KR100879473B1 - 전자 방출 소자 및 이를 구비한 발광 장치 및 전자 방출소자 제조 방법 - Google Patents

전자 방출 소자 및 이를 구비한 발광 장치 및 전자 방출소자 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 전자 방출 소자는 기판상에서 일 방향을 따라 서로간 거리를 두고 위치하는 제 1 전극들; 상기 일 방향을 따라 상기 제 1 전극들 사이에 위치하는 제 2 전극들; 및 상기 제 1 전극들과 제 2 전극들의 측면에 각각 형성되는 제 1 전자 방출부들 및 제 2 전자 방출부들을 포함하며, 인접하는 상기 제 1 전자 방출부들과 상기 제 2 전자 방출부들 사이에는 갭이 형성되어 있는 구조이다.
전자 방출

Description

전자 방출 소자 및 이를 구비한 발광 장치 및 전자 방출 소자 제조 방법 {Electron emission device, light emission device therewith and method for manufacturing thereof}
본 발명은 전자 방출 소자, 이를 구비한 발광 장치, 전자 방출 소자를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저를 이용하여 전자 방출부를 직접 패터닝함으로써 전자 방출 소자를 제조하는 방법을 개선하여 이러한 제조 방법에 의해 제조된 전자 방출 소자 및 이를 구비한 발광 장치에 관한 것이다.
외부에서 볼 때 광이 출사된다는 것을 인식할 수 있는 모든 장치를 발광 장치라 하면, 전면 기판에 애노드 전극과 형광층을 구비하고, 후면 기판에 전자 방출부와 구동 전극을 구비한 발광 장치가 공지되어 있다. 전면 기판과 후면 기판은 밀봉 부재에 의해 가장자리가 일체로 접합된 후 내부 공간이 배기되어 밀봉 부재와 함께 진공 용기를 구성한다.
구동 전극은 서로 나란히 위치하는 캐소드 전극과 게이트 전극으로 이루어지며, 게이트 전극을 향한 캐소드 전극의 측면에 전자 방출부가 위치할 수 있다. 구동 전극과 전자 방출부가 전자 방출 유닛을 구성한다.
후면 기판을 향한 형광층의 일면에는 금속 반사막이 위치할 수 있다. 금속 반사막은 형광층에서 방출된 가시광 중 후면 기판을 향해 방출되는 가시광을 전면 기판 측으로 반사시켜 발광면의 휘도를 높이는 역할을 한다. 애노드 전극과 형광층 및 금속 반사막이 발광 유닛을 구성한다.
발광 장치는 캐소드 전극과 게이트 전극에 소정의 구동 전압을 인가하고, 애노드 전극에 수천 볼트 이상의 양의 직류 전압(애노드 전압)을 인가하여 구동한다. 그러면 캐소드 전극과 게이트 전극의 전압 차에 의해 전자 방출부 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출되고, 방출된 전자들이 애노드 전압에 이끌려 대응하는 형광층에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.
전술한 발광 장치에서 전자 방출부의 구체적인 형상을 고려할 경우, 전자 방출부의 형성 방법이 형상에 의존하게 되는 문제점이 있었다. 따라서, 전자 방출부의 형상에 따라 적용할 수 있는 전자 방출부 제조 방법이 한정되게 되고, 나아가 전자 방출부 제조 방법이 한정됨으로써, 전자 방출부의 물질을 선택하는데 있어서도 제약사항이 많은 문제점이 있었다.
뿐만 아니라, 전자 방출부의 구체적인 형상을 제조함에 있어서, 기존의 전자 방출부 형성 방법에 의해 형성되는 형상의 제조 정밀도가 낮아 결국 의도한 발광 효율의 발광 장치를 제조할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 극복하기 위하여 다양한 전자 방출부 재료가 사용될 수 있고, 다양한 전자 방출부 제조 방법에 통합적으로 적용될 수 있는 전자 방출 소자 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전자 방출 소자 및 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자는, 기판상에서 제 1 방향으로 연장되며 서로간 거리를 두고 위치하는 제 1 전극들; 상기 제 1 방향에 반대방향인 제 2 방향으로 연장되며 상기 제 1 전극들 사이에 위치하는 제 2 전극들; 및 상기 제 1 전극들의 측면에 형성되는 제 1 전자 방출부들 및 제 2 전극들의 측면에 형성되는 제 2 전자 방출부들을 포함하며, 인접하는 상기 제 1 전자 방출부들과 상기 제 2 전자 방출부들 사이에는 갭이 형성된 구조이다.
여기서, 상기 제 1 전자 방출부들 및 상기 제 2 전자 방출부들은 상기 제 1 전극들과 제 2전극들보다 각각 낮은 높이를 가진다.
한편, 상기 갭의 폭은 20㎛ 이하로 형성되는데, 보다 구체적으로, 3 내지 20㎛ 로 형성된다.
한편, 상기 기판의 표면에는 상기 갭에 정렬되어 패턴이 형성된다.
상기 제 1 전자 방출부들은 상기 제 1 전극들의 길이방향을 따라 서로 이격된 다수의 패턴으로 형성되며, 상기 제 2 전자 방출부들은 상기 제 2 전극들의 길이방향을 따라 서로 이격된 다수의 패턴으로 형성된다.
한편, 상기 제 1 전자 방출부들과 상기 제 2 전자 방출부들은 카바이드 유도 탄소를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 장치는, 서로 대향하여 배치되는 제 1 기판 및 제 2 기판; 상기 제 1 기판의 일면에 위치하며 복수의 전자 방출 소자로 구성되는 전자 방출 유닛; 및 상기 제 2 기판의 일면에 형성되는 금속 반사막과, 상기 제 1 기판을 향한 상기 금속 반사막의 일면에 형성되는 형광층을 구비하는 발광 유닛을 포함하고, 상기 각각의 전자 방출 소자가, 상기 제 1 기판상에서 제 1 방향으로 연장되며 서로간 거리를 두고 위치하는 제 1 전극들; 상기 제 1 방향에 반대방향인 제 2 방향으로 연장되며 상기 제 1 전극들 사이에 위치하는 제 2 전극들; 및 상기 제 1 전극들의 측면에 형성되는 제 1 전자 방출부들과 상기 제 2 전극들의 측면에 형성되는 제 2 전자 방출부들을 포함하며, 인접하는 상기 제 1 전자 방출부들과 상기 제 2 전자 방출부들 사이에는 갭이 형성된다.
전자 방출 소자의 경우와 마찬가지로, 상기 제 1 전자 방출부들 및 상기 제 2 전자 방출부들은 상기 제 1 전극들과 제 2전극들보다 각각 낮은 높이를 가진다.
또한, 상기 갭의 폭은 20㎛ 이하이며, 바람직하게는 3 내지 20㎛ 이다.
또한, 상기 제 1 기판의 표면에는 상기 갭에 정렬되어 홈이 형성된다.
상기 제 1 전자 방출부들은 상기 제 1 전극들의 길이방향을 따라 서로 이격된 다수의 패턴으로 형성되며, 상기 제 2 전자 방출부들은 상기 제 2 전극들의 길이방향을 따라 서로 이격된 다수의 패턴으로 형성된다.
한편, 상기 제 1 전자 방출부들과 상기 제 2 전자 방출부들은 카바이드 유도 탄소를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자 제조 방법은, 제 1 기판상에 제 1 방향으로 연장되며 서로간 거리를 두고 위치하는 제 1 전극들과, 상기 제 1 방향에 반대방향인 제 2 방향으로 연장되며 상기 제 1 전극들 사이에 위치하는 제 2 전극들을 나란하게 교대로 형성하고; 상기 전자 방출층을 부분적으로 제거하여 전자 방출층에 갭을 형성하는 각각의 단계를 포함한다.
여기서, 상기 갭은 전자 방출층을 부분적으로 레이저로 패터닝하여 형성된다.
본 발명에 의한 전자 방출 소자 제조 방법은 다양한 전자 방출부 형성 방법에 통합적으로 적용될 수 있으며 전자 방출부의 재료에도 그 적용이 제한받지 않는 장점이 있다.
본 발명에 따른 전자 방출 소자 및 발광 장치는 전자 방출부를 그 어떠한 방 법으로도 형성이 가능함으로써, 스크린 프린팅으로 전자 방출층을 도포시에 비감광성/저온 분해성 바인더의 이용이 가능하고, 이를 통하여 전자 방출부 표면의 잔탄이 최소화되게 되고 전자의 에미션 효율도 증대된다.
또한, 전자 방출부가 전극과 전기적으로 등가로 작용하므로 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 갭은 레이저 조사에 의해 그 해상도가 정밀하게 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 전자 방출 소자 및 발광 소자는 전자 방출부의 재료로서 카바이드 유도 탄소를 포함한 페이스를 본 발명에 의해 제안된 구조에 패터닝함으로써 불균일한 에미션 성능을 개선함과 동시에 기존의 냉음극 구조에 비하여 더욱 간단한 냉음극 구조를 구성할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 전자 방출 소자 제조 방법에 의하면, 기존에 노광/현상 공정이 필요하였던 전자 방출부 형성 단계를 비감광성 공정으로 대체할 수 있어서 노광기와 같은 고가의 장치를 줄일 수 있으므로 제조 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 전자 방출 소자 및 발광 장치는 전자 방출부가 서로 대향하고 있기 때문에 바이폴라 구동이 가능하게 되고 이로 인하여 전자 방출부의 수명 및 휘도에 유리하다. 본 발명에 의한 전자 방출 소자 제조 방법은 다양한 전자 방출부 형성 방법에 통합적으로 적용될 수 있으며 전자 방출부의 재료에도 그 적용이 제한받지 않는 장점이 있다.
본 발명에 따른 전자 방출 소자 및 발광 장치는 전자 방출부를 그 어떠한 방법으로도 형성이 가능함으로써, 스크린 프린팅으로 전자 방출층을 도포시에 비감광 성/저온 분해성 바인더의 이용이 가능하고, 이를 통하여 전자 방출부 표면의 잔탄이 최소화되게 되고 전자의 에미션 효율도 증대된다.
또한, 전자 방출부가 전극과 전기적으로 등가로 작용하므로 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 갭은 레이저 조사에 의해 그 해상도가 정밀하게 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 전자 방출 소자 및 발광 소자는 전자 방출부의 재료로서 카바이드 유도 탄소를 포함한 페이스를 본 발명에 의해 제안된 구조에 패터닝함으로써 불균일한 에미션 성능을 개선함과 동시에 기존의 냉음극 구조에 비하여 더욱 간단한 냉음극 구조를 구성할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 전자 방출 소자 제조 방법에 의하면, 기존에 노광/현상 공정이 필요하였던 전자 방출부 형성 단계를 비감광성 공정으로 대체할 수 있어서 노광기와 같은 고가의 장치를 줄일 수 있으므로 제조 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 전자 방출 소자 및 발광 장치는 전자 방출부가 서로 대향하고 있기 때문에 바이폴라 구동이 가능하게 되고 이로 인하여 전자 방출부의 수명 및 휘도에 유리하다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치의 부분 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 전자 방출 소자의 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시한 전자 방출 소자들로 이루어진 전자 방출 유닛을 나타낸 부분 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 실시예의 발광 장치(102)는 간격을 두고 평행하게 대향 배치되는 제 1 기판(12)과 제 2 기판(14)을 포함한다. 제 1 기판(12)과 제 2 기판(14)의 가장자리에는 밀봉 부재(도시하지 않음)가 배치되어 이 기판들(12, 14)을 접합시키며, 내부 공간이 대략 10-6 torr의 진공도로 배기되어 제 1 기판(12)과 제 2 기판(14) 및 밀봉 부재가 진공 용기를 구성한다.
제 1 기판(12)과 제 2 기판(14) 중 밀봉 부재의 내측에 위치하는 영역은 실제 가시광 방출에 기여하는 유효 영역과, 유효 영역을 둘러싸는 비유효 영역으로 구분지을 수 있다. 제 1 기판(12) 내면의 유효 영역에는 전자 방출을 위한 전자 방출 유닛(16: 도 3 참고)이 위치하고, 제 2 기판(14) 내면의 유효 영역에는 가시광 방출을 위한 발광 유닛(18)이 위치한다.
전자 방출 유닛(16)은 방출 전류량이 독립적으로 제어되는 복수의 전자 방출 소자들(20)로 이루어진다. 발광 유닛(18)은 제 1 기판(12)이 아닌 제 2 기판(14)에 위치하며, 발광 장치(102)가 작동할 때, 제 1 기판(12)에 구비된 전자 방출 소자들(20)로부터 전자들을 제공받아 가시광을 방출시킨다. 이러한 가시광은 제 1 기판(12)을 투과하여 발광 장치(102)의 외측으로 방출된다.
본 실시예에서 전자 방출 유닛(16)은 바이폴라(bipolar) 구동이 가능한 구조 로 이루어진다. 발광 유닛(18)은 가시광의 반사 효율을 극대화하여 발광면의 휘도를 높이는 구조로 이루어진다.
보다 구체적으로, 각각의 전자 방출 소자(20)는 제 1 기판(12)의 일 방향(도면의 y축 방향)을 따라 서로간 거리를 두고 위치하는 제 1 전극들(22)과, 상기 일 방향을 따라 제 1 전극들(22) 사이에 위치하는 제 2 전극들(24)과, 제 2 전극들(24)을 향한 제 1 전극들(22)의 측면에 위치하며 제 1 전극들(22)보다 작은 두께로 형성되는 제 1 전자 방출부들(26)을 포함한다. 또한, 제 1 전극들(22)을 향한 제 2 전극들(24)의 측면에 위치하여 제 2 전극들보다 작은 두께로 제 2 전자 방출부들(38)이 형성된다. 여기서, 제 1 전극들(22)과 제 2 전극들(24)은 서로 나란하게 위치한다.
제 1 전자 방출부(26)와 제 2 전자 방출부(38) 사이에는 서로간의 쇼트를 방지하기 위하여 갭이 형성됨으로써 인접하는 제 1 전자 방출부(26)와 제 2 전자 방출부(38)는 일정한 거리를 두고 위치한다.
제 1 전자 방출부(26)는 제 1 전극(22)의 길이 방향을 따라 라인 패턴으로 형성되거나, 도 2에 도시한 바와 같이 제 1 전극(22)의 길이 방향을 따라 서로 이격된 다수의 패턴으로 형성될 수 있다. 마찬가지로 제 2 전자 방출부(38)는 제 2 전극(24)의 길이 방향을 따라 라인 패턴으로 형성되거나, 도 2에 도시된 바와 같이 제 2 전극(24)의 길이 방향을 따라 서로 이격된 다수의 패턴으로 형성될 수 있다.
도시된 실시예와 달리, 제 1 기판이 전면 기판이 되고 제 2 기판이 후면 기 판이 되어 제 1 기판으로 빛이 출사하는 실시예의 경우, 전자 방출부들이 서로 이격된 다수의 패턴으로 형성됨으로써 제 1 전자 방출부들(26)과 제 2 전자 방출부들(38) 사이의 갭으로 투명한 제 1 기판을 노출시켜 가시광 투과율을 향상시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 제 1 전극들(22)의 일측 단부에는 제 1 연결 전극(221)이 위치하여 제 1 전극들(22)과 함께 제 1 전극 세트(222)를 구성하고, 제 2 전극들(24)의 일측 단부에는 제 2 연결 전극(241)이 위치하여 제 2 전극들(24)과 함께 제 2 전극 세트(242)를 구성한다.
제 1 전극들(22)과 제 2 전극들(24)은 제 1 기판(12) 위에서 전자 방출부(26)보다 큰 높이로 형성된다. 이를 위해 제 1 전극들(22)과 제 2 전극들(24)은 스퍼터링 또는 진공 증착과 같은 박막 공정 뿐만 아니라 스크린 인쇄 또는 라미네이팅과 같은 이른바 후막 공정으로도 형성될 수 있으며, 그 외에 다양한 방법으로 형성될 수도 있다. 한편, 상기 전극들은 대략 3 내지 12㎛의 두께로 형성될 수 있다.
전자 방출부(26)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질을 포함할 수 있다. 전자 방출부(26)는 일례로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소, 풀러렌(C60), 실리콘 나노와이어, 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있다.
다른 한편으로, 전자 방출부(26)는 카바이드 유도 탄소를 포함할 수 있다. 카바이드 유도 탄소는 카바이드 화합물을 할로겐족 원소 함유 기체와 열화학 반응시켜서 카바이드 화합물 내의 탄소를 제외한 나머지 원소를 추출하는 과정을 통해 제조될 수 있다.
카바이드 화합물은 SiC4, B4C, TiC, ZrCx, Al4C3, CaC2, TixTayC, MoxWyC, TiNxCy 및 ZrNxCy로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 카바이드 화합물일 수 있다. 그리고 할로겐족 원소 함유 기체는 Cl2, TiCl4 또는 F2 기체일 수 있다. 카바이드 유도 탄소를 포함하는 전자 방출부(26)는 전자 방출 균일성이 뛰어나고 장수명을 지닌다.
전자 방출부(26)는 예를 들어 스크린 인쇄법으로 형성될 수 있으며, 대략 1 내지 2㎛의 두께로 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명에서 전자 방출부를 형성하는 방법은 스크린 인쇄법에 한정되지 않으며 다양한 형성 방법이 고려될 수 있다.
전술한 구성의 전자 방출 소자(20)는 제 1 기판(12)의 유효 영역에서 서로간 임의의 거리를 두고 나란하게 위치한다. 그리고 전자 방출 소자(20)들 사이로 각 전자 방출 소자(20)의 제 1 전극들(22)과 제 2 전극들(24)에 구동 전압을 인가하기 위한 제 1 배선부들(28)과 제 2 배선부들(30)이 위치한다.
도 4는 도 3에 표기한 IV-IV선의 단면도이다.
도 3과 도 4를 참고하면, 제 1 배선부들(28)은 제 1 기판(12)의 일 방향(도면의 y축 방향)을 따라 형성되고, 이 방향을 따라 위치하는 전자 방출 소자들(20) 의 제 1 전극 세트(222)와 전기적으로 연결된다. 제 2 배선부들(30)은 상기 일 방향과 직교하는 방향(도면의 x축 방향)을 따라 형성되며, 이 방향을 따라 위치하는 전자 방출 소자들(20)의 제 2 전극 세트(242)와 전기적으로 연결된다.
그리고 제 1 배선부(28)와 제 2 배선부(30)가 교차하는 영역에는 제 1 배선부(28)와 제 2 배선부(30) 사이로 절연층(32)이 형성되어 제 1 배선부(28)와 제 2 배선부(30)의 쇼트를 방지한다. 절연층(32)은 제 1 배선부(28) 및 제 2 배선부(30)보다 큰 폭으로 형성된다.
다시 도 1을 참고하면, 발광 유닛(18)은 제 2 기판(14)의 내면에 형성되는 금속 반사막(34)과, 제 1 기판(12)을 향한 금속 반사막(34)의 일면에 형성되는 형광층(36)을 포함한다.
형광층(36)은 적색 형광체와 녹색 형광체 및 청색 형광체가 혼합되어 백색광을 방출하는 혼합 형광체로 형성될 수 있으며, 제 2 기판(14)의 유효 영역 전체에 위치할 수 있다. 금속 반사막(34)은 진공 용기 외측의 전원부로부터 애노드 전압을 인가받아 애노드 전극으로 기능한다.
금속 반사막(34)은 형광층(36)으로부터 방출되는 가시광을 투과시킬 수 있도록 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명한 도전 물질로 형성된다.
금속 반사막(34)은 알루미늄으로 형성될 수 있으며, 수천 옴스트롱 수준의 얇은 두께로 형성되고, 전자빔 통과를 위한 미세 홀들을 구비한다. 한편, 본 실시예에서는 별도의 애노드 전극 없이 금속 반사막이 애노드 전극의 기능을 겸하고 있는데, 금속 반사막과 별도로 애노드 전극층이 형성될 수도 있다.
그리고 제 1 기판(12)과 제 2 기판(14) 사이에는 스페이서들(도시하지 않음)이 위치하여 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고, 제 1 기판(12)과 제 2 기판(14)의 간격을 일정하게 유지시킨다.
전술한 구조의 발광 장치(102)에서 각각의 전자 방출 소자(20)와, 각 전자 방출 소자(20)에 대응하는 형광층(36) 부위가 하나의 화소를 구성한다. 발광 장치(102)는 제 1 배선부(28)와 제 2 배선부(30) 중 어느 한 배선부에 주사 구동 전압을 인가하고, 다른 한 배선부에 데이터 구동 전압을 인가하며, 금속 반사막(34)에 10kV 이상의 양의 직류 전압(애노드 전압)을 인가하여 구동한다.
그러면 제 1 전극들(22)과 제 2 전극들(24)의 전압 차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(26) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들(도 1에서 e- 로 표시)이 방출된다. 방출된 전자들은 금속 반사막(34)에 인가된 애노드 전압에 이끌려 대응하는 형광층(36) 부위에 충돌함으로써 이를 발광시킨다. 이때 형광층(36)에서 방출된 가시광은 제 2 기판(14)을 투과하게 된다.
도 5와 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 장치의 구동시의 부분 단면도이다.
본 실시예의 발광 장치(102)는 제 1 전극들(22)과 제 2 전극들(24)에 주사 구동 전압과 데이터 구동 전압을 교대로 반복 입력하는 구동 방식을 적용할 수 있다. 그러면 주사 구동 전압과 데이터 구동 전압 중 낮은 전압을 인가받는 전극이 캐소드 전극이 되고, 높은 전압을 인가받는 전극이 게이트 전극이 된다.
즉 발광 장치(102)는 예를 들어 t1의 시간적 구간에서 제 1 배선부(28)를 통해 제 1 전극들(22)에 주사 구동 전압을 인가하고, 제 2 배선부(30)를 통해 제 2 전극들(24)에 데이터 구동 전압을 인가할 수 있다. 그 후 발광 장치(102)는 예를 들어 t2 의 시간적 구간에서 제 2 배선부(30)를 통해 제 2 전극들(24)에 주사 구동 전압을 인가하고, 제 1 배선부(28)를 통해 제 1 전극들(22)에 데이터 구동 전압을 인가할 수 있다.
주사 구동 전압이 데이터 구동 전압보다 높은 경우, t1 구간에서 제 2 전극들(24)이 캐소드 전극이 되며, 제 2 전자 방출부(38)로부터 전자들(도 5에서 e- 로 표시)이 방출되어 형광층(36)을 발광시킨다. 그리고 t2 구간에서는 제 1 전극들(22)이 캐소드 전극이 되고, 제 1 전자 방출부(26)로부터 전자들(도 6에서 e- 로 표시)이 방출되어 형광층(36)을 발광시킨다.
상기 t1 구간과 t2 구간을 반복 구동함으로써 제 1 전자 방출부(26)와 제 2 전자 방출부(38)로부터 교대로 전자들을 끌어낼 수 있다. 이러한 바이폴라(bipolar) 구동 방식에서는 각 전자 방출부(26, 38)에 인가되는 부하가 감소하므로 전자 방출부들(26, 38)의 수명을 늘릴 수 있으며, 발광면의 휘도를 향상시킬 수 있다.
전술한 제 1 실시예와 제 2 실시예에 있어서, 전자 방출부들(26, 38)은 제 1 전극들(22) 및 제 2 전극들(24)보다 작은 두께로 형성된다. 이때, 제 1 전극(22)과 제 1 전자 방출부(26)는 대략 1 내지 10㎛의 두께 차이를 가지며, 제 2 전 극(24)과 제 2 전자 방출부(38) 또한 대략 1 내지 10㎛의 두께 차이를 가진다.
전극부와 전자방출부의 두께 차이가 1㎛이하일 경우는 애노드 전계의 shielding 효과 저하로 고전압안정성이 저하될 뿐만 아니라 이로인해 고휘도, 고효율 및 고수명을 달성하기 어려우며, 전극부와 전자방출부의 두께 차이가 10㎛이상일 경우는 전극과 전자방출부의 거리 증가로 인해 구동전압의 증가를 초래할 수 있어 바람직하지 못하다.
상기 구조에서는 제 1 기판(12)에서 전자 방출부(26, 38)보다 큰 높이로 형성되는 제 1 전극들(22)과 제 2 전극들(24)이 전자 방출부(26, 38) 주위의 전계 분포를 변화시켜 전자 방출부(26, 38)에 대한 애노드 전기장의 영향을 감소시킨다.
이로써 발광면의 휘도를 높이기 위해 금속 반사막(34)에 10kV 이상의 애노드 전압을 인가하는 경우에 있어서도 제 1 전극들(22)과 제 2 전극들(24)이 전자 방출부(26, 38) 주위로 애노드 전계를 약화시켜 애노드 전계에 의한 다이오드 에미션을 효과적으로 억제할 수 있다.
따라서 본 실시예의 발광 장치(102)는 애노드 전압을 높여 발광면의 휘도를 높일 수 있으며, 다이오드 에미션을 억제하여 화소별 휘도를 정확하게 제어할 수 있다. 또한, 발광 장치(102)는 고전압 안정성을 높여 진공 용기 내부의 아킹 발생을 최소화하고, 아킹에 의한 내부 구조물의 손상을 억제할 수 있다.
다음으로, 도 7a 내지 도 7c를 참고하여 전술한 실시예의 발광 장치 중 전자 방출 소자의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 7a를 참고하면, 제 1 기판(12) 위에, 예시적인 방법으로서, 금속 페이스 트를 스크린 인쇄하여 도전막을 형성하고, 도전막을 패터닝하여 제 1 전극들(22)과 제 2 전극들(24)을 동시 또는 순차적으로 형성한다. 상기 제 1 전극들(22)과 상기 제 2 전극들(24)은 서로 나란하게 교대로 형성된다. 금속 페이스트는 은(Ag)을 포함할 수 있다. 제 1 전극들(22)과 제 2 전극들(24)은 대략 3 내지 12㎛의 두께로 형성된다.
도 7b를 참고하면, 제 1 전극들(22)과 제 2 전극들(24) 사이로 전자 방출층(40)을 형성한다. 전자 방출층(40)의 형성은, 예를 들어, (a)전자 방출 물질과 감광성 물질을 포함한 페이스트상 혼합물을 제 1 기판(12) 위에 스크린 인쇄하고, (b)제 1 기판(12)의 외면으로부터 자외선을 조사하여 혼합물의 일부를 경화시키고, (c)경화되지 않은 혼합물을 현상으로 제거하는 단계들로 이루어질 수 있다.
전자 방출 물질은 전술한 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소, 풀러렌, 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 물질일 수 있다. 다른 한편으로, 카바이드 유도 탄소가 전자 방출 물질로 사용될 수 있다. 이러한 카바이드 유도 탄소는 종래 전자 방출원의 재료로 사용되는 카본 나노 튜브에 비해서 잉크젯 방식으로 전자 방출부를 형성하기에 더욱 적합한데, 이는 카본 나노 튜브의 경우 종횡비가 매우 큰 파이버 형태를 갖지만, 카바이드 유도 탄소의 경우는 가로 길이와 세로 길이의 비가 거의 1에 가까운 판상형을 갖고, 결과적으로 필드 강화 인자 (field enhancement factor, β)가 매우 작기 때문이다. 더욱이, 카바이드 유도 탄소의 경우는 전자 방출 물질의 전구 물질인 카바이드의 선택적 적용을 통해서 최종 전자 방출 물질의 크기를 용이하게 조절할 수 있다는 장점도 갖는다.
전자 방출층(40)을 형성할 때, 혼합물의 인쇄 두께와 자외선의 조사 시간 등을 제어하여 전자 방출층(40)이 제 1 전극들(22) 및 제 2 전극들(24)보다 작은 두께를 가지도록 한다. 전자 방출층(40)은 대략 1 내지 2㎛의 두께로 형성될 수 있다.
한편, 전자 방출층을 형성하는 공정으로서 다양한 공정이 고려될 수 있는데, 그 이유는 전자 방출층을 형성하는 공정에 이어지는 후속공정은 레이저를 이용하여 전자 방출층의 일부를 제거함으로써 전자 방출층 사이에 갭을 형성하는 공정이므로 갭 형성을 위하여 특정 전자 방출층의 형성 방법이 고려될 필요가 없기 때문이다. 또한, 전자 방출층의 형성 방법에 대한 제약이 없으므로 전술한 바와 같이 전자 방출 물질로서 다양한 물질을 사용할 수 있는 장점이 있다.
이어서 전자 방출층(40)의 중앙부에 레이저를 조사(도 10b에서 화살표 참조)하여 이 부위를 제거(laser ablation)함으로써 도 10c에 도시한 바와 같이 제 1 전자 방출부(26)와 제 2 전자 방출부(38)를 형성한다. 제 1 전자 방출부(26)와 제 2 전자 방출부(38)는 대략 20㎛ 이하의 갭 폭으로 이격될 수 있는데, 보다 바람직하게는 3 내지 20㎛의 갭(G, 도 10c 참고)을 두고 위치할 수 있다. 전술한 과정을 통해 전자 방출 소자(20)를 완성한다.
상기 갭은 정밀하게 제어될수록 바람직한데, 본 실시예에 따른 제조 방법에서는 레이저를 조사함으로써 갭을 형성하기 때문에 갭의 폭이 정밀하게 제어될 수 있다. 특히 20㎛ 이하의 폭으로 갭을 형성하는 것은 레이저를 조사하지 않고 다른 전자 방출부 형성 방법을 통해서는 달성할 수 없다. 한편, 상기 갭의 폭이 3㎛ 이하로 형성되면 쇼트가 발생되기 쉬우므로 갭의 폭은 3㎛ 보다는 크게 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 도 8은 본 발명에 따른 전자 방출 유닛 제조 방법에 의해 형성된 전자 방출 유닛에 대한 확대 사진이다.
도 8에서는 도 2에 도시된 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면부호를 사용하였으며, 설명의 중복을 방지하기 위하여, 동일한 구성에 대한 설명은 생략한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 전자 방출 소자 제조 방법에 따르면, 제1전극(22)와 제 2 전극(24) 사이에 전자 방출층(40)을 형성한 후에 전자 방출층의 일부에 레이저를 조사하여 패터닝함으로써 갭을 형성한다. 레이저를 조사하여 패터닝하는 과정에서, 레이저에 의한 전자 방출층의 절삭 깊이가 정밀하게 제어되어 기판이 상하게 않게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 레이저를 조사하여 패터닝하는 과정에서 전자 방출층이 형성된 기판(12)상에 패턴(37)이 형성될 수 있다. 예를 들어 상기 패턴은 어두운 색으로 그을린 듯한 형상으로 형성된다. 이 경우, 전자 방출층의 일부가 제거되어 갭이 형성되고, 상기 갭을 중심으로 그 양측에 제 1 전자 방출부(26)과 제 2 전자 방출부(38)가 형성된다. 따라서, 상기 패턴(37)은 레이저의 절삭 효과에 기인한 것이므로 상기 패턴(37)은 갭에 정렬되어 형성된다.
한편, 상기 패턴(37)은 레이저를 조사하여 전자 방출층의 일부를 제거하는 제조 방법에 의해 전자 방출 소자가 형성되었는지에 대한 구체적인 증거가 될 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.
본 발명은 전자를 방출하는 장치에 관한 분야에 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 장치의 부분 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 전자 방출 소자의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 전자 방출 소자들로 이루어진 전자 방출 유닛을 나타낸 부분 평면도이다.
도 4는 도 3에 표기한 IV-IV 선의 단면도이다.
도 5와 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 장치의 구동시의 부분 단면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 장치 중 전자 방출 소자의 제조 방법을 나타낸 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 전자 방출 소자 제조 방법에 따라 제조된 전자 발광 소자의 부분 확대 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명>
102: 발광 장치 12: 제 1 기판
14: 제 2 기판 16: 전자 방출 유닛
18: 발광 유닛 20: 전자 방출 소자
22: 제 1 전극 24: 제 2 전극
26: 제 1 전자 방출부 34: 금속 반사막
36: 형광층 38: 제 2 전자 방출부

Claims (18)

  1. 기판상에서 제 1 방향으로 연장되며 서로간 거리를 두고 위치하는 제 1 전극들;
    상기 제 1 방향에 반대방향인 제 2 방향으로 연장되며 상기 제 1 전극들 사이에 위치하는 제 2 전극들; 및
    상기 제 1 전극들의 측면에 형성되는 제 1 전자 방출부들 및 제 2 전극들의 측면에 형성되는 제 2 전자 방출부들을 포함하며,
    인접하는 상기 제 1 전자 방출부들과 상기 제 2 전자 방출부들 사이에는 갭이 형성된 전자 방출 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전자 방출부들 및 상기 제 2 전자 방출부들은 상기 제 1 전극들과 제 2전극들보다 각각 낮은 높이를 가지는 전자 방출 소자.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭의 폭은 3 내지 20㎛ 인 전자 방출 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 표면에는 적어도 하나의 상기 갭에 정렬되어 패턴이 형성되는 전자 방출 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전자 방출부들은 상기 제 1 전극들의 길이방향을 따라 서로 이격된 다수의 패턴으로 형성되는 전자 방출 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전자 방출부들은 상기 제 2 전극들의 길이방향을 따라 서로 이격된 다수의 패턴으로 형성되는 전자 방출 소자.
  8. 제 1 항에 있어서
    상기 제 1 전자 방출부들과 상기 제 2 전자 방출부들은 카바이드 유도 탄소를 포함하는 전자 방출 소자.
  9. 서로 대향하여 배치되는 제 1 기판 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판의 일면에 위치하며 복수의 전자 방출 소자로 구성되는 전자 방출 유닛; 및
    상기 제 2 기판의 일면에 형성되는 금속 반사막과, 상기 제 1 기판을 향한 상기 금속 반사막의 일면에 형성되는 형광층을 구비하는 발광 유닛
    을 포함하고,
    상기 각각의 전자 방출 소자가,
    상기 제 1 기판상에서 제 1 방향으로 연장되며 서로간 거리를 두고 위치하는 제 1 전극들;
    상기 제 1 방향에 반대방향인 제 2 방향으로 연장되며 상기 제 1 전극들 사이에 위치하는 제 2 전극들; 및
    상기 제 1 전극들의 측면에 형성되는 제 1 전자 방출부들과 상기 제 2 전극들의 측면에 형성되는 제 2 전자 방출부들을 포함하며,
    인접하는 상기 제 1 전자 방출부들과 상기 제 2 전자 방출부들 사이에는 갭이 형성된 발광 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 전자 방출부들 및 상기 제 2 전자 방출부들은 상기 제 1 전극들과 제 2전극들보다 각각 낮은 높이를 가지는 발광 장치.
  11. 삭제
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 갭의 폭은 3 내지 20㎛ 인 발광 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 기판의 표면에는 적어도 하나의 상기 갭에 정렬되어 패턴이 형성되는 발광 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 전자 방출부들은 상기 제 1 전극들의 길이방향을 따라 이격된 다수의 패턴으로 형성되는 발광 장치.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 전자 방출부들은 상기 제 2 전극들의 길이방향을 따라 이격된 다수의 패턴으로 형성되는 발광 장치.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 전자 방출부들과 상기 제 2 전자 방출부들은 카바이드 유도 탄소를 포함하는 발광 장치.
  17. 제 1 기판상에 제 1 방향으로 연장되며 서로간 거리를 두고 위치하는 제 1 전극들과, 상기 제 1 방향에 반대방향인 제 2 방향으로 연장되며 상기 제 1 전극들 사이에 위치하는 제 2 전극들을 나란하게 교대로 형성하고;
    인접하는 상기 제 1 전극들과 상기 제 2 전극들 사이에 전자 방출층을 형성하고;
    상기 전자 방출층을 부분적으로 제거하여 전자 방출층간에 갭을 형성하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 갭은 전자 방출층을 부분적으로 레이저로 패터닝하여 형성되는 전자 방출 소자의 제조 방법.
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