KR101071883B1 - 스페이서 위에 두 개의 전극과 전자 방출원을 형성한 전계 방출 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스페이서 위에 두 개의 전극과 전자 방출원을 형성한 전계 방출 소자에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전계 방출 소자는 배면기판의 상부에 스페이서를 세워서 설치하여 스페이서의 좌우측면에 적층되는 전극 및 전자 방출원이 상호 마주보는 형상을 구비하게 하는 것을 특징으로 한다. 이러한 형상을 구비하면 배면기판과 대향하게 구비되는 전면기판의 내측에 구비되는 아노드 전극과 스페이서에 적층되는 전극이 마주보는 형상이 아니므로 기존의 전극구조(lateral gate)에서 전계의 영향을 최소화하는 것이 가능하고, 전계에 의한 전자방출원(emitter)의 손상을 막아주므로 전계 방출 소자의 수명을 연장하고 신뢰성을 확보하는 것이 가능하다.

전계 방출 소자, 래터럴 게이트

Description

스페이서 위에 두 개의 전극과 전자 방출원을 형성한 전계 방출 소자{Field Emission Device with spacer that have Two electrode and electron emitter}

본 발명은 스페이서 위에 두 개의 전극과 전자 방출원을 형성한 전계 방출 소자에 관한 것으로, 더욱 상세히는 배면기판의 상부에 스페이서를 세워서 설치하여 스페이서의 좌우측면에 적층되는 전극 및 전자 방출원이 상호 마주보는 형상을 구비하는 전계 방출 소자에 관한 것이다.

인가된 전압에 의하여 전자들이 전자 방출원으로부터 전계장으로 방출되는 원리를 평판 디스플레이나 조명 등에 적용하는 전계 방출 소자에 대한 연구가 최근 활발히 이루어지고 있다.

전계 방출 소자에서 캐소드 전극과 게이트 전극 사이에 임의의 전압이 인가되면, 전자 방출원에 강한 전장이 인가되어 전자가 전자 방출원으로부터 진공 속으로 방출되며, 진공 속으로 방출된 전자들은 아노드 전극과 캐소드 전극 사이에 인가되는 전압에 의해 가속되어 형광체에 충돌하게 됨으로써 그 형광체로부터 고유의 빛이 발생하게 되며, 이 빛을 이용하여 원하는 영상정보를 평면상에 디스플레이하거나 조명장치로 활용할 수 있게 된다. 열에 의한 전자의 방출과 달리, 열을 수반하지 않기 때문에 전계 방출 소자는 냉음극(cold cathode) 소자의 특성을 갖는다.

이에, 전계 방출 소자는 상기 설명한 캐소드 전극, 게이트 전극 및 아노드 전극을 별도로 구비하는 경우(제1형태)와 캐소드 전극 및 게이트 전극의 역할을 동시에 수행하는 전극과 아노드 전극을 구비하는 경우(제2형태)으로 나눌 수 있다.

이러한 전계 방출 소자는 CRT(Cathode Ray Tube)의 고선명성과 LCD(Liquid Crystal Display)의 경박형의 장점을 모두 갖추고 있어 차세대 표시장치로서 주목받고 있다. 즉, LCD는 하나의 단위 화소라도 불량이 발생되면 제품 전체가 불량 처리되지만, 전계 방출 소자는 하나의 화소 그룹에 그보다 작은 다수개의 단위 화소들이 형성되어 있어 한두개의 단위 화소에 불량이 발생하여도 화소 그룹의 동작에는 이상이 없어 제품 전체의 수율이 향상된다. 또한, 전계 방출 소자는 LCD에 비해 구조가 간단하고, 소비 전력이 작아 단가가 낮고, 휴대형 표시 장치에 적합한 등의 이점이 있다.

도 1a는 기존의 카본 나노 튜브를 이용한 삼극 구조 전계 방출 소자의 개략적 구조를 보여주는 단면도로 상기 제1형태를 보여준다. 도시된 바와 같이, 기존의 카본 나노 튜브를 이용한 삼극 구조 전계 방출 소자는 스페이서(300)를 사이에 두고 일정한 간격을 유지하면서 서로 대향하는 배면 기판(100) 및 전면 기판(200)을 구비하고, 이들 사이에 전자 방출원(130)인 카본 나노 튜브가 형성된 캐소드 전극(110), 상기 캐소드 전극(110) 상부에 패터닝화되어 적층된 절연층(115), 게이트 전극(120), 반사막(230), 형광막(220) 및 아노드 전극(210)을 구비하고 있다. 글라스 프릿(310)을 통해 전면 기판(200)및 배면 기판(100)의 양단부와 스페이서(300) 를 연결하고 내부 공간이 진공상태를 유지하도록 한다. 캐소드 전극(110) 상에 전자 방출원(130)과 절연층(115)이 패터닝화 되어 형성되어 있고, 상기 절연층(115) 상에는 게이트 전극(120)이 형성되어 있어 게이트 전극(120) 간 일종의 개구부가 형성되므로, 전자 방출원(130)으로부터 방출된 전자가 아노드 전극(210)으로 흐를 수 있도록 한다.

이와 같이 전계 방출 소자는 캐소드 전극과 아노드 전극으로 이루어진 이극 구조, 또는 이들 전극들 사이에 게이트 전극을 위치시킨 삼극 구조의 형태로 캐소드 전극에서 방출되는 전자량을 제어하게 된다. 최근에는 캐소드 전극 상에서 형성되는 전자를 방출하도록 하는 전자 방출원으로서 카본 나노 튜브가 각광받고 있는데, 카본 나노 튜브는 큰 종횡비(aspect ratio)(>100), 도체와 같은 전도성을 갖는 전기적 특성 및 안정된 기계적 특성을 갖고 있어, 현재 전계 방출 소자의 전자 방출원으로 많이 사용되고 있다.

또한, 도 1b는 캐소드 전극 및 게이트 전극의 역할을 동시에 수행하는 전극과 아노드 전극을 구비하는 경우(제2형태)를 나타내는 단면도이다. 도시된 바에서 보듯이, 배면기판(100)의 상부에 게이트 전극과 캐소드 전극의 역할을 동시에 수행하는 전극(110)과 그 상부에 구비되는 전자 방출원(120)을 구비하고, 각 전극(110)의 사이에는 제2스페이서(300b)를 구비하여 간격을 주게 된다. 제2형태에서는 임의의 전극(110) 쌍 간에 전압을 인가하여 상기 전자 방출원(120)에서 전자가 방출되도록 하고(즉, 전극(110) 쌍에서 어느 하나는 (+), 어느 하나는 (-)극이 형성, 이를 각각 1차 전극 및 2차 전극이라 함), 상기 아노드 전극(210)과 상기 전극(110) 간에 전압을 인가하여 방출된 전자가 아노드 전극(210) 쪽으로 이동하도록 한다.

즉, 제2형태에서는 전극(110)이 상기 제1형태에서의 캐소드 전극 및 게이트 전극의 역할을 동시에 수행하게 된다. 그리하여 삼극을 구비한 제1형태에서는 발생하지 않는 문제가 발생하게 된다. 즉, 이러한 기존의 구조(lateral gate)에서는 아노드 전극(210)과 전극(110)이 마주보는 형상을 구비하게 되며, 구동을 위해 아노드 전압을 인가하거나, 효율을 높이기 위해서 아노드 전압을 상승시킬 때에 아노드에 의한 전계의 영향을 동일 선상에 있는 1차 전극 및 2차 전극이 영향을 받게 되어 구동시 1차 전극 또는 2차 전극에 의한 전자방출 조절이 어렵게 된다. 즉, 3극(게이트) 구동 시 2극 구동과 비슷한 현상(다이오드 액션)이 발생하게 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에 따른 전계 방출 소자는 배면기판의 상부에 스페이서를 세워서 설치하여 스페이서의 좌우측면에 적층되는 전극 및 전자 방출원이 상호 마주보는 형상을 구비하여 배면기판과 대향하게 구비되는 전면기판의 내측에 구비되는 아노드 전극과 스페이서에 적층되는 전극이 마주보는 형상이 아니므로 종래 문제되던 전극에 의한 전자방출이 어려운 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 일정 간격으로 서로 대향하도록 배치된 배면기판(100) 및 전면기판(200); 상기 두 기판(100,200)의 대향면을 향하도록 상기 전면기판(200)에 배치된 아노드 전극(210); 상기 아노드 전극(210) 상에 형성된 형광막(220); 상기 두 기판(100,200)의 간격을 유지하면서 그 내부를 진공 밀봉하는 제1스페이서(300a); 상기 배면기판(100)의 상부에 상호 일정 간격 이격되어 길이방향으로 세워져 형성되는 복수 개의 제2스페이서(300b); 상기 제2스페이서(300b)의 좌우 측면에 각각 적층되어 이웃하는 것과 마주보도록 구비되는 전극(110); 및 상기 전극(110)의 상부에 적층되는 전자 방출원(120);을 포함하여 구성되되, 상기 전자 방출원(120)은 상기 마주보도록 구비되는 전극(110) 간에 인가되는 전계에 의해 전자를 방출하도록 구성된 전계 방출 소자를 제공한다.

여기서, 상기 형광막(220)의 내측에 형성되는 반사막(230)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전자 방출원(120)은 카본 나노 튜브로 형성한 것을 특징으로 한 다.

또한, 상기 전자 방출원(120)은 스트라이프 또는 도트 형태인 것을 특징으로 한다.

본 발명을 이용하면, 기존의 전극구조(lateral gate)에서 전계의 영향을 최소화하는 것이 가능하고, 그로 인하여 고전압 인가 시 다이오드 액션(2극 구동) 현상이나 전계에 의한 전자방출원(emitter)의 손상을 막아주므로 전계 방출 소자의 수명을 연장하고 신뢰성을 확보하는 것이 가능하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다.

또한, 본 명세서에서 기판, 층 또는 막 등의 '상부에' 다른 기판, 층 또는 막이 위치한다는 표현은 다른 기판, 층 또는 막이 바로 위치한다는 의미는 물론, 상기 기판, 층, 또는 막 상에 제3의 막이 더 개재될 수도 있다는 의미로 사용되었다.

도 2는 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 실시예를 나타내는 개략도이며, 도 3a는 스페이서에 전극를 형성시킨 모습을 도시한 평면도이고, 도 3b는 전극 상부에 형성된 전자 방출원을 도시한 평면도이며, 도 3c는 배면기판에 스페이서를 세워서 교대로 형성시킨 모습을 도시한 단면도이고, 도 3d는 도 3c의 상부에 형광막이 도포된 아노드 전극을 추가로 형성시킨 모습을 도시한 단면도이다.

도 2에서 보듯이, 본 발명에 의한 전계 방출 소자는 제1스페이서(300a)를 사이에 두고 일정한 간격을 유지하면서 서로 대향하는 배면기판(100) 및 전면기판(200)을 구비하고, 상기 두 기판(100,200)의 대향면을 향하도록 상기 전면기판(200)에 배치된 아노드 전극(210)을 포함한다. 글라스 프릿(310)을 통해 전면기판(200) 및 배면기판(100)의 양단부와 제1스페이서(300a)를 연결하고 내부 공간이 진공상태를 유지하도록 한다.

상기 배면기판(100)의 상부에 상호 일정 간격 이격하여 길이방향으로 세워져 형성되는 복수 개의 제2스페이서(300b)를 구비하고, 상기 제2스페이서(300b)의 좌우 측면에 각각 적층되어 이웃하는 것과 마주보는 전극(110) 및 상기 전극(110)의 상부에 적층되는 전자 방출원(120)을 구비한다.

즉, 상기 제2스페이서(300b)는 일정 간격으로 복수 개가 나란하게 배면기판(100)의 상부에 세워지고, 제2스페이서(300b)가 상호 마주보게 되는 좌우 측면에 전극(110) 및 전자 방출원(120)이 차례로 적층되게 구비한다(도 3c 참조). 배면기판(100)에 상기 전극(110) 및 전자 방출원(120)이 형성된 제2스페이서(300b)를 상기 전극(110)이 상호 마주보도록 일정 간격을 두고 나란하게 형성하고 상호 전압을 인가하게 되면, 상기 마주보는 전극(110)이 캐소드 전극 및 게이트 전극 구분없이 전계가 형성되며, 이로 인해 전자가 방출되게 된다.

여기서 상기 전극(110)은 각각 실버 페이스트(silver paste)를 사용하여 상기 제2스페이서(300b)에 후막인쇄법으로 형성시킬 수 있다(도 3a 참조). 또한, 상기 전극(110)의 상부에 스크린 인쇄법을 이용하여 전자 방출원(120)을 형성하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 전자 방출원(120)은 카본 나노 튜브로 형성한 것이 바람직하며, 상기 전자 방출원(120)은 스트라이프 또는 도트 형태를 구비할 수 있다. 즉, 상기 제2스페이서(300b)와 나란하게 길이방향으로 구비될 수 있고, 또는 낱개로 구비되어 도트 방식으로 구비되는 것도 가능하다(도 3b 참조).

또한, 상기 전면기판(200)에는 상기 배면기판(100)을 향하는 방향으로 형성된 아노드 전극(210) 및 형광막(220)이 순차적으로 적층된다. 상기 형광막(220)은 형광체를 포함할 수 있으며, 상기 형광체는 전자와 충돌하여 빛을 방출할 수 있다.

또한, 상기 형광막(220)의 상부에는 반사막(230)이 형성되는 것이 바람직하다. 반사막(230)이 구비되면 상기 형광체와 전자가 충돌하여 방출되는 빛이 반사되 어 더욱 효율적인 발광체가 될 수 있기 때문이다.

본 발명에 의한 전계 방출 소자는 상기 전극(110)이 상호 마주보도록 일정 간격을 두고 나란하게 형성하고 상호 전압을 인가하게 되면, 상기 마주보는 전극(110)이 캐소드 전극 및 게이트 전극 구분없이 전계가 형성되며, 이로 인해 전자들이 방출되게 된다. 방출된 전자들은 상기 아노드 전극(210)과 전극(110) 사이에 인가되는 전압에 의해 형광막(220)에 충돌하게 되어, 상기 형광막(220)에 포함된 형광체와 전자가 충돌하여 빛을 방출하게 되는 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 물론이다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 종래 기술을 나타내는 개략도이고,

도 2는 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 실시예를 나타내는 개략도이며,

도 3a는 스페이서에 전극를 형성시킨 모습을 도시한 평면도이고,

도 3b는 전극 상부에 형성된 전자 방출원을 도시한 평면도이며,

도 3c는 배면기판에 스페이서를 세워서 교대로 형성시킨 모습을 도시한 단면도이고,

도 3d는 도 3c의 상부에 형광막이 도포된 아노드 전극을 추가로 형성시킨 모습을 도시한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 기호의 설명>

100 : 배면기판 110 : 전극

120 : 전자 방출원 200 : 전면기판

210 : 아노드 전극 220 : 형광막

230 : 반사막 300a : 제1스페이서

300b : 제2스페이서 310 : 글라스 프릿

Claims (4)

1. 일정 간격으로 서로 대향하도록 배치된 배면기판(100) 및 전면기판(200);

   상기 두 기판(100,200)의 대향면을 향하도록 상기 전면기판(200)에 배치된 아노드 전극(210);

   상기 아노드 전극(210) 상에 형성된 형광막(220);

   상기 두 기판(100,200)의 간격을 유지하면서 그 내부를 진공 밀봉하는 제1스페이서(300a);

   상기 배면기판(100)의 상부에 상호 일정 간격 이격되어 길이방향으로 세워져 형성되는 복수 개의 제2스페이서(300b);

   상기 제2스페이서(300b)의 좌우 측면에 각각 적층되어 이웃하는 것과 마주보도록 구비되는 전극(110); 및

   상기 전극(110)의 상부에 적층되는 전자 방출원(120);을 포함하여 구성되되,

   상기 전자 방출원(120)은 상기 마주보도록 구비되는 전극(110) 간에 인가되는 전계에 의해 전자를 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 형광막(220)의 내측에 형성되는 반사막(230)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 전자 방출원(120)은 카본 나노 튜브로 형성한 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 전자 방출원(120)은 스트라이프 또는 도트 형태인 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자.

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