KR20090023903A - 발광 장치 및 이 발광 장치를 광원으로 사용하는 표시 장치 - Google Patents

발광 장치 및 이 발광 장치를 광원으로 사용하는 표시 장치 Download PDF

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KR20090023903A
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Abstract

본 발명은 스페이서 주위의 전자빔 왜곡을 억제할 수 있는 발광 장치 및 이 발광 장치를 광원으로 사용하는 표시 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 발광 장치에서 스페이서는 유전체로 형성되는 스페이서 바디와, 제1 기판을 향한 스페이서 바디의 제1 영역 측면에 위치하며 제1 영역에 인가되는 전압 조건에서 0.8 내지 1의 최대 이차전자 방출계수를 가지는 제1 코팅층과, 제2 기판을 향한 스페이서 바디의 제2 영역 측면에 위치하며, 제2 영역에 인가되는 전압 조건에서 3 내지 16의 최대 이차전자 방출계수를 가지는 제2 코팅층을 포함한다.
Figure P1020070089017
스페이서, 코팅층, 전자방출소자, 캐소드전극, 게이트전극, 전자방출부, 애노드전극, 형광층

Description

발광 장치 및 이 발광 장치를 광원으로 사용하는 표시 장치 {LIGHT EMISSION DEVICE AND DISPLAY DEVICE USING THE LIGHT EMISSION DEVICE AS A LIGHT SOURCE}
본 발명은 발광 장치 및 이 발광 장치를 광원으로 사용하는 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광 장치의 진공 용기 내부에 설치되어 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하는 스페이서들에 관한 것이다.
외부에서 볼 때 광이 출사된다는 것을 인식할 수 있는 모든 장치를 발광 장치라 하면, 제1 기판에 복수의 전자 방출 소자들로 구성되는 전자 방출 유닛을 구비하고, 제2 기판에 애노드 전극과 형광층을 포함하는 발광 유닛을 구비한 발광 장치가 공지되어 있다. 이 발광 장치는 수광형 표시 패널을 구비하는 표시 장치에서 광원으로 사용될 수 있다.
전자 방출 소자로는 전계 방출 어레이(field emission array; FEA)형과 표면 전도 에미션(surface-conduction emission; SCE)형이 잘 알려져 있다.
전자 방출 소자들은 제2 기판을 향해 전자들을 방출시키고, 이 전자들이 형광층을 여기시켜 형광층으로부터 가시광이 방출되도록 한다. 이때 애노드 전극은 수 킬로볼트 이상의 고전압(애노드 전압)을 인가받아 상기 전자들을 형광층으로 가 속시킨다.
전술한 발광 장치에서 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 진공 용기는 그 내부에 스페이서들을 설치하여 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고, 제1 기판과 제2 기판의 간격을 일정하게 유지시키고 있다. 이때 스페이서는 제1 기판에 구비된 구동 전극들과 제2 기판에 구비된 애노드 전극이 스페이서를 통해 단락되지 않도록 주로 유리나 세라믹과 같은 유전체로 제작된다.
그런데 통상의 발광 장치는 그 작용시 전자 방출부에서 방출된 전자들이 제2 기판을 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 이차전자 방출계수 등)에 따라 그 표면이 양 또는 음의 전위로 대전된다.
대전된 스페이서는 스페이서 주위의 전기장을 변화시켜 전자빔 경로를 왜곡시킨다. 예컨대 양의 전위로 대전된 스페이서는 주위의 전자빔을 끌어당기고, 음의 전위로 대전된 스페이서는 주위의 전자빔을 밀어낸다. 이러한 전자빔 경로 왜곡은 스페이서 주위의 휘도 균일도를 저하시키며, 발광 장치 외부에서 스페이서 자리가 보이는 문제를 유발한다.
본 발명은 스페이서 표면이 전기적으로 중성을 띄도록 하여 스페이서 주위의 전자빔 왜곡을 억제할 수 있는 발광 장치 및 이 발광 장치를 광원으로 사용하는 표시 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치는 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판의 일면에 위치하며 복수의 전자 방출 소자들로 구성되는 전자 방출 유닛과, 제2 기판의 일면에 위치하며 애노드 전극과 형광층을 포함하는 발광 유닛과, 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하는 복수의 스페이서들을 포함한다. 각각의 스페이서는 유전체로 형성되는 스페이서 바디와, 제1 기판을 향한 스페이서 바디의 제1 영역 측면에 위치하며 제1 영역에 인가되는 전압 조건에서 0.8 내지 1의 최대 이차전자 방출계수를 가지는 제1 코팅층과, 제2 기판을 향한 스페이서 바디의 제2 영역 측면에 위치하며 제2 영역에 인가되는 전압 조건에서 3 내지 16의 최대 이차전자 방출계수를 가지는 제2 코팅층을 포함한다.
스페이서 바디는 발광 장치의 동작 전압 조건에서 높이 방향을 따라 이차전자 방출계수가 1을 초과하는 제3 영역과, 이차전자 방출계수가 1인 기준 위치(h1)와, 이차전자 방출계수가 1 미만인 제4 영역을 포함할수 있다. 제1 영역과 제2 영역은 기준 위치(h1)를 중심으로 분리되어 위치할 수 있으며, 제1 영역은 제3 영역과 일치하고, 제2 영역은 제4 영역과 일치할 수 있다.
제1 코팅층은 흑연, 다이아몬드상 탄소, 카본 나노튜브, Cr2O3 및 AlN으로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있다. 제2 코팅층은 MgO, BeO, BaO 및 Al2O3로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있다. 제1 코팅층과 제2 코팅층은 서로 접촉하여 스페이서 바디의 측면이 노출되지 않도록 할 수 있다.
전자 방출 소자는 캐소드 전극과, 캐소드 전극과 절연되며 캐소드 전극과 교차하는 게이트 전극과, 캐소드 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들을 포함할 수 있다. 전자 방출 유닛은 캐소드 전극 및 게이트 전극의 상부에 위치하는 집속 전극을 더욱 포함할 수 있다.
다른 한편으로, 전자 방출 소자는 제1 전극과, 제1 전극과 절연되며 제1 전극과 교차하는 제2 전극과, 제1 전극에 전기적으로 연결되는 제1 도전막과, 제2 전극에 전기적으로 연결되는 제2 도전막과, 제1 도전막과 제2 도전막 사이에 위치하는 전자 방출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 화상을 표시하는 표시 패널과, 표시 패널로 빛을 제공하는 발광 장치를 포함한다. 발광 장치는 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판의 일면에 위치하며 복수의 전자 방출 소자들로 구성되는 전자 방출 유닛과, 제2 기판의 일면에 위치하며 애노드 전극과 형광층을 포함하는 발광 유닛과, 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하는 스페이서들을 포함한다. 각각의 스페이서는 유전체로 형성되는 스페이서 바디와, 제1 기판을 향한 스페 이서 바디의 제1 영역 측면에 위치하며 제1 영역에 인가되는 전압 조건에서 0.8 내지 1의 최대 이차전자 방출계수를 가지는 제1 코팅층과, 제2 기판을 향한 스페이서 바디의 제2 영역 측면에 위치하며 제2 영역에 인가되는 전압 조건에서 3 내지 16의 최대 이차전자 방출계수를 가지는 제2 코팅층을 포함한다.
표시 패널이 제1 화소들을 형성할 때, 발광 장치는 제1 화소들보다 적은 개수의 제2 화소들을 형성할 수 있으며, 각각의 제2 화소는 대응하는 제1 화소들의 계조 중 최대 계조에 대응하여 독립적으로 발광할 수 있다. 표시 패널은 액정 표시 패널일 수 있다.
본 발명에 의한 발광 장치는 전자 방출부에서 방출된 전자들이 스페이서 표면에 충돌하더라도 스페이서의 표면 대전을 최소화하여 스페이서 주위의 전기장 변화를 억제시킨다. 따라서 본 발명에 의한 발광 장치는 스페이서 주위의 휘도 균일도를 높이고, 스페이서 주위로 정확한 색 표현을 가능하게 하며, 발광 장치의 외측에서 스페이서 자리가 보이지 않도록 할 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.
본 발명의 실시예에서, 발광 장치는 외부에서 볼 때 광이 출사된다는 것을 인식할 수 있는모든 장치를 포함한다. 따라서, 기호, 문자, 숫자 및 영상 등을 표시하여 정보를 전달하는 모든 디스플레이의 장치도 발광 장치에 포함된다. 또한, 발광 장치는 표시 장치에서 수광형 표시 패널에 광을 제공하는 광원으로도 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 장치의 부분 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 발광 장치의 유효 영역 내부를 나타낸 부분 분해 사시도이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 본 실시예의 발광 장치(100)는 소정의 간격을 두고 평행하게 대향 배치되는 제1 기판(12)과 제2 기판(14)을 포함한다. 제1 기판(12)과 제2 기판(14)의 가장자리에는 밀봉 부재(16)가 배치되어 두 기판(12, 14)을 접합시키며, 내부 공간이 대략 10-6 Torr의 진공도로 배기되어 제1 기판(12)과 제2 기판(14) 및 밀봉 부재(16)가 진공 용기를 구성한다.
제1 기판(12)과 제2 기판(14) 중 밀봉 부재(16)의 내측에 위치하는 영역은 실제 가시광 방출에 기여하는 유효 영역과, 유효 영역을 둘러싸는 비유효 영역으로 구분지을 수 있다. 제1 기판(12) 내면의 유효 영역에는 전자 방출을 위한 전자 방출 유닛(18)이 위치하고, 제2 기판(14) 내면의 유효 영역에는 가시광 방출을 위한 발광 유닛(20)이 위치한다.
발광 유닛(20)이 위치하는 제2 기판(14)이 발광 장치(100)의 전면 기판이 될 수 있으며, 전자 방출 유닛(18)이 위치하는 제1 기판(12)이 발광 장치(100)의 후면 기판이 될 수 있다.
전자 방출 유닛(18)은 전자 방출부(22)와, 전자 방출부(22)의 전자 방출량을 제어하는 구동 전극들(24, 26)을 포함한다. 구동 전극들은 제1 기판(12)의 일 방향(도 2에 표기한 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되는 캐소드 전극들(24)과, 절연층(28)을 사이에 두고 캐소드 전극들(24) 상부에서 캐소드 전극들(24)과 교차하는 방향(도 2에 표기한 x축 방향)을 따라 형성되는 게이트 전극들(26)을 포함한다.
캐소드 전극들(24)과 게이트 전극들(26)의 교차 영역마다 게이트 전극들(26)과 절연층(28)에 개구부(261, 281)가 형성되어 캐소드 전극(24)의 표면 일부를 노출시키고, 절연층 개구부(281) 내측으로 캐소드 전극들(24) 위에 전자 방출부(22)가 위치한다.
전자 방출부(22)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질을 포함할 수 있다. 전자 방출부(22)는 일례로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소, 훌러렌(C60), 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있다. 다른 한편으로, 전자 방출부는 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물로 이루어질 수 있다.
전술한 구조에서 하나의 캐소드 전극(24)과 하나의 게이트 전극(26) 및 캐소드 전극(24)과 게이트 전극(26)의 교차 영역에 위치하는 전자 방출부들(22)이 하나의 전자 방출 소자를 구성한다. 하나의 전자 방출 소자가 발광 장치(100)의 한 화 소 영역을 형성하거나, 두개 이상의 전자 방출 소자들이 모여 발광 장치(100)의 한 화소 영역을 형성한다.
다음으로, 발광 유닛(20)은 애노드 전극(30)과, 애노드 전극(30)의 일면에 위치하는 형광층(32)과, 형광층(32)을 덮는 반사막(34)을 포함한다.
애노드 전극(30)은 형광층(32)으로부터 방사되는 가시광을 투과시킬 수 있도록 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명한 도전 물질로 형성된다. 애노드 전극(30)은 전자빔을 끌어당기는 가속 전극으로서, 수천 볼트 이상의 양의 직류 전압(즉, 애노드 전압)을 인가받아 형광층(32)을 고전위 상태로 유지시킨다.
형광층(32)은 적색 형광체와 녹색 형광체 및 청색 형광체가 혼합되어 백색광을 방출하는 혼합 형광체로 형성될 수 있다. 형광층(32)은 제2 기판(14)의 유효 영역 전체에 위치하거나, 화소 영역마다 분리되어 위치할 수 있다. 도 1과 도 2에서는 형광층(32)이 제2 기판(14)의 유효 영역 전체에 위치하는 경우를 도시하였다.
반사막(34)은 수천 옴스트롱(Å)의 얇은 두께와 전자빔 통과를 위한 미세 홀들을 구비하는 알루미늄막으로 이루어질 수 있다. 반사막(34)은 형광층(32)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(12)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(14) 측으로 반사시켜 발광 장치(100)의 휘도를 높이는 역할을 한다. 한편, 애노드 전극(30)이 생략되고, 반사막(34)이 애노드 전압을 인가받아 애노드 전극으로 기능할 수 있다.
그리고 제1 기판(12)과 제2 기판(14) 사이에는 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고 제1 기판(12)과 제2 기판(14)의 간격을 일정하게 유지시키는 스페이서들(36)이 배치된다. 스페이서들(36)은 캐소드 전극(24)과 게이트 전극(26)의 교차 영역 외곽에 위치하며, 제1 기판(12) 및 제2 기판(14)의 두께 방향을 따라 소정의 높이를 가진다.
전술한 구조의 발광 장치(100)는 캐소드 전극(24)과 게이트 전극(26) 중 어느 한 전극에 주사 구동 전압을 인가하고, 다른 한 전극에 데이터 구동 전압을 인가하며, 애노드 전극(30)에 애노드 전압을 인가하여 구동한다.
그러면 캐소드 전극(24)과 게이트 전극(26)의 전압 차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(22) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 애노드 전극(30)에 인가된 애노드 전압에 이끌려 대응하는 형광층(32) 부위에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.
이 과정에서 발광 유닛(20)은 전자 방출 유닛(18)에 대해 애노드 전압의 크기에 상응하는 수 내지 수십 킬로볼트의 전압 차이를 가진다. 이로써 제1 기판(12)과 제2 기판(14) 사이의 진공 영역에는 전자 방출 유닛(18)으로부터 발광 유닛(20)을 향해 전압이 점진적으로 상승하는 전압 구배가 발생한다. 또한, 전자 방출부(22)로부터 방출되는 전자들은 제2 기판(14)을 향해 퍼지며 진행하고, 그 결과 전자들의 일부가 스페이서(36) 표면에 충돌하게 된다.
본 실시예의 스페이서(36)는 아래와 같은 구성을 통해 전술한 발광 장치(100)의 구동 환경 아래에서 그 표면이 전기적으로 중성을 띄도록 하여 스페이서(36)의 대전에 의한 전자빔 왜곡을 최소화한다.
본 실시예에서 스페이서(36)는 유전체로 이루어지는 스페이서 바디(361)와, 제1 기판(12)을 향한 스페이서 바디(361)의 하부 영역 측면에 위치하는 제1 코팅 층(362)과, 제2 기판(14)을 향한 스페이서 바디(361)의 상부 영역 측면에 위치하는 제2 코팅층(363)으로 이루어진다.
스페이서 바디(361)는 유리, 강화유리, 세라믹 또는 유리-세라믹 혼합체와 같은 유전체로 제작되며, 기둥형이나 막대형 등 다양한 모양으로 이루어질 수 있다. 도 2에서는 일례로 스페이서(36)가 사각 기둥형으로 형성된 경우를 도시하였다.
제1 코팅층(362)은 스페이서(36)의 하부 영역에 인가되는 전압 조건에서 0.8 내지 1의 최대 이차전자 방출계수를 나타내고, 제2 코팅층(363)은 스페이서(36)의 상부 영역에 인가되는 전압 조건에서 3 내지 16의 최대 이차전자 방출계수를 나타낸다.
제1 코팅층(362)과 제2 코팅층(363)은 서로 다른 도판트(dopant)를 가지는 벌크(bulk) 재료로 이루어질 수 있다. 일례로 제1 코팅층(362)은 흑연, 다이아몬드상 탄소, 카본 나노튜브, Cr2O3 및 AlN으로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있으며, 제2 코팅층(363)은 MgO, BeO, BaO 및 Al2O3로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있다.
제1 코팅층(362)은 그 상단이 제2 코팅층(363)의 하단과 접촉하여 스페이서 바디(361)의 측면이 진공 영역으로 노출되지 않도록 한다. 제1 코팅층(362)과 제2 코팅층(363)은 각자의 이차전자 방출계수 특성에 의해 전술한 구동 환경에서 스페이서 바디(361)의 표면에 대전되는 양 또는 음의 전위와 상호 작용을 이루어 이들 전위를 감소시키는 역할을 한다.
도 3은 입사 에너지에 대한 스페이서 바디의 이차전자 방출계수 특성을 나타낸 그래프이고, 도 4는 제1 기판과 제2 기판 및 스페이서 바디를 도시한 개략도이다.
도 3의 그래프에서 가로축에 표시한 입사 에너지는 스페이서(36)의 높이 방향에 따른 진공 영역의 전압 구배를 나타낸다. V0는 0V를 나타내고, Va는 애노드 전극(30)에 인가되는 애노드 전압을 나타낸다.
도 4에서 h0는 제1 기판(12)을 향한 스페이서 바디(361)의 하단부 위치를 나타내고, h1은 스페이서 바디(361)의 상부 영역과 하부 영역의 경계가 되는 기준 위치를 나타내며, h2는 제2 기판(14)을 향한 스페이서 바디(361)의 상단부 위치를 나타낸다.
도 3과 도 4를 참고하면, 통상의 유전체로 이루어진 스페이서 바디(361)에서는 입사 에너지의 크기에 따라 이차전자 방출계수가 1 이상인 영역과 이차전자 방출계수가 1 이하인 영역으로 분리된다. 이때 스페이서 바디(361)의 이차전자 방출계수가 1일 때의 전압을 V1이라 하면, h1은 스페이서 바디(361)의 높이 방향을 따라 V1의 전압이 발생하는 위치로 설정된다.
이차전자 방출계수가 1을 초과하면 그 표면은 양의 전위로 대전되고, 이차전자 방출계수가 1 미만이면 그 표면은 음의 전위로 대전된다. 따라서 이차전자 방출 계수가 1을 초과하는 h0과 h1 사이의 영역, 즉 스페이서 바디(361)의 하부 영역에서는 그 표면이 양의 전위로 대전되고, 이차전자 방출계수가 1 미만인 h1과 h2 사이의 영역, 즉 스페이서 바디(361)의 상부 영역에서는 그 표면이 음의 전위로 대전된다.
특히, 발광 장치(100) 구동시 스페이서(36)의 하부 영역은 전자빔 충돌이 적어 대전되는 전하량이 크지 않지만, 스페이서(36)의 상부 영역은 많은 수의 전자들이 충돌하게 되므로 대전되는 전하량이 커지게 된다. 따라서 스페이서(36) 상부 영역의 대전을 억제하는 것이 보다 중요하다.
도 5는 입사 에너지에 대한 제1 코팅층과 제2 코팅층의 이차전자 방출계수 특성을 나타낸 그래프이다. 도 5의 그래프에서 가로축에 표기한 입사 에너지는 스페이서(36)의 높이 방향에 따른 진공 영역의 전압 구배를 나타낸다.
도 5를 참고하면, 제1 코팅층(362)과 제2 코팅층(363)은 입사 에너지가 증가할수록 이차전자 방출계수가 급격히 상승 후 완만하게 하강하는 변화를 보인다. 제1 코팅층(362)은 입사 에너지 전체 영역에서 이차전자 방출계수가 1보다 작은 값을 나타내며, 제2 코팅층(363)은 입사 에너지 전체 영역에서 이차전자 방출계수가 1보다 큰 값을 나타낸다.
특히 제1 코팅층(362)은 V0~V1의 전압 조건에서 0.8 내지 1의 최대 이차전자 방출계수를 가지며, 음의 대전을 유발하여 스페이서 바디(361)의 하부 영역에서 발생하는 양의 대전을 상쇄시킨다. 제2 코팅층(363)은 V1~Va의 전압 조건에서 3 내지 16의 최대 이차전자 방출계수를 가지며, 양의 대전을 유발하여 스페이서 바디(361) 의 상부 영역에서 발생하는 음의 대전을 상쇄시킨다.
제1 코팅층(362)의 최대 이차전자 방출계수가 1을 초과하면 제1 코팅층(362)에 의한 대전 방지 효과가 미비해지고, 제2 코팅층(363)의 최대 이차전자 방출계수가 3보다 작으면 역시 제2 코팅층(363)에 의한 대전 방지 효과가 미비해진다. 제2 코팅층(363)의 최대 이차전자 방출계수가 16보다 크면 오히려 스페이서 바디(361)의 상부 영역이 양의 전위로 대전될 가능성이 커진다.
도 6은 스페이서 바디에 대한 제1 코팅층과 제2 코팅층의 상대 이차전자 방출계수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6을 참고하면, 발광 장치(100)의 동작 전압 조건에서 스페이서(36)는 그 높이 방향을 따라 하부 영역의 일부를 제외하고 스페이서 바디(361)에 대한 제1 코팅층(362) 및 제2 코팅층(363)의 상대 이차전자 방출계수가 1에 근접하는 결과를 나타낸다.
즉, V0~V1의 전압 조건을 나타내는 하부 영역 중 상부 영역을 향한 일부에서 스페이서 바디(361)에 대한 제1 코팅층(362)의 상대 이차전자 방출계수가 1에 근접하고, V1~Va의 전압 조건을 나타내는 상부 영역 전체에서 스페이서 바디(361)에 대한 제2 코팅층(363)의 상대 이차전자 방출계수가 1에 근접하는 것을 알 수 있다.
따라서 본 실시예의 스페이서(36)는 실제 많은 양의 전자들이 충돌하는 하부 영역의 상부와 상부 영역 전체에서 전술한 제1 코팅층(362)과 제2 코팅층(363)에 의해 그 표면이 전기적으로 중성을 띄며, 스페이서(36) 주위를 진행하는 전자빔 경 로에 영향을 미치지 않는다. 그 결과, 본 실시예의 발광 장치(100)는 스페이서(36) 주위의 휘도 균일도를 향상시키며, 발광 장치(100) 외측에서 스페이서(36) 자리가 보이지 않도록 할 수 있다.
전술한 구성의 발광 장치(100)는 수광형 표시 패널에 백색광을 제공하는 광원으로 사용될 수 있다. 상기 발광 장치(100)에서 제1 기판(12)과 제2 기판(14)은 5 내지 20mm의 비교적 큰 간격을 두고 위치할 수 있다. 제1 기판(12)과 제2 기판(14)의 간격 확대를 통해 진공 용기 내부의 아크 방전을 줄일 수 있고, 애노드 전극(30)에 10kV 이상, 바람직하게 10 내지 15kV의 고전압을 인가할 수 있다.
도 7은 도 1에 도시한 발광 장치를 광원으로 사용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시한 표시 패널의 부분 단면도이다.
도 7을 참고하면, 본 실시예의 표시 장치(200)는 발광 장치(100)와, 발광 장치(100)의 전방에 위치하는 표시 패널(40)을 포함한다. 발광 장치(100)와 표시 패널(40) 사이에는 발광 장치(100)에서 출사된 빛을 고르게 확산시키는 확산판(42)이 위치할 수 있다. 확산판(42)과 발광 장치(100)는 소정의 거리를 두고 떨어져 위치한다.
표시 패널(40)은 액정 표시 패널 또는 다른 수광형 표시 패널로 이루어진다. 아래에서는 표시 패널(40)이 액정 표시 패널인 경우에 대해 설명한다.
도 8을 참고하면, 표시 패널(40)은 다수의 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)(44)와 다수의 화소 전극들(46)이 형성된 하부 기판(48)과, 컬러 필터층(50)과 공통 전극(52)이 형성된 상부 기판(54)과, 상부 기판(54)과 하부 기판(48) 사이에 주입되는 액정층(56)을 포함한다. 상부 기판(54)의 윗면과 하부 기판(48)의 아랫면에는 편광판(58, 60)이 부착되어 표시 패널(40)을 통과하는 빛을 편광시킨다.
화소 전극들(46)은 부화소마다 하나씩 위치하며, 박막 트랜지스터(44)에 의해 구동이 제어된다. 화소 전극들(46)과 공통 전극(52)은 투명한 도전 물질로 형성된다. 컬러 필터층(50)은 부화소별로 하나씩 위치하는 적색 필터층과 녹색 필터층 및 청색 필터층을 포함한다.
특정 부화소의 TFT(44)가 턴 온되면, 화소 전극(46)과 공통 전극(52) 사이에 전계가 형성되고, 이 전계에 의해 액정 분자들이 배열각이 변화하며, 변화된 배열각에 따라 광 투과도가 변화한다. 표시 패널(40)은 이러한 과정을 통해 화소별 휘도와 발광색을 제어할 수 있다.
도 7에서 인용부호 62는 각 TFT의 게이트 전극에 게이트 구동 신호를 전송하는 게이트 회로보드 어셈블리를 나타내고, 인용부호 64는 각 TFT의 소스 전극에 데이터 구동 신호를 전송하는 데이터 회로보드 어셈블리를 나타낸다.
도 7을 참고하면, 발광 장치(100)는 표시 패널(40)보다 적은 수의 화소들을 형성하여 발광 장치(100)의 한 화소가 2개 이상의 표시 패널(40) 화소들에 대응하도록 한다. 발광 장치(100)의 각 화소는 이에 대응하는 복수개의 표시 패널(40) 화소들 중 가장 높은 계조에 대응하여 발광할 수 있으며, 2 내지 8 비트의 계조를 표현할 수 있다.
편의상 표시 패널(40)의 화소를 제1 화소라 하고, 발광 장치(100)의 화소를 제2 화소라 하며, 하나의 제2 화소에 대응하는 제1 화소들을 제1 화소군이라 명칭한다.
발광 장치(100)의 구동 과정은, ①표시 패널(40)을 제어하는 신호 제어부(도시하지 않음)가 제1 화소군의 제1 화소들 중 가장 높은 계조를 검출하고, ②검출된 계조에 따라 제2 화소 발광에 필요한 계조를 산출하여 이를 디지털 데이터로 변환하고, ③디지털 데이터를 이용하여 발광 장치(100)의 구동 신호를 생성하며, ④생성된 구동 신호를 발광 장치(100)의 구동 전극들에 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
발광 장치(100)의 구동 신호는 주사 구동 신호와 데이터 구동 신호로 이루어진다. 전술한 캐소드 전극과 게이트 전극 중 어느 한 전극(일례로 게이트 전극)이 주사 구동 신호를 인가받고, 다른 한 전극(일례로 캐소드 전극)이 데이터 구동 신호를 인가받는다.
발광 장치(100)의 구동을 위한 주사 회로보드 어셈블리와 데이터 회로보드 어셈블리는 발광 장치(100)의 뒷면에 위치할 수 있다. 도 7에서 인용부호 66이 캐소드 전극과 데이터 회로보드 어셈블리를 연결하는 제1 접속 부재를 나타내고, 인용부호 68이 게이트 전극과 주사 회로보드 어셈블리를 연결하는 제2 접속 부재를 나타낸다. 그리고 인용부호 70이 애노드 전극에 애노드 전압을 인가하는 제3 접속 부재를 나타낸다.
이와 같이 발광 장치(100)의 제2 화소는 대응하는 제1 화소군에 영상이 표시 될 때 제1 화소군에 동기되어 소정의 계조로 발광한다. 즉, 발광 장치(100)는 표시 패널(40)이 구현하는 화면 가운데 밝은 영역에는 높은 휘도의 빛을 제공하고, 어두운 영역에는 낮은 휘도의 빛을 제공한다. 따라서 본 실시예의 표시 장치(200)는 화면의 콘트라스트 비를 높이고, 보다 선명한 화질을 구현할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 장치의 유효 영역 내부를 도시한 부분 분해 사시도이다. 전술한 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 인용 부호를 사용한다.
도 9를 참고하면, 본 실시예의 발광 장치(102)에서 전자 방출 유닛(181)은 게이트 전극들(26) 상부에 위치하는 집속 전극(72)을 더욱 포함한다. 캐소드 전극(24)과 게이트 전극(26) 사이에 위치하는 절연층(28)을 제1 절연층이라 하면, 게이트 전극들(26)과 집속 전극(72) 사이에 제2 절연층(74)이 위치한다.
제2 절연층(74)과 집속 전극(72) 또한 전자빔 통과를 위한 개구부(741, 721)를 형성한다. 집속 전극(72)은 접지 전압 또는 수 내지 수십 볼트의 음의 직류 전압을 인가받아 집속 전극 개구부(721)를 통과하는 전자들을 집속시킨다.
캐소드 전극(24)과 게이트 전극(26)의 교차 영역의 크기는 전술한 제1 실시예의 경우보다 작을 수 있으며, 각 교차 영역에 위치하는 전자 방출부(22)의 개수 또한 전술한 제1 실시예의 경우보다 적을 수 있다.
발광 유닛(201)은 서로간 거리를 두고 위치하는 적색 형광층(32R)과 녹색 형광층(32G) 및 청색 형광층(32B)을 포함하며, 각 형광층(321) 사이에 흑색층(76)이 위치한다.
캐소드 전극(24)과 게이트 전극(26)의 교차 영역이 하나의 부화소에 대응할 수 있으며, 적색 형광층(32R)과 녹색 형광층(32G) 및 청색 형광층(32B) 각각이 하나의 부화소에 대응하여 위치한다. 적색 형광층(32R)과 녹색 형광층(32G) 및 청색 형광층(32B)이 나란히 위치하는 3개의 부화소가 모여 하나의 화소를 구성한다.
캐소드 전극(24)과 게이트 전극(26)에 인가되는 구동 전압에 의해 부화소별로 전자 방출부(22)의 전자 방출량이 결정되고, 이 전자들이 대응하는 부화소의 형광층(321)에 충돌하여 형광층(321)을 여기시킨다. 발광 장치(102)는 이러한 과정을 통해 화소별 휘도와 발광색을 제어하여 칼라 화면을 구현할 수 있다.
스페이서(36')는 전술한 제1 실시예와 같은 구성, 즉 스페이서 바디(361)와 제1 코팅층(362) 및 제2 코팅층(363)으로 구성되며, 발광 장치(102) 작용시 표면의 전하 차징을 최소화하여 스페이서(36') 주위의 전자빔 경로를 왜곡시키지 않는다. 도 9에서는 일례로 스페이서(36')가 막대형으로 이루어진 경우를 도시하였다.
한편, 상기에서는 전자 방출 유닛(18, 181)이 전계 방출 어레이(Field Emission Array; FEA)형인 경우에 대해 설명하였으나, 전자 방출 유닛은 표면-전도 에미션(Surface-Conduction Emission; SCE)형으로 이루어질 수 있다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 장치의 부분 단면도이고, 도 11은 도 10에 도시한 발광 장치 중 전자 방출 유닛의 부분 평면도이다.
도 10과 도 11을 참고하면, 본 실시예의 발광 장치(104)는 전자 방출 유닛(182)이 표면-전도 에미션형인 것을 제외하고 전술한 제1 실시예 또는 제2 실시예의 발광 장치와 동일한 구성으로 이루어진다. 도 10에서는 일례로 제1 실시예와 같은 구성의 발광 유닛과 스페이서를 도시하였으며, 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 인용 부호를 사용한다.
전자 방출 유닛(182)은 제1 기판(12)의 일 방향을 따라 위치하는 제1 전극들(78)과, 제1 전극들(78)과 직교하는 방향을 따라 위치하며 제1 전극들(78)과 절연을 유지하는 제2 전극들(80)과, 각각의 제1 전극(78)과 전기적으로 연결되는 제1 도전막들(82)과, 각각의 제2 전극(80)과 전기적으로 연결되며 제1 도전막(82)과 거리를 두고 위치하는 제2 도전막들(84)과, 제1 도전막들(82)과 제2 도전막들(84) 사이에 위치하는 전자 방출부들(86)을 포함한다.
전자 방출부(86)는 탄소계 물질을 포함하는 소정의 층으로 이루어질 수 있다. 이 경우 전자 방출부(86)는 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드상 탄소, 훌러렌(C60) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있다. 다른 한편으로, 전자 방출부는 제1 도전막(82)과 제2 도전막(84) 사이에 위치하는 미세 크랙으로 존재할 수 있다.
전술한 구조에서 하나의 제1 전극(78), 하나의 제2 전극(80), 하나의 제1 도전막(82), 하나의 제2 도전막(84) 및 하나의 전자 방출부(86)가 하나의 전자 방출 소자를 구성한다. 그리고 하나의 전자 방출 소자 또는 두개 이상의 전자 방출 소자들이 모여 발광 장치(104)의 한 화소 영역을 형성한다.
제1 전극(78)과 제2 전극(80)에 구동 전압을 인가하면, 제1 도전막(82)과 제2 도전막(84)을 통해 전자 방출부(86)의 표면과 수평한 방향으로 전류가 흐르면서 전자 방출부(86)로부터 표면 전도형 전자 방출이 이루어진다.
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.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 장치의 부분 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 발광 장치의 유효 영역 내부를 나타낸 부분 분해 사시도이다.
도 3은 입사 에너지에 대한 스페이서 바디의 이차전자 방출계수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 제1 기판과 제2 기판 및 스페이서 바디를 도시한 개략도이다.
도 5는 입사 에너지에 대한 제1 코팅층과 제2 코팅층의 이차전자 방출계수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 스페이서 바디에 대한 제1 코팅층과 제2 코팅층의 상대 이차전자 방출계수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 1에 도시한 발광 장치를 광원으로 사용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시한 표시 패널의 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 장치의 유효 영역 내부를 도시한 부분 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 장치의 부분 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시한 발광 장치 중 전자 방출 유닛의 부분 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명>
100, 102, 104: 발광 장치 200: 표시 장치
18, 181, 182: 전자 방출 유닛 20, 201: 발광 장치
22: 전자 방출부 24: 캐소드 전극
26: 게이트 전극 30: 애노드 전극
32: 형광층 34: 반사막
36: 스페이서 361: 스페이서 바디
362: 제1 코팅층 363: 제2 코팅층
40: 표시 패널 42: 확산판

Claims (17)

  1. 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판;
    상기 제1 기판의 일면에 위치하며 복수의 전자 방출 소자들로 구성되는 전자 방출 유닛;
    상기 제2 기판의 일면에 위치하며 애노드 전극과 형광층을 포함하는 발광 유닛; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 복수의 스페이서들
    을 포함하고,
    상기 각각의 스페이서가,
    유전체로 형성되는 스페이서 바디;
    상기 제1 기판을 향한 상기 스페이서 바디의 제1 영역 측면에 위치하며, 상기 제1 영역에 인가되는 전압 조건에서 0.8 내지 1의 최대 이차전자 방출계수를 가지는 제1 코팅층; 및
    상기 제2 기판을 향한 상기 스페이서 바디의 제2 영역 측면에 위치하며, 상기 제2 영역에 인가되는 전압 조건에서 3 내지 16의 최대 이차전자 방출계수를 가지는 제2 코팅층
    을 포함하는 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서 바디는 상기 발광 장치의 동작 전압 조건에서 높이 방향을 따라 이차전자 방출계수가 1을 초과하는 제3 영역과, 이차전자 방출계수가 1인 기준 위치(h1)와, 이차전자 방출계수가 1 미만인 제4 영역을 포함하는 발광 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 상기 기준 위치(h1)를 중심으로 분리되어 위치하는 발광 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 영역이 상기 제3 영역과 일치하고, 상기 제2 영역이 상기 제4 영역과 일치하는 발광 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코팅층이 흑연, 다이아몬드상 탄소, 카본 나노튜브, Cr2O3 및 AlN으로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 발광 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 코팅층이 MgO, BeO, BaO 및 Al2O3로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 발광 장치.
  7. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1 코팅층과 상기 제2 코팅층이 서로 접촉하여 상기 스페이서 바디의 측면이 노출되지 않도록 하는 발광 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전자 방출 소자가 캐소드 전극과, 상기 캐소드 전극과 절연되며 상기 캐소드 전극과 교차하는 게이트 전극과, 상기 캐소드 전극에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들을 포함하는 발광 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전자 방출 유닛이 상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극 상부에 위치하는 집속 전극을 더욱 포함하는 발광 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전자 방출 소자가 제1 전극과, 상기 제1 전극과 절연되며 상기 제1 전극과 교차하는 제2 전극과, 상기 제1 전극에 전기적으로 연결되는 제1 도전막과, 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되는 제2 도전막과, 상기 제1 도전막과 상기 제2 도전막 사이에 위치하는 전자 방출부를 포함하는 발광 장치.
  11. 화상을 표시하는 표시 패널; 및
    상기 표시 패널로 빛을 제공하는 발광 장치
    를 포함하고,
    상기 발광 장치가,
    서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판;
    상기 제1 기판의 일면에 위치하며 복수의 전자 방출 소자들로 구성되는 전자 방출 유닛;
    상기 제2 기판의 일면에 위치하며 애노드 전극과 형광층을 포함하는 발광 유닛; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하며, 유전체로 형성되는 스페이서 바디와, 상기 제1 기판을 향한 상기 스페이서 바디의 제1 영역 측면에 위치하면서 상기 제1 영역에 인가되는 전압 조건에서 0.8 내지 1의 최대 이차전자 방출계수를 가지는 제1 코팅층과, 상기 제2 기판을 향한 상기 스페이서 바디의 제2 영역 측면에 위치하면서 상기 제2 영역에 인가되는 전압 조건에서 3 내지 16의 최대 이차전자 방출계수를 가지는 제2 코팅층을 구비하는 복수의 스페이서들
    을 포함하는 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스페이서 바디는 상기 발광 장치의 동작 전압 조건에서 높이 방향을 따라 이차전자 방출계수가 1을 초과하는 제3 영역과, 이차전자 방출계수가 1인 기준 위치(h1)와, 이차전자 방출계수가 1 미만인 제4 영역을 포함하는 표시 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 영역이 상기 제3 영역과 일치하고, 상기 제2 영역이 상기 제4 영역과 일치하는 표시 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 코팅층이 흑연, 다이아몬드상 탄소, 카본 나노튜브, Cr2O3 및 AlN으로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 표시 장치.
  15. 제11항 또는 제14항에 있어서,
    상기 제2 코팅층이 MgO, BeO, BaO 및 Al2O3로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 표시 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 표시 패널이 제1 화소들을 형성하고, 상기 발광 장치가 상기 제1 화소들보다 적은 개수의 제2 화소들을 형성하며, 상기 각각의 제2 화소가 대응하는 제1 화소들의 계조 중 최대 계조에 대응하여 독립적으로 발광하는 표시 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 표시 패널이 액정 표시 패널인 표시 장치.
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