상기 희생층(75) 중에서 게이트 홀 내부 영역의 일정 부분을 식각하여 제거한 후 그 전면에 감광성 에미터 페이스트(76)를 형성하고 후면 노광한다. 그리고, 도 6d에 도시한 바와 같이 후면 노광에 의해 경화된 부분만 남기고 상기 감광성 에미터 페이스트(76)를 현상을 통해 제거하여 미세한 에미터를 구비한 전계방출소자 하판을 완성한다. 상기 방법을 통해 제조한 전계방출소자는 비록 상기 설명한 조성을 통해 이중으로 게이트 전극들(73, 74)을 형성하므로 제 2게이트 전극(74)이 다소 손상되더라도 하부에 위치한 제 1게이트 전극(73)이 손상되지 않아 라인저항이 상승되지 않는다. 그러나, 이러한 경우라 할지라도 여전히 희생층(75)을 게이트홀을 포함한 구조물 전면에 형성한 후 게이트홀 내부의 중심 영역 일부만을 식각하는 방식을 이용하므로 정밀한 식각 정렬이 어렵고, 게이트홀 내부 및 인접 소자들 사이에 노출된 거친 유전층에 포집된 상기 희생층(75) 물질의 완전한 제거가 어려워 게이트 전극(73, 74)과 캐소드 전극 사이의 단락이나 인접 소자들 사이의 게이트 전극 단락이 발생할 수도 있다. 또한, 게이트 전극들(73, 74)의 두께가 두껍기 때문에 하부 절연층(72)과의 접착력이 좋지 않아 박리가 발생할 수 있다.As shown in FIG. 6B, the structures are sequentially etched to form gate holes, and a sacrificial layer 75 is formed on the entire upper surface thereof. As shown in FIG. 6C, a portion of the inner region of the gate hole is etched and removed from the sacrificial layer 75, and then the photosensitive emitter paste 76 is formed on the entire surface of the sacrificial layer 75 and exposed to the rear surface. As shown in FIG. 6D, the photosensitive emitter paste 76 is removed through development, leaving only the portion cured by the backside exposure to complete the bottom of the field emission device having a fine emitter. Since the field emission device manufactured by the above method forms the gate electrodes 73 and 74 through the above-described composition, even if the second gate electrode 74 is somewhat damaged, the first gate electrode 73 located below is formed. There is no damage and line resistance does not increase. However, even in this case, since the sacrificial layer 75 is still formed on the front surface of the structure including the gate hole, only a portion of the center region inside the gate hole is etched, so precise etching alignment is difficult. It is difficult to completely remove the sacrificial layer 75 material trapped in the rough dielectric layer exposed between them, and a short circuit between the gate electrodes 73 and 74 and a cathode electrode or a gate electrode short between adjacent elements may occur. In addition, since the thickness of the gate electrodes 73 and 74 is thick, adhesion to the lower insulating layer 72 may not be good and peeling may occur.

상기한 바와 같이 종래 애노드 고전계에 의한 영향이 작은 노멀 게이트형 전계방출 소자는 좁고 깊은 게이트홀이 요구되며, 상기 게이트홀 내부에 에미터 물질이 정밀하게 형성되어야 하므로 희생층을 적용하거나 캐소드층 상부에 별도의 차폐층을 적용하고 감광성 에미터 물질을 형성한 후 특정 부분만 노광하는 것으로 상기 미세한 게이트홀 내부에 에미터 물질을 형성하였으나, 희생층을 이용하는 경우에는 정렬 문제와 희생층 제거 문제로 인해 소자 특성이 열화될 수 있고, 캐소드 전극 상부에 별도의 차폐층을 적용하는 경우에는 감광성 페이스트를 전면 도포할 수 없고 패턴 인쇄를 실시해야 하므로 높은 난이도의 정렬이 필요하여 공정이 어려워지는 문제점이 있었다.As described above, the normal gate type field emission device having a small influence by the conventional anode high field requires a narrow and deep gate hole, and an emitter material must be precisely formed inside the gate hole, so that a sacrificial layer is applied or an upper portion of the cathode layer is formed. Although a separate shielding layer was applied to the photosensitive emitter material and the photosensitive emitter material was formed to expose only a specific portion, the emitter material was formed inside the fine gate hole. Device characteristics may be deteriorated, and when a separate shielding layer is applied on the cathode, the photosensitive paste may not be coated on the entire surface, and pattern printing should be performed. Therefore, high difficulty alignment is required, resulting in a difficult process.

상기한 바와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 캐소드 전극 상부에 하부 자외선 차폐층을 형성하고, 그 상부에 차례로 절연층, 박막 절연층 및 게이트 전극을 형성하며, 그 상부 전면에 희생층을 성막한 후 게이트홀을 형성하도록 하여 상기 희생층이 직접 절연층 상에 형성되는 부분이 없도록 하고 하부 자외선 차폐층이 자기정렬방식으로 식각되어 노광창을 형성하도록 하는 것으로, 상기 박막 절연층에 의해 희생층의 제거를 용이하게 하고, 게이트홀 내부에는 희생층이 형성되지 않도록 하면서 감광성 에미터 페이스트를 전면에 적용할 수 있도록 하여 공정 용이성 및 공정 품질을 향상시킬 수 있도록 한 자외선 차폐층을 구비한 전계방출소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다. The present invention for solving the conventional problems as described above, forming a lower ultraviolet shielding layer on top of the cathode electrode, and in turn forming an insulating layer, a thin film insulating layer and a gate electrode on top of the cathode electrode, a sacrificial layer on the upper front After forming a gate hole so that the sacrificial layer is not directly formed on the insulating layer and the lower ultraviolet shielding layer is etched in a self-aligning manner to form an exposure window, which is sacrificed by the thin film insulating layer. Field emission with an ultraviolet shielding layer to facilitate the removal of the layer and to allow the application of the photosensitive emitter paste to the entire surface while preventing the formation of a sacrificial layer inside the gate hole, thereby improving process ease and process quality. It is an object to provide a device and a method of manufacturing the same.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 투명 기판 상에 형성되는 캐소드 전극 패턴과; 상기 캐소드 전극 패턴 상부에 위치하며 에미터가 형성될 부분만 선택적으로 제거되어 상기 캐소드 전극을 노출시키는 자외선 차폐층과; 상기 자외선 차폐층의 제거된 부분을 노출시키는 전계방출 영역을 가지면서 상기 구조물 전면에 형성된 절연층과; 상기 절연층 상부 전면에 형성된 박막 절연층과; 상기 박막 절연층 상부에 형성된 게이트 전극과; 상기 자외선 차폐층의 제거된 부 분에 의해 노출된 상기 캐소드 전극 상부에 형성된 에미터를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the object as described above, the present invention comprises a cathode electrode pattern formed on a transparent substrate; An ultraviolet shielding layer positioned on the cathode electrode pattern and selectively removing only a portion where an emitter is to be formed to expose the cathode; An insulating layer formed on the entire surface of the structure while having a field emission region exposing the removed portion of the ultraviolet shielding layer; A thin film insulating layer formed on the entire upper surface of the insulating layer; A gate electrode formed on the thin film insulating layer; And an emitter formed on the cathode electrode exposed by the removed portion of the ultraviolet shielding layer.

상기 자외선 차폐층은 상기 절연층을 소성하기위한 온도에 대한 내성을 가지는 금속 또는 금속 산화물로 형성된 것을 특징으로 한다.The ultraviolet shielding layer is formed of a metal or a metal oxide having resistance to temperature for firing the insulating layer.

상기 에미터는 탄소 나노튜브, 다이아몬드상 탄소, 그라파이트 나노 화이버, 그라파이트를 포함하는 탄소계 전자 방출 물질들 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다. The emitter is characterized in that it comprises at least one of carbon-based electron emitting materials including carbon nanotubes, diamond-like carbon, graphite nanofibers, graphite.

또한, 본 발명은 투명한 기판 상에 캐소드 전극 및 자외선 차폐층을 성막하고 패터닝하는 단계와; 상기 형성된 구조물 상부에 절연층을 형성하고, 그 상부에 박막절연층을 더 형성하는 단계와; 상기 박막 절연층 상부에 게이트 전극을 형성하여 패터닝하고 그 상부에 희생층을 형성하는 단계와; 상기 희생층 하부의 층들을 상기 캐소드 전극이 노출되도록 식각하여 전계방출 영역을 형성하는 단계와; 상기 구조물의 전계방출 영역에 감광성 에미터 물질을 인쇄한 후 노광 및 현상하고 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention comprises the steps of forming and patterning a cathode electrode and an ultraviolet shielding layer on a transparent substrate; Forming an insulating layer on the formed structure, and further forming a thin film insulating layer thereon; Forming and patterning a gate electrode on the thin film insulating layer and forming a sacrificial layer thereon; Etching the lower layers of the sacrificial layer to expose the cathode to form a field emission region; And after printing the photosensitive emitter material in the field emission region of the structure, exposing and developing and removing the sacrificial layer.

상기 박막절연층은 상기 희생층이 상기 절연층에 포집되는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 절연층의 전면에 형성되는 것을 특징으로 한다.The thin film insulating layer is to prevent the sacrificial layer from being collected in the insulating layer, and is formed on the entire surface of the insulating layer.

상기 박막절연층은 평탄도와 접착성 및 절연성이 좋은 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 스핀-온-글라스를 포함하는 물질들 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다. The thin film insulating layer may be formed of one of materials including a silicon nitride film, a silicon oxide film, and spin-on-glass having good flatness, adhesion, and insulation.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면들을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Embodiments of the present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명 일 실시예의 제조 과정을 보인 수순 단면도로서, 도시한 바와 같이 절연층(103) 상부에 박막 절연층(104)을 더 형성하고, 하부 자외선 차폐층(102)과 희생층(106)을 동시에 적용하는 방식을 이용한다. 이를 통해 희생층(106)이 절연층(103)에 포집되는 위험을 완전히 차단하고, 자외선 노광시 빛이 소자의 상부층으로 전혀 새어 나오지 못하도록 하여 소자 상부에 감광성 에미터 물질이 잔류하는 것 역시 원천적으로 방지할 수 있게 된다.7A to 7E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an embodiment of the present invention. As shown in the drawing, a thin film insulating layer 104 is further formed on the insulating layer 103, and the lower UV shielding layer 102 is sacrificed. A method of simultaneously applying layer 106 is used. This completely blocks the risk of the sacrificial layer 106 being trapped in the insulating layer 103 and prevents light from leaking into the upper layer of the device during ultraviolet exposure, so that the photosensitive emitter material remains on top of the device. It can be prevented.

먼저, 도 7a에 도시한 바와 같이 투명한 기판(100) 상부에 캐소드 전극(101)과 하부 자외선 차폐층(102)을 형성하고 패터닝한다. 상기 캐소드 전극(101)과 하부 자외선 차폐층(102)은 각각 화학기상증착, 물리기상증착 등의 방법으로 증착된 후 패터닝 될 수 있고, 하부 자외선 차폐층(102)까지 증착된 다음 한꺼번에 패터닝될 수도 있다. 상기 캐소드 전극(101)은 투명한 재질을 가지고, 열에 강하며 후속 증착되는 절연층의 식각에도 영향을 받지 않는 물질로 형성되어야 하므로 ITO가 적당하다. 상기 하부 자외선 차폐층(102)은 상기 투명한 캐소드 전극(101)과 선택적 식각이 가능한 금속 및 금속산화물을 사용할 수 있다. 특히, 비정질 실리콘이나 티타늄과 같이 고온의 절연층 형성 공정에 영향을 받지 않는 물질이 주로 사용될 수 있으며, 이 중에서 비정질 실리콘은 불순물 도핑을 통해 저항성을 가변할 수 있으므로 소자의 저항층 생성에 유용하게 적용할 수 있어 적용 빈도가 높다. 상기 비정질 실리콘을 하부 자외선 차폐층(102)으로 적용할 경우 1000Å이상의 두께가 되도록 형성한다.First, as shown in FIG. 7A, the cathode electrode 101 and the lower UV shielding layer 102 are formed and patterned on the transparent substrate 100. The cathode electrode 101 and the lower ultraviolet shielding layer 102 may be deposited and patterned by chemical vapor deposition, physical vapor deposition, or the like, respectively, or may be deposited and patterned at the same time to the lower ultraviolet shielding layer 102. have. The cathode electrode 101 has a transparent material and is suitable for ITO because it is formed of a material that is resistant to heat and is not affected by the etching of the insulating layer to be subsequently deposited. The lower ultraviolet shielding layer 102 may use a metal and a metal oxide capable of selectively etching the transparent cathode electrode 101. In particular, a material that is not affected by a high temperature insulating layer forming process, such as amorphous silicon or titanium, may be mainly used. Among them, amorphous silicon may vary resistance through impurity doping, which is useful for generating a resistive layer of a device. We can do it, and application frequency is high. When the amorphous silicon is applied to the lower ultraviolet shielding layer 102, it is formed to have a thickness of 1000 Å or more.

그리고, 도 7b에 도시한 바와 같이 상기 형성된 구조물 상부에 차례로 절연층(103)과 박막 절연층(104)을 형성한다. 통상적으로 상기 절연층(103)의 형성은 인쇄후 소성을 통하여 얻어지는 후막 절연층과 화학기상증착이나 물리기상증착 등을 통하여 형성되는 박막 절연층으로 형성된다. 후막 절연층의 경우 PbO, B2O3, SiO2 등으로 구성된 유리질 분말을 페이스트 상태로 만들어 스크린 인쇄후 400~580℃ 정도에서의 소성을 통하여 5~50㎛ 정도 두께의 후막을 얻게 되는데 이 경우에는 후공정에 의한 상기 절연층(103)의 손상을 막기 위하여 상부에 보호층을 더 형성할 수 있다. 하지만, 고속 증착을 통해 1~10㎛ 정도의 절연층을 구성하는 경우라면 상부에 별도로 보호층을 형성할 필요는 없다.As shown in FIG. 7B, the insulating layer 103 and the thin film insulating layer 104 are sequentially formed on the formed structure. Typically, the insulating layer 103 is formed of a thick film insulating layer obtained through post-printing firing and a thin film insulating layer formed through chemical vapor deposition or physical vapor deposition. In the case of the thick film insulation layer, a glassy powder composed of PbO, B 2 O 3 , SiO 2, etc. is made into a paste state, and a thick film having a thickness of about 5 to 50 μm is obtained through firing at about 400 to 580 ° C. after screen printing. In order to prevent damage to the insulating layer 103 by the post-process may be further formed on the protective layer. However, if the insulating layer of about 1 ~ 10㎛ by high-speed deposition is not necessary to form a protective layer on top.

그러나, 본 발명에서는 상기 절연층(103)을 후공정으로부터 보호하고, 이후 형성될 희생층이 거친 절연층(103)에 포집되어 잘 제거되지 않는 문제점을 해결하기 위한 목적으로 어떠한 절연층(103)이 형성되던지 그 상부에 박막 절연층(104)을 더 형성하도록 한다. 따라서, 상기 박막 절연층(104)은 절연층(103)의 전면에 형성되어야 하고, 이후 형성되는 게이트 전극과 희생층에 대해 선택적 식각 특성을 가져야 하며, 상기 게이트 전극과 절연층(103) 간의 부착력 증가를 위해 접착 특성이 좋아여 할 뿐만 아니라 희생층의 용이한 제거를 위해 표면이 매끄러워야 한다. 또한, 절연층(103) 전면에 형성될 것이므로 절연특성이 뛰어나야 한다. However, in the present invention, any insulating layer 103 is provided for the purpose of protecting the insulating layer 103 from a post-process, and for solving the problem that the sacrificial layer to be formed thereafter is collected in the rough insulating layer 103 and is not easily removed. This thin film insulating layer 104 is formed on top of the formed film. Therefore, the thin film insulating layer 104 should be formed on the entire surface of the insulating layer 103, and should have selective etching characteristics with respect to the gate electrode and the sacrificial layer to be formed later, the adhesion between the gate electrode and the insulating layer 103 Not only should the adhesion properties be good for the increase, but the surface must be smooth for easy removal of the sacrificial layer. In addition, since the insulating layer 103 is to be formed on the entire surface, the insulating property should be excellent.

따라서, 상기 박막 절연층(104)은 상기 각 특성들을 모두 만족하는 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 스핀-온-글라스(Spin-On-Glass) 등의 박막이 사용될 수 있 다.Therefore, the thin film insulating layer 104 may be a thin film such as silicon nitride film, silicon oxide film, spin-on-glass (Spin-On-Glass) satisfying all the above characteristics.

그리고, 도 7c에 도시한 바와 같이 상기 박막 절연층(104) 상부에 게이트 전극(105)을 형성한 후 패터닝하고, 그 상부 전면에 상기 게이트 전극(105)과 이종인 금속으로 희생층(106)을 형성한다. 상기 게이트 전극(105)으로는 Mo, Ti, Cr, Al 등의 금속층으로 구성할 수 있으며 통상적으로 1000~5000Å 정도의 두께로 형성한다. 그리고, 상기 희생층(106)은 상부 자외선 차폐층으로 사용된 후 제거될 것이므로 상기 게이트 전극(105)과 식각 선택성이 있어야할 뿐 아니라, 에미터 물질, 캐소드 전극(101) 및 절연층들(103, 104)과도 식각 선택성이 있어야 한다. 또한, 가장 큰 특징으로 자외선에 대한 차폐가 가능해야 하므로 텅스텐(W)이나 몰리브덴(Mo)등을 충분한 높이로 형성해야 한다. 하지만, 이러한 희생층(106)은 게이트 전극(106) 상부와 상기 박막 절연층(104) 상부에만 형성되므로 거친 표면을 가지는 절연층(103)에 상기 희생층(106)이 직접 접촉되는 부분은 존재하지 않는다. As shown in FIG. 7C, the gate electrode 105 is formed on the thin film insulating layer 104 and then patterned, and the sacrificial layer 106 is formed of a metal different from the gate electrode 105 on the entire upper surface thereof. Form. The gate electrode 105 may be formed of a metal layer such as Mo, Ti, Cr, Al, and the like, and is generally formed to a thickness of about 1000 to 5000 kPa. In addition, since the sacrificial layer 106 is to be removed after being used as the upper UV shielding layer, the sacrificial layer 106 must be etch selective with the gate electrode 105, and the emitter material, the cathode electrode 101, and the insulating layers 103. (104) and etch selectivity. In addition, since the shielding against ultraviolet rays is the biggest feature, tungsten (W) or molybdenum (Mo) should be formed to a sufficient height. However, since the sacrificial layer 106 is formed only on the gate electrode 106 and the thin film insulating layer 104, there is a portion where the sacrificial layer 106 is in direct contact with the insulating layer 103 having a rough surface. I never do that.

그리고, 도 7d에 도시한 바와 같이 전자 방출 영역을 정의하기 위한 게이트홀을 포토레지스트 패턴(PR) 등을 이용하여 형성하고, 해당 구조물 상부 전면에 감광성 에미터 페이스트(107)를 도포한 후 배면 노광을 실시한다. 상기 게이트홀을 형성하는 공정은 순차적으로, 상기 희생층(106), 게이트 전극(105), 박막 절연층(104), 절연층(103) 및 하부 자외선 차폐층(102)을 차례로 건식 내지는 습식 식각함으로써 형성되며, 이 과정에서 상기 하부 자외선 차폐층(102)은 별도의 정렬과정 없이도 자동 정렬 방식으로 식각되어 정확한 게이트홀 하부 중심에 노광창이 형성된다. 상기의 경우, 감광성 에미터 페이스트(107)를 패턴 인쇄할 필요 없이 구조물 전면에 도포하는 것이 가능해 지는데, 이는 하부 자외선 차폐층(102)과 희생층(106)이 배면의 광원이 제공하는 자외선을 완전하게 차단하기 때문이다. 따라서, 별도의 정렬 없이 감광성 에미터 페이스트(107)를 도포하면 되기 때문에 공정이 대단히 용이해지게 된다. 상기 감광성 에미터 페이스트(107)는 탄소 나노튜브, 다이아몬드상 탄소, 그라파이트 나노 화이버, 그라파이트를 포함하는 탄소계 전자 방출 물질들 중 적어도 한가지 물질의 분말과 감광성 물질, 유기물 및 용제등으로 이루어진 것을 사용하며, 감광/현상 후 소성하면 상기 탄소계 전자 방출 물질만 부피가 줄어들면서 원하는 영역에 잔류하게 된다.As shown in FIG. 7D, a gate hole for defining an electron emission region is formed by using a photoresist pattern PR or the like, and the photosensitive emitter paste 107 is coated on the entire upper surface of the structure, followed by back exposure. Is carried out. The process of forming the gate hole sequentially dry or wet etch the sacrificial layer 106, the gate electrode 105, the thin film insulating layer 104, the insulating layer 103, and the lower ultraviolet shielding layer 102 in order. In this process, the lower ultraviolet shielding layer 102 is etched by an automatic alignment without a separate alignment process so that an exposure window is formed at the center of the lower portion of the correct gate hole. In this case, it is possible to apply the photosensitive emitter paste 107 to the entire surface of the structure without pattern printing, in which the lower ultraviolet shielding layer 102 and the sacrificial layer 106 completely absorb the ultraviolet light provided by the back light source. Because it blocks. Therefore, since the photosensitive emitter paste 107 is applied without any alignment, the process becomes very easy. The photosensitive emitter paste 107 is formed of a powder of at least one of carbon-based electron emitting materials including carbon nanotubes, diamond-like carbon, graphite nanofibers, graphite, photosensitive materials, organic materials, solvents, and the like. When firing after photosensitization / development, only the carbon-based electron-emitting material remains in a desired area while reducing its volume.

그리고, 도 7e에 도시한 바와 같이, 에미터를 현상하여 상기 감광되어 경화된 감광성 에미터 페이스트(107) 부분만 잔류시키고 나머지 부분을 제거한 후 상기 희생층(106) 역시 제거한다. 상기 희생층(106)은 산이 아닌 용액을 이용하여 제거하게 되는데, 이때, 게이트 전극(105) 외부 영역에 형성된 상기 희생층(106)은 표면의 평탄화도가 높은 박막 절연층(104) 상에 위치하므로 해당 층에 포집되지 않아 완전하게 제거될 수 있기 때문에 원하지 않는 전기적 단락의 위험성을 차단할 수 있게 된다.As shown in FIG. 7E, the emitter is developed to leave only the portion of the photosensitive and cured photosensitive emitter paste 107 and to remove the remaining portion, and then to remove the sacrificial layer 106. The sacrificial layer 106 is removed using a solution other than an acid. At this time, the sacrificial layer 106 formed at an outer region of the gate electrode 105 is positioned on the thin film insulating layer 104 having a high level planarity. This eliminates the risk of unwanted electrical shorts because it can be completely removed without being trapped in the layer.

상기한 바와 같은 본 발명 자외선 차폐층을 구비한 전계방출소자 및 그 제조 방법은 캐소드 전극 상부에 하부 자외선 차폐층을 형성하고, 그 상부에 차례로 절연층, 박막 절연층 및 게이트 전극을 형성한 후, 그 상부 전면에 희생층을 성막한 다음 게이트홀을 형성하도록 하여 상기 희생층이 직접 절연층 상에 형성되는 부분 이 없도록 하고 하부 자외선 차폐층이 자기정렬방식으로 식각되어 노광창을 형성하도록 함으로써, 상기 박막 절연층에 의해 희생층의 제거를 용이하게 하고, 노광창 형성 공정 역시 용이하게 함과 아울러 감광성 에미터 페이스트를 소자 전면에 적용할 수 있도록 하여 공정 난이도를 크게 줄이고 수율을 높이며 소자 품질을 균일화 할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.As described above, the field emission device having the ultraviolet shielding layer and the method of manufacturing the same according to the present invention form a lower ultraviolet shielding layer on the cathode electrode, and then sequentially form an insulating layer, a thin film insulating layer, and a gate electrode on the cathode electrode. The sacrificial layer is formed on the upper front surface to form a gate hole so that the sacrificial layer is not directly formed on the insulating layer, and the lower ultraviolet shielding layer is etched in a self-aligning manner to form an exposure window. The insulating layer facilitates the removal of the sacrificial layer, facilitates the process of forming the exposure window, and enables the application of the photosensitive emitter paste to the entire surface of the device, greatly reducing the process difficulty, increasing the yield, and improving the device quality. Excellent effect.

Claims (11)

투명 기판의 상부에 형성되는 캐소드 전극 패턴과; A cathode electrode pattern formed on the transparent substrate; 상기 캐소드 전극 패턴 상부에 위치하며 에미터가 형성될 부분만 선택적으로 제거되어 상기 캐소드 전극을 노출시키는 자외선 차폐층과; An ultraviolet shielding layer positioned on the cathode electrode pattern and selectively removing only a portion where an emitter is to be formed to expose the cathode; 상기 자외선 차폐층의 제거된 부분을 노출시키는 전계방출 영역을 가지면서 상기 투명기판의 상부에 형성된 절연층과; An insulating layer formed on the transparent substrate and having a field emission region exposing the removed portion of the ultraviolet shielding layer; 상기 절연층 상부에 형성되는 박막 절연층과; A thin film insulating layer formed on the insulating layer; 상기 박막 절연층 상부에 형성되는 게이트 전극과; A gate electrode formed on the thin film insulating layer; 상기 자외선 차폐층의 제거된 부분에 의해 노출되는 상기 캐소드 전극 상부에 형성되는 에미터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자외선 차폐층을 구비한 전계방출소자.And an emitter formed on the cathode electrode exposed by the removed portion of the ultraviolet shielding layer. 제 1항에 있어서, 상기 자외선 차폐층은 상기 절연층을 소성하기위한 온도에 대한 내성을 가지는 금속, 금속 산화물 또는 비정질 실리콘 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 자외선 차폐층을 구비한 전계방출소자.The field emission device as claimed in claim 1, wherein the ultraviolet shielding layer is formed of any one of metal, metal oxide, and amorphous silicon having resistance to temperature for firing the insulating layer. 제 2항에 있어서, 상기 자외선 차폐층은 티타늄인 것을 특징으로 하는 자외선 차폐층을 구비한 전계방출소자.3. The field emission device as claimed in claim 2, wherein the ultraviolet shielding layer is titanium. 제 2항에 있어서, 상기 자외선 차폐층은 불순물이 포함되거나 혹은 포함되지 않은 비정질 실리콘이며, 1000Å 내지 100000Å의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 자외선 차폐층을 구비한 전계방출소자.3. The field emission device as claimed in claim 2, wherein the ultraviolet shielding layer is amorphous silicon with or without impurities, and has a thickness of 1000 GPa to 100000 GPa. 제 1항에 있어서, 상기 에미터는 탄소 나노튜브, 다이아몬드상 탄소, 그라파이트 나노 화이버, 그라파이트를 포함하는 탄소계 전자 방출 물질들 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 차폐층을 구비한 전계방출소자. The field emission device of claim 1, wherein the emitter comprises at least one of carbon-based electron emission materials including carbon nanotubes, diamond-like carbon, graphite nanofibers, and graphite. . 투명한 기판 상에 캐소드 전극 및 자외선 차폐층을 성막하고 패터닝하는 단계와; Depositing and patterning a cathode electrode and an ultraviolet shielding layer on the transparent substrate; 상기 투명한 기판과 자외선 차폐층의 상부에 절연층을 형성하고, 그 상부에 박막절연층을 더 형성하는 단계와; Forming an insulating layer on the transparent substrate and the ultraviolet shielding layer, and further forming a thin film insulating layer thereon; 상기 박막 절연층 상부에 게이트 전극을 형성하여 패터닝하고 그 상부에 희생층을 형성하는 단계와; Forming and patterning a gate electrode on the thin film insulating layer and forming a sacrificial layer thereon; 상기 희생층 하부의 층들을 상기 캐소드 전극이 노출되도록 식각하여 전계방출 영역을 형성하는 단계와; Etching the lower layers of the sacrificial layer to expose the cathode to form a field emission region; 상기 전계방출 영역에 감광성 에미터 물질을 인쇄한 후 노광 및 현상하여 에미터를 형성시킨 후에 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자외선 차폐층을 구비한 전계방출소자 제조 방법.And removing the sacrificial layer after the photosensitive emitter material is printed on the field emission region and then exposed to light and developed to form the emitter. 2. 제 6항에 있어서, 상기 박막절연층은 상기 희생층이 상기 절연층에 포집되는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 절연층의 전면에 형성되는 것을 특징으로 하는 자외선 차폐층을 구비한 전계방출소자 제조 방법.The method of claim 6, wherein the thin film insulating layer is to prevent the sacrificial layer from being collected in the insulating layer, and is formed on the entire surface of the insulating layer. . 제 6항에 있어서, 상기 박막절연층은 평탄도와 접착성 및 절연성이 좋은 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 스핀-온-글라스를 포함하는 물질들 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 자외선 차폐층을 구비한 전계방출소자 제조 방법.7. The electric field with an ultraviolet shielding layer according to claim 6, wherein the thin film insulating layer is formed of one of materials including a silicon nitride film, a silicon oxide film, and a spin-on-glass having good flatness, adhesion and insulation properties. Method of manufacturing the emitting device. 제 6항에 있어서, 상기 희생층은 상기 캐소드 전극, 게이트 전극 및 절연층과 선택적 식각 특성을 가지는 금속물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 자외선 차폐층을 구비한 전계방출소자 제조 방법.The method of claim 6, wherein the sacrificial layer is formed of a metal material having selective etching characteristics with the cathode electrode, the gate electrode, and the insulating layer. 제 9항에 있어서, 상기 희생층은 텅스텐, 몰리브덴 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 자외선 차폐층을 구비한 전계방출소자 제조 방법.10. The method of claim 9, wherein the sacrificial layer is formed of one of tungsten and molybdenum. 제 6항에 있어서, 상기 감광성 에미터 물질을 인쇄하는 단계는 상기 감광성 에미터 물질이 상기 전계방출 영역 및 희생층의 상부에 일괄적으로 도포되는 것을 특징으로 하는 자외선 차폐층을 구비한 전계방출소자 제조 방법.7. The field emission device as claimed in claim 6, wherein the printing of the photosensitive emitter material is performed by applying the photosensitive emitter material on the field emission region and the sacrificial layer. Manufacturing method.
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