KR100869789B1 - 전계 방출 표시장치 - Google Patents

Abstract

면 전자원에서 방출되는 전자들을 집속시켜 이웃 화소와의 크로스-토크(cross-talk)를 제거하는 전계 방출 표시장치에 관한 것으로서,

후면 기판의 일면에 라인 패턴으로 형성되는 게이트 전극과; 게이트 전극들을 덮으면서 후면 기판의 전면에 형성되는 절연층과; 절연층 위에 게이트 전극과 수직으로 교차하는 라인 패턴으로 형성되며, 게이트 전극과 교차하는 각각의 화소 영역에 관통부를 형성하는 캐소드 전극과; 관통부 내에서 게이트 전극과 연결 설치되는 대향 전극과; 캐소드 전극과 평행한 관통부의 어느 한 변에 대하여 이 변과 인접한 캐소드 전극 상에 위치하는 탄소계 면 전자원과; 전면 기판의 일면에 형성되는 애노드 전극 및 형광막을 포함하는 전계 방출 표시장치를 제공한다.

전계방출, 전계방출표시장치, 면전자원, 캐소드, 게이트, 애노드, 형광막, 집속, 대향전극

Description

전계 방출 표시장치{FIELD EMISSION DISPLAY DEVICE}

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

도 3은 도 1에 도시한 후면 기판의 부분 평면도.

도 4는 도 3의 부분 확대도.

도 5와 도 6은 각각 전자빔 집속 과정을 설명하기 위한 후면 기판의 부분 평면도 및 전계 방출 표시장치의 부분 단면도.

도 7은 에미터의 다른 구성예를 설명하기 위한 후면 기판의 부분 단면도.

도 8은 종래 기술에 의한 전계 방출 표시장치에서 에미터 주변에 형성되는 전계와 전자빔 궤적을 나타낸 그래프.

도 9는 본 발명에 의한 전계 방출 표시장치에서 에미터 주변에 형성되는 전계와 전자빔 궤적을 나타낸 그래프.

본 발명은 전계 방출 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소계 물질로 이루어지는 면 전자원과, 후면 기판 상에서 캐소드 전극과 면 전자원 밑에 배 치되는 게이트 전극을 구비한 전계 방출 표시장치에 관한 것이다.

냉음극을 전자 방출원으로 사용하여 이미지를 구현하는 전계 방출 표시장치는, 최근들어 저전압(대략 10∼15V) 조건에서 전자를 방출하는 탄소계 물질을 이용하여 스크린 인쇄와 같은 후막 공정을 통해 면 전자원, 즉 에미터를 형성하는 기술이 연구 개발되고 있다.

상기한 전계 방출 표시장치가 캐소드, 애노드 및 게이트 전극을 구비하는 3극관 구조로 이루어질 때, 공지의 전계 방출 표시장치는 후면 기판 상에 캐소드 전극과 절연층 및 게이트 전극을 순차적으로 형성하고, 게이트 전극과 절연층에 홀을 형성하여 캐소드 전극을 노출시키며, 노출된 캐소드 전극 표면으로 에미터를 형성함과 아울러, 전면 기판 상에 애노드 전극과 형광막을 배치한 구조로 이루어진다.

그러나 전술한 구조에서 후막 공정을 이용하여 면 전자원을 형성하는 것은 기술적으로 매우 어려운 점이 있다. 이는 상기 홀에 의해 노출된 캐소드 전극 표면으로 탄소계 물질을 스크린 인쇄할 때, 탄소계 물질이 캐소드 전극과 게이트 전극에 걸쳐 형성되어 두 전극간 쇼트를 유발하기 때문이다.

따라서 본 출원인은 국내 공개특허 공개번호 2001-58675호에서 절연층을 사이로 캐소드 전극과 면 전자원 밑에 게이트 전극을 배열한 전계 방출 표시장치를 제안한 바 있다. 상기 구조에서는 제조 과정 중 캐소드 전극과 게이트 전극이 단락될 우려가 없으며, 캐소드 전극 위에 면 전자원을 용이하게 형성할 수 있는 잇점이 있다.

그러나 전술한 전계 방출 표시장치는 캐소드 전극의 일측 가장자리에 면 전 자원을 형성하고, 게이트 전극으로부터 유도된 전기장이 면 전자원의 가장자리에 강한 영향을 미쳐, 면 전자원의 가장자리로부터 전자를 인출시키는 구조로 이루어진다. 이로서 면 전자원에서 방출된 전자는 전면 기판을 향해 이동하는 과정에서 빔 퍼짐이 발생하며, 이는 해당 화소의 형광막이 아닌 인접 화소의 타색 형광막을 발광시켜 화면의 색순도를 저하시키는 결과를 나타낸다.

따라서 상기 구조는 전자빔 집속을 위한 수단이 마련되어야 한다. 그러나 면 전자원 주위에 집속 전극을 구비하는 등, 집속을 위한 별도의 구조를 적용하기 위해서는, 이를 제조하기 위한 공정이 추가되어야 하므로 제조 공정이 복잡해지고, 제조 비용이 상승하는 등의 문제를 유발한다. 이로서 내부 구조를 단순화하면서 전자빔의 퍼짐을 방지하기 위한 노력이 진행되어야 한다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 내부 구조를 단순화하면서 면 전자원에서 방출되는 전자들을 집속시켜 이웃 화소와의 크로스-토크를 방지하는 전계 방출 표시장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

후면 기판의 일면에 라인 패턴으로 형성되는 게이트 전극과, 게이트 전극들을 덮으면서 후면 기판의 전면에 형성되는 절연층과, 절연층 위에 게이트 전극과 수직으로 교차하는 라인 패턴으로 형성되며 게이트 전극과 교차하는 각각의 화소 영역에 관통부를 형성하는 캐소드 전극과, 관통부 내에서 게이트 전극과 연결 설치 되는 대향 전극과, 캐소드 전극과 평행한 관통부의 어느 한 변에 대하여 이 변과 인접한 캐소드 전극 상에 위치하는 탄소계 면 전자원과, 전면 기판의 일면에 형성되는 애노드 전극 및 형광막을 포함하는 전계 방출 표시장치를 제공한다.

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

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 부분 분해 사시도 및 부분 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시한 후면 기판의 부분 평면도이다.

도시한 바와 같이, 전계 방출 표시장치는 내부 공간을 갖도록 임의의 간격을 두고 대향 배치되는 전면 기판(2)과 후면 기판(4)을 포함하며, 후면 기판(4)에는 전계 형성으로 전자를 방출하는 구성이, 그리고 전면 기판(2)에는 전자에 의해 여기되어 소정의 이미지를 구현하는 구성이 제공된다.

보다 구체적으로, 상기 후면 기판(4)에는 다수의 게이트 전극(6)이 도면의 X축 방향을 따라 라인 패턴으로 형성되고, 게이트 전극(6)들을 덮으면서 후면 기판(4) 전면에 절연층(8)이 형성되며, 절연층(8) 위에 다수의 캐소드 전극(10)이 도면의 Y축 방향을 따라 라인 패턴으로 형성되어 게이트 전극(6)과 수직으로 교차한다.

그리고 전면 기판(2)에는 전자 가속에 필요한 고전압(대략, 5∼10kV)이 인가되는 투명한 애노드 전극(12)과, 전자에 의해 여기되어 가시광을 방출하는 형광막(14)이 위치하며, 전면 기판(2)과 후면 기판(4)은 내부를 진공 상태로 유지 하면서 스페이서(미도시)에 의해 일정한 셀 갭을 유지한다.

상기 캐소드 전극(10)에는 게이트 전극(6)과의 교차 지점, 즉 각각의 화소 영역에 관통부(16)가 형성되어 절연층(8)을 노출시키며, 관통부(16) 내부에는 게이트 전극(6)과 전기적으로 연결된 대향 전극(18)이 위치하고, 관통부(16)의 어느 한 변에 인접한 캐소드 전극(10) 상에 탄소계 물질로 이루어지는 면 전자원, 즉 에미터(20)가 위치한다.

상기 관통부(16)는 캐소드 전극(10)을 구성하는 도전 물질이 배제된 것으로, 도시한 사각 형상이 바람직하며, 관통부(16)에 의해 노출된 절연층(8)에는 관통홀(8a)이 형성되고, 이 관통홀(8a)과 절연층(8) 위로 도전 물질로 이루어진 대향 전극(18)이 형성되어 게이트 전극(6)과 전기적으로 연결된다. 바람직하게, 대향 전극(18)은 에미터(20) 및 캐소드 전극(10)과의 쇼트 방지를 위해 관통부(16)보다 작은 크기로 형성되어 캐소드 전극(10)과 일정한 거리를 유지한다.

그리고 상기 에미터(20)는 카본 나노튜브(carbon nanotube), 흑연, 다이아몬드상 카본(DLC; Diamond Liked Carbon) 및 C₆₀(훌러렌) 등을 포함하는 탄소계 물질로 이루어지며, 페이스트 형태의 탄소계 물질을 캐소드 전극(10) 위에 스크린 인쇄하여 에미터(20)를 형성할 수 있다.

상기한 에미터(20)는 특히 캐소드 전극(10)과 평행한 관통부(16)의 두 변 가운데 어느 한 변에 있어서, 이 변에 인접한 캐소드 전극(10) 상에 캐소드 전극(10)의 길이 방향을 따라 위치한다.

이와 같이 캐소드 전극(10) 내부에 관통부(16)와 대향 전극(18)이 위치하고, 에미터(20)가 관통부(16)의 한 변에 인접한 캐소드 전극(10) 상에 위치함에 따라, 상기 에미터(20)는 캐소드 전극(10)의 가장자리가 아닌 캐소드 전극(10) 내부에 위치하며, 캐소드 전극(10)을 구성하는 도전 물질에 둘러싸인다.

즉, 캐소드 전극(10)은 도 4에 도시한 바와 같이 각각의 화소 영역에서 편의상 에미터(20)가 위치하는 에미터 형성부(10A)와, 게이트 전극(6)의 길이 방향을 따라 에미터 형성부(10A)에 대향하는 길이 방향부(10B)와, 에미터 형성부(10A)와 길이 방향부(10B)를 연결하는 연결부(10C)로 나누어 설명할 수 있으며, 이 때 상기 에미터(20)는 한쌍의 연결부(10C)와 길이 방향부(10B)에 의해 둘러싸인 구조로 이루어진다.

전술한 구성에 따라, 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(6) 사이에 소정의 직류 또는 교류 전압을 인가하고, 애노드 전극(12)에 고전압을 인가하면, 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(6)의 전압 차에 의해 에미터(20) 주변에 전계가 형성되어 에미터(20)에서 전자가 방출되며, 방출된 전자는 애노드 전극(12)에 인가된 고전압에 의해 해당 형광막(14)에 이끌려 이를 발광시킨다.

이 때, 본 실시예에 의한 전계 방출 표시장치는 에미터(20)에 인접한 대향 전극(18)이 게이트 전극(6)과 전기적으로 연결되어 에미터(20) 주변에 강한 전계를 형성함으로써 구동 전압을 저감시키며, 에미터(20)가 캐소드 전극(10)에 둘러싸여 있으므로, 에미터(20)를 둘러싸는 캐소드 전극(10)의 도전 물질이 이웃 화소의 게이트 전극(6)에 인가된 전압에 의한 에미터(20) 주위의 전계 변화를 차단하여 네이 버링 이펙트 현상을 감소시킨다.

또한, 본 실시예에 의한 전계 방출 표시장치는 전술한 캐소드 전극(10)의 길이 방향부(10B)와 연결부(10C)가 에미터(20)에서 방출된 전자빔을 집속시키는 역할을 하며, 이는 특히 캐소드 전극(10)을 스캔 라인으로 설정하고, 게이트 전극(6)을 데이터 라인으로 설정하여 구동하는 경우, 보다 유효한 전자빔 집속 효과를 얻을 수 있다.

도 5와 도 6은 각각 전자빔 집속 과정을 설명하기 위한 후면 기판의 부분 평면도 및 전계 방출 표시장치의 부분 단면도로서, 도시한 2개의 캐소드 전극(10) 중 좌측 캐소드 전극에 -100V의 스캔 전압을 인가하고, 도시한 3개의 게이트 전극(6) 가운데 중앙의 게이트 전극에 70V의 데이터 전압을 인가하여 이 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(6)이 교차하는 화소를 온(on)시킨 경우를 가정하여 설명한다. 이 때, 나머지 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(6)에는 0V가 인가되어 이들 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(6)이 교차하는 화소는 오프(off) 상태를 유지한다.

이와 같이 한개 화소가 켜지는 경우, 에미터(20)에서 방출된 전자는 캐소드 전극(10)보다 높은 전압이 인가된 대향 전극(18)을 향해 이동한 후 대향 전극(18)보다 높은 전압이 인가된 애노드 전극(12)에 의해 전면 기판으로 이끌려 형광막(14)에 도달하게 된다.

이 과정에서, 대향 전극(18)을 향해 퍼지며 이동하는 전자빔(실선 화살표로 도시)은 대향 전극(18)보다 낮은 전위를 유지하는 캐소드 전극(10)의 길이 방향부(10B)에 의해 집속되어 도면을 기준으로 수평 방향으로의 퍼짐이 억제된다. 또한, 에미터(20)에서 방출되어 도면의 수직 방향으로 퍼지며 이동하는 전자빔(도 5에서 점선 화살표로 도시)은 대향 전극(18)보다 낮은 전위를 유지하는 캐소드 전극(10)의 연결부(10C)에 의해 집속되어 수직 방향으로의 퍼짐이 억제된다.

따라서 본 실시예에 의한 전계 방출 표시장치는 캐소드 전극(10)의 길이 방향부(10B)와 연결부(10C)가 에미터(20)에서 방출된 전자빔을 효과적으로 집속시키며, 에미터(20)가 화소의 가장자리에 위치함에 따라, 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(6)이 교차하는 각각의 화소 영역에 대응하여 전면 기판(2)에 형광막(14)을 배치하여도 방출 전자의 화소 이탈을 최소화할 수 있다.

이 때, 캐소드 전극(10)의 길이 방향부(10B)가 큰 폭으로 형성될수록 전자빔의 집속 효과가 우수해지고, 관통부(16)에 의해 감소된 캐소드 전극(10)의 도전성을 확보할 수 있으므로, 도 4에 도시한 바와 같이 관통부(16)를 캐소드 전극(10)의 일측 가장자리를 향해 편심시켜 게이트 전극(6)의 길이 방향에 따른 길이 방향부(10B)의 폭(W₁)이 에미터 형성부(10A)의 폭(W₂)보다 크도록 구성한다.

한편, 전술한 구성에서 전계 형성에 의해 전자를 방출하는 에미터(20)는 캐소드 전극(10)의 윗면 뿐만 아니라 캐소드 전극(10)의 윗면과 측면에 걸쳐 형성될 수 있으며, 도 7에 캐소드 전극(10)의 윗면과 측면에 걸쳐 형성된 에미터(20')를 도시하였다.

도 8은 대향 전극 없이 캐소드 전극의 일측 가장자리에 에미터를 형성한 종래 기술에 의한 전계 방출 표시장치(비교예)에서 에미터 주변에 형성되는 전계와 전자빔 궤적을 나타낸 그래프이며, 도 9는 본 발명에 의한 전계 방출 표시장치(실시예)에서 에미터 주변에 형성되는 전계와 전자빔 궤적을 나타낸 그래프이다. 이 때, 비교예와 실시예 모두 캐소드 전극에 -100V, 게이트 전극에 70V, 애노드 전극에 2kV를 인가한 경우를 나타낸다.

먼저 도 8에 도시한 바와 같이, 비교예의 구조에서는 에미터(1)의 가장자리에서 방출된 전자빔이 넓은 영역에 걸쳐 퍼지며 진행하나, 도 9에 도시한 실시예의 구조에서는 캐소드 전극(10)의 길이 방향부(10B)가 등전위선을 대향 전극(18) 방향으로 밀어내고 있으므로, 에미터(20)에서 방출된 전자빔을 집속시켜 전자빔의 퍼짐을 억제하고 있음을 확인할 수 있다.

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, 전자빔 집속을 위한 별도의 구조를 형성하지 않으면서 면 전자원에서 방출되는 전자빔을 효과적으로 집속하여 이웃 화소와의 크로스-토크를 방지하며, 이웃 화소의 게이트 전극에 인가된 전압에 의한 면 전자원 주위의 전계 변화를 차단하여 네이버링 이펙트 현상을 방지한다.

Claims (7)

1. 임의의 간격을 두고 대향 배치되는 전, 후면 기판과;

   상기 전면 기판에 대향하는 후면 기판의 일면에 라인 패턴으로 형성되는 게이트 전극과;

   상기 게이트 전극들을 덮으면서 후면 기판의 전면에 형성되는 절연층과;

   상기 절연층 위에 상기 게이트 전극과 수직으로 교차하는 라인 패턴으로 형성되며, 게이트 전극과 교차하는 각각의 화소 영역에 관통부를 형성하는 캐소드 전극과;

   상기 관통부 내에서 상기 게이트 전극과 연결 설치되는 대향 전극과;

   상기 캐소드 전극과 평행한 관통부의 어느 한 변에 대하여 이 변과 인접한 캐소드 전극 상에 위치하는 탄소계 면 전자원과;

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

   상기 애노드 전극 표면에 위치하는 형광막을 포함하는 전계 방출 표시장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 면 전자원이 카본 나노튜브, 흑연, 다이아몬드상 카본 및 C₆₀(훌러렌)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 물질을 포함하는 전계 방출 표시장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 관통부에 의해 노출된 절연층에 관통홀이 형성되고, 상기 대향 전극이 관통홀을 통해 게이트 전극과 접촉하여 게이트 전극과 전기적으로 연결되는 전계 방출 표시장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 대향 전극이 관통부보다 작은 크기로 형성되어 캐소드 전극과 일정한 거리를 유지하는 전계 방출 표시장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 캐소드 전극이 각각의 화소 영역에서 에미터가 위치하는 에미터 형성부와, 상기 게이트 전극의 길이 방향을 따라 에미터 형성부에 대향하는 길이 방향부와, 에미터 형성부와 길이 방향부를 연결하는 한쌍의 연결부를 구비하며, 상기 에미터가 한쌍의 연결부와 길이 방향부에 의해 둘러싸이는 전계 방출 표시장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 관통부가 상기 캐소드 전극의 일측 가장자리를 향해 편심되어 위치하는 전계 방출 표시장치.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 길이 방향부의 폭이 상기 에미터 형성부의 폭보다 크게 이루어지는 전계 방출 표시장치.

Images