KR100264154B1 - 광-전자변환/증배부를사용하는고효율표시소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현행 전계방출 표시소자(FED)와 전기장 발광 표시소자(ELD)가 가지는 저휘도와 불균일도를 보완한 고효율의 표시소자에 관한 것이다.

본 발명에 의한 표시소자는 전기장 발광소자(EL소자), 광-전자변환/증배부 및 음극선관(CRT)발광체 모듈을 일체화하여 조립하되, 광-전자변환/증배부에서 발생한 전자의 가속이 용이하도록 진공봉합기술을 사용하여 광-전자변환/증배부와 발광체모듈을 봉입한다.

이러한 표시소자는 면상 방출원(plane emitter)인 Sb계(Sb-based)박막을 사용함으로써, 균일도의 증대와 대면적화가 가능해지고 번짐이 현저하게 감소한다. 또한 전기장 발광소자의 낮은 휘도를 증폭하여 높은 휘도를 얻을 수 있고, 본 발명에 이용되는 고진공 봉합기술 및 음극선관(CRT)발광체는 이미 완성된 기술이므로 표시소자의 제작이 용이하다는 장점을 가진다.

Description

광-전자변환/증배부를 사용하는 고효율 표시소자{A HIGH EFFICIENCY DISPLAY MODULE WITH PHOTO-EMISSIVE PLANE CATHODE}

본 발명은 단색/저휘도 전기장 발광소자(Electroluminescent device, EL 소자)를 사용하여 고휘도의 칼라표시를 구현할 수 있도록 면상의 광-전자변화/증배부를 포함하는 새로운 구조를 가지는 고효율의 표시소자에 관한 것이다.

평판표시장치의 하나인 전기장 발광식 표시장치(Electroluminescent Display, ELD)를 완전 천연색화하는 방법으로는, 빛의 삼원색인 적, 청, 녹색을 발하는 각각의 발광체와 이를 이용한 발광박막으로 이루어진 천연색 장치를 개발하는 방법과, 가시광 전 영역의 발광을 나타내는 단일 백색 발광재료 및 이 발광재료로 이루어진 박막을 제조하고 여기에 칼라 필터 기술을 접목시킴으로써 적, 청, 녹색의 모든 발광을 구현하는 방법이 있다. 전자의 경우, 청색발광소자의 휘도가 현재로서는 만족할 만한 수준에 도달하지 못하고 있는 실정이다.

한편, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)이나 액정표시장치(LCD)를 대체할 차세대 소자인 전계방출 표시장치(Field Emission Display, FED)소자는 진공으로 봉입되므로, X-레이나 외부의 복사(radiation)에 거의 무관하게 동작하며 응답속도, 해상도 및 신뢰도가 매우 우수하다는 장점이 있으나, 전자를 방출하는 작은 냉음극(small cold cathode)이 실리콘(Si)과 같은 재료로 이루어진 팁 에미터(tip emitter)인 경우 균일도와 수명에 문제가 있으며, 특히 대면적의 화면구현이 까다로운 것으로 알려지고 있다. 따라서, 이러한 전계방출 표시장치(FED)가 유용한 표시소자로 사용되기 위해서는 대화면 구현 및 균일화가 가능하도록 유리기판상에 평면 에미터(plane emitter)를 제조하여야 하며, 이러한 방향으로의 연구가 활발하게 진행되고 있다.

전계방출 표시장치(FED)에서 나타나는 또 다른 문제점은 수명을 연장하고 구동전압을 낮추기 위해서는 저전압 박막 발광층의 개발이 필수적이지만, 현재까지는 그 저전압 박막 발광층의 휘도수준이 매우 미약하여 표시장치로는 사용이 불가능하다는 것이다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해서는 발광체로서 음극선관(CRT)용 고전압 발광체를 그대로 사용하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 목적은 전계방출 표시소자(FED)와 전기장 발광식 표시장치(ELD)가 가지는 단점을 보완하기 위하여, 전계방출 표시소자(FED)와 전기장 발광식 표시장치(ELD)에 플라즈마 표시장치 패널(PDP)이나 액정표시장치(LCD)등의 기술분야에서 완성된 기술 즉, 고진공 봉합기술 및 발광체 모듈을 조합하고 광-전자변환/증배부를 포함함으로써, 낮은 구동전압으로도 번짐이 작고 고휘도인 고효율의 새로운 표시소자를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 칼라 발광용 표시소자 구조를 도시한 단면도이다.

상기 목적을 위한 본 발명에 의한 표시소자는 전기장 발광소자(EL소자), 광-전자변환/증배부 및 발광체 모듈로 이루어지며, 전기장 발광소자 및 광-전자변환소자로 구성된 부분이 스페이서를 사이에 두고 발광체가 도포된 유리기판, 즉 음극선관(CRT) 발광체 모듈과 조립되어 진공 봉입된 일체화 구조를 가진다.

상기 전기장 발광소자로는 동작이 안정적이고 수명이 긴 박막형 전기장 발광소자(TFELD)를 사용하거나 또는 AC분말형 전기장 발광소자(AC powder ELD)를 사용한다. 이러한 전기장 발광소자 부분은 유리기판과, 상기 유리기판상에 형성되어 있는 불투명전극과, 상기 불투명전극상에 형성되어 있는 단층 또는 다층의 제 1 절연층과, 상기 제 1 절연층상에 형성되어 있는 발광층과, 상기 발광층상에 형성되어 있는 제 2 절연층과, 상기 제 2 절연층상에 형성되어 있는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명전극으로 이루어짐으로써 이중 절연층 구조를 가지며, 상기 불투명전극과 투명전극에 교류전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.

전자발광 소자와 접합되는 광-전자변환/증배부는 유리계의 박막이나 유리기판상에 형성된 광-전자변환 금속층으로 이루어져 있으며, 상기 유리기판과 금속층 사이에 절연층을 포함할 수도 있다.

음극선관(CRT) 발광체 모듈은 발광체가 도포된 양극판(anode plate)으로 이루어져 있으며, 상기 광-전자변환/증배부와 음극선관(CRT) 발광체 모듈은 고진공을 사이에 두고 스페이서를 사용하여 진공 봉합되어 있는 구조를 가진다.

한편 상기와 같이 일체구조로 이루어진 본 발명에 의한 표시소자에 사용되는 전기장 발광소자(EL소자)를 제조하는 방법은, 유리기판상에 열증착법으로 알루미늄을 증착한 후 리프트-오프(lift-off) 공정으로 패터닝하여 상기 알루미늄이 서로 소정 간격으로 이격되도록 함으로써 알루미늄 전극을 형성하는 공정과, 고주파(RF) 반응성 스퍼터 장치를 이용한 스퍼터링 방법으로 상기 불투명 알루미늄 전극상에 단층 또는 다층으로 이루어진 제 1 절연층을 형성하는 공정과, 상기 제 1 절연층상에 발광층을 형성하는 공정과, 상기 발광층의 박막 결정성 향상을 위하여 진공 열처리 하는 공정과, 상기 발광층상에 제 2 절연층을 형성하는 공정 및 상기 제 2 절연층상에 ITO와 같은 투명전극을 형성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 발광층의 재료로는 일반적인 발광층 재료 이외에 청-녹색 발광에 기여하는 ZnS를 모체로 가지는 계열의 재료가 사용될 수 있으며, 구체적으로는 ZnS를 모체로 가지고 Tb를 첨가시킨 ZnS:Tb,F,O계열, ZnS:Cu,(Cl,Br)계열, ZnS:Mn,Cu,(Cl,Br)계열, ZnS:Pr계열, ZnS:Mn계열, ZnS:Ce계열, ZnS:Tb계열등이 있다. 상기 구조 및 제조공정에 의한 본 발명에 따른 발광 표시소자는 주로 녹-청색영역에서 발광을 나타낸다.

실시예

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 발광 표시소자의 구조를 나타내는 도면으로서, (I)는 본 발명에 의한 전기장 발광소자(EL소자)를 나타낸 것으로 유리기판상에 불투명 전극이 형성되어 있으며, 상기 전극상에는 Ta205 계열의 절연막이 증착되고, 이어서 상기 제 1 절연층상에는 ZnS모체에 Tb를 첨가시킨 Zns:Tb, F, O 발광재료로 형성된 발광층이 적층되어 있으며, 상기 발광층 상에는 다시 SiO2-계 절연막인 SiOxNy 단일층으로 이루어진 제 2 절연층이 형성되어 있다. 또한 상기 제 2 절연층상에는 투명한 ITO 전극이 패터닝되어 있다.

(II)는 (I)과 같은 전자발광 소자로부터 방출된 광을 수광하여 전자로 변환하는 광-전자변환/증배부에 관한 것이다. 본 발명에 의한 광-전자변환/증배부는 붕규산 유리(borosilicate glass)상에 낮은 일함수(work function)를 가지는 것을 특징으로 하는 알칼리 계열의 금속박막을 형성하여 제조한다. 또한 상기 유리 기판과 금속박막 사이에 절연 박막이 코팅될 수도 있다. 상기 금속 박막은 안티모니(Sb)에 나트륨(Na)과 칼륨(K)이 도핑된 박막을 0.1μm∼2μm의 두께로 증착하여 형성한다. 또한, 먼저 안티모니(Sb)를 전자빔 가공(electron-beam mechanism, EBM)으로 증착한 뒤 계속하여 나트륨(Na)이나 칼륨(K)의 증기에 노출시키거나, 안티모니-나트륨-칼륨 순으로 다층의 박막을 증착하여 다층구조로 형성할 수도 있다.

(Ⅲ)은 스페이서로서, 완성된 광-전자 변환부에서 방출된 전자의 가속이 용이하도록 광-전자변환/증배부와 음극선관(CRT) 발광체 모듈이 스페이서를 사이에 두고 고진공내에 봉입되는데, 이때 사용되는 스페이서는 연성이 높으면서도 파괴전계강도가 높은 운모(mica) 계열의 재료를 사용한다. 본 발명에서 사용되는 스페이서의 재료는 수μm 내지 수mm까지 폭과 높이를 용이하게 가변할 수 있도록 한다.

(Ⅳ)는 (Ⅲ)에서 방출된 전자에 의하여 여기되어 관찰자에게 컬라표시화면을 제공할 발광면을 나타내고 있다. 발광체는 전계방출 표시소자(FED)용 저전압 발광체를 사용하는 대신 음극선관(CRT)에서 사용되는 대표적인 발광체인 P22 발광체를 사용하되, 도 1에서와 같이 알루미늄으로 코팅된 발광면을 형성한다. 알루미늄 코팅된 발광면은 공간전하 축적의 제거효과 뿐 아니라 반대면의 광-전자변환/증배부에 수광되지 않도록 발광면 전방으로의 반사도를 높여주는 효과를 가진다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 전기장 발광소자(EL소자), 광-전자변환/증배부 및 음극선관(CRT)의 발광체 모듈을 일체화하여 조립하되, 광-전자변환/증배부에서 발생된 전자의 가속이 용이하도록 하기 위하여 진공 봉합 기술을 사용한다.

상기와 같은 소자 구조는 (1)현재 전계방출 표시소자(FED)기술에서 문제가 되고 있는 팁에미터(tip emitter)를 면상(plane) 방출원인 저일함수(low work function)형 Sb계 박막으로 대체하여 균일도의 증대와 대면적화를 가능하게 한다. 전자방출 디스플레이(FED)용 팁에미터의 경우 전자의 방출이 포물선 궤적을 따르기 때문에 스크린상에서 전자빔의 번짐효과가 매우 크지만 박막 광-전자변환/증배층을 형성함으로써, 전자의 방출궤적은 거의 직선이 되고, 별도의 증폭기 없이도 면상의 증배층(금속)과 발광체 사이에 인가된 가속전압에 의하여 반대편의 스크린으로 효과적인 가속이 이루어지며, 번짐이 약 1/100으로 감소되는 효과를 가진다.

(2) 칼라화와 고휘도화의 측면에서는, 전기장 발광소자(EL소자)를 광-전자 변환부에 주입할 광원으로만 기능하게 함으로써 약 2cd/m2정도의 휘도만 나타내어도 최종적으로 알루미늄 코팅된 발광체 스크린에서는 약 100배 이상 향상된 발광세기를 얻어낼 수 있고, 또한 진공 반대편의 발광스크린을 음극선관(CRT)용 발광재료를 이용하여 적, 청, 녹색 발광 스크린으로 형성함으로써, 용이하게 음극선관(CRT)과 동일한 휘도와 칼라를 구현할 수 있다. 또한 약 2cd/m2의 휘도만 요구되므로, TFELD를 사용하더라도 구동전압이 매우 낮을 뿐 아니라 전력소모도 줄일 수 있어 액정표시소자(LCD)용 구동단을 채택할 수도 있다.

(3) 또한, 전기장 발광소자부분은 진공봉합부분에 들어가지 않고 대기중에 노출되므로 전기장 발광소자와 관련된 공정은 별도로 진행되며 진공실장된 "광전자변환부-알루미늄처리된 음극선관 발광체 스크린" 모듈과 최종적으로 조립된다.

(4)또한 고진공 봉합기술은 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 분야에서 이미 알려진 기술이므로 활용이 용이하며, (5)실제 본 발명의 발광스크린으로 작용하는 알루미늄 코팅된 P22 발광체는 수십년동안 음극선관 기술에서 사용되어 온 고효율 고휘도 발광체이므로 전계방출 표시소자(FED) 기술에서 난제로 안고 있는 저전압 고휘도 발광체 기술이 별도로 필요하지 않으며 단지 음극선관(CRT) 기술을 그대로 활용할 수 있다는 장점을 가진다.

Claims (10)

1. 전기장 발광소자(EL소자)와,

   상기 전기장 발광소자로부터 방출된 광을 수광하여 전자로 변환하기 위하여 상기 전기장 발광소자상에 접합되는 광-전자변환/증배부 및,

   발광체 모듈로 이루어지며,

   상기 광전자변환/증배부 및 발광체 모듈은 그 사이에 위치하는 스페이서를 이용하여 고진공 봉합되는 것을 특징으로 하는 표시소자.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전기장 발광소자는 박막형 전기장 발광소자(TFELD) 또는 AC분말형 전기장 발광소자(AC powder ELD)인 것을 특징으로 하는 표시소자.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전기장 발광소자는 이중 절연층 구조를 가지는 것으로서,

   유리기판과, 상기 유리기판상에 형성되어 있는 제 1 전극과, 상기 제 1 전극상에 형성되어 있는 제 1 절연층과, 상기 제 1 절연층상에 형성되어 있는 발광층과, 상기 발광층상에 형성되어 있는 제 2 절연층과, 상기 제 2 절연층상에 형성되어 있는 제 2 전극으로 이루어지며,

   상기 발광층이 ZnS모체에 Tb를 첨가시킨 Zns:Tb, F, O계, 또는 Zn:Cu,(Cl,Br)계, ZnS:Mn,Cu,(Cl,Br)계, ZnS:Pr계, ZnS:Mn계, ZnS:Ce계열, ZnS:Tb계에서 선택되는 하나 이상의 ZnS계 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 표시소자.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 알루미늄(Al)전극이고, 상기 제 2 전극은 투명전극인 것을 특징으로 하는 표시소자.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 광-전자변환/증배부는 유리기판과, 상기 유리기판상에 형성되어 있는 안티모니(Sb)를 주재료로 하는 박막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표시소자.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 박막은 Sb에 Na 및 K가 도핑된 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 표시소자.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 광-전자변환/증배부는 유리기판과, 상기 유리기판상에 Sb박막-Na박막-K박막의 순서로 형성된 다층 박막으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 표시소자.
8. 제 5 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 광-전자변화/증배부는 상기 유리기판과 Sb 계 박막 사이에 형성되어 있는 절연 박막층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 표시소자.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 스페이서는 운모(mica)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표시소자.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 발광체 모듈은 알루미늄 코팅된 P22 발광체 및 CRT용 발광체중 하나가 도포된 양극판(anode plate)인 것을 특징으로 하는 표시소자.

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