KR20070044580A - 스페이서 및 이를 구비한 전자 방출 표시 디바이스 - Google Patents

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KR20070044580A
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Abstract

본 발명은 스페이서 대전으로 인한 전자빔 왜곡과 표시 품질 저하를 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 기판에 제공되는 전자 방출부들과, 제1 기판에 제공되어 전자 방출부들의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들과, 제2 기판의 일면에 형성되는 형광층들과, 형광층들의 일면에 위치하는 애노드 전극과, 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하는 스페이서들을 포함한다. 이때 각각의 스페이서는 100 미만의 유전상수를 가지는 모체와, 모체의 적어도 일측 표면에 제공되며 3 이하의 2차 전자 방출계수를 가지는 코팅층으로 이루어진다.
전자방출부, 형광층, 구동전극, 애노드전극, 스페이서, 모체, 코팅층, 유전상수, 2차전자방출계수

Description

스페이서 및 이를 구비한 전자 방출 표시 디바이스 {SPACERS AND ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE WITH THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서를 구비한 전자 방출 표시 디바이스에서 발광 유닛의 발광 패턴을 나타낸 사진이다.
도 4는 비교예의 전자 방출 표시 디바이스에서 발광 유닛의 발광 패턴을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.
본 발명은 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치되어 두 기판의 간격을 일정하게 유지시키는 스페이서 들을 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.
상기 전자 방출 소자는 일 기판에 어레이를 이루며 배치되어 전자 방출 디바이스(electron emission device)를 구성하고, 전자 방출 디바이스는 형광층과 애노드 전극 등으로 이루어진 발광 유닛이 구비된 다른 기판과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스(electron emission display device)를 구성한다.
즉 통상의 전자 방출 디바이스는 전자 방출부와 더불어 주사 전극들과 구동 전극들로 기능하는 복수의 구동 전극들을 구비하여 전자 방출부와 구동 전극들의 작용으로 화소별 전자 방출의 온/오프와 전자 방출량을 제어한다. 그리고 전자 방출 표시 디바이스는 전자 방출부에서 방출된 전자들로 형광층을 여기시켜 소정의 발광 또는 표시 작용을 하게 된다.
상기한 전자 방출 표시 디바이스에서, 전자 방출부들과 구동 전극들이 제공되는 제1 기판과 발광 유닛이 제공되는 제2 기판은 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 제1 기판과 제2 기판 사이에 다수의 스페이서를 설치하여 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고, 두 기판의 간격을 일정하게 유지시키는 기술이 개발되었다. 이때 스페이서는 구동 전극들과 애노드 전극간 쇼트를 방지하기 위하여 주로 글래스 또는 세라믹과 같은 유전체로 제작되며, 형광층을 침범하지 않도록 흑색층에 대응하여 위치한다.
그런데 통상의 전자 방출 표시 디바이스는 집속 전극을 구비하는 경우에 있어서도 완벽한 전자빔 직진성을 확보하기 어렵기 때문에, 제1 기판의 전자 방출부에서 방출된 전자들이 해당 형광층이 위치하는 제2 기판을 향할 때 소정의 발산각을 가지고 퍼지며 진행하게 된다. 이러한 전자빔 퍼짐으로 인해 스페이서 표면에 전자가 충돌하게 되고, 전자가 충돌한 스페이서는 재료 특성(유전상수, 2차 전자 방출 계수 등)에 따라 그 표면이 양 또는 음의 전위로 대전된다.
대전된 스페이서는 스페이서 주위의 전기장을 변화시켜 전자빔 경로를 왜곡시킨다. 예컨대 양의 전위로 대전된 스페이서는 전자빔을 끌어당기고, 음의 전위로 대전된 스페이서는 전자빔을 밀어낸다. 이러한 전자빔 경로 왜곡은 스페이서 주위로 정확한 색 표현을 방해하며, 화면에 스페이서가 인지되는 표시 품질 저하를 유발한다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 스페이서 표면이 대전되지 않도록 하여 스페이서 대전으로 인한 전자빔 왜곡과 표시 품질 저하를 억제할 수 있는 스페이서 및 이를 구비한 전자 방출 표시 디바이스를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
진공 용기 내부에 설치되어 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하며 모체와 이 모체의 적어도 일측 표면에 구비되는 코팅층을 포함하는 스페이서에 있어서, 모체가 100 미만의 유전상수를 가지며, 코팅층이 3 이하의 2차 전자 방출계수를 가지는 스페이서를 제공한다.
상기 모체는 유리, 세라믹, 유리-세라믹 혼합체, 강화 유리 및 세라믹-강화 유리 혼합체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 코팅층은 산화구리, 카본, 산화티타늄, 산화바나듐, 산화크롬 및 폴리이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 모체의 측면에 형성될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판에 제공되는 전자 방출부들과, 제1 기판에 제공되어 전자 방출부들의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들과, 제2 기판의 일면에 형성되는 형광층들과, 형광층들의 일면에 위치하는 애노드 전극과, 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하는 스페이서들을 포함하며, 각각의 스페이서가 100 미만의 유전상수를 가지는 모체와, 모체의 적어도 일측 표면에 제공되며 3 이하의 2차 전자 방출계수를 가지는 코팅층을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1과 도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도와 부분 단면도로서, 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.
본 실시예에서 캐소드 전극(14)과 게이트 전극(18)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극(14) 위로 각 화소 영역마다 전자 방출부들(20)이 형성되고, 제1 절연층(16)과 게이트 전극(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 절연시킨다. 집속 전극(22)과 제2 절연층(24)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(221, 241)가 마련되는데, 이 개구부(221, 241)는 일례로 화소 영역마다 하나씩 구비되어 집속 전극(22)이 한 화소 영역에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속하도록 한다.
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. 그리고 형광층(26)과 흑색층(28) 위로 알루미늄(Al)과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(30)이 형성된다.
상기 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 ITO와 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 사용하는 구조도 가능하다.
상기 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 사이에는 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고 두 기판의 간격을 일정하게 유지시키는 스페이서들(32)이 배치된다. 스페이서들(32)은 형광층(26)을 침범하지 않도록 흑색층(28)에 대응하여 위치하며, 도면에서는 일례로 벽체형(wall-type) 스페이서를 도시하였다.
본 실시예에서 스페이서(32)는 100 미만의 유전상수를 가지는 모체(321)와, 3 이하의 2차 전자 방출계수를 가지는 코팅층(322)으로 이루어진다.
모체(321)는 스페이서 대전으로 인한 역전위를 감소시켜 이로 인한 전자빔 왜곡을 최소화하며, 아크 방전을 억제하여 표시 디바이스의 불량을 방지한다. 즉 모체(321)는 큰 유전상수를 가질수록 역전위 감소에 효과적이나, 이의 유전상수가 100 이상이면 아크 방전이 발생할 수 있으므로, 모체(321)의 유전상수는 100 미만이 바람직하다. 그리고 3 이하의 2차 전자 방출계수를 가지는 코팅층(322)은 모체(321) 측면에 제공되어 스페이서(32) 표면이 쉽게 대전되지 않도록 하는 역할을 한다.
모체(321)는 위의 조건을 만족하는 유리, 세라믹, 유리-세라믹 혼합체, 강화 유리, 세라믹-강화 유리 혼합체 등으로 이루어질 수 있다. 코팅층(322)은 모체(321)의 윗면과 아랫면을 제외한 측면 전체에 형성되며, 산화구리, 카본, 산화티타늄, 산화바나듐, 산화크롬 또는 폴리이미드로 이루어질 수 있다.
이러한 모체(321)와 코팅층(322)으로 이루어진 스페이서(32)는 전자빔 충돌시에도 그 표면이 쉽게 대전되지 않으며, 역전위에 의한 전자빔 왜곡을 최소화할 수 있다.
스페이서(32)는 도시한 벽체형 이외에 원 기둥형, 십자 기둥형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
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)간 전압 차가 임계치 이상인 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 형광층(26)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.
전술한 구동 과정 중에 집속 전극(22)의 작용에도 불구하고 전자빔 다발의 주변부로 발산하는 전자들이 존재하며, 이 전자들의 일부가 스페이서(32)에 충돌한다. 이때 본 실시예의 스페이서(32)는 전술한 모체(321)와 코팅층(322)의 재료 특성으로 인해 전자빔 충돌 시에도 그 표면이 쉽게 대전되지 않으며, 스페이서(32) 주위로 전자빔 왜곡을 유발하지 않는다.
도 3은 80의 유전상수를 가지는 모체와 산화크롬 코팅층으로 이루어진 스페이서를 장착한 실시예의 전자 방출 표시 디바이스에서 발광 유닛의 발광 패턴을 나타낸 사진이고, 도 4는 코팅층을 구비하지 않은 스페이서를 장착한 비교예의 전자 방출 표시 디바이스에서 발광 유닛의 발광 패턴을 나타낸 사진이다.
먼저 도 4를 참고하면, 스페이서가 설치된 사진 가운데 부분으로 전자빔 왜곡이 발생하여 스페이서가 설치된 부분이 어둡게 인지되는 것을 알 수 있다. 반면 도 3에서는 같은 위치에 스페이서가 설치되었으나, 전자빔 왜곡이 발생하지 않아 화면 상에 스페이서가 인지되지 않음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 다른 실시예인 표면 전도 에미션(SCE)형 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다. 스페이서(32) 및 제2 기판(12)에 제공되는 발광 유닛(110)의 구성은 전술한 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스와 동일하게 이루어지므로, 전자 방출 디바이스(101)의 구성에 대해서만 간략하게 설명한다.
도면을 참고하면, 제1 기판(34) 위에는 제1 전극들(36)과 제2 전극들(38)이 이격되어 위치하고, 제1 전극들(36)과 제2 전극들(38)에는 각 전극의 표면 일부를 덮으면서 서로 근접하게 위치하는 제1 도전 박막(40)과 제2 도전 박막(42)이 형성된다. 그리고 제1 도전 박막(40)과 제2 도전 박막(42) 사이에 이 도전 박막들과 연결되는 전자 방출부(44)가 형성되며, 전자 방출부(44)는 이 도전 박막들(40, 42)을 통해 제1 전극(36) 및 제2 전극(38)과 전기적으로 연결된다.
제1 전극(36)과 제2 전극(38)은 도전성을 갖는 다양한 재료가 사용 가능하며, 제1 도전 박막(40)과 제2 도전 박막(42)은 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 등의 도전성 재료를 이용한 미립자 박막으로 이루어진다. 전자 방출부(44)는 흑연형 탄소나 탄소화합물 등으로 형성하는 것이 바람직하며, 전술한 전계 방출 어레이(FEA)형에서와 마찬가지로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C60, 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질로 형성할 수 있다.
전술한 구조에서, 제1 전극(36)과 제2 전극(38)에 각각 전압을 인가하면, 제1 도전 박막(40)과 제2 도전 박막(42)을 통해 전자 방출부(44)의 표면과 수평한 방향으로 전류가 흐르면서 표면 전도형 전자 방출이 이루어지고, 방출된 전자들은 애노드 전극(30)에 인가된 고전압에 이끌려 제2 기판(12)으로 향하면서 대응하는 형광층(26)에 충돌하여 이를 발광시킨다.
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 전술한 모체와 코팅층으로 이루어진 스페이서를 구비함에 따라, 전자 방출부에서 방출된 전자들이 스페 이서 표면에 충돌하더라도 스페이서 표면이 대전되지 않아 스페이서 주위로 전기장 변화가 발생하지 않는다. 따라서 스페이서 주위로 정확한 색 구현이 가능해지고, 화면에 스페이서가 인지되는 현상을 방지하여 표시 품질을 높일 수 있다.

Claims (8)

  1. 진공 용기 내부에 설치되어 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하며, 모체와 이 모체의 적어도 일측 표면에 구비되는 코팅층을 포함하는 스페이서에 있어서,
    상기 모체가 100 미만의 유전상수를 가지며,
    상기 코팅층이 3 이하의 2차 전자 방출계수를 가지는 스페이서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모체가 유리, 세라믹, 유리-세라믹 혼합체, 강화 유리 및 세라믹-강화 유리 혼합체 중 어느 하나로 이루어지는 스페이서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층이 산화구리, 카본, 산화티타늄, 산화바나듐, 산화크롬 및 폴리이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지는 스페이서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층이 상기 모체의 측면에 제공되는 스페이서.
  5. 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과;
    상기 제1 기판에 제공되는 전자 방출부들과;
    상기 제1 기판에 제공되어 상기 전자 방출부들의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들과;
    상기 제2 기판의 일면에 형성되는 형광층들과;
    상기 형광층들의 일면에 위치하는 애노드 전극; 및
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하는 스페이서들을 포함하며,
    상기 각각의 스페이서가,
    100 미만의 유전상수를 가지는 모체와;
    상기 모체의 적어도 일측 표면에 제공되며 3 이하의 2차 전자 방출계수를 가지는 코팅층을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 모체가 유리, 세라믹, 유리-세라믹 혼합체, 강화 유리 및 세라믹-강화 유리 혼합체 중 어느 하나로 이루어지는 전자 방출 표시 디바이스.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 코팅층이 산화구리, 카본, 산화티타늄, 산화바나듐, 산화크롬 및 폴리이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지는 전자 방출 표시 디바이스.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 코팅층이 상기 모체의 측면에 제공되는 전자 방출 표시 디바이스.
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