KR20070051049A - 전자 방출 표시 디바이스 - Google Patents

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KR20070051049A
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전상호
조진희
안상혁
제병길
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Abstract

본 발명은 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 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 제1 기판에 제공되는 전자 방출 유닛과, 상기 제2 기판에 제공되어 상기 전자 방출 유닛에서 방출된 전자들에 의해 가시광을 방출하는 발광 유닛 및 상기 제1 기판과 제2 기판을 연결하는 열전도 부재를 포함한다.
전자방출, 진공용기, 밀봉부재, 열전도부재

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 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 소자로 이루어진 전자 방출 표시 디바이스를 나타낸 단면도이다.
도 6은 표면 전도 에미션(SCE)형 전자 방출 소자로 이루어진 전자 방출 표시 디바이스를 나타낸 단면도이다.
본 발명은 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자 방출 유닛과 발광 유닛에서 발생하는 열에 의한 기판의 온도차이를 개선할 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.
여기서, 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 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 어레이를 이루며 배치되어 전자 방출 유닛을 구성하고, 이 전자 방출 유닛은 일 기판과 함께 전자 방출 디바이스(electron emission device)를 구성한다. 그리고, 전자 방출 디바이스는 형광층과 애노드 전극 등으로 이루어진 발광 유닛이 구비된 다른 기판과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스(electron emission display device)를 구성한다.
상기한 전자 방출 표시 디바이스는 제1 기판에 형성된 전자 방출 유닛과 제2 기판에 형성된 발광 유닛의 상호 작용으로 발광 또는 표시 작용을 한다. 전자 방출 유닛은 구동 전극들에 의해 제어되는 전자 방출부를 포함하여 지속적으로 전자를 방출하고, 발광 유닛은 전자 방출부에서 방출된 전자를 가속시키는 애노드 전극과 이 가속된 전자들과 충돌하는 형광층을 포함하여 가시광을 방출한다.
상기와 같은 전자 방출 표시 디바이스의 구동과정에서 전자 방출 유닛과 발광 유닛은 열을 발산하게 된다. 전자 방출 유닛은 주로 전자 방출부의 에미션에 의해 열을 발산하고, 발광 유닛은 애노드 전극의 고전압 유지 및 형광층의 여기에 의해 열을 발산한다. 이러한 열들은 각각 제1 기판과 제2 기판에 그대로 전달된다.
그런데, 전자 방출 유닛과 발광 유닛의 열 발산량은 서로 달라 그들에 각각 접하는 제1 기판과 제2 기판은 온도차이가 발생한다. 통상 전자 방출부가 위치하는 제1 기판의 온도가 제2 기판의 온도보다 높게 나타난다.
이러한 제1 기판과 제2 기판의 온도차이로 인하여 제1 기판과 제2 기판 사이에는 스페이서를 통하여 열전달이 발생하고, 이에 따라 스페이서는 높이에 따라 온도 구배가 형성된다. 이 온도 구배로 인하여 스페이서는 높이에 따라 다른 전기 전도도를 형성하고, 이는 스페이서 주위의 등전위선을 변화시켜 스페이서 주위에 방출되는 전자빔을 왜곡시킨다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 두 기판 사이에 발생하는 온도차이를 최소화하여 이에 따른 전자빔의 왜곡을 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 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 제1 기판에 제공되는 전자 방출 유닛과, 상기 제2 기판에 제공되어 상기 전자 방출 유닛에서 방출된 전자들에 의해 가시광을 방출하는 발광 유닛 및 상기 제1 기판과 제2 기판을 연결하는 열전도 부재를 포함한다.
또한, 상기 열전도 부재는 상기 밀봉 부재와 밀착되면서 형성될 수 있다.
또한, 상기 열전도 부재는 상기 밀봉 부재의 내측면 및 외측면 중 적어도 어 느 일측면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 열전도 부재는 상기 밀봉 부재의 둘레를 따라 형성될 수 있다.
또한, 상기 열전도 부재는 상기 밀봉 부재에 접촉하는 중심부와 이 중심부에서 연장되어 상기 제1 기판 및 제2 기판에 접촉하는 확장부로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 열전도 부재는 금속 또는 합금으로 이루어질 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.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 소정의 간격을 두고 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 두 기판과 함께 밀폐된 내부 공간을 형성하며, 이 밀폐된 내부 공간은 대략 10-6 torr의 진공도로 배기된다. 이로써 제1 기판(2), 제2 기판(4) 및 밀봉 부재(6)는 진공 용기(8)를 구성한다.
여기서, 밀봉 부재(6)는 바(bar) 형태의 프릿 글라스(frit glass)로 이루어질 수 있으며, 경우에 따라서는 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에 지지 부재로서 제공된 글라스 프레임과 양 기판들과 글라스 프레임 사이에 도포되는 프릿 글라스로 이루어질 수 있다.
제1 기판(2) 중 제2 기판(4)과의 대향면에는 전자 방출 소자들이 어레이를 이루며 배치되는 전자 방출 유닛(10)이 형성되고, 이 전자 방출 유닛(10)은 제1 기판(2)과 함께 전자 방출 디바이스를 구성한다. 전자 방출 디바이스는 제2 기판(4) 및 제2 기판(4)에 제공된 발광 유닛(12)과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.
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 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 연결하는 열전도 부재(14)를 포함한다. 이 열전도 부재(14)는 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이의 열 확산을 증가시켜 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 온도차이를 감소시키는 기능을 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 열전도 부재(14)는 밀봉 부재(6)의 외측면에 밀착되면서 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 연결한다. 보다 구체적으로, 열전도 부재(14)는 밀봉 부재(6)와 밀착되는 중심부(142)와 이 중심부(142)에서 연장되어 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 내측면에 접촉하는 확장부(144)로 이루어진다. 이 확장부(144)는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 접촉 면적을 증가시켜 열전도율을 증가시킨다.
열전도 부재(14)는 열전도율이 높은 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 또는 니켈(Ni) 등과 같은 금속 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
그리고, 열전도 부재(14)는 도 2에 도시된 바와 같이, 밀봉 부재(6)의 둘레를 따라 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 열전도 부재(16)의 확장부(164)가 중심부(162)로부터 제1 기판(2) 및 제2 기판(4)의 외측면까지 연장된 모습을 보여준다. 이때 확장부(164)는 유효 영역(A)을 침범하지 않는 범위 내에서 연장된다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 열전도 부재(18)가 밀봉 부재(6)의 내측면에 밀착되어 형성된 모습을 보여준다. 확장부(184)는 중심부(182)로부터 전자 방출 유닛(10) 및 발광 유닛(12)을 향하여 연장되며, 이때 확장부(184)는 전자 방출 유닛(10) 및 발광 유닛(12)에 소정 간격(d) 이격되도록 연장된다. 이는 전자 방출 유닛(10)의 구동 전극과 발광 유닛(12)의 애노드 전극 간에 단락(short)을 방지하기 위함이다.
도 5는 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 소자로 이루어진 전자 방출 표시 디바이스를 나타낸 단면도이고, 도 6은 표면 전도 에미션(SCE)형 전자 방출 소자로 이루어진 전자 방출 표시 디바이스를 나타낸 단면도로서, 본 발명이 적용될 수 있는 전자 방출 표시 디바이스들의 전자 방출 유닛과 발광 유닛을 구체적으로 보여준다.
먼저, FEA형 전자 방출 표시 디바이스의 내부 구조를 간략하게 살펴보면 다음과 같다.
제1 기판(32) 위에는 제1 구동 전극인 캐소드 전극들(36)이 제1 기판(32)의 일 방향(도 5에서 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(36)을 덮으면서 제1 기판(32) 전체에 제1 절연층(38)이 형성된다. 제1 절연층(38) 위에는 제2 구동 전극인 게이트 전극들(40)이 캐소드 전극(36)과 직교하는 방향(도 5에서 x축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.
상기 캐소드 전극들(36)과 게이트 전극들(40)의 교차 영역이 단위 화소를 이루며, 캐소드 전극들(36) 위로 각 단위 화소마다 전자 방출부들(42)이 형성된다. 그리고 제1 절연층(38)과 게이트 전극들(40)에는 각 전자 방출부(42)에 대응하는 개구부(382, 402)가 형성되어 제1 기판(32) 상에 전자 방출부(42)가 노출되도록 한다.
전자 방출부(42)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어질 수 있다. 전자 방출부(42)는 탄소 나노튜브(CNT), 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소(DLC), 플러렌(C60), 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질을 포함할 수 있다.
전자 방출부들(42)은 각 단위 화소에서 캐소드 전극(36)과 게이트 전극(40) 중 어느 한 전극, 일례로 캐소드 전극(36)의 길이 방향을 따라 일렬로 위치할 수 있으며, 원형의 평면 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 단위 화소별 전자 방출부들(42)의 배열 형상과 전자 방출부(42)의 평면 형상은 도시한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.
또한, 상기에서는 제1 절연층(38)을 사이에 두고 게이트 전극들(40)이 캐소드 전극들(36) 상부에 위치하는 구조에 대해 설명하였으나, 게이트 전극들이 제1 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극들 하부에 위치하는 구조도 가능하며, 이 경우 전자 방출부들은 제1 절연층 위에서 캐소드 전극의 측면에 형성될 수 있다.
그리고 게이트 전극들(40)과 제1 절연층(38) 위로 집속 전극(44)이 형성된다. 집속 전극(44) 하부에는 제2 절연층(46)이 위치하여 게이트 전극들(40)과 집속 전극(44)을 절연시키고, 집속 전극(44)과 제2 절연층(46)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(442, 462)가 각각 마련된다.
집속 전극(44)의 개구부(442)는 단위 화소마다 하나씩 형성되어 집속 전극(44)이 하나의 단위 화소에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속하거나, 각 게이트 전극(40) 개구부(402)마다 하나씩 형성되어 각 전자 방출부(42)에서 방출되는 전자들을 개별적으로 집속할 수 있다.
다음으로 발광 유닛에 대해 살펴보면, 제1 기판(32)에 대향하는 제2 기판(34)의 일면에는 형광층(48), 일례로 적색, 녹색 및 청색의 형광층들(48)이 서로간 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(48) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(50)이 형성된다. 형광층(48)은 제1 기판(32)에 설정된 단위 화소마다 하나의 형광층(48)이 대응하도록 배치될 수 있다.
그리고 형광층(48)과 흑색층(50)의 일면에는 알루미늄(Al)과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(52)이 형성된다. 애노드 전극(52)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받아 형광층(48)을 고전위 상태로 유지시키며, 형광층(48)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(32)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(34) 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높인다.
한편, 애노드 전극은 금속막이 아닌 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide, ITO)와 같은 투명 도전막으로 이루어질 수 있다. 이 경우 애노드 전극은 제2 기판(34)을 향한 형광층(48)과 흑색층(50)의 일면에 위치한다. 또한 애노드 전극은 전술한 투명 도전막과 금속막을 동시에 사용하는 구조도 가능하다.
그리고 제1 기판(32)과 제2 기판(34) 사이에는 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고 두 기판의 간격을 일정하게 유지시키는 스페이서들(54)이 배치된다. 스페이서들(54)은 형광층(48)을 침범하지 않도록 흑색층(50)에 대응하여 위치한다.
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 6을 참고하여 전자 방출 유닛에 대해 살펴보면, 제1 기판(62) 위에는 제1 전극(64)과 제2 전극(66)이 소정의 간격을 두고 배치되고, 제1 전극(64)과 제2 전극(66)에는 각각 표면의 일부를 덮으면서 서로 근접하도록 제1 도전 박막(68)과 제2 도전 박막(70)이 형성된다. 그리고, 제1 도전 박막(68)과 제2 도전 박막(70) 사이에 이 도전 박막들과 연결되는 전자 방출부(72)가 형성되며, 전자 방출부(72)는 이 도전 박막들(68, 70)을 통해 제1 전극(64) 및 제2 전극(66)과 전기적으로 연결된다.
그리고, 제1 전극(64)과 제2 전극(66)은 도전성을 갖는 다양한 재료가 사용 가능하며, 제1 도전 박막(68)과 제2 도전 박막(70)은 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 등의 도전성 재료를 이용한 미립자 박막으로 형성될 수 있다.
또한, 전자 방출부(72)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 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 제1 기판과 제2 기판을 연결하는 열전도 부재를 구비함으로써, 전자 방출 유닛이 제공되는 제1 기판과 발광 유닛이 제공되는 제2 기판 사이에 발생할 수 있는 온도 차이를 최소화하여 스페이서 주위에 발생할 수 있는 전자빔의 왜곡현상을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 스페이서 주위에 형성된 형광층의 과소 발광 현상을 개선하여 화소간 균일도를 향 상시켜 고화질의 영상을 구현한다.

Claims (10)

  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 제1 기판에 제공되는 전자 방출 유닛과;
    상기 제2 기판에 제공되어 상기 전자 방출 유닛에서 방출된 전자들에 의해 가시광을 방출하는 발광 유닛; 및
    상기 제1 기판과 제2 기판을 연결하는 열전도 부재
    를 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전도 부재가 상기 밀봉 부재와 밀착되면서 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열전도 부재가 상기 밀봉 부재의 내측면 및 외측면 중 적어도 어느 일측면에 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열전도 부재가 상기 밀봉 부재의 둘레를 따라 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 열전도 부재가 상기 밀봉 부재에 접촉하는 중심부와 이 중심부에서 연장되어 상기 제1 기판 및 제2 기판에 접촉하는 확장부로 이루어지는 전자 방출 표시 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열전도 부재가 금속 또는 합금으로 이루어지는 전자 방출 표시 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열전도 부재는 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전자 방출 유닛은 절연층을 사이에 두고 서로 다른 층에 위치하면서 교차하는 방향을 따라 형성되는 캐소드 전극들 및 게이트 전극들과,
    상기 캐소드 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부를 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 캐소드 전극들 및 게이트 전극들 상부에 집속 전극을 더욱 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  10. 제8항에 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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