KR20050051532A - 전계방출 표시장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 전계방출 표시장치는, 제1 기판과, 제1 기판 상에 형성된 캐소드 전극과, 캐소드 전극 위에 형성되며 캐소드 전극의 일부를 노출시키는 제1 개구를 가진 도전층과, 도전층 위에 형성되며 제1 개구와 연통되는 제2 개구를 가진 절연층과, 절연층 위에 형성되며 제2 개구와 연통되는 제3 개구를 가진 게이트 전극과, 제1 개구 내에 노출된 상기 캐소드 전극 위에 형성되며 서로 소정 간격 이격되도록 제1 개구의 양측면 각각을 따라 배치된 에미터와, 제1 기판과 소정 간격을 두고 마주보도록 배치되며 그 일면에 애노드 전극과 소정 패턴의 형광층이 형성된 제2 기판을 구비한다. 그리고, 캐소드 전극에는 제1 기판을 노출시키는 캐비티가 형성될 수 있으며, 이 캐비티는 에미터 사이에 배치될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 에미터로부터 방출된 전자빔의 포커싱 특성이 향상되고 전류 밀도의 피크가 화소 내에 정확히 위치하게 되므로, 화상의 색순도와 휘도가 향상된다.

Description

전계방출 표시장치{Field emission display}
본 발명은 전계방출 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자빔의 포커싱 특성을 향상시킬 수 있는 에미터 구조를 가진 전계방출 표시장치에 관한 것이다.
종래의 정보전달매체의 중요 부분인 표시장치의 대표적인 활용 분야로는 개인용 컴퓨터의 모니터와 텔레비젼 수상기 등을 들 수 있다. 이러한 표시장치는 고속 열전자 방출을 이용하는 음극선관(CRT; Cathode Ray Tube)과, 최근에 급속도로 발전하고 있는 액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display), 플라즈마 표시장치(PDP; Plasma Display Panel) 및 전계방출 표시장치(FED; Field Emission Display) 등과 같은 평판 표시장치(Flat Panel Display)로 크게 분류될 수 있다.
이러한 평판 표시장치들 중에서 전계방출 표시장치는, 캐소드 전극 위에 일정한 간격으로 배열된 에미터에 게이트 전극으로부터 강한 전기장을 인가함으로써 에미터로부터 전자를 방출시키고, 이 전자를 애노드 전극의 표면에 도포된 형광물질에 충돌시켜 발광되도록 하는 표시장치이다. 이와 같이 냉음극 전자를 전자 방출원으로 사용하여 이미지 형성을 하는 장치인 전계 방출 표시장치는, 전자 방출원인 에미터의 재료와 구조 등의 특성에 따라 표시장치 전체의 화질특성이 크게 영향을 받게 된다.
초기의 전계방출 표시장치에서는, 상기 에미터로서 주로 몰리브덴(Mo)을 주 재질로 하여 스핀트(Spindt) 타입의 금속 팁(또는 마이크로 팁)이 사용되어 왔다.
그런데, 상기 금속 팁 형상의 에미터를 갖는 전계방출 표시장치에 있어서는, 에미터를 배치하기 위해서는 극미세한 홀이 형성되어져 있어야만 하고, 몰리브덴을 증착하여 화면 전영역에서 균일한 금속 마이크로 팁을 형성시켜야만 하기 때문에 제조 공정이 복잡하고 고난도의 기술을 필요로 할 뿐만 아니라 고가의 장비를 사용하여야 사용하여야 하므로 제품 제조 단가가 상승하는 문제점이 있다. 따라서, 금속 팁 형상의 에미터를 갖는 전계방출 표시장치는 대화면화하는데 제약이 있는 것으로 지적되어지고 있다.
이에 따라, 전계방출 표시장치의 관련 업계에서는, 저전압의 구동 조건에서도 양질의 전자 방츨을 얻을 수 있고 제조 공정도 간략히 하기 위해, 상기 에미터를 평탄한 형상으로 형성시키는 기술을 연구 개발하고 있는 추세이다.
지금까지의 기술 동향에 의하면, 평탄한 형상의 에미터로는 카본계 물질, 예컨대 그래파이트(graphite), 다이아몬드(dismond), DLC(diamond like carbon), C60(Fulleren)또는 탄소나노튜브(CNT; Carbon NanoTube) 등이 적합한 것으로 알려져 있으며, 이 중 특히 탄소나노튜브가 비교적 낮은 구동 전압에서도 전자 방출을 원활히 이룰 수 있어 전계방출 표시장치의 에미터로서 가장 이상적인 물질로 기대되고 있다.
도 1a와 도 1b는 종래의 전계방출 표시장치의 일 예를 보여주는 도면들로서, 도 1a는 부분 단면도이고, 도 1b는 부분 평면도이다.
도 1a와 도 1b를 함께 참조하면, 전계방출 표시장치는 일반적으로 캐소드 전극(12), 애노드 전극(22) 및 게이트 전극(14)을 갖는 3극관의 구조로 이루어져 있다. 상기 캐소드 전극(12)과 게이트 전극(14)은 배면 기판(11) 상에 형성되어 있고, 애노드 전극(22)은 전면 기판(21)의 저면에 형성되어 있으며, 애노드 전극(22)의 저면에는 각각 R, G, B 형광체로 이루어진 형광층(23)과 콘트라스트 향상을 위한 블랙 매트릭스(24)가 형성되어 있다. 그리고, 배면 기판(11)과 전면 기판(21)은 그 사이에 배치되는 스페이서(31)에 의해 서로간의 간격이 유지되도록 되어 있다. 이러한 전계방출 표시장치는 대부분 에미터(16)가 배치되는 배면 기판(11) 상에 먼저 캐소드 전극(12)을 형성하고, 그 위에 미세한 개구들(15)을 갖는 절연층(13)과 게이트 전극(14)을 적층한 다음, 상기 개구들(15) 안에 위치하는 캐소드 전극(12) 위에 상기 에미터(16)를 배치시킨 구조를 가진다.
그러나, 상기의 일반적인 3극관 구조를 가진 전계방출 표시장치는 실질적인 구동에 있어서 색순도의 저하와 동시에 선명한 화질을 구현하기가 어려운 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점은 상기 에미터(16)로부터 방출되는 전자들 대부분이 에미터(16)의 엣지부에서 방출되어지는 것이고, 또한 그 전자들이 전자빔화되어 형광층(23)으로 향할 때 게이트 전극(14)에 인가되는 전압(수 ~ 수십 볼트의 + 전압)의 영향에 의해 발산력이 강해져 전자빔이 퍼지게 됨에 따라, 원하는 화소의 형광체 뿐만 아니라 인접한 다른 화소의 형광체까지 발광시키게 되기 때문이다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여, 하나의 화소에 대응하는 에미터(16)를 소면적화하여 이를 다수 개로 배치함으로써, 상기 에미터(16)로부터 방출된 전자빔의 퍼짐 현상을 최소화시키려는 노력이 있었다. 그러나, 정해진 크기의 화소내에 상기 다수의 에미터(16)를 양호하게 형성시키는 데에는 제약이 있을 뿐만 아니라, 해당 화소의 형광체를 발광시키기 위한 에미터(16)의 전체 면적이 작아지는 문제점이 있고, 또한 전자빔의 집속에 있어서도 그 효과가 충분하지 못한 문제점이 있다.
한편, 상기한 전자빔의 퍼짐 현상을 방지하기 위하여, 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(53, 63) 주위에 전자빔의 집속을 위한 별도의 전극(54, 64)을 배치한 구조를 가진 전계방출 표시장치가 제안된 바 있다.
그 일 예로서, 도 2a에는 게이트 전극(53) 주위에 링 형상의 포커싱 전극(54)을 배치하여 전자빔을 포커싱시키는 구조를 가진 전계방출 표시장치가 도시되어 있으며, 다른 예로서, 도 2b에는 하부 게이트 전극(63)과 상부 게이트 전극(64)으로 이루어진 이중 게이트를 이용하여 전자빔을 포커싱시키는 구조를 가진 전계방출 표시장치가 도시되어 있다. 그러나, 이러한 전계방출 표시장치는 그 구조가 복잡해지는 단점을 가지고 있다. 또한, 상기한 구조는 주로 캐소드 전극(51, 61) 위에 금속 마이크로 팁 형상의 에미터(52, 62)가 형성된 전계방출 표시장치에 적용되어 왔으므로, 이러한 구조를 평판형 에미터를 갖는 전계방출 표시장치에 적용하는 경우에는 아직까지 만족할 만한 효과를 얻지 못하고 있다.
또 한편, 미국 특허 번호 US 5,552,659호에서는, 에미터가 배치되는 기판측에 형성된 비절연층(non-insulating layer)의 두께 및 유전층의 두께의 비와, 상기 비절연층, 유전층 및 이 유전층 위에 형성되는 게이트 층을 관통하여 형성되는 구멍의 지름과 상기 비절연층의 두께의 비를 한정하여 전자빔의 발산을 줄이도록 한 전자 방출원의 구조를 개시하고 있다. 그러나, 이 기술에서는 하나의 화소에 대응하여 다수 개의 구멍이 형성되고, 각각의 구멍 내에 다수 개의 전자 방출원이 미세 구조를 이루어 형성됨에 따라, 그 구조가 대단히 복잡하여 제조하기 어려울뿐만 아니라 실질적으로 제조될 때에는 구조상으로 공간적 제약을 받게 된다. 따라서, 하나의 화소에 대응하는 에미터의 수 또는 그 면적을 최대화시키는데 한계를 가지게 되어, 장시간 구동으로 인한 수명 단축의 문제점이 야기될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 특히 전자빔의 포커싱 특성을 향상시킬 수 있는 에미터 구조를 가진 전계방출 표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
제1 기판; 상기 제1 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극 위에 형성되며, 상기 캐소드 전극의 일부를 노출시키는 제1 개구를 가진 도전층; 상기 도전층 위에 형성되며, 상기 제1 개구와 연통되는 제2 개구를 가진 절연층; 상기 절연층 위에 형성되며, 상기 제2 개구와 연통되는 제3 개구를 가진 게이트 전극; 상기 제1 개구 내에 노출된 상기 캐소드 전극 위에 형성되며, 서로 소정 간격 이격되도록 상기 제1 개구의 양측면 각각을 따라 배치된 에미터; 및 상기 제1 기판과 소정 간격을 두고 마주보도록 배치되며, 그 일면에 애노드 전극과 소정 패턴의 형광층이 형성된 제2 기판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치를 제공한다.
여기에서, 상기 캐소드 전극에는 상기 제1 기판을 노출시키는 캐비티가 형성되며, 상기 캐비티는 상기 에미터 사이에 배치된 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 개구, 제2 개구, 제3 개구 및 상기 캐비티는 상기 캐소드 전극의 길이 방향으로 보다 긴 사각형의 형상을 가질 수 있다.
이 경우, 상기 제3 개구의 폭과 상기 제2 개구의 폭 각각은 상기 제1 개구의 폭보다 넓고, 상기 캐비티의 폭은 상기 제1 개구의 폭보다 좁은 것이 바람직하다.
그리고, 상기 에미터 사이의 간격은 상기 제1 개구의 폭보다 좁고, 상기 캐비티의 폭은 상기 에미터 사이의 간격보다 좁은 것이 바람직하다.
또한, 상기 제3 개구의 폭은 상기 제2 개구의 폭과 동일할 수도 있으며, 상기 제2 개구의 폭보다 넓을 수도 있다.
본 발명에 있어서, 상기 도전층은 상기 캐소드 전극의 양측 가장자리 각각을 따라 그 길이방향으로 연장되면서 그 사이에 상기 제1 개구를 형성할 수 있다.
한편, 상기 도전층은 상기 캐소드 전극의 양측 가장자리 각각에 소정 길이만큼 형성되면서 그 사이에 상기 제1 개구를 형성할 수도 있다.
또 한편, 상기 도전층은 상기 캐소드 전극 위에 상기 제1 개구의 둘레를 전부 둘러싸는 형상으로 형성될 수도 있다.
본 발명에 있어서, 상기 도전층은, 상기 캐소드 전극 위에 형성되는 절연물질층과, 상기 절연물질층의 상면과 측면에 형성되어 상기 캐소드 전극에 접촉되는 금속층을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 에미터는 카본계 물질, 예컨대 탄소나노튜브로 이루어진 것이 바람직하다.
그리고, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
제1 기판; 상기 제1 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극 위에 형성되며, 상기 캐소드 전극의 일부를 노출시키는 원형의 제1 개구를 가진 도전층; 상기 도전층 위에 형성되며, 상기 제1 개구와 연통되는 원형의 제2 개구를 가진 절연층; 상기 절연층 위에 형성되며, 상기 제2 개구와 연통되는 원형의 제3 개구를 가진 게이트 전극; 상기 제1 개구 내에 노출된 상기 캐소드 전극 위에 형성되며, 상기 제1 개구의 내주면을 따라 배치된 링 형상의 에미터; 및 상기 제1 기판과 소정 간격을 두고 마주보도록 배치되며, 그 일면에 애노드 전극과 소정 패턴의 형광층이 형성된 제2 기판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치를 제공한다.
여기에서, 상기 캐소드 전극에는 상기 제1 기판을 노출시키는 원형의 캐비티가 형성되며, 상기 캐비티는 상기 에미터의 안쪽에 배치된 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 개구는 하나의 화소에 대하여 각각 복수개가 마련될 수 있으며, 상기 복수의 제1 개구 각각의 내부에 상기 에미터가 형성될 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
제1 기판; 상기 제1 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극 위에 형성된 절연물질층; 상기 절연물질층의 상면에 형성된 도전층; 상기 절연물질층과 도전층에 형성되어 상기 캐소드 전극의 일부를 노출시키는 제1 개구; 상기 도전층 위에 형성되며, 상기 제1 개구와 연통되는 제2 개구를 가진 절연층; 상기 절연층 위에 형성되며, 상기 제2 개구와 연통되는 제3 개구를 가진 게이트 전극; 상기 제1 개구 내에 노출된 상기 캐소드 전극 위에 형성되며, 서로 소정 간격 이격되도록 상기 제1 개구의 양측면 각각을 따라 배치된 에미터; 및 상기 제1 기판과 소정 간격을 두고 마주보도록 배치되며, 그 일면에 애노드 전극과 소정 패턴의 형광층이 형성된 제2 기판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치를 제공한다.
여기에서, 상기 도전층은 상기 절연물질층에 의해 상기 캐소드 전극과 절연될 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
제1 기판; 상기 제1 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극 위에 형성된 절연물질층; 상기 절연물질층의 상면에 형성된 도전층; 상기 절연물질층과 도전층에 형성되어 상기 캐소드 전극의 일부를 노출시키는 원형의 제1 개구; 상기 도전층 위에 형성되며, 상기 제1 개구와 연통되는 원형의 제2 개구를 가진 절연층; 상기 절연층 위에 형성되며, 상기 제2 개구와 연통되는 원형의 제3 개구를 가진 게이트 전극; 상기 제1 개구 내에 노출된 상기 캐소드 전극 위에 형성되며, 상기 제1 개구의 내주면을 따라 배치된 링 형상의 에미터; 및 상기 제1 기판과 소정 간격을 두고 마주보도록 배치되며, 그 일면에 애노드 전극과 소정 패턴의 형광층이 형성된 제2 기판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치를 제공한다.
여기에서, 상기 도전층은 상기 절연물질층에 의해 상기 캐소드 전극과 절연될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 전계방출 표시장치의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 구조를 도시한 부분 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 전계방출 표시장치에 있어서 배면 기판 상에 형성된 구성 요소들의 배치 구조를 보여주는 부분 평면도이다.
도 3과 도 4를 함께 참조하면, 본 발명에 따른 전계방출 표시장치는 소정 간격을 두고 서로 마주보도록 배치된 두 개의 기판, 즉 통상적으로 배면 기판이라고 칭하는 제1 기판(110)과 전면 기판이라고 칭하는 제2 기판(120)을 구비한다. 상기 배면 기판(110)과 전면 기판(120)은 이들 사이에 설치된 스페이서(130)에 의해 그 간격이 유지된다. 이러한 배면 기판(110)과 전면 기판(120)으로는 통상적으로 글라스 기판이 사용된다.
상기 배면 기판(110) 상에는 전계 방출을 이룰 수 있는 구성이 마련되고, 상기 전면 기판(120)에는 전계 방출에 의해 방출된 전자들에 의해 소정의 화상을 구현할 수 있는 구성이 마련된다.
구체적으로, 상기 배면 기판(110) 상에는 소정의 패턴, 예컨대 스트라이프(stripe) 형태로 서로 소정 간격을 두고 배열된 복수의 캐소드 전극(111)이 형성된다. 상기 캐소드 전극(111)은 도전성 금속물질 또는 투명한 도전성 물질인 ITO(Indium Tin Oxide)를 배면 기판(110) 상에 소정 두께, 예컨대 수백 Å ~ 수천 Å 정도의 두께로 증착한 뒤, 이를 스트라이프(stripe) 형태로 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 한편, 상기 캐소드 전극(111)을 이루는 물질은 후술하는 바와 같이 에미터(115)의 형성 방법에 따라 달라지게 된다.
그리고, 상기 캐소드 전극(111)에는 상기 배면 기판(110)을 노출시키는 캐비티(111a)가 형성된 것이 바람직하다. 상기 캐비티(111a)는 후술하는 에미터(115) 사이에 배치된다. 이러한 캐비티(111a)는 각 화소(125)에 대응하여 하나씩 형성될 수 있으며, 화소(125)의 형상에 상응하는 종장형의 형상, 즉 상기 캐소드 전극(111)의 길이 방향(Y 방향)으로 보다 긴 사각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 캐소드 전극(111) 위에는 이 캐소드 전극(111)과 전기적으로 연결되는 도전층(112)이 형성된다. 상기 도전층(112)은 예컨대 도전성 페이스트를 스크린 프린팅법에 의해 도포한 후, 소정 온도에서 소성함으로써 대략 2㎛ ~ 5㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 그리고, 이 도전층(112)에는 캐소드 전극(111)의 일부를 노출시키는 제1 개구(112a)가 형성된다. 상기 제1 개구(112a)는 각 화소(125)에 대응하여 하나씩 형성되며, 화소(125)의 형상에 상응하는 종장형의 형상, 즉 상기 캐소드 전극(111)의 길이 방향(Y 방향)으로 보다 긴 사각형의 형상을 가질 수 있다. 상기 캐소드 전극(111)에 전술한 바와 같이 캐비티(111a)가 형성된 경우에는, 상기 제1 개구(112a)는 상기 캐비티(111a)의 폭(WC)보다 넓은 폭(W1)을 가지고 캐비티(111a)와 연통되도록 형성된다.
상기 도전층(112) 위에는 절연층(113)이 형성된다. 이 절연층(113)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 도전층(112)의 윗부분 뿐만 아니라 캐소드 전극(111) 사이에 노출된 배면 기판(110) 위에도 형성된다. 이러한 절연층(113)은 예컨대 페이스트 상태의 절연물질을 스크린 프린팅법에 의해 도포한 후, 소정 온도에서 소결함으로써 대략 10㎛ ~ 20㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 그리고, 이 절연층(113)에는 상기 제1 개구(112a)와 연통되는 제2 개구(113a)가 형성된다. 상기 제2 개구(113a)는 제1 개구(112a)와 마찬가지로 상기 캐소드 전극(111)의 길이 방향(Y 방향)으로 보다 긴 사각형의 형상을 가지며, 그 폭(W2)은 제1 개구(112a)의 폭(W1)보다 넓도록 형성된다. 따라서, 상기 제2 개구(113a)를 통해 상기 도전층(112)의 일부가 노출된다.
상기 절연층(113) 위에는 소정의 패턴, 예컨대 스트라이프(stripe) 형태로 서로 소정 간격을 두고 배열된 복수의 게이트 전극(114)이 형성된다. 상기 게이트 전극(114)은 상기 캐소드 전극(111)의 길이 방향(Y 방향)에 직교하는 방향(X 방향)으로 연장된다. 이러한 게이트 전극(114)은 도전성이 있는 금속, 예컨대 크롬(Cr)을 스퍼터링(sputtering)에 의해 대략 수천 Å 정도의 두께로 증착한 뒤, 이를 스트라이프(stripe) 형태로 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 그리고, 상기 게이트 전극(114)에는 상기 제2 개구(113a)와 연통되는 제3 개구(114a)가 형성된다. 상기 제3 개구(114a)는 상기 제2 개구(113a)와 동일한 형상을 가지며, 그 폭(W3)도 제2 개구(113a)의 폭(W2)과 같도록 형성될 수 있다.
상기 제1 개구(112a) 내에 노출된 상기 캐소드 전극(111) 위에는, 에미터(115)가 형성된다. 상기 에미터(115)는 상기 도전층(112)보다 얇은 두께를 가지며 평탄한 형태로 형성된다. 이 에미터(115)는 캐소드 전극(111)과 게이트 전극(114) 사이에 인가되는 전압에 의해 형성되는 전계에 따라 전자를 방출하는 역할을 하게 된다. 본 발명에서는, 이러한 에미터(115)로서 카본계 물질, 예컨대 그래파이트(graphite), 다이아몬드(dismond), DLC(diamond like carbon), C60(Fulleren)또는 탄소나노튜브(CNT; Carbon NanoTube) 등을 사용한다. 특히, 상기 에미터(115)로서 비교적 낮은 구동 전압에서도 전자 방출을 원활히 이룰 수 있는 탄소나노튜브를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 실시예에 있어서, 상기 에미터(115)는 서로 소정 간격 이격되도록 상기 제1 개구(112a)의 양측을 따라 배치된다. 즉, 하나의 제1 개구(112a) 내에 두 개의 에미터(115)가 배치되며, 이 에미터들(115)은 상기 제1 개구(112a)의 양측에 노출된 도전층(112)의 측면 각각에 접촉된 상태로 제1 개구(112a)의 길이 방향(Y 방향)으로 서로 평행하게 연장된 막대 형상을 가진다. 따라서, 종래에 비해 에미터(115)의 면적이 넓어질 수 있으므로, 장시간 구동시에도 그 수명에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다. 그리고, 전술한 바와 같이 상기 에미터들(115) 사이에 캐비티(111a)가 배치되는 경우에는, 상기 에미터들(115) 사이의 간격(D)은 상기 제1 개구(112a)의 폭(W1)보다 좁고 상기 캐비티(111a)의 폭(WC)보다 넓게 형성된다.
이러한 구조를 가진 상기 에미터(115)는 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 그 일 예로서, 감광성 카본나노튜브 페이스트를 배면 기판(110)의 상면에 도포한 뒤, 배면 기판(110)의 후면쪽에서 자외선(UV)을 조사하여 카본나노튜브 페이스트를를 선택적으로 노광시킨 다음 현상함으로써, 상기 에미터(115)를 형성시키는 방법이 있다. 이 방법에 있어서는, 캐소드 전극(111)은 투명한 도전성 물질인 ITO로 이루어져야 하며, 도전층(112)과 절연층(113)은 불투명한 재료로 이루어져야 하는 제약이 있다. 다른 예로서, 상기 제1 개구(112a) 내에 노출된 캐소드 전극(111)의 표면 중 상기 에미터(115)가 위치할 부분의 표면에 Ni, Fe 등으로 이루어진 촉매 금속층을 형성한 후, 이 촉매금속층에 CH4, C2H2 또는 CO2와 같은 탄소를 함유한 가스를 공급하여 촉매 금속층의 표면으로부터 카본나노튜브를 수직성장시킴으로써, 상기 에미터(115)를 형성하는 방법도 있다. 또 다른 예로서, 상기 제1 개구(112a) 내에 포토레지스트를 도포하고 이를 패터닝하여 캐소드 전극(111)의 표면 중 상기 에미터(115)가 위치할 부분의 표면에만 포토레지스트를 잔존시킨 후, 그 위에 카본나노튜브 페이스트를 도포하고 소정 온도로 가열함으로써, 포토레지스트와 카본나노튜브 페이스트의 열적인 화학반응에 의해 상기 에미터(115)를 형성시키는 방법이 있다. 후자의 두 가지 방법들에 있어서는, 상기한 후면 노광 방법에 있어서의 제약은 따르지 않는다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c에는 상기 캐소드 전극(111) 상에 형성된 도전층(112)의 세 가지 형태가 도시되어 있다.
먼저 도 5a를 참조하면, 상기 도전층(112)은 상기 캐소드 전극(111)의 양측 가장자리 각각을 따라 그 길이방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 개구(112a)는 캐소드 전극(111)의 양측에 형성된 도전층(112) 사이에 형성된다. 그리고, 상기 에미터(115)는 상기 제1 개구(112a) 양측의 도전층(112) 측면 각각에 접촉된 상태로 도전층(112)의 길이 방향으로 소정 길이만큼 형성된다. 또한, 상기 캐소드 전극(111)에 형성되는 캐비티(111a)는 상기 에미터들(115) 사이에 에미터(115)의 길이와 동일한 길이로 형성될 수 있다.
다음으로 도 5b를 참조하면, 상기 도전층(112)은 상기 캐소드 전극(111)의 양측 가장자리 각각에 소정 길이만큼 형성되면서 그 사이에 상기 제1 개구(112a)를 형성할 수도 있다. 이 경우, 상기 도전층(112)은 상기 에미터(115)의 길이와 동일한 길이로 형성될 수 있다.
그리고, 도 5c를 참조하면, 상기 도전층(112)은 상기 캐소드 전극(111) 위에 상기 제1 개구(112a)의 둘레를 전부 둘러싸는 형상으로 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 제1 개구(112a)는 네 면이 모두 상기 도전층(112)에 의해 한정되며, 이에 따라 상기 에미터(115)는 상기 도전층(112)에 의해 완전히 둘러싸이게 된다.
다시 도 3과 도 4를 함께 참조하면, 상기 전면 기판(120)의 일면, 즉 배면 기판(110)에 대향되는 저면에는 애노드 전극(121)이 형성되고, 이 애노드 전극(121)의 표면에는 R, G, B 형광체들로 이루어진 형광층(122)이 형성된다. 상기 애노드 전극(121)은 상기 형광층(122)으로부터 발산되는 가시광이 투과될 수 있도록 투명한 도전성 물질인 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진다. 상기 형광층(122)은 상기 캐소드 전극(111)의 길이 방향(Y 방향)을 따라 길게 확장된 종장형의 패턴을 가진다.
그리고, 상기 전면 기판(120)의 저면에는, 콘트라스트 향상을 위해 상기 형광층들(122) 사이로 블랙 매트릭스(123)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 형광층(122)과 블랙 매트릭스(123)의 표면에는 금속 박막층(124)이 형성될 수 있다. 상기 금속 박막층(124)은 주로 알루미늄으로 이루어지며, 에미터(115)로부터 방출된 전자들이 쉽게 투과할 수 있도록 수백 Å 정도의 얇은 두께를 가진다. 이러한 금속 박막층(124)은 휘도를 향상시키는 기능을 하게 된다. 즉, 상기 형광층(122)의 R, G, B 형광체들이 에미터(115)로부터 방출된 전자빔에 의해 여기되어 가시광을 발산할 때, 이 가시광이 상기 금속 박막층(124)에 의해 반사되므로, 전계방출 표시장치로부터 출사되는 가시광의 광량이 증가하게 되어 휘도가 향상되는 것이다.
한편, 상기 전면 기판(120)에 금속 박막층(124)이 마련된 경우에는, 상기 애노드 전극(121)을 형성하지 않을 수 있다. 이는, 상기 금속 박막층(124)이 도전성을 가지므로, 여기에 전압을 인가하면 금속 박막층(124)이 애노드 전극의 역할을 대신할 수 있기 때문이다.
상기한 바와 같이 구성된 배면 기판(110)과 전면 기판(120)은, 서로 소정 간격을 두고 상기 에미터(115)와 형광층(122)이 마주보도록 배치되며, 그 둘레에 도포되는 실링 물질(미도시)에 의해 서로 봉착된다. 이 때, 전술한 바와 같이 배면 기판(110)과 전면 기판(120) 사이에는 이들 사이의 간격을 유지시켜주기 위한 스페이서(130)가 설치된다.
이하에서는, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 전계방출 표시장치의 작용을 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 전계방출 표시장치에 있어서, 상기 캐소드 전극(111), 게이트 전극(114) 및 애노드 전극(121)에 소정의 전압이 인가되면, 상기 전극들(111, 114, 121) 사이에 전계가 형성되면서 상기 에미터(115)로부터 전자들이 방출된다. 이 때, 상기 캐소드 전극(111)에는 0 ~ 수십 볼트의 - 전압, 상기 게이트 전극(114)에는 수 ~ 수십 볼트의 + 전압, 상기 애노드 전극(121)에는 수백 ~ 수천 볼트의 + 전압이 인가된다. 그리고, 상기 도전층(112)은 캐소드 전극(111)의 상면에 접촉되어 있으므로, 상기 도전층(112)에도 캐소드 전극(111)과 동일한 전압이 동시에 인가된다. 상기 에미터(115)로부터 방출된 전자들은 전자빔화하여 상기 형광층(122)으로 유도되어 상기 형광층(122)에 충돌하게 된다. 이에 따라, 상기 형광층(122)의 R, G, B 형광체들이 여기되어 가시광을 발산하게 되는 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 전계방출 표시장치의 작용에 있어서, 상기 제1 개구(112a)의 양측에 각각 배치된 에미터(115)에 의하면, 이 에미터(115)로부터 방출된 전자들에 의해 형성된 전자빔이 넓게 퍼지지 않고 집속되는 효과가 있다. 그리고, 에미터(115)를 사이에 두고 그 양측에 도전층(112)이 형성되므로, 이 도전층(112)이 형성하는 전계에 의해 전자빔의 집속이 보다 효율적으로 이루어지게 된다.
또한, 캐소드 전극(111)에 캐비티(111a)를 형성하게 되면, 에미터(115) 주위에 형성된 전계의 등전위선이 에미터(115)를 감싸도록 형성된다. 이와 같은 전계의 영향으로 전류 밀도가 증가하게 되고, 전류 밀도의 피크가 형광층(122)의 해당 화소 내에 정확히 위치하게 된다. 그리고, 상기 캐비티(111a)의 폭(WC)을 조절함으로써 전자빔을 보다 효과적으로 집속시킬 수도 있게 된다.
상기한 바와 같이, 에미터(115)로부터 방출된 전자빔의 포커싱 특성이 향상되면 화상의 색순도가 높아지게 되고, 전류 밀도의 피크가 해당 화소 내에 정확히 위치하게 되면 화상의 휘도가 향상될 수 있으므로, 결과적으로 고화질의 화상을 구현될 수 있게 되는 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 전계방출 표시장치의 장점에 대해서는 뒤에서 시뮬레이션 결과를 보면서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 6, 도 7 및 도 8은 도 3에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 변형예들을 보여주는 부분 단면도들이다.
먼저 도 6을 참조하면, 상기 게이트 전극(114)에 형성되는 제3 개구(114a)는 그 폭(W3)이 상기 절연층(113)에 형성되는 제2 개구(113a)의 폭(W2)보다 넓도록 형성될 수 있다. 이와 같이, 상기 제3 개구(114a)의 폭(W3)이 상기 제2 개구(113a)의 폭(W2)보다 넓게 되면, 상기 캐소드 전극(111)과 상기 게이트 전극(114) 사이의 경로를 멀리할 수 있게 되므로, 내전압 특성이 향상되는 장점을 가질 수 있게 된다.
이어서, 도 7을 참조하면, 도전층(112')은, 상기 캐소드 전극(111) 위에 형성되는 절연물질층(1121)과, 상기 절연물질층(1121)의 표면, 즉 상면과 측면에 형성되는 금속층(1122)을 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 금속층(1122)이 캐소드 전극(111)에 전기적으로 연결되어 도전층(112')의 기본적인 역할을 하게 된다. 이러한 구성을 가지는 도전층(112')은, 먼저 캐소드 전극(111) 위에 절연물질층(1121)을 형성한 후, 이 절연물질층(1121)의 표면에 도전성 금속 물질의 증착, 스퍼터링 또는 도금에 의해 금속층(1122)을 형성함으로써 이루어질 수 있다. 이와 같이 도전층(112')의 표면이 금속층(1122)으로 이루어지게 되면, 식각 공정에 의해 상기 절연층(113)에 제2 개구(113a)를 형성할 때, 상기 금속층(1122)이 식각액에 대해 일종의 보호막 역할을 할 수 있게 되므로, 상기 도전층(112')이 식각액의 영향을 받아 손상되는 문제점을 미리 방지할 수 있게 된다. 다시 설명하면, 도 6에 도시된 바와 같이 도전층(112)이 도전성 페이스트로 이루어진 경우에는, 도전층(112)이 식각액의 영향을 받아 손상될 가능성이 있으나, 도 7에 도시된 바와 같이 도전층(112')의 표면이 금속층(1122)으로 이루어진 경우에는, 상기한 바와 같이 도전층(112')이 식각액의 영향을 거의 받지 않는다.
다음으로, 도 8을 참조하면, 상기 캐소드 전극(111) 위에 절연물질층(1123)이 형성되고, 상기 절연물질층(1123)의 상면에 도전층(112")이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 도전층(112")은 절연물질층(1123)의 두께만큼 캐소드 전극(111)과 이격되며, 절연물질층(1123)에 의해 캐소드 전극(111)과 절연된다. 이 경우, 상기 도전층(112")에는 상기 캐소드 전극(111)에 연결된 전원과는 다른 별도의 전원이 연결될 수 있으며, 이에 따라 상기 도전층(112")에는 상기 캐소드 전극(111)에 인가되는 전압과는 다른 전압을 인가할 수 있게 된다. 따라서, 상기 도전층(112")에 인가되는 전압을 필요에 따라 독립적으로 조절할 수 있으므로, 도전층(112")에 의한 전자빔의 집속 효과를 극대화할 수 있는 장점이 있다. 이와 같이, 상기 도전층(112")은 캐소드 전극(111)과는 다른 별개의 전극, 즉 포커싱 전극의 역할을 하게 된다.
상기 도전층(112")은, 먼저 캐소드 전극(111) 위에 절연물질층(1123)을 형성한 후, 이 절연물질층(1123)의 상면에 도전성 금속 물질의 증착, 스퍼터링 또는 도금에 의해 형성될 수 있다. 이와 같이 도전층(112")이 도전성 페이스트가 아니라 금속 물질의 증착이나 도금 등에 의해 이루어지게 되므로, 식각 공정에 의해 상기 절연층(113)에 제2 개구(113a)를 형성할 때, 식각액의 영향을 받아 도전층(112")이 손상되는 문제점이 발생하지 않는다.
그리고, 도 8에 도시된 전계방출 표시장치의 다른 구성요소들의 구체적인 구성은 도 3에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계방출 표시장치에서와 동일하다. 다만, 제1 개구(112a)는 상기 절연물질층(1123)과 도전층(112")에 일정한 폭으로 형성되며, 상기 제1 개구(112a) 내에 배치되는 에미터(115)는 제1 개구(112a)의 양측에 노출된 절연물질층(1123)의 측면 각각에 접촉되도록 형성된다.
한편, 상기 도전층(112")은 그 길이방향의 단부에서 상기 캐소드 전극(111)과 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있으며, 이 경우에는 캐소드 전극(111)과 도전층(112")에 동일한 전압이 동시에 인가될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 구조를 도시한 부분 평면도이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 단면 구조는 도 4에 도시된 제1 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 단면 구조와 동일하므로, 그 도시는 생략한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 있어서는, 하나의 화소(225)에 대하여 도전층(212)에 형성된 제1 개구(212a)와, 절연층(213)에 형성된 제2 개구(213a)와, 게이트 전극(214)에 형성된 제3 개구(214a)가 각각 복수개, 예컨대 두 개가 마련된다. 그리고, 상기 복수의 제1 개구(212a) 각각의 내부에 에미터(215)가 형성된다. 상기 에미터(215)는 전술한 제1 실시예에서와 같이 상기 제1 개구(212a) 내에 노출된 캐소드 전극(211) 위에 형성되며, 서로 소정 간격 이격되도록 제1 개구(212a)의 양측면 각각을 따라 배치된다.
그리고, 본 실시예에 있어서도 캐소드 전극(211)에 캐비티(211a)가 형성될 수 있으며, 이 캐비티(211a)도 하나의 화소(225)에 대하여 복수개, 예컨대 두 개가 마련된다.
본 실시예에 있어서, 상기한 구성을 제외한 다른 구성은 전술한 제1 실시예와 동일하므로, 그 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 실시예에 있어서도 도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 변형예들이 적용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 구조를 도시한 부분 평면도이다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 단면 구조도 도 4에 도시된 제1 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 단면 구조와 동일하므로, 그 도시는 생략한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 있어서는, 도전층(312)에 형성된 제1 개구(312a)와, 절연층(313)에 형성된 제2 개구(313a)와, 게이트 전극(314)에 형성된 제3 개구(314a)가 모두 원형의 형상을 가진다. 상기 제3 개구(314a)의 내경(D3)과 상기 제2 개구(313a)의 내경(D2) 각각은 상기 제1 개구(312a)의 내경(D1)보다 넓게 형성된다. 그리고, 상기 제3 개구(314a)의 내경(D3)은 상기 제2 개구(313a)의 내경(D2)과 동일하게 형성될 수 있다.
상기 제1 개구(312a) 내에 노출된 상기 캐소드 전극(311) 위에는 제1 개구(312a)의 내주면을 따라 배치되는 링 형상의 에미터(315)가 형성된다. 상기 에미터(315)의 내경(DE)은 상기 제1 개구(312a)의 내경(D1)보다 좁게 형성된다. 이러한 에미터(315)는 전술한 제1 실시예에서와 같이 카본계 물질, 예컨대 탄소나노튜브로 이루어질 수 있다.
그리고, 본 실시예에 있어서도 상기 캐소드 전극(311)에는 제1 기판(미도시)을 노출시키는 원형의 캐비티(311a)가 형성될 수 있으며, 이 캐비티(311a)는 상기 링 형상의 에미터(315)의 안쪽에 배치된다. 따라서, 상기 캐비티(311a)의 내경(DC)은 상기 제1 개구(312a)의 내경(D1)과 상기 에미터(315)의 내경(DE) 각각보다 좁게 형성된다.
또한, 본 실시예에 따른 전계방출 표시장치에 있어서는, 상기 제1 개구(312a), 제2 개구(313a) 및 제3 개구(314a)는 하나의 화소(325)에 대하여 각각 복수개가 마련될 수 있다. 그리고, 상기 복수의 제1 개구(312a) 각각의 내부에 상기 링 형상의 에미터(315)가 형성된다.
본 실시예에 있어서, 상기한 구성을 제외한 다른 구성은 전술한 제1 실시예와 동일하므로, 그 설명은 생략하기로 한다.
그리고, 본 실시예에 있어서도 도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 변형예들이 적용될 수 있다. 즉, 게이트 전극(314)에 형성되는 상기 제3 개구(314a)는 그 내경(D3)이 절연층(313)에 형성되는 상기 제2 개구(313a)의 내경(D2)보다 넓도록 형성될 수 있으며, 상기 도전층(312)은, 상기 캐소드 전극(311) 위에 형성되는 절연물질층과, 상기 절연물질층의 표면에 형성되는 금속층을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 도전층(312)은 상기 캐소드 전극(311) 위에 형성된 절연물질층의 상면에 형성될 수 있다.
이하에서는, 종래의 전계방출 표시장치와 본 발명에 따른 전계방출 표시장치에 있어서의 전자빔 방출에 대한 시뮬레이션 결과를 설명하기로 한다.
본 시뮬레이션에서, 종래의 전계방출 표시장치로는 도 1에 도시된 구조의 전계방출 표시장치가 사용되었다. 한편, 본 발명의 제1, 제2 및 제3 실시예에 따른 전계방출 표시장치는 거의 동일한 단면 구조를 가지므로, 이에 따른 전자빔 방출 특성도 거의 유사하다. 따라서, 도 3에 도시된 본 발명의 제1 실시예와 그 변형예들에 따른 전계방출 표시장치를 기준으로 전자빔 방출에 대한 본 시뮬레이션이 실시되었다.
그리고, 본 시뮬레이션에 앞서, 본 시뮬레이션에 필요한 전계방출 표시장치의 각 구성요소들의 설계치가 설정되었다. 예컨대, 전계방출 표시장치의 화면이 16:9의 종횡비를 갖고, 그 대각선 길이가 38인치일 때, HD급의 화질을 구현하기 위해서 수평 해상도를 1280 라인으로 설계하는 경우, R,G,B 트리오 피치(trio-pitch)는 대략 0.69mm 정도로 설정된다.
이 경우, 절연층의 높이는 10 ~ 20㎛, 도전층의 높이는 2 ~ 5㎛, 도전층에 형성되는 제1 개구의 폭(W1)은 60 ~ 80㎛, 절연층에 형성되는 제2 개구의 폭(W2)은 70 ~ 90㎛, 게이트 전극에 형성되는 제3 개구의 폭(W3)은 70 ~ 95㎛ 정도로 설정하는 것이 적절하고, 캐소드 전극에 형성되는 캐비티의 폭(WC)은 10 ~ 30㎛ 정도로 설정하는 것이 적절하다.
그러나, 위에서 한정된 각 구성요소의 칫수는 전계방출 표시장치의 화면의 크기, 종횡비 및 해상도 등의 전제 조건에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 도 1에 도시된 종래의 전계방출 표시장치에 있어서의 전자빔 방출에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면들이다.
이 시뮬레이션 결과, 도 11a를 보면 에미터로부터 방출된 전자빔이 형광층 쪽으로 진행하면서 점차 넓게 발산된다는 것을 알 수 있다.
도 11b에서 세로축은 전류 밀도를 나타내는데, 도 11b를 보면 전류 밀도의 피크가 화소의 중심 부위가 아니라 가장자리 부위에 위치한다는 것을 알 수 있다. 이는, 전술한 바와 같이 전자들이 주로 에미터의 엣지부에서 방출되기 때문이다. 이와 같이 화소의 중심 부위에서의 전류 밀도가 낮으면, 그 화소의 형광체가 충분히 여기되지 못하여 휘도가 낮아지게 되며, 특히 에미터가 정확한 위치에 형성되지 않았거나 전면 기판과 배면 기판을 봉착할 때 정확한 정렬이 이루어지지 않은 경우에는 전류 밀도의 피크가 화소의 가장자리 부위로 치우치게 되어 색순도가 현저히 저하된다.
도 11c를 보면, 형광층에 도달한 전자빔의 스폿이 해당 화소를 벗어나 인접한 다른 화소까지 침범하였음을 알 수 있다.
이와 같이, 도 1에 도시된 구조를 가진 종래의 전계방출 표시장치에 있어서는, 색순도의 저하와 동시에 선명한 화질을 구현하기가 어려운 단점이 있다.
도 12a, 도 12b 및 도 12c는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 전계방출 표시장치에 있어서, 캐소드 전극에 캐비티가 형성되지 않은 경우의 전자빔 방출에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면들이다.
이 시뮬레이션 결과, 도 12a를 보면 제1 개구의 양측에 각각 배치된 에미터로부터 방출된 전자빔이 도전층에 의해 형성된 전계의 영향을 받아 형광층 쪽으로 진행하면서 넓게 퍼지지 않고 집속되고 있음을 알 수 있다. 그리고, 도 12b를 보면, 전류 밀도의 피크가 대략 화소의 중심 부위에 위치한다는 것을 알 수 있다.
결과적으로, 도 12c에 도시된 바와 같이, 형광층에 도달한 전자빔의 스폿 크기는 종래에 비해 현저하게 작아지게 되고, 이에 따라 전자빔이 인접한 다른 화소에 침범하게 되는 종래의 문제점이 방지된다. 그러나, 이 경우는 종래에 비해 전류 밀도가 다소 감소하는 특성을 나타내지만, 에미터로부터 방출된 전자빔의 포커싱 특성이 향상되므로 화상의 색순도가 높아지게 되며, 전류 밀도의 피크가 해당 화소 내에 위치하게 되므로 화상의 휘도가 보상되어진다.
도 13a, 도 13b 및 도 13c는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 전계방출 표시장치에 있어서, 캐소드 전극에 캐비티가 형성된 경우의 전자빔 방출에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면들이다.
이 시뮬레이션 결과, 도 13a를 보면 캐소드 전극에 형성된 캐비티에 의해 에미터 주위에 형성된 전계의 등전위선이 에미터를 감싸도록 형성되고, 이에 따라 제1 개구의 양측에 각각 배치된 에미터로부터 방출된 전자빔이 이러한 전계의 영향을 받아 형광층 쪽으로 진행하면서 보다 효과적으로 집속되고 있음을 알 수 있다. 그리고, 도 13b를 보면, 전류 밀도의 피크가 화소의 중심에 정확히 위치하게 됨을 알 수 있다.
결과적으로, 도 13c에 도시된 바와 같이, 형광층에 도달한 전자빔의 스폿 크기는 전술한 캐비티가 형성되지 않은 경우보다 더욱 작아지게 된다. 그리고, 이 때의 전류 밀도는 전술한 캐비티가 형성되지 않은 경우보다 높아지게 되고, 종래 대비 동등 이상으로 향상되어진다.
따라서, 캐소드 전극에 캐비티를 형성하게 되면, 전자빔의 포커싱 특성이 보다 향상되고, 전류 밀도의 증가와 함께 전류 밀도의 피크가 해당 화소 내에 정확히 위치하게 됨으로써, 색순도와 휘도가 보다 향상된 전계방출 표시장치를 구현할 수 있게 된다.
도 14a, 도 14b 및 도 14c는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 전계방출 표시장치에 있어서, 캐소드 전극에 형성된 캐비티의 폭을 변경한 경우의 전자빔 방출에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면들이다.
이 시뮬레이션에 있어서는, 상기 시뮬레이션에서와 같은 조건이 적용되었다. 다만, 캐소드 전극에 형성된 캐비티의 폭(WC)만 보다 넓게 설정되었다.
이 시뮬레이션 결과, 도 14a를 보면 에미터 주위에 형성된 전계의 등전위선이 에미터를 보다 확실하게 감싸도록 형성됨을 알 수 있다. 그리고, 도 14b를 보면, 전류 밀도의 피크가 화소의 중심에 정확히 위치하게 됨을 알 수 있다.
결과적으로, 도 14c에 도시된 바와 같이, 형광층에 도달한 전자빔의 스폿 크기는 상기한 시뮬레이션에서의 스폿 크기보다 더욱 작아지게 된다. 그리고, 이 때의 전류 밀도는 상기한 시뮬레이션에서의 전류 밀도보다 더욱 높아지게 된다.
따라서, 캐소드 전극에 형성된 캐비티의 폭(WC)을 조절하면, 전류 밀도를 보다 높일 수 있으며, 또한 전자빔을 보다 효과적으로 집속시킬 수 있게 되므로, 고화질의 화상을 구현할 수 있게 된다.
도 15a, 도 15b 및 도 15c는 도 7에 도시된 본 발명의 변형예에 따른 전계방출 표시장치에 있어서의 전자빔 방출에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면들이다.
이 시뮬레이션 결과, 도 15a를 보면 절연물질층과 금속층으로 이루어진 도전층과 캐소드 전극에 형성된 캐비티에 의해 에미터 주위에 형성된 전계의 등전위선이 에미터를 감싸도록 형성되고, 이에 따라 에미터로부터 방출된 전자빔이 효과적으로 집속됨을 알 수 있다. 따라서, 도 15b에 도시된 바와 같이, 전류 밀도의 피크가 해당 화소 내에 정확히 위치하게 되고, 도 15c에 도시된 바와 같이, 형광층에 도달한 전자빔의 스폿 크기가 매우 작아지게 된다.
이와 같이, 도 7에 도시된 본 발명의 변형예에 따른 전계방출 표시장치도 전술한 실시예들에서와 동일한 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
도 16a 및 도 16b는 도 8에 도시된 본 발명의 다른 변형예에 따른 전계방출 표시장치에 있어서의 전자빔 방출에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면들이다.
이 시뮬레이션 결과, 도 16a와 도 16b를 보면, 절연물질층의 상면에 형성되어 캐소드 전극과 절연된 도전층에 의해서도 전술한 실시예들에서의 도전층과 동일한 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 특히, 도 8에 도시된 도전층을 가진 전계방출 표시장치에 있어서는, 도전층에 인가되는 전압을 조절함으로써 전자빔을 보다 효과적으로 집속시킬 수 있게 된다.
본 발명은 개시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 전계방출 표시장치에 의하면, 에미터로부터 방출된 전자빔의 포커싱 특성이 향상되어 화상의 색순도가 높아지게 되고, 이에 따라 고화질의 화상을 구현할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명에 따른 전계방출 표시장치에 의하면, 전류 밀도의 피크가 화소 내에 정확히 위치하게 되므로 화상의 휘도가 향상될 수 있다.
도 1a와 도 1b는 종래의 전계방출 표시장치의 일 예를 보여주는 도면들로서, 도 1a는 부분 단면도이고, 도 1b는 부분 평면도이다.
도 2a와 도 2b는 종래의 전계방출 표시장치의 다른 예들을 보여주는 개략적인 부분 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 구조를 도시한 부분 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 전계방출 표시장치에 있어서 배면 기판 상에 형성된 구성 요소들의 배치 구조를 보여주는 부분 평면도이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 도 3에 도시된 전계방출 표시장치에 있어서 캐소드 전극 상에 형성된 도전층의 세 가지 형태를 보여주는 부분 사시도들이다.
도 6, 도 7 및 도 8은 도 3에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 변형예들을 보여주는 부분 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 구조를 도시한 부분 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 구조를 도시한 부분 평면도이다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 도 1에 도시된 종래의 전계방출 표시장치에 있어서의 전자빔 방출에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면들이다.
도 12a, 도 12b 및 도 12c는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 전계방출 표시장치에 있어서, 캐소드 전극에 캐비티가 형성되지 않은 경우의 전자빔 방출에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면들이다.
도 13a, 도 13b 및 도 13c는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 전계방출 표시장치에 있어서, 캐소드 전극에 캐비티가 형성된 경우의 전자빔 방출에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면들이다.
도 14a, 도 14b 및 도 14c는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 전계방출 표시장치에 있어서, 캐소드 전극에 형성된 캐비티의 폭을 변경한 경우의 전자빔 방출에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면들이다.
도 15a, 도 15b 및 도 15c는 도 7에 도시된 본 발명의 변형예에 따른 전계방출 표시장치에 있어서의 전자빔 방출에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면들이다.
도 16a 및 도 16b는 도 8에 도시된 본 발명의 다른 변형예에 따른 전계방출 표시장치에 있어서의 전자빔 방출에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110...배면 기판 111,211,311...캐소드 전극
111a,211a,311a...캐비티 112,112',112",212,312...도전층
1121,1123...절연물질층 1122...금속층
112a,212a,312a...제1 개구 113,213,313...절연층
113a,213a,313a...제2 개구 114,214,314...게이트 전극
114a,214a,314a...제3 개구 115,215,315...에미터
120...전면 기판 121...애노드 전극
122...형광층 123...블랙 매트릭스
124...금속 박막층 125,225,325...화소

Claims (50)

  1. 제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 형성된 캐소드 전극;
    상기 캐소드 전극 위에 형성되며, 상기 캐소드 전극의 일부를 노출시키는 제1 개구를 가진 도전층;
    상기 도전층 위에 형성되며, 상기 제1 개구와 연통되는 제2 개구를 가진 절연층;
    상기 절연층 위에 형성되며, 상기 제2 개구와 연통되는 제3 개구를 가진 게이트 전극;
    상기 제1 개구 내에 노출된 상기 캐소드 전극 위에 형성되며, 서로 소정 간격 이격되도록 상기 제1 개구의 양측면 각각을 따라 배치된 에미터; 및
    상기 제1 기판과 소정 간격을 두고 마주보도록 배치되며, 그 일면에 애노드 전극과 소정 패턴의 형광층이 형성된 제2 기판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 캐소드 전극에는 상기 제1 기판을 노출시키는 캐비티가 형성되며, 상기 캐비티는 상기 에미터 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1 개구, 제2 개구, 제3 개구 및 상기 캐비티는 상기 캐소드 전극의 길이 방향으로 보다 긴 사각형의 형상을 가진 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제3 개구의 폭과 상기 제2 개구의 폭 각각은 상기 제1 개구의 폭보다 넓고, 상기 캐비티의 폭은 상기 제1 개구의 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 에미터 사이의 간격은 상기 제1 개구의 폭보다 좁고, 상기 캐비티의 폭은 상기 에미터 사이의 간격보다 좁은 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제3 개구의 폭은 상기 제2 개구의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제3 개구의 폭은 상기 제2 개구의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 도전층은 상기 캐소드 전극의 양측 가장자리 각각을 따라 그 길이방향으로 연장되면서 그 사이에 상기 제1 개구를 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 도전층은 상기 캐소드 전극의 양측 가장자리 각각에 소정 길이만큼 형성되면서 그 사이에 상기 제1 개구를 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 도전층은 상기 캐소드 전극 위에 상기 제1 개구의 둘레를 전부 둘러싸는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치,
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 도전층은, 상기 캐소드 전극 위에 형성되는 절연물질층과, 상기 절연물질층의 상면과 측면에 형성되어 상기 캐소드 전극과 접촉되는 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 개구는 하나의 화소에 대하여 각각 복수개가 마련되며, 상기 복수의 제1 개구 각각의 내부에 상기 에미터가 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  13. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 에미터는 카본계 물질로 이루어진 것을 특징을 하는 전계방출 표시장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 에미터는 탄소나노튜브로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  15. 제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 형성된 캐소드 전극;
    상기 캐소드 전극 위에 형성되며, 상기 캐소드 전극의 일부를 노출시키는 원형의 제1 개구를 가진 도전층;
    상기 도전층 위에 형성되며, 상기 제1 개구와 연통되는 원형의 제2 개구를 가진 절연층;
    상기 절연층 위에 형성되며, 상기 제2 개구와 연통되는 원형의 제3 개구를 가진 게이트 전극;
    상기 제1 개구 내에 노출된 상기 캐소드 전극 위에 형성되며, 상기 제1 개구의 내주면을 따라 배치된 링 형상의 에미터; 및
    상기 제1 기판과 소정 간격을 두고 마주보도록 배치되며, 그 일면에 애노드 전극과 소정 패턴의 형광층이 형성된 제2 기판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 캐소드 전극에는 상기 제1 기판을 노출시키는 원형의 캐비티가 형성되며, 상기 캐비티는 상기 에미터의 안쪽에 배치된 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  17. 제 15항 또는 제 16항에 있어서,
    상기 제3 개구의 내경과 상기 제2 개구의 내경 각각은 상기 제1 개구의 내경보다 넓고, 상기 캐비티의 내경은 상기 제1 개구의 내경보다 좁은 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 에미터의 내경은 상기 제1 개구의 내경보다 좁고, 상기 캐비티의 내경은 상기 에미터의 내경보다 좁은 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제3 개구의 내경은 상기 제2 개구의 내경과 동일한 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 제3 개구의 내경은 상기 제2 개구의 내경보다 넓은 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  21. 제 15항 또는 제 16항에 있어서,
    상기 도전층은, 상기 캐소드 전극 위에 형성되는 절연물질층과, 상기 절연물질층의 상면과 측면에 형성되어 상기 캐소드 전극에 접촉되는 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  22. 제 15항 또는 제 16항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 개구는 하나의 화소에 대하여 각각 복수개가 마련되며, 상기 복수의 제1 개구 각각의 내부에 상기 에미터가 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  23. 제 15항 또는 제 16항에 있어서,
    상기 에미터는 카본계 물질로 이루어진 것을 특징을 하는 전계방출 표시장치.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 에미터는 탄소나노튜브로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  25. 제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 형성된 캐소드 전극;
    상기 캐소드 전극 위에 형성된 절연물질층;
    상기 절연물질층의 상면에 형성된 도전층;
    상기 절연물질층과 도전층에 형성되어 상기 캐소드 전극의 일부를 노출시키는 제1 개구;
    상기 도전층 위에 형성되며, 상기 제1 개구와 연통되는 제2 개구를 가진 절연층;
    상기 절연층 위에 형성되며, 상기 제2 개구와 연통되는 제3 개구를 가진 게이트 전극;
    상기 제1 개구 내에 노출된 상기 캐소드 전극 위에 형성되며, 서로 소정 간격 이격되도록 상기 제1 개구의 양측면 각각을 따라 배치된 에미터; 및
    상기 제1 기판과 소정 간격을 두고 마주보도록 배치되며, 그 일면에 애노드 전극과 소정 패턴의 형광층이 형성된 제2 기판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 도전층은 상기 절연물질층에 의해 상기 캐소드 전극과 절연되는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  27. 제 25항 또는 제 26항에 있어서,
    상기 캐소드 전극에는 상기 제1 기판을 노출시키는 캐비티가 형성되며, 상기 캐비티는 상기 에미터 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 제1 개구, 제2 개구, 제3 개구 및 상기 캐비티는 상기 캐소드 전극의 길이 방향으로 보다 긴 사각형의 형상을 가진 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 제3 개구의 폭과 상기 제2 개구의 폭 각각은 상기 제1 개구의 폭보다 넓고, 상기 캐비티의 폭은 상기 제1 개구의 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 에미터 사이의 간격은 상기 제1 개구의 폭보다 좁고, 상기 캐비티의 폭은 상기 에미터 사이의 간격보다 좁은 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  31. 제 29항에 있어서,
    상기 제3 개구의 폭은 상기 제2 개구의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  32. 제 29항에 있어서,
    상기 제3 개구의 폭은 상기 제2 개구의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  33. 제 25항 또는 제 26항에 있어서,
    상기 절연물질층과 도전층은 상기 캐소드 전극의 양측 가장자리 각각을 따라 그 길이방향으로 연장되면서 그 사이에 상기 제1 개구를 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  34. 제 25항 또는 제 26항에 있어서,
    상기 절연물질층과 도전층은 상기 캐소드 전극의 양측 가장자리 각각에 소정 길이만큼 형성되면서 그 사이에 상기 제1 개구를 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  35. 제 25항 또는 제 26항에 있어서,
    상기 절연물질층과 도전층은 상기 캐소드 전극 위에 상기 제1 개구의 둘레를 전부 둘러싸는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  36. 제 25항 또는 제 26항에 있어서,
    상기 도전층은 그 길이방향의 양단부에서 상기 캐소드 전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  37. 제 25항 또는 제 26항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 개구는 하나의 화소에 대하여 각각 복수개가 마련되며, 상기 복수의 제1 개구 각각의 내부에 상기 에미터가 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  38. 제 25항 또는 제 26항에 있어서,
    상기 에미터는 카본계 물질로 이루어진 것을 특징을 하는 전계방출 표시장치.
  39. 제 38항에 있어서,
    상기 에미터는 탄소나노튜브로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  40. 제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 형성된 캐소드 전극;
    상기 캐소드 전극 위에 형성된 절연물질층;
    상기 절연물질층의 상면에 형성된 도전층;
    상기 절연물질층과 도전층에 형성되어 상기 캐소드 전극의 일부를 노출시키는 원형의 제1 개구;
    상기 도전층 위에 형성되며, 상기 제1 개구와 연통되는 원형의 제2 개구를 가진 절연층;
    상기 절연층 위에 형성되며, 상기 제2 개구와 연통되는 원형의 제3 개구를 가진 게이트 전극;
    상기 제1 개구 내에 노출된 상기 캐소드 전극 위에 형성되며, 상기 제1 개구의 내주면을 따라 배치된 링 형상의 에미터; 및
    상기 제1 기판과 소정 간격을 두고 마주보도록 배치되며, 그 일면에 애노드 전극과 소정 패턴의 형광층이 형성된 제2 기판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  41. 제 40항에 있어서,
    상기 도전층은 상기 절연물질층에 의해 상기 캐소드 전극과 절연되는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  42. 제 40항 또는 제 41항에 있어서,
    상기 캐소드 전극에는 상기 제1 기판을 노출시키는 원형의 캐비티가 형성되며, 상기 캐비티는 상기 에미터의 안쪽에 배치된 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  43. 제 42항에 있어서,
    상기 제3 개구의 내경과 상기 제2 개구의 내경 각각은 상기 제1 개구의 내경보다 넓고, 상기 캐비티의 내경은 상기 제1 개구의 내경보다 좁은 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  44. 제 43항에 있어서,
    상기 에미터의 내경은 상기 제1 개구의 내경보다 좁고, 상기 캐비티의 내경은 상기 에미터의 내경보다 좁은 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  45. 제 44항에 있어서,
    상기 제3 개구의 내경은 상기 제2 개구의 내경과 동일한 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  46. 제 44항에 있어서,
    상기 제3 개구의 내경은 상기 제2 개구의 내경보다 넓은 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  47. 제 40항 또는 제 41항에 있어서,
    상기 도전층은 그 길이방향의 양단부에서 상기 캐소드 전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  48. 제 40항 또는 제 41항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 개구는 하나의 화소에 대하여 각각 복수개가 마련되며, 상기 복수의 제1 개구 각각의 내부에 상기 에미터가 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  49. 제 40항 또는 제 41항에 있어서,
    상기 에미터는 카본계 물질로 이루어진 것을 특징을 하는 전계방출 표시장치.
  50. 제 49항에 있어서,
    상기 에미터는 탄소나노튜브로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
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