KR100601990B1 - 전계방출 표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

전계방출 표시장치가 개시된다. 전계방출 표시장치는, 배면기판; 상기 배면기판 상에 형성되고 그 상면에 에미터가 형성된 음극; 상기 음극 상에 형성된 것으로 상기 에미터에 대응하는 제1 관통홀이 형성된 제1 절연층; 상기 제1 절연층 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 게이트 홀이 형성된 게이트 전극; 상기 게이트 전극 상에 형성된 제2 절연층; 상기 제2 절연층 상에 형성되고 상기 에미터를 중심으로 상호 대향 배치된 적어도 2개의 요소를 가지며 소정 파형의 편향 전압이 인가되는 편향 전극; 상기 편향 전극 상에 형성된 제3 절연층; 및 상기 제3 절연층 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 홀을 가지며 소정의 고정 전압이 인가되는 보호 전극;을 포함한다.
전계방출, 에미터, CNT, 편향 전극, 보호 전극

Description

전계방출 표시장치 및 그 제조방법{Field emission display device and manufacturing method thereof}
도1은 종래의 전계방출 표시장치 구조를 도시한 단면도이다.
도2는 종래의 전계방출 표시장치의 냉음극을 도시한 평면도이다.
도3은 에미터와 형광층이 1:1로 대응되는 종래의 컬러 구현 방식을 도시한 단면도이다.
도4는 에미터와 형광층이 1:3으로 대응되는 종래의 컬러 구현 방식을 도시한 단면도이다.
도5는 본 발명에 따라 편향 전극을 구비하는 전계방출 표시장치를 도시한 단면도이다.
도6은 본 발명에 따라 편향 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 제1실시예를 도시한 평면도이다.
도7은 본 발명에 따라 편향 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 제2실시예를 도시한 평면도이다.
도8은 본 발명에 따라 편향 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 제3실시예를 도시한 단면도이다.
도9는 본 발명에 따라 편향 전극 및 보호 전극을 구비하는 전계방출 표시장 치를 도시한 단면도이다.
도10a 및 도10b는 본 발명에 따라 편향 전극 및 보호 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 제4실시예를 도시한 평면도이다.
도11은 본 발명에 따라 편향 전극 및 보호 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 제5실시예를 도시한 평면도이다.
도12는 본 발명에 따른 편향 전압 제어수단의 제1실시예를 도시한 설명도이다.
도13은 본 발명에 따른 편향 전압 제어수단의 제2실시예를 도시한 설명도이다.
도14는 본 발명에 따라 편향 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 편향 전극에 R편향모드의 전압을 인가하였을 때 전자빔의 궤적을 도시한 도면이다.
도15는 본 발명에 따라 편향 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 편향 전극에 G편향모드의 전압을 인가하였을 때 전자빔의 궤적을 도시한 도면이다.
도16은 본 발명에 따라 편향 전극 및 보호전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 편향 전극에 B편향모드의 전압을 인가하였을 때 전자빔의 궤적을 도시한 도면이다.
도17은 상기 도16의 A영역을 확대 도시한 도면이다.
도18a 내지 도18d는 본 발명에 따라 편향 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도19a 내지 도19e는 본 발명에 따라 편향 전극 및 보호 전극을 구비하는 전 계방출 표시장치의 제조방법을 도시한 공정도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
10... 배면기판 20... 음극
30... 저항체층 40... 제1 절연층
45... 게이트 전극 50... 제2 절연층
55... 편향 전극 551,553... 제1 편향 전극
552,554... 제2 편향 전극 60... 제3 절연층
65... 보호 전극 70... 포토레지스트
80... 전면기판 85... 양극
90... 형광층 100... 에미터
본 발명은 전계방출 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전계방출 표시장치의 냉음극이 형성된 배면기판 상에 편향 전극을 구비하여 전자빔의 방향을 편향시키고, 상기 배면기판의 최상층에 보호 전극을 구비하여 제품의 신뢰성을 향상시키는 전계방출 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 전계방출 표시소자는, 음극(cathode) 위에 일정한 간격으로 배열된 에미터(emitter)에 게이트 전극으로부터 전기장을 인가함으로써 상기 에미터부터 전자를 방출시키고, 이 전자를 고전압이 인가된 양극(anode) 상의 형광층에 충 돌시켜 발광되도록 하는 표시장치이다.
도1은 종래의 전계방출 표시장치 구조를 도시한 단면도이다. 배면기판(10) 상에 음극(20)이 형성되어 있고, 그 위에는 제1 절연층(40)과 금속 전극인 게이트 전극(45)이 차례로 적층되어 있다. 게이트 전극(45)과 제1 절연층(40)에는 각각 게이트홀(45a)과 제1 관통홀(40a)이 서로 연통되게 형성되고, 그 바닥에는 상기 음극(20)의 일부분이 노출된다. 상기 노출된 음극(20) 상에는 전자방출원인 에미터(100)가 설치되며, 상기 에미터(100)는 카본나노튜브(CNT)(101)의 성장 또는 도포에 의해 형성된다.
상기와 같이 배면기판(10) 상에 냉음극 장치가 형성되고, 그 전방에는 일정 거리만큼 이격된 위치에 전면기판(80)이 설치된다. 전면기판(80)의 배면기판 대향면에는 고전압이 인가되는 양극(85)이 형성되고, 상기 양극(85)상에는 형광층(90)이 형성된다.
도2는 종래의 전계방출 표시장치의 냉음극을 도시한 평면도이다. 도면에 도시된 바와 같이 음극(20)은 기판(미도시) 상에 스트라이프 상으로 평행하게 형성되고, 그 위에 제1 절연층(40)이 형성되며, 게이트 전극(45)은 상기 음극(20)과 직교하는 스트라이프 상으로 형성된다.
스트라이프 상의 음극(20)과 게이트 전극(45)이 교차하는 위치에 게이트 홀(45a) 및 제1 관통홀(40a)이 형성되고, 그 바닥에 에미터(100)가 형성된다. 통상적으로 각각의 음극(20)에 데이터 전압이 인가되고, 게이트 전극(45)에 스캐닝 전압이 인가된다.
도3은 에미터와 형광층이 1:1로 대응되는 종래의 컬러 구현 방식을 도시한 단면도이다. 레드(R), 그린(G), 블루(B) 삼색의 형광층이 모여 하나의 픽셀(pixel)을 형성할 때, R,G,B 각각의 서브픽셀(subpixel)에 각각의 에미터(100)가 대응된다.
이 방식은 화면 재생빈도(frame frequency)를 낮출 수 있는 장점이 있는 반면, 에미터(100)의 크기 및 각 에미터(100)에 데이터 전압을 인가하는 데이터 라인의 선폭이 좁아진다. 따라서 고해상도의 구현 시 데이터 라인 저항 증가로 인한 문제가 발생하기 쉽다.
이러한 라인 저항 문제를 해소하기 위해 하나의 에미터로 세개의 서브픽셀을 여기시키는 구조가 제안된 바 있다. 도4는 에미터와 형광층이 1:3으로 대응되는 종래의 컬러 구현 방식을 도시한 단면도이다. R,G,B 삼색의 형광층(90)이 모여 이루어진 하나의 픽셀당 하나의 에미터(100)가 대응된다. 상기 R,G,B 각 형광층의 저면에는 각각의 양극(85)이 구비되고, 상기 세개의 양극에 번갈아서 고전압이 인가되어 전자빔을 각각의 형광층으로 유인한다.
그런데, 이 방식은 전술한 1:1 방식에 비해 데이터 라인의 선폭을 3배로 할 수 있는 장점이 있는 반면, 한 화면을 재생하기 위해서 R,G,B 신호를 각각 재생해야 하므로 화면 재생빈도가 세배로 커지는 단점이 있다. 특히, 양극에는 수kV에 달하는 고전압을 높은 주파수로 스위칭해야 하므로 잔류전압이 발생하게 된다. 그 결과 일부 전자빔이 인접한 형광층으로 향하게 되어 컬러 순도가 저하되고, 이를 방지하기 위해 양극의 전압을 낮출 경우에는 휘도가 저하될 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로, 배면기판 상에 전자빔의 방향을 조정할 수 있는 편향 전극을 구비하여 상대적으로 낮은 전압으로 전자빔의 방향을 조정할 수 있도록 하고, 상기 배면기판의 최상층에는 보호 전극을 구비하여 제품의 신뢰성을 향상시키는 전계방출 표시장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 전계방출 표시장치는,
배면기판;
상기 배면기판 상에 형성되고 그 상면에 에미터가 형성된 음극;
상기 음극 상에 형성된 것으로 상기 에미터에 대응하는 제1 관통홀이 형성된 제1 절연층;
상기 제1 절연층 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 게이트 홀이 형성된 게이트 전극;
상기 게이트 전극 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 제2 관통홀이 형성된 제2 절연층;
상기 제2 절연층 상에 형성되고 상기 에미터를 중심으로 상호 대향 배치된 적어도 2개의 요소를 가지며 소정 파형의 편향 전압이 인가되는 편향 전극;
상기 편향 전극 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 제3관통홀이 형성된 제3 절연층; 및
상기 제3 절연층 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 홀을 가지며 소정의 고정 전압이 인가되는 보호 전극;을 포함한다.
상기 에미터(emitter)는 카본나노튜브(CNT)의 성장 또는 CNT 페이스트의 도포에 의하여 형성된다. 상기 편향 전극은 대칭 또는 비대칭적인 전기장에 의해 상기 에미터에서 방출된 전자빔을 편향시킨다.
상기 보호 전극에는 소정의 마이너스 전압이 인가되어 상기 전자빔이 분산되지 않도록 집속시킬 수 있고, 장치 내부의 진공 공간에 양전하로 대전된 대전입자가 축적되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 전계방출 표시장치는,
배면기판;
상기 배면기판 상에 평행한 다수의 스트라이프 형태로 형성되고 그 상면에 소정 간격으로 에미터가 형성된 음극;
상기 음극 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 제1 관통홀이 형성된 제1 절연층;
상기 제1 절연층 상에 상기 음극과 교차하는 다수의 스트라이프 형태로 형성되고 상기 에미터에 대응하는 게이트 홀이 형성된 게이트 전극;
상기 게이트 전극 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 제2 관통홀이 형성된 제2 절연층;
상기 제2 절연층 상에 상기 게이트 전극과 교차하고 상기 음극과 평행하게 대응되도록 형성되며, 상기 에미터를 중심으로 상호 대향하는 적어도 2개의 요소를 가지며 소정 파형의 편향 전압이 인가되는 편향 전극;
상기 편향 전극 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 제3 관통홀이 형성된 제3 절연층; 및
상기 제3 절연층 상에 형성되고, 상기 에미터에 대응하는 홀을 가지며 소정의 고정 전압이 인가되는 보호 전극;을 포함한다.
여기서, 배면기판상에 형성된 하나의 에미터가 전면기판상에 다색의 형광층 서브픽셀(subpixel)들로 이루어진 하나의 픽셀(pixel)에 대응될 수 있다. 상기 음극에 인가되는 전압과 상기 게이트 전극에 인가되는 전압의 조합에 의해 각 픽셀(pixel)의 밝기가 정해지고, 상기 편향 전극에 인가되는 전압에 의해 전자빔이 어떤 색의 서브픽셀(subpixel)을 발광시킬 것인지 정해지게 된다.
본 발명에 의한 전계방출 표시장치는, 상기 편향 전극 양측에 인가되는 전압을 조절하는 편향 전압 제어수단과, 상기 배면기판으로부터 전방으로 소정 거리 이격되도록 배치되고, 상기 배면기판에 대향되는 면에 양극이 형성되며, 상기 양극 상에 다색의 형광층이 나란히 형성된 전면기판을 포함한다.
상기 편향 전압 제어수단은 상기 편향 전극 양측에 다수의 편향모드로 전압을 인가하여, 각 편향모드에 따라 에미터로부터 방출된 전자빔이 전면기판의 양극 상에 형성된 대응 색의 형광층에 각각 도달하도록 그 방향을 조정할 수 있다.
상기 픽셀은 양극 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B)의 세가지 색상의 서브픽셀이 나란히 배치되어 이루어 질 수 있고, 상기 편향 전압 제어수단은 동일 신호에 의한 전자빔이 상기 세가지 서브픽셀에 순차적으로 도달하도록 하고, 그 잔상에 의 해 표시하고자 하는 색상이 표현되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 편향 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 제조방법은,
배면기판 상에 소정 패턴의 음극을 형성하고, 그 위에 저항체층, 제1절연층 및 제1금속층을 순차적으로 적층한 후, 상기 제1금속층을 패터닝하여 게이트 전극을 형성하는 단계;
게이트 전극 상에 제2절연층 및 제2금속층을 순차적으로 적층하고, 상기 제2금속층을 패터닝하여 편향 전극을 형성하는 단계;
에미터가 형성될 위치에 상기 음극이 노출되도록 식각 공정에 의하여 에미터 홀을 형성하는 단계;
상기 에미터 홀 내에 카본나노튜브를 이용하여 에미터를 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예로서, 편향 전극 및 보호 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 제조방법은, 전술한 편향 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 제조방법에 있어서, 상기 방법에 있어서 편향 전극을 형성하고 난 후 제2 절연층에 제2 관통홀을 형성하기 전에, 상기 편향 전극 상에 제3절연층 및 제3금속층을 순차적으로 적층하고 상기 제3금속층을 패터닝하여 보호 전극을 형성하는 단계를 더 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 전계방출 표시장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도5는 본 발명에 따라 편향 전극을 구비하는 전계방출 표시장치를 도시한 단 면도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 편향 전극을 구비하는 전계방출 표시장치는, 일면에 냉음극 장치가 형성된 배면기판(10)과 상기 배면기판(10)으로부터 일정 거리만큼 이격되도록 배치되는 전면기판(80)으로 이루어지고, 상기 배면기판과 전면기판 사이의 공간은 진공으로 유지된다.
본 실시예에 따른 장치는 상기 배면기판(10) 상에 형성된 음극(20), 카본나노튜브로 형성된 에미터(100) 및 상기 음극 상측에 상기 음극(20)과 절연되게 형성된 게이트 전극(45)을 구비하는 점에서 종래의 전계방출 표시장치와 공통점을 가지나, 상기 게이트 전극(45) 상측에 형성된 편향 전극(55)을 구비한다.
상기 편향 전극(55)은 에미터(100)를 중심으로 상호 대향 배치된 적어도 두개의 요소를 갖는데, 편향축이 하나인 경우는 제1 및 제2 편향 전극으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 편향 전극(551)과 제2 편향 전극(552)에는 각각 전압 V1과 V2가 인가된다. V1과 V2가 같을 때에는 상기 에미터 홀에 대칭적인 전기장이 형성되어 상기 에미터로부터 방출된 전자빔이 직진하게 되나, 상기 V1과 V2가 서로 다를 때는 비대칭적인 전기장이 형성되어 상기 전자빔이 어느 한 쪽으로 편향된다.
한편, 상기 전면기판(80)에는 상기 도5의 상측에 도시된 바와 같이, 상기 배면기판과 대향하는 면에 양극(85)이 형성되고, 공통의 양극 상에 여러가지 색상의 형광층(90)이 나란히 형성된다. 따라서, 상기 편향 전극(55)에 의해 편향된 전자빔이 상기 여러 색상의 형광층(99) 중 어느 하나에 도달되도록 함으로써 원하는 색상 의 형광층이 발광되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 여러 색상의 형광층(90)은 레드(R), 그린(G), 블루(B)의 삼색 서브픽셀로 이루어 질 수 있고, 세 개의 서브픽셀로 이루어진 하나의 픽셀이 하나의 에미터(100)에 대응될 수 있다.
도6은 본 발명에 따라 편향 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 제1실시예를 도시한 평면도이다. 본 도면은 배면기판 상에 형성된 냉음극 장치의 일부를 나타낸 것으로, 이해를 돕기위해 절연층을 생략하고 단순화한 것이다.
음극(20)과 게이트 전극(45)은 서로 교차하는 스트라이프 상으로 형성되고, 그 교차점의 음극 상에 에미터(100)가 배치되며, 편향 전극(55)은 상기 게이트 전극(45)의 상층에 상기 음극(20)과 평행한 방향으로 형성된다.
상기 편향 전극(55)은 에미터(100)를 중심으로 상호 대향 배치되고, 도면에서 볼때 에미터의 좌측을 지나는 제1 편향 전극(551)들끼리, 그리고 에미터의 우측을 지나는 제2 편향 전극(552)들끼리 서로 연결된다. 제1 편향 전극과 제2 편향 전극에는 각각 전압 V1과 V2가 인가되고 전술한 바와 같이 전자빔의 진행 방향을 조정할 수 있다.
편향 전극(55)은 상기 도6에 도시된 바와 같이, 그 내측면이 호형으로 형성되어 에미터를 둘러싸도록 배치될 수 있고, 이렇게 함으로써 에미터(100)와의 평균적인 간격을 좁힐 수 있다. 상기 편향 전극(55)에 인가되는 전압의 크기는 상기 음극(20), 게이트 전극(45)에 인가되는 신호 전압 및 양극까지의 거리 등을 고려하여 설정되는 것인데, 상기 V1과 V2가 모두 마이너스 값을 가지는 경우에는 호형인 상기 편향 전극(55)의 형상으로 인해 집속 전극(focusing gate)의 역할을 동시에 수행할 수도 있다.
도7은 본 발명에 따라 편향 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 제2실시예를 도시한 평면도이다. 본 도면은 배면기판 상에 음극과 게이트 전극 및 편향 전극을 포함하는 냉음극 장치의 일부를 나타낸 것으로, 이해를 돕기위해 절연층을 생략하고 단순화한 것이다. 상기 도6에 도시된 제1실시예와 비교하여, 편향 전극(55)의 형상에만 차이가 있는 것으로, 본 실시예에 따르면, 제1 편향 전극(553)과 제2 편향 전극(554)은 홀의 양측에 각각 직선형으로 형성된다. 편향 전극(55)이 전술한 제1 및 제2실시예에 제시된 형상 외에 다른 형상으로 변형될 수 있음은 물론이다.
도8은 본 발명에 따라 편향 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 제3실시예를 도시한 단면도이다. 본 실시예는 음극(20)과 제1 절연층(40) 사이에 저항체(30)를 구비하여, 음극(20)으로부터 공급되는 전자가 상기 에미터(100) 전체에 고르게 전달되도록 한다. 상기 저항체(30)는 밸러스트(ballast)저항의 역할을 수행하며, 전자의 방출이 일부의 카본나노튜브 팁에서만 집중적으로 발생하여 에미터의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예의 이러한 특징은 본 발명에 따른 다른 어떤 실시예들과도 결합되어 실시될 수 있다.
도9는 본 발명에 따라 편향 전극 및 보호 전극을 구비하는 전계방출 표시장 치를 도시한 단면도이다. 본 발명에 의한 장치는, 편향 전극(55) 상에 형성된 제3 절연층(60) 및 상기 제3 절연층(60) 상에 형성된 보호 전극(65)을 구비한다. 상기 제3 절연층(60)에는 전술한 제1 및 제2 관통홀과 연통되는 제3 관통홀이 형성되고, 상기 보호 전극(65)은 상기 제3 관통홀에 대응되는 홀(65a)을 가지도록 패터닝된다.
상기 보호 전극(65)에는 소정의 마이너스 전압, Vc가 인가된다. 따라서, 상기 편향 전극(55)에 의해 편향된 전자빔이 분산되지 않고 목적하는 서브픽셀에 도달하도록 할 수 있다. 편향 전극(55)에 인가되는 전압 V3과 V4는 전자빔의 편향 여부에 따라 서로 같거나 다른 값을 가지고, 구체적인 값은 상기 Vc와 게이트 전극의 전압 등과의 관계에 따라서 정해질 수 있다.
도10a는 본 발명에 따라 편향 전극 및 보호 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 제4실시예를 도시한 평면도이다. 본 도면은 배면기판 상에 형성된 냉음극 장치의 일부를 나타낸 것으로, 이해를 돕기위해 절연층을 생략하고 단순화한 것이다.
본 실시예에 따르면 편향 전극(55) 상에 제3 절연층(미도시)이 형성되고 그 위에 보호 전극(65)이 형성된다. 상기 보호 전극(65)는 냉음극 장치 전면에 대하여 일체로 형성될 수 있다. 각각의 에미터에 대응되는 위치에는 홀(65a)이 형성되어 통상적인 집속 전극(focusing gate)과 동일한 구조를 갖는다.
상기 전술한 바와 같이 상기 보호 전극(65)에는 마이너스 전압, Vc가 인가되 어 집속 전극으로서의 역할을 수행한다. 뿐만 아니라, 상기 보호 전극(65)은 전계방출 표시장치 내부의 진공 공간에서 발생되는 양전하 대전 입자의 축적을 방지하여 고압의 정전기로 인한 여러가지 문제로부터 냉음극 장치를 보호한다.
전계방출 표시장치는 통상적으로 스페이서에 의해 전면기판과 배면기판이 서로 일정 거리만큼 이격되도록 설치되고, 둘레부가 밀폐되어 그 내부 공간은 10-6 내지 10-5 mbar정도의 진공상태로 유지된다. 그러나 완전한 진공이 아니므로 기체분자 등이 상기 장치 내부에 존재하고 이들은 고압의 양극을 가지는 장치 내부의 환경에 의해 양전하로 대전된다. 이러한 양전하 대전 입자들이 냉음극 상측으로 노출된 절연층 등에 축적되어 고압의 정전하가 형성되면 에미터 또는 금속 전극과의 사이에서 절연파괴(breakdown)를 일으키며 아킹(arcing)이 발생할 수 있고, 반도체인 밸러스트 저항체(ballast resistor)의 전도율 변화를 야기할 수 있다.
본 실시예에 따른 보호 전극(65)은 전도율이 높은 금속 전극으로 형성되어, 상기한 양전하의 축적을 미연에 방지함으로써 배면기판(10) 상에 형성된 냉음극 장치를 보호한다.
도10b는 본 발명에 따라 편향 전극 및 보호 전극을 구비하는 전계방출 표시장치에서 배면기판(10) 상에 형성된 이상의 요소들과 전면 기판상에 형성된 R, G, B 각 형광층과의 위치 관계를 나타낸다. 본 실시예에 따르면, 에미터 정면에 그린(G) 형광층이 배치되어 직진한 전자들을 받고, 그 양 측에 레드(R) 형광층과 블루(B) 형광층이 배치되어, 상기 편향 전극(55)에 의해 좌우로 편향된 전자들이 각각 받는다.
도11은 본 발명에 따라 편향 전극 및 보호 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 제5실시예를 도시한 평면도이다. 본실시예는, 상기 도9에 도시된 실시예와 비교하여, 상기 음극(20)과 에미터(100) 사이에 밸러스트(ballast) 저항체(30)가 더 구비된 형태이다. 본 실시예는 전자가 음극(20)으로부터 상기 저항체(30)를 통해 에미터(100)로 공급되도록 함으로써 에미터 전체에 고르게 공급되도록 한다.
도12는 본 발명에 따른 편향 전압 제어수단의 제1실시예를 도시한 설명도이다. 본 실시예는 제1 및 제2 편향 전극(553,554)에 세가지 편향모드의 전압을 인가하여, 에미터로부터 방출된 전자빔이 R, G, 또는 B의 세가지 형광층에 선택적으로 도달하도록 한다.
두개의 전압 입력단(51,52)에는 +11V 와 -42V 의 전압이 각각 공급되고, 소정의 스위칭 회로 구성을 통해 출력단 전압의 조합을 R(-42V,+11V), G(-42V,-42V), B(+11V,-42V)의 세가지로 만들어낸다.
상기 제1 및 제2 편향 전극(553,554)의 입력단에 각각 구비된 스위치(563,564)는 상기 세가지 출력단에 순차적으로 접속되어, 상기 편향 전극에 상기한 세가지 조합의 전압이 인가되도록 한다. 한 색상을 표현하기 위해 R,G,B 원색별로 3번의 스위칭이 필요하므로, 예를 들어 화면 재생빈도(frame frequency)가 60Hz인 경우, 스위치(56)는 180Hz로 스위칭된다.
상기 편향 전극(55)에 인가되는 전압의 세기는 게이트 전극 및 보호 전극의 전압과의 관계를 고려하여 정해지는 것이나, 통상 -200V 내지 +200V 정도의 저압 영역에서 정해지므로 180Hz정도의 스위칭 시에도 잔류전압에 의한 문제는 생기지 않는다.
도13은 본 발명에 따른 편향 전압 제어수단의 제2실시예를 도시한 설명도이다. 본 실시예도 상기 도12의 제1실시예와 마찬가지로 제1 및 제2 편향 전극(553,554)에 인가되는 전압의 조합을 R,G,B 세가지 편향모드로 제공할 수 있다.
도14는 본 발명에 따라 편향 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 편향 전극에 R편향모드의 전압을 인가하였을 때 전자빔의 궤적을 도시한 도면이다. 게이트 전압이 180V, 양극의 전압이 2.5kV이고, 제1 편향 전극에 -42V, 제2 편향 전극에 +11V가 인가되었을 때의 전자들의 궤적을 시뮬레이션 한 결과를 나타낸다. 이와 같은 조건에서 음전하를 띠는 전자는 전압이 높은 제2 편향 전극(도면상의 오른쪽)쪽으로 편향되어 R형광층(미도시)으로 진행하는 것을 확인할 수 있다.
도15는 본 발명에 따라 편향 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 편향 전극에 G편향모드의 전압을 인가하였을 때 전자빔의 궤적을 도시한 도면이다. 게이트 전압과 양극의 전압이 상기 도14의 경우와 같은 조건일 때, 편향 전극 양측에 서로 같은 -11V의 전압이 인가되면, 전자빔이 직진하여 G형광층에 도달하는 것을 확인할 수 있다.
도16은 본 발명에 따라 편향 전극 및 보호전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 편향 전극에 B편향모드의 전압을 인가하였을 때 전자빔의 궤적을 도시한 도면이다. 전면기판과 배면기판 사이의 간격은 1500㎛, 게이트 전압은 80V, 양극의 전압은 2.5kV이고, 도10의 제4실시예에 도시된 보호 전극의 전압은 -15V, 제1 및 제2 편향 전극의 전압은 각각 +130V 및 -75V일 때, 전자의 궤적을 나타낸다. 에미터에서 방출된 전자빔은 전압이 더 놓은 제1 편향 전극(도면상 왼쪽) 쪽으로 편향되어 B형광층에 도달하는 것을 볼 수 있다.
도17은 상기 도16의 A영역을 확대 도시한 도면이다. 본 도면의 좌측을 지나는 전자들의 궤적을 보면 전압이 높은 제1 편향 전극(+130V) 쪽으로 편향된 후 보호 전극(-15V)에 의해 분산되지 않도록 중심측으로 집속되는 모습을 볼 수있다. 이처럼 상기 보호 전극은 전술한 바와 같이 냉음극 장치 표면에 양전하가 축적되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 전자빔을 집속시키는 역할도 동시에 수행할 수 있다.
또한, 상기 편향 전압 제어수단은 모든 편향모드에 대해서 상기 적어도 2개의 편향 전극 중 일측의 전압을 균일하게 조절하게 할 수 있다. 이렇게 함으로써 모든 색상에 대하여 전자빔의 도달 위치를 전체적으로 수평이동 시킬 수 있다. 따라서 배면기판과 전면기판의 조립 시에 정렬 오차(misallignment)가 발생하더라도 전기적인 조절을 통해 보정할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 전계방출 표시장치의 제조방법을 상세히 설명한다.
도18a 내지 도18d는 본 발명에 따라 편향 전극을 구비하는 전계방출 표시장치의 제조방법을 도시한 공정도이다. 먼저 도18a에 도시된 바와 같이, 배면기판(10) 상에 음극(20) 층을 형성하고 패터닝한다. 상기 음극(20) 상에 밸러스트 저항체(30) 층과 제1 절연층(40) 및 게이트 전극(45)을 적층한 후 패터닝한다.
상기 밸러스트 저항체(30)는 비저항이 100Ωcm 내지 107Ωcm 정도인 재료로 형성되는 것이 바람직하고, 예로서 비정질 실리콘 등을 들 수 있다. 절연층(40)의 재료로는 주로 실리카(SiO2)를 사용하고, 상기 게이트 전극(45) 등 금속 전극의 형성 시에는 주로 크롬(Cr)을 증착시켜 패터닝한다. 게이트 전극(45)의 패터닝 시에는 에미터 설치 위치에 대응되는 홀, 즉 게이트 홀(45a)을 형성한다.
다음으로, 도18b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(45) 상에 제2 절연층(50) 및 편향 전극(55)을 형성한다. 편향 전극(55)은 에미터를 기준으로 양측으로 분리되어 서로 다른 전압을 가질 수 있도록 패터닝된다.
다음으로, 도18c에 도시된 바와 같이, 상기 제2 절연층(50) 및 제1 절연층(40)을 식각하고, 상기 편향 전극(55)의 상면과 에미터가 설치될 홀 내면에 포토레지스트(photoresist) 희생층을 형성한다. 다음은 후면 노광법(back-side exposure)으로 상기 홀 내의 제1 절연층을 제거하여 음극의 소정 부분이 노출되도록 하는데, 이때 비정질 실리콘으로 형성된 저항체가 자외선에 대한 선택적 노광을 가능하게 한다.
다음으로, 도18d에 도시된 바와 같이, 상기 홀의 바닥에 노출된 음극(20) 상에 카본나노튜브 에미터(100)를 형성한다. 카본나노튜브 에미터(100)의 형성방법은 한 가지로 한정되는 것은 아니고, 상기 홀 내에 카본나노튜브 페이스트(paste)를 도포하고 자외선 노광 및 소성과정을 거쳐 형성될 수도 있고, 카본나노튜브를 선택적으로 성장시키는 방법 등 다양한 방법을 통해 형성될 수 있다.
도19a 내지 도19e는 본 발명에 따라 편향 전극 및 보호 전극을 구비하는 전 계방출 표시장치의 제조방법을 도시한 공정도이다. 상기 도18a 내지 도18d를 통해 설명한 제조방법과 대체로 동일하나, 도19c에 도시된 바와 같이, 상기 편향 전극(55) 상에 절연층과 금속 전극을 각각 한층씩 더 형성하여, 제3 절연층(60)과 보호 전극(65a)을 더 형성한다. 상기 보호 전극(65)은 배면기판 전면에 걸쳐 일체로 형성되고, 에미터에 대응되는 위치에 각각 홀(65a)이 형성되도록 패터닝된다. 상기 홀(65a)의 형상은 원형인 것이 바람직하다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 배면기판 상에 전자빔의 방향을 조정할 수 있는 편향 전극을 구비하여 상대적으로 낮은 전압으로 전자빔의 방향을 조정할 수 있고, 따라서 전면기판과 배면기판의 패키징 과정에서 정렬 오차(misalignment error)가 발생하더라도 상기 편향 전극에 인가되는 전압을 조절하는 간단한 방법으로 보정할 수 있다.
하나의 픽셀당 하나의 에미터가 대응되므로 고해상도의 장치에서도 데이터 라인 선폭을 충분히 확보할 수 있고, 양극의 전압을 스위칭 할 필요가 없으므로 고전압을 인가하여 충분한 휘도를 확보할 수 있다.
또한, 배면기판 최상층 전면에 걸쳐 일체로 형성된 보호 기판을 구비함으로 써 고전압으로 인해 표시장치 내에 생성되는 대전입자로부터 배면기판 상의 냉음극 장치를 보호하고, 이를 통해 제품의 수명과 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (27)

  1. 배면기판;
    상기 배면기판 상에 형성되고 그 상면에 에미터가 형성된 음극;
    상기 음극 상에 형성된 것으로 상기 에미터에 대응하는 제1 관통홀이 형성된 제1 절연층;
    상기 제1 절연층 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 게이트 홀이 형성된 게이트 전극;
    상기 게이트 전극 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 제2 관통홀이 형성된 제2 절연층;
    상기 제2 절연층 상에 형성되고 상기 에미터를 중심으로 상호 대향 배치된 적어도 2개의 요소를 가지며 소정 파형의 편향 전압이 인가되는 편향 전극;
    상기 편향 전극 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 제3관통홀이 형성된 제3 절연층; 및
    상기 제3 절연층 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 홀을 가지며 소정의 고정 전압이 인가되는 보호 전극;을 포함하는 전계방출 표시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보호 전극은 상기 배면기판 전면에 대하여 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2관통홀은 원형으로 형성되고,
    상기 편향 전극은 그 내측면이 서로 마주보는 호형으로 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 편향 전극은 상기 제2관통홀 양측을 지나며 서로 마주보는 직선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 음극과 상기 에미터 사이에 배치되어, 전자가 음극으로부터 에미터 전체에 고르게 전달되도록 하는 저항체를 더 구비하는 전계방출 표시장치.
  6. 배면기판;
    상기 배면기판 상에 평행한 다수의 스트라이프 형태로 형성되고 그 상면에 소정 간격으로 에미터가 형성된 음극;
    상기 음극 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 제1 관통홀이 형성된 제1 절연층;
    상기 제1 절연층 상에 상기 음극과 교차하는 다수의 스트라이프 형태로 형성되고 상기 에미터에 대응하는 게이트 홀이 형성된 게이트 전극;
    상기 게이트 전극 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 제2 관통홀이 형성된 제2 절연층;
    상기 제2 절연층 상에 상기 게이트 전극과 교차하고 상기 음극과 평행하게 대응되도록 형성되며, 상기 에미터를 중심으로 상호 대향하는 적어도 2개의 요소를 가지며 소정 파형의 편향 전압이 인가되는 편향 전극;
    상기 편향 전극 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 제3 관통홀이 형성된 제3 절연층; 및
    상기 제3 절연층 상에 형성되고, 상기 에미터에 대응하는 홀을 가지며 소정의 고정 전압이 인가되는 보호 전극;을 포함하는 전계방출 표시장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보호 전극은 상기 배면기판 전면에 대하여 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제2관통홀은 원형으로 형성되고,
    상기 편향 전극은 그 내측면이 서로 마주보는 호형으로 형성된 것을 특징으 로 하는 전계방출 표시장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 편향 전극은 상기 제2관통홀 양측을 지나며 서로 마주보는 직선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 음극과 상기 에미터 사이에 배치되어, 전자가 음극으로부터 에미터 전체에 고르게 전달되도록 하는 저항체를 더 구비하는 전계방출 표시장치.
  11. 배면기판;
    상기 배면기판 상에 형성되고 그 상면에 에미터가 형성된 음극;
    상기 음극 상에 형성된 것으로 상기 에미터에 대응하는 제1 관통홀이 형성된 제1 절연층;
    상기 제1 절연층 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 게이트 홀이 형성된 게이트 전극;
    상기 게이트 전극 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 제2 관통홀이 형성된 제2 절연층;
    상기 제2 절연층 상에 형성되고 상기 에미터를 중심으로 상호 대향 배치된 적어도 2개의 요소를 가지는 편향 전극;
    상기 편향 전극 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 제3관통홀이 형성된 제3 절연층;
    상기 제3 절연층 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 홀을 가지며 소정의 고정 전압이 인가되는 보호 전극; 및
    상기 편향 전극에 전압을 다수의 편향모드로 인가하여, 각 편향모드에 따라 에미터로부터 방출된 전자빔이 전면기판의 양극 상에 형성된 대응 색의 형광층에 각각 도달하도록 하는 편향 전압 제어수단;을 포함하는 전계방출 표시장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 보호 전극은 상기 배면기판 전면에 대하여 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 제2관통홀은 원형으로 형성되고,
    상기 편향 전극은 그 내측면이 서로 마주보는 호형으로 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 편향 전극은 상기 제2관통홀 양측을 지나며 서로 마주보는 직선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 음극과 상기 에미터 사이에 배치되어, 전자가 음극으로부터 에미터 전체에 고르게 전달되도록 하는 저항체를 더 구비하는 전계방출 표시장치.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 편향 전극은 제1 편향 전극과 제2 편향 전극으로 이루어 지고,
    상기 편향 전압 제어수단은, 제1 편향 전극의 전압이 제2 편향 전극의 전압보다 소정의 차만큼 낮은 R편향모드와, 제1 및 제2 편향 전극의 전압이 같은 G편향모드 및 제1 편향 전극의 전압이 제2 편향 전극의 전압보다 소정의 차만큼 높은 B편향모드의 세가지 편향모드로 전압을 인가하고,
    상기 세가지 편향모드는 에미터에서 방출된 전자빔이 각각 레드(R), 그린(G), 블루(B)의 형광체에 각각 도달하도록 하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 편향 전압 제어수단은 각각의 화면 프레임마다 세가지 편향모드의 전압을 순차적으로 반복해서 인가하여, 각 편향모드에 대응되는 색의 형광체를 순차적으로 반복하여 발광시킴으로써 그 잔상에 의해 컬러 화상이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 편향 전압 제어수단은 모든 편향모드에 대해서 상기 적어도 2개의 편향 전극 중 일측의 전압을 균일하게 조절함으로써 전자빔의 도달 위치를 전체적으로 수평이동 시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  19. 배면기판;
    상기 배면기판 상에 형성되고 그 상면에 에미터가 형성된 음극;
    상기 음극 상에 형성된 것으로 상기 에미터에 대응하는 제1 관통홀이 형성된 제1 절연층;
    상기 제1 절연층 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 게이트 홀이 형성된 게이트 전극;
    상기 게이트 전극 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 제2 관통홀이 형성된 제2 절연층;
    상기 제2 절연층 상에 형성되고 상기 에미터를 중심으로 상호 대향 배치된 적어도 2개의 요소를 가지는 편향 전극;
    상기 편향 전극 상에 형성되고 상기 에미터에 대응하는 제3관통홀이 형성된 제3 절연층; 및
    상기 편향 전극에 전압을 다수의 편향모드로 인가하여, 각 편향모드에 따라 에미터로부터 방출된 전자빔이 전면기판의 양극 상에 형성된 대응 색의 형광층에 각각 도달하도록 하는 편향 전압 제어수단;을 포함하는 전계방출 표시장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 제2관통홀은 원형으로 형성되고,
    상기 편향 전극은 그 내측면이 서로 마주보는 호형으로 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 편향 전극은 상기 제2관통홀 양측을 지나며 서로 마주보는 직선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  22. 제 19항에 있어서,
    상기 음극과 상기 에미터 사이에 배치되어, 전자가 음극으로부터 에미터 전체에 고르게 전달되도록 하는 저항체를 더 구비하는 전계방출 표시장치.
  23. 제 19항에 있어서,
    상기 편향 전극은 제1 편향 전극과 제2 편향 전극으로 이루어 지고,
    상기 편향 전압 제어수단은, 제1 편향 전극의 전압이 제2 편향 전극의 전압보다 소정의 차만큼 낮은 R편향모드와, 제1 및 제2 편향 전극의 전압이 같은 G편향모드 및 제1 편향 전극의 전압이 제2 편향 전극의 전압보다 소정의 차만큼 높은 B 편향모드의 세가지 편향모드로 전압을 인가하고,
    상기 세가지 편향모드는 에미터에서 방출된 전자빔이 각각 레드(R), 그린(G), 블루(B)의 형광체에 각각 도달하도록 하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 편향 전압 제어수단은 각각의 화면 프레임마다 세가지 편향모드의 전압을 순차적으로 반복해서 인가하여, 각 편향모드에 대응되는 색의 형광체를 순차적으로 반복하여 발광시킴으로써 그 잔상에 의해 컬러 화상이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  25. 제 19항에 있어서,
    상기 편향 전압 제어수단은 모든 편향모드에 대해서 상기 적어도 2개의 편향 전극 중 일측의 전압을 균일하게 조절함으로써 전자빔의 도달 위치를 전체적으로 수평이동 시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  26. 배면기판 상에 소정 패턴의 음극을 형성하고, 그 위에 저항체층, 제1절연층 및 제1금속층을 순차적으로 적층한 후, 상기 제1금속층을 패터닝하여 게이트 전극을 형성하는 단계;
    게이트 전극 상에 제2절연층 및 제2금속층을 순차적으로 적층하고, 상기 제2 금속층을 패터닝하여 편향 전극을 형성하는 단계;
    에미터가 형성될 위치에 상기 음극이 노출되도록 식각 공정에 의하여 에미터 홀을 형성하는 단계;
    상기 에미터 홀 내에 카본나노튜브를 이용하여 에미터를 형성하는 단계;를 포함하는 전계방출 표시장치의 제조방법.
  27. 배면기판 상에 소정 패턴의 음극을 형성하고, 그 위에 저항체층, 제1절연층 및 제1금속층을 순차적으로 적층한 후, 상기 제1금속층을 패터닝하여 게이트 전극을 형성하는 단계;
    상기 게이트 전극 상에 제2절연층 및 제2금속층을 순차적으로 적층하고, 상기 제2금속층을 패터닝하여 편향 전극을 형성하는 단계;
    상기 편향 전극 상에 제3절연층 및 제3금속층을 순차적으로 적층하고, 상기 제3금속층을 패터닝하여 보호 전극을 형성하는 단계;
    에미터가 형성될 위치에 상기 음극이 노출되도록 식각 공정에 의하여 에미터 홀을 형성하는 단계;
    상기 에미터 홀 내에 카본나노튜브를 이용하여 에미터를 형성하는 단계;를 포함하는 전계방출 표시장치의 제조방법.
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