KR101167182B1 - The field emission device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전계 방출 장치에 대한 것으로서, 이 장치는 이격되어 대향 배치되는 애노드 기판 및 캐소드 기판, 상기 캐소드 기판 상에 형성된 캐소드 전극, 상기 캐소드 전극 상에 이격되어 형성되는 복수의 전계 에미터, 그리고 상기 캐소드 기판과 상기 애노드 기판 사이에 형성되며 복수의 개구부군을 포함하는 게이트 전극을 포함하며, 상기 개구부군은 제1 변과 상기 제1 변보다 짧은 제2 변을 가지는 직사각형의 형상을 가지는 개구부를 포함하며, 상기 개구부군의 제1 변의 방향은 이웃한 개구부군의 제1 변의 방향과 서로 다르게 배열되어 있다. 따라서, 직사각 형태의 개구부를 형성함으로써, 개구부를 빠져 나온 전자 빔이 애노드 전극에 도달할 때, 특정 방향으로 퍼지게 하여 채움비를 높이고 결과적으로 전계 방출 효율을 높일 수 있다.The present invention relates to a field emission device, comprising: an anode substrate and a cathode substrate spaced apart from each other, a cathode electrode formed on the cathode substrate, a plurality of field emitters formed on the cathode electrode, and the A gate electrode formed between the cathode substrate and the anode substrate, the gate electrode including a plurality of opening groups, the opening group including an opening having a rectangular shape having a first side and a second side shorter than the first side. The direction of the first side of the opening group is arranged differently from the direction of the first side of the adjacent opening group. Therefore, by forming the rectangular opening, when the electron beam exiting the opening reaches the anode electrode, it can be spread in a specific direction to increase the filling ratio and consequently increase the field emission efficiency.
전계 방출 장치, 에미터, 게이트 전극, 개구부, 패턴 Field emitters, emitters, gate electrodes, openings, patterns
Description
본 발명은 전계 방출 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 에미터로부터 방출되는 전자 빔의 퍼짐을 제어할 수 있는 전계 방출 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a field emission device. In particular, the present invention relates to field emission devices capable of controlling the spread of electron beams emitted from emitters.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-S-016-01, 과제명: 15인치급 다이나믹 면 백 라이트].The present invention is derived from the research conducted as part of the IT growth engine technology development project of the Ministry of Knowledge Economy and the Ministry of Information and Communication Research and Development. [Task management number: 2008-S-016-01, Task name: 15-inch dynamic surface backlight ].
일반적으로 전계 방출 장치는 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 전계 에미터로부터 전자 방출을 유도하는 게이트 전극을 포함한다.Generally, field emission devices include a gate electrode that induces electron emission from a field emitter between the cathode and anode electrodes.
이러한 게이트 전극에는 전계 에미터에서 방출된 전자가 빠져 나와 애노드 전극으로 가속되도록 개구부가 형성되어 있다. Openings are formed in the gate electrode such that electrons emitted from the field emitter escape and accelerate to the anode electrode.
일반적으로 게이트 전극에 형성된 개구부는 원형 등의 대칭적인 형태를 가진다.In general, the opening formed in the gate electrode has a symmetrical shape such as a circle.
일반적인 전계 방출 장치는 애노드 전극에 도달하는 전자 빔의 충돌 면적이 넓을수록 효율이 높아진다.In general field emission devices, the larger the impact area of the electron beam reaching the anode electrode, the higher the efficiency.
이와 같이 효율을 높이기 위하여는 게이트 전극에 형성된 개구부의 밀도를 높여야 한다.In order to increase the efficiency, the density of the openings formed in the gate electrode should be increased.
그러나, 일정한 면적의 게이트 전극에 개구부의 밀도를 높이는 것은 구조적으로 한계가 있다.However, increasing the density of the openings in the gate electrode of a constant area is structurally limited.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 간단한 개구부의 구조를 제시하여 개구부를 빠져나간 전자 빔이 애노드 전극과 게이트 전압의 영향을 받아 비등방적으로 퍼짐으로써 효율을 높일 수 있는 전계 방출 장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a field emission device that can increase the efficiency by anisotropically spreading the electron beam exiting the opening by the effect of the anode electrode and the gate voltage by presenting a simple opening structure.
본 발명에 따른 전계 방출 장치는 이격되어 대향 배치되는 애노드 기판 및 캐소드 기판; 상기 캐소드 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극 상에 이격되어 형성되는 복수의 전계 에미터; 그리고 상기 캐소드 기판과 상기 애노드 기판 사이에 형성되며 복수의 개구부군을 포함하는 게이트 전극을 포함하며, 상기 개구부군은 제1 변과 상기 제1 변보다 짧은 제2 변을 가지는 직사각형의 형상을 가지는 개구부를 포함하며, 상기 개구부군의 제1 변의 방향은 이웃한 개구부군의 제1 변의 방향과 서로 다르게 배열되어 있다. The field emission device according to the present invention comprises: an anode substrate and a cathode substrate spaced apart from each other; A cathode electrode formed on the cathode substrate; A plurality of field emitters spaced apart on the cathode electrode; And a gate electrode formed between the cathode substrate and the anode substrate, the gate electrode including a plurality of opening groups, wherein the opening group has a rectangular shape having a first side and a second side shorter than the first side. The direction of the first side of the opening group is arranged differently from the direction of the first side of the adjacent opening group.
각각의 상기 개구부군은 1개의 개구부를 포함할 수 있다.Each of the opening groups may include one opening.
각각의 상기 개구부군은 적어도 2개의 개구부를 포함할 수 있다.Each of the opening groups may include at least two openings.
상기 개구부군의 제1 방향은 이웃한 상기 개구부군의 제1 방향과 수직일 수 있다.The first direction of the opening group may be perpendicular to the first direction of the adjacent opening group.
상기 전계 에미터는 상기 개구부와 정렬하여 형성되어 있으며, 상기 개구부의 형태를 대칭적으로 축소한 크기를 가질 수 있다.The field emitter may be formed in alignment with the opening, and may have a size in which the shape of the opening is symmetrically reduced.
상기 전계 에미터는 카본 나노튜브. 카본 나노 섬유 및 카본계 합성 물질 중 하나로 형성될 수 있다.The field emitter is carbon nanotubes. It may be formed of one of carbon nanofibers and carbon-based synthetic materials.
본 발명에 따르면, 직사각 형태의 개구부를 형성함으로써, 개구부를 빠져 나온 전자 빔이 애노드 전극에 도달할 때, 특정 방향으로 퍼지게 하여 채움비를 높이고 결과적으로 전계 방출 효율을 높일 수 있다.According to the present invention, by forming the rectangular opening, when the electron beam exiting the opening reaches the anode electrode, it can be spread in a specific direction to increase the filling ratio and consequently increase the field emission efficiency.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.
이하에서는 도 1을 참고하여 본 발명에 따른 전계 방출 장치를 설명한다.Hereinafter, a field emission device according to the present invention will be described with reference to FIG. 1.
도 1은 본 발명에 따른 전계 방출 장치를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a field emission device according to the present invention.
도 1을 참고하면, 전계 방출 장치는 캐소드 기판(100) 및 캐소드 기판(100)과 이격되어 마주보는 애노드 기판(200)으로 형성되어 있다.Referring to FIG. 1, the field emission device is formed of a
캐소드 기판(100) 위에는 애노드 기판(200)을 향하여 캐소드 전극(110)이 형성되어 있으며, 캐소드 전극(110) 위에 일정한 간격으로 이격되어 전계 방출 에미터(120)가 형성되어 있다.The
애노드 기판(200) 위에는 캐소드 기판(100)을 향하여 애노드 전극(210)이 형성되어 있으며, 애노드 전극(210) 위에는 형광막(220)이 형성되어 있다.An
또한, 캐소드 기판(100)과 애노드 기판(200) 사이의 이격 거리 내에 전계 방출 에미터(120)의 전계 방출을 유도하는 게이트 전극(300)이 형성되어 있다.In addition, a
이러한 게이트 전극(300)은 전계 방출 에미터(120)로부터 방출된 전자를 통과시키기 위한 개구부(310)를 포함하며, 이러한 개구부(310)는 하부 캐소드 기판(100) 위의 전계 방출 에미터(120)를 노출한다.The
게이트 전극(300)은 금속의 메쉬형으로 이루어질 수 있다. The
이러한 전계 방출 장치는 게이트 전극(300)에 인가된 전압에 의해 전계 방출 에미터(120)가 전자를 방출하고, 방출된 전자는 게이트 전극(300)의 개구부(310)를 통과하여 애노드 기판(200) 쪽으로 이끌리게 된다. In the field emission device, the
애노드 전극(210)에 인가된 전압에 의해 가속된 전자는 형광막(220)에 충돌하여 음극 발광을 일으키는데 전계 방출 에미터(120)에서 방출된 전자가 애노드 형광막(220)에 골고루 충돌하도록 전계 방출 장치를 설계하는 것이 필요하다. Electrons accelerated by the voltage applied to the
삼극 구조의 경우 도 1과 같이 개구부(310)가 형성되지 않은 영역에서는 전 자가 방출되지 않으므로 전체 패널 면적에서 개구부(310)가 차지하는 비율을 높이거나, 개구부(310)를 통과한 전자가 개구부(310)가 형성되지 않은 이웃 영역까지 도달하도록 설계해야 한다.In the case of the tripolar structure, as shown in FIG. 1, since electrons are not emitted in the region where the
도 2는 종래의 게이트 전극을 상부에서 바라본 모식도이고, 도3은 본 발명의 실시예에 따른 게이트 전극을 게이트 전극의 상부에서 바라본 모식도이다.FIG. 2 is a schematic view of a conventional gate electrode viewed from above, and FIG. 3 is a schematic view of a gate electrode viewed from above, according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참고하면, 게이트 전극(300)의 개구부(310)는 원형으로 형성되어 있으며, 개구부(310)의 직경보다 작은 크기의 전계 방출 에미터(120)가 형성되어 있다.Referring to FIG. 2, the
이러한 원형 개구부(310)는 전계 방출 에미터(120)를 기준으로 세로 방향인 제1 방향(I) 및 세로 방향과 수직인 제2 방향(II)에 대칭적으로 전계가 인가된다.The
전계가 수직한 양 방향에 대칭적으로 인가되면, 방출된 전자는 동일한 퍼짐 특성을 가진다. When the electric field is applied symmetrically in both perpendicular directions, the emitted electrons have the same spreading characteristics.
반면, 도 3과 같이, 개구부(320)를 직사각 형태로 형성할 경우, 즉, 개구부(320)의 장변(b)과 단변(a)의 길이가 b>a인 직사각형일 경우, 세로 방향인 제1 방향(I)에 비해 제1 방향에 수직인 제2 방향(II)으로, 즉, 단변(a)의 방향으로 전계가 강하게 작용한다. On the other hand, as shown in FIG. 3, when the
따라서, 전계 방출 에미터(120)에서 방출된 전자는 제2 방향(II)으로 더 퍼지는 특성을 가지게 된다. Therefore, the electrons emitted from the
또한 카본 나노튜브. 카본 나노 섬유 및 카본계 합성 물질 중 하나로 형성된 나노 에미터를 전계 방출 에미터(120)로 사용할 경우, 원형의 도트 형태의 에미터 대신 도 3과 같이 직사각 형태의 전계 방출 에미터 패턴을 형성할 수 있다.Also carbon nanotubes. When the nano emitter formed of one of the carbon nanofibers and the carbon-based synthetic material is used as the
이러한 경우, 원형의 도트 패턴에 비하여 상대적으로 에미터 면적이 커지므로 전계 방출에 기여하는 에미터(120)의 수효를 늘려 전계방출 특성을 높일 수 있다.In this case, since the emitter area is relatively larger than the circular dot pattern, the number of
이하에서는 도 4 내지 도 6을 참고하여 도 3의 패턴을 활용하여 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 장치를 설명한다.Hereinafter, a field emission device according to an embodiment of the present invention will be described using the pattern of FIG. 3 with reference to FIGS. 4 to 6.
도 4 및 도 5는 도 3의 패턴을 이용한 전계 방출 장치를 게이트 전극 위에서내려다본 모식도이고, 도 6a 내지 도 6c는 도 2, 도 4 및 도 5의 패턴을 가지는 전계 방출 장치의 전자 빔이 애노드 전극에 도달하는 면적을 표시한 것이다.4 and 5 are schematic views of the field emission device using the pattern of FIG. 3 as viewed from the top of the gate electrode, and FIGS. 6A to 6C illustrate an anode of the electron beam of the field emission device having the patterns of FIGS. 2, 4 and 5. The area reaching the electrode is shown.
도 4를 참고하면, 게이트 전극(300)은 복수의 단위 개구부군(350)을 포함한다.Referring to FIG. 4, the
하나의 단위 개구부군(350)은 복수의 개구부(320)를 포함하며, 하나의 개구부(320)는 도 3과 같이 직사각형의 패턴을 가진다.One unit
각 단위 개구부군(350) 내에서 복수의 개구부(320)는 직사각형의 긴 변이 수직한 방향으로 놓인 것과 수평한 방향으로 놓인 것이 이웃하도록 반복적으로 배열된다.In each unit opening
따라서, 개구부(320)를 통과한 전자 빔이 이웃한 개구부(320)가 채우지 못하는 부분 까지 퍼진다. Therefore, the electron beam passing through the opening 320 spreads to a portion that the neighboring
이때, 캐소드 전극(110) 위의 전계 방출 에미터(120)는 직사각형의 패턴을 가질 수 있으며, 각 개구부(320)에 의해 노출되도록 정렬하여 형성되어 있다.In this case, the field emission emitters 120 on the
또한, 도 5와 같이, 게이트 전극(300)에 복수의 단위 개구부군(350)이 형성되어 있으며, 각 단위 개구부군(350) 내의 개구부(320)의 수효는 도 4의 2배일 수 있다.In addition, as illustrated in FIG. 5, a plurality of
즉, 직사각형의 긴 변의 방향이 동일한 두 개의 개구부(320)가 하나의 개구부 쌍(370)을 이루며, 직사각형의 긴 변의 방향이 서로 다른 개구부 쌍이 이웃하게 배치된다.That is, two
도 5와 같이 배치되는 경우, 전자 빔의 퍼짐 특성이 더욱 극대화될 수 있으며, 같은 원리로 상황에 따라 개구부(320)의 길이 및 배치 형태를 달리할 수 있다. When arranged as shown in FIG. 5, the spreading characteristic of the electron beam may be further maximized, and in the same principle, the length and arrangement of the
예를 들어, 개구부(320)의 긴 변의 길이를 더욱 길게 하고, 개구부 쌍(370)을 이루는 개구부(320)의 수효를 2보다 많은 수로 형성할 수 있다.For example, the length of the long side of the
도 4 및 도 5의 게이트 전극(300)의 패턴은 단위 개구부군(350)이 반복적으로 형성되어 이루어진다.In the pattern of the
도 6a는 도 2와 같이 게이트 전극(300)의 개구부(310)가 원형일 때, 도 6b는 도 4와 같이 게이트 전극(300)의 개구부(320)가 직사각형일 때, 도 6c는 게이트 전극(300)의 개구부(320)가 직사각형이며 개구부 쌍이 2개의 개구부(320)를 가질 때의 전자 빔이 애노드 전극(250, 260, 270)에 도달하는 면적(A, B, C)을 각각 표시한 것이다.FIG. 6A illustrates a circular opening of the
도 6a와 같이, 원형 개구부(310)의 경우, 개구부(310)를 빠져나온 전자 빔은 애노드 전극(250)에 도달 할 때 원형으로 빔이 퍼질 수 있으며, 각 원형 전자 빔 패턴 사이에는 전자 빔이 도달하지 않는 영역이 존재할 수 있다. As shown in FIG. 6A, in the case of the
도 6b와 같이 직사각형의 개구부(320)를 가지며, 단위 개구부군 내에 서로 다른 방향의 개구부(320)가 이웃하도록 배열되어 있는 경우, 개구부(320)를 빠져나온 전자 빔은 각 개구부(320)의 짧은 변 쪽으로 퍼지게 되고, 긴 변이 수직 수평 방향으로 이웃하여 형성되어 있어 이웃한 개구부(320)를 통한 전자 빔의 도달 영역까지 전자 빔이 퍼지게 된다.When the
또한, 도 6c와 같이, 한 쌍의 직사각형 개구부(320)를 가지는 경우, 전자 빔의 도달 영역이 겹쳐지는 효과가 도 6b보다 커지며, 이웃한 개구부(320)에서 방출된 전자 빔이 서로 중첩됨으로써 전자 빔의 채움비를 더 높일 수 있다. In addition, as shown in FIG. 6C, when the pair of
이때, 전계 방출 에미터는 임의의 형태를 가질 수 있으며, 개구부를 축소한 형태로 형성될 수 있다. 개구부와 유사한 형태를 가지는 경우, 그 축소 비는 상황에 따라 결정될 수 있으며, 개구부와 에미터는 정렬된다. In this case, the field emission emitter may have any shape and may be formed in a form in which the opening is reduced. When having a shape similar to the opening, the reduction ratio can be determined depending on the situation, and the opening and the emitter are aligned.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.
도 1은 본 발명에 따른 전계 방출 장치를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a field emission device according to the present invention.
도 2는 종래의 게이트 전극을 상부에서 바라본 모식도이다. 2 is a schematic view of a conventional gate electrode viewed from above.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 게이트 전극을 게이트 전극의 상부에서 바라본 모식도이다.3 is a schematic view of the gate electrode according to the embodiment of the present invention viewed from above.
도 4 및 도 5는 도 3의 패턴을 이용한 전계 방출 장치를 게이트 전극 위에서 내려다본 모식도이다. 4 and 5 are schematic views of the field emission device using the pattern of FIG. 3 as viewed from the top of the gate electrode.
도 6a 내지 도 6c는 도 2, 도 4 및 도 5의 패턴을 가지는 전계 방출 장치의 전자 빔이 애노드 전극에 도달하는 면적을 표시한 것이다.6A-6C show the area where the electron beam of the field emission device having the pattern of FIGS. 2, 4 and 5 reaches the anode electrode.
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