KR100396603B1 - 전계방출소자의 전극구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계방출소자의 전극구조에 관하여 게시된다. 본 발명의 전계방출소자는 기판 상에 일정 간격으로 다수 형성된 게이트; 상기 각각의 게이트에 일정 간격으로 다수 형성된 에미터부; 상기 에미터부에서 방출되는 전자를 집속시킬 수 있도록 상기 에미터부에서 소정 거리 이격된 둘레에 형성되며, 대향측과 적어도 하나 이상의 브릿지로 연결된 집속전극을 포함한다.

따라서, 열공정시 발생되는 막 들뜸 현상을 효과적으로 감소시킨다.

Description

전계방출소자의 전극구조{AN ELECTRODE CONSTRUCTION IN FIELD EMISSION DISPLAY}

본 발명은 전계방출소자에 관한 것으로, 상세하게는 에미터에서 방출되는 전자를 집속시키는 집속전극의 폭을 비교적 얇게 패터닝하고, 대향되는 집속전극을 다수의 브릿지로 연결하여 열응력을 감소시키는 패턴을 형성하는 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 경박형의 장점을 모두 갖추고 있어 차세대 표시장치로서 주복받고 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 잇점이있다.

통상의 전계방출소자는 캐소드 전극 상에 날카로운 부분을 갖는 콘형 에미터, 상기 에미터의 양측에 정렬되는 게이트 및 절연체로 구성되는 하부기판과, 상기 하부기판과 일정간격 이격되어 형성되며 애노드 전극을 포함하는 상부기판으로 구성된다.

상기 전계방출소자는 소정 전압, 예를 들어 500~10KV 정도의 전압이 인가되면 에미터 팁에 집중된 전계에 의해 전자가 방출되며, 상기 방출된 전자는 양의 전압이 인가된 애노드에 의해 인도되어 애노드에 도포되어 있는 형광물질을 발광시키고, 상기 게이트는 전자의 방향 및 양을 조절한다.

그런데, 상기 전계방출소자는 에미터 팁에서 방출하는 전자가 목표하는 형광체에 정확하게 도달하지 않아 몇 가지 문제점이 발생한다.

첫째, 상기 에미터 팁에서 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 1 및 도 2를 참조하여 종래의 집속전극이 형성된 전계방출소자의 제조 방법 및 집속전극의 구조에 대해 설명하고자 한다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 캐소드(110)가 형성된 기판(100) 상에 저항층(120)을 형성하여 패터닝한다. 그런 다음, 상기 저항층(120) 상에 제1 절연층(130)을 형성하고, 상기 제1 절연층(130) 상에 게이트 전극(140)을 증착한다. 그리고, 상기 게이트 전극(140) 및 제 1 절연층(130)을 에칭하여 에미터(150)를 형성한다. 그리고, 상기 에미터(150)가 형성된 기판 상에 제2 절연층(160)을 형성하고, 상기 제2 절연층(160) 상에 집속전극(170)을 증착한다.

도 1b는 상기 도 1a에 형성된 집속전극 구조를 나타내는 평면도이다. 도 1b의 집속전극(170)은 게이트 상에 형성되므로, 게이트 전극(140)의 패턴에 영향을 받지 않고 상기 집속전극(170)의 패턴을 패터닝한다. 따라서, 상기 집속전극(170)은 에미터부(150)의 사방에 소정 거리 이격되어 형성된다.

그런데, 상기 전자를 집속시키는 집속전극(170)은 실링공정 등 열공정을 수행하는 경우, 열응력이 발생하여 막들뜸 현상이 유발된다.

도 2a 및 도 2b는 게이트 전극 옆에 집속전극이 형성된 전계방출소자를 나타내는 도면이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 캐소드(210)가 형성된 기판(200) 상에 저항층(220)을 형성하고, 상기 저항층(220) 상에 제1 절연층(230)을 형성한 다음, 게이트 전극(240)을 증착등에 의하여 형성한다. 그리고, 상기 제1 절연층(230) 및 게이트 전극(240)을 패터닝하고 에칭하여 개구부를 형성한다. 그런 다음, 상기 개구부 속에 에미터(250)를 형성한다. 그리고, 상기 게이트 전극(240) 옆에집속전극(260)을 형성한다.

도 2b는 상기 도 2a에 형성된 집속전극 구조를 나타내는 평면도이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 집속전극(260)은 게이트 전극(240) 패턴에 영향을 받아 형성된다. 따라서, 상기 집속전극(260)은 상기 게이트 전극(240) 사이에 직선의 형상으로 형성된다.

그러나, 상기와 같은 형상을 갖는 집속전극(260)은 열응력으로 인해 막들뜸 현상이 발생하기 쉽다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 효과적으로 해결하기 위해, 상기 집속전극의 패턴에 굴곡을 주고, 서로 대향되는 집속전극의 사이에 다수의 브릿지를 형성하며, 전극면적의 폭을 비교적 얇게 형성함으로써 열응력을 최소화하는 전극구조를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a 및 도 1b는 게이트 전극 상에 집속전극이 형성된 전계방출소자를 나타내는 도면이다.

도 2a 및 도 2b는 게이트 전극 옆에 집속전극이 형성된 전계방출소자를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 게이트 전극 상에 형성된 집속전극 구조를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 게이트 전극 옆에 형성된 집속전극 구조를 나타내는 도면이다.

도 5a 및 도 5b는 게이트 전극 옆에 형성된 집속전극을 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 200 : 기판 110, 210 : 캐소드 전극

120, 220 : 저항층 130, 230 : 절연층

140, 240, 310, 410 : 게이트 전극 150, 250 : 에미터

160 : 절연층 170, 260, 320, 420 : 집속전극

300, 400 : 에미터부

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 기판 상에 일정 간격으로 다수 형성된 게이트;

상기 각각의 게이트에 일정 간격으로 다수 형성된 에미터부;

상기 에미터부에서 방출되는 전자를 집속시킬 수 있도록 상기 에미터부에서 소정 거리 이격된 둘레에 형성되며, 대향측과 적어도 하나 이상의 브릿지로 연결된 집속전극을 포함한다.

이하, 첨부된 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 전계방출소자의 전극구조에 대하여 상세히 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 기판 상에 형성된 다수의 에미터부(300), 게이트 전극(310), 및 집속전극(320)의 구조에 대하여 설명하고자 한다.

상기 에미터부(300)는 절연층(미도시) 및 게이트 전극(310)에 소정의 홈을 형성하고, 상기 홈안에 콘형의 형태로 이루어진다. 이러한 경우, 상기 콘형의 팁부분에 집중된 전계에 의해 전자가 방출된다.

상기 게이트 전극(310)은 상기 에미터부(300)에서 방출되는 전자의 방향 및 양을 조절한다.

상기 집속전극(320)은 에미터부(300)에서 방출되는 전자를 집속시켜, 색번짐 등을 방지하기 위해 형성된다. 상기 집속전극(320)은 비교적 얇은 면적으로 형성된다. 예를 들어, 종래의 집속전극의 폭이 D이면, 본 발명의 집속전극의 폭(d)은 d < 0.5D가 된다.

즉, 상기 도 1b에 도시한 일반적인 집속전극의 폭을 절반미만으로 줄이고, 도 3에 도시된 바와같이 각각의 에미터부(300) 둘레에 각각의 집속전극(320)이 형성되도록 한다.다시 말해서 하나의 집속전극(320)은 하나의 에미터부(300)에서 방출된 전자만이 집속되도록 구성한다. 그리고, 상기 집속전극(320)과 인접한 다른 집속전극(320)을 브릿지로 연결되도록 한다. 상기 브릿지는 집속전극(320)의 형상을 변경하면서 형성되는 구조이므로 집속전극(320)의 형성시 동일한 방법으로 동시에 형성되도록 하는 것이 바람직하다.여기서 브릿지는 도 3에서 대략 직사각형으로 형성된 집속전극(320)과 인접한 집속전극(320)이 연결되도록 하는 것으로 상기 브릿지가 형성되는 구조로 인하여 집속전극의 폭이 상대적으로 얇게 형성됨에 따라 집속전극에 발생되는 열팽창에 따른 열응력을 감소시켜주고, 집속전극의 형성시 불순물 또는 기타 다른 결함에 의해 개방(open)되는 경우에도 다른 인접한 집속전극으로부터 전류가 공급되므로 집속전극의 역할을 그대로 유지할 수 있는 장점이 있다.

도 4는 본 발명에 따른 게이트 전극 옆에 형성된 집속전극 구조를 나타내는 평면도이다.

상기 도 4는 도 2a에 도시된 전계방출소자의 구조로서, 게이트 전극(410)에전자를 방출시키는 에미터부(400)가 게이트 전극(410)의 길이 방향으로 형성되며, 상기 게이트 전극(410)의 양측에는 종래의 집속전극 폭(D)에 비해 얇게 형성된 폭(d < 0.5D)의 집속전극(420)이 형성된다. 상기 집속전극(420)은 대향되는 집속전극(420)과 다수의 브릿지로 연결된다. 따라서, 상기 브릿지에 의해 길이 방향으로 증가되는 열응력을 각각의 브릿지를 통해 감소시킬 수 있다.

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. 예를 들어, 도 5a는 게이트 전극의 돌출부에 형성된 에미터에서 방출되는 전자를 집속시키는 집속전극이 상기 게이트 전극의 돌출부를 따라 요철형으로 형성되며, 도 5b는 게이트 전극에 수직으로 형성되는 에미터의 집속전극의 패턴을 나타낸다. 상기 에미터는 상기 게이트 전극의 상부 및 하부에 소정의 돌출부가 형성되며, 돌출된 에미터에 따라 게이트 전극이 형성된다. 따라서, 집속전극도 상기 게이트 전극의 패턴에 따라 요철형으로 형성되며, 대향되는 집속전극 사이에 브릿지가 형성된다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 전계방출소자의 얇은 폭의 집속전극은 게이트 전극 둘레에 형성되며, 상기 게이트 전극의 일측에 형성되는 집속전극과 대향되는 집속전극 사이에는 적어도 하나 이상의 브릿지가 형성되어 열응력을 감소시켜, 열공정시 발생되는 막 들뜸 현상이 극히 감소되어 신뢰성이 향상된다 또한, 상기 브릿지로 인해 일부분의 소자가 단락되더라도 소자 전체에 영향을 주지 않도록 설계되어 전기적인 신뢰성이 증가된다.

Claims (4)

1. 기판 상에 일정 간격으로 다수 형성된 게이트;

   상기 각각의 게이트에 일정 간격으로 다수 형성된 에미터부;

   상기 에미터부에서 방출되는 전자를 집속시킬 수 있도록 상기 에미터부에서 소정 거리 이격되어 형성되고 상기 게이트 전극 옆에 형성되는 집속전극;

   상기 집속전극과 인접한 에미터부의 둘레에 형성되는 집속전극이 연결되도록 하는 하나 이상의 브릿지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 전극구조.
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