KR20050113897A - 전자 방출 소자 - Google Patents

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KR20050113897A
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이수정
강정호
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Abstract

본 발명의 목적은 발광유효면적을 증가시켜 애노드 전극의 전압을 낮추면서 발광효율을 극대화함으로써 휘도를 개선할 수 있는 전자 방출 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 기판; 기판의 일면에 형성된 복수의 반사층; 및 반사층 사이의 기판 상에 형성된 형광층을 포함하는 전자 방출 소자에 의해 달성될 수 있다. 여기서, 반사층은 무채색, 바람직하게는 흰색을 띠고, 알루미늄산화물, 티타늄산화물 등의 흰색산화물과 글래스로 이루어진다. 또한, 형광층이 반사층의 측면에 더 형성된다.

Description

전자 방출 소자{ELECTRON EMISSION DEVICE}
본 발명은 전자 방출 표시 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 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 대항하여 배치되고 그 일면에 형광층과 애노드 전극이 형성된 제 2 기판으로 이루어져, 캐소드 전극과 게이트 전극간 전압 차에 의해 전자 방출부에 강한 전계가 인가되어 전자가 방출되고 이 전자들이 애노드 전극에 인가되는 전압에 이끌려 형광층에 충돌하여 발광하는 것에 의해 이미지를 구현하게 된다.
여기서, 제 1 기판 상에 캐소드 전극과 게이트 전극이 적층되는 순서는 FEA형 전자 방출 소자의 구조에 따라 선택적으로 이루어질 수 있으며, 애노드 전극에는 제 1 기판에서 방출된 전자들이 형광층을 향해 효율적으로 가속될 수 있도록 수백∼수천 볼트의 높은 전압이 인가된다.
또한, 최근에는 휘도 개선을 위해 애노드 전극을 알루미늄(Al)과 같은 금속박막으로 형광층 하부에 형성하여 메탈백(metal back) 효과에 의해 가시광이 제 2 기판의 화면 전면부로 재반사되도록 함으로써 발광효율을 증가시키고 있다.
한편, 이러한 경우에는 제 1 기판에서 방출된 전자들이 금속박막을 관통한 후 형광층에 도달하게 되는데, 금속박막을 통과하는 과정에서 일부 전자들은 에너지를 손실하여 형광층에 도달하지 못하는 경우가 발생한다.
따라서, 금속박막 통과 후에도 전자들이 충분한 에너지를 가지고 형광층에 도달하도록 하기 위해서는 애노드 전극에 적어도 6 kV 이상의 높은 전압을 인가하여야 한다.
그런데, 애노드 전극에 6 kV 이상의 높은 전압을 인가하게 되면, 애노드 전극에 의해 생성되는 강한 전계에 의해 원치 않는 전자 방출이 야기되어 형광층을 발광시키는 이른 바 다이오드 발광이 심해지게 되어 휘도가 저하되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발광유효면적을 증가시켜 애노드 전극의 전압을 낮추면서 발광효율을 극대화함으로써 휘도를 개선할 수 있는 전자 방출 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 측면에 따르면, 본 발명의 목적은 기판; 기판의 일면에 형성된 복수의 반사층; 및 반사층 사이의 기판 상에 형성된 형광층을 포함하는 전자 방출 소자에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 반사층은 무채색, 바람직하게는 흰색을 띠고, 알루미늄산화물 (Al2O3), 티타늄산화물(TiO2) 등의 흰색산화물과 글래스(glass)로 이루어진다.
또한, 형광층이 반사층의 측면에 더 형성된다.
또한, 형광층과 반사층을 덮으면서 기판의 전면으로 금속재질의 애노드 전극이 형성될 수도 있고, 형광층과 반사층 하부의 기판 상에 투명재질의 애노드 전극이 형성될 수도 있으며, 반사층과 기판 사이에 흑색영역이 형성될 수도 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 측면에 따르면, 본 발명의 목적은 기판; 기판의 일면에 형성된 복수의 흑색영역; 흑색영역 사이의 기판 상부 및 흑색영역의 측면에 형성된 형광층을 포함하는 전자 방출 소자에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 형광층과 흑색영역을 덮으면서 기판의 전면으로 금속재질의 애노드 전극이 형성될 수도 있고, 형광층과 흑색영역 하부의 기판 상에 투명재질의 애노드 전극이 형성될 수도 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 측면에 따르면, 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 형성된 복수의 반사층과 반사층 사이의 제 2 기판 상에 형성된 형광층을 포함하는 전자 방출 소자는 전자 방출 소자에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 반사층은 무채색, 바람직하게는 반사층은 흰색을 띠며 알루미늄산화물(Al2O3), 티타늄산화물(TiO2) 등의 흰색산화물과 글래스(glass)로 이루어진다.
또한, 형광층이 상기 반사층의 측면에 더 형성된다.
또한, 형광층과 반사층을 덮으면서 제 2 기판의 전면으로 금속재질의 애노드 전극이 형성될 수도 있고, 형광층과 반사층 하부의 제 2 기판 상에 투명재질의 애노드 전극이 형성될 수도 있으며, 반사층과 제 2 기판 사이에 흑색영역이 형성될 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 측면에 따르면, 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 형성된 복수의 흑색영역과 흑색영역 사이의 제 2 기판 상부 및 흑색영역의 측면에 형성된 형광층을 포함하는 전자 방출 소자에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 형광층과 흑색영역을 덮으면서 제 2 기판의 전면으로 금속재질의 애노드 전극이 형성될 수도 있고, 형광층과 흑색영역 하부의 제 2 기판 상에 투명재질의 애노드 전극이 형성될 수도 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자를 설명한다.
도 1을 참조하면, 유리와 같은 투명한 재질로 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 방향을 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 방향을 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)이 관통하는 개구부를 형성하고 이 개구부에 의해 노출된 캐소드 전극(13) 상에 전자 방출부(14)를 형성한다.
또한, 도시되지는 않았지만, 제 1 기판(10)에는 캐소드 전극(13) 사이에 각각의 전자 방출부(14)와 이격되면서 절연층(12)에 형성된 비아홀(via hole)을 통하여 게이트 전극(11)과 접촉되어 전기적으로 연결되는 대향 전극이 배치될 수 있다. 이 대향전극은 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 콘트라스트 향상 등을 위한 차광층으로서 흑색영역(21)이 형성되고, 흑색영역(21) 위에는 반사층(22)이 형성되며, 반사층(22) 사이의 제 2 기판(20) 상부와 반사층(22)의 측면에는 R, G, B 형광체로 구성된 형광층(23)이 형성된다. 그리고, 형광층(23)과 반사층(22)을 덮으면서 제 2 기판(20)의 전면으로 메탈백 효과를 위해 알루미늄(Al)과 같은 금속박막으로 이루어진 애노드 전극(24)이 형성된다.
여기서, 반사층(22)은 무채색, 바람직하게 흰색을 띠는 물질로서 알루미늄산화물(Al2O3), 티타늄산화물(TiO2) 등의 흰색산화물과 글래스(glass)로 이루어진다.
형광층(23)과 흑색영역(21)은 스트라이프 패턴으로 형성하는 것도 가능하고, 매트릭스 패턴으로 형성하는 것도 가능하며, 화소 단위 또는 도트 단위로 닫힌 다각형이나 원형, 타원형 등의 다양한 패턴으로 형성하는 것도 가능하다.
또한, 애노드 전극(24)은 금속재질 대신 ITO와 같은 투명재질로 형성될 수도 있는데, 이 경우에는 도 2에 나타낸 바와 같이, 애노드 전극(24a)이 제 2 기판(20) 상에 먼저 형성되고 그 위로 형광층(23)이 형성된다.
또 다른 한편으로는, 제 2 기판(20) 상에 투명재질의 애노드 전극(24a)과 금속재질의 애노드 전극(24)이 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, 이 그리드 전극은 스페이서(30)에 의해 지지되어 배치될 수도 있고, 그리드 전극의 제 1 기판(10)과의 대향면에 절연패턴이 형성된 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(24)에 소정의 전압이 각각 인가된다. 이때, 각각의 전극에 인가되는 전압은 예컨대 애노드 전극(24)에는 수백∼수천 V, 예컨대 4 kV의 (＋) 전압, 게이트 전극(11)에는 수∼수십 V의 (＋) 전압, 캐소드 전극(13)에는 수∼수십 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 전자들이 애노드 전극(24)의 고전압에 이끌려 애노드 전극(24)을 통과한 후 해당 화소의 형광층(23)에 충돌하고 발광하여 이미지를 구현한다.
이때, 애노드 전극(24)을 통과하면서 일부 전자들이 에너지를 손실하여 형광층(23)에 도달하지 못하는 경우가 발생하더라도, 형광층(23)이 반사층(22)의 측면까지 형성되어 상대적으로 넓은 유효발광면적을 가지기 때문에 형광층(23)에 도달하는 최종 전자들의 양은 증가하므로 발광효율이 높아지게 된다.
또한, 애노드 전극(24)이 형광층(23) 하부에 형성되어 메탈백 효과를 일으킬 뿐만 아니라 형광층(23) 사이에 반사층(22)이 형성되어 있기 때문에, 제 2 기판(20)의 화면 전면부로 재반사되는 가시광이 증가하여 발광효율이 더욱 더 높아지게 되므로 휘도가 현저하게 개선된다.
다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 방출 소자를 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에서는 제 2 기판(20)에 반사층(22)이 배제되는 대신 흑색영역(25)이 형광층(23)보다 높게 형성되어 형광층(23)이 흑색영역(25) 사이의 기판(20) 상부 및 흑색영역(25)의 측면에 형성되는 것을 제외하고는 일 실시예의 구성과 동일하게 이루어진다.
이에 따라, 상술한 일 실시예에서와 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 전자들이 애노드 전극(24)의 고전압에 이끌려 애노드 전극(24)을 통과한 후 해당 화소의 형광층(23)에 충돌하고 발광하여 이미지를 구현한다.
이때, 애노드 전극(24)을 통과하면서 일부 전자들이 에너지를 손실하여 형광층(23)에 도달하지 못하는 경우가 발생하더라도, 형광층(23) 보다 높은 흑색영역(25)에 의해 형광층(23)의 유효발광면적이 증가하여 형광층(23)에 도달하는 최종 전자들의 양은 증가하므로 발광효율이 높아지게 된다.
또한, 애노드 전극(24)이 형광층(23) 하부에 형성되어 메탈백 효과를 일으키기 때문에, 제 2 기판(20)의 화면 전면부로 재반사되는 가시광이 증가하여 발광효율이 더 높아지게 되므로 휘도가 현저하게 개선된다.
또한, 본 실시예에서도 일 실시예와 마찬가지로 도 4와 같이 애노드 전극(24a)이 금속재질 대신 ITO와 같은 투명재질로 이루어져 제 2 기판(20) 상에 먼저 형성되고 그 위로 형광층(23)이 형성될 수도 있고, 제 2 기판(20) 상에 투명재질의 애노드 전극(24a)과 금속재질의 애노드 전극(24)이 모두 형성될 수도 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 형광층 사이에 반사층을 형성하고 반사층의 측면까지 형광층을 연장하여 형성함으로써 발광효율을 높일 수 있다.
또한, 형광층 하부에 금속박막으로 애노드 전극을 형성하여 메탈백 효과에 의해 발광효율을 더욱 더 높일 수 있다.
따라서, 화면의 휘도가 현저하게 개선되므로 우수한 표시 특성을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자의 단면도로서, 애노드 전극의 위치를 다르게 한 경우를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 방출 소자의 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 방출 소자의 단면도로서, 애노드 전극의 위치를 다르게 한 경우를 나타낸 도면.

Claims (22)

  1. 기판;
    상기 기판의 일면에 형성된 복수의 반사층; 및
    상기 반사층 사이의 상기 기판 상에 형성된 형광층을 포함하는 전자 방출 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사층은 무채색을 띠는 전자 방출 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반사층은 흰색을 띠는 전자 방출 소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 반사층은 알루미늄산화물, 티타늄산화물 등의 흰색산화물과 글래스로 이루어진 전자 방출 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광층이 상기 반사층의 측면에 더 형성되는 전자 방출 소자.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광층과 반사층을 덮으면서 상기 기판의 전면으로 금속재질의 애노드 전극이 형성되는 전자 방출 소자.
  7. 제 1 항 내제 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광층과 반사층 하부의 상기 기판 상에 투명재질의 애노드 전극이 형성되는 전자 방출 소자.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사층과 기판 사이에 흑색영역이 형성되는 전자 방출 소자.
  9. 기판;
    상기 기판의 일면에 형성된 복수의 흑색영역;
    상기 흑색영역 사이의 상기 기판 상부 및 상기 흑색영역의 측면에 형성된 형광층을 포함하는 전자 방출 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 형광층과 흑색영역을 덮으면서 상기 기판의 전면으로 금속재질의 애노드 전극이 형성되는 전자 방출 소자.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 형광층과 흑색영역 하부의 상기 기판 상에 투명재질의 애노드 전극이 형성되는 전자 방출 소자.
  12. 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 형성된 복수의 반사층과
    상기 반사층 사이의 상기 제 2 기판 상에 형성된 형광층을 포함하는 전자 방출 소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 반사층은 무채색을 띠는 전자 방출 소자.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 반사층은 흰색을 띠는 전자 방출 소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 반사층은 알루미늄산화물, 티타늄산화물 등의 흰색산화물과 글래스로 이루어진 전자 방출 소자.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 형광층이 상기 반사층의 측면에 더 형성되는 전자 방출 소자.
  17. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광층과 반사층을 덮으면서 상기 제 2 기판의 전면으로 금속재질의 애노드 전극이 형성되는 전자 방출 소자.
  18. 제 12 항 내제 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광층과 반사층 하부의 상기 제 2 기판 상에 투명재질의 애노드 전극이 형성되는 전자 방출 소자.
  19. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사층과 제 2 기판 사이에 흑색영역이 형성되는 전자 방출 소자.
  20. 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 형성된 복수의 흑색영역과
    상기 흑색영역 사이의 상기 제 2 기판 상부 및 상기 흑색영역의 측면에 형성된 형광층을 포함하는 전자 방출 소자.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 형광층과 흑색영역을 덮으면서 상기 제 2 기판의 전면으로 금속재질의 애노드 전극이 형성되는 전자 방출 소자.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 형광층과 흑색영역 하부의 상기 제 2 기판 상에 투명재질의 애노드 전극이 형성되는 전자 방출 소자.
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