KR20070111181A - 스페이서 및 이 스페이서를 구비한 전자 방출 표시디바이스 - Google Patents

스페이서 및 이 스페이서를 구비한 전자 방출 표시디바이스 Download PDF

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KR20070111181A
KR20070111181A KR1020060044230A KR20060044230A KR20070111181A KR 20070111181 A KR20070111181 A KR 20070111181A KR 1020060044230 A KR1020060044230 A KR 1020060044230A KR 20060044230 A KR20060044230 A KR 20060044230A KR 20070111181 A KR20070111181 A KR 20070111181A
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Abstract

스페이서 주위의 전자빔 왜곡과 이에 따른 표시 품질 저하를 억제할 수 있도록, 진공 용기를 구성하는 제1기판과 제2기판 사이에 설치되어 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하는 전자 방출 표시 디바이스용 스페이서에 있어서, 제1기판과 제2기판의 두께 방향을 따라 임의의 높이를 가지며 유전체로 이루어지는 모체와, 제1기판 및 제2기판에 형성되는 전극과 간격을 유지하는 상태로 전극에 비하여 전기저항이 높고 열전도도가 높은 물질로 모체의 표면 일부에 형성되는 열전도층과, 열전도층을 덮으면서 모체의 표면 전체에 형성되는 2차전자방출층을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스용 스페이서를 제공한다.
스페이서, 모체, 열전도, 열전달, 이차 전자 방출계수, 전자방출소자, 대전, 왜곡

Description

스페이서 및 이 스페이서를 구비한 전자 방출 표시 디바이스 {Spacer and Electron Emission Display Device with The Spacer}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 전도 에미션(SCE)형 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.
본 발명은 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공 용기 내부에 설치되어 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하는 스페이서들 및 이 스페이서들을 구비한 전자 방출 표시 디바이스에 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 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.
전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 소자는 일함수(work function)가 낮거나 종횡비가 큰 물질을 전자원으로 사용하는 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 나노튜브 같은 탄소계 물질로 전자 방출부를 형성한 예가 개발되고 있다.
표면 전도 에미션(SCE)형 전자 방출 소자는 일 기판 위에 서로 마주보며 배치된 제1전극과 제2전극 사이에 도전 박막을 제공하고 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.
금속-절연층-금속(MIM)형과 금속-절연층-반도체(MIS)형 전자 방출 소자는 각각 금속/절연층/금속(MIM)과 금속/절연층/반도체(MIS) 구조로 이루어진 전자 방출 부를 구비하며, 절연층을 사이에 두고 위치하는 두 금속 또는 금속과 반도체 사이에 전압을 인가할 때, 금속이나 반도체로부터 공급되는 전자가 터널링(tunneling) 현상에 의해 절연층을 통과하여 상부 금속에 도달하고, 도달한 전자 중 상부 금속의 일 함수 이상의 에너지를 가지는 전자가 상부 금속으로부터 방출되는 원리를 이용한다.
전자 방출 소자는 제1기판에 어레이를 이루며 배치되어 전자 방출 디바이스(electron emission device)를 구성하고, 전자 방출 디바이스는 형광층과 애노드 전극 등으로 이루어진 발광 유닛이 구비된 제2기판과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스(electron emission display device)를 구성한다.
전자 방출 디바이스는 전자 방출부와 함께 주사 전극들과 데이터 전극들로 기능하는 복수의 구동 전극들을 구비하여 단위 화소별 전자 방출부들의 전자 방출량을 제어한다. 그리고 전자 방출 표시 디바이스는 애노드 전극에 고전압을 인가하여 제1기판 측에서 방출된 전자들을 제2기판을 향해 가속시키며, 이 전자들이 형광층을 여기시켜 가시광을 냄으로써 소정의 발광 또는 표시가 이루어진다.
전자 방출 표시 디바이스에서 제1기판과 제2기판은 프릿 바(frit bar)와 같은 밀봉 부재에 의해 가장자리가 상호 접합된 다음 내부 공간이 대략 10-6 Torr의 진공도로 배기되어 밀봉 부재와 함께 진공 용기를 구성한다. 진공 용기는 내부와 외부의 압력 차이에 의해 강한 압축력을 인가받으며, 이 압축력은 화면 사이즈에 비례하여 커진다.
따라서 진공 용기는 그 내부에 다수의 스페이서를 설치하여 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고, 제1기판과 제2기판의 간격을 일정하게 유지시키고 있다. 이때 스페이서는 제1기판 상의 구동 전극들과 제2기판 상의 애노드 전극이 스페이서를 통해 단락되지 않도록 주로 유리나 세라믹과 같은 유전체로 제작된다.
그런데 통상의 전자 방출 표시 디바이스는 그 작용시 전자 방출부에서 방출된 전자들이 제2기판을 향해 직진하는 대신 소정의 발산각을 가지고 퍼지며 진행하는 경향이 있다. 이러한 전자빔 퍼짐으로 인해 스페이서 표면에 전자가 충돌하게 되고, 전자가 충돌한 스페이서는 재료 특성(유전 상수나 2차 전자 방출계수 등)에 따라 그 표면이 양 또는 음의 전위로 대전되고, 대전된 스페이서는 주위의 전기장을 변화시켜 전자빔 경로를 왜곡시킨다. 예컨대 양의 전위로 대전된 스페이서는 주위의 전자빔을 끌어당기고, 음의 전위로 대전된 스페이서는 주위의 전자빔을 밀어낸다. 이와 같은 전자빔의 경로 왜곡은 스페이서 주위로 정확한 색 표현을 방해하며, 화면에 스페이서 자리가 보이는 표시 품질 저하를 유발한다.
따라서 스페이서의 대전을 방지하기 위하여 표면에 반도체 등의 저항층을 코팅하게 되는 데, 저항층에서의 열 발산 및 전자 방출부에서의 전자 방출에 따른 전류의 흐름이 원인이 되어 열이 발생하게 되고, 이로 인하여 스페이서의 온도가 전자 방출부쪽에서 애노드 전극쪽으로 선형적으로 변하게 된다.
상기에서 스페이서의 대전을 방지하기 위하여 형성되는 저항층의 특성은 온도가 증가함에 따라 전자의 전도도가 증가되고, 이로 인하여 전자 방출부쪽에서 애 노드쪽 까지의 등전위선이 등간격을 이루지 않고, 애노드 방향으로 몰려 있게 된다. 이에 따라 전자의 궤적인 스페이서의 반대쪽으로 밀리는 현상이 발생한다.
또한 저항층의 온도가 증가함에 따라 캐소드 및 애노드쪽과 통전(breakdown)되는 현상이 발생하며, 저항층의 두께가 두꺼울수록 통전 현상의 발생가능성은 높아진다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 스페이서 표면 일부에만 열전도도가 높은 물질로 열전도층을 형성하여 스페이서 주위의 전자빔 왜곡과 이에 따른 표시 품질 저하를 억제할 수 있는 스페이서 및 이 스페이서를 구비한 전자 방출 표시 디바이스를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 진공 용기를 구성하는 제1기판과 제2기판 사이에 설치되어 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하는 전자 방출 표시 디바이스용 스페이서에 있어서, 제1기판과 제2기판의 두께 방향을 따라 임의의 높이를 가지며 유전체로 이루어지는 모체와, 상기 제1기판 및 제2기판에 형성되는 전극과 간격을 유지하는 상태로 전극에 비하여 전기저항이 높고 열전도도가 높은 물질로 상기 모체의 표면 일부에 형성되는 열전도층과, 상기 열전도층을 덮으면서 상기 모체의 표면 전체에 형성되는 2차전자방출층을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스용 스페이서를 제공한다.
본 발명의 전자 방출 표시 디바이스용 스페이서는 상기 모체의 제1기판 및/또는 제2기판과 접하는 모서리쪽에 위치하는 상기 2차전자방출층의 위에 형성하는 편향전극층을 더 포함하는 것도 가능하다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 서로 대향 배치되는 제1기판 및 제2기판과, 제1기판에 제공되며 복수의 전자 방출 소자들로 이루어지는 전자 방출 디바이스와, 제2기판에 제공되며 형광층들과 이 형광층들의 어느 일면에 위치하는 애노드 전극을 포함하는 발광 유닛과, 제1기판과 제2기판 사이에 위치하는 복수의 스페이서들을 포함하고, 상기 스페이서가 제1기판과 제2기판의 두께 방향을 따라 임의의 높이를 가지며 유전체로 이루어지는 모체와, 상기 제1기판 및 제2기판에 형성되는 전극과 간격을 유지하는 상태로 전극에 비하여 전기저항이 높고 열전도도가 높은 물질로 상기 모체의 표면 일부에 형성되는 열전도층과, 상기 열전도층을 덮으면서 상기 모체의 표면 전체에 형성되는 2차전자방출층을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다.
상기 전자 방출 소자는 전계 방출 어레이(FEA)형, 표면 전도 에미션(SCE)형, 금속-절연층-금속(MIM)형 및 금속-절연층-반도체(MIS)형 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이다.
도면을 참고하면, 전자 방출 표시 디바이스는 소정의 간격을 두고 평행하게 대향 배치되는 제1기판(10)과 제2기판(12)을 포함한다. 제1기판(10)과 제2기판(12) 의 가장자리에는 밀봉 부재(도면에 나타내지 않음)가 배치되어 두 기판을 접합시키며, 내부 공간이 대략 10-6 Torr의 진공도로 배기되어 제1기판(10)과 제2기판(12) 및 밀봉 부재가 진공 용기를 구성한다.
제1기판(10) 중 제2기판(12)과의 대향면에는 전자 방출 소자(100)들이 어레이를 이루며 배치되어 제1기판(10)과 함께 전자 방출 디바이스(101)를 구성하고, 전자 방출 디바이스(101)가 제2기판(12) 및 제2기판(12)에 제공된 발광 유닛(102)과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.
전자 방출 소자(100)는 전자 방출부와 구동 전극들을 구비하여 전자 방출의 온/오프와 전자 방출량을 제어하는 기본 단위를 이루며, 제1기판(10) 상의 단위 화소마다 하나씩 배치된다.
발광 유닛(102)은 형광층(14), 일례로 적색과 녹색 및 청색의 형광층(14R), (14G), (14B)들과, 형광층(14)들 사이에 위치하는 흑색층(16)과, 형광층(14)들과 흑색층(16)의 어느 일면에 위치하는 애노드 전극(18)을 포함한다. 형광층(14)은 전자 방출 소자(100)마다 하나의 형광층(14R), (14G), (14B)이 대응하도록 배치된다. 도면에서는 일례로 애노드 전극(18)이 제1기판(10)을 향한 형광층(14)들과 흑색층(16)의 일면에 위치하는 경우를 나타내였다.
제1기판(10)과 제2기판(12) 사이에는 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고 제1기판(10)과 제2기판(12)의 간격을 일정하게 유지시키는 스페이서(20)들이 배치된다. 스페이서(20)들은 형광층(14)을 침범하지 않도록 흑색층(16)에 대응하여 위치하며, 두 기판(10), (12)의 두께 방향을 따라 소정의 높이를 가진다.
상기한 구성에서 전자 방출 디바이스는 전자 방출 소자(100)별로 전자 방출부와 구동 전극들의 작용으로 전자들을 방출시키고, 애노드 전극(18)이 고전압(대략, 수 내지 수십 kV의 전압)을 인가받아 이 전자들을 제2기판(12)을 향해 가속시키며, 가속된 전자들이 해당 단위 화소의 형광층(14)에 충돌하여 이를 발광시키는 과정을 통해 소정의 표시 작용이 이루어진다.
이 과정에서 발광 유닛(102)은 전자 방출 디바이스(101)에 대해 애노드 전압의 크기에 상응하는 수 내지 수십 kV의 전압 차이를 가진다. 이로써 제1기판(10)과 제2기판(12) 사이의 진공 영역에는 전자 방출 디바이스(101)로부터 발광 유닛(102)을 향해 전압이 점진적으로 상승하는 전압 구배가 발생한다.
또한, 상기한 구동 과정에서 각 전자 방출 소자(100)로부터 방출되는 전자들은 제2기판(12)을 향해 퍼지며 진행하고, 그 결과 전자들의 일부가 스페이서(20) 표면에 충돌하게 된다.
본 실시예의 스페이서(20)는 아래와 같은 구성을 통해 상기한 전자 방출 표시 디바이스의 구동 환경 아래에서 그 표면이 전기적으로 중성을 띠도록 하고 그 표면의 열전달율을 향상시켜 스페이서(20)의 대전 및 온도차에 의한 전자빔 왜곡을 최소화한다.
본 실시예에서 스페이서(20)는 유전체로 이루어지는 모체(22)와, 상기 제1기판(10) 및 제2기판(12)에 형성되는 전극(상기 전자 방출 소자(100) 및 애노드 전극(18) 등)과 간격을 유지하는 상태로 전극에 비하여 전기저항이 높고 열전도도가 높은 물질로 상기 모체(22)의 표면 일부에 형성되는 열전도층(26)과, 상기 열전도층(26)을 덮으면서 상기 모체(22)의 표면 전체에 형성되는 2차전자방출층(24)으로 이루어진다.
상기 2차전자방출층(24)은 모체(22) 측면이 진공 영역으로 노출되지 않도록 모체(22)의 표면 전체에 형성한다.
상기 모체(22)는 유리, 강화유리, 세라믹 또는 유리-세라믹 혼합물과 같은 유전체로 제작되며, 기둥형이나 막대형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 2차전자방출층(24)은 모체(22) 및 열전도층(26)의 2차 전자 방출에 의한 대전을 방지하기 위하여 비저항이 높은 물질을 이용하여 형성한다. 예를 들면, 상기 2차전자방출층(24)은 DLC(Diamond Like Carbon;다이아몬드상 탄소), 산화크롬(Cr2O3) 등을 이용하여 형성한다.
상기 2차전자방출층(24)을 이루는 물질의 이차전자 방출계수 특성에 의해 상기한 구동환경에서 모체(22) 및 열전도층(26)의 표면에 대전되는 양 또는 음의 전위와 상호 작용을 이루어 이들 전위를 감소시키는 역할을 담당한다.
상기 열전도층(26)은 상기 2차전자방출층(24)에서의 열 발산 및 상기 전자 방출 소자(100)에서의 전자 방출에 따른 전류의 흐름이 원인이 되어 발생하는 열을 상기 제1기판(10) 및 제2기판(12)쪽으로 전달하기 위하여 열전도도가 높은 물질을 이용하여 형성한다. 예를 들면, 상기 열전도층(26)은 실리콘(Si), 아몰퍼스 실리콘(a-Si) 등을 이용하여 형성한다.
상기 열전도층(26)은 상기 제1기판(10)에 형성되는 상기 전자 방출 소자(100) 및 상기 제2기판(12)에 형성되는 애노드 전극(18) 등의 전극에 비하여 전기저항이 높은 물질을 이용하여 형성한다. 또 상기 열전도층(26)은 상기 2차전자방출층(24)을 형성하는 물질보다 열전도도가 높은 물질을 사용하여 형성한다.
상기와 같이 열전도층(26)을 형성하게 되면, 2차전자방출층(24)만을 형성한 경우에 비하여 상기 제1기판(10) 및 제2기판(12)쪽으로의 열전달 효율이 크게 향상되므로, 상기 스페이서(20)의 상하 온도차를 최소화하는 것이 가능하다.
상기에서 열전도층(26)을 상기 제1기판(10) 및 제2기판(12)에 형성되는 전극인 전자 방출 소자(100) 및 애노드 전극(18) 등과 단락되지 않도록 간격을 유지하는 상태로 형성하는 것에 의하여 통전(breakdown)현상의 발생이 방지된다. 따라서 열전도층(26)의 두께를 증가시키는 것이 가능하고, 보다 많은 열을 전달시키는 것이 가능하다.
그리고 도 2에는 본 발명에 따른 스페이서(20)의 다른 실시예를 나타낸다.
본 실시예에서 스페이서(20)는 상기 모체(22)의 제1기판(10) 및/또는 제2기판(12)과 접하는 모서리쪽에 위치하는 상기 2차전자방출층(24)의 위에 편향전극층(25)을 형성한다.
상기 편향전극층(25)은 전자빔 퍼짐으로 인해 스페이서(20)로 향하는 전자들의 방향을 편향시켜 스페이서(20)의 상부 및/또는 하부 측면에 전자들이 충돌하는 것을 억제하여, 스페이서(20) 측면에 충돌하는 전자들의 양을 감소시키면서 동시에 스페이서(20)에 대전되는 전하들의 이동 경로를 제공한다. 이러한 편향전극층(25) 은 도전성 금속, 일례로 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 납(Pd), 은(Ag) 등 및 이들의 합금이나 금속산화물, ITO 등의 투명 도체, 폴리실리콘 등의 반도체 등을 이용하여 형성한다.
상기 편향전극층(25)은 스페이서(20)의 하부 측면에만 형성하는 것도 가능하고, 상부 측면에만 형성하는 것도 가능하고, 상부 및 하부 측면에 모두 형성하는 것도 가능하다. 또 상기 편향전극층(25)은 도면에 나타내지 않았지만, 상기 열전도층(26)과 접하도록 상기 2차전자방출층(24)의 내부에 형성하는 것도 가능하고, 상기 열전도층(26)과 서로 연결되지 않도록 간격을 두고 상기 2차전자방출층(24)의 내부에 형성하는 것도 가능하다.
상기에서 스페이서(20)의 상부 측면에 형성되는 편향전극층(25)을 정(+)전압이 인가되도록 예를 들면 애노드 전극(18)쪽과 전기적으로 연결하면, 전자가 인력을 받게 되어 전자빔의 궤도가 스페이서(20)쪽으로 가까워지게 되는 보정이 이루어진다. 또 스페이서(20)의 하부 측면에 형성되는 편향전극층(25)을 부(-)전압이 인가되도록 예를 들면 전자 방출 소자(100)쪽과 전기적으로 연결하면, 전자가 척력을 받게 되어 전자빔의 궤도가 스페이서(20)쪽으로부터 멀어지게 되는 보정이 이루어진다.
상기와 같이 편향전극층(25)을 형성하게 되면, 전자 방출 소자(100)로부터 방출된 전자가 스페이서(20) 측면에 충돌하는 양을 감소시키는 것이 가능하다. 또한, 스페이서(20)의 상부와 하부에서 편향전극층(25)이 열전도체의 역할도 담당한 다.
상기와 같이 본 발명에 따른 실시예들의 스페이서(20)는 상기 열전도층(26) 및 편향전극층(25)을 통하여 상기 모체(22) 및 2차전자방출층(24)에서 발생하는 열을 효과적으로 제1기판(10) 및 제2기판(12)쪽으로 전달하여 스페이서(20) 상하의 온도차이를 최소화하는 것이 가능하다. 따라서 본 실시예의 전자 방출 표시 디바이스는 스페이서(20) 주위로 정확한 색 표현이 가능해지고, 화면에 스페이서(20) 자리가 보이는 문제를 해결할 수 있다.
상기한 전자 방출 표시 디바이스는 전계 방출 어레이(FEA)형, 표면 전도 에미션(SCE)형, 금속-절연층-금속(MIM)형 및 금속-절연층-반도체(MIS)형 중 어느 하나의 표시 디바이스로 이루어질 수 있다.
이 가운데 도 3과 도 4를 참고하여 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스의 구성에 대해 설명하고, 도 5를 참고하여 표면 전도 에미션(SCE)형 전자 방출 표시 디바이스의 구성에 대해 설명한다.
도 3과 도 4는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계 방출 어레이형 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도와 부분 단면도이다.
도면을 참고하면, 제1기판(10) 위에는 제1전극인 캐소드 전극(28)들이 제1기판(10)의 일 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극(28)들을 덮으면서 제1기판(10) 전체에 제1절연층(30)이 형성된다. 제1절연층(30) 위에는 제2전극인 게이트 전극(32)들이 캐소드 전극(28)과 직교하는 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.
캐소드 전극(28)들과 게이트 전극(32)들의 교차 영역이 하나의 단위 화소(sub-pixel)를 구성하며, 캐소드 전극(28) 위로 각 단위 화소마다 전자 방출부(34)들이 형성된다. 그리고 제1절연층(30)과 게이트 전극(32)들에는 각 전자 방출부(34)에 대응하는 개구부(301), (321)가 형성되어 제1기판(10) 위에 전자 방출부(34)가 노출되도록 한다.
전자 방출부(34)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 예를 들어 탄소계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어질 수 있다. 전자 방출부(34)는 일례로 탄소 나노튜브(CNT), 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소(DLC), 훌러렌(C60), 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질을 포함할 수 있으며, 그 제조법으로 직접 성장, 스크린 인쇄, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.
다른 한편으로 전자 방출부는 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물로 이루어질 수 있다.
도면에서는 원형의 전자 방출부(34)들이 캐소드 전극(28)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열되는 구성을 나타내였으나, 전자 방출부(34)의 형상과 화소 영역당 개수 및 배열 형태 등은 나타낸 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.
또한, 상기에서는 게이트 전극(32)들이 제1절연층(30)을 사이에 두고 캐소드 전극(28)들 상부에 위치하는 구조에 대해 설명하였으나, 게이트 전극들이 제1절연층을 사이에 두고 캐소드 전극들 하부에 위치하는 구조도 가능하다. 이 경우 전자 방출부는 제1절연층 위에서 캐소드 전극의 측면에 형성될 수 있다.
그리고 게이트 전극(32)들과 제1절연층(30) 위로 제3전극인 집속 전극(36)이 형성된다. 집속 전극(36) 하부에는 제2절연층(38)이 위치하여 게이트 전극(32)들과 집속 전극(36)을 절연시키며, 집속 전극(36)과 제2절연층(38)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(361), (381)가 마련된다.
집속 전극(36)은 전자 방출부(34)마다 하나의 개구부를 형성하여 각 전자 방출부(34)에서 방출되는 전자들을 개별적으로 집속할 수 있고, 단위 화소마다 하나의 개구부(361)를 형성하여 하나의 단위 화소에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속할 수 있다. 도면에서는 두 번째 경우를 나타낸다.
다음으로, 제1기판(10)에 대향하는 제2기판(12)의 일면에는 형광층(14), 일례로 적색과 녹색 및 청색의 형광층(14R), (14G), (14B)들이 서로간 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(14) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(16)이 형성된다.
그리고 형광층(14)과 흑색층(16) 위로 알루미늄(Al)과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(18)이 형성된다. 애노드 전극(18)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받아 형광층(14)을 고전위 상태로 유지시키며, 형광층(14)에서 방사된 가시광 중 제1기판(10)을 향해 방사된 가시광을 제2기판(12) 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높인다.
한편 애노드 전극은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전막으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 애노드 전극은 제2기판(12)을 향한 형광층(14)과 흑색 층(16)의 일면에 위치한다. 또한 애노드 전극으로서 상기한 투명 도전막과 금속막을 동시에 형성하는 구조도 가능하다.
그리고 제1기판(10)과 제2기판(12) 사이에 위치하는 스페이서(20)는 상기한 바와 같이, 유전체로 이루어지는 모체(22)와, 상기 제1기판(10) 및 제2기판(12)에 형성되는 전극(예를 들면, 캐소드 전극(28) 및 애노드 전극(18) 등)과 간격을 유지하는 상태로 전극에 비하여 전기저항이 높고 열전도도가 높은 물질로 상기 모체(22)의 표면 일부에 형성되는 열전도층(26)과, 상기 열전도층(26)을 덮으면서 상기 모체(22)의 표면 전체에 형성되는 2차전자방출층(24)과, 상기 모체(22)의 제1기판(10) 및 제2기판(12)과 접하는 모서리쪽에 위치하는 상기 2차전자방출층(24)의 위에 형성되는 편향전극층(25)으로 이루어진다.
상기한 구성의 전자 방출 표시 디바이스는 외부로부터 캐소드 전극(28)들, 게이트 전극(32)들, 집속 전극(36) 및 애노드 전극(18)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다.
일례로 캐소드 전극(28)들과 게이트 전극(32)들 중 어느 한 전극들이 주사 구동 전압을 인가받아 주사 전극들로 기능하고, 다른 한 전극들이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극들로 기능한다. 그리고 집속 전극(36)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 일례로 0V 또는 수 내지 수십 V의 음의 직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(18)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 일례로 수백 내지 수천 V의 양의 직류 전압을 인가받는다.
그러면 캐소드 전극(28)과 게이트 전극(32)의 전압 차가 임계치 이상인 단위 화소들에서 전자 방출부(34) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 집속 전극(36)의 개구부(361)를 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되고, 애노드 전극(18)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 단위 화소의 형광층(14)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.
상기한 구동 과정 중에 집속 전극(36)의 작용에도 불구하고 전자빔 다발의 주변부로 발산하는 전자들이 존재하며, 이 전자들의 일부가 스페이서(20)에 충돌한다. 이때 본 실시예의 스페이서(20)는 상기 2차전자방출층(24)의 작용에 의해 그 표면이 전기적으로 중성 또는 중성에 가까운 특성을 나타내며, 스페이서(300) 표면에 전자들이 충돌하더라도 스페이서(20)로부터 2차 전자가 방출되는 것이 최소화될 수 있다. 또한, 편향전극층(25)에 의해 스페이서(20) 표면에 충돌하는 전자량이 감소될 뿐만 아니라, 스페이서(20) 표면에 전하가 대전되면 편향전극층(25)을 통해 전하들이 이동하므로 스페이서(20) 표면에 전하가 축적되지 않는다.
그리고 상기 열전도층(26) 및 편향전극층(25)에 의하여 상기 2차전자방출층(24)에서의 열 발산 및 전자 방출부(34)에서의 전자 방출에 따른 전류의 흐름이 원인이 되어 발생하는 열이 효과적으로 제1기판(10) 및 제2기판(12)쪽으로 전달되어 해소되고, 온도가 증가함에 따라 캐소드 전극(28) 및 애노드 전극(18)쪽과 통전(breakdown)되는 현상을 방지하는 것이 가능하다.
이로써 본 실시예의 전자 방출 표시 디바이스는 스페이서(20) 주변의 전계 왜곡 및 이로 인한 전자빔 왜곡을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 전도 에미션형 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다. 제2기판에 제공되는 발광 유닛과 스페이서의 구성은 상기한 전계 방출 어레이형 전자 방출 표시 디바이스와 동일하게 이루어지므로, 여기서는 전자 방출 디바이스의 구성에 대해서만 간략하게 설명한다.
도면을 참고하면, 제1기판(10) 위로 각 단위 화소마다 제1전극(40)과 제2전극(42)이 이격되어 위치하고, 제1전극(40)과 제2전극(42) 위로 각각 제1도전 박막(44)과 제2도전 박막(46)이 서로 근접하게 위치한다. 그리고 제1도전 박막(44)과 제2도전 박막(46) 사이에 전자 방출부(48)가 형성되며, 전자 방출부(48)는 이 도전 박막(44), (46)들을 통해 제1전극(40) 및 제2전극(42)과 전기적으로 연결된다.
제1전극(40)과 제2전극(42)은 도전성을 갖는 다양한 재료가 사용 가능하며, 제1도전 박막(44)과 제2도전 박막(46)은 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 등의 도전성 재료를 이용한 미립자 박막으로 이루어진다.
전자 방출부(48)는 제1도전 박막(44)과 제2도전 박막(46) 사이에 제공된 미세 크랙으로 이루어지거나, 탄소계 물질막으로 이루어질 수 있다. 두 번째 경우 전자 방출부(48)는 상기한 전계 방출 어레이(FEA)형에서와 마찬가지로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소, 훌러렌(C60), 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질을 포함할 수 있다.
상기한 구조에서, 제1전극(40)과 제2전극(42)에 각각 전압을 인가하면, 제1도전 박막(44)과 제2도전 박막(46)을 통해 전자 방출부(48)의 표면과 수평한 방향으로 전류가 흐르면서 표면 전도형 전자 방출이 이루어지고, 방출된 전자들은 애노 드 전극(18)에 인가된 고전압에 이끌려 제2기판(12)으로 향하면서 대응하는 형광층(14)에 충돌하여 이를 발광시킨다.
이러한 구동 과정 중에 상기 전자들은 제2기판(12)을 향해 퍼지며 진행하여 전자들의 일부가 스페이서(20) 표면에 충돌하지만, 본 실시예의 스페이서는 상기한 제1코팅층(24)과 제2코팅층(26)의 작용에 의해 그 표면이 전기적으로 중성 또는 중성에 가까운 특성을 나타내므로 스페이서(20) 주위로 전자빔의 왜곡을 유발하지 않는다.
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.
상기와 같이 본 발명에 의한 전자 방출 표시 디바이스는 상기한 모체와 열전도층 및 2차전자방출층으로 이루어진 스페이서를 구비함에 따라, 전자 방출부에서 방출된 전자들이 스페이서 표면에 충돌하더라도 스페이서 표면이 대전되지 않아 스페이서 주위로 전기장 변화가 발생하지 않으며, 발생되는 열을 효과적으로 제1기판 및 제2기판쪽으로 전달하여 해소하는 것이 가능하다. 따라서 스페이서 주위로 정확한 색 표현이 가능해지고, 화면에 스페이서 자리가 보이지 않도록 하여 우수한 표시 품질을 구현할 수 있다.

Claims (15)

  1. 진공 용기를 구성하는 제1기판과 제2기판 사이에 설치되어 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하는 전자 방출 표시 디바이스용 스페이서에 있어서,
    제1기판과 제2기판의 두께 방향을 따라 임의의 높이를 가지며 유전체로 이루어지는 모체와,
    상기 제1기판 및 제2기판에 형성되는 전극과 간격을 유지하는 상태로 전극에 비하여 전기저항이 높고 열전도도가 높은 물질로 상기 모체의 표면 일부에 형성되는 열전도층과,
    상기 열전도층을 덮으면서 상기 모체의 표면 전체에 형성되는 2차전자방출층을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스용 스페이서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도층은 실리콘 또는 아몰퍼스 실리콘으로 형성되는 전자 방출 표시 디바이스용 스페이서.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 2차전자방출층은 DLC 또는 산화크롬으로 형성되는 전자 방출 표시 디바이스용 스페이서.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 모체의 제1기판 또는 제2기판과 접하는 모서리쪽에 위치하는 상기 2차전자방출층의 위에 형성하는 편향전극층을 더 포함하는 전자 방출 표시 디바이스용 스페이서.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 모체의 제1기판 및 제2기판과 접하는 모서리쪽에 위치하는 상기 2차전자방출층의 위에 형성하는 편향전극층을 더 포함하는 전자 방출 표시 디바이스용 스페이서.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 편향전극층은 도전성 금속이나 이들의 합금, 금속산화물, 반도체를 이용하여 형성되는 전자 방출 표시 디바이스용 스페이서.
  7. 서로 대향 배치되는 제1기판 및 제2기판과, 상기 제1기판에 제공되며 복수의 전자 방출 소자들로 이루어지는 전자 방출 디바이스와, 상기 제2기판에 제공되며 형광층들과 이 형광층들의 어느 일면에 위치하는 애노드 전극을 포함하는 발광 유닛과, 상기 제1기판과 제2기판 사이에 위치하는 복수의 스페이서들을 포함하고,
    상기 스페이서가 제1기판과 제2기판의 두께 방향을 따라 임의의 높이를 가지며 유전체로 이루어지는 모체와, 상기 제1기판 및 제2기판에 형성되는 전극과 간격 을 유지하는 상태로 전극에 비하여 전기저항이 높고 열전도도가 높은 물질로 상기 모체의 표면 일부에 형성되는 열전도층과, 상기 열전도층을 덮으면서 상기 모체의 표면 전체에 형성되는 2차전자방출층을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 모체의 제1기판 또는 제2기판과 접하는 모서리쪽에 위치하는 상기 2차전자방출층의 위에 형성하는 편향전극층을 더 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 편향전극층은 도전성 금속이나 이들의 합금, 금속산화물, 반도체를 이용하여 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
  10. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 전자 방출 디바이스가 상기 제1기판의 일 방향을 따라 형성되는 캐소드 전극들과; 절연층을 사이에 두고 상기 캐소드 전극들과 교차하는 방향을 따라 형성되는 게이트 전극들; 및 상기 캐소드 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 전자 방출부가 카본 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다 이아몬드상 카본, 훌러렌(C60) 및 실리콘 나노와이어로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 전자 방출 디바이스가 상기 캐소드 전극들 및 게이트 전극들과 절연을 유지하며 캐소드 전극들과 게이트 전극들 상부에 위치하는 집속 전극을 더욱 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  13. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 전자 방출 디바이스가 서로 이격되어 위치하는 제1전극들 및 제2전극들과; 상기 제1전극들 위에 형성되는 제1도전 박막들과; 상기 제2전극들 위에 형성되며 상기 각각의 제1도전 박막에 근접하게 위치하는 제2도전 박막들; 및 상기 각각의 제1도전 박막과 제2도전 박막 사이에 제공되는 전자 방출부들을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 전자 방출부가 미세 크랙으로 이루어지는 전자 방출 표시 디바이스.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 전자 방출부가 카본 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, 훌러렌(C60) 및 실리콘 나노와이어로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
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