KR20090015623A - 전자 방출 디스플레이 - Google Patents

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KR20090015623A
KR20090015623A KR1020070080103A KR20070080103A KR20090015623A KR 20090015623 A KR20090015623 A KR 20090015623A KR 1020070080103 A KR1020070080103 A KR 1020070080103A KR 20070080103 A KR20070080103 A KR 20070080103A KR 20090015623 A KR20090015623 A KR 20090015623A
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Abstract

본 발명은 게터의 흡착 성능을 향상시켜 진공 용기 내부를 고진공 상태로 유지할 수 있는 전자 방출 디스플레이에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전자 방출 디스플레이는, 서로 대향 배치되어 진공 용기를 구성하는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판에 제공된 전자 방출 유닛과, 제2 기판에 제공된 발광 유닛과, 진공 용기에 장착되어 진공 용기 내부의 잔류 가스를 흡착하는 제1 게터(getter)와, 진공 용기에 형성되어 제1 게터에 대하여 촉매 역할을 하는 제2 게터를 포함한다.
Figure P1020070080103
전자 방출 디스플레이, 진공 용기, 게터, 흡착, 산화 티타늄

Description

전자 방출 디스플레이{Electron emission display}
본 발명은 전자 방출 디스플레이에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자 방출 디스플레이 내부의 유해 가스를 제거하여 전자 방출 디스플레이 내부를 고진공으로 유지시키는 게터를 구비한 전자 방출 디스플레이에 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 분류된다.
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 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 주재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물이나, 탄소 나노튜브와 흑연 및 다이아몬드 상 카본과 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 전자 방출 디스플레이(electron emission display)를 구성한다.
상기 전자 방출 디스플레이에서, 전자 방출 효율을 향상시키기 위해서 전자 방출 디스플레이의 내부는 고진공 상태가 요구된다. 전자 방출 디스플레이 내부에 잔류하는 가스 입자들은 전자 방출부와 형광층을 오염시키며, 전자 방출부로부터 방출된 전자에 의해 이온화된 기체는 전기 방전으로 전자 방출 디스플레이를 열화시키는 문제점이 있다. 이에 따라, 전자 방출 디스플레이 내부에 잔류하는 가스 입자들을 흡착하는 방법으로 그 내부에 게터가 장착되는 발명이 개시되어 있다.
이러한 게터에는 증발형 게터(EG;evaporable getter)와 비증발형 게터(NEG;non-evaporable getter)가 있다. 이 게터는 유도 가열에 의해 활성화 되거나 또는 RF방법, 레이저 방법에 의해 활성화 되어 전자 방출 디스플레이 내부에 잔류하는 가스 입자를 흡착한다.
이때, 게터에 흡착되는 가스들은 무기물 가스이며 전자 방출 디스플레이 내부에 잔류하는 유기물 가스에 대해서는 흡착 성능을 발휘하지 못하여 장시간 동안 전자 방출 디스플레이 내부를 고진공으로 유지하는데 한계점이 있다.
따라서, 게터의 흡착 성능을 향상시켜 게터 물질에 의한 전자 방출 디스플레이 내부의 오염을 방지함과 동시에 그 내부를 고진공 상태로 유지할 수 있는 전자 방출 디스플레이를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 디스플레이는, 서로 대향 배치되어 진공 용기를 구성하는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판에 제공된 전자 방출 유닛과, 제2 기판에 제공된 발광 유닛과, 진공 용기에 장착되어 진공 용기 내부의 잔류 가스를 흡착하는 제1 게터(getter)와, 진공 용기에 형성되어 제1 게터에 대하여 촉매 역할을 하는 제2 게터를 포함한다.
상기 제1 기판에는 유효 영역과 비유효 영역이 형성되고, 제1 게터 및 제2 게터는 비유효 영역에 형성된다.
상기 제2 게터는, 산화 티타늄(TiO2), 산화 아연(ZnO) 및 황화 카드뮴(CdS)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 물질을 포함한다.
상기 제1 게터는, 비증발형 게터 또는 증발형 게터로 이루어진다.
또한, 제1 게터는, 바륨(Ba), 바나듐(V), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta) 또는 이들의 합금 물질 중 어느 하나를 포함한다.
상기 전자 방출 유닛은, 제1 기판 위에 제1 기판의 일 방향을 따라 형성된 제1 전극과, 절연층을 사이에 두고 제1 전극과 교차하는 방향을 따라 형성된 제2 전극과, 제1 전극 위에 형성되어 제1 전극과 전기적으로 연결된 전자 방출부를 포함한다.
상기 제1 전극 및 제2 전극과 절연을 유지하며 제1 전극 및 제2 전극 상부에 위치하는 집속 전극을 더 포함한다.
상기 발광 유닛은, 제2 기판에 형성된 형광층과, 형광층과 연결되면서 제2 기판에 형성된 애노드 전극을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 디스플레이는, 진공 용기 내부에 잔류하는 무기물 가스와 유기물 가스를 흡착 또는 분해 할 수 있는 게터부를 형성함으로써 게터의 흡착 성능이 향상되어 전자 방출 디스플레이 내부를 고진공 상태로 유지할 수 있다.
또한, 게터부는 공정상 비교적 단순한 구조를 통하여 전자 방출 디스플레이 내부에 장착이 용이하도록 하여 제조 공정이 단순하고 제조비용이 저렴한 효과가 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 전자 방출 디스플레이의 개략적인 부분 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 디스플레이는 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(14)에 의해 접 합되어 내부 공간을 갖는 용기를 구성한다. 이 용기는 내부 공간이 대략 10-6 Torr의 진공도로 배기되어 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 및 밀봉 부재(14)로 이루어진 진공 용기를 구성한다.
밀봉 부재(14)는 글래스 프릿과 유기 화합물의 혼합물을 압축 성형하여 만든 프릿 바(frit bar)로 이루어지거나 글래스 프레임의 상하면에 플릿 성분을 갖는 접착증이 개재된 구조로 이루어질 수 있다. 두 경우 모두 소성 공정에서 프릿 바의 표면이 녹거나 상기 접착층이 녹으면서 제1 기판(10)과 제2 기판(12)을 일체로 접합시킨다.
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 기판(12)의 면에는 형광층과 애도느 전극 등을 포함하는 발광 유닛(110)이 제공된다.
여기서, 애노드 전극은 그 리드선(341)이 밀봉 부재(14)의 내측과 외측에 걸쳐 발광 유닛(110)으로부터 제2 기판(12)의 일측 가장자리로 인출되는 바, 이 애노드 전극의 리드선(341)은 외부 구동 회로부(미도시)와 연결되며 애노드 전극은 이 리드선(341)을 통해 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받는다.
그리고 전자 방출 유닛(100)이 제공된 제1 기판(10)과 발광 유닛(110)이 제공된 제2 기판(12)이 결합하여 전자 방출 디스플레이를 이룬다.
상기와 같은 구성에서 제1 기판(10)과 제2 기판(12)에 각각 전자 방출 유닛(100)과 발광 유닛(110)이 제공되어 실제 발광 또는 화상 표시가 이루어지는 유 효 영역(200)과, 유효 영역(200)의 외곽을 둘러싸며 화상 표시에는 관여하지 않는 비유효 영역(210)이 설정된다.
본 실시예에서는 제1 기판(10)의 유효 영역(200) 외곽, 즉 비유효(210) 영역에 제1 게터(161)와 제2 게터(162)를 포함하는 게터부(16)가 배치된다. 이에 따라 진공 용기를 배기한 후, 진공 용기 내부에 잔류하는 유해 가스가 제거되어 진공 용기 내부를 고진공 상태로 유지할 수 있다.
제1 게터(161)는, 게터 물질이 충진된 게터 용기(1611)와 이 게터 용기(1611)를 지지하는 지지체(1612)를 포함한다. 본 실시예에서 제1 게터(161)는 파우더 형태의 비증발형 게터이거나 또는 증발형 게터일 수 있다.
제1 게터(161)가 증발형 게터일 경우, 게터 물질은 티타늄(Ti) 또는 바륨(Ba)을 주성분으로 하며, 이들 물질을 1000℃ 이상으로 가열하여 활성화시키면 게터 물질이 증발하여 넓은 피막을 형성하고 진공 용기 내부의 잔류 기체 분자들이 이와 반응한다.
그리고, 제1 게터(161)가 비증발형 게터일 경우, 게터 물질은 지르코늄(Zr), 바나듐(V) 및 철(Fe)의 합금 물질이거나 지르코늄 및 알루미늄(Al)의 합금 물질이다. 비 증발형 게터는 증발형 게터에 비해 전자 방출 유닛 또는 발광 유닛을 오염시킬 가능성이 없어 보다 바람직하다.
제1 게터(161)는, 진공 용기 내부에 잔류하는 기체 중에서 주로 무기물 가스, 예컨대 수소, 산소, 질소, 이산화탄소, 일산화탄소 및 암모니아 등과 같은 가스들을 쉽게 흡착한다.
제2 게터(162)는, 게터 물질, 예컨대 산화 티타늄(TiO2)가 도포된 게터막 형상을 가지며 제1 기판(10)과 제2 기판(12)의 비유효 영역에 형성된다. 그러나 제2 게터(162)를 형성하는 게터막 물질이 이에 한정되는 것은 아니며 산화 아연(ZnO), 황화카드뮴(CdS)도 이용할 수 있다.
즉, 제2 게터(162)는 대기중이나 또는 구동 과정에서 발생하는 자외선에 의해 쉽게 활성화 되어 진공 용기 내부에 잔류하는 유기물 가스, 예컨대 메탄, 에탄, 아세틸렌, 부탄 등과 같은 탄소와 수소가 혼합된 가스들을 분해시킨다. 이 유기물 가스는 제1 게터(161)에 의해 쉽게 흡착되지 않다가 제2 게터(162)에 의해 흡착이 가능한 가스로 분해된다. 따라서,제2 게터(162)는 제1 게터(161)의 흡착 성능을 향상시킬 수 있다.
상기한 구성의 진공 용기는 전계 방출 어레이(FEA)형, 표면 전도 에미션(SCE)형, 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 있는바, 이하에서는 편의상 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 디스플레이를 예로 하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2를 참조하면, 제1 기판(10) 위에는 제1 전극인 캐소드 전극들(18)이 제1 기판(10)의 일 방향을 따라 스트라이프 패턴을 가지고 복수로 형성된다.
캐소드 전극들(18)을 덮으면서 제1 기판(10) 전체에 제1 절연층(20)이 형성되고, 제1 절연층(20) 위에는 게이트 전극들(22)이 캐소드 전극들(18)과 직교하는 방향(도 1에서 x축 방향)을 따라 스트라이프 패턴을 가지고 복수로 형성된다.
이에 의해 캐소드 전극(18)과 게이트 전극(22)의 교차 영역이 형성되고 이러한 교차 영역이 하나의 단위 화소를 구성할 수 있다. 그리고 캐소드 전극들(18) 위로 각 단위 화소마다 전자 방출부들(24)이 형성된다.
또한, 제1 절연층(20)과 게이트 전극들(22)에는 각 전자 방출부(24)에 대응하는 제1, 2개구(201)(221)가 각각 형성되어 제1 기판(10) 상에 전자 방출부(24)가 노출되도록 한다. 즉, 전자 방출부(24)는 제1 절연층(20)과 게이트 전극들(22)의 제1, 2개구(201)(221) 안으로 배치되면서 캐소드 전극(18) 위에 형성된다. 본 실시예에서, 이 전자 방출부(24)와 제1, 2개구(201)(221)는 평면 형상을 기준으로 그 형상이 원형으로 형성되나, 이들의 형상이 반드시 이것으로 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서 전자 방출부(24)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 예컨대 탄소계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어진다. 즉, 전자 방출부(24)는 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노 파이버, 다이아몬드, 다이아몬드 상 카본, 플러렌(C60), 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합물로 이루어진다. 다른 한편으로, 전자 방출부(24)는 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물로 이루어질 수 있다.
이러한 전자 방출부들(24)은 각 단위 화소 영역마다 복수개로 배치될 수 있는데, 이때, 이 복수의 전자 방출부들(24)은 캐소드 전극(18)과 게이트 전극(22) 중 어느 한 전극, 일례로 캐소드 전극(18)의 길이 방향을 따라 서로간에 임의의 간 격을 두고 일렬로 위치할 수 있다. 물론, 이 단위 화소별 전자 방출부들의 배열 상태는 이것에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.
게이트 전극들(22) 위에는 제2 절연층(26)과 집속 전극(28)이 순차적으로 형성된다. 집속 전극(28) 하부에 위치하는 제2 절연층(26)은 게이트 전극들(22)을 가리도록 제1 기판(10)의 전면으로 형성되어 게이트 전극들(22)과 집속 전극(28)을 절연시킨다.
또한, 집속 전극(28)은 제2 절연층(26) 위에 임의의 크기를 가진 하나의 막으로 형성된다.
이러한 제2 절연층(26)과 집속 전극(28)에도 전자빔 통과를 위한 제3, 4개구(261)(281)가 각각 형성된다.
본 실시예에서 제2 절연층(26)의 제3 개구(261)와 집속 전극(28)의 제4 개구(281)는 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.
다음으로, 제1 기판(10)에 대향하는 제2 기판(12)의 일면에는 형광층(30), 일례로 적색, 녹색 및 청색의 형광층들(30R, 30G, 30B)이 서로 간 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(30R, 30G, 30B) 사이로는 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(32)이 형성된다. 형광층(30)은 제1 기판(10)에 설정된 단위 화소마다 하나의 형광층(30)이 대응하도록 배치될 수 있다.
이 형광층(30)과 흑색층(32) 위에는 알루미늄(Al)과 같은 금속으로 이루어진 애노드 전극(34)이 형성된다. 애노드 전극(34)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받아 형광층(30)을 고전위 상태로 유지시키며, 형광층(30)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, 상기한 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 실시예에 있어서, 애노드 전극은 상술한 투명 도전막을 사용하고, 여기에 금속막을 추가로 형성하는 구조도 가능하다.
아울러, 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 사이에는 진공 용기에 가해지는 대기압에 대항하여 두 기판(10)(12) 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 복수의 스페이서들(36)이 배치된다.
스페이서들(36)은 제1 기판(10) 측에서는 집속 전극(28) 위에 배치되고, 제2 기판(12) 측에서는 형광층(30)을 침범하지 않도록 흑색층(32)에 대응되어 위치한다.
다음으로, 상술한 전자 방출 디스플레이의 구동 과정을 도 2에 도시한 전자 방출 디스플레이에 기준하여 설명한다.
상기 전자 방출 디스플레이는 외부로부터 소정의 전압이 캐소드 전극들(18), 게이트 전극들(22), 집속 전극(28) 및 애노드 전극(34)에 공급되어 구동된다.
일례로 캐소드 전극들(18)과 게이트 전극들(22) 중 어느 한 전극들이 주사 구동 전압을 인가받아 주사 전극들로 기능하고, 다른 한 전극들이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극들로 기능한다.
그리고 집속 전극(28)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 예컨대 0 볼트(V) 또는 수 내지 수집 볼트(V)의 음의 직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(34)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 예컨대 수백 내지 수천 볼트(V)의 양의 직류 전압을 인가받는다.
그러면 캐소드 전극(18)과 게이트 전극(22)의 전압 차가 임계치 이상인 단위 화소들에서 전자 방출부(24) 주위에 전계가 형성되고, 이로 인해 전자 방출부(24)로부터 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 집속 전극(28)의 제4 개구(281)를 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되고, 애노드 전극(34)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 단위 화소의 형광층(30)에 충돌한다. 이 충돌로 인해 형광층(30)을 발광되어 임의의 화상을 구현하게 된다.
상술한 구동 과정에 있어서, 본 실시예의 전자 방출 디스플레이는 진공 용기 내부에 잔류하는 무기물 가스를 제1 게터에서 흡착하고, 유기물 가스를 제2 게터에서 분해하여 제1 게터의 촉매 역할을 함으로써 진공 용기 내부를 고진공 상태로 유지할 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 범 위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 디스플레이의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 어레이형 전자 방출 디스플레이를 도시한 단면도이다.

Claims (10)

  1. 서로 대향 배치되어 진공 용기를 구성하는 제1 기판 및 제2 기판;
    상기 제1 기판에 제공된 전자 방출 유닛;
    상기 제2 기판에 제공된 발광 유닛;
    상기 진공 용기에 장착되어 상기 진공 용기 내부의 잔류 가스를 흡착하는 제1 게터(getter); 및
    상기 진공 용기에 형성되어 상기 제1 게터에 대하여 촉매 역할을 하는 제2 게터
    를 포함하는 전자 방출 디스플레이.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 기판에는 유효 영역과 비유효 영역이 형성되고, 상기 제1 게터 및 상기 제2 게터는 상기 비유효 영역에 형성된 전자 방출 디스플레이.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 게터는, 산화 티타늄(TiO2), 산화 아연(ZnO) 및 황화 카드뮴(CdS)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 물질로 이루어진 전자 방출 디스플레이.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 게터는, 비증발형 게터인 전자 방출 디스플레이.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 게터는, 증발형 게터인 전자 방출 디스플레이.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 게터는, 바륨(Ba), 바나듐(V), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta) 또는 이들의 합금 물질 중 어느 하나를 포함하는 전자 방출 디스플레이.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 전자 방출 유닛은,
    상기 제1 기판 위에 상기 제1 기판의 일 방향을 따라 형성된 제1 전극;
    절연층을 사이에 두고 상기 제1 전극과 교차하는 방향을 따라 형성된 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 위에 형성되어 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 전자 방출부
    를 포함하는 전자 방출 디스플레이.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 절연을 유지하며 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상부에 위치하는 집속 전극을 더 포함하는 전자 방출 디스플레이.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 전자 방출부는, 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노 파이버, 다이아몬드, 다이아몬드 상 탄소, 플러렌(C60) 및 실리콘 나노와이어로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 전자 방출 디스플레이.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 발광 유닛은,
    상기 제2 기판에 형성된 형광층; 및
    상기 형광층과 연결되면서 상기 제2 기판에 형성된 애노드 전극
    을 포함하는 전자 방출 디스플레이.
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