KR20060089259A - 전자방출소자 및 이를 채용한 전자방출 표시장치 - Google Patents

전자방출소자 및 이를 채용한 전자방출 표시장치 Download PDF

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KR20060089259A
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Abstract

본 발명은 전자방출소자 및 이를 채용한 전자방출 표시장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전자방출소자는 기판 상에 형성되는 캐소드전극과, 상기 캐소드전극에 접속되어 형성되는 전자방출부와, 상기 캐소드전극과 절연되어 교차하는 방향으로 형성되어 상기 전자방출부로부터 전자를 인출하는 게이트전극을 포함하며, 상기 캐소드전극과 상기 게이트전극이 교차하는 영역에서, 상기 게이트전극은 소정의 곡률을 가지는 곡선형태를 취하며, 상기 전자방출부는 이에 상응하여 소정의 곡률을 가지는 곡선형태로 상기 게이트전극의 양 측면부에 인접하여 형성되고, 상기 게이트전극의 상부 중심영역으로 전자를 방출한다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명은 방출되는 전자를 각 해당하는 화소의 중앙으로 집속하여 타색발광을 방지함으로써, 디스플레이시 색재현 범위를 확장할 수 있다.
게이트전극, 곡선, 전자방출소자, 전자방출 표시장치.

Description

전자방출소자 및 이를 채용한 전자방출 표시장치{ELECTRON EMISSION DEVICE AND ELECTRON EMISSION DISPLAY HAVING THE SAME}
도 1은 종래기술에 의한 전자방출소자를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자방출소자의 개략적인 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 절단선 Ⅰ- Ⅰ에 의한 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2a의 전자방출소자를 적용한 전자방출 표시장치의 단면도이다.
본 발명은 전자방출소자 및 이를 채용한 전자방출 표시장치에 관한 것으로, 특히, 전자방출부가 게이트전극 측면부에 곡선형태로 형성된 전자방출소자 및 이를 채용한 전자방출 표시장치를 제공하는 것이다.
일반적으로, 전자방출소자(Electron Emission Device)는 전자원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다. 냉음극을 이용하는 방식의 전자방출소자로는 FEA(Field Emitter Array)형, SCE(Surface Conduction Emitter) 형, MIM(Metal-Insulator-Metal)형 및 MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)형, BSE(Ballistic electron Surface Emitting)형 등이 알려져 있다.
이와 같은 전자방출소자를 이용하면, 전자방출 표시장치, 각종 백라이트, 리소그라피용 전자빔 장치 등을 구현할 수 있다. 이 중에서 전자방출 표시장치는, 다수의 전자방출소자를 매트릭스 상으로 구비하는 전자원과, 전자방출소자로부터 방출된 전자에 의해 발광하는 형광체와 이에 접속된 전극을 구비하는 화상형성기판로 구성된다. 전자방출소자는 캐소드전극과 게이트전극이 교차하는 영역에서 정의되며, 이를 매트릭스 구동시켜서 캐소드전극에 접속된 전자방출부로부터 전자를 선택적으로 방출하게 된다. 이하 도면을 참조하여 종래기술에 관하여 설명한다.
도 1은 종래기술에 의한 전계방출소자를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 탄소나노튜브를 이용한 삼극구조 전계방출소자는 스페이서(6)를 사이에 두고 일정한 간격을 유지하면서 서로 대향하는 배면기판(1) 및 전면기판(10)이 구비되고, 이들 사이에 전자 방출원으로 탄소나노튜브(5)가 도포된 캐소드전극(2), 게이트전극(3) 및 애노드전극(4)을 구비하고 있다. 캐소드전극(2)은 배면기판(1) 상에 스트라이프상으로 나란하게 배치되어 있고, 애노드전극(4)은 캐소드전극(2)과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 전면기판(10) 상에 나란하게 배열되어 있다. 애노드전극(4) 아래의 캐소드전극(2) 상에는 일정한 간격을 두고 캐소드전극(2)과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 게이트전극(3)이 애노드전극(4)과 대응하도록 나란하게 배치되어 있다. 캐소드전극(2)과 게이트전극(3)이 교차하는 지점들에는 각각 탄소나노튜브(5)로부터 방출된 전자가 애노드전극 (4)으로 흐를 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 전계방출소자는 캐소드전극과 애노드전극으로 이루어진 이극 구조, 또는 이들 전극들 사이에 게이트전극을 위치시킨 삼극구조의 형태로 음극에서 방출되는 전자량을 제어하였다.
하지만, 이와 같은 경우 방출되는 전자빔의 방향이 상하/좌우이고, 이를 집속시키는 것이 쉽지 않은 문제점이 있다. 또한, 집속 효율이 낮아지면서 인접하는 형광체를 여기시키는 타색발광 현상이 발생하여 색재현 범위가 좁아지는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 게이트전극 및 게이트전극 측면부에 형성된 전자방출부를 소정의 곡률을 가지는 곡선형태로 형성함으로써 집속을 용이하게 하는 전자방출소자를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 디스플레이시 상응하는 형광체로 보다 더 양호하게 집속함으로써 색재현 범위를 확장한 전자방출 표시장치를 제공하는 데 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면은 기판 상에 형성되는 제1 전극과, 상기 제1 전극에 접속되어 형성되는 전자방출부와, 상기 제1 전극과 절연되어 교차하는 방향으로 형성되어 상기 전자방출부로부터 전자를 인출하는 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 교차하는 영역에서, 상기 제2 전극은 소정의 곡률을 가지는 곡선형태를 취하며, 상기 전자방출부는 이에 상응하여 소정의 곡률을 가지는 곡선형태로 상기 제2 전극의 양 측면부에 인접하여 형성되고, 상기 제2 전극의 상부 중심영역으로 전자를 방출하는 전자방출소자를 제공한다.
본 발명의 제 2 측면은 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 상기 제1 기판 상에 소정의 형상으로 서로 이격되는 제1 전극과, 상기 제1 전극과 절연되어 교차하는 방향으로 서로 이격되는 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 교차하는 영역에서 상기 제1 전극에 접속되는 전자방출부와, 상기 제2 기판 상에 상기 전자방출부로부터 방출된 전자의 충돌에 의해 발광하는 형광체 및 상기 형광체에 접속되는 제3 전극을 구비하는 화상형성기판를 포함하며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 교차하는 영역에서, 상기 제2 전극은 소정의 곡률을 가지는 곡선형태를 취하며, 상기 전자방출부는 이에 상응하여 소정의 곡률을 가지는 곡선형태로 상기 제2 전극의 양 측면부에 인접하여 형성되고, 상기 제2 전극의 상부 중심영역으로 전자를 방출하는 전자방출 표시장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 전자방출부는 카본 나노튜브; 그라파이트(graphite); 그라파이트 나노파이버; 다이아몬드상 카본; C60; 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합으로 이루어진다. 상기 전자방출부로부터 방출되는 전자를 해당하는 상기 형광체으로 집속하는 제3 전극을 추가적으로 포함한다. 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 지지하여 일정간격을 유지하는 스페이서를 추가적으로 포함한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도 2a 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자방출소자의 평면도이며, 도 2b는 도 2a 의 절단선 Ⅰ- Ⅰ에 의한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명은 기판(110) 상에 형성되는 캐소드전극(120)과, 캐소드전극(120)에 접속되어 형성되는 전자방출부(150)와, 캐소드전극(120)과 절연되어 교차하는 방향으로 형성되어 전자방출부(150)로부터 전자를 인출하는 게이트전극(140)을 포함하며, 캐소드전극(120)과 게이트전극(140)이 교차하는 영역에서, 게이트전극(140)은 소정의 곡률을 가지는 곡선형태를 취하며, 전자방출부(150)는 이에 상응하여 소정의 곡률을 가지는 곡선형태로 게이트전극(140)의 양 측면부에 인접하여 형성되고, 게이트전극(140)의 상부 중심영역으로 전자를 방출하는 전자방출소자를 제공한다.
보다 상세히 설명하면, 기판(110) 상에 소정의 형상으로, 예컨대 스트라이프 상으로 적어도 하나의 캐소드전극(120)이 배치된다. 기판은 통상 사용되는 유리 또는 실리콘 기판이지만, 전자방출부(150)로 CNT(Carbon NanoTube) 페이스트를 이용하여 후면 노광에 의해 이를 형성하는 경우에는 유리 기판과 같은 투명 기판이 바람직하다.
캐소드전극(120)은 데이터 구동부(미도시) 또는 주사 구동부(미도시)로부터 인가되는 각각의 데이터 신호 또는 주사 신호를 각 화소로 공급한다. 여기서, 화소는 캐소드전극(120)과 게이트전극(140)이 교차하는 영역으로 정의한다. 캐소드전극(120)은 기판(110)과 동일한 이유로 투명 전극, 예컨대 ITO(Indium Tin Oxide) 전극이 사용된다.
절연층(130)은 기판(110)과 캐소드전극(120) 상부에 형성되며, 캐소드전극(120)과 게이트전극(140)을 전기적으로 절연한다. 절연층은 캐소드전극(120)이 노출되도록 캐소드전극(120)과 게이트전극(140)의 교차영역에서 게이트전극(140)의 양측면부에 인접하여 두 개의 개구부(135)를 구비한다. 개구부(135) 내부 홀 안에는 캐소드전극(120)에 전기적으로 접속되는 전자방출부(150)가 배치된다. 여기서, 개구부(135)는 이하 상술되는 전자방출부(150)의 형태에 상응하는 형태를 취하는 것이 바람직하지만 이에 한정되지는 않는다.
게이트전극(140)은 절연층(130) 상에 소정의 형상으로, 예컨대 스트라이프 상으로 캐소드전극(120)과 교차하는 방향으로 배치되며, 데이터 구동부 또는 주사 구동부로부터 인가되는 각각의 데이터 신호 또는 주사 신호를 각 화소로 공급한다. 게이트전극(140)은 전자방출부(150)로부터 전자를 인출하는 인출전극으로서 역할을 한다. 여기서, 캐소드전극(120)과 교차하는 영역에서, 게이트전극(120)은 소정의 곡률을 가지는 곡선형태를 취하는 것이 바람직한데, 이는 전자방출부(150)의 형태, 예컨대 본 실시예에서는, 타원 형태에 상응하도록 하기 위함이다. 이와 같이 구성 하게 되면, 보다 바람직한 전계를 형성하게 됨으로 해당하는 화소의 중심영역으로 타색발광없이 유리하게 집속할 수 있다. 소정의 곡률을 가지는 곡선형태의 게이트전극(140)을 형성하는 방법은 절연층(130) 상부에 곡선형태의 마스크(미도시)를 이용하여 용이하게 형성할 수 있다. 한편, 전자방출소자에서, 게이트전극(140)은 전도성이 양호한 금속, 예컨대 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 및 이들의 합금 중에서 선택된 적어도 하나의 도전성 금속 재료를 포함하여 이루어 진다.
전자방출부(150)는 곡선형태로 절연층(130)의 개구부(135)에 의해 노출된 캐소드전극(120) 상에 전기적으로 접속되어 각각 위치하며, 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 카본계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질, 카본 나노튜브, 그라파이트(graphite), 그라파이트 나노파이버, 다이아몬드상 카본, C60, 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 게이트전극 및 게이트전극의 측면부에 형성된 전자방출부를 곡선형태로 구성함으로써, 전자방출소자의 구동시, 전자빔의 퍼짐 현상 없이 게이트전극의 중앙 상부로 바람직하게 집속되어 인출된다. 여기서, 전자방출부가 게이트전극 측면부에 형성되는 형상을 제외한 전자방출소자를 구성하는 요소는 예시적인 것이며, 특별히 이에 한정되지는 않음은 물론이다. 다시 말해, 본 발명에 의한 전자방출소자는 외부 전원(미도시)으로부터 캐소드전극(120)과 게이트전극(140)에 소정의 전압을 공급되는데, 예컨대 캐소드전극(120)에는 (-) 전압을, 게이트전 극(140)에는 (+) 전압을 인가하면 상응하는 각각의 전자방출부(150)로부터 전자가 방출된다.
도 3은 도 2a의 전자방출소자를 적용한 전자방출 표시장치의 단면도이다. 도 3은 본 발명에 의한 전자방출소자를 매트릭스 상으로 채용한 평판 표시장치를 설명하기 위한 것으로서, 도 2a 및 도 2b의 상세한 설명과 동일한 구성 요소와 효과에 대한 설명은 생략하기로 하며, 이하, 이미지를 구현하는 화상형성기판(200)에 대한 상세한 설명만을 하기로 한다. 한편, 본 발명에 의한 전자방출소자를 이용하는 평판 표시장치는 예시한 전자방출 표시장치 이외에 각종 백라이트 및 리소그라피용 전자빔 장치에서도 적용 가능함은 물론이다.
도 3을 참조하면, 대향 배치되는 전면 기판(210) 및 배면 기판(110)과, 배면 기판(110) 상에 소정의 형상으로 서로 이격되는 캐소드전극(120)과, 캐소드전극(120)과 절연되어 교차하는 방향으로 서로 이격되는 게이트전극(140)과, 캐소드전극(120)과 게이트전극(140)이 교차하는 영역에서 캐소드전극(120)에 접속되는 전자방출부(150)와, 전면기판(210) 상에 전자방출부(150)로부터 방출된 전자의 충돌에 의해 발광하는 형광체(230) 및 형광체(230)에 접속되는 애노드전극(220)을 구비하는 화상형성기판(200)을 포함하며, 캐소드전극(120)과 게이트전극(140)이 교차하는 영역에서, 게이트전극(140)은 소정의 곡률을 가지는 곡선형태를 취하며, 전자방출부(150)는 이에 상응하여 곡선형태로 게이트전극(140)의 양측면부에 인접하여 형성 되고, 게이트전극(140)의 상부 중심영역으로 전자를 방출하는 전자방출 표시장치를 제공한다.
전자방출 표시장치는 제1 방향으로 배열되는 캐소드전극들(120)과 제2 방향으로 배열되는 게이트전극들(140)의 교차영역에 형성되는 전자방출소자들을 매트릭스 구동하여 데이터구동부에 전달되는 이미지를 디스플레이하며, 전자방출소자를 구비하는 전자방출기판 및 이미지를 구현하는 화상형성기판으로 이루어 진다.
화상형성기판(200)은 전면기판(210)과, 전면기판(210) 상부에 형성되는 애노드전극(220)과, 상기 애노드전극(220) 상부에 접속되며, 전자방출소자로부터 방출된 전자에 의해 발광하는 형광체(230)와, 형광체(230) 사이에서 형성되는 광차폐막(240)을 포함한다.
전면 기판(210)에는 전자방출부(150)로부터 방출된 전자의 충돌에 의해 발광하는 형광체(230)가 임의의 간격을 두고 선택적으로 배치된다.
애노드전극(220)은 전자방출부(150)로부터 방출된 전자를 보다 더 양호하게 가속하는데, 이를 위해 애노드전극(220)에는 고압의 정(+) 전압이 인가되어 전자를 형광체(230) 방향으로 가속한다.
한편, 전면기판(210) 및 애노드전극(220)은 형광체(230)로부터 발광하는 빛이 외부로 전달되도록 투명한 재질, 예컨대, 전면기판(210)은 글래스로, 애노드전극(220)은 ITO 전극으로 이루어지는 것이 바람직하다.
광차폐막(240)은, 외부 빛을 흡수 및 차단하며 광학적 크로스 토크를 방지하여 콘트라스트를 향상시키기 위해 형광체(230) 사이에 임의의 간격을 두고 배치된 다.
전자방출부(150)로부터 방출된 전자를 보다 더 양호하게 집속하며 전자의 충돌에 의해 발광하는 빛을 전면기판(210)으로 반사시켜 반사효율을 향상시키는 역할을 하는 금속반사막(미도시)을 형광체(230) 상부에 추가적으로 포함할 수도 있다.
한편, 애노드전극(220) 상부에 접속되어 형광체(230)와 광차폐막(240)이 형성되며, 이를 통해 전자를 가속하는 고전압을 화상형성기판(200)에 인가하게 되는데, 금속 반사막이 애노드전극의 역할을 한다면 애노드전극(220)의 형성은 선택적이며, 불필요한 구성요소일 수 있다.
상술한 바와 같이 구성되는 전자방출 표시장치는 외부전원으로부터 캐소드전극(120)에는 (+) 전압이, 게이트전극(140)에는 (-) 전압이, 애노드전극(220)에는 (+) 전압이 인가된다. 이로써, 캐소드전극(120)과 게이트전극(140)의 전압 차에 의해 전자방출부(150) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자가 방출되며, 방출된 전자들은 게이트전극 측면부에 곡선형태로 형성된 전자방출부에 의해 상응하는 형광체(230)의 중앙으로 집속되며, 이후 애노드전극(220)에 인가된 고전압에 유도되어 해당 형광체(230)에 충돌하여 이를 발광시켜 소정의 이미지를 구현한다.
따라서, 본 발명에 의한 전자방출소자를 채용하여 전자방출 표시장치를 구성하게 되면, 방출되는 전자를 각각 해당하는 화소의 중앙으로 집속하여 디스플레이시 색재현 범위를 확장할 수 있다.
한편, 전자방출소자는 전자방출부로부터 방출되는 전자를 집속하며, 아킹(arcing) 방전시의 전극 손상을 방지하는 역할을 하는 그리드 전극(미도시)을 추가적으로 포함할 수 있으며, 이는 시트 형태의 도전성 메쉬인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 전자방출 표시장치는, 특히, 전면 기판 상부에 애노드전극, 형광체, 및 광차폐막이 형성된 구조를 갖는 것으로 예시되어 있으나, 전자방출부로부터 방출된 전자가 전면 기판의 형광체에 충돌할 수 있는 구조를 가지면 특별히 한정되지 않고 다양한 종류를 가지는 평판 표시장치에 적용가능할 수 있음은 당연하다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 전자방출소자는 게이트전극 및 게이트전극의 측면부에 형성된 전자방출부를 상응하도록 소정의 곡률을 가지는 곡선형태로 형성함으로써 전자빔의 집속을 보다 더 용이하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 전자방출 표시장치는 디스플레이시 상응하는 형광체로 집속함으로써 타색발광 현상없이 색재현 범위를 확장할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 기판 상에 형성되는 제1 전극과,
    상기 제1 전극에 접속되어 형성되는 전자방출부와,
    상기 제1 전극과 절연되어 교차하는 방향으로 형성되어 상기 전자방출부로부터 전자를 인출하는 제2 전극을 포함하며,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 교차하는 영역에서, 상기 제2 전극은 소정의 곡률을 가지는 곡선형태를 취하며, 상기 전자방출부는 이에 상응하여 소정의 곡률을 가지는 곡선형태로 상기 제2 전극의 양 측면부에 인접하여 형성되고, 상기 제2 전극의 상부 중심영역으로 전자를 방출하는 전자방출소자.
  2. 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과,
    상기 제1 기판 상에 소정의 형상으로 서로 이격되는 제1 전극과,
    상기 제1 전극과 절연되어 교차하는 방향으로 서로 이격되는 제2 전극과,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 교차하는 영역에서 상기 제1 전극에 접속되는 전자방출부와,
    상기 제2 기판 상에 상기 전자방출부로부터 방출된 전자의 충돌에 의해 발광하는 형광체 및 상기 형광체에 접속되는 제3 전극을 구비하는 화상형성기판를 포함하며,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 교차하는 영역에서, 상기 제2 전극은 소정 의 곡률을 가지는 곡선형태를 취하며, 상기 전자방출부는 이에 상응하여 소정의 곡률을 가지는 곡선형태로 상기 제2 전극의 양 측면부에 인접하여 형성되고, 상기 제2 전극의 상부 중심영역으로 전자를 방출하는 전자방출 표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자방출부는 카본 나노튜브; 그라파이트(graphite); 그라파이트 나노파이버; 다이아몬드상 카본; C60; 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합으로 이루어지는 전자방출 표시장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자방출부로부터 방출되는 전자를 해당하는 상기 형광체으로 집속하는 제3 전극을 추가적으로 포함하는 전자방출 표시장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 지지하여 일정간격을 유지하는 스페이서를 추가적으로 포함하는 전자방출 표시장치.
KR1020050009842A 2005-02-03 2005-02-03 전자방출소자 및 이를 채용한 전자방출 표시장치 KR20060089259A (ko)

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