KR100649588B1

KR100649588B1 - 평판형 전계방출소자

Info

Publication number: KR100649588B1
Application number: KR1020050007592A
Authority: KR
Inventors: 강형동
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-11-27
Also published as: KR20060086698A

Abstract

본 발명은 전계방출소자에 관한 것으로서, 소정의 간격을 두고 대향하도록 배치된 상부기판 및 하부기판과, 상기 상부 및 하부기판이 일정한 간격을 유지하도록 양 기판 사이에 형성된 스페이서와, 상기 상부기판의 하면에 상기 스페이서의 간격에 따라 일정한 곡률을 갖는 오목구조로 형성되며, 그 하면에 형광체층이 형성된 애노드 전극과, 상기 하부기판 상에 형성되며, 상기 애노드 전극과 대향하도록 위치한 전계방출원을 갖는 캐소드 전극을 포함하는 평판형 전계방출소자를 제공한다.

전계방출표시소자(field emission display device), 스페이서(spacer), 오목구조(convex structure)

Description

평판형 전계방출소자{FLAT FIELD EMISSION DEVICE}

도1은 종래의 평판형 전계방출소자를 나타내는 단면도이다.

도2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 평판형 전계방출소자를 나타내는 단면도이다.

도3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 평판형 전계방출소자를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10,20,30: 전계방출소자 12,22,32: 하부기판

13,23,33: 상부기판 14,24,34: 캐소드 전극

15,25,35: 애노드 전극 16,26,36: 탄소나노튜브

17,27,37: 형광체층 19,29,39: 스페이서

본 발명은 평판형 전계방출소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 애노드 및 캐소드 플레이트 사이에 배치된 스페이서로 인한 흑점발생을 억제할 수 있는 새로운 구조의 전계방출소자에 관한 것이다.

일반적으로, 전계방출소자는 캐소드전극의 전자방출원으로부터 전자를 형광체층이 마련된 애노드전극으로 방출시키고, 방출된 전자가 형광체에 충돌하여 상기 형광체를 여기시킴으로써 발광하는 표시소자를 말하며, 주로 LCD용 백라이트유닛(back light unit:BLU) 또는 저전력 고효율 조명기구로 사용되고 있다.

이러한 전계방출소자는 2극관구조 또는 3극관구조가 있으며, 최근에 전계방출원으로서 탄소나노튜브가 각광을 받고 있다. 도1은 종래의 평판형 전계방출소자를 나타내는 단면도이다. 도1에 도시된 전계방출소자는 탄소나노튜브를 전계방출원으로 갖는 2극관구조를 예시한다.

도1에 도시된 바와 같이, 상기 평판형 전계방출소자(10)는, 소정의 간격을 두고 대향하도록 배치된 상부기판(13) 및 하부기판(12)과, 상기 두 기판(12,13)이 일정한 간격을 유지하도록 양 기판(12,13) 사이에 형성된 스페이서(19)를 포함한다.

상기 상부기판(13)의 하면에는 애노드 전극(15)이 형성되며, 상기 애노드 전극(15)의 하면에는 형광체층(17)이 형성된다. 상기 발광측면에 위치한 상기 상부기판(13)은 투명기판이며, 상기 애노드전극(15)은 ITO전극과 같은 투명전극일 수 있다. 상기 하부기판(12) 상에는 캐소드 전극(14)이 형성되며, 상기 캐소드 전극(14) 상에는 상기 애노드 전극(15)과 대향하도록 위치한 전계방출원(16)이 제공된다.

이러한 구조에서, 캐소드전극(14)과 애노드전극(15) 사이에 전압이 인가되면, 전계방출원인 탄소나노튜브(16)의 팁으로부터 전자가 방출하여 상기 형광체층과 충돌하고, 이를 여기시켜 상기 상부기판(13) 방향으로 빛을 발산하게 된다.

하지만, 상기 전계방출소자(10)는 상기 상하부기판(12,13) 사이에는 일정한 간격을 유지하기 위한 스페이서(19)가 배치되므로, 스페이서(19)의 면적에 해당하는 형광체층(17)영역에서는 불가피하게 빛을 발산하지 못하는 구조를 갖는다. 상기 소자(10)의 상부에서 관찰할 때에 스페이서(19)의 위치에서 다른 발광영역보다 어두운 흑점영역이 발생된다.

따라서, LCD용 백라이트유닛에서는 추가적인 확산판 및 도광판을 전계방출소자의 상면에 배치하여 균일한 빛의 발산을 도모하고 있으나, 현재까지 전계방출소자의 흑점발생과 관련한 근본적인 해결책은 제시된 바 없다.

흑점발생을 저감시키기 위한 다른 측면에서는, 스페이서면적을 감소시키거나 상하부기판의 간격을 좁게 설계함으로써 흑점영역을 최소화하는 방안을 고려해볼 수 있으나, 완전한 해결책이 되지 못할 뿐만 아니라, 오히려 소자의 구조적인 안정성이 취약해지는 불이익이 있다.

본 발명은 상술된 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 애노드 전극 구조를 개선하여 흑점이 발생되는 스페이서 상부에도 빛이 방출시킴으로써 전체 영역에 걸쳐 균일한 발광을 실현할 수 있는 평판형 전계방출소자를 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은,

소정의 간격을 두고 대향하도록 배치된 상부기판 및 하부기판과, 상기 상부 및 하부기판이 일정한 간격을 유지하도록 양 기판 사이에 형성된 스페이서와, 상기 상부기판의 하면에 상기 스페이서의 간격에 따라 일정한 곡률을 갖는 오목구조로 형성되며, 그 하면에 형광체층이 형성된 애노드 전극과, 상기 하부기판 상에 형성되며, 상기 애노드 전극과 대향하도록 위치한 전계방출원을 갖는 캐소드 전극을 포함하는 평판형 전계방출소자를 제공한다.

본 발명에 따른 오목구조의 애노드전극은 상기 상부기판을 상기 스페이서의 간격에 따라 일정한 곡률을 갖는 오목한 하면을 갖도록 형성하고, 상기 애노드 전극을 그 하면에 형성함으로써 용이하게 구현될 수 있다.

바람직하게, 상기 애노드전극의 오목구조를 정의하는 곡률은 상기 전자방출 원으로부터 상기 애노드전극으로 향하는 전자 방출각이 -30°∼ +30°범위가 되도록 설정한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 스페이서를 상기 상부 기판과 일체로 형성함으로써 상부기판과 하부기판의 정렬을 보다 용이하게 실현할 수 있다. 이 경우에, 상기 애노드 전극은 상기 스페이서가 형성되지 않은 상기 상부기판 하면영역에 형성된다. 상기 스페이서의 간격은 0.5∼10㎜범위일 수 있다.

본 발명은 2극구조 또는 3극구조의 전계방출소자에서도 유익하게 고려될 수 있으며, 전계방출원의 종류에 관계없이 다양한 형태의 전계방출소자에 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 전계방출원이 탄소나노튜브이며, 상기 애노드전극이 상기 탄소나노튜브를 갖는 도금층인 전계방출소자에서도 유익하게 적용될 수 있다.

도2와 같이, 상기 평판형 전계방출소자(20)는, 일정한 간격을 갖는 상부기판(23) 및 하부기판(22)과, 상기 두 기판(22,23)의 간격을 유지하기 위한 스페이서(29)를 포함한다.

상기 하부기판(22) 상에는 캐소드 전극(24)이 형성되며, 상기 캐소드 전극(24) 상에는 상기 애노드 전극(25)과 대향하도록 위치한 전계방출원(26)이 제공된 다. 전계방출원으로서는 도전성 실리콘 팁구조와 같은 다양한 형태가 이용될 수 있으나, 본 실시형태와 같이 탄소나노튜브(26)를 전자방출원으로서 사용할 수 있다.

상기 상부기판(23)의 하면에는 애노드 전극(25)이 형성되며, 상기 애노드 전극(25)의 하면에는 형광체층(27)이 형성된다. 본 발명에 따른 애노드 전극(25)은 스페이서 간격에 따라 반복되는 오목구조로 형성된다. 상기 스페이서의 간격은 0.5∼10㎜범위인 것이 바람직하다.

평탄한 애노드전극(25)을 갖는 종래의 구조에서는, 전계방출원인 탄소나노튜브(26)로부터 전자가 수직상부방향으로 방출하여 상기 형광체층(27)과 충돌하고, 여기되어 발생된 빛은 상기 상부기판(23)의 수직방향으로 발산하게 되지만, 본 실시형태에서는 애노드전극(25)은 오목구조를 가지므로, 애노드전극(25)을 향하는 전자는 수직 상부방향으로만 방출되는 것이 아니라 일정한 각으로 분산되어, 방사상으로 방출될 수 있다.

이러한 전자의 방출각(±α)은 애노드전극(25)의 곡률에 따라 결정되므로, 이를 조정함으로써 전체 상면에 균일한 발광을 나타낼 수 있다. 상기 오목구조의 애노드전극(25)은 전자의 방출각이 -30°∼+30°가 되도록 그 곡률을 설정하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 애노드전극(25)을 일정한 곡률을 갖는 오목구조로 제공함으로써 스페이서(29)에 해당하는 부분에서 발생될 수 있는 흑점을 거의 제거할 수 있다.

또한, 균일한 발광을 위한 전자 방출각(±α)의 조정은 전계를 결정하는 애노드 전극(25)의 구조를 변경하는 것만으로써 실현될 수 있으나, 상기 상부기판(23)의 하부구조 자체를 대응하는 오목구조로 형성함으로써 원하는 애노드 전극(25)구조를 보다 용이하게 형성할 수 있다. 즉, 본 실시형태와 같이 상기 상부기판(23)의 하면을 상기 스페이서(29)의 간격에 따라 일정한 곡률을 갖는 오목한 형상으로 제조하고, 그 하면에 ITO물질을 증착함으로써 원하는 오목구조의 애노드전극(25)을 용이하게 형성할 수 있다.

도3와 같이, 상기 평판형 전계방출소자(30)는, 일정한 간격을 갖는 상부기판(33) 및 하부기판(32)과, 상기 두 기판(32,33)의 간격을 유지하기 위한 스페이서(39)를 포함한다.

상기 하부기판(32) 상에는 캐소드 전극(34)이 형성되며, 상기 캐소드 전극(34) 상에는 상기 애노드 전극(35)과 대향하도록 위치한 전계방출원(36)이 제공된다. 본 실시형태에서 사용된 전계방출원은 탄소나노튜브(36)이며, 상기 캐소드전극(34)은 탄소나노튜브와 함께 도금된 Ni과 같은 금속층일 수 있다. 상기 상부기판(33)의 하면에는 ITO와 같은 애노드 전극(35)이 형성되며, 상기 애노드 전극(35)의 하면에는 형광체층(37)이 형성된다.

본 발명에서 채용된 애노드 전극(35)은 스페이서(39) 간격에 따라 반복되는 오목구조를 갖는다. 상기 애노드전극(35)은 오목구조이므로, 캐소드 전극(34) 사이에서 형성되는 전계는 전자를 방사상으로 방출시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 상기 스페이서(39)는 상기 상부 기판(33)과 일체로 형성된다. 이 경우에, 애노드전극(35)은 상기 스페이서(39)가 형성되지 않은 상기 상부기판(34) 하면영역에 형성된다. 본 발명과 같이 오목구조의 애노드전극(35)을 형성하는 경우에 스페이서(39)를 상부기판(33)의 적절한 위치에 정렬하는 것이 어려우므로, 상기 상부기판(33) 자체를 스페이서(39)를 구비하도록 형성함으로써 스페이서(39)와 상부기판(33)의 정렬공정을 생략할 수 있다. 또한, 본 실시형태와 같이 상기 스페이서(39)와 상기 상부기판(33)을 일체화시킴으로써 상부기판(33)과 하부기판(32)을 보다 용이하게 정렬시킬 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 평판형 전계방출소자는 스페이서 간격에 따라 반복적인 오목구조를 갖는 애노드 전극구조를 채용함으로써 전자의 방출을 방사상으로 유도하여 스페이서 상부를 포함한 전체 상면에서 빛을 균일하게 방출시킬 수 있다. 따라서, 스페이서로 의해 불가피하게 발생되는 흑점의 영향을 해소하여 균일한 발광을 도모할 수 있으며, 나아가 LCD용 백라이트유닛에 사용될 경우에 확산판을 생략할 수도 있다는 장점을 제공한다.

Claims

소정의 간격을 두고 대향하도록 배치된 상부기판 및 하부기판;

상기 상부 및 하부기판이 일정한 간격을 유지하도록 양 기판 사이에 위치하며 상기 상부 기판과 일체로 형성된 스페이서;

상기 상부기판의 하면에 상기 스페이서의 간격에 따라 일정한 곡률을 갖는 오목구조로 형성되며, 그 하면에 형광체층이 형성된 애노드 전극; 및

상기 하부기판 상에 형성되며, 상기 애노드 전극과 대향하도록 위치한 전계방출원을 갖는 캐소드 전극을 포함하는 평판형 전계방출소자.
제1항에 있어서,

상기 상부기판은 상기 스페이서의 간격에 따라 일정한 곡률을 갖는 오목한 하면을 가지며, 상기 애노드 전극은 상기 상부기판의 오목한 하면에 형성되어 그에 상응하는 일정한 곡률을 갖는 오목한 구조가 되는 것을 특징으로 하는 평판형 전계방출소자.
제1항에 있어서,

상기 애노드전극의 오목구조를 정의하는 곡률은 상기 전자방출원으로부터 상기 애노드전극으로 향하는 전자 방출각이 -30°∼ +30°범위가 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 평판형 전계방출소자.
삭제
제4항에 있어서,

상기 애노드 전극은 상기 스페이서가 형성되지 않은 상기 상부기판 하면영역에 형성된 것을 특징으로 하는 평판형 전계방출소자.
제1항에 있어서,

상기 스페이서의 간격은 0.5∼10㎜범위인 것을 특징으로 하는 평판형 전계방출소자.
제1항에 있어서,

상기 전계방출원은 탄소나노튜브이며, 상기 애노드전극은 상기 탄소나노튜브를 갖는 도금층인 것을 특징으로 하는 평판형 전계방출소자.