KR20010056151A - The fabrication of field emission cathode of field emission display device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A making method for an electric field emission cathode in an electric field emission display element is provided to improve an electric character and to low an electric consumption by etching a wet and a dry etching in order. CONSTITUTION: A cathode electrode layer(22), an insulated layer(26) and a gate electrode layer(28) are gradually formed on the upper surface of the lower substrate(20) in an electric field emission display element. The area of an emitter(25) is formed along to the pattern of an electric field emission cathode array by etching the gate electrode layer(28) and the insulating layer(26). The emitter(25) is formed at the area to form the electric field emission display element. The electric field emission display element is positioned at between the cathode electrode layer(22) and anode electrode layer to maintain electrical insulation. When the insulated layer(26) is etched at the lower substrate(20), the area is gradually performed the wet method and the dry method.

Description

전계방출 표시소자의 전계방출 캐소드 제조방법{The fabrication of field emission cathode of field emission display device}Field emission cathode manufacturing method of field emission display device {The fabrication of field emission cathode of field emission display device}

본 발명은 평판형 디스플레이의 일종인 전계 방출형 표시소자에 관한 것으로서, 일반적으로 스핀트 타입(Spindt type)으로 알려진 콘(corn)형의 전계방출 캐소드의 동작개시전압과 게이트 누설전류 등의 전계방출 특성을 향상시키기 위하여 캐소드 전극층과 게이트 전극층 사이의 절연을 유지시키는 역할을 하는 게이트 절연막의 형성시 건식식각과 습식식각을 적절하게 조합함으로써 게이트 절연막의 모양을 최적화 시키는데 그 목적이 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001] The present invention relates to a field emission display device, which is a type of flat panel display. The purpose of the present invention is to optimize the shape of the gate insulating film by appropriately combining dry etching and wet etching in forming the gate insulating film, which serves to maintain insulation between the cathode electrode layer and the gate electrode layer in order to improve characteristics.

도 1은 일반적인 전계 방출 표시소자의 개략도이다. 도 1을 참조해서 일반적인 전계 방출 표시소자의 기본 동작원리를 설명하면 다음과 같다.1 is a schematic diagram of a general field emission display device. The basic operation principle of a general field emission display device will be described with reference to FIG. 1.

도 1에 도시된 표시장치는 풀컬러(full color)의 표시장치로 되어있고, 예를들면, 스트라이프(stripe) 형상으로 형성된 R(12R), G(12G), B(12B) 형광체가 상부기판(10)의 내면에 형성되어 있고, 상부 기판(10)과 R, G, B 형광체의 사이에는 애노드(Anode) 전압을 인가하기 위하여 투명전극의 일종인 ITO 애노드 전극층(11)이 형성되어 있다.The display device shown in FIG. 1 is a full color display device. For example, R (12R), G (12G), and B (12B) phosphors formed in a stripe shape are formed on an upper substrate. It is formed on the inner surface of (10), and the ITO anode electrode layer 11, which is a kind of transparent electrode, is formed between the upper substrate 10 and the R, G, and B phosphors to apply an anode voltage.

또, 전자 방출부가 형성되는 하부 기판(20)에는 다수의 전계 방출 캐소드(FEC)로 이루어지는 FEC 어레이(24)가 형성되어 있다. 이 FEC 어레이(24)로 부터는 전자가 전계 방출되고 이 방출된 전자가 애노드 전극(11)에 의하여 포착되는 것으로, 포착된 애노드 전극(11)에 피착된 형광체가 발광하도록 되어 있다.In the lower substrate 20 where the electron emission portions are formed, an FEC array 24 including a plurality of field emission cathodes FEC is formed. Electrons are emitted from the FEC array 24 and the emitted electrons are captured by the anode electrode 11, so that the phosphors deposited on the captured anode electrode 11 emit light.

여기서, 전계 방출에 대하여 개략설명하면, 금속 또는 반도체 표면의 인가전압을 109[V/m] 정도로 하면, 터널링 효과에 의해 전자가 전위 장벽을 통과하여 상온에서도 진공중에 전자 방사가 행해지도록 된다. 이를 전계 방출(Field Emission)이라 부르고, 이와같은 원리로 전자를 방사하는 캐소드를 전계 방출 캐소드(Field Emission Cathode), 혹은 전계 방출 소자라 부르고 있다.Here, when the field emission is briefly described, if the applied voltage of the metal or semiconductor surface is about 10 9 [V / m], the electrons will pass through the potential barrier by the tunneling effect and the electrons will be radiated in vacuum even at room temperature. This is called field emission, and the cathode that emits electrons in this way is called a field emission cathode or a field emission device.

근년, 반도체 미세가공 기술을 구사하여 마이크론 사이즈의 전계 방출 캐소드로 이루어지는 면 방사형의 전계 방출 캐소드를 제작하는 것이 가능하게 되어 있고, 전계 방출 캐소드를 기판상에 다수개 형성한 FEC 어레이는 그의 각 에미터로부터 방사된 전자를 형광면에 조사함으로써 평면형의 표시장치나 각종 전자장치를 구성하는 전자 공급수단으로서 하용하는 것이 가능하게 되어 있다.In recent years, it has become possible to manufacture surface-radiated field emission cathodes consisting of micron-sized field emission cathodes using semiconductor micromachining technology, and FEC arrays in which a plurality of field emission cathodes are formed on a substrate have their respective emitters. By irradiating electrons emitted from the fluorescent surface, it can be used as an electron supply means constituting a flat display device or various electronic devices.

이와 같은 전계 방출 캐소드의 일례로서 스핀트(Spindt)형이라 불리우는 전계 방출 캐소드(이하, FEC라 함)가 알려져 있다.As an example of such a field emission cathode, a field emission cathode (hereinafter referred to as FEC) called a Spindt type is known.

도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 FEC 어레이(24)는 풀컬러 표시를 위하여 R, G, B 형광체에 각각 대응되도록 하부 기판(20)위에 형성되며 서로 직교하여 형성되어 있는 캐소드 전극층(22)과 게이트 전극층(28)에 의하여 매트릭스 형태로 구동된다. 이때 캐소드 전극층(22)과 게이트 전극층(28) 사이의 절연을 위하여 중간에 절연체층(26)이 형성된다. 좀 더 자세히 설명하면, 하부 기판(20) 위에 스트라이프 형태의 캐소드 전극층(22)이 형성되어 있고, 그 위에 전자가 방출되는 에미터 팁이 패터닝에 의해 형성되어 FEC 어레이(24)를 이루어 전자를 방출하게 된다. 캐소드 전극층(22) 위에는 하부기판(20) 전면에 걸쳐 패터닝된 절연체층(26)이 형성되고 그 위에 게이트 전극층(28)이 패터닝에 의하여 형성된다. 즉 캐소드 전극층(22)과 게이트 전극층(28)은 십자 모양의 매트릭스 형태로 구성되게 된다. FEC 어레이(24)로부터 방출된 전자는 적절한 방법으로 형성된 스페이서(Spacer; 29)에 의하여 소정 간격을 유지하여 이격 배향된 상부기판(10)으로 향하여 비상하여 간다.As shown in FIG. 2, each FEC array 24 is formed on the lower substrate 20 so as to correspond to R, G, and B phosphors for full color display, respectively, and is formed orthogonal to each other. And the gate electrode layer 28 are driven in a matrix. In this case, an insulator layer 26 is formed in the middle to insulate the cathode electrode layer 22 and the gate electrode layer 28. In more detail, a stripe cathode electrode layer 22 is formed on the lower substrate 20, and an emitter tip from which electrons are emitted is formed by patterning to form an FEC array 24 to emit electrons. Done. An insulator layer 26 patterned over the entire surface of the lower substrate 20 is formed on the cathode electrode layer 22, and a gate electrode layer 28 is formed thereon by patterning. That is, the cathode electrode layer 22 and the gate electrode layer 28 are formed in a cross-shaped matrix form. Electrons emitted from the FEC array 24 fly toward the spaced-oriented top substrate 10 at a predetermined interval by a spacer 29 formed in a suitable manner.

이와같은 동작을 가능하게 하기 위하여 상부기판(10)과 하부기판(20)과의 사이에 형성되는 공간은 진공 분위기로 되어 있다. 그리고 진공분위기를 유지하기 위하여 상부기판(10)과 하부기판(20)과의 둘레 가장자리부가 시일재(sealant; 21)에 의해서 봉착된다. 일반적으로 애노드 전극층(11)과 캐소드 전극층(22) 사이에는 전자의 가속을 위하여 약 수십V - 수 Kv의 전압이 인가되게 된다.In order to enable such an operation, a space formed between the upper substrate 10 and the lower substrate 20 is in a vacuum atmosphere. In order to maintain the vacuum atmosphere, the peripheral edge between the upper substrate 10 and the lower substrate 20 is sealed by a sealant 21. In general, a voltage of about several tens of V-several Kv is applied between the anode electrode layer 11 and the cathode electrode layer 22 to accelerate the electrons.

도 2를 통하여 FEC 어레이(24)의 구조와 동작원리에 대해서 상세히 설명한다. 도 2는 전형적인 통상의 전계방출 표시소자를 소정의 위치에서 수직 방향으로 절단한 개략적인 단면도를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하부기판(20) 위에 캐소드 전극층(22)이 형성되어 있고, 그 위에 원추형으로 이루어져 전계의 발생에 의해 전자를 방출하는 다수개의 에미터(25)가 형성된다. 또한 에미터(25)들 사이에는 이들 에미터들을 각각 에워싸는 형태로 고립시키는 일체형의 절연체층(26)이 형성되며, 이 절연체층(26)의 상부에는 캐소드 전극층(22)과 대향하는 부분이 공통인 게이트 전극층(28)이 형성된다.2, the structure and operation principle of the FEC array 24 will be described in detail. 2 shows a schematic cross-sectional view of a typical conventional field emission display device cut in a vertical direction at a predetermined position. As shown in FIG. 2, a cathode electrode layer 22 is formed on the lower substrate 20, and a plurality of emitters 25 are formed on the lower substrate 20 to form a cone and emit electrons by generation of an electric field. In addition, an integral insulator layer 26 is formed between the emitters 25 so as to enclose each of these emitters in an enclosed form, and a portion of the insulator layer 26 facing the cathode electrode layer 22 is common. The in-gate electrode layer 28 is formed.

또한 상부기판(10)과 하부기판(20)은 형광체층(12)과 에미터(25)가 마주하여 공간(30)을 이루도록 스페이서(29)에 의해 소정 간격, 예를 들면, 100㎛∼3㎜ 정도가 이격되게 부착된다. 상기 스페이서(29)는 상부기판(10)과 하부기판(20)이 마주하여 공간(30)을 이루도록 다수개가 형성된다. 또한, 스페이서(29)는 유리, 산화물 또는 질화물을 포함하는 세라믹 등과 같은 경도가 크고 절연성이 좋은 물질이거나, 또는, 폴리아미드를 포함하는 폴리머 등과 같은 절연 물질로 이루어진다. 여기에서, 스페이서(29)는 상부기판(10) 하부기판(20)의 모서리를 서로 부착시킬 뿐만 아니라 전계 방출 표시소자가 대형, 즉 대화면인 경우에는 수백 내지 수천개가 가운데 부분에 형성되는데, 이때 고진공 상태인 공간(30)과 대기압 상태인 외부의 기압차로 인하여 상부기판(10)과 하부기판(20)이 서로 접촉되는 것을 방지하도록 기능한다.In addition, the upper substrate 10 and the lower substrate 20 are spaced by the spacer 29 so that the phosphor layer 12 and the emitter 25 face the space 30, for example, 100 μm to 3 Mm is attached spaced apart. The spacer 29 is formed in plural so that the upper substrate 10 and the lower substrate 20 face each other to form a space 30. In addition, the spacer 29 is made of a material having a high hardness and good insulation such as a ceramic including glass, an oxide or a nitride, or an insulating material such as a polymer including polyamide. Here, the spacers 29 not only attach the edges of the upper substrate 10 and the lower substrate 20 to each other, but in the case where the field emission display elements are large, that is, large screens, hundreds to thousands are formed in the center part, and high vacuum The upper substrate 10 and the lower substrate 20 are prevented from contacting each other due to the pressure difference between the space 30 in the state and the outside of the atmospheric pressure state.

상부기판(10)의 내면에는 전자를 가속시키기 위한 애노드 전극층(11)이 형성되어 있고 R,G,B 형광체(12)가 한 픽셀을 이루며 형성되어 있다. 각 형광체 사이에는 색순도와 콘트라스트를 증대시키기 위하여 블랙매트릭스(23)가 형성되어 있다.An anode electrode layer 11 for accelerating electrons is formed on the inner surface of the upper substrate 10, and R, G, and B phosphors 12 are formed in one pixel. A black matrix 23 is formed between each phosphor to increase color purity and contrast.

도 1에서 설명한 바와 같이 캐소드 전극층(22)과 게이트 전극층(28)은 절연체층(26)을 사이에 두고 십자형태로 직교하는 매트릭스 형태로 구성되어 있어 각 교차점은 R 형광체(12R) 또는 G형광체(12G) 또는 B 형과체(12B)에 대응된다. 또한 캐소드 전극층(22)과 게이트 전극층(28)이 교차하는 면적은 약정도가 되고 이 면적내에 약 수백∼수천개의 전계 방출 캐소드가 어레이를 이루며 형성되어 있다.As illustrated in FIG. 1, the cathode electrode layer 22 and the gate electrode layer 28 are formed in a matrix form orthogonally crosswise with the insulator layer 26 interposed therebetween, so that each intersection point is an R phosphor 12R or a G phosphor ( 12G) or B-shaped fruit 12B. The area where the cathode electrode layer 22 and the gate electrode layer 28 intersect is approximately In this area, about hundreds to thousands of field emission cathodes are formed in an array.

도 3은 실제로 제조된 일반적인 스핀트 타입의 전계 방출캐소드 어레이(24)를 주사전자현미경으로 찍은 사진을 나타내고 있다. 동그란 구멍속에 뾰족하게 보이는 팁이 에미터(25)고 구멍 내부는 절연체층(26)이 에미터(25)를 둘러싸고 있으며 맨 위의 표면은 게이트 전극층(28)이다. 이 그림에서 캐소드 전극층(22)은 나타나지 않는다.3 shows a photograph taken by a scanning electron microscope of a general spin type field emission cathode array 24 actually manufactured. A sharp tip in the round hole is the emitter 25, the inside of the hole is an insulator layer 26 surrounding the emitter 25 and the top surface is the gate electrode layer 28. The cathode electrode layer 22 is not shown in this figure.

한 서브 픽셀이 발광을 하기 위해서는 게이트 전극층(28)과 캐소드 전극층(22) 사이에 약 10V∼100V 정도의 전압이 인가되는데 이 전압차가 발생되는 캐소드 전극층(22)과 게이트 전극층(28)의 교차점에서는 에미터(25) 팁 끝에 강한 전계가 발생되어 상기 설명된 터널링 효과에 의한 전자 방출이 일어나게 되어 전자빔(27)을 형성하게 된다. 에미터(25)에서 방출된 전자빔(27)은 애노드 전극층(11)에 인가되어 있는 수십 V∼수 kV의 전위에 의해 가속되어 해당되는 전계 방출 캐소드 어레이(24)에 대응되어 있는 형광체에 충돌하고 그 결과 원하는 색깔의 광을 얻게된다. 이렇게 에너지를 가진 전자가 형광체에 충돌하여 광을 발생시키는 것을 음극 방출(cathode luminescence)이라고 하며 그 매카니즘은 모니터나 텔레비전에 주로 사용되는 CRT(Cathode Ray Tube)와 동일하다.In order for one subpixel to emit light, a voltage of about 10V to 100V is applied between the gate electrode layer 28 and the cathode electrode layer 22. At the intersection of the cathode electrode layer 22 and the gate electrode layer 28 where this voltage difference occurs, A strong electric field is generated at the tip of the emitter 25 to cause electron emission due to the tunneling effect described above to form the electron beam 27. The electron beam 27 emitted from the emitter 25 is accelerated by a potential of several tens of V to several kV applied to the anode electrode layer 11 and impinges on the phosphor corresponding to the corresponding field emission cathode array 24. The result is a light of the desired color. This energy generated by the collision of energy electrons to the phosphor is called cathode luminescence (cathode luminescence) and the mechanism is the same as the CRT (Cathode Ray Tube) mainly used in monitors and televisions.

전계 방출이 용이하게 발생되고 에미터(25)에서 방출된 전자가 다른 분자나 이온의 방해없이 형광체에 도달하기 위해서는 상부기판(10)과 하부기판(20) 사이에 형성되는 공간(30)의 내부 진공도가 최소한torr 이하가 되어야 한다.The interior of the space 30 formed between the upper substrate 10 and the lower substrate 20 in order for the field emission to occur easily and the electrons emitted from the emitter 25 to reach the phosphor without interference of other molecules or ions. Minimum vacuum Should be less than or equal torr

형광체에서 방출되는 광의 세기는 일반적으로 캐소드 전극층(22)과 게이트 전극층(28)사이에 인가되는 전압차에 의해서 조절되거나 인가 전압 펄스의 폭을 변조함으로써 계조 표시를 할 수 있는데 이러한 방법을 PWM(Pulse Width Modulation)이라고 한다. 각 에미터의 구조나 전극의 형태의 차이등으로 인해 각 픽셀마다 방출되는 전류의 변화가 발생할 수 있는데 이는 표시소자의 특성을 저하시키게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 캐소드 전극층(22)과 에미터(25) 사이에 저항층을 형성하는 방법도 사용되고 있다.The intensity of the light emitted from the phosphor is generally adjusted by the voltage difference applied between the cathode electrode layer 22 and the gate electrode layer 28, or the gray scale display can be performed by modulating the width of the applied voltage pulse. Width Modulation). Due to the difference in the structure of each emitter or the shape of the electrode, a change in the current emitted for each pixel may occur, which degrades the characteristics of the display device. In order to solve this problem, a method of forming a resistance layer between the cathode electrode layer 22 and the emitter 25 is also used.

동일한 인가전압하에서 에미터(25)에서 방출되는 전류량이 크면 클수록 표시소자의 휘도가 증가되므로 바람직하다. 또한 에미터(25)에서 방출된 전자가 모두 형광체에 에너지를 전달하는 것이 이상적이나 실제의 경우에서는 일부 전자는 게이트 전극층(28)에 수렴되어 누설전류로 작용하므로 표시소자의 전력 소모를 증가시키는 원인이 된다.The larger the amount of current emitted from the emitter 25 under the same applied voltage, the higher the brightness of the display element is. In addition, ideally, all electrons emitted from the emitter 25 transfer energy to the phosphor, but in actual cases, some electrons converge on the gate electrode layer 28 to act as a leakage current, thereby increasing power consumption of the display device. Becomes

도 4의 (a)내지 (f)는 일반적인 전계 방출 캐소드를 제조하는 방법을 도시하였다. 우선 하부기판(20) 위에 캐소드 전극층(22), 절연체층(26), 게이트 전극층(28)을 소정의 방법으로 증착시킨다. 이때 캐소드 전극층(22)과 게이트 전극층(28)은 주로 스퍼터링 방법으로 약 200∼300㎚ 정도의 두께로 증착시키고 절연체층(26)은 화학기상증착(CVD) 등의 방법으로 약 1㎛정도의 두께로 증착시킨다. 이후에 도 4의 (b)와 같이 게이트 전극층(28)을 패터닝하고 도 4의 (c)와 같이 절연체층(26)을 식각하게 된다. 절연체층(26)은 주로 절연특성이 우수한막을 사용하는데 이를 식각하는 방법은 일반적으로 습식 식각과 건식식각 두가지 방법이 사용되고 있다. 절연체층(26) 식각을 통하여 에미터(25)가 형성될 실린더 형태의 홀(cavity)이 만들어진다.4 (a) to 4 (f) illustrate a method of making a general field emission cathode. First, the cathode electrode layer 22, the insulator layer 26, and the gate electrode layer 28 are deposited on the lower substrate 20 by a predetermined method. In this case, the cathode electrode layer 22 and the gate electrode layer 28 are mainly deposited by a thickness of about 200 to 300 nm by sputtering, and the insulator layer 26 is about 1 μm thick by chemical vapor deposition (CVD). To be deposited. Thereafter, the gate electrode layer 28 is patterned as shown in FIG. 4B, and the insulator layer 26 is etched as shown in FIG. 4C. The insulator layer 26 mainly has excellent insulation characteristics. Membrane is used to etch it. There are two methods of wet etching and dry etching. Etching the insulator layer 26 creates a cylinder shaped cavity in which the emitter 25 is to be formed.

이후에 알루미늄 등의 물질로 약 200㎚ 두께의 희생층(31)을 기판의 수평방향에 대하여 약 15°의 각도로 경사회전증착을 시키고, 에미터 물질을 수직 증착시키면 도 4 (e)의 에미터 재료증착 과정과 같이 홀 내부에 에미터가 형성되고 희생층(31)위에 에미터로 사용된 물질이 쌓이게 된다. 이후 희생층(31)을 리프트오프(lift-off)방법으로 제거하면 도 4의 (f)와 같이 에미터(25) 팁이 형성되어 최종적으로 전계방출 캐소드가 형성되게 된다.Subsequently, the sacrificial layer 31 having a thickness of about 200 nm with an aluminum or the like is inclinedly rotated at an angle of about 15 ° with respect to the horizontal direction of the substrate, and the emitter material is vertically deposited. Emitter is formed inside the hole as in the process of depositing the material, and the material used as the emitter is accumulated on the sacrificial layer 31. Thereafter, when the sacrificial layer 31 is removed by a lift-off method, the emitter 25 tip is formed as shown in FIG. 4 (f) to finally form the field emission cathode.

도 5와 도 6은 절연체층에 식각방법으로 홀을 형성시킬 때 상기 설명한 건식식각방법과 습식식각 방법을 사용했을 때의 차이점을 설명하기 위한 것이다.5 and 6 illustrate differences between the dry etching method and the wet etching method described above when forming holes in the insulator layer by etching.

건식식각이란 반응성 이온 시각(Reactive Ion Etching)이라고도 하는데 일례로 아르곤이나 CH3등의 기체를 이용하여 식각을 수행하는 공정을 일컫는다. 건식식각의 특징은 수직방향으로의 식각속도가 수평방향으로의 식각속도보다 훨씬 빠르기 때문에 식각 종횡비(aspect ratio)가 매우 크다. 따라서 도 5와 같이 식각면이 거의 수직으로 형성된다.Dry etching is also referred to as reactive ion etching, for example, a process of performing etching using a gas such as argon or CH 3 . The characteristic of dry etching is that the etching aspect ratio is very large because the etching speed in the vertical direction is much faster than the etching speed in the horizontal direction. Therefore, as shown in FIG. 5, the etching surface is formed almost vertically.

반면에 습식식각은 불산용액과 같은 액체를 이용하여 식각을 수행하는데 이 경우 수직방향과 수평방향의 식각속도가 거의 같기 때문에 도 6과 같이 식각면이 곡면을 이루게 된다. 도 8의 (a)와 (b)는 각각 습식식각방법에 의해 제조된 전계방출 캐소드와 건식식각 방법에 의해 제조된 전계방출 캐소드의 주사전자 현미경 사진을 나타낸다.On the other hand, the wet etching is performed using a liquid such as hydrofluoric acid solution, in which case the etching surface is curved as shown in Figure 6 because the etching speed in the vertical direction and the horizontal direction is almost the same. (A) and (b) of FIG. 8 show scanning electron micrographs of the field emission cathode prepared by the wet etching method and the field emission cathode prepared by the dry etching method, respectively.

건식식각 방법에 의해 형성된 전계방출 표시소자와 습식식각 방법에 의해 형성된 전계방출 표시소자는 각각 장단점을 가지고 있다. 즉 건식식각 방법에 의해 형성된 경우는 팁 끝에 형성되는 전계가 상대적으로 높아 전계방출에 의한 전류량이 높고 동작 개시전압이 낮은 반면에 에미터에서 방출된 전자가 수렴되는 누설전류가 증가하는 단점이 있고, 습식식각 방법에 의해 형성된 경우는 반대로 누설전류는 적으나 방출전류량이 적고 동작개시 전압이 높은 단점이 있다.The field emission display device formed by the dry etching method and the field emission display device formed by the wet etching method have advantages and disadvantages, respectively. In other words, when formed by the dry etching method, the electric field formed at the tip end is relatively high, so that the amount of current caused by the field emission is high and the operating start voltage is low, while the leakage current in which electrons emitted from the emitter converge is increased. In contrast to the case formed by the wet etching method, the leakage current is small but the emission current is small and the operation start voltage is high.

본 발명에서는 스핀트 타입의 전계방출 표시소자를 제조함에 있어서 보다 동작전압이 낮고 누설전류량이 적어 전기적 특성이 우수하고 전력 소모가 낮은 전계방출 캐소드를 얻는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to obtain a field emission cathode having a lower operating voltage and a smaller amount of leakage current in manufacturing a spin type field emission display device, having excellent electrical characteristics and low power consumption.

이러한 본 발명을 달성하기 위해서 절연체층의 식각을 먼저 습식식각에 의해 싯각하고, 이어서 건식식각에 의해 식각하여 습식식각과 건식식각의 장점을 모두 취할 수 있도록 함에 특징이 있다.In order to achieve the present invention, the insulator layer is first etched by wet etching, and then etched by dry etching so as to take advantage of both wet etching and dry etching.

도 1은 통상의 전계 방출 표시소자의 사시도.1 is a perspective view of a conventional field emission display device.

도 2는 통상의 전계 방출 표시소자의 단면도.2 is a cross-sectional view of a conventional field emission display device.

도 3은 일반적인 전계 방출 캐소드 어레이의 주사전자현미경 사진.3 is a scanning electron micrograph of a typical field emission cathode array.

도 4는 일반적인 전계 방출 캐소드의 제조방법 개략도.4 is a schematic view of a method of manufacturing a general field emission cathode.

도 5는 절연체층 건식식각방법에 의한 전계방출 캐소드의 형상을 보인 단면도.Figure 5 is a cross-sectional view showing the shape of the field emission cathode by the insulator layer dry etching method.

도 6은 절연체층 습식식각방법에 의한 전계방출 캐소드의 형상을 보인 단면도.Figure 6 is a cross-sectional view showing the shape of the field emission cathode by the insulator layer wet etching method.

도 7은 본 발명에 의한 전계방출 캐소드의 형상을 보인 단면도.7 is a cross-sectional view showing the shape of the field emission cathode according to the present invention.

도 8은 여러 가지 방법의 식각에 의해 제조된 전계방출 캐소드의 주사전자 현미경 사진.8 is a scanning electron micrograph of a field emission cathode prepared by etching of various methods.

도 9는 식각방법에 따른 절연막 절연파괴 특성의 변화도.9 is a view showing a change in dielectric breakdown characteristics of the insulating film according to the etching method.

도 10은 식각방법에 따른 누설전류 특성의 변화도.10 is a change in leakage current characteristics according to the etching method.

도 11은 식각방법에 따른 전압-전류 특성의 변화도.11 is a change in voltage-current characteristics according to the etching method.

도 12는 식각방법에 따른 F-N Plot 비교특성도.12 is a comparative characteristic F-N Plot according to the etching method.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>

10 : 상부 기판 11 : 애노드 전극층 12 : 형광층(R, G, B)10 upper substrate 11 anode electrode layer 12 fluorescent layer (R, G, B)

20 : 하부기판 21 : 시일재(sealant) 22 : 캐소드 전극층20: lower substrate 21: sealant 22: cathode electrode layer

23 : 블랙매트릭스 24 : 전계방출 캐소드 어레이(FEA)23: Black matrix 24: Field emission cathode array (FEA)

25 : 에미터(Emitter) 26 : 절연체층 27 : 전자빔(Electron beam)25 emitter 26 insulator layer 27 electron beam

28 : 게이트 전극층 29 : 스페이서 30 : 공간(Gap)28: gate electrode layer 29: spacer 30: space (Gap)

도 7은 본 발명에 의한 전계방출 캐소드의 형상을 도시한 것이다. 본 발명은 게이트 전극층(28)을 패터닝하고 절연체층(26)을 식각할 때 초기에는 습식식각 방법을 이용하여 식각을 수행하고 어느정도 후부터는 건식식각 방법을 이용하여 식각을 수행함으로써 그림에서와 같이 절연체층 벽면의 모양이 습식식각에 의한 형상과 건식식각에 의한 형상이 조합된 복합형의 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 한다.Figure 7 shows the shape of the field emission cathode according to the present invention. In the present invention, when the gate electrode layer 28 is patterned and the insulator layer 26 is etched, the insulator layer is initially etched using a wet etching method, and after some time, the etch is performed using a dry etching method. The wall surface is characterized by forming a complex shape in which the shape by wet etching and the shape by dry etching are combined.

여기서, 상기 절연제층(26)의 식각 깊이중 상부 1/3깊이까지는 습식식각을 수행하고, 그 하부의 나머지 2/3의 깊이는 건식식각을 수행함을 예로 한다.Here, the wet etching is performed to the upper 1/3 depth of the etching depth of the insulation layer 26, and the remaining 2/3 depth of the lower portion performs dry etching.

도 8의 (c)는 본 발명에 의한 방법으로 제조된 전계방출 캐소드의 주사전자 현미경 사진을 나타낸다.Figure 8 (c) shows a scanning electron micrograph of the field emission cathode prepared by the method according to the present invention.

도 9는 기존의 두가지 식각방법과 본 발명에 의한 식각방법에 의해 제조된 전계방출 캐소드 어레이에 있어 절연막의 절연파괴 특성을 나타내고 있다. 게이트 전극층과 절연체층의 식각이 진행됨에 따라 절연파괴 전계가 낮아지며 건식식각의 경우의 절연특성 저하가 가장 현저함을 알 수 있다. 본 발명에 의한 경우 절연파괴 강도가 약 3.3MV/cm 로 나타났다.9 shows dielectric breakdown characteristics of an insulating film in two conventional etching methods and the field emission cathode array manufactured by the etching method according to the present invention. As the etching of the gate electrode layer and the insulator layer proceeds, the dielectric breakdown electric field is lowered and the degradation of the insulating property in the case of dry etching is most significant. In the case of the present invention, the dielectric breakdown strength was about 3.3 MV / cm.

도 10은 식각방법에 따른 전류 밀도의 차이를 나타낸다. 습식식각에 의한 경우가 전류 밀도가 가장 낮고 건식식각의 경우 본 발명에 의한 방법보다는 높지만 불균일한 전자 방출이 일어나는 것을 알 수 있다.10 shows a difference in current density according to an etching method. It can be seen that the wet current has the lowest current density and the dry etching is higher than the method according to the present invention, but non-uniform electron emission occurs.

도 11은 식각 방법에 따른 전압-전류 특성의 차이를 나타낸다. 건식식각에 의한 경우와 본 발명에 의한 경우에 동작 개시전압이 약 47V정도로 비슷한 특성을 나타내고 습식식각에 의한 경우 약 56V정도로 약 10V 정도가 높은 것을 알 수 있다.11 shows a difference in voltage-current characteristics according to an etching method. In the case of the dry etching and the present invention, the operation start voltage is similar to about 47V, and the wet etching is about 56V to about 10V, which is high.

즉 게이트 전압에 동일한 100V를 인가하였을 때 본 발명에 의한 경우, 애노드 전류량이 건식식각의 경우와는 거의 비슷하고 습식식각의 경우보다는 약 2배가 높은 것을 알 수 있다. 그러나 건식식각의 경우에는 게이트 전극을 통해 누설되는 전류가 본 발명에 의한 방법보다 약 3배 이상이 높아 표시소자로 동작될 때 전력소모가 커지게 된다.That is, when the same 100V is applied to the gate voltage, it can be seen that according to the present invention, the amount of anode current is almost similar to that of dry etching and about twice as high as that of wet etching. However, in the case of dry etching, the current leaking through the gate electrode is about three times higher than the method according to the present invention, and thus, power consumption increases when the display device is operated as a display device.

도 12는 식각 방법에 따른 FN(Fowler Nordheim) Plot를 나타낸다. 역시 전계방출 특성은 본 발명에 의한 방법과 건식식각 방법의 경우가 우수하고 습식식각의 경우 그 특성이 상대적으로 열등한 것을 알 수 있다.12 illustrates a Fowler Nordheim (FN) Plot according to an etching method. In addition, the field emission characteristics of the method and the dry etching method according to the present invention can be seen that the properties are relatively inferior in the case of wet etching.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의해 전계방출 캐소드 어레이를 제조하면, 동작전압, 방출전류, 누설전류, 절연파괴 등의 측면에서 골고루 우수한 특성을 갖게되어, 이를 전계방출 표시소자에 응용하게 되면 화질이 우수하고 전력소모가 적은 표시소자를 얻을 수 있다.As described above, when the field emission cathode array is manufactured according to the present invention, the field emission cathode array has excellent characteristics in terms of operating voltage, emission current, leakage current, insulation breakdown, and the like, and when applied to the field emission display device, image quality is improved. An excellent display element with low power consumption can be obtained.

Claims (2)

전계방출 표시소자용 하부기판의 상면에 캐소드 전극층, 절연체층 및 게이트 전극층을 차례로 형성하고 전계방출 캐소드 어레이의 패턴에 따라 상기 게이트 전극층 및 절연체층을 식각하여 에미터가 형성되는 공간을 형성한 후 그 식각된 영역에 에미터를 형성하여 전계방출 표시소자의 전계방출 캐소드 어레이를 형성하는 방법에 있어서,A cathode electrode layer, an insulator layer, and a gate electrode layer are sequentially formed on the upper surface of the lower substrate for the field emission display device, and the gate electrode layer and the insulator layer are etched according to the pattern of the field emission cathode array to form a space where an emitter is formed. In the method of forming an emitter in the etched region to form a field emission cathode array of the field emission display device, 상기 전계방출 캐소드 어레이를 형성시에 캐소드 전극층과 애노드 전극층의 사이에 위치하여 전기적 절연을 유지시켜 주는 동시에 전자가 방출되는 에미터가 형성되는 공간을 형성하기 위하여 상기 절연체층을 식각할 때, 습식식각 방법과 건식식각 방법을 차례로 수행하여 제조하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 전계방출 캐소드 제조방법.When forming the field emission cathode array, wet etching is performed between the cathode electrode layer and the anode electrode layer to etch the insulator layer to maintain electrical insulation and to form a space in which an emitter from which electrons are emitted is formed. A method of manufacturing a field emission cathode of a field emission display device, comprising the steps of a method followed by a dry etching method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연제층의 식각 깊이중 상부 1/3깊이까지는 습식식각을 수행하고,Wet etching is performed to an upper 1/3 depth of the etching depth of the insulation layer, 그 하부의 나머지 2/3의 깊이는 건식식각을 수행함을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 전계방출 캐소드 제조방법.The remaining two-thirds of the depth of the lower portion is a method for manufacturing a field emission cathode of the field emission display device characterized in that the dry etching.
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