KR20060011668A

KR20060011668A - 전자 방출 소자와 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20060011668A
Application number: KR1020040060606A
Authority: KR
Inventors: 김유종
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2006-02-03
Also published as: US20060022577A1; CN1728323A; CN100470712C; JP2006049290A

Abstract

본 발명은 집속 전극을 지지하는 절연층이 높은 종횡비의 개구부를 갖도록 하여 전자빔 집속 효율을 높이고, 고해상도 구현에 유리한 전자 방출 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과; 제1 기판 위에 형성되는 캐소드 전극들과; 캐소드 전극과 전기적으로 연결되는 전자 방출부들과; 제1 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극들 위에 형성되는 게이트 전극들과; 제2 절연층을 사이에 두고 제1 절연층 및 게이트 전극들 위에 형성되는 집속 전극을 포함하며, 제1 절연층, 게이트 전극들, 제2 절연층 및 집속 전극은 전자 방출부들이 제1 기판 상에 노출되도록 하는 각각의 개구부를 형성하고, 제1 절연층을 향한 제2 절연층의 일면에서 측정되는 개구부 크기가 제2 절연층을 향한 제1 절연층의 일면에서 측정되는 개구부 크기보다 작은 전자 방출 소자를 제공한다.

전자방출소자, 캐소드전극, 게이트전극, 절연층, 식각률, 개구부, 집속전극, 전자방출부

Description

전자 방출 소자와 이의 제조 방법 {ELECTRON EMISSION DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

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

도 2는 도 1의 조립 상태를 나타내는 전자 방출 소자의 부분 단면도이다.

도 3은 도 2의 부분 확대도이다.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 각 단계에서의 개략도이다.

본 발명은 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자빔 집속을 위해 제공되는 집속 전극과, 집속 전극을 지지하는 절연층의 구조를 개선한 전자 방출 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 소자는 전자원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다. 이 가운데 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는 FEA(Field Emitter Array)형, SCE(Surface Conduction Emitter)형, MIM(Metal- Insulator-Metal)형, MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)형 및 BSE(Ballistic electron Surface Emitter)형 전자 방출 소자 등이 알려져 있다.

상기한 전자 방출 소자들은 그 종류에 따라 세부적인 구조가 상이하지만, 기본적으로는 진공 용기를 구성하는 두 기판 중 일측 기판에 전자 방출부와 전자 인출 전극을 포함하는 전자 방출 구조물을 형성하며, 타측 기판에 형광층과 전자 가속 전극을 구비하여 소정의 발광 또는 표시 작용을 하게 된다.

상기 전자 방출 소자에 있어서, 전자빔 경로를 목적하는 방향으로 유도하여 소자 특성을 향상시키려는 노력이 있어왔다. 예를 들어 제1 기판 측에서 방출된 전자들이 제2 기판에 마련된 형광층에 충돌하여 이를 발광시킬 때, 제1 기판 측에서 방출된 전자들이 퍼지며 진행하는 경우에는 목적하는 형광층을 온전하게 발광시킬 수 없게 된다.

따라서 전자빔 제어를 위한 수단의 하나로 집속 전극이 제안되었다. 집속 전극은 전자 방출부를 둘러싸며 전자 방출 구조물의 최상부에 위치한다. 이 때, 전자 방출 구조물과 전자 인출 전극 사이에 절연층이 형성되어 전자 인출 전극과 집속 전극간 통전을 방지하고, 집속 전극이 전자 방출부에 대해 일정한 높이를 확보하도록 하는 역할을 한다.

상기 절연층과 집속 전극에는 전자 방출부가 기판 상에서 노출되도록 하는 각각의 개구부가 형성되어 전자빔 이동 경로를 제공한다. 이로써 전자 방출부에서 방출된 전자들은 절연층과 집속 전극의 개구부를 통과하면서 집속 전극 전위에 의해 발산각이 작아지는 방향으로 힘을 받아 집속이 이루어진다.

그런데 상기 집속 전극과 절연층을 구비한 전자 방출 소자에 있어서, 절연층에 개구부를 형성할 때 주로 습식 식각 공정이 적용되고 있다. 습식 식각은 식각액에 피식각체를 담가 에칭하는 것으로서, 등방성 에칭 특성을 가지기 때문에 절연층을 큰 깊이로 식각할수록 개구부 폭이 커지는 문제가 있다. 즉, 습식 식각으로는 높은 종횡비의 개구부를 형성하는데 어려움이 있다. 여기에서 종횡비는 개구부 폭에 대한 높이의 비를 의미한다.

특히 공지의 FEA형 전자 방출 소자에서와 같이, 전자 방출부가 캐소드 전극 위에 형성되고, 제1 절연층과 게이트 전극이 전자 방출부가 노출되도록 하는 각각의 개구부를 가지면서 캐소드 전극 위에 형성되고, 제1 절연층과 게이트 전극 위에 제2 절연층과 집속 전극이 형성되는 경우, 습식 식각 공정을 통해 제2 절연층과 제1 절연층의 개구부를 순차적으로 형성하는 과정에서, 제2 절연층에 개구부가 형성된 이후에도 제1 절연층의 개구부가 완성될 때까지 제2 절연층은 식각액에 의해 지속적인 식각이 이루어진다. 따라서 제2 절연층은 제1 절연층의 개구부보다 큰 폭의 개구부를 형성하게 된다.

그 결과, 종래의 전자 방출 소자는 고 집적화에 어려움이 있어 해상도를 높이는데 한계가 있으며, 전자빔 경로에 대해 집속 전극이 멀리 위치하게 되어 전자빔 집속 효율이 저하되는 문제가 있다. 더욱이 전자 방출부에 대해 집속 전극의 높이를 크게 할수록 전자빔 집속 효율이 우수해지나, 전술한 바와 같이 제2 절연층에 높은 종횡비의 개구부를 형성하기 힘든 공정 특성상 전자빔 집속 효율을 높이는데 한계가 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 집속 전극을 지지하는 절연층이 높은 종횡비의 개구부를 갖도록 하여 전자빔 집속 효율을 높이고, 고해상도 구현에 유리한 전자 방출 소자 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판 위에 형성되는 캐소드 전극들과, 캐소드 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들과, 제1 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극들 위에 형성되는 게이트 전극들과, 제2 절연층을 사이에 두고 제1 절연층 및 게이트 전극들 위에 형성되는 집속 전극을 포함하며, 제1 절연층, 게이트 전극들, 제2 절연층 및 집속 전극은 전자 방출부들이 제1 기판 상에 노출되도록 하는 각각의 개구부를 형성하고, 제1 절연층을 향한 제2 절연층의 일면에서 측정되는 개구부 크기가 제2 절연층을 향한 제1 절연층의 일면에서 측정되는 개구부 크기보다 작은 전자 방출 소자를 제공한다.

상기 제1 절연층을 향한 제2 절연층의 일면에서 측정되는 개구부 크기는 게이트 전극의 개구부 크기보다 작게 형성될 수 있다.

상기 제1 절연층의 개구부와 제2 절연층의 개구부는 제1 기판의 두께 방향을 따라 폭이 변화하며, 제2 절연층 개구부의 최소 폭이 제1 절연층 개구부의 최대 폭보다 작게 형성될 수 있다.

상기 제2 절연층 개구부의 최대 폭과 최소 폭은 각각 제1 절연층 개구부의 최대 폭 및 최소 폭보다 작게 형성될 수 있으며, 제2 절연층 개구부의 최대 폭은 게이트 전극의 개구부 폭보다 작거나 같은 크기로 형성될 수 있다.

상기 제2 절연층과 집속 전극의 개구부는 제1 절연층 및 게이트 전극들의 개구부와 일대일로 대응 배치될 수 있다.

상기 제2 절연층은 제1 절연층보다 작은 식각률을 가지며, 제1 절연층 식각률의 1/3배보다 작거나 같은 식각률을 가질 수 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

기판 위에 캐소드 전극들을 형성하는 단계와, 캐소드 전극들을 덮으면서 기판 전체에 제1 절연층을 형성하는 단계와, 제1 절연층 위에 개구부를 갖는 게이트 전극들을 형성하는 단계와, 제1 절연층과 게이트 전극들 위에 제1 절연층보다 작은 식각률을 갖는 절연 물질로 제2 절연층을 형성하는 단계와, 제2 절연층 위에 개구부를 갖는 집속 전극을 형성하는 단계와, 집속 전극과 게이트 전극들을 마스크로 사용하여 제2 절연층과 제1 절연층을 습식 식각함으로써 제2 절연층에 개구부를 형성함과 아울러 제1 절연층에 제2 절연층 개구부보다 크거나 같은 크기의 개구부를 형성하는 단계와, 개구부 내로 캐소드 전극들 위에 전자 방출부를 형성하는 단계를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법을 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자의 부분 분해 사시도이 고, 도 2는 도 1의 조립 상태를 나타내는 전자 방출 소자의 부분 단면도이며, 도 3은 도 2의 부분 확대도이다.

도면을 참고하면, 전자 방출 소자는 진공의 내부 공간을 사이에 두고 서로 평행하게 배치되는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 포함한다. 상기 기판들 중 제1 기판(2)에는 전자 방출을 위한 구조물이 제공되고, 제2 기판(4)에는 전자에 의해 가시광을 방출하는 발광부가 제공된다.

보다 구체적으로, 제1 기판(2) 위에는 소정의 패턴, 가령 스트라이프 형상을 취하는 캐소드 전극들(6)이 서로간 임의의 간격을 두고 제1 기판(2)의 일방향(도면의 y축 방향)을 따라 복수로 형성되고, 캐소드 전극들(6)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 제1 절연층(8)이 형성된다. 제1 절연층(8) 위에는 게이트 전극들(10)이 서로간 임의의 간격을 두고 캐소드 전극(6)과 교차하는 방향(도면의 x축 방향)을 따라 복수로 형성된다.

본 실시예에서 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극(6) 위로 각각의 화소 영역마다 적어도 하나의 전자 방출부(12)가 형성된다. 그리고 제1 절연층(8)과 게이트 전극(10)에는 전자 방출부(12)에 대응하는 각각의 개구부(8a, 10a)가 형성되어 제1 기판(2) 상에 전자 방출부(12)가 노출되도록 한다.

상기 전자 방출부(12)는 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 카본계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어질 수 있다. 전자 방출부(12)로 사용 바람직한 물질로는 카본 나노튜브, 그라파이트(graphite), 그라파이트 나노파 이버, 다이아몬드상 카본, C₆₀, 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질이 있다.

상기 게이트 전극(10)과 제1 절연층(8) 위로 제2 절연층(14)과 집속 전극(16)이 형성된다. 제2 절연층(14)과 집속 전극(16)에도 제1 기판(2) 상에 전자 방출부(12)가 노출되도록 하는 각각의 개구부(14a, 16a)가 형성되는데, 집속 전극(16a)은 각 전자 방출부(12)에서 방출되는 전자빔 경로를 둘러싸 빔집속 효율을 높일 수 있도록 각 전자 방출부(12)에 대응하는 개구부(16a)를 형성할 수 있다. 즉, 본 실시예에서 제2 절연층과 집속 전극 개구부(14a, 16a)는 제1 절연층 및 게이트 전극 개구부(8a, 10a)와 일대일로 대응 배치되는 구조를 이룬다.

도면에서는 집속 전극(16)이 제1 기판(2) 전체에 형성되는 경우를 나타내었으나, 집속 전극(16)은 임의의 패턴으로 구분되어 복수개로 구비될 수 있으며, 이 경우에도 제2 절연층(14)과 집속 전극(16)에는 전술한 것과 동일한 개구부(14a, 16a)가 형성되어 제1 기판(2) 상에 전자 방출부(12)가 노출되도록 한다.

여기서, 본 실시예의 전자 방출 소자는 제1 절연층(8)을 향한 제2 절연층(14)의 일면에서 측정되는 개구부(14a) 크기가 제2 절연층(14)을 향한 제1 절연층(8)의 일면에서 측정되는 개구부(8a) 크기보다 작은 구조를 제공한다. 특히 본 실시예에서 제1 절연층(8)을 향한 제2 절연층(14)의 일면에서 측정되는 개구부(14a) 크기는 게이트 전극(10)의 개구부(10a)보다 작은 크기로 형성된다.

이로써 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)간 전위 차에 의해 전자 방출부(12) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자가 방출되어 나갈 때, 제2 절연층(14) 에 의해 전자들이 제2 기판(4)을 향해 진행하는 빔통과 부위가 좁아지게 되고, 집속 전극(16)이 전자빔 이동 경로와 근접하여 이를 둘러싸는 구조를 이룬다.

상기 제1 절연층(8)의 개구부(8a)와 제2 절연층(14)의 개구부(14a)는 습식 식각 공정을 통해 완성될 수 있다. 이 경우, 습식 식각의 등방성 에칭 특성으로 인해 두 절연층(8, 14)의 개구부(8a, 14a)는 제1 기판(2)으로부터 멀어질수록 그 폭이 점진적으로 커지는 경사를 형성하게 된다.

이와 같이 두 절연층(8, 14)의 개구부(8a, 16a)가 임의의 경사를 가지며 형성되는 경우, 제2 절연층 개구부(14a)의 최소 폭(W1)은 제1 절연층 개구부(8a)의 최대 폭(W4)보다 작게 형성된다. 또한 제2 절연층 개구부(14a)의 최대 폭(W2)과 최소 폭(W1)은 각각 제1 절연층 개구부(8a)의 최대 폭(W4) 및 최소 폭(W3)보다 작게 형성되며, 제2 절연층 개구부(14a)의 최대 폭(W2)은 게이트 전극 개구부(10a)의 폭(W5)보다 작거나 같게 형성되어 제2 절연층(14)의 개구부(14a) 전체가 게이트 전극(10)의 개구부(10a)보다 작거나 같은 폭을 가지도록 한다(W1 내지 W5 표시는 도 3 참고).

상기 제1 절연층(8)과 제2 절연층(14)은 임의의 식각액에 대해 서로 다른 식각률을 갖는 물질로 이루어지며, 이 경우 한번의 식각 공정으로 전술한 형상 특성을 만족하는 개구부(8a, 14a)를 얻을 수 있다. 이를 위해 제2 절연층(14)이 제1 절연층(8)보다 작은 식각률을 가지며, 바람직하게 제2 절연층(14)의 식각률은 제1 절연층(8) 식각률의 1/3배 이하로 이루어진다. 제1 절연층(8)과 제2 절연층(14)의 식각률 차이가 클수록 제1 절연층(8)의 개구부(8a)와 비교하여 제2 절연층(14)에 보 다 작은 크기의 개구부(14a)를 형성할 수 있다.

다음으로, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 형광층(18), 예를 들어 적색과 녹색 및 청색의 형광층이 임의의 간격을 두고 형성되고, 형광층(18) 사이로 화면의 컨트라스트 향상을 위한 흑색층(20)이 형성될 수 있다. 형광층(18)과 흑색층(20) 위로는 증착에 의한 금속막(예를 들어 알루미늄막)으로 이루어지는 애노드 전극(22)이 형성된다. 애노드 전극(22)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 전압을 인가받으며, 메탈 백(metal back) 효과에 의해 화면의 휘도를 높이는 역할을 한다.

한편, 애노드 전극은 금속막이 아닌 투명한 도전막, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide)막으로 이루어질 수 있다. 이 경우 제2 기판(4) 위로 투명한 애노드 전극(도시하지 않음)을 먼저 형성하고, 그 위에 형광층(18)과 흑색층(20)을 형성하며, 필요에 따라 형광층(18)과 흑색층(20) 위에 금속막을 형성하여 화면의 휘도를 높이는데 이용할 수 있다. 이러한 애노드 전극은 제2 기판(4) 전체에 형성되거나, 소정의 패턴으로 구분되어 복수개로 형성될 수 있다.

참고로, 도 2에서 인용 부호 24는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 사이 간격을 일정하게 유지시키는 스페이서를 나타낸다.

이와 같이 구성되는 전자 방출 소자는, 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)에 소정의 구동 전압을 인가하면, 두 전극간 전압 차에 의해 전자 방출부(12) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자가 방출되고, 방출된 전자들은 집속 전극(16)에 인가된 전압, 예를 들어 수십 볼트의 (-)전압에 의해 발산각이 작아지는 방향으로 힘 을 받아 집속되며, 애노드 전극(22)에 인가된 고전압에 이끌려 제2 기판(4)으로 향하면서 해당 화소의 형광층(18)에 충돌하여 이를 발광시킨다.

상기한 구동 과정에서, 본 실시예의 전자 방출 소자는 좁아진 제2 절연층(14)의 개구부(14a)에 의해 전자 방출부(12)에서 방출된 전자들 중 퍼지며 진행하는 전자들이 제2 절연층(14)에 의해 일정 부분 차단되어 빔 직진성을 높일 수 있으며, 제2 절연층(14)의 개구부(14a)를 통과한 전자들은 전자빔 경로 상에 근접하여 위치하는 집속 전극(16)에 의해 강한 집속력을 인가받아 전자빔 집속 효율이 높아지는 장점이 예상된다.

다음으로 도 4a 내지 도 4e를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법에 대해 설명한다.

먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이 제1 기판(2) 위에 제1 기판(2)의 일방향을 따라 캐소드 전극(6)을 형성하고, 캐소드 전극(6)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 제1 절연층(8)을 형성한다. 제1 절연층(8)은 스크린 인쇄와 건조 및 소성 과정을 수회 반복하여 대략 5~30㎛ 두께로 형성할 수 있다. 그리고 제1 절연층(8) 위에 캐소드 전극(6)과 교차하는 방향을 따라 게이트 전극(10)을 형성하는데, 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 교차 영역, 즉 화소 영역마다 게이트 전극(10) 내부에 적어도 하나의 개구부(10a)를 함께 형성한다.

이어서 도 4b에 도시한 바와 같이, 제1 절연층(8)과 게이트 전극(10) 위로 제2 절연층(14)을 형성한다. 제2 절연층(14) 또한 스크린 인쇄와 건조 및 소성 과정을 수회 반복하여 대략 5~30㎛ 두께로 형성할 수 있다. 그리고 제2 절연층(14) 위에 도전 물질을 코팅하고 이를 패터닝하여 개구부(16a)를 갖는 집속 전극(16)을 형성한다.

상기 제1 절연층(8)과 제2 절연층(14)은 임의의 식각액에 대해 서로 다른 식각률을 갖는 물질로 형성하며, 바람직하게 제1 절연층(8) 식각률의 1/3배 이하의 식각률을 갖는 물질로 제2 절연층(14)을 형성한다.

다음으로 도 4c와 도 4d에 도시한 바와 같이, 집속 전극(16)과 게이트 전극(10)을 마스크로 사용하여 한번의 습식 식각 공정을 통해 제2 절연층(14)과 제1 절연층(8)을 식각한다.

먼저, 도 4c에 도시한 바와 같이 집속 전극 개구부(16a)에 의해 노출된 제2 절연층(14) 부위를 습식 식각한다. 이 과정에서 습식 식각의 등방성 에칭 특성으로 인해 제2 절연층(14)의 개구부(14a)는 임의의 경사를 가지게 된다. 이어서 도 4d에 도시한 바와 같이, 제2 절연층(14)의 개구부(14a)가 제1 절연층(8)에 이르러 제1 절연층(8) 표면이 노출되면, 제1 절연층(8)이 식각되어 개구부(8a)가 형성된다. 이 과정에서, 전술한 제1 절연층(8)과 제2 절연층(14)의 식각률 차이로 인해 제1 절연층(8)이 제2 절연층(14)보다 많은 양이 식각으로 제거되어 제1 절연층(8)의 개구부(8a)가 제2 절연층(14)의 개구부(14a)보다 큰 폭을 가지게 된다.

따라서 제2 절연층(14)과 집속 전극(16)은 제1 절연층(8)의 개구부(8a)보다 작은 개구부(14a, 16a)를 가지며, 제2 절연층 개구부(14a)의 최소 폭이 게이트 전극 개구부(10a)의 폭보다 작게 형성될 수 있다. 상기 제1 절연층(8)과 제2 절연층(16)의 식각률 차이를 크게 할수록 제1 절연층 개구부(8a)와 제2 절연층 개구부 (14a)의 크기 차이를 크게 할 수 있다.

다음으로, 제1 절연층 개구부(8a)에 의해 노출된 캐소드 전극(6) 위로 전자 방출부를 형성한다. 전자 방출부를 형성하는 과정은 일례로 도 4e에 도시한 바와 같이, ①분말 상의 전자방출 물질에 비히클과 바인더 등의 유기물과 감광성 물질을 혼합하여 인쇄에 적합한 점도를 갖는 페이스트 상의 전자방출 물질을 형성하고, ②제1 기판(2) 상 구조물의 최상부에 전자방출 물질을 임의의 두께로 스크린 인쇄하고(점선 표시 참고), ③제1 기판(2)의 후면에 개구부(26a)를 갖는 노광 마스크(26)를 배치하고, ④제1 기판(2)의 후면을 통해 자외선을 조사하여 전자방출 물질을 선택적으로 경화시키고, ⑤경화되지 않은 전자방출 물질을 제거한 다음, 건조 및 소성하는 과정이 적용될 수 있다.

상기와 같이 제1 기판(2)의 후면을 통해 노광을 진행하면, 캐소드 전극(6)에 대한 전자 방출부(12)의 접착력이 우수해지고, 정교한 패터닝이 가능해진다. 이 때, 제1 기판(2)은 투명 기판으로 형성하고, 캐소드 전극(6)은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전막으로 형성한다.

이와 같이 본 실시예의 제조 방법에 따르면, 제1 절연층(8)의 개구부(8a)와 제2 절연층(14)의 개구부(14a)를 한번의 식각 공정을 통해 완성할 수 있으며, 별도의 패터닝 공정 없이도 제2 절연층(14)의 개구부(14a)를 제1 절연층(8)의 개구부(8a)보다 작거나 같게 형성할 수 있어 제조 공정을 용이하게 할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 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. 다시 말해, 상기에서는 전자 방출 소자로 FEA형 전자 방출 소자를 예로 하여 설명하였으나, 본 발명은 FEA형에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.

이와 같이 본 발명에 의한 전자 방출 소자는 전술한 제2 절연층과 집속 전극의 개구부 형상에 의해 전자빔 직진성을 높이고, 전자빔 집속 효율을 우수하게 확보할 수 있다. 따라서 본 발명의 전자 방출 소자는 화면의 색재현율을 높이는 등 화면 품질을 향상시키는 효과가 있으며, 전자 방출 구조물을 구성하는 각 요소들을 고집적으로 배치할 수 있어 고해상도 구현에 유리한 효과가 있다.

Claims

서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과;

상기 제1 기판 위에 형성되는 캐소드 전극들과;

상기 캐소드 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들과;

제1 절연층을 사이에 두고 상기 캐소드 전극들 위에 형성되는 게이트 전극들; 및

제2 절연층을 사이에 두고 상기 제1 절연층 및 게이트 전극들 위에 형성되는 집속 전극을 포함하며,

상기 제1 절연층, 게이트 전극들, 제2 절연층 및 집속 전극은 상기 전자 방출부들이 제1 기판 상에 노출되도록 하는 각각의 개구부를 형성하고,

상기 제1 절연층을 향한 제2 절연층의 일면에서 측정되는 개구부 크기가 상기 제2 절연층을 향한 제1 절연층의 일면에서 측정되는 개구부 크기보다 작은 전자 방출 소자.
제1항에 있어서,

상기 제1 절연층을 향한 제2 절연층의 일면에서 측정되는 개구부 크기가 상기 게이트 전극의 개구부 크기보다 작은 전자 방출 소자.
제1항에 있어서,

상기 제1 절연층의 개구부와 상기 제2 절연층의 개구부가 상기 제1 기판의 두께 방향을 따라 폭이 변화하고, 상기 제2 절연층 개구부의 최소 폭이 상기 제1 절연층 개구부의 최대 폭보다 작게 형성되는 전자 방출 소자.
제3항에 있어서,

상기 제2 절연층 개구부의 최대 폭과 최소 폭이 각각 상기 제1 절연층 개구부의 최대 폭 및 최소 폭보다 작게 형성되는 전자 방출 소자.
제3항에 있어서,

상기 제2 절연층 개구부의 최대 폭이 상기 게이트 전극의 개구부 폭보다 작거나 같은 크기로 형성되는 전자 방출 소자.
제1항에 있어서,

상기 제2 절연층과 집속 전극의 개구부가 상기 제1 절연층 및 게이트 전극들의 개구부와 일대일로 대응 배치되는 전자 방출 소자.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 절연층이 상기 제1 절연층보다 작은 식각률을 가지는 전자 방출 소자.
제7항에 있어서,

상기 제2 절연층의 식각률이 상기 제1 절연층 식각률의 1/3배보다 작거나 같은 전자 방출 소자.
제1항에 있어서,

상기 전자 방출부가 카본 나노튜브, 그라파이트, 그라파이트 나노파이버, 다이아몬드상 카본, C₆₀, 실리콘 나노와이어 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 전자 방출 소자.
제1항에 있어서,

상기 제2 기판 위에 형성되는 적어도 하나의 애노드 전극과, 애노드 전극의 어느 일면에 형성되는 형광층을 더욱 포함하는 전자 방출 소자.
(a) 기판 위에 캐소드 전극들을 형성하는 단계와;

(b) 상기 캐소드 전극들을 덮으면서 상기 기판 전체에 제1 절연층을 형성하는 단계와;

(c) 상기 제1 절연층 위에 개구부를 갖는 게이트 전극들을 형성하는 단계와;

(d) 상기 제1 절연층과 게이트 전극들 위에 제1 절연층보다 작은 식각률을 갖는 절연 물질로 제2 절연층을 형성하는 단계와;

(e) 상기 제2 절연층 위에 개구부를 갖는 집속 전극을 형성하는 단계와;

(f) 상기 집속 전극과 게이트 전극들을 마스크로 사용하여 상기 제2 절연층과 제1 절연층을 습식 식각함으로써 제2 절연층에 개구부를 형성함과 아울러 제1 절연층에 제2 절연층 개구부보다 크거나 같은 크기의 개구부를 형성하는 단계; 및

(g) 상기 개구부 내로 캐소드 전극들 위에 전자 방출부를 형성하는 단계

를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 제2 절연층을 형성할 때, 상기 제1 절연층 식각률의 1/3배보다 작거나 같은 식각률을 갖는 물질로 형성하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 게이트 전극들과 집속 전극을 형성할 때, 게이트 전극의 개구부와 집속 전극의 개구부가 일대일로 대응 배치되도록 형성하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 전자 방출부를 형성할 때, 상기 기판 상의 구조물 위로 페이스트 상의 감광성 전자방출 물질을 도포하고, 노광을 통해 전자방출 물질의 일부를 선택적으로 경화시키고, 경화되지 않은 전자방출 물질을 제거한 다음, 건조 및 소성하는 과정들을 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법.