JP2007123267A - 電子放出ディスプレイ - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、スペーサの表面帯電による電子ビームの歪曲を抑制するための電子放出ディスプレイを提供する。
【解決手段】本発明による電子放出ディスプレイは、互いに対向配置される第1基板と第2基板を含む真空容器と、第1基板に備えられる電子放出ユニットと、第2基板に備えられる発光ユニットと、第1基板と第2基板の間に配置されるスペーサを含む。
スペーサは母体と、母体の側面に位置する少なくとも一重のコーティング層を含み、下記条件を満足する。
0.02 < ρ2/ ρ1 < 100
1は、最外郭コーティング層の比抵抗を示し、2は最外郭コーティング層と接触する他のコーティング層または母体の比抵抗を示す。
【選択図】図1

Description

本発明は電子放出ディスプレイに関し、より詳しくは真空容器内部に設置されて、真空容器に加えられる圧縮力を支持するスペーサ及びこのスペーサを備えた電子放出ディスプレイに関する。
一般に、電子放出素子は電子源の種類によって熱陰極を利用する方式と冷陰極を利用する方式に分類できる。
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(FEA)型、表面電導エミッション(SCE)型、金属−絶縁層−金属(MIM)型及び金属−絶縁層−半導体(MIS)型などが知られている。
電子放出ディスプレイは、第1基板と第2基板及び密封部材で構成される真空容器と、第1基板中の第2基板との対向面に備えられて、複数の電子放出素子がアレイをなして配置されている電子放出ユニットと、第2基板中の第1基板との対向面に備えられて、蛍光層とアノード電極を含む発光ユニットで構成される。
電子放出ユニットは、電子放出部と共に駆動電極である走査電極とデータ電極を備え、画素別に電子放出部が対応する画素の蛍光層に向かって、所定の電子を放出する。アノード電極は高電圧(数百乃至数千ボルトの正の直流電圧)を印加されて、電子放出部から放出した電子を蛍光層に向かって加速させ、蛍光層が電子によって励起されて可視光を放出する。
真空容器は、約10−6Torrの真空度を維持しながら、内部と外部の圧力差によって、強い圧縮力を受けるようになる。従って、通常の電子放出ディスプレイは真空容器内部に多数のスペーサを設置して、圧縮力を支持している。この時、スペーサは第1基板上の駆動電極と第2基板上のアノード電極がスペーサを通して短絡しないように、主にガラスやセラミックのような誘電体で形成される。
ところが、通常の電子放出ディスプレイは作用時に電子放出部から放出される電子が第2基板に向かって直進せず、一定の発散角を有して広がって進行する傾向がある。このような電子ビームの広がりによりスペーサ表面に電子が衝突し、電子が衝突したスペーサは材料の特性(比抵抗、誘電定数または二次電子放出係数など)によりその表面が正または負の電位に帯電する。
帯電したスペーサは、スペーサ周囲の電場を変化させて、電子ビーム経路に歪みが生じる。このような電子ビーム経路の歪みは、スペーサ周囲での正確な色表示を妨げ、画面にスペーサシートが見えるような表示品質低下を誘発する。
本発明の目的は、スペーサ表面の電荷付着を抑制して、スペーサ周囲の電子ビームの歪みとこれに伴う異常発光を抑制できる電子放出ディスプレイを提供することである。
前記の目的を達成するために本発明は、
互いに対向配置される第1基板と第2基板を含む真空容器と、第1基板中の第2基板との対向面に配置される電子放出ユニットと、第2基板中の第1基板との対向面に配置される発光ユニットと、第1基板と第2基板の間に配置されて母体と母体側面に位置する少なくとも一重のコーティング層を含むスペーサを含み、スペーサが下記条件を満足する電子放出ディスプレイを提供する。
0.02 < ρ2/ ρ1 < 100
ここで、1は最外郭コーティング層の比抵抗であり、2は前記最外郭コーティング層を接触する他のコーティング層または前記母体の比抵抗を示す。
前記最外郭コーティング層は、約1の二次電子放出係数を有し、少なくとも一重のコーティング層が母体の側面全体に位置できる。
前記スペーサが一重のコーティング層を含む時、前記母体は誘電体で形成され、コーティング層は金属酸化物または炭素系物質を含むことができる。
前記スペーサが第1コーティング層と第2コーティング層で構成された2重のコーティング層を含む時、第2コーティング層は母体の比抵抗より大きい比抵抗を有し、第1コーティング層は第2コーティング層より小さい比抵抗を有することができる。
第1コーティング層はp型ドーピングされた非晶質シリコン、n型にドーピングされた非晶質シリコン、窒化ケイ素及び炭化ケイ素からなる群より選択した物質を含むことができる。
前記スペーサは、母体の上面と下面のうちの少なくとも一面に位置し、少なくとも一重のコーティング層と接触する導電層をさらに含むことができる。
前記電子放出ユニットは、電子放出部と、電子放出部の電子放出量を制御する駆動電極を含む。
前記発光ユニットは蛍光層と蛍光層の一面に位置するアノード電極を含む。
前記導電層は駆動電極とアノード電極のうちの少なくとも一つの電極に連結される。
本発明による電子放出ディスプレイは、前記構造のスペーサによってスペーサの電荷付着を最少化して、電子ビームの歪みによる他色発光を抑制することができる。
従って、本発明による電子放出ディスプレイは、色再現率を高めて、高品質の画面を実現できる。
以下、添付図を参照して、本発明の実施例について本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。本発明は多様な形態に実施でき、ここで説明する実施例に限られない。
図1は、本発明の第1実施例による電子放出ディスプレイを概略的に示した部分断面図である。
図1を参照すると、電子放出ディスプレイ100Aは所定の間隔をおいて平行に対向配置される第1基板10と、第2基板12と、及び第1基板10と第2基板12の間に配置され、両基板を接合させる密封部材(図示せず)で構成される真空容器を含む。真空容器は約10−6Torrの真空度を維持する。
第1基板10における第2基板12との対向面には電子を放出する電子放出ユニット14が配置され、第2基板12における第1基板10との対向面には電子照射によって可視光を放出する発光ユニット16が配置される。
電子放出ユニット14は、電子放出部18と共に電子放出部18の電子放出量を制御する複数の駆動電極20を含む。図面からは便宜上駆動電極を概略化して、一つの電極層で示した。発光ユニット16は、蛍光層22、例えば、平面状に並んだ赤色と緑色及び青色蛍光層と、隣接蛍光層22の間に位置する黒色層24と、蛍光層22と黒色層24の一面に位置するアノード電極26を含む。
第1基板10と第2基板12の間には、真空容器に加えられる圧縮力を支持して第1基板10と第2基板12の間隔を一定に維持させるスペーサ28が配置される。スペーサ28は、蛍光層22に触れないように黒色層24に対応して位置する。図面では便宜上一つのスペーサ28のみを示した。
前記構成で、電子放出部18が画素別に所定の電子(図面ではe-で表示)を放出させ、アノード電極26が高電圧を印加されて、この電子を蛍光層22に向かって加速させて、加速された高エネルギー電子が当該画素の蛍光層22に衝突して、これを発光させる過程を通して所定の表示作用が行われる。
この過程において発光ユニット16は、電子放出ユニット14に対してアノード電圧の寸法に相応する数百乃至数千ボルトの電位差を有する。これによって第1基板10と第2基板12の間の真空領域には、電子放出ユニット14から発光ユニット16に向かって、電圧が漸進的に上昇する電圧勾配が発生する。
また、前記駆動過程で各電子放出部18から放出される電子は、第2基板12に向かって広がって進行し、その結果電子の一部がスペーサ28表面、または隣接蛍光体に衝突する。
本実施例におけるスペーサ28は、誘電体で形成される母体281と、母体281の側面に位置する導電性コーティング層282で構成される。コーティング層282は、母体281の表面が真空の影響を受けないように母体281の側面全体に位置する。
より具体的には、母体281は、ガラス、セラミック、強化ガラス及び感光性ガラスのうちの何れか一つで構成され、棒状、柱型またはその以外の多様な形で形成できる。コーティング層282は、母体281とは異なる電気的特性を有し、材料特性によりスペーサ28の電気的特性を変化させる。
コーティング層282は、導電物質の含有量により多様な比抵抗を有するが、例えば、クロム酸化物のような金属酸化物で形成できる一方、導電物質としてダイヤモンド状炭素のような炭素系物質を含むことができる。コーティング層282は、約200乃至1、000Åの厚さで形成されてもよい。
コーティング層282は母体281の比抵抗より大きい比抵抗を有することができる。この場合には、コーティング層282が電子の移動経路として機能する。つまり、スペーサ28の表面に電子が衝突すると、コーティング層282がこの電子を電子放出ユニット14または発光ユニット16に備えられた電極に流してスペーサ28の表面が帯電されるのを抑制する。
一方、コーティング層282は母体281の比抵抗より小さい比抵抗を有することができる。この場合には、母体281が電子の移動経路として機能する。この時コーティング層282は1または1に近い二次電子放出係数を有するように形成されて、スペーサ28表面が帯電されることをより効果的に抑制できる。
図2は、本発明の第2実施例による電子放出ディスプレイを概略的に示した部分断面図である。
図2を参照すると、本実施例の電子放出ディスプレイ100Bにおいて、スペーサ28’は、母体281と、母体281側面に位置する第1コーティング層282と、第1コーティング層を覆う第2コーティング層283を含む。
最外郭コーティング層である第2コーティング層283は、母体281の比抵抗より大きい比抵抗を有し、第1コーティング層282は第2コーティング層283より小さい比抵抗を有するように形成されて、スペーサ28’に衝突する電化の移動をより円滑にさせる。
第1コーティング層282は、p型またはn型にドーピングされた非晶質シリコンで形成されるか、窒化ケイ素(SiN)と炭化ケイ素(SiC)の中、何れか一つを含むことができる。第2コーティング層283は前述した第1実施例のコーティング層と同じ物質で形成できる。
図3は本発明の第3実施例の電子放出ディスプレイを概略にしめした部分断面図である。
図3を参照すると、本実施例の電子放出ディスプレイ(100C)において、スペーサ28’’は前述した第1実施例または第2実施例の構造に基づいて母体281の上下面のうち、少なくとも一側に位置する導電層284をさらに含む。図3では、一例として、母体281側面に一つのコーティング層282が位置する場合を示した。導電層284はコーティング層282と接触してこのように電気的に連結される。
導電層284は、電子放出ユニット14に提供される駆動電極20や発光ユニット16に提供されるアノード電極26、または駆動電極20及びアノード電極26全てと接すると共に、スペーサ28’と駆動電極20及び/またはアノード電極26の間の接触抵抗を低くして、スペーサ28’’に衝突する電荷の移動をより円滑にする。図では導電層283がスペーサ28’’の上部と下部の皆に位置することを示した。
前記の実施例におけるスペーサ(28、28’、28’’)は下記条件を満たせるように形成され、電子放出ディスプレイの駆動環境でその表面が帯電されることを抑えて、帯電による電子ビームが歪むことを最小化する。
〔数学式1〕
0.02 < ρ2/ ρ1 < 100
ここで、1は最外郭コーティング層の比抵抗であり、2は前記最外郭コーティング層を接触する他のコーティング層または前記母体の比抵抗を示す。
第1実施例の場合、1はコーティング層282の比抵抗を示し、2は母体281の比抵抗を示す。第2実施例の場合、1は第2コーティング層283の比抵抗を示し、2は第1コーティング層282の比抵抗を示す。
下記表は同一な電子放出ディスプレイの駆動環境で、スペーサの2/1値を変化させながらスペーサ帯電による副次発光有無を測定した結果を示す。
副次発光はスペーサ帯電によりスペーサ周りに電子ビーム経路が歪んで意図しなかった蛍光層が発光し、その結果画面上にスペーサ位置が認知される不良を意味する。下記表で○は副次発光が起こった場合を、×は副次発光が起こってない場合を示す。
実施例1のスペーサはガラスで形成された母体と、AIPtNを含む第1コーティング層を、WGeNを含む第2コーティング層で構成される。実施例2のガラスで形成された母体と、AIPtNを含む第1コーティング層を、ダイヤモンド状炭素を含む第2コーティング層で構成される。実施例3と実施例4のスペーサは低抵抗セラミックで形成された母体と、Crを含むコーティング層で構成される。実施例5と実施例6のスペーサは低抵抗セラミックで形成された母体と、ダイヤモンド状炭素を含むコーティング層で構成される。
比較例1のスペーサはガラスで形成された母体と、AIPtNを含む第1コーティング層を、WGeNを含む第2コーティング層で構成される。比較例2のスペーサは低抵抗セラミックで形成された母体と、AIPtNを含むコーティング層で構成される。比較例3のスペーサは低抵抗セラミックで形成された母体と、ダイヤモンド状炭素を含むコーティング層で構成される。
比較例4のスペーサは低抵抗セラミックで形成された母体と、Crを含むコーティング層で構成される。比較例5のスペーサは高抵抗セラミックで形成された母体と、Crを含むコーティング層で構成される。比較例6のスペーサはガラスで形成された母体と、AIPtNを含むコーティング層で構成される。比較例7のスペーサはガラスで形成された母体と、Crを含むコーティング層で構成される。
図4A乃至図4Dは、各々実施例2、実施例3、実施例4及び実施例5のスペーサを適用した電子放出ディスプレイにおけるこれらの発光状態を示した拡大写真である。図4A乃至図4Dを参照すると、この実施例では、スペーサ帯電による副次発光が発生しなかったことが分かる。
図5A乃至図5Eは、各々比較例2、比較例3、比較例5、比較例6及び比較例7のスペーサが適用された電子放出ディスプレイにおけるこれらの発光状態を示した拡大写真である。図5A乃至図5Eを参照すると、これらの比較例ではスペーサ帯電によりスペーサ周囲に電子ビーム経路が歪んで意図しなかった蛍光層が発光する。従って、この比較例では画面上にスペーサ位置が見える視認性不良が発生したことが確認できる。図5A乃至図5Eに副次発光が起こった領域を円形点線で表示した。
前述の結果は、最外郭コーティング層がその内側に位置する他のコーティング層または母体に対して0.01〜50倍を超過する大きい比抵抗差異を有する場合(即ち、前述した数学式1の条件を満たしていない場合)、母体とコーティング層の境界面で抵抗変化が急激に発生した表面帯電を抑えるコーティング層の機能性を低下させるためだと推定される。
このように、本実施例の電子放出ディスプレイはスペーサ帯電による副次発光を抑えて画面上にスペーサ位置が見える視認性不良を予防できる。
前記実施例の電子放出ディスプレイ100A、100B、100Cは、電界放出アレイ(FEA)型、表面−電導エミッション(SCE)型、金属−絶縁層−金属(MIM)型及び金属−絶縁層−半導体(MIS)型のうちのいずれか一つの型で構成できる。
図6と図7を参照して、FEA型電子放出ディスプレイの構成について説明する。
図6と図7は、各々本発明の一実施例によるFEA型電子放出ディスプレイの部分分解斜視図と部分断面図である。
図6と図7を参照すると、電子放出ユニット14’は第1絶縁層30を間において互いに交差する方向に沿って帯状パターンで形成される第1電極32及び第2電極34と、第1電極32と第2電極34の中、一方の電極に電気的に連結する電子放出部18’を含む。
電子放出部18’が第1電極32に形成される場合、第1電極32が電子放出部18’に電流を供給するカソード電極となり、第2電極34がカソード電極との電圧差によって電界を形成して、電子放出を誘導するゲート電極となる。逆に、電子放出部18’が第2電極34に形成される場合、第2電極34がカソード電極となり、第1電極32がゲート電極となる。
図面では、第1電極32と第2電極34の交差領域、つまり、画素領域毎に第2電極34と第1絶縁層30に開口部341、301が形成されて第1電極32の表面一部を露出させ、開口部341、301内側に第1電極32の上に電子放出部18’が位置することを示した。
電子放出部18’は、真空中で電界が加えられると電子を放出する物質、例えば、炭素系物質またはナノメートルサイズ物質で構成できる。電子放出部18’は、例えば、炭素ナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、フラーレン(C60)、シリコンナノワイヤー及びこれらの組み合わせで構成された群より選択した物質を含む。
一方で、電子放出部はモリブデン(Mo)またはシリコン(Si)等を主材質とする先端が尖っているチップ構造物で形成できる。
そして、第2電極34と第1絶縁層30の上に集束電極に機能する第3電極36が形成される。第3電極36下部には第2絶縁層38が位置し、第2電極34と第3電極36を絶縁させて、第3電極36と第2絶縁層38にも電子ビーム通過のための開口部361、381が形成される。
第3電極36は電子放出部18’毎にこれに対応する一つの開口部361を形成して、各電子放出部18’から放出される電子を個々に集束したり、画素領域毎に一つの開口部361を形成して、一つの画素から放出される電子をまとめて集束できる。図4と図5では後者の場合を示した。
次に、発光ユニット16’は、互いに任意の間隔をおいて形成される赤色と緑色及び青色蛍光層22と、各蛍光層22の間に位置して、画面のコントラストを高める黒色層24と、蛍光層22と黒色層24の一面に位置するアノード電極26を含む。
アノード電極26は、第1基板10に向かった蛍光層22と黒色層24の一面にアルミニウムのような金属膜で形成できる。この場合、アノード電極26は、高電圧を印加されて電子ビームを蛍光層に向かって加速させる機能と共に、蛍光層22から放射した可視光の中、第1基板10に向かって放射した可視光を第2基板12側に反射させて画面の輝度を高める機能も兼ねる。
そして、第1基板10と第2基板12の間には、前記第1実施例乃至第3実施例のうちの何れか一つのスペーサ28が配置されて、真空容器に加えられる圧縮力を支持して、第1基板10と第2基板12の間隔を一定に維持させる。図4と図5では、例えば、第1実施例のスペーサ28が棒状で形成され、第2電極34と並んだ方向に沿って位置することを示した。
前記のように構成されるFEA型電子放出ディスプレイは、真空容器の外部から第1電極32、第2電極34、第3電極36及びアノード電極26に所定の電圧を供給して駆動する。
例えば、第1電極32と第2電極34の中、一方の電極が走査駆動電圧を印加されて走査電極として機能し、他方の電極がデータ駆動電圧を印加されてデータ電極として機能する。また、第3電極36は、電子ビーム集束に必要な電圧、例えば、0Vまたは数乃至数十ボルトの負の直流電圧の印加を受け、アノード電極26は数百乃至数千ボルトの正の直流電圧の印加を受ける。
それにより第1電極32と第2電極34の電位差が臨界値以上である画素で電子放出部18’の周囲に電界が形成されて電子が放出される。放出された電子は第3電極36の開口部361を通過しながら、電子ビーム束の中心部に集束されて、アノード電極26に印加された高電圧に引きずられて、対応する画素の蛍光層22と衝突してこれを発光させる。
前記駆動過程の第3電極36の集束作用にも拘らず、各々の電子放出部18’から放出される電子は、第2基板12に向かって広がって進行し、その一部がスペーサ28表面に衝突する。
しかし、本実施例におけるスペーサ28は、前記構成によってその表面の電荷帯電を最少化でき、スペーサ28周囲の電子ビーム歪みを抑制して異常発光を防ぐことができる。
前記では本発明の望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るものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付図の範囲内で多様に変形して、実施することが可能であり、これらも本発明の範囲に属する。
本発明の第1実施例による電子放出ディスプレイを概略的に示した部分断面図である。 本発明の第2実施例による電子放出ディスプレイを概略的に示した部分断面図である。 本発明の第3実施例による電子放出ディスプレイを概略的に示した部分断面図である。 表1に記載された実施例2のスペーサを具備した電子放出ディスプレイにおけるこれらの発光状態を示した拡大写真である。 表1に記載された実施例3のスペーサを具備した電子放出ディスプレイにおけるこれらの発光状態を示した拡大写真である。 表1に記載された実施例4のスペーサを具備した電子放出ディスプレイにおけるこれらの発光状態を示した拡大写真である。 表1に記載された実施例5のスペーサを具備した電子放出ディスプレイにおけるこれらの発光状態を示した拡大写真である。 表1に記載された比較例2のスペーサを示した電子放出ディスプレイにおけるこれらの発光状態を示した拡大写真である。 表1に記載された比較例3のスペーサを示した電子放出ディスプレイにおけるこれらの発光状態を示した拡大写真である。 表1に記載された比較例5のスペーサを示した電子放出ディスプレイにおけるこれらの発光状態を示した拡大写真である。 表1に記載された比較例6のスペーサを示した電子放出ディスプレイにおけるこれらの発光状態を示した拡大写真である。 表1に記載された比較例7のスペーサを示した電子放出ディスプレイにおけるこれらの発光状態を示した拡大写真である。 本発明の一実施例による電界放出アレイ型電子放出ディスプレイの部分分解斜視図である。 本発明の一実施例による電界放出アレイ型電子放出ディスプレイの部分断面図である。
符号の説明
100 電子放出ディスプレイ
10、12 基板
14 電子放出ユニット
16 発光ユニット
18 電子放出部
20 駆動電極
22 蛍光層
24 黒色層
26 アノード電極
28 スペーサ

Claims (10)

  1. 互いに対向配置される第1基板と第2基板を含む真空容器と;
    前記第1基板中に前記第2基板との対向面に配置される電子放出ユニットと;
    前記第2基板中に前記第1基板との対向面に配置される発光ユニット;及び
    前記第1基板と前記第2基板の間に配置されて母体と、母体側面に位置する少なくとも一重のコーティング層を含むスペーサを含み、
    前記スペーサが下記条件を満足することを特徴とする電子放出ディスプレイ。
    0.02 < ρ2/ ρ1 < 100
    ここで、1は最外郭コーティング層の比抵抗であり、2は前記最外郭コーティング層と接触する他のコーティング層または前記母体の比抵抗を示す。
  2. 前記最外郭コーティング層の二次電子放出係数は約1であることを特徴とする請求項1に記載の電子放出ディスプレイ。
  3. 前記少なくとも一重のコーティング層が前記母体の側面全体に位置することを特徴とする請求項1に記載の電子放出ディスプレイ。
  4. 前記スペーサが一重のコーティング層を含み、
    前記母体が誘電体で形成され、前記コーティング層が金属酸化物で形成されることを特徴とする請求項1に記載の電子放出ディスプレイ。
  5. 前記スペーサが一重のコーティング層を含み、
    前記母体が誘電体で形成され、前記コーティング層が炭素系物質を含むことを特徴とする請求項1に記載の電子放出ディスプレイ。
  6. 前記スペーサが前記母体側面に位置する第1コーティング層と、第1コーティング層を覆う第2コーティング層を含み、
    前記第2コーティング層が前記母体の比抵抗より大きい比抵抗を有するとともに前記第1コーティング層が前記第2コーティング層より小さい比抵抗を有することを特徴とする請求項1に記載の電子放出ディスプレイ。
  7. 前記第1コーティング層がp型ドーピングされた非晶質シリコン、n型にドーピングされた非晶質シリコン、窒化ケイ素及び炭化ケイ素からなる群より選択した一つの物質を含むことを特徴とする請求項6に記載の電子放出ディスプレイ。
  8. 前記スペーサが前記母体の上面と下面のうちの少なくとも一面に位置し、少なくとも一重のコーティング層と接触する導電層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の電子放出ディスプレイ。
  9. 前記電子放出ユニットが電子放出部と、電子放出量を制御する駆動前極を含み、
    前記導電層が前記駆動電極と連結することを特徴とする請求項8に記載の電子放出ディスプレイ。
  10. 前記発光ユニットが蛍光層と、蛍光層の一面に位置するアノード電極を含み、
    前記導電層が前記アノード電極と連結することを特徴とする請求項8に記載の電子放出ディスプレイ。
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