電界放出素子及びその製造方法
【課題】電界放出素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板１１０と、基板１１０上に形成されるものであり、基板１１０を露出させるスロット状のカソードホール１１３を持つ複数のカソード電極１１２と、カソードホール１１３それぞれを通じて露出された基板１１０上に設けられるものであり、カソードホール１１３の両側から離隔してカソードホール１１３の長手方向に沿って形成されるエミッタ１３０と、カソード電極１１２を覆うように基板１１０上に形成されるものであり、カソードホール１１３と連通する絶縁層ホール１１５を持つ絶縁層１１４と、絶縁層１１４上に形成されるものであり、絶縁層ホール１１５と連通するゲートホール１１７を持つ複数のゲート電極１１６と、を備える電界放出素子。
【解決手段】基板１１０と、基板１１０上に形成されるものであり、基板１１０を露出させるスロット状のカソードホール１１３を持つ複数のカソード電極１１２と、カソードホール１１３それぞれを通じて露出された基板１１０上に設けられるものであり、カソードホール１１３の両側から離隔してカソードホール１１３の長手方向に沿って形成されるエミッタ１３０と、カソード電極１１２を覆うように基板１１０上に形成されるものであり、カソードホール１１３と連通する絶縁層ホール１１５を持つ絶縁層１１４と、絶縁層１１４上に形成されるものであり、絶縁層ホール１１５と連通するゲートホール１１７を持つ複数のゲート電極１１６と、を備える電界放出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放出素子に係り、詳細には、電子放出の均一度を向上させ、かつ駆動電圧を低めることができる改善された構造のエミッタを備えた電界放出素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界放出素子は、カソード電極上に形成されたエミッタ周囲に強い電場を形成することによってエミッタから電子を放出させる素子である。このような電界放出素子の代表的な応用分野としては、平板表示装置である電界放出表示装置（ＦＥＤ；Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）を挙げることができる。電界放出表示装置は、電界放出素子から放出された電子をアノード電極上に形成された蛍光体層に衝突させて画像を表示する装置である。このような電界放出表示装置は、薄型の表示素子であって全体厚さが数ｃｍに過ぎず、広い視野角、低い消費電力、低コストなどの長所を持つために、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ；Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）と共に次世代表示素子として注目されている。
【０００３】
また、前記電界放出素子は、ＬＣＤのバックライトユニット（ＢＬＵ；Ｂａｃｋ Ｌｉｇｈｔ Ｕｎｉｔ）に応用できる。ＬＣＤは、背面に配置された光源から発生した光が透光率を調節する液晶を透過することによって前面に画像を表示する装置である。この時、背面に配置される光源としては、冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ；Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｌａｍｐ）、外部電極型蛍光灯（ＥＥＦＬ；Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｌａｍｐ）、発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などが使われるが、それ以外にも電界放出型ＢＬＵが使われうる。電界放出型ＢＬＵは、電界放出表示素子と原理的に同じ駆動メカニズム及び発光メカニズムを持っているが、画像を表示せずに単に光源としての役割だけを行うという点でその差がある。このような電界放出型ＢＬＵは、全体厚さが薄くて低コストであり、位置選択的な輝度調節機能などがあってＬＣＤの次世代ＢＬＵとして注目されている。それ以外にも前記電界放出素子は、Ｘ線チューブ、マイクロウェーブ増幅器、平板ランプのような電子放出を利用した多種のシステムに応用されうる。
【０００４】
一方、電界放出素子から電子を放出させるエミッタとして、従来にはモリブデン（Ｍｏ）のような金属からなるマイクロチップが使われたが、最近には電子放出特性に優れた炭素ナノチューブ（ＣＮＴ；ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ）が主に使われている。ＣＮＴエミッタを利用した電界放出素子は、低コストであるだけでなく駆動電圧が低く、優秀な化学的、機械的安定性を持つという長所がある。このようなＣＮＴエミッタを形成する方法としては、ＣＮＴをペースト形態にして形成する方法と、化学気相蒸着法（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によってＣＮＴを直接成長させる方法とがある。ＣＮＴ成長法は、高い成長温度及び複雑な合成条件によって量産技術に適用させ難いという短所があるために、現在は主にＣＮＴペーストを利用する方法が使われている。
【０００５】
図１は、従来の電界放出素子の一例を概略的に示す平面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ’線の断面図である。図１及び図２を参照すれば、従来の電界放出素子は、基板１０上に複数のカソード電極１２、絶縁層１４及び複数のゲート電極１６が順次に積層された構造を持つ。前記ゲート電極１６は、カソード電極１２と交差するように形成される。ここで、前記絶縁層１４にはカソード電極１２を露出させる複数の絶縁層ホール１５が形成されており、前記ゲート電極１６には前記絶縁層ホール１５と連通するゲートホール１７が形成されている。そして、前記各絶縁層ホール１５の内部のカソード電極１２上には電子放出のためのエミッタ３０が設けられている。ここで、前記エミッタ３０は、ＣＮＴから形成される。このような構造で、カソード電極１２上に形成されたエミッタ３０とゲート電極１６との間に強い電場が印加されれば、エミッタ３０から電子が放出される。
【０００６】
前記のような従来の電界放出素子で、前記エミッタ３０は、フォトレジストからなる犠牲層を利用してＣＮＴペーストをパターニングすることによって、絶縁層ホール１５の内部にほぼ６μｍ径を持つ小さなドット状に形成される。しかし、このようなドット状のエミッタ３０を形成する工程では、ＣＮＴペーストを絶縁層ホール１５の内部に注入して均一な形状のエミッタ３０を形成し難く、またフォトレジストとＣＮＴペーストとの間に発生する界面反応のために、エミッタ３０の電子放出均一度が落ちるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記のような問題点に鑑みてなされたものであり、電子放出の均一度を向上させ、かつ駆動電圧を低めることができる改善された構造のエミッタを備えた電界放出素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明の具現例による電界放出素子は、基板と、前記基板上に形成されるものであり、前記基板を露出させるスロット状のカソードホールを持つ複数のカソード電極と、前記カソードホールのそれぞれを通じて露出された前記基板上に設けられるものであり、前記カソードホールの両側から離隔して前記カソードホールの長手方向に沿って形成されるエミッタと、前記カソード電極を覆うように前記基板上に形成されるものであり、前記カソードホールと連通する絶縁層ホールを持つ絶縁層と、前記絶縁層上に形成されるものであり、前記絶縁層ホールと連通するゲートホールを持つ複数のゲート電極と、を備える。
【０００９】
前記基板は絶縁物質からなることが望ましい。ここで、前記基板としては、ガラス基板またはプラスチック基板が使われる。
【００１０】
前記絶縁層ホール及びゲートホールは、前記カソードホールの寸法に合致するように、絶縁層およびゲート電極にそれぞれ形成されている。そして、前記エミッタは、ＣＮＴからなる。
【００１１】
前記エミッタの両端は、前記カソード電極に接触するか、または前記カソード電極から離隔する。
【００１２】
本発明の他の具現例による電界放出素子の製造方法は、基板上に前記基板を露出させるスロット状のカソードホールを持つ複数のカソード電極を形成する工程と、前記カソード電極が形成された基板上に、前記カソードホールと連通する絶縁層ホールを持つ絶縁層及び前記絶縁層ホールと連通するゲートホールを持つ複数のゲート電極を順次に形成する工程と、前記ゲート電極の上面と、前記カソードホール、絶縁層ホール及びゲートホールの側壁とを覆うように形成されるものであり、前記カソードホール、絶縁層ホール及びゲートホールの内側には前記基板を露出させる犠牲層ホールを持つ犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層ホール内の前記基板上にエミッタを形成する工程と、前記犠牲層を除去する工程と、を含む。
【００１３】
ここで、前記犠牲層は、前記カソード電極及びゲート電極に対してエッチング選択性を持つ物質からなることが望ましい。前記犠牲層は、ＭｏまたはＡｌからなりうる。
【００１４】
前記犠牲層ホールは、前記カソードホールの両側から離隔して前記カソードホールの長手方向に沿って形成される。
【００１５】
前記エミッタは、ＣＮＴからなる。ここで、前記エミッタを形成する工程は、前記犠牲層ホールを満たすように前記犠牲層上にＣＮＴペーストを塗布する工程と、前記ＣＮＴペーストを露光現像して前記犠牲層ホールの内部に前記エミッタを形成する工程と、を含む。そして、前記ＣＮＴペーストは、前記犠牲層をフォトマスクとして背面露光法によって露光される。
【００１６】
前記カソード電極を形成する工程は、前記基板上にカソード物質層を蒸着する工程と、前記カソード物質層をパターニングして前記カソード電極及びカソードホールを形成する工程と、を含む。
【００１７】
前記犠牲層を形成する工程は、前記ゲート電極の上面と、前記カソードホール、絶縁層ホール及びゲートホールとを覆うように犠牲物質層を蒸着する工程と、前記犠牲物質層をパターニングして前記カソードホール、絶縁層ホール及びゲートホールの内側には前記犠牲層ホールを形成する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、エミッタを絶縁物質からなる基板上に形成し、このエミッタの両側周囲にはカソードホールを通じて基板を露出させれば、エミッタのエッジ効果を極大化させることができ、その結果、駆動電圧を低めることができる。また、従来の小さなドット状のエミッタよりさらに均一な形状のエミッタを得ることができるので、エミッタの電子放出均一度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付された図面を参照して本発明による望ましい実施形態を詳細に説明する。図面で同じ参照符号は同じ構成要素を称する。図面で各構成要素の大きさは、説明の明瞭性のために誇張して図示されうる。また、ある層が基板や他の層上に存在すると説明される時、その層は基板や他の層に直接接しつつ存在してもよく、その間に第３の層が存在してもよい。
【００２０】
図３は、本発明の実施形態による電界放出素子の平面を概略的に図示したものである。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ’線の断面図であり、図５は、図３のＶ−Ｖ’線の断面図である。そして、図６は、カソードホール１１３を通じて露出された基板１１０上にエミッタ１３０が形成された態様を図示した斜視図である。
【００２１】
図３ないし図６を参照すれば、本発明の実施形態による電界放出素子は、基板１１０上に複数のカソード電極１１２、絶縁層１１４及び複数のゲート電極１１６が順次に積層された構造を持つ。ここで、前記ゲート電極１１６は、カソード電極１１２と交差するように形成され、この場合、ゲート電極１１６とカソード電極１１２とが交差する部分にピクセルが形成される。
【００２２】
前記基板１１０は、絶縁物質からなることが望ましい。前記基板１１０としてはガラス基板が主に使われ、それ以外にプラスチック基板が使われうる。前記基板１１０の上面には、カソード電極１１２が所定形態、例えば、ストライプ状に形成されている。そして、前記カソード電極１１２には、図６に示したように基板１１０を露出させるスロット形状の複数のカソードホール１１３が形成されている。図３には、ピクセル当り２つのカソードホール１１３が形成された場合が図示されているが、本実施形態はこれに限定されず、ピクセルあたり一つのカソードホール１１３や３つ以上のカソードホール１１３が形成されてもよい。そして、図３には、スロット状のカソードホール１１３がカソード電極１１２に平行な方向に形成されているが、本実施形態はこれに限定されず、多様な方向に形成される。このようなカソード電極１１２は、クロム（Ｃｒ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）のような金属やＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）のような透明な導電性物質からなり、それ以外にも多様な物質からなりうる。
【００２３】
前記絶縁層１１４は、前記カソード電極１１２を覆うように基板１１０上に形成されており、この絶縁層１１４には、前記カソードホール１１３と連通する複数の絶縁層ホール１１５が形成されている。ここで、前記絶縁層ホール１１５は、前記カソードホール１１３に対応する形状に形成される。このような絶縁層１１４は、例えば、シリコン酸化物からなり、それ以外にも多様な物質からなりうる。
【００２４】
前記絶縁層１１４の上面には、前記ゲート電極１１６が所定形態、例えば、ストライプ状に形成されている。そして、前記ゲート電極１１６には、前記絶縁層ホール１１５と連通する複数のゲートホール１１７が形成されている。ここで、前記ゲートホール１１７は、絶縁層ホール１１５と同様にカソードホール１１３に対応する形状に形成される。このようなゲート電極１１６は、Ｃｒ、Ａｇ、ＡｌまたはＡｕのような金属やＩＴＯのような透明な導電性物質からなり、それ以外にも多様な物質からなりうる。
【００２５】
前記カソードホール１１３を通じて露出された基板１１０上には、エミッタ１３０が所定高さで設けられている。ここで、前記エミッタ１３０は、前記カソードホール１１３の両側から離隔してカソードホール１１３の長手方向に沿って設けられる。そして、前記エミッタ１３０の両端はカソード電極１１２と接触するようになっている。このようなエミッタ１３０は、ＣＮＴからなりうる。前記のようなエミッタ１３０は、ほぼ６μｍ径を持つドット状の従来エミッタより大きいサイズを持つことができる。前記エミッタ１３０は例えば、長さ２００μｍ、幅８μｍ程度の大きさを持つことができ、またこれに限定されず、前記エミッタ１３０は多様なサイズで形成される。このようにエミッタ１３０のサイズが増大するにつれて、一つのピクセル当り形成されるエミッタ１３０の数は従来より低減する。
【００２６】
前記のような構造の電界放出素子で、カソード電極１１２とゲート電極１１６とにそれぞれ所定電圧が印加されれば、ＣＮＴからなるエミッタ１３０とゲート電極１１６との間に強い電場が形成されて、前記エミッタ１３０から電子が放出される。
【００２７】
一般的に、電界放出素子ではエミッタのエッジ部分で電子放出が増大する特性がある。したがって、エミッタのサイズは従来より大きくなり、かつ数が低減すれば、エッジ比率の低減によって前述したエミッタのエッジ効果は低減し、その結果、駆動電圧が増大するという問題点が発生する。このような問題点を解決するために、本発明の実施形態による電界放出素子では、エミッタ１３０をスロット状のカソードホール１１３を通じて露出された基板１１０上に形成し、また前記エミッタ１３０を前記カソードホール１１３の両側から離隔して形成する。このように、エミッタ１３０を絶縁物質からなる基板１１０上に形成し、このエミッタ１３０の両側周囲にはカソードホール１１３を通じて基板１１０を露出させればエミッタ１３０のエッジ効果を極大化させることができ、これにより駆動電圧を低めることができる。
【００２８】
図７は、本発明の実施形態による電界放出素子の変形例を図示したものである。図７を参照すれば、前述した実施形態とは異なってエミッタ１３０’は、その両端がカソード電極１１２に離隔して形成されている。前記のような構造の電界放出素子では、カソード電極１１２に電圧が印加されることによって絶縁物質からなる基板１１０上のエミッタ１３０’に所定電圧が誘起され、これによりエミッタ１３０’とゲート電極１１６との間に電場が形成されてエミッタ１３０’から電子が放出される。
【００２９】
図８は、エミッタがエッジを持つ場合とエミッタがエッジを持っていない場合、電界放出素子の電子放出特性を比較して図示したものである。図８で、エミッタがエッジを持つ場合とは、前述した実施形態のようにエミッタがカソードホールを通じて露出された基板上に形成され、またエミッタがカソードホールの両側から離隔して形成される場合を意味し、エミッタがエッジを持っていない場合とは、エミッタがカソードホールを通じて露出された基板上に形成されているが、エミッタがカソードホールの両側から離隔していない場合を意味する。図８を参照すれば、エミッタがエッジを持つ場合がエミッタがエッジを持っていない場合に比べて駆動電圧が２倍程度低いということが分かる。
【００３０】
一方、以上の実施形態では、電界放出素子が電子抽出のためのゲート電極のみを備える場合について説明されたが、本発明はこれに限定されず、電子抽出のためのゲート電極及びこのゲート電極の上部に設けられて抽出された電子をフォーカシングするためのフォーカス電極を備えた電界放出素子にも適用可能である。
【００３１】
以下では、前述した本発明の実施形態による電界放出素子を製造する方法について説明する。図９Ａないし図１４Ｂは、本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【００３２】
図９Ａ及び図９Ｂは、基板１１０上にカソード電極１１２を形成した状態を図示した断面図及び平面図である。図９Ａ及び図９Ｂを参照すれば、前記カソード電極１１２は、基板１１０上に導電性物質からなるカソード物質層（図示せず）を蒸着した後、これを所定形態にパターニングすることによって形成される。このようなパターニング工程によって前記カソード電極１１２は、基板１１０上に所定形態、例えば、ストライプ状に形成され、前記カソード電極１１２には、基板１１０を露出させるスロット状のカソードホール１１３が形成される。このようなカソード電極１１２は、Ｃｒ、Ａｇ、ＡｌまたはＡｕのような金属やＩＴＯのような透明な導電性物質からなり、それ以外にも多様な物質からなりうる。
【００３３】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、カソード電極１１２が形成された基板１１０上に絶縁層１１４及びゲート電極１１６を形成した状態を図示したものである。図１０Ａ及び図１０Ｂを参照すれば、まず、前記カソード電極１１２を覆うように前記基板１１０上に絶縁層１１４を所定高さに形成する。ここで、前記絶縁層１１４は、例えば、シリコン酸化物からなり、それ以外にも多様な物質からなりうる。次いで、前記絶縁層１１４の上面に導電性物質からなるゲート物質層（図示せず）を蒸着した後、これを所定形態にパターニングする。このようなパターニング工程によって絶縁層１１４の上面にゲート電極１１６が所定形態、例えば、ストライプ状に形成され、前記ゲート電極１１６には、前記カソードホール１１３に対応する形状のゲートホール１１７がカソードホール１１３の上部に形成される。この時、前記ゲート電極１１６は、カソード電極１１２と交差するように形成される。このようなゲート電極１１６は、Ｃｒ、Ａｇ、ＡｌまたはＡｕのような金属やＩＴＯのような透明な導電性物質からなり、それ以外にも多様な物質からなることができる。次いで、前記ゲートホール１１７を通じて露出された絶縁層１１４を基板１１０が露出されるまでエッチングすれば、前記絶縁層１１４には、カソードホール１１３に対応する形状の絶縁層ホール１１５が形成される。これにより、前記ゲートホール１１７、絶縁層ホール１１５及びカソードホール１１３を通じて基板１１０が露出される。
【００３４】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、ゲート電極１１６の上面と、ゲートホール１１７、絶縁層ホール１１５及びカソードホール１１３の側壁とに犠牲層１２０を形成した状態を図示したものである。図１１Ａ及び図１１Ｂを参照すれば、まず、ゲート電極１１６の上面とゲートホール１１７、絶縁層ホール１１５及びカソードホール１１３とを覆うように犠牲物質層（図示せず）を蒸着する。このような犠牲物質層の蒸着は、スパッタリングまたは電子ビーム蒸着法等によって行われる。次いで、前記犠牲物質層を所定形態にパターニングして犠牲層１２０を形成する。このようなパターニングによって、前記犠牲層１２０は、ゲート電極１１６の上面と、ゲートホール１１７、絶縁層ホール１１５及びカソードホール１１３の側壁とを覆うように形成され、ゲートホール１１７、絶縁層ホール１１５及びカソードホール１１３の内側には、基板１１０を露出させる犠牲層ホール１２１が形成される。ここで、前記犠牲層ホール１２１は、カソードホール１１３の両側から離隔してカソードホール１１３の長手方向に沿って形成される。前記犠牲層１２０は、カソード電極１１２及びゲート電極１１６に対してエッチング選択性を持つ物質からなることが望ましい。前記犠牲層１２０を例とすれば、Ｍｏからなり、それ以外にもＡｌからなることも可能である。しかし、これに限定されるものではなく、前記犠牲層１２０は、カソード電極１１２及びゲート電極１１６に対してエッチング選択性を持つ多様な物質からなりうる。
【００３５】
図１２は、前記犠牲層ホール１２１を覆うように前記犠牲層１２０上にＣＮＴペースト１４０を塗布した状態を図示したものである。図１２を参照すれば、ＣＮＴを感光剤、バインダーなどが混合された所定溶媒に分散させてＣＮＴペースト１４０を作った後、これを犠牲層ホール１２１を覆うように犠牲層１２０上に塗布する。
【００３６】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、前記ＣＮＴペースト１４０を露光現像した状態を図示した断面図及び平面図である。図１３Ａ及び図１３Ｂを参照すれば、前記ＣＮＴペースト１４０は、背面露光法によって露光されうる。具体的に、前記犠牲層１２０をフォトマスクとして基板１１０の下部に紫外線を照射すれば、犠牲層ホール１２１の内部のＣＮＴペースト１４０のみ露光される。次いで、露光されていないＣＮＴペースト１４０を現像して除去した後、残っているＣＮＴペースト１４０を一定温度で焼成すれば、図１３Ａ及び図１３Ｂに示したように、犠牲層ホール１２１を通じて露出された基板１１０上にＣＮＴからなるエミッタ１３０が所定高さで形成される。
【００３７】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、前記犠牲層１２０を除去した状態を図示した断面図及び平面図である。図１４Ａ及び図１４Ｂを参照すれば、前記ゲート電極１１６の上面とゲートホール１１７、絶縁層ホール１１５及びカソードホール１１３の側壁に残っている犠牲層１２０を除去すれば、本発明の実施形態による電界放出素子が完成される。これにより、ゲートホール１１７、絶縁層ホール１１５及びカソードホール１１３を通じて露出された基板１１０上には、エミッタ１３０がカソードホール１１３の両側から離隔してカソードホール１１３の長手方向に沿って形成される。
【００３８】
一方、以上ではエミッタ１３０が、その両端がカソード電極１１２と接触するように形成されたが、それ以外にも図７に示したように、エミッタ１３０’が、その両端がカソード電極１１２と離隔して形成されることも可能である。
【００３９】
以上で本発明の望ましい実施形態が詳細に説明されたが、本発明の範囲はこれに限定されず、多様な変形及び均等な他実施形態が可能である。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲によって定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、カソード電極上に形成されたエミッタ周囲に強い電場を形成することによってエミッタから電子を放出させる電界放出素子関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来の電界放出素子の一例を概略的に示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ’線の断面図である。
【図３】本発明の実施形態による電界放出素子を概略的に示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ’線の断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ’線の断面図である。
【図６】本発明の実施形態による電界放出素子で、カソードホールを通じて露出された基板上にエミッタが形成された態様を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態による電界放出素子の変形例を示す図面である。
【図８】エミッタがエッジ持つ場合とエミッタがエッジを持っていない場合、電界放出素子の電子放出特性を比較して示す図面である。
【図９Ａ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図１０Ａ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図１０Ｂ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図１１Ａ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図１１Ｂ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図１２】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図１３Ａ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図１３Ｂ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図１４Ａ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図１４Ｂ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【符号の説明】
【００４２】
１１０ 基板
１１２ カソード電極
１１３ カソードホール
１１４ 絶縁層
１１５ 絶縁層ホール
１１６ ゲート電極
１１７ ゲートホール
１３０ エミッタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放出素子に係り、詳細には、電子放出の均一度を向上させ、かつ駆動電圧を低めることができる改善された構造のエミッタを備えた電界放出素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界放出素子は、カソード電極上に形成されたエミッタ周囲に強い電場を形成することによってエミッタから電子を放出させる素子である。このような電界放出素子の代表的な応用分野としては、平板表示装置である電界放出表示装置（ＦＥＤ；Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）を挙げることができる。電界放出表示装置は、電界放出素子から放出された電子をアノード電極上に形成された蛍光体層に衝突させて画像を表示する装置である。このような電界放出表示装置は、薄型の表示素子であって全体厚さが数ｃｍに過ぎず、広い視野角、低い消費電力、低コストなどの長所を持つために、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ；Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）と共に次世代表示素子として注目されている。
【０００３】
また、前記電界放出素子は、ＬＣＤのバックライトユニット（ＢＬＵ；Ｂａｃｋ Ｌｉｇｈｔ Ｕｎｉｔ）に応用できる。ＬＣＤは、背面に配置された光源から発生した光が透光率を調節する液晶を透過することによって前面に画像を表示する装置である。この時、背面に配置される光源としては、冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ；Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｌａｍｐ）、外部電極型蛍光灯（ＥＥＦＬ；Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｌａｍｐ）、発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などが使われるが、それ以外にも電界放出型ＢＬＵが使われうる。電界放出型ＢＬＵは、電界放出表示素子と原理的に同じ駆動メカニズム及び発光メカニズムを持っているが、画像を表示せずに単に光源としての役割だけを行うという点でその差がある。このような電界放出型ＢＬＵは、全体厚さが薄くて低コストであり、位置選択的な輝度調節機能などがあってＬＣＤの次世代ＢＬＵとして注目されている。それ以外にも前記電界放出素子は、Ｘ線チューブ、マイクロウェーブ増幅器、平板ランプのような電子放出を利用した多種のシステムに応用されうる。
【０００４】
一方、電界放出素子から電子を放出させるエミッタとして、従来にはモリブデン（Ｍｏ）のような金属からなるマイクロチップが使われたが、最近には電子放出特性に優れた炭素ナノチューブ（ＣＮＴ；ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ）が主に使われている。ＣＮＴエミッタを利用した電界放出素子は、低コストであるだけでなく駆動電圧が低く、優秀な化学的、機械的安定性を持つという長所がある。このようなＣＮＴエミッタを形成する方法としては、ＣＮＴをペースト形態にして形成する方法と、化学気相蒸着法（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によってＣＮＴを直接成長させる方法とがある。ＣＮＴ成長法は、高い成長温度及び複雑な合成条件によって量産技術に適用させ難いという短所があるために、現在は主にＣＮＴペーストを利用する方法が使われている。
【０００５】
図１は、従来の電界放出素子の一例を概略的に示す平面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ’線の断面図である。図１及び図２を参照すれば、従来の電界放出素子は、基板１０上に複数のカソード電極１２、絶縁層１４及び複数のゲート電極１６が順次に積層された構造を持つ。前記ゲート電極１６は、カソード電極１２と交差するように形成される。ここで、前記絶縁層１４にはカソード電極１２を露出させる複数の絶縁層ホール１５が形成されており、前記ゲート電極１６には前記絶縁層ホール１５と連通するゲートホール１７が形成されている。そして、前記各絶縁層ホール１５の内部のカソード電極１２上には電子放出のためのエミッタ３０が設けられている。ここで、前記エミッタ３０は、ＣＮＴから形成される。このような構造で、カソード電極１２上に形成されたエミッタ３０とゲート電極１６との間に強い電場が印加されれば、エミッタ３０から電子が放出される。
【０００６】
前記のような従来の電界放出素子で、前記エミッタ３０は、フォトレジストからなる犠牲層を利用してＣＮＴペーストをパターニングすることによって、絶縁層ホール１５の内部にほぼ６μｍ径を持つ小さなドット状に形成される。しかし、このようなドット状のエミッタ３０を形成する工程では、ＣＮＴペーストを絶縁層ホール１５の内部に注入して均一な形状のエミッタ３０を形成し難く、またフォトレジストとＣＮＴペーストとの間に発生する界面反応のために、エミッタ３０の電子放出均一度が落ちるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記のような問題点に鑑みてなされたものであり、電子放出の均一度を向上させ、かつ駆動電圧を低めることができる改善された構造のエミッタを備えた電界放出素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明の具現例による電界放出素子は、基板と、前記基板上に形成されるものであり、前記基板を露出させるスロット状のカソードホールを持つ複数のカソード電極と、前記カソードホールのそれぞれを通じて露出された前記基板上に設けられるものであり、前記カソードホールの両側から離隔して前記カソードホールの長手方向に沿って形成されるエミッタと、前記カソード電極を覆うように前記基板上に形成されるものであり、前記カソードホールと連通する絶縁層ホールを持つ絶縁層と、前記絶縁層上に形成されるものであり、前記絶縁層ホールと連通するゲートホールを持つ複数のゲート電極と、を備える。
【０００９】
前記基板は絶縁物質からなることが望ましい。ここで、前記基板としては、ガラス基板またはプラスチック基板が使われる。
【００１０】
前記絶縁層ホール及びゲートホールは、前記カソードホールの寸法に合致するように、絶縁層およびゲート電極にそれぞれ形成されている。そして、前記エミッタは、ＣＮＴからなる。
【００１１】
前記エミッタの両端は、前記カソード電極に接触するか、または前記カソード電極から離隔する。
【００１２】
本発明の他の具現例による電界放出素子の製造方法は、基板上に前記基板を露出させるスロット状のカソードホールを持つ複数のカソード電極を形成する工程と、前記カソード電極が形成された基板上に、前記カソードホールと連通する絶縁層ホールを持つ絶縁層及び前記絶縁層ホールと連通するゲートホールを持つ複数のゲート電極を順次に形成する工程と、前記ゲート電極の上面と、前記カソードホール、絶縁層ホール及びゲートホールの側壁とを覆うように形成されるものであり、前記カソードホール、絶縁層ホール及びゲートホールの内側には前記基板を露出させる犠牲層ホールを持つ犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層ホール内の前記基板上にエミッタを形成する工程と、前記犠牲層を除去する工程と、を含む。
【００１３】
ここで、前記犠牲層は、前記カソード電極及びゲート電極に対してエッチング選択性を持つ物質からなることが望ましい。前記犠牲層は、ＭｏまたはＡｌからなりうる。
【００１４】
前記犠牲層ホールは、前記カソードホールの両側から離隔して前記カソードホールの長手方向に沿って形成される。
【００１５】
前記エミッタは、ＣＮＴからなる。ここで、前記エミッタを形成する工程は、前記犠牲層ホールを満たすように前記犠牲層上にＣＮＴペーストを塗布する工程と、前記ＣＮＴペーストを露光現像して前記犠牲層ホールの内部に前記エミッタを形成する工程と、を含む。そして、前記ＣＮＴペーストは、前記犠牲層をフォトマスクとして背面露光法によって露光される。
【００１６】
前記カソード電極を形成する工程は、前記基板上にカソード物質層を蒸着する工程と、前記カソード物質層をパターニングして前記カソード電極及びカソードホールを形成する工程と、を含む。
【００１７】
前記犠牲層を形成する工程は、前記ゲート電極の上面と、前記カソードホール、絶縁層ホール及びゲートホールとを覆うように犠牲物質層を蒸着する工程と、前記犠牲物質層をパターニングして前記カソードホール、絶縁層ホール及びゲートホールの内側には前記犠牲層ホールを形成する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、エミッタを絶縁物質からなる基板上に形成し、このエミッタの両側周囲にはカソードホールを通じて基板を露出させれば、エミッタのエッジ効果を極大化させることができ、その結果、駆動電圧を低めることができる。また、従来の小さなドット状のエミッタよりさらに均一な形状のエミッタを得ることができるので、エミッタの電子放出均一度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付された図面を参照して本発明による望ましい実施形態を詳細に説明する。図面で同じ参照符号は同じ構成要素を称する。図面で各構成要素の大きさは、説明の明瞭性のために誇張して図示されうる。また、ある層が基板や他の層上に存在すると説明される時、その層は基板や他の層に直接接しつつ存在してもよく、その間に第３の層が存在してもよい。
【００２０】
図３は、本発明の実施形態による電界放出素子の平面を概略的に図示したものである。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ’線の断面図であり、図５は、図３のＶ−Ｖ’線の断面図である。そして、図６は、カソードホール１１３を通じて露出された基板１１０上にエミッタ１３０が形成された態様を図示した斜視図である。
【００２１】
図３ないし図６を参照すれば、本発明の実施形態による電界放出素子は、基板１１０上に複数のカソード電極１１２、絶縁層１１４及び複数のゲート電極１１６が順次に積層された構造を持つ。ここで、前記ゲート電極１１６は、カソード電極１１２と交差するように形成され、この場合、ゲート電極１１６とカソード電極１１２とが交差する部分にピクセルが形成される。
【００２２】
前記基板１１０は、絶縁物質からなることが望ましい。前記基板１１０としてはガラス基板が主に使われ、それ以外にプラスチック基板が使われうる。前記基板１１０の上面には、カソード電極１１２が所定形態、例えば、ストライプ状に形成されている。そして、前記カソード電極１１２には、図６に示したように基板１１０を露出させるスロット形状の複数のカソードホール１１３が形成されている。図３には、ピクセル当り２つのカソードホール１１３が形成された場合が図示されているが、本実施形態はこれに限定されず、ピクセルあたり一つのカソードホール１１３や３つ以上のカソードホール１１３が形成されてもよい。そして、図３には、スロット状のカソードホール１１３がカソード電極１１２に平行な方向に形成されているが、本実施形態はこれに限定されず、多様な方向に形成される。このようなカソード電極１１２は、クロム（Ｃｒ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）のような金属やＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）のような透明な導電性物質からなり、それ以外にも多様な物質からなりうる。
【００２３】
前記絶縁層１１４は、前記カソード電極１１２を覆うように基板１１０上に形成されており、この絶縁層１１４には、前記カソードホール１１３と連通する複数の絶縁層ホール１１５が形成されている。ここで、前記絶縁層ホール１１５は、前記カソードホール１１３に対応する形状に形成される。このような絶縁層１１４は、例えば、シリコン酸化物からなり、それ以外にも多様な物質からなりうる。
【００２４】
前記絶縁層１１４の上面には、前記ゲート電極１１６が所定形態、例えば、ストライプ状に形成されている。そして、前記ゲート電極１１６には、前記絶縁層ホール１１５と連通する複数のゲートホール１１７が形成されている。ここで、前記ゲートホール１１７は、絶縁層ホール１１５と同様にカソードホール１１３に対応する形状に形成される。このようなゲート電極１１６は、Ｃｒ、Ａｇ、ＡｌまたはＡｕのような金属やＩＴＯのような透明な導電性物質からなり、それ以外にも多様な物質からなりうる。
【００２５】
前記カソードホール１１３を通じて露出された基板１１０上には、エミッタ１３０が所定高さで設けられている。ここで、前記エミッタ１３０は、前記カソードホール１１３の両側から離隔してカソードホール１１３の長手方向に沿って設けられる。そして、前記エミッタ１３０の両端はカソード電極１１２と接触するようになっている。このようなエミッタ１３０は、ＣＮＴからなりうる。前記のようなエミッタ１３０は、ほぼ６μｍ径を持つドット状の従来エミッタより大きいサイズを持つことができる。前記エミッタ１３０は例えば、長さ２００μｍ、幅８μｍ程度の大きさを持つことができ、またこれに限定されず、前記エミッタ１３０は多様なサイズで形成される。このようにエミッタ１３０のサイズが増大するにつれて、一つのピクセル当り形成されるエミッタ１３０の数は従来より低減する。
【００２６】
前記のような構造の電界放出素子で、カソード電極１１２とゲート電極１１６とにそれぞれ所定電圧が印加されれば、ＣＮＴからなるエミッタ１３０とゲート電極１１６との間に強い電場が形成されて、前記エミッタ１３０から電子が放出される。
【００２７】
一般的に、電界放出素子ではエミッタのエッジ部分で電子放出が増大する特性がある。したがって、エミッタのサイズは従来より大きくなり、かつ数が低減すれば、エッジ比率の低減によって前述したエミッタのエッジ効果は低減し、その結果、駆動電圧が増大するという問題点が発生する。このような問題点を解決するために、本発明の実施形態による電界放出素子では、エミッタ１３０をスロット状のカソードホール１１３を通じて露出された基板１１０上に形成し、また前記エミッタ１３０を前記カソードホール１１３の両側から離隔して形成する。このように、エミッタ１３０を絶縁物質からなる基板１１０上に形成し、このエミッタ１３０の両側周囲にはカソードホール１１３を通じて基板１１０を露出させればエミッタ１３０のエッジ効果を極大化させることができ、これにより駆動電圧を低めることができる。
【００２８】
図７は、本発明の実施形態による電界放出素子の変形例を図示したものである。図７を参照すれば、前述した実施形態とは異なってエミッタ１３０’は、その両端がカソード電極１１２に離隔して形成されている。前記のような構造の電界放出素子では、カソード電極１１２に電圧が印加されることによって絶縁物質からなる基板１１０上のエミッタ１３０’に所定電圧が誘起され、これによりエミッタ１３０’とゲート電極１１６との間に電場が形成されてエミッタ１３０’から電子が放出される。
【００２９】
図８は、エミッタがエッジを持つ場合とエミッタがエッジを持っていない場合、電界放出素子の電子放出特性を比較して図示したものである。図８で、エミッタがエッジを持つ場合とは、前述した実施形態のようにエミッタがカソードホールを通じて露出された基板上に形成され、またエミッタがカソードホールの両側から離隔して形成される場合を意味し、エミッタがエッジを持っていない場合とは、エミッタがカソードホールを通じて露出された基板上に形成されているが、エミッタがカソードホールの両側から離隔していない場合を意味する。図８を参照すれば、エミッタがエッジを持つ場合がエミッタがエッジを持っていない場合に比べて駆動電圧が２倍程度低いということが分かる。
【００３０】
一方、以上の実施形態では、電界放出素子が電子抽出のためのゲート電極のみを備える場合について説明されたが、本発明はこれに限定されず、電子抽出のためのゲート電極及びこのゲート電極の上部に設けられて抽出された電子をフォーカシングするためのフォーカス電極を備えた電界放出素子にも適用可能である。
【００３１】
以下では、前述した本発明の実施形態による電界放出素子を製造する方法について説明する。図９Ａないし図１４Ｂは、本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【００３２】
図９Ａ及び図９Ｂは、基板１１０上にカソード電極１１２を形成した状態を図示した断面図及び平面図である。図９Ａ及び図９Ｂを参照すれば、前記カソード電極１１２は、基板１１０上に導電性物質からなるカソード物質層（図示せず）を蒸着した後、これを所定形態にパターニングすることによって形成される。このようなパターニング工程によって前記カソード電極１１２は、基板１１０上に所定形態、例えば、ストライプ状に形成され、前記カソード電極１１２には、基板１１０を露出させるスロット状のカソードホール１１３が形成される。このようなカソード電極１１２は、Ｃｒ、Ａｇ、ＡｌまたはＡｕのような金属やＩＴＯのような透明な導電性物質からなり、それ以外にも多様な物質からなりうる。
【００３３】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、カソード電極１１２が形成された基板１１０上に絶縁層１１４及びゲート電極１１６を形成した状態を図示したものである。図１０Ａ及び図１０Ｂを参照すれば、まず、前記カソード電極１１２を覆うように前記基板１１０上に絶縁層１１４を所定高さに形成する。ここで、前記絶縁層１１４は、例えば、シリコン酸化物からなり、それ以外にも多様な物質からなりうる。次いで、前記絶縁層１１４の上面に導電性物質からなるゲート物質層（図示せず）を蒸着した後、これを所定形態にパターニングする。このようなパターニング工程によって絶縁層１１４の上面にゲート電極１１６が所定形態、例えば、ストライプ状に形成され、前記ゲート電極１１６には、前記カソードホール１１３に対応する形状のゲートホール１１７がカソードホール１１３の上部に形成される。この時、前記ゲート電極１１６は、カソード電極１１２と交差するように形成される。このようなゲート電極１１６は、Ｃｒ、Ａｇ、ＡｌまたはＡｕのような金属やＩＴＯのような透明な導電性物質からなり、それ以外にも多様な物質からなることができる。次いで、前記ゲートホール１１７を通じて露出された絶縁層１１４を基板１１０が露出されるまでエッチングすれば、前記絶縁層１１４には、カソードホール１１３に対応する形状の絶縁層ホール１１５が形成される。これにより、前記ゲートホール１１７、絶縁層ホール１１５及びカソードホール１１３を通じて基板１１０が露出される。
【００３４】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、ゲート電極１１６の上面と、ゲートホール１１７、絶縁層ホール１１５及びカソードホール１１３の側壁とに犠牲層１２０を形成した状態を図示したものである。図１１Ａ及び図１１Ｂを参照すれば、まず、ゲート電極１１６の上面とゲートホール１１７、絶縁層ホール１１５及びカソードホール１１３とを覆うように犠牲物質層（図示せず）を蒸着する。このような犠牲物質層の蒸着は、スパッタリングまたは電子ビーム蒸着法等によって行われる。次いで、前記犠牲物質層を所定形態にパターニングして犠牲層１２０を形成する。このようなパターニングによって、前記犠牲層１２０は、ゲート電極１１６の上面と、ゲートホール１１７、絶縁層ホール１１５及びカソードホール１１３の側壁とを覆うように形成され、ゲートホール１１７、絶縁層ホール１１５及びカソードホール１１３の内側には、基板１１０を露出させる犠牲層ホール１２１が形成される。ここで、前記犠牲層ホール１２１は、カソードホール１１３の両側から離隔してカソードホール１１３の長手方向に沿って形成される。前記犠牲層１２０は、カソード電極１１２及びゲート電極１１６に対してエッチング選択性を持つ物質からなることが望ましい。前記犠牲層１２０を例とすれば、Ｍｏからなり、それ以外にもＡｌからなることも可能である。しかし、これに限定されるものではなく、前記犠牲層１２０は、カソード電極１１２及びゲート電極１１６に対してエッチング選択性を持つ多様な物質からなりうる。
【００３５】
図１２は、前記犠牲層ホール１２１を覆うように前記犠牲層１２０上にＣＮＴペースト１４０を塗布した状態を図示したものである。図１２を参照すれば、ＣＮＴを感光剤、バインダーなどが混合された所定溶媒に分散させてＣＮＴペースト１４０を作った後、これを犠牲層ホール１２１を覆うように犠牲層１２０上に塗布する。
【００３６】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、前記ＣＮＴペースト１４０を露光現像した状態を図示した断面図及び平面図である。図１３Ａ及び図１３Ｂを参照すれば、前記ＣＮＴペースト１４０は、背面露光法によって露光されうる。具体的に、前記犠牲層１２０をフォトマスクとして基板１１０の下部に紫外線を照射すれば、犠牲層ホール１２１の内部のＣＮＴペースト１４０のみ露光される。次いで、露光されていないＣＮＴペースト１４０を現像して除去した後、残っているＣＮＴペースト１４０を一定温度で焼成すれば、図１３Ａ及び図１３Ｂに示したように、犠牲層ホール１２１を通じて露出された基板１１０上にＣＮＴからなるエミッタ１３０が所定高さで形成される。
【００３７】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、前記犠牲層１２０を除去した状態を図示した断面図及び平面図である。図１４Ａ及び図１４Ｂを参照すれば、前記ゲート電極１１６の上面とゲートホール１１７、絶縁層ホール１１５及びカソードホール１１３の側壁に残っている犠牲層１２０を除去すれば、本発明の実施形態による電界放出素子が完成される。これにより、ゲートホール１１７、絶縁層ホール１１５及びカソードホール１１３を通じて露出された基板１１０上には、エミッタ１３０がカソードホール１１３の両側から離隔してカソードホール１１３の長手方向に沿って形成される。
【００３８】
一方、以上ではエミッタ１３０が、その両端がカソード電極１１２と接触するように形成されたが、それ以外にも図７に示したように、エミッタ１３０’が、その両端がカソード電極１１２と離隔して形成されることも可能である。
【００３９】
以上で本発明の望ましい実施形態が詳細に説明されたが、本発明の範囲はこれに限定されず、多様な変形及び均等な他実施形態が可能である。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲によって定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、カソード電極上に形成されたエミッタ周囲に強い電場を形成することによってエミッタから電子を放出させる電界放出素子関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来の電界放出素子の一例を概略的に示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ’線の断面図である。
【図３】本発明の実施形態による電界放出素子を概略的に示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ’線の断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ’線の断面図である。
【図６】本発明の実施形態による電界放出素子で、カソードホールを通じて露出された基板上にエミッタが形成された態様を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態による電界放出素子の変形例を示す図面である。
【図８】エミッタがエッジ持つ場合とエミッタがエッジを持っていない場合、電界放出素子の電子放出特性を比較して示す図面である。
【図９Ａ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図１０Ａ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図１０Ｂ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図１１Ａ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図１１Ｂ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図１２】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図１３Ａ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図１３Ｂ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図１４Ａ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【図１４Ｂ】本発明の実施形態による電界放出素子の製造方法を説明するための図面である。
【符号の説明】
【００４２】
１１０ 基板
１１２ カソード電極
１１３ カソードホール
１１４ 絶縁層
１１５ 絶縁層ホール
１１６ ゲート電極
１１７ ゲートホール
１３０ エミッタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されるものであり、前記基板を露出させるスロット状のカソードホールを持つ複数のカソード電極と、
前記カソードホールのそれぞれを通じて露出された前記基板上に設けられるものであり、前記カソードホールの両側から離隔して前記カソードホールの長手方向に沿って形成されるエミッタと、
前記カソード電極を覆うように前記基板上に形成されるものであり、前記カソードホールと連通する絶縁層ホールを持つ絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されるものであり、前記絶縁層ホールと連通するゲートホールを持つ複数のゲート電極と、を備えることを特徴とする電界放出素子。
【請求項２】
前記基板は絶縁物質からなることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項３】
前記基板としては、ガラス基板またはプラスチック基板が使われることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項４】
前記絶縁層ホール及びゲートホールは、前記カソードホールの寸法に合致するように、前記絶縁層および前記ゲート電極にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項５】
前記エミッタは、炭素ナノチューブからなることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項６】
前記エミッタの両端は、前記カソード電極に接触することを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項７】
前記エミッタの両端は、前記カソード電極から離隔することを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項８】
前記ゲート電極は、前記カソード電極と交差して形成されることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項９】
前記カソード電極及びゲート電極は、クロム、銀、アルミニウム、金またはＩＴＯからなることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項１０】
基板上に前記基板を露出させるスロット状のカソードホールを持つ複数のカソード電極を形成する工程と、
前記カソード電極が形成された基板上に、前記カソードホールと連通する絶縁層ホールを持つ絶縁層及び前記絶縁層ホールと連通するゲートホールを持つ複数のゲート電極を順次に形成する工程と、
前記ゲート電極の上面と前記カソードホール、絶縁層ホール及びゲートホールの側壁とを覆うように形成されるものであり、前記カソードホール、絶縁層ホール及びゲートホールの内側には前記基板を露出させる犠牲層ホールを持つ犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層ホール内の前記基板上にエミッタを形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、を含むことを特徴とする電界放出素子の製造方法。
【請求項１１】
前記基板は、絶縁物質からなることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１２】
前記基板としては、ガラス基板またはプラスチック基板が使われることを特徴とする請求項１１に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１３】
前記絶縁層ホール及びゲートホールは、前記カソードホールの寸法に合致するように、前記絶縁層および前記ゲート電極にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１４】
前記カソード電極及びゲート電極は、クロム、銀、アルミニウム、金またはＩＴＯからなることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１５】
前記犠牲層は、前記カソード電極及びゲート電極に対してエッチング選択性を持つ物質からなることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１６】
前記犠牲層は、モリブデンまたはアルミニウムからなることを特徴とする請求項１５に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１７】
前記犠牲層ホールは、前記カソードホールの両側から離隔して前記カソードホールの長手方向に沿って形成されることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１８】
前記エミッタは、炭素ナノチューブからなることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１９】
前記エミッタを形成する工程は、
前記犠牲層ホールを満たすように前記犠牲層上に炭素ナノチューブペーストを塗布する工程と、
前記炭素ナノチューブペーストを露光現像して前記犠牲層ホールの内部に前記エミッタを形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１８に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項２０】
前記炭素ナノチューブペーストは、前記犠牲層をフォトマスクとして背面露光法によって露光されることを特徴とする請求項１９に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項２１】
前記エミッタは、その両端が前記カソード電極に接触するように形成されることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項２２】
前記エミッタは、その両端が前記カソード電極から離隔して形成されることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項２３】
前記ゲート電極は、前記カソード電極と交差するように形成されることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項２４】
前記カソード電極を形成する工程は、
前記基板上にカソード物質層を蒸着する工程と、
前記カソード物質層をパターニングして、前記カソード電極及びカソードホールを形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項２５】
前記犠牲層を形成する工程は、
前記ゲート電極の上面と、前記カソードホール、絶縁層ホール及びゲートホールとを覆うように犠牲物質層を蒸着する工程と、
前記犠牲物質層をパターニングして前記カソードホール、絶縁層ホール及びゲートホールの内側には前記犠牲層ホールを形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されるものであり、前記基板を露出させるスロット状のカソードホールを持つ複数のカソード電極と、
前記カソードホールのそれぞれを通じて露出された前記基板上に設けられるものであり、前記カソードホールの両側から離隔して前記カソードホールの長手方向に沿って形成されるエミッタと、
前記カソード電極を覆うように前記基板上に形成されるものであり、前記カソードホールと連通する絶縁層ホールを持つ絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されるものであり、前記絶縁層ホールと連通するゲートホールを持つ複数のゲート電極と、を備えることを特徴とする電界放出素子。
【請求項２】
前記基板は絶縁物質からなることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項３】
前記基板としては、ガラス基板またはプラスチック基板が使われることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項４】
前記絶縁層ホール及びゲートホールは、前記カソードホールの寸法に合致するように、前記絶縁層および前記ゲート電極にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項５】
前記エミッタは、炭素ナノチューブからなることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項６】
前記エミッタの両端は、前記カソード電極に接触することを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項７】
前記エミッタの両端は、前記カソード電極から離隔することを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項８】
前記ゲート電極は、前記カソード電極と交差して形成されることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項９】
前記カソード電極及びゲート電極は、クロム、銀、アルミニウム、金またはＩＴＯからなることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項１０】
基板上に前記基板を露出させるスロット状のカソードホールを持つ複数のカソード電極を形成する工程と、
前記カソード電極が形成された基板上に、前記カソードホールと連通する絶縁層ホールを持つ絶縁層及び前記絶縁層ホールと連通するゲートホールを持つ複数のゲート電極を順次に形成する工程と、
前記ゲート電極の上面と前記カソードホール、絶縁層ホール及びゲートホールの側壁とを覆うように形成されるものであり、前記カソードホール、絶縁層ホール及びゲートホールの内側には前記基板を露出させる犠牲層ホールを持つ犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層ホール内の前記基板上にエミッタを形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、を含むことを特徴とする電界放出素子の製造方法。
【請求項１１】
前記基板は、絶縁物質からなることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１２】
前記基板としては、ガラス基板またはプラスチック基板が使われることを特徴とする請求項１１に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１３】
前記絶縁層ホール及びゲートホールは、前記カソードホールの寸法に合致するように、前記絶縁層および前記ゲート電極にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１４】
前記カソード電極及びゲート電極は、クロム、銀、アルミニウム、金またはＩＴＯからなることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１５】
前記犠牲層は、前記カソード電極及びゲート電極に対してエッチング選択性を持つ物質からなることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１６】
前記犠牲層は、モリブデンまたはアルミニウムからなることを特徴とする請求項１５に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１７】
前記犠牲層ホールは、前記カソードホールの両側から離隔して前記カソードホールの長手方向に沿って形成されることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１８】
前記エミッタは、炭素ナノチューブからなることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１９】
前記エミッタを形成する工程は、
前記犠牲層ホールを満たすように前記犠牲層上に炭素ナノチューブペーストを塗布する工程と、
前記炭素ナノチューブペーストを露光現像して前記犠牲層ホールの内部に前記エミッタを形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１８に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項２０】
前記炭素ナノチューブペーストは、前記犠牲層をフォトマスクとして背面露光法によって露光されることを特徴とする請求項１９に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項２１】
前記エミッタは、その両端が前記カソード電極に接触するように形成されることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項２２】
前記エミッタは、その両端が前記カソード電極から離隔して形成されることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項２３】
前記ゲート電極は、前記カソード電極と交差するように形成されることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項２４】
前記カソード電極を形成する工程は、
前記基板上にカソード物質層を蒸着する工程と、
前記カソード物質層をパターニングして、前記カソード電極及びカソードホールを形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項２５】
前記犠牲層を形成する工程は、
前記ゲート電極の上面と、前記カソードホール、絶縁層ホール及びゲートホールとを覆うように犠牲物質層を蒸着する工程と、
前記犠牲物質層をパターニングして前記カソードホール、絶縁層ホール及びゲートホールの内側には前記犠牲層ホールを形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【公開番号】特開２００８−１２３９９５（Ｐ２００８−１２３９９５Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１３９７５（Ｐ２００７−２１３９７５）
【出願日】平成１９年８月２０日（２００７．８．２０）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２０日（２００７．８．２０）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
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