KR0154562B1

KR0154562B1 - Method of manufacturing field emitter having diamond-type carbon tip for field emission display

Info

Publication number: KR0154562B1
Application number: KR1019940040620A
Authority: KR
Inventors: 최정옥; 김한; 정효수
Original assignee: 김준성; 사단법인고등기술연구원 연구조합
Priority date: 1994-12-31
Filing date: 1994-12-31
Publication date: 1998-10-15
Also published as: KR960025987A

Abstract

전계방출형 디스플레이용 다이아몬드형 탄소팁을 가진 필드에미터 제조방법이 개시된다. 다이아몬드형 박막을 이용한 전계방출형 디스플레이의 구동전압을 낮추기 위하여 습식식각법으로 다이아몬드형 탄소박막을 팁의 형태로 제조함과 동시에 트라이오드 구조로 형성함으로써, 디스플레이의 구동전압을 낮출 수 있다.Disclosed is a field emitter manufacturing method having a diamond shaped carbon tip for a field emission display. In order to reduce the driving voltage of the field emission display using the diamond-like thin film, the diamond-like carbon thin film is manufactured in the form of a tip by a wet etching method and formed in a triode structure, thereby lowering the driving voltage of the display.

Description

전계방출형 디스플레이용 다이아몬드형 탄소팁을 가진 필드에미터 제조방법Method for manufacturing field emitters with diamond-shaped carbon tips for field emission displays

본 발명은 전계방출형 디스플레이의 필드에미터 제조방법에 관한 것으로, 특히, 습식 식각법에 의한 전계방출형 디스플레이용 다이아몬드형 탄소팁을 가진 필드에미터제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a field emitter manufacturing method of a field emission display, and more particularly, to a field emitter manufacturing method having a diamond type carbon tip for field emission display by a wet etching method.

종래의 다이아몬드형 탄소 필드에미터를 이용한 전계방출형 디스플레이는 팁의 형태가 아닌 편평한 박막 형태이며 트라이오드 대신에 다이오드 구조를 선택하여 사용하였다. 이는 다이아몬드형가 전자 부친화력(Negative Electron Affinity)이라는 성질을 가짐으로 인하여 금속이나 실리콘 등의 필드에미터용 재료보다 전자가 방출되는 문턱전압(threshold voltage)이 약 50배 정도 낮고 전류밀도도 큰 관계로 박막 형태와 다이오드 구조가 가능하기 때문이다. 다이아몬드형 탄소 다이오드 구조를 가진 전계방출형 디스플레이는 픽셀과 다이아몬드형 탄소박막이 일대일로 대응하기 때문에 여러 개의 팁을 제작할 필요가 없어 제작이 간단한 장점이 있으며, 아울러 절연체나 게이트 전극 공정을 생략할 수 있고 사진·식각 공정이 간단해지기 때문에 수율이 향상되어 전계방출형 디스플레이의 제조단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.Conventional field emission displays using diamond-like carbon field emitters are flat thin films instead of tips, and diode structures are used instead of triodes. Since diamond type has the property of negative electron affinity, the threshold voltage at which electrons are emitted is about 50 times lower than that of field emitter materials such as metal or silicon, and the current density is also large. This is because a thin film form and a diode structure are possible. The field emission display with the diamond-shaped carbon diode structure has a one-to-one correspondence between the pixel and the diamond-like carbon thin film, so it is not necessary to manufacture several tips, and it is simple to manufacture, and the insulator or gate electrode process can be omitted. Since the photolithography process is simplified, the yield is improved, and the manufacturing cost of the field emission type display can be lowered.

그러나, 다이아몬드형 탄소가 다른 필드에미터용 재료에 비하여 전자방출 특성이 우수하다 해도 다이오드 구조의 한계로 인하여 디스플레이 작동에 필요한 스윙(swing) 전압이 큰 것이 문제점으로 지적되고 있다.However, even though diamond-like carbon has excellent electron emission characteristics compared to other field emitter materials, it is pointed out that a large swing voltage required for display operation due to the limitation of the diode structure.

미국의 에스아이 다이아몬드(SI Diamondd)사에서 발표된 다이아몬드형 탄소 다이오드 전계방출형 디스플레이는 양극과 음극 사이의 거리를 25㎛로 하였을 때 약 500V의 스윙전압이 필요한 것으로 되어 있다. 이 값은 전계방출형 디스플레이의 응용 분야를 고려하였을 때 너무 높은 수치이며 최소한 스윙전압이 300V 이하가 되어야 실제 이용이 가능하다. 또 스윙전압을 낮추기 위하여, 양극과 음극 사이의 거리를 필요 이상으로 줄어야 하므로, 디스플레이 패널 안의 초기 진공을 형성하는데 콘덕턴스(conductance)의 문제로 어려움이 예상되는 문제점이 있다.The diamond-type carbon diode field emission display presented by SI Diamondd of the United States requires a swing voltage of about 500V when the distance between the anode and the cathode is 25 μm. This value is too high considering the field of application of the field emission display, and at least the swing voltage should be less than 300V for practical use. In addition, in order to lower the swing voltage, the distance between the anode and the cathode should be reduced more than necessary, and thus there is a problem that difficulty is expected due to the problem of conductance in forming the initial vacuum in the display panel.

이에, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 전계방출형 디스플레이의 구동전압을 낮추려는 것을 그 목적으로 한다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described conventional problems, the object of the present invention is to lower the drive voltage of the field emission display.

제1a도 내지 제1e도는 본 발명에 따른 필드에미터 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.1A to 1E are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a field emitter according to the present invention.

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

1 : 기판 2 : 캐소드 전극1 substrate 2 cathode electrode

3 : 필드에미터 4 : 캐핑 산화막3: field emitter 4: capping oxide

5 : 절연층 6 : 게이트 전극5 insulation layer 6 gate electrode

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 다이아몬드형 탄소 필드에미터를 습식 식각을 이용하여 팁의 형태로 제조하고 아울러 트라이오드 구조를 선택함으로써 전계방출형 디스플레이 동작에 필요한 스윙전압을 크게 낮출 수 있는 전계방출형 디스플레이용 다이아몬드형 탄소팁을 가진 트라이오드 구조의 필드에미터 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object of the present invention, the present invention manufactures a diamond-like carbon field emitter in the form of a tip using wet etching and selects a triode structure to significantly reduce the swing voltage required for the field emission display operation. A method of making a field emitter of a triode structure having a diamond-shaped carbon tip for field emission display is provided.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail the present invention through an embodiment of the present invention.

제1a도를 참조하여, 먼저, 유리기판(1) 상부에 Cr 금속으로 약 1㎛ 정도의 캐소드 전극(2)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, first, a cathode electrode 2 having a thickness of about 1 μm is formed on the glass substrate 1 with Cr metal.

제1b도를 참조하여, 상기 캐소드 전극(2) 상부에 필드에미터용으로 다이아몬드형 탄소박막(3)을 레이저 어블레이션방법(Laser ablation method)으로 약 0.5㎛ 두께로 형성한다. 이때 상기 레이져 어블레이션방법은 레이져 빔을 집속시켜 타겟을 때리면 타겟의 물질은 플라즈마 상태로 되어, 이때 발생되는 플럼을 가지고 기판 사이에서 응고시킴으로써 박막을 증착하는 방법이다. 상기 다이아몬드형 탄소박막(3) 형성후, 그 상부에 플라즈마 화학증착법(PCVD)으로 SiO₂를 형성하고, 사진 식각 공정을 거쳐 캐핑 산화막(4)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, a diamond-like carbon thin film 3 is formed on the cathode electrode 2 to a thickness of about 0.5 μm for a field emitter by a laser ablation method. At this time, the laser ablation method is a method of depositing a thin film by converging a laser beam and hitting a target, the material of the target becomes a plasma state, and solidifying between substrates with the generated plume. After the diamond-like carbon thin film 3 is formed, SiO ₂ is formed thereon by plasma chemical vapor deposition (PCVD), and a capping oxide film 4 is formed through a photolithography process.

제1c도를 참조하여, 습식 식각 공정으로 상기 다이아몬드형 탄소박막(3)을 에칭하여 팁형태로 형성한다.Referring to FIG. 1C, the diamond-like carbon thin film 3 is etched by a wet etching process to form a tip shape.

제1d도를 참조하여, 상기 탄소팁 둘레의 기판상에 SiO₂로서 플라즈마 화학증착법으로 절연체를 증착시키고, 그 상부에 스퍼터링으로 Mo금속을 약 1㎛ 두께로 형성한 후 사진 식각 공정을 통해 절연층(5)과 게이트 전극(6)을 형성한다. 이때 상기 게이트 전극(6)은 상기 탄소팁의 첨두로부터 수평방향으로 소정 거리를 유지하도록 형성된다.Referring to FIG. 1d, an insulator is deposited on the substrate around the carbon tip by plasma chemical vapor deposition as SiO ₂ , and a Mo metal is formed to a thickness of about 1 μm by sputtering thereon, followed by a photolithography process. (5) and gate electrode 6 are formed. At this time, the gate electrode 6 is formed to maintain a predetermined distance in the horizontal direction from the peak of the carbon tip.

제1e도를 참조하여, 탄소팁(3)의 상단에 위치한 게이트 전극(6), 절연층(5) 및 캐핑 산화막(4)을 HF용액에 의한 습식 식각 공정으로 리프트 오프 공정으로 제거함으로써, 트라이오드 형태의 다이아몬드형 탄소팁을 가진 필드에미터 제조공정을 완료한다.Referring to FIG. 1E, the gate electrode 6, the insulating layer 5, and the capping oxide film 4 located on the upper end of the carbon tip 3 are removed by a lift-off process by a wet etching process with HF solution. Complete the field emitter manufacturing process with anodized diamond-shaped carbon tips.

상기 과정을 통해 제조된 다이아몬드형 탄소 필드에미터에서 상기 캐소드 전극(2)과 상기 게이트 전극(6) 사이에 적당한 전압을 인가하면 필드에미션 기구에 의해 다이아몬드형 탄소팁 선단에서 전자가 방출되고, 방출된 전자는 애노드와 캐소드 사이에 형성된 전압에 의해 가속되어 애노드 위에 도포된 형광체를 자극함으로써 전계방출형 디스플레이의 기능을 수행한다.When a suitable voltage is applied between the cathode electrode 2 and the gate electrode 6 in the diamond-like carbon field emitter manufactured by the above process, electrons are emitted from the tip of the diamond-like carbon tip by the field emission mechanism. The emitted electrons are accelerated by the voltage formed between the anode and the cathode to stimulate the phosphor applied on the anode to perform the function of the field emission display.

상기한 바와 같이 다이아몬드형 탄소 필드에미터를 습식 식각을 이용하여 팁의 형태로 제조하고 아울러 트라이오드 구조를 선택함으로써 전계방출형 디스플레이 동작에 필요한 스윙 전압을 크게 낮출 수 있다.As described above, the diamond-like carbon field emitter may be manufactured in the form of a tip using wet etching, and the triode structure may be selected to significantly reduce the swing voltage required for the field emission display operation.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명에 따라 캐소드 전극과 게이트 전극 사이에 적당한 전압을 인가하면 필드에미션 기구에 의해 다이아몬드형 탄소팁 선단에서 전자가 방출되는데, 방출된 전자는 애노드와 캐소드 사이에 형성된 전압에 의해 가속되어 애노드 위에 도포된 형광체를 자극함으로써 전계방출형 디스플레이의 기능을 수행하게 된다.As described above, when an appropriate voltage is applied between the cathode electrode and the gate electrode according to the present invention, electrons are emitted from the tip of the diamond-shaped carbon tip by the field emission mechanism, and the emitted electrons are applied to the voltage formed between the anode and the cathode. It is accelerated by stimulating the phosphor applied on the anode to perform the function of the field emission display.

이때 다이아몬드형 탄소 필드에미터를 팁의 형태로 제조하고 트라이오드 구조를 형성함으로써 전계방출형 디스플레이 동작에 필요한 스윙 전압을 크게 낮출 수 있는 효과가 있다.In this case, by manufacturing a diamond-like carbon field emitter in the form of a tip and forming a triode structure, the swing voltage required for the field emission display operation can be greatly reduced.

또한, 구동전압을 낮추어 전계방출형 디스플레이의 전력 소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to reduce the power consumption of the field emission display by lowering the driving voltage.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. I can understand that you can.

Claims

기판 상부에 캐소드 전극을 형성하는 단계; 상기 캐소드 전극 상부에 필드에미터용으로 다이아몬드형 탄소박막을 형성하고, 그 상부에 캐핑 산화막을 형성하는 단계; 습식 식각으로 상기 다이아몬드형 탄소박막을 에칭하여 팁형태로 형성하는 단계; 상기 탄소팁 둘레의 기판상에 절연층을 형성하는 단계; 상기 탄소팁의 첨두로부터 수평방향으로 소정 거리를 유지하도록 상기 절연층 상부에 게이트 전극을 형성하는 단계; 그리고 상기 캐핑 산화막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출형 디스플레이용 다이아몬드형 탄소팁을 가진 필드에미터 제조방법.Forming a cathode electrode on the substrate; Forming a diamond-like carbon thin film on the cathode electrode for the field emitter, and forming a capping oxide film on the cathode electrode; Etching the diamond-like carbon thin film by wet etching to form a tip shape; Forming an insulating layer on a substrate around the carbon tip; Forming a gate electrode on the insulating layer so as to maintain a predetermined distance in a horizontal direction from the peak of the carbon tip; And removing the capping oxide film, wherein the field emitter manufacturing method has a diamond-shaped carbon tip for field emission display.

제1항에 있어서, 상기 캐소드 전극은 Cr 금속으로 스퍼터링을 이용하여 1㎛ 두깨로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출형 디스플레이용 다이아몬드형 탄소팁을 가진 필드에미터 제조방법.The method of claim 1, wherein the cathode is made of Cr metal by sputtering to have a thickness of 1 μm.

제1항에 있어서, 상기 다이아몬드형 탄소박막은 레이저 어블레이션방법으로 0.5㎛ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출형 디스플레이의 다이아몬드형 탄소팁을 가진 필드에미터 제조방법.The method of claim 1, wherein the diamond-like carbon thin film is formed by a laser ablation method with a thickness of 0.5 µm.

제1항에 있어서, 상기 캐핑 산화막은 플라즈마 화학증착법으로 SiO₂를 형성하고, 사진 식각 공정을 거쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출형 디스플레이의 다이아몬드형 탄소팁을 가진 필드에미터 제조방법.The method of claim 1 wherein the capping oxide film A method of manufacturing a field with the tip of the diamond-like carbon field emission display, characterized in that the SiO ₂ formed by plasma CVD, and formed through a photolithography process meter.

제1항에 있어서, 상기 절연층은 SiO₂로서 플라즈마 화학증착법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출형 디스플레이의 다이아몬드형 탄소팁을 가진 필드에미터 제조방법.The method of claim 1, wherein the insulating layer is formed of SiO ₂ by plasma chemical vapor deposition.

제1항에 있어서, 상기 게이트 전극은 Mo 금속으로 스퍼터링 방법에 의해 1㎛ 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출형 디스플레이의 다이아몬드형 탄소팁을 가진 필드에미터 제조방법.The method of claim 1, wherein the gate electrode is formed of Mo metal to a thickness of 1 μm by a sputtering method.

제1항에 있어서, 상기 캐핑 산화막은 HF 용액에 의한 습식 식각 공정으로 제거되는 것을 특징으로 하는 전계방출형 디스플레이의 다이아몬드형 탄소팁을 가진 필드에미터 제조방법.The method of claim 1, wherein the capping oxide film is removed by a wet etching process using an HF solution.