KR20070042835A

KR20070042835A - Manufacturing method of field emission device

Info

Publication number: KR20070042835A
Application number: KR1020050098842A
Authority: KR
Inventors: 손권희
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2007-04-24

Abstract

본 발명은 전계방출소자 제조 방법에 관한 것으로, 종래 전계방출 소자의 상판에 적용되는 블랙 매트릭스는 투명 애노드 전극 상부에 검은색 CrO층을 Cr과 O₂를 반응시키는 반응성 스퍼터링법으로 형성하고, 그 상부에 해당 CrO층을 보호하는 Cr층을 추가로 성막하여 형성하므로 공정이 복잡하고, 투과율과 반사율 및 이로 인한 콘트라스트 특성을 결정하는 상기 CrO층의 두께를 정밀하게 조절하기 어려운 문제점이 있었다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 ITO 애노드 전극 상부에 Cr층을 형성한 후 적절한 환경에서 열처리를 실시하여 상기 투명 애노드 전극과 상기 Cr층 사이에 CrO층이 형성되도록 하는 것으로 적절한 열처리 온도와 시간을 통해 상기 CrO층의 형성 두께를 정확히 조절할 수 있고, 한번의 Cr층 형성 공정과 열처리만으로 보호층을 가지는 블랙 매트릭스를 정밀하게 형성할 수 있도록 함으로써, 공정을 간소화하여 비용을 줄이고 수율을 높이며 정밀한 블랙 매트릭스층의 두께 조절을 통해 콘트라스트 성능을 최적화할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a field emission device, wherein a black matrix applied to the top plate of a conventional field emission device is formed by a reactive sputtering method in which a black CrO layer is reacted with Cr and O ₂ on an upper portion of a transparent anode electrode, Since the Cr layer is formed by additionally forming a Cr layer protecting the corresponding CrO layer, the process is complicated and it is difficult to precisely control the thickness of the CrO layer that determines the transmittance and reflectance and the resulting contrast characteristics. In order to solve the above problems, the present invention forms a Cr layer on the ITO anode electrode, and then performs heat treatment in an appropriate environment so that a CrO layer is formed between the transparent anode electrode and the Cr layer. The formation thickness of the CrO layer can be precisely controlled over time, and the black matrix having the protective layer can be precisely formed by only one Cr layer forming process and heat treatment, thereby simplifying the process, reducing costs, increasing yield, and precisely. Adjusting the thickness of the black matrix layer has an excellent effect of optimizing contrast performance.

Description

Method for manufacturing field emission device {MANUFACTURING METHOD OF FIELD EMISSION DEVICE}

도 1은 종래 노멀형 3전극 전계방출소자의 구조를 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional normal three-electrode field emission device.

도 2는 종래 전계방출소자 상판의 구조들을 보인 사시도.Figure 2 is a perspective view showing the structure of a conventional field emission element top plate.

도 3은 본 발명 일 실시예의 상판 구조를 보인 단면도.Figure 3 is a cross-sectional view showing a top plate structure of an embodiment of the present invention.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명 일 실시예의 제조 과정을 보인 수순 단면도.Figures 4a to 4c is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an embodiment of the present invention.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***

30: 투명 기판 31: 투명 애노드 전극30 transparent substrate 31 transparent anode electrode

32: 크롬층 33: 산화크롬 블랙 매트릭스층32: chromium layer 33: chromium oxide black matrix layer

본 발명은 전계방출소자 제조 방법에 관한 것으로, 특히 상판 애노드 전극 상부에 형성되는 블랙 매트릭스를 산화크롬을 직접 성막하는 것이 아닌 크롬을 성막한 후 이를 질소 분위기에서 산화시켜 애노드 전극과 크롬층 사이에 블랙 매트릭스 역할을 하는 산화크롬이 형성되도록 한 전계방출소자 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a field emission device, and in particular, the black matrix formed on the upper anode electrode is not deposited directly on the chromium oxide, but chromium is deposited and then oxidized in a nitrogen atmosphere to form a black layer between the anode electrode and the chromium layer. The present invention relates to a method for manufacturing a field emission device for forming chromium oxide serving as a matrix.

정보통신 기술의 급속한 발달과 다양화되는 정보의 시각화 요구에 따라 전자 디스플레이의 수요는 더욱 증가하고, 요구되는 디스플레이의 모습 또한 다양해 지 고 있다. 그 예로 휴대형 정보기기와 같이 이동성이 강조되는 환경에서는 무게, 부피 및 소비전력이 작은 디스플레이가 요구되며, 대중을 위한 정보 전달매체로 사용되는 경우에는 시야각이 넓은 대화면의 디스플레이 특성이 요구된다. 또한, 이와 같은 요구를 만족시켜 나가기 위해 전자 디스플레이는 대형화, 저가격화, 고성능화, 고정세화, 박형화, 경량화 등의 조건이 필수적이어서, 기존의 CRT를 대체할 수 있는 가볍고 얇은 평판 디스플레이 장치의 개발이 절실히 필요하게 되었다. 이러한 다양한 표시 소자의 요구에 따라 최근에는 전계방출(field emission)을 이용한 소자가 디스플레이 분야에 적용되면서, 크기 및 전력 소모를 감소시키면서도 높은 해상도를 제공할 수 있는 박막 디스플레이의 개발이 활발해지고 있다.Due to the rapid development of information and communication technology and the demand for the visualization of diversified information, the demand for electronic displays is increasing and the appearance of the required displays is also diversified. For example, in an environment where mobility is emphasized such as a portable information device, a display having a small weight, volume, and power consumption is required, and when used as an information transmission medium for the public, display characteristics of a large viewing angle are required. In addition, in order to satisfy such demands, electronic displays require conditions such as large size, low price, high performance, high definition, thinness, and light weight, and thus, development of a light and thin flat panel display device that can replace the existing CRT is urgently needed. It became necessary. Recently, as the needs of various display devices have been applied to display fields, devices using field emission have been actively developed for thin film displays that can provide high resolution while reducing size and power consumption.

상기 전계방출소자는 현재 개발 혹은 양산중인 평판 디스플레이들(LCD와 PDP, VFD등)의 단점을 모두 극복한 차세대 정보 통신용 평판 디스플레이로 주목을 받고 있다. 전계방출소자 디스플레이는 전극 구조가 간단하고, CRT와 같은 원리로 고속동작이 가능하며, 무한대의 칼라, 무한대의 그레이 스케일, 높은 휘도, 높은 비디오(video rate) 속도 등 디스플레이가 가져야 할 장점들을 고루 갖추고 있다. The field emission device is attracting attention as a next-generation flat panel display for overcoming all the disadvantages of flat panel displays (LCD, PDP, VFD, etc.) currently being developed or produced. The field emitter display has a simple electrode structure, high-speed operation based on the same principle as the CRT, and has the advantages that the display must have such as infinite color, infinite gray scale, high brightness, and high video rate. have.

전계방출 표시소자는 진공 속의 금속 또는 도체 표면(에미터)상에 고전계가 인가될 때 전자들이 금속 또는 도체로부터 진공 밖으로 나오는 양자역학적 터널링 현상을 이용한 것이다. 이 때 소자는 파울러-노드하임(Fowler-Nordheim) 법칙에 의하여 전류-전압 특성을 나타내게 된다. 전계방출 표시소자는 전자 방출 원인 에미터와 방출된 전자가 충돌하여 발광하는 애노드 부, 상하판 사이를 지지하는 스패이서, 그리고 진공기밀을 유지하기 위한 실링부 등으로 구성되어 있다. The field emission display device uses a quantum mechanical tunneling phenomenon in which electrons come out of the vacuum from the metal or conductor when a high field is applied to the metal or conductor surface (emitter) in the vacuum. At this time, the device exhibits the current-voltage characteristic according to the Fowler-Nordheim law. The field emission display device is composed of an anode portion which emits an electron emission source and the emitted electrons collide with each other to emit light, a spacer that supports the upper and lower plates, and a sealing portion for maintaining a vacuum tightness.

상기 에미터는 금속을 침형으로 형성한 마이크로팁형(spindt형)이나 탄소계 전자방출원을 성장 혹은 페이스트 도포 형식으로 적용하는 탄소계 전자방출형이 주로 사용되는데, 최근에는 비교적 낮은 진공도에서 전자방출특성이 우수한 탄소 나노튜브 전자방출원의 사용이 두드러지고 있다. The emitter is mainly used as a micro-tip type (spindt type) formed of a metal needle shape or a carbon-based electron emission type to apply a carbon-based electron emission source in the form of growth or paste coating, the electron emission characteristics at a relatively low vacuum recently The use of good carbon nanotube electron emission sources is prominent.

이와같은 탄소 나노튜브는 작은 직경(약, 1.0∼ 수십[nm])을 갖기 때문에 종래의 마이크로팁형(spindt형) 전계방출 팁에 비해 전계강화효과(field enhancement factor)가 상당히 우수하여 전자방출이 낮은 임계 전계(turn-on field, 약 1∼5[V/㎛])에서 이루어질 수 있게 되므로, 전력손실 및 생산단가를 줄일 수 있는 장점이 있다. Since such carbon nanotubes have a small diameter (about 1.0 to several tens of nm), the field enhancement factor is considerably superior to conventional microtip type spin-emitting field emission tips, resulting in low electron emission. Since it can be made in a critical field (turn-on field, about 1 to 5 [V / μm]), there is an advantage that can reduce the power loss and production cost.

이러한 탄소 나노튜브는 캐소드 전극 상에 페이스트 상태로 스크린 프린팅되어 형성되거나 화학 기상 증착 방법으로 성장시키는 방법으로 형성될 수 있는데, 최근에는 속도가 느린 성장법 대신 대량 생산이 용이하고 공정이 빠르도록 탄소 나노튜브 분말을 페이스트 형태로 인쇄하거나, 해당 페이스트에 감광성 특성을 부여하여 배면 노광 방식으로 노광하는 방식을 사용하는 것이 일반화되고 있다.Such carbon nanotubes may be formed by screen printing in the form of paste on the cathode or grown by chemical vapor deposition. In recent years, carbon nanotubes are easy to mass-produce and process fast instead of slow growth. It is common to use a method in which the tube powder is printed in the form of a paste, or the photosensitive property is imparted to the paste to be exposed by the back exposure method.

종래 전계방출소자의 구조를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The structure of the conventional field emission device will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래의 탄소 나노튜브를 에미터로 이용한 전계방출소자의 3전극 구조들 중 대표적인 노멀 게이트 구조(normal gate)로서, 도시한 바와 같이 기판(1) 상부에 캐소드 전극(2), 절연층(3), 게이트 전극(4)을 형성한 후 사진 식각 공정을 통해 상기 게이트 전극(4)과 절연층(3)을 식각하여 관통홀을 형성한 다음 노출된 캐소드 전극(2) 상부에 탄소 나노튜브(5)를 형성하여 하판을 제조한다. 그리고, 상판 투명 기판(11)에 애노드 전극(12)을 형성하고 그 상부의 각 셀 영역에 형광체(13)를 형성하는 것으로 상판을 제조한 후 이들 사이를 스페이서 혹은 격벽(6)으로 지지시켜 대향 배치한다. 상기 게이트 전극(4)과 캐소드 전극(2)에 전압이 인가되면, 상기 탄소 나노튜브(5) 에미터에서 전자가 방출되며, 이는 상기 고전압이 인가된 애노드 전극(12)의 높은 전계에 이끌려 상판 쪽으로 가속된 후 형광체(13)와 충돌함으로써, 상기 형광체(13)를 여기시켜 발광이 이루어지게 된다.FIG. 1 is a representative normal gate structure of a three-electrode structure of a field emission device using a conventional carbon nanotube as an emitter. As shown in FIG. 1, the cathode electrode 2 and the insulating layer are formed on the substrate 1. (3), the gate electrode 4 is formed, and then the gate electrode 4 and the insulating layer 3 are etched through a photolithography process to form through holes, and then carbon nanoparticles are exposed on the exposed cathode electrode 2. A tube 5 is formed to produce a lower plate. The anode is formed on the upper transparent substrate 11, and the phosphor 13 is formed on each cell region above the upper plate. Thus, the upper plate is manufactured and supported by spacers or partitions 6 therebetween. To place. When voltage is applied to the gate electrode 4 and the cathode electrode 2, electrons are emitted from the carbon nanotube 5 emitter, which is attracted by the high electric field of the anode electrode 12 to which the high voltage is applied. By accelerating toward and colliding with the phosphor 13, the phosphor 13 is excited to emit light.

이러한 노멀 구조는 그 제조가 복잡하기는 하지만, 애노드 전극(12)의 고전계에 의해 소자가 선택되지 않은 경우에도 에미터(5)가 전자를 방출하는 오발광에 대한 내성이 가장 높은 구조라는 특징이 있어 다양한 제조 기법들이 개발되면서 많은 관심을 받고 있는 구조이다. Although the fabrication of such a normal structure is complicated, the structure of the emitter 5 has the highest resistance to mis-emitting light emitted by the emitter even when the device is not selected by the high field of the anode electrode 12. This is a structure that is receiving a lot of attention as a variety of manufacturing techniques are developed.

이러한 노멀 구조 외에 보다 공정을 간소화한 평면형 구조(사이드 게이트, 언더 게이트 형태의 다양한 구조들;언더게이트 구조, 카운터전극 언더게이트 구조, 코플래너 구조 등)들도 제안되고 있으나, 이들 각각의 구조는 공정을 더 용이하게하거나 배선 연결을 더 용이하게 하는 식으로 각각 독특한 장점들을 가지고 있으나, 애노드 고전계에 에미터가 그대로 노출되는 공통점이 있으므로 오발광이 발생하기 쉬워 최근에는 이러한 구조들을 보완한 새로운 구조들이 제안되고 있는 실정이다.In addition to the normal structure, planar structures (side gates, under gates, various structures in the form of undergates; undergate structures, counter electrode undergate structures, coplanar structures, etc.) are also proposed. Each has its own unique advantages, such as to make it easier or to make wiring easier. However, since the emitter is exposed to the anode high field as it is, it is prone to mis-luminescence. It is being proposed.

상기 예로든 소자 구조들은 그 성능을 향상시키고, 누설 전류를 줄이고, 오발광을 줄이고, 구동 전압을 낮추고, 공정을 용이하게 하고, 휘도를 높이는 등의 다양한 목적에 부합할 수 있도록 다각도로 연구가 되고 있으나, 대부분의 경우 하판의 구조를 변경하는 것에 국한되어 있다. The above-mentioned device structures are studied in various angles to meet various purposes such as improving their performance, reducing leakage current, reducing erroneous emission, lowering driving voltage, facilitating the process, and increasing luminance. However, in most cases it is limited to changing the structure of the bottom plate.

상기 예로든 소자 구조들은 모두 기본적인 상판 구조를 이용하고 있는데, 도시된 바와 같이 투명한 상판 기판(11) 상에 투명한 애노드 전극(12)을 형성한 후 셀 영역에 형광체(13)를 형성한 기본 구조에서 크게 벗어나지 않는 구조를 이용하고 있다.All the above-described device structures use a basic top structure, and as shown in the basic structure in which the phosphor 13 is formed in the cell region after the transparent anode electrode 12 is formed on the transparent top substrate 11. It uses a structure that does not deviate significantly.

도 2는 종래 일반적으로 사용되고 있는 전계방출소자의 상판 전극 구조를 보인 사시도로서, 도시한 바와 같이, 기판상의 일부 영역에 투명 전극물질로 애노드 전극(20)이 형성되며, 상기 애노드 전극(20) 상부에 각 셀 영역에 맞추어 적절한 형광체(22)가 형성되어 있다. 도 2a는 컬러 표시 성능을 높이기 위해 색상을 분산 배치한 경우이고, 도 2b는 색상을 분산하지 않고, 라인별로 색상을 유지하는 경우이다.FIG. 2 is a perspective view showing a top electrode structure of a field emission device that is generally used. As shown in the drawing, an anode electrode 20 is formed of a transparent electrode material on a portion of a substrate, and an upper portion of the anode electrode 20 is shown. An appropriate phosphor 22 is formed in each cell region. FIG. 2A illustrates a case in which colors are distributed in order to increase color display performance, and FIG. 2B illustrates a case in which colors are maintained for each line without distributing colors.

각각의 경우에서, 복수의 셀 영역에 하나의 애노드 전극(20)이 배치되고(하나의 패널에 복수의 애노드 전극이 구성됨), 해당 애노드 전극(20)이 담당하는 셀 영역에 맞추어 형광체(22)가 형성되며, 상기 형광체(22)가 형성되지 않는 영역은 블랙매트릭스(21)가 형성되어 빛의 혼색을 방지하며 외부 광의 반사를 억제하고 있다.In each case, one anode electrode 20 is arranged in a plurality of cell regions (a plurality of anode electrodes are formed in one panel), and the phosphor 22 is adapted to the cell region in which the anode electrode 20 is in charge. Is formed, and the black matrix 21 is formed in the region where the phosphor 22 is not formed to prevent color mixing of light and to suppress reflection of external light.

이러한 블랙매트릭스는 칼라 음극선관(CRT) 및 이와 유사한 디스플레이 소자의 각 형광체 사이에 외광 흡수 및 인접한 형광체의 산란광 흡수를 목적으로 형성되던 것으로, 초기 칼라 음극선관(CRT)에서는 주로 그라파이트를 주 성분으로 하는 슬러리를 도포하고 포토공정으로 패터닝하는 방식을 이용하였는데, 박막공정이 주를 이루는 최근의 디스플레이 소자에는 적용이 어려운 방식이었다.These black matrices were formed for the purpose of absorbing external light and scattered light of adjacent phosphors between respective phosphors of a color cathode ray tube (CRT) and a similar display device. The slurry was applied and patterned by a photo process, but it was difficult to apply to a recent display device mainly made of a thin film process.

그 후, 스퍼터링 방법으로 패널 내부면에 블랙 매트릭스를 적층하는 방식이 제안되었으나, 이는 외광에 대한 반사율이 매우 높아 화면의 휘도와 콘트라스트 성능을 크게 저하시키는 요소가 되었다.Subsequently, a method of stacking a black matrix on the inner surface of the panel by a sputtering method has been proposed. However, since the reflectance of external light is very high, the screen brightness and contrast performance are greatly reduced.

그 이후, 검은색 CrO와 이를 보호하는 Cr의 적층인 CrO/Cr을 이용한 블랙 매트릭스를 증착하는 방법이 제안되었으며, 상기 설명한 전계방출 소자 디스플레이 패널에도 이러한 CrO/Cr을 블랙매트릭스를 주로 사용하게 되었다.Since then, a method of depositing a black matrix using CrO / Cr, which is a stack of black CrO and Cr protecting it, has been proposed, and the CrO / Cr is mainly used as a black matrix for the field emission device display panel described above.

상기 CrO/Cr을 이용한 블랙 매트릭스층의 제조 과정은 기판 상에 투명 전극을 형성한 후, 그 상부에 Cr과 O₂를 적절한 비율로 제공하면서 반응성 스퍼터링 방식으로 CrO층을 형성한다. 상기 CrO층은 블랙 매트릭스로 사용할 수 있도록 검은 빛을 띄게 되지만, 쉽게 훼손될 수 있을 정도로 물리적 강도가 약해 노출시켜 사용할 수는 없다. 따라서, 그 상부에 Cr층을 더 형성하여 블랙 매트릭스를 완성하는 방식을 이용한다. In the process of manufacturing the black matrix layer using the CrO / Cr, after forming a transparent electrode on the substrate, to form a CrO layer by a reactive sputtering method while providing a suitable ratio of Cr and O ₂ on the top. The CrO layer has a black color to be used as a black matrix, but the physical strength is weak enough to be easily damaged so that it cannot be exposed and used. Therefore, a method of forming a black matrix by further forming a Cr layer thereon is used.

비록 상기 CrO/Cr로 이루어진 블랙 매트릭스를 형성하는 방법이 종래의 후막 공정이나 패널 내부에 블랙 매트릭스 물질을 적층하는 방식에 비해 용이하게 형성 가능하지만, CrO를 정확한 비율로 형성한 후 이를 유지하면서 Cr을 더 형성하는 것은 그리 쉬운 공정이 아니라는데 문제가 있다. 즉, CrO의 두께에 따라 투과율 및 그에 반비례하는 콘트라스트 성능이 가변되므로 원하는 CrO 두께를 정밀하게 형성 해야 한다.Although the method of forming the black matrix made of CrO / Cr can be formed more easily than the conventional thick film process or the method of stacking the black matrix material inside the panel, Cr is formed while maintaining the CrO at the correct ratio. There is a problem that forming more is not an easy process. That is, since the transmittance and contrast performance inversely vary depending on the thickness of CrO, the desired CrO thickness must be precisely formed.

하지만, 각각 개별적인 공정을 통해 CrO층과, Cr층을 별도로 형성하면서 정확한 두께로 CrO층을 형성하기 위해서는 공정 조건이 어렵고 환경이나 장비의 제한이 발생하여 비용이 증가하는 문제점이 있었다. However, in order to form a CrO layer with an accurate thickness while forming a CrO layer and a Cr layer separately through separate processes, process conditions are difficult and environmental or equipment limitations occur, thereby increasing costs.

상기한 바와 같이 종래 전계방출 소자의 상판에 적용되는 블랙 매트릭스는 투명 애노드 전극 상부에 검은색 CrO층을 Cr과 O₂를 반응시키는 반응성 스퍼터링법으로 형성하고, 그 상부에 해당 CrO층을 보호하는 Cr층을 추가로 성막하여 형성하므로 공정이 복잡하고, 투과율과 반사율 및 이로 인한 콘트라스트 특성을 결정하는 상기 CrO층의 두께를 정밀하게 조절하기 어려운 문제점이 있었다.As described above, the black matrix applied to the top plate of the field emission device is formed by a reactive sputtering method in which a black CrO layer is reacted with Cr and O ₂ on the transparent anode electrode, and Cr is protected on the upper portion of the CrO layer. Since the layer is formed by further film formation, the process is complicated and it is difficult to precisely control the thickness of the CrO layer which determines the transmittance and reflectance and the resulting contrast characteristics.

상기한 바와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 투명 애노드 전극 상부에 Cr층을 형성한 후 적절한 환경에서 열처리하여 상기 투명 애노드 전극과 상기 Cr층 사이에 CrO층이 형성되도록 하는 것으로 적절한 열처리 온도와 시간을 통해 상기 CrO층의 형성 두께를 정확히 조절할 수 있고, 한번의 Cr층 형성 공정과 열처리만으로 보호층을 가지는 블랙 매트릭스를 정밀하게 형성할 수 있도록 한 전계방출소자 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention for solving the conventional problems as described above, by forming a Cr layer on top of the transparent anode electrode, and then heat treatment in a suitable environment to form a CrO layer between the transparent anode electrode and the Cr layer is appropriate heat treatment The purpose of the present invention is to provide a method for manufacturing a field emission device capable of precisely controlling the formation thickness of the CrO layer through temperature and time, and precisely forming a black matrix having a protective layer by only one Cr layer formation process and heat treatment. There is this.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 투명 기판 상에 투명 애노드 전극을 형성하는 단계와; 상기 애노드 전극 상부에 크롬층을 형성하는 단계 와; 상기 구조물을 열처리하여 상기 애노드 전극과 상기 크롬층 사이에 산화 크롬층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the object as described above, the present invention comprises the steps of forming a transparent anode electrode on a transparent substrate; Forming a chromium layer on the anode; And heat-treating the structure to form a chromium oxide layer between the anode electrode and the chromium layer.

상기 구조물을 열처리하여 산화 크롬층을 형성하는 단계에서 상기 열처리는 400℃ 이상의 온도에서 30분~60분 정도 실시하는 것을 특징으로 한다. In the step of forming the chromium oxide layer by heat treatment of the structure, the heat treatment is characterized in that for 30 minutes to 60 minutes at a temperature of 400 ℃ or more.

상기 구조물을 열처리하여 산화 크롬층을 형성하는 단계에서, 상기 열처리 는 N₂ 분위기에서 실시되는 것을 특징으로 한다.In the step of forming the chromium oxide layer by heat treatment of the structure, the heat treatment is characterized in that carried out in an N ₂ atmosphere.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면들을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Embodiments of the present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명 일 실시예의 구조를 보인 단면도로서, 도시한 바와 같이 투명한 상판 기판(30) 상부에 투명한 애노드 전극(ITO)(31)이 형성되고, 그 상부에 블랙 매트릭스로 기능하는 CrO층(33)이 위치하며, 그 상부에 상기 CrO층(33)을 보호하면서 애노드 전극의 역할도 할 수 있는 Cr층(32)이 형성된 구조이다. 3 is a cross-sectional view showing a structure of an embodiment of the present invention, and as shown, a transparent anode electrode (ITO) 31 is formed on the transparent upper substrate 30, and a CrO layer functioning as a black matrix thereon ( 33) is positioned, and the Cr layer 32 is formed on the upper portion of the Cr layer 32 to serve as an anode electrode while protecting the CrO layer 33.

상기 구조는 종래의 블랙 매트릭스 구조와 유사하지만, 상기 구조를 형성하기 위해 상기 CrO층(33)을 별도로 성막하지 않았다는 것에 본 발명의 특징이 있는 것이다. 즉, 본 발명은 투과율, 반사율 및 이들로 인해 얻어지는 콘트라스트 특성을 결정하는 CrO층(33)을 별도로 성막하지 않고, 그 상부에 위치하는 Cr층(32)을 투명 애노드 전극(31) 상에 직접 성막한 후 열처리하는 것으로 상기 CrO층(33)을 생성하는 방식을 이용하기 때문에 열처리 온도나 시간을 적절히 조절하는 것으로 상기 CrO층(33)의 생성 두께를 정밀하게 조절할 수 있으며, 성막 공정을 1번만 적 용하도록 하여 공정 용이성을 극대화 시키도록 한 것이다. The structure is similar to the conventional black matrix structure, but it is a feature of the present invention that the CrO layer 33 is not formed separately to form the structure. That is, the present invention does not separately form a CrO layer 33 which determines the transmittance, reflectance and the resulting contrast characteristics, and directly deposits the Cr layer 32 positioned on the transparent anode electrode 31 directly on the transparent anode electrode 31. Since the CrO layer 33 is formed by heat treatment after the heat treatment, the thickness of the CrO layer 33 can be precisely controlled by appropriately adjusting the heat treatment temperature or time. It is to maximize the process ease.

도 4a 내지 도 4c는 상기 도 3의 구조를 형성하기 위한 제조 과정을 보인 수순 단면도들로서, 이들을 통해 본 발명의 특징 및 이를 실현하기 위한 구체적인 공정 조건들을 제시하도록 한다.4A through 4C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process for forming the structure of FIG. 3, through which characteristics of the present invention and specific process conditions for realizing the same are shown.

먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이 투명 기판(30) 상부에 차례로 투명 애노드 전극(31) 및 Cr층(32)을 형성한다. 상기 투명 애노드 전극(31)을 통상적으로 사용되는 ITO가 적합하고, 그 두께는 약 0.1~0.2㎛ 정도가 적당하며, 더욱 적당한 두께는 0.12~0.15㎛ 정도인 것이 전류 흐름과 투과율을 감안했을 때 적합하다. 그리고, 상기 Cr층(32)은 0.2~0.4㎛ 정도가 적당하며, 더욱 적당한 두께는 0.25~0.33㎛ 정도인 것이 이후 형성될 CrO층을 감안하여 바람직하다.First, as shown in FIG. 4A, the transparent anode electrode 31 and the Cr layer 32 are sequentially formed on the transparent substrate 30. ITO, which is commonly used for the transparent anode electrode 31, is suitable, and its thickness is suitably about 0.1 to 0.2 µm, and more suitable thickness is about 0.12 to 0.15 µm, which is suitable in view of the current flow and transmittance. Do. The Cr layer 32 is preferably about 0.2 to 0.4 µm, and more preferably about 0.25 to 0.33 µm in view of the CrO layer to be formed thereafter.

그리고, 도 4b에 도시한 바와 같이 상기 구조물 전면에 포토레지스트 패턴(PR)을 형성한 후 상기 패턴을 마스크로 노출된 영역의 Cr층(32)을 습식 식각으로 제거하고, 다시 노출된 애노드 전극(31)을 ITO 식각액을 이용하여 식각한다. 이 경우, 상기 Cr층(32)의 형태가 애노드 전극(31)의 형태가 될 수 있는데, 이는 상기 Cr층(32)이 셀의 전면에 형성되도록 하여 이후 형성될 CrO층의 블랙층이 블랙 매트릭스의 역할과 함께 블랙 코팅의 역할도 동시에 수행할 수 있도록 한 경우이며, 각 셀 영역에 맞추어 이후 형성될 형광체에 의해 셀 영역 및 블랙 매트릭스 영역이 구분되게 된다. 따라서, 이 경우, 추후 형성할 CrO층의 두께가 매우 중요해지는데, 적절한 블랙 매트릭스 고유의 기능(인접 형광체의 산란광을 흡수하고, 외부 광을 흡수하여 콘트라스트 특성을 향상시키는 것)과 블랙 코팅의 기능(셀 영역에 대한 외부 광을 흡수하여 고유한 형광체 색상을 사용자에게 선명하게 제공하는 것)을 동시에 수행해야 하므로 투과성을 너무 낮출 정도로 CrO층을 두껍게 형성하지 않으면서 적절한 외란광이나 인접 형광체의 산란광을 흡수할 수 있을 정도의 흡광 특성을 가지도록 CrO층 두께를 유지해야 한다. As shown in FIG. 4B, after the photoresist pattern PR is formed on the entire surface of the structure, the Cr layer 32 of the region exposed by the pattern is removed by wet etching, and the exposed anode electrode ( Etch 31) using ITO etchant. In this case, the shape of the Cr layer 32 may be the shape of the anode electrode 31, which causes the Cr layer 32 to be formed on the front of the cell so that the black layer of the CrO layer to be formed later is a black matrix. In this case, the black coating may be simultaneously performed, and the cell region and the black matrix region may be distinguished by phosphors to be formed later according to each cell region. Therefore, in this case, the thickness of the CrO layer to be formed later becomes very important, which is intrinsic to the proper black matrix function (absorption of scattered light of adjacent phosphors and absorption of external light to improve contrast characteristics) and the function of black coating ( Absorbing external light to the cell area to provide a unique phosphor color to the user at the same time), thus absorbing appropriate disturbance light or scattered light from adjacent phosphors without forming a thick CrO layer that is too low in transparency. The thickness of the CrO layer must be maintained to have absorbance properties that can be achieved.

하지만, 상기 애노드 전극(31)을 먼저 패터닝하여 전극 형태를 형성하고, 그 상부에 Cr층(32)을 성막한 후 이를 블랙 매트릭스 형태에 맞추어(셀 영역을 둘러싸는 격자 모양) 패터닝하는 방법을 이용할 수도 있다는데 주의한다. However, the anode electrode 31 is first patterned to form an electrode shape, and then a Cr layer 32 is formed on the upper portion thereof, and then the pattern is matched with a black matrix (lattice shape surrounding the cell region). Note that it may be.

그리고, 도 4c에 도시한 바와 같이 상기 구조물을 열처리하여 상기 애노드 전극(31)과 Cr층(32) 사이에 열산화 반응으로 CrO층(33)을 형성한다. 상기 열처리는 대기 상태나 질소 분위기에서 실시될 수 있는데, 일반적인 대기 상태에서 열처리가 실시되면 상기 Cr층(32)의 노출 표면이 심하게 산화되어 물리적으로 취약해지며 색상도 검게 변하게 되므로 CrO 층이 상기 Cr층(32)의 양면에 형성되게 된다. 따라서, 질소 분위기에서 열처리를 실시하는 것이 바람직한데, 이 경우에는 상기 Cr층(32)의 노출 표면은 산화되지 않으면서 상기 ITO 애노드 전극(31)에 포함된 산소 성분에 의해 상기 ITO 전극(31)과 접한 Cr층(32)이 산화되어 CrO층(32)이 해당 부분에만 형성되게 된다. 다른 방법으로 상기 Cr층(32) 상부에 별도의 CrN막을 더 형성하는 경우라면 대기 중에서의 열처리도 가능하지만, 이는 별도의 적층 공정이 더 추가되어야 하므로 바람직하지 않다.As shown in FIG. 4C, the structure is heat-treated to form a CrO layer 33 by a thermal oxidation reaction between the anode electrode 31 and the Cr layer 32. The heat treatment may be performed in an atmospheric state or a nitrogen atmosphere. When the heat treatment is performed in a general atmospheric state, the exposed surface of the Cr layer 32 is severely oxidized to become physically vulnerable, and the color is also changed to black. It will be formed on both sides of the layer (32). Therefore, it is preferable to perform heat treatment in a nitrogen atmosphere. In this case, the exposed surface of the Cr layer 32 is not oxidized and the ITO electrode 31 is formed by the oxygen component contained in the ITO anode electrode 31. The Cr layer 32 in contact with the oxide is oxidized so that the CrO layer 32 is formed only in the corresponding portion. Alternatively, if a separate CrN film is further formed on the Cr layer 32, heat treatment in the air may be possible, but this is not preferable because a separate lamination process must be added.

상기 열처리 온도는 450℃ 이상의 온도가 바람직하며, 그 이하의 온도에서는 ITO 애노드 전극(31)과 Cr층(32) 사이에 CrO층(33)이 충분히 형성되지 않는다. 450 ℃ 이상의 온도로 열처리를 실시하는 경우, 약 30~60분 범위로 실시하는 것이 바람직하다.The heat treatment temperature is preferably 450 ° C. or higher, and the CrO layer 33 is not sufficiently formed between the ITO anode electrode 31 and the Cr layer 32 at a temperature below that. When heat-processing at the temperature of 450 degreeC or more, it is preferable to carry out in about 30 to 60 minutes.

실제, 상기와 같은 방법을 통해 ITO 애노드 전극(31) 상에 Cr층(32)을 각각 0.12~0.15㎛, 0.25~0.33㎛ 두께로 형성하고, N2 분위기에서 450℃로 30~60분 정도 열처리한 결과 반사율이 7%정도로 측정되었다. 이는 종래의 냉음극관(CRT)에 적용되어 사용되는 블랙매트릭스를 이용한 경우와 유사한 성능으로, 본 발명과 같이 간단한 공정만으로 원하는 성능을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.Indeed, Cr layers 32 were formed on the ITO anode electrode 31 in a thickness of 0.12 to 0.15 µm and 0.25 to 0.33 µm, respectively, by heat treatment at 450 ° C. for 30 to 60 minutes in an N 2 atmosphere. The reflectance was measured to be about 7%. This is similar to the case of using a black matrix applied to the conventional cold cathode tube (CRT), it was confirmed that the desired performance can be obtained only by a simple process as in the present invention.

상기한 바와 같은 본 발명 전계방출소자 제조 방법은 ITO 애노드 전극 상부에 Cr층을 형성한 후 적절한 환경에서 열처리를 실시하여 상기 투명 애노드 전극과 상기 Cr층 사이에 CrO층이 형성되도록 하는 것으로 적절한 열처리 온도와 시간을 통해 상기 CrO층의 형성 두께를 정확히 조절할 수 있고, 한번의 Cr층 형성 공정과 열처리만으로 보호층을 가지는 블랙 매트릭스를 정밀하게 형성할 수 있도록 함으로써, 공정을 간소화하여 비용을 줄이고 수율을 높이며 정밀한 블랙 매트릭스층의 두께 조절을 통해 콘트라스트 성능을 최적화할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.In the method of manufacturing the field emission device of the present invention as described above, a Cr layer is formed on an ITO anode electrode and then heat treated in an appropriate environment so that a CrO layer is formed between the transparent anode electrode and the Cr layer. By precisely controlling the formation thickness of the CrO layer through and time, and by precisely forming a black matrix having a protective layer by only one Cr layer forming process and heat treatment, the process is simplified to reduce costs and increase yield. The precise black matrix layer thickness control provides an excellent effect of optimizing contrast performance.

Claims

Forming a transparent anode electrode on the transparent substrate;

Forming a chromium layer on the anode electrode;

Heat-treating the structure to form a chromium oxide layer between the anode electrode and the chromium layer.

The method of claim 1, wherein the forming of the transparent anode electrode comprises forming ITO to a thickness of 0.1 to 0.2 μm.

The method of claim 1, wherein the forming of the chromium layer comprises vacuum depositing the chromium layer to a thickness of 0.2 μm to 0.4 μm.

The method of claim 1, wherein the forming of the chromium layer further comprises forming the chromium layer and then patterning the chromium layer to form a black matrix pattern.

The method of claim 1, wherein the forming of the anode electrode comprises simply forming an anode electrode material without patterning. The forming of the chromium layer includes forming a chromium layer and then forming a chromium layer and a transparent anode electrode in the same mask. The method of manufacturing a field emission device further comprising the step of patterning together.

The method of claim 1, wherein the heat treatment temperature is 400 ° C. or more in the step of forming the chromium oxide layer by heat treating the structure.

The method of claim 6, wherein the heat treatment time is in a range of 30 minutes to 60 minutes.

The method of claim 1, wherein the heat treatment is performed to form a chromium oxide layer, wherein the heat treatment is performed in an N ₂ atmosphere.