KR20060037650A - 전자 방출 소자 - Google Patents

전자 방출 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR20060037650A
KR20060037650A KR1020040086671A KR20040086671A KR20060037650A KR 20060037650 A KR20060037650 A KR 20060037650A KR 1020040086671 A KR1020040086671 A KR 1020040086671A KR 20040086671 A KR20040086671 A KR 20040086671A KR 20060037650 A KR20060037650 A KR 20060037650A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electron emission
electrode
gate electrode
cathode electrode
electron
Prior art date
Application number
KR1020040086671A
Other languages
English (en)
Inventor
이천규
안상혁
홍수봉
이병곤
전상호
이상조
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020040086671A priority Critical patent/KR20060037650A/ko
Priority to DE602005000942T priority patent/DE602005000942T2/de
Priority to AT05101406T priority patent/ATE360882T1/de
Priority to EP05101406A priority patent/EP1569258B1/en
Priority to US11/068,067 priority patent/US7279830B2/en
Priority to JP2005054779A priority patent/JP2005243648A/ja
Priority to CNB2005100656399A priority patent/CN100342472C/zh
Publication of KR20060037650A publication Critical patent/KR20060037650A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/10—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes
    • H01J31/12—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes with luminescent screen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30—Cold cathodes
    • H01J2201/304—Field emission cathodes
    • H01J2201/30446—Field emission cathodes characterised by the emitter material

Landscapes

  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

본 발명은 전자 방출부와 게이트 전극간 거리를 최적화하여 전자 방출부와 게이트 전극 사이의 누설 전류 발생을 최소화하면서 전자 방출부에 인가되는 전계 세기를 높이기 위한 전자 방출 소자에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전자 방출 소자는 기판 위에 형성된 캐소드 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부와, 적어도 일부가 전자 방출부와 실질적으로 같은 층에 위치하며 전자 방출부 주위에 전자 방출을 위한 전계를 형성하는 게이트 전극을 포함하며, 전자 방출부와 게이트 전극은 기판의 면 방향을 따라 1~30㎛의 간격을 사이에 두고 위치한다.
캐소드전극, 게이트전극, 전자방출부, 애노드전극, 형광층, 대향전극

Description

전자 방출 소자 {ELECTRON EMISSION DEVICE}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자를 도시한 부분 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자의 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자에서 제1 기판의 부분 평면도이다.
도 4는 전자 방출부와 대향 전극간 거리 변화에 따른 전기장 세기를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 전자 방출부와 대향 전극간 거리 변화에 따른 누설 전류를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자에서 제1 기판의 부분 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 소자에서 제1 기판의 부분 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 소자에서 저항층과 전자 방출부의 변형 구조를 설명하기 위해 도시한 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자 방출 소자의 부분 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자 방출 소자에서 제1 기판의 부분 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자 방출 소자에서 적용 가능한 구동 파형의 일례를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 전자 방출 소자에서 제1 기판의 부분 평면도이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 전자 방출 소자에서 제1 기판의 부분 평면도이다.
도 14는 본 발명의 제6 실시예에 따른 전자 방출 소자에서 저항층과 전자 방출부의 변형 구조를 설명하기 위해 도시한 부분 단면도이다.
본 발명은 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적어도 일부가 전자 방출부와 실질적으로 같은 층에 위치하면서 전자 방출부로부터 전자 방출을 유도하는 게이트 전극을 구비한 전자 방출 소자에 관한 것이다.
냉음극(cold cathode)을 전자원으로 사용하는 방식의 전자 방출 소자로서 전계 방출 어레이(Field Emitter Array; FEA)형, 표면 전도 에미터(Surface Conudction Emitter; SCE)형 및 금속/절연층/금속(Metal Insulator Metal; MIM)형 등이 공지되어 있다.
이 가운데 FEA형은 일 함수(work function)가 낮거나 종횡비(aspect ratio)가 큰 물질을 전자원으로 사용할 경우 진공 중에서 전계에 의해 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한 것으로서, 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물이나 카본 나노튜브, 흑연, 다이아몬드상 카본과 같은 카본계 물질을 전자원으로 적용한 예가 개발되고 있다.
상기 팁 구조물은 뾰족한 선단에 전계가 집중되어 전자 방출이 용이한 장점이 있으나, 반도체 공정을 통해 제작되므로 제조 공정이 복잡하고, 소자가 대형화될수록 균일한 품질을 얻기 어려운 단점이 있다.
이로써 최근들어 팁 구조물의 대체물로서 전술한 카본계 물질을 이용하려는 노력이 진행되고 있다. 특히 카본 나노튜브는 끝단의 곡률 반경이 대략 100Å 정도로 극히 미세하여 1~10V/㎛의 낮은 전계에서도 전자를 양호하게 방출함에 따라 이상적인 전자 방출 물질로 기대되고 있다. 카본 나노튜브를 이용한 전자 방출 소자와 관련한 종래 기술로는 미국 등록특허 6,062,931호 및 6,097,138호에 개시된 냉음극 전계 방출 표시장치를 들 수 있다.
한편, 통상의 FEA형 전자 방출 소자는 진공 용기를 구성하는 두 기판 중 제1 기판 위에 캐소드 전극과 게이트 전극을 절연 상태로 배치하고, 캐소드 전극에 전기적으로 연결되도록 전자 방출부를 형성하며, 제2 기판 위에 형광층과 함께 전자 방출부에서 방출된 전자들이 형광층을 향해 양호하게 가속되도록 하는 애노드 전극을 구비한 구성으로 이루어진다.
상기 제1 기판 상에 구비되는 전극들 및 전자 방출부의 배열 구조와 관련한 선행 기술로 국내 공개특허공보 2001-58675호가 게이트 전극을 전자 방출부가 위치하는 기판과 캐소드 전극 사이에 배치한 구조를 개시하고 있다. 이 기술에서는 전자 방출부가 상기 기판의 최상부에 위치하므로 스크린 인쇄법을 이용하여 전자 방출부를 용이하게 제작할 수 있는 잇점이 있다.
또한 미국 등록특허 6,621,232호는 전술한 공개특허의 구조를 기본으로 하면서 캐소드 전극들 사이에 게이트 전극과 전기적으로 연결되는 대향 전극을 배치한 구조를 개시하고 있다. 대향 전극은 실질적으로 전자 방출부와 같은 층에 위치하며, 게이트 전압에 의해 전자 방출부에 인가되는 전계 세기를 높여 에미션 효율을 향상시키는 역할을 한다.
전술한 선행 특허에 개시된 구조에서 전자 방출부에 인가되는 전기장 세기는 캐소드 전극과 게이트 전극에 일정한 구동 전압을 인가한 조건에서 전자 방출부와 대향 전극간 거리에 따라 큰 변화를 나타낸다. 그럼에도 불구하고 지금까지의 전자 방출 소자 분야에서는 전자 방출부와 대향 전극간 거리에 대한 최적화 설계가 이루어지지 못하고 있다.
그 결과, 종래의 전자 방출 소자는 대향 전극으로 인한 전계 강화 효과를 극대화할 수 없어 구동 전압을 감소시키는 효과가 크지 못하였으며, 전자 방출부에서 나오는 전류량을 크게 할 수 없어 고휘도 화면을 구현하기 어려운 문제가 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전자 방출부와 대향 전극간 거리를 최적화하여 대향 전극으로 인한 전계 강화 효과를 극대화할 수 있는 전자 방출 소자를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
기판 위에 형성된 캐소드 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부와, 적어도 일부가 전자 방출부와 실질적으로 같은 층에 위치하며 전자 방출부 주위에 전자 방출을 위한 전계를 형성하는 게이트 전극을 포함하는 전자 방출 소자에 있어서, 전자 방출부와 게이트 전극이 기판의 면 방향을 따라 1~30㎛의 간격을 사이에 두고 위치하는 전자 방출 소자를 제공한다.
보다 바람직하게, 상기 전자 방출부와 게이트 전극은 기판의 면 방향을 따라 1~15㎛의 간격을 사이에 두고 위치한다.
상기 전자 방출부는 적어도 일부가 게이트 전극과 마주보는 캐소드 전극의 일측 가장자리보다 게이트 전극 측으로 배치된다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
기판과, 기판 위에 형성되는 게이트 전극과, 절연층을 사이에 두고 게이트 전극 상부에 형성되는 캐소드 전극과, 캐소드 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부와, 절연층 위에 형성되고 게이트 전극과 동일 전압을 인가받는 대향 전극을 포함하며, 전자 방출부와 대향 전극이 1~30㎛의 간격을 사이에 두고 위치하는 전자 방출 소자를 제공한다.
보다 바람직하게, 상기 전자 방출부와 대향 전극은 1~15㎛의 간격을 사이에 두고 위치한다.
상기 캐소드 전극은 대향 전극과 마주보는 부위에서 대향 전극을 향해 돌출된 돌출부를 구비하고, 전자 방출부는 그 측면이 돌출부의 측면과 접촉하며 위치할 수 있다. 상기 캐소드 전극과 전자 방출부 사이에 저항층이 형성될 수 있다.
상기 캐소드 전극은 주사 신호 전압을 인가받아 주사 전극으로 이용되고, 게이트 전극은 데이터 신호 전압을 인가받아 데이터 전극으로 이용될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
기판과, 기판 위에 형성되는 제1 캐소드 전극과, 절연층을 사이에 두고 제1 캐소드 전극 상부에 형성되는 게이트 전극과, 절연층 위에 형성되고 제1 캐소드 전극과 동일 전압을 인가받는 제2 캐소드 전극과, 제2 캐소드 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부를 포함하며, 게이트 전극과 전자 방출부가 1~30㎛의 간격을 사이에 두고 위치하는 전자 방출 소자를 제공한다.
보다 바람직하게, 상기 게이트 전극과 전자 방출부는 1~15㎛의 간격을 사이에 두고 위치한다.
상기 게이트 전극은 전자 방출부와 마주보는 부위에서 전자 방출부를 향해 돌출된 돌출부를 구비할 수 있으며, 제2 캐소드 전극과 전자 방출부 사이에 저항층이 형성될 수 있다.
상기 게이트 전극은 주사 신호 전압을 인가받아 주사 전극으로 이용되고, 제1 및 제2 캐소드 전극은 데이터 신호 전압을 인가받아 데이터 전극으로 이용될 수 있다.
상기 전자 방출부는 카본 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다 이아몬드상 카본, C60 및 실리콘 나노와이어로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자의 부분 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 조립 상태를 나타내는 부분 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시한 제1 기판의 부분 평면도이다.
도면을 참고하면, 전자 방출 소자는 내부 공간부가 형성되도록 소정의 간격을 두고 실질적으로 평행하게 배치되는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 포함한다. 이 기판들 중 제1 기판(2)에는 전자 방출을 위한 구성이 제공되고, 제2 기판(4)에는 전자에 의해 가시광을 방출하여 임의의 발광 또는 표시를 행하는 구성이 제공된다.
보다 구체적으로, 제1 기판(2) 위에는 게이트 전극들(6)이 제1 기판(2)의 일 방향(도면의 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 게이트 전극들(6)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 절연층(8)이 위치한다. 절연층(8) 위에는 게이트 전극(6)과 직교하는 방향(도면의 x축 방향)을 따라 캐소드 전극들(10)이 스트라이프 패턴으로 형성되며, 전자 방출부(12)가 캐소드 전극(10)과 접촉하며 위치한다.
본 실시예에서 게이트 전극(6)과 캐소드 전극(10)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 각각의 화소 영역마다 전자 방출부(12)가 개별적으로 위치하는 것이 바람직하다. 이는 전자 방출부(12)가 화소 영역마다 독립적으로 위치할 때에 각 화소별 전자 방출량 제어에 유리하기 때문이다.
상기 전자 방출부(12)는 그 측면이 캐소드 전극(10)의 측면과 접촉하며 절연층(8) 위에 형성될 수 있으며, 캐소드 전극(10)의 길이 방향에 따른 장변과 캐소드 전극(10)의 폭 방향에 따른 단변을 갖는 직사각형으로 이루어질 수 있다.
전술한 구성 이외에 캐소드 전극(10)의 일 측면에 전자 방출부를 수용하기 위한 오목부(도시하지 않음)가 형성되고, 그 오목부 내에 전자 방출부(12)가 위치하는 구조도 가능하다. 또한, 전자 방출부(12)가 캐소드 전극(10)의 윗면과 측면에 걸쳐 형성되거나, 캐소드 전극(10)의 윗면 일부와 측면 및 절연층(8) 윗면 일부에 걸쳐 형성되는 경우도 가능하다.
본 실시예에서 전자 방출부(12)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 카본계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어진다. 전자 방출부(12)로 사용 바람직한 물질로는 카본 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C60, 및 실리콘 나노와이어 중 어느 하나 또는 이들의 조합 물질이 있으며, 전자 방출부(12)의 제조법으로는 스크린 인쇄, 화학기상증착, 직접 성장 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.
그리고 절연층(8) 위로는 게이트 전극(6)과 전기적으로 연결되어 이와 동일한 전압을 인가받는 대향 전극(14)이 위치한다. 대향 전극(14)은 절연층(8)에 형성된 비아 홀(via hole, 8a)을 통해 게이트 전극(6)과 접촉하여 이와 전기적으로 연결되며, 캐소드 전극들(10) 사이에서 전자 방출부(12)와 임의의 거리를 두고 제1 기판(2) 상에 설정되는 화소 영역들 부위에 대응하여 각기 배치된다.
본 실시예에서 대향 전극(14)은 대략 정사각형의 모양으로 이루어지고 있지만, 그 형상은 이에 한정되지 않고 다른 모양으로도 형성 가능하다.
상기 대향 전극(14)은 전자 방출 소자 작용시, 게이트 전극들(6)에 소정의 구동 전압이 인가되어 전자 방출부(12) 주위에 전자 방출을 위한 전계를 형성할 때, 그 자신도 전자 방출부(12)를 향해 전자 방출을 위한 전계를 추가로 형성한다. 이로써 대향 전극(14)은 게이트 전극들(6)에 구동 전압을 적게 걸면서도 전자 방출부들(12)로부터 양호하게 전자들이 방출될 수 있도록 하는 역할을 한다.
전술한 구성에서 게이트 전극(6)은 캐소드 전극(10)과 실질적으로 다른 층에 위치하면서 전자 방출에 필요한 전계를 형성하는 제1 게이트 전극으로 기능하고, 대향 전극(14)은 캐소드 전극(10) 및 전자 방출부(12)와 실질적으로 같은 층에 위치하면서 전자 방출에 필요한 전계를 추가로 형성하는 제2 게이트 전극으로 기능한다.
이와 같이 절연층(8) 위로 대향 전극(14)이 위치하는 구조에서, 전자 방출부(12)는 그 일부 또는 전체가 대향 전극(14)과 마주보는 캐소드 전극(10)의 일측 가장자리보다 대향 전극(14) 측으로 돌출되어 위치하는 것이 바람직하다. 즉, 전자 방출부(12)와 대향 전극(14)간 최단 거리(D)가 캐소드 전극(10)과 대향 전극(14)간 최단 거리(a, 도 3 참고)보다 작은 것이 바람직하며, 이 경우 전자 방출부(12)와 대향 전극(14)간 거리를 작게 확보하는데 유리하다.
다음으로, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 형광층(16)과 애 노드 전극(20)이 형성된다. 애노드 전극(20)은 외부로부터 수십 내지 수천 볼트의 (+)전압을 인가받아 제1 기판(2) 측에서 방출된 전자들이 형광층(16)을 향해 양호하게 가속되도록 하는 역할을 한다.
본 실시예에서 형광층(16)은 적색, 녹색 또는 청색으로 구성되고, 각 형광층(16) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(18)이 위치할 수 있다. 형광층(16)과 흑색층(18) 위로는 증착에 의한 금속막(예를 들어 알루미늄막)으로 이루어지는 애노드 전극(20)이 형성되며, 금속막으로 구성되는 애노드 전극(20)은 메탈 백(metal back) 효과에 의해 화면의 휘도를 높이는 역할도 겸한다.
한편, 애노드 전극은 금속막이 아닌 투명한 도전막, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어질 수 있다. 이 경우, 제2 기판(4) 위로 투명한 도전막으로 구성되는 애노드 전극(도시하지 않음)이 먼저 형성되고, 그 위에 형광층(16)과 흑색층(18)이 형성되며, 필요에 따라 형광층(16)과 흑색층(18) 위에 금속막(대표적으로 알루미늄막)이 형성되어 화면의 휘도를 높이는데 이용될 수 있다. 이러한 애노드 전극은 제2 기판(4) 전체에 형성되거나, 소정의 패턴으로 구분되어 복수개로 형성될 수 있다.
상기한 구성의 제1 기판(2)과 제2 기판(4)은, 캐소드 전극(10)과 애노드 전극(20)이 서로 마주한 상태에서 임의의 간격을 두고 그 둘레에 도포되는 프릿(frit)과 같은 실링 물질에 의해 접합되며, 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(22)가 배치되어 양 기판의 사이 간격을 일정하게 유지시킨다.
이와 같이 구성되는 전자 방출 소자는, 외부로부터 게이트 전극(6), 캐소드 전극(10) 및 애노드 전극(20)에 소정의 전압을 공급하여 구동하는데, 일례로 캐소드 전극(10)이 수~수십 볼트의 (-)주사 신호 전압을 인가받아 주사 전극으로 이용되고, 게이트 전극(6)과 대향 전극(14)이 수~수십 볼트의 (+)데이터 신호 전압을 인가받아 데이터 전극으로 이용될 수 있다.
물론 캐소드 전극과 게이트 전극 모두에 (+)전압을 인가하여 구동하는 경우도 가능하다. 즉, 캐소드 전극(10)이 0V이고 게이트 전극(6)이 수십 볼트의 (+)전압을 인가받을 때 해당 화소는 온(on) 상태가 되고, 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(6)이 모두 수십 볼트의 (+)전압을 인가받을 때 해당 화소는 오프(off) 상태가 된다.
따라서 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(6)간 전위 차에 의해 전자 방출부(12)의 하부와 측부로부터 전자 방출을 위한 전계가 형성되어 전자 방출부(12)로부터 전자가 방출되며, 방출된 전자들은 애노드 전극(20)에 인가된 고전압에 이끌려 제2 기판(4)으로 향하면서 해당 화소의 형광층(16)에 충돌하여 이를 발광시킨다.
본 실시예의 전자 방출 소자는 전자 방출부(12)와 대향 전극(14)간 거리(D)를 다음과 같이 설정하여 전자 방출부(12)와 대향 전극(14)간 누설 전류 발생을 최소화하면서 대향 전극(14)으로 인한 전계 강화 효과를 극대화하는 구성을 구비한다. 여기에서, 전자 방출부(12)와 대향 전극(14)간 거리(D)는 제1 기판(2)의 면 방향을 따라 측정되는 값을 의미한다.
도 4는 전자 방출부와 대향 전극간 거리 변화에 따른 전기장 세기를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 4에서 A 곡선은 절연층의 두께가 1㎛인 경우, B 곡선은 절연층의 두께가 25㎛인 경우, C 곡선은 절연층의 두께가 30㎛인 경우를 나타낸다. 세가지 테스트 항목 모두 절연층의 두께를 제외하고 전자 방출 소자의 구성은 동일하며, 게이트 전극에 100V, 캐소드 전극에 0V, 애노드 전극에 1kV를 인가한 조건에서 실험한 결과를 나타내었다.
전자 방출부(12)에 인가되는 전기장 세기는 절연층(8)의 두께에 따라 다른 결과를 나타내는데, 이는 절연층(8)의 두께가 작을수록 전자 방출부(12)가 게이트 전극(6)에 의한 전기장의 영향을 크게 받기 때문이다. 통상의 전자 방출 소자는 증착과 같은 이른바 박막 공정으로 절연층(8)을 제조하는 경우 대략 0.5~1㎛ 정도의 절연층 두께를 가지며, 스크린 인쇄와 같은 이른바 후막 공정으로 절연층(8)을 제조하는 경우 대략 10~30㎛ 정도의 절연층 두께를 가진다.
도 4를 참고하면, 절연층의 두께가 1㎛인 경우 전자 방출부와 대향 전극간 거리가 작아질수록 전기장 세기에 약간의 감소를 보이다가 전자 방출부와 대향 전극간 거리가 대략 35㎛ 미만이 되면서 전기장 세기가 급격하게 상승하는 경향을 나타낸다. 즉, A 곡선에서 전자 방출부와 대향 전극간 거리 축소에 따라 전기장 세기가 감소 후 증가 패턴을 보이는 변곡점은 전자 방출부와 대향 전극간 거리가 대략 35㎛일 때 존재한다.
그리고 절연층의 두께가 25㎛인 경우와 30㎛인 경우에는 전자 방출부와 대향 전극간 거리가 작아질수록 전기장 세기가 약간의 감소를 보이다가 전자 방출부와 대향 전극간 거리가 대략 50㎛ 미만이 되면서 전기장 세기가 거리 감소분에 대해 비례적으로 증가하는 경향을 나타낸다. 즉, B 곡선과 C 곡선에서 전자 방출부와 대향 전극간 거리 축소에 따라 전기장 세기가 감소 후 증가 패턴을 보이는 변곡점은 전자 방출부와 대향 전극간 거리가 대략 50㎛일 때 존재한다.
따라서 전자 방출부(12)와 대향 전극(14)간 거리(D)는 세가지 테스트 항목 모두에서 변곡점이 나타나는 거리보다 작아야 하며, 이를 고려할 때 전자 방출부(12)와 대향 전극(14)간 거리는 30㎛ 이하가 바람직하다. 또한 전자 방출부(12)와 대향 전극(14)간 거리가 15㎛ 이하일 때 세가지 테스트 항목 모두에서 전자 방출부(12)에 인가되는 전기장 세기가 대략 60V/㎛을 초과하므로, 전자 방출부(12)와 대향 전극(14)간 거리는 15㎛ 이하가 더욱 바람직하다.
한편, 전자 방출부(12)와 대향 전극(14)간 거리가 극단적으로 작아지면 전자 방출부(12)와 대향 전극(14) 사이에 누설 전류가 발생하여 전자 방출량이 감소하고, 구동 손실이 발생하게 된다. 이로써 누설 전류를 고려한 전자 방출부(12)와 대향 전극(14)간 거리 설정이 요구된다.
도 5는 전자 방출부와 대향 전극간 거리 변화에 따른 누설 전류를 나타낸 그래프이다. 전자 방출부와 대향 전극 사이의 누설 전류는 절연층 두께와 무관하다.
도 5를 참고하면, 전자 방출부와 대향 전극간 거리가 2㎛ 이상일 때에는 누설 전류가 극히 미비하므로 그래프에서 도시는 생략하였다. 그러나 전자 방출부와 대향 전극간 거리가 2㎛ 이하 범위에서는 전자 방출부와 대향 전극간 거리가 작아 질수록 누설 전류가 점차 증가하다가 전자 방출부와 대향 전극간 거리가 1㎛ 미만이 되면서 누설 전류가 급격하게 증가하는 경향을 나타낸다. 이러한 실험 결과를 고려할 때 전자 방출부와 대향 전극간 거리는 1㎛ 이상이 바람직하다.
이와 같이 본 실시예에서 전자 방출부(12)와 대향 전극(14)간 거리(D)는 1~30㎛, 보다 바람직하게 1~15㎛으로 이루어진다. 따라서 본 실시예에 따른 전자 방출 소자는 누설 전류 발생을 최소화하면서 대향 전극(14)으로 인한 전계 강화 효과를 극대화하여 전자 방출량을 증가시키고, 구동 전압을 낮추는 효과가 예상된다.
다음으로, 전자 방출 소자의 다른 구성예들에 대해 설명한다. 아래에 설명하는 구성예들 모두에서 전자 방출부와 대향 전극간 거리는 전술한 제1 실시예에 기재된 것과 동일하게 설정된다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에서는 대향 전극(14)과 마주보는 캐소드 전극(10)의 일측 가장자리에 돌출부(24)가 형성되고, 전자 방출부(12)가 돌출부(24)와 접촉하며 위치한다. 돌출부(24)는 캐소드 전극(10)의 길이 방향을 따라 측정되는 폭(W1)이 같은 방향을 따라 측정되는 대향 전극(14)의 폭(W2)과 동일하게 설정될 수 있다.
상기 구조에서는 캐소드 전극(10)이 대향 전극(14)과 마주보는 부위에 한해 선택적으로 돌출부(24)를 형성함에 따라, 특정 화소의 전계가 이웃 화소에 미치는 영향을 감소시켜 화소별 구동을 보다 정확하게 제어할 수 있다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에서는 캐소드 전극(10)과 전자 방출부(12) 사이에 저항층(26)이 형성된다. 특히 저항층(26)은 캐소드 전극(10)의 돌출 부(24)와 전자 방출부(12) 사이에 위치할 수 있다. 저항층(26)은 대략 0.01~1010 Ωcm의 비저항값을 가지며, 화소별 전자 방출부(12)의 전자 방출량을 균일하게 제어하는 역할을 한다.
상기 전자 방출부(12)는 저항층(26)의 측면과 접촉하며 절연층 위에 형성될 수 있으며, 도 8에 도시한 바와 같이 저항층(26')이 대향 전극(14)을 향해 연장되고, 전자 방출부(12)가 저항층(26') 위에 형성되는 경우도 가능하다. 이 때, 저항층(26')의 두께는 대략 0.5㎛ 이하로서 절연층(8) 두께보다 작기 때문에 전자 방출부(12)와 대향 전극(14)이 실질적으로 같은 층에 위치한다고 볼 수 있다. 도 8과 같이 전자 방출부(12)가 저항층(26') 위에 형성되는 경우에는 전자 방출부(12)와 저항층(26')의 접촉 면적이 증가하여 저항층(26')으로 인한 효과를 더욱 크게 할 수 있다.
도 9와 도 10을 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에서는 제1 기판(2) 위에 제1 캐소드 전극들(28)이 제1 기판(2)의 일 방향(도면의 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 제1 캐소드 전극들(28)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 절연층(8)이 형성된다. 절연층(8) 위에는 제1 캐소드 전극들(28)과 직교하는 방향(도면의 x축 방향)을 따라 게이트 전극들(30)이 형성된다.
그리고 게이트 전극들(30) 사이로 절연층(8) 위에 제2 캐소드 전극(32)이 형성되며, 전자 방출부(12)가 제2 캐소드 전극(32)과 접촉하며 절연층(8) 위에 형성된다. 제2 캐소드 전극(32)은 절연층(8)에 형성된 비아 홀(8a)을 통해 제1 캐소드 전극(28)과 접촉하여 이와 전기적으로 연결되며, 제2 캐소드 전극(32)과 전자 방출부(12)는 제1 캐소드 전극(28)과 게이트 전극(30)의 교차 영역으로 정의되는 화소 영역마다 별개로 구비된다.
이 때, 전자 방출부(12)와 게이트 전극(30)간 거리(D)는 1~30㎛, 더욱 바람직하게는 1~15㎛으로 이루어진다.
전술한 구성에서 게이트 전극(30)은 주사 신호 전압을 인가받아 주사 전극으로 이용되고, 제1 및 제2 캐소드 전극(28, 32)은 화상 데이터를 기입하기 위한 데이터 신호 전압을 인가받아 데이터 전극으로 이용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자 방출 소자에서 적용 가능한 구동 파형의 일례를 나타낸 도면으로서, 편의상 게이트 전극을 '주사 전극'으로 명칭하고, 제1 및 제2 캐소드 전극을 '데이터 전극'으로 명칭한다.
도 11을 참고하면, T1 구간에서 주사 전극(Sn)에 주사 신호의 온 전압(VS)이 인가되고, 데이터 전극(Dm)에는 데이터 신호의 온 전압(V1)이 인가된다. 그러면 주사 전극(Sn)과 데이터 전극(Dm)에 인가되는 전압 차(VS-V1)로 인하여 전자 방출부로부터 전자가 방출되며, 방출된 전자들은 형광층에 충돌하여 이를 발광시킨다.
이 후, T2 구간에서 주사 전극(Sn)에 주사 신호의 온 전압(VS)이 유지되고, 데이터 전극(Dm)에는 데이터 신호의 오프 전압(VD)이 인가된다. 그러면 주사 전극(Sn)과 데이터 전극(Dm)에 인가되는 전압 차가 (VS-VD)로 감소하게 되어 전자 방출 부로부터 전자 방출이 일어나지 않게 된다. T1 구간과 T2 구간의 펄스 폭을 변화시켜 적절한 계조 표현을 할 수 있다.
그리고 T3 구간에서 주사 전극(Sn)에는 주사 신호의 오프 전압(V1)이 인가되고, 데이터 전극(Dm)에는 데이터 신호의 오프 전압(V1)이 인가되어 전자 방출부로부터 전자 방출이 일어나지 않게 된다. 이 때, 주사 신호의 오프 전압(V1)은 데이터 신호의 온 전압(V1)과 동일하도록 설정되고, 통상 0V의 전압으로 설정된다.
이와 같이 데이터 신호가 인가되는 제1 및 제2 캐소드 전극에 전자 방출부가 전기적으로 연결되는 구조에서는, 전자 방출에 필요한 최대 전류치가 데이터 전극의 개수만큼 분담된다. 다시 말해, 전자 방출 소자가 풀-화이트 화면을 구현하는 경우, 하나의 주사 전극에 대응하여 위치하는 복수개 전자 방출부에서 전자 방출량을 최대로 해야 하는데, 이러한 전자 방출에 필요한 최대 전류치는 모든 데이터 전극에 분담되므로, 각각의 데이터 전극에는 (최대 전류치/데이터 전극 개수)만큼의 전류가 흐르게 된다.
따라서 본 실시예의 전자 방출 소자는 게이트 전극 방향(통상 화면의 가로 방향)을 따라 휘도 차이가 발생하지 않으며, 제1 캐소드 전극(28)에 수 메가옴(MΩ) 이상의 라인 저항이 존재한다 하여도 제1 캐소드 전극(28)에 흐르는 전류가 작기 때문에 전압 강하에 의한 휘도 저하는 극히 미비한 수준이라 할 수 있다.
도 12를 참고하면, 본 발명의 제5 실시예는 전술한 제4 실시예의 구성을 기 본으로 하면서 전자 방출부(12)와 마주보는 게이트 전극(30)의 일측 가장자리에 돌출부(34)를 형성한 구성으로 이루어진다. 돌출부(34)는 전자 방출부(12)와 게이트 전극(30)이 1~30㎛의 사이 간격을 확보하는데 유리하게 작용하며, 특정 화소의 전계가 이웃 화소에 미치는 영향을 감소시켜 화소별 구동을 보다 정확하게 하는 역할을 한다.
도 13을 참고하면, 본 발명의 제6 실시예는 전술한 제4 실시예 또는 제5 실시예의 구성을 기본으로 하면서 제2 캐소드 전극(32)과 전자 방출부(12) 사이에 저항층(36)을 형성한 구성으로 이루어진다. 전자 방출부(12)는 저항층(36)의 측면과 접촉하며 절연층 위에 형성되거나, 도 14에 도시한 바와 같이 저항층(36') 위에 형성될 수 있다. 전자 방출부(12)가 저항층(36') 위에 형성되는 경우, 저항층(36')의 두께는 대략 0.5㎛ 이하로서 통상의 절연층(8) 두께보다 극히 작기 때문에 전자 방출부(12)와 게이트 전극(30)이 실질적으로 같은 층에 위치한다고 볼 수 있다.
한편, 전술한 실시예들에서 도시는 생략하였으나 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에는 다수의 전자빔 통과공들을 구비하는 그리드 전극이 위치할 수 있다. 그리드 전극은 제2 기판(4)을 향하는 전자들을 집속시킴과 아울러 전자 방출부(12)에 미치는 애노드 전계의 영향을 차단하여 애노드 전압에 의한 의도하지 않은 전자 방출을 억제하는 역할을 한다.
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 범 위에 속하는 것은 당연하다.
이와 같이 본 발명에 의한 전자 방출 소자는 전자 방출부와 게이트 전극간 누설 발생을 최소화하면서 전자 방출부에 인가되는 전계 세기를 높이는 효과가 있다. 그 결과, 본 발명에 의한 전자 방출 소자는 전자 방출량을 높여 화면의 휘도와 색재현율을 향상시키고, 소비 전력을 낮추는 효과가 있다.

Claims (26)

  1. 기판 위에 형성된 캐소드 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부와, 적어도 일부가 전자 방출부와 실질적으로 같은 층에 위치하며 전자 방출부 주위에 전자 방출을 위한 전계를 형성하는 게이트 전극을 포함하는 전자 방출 소자에 있어서,
    상기 전자 방출부와 게이트 전극이 상기 기판의 면 방향을 따라 1~30㎛의 간격을 사이에 두고 위치하는 전자 방출 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자 방출부와 게이트 전극이 상기 기판의 면 방향을 따라 1~15㎛의 간격을 사이에 두고 위치하는 전자 방출 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 게이트 전극이 상기 캐소드 전극과 실질적으로 다른 층에 위치하는 제1 게이트 전극과, 상기 전자 방출부와 실질적으로 같은 층에 위치하는 제2 게이트 전극을 포함하는 전자 방출 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 캐소드 전극과 제1 게이트 전극 사이에 절연층이 형성되고, 상기 제1 게이트 전극이 캐소드 전극보다 상기 기판에 근접 배치되는 전자 방출 소자.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 캐소드 전극이 게이트 전극과 실질적으로 다른 층에 위치하는 제1 캐소드 전극과, 게이트 전극과 실질적으로 같은 층에 위치하는 제2 캐소드 전극을 포함하며, 상기 전자 방출부가 제2 캐소드 전극과 접촉하는 전자 방출 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 게이트 전극과 제1 캐소드 전극 사이에 절연층이 형성되고, 제1 캐소드 전극이 게이트 전극보다 상기 기판에 근접 배치되는 전자 방출 소자.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전자 방출부는 그 측면이 캐소드 전극의 측면과 접촉하며 위치하는 전자 방출 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전자 방출부는 적어도 일부가 상기 게이트 전극과 마주보는 캐소드 전극의 일측 가장자리보다 게이트 전극 측으로 돌출되어 위치하는 전자 방출 소자.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 캐소드 전극과 전자 방출부 사이에 형성되는 저항층을 더욱 포함하는 전자 방출 소자.
  10. 기판과;
    상기 기판 위에 형성되는 게이트 전극과;
    절연층을 사이에 두고 상기 게이트 전극 상부에 형성되는 캐소드 전극과;
    상기 캐소드 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부; 및
    상기 절연층 위에 형성되고, 상기 게이트 전극과 동일 전압을 인가받는 대향 전극을 포함하며,
    상기 전자 방출부와 대향 전극이 1~30㎛의 간격을 사이에 두고 위치하는 전자 방출 소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전자 방출부와 대향 전극이 1~15㎛의 간격을 사이에 두고 위치하는 전자 방출 소자.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 전자 방출부는 그 측면이 상기 캐소드 전극의 측면과 접촉하며 상기 절연층 위에 형성되는 전자 방출 소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전자 방출부는 적어도 일부가 상기 대향 전극과 마주보는 캐소드 전극의 일측 가장자리보다 대향 전극 측으로 돌출되어 위치하는 전자 방출 소자.
  14. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 캐소드 전극이 상기 대향 전극과 마주보는 부위에서 대향 전극을 향해 돌출된 돌출부를 구비하고, 상기 전자 방출부는 그 측면이 돌출부의 측면과 접촉하는 전자 방출 소자.
  15. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 캐소드 전극과 전자 방출부 사이에 형성되는 저항층을 더욱 포함하는 전자 방출 소자.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전자 방출부가 상기 저항층 위에 형성되는 전자 방출 소자.
  17. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 캐소드 전극이 주사 신호 전압을 인가받고, 상기 게이트 전극이 데이터 신호 전압을 인가받는 전자 방출 소자.
  18. 기판과;
    상기 기판 위에 형성되는 제1 캐소드 전극과;
    절연층을 사이에 두고 상기 제1 캐소드 전극 상부에 형성되는 게이트 전극과;
    상기 절연층 위에 형성되고, 상기 제1 캐소드 전극과 동일 전압을 인가받는 제2 캐소드 전극; 및
    상기 제2 캐소드 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부를 포함하며,
    상기 게이트 전극과 전자 방출부가 1~30㎛의 간격을 사이에 두고 위치하는 전자 방출 소자.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 게이트 전극과 전자 방출부가 1~15㎛의 간격을 사이에 두고 위치하는 전자 방출 소자.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 게이트 전극은 상기 전자 방출부와 마주보는 부위에서 전자 방출부를 향해 돌출된 돌출부를 구비하는 전자 방출 소자.
  21. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 전자 방출부는 그 측면이 상기 제2 캐소드 전극의 측면과 접촉하며 상기 절연층 위에 형성되는 전자 방출 소자.
  22. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 제2 캐소드 전극과 전자 방출부 사이에 형성되는 저항층을 더욱 포함하는 전자 방출 소자.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 전자 방출부가 상기 저항층 위에 형성되는 전자 방출 소자.
  24. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 게이트 전극이 주사 신호 전압을 인가받고, 상기 제1 캐소드 전극과 제2 캐소드 전극이 데이터 신호 전압을 인가받는 전자 방출 소자.
  25. 제1항, 제10항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 방출부가 카본 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C60 및 실리콘 나노와이어로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 전자 방출 소자.
  26. 제1항, 제10항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판과 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 타측 기판에 형성되는 적어 도 하나의 애노드 전극과, 애노드 전극의 어느 일면에 형성되는 형광층을 더욱 포함하는 전자 방출 소자.
KR1020040086671A 2004-02-26 2004-10-28 전자 방출 소자 KR20060037650A (ko)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040086671A KR20060037650A (ko) 2004-10-28 2004-10-28 전자 방출 소자
DE602005000942T DE602005000942T2 (de) 2004-02-26 2005-02-24 Elektronenemissionsvorrichtung
AT05101406T ATE360882T1 (de) 2004-02-26 2005-02-24 Elektronenemissionsvorrichtung
EP05101406A EP1569258B1 (en) 2004-02-26 2005-02-24 Electron emission device
US11/068,067 US7279830B2 (en) 2004-02-26 2005-02-26 Electron emission device
JP2005054779A JP2005243648A (ja) 2004-02-26 2005-02-28 電子放出素子
CNB2005100656399A CN100342472C (zh) 2004-02-26 2005-02-28 电子发射装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040086671A KR20060037650A (ko) 2004-10-28 2004-10-28 전자 방출 소자

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20060037650A true KR20060037650A (ko) 2006-05-03

Family

ID=37145381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040086671A KR20060037650A (ko) 2004-02-26 2004-10-28 전자 방출 소자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20060037650A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100778447B1 (ko) * 2006-11-20 2007-11-21 삼성에스디아이 주식회사 발광 장치 및 표시 장치
US7737620B2 (en) 2006-05-19 2010-06-15 Samsung Sdi Co., Ltd. Light emission device, method of manufacturing electron emission unit for the light emission device, and display device having the light emission device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7737620B2 (en) 2006-05-19 2010-06-15 Samsung Sdi Co., Ltd. Light emission device, method of manufacturing electron emission unit for the light emission device, and display device having the light emission device
KR100778447B1 (ko) * 2006-11-20 2007-11-21 삼성에스디아이 주식회사 발광 장치 및 표시 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4266994B2 (ja) 電子放出デバイス，電子放出表示デバイス
KR20060095320A (ko) 전자 방출 소자
KR20050104562A (ko) 전자 방출 표시장치
KR20060104655A (ko) 전자 방출 소자
KR20060124332A (ko) 전자 방출 소자
KR20060037650A (ko) 전자 방출 소자
KR101107133B1 (ko) 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시디바이스
KR101017037B1 (ko) 전자 방출 표시장치
KR100869792B1 (ko) 전계 방출 표시장치
KR20070036925A (ko) 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시디바이스
KR20050110189A (ko) 전자 방출 소자
KR20070115439A (ko) 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시디바이스
KR20070044175A (ko) 전자 방출 소자 및 이를 구비한 전자 방출 디바이스
KR20070052063A (ko) 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시디바이스
KR20070052064A (ko) 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시디바이스
KR20070052898A (ko) 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시디바이스
KR20070046515A (ko) 전자 방출 디바이스와 이를 이용한 전자 방출 표시디바이스
KR20070095051A (ko) 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시디바이스
KR20070046668A (ko) 전자 방출 디바이스와 이를 이용한 전자 방출 표시디바이스
KR20080011539A (ko) 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 디스플레이
KR20070078904A (ko) 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시디바이스
KR20060019853A (ko) 전자 방출 소자
KR20070099841A (ko) 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시디바이스
KR20060019856A (ko) 전자 방출 소자
KR20070111860A (ko) 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시디바이스

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination