KR20050113867A - 전자 방출 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 전자 방출부에서 방출된 전자들의 집속성을 높이고 다이오드 발광을 방지하여 색재현성 및 휘도를 개선할 수 있는 전자 방출 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 전자들을 방출하는 전자 방출 수단이 구비된 제 1 기판; 및 제 1 기판에 대향하여 배치되고 전자들에 의해 이미지를 표시하는 이미지 표시 수단이 구비된 제 2 기판을 포함하고, 이미지 표시 수단이 제 1 기판을 대향하여 제 2 기판 상에 분리 형성되어 서로 다른 전압을 인가 받는 애노드 전극과 흑색영역; 및 애노드 전극 상에 형성된 형광층을 포함하는 전자 방출 소자에 의해 달성될 수 있다.

Description

전자 방출 소자{ELECTRON EMISSION DEVICE}

본 발명은 전자 방출 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 색재현성 및 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, 제 1 기판에 대향하여 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 있으며, 제 2 기판의 형광층 사이의 애노드 전극 상에는 외광의 반사를 감소시켜 콘트라스트(contrast)를 향상시키기 위한 차광층으로서 Cr과 같은 불투명 도전막으로 이루어진 흑색영역이 형성된다.

그리고, 애노드 전극에는 제 1 기판에서 방출된 전자들이 형광층을 향해 효율적으로 가속될 수 있도록 수백∼수천 V의 (＋) 전압이 인가되고, 이러한 높은 전압은 흑색영역에도 그대로 인가된다.

그런데, 종래의 전자 방출 소자에서는 애노드 전극에 가해지는 높은 전압이 흑색영역에도 그대로 인가됨에 따라 제 1 기판의 전 영역이 애노드 전극의 높은 전압에 의해 영향을 받게 되며, 이러한 높은 전압에 의해 생성되는 전계로 인해 제 1 기판의 전자 방출부에서 원치 않는 전자방출이 야기되어 형광층까지 여기되는 이른 바 다이오드 발광이 발생하는 문제가 있다.

또한, 전자 방출부에서 방출된 전자들이 제 2 기판으로 향할 때 전자들의 빔퍼짐이 발생되어, 방출된 전자들 중 일부가 해당 화소에 대응하는 형광막이 아닌 인접한 다른 형광막에 도달하여 이를 발광시킴으로써 화면의 색 재현성을 저하시키는 문제가 있다. 이는 전자 방출 소자의 구동 과정에서 전자빔의 방출이 실질적으로 전자 방출부의 가장자리에서 집중적으로 발생하여, 전자 방출부에서 방출된 전자빔이 제 1 기판과 임의의 각도를 가지고 제 2 기판을 향하여 퍼지면서 진행하므로 하나의 전자 방출부에서 방출된 전자빔이 온전하게 해당 형광막으로 직진성을 갖지 못한 상태, 다시 말해 원치 않는 발산 상태로 주사되기 때문이다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전자 방출부에서 방출된 전자들의 집속성을 높이고 다이오드 발광을 방지하여 색재현성 및 휘도를 개선할 수 있는 전자 방출 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 본 발명의 목적은 전자들을 방출하는 전자 방출 수단이 구비된 제 1 기판; 및 제 1 기판에 대향하여 배치되고 전자들에 의해 이미지를 표시하는 이미지 표시 수단이 구비된 제 2 기판을 포함하고, 이미지 표시 수단이 제 1 기판을 대향하여 제 2 기판 상에 분리 형성되어 서로 다른 전압을 인가 받는 애노드 전극과 흑색영역; 및 애노드 전극 상에 형성된 형광층을 포함하는 전자 방출 소자에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 애노드 전극과 흑색영역은 각각 빗살 형상을 가지고 서로 맞물리면서 이격되어 형성되며, 애노드 전극과 흑색영역 사이의 간격은 8㎛ 내지 16㎛ 정도이다.

또한, 흑색영역에는 상기 애노드 전극에 인가되는 전압에 비해 상대적으로 낮은 전압이 인가될 수도 있고, 흑색영역이 접지될 수도 있다.

또한, 전자 방출 수단은 절연층의 개재 하에 서로 교차하여 배치된 게이트 전극과 캐소드 전극; 및 캐소드 전극 상에 형성된 전자 방출부를 포함하여 이루어지고, 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 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 소자를 설명하기 위한 도면으로서, 도 1은 전자 방출 소자의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 부분 단면도이다.

도면을 참조하면, 유리와 같은 투명한 재질로 이루어진 제 1 기판(10)과 제 2 기판(20)이 그 사이에 배치되는 다수의 스페이서(30)에 의해 일정 간격을 두고 서로 대향하여 배치되고, 이 양 기판(10, 20)은 밀봉재(미도시)에 의해 가장자리가 접합된 후 내부가 배기되어 진공 용기를 구성한다.

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 X 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 게이트 전극(11)을 덮도록 제 1 기판(10) 상에 절연층(12)이 형성된다. 절연층(12) 상에는 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향(도면의 Y 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 캐소드 전극(13)들이 형성되고, 게이트 전극(11)과 캐소드 전극(13)이 교차하는 부분, 즉 화소영역의 캐소드 전극(13)의 일측 가장자리 상에는 전자 방출부(14)가 형성된다.

여기서, 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 기판(10)에 게이트 전극(11)을 형성하고 그 위에 절연층(12)을 사이에 두고 캐소드 전극(13)을 형성하는 경우를 설명하였지만, 제 1 기판(10)에 캐소드 전극(13)을 먼저 형성하고 그 위에 절연층(12)을 사이에 두고 게이트 전극(11)을 형성할 수도 있는데, 이 경우에는 캐소드 전극(13)과 게이트 전극(11)의 교차영역에 게이트 전극(11)과 절연층(12)을 관통하는 개구부를 형성하고 이 개구부에 의해 노출된 캐소드 전극(13) 상에 전자 방출부(14)를 형성한다.

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 각각 빗살형상을 가지고 서로 맞물리면서 이격되어 애노드 전극(21)과 흑색영역(22)이 형성되고, 애노드 전극(21) 상에는 R, G, B 형광체(23R, 23G, 23B)로 구성된 형광층(23)이 형성된다.

즉, 본 발명에서는 제 2 기판(20) 상에 형성되는 애노드 전극(21)과 흑색영역(22)이 서로 오버랩하지 않도록 이들을 분리시켜 형성하고 있는데, 그 패턴은 상기한 빗살 형상으로 반드시 한정되는 것은 아니다.

여기서, 애노드 전극(21) 및 흑색영역(22)의 일측에는 전압인가를 위한 제 1 패드(21a)와 제 2 패드(22a)가 돌출되어 각각 형성되는데, 전자 방출 소자의 구동 시 제 1 패드(21a)에는 수백∼수천 볼트의 (＋) 전압을 인가하고, 제 2 패드(21b)에는 애노드 전극(21)에 인가되는 전압에 비해 상대적으로 낮은 전압, 예컨대 수십∼수백 볼트의 (－) 전압을 인가하거나 제 2 패드(21b)를 접지시키는 것이 바람직하다.

그리고, 애노드 전극(21)과 흑색영역(22) 사이의 간격은 8㎛ 내지 16㎛ 정도로 설정하는 것이 바람직하다.

애노드 전극(21)은 ITO와 같은 투명재질로 이루어지고, 흑색영역(22)은 콘트라스트 향상 등을 위한 차광층으로서 작용하도록 Cr과 같은 불투명 도전막으로 이루어진다.

또한, 애노드 전극(21)은 메탈백(metal back) 효과를 위해 알루미늄(Al)과 같은 금속재질로 형성될 수도 있는데, 이 경우에는 제 2 기판(20) 상에 형광층(23)이 먼저 형성되고 그 위로 애노드 전극(21)이 형성된다.

또 다른 한편으로는, 제 2 기판(20) 상에 투명재질의 애노드 전극(21)과 금속재질의 애노드 전극이 모두 형성될 수도 있다.

또한, 도시되지는 않았지만, 이러한 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, 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), 애노드 전극(21) 및 흑색영역(22)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(21)에는 수백∼수천 V의 (＋) 전압, 흑색영역(22)에는 수십∼수백 V의 (－) 전압으로 설정한다.

이와 같이 각각의 전극과 흑색영역(22)에 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(21)에 인가되는 고전압에 의해 해당 화소의 형광층(23)에 도달하고 여기되어 이미지를 구현한다.

또한, 화소가 오프(off)되는 경우에도 애노드 전극(21)의 높은 전압이 흑색영역(22)에 의해 상쇄되어 전자 방출부 주변에 상대적으로 약한 전계가 생성됨에 따라 전자 방출부(14)에서의 원치 않는 전자 방출이 억제되므로 다이오드 발광이 발생되지 않는다.

이때, 흑색영역(22)에 인가되는 (－) 전압에 의해 방출된 전자들이 형광층 (23)으로 집속되어 도달하게 되므로 우수한 색재현성을 얻을 수 있다.

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 제 2 기판의 애노드 전극과 흑색영역을 분리 형성하고 애노드 전극과 흑색영역에 서로 다른 전압을 각각 인가함으로써, 전자 방출부에서 방출된 전자들이 형광층으로 집속되어 도달할 뿐만 아니라 전자 방출부에서의 원치 않는 전자 방출이 억제되어 다이오드 발광이 발생하지 않게 된다.

따라서, 화면의 색재현성 및 휘도가 현저하게 개선되므로 우수한 표시 특성을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 소자의 평면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 소자의 단면도로서, 도 1의 A-A 선에 따른 부분 단면도.

Claims (7)

1. 전자들을 방출하는 전자 방출 수단이 구비된 제 1 기판; 및

   상기 제 1 기판에 대향하여 배치되고 상기 전자들에 의해 이미지를 표시하는 이미지 표시 수단이 구비된 제 2 기판을 포함하는 전자 방출 소자에 있어서,

   상기 이미지 표시 수단이

   상기 제 1 기판을 대향하여 상기 제 2 기판 상에 분리 형성되어 서로 다른 전압을 인가 받는 애노드 전극과 흑색영역; 및

   상기 애노드 전극 상에 형성된 형광층을 포함하는 전자 방출 소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 애노드 전극과 흑색영역은 각각 빗살 형상을 가지고 서로 맞물리면서 이격되어 형성된 전자 방출 소자.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 애노드 전극과 흑색영역 사이의 간격은 8㎛ 내지 16㎛ 정도인 전자 방출 소자.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 흑색영역에는 상기 애노드 전극에 인가되는 전압에 비해 상대적으로 낮은 전압이 인가되는 전자 방출 소자.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 흑색영역은 접지되는 전자 방출 소자.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 전자 방출 수단은 절연층의 개재 하에 서로 교차하여 배치된 게이트 전극과 캐소드 전극; 및

   상기 캐소드 전극 상에 형성된 전자 방출부를 포함하여 이루어진 전자 방출 소자.
7. 제 6 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.