KR20060001621A - 전자 방출 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 방출 유닛의 구조를 개선한 전자 방출 소자에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전자 방출 소자는, 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판; 상기 제1 기판에 형성되는 캐소드 전극들; 상기 캐소드 전극들과 전기 접촉을 이루면서 형성되는 전자 방출부; 및 절연층을 사이에 두고 상기 캐소드 전극들 및 전자 방출부 위에 형성되며, 전자 방출부의 일부가 상기 제1 기판상에서 노출되도록 하는 개구부를 갖는 게이트 전극들을 포함한다.

전자 방출 소자, 전자 방출부, 개구부, 집속 전극, 절연층

Description

전자 방출 소자{ELECTRON EMISSION DEVICE}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자를 도시한 분해 사시도이다.

도 2는 도 1의 도시된 전자 방출 소자를 결합하여 A-A 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 전자 방출 유닛의 부분 평면도이다.

본 발명은 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자 방출 유닛의 구조를 개선한 전자 방출 소자에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 소자는 전자원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다. 이 가운데 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, 기 본적으로는 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.

전자 방출 소자 가운데 FEA형 전자 방출 소자는 일 기판에 전자를 방출하기 위한 전자 방출부 및 구동 전극들, 예를 들어 캐소드 전극과 게이트 전극들을 구비하고, 다른 기판에는 소정의 발광 및 표시작용을 위한 형광막 및 애노드 전극을 구비한다.

상기 일 기판의 전형적인 구조는, 일 기판 위에 캐소드 전극과 절연층 및 게이트 전극을 순차적으로 형성하고, 절연층과 게이트 전극 각각에 개구부를 형성하여 캐소드 전극의 일부 표면을 노출시킨 후, 개구부 내부로 캐소드 전극 위에 전자원을 형성한 구조이다. 또한, 전자를 집속시킴과 아울러 애노드 전극에 인가된 고전압에 의한 영향을 차단하기 위한 집속전극을 더 형성할 수 있다. 집속전극에는 전자빔 통과를 위한 개구부가 형성된다.

이러한 구조를 갖는 FEA형 전자 방출 소자에서는 소정의 발광 또는 표시 작용을 위해 많은 전자 방출량이 요구된다. 많은 전자 방출량을 만족하기 위해서는 전자 방출부의 면적을 크게 형성하는 것이 바람직하다.

전자 방출부의 면적이 커질수록 게이트 전극 및 집속 전극의 개구부가 크게 형성되어 전자 방출부가 애노드 전극을 향해 많이 노출된다. 따라서, 애노드 전극에 인가된 고전압의 영향을 차단이 효과가 이루어지지 않음으로써, 원하지 않는 화 소의 전자 방출부에서 전자가 방출될 수 있다. 결과적으로, 전자 방출 소자의 색재현성이 저하되고, 전자 방출 소자의 구동이 용이하게 제어되지 않는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 해상도 및 색재현성을 향상시키고 애노드 전압의 영향을 효과적으로 차단할 수 있는 전자 방출 유닛 구조를 구비한 전자 방출 소자를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전자 방출 소자는, 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판; 상기 제1 기판에 형성되는 캐소드 전극들; 상기 캐소드 전극들과 전기 접촉을 이루면서 형성되는 전자 방출부; 및 절연층을 사이에 두고 상기 캐소드 전극들 및 전자 방출부 위에 형성되며, 전자 방출부의 일부가 상기 제1 기판상에서 노출되도록 하는 개구부를 갖는 게이트 전극들을 포함한다.

상기 개구부는 전자 방출부의 양측 가장자리가 노출되도록 할 수 있다.

상기 전자 방출부는 제1 기판 상에 설정되는 각 화소영역에서 형성되며, 상기 캐소드 전극의 연장방향을 따라 장변이 형성될 수 있으며, 이 때 상기 개구부는 상기 전자 방출부의 장변측 양 가장자리가 노출되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 게이트 전극들 위에서 절연층을 사이에 두고 형성되는 집속전극을 더욱 포함할 수 있고, 상기 집속전극은 상기 전자 방출부의 노출된 부분에 대응하여 개구부가 형성될 수 있다.

상기 전자 방출부는 카본계물질 또는 나노미터 사이즈 물질 중에 적어도 하 나를 포함할 수 있다.

상기 전자 방출 소자는 상기 제2 기판에 형성되는 발광부를 더욱 포함하며,상기 발광부는 적어도 하나의 애노드 전극과, 애노드 전극의 어느 일면에 위치하는 형광층을 포함할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 도시된 전자 방출 소자를 결합하여 A-A 선을 따라 잘라서 본 단면도이다. 그리고, 도 3은 도 1에 도시된 전자 방출 유닛의 부분 평면도이다.

도면을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자는 임의의 크기를 갖는 제1 기판(2)와 제2 기판(4)이 소정의 간격을 두고 실질적으로 평행하게 배치된다. 제1 기판(2) 및 제2 기판(4)이 결합되어 전자 방출소자의 외관인 진공용기를 구성한다.

상기 기판들(2, 4) 중 제1 기판(2)에는 위한 전자 방출 유닛(100)이 제공되고 제2 기판(4)을 향해 전자를 방출하며, 제2 기판(4)에는 방출된 전자에 의해 가발광부(200)가 제공되어 소정의 발광 또는 표시를 행한다.

먼저, 제1 기판(2) 위에는 소정의 패턴, 일례로 스트라이프 형상을 취하는 캐소드 전극들(6)이 서로간 임의의 간격을 두고 제1 기판(2)의 일방향(도면의 y축 방향)을 따라 복수로 형성된다. 캐소드 전극들(6)의 표면에는 전자 방출부(8)가 형성되어 전자 방출부(8)와 캐소드 전극들(6)이 전기적으로 연결된다. 전자 방출부(8)는 캐소드 전극의 연장방향을 따라 장변이 형성된다.

전자 방출부(8)는 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 카본계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어질 수 있다. 전자 방출부(8)로 바람직한 카본계 물질로는 카본 나노튜브, 흑연, 다이아몬드상 카본, C₆₀ 및 이들의 조합 물질이 있으며, 나노미터 사이즈 물질로는 나노-튜브, 나노-와이어, 나노-파이버 및 이들의 조합 물질이 있다.

다음으로, 제1 기판(2)에는 캐소드전극(6)과 전자 방출부(8)를 덮으면서 제1 절연층(10)이 형성된다. 제1 절연층(10) 위에는 소정의 패턴, 일례로 스트라이프 형상을 취하는 게이트 전극들(12)이 서로간 임의의 간격을 두고 캐소드 전극들(6)과 교차하는 방향(도면의 x축 방향)을 따라 복수로 형성된다. 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(12)의 교차영역을 화소 영역으로 정의하면, 전자 방출부(8)는 각 화소영역에서 형성되고, 각 화소 영역에는 제1 절연층(10)과 게이트 전극(12)은 전자 방출부의 일부를 노출하기 위한 게이트 개구부(10a, 12a)가 형성된다.

본 실시예에서는 게이트 개구부(10a, 12a)가 전자 방출부(8)의 양측에 각각 형성되어 전자 방출부(8)의 양측 가장자리만을 노출한다. 이 때 전자 방출부(8)의 장변을 갖는 양 가장자리를 노출하는 것이 전자 방출량의 측면에서 바람직하다.

본 실시예에서는 전자 방출부(8)의 양측 가장자리만이 노출되므로 게이트 개구부(10a, 12a)가 작게 형성된다. 전자 방출부(8)와 게이트 전극들(12) 사이의 거리가 작게 형성되어 전계의 세기가 강해지고, 결과적으로 저전압 구동이 가능하다.

그리고, 게이트 전극(12)위에 제1 기판(2) 전체에 제2 절연층(14)이 형성되고, 제2 절연층(14) 위에 소정의 개구부(16a)를 갖는 집속전극(16)이 형성된다. 집속전극(16)은 전자 방출 유닛(100)의 특정 화소 영역에서 방출된 전자들을 집속시킴과 아울러 애노드 전극에 인가된 고전압을 차폐하는 역할을 한다. 본 실시예에서 집속전극(16)의 개구부(16a)가 전자 방출부(8)의 노출부분에 대응되어 배치된다.

상기 구성의 전자 방출 유닛(100)에서는, 캐소드 전극(6), 게이트 전극(12) 에 소정한 구동 전압을 인가하고 집속전극(16)에 소정의 전압을 공급한다. 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(12)간의 전압 차에 의해 전자 방출부(8) 주위에 전계가 형성되고, 전자 방출부(8)로부터 전자가 방출된다. 이들 전극들(6, 12)에 의해 형성된 전계는 전자 방출부(8)의 가장자리에 집중되므로 전자 방출은 주로 전자 방출부(8)의 가장자리에서 일어나게 된다.

본 실시예에서는 전자 방출부(8)의 장변측 가장자리가 노출되므로, 전계가 집중되는 가장자리에서의 전자 방출을 유지하여 소정의 발광 및 표시에 필요한 전자 방출량을 유지할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 전자 방출부(8)의 양측 가장자리만이 노출되어 노출되는 전자 방출부(8)의 면적이 작게 형성된다. 따라서, 애노드 전계가 원하지 않는 화소에서 전자가 방출되는 것을 차단할 수 있고, 결과적으로 색재현성이 향상되고 전자 방출 소자의 구동이 용이하게 제어되는 장점이 있다.

다음으로, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 형광층(18), 일례로 적색, 녹색 및 청색의 형광층(18)이 임의의 간격을 두고 형성되고, 형광층(18) 사이로 화면의 컨트라스트 향상을 위한 흑색층(20)이 형성될 수 있다. 형광층(18)과 흑색층(20) 위에는 증착에 의한 금속막(예를 들어 알루미늄 막)으로 이루어진 애노드 전극(22)가 형성된다. 애노드 전극(22)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받으며, 메탈 백(metal back) 효과에 의해 화면의 휘도를 높이는 역할을 한다.

한편, 애노드 전극(22)은 금속막이 아닌 투명한 도전막, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어질 수 있다. 이 경우 제2 기판(4) 위로 투명 도전막으로 이루어진 애노드 전극(도시하지 않음)을 먼저 형성하고, 그 위에 형광층(18)과 흑색층(20)을 형성한다. 이러한 애노드 전극은 제2 기판(4) 전체면에 형성되거나, 소정의 패턴으로 구분되어 형성될 수 있다. 선택적으로 형광층(18)과 흑색층(20) 위에 금속막을 형성하여 화면의 휘도를 높이는데 이용될 수 있다.

이와 같이 구성되는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)은, 전자 방출 유닛(100)과 발광부(200)가 서로 마주한 상태에서 임의의 간격을 두고 그 둘레에 도포되는 프리트(frit)와 같은 실링(sealing) 물질에 의해 접합되고, 그 사이에 형성되는 내부 공간을 배기시켜 진공 상태로 유지함으로써 전자 방출 소자를 구성한다. 이 때, 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이의 비발광 영역에는 다수의 스페이서(24)가 배치되어 양 기판(2,4)의 사이 간격을 일정하게 유지시킨다. 도 1에서는 도면의 간략화를 위해 스페이서를 생략하였다.

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.

본 실시예에서는 전자 방출부의 길이방향을 따라 형성된 양측 가장자리를 노출하여 전자 방출 소자의 표시에 필요한 전자 방출량을 유지하면서, 게이트 개구부를 줄일수 있다. 따라서, 전자 방출부와 게이트 전극들 사이의 거리를 작게 형성되고, 결과적으로 저전압 구동이 가능한 장점이 있다.

또한, 애노드 전극을 향해 노출되는 전자 방출부의 면적이 감소함으로써 애노드 전계가 효과적으로 차단되어 결과적으로 불필요한 화소에서의 발광이 억제된다. 결과적으로, 색재현성이 향상되고, 전자 방출 소자의 구동이 용이하게 제어되는 장점이 있다.

Claims (8)

1. 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판;

   상기 제1 기판에 형성되는 캐소드 전극들;

   상기 캐소드 전극들과 전기 접촉을 이루면서 형성되는 전자 방출부; 및

   절연층을 사이에 두고 상기 캐소드 전극들 및 전자 방출부 위에 형성되며, 전자 방출부의 일부가 상기 제1 기판상에서 노출되도록 하는 개구부를 갖는 게이트 전극들

   을 포함하는 전자 방출 소자.
2. 제 1 항에서,

   상기 개구부는 전자 방출부의 양측 가장자리가 노출되도록 하는 전자 방출 소자.
3. 제 1 항에서,

   상기 전자 방출부는 제1 기판 상에 설정되는 각 화소영역에서 형성되며, 상기 캐소드 전극의 연장방향을 따라 장변이 형성되는 전자 방출 소자.
4. 제 3 항에서,

   상기 개구부는 상기 전자 방출부의 장변측 양 가장자리가 노출되도록 하는 전자 방출 소자.
5. 제 1 항에서,

   상기 게이트 전극들 위에서 절연층을 사이에 두고 형성되는 집속전극을 더욱 포함하는 전자 방출 소자.
6. 제 5 항에서,

   상기 집속전극에는 상기 전자 방출부의 노출된 부분에 대응하여 개구부가 형성되는 전자 방출 소자.
7. 제 1 항에서,

   상기 전자 방출부는 카본계물질 또는 나노미터 사이즈 물질 중에 적어도 하나를 포함하는 전자 방출 소자.
8. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 전자 방출 소자는 상기 제2 기판에 형성되는 발광부를 더욱 포함하며,

   상기 발광부는 적어도 하나의 애노드 전극과, 애노드 전극의 어느 일면에 위치하는 형광층을 포함하는 전자 방출 소자.

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