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Dokumentenidentifikation DE4242595C2 18.06.2003
Titel Verfahren zum Herstellen einer Feldemissionsanzeigevorrichtung
Anmelder Samsung Electron Devices Co., Ltd., Kyonggi, KR
Erfinder Lee, Kangok, Suwon, KR
Vertreter Wilhelms, Kilian & Partner, 81541 München
DE-Anmeldedatum 16.12.1992
DE-Aktenzeichen 4242595
Offenlegungstag 04.11.1993
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.06.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.06.2003
IPC-Hauptklasse H01J 1/304
IPC-Nebenklasse G09F 9/33   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Feldemissionsanzeigevorrichtung.

Eine Feldemissionsanzeigevorrichtung ist ihrer Art nach eine Flachanzeigevorrichtung, die spitzen- oder keilartige Kathoden und Anoden mit einer Leuchtstoffschicht aufweist. Ein von einer gegebenen Kathode emittiertes Elektron trifft auf den Leuchtstoff, so daß dieser angeregt wird und Licht aussendet, um dadurch Muster, Buchstaben oder Zeichen anzuzeigen. Trotz eines minimalen Stromverbrauches können farbige Muster mit hoher Auflösung und Helligkeit angezeigt werden.

Im folgenden wird anhand der Fig. 3 der zugehörigen Zeichnung eine Feldemissionsanzeigevorrichtung mit Mikrospitzenkathoden beschrieben, die aus der US-PS 49 08 539 bekannt ist.

Gateelektroden 3, Kathoden 2 und Isolierschichten 4, die mehrere Löcher 30 aufweisen, sind auf einem rückseitigen Glassubstrat 1 kreuzförmig angeordnet. Eine Vielzahl von Zellen 5 sind an den sich kreuzenden Teilen gebildet. In den Zellen 5 sind Mikrospitzen 6 in der gleichen Anzahl wie Löcher 30 ausgebildet. Abstandstücke (siehe Fig. 4), die jede Zelle 5 überdecken, sind an der Oberseite der Zelle angeordnet. Eine transparente, leitende Indiumzinnoxidschicht 9, die eine Anodenelektrode bildet, und eine Leuchtstoffschicht 10 sind an der Unterseite eines vorderen Glassubstrates 8 ausgebildet.

Fig. 4 zeigt eine Zelle 5 der Feldemissionsanzeigevorrichtung in einer vergrößerten Schnittansicht. Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, ist die Mikrospitze 6 eine Kathode einer Kaltkathodenanordnung, die nach dem Prinzip der Feldemission arbeitet. Ihr Ende ist zugespitzt ausgebildet, so daß bereits mit einer relativ niedrigen Spannung, die an dem winzigen Flächenbereich der Mikrospitze 6 liegt, von der Spitze der Kathode Elektronen emittiert werden können, so daß der Leuchtstoff 10 angeregt wird, der der Kathode gegenüberliegt.

Die Elektronenemission wird von einer Vielzahl von Mikrospitzen 6 ausgelöst, und die emittierten Elektronen treffen durch das Gate 3, an dem das elektrische Feld konvergiert, auf den Leuchtstoff 10. Der Leuchtstoff 10 wird dadurch so angeregt, daß Elektronenübergänge in den äußeren Elektronenschalen auftreten. Unter Verwendung des dadurch erzeugten Lichtes kann die gewünschte Bildanzeige erfolgen.

Aus der US 38 94 332 ist bereits ein Verfahren zum Herstellen einer Feldemissionsanzeigevorrichtung bekannt, bei dem auf einem Substrat eine Oxidschicht und darauf eine strukturierte Fotolackschicht ausgebildet wird, die Oxidschicht mit der strukturierten Fotolackschicht als Maske geätzt wird, um Inseln zu bilden, und die Fotolackschicht entfernt wird.

Aus der US 45 13 308 ist es weiterhin bekannt, zur Herstellung einer Feldemissionsanzeigevorrichtung auf einem Substrat eine N-Schicht auszubilden, die mit dem Substrat einen PN-Übergang bildet, und die N-Schicht zur Bildung einer Oxidschicht zu oxidieren. Anschließend wird auf der Oxidschicht eine Fotolackschicht ausgebildet und strukturiert. Die Oxidschicht wird anschließend unter Verwendung der strukturierten Fotolackschicht geätzt, woraufhin die Fotolackschicht entfernt wird, so daß einzelne Inseln an den Stellen der gewünschten Mikrospitzen übrig bleiben. Diese Mikrospitzen werden durch Ätzen der N-Schicht des Substrates gebildet. Anschließend werden eine elektrische Schicht und ein Gate auf der in dieser Weise gebildeten Anordnung vorgesehen.

Aus der EP 370 298 A2 ist es weiterhin bekannt, Emitter mit pyramidenförmigen Mikrospitzen für Feldemissionsanzeigevorrichtungen dadurch zu bilden, daß auf einem Substrat Maskierungsflecken an den erforderlichen Emitterstellen vorgesehen werden, das Substrat geätzt wird, so daß säulenartige Strukturen unter den Flecken übrig bleiben, die Flecken entfernt werden und dann die säulenartigen Strukturen geätzt werden, so daß diese in pyramidenartige Mikrospitzen umgewandelt werden.

Ein Verfahren zur Herstellung der Mikrospitzen einer Feldemissionsanzeigevorrichtung wird im folgenden im einzelnen an Hand der Fig. 5A bis 5F beschrieben.

Wie es in Fig. 5A dargestellt ist, werden auf einem ersten Glassubstrat 1 Kathoden 2, eine Isolierschicht 4 und Gateelektroden 3 der Reihe nach gebildet. Wie in Fig. 5B dargestellt ist, wird ein gegebener Teil des Gateelektroden 3 trocken geätzt, um ein Loch mit einem Durchmesser von etwa 1,4 µm zu bilden. Wie in Fig. 5C dargestellt ist, wird die Isolierschicht 4 durch Kieselsäureätzen geätzt, um einen Hohlraum 40 unter dem Loch 30 zu bilden. Wie es in Fig. 5D dargestellt ist, wird bei einer Drehung des Glassubstrates 1 eine Nickelschicht 11 durch Elektronenstrahlaufdampfen unter einem Projektionswinkel von 5° bis 25° gebildet. Wie in Fig. 5E dargestellt ist, wird ebenfalls bei einer Drehung des rückseitigen Glassubstrates 1, wie in Fig. 5D, Mo auf der Innenfläche des Hohlraumes 40 der Isolierschicht 4 niedergeschlagen, um eine Mikrospitze 6 zu bilden. Danach wird gemäß Fig. 5F der Mo-Niederschlag 12 zusammen mit der Ni-Schicht 11 an der Oberseite der Gateelektrode 3 entfernt.

Ein Abstandsstück 7 wird über dem gesamten Flächenbereich des Gateelektrode 3 mit Ausnahme des Zellenteils 5 ausgebildet. An der Oberseite des Abstandsstücks 7 wird das vordere Glassubstrat 8 mit der dünnen transparenten leitenden Schicht 9 und der Leuchtstoffschicht 10 angeordnet, wodurch die Feldemissionsanzeigevorrichtung fertiggestellt ist.

Die in dieser Weise gebildeten Mikrospitzen 6 können jedoch leicht durch Ionenbeschuß beschädigt werden, da dann, wenn die von der Spitze emittierten Elektronen den Leuchtstoff anregen, positive Ionen die Kathode abreiben. Das hat zur Folge, daß aufgrund des Abriebs der. Wirkungsgrad der Elektronenemission abnimmt, so daß keine stabile Bildqualität erhalten wird und die Lebensdauer verkürzt ist.

Da weiterhin beim Aufbringen der Ni-Schicht 11 auf der Gateelektrode 3 der Projektionswinkel der nicht dargestellten Aufdampf- oder Niederschlagseinrichtung sich mit der Drehung des Glassubstrates 1 ändert, ändert sich der Projektionswinkel der Aufdampf- oder Niederschlagseinrichtung nach Maßgabe der Position auf dem Substrat, was zu ungleichmäßigen Formen der Spitzen führt.

Die Elektronenemissionsfähigkeit der Spitzen ist daher nicht gleich, was zu einer ungleichmäßigen Helligkeit der Anzeige führt.

Das ist insbesondere dann nachteilig, wenn große Feldemissionsanzeigevorrichtungen hergestellt werden sollen. Die Stärke der Verbindung zwischen der Kathodenspitze, die die Elektronen emittiert, und der Kathodenelektrode ist gering, da bei der Herstellung der Feldemissionsanzeigevorrichtung in jedem Ätzschritt das Ätzmittel in den Kontaktbereich zwischen der Kathodenspitze und der Kathodenelektrode eindringt, so daß sich beim Betrieb die Kathodenspitze lösen kann, was eine geringere Produktivität zur Folge hat.

Durch die Erfindung soll daher ein Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsanzeigevorrichtung geschaffen werden, bei dem Mikrospitzen mit guter Verbindung zu der Kathodenelektrode in gleichmäßiger Form hergestellt werden können, so daß eine gleichmäßige und gute Lichtemissionscharakteristik erzielt wird.

Dazu umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte:

Der Reihe nach erfolgendes Ausbilden einer leitenden Schicht und einer Fotolackschicht auf einem transparenten isolierenden Substrat,

Belichten der Fotolackschicht und Entfernen der Fotolackschicht mit Ausnahme desjenigen Teils, an dem eine Mikrospitze zu bilden ist,

Ätzen der leitenden Schicht mit der dazwischen liegenden strukturierten Fotolackschicht als Maske auf eine bestimmte Tiefe, um mehrere Stege zu erzeugen,

Niederschlagen einer Isolierschicht auf der geätzten und belichteten leitenden Schicht und Entfernen der restlichen Fotolackschicht durch Lift-off,

Aufbringen und Strukturieren einer neuer Fotolackschicht auf den freiliegenden Stegen und der Isolierschicht zur Bildung einer Fotolackstruktur derart, daß die Flächenbereiche der verbleibenden Fotolackstruktur auf den freiliegenden Stege kleiner als die Flächenbereiche der freiliegenden Stege sind,

Ätzen der Stege über ein selektives, isotropes oder anisotropes Ätzen mit der dazwischen angeordneten, strukturierten Fotolackschicht als Maske, um das scharfe Ende der Mikrospitze zu bilden, und

Niederschlagen einer Gateschicht auf der Isolierschicht und Entfernen der verbleibenden Fotolackschicht.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 6.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnungen ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Feldemissionsanzeigevorrichtung,

Fig. 2A bis 2G die Verfahrensschritte zur Herstellung der Feldemissionsanzeigevorrichtung,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer bekannten Feldemissionsanzeigevorrichtung mit Mikrospitzen,

Fig. 4 eine Schnittansicht der bekannten Feldemissionsanzeigevorrichtung und

Fig. 5A bis 5E die Verfahrensschritte eines bekannten Verfahrens zur Herstellung der bekannten Feldemissionsanzeigevorrichtung.

Fig. 1 zeigt in einer Schnittansicht eine Feldemissionsanzeigevorrichtung, die nachdem in den Fig. 2A bis 2G dargestellten Herstellungsverfahren hergestellt wurde.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, weist die Feldemissionsanzeigevorrichtung eine Kathode 22, die dadurch gebildet ist, daß eine Kathodenelektrode 20 mit einer Mikrospitze in einem Stück ausgebildet ist, ein rückseitiges Glassubstrat 1, eine Gateelektrode 3, eine Isolierschicht 4, wobei an den Kreuzungsstellen der Kathodenelektrode 20 und der Gateelektrode 3 matrixartige Zellen gebildet sind, ein Abstandsstück 7, das über dem gesamten Bauteil mit Ausnahme der Zellen ausgebildet ist, und ein vorderes Glassubstrat 8 auf, auf dem eine transparente leitende Indiumzinnoxidschicht 9 und eine Leuchtstoffschicht 10 niedergeschlagen sind. Mikrospitzen 21 der Kathode 22 mit gleicher Höhe sind bis zur Höhe der Gateelektrode 3 ausgebildet. Die schrägen Umfangsflächen der Mikrospitzen 21 sind konkav gerundet, um ein scharfes Ende zu bilden. Das Ende jeder Mikrospitze 21 liegt unter der Gateelektrode 3 und ist gegenüber der bekannten Vorrichtung länger, was nicht nur eine niedrigere möglichen Treiberspannung zur Folge hat, sondern auch zu einer längeren Lebensdauer im Hinblick auf den Abrieb führt, der durch den Ionenbeschuß verursacht wird.

Die Mikrospitze 21 und die Kathodenelektrode 20 sind zur Bildung der Kathode 22 während der Herstellung in einem Stück ausgebildet, so daß die Mikrospitze 21 von der Kathodenelektrode 20 nicht abfallen kann.

In den Fig. 2A bis 2G ist ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung einer derartigen Feldemissionsanzeigevorrichtung dargestellt.

Wie in Fig. 2A dargestellt ist, wird eine leitende Schicht 20 auf der Oberseite eines rückseitigen Glassubstrates 1 niedergeschlagen. Die leitende Schicht 20 besteht aus Si oder einem Metall, wie beispielsweise Ta (oder einem ähnlichen Metall). Eine Fotolackschicht 14 wird darauf aufgebracht. Anschließend wird mit einer Maske M ein bestimmter Teil der Fotolackschicht belichtet und geätzt, um die Fotolackschicht zu strukturieren.

Wie in Fig. 2B dargestellt ist, wird mit der strukturierten Fotolackschicht 14 als Maske der freiliegende Teil der leitenden Schicht 20 auf eine bestimmte Tiefe geätzt und entfernt. Dabei bildet die nichtgeätzte leitende Schicht 20 Spalten oder Stege.

Wie in Fig. 2C dargestellt ist, wird nach der Bildung einer Isolierschicht 4 aus SiO2 im in dieser Weise geätzten Bereich unter Verwendung einer Elektronenstrahlniederschlagseinrichtung oder einer Zerstäubungs- oder Aufdampfeinrichtung die restliche Fotolackschicht auf der leitenden Schicht 20 durch Lift-off entfernt.

Wie in den Fig. 2D und 2E dargestellt ist, wird eine neue Fotolackschicht 15 auf der mit Spalten oder Stegen ausgebildeten Schicht 20 und der Isolierschicht 4 ausgebildet. Über eine Maske M' wird die Fotolackschicht belichtet, um belichtete Teile mit einem kleineren Flächenbereich als dem der vorstehenden Stege der leitenden Schicht 20 zu bilden. Der nicht belichtete Teil wird weggeätzt.

Wie in Fig. 2F dargestellt ist, werden dann die Stege der Schicht 20 durch isotropes Ätzen oder durch anitropes Ätzen behandelt, um Mikrospitzen 21 zu bilden. Der nicht vorstehende Teil der leitende Schicht 20 bildet nun die Kathodenelektrode.

Wie in Fig. 2G dargestellt ist, wird Mo, W oder Nb auf der Isolierschicht 4 niedergeschlagen, um die Gateelektrode 3 zu bilden. Die Fotolackschicht 15 wird durch Lift- off entfernt, so daß eine einteilige Kathode übrig bleibt.

Das Abstandsstück 7 wird über dem gesamten Flächenbereich mit Ausnahme der Zelle ausgebildet, in der sich die Kathode 22 auf dem rückseitigen Glassubstrat 1 befindet.

Das vordere Glassubstrat 1 mit der darauf befindlichen transparenten leitenden Schicht 9 und der Leuchtstoffschicht 10 wird auf dem Abstandsstück 7 angeordnet. Die obigen Bauteile werden dann miteinander zur fertigen Feldemissionsanzeigevorrichtung vereinigt.

Wie oben beschrieben wurde, wird die Kathode mit einem einfachen Fotolackverfahren gebildet, was den Herstellungsvorgang einfach macht, da ein hoher technischer Standard bei einem derartigen Verfahren nicht notwendig ist. Die Höhe der Mikrospitzen ist gleich, so daß die an den Mikrospitzen liegenden Spannungen zur Auslösung der Elektronenemission gleich sind und somit eine gute Lichtemissionscharakteristik erzielt wird.

Bei einer Feldemissionsanzeigevorrichtung, die nach diesem Verfahren hergestellt ist, befinden sich die die Elektronen emittierenden Mikrospitzen der Kathode auf der gleichen Höhe unter der Gateelektrode. Die Mikrospitzen sind scharf und mit der Kathode in einem Stück ausgebildet, so daß sie einen Ionenbeschuß über Stunden aushalten können und eine gute und gleichmäßig Lichtemissionscharakteristik erzielt wird. Das Verfahren hat darüberhinaus den Vorteil, daß die Kathode einfach und leistungsfähig hergestellt werden kann.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Herstellen einer Feldemissionsanzeigevorrichtung, welches die folgenden Schritte umfaßt:

    Der Reihe nach erfolgendes Ausbilden einer leitenden Schicht und einer Fotolackschicht auf einem transparenten isolierenden Substrat,

    Belichten der Fotolackschicht und Entfernen der Fotolackschicht mit Ausnahme desjenigen Teils, an dem eine Mikrospitze zu bilden ist,

    Ätzen der leitenden Schicht mit der dazwischen liegenden strukturierten Fotolackschicht als Maske auf eine bestimmte Tiefe, um mehrere Stege zu erzeugen,

    Niederschlagen einer Isolierschicht auf der geätzten und belichteten leitenden Schicht und Entfernen der restlichen Fotolackschicht durch Lift-off,

    Aufbringen und Strukturieren einer neuen Fotolackschicht auf den freiliegenden Stegen und der Isolierschicht zur Bildung eines Fotolackstruktur derart, daß die Flächenbereiche der verbleibenden Fotolackstruktur auf den freiliegenden Stegen kleiner als die Flächenbereiche der freiliegenden Stege sind,

    Ätzen der Stege über eine selektives, isotropes oder anisotropes Ätzen mit der dazwischen angeordneten, strukturierten Fotolackschicht als Maske, um ein scharfes Ende der Mikrospitzen zu bilden, und

    Niederschlagen einer Gateschicht auf der Isolierschicht und Entfernen der verbleibenden Fotolackschicht.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht aus Si oder einem Metall wie Ta oder einem ähnlichen Metall besteht und mit einer Stärke von 1000 nm bis 2000 nm ausgebildet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen der leitenden Schicht zur Bildung der Stege durch anisotropes Ätzen erfolgt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Stege 700 nm bis 1500 nm beträgt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schräge Umfangsfläche der Mikrospitzen nach innen gerundet ausgebildet wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gateschicht Mo, W oder Nb umfaßt und mit einer Stärke von 100 nm bis 400 nm ausgebildet wird.






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