KR20050113865A - 전자 방출 소자 - Google Patents

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KR20050113865A
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    • H01J2201/30—Cold cathodes
    • H01J2201/304—Field emission cathodes
    • H01J2201/30446—Field emission cathodes characterised by the emitter material
    • H01J2201/30453—Carbon types

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  • Vessels, Lead-In Wires, Accessory Apparatuses For Cathode-Ray Tubes (AREA)

Abstract

본 발명의 목적은 스페이서에 국부적으로 전계가 집중되는 것을 억제하여 스페이서 열화를 방지하고 휘도를 개선할 수 있는 전자 방출 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 전자들을 방출하는 전자 방출 수단이 구비된 제 1 기판; 제 1 기판에 대향하여 배치되고 전자들에 의해 이미지를 표시하는 이미지 표시 수단이 구비된 제 2 기판; 및 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 배치되어 이들을 일정 간격으로 이격시키는 스페이서를 포함하고, 전자 방출 수단이 제 1 기판 상에 형성된 게이트 전극들; 절연층을 사이에 두고 게이트 전극들과 교차하면서 그 위로 형성된 캐소드 전극들; 및 캐소드 전극에 전기적으로 연결된 전자 방출부를 포함하며, 스페이서가 제 1 기판 상에 노출된 절연층에 접촉되어 지지되는 전자 방출 소자에 의해 달성될 수 있다. 여기서, 스페이서가 캐소드 전극 내에 위치하면서 절연층에 접촉되어 지지된다.

Description

전자 방출 소자{ELECTRON EMISSION DEVICE}
본 발명은 전자 방출 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스페이서 열화를 방지하고 휘도를 개선할 수 있는 전자 방출 소자에 관한 것이다.
일반적으로, 전자 방출 소자는 전자원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다.
여기서, 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는 전계 방출 어레이(Field Emitter Array; FEA)형, 표면 전도 방출(Surface Conduction Emitter; SCE)형, 금속-유전체-금속((Metal-Insulator-Metal; MIM)형, 금속-유전체-반도체(Metal-Insulator-Semiconductor; MIS)형 및 밸리스틱 전자 표면 방출(Ballistic electron Surface Emitting; BSE)형 등이 알려져 있다.
이 중 FEA형 전자 방출 소자는 통상적으로 캐소드 전극, 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질, 예컨대 몰리브덴(Mo)과 같은 금속 또는 흑연과 같은 카본계 물질로 이루어진 전자 방출부 및 게이트 전극이 형성된 제 1 기판과, 스페이서에 의해 일정 간격을 두고 제 1 기판에 대항하여 배치되고 그 일면에 애노드 전극과 형광막이 형성된 제 2 기판으로 이루어져, 캐소드 전극과 게이트 전극간 전압 차에 의해 전자 방출부에 강한 전계가 인가되어 전자가 방출되고 이 전자들이 형광막을 발광시켜 이미지를 구현하게 된다.
여기서, 제 1 기판 상에 캐소드 전극과 게이트 전극이 적층되는 순서는 FEA형 전자 방출 소자의 구조에 따라 선택적으로 이루어질 수 있다.
또한, 제 1 기판에서 방출된 전자들이 형광층을 향해 효율적으로 가속되도록 애노드 전극에 수백∼수천 볼트의 높은 (＋) 전압이 인가된다.
한편, 높은 휘도 특성을 얻기 위해서는 애노드 전극의 전압을 높이는 것이 중요한데, 이처럼 애노드 전극의 전압이 높아지게 되면 애노드 전극의 높은 전압에 의해 생성되는 전계에 의해 원치 않는 전자 방출이 야기되어 형광층까지 여기되는 이른 바 다이오드 발광이 발생하기 때문에 애노드 전극의 전압을 일정치 이상으로 높이는 데에는 한계가 있다.
특히, 제 1 기판 상에 게이트 전극이 먼저 형성되고 이 게이트 전극 위로 캐소드 전극이 배치되는 전자 방출 소자에서는, 전자 방출부가 캐소드 전극 상에 직선형의 라인 구조로 형성되기 때문에 전자 방출부 선상의 모든 지점이 애노드 전극의 높은 전압에 의해 생성되는 전계에 영향을 받기 때문에 상술한 다이오드 발광이 더욱 더 심하게 발생함에 따라 애노드 전극의 전압을 일정치 이상으로 높이는데 더 큰 어려움이 있다.
이를 해결하기 위하여 종래의 전자 방출 소자에서는 게이트 전극과 교차하는 부분의 캐소드 전극에 홀을 형성하여 게이트 전극의 전압을 위로 끌어올려 전자 방출부에 보다 강한 전계가 인가되도록 하여 전자 방출량을 높임으로써, 애노드 전극의 전압을 일정 치 이상으로 높이지 않더라도 높은 휘도 특성을 얻는 방법을 적용하고 있다.
그러나, 이 경우에는 제 1 기판과 제 2 기판 사이에서 이들을 지지하는 스페이서가 제 1 기판의 캐소드 전극 상에 위치함에 따라, 전자 방출 소자의 구동 시 스페이서에 국부적으로 전계가 집중되어 스페이서 열화가 발생할 뿐만 아니라 스페이서 위치에서 이상 발광 현상이 야기되어 휘도가 저하되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스페이서에 국부적으로 전계가 집중되는 것을 억제하여 스페이서 열화를 방지하고 휘도를 개선할 수 있는 전자 방출 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 본 발명의 목적은 전자들을 방출하는 전자 방출 수단이 구비된 제 1 기판; 제 1 기판에 대향하여 배치되고 전자들에 의해 이미지를 표시하는 이미지 표시 수단이 구비된 제 2 기판; 및 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 배치되어 이들을 일정 간격으로 이격시키는 스페이서를 포함하고, 전자 방출 수단이 제 1 기판 상에 형성된 게이트 전극들; 절연층을 사이에 두고 게이트 전극들과 교차하면서 그 위로 형성된 캐소드 전극들; 및 캐소드 전극에 전기적으로 연결된 전자 방출부를 포함하며, 스페이서가 제 1 기판 상에 노출된 절연층에 접촉되어 지지되는 전자 방출 소자에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 스페이서가 캐소드 전극 내에 위치하면서 절연층에 접촉되어 지지되고, 캐소드 전극의 중앙 및 일측 가장자리에 상기 게이트 전극들 중 2개의 게이트 전극 상부 및 이들 사이의 절연층을 노출시키는 오목부가 형성되는데, 이때 스페이서가 오목부에 의해 노출된 절연층에 접촉되어 지지되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 스페이서가 상기 2개의 게이트 전극 사이의 절연층에 접촉되어 지지된다.
그리고, 이미지 표시 수단이 제 1 기판을 대향하여 상기 제 2 기판 상에 임의의 간격을 두고 배치되는 형광층과, 형광층 사이에 형성되는 흑색영역으로 이루어지고, 스페이서가 흑색영역에 접촉되어 지지된다.
또한, 캐소드 전극의 중앙에는 오목부에 인접하여 1개의 게이트 전극 상부의 절연층을 노출시키는 다른 오목부가 더 형성된다.
또한, 전자 방출부는 그라파이트(Graphite), 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(Diamond Liked Carbon), 카본 나노튜부(Carbon Nanotube; CNT), C60(fulleren) 등의 카본계 물질이나 나노 튜브(Nano Tube), 나노 와이어(Nano Wire) 등의 나노 물질로 이루어진다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 소자를 설명하기 위한 도면으로서, 도 1은 전자 방출 소자의 부분 분해 사시도이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선과 Ⅰ-Ⅰ선에 따른 각각의 단면도이다.
도면을 참조하면, 유리와 같은 투명한 재질로 이루어진 제 1 기판(10)과 제 2 기판(20)이 일정 간격을 두고 대향하여 배치된다.
제 1 기판(10)에는 전계 형성으로 전자를 방출하는 구성이 제공되고, 제 2 기판(20)에는 전자에 의해 가시광을 내어 이미지를 표시하는 구성이 제공된다.
좀 더 구체적으로, 제 1 기판(10)에는 게이트 전극(11)들이 제 1 방향(도면의 Y 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 게이트 전극(11)을 덮도록 제 1 기판(10) 상에 절연층(12)이 형성되며, 절연층(12) 상에는 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향(도면의 X 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 캐소드 전극(13)들이 형성된다.
캐소드 전극(13)과 게이트 전극(11)의 교차부분, 즉 화소영역의 캐소드 전극(13)의 일측 가장자리에는 절연층(11)을 노출시키는 사각형상의 제 1 오목부(13a)가 형성되고, 제 1 오목부(13a) 내측을 따라 절연층(11) 상에 캐소드 전극(13)과 전기적으로 연결되도록 캐소드 전극(13)과 접촉하여 방출부(14)가 형성된다. 그리고, 캐소드 전극(13)의 중앙에는 하나의 전자 방출부(14)에 대향하면서 1개의 게이트 전극(11) 상의 절연층(12)을 노출시키는 사각형상의 제 2 오목부(13b)가 형성되고, 캐소드 전극(13)의 중앙 및 다른 측 가장자리에는 제 2 오목부(13b)에 인접하여 2개의 전자 방출부(14)에 대향하면서 2개의 게이트 전극(11) 상부 및 이 게이트 전극(11) 사이의 절연층(12)을 노출시키는 사각형상의 제 3 오목부(13c)가 형성된다.
여기서, 제 2 및 제 3 오목부(13b, 13c)는 노출된 절연층(12)을 통해 게이트 전극(11)의 전계가 전자 방출부(14)에 보다 강한 영향을 미치도록 하는 전계 강화부로서 작용한다.
또한, 전자 방출부(14)는 그라파이트(Graphite), 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(Diamond Liked Carbon), 카본 나노튜부(Carbon Nanotube; CNT), C60(fulleren) 등의 카본계 물질이나 나노 튜브(Nano Tube), 나노 와이어(Nano Wire) 등의 나노 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기에서는 제 1 내 제 3 오목부(13a, 13b, 13c)이 사각형상인 경우를 설명하였지만 곡선 형상인 것도 무방하다.
또한, 도면에 도시된 바와 같이, 제 1 기판(10)에는 캐소드 전극(13) 사이에 각각의 전자 방출부(14)와 이격되면서 절연층(12)에 형성된 비아홀(via hole; 12a)을 통하여 게이트 전극(11)과 접촉되어 전기적으로 연결되는 대향 전극(15)이 배치될 수 있다. 이 대향 전극(15)은 게이트 전극(11)의 전압을 절연층(12) 위로 끌어올려 전자 방출부(14)에 보다 강한 전계를 인가시켜 전자 방출부(14)로부터 양호하게 전자가 방출되도록 하는 역할을 한다.
제 1 기판(10)에 대향하는 제 2 기판(20)의 일면에는 R, G, B 형광체(21R, 21G, 21B)로 구성된 형광층(21)이 임의의 간격을 두고 형성되고, 형광층(21)을 덮으면서 제 2 기판(20)의 전면으로 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질로 이루어진 애노드 전극(23)이 형성된다.
여기서, 애노드 전극(23)은 금속재질 대신 ITO와 같은 투명재질로 형성될 수도 있는데, 이 경우에는 애노드 전극(23)이 제 2 기판(20) 상에 먼저 형성되고 그 위로 형광층(21)이 형성된다.
또 다른 한편으로는, 제 2 기판(20) 상에 투명재질의 애노드 전극(23)과 메탈백(metal back)으로서의 금속박막이 모두 형성될 수도 있다.
또한, 형광층(21) 사이에는 콘트라스트 향상 등을 위한 차광층으로서 Cr과 같은 불투명 도전막으로 이루어진 흑색영역(22)이 형성될 수 있다.
상술한 구성으로 이루어진 제 1 기판(10)과 제 2 기판(20)은 그 사이에 배치되는 다수의 스페이서(30)에 의해 일정 간격을 두고 서로 대향하며 배치되고, 이 양 기판(10, 20)은 밀봉재(미도시)에 의해 접합된 후 내부가 배기되어 진공 용기를 구성한다.
여기서, 스페이서(30)는 제 1 기판(10)의 캐소드 전극(13)에 형성된 제 3 오목부(13c)에 의해 노출된 절연층(12)에 접촉되어 지지되고, 바람직하게는 제 1 기판(10)의 제 3 오목부(13c)의 2 개의 게이트 전극(11) 사이의 절연층(12)과 제 2 기판(20)의 흑색영역(22)에 대응하는 애노드 전극(23) 사이에 형성된다.
즉, 스페이서(30)가 캐소드 전극(13)이 아닌 캐소드 전극(13)에 형성된 제 2 오목부(13c)에 의해 노출된 절연층(12) 상부에 형성됨에 따라 전자 방출 소자의 구동 시 스페이서(30)에 국부적으로 전계가 집중되는 현상이 방지된다.
또한, 도시되지는 않았지만, 제 1 기판(10)과 제 2 기판(20) 사이에 전자 방출부(14)에 대응하는 다수의 빔통과공이 형성된 메시 형태의 얇은 금속판의 그리드 전극이 배치될 수도 있는데, 이 그리드 전극은 스페이서(30)에 의해 지지되어 배치될 수도 있고, 그리드 전극의 제 1 기판(10)과의 대향면에 절연패턴을 형성한 후 제 1 기판(10)에 고착되어 배치될 수도 있다.
상술한 구성으로 이루어진 전자 방출 소자의 동작은 다음과 같다.
외부로부터 게이트 전극(11), 캐소드 전극(13) 및 애노드 전극(23)에 소정의 전압이 각각 인가된다. 이때, 각각의 전극에 인가되는 전압은 예컨대 게이트 전극(11)에는 수∼수십 V의 (＋) 전압, 캐소드 전극(13)에는 수∼수십 V의 (-) 전압, 애노드 전극(23)에는 수백∼수천 V의 (＋) 전압으로 설정한다.
이와 같이 각각의 전극에 전압이 인가되면, 게이트 전극(11)과 캐소드 전극(13)의 전압 차에 의해 전자 방출부(14) 주위에 전계가 형성되어 전자 방출부(14)로부터 전자들이 방출되고, 방출된 전자들은 애노드 전극(23)에 인가되는 고전압에 이끌려 해당 화소의 형광층(22)에 도달하고 여기되어 이미지를 구현한다.
이때, 캐소드 전극(13)에 형성된 제 2 및 제 3 오목부(13b, 13c)에 의해 노출된 절연층(12)을 통해 게이트 전극(11)의 전계가 전자 방출부(14)에 강한 영향을 미치게 되어 전자 방출부(14)로부터 많은 양의 전자들이 방출되므로 휘도가 개선된다.
또한, 스페이서(30)가 제 3 오목부(13c)에 의해 노출된 절연층(12) 상에 형성됨에 따라 스페이서(30)에 국부적으로 전계가 집중되는 것이 억제되므로 스페이서 열화 및 스페이서 위치에서의 이상 발광 현상 등이 방지된다.
상기에서는 전자 방출부가 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들로 이루어지고, 캐소드 전극과 게이트 전극으로 이루어진 구동 전극들이 전자 방출을 제어하는 FEA형에 대해서만 설명하였지만, 전자 방출부 및 전자 방출을 위한 전극 구성은 여기에 한정되지 않고, SCE, MIM, MIS 및 BSE형 등의 구성으로 다양하게 변형될 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.
이와 같이 본 발명에 의한 전자 방출 소자는 캐소드 전극에 전계 강하부로서 작용하는 오목부를 형성하고 이 오목부에 의해 노출된 절연층 상에 스페이서가 배치되도록 함으로써, 전자 방출량을 높일 수 있을 뿐만 아니라 스페이서 열화 및 스페이서 위치에서의 이상 발광 현상 등을 방지할 수 있다.
따라서, 화면의 휘도가 개선되므로 우수한 표시 특성을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 소자의 부분 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 소자의 단면도로서, 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 소자의 단면도로서, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ 선에 따른 단면도.

Claims (7)

  1. 전자들을 방출하는 전자 방출 수단이 구비된 제 1 기판;
    상기 제 1 기판에 대향하여 배치되고 상기 전자들에 의해 이미지를 표시하는 이미지 표시 수단이 구비된 제 2 기판; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 배치되어 이들을 일정 간격으로 이격시키는 스페이서를 포함하는 전자 방출 소자에 있어서,
    상기 전자 방출 수단이
    상기 제 1 기판 상에 형성된 게이트 전극들;
    절연층을 사이에 두고 상기 게이트 전극들과 교차하면서 그 위로 형성된 캐소드 전극들; 및
    상기 캐소드 전극에 전기적으로 연결된 전자 방출부를 포함하고,
    상기 스페이서가 상기 제 1 기판 상에 노출된 절연층에 접촉되어 지지되는 전자 방출 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서가 상기 캐소드 전극 내에 위치하면서 상기 절연층에 접촉되어 지지되는 전자 방출 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 캐소드 전극의 중앙 및 일측 가장자리에 상기 게이트 전극들 중 2개의 게이트 전극 상부 및 이들 사이의 절연층을 노출시키는 오목부가 형성되고,
    상기 스페이서가 상기 오목부에 의해 노출된 절연층에 접촉되어 지지되는 전자 방출 소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스페이서가 상기 2개의 게이트 전극 사이의 절연층에 접촉되어 지지되는 전자 방출 소자.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 캐소드 전극의 중앙에는 상기 오목부에 인접하여 1개의 게이트 전극 상부의 절연층을 노출시키는 다른 오목부가 더 형성되는 전자 방출 소자.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 한에 있어서,
    상기 이미지 표시 수단이
    상기 제 1 기판을 대향하여 상기 제 2 기판 상에 임의의 간격을 두고 배치되는 형광층과,
    상기 형광층 사이에 형성되는 흑색영역으로 이루어지고,
    상기 스페이서가 상기 흑색영역에 접촉되어 지지되는 전자 방출 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 방출부는 그라파이트(Graphite), 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(Diamond Liked Carbon), 카본 나노튜부(Carbon Nanotube; CNT), C60(fulleren) 등의 카본계 물질이나 나노 튜브(Nano Tube), 나노 와이어(Nano Wire) 등의 나노 물질로 이루어진 전자 방출 소자.
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