(57)【要約】【課題】本発明の目的は、スペーサの周囲の異常発光現象及び表示均一度の低下を最少化することができる、電子放出素子を提供することにある。【解決手段】本発明による電子放出素子は、単位画素が設定される第１基板及び第２基板と、第１基板上に形成される電子放出ユニットと、第２基板のうちの第１基板との対向面に互いに所定の距離をおいて形成され、少なくとも一つの単位画素に対応するように位置する蛍光層と、蛍光層の間に位置する非発光領域と、第１基板と第２基板との間で非発光領域に対応して位置するスペーサとを含む。この時、非発光領域はスペーサが位置するスペーサローディング領域を含み、スペーサローディング領域は下記の条件を満たす。０．２≦Ａ／Ｂ≦０．５  ここで、Ａはスペーサローディング領域の幅を示し、Ｂはスペーサローディング領域の幅が定義された方向に沿って位置する単位画素のピッチを示す。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔をおいて互いに対向配置され、単位画素が設定される第１基板及び第２基板と；
前記第１基板上に形成される電子放出ユニットと；
前記第２基板のうちの前記第１基板との対向面に互いに所定の距離をおいて形成され、少なくとも一つの単位画素に対応するように位置する蛍光層と；
前記蛍光層の間に位置する非発光領域と；
前記第１基板と第２基板との間で前記非発光領域に対応して位置するスペーサと；を含み、
前記非発光領域は前記スペーサが位置するスペーサローディング領域を含み、前記スペーサローディング領域は下記の条件を満たす、電子放出素子。
０．２≦Ａ／Ｂ≦０．５
ここで、Ａは前記スペーサローディング領域の幅を示し、Ｂは前記スペーサローディング領域の幅が定義された方向に沿って位置する単位画素のピッチを示す。
【請求項２】
前記非発光領域に黒色層が位置する、請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記スペーサローディング領域の幅は前記スペーサが位置する部位の黒色層の幅と一致する、請求項２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記単位画素は前記第２基板の水平方向及び垂直方向に沿って整列され、前記スペーサは第２基板の垂直方向に沿って位置する蛍光層の間に配置され、前記スペーサローディング領域の幅及び前記単位画素のピッチは第２基板の垂直方向に沿って設定される、請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項５】
前記蛍光層及び黒色層の一面に形成されるアノード電極をさらに含む、請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項６】
前記アノード電極は、前記第１基板に対向する前記蛍光層及び黒色層の一面に位置し、かつ、金属膜からなる、請求項５に記載の電子放出素子。
【請求項７】
前記電子放出ユニットは、
前記第１基板上に絶縁層を間に置いて位置するカソード電極及びゲート電極と；
前記カソード電極に電気的に連結される電子放出部と；を含む、請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項８】
前記カソード電極及びゲート電極は互いに直交する方向に沿って形成され、前記単位画素に対応する交差領域を形成する、請求項７に記載の電子放出素子。
【請求項９】
前記電子放出部は、カーボンナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、Ｃ６０、及びシリコンナノワイヤーからなる群から選択された少なくとも一つの物質を含む、請求項７に記載の電子放出素子。
【請求項１０】
前記スペーサは柱型または壁体型からなる、請求項１に記載の電子放出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子放出素子に関し、より詳しくは、スペーサの帯電（charging）による画質の低下を最少化するために、スペーサが位置するスペーサローディング領域の幅を最適化した、電子放出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子放出素子は、電子源の種類によって、熱陰極（hot cathode）を利用する方式及び冷陰極（cold cathode）を利用する方式に分類することができる。
ここで、冷陰極を利用する方式の電子放出素子としては、電界放出アレイ（field emitter array；ＦＥＡ）型、表面電導エミッション（surface-conduction emission；ＳＣＥ）型、金属-絶縁層-金属（metal-insulator-metal；ＭＩＭ）型、及び金属-絶縁層-半導体（metal-insulator-semiconductor；ＭＩＳ）型などが知られている。
【０００３】
前記ＭＩＭ型及びＭＩＳ型電子放出素子は、各々金属-絶縁層-金属（ＭＩＭ）及び金属-絶縁層-半導体（ＭＩＳ）構造からなる電子放出部を形成し、絶縁層を間に置いて位置する二つの金属または金属と半導体との間に電圧を印加する時に、高い電位を有する金属または半導体側から低い電位を有する金属側に電子が移動及び加速されて放出される原理を利用する。
【０００４】
前記ＳＣＥ型電子放出素子は、一基板上に対向して配置された第１電極と第２電極との間に導電薄膜を形成し、この導電薄膜に微細亀裂を形成することによって電子放出部を形成し、両電極に電圧を印加して導電薄膜の表面に電流が流れる時に電子放出部から電子が放出される原理を利用する。
【０００５】
そして、前記ＦＥＡ型電子放出素子は、仕事関数（work function）が低かったり縦横比が大きい物質を電子源として使用する場合に、真空中で電界によって電子が容易に放出される原理を利用するものであって、モリブデン（Ｍｏ）またはシリコン（Ｓｉ）などを主材質とする先端がとがったチップ構造物で電子放出部を形成したり、カーボン系物質を利用して電子放出部を形成する例が開発されている。
【０００６】
前記電子放出素子は、その種類によって細部の構造は異なるが、基本的には、互いに接合されて真空容器を構成する第１基板及び第２基板と、第１基板上に形成され、第２基板に向かって電子を放出する電子放出部と、第２基板のうちの第１基板との対向面に形成され、前記電子によって可視光を放出する蛍光層と、第１基板と第２基板との間に配置されるスペーサとを含む。
【０００７】
スペーサは、真空容器に加えられる圧縮力を支持して真空容器の変形及び破損を防止し、第１基板と第２基板との間隔を一定に維持する役割を果たす。この時、スペーサは、電子放出部から蛍光層に向かって進む電子を遮断しないように、各蛍光層の間に位置する非発光領域に対応して配置される。
【０００８】
ところが、電子放出素子の作用時の実際の電子ビームの軌跡を見てみると、電子放出部から放出された電子のうちの一部が対応する画素の蛍光層に向かって直進できずに非発光領域や隣接した他の画素の蛍光層に向かって広がって進むようになる。
したがって、スペーサの表面にも電子が衝突し、電子が衝突したスペーサは、構成材料によってその表面が（＋）または（―）電位に帯電される。帯電されたスペーサは、その周囲を通過する電子ビームの経路を歪曲させるため、帯電されたスペーサを有する電子放出素子では、スペーサの周囲の表示均一度が低下し、意図しない蛍光体が発光して画質が低下する問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明は、前記問題点を解消するためのものであって、本発明の目的は、スペーサの周囲の異常発光現象及び表示均一度の低下を最少化することができる、電子放出素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施例によれば、前記電子放出素子は、所定の間隔をおいて互いに対向配置され、単位画素が設定される第１基板及び第２基板と、第１基板上に形成される電子放出ユニットと、第２基板のうちの第１基板との対向面に互いに所定の距離をおいて形成され、少なくとも一つの単位画素に対応するように位置する蛍光層と、蛍光層の間に位置する非発光領域と、第１基板と第２基板との間で非発光領域に対応して位置するスペーサとを含む。この時、非発光領域はスペーサが位置するスペーサローディング領域を含み、スペーサローディング領域は下記の条件を満たす。
０．２≦Ａ／Ｂ≦０．５
ここで、Ａはスペーサローディング領域の幅を示し、Ｂはスペーサローディング領域の幅が定義された方向に沿って位置する単位画素のピッチを示す。
【００１１】
前記非発光領域に黒色層が位置し、スペーサローディング領域の幅はスペーサが位置する部位の黒色層の幅と一致する。
前記単位画素は第２基板の水平方向及び垂直方向に沿って整列され、スペーサは第２基板の垂直方向に沿って位置する蛍光層の間に配置され、スペーサローディング領域の幅及び単位画素のピッチは第２基板の垂直方向に沿って設定される。
【００１２】
前記電子放出素子は、蛍光層及び黒色層の一面に形成されるアノード電極をさらに含む。
前記電子放出ユニットは、第１基板上に絶縁層を間に置いて位置するカソード電極及びゲート電極と、カソード電極に電気的に連結される電子放出部とを含む。この時、カソード電極及びゲート電極は互いに直交する方向に沿って形成され、単位画素に対応する交差領域を形成する。
前記スペーサは柱型または壁体型からなることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による電子放出素子は、単位画素の垂直ピッチに対してスペーサローディング領域の幅を最適化することによって、他色の発光を起こさずに高輝度画面を実現することができる。したがって、本発明による電子放出素子は、スペーサの帯電による画質の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施例をより詳細に説明する。
図１を参照すれば、電子放出素子は、所定の間隔をおいて互いに平行に対向配置される第１基板２及び第２基板４を含む。第１基板２及び第２基板４の周縁には側面隔壁（図示せず）が配置され、両基板と共に真空の内部空間を形成する。
【００１５】
前記第１基板２のうちの第２基板４との対向面には、第２基板４に向かって電子を放出する電子放出ユニット１００が提供され、第２基板４のうちの第１基板２との対向面には、前記電子によって可視光を放出して任意の発光または表示動作を行う発光ユニット２００が提供される。
【００１６】
前記電子放出ユニット１００は、複数の電子放出部６と、この電子放出部６からの電子の放出を制御するための駆動電極（図示せず）とを含む。電子放出部６は、第１基板２上に設定される単位画素ごとに一つまたはそれ以上が対応して配置され、駆動電極によって単位画素別に電子の放出オン／オフ及び電子の放出量が制御される。
【００１７】
前記発光ユニット２００は、互いに任意の距離をおいて形成される蛍光層８と、各蛍光層８の間に位置する非発光領域とを含む。蛍光層８は、第２基板４上に設定される単位画素ごとに個別に形成されたり、一つの蛍光層８が二つまたはそれ以上の単位画素にかけて形成されていてもよい。
【００１８】
この時、第１基板２上に設定される単位画素及び第２基板４上に設定される単位画素は、実質的に電子放出素子の厚さ方向（図面のｚ軸方向）に沿って互いに一致する。
そして、第１基板２と第２基板４との間には、非発光領域に対応する位置に複数のスペーサ（図面では、便宜上、一つのスペーサを示す）１０が配置される。非発光領域全体のうちのスペーサ１０が位置する部位の非発光領域をスペーサローディング領域１２と定義すれば、スペーサローディング領域１２は、電子放出素子の作用時にスペーサ１０の帯電によって電子ビームの歪曲が発生しやすい部位であるといえる。
【００１９】
したがって、本実施例の電子放出素子は、第１基板２または第２基板４上に設定される単位画素の配置構造を考慮してスペーサローディング領域１２の大きさを最適化することによって、電子ビームの歪曲による画質の低下を抑制する。
【００２０】
以下、冷陰極を使用する電子放出素子の一種である電界放出アレイ（ＦＥＡ）型電子放出素子を例に挙げて、電子放出ユニット及び発光ユニットの構造及びスペーサローディング領域について具体的に説明する。
【００２１】
図２乃至図４を参照すれば、電子放出ユニット１０１は、第１基板２上に第１基板２の一方向に沿ってストライプパターンに形成されるカソード電極１４と、カソード電極１４を覆いながら第１基板２全体に形成される絶縁層１６と、絶縁層１６上にカソード電極１４と直交する方向に沿ってストライプパターンに形成されるゲート電極１８とを含む。
【００２２】
本実施例で、カソード電極１４及びゲート電極１８の交差領域が単位画素をなし、カソード電極１４上に各単位画素ごとに一つまたはそれ以上の電子放出部１５が形成される。そして、絶縁層１６及びゲート電極１８には、各電子放出部１５に対応する開口部２０が形成されて第１基板２上に電子放出部１５が露出されるようにする。
【００２３】
図面では、電子放出部１５が円形の平面形態で各単位画素ごとにカソード電極１４の長さ方向に沿って配置される構造を示した。しかし、電子放出部１５の平面形態、単位画素別の個数、及び配置形態は例示したものに限定されず、多様に変更可能である。
【００２４】
電子放出部１５は、真空中で電界が加えられると電子を放出する物質、たとえばカーボン系物質またはナノメートルサイズの物質からなる。電子放出部１５に好ましく使用される物質としては、カーボンナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、Ｃ６０、シリコンナノワイヤー、及びこれらの組み合わせからなる物質があり、電子放出部１５の製造方法としては、スクリーン印刷、直接成長、化学気相蒸着、またはスパッタリングなどを適用することができる。
【００２５】
前記構成で、カソード電極１４は、電子放出部１５と電気的に連結されて電子放出部１５に電子の放出のための電流を提供する役割を果たし、ゲート電極１８は、カソード電極１４との電圧差を利用して電子放出部１５の周囲に電界を形成することによって、これから電子を引き出す役割を果たす。つまり、電子の放出を制御する駆動電極としてカソード電極１４及びゲート電極１８が提供される。
【００２６】
一方、図５に示したように、カソード電極１４´及びゲート電極１８´はその位置を変更して形成されることができる。図示した電子放出ユニット１０２では、ゲート電極１８´が第１基板２上に先に形成され、絶縁層１６´がゲート電極１８´を覆いながら第１基板２全体に形成され、カソード電極１４´が絶縁層１６´上に形成される。
【００２７】
この場合、電子放出部１５´は、カソード電極１４´の側面と接触して絶縁層１６´上に形成されることができ、ゲート電極１８´と電気的に連結される対向電極１７がカソード電極１４´の間で電子放出部１５´と離隔して位置することができる。対向電極１７は、ゲート電極１８´の電界を絶縁層１６´上に押し上げて電子放出部１５´の周囲に強い電界が形成されるようにする役割を果たす。
【００２８】
図２乃至図４を参照すれば、発光ユニットは、第１基板２に対向する第２基板４の一面に互いに任意の距離をおいて形成される赤色、緑色、及び青色の蛍光層２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂと、各蛍光層２２の間に位置する非発光領域とを含む。非発光領域は、蛍光層２２が配置されないで実質的に可視光を放出しない領域であって、主にクロムまたはクロム酸化物からなる黒色層２４が非発光領域に提供されて画面のコントラストを高める役割を果たす。
【００２９】
そして、蛍光層２２及び黒色層２４上には、アルミニウムのような金属膜からなるアノード電極２６が形成される。アノード電極２６は、電子ビームの加速に必要な高電圧の印加を受け、電子放出素子の作用時に蛍光層２２から放出された可視光を第２基板４側に反射させて画面の輝度を高める役割を果たす。
【００３０】
一方、図６に示したように、第２基板４の一面にアノード電極２６´が先に形成され、アノード電極２６´上に蛍光層２２及び黒色層２４が形成されることができる。この時、アノード電極２６´は、蛍光層２２から放出された可視光を透過させることができるように、ＩＴＯ（indium tin oxide）のような透明導電膜からなる。図面の符号２０２は発光ユニットを示す。
【００３１】
前記第２基板４上にも、第１基板２上に設定された単位画素に対応する単位画素が設定される。図７は電子放出素子の部分平面図であって、第２基板４上に設定される単位画素ごとに一つの蛍光層２２が個別に位置する構造を示した。
【００３２】
前記第１基板２と第２基板４との間には、スペーサ１０が配置され、第１基板と第２基板との間隔を一定に維持させながら真空容器に加わる圧縮力を支持して真空容器の変形及び破損を抑制する。
【００３３】
前記スペーサ１０は壁体型からなることができ、ゲート電極１８の間でゲート電極１８と平行に配置され、図７に示したように、図面のｙ軸方向に沿って所定の距離をおいて位置する蛍光層２２の間に位置することができる。一方、スペーサは、壁体型以外にも、図８に示したように柱形からなることができ、一例として、図８では、十字柱型スペーサ１０´を示した。
【００３４】
前記で、スペーサ１０が位置するスペーサローディング領域１２は、第１基板２または第２基板４上に設定される単位画素の垂直ピッチ（図面のｙ軸方向に沿って位置する隣接した二つの単位画素間の中心距離）に比例して任意の幅を有するように形成される。
【００３５】
図７を参照すれば、スペーサローディング領域１２の幅をＡとし、前記幅が定義された方向に沿って位置する単位画素のピッチ、つまり垂直ピッチをＢとする時、本実施例のスペーサローディング領域１２は下記の条件を満たすように形成される。参考に、図７では、単位画素ごとに一つの蛍光層２２が配置されるので、便宜上、蛍光層２２の垂直ピッチをＢで示した。
【００３６】
【数１】
2006339137.tif 000003
【００３７】
図９は単位画素の垂直ピッチ（Ｂ）に対するスペーサローディング領域の幅（Ａ）の比率及び他色の発光領域の関係を示したグラフである。ここで、他色の発光とは、図１０に示したように、一つの単位画素の電子放出部から放出された電子が隣接する単位画素の蛍光層、つまり他色の蛍光層に衝突してこれを発光させることを意味し、符号２８は他色の発光領域を示す。
【００３８】
図９で、グラフの縦軸は第２基板の一方向（図１０のｙ軸方向）に沿って測定した他色の発光領域の長さを示す。実験は、蛍光層の水平幅が１３０μｍであり、スペーサの幅が７０μｍであり、緑色の蛍光層のみを発光させる条件で進められ、スペーサローディング領域の幅を変化させながら他色の発光領域の長さを測定した。
【００３９】
図９を参照すれば、単位画素の垂直ピッチ（Ｂ）に対するスペーサローディング領域の幅（Ａ）の比率が０．２未満である時に他色の発光が起こり、Ａ／Ｂが小さくなるほど他色の発光領域の長さが大きくなることが分かる。
【００４０】
電子放出素子が動作する過程で、スペーサは、スペーサの表面に衝突する電子によって表面が帯電され、帯電されたスペーサは、スペーサの周囲を通過する電子ビームの経路を歪曲させる。このような条件で、Ａ／Ｂが０．２未満である場合には、スペーサが蛍光層に近接して位置するので、スペーサの周囲の電子ビームの歪曲が直接他色の発光につながる。しかし、Ａ／Ｂが０．２以上である場合には、電子ビームの歪曲がスペーサローディング領域内で発生するので、他色の発光が起こるのを防止することができる。したがって、本実施例の電子放出素子で、Ａ／Ｂは、０．２と同一かこれより大きい値を有する。
【００４１】
一方、単位画素の垂直ピッチ（Ｂ）に対するスペーサローディング領域の幅（Ａ）の比率が増加するほど他色の発光を効果的に抑制することができるが、第２基板に対して蛍光層が占める面積が減少するので、輝度の低下が予想される。
【００４２】
図１１は単位画素の垂直ピッチ（Ｂ）に対するスペーサローディング領域の幅（Ａ）の比率及び輝度の関係を示したグラフであって、電流密度が０．０３０４Ａ／ｍ２であり、アノード電界が３．０６Ｖ／μｍである時を測定条件とした。
【００４３】
図１１を参照すれば、単位画素の垂直ピッチ（Ｂ）に対するスペーサローディング領域の幅（Ａ）が０．５以下である時に約３００ｃｄ／ｍ２以上の高い輝度を実現していることが分かる。したがって、本実施例の電子放出素子で、Ａ／Ｂは、０．５と同一かこれより小さい値を有する。
【００４４】
前記では、電子放出部が電界が加えられると電子を放出する物質からなるＦＥＡ型についてのみ説明したが、本発明はこのようなＦＥＡ型だけに限定されず、冷陰極電子源、蛍光層、及びスペーサを含むその他の電子放出素子にも容易に適用される。
【００４５】
また、前記では、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも当然本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例による電子放出素子の部分断面図である。
【図２】本発明の実施例による電界放出アレイ型電子放出素子の部分分解斜視図である。
【図３】本発明の実施例による電界放出アレイ型電子放出素子の部分断面図である。
【図４】本発明の実施例による電界放出アレイ型電子放出素子の部分断面図である。
【図５】本発明の実施例による電界放出アレイ型電子放出素子のうちの電子放出ユニットの変形例を示した部分断面図である。
【図６】本発明の実施例による電界放出アレイ型電子放出素子のうちの発光ユニットの変形例を示した部分断面図である。
【図７】本発明の実施例による電界放出アレイ型電子放出素子の部分拡大平面図である。
【図８】柱型スペーサを示した斜視図である。
【図９】単位画素の垂直ピッチに対するスペーサのローディング領域の幅の比率及び他色の発光領域の関係を示したグラフである。
【図１０】他色の発光領域を説明するために示した電子放出素子の部分拡大平面図である。
【図１１】単位画素の垂直ピッチに対するスペーサローディング領域の幅の比率及び画面の輝度の関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
２  第１基板
４  第２基板
６  電子放出部
８、２２  蛍光層
１０  スペーサ
１２  スペーサローディング領域
１４  カソード電極
１５  電子放出部
１６  絶縁層
１７  対向電極
１８  ゲート電極
２０  開口部
２４  黒色層
２６  アノード電極
１００、１０１、１０２  電子放出ユニット
２００、２０２  発光ユニット
【図１】
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【図２】
2006339137.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006339137.tif 000008
【図６】
2006339137.tif 000009
【図７】
2006339137.tif 000010
【図８】
2006339137.tif 000011
【図９】
2006339137.tif 000012
【図１０】
2006339137.tif 000013
【図１１】
2006339137.tif 000014