KR20060104660A - 전자 방출 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 게터가 원하지 않는 부분에 증착되는 것을 방지할 수 있는 전자 방출 소자에 관한 것이다. 본 발명의 전자 방출 소자는 서로 대향 배치되어 진공 용기를 구성하며 표시 영역 및 비표시 영역이 설정되는 제1 기판과 제2 기판과, 제1 기판의 표시 영역에 형성되는 전자 방출 유닛과, 제2 기판의 표시 영역에 형성되는 발광 유닛과, 진공 용기 내측의 비표시 영역에 형성되는 적어도 하나의 게터와, 진공 용기 내측에서 각 게터의 적어도 표시 영역 대향부를 둘러싸는 차단 부재를 포함한다.

전자 방출 소자, 게터, 증발형, 백 플래싱

Description

전자 방출 소자{ELECTRON EMISSION DEVICE}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자를 개략적으로 도시한 평면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자에서 표시 영역을 도시한 부분 분해 사시도이다.

도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 본 전자 방출 소자의 부분 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자를 개략적으로 도시한 평면도이다.

본 발명은 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 게터가 원하지 않는 부분에 증착되는 것을 방지할 수 있는 전자 방출 소자에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 소자는 전자원의 종류에 따라 열음극(hot cathode)을 이용하는 방식과 냉음극(cold cathode)을 이용하는 방식으로 분류할 수 있다.

여기서, 냉음극을 이용하는 전자 방출 소자로는 전계 방출 어레이(field emitter array; FEA)형, 표면 전도 에미션(surfact-conduction emission; SCE)형, 금속-절연층-금속(metal-insulator-metal; MIM)형 및 금속-절연층-반도체(metal-insulator-semiconductor; MIS)형 등이 알려져 있다.

상기한 전자 방출 소자들은 그 종류에 따라 세부적인 구조가 상이하지만, 기본적으로는 진공 용기를 구성하는 두 기판 중 제1 기판 위에 전자 방출부와 더불어 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들을 구비하며, 제2 기판 위에 형광층과 더불어 제1 기판 측에서 방출된 전자들이 형광층을 향해 효율적으로 가속되록 하는 애노드 전극을 구비하여 소정의 발광 또는 표시 작용을 하게 된다.

상기의 전자 방출 소자는 전자를 방출 및 가속하여 형광층을 발광시키므로 내부를 고진공으로 유지하는 것이 요구된다. 이러한 고진공의 유지를 위해 전자 방출 소자에서는 밀봉 전에 게터를 설치하고, 배기 및 봉입 후에 게터를 활성화(getter flashing)시켜 전자 방출 소자 내부의 잔류 기체들을 화학적으로 흡착하는 방법을 사용한다.

이러한 게터는 게터 물질이 활성화되었을 때의 상태에 따라 비증발형 게터(non-evaporable getter; NEG)와 증발형 게터(evaporable getter; EG)로 구분된다.

비증발형 게터는 작용 표면적이 작아 전자 방출 소자 내부를 고진공 상태로 유지하는데 어려움이 있으며, 고가여서 전자 방출 소자의 제조 비용을 상승시키는 문제가 있다.

증발형 게터는 활성화된 게터가 증발하여 일 기판에 넓은 게터막을 형성하 고, 이러한 게터막이 잔류 기체들을 제거하므로 작용 표면적이 넓은 장점이 있다. 그러나, 게터가 표시 영역에 유입 및 증착되는 소위 백 플래싱(back flashing) 현상에 의해 전기적 쇼트 등의 문제를 일으킬 수 있다. 이에 따라 전자 방출 소자의 표시 특성이 저하될 수 있다.

이러한 문제를 방지하기 위해서 증발형 게터를 표시 영역으로부터 충분히 이격하여 설치하여 게터 물질이 표시 영역으로 유입되는 것을 방지하는 방법이 적용되고 있는데, 이러한 방법은 소정의 표시에 기여하지 않는 비표시 영역을 확대시키는 문제가 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 작용 표면적이 넓어 고진공 유지에 적합한 증발형 게터를 적용하면서 백 플래싱 현상을 방지하여 표시 특성을 향상할 수 있는 전자 방출 소자를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전자 방출 소자는 서로 대향 배치되어 진공 용기를 구성하며 표시 영역 및 비표시 영역이 설정되는 제1 기판과 제2 기판과, 제1 기판의 표시 영역에 형성되는 전자 방출 유닛과, 제2 기판의 표시 영역에 형성되는 발광 유닛과, 진공 용기 내측의 비표시 영역에 형성되는 적어도 하나의 게터와, 진공 용기 내측에서 각 게터의 적어도 표시 영역 대향부를 둘러싸는 차단 부재를 포함한다.

상기 차단 부재는 상기 게터 중 표시 영역에 대향하지 않는 부분을 개방시키는 형상을 가질 수 있다.

상기 차단 부재는 표시 영역을 향해 볼록한 평면 형상을 가지며, 원호 형상으로 이루어질 수 있다. 또는 한 번 이상 절곡되는 평면 형상을 가질 수 있다. 상기 차단 부재는 상기 제1 기판과 제2 기판 사이의 거리와 동일한 높이로 형성되어 상기 제1 기판과 제2 기판을 지지할 수 있다. 상기 차단 부재는 유리 또는 세라믹 물질로 이루어질 수 있다.

상기 게터는 증발형이며, 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 토륨(Th), 세륨(Ce), 인(P), 바륨(Ba)과 알루미늄(Al)의 합금, 지르코늄(Zr)과 알루미늄(Al)의 합금, 은(Ag)과 티타늄(Ti)의 합금, 지르코늄(Zr)과 니켈(Ni)의 합금 중에 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자를 개략적으로 도시한 평면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전자 방출 소자는 서로 대향 배치된 제1 기판(2)과 제2 기판(4)이 내부 공간부를 두고 글래스 프릿과 같은 실링(sealing)재(6)에 의해 가장자리가 접합된다. 이러한 제1 기판(2)과 제2 기판(4)에는 임의의 표시를 구현하는 표시 영역(8) 및 이러한 표시 영역(8)의 외곽으로 형성되는 비표시 영역(10)이 설정된다.

표시 영역(8)에서는, 전자 방출을 위한 전자 방출 유닛이 제1 기판(2)에 제 공되고 방출된 전자에 의해 가시광을 방출하는 발광 유닛이 제2 기판(4)에 제공되어 임의의 발광 또는 표시를 구현한다.

비표시 영역(10)은, 상기 표시 영역(8)에 형성되는 전극들을 외부 단자와 연결하는 영역 및 내부 공간부의 진공을 유지하기 위한 게터(12) 및 차단 부재(14)가 형성되는 영역 등을 포괄하는 영역이다.

전술한 표시 영역(8)에 대해서 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자에서 표시 영역을 도시한 부분 분해 사시도이다.

도 2를 참조하면, 먼저 제1 기판(2)에는 캐소드 전극들(16)이 일 방향(도면의 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(16)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 절연층(18)이 형성된다. 절연층(18) 위에는 게이트 전극들(20)이 캐소드 전극(16)과 직교하는 방향(도면의 x축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

본 실시예에서 캐소드 전극(16)과 게이트 전극(20)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극(16) 위로 각 화소 영역마다 적어도 하나 이상의 전자 방출부(22)가 형성되어 전자 방출부(22)와 캐소드 전극(16)이 전기적으로 연결된다. 그리고, 절연층(18)과 게이트 전극(20)에는 각 전자 방출부(22)에 대응하는 개구부(18a, 20a)가 형성되어 캐소드 전극들(16) 상에 형성되는 전자 방출부(22)가 노출되도록 한다.

전자 방출부(22)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 카본계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어진다. 전자 방출부(22)로 사용 바람직한 물질로는 카본 나노튜브, 흑연, 흑연 나노 파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀, 실리콘 나노 와이어 및 이들의 조합 물질이 있으며, 전자 방출부(22)의 제조법으로 스크린 인쇄, 직접 성장, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.

도면에서는 전자 방출부들(22)이 원형으로 형성되고, 각 화소 영역에서 캐소드 전극(16)의 길이방향을 따라 일렬로 배열되는 구성을 도시하였으나, 전자 방출부(22)의 평면 형상과 화소 영역당 개수 및 배열 형태 등은 도시한 예에 한정되지 않으며 다양하게 변형 가능하다.

그리고, 상기에서는 절연층(18)을 사이에 두고 게이트 전극(20)이 캐소드 전극(16) 상부에 위치하는 경우를 설명하였으나, 그 반대의 경우, 즉 캐소드 전극이 게이트 전극의 상부에 위치하는 것도 가능하다. 이러한 경우에는 전자 방출부가 절연층 위에서 캐소드 전극의 측면과 접촉하며 위치할 수 있다.

다음으로, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에 형광층(24), 일례로 적색, 녹색 및 청색의 형광층들(24R, 24G, 24B)이 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(24) 사이로 화면의 컨트라스트 향상을 위한 흑색층(26)이 형성된다. 이러한 형광층(24)과 흑색층(26)은 스트라이프 패턴으로 형성되는 것도 가능하며, 형광층(24)이 제1 기판(2) 상에 설정되는 화소 영역들에 일대일로 대응하도록 개별적으로 위치할 수 있다. 이 때, 형광층(24)이 각 화소 영역에 개별적으로 대응하는 경우에는 흑색층(26)이 형광층(24)을 제외한 모든 비발광 영역 상에 형성된다.

형광층(24)과 흑색층(26) 위로는 알루미늄과 같은 금속막으로 이루어지는 애노드 전극(28)이 형성된다. 애노드 전극(28)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받으며, 형광층(24)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(2)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(4) 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높이는 역할을 한다.

한편, 애노드 전극은 금속막이 아닌 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명한 도전막으로 이루어질 수 있다. 이 경우 애노드 전극은 제2 기판을 향하 형광층과 흑색층의 일면에 위치하며, 소정의 패턴으로 구분되어 복수 개로 형성될 수 있다.

상기 구성의 전자 방출 소자는 외부로부터 캐소드 전극(16), 게이트 전극(20), 및 애노드 전극(28)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다. 일례로, 캐소드 전극(16)과 게이트 전극(20) 중 어느 한 전극에는 주사 신호 전압이, 다른 한 전극에는 데이터 신호 전압이 인가되고, 애노드 전극(28)에는 수백 내지 수천 볼트의 (+) 직류 전압이 인가된다.

따라서, 캐소드 전극(16)과 게이트 전극(20)간 전압 차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(22) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출되고, 방출된 전자들은 애노드 전극(28)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 형광층(24)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.

즉, 본 실시예에 따른 전자 방출 소자의 표시 영역(8)에서는, 제1 기판(2)에 전자 방출 유닛으로 전자 방출부(22)와 이러한 전자 방출부(22)로부터 전자를 방출하기 위한 전압이 인가되는 구동 전극, 즉 캐소드 전극들(16)과 게이트 전극들(20) 이 형성된다. 그리고, 제2 기판(4)에 발광 유닛으로, 형광층(24), 흑색층(26)과 애노드 전극(28)이 형성된다.

그러나, 본 발명에서 전자 방출 소자의 표시 영역은 상기의 구조에 한정되는 것이 아니며, 상기 전극 외에 전자 방출부에서 방출된 전자를 집속하는 집속 전극 등이 더 형성되는 등 다양하게 변형이 가능하며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

또한, 상기에서는 일례로 FEA형 전자 방출 소자인 경우에 대해서 도시 및 설명하였으나, 본 발명은 이러한 FEA형 전자 방출 소자 뿐만 아니라 냉음극 전자원을 구비하는 기타 전자 방출 소자에 적용될 수 있음은 물론이다.

그리고, 도 1과 함께 도 3을 참조하여 전술한 비표시 영역(10)에 형성된 게터(12)와 차단 부재(14)에 관하여 보다 상세하게 설명한다. 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 본 전자 방출 소자의 부분 단면도이다.

본 실시예에서 게터(12)는 비표시 영역(10)에 위치하는 게터 지지체(30) 상에 고정 위치된다. 본 실시예에서는 게터(12)는 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 토륨(Th), 세륨(Ce), 인(P), 바륨(Ba)과 알루미늄(Al)의 합금, 지르코늄(Zr)과 알루미늄(Al)의 합금, 은(Ag)과 티타늄(Ti)의 합금, 지르코늄(Zr)과 니켈(Ni)의 합금 등으로 이루어질 수 있는 증발형 게터이다.

이러한 증발형의 게터(12)는 레이저, 고주파, 전류 등으로 게터 지지체(30)를 가열하여 게터를 증발시켜 제2 기판(4)에 넓은 게터막(12a)을 형성한다. 이렇게 형성된 게터막(12a)은 화학적 진공 펌프(chemical vacuum pump)로 작용하여 소자 내부의 잔류 기체들을 화학적으로 흡착하여 진공도를 향상시키는 역할을 한다.

증발형 게터에서는 넓은 게터막을 형성함으로써 비증발형 게터보다 잔류 가스를 흡착하는 반응 속도가 빠르고 성능도 우수하다. 이에 따라 본 실시예에서는 전자 방출 소자의 내부의 진공도를 보다 효과적으로 유지할 수 있다.

본 실시예에서는 게터(12)의 일부를 둘러싸면서 형성되어 증발된 게터 물질이 표시 영역(8)으로 유입되는 것을 차단하는 차단 부재(14)가 비표시 영역(10)에 형성된다. 이러한 차단 부재(14)는 각 게터(12)마다 별도로 형성된다.

이러한 차단 부재(14)는 게터 물질을 차단할 수 있는 다양한 물질로 이루어질 수 있으며, 일례로 유리 또는 세라믹 물질로 이루어질 수 있다.

차단 부재(14)는 게터(12)와 소정 거리만큼 이격되면서 각 게터(12)의 표시 영역(8) 대향부를 둘러싸는 형상을 가진다. 이에 따라 게터(12)로부터 증발된 게터 물질이 표시 영역(8)으로 유입되는 것을 효과적으로 차단하여 백 플래싱 현상 및 이에 따른 쇼트 등의 문제를 방지할 수 있다. 이에 따라, 백 플래싱 현상을 방지하기 위하여 게터(12) 주위에 넓은 공간을 확보하지 않아도 되므로 비표시 영역(10)의 크기를 최소화 할 수 있고, 게터(12) 활성화 공정에서 공정 여유를 확보할 수 있다.

이 때, 차단 부재(14)는 표시 영역을 향해 볼록한 평면 형상을 가지며, 일례로 게터(12)의 가장자리와 균일한 거리만큼 이격되어 형성되는 원호 모양으로 이루어질 수 있다. 따라서, 차단 부재(14)는 게터(12) 중 표시 영역(8)에 대향하지 않는 부분을 개방시키는 형상을 가진다. 이러한 형상을 가짐으로써 표시 영역(8)에 서 발생되는 기체들이 게터막(12a)이 형성된 부분으로 쉽게 유입될 수 있도록 하는 한편 게터막(12a)이 형성될 수 있는 공간을 마련한다.

본 실시예에서 게터 지지체가 링 형상을 가지는 것을 도시하고 설명하였으나, 게이트 지지체의 형상은 이에 한정되지 않는다.

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자에 대하여 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다. 제2 실시예는 제1 실시예와 기본적인 구성이 동일 또는 유사하므로, 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 제1 실시예와 다른 부분에 대해서 상세하게 설명한다. 그리고, 제1 실시예와 동일 또는 유사한 구성 요소는 제1 실시예와 동일한 참조부호를 사용한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자를 개략적으로 도시한 평면도이다.

본 실시예에서는 게터(12)로부터 증발된 게터 물질이 표시 영역(8)으로 유입되는 것을 차단하는 차단 부재(32)가 전면에서 볼 때 적어도 한 부분에서 절곡되는 형상을 가지면서 형성된다. 즉, 본 실시예에서는 차단 부재(32)가 게터(12)의 표시 영역(8) 대향부를 감싸는 "ㄷ" 자 형상을 가지면서 형성되어 게터(12) 중 표시 영역(8)에 대향하지 않는 부분을 보다 많이 개방시키는 구조를 가진다.

이에 따라 본 실시예에서는 게터(12)로부터 증발된 게터 물질이 표시 영역(8)으로 유입되는 것을 방지하면서 게터막에 의한 진공도 유지 작용이 효과적으로 일어날 수 있도록 한다.

상기에서는 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한 정되는 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 소자는 증발성 게터를 장착하여 전자 방출 소자 내부를 고진공 상태로 유지하면서, 차단 부재를 형성하여 게터에서 증발된 게터 물질이 표시 영역으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 차단 부재는 게터의 잔류 기체 제거 능력을 방해하지 않으면서 백 플래싱 현상을 최소화할 수 있는 구조를 가져, 전자 방출 소자의 표시 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 서로 대향 배치되어 진공 용기를 구성하며, 표시 영역 및 상기 표시 영역의 외곽으로 형성되는 비표시 영역이 설정되는 제1 기판 및 제2 기판과;

   상기 제1 기판의 표시 영역에 형성되는 전자 방출 유닛과;

   상기 제2 기판의 표시 영역에 형성되는 발광 유닛과;

   상기 진공 용기 내측의 비표시 영역에 형성되는 적어도 하나의 게터; 및

   상기 진공 용기 내측에서 상기 각 게터의 적어도 표시 영역 대향부를 둘러싸는 차단 부재

   를 포함하는 전자 방출 소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 차단 부재는 상기 게터 중 표시 영역에 대향하지 않는 부분을 개방시키는 형상을 가지는 전자 방출 소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 차단 부재는 상기 표시 영역을 향해 볼록한 평면 형상을 가지는 전자 방출 소자.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 차단 부재는 원호 모양의 평면 형상을 가지는 전자 방출 소자.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 차단 부재는 적어도 한 번 이상 절곡된 평면 형상을 가지는 전자 방출 소자.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 차단 부재는 상기 제1 기판과 제2 기판 사이의 거리와 동일한 높이로 형성되어 상기 제1 기판과 제2 기판을 지지하는 전자 방출 소자.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 차단 부재는 유리 또는 세라믹 물질로 이루어지는 전자 방출 소자.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 게터는 증발형이며, 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 토륨(Th), 세륨(Ce), 인(P), 바륨(Ba)과 알루미늄(Al)의 합금, 지르코늄(Zr)과 알루미늄(Al)의 합금, 은(Ag)과 티타늄(Ti)의 합금, 및 지르코늄(Zr)과 니켈(Ni)의 합금 중에 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 전자 방출 소자.

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