KR20070083076A - 전자 방출 표시 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제1 기판 상에 형성되는 전자 방출부, 상기 제1 기판에 제공되어 상기 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극, 상기 구동 전극과 절연을 유지하면서 구동 전극 상부에 위치하고 전자빔 통과를 위한 개구부를 구비하는 집속 전극, 상기 제1 기판과 제2 기판에 가해지는 압축력을 지지하는 복수의 스페이서 및 상기 집속 전극 위에 형성되며 상기 스페이서가 삽입 고정되는 홀을 구비하는 지지 부재를 포함한다.

전자방출, 스페이서, 집속전극, 지지부재

Description

전자 방출 표시 디바이스 {ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE}

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

도 2는 도 1에 도시된 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 벽체형 스페이서와 지지 부재의 분해 사시도이다.

도 4는 원 기둥형 스페이서와 지지 부재의 분해 사시도이다.

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

본 발명은 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공 용기 내에 배치되어 압축력을 지지하는 스페이서의 고정 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.

또한, 상기 전자 방출 표시 디바이스는 진공 용기의 내,외부 압력 차이에 의해 발생하는 압축력을 지지하도록 진공 용기 내부에 복수의 스페이서를 구비한다.

상기 스페이서는 진공 용기를 구성하는 제1 기판과 제2 기판의 간격을 일정하게 유지시키며, 진공 용기의 내,외부 압력 차이에 의한 기판의 변형과 파손을 방지하는 역할을 한다.

이러한 스페이서는 주로 벽체형, 원 기둥형, 사각 기둥형 등으로 이루어지며, 이들 스페이서는 통상의 경우 제1 기판 위에 제공된 구조물 위에 접착층으로 고정된다. 그런데, 이러한 스페이서는 대부분 종횡비가 커서 자립능력이 부족하여 기판 위에 형성된 구조물 위에 세우는 것이 어려우며, 이에 따라 스페이서를 설치하는 중 스페이서가 기판 위의 구조물에서 이탈되는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 스페이서 주변의 전자빔 왜곡을 최소화하면서 기판 상에 스페이서를 견고히 고정시킬 수 있는 구조를 구비한 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 기판, 상기 제1 기판 상에 형성되는 전자 방출부, 상기 제1 기판에 제공되어 상기 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극, 상기 구동 전극과 절연을 유지하면서 구동 전극 상부에 위치하고 전자빔 통과를 위한 개구부를 구비하는 집속 전극, 상기 제1 기판과 제2 기판에 가해지는 압축력을 지지하는 복수의 스페이서 및 상기 집속 전극 위에 형성되며 상기 스페이서가 삽입 고정되는 홀을 구비하는 지지 부재를 포함한다.

또한, 상기 지지 부재는 상기 스페이서가 위치하는 곳마다 별개로 분리 형성되거나, 상기 집속 전극의 전면(全面)에 일체로 형성될 수 있다.

또한, 상기 구동 전극은 절연층을 사이에 두고 위치하면서 서로 교차하는 방향을 따라 형성되는 캐소드 전극과 게이트 전극으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 지지 부재는 상기 절연층과 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 일례로 산화 규소를 포함할 수 있다.

또한, 상기 스페이서와 지지 부재 사이에는 접착층이 더욱 부가될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 벽체형 스페이서와 지지 부재의 분해 사시도이다.

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(도시하지 않음)가 배치되어 두 기판을 접합시키며, 내부 공간이 대략 10^-6 torr의 진공도로 배기되어 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 및 밀봉 부재가 진공 용기를 구성한다.

상기 제1 기판(2) 중 제2 기판(4)과의 대향면에는 전자 방출 소자들이 어레이를 이루며 배치되어 제1 기판(2)과 함께 전자 방출 디바이스(100)를 구성한다. 전자 방출 디바이스(100)는 제2 기판(4) 및 제2 기판(4)에 제공된 발광 유닛(110)과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.

먼저, 제1 기판(2) 위에는 캐소드 전극들(6)이 제1 기판(2)의 일 방향(도 1에서 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(6)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 제1 절연층(8)이 형성된다. 제1 절연층(8) 위에는 게이트 전극들(10)이 캐소드 전극(6)과 직교하는 방향(도 1에서 x축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

상기 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 교차 영역이 단위 화소(sub-pixel)를 이룰 수 있으며, 캐소드 전극들(6) 위로 각 단위 화소마다 전자 방출부들(12)이 형성된다. 그리고 제1 절연층(8)과 게이트 전극들(10)에는 각 전자 방출부(12)에 대응하는 개구부(82, 102)가 각각 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(nm) 사이즈 물질로 이루어질 수 있다. 전자 방출 부(12)는 탄소 나노튜브(CNT), 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(DLC), 플러렌(C₆₀), 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질을 포함할 수 있다.

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

전자 방출부들(12)은 각 단위 화소에서 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10) 중 어느 한 전극, 일례로 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 일렬로 위치할 수 있으며, 원형의 평면 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 단위 화소별 전자 방출부들(12)의 배열과 전자 방출부(12)의 평면 형상은 도시한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.

또한, 상기에서는 제1 절연층(8)을 사이에 두고 게이트 전극들(10)이 캐소드 전극들(6) 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(10)과 제1 절연층(8) 위로 집속 전극(14)이 형성된다. 집속 전극(14) 하부에는 제2 절연층(16)이 위치하여 게이트 전극들(10)과 집속 전극(14)을 절연시키고, 집속 전극(14)과 제2 절연층(16)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(142, 162)가 각각 마련된다.

집속 전극(14)의 개구부(142)는 단위 화소마다 하나씩 형성되어 집속 전극 (14)이 하나의 단위 화소에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속하거나, 각 게이트 전극(10) 개구부(102)마다 하나씩 형성되어 각 전자 방출부(12)에서 방출되는 전자들을 개별적으로 집속할 수 있다. 도면에서는 일례로 전자(前者)의 경우를 도시하였다.

다음으로 발광 유닛에 대해 살펴보면, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 형광층(18), 일례로 적색, 녹색 및 청색의 형광층들(18R, 18G, 18B)이 서로간 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(18) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(20)이 형성된다. 형광층(18)은 제1 기판(2)에 설정된 단위 화소마다 하나의 형광층(18)이 대응하도록 배치될 수 있다.

그리고 형광층(18)과 흑색층(20)의 일면에는 알루미늄(Al)과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(22)이 형성된다. 애노드 전극(22)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받아 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 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(4)을 향한 형광층(18)과 흑색층(20)의 일면에 위치한다. 또한 애노드 전극은 전술한 투명 도전막과 금속막을 동시에 사용하는 구조도 가능하다.

그리고, 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에는 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하는 복수의 스페이서들(24)이 배치된다.

스페이서들(24)은 제1 기판(2) 측에서는 집속 전극(14) 위에 배치되고, 제2 기판(4) 측에서는 형광층(18)을 침범하지 않도록 흑색층(20)에 대응하여 위치한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 스페이서(24)를 고정시키기 위해 제1 기판(2) 상에 지지 부재(26)를 포함한다. 본 발명의 실시예와 같이, 집속 전극(14)을 구비하는 전자 방출 표시 디바이스는 집속 전극(14) 위에 지지 부재(26)를 구비한다. 지지 부재(26)는 스페이서(24)가 배치될 위치마다 별개로 분리 형성될 수 있다.

그리고, 지지 부재(26)는 도 3에 도시된 바와 같이, 스페이서(24)가 그 내부에 고정될 수 있도록 스페이서(24)의 형상에 대응하는 홀(262)을 구비한다. 본 실시예에서 스페이서(24)는 벽체형으로 형성되어 있으므로 지지 부재(26)는 스페이서(26)의 길이 방향을 따라 길게 형성된 장방형의 홀(262)을 구비하게 된다. 이 홀(262)에 스페이서(24)는 삽입 고정되고, 이에 따라, 지지 부재(26)는 스페이서(24)의 하부를 지지하게 된다.

지지 부재(26)는 제1,2 절연층(8, 16)과 같이 절연 재료로 이루어질 수 있으며, 이때, 산화규소(SiO₂)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 스페이서(24)와 지지 부재(26)의 홀(262) 사이에는 접착층(도시되지 않음)을 부가하여 스페이서(24)와 지지 부재(26) 사이의 결합력을 강화시킬 수 있다.

상기에서는 벽체형으로 형성된 스페이서에 대해서 살펴보았으나, 본 발명은 그 이외의 형상을 갖는 스페이서에도 적용가능하다.

도 4는 원 기둥형 스페이서와 지지 부재의 분해 사시도로서, 도시된 바와 같이 지지 부재(30)는 원 기둥형 스페이서(28)에 대응하는 원형의 홀(302)을 구비한다. 즉, 본 발명은 지지 부재에 스페이서가 삽입될 수 있는 홀이 구비된 것이라면, 스페이서의 형상에 관계없이 적용가능하다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다. 도 5에서는 편의상 상기에서 설명한 실시예와 동일한 구성 요소는 동일한 도면 번호로 나타내었다.

도 5를 참고하면, 지지 부재(32)는 상기 실시예와 같이 스페이서(24)가 배치될 곳에만 개별적으로 형성되는 것이 아니라, 집속 전극(14)의 전면(全面)에 일체로 형성될 수 있다. 지지 부재(32)를 일체형으로 형성하면, 별도의 패턴화 작업을 할 필요가 없으므로 제작이 용이한 장점이 있다. 다만, 지지 부재(32)는 전자빔의 통과를 위해 집속 전극(14)의 개구부(142)에 대응하는 홀(322)을 구비해야 한다.

그리고, 본 발명의 실시예에서, 집속 전극 및 제2 절연층에 홀을 형성하여 스페이서를 고정시킬 수 있으나, 집속 전극의 일부를 제거하면 그 주위에 전계의 변화가 발생하여 전자빔의 왜곡현상이 발생할 수 있으므로 별도의 지지 부재를 사용하여 스페이서를 고정시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 전계 방출 어레이(FEA)형에 대해서만 적용되었으나, 이에 한정되지 않으며, 표면 전도 에미션(SCE)형, 금속-절연층-금속(MIM)형 및 금속-절연층-반도체(MIS)형 등 다양하게 적 용될 수 있다.

이에 더 나아가 본 발명의 실시예에 따른 스페이서는 전자 방출 표시 디바이스뿐만 아니라 진공 용기를 포함하는 모든 장치에 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 스페이서의 지지 부재를 구비함으로써, 로딩 작업시 스페이서의 이탈을 방지할 수 있으며, 집속 전극 및 절연층의 구조적 변화없이 스페이서를 고정시키므로 구조적 변화에 따른 전계 변화를 최소화하여 스페이서 주위에 발생할 수 있는 전자빔의 왜곡을 억제한다.

Claims (9)

1. 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판;

   상기 제1 기판 상에 형성되는 전자 방출부;

   상기 제1 기판에 제공되어 상기 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극;

   상기 구동 전극과 절연을 유지하면서 구동 전극 상부에 위치하고 전자빔 통과를 위한 개구부를 구비하는 집속 전극;

   상기 제1 기판과 제2 기판에 가해지는 압축력을 지지하는 복수의 스페이서; 및

   상기 집속 전극 위에 형성되며 상기 스페이서가 삽입 고정되는 홀을 구비하는 지지 부재

   를 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
2. 제1항에 있어서,

   상기 지지 부재는 상기 스페이서가 위치하는 곳마다 별개로 분리 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
3. 제1항에 있어서,

   상기 지지 부재가 상기 집속 전극의 전면(全面)에 일체로 형성되는 전자 방 출 표시 디바이스.
4. 제1항에 있어서,

   상기 구동 전극은 절연층을 사이에 두고 위치하면서 서로 교차하는 방향을 따라 형성되는 캐소드 전극과 게이트 전극으로 이루어지는 전자 방출 표시 디바이스.
5. 제4항에 있어서,

   상기 지지 부재가 상기 절연층과 동일한 물질로 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
6. 제5항에 있어서,

   상기 지지 부재가 산화 규소를 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
7. 제1항에 있어서,

   상기 스페이서와 지지 부재 사이에 접착층이 더욱 부가되는 전자 방출 표시 디바이스.
8. 제1항에 있어서,

   상기 스페이서가 벽체형 또는 기둥형으로 형성되는 전자 방출 표시 디바이 스.
9. 제1항에 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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