KR20060001437A

KR20060001437A - Electron emission device

Info

Publication number: KR20060001437A
Application number: KR1020040050561A
Authority: KR
Inventors: 정광석; 장철현
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-01-06

Abstract

전자 방출량을 증대시키는 것이 가능하고 휘도를 향상시키는 것이 가능하도록, 기판 상에 형성되는 캐소드 전극과, 캐소드 전극과 전기적 접촉을 이루며 형성되는 전자 방출부와, 전자 방출부를 개방시키면서 캐소드 전극과 서로 단락되지 않도록 제1절연층을 사이에 두고 형성되는 게이트 전극과, 게이트 전극 위에 제2절연층을 사이에 두고 형성되고 캐소드 전극과 대응하여 구동되는 보조 전극과, 보조 전극의 적어도 일부분에 설치되는 보조 전자 방출부를 포함하는 전자 방출 소자를 제공한다.The cathode electrode formed on the substrate, the electron emission portion formed in electrical contact with the cathode electrode, and the cathode electrode are not shorted to each other while opening the electron emission portion so that the electron emission amount can be increased and the brightness can be improved. A gate electrode formed with the first insulating layer interposed therebetween, an auxiliary electrode formed with the second insulating layer interposed therebetween on the gate electrode and driven to correspond to the cathode electrode, and auxiliary electron emission provided at at least a portion of the auxiliary electrode Provided is an electron emitting device comprising a portion.

전자 방출 소자, 전계방출, 전자 방출부, 보조 방출, 휘도 향상, 전자 방출량Electron emission element, field emission, electron emission unit, auxiliary emission, brightness enhancement, electron emission amount

Description

Electron Emission Device

도 1은 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일실시예를 나타내는 부분확대 사시도이다.1 is a partially enlarged perspective view showing an embodiment of an electron emission device according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일실시예를 나타내는 부분확대 단면도이다.2 is a partially enlarged cross-sectional view showing an embodiment of an electron emission device according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 다른 실시예에 있어서 전자 방출부의 배열을 나타내는 부분확대 사시도이다.3 is a partially enlarged perspective view showing an arrangement of an electron emission unit in another embodiment of the electron emission device according to the present invention.

본 발명은 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자 방출부를 다층으로 구성하여 전자 방출량을 증대시키고 휘도를 향상시킨 전자 방출 소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron emission device, and more particularly, to an electron emission device in which an electron emission unit is formed in a multilayer to increase an electron emission amount and to improve luminance.

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.In general, the electron emitting device has a method of using a hot cathode and a cold cathode as an electron source, and as an electron emitting device using a cold cathode, a field emitter array (FEA) type and a surface conduction emitter (SCE) are used. ), MIM (Metal-Insulator-Metal) or MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) type and BSE (Ballistic electron Surface Emitter) type electron emission device and the like are known.

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.Although the above-described electron emitting devices have different structures according to their types, basically, a structure for emitting electrons, that is, an electron emitting unit is provided in a vacuum vessel, and electrons are emitted from the electron emitting elements, and are opposed to the electron emitting unit. When the fluorescent layer is provided inside the vacuum container so as to be disposed, a predetermined light emission or display action is performed.

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.Among the above-mentioned electron emission devices, the FEA type forms an electron emission portion made of materials which emit electrons when an electric field is applied, and includes driving electrodes, for example, a cathode electrode and a gate electrode, around the electron emission portion. When the electric field is formed around the electron emission portion by the inter-voltage difference, the principle that electrons are emitted therefrom is used.

상기 FEA형 전자 방출 소자의 전형적인 구조는, 제1기판 위에 캐소드 전극과 절연층 및 게이트 전극을 순차적으로 형성하고, 절연층과 게이트 전극에 각각의 개구부(게이트 홀)를 형성하여 캐소드 전극의 일부 표면을 노출시킨 후, 개구부 내로 캐소드 전극 위에 전자 방출부를 형성한 구조이다.A typical structure of the FEA type electron emission device includes a cathode electrode, an insulating layer, and a gate electrode sequentially formed on a first substrate, and respective openings (gate holes) are formed in the insulating layer and the gate electrode to form a part of the surface of the cathode electrode. After exposing the electrons, the electron emission portion was formed on the cathode electrode into the opening.

상기와 같이 구성되는 종래 전자 방출 소자에 있어서는 게이트 홀에만 전자 방출부를 형성하므로, 전자 방출량에 한계가 있으며, 휘도향상에 제약이 있다.In the conventional electron emitting device configured as described above, since the electron emitting portion is formed only in the gate hole, the amount of electron emission is limited and the luminance is limited.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전자 방출부를 다층으로 설치하는 것에 의하여 전자 방출량을 증대시키는 것이 가능하고 휘도를 대폭으로 향상시키는 것이 가능한 전자 방출 소자를 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide an electron emitting device capable of increasing the amount of electron emission and greatly improving the luminance by providing an electron emission portion in multiple layers.

본 발명이 제안하는 전자 방출 소자는,The electron emitting device proposed by the present invention,

기판 상에 형성되는 캐소드 전극과, 상기 캐소드 전극과 전기적 접촉을 이루며 형성되는 전자 방출부와, 상기 전자 방출부를 개방시키면서 상기 캐소드 전극과 서로 단락되지 않도록 제1절연층을 사이에 두고 형성되는 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 위에 제2절연층을 사이에 두고 형성되고 상기 캐소드 전극과 대응하여 구동되는 보조 전극과, 상기 보조 전극의 적어도 일부분에 설치되는 보조 전자 방출부를 포함하여 이루어진다.A cathode electrode formed on the substrate, an electron emission portion formed in electrical contact with the cathode electrode, and a gate electrode formed with the first insulating layer interposed therebetween to open the electron emission portion so as not to short-circuit with the cathode electrode; And an auxiliary electrode formed on the gate electrode with a second insulating layer interposed therebetween and driven to correspond to the cathode electrode, and an auxiliary electron emission unit disposed on at least a portion of the auxiliary electrode.

다음으로 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Next, a preferred embodiment of the electron emitting device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

먼저 도 1~도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일실시예는 제1기판(20) 상에 형성되는 캐소드 전극(24)과, 상기 캐소드 전극(24)과 전기적 접촉을 이루며 형성되는 전자 방출부(28)와, 상기 전자 방출부(28)를 개방시키면서 상기 캐소드 전극(24)과 서로 단락되지 않도록 제1절연층(25)을 사이에 두고 형성되는 게이트 전극(26)과, 상기 게이트 전극(26) 위에 제2절연층(30)을 사이에 두고 형성되고 상기 캐소드 전극(24)과 대응하여 형성되고 상기 캐소드 전극(24)과 전기적으로 연결되며 상기 전자 방출부(28)와 소정의 간격을 두고 일부를 제거하여 방출구멍(41)을 형성하는 보조 전극(40)과, 상기 보조 전극(40)의 방출구멍(41) 모서리의 적어도 일부분에 설치되는 보조 전자 방출부(29)를 포함하여 이루어진다.First, as shown in FIGS. 1 and 2, an embodiment of the electron emission device according to the present invention may be configured to provide electrical contact with the cathode electrode 24 formed on the first substrate 20 and the cathode electrode 24. And the gate electrode 26 formed between the electron emission unit 28 and the first insulating layer 25 so as not to be short-circuited with the cathode electrode 24 while opening the electron emission unit 28. And a second insulating layer 30 interposed on the gate electrode 26 and formed to correspond to the cathode electrode 24 and electrically connected to the cathode electrode 24. ) And an auxiliary electrode 40 forming a discharge hole 41 by removing a portion of the auxiliary electrode 40 at a predetermined interval, and an auxiliary electron emission part provided at at least a portion of an edge of the emission hole 41 of the auxiliary electrode 40. 29).

상기 방출구멍(41)은 본 발명의 일 실시예에서 후면 노광법으로 전자 방출부(28)를 형성하기 위한 것으로서, 전자 방출부(28)가 전면 노광 또는 직접 성장 등으로 형성될 경우 방출구멍(41)이 없는 구조 또한 가능하다. 이하 실시예에서는 방출구멍(41)이 있는 구조를 예로 설명한다.The emission hole 41 is used to form the electron emission part 28 by the backside exposure method in one embodiment of the present invention. When the electron emission part 28 is formed by full surface exposure or direct growth, the emission hole ( 41) free construction is also possible. In the following embodiment, a structure having a discharge hole 41 will be described as an example.

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 X축 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성하고, 상기 캐소드 전극(24)은 도 1의 Y축 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성한다.The cathode electrode 24 and the gate electrode 26 are formed in a stripe pattern and arranged in a direction perpendicular to each other. For example, the gate electrode 26 is formed in a stripe pattern along the X axis direction of FIG. 1, and the cathode electrode 24 is formed in a stripe pattern along the Y axis direction of FIG. 1.

상기 게이트 전극(26) 및 캐소드 전극(24)의 사이에는 제1기판(20)의 전체 면적에 걸쳐서 제1절연층(25)을 형성한다.The first insulating layer 25 is formed between the gate electrode 26 and the cathode electrode 24 over the entire area of the first substrate 20.

상기 게이트 전극(26)과 캐소드 전극(24)이 교차하는 영역마다 캐소드 전극(24)과 전기적으로 연결되도록 전자 방출부(28)를 형성한다.The electron emission part 28 is formed to be electrically connected to the cathode electrode 24 at each intersection of the gate electrode 26 and the cathode electrode 24.

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.The electron emission unit 28 is formed of materials emitting electrons when an electric field is applied, such as a carbon-based material or a nanometer-sized material. Preferred carbon-based material as the electron emission unit 28 is selected from carbon nanotubes (CNT; Carbon Nanotube), graphite (graphite), diamond-like carbon (DLC; Diamond Liked Carbon), C ₆₀ (fulleren), etc. Or it can use in combination of 2 or more type. In addition, as the nanometer sized material, nano-tubes, nano-wires, nano-fibers, and combinations thereof may be used.

상기 게이트 전극(26) 및 제1절연층(25)에는 상기 전자 방출부(28)를 캐소드 전극(24) 위에 형성하기 위한 공간 및 전계방출을 위한 공간인 게이트 홀(개구부) 을 각각 형성한다.In the gate electrode 26 and the first insulating layer 25, a gate hole (opening), which is a space for forming the electron emission part 28 on the cathode electrode 24 and a space for field emission, is formed, respectively.

상기 게이트 전극(26) 위에는 제2절연층(30)을 형성하며, 상기 게이트 전극(26)의 게이트 홀에 대응하여 제2절연층(30)에는 방출구멍(31)을 형성한다.The second insulating layer 30 is formed on the gate electrode 26, and the emission hole 31 is formed in the second insulating layer 30 corresponding to the gate hole of the gate electrode 26.

상기 제2절연층(30) 위에는 상기 캐소드 전극(24)과 평행하게 보조 전극(40)을 형성하며, 상기 보조 전극(40)에는 상기 게이트 전극(26)의 게이트 홀에 대응하여 방출구멍(41)을 형성한다.An auxiliary electrode 40 is formed on the second insulating layer 30 in parallel with the cathode electrode 24, and the auxiliary electrode 40 has a discharge hole 41 corresponding to the gate hole of the gate electrode 26. ).

상기 보조 전극(40)의 방출구멍(41)의 모서리에는 상기 전자 방출부(28)와 동일한 재료를 이용하여 보조 전자 방출부(29)를 형성한다.An auxiliary electron emitter 29 is formed at the corner of the emission hole 41 of the auxiliary electrode 40 by using the same material as the electron emitter 28.

상기 보조 전자 방출부(29)는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 서로 대각방향으로 2개 형성하는 것도 가능하고, 도 3에 나타낸 바와 같이 전자 방출부(28)를 중심으로 전후좌우에 4개 형성하는 것도 가능하다.As shown in FIGS. 1 and 2, two auxiliary electron emitters 29 may be formed diagonally to each other, and as shown in FIG. 3, four auxiliary electron emitters 29 may be provided. It is also possible to form.

또 상기 보조 전자 방출부(29)는 도면에 나타내지 않았지만, 보조 전극(40)의 방출구멍(41) 전둘레에 걸쳐 형성하는 것도 가능하다.Although not shown in the figure, the auxiliary electron emission unit 29 may be formed over the entire circumference of the emission hole 41 of the auxiliary electrode 40.

상기와 같이 보조 전자 방출부(29)를 형성하게 되면, 전자 방출부(28)에서 전자가 방출됨과 동시에 보조 전자 방출부(29)에서도 전자를 방출하게 되어 전자 방출량이 크게 증대된다.When the auxiliary electron emission unit 29 is formed as described above, electrons are emitted from the electron emission unit 28 and electrons are also emitted from the auxiliary electron emission unit 29, thereby greatly increasing the amount of electron emission.

상기에서 보조 전자 방출부(29)의 전자방출도 게이트 전극(26)의 전계에 의하여 이루어진다.The electron emission of the auxiliary electron emission unit 29 is also made by the electric field of the gate electrode 26.

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.In an embodiment of the electron emitting device according to the present invention, a second substrate 22 is positioned at a predetermined distance from the first substrate 20, and a fluorescent film is formed on the second substrate 22 in a predetermined pattern. 32 is formed.

상기 제2기판(22)에 형성되는 형광막(32)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 게이트 전극(26) 방향(도 1에서 X축 방향)을 따라 적색(R) 형광막(32R), 녹색(G) 형광막(32G), 청색(B) 형광막(32B)을 소정의 간격을 두고 차례로 교대로 배열하여 이루어진다.As illustrated in FIG. 1, the fluorescent film 32 formed on the second substrate 22 may have a red (R) fluorescent film 32R and a green color along the gate electrode 26 direction (the X-axis direction in FIG. 1). (G) The fluorescent film 32G and the blue (B) fluorescent film 32B are alternately arranged in sequence at a predetermined interval.

또 상기 각각의 형광막(32R), (32G), (32B) 사이에는 콘트라스트 향상을 위하여 블랙매트릭스막(33)을 형성한다.A black matrix film 33 is formed between the fluorescent films 32R, 32G, and 32B to improve contrast.

그리고 상기 형광막(32)과 블랙매트릭스막(33) 위에는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 알루미늄 등으로 이루어지는 금속박막층인 애노드 전극(34)을 형성한다.On the fluorescent film 32 and the black matrix film 33, as shown in Figs. 1 and 2, an anode electrode 34, which is a metal thin film layer made of aluminum or the like, is formed.

상기에서 애노드 전극(34)을 금속박막층으로 형성하면, 내전압특성과 휘도향상에 도움을 준다.When the anode electrode 34 is formed of the metal thin film layer in the above, it helps to improve the breakdown voltage characteristics and luminance.

그리고 상기 형광막(32)과 제2기판(22) 사이에 ITO 등과 같이 광투과율이 우수한 투명전극으로 애노드 전극을 추가로 형성하는 것도 가능하다.In addition, an anode electrode may be additionally formed between the fluorescent film 32 and the second substrate 22 using a transparent electrode having excellent light transmittance such as ITO.

상기와 같이 구성되는 제1기판(20)과 제2기판(22)은 캐소드 전극(24)과 형광막(32)이 직교하도록 마주한 상태에서 소정의 간격을 두고 실링물질(밀봉재)에 의해 접합되며, 그 사이에 형성되는 내부 공간은 배기시켜 진공상태를 유지한다.The first substrate 20 and the second substrate 22 configured as described above are bonded by a sealing material (sealing material) at predetermined intervals in a state where the cathode electrode 24 and the fluorescent film 32 face each other at right angles. The internal spaces formed therebetween are evacuated to maintain a vacuum.

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. In addition, the spacer 38 is arranged between the first substrate 20 and the second substrate 22 at predetermined intervals so as to maintain a constant distance between the first substrate 20 and the second substrate 22. do.

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.In the above, a preferred embodiment of the electron emitting device according to the present invention has been described. However, the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings. This also belongs to the scope of the present invention.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 전자 방출 소자에 의하면, 한 화소당 형성되는 전자 방출부의 수가 증가되므로, 전자 방출량이 증대되고, 휘도가 향상되는 효과가 있다.According to the electron-emitting device according to the present invention made as described above, since the number of electron-emitting portions formed per pixel is increased, the amount of electron emission is increased, and the brightness is improved.

그리고 본 발명에 따른 전자 방출 소자에 의하면, 하나의 게이트 전극을 이용하여 상하의 전자 방출부와 보조 전자 방출부에서 전자가 방출되므로 매우 효과적으로 전자 방출량을 증대시키는 것이 가능하다.According to the electron emission device according to the present invention, since the electrons are emitted from the upper and lower electron emission portions and the auxiliary electron emission portions using one gate electrode, it is possible to increase the electron emission amount very effectively.

Claims

A cathode electrode formed on the substrate,

An electron emission unit formed in electrical contact with the cathode electrode;

A gate electrode formed with the first insulating layer interposed therebetween while opening the electron emission part so as not to be short-circuited with the cathode electrode;

An auxiliary electrode formed on the gate electrode with a second insulating layer interposed therebetween and driven to correspond to the cathode electrode;

And an auxiliary electron emission unit disposed on at least a portion of the auxiliary electrode.

The method according to claim 1,

The auxiliary electrode is an electron emission device is formed a discharge hole is partially removed.

The method according to claim 1,

And an emission hole in which the gate electrode is partially removed.

The method according to claim 1,

And two auxiliary electron emission parts formed in diagonal directions to each other.

The method according to claim 1,

The auxiliary electron emission unit is formed of four electron emission elements in front, rear, left and right around the electron emission unit.

The method according to claim 2,

And the auxiliary electron emission part is formed over the entirety of the emission hole of the auxiliary electrode.

The method according to claim 1,

The electron emission unit is selected from carbon nanotubes, graphite, diamond-like carbon, C ₆₀ , nano-tubes, nano-wires, nano-fibers are used alone or in combination of two or more.