KR20070071578A

KR20070071578A - Electron emission device and electron emission display device using the same

Info

Publication number: KR20070071578A
Application number: KR1020050135164A
Authority: KR
Inventors: 전상호; 이천규; 이상조; 안상혁; 홍수봉
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2007-07-04

Abstract

An electron emission device and an electron emission display device using the same are provided to enhance focusing efficiency by optimizing a width ratio between an opening of a gate electrode and an opening of a focusing electrode. A first electrode(6) is formed on a substrate. A plurality of electron emission units(12) are formed on the first electrode. A second electrode is insulated from the first electrode. The second electrode is positioned on the first electrode and includes an opening for exposing the electron emission units. A third electrode(14) is insulated from the second electrode and is positioned at an upper part of the second electrode. The third electrode includes an opening connected to the opening of the second electrode. The second and third electrodes satisfy the following condition 1.5<=W2/W1<=3.0 where W1 is a width of the opening of the second electrode and W2 is a width of the opening of the third electrode.

Description

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

도 1은 본 발명의 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 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 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 부분 평면도이다.3 is a partial plan view of an electron emitting device according to an embodiment of the invention.

도 4와 도 5는 W2/W1 변화에 따른 전자빔의 집속 정도를 측정하여 나타낸 그래프이다.4 and 5 are graphs showing the degree of focusing of the electron beam according to the change of W2 / W1.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 부분 평면도이다.6 is a partial plan view of an electron emitting device according to a second embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 부분 평면도이다.7 is a partial plan view of an electron emitting device according to a third embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자 방출 디바이스의 부분 평면도이다.8 is a partial plan view of an electron emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.

본 발명은 전자 방출 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자빔 집속 효율을 높이기 위하여 집속 전극의 개구부 크기를 최적화한 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것이다.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 for optimizing the opening size of the focusing electrode in order to increase the electron beam focusing efficiency.

일반적으로, 전자 방출 소자(electron emission element)는 전자원의 종류에 따라 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식으로 분류할 수 있다.In general, electron emission elements 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 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.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-insulation layer-metal Metal (MIM) type and Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) type are known.

이 중 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 소자는 전자 방출부와 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극으로서 하나의 캐소드 전극과 하나의 게이트 전극을 구비하며, 전자 방출부의 구성 물질로 일 함수가 낮거나 종횡비가 큰 물질, 일례로 탄소 나노튜브와 흑연 및 다이아몬드상 탄소와 같은 탄소계 물질을 사용하여 진공 중에서 전계에 의해 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한다.The field emission array (FEA) type electron emission device includes an electron emission portion and a driving electrode for controlling electron emission of the electron emission portion, and includes one cathode electrode and one gate electrode. The use of low or high aspect ratio materials, such as carbon nanotubes and carbon-based materials such as graphite and diamond-like carbon, takes advantage of the principle that electrons are easily released by an electric field in vacuum.

전자 방출 소자는 일 기판에 어레이를 이루며 배치되어 전자 방출 디바이스(electron emission device)를 구성하고, 전자 방출 디바이스는 형광층과 애노드 전극 등으로 이루어진 발광 유닛이 구비된 다른 기판과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스(electron emission display device)를 구성한다.The electron emission elements are arranged in an array on one substrate to form an electron emission device, and the electron emission device is combined with another substrate provided with a light emitting unit composed of a fluorescent layer and an anode electrode, and the electron emission display device. (electron emission display device) is configured.

전자 방출 디바이스는 전자 방출부와 더불어 화소별 전자 방출부들의 방출 전류량을 제어하는 복수의 구동 전극들을 구비하며, 전자 방출 표시 디바이스는 전자 방출부에서 방출된 전자들로 형광층을 여기시켜 소정의 발광 또는 표시 작용을 한다.The electron emission device includes a plurality of driving electrodes for controlling the amount of emission currents of the pixel-specific electron emission portions in addition to the electron emission portion, and the electron emission display device excites a fluorescent layer with electrons emitted from the electron emission portion to emit a predetermined light. Or acts as a marker.

상기한 전자 방출 디바이스는 그 작용시 특정 화소의 전자 방출부에서 방출된 전자들이 소정의 직진성을 갖지 못하고 빔퍼짐이 발생하여 디바이스 특성이 저하될 수 있다.In the electron emission device described above, electrons emitted from the electron emission portion of a specific pixel 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 집속 전극 개구부의 형상 특성과 전자 방출부의 위치와 형상 특성 및 전자 방출부와 구동 전극들의 배열 형태 등에 따라 다양하게 변화하므로, 이들 요건이 모두 최적화되지 못하면 의도한 전자빔 집속 효율을 얻기 힘들어진다.However, since the electron beam path varies in various ways depending on the shape characteristics of the focusing electrode opening, the position and shape characteristics of the electron emitting portion, and the arrangement of the electron emitting portion and the driving electrodes, it is difficult to obtain the intended electron beam focusing efficiency unless these requirements are all optimized. Lose.

가령 지금까지 알려진 전자 방출 디바이스에서는 전자빔 경로에 대해 집속 전극 개구부의 형상이나 그 폭을 최적으로 확보하지 못하고 있다. 그 결과, 종래의 전자 방출 디바이스에서는 집속 전극이 전자빔 경로에 대해 충분한 집속 성능을 구현하지 못하거나, 전자 방출부에서 방출된 전자들이 집속 전극 개구부를 통과하면 서 오버-포커싱되어 오히려 전자빔이 크게 발산하게 되는 등, 최적의 집속 효율을 얻지 못하고 있다.For example, in the electron emitting devices known to date, the shape and the width of the focusing electrode openings for the electron beam path are not optimally secured. As a result, in the conventional electron emitting device, the focusing electrode does not realize sufficient focusing performance for the electron beam path, or the electrons emitted from the electron emitting part are over-focused through the focusing electrode opening, so that the electron beam is divergent. The optimum focusing efficiency is not obtained.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전자빔 경로에 대해 집속 전극의 개구부 크기를 최적화하여 전자빔 집속 효율을 높이고, 그 결과 화면의 표시 품질을 높일 수 있는 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to optimize an opening size of a focusing electrode with respect to an electron beam path, thereby improving electron beam focusing efficiency, and as a result, an electron emission device capable of improving display quality of a screen; It is to provide an electron emission display device using the same.

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

기판과, 기판 위에 형성되는 제1 전극과, 제1 전극 위에 형성되는 전자 방출부들과, 제1 전극과 절연을 유지하며 제1 전극 상부에 위치하고 전자 방출부들을 노출시키는 개구부를 구비하는 제2 전극과, 제2 전극과 절연을 유지하며 제2 전극 상부에 위치하고 제2 전극 개구부와 연통되는 개구부를 구비하는 제3 전극을 포함하며, 제2 전극과 제3 전극이 하기 조건을 만족하는 전자 방출 디바이스를 제공한다.A second electrode having a substrate, a first electrode formed on the substrate, electron emission portions formed on the first electrode, and an opening disposed on the first electrode and exposing the electron emission portions while maintaining insulation from the first electrode; And a third electrode having an opening that is insulated from the second electrode and in communication with the second electrode opening, wherein the second electrode and the third electrode satisfy the following conditions: To provide.

1.5 ≤ W2/W1 ≤ 3.01.5 ≤ W2 / W1 ≤ 3.0

여기서, W1은 제2 전극 개구부의 폭을 나타내고, W2는 제3 전극 개구부의 폭을 나타낸다.Here, W1 represents the width of the second electrode opening, and W2 represents the width of the third electrode opening.

상기 제2 전극 개구부와 제3 전극 개구부는 일대일로 대응하여 위치할 수 있다. 이 경우 제2 전극 개구부와 제3 전극 개구부가 원형으로 이루어질 수 있고, 제2 전극 개구부와 제3 전극 개구부가 제1 전극 또는 제2 전극과 평행한 장변을 갖도 록 형성될 수 있다.The second electrode opening and the third electrode opening may correspond to one-to-one. In this case, the second electrode opening and the third electrode opening may be formed in a circular shape, and the second electrode opening and the third electrode opening may be formed to have a long side parallel to the first electrode or the second electrode.

다른 한편으로 상기 전자 방출부들과 제2 전극 개구부들이 제1 전극 또는 제2 전극 방향을 따라 일렬로 배열되고, 제3 전극 개구부가 일렬로 배열된 제2 전극 개구부들을 포괄하도록 형성될 수 있다. 이 경우 전자 방출부와 제2 전극 개구부 및 제3 전극 개구부는 원형, 직사각형, 타원형 및 트랙형 중 어느 하나의 평면 형상을 가질 수 있다.On the other hand, the electron emission parts and the second electrode openings may be arranged in a line along the direction of the first electrode or the second electrode, and the third electrode openings may be formed to encompass the second electrode openings arranged in a line. In this case, the electron emission portion, the second electrode opening, and the third electrode opening may have a planar shape of any one of a circle, a rectangle, an ellipse, and a track shape.

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 제1 전극과, 제1 전극 위에 형성되는 전자 방출부들과, 제1 전극과 절연을 유지하며 제1 전극 상부에 위치하고 전자 방출부들을 노출시키는 개구부를 구비하는 제2 전극과, 제2 전극과 절연을 유지하며 제2 전극 상부에 위치하고 제2 전극 개구부와 연통되는 개구부를 구비하는 제3 전극과, 제2 기판의 일면에 형성되는 적색과 녹색 및 청색의 형광층과, 형광층들의 어느 일면에 형성되는 애노드 전극을 포함하며, 제2 전극과 제3 전극이 하기 조건을 만족하는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다.A first substrate and a second substrate disposed to face each other, a first electrode formed on the first substrate, electron emission portions formed on the first electrode, and insulated from the first electrode and positioned on the first electrode A second electrode having an opening for exposing the emission portions, a third electrode having an opening in communication with the second electrode opening and positioned above the second electrode, insulated from the second electrode, and on one surface of the second substrate Provided is an electron emission display device comprising a red, green, and blue fluorescent layer formed, and an anode electrode formed on one surface of the fluorescent layers, wherein the second electrode and the third electrode satisfy the following conditions.

1.5 ≤ W2/W1 ≤ 3.01.5 ≤ W2 / W1 ≤ 3.0

여기서, W1과 W2는 각각 상기 적색과 녹색 및 청색의 형광층들이 서로 이웃하게 배치되는 방향을 따라 측정된 제2 전극 개구부의 폭과 제3 전극 개구부의 폭을 나타낸다.Here, W1 and W2 represent the width of the second electrode opening and the width of the third electrode opening measured along the direction in which the red, green, and blue fluorescent layers are disposed adjacent to each other.

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 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 an 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 서로 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 disposed to be 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 전자 방출 소자들이 어레이를 이루며 배치되어 제1 기판(2)과 함께 전자 방출 디바이스를 구성하고, 전자 방출 디바이스가 제2 기판(4) 및 제2 기판(4)에 제공된 발광 유닛과 결합되어 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.On the opposite surface of the first substrate 2 to the second substrate 4, electron emission elements are arranged in an array to form an electron emission device together with the first substrate 2, and the electron emission device is a second substrate. (4) and the light emitting unit provided on the second substrate 4 to form an electron emission display device.

먼저, 제1 기판(2) 위에는 제1 전극인 캐소드 전극들(6)이 제1 기판의 일방향(도면의 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(6)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 제1 절연층(8)이 형성된다. 제1 절연층(8) 위에는 제2 전극인 게이트 전극들(10)이 캐소드 전극(6)과 직교하는 방향(도면의 x축 방향)을 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 (y-axis direction of the drawing) of the first substrate, and cover the cathode electrodes 6. The first insulating layer 8 is formed on the entirety of the first substrate 2. Gate electrodes 10, which are second electrodes, are formed on the first insulating layer 8 in a stripe pattern along a direction orthogonal to the cathode electrode 6 (x-axis direction in the drawing).

본 실시예에서 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, 제1 절연층(8)과 게이트 전극(10)에는 각 전자 방출부(12)에 대 응하는 개구부(81,101)가 형성되어 제1 기판(2) 상에 전자 방출부(12)가 노출되도록 한다.In the present exemplary embodiment, when the intersection region of the cathode electrode 6 and the gate electrode 10 is defined as a pixel region, at least one electron emission part 12 is formed in each pixel region over the cathode electrode 6, and the first insulation is formed. Openings 81 and 101 corresponding to the electron emission portions 12 are formed in the layer 8 and the gate electrode 10 to expose the electron emission portions 12 on the first substrate 2.

전자 방출부(12)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어진다. 전자 방출부(12)는 일례로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C_60, 실리콘 나노와이어 또는 이들의 조합 물질을 포함할 수 있으며, 전자 방출부(12)의 제조법으로는 스크린 인쇄, 직접 성장, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.The electron emitter 12 is made of materials that emit electrons when an electric field is applied in a vacuum, such as a carbon-based material or a nanometer-sized material. The electron emitter 12 may include, for example, carbon nanotubes, graphite, graphite nanofibers, diamonds, diamond-like carbon, C _60, silicon nanowires _, or a combination thereof, and the method of manufacturing the electron emitters 12. Screen printing, direct growth, chemical vapor deposition or sputtering may be applied.

도면에서는 전자 방출부들(12)이 원형으로 형성되고, 각 화소 영역에서 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열되는 구성을 도시하였다. 그러나 전자 방출부(12)의 평면 형상과 화소 영역당 개수 및 배열 형태 등은 도시한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.In the drawing, the electron emission parts 12 are formed in a circular shape and arranged in a line along the length direction of the cathode electrode 6 in each pixel area. However, the planar shape of the electron emission unit 12, the number and arrangement form per pixel area, etc. are not limited to the illustrated example and may be variously modified.

그리고 게이트 전극(10)과 제1 절연층(8) 위로 제3 전극인 집속 전극(14)이 형성된다. 집속 전극(14) 하부에는 제2 절연층(16)이 위치하여 게이트 전극(10)과 집속 전극(14)을 절연시키며, 제2 절연층(16)과 집속 전극(14)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(161,141)가 마련된다. 본 실시예에서 이 개구부(161,141)는 전자 방출부(12)마다 하나씩 구비되어 집속 전극(14)이 각 전자 방출부(12)에서 방출되는 전자들을 개별적으로 집속하도록 한다.The focusing electrode 14, which is a third electrode, is formed on the gate electrode 10 and the first insulating layer 8. A second insulating layer 16 is positioned below the focusing electrode 14 to insulate the gate electrode 10 and the focusing electrode 14, and to pass the electron beam through the second insulating layer 16 and the focusing electrode 14. Openings 161 and 141 are provided. In this embodiment, the openings 161 and 141 are provided for each electron emission unit 12 so that the focusing electrode 14 individually collects electrons emitted from each electron emission unit 12.

이때, 집속 전극 개구부(141)는 게이트 전극 개구부(101)와 동일한 원형으로 이루어질 수 있다. 또한, 집속 전극(14)은 전자 방출부(12)와의 높이 차이가 클수록 우수한 집속 효과를 발휘하므로, 제2 절연층(16)의 두께를 제1 절연층(8)의 두께보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.In this case, the focusing electrode opening 141 may have the same circular shape as the gate electrode opening 101. In addition, since the focusing electrode 14 exhibits an excellent focusing effect as the height difference from the electron emitting part 12 increases, it is preferable to form the thickness of the second insulating layer 16 larger than the thickness of the first insulating layer 8. desirable.

다음으로, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 형광층(18), 일례로 적색과 녹색 및 청색의 형광층들(18R,18G,18B)이 임의의 간격을 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(18R,18G,18B)이 대응하도록 형성될 수 있다.Next, on one surface of the second substrate 4 facing the first substrate 2, the fluorescent layer 18, for example, the red, green, and blue fluorescent layers 18R, 18G, and 18B may be disposed at random intervals. The black layer 20 is formed between the fluorescent layers 18 to improve contrast of the screen. The fluorescent layer 18 may be formed so that the fluorescent layers 18R, 18G, and 18B of one color correspond to the pixel areas set on the first substrate 2.

형광층(18)과 흑색층(20) 위로는 알루미늄과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(22)이 형성된다. 애노드 전극(22)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받으며, 형광층(18)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(2)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(4) 측으로 반사시켜 휘도를 높이는 역할을 한다.An anode electrode 22 made of a metal film such as aluminum is formed on the fluorescent layer 18 and the black layer 20. The anode 22 receives a high voltage necessary for accelerating the electron beam from the outside, and reflects the visible light emitted toward the first substrate 2 of the visible light emitted from the fluorescent layer 18 toward the second substrate 4 to improve luminance. Height plays a role.

한편, 애노드 전극은 금속막이 아닌 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 도전막으로 이루어질 수 있다. 이 경우 애노드 전극은 제2 기판(4)을 향한 형광층(18)과 흑색층(20)의 일면에 위치하며, 소정의 패턴으로 구분되어 복수개로 형성될 수 있다. 또한 애노드 전극으로서 전술한 투명 도전막과 금속막이 형광층(18)과 흑색층(20)의 양면에 동시에 형성되는 구조도 가능하다.On the other hand, the anode electrode may be made of a transparent conductive film such as indium tin oxide (ITO) rather than a metal film. In this case, the anode electrode is positioned on one surface of the fluorescent layer 18 and the black layer 20 facing the second substrate 4, and may be formed in plural in a predetermined pattern. In addition, a structure in which the above-described transparent conductive film and the metal film are formed simultaneously on both surfaces of the fluorescent layer 18 and the black layer 20 as an anode electrode is also possible.

상기 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에는 스페이서들(24, 도 2 참고)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 (see FIG. 2) 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 전자 방출 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. In combination with the resulting structures to form an electron emission indicator 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 전극이 주사 구동 전압을 인가받아 주사 전극으로 기능하고, 다른 하나의 전극이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극으로 기능한다. 그리고 집속 전극(14)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 일례로 0V 또는 수 내지 수십 볼트의 음의 직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(22)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 일례로 수백 내지 수천 볼트의 양의 직류 전압을 인가받는다.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, one of the cathode electrode 6 and the gate electrode 10 receives a scan driving voltage to serve as a scan electrode, and the other electrode receives a data driving voltage to serve as a data electrode. In addition, the focusing electrode 14 receives a voltage required for electron beam focusing, for example, 0 V or a negative DC voltage of several to several tens of volts, and the anode electrode 22 requires a voltage for accelerating the electron beam, for example, several hundred to several thousand volts. DC voltage of is applied.

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 과정에서 형광층(18)에 도달하는 전자빔 다발에는 주 전자빔의 외측으로 주 전자빔보다 큰 직경을 가지나 그 세기는 주 전자빔보다 약한 서브 전자빔이 존재한다. 이때 게이트 전극(10)의 개구부(101) 폭에 대한 집속 전극 개구 부(141)의 폭 비율이 주 전자빔과 서브 전자빔의 크기를 결정하는 중요한 요소로 작용한다.The electron beam bundle that reaches the fluorescent layer 18 in the aforementioned driving process has a sub-electron beam having a diameter larger than the main electron beam but weaker than the main electron beam outside the main electron beam. At this time, the width ratio of the focusing electrode opening portion 141 to the width of the opening 101 of the gate electrode 10 serves as an important factor in determining the sizes of the main electron beam and the sub electron beam.

상기에서 게이트 전극(10)의 개구부(101) 폭을 W1이라 하고, 집속 전극(14)의 개구부(141) 폭을 W2라 할 때, 본 실시예에서 게이트 전극(10)과 집속 전극(14)은 하기 조건을 만족하도록 형성된다. 상기 W1과 W2는 특히 다른색의 형광층들(18)이 서로 이웃하게 배치되는 방향, 즉 화면의 수평 방향(도면의 x축 방향)을 따라 측정되는 폭으로 정의할 수 있다.In the above embodiment, when the width of the opening 101 of the gate electrode 10 is W1 and the width of the opening 141 of the focusing electrode 14 is W2, in the present embodiment, the gate electrode 10 and the focusing electrode 14 are defined. Is formed to satisfy the following conditions. In particular, W1 and W2 may be defined as widths measured along a horizontal direction of the screen (the x-axis direction of the drawing) in which the fluorescent layers 18 of different colors are disposed adjacent to each other.

1.5 ≤ W2/W1 ≤ 3.01.5 ≤ W2 / W1 ≤ 3.0

도 4의 그래프에서 세로축은 기준 전자빔에 대한 주 전자빔의 폭 비율을 나타내며, 도 5의 그래프에서 세로축은 기준 전자빔에 대한 서브 전자빔의 폭 비율을 나타낸다. 기준 전자빔 폭은 화소의 수평 피치에 1/3을 곱한 값이며, 전자빔이 기준 전자빔보다 큰 폭으로 형성되면 타색 발광을 유발한다. 기준 전자빔과 주 전자빔 및 서브 전자빔의 폭은 화면의 수평 방향을 따라 측정된 폭을 의미한다.In the graph of FIG. 4, the vertical axis represents the width ratio of the main electron beam to the reference electron beam, and in the graph of FIG. 5, the vertical axis represents the width ratio of the sub electron beam to the reference electron beam. The reference electron beam width is a value obtained by multiplying the horizontal pitch of the pixel by one third, and when the electron beam is formed to have a width larger than that of the reference electron beam, other colors emit light. The widths of the reference electron beam, the main electron beam, and the sub electron beam refer to the widths measured along the horizontal direction of the screen.

먼저, 도 4에서는 게이트 전극 개구부(101) 폭(W1)이 10㎛, 15㎛, 20㎛인 세 가지 경우로 나눠서 실험을 진행하였고, 각각의 경우에 대하여 집속 전극 개구부(141) 폭(W2)을 변화시켜 기준 전자빔에 대한 주 전자빔의 폭 비율을 측정하여 나타내었다.First, in FIG. 4, the experiment was performed by dividing the gate electrode opening 101 width W1 into three cases of 10 μm, 15 μm, and 20 μm. The width ratio of the main electron beam to the reference electron beam was measured and shown.

도 4의 그래프를 참고하면, 게이트 전극(10)의 개구부(101) 크기에 따라 기준 전자빔에 대한 주 전자빔의 폭 비율이 서로 다른 결과를 나타내지만, 상기 폭 비율이 1 이하인, 다시 말해 주 전자빔이 타색 발광을 일으키지 않는 W2/W1의 최소 범위는 3 이하임을 알 수 있다.Referring to the graph of FIG. 4, the width ratio of the main electron beam to the reference electron beam is different depending on the size of the opening 101 of the gate electrode 10, but the width ratio is 1 or less, that is, the main electron beam It can be seen that the minimum range of W2 / W1 that does not cause light emission is 3 or less.

그런데 W2/W1이 3 이하라는 범위는 주 전자빔만을 고려한 범위로서, 실질적으로 주 전자빔 주변에 형성되는 서브 전자빔은 고려하지 않은 범위이다.However, the range in which W2 / W1 is 3 or less is a range in which only the main electron beam is considered, and a range in which the sub electron beam formed around the main electron beam is not considered.

통상의 전자 방출 표시 디바이스에서는 주 전자빔의 크기가 작아질수록 서브 전자빔 영역이 증가하는 경향을 보여 타색 발광이나 색순도 저하가 발생할 수 있기 때문에, 보다 정확한 집속 성능을 확인하기 위해서는 서브 전자빔에 의한 영향도 고려하여야 한다.In the conventional electron emission display device, as the size of the main electron beam decreases, the sub electron beam region tends to increase, which may cause other colors to emit light or deteriorate color purity. Therefore, the influence of the sub electron beam is also considered in order to confirm more accurate focusing performance. shall.

도 5에서는 게이트 전극 개구부(101) 폭(W1)이 20㎛인 경우에 대하여, 기준 전자빔에 대한 서브 전자빔의 폭 비율을 나타내었다.In FIG. 5, the width ratio of the sub electron beam to the reference electron beam is shown in the case where the width W1 of the gate electrode opening 101 is 20 μm.

도 5의 그래프를 참고하면, 주 전자빔과 서브 전자빔을 함께 고려한 경우, W2/W1이 1.5 이상이고 3이하일 때 기준 전자빔에 대한 서브 전자빔의 폭 비율이 1 이하의 결과를 나타내고, 이에 따라 타색 발광과 색순도 저하가 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.Referring to the graph of FIG. 5, when the main electron beam and the sub electron beam are considered together, the width ratio of the sub electron beam to the reference electron beam is 1 or less when W2 / W1 is 1.5 or more and 3 or less. It can be confirmed that no degradation in color purity occurs.

전술한 결과로부터 W2/W1은 수학식 1의 조건을 만족하도록 설정된다. 이 조건을 만족하는 본 실시예의 전자 방출 표시 디바이스는 집속 전극(14)의 집속 효율을 향상시켜 전자빔 퍼짐에 의한 타색 발광을 억제하며, 그 결과 형광층(18)의 색순도와 색재현율을 개선하여 표시 품질을 높이는 효과를 갖는다.From the above results, W2 / W1 is set to satisfy the condition of Equation (1). The electron emission display device of this embodiment that satisfies this condition improves the focusing efficiency of the focusing electrode 14 to suppress other color emission due to the electron beam spread, and as a result, the color purity and color reproducibility of the fluorescent layer 18 are improved and displayed. It has the effect of improving the quality.

도 6을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예는 전술한 제1 실시예의 구성을 기본으로 하면서 전자 방출부(12)와 게이트 전극 개구부(102) 및 집속 전극 개구부(142)가 캐소드 전극(6) 방향을 따라 장변을 갖는 종장형으로 이루어진 구성을 제공한다. 본 실시예에서 화면의 수평 방향, 즉 집속 전극 개구부(142)의 단축 방향을 따라 측정되는 게이트 전극 개구부(102) 폭과 집속 전극 개구부(142) 폭을 각각 W3과 W4라 할 때, W4/W3은 1.5 내지 3.0 범위로 이루어진다.Referring to FIG. 6, the second embodiment of the present invention is based on the configuration of the first embodiment described above, and the electron emission part 12, the gate electrode opening 102, and the focusing electrode opening 142 are formed on the cathode electrode 6. It provides a configuration consisting of an elongate shape having a long side along the) direction. In the present embodiment, when the width of the gate electrode opening 102 and the width of the focusing electrode opening 142 measured along the horizontal direction of the screen, that is, along the short axis of the focusing electrode opening 142 are W3 and W4, respectively, W4 / W3 Is in the range of 1.5 to 3.0.

도 7을 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에서 집속 전극(14)은 화소 영역마다 하나의 개구부(143)를 구비한다. 이 개구부(143)는 일례로 캐소드 전극(6)과 평행한 한 쌍의 장변을 갖는 종장형으로 이루어져 캐소드 전극(6) 방향을 따라 위치하는 다수의 게이트 전극 개구부(103)와 전자 방출부(12)를 포괄한다. 본 실시예에서 화면의 수평 방향, 즉 집속 전극 개구부(143)의 단축 방향을 따라 측정되는 게이트 전극 개구부(103) 폭과 집속 전극 개구부(143) 폭을 각각 W5와 W6이라 할 때, W6/W5는 1.5 내지 3.0 범위로 이루어진다.Referring to FIG. 7, in the third embodiment of the present invention, the focusing electrode 14 includes one opening 143 for each pixel area. The opening 143 has, for example, a longitudinal shape having a pair of long sides parallel to the cathode electrode 6, and includes a plurality of gate electrode openings 103 and electron emission portions 12 located along the direction of the cathode electrode 6. ). In this embodiment, when the width of the gate electrode opening 103 and the width of the focusing electrode opening 143 measured along the horizontal direction of the screen, that is, along the short axis of the focusing electrode opening 143 are W5 and W6, respectively, W6 / W5 Is made in the range of 1.5 to 3.0.

도 8을 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에는 전술한 제3 실시예의 구성을 기본으로 하면서 전자 방출부(12)와 게이트 전극 개구부(104)가 캐소드 전극(6) 방향을 따라 장변을 갖는 종장형으로 이루어진 구성을 제공한다. 본 실시예에서 화면의 수평 방향, 즉 집속 전극 개구부(144)의 단축 방향을 따라 측정되는 게이트 전극 개구부(104) 폭과 집속 전극 개구부(144) 폭을 각각 W7과 W8이라 할 때, W8/W7은 1.5 내지 3.0 범위로 이루어진다.Referring to FIG. 8, in the fourth embodiment of the present invention, the electron emission part 12 and the gate electrode opening 104 have a long side along the cathode electrode 6 direction based on the configuration of the third embodiment. It provides an elongate configuration. In the present embodiment, when the width of the gate electrode opening 104 and the width of the focusing electrode opening 144 measured along the horizontal direction of the screen, that is, along the short axis of the focusing electrode opening 144 are W7 and W8, respectively, W8 / W7 Is in the range of 1.5 to 3.0.

전술한 제2 실시예와 제4 실시예에서 전자 방출부(12)와 게이트 전극 개구부 (102,104) 및 집속 전극 개구부(142,144)는 직사각형, 타원형, 트랙형 등 다양한 평면 형상을 가질 수 있다.In the above-described second and fourth embodiments, the electron emission unit 12, the gate electrode openings 102 and 104, and the focusing electrode openings 142 and 144 may have various planar shapes such as rectangular, elliptical, and track shape.

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 구비하는 다른 타입의 전자 방출 디바이스에도 용이하게 적용 가능하다.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. However, the present invention is not limited to the FEA type, but the electron emission portion and the focusing electrode are provided. It is also easily applicable to other types of electron emitting devices provided.

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 the range of.

이와 같이 본 발명에 의한 전자 방출 디바이스는 게이트 전극 개구부와 집속 전극 개구부의 폭 비율 최적화를 통해 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 optimizing the width ratio between the gate electrode opening and the focusing electrode opening. 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 제1 전극과;A first electrode formed on the substrate;

상기 제1 전극 위에 형성되는 전자 방출부들과;Electron emission parts formed on the first electrode;

상기 제1 전극과 절연을 유지하며 제1 전극 상부에 위치하고 상기 전자 방출부들을 노출시키는 개구부를 구비하는 제2 전극; 및A second electrode which is insulated from the first electrode and has an opening disposed on the first electrode and exposing the electron emission parts; And

상기 제2 전극과 절연을 유지하며 제2 전극 상부에 위치하고 상기 제2 전극 개구부와 연통되는 개구부를 구비하는 제3 전극을 포함하며,A third electrode which is insulated from the second electrode and has an opening located on the second electrode and communicating with the second electrode opening,

상기 제2 전극과 제3 전극이 하기 조건을 만족하는 전자 방출 디바이스.The electron emission device in which the second electrode and the third electrode satisfy the following conditions.

1.5 ≤ W2/W1 ≤ 3.01.5 ≤ W2 / W1 ≤ 3.0

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 제2 전극 개구부와 상기 제3 전극 개구부가 일대일로 대응하여 위치하는 전자 방출 디바이스.And the second electrode opening and the third electrode opening correspond to one-to-one correspondingly.

제2항에 있어서,The method of claim 2,

상기 제2 전극 개구부와 상기 제3 전극 개구부가 원형으로 이루어지는 전자 방출 디바이스.And the second electrode opening and the third electrode opening are circular.

제2항에 있어서,The method of claim 2,

상기 제2 전극 개구부와 상기 제3 전극 개구부가 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극과 평행한 장변을 갖도록 형성되는 전자 방출 디바이스.And the second electrode opening and the third electrode opening are formed to have a long side parallel to the first electrode or the second electrode.

제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein

상기 W1과 W2가 각각 상기 개구부들의 단축 방향을 따라 측정되는 제2 전극 개구부 폭과 제3 전극 개구부 폭인 전자 방출 디바이스.And the W1 and W2 are the second electrode opening width and the third electrode opening width measured along the minor axis direction of the openings, respectively.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 전자 방출부들과 상기 제2 전극 개구부들이 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극 방향을 따라 일렬로 배열되고, 상기 제3 전극 개구부가 상기 일렬로 배열된 제2 전극 개구부들을 포괄하도록 형성되는 전자 방출 디바이스.The electron emission parts and the second electrode openings are arranged in a line along the direction of the first electrode or the second electrode, and the third electrode openings are formed to encompass the second electrode openings arranged in the line. device.

제6항에 있어서,The method of claim 6,

상기 W1과 W2가 각각 상기 제2 전극 개구부들의 배열 방향과 직교하는 방향을 따라 측정된 제2 전극 개구부 폭과 제3 전극 개구부 폭인 전자 방출 디바이스.And the W1 and W2 are second electrode opening width and third electrode opening width measured along a direction orthogonal to the arrangement direction of the second electrode openings, respectively.

제6항에 있어서,The method of claim 6,

상기 전자 방출부와 상기 제2 전극 개구부가 원형, 직사각형, 타원형 및 트랙형 중 어느 하나의 평면 형상을 가지는 전자 방출 디바이스.And the electron emitting portion and the second electrode opening have a planar shape of any one of circular, rectangular, elliptical and track shape.

제6항에 있어서,The method of claim 6,

상기 제3 전극 개구부가 직사각형, 타원형 및 트랙형 중 어느 하나의 평면 형상을 가지는 전자 방출 디바이스.And the third electrode opening has a planar shape of any one of a rectangular, elliptical, and track shape.

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.

제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 전자 방출 디바이스와;An electron emitting device according to any one of claims 1 to 10;

상기 기판에 대향 배치되는 타측 기판과;Another substrate disposed to face the substrate;

상기 타측 기판의 일면에 형성되는 적색과 녹색 및 청색의 형광층; 및Red, green, and blue fluorescent layers formed on one surface of the other substrate; And

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

상기 W1과 W2가 상기 적색과 녹색 및 청색의 형광층들이 서로 이웃하게 배치되는 방향을 따라 측정되는 폭인 전자 방출 표시 디바이스.And W1 and W2 are widths measured along a direction in which the red, green, and blue fluorescent layers are disposed adjacent to each other.