KR20070041126A - 전자 방출 디바이스와 이를 이용한 전자 방출 표시디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자빔 집속 효율을 높이기 위해 집속 전극의 개구부 형상을 개선한 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스는 기판과, 기판 위에 형성되는 전자 방출부들과, 기판 위에 제공되어 전자 방출부들의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들 및 구동 전극들 상부에 위치하면서 다수의 전자 방출부들을 동시에 포괄하는 개구부를 형성하는 집속 전극을 포함한다. 이때 집속 전극 개구부는 각 전자 방출부에 대응하여 위치하는 개별 집속부들과, 개별 집속부들 사이에서 전자 방출부들의 배열 방향을 따라 일정한 길이를 가지며 형성되는 포괄 집속부를 포함한다.

집속전극, 개구부, 전자방출부, 개별집속부, 포괄집속부

Description

전자 방출 디바이스와 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스 {ELECTRON EMISSION DEVICE AND ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 부분 평면도이다.

본 발명은 전자 방출 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자빔 집속 효율을 높이기 위해 집속 전극의 개구부 형상을 개선한 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 소자(electron emission element)는 전자원의 종류에 따라 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식으로 분류된다.

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 중 FEA형 전자 방출 소자는 전자 방출부와 이 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극으로서 하나의 캐소드 전극과 하나의 게이트 전극을 구비하며, 전자 방출부의 구성 물질로 일 함수(work function)가 낮거나 종횡비가 큰 물질, 일례로 탄소 나노튜브와 흑연 및 다이아몬드상 카본과 같은 탄소계 물질을 사용하여 진공 중에서 전계에 의해 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한다.

한편, 전자 방출 소자는 일 기판에 어레이를 이루며 형성되어 전자 방출 디바이스(electron emission device)를 구성하고, 전자 방출 디바이스는 형광층과 애노드 전극 등으로 이루어지는 발광 유닛이 구비된 다른 기판과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스(electron emission display device)를 구성한다.

즉 통상의 전자 방출 디바이스는 전자 방출부와 더불어 주사 전극들과 데이터 전극들로 기능하는 복수의 구동 전극들을 구비하여 전자 방출부와 구동 전극들의 작용으로 화소별 전자 방출의 온/오프와 전자 방출량을 제어한다. 그리고 전자 방출 표시 디바이스는 전자 방출부에서 방출된 전자들로 형광층을 여기시켜 소정의 발광 또는 표시 작용을 이루게 된다.

이러한 전자 방출 표시 디바이스에 있어서, 전자빔 경로를 목적하는 방향으로 유도하여 표시 특성을 향상시키려는 노력이 있어왔다. 예를 들어 제1 기판 측에서 방출된 전자들이 제2 기판에 마련된 형광층에 충돌하여 이를 발광시킬 때, 제1 기판 측에서 방출된 전자들이 퍼지며 진행하는 경우에는 목적하는 형광층을 온전하게 발광시킬 수 없게 된다.

따라서 전자빔 제어를 위한 수단의 하나로 집속 전극이 제안되었다. 집속 전극은 전자 빔 통과를 위한 개구부를 형성하며 전자 방출 디바이스의 최상부에 배치된다. 가령 제1 기판에 설정된 화소 영역마다 복수개의 전자 방출부가 위치할 때, 통상의 집속 전극은 각 전자 방출부에 대응하는 개구부를 형성하거나, 화소 영역당 일정한 폭을 갖는 하나의 개구부를 형성한다.

그런데 집속 전극이 각 전자 방출부에서 방출되는 전자들을 개별적으로 집속하는 전자(前者)의 경우에는 전자 방출부별로 전자빔 스폿이 확연하게 구별되어 발광 균일도가 낮은 단점이 있고, 집속 전극이 화소 영역에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속하는 후자(後者)의 경우에는 화소 영역 중앙에 위치하는 전자들에 대해 전자빔 집속 효율이 우수하지 못하여 집속 효율이 낮은 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 발광 균일도와 전자빔 집속 효율을 적정 수준에서 동시에 확보할 수 있는 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

기판과, 기판 위에 형성되는 전자 방출부들과, 기판 위에 제공되어 전자 방출부들의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들과 구동 전극들 상부에 위치하면서 다수의 전자 방출부들을 동시에 포괄하는 개구부를 형성하는 집속 전극을 포함하며, 집속 전극 개구부가 각 전자 방출부에 대응하여 위치하는 개별 집속부들과, 개별 집속부들 사이에서 전자 방출부들의 배열 방향을 따라 일정한 길이를 가지며 형성되는 포괄 집속부를 포함하는 전자 방출 디바이스를 제공한다.

상기 개별 집속부는 전자 방출부에 대응하는 평면 형상 및 전자 방출부와 동일한 형상 중심점을 갖도록 형성될 수 있다.

상기 구동 전극들과 집속 전극 사이에는 절연층이 위치하며, 이 절연층은 집속 전극 개구부와 동일한 형상의 개구부를 형성할 수 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판 위에 형성되는 전자 방출부들과, 제1 기판 위에 제공되어 전자 방출부들의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들과, 구동 전극들 상부에 위치하고 다수의 전자 방출부들을 동시에 포괄하는 개구부를 형성하는 집속 전극과, 제2 기판의 일면에 형성되는 형광층들 및 형광층들의 어느 일면에 형성되는 애노드 전극을 포함하고, 집속 전극 개구부가 각 전자 방출부에 대응하여 위치하는 개별 집속부들과, 개별 집속부들 사이에서 전자 방출부들의 배열 방향을 따라 일정한 길이를 가지며 형성되는 포괄 집속부를 포함하는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도와 부분 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 디 바이스의 부분 평면도이다.

도면을 참고하면, 전자 방출 표시 디바이스는 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 대향 배치되는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 포함한다. 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 가장자리에는 밀봉 부재(도시하지 않음)가 배치되어 두 기판을 접합시키며, 내부 공간이 대략 10^-6 torr의 진공도로 배기되어 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 및 밀봉 부재가 진공 용기를 구성한다.

상기 제1 기판(2) 중 제2 기판(4)과의 대향면에는 전자 방출 소자들이 어레이를 이루며 배치되어 전자 방출 디바이스(100)를 구성하고, 전자 방출 디바이스(100)가 제2 기판(4) 및 제2 기판(4)에 제공된 발광 유닛(110)과 결합되어 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.

먼저, 제1 기판(2) 위에는 제1 전극인 캐소드 전극들(6)이 제1 기판의 일방향(도면의 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(6)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 제1 절연층(8)이 형성된다. 제1 절연층(8) 위에는 제2 전극인 게이트 전극들(10)이 캐소드 전극(6)과 직교하는 방향(도면의 x축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

본 실시예에서 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극(6) 위로 각 화소 영역마다 다수의 전자 방출부(12)가 형성되고, 제1 절연층(8)과 게이트 전극(10)에는 각 전자 방출부(12)에 대응하는 개구부(81,101)가 형성되어 제1 기판(2) 상에 전자 방출부(12)가 노출되도록 한다.

전자 방출부(12)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어질 수 있다. 전자 방출부(12)는 일례로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C_60, 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질을 포함할 수 있으며, 전자 방출부(12)의 제조법으로는 스크린 인쇄, 직접 성장, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.

도면에서는 전자 방출부들(12)이 원형으로 형성되고, 각 화소 영역에서 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열되는 구성을 도시하였다. 그러나 전자 방출부(12)의 평면 형상과 화소 영역당 개수 및 배열 형태 등은 도시한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.

또한 상기에서는 게이트 전극(10)이 제1 절연층(8)을 사이에 두고 캐소드 전극(6) 상부에 위치하는 구조에 대해 설명하였으나, 게이트 전극(10)이 제1 절연층(8)을 사이에 두고 캐소드 전극(6) 하부에 위치하는 구조도 가능하다. 이 경우 전자 방출부(12)는 제1 절연층(8) 위에서 캐소드 전극(6)의 측면에 형성될 수 있다.

상기 게이트 전극(10)과 제1 절연층(8) 위로 제3 전극인 집속 전극(14)이 형성된다. 집속 전극(14) 하부에는 제2 절연층(16)이 위치하여 게이트 전극(10)과 집속 전극(14)을 절연시키며, 제2 절연층(16)과 집속 전극(14)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(161,141)가 마련된다. 제2 절연층 개구부(161)와 집속 전극 개구부(141)는 동일한 평면 형상을 가진다.

상기 집속 전극(14)은 화소 영역마다 하나의 개구부(141)를 형성하며, 본 실시예에서 이 집속 전극 개구부(141)는 개별 집속부(141a)와 포괄 집속부(141b)로 이루어진다.

개별 집속부(141a)는 각 전자 방출부(12)에 대응하여 위치하고, 원형 또는 다각형으로 형성되며, 한 화소 영역의 전자 방출부들(12)에서 동시에 방출되는 전자들을 전자 방출부(12)별로 집속시킨다. 이러한 개별 집속부(141a)는 전자 방출부(12)에 대응하는 평면 형상을 가지며, 전자 방출부(12)와 동일한 형상 중심점을 갖도록 형성된다.) 도 1과 도 3에서는 일례로 원형의 전자 방출부(12)에 대응하여 원형으로 이루어진 개별 집속부(141a)를 도시하였다.

포괄 집속부(141b)는 개별 집속부들(141a)을 하나로 연결시키는 개구부로서, 본 실시예에서는 일렬로 배열된 개별 집속부들(141a) 사이를 연결하는 통로가 된다. 이 포괄 집속부(141b)는 전자 방출부들의 배열 방향을 따라 일정한 길이(w)를 가지며, 전자 방출부들(12)의 배열 방향으로 전자들을 유통시켜 화소별 발광 균일도를 높이는 동시에, 상기 방향과 직교하는 방향으로는 전자빔 퍼짐을 억제하여 집속 효율을 높인다.

다음으로, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 형광층(18), 일례로 적색과 녹색 및 청색의 형광층들(18R,18G,18B)이 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(18) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(20)이 형성된다. 형광층(18)은 제1 기판(2)에 설정되는 화소 영역에 한가지 색의 형광층(18R,18G,18B)이 대응하도록 형성될 수 있다.

형광층(18)과 흑색층(20) 위로는 알루미늄과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(22)이 형성된다. 애노드 전극(22)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받으며, 형광층(18)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(2)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(4) 측으로 반사시켜 휘도를 높이는 역할을 한다.

한편, 애노드 전극(22)은 금속막이 아닌 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 도전막으로 이루어질 수 있다. 이 경우 애노드 전극(22)은 제2 기판(4)을 향한 형광층(18)과 흑색층(20)의 일면에 위치하며, 소정의 패턴으로 구분되어 복수개로 형성될 수 있다. 또한 애노드 전극(22)으로서 전술한 투명 도전막과 금속막이 형광층(18)과 흑색층(20)의 양면에 동시에 형성되는 구조도 가능하다.

상기 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에는 스페이서들(24, 도 2 참고)이 배치되어 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고, 두 기판의 간격을 일정하게 유지시킨다. 스페이서들(24)은 형광층(18)을 침범하지 않도록 흑색층(20)에 대응하여 위치한다.

상기 구성의 전자 방출 표시 디바이스는 외부로부터 캐소드 전극들(6), 게이트 전극들(10), 집속 전극(14) 및 애노드 전극(22)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다.

일례로 캐소드 전극들(6)과 게이트 전극들(10) 중 어느 한 전극들이 주사 구동 전압을 인가받아 주사 전극들로 기능하고, 다른 한 전극들이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극들로 기능한다. 그리고 집속 전극(14)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 일례로 0V 또는 수 내지 수십 볼트의 음의 직류 전압을 인가받으며, 애 노드 전극(22)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 일례로 수백 내지 수천 볼트의 양의 직류 전압을 인가받는다.

그러면 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)간 전압 차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(12) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 집속 전극 개구부(141)를 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되며, 애노드 전극(22)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 형광층(18)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.

본 실시예의 전자 방출 표시 디바이스는 집속 전극(14)에 구비된 개별 집속부(141a)에 의해 전자 방출부(12)에서 방출되는 전자들을 효과적으로 집속시킬 수 있으며, 포괄 집속부(141b)에 의해 형광층(18)에 도달하는 전자들이 형광층(18) 전면에 고르게 분포될 수 있도록 한다. 그 결과 타색 발광이 억제되고 형광층(18)의 발광 균일도가 높아져 색순도가 높아지는 장점이 예상된다.

한편, 본 실시예에서 포괄 집속부(141b)가 개별 집속부들(141a) 사이에서 전자 방출부들(12)의 배열 방향을 따라 일정한 길이를 가지며 형성되므로 포괄 집속부(141b)와 개별 집속부(141a)의 경계에서 생길 수 있는 날카로운 형상을 최소화할 수 있다. 이러한 집속 전극 개구부(141)와 제2 절연층 개구부(161) 형상은 표시 디바이스 구동 시 아크 방전의 가능성을 최대한 낮추는 효과가 있다.

상기에서는 전자 방출부가 진공 중에서 전계에 의해 전자를 방출하는 물질들로 이루어진 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 소자를 이용한 표시 디바이스에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이러한 FEA형에 한정되지 않고 다른 타입의 전자 방 출 소자를 이용한 표시 디바이스에도 용이하게 적용 가능하다.

또한, 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 표시 디바이스는 전술한 집속 전극의 개구부 형상으로 인해 전자빔 집속 효율과 화소별 발광 균일도 모두를 적정 수준으로 우수하게 확보할 수 있으며, 그 결과 화면의 표시 품질을 높이는 효과를 갖는다.

Claims (7)

1. 기판과;

   상기 기판 위에 형성되는 전자 방출부들과;

   상기 기판 위에 제공되어 상기 전자 방출부들의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들; 및

   상기 구동 전극들 상부에 위치하고, 상기 다수의 전자 방출부들을 동시에 포괄하는 개구부를 형성하는 집속 전극을 포함하며,

   상기 집속 전극 개구부가 상기 각 전자 방출부에 대응하여 위치하는 개별 집속부들과, 개별 집속부들 사이에서 전자 방출부들의 배열 방향을 따라 일정한 길이를 가지며 형성되는 포괄 집속부를 포함하는 전자 방출 디바이스.
2. 제1항에 있어서,

   상기 개별 집속부가 상기 전자 방출부에 대응하는 평면 형상 및 전자 방출부와 동일한 형상 중심점을 가지는 전자 방출 디바이스.
3. 제1항에 있어서,

   상기 구동 전극들과 상기 집속 전극 사이에 위치하는 절연층을 더욱 포함하는 전자 방출 디바이스.
4. 제3항에 있어서,

   상기 절연층이 상기 집속 전극 개구부와 동일한 형상의 개구부를 형성하는 전자 방출 디바이스.
5. 제1항에 있어서,

   상기 집속 전극 개구부가 상기 기판에 설정되는 화소 영역마다 하나씩 제공되는 전자 방출 디바이스
6. 제1항에 있어서,

   상기 전자 방출부가 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀ 및 실리콘 나노와이어로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 전자 방출 디바이스.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 전자 방출 디바이스와;

   상기 기판에 대향 배치되는 타측 기판과;

   상기 제타측 기판의 일면에 형성되는 형광층들; 및

   상기 형광층들의 일면에 형성되는 애노드 전극을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.

Images