KR100707160B1 - 전계방출소자 - Google Patents

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KR100707160B1
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Abstract

사중극 렌즈 구조를 갖는 전계방출소자가 개시된다. 본 발명에 따른 전계방출소자는, 캐소드 전극이 형성된 배면기판; 상기 캐소드 전극 위에 형성되는 에미터; 상기 에미터로부터 전자를 추출하는 게이트 전극; 및 상기 전면기판과 대향 배치되는 것으로 그 저면에 애노드 전극과 형광체층이 형성된 전면기판;을 구비하는 전계방출소자에 있어서, 상기 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 상기 각 에미터에 대응되는 사중극 렌즈 구조가 형성된 것을 특징으로 한다.
전계방출소자, 정전 사중극 렌즈, 포커스 전극

Description

전계방출소자{Field emission device}
도1a는 종래의 더블 게이트 구조의 전계방출소자를 보이는 SEM이미지이다.
도1b는 상기 도1a의 전계방출소자를 도시한 평면도이다.
도2a는 종래의 더블 게이트 구조의 전계방출소자가 화소 영역에 대응되도록 배열된 것을 도시한 평면도이다.
도2b는 상기 도2a의 전계방출소자에 대한 애노드면에서의 전자빔 스폿트의 시뮬레이션 이미지이다.
도3은 정전 사중극 렌즈의 원리를 도시한 개념도이다.
도4는 본 발명에 따른 전계방출소자의 사중극 렌즈 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도5a 및 도5b는 본 발명에 따른 전계방출소자의 전자빔 궤적 시뮬레이션 이미지이다.
도6은 본 발명에 따른 전계방출소자의 제1실시예를 도시한 평면도이다.
도7은 상기 제1실시예에 대한 애노드면에서의 전자빔 스폿트의 시뮬레이션 이미지이다.
도8a 및 도8b는 본 발명에 따른 전계방출소자의 제2 및 제3실시예를 도시한 평면도이다.
도9는 본 발명에 따른 전계방출소자의 제4실시예를 도시한 평면도이다.
도10은 상기 제4실시예의 전자빔 궤적 시뮬레이션 이미지이다.
도11a 및 도11b는 본 발명에 따른 전계방출소자의 제5 및 제6실시예를 도시한 평면도이다.
도12는 상기 제4실시예에 대한 애노드면에서의 전자빔 스폿트의 시뮬레이션 이미지이다.
도13은 본 발명에 따른 전계방출소자의 제7실시예를 도시한 평면도이다.
도14는 상기 제7실시예에 대한 애노드면에서의 전자빔 스폿트의 시뮬레이션 이미지이다.
도15는 본 발명에 따른 전계방출소자의 제8실시예를 도시한 평면도이다.
도16은 상기 제8실시예에 대한 애노드면에서의 전자빔 스폿트의 시뮬레이션 이미지이다.
<발명의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
52,62,72,102,112,122: 게이트 전극
52a,62a,72a,102a,112a,122a: 제1개구부
53,63,73,103,113,123: 포커스 전극
53a,63a,73a,103a,113a,123a: 제2개구부
본 발명은 전계방출소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캐소드상의 에미터와 애노드 사이에 정전 사중극 렌즈 구조를 형성하여 포커싱 특성을 향상시킨 전계방출소자에 관한 것이다.
일반적으로 전계방출소자는, 평판형의 디스플레이 장치 또는 발광 장치에 적용될 수 있는 것으로, 캐소드 전극 위에 배열된 에미터에 게이트 전극으로 부터 전기장을 인가함으로써 상기 에미터로부터 전자를 방출시키고, 이 전자를 애노드 전극의 표면에 도포된 형광물질에 충돌시킴으로써 발광이 일이나도록 하는 장치이다. 또한 이른바 더블 게이트 구조의 전계방출소자는, 전술한 바와 같이 전자를 추출하는 게이트 전극 외에 전자빔을 집중시키는 포커스 전극을 더 구비한다.
이와 같이 냉음극으로부터 방출된 전자빔을 이용하여 발광시키는 전계방출소자는, 전자방출원인 에미터의 소재와 구조 뿐만아니라, 방출된 전자빔을 발광시킬 형광물질 패턴에 정확히 집중시키는 포커싱 특성에 따라 휘도나 색순도 등의 품질이 크게 좌우될 수 있다. 즉, 전계방출소자를 이용한 고해상도의 표시장치 등을 구현하기 위해서는, 전자빔을 표적이 되는 형광물질 패턴의 형상에 맞게 집중시키고, 인접한 타 형광물질 패턴에 영향을 미치지 않도록 하는 기술이 요구된다.
특히, 고휘도 및 내구성 확보를 위해 상기 애노드에 고전압을 인가하는 경우, 전기적 안정성을 위해 상기 에미터와 애노드의 간격을 넓혀야한다. 그런데, 이 경우 에미터와 애노드의 거리가 멀어질수록 전자빔이 넓게 분산되기 쉬우므로, 전자빔을 형광물질 패턴에 맞게 변형시키고 정확하게 포커싱할 수 있는 구조가 더욱 요구된다.
도1a는 종래의 더블 게이트 구조의 전계방출소자를 보이는 SEM이미지이고, 도1b는 상기 도1a의 전계방출소자를 도시한 평면도이다. 종래의 더블 게이트 구조의 전계방출소자(20)는, 캐소드 전극 상에서 전자를 방출하는 에미터(emitter)(21)를 구비하고, 그 상측에 상기 에미터(21)로부터 전자를 추출하는 것으로 상기 에미터(21)를 둘러싸는 원형의 제1개구부(22a)를 갖는 게이트 전극(22)을 구비하며, 그 상측에 상기 추출된 전자빔을 집중시키는 것으로 상기 제1개구부(22a)와 동심원을 이루는 제2개구부(23a)를 갖는 포커스 전극(23)을 구비한다. 여기서, 상기 게이트 전극(22)은 상기 캐소드에 대하여 절연되고, 상기 포커스 전극(23)은 상기 게이트 전극(22)에 대하여 절연된다.
도2a는 종래의 더블 게이트 구조의 전계방출소자가 화소 영역에 대응되도록 배열된 것을 도시한 평면도이다. 하나의 소자(20)에서 방출되는 전자빔으로 하나의 화소 영역을 충분히 발광시킬 수 없는 경우, 상기 도2a에 도시된 바와 같이 다수의 소자(20)가 하나의 화소 영역에 대응되도록 배열될 수 있다.
도2b는 상기 도2a의 전계방출소자에 대한 애노드면에서의 전자빔 스폿트의 시뮬레이션 이미지이다. 상기 포커스 전극에 인가되는 전압(Vf)의 세기에 따라 애노드에 도달하는 전자빔의 형태를 보여준다. Vf=0(V) 일 때는 각각 원형을 띤 전자빔들이 넓은 면적에 도달하고, 전압의 세기를 높임에 따라 그 도달 면적이 줄어드는 양상을 보인다. 그러나, Vf= -50(V)정도에 이르면, 주 전자빔 주변에 상퍼짐(Halo)이 형성되어 오히려 도달 면적이 늘어난 것을 볼 수 있다.
그런데, 전계방출소자를 이용한 디스플레이 장치에서 상기 형광물질 패턴은 주로 세로 길이가 가로 폭보다 큰 띠 형상을 갖는다. 그에 비해 종래의 더블 게이트 구조에 따르면, 애노드에 도달하는 전자빔이 원형을 띠므로, 상기 전자빔이 형광물질 패턴의 폭을 벗어나기 쉬운 문제가 있다.
또한, 상기 도2b에서 Vf=-40(V) 일 때 최적의 포커싱 특성을 보이는 것과 같이, 기존의 더블 게이트 구조로 충분한 포커싱 효과를 얻기 위해서는 포커스 전극과 게이트 전극의 전위차가 커지게 되므로, 포커스 전극과 게이트 전극의 절연파괴 등의 문제가 생길 수 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점들을 개선하기 위하여 제안된 것으로, 에미터에서 방출된 전자빔을 집중시킴과 동시에 그 단면 형상을 형광체 패턴의 형상에 대응되는 띠 형상으로 변형시키는 포커싱 특성을 갖는 전계방출소자를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
아울러, 포커스 전극이 게이트 전극에 대해 작은 전위차를 갖도록 한 전계방출소자를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 전계방출소자는,
상면에 캐소드 전극이 형성된 배면기판; 상기 캐소드 전극 위에 형성되는 것으로 전자빔을 방출하는 에미터; 상기 캐소드 전극 상측에 배치되어 상기 에미터로부터 전자를 추출하는 게이트 전극; 및 상기 배면기판 상측에 대향되게 배치되는 것으로, 그 저면에 애노드 전극과 형광체층이 형성된 전면기판; 을 구비하는 전계 방출소자에 있어서,
상기 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 상기 각 에미터에 대응되는 사중극 렌즈 구조가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 사중극 렌즈 구조는, 이른바 더블 게이트 구조의 전계방출소자에 있어서 게이트 전극과 포커스 전극에 의해 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 일면에 따른 전계방출소자는,
상면에 캐소드 전극이 형성된 배면기판;
상기 캐소드 전극 위에 형성되는 것으로 전자빔을 방출하는 에미터;
상기 캐소드 전극 상측에 제1절연층을 사이에 두고 배치되어 상기 에미터로부터 전자를 추출하는 횡장형의 제1개구부를 가지는 게이트 전극;
상기 게이트 전극 상측에 제2절연층을 사이에 두고 배치되는 것으로, 상기 제1개구부와 적어도 일부가 연통되는 종장형의 제2개구부를 가지는 포커스 전극;
상기 배면기판 상측에 대향되게 배치되는 것으로, 그 저면에 애노드 전극이 형성된 전면기판; 및
상기 애노드 전극의 저면에 형성된 종장형의 형광체 패턴;을 포함한다.
상기 에미터와 화소 영역을 형성하는 형광체 패턴은 일대일로 대응될 수 있으며, 복수의 에미터가 그룹을 이루어 다대일로 대응될 수도 있다. 이 경우, 상기 사중극 렌즈 구조는 각각의 에미터에 대응되도록 구비된다.
또한, 본 발명의 다른 일면에 따른 전계방출소자는,
상면에 캐소드 전극이 형성된 배면기판;
상기 캐소드 전극 상면의 화소 영역에 전자빔을 방출하는 복수의 에미터가 배열된 에미터 그룹;
상기 캐소드 전극 상측에 제1절연층을 사이에 두고 배치되어 상기 복수의 에미터로부터 전자를 추출하는 것으로, 상기 에미터에 각각 대응되는 횡장형의 제1개구부를 가지는 게이트 전극;
상기 게이트 전극 상측에 제2절연층을 사이에 두고 배치된 것으로, 상기 제1개구부와 각각 대응되고, 적어도 일부가 상기 제1개구부와 연통되는 종장형의 제2개구부를 가지는 포커스 전극;
상기 배면기판 상측에 대향되게 배치되는 것으로, 그 저면에 애노드 전극이 형성된 전면기판; 및
상기 애노드 전극 저면의 화소 영역에 형성되는 것으로, 상기 전자빔들의 충돌에 의해 발광하는 형광체 패턴;을 포함한다.
이상에서, 종장형이란 세로 길이가 가로 길이보다 긴 형상을 말하고, 횡장형이란 가로 길이가 세로 길이보다 긴 형상을 말한다. 그리고, 가로와 세로는 절대적인 방향을 지시하는 것이 아니라, 서로 수직을 이루는 두 방향의 상대적인 관계를 나타내는 것이다. 또한, 상기 하나의 화소 영역이란, 디스플레이 장치에서 단일 형광체 패턴을 갖는 영역을 말하는 것으로, 컬러 디스플레이 장치에서는 하나의 단색 발광 영역, 즉 서브 픽셀(sub-pixel)을 의미한다.
도3은 본 발명에 따른 전계방출소자에 채용될 정전 사중극 렌즈(electrostatic quadruple lens)의 원리를 도시한 개념도이다. 상기 도3은 전자빔 을 수직 방향에서 도시한 것으로, 사중극자는 서로 대향하는 두 전극끼리 동일한 전위를 갖는다. 예를 들어, 세로(y축) 방향으로 대향 배치된 두 전극은 V1의 전위를 갖고, 가로(x축) 방향으로 대향 배치된 두 전극은 V2의 전위를 갖는다. 이 때 V1<V2 이면, 전위가 V2인 전극으로부터 V1인 전극 측으로 전기력선(점선 표시)이 형성되고, 음전하를 띤 전자는 상기 전기력선의 접선 역방향으로 전기력(F=-eE)을 받게된다. 따라서, 상기 도3의 좌표의 중심으로 진입한 원형 단면의 전자빔은 상기 사중극 렌즈를 통과하면서 그 단면의 가로 폭이 더 좁은 형태로 변형된다.
도4는 본 발명에 따른 전계방출소자의 사중극 렌즈 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다. 일반적으로 전계방출소자를 이용한 디스플레이 장치의 형광체 패턴은 세로로 길고, 가로 폭이 좁은 띠 형상을 갖는다. 따라서, 전계방출소자에 형성되는 사중극 렌즈 구조는, 상기 도3에 도시된 예와 같이 전자빔의 단면을 가로 방향으로 좁히고, 세로 방향으로 늘리는 것이 바람직하다.
전계방출소자에 있어서, 에미터에 가깝게 설치되는 게이트 전극에는 양의 전압(Vg)이 인가되고, 포커스 전극에는 그보다 낮은 전압(Vf)이 인가된다. 따라서, 게이트 전극과 포커스 전극에 의해 V1=Vf 이고, V2=Vg (V1<V2)인 관계를 만족하는 사중극 렌즈 구조가 형성될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 사중극 렌즈 구조는 게이트 전극이 가로 대향 전극의 역할을 수행하도록, 횡장형의 개구부를 가지고, 포커스 전극이 세로 대향 전극의 역할을 수행하도록, 종장형의 개구부를 가지는 것이 바람직하다.
도5a 및 도5b는 본 발명에 따른 전계방출소자의 전자빔 궤적 시뮬레이션 이미지이다. 도5a는 전계방출소자의 횡단면을 보이고, 도5b는 전계방출소자의 종단면을 보인다. 전술한 바와 같이, 에미터로부터 방출된 전자빔이 상기 게이트 전극(EG)과 포커스 전극(FG)으로 형성된 사중극 렌즈 구조에 의해 가로 방향이 상대적으로 좁은 형상으로 변형되는 것을 확인할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 측면에 따른 실시예들을 상세히 설명한다.
도6은 본 발명에 따른 전계방출소자의 제1실시예를 도시한 평면도이다. 본 실시예에 따른 전계방출소자(50)는, 캐소드 전극의 상면에 형성된 에미터와, 상기 캐소드 전극 상측에 배치되고 횡장형의 제1개구부(52a)를 가지는 게이트 전극(52), 및 상기 게이트 전극(52) 상측에 배치되고 상기 제1개구부(52a)와 적어도 일부가 연통되는 종장형의 제2개구부(53a)를 가지는 포커스 전극(53)을 구비한다. 상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극(52) 사이에는 제1절연층(미도시)이 배치되고, 상기 게이트 전극(52)과 상기 포커스 전극(53) 사이에는 제2절연층(미도시)이 배치된다. 이상의 적층 구조는 배면기판 상면에 형성되고, 상기 배면기판 상측에 대향되게 배치되는 전면기판(미도시)에는, 그 저면에 애노드 전극과 형광체 패턴이 형성되며, 상기 형광체 패턴은 종장형인 것이 바람직하다.
상기 게이트 전극(52)의 제1개구부(52a)와 상기 포커스 전극(53)의 제2개구부(53a)는 서로 연통되어 상기 에미터로부터 방출된 전자빔이 통과하는 경로를 제공하고, 각각 Vg, Vf의 전위를 띠어 상기 경로에 소정의 전기장을 형성함으로써 전 자빔의 단면 형상을 변형시키는 사중극 렌즈 구조를 형성한다.
도7은 상기 제1실시예에 대한 애노드면에서의 전자빔 스폿트의 시뮬레이션 이미지이다. 에미터로부터 애노드까지 거리는 1.5mm, 캐소드 전극의 전압(Vc)은 -43 내지 -29V, Vg=40V, Vf=0V, 애노드 전압(Va)는 5kV 내지 10kV 이다. 애노드에 도달한 전자빔의 형상이 가로 폭이 좁은 종장형으로 변형된 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 포커스 전극의 전압 Vf가 0V로서, 상기 게이트 전극의 전압 Vg와의 차가 종래의 더블 게이트 구조에 비해 현저히 줄어든 것을 알 수 있다. Vf가 0V 내지 -30V 정도인 범위에서도 충분한 효과를 얻을 수 있으며, 특히 배면기판의 최상층에 배치되는 포커스 게이트의 전압을 대략적으로 접지 전압과 같게 함으로써 포커싱 특성 외에도 많은 이점을 얻을 수 있다.
도8a 및 도8b는 본 발명에 따른 전계방출소자의 제2 및 제3실시예를 도시한 평면도이다. 제2실시예에 따른 전계방출소자(60)는, 그 게이트 전극(62)의 제1개구부(62a)가 가로로 긴 타원 형상을 가지고, 그 포커스 전극(63)의 제2개구부(63a)가 세로로 긴 타원 형상을 가질 수 있다. 또한, 제3실시예에 따른 전계방출소자(70)는, 그 게이트 전극(72)의 제1개구부(62a)가 가로로 긴 타원 형상을 가지고, 그 포커스 전극(73)의 제2개구부(73a)가 세로로 긴 직사각형 형상을 가질 수 있다.
이와 같이, 상기 제1개구부의 형상은 가로 방향이 상대적으로 긴 횡장형이면 족하고, 상기 제2개구부의 형상은 세로 방향이 상대적으로 긴 종장형이면 족하다. 따라서, 타원형과 직사각형은 몇 가지 예에 불과하고, 상기 제1 및 제2개구부는 각각 다양한 형상을 가질 수 있고, 이들의 다양한 조합으로 사중극 렌즈 구조를 형성 할 수 있다.
또한, 도면에 도시되지는 않았으나 정전 사중극렌즈의 특성을 이용하여 원하는 등전위선의 분포를 얻을 수 있다면, 상기 제2개구부의 형상을 원형 또는 정사각형으로 형성할 수도 있을 것이다.
이하에서는 본 발명의 다른 측면에 따른 실시예들을 상세히 설명한다.
도9는 본 발명에 따른 전계방출소자의 제4실시예를 도시한 평면도이다. 제4실시예에 따른 전계방출소자(100)는, 이상에서 설명한 제1 내지 제3실시예와 같이, 횡장형의 제1개구부(102a)를 가지는 게이트 전극(102) 및 종장형의 제2개구부(103a)를 가지는 포커스 전극(103)을 구비한다. 다만, 상기 제2개구부(103a)는 그 가로축이 에미터의 가로축으로부터 도면상의 아래쪽으로 편심되어 전자빔을 역시 아래쪽으로 편향시킨다.
도10은 상기 제4실시예의 전자빔 궤적 시뮬레이션 이미지이다. 포커스 전극(103,FG)의 제2개구부가 에미터의 중심으로부터 아래쪽에 형성되어 전자빔의 경로에 경사진 등전위선이 형성되었고, 이로 인해 전자빔이 아래쪽으로 편향된 것을 확인할 수 있다.
도11a 및 도11b는 본 발명에 따른 전계방출소자의 제5 및 제6실시예를 도시한 평면도이다. 제5실시예에 따른 전계방출소자(110)는, 그 게이트 전극(112)의 제1개구부(112a)가 가로로 긴 타원 형상을 가지고, 그 포커스 전극(113)의 제2개구부(113a)가 세로로 긴 타원 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 제2개구부(113a)는 그 가로축이 상기 에미터의 가로축으로부터 상하로 편심된다. 또한, 제6실시예에 따른 전계방출소자(120)는, 그 게이트 전극(122)의 제1개구부(122a)가 가로로 긴 타원 형상을 가지고, 그 포커스 전극(123)의 제2개구부(123a)가 세로로 긴 직사각형 형상을 가질 수 있다. 이때에도, 상기 제2개구부(123a)는 그 가로축이 상기 에미터의 가로축으로부터 상하로 편심된다. 상기 제1 및 제2개구부의 형상이 타원형 또는 직사각형에 한정되지 않음은 전술한 바와 같다.
도12는 상기 제4실시예에 대한 애노드면에서의 전자빔 스폿트의 시뮬레이션 이미지이다. 애노드에 도달한 전자빔이 에미터의 가로축으로부터 아래쪽으로 치우치도록 편향된 것을 확인할 수 있다.
도13은 본 발명에 따른 전계방출소자의 제7실시예를 도시한 평면도이다. 본 발명의 제7실시예에 따르면, 전계방출소자(150)는 하나의 화소에 대응되는 영역에 복수의 에미터를 갖도록 그룹화될 수 있다. 즉, 한 화소 영역에 복수의 에미터가 그룹을 이루어 배열되고, 각 에미터마다 상기 제1 및 제2 개구부(52a,53a)가 형성된 것으로, 상기 제1실시예에 따른 전계방출소자(50)가 복수로 배열된 형태를 가질 수 있다. 이때, 형광체 패턴은 종장형의 직사각형 형상을 가지므로, 상기 에미터들이 세로로 길게 배열되는 것이 바람직하다. 도14는 상기 제7실시예에 대한 시뮬레이션 이미지이며, 기타 조건은 상기 도7의 시뮬레이션 조건과 동일하다.
도15는 본 발명에 따른 전계방출소자의 제8실시예를 도시한 평면도이다. 본 발명의 제8실시예에 따른 전계방출소자(200)는 상기 제7실시예에 따른 전계방출소자(150)와 마찬가지로 하나의 화소 영역에 대응되는 복수의 에미터가 그룹을 이루어 배열되고, 각 에미터마다 제1 및 제2개구부(102a,103a)가 형성된 것으로, 상기 제4실시예에 따른 전계방출소자(100)가 복수로 배열된 형태를 가질 수 있다.
다만, 에미터의 가로축에 대하여 제2개구부(103a)의 가로축이 편심된 정도, 즉, 축간 거리(d1,d2)는 사중극 전자렌즈의 횡장 또는 종장 형상의 설계 비율 차이 및 상기 에미터 그룹의 중심으로부터 해당 에미터까지의 거리에 따라 달라질 수 있다. 다시말해, 해당 에미터의 위치가 상기 에미터 그룹의 중심으로부터 멀어질수록 그 대응되는 제2개구부(103a)의 가로축이 상기 에미터의 가로축으로부터 크게 편심(d1>d2)되도록 함으로써, 그룹화된 복수의 에미터들에 의한 전자빔이 상기 그룹의 중심측으로 집중되도록 할 수 있다.
도16은 상기 제8실시예에 대한 애노드면에서의 전자빔 스폿트의 시뮬레이션 이미지이다. 상기 도14의 시뮬레이션 이미지에 비해 애노드에 도달한 전자빔의 가로 폭은 동일한 반면, 세로 길이가 중심측으로 좁혀지면서 집중된 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
전술한 발명의 구성에 의하여, 본 발명에 따른 전계방출소자는 정전 사중극 렌즈 구조를 구비함으로써, 에미터에서 방출된 전자빔을 집중시킴과 동시에 그 단 면 형상을 형광체 패턴의 형상에 대응되는 띠 형상으로 변형시키는 포커싱 특성을 제공하는 효과가 있고, 아울러 포커스 전극이 게이트 전극에 대해 작은 전위차를 갖도록 함으로써 절연파괴 등의 문제를 미연에 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 전계방출소자는 비대칭형의 정전 사중극 렌즈 구조를 이용하여 일 그룹의 에미터 중 일부로부터 방출된 전자빔을 선택적으로 편향시킴으로써 휘도 및 색순도를 향상시키는 효과가 있다.

Claims (26)

  1. 상면에 캐소드 전극이 형성된 배면기판;
    상기 캐소드 전극 위에 형성되는 것으로 전자빔을 방출하는 에미터;
    상기 캐소드 전극 상측에 배치되어 상기 에미터로부터 전자를 추출하는 게이트 전극; 및
    상기 배면기판 상측에 대향되게 배치되는 것으로, 그 저면에 애노드 전극과 형광체층이 형성된 전면기판; 을 구비하는 전계방출소자에 있어서,
    상기 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 상기 각 에미터에 대응되는 사중극 렌즈 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사중극 렌즈 구조는,
    상기 에미터로부터 방출된 전자빔의 단면을 가로 방향의 폭이 상대적으로 좁아지도록 변형시키는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전자빔의 가로 방향의 폭은, 상기 형광체 패턴의 화소 크기(sub-pixel pitch)와 대략적으로 일치하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전계방출소자는,
    상기 게이트 전극의 상측에 배치되는 포커스 전극을 더 포함하고,
    상기 사중극 렌즈 구조는,
    상기 게이트 전극과 상기 포커스 전극에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  5. 상면에 캐소드 전극이 형성된 배면기판;
    상기 캐소드 전극 위에 형성되는 것으로 전자빔을 방출하는 에미터;
    상기 캐소드 전극 상측에 제1절연층을 사이에 두고 배치되어 상기 에미터로부터 전자를 추출하는 횡장형의 제1개구부를 가지는 게이트 전극;
    상기 게이트 전극 상측에 제2절연층을 사이에 두고 배치되는 것으로, 상기 제1개구부와 적어도 일부가 연통되는 종장형의 제2개구부를 가지는 포커스 전극;
    상기 배면기판 상측에 대향되게 배치되는 것으로, 그 저면에 애노드 전극이 형성된 전면기판; 및
    상기 애노드 전극의 저면에 형성된 종장형의 형광체 패턴;을 포함하는 전계방출소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 게이트 전극의 전위(Vg)는 상기 포커스 전극의 전위(Vf)보다 높은 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 포커스 전극의 전위(Vf)는 접지 전위인 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 포커스 전극의 전위(Vf)는 0V 내지 -30V인 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1개구부는 가로로 긴 직사각형 및 타원형 중에서 선택된 어느 하나이고,
    상기 제2개구부는 세로로 긴 직사각형 및 타원형 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제1개구부는 가로로 긴 직사각형 및 타원형 중에서 선택된 어느 하나이고,
    상기 제2개구부는 정사각형 및 원형 중에서 선택된 어느 하나로 형성되어지 는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 제2개구부의 가로축은 상기 에미터의 가로축으로부터 편심되어 그 편심된 방향으로 상기 전자빔을 편향시키는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  12. 상면에 캐소드 전극이 형성된 배면기판;
    상기 캐소드 전극 상면의 화소 영역에 전자빔을 방출하는 복수의 에미터가 배열된 에미터 그룹;
    상기 캐소드 전극 상측에 배치되어 상기 복수의 에미터로부터 전자를 추출하는 게이트 전극;
    상기 배면기판 상측에 대향되게 배치되는 것으로, 그 저면에 애노드 전극이 형성된 전면기판; 및
    상기 애노드 전극 저면의 상기 화소 영역에 형성되는 것으로, 상기 전자빔들의 충돌에 의해 발광하는 형광체 패턴;을 구비하고,
    상기 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에, 상기 다수의 에미터에 각각 대응되는 사중극 렌즈 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 에미터 그룹은,
    복수의 에미터들이 세로로 길게 배열되고,
    상기 사중극 렌즈 구조는,
    상기 각 에미터로부터 방출된 전자빔의 단면을 가로 방향 폭이 상대적으로 좁아지도록 변형시키는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 전계방출소자는,
    상기 게이트 전극의 상측에 배치되는 포커스 전극을 더 포함하고,
    상기 사중극 렌즈 구조는,
    상기 게이트 전극과 상기 포커스 전극에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 사중극 렌즈 구조는,
    에미터의 전자빔을 상기 에미터 그룹의 중심 방향으로 편향시키는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 사중극 렌즈 구조는,
    상기 에미터 그룹의 중심으로부터 상대적으로 멀리 배치된 에미터의 전자빔 을 더 많이 편향시키는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  17. 상면에 캐소드 전극이 형성된 배면기판;
    상기 캐소드 전극 상면의 화소 영역에 전자빔을 방출하는 복수의 에미터가 배열된 에미터 그룹;
    상기 캐소드 전극 상측에 제1절연층을 사이에 두고 배치되어 상기 복수의 에미터로부터 전자를 추출하는 것으로, 상기 에미터에 각각 대응되는 횡장형의 제1개구부를 가지는 게이트 전극;
    상기 게이트 전극 상측에 제2절연층을 사이에 두고 배치된 것으로, 상기 제1개구부와 각각 대응되고, 적어도 일부가 상기 제1개구부와 연통되는 종장형의 제2개구부를 가지는 포커스 전극;
    상기 배면기판 상측에 대향되게 배치되는 것으로, 그 저면에 애노드 전극이 형성된 전면기판; 및
    상기 애노드 전극 저면의 화소 영역에 형성되는 것으로, 상기 전자빔들의 충돌에 의해 발광하는 형광체 패턴;을 포함하는 전계방출소자.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 게이트 전극의 전위(Vg)는 상기 포커스 전극의 전위(Vf)보다 높은 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 포커스 전극의 전위(Vf)는 접지 전위인 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 포커스 전극의 전위(Vf)는 0V 내지 -30V인 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 제1개구부는 가로로 긴 직사각형 및 타원형 중에서 선택된 어느 하나이고,
    상기 제2개구부는 세로로 긴 직사각형 및 타원형 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 제1개구부는 가로로 긴 직사각형 및 타원형 중에서 선택된 어느 하나이고,
    상기 제2개구부는 정사각형 및 원형 중에서 선택된 어느 하나로 형성되어지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 에미터 그룹은,
    복수의 에미터들이 세로로 길게 배열된 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 복수의 에미터 중 일부에 대응되는 제2개구부는 그 가로축이 상기 에미터의 가로축으로부터 편심되어 그 편심된 방향으로 전자빔을 편향시키는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 에미터 그룹의 외측에 배치된 에미터에 대응되는 상기 제2개구부는 그 가로축이 상기 에미터의 가로축으로부터 상기 에미터 그룹의 중심 측으로 편심되어 그 편심된 방향으로 전자빔을 편향시키는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 에미터의 위치가 상기 에미터 그룹의 중심으로부터 멀어질수록 그 대응되는 제2개구부의 가로축이 상기 에미터의 가로축으로부터 크게 편심되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10924116B1 (en) 2019-10-09 2021-02-16 Semiconductor Components Industries, Llc Analog switch multiplexer systems and related methods

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09306338A (ja) * 1996-05-08 1997-11-28 Nec Corp 電子ビーム装置
KR19980022877A (ko) * 1996-09-24 1998-07-06 엄길용 4개의 전극을 갖는 fed장치의 제조방법
US20030067258A1 (en) * 2001-10-05 2003-04-10 Arthur Piehl Enhanced electron field emitter spindt tip and method for fabricating enhanced spindt tips
US6741016B2 (en) 2001-06-14 2004-05-25 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Focusing lens for electron emitter with shield layer
KR20040046138A (ko) * 2002-11-26 2004-06-05 삼성에스디아이 주식회사 전계 방출 표시 소자
KR20050004371A (ko) * 2003-07-02 2005-01-12 삼성에스디아이 주식회사 전계 방출 소자 및, 그것의 제조 방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3730476B2 (ja) * 2000-03-31 2006-01-05 株式会社東芝 電界放出型冷陰極及びその製造方法
US6879097B2 (en) * 2001-09-28 2005-04-12 Candescent Technologies Corporation Flat-panel display containing electron-emissive regions of non-uniform spacing or/and multi-part lateral configuration
CN1557011A (zh) * 2002-04-11 2004-12-22 三菱电机株式会社 冷阴极显示装置及冷阴极显示装置的制造方法
JP4230393B2 (ja) * 2003-06-02 2009-02-25 三菱電機株式会社 電界放出型表示装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09306338A (ja) * 1996-05-08 1997-11-28 Nec Corp 電子ビーム装置
KR19980022877A (ko) * 1996-09-24 1998-07-06 엄길용 4개의 전극을 갖는 fed장치의 제조방법
US6741016B2 (en) 2001-06-14 2004-05-25 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Focusing lens for electron emitter with shield layer
US20030067258A1 (en) * 2001-10-05 2003-04-10 Arthur Piehl Enhanced electron field emitter spindt tip and method for fabricating enhanced spindt tips
KR20040046138A (ko) * 2002-11-26 2004-06-05 삼성에스디아이 주식회사 전계 방출 표시 소자
KR20050004371A (ko) * 2003-07-02 2005-01-12 삼성에스디아이 주식회사 전계 방출 소자 및, 그것의 제조 방법

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