KR100393107B1 - 전계방출소자의 전극구조 - Google Patents

Abstract

전계방출소자의 전극구조에 관하여 게시된다. 본 발명의 전계방출소자의 전극구조는 하부기판 상에 증착되는 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극 상에 형성되는 절연층; 상기 절연층 상에 형성되며, 상기 캐소드 전극과 수직교차되도록 패터닝되는 게이트 전극; 상기 절연층 및 게이트 전극에 소정의 개구부가 형성되며, 상기 개구부 안에 형성되는 에미터; 상기 게이트 전극 사이에 삽입형성되는 집속전극; 상기 집속전극과 외부회로가 연결되도록 형성되고 일측에 일정한 간격으로 다수의 돌출부가 형성되며 박막으로 이루어진 집속전극 패드와, 상기 집속전극 패드의 돌출부에서 연장되어 일체로 형성되는 종속돌출부를 포함한다.

따라서, 상기 집속전극 패드에 삽입형성되는 집속전극을 요철형으로 형성함으로써, 열처리 공정에서 발생하는 열응력을 감소시킨다. 따라서, 막의 들뜸 현상을 방지할 수 있다.

Description

전계방출소자의 전극구조{AN ELECTRODE CONSTRUCTION OF FIELD EMISSION DISPLAY}

본 발명은 전계방출소자에 관한 것으로, 상세하게는 집속전극과 전기적으로 연결되는 집속전극 패드를 박막으로 형성하고, 상기 집속전극과 집속전극 패드를 열응력을 최소화하는 패턴으로 형성하여, 상기 집속전극의 막들뜸 현상을 방지하는 전계방출소자의 전극구조에 관한 것이다.

일반적으로, 전계방출소자는 에미터 팁의 날카로운 부분에 전계가 집중되는 현상을 이용하여 비교적 낮은 전압, 예를 들어 5~10V 정도의 전압을 인가하여 터널효과에 의한 냉전자를 방출시키는 소자로서, 이를 이용하여 형성되는 전계방출소자는 음극선관의 고선명성과 액정표시장치(LCD)의 경방형의 장점을 모두 갖추고 있어 차세대 표시장치로서 주목받고 있다.

특히, 전계방출소자는 경박형의 제작이 가능할 뿐만 아니라, 액정표시장치의 결정적인 단점인 공정수율, 제조단가 및 대형화의 문제점들을 해결할 수 있다. 즉,액정표시장치는 하나의 단위화소라도 불량이 발생되면 제품전체가 불량 처리되지만, 전계방출소자는 하나의 화소 그룹에 그보다 작은 다수개의 단위화소들이 형성되어 있어 한 두개의 단위화소에 불량이 발생하여도 화소 그룹의 동작에는 이상이 없어 제품 전체의 수율이 향상된다. 또한, 전계방출소자는 액정표시장치에 비해 구조가 간단하고, 소비전력이 작아 단가가 낮고, 휴대형 표시장치에 적합한 이점이 있다.

상기 전계방출소자는 날카로운 부분을 갖는 캐소드 전극과 콘형의 에미터와 상기 에미터의 양측에 정렬되는 게이트 전극 및 상기 게이트 전극과 일정간격 이격되는 애노드 전극 전극으로 구성된다. 이러한 경우, 상기 에미터로부터 방출되는 전자가 형광체에 정확하게 도달되도록 되기 위해서는 초기속도를 가지고 방출되는 상기 전자의 경로를 제어해야 한다. 특히, 고전압 신뢰성을 확보하기 위해서 상부기판과 하부기판과의 거리를 증가시킨다. 이때, 상기 전자의 퍼짐 현상이 심화된다.

또한, 패널 내부를 진공으로 유지하느 경우, 상기 상부기판과 하부기판 사이에 스페이서를 형성한다. 이러한 경우, 상기 스페이서는 상기 상부기판과 하부기판 사이의 거리를 일정하게 유지시켜, 인가되는 압력에 대해 기계적이 안정성이 유지되도록 한다.

그런데, 이와 같은 종래의 전계방출소자는 다음과 같은 몇 가지 문제점이 발생된다.

첫째, 상기 에미터에서 방출되는 전자가 다른 색의 형광체에 충돌하여 원하지 않은 색으로 발광하여 색번짐이 발생한다.

둘째, 상기 에미터 팁에서 방출되는 전자가 스페이서에 충돌하게 된다. 따라서, 상기 스페이서 표면에 전자가 축적되어 전계가 교란되거나, 이차전자가 방출되어 국부적으로 진공도가 저하되어 아킹현상이나 플래쉬오버 현상등이 나타나게 된다.

이에 따라, 상기 전자가 목표하는 형광체에만 도달하게하는 집속전극이 요구된다.

이하, 첨부된 도 1a 및 도1b를 참조하여 집속전극이 구비된 전계방출소자에 대하여 설명하고자 한다.

도 1a에 도시된 종래의 전계방출소자는 캐소드 전극, 저항층, 에미터, 제1 절연층이 형성된 하부기판 상에 게이트 전극(100)이 형성된다. 그리고, 상기 게이트 전극(100) 상에 제2 절연층(110)이 형성되며, 상기 제2 절연층(110) 상에 집속전극(120)이 형성되는 구조이다.

도 1b에 도시된 종래의 전계방출소자는 캐소드 전극, 저항층, 에미터, 제1 절연층이 형성된 하부기판 상에 게이트 전극(130)이 형성되며, 상기 게이트 전극(130)의 옆에 상기 에미터로부터 방출되는 전자를 집속시키기 위한 집속전극(140)이 형성된다.

상기 도 1a 및 도 1b에 형성된 집속전극(120,140)은 통상 수십㎛ 정도의 후막으로 형성되므로 열공정이 수행되는 경우, 열팽창율에 의해 발생되는 열응력에 의해 막들뜸 현상이 발생된다.

부연하면, 통상 집속전극으로 사용되는 주요 금속물질의 열에 의한 선팽창율은 Ti:8.9pm/℃, Zr:5.0pm/℃, Nb:7.2pm/℃, Ni:13.4pm/℃, Cr:4.9pm/℃이며, sodalime glass는 8.7pm/℃, polymide는5~57pm/℃이다. 따라서, 집속전극이 열공정에 의해 열을 받으면, 선팽창율의 차이에 의해 막들뜸 현상이 발생하는 것이다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 효과적으로 해결하기 위해, 집속전극패드의 일측에 일정 간격으로 돌출부를 형성하고, 상기 각 돌출부에 집속전극을 삽입형성한다. 또한, 상기 돌출부에 삽입형성되어 있는 집속전극을 요철형으로 형성함으로써 열응력을 감속시켜, 막들뜸 현상을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 전계방출소자의 제조방법을 나타내는 도면이다.

도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 집속전극 패드의 구조를 나타내는 도면이다.

도 5는 집속전극 패드와 집속전극과 게이트 전극의 구조를 나타내는 도면이다.

도 6a 및 도6b는 집속전극 패드 상에 형성되는 실링라인의 구조를 나타내는 도면이다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 집속전극 패드의 패턴을 나타내는 도면이다.

도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 집속전극의 패턴을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100,130 : 게이트 전극 110 : 제2 절연층

120,140 : 집속전극 200,300,400 : 하부기판

210,310,410,510 : 캐소드 전극 20,320,420 : 제1 절연층

250,340,440 : 에미터 260,350 : 제2 절연층

610 : 실링라인 702,802 : 돌출부

704 : 종속돌출부 272 : 금속층

270,370,460,520,600,710,810 : 집속전극

230,330,430,530,720,820 : 게이트 전극

240,360,450,500,700,800 : 집속전극 패드

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 하부기판 상에 증착되는 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극 상에 형성되는 절연층; 상기 절연층 상에 형성되며, 상기 캐소드 전극과 수직교차되도록 패터닝되는 게이트 전극; 상기 절연층 및 게이트 전극에 소정의 개구부가 형성되며, 상기 개구부 안에 형성되는 에미터; 상기 게이트 전극 사이에 삽입형성되는 집속전극; 상기 집속전극과 외부회로가 연결되도록 형성되고 일측에 일정한 간격으로 다수의 돌출부가 형성되며 박막으로 이루어진 집속전극 패드와, 상기 집속전극 패드의 돌출부에서 연장되어 일체로 형성되는 종속돌출부를 포함한다.

이하, 첨부된 도 2 및 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 전계방출소자의 전극구조에 대하여 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 집속전극 패드의 구조를 나타내는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 캐소드 전극(210)이 형성된 하부기판(200) 상에 형성되는 제1 절연층(220)이 형성된다. 그리고, 상기 제1 절연층(220) 상에 상기 캐소드 전극(210)과 대략 수직으로 교차되도록 게이트 전극(230)을 패터닝한다. 그리고, 상기 게이트 전극(230)과 동일평면 상에 박막으로 형성되는 집속전극 패드(240)가 상기 게이트 전극(230)과 소정 거리 이격되어 형성된다. 이러한 경우, 열공정이 수행되더라도 상기 집속전극 패드(240)가 박막으로 형성되기 때문에 열응력이 감소되어 막들뜸 현상을 효과적으로 줄일 수 있다.

그런 다음, 상기 게이트 전극(230)과 집속전극 패드(240)의 일부가 덮이도록 제2 절연층(260)을 형성한다음, 상기 제2 절연층(260) 상에 집속전극(270)을 증착한다.

그리고, 상기 집속전극(270), 제2 절연층(260), 게이트 전극(230) 및 제1 절연층(220)을 순착적으로 식각하여 소정의 개구부를 형성한다. 이러한 경우, 상기 개구부 안에는 전자를 방출시키는 원추형의 에미터(250)가 전자 빔 증착법에 의해 형성된다.

그런 다음, 상기 제2 절연층(260)과 집속전극(270)이 식각되어 콘택홀(contact hole)이 형성되며, 상기 콘택홀에 금속증착, 스퍼터링, 도금 등에 의해 금속층(272)이 형성됨으로써 집속전극 패드(240)와 집속전극(270)이 연결된다.

도 3은 도2와 마찬가지로 게이트 전극 상에 제2 절연층이 형성되며, 상기 제2 절연층 상에 집속전극이 형성되는 구조이다. 집속전극과 동일 평면 상에 형성되는 집속전극 패드를 나타내는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 캐소드 전극(310)이 형성된 하부기판(300) 상에 제1 절연층(320)이 형성되며, 상기 제1 절연층(320) 상에 게이트 전극(330)이 증착된다. 그런 다음, 상기 게이트 전극(330) 상에 제2 절연층(350)을 전면증착하고, 상기 제2 절연층(350) 상에 박막으로 형성되는 집속전극 패드(360)를 증착시킨다. 그리고, 상기 제2 절연층(350)과 상기 집속전극 패드(360)의 일부에 집속전극(370)을 증착시킨다.

그런 다음, 집속전극(370), 제2 절연층(350), 게이트 전극(330) 및 제1 절연층(320)을 순차적으로 식각하여 개구부를 형성되고, 상기 개구부 안에 전자 빔 증착법에 의한 원추형의 에미터(340)가 형성된다.

상기와 같이 제2 절연층에 형성된 집속전극 패드(360)는 도 2에 도시된 콘택홀을 이용한 구조보다 공정이 쉽고 집속전극 패드(360) 형성 방향이 게이트 전극(330)의 패턴에 영향을 받지 않는 장점이 있다.

도 4는 도 2 및 도 3과 달리 게이트 전극 둘레에 형성되는 집속전극을 나타내는 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 하부기판(400)상에 캐소드 전극(410)을 증착시킨 다음, 스트라이프형의 패턴을 형성한다. 그런 다음, 상기 캐소드 전극(410)이 형성된 하부기판(400) 전면에 절연층(420)이 형성된다. 그런 다음, 상기 절연층(420) 상에 게이트 전극(430) 및 집속전극 패드(440)를 형성된다. 그리고, 상기 게이트 전극(430)과 절연층(420)에 개구부가 형성된다음, 상기 개구부 안에 원추형의 에미터(450)가 형성된다. 그런 다음, 상기 집속전극 패드(440) 상에 집속전극(460)이 형성된다.

이때, 상기 집속전극 패드(440)는 도 2 및 도 3에 도시된 집속전극 패드(240,360)와 마찬가지로 박막으로 형성되어, 열공정시에 발생되는 선팽창율을 최소화한다.

도 5는 집속전극 패드와 집속전극과 게이트 전극의 구조를 나타내는 평면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 캐소드 전극(510) 상에 게이트 전극(530)이 상기 캐소드 전극(510)과 교차되도록 형성되며, 상기 게이트 전극(530) 둘레에는 집속전극(520)이 형성된다. 그리고, 상기 집속전극(520)은 집속전극 패드(500)와 연결되어, 외부로부터 전압을 인가받는다.

도 6a 및 6b는 집속전극 패드 상에 형성되는 실링라인의 구조를 나타내는 도면이다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 집속전극 패드(600) 상에 실링라인(610)을 형성하여 패널내부를 진공을 만든다. 이때, 도 6b과 같이, 후막으로 형성되는 집속전극 패드(600)상에 통상 400℃ 이상에서 실링공정을 수행하여 실링라인(610)을 형성한다. 이러한 경우, 통상적으로 상기 실링라인(610)을 형성하는 실링물질은 프릿 글래스(frit glass)를 사용하는데, 상기 프릿 글래스와 접속되는 상기 집속전극 패드(600)가 후막인 경우, 열팽창율 차이에 의해 실링층 내부에 크랙이 발생되거나 실링층이 깨지는 현상이 발생되어 소자의 내부가 진공으로 유지되기 어렵다. 따라서, 상기 집속전극 패드(600)를 박막으로 형성해야 한다.

도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 전계방출소자의 집속전극 패드(700), 집속전극(710) 및 게이트 전극(720)의 구조에 대하여 설명하고자 한다.

상기 집속전극 패드(700)는 도 7a에 도시된 바와 같이, 일측에 다수의 돌출부(702)를 형성한다. 상기 돌출부(702)는 종래의 열응력에 취약한 구조를 개선시키기 위한 것이다. 이때, 상기 돌출부(702)의 폭은 집속전극(710)의 폭의 1~1.2배 정도로 형성하는 것이 적절하다.

상기 집속전극(710)은 에미터로부터 방출되는 전자를 집속시키기 위한 것이며, 상기 집속전극 패드(700)의 각 돌출부(702)에 삽입형성된다. 상기 돌출부(702)에 집속전극(710)이 삽입형성되는 접속부는 상기 집속전극 패드(700)와 전기적으로 연결될 수 있는 적절한 길이로 형성돼야 한다.

상기 게이트 전극(720)은 상기 집속전극(710)의 사이에 형성되며, 전자의 방출방향 및 양을 조절한다.

도 7b는 상기 도 7a에 도시된 집속전극 패드(700)의 일측에 형성된 돌출부(702)에 소정 길이로 연장되어 형성되는 종속돌출부(704)를 나타내며, 상기 종속돌출부(704)를 형성함으로써, 열응력을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

도 8a 및 도 8c는 집속전극 패드와 집속전극이 연결되는 접합부의 구조에 관한 도면이다.

도 8a는 집속전극 패드(800), 집속전극(810), 게이트 전극(820), 에미터(830) 간의 구조를 나타낸다. 상기 게이트 전극(820)은 에미터(830) 둘레에형성되며, 구동전압에 의해 캐소드 전극와 게이트 전극(820) 사이에 패널 외부에서 인가되는 구동전압이 인가되면, 상기 에미터(830)에서 전자가 방출된다.

상기 집속전극(810)은 상기 게이트 전극(820)의 소정 간격으로 이격되어 형성되며, 집속전극 패드(800)의 돌출부(802)에 삽입형성된다. 상기 집속전극(810)은 에미터(830) 및 게이트 전극(820)이 형성되는 액티브(active) 영역의 외부에 형성되는 집속전극(810)의 패턴이 직선으로 형성되므로, 상기 집속전극(810)에 열응력이 집중된다.

도 8b는 상기 집속전극(810)에 집중되는 열응력을 분산시키기 위해, 액티브 영역의 외부에 있는 집속전극(810)의 패턴을 요철형으로 형성하여 열응력을 감소시킨다.

도 8c는 상기 집속전극(810) 및 집속전극 패드(800)의 패턴을 동일한 형태의 요철형으로 형성한다. 따라서, 집속전극(810)이 받는 열응력이 집속전극 패드(800)에 전달되어도, 요철형 패턴에 의해 집속전극 패드(800)가 받는 열응력이 감소된다.

본 발명은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

전술한 바와 같이, 상기 집속전극에 전압을 인가하기 위한 집속전극 패드를박막으로 형성함으로써 실링을 용이하게 하고 열공정시 열적 안정성을 높였다. 또한, 상기 집속전극 패드에 삽입형성되는 집속전극을 요철형으로 형성함으로써, 열처리 공정에서 발생하는 열응력을 감소시킨다. 따라서, 막의 들뜸 현상이 방지되어 신뢰성이 향상된다.

Claims (7)

1. 하부기판 상에 증착되는 캐소드 전극;

   상기 캐소드 전극 상에 형성되는 절연층;

   상기 절연층 상에 형성되며, 상기 캐소드 전극과 수직교차되도록 패터닝되는 게이트 전극;

   상기 절연층 및 게이트 전극에 소정의 개구부가 형성되며, 상기 개구부 안에 형성되는 에미터;

   상기 게이트 전극 사이에 삽입형성되는 집속전극;

   상기 집속전극과 외부회로가 연결되도록 형성되고 일측에 일정한 간격으로 다수의 돌출부가 형성되며 박막으로 이루어진 집속전극 패드와,

   상기 집속전극 패드의 돌출부에서 연장되어 일체로 형성되는 종속돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 전극구조.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 집속전극 패드의 돌출부에 형성되는 집속전극은 요철형으로 된 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 전극구조.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 집속전극 패드의 돌출부와 게이트전극 사이에 형성되는 집속전극은 요철형으로 된 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 전극구조.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제