JP4382790B2 - 電子放出ディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は電子放出ディスプレイに係り、より詳しくは、電子放出部から放出された電子ビームを集束する集束電極が改善された電子放出ディスプレイに関するものである。

一般的に、電子放出素子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｍｅｎｔ）は、電子源の種類によって熱陰極（ｈｏｔ ｃａｔｈｏｄｅ）を利用する方式と、冷陰極（ｃｏｌｄ ｃａｔｈｏｄｅ）を利用する方式とに分類することができる。

ここで、冷陰極を利用する方式の電子放出素子には、電界放出アレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ａｒｒａｙ；ＦＥＡ）型、表面電導エミッション（Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ；ＳＣＥ）型、金属−絶縁層−金属（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ；ＭＩＭ）型、及び金属−絶縁層−半導体（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；ＭＩＳ）型などが知られている。

この中でＦＥＡ型電子放出素子は、電子放出部と、この電子放出部の電子放出を制御する駆動電極として、一つのカソード電極と一つのゲート電極を備え、電子放出部の構成物質として仕事関数が低いか又は縦横比が大きい物質、例えば、モリブデン（Ｍｏ）又はシリコン（Ｓｉ）などを主材質にする先端の尖っているチップ構造物や、炭素ナノチューブと黒鉛及びダイアモンド状カーボンのような炭素系物質を使用して、真空中で電界によって容易に電子が放出される原理を利用する。

一方、電子放出素子は、一つの基板にアレイを成して形成されて電子放出デバイスを構成し、電子放出デバイスは、蛍光層とアノード電極などからなる発光ユニットが備えられた他の基板と結合して、電子放出ディスプレイ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ）を構成する。

つまり、通常の電子放出デバイスは、電子放出部と共に、走査電極とデータ電極で機能する複数の駆動電極を備えて、電子放出部と駆動電極の作用により画素別電子放出のオン／オフと電子放出量を制御する。そして、電子放出ディスプレイは、電子放出部から放出した電子により蛍光層を励起させて、所定の発光又は表示作用を果たす。

電子放出ディスプレイは、真空容器を構成する両基板の間隔を維持させるように、内部に多数のスペーサを備える。このスペーサは、電子の流れが持続的に発生する真空の内部空間に露出されて、電子放出部から放出される電子と衝突してチャージングされる。

チャージングされたスペーサは、電子放出部から放出される電子を一側に押したり引き寄せて電子ビームの経路を歪曲させ、そのために蛍光層の非発光領域を増加させる。

このようなスペーサによる電子ビームの歪曲現象を防止するために、スペーサ表面にコーティング層を付加したり、スペーサと電極とを連結する構造が開示されたことがあるが、これは、スペーサにチャージングされた電荷を電極を通して外部に放電（ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｅ）させる構造である。

しかし、このようなスペーサは、電極との接触不良などによってチャージングされた電荷を効率的に放電させるには限界があり、そのために電子ビームの直進性を確保することが難しい。

したがって、本発明はこのような問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、電子ビーム周囲の等電位線を変化させて、スペーサのチャージングによる電子ビームの走査歪曲現象を補償できる電子放出ディスプレイを提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明の実施例による電子放出ディスプレイは、互いに対向配置される第１基板及び第２基板と、前記第１基板上に提供される駆動電極と、前記駆動電極によって制御される電子放出部と、前記電極と絶縁して前記駆動電極上に位置し、電子ビーム通過のための開口部を形成する集束電極と、前記第２基板の一面に形成される蛍光層と、前記蛍光層のある一面に形成されるアノード電極と、及び前記第１基板と前記第２基板の間隔を維持させる複数のスペーサとを含み、前記集束電極は、ポテンシャルウエルを形成する電位制御部を備え、前記電位制御部とスペーサが、前記開口部を隔てて互いに対応する位置に配置される。

また、前記電位制御部は、前記集束電極の一部を除去することによって形成されることができる。

また、前記電位制御部は、前記集束電極の下部に形成された絶縁層を前記真空容器の内部空間に露出させるまた他の開口部からなることができる。

また、前記集束電極は単一の本体からなり、この時、前記スペーサは前記集束電極上に位置することができる。

また、前記スペーサは壁体型に形成されることができ、この時、前記電位制御部は、前記スペーサの長さ方向に沿って一体に形成されたり、その長さ方向に沿って少なくとも二つ以上に分離形成されることができる。

本発明の実施例による電子放出ディスプレイは、集束電極にポテンシャルウエルを形成する電位制御部を備えることによって、スペーサのチャージングによって発生する電子ビームの歪曲現象を除去し、したがって、蛍光層の非発光領域を減らすことができるので、高画質の映像を実現することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例について本発明が属する技術分野にて通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。本発明は色々な相違した形態に実現でき、ここで説明する実施例に限られない。

図１は、本発明の一実施例による電子放出ディスプレイの部分分解斜視図であり、図２は、図１に示された電子放出ディスプレイの部分断面図であり、図３は、図１に示された電子放出デバイスの部分平面図である。

図面を参照すれば、本発明の一実施例による電子放出ディスプレイ１は、所定の間隔をおいて平行に対向配置される第１基板２と第２基板４を含む。第１基板２と第２基板４の周縁には密封部材（図示せず）が配置されて両基板を接合させ、内部空間がほぼ１０^−６ｔｏｒｒの真空度に排気されて、第１基板２と第２基板４及び密封部材が真空容器を構成する。

前記第１基板２の第２基板４との対向面には、電子放出素子がアレイを成して配置されて、第１基板２と共に電子放出デバイス１００を構成し、電子放出デバイス１００が第２基板４及び第２基板４に提供された発光ユニット２００と結合して、電子放出ディスプレイ１を構成する。

まず、第１基板２の上には、第１駆動電極であるカソード電極６が第１基板２の一方向（図１でｙ軸方向）に沿って帯状パターンに形成され、カソード電極６を覆いながら、第１基板２全体に第１絶縁層８が形成される。第１絶縁層８の上には、第２駆動電極であるゲート電極１０がカソード電極６と直交する方向（図１でｘ軸方向）に沿って帯状パターンに形成される。

前記カソード電極６とゲート電極１０の交差領域が単位画素を成し、カソード電極６の上に、各単位画素ごとに電子放出部１２が形成される。そして、第１絶縁層８とゲート電極１０には、各電子放出部１２に対応する開口部８２、１０２が形成されて、第１基板２上に電子放出部１２が露出されるようにする。

電子放出部１２は、真空中で電界が加えられると電子を放出する物質、例えば、炭素系物質又はナノメートルサイズの物質からなることができる。電子放出部１２は、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイアモンド状カーボン（ＤＬＣ）、フラーレン（Ｃ_６０）、シリコンナノワイヤー又はこれらの組み合わせ物質を含むことができる。

他方、電子放出部は、モリブデン（Ｍｏ）又はシリコン（Ｓｉ）などを主材質にする先端が尖っているチップ構造物からなることができる。

電子放出部１２は、各単位画素でカソード電極６とゲート電極１０のうちのいずれか一つの電極、例えば、カソード電極６の長さ方向に沿って一列に位置することができ、円形の平面形状を有するように形成されることができる。単位画素別電子放出部１２の配列形状と電子放出部１２の平面形状は示した例に限定されず、多様に変形可能である。

また、前記では、第１絶縁層８を隔ててゲート電極１０がカソード電極６の上部に位置する構造について説明したが、ゲート電極が第１絶縁層を隔ててカソード電極の下部に位置する構造も可能であり、この場合、電子放出部は、第１絶縁層の上でカソード電極の側面に形成されることができる。

そして、ゲート電極１０と第１絶縁層８の上に集束電極１４が形成される。集束電極１４の下部には第２絶縁層１６が位置して、ゲート電極１０と集束電極１４を絶縁させ、集束電極１４と第２絶縁層１６にも、電子ビーム通過のための開口部１４２、１６２が各々備えられる。

集束電極１４の開口部１４２は、単位画素ごとに一つずつ形成されて、集束電極１４が一つの単位画素から放出される電子を包括的に集束したり、各ゲート電極１０の開口部１０２ごとに一つずつ形成されて、各電子放出部１２から放出される電子を個別的に集束することができる。図面では、一例として前者の場合を示した。

また、集束電極１４は、第１基板２全体に単一の本体を成して形成されたり、所定のパターンに分けて複数に分離形成されることができる。

次に、第１基板２に対向する第２基板４の一面には、蛍光層１８、一例として赤色、緑色、及び青色の蛍光層１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂが互いに任意の間隔をおいて形成され、各蛍光層１８の間に、画面のコントラスト向上のための黒色層２０が形成される。蛍光層１８は、第１基板２に設定された単位画素ごとに一つの蛍光層１８が対応するように配置されることができる。

そして、蛍光層１８と黒色層２０の一面には、アルミニウム（Ａｌ）のような金属膜からなるアノード電極２２が形成される。アノード電極２２は、外部から電子ビームの加速に必要な高電圧の印加を受けて蛍光層１８を高電位状態に維持させ、蛍光層１８から放射された可視光の中、第１基板２に向かって放射された可視光を第２基板４側に反射させて、画面の輝度を高める。

一方、アノード電極は、金属膜でないインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のような透明導電膜からなることができる。この場合、アノード電極は、第２基板４に向かった蛍光層１８と黒色層２０の一面に位置する。また、アノード電極は、前述の透明導電膜と金属膜を同時に使用する構造も可能である。

そして、第１基板２と第２基板４との間には、真空容器に加えられる圧縮力を支持し、両基板の間隔を一定に維持させるスペーサ２４が配置される。スペーサ２４は、蛍光層１８を侵さないように黒色層２０に対応して位置する。スペーサ２４は、壁体型、円柱型などの多様な形状を有することができるが、図１では、一例として壁体型スペーサを示した。

本実施例で集束電極１４は、電子ビームの直進性を付与するように、ポテンシャルウエル（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｗｅｌｌ）を形成する電位制御部を備える。電位制御部は図１に示されているように、集束電極１４の一部が除去されて第２絶縁層１６を第１基板２の上に露出させるまた他の開口部１４４からなることができる。以下では、便宜上、電子ビーム通過のための開口部を第１開口部といい、電位制御部を構成する開口部を第２開口部という。

第２開口部１４４は、集束電極１４の表面に沿って形成される等電位線を、周囲より低い電位を有するように、第２基板４に向かって凹むように形成されたポテンシャルウエル（Ｅ）を形成する。このポテンシャルウエル（Ｅ）は、第２基板４に向かって進行する電子ビームを引き寄せて、直進できずにポテンシャルウエル（Ｅ）から遠くなろうとする電子ビームを引き寄せ、電子ビーム経路の直進性を向上させる機能をする。

第２開口部１４４は、第１開口部１４２を隔ててスペーサ２４と対応する位置に形成されることができる。これは２次電子放出などによって、例えば、陽電荷にチャージングされたスペーサ２４が第１開口部１４２を通過する電子ビームを引き寄せて電子ビームの経路を歪曲させること（図２の実線矢印方向状態のように電子ビームの経路が曲がった状態）を防止するためのである。つまり、第１開口部１４２を中心に、スペーサ２４と対向する位置にポテンシャルウエル（Ｅ）を形成して、スペーサ２４が第１開口部１４２を通過する電子ビームを引き寄せる力とポテンシャルウエル（Ｅ）によって引き寄せる力とが互いに均衡を成し、電子ビームの直進性（図２の点線矢印状態）を維持するようにする。

図３は、壁体型スペーサ２４の長さ方向に沿ってポテンシャルウエルが形成されるように、第２開口部１４４が一体に形成された例を示す。第２開口部１４４は図３に示されているように、長方形に形成されることができる。

図４は、本発明の他の実施例による電子放出デバイスの部分平面図であって、集束電極１４’の第２開口部１４６がスペーサ２４’の長さ方向に沿って多数分離形成されたことを示す。この時、第２開口部１４６は、第１開口部１４２’と互いに一対一対応しながら形成されることができる。

図５は、本発明のまた他の実施例による電子放出デバイスの部分平面図である。

図５を参照すれば、柱型、例えば、円柱型スペーサ２４”が配置された場合にも、集束電極１４”は前記壁体型スペーサ２４と同様に、第１開口部１４２”を中心に、円柱型スペーサ２４”と対応する位置に電位制御部である第２開口部１４８を備えることができる。

図４及び図５において、符号１２’、１２”は電子放出部を示す。

前述のように第２開口部の形状、位置、配列及び大きさは、スペーサの形状、チャージングされた電荷の種類、電子ビームの歪曲程度などによって多様に変更できる。

前記構成の電子放出ディスプレイは、外部からカソード電極６、ゲート電極１０、集束電極１４、及びアノード電極２２に、所定の電圧を供給して駆動する。

一例として、カソード電極６とゲート電極１０のうちのいずれか一方の電極が走査駆動電圧の印加を受けて走査電極として機能し、他方の電極がデータ駆動電圧の印加を受けてデータ電極として機能する。そして、集束電極１４は集束に必要な電圧、例えば、０Ｖ又は数乃至数十ボルトの陰の直流電圧の印加を受け、アノード電極２２は、電子ビーム加速に必要な電圧、例えば、数百乃至数千ボルトの陽の直流電圧の印加を受ける。

そうすれば、カソード電極６とゲート電極１０との間の電圧差が臨界値以上である単位画素で、電子放出部１２の周囲に電界が形成されて、これから電子が放出される。放出された電子は、集束電極１４の第１開口部１４２を通過しながら電子ビーム束の中心部に集束され、アノード電極２２に印加された高電圧に引き寄せられて、対応する単位画素の蛍光層１８に衝突することによってこれを発光させる。

前述の駆動過程において、スペーサ２４が陽電荷にチャージングされて第１開口部１４２を通過する電子ビームを引き寄せても、その反対側に第２開口部１４４、１４６、１４８がポテンシャルウエルを形成して電子ビームを引き寄せるので、スペーサ２４が作用する引力とポテンシャルウエルが作用する引力とが互いに相殺され、電子ビームはいずれか一方に偏らず、本来の電子ビーム経路を維持することができる。

本発明の実施例による電子放出ディスプレイは電界放出アレイ（ＦＥＡ）型に対してのみ適用されたが、これに限定されず、表面電導エミッション（ＳＣＥ）型、金属−絶縁層−金属（ＭＩＭ）型、及び金属−絶縁層−半導体（ＭＩＳ）型など、多様に適用される。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施するのが可能であり、これもまた本発明の範囲に属する。

本発明の一実施例による電子放出ディスプレイの部分分解斜視図である。 図１に示された電子放出ディスプレイの部分断面図である。 図１に示された電子放出デバイスの部分平面図である。 本発明の他の実施例による電子放出デバイスの部分平面図である。 本発明のまた他の実施例による電子放出デバイスの部分平面図である。

符号の説明

１ 電子放出ディスプレイ
２ 第１基板
４ 第２基板
６ カソード電極
８ 第１絶縁層
１０ ゲート電極
１２、１２’、１２” 電子放出部
１４、１４’、１４” 集束電極
１６ 第２絶縁層
１８ 蛍光層
２０ 黒色層
２２ アノード電極
２４、２４’、２４” スペーサ
８２、１０２、１４２、１４２’、１４２”、１４４、１４６、１４８、１６２ 開口部
１００ 電子放出デバイス
２００ 発光ユニット

Claims (13)

1. 互いに対向配置されて真空容器を構成する第１基板及び第２基板；
   前記第１基板上に提供される駆動電極；
   前記駆動電極によって制御される電子放出部；
   前記駆動電極と絶縁して前記駆動電極上に位置し、電子ビーム通過のための開口部を形成する集束電極；
   前記第２基板の一面に形成される蛍光層；
   前記蛍光層のある一面に形成されるアノード電極；及び
   前記第１基板と第２基板の間隔を維持させる複数のスペーサ；を含み、
   前記集束電極は、ポテンシャルウエルを形成する電位制御部を備え、
   前記電位制御部と前記スペーサが、前記開口部を隔てて互いに対応する位置に配置される電子放出ディスプレイ。
2. 前記電位制御部は、前記集束電極の一部が除去されることによって形成される、請求項１に記載の電子放出ディスプレイ。
3. 前記電位制御部は、前記集束電極の下部に形成された絶縁層を前記真空容器の内部空間に露出させるまた他の開口部からなる、請求項２に記載の電子放出ディスプレイ。
4. 前記集束電極は単一の本体からなり、
   前記スペーサが前記集束電極上に位置する、請求項３に記載の電子放出ディスプレイ。
5. 前記スペーサが壁体型に形成される、請求項３に記載の電子放出ディスプレイ。
6. 前記電位制御部が、前記スペーサの長さ方向に沿って一体に形成される、請求項５に記載の電子放出ディスプレイ。
7. 前記電位制御部が、前記スペーサの長さ方向に沿って少なくとも二つ以上に分離形成される、請求項５に記載の電子放出ディスプレイ。
8. 前記電位制御部が前記開口部と互いに一対一対応しながら形成される、請求項７に記載の電子放出ディスプレイ。
9. 前記スペーサが柱型に形成される、請求項３に記載の電子放出ディスプレイ。
10. 前記電位制御部が長方形に形成される、請求項３に記載の電子放出ディスプレイ。
11. 前記駆動電極が、前記絶縁層を隔てて互いに異なる層に位置しながら互いに交差する方向に沿って形成されるカソード電極とゲート前極を含み、
    前記電子放出部が、前記カソード電極と前記ゲート電極の交差領域ごとに、前記カソード電極上に形成される、請求項３に記載の電子放出ディスプレイ。
12. 前記開口部が、前記カソード電極とゲート電極の交差領域ごとに一つずつ形成される、請求項１１に記載の電子放出ディスプレイ。
13. 前記電子放出部が、炭素ナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイアモンド状炭素、フラーレン（Ｃ_６０）、及びシリコンナノワイヤーからなる群より選択された少なくとも一つの物質を含む、請求項１１に記載の電子放出ディスプレイ。

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