KR20070079251A - 전자 방출 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

전자 방출 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20070079251A
KR20070079251A KR1020060009819A KR20060009819A KR20070079251A KR 20070079251 A KR20070079251 A KR 20070079251A KR 1020060009819 A KR1020060009819 A KR 1020060009819A KR 20060009819 A KR20060009819 A KR 20060009819A KR 20070079251 A KR20070079251 A KR 20070079251A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electron emission
cathode electrode
electrode
gate electrode
curved surface
Prior art date
Application number
KR1020060009819A
Other languages
English (en)
Inventor
정광석
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020060009819A priority Critical patent/KR20070079251A/ko
Publication of KR20070079251A publication Critical patent/KR20070079251A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
    • B24B53/017—Devices or means for dressing, cleaning or otherwise conditioning lapping tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B1/00—Cleaning by methods involving the use of tools
    • B08B1/10—Cleaning by methods involving the use of tools characterised by the type of cleaning tool
    • B08B1/12—Brushes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
    • B24B53/02—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces of plane surfaces on abrasive tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
    • B24B53/12—Dressing tools; Holders therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

본 발명의 목적은 전자 방출원을 구성하는 전자 방출 물질이 조밀하게 배치되어 스크린 효과에 따라 전자 방출 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 전자 방출 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 베이스 기판; 소정 조도의 굴곡을 가지면서 상기 베이스 기판 상부에 형성된 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; 및 상기 제1절연체층과 상기 게이트 전극에는 전자 방출원 홀이 형성되어 상기 캐소오드 전극의 일부가 노출되고, 상기 전자 방출원 홀 내에서 상기 캐소오드 전극과 통전되도록 배치되며, 상기 캐소오드 전극 표면의 굴곡을 따라 형성된 촉매층과 상기 촉매층 상에 성장된 전자 방출 물질을 구비한 전자 방출원을 포함하는 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 개략적으로 보여주는 부분 절개 사시도.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 취한 단면도.
도 3은 도 2의 III 부분의 확대도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 전자 방출 소자의 구조를 간략히 보여주는 도면.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법을 순차적으로 보여주는 도면.
도 11은 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: 전면 기판
100: 전자 방출 표시 소자 101, 201, 301: 전자 방출 소자
110: 베이스 기판 120: 캐소오드 전극
130: 제1절연체층 131: 전자 방출원 홀
135: 제2절연체층 140: 게이트 전극
145: 집속 전극 150, 250: 전자 방출원
251: 촉매층 252: 전자 방출 물질
본 발명은 전자 방출 소자(Electron emission device) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자 방출 효율이 향상되고, 수명이 향상된 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 베이스 기판 위에 서로 마주보며 배치된 제1전극과 제2전극 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 있으며, 도 3에는 도 2의 III 부분의 확대도가 도시되어 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이, 전자 방출 소자(101)는, 베이스 기판 (110), 캐소오드 전극(120), 게이트 전극(140), 제1절연체층(130) 및 전자 방출원(150)을 포함한다.
상기 베이스 기판(110)은 소정의 두께를 가지는 판상의 부재이다. 상기 캐소오드 전극(120)은 상기 베이스 기판(110) 상에 일 방향으로 연장되도록 배치된다. 상기 게이트 전극(140)은 상기 캐소오드 전극(120)과 상기 절연체층(130)을 사이에 두고 배치된다. 상기 절연체층(130)은, 상기 게이트 전극(140)과 상기 캐소오드 전극(120) 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극(120)과 게이트 전극(140)을 절연한다.
상기 전자 방출원(150)은 상기 캐소오드 전극(120)과 통전되도록 배치된다. 상기 전자 방출원(150)의 재료로는 카본 물질 또는 나노 물질이 사용된다.
이러한 전자 방출 소자(101)는 가시광선을 발생하여 화상을 구현하는 전자 방출 표시 소자(100)에 이용될 수 있다. 표시 소자로 구성하기 위해서는 상기 전자 방출 소자(101)의 전면에 형광체층(70)을 더 구비한다. 상기 형광체층(70)은 상기 형광체층(70)을 향하여 전자를 가속시키는 애노드 전극(80)과 상기 애노드 전극(80) 및 형광체층(70)을 지지하는 전면 기판(90)과 함께 설치되는 것이 바람직하다.
이러한 구성을 가지는 전자 방출 표시 소자(100)에서는, 인쇄법이나 CVD(Chemical Vapor Deposition) 직접 성장법을 이용하여 카본 물질이나 나노 물질을 포함한 전자 방출원을 제조한다. 그러나 공지의 방식을 이용하는 경우에는 전자 방출원을 구성하는 카본 물질 또는 나노 물질 등의 전자 방출 물질은 표면에 드 러나지 않고 내부에 묻혀 있는 경우가 많다. 또한, 외부로 드러나는 경우에도 서로 뭉쳐있거나 측방향을 향하는 상태로 형성되는 경우가 많다.
전자 방출 물질이 외부로 드러나지 않는 경우에는 첨단 방전 효과에 의한 전자의 원활한 방출을 전혀 기대할 수 없고, 외부로 드러나더라도 서로 뭉쳐있는 경우에는 스크린 효과(screen effect)에 의해 전자 방출 효율이 감소된다. 여기서 스크린 효과란 전자 방출 물질들이 뭉쳐있는 경우 뭉쳐있는 전자 방출 물질 전체가 하나로서 전자 방출 기능을 수행하게 되는 형상을 말한다. 또한, 서로 뭉쳐있지 않더라도 측방향을 향하고 있는 경우에는 전방으로 전자가 방출되어야 제 기능을 다할 수 있는 상황을 고려할 때 불균일한 전자 방출이 되기 쉽다.
이에 따라 불균일한 전자 방출이 이루어지거나 전자 방출특성이 저하되어 휘도가 감소하는 등의 문제점이 발생하여 이를 개선할 방안을 강구할 필요성이 크게 대두되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전자 방출원을 구성하는 전자 방출 물질이 조밀하게 배치되어 스크린 효과에 따라 전자 방출 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 전자 방출 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 베이스 기판; 소정 조도의 굴곡을 가지면서 상기 베이스 기판 상부에 형성된 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; 및 상기 제1절연체층과 상기 게이트 전극에는 전자 방출원 홀이 형성되어 상기 캐소오드 전극의 일부가 노출되고, 상기 전자 방출원 홀 내에서 상기 캐소오드 전극과 통전되도록 배치되며, 상기 캐소오드 전극 표면의 굴곡을 따라 형성된 촉매층과 상기 촉매층 상에 성장된 전자 방출 물질을 구비한 전자 방출원을 포함하는 전자 방출 소자를 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 캐소오드 전극과 상기 베이스 기판의 사이에는 소정 조도의 굴곡을 가진 표면이 형성된 유전체층이 더 배치된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 촉매층은 금속 또는 금속염을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 게이트 전극의 상측을 덮는 제2절연체층과, 상기 제2절연체층에 의해 상기 게이트 전극과 절연되고, 상기 게이트 전극과 나란한 방향으로 배치된 집속 전극을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 전자 방출 소자의 제조 방법으로서, 캐소오드 전극의 상면에 소정 조도의 굴곡면을 가지는 촉매층을 형성하는 단계(a); 및 상기 촉매층에서부터 전자 방출 물질을 성장시키는 단계(b)를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법을 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 단계(a)는 상기 캐소오드 전극의 상면에 소정 조도의 굴곡면을 형성하고 그 굴곡면을 따라 촉매층을 형성하는 것일 수 있다.
여기서, 상기 단계(a)는, 베이스 기판 상에 소정 조도의 굴곡면을 형성하고, 상기 베이스 기판의 굴곡면 위에 실질적으로 동일한 굴곡면을 가지도록 캐소오드 전극을 형성하고, 상기 캐소오드 전극의 굴곡면 위에 촉매층을 형성하는 단계인 것일 수 있다.
여기서, 상기 단계(a)는, 베이스 기판 상에 소정 조도의 굴곡면을 가지는 유전체층을 형성하고, 상기 유전체층의 굴곡면 위에 실질적으로 동일한 굴곡면을 가지도록 캐소오드 전극을 형성하고, 상기 캐소오드 전극의 굴곡면 위에 촉매층을 형성하는 것일 수 있다.
여기서, 상기 촉매층을 형성하는 단계는, 상기 캐소오드 전극을 형성한 후에, 상기 캐소오드 전극의 상측에 제1절연체층에 의해 절연되고, 상기 캐소오드 전극과 교차하는 방향으로 배치되는 게이트 전극을 형성하고, 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극이 교차하는 위치에서 상기 게이트 전극 및 상기 제1절연체층을 일부 식각하여 상기 캐소오드 전극이 일부 노출되도록 전자 방출원 홀을 형성하고, 상기 전자 방출원 홀 내에 노출된 캐소오드 전극의 굴곡면 위에 촉매층을 형성하는 것일 수 있다.
또는 여기서, 상기 촉매층을 형성하는 단계는, 상기 캐소오드 전극을 형성한 후에, 상기 캐소오드 전극의 상측에 제1절연체층에 의해 절연되고, 상기 캐소오드 전극과 교차하는 방향으로 배치되는 게이트 전극을 형성하고, 상기 게이트 전극의 상측에 제2절연체층에 의해 절연되고, 상기 게이트 전극이 연장된 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 배치되는 집속 전극을 형성하고, 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극이 교차하는 위치에서 상기 게이트 전극, 상기 제1절연체층, 상기 집속 전극 및 상기 제2절연체층을 일부 식각하여 상기 캐소오드 전극이 일부 노출되도록 전자 방출원 홀을 형성하고, 상기 전자 방출원 홀 내에 노출된 캐소오드 전극의 굴곡면 위에 촉매층을 형성하는 것일 수 있다.
여기서, 상기 단계(b)는 CVD 직접 성장법에 의해 전자 방출 물질을 성장시키는 것이 바람직하다.
이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 이하에서 종래 기술을 설명하면서 언급한 부재와 실질적으로 동일한 부재에 대해서는 동일한 부재 번호를 사용한다.
도 4에는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 4에 도시된 것과 같이, 전자 방출 소자(101)는, 베이스 기판(110), 캐소오드 전극(120), 게이트 전극(140), 제1절연체층(130) 및 전자 방출원(250)을 포함한다.
상기 베이스 기판(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 베이스 기판(110)의 상면에는 소정의 조도를 가지는 굴곡이 형성되어 있을 수 있다. 또는 소정의 조도를 가지는 거칠 면이 형성된 유전체층이 형성되어 있을 수 있다. 상기 베이스 기판(110) 또는 유전체층의 표면의 굴곡의 조도는 1000?? 내지 5000??의 범위에 있는 것이 바람직하다. 단, 여기서 베이스 기판이나 그 위에 유전체층을 형성하는 것은, 이후에 설명하는 것과 같이 촉매층이 굴곡면을 가지도록 형성하기 위한 것이다. 즉, 여기서 베이스 기판이나 그 위에 유전체층을 형성하는 것은, 촉매층이 굴곡면을 가지도록 하기 위한 방법의 예시일 뿐이다.
상기 캐소오드 전극(120)은 상기 베이스 기판(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. 상기 캐소오드 전극(120)은 상기 베이스 기판의 표면의 굴곡 또는 상기 유전체층의 표면의 굴곡을 따라 상기 굴곡의 표면 조도를 그대로 유지하면서 그 위에 형성된다.
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 제1절연체층(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 제1절연체층(130) 및 상기 게이트 전극(140)에는 상기 캐소오드 전극(120)의 일부가 드러나도록 하는 전자 방출원 홀(131)이 형성되어 있고, 상기 전자 방출원은 상기 전자 방출원 홀의 내부에 상기 캐소오드 전극(120)과 통전되도록 배치된다. 상기 전자 방출원(250)은 다수의 전자 방출 물질(253)을 포함하고, 상기 전자 방출 물질은 대부분 상기 전자 방출원 홀 내에서 홀의 외부를 향하여 실질적으로 수직방향으로 성장되어 있다. 또한, 상기 전자 방출 물질(253)이 성장하는데 사용되는 촉매층(252)이 상기 베이스 기판 또는 유전체층의 표면에 형성된 거칠기를 따라 형성되어 있을 수 있다.
상기 촉매층(252)은 금속 재료로 형성될 수 있고, 또는 금속염(metal salt)으로 만들어질 수도 있다.
상기 촉매층(252)이 금속염으로 만들어진 경우, 상기 촉매층(252)은 소정 용매에 금속염이 용해된 용액을 상기 캐소오드 전극의 굴곡 상에 도포하고, 이를 건조시킴으로써 형성된다.
상기 금속염은 TMAH(Tetramethylammonium Hydroxide)와 같은 강염기 현상액에 용해될 수 있도록 약산 음이온 기를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 약산 음이온 기로는 아세테이트(acetate)기, 옥살레이트(oxalate)기 및 카보네이트(carbonate)기로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나가 될 수 있다. 또한, 상기 금속염은 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 이트륨(Y)으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 용매로서는 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 에탄올(ethanol) 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 이때, 상기 금속염은 상기 용매에 대해서 상온에서 대략 1mM 이상의 용해도를 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 금속염은 아세톤(acetone), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 포토레지스트 스트립(photoresist strip)용 용매에는 용해되지 않는 것이 바람직하다.
한편, 상기 전자 방출원(250)의 최상부는 상기 게이트 전극(140)에 비해서 높이가 낮게 배치된다. 상기 전자 방출원(250)에 사용되는 전자 방출 물질(253)은 카본 물질이나 나노 물질이 사용되는 것이 바람직하다. 카본 물질로는 일함수가 작고, 베타 함수가 큰 카본 나노 튜브(Carbon Nano Tube: CNT), 그래파이트, 다이아몬드 및 다이아몬드상 카본 등이 바람직하다. 또는 사용될 수 있는 나노 물질은 나노 튜브, 나노 와이어, 나노 로드 등이 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(101)는 캐소오드 전극에 (-) 전압을 인가하고, 게이트 전극에 (+) 전압을 인가하여 상기 캐소오드 전극(120)과 상기 게이트 전극(140) 사이에 형성되는 전계에 의해 상기 전자 방출원으로부터 전자가 방출되도록 할 수 있다.
또한, 지금까지 설명한 전자 방출 소자(101)는 가시광선을 발생하여 화상을 구현하는 전자 방출 표시 소자(100)에 이용될 수 있다. 표시 소자로 구성하기 위해서는 상기 전자 방출 소자(101)의 전면에 형광체층(70)을 더 구비하여야 한다. 상기 형광체층은 상기 형광체층을 향하여 전자를 가속시키는 애노드 전극(80)과 상 기 애노드 전극 및 형광체층을 지지하는 전면 기판(90)과 함께 설치되는 것이 바람직하다.
상기 전면 기판(90)은 상기 베이스 기판(110)과 마찬가지로 소정의 두께를 가지는 판상의 부재로, 상기 베이스 기판(110)과 동일한 소재로 만들어질 수 있다. 상기 애노드 전극(80)은 상기 캐소오드 전극(120) 및 게이트 전극(140)과 마찬가지로 통상의 전기 도전성 물질로 만들어진다.
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.
또한, 단순히 램프로서 가시광선을 발생시키는 것이 아니라 화상을 구현하기 위해서는 상기 캐소오드 전극(120) 및 상기 게이트 전극(140)이 서로 교차하도록 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 게이트 전극(140)들과 상기 캐소드 전극(120)들이 교차하는 영역들에는 전자 방출원 홀(131)들이 형성하여, 그 내부에 전자 방출원(250)을 배치한다.
상기 베이스 기판(110)을 포함하는 전자 방출 소자(100)와 상기 전면 기판 (90)을 포함하는 전면 패널(102)은 서로 소정의 간격을 유지하면서 대향되어 발광 공간을 형성하고, 상기 전자 방출 소자(100)와 전면 패널(102) 사이의 간격의 유지를 위해 스페이서(60)들이 배치된다. 상기 스페이서(60)는 절연물질로 만들어질 수 있다.
또한, 내부의 진공을 유지하기 위해 프리트(frit)로 전자 방출 소자(101)와 전면 패널(102)이 형성하는 공간의 둘레를 밀봉하고, 내부의 공기 등을 배기한다.
이러한 구성을 가지는 전자 방출 표시 소자는 다음과 같이 동작한다.
전자 방출을 위해 캐소오드 전극(120)에 (-) 전압을 인가하고, 게이트 전극(140)에는 (+) 전압을 인가하여 캐소오드 전극(120)에 설치된 전자 방출원(250)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(250)을 구성하는 침상의 물질들로부터 전자가 방출되어 게이트 전극(140)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 5 내지 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법에 대해 설명한다.
먼저, 도 5에 도시된 것과 같이 베이스 기판(110) 위에 소정의 표면 조도를 가지는 굴곡을 형성한다. 상기 굴곡은 도 5에 도시된 것과 같이 기판 상에 유전체 페이스를 인쇄 및 소성하여 유전체층(230)을 형성함으로써 만들어질 수 있다. 상기 유전체 페이스트에는 글라스 프리트(glass frit)가 함유되고, 상기 글라스 프리트는 PbO, Al2O3, SiO2 등으로 만들어질 수 있다. 상기 글라스 프리트의 입자의 입경에 따라 상기 굴곡의 조도가 달라질 수 있는데, 굴곡의 조도를 앞서 언급한 것과 같이, 1000Å 내지 5000Å의 범위에 속하는 것이 바람직하다.
물론, 상기 베이스 기판 위에 형성되는 굴곡은 상기 베이스 기판(110)의 상면을 직접 가공하여 만들 수도 있다.
그 다음, 도 6에 도시된 것과 같이, 상기 굴곡의 표면 조도가 유지되는 상태로 캐소오드 전극을 상기 굴곡 상에 형성한다. 상기 캐소오드 전극의 형성은 증착과 같은 방법으로 이루어질 수 있고, 상기 굴곡의 표면 조도를 살리면서 박막의 형태로 만들어질 수 있다.
그 다음, 도 7에 도시된 것과 같이 상기 캐소오드 전극의 상측에 제1절연체층을 덮고, 그 위에 게이트 전극을 형성한다. 본 발명에 따른 전자 방출 소자가 화상을 표시하는 전자 방출 표시 소자에 사용되기 위해서는 상기 게이트 전극은 상기 캐소오드 전극이 연장된 방향과 실질적으로 직교하는 방향으로 형성하는 것이 바람직하다.
그 다음, 도 8에 도시된 것과 같이 상기 게이트 전극과 상기 캐소오드 전극이 교차하는 영역에서, 상기 게이트 전극과 상기 제1절연체층을 식각하여 전자 방출원 홀을 형성한다.
그 다음, 도 9에 도시된 것과 같이, 상기 전자 방출원 홀 내에 노출된 캐소오드 전극의 상면에 촉매층(251)을 형성한다. 상기 촉매층의 소재로는 앞서 언급한 것이 금속 또는 금속염이 사용될 수 있다. 상기 촉매층(251)은 상기 캐소오드 전극과, 상기 베이스 기판 상의 굴곡 또는 유전체층의 굴곡의 표면 조도가 유지된 상태로 형성된다.
그 다음, 도 10에 도시된 것과 같이, CVD 직접 성장 방법을 사용하여 상기 촉매층(251)의 위에 카본 물질 또는 나노 물질로 만들어진 전자 방출 물질(252)을 성장시킨다. 상기 촉매층(251)에도 굴곡이 형성되어 있기 때문에 상기 촉매층에서 성장된 전자 방출 물질은 평평한 촉매층 상에 형성되는 경우에 비하여 그 단부가 서로 멀게 형성된다. 이에 따라 전자 방출 물질의 밀도가 조절되는 효과를 얻을 수 있고, 스크린 효과와 같은 전자 방출을 저해하는 요소들을 피할 수 있다.
도 11에는 본 발명의 제2실시예에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 부분 단면도가 도시되어 있다.
도 11에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 전자 방출 소자(301)는 게이트 전극(140)의 상측을 덮는 제2절연체층(135)과 상기 제2절연체층(135)의 상측에 형성된 집속 전극(145)을 더 포함한다. 상기 집속 전극(145)을 더 포함함으로써 전자 방출원(250)에서 방출되는 전자가 형광체층(미도시)을 향하여 중앙으로 집속되도록 할 수 있고, 좌우 측방향으로 분산되는 것을 방지할 수 있다.
도 11에 도시된 제2실시예의 전자 방출 소자에서도 앞서 설명한 것과 같이 소정의 굴곡으로 형성된 촉매층 상에서 전자 방출 물질이 성장되면 전자 방출 물질 의 단부들이 서로 멀게 형성되어 스크린 효과를 피하고 전자 방출 특성을 개선할 수 있다.
한편, 본 발명에서 기판, 유전체층 또는 캐소오드 전극의 표면에 굴곡면을 형성하는 것은 촉매층이 굴곡면을 가지도록 형성하기 위한 것으로, 본 발명의 상세한 설명에서 언급되지 않은 방법이라도 촉매층이 굴곡면을 가지도록 형성하는 공지의 방법들이 본 발명의 내용에 적용되는 경우에는 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
이상에서 설명한 것과 같이, 본 발명에 따른 전자 방출 소자에서는 전자 방출원의 전자 방출 특성을 크게 개선 할 수 있다. 즉, 각각의 전자 방출원 홀에 배치된 전자 방출원들의 전자 방출 특성이 개선되어 전체 전자 방출 소자 및 이 전자 방출 소자를 이용하여 구현한 전자 방출 표시 소자에서의 전자 방출량(전류 밀도)이 늘어나고 저전압 구동이 가능해지는 장점이 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 (11)

  1. 베이스 기판;
    소정 조도의 굴곡을 가지면서 상기 베이스 기판 상부에 형성된 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; 및
    상기 제1절연체층과 상기 게이트 전극에는 전자 방출원 홀이 형성되어 상기 캐소오드 전극의 일부가 노출되고, 상기 전자 방출원 홀 내에서 상기 캐소오드 전극과 통전되도록 배치되며, 상기 캐소오드 전극 표면의 굴곡을 따라 형성된 촉매층과 상기 촉매층 상에 성장된 전자 방출 물질을 구비한 전자 방출원을 포함하는 전자 방출 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐소오드 전극과 상기 베이스 기판의 사이에는 소정 조도의 굴곡을 가진 표면이 형성된 유전체층이 더 배치된 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 촉매층은 금속 또는 금속염을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 전극의 상측을 덮는 제2절연체층과,
    상기 제2절연체층에 의해 상기 게이트 전극과 절연되고, 상기 게이트 전극과 나란한 방향으로 배치된 집속 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  5. 전자 방출 소자의 제조 방법으로서,
    캐소오드 전극의 상면에 소정 조도의 굴곡면을 가지는 촉매층을 형성하는 단계(a); 및
    상기 촉매층에서부터 전자 방출 물질을 성장시키는 단계(b)를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단계(a)는 상기 캐소오드 전극의 상면에 소정 조도의 굴곡면을 형성하고 그 굴곡면을 따라 촉매층을 형성하는 것임을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 단계(a)는,
    베이스 기판 상에 소정 조도의 굴곡면을 형성하고,
    상기 베이스 기판의 굴곡면 위에 실질적으로 동일한 굴곡면을 가지도록 캐소오드 전극을 형성하고,
    상기 캐소오드 전극의 굴곡면 위에 촉매층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 단계(a)는,
    베이스 기판 상에 소정 조도의 굴곡면을 가지는 유전체층을 형성하고,
    상기 유전체층의 굴곡면 위에 실질적으로 동일한 굴곡면을 가지도록 캐소오드 전극을 형성하고,
    상기 캐소오드 전극의 굴곡면 위에 촉매층을 형성하는 것임을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촉매층을 형성하는 단계는,
    상기 캐소오드 전극을 형성한 후에,
    상기 캐소오드 전극의 상측에 제1절연체층에 의해 절연되고, 상기 캐소오드 전극과 교차하는 방향으로 배치되는 게이트 전극을 형성하고,
    상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극이 교차하는 위치에서 상기 게이트 전극 및 상기 제1절연체층을 일부 식각하여 상기 캐소오드 전극이 일부 노출되도록 전자 방출원 홀을 형성하고,
    상기 전자 방출원 홀 내에 노출된 캐소오드 전극의 굴곡면 위에 촉매층을 형성하는 것임을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  10. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촉매층을 형성하는 단계는,
    상기 캐소오드 전극을 형성한 후에,
    상기 캐소오드 전극의 상측에 제1절연체층에 의해 절연되고, 상기 캐소오드 전극과 교차하는 방향으로 배치되는 게이트 전극을 형성하고,
    상기 게이트 전극의 상측에 제2절연체층에 의해 절연되고, 상기 게이트 전극이 연장된 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 배치되는 집속 전극을 형성하고,
    상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극이 교차하는 위치에서 상기 게이트 전극, 상기 제1절연체층, 상기 집속 전극 및 상기 제2절연체층을 일부 식각하여 상기 캐소오드 전극이 일부 노출되도록 전자 방출원 홀을 형성하고,
    상기 전자 방출원 홀 내에 노출된 캐소오드 전극의 굴곡면 위에 촉매층을 형성하는 것임을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 단계(b)는 CVD 직접 성장법에 의해 전자 방출 물질을 성장시키는 것임을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
KR1020060009819A 2006-02-01 2006-02-01 전자 방출 소자 및 그 제조 방법 KR20070079251A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060009819A KR20070079251A (ko) 2006-02-01 2006-02-01 전자 방출 소자 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060009819A KR20070079251A (ko) 2006-02-01 2006-02-01 전자 방출 소자 및 그 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20070079251A true KR20070079251A (ko) 2007-08-06

Family

ID=38599928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060009819A KR20070079251A (ko) 2006-02-01 2006-02-01 전자 방출 소자 및 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20070079251A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7999453B2 (en) Electron emitter and a display apparatus utilizing the same
KR20070105489A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법
KR101117692B1 (ko) 전자 방출 표시 소자
KR20070106231A (ko) 전자 방출원 형성용 조성물, 이를 이용하는 전자 방출원의제조 방법, 이 방법에 의해 제조된 전자 방출원 및 전자방출 소자
US20080278062A1 (en) Method of fabricating electron emission source, electron emission device, and electron emission display device including the electron emission device
KR20070079251A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법
US7687982B2 (en) Electron emission device, electron emission display device including the electron emission device, and method of driving the electron emission device
KR20060114865A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법
KR20070046606A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법
US20090134766A1 (en) Electron emission source, electron emission device, electron emission type backlight unit and electron emission display device
US20090310333A1 (en) Electron emission device, electron emission type backlight unit including the same, and method of manufacturing the electron emission device
KR100879472B1 (ko) 전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출형 백라이트 유닛및 그 제조 방법
KR20070079248A (ko) 전자 방출 소자
KR20100008706A (ko) 전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출형 백라이트 유닛및 그 제조 방법
KR20080082377A (ko) 전자 방출 표시 소자
KR20070105490A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법
KR20070046605A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법
KR20070079250A (ko) 전자 방출 소자
KR20070118784A (ko) 전자 방출 소자
KR20080082378A (ko) 전자 방출 소자 및 이를 구비한 전자 방출 표시 소자
KR20080023957A (ko) 전자 방출 소자 및 그 제조 방법
KR20090083074A (ko) 백라이트 유닛
KR20070111814A (ko) 전자 방출 소자
KR20070046625A (ko) 전자 방출 소자의 제조 방법
KR20070046607A (ko) 전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출 표시 소자 및 그구동 방법

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid