KR20070042648A - 전자 방출 표시 디바이스 - Google Patents

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KR20070042648A
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이상조
홍수봉
안상혁
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Abstract

본 발명은 도전층을 구비한 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 서로 대향 배치되는 제1 기판과 제2 기판과, 상기 제1 기판과 제2 기판의 가장자리를 따라 형성되어 상기 제1 기판 및 제2 기판과 함께 진공 용기를 구성하는 밀봉 부재와, 상기 진공 용기 내부에 형성되는 전자 방출 유닛과, 상기 전자 방출 유닛에서 방출된 전자들에 의해 가시광을 방출하는 발광 유닛 및 진공 용기의 적어도 일부 외면에 형성되며, 접지 전원과 연결되어 진공 용기에 축적된 전하를 제거하는 도전층을 포함한다.
전자 방출, 정전기, 접지, 도전층

Description

전자 방출 표시 디바이스 {ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전자 방출 표시 디바이스의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스를 나타낸 단면도이다.
도 7은 표면 전도 에미션(SCE)형 전자 방출 표시 디바이스를 나타낸 단면도이다.
본 발명은 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자 방출 유닛에서 방출된 전자들에 의해 진공 용기에 차징될 수 있는 정전하들을 방전시킬 수 있는 구조에 관한 것이다.
일반적으로 전자 방출 소자(electron emission element)는 전자원의 종류에 따라 열음극(hot cathode)을 이용하는 방식과 냉음극(cold cathode)을 이용하는 방식으로 분류될 수 있다.
열음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는 형광 표시관(vacuum fluorescent display; VFD)이 알려져 있으며, 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는 전계 방출 어레이(field emitter array, 이하 FEA라 함)형, 표면 전도 에미션(surface-conduction emission, 이하 SCE라 함)형, 금속-절연층-금속(metal-insulator-metal, 이하 MIM이라 함)형 및 금속-절연층-반도체(metal-insulator-semiconductor, 이하 MIS라 함)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, 금속이나 반도체로부터 공급되는 전자가 터널링(tunneling) 현상에 의하여 절연층을 통과하여 상부 금속에 도달하고, 도달한 전자 중 상부 금속의 일함수(work function) 이상의 에너지를 가지는 전자가 상부 전극으로부터 방출되는 원리를 이용한다.
상기 SCE형 전자 방출 소자는 일 기판 위에 서로 마주보며 배치된 제1 전극과 제2 전극 사이에 도전 박막을 제공하고 이 도전 박막에 미세 균열을 제공함으로 써 전자 방출부를 형성하며, 양 전극에 전압을 인가하여 도전 박막의 표면으로 전류가 흐를 때 전자 방출부로부터 전자가 방출되는 원리를 이용한다.
상기 FEA형 전자 방출 소자는 전자 방출부와 이 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들로서 하나의 캐소드 전극과 하나의 게이트 전극을 구비하며, 전자 방출부의 물질로 일 함수(work function)가 낮거나 종횡비가 큰 물질, 일례로 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물이나, 탄소 나노튜브와 흑연 및 다이아몬드상 탄소와 같은 탄소계 물질을 사용하여 진공 중에서 전계에 의해 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한다.
한편, 전자 방출 소자는 일 기판에 어레이를 이루며 형성되어 전자 방출 디바이스(electron emission device)를 구성하고, 전자 방출 디바이스는 형광층과 애노드 전극 등으로 이루어진 발광 유닛이 구비된 다른 기판과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스(electron emission display device)를 구성한다.
즉, 통상의 전자 방출 디바이스는 전자 방출부와 더불어 주사 전극들과 데이터 전극들로 기능하는 복수의 구동 전극들을 구비하여 전자 방출부와 구동 전극들의 작용으로 화소별 전자 방출의 온/오프와 전자 방출량을 제어한다. 그리고 전자 방출 표시 디바이스는 전자 방출부에서 방출된 전자들로 형광층을 여기시켜 소정의 발광 또는 표시 작용을 한다.
전자 방출 표시 디바이스는 진공 용기 내부에 전자 방출 유닛과 전자 방출 유닛에서 방출된 전자들에 의해 여기되어 가시광을 방출하는 발광 유닛을 구비하고 있다. 전자 방출부는 각 화소 영역마다 배치되어 구동 전극들에 의해 지속적으로 전자들을 방출하며, 이 전자들은 애노드 전극에 인가된 애노드 전압에 이끌려 형광층과 충돌한다.
이와 같이, 진공 용기 내부에는 전자 방출 표시 디바이스의 표시 및 발광 작용을 위해 수많은 전자들이 형광층과 충돌하게 되며, 이와 같은 작용의 반복으로 진공 용기 자체에 전하가 지속적으로 대전(charging)된다.
특히, 애노드 전극은 전자들을 충분히 가속시킬 수 있도록 수 kV의 고압이 인가되는데, 이는 진공 용기에 정전하가 대전되는 것을 더욱 촉진시킨다.
진공 용기에 차징된 전하는 형광층을 열화시켜 형광층 손상의 원인이 될 뿐만 아니라, 애노드 전극에 고전압이 인가되는 경우, 에너지를 인가받아 진공 용기 내부에 아킹을 발생시키는 간접적인 원인을 제공한다. 아킹은 진공 용기 내부에 형성된 구동 전극들에 치명적인 손상을 가하여 전자 방출 표시 디바이스의 작동에 문제를 일으킨다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 진공 용기에 전하가 차징되는 것을 방지할 수 있는 전자 방출 표시 디바이스를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 서로 대향 배치되는 제1 기판과 제2 기판과, 상기 제1 기판과 제2 기판의 가장자리를 따라 형성되어 상기 제1 기판 및 제2 기판과 함께 진공 용기를 구성 하는 밀봉 부재와, 상기 진공 용기 내부에 형성되는 전자 방출 유닛과, 상기 전자 방출 유닛에서 방출된 전자들에 의해 가시광을 방출하는 발광 유닛 및 상기 진공 용기의 적어도 일부 외면에 형성되며, 접지 전원과 연결되어 진공 용기에 축적된 전하를 제거하는 도전층을 포함한다.
또한, 상기 도전층은 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 중 어느 일 기판에만 형성되거나, 두 기판 모두에 형성될 수 있다.
또한, 상기 도전층은 상기 밀봉 부재에 더욱 형성될 수 있다.
또한, 상기 도전층은 발광 유닛이 형성되는 일 기판의 유효 영역 외측에 형성될 수 있으며, 도전층이 투명한 경우에는 유효 영역을 포함하며 형성될 수도 있다.
또한, 상기 도전층은 진공 용기 전체에 연속적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 도전층은 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 몰리브덴(Mo) 및 흑연(graphite)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전층은 0.1 ~ 100 Ωcm 범위 내의 비저항값을 가질 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 전자 방출 표시 디바이스의 평면도이다.
도면을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 소정 의 간격을 두고 서로 평행하게 대향 배치되는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 포함한다. 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 가장자리에는 밀봉 부재(6)가 배치되어 이 기판들과 함께 밀폐된 내부 공간을 형성하며, 이로써 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 및 밀봉 부재(6)는 진공 용기(8)를 구성한다.
여기서, 밀봉 부재(6)는 바(bar) 형태의 프리트 글라스(frit glass)로 이루어질 수 있으며, 경우에 따라서는 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에 지지 부재로서 제공된 글라스 프레임(glass frame)과 양 기판들과 글라스 프레임(glass frame) 사이에 도포되는 프리트 글라스(frit glass)로 이루어질 수 있다.
진공 용기 내부에는 전자를 방출하는 전자 방출 유닛과, 전자들에 의해 가시광을 방출하는 발광 유닛이 제공되는데, 냉음극을 전자원으로 사용하는 FEA형, SCE형, MIM형 및 MIS형 전자 방출 표시 디바이스들의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 기판(2)의 일면에 전자 방출 유닛(10)이 제공되어 제2 기판(4)을 향해 전자들을 방출하고, 제2 기판(4) 중 제1 기판(2)과의 대향면에는 이 전자들에 의해 여기되어 가시광을 방출하는 발광 유닛(12)이 제공된다.
제1 기판(2)과 제2 기판(4)은 각각 유효 영역(active area, A)과, 유효 영역의 외곽을 따라 설정되는 비유효 영역(non-active area)으로 구획된다. 여기서 유효 영역은 실제 픽셀들이 제공되어 실질적인 표시가 이루어지는 부분이며, 이에 따라 전자 방출 유닛(10)과 발광 유닛(12)은 각각 제1 기판(2)의 유효 영역과 제2 기판(4)의 유효 영역에 위치한다.
본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 진공 용기(8)의 외면에 도전층(14)을 포함한다.이 도전층(14)은 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 기판(4)의 윗면에 형성되는 상부 도전층(141)과, 제1 기판(2)의 아랫면에 형성되는 하부 도전층(142)으로 이루어진다. 상부 도전층(141)과 하부 도전층(142)은 각각 접지선을 통하여 접지 전원과 연결된다.
상부 도전층(141)은 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 기판(4)에 설정된 유효 영역(A) 외측, 즉 제2 기판(4)의 가장자리를 따라 형성된다. 상부 도전층(141)이 불투명하게 형성되어 유효 영역(A)에 위치하게 되면, 가시광이 진공 용기(8) 외부로 방출될 수 없어 전자 방출 표시 디바이스가 발광 및 표시 작용을 제대로 할 수 없게 되기 때문이다.
상기 도전층(14)은 전기가 통할 수 있는 물질들 예를 들면, 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 흑연(graphite) 및 이들의 조합 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 도전층(14)은 0.1 ~ 100 Ωcm 범위 내의 비저항값을 가질 수 있다.
그리고, 상부 도전층이 투명하게 형성되는 경우에는 상기와 같은 제약은 없어져 상부 도전층이 유효 영역에 형성되어도 관계없다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 상부 도전층(143)이 투명하게 형성되어 제2 기판(4)의 윗면 전체에 위치하는 것을 보여주고 있다.
도전층은 제1 실시예와 같이 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 모두에 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 두 기판 중 어느 일 기판에만 형성될 수도 있다. 또한, 도전층은 제1 기판(2) 및 제2 기판(4)에 부분적으로 형성될 수 있으며, 그 면적 및 위치 등은 다양하게 변경될 수 있다.
지금까지 도전층이 제1 기판(2)과 제2 기판(4)에 위치하는 경우에 대해서 살펴보았으나, 도전층은 밀봉 부재(6)에도 형성될 수 있다. 도 4 및 도 5는 이를 보여주고 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4를 참고하면, 도전층(16)은 제2 기판(4)에 형성되는 상부 도전층(161), 제1 기판(2)에 형성되는 하부 도전층(162) 및 밀봉 부재(6)의 외측면에 형성되는 측면 도전층(163)으로 이루어질 수 있다.
또한, 도전층은 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 도전층(161), 하부 도전층(162) 및 측면 도전층(163)이 각각 별개로 형성될 수 있으나, 이와 달리 도 5에 도시된 바와 같이, 진공 용기(8) 전체에 연속적으로 형성될 수도 있다. 도전층(18)이 연속적으로 형성된 경우에는 접지 전원과 연결되는 접지선을 각각 별개로 인출시킬 필요가 없어지는 이점이 있다.
실시예에서 살펴본 바와 같이, 진공 용기(8) 외면에 도전층이 형성됨으로써, 진공 용기에 차징될 수 있는 전하를 도전층을 통하여 외부로 방전시킬 수 있다.
도 6은 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스를 나타낸 단면도 이고, 도 7은 표면 전도 에미션(SCE)형 전자 방출 표시 디바이스를 나타낸 단면도로서, 본 발명이 적용될 수 있는 전자 방출 표시 디바이스들의 전자 방출 유닛과 발광 유닛을 보여준다.
먼저, FEA형 전자 방출 표시 디바이스의 내부 구조를 간략하게 살펴보면 다음과 같다.
전자 방출 유닛(30)은 제1 기판(32) 위에서 제1 기판(32)의 일 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되는 캐소드 전극들(301)과, 캐소드 전극들(301)을 덮으면서 제1 기판(32) 전체에 형성되는 절연층(302)과, 절연층(302) 위에서 캐소드 전극(301)과 직교하는 방향을 따라 형성되는 게이트 전극들(303)을 포함한다. 게이트 전극들(303)과 절연층(302)에는 캐소드 전극들(301)을 일부 노출시키는 각각의 개구부(304, 305)가 마련된다.
또한, 상기 개구부(304, 305) 내측으로 캐소드 전극들(301) 위에는 전자 방출부들(306)이 형성된다. 전자 방출부(306)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어질 수 있다.
그리고, 발광 유닛(40)은 제2 기판(42) 위에 형성되는 형광층들(401)과, 각 형광층(401) 사이에 위치하는 흑색층(402)과, 형광층들(401)과 흑색층(402)의 일면에 형성되는 애노드 전극(403)을 포함한다. 애노드 전극(403)은 외부로부터 애노드 전압을 인가받아 전자 방출부(306)에서 방출된 전자들을 가속시킨다.
또한, 제1 기판(32)과 제2 기판(42) 사이에는 다수의 스페이서(44)가 배치되 어 양 기판(32, 42)의 간격을 일정하게 유지시킨다.
이와 같이, 도전층이 적용된 FEA형 전자 방출 표시 디바이스의 작용에 대해살펴보면, 먼저 애노드 전극(403)에 애노드 전압(일반적으로 수천 볼트)이 인가되면 제2 기판(42) 내부에 존재하는 전하의 분극이 발생한다. 즉, 제2 기판(42)은 통상 유리(glass)와 같은 재질로 이루어져 유전체이므로 내부에 전하가 존재하고, 이 애노드 전압에 의해 제2 기판(42)의 외측면 측으로는 양전하(+)가 이동하여 축적되고, 제2 기판(42)의 내측면 측으로는 음전하(-)가 이동하여 축적된다.
이런 현상이 지속되면 제2 기판(42)의 외부 표면에는 제2 기판(42)의 외측면 측에 축적된 양전하(+)와 반대되는 음전하(-)가 쌓여 정전기가 발생하며, 이 정전기는 접지 전원과 연결된 도전층을 통하여 외부 방출된다. 이와 같은 도전층의 기능으로 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 진공 용기에 발생할 수 있는 정전기를 차단한다.
다음으로, SCE형 전자 방출 표시 디바이스에 대해 살펴보면, SCE형 전자 방출 표시 디바이스는 제1 기판에 제공되는 전자 방출 유닛을 제외하고 전술한 FEA형 전자 방출 표시 디바이스와 동일한 구성으로 이루어진다.
도 7을 참고하여 전자 방출 유닛(50)에 대해 살펴보면, 제1 기판(52) 위에는 제1 전극(501)과 제2 전극(502)이 소정의 간격을 두고 배치되고, 제1 전극(501)과 제2 전극(502)에는 각각 표면의 일부를 덮으면서 서로 근접하도록 제1 도전 박막(503)과 제2 도전 박막(504)이 형성된다. 그리고, 제1 도전 박막(503)과 제2 도전 박막(504) 사이에 이 도전 박막들과 연결되는 전자 방출부(505)가 형성되며, 전자 방출부(505)는 이 도전 박막들(503, 504)을 통해 제1 전극(501) 및 제2 전극(502)과 전기적으로 연결된다.
그리고, 제1 전극(501)과 제2 전극(502)은 도전성을 갖는 다양한 재료가 사용 가능하며, 제1 도전 박막(503)과 제2 도전 박막(504)은 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 등의 도전성 재료를 이용한 미립자 박막으로 형성될 수 있다.
전자 방출부(505)는 흑연성 탄소와 탄소화합물 등으로 형성될 수 있다.
상기에서는 FEA형과 SCE형 전자 방출 표시 디바이스에 대해서만 살펴보았으나, 본 발명은 MIM형과 MIS형 전자 방출 표시 디바이스 뿐만 아니라, 형광 표시관 등 다른 전자 방출 표시 디바이스들 모두에 적용될 수 있다.
지금까지 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.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 진공 용기의 표면에 도전층을 구비함으로써, 전자 방출 표시 디바이스의 작동에 의해 진공 용기에 차징될 수 있는 전하를 도전층을 통하여 외부로 방전시킨다. 따라서, 본 발명은 진공 용기에 발생하는 정전기를 차단하고, 이 정전기에 의해 발생할 수 있는 아킹을 방지한다.

Claims (11)

  1. 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과,
    상기 제1 기판과 제2 기판의 가장자리를 따라 형성되어 상기 제1 기판 및 제2 기판과 함께 진공 용기를 구성하는 밀봉 부재와;
    상기 진공 용기 내부에 형성되는 전자 방출 유닛과;
    상기 전자 방출 유닛에서 방출된 전자들에 의해 가시광을 방출하는 발광 유닛; 및
    상기 진공 용기의 적어도 일부 외면에 형성되며, 접지 전원과 연결되어 상기 진공 용기에 축적된 전하를 제거하는 도전층
    을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도전층이 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 중 어느 일 기판에 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 도전층이 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 중 다른 기판에 더욱 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 도전층이 상기 밀봉 부재에 더욱 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 일 기판에 발광 유닛이 형성되고,
    상기 도전층은 상기 일 기판의 유효 영역 외측에 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 일 기판에 발광 유닛이 형성되고,
    상기 도전층은 투명하게 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도전층이 상기 일 기판의 유효 영역을 포함하며 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제1 기판, 상기 제2 기판 및 상기 밀봉 부재에 각각 형성되는 도전층이 연속적으로 연결되는 전자 방출 표시 디바이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 도전층이 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 몰리브덴(Mo) 및 흑연(graphite)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 도전층의 비저항값이 0.1 ~ 100 Ωcm 범위 내에 있는 전자 방출 표시 디바이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전자 방출 유닛은 절연층을 사이에 두고 서로 다른 층에 위치하면서 서로 교차하는 방향을 따라 형성되는 캐소드 전극들 및 게이트 전극들과, 상기 캐소드 전극과 게이트 전극의 교차 영역마다 캐소드 전극 위에 형성되는 전자 방출부를 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
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