KR20040046138A - 전계 방출 표시 소자 - Google Patents

Abstract

별도의 전원을 사용하지 않으면서도 캐소드 구동 전압을 포커스 전극에 인가할 수 있도록 구성한 전계 방출 표시 소자에 관한 것으로, 본 발명의 소자는, 애노드 기판 및 캐소드 기판과; 캐소드 기판에 제공되는 라인 패턴의 캐소드 전극 및 이 전극을 덮는 제1 절연층과; 제1 절연층 위에 제공되며, 캐소드 전극과 수직으로 교차 형성되는 라인 패턴의 게이트 전극 및 이 전극을 덮는 제2 절연층과; 캐소드 및 게이트 전극이 교차하는 화소 영역에서 캐소드 전극의 일부 표면을 노출시키도록 제1 및 제2 절연층을 관통하여 형성되는 게이트 홀과; 게이트 홀의 내측으로 캐소드 전극의 표면에 제공되어 전계 형성시 전자를 방출하는 에미터와; 비화소 영역에서 캐소드 전극의 일부 표면을 노출시키도록 제1 및 제2 절연층을 관통하여 형성되는 비아홀과; 게이트 전극과 수직으로 교차하도록 제2 절연층 위에 제공되는 라인 패턴의 포커스 전극과; 포커스 전극을 캐소드 전극과 통전시키도록 비아홀의 내측에 제공되는 통전부와; 애노드 기판에 제공되는 라인 형상의 애노드 전극 및 형광층;을 포함한다.

Description

전계 방출 표시 소자{FIELD EMISSION DISPLAY DEVICE}

본 발명은 게이트 전극의 위로 절연층을 개재하여 포커스 전극이 제공된 전계 방출 표시 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 전원을 사용하지 않으면서도 캐소드 구동 전압을 포커스 전극에 인가할 수 있도록 구성한 전계 방출 표시 소자에 관한 것이다.

일반적으로 전계 방출 표시 소자(FED; field emission display device)는 양자역학적인 터널링 효과를 이용하여 캐소드 전극에 제공된 에미터에서 전자를 방출시키고, 방출된 전자를 애노드 전극에 제공된 형광층에 충돌시켜 상기 형광층을 여기시킴으로써 소정의 화상을 구현하는 표시 소자로서, 통상적으로는 캐소드 전극과 게이트 전극 및 애노드 전극을 갖는 3극관 구조로 이루어진다.

그런데, 상기한 3극관 구조의 전계 방출 표시 소자는 에미터에서 방출된 전자가 해당 형광체와 인접한 형광체까지 도달됨으로써 인접 화소가 발광하는 문제점이 발생될 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 최근에는 게이트 전극의 위로 절연층을 형성하고, 이 절연층 위로 포커스 전극(제2 게이트 전극이라고도 한다)을 제공한 4극관 구조 또는 더블 게이트 전극 구조의 소자가 개발되었다.

상기한 4극관 구조의 전계 방출 표시 소자는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 한쌍의 마주보는 캐소드 및 애노드 기판(102,104)과, 캐소드 기판(102)의 일면에 제공되는 라인 패턴의 캐소드 전극(106)과, 제1 절연층(108)을 개재하여 캐소드 전극(106)과 수직으로 교차 형성되는 라인 패턴의 게이트 전극(110)과, 게이트 전극(110) 및 제1 절연층(108)을 덮는 제2 절연층(112)과, 제2 절연층(112)의 전면(全面)에 성막되는 포커스 전극(114)과, 애노드 기판(104)의 일면에 제공되는 라인 형태의 애노드 전극(116)을 포함한다.

상기 캐소드 전극(106)과 게이트 전극(110)이 교차하는 화소 영역에는 게이트 전극(110)과 제1 절연층(108)을 관통하는 복수(대략 수백개)의 게이트 홀이 형성되고, 각 홀의 내부로 캐소드 전극(106)의 표면에는 전자 방출 물질로 이루어진 면 타입 또는 스핀트 타입의 에미터(118)가 제공되며, 에미터(118)에 대향하는 위치의 애노드 전극(116) 표면에는 에미터(118)에서 방출된 전자가 충돌할 때 발광하는 형광층(120)이 제공된다.

이러한 구성의 표시 소자에 있어서, 상기 포커스 전극(114)은 에미터(118)에서 방출된 전자를 해당 형광층(120) 측으로 집속하는 작용을 하는 것으로, 통상 게이트 전극(110)보다 낮은 전압이 인가된다.

이에 따라, 임계 전압 이상의 전압차가 발생하도록 캐소드 전극(106)과 게이트 전극(110)에 구동 전압이 각각 인가되면, 양 전극(106,110)에 인가된 전압 차이에 따라 강한 전계가 형성되어 에미터(118)에서 전자가 방출되고, 방출된 전자는 애노드 전극(116)에 인가된 전압에 의해 형광층(120) 측으로 이동하게 되어 상기 형광층(120)에 충돌되므로써 형광층이 발광된다.

이때, 상기 포커스 전극(114)은 에미터(118)에서 방출된 전자가 해당 애노드 전극(116)의 형광층(120) 측으로 집속되도록 하여 전자의 퍼짐에 의한 전자 누설로 인해 원하지 않는 화소의 형광층이 발광되는 현상을 방지한다.

그런데, 상기한 구성의 전계 방출 표시 소자는 전자를 집속하는 포커스 전극을 별도의 패턴 없이 제2 절연층의 전면에 성막하고 있으므로, 이 전극을 구동하기 위한 별도의 외부 전원이 필요하다. 또한, 종래에는 포커스 전극을 캐소드 전극과 동일한 전압으로 구동시킨다는 개념에 대해서는 개시된 것이 있지만 이의 구체적인 응용예는 개시되지 않은 실정이다.

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 별도의 전원을 사용하지 않으면서도 캐소드 구동 전압을 포커스 전극에 인가할 수 있도록 구성한 전계 방출 표시 소자를 제공함을 목적으로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 전계 방출 표시 소자를 나타내는 단면도.

도 2는 도 1에 도시한 소자의 캐소드 기판을 나타내는 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 전계 방출 표시 소자를 나타내는 단면도.

도 4는 도 3에 도시한 소자의 일실시예에 따른 캐소드 기판을 나타내는 단면도.

도 5는 도 3에 도시한 소자의 다른 실시예에 따른 캐소드 기판을 나타내는 단면도.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

게이트 전극과 직교하는 방향으로 라인 패턴의 포커스 전극을 형성하고, 제1 및 제2 절연층에 비아홀을 형성하며, 상기 비아홀의 내측에 통전부를 형성하여 상기 포커스 전극이 통전부를 통해 캐소드 기판의 캐소드 전극 또는 저항층에 통전되도록 한 전계 방출 표시 소자를 제공한다.

이하, 첨부도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전계 방출 표시 소자를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 전계 방출 표시 소자를 나타내는 단면도를 도시한 것이며, 도 4는 도 3에 도시한 소자의 일실시예에 따른 캐소드 기판을 나타내는 사시도를 도시한 것이다.

본 실시예의 전계 방출 표시 소자는 캐소드 기판(10) 및 애노드 기판(12)을 포함한다.

캐소드 기판(12)의 일면에는 캐소드 전극(14)이 라인 패턴으로 제공되고, 캐소드 전극(14)의 위로는 라인 패턴의 게이트 전극(16)이 제1 절연층(18)을 개재하여 캐소드 전극(14)과 수직으로 교차 형성되며, 게이트 전극(16) 및 제1 절연층(18)을 덮도록 형성된 제2 절연층(20) 위에는 라인 패턴의 포커스 전극(22)이 게이트 전극(16)과 수직으로 교차 형성된다.

여기에서, 상기 캐소드 전극(14)은 ITO 또는 금속으로 형성할 수 있는데, 전자의 경우에는 캐소드 기판(10)의 일면에 ITO(Indium Tin Oxide) 막을 형성한 후 이를 공지의 후면 노광법에 의해 패터닝 함으로써 형성할 수 있으며, 후자의 경우에는 금속 물질을 스퍼터링 하거나, 또는 금속막을 형성한 후 이를 식각하여 패터닝함으로써 형성할 수 있다.

그런데, 상기 캐소드 전극(14)의 재료를 선택할 때 주의할 점은 상기 ITO가 금속에 비해 저항값이 대략 16배 이상 크다는 것이다. 따라서, 상기 ITO는 저항으로 인해 시간 지연 현상이 발생하지 않는 범위 내에서 사용이 가능하다.

상기 3개의 전극들(14,14,22)이 교차하는 화소 영역에는 전극들(16,22)과 제1 및 제2 절연층(18,20)을 관통하는 게이트 홀(24)들이 형성되고, 각 홀(24)의 내측으로 캐소드 전극(14)의 표면에는 에미터(26)가 제공된다.

상기 에미터(26)는 스핀트 또는 면타입으로 제공할 수 있는데, 면 타입 에미터의 경우에는 상기 에미터가 흑연, 다이아몬드상 카본, 카본 섬유, 카본 나노튜브 등의 카본 계열 물질 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 이 물질은 양 전극(14,16) 사이에 임계 전압 이상의 전압차가 발생되는 경우 전자를 방출한다.

그리고, 캐소드 전극(14) 및 포커스 전극(22)의 길이방향으로 화소와 화소 사이의 비화소 영역에는 제1 및 제2 절연층(18,20)을 관통하는 비아홀(28)이 제공되는데, 이 비아홀(28)에는 포커스 전극(22)과 캐소드 전극(14)을 통전시킴으로써 상기 캐소드 전극(14)에 인가되는 구동 전압이 포커스 전극(22)에도 인가되도록 하기 위한 통전부(30)가 제공된다.

여기에서, 상기 통전부(30)는 도 3에 도시한 바와 같이 비아홀(28)의 내측 표면에만 제공할 수도 있으며, 도시하지는 않았지만 상기 비아홀(28)에 채워지는 형태로 제공하는 것도 가능하다. 그리고, 상기 통전부(30)는 제2 절연층(20) 위에 포커스 전극(22)을 형성할 때 상기 전극(22)과 동시에 형성할 수 있다. 이때, 상기 통전부(30)는 캐소드 전극(14) 및 포커스 전극(22)의 한 라인당 최소한 한개 이상씩 형성하는 것이 바람직하다. 도 4에는 한개의 통전부(30)가 구비된 상태를 도시하였다.

그리고, 캐소드 기판(10)과 마주보는 위치에서 상기 기판(10)과 밀봉되는 애노드 기판(12)에는 애노드 전극(32)이 제공되며, 에미터(26)에 대향하는 위치에서 애노드 전극(32)의 표면에는 에미터(26)에서 방출된 전자가 충돌할 때 발광하는 RㆍGㆍB의 형광층(34)이 제공된다.

이러한 구성을 갖는 전계 방출 표시 소자는 임계 전압 이상의 전압차가 발생하도록 캐소드 전극(14)과 게이트 전극(16)에 구동 전압이 각각 인가되면, 양 전극(14,16)에 인가된 전압 차이에 따라 강한 전계가 형성되어 에미터(26)에서 전자가 방출되고, 방출된 전자는 애노드 전극(32)에 인가된 전압에 의해 형광층(34) 측으로 이동하게 되어 상기 형광층(34)에 충돌되므로써 형광층이 발광된다.

이때, 상기 포커스 전극(22)에는 통전부(30)를 통해 캐소드 전극(14)과 동일한 전압이 인가되므로, 에미터(26)에서 방출된 전자는 상기 포커스 전극(22)에 의해 해당 애노드 전극(32)의 형광층(34)에 효과적으로 집속된다. 따라서, 전자의퍼짐에 의한 전자 누설로 인해 원하지 않는 화소의 형광층이 발광되는 현상이 방지된다.

도 5는 도 3에 도시한 소자의 다른 실시예에 따른 캐소드 기판을 나타내는 사시도를 도시한 것으로, 본 실시예는 전술한 도 4의 실시예에서 캐소드 전극(14)을 제거하고, 이 전극 대신에 캐소드 기판(10)의 전면(全面)에 저항층(14')을 형성한 것이다.

일반적으로, 대면적화 및 고해상도화를 요구하는 소자의 경우에는 캐소드 전극의 길이가 증가되는 반면 전극 폭은 감소되는데, 이러한 구조의 캐소드 전극은 저항을 증가시키는 결과를 초래한다.

그리고, 캐소드 전극의 저항이 증가되는 경우에는 각각의 캐소드 전극에 전해지는 신호가 전극 라인 전체에 양호하게 전달되지 않게 되고, 이로 인해 캐소드 전극에 가해지는 신호가 RC 시간 지연에 의해 왜곡된다. 여기에서, R은 캐소드 전극의 저항이며, C는 캐소드 전극의 캐패시턴스를 나타낸다.

즉, 전계 방출 표시 소자에서는 스캔 라인의 신호 시간 안에 데이터 라인의 신호가 인가되어 데이터 신호의 길이 만큼의 시간동안 에미터에서 전자가 방출된다. 그러나, 상기한 시간 지연이 발생된 경우 데이터 라인의 신호는 최대값에 도달하지 못한 채 사라지게 된다. 이는 전계 방출 표시 소자의 구동시 전자 방출이 제대로 이루어지지 않는 조건의 신호가 라인에 전달된다는 것을 의미한다.

따라서, 대면적 및 고해상도의 소자에서는 상기 시간 지연으로 인한 문제점을 억제하도록 주의를 기울여야 하는데, 시간 지연을 방지하기 위해서는 캐패시턴스 값 또는 저항 값을 조절해야 한다.

이에, 상기 조절 가능한 인자에 대해 살펴 보면, 캐패시턴스는 소자의 구조와 절연층 재료에 의해 결정되는 요소이므로 조절이 용이하지 않고, 저항은 전극 재료에 따라 바뀌는 요소이므로 조절이 용이하다.

일례로, 0.2㎛ 두께의 ITO로 이루어진 캐소드 전극에서는 동일한 두께의 크롬 저항에 비해 대략 16배 이상의 저항값을 갖는다. 이로 인해서, 패널의 크기가 커질수록 ITO와 같은 재료를 캐소드에 적용할 경우 인가되는 신호가 라인의 끝까지 전달되지 못하여 패널의 일부만 동작이 되는 현상이 발생할 수 있다.

이에 따라, 본 실시예에서는 전술한 실시예의 캐소드 전극(14) 대신에 저항층(14)을 캐소드 기판(10)의 전면에 형성하고, 캐소드 전극의 역할을 겸하는 포커스 전극(22)을 통전부(30)에 의해 저항층(14')과 통전시키도록 구성하였다.

여기에서, 각각의 포커스 전극(22)은 두개 이상의 통전부(30)에 의해 상기 저항층(14')에 각각 통전시키는 것이 바람직하다.

이러한 구성의 본 실시예는 방출 전류의 균일도가 향상되므로, 소자의 대면적화 및 고해상도화가 가능한 효과가 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.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 전계 방출 표시 소자에 의하면, 에미터에서 방출된 전자를 집속하는 포커스 전극이 통전부를 통해 캐소드 전극 또는 저항층과 통전되므로, 상기 포커스 전극에 구동 전압을 인가하기 위한 별도의 전원이 필요없고, 또한 상기 저항층을 이용하는 경우 소자의 대면적화 및 고해상도화가 용이한 이점이 있다.

Claims (5)

1. 일정한 간격을 두고 대향 배치되는 애노드 기판 및 캐소드 기판과;

   상기 캐소드 기판에 제공되는 라인 패턴의 캐소드 전극 및 이 전극을 덮는 제1 절연층과;

   상기 제1 절연층 위에 제공되며, 상기 캐소드 전극과 수직으로 교차 형성되는 라인 패턴의 게이트 전극 및 이 전극을 덮는 제2 절연층과;

   상기 캐소드 및 게이트 전극이 교차하는 화소 영역에서 캐소드 전극의 일부 표면을 노출시키도록 상기 제1 및 제2 절연층을 관통하여 형성되는 게이트 홀과;

   상기 게이트 홀의 내측으로 캐소드 전극의 표면에 제공되어 전계 형성시 전자를 방출하는 에미터와;

   비화소 영역에서 상기 캐소드 전극의 일부 표면을 노출시키도록 제1 및 제2 절연층을 관통하여 형성되는 비아홀과;

   상기 게이트 전극과 수직으로 교차하도록 상기 제2 절연층 위에 제공되는 라인 패턴의 포커스 전극과;

   상기 포커스 전극을 캐소드 전극과 통전시키도록 비아홀의 내측에 제공되는 통전부와;

   상기 애노드 기판에 제공되는 라인 형상의 애노드 전극 및 이 전극에 제공되어 상기 에미터에서 방출된 전자에 의해 여기되어 발광하는 형광층;

   을 포함하는 전계 방출 표시 소자.
2. 제 1항에 있어서, 상기 캐소드 전극은 ITO, 또는 금속으로 이루어지는 전계 방출 표시 소자.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 각각의 포커스 전극은 최소한 한개 이상의 통전부에 의해 해당 캐소드 전극과 각각 통전되는 전계 방출 표시 소자.
4. 일정한 간격을 두고 대향 배치되는 애노드 기판 및 캐소드 기판과;

   상기 캐소드 기판의 내측 전면(全面)에 성막되는 저항층 및 이 저항층을 덮는 제1 절연층과;

   상기 제1 절연층 위에 제공되는 라인 패턴의 게이트 전극 및 이 전극을 덮는 제2 절연층과;

   상기 게이트 전극과 수직으로 교차하도록 상기 제2 절연층 위에 제공되는 라인 패턴의 포커스 전극과;

   화소 영역에서 상기 저항층의 일부 표면을 노출시키도록 상기 제1 및 제2 절연층을 관통하여 형성되는 게이트 홀과;

   상기 게이트 홀의 내측으로 저항층의 표면에 제공되어 전계 형성시 전자를 방출하는 에미터와;

   비화소 영역에서 상기 저항층의 일부 표면을 노출시키도록 제1 및 제2 절연층을 관통하여 형성되는 비아홀과;

   상기 포커스 전극을 저항층과 통전시키도록 비아홀의 내측에 제공되는 통전부와;

   상기 애노드 기판에 제공되는 라인 형상의 애노드 전극 및 이 전극에 제공되어 상기 에미터에서 방출된 전자에 의해 여기되어 발광하는 형광층;

   을 포함하는 전계 방출 표시 소자.
5. 제 4항에 있어서, 각각의 포커스 전극은 두개 이상의 통전부에 의해 상기 저항층에 각각 통전되는 전계 방출 표시 소자.