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KR101616509B1 - 전계방출소자 및 이를 채용한 백라이트 유닛 - Google Patents

전계방출소자 및 이를 채용한 백라이트 유닛 Download PDF

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KR101616509B1
KR101616509B1 KR1020090004573A KR20090004573A KR101616509B1 KR 101616509 B1 KR101616509 B1 KR 101616509B1 KR 1020090004573 A KR1020090004573 A KR 1020090004573A KR 20090004573 A KR20090004573 A KR 20090004573A KR 101616509 B1 KR101616509 B1 KR 101616509B1
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KR
South Korea
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conductive fibers
emitter
substrate
insulating layer
fiber
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KR1020090004573A
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김하진
김용철
강호석
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삼성전자주식회사
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Publication date
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Abstract

전계방출소자 및 이를 채용한 백라이트 유닛이 개시된다. 개시된 전계방출소자는, 캐소드전극 상에 마련되는 것으로, 서로 꼬인(braided) 구조를 가지는 복수의 도전성 섬유 및 상기 도전성 섬유들의 표면에 형성된 탄소나노튜브(CNTs)를 포함하는 섬유형 에미터;를 구비한다.

Description

전계방출소자 및 이를 채용한 백라이트 유닛{Field emission device and backlight unit having the same}
섬유형 에미터을 구비하는 전계방출소자 및 이 전계방출소자를 채용한 백라이트 유닛이 제공된다.
전계방출소자(field emission device)는 캐소드전극 상에 형성된 에미터 주위에 강한 전기장을 형성함으로써 에미터로부터 전자들을 방출시키는 소자이다. 이러한 전계방출소자는 액정 디스플레이 장치용 백라이트 유닛, 전계방출 표시장치(field emission display device), X-ray tube, microwave 증폭기, 평판 램프 등과 같은 전자 방출을 이용한 다양한 종류의 시스템에 응용될 수 있다.
액정 디스플레이 장치는 배면에 배치된 백라이트 유닛으로부터 발생된 빛이 광 투과율을 조절하는 액정을 투과함으로써 전면에 화상을 표시하는 장치이다. 이때, 후면에 배치되는 백라이트 유닛으로는 냉음극 형광등(CCFL; cold cathode fluorescence lamp)형 백라이트 유닛, 발광 다이오드(LED; light emitting diode)형 백라이트 유닛, 전계 방출형 백라이트 유닛 등이 사용될 수 있다. 냉음극 형광등형 백라이트 유닛은 화면의 대면적화를 구현하기가 용이하지 않으며, 또한 액정 의 느린 응답 속도를 보완하여 화질을 향상시킬 수 있는 화면 분할 구동이 불가능하다는 단점이 있다. 상기 화면 분할 구동은 백라이트 유닛의 발광면을 다수의 영역으로 세분하여 발광이 필요한 영역만을 독립적으로 구동하는 방식으로서, 백라이트 유닛의 에너지 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만아니라 액정 디스플레이 장치의 화질을 크게 향상시킬 수 있다. 한편, 발광 다이오드형 백라이트 유닛은 화면 분할 구동은 가능하지만, 가격이 비싸다는 단점이 있다. 전계방출형 백라이트 유닛은 전계방출소자로부터 방출된 전자들을 애노드전극 상에 형성된 형광체층에 충돌시킴으로써 빛을 방출한다. 이러한 전계 방출형 백라이트 유닛은 화면의 대면적화가 용이하고 화면 분할 구동이 가능하며, 발광 다이오드형 백라이트 유닛에 비해 가격 경쟁력이 우수한 장점이 있으므로, 이에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.
최근에는 전계방출소자의 전자방출원으로 전자방출 특성이 우수하고, 기계적 화학적 안정성이 뛰어난 탄소나노튜브(CNTs; carbon nanotubes) 에미터가 사용되고 있다. 기판 상에 탄소나노튜브 에미터를 형성시키는 방법으로는 첫째로 유기 바인더와 탄소나노튜브 파우더를 혼합한 패이스트(paste)를 스크린 프린팅 방법으로 기판 상의 원하는 위치에 형성시키는 방법이 있으며, 둘째로 화학기상증착법(CVD;chemical vapor deposition)를 이용하여 탄소나노튜브를 기판 상에 직접 성장시키는 방법이 있다.
탄소나노튜브 패이스트를 이용하는 방법은 스크린 프린팅법에 의한 연속 공정과 양산화가 가능하지만, 탄소나노튜브 에미터 형성 후 활성화(activation) 공정이 필요하게 된다. 즉, 스크린 프린팅법에 의해 탄소나노튜브 에미터가 형성된 후 에 탄소나노튜브는 패이스트 내부에 묻혀 있게 되므로 전계 방출 특성이 떨어지게 된다. 따라서, 활성화 공정을 통하여 탄소나노튜브를 패이스트 외부로 노출시키고, 이렇게 노출된 탄소나노튜브를 전계방향으로 정렬시켜 주는 작업이 필요하게 된다. 상기 활성화 공정은 일반적으로 점착 테이프 또는 점착성 엘라스토머를 이용하여 탄소나노튜브 패이스트의 상부에 있는 탄소나노튜브를 외부로 노출시키면서 정렬시키는 공정이다. 그러나, 이러한 점착 테이프나 점착성 엘라스토머에 의한 활성화 공정은 탄소나노튜브를 손상시킬 염려가 있으며, 또한 에미터 내부에 유기물질이 남아 있으므로 전자방출의 균일도, 에미터의 신뢰성 및 수명 등을 악화시킬 수 있다. 그리고, 화학기상증착법을 이용하여 탄소나노튜브 에미터를 형성하는 방법은 먼저 탄소나노튜브가 성장할 위치에 촉매를 형성한 다음 고온의 화학기상증착 장치 내에서 탄소나노튜브를 성장시키게 된다. 따라서, 이러한 방법은 고온의 성장 조건 및 화학기상증착 챔버의 크기로 인해 기판의 물질 및 크기가 제약을 받을 수 있으며, 연속공정이 어려워 제작시간이 늘어난다는 단점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 섬유형 에미터을 구비하는 전계방출소자 및 이 전계방출소자를 채용한 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 전계방출소자는,
기판;
상기 기판 상에 형성되는 복수의 캐소드전극; 및
상기 캐소드전극 상에 마련되는 것으로, 서로 꼬인(braided) 구조를 가지는 복수의 도전성 섬유 및 상기 도전성 섬유들의 표면에 형성된 탄소나노튜브(CNTs)를 포함하는 섬유형 에미터;를 구비한다.
상기 도전성 섬유들은 금속 섬유 및 탄소 섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전계방출소자는, 상기 캐소드전극들 사이의 상기 기판 상에 형성되는 제1 절연층; 및 상기 제1 절연층 상에 상기 캐소드전극들과 교차하도록 형성되는 복수의 게이트전극;을 더 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 도전성 섬유들의 꼬임 피치(pitch)는 상기 섬유형 에미터와 게이트전극 사이의 간격보다 작을 수 있다.
상기 섬유형 에미터의 상부에 위치하는 게이트전극에는 적어도 하나의 관통공이 형성될 수 있다.
상기 게이트전극과 제1 절연층 사이에 제1 절연층, 기판, 캐소드전극 및 섬 유형 에미터를 덮도록 제2 절연층이 더 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전계방출형 백라이트 유닛은,
일정한 간격으로 서로 대향되게 배치되는 하부기판 및 상부기판;
상기 하부기판의 상면에 형성되는 복수의 캐소드전극;
상기 캐소드전극 상에 마련되는 것으로, 서로 꼬인(braided) 구조를 가지는 복수의 도전성 섬유 및 상기 도전성 섬유들의 표면에 형성된 탄소나노튜브를 포함하는 섬유형 에미터;
상기 상부기판의 하면에 형성되는 애노드전극; 및
상기 애노드전극 상에 형성되는 형광체층;을 구비한다.
여기서, 상기 도전성 섬유들의 꼬임 피치(pitch)는 상기 섬유형 에미터와 애노드전극 사이의 간격보다 작을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전계방출소자는,
기판;
상기 기판 상에 형성되는 복수의 트렌치;
상기 트렌치들의 바닥면 상에 형성되는 복수의 캐소드전극; 및
상기 캐소드전극 상에 마련되는 것으로, 서로 꼬인(braided) 구조를 가지는 복수의 도전성 섬유 및 상기 도전성 섬유들의 표면에 형성된 탄소나노튜브(CNTs)를 포함하는 섬유형 에미터;를 구비한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전계방출형 백라이트 유닛은,
일정한 간격으로 서로 대향되게 배치되는 하부기판 및 상부기판;
상기 하부기판 상에 형성되는 복수의 트렌치;
상기 트렌치들의 바닥면 상에 형성되는 복수의 캐소드전극;
상기 캐소드전극 상에 마련되는 것으로, 서로 꼬인(braided) 구조를 가지는 복수의 도전성 섬유 및 상기 도전성 섬유들의 표면에 형성된 탄소나노튜브를 포함하는 섬유형 에미터;
상기 상부기판의 하면에 형성되는 애노드전극; 및
상기 애노드전극 상에 형성되는 형광체층;을 구비한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 복수의 도전성 섬유와 이 도전성 섬유들 표면에 형성된 탄소나노튜브로 구성된 섬유형 에미터를 전자방출원으로 사용함으로써 별도의 활성화 공정 없이 전자방출 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 도전성 섬유들은 서로 꼬인 구조를 가짐으로써 에미터의 파손에 따라 발생될 수 있는 캐소드전극과 게이트전극 또는 캐소드 전극과 애노드 전극 간의 단락을 방지할 수 있으며, 꼬임 구조에 의한 전계강화 효과를 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계방출소자 및 이를 포함하는 전계방출형 백라이트 유닛의 일부 사시도이다. 그리고, 도 2는 도 1에 도시된 섬유형 에미터를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전계방출소자는 하부기판(210)과, 상기 하부기판(210) 상에 형성되는 복수의 캐소드전극(215)과, 상기 캐소드전극들(215) 각각의 상면에 마련되는 섬유형 에미터(220)와, 전자추출을 위한 복수의 게이트전극(230)을 포함한다. 상기 하부기판(210)으로는 일반적으로 유리기판이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 하부기판(210) 상에는 복수의 캐소드전극(215)이 일정한 간격으로 서로 나란하게 형성되어 있다. 예를 들면, 상기 캐소드전극들(215)은 스트라이프(stripe) 형태로 형성될 수 있다. 상기 캐소드전극(215)은 금속 물질 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
상기 캐소드전극들(215) 각각의 상면에는 섬유형 에미터(220)가 마련되어 있다. 이러한 섬유형 에미터(220)는 캐소드전극(215)의 길이 방향을 따라 마련될 수 있다. 상기 섬유형 에미터(220)는 복수의 도전성 섬유(221)와 상기 도전성 섬유들(221)의 표면에 형성되는 탄소나노튜브(222)를 포함한다. 여기서, 상기 섬유형 에미터(220)는 복수의 도전성 섬유들(221)이 서로 꼬인(braided) 구조를 가질 수 있다.
상기 도전성 섬유들(221)의 표면에 탄소나노튜브(222)를 형성하는 경우나 섬유형 에미터(220)를 캐소드전극(215) 상에 부착시키는 경우, 또는 소자의 동작 중에 섬유형 에미터(220) 주변에서 아킹(arcing)이 발생되는 경우에는, 도전성 섬유들(221)의 일부가 손상되어 끊어질 수 있다. 이 경우, 상기 도전성 섬유들(221)이 서로 꼬여 있지 않게 되면, 도전성 섬유들(221)의 절단으로 인해 섬유형 에미터(220)의 일부가 게이트전극(230)과 단락될 염려가 있다. 그러나, 본 실시예에서와 같이 섬유형 에미터(220)의 도전성 섬유들(221)을 서로 꼬인 구조로 형성하게 되면, 도전성 섬유들(221)의 일부가 손상에 의해 끊어지더라도 섬유형 에미터(220)가 게이트전극(230)과 단락되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이를 위하여, 상기 도전성 섬유들(221)의 꼬임 피치(P)는 상기 섬유형 에미터(220)와 게이트 전극(230) 사이의 간격(d)보다 작을 수 있다.
본 실시예에서, 서로 꼬인 도전성 섬유들(221)이 끊어져 풀리는 것을 방지하기 위하여 상기 섬유형 에미터(220)는 3개 이상의 도전성 섬유들(221)이 서로 꼬인 구조를 가질 수 있다. 도 2에는 3개의 도전성 섬유들(221)이 서로 꼬인 구조를 가지는 섬유형 에미터(220)가 예시적으로 도시되어 있다. 그러나, 본 실시예는 이에 한정되지 않으며, 다양한 개수의 도전성 섬유들이 다양한 형태로 서로 꼬인 구조를 가질 수 있다. 도 3에는 본 실시예에 적용될 수 있는 섬유형 에미터의 다른 예가 예시적으로 도시되어 있다. 도 3에서 참조부호 220', 221',220"는 각각 섬유형 에미터, 도전성 섬유 및 탄소나노튜브를 나타낸다. 그리고, P는 도전성 섬유들의 꼬임 피치를 나타낸다.
상기 도전성 섬유들(221)은 예를 들면 금속 섬유 또는 탄소 섬유를 포함할 수 있다. 또한, 상기 도전성 섬유들(221)이 탄소 섬유를 포함하는 경우에는 도전성을 향상시키기 위해 금속 섬유가 더 포함될 수도 있다. 본 실시예에서 상기 탄소 섬유는 전자 방출시 발생되는 열에 의한 변형을 고려할 때 낮은 열팽창 계수를 가 지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 탄소 섬유는 대략 -1 ~ 5×10-6/K 의 열팽창 계수를 가질 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 꼬여진 도전성 섬유들(221)의 표면에는 전자방출 특성이 우수한 탄소나노튜브(CNTs, 222)가 형성되어 있다. 이와 같이. 꼬임 구조의 도전성 섬유들(221)의 표면에 탄소나노튜브(222)가 형성되면 전계강화 효과도 얻을 수 있게 된다. 이러한 탄소나노튜브(222)는 화학기상증착법(CVD) 또는 저항 가열을 통하여 도전성 섬유들(221)의 표면에 형성될 수 있으며, 이렇게 탄소나노튜브(222)가 형성된 도전성 섬유들(221)을 서로 꼬음으로써 섬유형 에미터(220)를 제작할 수 있다. 한편, 도전성 섬유들(221)을 먼저 서로 꼬은 다음, 이 꼬여진 도전성 섬유들(221)의 표면에 탄소나노튜브(222)를 형성함으로써 섬유형 에미터(220)를 제작할 수도 있다.
상기 캐소드전극들(215) 사이의 하부기판(210) 상면에는 절연층(212)이 소정 높이로 형성되어 있다. 이러한 절연층(212)은 캐소드전극들(215)과 나란한 방향으로 형성될 수 있다. 상기 절연층(212)의 상면에는 전자추출을 위한 복수의 게이트전극(230)이 형성되어 있다. 이러한 게이트전극들(230)은 캐소드전극들(215)과 교차하도록 형성될 수 있으며, 예를 들면 스트라이프 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 섬유형 에미터(220)의 상부에 위치하는 게이트전극(320)에는 적어도 하나의 관통공(231)이 형성될 수 있다. 상기와 같은 구조의 전계방출소자에서, 상기 캐소드전극들(215)과 게이트전극들(230) 사이에 소정 전압이 인가됨에 따라 상기 섬유형 에미터들(220)로부터 전자들이 방출되고, 이렇게 방출된 전자들은 상기 관통 공들(231)을 통하여 후술하는 애노드전극(245) 쪽으로 향하게 된다.
그리고, 상부기판(240)은 전술한 전계방출소자로부터 소정 간격 이격되게 배치되어 있다. 구체적으로, 상기 상부기판(240)은 상기 하부기판(210)과 일정한 간격으로 서로 대향되게 배치되어 있다. 상기 상부기판(240)은 하부기판(210)과 마찬가지로 일반적으로 유리 기판으로 이루어지나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 상부기판(240)의 하면에는 애노드전극(245)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 애노드전극(245)은 상부기판(240)의 하면 전체를 덮도록 형성될 수도 있으며, 스트라이프 형태로 형성될 수 있다. 이러한 애노드전극(245)은 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 애노드전극(245)의 하면에는 형광체층(246)이 형성되어 있다.
상기와 같은 구조의 전계방출형 백라이트 유닛에서, 캐소드전극들(215), 게이트전극들(230) 및 애노드전극들(245)에 각각 소정 전압이 인가되면, 캐소드전극들(215)과 게이트전극들(230)에 인가된 전압에 의하여 섬유형 에미터들(220)로부터 전자들이 방출된다. 그리고, 이렇게 방출된 전자들은 게이트전극들(230)에 형성된 관통공들(231)을 통하여 애노드전극(245) 쪽으로 향한 다음, 형광체층(246)과 충돌함으로써 빛을 발생시키게 된다.
이상과 같이, 본 실시예에서는 도전성 섬유들(221)과 이 도전성 섬유들(221)의 표면에 형성된 탄소나노튜브(222)로 구성되는 섬유형 에미터(220)를 전자방출원으로 사용함으로써 별도의 활성화 공정 없이 전자방출 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 도전성 섬유들(221)은 서로 꼬인 구조를 가짐으로써 섬유형 에미터(220)의 파손에 따라 발생될 수 있는 캐소드전극(215)과 게이트전극(230) 간의 단락을 방지할 수 있으며, 꼬임 구조에 의한 전계강화 효과도 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계방출소자 및 이를 포함하는 전계방출형 백라이트 유닛의 일부 사시도이다. 도 4에 도시된 전계방출소자는 도 1에 도시된 전계방출소자에서 하부기판(도1의 210)과 절연층(도1의 212)이 일체로 형성되었다는 점을 제외하고는 도 1에 도시된 전계방출소자와 동일하다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 하부기판(210') 상에 복수의 트렌치(trench,211)가 소정 깊이로 형성되어 있다. 이러한 트렌치들(211)은 일정한 간격으로 서로 나란하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 트렌치들(211)은 스트라이프 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 트렌치들(211) 각각의 바닥면 상에는 캐소드전극(215)이 형성되어 있으며, 이 캐소드전극들(215) 각각의 상면에는 섬유형 에미터(220)가 마련되어 있다. 여기서, 상기 섬유형 에미터는 전술한 바와 같이 서로 꼬인(braided) 구조의 도전성 섬유들과 이 꼬인 도전성 섬유들의 표면에 형성된 탄소나노튜브를 포함한다. 여기서, 상기 도전성 섬유들(221)의 꼬임 피치(P)는 상기 섬유형 에미터(220)와 게이트 전극(230) 사이의 간격(d)보다 작을 수 있다. 상기 하부기판(10')의 상면에는 복수의 게이트전극(30)이 캐소드전극들(15)과 교차하도록 형성되어 있다. 여기서, 상기 게이트전극들(15)은 예를 들면 스트라이프 형태로 형성될 수 있다.
한편, 이상의 실시예들에서는 캐소드전극(215), 게이트전극(230) 및 애노드전극(245)을 포함하는 3전극 구조의 전계방출형 백라이트 유닛이 설명되었으나, 이 에 한정되지 않고 캐소드전극 및 애노드전극을 포함하는 2전극 구조의 전계방출형 백라이트 유닛도 얼마든지 구현 가능하다. 이 경우, 상기 도전성 섬유들(221)의 꼬임 피치(P)는 상기 섬유형 에미터(220)와 애노드 전극 사이의 간격보다 작을 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계방출소자 및 이를 포함하는 전계방출형 백라이트 유닛의 일부 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계방출소자는 하부기판(250)과, 상기 하부기판(250) 상에 형성되는 복수의 캐소드전극(255)과, 상기 캐소드전극들(255) 각각의 상면에 마련되는 섬유형 에미터(260)와, 전자추출을 위한 복수의 게이트전극(270)을 포함한다. 상기 하부기판(250)으로는 일반적으로 유리기판이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 하부기판(250) 상에는 복수의 캐소드전극(255)이 일정한 간격으로 서로 나란하게 형성되어 있다. 예를 들면, 상기 캐소드전극들(255)은 스트라이프(stripe) 형태로 형성될 수 있다. 상기 캐소드전극(255)은 금속 물질 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
상기 캐소드전극들(255) 각각의 상면에는 섬유형 에미터(260)가 마련되었다. 이러한 섬유형 에미터(260)는 캐소드전극(55)의 길이 방향을 따라 마련될 수 있다. 상기 섬유형 에미터(260)는 서로 꼬인 구조의 도전성 섬유들(261)와 상기 도전성 섬유들(261)의 표면에 형성되는 탄소나노튜브(262)를 포함한다. 여기서, 상기 도전성 섬유들(261)의 일부가 손상되어 끊어짐으로써 상기 섬유형 에미터(260)가 게이 트전극(270)과 단락되는 것을 방지하기 위하여, 상기 도전성 섬유들(261)의 꼬임 피치는 상기 섬유형 에미터(260)와 게이트 전극(270) 사이의 간격보다 작을 수 있다. 그리고, 서로 꼬인 도전성 섬유들(261)이 끊어져 풀리는 것을 방지하기 위하여 상기 섬유형 에미터(260)는 3개 이상의 도전성 섬유들(261)이 서로 꼬인 구조를 가질 수 있다.
상기 도전성 섬유들(261)은 예를 들면 금속 섬유 또는 탄소 섬유를 포함할 수 있다. 또한, 상기 도전성 섬유들(261)이 탄소 섬유를 포함하는 경우에는 도전성을 향상시키기 위해 금속 섬유가 더 포함될 수도 있다. 그리고, 상기 꼬여진 도전성 섬유들(261)의 표면에는 전자방출 특성이 우수한 탄소나노튜브(CNTs, 262)가 형성되어 있다.
상기 캐소드전극들(255) 사이의 하부기판(250) 상면에는 제1 절연층(252)이 소정 높이로 형성되어 있다. 이러한 제1 절연층(252)은 캐소드전극들(255)과 나란한 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제1 절연층(252) 상에는 후술하는 게이트전극들(270)과 대응되는 제2 절연층(256)이 형성되어 있다. 구체적으로, 상기 제2 절연층(256)은 게이트전극들(270)과 제1 절연층(252) 사이에서 상기 캐소드전극들(255)과 교차하도록 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제2 절연층(256)은 상기 게이트전극들(270)의 하부에 위치하는 제1 절연층(252), 하부기판(250), 캐소드전극(255) 및 섬유형 에미터(260)를 덮도록 형성될 수 있다. 상기 제2 절연층(256)의 상면에는 전자 추출을 위한 복수의 게이트전극(270)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 게이트전극들(270)은 상기 제2 절연층(256)의 상면을 따라 형성되어 있다. 따라서, 상기 게이트전극들(270)은 상기 캐소드전극들(255)과 교차하도록 형성된다. 상기와 같은 구조의 전계방출소자에서, 상기 캐소드전극들(255)과 게이트전극들(270) 사이에 소정 전압이 인가됨에 따라 상기 섬유형 에미터들(260)로부터 전자들이 방출되고, 이렇게 방출된 전자들은 상기 게이트전극들(270) 사이를 통하여 후술하는 애노드전극(285) 쪽으로 향하게 된다.
그리고, 상부기판(280)은 전술한 전계방출소자로부터 소정 간격 이격되게 배치되어 있다. 구체적으로, 상기 상부기판(280)은 상기 하부기판(250)과 일정한 간격으로 서로 대향되게 배치되어 있다. 상기 상부기판(280)은 하부기판(250)과 마찬가지로 일반적으로 유리 기판으로 이루어지나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 상부기판(280)의 하면에는 애노드전극(285)이 형성되어 있다. 이러한 애노드전극(285)은 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 애노드전극(285)의 하면에는 형광체층(286)이 형성되어 있다.
상기와 같은 구조의 전계방출형 백라이트 유닛에서, 캐소드전극들(255), 게이트전극들(270) 및 애노드전극들(285)에 각각 소정 전압이 인가되면, 캐소드전극들(255)과 게이트전극들(270)에 인가된 전압에 의하여 섬유형 에미터들(260)로부터 전자들이 방출된다. 그리고, 이렇게 방출된 전자들은 게이트전극들(270) 사이를 통하여 애노드전극(285) 쪽으로 향한 다음, 형광체층(286)과 충돌함으로써 빛을 발생시키게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계방출소자 및 이를 포함하는 전계방출형 백라이트 유닛의 일부 사시도이다. 도 6에 도시된 전계방출소자는 도 5에 도시된 전계방출소자에서 하부기판(도 5의 250)과 절연층(도 5의 252)이 일체로 형성되었다는 점을 제외하고는 도 5에 도시된 전계방출소자와 동일하다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 하부기판(250') 상에 복수의 트렌치(251)가 소정 깊이로 형성되어 있다. 이러한 트렌치들(251)은 일정한 간격으로 서로 나란하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 트렌치들(251)은 스트라이프 형태로 형성될 수 있다. 상기 트렌치들(251) 각각의 바닥면 상에는 캐소드전극(255)이 형성되어 있으며, 이 캐소드전극들(255) 각각의 상면에는 섬유형 에미터(260)가 마련되어 있다. 여기서, 상기 섬유형 에미터(260)는 전술한 바와 같이, 서로 꼬인 구조의 도전성 섬유들(261)와 상기 도전성 섬유들(261)의 표면에 형성되는 탄소나노튜브(262)를 포함한다. 여기서, 상기 도전성 섬유들(261)의 꼬임 피치는 상기 섬유형 에미터(260)와 게이트 전극(270) 사이의 간격보다 작을 수 있다.
상기 하부기판(250') 상에는 게이트전극들(270)과 대응되는 절연층(256)이 형성되어 있다. 구체적으로, 상기 절연층(256)은 게이트전극들(270)과 하부기판(250') 사이에서 상기 캐소드전극들(255)과 교차하도록 형성될 수 있다. 여기서, 상기 절연층(256)은 상기 게이트전극들(270)의 하부에 위치하는 하부기판(250'), 캐소드전극(255) 및 섬유형 에미터(260)를 덮도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 절연층(256)의 상면에는 전자 추출을 위한 복수의 게이트전극(270)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 게이트전극들(270)은 상기 절연층(256)의 상면을 따라 형성되어 있다. 따라서, 상기 게이트전극들(270)은 상기 캐소드전극들(255)과 교차하도록 형 성된다. 이러한 게이트전극들(270)은 예를 들면 스트라이프 형태로 형성될 수 있다.
한편, 이상의 실시예들에서는 캐소드전극(255), 게이트전극(270) 및 애노드전극(285)을 포함하는 3전극 구조의 전계방출형 백라이트 유닛이 설명되었으나, 이에 한정되지 않고 캐소드전극 및 애노드전극을 포함하는 2전극 구조의 전계방출형 백라이트 유닛도 얼마든지 구현 가능하다. 이 경우, 상기 도전성 섬유들(261)의 꼬임 피치는 상기 섬유형 에미터(260)와 애노드 전극 사이의 간격보다 작을 수 있다. 이상에서는 섬유형 에미터를 포함하는 전계방출소자가 전계방출형 백라이트 유닛에 적용된 경우가 예시적으로 설명되었으나, 상기한 전계방출소자는 전계방출 디스플레이 장치, 조명 장치 등과 같은 다른 응용분야에도 널리 적용될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 의하면 복수의 도전성 섬유와 이 도전성 섬유들의 표면에 형성된 탄소나노튜브로 구성된 섬유형 에미터를 전자방출원으로 사용함으로써 별도의 활성화 공정 없이 전자방출 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 탄소나노튜브의 손상이 없고 에미터 내부에 잔류 유기물이 없으므로, 에미터의 수명을 증대시킬 수 있다. 또한, 상기 도전성 섬유들은 서로 꼬인 구조를 가짐으로써 에미터의 파손에 따라 발생될 수 있는 캐소드전극과 게이트전극 또는 캐소드 전극과 애노드 전극 간의 단락을 방지할 수 있으며, 꼬임 구조에 의한 전계강화 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실 시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계방출소자 및 이를 포함하는 전계방출형 백라이트 유닛의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 섬유형 에미터를 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 섬유형 에미터의 다른 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계방출소자 및 이를 포함하는 전계방출형 백라이트 유닛의 일부 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전계방출소자 및 이를 포함하는 전계방출형 백라이트 유닛의 일부 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전계방출소자 및 이를 포함하는 전계방출형 백라이트 유닛의 일부 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
210,210',250,250'... 하부기판 211,251.. 트렌치
212,252,256... 절연층 215,255... 캐소드전극
220,260... 섬유형 에미터 221,261... 도전성 섬유
222,262... 탄소나노튜브 230,270... 게이트전극
231... 관통공 240,280... 상부기판
245,285... 애노드전극 246,286... 형광체층

Claims (27)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 복수의 캐소드전극;
    상기 캐소드전극 상에 마련되는 것으로, 서로 꼬인(braided) 구조를 가지는 복수의 도전성 섬유 및 상기 도전성 섬유들의 표면에 형성된 탄소나노튜브(CNTs)를 포함하는 섬유형 에미터;
    상기 캐소드전극들 사이의 상기 기판 상에 형성되는 제1 절연층; 및
    상기 제1 절연층 상에 상기 캐소드전극들과 교차하도록 형성되는 복수의 게이트전극;을 구비하고,
    상기 도전성 섬유들의 꼬임 피치(pitch)는 상기 섬유형 에미터와 게이트전극 사이의 간격보다 작은 전계방출소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 섬유들은 금속 섬유 및 탄소 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 전계방출소자.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유형 에미터의 상부에 위치하는 게이트전극에는 적어도 하나의 관통공이 형성되는 전계방출소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트전극과 제1 절연층 사이에 형성되는 제2 절연층을 더 구비하는 전계방출소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 절연층은 상기 게이트전극의 하부에 위치하는 제1 절연층, 기판, 캐소드전극 및 섬유형 에미터를 덮도록 형성되는 전계방출소자.
  8. 일정한 간격으로 서로 대향되게 배치되는 하부기판 및 상부기판;
    상기 하부기판의 상면에 형성되는 복수의 캐소드전극;
    상기 캐소드전극 상에 마련되는 것으로, 서로 꼬인(braided) 구조를 가지는 복수의 도전성 섬유 및 상기 도전성 섬유들의 표면에 형성된 탄소나노튜브를 포함하는 섬유형 에미터;
    상기 상부기판의 하면에 형성되는 애노드전극;
    상기 애노드전극 상에 형성되는 형광체층;
    상기 캐소드전극들 사이의 상기 하부 기판 상면에 형성되는 제1 절연층; 및
    상기 제1 절연층 상에 상기 캐소드전극들과 교차하도록 형성되는 복수의 게이트전극;을 구비하고,
    상기 도전성 섬유들의 꼬임 피치(pitch)는 상기 섬유형 에미터와 애노드전극 사이의 간격보다 작은 전계방출형 백라이트 유닛.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 도전성 섬유는 금속 섬유 및 탄소 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 전계방출형 백라이트 유닛.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 도전성 섬유들의 꼬임 피치(pitch)는 상기 섬유형 에미터와 애노드전극 사이의 간격보다 작은 전계방출형 백라이트 유닛.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 섬유형 에미터의 상부에 위치하는 게이트전극에는 적어도 하나의 관통공이 형성되는 전계방출형 백라이트 유닛.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 게이트전극과 제1 절연층 사이에 형성되는 제2 절연층을 더 구비하는 전계방출형 백라이트 유닛.
  15. 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 복수의 트렌치;
    상기 트렌치들의 바닥면 상에 형성되는 복수의 캐소드전극;
    상기 캐소드전극 상에 마련되는 것으로, 서로 꼬인(braided) 구조를 가지는 복수의 도전성 섬유 및 상기 도전성 섬유들의 표면에 형성된 탄소나노튜브(CNTs)를 포함하는 섬유형 에미터; 및
    상기 기판의 상면에 상기 캐소드전극들과 교차하도록 형성되는 복수의 게이트전극;을 구비하고,
    상기 도전성 섬유들의 꼬임 피치(pitch)는 상기 섬유형 에미터와 게이트전극 사이의 간격보다 작은 전계방출소자.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 도전성 섬유들은 금속 섬유 및 탄소 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 전계방출소자.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 섬유형 에미터의 상부에 위치하는 게이트전극에는 적어도 하나의 관통공이 형성되는 전계방출소자.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 게이트전극과 기판 사이에 형성되는 절연층을 더 구비하는 전계방출소자.
  21. 일정한 간격으로 서로 대향되게 배치되는 하부기판 및 상부기판;
    상기 하부기판 상에 형성되는 복수의 트렌치;
    상기 트렌치들의 바닥면 상에 형성되는 복수의 캐소드전극;
    상기 캐소드전극 상에 마련되는 것으로, 서로 꼬인(braided) 구조를 가지는 복수의 도전성 섬유 및 상기 도전성 섬유들의 표면에 형성된 탄소나노튜브를 포함하는 섬유형 에미터;
    상기 상부기판의 하면에 형성되는 애노드전극;
    상기 애노드전극 상에 형성되는 형광체층; 및
    상기 하부기판의 상면에 상기 캐소드전극들과 교차하도록 형성되는 복수의 게이트전극;을 구비하고,
    상기 도전성 섬유들의 꼬임 피치(pitch)는 상기 섬유형 에미터와 게이트전극 사이의 간격보다 작은 전계방출형 백라이트 유닛.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 도전성 섬유는 금속 섬유 및 탄소 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 전계방출형 백라이트 유닛.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 도전성 섬유들의 꼬임 피치(pitch)는 상기 섬유형 에미터와 애노드전극 사이의 간격보다 작은 전계방출형 백라이트 유닛.
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 섬유형 에미터의 상부에 위치하는 게이트전극에는 적어도 하나의 관통공이 형성되는 전계방출형 백라이트 유닛.
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 게이트전극과 기판 사이에 형성되는 절연층을 더 구비하는 전계방출형 백라이트 유닛.
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