KR20070111859A - 전자 방출 디바이스 - Google Patents

Abstract

빔의 단면형상을 볼록렌즈형상으로 형성하므로 형광층의 미발광부를 해소하고 구동시 얼룩으로 보이는 문제를 개선할 수 있도록, 기판과, 기판 위에 서로 단락되지 않도록 형성되는 제1전극 및 제2전극과, 기판 위에 형성되고 실제 전자가 방출되는 전자 방출부와, 절연층을 사이에 두고 제1전극 및/또는 제2전극 위에 형성되고 전자 방출부로부터 방출된 전자빔이 통과하는 장방형의 빔통과구멍이 형성되는 집속 전극과, 집속 전극의 빔통과구멍 양쪽 끝부분에 배치되어 설치되고 전자를 방출하는 하나이상의 보조방출부를 포함하는 전자 방출 디바이스를 제공한다.

전자 방출 디바이스, 전자 방출부, 빔경, 빔통과구멍, 개구부, 타원형, 오목렌즈, 볼록렌즈

Description

전자 방출 디바이스 {Electron Emission Device}

도 1은 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스의 일실시예가 적용된 전자 방출 표시 디바이스를 나타내는 부분확대 단면 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스의 일실시예가 작용된 전자 방출 표시 디바이스를 나타내는 부분확대 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스의 일실시예를 나타내는 부분확대 평면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스의 다른 실시예를 나타내는 부분확대 평면도이다.

본 발명은 전자 방출 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 장방형으로 형성되는 집속 전극의 빔통과공 양쪽 끝부분에 보조방출부를 형성하는 것에 의하여 형광층의 미발광부를 해소하고 구동시 얼룩으로 보이는 것을 개선한 전자 방출 디바이스에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 디바이스는 전자원의 종류에 따라 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식으로 분류할 수 있다. 여기서, 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 디바이스로는 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.

상기 MIM형과 MIS형 전자 방출 디바이스는 각각 금속/절연층/금속(MIM)과 금속/절연층/반도체(MIS) 구조로 이루어진 전자 방출부를 구비하며, 절연층을 사이에 두고 위치하는 두 금속 또는 금속과 반도체 사이에 전압을 인가할 때 높은 전자 전위를 갖는 금속 또는 반도체로부터 낮은 전자 전위를 갖는 금속쪽으로 전자가 이동 및 가속되면서 방출되는 원리를 이용한다.

상기 SCE형 전자 방출 디바이스는 기판 위에 서로 이격되어 배치된 제1 전극과 제2 전극 사이에 도전 박막을 형성하고 이 도전 박막에 미세 균열을 제공함으로써 전자 방출부를 형성하고 있으며, 양 전극에 전압을 인가하여 도전 박막의 표면으로 전류가 흐를 때 전자 방출부로부터 전자가 방출되는 원리를 이용한다.

그리고 상기 FEA형 전자 방출 디바이스는 일 함수(work function)가 낮거나 종횡비가 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 구조물로 전자 방출부를 형성하거나, 탄소 나노튜브와 같은 탄소계 물질로 전자 방출부를 형성한 예가 개발되고 있다.

이와 같이 냉음극을 이용하는 전자 방출 디바이스는 기본적으로 기판 위에 형성되는 전자 방출부와 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들을 구비하며, 전자 방출부와 구동 전극들의 작용으로 화소별 전자 방출의 온/오프와 전자 방출량을 제어한다.

전자 방출 표시 디바이스는 상기 전자 방출 디바이스에 형광층을 더욱 구비하며, 전자 방출부에서 방출된 전자들로 형광층을 여기시켜 소정의 표시 작용을 행하는 것으로, 일반적으로 형광층은 적색, 청색, 녹색 형광층으로 구성된다.

상기 전자 방출 디바이스에 있어서, 구동 전극으로 캐소드 전극과 게이트 전극이 형성된다. 그리고 상기 게이트 전극과 소정의 간격을 두고 전자빔을 집속시키기 위한 제2게이트 전극 또는 포커스 전극(집속 전극)이 형성된다.

상기 집속 전극에는 전자 방출부를 중심으로 한쪽 방향으로 길이가 긴 장방형의 빔통과공이 형성된다. 상기 장방형의 빔통과공 하나의 내부에는 작은 원형으로 형성되는 다수의 전자 방출부가 배치된다.

상기 빔통과공은 상기 전자 방출 표시 디바이스의 형광층 패턴에 대응하여 형성된다. 즉 상기 형광층에 있어서 직사각형(장방형)으로 형성되는 하나의 픽셀(pixel) 크기와 빔통과공의 크기가 동일한 크기로 형성된다.

그런데 상기 전자 방출부로부터 방출되는 전자빔은 집속 전극을 통과하면서 빔의 단면 형상이 한쪽 방향으로 긴 타원형으로 형성되며, 직사각형으로 형성되는 형광층에 충돌할 때에 형광층 픽셀의 모서리부분에 미발광하는 부분이 발생된다. 이는 구동시에 얼룩으로 보이게 되는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 장방형으로 형성되는 집속 전극의 빔통과공 양쪽 끝부분에 보조방출부를 설치하여 빔의 단면형상으로 볼록렌즈형상으로 형성하므로 형광층의 미발광부를 해소하고 구동시 얼룩으로 보이는 문제를 개선한 전자 방출 디바이스를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판과, 상기 기판 위에 서로 단락되지 않도록 형성되는 제1전극 및 제2전극과, 상기 기판 위에 형성되고 실제 전자가 방출되는 전자 방출부와, 절연층을 사이에 두고 상기 제1전극 및/또는 제2전극 위에 형성되고 상기 전자 방출부로부터 방출된 전자빔이 통과하는 장방형의 빔통과구멍이 형성되는 집속 전극과, 상기 집속 전극의 빔통과구멍 양쪽 끝부분에 배치되어 설치되고 전자를 방출하는 하나이상의 보조방출부를 포함하는 전자 방출 디바이스를 제공한다.

상기 보조방출부는 상기 전자 방출부와 유사한 형상과 구성으로 이루어지며, 하나의 빔통과구멍에 하나씩 대응하여 설치되거나 2개 이상이 대응하여 설치된다.

다음으로 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전자 방출 디바이스가 적용된 전자 방출 표시 디바이스의 부분확대 사시도이고, 도 2는 부분확대 단면도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 전자 방출 디바이스가 적용된 전자 방출 표시 디바이스는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 소정의 간격을 두고 평행하게 대향 배 치되는 제1기판(2)과 제2기판(4)을 포함한다. 상기 제1기판(2)과 제2기판(4)의 가장자리에는 밀봉부재(도면에 나타내지 않음)가 배치되어 두 기판을 접합시키며, 제1기판(2)과 제2기판(4) 및 밀봉부재가 진공 용기를 구성한다.

상기 제1기판(2) 위에는 제1전극인 캐소드 전극(6)들이 제1기판(2)의 한쪽 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극(6)들을 덮으면서 제1기판(2) 전체에 제1절연층(8)이 형성된다.

상기 제1절연층(8) 위에는 제2전극인 게이트 전극(10)들이 캐소드 전극(6)들과 직교하는 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

상기에서 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극(6) 위로 각 화소 영역마다 하나 이상의 전자 방출부(12)가 형성되고, 제1절연층(8)과 게이트 전극(10)에는 각 전자 방출부(12)에 대응하는 개구부(9), (11)가 형성되어 제1기판(2) 상에 전자 방출부(12)가 노출되도록 한다.

상기 전자 방출부(12)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 예를 들면 탄소계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어질 수 있다.

상기 전자 방출부(12)는 일례로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀, 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질을 포함할 수 있다.

상기 전자 방출부(12)의 제조법으로는 스크린 인쇄, 직접 성장, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.

본 실시예에서는 전자 방출부(12)와 게이트 전극(10)의 개구부(11)가 원형을 이루며 각 화소 영역에서 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열되는 구성으로 설명한다. 그러나 상기 전자 방출부(12)와 게이트 전극(10)의 개구부(11) 평면 형상과 화소 영역당 개수 및 배열 형태 등은 상기한 실시예에 한정되지 않고 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하다.

그리고 상기에서는 게이트 전극(10)이 제1절연층(8)을 사이에 두고 캐소드 전극(6) 상부에 위치하는 구조에 대해 설명하였으나, 게이트 전극이 제1절연층을 사이에 두고 캐소드 전극 하부에 위치하는 구조도 가능하다. 이 경우 전자 방출부(12)는 제1절연층 위에서 캐소드 전극의 가장자리와 접촉하며 위치할 수 있다.

상기 게이트 전극(10)과 제1절연층(8) 위로 집속 전극(18)이 위치한다. 상기 집속 전극(18) 하부에는 제2절연층(16)이 위치하여 게이트 전극(10)과 집속 전극(18)을 절연시키며, 제2절연층(16)과 집속 전극(18)에는 전자빔의 통과를 위한 빔통과구멍(17), (19)이 마련된다.

상기 빔통과구멍(17), (19)은 한쪽 방향으로 길이가 긴 장방형으로 형성된다. 상기 빔통과구멍(17), (19) 각각에는 복수의 전자 방출부(12)가 배열되어 형성된다.

상기 전자 방출부(12)가 형성되는 제1절연층(8) 및 게이트 전극(10)의 개구부(9), (11)는 작은 원형 등으로 형성된다.

그리고 상기 제1기판(2)에 대향하는 제2기판(4)의 일면에는 형광층(20), 예를 들면 적색과 녹색 및 청색의 형광층(20R, 20G, 20B)들이 서로 임의의 간격을 두 고 형성되고, 각 형광층(20) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(21)이 형성된다.

상기 형광층(20)은 제1기판(2)에 설정되는 화소 영역에 한가지 색의 형광층이 대응하도록 형성될 수 있다.

상기 형광층(20)과 흑색층(21) 위로 알루미늄과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(22)이 형성된다. 상기 애노드 전극(22)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받아 형광층(20)을 고전위 상태로 유지시키며, 형광층(20)에서 방사된 가시광 중 제1기판(2)을 향해 방사된 가시광을 제2기판(4) 측으로 반사시켜 화면의 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 전극은 제2기판(4)을 향한 형광층(20)과 흑색층(21)의 일면에 위치하며, 소정의 패턴으로 구분되어 복수개로 형성될 수 있다. 또한 애노드 전극(22)으로서 전술한 투명 도전막과 금속막을 동시에 형성하는 구조도 가능하다.

상기 제1기판(2)과 제2기판(4) 사이에는 스페이서(24)들이 배치되어 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고, 두 기판(2), (4)의 간격을 일정하게 유지시킨다. 상기 스페이서(24)들은 형광층(20)을 침범하지 않도록 흑색층(21)에 대응하여 위치한다.

상기와 같이 구성되는 전자 방출 표시 디바이스는 외부로부터 캐소드 전극(6), 게이트 전극(10), 집속 전극(18) 및 애노드 전극(22)에 소정의 전압을 공급 하여 구동한다. 예를 들면 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10) 중 어느 하나의 전극이 주사 구동 전압을 인가받아 주사 전극으로 기능하고, 다른 하나의 전극이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극으로 기능한다. 그리고 집속 전극(18)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 예를 들면 0V 또는 수∼수십 볼트의 (-) 직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(22)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 일례로 수백∼수천 볼트의 (+) 직류 전압을 인가받는다.

상기와 같이 구동 전압을 인가받으면, 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)간 전압 차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(12) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출되고, 방출된 전자들은 집속 전극(18)의 빔통과구멍(19)을 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되며, 애노드 전극(22)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 화소의 형광층(20)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.

그리고 상기와 같이 구성되는 전자 방출 표시 디바이스에 적용되는 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 디바이스는 도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 빔통과구멍(17), (19)의 양쪽 끝부분 근처에 보조방출부(30)를 형성한다.

상기 보조방출부(30)는 상기 전자 방출부(12)와 마찬가지로 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질인 탄소계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루지는 방출층(32)을 캐소드 전극(6) 위에 형성하고, 제1절연층(8), 게이트 전극(10), 제2절연층(16), 집속 전극(18)에 작은 원형으로 각각 개구부(33), (34), (35), (36)를 형성하는 것에 의하여 형성된다.

상기에서 제1절연층(8)과 게이트 전극(10)에 형성되는 개구부(33), (34)와 제2절연층(16)과 집속 전극(18)에 형성되는 개구부(35), (36)는 서로 일대일로 대응되도록 구성된다.

상기 제2절연층(16)과 집속 전극(18)에 형성되는 개구부(35), (36)는 상기 빔통과구멍(17), (19)과 달리 상기 전자 방출부(30)의 크기에 대응되는 크기로 형성된다.

상기 보조방출부(30)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 이웃하는 빔통과구멍(19)의 사이에 배치하여 형성된다.

또 상기 보조방출부(30)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 각 빔통과구멍(19)의 양쪽 끝부분 바깥쪽과 이웃하는 빔통과구멍(19)의 사이에 배치하여 형성되는 것도 가능하다.

상기에서 각 빔통과구멍(19)에 대응하여 설치되는 보조방출부(30)의 수는 특별히 한정되지 않으며, 다양한 방식으로 조합하여 구성하는 것이 가능하다.

상기와 같이 보조방출부(30)를 구성하게 되면, 상기 전자 방출부(12)에서 전자가 방출될 때에 보조방출부(30)에서도 전자가 방출되게 되고, 상기 전자 방출부(12)에서 방출된 전자빔이 타원형(오목렌즈형태)의 단면(빔경)을 갖게 되는 것을 보정하여 볼록렌즈 형태의 빔경(단면)으로 변경시키므로, 상기 제2기판(4)에 형성되는 형광층(20)의 화소 형상에 대응되는 형상으로 이루어지고, 형광층(20)의 전체 면적에 고르게 충돌하여 발광시키게 된다. 따라서 형광층(20)의 각 화소 모서리부분에서 미발광되는 영역을 해소하는 것이 가능하다.

상기에서는 전자 방출부가 진공 중에서 전계에 의해 전자를 방출하는 물질들 로 이루어진 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이러한 FEA형에 한정되지 않고 전자 방출부와 집속 전극 및 형광층을 구비하는 다른 타입의 전자 방출 표시 디바이스에도 용이하게 적용 가능함은 물론이다.

상기에서는 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스에 의하면, 전자 방출부에서 방출된 전자빔이 통과하는 장방형 빔통과구멍의 양쪽 모서리부분에 작은 원형의 보조방출부를 배치하므로, 빔통과구멍을 통과하면서 타원형(오목렌즈형태)으로 빔경(단면)이 형성되는 전자빔의 형상을 보정하여 형광층의 화소 형태에 대응하는 장방형으로 변경시키는 것이 가능하다. 따라서 형광층의 화소가 모서리부분에 미발광부가 존재하지 않게 되고, 전체적으로 고르게 발광이 이루어지며, 구동시에 얼룩이 발생하는 것을 최소화하는 것이 가능하다.

Claims (13)

1. 기판과,

   상기 기판 위에 서로 단락되지 않도록 형성되는 제1전극 및 제2전극과,

   상기 기판 위에 형성되고 실제 전자가 방출되는 전자 방출부와,

   절연층을 사이에 두고 상기 제1전극 및 제2전극 위에 형성되고 상기 전자 방출부로부터 방출된 전자빔이 통과하는 장방형의 빔통과구멍이 형성되는 집속 전극과,

   상기 집속 전극의 빔통과구멍 양쪽 끝부분에 배치되어 설치되고 전자를 방출하는 하나이상의 보조방출부를 포함하는 전자 방출 디바이스.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 보조방출부는 상기 전자 방출부와 유사한 형상과 구성으로 이루어지며,

   상기 보조방출부는 하나의 빔통과구멍에 하나씩 대응하여 설치되거나 2개 이상이 대응하여 설치되는 전자 방출 디바이스.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제1전극은 캐소드 전극으로 구성되고,

   상기 제2전극은 상기 캐소드 전극과 제1절연층을 사이에 두고 교차하는 패턴으로 형성되는 게이트 전극으로 구성되고,

   상기 전자 방출부는 진공중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀, 실리콘 나노와이어 또는 이들의 조합 물질로 형성되는 전자 방출 디바이스.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 빔통과구멍 각각에는 복수의 전자 방출부가 배열되어 형성되고,

   상기 제1절연층 및 게이트 전극에는 전자 방출부가 형성되는 개구부가 작은 원형으로 형성되는 전자 방출 디바이스.
5. 청구항 3에 있어서,

   상기 보조방출부는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질로 이루지는 방출층을 캐소드 전극 위에 형성하고,

   상기 제1절연층, 게이트 전극, 절연층, 집속 전극에 작은 원형으로 각각 상기 방출층이 노출되도록 개구부를 형성하여 이루어지는 전자 방출 디바이스.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 보조방출부는 이웃하는 빔통과구멍의 사이에 배치하여 형성되는 전자 방출 디바이스.
7. 청구항 5에 있어서,

   상기 보조방출부는 각 빔통과구멍의 양쪽 끝부분 바깥쪽과 이웃하는 빔통과구멍의 사이에 배치하여 형성되는 전자 방출 디바이스.
8. 소정의 간격을 두고 평행하게 대향 배치되는 제1기판 및 제2기판과,

   상기 제1기판 위에 서로 단락되지 않도록 형성되는 제1전극 및 제2전극과,

   상기 제1기판 위에 형성되고 상기 제2기판을 향하여 실제 전자가 방출되는 전자 방출부와,

   절연층을 사이에 두고 상기 제1전극 및 제2전극 위에 형성되고 상기 전자 방출부로부터 방출된 전자빔이 통과하는 장방형의 빔통과구멍이 형성되는 집속 전극과,

   상기 집속 전극의 빔통과구멍 양쪽 끝부분에 배치되어 설치되고 전자를 방출하는 하나이상의 보조방출부와,

   상기 제1기판에 대향하는 제2기판의 일면에 형성되는 형광층과,

   상기 형광층의 일면에 형성되는 애노드 전극을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 제1전극은 캐소드 전극으로 구성되고,

   상기 제2전극은 상기 캐소드 전극과 제1절연층을 사이에 두고 교차하는 패턴 으로 형성되는 게이트 전극으로 구성되고,

   상기 전자 방출부는 진공중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀, 실리콘 나노와이어 또는 이들의 조합 물질로 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 빔통과구멍 각각에는 복수의 전자 방출부가 배열되어 형성되고,

    상기 제1절연층 및 게이트 전극에는 전자 방출부가 형성되는 개구부가 작은 원형으로 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
11. 청구항 9에 있어서,

    상기 보조방출부는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질로 이루지는 방출층을 캐소드 전극 위에 형성하고,

    상기 제1절연층, 게이트 전극, 절연층, 집속 전극에 작은 원형으로 각각 상기 방출층이 노출되도록 개구부를 형성하여 이루어지는 전자 방출 표시 디바이스.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 보조방출부는 이웃하는 빔통과구멍의 사이에 배치하여 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
13. 청구항 11에 있어서,

    상기 보조방출부는 각 빔통과구멍의 양쪽 끝부분 바깥쪽과 이웃하는 빔통과구멍의 사이에 배치하여 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.

Images