KR20010068441A - 전계방출소자 및 그 제조방법 - Google Patents

전계방출소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

전계방출소자 및 그 제조방법에 관해 개시된다. 개시된 전계방출소자는: 기판; 상기 기판에 형성되는 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극에 전기적으로 연결되는 것으로 다수의 나노 팁의 집성체로 된 마이크로 팁; 상기 마이크로 팁이 수용되는 웰을 구비하는 것으로 상기 기판 상에 형성되는 게이트 절연층; 상기 게이트 절연층 상에 형성되는 것으로 상기 마이크로 팁에 대응하는 게이트를 가지는 게이트 전극; 상기 게이트 전극 상에 형성되는 것으로 하나 또는 복수의 게이트에 대응하는 개구부를 가지는 포커스 게이트 절연층; 상기 포커스 게이트 절연층 상에 형성되는 것으로 포커스 게이트 절연층의 개구에 대응하는 포커스 게이트를 구비하는 포커스 게이트 전극;을 구비한다. 따라서, 아킹의 발생이 최소로 억제되고, 만약에 아킹이 발생된다 해도 캐소드 전극 및 저항층의 손상이 방지된다. 아킹이 크게 억제됨으로써, 애노드 전극에 대한 구동전압을 종래에 비해 높힐 수 있고 따라서, 높은 전자 방출전류를 얻고, 결과적으로 높은 휘도의 FED를 얻을 수 있게 된다. 그리고, 게이트 전극에 대한 동작 전압도 감소시킬 수 있어서 소비전력을 줄일 수 있다.

Description

전계방출소자 및 그 제조방법{Field emission device and the fabrication method thereof}
본 발명은 빔 포커싱이 가능하고, 고 애노드 전압에 안정적으로 동작하는전계방출소자(Field Emission Device, FED) 및 그 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 구조의 FED 가 적용된 FED 패널의 개략적 단면도이다.
기판(1) 상에 Cr 등의 금속으로 된 캐소드 전극(2)이 형성되고 그 위에 비정질 실리콘(a-Si)등으로 된 저항층(3)이 형성된다. 저항층(3) 상에는 저항층(3)의 표면이 그 바닥에 노출되는 웰(4a)을 갖는 SiO2등의 절연물질로 된 게이트 절연층(4)이 형성된다. 상기 웰(4a)의 바닥에는 상기 저항층(3) 상에 위치하는 Mo 등의 금속으로 된 마이크로 팁(5)이 위치한다. 한편, 상기 게이트 절연층(4)의 위에서는 상기 웰(4a)에 대응하는 게이트(6a)가 형성된 게이트 전극(6)이 형성된다. 그리고, 상기 게이트 전극(6)의 상방에는 소정거리를 유지하는 애노드 전극(7))이 위치한다. 상기 애노드 전극(7)은 상기 기판(1)과 함께 밀폐된 진공공간을 형성하는 전면판(8)의 내면에 형성된다. 그리고, 상기 전면판(8)가 기판(1)은 스페이서(미도시) 등에 의해 일정한 거리를 유지하며, 그 가장자리는 실링에 의해 밀폐되며, 칼라 디스플렝 장치의 경우 상기 애노드 전극(7) 상에 또는 이에 인접하여 형광체층(미도시)이 형성된다.
이러한 FED는 고전압에 의한 전계를 마이크로 팁 주위에 형성하도록 되어 있기 때문에, 내부 아크가 발생될 수 있다. 아킹(Arcing)의 원인은 정확하게 규명되어 있지 않으나, 패널 내부에서 발생되는 다량의 잔류가스(outgassing)가 순간적으로 이온화(avalanche phenomena)에 따른 방전(discharge)현상에 의하여 생기는 것으로 파악된다. 실제로, 기판에 형성된 FED를 전면판으로 밀폐하지 않은 상태에서고진공 상태의 진공 챔버 내에서 테스트(chamber test)했을 때와, 상기 FED를 도 1에 도시된 바와 같이 전면판으로 밀폐하여 진공상태로 실링(sealing)된 상태에서 테스트 시에 1KV이상의 애노드 전압이 애노드 전극(7)에 가했을 시에도 아킹이 발생됨을 확인하였다. 아킹이 발생된 후에 FED의 표면을 광학현미경(optical microscope)로 관찰하면 아킹에 의한 손상(damage)이 전자가 통과하는 게이트 전극(6)의 게이트(6a) 가장자리(edge)쪽에서 주로 일어남을 알 수 있다. 이는 게이트(6a)의 가장자리 부분이 특히 날카로워서 강한 전기장(high electircfield)이 형성되기 때문으로 파악된다. 이러한 아킹은 애노드 전극(7)과 게이트 전극(6)의 전기적 단락(short)현상을 일으키며, 이에 따라 게이트 전극(6)에 높은 애노드 전압이 걸리게 되고, 따라서, 게이트 전극(6) 하부의 게이트 절연층(4)과 웰(4a)의 바닥에 형성된 저항층(3)에 손상을 주게 된다. 이러한 손상의 가능성은 애노드 전압이 증가할 수 록 더욱 심하게 일어나며, 결국은 1kV 이상의 높은 애노드 전압 인가시 아킹에 의한 손상이 실제 관찰되었다. 따라서, 종래와 같이 캐소드 전극과 애노드 전극이 스페이서에 의해 분리되어 있는 단순한 구조에서는 고전압 하에서 안정적으로 동작하는 FED 의 제작이 어렵다. 또한 FED패널의 휘도가 애노드 전압에 의해 결정되므로, 종래에는 높은 휘도의 FED 패널을 얻기가 어렵다.
또한, 상기와 같은 종래의 FED 는 상기 마이크로 팁으로 방출된 전자를 상기 애노드 전극층으로 포커싱 할 수 있는 기능을 가지고 있지 않기 때문에, 높은 해상도, 특히 높은 해상도가 순도의 칼라 표시가 어렵다.
본 발명의 제1의 목적은 높은 애노드 전압 하에서 안정적으로 동작될 수 있는 FED 와 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2의 목적은 높은 해상도를 가지면, 높은 순도의 칼라 표시가 가능한 FED 와 그 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래 전계방출소자의 개략적 단면도,
도 2는 본 발명의 전계방출소자의 한 실시예의 개략적 평면도,
도 3은 도 2의 A 부분의 확대 평면도,
도 4는 도 3의 A-A' 선 단면도,
도 5 내지 도 8b는 본 발명의 전계방출소자의 제조공정도,
도 9는 본 발명의 전계방출소자의 제조방법에 의해 제조된 전계방출소자의 단면 구조를 보인 전자현미경사진,
도 10은 본 발명의 전계방출소자의 제조방법에 의해 제조된 전계방출소자의 마이크로 팁의 구조를 보인 전자현미경사진,
도 11은 본 발명의 전계방출소자의 제조방법에 의해 제조된 전계방출소자의 포커스 게이트 전극의 구조를 보인 전자현미경사진,
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면,
기판;
상기 기판에 형성되는 캐소드 전극;
상기 캐소드 전극상에 형성되며, 나노 스케일의 미세구조의 표면 거칠기를 가지는 마이크로 팁;
상기 마이크로 팁이 위치하는 공간을 제공하기 위한 웰을 구비하는 것으로 상기 기판 상에 형성되는 게이트 절연층;
상기 게이트 절연층 상에 형성되는 것으로 상기 마이크로 팁에 대응하는 게이트를 가지는 게이트 전극;
상기 게이트 전극 상에 형성되는 것으로 하나 또는 복수의 게이트에 대응하는 개구부를 가지는 포커스 게이트 절연층;
상기 포커스 게이트 절연층 상에 형성되는 것으로 포커스 게이트 절연층의 개구에 대응하는 포커스 게이트를 구비하는 포커스 게이트 전극;을 구비하는 전계방출소자가 제공된다.
상기 본 발명의 전계방출소자에 있어서, 상기 캐소드 전극의 상부 또는 캐소드 전극의 하부 또는 캐소드 전극의 상부 및 하부에 저항층이 형성되어 있는 것이바람직하다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면,
기판 상에 캐소드 전극, 웰을 갖는 게이트 절연층, 게이트를 갖는 게이트 전극, 상기 웰의 바닥에 노출된 상기 캐소드 전극상에 위치하는 마이크로 팁을 형성하는 단계;
상기 마이크로 팁을 포함한 상기 웰 내부 및 상기 게이트 전극상에 카본 폴리머로 이루어진 포커스 게이트 절연층을 소정 두께로 형성하는 단계;
상기 포커스 게이트 절연층 상에 포커스 게이트 전극을 형성하는 단계;
상기 포커스 게이트 전극 상에 소정 패턴의 포토 마스크를 형성하는 단계;
상기 포토 마스크를 이용하여 상기 포커스 게이트 전극을 식각하는 단계;
상기 포커스 게이트 절연층에 대해 식각성을 가지는 O2가스 또는 O2가스와 상기 마이크로 팁에 대해 식각성을 가지는 가스가 혼합된 반응성 가스를 이용한 플라즈마 에칭법에 의해 상기 포커스 게이트 전극에 덮히지 않은 포커스 게이트 절연층의 부분에 대해 식각을 행하여 웰을 구비한 포커스 게이트 절연층을 형성하는 단계;
상기 포커스 게이트 절연층에 대해 식각성을 가지는 O2가스 또는 O2가스와 상기 마이크로 팁에 대해 식각성을 가지는 가스가 혼합된 반응성 가스를 이용한 플라즈마 에칭법에 의해 상기 게이트 절연층의 웰 내에 있는 카본 폴리머를 식각하여 상기 마이크로 팁의 표면에 상기 카본 폴리머층의 잔류물에 의한 마스크층을 형성하는 제1에칭단계;
상기 반응성 가스를 이용하여 플라즈마 에칭법에 의해 식각을 행하여, 상기 마스크층을 제거하되, 상기 마스크층에 덮히지 않은 마이크로 팁의 표면도 같이 에칭되게 하여, 상기 마이크로 팁의 표면이 나노 스케일의 표면 거칠기를 가지도록 하는 제2에칭단계;를 포함하는 전계방출소자의 제조방법이 제공된다.
상기 본 발명의 전계방출소자의 제조방법에 있어서,상기 카본 폴리머층은 폴리이미드 또는 포토레지스트로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 카본 폴리머층은 반응성 이온 에칭법(RIE)에 의해 식각하며, 상기 마이크로 팁과 카본 폴리머간의 식각 속도 차이를 조절하여 상기 마이크로 팁의 표면 거칠기를 조절하도록 하며, 상기 식각속도의 조절은 플라즈마 파워, 상기 반응 가스중 마이크로 팁의 식각 가스에 대한 산소의 함량비, 플라즈마 공정압력 중의 적어도 어느 하나의 조절에 의해 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
또한 상기 본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 마이크로 팁의 재질이 몰리브데늄(Mo), 텅스텐(W), 실리콘, 다이아몬드 로 이루어지는 그룹 중 선택된 어느 하나 또는 적어도 둘의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 반응가스는 O2및 플루오린(fluorine)계 가스의 혼합가스로서, 상기 반응가스는 CF4/O2, SF6/O2, CHF3/O2, CF4/SF6/O2, CF4/CHF3/O2, SF6/CHF3/O2등 중 적어도 어느 하나를 함유하는 것이 바람직하며, 또는 상기 반응가스는 O2 및 클로린(chlorine) 계 가스의 혼합가스로서, Cl2/O2, CCl4/O2, Cl2/CCl4/O2등 중 적어도 어느 하나를 함유하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 FED와 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 FED의 개략적 평면도이며, 도 3은 도 2의 A 부분의 확대도이며, 도 3은 도 2의 A-A' 선 단면도이다.
먼저 도 2를 참조하면, 기판(100) 의 중앙부분에 캐소드 전극(120)과 게이트 전극(160)이 x-y 매트릭스 상으로 배치되고, 이들의 위에는 본 발명을 특징지우는 포커스 게이트 전극(900)이 형성되어 있다. 상기 캐소드 전극(120)과 게이트 전극(160)은 기판(100)의 가장자리 부분에 형성된 패드(121, 161)에 각각 전기적으로 접속된다.
도 3을 참조하면, 상기 포커스 게이트 전극(190)은 상기 캐소드 전극(120)과 게이트 전극(160)의 교차부분에 대응하는 포커스 게이트(901)이 형성되어 있고, 포커스 게이트(901)의 바닥에 게이트(160a)가 형성되는 게이트 전극(160)이 노출되어 있다. 상기 포커스 게이트 전극(900)의 포커스 게이트(901)는 상기 캐소드 전극(120)과 게이트 전극(160)의 교차부, 즉 단위 화소영역에 위치한다. 여기에서 상기 포커스 게이트 전극(190)의 가장자리와 상기 패트(121, 161)간의 거리는 0.1 내지 15 mm 로 결정한다. 이는 게이트 전극(160) 및 캐소드 전극(120)이 상기 포커스 게이트 전극(190)에 덮혀 있어서, 아킹시 고전압이 외부 그라운드로 빠지게 하여 하부층을 보호하기 위함이다.
도 4를 참조하면, 기판(100) 상에 Cr 등의 금속으로 된 캐소드 전극(120)이형성되고 그 위에 비정질 실리콘(a-Si)등으로 된 저항층(130)이 형성된다. 저항층(130) 상에는 저항층(130)의 표면이 그 바닥에 노출되는 웰(140a)을 갖는 SiO2등의 절연물질로 된 게이트 절연층(140)이 형성된다. 여기에서 상기 저항층(130)은 선택적인 것으로서, 저항층(130)이 없이 상기 캐소드 전극(120)이 상기 웰(140a)을 통해 노출될 수 있다. 상기 웰(140a)의 바닥에는 상기 저항층(130) 상에 위치하는 Mo 등의 금속으로 된 것으로 본 발명을 특징지우는 마이크로 팁(150)이 위치한다. 상기 마이크로 팁(150)의 각각은 다수의 나노 팁(Nano Tip)으로 된 집성체로서, 그 표면이 나노 스케일의 표면거칠기를 가지며, 몰리브데늄(Mo), 텅스텐(W), 실리콘, 다이아몬드 로 이루어지는 그룹 중 선택된 어느 하나 또는 적어도 둘의 혼합물로 형성된다.
한편, 상기 게이트 절연층(140)의 위에서는 상기 웰(140a)에 대응하는 게이트(160a)가 형성된 게이트 전극(160)이 형성된다. 그리고, 상기 게이트 전극(6) 위에는 폴리이미드(polyimide)에 의한 포커스 게이트 절연층(191)이 형성되고, 포커스 게이트 절연층(191) 위에는 전술한 포커스 게이트 전극(190)이 형성된다. 상기 포커스 게이트 전극(190)은 Al, Cr, Cr/Mo 합금, Al/Mo 합금, Al/Cr 합금등으로 형성된다. 상기 포커스 게이트 절연층(191)은 포커스 게이트 전극(190)의 포커스 게이트(190a)에 대응하는 개구부를 가진다.
이상과 같은 구조에 따르면, 상기 포커스 게이트 전극(190)에 적절한 전압을 인가하면, 상기 게이트 전극(160)의 게이트(160a)에 전계의 강도가 작아지고, 따라서 예리한 가장자리를 가지는 게이트(160a)에 의해 아킹이 방지되고, 만약의 경우아킹이 발생되었을 때에, 아킹시 발생된 이온들이 캐소드 전극(130) 또는 저항층(140)에 손상을 입히기 전에 상기 포커스 게이트 전극(190)에 의해 포집되어 외부 그라운드로 빠져 나가게 되며, 따라서, 아킹에 의해 물리적인 손상 및 아킹시 캐소드 전극과 애노드 전극간의 단락에 의해 전기적 손상이 방지된다.
또한 상기 포커스 게이트 절연층(191)의 적절한 두께 조절에 의해 상기 마이크로 팁(150)으로 부터 방출되는 전자빔을 포커싱할 수 있게 됨으로써, 매우 작은 스폿을 애노드 전극에 형성할 수 있고, 따라서, 매우 작은 크기의 빔 스폿을 형성할 수 있음과 아울러 고순도의 칼라 표시가 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 의해 상기 포커스 게이트 절연층에 대한 개구부 형성 시, 반응성 이온 에칭(reactive ion etching, RIE)조건을 적절하게 조절하여 그 하부에 위치하는 마이크로 팁(150)의 형상의 지오메트리(geometry)를 변화시켜, 본 발명에서 의도하는 바대로 마이크로 팁(150)을 나노 팁의 집성체화 시킴으로써 게이트 구동전압을 종래에 비해 30V 이상 낮출 수 있다.
이하 본 발명의 FED 제조방법의 실시예를 상세히 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이 일련의 공정을 따른 기존의 방법에 의해 기판(100) 상에 캐소드 전극(120), 저항층(130), 웰(140a)을 갖는 게이트 절연층(140), 게이트(160a)를 갖는 게이트 전극(160), 상기 웰(140a)의 바닥에 노출된 저항층(130)의 표면에 위치하는 마이크로 팁(150)을 순차적으로 형성한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 적층 위에 폴리이미드에 의한 포커스 게이트 절연층(191)을 스핀코팅법 등에 의해 소정 두께로 형성한 후, 그 위에 포커스 게이트 전극(190)을 형성한다. 상기 포커스 게이트 절연층(191)의 형성은 스핀코팅(sping coating), 소프트 베이킹(soft baking), 경화(curing) 과정에 의해 형성되며, 그 두께는 3 내지 150㎛ 범위를 유지되게 하는데, 그 구체적인 범위는 아래에서 설명된다.
도 7a와 도 8a에 도시된 바와 같이, 상기 포커스 게이트 전극(190) 상에 포토리소그래피법에 의해 포토레지스트(photh regist)로 소정 패턴의 포토 마스크(200a, 200b)를 형성한 후, 포토 마스크(200a, 200b)에 덮히지 않은 포커스 게이트 전극(190)의 노출부분을 일반적인 건식 또는 습식 식각법에 의해 식각하여, 상기 포커스 게이트 전극(190)에 포커스 게이트(190a, 190b)를 형성한다. 여기에서, 도 7a는 하나의 포커스 게이트(190a)를 통해 다수의 마이크로 팁(150)이 노출되는 구조이며, 도 7b는 하나의 포커스 게이트(190a)를 통해 하나의 마이크로 팁(150)이 노출되는 1:1 구조이다. 도 7a에 도시된 구조의 경우는 상기 포커스 게이트 절연층(191)의 두께는 3 내지 150㎛의 범위를 유지하고, 도 7b에 도시된 구조의 경우에 있어서는 6 내지 50㎛의 범위를 유지하도록 한다.
여기에서 상기 게이트 절연층(191)의 두께의 조건에 대해 구체적으로 살펴보면, 한 게이트(160a)에 대해 한 포커스 게이트(190a)가 대응하는 경우, 3 내지 10㎛ 이며, 2 개 내지 4개의 게이트(160a)에 대해 하나의 포커스 게이트(190a)가 대응하는 경우는 6 내지 50 ㎛ 그리고, 상기 게이트 전극과 캐소드 전극의 교차부에 의해 정해지는 한 화소 또는 한 돗트(dot) 당 하나의 포커스 게이트(190a)가 대응하는 경우는 10 내지 150㎛ 범위가 되도록 한다.
이상과 같은 과정을 통해 포커스 게이트(190a, 190b)가 형성되면, 포토 마스크(200a, 200b)를 제거한 후, 상기 포커스 게이트(190a, 190b)를 마스크로서 적용하여 그 하부의 포커스 게이트 절연층(191)을 에칭한다. 포커스 게이트 절연층(191)의 에칭은 반응성 이온 에칭(RIE), 플라즈마 에칭(Plasma Etching)등에 통해 건식 식각하며, 플라즈마 에칭시, 플라즈마 에칭시, 플라즈마 가스는 O2를 주성분으로 하고 플루오린(fluorine)계로서 CF4, SF6,CHF3를 함유하는 가스, 예를 들어 CF4/O2, SF6/O2, CHF3/O2, CF4/SF6/O2, CF4/CHF3/O2, SF6/CHF3/O2등 중의 적어도 어느 하나를 함유하는 가스 또는 상기 반응가스는 O2및 클로린(chlorine) 계 가스의 혼합가스로서, Cl2/O2, CCl4/O2, Cl2/CCl4/O2들 중 적어도 어느 하나를 함유하는 가스이다.
O2플라즈마에 의한 건식 식각시에는 폴리이미드는 잔디구조 (grass-like structure)라고 불리는 구조를 가지면서 식각됨이 보고되어 있다. 잔디구조란 국부 에칭률(etch rate)이 달라서 에칭된 표면이 미세하게 거친(rough) 구조를 가진다. 또한, 플루오린계의 가스에 O2가스를 에 첨가하는 이유는 폴리이미드의 에칭률 증가, 폴리이미드가 에칭됨에 따라, 마이크로 팁이 플라즈마에 노출되었을 때에 마이크로 팁의 선단부가 에칭될 수 있게 하기 위한 것이다. 여기에서 포커스 게이트 절연층 식각시, 플라즈마에 의한 마이크로 팁의 식각속도는 플루오린계 또는 클로린계 가스에 대한 O2의 비율, 공정압력, 플라즈마 파워(plasma power)등에 의해 조절된다. 이와 같이 카본 폴리머, 예를 들어, 폴리이미드 또는 포토 레지스트로 된 포커스 게이트 절연층이 잔디구조로 에칭되므로 마이크로 팁의 일부 표면에는 폴리이미드 또는 포토 레지스트가 남고 일부는 없어지게 되어 마이크로 팁에 대한 마스크로서 작용하여, 도 9와 도 10에 도시된 바와 같이, 마이크로 팁이 나노 팁의 집성체로서 그 선단부가 나노 스케일의 표면 거치기를 가지게 된다.
도 9는 기판에 형성된 마이크로 팁과 게이트 절연층, 게이트 전극의 구조를 보이는 전자현미경 사진으로서, 전술한 바와 같이, 마이크로 팁이 나노 팁의 집성체로서 울퉁불퉁한 나노 스케일의 표면 거칠기를 가지게 된다. 도 10은 마이크로 팁의 전자현미경에 의한 확대사진이다.
상기와 같은 과정을 통해 제작된 FED를 테스터한 결과, 동일한 구조의 종래의 FED 에 비하여, 게이트 구동 전압(gate turn on voltage)이 약 20V 정도 감소하였고, 동작 전압(working voltage, duty ratio: 1/90, frequency : 60Hz에서 0.3mA emission current 값을 얻을 수 있는 전압을 의미함.)이 약 40~50V 감소하였다.
위에서 설명된 바와 같이 플라즈마 조건에 따라서, 마이크로 팁과 카본 폴리머로된 포커스 게이트 절연층의 에칭비율을 적절히 조절함으로써 마이크로 팁의 높이, 마이크로 팁 선단부의 거칠기(roughness)를 나노 스케일의 크기로 조절할 수 있다.
도 10은 본 발명에 의해 제작된 FED의 전자현미경 사진으로서, 포커스 게이트 절연층의 개구부 측벽이 수직방향으로 잘 형성되어 있음을 보여준다. 실제, 포커스 게이트 전극과 게이트 전극 전체의 공통라인간 누설(leakage)를 측정한 결과거의 10 ㏁ 이상의 저항을 나타내 보였다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 아킹의 발생이 최소로 억제되고, 만약에 아킹이 발생된다 해도 캐소드 전극 및 저항층의 손상이 방지된다. 이와 같이, 아킹이 크게 억제됨으로써, 애노드 전극에 대한 구동전압을 종래에 비해 높힐 수 있고 따라서, 높은 전자 방출전류를 얻고, 결과적으로 높은 휘도의 FED를 얻을 수 있게 된다. 그리고, 마이크로 팁이 나노 팁의 집성체로 이루어 져 있어서, 게이트 전극에 대한 동작 전압도 감소시킬 수 있어서 소비전력을 줄일 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 포커스 게이트 전극에 인가되는 전압을 가변함으로써 이의 포커스 게이트를 통과하는 전자빔의 포커싱이 가능하여, 기판과 전면판간의 거리가 상당히 큰, 3mm 이상의 디스플레이 장치에 있어서 높은 해상도, 특히 칼라 표시장치의 경우 순도 높은 칼라 표시가 가능하게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판에 형성되는 캐소드 전극;
    상기 캐소드 전극상에 형성되며, 나노 스케일의 미세구조의 표면 거칠기를 가지는 마이크로 팁;
    상기 마이크로 팁이 위치하는 공간을 제공하기 위한 웰을 구비하는 것으로 상기 기판 상에 형성되는 게이트 절연층;
    상기 게이트 절연층 상에 형성되는 것으로 상기 마이크로 팁에 대응하는 게
    이트를 가지는 게이트 전극;
    상기 게이트 전극 상에 형성되는 것으로 하나 또는 복수의 게이트에 대응하는 개구부를 가지는 포커스 게이트 절연층; 상기 포커스 게이트 절연층 상에 형성되는 것으로 포커스 게이트 절연층의 개구에 대응하는 포커스 게이트를 구비하는 포커스 게이트 전극;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐소드 전극의 상부 또는 캐소드 전극의 하부 또는 캐소드 전극의 상부 및 하부에 저항층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  3. 기판 상에 캐소드 전극, 웰을 갖는 게이트 절연층, 게이트를 갖는 게이트 전극, 상기 웰의 바닥에 노출된 상기 캐소드 전극상에 위치하는 마이크로 팁을 형성하는 단계;
    상기 마이크로 팁을 포함한 상기 웰 내부 및 상기 게이트 전극상에 카본 폴리머로 이루어진 포커스 게이트 절연층을 소정 두께로 형성하는 단계;
    상기 포커스 게이트 절연층 상에 포커스 게이트 전극을 형성하는 단계;
    상기 포커스 게이트 전극 상에 소정 패턴의 포토 마스크를 형성하는 단계;
    상기 포토 마스크를 이용하여 상기 포커스 게이트 전극을 식각하는 단계;
    상기 포커스 게이트 절연층에 대해 식각성을 가지는 O2가스 또는 O2가스와 상기 마이크로 팁에 대해 식각성을 가지는 가스가 혼합된 반응성 가스를 이용한 플라즈마 에칭법에 의해 상기 포커스 게이트 전극에 덮히지 않은 포커스 게이트 절연층의 부분에 대해 식각을 행하여 웰을 구비한 포커스 게이트 절연층을 형성하는 단계;
    상기 포커스 게이트 절연층에 대해 식각성을 가지는 O2가스 또는 O2가스와 상기 마이크로 팁에 대해 식각성을 가지는 가스가 혼합된 반응성 가스를 이용한 플라즈마 에칭법에 의해 상기 게이트 절연층의 웰내에 있는 카본 폴리머를 식각하여 상기 마이크로 팁의 표면에 상기 카본 폴리머층의 잔류물에 의한 마스크층을 형성하는 제1에칭단계;
    상기 반응성 가스를 이용하여 플라즈마 에칭법에 의해 식각을 행하여, 상기 마스크층을 제거하되, 상기 마스크층에 덮히지 않은 마이크로 팁의 표면도 같이 에칭되게 하여, 상기 마이크로 팁의 표면이 나노 스케일의 표면 거칠기를 가지도록 하는 제2에칭단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 카본 폴리머층은 폴리이미드 또는 포토레지스트로 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 카본 폴리머층은 반응성 이온 에칭법(RIE)에 의해 식각하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 마이크로 팁과 카본 폴리머간의 식각 속도 차이를 조절하여 상기 마이크로 팁의 표면 거칠기를 조절하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 식각속도의 조절은 플라즈마 파워, 상기 반응 가스중 마이크로 팁의 식각 가스에 대한 산소의 함량비, 플라즈마 공정압력 중의 적어도 어느 하나의 조절에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법..
  8. 제5항에 있어서,
    상기 마이크로 팁의 재질이 몰리브데늄(Mo), 텅스텐(W), 실리콘, 다이아몬드 로 이루어지는 그룹 중 선택된 어느 하나 또는 적어도 둘의 혼합물로 이루어지며, 상기 반응가스는 O2및 플루오린(fluorine)계 가스의 혼합가스인 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반응가스는 CF4/O2, SF6/O2, CHF3/O2, CF4/SF6/O2, CF4/CHF3/O2, SF6/CHF3/O2들 중 적어도 어느 하나를 함유하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법..
  10. 제5항에 있어서,
    상기 마이크로 팁의 재질이 몰리브데늄(Mo), 텅스텐(W), 실리콘, 다이아몬드 로 이루어지는 그룹 중 선택된 어느 하나 또는 적어도 둘의 혼합물로 이루어지며, 상기 반응가스는 O2및 클로린(chlorine) 계 가스의 혼합가스인 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반응가스는 Cl2/O2, CCl4/O2, Cl2/CCl4/O2들 중 적어도 어느 하나를 함유하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.
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