KR20070046659A - 전자 방출 표시 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 제1 기판, 제1 기판에 대향 배치되어 밀봉 부재와 함께 진공 용기를 구성하는 제2 기판, 제1 기판 상에 형성되어 전자를 방출하는 전자 방출 유닛, 제2 기판 상에 형성되어 전자 방출 유닛으로부터 방출된 전자를 충돌시켜 발광되는 발광 유닛 및 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하여 제1 기판과 제2 기판 사이의 간격을 유지하는 스페이서를 포함하고, 발광 유닛은 일정한 간격을 두고 형성되는 형광층, 형광층의 사이에 배치되는 흑색층 및 형광층과 흑색층을 덮는 애노드 전극을 포함하며, 스페이서는 흑색층이 형성되는 영역에 대응하여 배치되고, 스페이서와 발광 유닛의 사이에 배치되는 연성부재를 포함한다.

전자방출소자, 스페이서, 형광층, 캐소드전극, 게이트전극, 애노드전극, 연성부재, 이물질

Description

전자 방출 표시 디바이스{ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE}

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

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

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 연성부재의 작용을 설명하기 위한 개략도이다.

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

본 발명은 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제1 기판과 제2 기판의 간격을 유지하기 위한 스페이서의 밀착도를 향상시킨 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것이다.

전자 방출 표시 디바이스는 복수의 전자 방출 소자를 구비하는 전자 방출 디바이스에서 방출되는 전자를 이용하는 자발광형 디스플레이 장치이다.

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 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.

MIM형과 MIS형 전자 방출 소자는 각각 금속/절연층/금속의 순서로 적층된 구조와 금속/절연층/반도체의 순서로 적층된 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.

SCE형 전자 방출 소자는 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.

그리고 FEA형 전자 방출 소자는 일함수(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 구조물로 전자 방출부를 형성하거나, 카본 나노튜브(carbon nanotube)와 흑연 및 다이아몬드상 카본과 같은 카본계 물질로 전자 방출부를 형성한 예가 개발되고 있다.

전자 방출 표시 디바이스들은 그 종류에 따라 세부적인 구조가 상이하지만, 기본적으로 제1 기판과 제2 기판 및 두 기판의 가장자리를 접합시켜 밀폐된 내부 공간을 형성하는 밀봉 부재를 포함하여 하나의 표시 디바이스를 구성한다. 여기서 표시 디바이스의 내부 공간은 전자들의 방출과 이동이 원활하게 이루어지도록 진공 상태로 유지된다.

이와 같은 전자 방출 표시 디바이스는 제1 기판의 일면에 전자 방출부와 화소별 전자 방출을 제어하는 구동 전극들을 구비하고, 제2 기판의 일면에 형광층과 더불어 제1 기판 측에서 방출된 전자들이 형광층을 향해 양호하게 가속되도록 하는 애노드 전극을 구비한다. 이로써 전자 방출 표시 디바이스는 전자 방출부에서 방출된 전자들로 형광층을 여기시켜 가시광을 냄으로써 소정의 발광 또는 표시 작용을 하게 된다.

한편, 상기한 전자 방출 표시 디바이스는 진공 용기 내부와 외부의 압력 차이에 의한 압축력에 의해 기판들이 파손될 우려가 있다. 따라서 통상의 전자 방출 표시 디바이스는 제1 기판과 제2 기판 사이에 다수의 스페이서를 설치하여 압축력을 지지하고 있다. 스페이서들은 주로 접착층에 의해 제1 기판과 제2 기판 중 어느 한 기판에 부착되고, 전자 방출부가 제공된 유효 영역과, 유효 영역 외곽의 비유효 영역에 배치된다.

그런데 전자 방출 표시 디바이스의 제조 공정에서 스페이서가 배치되는 표면 에 잔류 형광체와 같은 이물질이 남을 수 있다.

이러한 이물질은 스페이서의 단면에 잔류하게 되고, 스페이서의 단면은 스페이서가 지지하는 부위에 압착하지 못하고 빈 공간이 발생하게 된다.

따라서 스페이서가 제1 기판과 제2 기판 사이에 작용하는 높은 압력을 효과적으로 지지하지 못하게 되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 제1 기판, 제1 기판에 대향 배치되어 밀봉 부재와 함께 진공 용기를 구성하는 제2 기판, 제1 기판 상에 형성되어 전자를 방출하는 전자 방출 유닛, 제2 기판 상에 형성되어 전자 방출 유닛으로부터 방출된 전자를 충돌시켜 발광되는 발광 유닛 및 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하여 제1 기판과 제2 기판 사이의 간격을 유지하는 스페이서를 포함하고, 발광 유닛은 일정한 간격을 두고 형성되는 형광층, 형광층의 사이에 배치되는 흑색층 및 형광층과 흑색층을 덮는 애노드 전극을 포함하며, 스페이서는 흑색층이 형성되는 영역에 대응하여 배치되고, 스페이서와 발광 유닛의 사이에 배치되는 연성부재를 포함한다.

이 경우, 연성부재는 Ag, Cu, Ni, Fe, Co, Pt, Au와 같은 금속으로 형성될 수 있다.

또한, 연성부재는 3㎛~15㎛의 두께를 가질 수 있다.

또한, 애노드 전극은 흑색층 및 형광층의 제1 기판 측 일면 또는 제2 기판과 흑색층 및 형광층과 제2 기판 사이에 배치될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 분해 사시도이고, 도 2는 부분 단면도이다.

도면을 참고하면, 전자 방출 표시 디바이스(100)는 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 대향 배치되는 제1 기판(10)과 제2 기판(12)을 포함한다. 제1 기판(10)과 제2 기판(12)의 가장자리에는 밀봉 부재(도시하지 않음)가 배치되어 두 기판을 접합시키며, 내부 공간이 대략 10^-6torr의 진공도로 배기되어 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 및 밀봉 부재가 진공 용기를 구성한다.

제1 기판(10)의 제2 기판(12)측 대향면에는 전자 방출을 위한 전자 방출 유닛(110)이 제공되고, 제2 기판(12) 중 제1 기판(10)과의 대향면에는 전자에 의해 가시광을 방출하여 임의의 발광 또는 표시를 행하기 위한 발광 유닛(120)이 제공된다.

먼저, 전자 방출 유닛(110)의 구성을 설명하면, 제1 기판(10)에는 제1 전극인 캐소드 전극(14)이 제1 기판의 일 방향(도 1의 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 제1 기판(10) 전체에는 캐소드 전극(14)을 덮는 제1 절연층(16)이 형성된다.

제1 절연층(16) 위에는 제2 전극인 게이트 전극(18)이 캐소드 전극(14)과 직 교하는 방향(도 1의 x축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

본 실시예에서 캐소드 전극(14)과 게이트 전극(18)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극(14) 위로 각 화소 영역마다 하나 이상의 전자 방출부(20)가 형성되고, 제1 절연층(16)과 게이트 전극(18)에는 각 전자 방출부(20)에 대응하는 개구부(16a, 18a)가 형성되어 제1 기판(10) 상에 전자 방출부(20)가 노출되도록 한다.

전자 방출부(20)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어진다. 전자 방출부(20)는 일례로 탄소나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C60, 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질을 포함할 수 있다.

다른 한편으로 전자 방출부(20)는 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물로 이루어질 수 있다.

도면에서는 전자 방출부들(20)이 원통형으로 형성되고, 각 화소 영역에서 캐소드 전극(14)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열되는 구성을 도시하였다. 그러나 전자 방출부(20)의 형상과 화소 영역 당 개수 및 배열 형태 등은 도시한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.

그리고 제1 절연층(16)과 게이트 전극(18) 위로는 제2 절연층(22)과 제3 전극인 집속 전극(24)이 형성된다. 제2 절연층(22)은 게이트 전극(18)과 집속 전극(24)을 절연시키며, 제2 절연층(22)과 집속 전극(24)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(22a, 24a)가 마련된다.

일례로, 이 개구부(22a, 24a)는 화소 영역마다 하나가 구비되어 집속 전극(24)이 한 화소 영역에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속하도록 한다.

다음으로 발광 유닛(120)의 구성을 설명하면, 제1 기판(10)과 대향하는 제2 기판(12)의 일면에는 적색과 녹색 및 청색의 형광층들(26R, 26G, 26B)이 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(26) 사이에는 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(28)이 형성된다.

형광층(26)은 제1 기판(10)에 설정되는 화소 영역에 한 가지 색의 형광층(26R, 26G, 26B)이 대응하도록 형성될 수 있다.

형광층(26)과 흑색층(28) 위로는 금속막으로 이루어진 애노드 전극(30)이 형성된다. 애노드 전극(30)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받으며, 형광층(26)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(10)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(12) 측으로 반사시켜 휘도를 높이는 역할을 한다.

이러한 애노드 전극(30)은 도전성이 있고 광택이 있는 금속 예컨대, 알루미늄을 포함하는 금속으로 형성될 수 있다.

한편, 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 사이에는 스페이서(32)가 배치되어 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고, 두 기판의 간격을 일정하게 유지시킨다. 스페이서(32)는 형광층(26)을 침범하지 않도록 흑색층(28)에 대응하여 위치할 수 있다. 이때, 스페이서(32)와 애노드 전극(30)의 사이에는 연성이 있는 재료로 형성되는 연성부재(34)가 배치된다.

이러한 연성부재(34)는 스페이서(32)와 애노드 전극(30) 사이에 형광체(26a) 와 같은 이물질이 잔류하는 경우에도 스페이서(32)가 밀착되도록 한다.

도 3은 밀착 부재(34)의 작용을 설명하기 위한 개략도이다. 도시한 바와 같이, 전자 방출 표시 디바이스의 제조 공정 시 잔류 형광체(26a)와 같은 이물질이 흑색층(28)의 위로 잔류할 수 있다.

스페이서(32)는 유리 또는 세라믹과 같은 재질로 형성될 수 있는데, 이러한 재료들은 연성이 거의 없어 그 형상이 변형되지 않게된다. 따라서 이러한 이물질에 의해 스페이서(32)가 발광 유닛(120)에 밀착되지 못하게 된다. 그러나 스페이서(32)의 상부에 상기와 같은 연성부재(34)를 형성함으로써 스페이서(32)의 밀착 불량문제를 해결할 수 있다.

즉, 도시한 바와 같이, 연성부재(34)의 스페이서(32)측 단면은 스페이서(32)가 밀착되도록 평평하게 형성되고, 애노드 전극(30)측의 단면은 잔류 형광체(26a)와 같은 이물질의 형상에 대응하도록 변형되어 애노드 전극(30)과 밀착되도록 형성된다.

따라서 스페이서(32)는 전체적으로 안정된 구조로 제1 기판(10)과 제2 기판(12)의 간격을 유지할 수 있다.

이와 같은 연성부재(34)로는 연성이 있어 압력에 의해 쉽게 그 형상이 변형될 수 있는 재료로 형성될 수 있으며, 특히, Ag, Cu, Ni, Fe, Co, Pt, Au와 같은 금속부재로 형성될 수 있다.

이 경우, 연성부재(34)를 스페이서(32)에 형성하기 위해 연성부재(34)가 형성되는 스페이서(32)의 단면에는 샌드블래스팅법 등을 사용하여 요철을 형성한 후, 연성부재(340를 형성함으로써 금속으로 형성되는 연성부재(34)와 스페이서(32)사이의 밀착력을 좋게 할 수 있다.

또한, 도면에 도시하지 않았으나, 연성부재(34)는 제2 기판(12)측뿐만 아니라 필요한 경우, 제1 기판(10)측으로도 형성되어 완충작용을 하도록 할 수 있다.

또한, 스페이서(32)와 애노드 전극(30) 사이에 존재하는 이물질이 형광체인 경우, 통상적으로 그 직경이 3㎛정도가 되므로, 연성부재(34)가 잔류 형광체를 충분히 감싸도록 하기 위해 연성부재(34)의 두께는 3㎛이상으로 형성할 수 있다.

그러나 연성부재(34)가 너무 두꺼워 지면 이를 스페이서(32)위에 형성하는 공정상 어려움이 있으므로 연성부재(34)는 15㎛이하로 형성한다.

전술한 구성의 전자 방출 표시 디바이스(100)는 외부로부터 캐소드 전극(14), 게이트 전극(18), 집속 전극(24) 및 애노드 전극(30)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다.

일례로 캐소드 전극(14)과 게이트 전극(18) 중 어느 하나의 전극이 주사 구동 전압을 인가받아 주사 전극으로 기능하고, 다른 하나의 전극이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극으로 기능한다. 그리고 집속 전극(24)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 일례로 0V 또는 수 내지 수십 볼트의 (-)직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(30)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 일례로 수백 내지 수천 볼트의 (+)직류 전압을 인가받는다.

이에 따라, 캐소드 전극(14)과 게이트 전극(18)간 전압 차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(20) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 집속 전극 개구부(24a)를 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되며, 애노드 전극(30)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 형광층(26)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.

도 4를 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스(200)는 전술한 제1 실시예의 구성을 기본으로 하면서 애노드 전극(30)이 제2 기판(12)을 향한 형광층(26)과 흑색층(28)의 일면에 위치한다.

이 경우, 애노드 전극(30)은 금속막이 아닌 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 도전막으로 이루어질 수 있다.

이 경우, 상기한 연성부재(34)는 흑색층(28)과 스페이서(32)의 사이에 배치되어 잔류 형광체(26a)와 같은 이물질의 형상에 대응하도록 그 일면이 변형된다. 따라서 이 경우에도 스페이서(32)가 안정한 구조를 이루게 되어 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 사이의 간격을 유지하게 된다.

한편, 본 실시예에서도 연성부재(34)는 그 형상이 압축력에 의해 쉽게 변형될 수 있는 연성을 가진 재료로서, Ag, Cu, Ni, Fe, Co, Pt, Au와 같은 금속부재로 형성될 수 있고, 전술한 바와 같이, 그 두께가 3㎛~15㎛로 형성될 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 발명에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 전술한 연성부재가 스페이서의 상부에 배치됨으로써 압축 하중에 대한 스페이서의 지지력을 강화할 수 있다.

Claims (6)

1. 제1 기판;

   상기 제1 기판에 대향 배치되어 밀봉 부재와 함께 진공 용기를 구성하는 제2 기판;

   상기 제1 기판 상에 형성되어 전자를 방출하는 전자 방출 유닛;

   상기 제2 기판 상에 형성되어 상기 전자 방출 유닛으로부터 방출된 전자를 충돌시켜 발광되는 발광 유닛; 및

   상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 간격을 유지하는 스페이서

   를 포함하고,

   상기 발광 유닛은 일정한 간격을 두고 형성되는 형광층;

   상기 형광층의 사이에 배치되는 흑색층; 및

   상기 형광층과 상기 흑색층을 덮는 애노드 전극을 포함하며,

   상기 스페이서는 상기 흑색층이 형성되는 영역에 대응하여 배치되고,

   상기 스페이서와 상기 발광 유닛의 사이에 배치되는 연성부재를 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 연성부재는 금속으로 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 연성부재는 Ag, Cu, Ni, Fe, Co, Pt, Au로 이루어지는 군에서 선택되는 1이상의 재료로 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 연성부재는 3㎛~15㎛의 두께를 갖는 전자 방출 표시 디바이스.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 애노드 전극은 상기 흑색층 및 상기 형광층의 제1 기판 측 일면에 배치되는 전자 방출 표시 디바이스.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 애노드 전극은 제2 기판과 상기 흑색층 및 상기 형광층과 상기 제2 기판 사이에 배치되는 전자 방출 표시 디바이스.

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