KR20020006951A - 냉음극형의 전자총과 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

냉음극형의 전자총과 이의 제조방법을 개시한다. 본 발명은 개구공이 형성된 게이트전극을 마련하고, 그 아랫면에 절연체층을 형성하고, 절연체층이 형성된 게이트전극과 결합되는 기판을 마련하고, 기판의 윗면에 음극을 형성하고, 음극의 윗면에 적,녹,청색의 전자를 방출하는 다수개의 전자방출원을 형성하고, 전자방출원이 형성된 이외의 음극의 윗면에 무기접착제를 형성하고, 절연체층이 형성된 게이트전극과, 음극과 전자방출원과 무기접착제가 형성된 기판을 상호 정열시켜 소성가열하여 결합한다.

Description

냉음극형의 전자총과 이의 제조방법{Electron gun of cold cathode type and the fabrication method of such}

본 발명은 전자총에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 게이트전극측과 기판측의 구조와 이의 결합되는 방법이 개선된 냉음극형의 전자총과 이의 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로 전계방출표시소자(field emitter display)는 게이트전극과 음극간의 전압인가에 의하여 음극상에 돌출된 마이크로팁(micro-tip)에 강한 전기장을 형성시켜서 전계방출현상으로 방출되는 전자빔을 집속시켜 형광체를 발광시키는 표시소자를 말한다. 이러한 전계방출표시소자는 그 자체를 평판표시장치로 이용할 수 있으며 음극선관의 전자총을 대체하는 전자빔 방출장치로 이용하는등 폭넓은 용도로 사용되고 있다.

한국특허공개번호 제96-16809호에는 이러한 냉음극을 채용한 전자총이 개시되어 있다.

도 1을 참조하면, 냉음극(10)은 기판(11)과, 상기 기판(11) 상에 이차원 어레이의 캐비티(12)를 가지는 절연체층(13)과, 상기 절연층(13)상에 배치되며 일반적으로 원형인 개구부의 이차원 어레이를 가지는 게이트전극(14)과, 상기 캐비티(12)들내에 수용되어 있으며 각각이 원추형이며 끝이 뾰족한 부분을 갖고 있는 전자방출원(15)을 포함한다.

이때, 상기 전자방출원(15)들의 끝이 뾰족한 부분은 상기 게이트전극(14)상에 위치한 기준점을 향해서 수평방향으로 개구부들의 중심으로부터 일정거리만큼 중심에서 벗어나 있다.

그런데, 상기 냉음극(10)은 전자방출원(15)이 마이크로 팁형태이므로 전자빔들의 발산각이 크게 되어 포커스 특성이 열화되는 단점이 있다. 또한, 상기 기판(11) 상에는 절연체층(13)과, 게이트전극(14)과, 전자방출원(15)을 형성시켜야 하는데, 이러한 기능층들은 모두 박막의 형태를 가지고 있어서 막의 성막 및 캐비티(12)나 개구부의 형성과정이 매우 복잡한 편이다.

도 2는 미국특허 제494091호에 개시된 전자총을 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 전자총에서 각 냉음극(21)은 전도체층(22)과, 전자방출원(23)과, 상기 전도체층(22)과 전자방출원(23) 사이에 형성되는 저항체층(24)을 포함한다. 상기 저항체층(24)의 윗면에는 절연필름(25)이 형성되고, 상기 절연필름(25)의 윗면에는 개구공(26)이 형성되어 상기 전자방출원(23)이 돌출하는 그리드(27)가 형성되어 있다.

그런데, 상기 냉음극(21)은 전도체층(22)과 전자방출원(23) 사이에 저항체층(24)이 형성되어 상기 전자방출원(23)으로부터 전류가 흐를 때 저항으로 작용하여 흐르는 전류에 비례하여 전압강하를 일으켜서 방출되는 전류를 감소시킬 수가 있다. 또한, 상술한 기능층들이 박막의 형태를 유지하고 있어서 제조하는 공정이 매우 복잡하고 까다로운 편이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 절연체층상에 금속재로 된 그리드와, 균일한 높이를 가지는 전자방출원이 형성된 기판을 상호 결합시켜서 그 구조가 간단하고 이를 제조하는 방법이 단순화된 냉음극형의 전자총과 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 제1 실시예에 따른 냉음극의 일부를 도시한 단면도,

도 2는 종래의 제2 실시예에 따른 냉음극의 일부를 도시한 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 전자총을 도시한 분리사시도,

도 4는 도 3의 게이트전극측을 개략적으로 도시한 단면도,

도 5는 도 3의 기판측을 개략적으로 도시한 단면도,

도 6은 도 4와 도 5가 결합된 상태를 도시한 개략적인 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10,20,30,60...전자총

11,51,61...기판 12...냉음극

13,43,63...절연체층 14,27,41,66...게이트전극

15,65...캐비티 21,52,62...음극

22...전도체층 23...전자방출원

24...저항체층 31,53...전자방출원

32...음극구조체 33...포커스전극

34...최종가속전극 54,67...무기접착제

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 냉음극형의 전자총의 제조방법은,

다수개의 개구공이 형성된 게이트전극을 마련하는 단계;

상기 게이트전극의 아랫면에 박막의 절연체층을 형성하는 단계;

상기 절연체층이 형성된 게이트전극과 결합되는 기판을 마련하는 단계;

상기 기판의 윗면에 음극을 형성하는 단계;

상기 음극의 윗면에 적,녹,청색의 전자를 방출하는 다수개의 전자방출원을 형성하는 단계;

상기 전자방출원이 형성된 이외의 음극의 윗면에 무기접착제를 형성하는 단계; 및

상기 절연체층이 형성된 게이트전극과, 음극과 전자방출원과 무기접착제가 형성된 기판을 상호 정열시켜 소성가열하여 결합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 게이트전극을 마련하는 단계에서는,

금속재로 된 그리드를 준비하여 개구공과 상응하는 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 식각하여 상기 그리드에 다수개의 개구공을 형성시키는 것을 특징으로 한다.

게다가, 상기 음극의 윗면에 전자방출원을 형성하는 단계에서는,

상기 전자방출원은 적,녹,청색의 각각의 전자의 방출이 가능하게 세 개의 전자방출원의 소재가 상기 음극의 윗면에 전체적으로 균일한 높이를 가지고 직립한 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 냉음극형의 전자총은,

기판;

상기 기판상에 형성되는 음극;

상기 음극의 윗면에 형성되며, 다수개의 캐비티가 형성된 절연체층;

상기 절연체층의 윗면에 형성되며, 다수개의 개구공이 형성된 게이트전극;

상기 캐비티와 개구공과 상응한 위치에 해당되는 음극의 윗면에 형성되는 전자방출원; 및

상기 전자방출원이 형성된 이외의 음극의 윗면에 도포되는 무기접착제;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 절연체층은 산화규소나 질화붕소중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

게다가, 상기 절연체층의 두께는 1.5 마이크로미터 이하인 것을 특징으로 한다.

더욱이, 상기 게이트전극은 금속재의 그리드이고, 상기 게이트전극의 두께는 5 내지 30 마이크로미터정도인 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 전자방출원은 탄소나노튜브, 흑연, 탄소성 다이아몬드중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 무기접착제는 글래스 프리트인 것을 특징으로 하는 냉음극형의 전자총.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 냉음극형의 전자총과 이의 제조방법을 상세하게 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명의 일 예에 따른 전자총(30)을 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 전자총(30)에는 전자방출원이 전계방출소자인 냉음극(31)을 구비하는 음극구조체(32)가 마련된다. 상기 음극구조체(32)의 전방에는 상기 냉음극(31)으로부터 방출된 전자빔을 집속 및 가속시키기 위하여 포커스 전극(33)과, 최종가속전극(34)이 설치된다. 이때, 상기 포커스 전극(33)은 전자빔을 다단으로 집속하기 위하여 복수개를 설치할 수도 있다.

상기 음극구조체(32)에 형성된 냉음극(31)은 적,녹,청색별로 다수개의 전자방출원이 마련되며, 상기 포커스전극(33)의 일면에 형성된 세 개의 전자빔통과공(33a)과 대응되는 위치에 설치된다.

여기서, 상기 냉음극(31)을 제조하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 금속재로 된 그리드(41)가 마련된다. 상기 그리드(41)는 추후 기술될 개구공(42)을 형성시 가공성을 향상시키기 위하여 그 두께가 대략 5 내지 30 마이크로미터정도의 후막형태이고, SUS나 철, 구리, 니켈등과 같은 원소를 주성분으로 하는 합금인 것이 바람직하다.

상기 그리드(41)가 준비되면, 개구공과 상응하는 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 에칭하게 되어, 상기 그리드(41)를 통하여 다수개의 개구공(42)을 형성시킨다.

상기 개구공(42)이 형성된 그리드(41)는 그 아랫면에 산화규소(SiO₂)나, 질화붕소(boron nitride,BN)와 같은 절연물질로 된 절연체층(43)을 형성시킨다. 이때, 상기 절연체층(43)은 화학증착(chemical vapor deposition)법이나 스퍼터링(sputtering)법으로 형성시키고, 그 두께는 초기 구동전압을 조절가능하도록 대략 1.5 마이크로미터 이하가 적당하다.

한편, 상기 절연체층(43)이 형성된 그리드(41)와 별도로 전자방출원을 기판상에 형성시킨다.

도 5에 도시된바와 같이, 투명한 유리나 웨이퍼로 된 기판(51)이 마련된다. 상기 기판(51)의 윗면에는 은 페이스트등과 같은 도전성 소재로 된 음극(52)을 형성시킨다.

다음으로, 상기 음극(52)의 윗면에 전자방출원(53)이 코팅된다. 이때, 상기 전자방출원(53)은 종래의 기술에 해당되는 마이크로 팁같이 원추형의 형태가 아니라 상기 음극(52)의 윗면에 균일한 높이를 가지고 직립한 형태의 다수개로 형성된다. 이를 위해서, 상기 전자방출원(53)은 스크린 프린트(screen print)방식을 채용할 수 있다. 따라서, 상기 전자방출원(53)은 전체적으로 적정 높이를 유지할 수 있다.

상기 전자방출원(53)으로서는 탄소재인 카본나노튜브(carbon nano tube)나,흑연(graphite)이나, 탄소성 다이아몬드(diamond like carbon,DLC)와 같은 소재로 형성시키는 것이 다량의 전자를 방출하는데 유리하다고 할 수 있을 것이다.

이어서, 상기 전자방출원(53)이 형성된 이외의 상기 음극(52) 부분에는 무기접착제(54)를 도포한다. 상기 무기접착제(54)로는 산화납(PbO)과, 산화규소(SiO₂)가 주성분인 글래스 프리트(glass frit)가 접합시 바람직하다.

다음으로, 별도로 제조된 절연체층(43)이 형성된 그리드(41)와, 다수개의 전자방출원(53)이 형성된 기판(51)을 상호 결합시키고, 상기 무기접착제(54)가 융착가능하도록 고온, 예컨대 600℃의 온도부근에서 소성 열처리를 수행하여 완성하게 된다.

도 6은 이렇게 결합된 냉음극(60)을 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 냉음극(60)에는 기판(61)이 마련된다. 상기 기판(61)의 윗면에는 도전재로 된 음극(62)이 형성되어 있다. 상기 음극(62)의 윗면에는 절연체층(63)이 형성되어 있다. 이때, 상기 음극(62)의 윗면에는 다수개의 전자방출원(64)이 형성되어 있다.

즉, 상기 절연체층(63) 중에서 일부는 상기 음극(62)을 덮지 않고 개방된 캐비티(65)가 형성된다. 이 캐비티(65)를 통하여 상기 음극(62)의 윗면에는 전자를 방출하는 전자방출원(64)이 적,녹,청색별로 각각 형성되어 있다. 상기 전자방출원(64)은 전체적으로 균일한 높이로 직립한 형태를 유지하면서 상기 음극(62)의 윗면에 형성되어 있다.

상기 절연체층(64)의 윗면에는 금속재로 된 그리드(66)가 설치되어 있다. 상기 그리드(66)는 전자방출원(64)으로부터 전자빔이 방출가능하도록 다수개의 개구공(66a)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 전자방출원(64)이 형성된 이외의 음극(62)의 윗면에는 별도로 제조되는 절연체층(63)이 형성된 그리드(66)를 부착시키기 위한 무기접착제(67)가 도포되어 있다.

상기와 같은 전자방출원을 포함하는 전자총은 음극(62)과, 절연체층(63)의 윗면에 부착된 금속재의 그리드로 된 게이트전극(66)사이에 전압이 인가되면, 상기 전자방출원(64)으로부터 전자가 방출된다. 이때, 전자방출원(64)이 마이크로 팁형태가 아니라 균일한 높이를 가지고 음극(62)상에 형성되고, 게이트전극(66)이 후막의 그리드로 되어 있어서 전기장의 집중이 일어나지 않는다. 이에 따라, 전자방출원(64)으로부터 방출되는 전자빔의 발산각도가 적을 뿐만 아니라, 후막형의 게이트전극(66)에 의하여 전기장의 굴곡이 발생하게 됨에 따라 방출되는 전자를 수렴하는 형태로 작용하게 된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명의 냉음극형의 전자총과 이의 제조방법은 절연체층이 형성된 그리드와, 전자방출원이 형성된 기판을 각각 제조하고, 이를 무기접착제를 이용하여 소성융착시킴으로써, 기판상에 음극, 절연체층, 게이트전극을 순차적으로 형성시킬시 우려되는 캐비티나 개구공의 막힘과 같은 현상을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 전자방출원을 스크린 프린트방식으로 형성시킬 수가 있어서 제조공정이 단순하다. 한편, 전자방출원이 형성된 이외의 음극 부분에 무기접착제를 코팅하게 됨으로 소성시 절연체층이 형성된 그리드와의 접합이 용이하게 이루어질 수 있다.

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

Claims (12)

1. 다수개의 개구공이 형성된 게이트전극을 마련하는 단계;

   상기 게이트전극의 아랫면에 박막의 절연체층을 형성하는 단계;

   상기 절연체층이 형성된 게이트전극과 결합되는 기판을 마련하는 단계;

   상기 기판의 윗면에 음극을 형성하는 단계;

   상기 음극의 윗면에 적,녹,청색의 전자를 방출하는 다수개의 전자방출원을 형성하는 단계;

   상기 전자방출원이 형성된 이외의 음극의 윗면에 무기접착제를 형성하는 단계; 및

   상기 절연체층이 형성된 게이트전극과, 음극과 전자방출원과 무기접착제가 형성된 기판을 상호 정열시켜 소성가열하여 결합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉음극형의 전자총의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 게이트전극을 마련하는 단계에서는,

   금속재로 된 그리드를 준비하여 개구공과 상응하는 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 식각하여 상기 그리드에 다수개의 개구공을 형성시키는 것을 특징으로 하는 냉음극형의 전자총의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 음극의 윗면에 전자방출원을 형성하는 단계에서는,

   상기 전자방출원은 적,녹,청색의 각각의 전자의 방출이 가능하게 세 개의 전자방출원의 소재가 상기 음극의 윗면에 전체적으로 균일한 높이를 가지고 직립한 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉음극형의 전자총의 제조방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 전자방출원은 스크린 프린트법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 냉음극형의 전자총의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 게이트전극과 기판을 상호 결합시키는 단계에서는,

   무기접착제가 대략 600℃의 온도부근에서 소성가열되어 상호 융착시키는 것을 특징으로 하는 냉음극형의 전자총의 제조방법.
6. 기판;

   상기 기판상에 형성되는 음극;

   상기 음극의 윗면에 형성되며, 다수개의 캐비티가 형성된 박막의 절연체층;

   상기 절연체층의 윗면에 형성되며, 다수개의 개구공이 형성된 게이트전극;

   상기 캐비티와 개구공과 상응한 위치에 해당되는 음극의 윗면에 형성되는 전자방출원; 및

   상기 전자방출원이 형성된 이외의 음극의 윗면에 도포되는 무기접착제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉음극형의 전자총.
7. 제6항에 있어서,

   상기 절연체층은 산화규소나 질화붕소중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 냉음극형의 전자총.
8. 제7항에 있어서,

   상기 절연체층의 두께는 1.5 마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 냉음극형의 전자총.
9. 제6항에 있어서,

   상기 게이트전극은 금속재의 그리드인 것을 특징으로 하는 냉음극형의 전자총.
10. 제9항에 있어서,

    상기 게이트전극의 두께는 5 내지 30 마이크로미터정도인 것을 특징으로 하는 냉음극형의 전자총.
11. 제6항에 있어서,

    상기 전자방출원은 탄소나노튜브, 흑연, 탄소성 다이아몬드중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 냉음극형의 전자총.
12. 제6항에 있어서,

    상기 무기접착제는 글래스 프리트인 것을 특징으로 하는 냉음극형의 전자총.