KR20070013878A - 전자 방출 소자 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치 - Google Patents

전자 방출 소자 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20070013878A
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Abstract

본 발명은 전자 방출원의 수명이 길고, 전자 방출량이 많은, 즉 전류 밀도가 높은 전자 방출 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 상술한 에디슨 효과에 따른 열음극에서의 전자 방출 원리를 FED형의 전자 방출 소자에 적용하여 수발광 소자의 백라이트 유닛이나 디스플레이 장치 등으로 활용될 수 있는 전자 방출 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여 본 발명에서는, 제1 기판; 상기 제1 기판과 소정의 간격으로 이격되어 대향되고, 애노드 전극과 형광체층이 형성된 제2 기판; 상기 제1 기판에 설치된 캐소오드 전극; 및 상기 캐소오드 전극 상에 설치되고 열전자 방출 물질을 포함하는 전자 방출원을 포함하는 전자 방출 소자를 제공한다. 또한, 기판; 상기 기판에 설치된 캐소오드 전극; 상기 캐소오드 전극 상에 설치되고 열전자 방출 물질을 포함하는 전자 방출원; 상기 캐소오드 전극 상에 배치된 제1 절연체층; 및 상기 제1 절연체층에 의해 상기 캐소오드 전극과 절연되도록 배치된 게이트 전극을 포함하는 전자 방출 소자를 제공한다. 또한, 이러한 전자 방출 소자로 구현한 평판 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

전자 방출 소자 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치{Electron emission device, and flat display apparatus having the same}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 전자 방출 소자를 구비하는 평판 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 분리 사시도.
도 6은 도 5의 평판 디스플레이 장치가 결합된 상태에서 도 5의 VI-VI 선을 따라 취한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
70: 형광체층 80: 애노드 전극
90: 제2 기판
100, 200, 301, 401: 전자 방출 소자
101: 제1 패널 102: 제2 패널
103: 발광 공간 110: 제 2 기판
120, 220: 캐소오드 전극 130: 제1 절연체층
131: 전자 방출 영역 135: 제2 절연체층
140: 게이트 전극 145: 집속 전극
150, 250: 전자 방출원 251: 열전자 방출 물질 코팅층
252: 첨단 팁
본 발명은 전자 방출 소자(electron emission device) 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자에 열음극의 개념을 접목하여 전류 밀도를 증가시킨 새로운 구조의 전자 방출 소자 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전자 방출 소자에는 전자 방출원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다.
열음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자에서는 에디슨 효과를 이용한다. 에디슨 효과라 함은 높은 온도로 가열된 금속이나 반도체 표면에서 전자(電子)가 방출되는 현상으로, 리처드슨 효과 또는 열전자방출(熱電子放出) 현상이라고도 한 다. 열에 의해 에너지를 얻은 전자가 원자의 구속에서 벗어나 고체 표면에서 튀어나오는 것으로, 각종 통신용 진공관이나 쿨리지관(X선관의 일종) 등 일반적으로 열전자관이라고 하는 진공관 또는 방전관에 응용된다. 에디슨 효과에 의해 금속 표면에서 방출되는 전자를 열전자, 방출하는 물체를 열음극(熱陰極), 열음극에 대해 높은 전위를 가진 양극을 두었을 때 열전자의 이동에 의해 생기는 전류를 열전자전류라고 한다.
일반적으로 열음극의 전자방출은 온도가 증가함에 따라 많아지는데, 열음극의 종류나 표면 상태에 따라 차이가 있으며, 예를 들면 알칼리토금속의 산화물 등은 순수한 금속보다도 낮은 온도에서 열전자를 방출한다. 이 때문에 비교적 낮은 저전압에서 사용되는 소형진공관의 음극은 텅스텐이나 토륨이 섞인 텅스텐으로 되어 있으며, 이런 종류의 금속산화물을 사용한 것이 많다. 또한, 에디슨 효과는 그 물질로부터 전자를 떼어내는 데 필요한 에너지의 크기로 표시하는 일함수(work function)로 나타낸다. 텅스텐은 2700 K(일함수는 4.5 정도), 토륨-텅스텐은 1900 K(일함수는 2.6 정도) 정도에서 전자를 방출한다.
한편, 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는, FED(Field Emission Device)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.
FED형 전자 방출 소자는 일함수(Work Function)가 낮거나 베타 함수(?? Function)가 높은 물질을 전자 방출원으로 사용할 경우 진공 중에서 전계 차이에 의하여 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한 것으로 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 등을 주된 재질로 하는 선단이 뾰족한 첨단(尖端) 팁(tip)구조물이나 그래파이트(graphite), DLC(Diamond Like Carbon) 등의 탄소계 물질 그리고 최근 나노 튜브(Nano Tube)나 나노와이어(Nano Wire)등의 나노 물질을 전자 방출원으로 적용한 소자가 개발되고 있다.
그러나, 이러한 FED형 전자 방출 소자의 경우, 전자 방출원의 구조 형성이 어렵고 균일한 전자방출을 얻기 어려운 문제가 있다. 또한 이러한 전자방출 소자를 이용하여 디스플레이 장치에 사용할 경우 휘도 균일도(Uniformity)가 낮아질 수 있는 문제가 있다. 이에 이러한 문제를 해결할 수 있는 새로운 구조의 전자 방출 소자를 개발할 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 전자 방출원의 수명이 길고, 전자 방출량이 많은, 즉 전류 밀도가 높은 전자 방출 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 전자 방출원의 구조 형성이 용이하고 균일한 전자 방출을 얻을 수 있는 전자 방출 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 상술한 에디슨 효과에 따른 열음극에서의 전자 방출 원리를 FED형의 전자 방출 소자에 적용하여 수발광 소자의 백라이트 유닛이나 디스플레이 장치 등으로 활용될 수 있는 전자 방출 소자를 제공하고, 이를 구비하여 휘도 균일도가 높은 평판 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 제1 기판; 상기 제1 기판과 소정의 간격으로 이격되어 대향되고, 애노드 전극과 형광체층이 형성된 제2 기판; 상기 제1 기판에 설치된 캐소오드 전극; 및 상기 캐소오드 전극 상에 설치되고 열전자 방출 물질을 포함하는 전자 방출원을 포함하는 전자 방출 소자를 제공함으로써 달성된다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 기판; 상기 기판에 설치된 캐소오드 전극; 상기 캐소오드 전극 상에 설치되고 열전자 방출 물질을 포함하는 전자 방출원; 상기 캐소오드 전극 상에 배치된 제1 절연체층; 및 상기 제1 절연체층에 의해 상기 캐소오드 전극과 절연되도록 배치된 게이트 전극을 포함하는 전자 방출 소자를 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 열전자 방출 물질은 BaO, SrO 또는 CaO 중에서 하나 이상을 포함하는 물질인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 전자 방출원은 전체가 열전자 방출 물질로 만들어지고, 상기 캐소오드 전극은 전류가 흐를 때 열을 발생하여 상기 열전자 방출 물질을 500℃ 내지 900℃로 가열할 수 있을 정도의 높은 저항률을 가지는 물질로 만들어질 수 있다. 또는, 상기 전자 방출원은 첨단 팁과, 상기 첨단 팁 표면에 코팅된 열전자 방출 물질층을 포함하여 만들어지고, 상기 첨단 팁은 전류가 흐를 때 열을 발생하여 상기 열전자 방출 물질을 500℃ 내지 900℃로 가열할 수 있을 정도의 높은 저항률을 가지는 물질로 만들어질 수 있다.
여기서, 상기 높은 저항률을 가진 물질은 니켈 57.0 중량%이상, 크롬 15.0 중량% 내지 18.0 중량%, 규소 0.75 중량% 내지 1.5 중량%을 포함하고, 나머지 중량은 철을 포함하는 불순물로 이루어진 니켈크롬합금이거나, 니켈 77.0 중량%이상, 크롬 19.0 중량% 내지 21.0 중량%, 규소 0.75 중량% 내지 1.5 중량%을 포함하고, 나머지 중량은 철을 포함하는 불순물로 이루어진 니켈크롬합금일 수 있다.
여기서, 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극은 서로 교차하는 방향으로 배치되어 화상을 구현하는 디스플레이 장치에 사용될 수 있다.
여기서, 상기 게이트 전극의 상측에 설치된 제2 절연체층과, 상기 제2 절연체층에 의해 상기 게이트 전극과 절연되도록 배치되는 전자 집속 전극을 더 포함하여, 전자 방출원에서 방출된 전자가 상부에 위치하는 형광체층으로 나아갈 수 있도록 할 수 있다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 제1 기판; 상기 제1 기판에 일방향으로 연장되어 나란하게 설치된 복수 개의 캐소오드 전극; 상기 복수 개의 캐소오드 전극들과 교차하도록 설치된 복수 개의 게이트 전극; 상기 캐소오드 전극들과 상기 게이트 전극들의 사이에 배치되어 전극들을 절연하는 제1 절연체층; 상기 캐소오드 전극 및 상기 게이트 전극 각각이 교차하는 지점에 형성된 전자 방출원 홀; 및 상기 전자 방출원 홀 내부에 설치되고 열전자 방출 물질을 포함하는 전자 방출원을 포함하는 평판 디스플레이 장치를 제공함으로써 달성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
제1 실시예
도 1에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자의 개략적인 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자(100)는, 소정의 발광 공간(103)을 형성하면서 이격되어 배치된 제1 패널(101) 및 제2 패널(102)을 구비한다. 상기 제2 패널(102)은 제2 기판(90) 상에 형광체층(70) 및 애노드 전극(80)을 구비하고 있다.
상기 제1 패널(101)은, 제1 기판(110), 상기 제1 기판(110) 상에 배치된 캐소오드 전극(120)과 상기 캐소오드 전극(120)의 상면에 배치된 전자 방출원(150)을 구비한다.
상기 캐소오드 전극(120)은 전류가 흐르면 열을 발생하는 금속으로 만들어진다. 특히, 발열량이 많은 니켈크롬합금(니켈 및 크롬을 포함하는 합금)으로 만들어질 수 있다. 니켈크롬합금은 니켈 57.0 중량%이상, 크롬 15.0 중량% 내지 18.0 중량%, 규소 0.75 중량% 내지 1.5 중량%, 그 외에 철 등의 불순물을 포함하여 이루어지는 것이 사용될 수 있다. 또한, 니켈크롬합금은 니켈 77.0 중량%이상, 크롬 19.0 중량% 내지 21.0 중량%, 규소 0.75 중량% 내지 1.5 중량%, 그 외에 철 등의 불순물을 포함하여 이루어지는 것이 사용될 수 있다. 이러한 니켈크롬합금은 110μΩ㎝ 가량의 높은 저항률을 가지고, 고온에서도 잘 산화되지 않으며, 내식성과 가공성이 우수하고, 고온에서도 기계적으로 강한 성질 등 전열선으로서 뛰어난 성질을 지니고 있다.
상기 전자 방출원(150)은 BaO, SrO 또는 CaO 중에서 하나 이상 선택되는 물질로 이루어진 열전자 방출 물질로 만들어지거나, 이러한 열전자 방출 물질을 포함하여 만들어 질 수 있다. 예를 들어, 열전자 방출 물질이 상기 캐소오드 전극(120) 상면에 소정 면적으로 코팅층(미도시)을 형성하고 있을 수 있다. 또는, 열전자 방출 물질 자체로 첨단 팁 형상의 전자 방출원(150)을 만들고 이를 상기 캐소오드 전극(120)의 상면에 배치하는 방식으로 만들 수도 있다. 상기 열전자 방출 물질은 제조 과정에서부터 상술한 와 같은 형태로 존재하지 않을 수 있다. 즉, 제조 과정에서 BaCO3, SrCO3 및/또는 CaCO3 등의 탄산염으로 전자 방출원(150)을 만든 후, 상기 캐소오드 전극(120)에 전류를 흘려 상기 전자 방출원(150)을 800℃ 내지 1000℃로 가열함으로써 BaO, SrO 및/또는 CaO를 포함하는 전자 방출원(150)을 얻을 수 있다.
상기 제1 패널(101) 및 제2 패널(102)은 서로 소정의 간격을 유지하면서 대향되어 있는데, 그 간격의 유지를 위해 상기 제1 패널(1) 및 제2 패널(2) 사이에 스페이서(미도시)들이 배치될 수 있다. 또한, 상기 스페이서를 지지하기 위한 지지구가 상기 제1 패널 및/또는 제2 패널에 설치될 수 있다.
한편, 상기 제2 기판(90) 및 제1 기판(110)은 소정의 두께를 가지는 판상의 부재로, 석영 유리, 소량의 Na과 같은 불순물을 함유한 유리, 판유리, SiO2가 코팅된 유리 기판, 산화 알루미늄 또는 세라믹 기판이 사용될 수 있고, 상기 스페이서는 절연물질로 만들어질 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 제1 실시예의 전자 방출 소자(100)는 다음과 같이 동작할 수 있다. 즉, 상기 캐소오드 전극(120)에 전류를 흘려서 상기 캐소오드 전극(120)에서 열이 발생하도록 한다. 이와 동시에 상기 애노드 전극(80)에 (+) 전 압을 인가하면, 상기 캐소오드 전극(120)에서 발생된 열에 의해 상기 열전자 방출 물질에서 열전자가 방출되고, 방출된 열전자는 상기 애노드 전극(80)을 향하여 진행한다. 상기 애노드 전극(80)에는 형광체층(70)이 함께 설치되어 있어서, 상기 열전자에 의해 형광체층(70)이 여기되어 가시광선을 발생시킨다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자(100)는, 애노드 전극(80)과 캐소오드 전극(120) 사이의 전계에 의해 전자 방출원(150)에서 전자가 방출되고, 동시에 열전자 방출 물질에 열이 가해지면서 열전자 방출 물질에서 열전자가 방출되어, 비교적 작은 전력으로 전체적으로 전자 방출원(150)에서 방출되는 전자의 양, 즉 전류 밀도를 크게 증가시킬 수 있다는 장점을 가진다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자(100)는 수발광 소자와 함께 사용되는 백라이트 유닛으로 사용될 수도 있고, 화상을 구현하는 디스플레이 장치로 만들어 질 수도 있다. 이에 대해서는 추후에 더 상세히 설명한다.
제2 실시예
도 2에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자의 개략적인 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자(200)는 제1 패널(101)과 제2 패널(102)을 포함하고, 상기 제1 패널을 구성하는 캐소오드 전극(220)이 제1 실시예에서와 달리 발열에 유리한 소재로 만들어지는 것이 아니라 전기 전도성이 우수한 재료로 만들어진다. 또한, 상기 캐소오드 전극(220) 상면에 배치된 첨단 팁 형상의 전자 방출원(250)은, 발열 특성이 우수한 소재로 만들어진 금속 팁(252)과, 그 표면에 코팅되어 만들어지는 열전자 방출 물질 코팅층(251)을 포함한다.
상기 캐소오드 전극(220)은, 통상의 전기 도전 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, Al, Ti, Cr, Ni, Au, Ag, Mo, W, Pt, Cu, Pd 등의 금속 또는 그 합금, 유리 및 Pd, Ag, RuO2, Pd-Ag 등의 금속 또는 금속 산화물로 구성된 인쇄된 도전체, In2O3 또는 SnO2 등의 투명 도전체, 또는 다결정실리콘(polysilicon) 등의 반도체 물질로 만들어 질 수 있다.
상기 첨단 팁(252)은 앞서 제1 실시예에서 캐소오드 전극(120)(도 1)을 형성하기 위해 사용된 니켈크롬합금과 동일한 소재가 사용될 수 있고, 상기 첨단 팁(252) 표면에 코팅된 열전자 방출 물질 코팅층(251)은 앞서 제1 실시예의 전자 방출원(150)으로 사용된 열전자 방출 물질인 BaO, SrO 및/또는 CaO일 수 있다.
이와 같이 구성하는 경우에는 필요한 부분에서만 발열이 일어나도록 할 수 있어서, 전력 소모량을 감소시키고 장치 전체에서 발생하는 발열량을 감소시킬 수 있는 장점을 가진다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자(200)는 제1 실시예의 전자 방출 소자(100)와 마찬가지로 수발광 소자의 백라이트 유닛으로 사용될 수도 있고, 화상을 구현하는 디스플레이 장치로 만들어 질 수도 있다. 이에 대해서는 추후에 상세히 설명하도록 한다.
제3 실시예
도 3에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 소자의 개략적인 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 소자(301)는 기판(110), 캐소오드 전극(120), 게이트 전극(140), 절연체층(130) 및 전자 방출원(150)을 포함한다. 제3 실시예에서 제1 및 제2 실시예와 다른 점은 전자의 방출이 캐소오드 전극(120)과 게이트 전극(140) 사이에 형성되는 전계에 의해 이루어진다는 것이다. 또한, 일반적인 FED(Field Emission Device)와 본 제3 실시예와의 차이는 전자 방출원(150)이 열전자 방출 물질을 포함한다는 것이다. 상기 전자 방출원(150)은 제1 실시예에서와 같이 열전자 방출 물질로 만들어질 수도 있고, 제2 실시예에서와 같이 발열 특성이 우수한 소재의 표면에 열전자 방출 물질이 코팅된 열전자 방출 물질층을 포함하도록 만들어질 수도 있다. 상기 전자 방출원(150)이 제1 실시예와 같이 열전자 방출 물질로 만들어지는 경우에는 상기 캐소오드 전극(120)은 발열 특성이 우수한 재질로 만들어진다. 상기 전자 방출원(150)이 제2 실시예와 같이 발열특성이 우수한 재료의 표면에 열전자 방출 물질이 코팅되어 만들어지는 경우에는 상기 캐소오드 전극(120)은 전기전도성이 우수한 재질로 만들어진다.
한편, 상기 절연체층(130)은 상기 캐소오드 전극(120) 및 게이트 전극(140) 사이에 배치되어 두 전극들이 서로 쇼트 되는 것을 방지한다. 그리고, 상기 게이트 전극(140)은 전기 전도성이 우수한 재질로 만들어진다.
도 3에는 도시되어 있지 않지만, 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 기판(90) 상에 애노드 전극(80) 및 형광체층(70)을 구비하는 제2 패널(102)이 제3 실시예의 전자 방출 소자(301)와 함께 사용되어 수발광 소자의 백라이트 유닛 또는 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 이 경우에 진공이 유지되도록 기판들 사이에 스페이서를 설치하고 가장자리를 프리트(frit)를 사용하여 봉착하게 된다. 한편, 디스플레이 장치로 사용되기 위해서는 상기 게이트 전극(140)과 상기 캐소오드 전극(120)이 서로 교차되는 방향으로 배치되는 것이 화소를 정의하고 화상을 구현하도록 제어하기에 용이하므로 더욱 바람직하다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 소자(301)는 제1 실시예 및 제2 실시예의 전자 방출 소자(100, 200)와 마찬가지로 작은 소비 전력으로 많은 전자를 방출할 수 있는 장점을 가진다.
제4 실시예
도 6에는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자 방출 소자의 개략적인 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 6에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자 방출 소자(401)는 기판(110), 캐소오드 전극(120), 게이트 전극(140), 절연체층(130) 및 전자 방출원(150)을 구비하는 제3 실시예의 전자 방출 소자(301)(도 3)의 구성에 집속 전극(145)과 제2 절연체층(135)을 더 포함한다. 상기 집속 전극(145)은 제2 절연체층(135)에 의해 상기 게이트 전극(140)과 절연되고, 상기 게이트 전극(140) 및 상기 캐소오드 전극(120) 사이에 형성되는 전계에 의해 방출되는 전자를 집속하는 기능을 한다.
제4 실시예의 전자 방출 소자(401)의 경우에도 제3 실시예의 전자 방출 소자와 마찬가지로 게이트 전극(140) 및 상기 캐소오드 전극(120) 사이에 형성되는 전계에 의해 방출되는 전자에 더하여 열전자 방출 물질에서 열전자가 방출되어 전체적인 전자 방출량 즉, 전류밀도가 더 증가하게 된다. 또한, 제4 실시예의 전자 방출 소자(401)의 경우에도 백라이트 유닛 또는 디스플레이 장치로 사용될 수 있다. 이에 대해서는 이하에서 보다 상세히 설명한다.
지금까지 설명한 제1 내지 제4 실시예의 전자 방출 소자(100, 200, 301, 401)들은, 앞서 언급한 것과 같이 소정의 면적을 가지는 면광원의 백라이트 유닛으로 사용될 수도 있다. 즉, 본 발명에 따른 전자 방출 소자는 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display: LCD)와 같은 수발광 소자의 백라이트 유닛(Back Light Unit: BLU)으로 사용될 수 있다. 또한, 형광체층은 필요로 하는 색상의 가시광선을 방출하는 형광체가 사용되거나, 또는 백색광선을 얻기 위해 빛의 삼원색인 적색 발광, 녹색 발광, 청색 발광의 형광체가 적절한 비율로 배치될 수 있다.
도 5에는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자 방출 소자가 백라이트 유닛으로 기능하는 평판 디스플레이 장치의 구성을 보여주는 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 III-III 선을 따라 취한 부분 단면도가 도시되어 있다. 한편, 도 5 및 도 6을 참조하는 아래의 설명에서, 앞서 언급한 전자 방출 소자에 사용된 게이트 전극 및 스페이서 등과 동일한 명칭이 중복적으로 사용되지만 전자 방출 소자에 사용되는 용어인지 액정 디스플레이 패널에 사용되는 용어인지는 그 부재번호에 의해 명확히 구별된다.
도 5에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 평판 디스플레이 장치는 수발광형의 디스플레이 패널로서 액정 디스플레이 패널(700)과 상기 액정 디스플레이 패널(700)에 광을 공급하는 백라이트 유닛을 포함한다. 상기 액정 디스플레이 패널(700)에는 화상신호를 전달하는 연성인쇄회로기판(720)이 부착되어 있고, 상기 액정 디스플레이 패널(700)의 후방에 배치되는 백라이트 유닛과의 사이의 간격을 유지하기 위한 스페이서(730)가 배치된다.
상기 백라이트 유닛은 앞서 설명한 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자 방출 소자(401)와 도 1 및 도 2에 도시된 제2 패널(102)이 소정의 간격을 두고 배치되어 내부에 진공의 발광 공간을 형성하면서 결합되어 만들어질 수 있다. 상기 백라이트 유닛은 연결케이블(104)을 통해 전원을 공급받고, 상기 전자 방출 소자 전면의 제2 기판(90)을 통하여 가시광선(V)을 방출시켜, 방출된 가시광선(V)이 상기 액정 디스플레이 패널(700)에 공급되도록 한다. 제4 실시예의 전자 방출 소자(401)와 제2 패널(102)의 구성은 앞서 언급한 내용과 동일하므로 여기서는 설명을 생략한다.
도 6을 참조하여, 액정 디스플레이 장치의 구성과 작동 원리에 대해 설명한다.
상기 전자 방출 소자(401)에 설치된 캐소오드 전극(120)과 게이트 전극(140)에 의해 형성되는 전계에 의해 전자가 방출되고, 상기 집속 전극(145)에 의해 집속된 전자들의 흐름이 상기 제2 패널(102)에 설치된 애노드 전극(80)에 의해 가속되어 형광체층(70)에 부딪히면서 가시광선(V)이 발생된다. 발생된 가시광선(V)은 전 면의 액정 디스플레이 패널(700)을 향해 진행한다.
한편, 상기 액정 디스플레이 패널(700)은 제2 기판(505)을 구비하고, 상기 제2 기판(505) 상에는 버퍼층(510)이 형성되고, 상기 버퍼층(510) 상에는 반도체층(580)이 소정의 패턴으로 형성된다. 상기 반도체층(580) 상에는 제1 절연층(520)이 형성되며, 상기 제1 절연층(520)상에는 게이트 전극(590)이 소정의 패턴으로 형성되고, 상기 게이트 전극(590) 상에는 제2 절연층(530)이 형성된다. 상기 제2 절연층(530)이 형성된 후에는, 드라이 에칭 등의 공정에 의해 상기 제1 절연층(520)과 제2 절연층(530)이 식각되어 상기 반도체층(580)의 일부가 노출되고, 상기 노출된 부분을 포함하는 소정의 영역에 소스 전극(570)과 드레인 전극(610)이 형성된다. 상기 소스 전극(570) 및 드레인 전극(610)이 형성된 후 제3 절연층(540)이 형성되며, 상기 제3 절연층(540) 상에 평탄화층(550)이 형성된다. 상기 평탄화층(550)상에는 소정의 패턴으로 제1 전극(620)이 형성되고, 상기 제3 절연층(540)과 상기 평탄화층(550) 일부가 식각되어 상기 드레인 전극(610)과 상기 제1 전극(620)의 도전통로가 형성된다. 투명한 제1 기판(680)은 상기 제2 기판(505)과 별도로 제조되고, 상기 제1 기판의 하면(680a)에는 칼라 필터층(670)이 형성된다. 상기 칼라 필터층(670)의 하면(670a)에는 제2 전극(660)이 형성되고, 상기 제1 전극(620)과 제2 전극(660)의 서로 대향하는 면들에는 액정층(640)을 배향하는 제1 배향층(630)과 제2 배향층(650)이 형성된다. 상기 제2 기판(505)의 하면(505a)에는 제1 편광층(500)이, 상기 제1 기판의 상면(680b)에는 제2 편광층(690)이 형성되고, 상기 제2 편광층의 상면(690a)에는 보호필름(695)이 형성 된다. 상기 칼라 필터층(670)과 상기 평탄화층(550) 사이에는 상기 액정층(640)을 구획하는 스페이서(560)가 형성된다.
상기 액정 디스플레이 패널(700)의 작동원리에 관해 간단히 설명하면, 상기 게이트 전극(590), 소스 전극(570), 드레인 전극(610)에 의해 제어된 외부신호에 의해 상기 제1 전극(620)과 제2 전극(660) 사이에 전위차가 형성되고, 상기 전위차에 의해 상기 액정층(640)의 배열이 결정되며, 상기 액정층(640)의 배열에 따라서 상기 백라이트 유닛(100)에서 공급되는 가시광선(V)이 차폐 또는 통과된다. 상기 통과된 광이 칼라 필터층(670)을 통과하면서 색을 띠게 되어 화상을 구현한다.
도 6에는 액정 디스플레이 패널(특히, TFT-LCD)을 예시하였으나, 본 발명의 평판 디스플레이 장치를 구성하는 디스플레이 패널이 이에 한정되는 것은 아니며, 또한 상기 수발광 소자로는 상기와 같은 액정 디스플레이 패널 외에도 다양한 수발광형 디스플레이 패널이 적용될 수 있다.
상기와 같은 전자 방출 소자를 백라이트 유닛으로 구비한 평판 디스플레이 장치는 그 백라이트 유닛의 휘도와 수명이 향상됨에 따라 상기 디스플레이 장치의 화상의 휘도 향상은 물론 수명 증대의 효과를 가져올 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자(100)는 화상을 구현하는 디스플레이 장치에도 사용될 수 있다. 이 경우에는 상기 애노드 전극(80)과 상기 캐소오드 전극(120)이 서로 교차되는 방향으로 연장된 스트라이프 형상으로 형성되는 것이 신호를 인가하여 화상을 구현하도록 제어하는데 유리하다. 또한, 칼라 디스플레이 장치를 구현하는 경우, 단위화소를 이루는 복수의 발광 공간(103) 각각에 대해 적색 발광, 녹색 발광, 청색 발광의 형광체가 상기 애노드 전극(80)의 저면에 배치된다.
이상에서 설명한 것과 같이, 본 발명에 따르면 기존의 전자 방출 소자들에 비해 적은 소비 전력으로도 전류 밀도를 증가시킬 수 있어 수발광 소자를 위한 백라이트 유닛이나 자발광형의 디스플레이 장치를 구현하는 경우에 화상의 휘도를 증가시키고 발광 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전자 방출 소자는 전자 방출원의 형성이 용이하고, 전자 방출이 균일하게 이루어진다. 이에 따라 본 발명의 전자 방출 소자를 이용하는 디스플레이 장치의 휘도 균일도가 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 제1 기판;
    상기 제1 기판과 소정의 간격으로 이격되어 대향되고, 애노드 전극과 형광체층이 형성된 제2 기판;
    상기 제1 기판에 설치된 캐소오드 전극; 및
    상기 캐소오드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되고 열전자 방출 물질을 포함하는 전자 방출원을 포함하는 전자 방출 소자.
  2. 기판;
    상기 기판에 설치된 캐소오드 전극;
    상기 캐소오드 전극 상에 설치되고 열전자 방출 물질을 포함하는 전자 방출원;
    상기 캐소오드 전극 상에 배치된 제1 절연체층; 및
    상기 제1 절연체층에 의해 상기 캐소오드 전극과 절연되도록 배치된 게이트 전극을 포함하는 전자 방출 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극은 서로 교차하는 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 게이트 전극의 상측에 설치된 제2 절연체층과,
    상기 제2 절연체층에 의해 상기 게이트 전극과 절연되도록 배치되는 전자 집속 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열전자 방출 물질은 BaO, SrO 또는 CaO 중에서 하나 이상을 포함하는 물질인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전자 방출원은 전체가 열전자 방출 물질로 만들어지고,
    상기 캐소오드 전극은 전류가 흐를 때 열을 발생하여 상기 열전자 방출 물질을 500℃ 내지 900℃로 가열할 수 있을 정도의 높은 저항률을 가지는 물질로 만들어진 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 높은 저항률을 가진 물질은 니켈 57.0 중량%이상, 크롬 15.0 중량% 내지 18.0 중량%, 규소 0.75 중량% 내지 1.5 중량%을 포함하고, 나머지 중량은 철을 포함하는 불순물로 이루어진 니켈크롬합금인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 높은 저항률을 가진 물질은 니켈 77.0 중량%이상, 크롬 19.0 중량% 내지 21.0 중량%, 규소 0.75 중량% 내지 1.5 중량%을 포함하고, 나머지 중량은 철을 포함하는 불순물로 이루어진 니켈크롬합금인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전자 방출원은 첨단 팁과, 상기 첨단 팁 표면에 코팅된 열전자 방출 물질층을 포함하여 만들어지고,
    상기 첨단 팁은 전류가 흐를 때 열을 발생하여 상기 열전자 방출 물질을 500℃ 내지 900℃로 가열할 수 있을 정도의 높은 저항률을 가지는 물질로 만들어진 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 높은 저항률을 가진 물질은 니켈 57.0 중량%이상, 크롬 15.0 중량% 내지 18.0 중량%, 규소 0.75 중량% 내지 1.5 중량%을 포함하고, 나머지 중량은 철을 포함하는 불순물로 이루어진 니켈크롬합금인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 높은 저항률을 가진 물질은 니켈 77.0 중량%이상, 크롬 19.0 중량% 내 지 21.0 중량%, 규소 0.75 중량% 내지 1.5 중량%을 포함하고, 나머지 중량은 철을 포함하는 불순물로 이루어진 니켈크롬합금인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  12. 제1 기판;
    상기 제1 기판에 일방향으로 연장되어 나란하게 설치된 복수 개의 캐소오드 전극;
    상기 복수 개의 캐소오드 전극들과 교차하도록 설치된 복수 개의 게이트 전극;
    상기 캐소오드 전극들과 상기 게이트 전극들의 사이에 배치되어 전극들을 절연하는 제1 절연체층;
    상기 캐소오드 전극 및 상기 게이트 전극 각각이 교차하는 지점에 형성된 전자 방출원 홀;
    상기 전자 방출원 홀 내부에 설치되고 열전자 방출 물질을 포함하는 전자 방출원을 포함하는 평판 디스플레이 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 게이트 전극들의 상측에 설치된 제2 절연체층과,
    상기 게이트 전극들과 상기 제2 절연체층을 사이에 두고 실질적으로 동일한 방향으로 연장되도록 설치된 복수 개의 집속 전극들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 열전자 방출 물질은 BaO, SrO 또는 CaO 중에서 하나 이상을 포함하는 물질인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 전자 방출원은 전체가 열전자 방출 물질로 만들어지고,
    상기 캐소오드 전극은 전류가 흐를 때 열을 발생하여 상기 열전자 방출 물질을 500℃ 내지 900℃로 가열할 수 있을 정도의 높은 저항률을 가지는 물질로 만들어진 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 전자 방출원은 첨단 팁과, 상기 첨단 팁 표면에 코팅된 열전자 방출 물질층을 포함하여 만들어지고,
    상기 첨단 팁은 전류가 흐를 때 열을 발생하여 상기 열전자 방출 물질을 500℃ 내지 900℃로 가열할 수 있을 정도의 높은 저항률을 가지는 물질로 만들어진 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 높은 저항률을 가진 물질은 니켈 57.0 중량%이상, 크롬 15.0 중량% 내 지 18.0 중량%, 규소 0.75 중량% 내지 1.5 중량%을 포함하고, 나머지 중량은 철을 포함하는 불순물로 이루어진 니켈크롬합금인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
  18. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 높은 저항률을 가진 물질은 니켈 77.0 중량%이상, 크롬 19.0 중량% 내지 21.0 중량%, 규소 0.75 중량% 내지 1.5 중량%을 포함하고, 나머지 중량은 철을 포함하는 불순물로 이루어진 니켈크롬합금인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
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