KR20050077957A

KR20050077957A - 전계 방출 표시장치

Info

Publication number: KR20050077957A
Application number: KR1020040005965A
Authority: KR
Inventors: 최용수
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-04

Abstract

빔집속을 보다 확실하게 행하는 것이 가능하므로 복잡한 추가공정이 필요없이 빔퍼짐을 개선하는 것이 가능하도록, 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 제1기판 및 제2기판과, 제1기판 상에 소정의 간격으로 형성되는 다수의 캐소드 전극과, 캐소드 전극 위에 형성되는 다수의 에미터와, 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극 위에 교차하는 패턴으로 형성되고 에미터와 인접하지 않는 부분의 일부를 제거하여 캐소드전위유도부를 형성하는 다수의 게이트 전극과, 제2기판 상에 형성되는 애노드 전극과, 애노드 전극의 일면에 소정의 패턴으로 형성되는 형광막을 포함하는 전계 방출 표시장치를 제공한다.

Description

전계 방출 표시장치 {Field Emission Display Device}

본 발명은 전계 방출 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 게이트 전극의 일부를 제거하여 캐소드 전극에 의한 전계의 변화를 유도하므로 빔집속을 행하고 빔의 퍼짐현상을 개선한 전계 방출 표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 전계 방출 표시장치(FED;Field Emission Display)는 양자역학적인 터널링 효과를 이용하여 캐소드 전극에 형성된 에미터로부터 전자를 방출시키고, 방출된 전자를 애노드 전극에 형성된 형광막에 충돌시켜 발광시키는 것에 의하여 소정의 영상을 구현하는 평판 표시장치로서, 캐소드 전극과 게이트 전극 및 애노드 전극으로 이루어지는 3극관 구조가 널리 사용되고 있다.

종래 3극관 구조의 전계 방출 표시장치는 제1기판 상에 다수의 캐소드 전극을 소정의 간격으로 스트라이프 패턴으로 형성하고, 캐소드 전극 위에 절연층을 형성한 다음, 절연층 위에 캐소드 전극과 직교하는 스트라이프 패턴으로 게이트 전극을 형성하고, 캐소드 전극과 게이트 전극이 교차하는 부분의 절연층과 게이트 전극 일부를 제거하고 이 부분에 캐소드 전극과 연결되도록 에미터를 형성하고, 제2기판 상에 애노드 전극을 형성하고, 애노드 전극 위에 블랙매트릭스막을 사이에 두고 적색(R)과 녹색(G) 및 청색(B)의 형광막을 교대로 배열 형성하여 이루어진다.

상기와 같이 구성되는 전계 방출 표시장치는 캐소드 전극과 게이트 전극에 소정의 구동전압을 인가하고, 애노드 전극에 수백∼수천V의 (+)전압을 인가하면, 캐소드 전극과 게이트 전극의 전압 차에 의해 에미터 주위에 전계가 형성되며 이에 의하여 전자가 방출되고, 방출된 전자가 고전압이 인가된 애노드 전극쪽으로 이동하여 대응하는 형광막에 충돌 발광시키는 것에 의하여 소정의 영상 표시가 이루어진다.

최근에는 에미터로 선단이 뾰족한 종래의 스핀트(spindt)타입을 대신하여 캐소드 전극 위에 평탄하게 형성되는 면타입 구조가 주로 사용되고 있다. 이러한 면타입 에미터는 저전압(대략 10∼100V) 구동조건에서 전자를 양호하게 방출하는 카본계 물질을 이용하여 스크린인쇄와 같은 후막공정을 이용하여 도포한 다음 소성하는 과정을 통하여 형성되며, 종래 스핀트타입의 에미터와 비교하여 제조공정이 비교적 단순하고 대면적 표시장치의 제작에 유리한 장점을 갖는다.

상기와 같은 면타입 에미터를 적용하는 경우에는 고휘도의 영상을 얻기 위해서 애노드 전극에 스핀트타입이 에미터에 비하여 보다 높은 고전압을 인가하여야 하며, 이에 대하여 캐소드 전극과 애노드 전극 사이의 공간을 충분하게 확보할 필요가 있다. 그러나 캐소드 전극과 애노드 전극 사이의 공간이 많아지면 방출된 전자빔의 퍼짐에 의한 색순도의 악화와 고해상도의 소자를 제작에 한계가 있다는 문제가 있다.

상기한 문제를 해결하기 위하여 도 10에 나타낸 바와 같이, 이중의 게이트 전극(8), (9)을 형성하여 빔집속을 유도하는 기술이 공개되어 있다. 즉 기판(2) 위에 캐소드 전극(3)을 형성하고, 캐소드 전극(3) 위에 제1절연층(4)을 형성하고, 제1절연층(4) 위에 제1게이트 전극(8)을 형성하고, 제1게이트 전극(8) 위에 제2절연층(5)을 형성하고, 제2절연층(5) 위에 제2게이트 전극(9)을 형성하며, 제1절연층(4), 제1게이트 전극(8), 제2절연층(5), 제2게이트 전극(9)의 일부를 제거하여 형성한 공간의 캐소드 전극(3) 위에 탄소나노튜브(CNT;Carbon Nanotube) 등을 이용하여 면타입 에미터(6)를 형성한다.

상기와 같은 구조에서는 제1게이트 전극(8)에 의하여 형성되는 전계와 제2게이트 전극(9)에 의하여 형성되는 전계에 의하여 에미터(6)에서 방출되는 전자빔의 집속이 이중으로 이루어지므로 빔집속이 보다 확실하게 이루어지고 빔의 퍼짐이 개선된다.

그러나 상기와 같은 이중 게이트 구조의 경우에는 제1게이트 전극(8)과 제2게이트 전극(9) 사이의 절연성 확보와 공정의 난이도 등에 의하여 실시에 어려움이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 게이트 전극의 일부를 제거하여 캐소드 전극의 전계가 절연층 위로 영향을 미치도록 구성하는 것에 의하여 빔집속을 보다 확실하게 행하는 것이 가능하므로 복잡한 추가공정이 필요없이 빔퍼짐을 개선하는 것이 가능한 전계 방출 표시장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 제안하는 전계 방출 표시장치는 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 제1기판 및 제2기판과, 상기 제1기판 상에 소정의 간격으로 형성되는 다수의 캐소드 전극과, 상기 캐소드 전극 위에 형성되는 다수의 에미터와, 절연층을 사이에 두고 상기 캐소드 전극 위에 교차하는 패턴으로 형성되고 상기 에미터와 인접하지 않는 부분의 일부를 제거하여 캐소드전위유도부를 형성하는 다수의 게이트 전극과, 상기 제2기판 상에 형성되는 애노드 전극과, 상기 애노드 전극의 일면에 소정의 패턴으로 형성되는 형광막을 포함하여 이루어진다.

다음으로 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 제1실시예는 도 1∼도 2에 나타낸 바와 같이, 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 제1기판(20) 및 제2기판(22)과, 상기 제1기판(20) 상에 소정의 간격으로 형성되는 다수의 캐소드 전극(24)과, 상기 캐소드 전극(24) 위에 형성되는 다수의 에미터(28)와, 절연층(26)을 사이에 두고 상기 캐소드 전극(24) 위에 교차하는 패턴으로 형성되고 상기 에미터(28)와 인접하지 않는 부분의 일부를 제거하여 캐소드전위유도부(44)를 형성하는 다수의 게이트 전극(40)과, 상기 제2기판(22) 상에 형성되는 애노드 전극(30)과, 상기 애노드 전극(30)의 일면에 소정의 패턴으로 형성되는 형광막(32)을 포함하여 이루어진다.

그리고 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 제1실시예는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 제1기판(20)과 제2기판(22) 사이에 설치되고 다수의 빔통과공(37)이 상기 에미터(28)에 대응되는 소정의 패턴으로 배열되어 형성되는 그리드 플레이트(36)를 설치하는 것도 가능하다.

상기 그리드 플레이트(36)는 상기 에미터(28)에서 방출되는 전자빔의 집속 성능을 높이는 역할을 하며, 다수의 빔통과공(37)이 소정의 간격으로 형성된 메시(mesh)형태로 이루어진다.

상기 게이트 전극(40) 및 캐소드 전극(24)은 스트라이프 패턴으로 형성하며, 서로 직교하는 방향으로 배열하여 형성한다. 예를 들면 상기 캐소드 전극(24)은 도 1의 Y축 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성하고, 상기 게이트 전극(40)은 도 1의 X축 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성한다.

상기 게이트 전극(40) 및 캐소드 전극(24)의 사이에는 제1기판(20)의 전체 면적에 걸쳐서 절연층(26)을 형성한다.

상기 게이트 전극(40)과 캐소드 전극(24)이 교차하는 영역마다 캐소드 전극(24)과 전기적으로 연결되도록 전자 방출원인 에미터(28)를 형성한다.

상기 에미터(28)는 균일한 두께로 형성되는 면전자원으로서, 대략 10∼100V정도의 저전압 구동조건에서 전자를 양호하게 방출하는 카본계 물질을 이용하여 형성한다. 상기 에미터(28)를 형성하는 카본계 물질로는 그라파이트(graphite), 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(DLC;Diamond Liked Carbon), 카본 나노튜브(CNT;Carbon Nanotube), C₆₀(fulleren) 등에서 선정하여 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용 가능하다. 특히 카본 나노튜브는 끝단의 곡률 반경이 수∼수십nm 정도로 극히 미세하여 1∼10V/㎛ 정도의 낮은 전계에서도 전자를 양호하게 방출하므로 이상적인 전자 방출원으로 알려져 있다.

상기 에미터(28)는 도면에 나타내지 않았지만, 웨지(wedge)형이나 콘(cone)형, 박막필름에지(thin film edge)형 등 다양한 형상으로 형성하는 것이 가능하다.

상기 게이트 전극(40) 및 절연층(26)에는 상기 에미터(28)를 캐소드 전극(24) 위에 형성하기 위한 공간 및 전계방출을 위한 공간인 에미터구멍(27), (41)을 형성한다.

상기 제2기판(22)에 형성되는 애노드 전극(30)은 ITO 등과 같이 광투과율이 우수한 투명전극으로 형성한다.

상기 제2기판(22)에 형성되는 형광막(32)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 게이트 전극(40) 방향(도 1에서 X축 방향)을 따라 적색(R) 형광막(32R), 녹색(G) 형광막(32G), 청색(B) 형광막(32B)을 소정의 간격을 두고 차례로 교대로 배열하여 이루어진다.

또 상기 각각의 형광막(32R), (32G), (32B) 사이에는 콘트라스트 향상을 위하여 블랙매트릭스막(33)을 형성한다.

그리고 상기 형광막(32)과 블랙매트릭스막(33) 위에는 도 2에 나타낸 바와 같이, 알루미늄 등으로 이루어지는 금속박막층(34)을 형성하는 것도 가능하다. 상기 금속박막층(34)은 내전압특성과 휘도향상에 도움을 준다.

또한 상기 형광막(32)과 블랙매트릭스막(33)을 제2기판(22)에 직접 형성하고, 그 위에 금속박막층(34)을 형성하여 고전압을 인가하여 애노드 전극으로 기능하도록 구성하는 것도 가능하다. 이 경우에는 투명전극으로 제2기판(22) 상에 애노드 전극(30)을 형성하는 것에 비하여 높은 전압을 수용할 수 있으므로 화면의 휘도향상에 유리하다.

상기와 같이 구성되는 제1기판(20)과 제2기판(22)은 캐소드 전극(24)과 형광막(32)이 직교하도록 마주한 상태에서 소정의 간격을 두고 실링물질(밀봉재)에 의해 접합되며, 그 사이에 형성되는 내부 공간은 배기시켜 진공상태를 유지한다.

또 제1기판(20)과 제2기판(22)의 간격을 일정하게 유지시키기 위하여 스페이서(38)를 제1기판(20)과 제2기판(22)의 사이에 소정의 간격으로 배열하여 설치한다. 상기 스페이서(38)는 화소의 위치 및 전자빔의 경로를 피하여 설치하는 것이 바람직하다. 상기 스페이서(38)는 상기 제1기판(20)과 제2기판(22) 사이에 설치되는 그리드 플레이트(36)를 지지하는 역할도 담당한다.

상기 게이트 전극(40)은 도 3∼도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 절연층(26) 위에 스트라이프 패턴으로 형성되는 전극부(42)와, 상기 절연층(26)이 노출되도록 상기 전극부(42)의 일부를 제거하여 형성되는 캐소드전위유도부(44)로 이루어진다.

상기 게이트 전극(40)은 상기 에미터(28)와 인접하여 위치하는 모서리부분은 전극부(42)로 형성한다.

상기 캐소드전위유도부(44)는 스트라이프 패턴의 길이방향을 따라 길게 형성되는 직사각형 형상으로 형성한다.

상기 캐소드전위유도부(44)는 에미터(28)를 중앙에 놓고 양쪽으로 대칭형상으로 형성하는 것이 노출된 절연층(26)의 표면으로 유도되는 캐소드 전극(24)의 전위가 균일하게 전계를 형성하므로 바람직하다.

상기에서 에미터(28)의 양쪽에 형성되는 캐소드전위유도부(44)의 형상이나 면적이 서로 다르게 되면, 절연층(26)의 표면으로 유도되는 캐소드 전극(24)의 전위가 불균일하게 전계를 형성하여 에미터(28)로부터 방출되는 전자빔의 빔집속이 왜곡될 가능성이 있다. 따라서 절연층(26)의 표면으로 유도되는 캐소드 전극(24)의 전위가 균일하게 작용하도록 캐소드전위유도부(44)를 형성하는 것이 중요하다.

상기 절연층(26)은 증착법 등을 이용하여 대략 1∼3㎛ 정도의 두께를 갖는 박막으로 형성하는 것도 가능하고, 인쇄법 등을 이용하여 대략 10㎛ 이상의 두께를 갖는 후막으로 형성하는 것도 가능하다.

또 상기 캐소드전위유도부(44)는 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 에미터(28)가 형성되는 에미터구멍(41)의 형상을 따라 게이트 전극(40)의 전극부(42)를 제거하여 형성하는 것도 가능하다.

상기에서 캐소드전위유도부(44)는 전극부(42)가 중간에 절단되는 부분이 없이 전체가 서로 연결되도록 양쪽으로 나누어 대칭되는 형상으로 형성한다.

상기 캐소드전위유도부(44)는 전극부(42)가 동일한 폭으로 에미터(28)를 둘러싸도록 에미터구멍(41)의 형상을 따라 일부분을 반원형으로 형성한다.

상기 캐소드전위유도부(44)는 에미터구멍(41)을 형성하는 과정에서 동시에 형성한다.

상기와 같이 캐소드전위유도부(44)를 형성하면 도 8에 나타낸 바와 같이, 절연층(26)의 아래에 위치하는 캐소드 전극(24)의 전위가 노출된 절연층(26)의 표면으로 유도되어 전계를 형성하여 게이트 전극(40)에 의하여 형성되는 전계에 영향을 주게 되고, 양쪽에서 형성되는 캐소드 전극(24)의 유도된 전위에 의하여 게이트 전극(40)의 전계는 빔을 집속시키는 방향으로 변형된다.

따라서 도 9에 나타낸 바와 같은 상태로 빔궤적이 넓게 퍼지도록 게이트 전극(7)의 전계가 형성되는 종래 전계 방출 표시장치에 비하여 본 발명에 의하면 빔궤적이 보다 빔이 집속되도록 폭이 좁게 형성됨을 확인할 수 있다.

다음으로 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 작동과정을 설명한다.

먼저 외부로부터 게이트 전극(40), 캐소드 전극(24), 그리드 플레이트(36), 애노드 전극(30)에 소정의 전압을 인가하여 구동시킨다. 이 때 각 전극에 인가하는 전압은 예를 들면 게이트 전극(40)에는 수∼수십V의 (+)전압, 캐소드 전극(24)에는 수∼수십V의 (-)전압, 그리드 플레이트(36)에는 수십∼수백V의 (+)전압, 애노드 전극(30)에는 수백∼수천V의 (+)전압으로 설정한다.

상기와 같이 각 전극에 전압이 인가되면, 게이트 전극(40)과 캐소드 전극(24) 사이의 전압 차에 의하여 에미터(28) 주위에 전계가 형성되어 에미터(28)로부터 전자가 방출되고, 방출된 전자는 그리드 플레이트(36)에 인가된 (+)전압에 이끌려 제2기판(22)쪽으로 향하면서 그리드 플레이트(36)의 빔통과공(37)을 통과한 다음, 애노드 전극(30)에 인가된 고전압에 이끌려 해당 화소의 형광막(32)에 충돌하여 발광시키는 것에 의하여 소정의 영상을 구현한다.

상기에서 에미터(28)에서 방출된 전자는 캐소드전위유도부(44)에 의하여 형성된 전계의 영향으로 보다 집속된 상태로 빔통과공(37)을 통과하여 해당 화소의 형광막(32)에 충돌하므로 타색발광의 우려가 없고 휘도가 향상된다.

상기에서는 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치에 의하면, 캐소드 전극의 전위가 노출된 절연층의 표면으로 유도되어 에미터의 양쪽에서 빔이 보다 집속되도록 게이트 전극에 의한 전계에 영향을 주므로, 빔퍼짐이 개선되고 타색발광이 최소화되며, 색순도 및 휘도가 향상된다.

또 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치에 의하면, 종래 이중 게이트 구조에 비하여 추가의 절연층 및 게이트 전극을 형성하지 않아도 되므로, 제조공정이 간단하고 원가절감이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 일실시예를 나타내는 부분확대 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 일실시예를 나타내는 부분확대 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 일실시예에 있어서 게이트 전극을 나타내는 부분확대 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 일실시예에 있어서 게이트 전극을 나타내는 부분확대 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 일실시예에 있어서 게이트 전극을 나타내는 부분단면 확대사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 다른 실시예에 있어서 게이트 전극을 나타내는 부분확대 사시도이다.

도 7은 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 다른 실시예에 있어서 게이트 전극을 나타내는 부분단면 확대사시도이다.

도 8은 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 일실시예에 있어서 전계 및 빔궤적을 모식적으로 나타내는 부분확대 단면도이다.

도 9는 종래 전계 방출 표시장치에 있어서 전계 및 빔궤적을 모식적으로 나타내는 부분확대 단면도이다.

도 10은 종래 이중 게이트 전극을 갖는 전계 방출 표시장치를 나타내는 부분확대 단면도이다.

Claims

소정의 간격을 두고 대향 배치되는 제1기판 및 제2기판과,

상기 제1기판 상에 소정의 간격으로 형성되는 다수의 캐소드 전극과,

상기 캐소드 전극 위에 형성되는 다수의 에미터와,

절연층을 사이에 두고 상기 캐소드 전극 위에 교차하는 패턴으로 형성되고 상기 에미터와 인접하지 않는 부분의 일부를 제거하여 캐소드전위유도부를 형성하는 다수의 게이트 전극과,

상기 제2기판 상에 형성되는 애노드 전극과,

상기 애노드 전극의 일면에 소정의 패턴으로 형성되는 형광막을 포함하는 전계 방출 표시장치.
청구항 1에 있어서,

상기 게이트 전극 및 절연층에는 상기 에미터를 캐소드 전극 위에 형성하기 위한 공간 및 전계방출을 위한 공간인 에미터구멍을 형성하고,

상기 게이트 전극은 상기 절연층 위에 스트라이프 패턴으로 형성되는 전극부와 상기 절연층이 노출되도록 상기 전극부의 일부를 제거하여 형성되는 캐소드전위유도부로 이루어지는 전계 방출 표시장치.
청구항 2에 있어서,

상기 캐소드전위유도부는 상기 전극부가 상기 에미터와 인접한 부분 및 바깥쪽 모서리부분이 남겨지도록 스트라이프 패턴의 길이방향을 따라 길게 직사각형으로 형성하는 전계 방출 표시장치.
청구항 3에 있어서,

상기 캐소드전위유도부는 상기 전극부가 동일한 폭으로 상기 에미터를 둘러싸도록 에미터구멍의 형상을 따라 일부분을 반원형으로 형성하는 전계 방출 표시장치.
청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한항에 있어서,

상기 캐소드전위유도부는 전극부가 중간에 절단되는 부분이 없이 전체가 서로 연결되도록 양쪽으로 나누어 대칭되는 형상으로 형성하는 전계 방출 표시장치.
청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한항에 있어서,

상기 캐소드전위유도부는 에미터구멍을 형성하는 과정에서 동시에 형성하는 전계 방출 표시장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 절연층은 증착법을 이용하여 박막으로 형성하는 전계 방출 표시장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 절연층은 인쇄법을 이용하여 후막으로 형성하는 전계 방출 표시장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 에미터는 그라파이트, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, 카본 나노튜브, C₆₀ 중에서 선정하여 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 면형상으로 형성하는 전계 방출 표시장치.