KR20060019852A - 전자 방출 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 화면 좌우측에서의 휘도 균일성을 확보함과 동시에 전자들의 집속성을 높여 화면의 색재현성을 극대화할 수 있는 전자 방출 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 제 1 기판; 제 1 기판 위에 형성되는 하부 캐소드 전극; 하부 캐소드 전극을 덮으면서 제 1 기판 위에 형성되는 절연층; 절연층 위로 제 1 기판 상에 설정되는 화소 영역마다 서로 이격되어 위치하고, 하부 캐소드 전극과 동일 전압을 인가받는 제 1 및 제 2 상부 캐소드 전극; 제 1 및 제 2 상부 캐소드 전극 사이에서 서로 평행하게 형성되는 제 1 및 제 2 전극으로 이루어진 게이트 전극; 게이트 전극과 마주보는 제 1 및 제 2 상부 캐소드 전극의 일측 가장자리에 각각 형성되는 전자 방출부; 및 게이트 전극의 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하고 하부 캐소드 전극과 동일 전압을 인가받는 푸싱 전극을 포함하는 전자 방출 소자에 의해 달성될 수 있다.

전자 방출 소자, 푸싱 전극, 데이터 신호, 주사 신호, 캐소드 전극

Description

전자 방출 소자{ELECTRON EMISSION DEVICE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 소자를 나타낸 부분 분해 사시도.

도 2는 도 1의 전자 방출 소자의 조립 상태를 나타낸 부분 단면도.

본 발명은 전자 방출 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휘도 균일성 및 색재현성을 극대화할 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.

이러한 전자 방출 소자들은 그 종류에 따라 세부적인 구조가 상이하지만, 기 본적으로는 진공 용기를 구성하는 두 기판 중 일 측 기판에 전자를 방출하는 전자 방출 구조물을 형성하고, 다른 측 기판에 형광층과 전자 가속 전극을 구비하여 발광 또는 표시 작용을 하게 된다.

전자 방출 소자들 중 FEA형은 전계가 가해지면 전자를 방출하는 전자 방출부를 형성하고, 전자 방출부 주위에 전자 방출에 필요한 전계를 형성하는 구동 전극들을 구비하여 전자 방출 구조물을 구성한다. 이 구동 전극들은 전자 방출부와 전기적으로 연결되어 전자 방출부에 전류를 공급하는 캐소드 전극과 캐소드 전극과 절연 상태로 배치되어 캐소드 전극과의 전압차를 이용해 전자 방출 주위에 전계를 형성하는 게이트 전극으로 이루어진다.

FEA형 전자 방출 소자의 공지된 일 구조는 제 1 기판과 제 2 기판이 서로 대향하여 배치되고, 제 1 기판에는 게이트 전극, 절연층, 및 캐소드 전극이 순차적으로 형성되고, 캐소드 전극이 일측 가장자리에 전자 방출부가 형성되며, 제 2 기판에는 애노드 전극과 형광층이 형성된 구조로 이루어진다.

여기서, 캐소드 전극은 주사 전극으로 작용하고, 게이트 전극은 화상 데이터 신호가 인가되는 데이터 전극으로 작용하며, 애노드 전극은 전자 가속에 필요한 약 수백 내지 수천 V의 고전압을 인가받아 형광층을 고전위로 유지시킨다.

이에 따라, 캐소드 전극에 순차적으로 주사 신호가 인가되고, 선택된 주사 전극에 대응하는 복수의 게이트 전극들에 선택적으로 데이터 신호가 인가되면, 두 전극 간 전압차가 임계치 이상인 화소 영역에서 전자 방출부 주위에 강한 전계가 인가되어 전자가 방출되고, 방출된 전자들이 애노드 전극에 인가된 고전압에 이끌 려 해당 화소에 대응하는 형광층에 충돌하여 이를 발광시킴으로써 이미지를 구현하게 된다.

그런데, 상술한 종래의 전자 방출 소자에서는 전자 방출부에 전류를 공급하는 캐소드 전극이 주사 전극으로서 작용함에 따라, 캐소드 전극의 길이 방향을 따라 전류 패스가 형성되므로 전자 방출에 필요한 최대 전류치를 주사 신호로서 하나의 캐소드 전극을 통해 모두 공급해야 한다.

그러나, 캐소드 전극에는 수 메가옴(㏁) 이상의 라인 저항이 존재하기 때문에 주사 신호가 인가되는 패드부와 인접한 부분의 캐소드 전극에서는 전류 공급이 충분히 이루어지지만, 패드부와 멀리 떨어진 부분의 캐소드 전극에서는 전압 강하로 인해 전류 공급이 충분히 이루어지지 않게 된다. 이에 따라, 전압 강하가 발생된 캐소드 전극이 위치하는 화소 영역에서는 캐소드 전극과 게이트 전극 간 전압차가 감소하여 전자 방출부에 인가되는 전계의 세기가 약화되므로 전자 방출량이 감소하게 된다.

그 결과, 캐소드 전극 방향(통상 화면의 가로 방향)을 따라 휘도 차이가 발생하고, 심한 경우에는 화면의 좌우측의 휘도 차이가 50% 이상 발생하는 등 화면의 휘도 균일성이 현저하게 저하되는 문제가 있다.

또한, 상술한 종래의 전자 방출 소자에서는 전자 방출부 주위에 전자빔 집속을 위한 별도의 전극이 마련되어 있지 않기 때문에 전자 방출부에서 방출된 전자들이 제 2 기판으로 향할 때 전자들의 빔퍼짐이 발생하여 방출된 전자들 중 일부가 해당 화소에 대응하는 형광층이 아닌 인접한 다른 형광막에 도달하여 이를 발광시킴으로써 화면의 색 재현성을 저하시키는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 화면 좌우측에서의 휘도 균일성을 확보함과 동시에 전자들의 집속성을 높여 화면의 색재현성을 극대화할 수 있는 전자 방출 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 본 발명의 목적은 제 1 기판; 제 1 기판 위에 형성되는 하부 캐소드 전극; 하부 캐소드 전극을 덮으면서 제 1 기판 위에 형성되는 절연층; 절연층 위로 제 1 기판 상에 설정되는 화소 영역마다 서로 이격되어 위치하고, 하부 캐소드 전극과 동일 전압을 인가받는 제 1 및 제 2 상부 캐소드 전극; 제 1 및 제 2 상부 캐소드 전극 사이에서 서로 평행하게 형성되는 제 1 및 제 2 전극으로 이루어진 게이트 전극; 게이트 전극과 마주보는 제 1 및 제 2 상부 캐소드 전극의 일측 가장자리에 각각 형성되는 전자 방출부; 및 게이트 전극의 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하고 하부 캐소드 전극과 동일 전압을 인가받는 푸싱 전극을 포함하는 전자 방출 소자에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 하부 캐소드 전극과 게이트 전극은 각각 스트라이프 패턴을 가지면서 서로 교차하여 형성되고, 푸싱 전극이 제 1 기판 상에 설정되는 화소 영역마다 개별적으로 위치한다.

또한, 하부 캐소드 전극에는 데이터 신호가 인가되고, 게이트 전극에는 주사 신호가 인가되는데, 이때 데이터 신호의 전압이 주사 신호의 전압보다 낮은 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 전자 방출 소자는 제 1 기판에 대향하여 배치되는 제 2 기판; 제 2 기판에 형성되는 적어도 하나의 애노드 전극; 및 애노드 전극의 어느 일면에 형성되는 형광층을 더욱 포함할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 소자를 설명한다.

도면을 참조하면, 유리와 같은 투명한 재질로 이루어진 제 1 기판(10)과 제 2 기판(20)이 다수의 스페이서(30)에 의해 진공 영역을 사이에 두고 서로 대향하여 배치된다.

제 1 기판(10)에는 전계 형성으로 전자를 방출하는 구조가 제공되고, 제 2 기판(20)에는 전자에 의해 가시광을 내어 임의의 발광 또는 표시 작용을 하는 구조가 제공된다.

좀 더 구체적으로, 먼저 제 1 기판(10)에는 하부 캐소드 전극(11)들이 제 1 방향(도면의 Y 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 하부 캐소드 전극(11)을 덮도록 제 1 기판(10) 전면에 절연층(12)이 형성된다. 하부 캐소드 전극(11)에 대응하는 절연층(12) 위에는 절연층(12)에 구비된 제 1 및 제 2 비아홀(12a, 12b)을 통하여 하부 캐소드 전극(11)과 연결되면서 서로 이격되어 제 1 및 제 2 상부 캐소드 전극(13a, 13b)이 형성된다.

그리고, 제 1 및 제 2 상부 캐소드 전극(13a, 13b) 사이의 절연층(12) 위에는 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향(도면의 X 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 게이트 전극(14)들이 형성된다. 게이트 전극(14)은 단부가 접촉하여 서로 전기적으로 연결되면서 서로 평행한 제 1 및 제 2 전극(14a, 14b)으로 이루어진다. 하부 캐소드 전극(11)에 대응하여 게이트 전극(14)의 제 1 및 제 2 전극(14a, 14b) 사이의 절연층(12) 위에는 절연층(12)에 형성된 제 3 비아홀(13b)을 통하여 하부 캐소드 전극(11)과 접촉되어 전기적으로 연결되는 푸싱(pushing) 전극(15)이 형성된다.

그리고, 게이트 전극(14)과 마주하는 제 1 및 제 2 상부 캐소드 전극(13a, 13b)의 일측 가장자리를 따라 이와 전기적으로 연결되면서 마주하는 한쌍의 전자 방출부(16a, 16b)가 형성된다.

본 실시예에서 전자 방출부(16a, 16b)는 카본 나노튜브, 그라파이트(graphit), 다이아몬드상 카본(Diamond Liked Carbon), C₆₀(fulleren) 등의 카본계 물질과, 카본 나노튜브, 그라파이트 나노파이버(Nano fiber), 실리콘 나노와이어(Nano wire) 등의 나노미터 사이즈 물질 중 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 실시예에서 화소 영역은 하부 캐소드 전극(11)과 게이트 전극(14)이 교차하며, 제 1 및 제 2 상부 캐소드 전극(13a, 13b)에 의해 하부 캐소드 전극(11)의 길이 방향으로 좌우 경계가 구분되는 영역으로 정의할 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 상부 캐소드 전극(13a, 13b)과 푸싱 전극(15)은 각 화소 영역마다 개 별적으로 마련된다.

또한, 본 실시예에서 게이트 전극(14)은 주사 전극으로 작용하여 주사 신호를 인가받고, 하부 캐소드 전극(11)은 화상 데이터를 기입하기 위한 데이터 전극으로 작용하여 데이터 신호를 인가받으며, 제 1 및 제 2 상부 캐소드 전극들(13a, 13b)과 푸싱 전극(15)은 각각 하부 캐소드 전극(11)과 연결되어 하부 캐소드 전극(11)과 동일한 신호를 인가받는다. 이때, 푸싱 전극(15)이 전자 방출 소자의 구동 시 전자들에 대한 빔 푸싱(pushing) 작용을 하기 위해서는 하부 캐소드 전극(11)에 인가되는 데이터 신호의 전압이 게이트 전극(14)에 인가되는 주사 신호의 전압보다 낮은 것이 바람직하다. 예컨대, 하부 캐소드 전극(11)에는 데이터 신호로 0 내지 50V의 전압이 인가되고, 게이트 전극(14)에는 주사 신호로 0 내지 80V의 전압이 인가되는 것이 바람직하다.

다음으로, 제 1 기판(10)에 대향하는 제 2 기판(20)의 일면에는 형광층(21), 일예로 R, G, B 형광체로 구성된 형광층(21)이 임의의 간격을 두고 형성되고, 형광층(21) 사이로 화면의 콘트라스트 향상 등을 위한 차광층으로서 흑색층(22)이 형성될 수 있다. 형광층(21)과 흑색층(22)을 덮으면서 제 2 기판(20)의 전면으로 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질로 이루어진 애노드 전극(23)이 형성된다.

여기서, 애노드 전극(23)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 전압을 인가 받으며, 메탈백(metal back) 효과에 의해 화면의 휘도를 높이는 역할을 한다.

이러한 애노드 전극(23)은 금속재질 대신 ITO와 같은 투명재질로 형성될 수도 있는데, 이 경우에는 애노드 전극(23)이 제 2 기판(20) 상에 먼저 형성되고 그 위로 형광층(21)과 흑색층(22)이 형성된다.

또 다른 한편으로는, 제 2 기판(20) 상에 투명재질의 애노드 전극(23)과 메탈백(metal back)으로서의 금속박막이 모두 형성될 수도 있는데, 이 경우 투명재질의 애노드 전극(23)은 제 2 기판(20) 전체에 형성되거나 소정의 패턴으로 구분되어 복수개로 형성될 수 있다.

이와 같이 구성되는 전자 방출 소자는, 주사 전극인 게이트 전극(14)에는 주사 신호를 인가하고, 데이터 전극인 하부 캐소드 전극(11)에는 주사 신호보다 작은 전압의 데이터 신호를 인가하면, 주사 전극과 데이터 전극간 전압차가 임계치 이상인 화소 영역에서 전자 방출부(16a, 16b) 주위에 강한 전계가 인가되어 전자가 방출된다. 이때, 하부 캐소드 전극(11)에 데이터 신호가 인가됨에 따라 전자 방출에 필요한 최대 전류치가 하부 캐소드 전극(11)의 개수 만큼 분담되어 각각의 하부 캐소드 전극(11)에 흐르며, 전자 방출 소자가 풀-화이트 화면을 구현하는 경우, 게이트 전극(14) 방향을 따라 위치하는 각각의 화소 영역에서 전자 방출부(16a, 16b) 주위에 전계가 균일하게 형성되어 전자들이 균일한 양으로 방출된다.

또한, 하나의 화소 영역에서 서로 마주하는 한쌍의 전자 방출부(16a, 16b)로부터 전자들이 방출되므로 전자 방출량이 증가하게 된다. 그리고, 방출된 전자들은 게이트 전극(14) 보다 낮은 푸싱전극(15)의 전압에 의해 제 2 기판(20) 쪽으로 푸싱이 이루어져 발산각이 작아지는 방향으로 힘을 받아 집속되고, 애노드 전극(22)에 인가된 고전압에 이끌려 제 2 기판(20)으로 향하여 해당 화소의 형광층(21)에 도달하고 이를 발광시킨다.

따라서, 본 실시예의 전자 방출 소자에서는 게이트 전극(14) 방향(통상 화면의 가로 방향)을 따라 휘도 차이가 발생하지 않으며, 전자 방출부(16a, 16b)로부터 방출된 전자들의 빔 직진성 증대로 전자빔 집속 효율이 높아져 색재현성이 개선된다.

한편, 상기에서는 전자 방출부가 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들로 이루어지고, 캐소드 전극과 게이트 전극으로 이루어진 구동 전극들이 전자 방출을 제어하는 FEA형에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이러한 FEA형에만 한정되지 않고 다양하게 변형이 가능하다.

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 전자 방출부가 연결되는 캐소드 전극에 데이터 신호를 인가하여 화면 좌우측에서의 휘도 차이를 개선하고, 하나의 화소 영역에 서로 마주하는 한쌍의 전자 방출부를 형성하여 전자 방출량을 증대시킴과 동시에 푸싱 전극에 의해 방출된 전자들을 푸싱시켜 전자빔 집속 효율을 높임으로써, 화면의 휘도 균일성 및 색재현성을 극대화할 수 있다.

따라서, 본 발명의 전자 방출 소자는 화면의 표시 품질을 현저하게 개선할 수 있다.

Claims (10)

1. 제 1 기판;

   상기 제 1 기판 위에 형성되는 하부 캐소드 전극;

   상기 하부 캐소드 전극을 덮으면서 상기 제 1 기판 위에 형성되는 절연층;

   상기 절연층 위로 상기 제 1 기판 상에 설정되는 화소 영역마다 서로 이격되어 위치하고, 상기 하부 캐소드 전극과 동일 전압을 인가받는 제 1 및 제 2 상부 캐소드 전극;

   상기 제 1 및 제 2 상부 캐소드 전극 사이에서 서로 평행하게 형성되는 제 1 및 제 2 전극으로 이루어진 게이트 전극;

   상기 게이트 전극과 마주보는 제 1 및 제 2 상부 캐소드 전극의 일측 가장자리에 각각 형성되는 전자 방출부; 및

   상기 게이트 전극의 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하고 상기 하부 캐소드 전극과 동일 전압을 인가받는 푸싱 전극을 포함하는 전자 방출 소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 하부 캐소드 전극과 상기 게이트 전극은 각각 스트라이프 패턴을 가지면서 서로 교차하여 형성되는 전자 방출 소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 푸싱 전극이 상기 제 1 기판 상에 설정되는 화소 영역마다 개별적으로 위치하는 전자 방출 소자.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 절연층에는 상기 하부 캐소드 전극을 노출시키는 제 1 및 제 2 비아홀들이 형성되고,

   상기 제 1 및 제 2 상부 캐소드 전극은 상기 제 1 및 제 2 비아홀들을 통해 상기 하부 캐소드 전극과 각각 접촉되어 전기적으로 연결되는 전자 방출 소자.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 절연층에는 상기 하부 캐소드 전극을 노출시키는 제 3 비아홀이 더욱 형성되고,

   상기 푸싱 전극은 상기 제 3 비아홀을 통해 상기 하부 캐소드 전극과 접촉되어 전기적으로 연결되는 전자 방출 소자.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 하부 캐소드 전극에는 데이터 신호가 인가되고, 상기 게이트 전극에는 주사 신호가 인가되는 전자 방출 소자.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 데이터 신호의 전압이 상기 주사 신호의 전압보다 낮은 전자 방출 소자.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 게이트 전극의 제 1 및 제 2 전극은 단부가 접촉하여 전기적으로 서로 연결되는 전자 방출 소자.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 전자 방출부는 카본 나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드상 카본, C₆₀, 그라파이트 나노파이버 및 실리콘 나노와이어 중 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 전자 방출 소자.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 기판에 대향하여 배치되는 제 2 기판;

    상기 제 2 기판에 형성되는 적어도 하나의 애노드 전극; 및

    상기 애노드 전극의 어느 일면에 형성되는 형광층을 더욱 포함하는 전자 방출 소자.

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