KR101065371B1 - 전자 방출 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에미션 효율을 높이고 동작 전압을 낮추기 위하여 전자 방출부의 구조를 개선한 전자 방출 소자에 관한 것으로서,

전자 방출 소자는 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판 위에 형성되는 캐소드 전극들과, 캐소드 전극들 위에서 제2 기판을 향할수록 그 폭이 점진적으로 감소하도록 형성되는 돌기부와, 돌기부 표면을 덮으면서 형성되고 그 일부가 캐소드 전극과 접촉하여 이와 전기적으로 연결되는 전자 방출부와, 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극들 위에 형성되고 제1 기판 상에 전자 방출부가 노출되도록 하는 개구부를 갖는 게이트 전극들을 포함한다.

전자방출소자, 캐소드전극, 게이트전극, 돌기부, 전자방출부, 절연층, 애노드전극, 형광층

Description

전자 방출 소자{ELECTRON EMISSION DEVICE}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자를 도시한 부분 분해 사시도이다.

도 2는 도 1의 조립 상태를 나타내는 전자 방출 소자의 부분 단면도이다.

도 3~도 5는 돌기부의 변형예들을 설명하기 위해 도시한 사시도이다.

도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 각 단계에서의 개략도이다.

본 발명은 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에미션 효율을 높이고 동작 전압을 낮추기 위하여 전자 방출부의 구조를 개선한 전자 방출 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 소자는 전자원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다. 이 가운데 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는 FEA(Field Emitter Array)형, SCE(Surface Conduction Emitter)형, MIM(Metal- Insulator-Metal)형, MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)형 및 BSE(Ballistic electron Surface Emitter)형 전자 방출 소자 등이 알려져 있다.

상기한 전자 방출 소자들은 그 종류에 따라 세부적인 구조가 상이하지만, 기본적으로는 진공 용기 내에 전자 방출을 위한 구조물을 형성하여 이로부터 방출되는 전자들을 이용하며, 전자빔 경로 상에 형광층을 구비하는 경우 소정의 발광 또는 표시 작용을 하게 된다.

상기한 전자 방출 소자들 가운데 FEA형은 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들로 전자 방출부를 형성하고, 전자 방출부 주위에 구동 전극들, 예를 들어 캐소드 전극과 게이트 전극을 구비하며, 두 전극간 전압 차에 의해 전자 방출부 주위에 전계가 형성될 때 이로부터 전자가 방출되는 원리를 이용한다.

상기 FEA형 전자 방출 소자의 전형적인 구조는, 기판 위에 캐소드 전극들과 절연층 및 게이트 전극들을 순차적으로 형성하고, 캐소드 전극과 게이트 전극들의 교차 영역마다 게이트 전극과 절연층에 각각의 개구부를 형성하여 캐소드 전극의 일부 표면을 노출시킨 후, 개구부 내로 캐소드 전극 위에 전자 방출부를 형성한 구조이다.

초기에 제안된 FEA형 전자 방출 소자에서, 상기 전자 방출부는 주로 몰리브덴(Mo)을 진공중에서 증착 또는 스퍼터링하여 만든 끝단이 뾰족한 스핀트(spindt) 타입으로 형성되어 왔으며, 이에 대한 종래 기술로는 미국특허 제5,938,495호에 개시된 전계 냉음극 제조 방법을 들 수 있다. 스핀트 타입의 전자 방출부는 그 밑면 지름이 대략 0.5㎛이고, 그 높이가 대략 0.5~1㎛인 미세 크기로 형성된다.

그런데 전술한 스핀트 타입의 전자 방출부를 갖는 전자 방출 소자를 제작할 때에는 공지의 반도체 제조 공정을 사용해야 하므로 제조 공정이 복잡하고, 고난이도의 기술을 필요로 하기 때문에 제조 단가가 상승하고, 대면적화에 어려운 단점이 있다.

이에 따라 최근의 전자 방출 소자 분야에서는 일함수(work function)가 낮은 카본계 물질, 가령 카본 나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드상 카본 등을 이용하여 스크린 인쇄와 같은 공지의 후막 공정을 통해 전자 방출부를 형성하는 기술이 연구 개발되고 있다. 상기 전자 방출부는 그 표면에 노출되는 전자방출 물질, 즉 카본계 물질로부터 전자 방출이 용이하게 이루어져 저전압 구동이 가능하고, 제조가 용이하며, 대면적화에 유리한 장점이 있다.

그런데 카본계 물질로 이루어진 전자 방출부를 갖는 종래의 전자 방출 소자는, 절연 물질을 스크린 인쇄, 건조 및 소성 과정을 1회 이상 반복하여 대략 5~30㎛의 두께로 절연층을 형성할 때, 전자 방출부가 위치할 개구부의 높이, 즉 절연층의 두께는 상기와 같이 5~30㎛인 반면, 개구부 내에서 스크린 인쇄와 건조 및 소성 과정을 통해 완성되는 전자 방출부는 그 두께가 대략 3~4㎛ 정도에 지나지 않게 된다.

이에 따라 종래의 전자 방출 소자는 전자 방출부와 게이트 전극간 거리가 멀어져 에미션 효율이 저하되고, 동작 전압이 높아지는 단점이 있다. 또한 전자 방출부의 두께에 비해 개구부의 높이가 크게 형성됨에 따라, 방출된 전자들의 일부가 절연층에 부딪혀 절연층이 차징됨으로써 전자빔 진행 경로가 왜곡되고, 방출된 전자들의 일부가 게이트 전극에 부딪혀 이를 통해 누설됨에 따라 형광층에 도달하는 전자량이 감소하는 단점이 있다.

또한 개구부 형상을 따라 그 평면 형상이 원형 또는 사각형 등으로 형성되는 전자 방출부는 그 전체에 균일하게 전계가 인가되는 대신, 게이트 전극과의 거리가 가장 가까운 가장자리 부위에 전계가 집중되어 이로부터 전자 방출이 이루어지며, 방출된 전자들은 소정의 발산각을 가지고 퍼지며 진행하게 된다. 그 결과, 특정 화소에서 방출된 전자들은 목적하는 해당 화소의 형광층을 온전하게 발광시키지 못하고, 의도하지 않은 타색 형광층에까지 도달하여 이를 발광시킴으로써 화면 품질을 저하시키는 문제를 안고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 에미션 효율을 높이고 동작 전압을 낮출 수 있는 전자 방출 소자 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전자 방출부에서 방출된 전자들이 절연층과 게이트 전극 등의 구조물에 부딪히지 않도록 하여 전자빔 경로 왜곡과 누설 전류를 최소화할 수 있는 전자 방출 소자 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 전자 방출부에서 방출된 전자들이 일정한 직진성을 가지고 진행할 수 있도록 하여 화면 품질을 높일 수 있는 전자 방출 소자 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판 위에 형성되는 캐소드 전극들과, 캐소드 전극들 위에서 제2 기판을 향할수록 그 폭이 점진적으로 감소하도록 형성되는 돌기부와, 돌기부 표면을 덮으면서 형성되고 그 일부가 캐소드 전극과 접촉하여 이와 전기적으로 연결되는 전자 방출부와, 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극들 위에 형성되고 제1 기판 상에 전자 방출부가 노출되도록 하는 개구부를 갖는 게이트 전극들을 포함하는 전자 방출 소자를 제공한다.

상기 돌기부는 절연층과 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 돌기부의 최대 두께가 절연층의 두께와 동일하게 형성될 수 있다.

상기 전자 방출부 가운데 제2 기판에 가장 가까운 부위가 게이트 전극과 실질적으로 동일한 높이에 위치할 수 있다. 이로써 전자 방출부와 게이트 전극간 최단 거리가 단축되어 에미션 효율을 높일 수 있다.

상기 절연층을 제1 절연층이라 할 때, 상기 게이트 전극들 위에 형성되는 제2 절연층과, 제2 절연층 위에 형성되는 집속 전극을 더욱 포함하며, 제1 절연층의 식각률은 제2 절연층 식각률의 3배 이상일 수 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

(a)기판 위에 캐소드 전극들을 형성하는 단계와, (b)캐소드 전극들을 덮으면서 기판 전체에 절연층을 형성하는 단계와, (c)절연층 위에 캐소드 전극들과의 교차 영역마다 적어도 하나의 개구부를 갖는 게이트 전극들을 형성함과 아울러, 개구부 내에 돌기부 형성을 위한 마스크 패턴을 형성하는 단계와, (d)절연층 가운데 게 이트 전극과 마스크 패턴으로 덮히지 않은 부위를 선택적으로 식각하여 절연층의 개구부와 돌기부를 형성하는 단계와, (e)마스크 패턴을 제거하고, 돌기부 표면에 전자방출 물질을 부착하여 전자 방출부를 형성하는 단계를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법을 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자의 부분 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 조립 상태를 나타내는 전자 방출 소자의 부분 단면도이다.

도면을 참고하면, 전자 방출 소자는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 내부 공간부가 형성되도록 소정의 간격을 두고 평행하게 배치하고, 이들을 하나로 접합시킴으로써 전자 방출 소자의 외관인 진공 용기를 구성하고 있다. 상기 기판들 중 제1 기판(2)에는 전자 방출을 위한 구조물이 제공되고, 제2 기판(4)에는 전자에 의해 가시광을 방출하는 발광부가 제공된다.

보다 구체적으로, 제1 기판(2) 위에는 소정의 패턴, 가령 스트라이프 형상을 취하는 캐소드 전극들(6)이 서로간 임의의 간격을 두고 제1 기판(2)의 일방향(도면의 y축 방향)을 따라 복수로 형성되고, 캐소드 전극들(6)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 제1 절연층(8)이 형성된다. 제1 절연층(8) 위에는 게이트 전극들(10)이 서로간 임의의 간격을 두고 캐소드 전극(6)과 교차하는 방향(도면의 x축 방향)을 따라 복수로 형성된다.

본 실시예에서 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 교차 영역을 화소 영역 으로 정의하면, 캐소드 전극(6) 위로 각각의 화소 영역마다 적어도 하나의 전자 방출부(12)가 형성되며, 제1 절연층(8)과 게이트 전극(10)에는 전자 방출부(12)에 대응하는 각각의 개구부(8a, 10a)가 형성되어 제1 기판(2) 상에 전자 방출부(12)가 노출되도록 한다.

여기서, 본 실시예의 전자 방출 소자는 종래와 같이 개구부 내로 캐소드 전극 위에 전자 방출부를 평평하게 형성하지 않고, 제2 기판(4)을 향할수록 그 폭이 점진적으로 감소하는 돌기부(14)를 캐소드 전극(6) 위에 형성하고, 전자 방출부(12)가 돌기부(14) 표면을 덮으면서 형성됨과 아울러 전자 방출부(12)의 일부가 캐소드 전극(6)과 접촉하여 이와 전기적으로 연결되는 구조를 제공한다.

상기 돌기부(14)는 바람직하게 제1 절연층(8)과 동일한 물질로 이루어지며, 예를 들어 식각 공정을 통해 제1 절연층(8)에 개구부(8a)를 형성할 때 개구부(8a)와 동시에 패터닝되어 완성될 수 있다. 돌기부(14)의 최대 두께는 제1 절연층(8)의 두께와 동일하게 이루어져 돌기부(14) 표면에 전자 방출부(12)가 형성될 때, 제2 기판(4)에 가장 가까운 전자 방출부(12) 부위가 게이트 전극(10)과 실질적으로 동일한 높이에 위치하도록 할 수 있다. 상기 돌기부(14)와 제1 절연층(8)은 대략 5~30㎛의 두께를 가지며 형성될 수 있다.

상기 돌기부(14)는 제2 기판(4)을 향한 끝단이 뾰족하게 형성되어 전자 방출부(12)가 제2 기판(4)을 향해 뾰족한 부위를 갖도록 할 수 있다. 예를 들어 돌기부(14)는 도 1에 도시한 바와 같이 원뿔형으로 이루어질 수 있으며, 상기 형상 이외에 도 3에 도시한 바와 같이 돌기부(14A)는 제2 기판을 향한 끝단이 선형이 되도록 형성될 수 있다. 두 경우 모두 전자 방출 소자를 단면으로 보았을 때 돌기부(14, 14A)의 단면 형상은 삼각형을 이룬다.

또한 도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 돌기부(14B, 14C)는 도 1과 도 3에 도시한 구조를 기본으로 하면서 제2 기판을 향한 상면이 평평하게 형성될 수 있다. 이 경우 전자 방출 소자를 단면으로 보았을 때 돌기부(14B, 14C)의 단면 형상은 사다리꼴을 이룬다.

상기 전자 방출부(12)는 돌기부(14) 표면에서 임의의 두께, 대략 0.2~2㎛의 두께를 가지며 형성될 수 있다. 본 실시예에서 전자 방출부(12)는 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 카본계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어진다. 전자 방출부(12)로 사용 바람직한 물질로는 카본 나노튜브, 그라파이트, 그라파이트 나노파이버, 다이아몬드상 카본, C₆₀, 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질이 있다.

상기한 게이트 전극(10)과 제1 절연층(8) 위로 제2 절연층(16)과 집속 전극(18)이 형성될 수 있으며, 제2 절연층(16)과 집속 전극(18)에는 제1 기판(2) 상에 전자 방출부(12)가 노출되도록 하는 각각의 개구부(16a, 18a)가 형성된다. 이 때, 제2 절연층(16)과 집속 전극(18)의 개구부(16a, 18a)는 제1 기판(2) 상에 설정되는 화소 영역마다 하나씩 제공되어 복수개의 전자 방출부(12)를 둘러싸도록 형성될 수 있다.

그리고 한번의 식각 공정으로 제2 절연층(16)의 개구부(16a)와 제1 절연층 (8)의 개구부(8a) 및 돌기부(14)를 형성할 수 있도록 제1 절연층(8)과 제2 절연층(16)은 임의의 식각액 또는 식각가스에 대해 서로 다른 식각률을 갖는 물질로 이루어진다. 바람직하게 제2 절연층(16)의 식각액 또는 식각 가스에 대해 제1 절연층(8)의 식각률은 제2 절연층(16) 식각률의 3배 이상으로 이루어진다.

이와 같이 캐소드 전극(6) 위에 돌기부(14)가 형성되고, 전자 방출부(12)가 돌기부(14) 표면을 덮으면서 형성됨에 따라, 전자 방출부(12)가 위치하는 개구부(8a)의 높이, 즉 제1 절연층(8)의 두께가 5~30㎛ 정도로 크게 형성되는 경우에 있어서도 전자 방출부(12)와 게이트 전극(10)과의 최단 거리를 단축시킬 수 있고, 전자 방출부(12)가 구조적으로 뾰족한 단부를 갖도록 함으로써 상기 단부에 전계가 집중되도록 할 수 있다.

다음으로, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 형광층(20), 예를 들어 적색과 녹색 및 청색의 형광층(20)이 임의의 간격을 두고 형성되고, 형광층(20) 사이로 화면의 컨트라스트 향상을 위한 흑색층(22)이 형성될 수 있다. 형광층(20)과 흑색층(22) 위로는 증착에 의한 금속막(예를 들어 알루미늄막)으로 이루어지는 애노드 전극(24)이 형성된다. 애노드 전극(24)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 전압을 인가받으며, 메탈 백(metal back) 효과에 의해 화면의 휘도를 높이는 역할을 한다.

한편, 애노드 전극은 금속막이 아닌 투명한 도전막, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide)막으로 이루어질 수 있다. 이 경우 제2 기판(4) 위로 투명한 애노드 전극(도시하지 않음)을 먼저 형성하고, 그 위에 형광층(20)과 흑색층(22)을 형성하 며, 필요에 따라 형광층(20)과 흑색층(22) 위에 금속막을 형성하여 화면의 휘도를 높이는데 이용할 수 있다. 이러한 애노드 전극은 제2 기판(4) 전체에 형성되거나, 소정의 패턴으로 구분되어 복수개로 형성될 수 있다.

참고로, 도 2에서 인용 부호 26은 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 사이 간격을 일정하게 유지시키는 스페이서를 나타낸다. 도 2에서는 하나의 스페이서만을 도시하였으나, 스페이서(26)는 양 기판(2, 4) 사이에서 복수개로 구비된다.

이와 같이 구성되는 전자 방출 소자는, 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)에 소정의 구동 전압을 인가하면, 두 전극간 전압 차에 의해 전자 방출부(12) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자가 방출되고, 방출된 전자들은 집속 전극(18)에 인가된 전압, 예를 들어 수십 볼트의 (-)전압에 의해 발산각이 작아지는 방향으로 힘을 받아 집속되며, 애노드 전극(24)에 인가된 고전압에 이끌려 제2 기판(4)으로 향하면서 해당 화소의 형광층(20)에 충돌하여 이를 발광시킨다.

여기서, 본 실시예의 전자 방출 소자는 전술한 돌기부(14)와 전자 방출부(12) 형상에 의해 전자 방출부(12)와 게이트 전극(10)간 최단 거리(본 실시예에서는 전자 방출부의 뾰족한 단부와 게이트 전극간 수평 거리로 측정된다.)를 줄일 수 있으며, 이 최단 거리를 비교적 균일하게 확보할 수 있다. 따라서 전자 방출부(12)로부터 전자가 용이하게 방출되어 전자 방출부(12)의 에미션 효율이 높아지고, 구동 전압이 낮아지는 장점이 예상된다.

그리고 본 실시예의 전자 방출 소자는 전자 방출부(12)의 뾰족한 단부에 전계가 집중되어 이로부터 다량의 전자가 방출됨에 따라, 제1 및 제2 절연층(8, 16) 에 부딪혀 절연층을 차징시키거나, 게이트 전극(10)에 부딪혀 이를 통해 누설되는 전자량을 최소화할 수 있으며, 전자들이 일정한 직진성을 가지고 제2 기판(4)을 향해 방출되어 타색 침범을 최소화하고, 화면의 색재현율을 높이는 장점이 예상된다.

한편, 스크린 인쇄와 건조 및 소성 과정을 통해 완성되는 전자 방출부(12)는 전자방출 물질이 그 표면에 노출되는 대신, 고형분에 묻혀 에미션 효율이 저하될 수 있다. 이로써 전자 방출 소자는 전자 방출 구조물 위에 점착 테이프(도시하지 않음)를 위치시킨 후 이를 떼어내어 전자 방출부(12)의 표면 일부를 제거하는 과정을 통해 전자 방출부(12) 표면에 전자방출 물질이 노출되도록 하는 표면 처리 과정을 거치게 된다.

이 때, 본 실시예의 전자 방출 소자는 전술한 돌기부(14)와 전자 방출부(12) 형상에 의해 제1 절연층(8)과 제2 절연층(16)의 개구부(8a, 16a)가 큰 깊이를 가지고 형성되는 경우에 있어서도 전술한 표면 처리 작업을 용이하게 할 수 있어 에미션 효율이 높아지는 장점이 예상된다.

다음으로 도 6a~도 6e를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법에 대해 설명한다.

먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이 제1 기판(2) 위에 제1 기판(2)의 일방향을 따라 캐소드 전극들(6)을 스트라이프 패턴으로 형성하고, 캐소드 전극들(6)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 제1 절연층(8)을 형성한다. 제1 절연층(8)은 스크린 인쇄와 건조 및 소성 과정을 수회 반복하여 대략 5~30㎛ 두께로 형성할 수 있다.

그리고 제1 절연층(8) 위에 캐소드 전극들(6)과 교차하는 방향을 따라 게이 트 전극들(10)을 스트라이프 패턴으로 형성한다. 게이트 전극들(10)은 캐소드 전극(6)과의 교차 영역, 즉 화소 영역마다 적어도 하나의 개구부(10a)를 구비하며, 게이트 전극(10)을 패터닝할 때 개구부(10a) 내로 돌기부 형성을 위한 마스크 패턴(28)을 같이 형성한다. 즉, 게이트 전극(10)과 동일한 물질로 마스크 패턴(28)을 형성한다.

이어서 도 6b에 도시한 바와 같이 제1 절연층(8)과 게이트 전극들(10) 위로 제2 절연층(16)을 형성한다. 제2 절연층(16) 또한 스크린 인쇄와 건조 및 소성 과정을 수회 반복하여 대략 5~30㎛ 두께로 형성할 수 있다. 그리고 제2 절연층(16) 위에 도전 물질을 코팅하고 이를 패터닝하여 개구부(18a)를 갖는 집속 전극(18)을 형성한다.

상기 제1 절연층(8)과 제2 절연층(16)은 임의의 식각액 또는 식각 가스에 대해 서로 다른 식각률을 갖는 물질로 형성하며, 바람직하게 제2 절연층(16) 식각률의 3배 이상의 식각률을 갖는 물질로 제1 절연층(8)을 형성한다.

다음으로 도 6c에 도시한 바와 같이 식각액을 이용해 제2 절연층(16)과 제1 절연층(8)을 순차적으로 식각하여 제2 절연층 개구부(16a)와 제1 절연층 개구부(8a)를 연속으로 형성한다. 이 때, 마스크 패턴(28)이 그 하부의 제1 절연층(8) 식각을 막아 돌기부(14)가 형성되도록 하는데, 식각액을 이용한 습식 식각은 등방성으로 진행되므로, 제1 절연층 개구부(8a)가 제1 기판(2)을 향할수록 작은 폭을 가지며 형성되는 것과 동시에 돌기부(14)가 제1 기판(2)을 향할수록 큰 폭을 가지며 형성된다.

상기 돌기부(14)의 형상은 마스크 패턴(28)의 평면 형상에 따라 좌우되는데, 마스크 패턴(28)을 작은 크기로 형성할수록 끝단이 뾰족한 돌기부(14)를 형성할 수 있다. 전술한 제1 절연층(8)과 제2 절연층(16)의 식각률 특성에 의해 제1, 2 절연층의 개구부(8a, 16a)와 돌기부(14)를 한번의 식각 공정으로 완성할 수 있다.

이어서 마스크 패턴(28)을 제거하고, 도 6d에 도시한 바와 같이 돌기부(14) 표면에 전자방출 물질을 도포하여 전자 방출부(12)를 형성한다. 전자 방출부(12)를 형성할 때에는 전자방출 물질을 돌기부(14) 밑단에까지 충분히 도포하여 전자 방출부(12)가 캐소드 전극(6)과 접촉하도록 한다.

상기 전자방출 물질로는 전술한 카본계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질이 바람직하며, 전자 방출부(12) 형성에는 ①분말 상의 전자방출 물질에 비히클, 바인더 등의 유기물을 혼합하여 인쇄에 적합한 점도를 갖는 페이스트를 제작하고, ②도시하지 않은 스크린 메쉬를 이용하여 상기 페이스트를 돌기부(14) 위에 선택적으로 인쇄하고, ③인쇄된 페이스트를 건조 및 소성하는 과정이 적용될 수 있다.

다른 한편으로, 전자 방출부(12)를 형성할 때에는 도 6e에 도시한 바와 같이, ①분말 상의 전자방출 물질에 상기한 유기물과 감광성 물질을 혼합하여 인쇄에 적합한 점도를 갖는 감광성 페이스트를 제작하고, ②구조물의 최상부에 페이스트를 임의의 두께로 스크린 인쇄하고(점선 표시 참고), ③제1 기판(2)의 후면에 돌기부(14)에 대응하는 개구부(30a)를 갖는 마스크 패턴(30)을 배치하고, ④제1 기판(2)의 후면을 통해 자외선을 조사하여 돌기부(14) 표면의 페이스트를 선택적으로 경화시키고, ⑤경화되지 않은 페이스트를 제거한 다음 건조 및 소성하는 과정이 적용될 수 있다.

여기에서, 노광 마스크(30)는 제1 기판(2)의 후면 대신 전면에 위치할 수도 있으며, 노광 마스크(30)가 제1 기판(2)의 후면에 위치할 때에는 제1 기판(2)을 투명 기판으로, 캐소드 전극(6)을 ITO와 같은 투명 도전막으로, 그리고 돌기부(14)를 투명한 절연 물질로 형성한다.

한편, 도 6a에 도시한 바와 같이 제1 기판(2) 위에 캐소드 전극(6), 제1 절연층(8), 게이트 전극(10)과 마스크 패턴(28)을 형성한 다음, 제1 절연층(8)을 식각하여 개구부와 돌기부를 동시에 형성하고, 마스크 패턴(28)을 제거한 다음, 돌기부 표면에 전자방출 물질을 도포하여 전자 방출부를 형성하면, 집속 전극이 마련되지 않은 전자 방출 구조물을 완성할 수 있다.

이와 같이 본 실시예의 제조 방법에 따르면, 제1 절연층(8)의 개구부(8a)와 돌기부(14)를 동시에 형성할 수 있으며, 제1 절연층(8)과 제2 절연층(16)이 전술한 식각 조건을 만족할 때 제2 절연층(16)의 개구부(16a)와 제1 절연층(8)의 개구부(8a) 및 돌기부(14)를 한번의 식각 공정으로 형성할 수 있어 제조 공정을 용이하게 할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 의한 전자 방출 소자는 전술한 돌기부와 전자 방출부 형상에 의해 전자 방출부와 게이트 전극간 최단 거리를 줄일 수 있으므로 에미션 효율을 높이고, 동작 전압을 낮추는 효과를 갖는다. 또한 제2 기판을 향해 전자 방출부를 높게 형성함에 따라, 전자 방출부에서 방출된 전자들이 절연층이나 전극 등의 구조물에 부딪히지 않도록 하여 전자빔 경로 왜곡과 누설 전류를 최소화하며, 전자 방출부가 위치하는 개구부가 큰 깊이로 형성되는 경우에 있어서도 전자 방출부의 표면 처리 작업을 용이하게 하여 에미션 효율이 높아지는 효과를 갖는다.

Claims (16)

1. 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 상기 제1 기판 위에 형성된 전자 방출부로부터 전자 방출을 제어하기 위한 적어도 하나의 구동 전극을 포함하는 전자 방출 소자에 있어서,

   상기 전자 방출 소자는 어느 하나의 구동 전극 위에서 상기 제1 기판으로부터 멀어질수록 그 폭이 점진적으로 감소하도록 형성되는 돌기부를 포함하며, 상기 전자 방출부가 돌기부의 표면을 덮으면서 형성되고 그 일부가 상기 하나의 구동 전극과 접촉하여 이와 전기적으로 연결되고,

   상기 전자 방출부의 표면 전체가 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 내부 공간으로 노출되어 있는 전자 방출 소자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 하나의 구동 전극 위에 형성되는 절연층을 더욱 포함하고, 상기 돌기부가 절연층과 동일한 물질로 이루어지는 전자 방출 소자.
3. 제1항에 있어서,

   상기 돌기부의 단면 형상이 삼각형과 사다리꼴 중 어느 하나로 이루어지는 전자 방출 소자.
4. 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과;

   상기 제1 기판 위에 형성되는 캐소드 전극들과;

   상기 캐소드 전극들 위에서 상기 제2 기판을 향할수록 그 폭이 점진적으로 감소하도록 형성되는 돌기부와;

   상기 돌기부 표면을 덮으면서 형성되고, 그 일부가 상기 캐소드 전극과 접촉하여 이와 전기적으로 연결되는 전자 방출부; 및

   제1 절연층을 사이에 두고 상기 캐소드 전극들 위에 형성되고, 상기 제1 기판 상에 전자 방출부가 노출되도록 하는 개구부를 갖는 게이트 전극들

   을 포함하고,

   상기 전자 방출부의 표면 전체가 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 내부 공간으로 노출되어 있는 전자 방출 소자.
5. 제4항에 있어서,

   상기 돌기부가 상기 제1 절연층과 동일한 물질로 이루어지는 전자 방출 소자.
6. 제4항에 있어서,

   상기 돌기부의 최대 두께가 상기 제1 절연층의 두께와 동일하게 형성되는 전자 방출 소자.
7. 제4항에 있어서,

   상기 전자 방출부 가운데 상기 제2 기판에 가장 가까운 부위가 상기 게이트 전극과 실질적으로 동일한 높이에 위치하는 전자 방출 소자.
8. 제4항에 있어서,

   상기 게이트 전극들 위에 형성되는 제2 절연층과, 상기 제2 절연층 위에 형성되는 집속 전극을 더욱 포함하며, 상기 제1 절연층의 식각률이 상기 제2 절연층 식각률의 3배보다 크거나 같은 전자 방출 소자.
9. 제4항에 있어서,

   상기 제2 기판 위에 형성되는 적어도 하나의 애노드 전극과, 애노드 전극의 어느 일면에 형성되는 형광층을 더욱 포함하는 전자 방출 소자.
10. 제1항 또는 제4항에 있어서,

    상기 전자 방출부가 카본 나노튜브, 그라파이트, 그라파이트 나노파이버, 다이아몬드상 카본, C₆₀, 실리콘 나노와이어 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 전자 방출 소자.
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