KR20040073746A - 전계 방출 표시장치 - Google Patents

Abstract

에미터가 캐소드 전극 상에 양호하게 배치되도록 하여 에미터에 의해 유발되는 캐소드 전극과 게이트 전극의 쇼트 불량을 방지하는 전계 방출 표시장치에 관한 것으로서, 전계 방출 표시장치는 제1 기판 상에 스트라이프 패턴으로 형성되는 베이스 전극들과; 베이스 전극들을 덮으면서 제1 기판 위에 형성되는 절연층과; 절연층 위에 베이스 전극과 직교하는 스트라이프 패턴으로 형성되는 게이트 전극들과; 게이트 전극들 사이에서 게이트 전극과 임의의 간격을 두고 형성되며, 베이스 전극과 전기적으로 연결되는 캐소드 전극들과; 어느 한 게이트 전극에 대향하는 캐소드 전극의 일측 가장자리와 다른 한 게이트 전극에 대향하는 캐소드 전극의 반대측 가장자리에 위치하는 에미터들과; 제1 기판에 대향하는 제2 기판 상에 형성되는 투명한 애노드 전극과; 애노드 전극 상에 형성되는 형광막들을 포함한다.

Description

전계 방출 표시장치{FIELD EMISSION DISPLAY DEIVCE}

본 발명은 전계 방출 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 카본계 물질, 특히 카본 나노튜브(CNT; carbon nanotube)로 이루어진 에미터를 구비한 전계 방출 표시장치에 관한 것이다.

냉음극 전자를 사용하여 이미지를 구현하는 전계 방출 표시장치(FED; field emission display)는 전자 방출원인 에미터의 재료와 구조 등의 특성에 따라 표시장치 전체의 품질을 크게 좌우받게 된다.

초기의 전계 방출 표시장치에 있어서, 상기 에미터는 주로 몰리브덴(Mo)을 적층하여 선단을 뾰족하게 구성한 이른바 스핀트(spindt) 타입의 금속 팁(또는 마이크로 팁)으로 이루어졌다.

그러나 금속 팁 형상의 에미터를 갖는 전계 방출 표시장치에서는, 에미터가 배치되는 극히 미세한 홀을 형성하고, 몰리브덴을 증착하여 표시장치의 전 영역에 걸쳐 균일한 금속 팁을 형성시켜야 하기 때문에, 제조 공정이 복잡하고 고난도의 제조 기술이 요구되는 단점이 있다. 더욱이 고가의 장비를 사용해야 함에 따라 제조 단가가 상승하는 문제점이 있어 대면적 표시장치를 제작하는데 제약이 있는 것으로 지적되어 왔다.

이에 따라 최근의 전계 방출 표시장치 분야에서는 저전압(대략, 10∼100V) 구동 조건에서 전자를 양호하게 방출하는 카본계 물질을 이용하여 스크린 인쇄와 같은 후막 공정을 통해 에미터를 평탄하게 형성하는 기술을 연구 개발하고 있다.

지금까지의 기술 동향에 의하면, 평탄한 형상의 에미터에 적합한 카본계 물질로는 그라파이트, 다이아몬드, DLC(diamon liked carbon) 및 카본 나노튜브 등이 알려져 있으며, 이 가운데 특히 카본 나노튜브는 끝단의 곡률 반경이 극히 미세하여 1∼10V/㎛ 정도의 낮은 전계에서도 전자를 양호하게 방출함에 따라 이상적인 전자 방출 물질로 기대되고 있다.

한편, 상기한 전계 방출 표시장치가 캐소드와 애노드 및 게이트 전극들을 구비하는 3극관 구조로 이루어질 때, 통상의 전계 방출 표시장치는 에미터가 배치되는 기판 상에 캐소드 전극을 먼저 형성하고, 캐소드 전극 상에 에미터를 배치한 다음, 에미터 위로 게이트 전극을 배치한 구조로 이루어진다.

상기 구조는 기판 위에 캐소드 전극을 형성하고, 캐소드 전극 위에 절연층과게이트 전극을 형성하며, 게이트 전극과 절연층을 패터닝하여 홀을 형성한 다음, 홀에 의해 노출된 캐소드 전극 표면에 에미터 물질을 주입하는 과정을 통해 제작되는 것이 일반적이다.

그러나 전술한 3극관 구조에서는 게이트 전극과 절연층에 형성된 홀 안으로 에미터 물질을 양호하게 채워넣기 어려운 제조상의 어려움이 있다. 즉, 상기 홀 안으로 에미터 물질을 채워넣는 과정에서 에미터 물질이 캐소드 전극과 게이트 전극에 걸쳐 형성될 수 있으며, 이 경우 캐소드 전극과 게이트 전극이 쇼트되어 제품 불량을 야기하게 된다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 에미터가 캐소드 전극 상에 양호하게 배치되도록 하여 에미터에 의해 유발되는 캐소드 전극과 게이트 전극의 쇼트 불량을 방지할 수 있는 전계 방출 표시장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 부분 결합 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시한 전면 기판과 후면 기판의 부분 평면도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출 표시장치 중 전면 기판과 후면 기판의 부분 평면도이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

제1 기판 상에 스트라이프 패턴으로 형성되는 베이스 전극들과, 베이스 전극들을 덮으면서 제1 기판 위에 형성되는 절연층과, 절연층 위에 베이스 전극과 직교하는 스트라이프 패턴으로 형성되는 게이트 전극들과, 게이트 전극들 사이에서 게이트 전극과 임의의 간격을 두고 형성되며 베이스 전극과 전기적으로 연결되는 캐소드 전극들과, 어느 한 게이트 전극에 대향하는 캐소드 전극의 일측 가장자리와다른 한 게이트 전극에 대향하는 캐소드 전극의 반대측 가장자리에 위치하는 에미터들과, 제2 기판 상에 형성되는 투명한 애노드 전극과, 애노드 전극 상에 임의의 패턴으로 형성되는 R, G, B 형광막들을 포함하는 전계 방출 표시장치를 제공한다.

상기 캐소드 전극은 절연층에 형성된 관통부를 통해 베이스 전극과 접촉하여 베이스 전극과 전기적으로 연결된다. 캐소드 전극의 형상은 베이스 전극 방향에 따른 2개의 장변부와 게이트 전극 방향에 따른 2개의 단변부를 구비하는 장방형이 바람직하고, 상기 에미터는 게이트 전극과 마주하는 캐소드 전극의 두 단변부 위에 배치된다.

상기 게이트 전극은 캐소드 전극들 사이에 확장부를 구비하며, 상기 에미터는 카본 나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀(fulleren) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 전계 방출 표시장치.

상기 제1, 2 기판은 게이트 전극과 형광막이 평행하도록 정렬되거나, 게이트 전극과 형광막이 직교하도록 정렬될 수 있다.

또한 상기 게이트 전극과 애노드 전극 사이에는 메쉬 형태의 메탈 그리드가 배치되며, 전술한 전계 방출 표시장치는 제1 기판과 메탈 그리드 사이의 비화소 영역에 배치되는 하부 스페이서들과, 메탈 그리드와 제2 기판 사이의 비화소 영역에 배치되는 상부 스페이서들을 더욱 포함한다.

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

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 부분 결합 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 전면 기판과 후면 기판의 부분 평면도이다.

도시한 바와 같이, 전계 방출 표시장치는 내부 공간부를 갖도록 임의의 간격을 두고 대향 배치되는 제1 기판(이하 편의상 '후면 기판'이라 한다)과 제2 기판(이하 편의상 '전면 기판'이라 한다)을 포함하며, 후면 기판(2)에는 전계 형성으로 전자를 방출하는 구성이, 그리고 전면 기판(4)에는 전자에 의해 소정의 이미지를 구현하는 구성이 제공된다.

보다 구체적으로, 상기 후면 기판(2) 위에는 베이스 전극들(6)이 후면 기판(2)의 일방향(도면의 X 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 베이스 전극들(6)을 덮으면서 후면 기판의 전면으로 절연층(8)이 임의의 두께로 위치하며, 절연층(8) 위에는 게이트 전극들(10)이 베이스 전극(6)과 직교하는 방향(도면의 Y 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

그리고 상기 절연층(8) 위로 게이트 전극들(10) 사이에 캐소드 전극(12)이 위치하는데, 이 캐소드 전극(12)은 베이스 전극(6)과 대응하여 복수개로 구비되고, 해당 베이스 전극(6)과 전기적으로 연결되어 이로부터 구동 전압을 인가받는다. 이를 위하여 절연층(8)에는 게이트 전극들(10) 사이로 관통부(8a)가 형성되어 베이스 전극(6)의 표면을 노출시키며, 캐소드 전극(12)이 관통부(8a)를 통해 베이스 전극(6)의 표면과 접촉하여 이와 전기적으로 연결된다.

여기서, 캐소드 전극(12)의 형상은 베이스 전극 방향(도면의 X 방향)에 따른 2개의 장변부와 게이트 전극 방향(도면의 Y 방향)에 따른 2개의 단변부를 구비하는장방형이 바람직하며, 각기 다른 게이트 전극(10)과 마주하는 캐소드 전극(12)의 두 단변부 위에 전자 방출원인 에미터(14)가 위치한다.

이로서 본 실시예가 구현하는 전계 방출 표시장치의 화소 영역은 하나의 게이트 전극(10)을 중심으로 이 게이트 전극(10)의 좌, 우측에 배열되는 두 캐소드 전극(12)의 일부와, 두 캐소드 전극(12)의 단변부에 구비된 한쌍의 에미터(14)가 위치하는 영역(도면에서 점선 사각형으로 표시)으로 정의할 수 있다.

이 때, 게이트 전극(10)은 스트라이프 모양의 기본 형태를 유지하면서 캐소드 전극(12) 사이에 확장부(10a)를 구비하는 것이 바람직하다.

이는 각 화소 영역마다 확장부(10a)가 구비되면, 캐소드 전극(12)과 게이트 전극(10)에 소정의 구동 전압이 인가되어 특정 화소를 켤 때, 게이트 전극(10)에 인가된 전압이 해당 화소의 에미터(14)에 보다 강하게 인가되는 효과를 얻음과 아울러, 다른 화소의 에미터(14)에 미치는 영향을 줄일 수 있기 때문이다.

본 발명에서 상기 에미터(14)는 카본계 물질, 가령 카본 나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀(fulleren) 또는 이들의 조합 물질로 이루어지며, 본 실시예에서는 카본 나노튜브를 적용하고 있다.

한편, 후면 기판(2)에 대향하는 전면 기판(4)의 일면에는 투명한 애노드 전극(16)과 더불어 화면의 수직 방향, 즉 게이트 전극 방향(도면의 Y 방향)을 따라 R, G, B 형광막들(18)이 임의의 간격을 두고 위치하며, 각각의 R, G, B 형광막(18) 사이로 콘트라스트 향상을 위한 블랙 매트릭스막(20)이 위치한다.

더욱이 형광막(18)과 블랙 매트릭스막(20) 위에는 알루미늄 등으로 이루어진 금속 박막층(22)이 위치할 수 있다. 이 금속 박막층(22)은 전계 방출 표시장치의 내전압 특성과 휘도 향상에 도움을 주는 역할을 한다.

이와 같이 구성되는 전면 기판(4)과 후면 기판(2)은, 게이트 전극(10)과 형광막(18)이 평행하도록 마주한 상태에서 임의의 간격을 두고 실링 물질에 의해 접합되며, 그 사이에 형성되는 내부 공간을 배기시켜 진공 상태로 유지함으로써 전계 방출 표시장치를 구성하게 된다.

아울러, 전면 기판(4)과 후면 기판(2)이 형성하는 진공 용기 내부에는 화소 영역에 대응하는 다수의 홀(24a)을 갖는 메쉬 형태의 메탈 그리드(24)가 위치한다. 이 메탈 그리드(24)는 진공 용기 내에서 아킹이 발생한 경우, 그 피해가 후면 기판(2)으로 향하지 않게 하며, 에미터(14)에서 방출된 전자들을 집속시키는 역할을 한다.

이 때, 전면 기판(4)과 메탈 그리드(24) 사이의 비화소 영역에는 다수의 상부 스페이서(26)가 배치되어 전면 기판(4)과 메탈 그리드(24) 사이의 간격을 일정하게 유지시키고, 후면 기판(2)과 메탈 그리드(24) 사이의 비화소 영역에는 다수의 하부 스페이서(28)가 배치되어 후면 기판(2)과 메탈 그리드(24) 사이의 간격을 일정하게 유지시킨다.

이와 같이 구성되는 전계 방출 표시장치는, 외부로부터 상기 게이트 전극(10), 베이스 전극(6), 애노드 전극(16) 및 메탈 그리드(24)에 소정의 전압을 공급하여 구동하는데, 일례로 게이트 전극(10)에는 수∼수십V의 (+)전압이, 베이스전극(6)과 캐소드 전극(12)에는 수∼수십V의 (-)전압이, 애노드 전극(16)에는 수백∼수천V의 (+)전압이, 그리고 메탈 그리드(24)에는 수십∼수백V의 (+)전압이 인가된다.

이로서 게이트 전극(10)과 캐소드 전극(12)의 전압 차에 의해 에미터(14) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자가 방출되며, 방출된 전자들은 메탈 그리드(24)에 인가된 (+)전압에 이끌려 전면 기판(4)으로 향하면서 메탈 그리드(24)의 홀(24a)을 온전하게 통과하고, 애노드 전극(16)에 인가된 고전압에 이끌려 해당 형광막(18)에 충돌함으로써 이 형광막(18)을 발광시킨다.

이상의 내용을 고려하여 볼 때, 본 실시예에 의한 전계 방출 표시장치는 에미터(14)가 후면 기판(2)의 최상부에 위치하므로 에미터(14) 제작을 위한 스크린 인쇄와 같은 후막 공정을 용이하게 진행할 수 있으며, 공지의 패터닝 방법을 이용해 캐소드 전극(12) 위에 에미터 물질을 정확하게 패터닝할 수 있어 게이트 전극(10)과 캐소드 전극(12)의 단락이 방지되는 장점이 예상된다.

한편, 전술한 실시예에서 전면 기판(4)과 후면 기판(2)은 게이트 전극(10)과 형광막(18)이 평행하도록 정렬되었으나, 다음에 설명하는 실시예와 같이 게이트 전극(10)과 형광막(18)이 직교하도록 전, 후면 기판이 정렬될 수 있으며, 이 경우 표시장치의 수평 해상도를 높이는데 더욱 유리하다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출 표시장치 중 전면 기판과 후면 기판의 부분 평면도이다.

도시한 바와 같이 본 실시예에서, 게이트 전극(10)은 형광막(18)과 직교하는방향(도면의 X 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 절연층(8) 하부의 베이스 전극들(6)은 게이트 전극(10)과 직교하는 방향(도면의 Y 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

그리고 절연층(8) 위로 게이트 전극들(10) 사이에 캐소드 전극(12)이 위치하는데, 캐소드 전극(12)의 형상은 베이스 전극(6) 방향에 따른 2개의 장변부와 게이트 전극(10) 방향에 따른 2개의 단변부를 갖는 장방형이 바람직하며, 각기 다른 게이트 전극(10)과 마주하는 캐소드 전극(12)의 두 단변부 위에 전자 방출원인 에미터(14)가 위치한다.

이로서 전계 방출 표시장치의 화소 영역은 하나의 게이트 전극(10)을 중심으로 이 게이트 전극(10)의 상, 하측에 배열되는 두 캐소드 전극(12)의 일부와, 두 캐소드 전극(12)의 단변부에 구비된 한쌍의 에미터(14)가 위치하는 영역(도면에서 점선 사각형으로 표시)으로 정의할 수 있다.

따라서 본 실시예에서는 앞선 실시예와 비교하여 각 화소의 수평 길이와 화소간 수평 피치를 줄일 수 있으므로 화면의 수평 방향을 따라 보다 많은 화소를 배열할 수 있어 고해상도 구현에 유리한 장점이 예상된다.

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 따르면, 전자 방출원인 에미터가 후면 기판의 최상부에 위치하므로 에미터 제작을 위한 스크린 인쇄와 같은 후막 공정을 용이하게 진행할 수 있으며, 공지의 패터닝 방법을 이용해 캐소드 전극 위에 에미터 물질을 정확하게 패터닝할 수 있어 게이트 전극과 캐소드 전극의 단락을 방지할 수 있다.

Claims (9)

1. 임의의 간격을 두고 대향 배치되는 제1, 2 기판과;

   상기 제1 기판 상에 스트라이프 패턴으로 형성되는 베이스 전극들과;

   상기 베이스 전극들을 덮으면서 상기 제1 기판 위에 형성되는 절연층과;

   상기 절연층 위에 상기 베이스 전극과 직교하는 스트라이프 패턴으로 형성되는 게이트 전극들과;

   상기 게이트 전극들 사이에서 게이트 전극과 임의의 간격을 두고 형성되며, 상기 베이스 전극과 전기적으로 연결되는 캐소드 전극들과;

   어느 한 게이트 전극에 대향하는 캐소드 전극의 일측 가장자리와 다른 한 게이트 전극에 대향하는 캐소드 전극의 반대측 가장자리에 위치하는 에미터들과;

   상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판 상에 형성되는 투명한 애노드 전극; 및

   상기 애노드 전극 상에 임의의 패턴으로 형성되는 R, G, B 형광막들

   을 포함하는 전계 방출 표시장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 캐소드 전극이 상기 절연층에 형성된 관통부를 통해 상기 베이스 전극과 접촉하여 베이스 전극과 전기적으로 연결되는 전계 방출 표시장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 캐소드 전극이 베이스 전극 방향에 따른 2개의 장변부와 게이트 전극 방향에 따른 2개의 단변부를 구비하는 장방형으로 이루어지고, 상기 게이트 전극과 마주하는 두 단변부 위에 상기 에미터가 위치하는 전계 방출 표시장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 게이트 전극이 캐소드 전극들 사이에 확장부를 구비하는 전계 방출 표시장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 에미터가 카본 나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀(fulleren) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 전계 방출 표시장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 제1, 2 기판은 상기 게이트 전극과 형광막이 평행하도록 정렬되는 전계 방출 표시장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 제1, 2 기판은 상기 게이트 전극과 형광막이 직교하도록 정렬되는 전계 방출 표시장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 게이트 전극과 애노드 전극 사이에 메쉬 형태의 메탈 그리드가 배치되는 전계 방출 표시장치.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 전계 방출 표시장치가, 상기 제1 기판과 메탈 그리드 사이의 비화소 영역에 배치되는 하부 스페이서들과, 메탈 그리드와 제2 기판 사이의 비화소 영역에 배치되는 상부 스페이서들을 더욱 포함하는 전계 방출 표시장치.