KR20020065014A - 역사다리꼴의 집속전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자 및그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 역사다리꼴의 집속전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자는 전자 방출부인 냉음극과, 냉음극의 전자 방출량을 제어하는 게이트 전극과, 방출된 전자를 집속시키는 집속 전극이 형성된 하부 기판과; 양극과, 양극상에 형성된 빨강, 파랑, 녹색형광체와, 형광체의 경계에 형성된 블랙 매트릭스가 형성된 상부 기판과; 상부기판과 하부 기판 사이에서 지지하는 스페이서를 구비하는 전계 방출형 표시 소자에서, 집속 전극은 그 형태가 역사다리꼴이며 게이트 전극 옆에 형성된 다.

또한, 본 발명에 따른 역사다리꼴의 집속 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자 제조 방법은 이미터 및 게이트 전극 위에 감광성 물질로 보호층을 형성시키는 단계와; 보호층 위에 도금 공정을 위한 시드층이 형성되는 단계와; 시드층 위에 감광성 물질로 집속 전극 패턴을 형성시키는 단계와; 집속 전극 패턴에 도금 공정을 통하여 역사다리꼴의 집속 전극이 형성되는 단계와; 집속 전극 패턴을 제거하는 단계와; 시드층의 애칭 및 상기 보호층을 제거하는 단계로 이루어진다.

이상에서와 같이 본 발명은 삼극 구조의 전계 방출형 표시 소자의 게이트 전극 옆이나 위에 형성케 하여 이미터로부터 방출된 전자들의 집속도를 향상시켰고 그에 따른 색순도를 향상시켰다.

Description

역사다리꼴의 집속전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자 및 그 제조 방법{The FED and the manufacturing method of FED which is equipped with inverted ladder-type focusing electrode}

본 발명은 전계 방출형 표시 소자에 사용되는 집속 전극 분야에 관한 것으로서, 특히 집속 전극의 형상을 역사다리꼴로 형성케 하여 이미터로부터 방출된 전자들의 집속도를 향상시킨 역사다리꼴의 집속전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

전계 방출형 표시 소자는 이미터 끝에 인가되는 전계에 의해서 전자빔이 방출되는데 에미터 끝단에서 방출되는 전자들이 대응하는 형광체에 정확하게 도달하지 못하고 타색을 발광시켜 색의 퍼짐을 유발하게 된다. 에미터에서 방출된 전자빔이 대응하는 형광체에 정확하게 도달하도록 하기 위해서는 초기속도를 가지고 방출되는 전자빔의 경로를 변경시킬 필요가 있다. 특히 고전압 신뢰성을 확보하기 위해서 스크린 부와 이미터 부의 거리를 증가시키는 경향이 있는데, 이 경우 빔의 퍼짐 현상은 더욱 심화된다.

또한 전계 방출형 표시 소자의 가장 대표적인 예인 마이크로 팁 형태의 소자의 경우, 팁 끝의 방출면이 구형 표면으로 형성되어 있고 게이트 전극에 의해 형성된 전계에 의해서 전자가 방출되므로 전자빔이 대응하는 형광체에만 도달하는 것이아니라 타 형광체에 도달하여 빔의 퍼짐 현상이 쉽게 관찰된다.

따라서 이들 전자빔을 집속시켜 이미터에서 방출되는 전자빔이 그 이미터에 대응하는 형광체에만 도달하도록 하기 위해서는 집속 전극이 필요하다.

제1도는 종래의 전형적인 집속 전극의 형태를 나타낸 도면이다.

도1을 참조하면, 집속전극(110)에 음의 전압을 인가하여 이미터(120)로부터 방출되는 전자빔을 밀어 집속시키는 역할을 하게 된다. 그런데 이 구조의 경우 게이트 전극(130) 위에 절연막II(140)를 형성시키고 그 위에 집속전극(110)을 형성시켜 패터닝을 해야 하는데 충분한 집속효과를 가져오기 위해서 집속전극을 높게 형성하기가 어렵고 복잡한 제조공정을 거쳐야 하는 단점이 있다.

제2도는 종래의 개선된 집속 전극의 형태를 나타낸 도면이다.

도2를 참조하면, 이 집속 전극은 도1의 집속 전극의 형태에 대하여 변형시킨 특허(USP5,235,244)로서 스핀트(C.A.Spindt)에 의해 제안된 구조이다.

이 구조는 기존의 절연층II 위에 형성된 집속전극이 없어지고 대신 절연층 II(210)를 게이트 전극(220) 위에 높게 형성시킨 것이다.

이미터(230)에서 전자가 초기 방출되면 절연층 II(210) 표면에 전자 차징이 발생하게 되는데 이 차징된 음의 전하에 의해 방출되는 전자빔이 밀려 집속되게 된다. 이 때 상기 절연층II(210)는 약 2㎛정도로 제안되었는데, 상기 이미터(230)에서 방출된 전자에 의해 이차 전자 방출 계수가 1이하인 전압에서 동작하는 경우에 한한다. 이 구조는 도1에서의 집속 전극의 구조에 비해서 비교적 간단하긴 하고 외부 전압의 인가 없이 자동으로 집속전극이 동작하는 장점은 있지만 역시 이미터 형성후 2㎛ 높이의 절연층을 형성하는 공정이 복잡한 단점이 있고 절연층II에 차징되는 전자를 이용하는 구조여서 소자의 구조에 따라 집속정도가 고정되는 단점이 있다.

제3도는 종래의 게이트 전극 옆에 직사각형의 집속 전극을 형성시킨 것을 나타낸 도면이다.

도3을 참조하면, 게이트 전극(310) 옆에 집속 전극(320)이 위치하고 있으며컨디슨트(condescent)사에 의하여 제안된 특허(USP5,528,103)이다.

이 특허는 전자빔 집속이 가능하게 상기 게이트 전극(310)에 근접한 위치에 게이트 전극 두께의 10배 이상되는 집속 전극(320)을 형성하여 이미터(330)로부터 방출된 전자를 집속시킨 구조이다.

제4도는 종래의 게이트 집속 전극 옆에 직사각형의 집속 전극을 형성시킨 전계 방출형 표시 소자에서 직사각형 집속 전극의 등전위선을 나타낸 도면이다.

도4의 등전위선은, 우선 게이트 전극(410)부근에서 캐소드에 의한 국지적 전위 변형과 집속 전극 상부에서 스크린 전압에 의한 등전위선 변화가 있겠지만, 캐소드와 스크린 전압에 의한 영향을 무시하고 집속 전극을 중심으로 대체적인 경향만을 과장해서 도시한 것이다.

마이크로 팁의 경우 직사각형 집속 전극(420) 사이에 무수히 많이 있지만 크기가 작아 게이트 전극(410)위로 수 ㎛ 떨어진 곳에서는 거의 게이트 전극(510)과의 등전위선과 같은 형상을 보일 것이므로 무시하였고, 상기 직사각형 집속 전극 상부의 경우는 애노드 전극(430)의 전압(~수천볼트)이 높을수록 (참고로 게이트 전극의 전압은 ~수십볼트이다.) 등전위선이 집속전극 벽면과 게이트 방향으로 밀려드는 경향이 있지만 전체적으로 이를 세세히 표현할 수 없어 대체적인 경향만을 나타내었다.

상기 애노드 전극(430)의 전압이 상기 게이트 전극(410)의 전압보다 매우 높아서 등전위면이 상기 집속 전극(420)과 나란하게 나타나는 것을 알 수 있다.

그러나 상기의 직사각형 집속 전극도 전계 방출형 소자의 고전압 안정성을 위하여 스페이서의 높이를 증가시킬 경우 전자빔의 퍼짐 현상이 발생하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 전계 방출형 표시 소자의 고전압 안정성을 위하여 스페이서의 높이를 증가시킬 경우 발생할 수 있는 전자 빔의 퍼짐에 의한 색순도 저하를 방지하기 위하여 집속 전극의 형상을 역사다리꼴로 형성케 하여 이미터로부터 방출된 전자들의 집속도를 향상시킨 역사다리꼴의 집속전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자 및 그 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

제1도는 종래의 전형적인 집속 전극의 형태를 나타낸 도면.

제2도는 종래의 개선된 집속 전극의 형태를 나타낸 도면.

제3도는 종래의 게이트 전극 옆에 직사각형의 집속 전극을 형성시킨 것을 나타낸 도면.

제4도는 종래의 게이트 집속 전극 옆에 직사각형의 집속 전극을 형성시킨 전계 방출형 표시 소자에서 직사각형 집속 전극의 등전위선을 나타낸 도면.

제5도는 본 발명에 따른 역사다리꼴의 집속전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자에서 역사다리꼴의 집속 전극을 게이트 전극 옆에 형성시킨 것을 나타낸 도면.

제6도는 본 발명에 따른 역사다리꼴 형의 집속전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자에서 역사다리꼴 형 집속전극의 등전위선을 나타낸 도면.

제7도는 본 발명에 따른 역사다리꼴의 집속전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자의 제조 방법을 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

510:집속 전극 520:게이트 전극

530:하부 기판 540:캐소드 전극

550:저항층 560:이미터

570:절연층

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 역사다리꼴의 집속전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자는 전자 방출부인 냉음극과, 상기 냉음극의 전자 방출량을 제어하는 게이트 전극과, 상기 방출된 전자를 집속시키는 집속 전극이 형성된 하부 기판과; 양극과, 상기 양극상에 형성된 빨강, 파랑, 녹색형광체와, 상기 형광체의 경계에 형성된 블랙 매트릭스가 형성된 상부 기판과; 상기 상부기판과 하부 기판 사이에서 지지하는 스페이서를 구비하는 전계 방출형 표시 소자에서,

상기 집속 전극은 그 형태가 역사다리꼴인 점을 그 특징으로 한다.

여기서, 상기 집속 전극은 상기 게이트 전극 옆에 형성된 점을 그 특징으로 한다.

또한 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 역사다리꼴의 집속 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자 제조 방법은 이미터 및 게이트 전극 위에 감광성 물질로 보호층을 형성시키는 단계와;

상기 보호층 위에 도금 공정을 위한 시드층이 형성되는 단계와;

상기 시드층 위에 감광성 물질로 집속 전극 패턴을 형성시키는 단계와;

상기 집속 전극 패턴에 도금 공정을 통하여 역사다리꼴의 집속 전극이 형성되는 단계와;

상기 집속 전극 패턴을 제거하는 단계와;

상기 시드층의 애칭 및 상기 보호층을 제거하는 단계로 이루어지는 점을 그 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제5도는 본 발명에 따른 역사다리꼴의 집속전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자에서 역사다리꼴의 집속 전극을 게이트 전극 옆에 형성시킨 것을 나타낸 도면이다.

도5를 참조하면, 하부 기판(530)위에 캐소드 전극(540), 저항층(550), 이미터(560), 절연층(570), 집속 전극(510), 게이트 전극(520)이 형성되어 있으며 상기 사다리꼴 형 집속 전극(510)은 상기 게이트 전극(520)의 옆이나 위 등 어디에 형성하여도 무방하며 상기 집속 전극(510)에 -전압을 가변하여 빔의 집속 정도를 조절할 수 있다.

이 때 상기 집속 전극(510)으로는 금속, 절연체, 고저항 물질과 이러한 재료들의 조합이 사용될 수 있다.

제6도는 본 발명에 따른 역사다리꼴 형의 집속전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자에서 역사다리꼴 형 집속전극의 등전위선을 나타낸 도면이다.

도6의 등전위선은, 우선 게이트 전극(610)부근에서 캐소드에 의한 국지적 전위 변형과 집속 전극 상부에서 스크린 전압에 의한 등전위선 변화가 있겠지만, 캐소드와 스크린 전압에 의한 영향을 무시하고 집속 전극을 중심으로 대체적인 경향만을 과장해서 도시한 것이다.

마이크로 팁의 경우 역사다리꼴 형 집속 전극(620) 사이에 무수히 많이 있지만 크기가 작아 게이트 위로 수 ㎛ 떨어진 곳에서는 거의 게이트 전극(610)과의 등전위선과 같은 형상을 보일 것이므로 무시하였고, 애노드 전극(630)의 전압(~수천볼트)이 높을수록 (참고로 게이트 전극의 전압은 ~수십볼트이다.) 등전위선이 집속전극 벽면과 게이트 방향으로 밀려드는 경향이 있지만 전체적으로 이를 세세히 표현할 수 없어 대체적인 경향만을 나타내었다.

상기와 같은 가정하에 도6와 같이 등전위선이 사다리꼴로 형성되어 도4와 같은 종래의 직사각형 집속 전극보다 집속 전극의 역할을 더욱 훌륭히 수행할 수 있는 것을 알 수 있다.

제7도는 본 발명에 따른 역사다리꼴의 집속전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자의 제조 방법을 나타낸 도면이다.

도7을 참조하면, 우선 도7의 (a)는 전형적인 삼극 구조의 전계 방출형 표시 소자의 하판으로서 기판(740)위에 캐소드 전극(750), 저항층(760), 이미터(710), 절연층(730), 게이트 전극(720)으로 구성되어 있으며 집속 전극을 형성하지 않은 형태이다.

이 상태에서는 이미터(710)가 노출되어 있으므로 이미터의 손상을 방지하기 위해서 도7의 (b)와 같이 이미터(710) 및 게이트 전극(720)위에 감광성 물질로 보호층(770)을 형성한다.

이 때 상기 보호층(770)인 감광성 물질의 두께는 도금 시드층의 형성시 감광성 물질이 손상되므로 차후 감광성 물질 제거 공정을 용이하게 하기 위해서 2㎛ 이상이 되어야 하며 5~8㎛ 정도의 두께를 가지는 것이 좋다. 너무 두꺼운 감광성 물질은 집속 전극 패턴 형성시 원하는 감광성 물질 패턴 형성을 방해할 수 있고 너무 얇은 감광성 물질의 금속 공정 형성시 손상되어 잘 제거되지 않는 경향을 보인다.

상기 감광성 물질의 보호층(770) 형성 후 도7의 (c)와 같이 도금공정을 위한 시드(seed)층(780)을 형성시킨다.

상기 시드층(780)은 게이트 절연막과 부착력을 증대시키기 위해서 부착력이 좋은 티탄(Ti), 니오브(Nb) 등과 같은 금속을 부착층으로 사용하며 그 위에 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag)과 같은 전기전도도가 좋은 금속 박막을 시드층으로 사용한다.

이 단계에서 시드층(780)을 상기 보호층(770) 위에 전면 도포함으로써 도금 공정시 지그(jig)의 전압 인가부에서 멀어짐에 따른 도금속도 감소를 줄여 균일한 도금을 가능케 한다.

상기 시드층(780) 형성 후 감광성 물질로 집속전극 패턴(790)을 형성시킨다.

이 때 상기 감광성 물질의 집속 전극 패턴(790)은 집속 전극이 형성되는 곳을 제외한 모든 부분을 블락킹(blocking)하여 노출된 부분에 도금이 되도록 하는데 이 집속 전극은 상기 감광성 물질의 집속 전극 패턴(790)에 의해 결정되므로 감광성 물질의 높이, 형상이 중요한 요소가 되는데 기존의 직사각형 형상보다 집속도가 좋은 역사다리꼴 형태의 집속 전극 형성을 위한 역사다리꼴 몰드를 형성하였다.

도7의 (e)와 같이 도금 공정을 수행하여 역사다리꼴의 집속전극(791)을 형성시킨다.

상기 도금 공정의 경우 도금조가 가지는 균일성의 한계가 있으므로 도금 높이가 가장 높은 부분을 감광성 물질 높이보다 작게 관리하는 것이 좋다.

상기 집속 전극(791)을 형성키 위한 도금 공정이 완료된 후 도7의 (f)와 같이 감광성 물질의 집속 전극 패턴(790)을 제거하고 도7의 (g)와 같이 도금 시드층(780)을 에칭한 다음 도7의 (h)와 같이 감광성 물질의 보호층(770)을 제거하면 역사다리꼴의 집속 전극을 가진 전계 방출형 표시 소자의 하판이 완성된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 역사다리꼴의 집속전극을 갖춘 전계방출형 표시 소자 및 그 제조 방법은 삼극 구조의 전계 방출형 표시 소자의 게이트 전극 옆이나 위에 형성케 하여 이미터로부터 방출된 전자들의 집속도를 향상시켰고 그에 따른 색순도를 향상시켰다.

Claims (3)

1. 전자 방출부인 냉음극과, 상기 냉음극의 전자 방출량을 제어하는 게이트 전극과, 상기 방출된 전자를 집속시키는 집속 전극이 형성된 하부 기판과; 양극과, 상기 양극상에 형성된 빨강, 파랑, 녹색형광체와, 상기 형광체의 경계에 형성된 블랙 매트릭스가 형성된 상부 기판과; 상기 상부기판과 하부 기판 사이에서 지지하는 스페이서를 구비하는 전계 방출형 표시 소자에서,

   상기 집속 전극은 그 형태가 역사다리꼴인 것을 특징으로 하는 역사다리꼴의 집속 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 집속 전극은 상기 게이트 전극 옆에 형성된 것을 특징으로 하는 역사다리꼴의 집속 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자.
3. 이미터 및 게이트 전극 위에 감광성 물질로 보호층을 형성시키는 단계와;

   상기 보호층 위에 도금 공정을 위한 시드층이 형성되는 단계와;

   상기 시드층 위에 감광성 물질로 집속 전극 패턴을 형성시키는 단계와;

   상기 집속 전극 패턴에 도금 공정을 통하여 역사다리꼴의 집속 전극이 형성되는 단계와;

   상기 집속 전극 패턴을 제거하는 단계와;

   상기 시드층의 애칭 및 상기 보호층을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 역사다리꼴의 집속 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자 제조 방법.