KR101135469B1 - 전자 방출 표시 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 애노드 전극의 두께 편차를 최소화하여 화소간 발광 균일도를 높일 수 있는 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판 위에 어레이를 이루며 배치되는 전자 방출 소자들과, 제2 기판의 일면에 형성되는 형광층들과, 형광층들의 일면에 위치하는 애노드 전극을 포함한다. 이때 애노드 전극은 하기 조건을 만족한다.

여기서, T_max는 애노드 전극의 최대 두께를 나타내고, T_min은 애노드 전극의 최소 두께를 나타내며, T_ave는 애노드 전극의 평균 두께를 나타낸다.

애노드전극, 기판, 전자방출부, 구동전극, 형광층

Description

전자 방출 표시 디바이스 {ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.

도 3은 애노드 전극의 두께 균일도 변화에 따른 화소간 발광 균일도 변화를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 애노드 전극의 두께 편차를 최소화하여 화소간 발광 균일도를 높일 수 있는 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 소자(electron emission element)는 전자원의 종류에 따라 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식으로 분류할 수 있다.

여기서, 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는 전계 방출 어레이(Field Emitter Array; FEA)형, 표면 전도 에미션(Surface-Conduction Emission; SCE)형, 금속-절연층-금속(Metal-Insulator-Metal; MIM)형 및 금속-절연층-반도체(Metal-Insulator-Semiconductor; MIS)형 등이 알려져 있다.

전자 방출 소자는 제1 기판에 어레이를 이루며 배치되어 전자 방출 디바이스(electron emission device)를 구성하고, 전자 방출 디바이스는 형광층과 애노드 전극 등으로 이루어진 발광 유닛이 구비된 제2 기판과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스(electron emission display device)를 구성한다.

전자 방출 디바이스는 전자 방출부와 복수의 구동 전극들을 구비하여 화소 단위로 제2 기판을 향해 의도한 양의 전자들을 방출시키고, 전자 방출 표시 디바이스는 전자 방출부에서 방출된 전자들로 형광층을 여기시켜 소정의 발광 또는 표시 작용을 하게 된다.

상기한 전자 방출 표시 디바이스에서 알루미늄(Al)과 같은 금속막이 애노드 전극으로 사용될 수 있다. 이 금속의 애노드 전극은 형광층과 흑색층을 덮도록 형성되며, 형광층에서 방사된 가시광 중 제1 기판을 향해 방사된 가시광을 제2 기판 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높인다.

이러한 금속의 애노드 전극은 ①형광층 위에 소성시 기화되는 고분자 물질로 중간막을 형성하고, ②중간막 위에 금속, 일례로 알루미늄을 증착하고, ③소성을 통해 중간막을 제거하는 단계들을 통해 완성된다. 중간막은 애노드 전극이 형광층의 표면 거칠기에 영향을 받지 않도록 하여 애노드 전극을 평탄하게 만드는 역할을 한다.

그런데 종래의 애노드 전극은 증착 상태나 중간막 표면의 평탄한 정도 등에 따라 실질적으로 균일한 두께를 갖지 못하고 위치별로 소정의 두께 편차를 갖게 된다.

애노드 전극의 두께는 전자 투과량 및 광 반사율 등과 밀접한 관계가 있는데, 일례로 애노드 전극의 평균 두께보다 상대적으로 큰 두께를 갖는 애노드 전극 부위는 전자 투과량이 낮아져 해당 화소의 휘도를 낮추게 되고, 애노드 전극의 평균 두께보다 상대적으로 작은 두께를 갖는 애노드 전극 부위는 전자 투과량이 높아져 해당 화소의 휘도를 높이게 된다.

그 결과 형광층은 애노드 전극의 두께에 따라 서로 다른 휘도의 가시광을 방출하게 되어 화소별 발광 균일도를 떨어뜨리고, 그에 따라 화면의 색순도와 색재현율이 낮아지는 등 표시품질이 저하되는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 애노드 전극의 최적화된 두께 설정을 통해 화소별 발광 균일도를 높일 수 있는 전자 방출 표시 디바이스를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판 위에 어레이를 이루며 배치되는 전자 방출 소자들과, 제2 기판의 일면에 형성되는 형광층들과, 형광층들의 일면에 위치하는 애노드 전극을 포함하며, 애노드 전극이 하기 조건을 만족하는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다.

여기서, T_max는 애노드 전극의 최대 두께를 나타내고, T_min은 애노드 전극의 최소 두께를 나타내며, T_ave는 애노드 전극의 평균 두께를 나타낸다.

상기 애노드 전극은 제1 기판을 향한 형광층들의 일면에 위치하는 금속막으로 이루어질 수 있다.

상기 전자 방출 소자들은 전계 방출 어레이형, 표면 전도 에미션형, 금속-절연층-금속형 및 금속-절연층-반도체형 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 전자 방출 소자들은 전자 방출부들과 구동 전극들을 포함하고, 구동 전극들이 전자 방출부와 전기적으로 연결되는 캐소드 전극들과, 캐소드 전극들과 절연되어 위치하는 게이트 전극들을 포함할 수 있다.

또한, 전자 방출부는 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소, C₆₀ 및 실리콘 나노와이어로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.

또한, 전자 방출 표시 디바이스는 구동 전극들 상부에서 구동 전극들과 절연되어 위치하는 집속 전극을 더욱 포함할 수 있다.

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

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도와 부분 단면도이다. 도 1과 도 2에서는 전자 방출 디바이스의 일례로 전계 방출 어레이(FEA)형을 도시하였다.

도면을 참고하면, 전자 방출 표시 디바이스는 소정의 간격을 두고 평행하게 대향 배치되는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 포함한다. 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 가장자리에는 밀봉 부재(도시하지 않음)가 배치되어 두 기판을 접합시키며, 내부 공간이 대략 10^-6 Torr의 진공도로 배기되어 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 및 밀봉 부재가 진공 용기를 구성한다.

상기 제1 기판(2) 중 제2 기판(4)과의 대향면에는 전자 방출 소자들이 어레이를 이루며 배치되어 제1 기판(2)과 함께 전자 방출 디바이스(100)를 구성하고, 전자 방출 디바이스(100)가 제2 기판(4) 및 제2 기판(4)에 제공된 발광 유닛(110)과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.

먼저, 제1 기판(2) 위에는 제1 전극인 캐소드 전극들(6)이 제1 기판(2)의 일 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(6)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 제1 절연층(8)이 형성된다. 제1 절연층(8) 위에는 제2 전극인 게이트 전극들(10)이 캐소드 전극(6)과 직교하는 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극들(6) 위로 각 화소 영역마다 하나 이상의 전자 방출부(12)가 형성된다. 그리고 제1 절연층(8)과 게이트 전극(10)에는 각 전자 방출부(12)에 대응하는 개구부(81,101)가 형성되어 제1 기판(2) 상에 전자 방출부(12)가 노출되도록 한다.

전자 방출부(12)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어질 수 있다. 전자 방출부(12)는 일례로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소, C_60, 실리콘 나노와이어 또는 이들의 조합 물질을 포함할 수 있으며, 전자 방출부(12)의 제조법으로는 스크린 인쇄, 직접 성장, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.

도면에서는 전자 방출부들(12)이 원형으로 형성되고, 각 화소 영역에서 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열되는 구성을 도시하였다. 그러나 전자 방출부(12)의 평면 형상과 화소 영역당 개수 및 배열 형태 등은 도시한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.

또한 상기에서는 게이트 전극들(10)이 제1 절연층(8)을 사이에 두고 캐소드 전극들(6) 상부에 위치하는 구조에 대해 설명하였으나, 게이트 전극들이 제1 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극들 하부에 위치하는 구조도 가능하다. 이 경우 전자 방출부는 제1 절연층 위에서 캐소드 전극의 측면에 위치할 수 있다.

그리고 게이트 전극들(10)과 제1 절연층(8) 위로 제3 전극인 집속 전극(14)이 형성된다. 집속 전극(14) 하부에는 제2 절연층(16)이 위치하여 게이트 전극(10)과 집속 전극(14)을 절연시키며, 제2 절연층(16)과 집속 전극(14)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(161,141)가 마련된다.

집속 전극(14)은 전자 방출부(12)마다 이에 대응하는 하나의 개구부를 형성하여 각 전자 방출부(12)에서 방출되는 전자들을 개별적으로 집속하거나, 화소 영역마다 하나의 개구부를 형성하여 하나의 화소 영역에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속할 수 있다. 도 1에서는 두번째 경우를 도시하였다.

다음으로, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 형광층(18), 일례로 적색과 녹색 및 청색의 형광층들(18R,18G,18B)이 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(18) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(20)이 형성된다. 형광층(18)은 제1 기판(2)에 설정되는 화소 영역에 한가지 색의 형광층(18R,18G,18B)이 대응하도록 형성된다.

형광층(18)과 흑색층(20) 위로는 알루미늄과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(22)이 형성된다. 애노드 전극(22)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받으며, 형광층(18)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(2)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(4) 측으로 반사시켜 휘도를 높인다.

그리고 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에는 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고 두 기판의 간격을 일정하게 유지시키는 스페이서들(24)이 배치된다. 스페이서들(24)은 형광층(18)을 침범하지 않도록 흑색층(20)에 대응하여 위치한다.

전술한 구성의 전자 방출 표시 디바이스는 외부로부터 캐소드 전극들(6), 게이트 전극들(10), 집속 전극(14) 및 애노드 전극(22)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다.

일례로 캐소드 전극들(6)과 게이트 전극들(10) 중 어느 한 전극들이 주사 구 동 전압을 인가받아 주사 전극들로 기능하고, 다른 한 전극들이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극들로 기능한다. 그리고 집속 전극(14)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 일례로 0V 또는 수 내지 수십 볼트의 음의 직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(22)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 일례로 수백 내지 수천 볼트의 양의 직류 전압을 인가받는다.

그러면 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 전압 차가 임계치 이상인 화소 영역들에서 전자 방출부(12) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 집속 전극(14)의 개구부(141)를 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되고, 애노드 전극(22)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 화소 영역의 형광층(18)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.

본 실시예에서 애노드 전극(22)은 아래 조건을 만족하도록 형성된다.

여기서, T_max는 애노드 전극(22)의 최대 두께를 나타내고, T_min은 애노드 전극(22)의 최소 두께를 나타내며, T_ave는 애노드 전극(22)의 평균 두께를 나타낸다. 위 수식에서 좌변은 애노드 전극(22)의 두께 균일도를 의미한다.

도 3은 애노드 전극(22)의 두께 균일도 변화에 따른 화소간 발광 균일도 변화를 나타낸 그래프이다. 그래프의 세로축에 표시한 화소간 발광 균일도는 애노드 전극(22)의 최대 두께(T_max)가 관찰되는 화소와 애노드 전극(22)의 최소 두께(T_min)가 관찰되는 화소의 휘도 차이를 퍼센트 단위로 나타낸 것이다.

도 3을 참고하면, 전술한 수식에 나타낸 바와 같이 애노드 전극(22)의 두께 균일도가 0.05 이하일 때 화소간 발광 균일도가 90% 이상의 조건을 만족하고 있음을 알 수 있다. 화소간 발광 균일도가 90% 미만이면 화면의 색순도와 색재현율이 저하되어 실질적인 표시 품질 저하가 발생한다.

이와 같이 본 실시예의 전자 방출 표시 디바이스는 애노드 전극(22)의 최적화된 두께 설정을 통해 화소별 발광 균일도를 높이고, 그에 따라 화면의 색재현율과 색순도를 향상시켜 표시 품질을 높이는 효과가 있다.

상기에서는 전자 방출부가 진공 중에서 전계에 의해 전자를 방출하는 물질들로 이루어진 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이러한 전계 방출 어레이형에 한정되지 않고 다른 타입의 전자 방출 표시 디바이스에도 용이하게 적용될 수 있다.

또한 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 의한 전자 방출 표시 디바이스는 애노드 전극의 두께 최적화를 통해 화소별 발광 균일도를 향상시킨다. 따라서 본 발명에 의한 전자 방출 표시 디바이스는 화면의 색재현율과 색순도를 향상시켜 표시 품질을 높이는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과;

   상기 제1 기판 위에 어레이를 이루며 배치되는 전자 방출 소자들과;

   상기 제2 기판의 일면에 형성되는 형광층들; 및

   상기 형광층들의 일면에 위치하는 애노드 전극을 포함하며,

   상기 애노드 전극이 하기 조건을 만족하는 전자 방출 표시 디바이스.

   

   여기서, T_max는 애노드 전극의 최대 두께를 나타내고, T_min은 애노드 전극의 최소 두께를 나타내며, T_ave는 애노드 전극의 평균 두께를 나타낸다.
2. 제1항에 있어서,

   상기 애노드 전극이 상기 제1 기판을 향한 상기 형광층들의 일면에 위치하는 금속막으로 이루어지는 전자 방출 표시 디바이스.
3. 제1항에 있어서,

   상기 전자 방출 소자들이 전계 방출 어레이형, 표면 전도 에미션형, 금속-절연층-금속형 및 금속-절연층-반도체형 중 어느 하나인 전자 방출 표시 디바이스.
4. 제1항에 있어서,

   상기 전자 방출 소자들이 전자 방출부들과 구동 전극들을 포함하며,

   상기 구동 전극들이 상기 전자 방출부와 전기적으로 연결되는 캐소드 전극들과, 캐소드 전극들과 절연되어 위치하는 게이트 전극들을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
5. 제4항에 있어서,

   상기 전자 방출부가 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소, C₆₀ 및 실리콘 나노와이어로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
6. 제4항에 있어서,

   상기 구동 전극들 상부에서 구동 전극들과 절연되어 위치하는 집속 전극을 더욱 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.

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