KR20070105493A - 전자 방출 표시 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 밀봉 부재와 전극이 접촉하는 부분에서의 저항 증가에 따른 아크 방전이나 단선 등의 문제가 발생하는 것을 완화하거나 방지할 수 있는 전자 방출 표시 소자를 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 상면에 전극이 노출된 전자 방출 소자; 상기 전자 방출 소자의 전방에 배치되고 형광체를 구비하는 전면 패널; 상기 전극과 접촉한 상태로 배치되어 상기 전자 방출 소자와 상기 전면 패널이 형성하는 공간의 둘레를 밀봉하는 밀봉부재를 포함하고, 상기 전극은 상기 전자 방출 소자의 전면에 걸쳐 형성되고, 상기 전자 방출 소자의 단부에서 외부의 전원과 연결되는 부분에서 폭이 좁게 형성되며, 상기 밀봉부재는 상기 전극의 폭이 좁아지는 부분보다 내측에 접하도록 배치된 전자 방출 표시 소자를 제공한다.

Description

전자 방출 표시 소자{Electron emission display device}
도 1은 종래의 전자 방출 표시 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 부분 절개 사시도.
도 2는 도 2에 도시된 전자 방출 표시 소자를 구성하는 전자 방출 소자의 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 부분 절개 사시도.
도 4는 도 3의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도.
도 5는 도 4의 V 부분의 확대도.
도 6은 도 3에 도시된 전자 방출 표시 소자를 구성하는 전자 방출 소자의 평면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 방출 표시 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 부분 절개 사시도.
도 8은 도 7의 XIII-XIII 선을 따라 취한 단면도.
도 9는 도 7에 도시된 전자 방출 표시 소자를 구성하는 전자 방출 소자의 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
60: 스페이서 70: 형광체층
80: 애노드 전극
90: 전면 기판 100: 전자 방출 표시 소자
101, 201: 전자 방출 소자 103: 발광 공간
105: 밀봉 부재 110: 베이스 기판
120: 캐소오드 전극 130: 제1절연체층
131: 전자 방출원 홀 135: 제2절연체층
140: 게이트 전극 145: 집속 전극
150: 전자 방출원
본 발명은 전자 방출 표시 소자(Electron emission display device)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자 방출 소자(Electron emission device)의 상측에 노출된 전극에서의 저항 증가, 아크 방전, 단선 등의 문제를 해결할 수 있는 전자 방출 표시 소자에 관한 것이다.
일반적으로 전자 방출 소자는 전자 방출원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다. 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는, FED(Field Emission device)형, SCE(Surface Conduction Emitter)형, MIM(Metal Insulator Metal)형 및 MIS (Metal Insulator Semiconductor)형, BSE(Ballistic electron Surface Emitting)형 등이 알려져 있다.
상기 FED형은 일함수(Work Function)가 낮거나 베타 함수가 높은 물질을 전자 방출원으로 사용할 경우 진공 중에서 전계 차이에 의하여 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한 것으로 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 등을 주된 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁(tip)구조물이나 그래파이트(graphite), DLC(Diamond Like Carbon) 등의 탄소계 물질 그리고 최근 나노 튜브(Nano Tube)나 나노와이어(Nano Wire)등의 나노 물질을 전자 방출원으로 적용한 소자가 개발되고 있다.
상기 SCE형은 제1기판 위에 서로 마주보며 배치된 제1전극과 제2전극 사이에 도전 박막을 제공하고 상기 도전 박막에 미세 균열을 제공함으로써 전자 방출원을 형성한 소자이다. 상기 소자는 상기 전극들에 전압을 인가하여 상기 도전 박막 표면으로 전류를 흘려 미세 균열인 전자 방출원으로부터 전자가 방출되는 원리를 이용한다.
상기 MIM형과 MIS형 전자 방출 소자는 각각 금속-유전층-금속(MIM)과 금속-유전층-반도체(MIS) 구조로 이루어진 전자 방출 원을 형성하고, 유전층을 사이에 두고 위치하는 두 금속 또는 금속과 반도체 사이에 전압을 인가할 때 높은 전자 전위를 갖는 금속 또는 반도체로부터, 낮은 전자 전위를 갖는 금속 방향으로 전자가 이동 및 가속되면서 방출되는 원리를 이용한 소자이다.
상기 BSE형은 반도체의 사이즈를 반도체 중의 전자의 평균 자유 행정 보다 작은 치수 영역까지 축소하면 전자가 산란하지 않고 주행하는 원리를 이용하여, 오믹(Ohmic) 전극 상에 금속 또는 반도체로 이루어지는 전자 공급층을 형성하고, 전 자 공급층 위에 절연체층과 금속 박막을 형성하여 오믹 전극과 금속 박막에 전원을 인가하는 것에 의하여 전자가 방출되도록 한 소자이다.
이러한 전자 방출 소자 중 FED형 전자 방출 소자를 이용하여 전자 방출 표시 소자를 구성한 예가 도 1에 도시되어 있고, 도 2에는 도1의 전자 방출 소자의 평면도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이 전자 방출 표시 소자는 전자 방출 소자의 전면에 형광체를 구비하는 전면 패널이 배치되고, 상기 전면 패널과 전자 방출 소자가 형성하는 공간은 스페이서에 의해 지지된다. 또한, 도면은 절개된 상태로 도시되어 있지만, 상기 공간은 진공으로 유지되어야 하기 때문에 밀봉 부재에 의해 상기 전자 방출 소자와 전면 패널 사이의 공간은 밀봉된다.
도 1에 도시된 것과 같이 상기 전자 방출 소자에서 전극이 상면에 노출된 구조를 가지는 경우에는 밀봉 부재가 전극과 접촉한 상태로 형성된다. 상기 밀봉 부재와 전극이 접촉하는 경우 박막으로 형성되는 전극에서는 저항이 증가하게 되는 문제점이 있다. 이러한 전극에서의 저항의 증가는 전체 전자 방출 표시 소자의 구동 전압을 상승시키고 발광 효율을 떨어뜨리는 원인이 된다. 특히, 폭이 좁은 전극과 밀봉 부재가 접촉하고 해당 전극에 전류가 흐르면 박막으로 이루어진 전극에서 아크 방전이나 단선 등의 문제가 발생할 수 있다. 이에 이러한 문제를 해결할 수 있는 방안을 강구할 필요성이 크게 대두되었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 밀봉 부재와 전극이 접촉하는 부분에서의 저항 증가에 따른 아크 방전이나 단선 등의 문제가 발생하는 것을 완화하거나 방지할 수 있는 전자 방출 표시 소자를 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 상면에 전극이 노출된 전자 방출 소자; 상기 전자 방출 소자의 전방에 배치되고 형광체를 구비하는 전면 패널; 상기 전극과 접촉한 상태로 배치되어 상기 전자 방출 소자와 상기 전면 패널이 형성하는 공간의 둘레를 밀봉하는 밀봉부재를 포함하고, 상기 전극은 상기 전자 방출 소자의 전면에 걸쳐 형성되고, 상기 전자 방출 소자의 단부에서 외부의 전원과 연결되는 부분에서 폭이 좁게 형성되며, 상기 밀봉부재는 상기 전극의 폭이 좁아지는 부분보다 내측에 접하도록 배치된 전자 방출 표시 소자를 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 형광체는 가속된 전자에 의해 여기되어 가시광선을 발생하는 형광체인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 전면 패널은, 상기 전자 방출 소자에 대향되는 위치에 상기 전자 방출 소자와 실질적으로 평행하게 배치된 전면 기판; 및 상기 전면 기판에 배치되고, 상기 전자 방출원에서 방출된 전자가 상기 형광체를 향하여 가속되도록 상기 형광체에 인접하게 배치된 애노드 전극을 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 전자 방출 소자는, 베이스 기판; 상기 베이스 기판 상에 배치된 캐소오드 전극; 및 상기 캐소오드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 게이트 전극을 포함할 수 있고, 이 경우 전자 방출 소자의 상면에 노출된 전극은 게이트 전극일 수 있다.
여기서, 상기 전자 방출 소자는, 베이스 기판; 상기 베이스 기판 상에 배치된 캐소오드 전극; 상기 캐소오드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 게이트 전극; 및 상기 게이트 전극의 상측에 상기 게이트 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 집속 전극을 포함할 수 있고, 이 경우 전자 방출 소자의 상면에 노출된 전극은 집속 전극일 수 있다.
여기서, 상기 밀봉부재는 글라스 프리트인 것이 바람직하다.
이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 부분 절개 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 4의 V 부분의 확대도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 3에 도시된 전자 방출 소자의 평면도가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이, 전자 방출 표시 소자(100)는 전자 방출 소자(101) 및 상기 전자 방출 소자(101)의 전방에 배치된 전면 패널(102)을 포함한다.
상기 전자 방출 소자(101)는, 베이스 기판(110), 캐소오드 전극(120), 게이트 전극(140), 제1절연체층(130) 및 전자 방출원(150)을 포함한다.
상기 베이스 기판(110)은 소정의 두께를 가지는 판상의 부재로, 석영 유리, 소량의 Na과 같은 불순물을 함유한 유리, 판유리, SiO2가 코팅된 유리 기판, 산화 알루미늄 또는 세라믹 기판이 사용될 수 있다. 또한, 플랙서블 디스플레이 장치(flexible display apparatus)를 구현하는 경우에는 유연한 재질이 사용될 수도 있다.
상기 캐소오드 전극(120)은 상기 베이스 기판(110) 상에 일 방향으로 연장되도록 배치되고, 통상의 전기 도전 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, Al, Ti, Cr, Ni, Au, Ag, Mo, W, Pt, Cu, Pd 등의 금속 또는 그 합금으로 만들어질 수 있다. 또는, Pd, Ag, RuO2, Pd-Ag 등의 금속 또는 금속 산화물과 유리로 구성된 인쇄된 도전체로 만들어질 수 있다. 또는, ITO, In2O3 또는 SnO2 등의 투명 도전체, 또는 다결정실리콘(polysilicon) 등의 반도체 물질로 만들어 질 수 있다. 특히 제조 공정 중에 상기 베이스 기판(110)의 후방으로부터 빛을 투과하도록 하는 공정이 필요한 경우에는 ITO, In2O3 또는 SnO2 등의 투명 도전체가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 게이트 전극(140)은 상기 캐소오드 전극(120)과 상기 절연체층(130)을 사이에 두고 배치되고, 상기 캐소오드 전극(120)과 같이 통상의 전기 도전 물질로 만들어질 수 있다.
또한, 단순히 램프로서 가시광선을 발생시키는 것이 아니라 화상을 구현하기 위해서는 도 3에 도시된 것과 같이 상기 캐소오드 전극(120) 및 상기 게이트 전극(140)이 서로 교차하도록 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 게이트 전극(140)들과 상기 캐소드 전극(120)들이 교차하는 영역들에는 전자 방출원 홀(131)들이 형성하여, 그 내부에 전자 방출원(150)을 배치한다.
상기 절연체층(130)은, 상기 게이트 전극(140)과 상기 캐소오드 전극(120) 사이에 배치되어 상기 캐소오드 전극(120)과 게이트 전극(140)을 절연함으로써 두 전극 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지한다.
상기 전자 방출원(150)은 상기 캐소오드 전극(120)과 통전되도록 배치되고, 상기 게이트 전극(140)에 비해서는 높이가 낮게 배치된다. 상기 전자 방출원(150)의 재료로는 침상 구조를 가진 것이면 어떤 것이라도 사용될 수 있다. 특히, 일함수가 작고, 베타 함수가 큰 카본 나노 튜브(Carbon Nano Tube: CNT), 그래파이트, 다이아몬드 및 다이아몬드상 카본 등의 탄소계 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 또는 나노 튜브, 나노 와이어, 나노 로드 등의 나노 물질이 사용될 수 있다. 특히, 카본 나노 튜브는 전자 방출 특성이 우수하여 저전압 구동이 용이하므로, 이를 전자 방출원으로 사용하는 전자 방출 표시 소자의 대면적화에 유리하다.
지금까지 설명한 것과 같은 구성을 가지는 전자 방출 소자(101)는 캐소오드 전극에 (-) 전압을 인가하고, 게이트 전극에 (+) 전압을 인가하여 상기 캐소오드 전극(120)과 상기 게이트 전극(140) 사이에 형성되는 전계에 의해 상기 전자 방출원으로부터 전자가 방출되도록 할 수 있다.
상기 전면 패널(102)은 형광체층(70)을 포함한다.
상기 형광체층(70)은 가속된 전자에 의해 여기되어 가시광선을 방생시키는 CL(Cathode Luminescence)형 형광체로 만들어진다. 상기 형광체층(70)에 사용될 수 있는 형광체로는 예를 들어, SrTiO3:Pr, Y2O3:Eu, Y2O3S:Eu 등을 포함하는 적색광용 형광체나, Zn(Ga, Al)2O4:Mn, Y3(Al, Ga)5O12:Tb, Y2SiO5:Tb, ZnS:Cu,Al 등을 포함하는 녹색광용 형광체나, Y2SiO5:Ce, ZnGa2O4, ZnS:Ag,Cl 등을 포함하는 청색광용 형광체가 있다. 물론 여기에 언급한 형광체들로 한정되는 것은 아니다.
상기 전면 패널(102)은 전면 기판(90) 및 상기 전면 기판(90) 상에 설치되는 애노드 전극(80)을 더 포함할 수 있다.
상기 전면 기판(90)은 상기 베이스 기판(110)과 마찬가지로 소정의 두께를 가지는 판상의 부재로, 상기 베이스 기판(110)과 동일한 소재로 만들어질 수 있다. 상기 애노드 전극(80)은 상기 캐소오드 전극(120) 및 게이트 전극(140)과 마찬가지로 통상의 전기 도전성 물질로 만들어진다. 특히, 상기 애노드 전극(80)은 투명 전극으로 형성되어 형광체층에서 발생한 가시광선이 전방으로 투과될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 베이스 기판(110)을 포함하는 전자 방출 소자(101)와 상기 전면 기판(90)을 포함하는 전면 패널(102)은 서로 소정의 간격을 유지하면서 대향되어 발광 공간(103)을 형성하여 전자 방출 표시 소자(100)를 구성한다. 그리고, 상기 전자 방출 소자(101)와 전면 패널(102) 사이의 간격의 유지를 위해 스페이서(60)들이 배치된다. 상기 스페이서(60)는 절연물질로 만들어질 수 있다.
또한, 내부의 발광 공간(103)을 진공으로 유지하기 위해 밀봉 부재(105)로 전자 방출 소자(101)와 전면 패널(102)이 형성하는 발광 공간(103)의 둘레를 밀봉하고, 내부의 공기 등을 배기한다. 상기 밀봉 부재(105)는 글라스 프리트인 것이 바람직하다.
상기 밀봉 부재(105)는 전자 방출 소자(101)와 전면 패널(102)이 형성하는 발광 공간(103)의 둘레를 밀봉하면서 상기 전자 방출 소자(101)의 상면에 접촉하게 되고, 이때 전자 방출 소자의 상면에 노출된 게이트 전극과 접촉한다. 상기 밀봉 부재의 폭(W)(도 6)은 내부 공간(103)을 진공으로 유지할 수 있고, 소정 크기의 외부의 충격에 의해서도 진공 상태가 파손되지 않도록 하기 위해 일정 두께 이상으로 유지되어야 한다. 상기 밀봉 부재가 배치되는 위치는 상기 게이트 전극이 발광 공간 외부에서 별도의 연결 커넥터와 단은 단자(미도시)에 연결되기 위해 폭이 좁아지는 부분 보다 발광 공간의 내측에 더 가깝다. 즉, 게이트 전극의 폭이 일정하게 유지되는 부분에 밀봉 부재가 접촉하도록 배치된다. 이와 같이 상기 게이트 전극의 내측 부분에 접촉하도록 밀봉 부재를 배치하는 경우에는, 종래에 비해 전자 방출 소자의 상면에 노출된 게이트 전극의 폭이 넓고 저항이 작은 부분에 밀봉 부재가 접촉하게 되므로, 이 부분에서 밀봉 부재와 전극이 접촉하여 전극에서 저항이 증가하는 경우에도, 저항의 증가폭이 크지 않다. 따라서, 접촉 부분에서 저항 증가에 따른 아크 방전이나 단선 등의 문제를 예방할 수 있다.
이러한 구성을 가지는 전자 방출 표시 소자(100)는 다음과 같이 동작한다.
전자 방출을 위해 캐소오드 전극(120)에 (-) 전압을 인가하고, 게이트 전 극(140)에는 (+) 전압을 인가하여 캐소오드 전극(120)에 설치된 전자 방출원(150)으로부터 전자가 방출될 수 있게 한다. 또한, 애노드 전극(80)에 강한 (+)전압을 인가하여 애노드 전극(80) 방향으로 방출된 전자를 가속시킨다. 이와 같이 전압이 인가되면, 전자 방출원(150)을 구성하는 침상의 물질들로부터 전자가 방출되어 게이트 전극(140)을 향해 진행하다가 애노드 전극(80)을 향해 가속된다. 애노드 전극(80)을 향하여 가속된 전자는 애노드 전극(80)측에 위치하는 형광체층(70)에 부딪히면서 형광체층을 여기시켜 가시광선을 발생시키게 된다.
도 7 및 도 8에는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 것과 같이, 전자 방출 소자의 상면에 노출된 전극이 집속전극인 경우에는 집속 전극이 외측에서 폭이 좁아지는 부분보다 내측에 밀봉 부재가 접하도록 배치된다. 이와 같이 배치되는 경우에도 앞서 설명한 실시예에서와 같이 집속 전극과 밀봉 부재가 접촉하는 면적이 증가되어 전극에서의 저항이 증가하는 것을 완화시킬 수 있고, 집속 전극에 전류가 흐를 때 아크 방전이나 단선 등의 문제가 발생하는 것을 방지하여 안정적으로 구동되도록 할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 도시된 전자 방출 소자는 앞서 설명한 실시예의 전자 방출 소자에서 게이트 전극(140)의 상측을 덮는 제2절연체층과 상기 제2절연체층의 상측에 형성된 집속 전극을 더 포함한다. 상기 집속 전극을 더 포함하는 경우에는, 전자 방출원(150)에서 방출되는 전자가 형광체층(70)을 향하여 집속되고 좌우 측방향으로 분산되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 본 발명에 의한 전자 방출 표시 소자의 경우, 밀봉 부재가 전자 방출 소자 상측에 위치하는 전극과 접촉함에 따라 전극에서 아크 방전이나 단선 등의 문제가 발생하는 것을 방지하여 안정적으로 구동되는 전자 방출 표시 소자를 구현할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 상면에 전극이 노출된 전자 방출 소자;
    상기 전자 방출 소자의 전방에 배치되고 형광체를 구비하는 전면 패널;
    상기 전극과 접촉한 상태로 배치되어 상기 전자 방출 소자와 상기 전면 패널이 형성하는 공간의 둘레를 밀봉하는 밀봉부재를 포함하고,
    상기 전극은 상기 전자 방출 소자의 전면에 걸쳐 형성되고, 상기 전자 방출 소자의 단부에서 외부의 전원과 연결되는 부분에서 폭이 좁게 형성되며,
    상기 밀봉부재는 상기 전극의 폭이 좁아지는 부분보다 내측에 접하도록 배치된 전자 방출 표시 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형광체는 가속된 전자에 의해 여기되어 가시광선을 발생하는 형광체인 것을 특징으로 하는 전자 방출 표시 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전면 패널은,
    상기 전자 방출 소자에 대향되는 위치에 상기 전자 방출 소자와 실질적으로 평행하게 배치된 전면 기판; 및
    상기 전면 기판에 배치되고, 상기 전자 방출원에서 방출된 전자가 상기 형광 체를 향하여 가속되도록 상기 형광체에 인접하게 배치된 애노드 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 표시 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 방출 소자는,
    베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 배치된 캐소오드 전극; 및
    상기 캐소오드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 게이트 전극을 포함하고,
    전자 방출 소자의 상면에 노출된 전극은 게이트 전극인 것을 특징으로 하는 전자 방출 표시 소자.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 방출 소자는,
    베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 배치된 캐소오드 전극;
    상기 캐소오드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 게이트 전극; 및
    상기 게이트 전극의 상측에 상기 게이트 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 집속 전극을 포함하고,
    전자 방출 소자의 상면에 노출된 전극은 집속 전극인 것을 특징으로 하는 전 자 방출 표시 소자.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉부재는 글라스 프리트인 것을 특징으로 하는 전자 방출 표시 소자.
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