KR20070053484A - 전자 방출 표시 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 상기 전자 방출 표시 디바이스는 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판, 제1 기판 위에 형성되는 전자 방출부, 제1 기판 위에 제공되어 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들, 제2 기판의 일면에 위치하고 제1 기판에 설정되는 화소 영역마다 한가지 색이 대응하도록 형성되는 형광층, 각각의 형광층 사이에 배치되는 흑색층 및 상기 흑색층 위에 형성되는 도전막을 포함하며, 상기 도전막은 1×10^-2Ω㎝ 이하의 비저항을 가지는 도전성 물질을 포함한다.

본 발명의 전자 방출 표시 디바이스는 형광층 위에 전자가 쌓이지 않고, 용이하게 배출될 수 있어, 고전압 인가시 아킹을 감소시킬 수 있으며, 구동 안정성이 우수하다.

전자 방출 표시 디바이스, 흑색층, 도전막, 비저항

Description

전자 방출 표시 디바이스{ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도.

본 발명은 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 형광층 위에 전자가 쌓이지 않고, 용이하게 배출될 수 있어, 고전압 인가시 아킹을 감소시킬 수 있으며, 구동 안정성이 우수한 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 디바이스는 전자원의 종류에 따라 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식으로 분류할 수 있다.

여기서, 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 디바이스로는 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 구비하며, 절연층을 사이에 두 고 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 방출된다.

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

그리고 상기 FEA형 전자 방출 디바이스는 일 함수(work function)가 낮거나 종횡비가 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, 탄소 나노튜브와 같은 탄소계 물질로 전자 방출부를 형성한 예가 개발되고 있다.

이와 같이 냉음극을 이용하는 전자 방출 디바이스는 기본적으로 기판 위에 형성되는 전자 방출부와 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극을 구비하며, 전자 방출부와 구동 전극의 작용으로 화소별 전자 방출의 온/오프와 전자 방출량을 제어한다.

전자 방출 표시 디바이스는 상기 전자 방출 디바이스에 형광층을 더욱 구비하며, 전자 방출부에서 방출된 전자들로 형광층을 여기시켜 소정의 표시 작용을 행하는 것으로, 일반적으로 형광층은 적색, 청색, 녹색 형광층으로 구성된다. 상기 형광층 사이사이에는 형광층을 격리시키는 흑색층이 배치된다.

본 발명의 목적은 형광층 위에 전자가 쌓이지 않고, 용이하게 배출될 수 있어, 고전압 인가시 아킹을 감소시킬 수 있으며, 구동 안정성이 우수한 전자 방출 표시 디바이스를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판, 제1 기판 위에 형성되는 전자 방출부, 제1 기판 위에 제공되어 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들, 제2 기판의 일면에 위치하고 제1 기판에 설정되는 화소 영역마다 한가지 색이 대응하도록 형성되는 형광층, 각각의 형광층 사이에 배치되는 흑색층 및 상기 흑색층 위에 형성되는 도전막을 포함하며, 상기 도전막은 1×10^-2Ω㎝이하의 비저항을 가지는 도전성 물질을 포함하는 것인 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

전자 방출 표시 디바이스는 제1 기판 위에 형성되는 전자 방출부에서 전자가 방출되고, 제2 기판 위에 형성되는 형광층 내에 포함되는 형광체가 방출된 전자에 의해 여기되어 임의의 색을 구현하게 된다.

상기 형광체는 전도성이 거의 없어 형광체에 충돌한 전자는 형광체 위에 쌓일 수 있는데, 형광체 위에 쌓인 전자는 아킹을 발생시키는 원인이 되고, 전극간 전압 강하를 발생시키며, 패널 효율도 감소시키게 된다. 따라서, 상기와 같은 문제점을 방지하기 위해서는 형광체 위에 전자가 쌓이지 않고 애노드 전극을 통해 배출되도록 해야 한다.

본 발명의 전자 방출 표시 디바이스는 흑색층 위에 전기 전도성이 강한 도전성 물질을 포함하는 도전막을 형성함으로써, 전자가 형광층 위에 쌓이지 않고, 상기 도전막을 통해 애노드 전극으로 전달되어, 전자가 더욱 용이하게 애노드 전극을 통해 빠져 나갈 수 있게 한다.

상기 도전막은 형광체에 충돌한 전자가 용이하게 빠져 나가도록 하기 위해 전기 전도성이 높은 도전성 물질을 포함한다. 도전성 물질의 비저항은 1×10^-2Ω㎝이하인 것이 바람직하고, 1×10^-4Ω㎝ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 그러한 물질 중 비저항 값이 1×10^-6 내지 1×10^-2Ω㎝인 Ag, Cu, Au, Al, Mo, W, Rh, Co 및 ReO₃가 가장 바람직하게 사용될 수 있다. 도전성 물질의 비저항이 1×10^-2Ω㎝을 초과하는 경우는 전자가 도전막을 통해 용이하게 애노드 전극으로 이동할 수 없어 바람직하지 못하다.

상기 도전막은 0.1㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이는 상기 도전막의 두께가 0.1㎛ 미만이면 도전막의 저항이 커져 전자가 쉽게 빠져 나갈 수 없는 문제가 있다. 두께의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 제1 기판 위에 형성된 구동 전극들과 접촉하지 않는 범위(약 5㎛ 이하) 내에서 적절히 조절될 수 있다.

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

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

도면을 참고하면, 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(도시하지 않음)가 배치되어 두 기판을 접합시키며, 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 및 밀봉 부재가 진공 용기를 구성한다.

먼저, 제1 기판(2) 위에는 제1 전극인 캐소드 전극들(6)이 제1 기판(2)의 일 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(6)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 제1 절연층(8)이 형성된다. 제1 절연층(8) 위에는 제2 전극인 게이트 전극들(10)이 캐소드 전극(6)과 직교하는 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

본 실시예에서 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극(6) 위로 각 화소 영역마다 하나 이상의 전자 방출부(12)가 형성되고, 제1 절연층(8)과 게이트 전극(10)에는 각 전자 방출부(12)에 대응하는 개구부(81, 101)가 형성되어 제1 기판(2) 상에 전자 방출부(12)가 노출되도록 한다.

전자 방출부(12)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어질 수 있다. 전자 방출부 (12)는 일례로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C60, 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질을 포함할 수 있으며, 전자 방출부(12)의 제조법으로는 스크린 인쇄, 직접 성장, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.

도면에서는 전자 방출부(12)와 게이트 전극 개구부(101)가 원형을 이루며 각 화소 영역에서 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열되는 구성을 도시하였다. 그러나 전자 방출부(12)와 게이트 전극 개구부(101)의 평면 형상과 화소 영역당 개수 및 배열 형태 등은 도시한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.

한편, 상기에서는 게이트 전극(10)이 제1 절연층(8)을 사이에 두고 캐소드 전극(6) 상부에 위치하는 구조에 대해 설명하였으나, 게이트 전극이 제1 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극 하부에 위치하는 구조도 가능하다. 이 경우 전자 방출부는 제1 절연층 위에서 캐소드 전극의 가장자리와 접촉하며 위치할 수 있다.

그리고 게이트 전극(10)과 제1 절연층(8) 위로 제3 전극인 집속 전극(14)이 위치한다. 집속 전극(14) 하부에는 제2 절연층(16)이 위치하여 게이트 전극(10)과 집속 전극(14)을 절연시키며, 제2 절연층(16)과 집속 전극(14)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(161, 141)가 마련된다.

다음으로, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 형광층(18), 일례로 적색과 녹색 및 청색의 형광층(18R, 18G, 18B)이 서로간 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(18) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(20)이 형성되며, 흑색층 위에는 아킹 감소를 위한 도전막(21)이 형성된다.

상기 흑색층(20)에는 일반적으로 콘트라스트를 위한 흑색도와 전기 전도성을 갖는 물질이 사용되어야 하는데, 본 발명에서는 흑색층(20) 위에 형성되는 도전막(21)이 전기 전도성을 가지므로, 흑색도를 갖는 물질이라면 전기 전도성이 부족하여도 흑색층에 사용될 수 있다. 대표적으로는 탄소계 물질, 금속 산화물 및 절연 흑색 물질이 사용될 수 있다. 바람직하게는 탄소계 물질로 흑연이, 금속 산화물로 CrO₂, Cr₂O₃ 또는 Cr₃O₄이, 절연 흑색 물질로 RuO₂이 사용될 수 있다.

상기 도전막(21)은 전기 전도성이 강한 도전성 물질을 포함하여, 전자가 상기 도전막(21)을 통해 애노드 전극(22)으로 전달되어, 용이하게 애노드 전(22)극을 통해 빠져나갈 수 있도록 도와 준다.

결국, 본 발명의 전자 방출 표시 디바이스는 고전압 인가시에도 아킹을 감소시킬 수 있어 우수한 구동 안정성을 나타낸다.

상기 형광층(18)은 제1 기판(2)에 설정되는 화소 영역에 한가지 색의 형광층이 대응하도록 형성될 수 있다.

상기 형광층(18)과 흑색층(20) 위로 알루미늄과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(22)이 형성된다. 애노드 전극(22)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가 받아 형광층(18)을 고전위 상태로 유지시키며, 형광층(18)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(2)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(4) 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높이는 역할을 한다.

한편, 애노드 전극(22)은 금속막이 아닌 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 도전막으로 이루어질 수 있다. 이 경우 애노드 전극은 제2 기판(4)을 향한 형광층(18)과 흑색층(20)의 일면에 위치하며, 소정의 패턴으로 구분되어 복수개로 형성될 수 있다. 또한 애노드 전극(22)으로서 전술한 투명 도전막과 금속막을 동시에 형성하는 구조도 가능하다.

상기 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에는 스페이서들(24)이 배치되어 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고, 두 기판(2, 4)의 간격을 일정하게 유지시킨다. 스페이서들(24)은 형광층(18)을 침범하지 않도록 흑색층(20)에 대응하여 위치한다.

전술한 구성의 전자 방출 표시 디바이스는 외부로부터 캐소드 전극(6), 게이트 전극(10), 집속 전극(14) 및 애노드 전극(22)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다. 일례로 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10) 중 어느 하나의 전극이 주사 구동 전압을 인가받아 주사 전극으로 기능하고, 다른 하나의 전극이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극으로 기능한다. 그리고 집속 전극(14)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 일례로 0V 또는 수 내지 수십 볼트의 (-) 직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(22)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 일례로 수백 내지 수천 볼트의 (+) 직류 전압을 인가받는다.

그러면 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)간 전압 차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(12) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 집속 전극 개구부(141)를 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되며, 애노드 전극(22)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 화소의 형광층(18)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.

상기에서는 전자 방출부가 진공 중에서 전계에 의해 전자를 방출하는 물질들로 이루어진 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이러한 FEA형에 한정되지 않고 전자 방출부와 집속 전극 및 형광층을 구비하는 다른 타입의 전자 방출 표시 디바이스에도 용이하게 적용 가능함은 물론이다.

이와 같이 본 발명에 의한 전자 방출 표시 디바이스는 도전막을 통해 전자가 용이하게 배출되어, 고전압 인가시 아킹을 감소시켜 이를 포함하는 전자 방출 표시 디바이스의 구동 안정성을 향상시키는 장점이 있다.

Claims (6)

1. 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과;

   상기 제1 기판 위에 형성되는 전자 방출부와;

   상기 제1 기판 위에 제공되어 상기 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극;

   상기 제2 기판의 일면에 위치하고 상기 제1 기판에 설정되는 화소 영역마다 한가지 색이 대응하도록 형성되는 형광층;

   상기 형광층 사이에 배치되는 흑색층; 및

   상기 흑색층 위에 형성되고, 1×10^-2Ω㎝ 이하의 비저항을 가지는 도전성 물질을 포함하는 도전막;

   을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 도전막은 1×10^-4Ω㎝ 이하의 비저항을 가지는 것인 전자 방출 표시 디바이스.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 도전성 물질은 Ag, Cu, Au, Al, Mo, W, Rh, Co 및 ReO₃로 이루어진 군 에서 선택되는 것인 전자 방출 표시 디바이스.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 도전막은 0.1㎛ 이상의 두께를 갖는 것인 전자 방출 표시 디바이스.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 흑색층은 탄소계 물질, 금속 산화물 및 절연 흑색 물질로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하는 것인 전자 방출 표시 디바이스.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 흑색층은 흑연, CrO₂, Cr₂O₃, Cr₃O₄ 및 RuO₂로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하는 것인 전자 방출 표시 디바이스.

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