KR20080013299A - 전자 방출 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캐소드 전극의 저항값을 낮추기 위해 보조 전극을 구비하는 전자 방출 디바이스에 관한 것이다. 본 발명의 전자 방출 디바이스는 기판, 기판 위에 형성되는 캐소드 전극, 캐소드 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부를 포함하며, 캐소드 전극이 기판의 일 방향을 따라 연장되는 주 전극, 주 전극 위에 형성되는 보조 전극, 주 전극과 보조 전극 사이에 형성되는 접착층을 포함한다.

캐소드전극, 보조전극, 주전극, 접착층, 전자방출부

Description

전자 방출 디바이스 {ELECTRON EMISSION DEVICE}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 디바이스를 이용한 전자 방출 디스플레이의 부분 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 디바이스를 이용한 전자 방출 디스플레이의 부분 단면도이다.

본 발명은 전자 방출 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캐소드 전극의 저항값을 낮추기 위해 보조 전극을 구비하는 전자 방출 디바이스에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 소자(electron emission element)는 전자원의 종류에 따라 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식으로 분류할 수 있다.

여기서, 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는 전계 방출 어레이(Field Emission Array; FEA)형, 표면 전도 에미션(Surface-Conduction Emission; SCE)형, 금속-절연층-금속(Metal-Insulator-Metal; MIM)형 및 금속-절연층-반도체(Metal-Insulator-Semiconductor; MIS)형 등이 알려져 있다.

이 중 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 소자는 전자 방출부와 더불어 구동 전극으로서 하나의 캐소드 전극과 하나의 게이트 전극을 구비하며, 전자 방출부의 구성 물질로 일 함수가 낮거나 종횡비가 큰 물질, 일례로 탄소계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질을 사용하여 진공 중에서 전계에 의해 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한다.

전자 방출 소자는 제1 기판 위에 어레이를 이루며 배치되어 제1 기판과 함께 전자 방출 디바이스를 구성하고, 전자 방출 디바이스는 제2 기판 및 제2 기판에 제공된 발광 유닛과 결합하여 전자 방출 디스플레이를 구성한다.

통상의 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 디바이스는 기판 위에 캐소드 전극들과 절연층 및 게이트 전극들이 순차적으로 형성되고, 게이트 전극들과 절연층에 개구부가 형성되어 캐소드 전극의 표면 일부를 노출시키며, 개구부 내측으로 캐소드 전극들 위에 전자 방출부가 배치된 구성으로 이루어진다.

통상의 전자 방출부는 공지의 스크린 인쇄법에 의한 제작시, 기판의 후면으로부터 자외선이 조사되는 후면 노광 과정을 거치게 되는데, 이를 위해 기판은 투명 기판으로 준비되고, 캐소드 전극은 투명한 재질, 일례로 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO)로 형성된다.

이때 고저항값을 가지는 인듐 틴 옥사이드는 높은 구동 전압을 요구하므로, 종래에는 인듐 틴 옥사이드 위에 이보다 낮은 저항값을 갖는 물질로 보조 전극을 형성하여 캐소드 전극의 저항값을 낮추고 있다.

그런데 인듐 틴 옥사이드는 저항값이 낮은 금속들과의 접착력이 좋지 않아 보조 전극 형성시 여러 가지 문제를 일으킨다. 일례로 보조 전극으로 알루미늄(Al)을 적용하면 알루미늄이 인듐 틴 옥사이드와 갈바닉 부식 현상을 일으키는 문제가 발생하고, 은(Ag) 보조 전극의 경우 식각될 때 주 전극과의 접촉 부위가 과식각되어 캐소드 전극의 스텝커버리지(step coverage)를 좋지 않게 한다.

이러한 이유로 종래에는 캐소드 전극의 저항값을 낮추는 효과가 작더라도 인듐 틴 옥사이드와의 접합력이 우수한 금속, 일례로 크롬(Cr)으로 보조 전극을 형성하고 있지만, 크롬 보조 전극으로는 목표하는 저항값 하락 효과를 기대할 수 없다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 보조 전극을 형성하여 캐소드 전극의 저항값을 최적으로 확보할 수 있는 전자 방출 디바이스를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

기판, 기판 위에 형성되는 캐소드 전극, 캐소드 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부를 포함하며, 캐소드 전극이 기판의 일 방향을 따라 연장되는 주 전극, 주 전극 위에 형성되는 보조 전극, 주 전극과 보조 전극 사이에 형성되는 접착층을 포함하는 전자 방출 디바이스를 제공한다.

상기 접착층은 500 내지 800Å의 두께로 형성될 수 있고, 크롬(Cr) 또는 티타늄(Ti)을 포함할 수 있다.

상기 보조 전극은 주 전극과 접착층보다 낮은 저항값을 갖는 물질로 이루어 지며, 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다.

또한, 보조 전극과 접착층은 전자 방출부의 좌우 양측에 각각 하나씩 형성될 수 있다.

상기 주 전극은 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO)로 이루어질 수 있으며, 전자 방출부는 상기 기판의 후면으로부터 조사되는 자외선에 의한 노광 공정에 의해 상기 주 전극 위에 형성될 수 있다.

상기 전자 방출 디바이스는 캐소드 전극과 절연되어 위치하는 게이트 전극을 포함할 수 있다.

또한, 전자 방출부는 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소, 풀러린(fullerene; C₆₀) 및 실리콘 나노와이어로 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 디바이스를 이용한 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도와 부분 단면도이다.

도면을 참고하면, 전자 방출 표시 디바이스는 소정의 간격을 두고 평행하게 대향 배치되는 제1 기판(10)과 제2 기판(12)을 포함한다. 제1 기판(10)과 제2 기 판(12)의 가장자리에는 밀봉 부재(도시하지 않음)가 배치되어 두 기판(10,12)을 접합시키고, 이로 인해 제1 기판(10)과 제2 기판(12)은 내부 공간을 갖는 용기를 구성하게 된다. 이 용기는 내부 공간이 대략 10^-6 Torr의 진공도로 배기되어 진공 용기로 구성된다.

상기에서 제2 기판(12)에 대향하는 제1 기판(10)의 일면에는 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 소자들을 포함하는 전자 방출 유닛(100)이 제공되고, 제1 기판(10)에 대향하는 제2 기판(12)의 일면에는 발광 유닛(110)이 제공된다.

먼저, 상기한 전자 방출 유닛(100)에 대해 설명하면, 제1 기판(10) 위에는 제1 전극인 캐소드 전극들(14)이 제1 기판(10)의 일 방향(도면의 x축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(14)을 덮으면서 제1 기판(10)의 전체에는 제1 절연층(16)이 형성된다. 제1 절연층(16) 위에는 제2 전극인 게이트 전극들(18)이 캐소드 전극(14)과 직교하는 방향(도면의 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

본 실시예에서 각각의 캐소드 전극(14)은 제1 기판(10) 위에서 제1 기판(10)의 일 방향을 따라 연장되는 주 전극(141)과, 주 전극(141) 위에 형성되는 보조 전극(142)과, 주 전극(141)과 보조 전극(142)의 접합력을 확보하기 위해 주 전극(141)과 보조 전극(142) 사이에 형성되는 접착층(143)을 포함한다.

주 전극(141)은 일정한 폭을 갖는 스트라이프 형상으로 이루어지며, 추후 설명할 전자 방출부의 후면 노광을 위하여 투명한 재질, 일례로 인듐 틴 옥사이 드(Indium tin Oxide; ITO)로 이루어진다.

보조 전극(142)은 주 전극(141)위에서 전자 방출부 형성 부위를 피해 형성되며, 주 전극(141)의 높은 저항값을 보상하기 위하여 주 전극(141)이나 접착층(143)보다 낮은 저항값을 갖는 금속 물질, 일례로 은(Ag)이나 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다.

그리고 접착층(143)은 주 전극(141)과 보조 전극(142)의 사이에서 보조 전극에 대응하여 500 내지 800Å의 두께로 형성되며, 보조 전극(142)과 동일한 폭 내지 그 이상의 폭으로 형성되어 보조 전극(142)과 주 전극(141)을 분리시킨다.

접착층(143)은 주 전극(141) 및 보조 전극(142)과의 접합력이 우수한 금속, 일례로 크롬(Cr)이나 티타늄(Ti)등을 포함할 수 있다. 이에 따라, 보조 전극(142)을 패터닝하기 위하여 식각할 때(도시하지 않음) 식각 물질이 주 전극(141)과 보조 전극(142) 사이에 침투하지 않으므로, 보조 전극(142)은 주 전극(141)으로부터 멀어질수록 폭이 좁아지는 경사진 측벽을 형성할 수 있다. 그 결과, 보조 전극(142)은 스텝 커버리지가 양호해져 캐소드 전극(14) 위에 형성되는 제1 절연층(16)에 균열이 발생을 억제한다.

한편, 도면에서는 접착층과 보조 전극이 주 전극마다 한 쌍씩 위치하는 것을 도시하였으나, 접착층 및 보조 전극은 주 전극마다 각각 하나씩 제공될 수 있다.

본 실시예에서 캐소드 전극(14)과 게이트 전극(18)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극들(14) 위로 각 화소 영역마다 하나 이상의 전자 방출부(20)가 형성된다.

이때, 전자 방출부(20)는 공지의 스크린 인쇄법을 통해 형성될 수 있으며, 제1 기판(10)의 후면으로부터 자외선을 조사하여 노광되는 후면 노광 과정에 의해 형성된다. 전자 방출부(20)의 후면 노광을 위하여 제1 기판(10)은 투명 기판으로 준비되고, 전자 방출부(20)는 투명한 주 전극(141) 위에 형성된다.

전자 방출부(20)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어질 수 있다. 전자 방출부(20)는 일례로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소, 풀러린(fullerene; C₆₀), 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있다.

제1 절연층(16)과 게이트 전극(18)에는 전자 방출부(20)에 대응하는 개구부(181,201)가 형성되어 제1 기판(10) 상에 전자 방출부(20)가 노출되도록 한다.

그리고 게이트 전극들(18)과 제1 절연층(16) 위로 제3 전극인 집속 전극(22)이 형성된다. 집속 전극(22) 하부에는 제2 절연층(24)이 위치하여 게이트 전극(18)과 집속 전극(22)을 절연시키며, 집속 전극(22)과 제2 절연층(24)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(221,241)가 마련된다.

집속 전극은 전자 방출부(20)마다 이에 대응하는 개구부를 형성하여 각 전자 방출부(20)에서 방출되는 전자들을 개별적으로 집속하거나, 화소 영역마다 하나의 개구부를 형성하여 하나의 화소 영역에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속할 수 있다. 도 1에서는 두 번째 경우를 도시하였다.

다음으로 상기한 발광 유닛(110)에 대해 설명하면, 제2 기판(12)의 일면에는 형광층(26), 일례로 적색과 녹색 및 청색의 형광층들(26R,26G,26B)이 서로간에 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(26) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(28)이 형성된다. 본 실시예에서 형광층(26)은 하나의 화소 영역에 한 가지 색의 형광층(26R,26G,26B)이 대응하도록 배치된다.

그리고 형광층(26)과 흑색층(28) 위로 알루미늄(Al)과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(30)이 형성된다. 애노드 전극(30)은 진공 용기의 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받아 형광층(26)을 고전위 상태로 유지시키며, 형광층(26)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(10)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(12) 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높인다.

한편 애노드 전극은 인듐 틴 옥사이드와 같은 투명 도전막으로 이루어질 수 있다. 이 경우 애노드 전극은 제2 기판(12)을 향한 형광층(26)과 흑색층(28)의 일면에 위치한다. 또한 애노드 전극으로서 전술한 금속막과 투명 도전막을 동시에 형성하는 구조도 가능하다.

그리고 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 사이에는 진공 용기에 가해지는 압축력에 대항하고 두 기판(10,12)의 간격을 일정하게 유지시키는 스페이서들(32; 도2 참고)이 배치된다. 스페이서들(32)은 형광층(26)을 침범하지 않도록 흑색층(28)에 대응하여 위치한다.

전술한 구성의 전자 방출 표시 디바이스는 외부로부터 캐소드 전극들(14), 게이트 전극들(18), 집속 전극(22) 및 애노드 전극(30)에 소정의 전압이 공급되는 것으로 구동될 수 있다.

일례로 캐소드 전극들(14)과 게이트 전극들(18) 중 어느 한 전극들이 주사 구동 전압을 인가받아 주사 전극들로 기능하고, 다른 한 전극들이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극들로 기능한다.

그리고 집속 전극(22)은 전자빔의 집속에 필요한 전압, 일례로 0 볼트(V) 또는 수 내지 수십 볼트(V)의 음의 직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(30)은 전자빔의 가속에 필요한 전압, 일례로 수백 내지 수천 볼트(V)의 양의 직류 전압을 인가받는다.

그러면 캐소드 전극(14)과 게이트 전극(18)의 전압 차가 임계치 이상인 화소 영역들에서 전자 방출부(20) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 집속 전극(22)의 개구부(221)를 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되고, 애노드 전극(30)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 화소 영역의 형광층(26)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.

전술한 구동 과정에 있어서, 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스는 주 전극(141)과 보조 전극(142) 사이에 접착층(143)을 형성함으로써, 주 전극(141)에 대한 보조 전극(142)의 접합력을 높이고, 보조 전극(142)의 부식을 방지하며, 보조 전극(142)의 식각 특성을 향상시켜 캐소드 전극(14)의 스텝커버리지를 양호하게 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 전자 방출 디바이스는 도전성이 우수한 금속 물질로 보조 전극(142)을 형성하여 캐소드 전극(14)의 저항값을 낮출 수 있고, 이에 따라 낮은 구동 전압에서 구동 가능한 효과가 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명의 전자 방출 디바이스는 캐소드 전극으로서 주 전극 위에 접착층과 보조 전극을 차례로 형성하여 주 전극과 보조 전극의 결합력을 높일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스는 보조 전극으로 주 전극의 높은 저항값을 보상하여 캐소드 전극의 저항값을 낮추므로, 낮은 전압에서도 구동이 가능한 효과가 있다.

Claims (10)

1. 기판;

   상기 기판 위에 형성되는 캐소드 전극; 및

   상기 캐소드 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부를 포함하며,

   상기 캐소드 전극이,

   상기 기판의 일 방향을 따라 연장되는 주 전극;

   상기 주 전극 위에 형성되는 보조 전극; 및

   상기 주 전극과 상기 보조 전극 사이에 형성되는 접착층을 포함하는 전자 방출 디바이스.
2. 제1항에 있어서,

   상기 접착층이 500 내지 800Å의 두께로 형성되는 전자 방출 디바이스.
3. 제1항에 있어서,

   상기 접착층이 크롬(Cr) 또는 티타늄(Ti)을 포함하는 전자 방출 디바이스.
4. 제1항에 있어서,

   상기 보조 전극이 상기 주 전극과 상기 접착층보다 낮은 저항값을 갖는 물질로 이루어지는 전자 방출 디바이스.
5. 제4항에 있어서,

   상기 보조 전극이 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)으로 형성되는 전자 방출 디바이스.
6. 제1항에 있어서,

   상기 보조 전극과 상기 접착층이 상기 전자 방출부의 좌우 양측에 각각 하나씩 형성되는 전자 방출 디바이스.
7. 제1항에 있어서,

   상기 주 전극이 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO)로 이루어지는 전자 방출 디바이스.
8. 제7항에 있어서,

   상기 전자 방출부가 상기 기판의 후면으로부터 조사되는 자외선에 의한 노광 공정에 의해 상기 주 전극 위에 형성된 전자 방출 디바이스.
9. 제1항에 있어서,

   상기 캐소드 전극과 절연되어 위치하는 게이트 전극을 포함하는 전자 방출 디바이스.
10. 제1항에 있어서,

    상기 전자 방출부가 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소, 풀러린(fullerene; C₆₀) 및 실리콘 나노와이어로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 전자 방출 디바이스.

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