KR20080088866A - 발광 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 발광 장치는, 서로 대향 배치된 제1 기판 및 제2 기판, 제1 기판의 일면에 제공된 전자 방출 유닛, 및 제2 기판에 제공된 발광 유닛을 포함하고, 제1 기판의 타면에는 요철이 형성된다.

발광 장치, 스페이서, 시인성, 방열, 요철

Description

발광 장치{Light emission device}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광 장치의 부분 분해 사시도이다.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선에 대한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발광 장치의 변형예를 도시한 요부 단면도이다.

본 발명은 발광 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구동 과정에서 하부 기판이 가열되는 것을 억제하여 상, 하부 기판 사이의 온도차를 감소시킬 수 있는 진공 용기 및 이를 구비한 발광 장치에 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 Emission Array; FEA)형, 표면 전도 에미션(Surface-Conduction Emission; SCE)형, 금속-절연층-금속(Metal-Insulator-Metal; MIM)형 및 금속-절연 층-반도체(Metal-Insulator-Semiconductor; MIS)형 등이 알려져 있다.

상기 FEA형 전자 방출 소자는 전자 방출부와, 이 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들로서 캐소드 전극과 게이트 전극을 구비한다. 여기서 전자 방출부로는 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 카본와 같은 탄소계 물질을 사용하여 구성될 수 있으며, 이들은 진공 중에서 전계에 의해 쉽게 전자를 방출하는 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 발광 장치(electron emission display)를 구성한다.

상기 발광 장치에서, 서로 대향하는 제1 기판과 제2 기판은 밀봉 부재에 의해 가장자리가 일체로 접합된 후, 그 내부가 배기되어 진공 용기를 구성한다. 이때, 진공 용기 내부에는 전자 방출부와 구동 전극들 및 형광층을 포함하는 전자 방출 유닛과 발광 유닛이 제공된다.

통상의 발광 장치는 구동 과정에서 구동 전극들로부터 열이 발생하고, 이 열은 구동 전극들과 접촉되어 있는 기판들, 특히 캐소드 전극과 접촉되어 있는 하부 기판으로 전달된다. 이에 따라 상, 하부 기판이 발열되고, 각각의 기판들 사이에 온도차가 발생한다. 이때, 상, 하부 기판 사이에 배치된 스페이서에도 발열된 기판 의 열이 전달되는데 상, 하부 기판의 온도차는 스페이서의 온도차를 유발한다.

상술한 스페이서의 온도차에 따른 저항 변화는 스페이서 주위의 전계를 왜곡시켜 전자 방출부로부터 방출되어 애노드 전극을 향해 가속되는 전자빔의 경로가 변화되거나 전자빔이 퍼지는 현상을 초래한다.

이와 같이 전자빔의 경로가 왜곡되면 스페이서 주위는 정확히 색을 표현하는데 방해를 받으며 온도 변화가 일어난 후에는 구동 초기에 비해 스페이서에 대한 시인성 변화를 초래하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 상, 하부 기판의 온도차를 최소화하여 스페이서의 온도 변화에 따른 저항 변화를 최소화 하여 전자빔의 왜곡 현상을 억제하고 균일한 스페이서 시인성을 확보할 수 있는발광 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 발광 장치는, 서로 대향 배치된 제1 기판 및 제2 기판, 제1 기판의 일면에 제공된 전자 방출 유닛, 및 제2 기판에 제공된 발광 유닛을 포함하고, 제1 기판의 타면에는 요철이 형성된다.

상기 전자 방출 유닛은 캐소드 전극을 포함하고, 요철은, 제1 기판 중 캐소드 전극이 배열된 부위에 대응하는 영역과 캐소드 전극이 비배열된 부위에 대응하는 영역에 대한 분포도가 상이할 수 있다.

여기서, 요철은 제1 기판의 면에 변칙적(random)으로 형성될 수 있다. 또한, 요철의 평면 형상이 원형 또는 다각형일 수 있다.

상기 제1 기판에 방열핀(fin) 또는 방열판이 연결 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 발광 장치는, 캐소드 전극 위에 형성된 게이트 전극을 더 포함하고, 캐소드 전극과 게이트 전극은 서로 절연될 수 있다. 또한, 캐소드 전극 위에 형성된 게이트 전극 및 집속 전극을 더 포함하고, 캐소드 전극, 게이트 전극 및 집속 전극은 서로 절연될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광 장치의 부분 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선에 대한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광 장치는 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 대향 배치된 제1 기판(10)과 제2 기판(12)을 포함한다. 제1 기판(10)과 제2 기판(12)은 그 가장자리에 배치되는 밀봉 부재(미도시)에 의해 접합되어 내부 공간을 갖는 용기를 구성한다. 이 용기는 내부 공간이 대략 10^-6 Torr의 진공도 배기되어 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 및 밀봉 부재로 이루어진 진공 용기를 구성한다.

제2 기판(12)을 대향하는 제1 기판(10)의 면에는 전자 방출 소자들이 어레이를 이루는 전자 방출 유닛(100)이 제공되고, 제1 기판(10)을 대향하는 제2 기 판(12)의 면에는 형광층과 애노드 전극 등을 포함하는 발광 유닛(110)이 제공된다.

그리고 전자 방출 유닛(100)이 제공된 제1 기판(10)과 발광 유닛(110)이 제공된 제2 기판(12)이 결합하여 발광 장치를 이룬다.

상기한 구성의 진공 용기는 전계 방출 어레이(FEA)형, 표면 전도 에미션(SCE)형, 금속-절연층-금속(MIM)형 및 금속-절연층-반도체(MIS)형을 비롯한 여타의 전자 방출형 디스플레이에 적용될 수 있는 바, 이하에서는 전계 방출 어레이(FEA)형 발광 장치를 예로 하여 구체적으로 설명한다.

먼저, 제1 기판(10) 위에는 캐소드 전극들(14)이 제1 기판(10)의 일 방향(도 1에서 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴을 가지고 복수로 형성된다.

캐소드 전극들(14)을 덮으면서 제1 기판(10) 전면에는 제1 절연층(16)이 형성되고, 제1 절연층(16) 위에는 게이트 전극들(18)이 캐소드 전극들(14)과 직교하는 방향(도 1에서 x축 방향)을 따라 스트라이프 패턴을 가지고 복수로 형성된다.

이에 의해 캐소드 전극(14)과 게이트 전극(18)의 교차 영역이 형성되고, 이교차 영역이 하나의 단위 화소(sub-pixel)를 구성할 수 있다. 그리고 캐소드 전극들(14) 위로 각 단위 화소마다 전자 방출부들(20)이 형성된다.

또한, 제1 절연층(16)과 게이트 전극들(18)에는 각 전자 방출부(20)에 대응하는 제1, 2개구(161)(181)가 각각 형성되어 제1 기판(10) 상에 전자 방출부(20)가 노출되도록 한다. 즉, 전자 방출부는 제1 절연층(16)과 게이트 전극(18)의 제1, 2개구들(161)(181) 안으로 배치되면서 캐소드 전극(14) 위에 형성된다. 본 실시예에서 이 전자 방출부와 제1, 2개구는 평면 형상을 기준으로 그 형상이 원형으로 형성 된 것으로 도시하였으나, 이들의 형상은 반드시 이것으로 한정되는 것은 아니다.

본 실시예에서 전자 방출부(20)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 예컨대 탄소계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어진다. 즉, 전자 방출부(20)는 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노 파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, 플러렌(C₆₀), 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합물 중 어느 하나로 선택되어 이루어질 수 있다. 다른 한편으로, 전자 방출부(20)는 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물로 이루어질 수 있다.

이러한 전자 방출부들(20)은 각 단위 화소 영역마다 복수개로 배치될 수 있는데, 이때, 이 복수의 전자 방출부들은 캐소드 전극(14)과 게이트 전극(18) 중 어느 한 전극, 일례로 캐소드 전극(14)의 길이 방향을 따라 서로간에 임의의 간격을 두고 일렬로 위치할 수 있다. 물론, 이 단위 화소별 전자 방출부들의 배열 상태는 이것에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.

게이트 전극들(18) 위에는 제2 절연층(22)과 집속 전극(24)이 순차적으로 형성된다. 집속 전극(24) 하부에 위치하는 제2 절연층(22)은 게이트 전극들(18)을 가리도록 제1 기판(10)의 전면으로 형성되어 게이트 전극들(18)과 집속 전극(24)을 절연시킨다.

또한, 집속 전극(24)은 제2 절연층(22) 위에 임의의 크기를 가진 하나의 막으로 형성된다.

이러한 제2 절연층(22)과 집속 전극(24)에도 전자빔 통과를 위한 제3, 4개 구(221)(241)가 각각 형성된다. 각 전자 방출부(20)에서 방출된 전자들은 각기 대응하는 제1, 2개구(161)(181)를 통과하고 계속해서 상기한 제3, 4개구(221)(241)를 통과하면서 집속되어 전자빔으로 형성된다.

본 실시예에서 집속 전극은 단위 화소마다 하나의 개구를 형성하여 하나의 단위 화소에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속한다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 전자 방출부마다 이에 대응하는 개구부를 형성하여 각 전자 방출부에서 방출되는 전자들을 개별적으로 집속할 수도 있다.

상기한 구성의 전자 방출 유닛(100)이 제공되는 제1 기판(10)의 면에는 요철(101)이 형성된다. 구체적으로 제1 기판(10)의 일면에 전자 방출 유닛(100)이 제공되고, 제1 기판(10)의 타면에 요철(101)이 형성된다.

요철(101)은 제1 기판(10)의 면을 패터닝함으로써 홈 및 돌기들이 반복되어 형성된다. 여기서, 요철은 제1 기판 중 캐소드 전극이 배열된 부위에 대응하는 영역과 캐소드 전극이 비배열된 부위에 대응하는 영역에 대한 분포도가 상이할 수 있다. 즉, 요철은 제1 기판 중 캐소드 전극이 형성된 부위에 대응하는 영역에서는 상대적으로 조밀하게 형성되고, 그 외의 영역에서는 상대적으로 성기게 형성될 수도 있다. 발광 장치의 구동시, 구동 전극에 인가되는 전압이 온(on)/오프(off)되는 스위칭이 반복됨에 따라 구동 전극으로부터 열이 발생하고 이 열로 인해 제1 기판의 온도가 상승한다. 따라서 제1 기판에 요철을 형성하여 그 표면적을 증가시키되 구동 전극과 직접적으로 접촉된 제1 기판에 요철을 집중적으로 형성하면 보다 효율적인 방열 효과를 가질 수 있다.

한편, 요철(101)은 평면 형상을 기준으로 원형 또는 다각형으로 형성된다.

본 실시예에서 요철(101)은 평면 형상이 사각형인 기둥 형상인 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 예컨대, 요철은 도 3에 도시된 바와 같이, 반구 형상(도 3의 (a)참조)인 돌기이거나 또는 홈 형상(도 3의 (b)참조)일 수 있다. 예컨대, 요철의 평면 형상이 원형인 경우, 이 요철의 지름은 수 내지 수만 ㎛일 수 있고, 사각형, 오각형 등의 다각형인 경우 요철(101)의 최장 길이(L)도 수 내지 수만 ㎛ 이다.

또한, 요철(101)은 제1 기판(10)의 면으로부터 돌출된 기둥 형태로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 예컨대, 뿔 형태로 형성될 수 있다.

또한, 요철(101)은 균일한 간격을 가지고 규칙적으로 형성된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제1 기판에 변칙적인 패턴으로 형성될 수도 있다.

이러한 요철(101)은 제1 기판(10)이 매끄러운 형상을 가지는 경우에 비해 제1 기판(10)의 표면적을 증가시킨다. 따라서 제1 기판(10)의 면을 따라 공기의 대류 현상이 일어나면 이 공기와 접촉되는 제1 기판(10)의 접촉 면적이 증가되므로 제1 기판(10)을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

더욱이, 제1 기판의 냉각 효과를 증대시키기 위해 제1 기판의 면의 표면적을 증가시키는 상기한 구성 외에, 제1 기판에는 방열핀(fin) 또는 방열판을 연결 설치할 수 있다.

상기한 구성의 발광 장치는, 제1 기판이 효율적으로 냉각되어 제1 기판과 제 2 기판 사이의 온도차를 최소화 할 수 있고, 이는 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 스페이서의 높이 방향에 따른 온도차를 최소화 할 수 있다. 따라서 스페이서의 저항이 균일해져 스페이서의 저항 변화로 인한 스페이서 주위의 전계 왜곡을 방지할 수 있다.

다음으로, 제1 기판(10)에 대향하는 제2 기판(12)의 일면에는 형광층(26), 일례로 적색, 녹색 및 청색의 형광층들(26R, 26G, 26B)이 서로 간 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층들(26R, 26G, 26B) 사이로는 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(28)이 형성된다. 형광층들(26)은 제1 기판(10)에 설정된 단위 화소마다 하나로 대응하여 배치될 수 있다.

이 형광층(26)과 흑색층(28) 위에는 알루미늄(Al)과 같은 금속으로 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, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 애노드 전극은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide;ITO)와 같은 투명 도전막으로 이루어질 수 있는데, 이 경우 투명한 애노드 전극은 제2 기판과 형광층 사이에 위치한다. 더욱이, 본 발명의 또 다른 실시예를 통해 애노드 전극은 상술한 투명 도전막을 사용하고, 여기에 금속막을 추가로 형성하는 구조도 가능하다.

아울러, 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 사이에는 진공 용기에 가해지는 대기 압에 대항하여 두 기판(10, 12) 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 스페이서들(32)이 배치된다.

스페이서들(32)은 제1 기판(10) 측에서는 집속 전극(24) 위에 배치되고, 제2 기판(12) 측에서는 형광층(26)을 침범하지 않도록 흑색층(28)에 대응되어 위치한다.

다음으로, 상술한 발광 장치의 구동 과정을 설명한다.

상기 발광 장치는 외부로부터 소정의 전압이 캐소드 전극들(14), 게이트 전극들(18), 집속 전극(24) 및 애노드 전극(30)에 공급되어 구동된다.

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(24)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 예컨대 0 볼트(V) 또는 수 내지 수집 볼트(V)의 음의 직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(30)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 예컨대 수백 내지 수천 볼트(V)의 양의 직류 전압을 인가받는다.

그러면 캐소드 전극(14)과 게이트 전극(18)의 전압 차가 임계치 이상인 단위 화소들에서 전자 방출부(20) 주위에 전계가 형성되고, 이로 인해 전자 방출부(20)로부터 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 집속 전극(24)의 제2 개구(241)를 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되고, 애노드 전극(30)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 단위 화소의 형광층(26)에 충돌한다. 이 충돌은 형광층(26)을 발 광시켜 임의의 화상을 구현하게 된다.

상술한 구동 과정에 있어서, 본 실시예의 발광 장치는 제1 기판(10)이 용이하게 냉각됨에 따라 제1 기판(10) 및 제2 기판(12) 사이의 온도차를 감소시킬 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.

본 발명의 실시예에 따른 발광 장치는, 제1 기판과 제2 기판 사이의 온도차를 최소화하여 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 스페이서의 높이 방향에 따른 균일한 온도 분포를 확보할 수 있다. 따라서 스페이서의 저항이 균일해지며 스페이서의 저항 변화로 인해 스페이서 주위의 전계가 왜곡되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이 전계가 왜곡되지 않으면 전자빔이 전자 방출부에 대응하는 형광층을 정확하게 발광시켜 정확한 색을 구현하고, 스페이서의 균일한 시인성을 확보함으로써 양질의 화상을 제공할 수 있다.

Claims (7)

1. 서로 대향 배치된 제1 기판 및 제2 기판;

   상기 제1 기판의 일면에 제공된 전자 방출 유닛; 및

   상기 제2 기판에 제공된 발광 유닛

   을 포함하고,

   상기 제1 기판의 타면에는 요철이 형성된 발광 장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 전자 방출 유닛은 캐소드 전극을 포함하고,

   상기 요철은, 상기 제1 기판 중 상기 캐소드 전극이 배열된 부위에 대응하는 영역과 상기 캐소드 전극이 비배열된 부위에 대응하는 영역에 대한 분포도가 상이한 발광 장치.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 요철은, 상기 제1 기판의 면에 변칙적(random)으로 형성된 발광 장치.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 요철의 평면 형상이 원형 또는 다각형인 발광 장치.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 기판에 방열핀(fin) 또는 방열판이 연결 설치된 발광 장치.
6. 제2 항에 있어서,

   상기 캐소드 전극 위에 형성된 게이트 전극을 더 포함하고, 상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극은 서로 절연된 발광 장치.
7. 제2 항에 있어서,

   상기 캐소드 전극 위에 형성된 게이트 전극 및 집속 전극을 더 포함하고, 상기 캐소드 전극, 상기 게이트 전극 및 상기 집속 전극은 서로 절연된 발광 장치.

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