KR20020074022A - Structure and formation method for focusing electrode in field emssion display - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전계방출소자에 관한 것으로, 상세하게는 에미터와 집속전극을 동시에 형성함으로써 제조방법을 단순화시키는 전계방출소자의 집속전극 구조 및 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a field emission device, and more particularly, to a structure and a method of forming a field emission device for simplifying a manufacturing method by simultaneously forming an emitter and a focusing electrode.
일반적으로 박막형 전계 방출소자는 팁의 날카로운 부분에 전계가 집중되는 현상을 이용하여 비교적 낮은 전압, 예를 들어 수십 볼트 정도의 전압을 인가하여 터널효과에 의한 냉전자를 방출시키는 소자로서, 이를 이용하여 형성되는 전계방출소자는 음극선관의 고선명성과 액정표시장치(liquid crystal display)의 경박형의 장점을 모두 갖추고 있어 차세대 표시장치로서 주목받고 있다.In general, a thin film type field emission device is a device that emits cold electrons by tunnel effect by applying a relatively low voltage, for example, a voltage of about several tens of volts by using a phenomenon in which an electric field is concentrated on a sharp part of a tip. The field emission device is attracting attention as a next generation display device because it has both the high definition of a cathode ray tube and the light and thin type of a liquid crystal display.
특히 전계방출소자는 경박형의 제작이 가능할 뿐만 아니라, 액정표시장치의 결정적인 단점이 공정수율, 제조단가 및 대형화의 문제점들을 해결할 수 있다.In particular, the field emission device can be manufactured in a light and thin type, and the critical disadvantage of the liquid crystal display device can solve the problems of process yield, manufacturing cost, and size increase.
즉 액정표시장치는 하나의 단위화소라도 불량이 발생되면 제품전체가 불량 처리되지만, 전계방출소자는 하나의 화소 그룹에 그보다 작은 다수개의 단위화소들이 형성되어 있어 한 두개의 단위화소에 불량이 발생하여도 화소 그룹의 동작에는 이상이 없어 제품 전체의 수율이 향상된다.That is, in the LCD device, even if a single unit pixel is defective, the whole product is treated badly. However, in the field emission device, a plurality of smaller unit pixels are formed in one pixel group. There is no abnormality in the operation of the pixel group, and the yield of the whole product is improved.
또한, 전계방출소자는 액정표시장치에 비해 구조가 간단하고, 소비전력이 작아 단가가 낮고, 휴대형 표시장치에 적합한 이점이 있다.In addition, the field emission device has a simple structure, a low power consumption, low unit cost, and a suitable value for a portable display device compared to a liquid crystal display device.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 집속전극이 구비된 전계방출소자의 제조방법을 나타내는 도면이다.1A to 1F are diagrams illustrating a method of manufacturing a field emission device having a conventional focusing electrode.
도 1a에 도시된 바와 같이, 금속층으로 이루어지는 스트라이프 상의 하부전극(110)이 형성된 하부기판(100) 상에 저항층(120)이 증착된다. 그런 다음, 도 1b와 같이, 상기 저항층(120) 상에 절연층(130) 및 니오브등의 금속으로 이루어지는 게이트 전극(140)이 형성된다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(140)상에 포토레지스트(150)가 도포되고, 식각공정이 수행되어 소정의 개구부가 형성된다. 그리고, 도 1d에 도시된 바와 같이, 전자 빔 증착법에 의해 게이트 전극(140)의 표면에만 선택적으로 증착되는 희생층(160)이 형성된다.As shown in FIG. 1A, a resistive layer 120 is deposited on a lower substrate 100 on which a lower electrode 110 on a stripe formed of a metal layer is formed. Then, as shown in FIG. 1B, a gate electrode 140 made of a metal such as an insulating layer 130 and niobium is formed on the resistance layer 120. As shown in FIG. 1C, a photoresist 150 is coated on the gate electrode 140, and an etching process is performed to form a predetermined opening. As shown in FIG. 1D, the sacrificial layer 160 is selectively formed only on the surface of the gate electrode 140 by electron beam deposition.
그런 다음, 도 1e와 같이, 상기 희생층(160) 상에, 예를 들면 몰리브덴을 퇴적시키면, 상기 희생층(160) 상에 퇴적층이 퇴적되어, 상기 개구부 속에 에미터(160)가 원추형으로 형성된다. 그리고, 도 1f에 도시된 바와 같이, 상기 희생층(160)이 제거된다. 그리고, 상기 희생층(160)이 제거된 다음, 상기 니오브등의 금속이 패터닝되어 게이트 전극(140) 및 집속전극(170)을 패터닝한다. 이러한 경우, 상기 집속전극(170)은 상기 에미터(160)로부터 방출되는 전자가 목표하는 형광체에 도달하도록 유도한다.Then, as shown in FIG. 1E, when molybdenum is deposited on the sacrificial layer 160, the deposited layer is deposited on the sacrificial layer 160, so that the emitter 160 is conical in the opening. do. As shown in FIG. 1F, the sacrificial layer 160 is removed. After the sacrificial layer 160 is removed, a metal such as niobium is patterned to pattern the gate electrode 140 and the focusing electrode 170. In this case, the focusing electrode 170 induces the electrons emitted from the emitter 160 to reach the target phosphor.
그런데, 이러한 종래 전계방출소자의 집속전극은 높이가 낮으므로 에미터로부터 방출되는 전자의 집속에 한계가 있다.However, since the focusing electrode of the conventional field emission device has a low height, there is a limit to focusing of electrons emitted from the emitter.
한편, 게이트 전극 상에 형성되는 집속전극은 집속효과가 높지만, 상기 게이트 전극 및 집속전극 사이에 절연층이 필요하며, 상기 집속전극 형성 과정이 더 포함되므로 공정 단계가 많아지는 문제점이 있다.On the other hand, the focusing electrode formed on the gate electrode has a high focusing effect, but an insulating layer is required between the gate electrode and the focusing electrode, and the focusing electrode forming process is further included, thereby increasing the number of process steps.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 효과적으로 해결하기 위해, 에미터를 형성하는 동시에 집속전극을 형성하는 전계방출소자의 집속전극 구조 및 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in an effort to provide a focusing electrode structure and a method of forming a field emission device that simultaneously form an emitter and form a focusing electrode in order to effectively solve the problems of the prior art.
도 1은 종래의 전계방출소자의 집속전극을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a method of forming a focusing electrode of a conventional field emission device.
도 2는 본 발명에 따른 전계방출소자의 집속전극을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.2 is a view showing a method of forming the focusing electrode of the field emission device according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
200 : 하부기판210 : 하부전극200: lower substrate 210: lower electrode
220 : 저항층230 : 절연층220: resistive layer 230: insulating layer
240 : 게이트 전극250 : 제1 포토레지스트240 gate electrode 250 first photoresist
260 : 희생층270 : 제2 포토레지스트260: sacrificial layer 270: second photoresist
282 : 에미터284 : 집속전극282 emitter 284 focusing electrode
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전계방출소자의 구조는 하부기판 상에 형성되는 하부전극; 상기 하부전극 상에 도포되어 형성되는 상단부와 상기 하부기판 상에 도포되어 형성되는 하단부를 포함하는 저항층; 상기 상단부 상에 소정의 제1 개구부가 형성되는 절연층; 상기 절연층에 형성되는 상기 제1 개구부가 형성되며, 상기 하단부 상에 제2 개구부가 형성되는 게이트 전극; 상기 제1 개구부 안에 원추형으로 형성되며, 전자를 방출시키는 에미터; 상기 제2 개구부에 상기 에미터와 동일한 물질로 동시에 형성되는 집속전극을 포함한다. 본 발명에 따른 전계방출소자의 형성방법은 하부전극 상에 저항층, 하부전극, 절연층 및 게이트 전극이 형성되는 단계; 상기 하부전극이 형성되는 상단부에 상기 게이트 전극 및 절연층이 식각되어 소정의 제1 개구부가 형성되는 단계; 상기 게이트 전극 상에 증착되며, 상단부가 상기 제1 개구부로 돌출되는 희생층이 증착되는 단계; 상기 희생층 상에 포토레지스트가 패터닝되어 상기 희생층 및 게이트 전극에 소정의 제2 개구부가 형성되는 단계; 상기 제1 개구부 및 제2 개구부가 형성된 기판 상에 소정의 금속층이 증착되어 에미터 및 집속전극을 형성하는 단계; 상기 금속층이 식각되는 단계를 포함한다.The structure of the field emission device according to the present invention for achieving the above technical problem is a lower electrode formed on the lower substrate; A resistance layer including an upper end formed on the lower electrode and a lower end formed on the lower substrate; An insulating layer having a predetermined first opening formed on the upper end; A gate electrode having the first opening formed in the insulating layer and having a second opening formed on the lower end; An emitter formed conically in the first opening and emitting electrons; And a focusing electrode formed simultaneously with the same material as the emitter in the second opening. Method of forming a field emission device according to the present invention comprises the steps of forming a resistance layer, a lower electrode, an insulating layer and a gate electrode on the lower electrode; Forming a predetermined first opening by etching the gate electrode and the insulating layer on the upper end of the lower electrode; Depositing a sacrificial layer deposited on the gate electrode and having an upper end protruding into the first opening; Patterning the photoresist on the sacrificial layer to form a predetermined second opening in the sacrificial layer and the gate electrode; Depositing a predetermined metal layer on the substrate on which the first opening and the second opening are formed to form an emitter and a focusing electrode; And etching the metal layer.
이하, 첨부된 도 2a 내지 도 2i을 참조하여 본 발명에 따른 전계방출소자의 집속전극 구조 및 형성방법에 대하여 설명하고자 한다.Hereinafter, a focusing electrode structure and a method of forming the field emission device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2I.
도 2a에 도시된 바와 같이, 금속층으로 이루어지는 스트라이프 형의 하부전극(210)이 형성된 하부기판(200) 상에 실리콘(Si)으로 이루어지는 저항층(220)이 형성된다.As shown in FIG. 2A, a resistive layer 220 made of silicon (Si) is formed on the lower substrate 200 on which the striped lower electrode 210 made of a metal layer is formed.
그리고, 도 2b와 같이, 상기 저항층(220) 상에 실리콘이 열산화되어 형성되는 절연층(230)이 도포된다. 이때, 상기 절연층(230)은 상기 하부전극(210)이 형성되는 부분과 상기 하부전극(210)이 증착되지 않은 부분에 소정의 단차가 발생한다. 따라서, 상기 단차가 높은 부분을 상단부라하며, 단차가 낮은 부분을 하단부라 칭하여 설명하기로 한다. 한편, 상기 절연층(230) 상에 니오브 등의 금속층으로 이루어지는 게이트 전극(240)이 증착된다. 이러한 경우, 상기 게이트 전극(240)은 상기 하부전극(210)과 대략 수직으로 교차되도록 패터닝된다. 그런 다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(240) 상에 제1 포토레지스트(250)가 도포되며, 상기 상단부 상에 도포된 제1 포토레지트(250)에 패턴을 형성하여 식각한다. 이러한 경우, 상기 게이트 전극(240) 및 절연층(230)이 식각되어 상기 상단부 상에 소정의 제1 개구부(252)가 형성된다. 그런 다음, 상기 제1 포토레지스트(250)가 제거된다. 그리고, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 제1 개구부(252)를 제외한 게이트 전극(240) 상에 전자 빔 증착법에 의한 경사 증착이 수행되어 희생층(260)이 증착된다. 그런 다음, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(240) 상에 제2 포토레지스트(270)가 도포 및 패터닝된다. 이러한 경우, 상기 제2 포토레지스트(270)는 하단부 상에 증착되어 있는 게이트 전극(240) 상에 소정의 제2 개구부(272)가 형성된다. 그리고, 도 2f와 같이, 상기 제2 개구부(272)영역 내에 있는 게이트 전극(240) 및 희생층(260)을 식각한 후에, 상기 제2 포토레지스트(270)를 제거한다. 그리고, 도 2g에 도시된 바와 같이, 전자 빔 증착법을 이용한 수직 증착을 수행하여 에미터 물질(280)을 기판(200) 전면에 증착한다. 이러한 경우, 상기 게이트 전극(240) 및 절연층(230)이 식각되어 형성된 제1 개구부(252) 속에 원추형의 에미터(282)가 형성되며, 상기 게이트 전극(240)이 식각되어 형성된 제2 개구부(272) 상에도 에미터 물질이 증착되어, 집속전극(284)이 형성된다. 이러한 경우, 상기 집속전극(284)는 상기 게이트 전극(240)과 동일 평면상에 형성된다. 또한, 상기 에미터(282)를 형성시키기 위해 높게 형성된 에미터 물질(280)로 인해 상기 집속전극(284)의 높이가 종래의 집속전극에 비해 높게 형성되어, 상기 집속전극(284)의 집속효과가 향상된다. 또한, 상기 희생층(260) 상에 증착되는 에미터 물질(280)이 에미터(282)를 형성하는 동시에, 집속전극(284)을 형성함으로써 에미터 물질(280)을 종래에 비해 빨리 제거할 수 있다.2B, an insulating layer 230 formed by thermally oxidizing silicon is coated on the resistive layer 220. In this case, a predetermined step occurs in the insulating layer 230 in a portion where the lower electrode 210 is formed and a portion where the lower electrode 210 is not deposited. Therefore, the part with the high step will be referred to as the upper end, and the part with the low step will be described as the lower part. Meanwhile, a gate electrode 240 made of a metal layer such as niobium is deposited on the insulating layer 230. In this case, the gate electrode 240 is patterned to cross substantially perpendicularly to the lower electrode 210. Next, as shown in FIG. 2C, a first photoresist 250 is coated on the gate electrode 240, and a pattern is formed on the first photoresist 250 applied on the upper end to form an etching. do. In this case, the gate electrode 240 and the insulating layer 230 are etched to form a predetermined first opening 252 on the upper end. Then, the first photoresist 250 is removed. As illustrated in FIG. 2D, the sacrificial layer 260 is deposited on the gate electrode 240 except for the first opening 252 by electron beam deposition. Then, as shown in FIG. 2E, a second photoresist 270 is applied and patterned on the gate electrode 240. In this case, the second photoresist 270 has a predetermined second opening 272 formed on the gate electrode 240 which is deposited on the lower end of the second photoresist 270. 2F, after etching the gate electrode 240 and the sacrificial layer 260 in the second opening 272, the second photoresist 270 is removed. As shown in FIG. 2G, the emitter material 280 is deposited on the entire surface of the substrate 200 by performing vertical deposition using electron beam deposition. In this case, a conical emitter 282 is formed in the first opening 252 formed by etching the gate electrode 240 and the insulating layer 230, and the second opening formed by etching the gate electrode 240. Emitter material is also deposited on 272 to form a focusing electrode 284. In this case, the focusing electrode 284 is formed on the same plane as the gate electrode 240. In addition, the height of the focusing electrode 284 is higher than that of the conventional focusing electrode due to the emitter material 280 formed to form the emitter 282 so that the focusing effect of the focusing electrode 284 is increased. Is improved. In addition, the emitter material 280 deposited on the sacrificial layer 260 forms the emitter 282, and at the same time forms the focusing electrode 284 to remove the emitter material 280 faster than before. Can be.
그리고, 도 2h에 도시된 바와 같이, 상기 에미터(282) 및 집속전극(284)이 형성된 다음, 상기 희생층(260) 및 에미터 물질(280)을 제거한다.As shown in FIG. 2H, the emitter 282 and the focusing electrode 284 are formed, and then the sacrificial layer 260 and the emitter material 280 are removed.
그런 다음, 도 2i에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(240)과 상기 집속전극(284)이 소정거리 이격되도록 패터닝된 다음, 외부회로와 연결되는 패드(미도시)를 형성시킨다.Next, as shown in FIG. 2I, the gate electrode 240 and the focusing electrode 284 are patterned to be spaced apart by a predetermined distance, and then a pad (not shown) connected to an external circuit is formed.
본 발명은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들면, 상기 게이트 전극(240)은 에미터가 증착되기 전에 패터닝해도 무방하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. . For example, the gate electrode 240 may be patterned before the emitter is deposited. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims technical spirit.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 전계방출소자의 집속전극은 에미터가 형성되는 동시에 형성되므로, 제조방법이 단순화되며, 종래의 집속전극에 비해 높이가 높으므로 집속효과도 뛰어나다.Since the focusing electrode of the field emission device according to the present invention as described above is formed at the same time as the emitter is formed, the manufacturing method is simplified, the height is higher than the conventional focusing electrode, so the focusing effect is also excellent.
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| KR20200039329A (en) * | 2018-10-05 | 2020-04-16 | 한국전기연구원 | Field emitter with meshed gates by circle-throughholes |
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