KR20060104072A

KR20060104072A - 전자 방출 소자

Info

Publication number: KR20060104072A
Application number: KR1020050025917A
Authority: KR
Inventors: 선형래; 이재훈
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-09

Abstract

봉착 및 소성시에 유출되는 가스의 양을 최소화하는 것이 가능하고 수직방향 유동거리를 최소화하므로 위치 정렬을 보다 정확하게 행하는 것이 가능하도록, 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 제1기판 및 제2기판과, 제1기판 상에 형성되고 적어도 2개 이상의 전극과 제2기판을 향하여 실제 전자가 방출되는 전자방출부로 구성된 다수의 전자방출구조체와, 제2기판 상에 형성되고 제1기판의 전자방출구조체에서 방출된 전자에 의해 발광하는 발광구조체를 포함하고, 제1기판과 제2기판의 사이에는 모서리를 따라 상기 제1기판 및/또는 제2기판과 열팽창계수의 차이가 10% 이내인 재질로 이루어지는 글라스바를 설치하여 밀봉을 행하는 전자 방출 소자를 제공한다.

전자 방출 소자, 프리트, 글라스, 진공도, 열팽창계수, 열충격, 봉착, 소성

Description

전자 방출 소자 {Electron Emission Device}

도 1은 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일실시예를 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일실시예를 나타내는 부분확대 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일실시예를 나타내는 부분확대 단면도이다.

본 발명은 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제1기판과 제2기판을 봉착하기 위하여 사용하는 밀봉재를 제1기판 및 제2기판의 열팽창계수와 동일 또는 근접한 재질로 구성하는 것에 의하여 열팽창계수의 차이로 인한 열충격을 방지하는 것이 가능한 전자 방출 소자에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 소자(Electron Emission Device)는 전자원의 종류에 따라 열음극(hot cathode)을 이용하는 방식과 냉음극(cold cathode)을 이용하는 방식으로 분류할 수 있다. 상기에서 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는 전계방출 어레이(FEA;Field Emitter Array)형, 표면전도 에미션(SCE;Surface- Conduction Emission)형, 금속-유전층-금속(MIM;Metal-Insulator-Metal)형 및 금속-유전층-반도체(MIS;Metal-Insulator-Semiconductor)형, 발리스틱(BSE;Ballistic electron Surface Emitting)형 등이 알려져 있다.

상기에서 MIM형 및 MIS형 전자 방출 소자는 각각 금속-유전층-금속(MIM) 또는 금속-유전층-반도체(MIS)의 구조로 전자방출원을 구성하고, 유전층을 사이에 두고 위치하는 두 금속 또는 금속과 반도체 사이에 전압을 인가할 때 높은 전자 전위를 갖는 금속 또는 반도체로부터 낮은 전자 전위를 갖는 금속쪽으로 전자가 이동 및 가속되면서 방출되는 원리를 이용한 소자이다.

상기 BSE형 전자 방출 소자는 반도체의 사이즈를 반도체중의 전자의 평균자유행정보다 작은 치수 영역까지 축소하면 전자가 산란하지 않고 주행하는 원리를 이용한 소자로서, 오믹전극상에 금속 또는 반도체로 이루어지는 전자공급층을 형성하고 전자공급층위에 절연층과 금속박막, 형광체층을 형성하여 오믹전극과 금속박막에 전원을 인가하는 것에 의하여 전자가 방출되도록 구성한 소자이다.

그리고 상기 SCE형 전자 방출 소자는 기판상에 형성된 전극에 전압을 인가하여 작은 면적의 도전박막 표면으로 전류를 흘려 미세 갭인 전자방출부로부터 전자가 방출되는 원리를 이용한 소자로서, 제1기판 위에 서로 마주보며 배치된 제1전극과 제2전극 사이에 도전박막을 제공하고, 상기 도전박막에 미세 균열을 제공하는 것에 의하여 전자방출부를 형성한 소자이다.

상기 FEA형 전자 방출 소자는 일 함수(work function)가 낮거나 종횡비가 큰 물질을 전자방출원으로 사용할 경우 진공 중에서 전계에 의하여 쉽게 전자가 방출 되는 원리를 이용한 것으로, 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물이나 흑연, 다이아몬드상 카본(DLC) 등의 탄소계 물질 및 나노튜브(nano tube)나 나노와이어(nano wire) 등의 나노물질을 전자방출원으로 적용하는 기술이 개발되고 있다.

일반적으로 전자 방출 소자의 전형적인 구조는, 서로 대향하는 두 기판 중 제1기판 위에 전자방출부가 형성되고, 전자방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들로 캐소드 전극과 게이트 전극이 형성되며, 제1기판에 대향하는 제2기판의 일면에 형광층과 더불어 형광층을 고전위 상태로 유지시키는 애노드 전극이 형성되는 구성으로 이루어진다.

상기 제1기판 및 제2기판은 프리트(frit) 등의 밀봉재에 의해 일체로 봉착된 다음 내부가 배기되어 진공용기를 구성하게 되며, 진공용기 내부에는 다수의 스페이서가 장착되어 진공용기에 가해지는 압력에 대응하여 제1기판 및 제2기판 간격을 일정하게 유지하도록 구성된다.

종래에는 제1기판 및 제2기판을 일체로 봉착하는 과정에서 페이스트상의 프리트를 제1기판 및 제2기판의 모서리를 따라 도포하고 제1기판과 제2기판을 조립한 다음, 봉착하고 소성하는 과정을 행하게 되는 데, 이 때 프리트에 함유된 기포가 소정 과정에서 진공용기의 내부로 유출되어 내부를 오염시키거나 전자방출부를 산화시키 현상이 발생한다.

그리고 프리트를 도포한 다음 제1기판과 제2기판을 조립하여 봉착하는 과정 에서 제1기판 및 제2기판 사이의 거리가 변하는 유동거리가 크기 때문에, 제1기판에 형성한 전자방출부와 제2기판에 형성한 형광막 사이의 위치 정렬이 정확하게 이루어지지 않을 우려가 있다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제1기판 및 제2기판과 열팽창계수가 동일 또는 근접한 재질의 글라스바를 밀봉재로 사용하는 것에 의하여 봉착 및 소성시에 유출되는 가스(outgas)의 양을 최소화하는 것이 가능하고 제1기판과 제2기판 사이의 수직방향 유동거리를 최소화하므로 위치 정렬을 보다 정확하게 행하는 것이 가능한 전자 방출 소자를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 제안하는 전자 방출 소자는 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 제1기판 및 제2기판과, 상기 제1기판 상에 형성되고 적어도 2개 이상의 전극과 제2기판을 향하여 실제 전자가 방출되는 전자방출부로 구성된 다수의 전자방출구조체와, 상기 제2기판 상에 형성되고 제1기판의 전자방출구조체에서 방출된 전자에 의해 발광하는 발광구조체를 포함하여 이루어지고, 상기 제1기판과 제2기판의 사이에는 모서리를 따라 상기 제1기판 및/또는 제2기판과 열팽창계수의 차이가 10% 이내인 재질로 이루어지는 글라스바를 설치하여 밀봉을 행한다.

상기 전자방출구조체는 상기 제1기판 상에 서로 단락되지 않도록 형성되는 제1전극 및 제2전극과, 상기 제1기판 상에 형성되고 제2기판을 향하여 실제 전자가 방출되는 전자방출부를 포함하여 이루어진다.

상기 발광구조체는 상기 제2기판 상에 형성되는 애노드 전극과, 상기 애노드 전극의 일면에 소정의 패턴으로 형성되는 형광막을 포함하여 이루어진다.

상기 글라스바는 열팽창계수가 대략 8.5∼9.0ppm/℃의 범위인 재질로 이루어진다.

상기 글라스바는 상기 제1기판과 제2기판 사이의 간격에 대응하는 높이로 형성한다.

다음으로 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하다.

먼저 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일실시예는 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1기판(20)과 제2기판(22)의 사이에 모서리를 따라 상기 제1기판(20) 및/또는 제2기판(22)과 열팽창계수의 차이가 10% 이내인 재질로 이루어지는 글라스바(90)를 설치하여 밀봉을 행한다.

상기에서 글라스바(90)는 열팽창계수가 대략 8.5∼9.0ppm/℃의 범위인 재질로 이루어진다.

상기 글라스바(90)는 가능하면 상기 제1기판(20) 및/또는 제2기판(22)과 열팽창계수가 동일하거나 매우 근접한 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 글라스바(90)는 상기 제1기판(20)과 제2기판(22) 사이의 간격에 대응하는 높이로 형성한다.

즉 상기 제1기판(20)과 제2기판(22) 사이는 상기 글라스바(90)를 위치시키고, 상기 글라스바(90)와 제1기판 사이 및 상기 글라스바(90)와 제2기판(22)사이에 수백㎛의 두께로 프리트(seal frit)(92)를 얇게 도포하여 일체로 봉착하므로, 상기 글라스바(90)는 상부면과 하부면에 도포하는 프리트(92)의 두께를 감안하여 상기 제1기판(20)과 제2기판(22) 사이의 간격에 대응하여 높이를 설정한다.

상기에서 글라스바(90)의 상부면과 하부면에 도포하는 프리트(92)는 조립 및 봉착 과정에서 두께가 감소하므로 상기 글라스바(90)의 두께는 거의 상기 제1기판(20)과 제2기판(22) 사이의 간격과 유사한 높이로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 글라스바(90)는 상기 제1기판(20) 및 제2기판(22)의 모서리를 따라 설치되므로, 장변부와 단변부에 대응하는 2개씩 한쌍을 이루는 길이로 형성하여 조립하는 것이 조립 과정이 용이하므로 바람직하다.

그리고 프리트(92)를 상기 글라스바(90)에 도포하고 소성을 행하게 되면, 제1기판(20)과 제2기판(22)의 봉착 및 소성 공정에서 프리트(92)로부터 가스의 유출(outgas)이 크게 감소하므로, 매우 효과적이다.

상기와 같이 구성되는 글라스바(90)를 이용하여 제1기판(20)과 제2기판(22)의 봉착을 행하면, 소성공정에서 가열을 행하는 경우에도 글라스바(90)의 열팽창량이 상기 제1기판(20) 및 제2기판(22)의 열팽창량과 동일하므로, 서로간의 열팽창량이 다르기 때문에 나타나는 열충격을 방지하는 것이 가능하고, 열충격에 의한 균열 등을 억제하는 것이 가능하다.

그리고 봉착 및 소성 공정에서 높이변화가 거의 없는 글라스바(90)에 의하여 제1기판(20)과 제2기판(22)의 모서리가 일정한 간격으로 지지되므로, 수직방향의 유동거리가 최소화되고, 위치정렬이 흐트러질 우려가 없다.

도 2 및 도 3에는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일실시예로서 FEA형 전 자 방출 소자를 나타낸다.

본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일실시예인 FEA형 전자 방출 소자는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 제1기판(20) 및 제2기판(22)과, 상기 제1기판(20) 상에 소정의 간격으로 형성되는 다수의 캐소드 전극인 제1전극(24)과, 절연막(25)을 사이에 두고 상기 제1전극(24) 위에 교차하는 패턴으로 형성되는 다수의 게이트 전극인 제2전극(26)과, 상기 제2전극(26)과 교차하는 부분의 제1전극(26) 위에 형성되는 전자방출부(28)와, 상기 제2기판(22) 상에 형성되는 애노드 전극(30)과, 상기 애노드 전극(30)의 일면에 소정의 패턴으로 형성되는 형광막(33)과, 상기 제1기판(20)과 제2기판(22) 사이에 설치되고 상기 전자방출부(28)를 벗어난 위치에 설치되는 스페이서(60)와, 절연층(50)을 사이에 두고 상기 제1기판(20)의 제1전극(24) 및 제2전극(26) 위에 형성되며　상기 전자방출부(28)에서 방출된 전자빔이 통과하는 빔통과공(41)이 소정의 패턴으로 배열되어 형성되는 제３전극(40)을 포함하여 이루어진다.

상기 제3전극(40)은 포커싱(focusing)전극으로서 상기 전자 방출원(28)에서 방출되는 전자빔의 집속 성능을 높이는 역할과 애노드전극의 전계를 차폐하는 역할을 한다. 상기 제3전극(40)은 제2게이트전극으로 기능하는 것도 가능하다.

상기 제3전극(40)과 게이트 전극인 제2전극(26) 사이에는 전기적인 절연을 위하여 절연층(50)을 형성한다. 상기 절연층(50)에는 상기 전자방출부(28)에 대응되는 위치에 빔통과공을 형성한다.

상기에서 제1전극(24) 및 제2전극(26)과, 전자방출부(28), 제3전극(40)은 제 2기판(22)을 향하여 실제 전자를 방출하는 전자방출구조체를 구성한다.

그리고 애노드 전극(30)과 형광막(32)은 상기 제1기판(20)의 전자방출구조체에서 방출된 전자에 의해 발광하는 발광구조체를 구성한다.

상기 제1전극(24) 및 제2전극(26)은 스트라이프 패턴으로 형성하며, 서로 직교하는 방향으로 배열하여 형성한다. 예를 들면 상기 제1전극(24)은 도 2의 X축 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성하고, 상기 제2전극(26)은 도 2의 Y축 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성한다.

상기 제1전극(24) 및 제2전극(26)의 사이에는 제1기판(20)의 전체 면적에 걸쳐서 절연막(25)을 형성한다.

상기에서 제1전극(24)과 제2전극(26)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극인 제1전극(24) 위로 각 화소 영역마다 하나 이상의 전자방출부(28)를 형성하고, 상기 절연막(25)과 게이트 전극인 제2전극(26)에는 각 전자방출부(28)에 대응하는 개구부를 형성하여 제1기판(20) 상에 전자방출부(28)가 노출되도록 한다.

도면에서는 전자방출부(28)가 원형으로 형성되고, 각 화소 영역에서 제1전극(24)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열되는 구성으로 나타냈지만, 전자방출부(28)의 평면 형상과 화소 영역당 개수 및 배열 형태 등은 도면에 나타낸 예에 한정되지 않는다.

상기 전자방출부(28)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질로써 탄소계 물질 또는 나노물질(나노미터 사이즈 물질)등으로 이루어진다. 상기 전자방출부(28)로 사용하는 바람직한 물질로는 흑연(graphite), 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(DLC;Diamond Liked Carbon), C₆₀(fulleren) 등의 탄소계 물질 또는 탄소나노튜브(CNT;Carbon Nanotube), 흑연 나노파이버, 실리콘 나노와이어 등의 나노물질 및 이들의 조합 물질이 있다.

또 상기에서는 제1기판(20)에 캐소드 전극인 제1전극(24)을 형성하고 그 위에 절연막(25)을 사이에 두고 게이트 전극인 제2전극(26)을 형성하는 것으로 설명하였지만, 제1기판(20)에 게이트 전극인 제2전극(26)을 형성하고 그 위에 절연막을 사이에 두고 캐소드 전극인 제1전극(24)을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우에는 제1전극(24)과 제2전극(26)의 교차영역 부분의 캐소드 전극인 제1전극(24) 표면에 직접 전자방출부(28)를 형성한다.

그리고 상기 제1기판(20)에 대향하는 제2기판(22)의 일면에는 형광막(32)과 흑색영역(33)이 형성되고, 형광막(32)과 흑색영역(33) 일면에는 알루미늄과 같은 도전성을 갖는 금속막으로 이루어지는 애노드 전극(30)이 형성된다. 상기 애노드 전극(30)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받으며, 형광막(32)에서 방사된 가시광 중 제1기판(20)을 향해 방사된 가시광을 제2기판(22)쪽으로 반사시켜 화면의 휘도를 높이는 역할을 한다.

한편, 애노드 전극(30)은 금속막이 아닌 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 광투과율이 우수한 투명한 도전막으로 구성하는 것도 가능하다. 이 경우에는 상기 애노드 전극은 제2기판(22)을 향한 형광막(32)과 흑색영역(33)의 일면에 위치하며, 소정의 패턴으로 구분되어 복수개로 형성되는 것도 가능하다.

상기 제2기판(22)에 형성되는 형광막(32)은 적색(R) 형광막(32R), 녹색(G) 형광막(32G), 청색(B) 형광막(32B)을 소정의 간격을 두고 차례로 교대로 배열하여 이루어진다. 상기 각각의 형광막(32R), (32G), (32B) 사이에는 콘트라스트 향상을 위하여 흑색영역(33)을 형성한다.

상기와 같이 구성되는 제1기판(20)과 제2기판(22)은 전자방출부(28)와 형광막(32)이 마주한 상태에서 소정의 간격을 두고 실링물질(frit)인 밀봉재(도면에 나타내지 않음)에 의해 접합되며, 그 사이에 형성되는 내부 공간은 배기시켜 진공상태를 유지한다.

그리고 제1기판(20)과 제2기판(22)의 간격을 일정하게 유지시키기 위하여 상기 스페이서(60)를 제1기판(20)과 제2기판(22)의 사이에 소정의 간격으로 배열하여 설치한다. 상기 스페이서(60)는 화소의 위치 및 전자빔의 경로를 피하여 비발광 영역에 설치하는 것이 바람직하다.

상기 스페이서(60)는 도 2 내지 도 3에 나타낸 바와 같이,상기 제1기판(20)과 제2기판(22)을 지지하여 일정한 간격을 유지하도록 설치된다.

상기에서 설명하지 않은 구체적인 구성은 일반적인 FEA형 전자 방출 소자의 다양한 구성을 적용하여 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.

그리고 상기에서는 FEA형 전자 방출 소자에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, SCE형, 금속-유전층-금속(MIM)형 및 금속-유전층-반도체(MIS)형, 발리스틱(BSE)형 등의 다양한 전자 방출 소자에 적용하여 실시하는 것 도 가능하다.

상기에서는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 전자 방출 소자에 의하면, 제1기판과 제2기판 사이를 모서리를 따라 동일 또는 근접한 열팽창계수를 갖는 재질로 형성한 글라스바를 설치하여 밀봉하므로, 봉착 및 소성 공정에서 제1기판과 제2기판 및 글라스바 사이의 열팽창량이 서로 다름에 의하여 발생하는 열충격을 최소화하는 것이 가능하고, 열충격에 의한 균열 등을 방지할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 전자 방출 소자에 의하면, 봉착 및 소성 공정에서 치수변화가 거의 없는 글라스바를 이용하여 밀봉을 행하므로, 조립공정에서 제1기판과 제2기판 사이의 수직방향 유동거리가 최소화되고, 위치정렬의 불일치를 개선하는 것이 가능하다.

또 본 발명에 따른 전자 방출 소자에 의하면, 글라스바를 이용하므로, 봉착 및 소성 공정에서 진공용기 내부로의 가스 유출이 최소화된다. 따라서 소성 공정에서 전자방출부가 오염되거나 산화되는 현상이 크게 감소하고, 화질의 향상을 얻을 수 있다.

Claims

소정의 간격을 두고 대향 배치되는 제1기판 및 제2기판과, 상기 제1기판 상에 형성되고 적어도 2개 이상의 전극과 제2기판을 향하여 실제 전자가 방출되는 전자방출부로 구성된 다수의 전자방출구조체와, 상기 제2기판 상에 형성되고 제1기판의 전자방출구조체에서 방출된 전자에 의해 발광하는 발광구조체를 포함하고,

상기 제1기판과 제2기판의 사이에는 모서리를 따라 상기 제1기판 및/또는 제2기판과 열팽창계수의 차이가 10% 이내인 재질로 이루어지는 글라스바를 설치하여 밀봉을 행하는 전자 방출 소자.
청구항 1에 있어서,

상기 전자방출구조체는 상기 제1기판 상에 서로 단락되지 않도록 형성되는 제1전극 및 제2전극과, 상기 제1기판 상에 형성되고 제2기판을 향하여 실제 전자가 방출되는 전자방출부를 포함하고,

상기 발광구조체는 상기 제2기판 상에 형성되는 애노드 전극과, 상기 애노드 전극의 일면에 소정의 패턴으로 형성되는 형광막을 포함하는 전자 방출 소자.
청구항 1에 있어서,

상기 글라스바는 열팽창계수가 8.5∼9.0ppm/℃의 범위인 재질로 이루어지는 전자 방출 소자.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,

상기 글라스바는 상기 제1기판과 제2기판 사이의 간격에 대응하는 높이로 형성하는 전자 방출 소자.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,

상기 제1기판과 글라스바 및 상기 제2기판과 글라스바 사이에는 수백㎛의 두께로 프리트가 도포되는 전자 방출 소자.