KR20060021525A - 전계 방출형 냉음극장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계 방출형 냉음극장치의 제조시 요구되는 공정수를 감소시키고 단순화시킬 수 있는 전계 방출형 냉음극장치의 제조 방법을 제공하기 위한 것으로서, 상기 방법은 메쉬 타입(mesh type)의 도전성의 금속 박막에 소정 두께로 절연물질을 도포하여 게이트전극 및 절연층을 일체로 형성한 후에, 또는 상기 메쉬타입의 도전성 금속 박막에 절연층과 스페이서를 동시에 형성한 후, 이를 캐소드 전극의 상부에 부착하는 것이다.

전계방출형 냉음극, 표시장치, 게이트전극, 애노드전극, 캐소드전극, CNT, 절연층

Description

전계 방출형 냉음극장치의 제조 방법{Method of manufacturing field emission type cold cathode device}

도 1은 본 발명에 따른 전계 방출형 냉음극장치의 제조 방법을 나타낸 플로우챠트이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시형태로서 3극 구조의 전계 방출형 냉음극장치의 제조 공정도이다.

도 3는 본 발명의 제2 실시형태로서 스페이서를 포함한 3극 구조의 전계 방출형 냉음극장치의 제조 공정도이다.

도 4는 본 발명의 제3 실시형태로서 4극 구조의 전계방출형 냉음극장치의 제조 공정도이다.

도 5는 종래의 전계 방출형 냉음극장치의 제조 공정도이다.

본 발명은 전계 방출형 냉음극장치(Field emission type cold cathode devide)의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정수를 감소시키고 단순 화 시킬 수 있는 전계 방출형 냉음극장치의 제조 방법에 관한 것이다.

처음, 컬러 동영상을 표시하는 화상표시소자로는 금속 등을 고온으로 가열하게 되면 그 물질을 형성하고 있는 원자속의 전자가 공간으로 방출되는 열전자 방출현상을 이용한 브라운관(CRT : Cathode-Ray-tube)이 사용되었다. 그런데, 이러한 브라운관방식의 화상표시장치는 전자빔이 방사되는 일정 크기의 전자총과 방출된 전자를 스크린으로 도달될때까지 가속시키는 수단이 구비되어야 하기 때문에, 스크린이 커질수록 후면으로의 길이가 길어진다. 따라서, 브라운관 방식의 화상표시장치는 공간을 넓게 차지하고 무거워 이동이 어렵다는 단점이 있다.

최근에는 이러한 문제점이 해결하기 위한 다양한 연구가 이루어지면서 차세대 화상표시장치로서 스크린 후면의 폭이 짧고, 무게도 가벼운 TFT-LCD, OLED, PDP, FED(Field Emission Display)와 같은 평판형 표시 장치가 상용화되고 있다.

전계방출형 냉음극장치(Field emission type cold cathode device)은 상술한 FED에 구비되는 전자원으로서, 스크린을 바둑판처럼 단위 구역으로 분할하고, 각각의 구역의 스크린으로 전자빔을 주사하여 스크린의 형광체를 발광시키는 소자이다.

상기의 전계방출형 냉음극장치는, 기판, 전원인가시 전자가 방출되는 에미터(emitter)(예를 들어, 카본 나노 튜브(carbon nano tube : CNT)), 전기신호의 인가 를 위한 캐소드전극, 게이트전극, 애노드 전극, 및 상기 캐소드전극과 게이트 전극간의 절연을 위한 절연층으로 이루어진다. 더불어, 상기 애노드와 캐소드의 간격을 유지시키기 위한 스페이서(spacer)가 더 구비될 수 있다.

이러한 전계방출형 냉음극장치는, 상기 전극의 수에 따라서 2극, 3극, 4극 구조로 구분될 수 있는데, 2극구조인 경우 캐소드전극과 애노드전극만이 구비되며, 3극구조의 경우에는 캐소드 전극, 게이트 전극 및 애노드전극을 포함하며, 4극 구조의 경우, 캐소드 전극, 제1,2게이트 전극 및 애노드전극이 구비된다.

도 5는 3극 구조의 전계방출형 냉음극장치를 제조하는 종래의 공정을 순차적으로 나타낸 것으로서, 소정의 유리재질의 기판(51) 상에 먼저 하지 전극(52)을 형성한다. 그리고, 상기 하지 전극(52)의 상부에 소정 두께로 포토레지스트등의 비전도성 물질로 이루어진 절연층(53)을 도포하고, 상기 절연층(53)의 상부면에 마스크 패턴(54)을 도포 후, 상기 절연층(53)을 리소 공정에 의하여 식각하여 패터닝한다. 이에, 상기 절연층(53a)은 그 상면형태가 다수의 행과 열로 이루어진 공간을 갖는 메쉬형태를 갖는다.

그 다음 공정으로, 상기 마스크 패턴(54)를 제거하고, 상기 절연층(53a)의 상부에 게이트 전극(55)를 형성한 후, 이어서 상기 노출되어 있는 하지전극(52) 상에 CNT를 도포하여 캐소드전극(56)을 형성한다.

그리고, 상기 캐소드전극(56)과 소정 거리 떨어진 위치에 애노드 전극(57)을 형성한다. 상기 애노드 전극(57)의 전면에는 형광층이 형성되어 캐소드전극(56)에서 방출된 전자에 의해 발광한다.

이때, 상기 캐소드 전극(56)과 애노드 전극(57)사이의 공간은 진공상태로서, 캐소드전극(56)에서 방출된 전자가 이동가능한 공간을 형성한다.

상기 구조에서, 하지전극(52)과 게이트전극(55)에 소정의 전압을 걸면, 상기 캐소드전극(56)로부터 전자가 방출되고, 상기 방출전자는 애노드전극(57)의 전면에 형성된 형광체에 충돌하여 빛을 낸다.

이때, 상기 절연층(53a)은 게이트전극(55)과 캐소드전극(56)간의 통전을 저지하는 절연기능을 수행한다.

상술한 종래의 방법에 의하면, 절연층(53a)과 게이트 전극(55)를 형성하기 위해서는, 마스크 패턴형성, 리소공법에 의한 에칭, 마스크 제거 등의 여러 공정을 거쳐야 하며, 더불어, 상기 게이트 전극(55)의 형성을 위한 도금공정에서 캐소드전극(56)에 전극물질이 도금되면 안되기 때문에, 게이트전극(55)을 형성한 후, 캐소드전극(56)을 형성하였으며, 따라서, 상기 캐소드전극(56)의 하부에 공통적으로 연결되는 하지전극(52)이 더 구비되어야 했다. 따라서, 종래의 제조 방법에 의하면, 공정수가 많아지고 복잡해진다는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 공정수를 감소시켜 제조 공정을 단순화시킬 수 있는 전계 방출형 냉음극장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명에 의한 전계 방출형 냉음극장치의 제조 방법은

도전성의 금속 박막에 소정 두께로 절연물질을 도포하는 단계;

상기 금속 박막 및 절연물질을 에칭하여 메쉬 구조의 절연층이 부착된 게이트전극을 동시에 형성하는 단계;

소정의 기판 상에 캐소드 전극을 형성하는 단계; 및

상기 캐소드전극의 상부에 상기 절연층을 부착하여, 캐소드 전극, 절연층, 게이트전극 순으로 배치시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 제조 방법은, 금속박막의 일면에만 절연층을 형성할 수 있으며, 여기에 더하여, 상기 캐소드 전극, 절연층, 게이트 전극순으로 배치한 후, 게이트 전극의 상부에 절연물질로 이루어진 스페이서를 형성하는 단계를 더 포함할 수 도 있다.

또한, 본 발명의 전계 방출형 냉음극장치의 제조 방법에 있어서, 상기 금속 박막에 절연물질을 도포하는 단계는, 금속 박막의 양 평면상에 각각 제1,2절연층을 형성하는 단계일 수 있다. 이 경우, 한 절연층은 캐소드전극과 게이트전극간의 통전을 저지하게 되고, 다른 절연층은 형광면에 대한 전자 방출구역을 구분하는 스페이서가 된다.

또한, 본 발명의 전계 방출형 냉음극장치 제조 방법의 도전성의 금속 박막에 소정 두께로 절연물질을 도포하는 단계는, 4극구조의 냉음극장치인 경우 제1 도전성 금속박막상에 제1절연층을 형성한 후, 상기 제1절연층의 상부에 제2 도전성 금속 박막을 형성하고, 상기 제2도전성 금속박막의 상부에 제2절연층을 형성하는 단계로 이루어질 수 있다.

더불어, 본 발명의 전계방출형 냉음극장치의 제조 방법에 있어서, 상기 절연층 및 게이트전극을 형성하는 단계는, 상기 절연층의 상부에 포토레지스트로 마스크 패턴을 형성하는 단계; 에칭공정에 의하여 상기 마스크 패턴에 의해 보호되는 부분을 제외한 나머지 부분의 절연물질을 제거하는 단계로 이루어지며, 상기 마스크 패턴을 그대로 절연층으로 사용하여 캐소드 전극 상에 부착할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 전계방출형 냉음극장치의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 전계방출형 냉음극장치의 제조 방법에서의 기본적인 절차를 나타낸 플로우챠트이다.

본 발명에 의한 전계방출형 냉음극장치의 제조 방법은, 종래와 제조 방법과 달리, 절연층 및 게이트 전극을 별도로 형성한 후, 기판에 형성된 게이트 전극의 상부에 부착시키는 것으로서, 이에 의하여, 종래 게이트 전극 형성시 다른 전극을 보호하기 위한 별도의 희생물질이 필요했던 점을 제거하고, 캐소드 전극을 형성한 다음 게이트전극을 부착할 수 있도록 함으로서, 그 만큼의 공정 수를 감소시킨 것이다.

즉, 본 발명의 전계방출형 냉음극장치의 제조 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 소정의 전도성 물질로 이루어진 금속박막을 마련하고, 상기 금속 박막에 절연층을 형성한다(100). 상기 금속박막은 냉음극장치의 게이트 전극을 구현하기 위한 것으로서, 전기신호를 전달하기 위해서 전도성의 금속, 예를 들어, 구리(cu)등으로 구현되는 것이 바람직하다.

그 다음, 상기 절연층의 상부에 마스크 패턴을 도포한 후, 리소공법에 의하 여, 상기 절연층 및 금속박막을 동시에 에칭하여, 절연층이 일체로 된 게이트 전극을 형성한다(110).

이와 별도로, 유리 재질의 기판 상에 에미터로 사용될 CNT를 포함하는 캐소드 전극을 형성한 후(120), 상기 미리 형성된 게이트 전극 하부의 절연층이 상기 캐소드전극 상에 접하도록 부착한다(130). 이에 의하여, 캐소드전극, 절연층, 게이트 전극 순으로 배치된다.

그 다음, 상기 캐소드전극과 소정 거리 떨어지도록 애노드 전극을 형성한다(140). 상기 애노드전극의 형성 과정은 종래와 동일하게 이루어진다.

상술한 제조 방법에 따른 전계방출형 냉음극장치의 제조 공정을 도 2 내지 도 4의 공정도를 참조하여 예를 들어 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시형태로서, 캐소드전극, 게이트전극 및 애노드전극으로 이루어지는 3극구조의 전계방출형 냉음극장치에 대한 제조 공정을 나타낸 공정도이다. 앞서 설명한 바와 같이, 소정의 전도성 금속 박막(21)을 마련하고, 상기 금속 박막(21)의 상면에 소정 두께로 절연물질을 도포하여 절연층(22)을 형성한다.

그리고, 상기 형성된 절연층(22)의 상부에 소정 형태로 패터닝된 마스크패턴 (23)을 형성한 후, 리소그래피(lithograph) 공법 등에 의하여 절연층(22) 및 금속 박막(21)을 동시에 에칭하여, 메쉬형태의 게이트전극(21a) 및 절연층(22a)을 형성한다. 이때, 상기 마스크 패턴(23)은 제거하여도 되나, 제거하지 않고 그대로 두는 것이 공정수를 감소시킬 수 있으며, 이때, 제거되지 않은 마스크 패턴(23)은 포토레지스터등의 절연성물질이므로, 그대로 절연층의 효과를 낼 수 있다.

이와 별도로, 유리재질의 기판(24)을 마련하여 그 상부에 에미터로 사용될 CNT를 포함하는 캐소드 전극(23)을 형성한다.

상기와 같이, 캐소드전극(25)이 형성된 기판(24)과, 상기 메쉬형태의 절연층(22a) 및 게이트전극(21a)이 각각의 공정을 통해 마련되면, 상기 형성된 절연층(22a)을 캐소드전극(23)의 상부에 부착한다.

이때, CNT는 상기 절연층(22a)을 부착하기 전에 캐소드전극(25)의 상부에 도포되어 있다. 이상과 달리, 앞서 종래와 유사하게, 기판(24)의 상부에 하지전극을 형성한 후, 상기 하지전극에 상기 절연층(22a)과 게이트전극(21a)을 접합시킨 다음, 노출되어 있는 하지전극의 상부에 다시 캐소드 전극(23)의 나머지 상부에만 CNT를 도포할 수도 있다. 그러나, 본 발명의 제조 방법에서는 절연층(22a) 및 게이트전극(21a)의 형성이 별도의 공정으로 형성되므로, 상기와 같이 캐소드전극(25)의 상부에 바로 절연층(22a)과 게이트전극(21a)을 형서하더라도, 캐소드전극(25)에 손상등의 문제가 발생하지 않는다.

이어서, 상기 캐소드전극(25)과 소정 간격 이격된 위치에 애노드전극(26)을 형성한다.

상기에서 절연층(22a)은 캐소드전극(25)과 게이트전극(21a)간의 통전을 저지하는 절연기능을 수행하는 것이고, 상기 마스크 패턴(23)은 보통 절연성의 포토레지스터로 이루어지므로, 상기 마스크 패턴(23)을 그대로 절연층(22a)으로 이용할 수 있게 된다.

다음으로, 도 3은 본 발명에 의한 제2 실시형태로서, 3극구조의 전계방출형 냉음극장치에 대한 제조 공정도이다.

상기 도 3을 참조하면, 앞서 제1실시형태와는 소정의 도전성 금속박막(31)상에 절연층을 형성하는 단계(100)에서, 상기 도전성 금속박막(31)의 상하면에 각각 제1,2절연층(32,33)을 형성한다는 점에 차이가 있으며, 그외, 마스크패턴(34)의 형성 및 에칭, 캐소드전극(36)의 형성, 애노드전극(37)의 형성 공정은 앞서 도 2에서 설명한 공정과 동일하게 이루어진다.

즉, 소정의 도전성 금속박막(31)의 상하면에 절연물질을 도포하여 소정 두께의 제1,2절연층(32,33)을 형성한다.

그리고, 상기 제1,2절연층(32,33)중 한쪽면(예를 들어, 제2절연층(32)의 상면)에 메쉬구조를 형성하기 위한 마스크패턴(34)을 형성한 후, 에칭 공정을 진행하 여, 상기 제1절연층(32), 금속박막(31), 제2절연층(33)을 동시에 에칭함으로서, 메쉬구조로 이루어진 제1절연층(32a), 게이트전극(31a), 제2절연층(33a)를 형성한다.

그리고 앞서와 마찬가지로, 소정의 기판(35) 상면에 CNT를 포함하는 캐소드전극(36)을 형성한다.

이때, 상기 제1절연층(32a)과 제2절연층(33a)중 하나는 캐소드전극(36)과 게이트전극(31a)의 사이에 통전을 저지하는 절연수단으로서 기능하게 되고, 다른 하나는 애노드전극(37)과 캐소드전극(34)간의 일정 간격을 유지하기 위한 스페이서(spacer)로서 기능한다.

이어서, 상기 제2절연층(33a)을 캐소드전극(36) 상에 접합시키고, 이어서 제1절연층(32a)의 상부에 애노드전극(37)을 형성시킨다.

따라서, 상기 실시형태에서는, 제2절연층(33a)은 게이트전극(31a)와 캐소드전극(36)의 통전기능을 수행하고, 제1절연층(32a)은 캐소드전극(36)과 애노드전극(37)간의 간격 유지를 위한 스페이서로 기능한다.

3극 구조의 냉음극장치에 있어서, 상기 애노드전극과 캐소드전극간의 일정 간격을 유지하기 위한 스페이서는 별도의 공정을 통해 구현될 수도 있다. 즉, 상기 도 2에서 보인 바와 같이, 금속박막의 일면에 절연층을 형성하고, 상기 절연층을 캐소드 전극 상에 부착한 후, 상기 게이트 전극의 상부에 유리등의 절연성 재질을 가지며 격자형태로 형성된 스페이서를 부착하는 방식으로 이루어질 수도 있다.

다음으로, 도 4는 본 발명의 제3실시형태로서, 4극구조의 전계방출형 냉음극장치의 제조 공정을 나타낸 공정도이다.

4극 구조의 전계방출형 냉음극장치는 애노드전극과 캐소드전극의 사이에 두개의 게이트전극을 구비하는 것으로서, 상기 2개의 게이트 전극을 형성하기 위하여, 먼저, 도전성의 제1금속박막(41)상에 제1절연층(42)을 형성하고, 상기 제1절연층(42)의 상부에 다시 전도성의 제2금속박막(43)을 형성한 후, 상기 제2금속박막(43)의 상부에 제2절연층(44)을 형성한다.

그리고, 상기 제2절연층(44)의 상부에 메쉬구조를 패터닝하기 위한 마스크패턴(45)을 형성한 후, 리소공법에 의하여 에칭하여, 메쉬구조를 갖는 제1게이트전극(41a), 제1절연층(42a), 제2게이트전극(43a), 제2절연층(44a)가 동시에 형성된다.

이어, 상기 제2절연층(44a)를 소정 기판(46)상에 형성된 캐소드전극(47)에 접합시킨다. 그리고 나서 캐소드전극(47)과 소정 간격이 유지되도록 애노드전극(48)을 형성한다.

상기에서 에칭된 제1절연층(42a)는 제1게이트전극(41a)와 제2게이트전극 (43a)간의 통전을 저지하고, 상기 제2절연층(44a)은 제2게이트전극(43a)과 캐소드전극(45)간의 통전을 저지한다.

이상의 실시형태에서, 메쉬구조를 형성하기 위한 마스크패턴(34,45)들은 앞서 제1실시형태에서와 마찬가지로, 제거되지 않고 그대로 절연층의 일부로 사용될 수 있다. 이 경우, 마스크패턴 제거 공정이 불필요해져 공정수의 감소효과를 얻을 수 있다.

상술한 바에 의하면, 본 발명은 전계방출형 냉음극장치의 제조 공정수를 감소시키면서 보다 간단한 공정에 의해서 냉음극장치의 전극구조를 형성할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims (7)

1. 도전성의 금속 박막에 절연물질을 도포하는 단계;

   상기 금속 박막 및 절연층을 에칭하여, 메쉬구조의 게이트전극과 절연층을 형성하는 단계;

   소정의 기판상에 캐소드 전극을 형성하는 단계; 및

   상기 캐소드 전극 상면에 메쉬구조의 상기 절연층과 게이트 전극을 부착하는 단계

   를 포함하여 이루어지는 전계 방출형 냉음극장치의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속박막에 절연물질을 도포하는 단계는

   상기 금속박막의 일면에 제1절연층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극장치의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 박막에 절연물질을 도포하는 단계는

   금속 박막의 양 평면상에 각각 제1,2절연층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극장치의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 박막에 절연물질을 도포하는 단계는

   제1 도전성 금속박막상에 제1절연층을 형성한 후, 상기 제1절연층의 상부에 제2 도전성 금속 박막을 형성하고, 상기 제2도전성 금속박막의 상부에 제2절연층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극장치의 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 메쉬구조의 게이트전극 및 절연층을 형성하는 단계는

   상기 도전성 금속박막 상에 형성된 절연층의 상부에 포토레지스트로 마스크 패턴을 형성하는 단계;

   상기 마스크 패턴에 의해 보호되는 부분을 제외한 나머지 부분을 에칭하는 단계로 이루어지며,

   상기 마스크 패턴은 제거하지 않는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극장치의 제조 방법.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 방법은

   상기 캐소드 전극에 절연층이 형성된 게이트전극을 부착한 후, 상기 게이트 전극의 상부에 절연물질로 이루어진 스페이서를 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극장치의 제조 방법.
7. 제 3 항에 있어서,

   상기 제1절연층과 제2절연층 중에서, 하나는 캐소드전극과 게이트전극 사이에 위치하고, 다른 하나는 상기 게이트전극과 애노드전극 사이에 위치하여 애노드전극과 캐소드전극간의 간격을 유지하는 스페이서가 되는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극장치의 제조 방법.

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