KR20070036928A - 전자 방출 디바이스와 이를 이용한 전자 방출 표시디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자빔 집속 효율과 애노드 전계 차폐 효과를 높일 수 있도록 집속 전극을 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 복수의 구동 전극들 및 구동 전극들과 절연을 유지하며 구동 전극들 상부에 위치하는 집속 전극을 포함하고, 집속 전극이 서로 다른 층에 위치하는 2개 이상의 전극층으로 이루어지며, 이 전극층들이 서로 통전되어 동일한 전압을 인가받는다.

기판, 전자방출부, 구동전극, 집속전극, 애노드전극

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.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 평면도이다.

본 발명은 전자 방출 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자빔 집속 효율과 애노드 전계 차폐 효과를 높일 수 있도록 집속 전극을 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 전극들로서 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.

상기한 전자 방출 디바이스는 그 작용시 각 화소의 전자 방출부에서 방출된 전자들이 제2 기판을 향할 때 전자빔 다발의 주변부를 향해 퍼지며 진행하는 경향 이 있다.

이로써 종래에 전자들의 퍼짐을 억제하기 위한 방안의 하나로 구동 전극들 상부에 집속 전극을 형성한 구조가 개시되어 있다. 집속 전극은 절연층에 의해 구동 전극들과 절연되어 위치하고, 전자빔 통과를 위한 개구부를 구비하여 전자 방출 디바이스 작용시 개구부를 통과하는 전자들을 전자빔 다발의 중심부로 집속시킨다.

그런데 집속 전극은 절연층 위에 얇은 층으로 형성되므로, 전자빔을 효율적으로 집속하는데 한계가 있다. 그 결과 집속 전극을 통과한 전자들이 대응하는 형광층의 중심으로 집속되지 못하고 그 일부가 이웃한 형광층이나 형광층 주변의 흑색층에 도달하며, 이로 인해 타색 발광과 같이 화면의 표시 품질이 저하되는 문제가 발생한다.

한편 애노드 전극에는 전자빔 가속에 필요한 고전압이 인가되는데, 이 애노드 전계가 전자 방출부에 영향을 미치면 전자 방출부는 구동 전극들과의 작용이 아닌 애노드 전계에 의해 잘못된 전자 방출이 이루어지게 된다. 이때 전자 방출부와 애노드 전극 사이에 위치하는 집속 전극이 전자 방출부에 대한 애노드 전계의 영향을 차단해야 하지만, 전술한 바와 같이 하나의 얇은 층으로 구성되는 기존의 집속 전극으로는 애노드 전계 차폐 효과가 미약한 실정에 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 집속 전극의 전자빔 집속 효율과 전자 방출부에 대한 애노드 전계 차폐 효과를 높일 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 복수의 구동 전극들 및 구동 전극들과 절연을 유지하며 구동 전극들 상부에 위치하는 집속 전극을 포함하고, 집속 전극이 서로 다른 층에 위치하는 2개 이상의 전극층으로 이루어지며, 이 전극층들이 서로 통전되어 동일한 전압을 인가받는 전자 방출 디바이스를 제공한다.

상기 전극층들 사이에 높이 확보를 위한 절연층이 위치하고, 이 절연층의 가장자리 부분에서 전극층들이 서로 접촉할 수 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판 위에 형성되는 전자 방출부들과, 제1 기판위에 제공되어 전자 방출부들의 전자 방출을 제어하는 복수의 구동 전극들과, 구동 전극들과 절연을 유지하며 구동 전극들 상부에 위치하는 집속 전극과, 제2 기판의 일면에 형성되는 형광층들 및 형광층들의 어느 일면에 형성되는 애노드 전극을 포함하고, 집속 전극이 서로 다른 층에 위치하는 2개 이상의 전극층으로 이루어지며, 이 전극층들이 서로 통전되어 동일한 전압을 인가받는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다.

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

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부 분 분해 사시도와 부분 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 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(6)가 배치되어 두 기판을 접합시키며, 내부 공간이 대략 10^-6 torr의 진공도로 배기되어 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 및 밀봉 부재(6)가 진공 용기를 구성한다.

상기 제1 기판(2) 중 제2 기판(4)과의 대향면에는 전자 방출 소자들이 어레이를 이루며 배치되어 전자 방출 디바이스를 구성하고, 전자 방출 디바이스가 제2 기판(4) 및 제2 기판(4)에 제공된 발광 유닛과 결합되어 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.

먼저, 제1 기판(2) 위에는 제1 전극인 캐소드 전극들(8)이 제1 기판(2)의 일방향(도면의 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(8)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 제1 절연층(10)이 형성된다. 제1 절연층(10) 위에는 제2 전극인 게이트 전극들(12)이 캐소드 전극(8)과 직교하는 방향(도면의 x축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

본 실시예에서 캐소드 전극(8)과 게이트 전극(12)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극(8) 위로 각 화소 영역마다 하나 이상의 전자 방출부(14)가 형성되고, 제1 절연층(10)과 게이트 전극(12)에는 각 전자 방출부(14)에 대 응하는 개구부(101,121)가 형성되어 제1 기판(2) 상에 전자 방출부(14)가 노출되도록 한다.

전자 방출부(14)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어질 수 있다. 전자 방출부(14)는 일례로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C_60, 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질을 포함할 수 있다. 다른 한편으로 전자 방출부는 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물로 이루어질 수 있다.

도면에서는 전자 방출부들(14)이 원형으로 형성되고, 각 화소 영역에서 캐소드 전극(8)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열되는 구성을 도시하였다. 그러나 전자 방출부(14)의 평면 형상과 화소 영역당 개수 및 배열 형태 등은 도시한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.

또한 상기에서는 게이트 전극(12)이 제1 절연층(10)을 사이에 두고 캐소드 전극(8) 상부에 위치하는 구조에 대해 설명하였으나, 게이트 전극(12)이 제1 절연층(10)을 사이에 두고 캐소드 전극(8) 하부에 위치하는 구조도 가능하다. 이 경우 전자 방출부(14)는 제1 절연층(10) 위에서 캐소드 전극(8)의 측면에 형성될 수 있다.

그리고 게이트 전극(12)과 제1 절연층(10) 위로 제3 전극인 집속 전극(16)이 형성되는데, 이때 집속 전극(16)은 적어도 2개의 전극층으로 이루어진다. 그리고 게이트 전극(12)과 집속 전극(16)의 사이에는 제2 절연층(18)이 위치하여 게이트 전극(12)과 집속 전극(16)을 절연시키며, 집속 전극(16)을 지지하는 역할을 한다.

본 실시예에서 상기 집속 전극(16)은 서로 다른 층에 위치하는 제1 전극층(161)과 제2 전극층(162)으로 이루어진다. 제1 전극층(161)은 제2 절연층(18) 위에 형성되고, 제1 전극층(161) 상부에 제2 전극층(162)이 형성되며, 제1 전극층(161)과 제2 전극층(162) 사이에는 제2 전극층(162)의 높이 확보를 위한 제3 절연층(20)이 위치한다.

상기 제1 전극층(161)과 제2 전극층(162)은 서로 통전되어 동일한 전압을 인가받을 수 있다. 이를 위하여 도 2와 도 4에 도시한 바와 같이, 제3 절연층(20)이 제1 전극층(161)보다 작은 면적을 갖도록 제1 전극층(161)의 가장자리가 제2 전극층(162)을 향해 노출되도록 한다.

그리고 제2 전극층(162)은 상기 제3 절연층(20)의 측면과 윗면 전체 및 제3 절연층(20)의 가장자리 부분으로 노출된 제1 전극층(161)의 윗면에 걸쳐 형성된다. 따라서 제1 전극층(161)과 제2 전극층(162)은 그 가장자리 부분이 서로 접촉되어 전기적으로 연결된다.

상기 제2 절연층(18)과 제3 절연층(20)과 제1 전극층(161) 및 제2 전극층(162)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(50)가 마련된다. 이 개구부(50)는 일례로 화소 영역마다 하나가 구비되어 집속 전극(16)이 한 화소 영역에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속하도록 한다. 상기 개구부들(50)은 모두 동일한 크기로 형성될 수 있다.

다음으로, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 형광층(22), 일례로 적색과 녹색 및 청색의 형광층들(22R,22G,22B)이 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(22) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(24)이 형성된다. 형광층(22)은 제1 기판(2)에 설정되는 화소 영역에 한가지 색의 형광층(22R,22G,22B)이 대응하도록 형성될 수 있다.

형광층(22)과 흑색층(24) 위로는 알루미늄과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(26)이 형성된다. 애노드 전극(26)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받으며, 형광층(22)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(2)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(4) 측으로 반사시켜 휘도를 높이는 역할을 한다.

한편, 애노드 전극(26)은 금속막이 아닌 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 도전막으로 이루어질 수 있다. 이 경우 애노드 전극(26)은 제2 기판(4)을 향한 형광층(22)과 흑색층(24)의 일면에 위치하며, 소정의 패턴으로 구분되어 복수개로 형성될 수 있다. 또한 애노드 전극(26)으로서 전술한 투명 도전막과 금속막이 형광층(22)과 흑색층(24)의 양면에 동시에 형성되는 구조도 가능하다.

상기 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에는 스페이서들(28)이 배치되어 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고, 두 기판의 간격을 일정하게 유지시킨다. 스페이서들(28)은 형광층(22)을 침범하지 않도록 흑색층(24)에 대응하여 위치한다.

상기 구성의 전자 방출 표시 디바이스는 외부로부터 캐소드 전극(8), 게이트 전극(12), 집속 전극(16) 및 애노드 전극(26)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다. 일례로 캐소드 전극(8)과 게이트 전극(12) 중 어느 하나의 전극이 주사 구동 전압 을 인가받아 주사 전극으로 기능하고, 다른 하나의 전극이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극으로 기능한다. 그리고 집속 전극(16)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 일례로 0V 또는 수 내지 수십 볼트의 (-)직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(26)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 일례로 수백 내지 수천 볼트의 (+)직류 전압을 인가받는다.

그러면 캐소드 전극(8)과 게이트 전극(12)간 전압 차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(14) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 집속 전극(16)의 개구부를 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되며, 애노드 전극(26)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 형광층(22)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.

전술한 구동 과정에 있어서 집속 전극(16)은 2개의 전극층(161,162)이 적층된 형태로 이루어짐에 따라, 제1 전극층(161)을 통과하고도 집속되지 못한 전자들을 제2 전극층(162)이 다시 한번 집속시키므로 접자빔 집속 효율을 높인다. 또한, 전술한 구조의 집속 전극은 애노드 전계가 전자 방출부에 미치는 영향을 효과적으로 차단할 수 있으므로 애노드 전계에 의한 오작동을 억제할 수 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 방출 소자를 이용한 표시 디바이스에도 용이하게 적용 가능하다.

또한, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발 명은 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 디바이스는 적어도 2개의 전극층으로 이루어진 집속 전극을 사용함으로써, 집속 전극의 집속 효율을 극대화하고 애노드 전계 차폐 효과를 높일 수 있다. 그 결과 타색 발광을 억제하여 휘도와 색순도를 높이는 등 표시 특성을 개선하는 효과가 있다. 또한, 전자 방출부에 대한 애노드 전계의 영향을 차단하여 애노드 전계에 의한 오작동을 억제하고, 애노드 전극에 고전압 인가를 가능하게 하여 화면의 휘도를 높이는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 기판과;

   상기 기판 위에 형성되는 전자 방출부들과;

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

   상기 구동 전극들과 절연을 유지하며 구동 전극들 상부에 위치하는 집속 전극을 포함하고,

   상기 집속 전극이 서로 다른 층에 위치하는 2개 이상의 전극층으로 이루어지며, 이 전극층들이 서로 통전되어 동일한 전압을 인가받는 전자 방출 디바이스.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전극층들 사이에 높이 확보를 위한 절연층이 위치하는 전자 방출 디바이스.
3. 제2항에 있어서,

   상기 전극층들이 상기 절연층의 가장자리 부분에서 서로 접촉하는 전자 방출 디바이스.
4. 제1항에 있어서,

   상기 구동 전극들과 상기 집속 전극이 상기 전자 방출부를 노출시키기 위한 각자의 개구부를 형성하는 전자 방출 디바이스.
5. 제4항에 있어서,

   상기 전극층들이 동일한 크기의 개구부를 형성하는 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 제7항 중 어느 한 항에 기재된 전자 방출 디바이스와;

   상기 기판에 대향 배치되는 타측 기판과;

   상기 타측 기판의 일면에 형성되는 형광층들; 및

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

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