KR20070046605A - 전자 방출 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

전자 방출 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20070046605A
KR20070046605A KR1020050103452A KR20050103452A KR20070046605A KR 20070046605 A KR20070046605 A KR 20070046605A KR 1020050103452 A KR1020050103452 A KR 1020050103452A KR 20050103452 A KR20050103452 A KR 20050103452A KR 20070046605 A KR20070046605 A KR 20070046605A
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정광석
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Abstract

본 발명의 목적은 전자 방출 소자의 전자 방출원 홀에 침투하는 애노드 전계를 효과적으로 차단하여 다이오드 발광을 예방하고 게이트 전압에 의한 전자 방출 제어를 원활하게 수행할 수 있는 전자 방출 소자를 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 제1기판; 상기 제1기판 상에 배치된 캐소오드 전극; 상기 캐소오드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 게이트 전극; 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극을 절연하는 제1절연체층; 상기 캐소오드 전극이 드러나도록 상기 제1절연체층과 상기 게이트 전극에 형성된 전자 방출원 홀; 및 상기 전자 방출원 홀 내에 배치된 전자 방출원을 포함하고, 상기 전자 방출원 홀의 주위에서 상기 게이트 전극과 상기 제1절연체층에는 상기 게이트 전극이 상기 전자 방출원을 향하도록 소정 각도의 경사가 형성되어 있는 전자 방출 소자 및 그 제조 방법을 제공한다.

Description

전자 방출 소자 및 그 제조 방법{Electron emission device and method of manufacturing the same}
도 1은 전자 방출 소자의 일례의 구성을 보여주는 부분 절개 사시도.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 취한 단면도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도.
도 4 내지 도 8은 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법을 단계적으로 보여주는 도면.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
60: 스페이서 70: 형광체층
80: 애노드 전극 90: 제2기판
100: 전자 방출 표시 소자 101, 201, 301: 전자 방출 소자
110: 제1기판 120: 캐소오드 전극
130, 230: 제1절연체층 131, 231: 전자 방출원 홀
235: 제2절연체층 140, 240: 게이트 전극
245: 집속 전극 150: 전자 방출원
본 발명은 전자 방출 소자(Electron Emission Device) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자 방출 소자의 전자 방출원 홀에 침투하는 애노드 전계를 효과적으로 차단하여 다이오드 발광을 예방하고 게이트 전압에 의한 전자 방출 제어를 원활하게 수행할 수 있는 전자 방출 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전자 방출 소자는 전자 방출원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다. 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는, FED(Field Emission device)형, SCE(Surface Conduction Emitter)형, MIM(Metal Insulator Metal)형 및 MIS (Metal Insulator Semiconductor)형, BSE(Ballistic electron Surface Emitting)형 등이 알려져 있다.
상기 FED형은 일함수(Work Function)가 낮거나 베타 함수가 높은 물질을 전자 방출원으로 사용할 경우 진공 중에서 전계 차이에 의하여 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한 것으로 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 등을 주된 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁(tip)구조물이나 그래파이트(graphite), DLC(Diamond Like Carbon) 등의 탄소계 물질 그리고 최근 나노 튜브(Nano Tube)나 나노와이어(Nano Wire)등의 나노 물질을 전자 방출원으로 적용한 소자가 개발되고 있다.
상기 SCE형은 제1 기판 위에 서로 마주보며 배치된 제1 전극과 제2 전극 사이에 도전 박막을 제공하고 상기 도전 박막에 미세 균열을 제공함으로써 전자 방출원을 형성한 소자이다. 상기 소자는 상기 전극들에 전압을 인가하여 상기 도전 박막 표면으로 전류를 흘려 미세 균열인 전자 방출원으로부터 전자가 방출되는 원리를 이용한다.
상기 MIM형과 MIS형 전자 방출 소자는 각각 금속-유전층-금속(MIM)과 금속-유전층-반도체(MIS) 구조로 이루어진 전자 방출 원을 형성하고, 유전층을 사이에 두고 위치하는 두 금속 또는 금속과 반도체 사이에 전압을 인가할 때 높은 전자 전위를 갖는 금속 또는 반도체로부터, 낮은 전자 전위를 갖는 금속 방향으로 전자가 이동 및 가속되면서 방출되는 원리를 이용한 소자이다.
상기 BSE형은 반도체의 사이즈를 반도체 중의 전자의 평균 자유 행정 보다 작은 치수 영역까지 축소하면 전자가 산란하지 않고 주행하는 원리를 이용하여, 오믹(Ohmic) 전극 상에 금속 또는 반도체로 이루어지는 전자 공급층을 형성하고, 전자 공급층 위에 절연체층과 금속 박막을 형성하여 오믹 전극과 금속 박막에 전원을 인가하는 것에 의하여 전자가 방출되도록 한 소자이다.
도 1에는 이중 FED형의 전자 방출 소자의 일례를 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 II-II 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 전자 방출 소자(101)는, 제1기판(110), 캐소오드 전극(120), 게이트 전극(140), 제1 절연체층(130) 및 전자 방출원(150)을 포함한다.
상기 제1기판(110)은 소정의 두께를 가지는 판상의 부재이다. 상기 캐소오드 전극(120)은 상기 제1기판(110) 상에 일 방향으로 연장되도록 배치되고 통상의 전기 도전 물질로 이루어질 수 있다. 상기 게이트 전극(140)은 상기 캐소오드 전극(120)과 상기 절연체층(130)을 사이에 두고 배치되고, 상기 캐소오드 전극(120)과 같이 통상의 전기 도전 물질로 만들어질 수 있다.
상기 절연체층(130)은, 상기 게이트 전극(140)과 상기 캐소오드 전극(120) 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극(120)과 게이트 전극(140)을 절연함으로써 두 전극 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지한다.
상기 전자 방출원(150)은 상기 캐소오드 전극(120)과 통전되도록 배치되고, 상기 게이트 전극(140)에 비해서는 높이가 낮게 배치된다. 상기 전자 방출원(150)의 재료로는 침상 구조를 가진 것이면 어떤 것이라도 사용될 수 있다. 특히, 일함수가 작고, 베타 함수가 큰 카본 나노 튜브(Carbon Nano Tube: CNT), 그래파이트, 다이아몬드 및 다이아몬드상 카본 등의 탄소계 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 또는 나노 튜브, 나노 와이어, 나노 로드 등의 나노 물질이 사용될 수 있다. 특히, 카본 나노 튜브는 전자 방출 특성이 우수하여 저전압 구동이 용이하므로, 이를 전자 방출원으로 사용하는 장치의 대면적화에 유리하다.
이러한 전자 방출 소자(101)는 가시광선을 발생하여 화상을 구현하는 전자 방출형 평판 디스플레이 장치(100)에 이용될 수 있다. 디스플레이 장치로 구성하기 위해서는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 제1기판(110)과 나란하게 배치되는 전면 패널(102)을 더 포함하고, 상기 전면 패널(102)은 제2기판(90), 상기 제2기판 (90) 상에 설치되는 애노드 전극(80) 및 상기 애노드 전극(80)에 설치된 형광체층(70)을 더 포함한다.
이러한 구성을 가지는 전자 방출 디스플레이 장치(100)에서는, 애노드 전극과 게이트 전극 또는 캐소오드 전극의 사이에 형성되는 전계가 전자 방출원 홀까지 침투하여 캐소오드 전극과 애노드 전극 간에 직접 전자 방출이 이루어져 다이오드 발광을 유발하는 문제점이 있다. 이로 인해 게이트 전압으로 전류 밀도를 제어하기 힘들게 되고 전자 방출 효율 및 방출된 전자에 의한 발광 효율이 현저히 저하되는 문제점이 발생한다. 이에 이러한 문제점들을 개선할 수 있는 새로운 전자 방출 소자를 개발할 필요성이 크게 대두되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전자 방출 소자의 전자 방출원 홀에 침투하는 애노드 전계를 효과적으로 차단하여 다이오드 발광을 예방하고 게이트 전압에 의한 전자 방출 제어를 원활하게 수행할 수 있는 전자 방출 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 제1기판; 상기 제1기판 상에 배치된 캐소오드 전극; 상기 캐소오드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 게이트 전극; 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극을 절연하는 제1절연체층; 상기 캐소오드 전극이 드러나도록 상기 제1절연체층과 상기 게이트 전극에 형성된 전자 방출원 홀; 및 상기 전자 방출원 홀 내에 배치된 전자 방출원을 포함하고, 상기 전자 방출원 홀의 주위에서 상기 게이트 전극과 상기 제1절연체층에는 상기 게이트 전극이 상기 전자 방출원을 향하도록 소정 각도의 경사가 형성되어 있는 전자 방출 소자를 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 전자 방출원은 상기 제1 절연체층 및 상기 게이트 전극과 소정 거리 이격되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 전자 방출원 홀의 상단 직경은 상기 전자 방출원의 하단 직경보다 더 큰 것이 바람직하다.
여기서, 상기 전자 방출원 홀에는 소정의 단이 형성된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 게이트 전극은 상기 전자 방출원 홀에 형성된 단의 상단 부분에까지 연장되어 형성된 것이 바람직하다.
또한 상기와 같은 본 발명의 목적은, 전자 방출 소자를 제조하는 방법으로서, 제1기판, 캐소오드 전극 및 제1절연체층을 적층하는 단계; 상기 제1절연체층에 비교적 넓이가 넓고 깊이가 얕은 제1홀을 형성하는 단계; 상기 제1홀이 형성된 자리에 비교적 넓이가 좁고 깊이가 깊은 제2홀을 형성하여 소정의 단차가 형성되고 캐소오드 전극이 하부에 노출된 전자 방출원 홀을 형성하는 단계; 상기 제1절연체층의 상측에 상기 전자 방출원 홀에 형성된 제1홀이 형성하는 단차까지 게이트 전극이 배치되도록 게이트 전극을 형성하는 단계; 및 상기 전자 방출원 홀의 하부에 노출된 캐소오드 전극 상에 상기 제1절연체층 및 상기 게이트 전극과 이격되도록 전자 방출원을 형성하는 단계를 포함하는 전자 방출원의 제조 방법을 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 제1홀 및 제2홀을 형성하는 단계는 별도의 마스크 패턴을 이용한 등방성 식각에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 게이트 전극을 형성하는 단계는 화학기상증착 또는 스퍼터링에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 3에는 본 발명의 제1실시예에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도가 도시되어 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 전자 방출 소자(201)는, 제1기판(110), 캐소오드 전극(120), 게이트 전극(240), 제1 절연체층(230), 전자 방출원(150)을 포함한다.
상기 제1기판(110)은 소정의 두께를 가지는 판상의 부재로, 석영 유리, 소량의 Na과 같은 불순물을 함유한 유리, 판유리, SiO2가 코팅된 유리 기판, 산화 알루미늄 또는 세라믹 기판이 사용될 수 있다. 또한, 플랙서블 디스플레이 장치(flexible display apparatus)를 구현하는 경우에는 유연한 재질이 사용될 수도 있다.
상기 캐소오드 전극(120)은 상기 제1기판(110) 상에 일 방향으로 연장되도록 배치되고, 통상의 전기 도전 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, Al, Ti, Cr, Ni, Au, Ag, Mo, W, Pt, Cu, Pd 등의 금속 또는 그 합금, Pd, Ag, RuO2, Pd-Ag 등의 금속 또는 금속 산화물과 유리로 구성된 인쇄된 도전체, ITO, In2O3 또는 SnO2 등의 투명 도전체, 또는 다결정실리콘(polysilicon) 등의 반도체 물질로 만들어 질 수 있다. 특히 제조 공정 중에 상기 제1기판(110)의 후방으로부터 빛을 투과하도록 하는 공정이 필요한 경우에는 ITO, In2O3 또는 SnO2 등의 투명 도전체가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 게이트 전극(240)은 상기 캐소오드 전극(120)과 상기 제1절연체층(230)을 사이에 두고 배치되고, 상기 캐소오드 전극(120)과 같이 통상의 전기 도전 물질로 만들어질 수 있다. 상기 게이트 전극은 상기 전자 방출원과 인접한 부분이 상기 전자 방출원을 향하여 경사지게 형성되고 상기 전자 방출원과는 소정 거리 이격되어 있다.
상기 제1절연체층(230)은, 상기 게이트 전극(240)과 상기 캐소오드 전극(120) 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극(120)과 게이트 전극(240)을 절연함으로써 두 전극 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지한다.
상기 전자 방출원(150)은 상기 제1절연체층(230) 및 상기 게이트 전극(240)에 형성되어 상기 캐소오드 전극(120)의 일부가 드러나도록 하는 전자 방출원 홀(231)의 내부에 상기 캐소오드 전극(120)과 통전되도록 배치되고, 상기 게이트 전극(240)에 비해서 높이가 낮게 배치된다.
상기 전자 방출원 홀(231)은 소정의 단차가 형성된 상태로 상기 캐소오드 전극이 외부로 노출되도록 하는 상기 제1절연체층 상의 홀이다. 상기 전자 방출원 홀 에는 소정의 단차가 형성되어 있고, 단차의 상부까지 상기 게이트 전극이 연장되어 있다.
상기 전자 방출원(150)의 재료로는 침상 구조를 가진 것이면 어떤 것이라도 사용될 수 있다. 특히, 일함수가 작고, 베타 함수가 큰 카본 나노 튜브(Carbon Nano Tube: CNT), 그래파이트, 다이아몬드 및 다이아몬드상 카본 등의 탄소계 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 또는 나노 튜브, 나노 와이어, 나노 로드 등의 나노 물질이 사용될 수 있다. 특히, 카본 나노 튜브는 전자 방출 특성이 우수하여 저전압 구동이 용이하므로, 이를 전자 방출원으로 사용하는 장치의 대면적화에 유리하다.
지금까지 설명한 것과 같은 구성을 가지는 전자 방출 소자(201)는 캐소오드 전극에 (-) 전압을 인가하고, 게이트 전극에 (+) 전압을 인가하여 상기 캐소오드 전극(120)과 상기 게이트 전극(240) 사이에 형성되는 전계에 의해 상기 전자 방출원으로부터 전자가 방출되도록 할 수 있다.
또한, 지금까지 설명한 전자 방출 소자(201)를 사용하여 도 3에 도시된 것과 같이 전자 방출 표시 장치(100)를 구성할 수 있다. 디스플레이 장치로 구성하기 위해서는 상기 전자 방출원의 전방에 형광체층(70)이 배치되어야 한다.
상기 형광체층(70)은 가속된 전자에 의해 여기되어 가시광선을 방생시키는 CL(Cathode Luminescence)형 형광체로 만들어진다. 상기 형광체층(70)에 사용될 수 있는 형광체로는 예를 들어, SrTiO3:Pr, Y2O3:Eu, Y2O3S:Eu 등을 포함하는 적색광용 형광체나, Zn(Ga, Al)2O4:Mn, Y3(Al, Ga)5O12:Tb, Y2SiO5:Tb, ZnS:Cu,Al 등을 포함하는 녹색광용 형광체나, Y2SiO5:Ce, ZnGa2O4, ZnS:Ag,Cl 등을 포함하는 청색광용 형광체가 있다. 물론 여기에 언급한 형광체들로 한정되는 것은 아니다.
상기 형광체층은 상기 제1기판과 실질적으로 평행하게 배치되어 소정의 발광 공간(103)을 형성하는 제2기판(90)과, 상기 제2기판(90) 상에 배치되어 전자를 형광체층을 향해 가속시키는 애노드 전극(80)과 함께 전면 패널(102)을 구성할 수 있다.
상기 제2기판(90)은 상기 제1기판(110)과 마찬가지로 소정의 두께를 가지는 판상의 부재로, 상기 제1기판(110)과 동일한 소재로 만들어질 수 있다. 상기 애노드 전극(80)은 상기 캐소오드 전극(120) 및 게이트 전극(240)과 마찬가지로 통상의 전기 도전성 물질로 만들어진다. 특히, 상기 애노드 전극(80)은 투명 전극으로 형성되어 형광체층에서 발생한 가시광선이 전방으로 투과될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제1기판(110)을 포함하는 전자 방출 소자(201)와 상기 제2기판(90)을 포함하는 전면 패널(102)은 서로 소정의 간격을 유지하면서 대향되어 발광 공간(103)을 형성하여 전자 방출 표시 소자(100)를 구성한다. 그리고, 상기 전자 방출 소자(201)와 전면 패널(102) 사이의 간격의 유지를 위해 스페이서(60)들이 배치된다. 상기 스페이서(60)는 절연물질로 만들어질 수 있다.
또한, 내부의 발광 공간(103)을 진공으로 유지하기 위해 프리트(frit)로 전자 방출 소자(201)와 전면 패널(102)이 형성하는 발광 공간(103)의 둘레를 밀봉하고, 내부의 공기 등을 배기한다.
이러한 구성을 가지는 전자 방출 표시 소자(100)에서, 상기 게이트 전극(240)의 상기 전자 방출원 홀에 인접한 부분에 소정 각도 α의 경사가 형성되도록 한다. 상기 게이트 전극과 상기 전자 방출원 사이에는 소정의 거리가 유지된 상태에서 상기 게이트 전극에 도 3에 도시된 것과 같은 경사가 형성된 경우에는, 상기 게이트 전극에 고전압을 인가하는 것이 가능하고, 이에 따라 전류 밀도를 게이트 전극에 의해 조절하는 것이 용이해진다. 이에 따라, 적은 전류밀도로도 형광체를 여기시켜 가시광선을 발생시키는 최적의 전류밀도로 조절이 가능하고, 비교적 적은 전류밀도로도 원하는 휘도를 확보할 수 있게 된다. 또한 이에 따라 전자 방출원의 수명도 증가한다.
또한, 상기 애노드 전극에 의해 형성되는 전계가 상기 전자 방출원 홀 내부로 깊이 침투하지 못한다. 그럼으로써, 상기 캐소오드 전극과 상기 애노드 전극 사이에서 발생하는 다이오드 방출(diode emission)(또는 다이오드 발광)을 예방할 수 있다.
한편, 상기 게이트 전극에 형성된 경사는 각도에는 제한이 없으며, 통상의 평평하게 형성된 게이트 전극보다 상기 전자 방출원을 향하도록 휘어지기만 하면 상술한 효과를 얻을 수 있다.
이상과 같은 구성을 가지는 전자 방출 표시 소자는 다음과 같이 동작한다.
전자 방출을 위해 캐소오드 전극(120)에 (-) 전압을 인가하고, 게이트 전극(240)에는 (+) 전압을 인가하여 캐소오드 전극(120)에 설치된 전자 방출원(150)으로부터 전자가 방출될 수 있게 한다. 또한, 애노드 전극(80)에 강한 (+)전압을 인가하여 애노드 전극(80) 방향으로 방출된 전자를 가속시킨다. 이와 같이 전압이 인가되면, 전자 방출원(150)을 구성하는 침상의 물질들로부터 전자가 방출되어 게이트 전극(240)을 향해 진행하다가 애노드 전극(80)을 향해 가속된다. 애노드 전극(80)을 향하여 가속된 전자는 애노드 전극(80)측에 위치하는 형광체층(70)에 부딪히면서 형광체층을 여기시켜 가시광선을 발생시키게 된다.
이하에서는 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법에 대해 설명한다.
먼저, 도 4에 도시된 것과 같이, 제1 기판(110), 캐소오드 전극(120) 및 제1절연체층(230)을 형성하는 소재를 순서대로 소정 두께로 적층한다. 적층은 스크린 프린팅과 같은 공정으로 수행하는 것이 바람직하다.
그 다음, 상기 제1절연체층(230)의 상면에 소정의 두께로 마스크 패턴(mask pattern)(미도시)을 형성한다. 상기 마스크 패턴의 형성은 전자 방출원 홀을 형성하기 위한 것으로 포토레지스트(Photo Resist: PR)를 도포하고 UV나 이-빔(E-beam)을 이용하여 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정에 의해 수행된다.
그 다음, 마스크 패턴을 이용하는 등방성 식각으로 비교적 넓이가 넓고 경사 가 완만한 제1홀을 상기 제1절연체층(230) 상에 형성한다(도 5).
그 다음, 다시 새로 마스크 패턴을 형성하고 등방성 식각으로 비교적 넓이가 좁고 경사가 가파른 제2홀을 상기 제1절연체층에 식각하여 소정의 단이 형성된 전자 방출원 홀(231)을 형성한다(도 6). 두 차례에 걸친 식각 공정에 의해 상기 전자 방출원 홀의 내부 하측에는 캐소오드 전극이 일부 노출된다. 식각 공정은 제1절연체층(230)과 캐소오드 전극(120)의 재료, 두께 등에 따라 식각액을 이용하는 습식 식각이나, 부식성 가스를 이용하는 건식 식각에 의해 이루어질 수 있다.
그 다음, 상기 전자 방출원 홀을 덮는 마스크 패턴을 형성한 후 스퍼터링 또는 화학기상증착 등의 공정을 이용하여 상기 전자 방출원 홀의 하단부를 제외한 상기 제1절연체층의 상측에 소정 패턴으로 게이트 전극을 형성한다(도 7).
그 다음, 카본 물질이나 나노 물질을 포함하는 페이스트를 이용하여 전자 방출원을 형성하거나, 캐소오드 전극 상에 시드 레이어를 형성하고 화학기상증착에 의해 카본 물질이나 나노 물질, 바람직하게는 카본 나노 튜브를 직접 성장하여 전자 방출원을 형성한다(도 8).
도 9에는 본 발명의 제2실시예에 따른 전자 방출 소자 및 이를 구비하는 전자 방출 표시 소자의 개략적인 구성을 보여주는 단면도가 도시되어 있다.
도 9에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 전자 방출 소자(301)는 게이트 전극(240)의 상측을 덮는 제2절연체층(235)과 상기 제2절연체층(235)의 상측에 형성된 집속 전극(245)을 더 포함한다. 상기 집속 전극(245)을 더 포함함으로써, 전자 방출원(150)에서 방출되는 전자가 형광체층을 향하여 집속되고 좌우 측방향으로 분산되는 것을 방지할 수 있다. 앞서 설명한 본 발명의 제1실시예에 따른 전자 방출 소자에서 적용되었던 게이트 전극에 경사가 형성된 구성이나 게이트 전극과 전자 방출원이 소정 거리 이격되어 있는 구성은 도 9에 도시된 전자 방출 소자에도 그대로 적용될 수 있다.
게이트 전극과 전자 방출원이 소정 거리 이격되어 있기 때문에 게이트 전극에 고전압을 인가하는 것이 가능하고, 이에 따라 전류 밀도를 게이트 전극에 의해 조절하는 것이 용이해진다. 이에 따라, 적은 전류밀도로도 형광체를 여기시켜 가시광선을 발생시키는 최적의 전류밀도로 조절이 가능하고, 비교적 적은 전류밀도로도 원하는 휘도를 확보할 수 있게 된다. 또한 이에 따라 전자 방출원의 수명도 증가한다.
또한, 상기 게이트 전극에 경사가 형성됨으로써, 상기 애노드 전극에 의해 형성되는 전계가 상기 전자 방출원 홀 내부로 깊이 침투하지 못한다. 그럼으로써, 상기 캐소오드 전극과 상기 애노드 전극 사이에서 발생하는 다이오드 방출(또는 다이오드 발광)을 예방할 수 있다.
상술한 본 발명에 의한 전자 방출 소자를 채용한 전자 방출 표시 소자에서는 게이트 전극에 고전압을 인가하는 것이 가능하고, 이에 따라 전류 밀도를 게이트 전극에 의해 조절하는 것이 용이해진다. 이에 따라, 적은 전류밀도로도 형광체를 여기시켜 가시광선을 발생시키는 최적의 전류밀도로 조절이 가능하고, 비교적 적은 전류밀도로도 원하는 휘도를 확보할 수 있게 된다. 또한 이에 따라 전자 방출원의 수명도 증가한다.
또한, 상기 애노드 전극에 의해 형성되는 전계가 상기 전자 방출원 홀 내부로 깊이 침투하지 못한다. 그럼으로써, 상기 캐소오드 전극과 상기 애노드 전극 사이에서 발생하는 다이오드 방출(또는 다이오드 발광)을 예방할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 제1기판;
    상기 제1기판 상에 배치된 캐소오드 전극;
    상기 캐소오드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 게이트 전극;
    상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극을 절연하는 제1절연체층;
    상기 캐소오드 전극이 드러나도록 상기 제1절연체층과 상기 게이트 전극에 형성된 전자 방출원 홀; 및
    상기 전자 방출원 홀 내에 배치된 전자 방출원을 포함하고,
    상기 전자 방출원 홀의 주위에서 상기 게이트 전극과 상기 제1절연체층에는 상기 게이트 전극이 상기 전자 방출원을 향하도록 소정 각도의 경사가 형성되어 있는 전자 방출 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자 방출원은 상기 제1 절연체층 및 상기 게이트 전극과 소정 거리 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전자 방출원 홀의 상단 직경은 상기 전자 방출원의 하단 직경보다 더 큰 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전자 방출원 홀에는 소정의 단이 형성된 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 게이트 전극은 상기 전자 방출원 홀에 형성된 단의 상단 부분에까지 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  6. 전자 방출 소자를 제조하는 방법으로서,
    제1기판, 캐소오드 전극 및 제1절연체층을 적층하는 단계;
    상기 제1절연체층에 비교적 넓이가 넓고 깊이가 얕은 제1홀을 형성하는 단계;
    상기 제1홀이 형성된 자리에 비교적 넓이가 좁고 깊이가 깊은 제2홀을 형성하여 소정의 단차가 형성되고 캐소오드 전극이 하부에 노출된 전자 방출원 홀을 형성하는 단계;
    상기 제1절연체층의 상측에 상기 전자 방출원 홀에 형성된 제1홀이 형성하는 단차까지 게이트 전극이 배치되도록 게이트 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 전자 방출원 홀의 하부에 노출된 캐소오드 전극 상에 상기 제1절연체층 및 상기 게이트 전극과 이격되도록 전자 방출원을 형성하는 단계를 포함하는 전자 방출원의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1홀 및 제2홀을 형성하는 단계는 별도의 마스크 패턴을 이용한 등방성 식각에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 게이트 전극을 형성하는 단계는 화학기상증착 또는 스퍼터링에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
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