KR20040055095A - 전자 방출 특성을 향상시킬 수 있는 에미터 배열 구조를갖는 전계 방출 표시 장치 - Google Patents

전자 방출 특성을 향상시킬 수 있는 에미터 배열 구조를갖는 전계 방출 표시 장치 Download PDF

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Abstract

제1 기판과, 이 제1 기판 위에 임의의 패턴을 가지고 형성되는 복수의 게이트 전극들과, 상기 게이트 전극들을 덮으면서 상기 제1 기판 위에 형성되는 절연층과, 상기 절연층 위에 임의의 패턴을 가지고 형성되는 복수의 캐소드 전극들과, 상기 캐소드 전극들에 전기적으로 접촉되어 형성되는 에미터와, 상기 제1 기판과 임의의 간격을 두고 배치되면서, 이 제1 기판과 진공 용기를 형성하는 제2 기판과, 상기 제1 기판과 마주하는 상기 제2 기판의 일면에 형성되는 애노드 전극 및 상기 애노드 전극 위에 임의의 패턴을 가지고 형성되는 형광층을 포함하며, 상기 캐소드 전극들이 그 일부가 제거되어 형성된 에미터 수용부들을 가지고, 상기 에미터 수용부들은 그들 사이에 상기 캐소드 전극에 의해 형성되는 담이 배치되도록 상기 캐소드 전극에 형성된다. 상기에서 에미터는 적어도 상기 수용부 내에 배치되어 상기 캐소드 전극과 전기적으로 접촉되어 형성된다.

Description

전자 방출 특성을 향상시킬 수 있는 에미터 배열 구조를 갖는 전계 방출 표시 장치{FIELD EMISSION DISPLAY DEVICE HAVING EMITTER ARANGEMENT CAPABLE OF ENHANCING ELECTRON EMISSION CHARACTERISTIC}
본 발명은 전계 방출 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게 말하자면 카본계 물질, 특히 카본 나노튜브(CNT; Carbon nanotube)로 이루어진 에미터를 갖는 전계 방출 표시 장치에 관한 것이다.
냉음극 전자를 전자 방출원으로 사용하여 이미지 형성을 하는 장치인 전계 방출 장치(FED; Field Emission Display)는, 전자 방출층인 에미터의 특성에 따라 장치 전체의 품질을 크게 좌우 받는다.
초기의 전계 방출 표시 장치에 있어, 상기 에미터는 주로 몰리브덴(Mo)을 주 재질로 하는 이른바, 스핀트(spindt) 타입의 금속 팁으로 형성되어 왔는데, 이에 대한 종래 기술로는 미국 특허 제 3,789,471 호에 개시된 전계 방출 캐소드를 갖는표시 장치를 들 수 있다.
그런데, 상기 금속 팁 형상의 에미터를 갖는 전계 방출 표시 장치를 제조할 때에는, 알려진 바와 같이 반도체 제조 공정-① 에미터가 배치되는 홀을 형성하기 위한 포토리소그래피 및 에칭 공정, ② 금속 팁을 형성하기 위한 몰리브덴의 증착 공정 등-을 사용하므로, 제조 공정이 복잡하고 고난이도의 기술을 필요로 할 뿐만 아니라 고가의 장비를 사용하여야 하므로 제품 제조 단가의 상승으로 인해 대량 생산이 어려운 문제점이 있다.
이에 따라 전계 방출 표시 장치의 관련 업계에서는, 저전압(대략, 10∼50V)의 구동 조건에서도 전자 방출을 할 수 있고 제조 공정 상에도 편의를 도모할 수 있도록 하기 위해, 상기한 에미터를 평탄한 형상으로 형성하는 기술을 연구 개발하고 있다.
지금까지의 기술 동향에 의하면, 상기 평탄한 형상의 에미터로는 카본계 물질 가령, 그라파이트(graphite), 다이아몬드(diamond), DLC(diamond like carbon), C60(Fulleren) 또는 탄소 나노튜브(CNT; Carbon nanotube) 등이 적합한 것으로 알려져 있으며, 이 중 특히 탄소 나노튜브가 비교적 낮은 구동 전압(대략, 10∼50V)에서도 전자 방출을 원활히 이룰 수 있어 전계 방출 표시 장치의 에미터로서 가장 이상적인 물질로 기대되고 있다.
이러한 탄소 나노튜브를 이용한 전계 방출 표시 장치와 관련된 종래 기술로는, 미국특허 제 6,062,931 호, 제 6,097,138 호에 개시된 냉음극 전계 방출 표시장치를 들 수 있다.
한편, 상기 전계 방출 표시 장치가 캐소드, 애노드 및 게이트 전극들을 갖는 3극관의 구조를 가질 때에, 이 전계 방출 표시 장치는 대부분 상기 에미터가 배치되는 기판 상에 먼저 캐소드 전극을 형성하고, 이 위에 상기 에미터를 배치한 다음, 이 에미터 위로 상기 게이트 전극을 배치한 구조를 가진다. 다시 말해, 종래의 전계 방출 표시 장치는 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 게이트 전극을 배치하여 상기 에미터로부터 전자를 방출하여 이를 형광체로 유도하는 구조를 가진다.
그러나, 전계 방출 표시 장치가 그 특성을 높이기 위해서, 상기한 3극관의 구조를 취하면서 여기에 상기 탄소계 물질 특히, 탄소 나노튜브로서 상기 에미터를 형성할 때에는, 상기 게이트 전극 및 이 게이트 전극의 아래에 배치된 절연층 상에 형성된 홀 안으로, 상기 에미터를 양호히 형성하기가 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점은, 페이스트를 이용한 인쇄법으로 상기 에미터를 형성할 때, 미세한 크기를 갖는 상기 홀 안으로 상기 페이스트를 배치시키기가 쉽지 않기 때문이다.
더욱이, 통상적인 3극관 구조의 전계 방출 표시 장치에 있어서는, 상기 에미터로부터 방출된 전자가 전자빔화되어 해당 형광체를 향해 진행할 때에, (+)전압을 인가받는 게이트 전극의 영역을 지나치는 과정에서 이 게이트 전극의 영향으로 상기 전자빔의 발산력이 너무 강해지는 경우가 있다. 이러한 경우에는 원하지 않는 전자빔의 퍼짐 현상으로 인해 하나의 에이터로부터 출사된 전자빔이 해당 형광체의 주위에 있는 형광체까지 발광시켜, 구현된 화상의 색순도를 저하시켜 선명한 화질을 구현할 수 없게 된다.
이러한 문제점을 감안하여 전계 방출 표시장치의 업계에서는, 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 메쉬 형태의 메탈 그리드를 설치하여 에미터로부터 방출된 전자의 집속성을 좋게 제어하려는 노력을 기울기고 있는 바, 이와 관련한 종래 기술로는 일본 공개 특허 2000-268704에 개시된 전계 방출형 표시 소자를 들 수 있다.
그런데, 상기한 메탈 그리드를 갖는 전계 방출 표시 장치에는, 상기한 장점 이외에도 해당 장치의 애노드 전극으로 인가되는 고전압에 의해 아킹(arcing)이 발생될 때, 에미터를 비롯한 캐소드의 구성에 손상이 일어나는 것을 방지할 수 있는 부수적인 장점이 있으나, 실질적으로 에미터로부터 전자빔이 방출될 때, 상기 메탈 그리드의 홀을 통과하지 못하고 이 그리드에 부딪쳐 차폐되는 전자빔이 발생되기 때문에 전자빔의 이용 효율이 떨어지고, 그로 인해 최종 형광체에 도달하는 전자빔의 양이 기준치보다 작아 디스플레이되는 화질의 휘도를 약하게 하는 단점이 있다.
이러한 문제점은 특히, 본 발명의 출원인에 의해 제안된 미국특허 6,420,726에서 개시하고 있는 전계 방출 표시 장치에서와 같이, 기판 상에 게이트 전극을 캐소드 전극 아래에 배치하고, 상기 캐소드 전극 위에 에미터를 형성한 경우에 더욱 일어날 가능성이 많다. 이는 상기 전계 방출 표시장치에 있어 전자빔의 방출이 상기 에미터의 가장 자리로부터 대부분 일어나 일 에미터로부터 방출된 전자빔이 온전하게 상기 메탈 그리드를 통과하지 못하면 해당 형광체를 발광시키기 위한 전자빔의 양이 크게 줄어들기 때문이다.
한편, 상기 전계 방출 표시 장치를 비롯한 화상 표시 장치에 있어서는 각 화소별로 발광원(상기 전계 방출 표시 장치의 경우에는 냉음극 전자 방출)이 균일하게 일어나야만 양질의 화상을 소비자에게 제공할 수 있게 된다. 그런데, 이 관점에 비추어 상기한 에미터의 구조(캐소드 전극의 가장 자리 부분에 에미터가 정렬되어 있는 구조)는 각 화소별로 균일한 전자 방출을 이루기에 불리한 점이 있다.
이는 상기 에미터와 캐소드 전극간의 접촉 면적이 적어 이로 인한 접촉 저항의 증대로 전자 방출에 방해가 일어날 뿐더러, 상기 에미터를 상기 캐소드 전극 위에 형성할 때, 그 배열 상태가 고르지 않아 전자 방출이 국부적으로 일어나게 되기 때문이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 에미터로부터 방출되는 전자량을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 화소간의 전자 방출 정도를 균일하게 할 수 있는 전계 방출 표시 장치를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 표시 장치를 도시한 부분 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 표시 장치를 도시한 결합 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 표시 장치의 에미터로부터 방출된 전자빔의 궤적을 알 수 있도록 컴퓨터 시뮤레이션하여 그 결과를 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 비교예로서 종래 기술에 의한 전계 방출 표시 장치의 에미터로부터 방출된 전자빔의 궤적을 알 수 있도록 컴퓨터 시뮤레이션하여 그 결과를 나타낸 도면이다.
도 5, 도 6 및 도 7은 본 발명의 제1 실시예의 변형예들을 설명하기 위해 도시한 부분 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출 표시 장치의 주요 부위를 설명하기 위한 도시한 부분 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예의 변형예를 설명하기 위해 도시한 부분 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전계 방출 표시 장치의 주요 부위를 설명하기 위한 도시한 부분 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예의 변형예를 설명하기 위해 도시한 부분 평면도이다.
도 12는 본 발명의 추가 실시예에 의한 전계 방출 표시 장치를 설명하기 위해 도시한 부분 평면도이다.
이에 본 발명에 따른 전계 방출 표시 장치는, 제1 기판과, 이 제1 기판 위에 임의의 패턴을 가지고 형성되는 복수의 게이트 전극들과, 상기 게이트 전극들을 덮으면서 상기 제1 기판 위에 형성되는 절연층과, 상기 절연층 위에 임의의 패턴을 가지고 형성되는 복수의 캐소드 전극들과, 상기 캐소드 전극들에 전기적으로 접촉되어 형성되는 에미터와, 상기 제1 기판과 임의의 간격을 두고 배치되면서, 이 제1 기판과 진공 용기를 형성하는 제2 기판과, 상기 제1 기판과 마주하는 상기 제2 기판의 일면에 형성되는 애노드 전극 및 상기 애노드 전극 위에 임의의 패턴을 가지고 형성되는 형광층을 포함하며, 상기 캐소드 전극들이 그 일부가 제거되어 형성된 에미터 수용부들을 가지고, 상기 에미터 수용부들은 그들 사이에 상기 캐소드 전극에 의해 형성되는 담이 배치되도록 상기 캐소드 전극에 형성된다. 이 때, 상기 에미터는 적어도 상기 수용부 내에 배치되어 상기 캐소드 전극과 전기적으로 접촉되어 형성된다.
상기에서 에미터 수용부는 상기 캐소드 전극의 길이 방향을 따라 일정 간격을 두고 상기 캐소드 전극에 형성될 수 있다. 실질적으로 상기 에미터 수용부는 상기 캐소드 전극의 일측 가장 자리를 따라 상기 캐소드 전극에 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 에미터 수용부는 상기 캐소드 전극의 일측 가장 자리에 형성된 홈으로 이루어지며, 이의 형상은 직사각형이 바람직하다.
상기에서 에미터는 상기 에미터 수용부 내에 둘레가 폐쇄된 공간을 형성하면서 상기 에미터 수용부 내에 형성될 수 있다. 이 때, 이 에미터는 그 양측면을 상기 에미터 수용부 내의 캐소드 전극 측면에 접촉시켜 형성될 수 있으며, 구체적으로는 가령 상기 에미터가 장변과 단변을 갖는 직사각형으로 이루어지는 경우 그 단변 방향에 대한 폭을 가변시켜 상기 에미터 수용부 내에 배치된다. 다른 한편으로상기 에미터는 그 양측부를 상기 에미터 수용부 내의 캐소드 전극 측면에 형성된 홈에 삽입시켜 형성될 수 있다.
또한, 상기에서 에미터는 상기 에미터 수용부 및 상기 캐소드 전극 위에 걸쳐 형성될 수 있다. 이 때, 상기 에미터는 캐소드 전극의 가장 자리를 향한 선단을상기 에미터 수용부의 안쪽에 배치하면서 형성되거나 상기 캐소드 전극의 가장 자리를 향한 상기 에미터의 선단이 오목져 형성될 수 있다.
또한, 상기에서 에미터는 상기 에미터 수용부 내에서 상기 캐소드 전극으로부터 연장된 다수개의 접촉 전극에 접촉되면서 상기 에미터 수용부 내에 형성될 수 있다. 이 때, 상기한 접촉 전극은 상기 캐소드 전극과 동일한 물질로 형성되거나 전도성을 지니면서 상기 캐소드 전극과는 상이한 물질로 형성될 수 있다. 더욱이, 이 때, 상기 에미터는 상기 캐소드 전극의 가장 자리를 향한 선단을 오목져 형성될 수 있으며, 상기 캐소드 전극의 가장 자리를 향한 선단을 상기 에미터 수용부의 안쪽에 배치하거나, 상기 에미터 수용부의 바깥쪽에 배치하면서 형성되거나 또는 상기 캐소드 전극의 가장 자리에 일치시키면서 상기 에미터 수용부 내에 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 전계 방출 표시 장치는 상기 게이트 전극들과 전기적으로 연결되면서 상기 에미터들과 임의의 간격을 두고 상기 절연층 위에 배치되어 상기 에미터들을 향해 전계를 형성하는 복수의 카운터(counter) 전극들을 포함하는데, 이 때, 상기 카운터 전극은 상기 절연층에 형성되는 연결 구멍을 통해 상기 게이트 전극과 연결된다.
아울러, 상기 에미터는 탄소계 물질, 즉, 탄소 나노튜브, C60(Fulleren), 다이아몬드, DLC(diamond like carbon), 그라파이트 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 전계 방출 표시 장치는 상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극 사이에 배치되는 메쉬 형태의 그리드와 상기 형광층 위에 형성된 금속 박막층을 포함하여 구성될 수 있다.
이하, 본 발명을 명확히 하기 위한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 전계 방출 표시장치를 도시한 부분 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 전계 방출 표시장치의 부분 결합 단면도로서, 도 1의 화살표 A 방향에서 보고 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 상기 전계 방출 표시장치는 임의의 크기를 갖는 제1 기판(또는 배면 기판, 이하 편의상 배면 기판이라 칭한다.)(2)과 제2 기판(또는 전면 기판, 이하 편의상 전면 기판이라 칭한다.)(4)을 내부 공간부가 형성되도록 소정의 간격을 두고 실질적으로 평행하게 배치하고 이들을 하나로 접합시킴으로써, 장치의 외관인 진공 용기를 형성하고 있다.
상기한 기판들(2,4)에 있어 상기 배면 기판(2) 상에는 전계 방출을 이룰 수 있는 구성이, 상기 전면 기판(4) 상에는 상기 전계 방출에 의해 방출된 전자들에 의해 소정의 이미지를 구현할 수 있는 구성이 제공되는 바, 이를 보다 구체적으로 알아보면 다음과 같다.
먼저 상기 배면 기판(2) 위에는 소정의 패턴 가령, 스트라이트 형상을 취하는 투명한 게이트 전극들(6)이 임의의 간격을 두고 상기 배면 기판(2)의 일방향(X)을 따라 복수로 형성된다. 또한, 상기 게이트 전극들(6) 위에는 이 게이트전극들(6)을 덮으면서 상기 배면 기판(2) 상에 전체적으로 배치되는 절연층(8)이 형성된다. 이 절연층(8)은 유리질(琉璃質), SiO2, Polyimide, Nitride 또는 이들의 조합 또는 이들의 적층 구조로 이루어질 수 있는데, 본 실시예에서는 이를 투명한 재질로 형성하고 있다.
또한, 상기한 절연층(8) 위로는 불투명한 캐소드 전극들(10)이 소정의 패턴 가령, 스트라이트 형상을 취하면서 임의의 간격을 두고 상기 게이트 전극들(6)과 직교하는 방향(Y)을 따라 복수로 형성된다.
뿐만 아니라 상기 캐소드 전극들(10) 상으로 상기 배면 기판(2) 상에 설정되는 화소 영역들 부위에는 전계 방출에 따라 전자를 방출토록 하는 에미터들(12)이 형성되는 바, 이 때, 이 에미터들(12)은 상기 캐소드 전극(10)의 길이 방향을 따라, 더욱 구체적으로는 상기 캐소드 전극(10)의 일측 가장자리를 따라 각 화소 위치에 맞추어 순차적으로 배열되고 있다.
통상 전계 방출 표시 장치에 있어, 에미터들은 캐소드 전극과 전기적으로 연결되는 유기적 관계를 갖게 되므로, 상기 전계 방출 표시 장치에 있어서도, 상기 에미터들(12)은 상기 캐소드 전극(10)과의 전기적 연결을 위해 상기 캐소드 전극(10) 상에 형성되는 에미터 수용부(10a)에 배치되어 상기 캐소드 전극(10)에 접촉된다.
상기에서 에미터 수용부(10a)는, 도면을 통해 알 수 있듯이, 상기 캐소드 전극(10)의 일부가 제거되어 형성된 부위로서, 본 실시예에서 이 에미터 수용부(10a)는 직사각형의 홈으로 형성되고 있다. 이러한 상기 에미터 수용부(10a)가 상기 캐소드 전극(10)의 길이 방향을 따라 일정 간격 즉, 화소별 위치에 대응하여 형성됨에 따라 이에 상기 캐소드 전극(10) 상에는 상기 에미터 수용부들(10a) 사이로 상기 캐소드 전극(10)의 일부분으로 이루어지는 담(10b)이 형성된다.
상기에서 에미터 수용부(10a)에 상기 에미터(12)가 전기적으로 연결되는 구조를 구체적으로 살펴보면, 우선 상기 에미터(12)는 상기 에미터 수용부(10a)의 형상에 대응하여 직사각형의 형상을 가지면서 그 윗면을 상기 전면 기판(4)을 향하도록 하고 그 단변 양측면은 상기 에미터 수용부(10) 내의 캐소드 전극(10) 측면에 밀착시켜 이에 접촉되도록 한다. 이 때, 상기 에미터(12)는, 상기 캐소드 전극(10)과의 사이에 임의의 크기를 갖는 공간(10c)이 형성되도록 상기 에미터 수용부(10a) 내에 완전히 충전되지 않고 그 장변 일측을 상기 캐소드 전극(10)으로부터 임의의 간격을 두고 떨어뜨려 상기 에미터 수용부(10a) 내에 위치한다. 이러한 에미터(12)의 배치 상태에 따라 상기 공간(10c)의 둘레는 폐쇄되어진다.
물론, 위에서 설명한 에미터(12)의 배치 형상은 하나의 예에 불과하고, 이후 설명될 다른 실시예들을 통해 다양하게 변형 가능하다.
본 발명에 있어, 상기 에미터들(12)은 탄소계 물질-탄소 나노튜브(CNT), C60(Fulleren), 다이아몬드, DLC(diamond like carbon), 그라파이트 또는 이들의 조합 등-로 구비되며, 그 제조법으로는 스크린 프린팅법, 화학기상 증착법(CVD) 또는 스퍼터링법 등이 사용될 수 있는 바, 본 실시예에서는 탄소 나노튜브를 적용하고있다.
한편, 상기 절연층(8)의 위로는 상기 게이트 전극들(6)에 구동 전압을 적게 걸면서도 상기 에미터들(12)로부터 양호하게 전자들이 방출될 수 있도록 하기 위한 카운터 전극들(14)이 형성되고 있다.
상기 카운터 전극(14)들은, 상기 전계 방출 표시 장치의 작용시, 상기 게이트 전극들(6)에 소정의 구동 전압이 인가되어 상기 에미터(12)의 사이에 전자 방출을 위한 전계를 형성할 때, 그 자신도 상기 에미터(12)를 향해 전자 방출을 위한 전계를 추가적으로 형성하는 전극으로서, 이는 상기 배면 기판(2) 상에 설정되는 화소 영역들 부위에 대응하여 각기 배치된다.
본 실시예에서 상기 카운터 전극(14)은, 대략 정사각형의 형상으로 이루어지고 있지만, 이는 반드시 이에 한정되지 않고 다른 패턴으로도 형성 가능하다.
상기 카운터 전극들(14)은 상기 게이트 전극들(6)과 전기적으로 연결되어 상기 게이트 전극들(6)의 구동에 따라 연동된다. 이를 위해 본 실시예에서는 상기 절연층(8) 상에 형성된 관통홀(8a)을 통해 상기 게이트 전극(6)과 상기 카운터 전극(14)을 전기적으로 연결시키고 있으며, 이때 상기 관통홀(8a) 내에는 실질적인 상기 게이트 전극(6)과 카운터 전극(14)의 전기적 연결을 위해 상기 카운터 전극(14)을 형성하는 물질 자체 또는, 별도의 전도성이 있는 물질 등이 배치될 수 있다. 아울러, 상기 관통홀(8a)은 상기 카운터 전극(14)에 대응하는 형상을 가지며, 실질적으로 이는 상기 절연층(8)의 제조 방법-인쇄법, 포토리소그래피법 등-에 따라 형성된다.
이와 같은 상기 배면 기판(2) 상의 구성에 비해, 상기 전면 기판(4) 상에는 ITO로 이루어지는 애노드 전극(16)과 더불어, 상기 게이트 전극들(6)에 대응하는 방향(X)을 따라 R,G,B 형광층(18)이 임의의 간격을 두고 형성된다. 더욱이, 상기 전면 기판(4) 상에는, 상기 형광층(18) 사이로 컨트라스트 향상을 위해 블랙 매트릭스(20)가 형성되며, 상기 형광층(16)과 블랙 매트릭스(20) 위에는 알루미늄 등으로 이루어진 금속 박막층(22)이 형성될 수 있는데, 이 금속 박막층(22)은 상기 전계 방출 표시 장치의 내전압 특성 및 휘도 특성 향상에 도움을 주는 역할을 한다.
이와 같이 구성되는 상기 배면 기판(2)과 전면 기판(4)은, 상기 캐소드 전극(10)과 형광층(18)이 서로 교차하도록 마주 본 상태에서 임의의 간격을 두고 그 둘레에 도포되는 프리트와 같은 실링 물질에 의해 접합됨은 물론, 그 사이에 형성되는 내부 공간을 배기시켜 진공 상태로 유지함으로써, 하나의 전계 방출 표시 장치를 이루게 된다. 이 때, 상기 양 기판들(2,4) 사이로 비화소 영역에는 상기 양 기판(2,4) 사이의 간격을 유지시켜 주기 위한 스페이서(24)가 배치되는데, 본 실시예에서 이 스페이서(24)는 상기 전면 기판(4) 측으로 지지되는 상부 스페이서(24a)와 상기 배면 기판(2) 측으로 지지되는 하부 스페이서(24b)로 구분된다.
아울러, 상기 양 기판들(2,3)이 형성하는 진공 용기 내로 상기 상부 스페이서(24a)와 하부 스페이서(24b) 사이에는 다수의 홀(26a)을 갖는 메쉬 형태의 그리드(26)가 배치되는데, 이 그리드(26)는 상기 진공 용기 내에서 아킹이 발생되는 경우 그 피해가 상기 캐소드 전극(10)쪽으로 가지 않게 하거나 상기 에미터(12)로부터 방출되어 형성된 전자빔의 집속 역할을 담당한다. 본 실시예에서 상기그리드(26)는 그 홀(26a)이 상기 배면 기판(2) 상에 설정되는 각 화소에 대응하여 배치되도록 구성되고 있으나, 상기 홀(26a)은 경우에 따라 화소에 각기 대응하지 않고 불규칙하게 배열될 수도 있다.
이에 상기와 같이 구성되는 상기 전계 발광 표시장치는, 그 외부로부터 상기 게이트 전극(6), 캐소드 전극(10),애노드 전극(16) 및 그리드(24)로 소정의 전압(상기 게이트 전극으로는 수∼수십 볼트의 +전압, 상기 캐소드 전극으로는 수∼수십 볼트의 -전압, 상기 애노드 전극으로는 수백∼수천 볼트의 +전압, 상기 그리드로는 수십∼수백 볼트의 +전압이 인가된다.)을 공급받아, 상기 게이트 전극(6)과 상기 캐소드 전극(10) 사이로 전계를 형성하여 이에 의해 상기 에미터(12)로부터 전자들을 방출하고, 이 방출된 전자들을 전자빔화하여 상기 형광층(18)으로 유도함으로써 이 형광층(18)을 타격, 이 때, 발생되는 빛으로 소정의 이미지를 구현하게 된다.
상기한 전계 방출 표시 장치의 작용시, 상기 카운터 전극(12)은 전술한 바와 같이 상기 에미터(12)의 일측(도면 기준으로 우측) 가장자리로부터 전자가 방출될 수 있도록 하는 전계를 상기 게이트 전극(6)과 더불어 상기 에미터(12) 사이에 추가적으로 형성하게 되며, 상기한 공간(10c)은 상기 에미터의 다른 일측(도면 기준으로 좌측) 가장자리로부터 전자가 방출될 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 발명자가 상기한 구성을 갖는 전계 방출 표시 장치에 대해 컴퓨터 시뮤레이션을 실시하여 그 결과를 나타낸 것으로서, 이를 통해서 상기 에미터(12)로부터 방출되어 상기 형광층(18)으로 주사되는 전자빔의 궤적을 알 수 있는 바, 도 3a를 통해서는 상기 에미터(12) 주위를 확대해서 이에미터(12)로부터 방출된 전자빔의 궤적을, 도 3b를 통해서는 상기 에미터(12)에서 방출된 전자빔이 상기 형광층(18)을 향해 주사되는 전체적인 궤적을 알 수 있다.
도 3a, 3b를 참고하여 보면 상기 전계 방출 표시 장치에 있어, 상기 에미터(12)로부터 방출된 전자빔(E/B)은, 종래의 전계 방출 표시 장치로부터 생성된 전자빔(E/B)과 같이(도 4a 및 도 4b 참조), 형광층의 중심을 두고 한쪽으로 치우쳐 주사되지 않고, 형광층의 중심부를 향해 좌,우 균형을 맞추면서 주사됨을 알 수 있다. 상기에서 비교예로서 사용된 종래의 전계 방출 표시 장치는, 본 발명과는 달리 에미터가 캐소드 전극 위에 바로 형성된 경우의 전계 방출 표시 장치이다.
상기 전계 방출 표시 장치가 이처럼 전자빔(E/B)의 궤적을 형성할 수 있는 것은, 상기 에미터(12)의 양 가장자리로부터 전자를 방출할 수 있기 때문인데 이는 전술한 바와 같이, 상기 에미터(12)와 상기 캐소드 전극(10) 사이에 형성된 상기 공간(10c)이 상기 에미터(12)와 캐소드 전극(1) 사이에 전자 방출을 이루기 위한 전계가 형성될 수 있도록 함은 물론, 상기 에미터(12)의 가장자리가 상기 공간(10c) 상에 노출될 수 있도록 함에 따라 가능한 것이다.
이러한 결과에 따라 상기 전계 방출 표시 장치는 상기 에미터(12)로부터 종래보다 균일하면서도 많은 양의 전자를 방출할 수 있게 되고 이로 인해 상기 형광층(18)에 도달하는 전자빔의 세기를 강화시킬 수 있게 되어 디스플레이하는 화상의 휘도를 증대시킬 수 있게 된다. 더욱이, 상기 전계 방출 표시 장치는 상기 에미터(12)의 양 가장자리를 사용하여 전자를 방출시키게 되는 바, 이는 상기 에미터(12)의 이용률을 증대시킬 수 있다는 것을 의미하므로, 이로부터는 에미터의 수명 연장 및 신뢰도 향상을 기대할 수 있다.
한편, 상기한 전계 방출 표시 장치의 작용시, 상기 에미터들(12) 사이에 배치된 담(10b)은 각 화소별마다 전자 방출을 이루기 위한 전계가 타 화소 영역으로 침범하지 못하도록 하는 일종의 차폐벽으로서 작용하게 된다.
따라서, 상기 전계 방출 표시 장치에 있어서 화소별마다 각기 방출되는 전자은 다른 화소에서 형성되는 전계의 영향을 받지 않으면서고 저마다 양호한 상태로 해당 형광체에 주사될 수 있게 된다.
이에 반해 비교예의 전계 방출 표시 장치로부터 생성된 전자빔은 도 4b를 통해 알 수 있듯이 일측(도면 기준으로 우측)으로 치우쳐 주사됨에 따라 상기 그리드(26)의 홀(26a)을 통과하지 못하고 이 그리드(26a)에 차폐됨으로써 상당량 그 양을 소실시키게 됨을 알 수 있다.
이상의 내용을 토대로 하여 볼 때, 상기 전계 방출 표시 장치는 상기 에미터(12)로부터 많은 양의 전자를 균일하게 방출시켜 그에 따른 화질의 휘도 향상 및 에미터의 수명 연장, 신뢰도 향상에 이점을 지니게 된다.
다음으로는 본 발명의 제1 실시예에 대한 변형예들에 대해 설명하도록 한다. 도 5는 첫 번째 변형예로서 이 경우는 상기한 실시예의 구조를 기본으로 하면서, 상기 에미터 수용부(10a) 내에 에미터(12)를 적어도 2개 이상으로 배치하여 상기 전계 방출 표시 장치가 구성되는 경우를 도시한 것이다. 이와 같은 구조에서는 상기 에미터 수용부(10a)에 복수의 에미터들(12)이 배치되어 있어 더 많은 에미터(12)의 가장자리들로부터 전자를 방출하여 이의 효율을 극대화시킬 수 있는이점이 있다.
상기 제1 실시예의 두 번째 변형예로는 상기 에미터(12)가 상기 에미터 수용부(10a) 내에 배치되어 상기 캐소드 전극(10)에 실질적으로 접촉될 때, 접촉 저항을 줄일 수 있도록 하는 구조이다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 에미터(12)는 그 단변 방향을 폭(W1,W2)을 가변시켜 전체적인 형상을 직사각형으로 하고, 상기 폭 중, 넓은 폭(W2)을 지닌 양단 부위를 상기 캐소드 전극(10)에 접촉시켜 상기 에미터 수용부(10a) 내에 배치될 수 있다.
다른 한편으로 상기 에미터(12)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 그 양단 부위를 상기 에미터 수용부(10a)의 캐소드 전극(10) 부위 상에 형성된 홈(10d)에 삽입시켜 상기 에미터 수용부(10a) 내에 배치될 수 있다.
이와 같은 두 번째 변형예들에 의하면, 상기 에미터(12)가 상기 캐소드 전극(10)과의 전기적 연결을 위해 이와 접촉될 때, 이의 접촉 면적이 증대될 수 있도록 하여 상기 에미터(12)가 갖는 접촉 저항을 조절(접촉 저항이 줄어들도록)함으로써, 접촉 저항에 의한 전자 방출을 피해를 방지할 수 있다.
다음으로는 본 발명의 제2 실시예에 대해 설명하기로 한다. 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출 표시 장치의 중요 부위를 도시한 부분 평면도로서, 캐소드 전극 상에 에미터가 배치된 상태를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 이 제2 실시예에서도 전자 방출을 위한 에미터(40)는 캐소드 전극(42) 상에 형성된 에미터 수용부(42a)에 배치되어 상기 캐소드 전극(42)에 접촉되는 기본적인 구조를 가지게 되는데, 이 때, 상기 에미터(40)는 상기 에미터 수용부(42a) 및 상기 캐소드 전극(42)에 걸쳐 이에 접촉될 수 있도록 형성된다. 즉, 상기 에미터(42)는 상기 에미터 수용부(42a)에 충전된 상태로 배치되면서 상기 캐소드 전극(42)의 상면에 걸쳐 형성된다.
이러한 에미터(42)의 구조에서는 상기 에미터(42) 자체가 일종의 저항층 역할을 해서 상기 에미터(42)의 가장자리에서 그 부위별로 균일한 전자 방출이 이루어질 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
즉, 종래에 에미터가 캐소드 전극 상의 모서리 위에 형성되는 경우에는 에미터의 제조 상태에 따라 에미터의 부위별로 전자 방출 정도를 달리하는, 다시 말해 에미터의 가장자리 전체를 놓고 볼 때, 불균일한 전자 방출을 행하는 경우가 있다.
이러한 경우에 비추어 상기한 에미터(42)는 그 자신이 전술한 비저항값을 가지면서 저항층의 역할을 하여 그 가장자리 부위별에 따라 게이트 전극(44)과 캐소드 전극(42)간의 전압 차가 유사하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 이에 상기 에미터(42)의 가장 자리 전체 부위에서 고른 전자 방출이 이루어질 수 있도록 한다.
이 때, 상기 에미터(42)는 카운터 전극(46)을 향한 선단을 상기 캐소드 전극(42)의 가장자리에 일치하여 상기 에미터 수용부(42a)에 배치될 수도 있겠으나, 상기 에미터(42)로부터 방출된 전자빔의 집속 관계를 고려하면, 도면에서와 같이 상기 에미터 수용부(42a)의 안쪽으로 배치시켜 형성됨이 바람직하다.
더욱이, 상기 에미터(42)는 그 자신이 방출시키는 전자를 그 중심부 안쪽으로 모이게 하여 이로 인해 전자빔의 집속성을 더욱 용이하도록 하기 위해, 도 9에도시한 바와 같이, 상기한 선단을 오목한 형상으로 이루어 형성될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 의한 전계 방출 표시 장치의 중요 부위를 도시한 평면도로서, 이 실시예에 의한 전계 방출 표시 장치 역시, 전술한 실시예들에 의한 전계 방출 표시 장치와 마찬가지로 이룬다.
다만, 이 제3 실시예의 전계 방출 표시 장치에 있어서는 에미터가 캐소드 전극간의 접촉 저항을 줄일 수 있도록 캐소드 전극의 에미터 수용부 내에 배열되는 구조는 상기한 예들과 상이한 바, 이를 구체적으로 설명하면, 상기 에미터(50)는 캐소드 전극(52)의 에미터 수용부(52a) 내에 배치될 때에, 상기 에미터 수용부(52a) 내에 상기 캐소드 전극(52)으로부터 연장되어 배치된 다수개의 접촉 전극(54)과 접촉된다.
상기에서 접촉 전극(52)은 대략 사각 형상으로 이루어지면서, 상기 캐소드 전극(52)과 동일한 물질, 즉, 상기 캐소드 전극(52)을 형성할 때, 이와 동시에 형성될 수 있으며, 다른 한편으로는 전도성을 지니면서 상기 캐소드 전극(52)과는 다른 물질로 형성될 수도 있다. 상기 접촉 전극(52)은 상기한 사각 형상 이외에 다른 형상으로도 형성될 수 있다.
또한, 상기 에미터(50)는 도 10에 도시한 바와 같이 상기 캐소드 전극(52)의 가장자리를 향한 선단이 상기 에미터 수용부(52a) 안쪽에 배치되도록 형성될 수 있으며, 경우에 따라서는 도 11에 도시한 바와 같이, 상기한 선단이 상기 에미터 수용부(52a)의 바깥쪽에 배치되도록 하거나, 상기한 선단이 상기 캐소드 전극(52)의 가장자리에 일치하여 배치되도록 하거나 또는 상기한 선단이 오목하게 하여 형성될수 있다.
이와 같이 에미터(50)가 상기 에미터 수용부(52a)에 배치될 때, 상기 에미터 수용부(52a) 내에 배열된 다수의 접촉 전극(54)과 접촉되면서 배치되면, 상기 에미터(50)가 상기 캐소드 전극(52)에 접촉되는 면적이 증가하게 되므로, 이에 접촉 저항을 줄일 수 있게 되어 보다 많은 양의 전자를 방출하는데 이점을 지닐 수 있게 된다. 더욱이, 제2 실시예에와 같이 각 화소 별로 에미터의 접촉 저항을 조절할 수 있게 되어 균일한 전자 방출 특성을 지닐 수 있게 된다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허 청구의 범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하는 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
가령, 본 발명은 도 12에 도시한 바와 같이, 에미터(12)가 배치된 위치에 대응하여 캐소드 전극(10) 상에 임의의 크기를 갖는 홀(10d)을 더욱 형성하여 구성될 수도 있는데, 이러한 경우에는 상기 에미터(12) 주위로 이 에미터(12)로부터 전자 방출에 필요한 전기장을 형성할 때, 상기한 홀(10d)에 의해 전기장이 상기 에미터(12)를 감쌀 수 있는 있도록 다시 말해, 상기 에미터 수용부(10a) 측뿐만 아니라 상기 홀(10d)측으로부터도 전기장이 형성될 수 있도록 하는 것이 가능하므로, 이것으로 상기 에미터(12)의 전자 방출 능력을 더욱 기대될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의한 전계 방출 표시 장치는, 캐소드 전극 상에 배치되는 에미터의 배열 구조를 개선하여, 전자 방출의 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
따라서 본 발명의 전계 방출 표시 장치는 향상된 전자 방출의 특성에 따라 화질의 휘도 향상 및 에미터의 수명, 신뢰도의 향상으로 제품 품위를 높일 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (28)

  1. 제1 기판과;
    이 제1 기판 위에 임의의 패턴을 가지고 형성되는 복수의 게이트 전극들과;
    상기 게이트 전극들을 덮으면서 상기 제1 기판 위에 형성되는 절연층과;
    상기 절연층 위에 임의의 패턴을 가지고 형성되는 복수의 캐소드 전극들과;
    상기 캐소드 전극들에 전기적으로 접촉되어 형성되는 에미터와;
    상기 제1 기판과 임의의 간격을 두고 배치되면서, 이 제1 기판과 진공 용기를 형성하는 제2 기판과;
    상기 제1 기판과 마주하는 상기 제2 기판의 일면에 형성되는 애노드 전극; 및
    상기 애노드 전극 위에 임의의 패턴을 가지고 형성되는 형광층
    을 포함하고,
    상기 캐소드 전극들이 그 일부가 제거되어 형성된 에미터 수용부들을 가지고, 상기 에미터 수용부들은 그들 사이에 상기 캐소드 전극에 의해 형성되는 담이 배치되도록 상기 캐소드 전극에 형성되며, 상기 에미터는 적어도 상기 수용부 내에 배치되어 상기 캐소드 전극과 전기적으로 접촉되는 전계 방출 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에미터 수용부가 상기 캐소드 전극의 길이 방향을 따라 일정 간격을 두고 상기 캐소드 전극에 형성되는 전계 방출 표시 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 에미터 수용부가 상기 캐소드 전극의 일측 가장 자리를 따라 상기 캐소드 전극에 형성되는 전계 방출 표시 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 에미터 수용부가 상기 캐소드 전극의 일측 가장 자리에 형성된 홈으로 이루어지는 전계 방출 표시 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 홈이 직사각형으로 이루어지는 전계 방출 표시 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 에미터가 상기 에미터 수용부 내에 둘레가 폐쇄된 공간을 형성하면서 상기 에미터 수용부 내에 형성되는 전계 방출 표시 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 에미터가 그 양측면을 상기 에미터 수용부 내의 캐소드 전극 측면에 접촉시켜 형성되는 전계 방출 표시 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 에미터가 장변과 단변을 갖는 직사각형으로 이루어지고, 그 단변 방향에 대한 폭을 가변시켜 형성되는 전계 방출 표시 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 에미터가 그 양측부를 상기 에미터 수용부 내의 캐소드 전극 측면에 형성된 홈에 삽입시켜 형성되는 전계 방출 표시 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 에미터가 적어도 2개 이상으로 분리되어 형성되는 전계 방출 표시 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 에미터가 상기 에미터 수용부 및 상기 캐소드 전극 위에 걸쳐 형성되는 전계 방출 표시 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 에미터가 상기 캐소드 전극의 가장 자리를 향한 선단을 상기 에미터 수용부의 안쪽에 배치하면서 형성되는 전계 방출 표시 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 캐소드 전극의 가장 자리를 향한 상기 에미터의 선단이 오목져 형성되는 전계 방출 표시 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 에미터 수용부 내에서 상기 캐소드 전극으로부터 연장된 다수개의 접촉 전극이 임의의 간격을 두고 배치되고, 상기 에미터가 상기 접촉 전극에 접촉되면서 상기 에미터 수용부 내에 형성되는 전계 방출 표시 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 접촉 전극이 상기 캐소드 전극과 동일한 물질로 형성되는 전계 방출 표시 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 접촉 전극이 전도성을 지니면서 상기 캐소드 전극과는 상이한 물질로 형성되는 전계 방출 표시 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 접촉 전극이 사각형상으로 형성되는 전계 방출 표시 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 캐소드 전극의 가장 자리를 향한 상기 에미터의 선단이 오목져 형성되는 전계 방출 표시 장치.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 에미터가 상기 캐소드 전극의 가장 자리를 향한 선단을 상기 에미터 수용부의 안쪽에 배치하면서 형성되는 전계 방출 표시 장치.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 에미터가 상기 캐소드 전극의 가장 자리를 향한 선단을 상기 에미터 수용부의 바깥쪽에 배치하면서 형성되는 전계 방출 표시 장치.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 에미터가 상기 캐소드 전극의 가장 자리를 향한 선단을 상기 캐소드 전극의 가장 자리에 일치시키면서 상기 에미터 수용부 내에 형성되는 전계 방출 표시 장치.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 전계 방출 표시 장치가, 상기 게이트 전극들과 전기적으로 연결되면서상기 에미터들과 임의의 간격을 두고 상기 절연층 위에 배치되어 상기 에미터들을 향해 전계를 형성하는 복수의 카운터 전극들을 더욱 포함하는 전계 방출 표시 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 카운터 전극이 상기 절연층에 형성되는 연결 구멍을 통해 상기 게이트 전극과 연결되는 전계 방출 표시 장치.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 에미터가 탄소계 물질로 이루어지는 전계 방출 표시 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 에미터가 탄소 나노튜브, C60(Fulleren), 다이아몬드, DLC(diamond like carbon), 그라파이트 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 전계 방출 표시 장치.
  26. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극 사이에 메쉬 형태의 그리드가 배치되는 전계 방출 표시 장치.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 전계 방출 표시 장치가, 상기 형광층 위에 형성되는 금속 박막층을 더욱 포함하는 전계 방출 표시 장치.
  28. 제 1 항에 있어서,
    상기 에미터가 배치된 위치에 대응하여 상기 캐소드 전극 상에 홀이 형성되어 있는 전계 방출 표시 장치.
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