KR20050086233A - 전계 방출 표시 소자 - Google Patents

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Abstract

전자 방출원을 게이트 전극의 외곽에 배치한 전자 방출 표시 소자에 관한 것으로, 본 발명은, 서로 마주보도록 배치되는 한쌍의 애노드 기판 및 캐소드 기판; 상기 캐소드 기판에 배치되는 게이트 전극; 상기 게이트 전극의 적어도 일부분을 노출시키는 절연층 홀들을 구비하며, 상기 게이트 전극 위에 배치되는 절연층; 상기 절연층 위에 배치되는 캐소드 전극; 및 상기 노출된 게이트 전극의 외곽으로 상기 캐소드 전극에 배치되는 전자 방출원;을 포함하는 전자 방출 표시 소자를 제공한다. 여기에서, 상기 절연층 홀은 선형 패턴 또는 도트형 패턴으로 형성되며, 전자 방출원은 선형 패턴 또는 링형 패턴으로 형성된다.

Description

전계 방출 표시 소자{FIELD EMISSION DISPLAY DEVICE}
본 발명은 전자 방출 표시 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자 방출원을 게이트 전극의 외곽에 배치한 전자 방출 표시 소자에 관한 것이다.
냉음극을 이용하는 전자 방출 표시 소자는 크게 에프이디(FED: Field Emission Display), 에스이디(SED: Surface Conduction Emitting Display), 엠아이엠(MIM; Metal Insulator Matal)으로 나눌 수 있다.
이 중에서, 상기 전계 방출 표시 소자(FED; field emission display device)는 양자역학적인 터널링 효과를 이용하여 캐소드 전극에 제공된 에미터에서 전자를 방출시키고, 방출된 전자는 애노드 전극에 제공된 형광층에 충돌하여 상기 형광층을 여기시킴으로써 소정의 화상을 구현하는 표시 소자이다.
이러한 전계 방출 표시 소자는 프릿(frit)과 같은 밀봉재에 의해 가장자리가 접합되어 진공 용기를 구성하는 캐소드 기판과 애노드 기판을 포함하며, 캐소드 기판에는 전계 형성으로 전자를 방출하는 구성이, 그리고 애노드 기판에는 전자에 의해 가시광을 내어 소정의 이미지를 구현하는 구성이 제공된다.
상기한 전계 방출 표시 소자에 있어서, 근래에는 전자 방출원에서 방출된 전자를 집속하여 빔 퍼짐 현상을 억제함으로써 색 재현 범위를 확보함과 동시에 발광 균일도를 얻기 위해 많은 방법이 연구되고 있는데, 이러한 방법으로는 하나의 픽셀 또는 서브 픽셀에 있어서 게이트 전극에 의한 전계 강도를 상기 픽셀 또는 서브 픽셀의 중심부와 주변부에서 서로 다르게 구성하거나, 전자 방출원에서 방출된 전자를 가속 또는 집속하기 위한 제어 전극을 별도로 형성하는 방법이 있다.
그러나, 상기한 방법들은 캐소드 기판의 각 층에 적층되는 구조물들의 정렬 문제 등으로 인해 모든 화소의 구조를 균일하게 형성하는 것이 용이하지 않고, 또한 다이오드형 발광 등의 문제로 인해 애노드 기판의 애노드 전극에 고전압을 인가할 수 없어 고휘도 소자의 제조가 어려운 문제점이 있다.
이에, 본 발명인은 상기한 문제점들을 제거할 수 있음과 동시에, 전자 방출원에서 방출된 전자를 효과적으로 집속할 수 있는 전계 방출 표시 소자에 대해 연구하던 중에 상기한 빔 퍼짐 현상이 게이트 전극과 전자 방출원 사이의 배치 관계로부터 발생된다는 것을 알 수 있었다.
이를 상술하면, 종래의 전계 방출 표시 소자는 캐소드 기판 위에 복수의 캐소드 전극들이 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들 위에는 절연층을 사이에 두고 게이트 전극들이 상기 캐소드 전극들과 교차하는 방향으로 복수개 형성되며, 절연층에 형성된 게이트 홀들의 내측으로 캐소드 전극들의 표면에 전자 방출원이 형성되어 있다.
이러한 구성의 전계 방출 표시 소자는 캐소드 전극들과 게이트 전극들 사이에 임계 전압이 인가되어 상기 전자 방출원에서 전자가 방출될 때, 이 전자가 게이트 전극들에 인가되는 전압으로 인해 게이트 전극들을 향해 퍼지게 되고, 이로 인해 빔 퍼짐 현상이 발생된다.
이와 같이, 종래의 전계 방출 표시 소자는 게이트 전극이 전자 방출원의 외곽에 배치되어 있는 구조적인 특징으로 인해 빔 퍼짐 현상을 억제하는 것이 어렵다는 것을 알 수 있었다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전자 방출원을 게이트 전극의 외곽에 배치한 새로운 구조의 전자 방출 표시 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 본 발명의 목적은,
임의의 간격을 두고 대향 배치되며 진공 용기를 구성하는 캐소드 기판과 애노드 기판을 포함하며, 캐소드 기판에는 전자를 방출하는 구성이 제공되고, 애노드 기판에는 전자에 의해 가시광을 방출하여 소정의 이미지를 구현하는 구성이 제공되는 전자 방출 표시 소자로서,
각각의 화소 영역에 있어서, 상기 캐소드 기판에는 화소 영역의 중심부에 게이트 전극이 제공되고, 이 게이트 전극의 외곽으로 캐소드 전극 위에 전자 방출원이 배치되는 전자 방출 표시 소자에 의해 달성된다.
상기 게이트 전극은 절연층에 의하여 캐소드 전극과 절연되고, 절연층 홀에 의해 상기 게이트 전극의 적어도 일부분이 노출된다. 이때, 상기 절연층 홀 패턴은 선형 또는 도트형 등이 가능하다.
그리고, 상기 게이트 전극은 단층 또는 다층으로 이루어질 수 있다. 상기 게이트 전극이 다층으로 이루어지는 경우, 이 게이트 전극은 캐소드 기판의 일면을 따라 스트라이프 패턴으로 배치되는 제1 전극층들과, 제1 전극층들의 폭방향 중심부에 배치되는 제2 전극층들을 포함하며, 제2 전극층들은 선형 또는 도트형 패턴으로 형성된다.
또한, 상기한 본 발명의 목적은,
서로 마주보도록 배치되는 한쌍의 애노드 기판 및 캐소드 기판;
상기 캐소드 기판에 배치되는 게이트 전극;
상기 게이트 전극을 노출시키는 절연층 홀들을 구비하는 절연층;
상기 절연층 위에 배치되는 캐소드 전극; 및
상기 노출된 게이트 전극의 외곽으로 상기 캐소드 전극에 배치되는 전자 방출원;
을 포함하는 전자 방출 표시 소자에 의해 달성할 수 있다.
상기 절연층 홀은 선형 또는 원형 패턴으로 형성됨으로써 게이트 전극의 적어도 일부분을 노출시킨다. 상기 절연층 홀이 선형 패턴으로 이루어지는 경우, 상기 전자 방출원은 게이트 전극의 양쪽에 선형 패턴으로 배치되고, 절연층 홀이 원형 패턴으로 이루어지는 경우 상기 전자 방출원은 게이트 전극의 주위를 둘러싸는 링형 패턴으로 배치된다.
그리고, 상기 절연층 홀이 선형 또는 원형 패턴으로 이루어지는 경우, 상기 게이트 전극 및 이 전극 주위에 배치된 전자 방출원을 둘러싸는 제어 전극을 더욱 구비할 수 있다.
그리고, 상기 전자 방출원은 텅스텐 또는 몰리브덴 등의 원추형 금속 물질, 또는 카본 계열의 전자 방출 물질로 형성할 수 있다.
이러한 구성의 전자 방출 표시 소자에 의하면, 전자를 방출하는 전자 방출원이 게이트 전극의 외곽에 배치되어 있으므로, 전자 방출원에서 방출된 주변 전자가 중심의 게이트 전극쪽으로 집속되어 빔 퍼짐 현상이 자연스럽게 억제된다.
게다가, 상기한 제어 전극을 더욱 구비하는 경우에는 빔 퍼짐 현상을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 소자, 특히 전계 방출 표시 소자의 개략적인 구성을 나타내는 분해 사시도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1의 X방향 단면도를 도시한 것이다.
도면을 참고하면, 전계 방출 표시 소자는 임의의 간격을 두고 대향 배치되며 진공 용기를 구성하는 캐소드 기판(12)과 애노드 기판(14)을 포함한다. 캐소드 기판(12)에는 전자를 방출하는 구성이 제공되고, 애노드 기판(14)에는 전자에 의해 가시광을 방출하여 소정의 이미지를 구현하는 구성이 제공된다.
보다 구체적으로, 캐소드 기판(12)에는 복수의 게이트 전극(16)들이 기판의 일방향(Y방향)을 따라 서로 일정한 간격을 두고 배열되어 있다. 이때, 상기 게이트 전극(16)들은 후막 공정에 의해 형성된다.
상기 게이트 전극(16)의 주위에는 상기한 게이트 전극(16)을 노출시키기 위한 선형 패턴의 절연층 홀(18')들을 구비하는 절연층(18)이 형성되어 있고, 절연층(18) 위에는 게이트 전극(16)과 교차하는 방향(X방향)으로 다수의 캐소드 전극(20)들이 서로 일정한 간격을 두고 배열되어 있으며, 캐소드 전극(20) 위에는 전자 방출 물질로 이루어진 전자 방출원(22,22')이 캐소드 전극(20)의 길이 방향(X방향)을 따라 게이트 전극(16)의 노출된 부분 좌우 양쪽에 각각 배치되어 있다.
본 실시예에서, 상기한 게이트 전극의 높이는 전압 조건에 따라 다양하게 조절할 수 있다.
그리고, 상기 전자 방출원(22,22')은 균일한 두께로 형성되는 면전자원으로서, 바람직하게 카본계 물질, 가령 카본 나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C60(fulleren) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진다. 물론, 도시하지는 않았지만, 상기 전자 방출원(22,22')이 몰리브덴 등의 금속을 원추형상으로 형성하는 것도 가능하다.
한편, 캐소드 기판(12)과 마주보도록 배치되는 애노드 기판(14)의 일면에는 애노드 전극(24)이 형성되고, 애노드 전극(26)의 일면에는 적ㆍ녹ㆍ청색의 형광막(26a)들과 이 막들 사이에 배치된 흑색막(26b)으로 이루어지는 형광 스크린(26)이 제공된다.
이러한 구성의 전계 방출 표시 소자에 의하면, 상기 캐소드 전극(20)에 비해 높은 전압이 인가되는 게이트 전극(16)이 전자 방출원(22,22') 사이에 배치되어 있으므로, 캐소드 전극(20)과 게이트 전극(16) 및 애노드 전극(24)에 구동 전압이 인가될 때, 전자 방출원(22,22')에서 방출된 전자는 게이트 전극(16)에 의해 형성되는 전계에 의해 화소의 중심부쪽으로 편향되면서 애노드 전압에 이끌려 형광 스크린(26)의 형광막(26a)들에 충돌된다.
따라서, 빔 퍼짐 현상을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계 방출 표시 소자의 개략적인 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
본 실시예가 전술한 도 1 및 도 2의 실시예와 다른 점은 빔 퍼짐 현상을 최소화 하기 위해 제어 전극(28)을 더욱 구비하며, 게이트 전극(16')이 박막상의 제1 전극층(16a)과 후막상의 제2 전극층(16b)으로 이루어진다는 것이다.
이를 상술하면, 캐소드 기판(12)에는 게이트 전극(16'), 절연층(18), 캐소드 전극(20), 전자 방출원(22,22')이 형성되어 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 게이트 전극(16')은 스트라이프 패턴으로 형성되는 박막상의 제1 전극층(16a)과, 이 전극층(16a) 위에 선형 패턴으로 형성되는 후막상의 제2 전극층(16b)으로 이루어진다.
그리고, 상기 캐소드 전극(20) 위에는 좌우 한쌍의 전자 방출원(22,22')이 형성되어 있으며, 절연층(28) 위에는 전자 방출원(22,22')에서 방출된 전자를 가속 또는 집속하기 위한 제어 전극(30)이 더욱 형성된다.
여기에서, 상기 제어 전극(30)은 한 개의 화소 영역 내에 배치된 한 개의 게이트 전극(16') 및 이 전극(16')의 좌우 양쪽에 각각 배치된 2개의 전자 방출원(22,22')들을 사방에서 둘러싸는 격자형 평면형상으로 형성할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 전자 방출원(22,22')들의 사이 공간에 게이트 전극(16')의 제2 전극층(16b)이 노출되어 있고, 전자 방출원(22,22')들의 외곽에 제어 전극(30)이 배치되어 있으므로, 빔 퍼짐 효과를 최소화 할 수 있다.
또한, 각 층의 구조물들을 용이하게 형성할 수 있으므로, 종래의 전계 방출 표시 소자에 비해 모든 화소의 구조를 균일하게 형성할 수 있다.
그리고, 본 실시예에서, 상기한 게이트 전극(16')의 높이는 제어 전극(30)에 인가되는 전압 조건에 따라 다양하게 조절할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 전계 방출 표시 소자의 캐소드 기판을 도시한 사시도 및 단면도이다.
본 실시예가 전술한 도 1 및 도 2의 실시예와 다른 점은 절연층 홀(18")이 선형 패턴으로 이루어지는 대신에 원형 패턴으로 이루어지며, 게이트 전극(16")이 스트라이프 패턴으로 이루어지는 박막상의 제1 전극층(16a)과, 이 전극층(16a) 위에 도트 패턴으로 이루어지는 후막상의 제2 전극층(16'b)으로 이루어지고, 전자 방출원(22")이 게이트 전극(16')을 둘러싸는 링형 패턴으로 이루어진다는 것이다.
이와 같이, 본 발명은 게이트 전극층 및 전자 방출원의 형상을 다양하게 변경할 수 있으며, 상기한 게이트 전극 및 전자 방출원의 형상에 관계없이 전자 방출원이 게이트 전극의 노출된 부분 외곽에 배치되는 전계 방출 표시 소자의 경우 모두 본 발명의 범주에 속한다는 것을 알 수 있다.
도시하지는 않았지만, 본 실시예의 경우에도 전술한 도 3에 도시한 바와 같이 제어 전극을 더욱 구비할 수 있음은 자명하다.
이와 같이, 본 발명은 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 전계 방출 표시 소자는, 절연층 홀들에 의해 노출되는 게이트 전극의 노출부가 화소 영역의 중심부에 배치되어 있고, 상기 노출부의 주위에 전자 방출원이 배치되어 있는 구조적인 특징을 갖는다.
따라서, 전자 방출원에서 방출된 전자가 게이트 전극에 의해 형성되는 전계로 인해 화소의 중심부를 향해 편향되면서 애노드 기판의 형광 스크린에 충돌되므로, 빔 퍼짐 현상을 효과적으로 방지할 수 있고, 이로 인해 타색 발광을 방지하여 색 재현성을 향상시킬 수 있는 등의 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전자 방출 표시 소자의 개략적인 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 X방향 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 방출 표시 소자의 개략적인 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 전자 방출 표시 소자에 있어서, 캐소드 기판의 주요부 구성을 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4의 X방향 단면도이다.

Claims (23)

  1. 임의의 간격을 두고 대향 배치되며 진공 용기를 구성하는 캐소드 기판과 애노드 기판을 포함하며, 캐소드 기판에는 전자를 방출하는 구성이 제공되고, 애노드 기판에는 전자에 의해 가시광을 방출하여 소정의 이미지를 구현하는 구성이 제공되는 전계 방출 표시 소자로서,
    각각의 화소 영역에 있어서, 상기 캐소드 기판에는 화소 영역의 중심부에 게이트 전극이 배치되고, 상기 게이트 전극의 외곽으로 캐소드 전극 위에 전자 방출원이 배치되는 전자 방출 표시 소자.
  2. 서로 마주보도록 배치되는 한쌍의 애노드 기판 및 캐소드 기판;
    상기 캐소드 기판에 배치되는 게이트 전극;
    상기 게이트 전극을 중심으로 대칭형상으로 게이트 전극 주위에 배치되는 캐소드 전극; 및
    상기 캐소드 전극 위에 배치되는 전자 방출원;
    을 포함하는 전자 방출 표시 소자.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 게이트 전극과 캐소드 전극이 절연층에 의해 절연되는 전자 방출 표시 소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 캐소드 전극이 절연층 위에 형성되는 전자 방출 표시 소자.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 게이트 전극의 적어도 일부분을 노출시키는 절연층 홀들을 구비하는 전자 방출 표시 소자.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 절연층 홀들이 선형 패턴으로 형성되는 전자 방출 표시 소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 게이트 전극이 단층 구조로 이루어지는 전자 방출 표시 소자.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 게이트 전극이 적어도 2개 이상의 다층 구조로 형성되는 전자 방출 표시 소자.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 게이트 전극이 박막상의 제1 전극층과, 후막상의 제2 전극층으로 이루어지는 전자 방출 표시 소자.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제2 전극층은 선형 패턴으로 이루어지는 전자 방출 표시 소자.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 전자 방출원은 상기 제2 전극층과 동일한 패턴으로 형성되는 전자 방출 표시 소자.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 캐소드 기판으로부터 게이트 전극의 수직 끝단 높이가 상기 전자 방출원의 수직 끝단 높이보다 높게 형성되는 전자 방출 표시 소자.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 전자 방출원을 둘러싸는 제어 전극을 더욱 구비하는 전자 방출 표시 소자.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제어 전극은 각각의 화소를 구획하는 격자형 평면형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 방출 표시 소자.
  15. 제 5항에 있어서,
    상기 절연층 홀들이 도트형 패턴으로 형성되는 전자 방출 표시 소자.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 게이트 전극이 단층 구조로 이루어지는 전자 방출 표시 소자.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 게이트 전극이 적어도 2개 이상의 다층 구조로 형성되는 전자 방출 표시 소자.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 게이트 전극이 박막상의 제1 전극층과, 후막상의 제2 전극층으로 이루어지는 전자 방출 표시 소자.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제2 전극층은 도트형 패턴 패턴으로 이루어지는 전자 방출 표시 소자.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 전자 방출원은 상기 제2 전극층을 둘러싸는 링형 패턴으로 이루어지는 전자 방출 표시 소자.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 캐소드 기판으로부터 게이트 전극의 수직 끝단 높이가 상기 전자 방출원의 수직 끝단 높이보다 높게 형성되는 전자 방출 표시 소자.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 전자 방출원을 둘러싸는 제어 전극을 더욱 구비하는 전자 방출 표시 소자.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 제어 전극은 각각의 화소를 구획하는 격자형 평면형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 방출 표시 소자.
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