KR20010003844A - 전계방출 표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계방출 표시소자에 관한 것이다.

본 발명의 전계방출 표시소자는 기판의 상부에 형성된 이미터전극과, 이미터전극의 상부에 형성되어 전자를 방출하는 전자방출부를 갖는 이미터층과, 방출된 전자를 집속시키는 게이트전극과, 이미터층과 게이트전극 사이에 형성되어 이미터층과 게이트전극을 전기적으로 격리시키는 절연층과, 게이트전극 및 절연층에 형성된 불연속게이트층을 구비한다.

이에따라, 본 발명의 전계방출소자는 구동전압을 낮추게 된다.

Description

전계방출 표시소자 및 그 제조방법{Field Emission Display Device and Method of Driving The Same}

본 발명은 전계방출 표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 공정을 단순화시킴과 아울러, 대면적화가 적합한 전계방출 표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로, 전계방출 표시장치(Field Emission Display ; 이하 "FED"라 함)는 구동전압을 공급하는 로오 드라이버(Raw Driver)와, 화상데이터를 공급하는 칼럼 드라이버(Column Driver)와, 상기 로오 및 칼럼 드라이버의 교차부에 매트릭스(Matrix) 구조로 형성된 화소(Pixel)가 구비되어 있다. FED는 로오 드라이버(Raw Driver) 또는 칼럼 드라이버(Column Driver)로부터 공급되는 구동전압 또는 화상데이터에 따라 매트릭스 구조로 형성된 화소에서 전자가 방출되어 화상을 표시하게 된다. 이러한 FED는 전자가 방출되는 이미터의 형태에 따라 마이크로 팁(Micro Tip)방식 및 평면 전자원 방식 등의 여러방식들이 현재 개발되고 있다. 이중 마이크로 팁형상의 이미터는 현재 FED 제품에 가장 많이 응용되고 있는 이미터로서 소위 "스핀트법(Spindt Method)" 이라 불리우는 제조방법에 의해 형성되어진다.

도 1을 참조하면, 종래의 FED 제조방법을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

기판(2)의 상부에 이미터전극층(4), 절연층(6), 게이트전극층(8)을 순차적으로 형성한다. (제1 단계) 기판(2)의 상부에 소정의 두께로 이미터전극(4), 절연층(6) 및 게이트전극층(8)을 순차적으로 형성하여 도 1의 (a)에 도시된 바와같이 적층된 구조를 가지게 된다.

이미터전극층(4)의 상부에 팁형성공간을 마련한다. (제2 단계) 사진석판법(Photolithgraphy Method)응 이용하여 게이트전극층(8)에 패턴을 형성한다. 이이서, 절연층(6)을 식각하여 이미터전극층(4)의 상부에 팁형성공간(16)을 마련하게 된다. 이때, 팁형성공간(16)이 도 1의 (b)에 도시되어 있다.

게이트 전극층(8)의 상부에 분리층(12)을 형성한다. (제3 단계) 기판(2)을 회전시키면서 금속물질을 소정의 각도(예를들면, 15°)로 입사시켜 게이트전극층(8)의 표면에 진공증착 시킴으로써 게이트전극층(8)에 대응하여 개구부를 갖는 분리층(12)이 형성된다. 이때, 분리층(12)이 도 1의 (c)에 도시되어 있다.

팁형성공간에 이미터 팁(10)을 형성한다. (제4 단계) 기판(2)을 회전시키면서 팁물질을 수직방향으로 입사 및 증착시킴에 따라 분리층(12)의 표면에는 개구부를 줄이는 형태로 팁물질층(14)이 형성되고 이미터전극층(4)의 상부에 마련된 팁형성공간(16)에는 도 1의 (d)에 도시된 바와같이 원추형의 팁, 즉 이미터 팁(10)이 형성되어 진다. 또한, 분리층(12)과 그 상부에 형성된 팁물질층을 제거함에 의해 이미터 팁을 갖는 전계방출 표시소자를 완성하게 된다.

그러나, 종래의 전계방출 표시소자 제조방법은 경사지게 진공증착하는 공정에서 공정의 정밀한 제어를 요구하므로 제조공정의 제어가 어렵고 대면적화에 부적합한 문제점이 도출되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 공정을 단순화함과 아울러, 대면적화가 적합한 전계방출소자 및 그 제조방법을 제공 하는데 있다.

도 1은 종래의 FED 제조방법을 설명하기 위해 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 전계방출 표시소자를 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 전계방출 표시소자 제조방법을 설명하기 위해 도시한 도면.

＜ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＞

2,22 : 기판 4,24 : 이미터 전극층

6 : 절연층 8,28 : 게이트 전극층

10 : 전계방출 팁 12 : 분리층

14 : 팁물질층 16 : 팁 형성공간

26,32 : 제1 및 제2 절연층 30 : 이미터층

34 : 불연속 게이트전극 36 : 전자방출부

38 : 감광성수지

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전계방출소자는 기판의 상부에 형성된 이미터전극과, 이미터전극의 상부에 형성되어 전자를 방출하는 전자방출부를 갖는 이미터층과, 방출된 전자를 집속시키는 게이트전극과, 이미터층과 게이트전극 사이에 형성되어 이미터층과 게이트전극을 전기적으로 격리시키는 절연층과, 게이트전극 및 절연층에 형성된 불연속게이트층을 구비한다.

또한, 본 발명의 전계방출소자 제조방법은 기판의 상부에 이미터 전극, 이미터층, 제1 및 제2 절연층 및 게이트전극을 순차적으로 형성하는 단계와, 게이트전극 및 제2 절연층을 순차적으로 식각하는 단계와, 게이트전극 및 제2 절연층의 상부에 불연속게이트층을 형성하는 단계와, 제1 절연층, 이미터층 및 이미터전극을 원하는 형태로 식각하는 단계를 포함한다.

상기 목적외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명 하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 전계방출소자는 기판(22)의 상부에 형성된 이미터전극(24)과, 이미터전극(24)의 상부에 형성되어 전자방출부(36)를 갖는 이미터층(30)과, 방출된 전자를 집속시키는 게이트전극(28)과, 이미터층(30)과 게이트전극(28) 사이에 형성되어 전기적으로 격리시키는 절연층(26,32)과, 게이트전극(28) 및 절연층(32)에 형성된 불연속게이트층(34)을 구비한다. 게이트전극(28)과 이미터층(30) 사이에 구동전압이 인가되면 불연속게이트층(34)과 전자방출부(36) 사이에 전계가 형성되어 전자가 방출된다. 이를 도 2와 결부하여 상세하게 설명하면, 게이트 전극(28)과 이미터층(30) 사이에 구동전압이 인가되면, 게이트전극(28)에 인가된 전압은 불연속게이트층(34)에 인가되어진다. 이때, 불연속게이트층(34)은 게이트전극(28) 및 제2 절연층(32)에 아일랜드(Island)형태로 불연속적으로 구성되므로 게이트전극(28)에 비해 저항값이 크지만 터널링 현상에 의해 전자가 방출되어 도전성을 갖게 된다. 또한, 이미터층(30)에 인가된 전압은 전자방출부(36)에 인가되어진다. 즉, 불연속게이트층(34)과 전자방출부(36) 간에 인가되는 구동전압에 대응하여 전계가 형성된다. 이때, 전자방출부(36)에서 전자가 방출된다. 방출된 전자는 애노드 전극(도시되지 않음)에 유도되어 형광체에 충돌되어 빛을 발생하게 된다. 또한, 이미터층(30)은 박막화가 가능하고 일함수(Work Function)가 낮은 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를들면, Mo, Ni, TiN, HfN, TaN, 다이아몬드, 다이아몬드상카본, 금속 탄소화합물을 사용할수 있다. 특히, 이미터층(30)의 두께는 방출전압에 큰 영향을 미치게 되므로 가능하면 얇게 형성하는 것이 유리하다. 실제로, 이미터층(30)의 두께는 50 - 1000Å사이를 정하게 되며 특히, 50 - 200Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 절연층은 이미터(30)와 게이트전극(28)을 전기적으로 격리시키는 제2 절연층(32)과, 이미터층(30)과 불연속게이트층(34)의 거리를 조절하는 제1 절연층(26)으로 구성된다. 제2 절연층(32)은 전자방출부(36) 이외의 이미터층(30)과 게이트전극(28)간의 거리가 소정의 간격으로 유지되도록 하여 이미터층(30)에서 게이트전극(28)으로 전자가 흐르는 브레이크다운(Break Down) 현상이 발생하는 것을 방지하게 된다. 또한, 제1 절연층(26)은 전자방출부(36)와 불연속게이트층(34) 간의 거리를 조절하게 된다. 이에따라, 제1 절연층(26)의 두께를 조절함에 의해 설계자의 의도에 따라 전자방출특성을 제어할수 있게된다. 상술한 바와같이, 본 발명의 전계방출소자는 절연층의 두께를 조절하여 구동전압 및 전자의 방출특성을 제어할수 있게 된다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 전계방출소자 제조방법을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

기판(22)의 상부에 이미터 전극(24), 이미터층(30), 절연층(26,32) 및 게이트전극(28)을 순차적으로 형성한다. (제11 단계) 도 3의 (a)와 결부하여 설명하면, 먼저 기판(22)의 상부에 소정의 두께로 이미터 전극(24)을 형성한다. 이때, 이미터전극(24)의 재질은 Cu, Al, Cr 및 그 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 이어서, 이미터 전극(24)의 상부에 소정의 두께(예를들면, 50 - 1000Å)로 이미터층(30)을 형성한다. 이 경우, 이미터층(30)의 두께는 방출전압에 큰영향을 미치게 되므로 가능하면 얇게 형성하는 것이 유리하다. 이에따라, 이미터층(30)을 50 - 200Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 이미터층(30)은 일함수(Work Function)가 낮은 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 이에따라, 이미터층(30)의 재질은 Mo, Ni, TiN, HfN, TaN, 다이아몬드, 다이아몬드상카본, 탄소화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 다음으로, 이미터층(30)의 상부에 소정의 두께(예를들면, 500- 2000Å)로 제1 절연층(26)을 형성한다. 이 경우, 제1 절연층(26)의 두께를 조절함에의해 전자의 방출특성을 제어하게 된다. 또한, 제1 절연층(26)의 상부에 소정의 두께로 제2 절연층(32)을 형성한다. 이때, 제2 절연층(32)은 전자방출부(36) 이외의 이미터층(30)과 게이트전극(28)을 일정 거리로 이격시켜 전기적으로 격리시키게 된다. 다음으로, 제2 절연층(32)의 상부에 게이트전극(28)을 성막한다.

게이트전극(28)을 형성한다. (제12 단계) 게이트전극(28)의 상부에 감광성수지(38)를 소정의 두께로 도포한후, 사진석판법을 이용하여 감광성수지(38)에 패턴을 형성한후 식각액을 사용하여 게이트전극(28)을 식각하게 된다. 이때, 게이트전극(28)이 도 3의 (b)에 도시되어 있다.

제2 절연층(32)을 식각한다. (제13 단계) 게이트전극(28)에의해 드러난 제2 절연층(32)을 식각한다. 제2 절연층(32)은 게이트전극(28)과 이미터층(30) 간을 전기적으로 격리시키는 기능을 수행하게 된다. 이때, 제1 및 제2 절연층(32,26)은 식각공정시 선택성을 가지게 된다. 즉, 하나의 절연층을 식각하여도 다른 절연층은 식각되지 않는다. 도 3의 (c)에 도시된바와 같이 제2 절연층(32)이 원하는 형태를 갖도록 제1 절연층(26)이 드러날때 까지 식각하게 된다. 이때, 제1 절연층(26)은 선택성을 가지게 되어 식각되지 않게 된다. 이 경우, 제2 절연층(32)이 식각되면 게이트전극(28) 하부의 소정 깊이까지 식각되어 게이트전극(28)중 식각액에 노출된 부분이 도 3의 (d)에 도시된 바와같이 식각된다.

게이트전극(28) 및 제2 절연층(32)의 상부에 불연속게이트층(34)을 형성한다. (제14 단계) 먼저, 도 3의 (e)에 도시된바와같이 게이트전극(28) 상부에 도포된 감광성수지를 제거한다. 이어서, 진공증착법 또는 스퍼터링법에 의해 게이트전극(28) 및 제2 절연층(32)의 상부에 불연속게이트층(34)을 형성하게 된다. 이때, 불연속게이트층(34)의 재질로는 금(Au), 은(Ag) 등을 사용하게 된다. 이 경우, 불연속게이트층(34)은 게이트전극(28)에 비해 큰 저항을 가지게 되지만 터널링효과에 의해 도전성이 있다. 상기 방법에 의해 형성된 불연속게이트층(34)이 도 3의 (f)에 도시되어 있다.

제1 절연층(26)을 식각한다. (제15 단계) 제1 절연층(26)은 전자방출특성을 제어하게 된다. 이를위해, 제2 절연층(32)에 의해 드러난 제1 절연층(26)을 식각한다. 제1 절연층(26)을 도 3의 (g)에 도시된 바와같이 이미터층(30)이 드러날때까지 원하는 형태로 식각하게 된다. 이때, 제1 절연층(26) 상부에 도포된 불연속게이트층(34)이 제거되어 진다.

전자방출부(36)를 형성한다. (제16 단계) 제1 절연층(26)에 의해 드러난 이미터층(30)을 식각하여 도 3의 (h)에 도시된 바와같이 전자방출부(36)를 형성하게 된다. 이때, 전자방출부(36)는 전자방출효율을 높이기위해 일함수가 낮은 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 과정에 의해 종래의 스핀트법에 의해 제작된 이미터 팁보다 더 예리한 끝부위를 갖는 전자방출부를 형성하게 된다.

이미터전극(24)을 식각한다. (제17 단계) 전자방출부(36)에 의해 드러난 이미터전극(24)을 식각한다. 도 3의 (i)에 도시된 바와같이 이미터전극(24)을 기판(22)이 드러날때까지 원하는 형태로 식각하게 된다.

상기와 같이 본 발명의 전계방출표시소자 제조방법은 대면적화에 적합한 공정이므로 대면적의 전계방출 소자를 제작하는 것이 가능하다. 또한, 공정상 셀프얼라인(Self Align)을 이용하므로 공정을 단순화 할 수 있게된다. 또한, 상기와 같은 구조의 이미터에서는 종래의 스핀트법을 이용한 전계방출 팁보다 더 예리한 전자방출부를 형성할수 있으므로 구동전압을 낮출수 있게된다.

상술한 바와같이, 본 발명의 전계방출소자는 구동전압을 낮출수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 전계방출소자 제조방법은 공정을 단순화함과 아울러, 대면적화에 적합한 장점이 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자 라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (12)

1. 기판의 상부에 형성된 이미터전극과,

   상기 이미터전극의 상부에 형성되어 전자를 방출하는 전자방출부를 갖는 이미터층과,

   상기 방출된 전자를 집속시키는 게이트전극과,

   상기 이미터층과 게이트전극 사이에 형성되어 상기 이미터층과 게이트전극을 전기적으로 격리시키는 절연층과,

   상기 게이트전극 및 절연층에 형성된 불연속게이트층을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출표시소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 절연층이,

   상기 전자방출부와 불연속게이트층 간의 거리를 조절하는 제1 절연층과,

   상기 게이트전극과 이미터층 간의 거리가 소정간격으로 유지되도록 하는 제2 절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제1 절연층의 두께를 조절함에 의해 전자방출특성을 제어하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 이미터층의 두께를 조절함에 의해 전자방출특성을 제어하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.
5. 기판의 상부에 이미터 전극, 이미터층, 제1 및 제2 절연층 및 게이트전극을 순차적으로 형성하는 단계와,

   상기 게이트전극 및 제2 절연층을 순차적으로 식각하는 단계와,

   상기 게이트전극 및 제2 절연층의 상부에 불연속게이트층을 형성하는 단계와,

   상기 제1 절연층, 이미터층 및 이미터전극을 원하는 형태로 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 이미터층이 50 내지 1000Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 이미터층의 두께가 50 내지 200Å의 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자 제조방법.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 제1 절연층이 500 내지 2000Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자 제조방법.
9. 제 5 항에 있어서,

   상기 이미터층의 재질이 Mo, Ni, TiN, HfN, TaN, 다이아몬드, 다이아몬드상카본 및 탄소화합물중 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    스퍼터링법에 의해 상기 불연속게이트층을 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자 제조방법.
11. 제 9 항에 있어서,

    진공증착법에 의해 상기 불연속게이트층을 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자 제조방법.
12. 제 9 항에 있어서,

    상기 불연속게이트층의 재질이 Ag 및 Au중 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자 제조방법.