KR20070111614A - 전자 방출 표시 디바이스 - Google Patents

전자 방출 표시 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구동 과정에서 제1 기판과 제2 기판이 동일한 온도를 유지하도록 하여 스페이서 주위의 전자빔 왜곡을 억제할 수 있는 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판 위에 형성되는 전자 방출부들과, 제1 기판에 제공되어 전자 방출부들의 전자 방출을 제어하는 복수의 구동 전극들과, 제2 기판 중 제1 기판을 향한 일면에 형성되는 형광층들과, 형광층들 사이에 위치하는 흑색층과, 형광층들과 흑색층의 일면에 위치하는 애노드 전극과, 제2 기판의 다른 일면에 배치되어 제2 기판의 온도를 상승시키는 열선들을 포함한다.
진공용기, 기판, 전자방출부, 구동전극, 집속전극, 형광층, 흑색층, 열선

Description

전자 방출 표시 디바이스 {ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.
본 발명은 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구동 과정에서 제1 기판과 제2 기판의 온도를 동일하게 유지할 수 있도록 제2 기판의 구조를 개선한 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 어레 이(Field Emission 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.
전자 방출 소자는 제1 기판에 어레이를 이루며 배치되어 전자 방출 디바이스(electron emission device)를 구성하고, 전자 방출 디바이스는 형광층과 애노드 전극 등으로 이루어진 발광 유닛이 구비된 제2 기판과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스(electron emission display device)를 구성한다.
전자 방출 디바이스는 전자 방출부와 더불어 단위 화소별 전자 방출부들의 방출 전류량을 제어하는 복수의 구동 전극들을 구비하며, 전자 방출 표시 디바이스는 전자 방출부에서 방출된 전자들로 형광층을 여기시켜 소정의 발광 또는 표시 작용을 한다.
상기 전자 방출 표시 디바이스에서 제1 기판과 제2 기판은 밀봉 부재에 의해 가장자리가 일체로 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 통상의 전자 방출 표시 디바이스는 진공 용기 내부에 스페이서들을 설치하여 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고, 제1 기판과 제2 기판의 간격을 일정하게 유지시키고 있다. 스페이서는 주로 유리 또는 세라믹과 같은 유전체로 제 작되며, 형광층을 침범하지 않도록 흑색층에 대응하여 위치한다.
그런데 전자 방출 표시 디바이스를 장시간 구동하면 전자 방출부가 위치하는 제1 기판에서 열이 발생하여 제1 기판과 제2 기판 사이에 온도 차이가 발생하게 된다. 이러한 두 기판의 온도 차이는 두 기판 사이에 배치되는 스페이서들에 영향을 미쳐 제2 기판을 향한 스페이서 상단과 제1 기판을 향한 스페이서 하단에 온도 차이가 발생한다.
스페이서의 위치별 온도 차이는 스페이서의 저항값 차이를 유발하여 스페이서의 높이 방향을 따라 표면 전위를 변화시킨다. 이로써 스페이서 주위를 진행하는 전자빔은 스페이서를 향해 끌리거나 스페이서로부터 밀려나는 등 경로가 왜곡되며, 그 결과 스페이서 주위의 형광층이 과대 발광하거나 과소 발광하여 화면 상에 스페이서 부위가 보이는 표시 불량으로 이어진다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 구동 과정에서 제1 기판과 제2 기판이 동일한 온도를 유지하도록 하여 스페이서 주위의 전자빔 왜곡을 억제할 수 있는 전자 방출 표시 디바이스를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판 위에 형성되는 전자 방출부들과, 제1 기판에 제공되어 전자 방출부들의 전자 방출을 제어하는 복수의 구동 전극들과, 제2 기판 중 제1 기판을 향한 일면에 형성되는 형광층들과, 형광층 들 사이에 위치하는 흑색층과, 형광층들과 흑색층의 일면에 위치하는 애노드 전극과, 제2 기판의 다른 일면에 배치되어 제2 기판의 온도를 상승시키는 열선들을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다.
상기 열선들은 흑색층에 대응하여 위치하고, 제2 기판의 일 방향을 따라 위치하는 제1 열선들과, 제1 열선들과 직교하는 방향을 따라 위치하는 제2 열선들로 이루어질 수 있다.
상기 열선들은 그 표면이 흑색으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 기판의 일면에는 열선보다 큰 폭을 가지는 광 흡수막이 열선들을 덮으면서 형성될 수 있다. 이때 광 흡수막은 흑색층과 동일한 폭으로 형성될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1과 도 2는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도와 부분 단면도로서, 일례로 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스를 도시하였다.
도면을 참고하면, 전자 방출 표시 디바이스는 소정의 간격을 두고 평행하게 대향 배치되는 제1 기판(10)과 제2 기판(12)을 포함한다. 제1 기판(10)과 제2 기판(12)의 가장자리에는 밀봉 부재(도시하지 않음)가 배치되어 두 기판을 접합시키며, 내부 공간이 대략 10-6 torr의 진공도로 배기되어 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 및 밀봉 부재가 진공 용기를 구성한다.
상기 제1 기판(10) 중 제2 기판(12)과의 대향면에는 전자 방출 소자들이 어레이를 이루며 배치되어 제1 기판(10)과 함께 전자 방출 디바이스(100)를 구성하고, 전자 방출 디바이스(100)가 제2 기판(12) 및 제2 기판(12)에 제공된 발광 유닛(110)과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.
먼저, 제1 기판(10) 위에는 제1 전극인 캐소드 전극들(14)이 제1 기판(10)의 일 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(14)을 덮으면서 제1 기판(10) 전체에 제1 절연층(16)이 형성된다. 제1 절연층(16) 위에는 제2 전극인 게이트 전극들(18)이 캐소드 전극(14)과 직교하는 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.
상기 캐소드 전극들(14)과 게이트 전극들(18)의 교차 영역이 하나의 단위 화소를 구성하며, 캐소드 전극(14) 위로 각 단위 화소마다 전자 방출부들(20)이 형성된다. 그리고 제1 절연층(16)과 게이트 전극들(18)에는 각 전자 방출부(20)에 대응하는 개구부(161,181)가 형성되어 제1 기판(10) 위에 전자 방출부(20)가 노출되도록 한다.
전자 방출부(20)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어질 수 있다. 전자 방출부(20)는 일례로 탄소 나노튜브(CNT), 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(DLC), 훌러렌(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.
도면에서는 원형의 전자 방출부들(20)이 캐소드 전극(14)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열되는 구성을 도시하였으나, 전자 방출부(20)의 형상과 화소 영역당 개수 및 배열 형태 등은 도시한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.
또한, 상기에서는 게이트 전극들(18)이 제1 절연층(16)을 사이에 두고 캐소드 전극들(14) 상부에 위치하는 구조에 대해 설명하였으나, 게이트 전극들이 제1 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극들 하부에 위치하는 구조도 가능하다. 이 경우 전자 방출부는 제1 절연층 위에서 캐소드 전극의 측면에 형성될 수 있다.
그리고 게이트 전극들(18)과 제1 절연층(16) 위로 제3 전극인 집속 전극(22)이 형성된다. 집속 전극(22) 하부에는 제2 절연층(24)이 위치하여 게이트 전극들(18)과 집속 전극(22)을 절연시키며, 집속 전극(22)과 제2 절연층(24)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(221,241)가 마련된다. 이 개구부(221,241)는 각 전자 방출부(20)마다 하나씩 형성되거나 단위 화소마다 하나씩 형성될 수 있으며, 도면에서는 두 번째 경우를 도시하였다.
다음으로, 제1 기판(10)에 대향하는 제2 기판(12)의 일면에는 형광층(26), 일례로 적색과 녹색 및 청색의 형광층들(26R,26G,26B)이 서로간 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(26) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(28)이 형성된다. 형광층(26)은 제1 기판(10)에 설정되는 단위 화소에 한가지 색의 형광층(26R,26G,26B)이 대응하도록 배치된다.
그리고 형광층(26)과 흑색층(28) 위로 알루미늄(Al)과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(30)이 형성된다. 애노드 전극(30)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받아 형광층(26)을 고전위 상태로 유지시키며, 형광층(26)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(10)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(12) 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높인다.
한편 애노드 전극은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전막으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 애노드 전극은 제2 기판(12)을 향한 형광층(26)과 흑색층(28)의 일면에 위치한다. 또한 애노드 전극으로서 전술한 투명 도전막과 금속막을 동시에 형성하는 구조도 가능하다.
본 실시예에서 제2 기판(12)의 외면에는 제2 기판(12)의 온도 상승을 위한 열선들(32)이 배치된다. 열선들(32)은 전자 방출 표시 디바이스를 장시간 구동하는 과정에서 제1 기판(10)으로부터 열이 발생할 때 제2 기판(12)의 온도를 상승시켜 제1 기판(10)과 제2 기판(12)의 온도를 동일하게 유지시키는 역할을 한다.
열선들(32)은 화면 상에 보이지 않도록 흑색층(28)에 대응하여 위치한다. 특히 열선들(32)은 흑색층(28)과 동일한 패턴으로 배치될 수 있는데, 도 1에 도시한 바와 같이 제1 열선들(321)이 제2 기판(12)의 일 방향(도면의 y축 방향)을 따라 형광층들(26) 사이에 위치하고, 제2 열선들(322)이 제1 열선들(321)과 직교하는 방향(도면의 x축 방향)을 따라 형광층들(26) 사이에 위치할 수 있다.
이때 열선들(32)은 그 표면이 흑색으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 열선들(32)이 제2 기판(12)에 입사하는 외광을 흡수하여 외광 반사를 줄이는데 기여한 다.
그리고 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 사이에는 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고 두 기판의 간격을 일정하게 유지시키는 스페이서들(34)이 배치된다. 스페이서들(34)은 형광층(26)을 침범하지 않도록 흑색층(28)에 대응하여 위치하며, 도면에서는 일례로 짧은 막대형 스페이서를 도시하였다.
전술한 구성의 전자 방출 표시 디바이스는 외부로부터 캐소드 전극들(14), 게이트 전극들(18), 집속 전극(22) 및 애노드 전극(30)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다.
일례로 캐소드 전극들(14)과 게이트 전극들(18) 중 어느 한 전극들이 주사 구동 전압을 인가받아 주사 전극들로 기능하고, 다른 한 전극들이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극들로 기능한다. 그리고 집속 전극(22)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 일례로 0V 또는 수 내지 수십 볼트의 음의 직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(30)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 일례로 수백 내지 수천 볼트의 양의 직류 전압을 인가받는다.
그러면 캐소드 전극(14)과 게이트 전극(18)의 전압 차가 임계치 이상인 단위 화소들에서 전자 방출부(20) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 집속 전극(22)의 개구부(221)를 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되고, 애노드 전극(30)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 단위 화소의 형광층(26)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.
이러한 구동 과정을 장시간 유지하면 전자 방출부(20)가 위치하는 제1 기 판(10)으로부터 열이 발생하여 제1 기판(10)과 제2 기판(12)에 온도 차이가 발생하게 된다. 이때 열선들(32)이 외부로부터 소정의 전압을 인가받아 발열하여 제2 기판(12)의 온도를 제1 기판(10)과 동일하게 유지시킨다. 이로써 스페이서(34)는 그 높이 방향을 따라 온도 차이가 발생하지 않으며, 스페이서(34) 주위로 전자빔 경로 왜곡을 유발하지 않는다.
따라서 본 실시예의 전자 방출 표시 디바이스는 스페이서(34) 주위의 단위 화소와 그렇지 않은 단위 화소간 발광 균일도를 확보하여 화면 상에 스페이서(34)가 보이는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 표면이 흑색을 띄는 열선들(32)이 제2 기판(12)에 입사하는 외광을 흡수함에 따라 제2 기판(12)의 외광 반사를 줄여 화면의 콘트라스트를 향상시킨다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다. 본 실시예의 전자 방출 표시 디바이스는 전술한 제1 실시예의 구성을 기본으로 하며, 아래에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해 간략하게 설명한다.
도면을 참고하면, 본 실시예에서 제2 기판(12)의 외면에는 제2 기판(12)의 온도 상승을 위한 열선들(32)이 배치되고, 열선(32)보다 넓은 폭을 갖는 흑색의 광 흡수막(36)이 열선들(32)을 덮으면서 형성된다. 광 흡수막(36)은 흑색층(28)과 동일한 위치에서 흑색층(28)과 동일한 폭으로 형성될 수 있으며, 제2 기판(12)의 외광 반사를 줄여 화면의 콘트라스트 향상에 보다 효과적으로 기여한다.
상기에서는 전계를 이용하여 전자 방출부로부터 전자들을 방출시키는 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이 러한 FEA형에 한정되지 않고 다른 타입의 전자 방출 표시 디바이스에도 모두 적용 가능하다.
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.
이와 같이 본 발명에 의한 전자 방출 표시 디바이스는 제1 기판과 제2 기판의 온도를 동일하게 유지하여 스페이서의 높이 방향을 따라 저항값 차이를 유발하지 않는다. 따라서 본 발명에 의한 전자 방출 표시 디바이스는 스페이서 주위의 전자빔 경로 왜곡을 억제하여 화면 상에 스페이서가 보이지 않도록 할 수 있다. 또한 본 발명에 의한 전자 방출 표시 디바이스는 전술한 열선 또는 광 흡수막이 제2 기판의 외광 반사를 줄임에 따라 화면의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과;
    상기 제1 기판 위에 형성되는 전자 방출부들과;
    상기 제1 기판에 제공되어 상기 전자 방출부들의 전자 방출을 제어하는 복수의 구동 전극들과;
    상기 제2 기판 중 상기 제1 기판을 향한 일면에 형성되는 형광층들과;
    상기 형광층들 사이에 위치하는 흑색층과;
    상기 형광층들과 흑색층의 일면에 위치하는 애노드 전극; 및
    상기 제2 기판의 다른 일면에 배치되어 제2 기판의 온도를 상승시키는 열선들을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열선들이 상기 흑색층에 대응하여 위치하는 전자 방출 표시 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열선들이 상기 제2 기판의 일 방향을 따라 위치하는 제1 열선들과, 제1 열선들과 직교하는 방향을 따라 위치하는 제2 열선들을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열선들의 표면이 흑색을 띄는 전자 방출 표시 디바이스.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 열선보다 큰 폭을 가지면서 상기 제2 기판의 일면에서 열선들을 덮는 광 흡수막을 더욱 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광 흡수막이 상기 흑색층과 동일한 폭으로 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구동 전극들이 절연층을 사이에 두고 서로 교차하는 방향을 따라 형성되는 캐소드 전극들과 게이트 전극들을 포함하며, 상기 전자 방출부가 캐소드 전극들에 전기적으로 연결되는 전자 방출 표시 디바이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구동 전극들과 절연을 유지하며 구동 전극들 상부에 위치하는 집속 전극을 더욱 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
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