JP2005158696A - 電界放出表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エミッタから放出される電子ビームのフォーカシング特性を向上させて、電流密度のピークを画素内に正確に位置させることにより、色純度と鮮明度を向上させたFEDを提供する。
【解決手段】第1基板110上にカソード電極111を形成し、その上に該カソード電極の一部を露出させる第1開口112aを有する導電層112、第2開口113aを有する絶縁層113、第3開口114aを有するゲート電極114を形成し、前記第1開口内の露出された前記カソード電極上に所定間隔隔てて前記第1開口の両側にエミッタ115を配置し、前記第1基板と所定間隔隔てて対向するようにアノード電極121と蛍光層122が形成された第2基板120を配置する。そして、前記カソード電極には前記第1基板を露出させるキャビティ111aを前記エミッタの間に配置する。
【選択図】図3
【解決手段】第1基板110上にカソード電極111を形成し、その上に該カソード電極の一部を露出させる第1開口112aを有する導電層112、第2開口113aを有する絶縁層113、第3開口114aを有するゲート電極114を形成し、前記第1開口内の露出された前記カソード電極上に所定間隔隔てて前記第1開口の両側にエミッタ115を配置し、前記第1基板と所定間隔隔てて対向するようにアノード電極121と蛍光層122が形成された第2基板120を配置する。そして、前記カソード電極には前記第1基板を露出させるキャビティ111aを前記エミッタの間に配置する。
【選択図】図3
Description
本発明は、電界放出表示装置に係り、より詳細には電子ビームのフォーカシング特性を向上させうるエミッタ構造を有した電界放出表示装置に関する。
従来の情報伝達媒体の重要部分である表示装置の代表的な活用分野としては、パソコンのモニターとテレビ受像機などが挙げられる。このような表示装置は高速熱電子放出を利用する陰極線管(CRT)と、最近、急速に発展している液晶表示装置(LCD)、プラズマ表示装置(PDP)、及び電界放出表示装置(FED)のような平板表示装置(Flat Panel Display)とに大別される。
このような平板表示装置のうちFEDは、カソード電極上に一定間隔で配列されたエミッタにゲート電極から強い電場を印加することによってエミッタから電子を放出させ、この電子をアノード電極の表面に塗布された蛍光物質に衝突させて発光させる表示装置である。このように冷陰極電子を電子放出源としてイメージを形成する装置であるFEDは、電子放出源であるエミッタの材料と構造の特性によって表示装置全体の画質特性が大きく影響を受ける。
初期のFEDでは、前記エミッタとしてモリブデン(Mo)を主材質としてスピント(Spindt)型の金属チップ(またはマイクロチップ)が多用されてきた。
ところが、前記金属チップ形状のエミッタを有するFEDは、エミッタの配置のために極微のホールを形成し、Moを蒸着して画面全領域で均一な金属マイクロチップを形成させねばならないため、製造工程が複雑で高度の技術が要求され、高価の装備を使用するのでコスト高となる問題点がある。したがって、金属チップ形状のエミッタを有するFEDは大画面化に制約があると指摘されている。
これにより、FEDの関連業界では、低電圧の駆動条件でも良質の電子放出が得られ、製造工程も簡略化するために前記エミッタを平坦な形状に形成させる技術を研究開発しつつある。
いままでの技術動向によれば、平坦な形状のエミッタとしては、炭素系物質、例えば、グラファイト、ダイヤモンド、DLC(diamond like carbon)、C60(Fulleren)またはカーボンナノチューブ(CNT)などが適していると知られており、特に、カーボンナノチューブが比較的に低い駆動電圧でも電子を円滑に放出できてFEDのエミッタとして最も理想的な物質と期待されている。
図1A及び図1Bは、従来のFEDの一例を示す図面であって、図1Aは部分断面図であり、図1Bは部分平面図である。
図1A及び図1Bを参照すれば、FEDは、一般的にカソード電極12、アノード電極22、及びゲート電極14を持つ3極管の構造である。前記カソード電極12とゲート電極14とは、背面基板11上に形成されており、アノード電極22は前面基板21の底面に形成されており、アノード電極22の底面にはそれぞれR、G、B蛍光体からなる蛍光層23とコントラスト向上のためのブラックマトリックス24が形成されている。そして、背面基板11と前面基板21とはその間に配置されるスペーサ31により互いに間隔が維持されている。このようなFEDの大部分は、エミッタ16が配置される背面基板11上にまずカソード電極12を形成し、その上に微細な開口15を持つ絶縁層13とゲート電極14を積層した後、前記開口15内に位置するカソード電極12上に前記エミッタ16を配置させた構造を有する。
ところが、上記の一般的な3極管構造を有するFEDは、実質的な駆動において色純度の低下と共に鮮明な画質を具現し難いという問題点がある。このような問題点は、前記エミッタ16から放出される電子の大部分がエミッタ16のエッジ部から放出されており、かつその電子が電子ビーム化されて蛍光層23に向かう時、ゲート電極14に印加される電圧(数〜数十ボルトの+電圧)の影響により発散力が強くなって電子ビームが分散されることによって、所望の画素の蛍光体のみならず隣接した他の画素の蛍光体まで発光させるためである。
このような問題点を改善するために、一つの画素に対応するエミッタ16を小面積化してこれを複数配置することによって、前記エミッタ16から放出された電子ビームの分散現象を最小化しようとする努力があった。しかし、定められたサイズの画素内に前記複数のエミッタ16を良好に形成させるには制約があり、かつ該当画素の蛍光体を発光させるためのエミッタ16の全体面積が減少する問題点があり、また電子ビームの集束においてもその効果が充分でない。
一方、前記電子ビームの分散現象を防止するために、図2Aと図2Bに示されたように、ゲート電極53、63の周囲に電子ビームの集束のための別途の電極54、64を配置した構造のFEDが提案されていた。
その一例として、図2Aにはゲート電極53の周囲にリング状のフォーカシング電極54を配置して電子ビームを集束させる構造を有するFEDが示されており、他の例として、図2Bには下部ゲート電極63と上部ゲート電極64からなる二重ゲートを利用して電子ビームを集束させる構造を有するFEDが示されている。しかし、このようなFEDはその構造が複雑になるという短所がある。また、前記構造は、主にカソード電極51、61上に金属マイクロチップ形状のエミッタ52、62が形成されたFEDに適用されてきたので、このような構造を平板型エミッタを持つFEDに適用するにはまだ満足できるほどの効果が得られていない。
一方、特許文献1では、エミッタが配置される基板側に形成された非絶縁層の厚さ及び誘電層の厚さの比と、前記非絶縁層、誘電層及びこの誘電層上に形成されるゲート層を貫通して形成されるホールの直径と前記非絶縁層の厚さの比を限定して電子ビームの発散を減らした電子放出源の構造を開示している。しかし、この技術においては、一つの画素に対応して複数のホールが形成され、それぞれのホール内に複数の電子放出源が微細構造をなして形成されることによって、その構造が非常に複雑で製造し難いだけでなく、実際の製造において構造上空間的制約を受けるようになる。したがって、一つの画素に対応するエミッタの数またはその面積の最大化に限界があって、長時間駆動による寿命短縮の問題点をもたらす。
米国特許第5,552,659号公報
本発明は前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、特に、電子ビームフォーカシング特性を向上させうるエミッタ構造を有するFEDを提供することを目的とする。
前記目的を達成するために本発明は、第1基板と、前記第1基板上に形成されたカソード電極と、前記カソード電極上に形成され、前記カソード電極の一部を露出させる第1開口を有する導電層と、前記導電層上に形成され、前記第1開口と連通される第2開口を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記第2開口と連通される第3開口を有するゲート電極と、前記第1開口内に露出された前記カソード電極上に形成され、互いに所定間隔離隔されるように前記第1開口の両側に沿って配置されたエミッタと、前記第1基板と所定間隔をおいて対向するように配置され、その一面にアノード電極と所定パターンの蛍光層とが形成された第2基板と、を備えることを特徴とするFEDを提供する。
ここで、前記カソード電極には前記第1基板を露出させるキャビティが形成され、前記キャビティは前記エミッタの間に配置されることが望ましい。
本発明において、前記第1開口、第2開口、第3開口、及び前記キャビティは、前記カソード電極の長手方向に延びた矩形でありうる。
この場合、前記第3開口及び前記第2開口の幅のそれぞれは前記第1開口の幅より広く、前記キャビティの幅は前記第1開口の幅より狭いことが望ましい。
そして、前記エミッタ間の間隔は前記第1開口の幅より狭く、前記キャビティの幅は前記エミッタ間の間隔より狭いことが望ましい。
また、前記第3開口の幅は前記第2開口の幅と同一であっても良く、前記第2開口の幅より広くても良い。
本発明において、前記導電層は、前記カソード電極の両辺に沿ってその長手方向に延び、その間に前記第1開口を形成することができる。
一方、前記導電層は、前記カソード電極の両辺のそれぞれに所定長さだけ形成され、その間に前記第1開口を形成することもできる。
また一方、前記導電層は、前記カソード電極上に前記第1開口の周りを全て取り囲む形状に形成されることもできる。
本発明において、前記導電層は、前記カソード電極上に形成される絶縁物質層と、前記絶縁物質層の上面と側面とに形成されて前記カソード電極に接触する金属層と、を含むことができる。
また、本発明において、前記エミッタは炭素系物質、例えばカーボンナノチューブからなることが望ましい。
そして、前記目的を達成するために本発明は、第1基板と、前記第1基板上に形成されたカソード電極と、前記カソード電極上に形成され、前記カソード電極の一部を露出させる円形の第1開口を有する導電層と、前記導電層上に形成され、前記第1開口と連通される円形の第2開口を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記第2開口と連通される円形の第3開口を有するゲート電極と、前記第1開口内に露出された前記カソード電極上に形成され、前記第1開口の内周面に沿って配置されたリング状のエミッタと、前記第1基板と所定間隔をおいて対向するように配置され、その一面にアノード電極と所定パターンの蛍光層とが形成された第2基板と、を備えることを特徴とするFEDを提供する。
ここで、前記カソード電極には前記第1基板を露出させる円形のキャビティが形成され、前記キャビティは前記エミッタの内側に配置されることが望ましい。
本発明において、前記第1、第2、及び第3開口は、一つの画素に対してそれぞれ複数個が設けられ、前記複数の第1開口のそれぞれの内部に前記エミッタが形成されることもできる。
また、前記目的を達成するために本発明は、第1基板と、前記第1基板上に形成されたカソード電極と、前記カソード電極上に形成された絶縁物質層と、前記絶縁物質層の上面に形成された導電層と、前記絶縁物質層と導電層とに形成されて前記カソード電極の一部を露出させる第1開口と、前記導電層上に形成され、前記第1開口と連通される第2開口を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記第2開口と連通される第3開口を有するゲート電極と、前記第1開口内に露出された前記カソード電極上に形成され、互いに所定間隔離隔されるように前記第1開口の両側に沿って配置されたエミッタと、前記第1基板と所定間隔をおいて対向するように配置され、その一面にアノード電極と所定パターンの蛍光層とが形成された第2基板と、を備えることを特徴とするFEDを提供する。
ここで、前記導電層は、前記絶縁物質層により前記カソード電極と絶縁できる。
また、前記一目的を達成するために本発明は、第1基板と、前記第1基板上に形成されたカソード電極と、前記カソード電極上に形成された絶縁物質層と、前記絶縁物質層の上面に形成された導電層と、前記絶縁物質層と導電層とに形成されて前記カソード電極の一部を露出させる円形の第1開口と、前記導電層上に形成され、前記第1開口と連通される円形の第2開口を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記第2開口と連通される円形の第3開口を有するゲート電極と、前記第1開口内に露出された前記カソード電極上に形成され、前記第1開口の内周面に沿って配置されたリング状のエミッタと、前記第1基板と所定間隔をおいて対向するように配置され、その一面にアノード電極と所定パターンの蛍光層とが形成された第2基板と、を備えることを特徴とするFEDを提供する。
ここで、前記導電層は、前記絶縁物質層により前記カソード電極と絶縁できる。
本発明に係るFEDによれば、エミッタから放出された電子ビームのフォーカシング特性が向上して画像の色純度が高まり、これによって高画質の画像を具現できる。
また、本発明に係るFEDによれば、電流密度のピークが画素内に正確に位置するので画像の輝度が向上する。
以下、添付した図面に基づき、本発明に係るFEDの望ましい実施の形態を詳細に説明する。各図面に示された同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
図3は、本発明の望ましい第1実施例によるFEDの構造を示す部分断面図であり、図4は、図3に示されたFEDにおいて背面基板上に形成された構成要素の配置構造を示す部分平面図である。
図3及び図4を参照すれば、本発明に係るFEDは、所定間隔をおいて互いに対向するように配置された二枚の基板、すなわち、通常、背面基板と称する第1基板110と前面基板と称する第2基板120とを備える。前記背面基板110と前面基板120とはこれらの間に設置されたスペーサ130によりその間隔が維持される。このような背面基板110と前面基板120としては一般的にガラス基板が使われる。
前記背面基板110上には電界放出を行える構成が設けられ、前記前面基板120には電界放出により放出された電子により所定の画像を具現できる構成が設けられる。
具体的に、前記背面基板110上には所定のパターン、例えばストライプ状に互いに所定間隔をおいて配列された複数のカソード電極111が形成される。前記カソード電極111は、導電性金属物質または透明な導電性物質であるITO(Indium Tin Oxide)を背面基板110上に所定厚さ、例えば数百〜数千Å程度の厚さに蒸着した後、これをストライプ状にパターニングすることで形成されうる。一方、前記カソード電極111をなす物質は後述のようにエミッタ115の形成方法によって可変する。
そして、前記カソード電極111には前記背面基板110を露出させるキャビティ111aが形成されることが望ましい。前記キャビティ111aは後述するエミッタ115の間に配置される。このようなキャビティ111aは、各画素125に対応して一つずつ形成され、画素125の形状に相応する縦長型の形状、すなわち前記カソード電極111の長手方向(Y方向)に延びた矩形でありうる。
前記カソード電極111上には、このカソード電極111と電気的に連結される導電層112が形成される。前記導電層112は、例えば導電性ペーストをスクリーンプリンティング法により塗布した後、所定温度で焼成することによって2〜5μm程度の厚さを持つように形成されうる。また、この導電層112にはカソード電極111の一部を露出させる第1開口112aが形成される。前記第1開口112aは、各画素125に対応して一つずつ形成され、画素125の形状に相応する縦長型の形状、すなわち前記カソード電極111の長手方向(Y方向)に延びた矩形でありうる。前記カソード電極111に前述したようなキャビティ111aが形成された場合、前記第1開口112aは前記キャビティ111aの幅WCより広い幅W1を有し、キャビティ111aと連通されるように形成される。
前記導電層112上には絶縁層113が形成される。この絶縁層113は、図3に示されたように、前記導電層112の上部だけでなくカソード電極111の間に露出された背面基板110上にも形成される。このような絶縁層113は、例えばペースト状態の絶縁物質をスクリーンプリンティング法により塗布した後、所定温度で焼成することによって10〜20μm程度の厚さを持つように形成されうる。そして、この絶縁層113には前記第1開口112aと連通される第2開口113aが形成される。前記第2開口113aは、第1開口112aと同様に前記カソード電極111の長手方向(Y方向)に延びた矩形であり、その幅W2は第1開口112aの幅W1より広く形成される。したがって、前記第2開口113aを通じて前記導電層112の一部が露出される。
前記絶縁層113上には所定のパターン、例えばストライプ状に互いに所定間隔をおいて配列された複数のゲート電極114が形成される。前記ゲート電極114は前記カソード電極111の長手方向(Y方向)と直交する方向(X方向)に延びる。このようなゲート電極114は、導電性の金属、例えばクロム(Cr)をスパッタリングによりほぼ数千Åの厚さに蒸着した後、これをストライプ状にパターニングすることで形成できる。そして、前記ゲート電極114には前記第2開口113aと連通される第3開口114aが形成される。前記第3開口114aは、前記第2開口113aと同じ形状を有し、その幅W3も第2開口113aの幅W2と同一に形成されうる。
前記第1開口112a内に露出された前記カソード電極111上には、エミッタ115が形成される。前記エミッタ115は、前記導電層112より薄く、平坦な形態で形成される。このエミッタ115は、カソード電極111とゲート電極114との間に印加される電圧により形成される電界によって電子を放出する役割を果たす。本発明においては、このようなエミッタ115として炭素系物質、例えばグラファイト、ダイヤモンド、DLC、C60またはカーボンナノチューブなどを使用する。特に、前記エミッタ115として比較的低い駆動電圧でも電子を円滑に放出できるカーボンナノチューブを使用することが望ましい。
また、本実施例において、前記エミッタ115は互いに所定間隔離隔されるように前記第1開口112aの両側に沿って配置される。すなわち、一つの第1開口112a内に二つのエミッタ115が配置され、このエミッタ115は前記第1開口112aの両側に露出された導電層112の側面のそれぞれに接触した状態で第1開口112aの長手方向(Y方向)に相互平行に延びた棒状である。したがって、従来に比べてエミッタ115の面積が広くなるので、長時間駆動時にもその寿命に対する信頼性を確保することができる。そして、前述したように前記エミッタ115の間にキャビティ111aが配置される場合、前記エミッタ115間の間隔Dは前記第1開口112aの幅W1より狭く、前記キャビティ111aの幅WCより広く形成される。
このような構造の前記エミッタ115は多様な方法で形成されうる。その一例として、感光性カーボンナノチューブペーストを背面基板110の上面に塗布した後、背面基板110の後面側から紫外線(UV)を照射してカーボンナノチューブペーストを選択的に露光させてから現像することによって、前記エミッタ115を形成させる方法がある。この方法においては、カソード電極111は透明な導電性物質であるITOからなるべきであり、導電層112と絶縁層113とは不透明な材料からならなければならない制約がある。他の例として、前記第1開口112a内に露出されたカソード電極111の表面のうち前記エミッタ115が位置する部分の表面にNi、Feからなる触媒金属層を形成した後、この触媒金属層にCH4、C2H2またはCO2のような炭素を含有したガスを供給して触媒金属層の表面からカーボンナノチューブを垂直成長させることによって、前記エミッタ115を形成する方法もある。さらに他の例として、前記第1開口112a内にフォトレジストを塗布し、これをパターニングしてカソード電極111の表面のうち前記エミッタ115が位置する部分の表面にのみフォトレジストを残存させた後、その上にカーボンナノチューブペーストを塗布して所定温度で加熱することによって、フォトレジストとカーボンナノチューブペーストとの熱的化学反応により前記エミッタ115を形成させる方法がある。後者の2方法においては、前記後面露光方法における制約を受けない。
図5Aないし図5Cには前記カソード電極111上に形成された導電層112の3形態が示されている。
まず、図5Aを参照すれば、前記導電層112は、前記カソード電極111の両辺に沿ってその長手方向に延びるように形成されうる。この場合、前記第1開口112aはカソード電極111の両側に形成された導電層112の間に形成される。そして、前記エミッタ115は、前記第1開口112aの両側の導電層112側面のそれぞれに接触した状態で導電層112の長手方向に所定長さだけ形成される。また、前記カソード電極111に形成されるキャビティ111aは、前記エミッタ115の間にエミッタ115と同じ長さに形成されうる。
次に、図5Bを参照すれば、前記導電層112は、前記カソード電極111の両辺のそれぞれに所定長さだけ形成され、その間に前記第1開口112aを形成することもできる。この場合、前記導電層112は、前記エミッタ115と同じ長さに形成できる。
そして、図5Cを参照すれば、前記導電層112は、前記カソード電極111上に前記第1開口112aの周りを全て取り囲む形状に形成されることもできる。この場合、前記第1開口112aは、4面が全て前記導電層112により限定され、これにより前記エミッタ115は前記導電層112によって完全に取り囲まれる。
さらに図3と図4を参照すれば、前記前面基板120の一面、すなわち背面基板110に対向する底面にはアノード電極121が形成され、このアノード電極121の表面にはR、G、B蛍光体からなる蛍光層122が形成される。前記アノード電極121は前記蛍光層122から発散される可視光が透過できるように透明な導電性物質であるITOからなる。前記蛍光層122は、前記カソード電極111の長手方向(Y方向)に沿って長く拡張された縦長型のパターンを有する。
そして、前記前面基板120の底面には、コントラスト向上のために前記蛍光層122の間にブラックマトリックス123が形成されうる。
また、前記蛍光層122とブラックマトリックス123との表面には金属薄膜層124が形成されうる。前記金属薄膜層124は主にアルミニウムからなり、エミッタ115から放出された電子が容易に透過できるように数百Å程度の薄い厚さを有する。このような金属薄膜層124は輝度を向上させる機能を行う。すなわち、前記蛍光層122のR、G、B蛍光体がエミッタ115から放出された電子ビームにより励起されて可視光を発散する時、この可視光が前記金属薄膜層124により反射されるので、FEDから出射される可視光の光量が増加して輝度が向上する。
一方、前記前面基板120に金属薄膜層124が設けられた場合には、前記アノード電極121を形成しなくても良い。これは、前記金属薄膜層124が導電性を持つので、ここに電圧を印加すれば金属薄膜層124がアノード電極の役割に代えられるためである。
前記のように構成された背面基板110及び前面基板120は、互いに所定間隔をおいて前記エミッタ115と蛍光層122が対向するように配置され、その周りに塗布されるシーリング物質(図示せず)により互いに封着される。この時、前述のように背面基板110と前面基板120との間にはこれらの間隔を維持させるスペーサ130が設置される。
以下には、前記のように構成された本発明に係るFEDの作用を説明する。
本発明に係るFEDにおいて、前記カソード電極111、ゲート電極114、及びアノード電極121に所定の電圧が印加されれば、前記電極111、114、121の間に電界が形成されつつ前記エミッタ115から電子が放出される。この時、前記カソード電極111には0〜数十ボルトの−電圧、前記ゲート電極114には数〜数十ボルトの+電圧、前記アノード電極121には数百〜数千ボルトの+電圧が印加される。そして、前記導電層112はカソード電極111の上面に接触しているので、前記導電層112にもカソード電極111と同じ電圧が同時に印加される。前記エミッタ115から放出された電子は電子ビーム化して前記蛍光層122へ誘導されて前記蛍光層122に衝突する。これにより、前記蛍光層122のR、G、B蛍光体が励起されて可視光を発散する。
前記のような本発明に係るFEDの作用において、前記第1開口112aの両側にそれぞれ配置されたエミッタ115によれば、このエミッタ115から放出された電子により形成された電子ビームが広く分散されずに集束される効果がある。そして、エミッタ115を介在してその両側に導電層112が形成されるので、この導電層112が形成する電界によって電子ビームの集束がより効率的になされる。
また、カソード電極111にキャビティ111aを形成するようになれば、エミッタ115の周囲に形成された電界の等電位線がエミッタ115を取り囲むように形成される。このような電界の影響で電流密度が増加し、電流密度のピークが蛍光層122の該当画素内に正確に位置するようになる。そして、前記キャビティ111aの幅WCを調節することによって電子ビームをより効果的に集束させることができる。
前記のように、エミッタ115から放出された電子ビームのフォーカシング特性が向上すれば画像の色純度が高まり、電流密度のピークが該当画素内に正確に位置すれば画像の輝度が向上するので、結果的に高画質の画像を具現できる。
前記のような本発明に係るFEDの長所については、以下にシミュレーションの結果を参照しながら詳細に説明する。
図6ないし図8は、図3に示された本発明の第1実施例によるFEDの変形例を示す部分断面図である。
まず、図6を参照すれば、前記ゲート電極114に形成される第3開口114aはその幅W3が前記絶縁層113に形成される第2開口113aの幅W2より広く形成されうる。このように、前記第3開口114aの幅W3が前記第2開口113aの幅W2より広くなれば、前記カソード電極111と前記ゲート電極114との間の経路を長くできるので、耐電圧特性が向上する長所を有する。
次いで、図7を参照すれば、導電層112’は、前記カソード電極111上に形成される絶縁物質層1121と、前記絶縁物質層1121の表面、すなわち上面と側面とに形成される金属層1122を含んで構成されうる。この場合、前記金属層1122がカソード電極111に電気的に連結されて導電層112’の基本的な役割を果たす。このような構成を有する導電層112’は、まずカソード電極111上に絶縁物質層1121を形成した後、この絶縁物質層1121の表面に導電性金属物質の蒸着、スパッタリングまたはメッキにより金属層1122を形成することによってなされる。このように導電層112’の表面が金属層1122からなれば、エッチング工程により前記絶縁層113に第2開口113aの形成時、前記金属層1122がエッチッグ液に対して一種の保護膜の役割を果たすので、前記導電層112’がエッチッグ液の影響を受けて損傷される問題点をあらかじめ防止できる。さらに説明すれば、図6に示されたように導電層112が導電性ペーストからなる場合には、導電層112がエッチッグ液の影響を受けて損傷される可能性があるが、図7に示されたように導電層112’の表面が金属層1122からなる場合には、前記のように導電層112’がエッチッグ液の影響をほとんど受けない。
次に、図8を参照すれば、前記カソード電極111上に絶縁物質層1123が形成され、前記絶縁物質層1123の上面に導電層112”が形成されうる。したがって、前記導電層112”は、絶縁物質層1123の厚さだけカソード電極111と離隔され、絶縁物質層1123によってカソード電極111と絶縁される。この場合、前記導電層112”には前記カソード電極111に連結された電源とは異なる別途の電源が連結でき、これにより前記導電層112”には前記カソード電極111に印加される電圧とは異なる電圧が印加できる。したがって、前記導電層112”に印加される電圧を必要によって独立的に調節可能なので、導電層112”による電子ビームの集束効果を極大化できる長所がある。このように、前記導電層112”は、カソード電極111とは別個の電極、すなわちフォーカシング電極の役割を果たすようになる。
前記導電層112”は、まずカソード電極111上に絶縁物質層1123を形成した後、この絶縁物質層1123の上面に導電性金属物質の蒸着、スパッタリングまたはメッキにより形成されうる。このように導電層112”が導電性ペーストでなく金属物質の蒸着やメッキによりなされるので、エッチング工程により前記絶縁層113に第2開口113aの形成時、エッチッグ液の影響を受けて導電層112”が損傷される問題点が発生しない。
そして、図8に示されたFEDの他の構成要素の具体的な構成は図3に示された本発明の第1実施例によるFEDと同一である。ただし、第1開口112aは、前記絶縁物質層1123と導電層112”とに一定幅に形成され、前記第1開口112a内に配置されるエミッタ115は、第1開口112aの両側に露出された絶縁物質層1123の側面のそれぞれに接触するように形成される。
一方、前記導電層112”は、その長手方向の端部で前記カソード電極111と電気的に連結されるように形成でき、この場合、カソード電極111と導電層112”に同じ電圧が同時に印加されうる。
以下、本発明の他の実施例に対して説明する。
図9は、本発明の第2実施例によるFEDの構造を示す部分平面図である。本発明の第2実施例によるFEDの断面構造は図4に示された第1実施例によるFEDの断面構造と同一なので、その図示は省略する。
図9に示されたように、本実施例においては、一つの画素225に対して導電層212に形成された第1開口212aと、絶縁層213に形成された第2開口213aと、ゲート電極214に形成された第3開口214aとがそれぞれ複数個、例えば二つが設けられる。そして、前記複数の第1開口212aのそれぞれの内部にエミッタ215が形成される。前記エミッタ215は前述した第1実施例のように前記第1開口212a内に露出されたカソード電極211上に形成され、互いに所定間隔離隔されるように第1開口212aの両側に沿って配置される。
そして、本実施例においてもカソード電極211にキャビティ211aが形成でき、このキャビティ211aも一つの画素225に対して複数個、例えば二つが設けられる。
本実施例において、前記構成を除いた他の構成は前述した第1実施例と同一なので、その説明は省略する。また、本実施例においても図6ないし図8に示された変形例が適用されうる。
図10は、本発明の第3実施例によるFEDの構造を示す部分平面図である。本発明の第3実施例によるFEDの断面構造も図4に示された第1実施例によるFEDの断面構造と同一なので、その図示は省略する。
図10に示されたように、本実施例においては、導電層312に形成された第1開口312aと、絶縁層313に形成された第2開口313aと、ゲート電極314に形成された第3開口314aとが何れも円形の形状を有する。前記第3開口314aの内径D3と前記第2開口313aの内径D2のそれぞれは前記第1開口312aの内径D1より広く形成される。そして、前記第3開口314aの内径D3は前記第2開口313aの内径D2と同一に形成されうる。
前記第1開口312a内に露出された前記カソード電極311上には第1開口312aの内周面に沿って配置されるリング状のエミッタ315が形成される。前記エミッタ315の内径DEは前記第1開口312aの内径D1より狭く形成される。このようなエミッタ315は、前述した第1実施例のように炭素系物質、例えばカーボンナノチューブからなりうる。
そして、本実施例においても前記カソード電極311には第1基板(図示せず)を露出させる円形のキャビティ311aが形成でき、このキャビティ311aは前記リング状のエミッタ315の内側に配置される。したがって、前記キャビティ311aの内径DCは前記第1開口312aの内径D1と前記エミッタ315の内径DEのそれぞれより狭く形成される。
また、本実施例によるFEDにおいては、前記第1開口312a、第2開口313a、及び第3開口314aは一つの画素325に対してそれぞれ複数個が設けられうる。そして、前記複数の第1開口312aのそれぞれの内部に前記リング状のエミッタ315が形成される。
本実施例において、前記構成を除いた他の構成は前述した第1実施例と同一なので、その説明は省略する。
そして、本実施例においても図6ないし図8に示された変形例が適用されうる。すなわち、ゲート電極314に形成される前記第3開口314aはその内径D3が絶縁層313に形成される前記第2開口313aの内径D2より広く形成され、前記導電層312は、前記カソード電極311上に形成される絶縁物質層と、前記絶縁物質層の表面に形成される金属層とを含んで構成されうる。また、前記導電層312は、前記カソード電極311上に形成された絶縁物質層の上面に形成されうる。
以下、従来のFEDと本発明に係るFEDにおける電子ビーム放出に対するシミュレーションの結果を説明する。
本シミュレーションにおいて、従来のFEDとしては図1に示された構造のFEDが使われた。一方、本発明の第1、第2、及び第3実施例によるFEDはほぼ同じ断面構造を持つので、これによる電子ビーム放出特性もほとんど類似している。したがって、図3に示された本発明の第1実施例とその変形例によるFEDに基づいて電子ビーム放出に対する本シミュレーションを行った。
そして、本シミュレーションに先立ち、本シミュレーションに必要なFEDの各構成要素の設計値が設定された。例えば、FEDの画面が16:9の縦横比を有し、その対角線長さが38インチである場合、HD級の画質を具現するために水平解像度を1280ラインに設計する場合、R、G、Bトリオピッチ(trio−pitch)は0.69mm程度に設定される。
この場合、絶縁層の高さは10〜20μm、導電層の高さは2〜5μm、導電層に形成される第1開口の幅W1は60〜80μm、絶縁層に形成される第2開口の幅W2は70〜90μm、ゲート電極に形成される第3開口の幅W3は70〜95μm程度に設定することが望ましく、カソード電極に形成されるキャビティの幅WCは10〜30μm程度に設定することが望ましい。
しかし、前記で限定した各構成要素の寸法は、FEDの画面のサイズ、縦横比及び解像度などの前提条件によって可変することは自明である。
図11Aないし図11Cは、図1に示された従来のFEDにおける電子ビーム放出に対するシミュレーションの結果を示す図面である。
このシミュレーションの結果、図11Aを参照すれば、エミッタから放出された電子ビームが蛍光層方向に進行しながら順次広く発散されることがわかる。
図11Bにおいて縦軸は電流密度を示すが、図11Bを参照すれば、電流密度のピークが画素の中心部でなく縁部に位置することがわかる。これは、前述したように電子が主にエミッタのエッジ部から放出されるためである。このように画素の中心部の電流密度が低ければ、その画素の蛍光体が十分に励起できないために輝度が低くなり、特にエミッタが正確な位置に形成されていないか、前面基板と背面基板とを封着する時に正確に整列されない場合には電流密度のピークが画素の縁部に偏るようになって色純度が顕著に低下する。
図11Cを参照すれば、蛍光層に到達した電子ビームのスポットが該当画素を外れて隣接した他の画素まで侵入したことが分かる。
このように、図1に示された構造を有した従来のFEDにおいては、色純度の低下と同時に鮮明な画質を具現し難い短所がある。
図12Aないし図12Cは、図3に示された本発明に係るFEDにおいて、カソード電極にキャビティが形成されていない場合の電子ビームの放出に対するシミュレーションの結果を示す図面である。
このシミュレーションの結果、図12Aを参照すれば、第1開口の両側にそれぞれ配置されたエミッタから放出された電子ビームが導電層により形成された電界の影響を受けて蛍光層方向に進行しつつ広く分散せずに集束されていることが分かる。そして、図12Bを参照すれば、電流密度のピークが概略画素の中心部に位置することがわかる。
結果的に、図12Cに示されたように、蛍光層に到達した電子ビームのスポットサイズは従来に比べて顕著に小さくなり、これによって電子ビームが隣接した他の画素に侵入する従来の問題点が防止される。ところが、この場合、従来に比べて電流密度が多少減少する特性を示すが、エミッタから放出された電子ビームフォーカシング特性が向上するので画像の色純度が高まり、電流密度のピークが該当画素内に位置するようになるので画像の輝度が補償される。
図13Aないし図13Cは、図3に示された本発明に係るFEDにおいて、カソード電極にキャビティが形成された場合の電子ビーム放出に対するシミュレーションの結果を示す図面である。
このシミュレーションの結果、図13Aを参照すれば、カソード電極に形成されたキャビティによりエミッタの周囲に形成された電界の等電位線がエミッタを取り囲むように形成され、これによって第1開口の両側にそれぞれ配置されたエミッタから放出された電子ビームがこのような電界の影響を受けて蛍光層側に進行しつつより効果的に集束されていることが分かる。そして、図13Bを参照すれば、電流密度のピークが画素の中心に正確に位置することが分かる。
結果的に、図13Cに示されたように、蛍光層に到達した電子ビームのスポットサイズは、前述したキャビティが形成されていない場合よりさらに小さくなる。そして、この時の電流密度は前述したキャビティが形成されていない場合より高まり、従来の場合と同等以上に向上する。
したがって、カソード電極にキャビティを形成すれば、電子ビームフォーカシング特性がさらに向上し、電流密度の増加と共に電流密度のピークが該当画素内に正確に位置することによって、色純度と輝度とがさらに向上したFEDを具現しうる。
図14Aないし図14Cは、図3に示された本発明に係るFEDにおいて、カソード電極に形成されたキャビティの幅を変更した場合の電子ビーム放出に対するシミュレーションの結果を示す図面である。
このシミュレーションにおいては、前記シミュレーションと同じ条件が適用された。ただし、カソード電極に形成されたキャビティの幅WCのみさらに広く設定された。
このシミュレーションの結果、図14Aを参照すれば、エミッタの周囲に形成された電界の等電位線がエミッタをより確実に取り囲むように形成されることが分かる。そして、図14Bを参照すれば、電流密度のピークが画素の中心に正確に位置することが分かる。
結果的に、図14Cに示されたように、蛍光層に到達した電子ビームのスポットサイズは、前記シミュレーションにおけるスポットサイズよりさらに小さくなる。そして、この時の電流密度は前記シミュレーションにおける電流密度よりさらに高まる。
したがって、カソード電極に形成されたキャビティの幅WCを調節すれば、電流密度をより高め、また電子ビームをより効果的に集束させうるので、高画質の画像を具現されうる。
図15Aないし図15Cは、図7に示された本発明の変形例によるFEDにおける電子ビーム放出に対するシミュレーションの結果を示す図面である。
このシミュレーションの結果、図15Aを参照すれば、絶縁物質層と金属層からなる導電層とカソード電極に形成されたキャビティとによりエミッタ周囲に形成された電界の等電位線がエミッタを取り囲むように形成され、これによりエミッタから放出された電子ビームが効果的に集束されることが分かる。したがって、図15Bに示されたように、電流密度のピークが該当画素内に正確に位置し、図15Cに示されたように、蛍光層に到達した電子ビームのスポットのサイズが非常に小さくなる。
このように、図7に示された本発明の変形例によるFEDも前述した実施例と同じ効果が得られる。
図16A及び図16Bは、図8に示された本発明の他の変形例によるFEDにおける電子ビーム放出に対するシミュレーションの結果を示す図面である。
このシミュレーションの結果、図16A及び図16Bを参照すれば、絶縁物質層の上面に形成されてカソード電極と絶縁された導電層によっても前述した実施例における導電層と同じ効果が得られる。特に、図8に示された導電層を有したFEDにおいては、導電層に印加される電圧を調節することによって電子ビームをより効果的に集束させることができる。
本発明は開示された実施例に基づいて説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これより多様な変形及び均等な他実施例が可能であるという点を理解しうる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲によって決まるべきである。
本発明は、電子ビームのフォーカシング特性を向上させうるエミッタの構造を有する電界放出表示装置に用いられる。
110…第1基板、
120…第2基板、
130…スペーサ、
111…カソード電極、
111a… キャビティ
112…導電層、
112a…第1開口、
113…絶縁層、
113a…第2開口、
114…ゲート電極、
114a…第3開口、
115…エミッタ、
121…アノード電極、
122…蛍光層、
123…ブラックマトリックス、
124…金属薄膜層。
120…第2基板、
130…スペーサ、
111…カソード電極、
111a… キャビティ
112…導電層、
112a…第1開口、
113…絶縁層、
113a…第2開口、
114…ゲート電極、
114a…第3開口、
115…エミッタ、
121…アノード電極、
122…蛍光層、
123…ブラックマトリックス、
124…金属薄膜層。
Claims (55)
- 第1基板と、
前記第1基板上に形成されたカソード電極と、
前記カソード電極上に形成され、前記カソード電極の一部を露出させる第1開口を有する導電層と、
前記導電層上に形成され、前記第1開口と連通される第2開口を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、前記第2開口と連通される第3開口を有するゲート電極と、
前記第1開口内に露出された前記カソード電極上に形成され、互いに所定間隔離隔されるように前記第1開口の両側に沿って配置されたエミッタと、
前記第1基板と所定間隔をおいて対向するように配置され、その一面にアノード電極と所定パターンの蛍光層とが形成された第2基板と、を備えることを特徴とする電界放出表示装置。 - 前記カソード電極には前記第1基板を露出させるキャビティが形成され、前記キャビティは前記エミッタの間に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の電界放出表示装置。
- 前記第1開口、第2開口、第3開口、及びキャビティは、前記カソード電極の長手方向に延びた矩形であることを特徴とする請求項2に記載の電界放出表示装置。
- 前記第3開口及び前記第2開口の幅のそれぞれは前記第1開口の幅より広く、前記キャビティの幅は前記第1開口の幅より狭いことを特徴とする請求項3に記載の電界放出表示装置。
- 前記エミッタ間の間隔は前記第1開口の幅より狭く、前記キャビティの幅は前記エミッタ間の間隔より狭いことを特徴とする請求項4に記載の電界放出表示装置。
- 前記第3開口の幅は、前記第2開口の幅と同じであることを特徴とする請求項4に記載の電界放出表示装置。
- 前記第3開口の幅は、前記第2開口の幅より広いことを特徴とする請求項4に記載の電界放出表示装置。
- 前記導電層は、前記カソード電極の両辺に沿ってその長手方向に延び、その間に前記第1開口を形成することを特徴とする請求項1に記載の電界放出表示装置。
- 前記導電層は、前記カソード電極の両辺のそれぞれに所定長さだけ形成され、その間に前記第1開口を形成することを特徴とする請求項1に記載の電界放出表示装置。
- 前記導電層は、前記カソード電極上に前記第1開口の周りを全て取り囲む形状に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の電界放出表示装置、
- 前記導電層は、前記カソード電極上に形成される絶縁物質層と、前記絶縁物質層の上面と側面とに形成されて前記カソード電極と接触する金属層と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の電界放出表示装置。
- 前記第1、第2、及び第3開口は、一つの画素に対してそれぞれ複数個が設けられ、前記複数の第1開口のそれぞれの内部に前記エミッタが形成されることを特徴とする請求項1に記載の電界放出表示装置。
- 前記エミッタは、炭素系物質からなることを特徴とする請求項1に記載の電界放出表示装置。
- 前記エミッタは、カーボンナノチューブからなることを特徴とする請求項13に記載の電界放出表示装置。
- 第1基板と、
前記第1基板上に形成されたカソード電極と、
前記カソード電極上に形成され、前記カソード電極の一部を露出させる円形の第1開口を有する導電層と、
前記導電層上に形成され、前記第1開口と連通される円形の第2開口を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、前記第2開口と連通される円形の第3開口を有するゲート電極と、
前記第1開口内に露出された前記カソード電極上に形成され、前記第1開口の内周面に沿って配置されたリング状のエミッタと、
前記第1基板と所定間隔をおいて対向するように配置され、その一面にアノード電極と所定パターンの蛍光層とが形成された第2基板と、を備えることを特徴とする電界放出表示装置。 - 前記カソード電極には前記第1基板を露出させる円形のキャビティが形成され、前記キャビティは前記エミッタの内側に配置されたことを特徴とする請求項15に記載の電界放出表示装置。
- 前記第3開口及び第2開口の内径のそれぞれは前記第1開口の内径より広く、前記キャビティの内径は前記第1開口の内径より狭いことを特徴とする請求項15に記載の電界放出表示装置。
- 前記エミッタの内径は前記第1開口の内径より狭く、前記キャビティの内径は前記エミッタの内径より狭いことを特徴とする請求項17に記載の電界放出表示装置。
- 前記第3開口の内径は、前記第2開口の内径と同じであることを特徴とする請求項18に記載の電界放出表示装置。
- 前記第3開口の内径は、前記第2開口の内径より広いことを特徴とする請求項18に記載の電界放出表示装置。
- 前記導電層は、前記カソード電極上に形成される絶縁物質層と、前記絶縁物質層の上面と側面とに形成されて前記カソード電極に接触する金属層と、を含むことを特徴とする請求項15に記載の電界放出表示装置。
- 前記第1、第2、及び第3開口は、一つの画素に対してそれぞれ複数個が設けられ、前記複数の第1開口のそれぞれの内部に前記エミッタが形成されることを特徴とする請求項15に記載の電界放出表示装置。
- 前記エミッタは、炭素系物質からなることを特徴とする請求項15に記載の電界放出表示装置。
- 前記エミッタは、カーボンナノチューブからなることを特徴とする請求項23に記載の電界放出表示装置。
- 第1基板と、
前記第1基板上に形成されたカソード電極と、
前記カソード電極上に形成された絶縁物質層と、
前記絶縁物質層の上面に形成された導電層と、
前記絶縁物質層と導電層とに形成されて前記カソード電極の一部を露出させる第1開口と、
前記導電層上に形成され、前記第1開口と連通される第2開口を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、前記第2開口と連通される第3開口を有するゲート電極と、
前記第1開口内に露出された前記カソード電極上に形成され、互いに所定間隔離隔されるように前記第1開口の両側に沿って配置されたエミッタと、
前記第1基板と所定間隔をおいて対向するように配置され、その一面にアノード電極と所定パターンの蛍光層とが形成された第2基板と、を備えることを特徴とする電界放出表示装置。 - 前記導電層は、前記絶縁物質層により前記カソード電極と絶縁されることを特徴とする請求項25に記載の電界放出表示装置。
- 前記カソード電極には前記第1基板を露出させるキャビティが形成され、前記キャビティは前記エミッタの間に配置されたことを特徴とする請求項25に記載の電界放出表示装置。
- 前記第1開口、第2開口、第3開口、及び前記キャビティは、前記カソード電極の長手方向に延びた矩形であることを特徴とする請求項27に記載の電界放出表示装置。
- 前記第3開口及び前記第2開口の幅のそれぞれは前記第1開口の幅より広く、前記キャビティの幅は前記第1開口の幅より狭いことを特徴とする請求項28に記載の電界放出表示装置。
- 前記エミッタ間の間隔は前記第1開口の幅より狭く、前記キャビティの幅は前記エミッタ間の間隔より狭いことを特徴とする請求項29に記載の電界放出表示装置。
- 前記第3開口の幅は、前記第2開口の幅と同じであることを特徴とする請求項29に記載の電界放出表示装置。
- 前記第3開口の幅は、前記第2開口の幅より広いことを特徴とする請求項29に記載の電界放出表示装置。
- 前記絶縁物質層と導電層とは、前記カソード電極の両辺に沿ってその長手方向に延び、その間に前記第1開口を形成することを特徴とする請求項25に記載の電界放出表示装置。
- 前記絶縁物質層と導電層とは、前記カソード電極の両辺のそれぞれに所定長さだけ形成され、その間に前記第1開口を形成することを特徴とする請求項25に記載の電界放出表示装置。
- 前記絶縁物質層と導電層とは、前記カソード電極上に前記第1開口の周りを全て取り囲む形状に形成されたことを特徴とする請求項25に記載の電界放出表示装置。
- 前記導電層は、その長手方向の両端部で前記カソード電極と電気的に連結されることを特徴とする請求項25に記載の電界放出表示装置。
- 前記第1、第2、及び第3開口は、一つの画素に対してそれぞれ複数個が設けられ、前記複数の第1開口のそれぞれの内部に前記エミッタが形成されることを特徴とする請求項25に記載の電界放出表示装置。
- 前記エミッタは、炭素系物質からなることを特徴をする請求項25に記載の電界放出表示装置。
- 前記エミッタは、カーボンナノチューブからなることを特徴とする請求項38に記載の電界放出表示装置。
- 第1基板と、
前記第1基板上に形成されたカソード電極と、
前記カソード電極上に形成された絶縁物質層と、
前記絶縁物質層の上面に形成された導電層と、
前記絶縁物質層と前記導電層とに形成されて前記カソード電極の一部を露出させる円形の第1開口と、
前記導電層上に形成され、前記第1開口と連通される円形の第2開口を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、前記第2開口と連通される円形の第3開口を有するゲート電極と、
前記第1開口内に露出された前記カソード電極上に形成され、前記第1開口の内周面に沿って配置されたリング状のエミッタと、
前記第1基板と所定間隔をおいて対向するように配置され、その一面にアノード電極と所定パターンの蛍光層とが形成された第2基板と、を備えることを特徴とする電界放出表示装置。 - 前記導電層は、前記絶縁物質層により前記カソード電極と絶縁されることを特徴とする請求項40に記載の電界放出表示装置。
- 前記カソード電極には前記第1基板を露出させる円形のキャビティが形成され、前記キャビティは前記エミッタの内側に配置されたことを特徴とする請求項40に記載の電界放出表示装置。
- 前記第3開口及び第2開口の内径のそれぞれは前記第1開口の内径より広く、前記キャビティの内径は前記第1開口の内径より狭いことを特徴とする請求項42に記載の電界放出表示装置。
- 前記エミッタの内径は前記第1開口の内径より狭く、前記キャビティの内径は前記エミッタの内径より狭いことを特徴とする請求項43に記載の電界放出表示装置。
- 前記第3開口の内径は、前記第2開口の内径と同じであることを特徴とする請求項44に記載の電界放出表示装置。
- 前記第3開口の内径は、前記第2開口の内径より広いことを特徴とする請求項44に記載の電界放出表示装置。
- 前記導電層は、その長手方向の両端部で前記カソード電極と電気的に連結されることを特徴とする請求項40に記載の電界放出表示装置。
- 前記第1、第2、及び第3開口は、一つの画素に対してそれぞれ複数個が設けられ、前記複数の第1開口のそれぞれの内部に前記エミッタが形成されることを特徴とする請求項40に記載の電界放出表示装置。
- 前記エミッタは、炭素系物質からなることを特徴とする請求項40に記載の電界放出表示装置。
- 前記エミッタは、カーボンナノチューブからなることを特徴とする請求項49に記載の電界放出表示装置。
- 前記導電層は、導電性物質のスパッタリングによって形成されることを特徴とする請求項25に記載の電界放出表示装置。
- 前記導電層は、導電性物質のメッキによって形成されることを特徴とする請求項40に記載の電界放出表示装置。
- 前記導電層は、前記絶縁層に前記第2開口を形成する時に使われるエッチッグ液に対して抵抗性を有することを特徴とする請求項25に記載の電界放出表示装置。
- 前記エミッタの一側は前記導電層によって限定され、前記エミッタの他側は前記カソード電極によって限定されることを特徴とする請求項1に記載の電界放出表示装置。
- 前記エミッタは、前記カソード電極上にその長手方向に前記カソード電極と平行に延びたことを特徴とする請求項8に記載の電界放出表示装置。
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