KR20060124333A - 전자 방출 소자 - Google Patents

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KR20060124333A
KR20060124333A KR1020050046201A KR20050046201A KR20060124333A KR 20060124333 A KR20060124333 A KR 20060124333A KR 1020050046201 A KR1020050046201 A KR 1020050046201A KR 20050046201 A KR20050046201 A KR 20050046201A KR 20060124333 A KR20060124333 A KR 20060124333A
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황성연
이승현
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 전자 방출 효율을 높이기 위한 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전자 방출 소자는 기판 위에 형성되는 캐소드 전극들과, 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극들 상부에 위치하면서 캐소드 전극들과 화소 영역에 대응하는 교차 영역을 형성하는 게이트 전극들과, 캐소드 전극들에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들을 포함한다. 이때 게이트 전극들과 절연층은 교차 영역 내에 적어도 하나의 게이트 홀을 형성하고, 캐소드 전극들은 게이트 홀에 의해 노출되는 영역마다 적어도 2개의 개구부 및 이 개구부들 사이를 지나는 브릿지를 형성하며, 전자 방출부는 그 일부가 브릿지와 접촉하면서 개구부들 내에서 캐소드 전극과 이격되어 위치한다.
캐소드전극, 절연층, 게이트전극, 전자방출부, 집속전극, 형광층, 애노드전극, 브릿지, 개구부

Description

전자 방출 소자 {ELECTRON EMISSION DEVICE}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자의 부분 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자의 부분 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 전자 방출 유닛의 부분 절개 평면도이다.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자에서 전자 방출부 주위에 형성되는 전위 분포와 전자빔 방출 궤적을 알 수 있도록 컴퓨터 시뮬레이션하여 그 결과를 나타낸 도면이다.
도 5a와 도 5b는 종래 기술에 의한 전자 방출 소자에서 전자 방출부 주위에 형성되는 전위 분포와 전자빔 방출 궤적을 알 수 있도록 컴퓨터 시뮬레이션하여 그 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자와 종래 기술에 의한 전자 방출 소자에서 구동 전압에 대한 전자 방출량 변화를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자 중 전자 방출 유닛의 부분 절개 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 소자의 부분 단면도이다.
도 9는 도 8에 도시한 전자 방출 유닛의 부분 절개 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자 방출 소자 중 전자 방출 유닛의 부분 절개 평면도이다.
도 11a 내지 도 11d는 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 소자 중 전자 방출부 형성 방법을 설명하기 위해 도시한 전자 방출 소자의 부분 단면도이다.
본 발명은 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자 방출 효율을 높이기 위하여 캐소드 전극과 전자 방출부의 형상을 개선한 전자 방출 소자에 관한 것이다.
일반적으로 전자 방출 소자는 전자원의 종류에 따라 열음극(hot cathode)을 이용하는 방식과 냉음극(cold cathode)을 이용하는 방식으로 분류할 수 있다.
여기서, 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는 전계 방출 어레이(field emitter array; FEA)형, 표면 전도 에미션(surface-conduction emission; SCE)형, 금속-절연층-금속(metal-insulator-metal; MIM)형 및 금속-절연층-반도체(metal-insulator-semiconductor; MIS)형 등이 알려져 있다.
이 가운데 FEA형 전자 방출 소자는 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 나노튜브와 흑연 및 다이아몬드상 카본과 같은 카본계 물질을 전자원으로 적용한 예가 개발되고 있다.
통상의 FEA형 전자 방출 소자는 진공 용기를 구성하는 두 기판 중 제1 기판 위에 전자 방출부와 더불어 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들로서 캐소드 전극과 게이트 전극을 구비하고, 제2 기판 위에 형광층과 더불어 제1 기판 측에서 방출된 전자들이 형광층을 향해 양호하게 가속되도록 하는 애노드 전극을 구비한다.
상기 캐소드 전극은 전자 방출부와 전기적으로 연결되어 전자 방출에 필요한 전류를 전자 방출부에 공급하는 역할을 한다. 게이트 전극은 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극과 절연되어 위치하며, 캐소드 전극과의 전압 차를 이용해 전자 방출부 주위에 전계를 형성하여 전자 방출을 제어하는 역할을 한다.
상기한 전자 방출 소자에서, 캐소드 전극은 일정한 폭을 갖는 스트라이프 패턴으로 형성되고, 전자 방출부는 절연층과 게이트 전극에 형성된 개구부 내측에서 캐소드 전극 위에 형성되는 것이 일반적이다.
그런데 전술한 구조에서는 전자 방출 소자 작용시, 전자 방출부 주위에 전계가 효율적으로 집중되지 못하고, 전자 방출부의 일부 영역, 특히 게이트 전극과 최단 거리를 유지하는 전자 방출부의 윗면 가장자리에 전계가 집중되어 이로부터 국부적인 전자 방출이 일어나는 경향이 있다.
이로써 종래의 전자 방출 소자는 낮은 전자 방출 효율로 인해 구동 전압을 높여 이를 보상하고 있으며, 전자 방출부의 수명이 길지 못하여 고효율 소자 제작에 불리한 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전자 방출부 주위에 전계를 보다 효율적으로 집중시켜 전자 방출 효율을 높이며, 그 결과 구동 전압을 낮추고 전자 방출부의 장 수명 특성을 확보할 수 있는 전자 방출 소자를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자 방출 소자는 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판 위에 형성되는 캐소드 전극들과, 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극들 상부에 위치하면서 캐소드 전극들과 화소 영역에 대응하는 교차 영역을 형성하는 게이트 전극들과, 캐소드 전극들에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들과, 제2 기판 일면에 형성되는 발광 유닛을 포함한다. 이때 게이트 전극들과 절연층은 교차 영역 내에 적어도 하나의 게이트 홀을 형성하고, 캐소드 전극들은 게이트 홀에 의해 노출되는 영역마다 적어도 2개의 개구부 및 이 개구부들 사이를 지나는 브릿지를 형성하며, 전자 방출부는 그 일부가 브릿지와 접촉하면서 개구부들 내에서 캐소드 전극과 이격되어 위치한다.
상기 전자 방출부는 게이트 홀의 중심부에서 브릿지의 윗면 일부를 덮으면서 개구부들에 걸쳐 형성될 수 있다. 이때 캐소드 전극들과 브릿지는 투명 도전층으로 이루어질 수 있으며, 전자 방출부는 게이트 홀에 대응하는 평면 형상을 가질 수 있다.
다른 한편으로, 상기 전자 방출부는 게이트 홀의 중심부에서 브릿지의 측면 일부와 접촉하면서 각각의 개구부별로 나뉘어 형성될 수 있다. 이때 캐소드 전극들과 브릿지는 불투명 도전층으로 이루어질 수 있으며, 개구부별로 나뉘어진 전자 방출부들은 브릿지를 중심으로 상호 대칭을 이룰 수 있다.
상기 브릿지의 중심은 게이트 홀의 중심과 일치할 수 있으며, 개구부들은 브릿지를 중심으로 상호 대칭을 이룰 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자 방출 소자는 기판 위에 형성되는 불투명한 캐소드 전극들과, 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극들 상부에 위치하면서 캐소드 전극들과 화소 영역에 대응하는 교차 영역을 형성하는 게이트 전극들과, 캐소드 전극들에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들을 포함한다. 이때 게이트 전극들과 절연층은 교차 영역 내에 적어도 하나의 게이트 홀을 형성하고, 복수의 전자 방출부들이 각각의 게이트 홀 내측에 대응하여 위치하며, 캐소드 전극은 게이트 홀에 의해 노출되는 영역마다 전자 방출부들의 가장자리 일부를 캐소드 전극으로부터 이격시키는 복수의 개구부들 및 이 개구부들 사이에서 전자 방출부들의 측면과 접촉하며 위치하는 브릿지를 형성한다.
상기 개구부들은 각각의 전자 방출부에 대응하여 게이트 홀의 중심으로부터 멀어지는 방향을 따라 전자 방출부보다 큰 폭을 가지며 형성될 수 있으며, 상기 캐소드 전극은 은, 알루미늄, 크롬 및 몰리브덴 중 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.
상기 전자 방출부는 캐소드 전극보다 큰 두께를 가질 수 있으며, 카본 나노 튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C60 및 실리콘 나노와이어로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1과 도 2는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자의 부분 분해 사시도와 부분 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시한 전자 방출 유닛의 부분 절개 평면도이다.
도면을 참고하면, 전자 방출 소자는 소정의 간격을 두고 평행하게 대향 배치되는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 포함한다. 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 가장자리에는 측면 격벽(도시하지 않음)이 배치되어 이 기판들(2, 4)과 함께 밀폐된 내부 공간을 형성한다. 이로써 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 및 측면 격벽이 진공 용기를 구성한다.
상기 제1 기판(2) 중 제2 기판(4)과의 대향면에는 제2 기판(4)을 향해 전자를 방출하는 전자 방출 유닛(100)이 제공되고, 제2 기판(4) 중 제1 기판(2)과의 대향면에는 전자에 의해 가시광을 방출하여 임의의 발광 또는 표시를 행하는 발광 유닛(110)이 제공된다.
보다 구체적으로, 제1 기판(2) 위에는 캐소드 전극들(6)이 제1 기판(2)의 일 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(6)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 제1 절연층(8)이 형성된다. 제1 절연층(8) 위에는 게이트 전극들(10) 이 캐소드 전극(6)과 직교하는 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.
캐소드 전극들(6)은 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 도전층으로 이루어질 수 있으며, 게이트 전극들(10)은 은(Ag), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 또는 알루미늄(Al)과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 각 화소 영역마다 제1 절연층(8)과 게이트 전극(10)에 하나 이상의 게이트 홀(12)이 형성되어 캐소드 전극(6)의 일부 표면을 노출시킨다. 도면에서는 일례로 각 화소 영역마다 3개의 원형상 게이트 홀(12)이 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 위치하는 경우를 도시하였다.
여기서, 캐소드 전극들(6)은 게이트 홀(12)에 의해 노출되는 소정 영역마다 제공되어 제1 기판(2)의 일부 표면을 노출시키는 한 쌍의 개구부(14)와, 한 쌍의 개구부(14) 사이에 위치하여 이 개구부들(14) 사이를 지나는 캐소드 전극(6)의 일부인 브릿지(16)를 포함한다. 브릿지(16)는 일정한 폭을 갖는 막대 형상으로 이루어지며, 한 쌍의 개구부(14)는 브릿지(16)를 중심으로 상호 대칭을 이루는 평면 형상을 갖는다.
상기 브릿지(16)는 전자 방출 유닛(100)을 평면으로 보았을 때, 브릿지(16) 중앙이 게이트 홀(12)의 중심에 대응하도록 배치된다. 브릿지(16)는 일례로 게이트 전극(10)의 길이 방향과 평행하게 위치하며, 한 쌍의 개구부(14)가 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 나란하게 배치된다.
본 실시예에서 각각의 개구부(14)는 일례로 캐소드 전극(6)의 폭 방향에 따 른 장변과, 캐소드 전극(6)의 길이 방향에 따른 단변을 갖는 장방형으로 이루어진다. 개구부(14)의 평면 형상은 도시한 예에 한정되지 않고, 다양하게 변형 가능하다.
그리고 상기 게이트 홀(12) 내측으로 캐소드 전극(6)과 전기적으로 연결되는 전자 방출부(18)가 형성된다. 전자 방출부(18)는 브릿지(16)의 일부와 접촉하면서 각 개구부(14)의 일부를 채우며 위치하는데, 본 실시예에서 전자 방출부(18)는 브릿지(16)의 중심부를 덮으면서 브릿지(16)와 마주하는 개구부들(14)의 일부 영역을 채우도록 형성되며, 브릿지(16)와 접촉하는 부위를 제외하고 캐소드 전극(6)과 이격되어 위치한다.
전자 방출부(18)는 각각의 게이트 홀(12)마다 게이트 홀(12)의 중심에 대응하여 1개가 구비되며, 바람직하게 게이트 홀(12)에 대응하는 평면 형상을 가진다. 일례로 전자 방출부(18)는 브릿지(16)의 중심으로부터 소정의 반경을 갖는 원형의 평면 형상을 가지며, 이로써 전자 방출부(16)의 가장자리가 게이트 전극(10)과 일정한 거리를 두고 위치한다.
상기 전자 방출부(18)는 브릿지(16)와의 접촉을 통해 캐소드 전극(6)과 전기적으로 연결되어 캐소드 전극(6)으로부터 전자 방출에 필요한 전류를 공급받는다. 본 실시예에서 전자 방출부(18)는 브릿지(16)의 윗면 일부와 면 접촉을 이루어 캐소드 전극(6)과의 접촉 저항을 줄인다.
전자 방출부(18)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 카본계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어진다. 전자 방출부(18) 로 사용 바람직한 물질로는 카본 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C60, 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질이 있으며, 전자 방출부(18)의 제조법으로는 스크린 인쇄, 직접 성장, 화학기상증착 및 스퍼터링 등이 적용될 수 있다.
한편, 전자 방출부(18)는 캐소드 전극(6)보다 큰 두께로 형성되어 그 윗면 가장자리가 캐소드 전극(6) 표면보다 높게 형성되는 것이 바람직하다. 이는 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 전압 차에 의해 형성되는 전계로부터 전자 방출을 원활하게 유도하기 위한 것이다. 도면에서는 일례로 스크린 인쇄와 건조 및 소성 과정을 통해 제작되어 캐소드 전극(6)보다 큰 두께를 가지는 전자 방출부(18)를 도시하였다.
그리고 게이트 전극(10)과 제1 절연층(8) 위로 제2 절연층(20)과 집속 전극(22)이 형성된다. 제2 절연층(20)과 집속 전극(22)에도 전자빔 통과를 위한 집속 홀(24)이 마련되는데, 일례로 집속 홀(24)은 화소 영역당 하나가 구비되어 전자 방출 소자 작용시 집속 전극(22)이 한 화소에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속하도록 한다.
집속 전극(22)은 제1 기판(2) 전체에 형성되거나, 소정의 패턴으로 나뉘어 복수개로 형성될 수 있으며, 후자의 경우 도시는 생략하였다. 집속 전극(22)은 제2 절연층(20) 위에 코팅된 금속의 도전막으로 이루어지거나, 금속 플레이트를 제2 절연층(20) 위에 고착시킨 구조로 이루어질 수 있다.
이때 집속 전극(22)은 전자 방출부(18)와의 높이 차이가 클수록 우수한 집속 효과를 발휘하므로, 제2 절연층(20)의 두께를 제1 절연층(8)의 두께보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 형광층(26), 일례로 적색과 녹색 및 청색의 형광층들(26)이 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(26) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(28)이 형성된다. 그리고 형광층(26)과 흑색층(28) 위로 알루미늄과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(30)이 형성된다.
애노드 전극(30)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받으며, 형광층(26)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(2)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(4) 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높이는 역할을 한다. 한편, 애노드 전극(30)은 금속막이 아닌 ITO와 같은 투명한 도전막으로 이루어질 수 있다. 이 경우 애노드 전극(30)은 제2 기판(4)을 향한 형광층(26)과 흑색층(28)의 일면에 위치하며, 소정의 형상으로 패터닝되어 복수개로 형성될 수 있다.
또한, 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에는 스페이서들(32)이 배치되어 진공 용기에 가해지는 압축력에 의한 기판들(2, 4)의 파손과 변형을 억제한다.
상기 구성의 전자 방출 소자는 외부로부터 캐소드 전극(6), 게이트 전극(10), 집속 전극(22) 및 애노드 전극(30)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다. 일례로 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10) 중 어느 하나의 전극에는 주사 신호 전압이 인가되고, 다른 하나의 전극에는 주사 신호 전압과 수 내지 수십 볼트의 전압 차를 갖는 데이터 신호 전압이 인가된다. 그리고 집속 전극(22)에는 수 내지 수십 볼트의 (-)전압이 인가되고, 애노드 전극(30)에는 수백 내지 수천 볼트의 (+)전압이 인가된다.
따라서, 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)간 전압 차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(18) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들(도 2에서 e-로 표시)이 방출된다. 방출된 전자들은 집속 홀(24)을 통과하면서 집속 전극(22)으로부터 척력을 인가받아 전자빔 다발의 중심부로 집속되며, 애노드 전극(30)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 형광층(26)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다. 이때 도 2에 도시한 세 개의 전자 방출부들(18)에서 동시에 전자들이 방출되나, 편의상 중앙에 위치하는 하나의 전자 방출부(18)에서 전자가 방출되는 것으로 도시하였다.
전술한 구동 과정에 있어서, 전자 방출부(18)가 제1 기판(2) 위에서 캐소드 전극(6)의 개구부(14) 일부를 채우며 위치함에 따라, 본 실시예의 전자 방출 소자는 그 작용시 전자 방출부(18)의 윗면 뿐만 아니라 그 측면으로도 용이하게 전계 침투가 이루어져 전자 방출부(18) 주위, 특히 전자 방출부(18)의 측면에 강한 전계가 집중된다.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 소자에서 전자 방출부 주위에 형성되는 전위 분포와 전자빔 방출 궤적을 알 수 있도록 컴퓨터 시뮬레이션하여 그 결과를 나타낸 도면이다.
도면을 참고하면, 전자 방출부(18) 주위로 전자 방출부(18)를 향해 오목한 등전위선들이 전자 방출부(18)의 윗면과 측면 모두를 둘러싸며 조밀하게 형성되는 것을 알 수 있다. 조밀한 등전위선 분포는 강한 전계를 의미하므로 전자 방출부(18) 주위에 강한 전계가 형성된 것을 확인할 수 있다.
도 5a와 도 5b는 종래 기술에 의한 전자 방출 소자(비교예)에서 전자 방출부 주위에 형성되는 전위 분포와 전자빔 방출 궤적을 알 수 있도록 컴퓨터 시뮬레이션하여 그 결과를 나타낸 도면이다. 비교예의 전자 방출 소자에서 캐소드 전극은 개구부를 형성하지 않으며, 전자 방출부는 캐소드 전극 윗면에 형성된다. 도면에서는 캐소드 전극을 생략하였다.
도면을 참고하면, 비교예의 전자 방출 소자에서는 등전위선들이 전자 방출부(1)를 둘러싸지 못하고 캐소드 전극과 전자 방출부의 표면 형상을 따라 형성되며, 전자 방출부(1) 주위로 도 4a와 같은 조밀한 등전위선 분포를 나타내지 못하여 전계 세기가 약한 것을 확인할 수 있다.
도 6은 구동 전압에 대한 전자 방출량 변화를 측정하여 나타낸 그래프로서, 전술한 제1 실시예의 전자 방출 소자와 비교예의 전자 방출 소자를 비교하였다. 도면을 참고하면, 동일한 구동 전압에서 본 실시예의 전자 방출 소자가 비교예의 전자 방출 소자보다 월등히 향상된 전자 방출량을 구현하고 있다.
이와 같이 본 실시예의 전자 방출 소자는 전자 방출부(18) 표면에 전계를 효과적으로 집중시켜 전자 방출 효율을 높일 수 있다. 그 결과, 화소들의 전자 방출량을 늘려 화면의 휘도를 높일 수 있고, 구동 전압을 낮추어 소비 전력을 저감할 수 있으며, 전자 방출부(18)의 수명 특성을 우수하게 확보할 수 있다. 도 6에 따르 면, 종래 기술에 의한 전자 방출 소자와 비교하여 캐소드 전극과 게이트 전극의 구동 전압을 대략 10 내지 30% 낮출 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자 중 전자 방출 유닛의 부분 절개 평면도이다.
도면을 참고하면, 본 실시예의 전자 방출 소자에서 전자 방출 유닛(102)은 캐소드 전극(6)에 형성되는 브릿지(34)와 개구부(36)의 평면 형상을 제외하고 전술한 제1 실시예의 전자 방출 유닛과 동일한 구성으로 이루어진다.
본 실시예에서 캐소드 전극들(6)은 게이트 홀(12)에 의해 노출되는 소정 영역마다 4개의 개구부(36)와, 이 개구부들(36) 사이에 위치하여 개구부들(36) 사이를 지나는 캐소드 전극(6)의 일부인 십자형 브릿지(34)를 형성한다. 이 브릿지(34) 또한 일정한 폭을 갖는 막대 형상으로 이루어지며, 4개의 개구부(36)가 브릿지(34)를 중심으로 상호 대칭을 이루는 평면 형상을 갖는다.
이때 캐소드 전극들(6)은 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 도전층으로 이루어질 수 있으며, 각 개구부(36)의 평면 형상은 도시한 사각형에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.
그리고 각각의 게이트 홀(12)마다 게이트 홀(12)의 중심에 대응하여 1개의 전자 방출부(18)가 형성되는데, 이 전자 방출부(18)는 브릿지(34)의 중심부를 덮으면서 브릿지(34)와 마주하는 각 개구부(36)의 일부 영역을 채우도록 형성되며, 브릿지(34)와 접촉하는 부위를 제외하고 캐소드 전극(6)과 이격되어 위치한다.
본 실시예에서 전자 방출부(18)가 십자형 브릿지(34)의 중심부에서 이 브릿 지(34)의 윗면 일부와 면 접촉을 이룸에 따라, 캐소드 전극(6)과 전자 방출부(18)의 접촉 저항이 더욱 줄어드는 효과가 예상된다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 소자의 부분 단면도이고, 도 9는 도 8에 도시한 전자 방출 유닛의 부분 절개 평면도이다.
도면을 참고하면, 본 실시예의 전자 방출 소자에서 전자 방출 유닛(104)은 캐소드 전극(6')의 재질과 전자 방출부(18')의 평면 형상을 제외하고 전술한 제1 실시예의 전자 방출 유닛(100)과 동일한 구성으로 이루어진다.
본 실시예에서 캐소드 전극(6')은 금속과 같은 불투명 도전층으로 이루어지며, 일례로 은(Ag), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 또는 몰리브덴(Mo)으로 형성된다. 금속 재질의 캐소드 전극(6')은 ITO 재질의 캐소드 전극에 비해 극히 낮은 저항을 가지므로 캐소드 전극(6')의 길이 방향을 따라 전압 강하가 일어나는 것을 방지할 수 있다.
그리고 전자 방출부(18')는 브릿지(16)의 윗면을 덮지 않고 브릿지(16)의 측면 일부와 접촉하면서 각 개구부(14)의 일부 영역을 채우며 형성된다. 본 실시예에서 전자 방출부(18')는 브릿지(16)의 중심부 측면과 접촉하면서 브릿지(16)와 마주하는 각 개구부(14)의 일부 영역을 채우도록 형성된다.
즉, 전자 방출부(18')는 각각의 개구부(14)별로 나뉘어 복수개로 형성되며, 각각의 개구부(14)는 게이트 홀(12)의 중심으로부터 멀어지는 방향을 따라 전자 방출부보다 큰 폭을 갖도록 형성되어 전자 방출부(18')가 브릿지(16)와 접촉하는 부위를 제외하고 캐소드 전극(6')과 이격되어 위치하도록 한다.
이와 같이 전자 방출부(18')가 각각의 개구부(14)마다 별도로 구비되는 경우에 있어서도 전자 방출부(18')의 윗면 가장자리가 게이트 전극(10)과 일정한 거리를 유지할 수 있도록 전자 방출부(18')의 평면 형상은 게이트 홀(12)에 대응하여 형성된다. 즉, 도면에서와 같이 게이트 홀(12)이 원형인 경우, 각각의 전자 방출부(18')는 반원형의 평면 형상을 가진다.
상기 형상의 전자 방출부(18')는 전술한 제1 실시예와 비교하여 전자 방출이 집중적으로 일어나는 가장자리 길이가 확대되어 전자 방출 효율이 높아지는 효과를 갖는다. 또한, 브릿지(16)가 전자 방출부(18')보다 낮은 높이로 형성되는 경우, 브릿지(16)와 마주하는 전자 방출부(18')의 윗면 가장자리에 전계를 효율적으로 집중시켜 전자 방출 효율을 높일 수 있다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자 방출 소자 중 전자 방출 유닛의 부분 절개 평면도이다.
도면을 참고하면, 본 실시예의 전자 방출 소자에서 전자 방출 유닛(106)은 캐소드 전극(6')에 형성되는 브릿지(34)와 개구부(36) 및 전자 방출부(18")의 평면 형상을 제외하고 전술한 제3 실시예의 전자 방출 유닛(104)과 동일한 구성으로 이루어진다.
본 실시예에서 캐소드 전극들(6')은 게이트 홀(12)에 의해 노출되는 소정 영역마다 4개의 개구부(36)와, 이 개구부들(36) 사이에 위치하여 개구부들(36) 사이를 지나는 캐소드 전극(6')의 일부인 십자형 브릿지(34)를 형성한다. 십자형 브릿지(34) 또한 일정한 폭을 갖는 막대 형상으로 이루어지며, 4개의 개구부(36)가 브 릿지(34)를 중심으로 상호 대칭을 이루는 평면 형상을 갖는다.
그리고 전자 방출부(18")는 브릿지(34)의 윗면을 덮지 않고 브릿지(34)의 중심부 측면과 접촉하면서 브릿지(34)와 마주하는 각 개구부(36)의 일부 영역을 채우며 형성된다. 즉, 전자 방출부(18")는 게이트 홀(12)마다 캐소드 전극(6')에 마련된 개구부(36) 개수에 대응하여 복수개로 나뉘어 형성되며, 브릿지(34)와 접촉하는 부위를 제외하고 캐소드 전극(6')과 이격되어 위치한다.
상기 형상의 전자 방출부(18")는 전술한 제3 실시예와 마찬가지로 전자 방출이 집중적으로 일어나는 가장자리 길이가 확대되어 전자 방출 효율이 높아지는 효과를 가지며, 브릿지(34)가 전자 방출부(18")보다 낮은 높이로 형성되는 경우, 브릿지(34)와 마주하는 전자 방출부(18")의 윗면 가장자리에 전계를 효율적으로 집중시켜 전자 방출 효율을 높일 수 있다.
한편, 전술한 제1 내지 제4 실시예에서 전자 방출부는 다음에 설명하는 단계들을 통해 용이하게 형성할 수 있다. 도 11a 내지 도 11d는 전자 방출부 형성 방법을 설명하기 위해 도시한 전자 방출 소자의 부분 확대 단면도이다.
먼저 도 11a에 도시한 바와 같이, 제1 기판(2) 위에 캐소드 전극(6), 제1 절연층(8), 게이트 전극(10), 제2 절연층(20) 및 집속 전극(22)을 형성한다. 그리고 제1 기판(2) 위에 형성된 구조물 표면 전체에 희생층(38)을 형성하고, 희생층(38)을 패터닝하여 전자 방출부가 형성될 위치에 개구부(40)를 형성한다.
이어서 도 11b에 도시한 바와 같이, 제1 기판(2) 윗면 전체에 전자 방출 물질과 감광성 물질을 포함하는 페이스트상 혼합물을 도포한다. 도면에서 부호 42가 혼합물층을 나타낸다. 그리고 제1 기판(2)의 후면을 통해 자외선(화살표로 도시)을 조사하여 희생층(38)의 개구부(40)에 채워진 혼합물을 선택적으로 경화시킨 다음 경화되지 않은 혼합물과 희생층(38)을 제거하고, 경화된 혼합물을 건조 및 소성하여 전자 방출부를 형성한다.
이때 도 11c에 도시한 바와 같이 캐소드 전극(6)이 ITO와 같은 투명 도전층인 경우에는 브릿지(16)가 자외선을 투과하여 전자 방출부(18)가 브릿지(16) 윗면으로도 형성된다. 한편, 도 11d에 도시한 바와 같이 캐소드 전극(6')이 금속과 같은 불투명 도전층인 경우에는 브릿지(16)가 자외선을 차단하여 전자 방출부(18')는 브릿지(16)의 측면 일부와 접촉하며 형성된다.
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 전술한 캐소드 전극과 전자 방출부 형상에 의해 전자 방출부 표면에 전계를 효율적으로 집중시켜 전자 방출 효율을 높일 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 전자 방출 소자는 전자 방출량을 늘여 화면의 휘도를 높이거나, 구동 전압을 낮추어 소비 전력을 저감시키며, 전자 방출부의 장 수명 특성을 확보하여 고효율 소자 제작을 가능하게 한다.

Claims (18)

  1. 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과;
    상기 제1 기판 위에 형성되는 캐소드 전극들과;
    절연층을 사이에 두고 상기 캐소드 전극들 상부에 위치하며, 상기 캐소드 전극들과 화소 영역에 대응하는 교차 영역을 형성하는 게이트 전극들과;
    상기 캐소드 전극들에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들과;
    상기 제2 기판 일면에 형성되는 발광 유닛을 포함하며,
    상기 게이트 전극들과 상기 절연층은 상기 교차 영역 내에 적어도 하나의 게이트 홀을 형성하고,
    상기 캐소드 전극들은 상기 게이트 홀에 의해 노출되는 영역마다 적어도 2개의 개구부 및 이 개구부들 사이를 지나는 브릿지를 형성하며,
    상기 전자 방출부는 그 일부가 상기 브릿지와 접촉하면서 상기 개구부들 내에서 상기 캐소드 전극과 이격되어 위치하는 전자 방출 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자 방출부가 상기 게이트 홀의 중심부에서 상기 브릿지의 윗면 일부를 덮으면서 상기 개구부들에 걸쳐 형성되는 전자 방출 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 캐소드 전극들과 상기 브릿지가 투명 도전층으로 이루어지는 전자 방출 소자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전자 방출부가 상기 게이트 홀에 대응하는 평면 형상을 가지는 전자 방출 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자 방출부가 상기 게이트 홀의 중심부에서 상기 브릿지의 측면 일부와 접촉하면서 상기 각각의 개구부별로 나뉘어 형성되는 전자 방출 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 캐소드 전극들과 상기 브릿지가 불투명 도전층으로 이루어지는 전자 방출 소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 나뉘어진 전자 방출부들이 상기 브릿지를 중심으로 상호 대칭을 이루는 전자 방출 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 브릿지의 중심이 상기 게이트 홀의 중심과 일치하는 전자 방출 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 개구부들이 상기 브릿지를 중심으로 상호 대칭을 이루는 전자 방출 소자.
  10. 기판 위에 형성되는 불투명한 캐소드 전극들과;
    절연층을 사이에 두고 상기 캐소드 전극들 상부에 위치하며, 상기 캐소드 전극들과 화소 영역에 대응하는 교차 영역을 형성하는 게이트 전극들과;
    상기 캐소드 전극들에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들을 포함하며,
    상기 게이트 전극들과 상기 절연층은 상기 교차 영역 내에 적어도 하나의 게이트 홀을 형성하고,
    상기 복수의 전자 방출부들이 상기 각각의 게이트 홀 내측에 대응하여 위치하며,
    상기 캐소드 전극은 상기 게이트 홀에 의해 노출되는 영역마다 상기 전자 방출부들의 가장자리 일부를 캐소드 전극으로부터 이격시키는 복수의 개구부들 및 이 개구부들 사이에서 전자 방출부들의 측면과 접촉하며 위치하는 브릿지를 형성하는 전자 방출 소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 브릿지가 상기 게이트 홀의 중심을 가로지르며 위치하고, 상기 전자 방출부들이 브릿지의 중심부 측면과 접촉하는 전자 방출 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 개구부들이 상기 각각의 전자 방출부에 대응하여 상기 게이트 홀의 중심으로부터 멀어지는 방향을 따라 전자 방출부보다 큰 폭을 가지며 형성되는 전자 방출 소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 개구부들이 상기 브릿지를 중심으로 상호 대칭을 이루는 전자 방출 소자.
  14. 제10항 또는 제13항에 있어서,
    상기 전자 방출부들이 상기 브릿지를 중심으로 상호 대칭을 이루는 전자 방출 소자.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 캐소드 전극이 은, 알루미늄, 크롬 및 몰리브덴 중 어느 하나의 물질을 포함하는 전자 방출 소자.
  16. 제1항 또는 제10항에 있어서,
    상기 전자 방출부가 상기 캐소드 전극보다 큰 두께를 가지는 전자 방출 소자.
  17. 제1항 또는 제10항에 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.
  18. 제1항 또는 제10항에 있어서,
    상기 게이트 전극들과 단락되지 않으면서 상기 게이트 전극들 상부에 형성되는 집속 전극을 더욱 포함하는 전자 방출 소자.
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