KR101002278B1 - 전계 방출형 백라이트 소자 - Google Patents

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Abstract

전계 방출형 백라이트 소자가 개시된다. 개시된 전계 방출형 백라이트 소자는, 일정한 간격을 두고 서로 대향되게 배치되는 상부 기판 및 하부 기판; 상기 상부 기판의 하면에 형성되는 애노드 전극; 상기 애노드 전극의 하면에 형성되는 형광체층; 상기 하부 기판의 상면에 형성되는 언더 게이트 전극; 상기 언더 게이트 전극의 상면에 형성되는 절연층; 상기 절연층의 상면에 상기 상면과 평행한 방향의 요철 형상으로 형성되는 적어도 하나의 캐소드 전극; 및 상기 절연층의 상면에 형성되는 것으로, 상기 캐소드 전극의 각 요철 내부에 배치되며 상기 언더 게이트 전극과 각각 전기적으로 연결되는 다수의 게이트 전극;을 구비한다.

Description

전계 방출형 백라이트 소자{Field emission type backlight device}
도 1a 및 도 1b는 종래 전계 방출형 백라이트 소자의 단면도 및 하부기판에 형성된 캐소드 전극의 평면도이다.
도 2a 및 도 2ba는 종래 다른 전계 방출형 백라이트 소자의 단면도 및 하부기판에 형성된 캐소드 전극과 게이트 전극의 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출형 백라이트 소자의 단면도 및 하부기판에 형성된 캐소드 전극과 게이트 전극의 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출형 백라이트 소자의 단면도 및 하부기판에 형성된 캐소드 전극과 게이트 전극의 평면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전계 방출형 백라이트 소자의 단면도 및 하부기판에 형성된 캐소드 전극과 게이트 전극의 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110,210,310... 하부 기판 111,211,311... 절연층
112,212,312... 캐소드 전극 113,213,313... 게이트 전극
114,214,314... 비아홀 115,215,315... 절연층
120,220,320... 상부 기판 122,222,322... 애노드 전극
124,224,324... 형광체층
본 발명은 전계 방출형 백라이트 소자에 관한 것으로, 상세하게는 휘도 및 균일성을 향상시킬 수 있고, 소비전력을 줄일 수 있는 전계 방출형 백라이트 소자에 관한 것이다.
통상적으로 평판 표시장치(flat panel display)는 크게 발광형과 수광형으로 분류될 수 있다. 발광형으로는 음극선관(CRT; Cathode Ray Tube), 플라즈마 표시장치(PDP; Plasma Display Panel) 및 전계방출 표시장치(FED; Field Emission Display) 등이 있으며, 수광형으로는 액정 표시장치(LCD; Liquid Crystal Display)가 있다. 이중에서, 액정 표시장치는 무게가 가볍고 소비전력이 적은 장점을 가지고 있으나, 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고, 외부로부터 빛이 입사되어 화상을 형성하는 수광형 표시장치이므로, 어두운 곳에서는 화상을 관찰할 수 없는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 액정 표시장치의 배면에는 백라이트 소자(backlight device)가 설치된다.
종래의 백라이트 소자로는 선광원으로서 냉음극 형광램프(CCFL; Cold Cathode Fluorescent Lamp)와, 점광원으로서 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode)가 주로 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 종래의 백라이트 소자는 일반적으로 그 구성이 복잡하여 제조 비용이 높고, 광원이 측면에 있어서 광의 반사와 투과에 따른 전력 소모가 큰 단점이 있다. 특히, 액정 표시장치가 대형화할수록 휘도의 균 일성을 확보하기 힘든 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 상기한 문제점을 해소하기 위하여 평면발광 구조를 가진 전계방출형(field emission type) 백라이트 소자가 제안되고 있다. 이러한 전계방출형 백라이트 소자는 기존의 냉음극 형광램프 등을 이용한 백라이트 소자에 비해 전력 소모가 적고, 또한 넓은 범위의 발광 영역에서도 비교적 균일한 휘도를 나타내는 장점이 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래 전계 방출형 백라이트 소자의 단면도 및 하부 기판에 형성된 캐소드 전극의 평면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 상부 기판(20)과 하부 기판(10)이 일정간격을 두고 서로 대향되게 배치되어 있다. 그리고, 상기 상부 기판(20)의 하면에는 애노드(anode) 전극(22)과 형광체층(24)이 차례로 형성되어 있으며, 상기 하부 기판(10)의 상면에는 전자방출원인 캐소드(cathode) 전극(12)이 형성되어 있다. 이러한 구조를 가진 전계 방출형 백라이트 소자에 있어서, 애노드 전극(22)과 캐소드 전극(12) 사이에 소정 전압을 인가하게 되면, 캐소드 전극(12)으로부터 전자가 방출된다. 그리고, 이렇게 방출된 전자가 형광체층(24)에 충돌하게 되면 형광체층(24) 내의 형광물질이 여기되어 가시광을 발산하게 된다.
그런데, 상기한 백라이트 유니트는 도 1b에 도시된 바와 같이, 캐소드 전극(12)이 하부 기판(10)의 전면에 형성된 구조를 가지고 있다. 이러한 구조에서는, 캐소드 전극(12)의 두께가 불균일하면 휘도 균일성(Bright uniformity)이 떨어지게 되며, 또한 캐소드 전극(12)의 에지(edge)부에 전계가 집중됨으로써 이상 발 광현상이 발생될 가능성이 높다.
이러한 문제점을 개선하기 위한 전계 방출형 백라이트 소자가 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있다. 도 2a 및 도 2b는 전계 방출형 백라이트 소자의 단면도 및 하부 기판에 형성된 캐소드 전극 및 게이트 전극의 평면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상부 기판(40)과 하부 기판(30)이 일정간격을 두고 서로 대향되게 배치되어 있다. 그리고, 상기 상부 기판(40)의 하면에는 애노드 전극(42)과 형광체층(44)이 차례로 형성되어 있으며, 상기 하부 기판(30)의 상면에는 라인 형태의 캐소드 전극들(32)과 게이트(gate) 전극들(33)이 교대로 형성되어 있다.
상기와 같은 구조에서는 캐소드 전극들(32) 및 게이트 전극들(33)이 직렬로 연결되어 있기 때문에 신호 전압의 입력 부분과 끝 부분에서의 저항차가 커지는 문제가 발생하게 된다. 그리고, 화면이 대형화되면 될수록 라인 저항이 더욱 커짐과 동시에 신호 전압의 입력 부분과 끝 부분에서의 저항차가 더욱 커지게 된다. 이로 인해 입력 전압의 차이 및 신호 펄스의 지연이 발생하게 되어 신호 전압의 입력 부분과 끝 부분에서 휘도차가 발생할 수 있다.
한편, 상기와 같은 구조에서는 상기 캐소드 전극(32)과 게이트 전극(33) 사이의 간격에 따라 캐퍼시턴스(capacitance)가 달라지게 된다. 따라서, 동작 전압을 낮추어 전류 특성을 향상시키기 위해서 캐소드 전극(32)과 게이트 전극(33) 사이의 간격을 좁히게 되면 캐퍼시턴스가 급격히 커지는 문제가 발생하게 된다. 그리고, 선저항 및 캐퍼시턴스가 커지게 되면 소비전력이 증가한다는 문제점도 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 휘도 및 균일성을 향상시킬 수 있고, 소비전력을 줄일 수 있는 전계 방출형 백라이트 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여,
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본 발명의 실시예에 따른 전계 방출형 백라이트 소자는,
일정한 간격을 두고 서로 대향되게 배치되는 상부 기판 및 하부 기판;
상기 상부 기판의 하면에 형성되는 애노드 전극;
상기 애노드 전극의 하면에 형성되는 형광체층;
상기 하부 기판의 상면에 형성되는 언더 게이트 전극;
상기 언더 게이트 전극의 상면에 형성되는 절연층;
상기 절연층의 상면에 상기 상면과 평행한 방향의 요철 형상으로 형성되는 적어도 하나의 캐소드 전극; 및
상기 절연층의 상면에 형성되는 것으로, 상기 캐소드 전극의 각 요철 내부에 배치되며 상기 언더 게이트 전극과 각각 전기적으로 연결되는 다수의 게이트 전극;을 구비한다.
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이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출형 백라이트 소자의 단면을 도시한 것이다. 그리고, 도 3b는 도 3a의 하부 기판에 형성된 캐소드 전극 및 게이트 전극의 평면을 도시한 것이다.
도 3a 및 도3b를 참조하면, 상부 기판(120)과 하부 기판(110)이 일정한 간격을 두고 서로 대향되게 배치된다. 여기서, 상기 상부 기판(120) 및 하부 기판(110)은 투명 기판, 예컨대 글라스 기판으로 이루어진다.
상기 상부 기판(120)의 하면에는 애노드 전극(122)이 형성되며, 이 애노드 전극(122)의 하면에는 형광체층(124)이 형성된다. 여기서, 상기 애노드 전극(122)는 상부 기판(120)의 전면에 형성되며, 상기 형광체층(124)은 애노드 전극(122)의 전면에 형성된다.
상기 하부 기판(110)의 상면에는 언더 게이트(under gate) 전극(115)이 형성되며, 이 언더 게이트 전극(115)의 상면에는 절연층(111)이 형성된다. 그리고, 상기 절연층(111)의 상면에는 캐소드 전극(112) 및 다수의 게이트 전극(113)이 형성 된다.
구체적으로, 상기 언더 게이트 전극(115)은 상기 하부 기판(110)의 전면에 형성된다. 이러한 언더 게이트 전극(115)은 절연층(111)을 사이에 두고 게이트 전극들(113)과 전기적으로 연결된다. 그리고, 상기 절연층(111)은 상기 언더 게이트 전극(115)의 전면에 후막의 형태로 형성된다. 이러한 후막 형태의 절연층(111)은 종래 문제가 되었던 캐퍼시턴스의 증가를 억제하는 역할을 한다. 상기 절연층(111)에는 상기 언더 게이트 전극(115)과 게이트 전극들(113)을 전기적으로 연결하기 위한 다수의 비아홀(via hole,114)이 형성된다.
상기 절연층(111)의 상면에는 전자 방출원인 캐소드 전극(112)이 요철 형상으로 형성된다. 이와 같이, 캐소드 전극(112)이 요철 형상으로 형성하게 되면, 전자 방출 면적이 넓어지므로 휘도가 향상될 수 있다. 그리고, 이러한 캐소드 전극(112)은 도 3b에 도시된 바와 같이 절연층(111)의 상면에 복수로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 캐소드 전극(112)은 전자 방출을 향상시킬 수 있는 물질, 즉 나노탄소물질(Nano carbon material)을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 나노탄소물질은 탄소나노튜브(CNT), 다이아몬드, 풀러렌(fulleren) 등이 될 수 있다. 그리고, 상기 게이트 전극들(113)은 상기 캐소드 전극(112)의 각 요철 내부에 배치된다. 이러한 게이트 전극들(113)은 전술한 바와 같이 비아홀(114)을 통하여 하부 기판(110)의 상면에 형성된 언더 게이트 전극(115)과 전기적으로 연결된다.
이와 같은 구조의 전계 방출형 백라이트 소자에서, 언더 게이트 전극(115)에 수십 볼트의 플러스 전압을 인가하면, 이 언더 게이트 전극(115)과 전기적으로 연 결된 절연층(111) 상의 게이트 전극들(113)에도 동일한 전압이 인가된다. 그리고, 요철 형상의 캐소드 전극(112)에 수십 볼트의 마이너스 전압을 인가하게 되면, 전자 방출원인 캐소드 전극(112)으로부터 전자가 방출되게 된다. 한편, 요철 형상의 캐소드 전극(112)을 절연층(111)의 상면에 복수로 형성하게 되면, 순차 점등이 가능해져서 듀티(duty)비를 조절할 수 있게 된다.
이와 같이, 캐소드 전극(112)을 요철 형상으로 형성하고, 이 캐소드 전극(112)의 각 요철 내부에 게이트 전극들(113)을 배치하면 전자 방출 면적의 증가에 따른 휘도 향상의 효과를 얻을 수 있다. 그리고, 복수로 형성된 캐소드 전극들(112)을 순차 점등시켜 듀티비를 조절하게 되면, 화면에 흐르는 순시전류를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 회로에 가해지는 부하 및 소비전력을 줄여줄 수 있다.
도 4a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출형 백라이트 소자의 단면을 도시한 것이다. 그리고, 도 4b는 도 4a의 하부 기판에 형성된 캐소드 전극 및 게이트 전극의 평면을 도시한 것이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상부 기판(220)과 하부 기판(210)이 일정한 간격을 두고 서로 대향되게 배치된다. 그리고, 상기 상부 기판(220)의 하면에는 애노드 전극(222)이 형성되며, 이 애노드 전극(222)의 하면에는 형광체층(224)이 형성된다.
상기 하부 기판(210)의 상면에는 언더 게이트 전극(215)이 형성되며, 이 언더 게이트 전극(215)의 상면에는 후막 형태의 절연층(211)이 형성된다. 여기서, 상기 언더 게이트 전극(215) 및 절연층(211)은 각각 상기 하부 기판(210) 및 언더 게 이트 전극(215)의 전면에 형성된다. 그리고, 상기 절연층(211)에는 상기 언더 게이트 전극(215)과 게이트 전극들(213)을 전기적으로 연결하기 위한 다수의 비아홀(214)이 형성된다.
상기 절연층(211)의 상면에는 다수의 캐소드 전극(212) 및 게이트 전극(213)이 형성된다. 상기 캐소드 전극들(212)은 도 4b에 도시된 바와 같이 서로 병렬로 연결되도록 형성된다. 여기서, 상기 캐소드 전극들(212)은 탄소나노튜브(CNT), 다이아몬드, 풀러렌(fulleren) 등과 같은 나노탄소물질을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 게이트 전극들(212)은 캐소드 전극들(212) 사이에 배치되도록 형성된다. 그리고, 상기 게이트 전극들(212)은 각각 절연층(211)에 형성된 비아홀(214)을 통하여 언더 게이트 전극(215)과 전기적으로 연결된다.
이와 같이, 캐소드 전극들(212)을 서로 병렬로 연결하고, 게이트 전극들(213)이 상기 캐소드 전극들(212) 사이에 배치하면, 종래 문제가 되었던 캐소드 전극들 사이의 저항차이를 크게 줄일 수 있어 화면 전반의 휘도 균일성(Bright uniformity)을 향상시킬 수 있다.
도 5a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전계 방출형 백라이트 소자의 단면을 도시한 것이다. 그리고, 도 5b는 도 5a의 하부 기판에 형성된 캐소드 전극 및 게이트 전극의 평면을 도시한 것이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상부 기판(320)의 하면에는 애노드 전극(322)이 형성되며, 이 애노드 전극(322)의 하면에는 형광체층(324)이 형성된다. 상기 하부 기판(310)의 상면에는 언더 게이트 전극(315)이 형성되며, 이 언더 게이트 전극(315)의 상면에는 후막 형태의 절연층(311)이 형성된다.
상기 절연층의 상면에는 다수의 캐소드 전극(312) 및 게이트 전극(313)으로 이루어진 유니트(330)가 복수로 형성된다. 여기서, 각 유니트(330)를 구성하는 캐소드 전극들(312)은 서로 병렬로 연결되어 있으며, 게이트 전극들(313)은 상기 캐소드 전극들(312) 사이에 배치된다. 그리고, 상기 게이트 전극들(313)은 각각 절연층(311)에 형성된 비아홀(314)을 통하여 언더 게이트 전극(315)과 전기적으로 연결된다.
이와 같이, 서로 병렬로 연결된 캐소드 전극들(312)과 이 캐소드 전극들(312) 사이에 배치되는 게이트 전극들(313)로 이루어진 유니트(330)를 복수로 형성하게 되면 전자 방출 면적을 증가시켜 휘도를 향상시킬 수 있다. 그리고, 순차 점등이 가능해져 듀티비를 조절할 수 있게 된다. 이에 따라, 화면에 흐르는 순시전류를 감소시킬 수 있으므로, 회로에 가해지는 부하 및 소비전력을 줄여줄 수 있다. 한편, 각 유니트(330)를 구성하는 캐소드 전극들(312)을 서로 병렬로 연결함으로써 종래 문제가 되었던 캐소드 전극들 사이의 저항차이를 크게 줄일 수 있어 화면 전반의 휘도 균일성(Bright uniformity)을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 전계 방출형 백라이트 소자에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 언더 게이트 전극의 상면에 후막 형태의 절연층을 형성함으로써 종래 문제가 되었던 캐퍼시턴스의 증가를 억제할 수 있다.
둘째, 전자 방출 면적을 증대시킬 수 있으므로, 휘도 향상의 효과를 얻을 수 있다.
셋째, 캐소드 전극들을 서로 병렬로 연결함으로써 종래 문제가 되었던 캐소드 전극들 사이의 저항차이를 크게 줄일 수 있어 화면 전반의 휘도 균일성을 향상시킬 수 있다.
넷째, 순차 점등이 가능하여 듀티비를 조절할 수 있다. 이에 따라, 화면에 흐르는 순시전류를 감소시킬 수 있으므로, 회로에 가해지는 부하 및 소비전력을 줄여줄 수 있다.

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  6. 일정한 간격을 두고 서로 대향되게 배치되는 상부 기판 및 하부 기판;
    상기 상부 기판의 하면에 형성되는 애노드 전극;
    상기 애노드 전극의 하면에 형성되는 형광체층;
    상기 하부 기판의 상면에 형성되는 언더 게이트 전극;
    상기 언더 게이트 전극의 상면에 형성되는 절연층;
    상기 절연층의 상면에 상기 상면과 평행한 방향의 요철 형상으로 형성되는 적어도 하나의 캐소드 전극; 및
    상기 절연층의 상면에 형성되는 것으로, 상기 캐소드 전극의 각 요철 내부에 배치되며 상기 언더 게이트 전극과 각각 전기적으로 연결되는 다수의 게이트 전극;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 백라이트 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 언더 게이트 전극은 상기 하부 기판의 전면에 형성되는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 백라이트 소자.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 절연층에는 상기 언더 게이트 전극과 게이트 전극들을 전기적으로 연결하기 위한 다수의 비아홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 백라이트 소자.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 캐소드 전극은 나노탄소물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 백라이트 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 나노탄소물질은 탄소나노튜브(CNT), 다이아몬드 또는 풀러렌(fulleren)인 것을 특징으로 하는 전계 방출형 백라이트 소자.
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