KR20070041982A - 전자 방출 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집속 전극을 통과하는 전자빔의 형상을 균일하게 하여 이상 발광 현상을 방지할 수 있는 전자 방출 소자를 제공한다.

본 발명에 따른 전자 방출 소자는, 서로 대향하여 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판 중 제2 기판과의 대향면에 형성되는 전자 방출 유닛과, 제1 기판 및 제2 기판 사이에 배치되고, 전자 방출 유닛으로부터 방출되는 전자빔의 통과를 위한 개구부를 구비하는 집속 전극을 포함하고, 집속 전극의 개구부가 길이 방향에 따른 양측 끝단에 원호형 단부를 형성한다.

전자방출소자, 집속전극, 개구부, 원호, 이상발광

Description

전자 방출 소자{ELECTRON EMISSION DEVICE}

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

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

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

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 소자의 집속 전극에 대한 부분 확대도이다.

본 발명은 전자 방출 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자빔 집속을 위한 집속 전극을 구비한 전자 방출 소자에 관한 것이다.

일반적으로, 전자 방출 소자는 전자원으로 열음극(hot cathode)을 이용하는 방식과 냉음극(cold cathode)을 이용하는 방식이 있다.

여기서, 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는 전계 방출 어레이(Field Emitter Array; FEA, 이하 FEA라 칭함)형, 표면 전도 에미션(Surface Conduction Emission; SCE, 이하 SCE라 칭함)형, 금속-절연체-금속(Metal-Insulator-Metal; MIM, 이하 MIM이라 칭함)형 및 금속-절연체-반도체(Metal- Insulator-Semiconductor; MIS, 이하 MIS라 칭함)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 뽀죡한 팁 구조물이나, 카본 나노튜브와 흑연 및 다이아몬드상 카본과 같은 카본계 물질을 전자 방출부로 형성한 예가 개발되고 있다.

통상의 FEA형 전자 방출 소자는 진공 용기를 구성하는 두 기판 중 제1 기판 위에 전자 방출부와 이 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들로서 캐소드 전극과 게이트 전극을 구비하며, 제2 기판 위에 형광층과 더불어 제1 기판 측에서 방출된 전자들이 형광층을 향해 효율적으로 가속되도록 하는 애노드 전극이 형성되어 소정의 발광 또는 표시 작용을 하는 구조로 이루어진다.

상기 전자 방출 소자에서, 제1 기판의 전자 방출부에서 방출된 전자들이 제2 기판으로 향할 때 전자들의 빔퍼짐을 방지하기 위한 집속 전극을 더 구비하고 있다. 이러한 집속 전극은 캐소드 전극 및 게이트 전극과 절연 상태를 유지하며 이 전극들 상부에 형성되고, 전자빔 통과를 위한 개구부를 구비한다.

여기서, 집속 전극의 개구부는 통상적으로 사각의 평면 형상을 가지며, 전자 방출 소자의 작용 시 집속 전극은 전자빔 집속에 필요한 전압을 인가 받아 집속 전극의 개구부를 통과하는 전자들을 전자빔 다발의 중심부로 집속시킨다.

그런데, 집속 전극의 개구부가 사각의 평면 형상을 가짐에 따라 4개의 첨예 한 모서리를 가지기 때문에, 전자 방출 소자의 작용 시 이 부분으로 전기장이 불균일하게 되어 이 모서리 주위를 통과하는 전자빔 궤적에 영향을 미친다.

이로써 집속 전극의 개구부를 통과하는 전자빔의 형상이 균일하지 못하게 되고, 이 경우 전자빔 왜곡이 발생되기 쉬워 원치 않는 곳에서 발광이 일어나는 이른 바 이상 발광 현상이 발생될 수 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 집속 전극을 통과하는 전자빔의 형상을 균일하게 하여 이상 발광 현상을 방지할 수 있는 전자 방출 소자를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 서로 대향하여 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판 중 제2 기판과의 대향면에 형성되는 전자 방출 유닛과, 제1 기판 및 제2 기판 사이에 배치되고, 전자 방출 유닛으로부터 방출되는 전자빔의 통과를 위한 개구부를 구비하는 집속 전극을 포함하고, 집속 전극의 개구부가 길이 방향에 따른 양측 끝단에 원호형 단부를 형성하는 전자 방출 소자를 제공한다.

상기 전자 방출 소자에서 원호형 단부가 하기 조건을 만족하며,

0〈 H≤ D/2

여기서, H는 상기 집속 전극 개구부의 길이 방향을 따라 측정되는 원호형 단부의 길이를 나타내고, D는 상기 집속 전극 개구부의 폭을 나타낸다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1, 도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 소자의 부분 분해 사시도, 부분 단면도 및 부분 평면도이이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 소자의 집속 전극에 대한 부분 확대도이다.

도면을 참조하면, 전자 방출 소자는 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 대향 배치되는 제1 기판(10)과 제2 기판(20)을 포함한다. 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 가장자리에는 밀봉 부재(도시하지 않음)가 배치되어 두 기판을 접합시키며, 제1 기판(10)과 제2 기판(20) 및 밀봉 부재가 진공 용기를 구성한다.

제1 기판(10) 중 제2 기판(20)과의 대향면에는 제2 기판(20)을 향해 전자들을 방출하는 전자 방출 유닛(100)이 제공되고, 제2 기판(20) 중 제1 기판(10)과의 대향면에는 상기 전자들에 의해 가시광을 방출하여 임의의 발광 또는 표시를 행하는 발광 유닛(200)이 제공된다.

보다 구체적으로, 제1 기판(10) 위에는 전자 방출을 제어하기 위한 제1 전극으로서 캐소드 전극들(110)이 제1 기판(10)의 일방향(도면의 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(110)을 덮으면서 제1 기판(10) 전체에 제1 절연층(112)이 형성된다. 제1 절연층(112) 위에는 전자 방출을 제어하기 위한 제2 전극으로서 게이트 전극들(114)이 캐소드 전극(110)과 직교하는 방향(도면의 x축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

본 실시예에서 캐소드 전극(110)과 게이트 전극(114)이 교차하는 영역을 화소영역으로 정의하면, 각 화소 영역마다 캐소드 전극(110) 위로 전자 방출부(116) 가 형성되고, 제1 절연층(112)과 게이트 전극(114)에는 각 전자 방출부(116)에 대응하는 개구부(112a, 114a)가 각각 형성되어 제1 기판(10) 상에 전자 방출부(116)를 노출시킨다.

전자 방출부(116)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 카본계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어진다. 전자 방출부(116)는 카본 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀, 실리콘 나노와이어 중 어느 하나 또는 이들의 조합 물질로 이루어질 수 있으며, 그 제조법으로는 스크린 인쇄, 직접 성장, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.

도면에서는 일례로 평면 형상이 원형인 전자 방출부(116)가 캐소드 전극(110)의 길이 방향을 따라 화소 영역 당 7개씩 배열되는 구성을 도시하였으나, 전자 방출부(116)의 평면 형상과 화소 영역 당 개수 및 배열 형태 등은 도시한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.

한편, 본 실시예에서는 절연층(112)을 사이에 두고 게이트 전극(114)이 캐소드 전극(112) 위에 위치하는 구조에 대해 설명하였지만, 그 반대의 경우, 즉 캐소드 전극이 게이트 전극 위에 위치하는 구도도 가능하며, 이 경우 전자 방출부튼 캐소드 전극의 일 측면과 접촉하면서 절연층 위로 형성될 수 있다.

제1 절연층(112)과 게이트 전극(114) 위로 제2 절연층(118)과 집속 전극(120)이 형성된다. 제2 절연층(118)과 집속 전극(120)에도 전자빔 통과를 위한 개 구부(118a, 120a)가 마련된다. 일례로 개구부(118a, 120a)는 집속 전극(120)이 하나의 화소에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속하도록 전자 방출부(116)의 개수에 관계없이 화소 영역 당 하나가 구비된다.

그리고 제2 절연층(118)과 집속 전극(120)의 개구부(118a, 120a)는 길이 방향에 따른 양측 끝단에 각각 원호형 단부(121a)를 형성한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 개구부(118a, 120a)의 폭을 D 라고 할 때, 원호형 단부(121a)의 길이(H)는 다음과 같이 0보다 크고 개구부(118a, 120a) 폭(D)의 1/2 보다 작거나 같은 범위를 가질 수 있다.

0〈 H ≤ D/2

이와 같이 집속 전극(120)과 제2 절연층(118)의 개구부(118a, 120a)가 상기와 같은 길이의 원호형 단부(121a)를 가지게 되면, 전자 방출 소자의 작용 시 집속 전극(120)의 개구부 내측에 전계가 균일하게 분포될 수 있음을 예상할 수 있다.

한편, 도면에서는 집속 전극(120)이 제1 기판(10) 전체에 형성되는 경우를 도시하였으나, 이러한 집속 전극(120)은 소정의 패턴으로 나뉘어 복수개로 형성될 수 있다. 또한, 집속 전극(120)은 제2 절연층(118) 위에 코팅된 도전막으로 이루어지거나 개구부(120a)를 구비한 금속 플레이트로 이루어질 수 있다.

다음으로, 제1 기판(10)에 대향하는 제2 기판(20)의 일면에는 형광층(210)과 흑색층(212)이 형성되고, 형광층(210)과 흑색층(212) 위로 알루미늄과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(214)이 형성된다. 애노드 전극(214)은 외부로부터 전 자빔 가속에 필요한 고전압을 인가 받으며, 형광층(210)에서 방사된 가시광 중 제 1 기판(10)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(20) 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높이는 역할을 한다.

한편, 애노드 전극(214)은 제2 기판(20)을 향한 형광층(210)과 흑색층(212)의 일면에 형성될 수 있으며, 이 경우 형광층(210)에서 방사된 가시광을 투과시킬 수 있도록 애노드 전극이 ITO와 같은 투명 도전층으로 이루어진다.

또 다른 한편으로는, 제2 기판(20) 상에 투명 재질의 애노드 전극과 반사 효과에 의해 휘도를 높이는 금속 박막이 모두 형성될 수도 있다.

형광층(210)은 제1 기판(10) 상에 정의된 화소 영역에 일대일로 대응하여 배치되거나 화면의 수직 방향(도면의 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성될수 있고, 흑색층(212)은 크롬 또는 크롬 산화물과 같은 불투명 재질로 이루어질 수 있다.

상술한 제1 기판(10)과 제2 기판(20) 사이에는 다수의 스페이서들(300)이 배치되어 두 기판(10, 20) 사이의 간격을 일정하게 유지시킨다. 이때, 스페이서들(300)은 흑색층(212)이 위치하는 비발광 영역에 대응하여 배치된다.

이와 같이 구성되는 전자 방출 소자에서는 일례로 애노드 전극(214)에 수백 내지 수천 볼트의 (＋) 전압을 인가하고, 집속 전극(120)에 수 내지 수십 볼트의 (－) 전압을 인가하며, 캐소드 전극(110)과 게이트 전극(114) 중 어느 하나의 전극에 주사 신호 전압을 인가함과 동시에 다른 하나의 전극에 데이터 신호 전압을 인가하여 구동한다.

그러면, 캐소드 전극(110)과 게이트 전극(114) 사이의 전압차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(116) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자가 방출되고, 방출된 전자들은 집속 전극(120)을 통과하면서 이로부터 척력을 인가 받아 전자빔 다발의 중심부로 집속된 후 애노드 전극(214)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 화소의 형광층(212)에 충돌하여 이를 발광시킨다.

이 과정에서 본 실시예의 전자 방출 소자는 집속 전극(120) 및 절연층(118)의 각각의 개구부(120a, 118a)가 길이 방향에 따른 양측 끝단에 원호형 단부(121a)를 구비함에 따라, 개구부(118a , 120a)에 전계를 균일하게 분포시킬 수 있어 집속 전극(120)의 개구부(120a)를 통과하는 전자빔이 균일한 형상을 갖도록 할 수 있다.

한편, 상기에서는 전자 방출부가 전계에 의해 전자를 방출하는 물질들로 이루어진 FEA형에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이러한 FEA형에 한정되지 않고 다양하게 변형이 가능하다.

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 따른 전자 방출 소자는 집속 전극의 개구부가 일정 길이의 원호형 단부를 갖도록 하여 집속 전극을 통과하는 전자빔의 형상을 균일하게 할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전자 방출 소자는 이상 발광 현상을 방지할 수 있어 전자 방출 소자의 발광 또는 표시 특성을 개선할 수 있다.

Claims (8)

1. 서로 대향하여 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과;

   상기 제1 기판 중 상기 제2 기판과의 대향면에 형성되는 전자 방출 유닛과;

   상기 제1 기판 및 제2 기판 사이에 배치되고, 상기 전자 방출 유닛으로부터 방출되는 전자빔의 통과를 위한 개구부를 구비하는 집속 전극을 포함하고,

   상기 집속 전극의 개구부가 길이 방향에 따른 양측 끝단에 원호형 단부를 형성하는 전자 방출 소자.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 원호형 단부가 하기 조건을 만족하며,

   0〈 H≤ D/2

   여기서, H는 상기 집속 전극 개구부의 길이 방향을 따라 측정되는 원호형 단부의 길이를 나타내고, D는 상기 집속 전극 개구부의 폭을 나타내는 전자 방출 소자.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 전자 방출 유닛이

   제1 절연층을 사이에 두고 상호 절연 상태를 유지하며 형성되는 제1 전극들 및 제2 전극들과,

   상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들 중 적어도 하나의 전극들에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들을 포함하는 전자 방출 소자.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 전자 방출 유닛이

   상기 제1 기판 위에 형성되는 캐소드 전극과;

   상기 제1 절연층을 사이에 두고 상기 캐소드 전극 위에 형성되는 게이트 전극; 및

   상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극이 교차하는 영역의 상기 캐소드 전극 위에 상기 캐소드 전극의 길이 방향을 따라 형성되는 전자 방출부들을 포함하고,

   상기 제1 절연층 및 상기 게이트 전극에 상기 각 전자 방출부에 대응하는 개구부가 각각 형성되는 전자 방출 소자.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 집속 전극이 제2 절연층을 사이에 두고 상기 게이트 전극 위에 형성되고,

   상기 제2 절연층에 상기 집속 전극의 개구부와 관통하는 개구부가 형성되는 전자 방출 소자.
6. 제5 항에 있어서,

   상기 집속 전극 및 상기 제2 절연층의 개구부가 상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극의 교차 영역 당 하나 형성되는 전자 방출 소자.
7. 제3 항 또는 제4 항에 있어서,

   상기 전자 방출부가 카본 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀, 실리콘 나노와이어 중 어느 하나 또는 이들의 조합 물질로 이루어지는 전자 방출 소자.
8. 제1 항에 있어서,

   상기 제 2 기판에 형성되는 형광층; 및

   상기 형광층의 일면에 형성되는 애노드 전극을 더욱 포함하는 전자 방출 소자.

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