KR20030083791A

KR20030083791A - 전계 방출 표시소자

Info

Publication number: KR20030083791A
Application number: KR1020020021964A
Authority: KR
Inventors: 한호수; 안상혁
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2002-04-22
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2003-11-01

Abstract

본 발명의 전계방출 표시소자는 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 전면기판 및 배면기판; 상기 전면기판에 대향하는 배면기판의 일면에 라인 패턴으로 형성되는 게이트 전극; 상기 게이트 전극을 덮으면서 상기 배면기판의 전면에 형성되는 절연층; 상기 절연층 위에 상기 게이트 전극과 수직으로 교차하는 라인 패턴으로 형성되는 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극 위에 형성되며 저 일함수 탄소계 물질로 이루어지는 면전자원; 상기 절연층을 관통하여 상기 게이트 전극과 전기적으로 연결되면서 상기 면전자원과 임의의 간격을 두고 상기 절연층의 위에 배치되어 상기 면전자원을 향해 전계를 형성하는 카운터 전극; 상기 절연층의 위에서 상기 카운터 전극과 인접한 캐소드 전극의 라인 사이에 형성되고, 상기 면전자원에서 방출된 전자의 이동 경로를 제어하기 위한 전계를 형성하는 포커싱 대향전극; 상기 배면기판에 마주보고 대향하는 전면기판의 일면에 형성되는 애노드 전극; 및 상기 애노드 전극에 형성되어 상기 면전자원으로부터 방출된 전자에 의해 발광하게 되는 형광층을 포함한다.

Description

전계 방출 표시소자{Field emission display device having flat emission source}

본 발명은 평판 디스플레이 장치(FPD; Flat Panel Dispaly)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저 일함수 탄소계 물질로 이루어진 면전자원을 구비한 전계 방출 표시소자에 관한 것이다.

일반적으로 평판 디스플레이 장치(FPD;Flat Panel Display)는 두 기판 사이에 사이드 벽을 세워 밀폐된 용기를 제조하고, 이 용기의 내부에 적절한 소재를 배치하여 원하는 화면을 표시하는 장치로서, 최근들어 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다.

이에 부응하여 액정디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등과같은 여러 가지의 평면형 디스플레이가 개발되어 실용화되고 있으며, 특히 시야각, 고속응답, 고휘도, 고정세, 소비전력, 박형 등의 관점에서 만족스러운 디스플레이 장치인 전계 방출 표시소자(Field Emission Display; 이하 FED라 한다)는 차세대 디스플레이로 주목받고 있다.

이러한 전계 방출 표시소자는 음극선관(CRT)과 동일하게 전자선에 의한 형광체 발광을 이용함에 따라, 음극선관(CRT)의 뛰어난 특성, 즉 우수한 휘도와 해상도 특성을 유지하면서도 화상의 왜곡 없이 저소비전력의 평면형 디스플레이로 구현할 수 있게 된다.

도 4에서는 종래 전계 방출 표시소자를 단면도로 나타내고 있다.

도 4에 도시한 전계 방출 표시소자는 전면기판(1)과 배면기판(3)의 사이가 일정한 갭을 유지한 채 밀봉되고, 배면기판(3)에 전자를 방출하는 구조와, 전면기판(1)에 방출된 전자에 의해 여기되는 형광구조를 구비한다.

전자를 방출하는 구조는 캐소드 전극(5)과 후술하는 게이트 전극 사이의 전압차에 의해 전자를 방출시키고, 애노드 전극(7)에 고전압을 인가하여 전자를 형광막으로 가속시키는 것이며, 이때 방출된 전자는 형광층(11)에 충돌하여 여기된다.

여기서 전자의 방출을 제어하는 게이트 전극(9)이 배면기관(3)의 상면에 위치되고, 게이트 전극(9)의 상면에 절연층(13)과 캐소드 전극(5)을 순차적으로 배열하게 되면 일명 언더게이트 구조가 된다.

이 언더게이트 구조는 캐소드 전극(5)에 전자를 방출하는 면전자원(15)을 형성하고 애노드 전극(7)에 형광층을 형성한다.

이러한 언더게이트 구조는 구성이 단순하여 제조가 용이하고, 제조 과정에서 면전자원(15)에 의한 캐소드 전극(5)과 게이트 전극(9) 사이의 쇼트 발생이 전혀 없는 큰 장점을 갖는다.

그러나 전술한 언더게이트 방식에서는 전자 가속을 위해 고전압이 인가되는 애노드 전극 이외에 면전자원에서 방출된 전자들의 집속에 관여하는 어떠한 전극도 존재하지 않기 때문에, 면전자원에서 방출된 전자가 해당 형광층을 향해 집속되지 못하여 정해진 위치의 형광층 뿐만 아니라 인접한 다른 형광층까지 여기시키게 된다.

이러한 결과로 상기 면전자원에서 방출된 전자들이 해당 화소의 형광층 뿐만 아니라 인접한 다른 화소의 형광층들에 모두 도달하여 정확한 화면 구현이 이루어지지 않고, 화면의 색순도와 해상도가 악화되는 등 화면 품질이 저하되는 주원인으로 작용한다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 면전자원에서 방출된 전자들의 퍼짐을 최소화하면서 해당 화소만을 선택적으로 발광시킬 수 있도록 상기 전자들을 집속시켜 화면 품질을 향상시킬 수 있는 전계 방출 표시소자를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전계 방출 표시소자를 도시한 단면도.

도 2는 도 1의 A-A에서 본 전계 방출 표시소자의 평면도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예를 따른 전계 방출 표시소자를 도시한 단면도.

도 4는 종래 전계 방출 표시소자를 도시한 단면도.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

소정의 간격을 두고 대향 배치되는 전면기판 및 배면기판; 상기 전면기판에대향하는 배면기판의 일면에 라인 패턴으로 형성되는 게이트 전극; 상기 게이트 전극을 덮으면서 상기 배면기판의 전면에 형성되는 절연층; 상기 절연층 위에 상기 게이트 전극과 수직으로 교차하는 라인 패턴으로 형성되는 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극 위에 형성되며 저 일함수 탄소계 물질로 이루어지는 면전자원; 상기 절연층을 관통하여 상기 게이트 전극과 전기적으로 연결되면서 상기 면전자원과 임의의 간격을 두고 상기 절연층의 위에 배치되어 상기 면전자원을 향해 전계를 형성하는 카운터 전극; 상기 절연층의 위에서 상기 카운터 전극과 인접한 캐소드 전극의 라인 사이에 형성되고, 상기 면전자원에서 방출된 전자의 이동 경로를 제어하기 위한 전계를 형성하는 포커싱 대향전극; 상기 배면기판에 마주보고 대향하는 전면기판의 일면에 형성되는 애노드 전극; 및 상기 애노드 전극에 형성되어 상기 면전자원으로부터 방출된 전자에 의해 발광하게 되는 형광층을 포함한다.

여기서 면전자원은 카본 나노튜브(CNT), C₆₀(훌러렌), 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(DLC), 그라파이트 또는 이들의 조합 물질로 이루어진다.

상기 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 설치되고 상기 형광층의 각 픽셀에 해당하는 위치에 그리드홀이 형성되어 상기 면전자원에서 방출된 전자빔을 통과시키는 그리드 전극을 더 포함할 수 있다.

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

도 1은 본 발명에 따른 전계 방출 표시소자를 도시한 단면도이고, 도 2는 도1의 A-A에서 본 전계 방출 표시소자의 평면도이다.

도시한 바와 같이 전계 방출 표시소자는 내부 공간을 갖도록 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 제1기판(이하, 편의상 '배면기판(21)'이라 한다.)과 제2기판(이하, 편의상 '전면기판(23)'이라 한다.)을 포함하며, 상기 배면기판(21)에는 전계 형성으로 전자를 방출하는 구성이, 그리고 전면기판(23)에는 상기 전자에 의해 소정의 이미지를 구현하는 구성이 제공된다.

좀 더 상세하게 설명하면, 전자를 방출하는 구성을 위해서 상기 배면기판(21)에는 게이트 전극(25)이 도면의 X축 방향을 따라 라인 패턴으로 정렬되고, 게이트 전극(25)을 덮으면서 배면기판(21) 전면에 절연층(27)이 형성되며, 이 절연층(27) 위에는 다수의 캐소드 전극(29)이 도면의 Y축 방향을 따라 라인 패턴으로 정렬되어 상기 게이트 전극(25)과 수직으로 교차되도록 형성된다. 그리고 캐소드 전극(29)의 일측 가장자리를 따라 이 캐소드 전극(29) 위에 면전자원(31)이 형성된다.

바람직하게, 상기 게이트 전극(25)은 은(Ag) 페이스트와 같은 도전 물질을 후막 인쇄하거나, 스퍼터링 등과 같은 박막 공정으로 도전막을 형성한 다음, 공지의 포토리소그래피 공정으로 이 도전막을 패터닝하여 제작된다. 절연층(27)은 글래스 페이스트를 수회 후막 인쇄하여 제작되며, 상기 캐소드 전극(29)은 게이트 전극(25)과 동일하게 후막 인쇄 또는 박막 공정과 패터닝 공정을 함께 이용하여 완성될 수 있다.

또한, 상기 면전자원(31)은 카본 나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(DLC) 및 C₆₀(훌러렌) 등을 포함하는 저 일함수 탄소계 물질로 이루어지며, 이 탄소계 물질을 페이스트 형태로 제작한 다음, 캐소드 전극(29) 위에 후막 인쇄하여 완성될 수 있다.

이러한 면전자원(31)이 형성된 캐소드 전극(29)과, 인접한 캐소드 전극의 사이에는 카운터 전극(33)이 형성되는 바, 이 카운터 전극(33)은 도 2에 도시한 바와 같이 캐소드 전극(29)을 따라 상하 방향으로 소정의 간격을 두고 형성된다. 좀 더 바람직하게는 게이트 전극(25)과 접속되기 위해서 절연층(27)에 홀을 형성하고, 이 홀에 채워지는 도전물질을 통해 게이트 전극(25)과 접속된다.

한편, 배면기판(21)과 마주보는 전면기판(23)에는 애노드 전극(35)이 형성되고, 이 애노드 전극(35)의 하면에 상기한 면전자원(31)에서 방출된 전자에 의해 발광하는 형광층(37)이 형성된다.

상술한 바와 같이 카운터 전극(33)이 형성되는 구조에서는 애노드 전극(35)에 인가된 전압(이하 애노드 전압이라 한다.)이 약700V 이상에서만 정해진 형광층(37)을 향해 전자빔의 분리가 일어나고, 그 이하의 전압에서는 전자빔이 분리되지 않는다.

따라서 높은 애노드 전압을 가하는 방법의 한가지로 도 3에 도시한 바와 같이, 캐소드 전극(29)과 애노드 전극(35) 사이에 그리드 전극(39)이 설치될 수 있다. 그리드 전극(39)은 형광층(37)의 각 픽셀에 해당하는 위치에 그리드홀(39a)이 형성되어 면전자원(31)에서 방출된 전자빔을 통과시키게 된다.

그러나 이러한 그리드홀(39a) 이외에도 전자빔이 충돌하여 정작 그리드홀(39a)을 통과하는 전자빔의 비율이 작아지는 문제점이 있게 되며, 이를 극복하기 위해서 카운터 전극(33)과 인접한 캐소드 전극(29)의 사이에, 도 2에 도시한 바와 같이 포커싱 대향전극(41)이 형성된다. 이 포커싱 대향전극(41)은 캐소드 전극(29)의 라인을 따라, 즉 도 2의 Y축 방향으로 형성되며 하측의 끝부분에서 좌우로 배열된 연결라인(43)을 통해 연결된다.

이러한 포커싱 대향전극(41)은 카운터 전극(33)으로도 제어되지 못한 전자가 정해진 위치의 형광층(37)에 도달되도록 제어하게 된다.

실험예

전계 방출 표시소자의 캐소드 전극에 가해지는 전압 Vc = -70V,

게이트 전극(25)에 가해지는 Vg = 60V,

애노드 전극(35)에 가해지는 전압 Va1 = 600V, Va2 = 1000V, Va3 = 2000V,

포커싱 대향전극(41)에 가해지는 전압 Vf1 = 0V, Vf2 = -100V, Vf3 = -200V

그리고 면전자원(31)에서의 자기장(field) 측정위치는 면전자원(31)의 가장자리에서부터 안쪽으로 2㎛ 되는 위치이다.

아래 표는 포커싱 대향전극(41)의 전압이 0V 일 때 캐소드 전극 가장자리에서의 전기장 세기를 100% 로 하고, 포커싱 대향전극(41)의 전압을 -100V, -200V로 변화시켰을 때 캐소드 전극(29)의 가장자리에서의 전기장의 세기를 퍼센트(%)로 나타내었다.

그리고 포커싱 대향전극(41)의 전압이 0V 일 때 방출된 전자가 캐소드 전극(25)으로부터 1.1mm 위에 위치한 애노드 전극(35)에 도달하는 위치를 기준으로 하여, 포커싱 대향전극(41)의 전압을 -100V, -200V로 변화시켰을 때 애노드 전극(35)에 도달하는 전자의 위치 변화값을 나타내었다.

애노드 전극전압(V)	Vf1	Vf2	Vf3
애노드 전극전압(V)	캐소드 전극 가장자리 자기장(%)	애노드 전극을 때린 전자위치(㎛)	캐소드 전극 가장자리 자기장(%)	애노드 전극을 때린 전자위치(㎛)	캐소드 전극 가장자리 자기장(%)	애노드 전극을 때린 전자위치(㎛)
600	100%	0	98.7%	-171.6	97.5	-319.1
1000	100%	0	98.8%	-52.9	97.7	123.1
2000	100%	0	98.9%	-12.7	97.9	26.7

먼저 포커싱 대향전극(41)의 전압을 올리면 모든 애노드 전극의 전압에서 전자가 도달하는 위치가 0V일 경우 보다 안쪽으로 들어오는 것을 확인할 수 있다. 즉 포커싱 대향전극(41)이 전자빔을 포커싱하는 것을 알 수 있다.

아울러 이러한 효과는 애노드 전극(35)에 가해지는 전압이 낮은 경우에, 그리고 포커싱 대향전극(41)의 전압이 높은 경우에 더 큰 효과가 있을 것으로 보인다. 즉 포커싱 대향전극(41)의 전압을 올림에 따라 스캔 전극으로 기능하는 캐소드 전극 라인간에 분리가 확실해진다.

다음으로 포커싱 대향전극(41)의 전압변화가 캐소드 전극(29)의 전자방출에 영향을 미치는가를 보기 위해서 캐소드 전극 가장자리의 자기장 변화를 계산하면, 포커싱 대향전극(41)의 전압이 높아짐에 따라 캐소드 전극 가장자리의 자기장은 큰감소를 보이지 않았다. 따라서 포커싱 대향전극(41)의 유무가 캐소드 전극 가장자리의 자기장에 큰 영향을 미치지 않고, 바꾸어 말하면 동작전압에 큰 영향을 미치지 않을 것임을 예상할 수 있다.

상술한 실험예에서처럼 그리드 전극이 설치된 구조의 실험에서 나타난 결과는 그리드 전극을 설치하지 않은 상태, 즉 포커싱 대향전극만 설치된 상태에서도 유사한 결과를 나타낸다.

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.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면 카운터 전극과, 인접한 캐소드 전극의 사이에 포커싱 대향전극을 형성하여 면전자원에서 방출된 전자들의 퍼짐을 최소화함으로써 면전자원에서 방출된 전자가 해당 화소만을 선택적으로 발광시키게 된다.

따라서 화면 품질을 향상시키게 되어 제품의 신뢰성을 크게 향상시키게 된다.

Claims

소정의 간격을 두고 대향 배치되는 전면기판 및 배면기판;

상기 전면기판에 대향하는 배면기판의 일면에 라인 패턴으로 형성되는 게이트 전극;

상기 게이트 전극을 덮으면서 상기 배면기판의 전면에 형성되는 절연층;

상기 절연층 위에 상기 게이트 전극과 수직으로 교차하는 라인 패턴으로 형성되는 캐소드 전극;

상기 캐소드 전극 위에 형성되며 저 일함수 탄소계 물질로 이루어지는 면전자원;

상기 절연층을 관통하여 상기 게이트 전극과 전기적으로 연결되면서 상기 면전자원과 임의의 간격을 두고 상기 절연층의 위에 배치되어 상기 면전자원을 향해 전계를 형성하는 카운터 전극;

상기 절연층의 위에서 상기 카운터 전극과 인접한 캐소드 전극의 라인 사이에 형성되고, 상기 면전자원에서 방출된 전자의 이동 경로를 제어하기 위한 전계를 형성하는 포커싱 대향전극;

상기 배면기판에 마주보고 대향하는 전면기판의 일면에 형성되는 애노드 전극; 및

상기 애노드 전극에 형성되어 상기 면전자원으로부터 방출된 전자에 의해 발광하게 되는 형광층을 포함하는 전계 방출 표시소자.
제 1항에 있어서,

상기 면전자원이 카본 나노튜브(CNT), C₆₀(훌러렌), 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(DLC), 그라파이트 또는 이들의 조합 물질로 이루어지는 전계 방출 표시소자.
제 1항에 있어서,

상기 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 설치되고 상기 형광층의 각 픽셀에 해당하는 위치에 그리드홀이 형성되어 상기 면전자원에서 방출된 전자빔을 통과시키는 그리드 전극을 더 포함하는 전계 방출 표시소자.