KR20070044577A - 전자 방출 표시 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 애노드 전극을 구비한 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 서로 대향 배치되어 진공 용기를 구성하는 제1 기판 및 제2 기판과, 상기 제1 기판에 제공되는 전자 방출 유닛과, 상기 제2 기판에 제공되며 상기 전자 방출 유닛에서 방출된 전자를 가속시키는 애노드 전극을 구비한 발광 유닛 및 상기 제1 기판에 형성된 배기홀을 밀폐시키는 밀봉 부재를 포함하며, 상기 애노드 전극은 상기 밀봉 부재와 전기적으로 연결되면서 이 밀봉 부재를 통하여 외부로부터 전압을 인가받는다.

전자 방출, 애노드 전극, 배기홀, 밀봉 부재, 리드선

Description

전자 방출 표시 디바이스 {ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 밀봉 부재 및 리드선을 나타낸 사시도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.

본 발명은 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자빔 가속을 위한 애노드 전극의 전압 인가 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.

여기서, 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는 전계 방출 어레이(Field Emitter Array; 이하 'FEA'라 함)형, 표면 전도 에미션(Surface-Conduction Emission; 이하 'SCE'라 함)형, 금속-절연층-금속(Metal-Insulator-Metal; 이하 'MIM'이라 함)형 및 금속-절연층-반도체(Metal-Insulator-Semiconductor; 이하 'MIS'라 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 제공함으로써 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.

통상적으로 애노드 전극은 수백 내지 수천 볼트의 (+)전압을 애노드 단자로부터 인가받는다. 이 애노드 단자는 애노드 전극으로부터 제2 기판의 가장자리로 인출되어 진공 용기 외부에 위치한다.

따라서, 제2 기판에는 상기 애노드 단자를 배치하기 위한 자리가 마련되어야 하며, 이를 위해 종래의 전자 방출 표시 디바이스는 제2 기판의 일측 가장자리를 제1 기판보다 외측으로 돌출시켜 애노드 단자가 위치하는 자리를 마련하였다.

이와 같이, 종래 전자 방출 표시 디바이스는 애노드 단자를 진공 용기 외부 로 노출시키기 위하여 제2 기판에 제1 기판보다 외측으로 돌출된 확장 부위를 가지므로 전자 방출 표시 디바이스의 전체 면적은 확장된 부위만큼 증가하게 되며, 이에 따라 화면을 표시하는 유효 영역 이외의 불필요한 영역(Dead Area)이 증가하게 되는 문제점이 있다.

한편, 상기와 같은 불필요한 영역을 줄이기 위하여 애노드 단자를 제2 기판이 아닌 제1 기판에 위치시키는 구조가 등장하였으나, 이는 애노드 전극과 애노드 단자를 연결하기 위하여 제1 기판에 별도의 홀을 형성시켜야 하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 종래 전자 방출 표시 디바이스의 구조적 변형을 최소화하면서 애노드 전극의 애노드 단자가 차지하는 영역을 줄일 수 있는 애노드 전압 인가 구조를 구비한 전자 방출 표시 디바이스를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 서로 대향 배치되어 진공 용기를 구성하는 제1 기판 및 제2 기판과, 상기 제1 기판에 제공되는 전자 방출 유닛과, 상기 제2 기판에 제공되며 상기 전자 방출 유닛에서 방출된 전자를 가속시키는 애노드 전극을 구비한 발광 유닛 및 상기 제1 기판에 형성된 배기홀을 밀폐시키는 밀봉 부재를 포함하며, 상기 애노드 전극은 상기 밀봉 부재와 전기적으로 연결되면서 이 밀봉 부재를 통하여 외부로부터 전압을 인가받는다.

또한, 상기 애노드 전극과 상기 밀봉 부재는 리드선 또는 도전성 탄성체로 서로 연결될 수 있다.

또한, 상기 리드선 또는 도전성 탄성체는 도전성 접착층으로 상기 애노드 전극과 상기 밀봉 부재에 고정될 수 있다.

또한, 상기 밀봉 부재는 외부 전원과 리드선으로 연결될 수 있으며, 이때 리드선은 도전성 접착층으로 상기 밀봉 부재에 고정될 수 있다.

또한, 상기 밀봉 부재는 도전성 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 밀봉 부재는 평판형으로 형성될 수 있으며, 이때 상기 밀봉 부재는 그 가장자리에 형성된 프릿으로 상기 제1 기판에 접합될 수 있다.

또한, 상기 밀봉 부재는 흑화 열처리되어 형성될 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 디바이스의 부분 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 밀봉 부재 및 리드선을 나타낸 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 소정 간격을 두고 서로 평행하게 대향 배치되는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 포함한다. 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 가장자리에는 측면 격벽으로 기능하는 프레임(6)이 배치되어 이 기판들과 함께 밀폐된 내부 공간을 형성한다. 이로써 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 및 프레임(6)이 진공 용기를 구성한다.

제1 기판(2)에는 전자 방출 소자들이 어레이를 이루며 배치되는 전자 방출 유닛(8)이 제공되고, 이 전자 방출 유닛(8)은 제1 기판(2)과 함께 전자 방출 디바이스를 구성한다. 전자 방출 디바이스는 제2 기판(4) 및 제2 기판(4)에 제공되는 발광 유닛(10)과 결합되어 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.

본 실시예에서는 일례로 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 소자로 이루어진 전자 방출 표시 디바이스의 구성을 도시하였다.

먼저, 제1 기판(2) 위에는 전자 방출부(12)와, 전자 방출부(12)의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들로서 캐소드 전극(14)과 게이트 전극(16)이 구비되고, 캐소드 전극(14)과 게이트 전극(16) 상부에는 전자빔 집속을 위한 집속 전극(18)이 구비된다.

본 실시예에서 캐소드 전극들(14)은 제1 기판(2) 위에서 제1 기판(2)의 일방향(도 2에서 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(14)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 제1 절연층(20)이 형성된다. 제1 절연층(20) 위에는 게이트 전극들(16)이 캐소드 전극들(14)과 직교하는 방향(도 2에서 x축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

캐소드 전극(14)과 게이트 전극(16)의 교차 영역마다 캐소드 전극(14) 위로 하나 이상의 전자 방출부(12)가 형성되고, 게이트 전극(16)과 제1 절연층(20)에는 각 전자 방출부(12)에 대응하는 개구부(161, 201)가 형성되어 제1 기판(2) 상에 전자 방출부(12)가 노출되도록 한다.

전자 방출부(12)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 카본계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어진다. 전자 방출부(12)로 사용 바람직한 물질로는 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소, 플러렌(C₆₀), 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질이 있다. 또한, 도시는 생략하였으나 전자 방출부는 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물로 이루어질 수 있다.

이로써 캐소드 전극(14)과 게이트 전극(16) 중 어느 하나의 전극에 스캔 신호 전압을 인가하고, 다른 하나의 전극에 데이터 신호 전압을 인가하면, 두 전극 간 전압차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(12) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출된다.

한편, 상기에서는 제1 절연층(20)을 사이에 두고 게이트 전극(16)이 캐소드 전극(14) 상부에 위치하는 구조를 설명하였으나, 그 반대의 경우, 즉 캐소드 전극이 게이트 전극의 상부에 위치하는 구조도 가능하다. 이 구조에서는 전자 방출부가 캐소드 전극의 일측면과 접촉하며 제1 절연층 위에 형성될 수 있다.

그리고, 게이트 전극(16)과 제1 절연층(20) 위에는 제2 절연층(22)과 집속 전극(18)이 순차적으로 형성된다. 집속 전극(18)과 제2 절연층(22) 역시 제1 기판(2) 상에 전자 방출부(12)가 노출되도록 하는 각각의 개구부(181, 221)를 형성하는데, 상기 개구부(181, 221)는 일례로 화소 영역당 하나가 구비될 수 있다.

다음으로, 발광 유닛에 대해 살펴보면, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 형광층(24)과 더불어 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(26)이 형 성되고, 형광층(24) 및 흑색층(26)의 일면에는 알루미늄과 같은 금속막으로 이루어지는 애노드 전극(28)이 형성된다.

애노드 전극(28)은 전자 방출부(12)에서 방출된 전자들을 제2 기판(4)을 향해 가속시키며, 형광층(24)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(2)을 향해 방사되는 가시광을 제2 기판(4) 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높인다.

한편, 애노드 전극은 금속막이 아닌 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide, ITO)와 같은 투명한 도전막으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 애노드 전극은 제2 기판을 향한 형광층 및 흑색층의 일면에 위치할 수 있다.

애노드 전극(28)은 진공 용기 외측에 위치하는 외부 전원(도시되지 않음)으로부터 애노드 전압을 인가받는데, 애노드 전극(28)과 외부 전원은 제1 기판(2)에 형성된 배기홀(30)을 통하여 서로 전기적으로 연결된다.

보다 구체적으로, 애노드 전극(28)은 진공 용기 외부에 위치하는 제1 리드선(32), 배기홀(30)을 밀폐시키는 밀봉 부재(34) 및 진공 용기 내부에 위치하는 제2 리드선(36)을 통하여 외부 전원과 연결된다.

제1 리드선(32)의 일측은 외부 전원과 연결되고, 타측은 밀봉 부재(34)와 연결되는데, 제1 리드선(32)과 밀봉 부재(34)는 접촉 저항의 감소를 위해 가능한 넓은 면적으로 접촉하는 것이 바람직하다. 밀봉 부재(34)와 제1 리드선(32) 사이에는 접착층이 부가될 수 있으며, 전류의 원할한 흐름을 위해 이 접착층으로 도전성 접착제가 사용될 수 있다.

밀봉 부재(34)는 제1 기판(2)의 배기홀(30) 주변에 프릿(frit, 38)으로 접합 되며, 이 프릿(38)은 밀봉 부재(34)와 제2 리드선(36)의 접촉을 용이하게 하기 위해 밀봉 부재(34)의 가장자리에 형성될 수 있다. 밀봉 부재(34)는 접합시 대략 950℃의 고온에서 흑화 열처리될 수 있다.

또한, 밀봉 부재(34)는 도 3에 도시된 바와 같이, 반구형으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 평판형 등 그 형상은 다양하게 변형 가능하다. 또한, 그 평면 형상은 원형 또는 다각형 등 다양하게 형성될 수 있다. 그리고, 밀봉 부재(34)는 통전을 위해 금속 또는 금속 합금(alloy)과 같은 도전성 재질로 이루어진다.

제2 리드선(36)은 애노드 전극(28) 및 밀봉 부재(34)와 접촉하며, 이 접촉부의 면적은 접촉 저항을 고려하여 정해지며, 이 접촉부에는 원활한 통전을 위해 도전성 접착층이 부가될 수 있다.

제1,2 리드선(32, 36)은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 흑연(graphite) 및 인듐 틴 옥사이드(ITO) 등 다양한 도전성 물질이 사용될 수 있다.

상기와 같은 애노드 전극의 전압 입력 구조에서 외부 전압은 다음과 같은 순서로 애노드 전극에 인가된다.

외부 전원 → 제1 리드선(32) → 접착층(형성된 경우) → 밀봉 부재(34) → 접착층(형성된 경우) → 제2 리드선(36) → 접착층(형성된 경우)→ 애노드 전극(28)

본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 밀봉 부재를 직접 매개 로 하여 애노드 전극에 전압을 인가함으로써, 애노드 전극과 외부 전원을 연결시키기 위한 리드선을 밀봉 부재의 접합부를 가로질러 외부로 인출할 필요가 없어진다.

따라서, 본 발명의 실시예는 진공 용기의 리크(leak) 발생 위험을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 애노드 전극(28)과 외부 전원을 연결시키기 위해 별도의 홀을 형성하지 않고 배기홀을 그대로 이용함으로써, 가공상의 장점이 있다.

그리고, 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에는 다수의 스페이서(40)가 설치되어 양 기판(2, 4)의 간격을 일정하게 유지시킨다. 이러한 스페이서(40)의 형상은 기둥형, 벽체형 등 다양하게 변형될 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이며, 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도로서, 애노드 전극(28)과 밀봉 부재(34)를 도전성 탄성체로 연결하는 것을 보여 준다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 도전성 탄성체는 용수철 스프링(42) 또는 중앙이 굽혀진 판 스프링(44)일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 그 형상 등은 다양하게 변형될 수 있다. 이와 같이, 도전성 탄성체는 탄성 복원력의 작용으로 애노드 전극(28)과 밀봉 부재(34)를 연결하므로 고정된 위치에서 이탈될 염려가 줄어든다.

지금까지 애노드 전극의 전압 입력 구조에 대하여, 전계를 이용해 전자를 방 출하는 전계 방출 어레이(FEA)형에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이러한 전계 방출 어레이형에 한정되지 않으며, 표면 전도 에미션(SCE)형 등과 같이 애노드 전극을 구비하는 다른 전자 방출 표시 디바이스들 모두에 적용될 수 있다.

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.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 애노드 전압을 제1 기판의 배기홀 측에 형성된 밀봉 부재를 매개로 인가받음으로써, 애노드 단자가 차지하는 영역을 최소화하고, 애노드 전극과 외부 전원을 연결시키기 위한 별도의 홀을 형성하지 않아도 되며, 리드선과 밀봉 부재에 형성된 프릿이 서로 겹치지 않도록 하여 진공 용기의 기밀성을 향상시킨다.

Claims (13)

1. 서로 대향 배치되어 진공 용기를 구성하는 제1 기판 및 제2 기판과;

   상기 제1 기판에 제공되는 전자 방출 유닛과;

   상기 제2 기판에 제공되며, 상기 전자 방출 유닛에서 방출된 전자를 가속시키는 애노드 전극을 구비한 발광 유닛; 및

   상기 제1 기판에 형성된 배기홀을 밀폐시키는 밀봉 부재를 포함하며,

   상기 애노드 전극은 상기 밀봉 부재와 전기적으로 연결되면서 이 밀봉 부재를 통하여 외부로부터 전압을 인가받는 전자 방출 표시 디바이스.
2. 제1항에 있어서,

   상기 애노드 전극과 상기 밀봉 부재가 리드선으로 연결되는 전자 방출 표시 디바이스.
3. 제2항에 있어서,

   상기 리드선이 도전성 접착층으로 상기 애노드 전극과 상기 밀봉 부재에 고정되는 전자 방출 표시 디바이스.
4. 제1항에 있어서,

   상기 애노드 전극과 상기 밀봉 부재가 도전성 탄성체로 연결되는 전자 방출 표시 디바이스.
5. 제2항에 있어서,

   상기 밀봉 부재가 외부 전원과 리드선으로 연결되는 전자 방출 표시 디바이스.
6. 제5항에 있어서,

   상기 외부 전원과 연결되는 리드선이 도전성 접착층으로 상기 밀봉 부재에 고정되는 전자 방출 표시 디바이스.
7. 제1항에 있어서,

   상기 밀봉 부재가 도전성 재질로 이루어지는 전자 방출 표시 디바이스.
8. 제7항에 있어서,

   상기 밀봉 부재가 금속 또는 금속 합금으로 이루어진 전자 방출 표시 디바이스.
9. 제1항에 있어서,

   상기 밀봉 부재가 반구형 또는 평판형으로 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
10. 제9항에 있어서,

    상기 밀봉 부재가 그 가장자리에 형성된 프릿으로 상기 제1 기판에 접합되는 전자 방출 표시 디바이스.
11. 제10항에 있어서,

    상기 밀봉 부재가 흑화 열처리된 전자 방출 표시 디바이스.
12. 제1항에 있어서,

    상기 전자 방출 유닛은 전자 방출부들과, 이 전자 방출부들을 제어하도록 서로 절연 상태를 유지하며 교차하도록 배치되는 캐소드 전극들 및 게이트 전극들을 포함하고,

    상기 발광 유닛은 형광층들과 이 형광층들 사이에 배치되는 흑색층을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
13. 제12항에 있어서,

    상기 전자 방출부가 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소, 플러렌(C₆₀) 및 실리콘 나노와이어로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.

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