KR100189836B1

KR100189836B1 - 칼라 브라운관용 에프.이.에이(fea) 전자총 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100189836B1
Application number: KR1019960027535A
Authority: KR
Inventors: 손석봉
Original assignee: 손욱; 삼성전관주식회사
Priority date: 1996-07-08
Filing date: 1996-07-08
Publication date: 1999-06-01
Also published as: KR980011644A

Abstract

칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총 및 그 제조 방법이 개시된다. 이 전자총은, 비드 글라스, 기판 위에 적색(R)용, 녹색(G)용, 및 청색(B)용의 3 개의 전계 방출 어레이가 형성된 전계 방출부, 상기 전계 방출부로부터 방출되는 전자들을 제어하는 제어 전극군을 갖춘 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총에 있어서, 상기 전계 방출 어레이의 원추형 전계 방출 팁은, 그 하부가 전기적 저항성을 갖고 그 상부가 순수 도전성을 갖도록 복수의 층들로 형성된 것을 그 특징으로 한다. 이에 따라 전원이 인가되는 시점에서 전자 비임이 방출되는 시점까지의 시간이 단축되고, 소비 전력이 절감되며, 균일한 전자 방출 특성을 유지할 수 있다.

Description

칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총 및 그 제조 방법

본 발명은 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 지금까지 칼라 브라운관에 사용되는 전자총은 별도의 히터(Heater)가 요구되는 열음극식(Heated Cathode type) 전자총이 사용되어 왔다. 그러나 최근 이에 대한 구조적 단점들을 제거하기 위하여, 히터를 사용하지 않는 냉음극식(Cold Cathode type) 전자총이 개발되고 있다. 본 발명의 에프.이.에이(FEA, Field Emitter Array) 전자총은 냉음극식 전자총에 속한다.

도 1은 종래의 열음극식 전자총의 발췌적 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 열음극식 전자총은, 비드 글라스(Bead Glass, 11), 히터가 내장된 음극(12), 음극(12)을 비드 글라스(11)에 고정시키는 음극 지지체(13), 음극(12)의 전자 방출량을 제어하는 제1 전극(14), 음극(12)으로부터 방출된 전자들을 집속하여 비임(beam)을 형성하는 제2 전극(15), 제2 전극(15)을 통하여 형성된 전자 비임을 가속시키는 제3 전극(16), 및 제3 전극(16)에 의하여 가속된 전자 비임을 집속하는 제4 전극(17)을 갖추고 있다. 한편, 음극(12)이 음극 지지체(13)와 결합되지 않고, 금속 지지체에 의하여 비드 글라스(11)에 직접 융착되는 경우도 있다.

도 2는 도 1의 음극 및 음극 지지체의 결합 상태를 설명하기 위한 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 음극(12)은, 슬리이브(Sleeve, 122)에 삽입되어 지지되는 적색(R)용, 녹색(G)용, 및 청색(B)용의 3 개의 에미터(Emitter, 121), 각 에미터(121)를 가열하는 히터(123), 각 에미터(121)와 히터(123)를 결합하는 홀더(124)로 되어 있다. 또한 음극 지지체(도 1의 13)는, 제1 전극(도 1의 14)에 고정되는 외부 케이스(Outer case, 131), 음극(도 1의 12)이 고정되는 세 개의 내부 케이스(Inner case, 132), 및 외부 케이스(131)와 세 개의 내부 케이스(132) 사이에 충진된 절연체(133)로 되어 있다. 에미터(121)를 지지하는 방식은, 도 2에 도시된 슬리이브(122) 방식 외에 리본(Ribbon) 방식 등 다양하다. 또한 도 2에 도시된 바와 같이 히터(123)가 음극(12) 내에 삽입된 방열형(Indirect Heating type)이 있는 한편, 히터(123)가 에미터(121)에 직접 접합된 직열형(Direct Heating type)이 있다. 에미터(121)는, 산화물형 에미터와 함침형 에미터로 대별된다. 산화물형 에미터는, 환원성 물질을 함유한 베이스(Base) 금속 위에 알칼리토류 금속의 산화물이 도포된 에미터이다. 그리고 함침형 에미터는, 다공질 금속의 기공들에 전자 방출용 물질이 함침된 에미터이다.

상기와 같은 종래의 열음극식 전자총은 다음과 같은 문제점들을 안고 있다. 첫째, 히터(도 2의 123)에 전압이 인가되는 시점에서 에미터(도 2의 121)로부터 전자들이 방출되는 시점까지의 시간이 길다. 따라서 종래의 열음극식 전자총의 브라운관을 사용하는 텔레비젼이나 모니터의 경우, 전원이 인가되는 시점에서 화면이 나타날 때까지의 시간이 길다. 둘째, 히터(123)의 구동 전력으로 인하여 전체적인 소비 전력이 크다. 셋째, 열전달의 불균일성으로 인하여, 적색(R)용, 녹색(G)용, 및 청색(B)용의 3 개의 에미터(121)의 전자 방출 특성이 서로 큰 차이를 갖는다. 넷째, 히터(123)가 포함됨에 따라 전체적인 규모가 커진다. 다섯째, 에미터(121)에 대한 활성화 공정(Aging process)이 별도로 필요하다. 그리고 여섯째, 히터(123)의 제조 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 그 불량률이 높다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 히터를 사용하지 않고 전계 방출 어레이를 이용하여 냉음극식 전자 방출을 수행하는, 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총을 제공하는 것이다.

또한 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총의 효율적인 제조 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 열음극식 전자총의 발췌적 단면도이다.

도 2는 도 1의 음극 및 음극 지지체의 결합 상태를 설명하기 위한 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 에프.이.에이(FEA) 전자총의 전계 방출부의 평면도이다.

도 4는 도 3의 A 영역을 확대한 사시도이다.

도 5는 도 4의 일측 단면도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

KR, KG, KB...전계 방출 어레이, 321, 322, 323, 324...전극 패드,

B...전계 방출구,51...유리 기판,

52...캐소드 전극층,53...절연층,

GA, 54...공통 게이트 전극층,B1...원추형 전계 방출팁,

55...전계 방출팁의 하부,56...전계 방출팁의 상부.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총은, 비드 글라스, 기판 위에 적색(R)용, 녹색(G)용, 및 청색(B)용의 3 개의 전계 방출 어레이가 형성된 전계 방출부, 상기 전계 방출부로부터 방출되는 전자들을 제어하는 제어 전극군을 갖춘 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총에 있어서, 상기 전계 방출 어레이의 원추형 전계 방출 팁은, 그 하부가 전기적 저항성을 갖고 그 상부가 순수 도전성을 갖도록 복수의 층들로 형성된 것을 그 특징으로 한다.

또한 상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총의 제조 방법은, 기판 위에 적색(R)용, 녹색(G)용, 및 청색(B)용의 3 개의 전계 방출 어레이가 형성된 전계 방출부, 상기 전계 방출부로부터 방출되는 전자들을 제어하는 제어 전극군, 및 비드 글라스를 형성하는 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총의 제조 방법상기 기판 위에 캐소드 전극층을 형성하는 단계; 상기 캐소드 전극층 위에 상기 게이트 전극층의 소정 위치에 에칭을 수행하여 전계 방출구를 형성하는 단계; 및 상기 전계 방출구의 내부에, 그 하부가 전기적 저항성을 갖고 그 상부가 순수 도전성을 갖도록 복수의 층들로 된 원추형 전계 방출팁들을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 에프.이.에이(FEA) 전자총의 전계 방출부의 평면도이다. 도시된 바와 같이 본 실시예의 전계 방출부는, 적색(R)용 전계 방출 어레이(KR), 녹색(G)용 전계 방출 어레이(KG), 및 청색(B)용 전계 방출 어레이(KB)를 갖추고 있다. 이와 같은 전계 방출부의 가장자리에는 공통 게이트 전극 패드(321), 적색(R)용 캐소드 전극 패드(322), 녹색(G)용 캐소드 전극 패드(323), 및 청색(B)용 캐소드 전극 패드(324)가 마련되어 있다. 각 전극 패드(321, 322, 323, 324)는 소정의 와이어(wire)로써 외부 전극 핀들에 연결된다.

도 4는 도 3의 A 영역을 확대한 사시도이다. 도 5는 도 4의 일측 단면도이다. 도시된 바와 같이 본 실시예의 전계 방출 어레이(도 3의 KR, KG, KB)에는, 다수의 전계 방출구(B)가 형성되어 있다. 각 전계 방출구(B) 사이의 거리는 5 μm 정도이다. 전계 방출 어레이(도 3의 KR, KG, KB)는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 및 포토 에칭(Photo etching) 공정에 의하여 형성된다. 그 공정을 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 먼저 유리 기판(51) 위에 ITO(Indium Tin Oxide) 도전막을 증착하여 캐소드 전극층(52)을 형성한다. 다음에 절연층 예를 들어, 산화 실리콘(SiO₂)층(53)을 수 μm 정도의 두께로써 증착한 후, 그 위에 공통 게이트 전극층(GA, 54)을 증착한다. 다음에 에칭을 수행하여 소정 위치의 전계 방출구(B)를 형성한 후, 그 내부에, 전기적 저항성의 하부(55)와 순수 전도성의 상부(56)로 된 원추형 전계 방출팁(B1)들을 형성한다. 본 실시예의 경우, 한 개의 원추형 전계 방출팁(B1)에서 발생되는 전자 방출량을 전류값으로 표현하면 50 μA(micro-ampere) 정도이다. 한편 일반적인 브라운관을 동작시키기 위한 전자총의 전류값은 3 mA(milli-ampere) 내지 6 mA 정도이다. 이를 근거로하여 실험한 결과, 원추형 전계 방출팁(B1)들의 개수는 한 에프.이.에이(FEA) 전자총 당 40,000 내지 70,000 개로 설계하는 것이 바람직함이 확인되었다.

이와 같이 제조된 전계 방출 어레이(도 3의 KR, KG, KB)에 있어서, 공통 게이트 전극층(GA, 54)과 캐소드 전극층(52) 사이에 50 V(Volt) 내지 100 V 정도의 전압이 인가되면, 원추형 전계 방출팁(330)의 상부에 강한 전계가 형성됨으로써, 원추형 전계 방출팁(B1)의 상부(56)에서 전자 방출이 일어난다. 여기서 각 전계 방출구(B)의 크기가 균일할수록 각 원추형 전계 방출팁(B1)으로부터의 전자 방출량이 균일해진다. 그러나 실제적으로 미세한 전계 방출구(B)의 크기를 균일하게 형성하기란 거의 불가능하다. 따라서 일반적인 순수 전도성 전계 방출 팁을 사용하는 경우 다음과 같은 현상이 발생한다. 즉, 동일한 전압이 캐소드 전극층(52)과 공통 게이트 전극층(GA, 54) 사이에 인가되더라도, 전계 방출구(B)의 크기가 적을수록 공통 게이트 전극층(GA, 54)과 해당 원추형 전계 방출팁(B1)의 최상부 사이에 강한 전계가 형성된다. 왜냐하면 전계 방출구(B)의 크기가 적을수록 공통 게이트 전극층(GA, 54)과 해당 원추형 전계 방출팁(B1)의 최상부 사이의 거리가 짧아지기 때문이다. 이에 따라 각 원추형 전계 방출팁(B1)으로부터의 전자 방출량이 균일하지 못하고, 누설 전류(leak current)가 발생하며, 에프.이.에이(FEA) 전자총의 수명이 짧아진다. 그러나 본 발명에서는 원추형 전계 방출팁(B1)들이 전기적 저항성의 하부(55)와 순수 전도성의 상부(56)로 되어 있으므로, 전계 방출구(B)의 크기가 서로 다르더라도 각 원추형 전계 방출팁(B1)의 최상부와 공통 게이트 전극층(GA, 54) 사이의 전압이 더 균일해진다. 즉, 각 원추형 전계 방출팁(B1)의 최상부와 공통 게이트 전극층(GA, 54) 사이의 전계 강도를 상대적으로 균일하게 할 수 있다. 따라서 각 원추형 전계 방출팁(B1)으로부터의 전자 방출량이 균일해지고, 누설 전류의 발생을 억제하며, 에프.이.에이(FEA) 전자총의 수명이 연장될 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 당업자의 수준에서 그 변형 및 개량이 가능하다. 예를 들어, 상기 원추형 전계 방출팁(도 4의 B1)들이 전기적 저항성의 제1층, 순수 전도성의 제2층, 전기적 저항성의 제3층, 및 순수 전도성의 최상층으로 형성될 수 있다. 한편 상기 유리 기판(328) 대신에 실리콘 기판을 사용할 수 있다.

이상 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총에 의하면, 히터를 사용하지 않고 전계 방출 어레이를 이용하여 냉음극식 전자 방출을 수행함으로써, 전원이 인가되는 시점에서 전자 비임이 방출되는 시점까지의 시간이 단축되고, 소비 전력이 절감되며, 균일한 전자 방출 특성을 유지할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총에 의하면, 소형화에 일조할 뿐만 아니라, 품질, 생산성, 및 신뢰성을 증진시킬 수 있다.

Claims

비드 글라스, 기판 위에 적색(R)용, 녹색(G)용, 및 청색(B)용의 3 개의 전계 방출 어레이가 형성된 전계 방출부, 상기 전계 방출부로부터 방출되는 전자들을 제어하는 제어 전극군을 갖춘 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총에 있어서,

상기 전계 방출 어레이의 원추형 전계 방출 팁은,

그 하부가 전기적 저항성을 갖고 그 상부가 순수 도전성을 갖도록 복수의 층들로 형성된 것을 그 특징으로 하는 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총.
제1항에 있어서, 상기 전계 방출부의 가장자리에는,

공통 게이트 전극 패드, 적색(R)용 캐소드 전극 패드, 녹색(G)용 캐소드 전극 패드, 및 청색(B)용 캐소드 전극 패드가 마련된 것을 그 특징으로 하는 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총.
제1항에 있어서, 상기 전계 방출부의 기판은,

유리 기판인 것을 그 특징으로 하는 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총.
제1항에 있어서, 상기 전계 방출부의 기판은,

실리콘 기판인 것을 그 특징으로 하는 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총.
비드 글라스, 기판 위에 적색(R)용, 녹색(G)용, 및 청색(B)용의 3 개의 전계 방출 어레이가 형성된 전계 방출부, 상기 전계 방출부로부터 방출되는 전자들을 제어하는 제어 전극군을 갖춘 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총에 있어서,

상기 전계 방출 어레이의 원추형 전계 방출 팁은,

그 하부가 전기적 저항성을 갖고 그 상부가 순수 도전성을 갖도록 복수의 층들로 형성된 것을 그 특징으로 하는 전계 방출 어레이.
기판 위에 적색(R)용, 녹색(G)용, 및 청색(B)용의 3 개의 전계 방출 어레이가 형성된 전계 방출부, 상기 전계 방출부로부터 방출되는 전자들을 제어하는 제어 전극군, 및 비드 글라스를 형성하는 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총의 제조 방법에 있어서,

상기 전계 방출부의 형성 방법은,

상기 기판 위에 캐소드 전극층을 형성하는 단계;

상기 캐소드 전극층 위에 절연층을 증착하는 단계;

상기 절연층 위에 게이트 전극층을 증착하는 단계;

상기 게이트 전극층의 소정 위치에 에칭을 수행하여 전계 방출구를 형성하는 단계; 및

상기 전계 방출구의 내부에, 그 하부가 전기적 저항성을 갖고 그 상부가 순수 도전성을 갖도록 복수의 층들로 된 원추형 전계 방출팁들을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 하는 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 기판은,

유리 재질인 것을 그 특징으로 하는 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 기판은,

실리콘 재질인 것을 그 특징으로 하는 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 캐소드 전극층은,

ITO(Indium Tin Oxide) 도전층인 것을 그 특징으로 하는 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 절연층은,

산화 실리콘층인 것을 그 특징으로 하는 칼라 브라운관용 에프.이.에이(FEA) 전자총의 제조 방법.