KR100846705B1 - 전계 방출 표시장치 - Google Patents

Abstract

고휘도, 고해상도 구현을 위한 전계 방출 표시장치를 제공한다. 전계 방출 표시장치는, 후면 기판의 일면에 제1 방향을 따라 라인 패턴으로 형성되는 캐소드 전극과; 캐소드 전극들을 덮으면서 후면 기판 전면에 형성되는 절연층과; 절연층 위에서 제1 방향과 수직으로 교차하는 제2 방향을 따라 라인 패턴으로 형성되는 게이트 전극과; 캐소드 전극과 게이트 전극의 교차 영역에서 게이트 전극과 절연층을 관통하는 홀 내부에 형성되는 에미터와; 후면 기판에 대향하는 전면 기판의 일면에 형성되는 애노드 전극과; 각 화소 영역에 대응 배치되는 R, G, B 형광막들 및 이 형광막들을 둘러싸는 블랙 매트릭스막으로 이루어진 형광 스크린을 포함하며, 각 R, G, B 형광막 영역별로 하나의 캐소드 전극에 2개의 게이트 전극이 교차한다. 이러한 전계 방출 표시장치는 비월 주사 또는 순차 주사 방식으로 게이트 전극에 스캔 시그널을 제공한다.

전계방출, 에프이디, 화소, 캐소드, 애노드, 게이트, 에미터, 순차주사, 비월주사

Description

전계 방출 표시장치{FIELD EMISSION DISPLAY DEVICE}

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 부분 분해 사시도 및 부분 단면도.

도 3은 도 1에 도시한 캐소드 전극과 게이트 전극의 개략도.

도 4는 형광 스크린의 다른 구성예를 설명하기 위한 형광 스크린의 개략도.

도 5와 도 6은 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 부분 분해 사시도 및 부분 단면도.

도 7은 도 6에 도시한 전계 방출 표시장치의 구성에서 에미터 주위에 형성되는 등전위선 분포와, 에미터에서 방출되는 전자빔 궤적을 나타낸 개략도.

도 8과 도 9는 종래 기술에 의한 전계 방출 표시장치의 부분 분해 사시도.

본 발명은 전계 방출 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캐소드 전극과 게이트 전극의 전압 차에 의해 에미터의 전자 방출을 제어하여 이미지를 구현하는 전계 방출 표시장치에 관한 것이다.

상기 전계 방출 표시장치가 캐소드와 애노드 및 게이트 전극들을 구비하는 3 극관 구조로 이루어질 때, 공지의 전계 방출 표시장치는 도 8에 도시한 바와 같이 하부 기판(미도시) 위에 일정 간격으로 캐소드 전극(1)을 형성하고, 그 위에 미세한 홀들(3)이 형성된 절연층(5)과 게이트 전극(7)을 적층하며, 홀들(3) 안으로 공지의 마이크로-팁 에미터 또는 필름 형태의 에미터(9)를 배치한다.

그리고 애노드 전극(미도시)이 형성된 상부 기판(미도시) 위에 R(적), G(녹), B(청) 형광막(11)과 블랙 매트릭스막(13)으로 이루어진 형광 스크린(15)을 배치하며, 도시하지 않은 스페이서를 사이로 상, 하부 기판을 진공 실링하여 전계 방출 표시장치를 구성한다.

상기 구조에서, 캐소드 전극(1)과 게이트 전극(7)은 절연층(5)을 사이로 서로 수직하게 교차하며, 이들의 교차 영역이 디스플레이 화면의 화소, 즉 각각의 R, G, B 형광막(11)에 대응한다. 이로서 캐소드 전극(1)과 게이트 전극(7)의 전압 차에 의해 교차 영역에 배치된 에미터(9) 주변으로 전계가 형성되면, 터널링 효과에 의해 에미터(9)에서 전자가 방출되어 해당 화소의 형광막을 발광시킨다.

이러한 전계 방출 표시장치가 고화질(HD; High Definition) 디지털 텔레비전과 같은 초고해상도 화질을 구현하기 위해서는 화면의 수평 방향과 수직 방향으로 화소의 개수를 증가시켜야 한다.

통상적으로 스탠더드급 화면은 720×480 화소의 해상도를 구현하고, 고화질 화면은 1280×720p 화소 또는 1920×1080i 화소의 해상도를 구현해야 하므로, 동일한 화면 크기에서 고화질 화면이 스탠더드급 화면과 비교하여 화면의 수평과 수직 방향으로 각각 2배 이상의 화소 수를 가져야 한다.

따라서 상기 구조의 전계 방출 표시장치가 동일한 화면 크기에서 화소 수를 증가시키기 위해서는, 도 9에 도시한 바와 같이 캐소드 전극(1)의 라인 수와 게이트 전극(7)의 라인 수를 증가시켜야 함은 물론, 각 화소에 대응하는 R, G, B 형광막(11)의 개수를 증가시켜야 한다.

그러나 R, G, B 형광막(11)의 개수를 증가시키기 위해 각 R, G, B 형광막(11)의 크기를 축소시키면, 화면의 수평 방향(도면의 X축 방향)과 수직 방향(도면의 Y축 방향)을 따라 형광막들을 구획하는 블랙 매트릭스막(13)의 점유율이 증가하여 형광 스크린(15)의 발광 면적이 감소하게 된다. 그 결과, 종래의 전계 방출 표시장치는 고해상도와 고휘도 특성을 동시에 구현하기 어려운 단점을 안고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 휘도 저하를 유발하지 않으면서 고화질(HD)급 해상도를 구현하는 전계 방출 표시장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

전면 기판에 대향하는 후면 기판의 일면에 제1 방향을 따라 라인 패턴으로 형성되는 캐소드 전극과, 캐소드 전극들을 덮으면서 후면 기판 전면에 형성되는 절연층과, 절연층 위에서 제1 방향과 수직으로 교차하는 제2 방향을 따라 라인 패턴으로 형성되는 게이트 전극과, 캐소드 전극과 게이트 전극의 교차 영역에서 게이트 전극과 절연층을 관통하는 홀 내부에 형성되는 에미터와, 후면 기판에 대향하는 전면 기판의 일면에 형성되는 애노드 전극과, 각 화소 영역에 대응 배치되는 R, G, B 형광막들 및 이 형광막들을 둘러싸는 블랙 매트릭스막으로 이루어진 형광 스크린을 포함하며, 각 R, G, B 형광막 영역별로 하나의 캐소드 전극에 2개의 게이트 전극이 교차하는 전계 방출 표시장치를 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 부분 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 부분 단면도로서, 도 1의 Y축 방향 절개 단면을 나타내고 있다.

도시한 바와 같이, 전계 방출 표시장치(2)는 내부 공간을 갖도록 소정의 간격을 두고 실질적으로 평행하게 대향 배치되는 전, 후면 기판(4, 6)을 포함하며, 후면 기판(6)에는 전계 형성으로 전자를 방출하는 구성이, 그리고 전면 기판(4)에는 방출된 전자들에 의해 소정의 이미지를 구현하는 구성이 제공된다.

보다 구체적으로, 상기 후면 기판(6)에는 캐소드 전극(8)이 제1 방향(도면의 Y축 방향)을 따라 라인 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(8)을 덮으면서 후면 기판(6) 전면으로 절연층(10)이 형성되며, 절연층(10) 위에 게이트 전극(12)이 제1 방향과 수직한 제2 방향(도면의 X축 방향)을 따라 라인 패턴으로 형성되어 캐소드 전극(8)과 수직으로 교차한다.

이 때, 게이트 전극(12)은 각 R, G, B 형광막(20) 영역에 대응하여 하나의 캐소드 전극 라인(8) 위에 2개의 게이트 전극 라인(12a, 12b)이 배치되며, 하나의 캐소드 전극(8)과 2개의 게이트 전극(12a, 12b) 각각의 교차 영역이 표시장치의 한 화소에 대응한다. 그리고 캐소드 전극(8)과 게이트 전극(12)의 교차 지점에 게이트 전극(12)과 절연층(10)을 관통하는 홀들(14)이 형성되고, 홀들(14)에 의해 노출된 캐소드 전극(8) 상에 에미터(16)가 형성된다.

상기 에미터(16)는 캐소드 전극(8)과 게이트 전극(12)의 전압 차에 의해 에미터(16) 주변에 전계가 형성될 때, 이 전계에 의해 전자를 방출한다. 본 실시예에서 에미터(16)는 마이크로-팁 형상으로 이루어지거나, 보다 바람직하게는 카본 나노튜브(carbon nanotube), 흑연, 다이아몬드상 카본 또는 C₆₀(훌러렌) 등을 포함하는 저 일함수 탄소계 물질로 이루어지며, 캐소드 전극(8) 위에 배치된다.

그리고 후면 기판(6)에 대향하는 전면 기판(4)의 일면에는 투명한 애노드 전극(18)이 형성되고, 애노드 전극(18) 상에 R, G, B 형광막(20)과 블랙 매트릭스막(22)으로 이루어지는 형광 스크린(24)이 형성된다.

상기 형광막(20)은 일례로 캐소드 전극(8) 라인을 따라 같은 색의 형광막들이 일렬로 배열하며, 각각의 형광막(20)은 격자 형상의 블랙 매트릭스막(22)에 둘러싸여 화면의 시인성을 향상시킨다. 이 때, 각각의 R, G, B 형광막(20)은 하나의 캐소드 전극(8)과 2개의 게이트 전극(12a, 12b)이 교차하는 영역에 대응 배치된다.

상기한 전면 기판(4)과 후면 기판(6)은, 에미터들(16)과 형광 스크린(24)이 마주하도록 임의의 간격을 두고 배치되며, 그 둘레에 도포되는 실링 물질(미도시) 에 의해 일체로 부착된다. 그리고 전면 기판(4)과 후면 기판(6) 사이의 비화소 영역에 스페이서(26)가 배치되어 전면 기판(4)과 후면 기판(6) 사이의 간격을 일정하게 유지시킨다.

상기 구성의 전계 방출 표시장치(2)에서, 게이트 전극(12)에는 스캔 시그널(수∼수십 볼트의 (+)전압)이 인가되고, 선택된 게이트 전극(12)과 교차하는 캐소드 전극(8)에는 데이터 시그널(수∼수십 볼트의 (-)전압)이 인가되며, 애노드 전극(18)에는 고압의 애노드 전압(수백∼수천 볼트의 (+)전압)이 인가된다.

따라서 스캔 시그널이 인가된 게이트 전극(12)과 데이터 시그널이 인가된 캐소드 전극(8)의 교차 영역에서 에미터(16) 주위에 전계가 형성되고, 이 전계에 의해 에미터(16)에서 전자를 방출하며, 방출된 전자는 애노드 전압에 이끌려 해당 형광막(20)에 충돌하여 이를 발광시킨다.

이 때, 전술한 바와 같이 본 실시예에서 게이트 전극(12)은 각 형광막(20) 영역마다 2개의 게이트 전극(12a, 12b)으로 분할되어 있으므로, 게이트 전극(12)은 다음에 설명하는 비월 주사 또는 순차 주사 방식으로 스캔 시그널을 제공받아 구동한다.

도 3은 도 1에 도시한 캐소드 전극과 게이트 전극의 개략도로서, 본 실시예에 의한 전계 방출 표시장치는 홀수번째 게이트 전극(12-1, 12-3, 12-5...)에 순차적으로 스캔 시그널을 인가한 다음, 짝수번째 게이트 전극(12-2, 12-4, 12-6...)에 순차적으로 스캔 시그널을 인가하는 비월 주사 방식으로 게이트 전극을 구동할 수 있다.

다른 실시예로서, 상기 전계 방출 표시장치는 도면 상단에 위치한 게이트 전극(12-1)으로부터 도면 하단에 위치한 게이트 전극(12-6...)을 향해 순차적으로 스캔 시그널을 인가하는 순차 주사 방식으로 게이트 전극을 구동할 수 있다.

이러한 비월 주사 방식과 순차 주사 방식 모두에서, 게이트 전극(12)은 하나의 형광막(20)에 2개의 게이트 전극(12a, 12b)이 위치하고, 이들 2개의 게이트 전극(12a, 12b)에 각기 다른 스캔 시그널이 제공되므로, 본 실시예에 의한 전계 방출 표시장치(2)는 2개로 분할된 게이트 전극(12a, 12b)에 의해 고해상도 화면을 구현함과 동시에, 형광 스크린(24)에서 블랙 매트릭스막(22)의 점유율을 낮추어 휘도 저하를 보상한다.

이 때, 형광 스크린(24)에 구비되는 블랙 매트릭스막(22)은 격자 형상 이외에 도 4에 도시한 바와 같이, 화면의 수직 방향(도면에서 Y축 방향)을 따라 배열하는 스트라이프 타입으로 이루어질 수 있다.

이 경우, 형광 스크린(24)에서 블랙 매트릭스막(22)의 점유율을 더욱 낮출 수 있으므로, 통상적인 스탠더드급 화면인 720×480 화소의 경우, 게이트 전극 라인(12)을 화소당 2개 이상 증가시키면 더욱 고해상도의 화질 및 고휘도의 화질을 얻을 수 있다. 한편, 임의의 고해상도 화면의 경우에 있어서, 게이트 전극 라인을 더 이상 증가시키기 곤란한 경우에도 전술한 방법에 의하면 별도의 게이트 전극 라인을 증가시키지 않고도 화면의 휘도를 더욱 향상시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 부분 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 부분 단면도로 서, 도 5의 X축 방향 절개 단면을 나타내고 있다.

본 실시예에 의한 전계 방출 표시장치(2')는 앞선 실시예와 동일하게, 각 R, G, B 형광막(20) 영역마다 하나의 캐소드 전극(8)에 2개의 게이트 전극(12a, 12b)을 분할 형성하고, 전술한 비월 주사 또는 순차 주사 방식으로 게이트 전극(12)에 스캔 시그널을 제공함으로써 고휘도, 고해상도의 화면을 구현함과 더불어, 다음에 설명하는 불투명한 도전층(30)을 더욱 구비하여 에미터(16')에서 방출된 전자들을 집속시킨다.

보다 구체적으로, 각 캐소드 전극(8)의 가장자리 위에는 캐소드 전극(8)과 전기적으로 통하는 불투명한 도전층(30)이 위치하며, 이들 한쌍의 도전층(30)은 캐소드 전극(8)의 길이 방향과 수직한 방향을 따라 소정의 길이를 갖는 제1 어퍼쳐(30a)를 형성한다.

그리고 절연층(10)과 게이트 전극(12)에는 제1 어퍼쳐(30a)와 연결되는 제2 어퍼쳐(32)가 형성되며, 제2 어퍼쳐(32)는 캐소드 전극(8)과 게이트 전극(12)의 교차 영역마다 하나로 구비된다. 또한 제1 어퍼쳐(30a) 내부의 캐소드 전극(8) 위에는 도전층(30)보다 얇은 두께를 갖는 에미터(16')가 형성되며, 이 에미터(16')는 제1 어퍼쳐(30a) 내에 하나의 단일체로 구성된다.

도 7은 도 6에 도시한 전계 방출 표시장치의 구성에 있어서 에미터 주위에 형성되는 등전위선 분포와, 에미터에서 방출되어 형광막으로 주사되는 전자빔 궤적을 나타낸 개략도로서, 본 실시예에 따라 에미터(16')로부터 방출된 전자빔들(E/B)은 캐소드 전극(8)의 양 가장자리 위에 배치된 도전층(30)의 전계 영향을 받아 형 광막(미도시)을 향해 발산되는 범위가 감소하게 된다.

이러한 현상은 에미터(16')를 사이에 두고 위치하는 양 도전층들(30)이 에미터(16') 주위에 볼록 렌즈로 기능하는 전계를 형성하여 이 전계가 에미터(16')로부터 방출되는 전자들, 특히 에미터(16')의 양 가장자리로부터 방출되는 전자들을 집속시키기 때문인 것으로 추정할 수 있다.

따라서 본 실시예에 의한 전계 방출 표시장치(2')는 각 형광막 영역마다 하나의 캐소드 전극 라인(8)에 2개의 게이트 전극 라인(12a, 12b)을 분할 형성하여 고해상도에서 발생하는 휘도 저하를 보상함과 아울러, 하나의 에미터(16')로부터 방출된 전자빔들이 지정된 형광막(20)을 향해 집속 주사되도록 하여 해당 형광막(20)을 정확하게 발광시키는 장점을 갖는다.

전술한 본 실시예의 구성에 있어서도 형광 스크린(24)에 구비되는 블랙 매트릭스막(22)은 격자 형상 이외에, 도 4에 도시한 바와 같이 화면의 수직 방향을 따라 배열하는 스트라이프 타입으로 이루어질 수 있으며, 이러한 구성의 장점은 전술한 바와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.

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 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 형광 스크린에서 블랙 매트릭스막이 차지하는 면적을 줄임으로써 고해상도 화면에서 발생하는 휘도 저하를 보상할 수 있으며, 스탠더드급 화질의 화면에서는 게이트 전극을 분할 형성함으로써 동일한 화소 개수를 갖는 스크린에서도 수직 해상도를 2배 이상 얻을 수 있다. 그 결과, 본 발명에 의한 전계 방출 표시장치는 고휘도, 고해상도 화면을 용이하게 구현할 수 있다.

Claims (9)

1. 내부 공간을 갖도록 대향 배치되는 전, 후면 기판과;

   상기 전면 기판에 대향하는 후면 기판의 일면에 제1 방향을 따라 라인 패턴으로 형성되는 캐소드 전극과;

   상기 캐소드 전극들을 덮으면서 후면 기판 전면에 형성되는 절연층과;

   상기 절연층 위에서 제1 방향과 수직으로 교차하는 제2 방향을 따라 라인 패턴으로 형성되는 게이트 전극과;

   상기 캐소드 전극과 게이트 전극의 교차 영역에서 게이트 전극과 절연층을 관통하는 홀 내부에 형성되는 에미터와;

   상기 후면 기판에 대향하는 전면 기판의 일면에 형성되는 애노드 전극; 및

   상기 애노드 전극 위에 형성되며, 각 화소 영역에 대응 배치되는 R(적), G(녹), B(청) 형광막들과, 이 형광막들을 둘러싸는 블랙 매트릭스막으로 이루어진 형광 스크린을 포함하며,

   각 R, G, B 형광막 영역별로 하나의 캐소드 전극에 2개의 게이트 전극이 교차하는 전계 방출 표시장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 캐소드 전극과 게이트 전극의 교차 영역에 복수의 홀들이 형성되고, 이 홀들 내부의 캐소드 전극 위에 에미터가 위치하는 전계 방출 표시장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 캐소드 전극과 게이트 전극의 교차 영역에 하나의 어퍼쳐가 형성되고, 이 어퍼쳐 내부의 캐소드 전극 위에 에미터가 위치하는 전계 방출 표시장치.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 에미터가 카본 나노튜브, 흑연, 다이아몬드상 카본 및 C₆₀(훌러렌)을 포함하는 탄소계 물질로 이루어지는 전계 방출 표시장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 캐소드 전극의 양 가장자리 위에 상기 에미터를 사이에 두고 한쌍의 불투명한 도전층이 위치하는 전계 방출 표시장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 블랙 매트릭스막이 격자 형상으로 이루어지며, 상기 각각의 R, G, B 형광막들이 각각 두 개의 화소 영역에 걸쳐 배치되는 전계 방출 표시장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 블랙 매트릭스막과 R, G, B 형광막들이 제1 방향을 따라 스트라이프 패 턴으로 형성되고, 각 화소에 대해 하나의 캐소드 전극 라인에 2개의 게이트 전극 라인이 교차하는 전계 방출 표시장치.
8. 제 1항에 기재된 전계 방출 표시장치의 구동 방법으로서,

   홀수번째 게이트 전극에 순차적으로 스캔 시그널을 인가한 다음, 짝수번째 게이트 전극에 순차적으로 스캔 시그널을 인가하는 단계와;

   상기 스캔 시그널에 의해 선택된 게이트 전극과 교차하는 캐소드 전극에 데이터 시그널을 인가하는 단계를 포함하는 전계 방출 표시장치의 구동 방법.
9. 제 1항에 기재된 전계 방출 표시장치의 구동 방법으로서,

   모든 게이트 전극에 순차적으로 스캔 시그널을 인가하는 단계와;

   상기 스캔 시그널에 의해 선택된 게이트 전극과 교차하는 캐소드 전극에 데이터 시그널을 인가하는 단계를 포함하는 전계 방출 표시장치의 구동 방법.

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