KR20050017451A

KR20050017451A - 표면 전도형 전계 방출 소자의 매트릭스 구조

Info

Publication number: KR20050017451A
Application number: KR1020030055207A
Authority: KR
Inventors: 문성학
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-08-09
Filing date: 2003-08-09
Publication date: 2005-02-22
Also published as: US20050029916A1; JP2005063964A; KR100548250B1

Abstract

본 발명은 표면 전도형 전계 방출 소자의 매트릭스 구조에 관한 것으로, 특히 픽셀을 스캔 라인을 중심으로 상하 대칭되는 4개의 셀로 구성하여 해상도와 휘도 그리고 콘트라스트를 증가시킬 수 있고, 색도 조정에 용이한 표면 전도형 전계 방출 소자의 매트릭스 구조에 관한 것이다. 종래 매트릭스 구조의 표면 전도형 전계 방출 소자는 셀이 차지하는 공간이 형광체나 애노드 전극이 차지하는 공간에 비해 커서 고휘도와 고해상도를 추구하고자 할 때 휘도가 저하되는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 다수의 데이터 라인과 스캔 라인을 구비한 표면 전도형 전계 방출 소자의 매트릭스 구조에 있어서, 상기 스캔 라인을 중심으로 상하 대칭이고, 독립적으로 동작하는 4개의 셀로 이루어진 다수의 픽셀을 구비함으로써, 해상도와 휘도 그리고 콘트라스트를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 색도 조정에 용이한 효과가 있다.

Description

표면 전도형 전계 방출 소자의 매트릭스 구조{THE MATRIX STRUCTURE OF SURFACE CONDUCTION ELECTRON EMITTING DEVICE}

본 발명은 표면 전도형 전계 방출 소자의 매트릭스 구조에 관한 것으로, 특히 픽셀을 스캔 라인을 중심으로 상하 대칭되는 4개의 셀로 구성하여 해상도와 휘도 그리고 콘트라스트를 증가시킬 수 있고, 색도 조정에 용이한 표면 전도형 전계 방출 소자의 매트릭스 구조에 관한 것이다.

정보통신 기술의 급속한 발달과 다양화되는 정보의 시각화 요구에 따라 전자 디스플레이의 수요는 더욱 증가하고, 요구되는 디스플레이 모습 또한 다양해 지고 있다. 그 예로 휴대형 정보기기와 같이 이동성이 강조되는 환경에서는 무게, 부피 및 소비전력이 작은 디스플레이가 요구되며, 대중을 위한 정보 전달매체로 사용되는 경우에는 시야각이 넓은 대화면의 디스플레이 특성이 요구된다.

또한, 이와 같은 요구를 만족시켜 나가기 위해 전자 디스플레이는 대형화, 저가격화, 고성능화, 고정세화, 박형화, 경량화 등의 조건이 필수적이어서, 이러한 요구사항을 만족시키기 위해서는 기존의 CRT를 대체할 수 있는 가볍고 얇은 평판 디스플레이 장치의 개발이 절실히 필요하게 되었다.

이러한 다양한 표시 소자의 요구에 따라 최근에는 전계방출(field emission)을 이용한 소자가 디스플레이 분야에 적용되면서, 크기 및 전력 소모를 감소시키면서도 높은 해상도를 제공할 수 있는 박막 디스플레이의 개발이 활발해지고 있다.

상기 전계방출 소자는 현재 개발 혹은 양산중인 평판 디스플레이들(LCD와 PDP, VFD등)의 단점을 모두 극복한 차세대 정보 통신용 평판 디스플레이로 주목을 받고 있다. 전계방출 소자 디스플레이는 전극 구조가 간단하고, CRT와 같은 원리로 고속동작이 가능하며, 무한대의 칼라, 무한대의 그레이 스케일, 높은 휘도, 높은 비디오(video rate) 속도 등 디스플레이가 가져야 할 장점들을 고루 갖추고 있다.

도1은 일반적인 팁 형태의 전계 방출 소자의 구조에 대한 단면도를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 하부 유리 기판(1) 상에 소정의 전계를 인가하기 위한 캐소드 전극(2)과 게이트 전극(4), 그 캐소드 전극(2)과 게이트 전극(4)을 전기적으로 절연시키기 위한 절연층(3)과, 상기 캐소드 전극(2)과 게이트 전극(4)에 인가된 전계에 의해 전자(e)를 방출하는 에미터(5)와, 상부 유리 기판(9) 상에 형성되고, 상기 에미터(5)에서 방출된 전자에 방향성을 부여하기 위한 고전압이 인가되는 애노드 전극(8)과, 상기 방출된 전자빔이 충돌하여 발광이 일어나도록 하는 형광판(7)과, 상기 상부 기판(9)과 하부 기판(1)을 지지하는 스페이서(6)로 구성된다.

이러한 전계 방출 소자에서 마이크로 팁 형태로 제작된 에미터(5)는 우수한 전자 방출 특성을 갖고 있지만, 20인치 이상의 대면적 표시 소자를 만들기 위해서는 큰 규모의 장비 투자가 필요하고 제조 공정이 복잡하여 다른 표시 소자에 비하여 경쟁력이 많이 떨어진다.

그에 비해 표면 전자 방출형 표시 소자는 대부분 단순한 제조 공정과 구조로 이루어져 있으며 대형화에도 큰 장벽이 존재하지 않는다. 여기서는 이러한 표면 전자 방출형 전계 방출 소자 중에서 표면 전도형 전계방출 소자의 동작을 살펴 보도록 한다.

도2는 표면 전도형 전계방출 소자의 동작 개념을 보기 위한 구조로서, 통상 PdO로 형성되는 전자 방출부(에미터)(40)는 고전압을 인가하는 포밍(forming) 공정을 통하여 그 일부에 좁은 간극(41)을 형성한다. 이러한 에미터 간극(41)의 양쪽 끝 단(게이트 전극(30)과 캐소드 전극(20))에 소정의 전압을 인가하면 간극(41) 사이에 고전계가 인가되고, 이로 인하여 전자(e) 방출이 이루어 진다.

이때, 에미터 간극(41)에서 방출된 전자는 표면을 따라 터널링을 하게 되고, 이 방출된 전자는 애노드 전극(60)에 인가된 고전압에 의하여 가속되어 형광체(50)와 충돌하고, 그 충돌에 의해 발생된 에너지에 의해 형광체(50)를 여기시켜 발광하게 된다.

도3은 종래 표면 전도형 전계방출 소자의 단순 매트릭스 구조에 대한 일 실시예를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 다수의 캐소드 라인(이하, 스캔 라인)(Scan 1~Scan n)(20)과 다수의 게이트 라인(이하, 데이터 라인)(D1~Dm)(30)이 서로 직교하여 형성되고, 그 직교로 형성된 한 부분, 예를 들어, 스캔 라인(20) 상측와 데이터 라인(30) 좌측 영역에 셀이 형성된다. 이렇게 형성된 셀은 좌측에서 우측으로 R, G, B 순으로 배열되고, 순차적으로 형성된 R, G, B가 하나의 픽셀(P)을 형성한다.

도4는 도3에 도시한 종래 표면 전도형 전계방출 소자의 매트릭스 구조에서 셀에 도포된 형광체와 애노드 전극을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 하나의 셀이 차지하는 공간이 형광체나 애노드 전극이 차지하는 공간에 비해 큰 것을 알 수 있다. 즉, 고휘도와 고해상도를 추구하고자할 경우 휘도가 저하될 수 있는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 에미터에서 방출된 전자가 표면을 따라 방출되기 때문에 셀을 구동시키는 구동전압, 전극간 간격, 포밍 조건, 필드가 소멸되는 지점 그리고 스페이서 간격 등에 따라 전자의 방출형태가 달라져서 정확하게 형광체 위치에 도달하지 못하는 현상이 생기거나 휘도가 저하되는 문제가 발생한다.

상기와 같이 종래 매트릭스 구조의 표면 전도형 전계 방출 소자는 셀이 차지하는 공간이 형광체나 애노드 전극이 차지하는 공간에 비해 커서 고휘도와 고해상도를 추구하고자 할 때 휘도가 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 픽셀을 스캔 라인을 중심으로 상부에 2개 하부에 2개의 상하 대칭되는 4개의 셀로 구성하고, 그 중 3개의 셀을 R, G, B 셀로, 1개의 셀을 R 셀, G 셀, B 셀, 화이트 셀, 블랙 셀 중 하나로 구성함으로서, 해상도와 휘도 그리고 콘트라스트를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 색도 조정에 용이한 표면 전도형 전계 방출 소자의 매트릭스 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다수의 데이터 라인과 스캔 라인을 구비한 표면 전도형 전계 방출 소자의 매트릭스 구조에 있어서, 상기 스캔 라인을 중심으로 상하 대칭이고, 독립적으로 동작하는 4개의 셀로 이루어진 다수의 픽셀을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 셀 좌우에 형성된 데이터 라인의 수는 서로 상이하거나 2개인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 4개의 셀은 R(red), G(green), B(blue) 형광체가 도포된 3개의 셀과 R 형광체, G 형광체, B 형광체, 화이트(white) 형광체, 블랙(black) 형광체 중 하나가 도포된 1개의 셀로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명 표면 전도형 전계 방출 소자의 매트릭스 구조에 대한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다.

본 발명은 셀이 차지하는 영역의 크기를 줄이고, 하나의 픽셀을 4개의 셀로 구성하여 고휘도를 얻을 수 있는 구조이다.

도5는 본 발명 표면 전도형 전계 방출 소자의 매트릭스 구조에 대한 일 실시예를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 다수의 스캔 라인(Scan 1~Scan n)과 다수의 데이터 라인(D₁~D_m)이 서로 직교하고, 그 스캔 라인 상부에 형성된 2개의 셀과 하부에 형성된 2개의 셀이 서로 대칭되어 구성된 다수의 픽셀(P)이 매트릭스 형태로 구성되는데, 도5에서는 상부에 위치한 두개의 셀을 R 셀과 G 셀로 구성하고, 하부에 위치한 두개의 셀 모두를 B 셀로 구성한다.

또한, 각 셀의 좌측과 우측의 데이터 라인 개수는 서로 상이하게 형성된다. 즉, 셀의 좌측에 하나의 데이터 라인이 형성되면 우측에는 두개의 데이터 라인이 형성되어 픽셀을 구성하고 있는 4개의 셀들을 구동시킨다.

예를 들어, R 셀에 대한 데이터 라인(D₂)을 셀의 중간에 배치하고, 나머지 데이터 라인(G 셀과 B 셀에 대한 데이터 라인)(D₃, D₄)을 픽셀(P)과 픽셀(P) 사이에 나란히 배치하여 G 셀과 B 셀에 연결한다. 만약, 하부에 위치한 두개의 셀이 모두 B 셀로 구성되어 있다면, 그 B 셀과 B 셀의 데이터 전극을 연결하면 두개의 B 셀을 동시에 구동할 수 있다. 그리고, 이와 같이 B 셀과 B 셀의 데이터 전극을 연결하는 것은 스캔 전극과 동일한 레이어이기 때문에 전혀 문제가 되지 않는다.

도6은 도5에 도시한 본 발명 표면 전도형 전계방출 소자의 매트릭스 구조에서 셀에 도포된 형광체와 애노드 전극의 일 실시예를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 종래 하나의 셀이 차지하는 영역을 4개의 셀로 구성함으로써, 고해상도가 가능하고, 또한 동일한 해상도로 갈 경우 셀의 발광 영역이 확대되어 고휘도를 얻을 수 있다.

그럼, 이러한 구성을 갖는 본 발명에 대한 예를 들어 상세히 설명한다.

일반적으로, R 셀과 G 셀에 비해 B 셀이 휘도와 효율이 저하되는데, 이러한 경우 B 셀에 대한 휘도와 효율을 증가시키기 위한 본 발명의 픽셀 구조는 도5에 도시된 것과 같이 스캔 라인 상부에 R 셀과 G 셀을 나란히 형성하고, 하부에 형성된 2개의 셀을 B 셀로 형성하면 B 셀에 대한 휘도와 효율을 증가시킬 수 있다. 이렇듯 픽셀(P)을 구성하고 있는 4개의 셀 중 3개의 셀을 R, G, B 셀로 구성하고, 나머지 1개의 셀을 상기 R, G, B 셀 중 하나의 셀로 구성하면 특정 컬러에 대한 휘도 및 효율을 증가시킬 수 있다.

또한, 4개의 셀 중 3개의 셀을 R, G, B 셀로 구성하고, 나머지 1개의 셀 영역을 화이트(white) 영역으로 사용하면 휘도를 증가시킬 수 있다. 즉, 나머지 1개의 셀 영역에 화이트 형광체를 도포하고, R, G, B 셀이 모두 온일 경우 이 셀도 온시켜 고휘도를 달성할 수 있다.

또한, R, G, B 셀 이외의 나머지 1개의 셀 영역을 블랙(black) 형광체로 도포하거나 블랙 물질을 사용하여 항상 검게 되도록 하면 콘트라스트를 증가시킬 수 있다.

그리고, 상기와 같이 1개의 셀 영역을 R, G, B 형광체가 아닌 다른 물질(화이트 형광체 또는 블랙 물질 등)로 구성할 경우에는 그 셀에 대한 데이터 라인을 추가 구성하여야 하고, 이 추가되는 데이터 라인은 픽셀의 중간에 구성하면 된다. 즉, 셀의 좌측과 우측에 똑같이 2개의 데이터 라인이 형성하고, 4개의 서로 다른 셀을 구동하면 된다.

도7은 본 발명에서 픽셀을 구성하는 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 4개의 셀을 R, G, G, B 셀로 구성(a)하거나 R, G, B, R 셀(b)로 구성하여 사용할 수도 있고, R, G, B 셀과 화이트(W) 셀(c) 또는 블랙(BL) 셀(d)로 구성하여 사용할 수도 있다.

이렇듯 본 발명은 종래 하나의 셀에 해당하는 영역을 4개의 영역으로 분할하여 R, G, B 셀을 형성하고, 나머지 1개의 셀을 R 영역, G 영역, B 영역, 화이트 영역, 블랙 영역 중 하나의 영역으로 사용하여 휘도 및 효율 그리고 콘트라스트를 증가시킬 수 있다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 픽셀을 스캔 라인을 중심으로 상부에 2개 하부에 2개의 상하 대칭되는 4개의 셀로 구성하고, 그 중 3개의 셀을 R, G, B 셀로, 1개의 셀을 R 셀, G 셀, B 셀, 화이트 셀, 블랙 셀 중 하나로 구성함으로서, 해상도와 휘도 그리고 콘트라스트를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 색도 조정에 용이한 효과가 있다.

도1은 종래 팁 형태의 전계 방출 소자에 대한 단면도.

도2는 표면 전도형 전계방출 소자의 기본 동작 원리를 보이는 단면도.

도3은 종래 표면 전도형 전계방출 소자의 단순 매트릭스 구조에 대한 일 실시예 도.

도4는 종래 표면 전도형 전계방출 소자의 단순 매트릭스 구조에서 형광체와 애노드 전극 영역에 대한 일 실시예도.

도5는 본 발명 표면 전도형 전계방출 소자의 매트릭스 구조에 대한 일 실시예 도.

도6은 본 발명 표면 전도형 전계방출 소자의 단순 매트릭스 구조에서 형광체와 애노드 전극 영역에 대한 일 실시예도.

도7은 본 발명 표면 전도형 전계방출 소자의 단순 매트릭스 구조에서 픽셀의 구성에 대한 또 다른 일 실시예도.

Claims

다수의 데이터 라인과 스캔 라인을 구비한 표면 전도형 전계 방출 소자의 매트릭스 구조에 있어서,

상기 스캔 라인을 중심으로 상하 대칭이고, 독립적으로 동작하는 4개의 셀로 이루어진 다수의 픽셀을 구비한 것을 특징으로 하는 표면 전도형 전계 방출 소자의 매트릭스 구조.
제1항에 있어서, 상기 셀 좌우에 형성된 데이터 라인의 수는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 표면 전도형 전계 방출 소자의 매트릭스 구조.
제1항에 있어서, 상기 셀과 셀 사이에 형성된 데이터 라인의 수는 2개인 것을 특징으로 하는 표면 전도형 전계 방출 소자의 매트릭스 구조.
제1항에 있어서, 상기 4개의 셀은 R(red), G(green), B(blue) 형광체가 도포된 3개의 셀과 R 형광체, G 형광체, B 형광체, 화이트(white) 형광체, 블랙(black) 형광체 중 하나가 도포된 1개의 셀로 구성된 것을 특징으로 하는 표면 전도형 전계 방출 소자의 매트릭스 구조.