KR20050113824A - 전자 방출 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자에 의해 가시광을 방출하는 발광부의 구조를 개선한 전자 방출 소자에 관한 것이다.

서로 대향 배치되며 진공 용기를 구성하는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판에 제공되는 전자 방출부과, 제2 기판에 제공되는 발광부를 구비한 전자 방출 소자에 있어서, 상기 발광부는 상기 제2 기판에 형성되는 다수의 형광층과, 상기 제2 기판에 형성되며 상기 형광층 사이에 위치하는 차광층과, 상기 차광층에 형성되며 전도성을 갖는 도전층 및 상기 형광층과 도전층을 덮으면서 형성되는 하나 이상의 애노드 전극을 포함하며, 상기 차광층과 도전층의 전체 두께가 형광층의 두께와 실질적으로 동일하게 형성되어 상기 애노드 전극이 평탄하게 형성되는 전자 방출 소자를 제공한다.

Description

전자 방출 소자{FIELD EMISSION DEVICE}

본 발명은 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자에 의해 가시광을 방출하는 발광부의 구조를 개선한 전자 방출 소자에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 소자(Electron Emission Device)는 전자원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다.

여기서, 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는 FEA(Field Emitter Array)형, SCE(Surface Conduction Emitter)형, MIM 형(Metal-Insulator-Metal)형, MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)형 및 BSE(Ballistic electron Surface Emitting) 형 등이 알려져 있다.

상기한 전자 방출 소자들은 그 종류에 따라 세부적인 구조가 상이하지만, 기본적으로는 진공 용기 내에 전자 방출을 위한 구조물, 즉 전자 방출 유닛을 마련하며, 전자 방출부와 대향 배치되도록 진공 용기 내에 발광부를 구비하여 소정의 발광 또는 표시 작용을 한다.

전자 방출 소자는 제1 기판 위에는 전자 방출부와 더불어 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 전극들을 구비하며, 제2 기판에는 형광층과 화면의 컨트라스트 향상을 위한 차광층 및 제1 기판에서 방출된 전자들이 형광층을 향해 효율적으로 가속될 수 있도록 높은 애노드 전압이 인가되는 애노드 전극을 구비한다. 애노드 전극은 형광층과 차광층을 덮으면서 형성되는 금속박막으로 형성될 수 있고, 형광층과 차광층의 밑면, 즉 진공 용기를 향한 제2 기판의 일표면에 투명 전극으로 형성될 수도 있다.

제1 기판에서 방출된 전자는 형광층을 발광시킨 후 애노드 전극을 통해 방전된다. 그런데, 전자 방출 소자는 전류량이 많아서 애노드 전극을 통한 방전만으로는 방전되는 양에는 한계가 있고, 일부의 전자가 형광층에 축적될 수 있다. 형광층에 축적된 전하는 전자의 궤도를 변화시켜 휘도를 저하시키고, 형광층을 손상시켜 형광층의 수명을 단축시키는 문제가 있다.

일반적으로 형광층이 차광층보다 두껍게 형성되기 때문에 제2 기판을 향한 면은 굴곡을 가지며 형성된다. 이러한 굴곡은 전술한 형광층에 축적된 전하의 방전을 더욱 방해할 수 있으며, 아크 방전의 발생 가능성이 높인다. 굴곡에서 높은 전기장이 인가되어 굴곡이 있는 경우 아크 방전의 발생 가능성을 높이는 것으로 알려져 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 형광층에 축적된 전하를 용이하게 방전하고, 아크 방전에 안정한 전자 방출 소자를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

서로 대향 배치되며 진공 용기를 구성하는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판에 제공되는 전자 방출부과, 제2 기판에 제공되는 발광부를 구비한 전자 방출 소자에 있어서, 상기 발광부는 상기 제2 기판에 형성되는 다수의 형광층과, 상기 제2 기판에 형성되며 상기 형광층 사이에 위치하는 차광층과, 상기 차광층에 형성되며 전도성을 갖는 도전층 및 상기 형광층과 도전층을 덮으면서 형성되는 하나 이상의 애노드 전극을 포함하며, 상기 차광층과 도전층의 전체 두께가 형광층의 두께와 실질적으로 동일하게 형성되어 상기 애노드 전극이 평탄하게 형성되는 전자 방출 소자를 제공한다.

상기 차광층의 폭은 상기 도전층의 폭보다 더 넓게 형성될 수 있다.

상기 도전층은 상기 차광층보다 후막으로 형성될 수 있으며, 상기 도전층은 인쇄법에 의해 형성될 수 있다.

상기 적어도 하나 이상의 애노드 전극은 금속박막으로 형성될 수 있으며, 상기 금속박막은 알루미늄으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

서로 대향 배치되며 진공 용기를 구성하는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판에 제공되는 전자 방출 유닛과, 제2 기판에 제공되는 발광부를 구비한 전자 방출 소자에 있어서, 상기 발광부는 상기 제2 기판에 형성되는 적어도 하나 이상의 애노드 전극과, 상기 애노드 전극에 형성되는 다수의 형광층과, 상기 애노드 전극에 형성되며 상기 형광층 사이에 위치하는 차광층과, 상기 차광층에 형성되며 전도성을 갖는 도전층 및 상기 형광층과 도전층을 덮으면서 형성되는 금속박막을 포함하며, 상기 차광층과 도전층의 전체 두께가 형광층의 두께와 실질적으로 동일하게 형성되어 상기 금속 박막이 평탄하게 형성되는 전자 방출 소자를 제공한다.

상기 차광층의 폭은 상기 도전층의 폭보다 더 넓게 형성될 수 있다.

상기 도전층은 상기 차광층보다 후막으로 형성될 수 있으며, 상기 도전층은 인쇄법에 의해 형성될 수 있다.

상기 적어도 하나 이상의 애노드 전극은 투명 전극으로 형성될 수 있으며, 상기 투명 전극은 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어질 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자의 단면도이고, 도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 도면이다.

도면을 참고하면, 전자 방출 소자는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 임의의 간격을 두고 실질적으로 평행하게 배치하고, 이들을 하나로 접합시킴으로써 진공 용기를 구성한다.

제1 기판(2)에는 전자 방출 유닛(100)이 제공되어 제2 기판(4)을 향해 전자를 방출하며, 제2 기판(4)에는 전자에 의해 가시광을 방출하는 발광부(200)가 제공되어 이미지를 구현한다.

상기 전자 방출 유닛(100)은 알려진 전자 방출 소자의 어느 구성이 적용될 수 있으며, 도 1에서는 일례로 FEA형 전자 방출 소자의 경우를 도시하고 있다.

도시한 FEA형 전자 방출 소자의 일 구조는, 제1 기판(2) 위에는 소정의 패턴, 가령 스트라이트 형상을 취하는 캐소드 전극들(6)이 서로간에 임의의 간격을 두고 제1 기판(2)에 복수로 형성되고, 캐소드 전극들(6)을 덮으면서 절연층(8)이 형성된다. 절연층(8) 위에는 소정의 패턴, 가령 스트라이프 형상을 취하는 게이트 전극들(10)이 서로간에 임의의 간격을 두고 캐소드 전극들(6)과 직교하는 방향을 따라 복수로 형성된다.

본 실시예에서 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 절연층(8)과 게이트 전극(10)에는 각각의 화소 영역마다 적어도 하나의 개구부(8a, 10a)가 형성되어 캐소드 전극(6)의 일부 표면을 노출시키며, 노출된 캐소드 전극(6) 위로 전자 방출부(12)가 형성된다.

본 실시예에서 전자 방출부(12)는 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 카본 나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀(fulleren), 실리콘 나노와이어 중 어느 하나 또는 이들의 조합 물질로 이루어지며, 그 제조법으로는 스크린 인쇄, 화학기상증착(CVD) 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.

이로써 상기 구조에서는 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10) 중 어느 하나의 전극에 스캔 신호를 인가하고, 다른 하나의 전극에 데이터 신호를 인가하면, 두 전극간 전압 차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(12) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자가 방출된다.

도 1에서는 전자 방출부의 일례로 FEA형 전자 방출 소자를 도시하였으나, 전자 방출 유닛(100)은 여기에 한정되지 않고 SCE형, MIM 또는 MIS형 및 BSE형 등 공지의 전자 방출 소자들의 구성이 모두 적용될 수 있다.

다음으로, 제2 기판(4) 일면에는 서로 임의의 간격을 두고 형성되는 형광층(14)과, 형광층(14) 사이에서 제2 기판의 일면에 형성되는 차광층(16), 그리고 차광층(16) 위에 인쇄법 등의 방법으로 차광층(16)보다 후막으로 형성되는 도전층(18)이 형성된다. 도전층(18)은 형광층(14) 사이에서 형성되어 형광층(14)에 축적된 전하가 방전되는 통로로 작용하여 전하의 방전을 용이하게 한다. 이에 따라, 형광층에 축적된 전하에 의해 발생하는 휘도 저하와 형광층의 수명 단축을 방지하는 효과가 있다.

차광층(16)의 두께(t1)와 도전층(18)의 두께(t2)를 합한 전체두께는 상기 형광층(14)의 두께(t3)와 동일하다. 그리고, 차광층(16)의 폭(w1)을 도전층(18)의 폭(w2)보다 더 넓게 형성하여 형광층(14)이 차광층(16)과 도전층(18)에 밀착하여 도포될 수 있도록 한다.

도전층(18)과 형광층(14)의 전면에는 증착에 의한 금속 박막(20)이 형성된다. 금속 박막(20)은 일례로 알루미늄 박막으로 이루어지며, 이 금속 박막(20)은 전자빔 가속에 필요한 고전압이 인가되어 애노드 전극으로 기능한다. 차광층(16)의 두께(t1)와 도전층(18)의 두께(t2)를 합한 두께가 이 상기 형광층(14)의 두께(t3)와 동일하므로, 금속 박막(20)은 평탄하게 형성되어 전계가 집중되는 부분이 존재하지 않으므로 아크 방전에 안정하다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자의 단면도이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자는 전술한 제1 실시예의 전자 방출 소자와 기본적인 구조를 같이 하고 있으며, 각 실시예에서 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용한다.

도면을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에서는 차광층(16)과 형광층(14)의 밑면, 즉 진공 용기를 향한 제2 기판(4)의 일표면에는 투명전극(22)을 더욱 포함한다. 상기 투명전극(22)은 일례로 ITO(Indium Tin Oxide)로 형성될 수 있다. 투명전극(22)은 제2 기판(4)의 일표면 전체를 덮으면서 형성되거나 스트라이프 패턴 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.

본 실시예에서는 전술한 제1 실시예와는 달리 투명 전극(22)이 전자빔 가속에 필요한 전압을 인가받아 애노드 전극으로 기능하고, 금속박막(20)은 메탈 백(metal back) 효과에 의해 화면의 휘도를 높이는 역할을 한다.

본 실시예에서는 금속박막(20)과 투명 전극(22)이 모두 형성되어 금속박막(20)만 형성된 제1 실시예보다 형광층에 축전된 전하의 방전이 더욱 용이하게 이루어질 수 있다.

이상을 통해 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.

이와 같이 본 발명에 따른 전자 방출 소자는, 형광층 사이에 형성된 도전층이 형광층에 축전된 전하를 방전하는 통로로 작용하여 전하를 원활하게 방전한다. 따라서, 형광층에 축적된 전하에 의해 발생하는 휘도 저하와 형광층의 수명 단축을 방지하는 효과가 있다. 또한, 금속박막이 평탄하게 형성되어 아크 방전을 예방할 수 있으며, 금속박막의 형성 공정시 안정성이 확보될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 기판에 금속박막과 투명전극이 모두 형성되어 형광층에 축적된 전하를 더욱 용이하게 방전할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자의 단면도이다.

도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자의 단면도이다.

Claims (12)

1. 서로 대향 배치되며 진공 용기를 구성하는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판에 제공되는 전자 방출 유닛과, 제2 기판에 제공되는 발광부를 구비한 전자 방출 소자에 있어서,

   상기 발광부는 상기 제2 기판에 형성되는 다수의 형광층과, 상기 제2 기판에 형성되며 상기 형광층 사이에 위치하는 차광층과, 상기 차광층에 형성되며 전도성을 갖는 도전층 및 상기 형광층과 도전층을 덮으면서 형성되는 하나 이상의 애노드 전극을 포함하며, 상기 차광층과 도전층의 전체 두께가 형광층의 두께와 실질적으로 동일하게 형성되어 상기 애노드 전극이 평탄하게 형성되는 전자 방출 소자.
2. 제 1 항에서,

   상기 차광층의 폭은 상기 도전층의 폭보다 더 넓게 형성되는 전자 방출 소자.
3. 제 1 항에서,

   상기 도전층이 상기 차광층보다 후막으로 형성되는 전자 방출 소자.
4. 제 3 항에서,

   상기 도전층은 인쇄법에 의해 형성되는 전자 방출 소자.
5. 제 1 항에서,

   상기 적어도 하나 이상의 애노드 전극은 금속박막으로 형성되는 전자 방출 소자.
6. 제 5 항에서,

   상기 금속박막은 알루미늄으로 이루어진 전자 방출 소자.
7. 서로 대향 배치되며 진공 용기를 구성하는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판에 제공되는 전자 방출 유닛과, 제2 기판에 제공되는 발광부를 구비한 전자 방출 소자에 있어서,

   상기 발광부는 상기 제2 기판에 형성되는 적어도 하나 이상의 애노드 전극과, 상기 애노드 전극에 형성되는 다수의 형광층과, 상기 애노드 전극에 형성되며 상기 형광층 사이에 위치하는 차광층과, 상기 차광층에 형성되며 전도성을 갖는 도전층 및 상기 형광층과 도전층을 덮으면서 형성되는 금속 박막을 포함하며, 상기 차광층과 도전층의 전체 두께가 형광층의 두께와 실질적으로 동일하게 형성되어 상기 금속 박막이 평탄하게 형성되는 전자 방출 소자.
8. 제 7 항에서,

   상기 차광층의 폭은 상기 도전층의 폭보다 더 넓게 형성되는 전자 방출 소자.
9. 제 7 항에서,

   상기 도전층은 상기 차광층보다 후막으로 형성되는 전자 방출 소자.
10. 제 9 항에서,

    상기 도전층은 인쇄법에 의해 형성되는 전자 방출 소자.
11. 제 7 항에서,

    상기 적어도 하나 이상의 애노드 전극은 투명 전극으로 형성되는 전자 방출 소자.
12. 제 11 항에서,

    상기 투명 전극은 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 전자 방출 소자.