KR100195171B1 - 음극선관용 전자총의 음극구조체 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음극선관용 전자총의 음극구조체 및 이의 제조방법을 개한다. 이 음극구조체는 기판 상에 금속 박막으로 이루어진 세 개의 캐소오드 전극층과 이 캐소오드 전극층과 연결되는 연결부를 갖고, 상기 캐소오드 전극층이 형성된 상기 기판 상에 절연층 및 게이트 전극층을 순차적으로 적층하며, 상기 절연층 및 게이트 전극층에 소정의 직경을 갖는 홀들과 개구성하여 캐소오드 전극층이 노출되도록 하고, 상기 홀들 내부에 전계 방출용 금속팁들을 형성하며, 연결부의 단부에 상기 게이트 전극층의 높이보다 높게 제1패드부를 형성한 것에 그 특징이 있으며, 이는 제1패드부와 와이어 본딩이 용이하고, 와이어와의 접착력을 향상시킬 수 있는 이점을 가진다.

Description

음극선관용 전자총의 음극구조체 및 그 제조방법

본 발명은 전자총의 음극구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 전계 방출 소자(field emissive array)를 이용한 음극구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

현재 기존 텔리비젼 수상기의 CRT(cathode ray tube)에 사용되는 열전자 방출원으로 방열형 음극과 직열형 음극이 주로 사용되고 있는데, 이러한 음극들은 별도의 히이터를 이용하여 열전자 방출물질을 가열하여 열전자를 방출하게 되므로 다음과 같은 문제점들이 내재되어 있다.

첫째; 히이터로부터 발생된 열에 의해 전자방사물질이 지지하는 부재들이 가열된 후 전자 방사물질이 가열되므로 열전자가 정상적으로 발생될 때까지의 시간이 길다. 이 시간은 음극선관에 장착시 화면의 출화시간이 길어지는 것을 의미한다.(통상 8 내재 9 sec의 시간이 소요됨)

둘째; 전자방사물질을 지지하는 부재들이 열팽창에 의한 서어멀드리프트(thermal drift) 현상이 발생한다.

셋째; 상기 열전자방사물질층을 가열하기 위한 소비전력(2 내지 4 watts)이 필요하다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 전계방출소자(field emissive arry)를 이용한 음극구조체가 개발되었다. 이 음극구조체는 도 1에 나타내 보인 바와 같이 전극부재(11)에 지지되는 절연부재(12)와, 상기 절연부재(12)의 상면에 전계방출소자를 이용한 셀(cell; 20)이 설치된 구성을 가진다.

이 셀(20)은 도 2에 도시된 바와 같이 기판(21)에 소정 패턴으로 세 개의 캐소오드 전극층(22)(23)(24)이 형성되고 각 캐소오드 전극층(22)(23)(24)에는 적색 청색 적색신호의 전자빔을 방출하기 위한 소정간격 이격되어 있는 복수개의 금속팁(25)으로 이루어진 세개의 전자방출부가 형성된다. 그리고 기판(11)에는 각 금속팁(25)이 노출되도록 관통공(26a)을 가진 절연층(26)이 형성되고, 상기 절연층(26)의 상면에는 상기 관통공(26a)과 대응되는 부위가 개구(27a)된 게이트 전극층(27)이 형성된다.

그리고 상기 기판(11)에는 상기 각 전자방출부의 금속팁(25)이 설치된 캐소오드 전극층(22)(23)(24)에 전위를 인가하기 위한 세 개의 제1패드부(22a)(23a)(24a)와, 상기 게이트 전극층(27)에 전압을 인가하기 위한 제2패드부(27a)가 형성된다. 상기 제1패드부(22a)(23a)(24a)는 각 전자방출부는 기판(11)과 절연층(26)사이에 캐소오드 전극층(22)(23) (24)와 연결된 연결부(22b)(23b)(24b)가 구비된다. 이 연결부의 단부는 제3도에 도시된 바와 같이 절연층(26) 게이트 전극층(27)이 제거됨으로써 노츨되고, 이 노출된 연결부(22b)(23b)(24b)의 단부에는 각각 알루미늄으로 이루어진 박막층(28)을 포함한다. 그리고 상기 제2패드부(28)는 게이트 전극층(27)의 상면에 도전성 금속이 증착되어 이루어진다.

상기와 같이 형성된 제1패드부(22a)(23a)(24a)와 제2패드부(29)중 상기 제1패드부(22a(23a)(24a)는 연결부(22b)(23b)(24b)의 단부에 형성된 박막층(28)이 게이트 전극층(27)과 절연층(26)이 제거된 연결부(22b)(23b)(24b)의 상면에 형성되어 있으므로 게이트 전극층(27)의 상면과 단차지게 된다. 따라서 상기 전자방출부의 각 제1패드부(22a)(23b)(24a)와 전자방출부에 전압을 인가하기 위한 와이어 본딩작업이 어렵고, 제1패드부와 와이어의 전기적 접합강도가 저하되어 접합에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 없었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 전자방출부의 캐소오드 전극층에 전압을 인가하기 위한 패드부와 와이어의 접합강도를 향상시킬 수 있는 음극선관용 전자총의 음극구조체 및 이의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 음극구조체의 분리 사시도,

도 2는 전자 방출을 이용한 셀의 평면도,

도 3은 도 2에 도시된 A-A선 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 음극구조체의 셀을 도시한 평면도,

도 5는 도 4에 도시된 B-B 선 단면도,

도 6은 도 4에 도시된 C-C 선 단면도,

도 7은 도 4에 도시된 D-D 선 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

31; 기판 32,33,34; 캐소오드 전극층

36; 절연층 37; 게이트 전극층

40; 제1패드부

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

기판과, 상기 기판의 상면에 소정의 간격으로 이격된 세 개의 캐소오드 전극층과, 상기 캐소오드 전극층과 접속되며 기판의 가장자리로 연장되는 연장부와, 상기 각 캐소오드 전극층에 형성되는 다수의 금속팁과, 기판의 상면에 상기 금속팁과 연장부의 단부가 노출되도록 적층되는 절연층 및 게이트 층과, 상기 연장부의 상면에 상기 게이트 층 보다 높게 형성되는 패드부를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

상기 음극구조체를 제조하기 위한 제조방법은,

기판 상에 소정간격 이격되는 세 개의 캐소오드 전극층과 이 캐소오드 전극층과 연결되는 연결부를 형성시키는 제1단계와;

상기 캐소오드 전극층이 형성된 상기 기판 상에 절연층 및 게이트 전극층을 순차적으로 적층하는 제2단계;

상기 절연층 및 게이트 전극층에 소정의 직경을 갖는 홀들을 소정의 간격으로 일정하게 형성하여 캐소오드 전극층이 노출되도록 하는 제3단계;

상기 홀들 내부에 전계 방출용 팁들을 형성하는 제3단계;

상기 노출된 연결부의 단부에 버퍼층을 형성하는 제4단계와,

상기 버퍼층의 상면에 상기 게이트 전극층의 높이보다 높게 패드부를 형성하는 제5단계를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 버퍼층은 Ti을 증착하여 형성함이 바람직하며, 상기 제5단계에 있어서, 상기 패드부의 형성은 도금법에 형성함이 바람직하다.

상기 절연층은 SiO2 또는 Al2O3 를 1μm 두께로 형성하여 된 것이 바람직하며, 상기 게이트층은 Mo 또는 Cr 을 3000 Å의 두께로 형성하여 된 것이 바람직하며, 상기 홀들은 그 직경을 1 Q0.2 μm 범위로 형성한 것이 바람직하며, 상기 홀들은 리액티브 이온 에칭법을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 전계 방출 표시 장치 및 그 제조 방법을 설명한다.

도 1 및 도 4는 본 발명에 따른 음극선관용 전자총의 음극구조체의 일 예가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 전극부재(11)와 이 전극부재(11)에 삽입되며 핀(12a)이 그 가장자리에 고정된 절연부재(12)와, 절연부재의 상면에 고정되며 소정간격 이격되는 세 개의 전자방출부를 가진 셀(30)을 포함한다.

상기 셀(30))은 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 기판(31)에 소정의 간격으로 이격된 캐소오드 전극층(32)(33)(34)이 형성되고 이 캐소오드 전극층(32)(33)(34)은 기판(31)의 가장자리로 연장되는 각각의 연장부(32a)(33a)(43a))에 의해 전기적으로 접속된다. 상기와 같이 캐소오드 전극층(32)(33)(34)과 연장부(32a)(33a)(34a)가 형성된 기판(31)의 상면에는 상기 캐소오드 전극층의 일부가 이 노출되도록 다수의 홀(36a)(37a)이 형성된 절연층(36)과 게이트 전극층(37)이 순차적으로 형성된다. 그리고 홀의 바닥면 즉, 홀(36a)(37a)이 형성됨으로써 노출된 각 캐소오드 층(32)(33)(34))에는 금속팁(38)을 형성시킬 수 있다. 상기 연결부(32a)(33a)(34a)의 단부는 상기 절연층(36)과 게이트 전극층(37)이 제거되어 노출되고, 이 노출된 단부는 Ti 등으로 이루어진 버퍼층(39)이 형성되며, 이 버퍼층(39)의 상면에는 상기 게이트 전극층(37) 보다 높게(50 내지 1㎛) 제1패드부(40)가 형성된다. 그리고 상기 게이트 전극층(37)의 가장자리에는 도 7에 도시된 바와 같이 게이트 전극층에 소정의 전위를 인가하기 위한 제2패드부(50)가 형성되는데, 이 제2패드부(50)와 게이트 전극층의 사이에는 버퍼층(51)이 형성된다. 이 버퍼층(51)은 상술한 바와 같이 Ti으로 이루어진다.

여기에서 상기 절연층(36)은 SiO2 또는 Al2O3 를 1μm±0.2μm 두께로 형성되고, 상기 게이트층은 Mo 또는 Cr 을 3000±0.2μm Å의 두께로 형성하여 되며, 상기 홀들은 그 직경을 1 Q0.2 μm 범위로 형성되는데, 이 홀들은 리액티브 이온 에칭법을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 패드부()는 Au,Al, Cu 중 적어도 한 금속으로 형성함이 바람직하다.

이와 같이 구성된 전계 방출 표시 장치의 제조 방법은 다음과 같다.

기판 상에 ITO를 3000 Å정도의 두께로 형성하고, 이의 상면에 포토레지스트을 도포하고 현상한 후, 이를 에칭하여 상기 기판상에 소정의 간격으로 이격된 캐소오드 전극층과, 이 전극층과 접속되며 기판의 가장자리로 연장되는 연장부를 형성하는 단계를 수행한다.

다음에, 상기 캐소오드 전극층과 연결부가 형성된 기판의 상면에 절연층을 1μm 정도의 두께가 되도록 SiO2 또는 Al2O3 를 사용하여 형성하고, 그 위에 다시 게이트 전극층을 약 3000 Å의 두께로 Mo 또는 Cr을 사용하여 적층하는 단계를 수행한다.

다음에, 전계 방출용의 금속팁을 형성할 공간을 마련하기 위하여 게이트 전극 위에서 부터 절연층의 맨 밑바닥 까지, 즉 케소오드 전극층 표면 까지 식각하여 약 1 Q0.2 μm 직경의 홀들을 만들고, 홀들 내부에 전계방출용 금속팁을 형성하는 단계를 수행한다. 이 때 식각 방법은 RIE(reactive ion etching)법을 사용하여 게이트 전극 밑에서 언드컷이 발생되도록 2 단계 에칭을 실시하여 홀을 형성한다.

이 후 연결부의 단부에 제1패드부를 형성하기 위해서 게이트 전극 위에서부터 절연층의 맨 밑바닥까지 에칭하여 제거한다. 상기 개구에는 버퍼층을 형성하고 이 버퍼층의 상면에 제1패드부를 게이트 전극층의 높이보다 높게 형성하는 단계를 수행한다. 상기 버퍼층은 Ti를 증착하여 형성하고 상기 제1패드부은 Au, Al, Cu 중의 한 금속을 도금하여 형성한다. 상기 제1패드부의 형성시 상기 게이트 전극의 상면에 버퍼층과 제2패드부를 형성한다. 상기 버퍼층과, 제2패드부는 상기 제1패드부와 같이 AU, Al, Cu 중의 한 금속을 도금하여 형성한다.

이렇게 제작된 전계 방출 표시 장치는 전자총의 전극에 전압이 인가되고 캐소오드 전극층을 -전위로 하고, 게이트 전극(25)을 + 전위 또는 그라운드로 하여 약 80~100 V 정도 인가함에 의해 금속팁에서 전자들이 방출된다.

상술한 바와 같은 제조방법에 의해 제조된 음극구조체는 상기 핀(12a)과 와이어 본딩되는 제1,2패드부(40)(50)가 게이트 전극(37)의 상면보다 높게 형성되어 있으므로 외이어 본딩이 용이하고, 와이어와 패드부의 접합강도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예 있어서, 가장큰 효과는 전자총에 적용시 기존의 와이어 본딩시에 발생되는 공정문제(본딩불량, 수율 감소)를 해소할 수 있다. 그리고 본딩을 위한 와이어는 직경이 25 내지 100 ㎛를 사용하고 있는데, 패드부가 수천 옹그스트롱인 경우 본딩강도가 약하다. 그러나 본 발명의 실시예에 있어서는 패드부를 최소 1 ㎛ 최대 50㎛ 까지 설치하는 것이 가능하여 굵은 직경의 와이어를 사용할수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 음극선관용 음극구조체 및 이의 제조방법은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (12)

1. 기판과, 상기 기판의 상면에 소정의 간격으로 이격된 세 개의 캐소오드 전극층과, 상기 캐소오드 전극층과 접속되며 기판의 가장자리로 연장되는 연장부와, 상기 각 캐소오드 전극층에 형성되는 다수의 금속팁과, 기판의 상면에 상기 금속팁과 연장부의 단부가 노출되도록 적층되는 절연층 및 게이트 층과, 상기 연장부의 상면에 상기 게이트 층 보다 높게 형성되는 제1패드부와, 상기 게이트 전극의 상면에 형성된 제2패드부를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 음극선과용 전자총의 음극구조체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 연장부의 단부와 제1패드부의 사이에 버퍼층의 형성된 것을 특징으로 하는 음극선관용 전자총의 음극구조체.
3. 제1항에 있어서,

   상기 버퍼층이 Ti 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 음극선관용 전자총의 음극구조체.
4. 제1항 또는 제2항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1패드부가 Au, Al, Cu 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 음극선관용 전자총의 음극구조체.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제2패드부와 게이트 전극의 사이에 버퍼층이 형성된 것을 특징으로 하는 음극선관용 전자총의 음극구조체.
6. 제5항에 있어서,

   상기 버퍼층이 Ti 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 음극선관용 전자총의 음극구조체.
7. 제5항에 있어서,

   상기 제2패드부가 Au, Al, Cu 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 음극선관용 전자총의 음극구조체.
8. 기판 상에 소정간격 이격되는 세 개의 캐소오드 전극층과 이 캐소오드 전극층과 연결되는 연결부를 형성하는 제1단계와,

   상기 캐소오드 전극층이 형성된 상기 기판 상에 절연층 및 게이트 전극층을 순차적으로 적층하는 제2단계;

   상기 절연층 및 게이트 전극층에 소정의 직경을 갖는 홀들을 소정의 간격으로 일정하게 형성하여 캐소오드 전극층이 노출되도록 하는 제3단계;

   상기 홀들 내부에 전계 방출용 팁들을 형성하는 제3단계;

   연결부의 단부의 절연층 및 게이트 전극층을 제거하고 상기 게이트 전극층의 높이보다 높게 제1패드부를 형성하는 제4단계를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 음극선관용 전자총의 음극구조체 제조방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 제1패드부가 도금법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 음극선관용 전자총의 음극구조체 제조방법.
10. 제8항에 있어서,

    상기 연결부의 단부와 제1패드부의 사이에 버퍼층의 형성하는 단계를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 음극선관용 전자총의 음극구조체 제조방법.
11. 제8항에 있어서,

    상기 제1패드부가 Au, Al, Cu 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 음극선관용 전자총의 음극구조체 제조방법.
12. 제10항에 있어서,

    상기 버퍼층이 Ti 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 음극선관용 전자총의 음극구조체 제조방법.