KR20060001436A - 전자 방출 소자 - Google Patents

Abstract

전자 방출부 사이의 간격을 최소화하는 것이 가능하고 전자 방출부의 집적도를 향상시키는 것이 가능하도록, 기판 상에 서로 단락되지 않도록 형성되는 캐소드 전극 및 게이트 전극과, 캐소드 전극과 전기적 접촉을 이루며 형성되고 게이트 전극과 소정의 간격을 두고 형성되며 이웃하는 열끼리 서로 지그재그방식으로 배열되어 형성되는 다수의 전자 방출부를 포함하는 전자 방출 소자를 제공한다.

전자 방출 소자, 전계방출, 지그재그 배열, 전자 방출부, 에미터, 집속 전극, 표시장치, 해상도

Description

전자 방출 소자 {Electron Emission Device}

도 1은 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일실시예를 나타내는 부분확대 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일실시예를 나타내는 부분확대 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일실시예에 있어서 전자 방출부의 배열을 나타내는 부분확대 평면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 다른 실시예에 있어서 전자 방출부의 배열을 나타내는 부분확대 평면도이다.

본 발명은 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 화소를 구성하는 복수열의 전자 방출부를 지그재그를 배열하는 것에 의하여 전자 방출부의 집적도를 향상시키고 해상도를 향상시킨 전자 방출 소자에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 소자는 전자원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있으며, 냉음극(cold cathode)을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는 FEA(Field Emitter Array)형, SCE(Surface Conduction Emitter)형, MIM(Metal-Insulator-Metal) 또는 MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)형 및 BSE(Ballistic electron Surface Emitter)형 전자 방출 소자 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 마련하여 이로부터 방출되는 전자들을 이용하며, 전자 방출 유닛과 대향 배치되도록 진공 용기 내측에 형광층을 구비할 때 소정의 발광 또는 표시 작용을 하게 된다.

상기한 전자 방출 소자들 가운데 FEA형은 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들로 전자 방출부를 형성하고, 전자 방출부 주위에 구동 전극들, 예를 들어 캐소드 전극과 게이트 전극을 구비하며, 두 전극간 전압 차에 의해 전자 방출부 주위에 전계가 형성될 때 이로부터 전자가 방출되는 원리를 이용한다.

상기 FEA형 전자 방출 소자의 전형적인 구조는, 제1기판 위에 캐소드 전극과 절연층 및 게이트 전극을 순차적으로 형성하고, 절연층과 게이트 전극에 각각의 개구부를 형성하여 캐소드 전극의 일부 표면을 노출시킨 후, 개구부 내로 캐소드 전극 위에 전자 방출부를 형성한 구조이다.

그리고 상기 전자 방출 소자는 상기 전자 방출부에서 방출되는 전자빔의 집속 성능을 높여 색순도를 향상시키기 위하여 집속 전극(포커싱 전극 또는 그리드 플레이트 등)을 제1기판 및 제2기판의 사이에 설치한다.

종래 전자 방출 소자에 있어서는 하나의 화소(cell)당 다수의 전자 방출부를 복수 열로 배열하여 설치한다. 여기에서 전자 방출부를 복수 열로 배열할 때에 격 자형상 또는 매트릭스 방식으로 배열하여 설치한다.

상기와 같이 구성되는 종래 전자 방출 소자에 있어서는 기본적으로 동일한 줄간격과 열간격을 확보하여야 하므로 동일 면적으로 형성되는 하나의 화소당 설치되는 전자 방출부의 숫자에 제한이 있게 되고, 전자방출량의 증대에 걸림돌로 작용한다.

그리고 종래 전자 방출 표시 소자에 있어서는 기본적으로 필요로 하는 전자 방출부 사이의 간격이 존재하므로 전자 방출부 사이의 간격을 줄이는 데 한계가 있으며, 해상도를 증가시키는 데 한계가 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전자 방출부를 지그재그로 배열하여 설치하는 것에 의하여 전자 방출부 사이의 간격을 최소화하는 것이 가능하고 전자 방출부의 집적도를 향상시키는 것이 가능한 전자 방출 소자를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 제안하는 전자 방출 소자는 기판 상에 서로 단락되지 않도록 형성되는 캐소드 전극 및 게이트 전극과, 상기 캐소드 전극과 전기적 접촉을 이루며 형성되고 상기 게이트 전극과 소정의 간격을 두고 형성되며 이웃하는 열끼리 서로 지그재그방식으로 배열되어 형성되는 다수의 전자 방출부를 포함하여 이루어진다.

다음으로 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 도 1∼도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일실시예는 제1기판(20) 상에 서로 단락되지 않도록 형성되는 캐소드 전극(24) 및 게이트 전극(26)과, 상기 캐소드 전극(24)과 전기적 접촉을 이루며 형성되고 상기 게이트 전극(26)과 소정의 간격을 두고 형성되며 이웃하는 열끼리 서로 지그재그방식으로 배열되어 형성되는 다수의 전자 방출부(28)를 포함하여 이루어진다.

상기 캐소드 전극(24) 및 게이트 전극(26)은 스트라이프 패턴으로 형성하며, 서로 직교하는 방향으로 배열하여 형성한다. 예를 들면 상기 게이트 전극(26)은 도 1의 Y축 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성하고, 상기 캐소드 전극(24)은 도 1의 X축 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성한다.

상기 게이트 전극(26) 및 캐소드 전극(24)의 사이에는 제1기판(20)의 전체 면적에 걸쳐서 절연막(30)을 형성한다.

상기 게이트 전극(26)과 캐소드 전극(24)이 교차하는 영역마다 캐소드 전극(24)과 전기적으로 연결되도록 전자 방출부(28)를 형성한다.

상기 전자 방출부(28)는 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 카본계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어진다. 상기 전자 방출부(28)로 바람직한 카본계 물질로는 카본 나노튜브(CNT;Carbon Nanotube), 흑연(graphite), 다이아몬드상 카본(DLC;Diamond Liked Carbon), C₆₀(fulleren) 등에서 선정하여 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용 가능하다. 그리고 나노미터 사이즈 물질로는 나노-튜브, 나노-와이어, 나노-파이버 및 이들의 조합 물질이 사용 가능하다.

상기 게이트 전극(26) 및 절연막(30)에는 상기 전자 방출부(28)를 캐소드 전극(24) 위에 형성하기 위한 공간 및 전계방출을 위한 공간인 게이트 홀(27), (31)을 각각 형성한다.

그리고 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일실시예는 절연층(50)을 사이에 두고 상기 게이트 전극(26) 위에 형성되며 상기 전자 방출부(28)에서 방출된 전자빔이 통과하는 빔통과공(41)이 소정의 패턴으로 배열되어 형성되는 집속 전극(40)을 더 포함하는 것도 가능하다.

상기 집속 전극(40)은 포커싱(focusing) 전극으로서 상기 전자 방출부(28)에서 방출되는 전자빔의 집속 성능을 높이는 역할을 한다.

상기 절연층(50)에는 상기 집속 전극(40)의 빔통과공(41)에 대응되는 위치에 빔통과공(51)을 형성한다.

상기 집속 전극(40) 및 절연층(50)에 형성하는 빔통과공(41), (51)은 각각이 하나의 화소(cell)를 이루게 되면, 각 빔통과공(41), (51)마다 다수의 전자 방출부(28)가 배열되어 형성된다.

즉 상기 집속전극(40) 및 절연층(50)에 형성하는 빔통과공(41), (51) 각각마다 상기 게이트 홀(27), (31)을 다수 배열하여 형성한다.

상기에서 전자 방출부(28)는 하나의 빔통과공(41), (51)에 지그재그방식으로 배열하여 형성한다.

상기와 같이 전자 방출부(28)를 지그재그방식으로 배열하여 형성하게 되면, 전자 방출부(28) 사이 사이의 공간을 최대한 활용하여 근접된 상태로 전자 방출부(28)를 형성하는 것이 가능하다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 종래 격자형상 또는 매트릭스방식으로 전자 방출부(28)를 배열하는 경우(일점쇄선으로 나타냄)에는 3개 열로 전자 방출부(28)를 형성할 수 있음에 비하여 본 발명(실선으로 나타냄)에 따르면 4개 열로 전자 방출부(28)를 형성할 수 있으므로, 전자 방출부(28)의 집적도가 크게 향상된다.

그리고 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일실시예는 상기 제1기판(20)과 소정의 간격을 두고 제2기판(22)이 위치하며, 상기 제2기판(22)에는 소정의 패턴으로 형광막(32)이 형성된다.

상기 제2기판(22)에 형성되는 형광막(32)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 게이트 전극(26) 방향(도 1에서 Y축 방향)을 따라 적색(R) 형광막(32R), 녹색(G) 형광막(32G), 청색(B) 형광막(32B)을 소정의 간격을 두고 차례로 교대로 배열하여 이루어진다.

또 상기 각각의 형광막(32R), (32G), (32B) 사이에는 콘트라스트 향상을 위하여 블랙매트릭스막(33)을 형성한다.

그리고 상기 형광막(32)과 블랙매트릭스막(33) 위에는 도 2에 나타낸 바와 같이, 알루미늄 등으로 이루어지는 금속박막층인 애노드 전극(34)을 형성한다.

상기에서 애노드 전극(34)을 금속박막층으로 형성하면, 내전압특성과 휘도향상에 도움을 준다.

그리고 상기 형광막(32)과 제2기판(22) 사이에 ITO 등과 같이 광투과율이 우수한 투명전극으로 애노드 전극을 추가로 형성하는 것도 가능하다.

상기와 같이 구성되는 제1기판(20)과 제2기판(22)은 게이트 전극(26)과 형광막(32)이 직교하도록 마주한 상태에서 소정의 간격을 두고 실링물질(밀봉재)에 의해 접합되며, 그 사이에 형성되는 내부 공간은 배기시켜 진공상태를 유지한다.

또 제1기판(20)과 제2기판(22)의 간격을 일정하게 유지시키기 위하여 스페이서(38)를 제1기판(20)과 제2기판(22)의 사이에 소정의 간격으로 배열하여 설치한다.

상기에서는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 전자 방출 소자에 의하면, 동일한 면적의 한 화소당 배열되는 전자 방출부의 수를 종래에 비하여 크게 증대시키는 것이 가능하므로, 전자 방출량이 증대되고 휘도향상과 효율의 향상이 이루어진다.

또 본 발명에 따른 전자 방출 소자에 의하면, 전자 방출부 사이의 간격을 감소시키는 것이 가능하므로, 화소 사이의 간격을 최소화하는 것이 가능하고 해상도를 증대시키는 것이 가능하다.

Claims (4)

1. 기판 상에 서로 단락되지 않도록 절연막을 사이에 두고 서로 직교하는 방향으로 배열하여 형성되는 캐소드 전극 및 게이트 전극과,

   상기 캐소드 전극과 전기적 접촉을 이루며 형성되고 상기 게이트 전극과 소정의 간격을 두고 형성되며 이웃하는 열끼리 서로 지그재그방식으로 배열되어 형성되는 다수의 전자 방출부를 포함하는 전자 방출 소자.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 전자 방출부는 카본 나노튜브, 흑연, 다이아몬드상 카본, C₆₀, 나노-튜브, 나노-와이어, 나노-파이버 중에서 선택하여 단독으로 또는 2개 이상을 조합하여 사용하는 전자 방출 소자.
3. 청구항 1에 있어서,

   절연층을 사이에 두고 상기 게이트 전극 위에 형성되며 상기 전자 방출부에서 방출된 전자빔이 통과하는 빔통과공이 소정의 패턴으로 배열되어 형성되는 집속 전극을 더 포함하는 전자 방출 소자.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 게이트 전극 및 절연막에는 상기 전자 방출부를 캐소드 전극 위에 형성하기 위한 공간 및 전계방출을 위한 공간인 게이트 홀을 각각 형성하고,

   상기 게이트 홀은 상기 빔통과공 하나에 복수의 열을 지그재그방식으로 배열하여 형성하는 전자 방출 소자.

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