KR20010046802A - 집속 전극을 갖는 전계 방출 표시 소자, 그 제조방법 및이를 이용한 전자빔 집속 방법 - Google Patents

집속 전극을 갖는 전계 방출 표시 소자, 그 제조방법 및이를 이용한 전자빔 집속 방법 Download PDF

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Abstract

누설 전류의 발생을 감소시켜 동작 성능을 향상시킨 집속 전극을 갖는 전계 방출 표시 소자, 그 제조방법 및 이를 이용한 전자빔 집속 방법이 개시되어 있다. 캐소드 기판 상에 캐소드 전극이 형성되어 있고, 상기 캐소드 전극 상에 형성되는 게이트 구멍을 갖고 상기 캐소드 전극 및 캐소드 기판 상에 순차적으로 게이트 절연층 및 게이트 전극이 형성되어 있다. 상기 게이트 구멍내의 캐소드 전극 상에 에미터 팁이 형성되어 있고, 상기 게이트 전극 상에 절연층을 개재하면서 형성되고 상기 에미터 팁이 형성된 게이트 구멍을 둘러싸게 집속 전극이 형성되어 있다. 상기 집속 전극의 일단을 상기 게이트 전극과 인접한 다른 게이트 전극과 연결하는 연결선과, 상기 캐소드 기판과 대향하여 형성되고 그 표면에 애노드 전극 및 형광체가 형성된 애노드 기판이 구비되고, 상기 캐소드 기판과 애노드 기판 사이의 일정 공간을 유지시켜 주는 스페이서가 형성되어 있다. 집속 전극의 동작에 필요한 전압을 인접한 스캔 라인을 통하여 인가하여 전자빔을 집속한다. 이에 따라, 전자빔이 인접한 형광체 쪽으로 퍼지는 것을 효과적으로 방지함으로써 크로스 토크를 방지하여 색순도 및 구현 가능한 색수를 높일 수 있다.

Description

집속 전극을 갖는 전계 방출 표시 소자, 그 제조방법 및 이를 이용한 전자빔 집속 방법{FIELD EMISSION DISPLAY DEVICE HAVING FOCUSING ELECTRODE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF AND FOCUSING METHOD OF ELECTRON BEAM USING THE SAME}
본 발명은 표시 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집속 전극을 갖는 전계 방출 표시 소자, 그 제조방법 및 이를 이용한 전자빔 집속 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전계 방출 표시 소자는 필드 에미터가 설치되어 있는 캐소드 기판과, 상기 캐소드 기판과 소정거리 만큼 떨어져서 마주보고 있고 형광체 및 애노드 전극이 형성되어 있는 애노드 기판과, 두 기판을 일정거리 만큼 유지시켜주는 스페이서와, 두 기판의 외각의 소정 부위를 봉지하기 위한 실런트와, 두 기판 사이의 공간을 고진공으로 유지시켜 주기 위한 게터와, 두 기판에 형성된 다수의 전극 터미널에 전원을 인가하기 위한 다수의 전원 공급 장치 및 구동회로를 포함하고 있다. 여기서, 종래의 전계 방출 표시 소자의 필드 에미터를 자세히 설명한다.
도 1은 종래의 전계 방출 표시 소자의 필드 에미터를 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
구체적으로, 종래의 전계 방출 표시 소자의 필드 에미터는 캐소드 기판(101) 상에 열 방향으로 캐소드 전극(103)을 연결하는 캐소드 라인(C1∼C6)이 형성되어 있고, 상기 캐소드 라인(C1∼C6)과 수직한 행방향으로 형성되고 게이트 전극(107)을 연결하는 게이트 라인(G1∼G4, 스캔 라인)이 형성되어 있다. 상기 캐소드 라인(C1∼C6)과 게이트 라인(G1∼G4)은 게이트 절연층(105)으로 분리된다. 그리고 게이트 라인(G1∼G4)과 캐소드 라인(C1∼C6)이 교차하는 부분의 게이트 구멍(108)에 에미터 팁(109)이 형성되어 있다.
여기서, 도 1 및 도 2의 전계 방출 표시소자의 필드 에미터를 이용해서 원하는 화상을 구현하는 방식을 설명한다. 구체적으로, 캐소드 라인(C1∼C6)과 게이트 라인(G1∼G4)이 교차하는 위치의 에미터 팁(109)들은 행렬로 주소를 부여하여 매트릭스-어드레싱할 수 있고 원하는 주소의 위치에서 전자빔을 형성하기 위해서는 해당되는 캐소드 라인(C1∼C6)과 게이트 라인에 전압을 인가하면 된다. 게이트 라인(G1∼G4)에 스캔 펄스를 순차적으로 인가하고 하나의 게이트 라인(G1∼G4)에 할당된 스캔 시간동안 모든 캐소드 라인(C1∼C6)에 화상정보를 부여하게 된다. 이때, 스캔 펄스의 전압(예컨대 도 2의 VG2)이 60V이고, 화상 정보의 신호 전압(예컨대 도 2의 VC2)의 크기가 -30V인 경우 게이트 전극(107)과 캐소드 전극(103) 간에는 90V의 전압이 인가되어 90V에 해당하는 필드 에미터의 방출전류를 얻을 수 있고, 방출된 전자는 애노드 기판(도시 안함) 상에 형성된 형광체를 충격하여 화상을 얻을 수 있다.
그런데, 종래의 전계 방출 표시 소자의 에미터 팁 끝에서 방출되는 전자빔은 고유 특성상 일정한 퍼짐 폭을 갖고 애노드 기판에 도달된다. 상기 전자빔의 퍼짐 폭은 캐소드와 애노드 기판간의 공간이 클수록 크고 게이트 전극에 인가되는 전압이 클수록 크게 된다. 이와 같은 전자빔의 퍼짐은 인접한 형광체를 발광시켜 콘트라스트와 색순도를 저하시킨다. 더욱이, 표시면의 화소가 미세화 될수록 전자빔 퍼짐 현상은 더 커지게 된다.
이와 같은 문제점을 개선하기 위해 전계 방출 표시 소자에 집속 전극(focusing electrode)을 더 구비하여 전자빔의 퍼짐을 감소시키는 방법이 제안되었다.
도 3 내지 도 6은 종래의 집속 전극을 갖는 전계 방출 표시 소자를 도시한 단면도들이다. 도 3 내지 도 6에서, 201은 캐소드 기판, 203은 캐소드 전극, 205는 게이트 절연층, 207은 게이트 전극, 208은 에미터 팁, 209는 제2 절연층, 211a 내지 211d는 집속 전극을 나타낸다.
구체적으로, 도 3의 전계 방출 표시 소자는 각각의 에미터 팁(208)에 대응하는 게이트 구멍(213)을 둘러싸도록 집속 전극(21a)을 형성하여 전자빔을 집속한다. 도 4의 전계 방출 표시 소자는 도 3과 동일하게 각각의 에미터 팁(208)에 대응하는 게이트 구멍을 둘러싸도록 집속 전극(211b)을 형성하여 전자빔을 집속하고, 집속 전극(211b)과 캐소드 전극(203)을 연결하여 집속 전극(211b)에 인가되는 전압원과 캐소드 전극(203)에 인가되는 전압원을 공유하는 구조이다. 도 5의 전계 방출 표시 소자는 다수개의 에미터 팁(208)에 대응하여 각각 게이트 구멍(213)을 갖는 게이트 전극(207)을 형성하고, 상기 게이트 전극(207)과는 일정한 간격을 유지하고 동일한 높이의 평면상에 형성된 집속 전극(211c)을 설치하여 다수의 에미터 팁(208)으로 방출된 전자빔을 전체적으로 집속하는 구조이다. 도 6의 전계 방출 소자는 다수개의 에미터 팁(208)에 대응하여 각각 게이트 구멍(213)을 갖는 게이트 전극(207)을 형성하고 각각의 에미터 팁(208)에서 방출되는 전자빔을 역시 동시에 전체적으로 집속하기 위해 제2 절연층(209) 상에 집속 전극(211d)을 형성하는 구조이다.
그런데, 도 3 및 도 4의 전계 방출 표시 소자의 집속 전극은 그 구조가 복잡하여 제조시 공정단가가 많이 추가되어 제조비용이 상승하는 문제점이 있다. 그리고, 통상의 스핀트형 에미터 팁을 형성하는 과정중 분리층을 제거하는 단계에서 제2 절연층 구멍 벽에 형성된 분리층을 완벽하게 제거하기 어려워 다수의 게이트 구멍과 이에 대응하는 집속 전극 구멍 사이에 전기적으로 단락(short-circuit)되는 문제점이 있다. 그리고, 도 5 및 도 6의 전계 방출 표시 소자의 집속 전극은 각각의 집속 전극에 별도의 전압원을 필요로 하여 제조비용을 상승시키게 된다. 또한, 도 5 및 도 6의 전계 방출 표시 소자는 집속 전극과 게이트 전극간, 혹은 집속 전극과 애노드 전극간의 적어도 한 군데 이상의 단락 혹은 누설 전류가 발생하면 디스 플레이 전역에 걸쳐 소자가 정상적으로 동작하지 않은 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결할 수 있는 집속 전극을 갖는 전계 방출 표시 소자를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 전계 방출 표시 소자를 적합하게 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는 상기 전계 방출 표시 소자를 이용한 전자빔 집속 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 전계 방출 표시 소자의 필드 에미터를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 3 내지 도 6은 종래의 집속 전극을 갖는 전계 방출 표시 소자를 도시한 단면도들이다.
도 7은 본 발명에 따른 전계 방출 표시 소자의 필드 에미터를 도시한 평면도이다.
도 8은 도 7의 B-B'에 따른 단면도이다.
도 9a 내지 도 9i는 도 8의 전계 방출 표시 소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 전계 방출 표시 소자를 실제로 구현한 예를 도시한 단면도이다.
도 11a 및 도 11b는 종래 기술 및 본 발명에 따라 제조된 전계 방출 표시 소자의 필드 에미터의 전자빔 궤적을 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 전계 방출 표시 소자는 캐소드 기판 상에 형성된 캐소드 전극과, 상기 캐소드 전극 상에 형성되는 게이트 구멍을 갖고 상기 캐소드 전극 및 캐소드 기판 상에 순차적으로 형성된 게이트 절연층 및 게이트 전극과, 상기 게이트 구멍내의 캐소드 전극 상에 형성된 에미터 팁과, 상기 게이트 전극 상에 절연층을 개재하면서 형성되고 상기 에미터 팁이 형성된 게이트 구멍을 둘러싸게 형성된 집속 전극과, 상기 집속 전극의 일단을 상기 게이트 전극과 인접한 다른 게이트 전극과 연결하는 연결선과, 상기 캐소드 기판과 대향하여 형성되고 그 표면에 애노드 전극 및 형광체가 형성된 애노드 기판과, 상기 캐소드 기판과 애노드 기판 사이의 일정 공간을 유지시켜 주는 스페이서를 포함한다.
상기 에미터 팁과 집속 전극과의 최단 수평거리(d)가 1∼20㎛이며, 상기 에미터 팁은 Cr, Mo, Nb 또는 Ni로 구성할 수 있다. 상기 캐소드 기판과 애노드 기판간의 간격을 200∼2000㎛로 구성할 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 전계 방출 표시 소자의 제조방법은 캐소드 기판 상에 제1 금속막을 형성한 후 패터닝하여 캐소드 전극을 형성하는 단계와, 상기 캐소드 전극이 형성된 캐소드 기판의 전면에 제1 절연층 및 제2 금속막을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 제2 금속막을 패터닝하여 게이트 전극 구멍을 갖는 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극이 형성된 캐소드 기판의 전면에 제2 절연층 및 제3 금속막을 형성하는 단계와, 상기 제3 금속막을 패터닝하여 게이트 전극 구멍 상부를 노출하는 집속 전극을 형성하는 단계와, 상기 집속 전극을 식각마스크로 하여 상기 제2 절연층을 식각하여 게이트 전극 및 제1 절연층을 노출하는 제2 절연층 패턴을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극 구멍 하부의 캐소드 전극이 노출되도록 제1 절연층을 식각하여 게이트 절연층 구멍을 갖는 게이트 절연층을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극 구멍 및 게이트 절연층 구멍 하부의 캐소드 전극 상에 에미터 팁을 형성하는 단계와, 상기 집속 전극의 일단을 상기 게이트 전극과 인접한 다른 게이트 전극과 연결하는 연결선을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 에미터 팁과 집속 전극과의 최단 수평거리(d)를 1∼20㎛로 형성할 수 있다. 상기 에미터 팁은 Cr, Mo, Nb 또는 Ni로 형성할 수 있다. 상기 연결선은 스크린 프린팅법으로 형성하거나, 상기 연결선은 전도성 구슬이 박혀있는 테이프나 금속선이 박혀있는 테이프를 열이나 하중을 가하여 형성할 수 있다.
또한, 상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 캐소드 기판 상에 형성된 캐소드 전극과, 상기 캐소드 전극 상에 형성되는 게이트 구멍을 갖고 상기 캐소드 전극 및 캐소드 기판 상에 순차적으로 형성된 게이트 절연층 및 게이트 전극과, 상기 게이트 구멍내의 캐소드 전극 상에 형성된 에미터 팁과, 상기 게이트 전극 상에 절연층을 개재하면서 형성되고 상기 에미터 팁이 형성된 게이트 구멍을 둘러싸게 형성된 집속 전극과, 상기 집속 전극의 일단을 상기 게이트 전극과 인접한 다른 게이트 전극과 연결하는 연결선을 구비하는 전계 방출 표시 소자의 전자빔 집속 방법에 있어서,
상기 게이트 전극에 순차적으로 스캔 펄스를 인가하고 스캔 시간동안에는 캐소드 전극에는 화상 데이터 신호를 인가할 때 상기 게이트 전극에 연결된 필드 에미터의 게이트 전극에는 전자방출이 일어나기 위한 전압이 인가되고 집속 전극에는 인접한 다른 게이트 전극을 통하여 더 낮은 전압이 인가되어 전자빔의 집속이 일어나도록 하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자의 전자빔 집속 방법을 제공한다.
상기 스캔 펄스의 전압은 50∼120V로 인가하고, 에미터 팁과 집속 전극과의 최단 수평거리(d)를 1∼20㎛로 유지하여 전자빔을 집속할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 전계 방출 표시 소자는 게이트 전극 상부에 제2 절연층 패턴 및 집속 전극을 형성하고 집속 전극의 동작에 필요한 전압을 스캔 펄스를 인가하기 위한 스캔 라인 통하여 인가하여 전자빔을 집속한다. 이에 따라, 전자빔이 인접한 형광체 쪽으로 퍼지는 것을 효과적으로 방지하여 의도된 형광체에만 전자빔이 충격하여 크로스 토크(cross-talk)를 방지하고 색순도 및 구현 가능한 색수를 높일 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 전계 방출 표시 소자의 필드 에미터를 도시한 평면도이다.
구체적으로, 행방향으로 게이트 전극(507)을 연결하는 스캔 라인(G0∼G3, 게이트 라인)이 배치되며, 상기 스캔 라인(G0∼G3)과 수직하게 열 방향으로 캐소드 전극(503)을 연결하는 캐소드 라인(C1∼C6, 데이터 라인)이 배치된다. 그리고, 상기 스캔 라인(G0∼G3)과 캐소드 라인(C1∼C6)이 교차하는 부분에 형성된 게이트 전극 구멍 및 게이트 절연층 구멍 내부에 에미터 팁(513)이 형성된다. 또한, 상기 에미터 팁(513)이 형성된 게이트 구멍(게이트 절연층 구멍 및 게이트 전극 구멍을 통칭하여 게이트 구멍이라 칭함)들을 둘러싸되 한쪽 부분이 개방된 집속 전극(511a)이 형성되어 있다. 상기 집속 전극(511a)은 앞단의 스캔 라인(G0∼G3)과 연결선(515)으로 연결되어 있다.
특히, 본 발명의 전계 방출 표시 소자에서 화상을 구현하기 위해 n의 스캔 라인(G0∼G3)과 m개의 데이터 라인(C1∼C6)으로 이루어진 필드 에미터를 매트릭스 어드레싱할 때 n번째 스캔 라인(G0∼G3)에 스캔 펄스를 인가하는 경우 할당된 스캔 시간 동안에는 필드 에미터의 게이트 전극(507)에 스캔 펄스를 전달하고 다음의 n+1 번째 스캔 라인(G0∼G3)에 스캔 펄스가 인가될 때는 n번째 스캔 라인(G0∼G3)의 연결선(515)을 통하여 연결된 집속 전극(513)에는 스캔 펄스의 저전압을 공급하여 n+1번째 스캔 라인(G0∼G3)에 연결된 필드 에미터에서 방출되는 전자빔을 집속한다.
예를 들어, 도 7의 3 x 6 행렬로 매트릭스 어드레싱 구동을 하기 위한 필드 에미터에서 G2 스캔 라인과 C1 데이터 라인이 교차하는 위치에 있는 필드 에미터를 살펴보면, G2 스캔 라인에 스캔 펄스가 인가되고 C1 데이터 라인에 화상 정보 신호 전압이 인가되면 스캔 시간동안 게이트 전극(507)에는 고전압이 인가되어 에미터 팁에서 전자가 방출된다. 그런데, 상기 게이트 전극 상부에는 에미터 팁을 둘러싸도록 집속 전극(511a)이 설치되어 있고 G1 스캔 라인으로부터 연결선을 통하여 집속 전극(511a)에는 저 전압이 인가되므로 이 저전압에 의해 집속 전극(511a) 주위에 등전위선이 변형되어 에미터 팁(513)에서 방출되는 전자빔이 집속된다. 또한, G2 스캔 라인 다음에 G3 스캔 라인에 스캔 펄스가 인가되면 G2 스캔 라인은 저전압을 유지하고 G3 스캔 라인에는 고전압이 인가되므로 G3 스캔 라인에 있는 필드 에미터에서 전자가 방출된다. 이때, G2 스캔 라인에서는 연결선(515)을 통하여 연결된 집속 전극(511a)에 저 전압이 인가되므로 G3 스캔 라인의 필드 에미터에서 방출되는 전자빔을 집속하게 된다.
다시 말하면, 각각의 스캔 라인(G0∼G3)은 할당된 스캔 시간동안에는 에미터 팁에서 전자를 방출시키는 고 전압을 인가하고, 그 외의 시간동안에는 스캔 라인(G0∼G3)에 연결된 집속 전극(511a)에 저전압을 인가하여 인접한 다음 스캔 라인(G0∼G3)에 스캔 펄스가 인가될 때 에미터 팁(513)에서 방출되는 전자빔을 집속하게 된다.
도 8은 도 7의 B-B'에 따른 단면도이다.
구체적으로, 캐소드 기판(501) 상에 캐소드 전극(503)이 형성되어 있고, 상기 캐소드 전극(503) 상부에 게이트 구멍(512)을 갖는 게이트 절연층(505a) 및 게이트 전극(507a, 507b)이 형성되어 있다. 상기 게이트 구멍(512) 내의 캐소드 전극(503) 상에 에미터 팁(513)이 형성되어 있고, 상기 게이트 전극(507a, 507b) 및 게이트 절연층(505a) 상에 제2 절연층 패턴(509a)이 형성되어 있고, 상기 제2 절연층 패턴(509a) 상에 집속 전극(511a)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 게이트 전극(507b)과 집속 전극(511a)을 전기적으로 연결하기 위한 연결선(515)이 형성되어 있다.
예컨대, G2 스캔 라인에는 스캔 펄스가 인가되면 게이트 전극(507a)에는 VG2(고 전압)가 인가되고 C1 데이터 라인에는 화상 정보 신호 전압(데이터 신호 펄스 전압) VC1이 인가되어 캐소드 전극(503)은 VC1전압을 유지하며, 집속 전극(511a)에는 G1의 스캔 라인의 VG1(저전압)이 유지된다. 본 발명에 의한 바람직한 하나의 예로서 게이트 전극 구멍의 직경이 1㎛인 필드 에미터에서 스캔 펄스의 고전압이 50∼120V이고, 스캔 펄스의 저전압이 0V이고, 데이터 신호 펄스 전압으로 -30V를 사용하고, 제2 절연층 패턴(509a)의 두께를 5000Å∼5㎛를 사용하고 에미터 팁(513)과 집속 전극(511a)과의 최단 수평거리 d가 1∼20㎛인 경우 전자빔을 효과적으로 집속할 수 있다.
도 9a 내지 도 9i는 도 8의 전계 방출 표시 소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
구체적으로, 유리 등의 캐소드 기판(501) 상에 캐소드 전극용 Cr, Mo, Nb, Ni 등의 제1 금속막을 스퍼터링 등의 방법으로 1000∼3000Å의 두께로 증착한 후 사진식각공정에 의해 스트라이프 형태로 패터닝하여 캐소드 전극(503)을 형성한다. 상기 캐소드 전극의 선폭은 디스플레이의 해상도에 따라 30∼300㎛ 범위로 조절한다(도 9a 참조).
이어서, 캐소드 전극(503)이 형성된 캐소드 기판(501)의 전면에 제1 절연층(505), 예컨대 실리콘 산화막 등을 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 1㎛ 내외의 두께로 증착한다. 계속하여, 상기 제1 절연층(505) 상에 게이트 전극용으로 Cr, Mo, Nb, Ni 등의 제2 금속막(507)을 스퍼터링 등의 방법으로 형성한다. 상기 제2 금속막(507)은 1000∼5000Å의 두께로 증착한다(도 9b 참조).
다음에, 상기 제2 금속막(507)을 사진 식각 공정에 의해 패터닝하여 스트라이프 형태로 1㎛ 내외의 게이트 전극 구멍(508)을 갖는 게이트 전극(507a, 507b)을 형성한다. 상기 게이트 전극(507a, 507b)의 선폭은 디스 플레이 해상도에 따라 30∼300㎛ 범위로 조절한다. 상기 제2 금속막(507)이 Cr인 경우 Cl2/O2가스를 이용한 반응성 이온 에칭법을 이용하여 게이트 전극(507a, 507b)을 형성한다(도 9c 참조).
다음에, 게이트 전극(507a, 507b)이 형성된 캐소드 기판(501)의 전면에 제2 절연층(509), 예컨대 실리콘 산화막 등을 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 5000Å∼5㎛의 두께로 증착한다(도 9d 참조). 계속하여, 상기 제2 절연층(509) 상에 집속 전극으로 사용할 Cr, Mo, Nb, Ni 등의 제3 금속막(511)을 스퍼터링 등의 방법으로 증착한다. 상기 제3 금속막(511)은 1000∼5000Å의 두께로 증착한다(도 9e 참조).
다음에, 상기 제3 금속막(511)을 사진식각공정에 의해 패터닝하여 집속 전극(511a)을 형성한다. 상기 집속 전극(511a)은 게이트 전극 구멍들(508)을 둘러싸도록 하고 게이트 전극 구멍(508)과 집속 전극(511a)간의 최단 수평거리(d)가 1∼10㎛ 정도가 되도록 소정의 선폭으로 패터닝한다. 상기 집속 전극(511a)의 선폭은 디스 플레이 해상도, 즉 화소 피치에 따라 결정되며 10∼100㎛ 정도로 조절한다(도 9f 참조).
다음에, 집속 전극(511a)을 식각마스크로 하여 상기 제2 절연층(509)을 식각하여 게이트 전극(507a, 507b) 및 제1 절연층(505)을 노출하는 제2 절연층 패턴(509a)을 형성한다. 상기 제2 절연층(509)이 실리콘 산화막인 경우에는 CHF3/O2가스를 이용한 반응성 이온 식각법을 이용한다(도 9g 참조).
다음에, 상기 게이트 전극 구멍(508) 하부의 캐소드 전극(503)이 노출되도록 제1 절연층(505)을 식각하여 게이트 절연층 구멍(510)을 갖는 게이트 절연층(505a)을 형성한다. 상기 제1 절연층(505)이 실리콘 산화막인 경우에 CHF3/O2가스를 이용한 반응성 이온 식각법을 이용한다(도 9h 참조).
다음에, 스핀트 공정을 이용하여 게이트 전극 구멍(508) 및 게이트 절연층 구멍(510) 하부의 캐소드 전극(503) 상에 통상의 스핀트 공정을 이용하여 에미터 팁(513)을 형성한다. 즉, 도 9h와 같은 구조물 상부에 분리층으로 사용할 알루미늄 등의 금속을 전자빔 증착법으로 경사증착하여 분리층이 게이트 절연층 구멍(510)의 측벽이나 게이트 절연층 구멍(510) 하부의 캐소드 전극(503) 상부에 증착되지 않도록 경사각을 주어 분리층을 증착한다. 계속해서 에미터 팁을 형성할 Cr, Mo, Nb, Ni 등의 금속을 전자빔 증착법에 의해 수직으로 증착해서 캐소드 전극(503) 상의 게이트 전극 구멍(508)과 게이트 절연층 구멍(510) 속에 에미터 팁(513)을 형성한다. 물론, 에미터 팁을 증착하는 동안 분리층 상부에서 팁을 형성할 물질이 증착되며 증착이 진행됨에 따라 구멍이 닫히게 되어 팁 증착이 완료된다. 계속해서, 분리층을 제거하면 분리층 상부의 잉여물질도 함께 제거되어 캐소드 전극(503) 상부에 에미터 팁(513)이 형성된다(도 9i 참조).
계속해서, 도 8과 같이 집속 전극(511a)과 게이트 전극(507b)의 소정부위를 도전성 페이스트 등의 재료를 이용하여 스크린 프린팅 등의 방법으로 연결선(515)을 형성한다. 상기 연결선(515)은 스크린 프린팅 등의 방법 이외에도 전도성 구슬이 박혀있는 테이프나 금속선이 박혀있는 테이프등을 열이나 하중을 가하여 눌러주어 접속시키는 방법도 효과적이다.
도 10은 본 발명의 전계 방출 표시 소자를 실제로 구현한 예를 도시한 단면도이다. 도 10에서, 도 8과 동일한 참조번호는 동일한 부재를 나타낸다.
구체적으로, 각각의 게이트 라인(G0∼G3) 상에 설치되고 인접한 게이트 라인(G0∼G3)에서 전원이 공급되는 집속 전극(511a)을 갖는 필드 에미터를 갖는 캐소드 기판(501)과 대향하여 형광체(605)와 애노드 전극(603)이 형성되어 있는 애노드 기판(601)이 설치되어 있다. 그리고, 상기 두 개의 판 사이를 스페이서(도시 하지 않음)를 사용하여 200∼2000㎛ 정도로 일정거리를 유지하고 두 판 사이의 가장자리 부분을 실런트 등으로 실링하고 두 판 사이의 공간을 10-6Torr 정도의 진공으로 유지한다. 그리고, 스캔 라인(G0∼G3)과 데이터 라인(C1∼C6)에는 각각 스캔 드라이버와 데이터 드라이버를 연결하고, 애노드 전극(603)에는 400V∼10KV 정도의 전압을 인가하여 스캔 드라이버를 통해서 스캔 라인(G0∼G3)에 순차적으로 스캔 펄스를 인가하고 데이터 드라이버를 통하여 데이터 라인(C1 ∼C6)에는 화상 정보 신호 전압을 인가하면 원하는 화상을 구현할 수 있다. 이때, 에미터 팁(513)에서 방출되는 전자빔(517)은 게이트 전극(507a,507b) 부분의 소정 부위를 둘러싸고 제2 절연층 패턴의 두께만큼 게이트 전극(507a,507b) 상부에 형성된 집속 전극(511a)에 의해 전자빔(517)이 집속되어 인접한 형광체(605)쪽으로 전자빔(517)이 퍼지는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 의도된 형광체(605)에만 전자빔이 충격하여 크로스 토크를 방지하여 색순도 및 구현 가능한 색수를 높일 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 종래 기술 및 본 발명에 따라 제조된 전계 방출 표시 소자의 필드 에미터의 전자빔 궤적을 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면이다.
구체적으로, 본 발명에 따른 전계 방출 표시 장치의 필드 에미터의 전자빔 궤적(519)이 종래의 집속 전극이 없는 전계 방출 표시 소자의 필드 에미터의 전자빔 궤적(518)에 비하여 전자빔 집속 효과가 훨씬 우수하다는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 전계 방출 표시 소자는 게이트 전극의 소정 부위를 둘러싸고 제2 절연층 패턴의 두께만큼 게이트 전극 상부에 형성된 집속 전극에 의해 전자빔이 집속되어 인접한 형광체 쪽으로 전자빔이 퍼지는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 의도된 형광체에만 전자빔이 충격하여 크로스 토크를 방지하여 색순도 및 구현 가능한 색수를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 전계 방출 표시 소자는 집속 전극이 스캔 라인에 전기적으로 연결되어 있어 집속 전극에 전압을 인가하기 위한 별도의 전압공급원이 불필요하다.
또한, 본 발명의 전계 방출 표시 소자는 집속 전극이 하나의 별도의 전원 공급원에 모두 연결되어 있는 종래의 전계 방출 표시 소자와는 달리 스캔 라인 단위로 분리되어 있다. 따라서, 본 발명의 전계 방출 표시 소자는 집속 전극과 애노드 전극, 혹은 집속 전극과 게이트 전극 혹은 집속전극과 캐소드 전극간의 전기적 단락 및 누설, 고장이 발생하는 경우 고장의 종류를 용이하게 파악하여 수리하기 쉽고 국부적으로 고장이 발생하더라도 디스 플레이 전체에 영향을 미치지 않아 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. 캐소드 기판 상에 형성된 캐소드 전극;
    상기 캐소드 전극 상에 형성되는 게이트 구멍을 갖고 상기 캐소드 전극 및 캐소드 기판 상에 순차적으로 형성된 게이트 절연층 및 게이트 전극;
    상기 게이트 구멍내의 캐소드 전극 상에 형성된 에미터 팁;
    상기 게이트 전극 상에 절연층을 개재하면서 형성되고 상기 에미터 팁이 형성된 게이트 구멍을 둘러싸게 형성된 집속 전극;
    상기 집속 전극의 일단을 상기 게이트 전극과 인접한 다른 게이트 전극과 연결하는 연결선;
    상기 캐소드 기판과 대향하여 형성되고 그 표면에 애노드 전극 및 형광체가 형성된 애노드 기판; 및
    상기 캐소드 기판과 애노드 기판 사이의 일정 공간을 유지시켜 주는 스페이서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에미터 팁과 집속 전극과의 최단 수평거리가 1∼20㎛인 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 에미터 팁은 Cr, Mo, Nb 또는 Ni로 구성되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 캐소드 기판과 애노드 기판간의 간격을 200∼2000㎛로 구성하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자.
  5. 캐소드 기판 상에 제1 금속막을 형성한 후 패터닝하여 캐소드 전극을 형성하는 단계;
    상기 캐소드 전극이 형성된 캐소드 기판의 전면에 제1 절연층 및 제2 금속막을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 제2 금속막을 패터닝하여 게이트 전극 구멍을 갖는 게이트 전극을 형성하는 단계;
    상기 게이트 전극이 형성된 캐소드 기판의 전면에 제2 절연층 및 제3 금속막을 형성하는 단계;
    상기 제3 금속막을 패터닝하여 게이트 전극 구멍 상부를 노출하는 집속 전극을 형성하는 단계;
    상기 집속 전극을 식각마스크로 하여 상기 제2 절연층을 식각하여 게이트 전극 및 제1 절연층을 노출하는 제2 절연층 패턴을 형성하는 단계;
    상기 게이트 전극 구멍 하부의 캐소드 전극이 노출되도록 제1 절연층을 식각하여 게이트 절연층 구멍을 갖는 게이트 절연층을 형성하는 단계;
    상기 게이트 전극 구멍 및 게이트 절연층 구멍 하부의 캐소드 전극 상에 에미터 팁을 형성하는 단계; 및
    상기 집속 전극의 일단을 상기 게이트 전극과 인접한 다른 게이트 전극과 연결하는 연결선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 에미터 팁과 집속 전극과의 최단 수평거리를 1∼20㎛로 형성하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 에미터 팁은 Cr, Mo, Nb 또는 Ni로 형성하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 연결선은 스크린 프린팅법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 연결선은 전도성 구슬이 박혀있는 테이프나 금속선이 박혀있는 테이프를 열이나 하중을 가하여 형성하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자의 제조방법.
  10. 캐소드 기판 상에 형성된 캐소드 전극과, 상기 캐소드 전극 상에 형성되는 게이트 구멍을 갖고 상기 캐소드 전극 및 캐소드 기판 상에 순차적으로 형성된 게이트 절연층 및 게이트 전극과, 상기 게이트 구멍내의 캐소드 전극 상에 형성된 에미터 팁과, 상기 게이트 전극 상에 절연층을 개재하면서 형성되고 상기 에미터 팁이 형성된 게이트 구멍을 둘러싸게 형성된 집속 전극과, 상기 집속 전극의 일단을 상기 게이트 전극과 인접한 다른 게이트 전극과 연결하는 연결선을 구비하는 전계 방출 표시 소자의 전자빔 집속 방법에 있어서,
    상기 게이트 전극에 순차적으로 스캔 펄스를 인가하고 스캔 시간동안에는 캐소드 전극에는 화상 데이터 신호를 인가할 때, 상기 게이트 전극에 연결된 필드 에미터의 게이트 전극에는 전자방출이 일어나기 위한 전압이 인가되고 집속 전극에는 인접한 다른 게이트 전극을 통하여 더 낮은 전압이 인가되어 전자빔의 집속이 일어나도록 하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자의 전자빔 집속 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 스캔 펄스의 전압은 50∼120V로 인가하고, 에미터 팁과 집속 전극과의 최단 수평거리를 1∼20㎛로 유지하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시 소자의 전자빔 집속 방법.
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