KR20070056686A - 전자 방출 표시 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아킹에 의한 내부 구조물의 손상을 방지할 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 마련되는 전자 방출부들과, 제1 기판 위에 제공되어 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들과, 제2 기판의 일면에 서로 이웃하게 형성되는 형광층들 및 흑색층과, 형광층들과 흑색층의 어느 일면에 형성되는 애노드 전극과 애노드 전극과 전기적으로 연결되며 흑색층 형성 부위에서 제1 기판을 향해 돌출 형성되는 아킹 차단부를 포함한다.

기판, 전자방출부, 형광층, 흑색층, 애노드전극, 아킹차단부

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.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.

본 발명은 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아킹에 의한 내부 구조물의 손상을 방지할 수 있는 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 소자(electron emission element)는 전자원의 종류에 따라 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 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.

이 중 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 소자는 전자 방출부와 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극으로서 하나의 캐소드 전극과 하나의 게이트 전극을 구비하며, 전자 방출부의 구성 물질로 일 함수가 낮거나 종횡비가 큰 물질, 일례로 탄소 나노튜브와 흑연 및 다이아몬드상 카본과 같은 탄소계 물질을 사용하여 진공 중에서 전계에 의해 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한다.

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.

상기 전자 방출 표시 디바이스에서 제1 기판과 제2 기판은 밀봉 부재에 의해 가장자리가 일체로 접합된 후 내부 공간이 대략 10^-6 torr의 진공도로 배기되어 밀봉 부재와 함께 진공 용기를 구성한다.

이러한 전자 방출 표시 디바이스는 제1 기판에 제공된 전자 방출부로부터 전자들을 방출시키고, 애노드 전극에 고전압을 인가하여 상기 전자들을 제2 기판을 향해 가속시키며, 가속된 전자들로 형광층을 여기시키는 과정을 통해 소정의 표시 작용을 행한다.

그런데 상기한 전자 방출 표시 디바이스는 구동 과정에서 진공 용기 내부의 전하 차징이나 특정 부위의 전기장 집중 또는 불순 가스 등에 의해 아킹(arcing)이 발생할 수 있고, 이 경우 순간적으로 고전류가 발생하여 진공 용기 내부 구조물이 파손되는 문제가 발생한다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 아킹에 의한 진공 용기의 내부 구조물 손상을 억제할 수 있는 전자 방출 표시 디바이스를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판에 마련되는 전자 방출부들과, 제1 기판 위에 제공되어 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들과, 제2 기판의 일면에 서로 이웃하게 형성되는 형광층들 및 흑색층과, 형광층들과 흑색층의 어느 일면에 형성되는 애노드 전극과 애노드 전극과 전기적으로 연결되며 흑색층 형성 부위에서 제1 기판을 향해 돌출 형성되는 아킹 차단부를 포함하는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다.

상기 애노드 전극은 제1 기판을 향한 형광층들과 흑색층의 일면에 위치하는 금속막으로 이루어질 수 있고, 이때 아킹 차단부는 전도성 물질과 저항성 물질 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

다른 한편으로, 아킹 차단부는 흑색층 형성 부위에서 소정 높이로 형성되는 지지체와, 지지체를 덮으면서 상기 제2 기판 전체에 형성되는 금속막을 포함할 수 있고, 이때 지지체는 비전도성 물질로 형성되고, 금속막은 애노드 전극과 같은 물질로 형성될 수 있다.

또한, 애노드 전극이 제2 기판을 향한 형광층들과 흑색층의 일면에 형성되는 투명 도전막으로 이루어지고, 흑색층이 전도성 물질로 형성될 수 있다.

상기 아킹 차단부와 지지체는 10 내지 200㎛ 높이로 형성될 수 있다.

이하, 첨부된 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.

도 1과 도 2를 참고하면, 전자 방출 표시 디바이스는 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 대향 배치되는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 포함한다. 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 가장자리에는 밀봉 부재(도시하지 않음)가 배치되어 두 기판을 접합시키며, 내부 공간이 대략 10^-6 torr의 진공도로 배기되어 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 및 밀봉 부재가 진공 용기를 구성한다.

상기 제1 기판(2) 중 제2 기판(4)과의 대향면에는 전자 방출 소자들이 어레이를 이루며 배치되어 전자 방출 디바이스(100)를 구성하고, 전자 방출 디바이스 (100)가 제2 기판(4) 및 제2 기판(4)에 제공된 발광 유닛(110)과 결합되어 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.

먼저, 제1 기판(2) 위에는 제1 전극인 캐소드 전극들(6)이 제1 기판(2)의 일방향(도면의 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(6)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 제1 절연층(8)이 형성된다. 제1 절연층(8) 위에는 제2 전극인 게이트 전극들(10)이 캐소드 전극(6)과 직교하는 방향(도면의 x축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

상기에서 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 교차 영역이 하나의 단위 화소를 이루며, 캐소드 전극들(6) 위로 각 단위 화소마다 하나 이상의 전자 방출부(12)가 형성된다. 그리고 제1 절연층(8)과 게이트 전극(10)에는 각 전자 방출부(12)에 대응하는 개구부(81,101)가 형성되어 제1 기판(2) 상에 전자 방출부(12)가 노출되도록 한다.

전자 방출부(12)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어질 수 있다. 전자 방출부(12)는 일례로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C_60, 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질을 포함할 수 있으며, 전자 방출부(12)의 제조법으로는 스크린 인쇄, 직접 성장, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.

도면에서는 전자 방출부들(12)이 원형으로 형성되고, 각 단위 화소에서 캐소 드 전극(6)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열되는 구성을 도시하였다. 그러나 전자 방출부(12)의 평면 형상과 단위 화소당 개수 및 배열 형태 등은 도시한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.

또한 상기에서는 게이트 전극들(10)이 제1 절연층(8)을 사이에 두고 캐소드 전극들(6) 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 위치할 수 있다.

그리고 게이트 전극들(10)과 제1 절연층(8) 위로 제3 전극인 집속 전극(14)이 형성된다. 집속 전극(14) 하부에는 제2 절연층(16)이 위치하여 게이트 전극(10)과 집속 전극(14)을 절연시키며, 제2 절연층(16)과 집속 전극(14)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(161,141)가 마련된다.

집속 전극(14)은 전자 방출부(12)마다 이에 대응하는 하나의 개구부를 형성하여 각 전자 방출부(12)에서 방출되는 전자들을 개별적으로 집속하거나, 단위 화소 마다 하나의 개구부를 형성하여 하나의 단위 화소에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속할 수 있다. 도 1에서는 후자(後者)의 경우를 도시하였다.

다음으로, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 형광층(18), 일례로 적색과 녹색 및 청색의 형광층들(18R,18G,18B)이 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(18) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(20)이 형성된다. 형광층(18)은 제1 기판(2)에 설정되는 단위 화소에 한가지 색의 형광층(18R,18G,18B)이 대응하도록 형성된다.

형광층(18)과 흑색층(20) 위로는 알루미늄과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(22)이 형성된다. 애노드 전극(22)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받으며, 형광층(18)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(2)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(4) 측으로 반사시켜 휘도를 높이는 역할을 한다.

상기 애노드 전극(22) 위로 흑색층 형성 부위에 소정 높이의 아킹 차단부(24)가 형성된다. 아킹 차단부(24)는 전도성 물질로 이루어지거나 통상의 전도성 물질보다 큰 저항을 갖는 저항성 물질로 이루어지며, 애노드 전극(22)과 접촉하여 이와 전기적으로 연결된다. 아킹 차단부(24)는 제2 기판(4) 위에서 가장 큰 높이로 형성되어 제1 기판(2)과 가장 가까운 거리를 두고 위치한다.

상기 아킹 차단부(24)의 높이는 10㎛ 내지 200㎛ 범위에서 형성될 수 있다. 아킹 차단부(24)의 높이가 10㎛보다 작으면 형광층(18)의 높이와 비슷하거나 이보다 낮게 형성되므로 효율적인 아킹 차단이 어렵고, 200㎛보다 큰 경우에는 그 제조 공정이 어려워지는 문제가 발생한다.

상기 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에는 스페이서들(26)이 배치되어 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고, 두 기판의 간격을 일정하게 유지시킨다. 스페이서들(26)은 형광층(18)을 침범하지 않도록 흑색층(20)에 대응하여 위치한다.

상기 구성의 전자 방출 표시 디바이스는 외부로부터 캐소드 전극들(6), 게이트 전극들(10), 집속 전극(14) 및 애노드 전극(22)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다.

일례로 캐소드 전극들(6)과 게이트 전극들(10) 중 어느 한 전극들이 주사 구 동 전압을 인가받아 주사 전극들로 기능하고, 다른 한 전극들이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극들로 기능한다. 그리고 집속 전극(14)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 일례로 0V 또는 수 내지 수십 볼트의 음의 직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(22)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 일례로 수백 내지 수천 볼트의 양의 직류 전압을 인가받는다.

그러면 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)간 전압 차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(12) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 집속 전극(14)의 개구부(141)를 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되며, 애노드 전극(22)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 형광층(18)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.

전술한 구동 과정에 있어서, 진공 용기 내부에 아킹이 발생할 경우, 제2 기판(4)에서 제1 기판(2)을 향해 돌출 형성된 아킹 차단부(24)가 아킹을 흡수하여 제1 기판(2) 및 제2 기판(4)에 형성된 구조물들, 특히 고전압이 인가되는 애노드 전극(22)과 형광층들(18)을 보호한다.

또한, 진공 용기 내부에 아킹 발생시 순간적으로 발생하는 강한 대전류가 상기 전도성 물질로 이루어진 아킹 차단부(24)를 통해 외부로 빠져나가거나, 저항성 물질로 이루어진 아킹 차단부(24)에 의한 전압강하 효과로 대폭 감소하므로 형광층(18)과 애노드 전극(22)에 전달될 수 있는 손상을 최소화하는 효과가 있다.

이에 따라 아킹 차단부(24)가 진공 용기 내부 구조물의 손상을 억제하여 전자 방출 표시 디바이스에 보다 안정적인 구동 환경을 제공한다.

다음으로, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에서 아킹 차단부(24')는 애노드 전극(22) 위로 흑색층(20) 형성 부위에 소정 높이로 형성되는 지지체(28)와 상기 지지체(28)를 덮으면서 제2 기판(4) 전체에 형성되는 금속막(30)으로 이루어진다. 지지체(28)는 비전도성 물질로 이루어질 수 있고, 금속막(30)은 애노드 전극(22)과 동일한 알루미늄으로 형성될 수 있다.

지지체(28)는 대략 10 내지 200㎛의 높이로 형성되며, 금속막(30)은 형광층(18) 형성 부위에서 애노드 전극(22)과 접촉하여 이와 전기적으로 연결된다.

그리고 전자 방출 디바이스(200)와 제2 기판(4)에 제공되는 발광 유닛(210)은 전술한 제1 실시예에서 설명한 전자 방출 디바이스 및 발광 유닛의 구성과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

상기와 같은 본 발명의 제2 실시예는 비전도성 물질인 지지체(28)를 아킹 차단부(24')에 적용함으로써 아킹 차단부(24')의 재료 선택 폭을 절연 물질까지 확장하는 장점이 있다.

상기 아킹 차단부(24')의 제조 방법으로는, 먼저 제2 기판(4) 위에 흑색층(20)과 형광층(18)을 형성하고, 소성에 의해 분해되며 애노드 전극(22)이 평탄한 표면을 갖도록 하는 중간막(도시하지 않음)을 형성한 후, 그 위에 1차 알루미늄막을 증착하여 애노드 전극(22)을 형성하고, 이어서 제2 기판(4)을 소성하여 중간막을 제거하고, 상기 애노드 전극(22) 중 흑색층(20)이 형성된 부위에 지지체(28)를 배치하고, 상기 애노드 전극(22)과 지지체(28)를 덮도록 2차 알루미늄막을 증착하여 금속막(30)을 형성하는 단계들을 포함할 수 있다.

여기에서, 금속막(30)은 중간막이 애노드 전극의 미세 기공을 통해 증발되면서 애노드 전극(22)에 입힐 수 있는 손상을 보완하여, 애노드 전극(22)이 형광층(18) 위에서 탈락이나 벗겨짐이 없이 평탄한 표면을 형성하도록 한다. 그 결과 애노드 전극(22)의 반사 효율이 높아져 화면의 휘도를 향상시키는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.

도 4를 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에서 애노드 전극(22')은 금속막이 아닌 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 도전막으로 이루어진다. 이 경우 애노드 전극(22')은 제2 기판(4)을 향한 형광층(18)과 흑색층(20)의 일면에 위치하며, 소정의 패턴으로 구분되어 복수개로 형성될 수 있다.

상기 구조에서 아킹 차단부(24")는 흑색층(20') 위에 직접 형성되고, 흑색층(20')은 아킹 차단부(24")와 애노드 전극(22')을 통전시키기 위해 전도성 물질로 이루어진다. 따라서 아킹 차단부(24")는 흑색층(20')을 통해 애노드 전극(22')과 전기적으로 연결되어 아킹에 의해 발생하는 대전류를 외부로 인출시킨다.

그리고 전자 방출 디바이스(300)와 제2 기판(4)에 제공되는 발광 유닛(310) 중 형광층(18)은 전술한 제1 실시예에서 설명한 전자 방출 디바이스 및 형광층의 구성과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 구조에 더하여 제1 실시예에서 전술한 금속의 애노드 전극이 더 욱 형성될 수 있으며, 이 경우 투명한 애노드 전극과 금속 애노드 전극이 형광층과 흑색층의 양면에 형성된다.

상기에서는 전자 방출부가 진공 중에서 전계에 의해 전자를 방출하는 물질들로 이루어진 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이러한 FEA형에 한정되지 않고, 애노드 전극과 형광층을 구비하는 통상의 전자 방출 표시 디바이스, 일례로 표면 전도 에미션(SCE)형, 금속-절연층-금속(MIM)형 및 금속-절연층-반도체(MIS)형 등 다른 타입의 전자 방출 표시 디바이스에도 용이하게 적용될 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.

이와 같이 본 발명에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 흑색층 위에 아킹 차단부를 제1 기판과 가장 가깝도록 돌출 형성함으로써 아킹에 의한 진공 용기 내부 구조물 손상을 억제할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 보다 안정된 구동 환경을 제공하여 표시 특성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과;

   상기 제1 기판에 마련되는 전자 방출부들과;

   상기 제1 기판 위에 제공되어 상기 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들과;

   상기 제2 기판의 일면에 서로 이웃하게 형성되는 형광층들 및 흑색층과;

   상기 형광층들과 흑색층의 어느 일면에 형성되는 애노드 전극; 및

   상기 애노드 전극과 전기적으로 연결되며 상기 흑색층 형성 부위에서 상기 제1 기판을 향해 돌출 형성되는 아킹 차단부

   를 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
2. 제1항에 있어서,

   상기 애노드 전극이 상기 제1 기판을 향한 상기 형광층들과 흑색층의 일면에 위치하는 금속막으로 이루어지는 전자 방출 표시 디바이스.
3. 제2항에 있어서,

   상기 아킹 차단부가 전도성 물질과 저항성 물질 중 어느 하나로 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
4. 제2항에 있어서,

   상기 아킹 차단부가 상기 흑색층 형성 부위에서 소정 높이로 형성되는 지지체와, 지지체를 덮으면서 상기 제2 기판 전체에 형성되는 금속막을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
5. 제4항에 있어서,

   상기 지지체가 비전도성 물질로 형성되고, 상기 금속막이 상기 애노드 전극과 같은 물질로 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
6. 제1항에 있어서,

   상기 애노드 전극이 상기 제2 기판을 향한 상기 형광층들과 흑색층의 일면에 형성되는 투명 도전막으로 이루어지며,

   상기 흑색층이 전도성 물질로 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
7. 제1항에 있어서,

   상기 아킹 차단부가 10 내지 200㎛ 높이로 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
8. 제4항에 있어서,

   상기 지지체가 10 내지 200㎛ 높이로 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.

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