KR20070014626A

KR20070014626A - Electron emission device and electron display device using the same

Info

Publication number: KR20070014626A
Application number: KR1020050069430A
Authority: KR
Inventors: 신종훈; 이천규; 안상혁
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2007-02-01

Abstract

An electron emission device and an electron emission display device using the same are provided to enhance electron beam focusing efficiency by moving a position of an electron emission unit to a center of a corresponding pixel. An electron emission unit(12) is formed on substrates(2,4). A first and second electrodes(6,10) are disposed in an insulating state on the substrates in order to control emission of electrons of the electron emission unit. A third electrode(14) is formed on the first electrode and the second electrode in order to focus electron beams. The electron emission unit is exposed on the substrate by using an opening provided on the third electrode of the electrodes. One or more openings are formed at each pixel region on the substrate. The electron emission unit is separated from a center axis of the corresponding opening.

Description

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도이다.1 is a partially exploded perspective view of an electron emission display device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.2 is a partial cross-sectional view of an electron emission display device according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 부분 평면도이다.3 is a partial plan view of an electron emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 4는 비교예의 전자 방출 표시 디바이스에서 전자빔 방출 궤적을 시뮬레이션하여 나타낸 개략도이다.4 is a schematic diagram showing a simulation of electron beam emission trajectories in the electron emission display device of the comparative example.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스에서 전자빔 방출 궤적을 시뮬레이션하여 나타낸 개략도이다.5 is a schematic diagram illustrating a simulation of an electron beam emission trajectory in an electron emission display device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 부분 평면도이다.6 is a partial plan view of an electron emitting device according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 전자 방출 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자빔 집 속 효율을 높이기 위하여 집속 전극과 전자 방출부의 배열 형태를 개선한 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron emission device, and more particularly, to an electron emission device and an electron emission display device using the same, in which the arrangement of the focusing electrode and the electron emission unit is improved to increase the electron beam focusing efficiency.

일반적으로, 전자 방출 디바이스는 전자원의 종류에 따라 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식으로 분류할 수 있다.In general, the electron emission device may be classified into a method using a hot cathode and a method using a cold cathode according to the type of electron source.

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.Here, the electron-emitting device using the cold cathode is a field emitter array (FEA) type, a surface conduction emission type (SCE) type, a metal-insulating layer-metal Metal (MIM) type and Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) type are known.

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.The MIM type and the MIS type electron emission device each have an electron emission portion formed of a metal / insulation layer / metal (MIM) and a metal / insulation layer / semiconductor (MIS) structure, and are disposed between two metals having an insulation layer therebetween, or When a voltage is applied between the metal and the semiconductor, a principle is used in which electrons move and accelerate from a metal having a high electron potential or from a semiconductor to a metal having a low electron potential.

상기 SCE형 전자 방출 디바이스는 기판 위로 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.The SCE type electron emission device forms an electron emission portion by forming a conductive thin film between a first electrode and a second electrode spaced apart from each other on a substrate and providing a micro crack in the conductive thin film, and applying a voltage to both electrodes. By using the principle that the electron is emitted from the electron emission portion when the current flows to the surface of the conductive thin film.

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.The FEA type electron emission device uses a principle that electrons are easily emitted by an electric field in vacuum when a material having a low work function or a large aspect ratio is used as the electron source, and molybdenum (Mo) or silicon (Si) is used. An example of forming an electron emitting portion using a tip structure having a sharp tip, which is mainly made of a material, or a carbon emitting substance such as carbon nanotubes has been developed.

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 각 화소별 전자 방출의 온/오프와 전자 방출량을 제어한다. 이러한 전자 방출 디바이스는 광원 또는 화상 표시 디바이스의 전자 방출 구조물로 적용될 수 있다.The electron emission device using the cold cathode is basically provided with an electron emission portion formed on the substrate and drive electrodes for controlling the electron emission of the electron emission portion, and the electron emission portion and the operation of the driving electrodes Control on / off and electron emission. Such an electron emitting device can be applied as an electron emitting structure of a light source or an image display device.

상기한 전자 방출 디바이스는 그 작용시 각 전자 방출부에서 방출된 전자들이 소정의 직진성을 갖지 못하고 빔퍼짐이 발생하여 디바이스 특성이 저하될 수 있다.In the electron emission device described above, the electrons emitted from each electron emission portion do not have a predetermined linearity, and beam spreading may occur, thereby degrading device characteristics.

이로써 종래에 전자들의 퍼짐을 억제하기 위한 방안의 하나로 구동 전극들 상부에 집속 전극을 형성한 구조가 개시되어 있다. 집속 전극은 일반적으로 절연층에 의해 구동 전극들과 절연되어 위치하고, 전자빔 통과를 위한 개구부를 구비하여 전자 방출 디바이스 작용시 개구부를 통과하는 전자들을 전자빔 다발의 중심부로 집속시킨다.As a result, a structure in which a focusing electrode is formed on the driving electrodes is disclosed as one of methods for suppressing the spread of electrons. The focusing electrode is generally insulated from the drive electrodes by an insulating layer, and has an opening for electron beam passage to focus electrons passing through the opening to the center of the electron beam bundle when the electron emitting device acts.

그런데 전자빔 경로는 전자 방출부의 위치와 형상 특성, 전자 방출부와 구동 전극들의 배열 관계 및 전자 방출부와 집속 전극 개구부의 배열 형태 등에 따라 다양하게 변화하므로, 종래의 전자 방출 디바이스가 집속 전극을 구비함에도 불구하고 이들 요건이 모두 최적화되지 못하면 의도한 전자빔 집속 효율을 얻기 힘들어진 다.However, since the electron beam path varies in various ways depending on the position and shape characteristics of the electron emitting portion, the arrangement relationship between the electron emitting portion and the driving electrodes, and the arrangement of the electron emitting portion and the focusing electrode opening, the conventional electron emitting device includes the focusing electrode. Nevertheless, if these requirements are not all optimized, it is difficult to achieve the intended electron beam focusing efficiency.

가령 지금까지 알려진 전자 방출 디바이스에서는 집속 전극 개구부에 대해 전자 방출부가 그 위치를 최적으로 확보하지 못하고 있다. 그 결과 전자 방출부에서 방출된 전자들이 집속 전극 개구부를 통과하면서 오버-포커스되는 경우가 빈번하게 발생하였으며, 이 경우 오히려 전자빔 폭이 확대되어 디바이스 특성이 저하된다.For example, in the electron emitting device known so far, the electron emitting portion does not optimally secure its position with respect to the focusing electrode opening. As a result, the electrons emitted from the electron emitters are frequently over-focused while passing through the focusing electrode openings. In this case, the electron beam width is enlarged, thereby degrading device characteristics.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 집속 전극 개구부와 전자 방출부의 배열 형태를 최적화하여 전자빔 집속 효율을 높일 수 있는 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an electron emission device and an electron emission display device using the same, which can improve electron beam focusing efficiency by optimizing an arrangement of the focusing electrode opening and the electron emission unit. have.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,In order to achieve the above object, the present invention,

기판과, 기판 위에 형성되는 전자 방출부와, 기판 위에 서로 절연 상태로 배치되며 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 제1 전극 및 제2 전극과, 제1 전극 및 제2 전극 상부에 위치하며 전자빔 집속을 위한 제3 전극을 포함하는 전자 방출 디바이스를 제공한다. 이때 전자 방출부는 상기 전극들 중 적어도 제3 전극에 제공되는 개구부에 의해 기판 위에 노출되며, 이 개구부는 기판에 설정되는 화소 영역마다 적어도 하나가 구비되고, 전자 방출부가 해당 개구부의 중심축으로부터 이격되어 위치한다.A substrate, an electron emission portion formed on the substrate, a first electrode and a second electrode disposed on the substrate and insulated from each other, and controlling the electron emission of the electron emission portion, and positioned on the first electrode and the second electrode and focused on the electron beam It provides an electron emitting device comprising a third electrode for. In this case, the electron emission part is exposed on the substrate by an opening provided in at least a third electrode of the electrodes, and the opening is provided at least in each pixel area set in the substrate, and the electron emission part is spaced apart from the central axis of the opening. Located.

상기 제3 전극 개구부는 기판에 설정되는 화소 영역마다 적어도 한 쌍으로 구비될 수 있고, 이 개구부들은 해당 화소 영역의 중심축을 기준으로 대칭을 이루며 위치할 수 있다.The third electrode openings may be provided in at least one pair for each pixel area set in the substrate, and the openings may be symmetrically positioned with respect to the central axis of the pixel area.

상기 전자 방출부는 해당 개구부의 중심축으로부터 해당 화소 영역의 중심축을 향해 이격되어 위치할 수 있으며, 화소 영역에 복수개의 전자 방출부가 구비되는 경우 모든 전자 방출부들이 동일한 이격 거리를 가질 수 있다.The electron emitters may be spaced apart from the central axis of the opening toward the central axis of the pixel area. When the electron emitters are provided in the pixel area, all the electron emitters may have the same separation distance.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,In addition, the present invention, in order to achieve the above object,

서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판 위에 형성되는 전자 방출부와, 기판 위에 서로 절연 상태로 배치되며 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 제1 전극 및 제2 전극과, 제1 전극 및 제2 전극 상부에 위치하며 전자빔 집속을 위한 제3 전극과, 제2 기판의 일면에 형성되는 형광층과, 형광층의 어느 일면에 형성되는 애노드 전극을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다. 이때 전자 방출부는 상기 전극들 중 적어도 제3 전극에 제공되는 개구부에 의해 제1 기판 위에 노출되고, 이 개구부는 제1 기판에 설정되는 화소 영역마다 적어도 하나가 구비되며, 전자 방출부가 해당 개구부의 중심축으로부터 이격되어 위치한다.A first substrate and a second substrate disposed to face each other, an electron emission portion formed on the first substrate, a first electrode and a second electrode disposed on the substrate in an insulated state and controlling electron emission of the electron emission portion; Provided is an electron emission display device including a third electrode positioned above the first electrode and the second electrode for electron beam focusing, a fluorescent layer formed on one surface of the second substrate, and an anode electrode formed on one surface of the fluorescent layer. do. In this case, the electron emission part is exposed on the first substrate by an opening provided in at least a third electrode of the electrodes, and at least one opening is provided for each pixel area set in the first substrate, and the electron emission part is the center of the opening. Located away from the axis.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도와 부분 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시한 전자 방출 디바이스의 부분 평면도이다.1 and 2 are partially exploded perspective and partial cross-sectional views of an electron emission display device according to a first embodiment of the present invention, respectively, and FIG. 3 is a partial plan view of the electron emission device shown in FIG.

도면을 참고하면, 전자 방출 표시 디바이스는 소정의 간격을 두고 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, 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 및 밀봉 부재가 진공 용기를 구성한다.Referring to the drawings, the electron emission display device includes a first substrate 2 and a second substrate 4 which are arranged in parallel to each other at predetermined intervals. Sealing members (not shown) are disposed at edges of the first substrate 2 and the second substrate 4 to bond the two substrates, and the first substrate 2, the second substrate 4, and the sealing member are vacuumed. Construct a container.

상기 제1 기판(2) 중 제2 기판(4)과의 대향면에는 제2 기판(4)을 향해 전자들을 방출하는 구조물이 제공되고, 제2 기판(4) 중 제1 기판(2)과의 대향면에는 상기 전자들에 의해 가시광을 방출하는 구조물이 제공된다.A structure that emits electrons toward the second substrate 4 is provided on an opposite surface of the first substrate 2 to the second substrate 4, and the first substrate 2 of the second substrate 4 is provided. On the opposite side of is provided a structure for emitting visible light by the electrons.

먼저, 제1 기판(2) 위에는 제1 전극인 캐소드 전극들(6)이 제1 기판(2)의 일 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(6)을 덮으면서 제1 기판 전체에 제1 절연층(8)이 형성된다. 그리고 제1 절연층(8) 위에는 제2 전극인 게이트 전극들(10)이 캐소드 전극(8)과 직교하는 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.First, cathode electrodes 6, which are first electrodes, are formed on the first substrate 2 in a stripe pattern along one direction of the first substrate 2, and cover the cathode electrodes 6 to cover the entire first substrate. The first insulating layer 8 is formed on the substrate. The gate electrodes 10 serving as the second electrodes are formed in a stripe pattern on the first insulating layer 8 in a direction orthogonal to the cathode electrode 8.

본 실시예에서 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 각 화소 영역마다 제1 절연층(8)과 게이트 전극(10)에 각각의 개구부(81, 101)가 형성되어 캐소드 전극(6)의 표면 일부를 노출시키고, 이 개구부(81, 101) 내측으로 캐소드 전극(6) 위에 전자 방출부(12)가 형성된다.In the present embodiment, when the intersection region of the cathode electrode 6 and the gate electrode 10 is defined as a pixel region, each of the openings 81 and 101 in the first insulating layer 8 and the gate electrode 10 for each pixel region is defined. ) Is formed to expose a portion of the surface of the cathode electrode 6, the electron emission portion 12 is formed on the cathode electrode 6 inside the opening (81, 101).

전자 방출부(12)는 각 화소 영역에서 캐소드 전극(6)의 길이 방향 및 게이트 전극(10)의 길이 방향을 따라 복수개로 형성될 수 있으며, 일례로 도면에서와 같이 게이트 전극(10)의 길이 방향과 나란한 한 쌍의 전자 방출부(12)가 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 복수개로 배열될 수 있다.The electron emission part 12 may be formed in plural along the length direction of the cathode electrode 6 and the length direction of the gate electrode 10 in each pixel area, and as an example, the length of the gate electrode 10 as shown in the drawing. A pair of electron emission units 12 parallel to the direction may be arranged along the length direction of the cathode electrode 6.

본 실시예에서 전자 방출부(12)는 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 중 어느 하나 또는 이들의 조합 물질을 포함할 수 있으며, 전자 방출부(12)의 제조법으로는 스크린 인쇄, 직접 성장, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.In the present embodiment, the electron emission unit 12 may be formed of materials emitting electrons when an electric field is applied, such as a carbon-based material or a nanometer-sized material. The electron emission unit 12 may include, for example, any one of carbon nanotubes, graphite, graphite nanofibers, diamonds, diamond-like carbon, C _60, silicon nanowires _, or a combination thereof, and an electron emission unit 12. ), Screen printing, direct growth, chemical vapor deposition or sputtering may be applied.

한편, 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 측면과 접촉하며 위치할 수 있다.Meanwhile, in the above, the structure in which the gate electrode 10 is positioned above the cathode electrode 6 with the first insulating layer 8 interposed therebetween has been described. However, the gate electrode 10 may be used to form the first insulating layer 8. A structure located below the cathode electrode 6 is also possible. In this case, the electron emission part 12 may be positioned in contact with the side surface of the cathode electrode 6 on the first insulating layer 8.

상기 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10) 중 어느 하나의 전극이 스캔 구동 전압을 인가받아 스캔 전극으로 가능하고, 다른 하나의 전극이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극으로 기능한다. 스캔 전극과 데이터 전극으로 이루어진 구동 전극들의 작용으로 화소별 전자 방출의 온/오프와 전자 방출량을 제어한다.One of the cathode electrode 6 and the gate electrode 10 may be a scan electrode by receiving a scan driving voltage, and the other electrode may function as a data electrode by receiving a data driving voltage. The driving electrodes composed of the scan electrode and the data electrode control the on / off of the electron emission and the electron emission amount for each pixel.

그리고 게이트 전극(10)과 제1 절연층(8) 위로 전자빔 집속을 위한 제3 전극인 집속 전극(14)이 구비된다. 집속 전극(14) 하부에는 제2 절연층(16)이 위치하여 게이트 전극(10)과 집속 전극(14)을 절연시키며, 전자 방출부(12)에 대해 집속 전극(14)이 소정의 높이를 확보하도록 한다. 제2 절연층(16)과 집속 전극(14)에도 전자빔 통과를 위한 각각의 개구부(161, 141)가 마련된다.A focusing electrode 14, which is a third electrode for focusing the electron beam, is disposed on the gate electrode 10 and the first insulating layer 8. A second insulating layer 16 is disposed below the focusing electrode 14 to insulate the gate electrode 10 and the focusing electrode 14, and the focusing electrode 14 has a predetermined height with respect to the electron emission part 12. Secure it. Each of the openings 161 and 141 for passing the electron beam is also provided in the second insulating layer 16 and the focusing electrode 14.

상기 집속 전극(14)은 화소 영역마다 하나 또는 그 이상의 개구부(141)를 형성하며, 본 실시예에서 집속 전극(14)은 화소 영역마다 한 쌍의 개구부(141)를 나란히 형성한다. 이 개구부들(141)은 화소 영역의 중심축을 기준으로 서로 대칭이 되도록 배치될 수 있는데, 일례로 이 중심축(도 3에서 A선으로 도시)은 캐소드 전극(6)과 나란하게 설정되어 한 쌍의 개구부(141)가 게이트 전극(10)의 길이 방향을 따라 서로 마주하도록 형성한다.The focusing electrode 14 forms one or more openings 141 in each pixel area, and in this embodiment, the focusing electrode 14 forms a pair of openings 141 side by side in each pixel area. The openings 141 may be arranged to be symmetrical with respect to the central axis of the pixel area. For example, the central axes (shown as line A in FIG. 3) are set to be parallel to the cathode electrode 6 and are paired. The openings 141 are formed to face each other along the longitudinal direction of the gate electrode 10.

상기 집속 전극 개구부(141)는 다수의 전자 방출부들(12)을 노출시키도록 형성될 수 있다. 이를 위해 집속 전극 개구부(141)는 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 한 쌍의 장변을 갖도록 형성되어 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 일렬로 위치하는 전자 방출부들(12)과 게이트 전극 개구부들(101)을 노출시킨다.The focusing electrode opening 141 may be formed to expose the plurality of electron emission parts 12. To this end, the focusing electrode opening 141 is formed to have a pair of long sides along the longitudinal direction of the cathode electrode 6, and the electron emission portions 12 and the gate electrode are arranged in a line along the longitudinal direction of the cathode electrode 6. Openings 101 are exposed.

이때 각 집속 전극 개구부(141)의 중심을 가로지르는 가상의 중심축(도 3에서 B선으로 도시)을 가정하면, 게이트 전극 개구부(101)는 그 형상 중심이 상기 중심축(B)에 위치하도록 형성될 수 있다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이 전자 방출 표시 디바이스를 단면으로 보았을 때 게이트 전극 개구부(101)와 해당 집속 전극 개구부(141)의 형상 중심점이 서로 일치할 수 있다.In this case, assuming an imaginary central axis (shown by a line B in FIG. 3) that crosses the center of each focusing electrode opening 141, the gate electrode opening 101 is positioned such that the center of the shape is located in the central axis B. FIG. Can be formed. That is, as shown in FIG. 2, when the electron emission display device is viewed in cross section, the shape center points of the gate electrode opening 101 and the focusing electrode opening 141 may coincide with each other.

본 실시예에서 전자 방출부(12)는 해당 집속 전극 개구부(141)의 중심축으로부터 해당 화소 영역의 중심축을 향해 이격되어 위치한다. 즉 도 2와 도 3을 기준으로 한 화소 영역의 좌측 열에 위치하는 전자 방출부들(12)은 해당 집속 전극 개구부(141)의 중심축으로부터 해당 화소 영역의 중심축을 향해 제1 이격 거리(d1, 도 2 참고)를 가지며 위치하고, 우측 열에 위치하는 전자 방출부들(12)은 해당 집 속 전극 개구부(141)의 중심축으로부터 해당 화소 영역의 중심축을 향해 제2 이격 거리(d2, 도 2 참고)를 가지며 위치한다.In the present exemplary embodiment, the electron emission unit 12 is spaced apart from the central axis of the focusing electrode opening 141 toward the central axis of the pixel area. That is, the electron emission parts 12 positioned in the left column of the pixel area based on FIGS. 2 and 3 may have a first distance d1 from the center axis of the focusing electrode opening 141 toward the center axis of the pixel area. 2), and the electron emission parts 12 positioned in the right column have a second separation distance d2 (see FIG. 2) from the central axis of the corresponding electrode opening 141 toward the central axis of the pixel area. Located.

이러한 전자 방출부(12) 배치는 특정 화소 영역의 전자 방출부들(12)에서 전자가 방출될 때 이 전자들을 해당 화소 영역의 중심부로 모으기 위한 것이다. 이때 좌측 열에 위치하는 전자 방출부들(12)의 제1 이격 거리(d1)와 우측 열에 위치하는 전자 방출부들(12)의 제2 이격 거리(d2)는 동일하게 설정되는 것이 바람직하다.This arrangement of the electron emitters 12 is for collecting electrons to the center of the pixel region when electrons are emitted from the electron emitters 12 of the specific pixel region. In this case, it is preferable that the first separation distance d1 of the electron emission parts 12 positioned in the left column and the second separation distance d2 of the electron emission parts 12 located in the right column be equally set.

다음으로, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 적색과 녹색 및 청색의 형광층들(18)이 서로간 임의의 거리를 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(18)이 대응하도록 형성될 수 있다.Next, red, green, and blue fluorescent layers 18 are formed on one surface of the second substrate 4 facing the first substrate 2 at an arbitrary distance from each other, and each fluorescent layer 18 The black layer 20 is formed to improve the contrast of the screen. The fluorescent layer 18 may be formed so that the fluorescent layer 18 of one color corresponds to the pixel area set in the first substrate 2.

상기 형광층(18)과 흑색층(20) 위로는 알루미늄(Al)과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(22)이 형성된다. 애노드 전극(22)은 전자빔 가속에 필요한 고전압(대략, 수백 내지 수천 볼트의 (+)전압)을 인가받으며, 형광층(18)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(2)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(4) 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높이는 역할을 한다.An anode electrode 22 made of a metal film such as aluminum (Al) is formed on the fluorescent layer 18 and the black layer 20. The anode electrode 22 receives a high voltage (approximately hundreds to thousands of volts (+) voltage) required for electron beam acceleration, and emits visible light emitted toward the first substrate 2 of the visible light emitted from the fluorescent layer 18. By reflecting toward the second substrate 4 side to increase the brightness of the screen.

한편, 애노드 전극(22)은 금속막이 아닌 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 도전막으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 애노드 전극(22)은 제2 기판(4)을 향한 형광층(18)과 흑색층(20)의 일면에 위치한다. 또한, 애노드 전극(22)으로서 전술한 투명 도전막과 금속막이 형광층(18)과 흑색층(20)의 양면에 동시에 형성되는 구조 도 가능하다.Meanwhile, the anode electrode 22 may be formed of a transparent conductive film such as indium tin oxide (ITO) instead of a metal film. In this case, the anode electrode 22 may be formed of the fluorescent layer 18 and the black toward the second substrate 4. Located on one side of layer 20. As the anode electrode 22, a structure in which the above-described transparent conductive film and the metal film are simultaneously formed on both surfaces of the fluorescent layer 18 and the black layer 20 is also possible.

상기 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에는 스페이서들(24)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.Spacers 24 are disposed between the first substrate 2 and the second substrate 4 to support the compressive force applied to the vacuum container, and to maintain a constant gap between the two substrates. The spacers 24 are positioned corresponding to the black layer 20 so as not to invade the fluorescent layer 18.

본 실시예에서 제1 기판(2)과 제1 기판(2) 위에 형성되는 구조물들이 전자 방출 디바이스를 구성하며, 전자 방출 디바이스가 제2 기판(4) 및 제2 기판(4)의 일면에 형성되는 구조물들과 조합되어 표시 디바이스를 구성한다.In the present embodiment, structures formed on the first substrate 2 and the first substrate 2 constitute an electron emitting device, and the electron emitting device is formed on one surface of the second substrate 4 and the second substrate 4. Combined with the resulting structures to form a display device.

상기 구성의 전자 방출 표시 디바이스는 외부로부터 캐소드 전극(6), 게이트 전극(10), 집속 전극(14) 및 애노드 전극(22)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다. 일례로 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10) 중 어느 하나의 전극에 스캔 구동 전압을 인가하고, 다른 하나의 전극에 데이터 구동 전압을 인가하며, 집속 전극(14)과 애노드 전극(22)에는 각각 전자빔 집속과 전자빔 가속에 필요한 고정 전압을 인가한다.The electron emission display device having the above configuration is driven by supplying a predetermined voltage to the cathode electrode 6, the gate electrode 10, the focusing electrode 14, and the anode electrode 22 from the outside. For example, a scan driving voltage is applied to one of the cathode electrode 6 and the gate electrode 10, a data driving voltage is applied to the other electrode, and the focusing electrode 14 and the anode electrode 22 are applied to the electrode. The fixed voltage required for electron beam focusing and electron beam acceleration is applied, respectively.

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.Then, an electric field is formed around the electron emission part 12 in the pixels in which the voltage difference between the cathode electrode 6 and the gate electrode 10 is greater than or equal to the threshold, and electrons are emitted therefrom. The emitted electrons are focused to the center of the electron beam bundle while passing through the focusing electrode opening 141, and are attracted by the high voltage applied to the anode electrode 22 to collide with the corresponding fluorescent layer 18 to emit light.

전술한 구동 과정에 있어서 본 실시예의 전자 방출 표시 디바이스는 전자 방출부들(12)이 해당 집속 전극 개구부(141)의 중심축으로부터 해당 화소 영역의 중 심축을 향해 이격되어 위치함에 따라, 각 화소 영역에서 방출되는 전자들을 해당 화소 영역의 중심부를 향해 효율적으로 집속시킬 수 있다.In the above-described driving process, in the electron emission display device of the present exemplary embodiment, as the electron emission parts 12 are spaced apart from the central axis of the focusing electrode opening 141 toward the central axis of the pixel area, the electron emission display device of each of the pixel areas may be disposed in the pixel area. Emitted electrons can be efficiently focused toward the center of the pixel area.

도 4는 전자 방출부들이 집속 전극 개구부의 중심축에 위치하는 비교예의 전자 방출 표시 디바이스에서 전자빔 방출 궤적을 시뮬레이션하여 나타낸 개략도이고, 도 5는 전자 방출부들이 집속 전극 개구부의 중심축으로부터 해당 화소 영역의 중심을 향해 이격된 본 실시예의 전자 방출 표시 디바이스에서 전자빔 방출 궤적을 시뮬레이션하여 나타낸 개략도이다.4 is a schematic view showing a simulation of electron beam emission trajectories in the electron emission display device of the comparative example in which the electron emission portions are located at the central axis of the focusing electrode opening, and FIG. 5 is the pixel area from the central axis of the focusing electrode opening. A schematic diagram showing a simulation of an electron beam emission trajectory in the electron emission display device of this embodiment spaced toward the center of.

실시예의 전자 방출 표시 디바이스에서 전자 방출부(12)는 집속 전극 개구부(141)의 중심축으로부터 게이트 전극 개구부(101) 직경의 0.4배 이격 거리를 가지며 위치한다. 비교예의 전자 방출 표시 디바이스는 전자 방출부(1)의 위치를 제외하고 본 실시예의 전자 방출 표시 디바이스와 동일한 구조를 가진다. 실시예와 비교예의 전자 방출 표시 디바이스 모두 캐소드 전극(6)에 0V, 게이트 전극(10)에 50V, 집속 전극(14)에 0V, 애노드 전극(22)에 6kV를 인가한 조건에서 시뮬레이션을 실시하였다.In the electron emission display device of the embodiment, the electron emission portion 12 is positioned at a distance 0.4 times the diameter of the gate electrode opening 101 from the central axis of the focusing electrode opening 141. The electron emission display device of the comparative example has the same structure as the electron emission display device of this embodiment except for the position of the electron emission unit 1. The electron emission display devices of Examples and Comparative Examples were simulated under the condition that 0V was applied to the cathode electrode 6, 50V was applied to the gate electrode 10, 0V was applied to the focusing electrode 14, and 6kV was applied to the anode electrode 22. .

먼저 도 4를 참고하면, 비교예의 전자 방출 표시 디바이스에서는 각 전자 방출부(1)에서 방출된 전자들이 해당 화소 영역의 외측을 향해 퍼지며 진행하여 상당한 정도의 빔퍼짐 결과를 보여주고 있다. 이러한 결과는 전자들이 집속 전극 개구부(141)를 통과할 때 집속 전압에 의해 상당 부분 오버-포커싱되어 오히려 전자빔 퍼짐이 발생하기 때문인 것으로 파악된다.First, referring to FIG. 4, in the electron emission display device of the comparative example, electrons emitted from each electron emission unit 1 spread out toward the outside of the pixel area to show a considerable degree of beam spreading result. This result is understood to be due to the fact that when electrons pass through the focusing electrode opening 141, they are substantially over-focused by the focusing voltage and electron beam spreading occurs.

반면 도 5를 참고하면, 실시예의 전자 방출 표시 디바이스에서는 전자 방출 부(12)의 위치 특성으로 인해 각 전자 방출부(12)에서 방출되는 전자들이 해당 화소의 중심을 향해 모이는 동시에 전자들이 집속 전극 개구부(141)를 통과할 때 오버-포커싱되지 않고 효율적으로 집속되며, 그 결과 전자빔 퍼짐량이 줄어든 것을 확인할 수 있다.On the other hand, referring to FIG. 5, in the electron emission display device of the embodiment, due to the positional characteristic of the electron emission unit 12, electrons emitted from each electron emission unit 12 converge toward the center of the pixel, and at the same time, electrons are focused on the electrode opening. When passing through 141, it is not over-focused and efficiently focused, and as a result, the amount of electron beam spreading is reduced.

한편, 본 실시예의 전자 방출 표시 디바이스에서 전자 방출부(12)의 이격 거리는 게이트 전극 개구부(101) 직경의 0.2배 내지 0.4배가 바람직하다. 전자 방출부(12) 이격 거리가 게이트 전극 개구부 직경(101)의 0.2배 미만이면 전자 방출부(12) 위치 이동에 의한 전자빔 집속 효과가 미비하며, 전자 방출부(12) 이격 거리가 게이트 전극 개구부(101) 직경의 0.4배를 초과하면 전자 방출부(12)를 형성할 때 전자 방출부(12)를 구성하는 도전 물질이 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)에 걸쳐 형성될 수 있어 두 전극간 단락을 유발할 수 있다.On the other hand, in the electron emission display device of this embodiment, the separation distance of the electron emission portion 12 is preferably 0.2 times to 0.4 times the diameter of the gate electrode opening 101. When the distance between the electron emitters 12 is less than 0.2 times the diameter of the gate electrode openings, the electron beam focusing effect due to the positional movement of the electron emitters 12 is insufficient, and the distance between the electron emitters 12 is about the gate electrode openings. When the electron emission portion 12 is formed to exceed 0.4 times the diameter, a conductive material constituting the electron emission portion 12 may be formed across the cathode electrode 6 and the gate electrode 10. This may cause an electrode short circuit.

한편, 상기에서는 화소 영역마다 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 하나의 집속 전극 개구부(141)가 위치하는 경우를 설명하였으나, 도 6에 도시한 바와 같이 집속 전극 개구부(142)는 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 복수개로도 형성될 수 있다. 이 구조에서는 집속 전극(14)이 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 퍼지는 전자들을 집속시켜 캐소드 전극(6)의 길이 방향에 따른 전자빔 집속 효율을 더욱 높일 수 있다.Meanwhile, the case where one focusing electrode opening 141 is positioned along the length direction of the cathode electrode 6 in each pixel area is described above. However, as illustrated in FIG. 6, the focusing electrode opening 142 may include a cathode electrode ( A plurality may be formed along the longitudinal direction of 6). In this structure, the focusing electrode 14 may focus electrons spread along the longitudinal direction of the cathode electrode 6, thereby further increasing the electron beam focusing efficiency along the longitudinal direction of the cathode electrode 6.

또한, 상기에서는 전자 방출부가 진공 중에서 전계에 의해 전자를 방출하는 물질들로 이루어진 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 디바이스에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이러한 FEA형에 한정되지 않고 전자 방출부와 집속 전극을 구비하 는 다른 타입의 전자 방출 디바이스에도 용이하게 적용할 수 있다.Further, in the above, the field emission array (FEA) type electron emission device made of materials in which the electron emission portion emits electrons by an electric field in vacuum has been described. It is also readily applicable to other types of electron emitting devices with electrodes.

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.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to

이와 같이 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스는 전자 방출부의 위치를 해당 화소 영역의 중심을 향해 이동시킴으로써 전자빔 집속 효율을 높인다. 그 결과 타색 발광을 억제하여 화면의 색순도와 색재현율을 높이는 등 표시 특성을 개선하는 효과가 있다. 또한 전자빔 집속으로 인해 각 형광층의 휘도를 높일 수 있으며, 대면적 디바이스 구현시 휘도 균일도가 높아지는 효과가 있다.As described above, the electron emission device according to the present invention increases the electron beam focusing efficiency by moving the position of the electron emission portion toward the center of the pixel region. As a result, the display characteristics can be improved by suppressing the emission of other colors to increase the color purity and color reproducibility of the screen. In addition, due to the electron beam focusing, the luminance of each fluorescent layer may be increased, and the luminance uniformity may be increased when implementing a large area device.

Claims

기판과;A substrate;

상기 기판 위에 형성되는 전자 방출부와;An electron emission unit formed on the substrate;

상기 기판 위에 서로 절연 상태로 배치되며 상기 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 제1 전극 및 제2 전극과;First and second electrodes disposed on the substrate in an insulated state and controlling electron emission of the electron emission unit;

상기 제1 전극 및 제2 전극 상부에 위치하며 전자빔 집속을 위한 제3 전극을 포함하고,Located above the first electrode and the second electrode and including a third electrode for electron beam focusing,

상기 전자 방출부는 상기 전극들 중 적어도 제3 전극에 제공되는 개구부에 의해 상기 기판 위에 노출되며, 이 개구부는 상기 기판에 설정되는 화소 영역마다 적어도 하나가 구비되고,The electron emission part is exposed on the substrate by an opening provided in at least a third electrode of the electrodes, and at least one opening is provided for each pixel area set in the substrate.

상기 전자 방출부가 해당 개구부의 중심축으로부터 이격되어 위치하는 전자 방출 디바이스.And the electron emitting portion is spaced apart from the central axis of the opening.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 제3 전극 개구부가 상기 기판에 설정되는 화소 영역마다 적어도 한 쌍으로 구비되는 전자 방출 디바이스.And at least one pair of the third electrode openings for each pixel region set in the substrate.

제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2,

상기 전자 방출부가 해당 개구부의 중심축으로부터 해당 화소 영역의 중심축 을 향해 이격되어 위치하는 전자 방출 디바이스.And the electron emitting portion is spaced apart from the central axis of the opening toward the central axis of the pixel area.

제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2,

상기 전자 방출부가 상기 화소 영역마다 복수개로 구비되고, 이 전자 방출부들이 동일한 이격 거리를 가지는 전자 방출 디바이스.And a plurality of the electron emitting portions are provided in the pixel region, and the electron emitting portions have the same separation distance.

제2항에 있어서,The method of claim 2,

상기 제3 전극 개구부들이 해당 화소 영역의 중심축을 기준으로 대칭을 이루며 형성되는 전자 방출 디바이스.And the third electrode openings are formed symmetrically about a central axis of the pixel area.

제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2,

상기 제1 전극과 제2 전극이 제1 절연층을 사이에 두고 서로 다른 층에 위치하며 서로 교차하는 방향을 따라 형성되고,The first electrode and the second electrode are formed in different layers with the first insulating layer interposed therebetween, and are formed along the crossing directions.

상기 제3 전극이 제2 절연층을 사이에 두고 상기 제1 전극 또는 제2 전극 상부에 위치하는 전자 방출 디바이스.And the third electrode is positioned above the first electrode or the second electrode with a second insulating layer interposed therebetween.

제6항에 있어서,The method of claim 6,

상기 기판으로부터 상기 제1 전극, 제1 절연층, 제2 전극, 제2 절연층 및 제3 전극이 순차적으로 위치하고,The first electrode, the first insulating layer, the second electrode, the second insulating layer and the third electrode are sequentially positioned from the substrate,

상기 제1 절연층, 제2 전극, 제2 절연층 및 제3 전극이 서로 연통하는 개구 부를 형성하며,An opening part in which the first insulating layer, the second electrode, the second insulating layer, and the third electrode communicate with each other;

상기 전자 방출부가 이 개구부들 내측으로 제1 전극 위에 형성되는 전자 방출 디바이스.And the electron emitting portion is formed above the first electrode inside these openings.

제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein

상기 제2 전극 개구부가 상기 각각의 전자 방출부에 대응하여 위치하며, 상기 제3 전극 개구부가 다수의 제2 전극 개구부를 포괄하도록 형성되는 전자 방출 디바이스.And the second electrode opening is located corresponding to each of the electron emitting portions, and the third electrode opening is formed to encompass the plurality of second electrode openings.

제8항에 있어서,The method of claim 8,

상기 각 제2 전극 개구부의 형상 중심이 상기 제3 전극 개구부의 중심축에 위치하는 전자 방출 디바이스.The electron emission device of which the shape center of each said 2nd electrode opening is located in the center axis of the said 3rd electrode opening.

제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein

상기 전자 방출부가 상기 제3 전극 개구부의 중심축으로부터 상기 제2 전극 개구부 직경의 0.2배 내지 0.4배의 이격 거리를 가지며 위치하는 전자 방출 디바이스.And the electron emitting portion is located at a distance of 0.2 to 0.4 times the diameter of the second electrode opening from the central axis of the third electrode opening.

제8항에 있어서,The method of claim 8,

상기 화소 영역마다 적어도 한 쌍의 제3 전극 개구부가 상기 제2 전극의 길 이 방향을 따라 소정의 거리를 두고 위치하며, 상기 각각의 제3 전극 개구부가 상기 제1 전극의 길이 방향을 따라 한 쌍의 장변을 가지며 위치하는 전자 방출 디바이스.At least one pair of third electrode openings is positioned at a predetermined distance along the length direction of the second electrode in each pixel area, and each of the third electrode openings is a pair along the length direction of the first electrode. An electron emitting device having a long side of it.

제11항에 있어서,The method of claim 11,

상기 제3 전극 개구부가 상기 제1 전극의 길이 방향을 따라 서로간 소정의 거리를 두고 복수개로 형성되는 전자 방출 디바이스.And a plurality of third electrode openings formed at a predetermined distance from each other along a length direction of the first electrode.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

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.And the electron emitting portion comprises at least one material selected from the group consisting of carbon nanotubes, graphite, graphite nanofibers, diamonds, diamond-like carbons, C ₆₀ and silicon nanowires.

서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과;A first substrate and a second substrate disposed to face each other;

상기 제1 기판 위에 형성되는 전자 방출부와;An electron emission unit formed on the first substrate;

상기 제1 전극 및 제2 전극 상부에 위치하며 전자빔 집속을 위한 제3 전극과;A third electrode positioned on the first electrode and the second electrode and configured to focus the electron beam;

상기 제2 기판 중 상기 제1 기판과의 대향면에 형성되는 형광층; 및A fluorescent layer formed on an opposite surface of the second substrate to the first substrate; And

상기 형광층의 어느 일면에 형성되는 애노드 전극을 포함하며,An anode electrode formed on one surface of the fluorescent layer,

상기 전자 방출부는 상기 전극들 중 적어도 제3 전극에 제공되는 개구부에 의해 상기 제1 기판 위에 노출되고, 이 개구부는 제1 기판에 설정되는 화소 영역마다 적어도 하나가 구비되며,The electron emission part is exposed on the first substrate by an opening provided in at least a third electrode of the electrodes, and at least one opening is provided for each pixel area set in the first substrate.

상기 전자 방출부가 해당 개구부의 중심축으로부터 이격되어 위치하는 전자 방출 표시 디바이스.And the electron emitting portion is spaced apart from the central axis of the opening.

제14항에 있어서,The method of claim 14,

상기 제3 전극 개구부가 상기 기판에 설정되는 화소 영역마다 적어도 한 쌍으로 구비되고, 이 개구부들이 해당 화소 영역의 중심축을 기준으로 대칭을 이루며 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.And at least one pair of the third electrode openings for each pixel area set in the substrate, and the openings are formed symmetrically with respect to the central axis of the pixel area.

제15항에 있어서,The method of claim 15,

상기 전자 방출부가 해당 개구부의 중심축으로부터 해당 화소 영역의 중심축을 향해 이격되어 위치하는 전자 방출 표시 디바이스.And an electron emission portion spaced apart from the central axis of the opening toward the central axis of the pixel area.