KR100438811B1 - 전계효과전자방출소자및그제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전계효과 전자방출소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 게이트와 음극 사이에 형성된 전계효과에 의해 음극 위에 마련된 마이크로팁들로부터 방출되는 전자들이 상호 반발력에 의한 확산이 방지되고 소정범위내로 집속되도록 음극으로부터 게이트 보다 높이 형성된 포커싱 그리드를 갖도록 제조된다. 따라서, 전계효과에 의해 방출되는 전자들이 상호 반발하여 확산되지 않고, 일정범위내로 가두어져 집속된 전자빔을 얻을 수 있어 선명한 화상을 얻을 수 있다.

Description

전계효과 전자방출소자 및 그 제조방법
본 발명은 전계효과 전자방출소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 마이크로팁으로부터 전계효과에 의해 방출되는 전자가 소망하는 타켓에 집속되어 가속될 수 있도록 구조된 전계효과 전자방출소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 전계효과 전자방출소자를 나타내보인 분해 사시도이다.
이를 참조하면, 전계효과 전자방출소자는, 기판(1) 위에 스트라이프 상의 음극(2)들과, 상기 음극(2)들과 소정간격 이격되어 배치된 게이트(5)들을 전기적으로 분리시키는 절연층(4) 및 상기 음극(2)과 전기적으로 접속되면서 상기 절연층(4)의 관통공(6) 내에 배치된 다수의 마이크로팁(3)들을 갖는다. 도시되지는 않았지만, 상기 게이트(5) 전방에는 상기 기판(1)과 대향되는 위치에 양극들 및 상기 양극들에 도포된 형광막이 형성되어 있다.
이상과 같은 구조의 전계 전자 방출 소자는 음극(2)과 게이트(5) 전극 사이의 전위차에 의해 유도된 전계에 의해 마이크로팁(3)들로부터 전자 방출이 이루어진다. 이렇게 방출된 전자들은 게이트(5) 전방에 마련된 양극에 걸린 바이어스 전압차이에 의해 상기 양극으로 가속되면서 형광막에 부딪혀 빛을 내게된다. 이 빛들이 화상을 형성하게 된다.
상기와 같은 동작에 있어서, 화소에 해당하는 영역에 마련된 다수의 마이크로팁(3)으로부터 방출되는 전자들은 동극성에 의한 상호 반발력에 의해 양극으로 가속화되는 과정에서 전자빔이 확산된다.
종래에는 이렇게 확산되는 전자빔을 집속시키는 수단이 구비되지 않아 소망하는 화소영역이외의 형광막부분까지 가속된 전자들이 부딪쳐 목적하는 화상구현에 장애를 유발하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로, 방출되는 전자빔이 소망하는 화상영역에 집속되어 도달할 수 있는 전계효과 전자방출소자 및제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 전계효과 전자방출소자를 나타내보인 분해 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 전계효과 전자방출소자를 나타내보인 분해 사시도.
도 3은 도2의 전계효과 전자 방출소자의 절단 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 11: 기판 2, 12: 음극
3, 13: 마이크로팁 4, 14: 절연층
5, 15: 게이트 6, 16: 관통공
17: 포커싱 그리드(focusing grid)
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전계 전자 방출 소자는, 기판 위에 스트라이프 상으로 형성된 다수의 음극들과, 상기 음극들에 전기적으로 접속되도록 상기 음극들 위에 어레이 형태로 형성된 다수의 마이크로팁들과, 상기 마이크로팁들 각각을 수용하는 관통공들을 갖도록 상기 음극들 및 상기 배면기판 노출부 위에 형성된 절연층과, 상기 절연층의 관통공에 대응하는 개구부를 갖도록 상기 절연층 상에 상기 음극들과 교차하는 방향에서 스트라이프 상으로 형성된 게이트들을 구비하는 전계효과 전자방출소자에 있어서, 상기 마이크로팁들로부터 방출되는 전자들을 집속하기 위하여 상기 음극과 전기적으로 접속되되 상기 게이트와 전기적으로 분리되고, 상기 게이트 상면보다 소정높이 돌출되어 소정 개수의 상기 개구부들을 둘러싸도록 형성된 포커싱 그리드가 다수 형성된 것을 그 특징으로 한다.
상기 포커싱 그리드는 크롬 또는 알루미늄으로 조성되고, 게이트 상면으로부터 상기 포커싱 그리드의 높이는 2 내지 3㎛정도로 돌출되고, 링형상 또는 ㄷ자 형이 상호 대향되는 형상으로 된 것이 바람직하다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전계효과 전자방출소자의 제조 방법은, 기판 위에 스트라이프 상의 음극들을 형성하는 단계; 상기 음극들 위에 마이크로팁들을 형성하는 단계; 상기 마이크로팁들 각각을 수용하는 관통공들을 갖도록 상기 음극들 및 상기 기판 노출부 위의 소정영역에 절연층을 형성하는 단계; 상기 마이크로팁들에 대응하는 소정 직경의 개구부를 갖도록 상기 절연층상에 상기 음극들과 교차하는 방향의 스트라이프 상의 게이트를 형성하는 단계; 및 상기 음극들 위의 소정영역으로부터 상기 게이트 보다 소정 길이 높으면서 상기 게이트와 전기적으로 분리되도록 상기 음극 상면에 도전물질을 적층하는 포커싱 그리드 형성단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
상기 포커싱 그리드 형성단계는 포토리쏘 그라피에 의해 상기 게이트상면에서 상기 음극의 상면까지 소정영역을 식각하고, 식각에 의해 노출된 소정영역에 상기 도전물질을 적층하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전계효과 전자방출소자 및 그 제조방법을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 전계효과 전자방출소자를 나타내 보인 분해 사시도이고, 도 3은 도2의 전계효과 전자 방출소자의 절단 단면도이다.
이를 참조하면, 전계효과 전자방출소자는 기판(11)과, 상기 기판(11) 상면에 스트라이프 상으로 마련된 음극(12)들과, 상기 음극(12)과 전기적으로 접속되는 마이크로팁(13)들과, 마이크로팁(13) 각각을 수용하는 관통공(16)을 구비하는 것으로 음극(12) 및 기판(11) 위의 소정영역에 형성되는 절연층(14)과, 상기 관통공(16)에 대응하는 개구부를 가지며 절연층 위에 응력이 강한 금속인 Cr, Ni, Nb 중 어느 하나를 사용하여 적층되는 게이트(15)들 및 음극(12)으로부터 게이트 상면(15) 보다 높게 형성된 포커싱 그리드(17)들을 갖는다. 도시되지는 않았지만, 상기 게이트(15) 전방에는 상기 기판(11)과 대향되는 위치에서 마이크로팁(13)들로부터방출된 전자를 가속시키기 위한 양극들이 마련되고, 상기 양극들 상에 형광막이 형성되어 있다.
상기 음극(12)과 마이크로팁(13)은 구동 특성을 감안하여 음극(12) 위에 저항층(미도시)을 형성하고, 상기 저항층 위에 마이크로팁(13)을 형성하여도 된다.
포커싱 그리드(17)는 화소단위 예컨대 컬러로 화상표현이 되는 디스플레이소자에 채용될 경우 적, 녹, 청색 각각에 대응하는 화소단위로 형성된다. 이 포커싱 그리드(17)로 에워싸인 마이크로팁(13)의 개수는 제한이 없으며, 목적하는 장치 구동에 적합하게 마련된다. 또한 적용되는 장치에 따라, 예컨대 CRT전자총에 채용될 경우는 포커스 그리드(17)의 형상이 링형상으로 되고, 디스플레이 용으로는 ㄷ자 형이 상호 대향되는 형상으로 된다.
이와 같은 구조를 갖는 전계효과 전자방출소자는 음극(12)에 대해 게이트(15)가 상대적으로 높은 전압이 걸리도록 바이어스 시키면, 즉, 음극(12)에 -80볼트, 게이트(15)에 5볼트 정도 전압을 각각 인가하면, 마이크로팁(13)들로부터 전계 효과에 의한 전자들이 방출된다. 이때, 음극(12)과 전기적으로 접속된 포커싱 그리드(17)에도 -80볼트가 가해지기 때문에 마이크로팁(13)들로부터 전계 효과에 의해 방출된 전자들이 포커싱그리드(17)에 의해 형성된 전계에 의해 포위된 영역을 벗어나지 못하고, 포커싱 그리드(17)에 의해 에워싸진 영역내로 가두어 지게 된다.
따라서, 화소단위로 형성된 포커싱그리드(17)에 의해 에워싸인 영역 내에 마련된 다수의 마이크로팁(13)들로부터 방출되는 전자들은 집속되어 전방에 마련된 양극으로 가속되고, 양극 상면에 마련된 형광막에 도달하면 빛을 낸다.
이와 같이 포커싱 그리드(17)에 의해 형성된 전계에 의해 소망하는 화상영역으로 빔을 접속할 수 있어 선명한 화상구현을 이룰 수 있다.
다음은 상기와 같은 구조를 갖는 전계효과 전자방출소자의 제조방법을 설명한다.
먼저, 기판(11) 위에 소정 패턴의 음극(12)을 형성한 다음, 그 위에 마이크로팁(13)들과 상기 마이크로팁(13)들 각각을 수용하는 관통공(16)들을 갖도록 상기 음극(12)들 및 상기 기판(11) 노출부 위의 소정영역에 절연층(14)을 형성하고, 상기 마이크로팁(13)들에 대응하는 소정 직경의 개구부를 갖도록 상기 절연층(14) 상에 응력이 강한 Cr(혹은 Ni, Nb)을 증착하여 상기 음극(12)들과 교차하는 방향의 스트라이프 상의 게이트(15)를 형성한다. 여기서, 절연층(14)과 게이트(15)를 목적하는 패턴으로 먼저 형성한 다음, 절연층(14)상에 형성된 관통공(16) 내부에 마이크로팁(13)들을 증착에 의해 나중에 형성하는 단계로 진행되어도 관계없다.
다음은, 통상의 포토리쏘 그라피 방법에 의해 화소단위에 대응되는 게이트(15)상면의 소정영역으로부터 음극(12) 상면까지 식각한 후, 식각된 부위에 도전물질 예컨대 크롬 또는 알루미늄으로 게이트 상면 보다 2 내지 3㎛ 정도 높게 적층하여 포커싱 그리드(17)를 형성한다. 이때 게이트(15)와 형성된 포커싱 그리드(17)가 전기적으로 분리되도록 상호 분리형성하거나, 식각된 게이트(15) 단부의 벽에 절연물질을 도포한 후 도전물질을 적층하여도 된다.
지금까지 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 전계효과 전자방출소자 및 그 제조방법이 제공됨으로써, 전계효과에 의해 방출되는 전자들이 상호 반발하여 확산되지 않고, 일정범위내로 가두어져 집속된 전자빔을 얻을 수 있어 선명한 화상을 얻을 수 있다.

Claims (9)

  1. 기판 위에 스트라이프 상으로 형성된 다수의 음극들과, 상기 음극들에 전기적으로 접속되도록 상기 음극들 위에 어레이 형태로 형성된 다수의 마이크로팁들과, 상기 마이크로팁들 각각을 수용하는 관통공들을 갖도록 상기 음극들 및 상기 배면기판 노출부 위에 형성된 절연층과, 상기 절연층의 관통공에 대응하는 개구부를 갖도록 상기 절연층 상에 상기 음극들과 교차하는 방향에서 스트라이프 상으로 형성된 게이트들을 구비하는 전계효과 전자방출소자에 있어서,
    상기 마이크로팁들로부터 방출되는 전자들을 집속하기 위하여 상기 음극과 전기적으로 접속되되 상기 게이트와 전기적으로 분리되고, 상기 게이트 상면보다 소정높이 돌출되어 소정 개수의 상기 개구부들을 둘러싸도록 형성된 포커싱 그리드가 다수 형성된 것을 특징으로 하는 전계효과 전자 방출소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 포커싱 그리드는 크롬 또는 알루미늄으로 조성된 것을 특징으로 하는 전계효과 전자 방출소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 게이트 상면으로부터 상기 포커싱 그리드의 높이는 2 내지 3㎛인 것을 특징으로 하는 전계효과 전자 방출소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 포커싱 그리드는 링형상으로 된 것을 특징으로 하는전계효과 전자 방출소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 포커싱 그리드는 ㄷ자 형이 상호 대향되는 형상으로 된 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출소자.
  6. 기판 위에 스트라이프 상의 음극들을 형성하는 단계;
    상기 음극들 위에 마이크로팁들을 형성하는 단계;
    상기 마이크로팁들 각각을 수용하는 관통공들을 갖도록 상기 음극들 및 상기 기판 노출부 위의 소정영역에 절연층을 형성하는 단계;
    상기 마이크로팁들에 대응하는 소정 직경의 개구부를 갖도록 상기 절연층 상에 상기 음극들과 교차하는 방향의 스트라이프 상의 게이트를 형성하는 단계; 및
    상기 음극들 위의 소정영역으로부터 상기 게이트 보다 소정 길이 높으면서 상기 게이트와 전기적으로 분리되도록 상기 음극 상면에 도전물질을 적층하는 포커싱 그리드 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출소자의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 포커싱 그리드 형성단계는
    포토리쏘그라피 방법에 의해 상기 게이트상면에서 상기 음극의 상면까지 소정영역을 식각하고, 식각에 의해 노출된 소정영역에 상기 도전물질을 적층하는 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출소자의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 게이트 상면으로부터 상기 포커싱 그리드의 높이가 2 내지 3㎛정도 되도록 적층하는 것을 특징으로 하는 전계효과 전자 방출소자의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 도전물질은 크롬 또는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 전계효과 전자 방출소자.
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