KR20070078930A - 전자 방출 디바이스와 이를 이용한 전자 방출 표시디바이스 - Google Patents

전자 방출 디바이스와 이를 이용한 전자 방출 표시디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진공 용기 제작 후에도 게터를 수시로 활성화하여 진공도 저하를 억제할 수 있는 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전자 방출 디바이스는 진공 용기를 구성하는 한 쌍의 기판과, 한 쌍의 기판 중 어느 일 기판 위에 형성되는 전자 방출부들과, 상기 일 기판에 제공되어 전자 방출부의 전자 방출을 제어하며 그 단부가 진공 용기 외부로 연장되는 구동 전극들과, 진공 용기 내측으로 구동 전극들에 부착되어 구동 전극으로부터 활성화에 필요한 전압을 인가받는 게터를 포함한다.
게터, 전자방출부, 구동전극, 주사전극, 데이터전극, 형광층, 애노드전극

Description

전자 방출 디바이스와 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스 {ELECTRON EMISSION DEVICE AND ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 절개 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 전도 에미션(SCE)형 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.
본 발명은 전자 방출 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 게터의 장착 위치를 변경하여 진공 용기 제작 후 게터를 수시로 재활성화할 수 있는 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 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.
전자 방출 소자는 진공 용기를 구성하는 제1 기판과 제2 기판 중 어느 일 기판 위에 어레이를 이루며 배치되어 전자 방출 디바이스를 구성하고, 전자 방출 디바이스는 다른 일 기판에 구비된 발광 유닛과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.
전자 방출 디바이스는 전자 방출부들과 스캔 및 데이터 전극들로 기능하는 복수의 구동 전극들을 구비하여 화소 단위로 의도한 양의 전자들을 방출시키고, 전자 방출 표시 디바이스는 전자 방출부에서 방출된 전자들로 형광층을 여기시켜 소정의 발광 또는 표시 작용을 하게 된다.
상기 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 그 내부를 고진공 상태로 유지할 때 전자 방출부의 에미션 특성과 수명 특성을 우수하게 확보할 수 있다.
따라서 전자 방출 표시 디바이스는 제1 기판과 제2 기판 중 어느 한 기판의 내측 또는 어느 한 기판에 부착된 챔버 내부에 게터를 장착하고 있으며, 제작시 배기 과정과 밀봉 과정이 완료된 후 게터를 활성화화여 진공 용기 내부의 잔류 가스를 흡착 및 제거하여 진공도를 높이고 있다.
한편, 진공 용기 제작 후 진공 영역과 마주하는 내부 구조물에서는 지속적으로 아웃개싱(outgassing)이 일어나므로 제품 완성 후 이를 사용하는 과정에서 진공도 저하가 발생한다.
그런데 종래의 게터는 진공 용기 제작시 한번 활성화된 이후 재사용되지 않음에 따라, 사용 과정에서 발생하는 진공도 저하를 예방할 수 없다. 그 결과 종래의 전자 방출 표시 디바이스는 사용 시간이 늘어날수록 진공도가 저하되어 에미션 효율이 떨어지고, 전자 방출부의 수명이 단축되는 문제를 안고 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 진공 용기 제작 후 게터를 수시로 재활성화하여 진공도 저하를 예방할 수 있는 전자 방출 디바이스 및 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
진공 용기를 구성하는 한 쌍의 기판과, 한 쌍의 기판 중 어느 일 기판 위에 형성되는 전자 방출부들과, 일 기판에 제공되어 전자 방출부의 전자 방출을 제어하며 그 단부가 진공 용기 외부로 연장되는 구동 전극들과, 진공 용기 내측으로 구동 전극들에 부착되어 구동 전극으로부터 활성화에 필요한 전압을 인가받는 게터를 포 함하는 전자 방출 디바이스를 제공한다.
상기 구동 전극들은 주사 전극들과 데이터 전극들을 포함하며, 상기 게터는 주사 전극들과 데이터 전극들 중 큰 전압을 인가받는 전극에 부착될 수 있다.
상기 전자 방출 디바이스가 전계 방출 어레이형으로 이루어지는 경우, 상기 게터는 주사 전극들에 부착될 수 있다.
상기 게터는 전자 방출부들이 위치하는 액티브 영역의 외곽에 설치되며, 비증발형 게터로 이루어질 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
진공 용기를 구성하는 한 쌍의 기판과, 한 쌍의 기판 중 어느 일 기판 위에 형성되는 전자 방출부들과, 일 기판에 제공되어 전자 방출부의 전자 방출을 제어하며 그 단부가 진공 용기 외부로 연장되는 구동 전극들과, 진공 용기 내측으로 구동 전극들에 부착되어 구동 전극으로부터 활성화에 필요한 전압을 인가받는 게터와, 한 쌍의 기판 중 다른 일 기판에 형성되는 형광층들과, 형광층들의 일면에 위치하는 애노드 전극을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 절개 사시도이다.
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(14)가 배치되어 두 기판을 접합시키며, 내부 공간이 대략 10-6 Torr의 진공도로 배기되어 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 및 밀봉 부재(14)가 진공 용기를 구성한다.
상기 제1 기판(10) 중 제2 기판(12)과의 대향면에는 전자 방출 소자들로 이루어진 전자 방출 유닛(16)이 제공되어 진공 용기와 함께 전자 방출 디바이스를 구성하고, 전자 방출 디바이스가 제2 기판(12)에 제공된 발광 유닛(18)과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.
전자 방출 유닛(16)은 전자 방출부들(도시하지 않음)과, 전자 방출부의 전자 방출을 제어하기 위한 구동 전극들(20)로서 주사 전극들(22)과 데이터 전극들(24)을 포함하며, 발광 유닛(18)을 향해 화소 단위로 의도한 양의 전자들을 방출시킨다. 주사 전극들(22)과 데이터 전극들(24)은 그 단부가 진공 용기 외부로 연장되어 도시하지 않은 구동 회로부로부터 해당 구동 전압을 인가받는다.
전자 방출 유닛(16)을 구성하는 각각의 전자 방출 소자는 냉음극 전자원을 이용하는 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 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
발광 유닛(18)은 형광층과 전자빔 가속을 위한 애노드 전극을 포함한다. 형광층은 적색과 녹색 및 청색 형광층들로 구성되어 풀 칼라 화면을 표시할 수 있으 며, 애노드 전극은 수백 내지 수천 볼트의 양의 직류 전압을 인가받아 전자 방출부에서 방출된 전자들을 형광층으로 끌어 당기는 역할을 한다.
또한 진공 용기 내부에는 배기 후 잔류 가스를 흡착하는 게터(26)가 구비된다. 게터(26)는 비증발형으로 이루어질 수 있으며, 전극으로부터 소정의 전압을 공급받아 활성화된다. 본 실시예의 전자 방출 표시 디바이스는 게터 활성화를 위한 별도의 전극을 구비하지 않고 게터(26)를 구동 전극(20)의 소정 부위에 배치하여 구동 전극들(20)에 인가되는 구동 전압으로 게터(26)를 활성화시킨다.
상기 게터(26)는 주사 전극들(22)과 데이터 전극들(24) 중 어느 한 전극들에 부착되며, 인가 전압이 더 높은 전극들에 부착될 수 있다. 일례로 전자 방출 유닛(16)이 전계 방출 어레이(FEA)형인 경우, 게터(26)는 주사 전극들(22)에 부착되어 주사 전극들(22)에 인가되는 주사 구동 전압에 의해 활성화될 수 있다.
게터(26)는 전자 방출부들이 위치하는 액티브 영역 외곽에 위치하여 전자 방출부의 전자 방출 작용에 영향을 미치지 않도록 한다. 도면에서는 하나의 게터를 도시하였으나, 게터(26)의 개수와 위치는 도시한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.
이와 같이 액티브 영역 외곽의 주사 전극들(22)에 게터를 설치함에 따라, 게터(26)는 사용자가 표시 디바이스를 사용할 때마다 주사 구동 전압에 의해 수시로 활성화된다. 따라서 배기 후 게터(26) 표면에 흡착된 가스를 확산시켜 게터(26)의 흡착 효율을 높이고, 게터(26)가 다시 아웃개싱에 의한 잔류 가스를 흡착하여 진공도 저하를 억제한다.
이하, 도 2와 도 3을 참고하여 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스의 내부 구조에 대해 설명하고, 도 4를 참고하여 표면 전도 에미션(SCE)형 전자 방출 표시 디바이스의 내부 구조에 대해 설명한다.
도 2와 도 3을 참고하면, 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스에서 전자 방출 유닛(16')은 제1 절연층(28)을 사이에 두고 서로 직교하는 방향을 따라 형성되는 캐소드 전극(30)들 및 게이트 전극들(32)과, 캐소드 전극(30)에 형성되는 전자 방출부들(34)을 포함한다.
캐소드 전극들(30)과 게이트 전극들(32)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극들(30) 위로 각 화소 영역마다 전자 방출부들(34)이 형성되고, 제1 절연층(28)과 게이트 전극들(32)에는 각 전자 방출부(34)에 대응하는 개구부(281,321)가 형성되어 제1 기판(10) 상에 전자 방출부(34)를 노출시킨다.
전자 방출부(34)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어질 수 있다. 전자 방출부(34)는 일례로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소, 훌러렌(C60), 실리콘 나노와이어 또는 이들의 조합 물질을 포함할 수 있으며, 그 제조법으로는 스크린 인쇄, 직접 성장, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.
다른 한편으로 전자 방출부는 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물로 이루어질 수 있다.
그리고 게이트 전극들(32)과 제1 절연층(28) 위로 제2 절연층(36)과 집속 전극(38)이 위치할 수 있다. 집속 전극(38)은 화소 영역마다 하나의 개구부(381)를 형성하여 하나의 화소 영역에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속하거나, 전자 방출부(34)마다 이에 대응하는 하나의 개구부를 형성하여 각 전자 방출부(34)에서 방출되는 전자들을 개별로 집속할 수 있다. 도면에서는 첫번째 경우를 도시하였다.
발광 유닛(18')은 형광층(40), 일례로 서로간 임의의 거리를 두고 위치하는 적색과 녹색 및 청색의 형광층들(40R,40G,40B)과, 각 형광층(40) 사이에 위치하여 화면의 콘트라스트를 높이는 흑색층(42)을 포함한다. 형광층(40)은 캐소드 전극(30)과 게이트 전극(32)의 교차 영역마다 한가지 색의 형광층이 대응하도록 배치된다.
그리고 형광층(40)과 흑색층(42) 위로 알루미늄(Al)과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(44)이 형성된다. 애노드 전극(44)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받아 형광층(40)을 고전위 상태로 유지시키며, 형광층(40)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 있다. 이 경우 애노드 전극은 제2 기판(12)을 향한 형광층(40)과 흑색층(42)의 일면에 위치한다. 또한 애노드 전극으로서 전술한 금속막과 투명 도전막을 동시에 형성하는 구조도 가능하다.
그리고 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 사이에는 진공 용기에 가해지는 압축력 을 지지하고 두 기판의 간격을 일정하게 유지시키는 스페이서들(46, 도 3 참고)이 배치된다. 스페이서들(46)은 형광층(40)을 침범하지 않도록 흑색층(42)에 대응하여 위치한다.
전술한 구성의 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스는 외부로부터 캐소드 전극들(30), 게이트 전극들(32), 집속 전극(38) 및 애노드 전극(44)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다.
일례로 캐소드 전극들(30)과 게이트 전극들(32) 중 어느 한 전극들이 주사 구동 전압을 인가받아 주사 전극들로 기능하고, 다른 한 전극들이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극들로 기능한다. 그리고 집속 전극(38)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 일례로 0V 또는 수 내지 수십 볼트의 음의 직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(44)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 일례로 수백 내지 수천 볼트의 양의 직류 전압을 인가받는다.
그러면 캐소드 전극(30)과 게이트 전극(32)의 전압 차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(34) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 집속 전극(38)의 개구부(381)를 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되고, 애노드 전극(44)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 화소의 형광층(40)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.
도 4를 참고하면, 표면 전도 에미션(SCE)형 전자 방출 표시 디바이스에서 제1 기판(10) 위에는 제1 전극들(48)과 제2 전극들(50)이 서로 이격되어 위치하고, 제1 전극들(48)과 제2 전극들(50)에는 각 전극의 표면 일부를 덮으면서 서로 근접 하게 위치하는 제1 도전 박막(52)과 제2 도전 박막(54)이 형성된다.
그리고 제1 도전 박막(52)과 제2 도전 박막(54) 사이에 이 도전 박막들과 연결되는 전자 방출부(56)가 형성되며, 전자 방출부(56)는 이 도전 박막들을 통해 제1 전극(48) 및 제2 전극(50)과 전기적으로 연결된다.
제1 전극(48)과 제2 전극(50)은 도전성을 갖는 다양한 재료가 사용 가능하며, 제1 도전 박막(52)과 제2 도전 박막(54)은 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 등의 도전성 재료를 이용한 미립자 박막으로 이루어진다. 전자 방출부(56)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.
한편 제2 기판(12)에 제공되는 발광 유닛(18")은 전술한 전계 방출 어레이형(FEA)에서와 동일하게 이루어지므로 자세한 설명은 생략한다.
전술한 구조에서, 제1 전극(48)과 제2 전극(50)에 소정의 구동 전압을 인가하면, 제1 도전 박막(52)과 제2 도전 박막(54)을 통해 전자 방출부(56)의 표면과 수평한 방향으로 전류가 흐르면서 표면 전도형 전자 방출이 이루어지고, 방출된 전자들은 애노드 전극(44)에 인가된 고전압에 이끌려 제2 기판(12)으로 향하면서 대응하는 화소의 형광층(40)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 액티브 영역 외곽의 구동 전극들에 게터를 설치함에 따라, 표시 디바이스 작용시 구동 전압을 이용하여 게터를 수시로 활성화할 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 전자 방출 표시 디바이스는 진공도 저하를 억제하여 전자 방출부의 에미션 특성과 수명 특성을 장시간에 걸쳐 우수하게 확보할 수 있다.

Claims (7)

  1. 진공 용기를 구성하는 한 쌍의 기판과;
    상기 한 쌍의 기판 중 어느 일 기판 위에 형성되는 전자 방출부들과;
    상기 일 기판에 제공되어 상기 전자 방출부의 전자 방출을 제어하며 그 단부가 상기 진공 용기 외부로 연장되는 구동 전극들; 및
    상기 진공 용기 내측으로 상기 구동 전극들에 부착되어 구동 전극으로부터 활성화에 필요한 전압을 인가받는 게터
    를 포함하는 전자 방출 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동 전극들이 주사 전극들과 데이터 전극들을 포함하고,
    상기 게터가 상기 주사 전극들과 데이터 전극들 중 큰 전압을 인가받는 전극에 부착되는 전자 방출 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전자 방출 디바이스가 전계 방출 어레이형으로 이루어지고, 상기 게터가 상기 주사 전극들에 부착되는 전자 방출 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 게터는 상기 전자 방출부들이 위치하는 액티브 영역의 외곽에 설치되는 전자 방출 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 게터가 비증발형으로 이루어지는 전자 방출 디바이스.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 전자 방출 디바이스와;
    상기 한 쌍의 기판 중 다른 일 기판에 형성되는 형광층들; 및
    상기 형광층들의 일면에 위치하는 애노드 전극
    을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 형광층들 사이에 위치하는 흑색층과;
    상기 한 쌍의 기판 사이에서 상기 흑색층에 대응하여 위치하는 스페이서들을 더욱 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
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