KR20060113189A - 전자 방출 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공 용기를 구성하는 기판의 구조를 개선하여 단순한 공정으로 제조될 수 있는 전자 방출 소자에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전자 방출 소자는, 내부 공간을 가지는 진공 용기를 구성하는 제1 기판 및 제2 기판과, 상기 제1 기판에 형성되는 전자 방출 유닛과, 상기 제2 기판에 형성되는 발광 유닛을 포함한다. 상기 제2 기판은, 상기 제1 기판과 실질적으로 평행한 대향부, 및 상기 대향부로부터 곡률을 가지며 절곡되면서 제1 기판을 향해 연장되어 상기 내부 공간을 유지하는 유지부를 포함한다.

전자 방출 소자, 기판, 진공 용기, 곡면

Description

전자 방출 소자{ELECTRON EMISSION DEVICE}

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

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자에서 표시 영역을 도시한 부분 분해 사시도이다.

도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.

본 발명은 전자 방출 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공 용기를 구성하는 기판의 구조를 개선하여 단순한 공정으로 제조될 수 있는 전자 방출 소자에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 소자는 전자원의 종류에 따라 열음극(hot cathode)을 이용하는 방식과 냉음극(cold cathode)을 이용하는 방식으로 분류할 수 있다.

여기서, 냉음극을 이용하는 전자 방출 소자로는 전계 방출 어레이(field emitter array; FEA)형, 표면 전도 에미션(surface-conduction emission; SCE)형, 금속-절연층-금속(metal-insulator-metal; MIM)형 및 금속-절연층-반도체(metal-insulator-semiconductor;MIS)형 등이 알려져 있다.

상기 MIM형과 MIS형 전자 방출 소자는 각각 금속/절연층/금속(MIM)과 금속/절연층/반도체(MIS) 구조로 이루어진 전자 방출부를 형성하고, 절연층을 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 이용한다.

상기 SCE형 전자 방출 소자는 일측 기판 위에 서로 마주보며 배치된 제1 전극과 제2 전극 사이에 도전 박막을 형성하고 이 도전 박막에 미세 균열을 제공함으로써 전자 방출부를 형성하며, 양 전극에 전압을 인가하여 도전 박막의 표면으로 전류가 흐를 때 전자 방출부로부터 전자가 방출되는 원리를 이용한다.

그리고 상기 FEA형 전자 방출 소자는 일 함수(work function)가 낮거나 종횡비(aspect ratio)가 큰 물질을 전자원으로 사용할 경우 진공 중에서 전계에 의해 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한 것으로서, 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재지로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물이나, 카본 나노튜브, 흑연, 다이아몬드상 카본과 가은 카본계 물질을 전자원으로 적용한 예가 개발되고 있다.

이와 같이 냉음극을 이용하는 전자 방출 소자는 서로 대향하는 두 기판 중 제1 기판에 전자 방출부와 더불어 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들을 구비하며, 제2 기판에 형광층과 더불어 제1 기판에서 방출된 전자들이 형광층을 향해 효율적으로 가속되도록 하는 애노드 전극을 구비하여 소정의 발광 또는 표시 작용을 하게 된다. 상기의 제1 기판과 제2 기판은 상호 접합된 후에 내부가 배기되어 진공 용기를 구성하게 된다.

상기한 전자 방출 소자에서는 제1 기판과 제2 기판이 평판으로 이루어지기 때문에, 내부 공간부를 형성할 수 있는 두께의 프리트 바(frit bar) 또는 글라스 프레임(glass frame)을 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치시킨 후에 제1 기판과 제2 기판을 접합한다.

프리트 바를 이용하여 제1 기판과 제2 기판을 접합하는 경우에는 소정의 두께를 갖는 프리트 바를 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치하고 소성하는 단계를 거친다. 그리고, 글라스 프레임을 이용하여 제1 기판과 제2 기판을 접합하는 경우에는 글라스 프레임의 상부면과 하부면에 프리트를 도포한 다음 제1 기판과 제2 기판 각각에 접합하고 소성하는 단계를 거친다.

그런데, 제1 기판과 제2 기판의 접합을 위해 프리트 바를 사용하는 경우에는 프리트 내에 함유된 기포가 소성 과정에서 진공 용기 내부로 유출되어, 진공 용기의 내부를 오염시키거나 전자 방출부를 산화시키는 현상 등이 발생할 수 있다. 그리고, 접합 과정에서 제1 기판과 제2 기판의 유동 거리가 크기 때문에 위치 정렬이 정확하게 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있다.

그리고, 글라스 프레임을 사용하는 경우에는 글라스 프레임 조립 공정에 의해 생산성이 저하되고, 접합 이후에 글라스 프레임과 기판 사이에서 진공 누설(leakage) 현상이 발생되어 진공도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

한편, 제2 기판에 형광층을 형성하기 위해서는 제2 기판에 스핀 코팅 등으로 형광체 슬러리(slurry)를 도포한 후에 원하는 부분을 노광 및 현상하는 단계를 거 치게 된다. 이 때, 형광체 슬러리가 제2 기판의 밖으로 유출되어 슬러리의 실제 이용률이 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 형광층 슬러리 도포 시에 가이드를 설치하는 방법 등이 있으나, 이러한 방법은 공정을 복잡하게 하여 생산성을 저하시키는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 제1 기판과 제2 기판의 접합 공정이 단순하며 형광체 슬러리의 이용율을 증가시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 전자 방출 소자를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전자 방출 소자는, 내부 공간을 가지는 진공 용기를 구성하는 제1 기판 및 제2 기판과, 상기 제1 기판에 형성되는 전자 방출 유닛과, 상기 제2 기판에 형성되는 발광 유닛을 포함한다. 상기 제2 기판은, 상기 제1 기판과 실질적으로 평행한 대향부, 및 상기 대향부로부터 곡률을 가지며 절곡되면서 제1 기판을 향해 연장되어 상기 내부 공간을 유지하는 유지부를 포함한다.

상기 제2 기판의 유지부 단부와 상기 제1 기판 사이에 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접합하는 접착층이 형성될 수 있다.

상기 접착층의 두께는 상기 제2 기판의 대향부와 상기 제1 기판 사이의 거리보다 작게 형성될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자에서 표시 영역을 도시한 부분 분해 사시도이다. 그리고, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 전자 방출 소자는 소정의 내부 공간부를 가지면서 배치되는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)를 포함한다. 이러한 제1 기판(2)과 제2 기판(4)를 접착층(6)으로 접합한 후 내부 공간부를 진공 상태로 만들게 되는데, 이에 따라 제1 기판(2)과 제2 기판(4)이 진공 용기를 구성하게 된다.

제1 기판(2)과 제2 기판(4)에는 소정의 표시를 구현하는 표시 영역(D)이 설정된다. 표시 영역(D)에서는, 전자 방출을 위한 전자 방출 유닛이 제1 기판(2)에 형성되며 전자에 의해 가시광을 방출하여 임의의 발광 또는 표시를 행하기 위한 발광 유닛이 제2 기판(4)에 형성된다.

이를 도 2를 참조하여 좀더 상세하게 설명하면, 먼저 제1 기판(2) 위에는 캐소드 전극들(8)이 제1 기판(2)의 일방향(도면의 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(8)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 제1 절연층(10)이 형성된다. 제1 절연층(10) 위에는 게이트 전극들(12)이 캐소드 전극(8)과 직교하는 방향(도면의 x축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

본 실시예에서 캐소드 전극(8)과 게이트 전극(12)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극(8) 위로 각 화소 영역마다 하나 이상의 전자 방출부(14)가 형성되고, 제1 절연층(10)과 게이트 전극(12)에는 각 전자 방출부(14)에 대응하는 개구부(10a, 12a)가 형성되어 제1 기판(2) 상에 전자 방출부(14)가 노출되 도록 한다.

전자 방출부(14)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 카본계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어진다. 전자 방출부(14)로 사용 바람직한 물질로는 카본 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀, 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질이 있으며, 전자 방출부(14)의 제조 방법으로는 스크린 인쇄, 직접 성장, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등이 있다.

도면에서는 전자 방출부들(14)이 원형으로 형성되고, 각 화소 영역에서 캐소드 전극(8)의 길이 방향(도면의 y축 방향)을 따라 일렬로 배열되는 구성을 도시하였다. 그러나 전자 방출부(14)의 평면 형상과 화소 영역당 개수 및 배열 형태 등은 도시한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.

한편, 상기에서는 제1 절연층(10)을 사이에 두고 게이트 전극(12)이 캐소드 전극(8) 상부에 위치하는 경우를 설명하였으나, 그 반대의 경우, 즉 캐소드 전극이 게이트 전극의 상부에 위치하는 경우도 가능하다. 이 경우에는 전자 방출부가 절연층 위에서 캐소드 전극의 측면과 접촉하여 위치할 수 있다.

그리고 제1 절연층(10)과 게이트 전극(12) 위로 제2 절연층(16)과 집속 전극(18)이 형성될 수 있다. 제2 절연층(16)과 집속 전극(18)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(16a, 18a)가 마련되는데, 일례로 이 개구부(16a, 18a)는 화소 영역당 하나가 구비되어 집속 전극(18)이 한 화소에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속하도 록 한다. 이 때, 집속 전극(18)은 전자 방출부(14)와의 높이 차이가 클수록 우수한 집속 효과를 발휘하므로, 제2 절연층(16)의 두께를 제1 절연층(10)의 두께보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.

이러한 집속 전극(18)은 제1 기판(2)의 전체에 형성될 수 있으며, 또는 소정의 패턴으로 나뉘어서 복수 개로 형성될 수 있다. 후자의 경우에 대해서는 도시를 생략하였다. 또한, 집속 전극(18)은 제2 절연층(16) 위에 코팅된 도전막으로 이루어지거나 개구부(18a)를 구비한 금속 플레이트로 이루어질 수 있다.

다음으로, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 형광층(20), 일례로 적색과 녹색 및 청색의 형광층들(20R, 20G, 20B)이 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(20) 사이로 화면의 컨트라스트 향상을 위한 흑색층(22)이 형성된다. 도면에서는 형광층(20)과 흑색층(22)이 스트라이프 패턴으로 형성되는 경우를 도시하였으나, 형광층은 제1 기판 상에 설정되는 화소 영역 들에 일대일로 대응되도록 위치할 수 있으며, 이 경우 흑색층은 형광층을 제외한 모든 비발광 영역 상에 형성된다.

형광층(20)과 흑색층(22) 위로 알루미늄과 같은 금속막으로 이루어지는 애노드 전극(24)이 형성된다. 애노드 전극(24)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받으며, 형광층(20)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(2)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(4) 측으로 반사시켜 화면 휘도를 높이는 역할을 한다.

한편, 애노드 전극은 금속막이 아닌 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명한 도전막으로 이루어질 수 있다. 이 경우 애노드 전극은 제2 기판을 향한 형광층과 흑색층의 일면에 위치하며, 소정의 패턴으로 구분되어 복수 개 형성될 수 있다.

이러한 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에는 표시 영역(D) 내에서 내부 공간부를 유지하는 스페이서들(26)이 배치될 수 있다. 이 때, 스페이서들(26)은 흑색층(22)이 위치하는 비발광 영역에 대응하여 배치된다.

그러나, 본 발명에서 전자 방출 소자의 표시 영역은 상기의 구조에 한정되는 것이 아니며, 상기 전극 외에 별도의 전극을 구비하거나 집속 전극을 구비하지 않는 등 다양하게 변형될 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

또한, 상기에서는 일례로 FEA형 전자 방출 소자를 적용한 경우에 대하여 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 따라서, 본 발명은 FEA형 전자 방출 소자 이외의 냉음극 전자원을 구비하는 기타 전자 방출 소자의 구조를 가질 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

이하에서 상기의 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 및 이들의 접합 구조에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에서 전자 방출부가 형성되는 제1 기판(2)은 실질적으로 평판으로 이루어지고, 발광 유닛이 형성되는 제2 기판(4)은 제1 기판(2)에 실질적으로 평행하게 형성되는 대향부(4a) 및 이러한 대향부(4a)로부터 제1 기판(2)을 향해 연장되는 유지부(4b)를 포함한다. 이러한 대향부(4a) 및 유지부(4b)에 의해 제2 기판(4)은 내부 공간부를 가지면서 볼록하게 형성된다. 이 때, 제2 기판(4)에는 상기의 표시 영역(D)이 대향부(4a) 내에 설정된다.

본 실시예에서는 제1 기판(2)과, 제2 기판(4)의 유지부(4b) 단부 사이에 접 착층(6)을 위치시킨 후 제1 기판(2)과 제2 기판(4)에 일정한 압력을 가하여 이들을 접합한다. 이러한 접착층(6)은 프리트 등의 실링(sealing)재로 이루어질 수 있다. 여기서, 제2 기판(4)의 유지부(4b)의 단부에 실링재를 도포하는 것도 가능하며, 또는 제2 기판(4)의 유지부(4b)의 단부에 대응하도록 제1 기판(2) 위에 실링재를 도포하는 것도 가능하다.

이에 따라 제2 기판(4)의 볼록한 부분 내에 위치하는 내부 공간부가 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 사이에 위치하게 되어, 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이의 내부 공간부를 이루게 된다. 즉, 본 실시예에서 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 접합하기 위한 접착층(6)의 두께(t)가 내부 공간부의 두께, 즉 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 대향부(4a) 사이의 거리(L)보다 작게 형성된다. 이는 종래의 프리트 바 또는 글라스 프레임의 두께가 제1 기판과 제2 기판 사이의 내부 공간부와 실질적으로 동일한 두께를 가지던 것과 차별된다.

본 실시예에서 제2 기판(4)의 유지부(4b)는 제1 기판(2)을 향해 소정의 거리만큼 연장되어, 제1 기판(2)과 제2 기판(4)이 일정한 거리를 두고 이격되게 하고 이에 따라 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이의 내부 공간부를 유지하는 역할을 한다.

즉, 본 실시예에서는 제2 기판(4)을 내부 공간부를 가지는 볼록부의 형상으로 형성하여, 종래에 사용되던 프리트 바 또는 글라스 프레임을 별도로 사용하지 않고 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 접합할 수 있다.

이에 따라 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 접합 공정을 단순화하여 전자 방출 소자의 제조 공정을 간단할 수 있고, 이에 따라 전자 방출 소자의 생산성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 프리트 바 적용시 발생할 수 있는 내부 오염 및 위치 정렬의 문제를 방지할 수 있고 글라스 프레임 적용시 발생할 수 있는 진공 누설 현상을 방지할 수 있다.

또한, 발광 유닛이 형성되는 제2 기판(4)의 유지부(4b)는 형광층 형성 공정에서 형광체 슬러리가 외부로 유출되는 것을 방지하는 가이드 역할을 수행한다. 이에 따라 형광체 슬러리의 이용률을 증가시킬 수 있고 이에 따라 제조 단가를 저감시키고 생산성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 본 실시예에서 제2 기판(4)의 유지부(4b)는 대향부(4a)에 인접한 부분에서 일정한 곡율을 가지면서 형성되어 유지부(4b)와 대향부(4a)가 접하는 부분의 내측면(4i)과 외측면(4e)이 모두 라운드지게 형성될 수 있다.

상기의 내측면(4i)이 라운드지게 형성됨에 따라 불필요한 부분에서 전계가 집중되는 문제를 방지할 수 있다. 그리고, 상기의 외측면(4e)이 라운드지게 형성됨으로써 각진 부분에서 발생할 수 있는 파손 등의 문제를 방지하여 전자 방출 소자의 내구성을 증가시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예들에 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 따른 전자 방출 소자는 진공 용기를 구성하는 기판에 내부 공간부를 유지하는 역할을 하는 유지부가 형성되어 제1 기판과 제2 기판의 접합 공정을 단순화할 수 있고, 내부 공간부 오염 및 진공 누설 현상 등을 방지할 수 있다. 따라서, 전자 방출 소자의 생산성과 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

그리고, 발광 유닛이 형성되는 기판에 유지부를 형성하여 형광체 형성 공정에서 가이드 역할을 수행하여 형광체 슬러리의 낭비를 최소화할 수 있다. 이에 따라 전자 방출 소자의 제조 단가를 저감시킬 수 있다.

그리고, 기판의 유지부가 대향부로부터 곡률을 가지면서 연장되어 불필요한 전계 집중을 방지할 수 있고 내구성을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 내부 공간을 가지는 진공 용기를 구성하는 제1 기판 및 제2 기판;

   상기 제1 기판에 형성되는 전자 방출 유닛; 및

   상기 제2 기판에 형성되는 발광 유닛

   을 포함하고,

   상기 제2 기판은, 상기 제1 기판과 실질적으로 평행한 대향부, 및 상기 대향부로부터 곡률을 가지며 절곡되면서 제1 기판을 향해 연장되어 상기 내부 공간을 유지하는 유지부를 포함하는 전자 방출 소자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제2 기판의 유지부 단부와 상기 제1 기판 사이에 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접합하는 접착층이 형성되는 전자 방출 소자.
3. 제2항에 있어서,

   상기 접착층의 두께는 상기 제2 기판의 대향부와 상기 제1 기판 사이의 거리보다 작게 형성되는 전자 방출 소자.

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