KR20070013456A - 전자 방출 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 애노드 전극 리드선의 단선을 억제할 수 있는 전자 방출 소자를 제공한다.

본 발명에 따른 전자 방출 소자는, 서로 대향하여 배치되는 제1 기판 및 제 2 기판과, 제1 기판에 형성되는 전자 방출 유닛과, 제2 기판에 형성되고 형광층 및 형광층의 어느 일면에 형성되는 애노드 전극을 포함하는 발광 유닛과, 제1 기판과 제2 기판의 가장자리에 배치되어 기판들과 함께 진공 용기를 구성하는 밀봉 부재와, 애노드 전극으로부터 밀봉 부재를 지나 제2 기판의 가장자리로 인출되어 형성되는 리드선, 및 리드선보다 큰 두께를 가지며 리드선 위에 형성되고 도전 물질로 이루어지는 리드선 보호층을 포함한다.

전자방출소자, 리드선, 리드선보호층, 밀봉부재, 애노드전극

Description

전자 방출 소자{ELECTRON EMISSION DEVICE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 소자의 평면도이다.

도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 부분 분해 사시도이다.

도 3은 도 2의 전자 방출 소자를 결합한 상태에서 Ⅲ-Ⅲ 선에 따라 절단한 부분 단면도이다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자의 리드선 부분을 나타낸 단면도들로서, 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선 및 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 각각의 부분 단면도들이다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 방출 소자의 리드선 부분을 나타낸 단면도들이다.

본 발명은 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 애노드 전극 리드선의 단선을 방지할 수 있는 전자 방출 소자에 관한 것이다.

일반적으로, 전자 방출 소자는 전자원으로 열음극(hot cathode)을 이용하는 방식과 냉음극(cold cathode)을 이용하는 방식이 있다.

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.

상기 MIM형과 MIS형 전자 방출 소자는 각각 금속/절연층/금속(MIM)과 금속/절연층/반도체(MIS) 구조로 이루어진 전자 방출부를 형성하고, 절연층을 사이에 두고 위치하는 두 금속 또는 금속과 반도체 사이에 전압을 인가할 때, 높은 전자 전위를 갖는 금속 또는 반도체로부터 낮은 전자 전위를 갖는 금속 쪽으로 전자가 이동 및 가속되면서 방출되는 원리를 이용한다.

상기 SCE형 전자 방출 소자는 일측 기판 위에 서로 마주보며 배치된 제1 전극과 제2 전극 사이에 도전 박막을 형성하고 이 도전 박막에 미세 균열을 제공함으로서 전자 방출부를 형성하며, 양 전극에 전압을 인가하여 도전 박막의 표면으로 전류가 흐를 때 전자 방출부로부터 전자가 방출되는 원리를 이용한다.

그리고 상기 FEA형 전자 방출 소자는 일 함수(work function)가 낮거나 종횡비(aspect ratio)가 큰 물질을 전자원으로 사용할 경우 진공 중에서 전계에 의해 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한 것으로서, 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물이나, 카본 나노튜브와 흑연 및 다이아몬드상 카본과 같은 카본계 물질을 전자 방출부로 형성한 예가 개발되고 있다.

상기한 전자 방출 소자들은 그 종류에 따라 세부적인 구조가 상이하지만, 기본적으로 진공 용기를 구성하는 두 기판 중 제1 기판에 전자 방출부와 더불어 전자 방출부를 구동하는 구동 전극들이 형성되고, 제2 기판에 형광층과 더불어 제1 기판 측에서 방출된 전자들이 형광층을 향해 효율적으로 가속되도록 하는 애노드 전극을 구비하여 소정의 발광 또는 표시 작용을 하게 된다.

상기 전자 방출 소자에서 애노드 전극은 직류 전압를 인가 받으며, 제2 기판 상에서 진공 용기 내부와 외부에 걸쳐 형성되는 리드선과 진공 용기 외부에 형성되는 패드를 통해 외부의 전원 소오스와 연결되어 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가 받는다.

상기 리드선과 상기 패드는 주로 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide; ITO, 이하 'ITO'라 칭함)나 크롬(Cr)과 같은 도전 물질을 진공 증착 또는 스퍼터링 등으로 코팅한 박막의 도전층으로 이루어지며, 대략 수천 옴스트롱(Å)의 두께를 가진다.

그런데, 상기와 같이 박막의 도전층으로 이루어진 리드선은, 일례로 5kV 이상의 고전압이 패드를 통해 리드선으로 인가될 때 고전압을 견디지 못하고 단선될 수 있다.

한편, 진공 용기를 구성하기 위해 밀봉 부재를 적용하여 제1 기판과 제2 기판을 접합할 때 밀봉 부재와 리드선이 직접 접촉하게 되고, 이때 가해지는 압력에 의해 밀봉 부재가 리드선을 압박하게 된다. 이 과정에서, 상기와 같이 박막의 도전층으로 이루어진 리드선은 밀봉 부재의 압박을 견디지 못하고 단선될 수 있다.

이와 같이 리드선이 단선되면 패드를 통해 입력되는 고전압이 애노드 전극으 로 인가되지 못하고 차단되어 제1 기판의 전자 방출부에서 방출되는 전자들이 제2 기판의 형광층으로 도달하지 못하게 된다. 그 결과 전자 방출 소자의 작동 불량이 야기되어 임의의 발광 또는 표시 기능을 수행할 수 없는 문제가 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 애노드 전극 리드선의 단선을 억제할 수 있는 전자 방출 소자를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 서로 대향하여 배치되는 제1 기판 및 제 2 기판과, 제1 기판에 형성되는 전자 방출 유닛과, 제2 기판에 형성되고 형광층 및 형광층의 어느 일면에 형성되는 애노드 전극을 포함하는 발광 유닛과, 제1 기판과 제2 기판의 가장자리에 배치되어 기판들과 함께 진공 용기를 구성하는 밀봉 부재와, 애노드 전극으로부터 밀봉 부재를 지나 제2 기판의 가장자리로 인출되어 형성되는 리드선, 및 리드선보다 큰 두께를 가지며 리드선 위에 형성되고 도전 물질로 이루어지는 리드선 보호층을 포함하는 전자 방출 소자를 제공한다.

상기 리드선 보호층은 리드선보다 큰 폭을 가지고, 리드선과 밀봉 부재가 접하는 부분에 위치할 수 있다.

상기 리드선 보호층은 리드선의 전체를 덮도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 전자 방출 소자는 리드선 보호층 위에 형성되는 절연 보호층을 더욱 포함할 수 있다.

상기 리드선 보호층은 은(Ag)으로 이루어질 수 있고, 절연 보호층은 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 소자를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 소자의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 부분 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 전자 방출 소자를 결합한 상태에서 Ⅲ-Ⅲ 선에 따라 절단한 부분 단면도이며, 도 4 및 도 5는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선 및 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 각각의 부분 단면도들이다.

도 1을 참조하면, 전자 방출 소자는 소정의 간격을 두고 평행하게 대향 배치되는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 포함한다. 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 가장 자리에는 프릿 바(frit bar)와 같은 밀봉 부재(6)가 배치되어 기판들(2, 4)과 함께 진공 용기를 구성한다.

밀봉 부재(6)로 둘러싸인 진공 용기 내부로 제1 기판(2) 중 제2 기판(4)과의 대향면에는 제2 기판(4)을 향해 전자들을 방출하는 전자 방출 유닛이 제공되고, 제2 기판(4) 중 제1 기판(2)과의 대향 면에는 상기 전자들에 의해 가시광을 방출하여 임의의 발광 또는 표시를 행하는 발광 유닛이 제공된다.

이러한 전자 방출 유닛과 발광 유닛의 구성을 도 2 및 도 3을 참조하여 살펴보면 다음과 같다. 일례로 본 실시예에서는 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 소자에 적용되는 전자 방출 유닛과 발광 유닛의 구성을 도시하였으나, 이들의 구성 은 도시한 예에 한정되지 않는다.

먼저, 제1 기판(2) 위에는 제1 전극으로서 캐소드 전극들(16)이 일 방향(도면의 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(16)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 제1 절연층(18)이 형성된다. 제1 절연층(18) 위에는 제2 전극으로서 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)이 교차하는 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극(16) 위로 각 화소 영역마다 적어도 하나 이상의 전자 방출부(22)가 형성되고, 제1 절연층(18)과 게이트 전극(20)에는 각 전자 방출부(22)에 대응하는 개구부(18a, 20a)가 각각 형성되어 제1 기판(2) 위로 전자 방출부(22)를 노출시킨다.

전자 방출부(22)는 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 카본계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어진다. 전자 방출부(22)는 카본 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀, 실리콘 나노와이어 중 어느 하나 또는 이들의 조합 물질로 이루어질 수 있으며, 그 제조법으로는 스크린 인쇄, 직접 성장, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.

상기 실시예에서는 제1 절연층(18)을 사이에 두고 게이트 전극(20)이 캐소드 전극(16) 위에 위치하는 구조에 대해 설명하였지만, 그 반대의 경우, 즉 캐소드 전극이 게이트 전극 위에 위치하는 구조도 가능하며, 이 경우 전자 방출부는 캐소드 전극의 일 측면과 접촉하면서 제1 절연층 위에 형성될 수 있다.

그리고 게이트 전극(20) 위로 제2 절연층(24)과 집속 전극(26)이 형성될 수 있다. 제2 절연층(24)과 집속 전극(26)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(24a, 26a)가 마련되는데, 일례로 이 개구부(24a, 26a)는 화소 영역당 하나가 구비될 수 있으며, 이 경우 집속 전극(26)이 한 화소에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속한다.

다음으로, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 적색(Red; R), 녹색(Green; G), 청색(Blue; B) 형광체(28R, 28G, 28B)로 구성된 형광층(28)이 임의의 간격을 두고 형성된다. 그리고, 각 형광층(28) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 차광층으로서 흑색층(30)이 형성된다.

또한, 형광층(28)과 흑색층(30) 위로 알루미늄과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(10)이 형성된다. 애노드 전극(10)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가 받으며, 형광층(28)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(2)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(4) 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높이는 역할을 한다.

한편, 애노드 전극(10)은 제2 기판(4)을 향한 형광층(28)과 흑색층(30)의 일면에 형성될 수 있으며, 이 경우 형광층(28)에서 방사된 가시광을 투과시킬 수 있도록 애노드 전극이 ITO와 같은 투명 도전층으로 이루어진다.

또 다른 한편으로는, 제2 기판(4) 상에 투명 재질의 애노드 전극과 반사 효과에 의해 휘도를 높이는 금속 박막이 모두 형성될 수도 있다.

형광층(28)은 제1 기판(2) 상에 설정된 화소 영역에 일대일로 대응하여 배치 되거나 화면의 수직 방향(도면의 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성될 수 있고, 흑색층(30)은 크롬 또는 크롬 산화물과 같은 불투명 재질로 이루어질 수 있다.

상술한 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에는 다수의 스페이서들(32)이 배치되어 두 기판(2, 4) 사이의 간격을 일정하게 유지시킨다. 이때, 스페이서들(32)은 흑색층(30)이 위치하는 비발광 영역에 대응하여 배치된다.

상기 진공 용기 외부의 제2 기판(4) 위에는 외부의 전원 소오스(도시되지 않음)와 연결되어 애노드 전극(10)으로 해당 전압을 인가하기 위한 패드(14)가 형성되고, 애노드 전극(10)과 패드(14) 사이의 제2 기판(4) 위에는 애노드 전극(10)과 패드(14)에 각각 연결되면서 진공 용기의 내부와 외부에 걸쳐서 밀봉 부재(6)와 교차하는 한 쌍의 리드선(12)이 형성된다. 그리고 리드선(12) 위에는 리드선(12)의 단선을 예방하기 위한 리드선 보호층(40)이 형성된다.

여기서, 리드선(12)은 도전물질, 일례로 크롬이나 ITO을 진공 증착 또는 스퍼터링 등으로 코팅한 박막의 도전층으로 이루어질 수 있다. 이 경우 리드선(12)은 대략 수천 옴스트롱(Å)의 두께를 가진다. 크롬으로 형성되는 리드선은 흑색층(30)과 동시에 형성될 수 있고, ITO로 형성되는 리드선은 ITO로 이루어진 애노드 전극과 동시에 형성될 수 있다.

리드선 보호층(40)은 리드선(12) 보다 큰 두께를 가지며 도전 물질로 이루어진다. 이로써 리드선 보호층(40)은 패드(14)로부터 인가되는 고전압이 리드선(12)을 통과할 때 그 자신도 리드선(12)의 역할을 하므로 고전압으로부터 리드선(12)을 보호하여 리드선(12)이 단선되는 것을 방지한다.

이러한 리드선 보호층(40)은 도 1과 같이 리드선(12)의 일부를 덮도록 형성되거나 도시되지는 않았지만 리드선(12)의 전체를 덮도록 형성될 수 있는데, 전자의 경우에는 밀봉 부재(6)와 리드선(12)이 직접 접촉하지 않도록 리드선 보호층(40)이 밀봉 부재(6)와 리드선(12)이 접하는 부분에 위치하도록 한다.

그러면, 진공 용기를 구성하기 위해 밀봉 부재(6)를 적용하여 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 접합할 때에도 리드선 보호층(40)에 의해 리드선(12)에 가해지는 압박이 완화되어 리드선(12)의 단선이 발생되지 않는다.

이러한 리드선 보호층(40)은 도 4 및 도 5와 같이 리드선(12)을 덮도록 스크린 인쇄, 닥터 블레이드 및 라미네이트와 같은 이른바 후막 공정에 의해 리드선(12)의 두께(d1) 및 폭(W1) 보다 큰 두께(d2) 및 폭(W2)으로 형성되며, 그 재질로는 은(Ag)과 같은 도전성 금속이 사용될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 6 및 도7에 나타낸 바와 같이 리드선 보호층(40) 위로 절연 보호층(42)이 더 형성될 수 있다. 절연 보호층(42)은 일례로 실리콘산화물(SiO₂)로 형성되고, 리드선 보호층(40) 보다 큰 폭으로 형성될 수 있다.

이와 같이 구성되는 전자 방출 소자에서는 외부의 전원 소오스(도시되지 않음)로부터 패드(14) 및 리드선(12)을 통해 애노드 전극(10)에는 수백 내지 수천 볼트의 (＋) 전압이 인가되고, 집속 전극(26)에는 수십 내지 수백 볼트의 (－) 전압 이 인가되며, 캐소드 전극(16)과 게이트 전극(20) 중 어느 하나의 전극에는 주사 신호 전압이 인가되고, 다른 하나의 전극에는 데이터 신호 전압이 인가된다.

그러면, 캐소드 전극(16)과 게이트 전극(20) 사이의 전압차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(22) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자가 방출되고, 방출된 전자들은 집속 전극(26)에 의해 집속되면서 애노드 전극(10)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 화소의 형광층(28)에 충돌하여 이를 발광시킨다.

본 실시예에서는 애노드 전극(10)의 리드선(12) 위에 리드선 보호층(40)이 구비되어 있어 리드선(12)을 통해 애노드 전극(10)으로 고전압이 인가되더라도 리드선 보호층(40)에 의해 리드선(12)이 보호되어 리드선(12)이 단선되지 않는다.

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.

이와 같이 본 발명에 따른 전자 방출 소자는 리드선을 통해 애노드 전극으로 고전압이 인가할 때 고전압에 의해 리드선이 단선되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 밀봉 부재에 의해 가해지는 압박으로 인해 리드선이 단선되는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전자 방출 소자는 애노드 전극으로 고전압을 용이하게 인가할 수 있다.

그 결과 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 작동 불량을 방지할 수 있어 소정의 발광 또는 표시 기능을 용이하게 수행할 수 있다.

Claims (8)

1. 서로 대향하여 배치되는 제1 기판 및 제 2 기판과;

   상기 제1 기판에 형성되는 전자 방출 유닛과;

   상기 제2 기판에 형성되고 형광층 및 상기 형광층의 어느 일면에 형성되는 애노드 전극을 포함하는 발광 유닛과;

   상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 가장자리에 배치되어 상기 기판들과 함께 진공 용기를 구성하는 밀봉 부재와;

   상기 애노드 전극으로부터 상기 밀봉 부재를 지나 상기 제2 기판의 가장자리로 인출되어 형성되는 리드선; 및

   상기 리드선보다 큰 두께를 가지며 상기 리드선 위에 형성되고 도전 물질로 이루어지는 리드선 보호층

   을 포함하는 전자 방출 소자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 리드선 보호층이 상기 리드선보다 큰 폭을 가지는 전자 방출 소자.
3. 제2항에 있어서,

   상기 리드선 보호층이 상기 리드선과 상기 밀봉 부재가 접하는 부분에 위치하는 전자 방출 소자.
4. 제2항에 있어서,

   상기 리드선 보호층이 상기 리드선의 전체를 덮도록 형성되는 전자 방출 소자.
5. 제1항에 있어서,

   상기 리드선 보호층 위에 형성되는 절연 보호층을 더욱 포함하는 전자 방출 소자.
6. 제1항에 있어서,

   상기 리드선 보호층이 은(Ag)으로 이루어지는 전자 방출 소자.
7. 제5항에 있어서,

   상기 절연 보호층이 실리콘산화물로 이루어지는 전자 방출 소자.
8. 제1항에 있어서,

   상기 전자 방출 유닛이 상호 절연 상태를 유지하며 형성되는 제1 전극들 및 제2 전극들과,

   상기 제1 전극들 및 제2 전극들 중 적어도 하나의 전극들에 연결되는 전자 방출부들을 포함하는 전자 방출 소자.

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