KR100378421B1

KR100378421B1 - 띠 모양의 애노드 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자

Info

Publication number: KR100378421B1
Application number: KR10-2001-0005328A
Authority: KR
Inventors: 김광영; 박명호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2003-03-29
Also published as: KR20020065012A

Abstract

본 발명에 따른 띠 모양의 애노드 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자는 전자 방출부가 형성된 캐소드 전극과, 전자 방출량을 제어하는 게이트 전극이 형성된 캐소드 기판과; 방출된 전자가 충돌하여 가시광을 발생시키는 형광체와, 전자를 가속시키는 애노드 전극을 구비한 애노드 기판을 포함하는 전계 방출형 표시 소자에서, 애노드 전극은 제1 고저항막에 의해서 전기적으로 분리된 다수개의 분할 전극으로 형성된다. 여기서, 애노드 전극인 분할 전극은 애노드 기판 상에 형성되고, 각각 애노드 전극상에 제2 고저항막, 형광체막, 반사막이 차례로 형성된다.

여기서, 애노드 전극은 띠 모양이며 ITO 투명 전극으로 이루어져 있다.

그리고, 제1 및 제2 고저항막은 같은 재료이며, 비정질 Si, SiO₂, SiN₄등의 고유전막 중 어느 하나로 이루어졌다.

이상에서와 같이 본 발명은 애노드 전극을 블랙 매트릭스에 의해 분할하고 애노드 전극(ITO)위에 고저항층을 적층하여 진공도 불량에 의한 아크 발생시, 순간 내부 전류가 줄어들어 이미터 팁의 손상을 줄일 수 있으며 각각의 분할된 애노드 전극으로 흐르는 내, 외부 전류를 감소시킬 수 있으며 애노드 전극 사이의 누설 전류를 방지할 수 있다.

Description

띠 모양의 애노드 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자{The FED equipped with stripe-type anode electrode}

본 발명은 전계 방출형 표시 소자의 애노드 전극 분야에 관한 것으로서, 특히 띠 모양의 애노드 전극을 고저항막에 의해 분할 처리하고 애노드 전극과 형광체 사이 및 각 띠 사이에 고저항막을 설치하여 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 아크 발생시 흐르는 전류량을 작게 하여 아크에 의한 이미터의 손상을 방지하는 띠 모양의 애노드 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자에 관한 것이다.

전계 방출 현상은 선단이 매우 예리한 팁 모양의 금속이나 반도체 재료에 수㎹/㎝이상의 강한 전계가 걸릴 경우 터널링 현상에 의해 전자가 팁 외부로 방출되는 현상을 말하며, 방출된 전류 밀도와 인가된 전계와의 관계는 파울러-노드하임 방정식으로 다음과 같이 수식화된다.

여기에서, E는 전기장의 세기, φ는 팁 물질의 일함수, y는 schottky장벽 강하를 나타낸다.

전계 방출 현상을 디스플레이 소자에 응용한 것이 전계 방출형 표시 소자로서, 전자를 방출하는 이미터, 이미터에 전계를 가하는 캐소드와 게이트 전극 및 이미터에서 발생한 전자가 형광체에 충돌하여 가시광을 방출하는 애노드 전극으로 구성된다.

전계 방출형 표시 소자는 결국 음극선관과 같은 원리인 음극 발광을 이용한 것으로, 발광 효율은 전자와 형광체간의 충돌시 형광체가 가시광을 내는 효율에 의해 결정된다.

전계 방출형 표시 소자용 형광체는 형광체에 인가하는 전압의 크기에 따라 수백볼트 범위의 저전압과 5㎸이상의 고전압 형광체로 구별되며, 현재 대부분의 전계 방출형 표시 소자 개발회사는 고효율, 장수명을 위해서 기존의 음극선관에서 사용되는 고전압 형광체를 사용한다.

그러나, 고전압 전계 방출형 표시 소자는 아크 발생이라는 치명적인 단점을 가진다. 애노드와 캐소드의 간격이 5mm이하이므로 5㎸의 전압을 애노드에 인가하면, 두 전극간의 전위는 10⁴V/㎝이상이 된다.

통상적으로 전계 방출형 표시 소자의 동작 진공도는 10^-6Torr이하로 유지되어야 하나 소자 내부의 아웃-게싱(out-gassing)이나 형광체로부터의 입자발생 등에 의해 진공 상태가 나빠질 경우 10⁴V/m이상의 고전계에 의해 내부에서 일종의 절연 파괴현상인 아크가 발생한다.

아크가 일어날 때 애노드에서 이미터 팁으로 흐르는 전류는 외부의 애노드 전원으로부터 흐르는 외부전류와, 전자의 형광체 충돌시 발생하는 2차 전자의 축적에 의해 대전된 내부전하가 이미터 팁으로 흐르는 내부 전류로 나누어 진다.

아크 현상은 고전압형 전계 방출형 표시 소자의 실용화에 가장 치명적인 장애물로 이미터나 게이트 전극의 파괴를 야기하여 소자 수명을 단축시킨다.

즉, 아크 발생시 애노드에 인가된 고전압에 의해 외부 혹은 내부 전류가 방전공간을 거쳐 이미터의 팁을 통해 순간적으로 흐르면서 팁이 파괴되어 버리는 것이다.

종래에는 게터링 처리, 형광체 전면에 매탈 백 설치, 애노드 회로에 인덕터 설치, 유리 기판사이의 간격을 증가하여 전계 강도를 낮추는 기술, 게이트 상부에 절연막 설치등의 적용에 의해서 아크를 줄이기 위한 여러 시도가 행해지고 있으나, 아직까지 아크 발생의 근본적 해결은 이루어지지 않고 있다.

제1도는 종래의 전계 방출형 표시 소자를 나타낸 도면이다.

도1을 참조하면, 우선 형광체(111), 블랙 매트릭스(112), 매탈 백(113)을 갖는 애노드 기판(110)과; 이미터 팁(121), 게이트 전극(122), 캐소드 전극(123), 저항막(124)을 갖는 캐소드 기판(120)과; 상기 두 기판을 지지하는 스페이서(130)로 구성된다.

상기 애노드 기판(110)에 전압을 가하는 전극은 상기 형광체(111) 뒷면에 형성된 알루미늄 메탈 백(113)에 연결되며, 상기 각각의 형광체(111)는 블랙 매트릭스(112)로 분리되어 명암을 향상시킨다.

상기 스페이서(130)는 상기 두 기판의 간격을 패널 내부 진공도인 10^-6torr에서 1~3mm로 유지하는 기계적 구조물이다.

상기 매탈 백(113)은 상기 이미터 팁(121)으로부터 방출되는 전자를 +5㎸이상의 고전압으로 가속시켜서 상기 형광체(111)에 충돌시켜 가시광을 얻게 하고, 후방으로 향하는 가시광을 전방으로 재반사시켜 가시광 발광효율을 향상하는 두가지 역할을 하게 된다.

상기 캐소드 기판(120)의 게이트 전극(122)은 캐소드 전극(123)에 의해 음의 전압이 걸린 팁으로부터 전자를 인출하는 역할을 한다. 상기 저항막(124)은 각각의 팁으로부터의 방출전류를 균일하게 하는 역할을 한다.

전자가 상기 형광체(111)에 충돌할 경우 상기 형광체 표면이 이차 전자로 대전되며, 축적된 이차전자는 상기 형광체의 발광효율을 떨어뜨리고, 아크 발생시 상기 이미터 팁(121)으로 흐르면서 이미터 팁을 손상시키는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 애노드 전극을 띠 모양으로 분할 처리하여 아크 발생시 팁으로 흐르는 전하량은 단일 전극인 종래의 구조에 비해 분할 전극 수의 비율로 감소시킬 수 있으며, 각 애노드 전극의 적층구조를 인듐 주석 산화물(ITO)/고저항막/형광체/금속 반사막 구조로 바꿈으로서 아크 발생시 팁으로 흐르는 내, 외부 순간 전류가 고저항막에 의한 전압강하 효과로 인해 줄어들게 되어 팁의 손상을 줄일 수 있으며, 또한 각각의 띠 모양의 전극 사이에 고저항막을 설치하여 띠 모양의 전극간에 흐르는 누설 전류를 줄이고 애노드와 캐소드 간의 1차 아크가 발생한 직후에 아크가 일어난 애노드 전극과 안 일어난 애노드 전극 사이에서의 2차 아크 발생시 흐르는 전류양을 줄여서 애노드 전극의 손상을 방지할 수 있는 띠 모양의 애노드 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자를 제공함에 그 목적이 있다.

제1도는 종래의 전계 방출형 표시 소자를 나타낸 도면.

제2도는 본 발명에 따른 띠 모양의 애노드 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자를 나타낸 도면.

제3도는 본 발명에 따른 띠 모양의 애노드 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자에서 띠 모양의 애노드 전극을 세부적으로 나타낸 도면.

제4도는 본 발명에 따른 띠 모양의 애노드 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자에서 애노드 기판과 이미터 팁의 등가회로도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

210:애노드 기판 211:애노드 전극

212:제1 고저항막 213:제2 고저항막

214:형광체 215:금속 반사막

220:캐소드 기판 221:이미터 팁

222:게이트 전극 223:캐소드 전극

224:저항막 230:스페이서

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 띠 모양의 애노드 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자는 전자 방출부가 형성된 캐소드 전극과, 상기 전자 방출량을 제어하는 게이트 전극이 형성된 캐소드 기판과; 상기 방출된 전자가 충돌하여 가시광을 발생시키는 형광체와, 상기 전자를 가속시키는 애노드 전극을 구비한 애노드 기판을 포함하는 전계 방출형 표시 소자에서,

상기 애노드 전극은 제1 고저항막에 의해서 전기적으로 분리된 다수개의 분할 전극으로 형성된 점을 그 특징으로 한다.

여기서, 상기 애노드 전극인 분할 전극은 애노드 기판 상에 형성되고, 각각 상기 애노드 전극상에 제2 고저항막, 형광체막, 반사막이 차례로 형성된 점을 그 특징으로 한다.

여기서, 상기 애노드 전극은 띠 모양이며 ITO 투명 전극인 점을 그 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 및 제2 고저항막은 같은 재료인 점을 그 특징으로 하며, 비정질 Si, SiO₂, SiN₄등의 고유전막 중 어느 하나인 점을 그 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 띠 모양의 애노드 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자를 나타낸 도면이다.

도2를 참조하면, 제1 고저항막(212)에 의해 분할되었으며 띠 모양의 애노드전극(211), 제2 고저항막(213), 형광체(214), 금속 반사막(215)을 갖는 애노드 기판(210)과; 이미터 팁(221), 게이트 전극(222), 캐소드 전극(223), 저항막(224)을 갖는 캐소드 기판(220)과; 상기 두 기판을 지지하는 스페이서(230)로 구성된다.

상기 애노드 전극(211)을 띠 모양으로 분할하고 각각의 띠 모양 전극에 공통 애노드 전원 V_a를 연결한다. 이 경우 애노드 전극이 단일 전극인 종래의 구조에 비해 전극면적이 상기 띠 모양의 애노드 전극(211)의 수만큼 감소하므로, 각 띠 모양의 애노드 전극에 축적되는 내부 전하량도 그만큼 감소하게 된다.

종래 구조에서는 아크가 일어날 경우 애노드 전극 전체 면적에 대전되어 있던 전 전하량이 순간적으로 아크가 발생한 위치로 빠져 나가게 되지만, 본 발명에 의한 구조에서는 방출되는 전하량이 상기 띠 모양의 애노드 전극(211)상에 대전된 전하량으로 한정된다.

따라서 진공도 불량에 의한 아크 발생시, 종래의 전극구조와 달리 순간 내부전류는 상기 띠 모양의 애노드 전극(211)의 수 만큼 절감이 되어 상기 이미터 팁(221)으로 흐르는 내부 전류가 줄어들게 되고, 상기 이미터 팁의 손상도 그만큼 줄어들게 된다.

또한, 상기 띠 모양의 애노드 전극의 재료는 인듐 주석 산화물(ITO)이며 그 위에 제2 고저항막(213)/형광체(214)/금속 반사막(215)을 적층함으로서, 아크 발생시 상기 이미터 팁(221)으로 흐르는 내, 외부 순간전류가 상기 제2 고저항막(213)에 의한 전압강하 효과로 인해 줄어들게 되어 상기 이미터 팁의 손상을 줄일 수 있다.

상기 각각의 애노드 전극(211)사이에 상기 제1 고저항막(212)을 설치함으로서 애노드 전극간에 흐르는 누설 전류를 줄일 수 있고, 상기 애노드 전극(211)과 캐소드 전극(223)간의 1차 아크가 발생한 직후에, 아크가 일어난 애노드 전극과 안 일어난 애노드 전극 사이에서의 2차 아크 발생시 흐르는 전류양을 줄여서 애노드 전극의 손상을 방지할 수 있다.

제3도는 본 발명에 따른 띠 모양의 애노드 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자에서 띠 모양의 애노드 전극을 세부적으로 나타낸 도면이다.

도3을 참조하면, 띠 모양의 애노드 전극은 투명 전도막인 인듐 주석 산화물(ITO:Indium Tin Oxide)(310)이며, 도2의 이미터 팁(221)으로부터 형광체(330)로 전자를 가속 충돌하는 역할을 하는 외부 전계를 가하는 역할을 하며 두께 10~100㎚의 범위를 가지며 스퍼터링으로 형성된다.

제2 고저항막(320)은 상기 ITO막(310)과 직렬로 연결되었으며, 전술한 바와 같이 아크 발생시 순간전류의 전압강하 효과에 의한 전력소모 현상에 의해 이미터 팁으로 흐르는 전류양을 줄이는 역할을 한다. 상기 제2 고저항막의 재료로는 비정질 규소(Si)나 이산화 규소(SiO₂), SiN₄등의 고유전막 등이 사용되며 두께는 원하는 저항에 따라 결정되지만 주로 10~100㎚의 범위를 가지며, 증착법으로는 스퍼터링, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)등을 사용한다.

형광체막(330)은 빨강, 파랑, 녹색의 3원색 형광체를 인쇄법 등으로 두께1~5㎛범위로 형성되며 고속으로 가속된 전자빔과 충돌하여 가시광을 방출한다.

금속 반사막(340)은 형광체(330)로부터 후방으로 산란된 가시광선을 전방으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 증가시키기 위한 목적으로 쓰이며, 전기적으로는 플로우팅(floating)처리된다.

상기 금속 반사막(340)의 두께는 전자가 통과할 수 있도록 얇을 필요가 있으며, 두께 100㎚이하로 하고, 전자빔 증착법 또는 스퍼터링 법으로 형성하고, 재료로는 알루미늄이 주로 쓰인다.

제4도는 본 발명에 따른 띠 모양의 애노드 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자에서 애노드 기판과 이미터 팁의 등가회로도를 나타낸 것이다.

도4를 참조하면, 각각의 화소는 고저항막의 저항성분 R_R1,G1,B1과 형광체 내부전하에 의한 용량 성분C_R1,G1,B1이 직렬로 연결된 등가회로로 나타낼 수 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 띠 모양의 애노드 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자는 애노드 전극을 고저항막에 의해 분할하고 애노드 전극(ITO)위에 고저항막을 적층하여 진공도 불량에 의한 아크 발생시, 순간 내부 전류가 줄어들어 이미터 팁의 손상을 줄일 수 있고 각각의 분할된 애노드 전극으로 흐르는 내, 외부 전류를 감소시킬 수 있으며 애노드 전극 사이의 누설 전류를 방지할 수 있다.

Claims

전자 방출부가 형성된 캐소드 전극과, 상기 전자 방출량을 제어하는 게이트 전극이 형성된 캐소드 기판과; 상기 방출된 전자가 충돌하여 가시광을 발생시키는 형광체와, 상기 전자를 가속시키는 애노드 전극을 구비한 애노드 기판을 포함하는 전계 방출형 표시 소자에서,

상기 애노드 전극은 제1 고저항막에 의해서 전기적으로 분리된 다수개의 분할 전극으로 형성되며, 상기 애노드 전극인 분할 전극은 애노드 기판 상에 형성되고, 각각 상기 애노드 전극상에 제2 고저항막, 형광체막, 반사막이 차례로 형성된 것을 특징으로 하는 띠 모양의 애노드 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자.
삭제
제1항에 있어서, 상기 애노드 전극은 띠 모양인 것을 특징으로 하는 띠 모양의 애노드 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자.
제1항에 있어서, 상기 애노드 전극은 ITO 투명 전극인 것을 특징으로 하는 띠 모양의 애노드 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 고저항막은 같은 재료인 것을 특징으로 하는 띠 모양의 애노드 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자.
제5항에 있어서, 상기 고저항막은 비정질 Si, SiO₂, SiN₄등의 고유전막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 띠 모양의 애노드 전극을 갖춘 전계 방출형 표시 소자.