KR100871892B1 - Field emission display and fabricating method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전계방출 표시장치에 관한 것으로 특히, TFT-LCD 생산라인에서 제조가 가능하고 전자빔의 집속을 위한 별도의 포커스 구조없이 전자빔을 집속시키도록 한 전계방출 표시장치와 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a field emission display device, and more particularly, to a field emission display device and a method of manufacturing the same, which can be manufactured in a TFT-LCD production line and focus the electron beam without a separate focus structure for focusing the electron beam.
정보전달 매체로써 표시장치는 음극선관(Cathode Ray Tube, CRT)이 가장 일반적이며, 이러한 음극선관의 단점을 해결할 수 있는 각종 평판 표시장치(Flat Panel Display, FPD)가 개발 및 시판되고 있다. As the information transmission medium, a cathode ray tube (CRT) is the most common display device, and various flat panel displays (FPDs) that can solve the disadvantages of the cathode ray tube have been developed and marketed.
평판 표시장치에는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 및 유기발광다이오드 표시소자(Organic Linght Emitting Diode Display, OLED) 등이 있고 이들 대부분이 실용화되어 시판되고 있다.Flat display devices include liquid crystal displays (LCDs), plasma display panels (PDPs) and organic light emitting diode displays (OLEDs), most of which are commercially available. have.
아직 상용화되지 않은 전계방출 표시장치(Field Emission Display, FED)는 캐소드 전극 위에 일정한 간격으로 배열된 전자 방출원(Field Emitter)과 게이트전극 사이에 전기장을 형성하여 전자 방출원으로부터 전자의 방출을 유도하고, 이 전자를 애노드 전극 상의 형광물질에 충돌시킴으로써 화상을 표시한다. 이러한 전계방출 표시장치는 경박단소에 유리하고, 광시야각, 낮은 소비전력 등의 장점으로 인하여 액정표시소자, 플라즈마 디스플레이 패널 등과 함께 차세대 표시장치로 주목받아 왔다.Field Emission Display (FED), which is not yet commercialized, forms an electric field between the field emitters and gate electrodes arranged at regular intervals on the cathode electrode to induce the emission of electrons from the electron emission sources. The image is displayed by colliding this electron with the fluorescent substance on the anode electrode. The field emission display device has been attracting attention as a next generation display device along with liquid crystal display devices and plasma display panels due to its advantages such as light and small size, wide viewing angle, and low power consumption.
전계방출 표시장치는 형광체 관점에서 두 가지 개발 방향으로 나뉠 수 있다. 이 중 하나로, 저전압 형광체(Low Voltage Phosphor) 기술은 프랑스의 국립 연구소인 LETI가 제안하였으며, 미국의 TI, MICRON, MOTOROLA 등이 주축이 되어 1970 년대 초부터 1990 년대까지 중점적으로 연구되었으며, Venture 기업인 Pixtec. Inc.에 의하여 상용화가 시도되었던 기술이다. 이 저전압 형광체 기술은 일반적인 스핀트 팁(Spindt Tip)을 캐소드 전극의 전자 방출원으로 이용하고, 애노드 전극에 비교적 낮은 전압인 1KV 이하의 전압을 인가한다. 이러한 저전압 형광체 기술은 캐소드 전극과 애노드 전극 사이의 간격을 100μm 이하로 좁혀 주고, 그에 알맞은 저전압 형광체를 별도로 개발함으로써 스페이서 문제와 전자 빔의 포커싱 문제를 해결하고자 하였다. 그러나 저전압 형광체 기술은 저전압 형광체의 개발에 실패하고 관련 제조사들이 중도에 개발을 포기하였다. Field emission displays can be divided into two development directions in terms of phosphors. Among them, Low Voltage Phosphor technology was proposed by LETI, a French national research institute, and focused on TI, MICRON, and MOTOROLA in the United States. . It is a technology that was commercialized by Inc. This low voltage phosphor technology uses a common Spindt Tip as the electron emission source of the cathode electrode and applies a relatively low voltage of 1KV or less to the anode electrode. The low voltage phosphor technology narrows the gap between the cathode electrode and the anode electrode to 100 μm or less, and separately develops a low voltage phosphor suitable for solving the spacer problem and the focusing problem of the electron beam. However, the low-voltage phosphor technology failed to develop low-voltage phosphors, and related manufacturers abandoned the development midway.
고전압 형광체(High Voltage Phosphor) 기술은 미국의 Venture 기업인 Candescent Co.가 유일하게 개발을 시도했던 방식으로 저전압 형광체 기술에서 문제가 되었던 저전압 형광체 대신에 음극선관에서 사용되어 왔던 고전압 형광체를 그대로 사용하고, 스페이서와 포커싱 구조를 개발 적용하여 상용화하고자 하였던 방식이다. 그러나 고전압 형광체 기술의 개발 업체 역시 관련 기술을 포기하였다. 이는 스핀트 팁 타입의 제조와 복잡한 포커싱 구조에 특수 장비의 개발, 공정 및 재료의 개발 문제에 직면하여 기존 TFT-LCD와 가격 경쟁이 될 수 없다는 것이 확인되었기 때문이다. 또한, 삼성 SDI, SONY 등이 파우더 탄소나노튜브(Powder Carbon Nano Tube)를 이용하여 상용화를 시도하였지만 전자집속 문제와 복잡한 제조공정 등으로 인하여 결국 상용화를 포기하였다.High Voltage Phosphor technology was developed by Candescent Co., a US-based venture company. And the focusing structure was developed and applied. However, developers of high voltage phosphor technology have also abandoned the technology. This is because it has been confirmed that it cannot compete with existing TFT-LCDs in the face of the manufacture of spin tip type and the development of special equipment, process and materials in complex focusing structure. In addition, Samsung SDI, SONY and others attempted to commercialize using powder carbon nanotubes, but eventually gave up commercialization due to electron focusing problems and complicated manufacturing process.
따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점들을 해결하고자 안출된 발명으로써 본 발명의 목적은 저전압 형광체 기술과 고전압 형광체 기술의 문제점을 해결하여 생산원가를 줄이고 전자빔의 집속을 위한 별도의 포커스 구조없이 전자빔을 집속시키도록 한 전계방출 표시장치와 그 제조방법에 관한 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems of the prior art, and the object of the present invention is to solve the problems of the low voltage phosphor technology and the high voltage phosphor technology to reduce the production cost and to produce an electron beam without a separate focus structure for focusing the electron beam. A field emission display device for focusing and a method of manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 전계방출 표시장치는 제1 불투명 전도성 금속을 포함하여 하부 투명기판상에 형성된 불투명 캐소드전극; 제1 투명 전도성 금속을 포함하고 상기 불투명 캐소드전극에 접촉되도록 상기 하부 투명기판상에 형성된 투명 캐소드전극; 상기 투명 캐소드전극 상에 형성된 다 수의 차광 금속패턴; 상기 차광 금속패턴 상에 형성된 다수의 시드 금속패턴; 상기 시드 금속패턴 상에서 수직으로 형성된 다수의 전자 방출원; 상기 불투명 캐소드전극, 상기 투명 캐소드전극, 상기 차광 금속패턴, 및 상기 시드 금속패턴을 덮고 상기 전자 방출원의 상단 아래에 매립된 절연층; 제2 불투명 전도성 금속을 포함하여 상기 전자 방출원들이 형성된 게이트 영역을 둘러싸도록 상기 절연층 상에 형성된 불투명 게이트전극; 및 제2 투명 전도성 금속을 포함하여 상기 불투명 게이트전극과 접촉되도록 상기 불투명 게이트전극과 상기 절연층 상에 형성되며 상기 전자 방출원들을 노출시키는 다수의 게이트홀들이 형성되는 투명 게이트전극을 구비한다. In order to achieve the above object, the field emission display device according to the embodiment of the present invention comprises an opaque cathode electrode formed on a lower transparent substrate including a first opaque conductive metal; A transparent cathode electrode comprising a first transparent conductive metal and formed on the lower transparent substrate to be in contact with the opaque cathode electrode; A plurality of light blocking metal patterns formed on the transparent cathode electrode; A plurality of seed metal patterns formed on the light blocking metal patterns; A plurality of electron emission sources formed vertically on the seed metal pattern; An insulating layer covering the opaque cathode electrode, the transparent cathode electrode, the light blocking metal pattern, and the seed metal pattern and buried under an upper end of the electron emission source; An opaque gate electrode formed on the insulating layer to include a second opaque conductive metal to surround the gate region in which the electron emission sources are formed; And a transparent gate electrode including a second transparent conductive metal and formed on the opaque gate electrode and the insulating layer to contact the opaque gate electrode and having a plurality of gate holes exposing the electron emission sources.
상기 게이트홀 각각의 직경은 1μm 내지 10μm 사이의 직경이다. The diameter of each of the gate holes is between 1 μm and 10 μm.
상기 차광 금속패턴의 두께는 상기 시드 금속패턴의 두께보다 두껍다. The thickness of the light blocking metal pattern is thicker than the thickness of the seed metal pattern.
상기 불투명 캐소드전극과 상기 불투명 게이트전극은 크롬(Cr), 구리(Cu), 알루미늄(Al)이나 이들의 합금 중 하나를 포함한다. The opaque cathode electrode and the opaque gate electrode include chromium (Cr), copper (Cu), aluminum (Al), or an alloy thereof.
상기 투명 캐소드전극과 상기 투명 게이트전극은 산화인듐주석(ITO)과 산화아연주석(IZO) 등을 포함한다. The transparent cathode electrode and the transparent gate electrode include indium tin oxide (ITO), zinc tin oxide (IZO), or the like.
상기 차광 금속패턴은 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti) 등을 포함한다. The light blocking metal pattern includes molybdenum (Mo), titanium (Ti), and the like.
상기 시드 금속패턴은 니켈(Ni) 등을 포함한다. The seed metal pattern includes nickel (Ni) or the like.
상기 전자 방출원은 상기 시드 금속패턴으로부터 수직으로 형성된 탄소나노튜브 다발을 포함한다. The electron emission source includes a bundle of carbon nanotubes formed vertically from the seed metal pattern.
상기 절연층은 유기 절연재료와 무기 절연재료 중 어느 하나를 포함한다. The insulating layer includes any one of an organic insulating material and an inorganic insulating material.
상기 전계방출 표시장치는 전자 방출공간을 사이에 두고 상기 투명 게이트전 극 및 상기 전자 방출원들과 대향하는 상부 투명기판; 상기 상부 투명기판에 형성되는 애노드전극; 및 상기 애노드전극에 형성되고 상기 전자방출공간에 노출되는 형광체를 더 구비한다. The field emission display device includes an upper transparent substrate facing the transparent gate electrode and the electron emission sources with an electron emission space therebetween; An anode formed on the upper transparent substrate; And a phosphor formed in the anode electrode and exposed to the electron emission space.
상기 전계방출 표시장치는 상기 애노드전극에 공급되는 양전압만으로 상기 전자 방출원으로부터 전자를 방출시키고, 상기 게이트전극들에 음전압을 공급하여 상기 전자 방출원으로부터 방출된 전자빔을 집속하고 계조를 구현한다. The field emission display device emits electrons from the electron emission source using only a positive voltage supplied to the anode electrode, supplies a negative voltage to the gate electrodes, focuses the electron beam emitted from the electron emission source, and implements gradation. .
본 발명의 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 제조방법은 제1 불투명 전도성 금속을 포함한 불투명 캐소드전극을 하부 투명기판 상에 형성하는 단계; 제1 투명 전도성 금속을 포함한 투명 캐소드전극을 상기 불투명 캐소드전극에 접촉되도록 상기 하부 투명기판 상에 형성하는 단계; 다수의 차광 금속패턴을 상기 투명 캐소드전극 상에 형성하고, 다수의 시드 금속패턴을 상기 차광 금속패턴 상에 형성하는 단계; PECVD 장비를 이용하여 상기 시드 금속패턴 상에서 탄소나노튜브 다발을 수직으로 성장시켜 상기 시드 금속패턴 상에 다수의 전자 방출원을 형성하는 단계; 상기 불투명 캐소드전극, 상기 투명 캐소드전극, 상기 차광 금속패턴, 및 상기 시드 금속패턴을 덮고 상기 전자 방출원의 상단 아래에 매립되도록 절연층을 형성하는 단계; 제2 불투명 전도성 금속을 포함한 불투명 게이트전극을 상기 전자 방출원들이 형성된 게이트 영역을 둘러싸도록 형성하는 단계; 및 상기 불투명 게이트전극과 접촉되도록 상기 불투명 게이트전극과 상기 절연층 상에 제2 투명 전도성 금속을 포함한 투명 게이트전극을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 투명 게이트전극에는 상기 전자 방출원들을 노출시키는 다수의 게이트홀들이 형성된다.A method of manufacturing a field emission display device according to an exemplary embodiment of the present invention includes forming an opaque cathode electrode including a first opaque conductive metal on a lower transparent substrate; Forming a transparent cathode electrode including a first transparent conductive metal on the lower transparent substrate to be in contact with the opaque cathode electrode; Forming a plurality of light blocking metal patterns on the transparent cathode electrode and forming a plurality of seed metal patterns on the light blocking metal patterns; Growing a plurality of carbon nanotube bundles vertically on the seed metal pattern using PECVD to form a plurality of electron emission sources on the seed metal pattern; Forming an insulating layer covering the opaque cathode electrode, the transparent cathode electrode, the light shielding metal pattern, and the seed metal pattern and buried under an upper end of the electron emission source; Forming an opaque gate electrode comprising a second opaque conductive metal to surround the gate region in which the electron emission sources are formed; And forming a transparent gate electrode including a second transparent conductive metal on the opaque gate electrode and the insulating layer to be in contact with the opaque gate electrode. A plurality of gate holes are formed in the transparent gate electrode to expose the electron emission sources.
본 발명의 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 제조방법은 생산원가를 대폭 낮출 수 있고, 그 전계방출 표시장치는 별도의 포커스 구조없이 전자빔을 집속시킬 수 있고, 전계방출 표시장치 본래의 화질을 타 평판표시소자보다 더 향상시킬 수 있다.The manufacturing method of the field emission display device according to the embodiment of the present invention can significantly reduce the production cost, the field emission display device can focus the electron beam without a separate focus structure, and display the original image quality of the field emission display device. It can be further improved than the flat panel display element.
이하, 도 1 내지 도 4b를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4B.
본 발명의 실시예에 따른 전계방출 표시장치는 전자방출공간(100)을 사이에 두고 대향하는 상부 투명기판(10) 및 하부 투명기판(20)을 구비한다. 상부 투명기판(10)과 하부 투명기판(20)은 유리기판, 세라믹기판 또는 플라스틱기판 등에서 선택될 수 있다. The field emission display device according to the exemplary embodiment of the present invention includes an upper
상부 투명기판(10)에는 애노드전극(A)이 형성되고, 애노드전극(A) 위에는 형광체(12)가 형성된다. 이러한 상부 투명기판(10)은 일반적인 전계방출 표시장치의 상판 구조와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다. An anode electrode A is formed on the upper
하부 투명기판(20)에는 불투명 캐소드전극(C(Cr)), 투명 캐소드전극(C(ITO)), 차광 금속패턴(21), 시드 금속패턴(22), 전자 방출원(23), 절연층(24), 불투명 게이트전극(G(Mo)), 및 투명 게이트전극(또는 화소전극)(G(ITO)) 등이 형성된다. The lower
불투명 캐소드전극(C(Cr))은 하부 투명기판(20) 상에 크롬(Cr), 구리(Cu), 알루미늄(Al)이나 이들의 합금 중 하나로 형성되며, 전자 방출원(24)이 위치하는 게이트홀 영역(30)을 노출하도록 패터닝된다. 투명 캐소드전극(C(ITO))은 ITO, IZO 등으로 하부 투명기판(20)에서 전자 방출원(24)이 위치하는 게이트홀 영역(30) 상에 형성되며, 가장자리가 불투명 캐소드전극(C(Cr))에 중첩되도록 패터닝된다. The opaque cathode electrode C (Cr) is formed of one of chromium (Cr), copper (Cu), aluminum (Al), or an alloy thereof on the lower
차광 금속패턴(21)은 몰리브덴(Mo)이나 티타늄(Ti) 등으로 투명 캐소드전극(C(ITO)) 상에 다수 형성된다. 시드 금속패턴(22)은 니켈(Ni) 등으로 차광 금속패턴(21) 각각에 형성된다. The light blocking
전자 방출원(23)은 시드 금속패턴(22) 상에서 성장되는 다수의 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)를 포함한다. 이 전자 방출원(23)의 탄소나노튜브들은 상단부 만이 전자방출공간(100)에 노출되고 그 아래부분들이 절연층(24)에 매립된다. 이렇게 전자 방출원(23)이 절연층(24)에 매립되면 전자방출공간(100)의 유전율과 유사한 유전율의 절연층(24)에 매립된 전자 방출원(23)의 전자 방출 문턱전압을 낮출 수 있다. The
절연층(24)은 포토 아크릴, BCB(Benzo-cyclo-butene) 등과 같은 유기절연재료나 산화 실리콘(SiOx), 질화 실리콘(SiNx) 등의 무기 절연재료로써 그 하부의 불투명 캐소드전극(C(Cr)), 투명 캐소드전극(C(ITO)), 차광 금속패턴(21)과 시드 금속패턴(22)의 적층 금속패턴을 덮도록 형성된다. 전자 방출원(23)의 상단은 절연층(24)을 관통하여 전자방출공간(100)에 노출된다. The
불투명 게이트전극(G(Mo))은 하부 투명기판(20) 상에 크롬(Cr), 구리(Cu), 알루미늄(Al)이나 이들의 합금 중 하나로 절연층(24) 상에 형성되고, 전자 방출원(24)이 위치하는 게이트홀 영역(30)을 에워싸는 형태로 패터닝된다. 투명 게이트전극(G(ITO))은 ITO, IZO 등으로 절연층(24)과 불투명 게이트전극(G(Mo)) 상에 형성된다. The opaque gate electrode G (Mo) is formed on the
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 전계방출 표시장치는 저전압 형광체 기술의 문제점을 해결하기 위하여 기존의 음극선관에서 사용하던 고전압 형광체(12)를 사용하고, 고전압 형광체 기술에서 문제가 되었던 생산 라인의 구성을 위한 과도한 투자비용 및 고비용의 제조 원가 문제를 해결하기 위하여 TFT-LCD 생산라인을 이용하여 박막층과 전자 방출원을 형성한다. The field emission display device according to the embodiment of the present invention uses the
종래 기술은 제조가 어려운 Self-limited Evaporation을 이용하여 형성될 수 있는 몰리브덴 콘(Molybdenum Cone)을 이용한 스핀트 에미터(Spint Emitter)로 전자 방출원을 형성하고 있고, 게이트전극에 고전압의 양 전압을 인가하여 스핀트 에미터로부터 전자의 방출을 유도하였다. 이 때문에 종래 기술의 전계방출 표시장치는 게이트전극에 인가되는 양전압으로 인하여 전자빔이 확산되므로 게이트전극 위에 별도의 절연층을 형성하고 그 절연층 위에 별도의 포커스 전극이 형성되는 포커스 구조를 취하게 되었다. 이에 비하여, 본 발명의 실시예에 따른 전계방출 표시장치는 스핀트 콘 대신에 TFT-LCD 생산라인의 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Apparatus)를 이용하여 탄소나노튜브를 수직 성장시키며, 그 탄소나노튜브들을 절연층(24)에 매립시켜 전자 방출을 위한 문턱 전압을 1V/μm 이하 로 낮추어 애노드 전극(A)에 인가되는 양 전압만으로 전자방출을 제어할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 전계방출 표시장치는 도 2와 같이 게이트전극(G(Mo), G(ITO))에 음전압을 인가하여 계조표현을 제어할 수 있고 게이트전극(G(Mo), G(ITO))에 인가되는 음전압으로 인하여 전자빔이 집속되므로 별도의 포커스전극이 필요없다. The prior art forms an electron emission source using a spin emitter using a molybdenum cone, which can be formed using self-limited evaporation, which is difficult to manufacture. Was applied to induce the release of electrons from the spin emitter. For this reason, the field emission display of the related art has a focus structure in which an electron beam is diffused due to a positive voltage applied to the gate electrode, thereby forming a separate insulating layer on the gate electrode and a separate focus electrode on the insulating layer. . In contrast, the field emission display device according to an embodiment of the present invention vertically grows carbon nanotubes using PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Apparatus) of a TFT-LCD production line instead of the spin cone, and the carbon nanotubes. They are embedded in the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 전류-전압 특성을 나타낸다. 도 2에 있어서, "Vgc"는 전자 방출원(23)에 걸이는 전계강도이다. 2 shows current-voltage characteristics of a field emission display device according to an exemplary embodiment of the present invention. In Fig. 2, "Vgc" is the electric field strength that hangs on the
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 문턱전압은 1 V/μm 이하이고, 5 V/μm의 전계에서 이미 포화 방출 조건에 도달한다. 따라서, 도 1에서 애노드 전극(A)과 캐소드 전극(C(Cr) 사이의 간격을 0.5mm~2mm 로 하고, 애노드 전극(A)에 6~12 KV 정도의 양전압을 인가하면 전자 방출원(23)에 인가되는 전계는 전자 방출 포화 영역에 도달하게 되므로 형광체(12)는 최대 밝기로 발광한다. 이 때 게이트 전극(G(Mo))에 -10V ~ -20V 사이의 음전압을 인가하면, 음 전계에 의해 전자 방출원(23)이 느끼는 전계는 포화 방출 영역에서 문턱 전계 영역까지 제어되어 형광체(12)의 밝기를 제어하여 계조를 표현할 수 있다. Referring to FIG. 2, the threshold voltage of the field emission display device according to an exemplary embodiment of the present invention is 1 V / μm or less, and the saturated emission condition is already reached at an electric field of 5 V / μm. Accordingly, in FIG. 1, when the distance between the anode electrode A and the cathode electrode C (Cr) is 0.5 mm to 2 mm, and a positive voltage of about 6 to 12 KV is applied to the anode electrode A, an electron emission source ( Since the electric field applied to 23 reaches the electron emission saturation region, the
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 하판 제조방법을 단계적으로 나타내는 도면이다. 3A to 3G are diagrams illustrating a method of manufacturing a bottom plate of a field emission display device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3a를 참조하면, 본 발명은 하부 투명기판(20) 상에 크롬(Cr)을 전면 증착한 후, 제1 마스크를 이용한 포토리소그래피공정(photolithography)으로 크롬층 등을 패터닝하여 불투명 캐소드전극(C(Cr))을 형성한다. 불투명 캐소드전극(C(Cr)) 은 전자 방출원(24)이 위치할 게이트홀 영역(30)에서 하부 투명기판(20)을 노출한다. Referring to FIG. 3A, the present invention deposits chromium (Cr) on the lower
이어서, 본 발명은 도 3b와 같이 ITO를 전면 증착한 후에, 제2 마스크를 이용한 포토리소그래피공정으로 ITO를 패터닝하여 투명 캐소드전극(C(ITO))을 형성한다. 투명 캐소드전극(C(ITO))은 전자 방출원(24)이 위치할 게이트홀 영역(30)에 형성되고, 불투명 캐소드전극(C(Cr))의 가장자리에 중첩되어 불투명 캐소드전극(C(Cr))에 전기적으로 접속된다. Subsequently, after the entire surface of the ITO is deposited as shown in FIG. 3B, the ITO is patterned by a photolithography process using a second mask to form a transparent cathode electrode C (ITO). The transparent cathode electrode C (ITO) is formed in the
이어서, 본 발명은 도 3c와 같이 몰리브덴(Mo)과 니켈(Ni) 등을 차례로 하부 투명기판(20) 상에 전면 증착한 후에, 제3 마스크를 이용한 포토리소그래피공정으로 몰리브덴(Mo)과 니켈(Ni)을 동시에 패터닝하여 차광 금속패턴(21)과 시드 금속패턴(22)을 전자 방출원(24)이 위치할 게이트홀 영역(30)에 형성한다. 시드 금속패턴(22)의 니켈층 두께는 50Å~200Å 사이의 두께이고, 차광 금속패턴(21)의 두께는 시드 금속패턴(22)의 그것보다 두꺼운 200Å~1000Å 정도이다. Subsequently, the present invention sequentially deposits molybdenum (Mo), nickel (Ni), and the like on the lower
이어서, 본 발명은 도 3c의 공정을 마친 하부 투명기판(20)을 PECVD 장비에 투입하여 도 3d와 같이 시드 금속패턴(22)으로부터 카본나노튜브 다발을 수직 성장시킴으로써 시드 금속패턴(22) 상에 전자 방출원(23)을 형성한다. Subsequently, the present invention inserts the lower
이어서, 본 발명은 도 3e와 같이 하부 투명기판(20) 상에 유기 절연물질을 전면 도포하거나 무기 절연물질을 전면 증착하여 절연층(24)을 형성한다. 또한, 본 발명은 제4 마스크를 이용한 포토리소그래피공정과 에칭공정(Etching)을 통해 절연층(24)을 패터닝함으로써 기판 가장자리에서 불투명 캐소드전극(C(Cr))에 연결 된 캐소드패드를 노출시키는 캐소드콘택홀을 형성한다. 캐소드패드들에는 캐소드전극에 음전압의 구동신호를 공급하는 구동회로의 출력단자들이 접속된다. 이 때, 카본나노튜브의 높이는 포토레지스트를 이용한 포토리스그래피공정이나 플라즈마 애싱(Plasma Ashing) 공정으로 제어될 수 있다. 다시 말하여, 본 발명은 플라즈마 애싱 공정장비에서 산소 플라즈마를 발생시키고 절연층(24) 이상으로 돌출된 카본나노튜브를 태워 그 카본나노튜브의 높이를 투명 게이트전극(G(ITO)) 이하로 제어할 수 있다. Subsequently, the present invention forms the insulating
이어서, 본 발명은 도 3f와 같이 절연층(24) 상에 몰리브덴(Mo) 등을 전면 증착한 후에, 제5 마스크를 이용한 포토리소그래피공정을 통해 몰리브덴층을 패터닝하여 불투명 게이트전극(G(Mo))을 절연층(24) 상에 형성한다. 이 패터닝 공정에 의해, 불투명 게이트전극(G(Mo))은 전자 방출원들(23)이 형성된 게이트홀 영역(30)에서 전자 방출원들(23)과 절연층(24)을 노출시킨다. Subsequently, in the present invention, after the entire deposition of molybdenum (Mo) or the like on the insulating
이어서, 본 발명은 도 3f의 공정을 마친 하부 투명기판(20) 상에 ITO를 전면 증착한 후에, 도 3g와 같이 제6 마스크를 이용하고 전면노광과 배면노광을 수반한 포토리소그래피공정으로 ITO를 패터닝하여 게이트홀 영역(30)에서 전자 방출원들(23)을 노출시키는 투명 게이트전극 패턴들(G(ITO))을 형성한다. 이와 동시에, 본 발명은 하부 투명기판(20)의 가장자리에서 ITO를 패터닝하여 불투명 게이트전극(G(Mo))에 연결된 게이트패드를 노출시킨다. 전면노광과 배면노광 공정에 대하여는 도 4a 및 도 4b를 결부하여 이하에서 상세히 설명하기로 한다. 투명 게이트전극(G(ITO))의 패터닝에 의해 형성된 게이트홀(25)의 직경(φ)은 1μm~10μm이다. 게이트전극(G(Mo), G(ITO))에 인가되는 음전압으로 인하여, 게이트홀(25)을 통해 방출되는 전자빔이 집속(focusing)되어 상판의 애노드전극(A) 쪽으로 진행한다. Subsequently, in the present invention, after ITO is deposited on the lower
도 4a 및 도 4b는 도 3g의 투명 게이트전극 패터닝 공정을 상세히 나타낸다. 4A and 4B illustrate the transparent gate electrode patterning process of FIG. 3G in detail.
도 4a를 참조하면, 투명 게이트전극(G(ITO))까지 형성된 하부 투명기판(20) 상에 네가티브 포토레지스트(Negative PR)(40)을 소정 두께로 전면 도포한 후에, 그 포토레지스트(40) 위에 전자 방출원들(23)이 형성되는 게이트홀 영역(30)에 조사되는 빛을 차단하는 포토 마스크를 정렬한다. 이어서, 본 발명은 포토 마스크를 통해 자외선을 조사하여 포토레지스트(40)를 전면 노광한다. 그 결과, 게이트홀 영역(30)에서 포토레지스트(40)는 비노광상태로 되고 그 외 나머지 영역에서 포토레지스트(40)는 1차 노광된다. Referring to FIG. 4A, after the
이어서, 본 발명은 도 4b와 같이 하부 투명기판(20) 아래에서 자외선을 조사하여 배면 노광을 실시한다. 그러면, 차광 금속패턴(21)으로 인하여 게이트홀 영역(30) 내에서 게이트홀들은 비노광 상태로 남고 게이트홀들 사이의 부분들과 게이트홀 영역(30) 이외의 나머지 영역은 2차 노광된다. Subsequently, the present invention performs back exposure by irradiating ultraviolet rays under the lower
이렇게 2차에 걸친 노광공정에 이어서, 현상, 식각 및 세정공정을 실시한다. 현상공정에 의해서 비노광된 게이트홀들에 대응하는 포토레지스트(40)는 제거되고, 잔류하는 포토레지스트 패턴들을 통해 식각 공정을 실시하면 게이트홀들에서 투명 게이트전극(G(ITO))이 제거되어 도 3g와 같이 전자 방출원들(23)이 노출된다. After the second exposure process, development, etching, and cleaning processes are performed. The
게이트홀들은 전술한 포토리소그래피 공정 이외에 셀프 얼라인 공정이나 그 외 다른 공정으로 형성될 수도 있다. The gate holes may be formed by a self alignment process or other processes in addition to the photolithography process described above.
한편, 전술한 실시예에서 투명 캐소드전극(C(ITO))과 투명 게이트전극(G(ITO))은 노광 공정에서 빛이 투과될 수 있도록 ITO로 형성되는 예를 중심으로 설명하였지만 빛이 투과되는 공극이 존재하는 카본나노튜브 분말이나 초박막 금속막으로 대신될 수 있다.Meanwhile, in the above-described embodiment, the transparent cathode electrode C (ITO) and the transparent gate electrode G (ITO) have been described based on an example in which ITO is formed so that light can be transmitted in the exposure process. It may be replaced by carbon nanotube powder or ultra thin metal film in which voids exist.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 제조방법은 TFT-LCD 생산라인을 이용하여 제조가 가능하므로 생산원가를 대폭 낮출 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 전계방출 표시장치는 게이트전극에 음전압을 인가하여 전자빔의 집속을 위한 별도의 포커스 구조없이 전자빔을 집속시킬 수 있음은 물론, 포커스 구조가 없으므로 상판과 하판 사이의 간격을 좁혀 전자방출 전압을 낮출 수 있다. As described above, the manufacturing method of the field emission display device according to the embodiment of the present invention can be manufactured by using a TFT-LCD production line, thereby significantly reducing the production cost. In addition, the field emission display device according to the embodiment of the present invention can focus the electron beam without a separate focus structure for focusing the electron beam by applying a negative voltage to the gate electrode, and there is no focus structure. The interval can be narrowed to lower the electron emission voltage.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 단면도.1 is a cross-sectional view of a field emission display device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 구동특성을 보여주는 게이트전극과 캐소드전극 간 전류-전압 특성 그래프.2 is a graph showing current-voltage characteristics between a gate electrode and a cathode showing driving characteristics of the field emission display device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3g는 도 1에 도시된 전계방출 표시장치의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도들.3A to 3G are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing the field emission display shown in FIG. 1.
도 4a 및 도 4b는 도 3g의 제조공정을 상세히 나타내는 단면도들.4A and 4B are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of FIG. 3G in detail.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10 : 상부 투명기판 A : 애노드전극10: upper transparent substrate A: anode electrode
12 : 형광체 20 : 하부 투명기판12: phosphor 20: lower transparent substrate
C(Cr) : 불투명 캐소드전극 C(ITO) : 투명 캐소드전극C (Cr): opaque cathode electrode C (ITO): transparent cathode electrode
21 : 차광 금속패턴 22 : 시드 금속패턴21
23 : 전자 방출원 24 : 절연층23: electron emission source 24: insulating layer
25 : 게이트홀 G(Mo) : 불투명 게이트전극25: gate hole G (Mo): opaque gate electrode
G(ITO) : 투명 게이트전극(또는 화소전극) 30 : 게이트홀 영역G (ITO): transparent gate electrode (or pixel electrode) 30: gate hole region
100 : 전자방출공간100: electron emission space
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