KR100278745B1 - 가속전극을 갖는 전계방출 표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계방출 표시소자에 관한 것으로, 특히 금속 포스트를 갖는 다이아몬드 3극 필드 에미터를 제조하고, 패키징 공정전에 에미터에 상부에 일정한 간격을 두고 포커싱 그리드를 붙여 에미터에서 방출된 전자의 산란을 방지하고, 이에 따라 에미터와 형광체의 간격을 넓힐 수 있어 패케이징이 용이하고, 진공도를 오래 유지할 수 있는 높은 전자 가속력을 갖는 가속전극을 갖는 전계방출 표시소자 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

가속전극을 갖는 전계방출 표시소자 및 그 제조방법

본 발명은 전자를 방출 할 수 있는 필드 에미터와, 방출된 전자와 충돌하여 영상을 나타내는 화소단위의 형광체와, 상기 필드 에미터와 형광체에 전원을 공급하기 위한 전극들로 구성되는 평판 표시소자인 전계방출 표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 전자방출 표시소자의 전자를 방출하는 에미터와 방출된 전자가 충돌하는 형광체 사이에 가속전극을 설치하여 방출되는 전자의 산란 방지와, 가속력을 증가시킨 가속전극을 갖는 전계방출 표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래의 전계방출 표시소자중 1도에 도시된 실시 예를 들어 설명하면, 화소단위로 형성되어 있는 형광체(12)와 상기 형광체(12)에 전원을 공급하기 위한 애노드 전극(11)이 형성되어 있는 상부기판(10)과, 캐소드 전극(16)과 애미터 그리고 게이트 전극(14) 및 캐소드 전극(16)과 게이트 전극(14)을 전기적으로 절연시키는 절연체(15)로 형성되어 있는 전자를 방출하는 필드 에미터가 형성되어 있는 하부기판(17)으로 구성되어 있으며, 상기 소자들이 형성되어 있는 상부기판(10)과 하부기판(17)은 스페이서(13)을 매개로 하여 접합되어 있고, 접합된 상하부 기판(10,17)의 테두리에는 프릿 글라스 등을 발라 소성시킨 측벽(도시되지 않음)이 형성되어 있다. 이때, 상기 팁을 갖는 캐소드 전극(16)의 재질은 실리콘이 사용되며, 금속 등을 사용할 수도 있다.

상술한 전계방출 표시소자의 작동방법은 필드 에미터에 외부로부터 전원을 인가하면 캐소드 전극(16)의 팁과 게이트 전극(14) 사이에 전계가 형성되고, 상기 전계에 의해 캐소드 전극(16)의 팁 선단으로부터 전자(19)가 방출된다. 상기 필드 에미터로부터 방출된 전자(19)는 상부기판(10)의 애노드 전극(11)에 의해 상부기판(10)쪽으로 가속되고, 가속되어 상부기판(10)에 도달한 전자(19)는 화소단위로 형성된 형광체(12)입력된 정보에 해당하는 형광체에 충돌하게 된다. 상기 형광체(12)는 충돌된 전자(19)에 의해 발광하여 상부기판(10) 상부로 빛(18)을 방출하므로서 영상을 나타내게 된다.

상술한 바와 같은 종래의 3극형 전계방출 표시소자는 상기의 실시 예와 같은 개념으로 동작한다. 그러나 종래의 3극형 전계방출 표시소자의 필드 에미터로부터 방출되는 전자는 여러 방향으로 방출되므로 원하는 화소의 형광체에 높은 에너지를 전달하기가 어렵다.

따라서 상기 형광체에 도달하는 전자의 양을 많게 하기 위하여 상부기판과 하부기판의 간격을 약 200㎛ 정도로 유지하는 것이 요구되었다.

그러나 상하부 기판의 사이의 간격을 상기 간격으로 유지하는 것은 실링 공정에 어려움을 줄뿐만 아니라, 내부를 고진공으로 만들기도 어렵고, 고진공 상태로 만든다 하더라도 계속적으로 고진공을 유지하기 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 금속을 포스트로한 다이아몬드 3극 필드 에미터를 하부기판 상부에 형성하고, 종래의 스페이서보다 긴 스페이서를 하부기판 상에 설치 또는 형성한 다음, 상기 필드 에미터로부터 일정한 높이를 유지하도록 스페이서에 가속전극을 설치한다. 다음에 상기 가속전극이 설치된 스페이서 상부에 형광체와 애노드 전극이 형성되어 있는 상부 기판을 접합시키고, 상하부 기판 진공실링한 가속전극을 갖는 전계방출 표시소자를 제공함으로써, 필드 에미터로부터 방출되는 전자의 산란을 막아 형광체에 도달하는 전자의 양을 많게하고, 가속전극으로 인해 전자의 가속력을 크게함으로써 상하부 기판 사이의 간격을 넓혀 실링 공정과 배기 공정을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

제1도는 종래의 실리콘 팁 필드 에미터를 갖는 3극형 전계방출 표시소자를 나타낸 단면도.

도2a 내지 도2g는 본 발명에 사용되는 필드 에미터의 한 예로서 금속 포스트를 갖는 다이아몬드 3극 필드 에미터의 제조공정을 순차적으로 나타낸 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 가속전극이 부착된 전계방출 표시소자의 한 예를 나타낸 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10,30 : 상부기판 11,31 : 애노드 전극

12,32 : 형광체 13,33 : 스페이서

14,25,34 : 게이트 전극 15,26,35 : 절연체

16,27,36 : 캐소드 전극 17,20,37 : 하부기판

18,38 : 방출된 빛 19,39 : 방출된 전자

21 : 포스트용 금속층 22 : 다이아몬드 박막

22',41 : 다이아몬드 에미터 23 : 마스크용 금속층

23' : 금속 마스크 24 : 포토레지스트 패턴

27' : 금속 포스트 40 : 가속전극

42 : 가속된 전자

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하고 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 금속 포스트를 갖는 다이아몬드 3극 필드 에미터와, 상기 에미터 상부에 설치되는 가속전극을 포함하여 전계방출 표시소자를 구성하게 된다.

먼저, 도2a 내지 도2g는 본 발명에 사용되는 금속 포스트를 갖는 다이아몬드 3극 필드 에미터의 제조공정을 순차적으로 나타낸 것으로써, 먼저 도2a는 유리재질의 하부기판(20) 상부에 캐소드 전극과 금속 포스트를 형성하기 위한 포스트용 금속층(21)을 도금방법을 사용하여 코팅한 다음, 상기 포스트용 금속층(21) 상부에 CVD나 레이저 어블레이션 방법을 사용하여 다이아몬드 박막(22)을 증착한 것을 나타낸다. 다음에 도2b는 제2A동의 다이아몬드 박막(22) 상부에 마스크로 사용할 마스크용 금속층(23)을 스퍼터나 그 외의 여러 가지 증착장비를 사용하여 약 200Å 두께로 층착한 것을 나타낸다. 다음에 도2c는 도2b의 마스크용 금속층(23) 상부에 포토레지스트를 증착한 후, 사진식각공정을 실시하여 다이아몬드 에미터를 형성할 위치에 포토레지스트 패턴(24)을 형성한 것을 나타낸다. 도2d는 도2c의 노출된 마스크용 금속층(23)을 건식 또는 습식 식각방법으로 식각하고, 포토레지스트 패턴(24)을 제거하여 다이아몬드 박막(22) 상부에 금속 마스크(23')를 형성한 것을 나타내고, 도2e는 도2d의 노출된 다이아몬드 박막(22)을 식각하여 다이아몬드 에미터(22')를 형성한 다음, 연속적으로 다이아몬드 박막(22)의 식각에 위해 노출된 포스트용 금속층(21)을 등방성 식각하여 금속 포스트(27')와 캐소드 전극(27)을 형성한 것을 나타낸다. 다음에 도2f는 도2e의 상부로부터 E-빔 증착기나 스퍼터를 사용하여 다이아몬드 에미터(22')의 높이보다 높게 절연체(26)를 증착하고, 상기 절연체(26) 상부에 게이트 전극(25)을 증착한 것이다. 다음에 도2g는 도2f의 다이아몬드 에미터(22') 상부의 금속 마스크(23')를 리프트-오프방법으로 제거하여 완성된 금속 포스트를 갖는 다이아몬드 3극 필드 에미터를 나타낸다. 상기에서 마스크 금속층과 포스트 금속층 그리고 게이트 전극은 선택식각이 가능하도록 서로 다른 금속을 사용하여야 한다.

상술한 방법에 의해 제조된 금속 포스트를 갖는 다이아몬드 3극 필드 에미터는 본 발명의 가속전극을 갖는 전계방출 표시소자에 사용된다.

도3은 본 발명에 따른 상기의 금속 포스트를 갖는 다이아몬드 3극 필드 에미터와 가속전을 이용하여 제조된 가속전극을 갖는 전계방출 표시소자를 나타낸 것으로, 하부기판(37)에는 캐소드 전극(36)과 금속 포스트(36') 상부의 다이아몬드 에미터(41)와 절연체(35) 및 게이트 전극(34)으로 구성된 금속 포스트를 갖는 다이아몬드 3극 필드 에미터가 형성되어 있고, 상기 필드 에미터가 형성되어 있는 하부기판(37) 상부에는 종래의 전자방출 표시소자에서 사용되던 스페이서(13)보다 긴 수 mm의 스페이서(33)가 설치 또는 형성되어 있다. 또한, 상기 스페이서(33)에는 필드 에미터로부터 일정거리 이격된 위치에 가속전극(40)인 그리드가 설치되어 있으며, 상기 스페이서(33)의 상단에는 화소단위로 형성된 형광체(32)와 애노드 전극(31)이 형성되어 있는 상부기판(30)이 접합되어 있는 구조를 갖는다.

상기 가속전극을 갖는 전계방출 표시소자의 제조방법은 먼저 하부기판에 도2a 내지 도2g에서 설명한 공정과 같은 순으로 금속 포스트를 갖는 다이아몬드 3극 필드 에미터를 형성한 다음, 상기 필드 에미터의 게이트 전극(34) 상부에 복수개의 스페이서(33)를 형성하거나, 별도로 제조된 스페이서(33)를 설치한다. 다음에 상기 스페이서(33)에 필드 에미터와 일정한 간격을 두고 포커싱 그리드로 가속 전극(40)을 설치한 다음, 형광체(32)와 애노드 전극(31)이 형성되어 있는 상부 기판(30)을 접합시킨다. 상기 접합된 상하부 기판(30,37)에 진공실링 공정을 실시하여 가속전극을 갖는 전계방출 표시소자를 완성하게 된다.

상술한 가속전극을 갖는 전계방출 표시소자의 작동방법은 필드 에미터의 게이트 전극(34)과 캐소드 전극(36)에 전원을 인가하면 게이트 전극(34)과 캐소드 전극(36) 사이에 전계가 발생되고, 상기 발생된 전계에 의해 다이아몬드 에미터(41)의 표면으로부터 전자(39)가 방출된다. 상기 방출된 전자(39)는 필드 에미터 상부에 설치된 가속전극(40)에 의해 1차적으로 가속 및 집속되고, 상기 가속된 전자(42)는 상부기판의 애노드 전극에 의해 2차로 가속되어 형광체(32)와 충돌하게 된다. 상기 충돌된 전자는 형광체(32)를 발광시켜 상부기판으로 빛(38)을 방출하여 영상을 나타내게 된다.

본 발명의 가속전극을 갖는 전계방출 표시소자는 필드 에미터로부터 방출되는 전자를 가속전극에 의해 1차 가속 및 집속 시키고, 그 가속되어 집속된 전자를 애노드 전극에 의해 상부기판으로 다시 가속되므로, 방출된 전자의 이동거리를 크게 할 수 있다. 따라서 종래의 전계방출 표시소자의 상하부 기판 사이의 간격에 비해 본 발명에서는 상하부 기판 사이의 간격을 크게 할 수 있으므로 진공실링공정을 원할히 실시할 수 있으며, 진공실링 후 전계방출 표시소자를 유지하는데 유리하다.

또한 방출된 전자가 포커싱 그리드로 제조된 가속전극을 통하여 애노드 전극쪽으로 가속되므로 저전압 형광체를 사용할 필요가 없어 밝기를 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 3극 필드 에미터가 형성되어 있는 하부기판과, 상기 하부기판에 형성되어 있는 필드 에미터의 게이트 전극 상부에 복수개가 형성되어 있는 스페이서와, 상기 필드 에미터와 일정한 거리를 유지하면서 스페이서의 설치되어 있는 가속전극과, 상기 가속전극이 설치되어 있는 스페이서 상단에 접합되어 있는 형광체와 애노드 전극이 형성되어 있는 상부 기판을 포함하는 가속전극을 갖는 전계방출 표시소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 3극 필드 에미터는 금속 포스트를 갖는 다이아몬드 3극 필드 에미터인 것을 특징으로 하는 가속전극을 갖는 전계방출 표시소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 스페이서의 길이는 10mm이상인 것을 특징으로 하는 가속전극을 갖는 전계방출 표시소자.
4. 제1항에 있어서, 상기 가속전극은 포커싱 그리드인 것을 특징으로 하는 가속전극을 갖는 전계방출 표시소자.
5. 하부기판에 금속 포스트를 갖는 다이아몬드 3극 필드 에미터를 형성하는 제1단계와, 상기 하부기판과 일정한 간격을 두고 접합될 상부 기판에 애노드 전극을 형성하고, 그 상부에 화소 단위로 형광체를 형성하는 제2단계와, 제1단계에 의해 제조된 하부기판 상의 게이트 전극 상부에 다수개의 스페이서를 직접 형성하거나 별도로 제조된 스페이서를 설치하는 제3단계와, 상기 제3단계의 스페이서에 필드 에미터와 일정한 간격을 두고 가속전극을 설치하는 제4단계와, 상기 제4단계의 가속전극이 설치된 스페이서 상부에 제2단계의 상부기판을 접합시키는 제5단계와, 상기 제5단계의 접합된 상하부 기판에 진공실링 공정을 실시하는 제6단계를 포함하는 가속전극을 갖는 필드 에미터의 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1단계는 하부기판에 포스트 금속층과 다이아몬드 박막 그리고 마스크 금속층을 순차적으로 증착하는 단계와, 상기 마스크 금속층 상부에 포토레지스트를 코팅하고 원하는 부분에 다수개의 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴 이외의 노출된 마스크 금속층을 식각하여 금속 마스크를 형성하는 단계와, 상기 금속 마스크의 형성으로 인해 노출된 다이아몬드 박막을 식각하여 다이아몬드 에미터를 형성하고, 계속해서 포스트 금속층을 식각하여 금속 포스트와 캐소드 전극을 형성하는 단계와, 상기 캐소드 전극 상부로부터 절연체를 다이아몬드 에미터의 크기보다 높게 증착한 후 계속해서 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 다이아몬드 에미터 상부의 금속 마스크와 절연체 그리고 게이트 전극을 제거하는 단계를 포함하는 금속 포스트를 갖는 다이아몬드 3극필드 에미터 제조방법을 특징으로 하는 가속전극을 갖는 전계방출 표시소자의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 마스크 금속층과 포스트 금속층은 선택식각을 할 수 있는 서로 다른 금속인 것을 특징으로 하는 가속전극을 갖는 전계방출 표시소자의 제조방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 마스크 금속층과 그 상부의 절연체 및 게이트 전극은 리프트-오프 방법으로 제거하는 것을 특징으로 하는 가속전극을 갖는 전계방출 표시소자의 제조방법.