KR20050077962A

KR20050077962A - 전계 방출 표시장치

Info

Publication number: KR20050077962A
Application number: KR1020040005970A
Authority: KR
Inventors: 김일환
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-04

Abstract

전극의 끝단까지 구동신호가 정확하게 전달되고 애노드 전극에서 방전 또는 방출된 전류가 과다하게 흐르는 경우에 전극이 끊어지는 현상을 방지할 수 있도록, 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 상기 캐소드 전극 위에 교차하는 패턴으로 형성되고 에미터와 소정의 간격을 두고 위치하도록 일정 부분이 제거된 형상으로 형성되며 에미터와 인접한 부분은 박막으로 이루어지고 나머지 부분은 후막 또는 후막과 박막으로 이루어지는 다수의 게이트 전극과, 제2기판 상에 형성되는 애노드 전극과, 애노드 전극의 일면에 소정의 패턴으로 형성되는 형광막을 포함하여 이루어지는 전계 방출 표시장치를 제공한다.

Description

전계 방출 표시장치 {Field Emission Display Device}

본 발명은 전계 방출 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 게이트 전극을 박막부와 후막부로 구성하는 것에 의하여 저항을 감소시켜 전극의 끝단까지 구동신호가 정확하게 전달되도록 이루어지는 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.

일반적으로 종래 전계 방출 표시장치에 있어서는 캐소드 전극, 게이트 전극, 애노드 전극 등을 ITO 박막을 이용한 박막 형태로 형성한다.

상기에서 특히 게이트 전극을 대략 3㎛ 이상의 두께를 갖는 후막으로 형성하면 표면이 대략 1㎛ 이하의 두께를 갖는 박막으로 형성하는 것에 비하여 매우 거칠게 형성되므로, 전계의 형성이 불균일하게 되고, 이로 인하여 화질의 품질이 저하된다. 따라서 종래에 있어서 게이트 전극은 대략 1㎛ 이하의 두께를 갖는 박막으로 형성한다.

그러나 게이트 전극을 대략 1㎛ 이하의 두께를 갖는 박막으로 형성하는 경우에는 저항이 증가하므로 전극의 끝단까지 구동신호가 정확하게 전달되지 않게 되고, 애노드 전극으로부터 방전 또는 방출되는 전류의 과다한 부분이 게이트 전극으로 흐르는 경우 저항으로 인하여 게이트 전극이 끊어지는 현상이 발생한다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 게이트 전극의 일부를 후막으로 형성하여 저항을 감소시키므로 전극의 끝단까지 구동신호가 정확하게 전달되고 애노드 전극에서 방전 또는 방출된 전류가 과다하게 흐르는 경우에 전극이 끊어지는 현상을 방지한 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 소정의 간격을 두고 위치하도록 일정 부분이 제거된 형상으로 형성되며 상기 에미터와 인접한 부분은 박막으로 이루어지고 나머지 부분은 후막 또는 후막과 박막으로 이루어지는 다수의 게이트 전극과, 상기 제2기판 상에 형성되는 애노드 전극과, 상기 애노드 전극의 일면에 소정의 패턴으로 형성되는 형광막을 포함하여 이루어진다.

상기 게이트 전극은 적어도 상기 에미터와 인접하여 위치하는 모서리부분은 박막으로 형성한다.

상기 게이트 전극은 전체적으로 박막으로 형성하고, 상기 에미터와 인접하여 위치하는 모서리부분을 제외하고는 박막 위에 후막을 추가로 형성하여 이루어지는 것도 가능하다.

상기 게이트 전극은 상기 에미터와 인접하여 위치하는 모서리부분은 박막으로 형성하고, 나머지 부분은 박막과 전기적으로 연결되는 후막으로 형성하여 이루어지는 것도 가능하다.

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 소정의 간격을 두고 위치하도록 일정 부분이 제거된 형상으로 형성되며 박막(42)과 후막(44)으로 이루어지는 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 도 3에 나타낸 바와 같이 웨지(wedge)형으로 형성하는 것도 가능하고, 도 4에 나타낸 바와 같이 콘(cone)형으로 형성하는 것도 가능하며, 도면에 나타내지 않았지만 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 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 절연층(26) 위에 스트라이프 패턴으로 형성되는 박막층(42)과, 상기 박막층(42) 위에 형성되고 상기 에미터(28)에 인접하지 않도록 상기 박막층(42)의 길이방향을 따라 양쪽 모서리부분에 형성되는 후막층(44)으로 이루어진다.

상기에서 박막층(42)은 대략 1㎛ 이하의 두께로 형성하고, 후막층(44)은 대략 2㎛ 이상의 두께로 형성한다. 상기 후막층(44)을 2㎛ 미만의 두께로 형성하면 게이트 전극(40)의 저항을 줄이는 효과가 충분하게 얻어지지 않는다.

상기 후막층(44)은 도전성 금속재료를 페이스트화하여 스크린인쇄법 등을 이용하여 형성한다.

상기 후막층(44)을 형성하는 도전성 금속재료로는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴/텅스텐(Mo/W), 몰리브덴/망간(Mo/Mn), 납(Pb), 주석(Sn), 크롬(Cr), 크롬/알루미늄(Cr/Al) 등을 단독으로 또는 2개 이상을 혼합하여 사용한다.

상기 후막층(44)을 형성하는 도전성 금속재료의 입자는 수미크론(㎛) 이하의 입경을 갖는 미세한 입자를 사용한다.

상기 박막층(42)은 ITO, 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 크롬/알루미늄(Cr/Al) 등을 증착법 등을 이용하여 증착시켜 형성한다.

상기 게이트 전극(40)은 적어도 상기 에미터(28)와 인접하여 위치하는 모서리부분은 박막층(42)으로 형성한다.

상기 게이트 전극(40)은 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 에미터(28)와 인접하여 위치하는 부분은 길이방향을 따라 길게 박막층(42)으로 형성하고, 박막층(42)의 양쪽 바깥쪽 부분은 길이방향을 따라 길게 후막층(44)으로 형성하는 것도 가능하다.

상기에서 박막층(42)과 후막층(44)은 서로 전기적으로 연결되도록 구성한다.

그리고 상기 게이트 전극(40)은 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 에미터(28)와 인접하여 위치하는 부분에는 에미터(28)를 둘러싸는 형상으로 박막층(42)으로 형성하고, 나머지 부분은 후막층(44)으로 형성하는 것도 가능하다.

상기와 같이 에미터(28)에 인접한 부분만 박막층(42)으로 형성하고 나머지 부분은 후막층(44)으로 형성하면, 박막층(42) 위에 후막층(44)을 형성할 때에 후막 형성에 필요한 열공정으로 인하여 이미 형성된 박막층(42)이 스트레스를 받아 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또 상기 게이트 전극(40)은 먼저 후막층(44)을 형성하고 그 다음에 박막층(42)을 형성하는 것에 의하여 후막을 형성하기 위한 열공정으로 인하여 박막층(42)에 크랙이 발생하는 것을 방지하는 것도 가능하다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치에 있어서는 후막층(44)이 게이트 전극(40)의 전압이 인가되는 주전극으로 기능하고, 박막층(42)이 전계 형성을 위한 보조전극으로 기능한다.

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.

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, 게이트 전극을 박막과 후막으로 형성하여 전압을 인가시키는 부분은 후막을 이용하고 전계를 형성시키는 부분은 박막을 이용하므로, 전계를 균일하게 형성함은 물론 전극의 저항을 감소시키는 것이 가능하다.

또 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치에 의하면, 게이트 전극에 후막을 형성하므로, 전체적인 저항이 감소되어 전극의 끝단까지 균일한 구동신호를 전송하는 것이 가능하다.

그리고 애노드 전극으로부터의 아킹(arcing) 등으로 인한 비정상적인 과도한 전류나 전계 방출 전류가 애노드 전극으로 가지 못하고 게이트 전극으로 흐르는 경우에, 종래에는 박막에서 상대적으로 높은 저항값으로 인하여 그 전류를 감당하지 못하고 끊어지는 현상이 발생하지만, 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치에 의하면 게이트 전극에 후막을 형성하므로 과도한 전류가 흐르는 경우에도 전극이 단절되는 것이 방지된다.

도 1은 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 제1실시예를 나타내는 부분확대 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 제1실시예를 나타내는 부분확대 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 제1실시예에 있어서 에미터의 다른 예를 나타내는 부분확대 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 제1실시예에 있어서 에미터의 또 다른 예를 나타내는 부분확대 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 제2실시예를 나타내는 부분확대 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 제2실시예를 나타내는 부분확대 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 제3실시예를 나타내는 부분확대 사시도이다.

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 소정의 간격을 두고 위치하도록 일정 부분이 제거된 형상으로 형성되며 상기 에미터와 인접한 부분은 박막으로 이루어지고 나머지 부분은 후막으로 이루어지는 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 전극은 상기 에미터와 인접하여 위치하는 모서리부분은 박막으로 형성하고, 나머지 부분은 박막과 전기적으로 연결되는 후막으로 형성하여 이루어지는 전계 방출 표시장치.
청구항 1에 있어서,

상기 게이트 전극은 상기 에미터와 인접하여 위치하는 부분은 길이방향을 따라 길게 박막층으로 형성하고, 박막층의 양쪽 바깥쪽 부분은 길이방향을 따라 길게 후막층으로 형성하여 이루어지는 전계 방출 표시장치.
청구항 1에 있어서,

상기 게이트 전극은 상기 에미터와 인접하여 위치하는 부분에는 에미터를 둘러싸는 형상으로 박막층으로 형성하고, 나머지 부분은 후막층으로 형성하여 이루어지는 전계 방출 표시장치.
청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,

상기 게이트 전극은 후막층을 먼저 형성하고 그 다음에 박막층을 형성하여 이루어지는 전계 방출 표시장치.
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 소정의 간격을 두고 위치하도록 일정 부분이 제거된 형상으로 형성되며 상기 에미터와 인접한 부분은 박막으로 이루어지고 나머지 부분은 후막과 박막으로 이루어지는 다수의 게이트 전극과,

상기 제2기판 상에 형성되는 애노드 전극과,

상기 애노드 전극의 일면에 소정의 패턴으로 형성되는 형광막을 포함하는 전계 방출 표시장치.
청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,

상기 게이트 전극은 적어도 상기 에미터와 인접하여 위치하는 모서리부분은 박막으로 형성하는 전계 방출 표시장치.
청구항 6에 있어서,

상기 게이트 전극은 전체적으로 박막으로 형성하고, 상기 에미터와 인접하여 위치하는 모서리부분을 제외하고는 박막 위에 후막을 추가로 형성하여 이루어지는 전계 방출 표시장치.
청구항 6에 있어서,

상기 게이트 전극은 상기 절연층 위에 스트라이프 패턴으로 형성되는 박막층과, 상기 박막층 위에 형성되고 상기 에미터에 인접하지 않도록 상기 박막층의 길이방향을 따라 양쪽 모서리부분에 형성되는 후막층으로 이루어지는 전계 방출 표시장치.
청구항 3 내지 청구항 4 및 청구항 9 중 어느 한항에 있어서,

상기 박막층은 1㎛ 이하의 두께로 형성하고,

상기 후막층은 2㎛ 이상의 두께로 형성하는 전계 방출 표시장치.
청구항 3 내지 청구항 4 및 청구항 9 중 어느 한항에 있어서,

상기 후막층은 도전성 금속을 페이스트화하여 스크린인쇄법을 이용하여 형성하는 전계 방출 표시장치.
청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,

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