KR20050087241A

KR20050087241A - 전자 방출 표시장치

Info

Publication number: KR20050087241A
Application number: KR1020040012953A
Authority: KR
Inventors: 이상조; 이천규; 최용수; 이병곤
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2005-08-31

Abstract

본 발명은 전자 방출원과 대향 전극간 거리를 최적화한 전자 방출 표시장치에 관한 것으로서, 제1 기판 위에 형성되는 게이트 전극들과; 게이트 전극들과 절연층을 사이에 두고 위치하는 캐소드 전극들과; 캐소드 전극의 적어도 일부와 접촉하며 형성되는 전자 방출원과; 게이트 전극과 전기적으로 연결되며 캐소드 전극과 동일 평면 상에서 캐소드 전극과 마주보도록 형성되는 대향 전극을 포함하며, 전자 방출원과 대향 전극간 거리를 D라 하고, 절연층의 두께를 t라 할 때, 다음의 조건을 만족하는 전자 방출 표시장치를 제공한다.

0.001 ≤ D(㎛) ≤ 28.1553 + 1.7060×t(㎛)

Description

전자 방출 표시장치 {ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE}

본 발명은 전자 방출 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 카본계 물질로 이루어진 에미터와 더불어 게이트 전극의 전계를 절연층 위로 끌어올리는 대향 전극을 구비한 전자 방출 표시장치에 관한 것이다.

냉음극을 전자 방출원으로 사용하는 전자 방출 표시장치로서 전계 방출 표시장치와 표면 도전형 전자 방출 디바이스 및 금속/절연층/금속형 전자 방출 디바이스가 공지되어 있다.

이 가운데 전계 방출 표시장치(field emission display; FED)는 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들로 전자 방출원을 구성하고, 이 전자들로 형광막을 발광시켜 소정의 이미지를 구현하는 평판 표시장치로서, 전자 방출층인 에미터의 특성에 따라 표시장치의 전체 품질이 큰 영향을 받게 된다.

초기에 개발된 전계 방출 표시장치는 몰리브덴(Mo) 등을 주 재질로 하며 마이크로미터(㎛) 단위로 제작되는 선단이 뾰족한 원추형 에미터를 사용하였다. 이와 관련한 종래 기술로는 미국 등록특허 3,789,471호에 개시된 전계 방출 캐소드를 구비한 표시장치를 들 수 있다.

그런데 전술한 원추형 에미터를 제작하기 위해서는 반도체 공정을 이용해야 하는데, 이는 제조 공정이 복잡하고 생산성이 낮으며 화면 사이즈가 커질수록 균일한 품질을 얻기 어려워 대화면 표시장치 제작에 적합하지 않은 문제가 있다.

이에 따라 최근의 전계 방출 표시장치 분야에서는 저전압(대략 10∼50V) 구동 조건에서도 전자를 양호하게 방출하는 카본계 물질을 이용하여 스크린 인쇄와 같은 후막 공정을 통해 에미터를 형성하는 기술이 연구 개발되고 있다.

상기 에미터에 적합한 카본계 물질로는 흑연, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본 및 카본 나노튜브 등이 알려져 있으며, 이 가운데 특히 카본 나노튜브는 끝단의 곡률 반경이 100Å 정도로 극히 미세하여 1∼10V/㎛의 낮은 전계에서도 전자를 양호하게 방출함에 따라 이상적인 전자 방출 물질로 기대되고 있다.

상기 카본 나노튜브를 이용한 전계 방출 표시장치와 관련한 종래 기술로는 미국 등록특허 6,062,931호 및 6,097,138호에 개시된 냉음극 전계 방출 표시장치를 들 수 있다.

한편, 전계 방출 표시장치가 캐소드, 게이트 및 애노드 전극들을 구비하는 3극관 구조로 이루어질 때, 에미터가 배치되는 기판, 일례로 후면 기판 상에 캐소드 전극을 먼저 형성하고, 캐소드 전극 위에 에미터를 배치하고, 에미터 위로 게이트 전극을 배치한 탑-게이트(top-gate) 구조가 공지되어 있다.

보다 구체적으로, 상기 탑-게이트 구조에서는 후면 기판 위에 캐소드 전극과 절연층 및 게이트 전극이 순차적으로 배치되며, 캐소드 전극과 게이트 전극은 서로 교차하는 스트라이프 패턴으로 형성된다. 그리고 캐소드 전극과 게이트 전극의 교차 영역마다 게이트 전극과 절연층에 홀이 형성되고, 이 홀에 의해 노출된 캐소드 전극 위로 에미터가 배치된다. 이 때, 후면 기판에 대향하는 전면 기판의 일면에는 애노드 전극과 형광막이 형성된다.

그런데 전술한 3극관 구조에서는 페이스트상의 에미터 물질을 스크린 인쇄하여 상기 홀 내에 에미터를 형성할 때, 에미터를 양호하게 형성하기 어려운 문제가 있다. 이는 상기 홀 내에 에미터 물질을 주입할 때, 도전성을 갖는 에미터 물질이 빈번하게 캐소드 전극과 게이트 전극에 걸쳐 형성되어 두 전극간 쇼트를 유발하기 때문이다.

이로서 최근의 전계 방출 표시장치 분야에서는 전극들의 배치를 다르게 하여 에미터를 양호하게 형성하기 위한 노력들이 진행되고 있는데, 이와 관련한 종래 기술로 미국 등록특허 6,420,726호에는 게이트 전극을 에미터가 위치하는 기판과 캐소드 전극 사이에 배치한 전계 방출 표시장치가 개시되어 있다. 이 기술에서는 게이트 전극의 위치 변경으로 인해 에미터가 기판의 최상부에 위치하게 되어 스크린 프린트와 같은 후막 공정으로 에미터를 용이하게 형성할 수 있는 잇점이 있다.

그러나 전술한 구조에서는 게이트 전극이 캐소드 전극 및 에미터 아래에서 절연층에 의해 모두 덮여지는 상태를 유지하기 때문에, 캐소드 전극과 게이트 전극 사이에 에미터로부터 전자를 방출시키기 위한 전기장을 충분히 형성하기 위해서는 상기 전극들에 높은 전압을 인가해야 하며, 캐소드 전극들 사이의 간격을 크게 확보해야 하는 어려움이 있다.

이로서 전술한 구조를 기본으로 하면서 게이트 전극의 구조를 개선하여 전술한 문제를 해소하기 위한 노력이 진행되고 있으며, 이와 관련한 종래 기술인 미국 등록특허 6,621,232호에는 캐소드 전극들 사이에 게이트 전극과 전기적으로 연결되는 대향 전극을 배치하여 대향 전극을 통해 게이트 전극의 전계를 절연층 위로 끌어올리는 구조가 개시되어 있다.

이 기술에서 에미터에 인가되는 전계 세기는 캐소드 전극과 게이트 전극에 일정한 전압 차를 인가한 조건에서 에미터와 대향 전극간 거리 변화에 따라 큰 차이를 나타낸다. 그런데 상기 구조에서는 이와 같이 에미터와 대향 전극간 거리가 에미터의 전자 방출 특성에 큰 영향을 미치는 변수임에도 불구하고, 대향 전극을 형성할 때 이에 대한 고려, 즉 에미터와의 거리에 대한 최적화 설계가 이루어지지 못하였다.

따라서 전술한 구조에서는 캐소드 전극들 사이에 대향 전극을 형성하고 있음에도 불구하고 대향 전극으로 인한 전계 강화 효과를 극대화하지 못하여 구동 전압 감소 효과가 크지 못한 실정에 있다.

더욱이 전술한 구조에서는 전극으로 덮이지 않은 절연층의 노출 면적이 큰 관계로 절연층의 전자 차징에 의해 표시장치 내부에 제어 불가능한 에미션 또는 아킹이 발생할 수 있다. 또한, 전술한 구조에서는 애노드 전압(통상 수백∼수천 볼트)만으로 인해 다이오드 에미션이 발생하는 최소 애노드 전압이 낮아 애노드 전극에 고전압을 인가할 수 없으므로 화면 휘도를 높이는데 한계가 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 에미터와 대향 전극간 거리를 최적화하여 대향 전극으로 인한 전계 강화 효과를 극대화하며, 전극으로 덮이지 않은 절연층의 노출 면적을 최소화하여 전자 차징에 의한 문제를 해소하고, 다이오드 에미션이 발생하는 최소 애노드 전압을 높여 애노드 전극에 고전압을 인가할 수 있는 전자 방출 표시장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

임의의 간격을 두고 대향 배치되는 제1 및 제2 기판과, 제1 기판 위에 형성되는 게이트 전극들과, 게이트 전극들과 절연층을 사이에 두고 형성되는 캐소드 전극들과, 캐소드 전극의 적어도 일부와 접촉하며 위치하는 전자 방출원과, 게이트 전극과 전기적으로 연결되며 캐소드 전극과 동일 평면 상에서 캐소드 전극과 마주보도록 형성되는 대향 전극과, 제2 기판 위에 형성되는 애노드 전극과, 애노드 전극의 일면에 위치하는 형광막을 포함하며, 전자 방출원과 대향 전극간 거리를 D라 하고, 절연층의 두께를 t라 할 때, 다음의 조건을 만족하는 전자 방출 표시장치를 제공한다.

0.001 ≤ D(㎛) ≤ 28.1553 + 1.7060×t(㎛)

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

임의의 간격을 두고 대향 배치되는 제1 및 제2 기판과, 제1 기판 위에 형성되는 게이트 전극들과, 게이트 전극들과 절연층을 사이에 두고 형성되는 캐소드 전극들과, 캐소드 전극의 적어도 일부와 접촉하며 위치하는 전자 방출원과, 게이트 전극과 전기적으로 연결되며 캐소드 전극과 동일 평면 상에서 캐소드 전극과 마주보도록 형성되는 대향 전극과, 제2 기판 위에 형성되는 애노드 전극과, 애노드 전극의 일면에 위치하는 형광막을 포함하고,

게이트 전극과 캐소드 전극에 임의의 구동 전압을 인가한 조건에서 전자 방출원과 대향 전극간 거리 감소에 따라 전자 방출원의 전계 변화를 나타내는 선에는 전계 크기가 감소 후 증가 패턴을 보이는 적어도 하나의 변곡점이 존재하며, 전자 방출원과 대향 전극간 거리를 D라 하고, 변곡점들 가운데 전자 방출원과 대향 전극간 거리가 가장 큰 변곡점에서의 전자 방출원과 대향 전극간 거리를 d1이라 할 때, 다음의 조건을 만족하는 전자 방출 표시장치를 제공한다.

0.001 ≤ D(㎛) ≤ d1(㎛)

상기 게이트 전극들과 캐소드 전극들은 서로 직교하는 방향을 따라 라인 패턴으로 형성된다.

상기 전자 방출원은 카본계 물질로 이루어진다. 상기 카본계 물질로는 카본 나노튜브, 흑연, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본 및 C₆₀(fulleren)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합 물질이 바람직하다.

상기 캐소드 전극은 일측 가장자리에서 그 일부가 제거되어 이루어진 에미터 수용부를 형성하고, 상기 전자 방출원은 에미터 수용부 내에서 캐소드 전극의 측면과 접촉하며 위치할 수 있다.

상기 전자 방출 표시장치는 캐소드 전극과 전자 방출원 사이에 위치하는 저항층을 더욱 포함할 수 있다. 이 경우, 저항층은 0.01∼10¹²Ωcm의 비저항 값을 갖는다.

상기 캐소드 전극은 그 내부에 캐소드 전극의 일부가 제거되어 이루어진 전계 강화부를 형성할 수 있다.

상기 전자 방출 표시장치는 제1 및 제2 기판 사이에 위치하며 다수의 개구부를 갖는 그리드 기판을 더욱 포함할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 부분 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 제1 기판의 평면도이다. 도 3은 도 1의 조립 상태를 나타내는 부분 단면도로서, 도 1의 I-I선을 기준으로 절개한 단면을 나타내고 있다.

도면을 참고하면, 전자 방출 표시장치의 한 종류인 전계 방출 표시장치는 임의의 간격을 두고 대향 배치되는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 포함한다. 제1 기판(2)에는 전계 형성으로 전자를 방출하는 구성이 제공되고, 제2 기판(4)에는 전자에 의해 가시광을 방출하여 소정의 이미지를 구현하는 구성이 제공된다.

보다 구체적으로, 제1 기판(2) 위에는 게이트 전극들(6)이 일방향(도면의 Y방향)을 따라 라인 패턴으로 형성되고, 게이트 전극들(6)을 덮으면서 제1 기판(2)의 내면 전체에 절연층(8)이 위치한다. 절연층(8) 위에는 게이트 전극(6)과 교차하는 방향(도면의 X방향)을 따라 캐소드 전극들(10)이 라인 패턴으로 형성되며, 전자 방출원인 에미터(12)가 캐소드 전극(10)과 접촉하며 위치한다.

본 실시예에서 게이트 전극(6)과 캐소드 전극(10)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 각각의 화소 영역마다 캐소드 전극(10)의 일측 가장자리에 에미터(12)가 위치한다. 캐소드 전극(10)은 일례로 일측 가장자리의 일부가 제거되어 이루어진 에미터 수용부(10a)를 형성하며, 에미터(12)가 에미터 수용부(10a) 내에서 캐소드 전극(10)의 측면과 접촉하며 위치한다.

상기 캐소드 전극(10)과 에미터(12) 구조에서는 캐소드 전극(10)에 둘러싸이지 않고 개방된 에미터(12)의 일측 가장자리에 전자 방출을 위한 전계를 집중시킬 수 있으며, 에미터(12) 사이에 위치하는 캐소드 전극(10)의 일부가 이웃 화소에 인가된 구동 전압에 의한 에미터(12)로의 전계 침투를 억제하여 화소별 구동을 정확하게 제어하는데 도움을 준다.

상기 캐소드 전극(10)과 에미터(12)의 형상은 전술한 예에 한정되지 않으며, 캐소드 전극(10)이 에미터 수용부(10a) 없이 형성될 때에 상기 에미터(12)는 캐소드 전극(10)의 적어도 일측 가장자리를 덮으면서 캐소드 전극(10) 위에 형성되거나, 그 이외의 패턴으로 형성될 수 있다.

본 실시예에서 에미터(12)는 바람직하게 카본계 물질, 가령 카본 나노튜브, 흑연, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본 및 C₆₀(fulleren) 중 어느 하나의 물질 또는 이들의 조합 물질로 이루어진다.

그리고 제1 기판(2) 상에는 게이트 전극(6)의 전계를 절연층(8) 위로 끌어올리는 대향 전극(14)이 위치한다. 대향 전극(14)은 절연층(8)에 형성된 비아 홀(via hole)(8a)을 통해 게이트 전극(6)과 접촉하여 이와 전기적으로 연결되며, 캐소드 전극들(10) 사이에서 에미터(12)와 임의의 간격을 두고 위치한다.

본 실시예에서 대향 전극(14)은 대략 정사각형 모양으로 이루어지나, 대향 전극(14)의 형상은 여기에 한정되지 않고 다른 모양으로도 형성 가능하다.

그리고 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 애노드 전극(16)이 형성되고, 애노드 전극(16)의 일면에는 형광막(18)이 형성된다. 애노드 전극(16)은 형광막(18)의 여기(excitation)에 의해 생성된 가시광을 투과시키기 위하여 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 전극으로 이루어진다.

한편, 형광막(18) 표면에는 메탈 백(metal back) 효과에 의해 화면의 휘도를 높이는 금속막(도시하지 않음)이 위치할 수 있으며, 이 경우 전술한 투명 전극을 생략하고 금속막을 애노드 전극으로 사용할 수 있다.

이와 같이 구성되는 전계 방출 표시장치는, 외부로부터 게이트 전극(6), 캐소드 전극(10) 및 애노드 전극(16)에 소정의 전압을 공급하여 구동하는데, 일례로 게이트 전극(6)에는 수∼수십 볼트의 (+)전압이, 캐소드 전극(10)에는 수∼수십 볼트의 (-)전압이, 그리고 애노드 전극(16)에는 수백∼수천 볼트의 (+)전압이 인가된다.

이로서 게이트 전극(6)과 캐소드 전극(10)의 전압 차에 의해 에미터(12)의 가장자리에 강한 전계가 인가되어 에미터(12)로부터 전자가 방출되고, 방출된 전자들은 애노드 전극(16)에 인가된 고전압에 이끌려 해당 화소의 형광막(18)에 충돌함으로써 이를 발광시켜 소정의 이미지를 표시한다.

여기서, 본 실시예에 의한 전계 방출 표시장치는 에미터(12)와 대향 전극(14)간 거리(D)를 다음과 같이 설정하여 대향 전극(14)으로 인한 에미터(12)의 전계 강화 효과를 극대화하는 구성을 제공한다.

먼저, 에미터(12)와 대향 전극(14)간 거리(D)의 최소값은 현재의 기술 수준에 따라 전계 방출 표시장치를 제작할 때, 에미터(12)와 대향 전극(14)간 쇼트 발생 없이 이들을 제작할 수 있는 최소 수준의 간격으로 설정되며, 본 발명에서 에미터(12)와 대향 전극(14)간 거리(D)의 최소값은 0.001㎛(1nm)이다.

도 4는 본 출원의 발명자에 의해 제작된 전계 방출 표시장치 중 에미터와 대향 전극을 나타낸 전자현미경 사진이다. 사진 왼쪽 부분이 카본 나노튜브를 주성분으로 하는 에미터이고, 사진 오른쪽 부분이 알루미늄과 크롬의 2층 구조로 제작된 대향 전극이다.

도 4의 사진에서 측정된 에미터와 대향 전극간 평균 거리는 대략 0.2㎛이며, 에미터를 구성하는 개개의 카본 나노튜브와 대향 전극간 거리, 즉 에미터와 대향 전극간 최소 거리는 대략 0.01㎛이다. 상기 에미터와 대향 전극간 평균 거리를 줄임에 따라 에미터와 대향 전극간 거리를 최소 0.001㎛ 수준으로 유지할 수 있다.

참고로, 도 4에 나타낸 사진에서 에미터는 스크린 프린트, 노광, 현상, 건조 및 소성 공정을 통해 완성된 것이며, 대향 전극은 알루미늄과 크롬 스퍼터링 및 포토리소그래피를 이용한 패터닝 공정을 통해 완성된 것이다.

다음으로, 에미터(12)와 대향 전극(14)간 거리(D)의 최대값은 에미터(12)에 인가되는 전계 세기를 적정 수준으로 유지하면서 에미터(12)와 대향 전극(14)간 거리 확대에 따른 문제를 유발하지 않는 조건 모두를 만족하는 값으로 설정된다.

도 5는 에미터와 대향 전극간 거리 변화에 따른 에미터의 전계 변화 패턴을 설명하기 위해 도시한 개략적인 그래프로서, 에미터와 대향 전극간 거리를 점진적으로 줄여나가면서 에미터에 인가되는 전계 세기를 살펴보면, 에미터의 전계 세기를 나타내는 선에는 에미터와 대향 전극간 거리 축소에 따라 그 값이 감소하다가 급격하게 증가하는 적어도 하나의 변곡점(A)이 존재하는 것을 확인할 수 있다.

본 실시예에서 에미터(12)와 대향 전극(14)간 거리(D)의 최대 값은, 상기 변곡점이 하나 존재하는 경우 이 변곡점(A)에서의 에미터(12)와 대향 전극(14)간 거리로 정의되고, 변곡점이 하나 이상 존재하는 경우 에미터(12)와 대향 전극(14)간 거리가 가장 큰 변곡점에서의 에미터(12)와 대향 전극(14)간 거리로 정의된다.

이 때, 에미터(12)의 전계 변화를 나타내는 선에서 하나의 변곡점이 존재하는 경우, 변곡점이 존재하는 위치는 절연층(8)의 두께에 따라 차이가 나는데, 절연층(8)의 두께를 t라 할 때 변곡점(A)이 존재하는 에미터(12)와 대향 전극(14)간 거리(D1)는 다음의 수식으로 표현될 수 있다.

따라서 본 실시예에서 에미터(12)와 대향 전극(14)간 거리(D)는 다음의 수식 조건을 만족하도록 설정된다.

도 6a와 도 6b 및 도 6c는 각각 절연층의 두께가 30㎛, 25㎛, 1㎛일 때 에미터와 대향 전극간 거리 변화에 따른 에미터의 전계 변화를 나타낸 그래프로서, 세가지 경우 모두 절연층 두께를 제외하고 전계 방출 표시장치의 구성이 모두 동일하며, 게이트 전극에 70V, 캐소드 전극에 -80V, 애노드 전극에 4kV를 인가한 조건에서 실험한 결과를 나타내었다.

도 6a를 참고하면, 에미터와 대향 전극간 거리 축소에 따라 전계 세기가 감소 후 증가 패턴을 보이는 변곡점은 에미터와 대향 전극간 거리가 대략 80㎛일 때 존재한다. 이로서 절연층 두께가 30㎛인 경우 에미터와 대향 전극간 최대 거리는 대략 80㎛으로 설정될 수 있다.

도 6b를 참고하면, 에미터와 대향 전극간 거리가 대략 70㎛일 때와 90㎛일 때 변곡점이 존재하며, 두 변곡점 가운데 에미터와 대향 전극간 거리가 가장 큰 변곡점에서의 에미터와 대향 전극간 거리는 대략 90㎛이다. 이로서 절연층 두께가 25㎛인 경우 에미터와 대향 전극간 최대 거리는 대략 90㎛으로 설정될 수 있다.

도 6c를 참고하면, 에미터와 대향 전극간 거리가 대략 30㎛일 때 변곡점이 존재한다. 이로서 절연층의 두께가 1㎛인 경우 에미터와 대향 전극간 최대 거리는 대략 30㎛으로 설정될 수 있다.

이와 같이 본 실시예에서 에미터(12)와 대향 전극(14)간 최대 거리는 에미터(12)의 전계 변화를 나타내는 선에서의 변곡점을 기준으로 설정할 수 있으며, 상기 조건 내에서 에미터(12)에 인가되는 전계 세기는 실질적으로 에미터(12)와 대향 전극(14)간 거리(D)가 작아질수록 급격하게 증가하여 전자 방출량이 높아지는 결과로 이어진다.

도 7은 에미터와 대향 전극간 거리가 35㎛, 20㎛, 10㎛일 때 게이트 전극과 캐소드 전극의 전압차에 따른 캐소드 전류 변화를 나타낸 그래프이다. 세가지 경우 모두 절연층의 두께는 20㎛이고, 에미터와 대향 전극간 거리를 제외하고 전계 방출 표시장치의 구성은 모두 동일하게 이루어진다. 상기 그래프는 게이트 전극에 70V, 캐소드 전극에 -80V, 애노드 전극에 4kV를 인가한 조건에서 실험한 결과를 나타낸다.

도 7을 참고하면, 수학식 2의 조건을 만족하는 범위 내에서 에미터와 대향 전극간 거리를 작게 할수록 캐소드 전류, 즉 에미터의 전자 방출량이 급격하게 증가하고 있음을 알 수 있다.

한편, 에미터(12)와 대향 전극(14)간 거리(D)가 변곡점에서의 에미터와 대향 전극간 거리를 초과하면, 에미터(12)에 인가되는 전계 세기가 높아짐에도 불구하고 에미터(12)와 대향 전극(14) 사이에 전극으로 덮이지 않는 절연층(8)의 노출 면적이 커지게 되어 이 부분의 절연층(8)에서 전자 차징이 발생할 수 있다. 절연층(8)의 전자 차징은 표시장치 내부에서 제어 불가능한 에미션 또는 아크 방전을 유발하여 안정된 전자 방출 특성을 저해한다. 또한 상기 조건에서는 애노드 전압 만으로 인해 다이오드 에미션이 발생하는 최소 애노드 전압이 낮아져 애노드 전극에 고전압을 인가할 수 없으며, 그 결과 화면의 휘도를 높이는데 한계가 있다.

따라서 본 실시예의 전계 방출 표시장치는 전술한 수학식 2와 같이 에미터(12)와 대향 전극(14)간 거리를 최적화하여 에미터(12)에 인가되는 전계 세기를 높임으로써 전자 방출량을 증가시킴과 아울러, 에미터(12)와 대향 전극(14)간 거리 확대에 따른 전술한 문제를 유발하지 않는 효과가 예상된다.

다음으로는 도 8∼도 10을 참고하여 본 발명의 실시예에 대한 변형예들에 대해 설명한다.

도 8은 첫번째 변형예로서, 이 경우는 전술한 실시예의 구조를 기본으로 하면서 캐소드 전극(10)과 에미터(12) 사이에 저항층(20)을 더욱 형성하여 전계 방출 표시장치를 구성한다. 저항층(20)은 0.01∼10¹²Ωcm의 비저항 값을 가지며, 캐소드 전극(10)과 에미터(12) 사이의 저항값을 일정하게 유지시켜 화소별 에미터(12)의 전자 방출량을 균일하게 제어하는 역할을 한다.

본 변형예에서 저항층(20)은 에미터 수용부(10a) 내에 위치하면서 에미터(12)의 세 가장자리를 둘러싸도록 형성되고 있으나, 저항층(20)의 위치와 형상은 여기에 한정되지 않고 다른 모양으로도 변형이 가능하다.

도 9는 두번째 변형예로서, 이 경우는 전술한 실시예의 구조를 기본으로 하면서 캐소드 전극(10) 내부에 캐소드 전극(10)의 일부가 제거되어 이루어진 전계 강화부(22)를 더욱 형성하여 전계 방출 표시장치를 구성한다. 이로서 전계 강화부(22) 밑에 배치된 게이트 전극(6)의 전계가 절연층(8)과 전계 강화부(22)를 통해 에미터(12)에 영향을 미치게 되어 에미터(12)에 보다 강한 전계를 인가할 수 있다. 이 전계 강화부(22) 내에는 게이트 전극(6)과 전기적으로 연결되는 보조 대향 전극(도시하지 않음)이 위치할 수 있다.

도 10은 세번째 변형예로서, 이 경우는 전술한 실시예의 구조를 기본으로 하면서 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에 다수의 개구부(24a)를 갖는 메쉬 형태의 그리드 기판(24)을 배치하여 전계 방출 표시장치를 구성한다. 그리드 기판(24)은 상, 하부 스페이서들(26, 28)에 의해 제1 및 제2 기판(2, 4)과 일정한 간격을 유지하며, 표시장치 구동시 수십∼수백 볼트의 (+)전압을 인가받아 에미터(12)에서 방출된 전자들을 가속 및 집속시킨다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 에미터와 대향 전극간 거리를 최적화하여 대향 전극으로 인한 전계 강화 효과를 극대화할 수 있고, 그 결과 에미터의 전자 방출량을 높여 화면 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한 에미터와 대향 전극간 거리를 최적화함에 따라, 전극으로 덮이지 않은 절연층의 노출 면적을 최소화하여 전자 차징에 의한 불필요한 에미션 및 아크 방전을 줄일 수 있고, 다이오드 에미션이 발생하는 최소 애노드 전압을 높여 애노드 전극에 고전압을 인가할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 부분 분해 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시한 제1 기판의 평면도이다.

도 3은 도 1의 조립 상태를 나타내는 부분 단면도이다.

도 4는 본 출원의 발명자에 의해 제작된 전계 방출 표시장치 중 에미터와 대향 전극을 나타낸 전자현미경 사진이다.

도 5는 에미터와 대향 전극간 거리 변화에 따른 에미터의 전계 변화 패턴을 설명하기 위해 도시한 개략적인 그래프이다.

도 6a와 도 6b 및 도 6c는 각각 절연층의 두께가 30㎛, 25㎛, 1㎛일 때 에미터와 대향 전극간 거리 변화에 따른 에미터의 전계 변화를 나타낸 그래프이다.

도 7은 에미터와 대향 전극간 거리가 35㎛, 20㎛, 10㎛일 때 게이트 전극과 캐소드 전극의 전압차에 따른 캐소드 전류 변화를 나타낸 그래프이다.

도 8과 도 9는 각각 본 발명의 실시예에 대한 첫번째와 두번째 변형예를 설명하기 위해 도시한 제1 기판의 부분 평면도이다.

도 10은 본 발명의 실시예에 대한 세번째 변형예를 설명하기 위해 도시한 전계 방출 표시장치의 부분 단면도이다.

Claims

임의의 간격을 두고 대향 배치되는 제1 및 제2 기판과;

상기 제1 기판 위에 형성되는 게이트 전극들과;

상기 게이트 전극들을 덮는 절연층 위에 형성되는 캐소드 전극들과;

상기 캐소드 전극과 접촉하며 위치하는 전자 방출원과;

상기 캐소드 전극들 사이에서 상기 전자 방출원과 임의의 간격을 두고 위치하며 상기 게이트 전극과 전기적으로 연결되는 대향 전극과;

상기 제2 기판 위에 형성되는 애노드 전극; 및

상기 애노드 전극의 일면에 위치하는 형광막을 포함하며,

상기 전자 방출원과 대향 전극간 거리를 D라 하고, 상기 절연층의 두께를 t라 할 때, 다음의 조건을 만족하는 전계 방출 표시장치.

0.001 ≤ D(㎛) ≤ 28.1553 + 1.7060×t(㎛)
임의의 간격을 두고 대향 배치되는 제1 및 제2 기판과;

상기 제1 기판 위에 형성되는 게이트 전극들과;

상기 게이트 전극들을 덮는 절연층 위에 형성되는 캐소드 전극들과;

상기 캐소드 전극과 접촉하며 위치하는 전자 방출원과;

상기 캐소드 전극들 사이에서 상기 전자 방출원과 임의의 간격을 두고 위치하며 상기 게이트 전극과 전기적으로 연결되는 대향 전극과;

상기 제2 기판 위에 형성되는 애노드 전극; 및

상기 애노드 전극의 일면에 위치하는 형광막을 포함하고,

상기 게이트 전극과 캐소드 전극에 임의의 구동 전압을 인가한 조건에서 상기 전자 방출원과 대향 전극간 거리 감소에 따라 전자 방출원의 전계 변화를 나타내는 선에는 전계 크기가 감소 후 증가 패턴을 보이는 적어도 하나의 변곡점이 존재하며,

상기 전자 방출원과 대향 전극간 거리를 D라 하고, 상기 변곡점들 가운데 전자 방출원과 대향 전극간 거리가 가장 큰 변곡점에서의 전자 방출원과 대향 전극간 거리를 d1이라 할 때, 다음의 조건을 만족하는 전계 방출 표시장치.

0.001 ≤ D(㎛) ≤ d1(㎛)
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 게이트 전극들과 캐소드 전극들이 서로 직교하는 방향을 따라 라인 패턴으로 형성되는 전계 방출 표시장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 전자 방출원이 카본계 물질로 이루어지는 전계 방출 표시장치.
제4항에 있어서,

상기 카본계 물질이 카본 나노튜브, 흑연, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본 및 C₆₀(fulleren)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 전계 방출 표시장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 캐소드 전극이 일측 가장자리에서 그 일부가 제거되어 이루어진 에미터 수용부를 형성하며, 상기 전자 방출원이 에미터 수용부 내에서 캐소드 전극의 측면과 접촉하며 위치하는 전계 방출 표시장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 전계 방출 표시장치가, 상기 캐소드 전극과 전자 방출원 사이에 위치하는 저항층을 더욱 포함하는 전계 방출 표시장치.
제7항에 있어서,

상기 저항층이 0.01∼10¹²Ωcm의 비저항 값을 갖는 전계 방출 표시장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 캐소드 전극이 그 내부에 캐소드 전극의 일부가 제거되어 이루어진 전계 강화부를 형성하여 절연층을 노출시키는 전계 방출 표시장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 전계 방출 표시장치가, 상기 제1 및 제2 기판 사이에 위치하며 다수의 개구부를 갖는 그리드 기판을 더욱 포함하는 전계 방출 표시장치.
임의의 간격을 두고 대향 배치되는 제1 및 제2 기판과;

상기 제1 기판 위에 형성되는 게이트 전극들과;

상기 게이트 전극과 절연층을 사이에 두고 형성되는 캐소드 전극들과;

상기 캐소드 전극의 적어도 일부와 접촉하며 위치하는 전자 방출원과;

상기 게이트 전극과 전기적으로 연결되며 상기 캐소드 전극과 동일 평면 상에서 캐소드 전극과 마주하도록 형성되는 대향 전극과;

상기 제2 기판 위에 형성되는 애노드 전극; 및

상기 애노드 전극의 일면에 위치하는 형광막을 포함하며,

상기 전자 방출원과 대향 전극간 거리를 D라 하고, 상기 절연층의 두께를 t라 할 때, 다음의 조건을 만족하는 전계 방출 표시장치.

0.001 ≤ D(㎛) ≤ 28.1553 + 1.7060×t(㎛)
임의의 간격을 두고 대향 배치되는 제1 및 제2 기판과;

상기 제1 기판 위에 형성되는 게이트 전극들과;

상기 게이트 전극과 절연층을 사이에 두고 형성되는 캐소드 전극들과;

상기 캐소드 전극의 적어도 일부와 접촉하며 위치하는 전자 방출원과;

상기 게이트 전극과 전기적으로 연결되며 상기 캐소드 전극과 동일 평면 상에서 캐소드 전극과 마주하도록 형성되는 대향 전극과;

상기 제2 기판 위에 형성되는 애노드 전극; 및

상기 애노드 전극의 일면에 위치하는 형광막을 포함하고,

상기 게이트 전극과 캐소드 전극에 임의의 구동 전압을 인가한 조건에서 상기 전자 방출원과 대향 전극간 거리 감소에 따라 전자 방출원의 전계 변화를 나타내는 선에는 전계 크기가 감소 후 증가 패턴을 보이는 적어도 하나의 변곡점이 존재하며,

상기 전자 방출원과 대향 전극간 거리를 D라 하고, 상기 변곡점들 가운데 전자 방출원과 대향 전극간 거리가 가장 큰 변곡점에서의 전자 방출원과 대향 전극간 거리를 d1이라 할 때, 다음의 조건을 만족하는 전계 방출 표시장치.

0.001 ≤ D(㎛) ≤ d1(㎛)