KR20050104564A - 전자 방출 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 방출원의 방출 전류량을 높이면서 전자빔 집속 효과를 얻을 수 있는 전자 방출 표시장치에 관한 것으로서, 전자 방출 표시장치는 서로 대향 배치되는 제1 및 제2 기판과; 제1 기판 위에 형성되며, 제1 기판 상에 설정된 화소 영역에 대응하여 적어도 하나의 캐소드 홀을 갖는 캐소드 전극들과; 캐소드 홀보다 작은 면적을 가지면서 각각의 캐소드 홀 내에서 그 일측면이 캐소드 전극과 접촉하며 위치하는 전자 방출원들과; 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극들 위에 형성되며, 캐소드 홀과 전자 방출원을 개방시키는 게이트 홀을 갖는 게이트 전극들과; 제2 기판 위에 형성되는 적어도 하나의 애노드 전극과; 애노드 전극의 어느 일면에 형성되는 형광층을 포함한다.

Description

전자 방출 표시장치 {ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE}

본 발명은 전자 방출 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자 방출원과 구동 전극의 구조를 개선하여 전자 방출원의 방출 전류량을 높이면서 전자빔 집속 효과를 얻을 수 있는 전자 방출 표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 표시장치(electron emission display device)는 제1 기판 측에서 방출된 전자를 제2 기판에 마련된 형광층에 충돌시켜 이를 발광시킴으로써 소정의 영상을 구현하는 평판 표시장치로서, 전자원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다.

상기에서 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 표시장치로는 전계 방출 표시장치(Field Emission Display; FED)가 있으며, 전계 방출 표시장치로는 더욱 FE(Field Emit)형 전계 방출 표시장치, MIM(Metal-Insulator-Metal)형 전계 방출 표시장치, MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)형 전계 방출 표시장치 및 표면 전도형 전계 방출 표시장치 등이 알려져 있다.

상기 전계 방출 표시장치는 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들로 전자 방출원을 형성하고, 전자 방출원 주위에 각 화소별 전자 방출량을 제어하기 위한 구동 전극들, 일례로 캐소드 전극과 게이트 전극을 구비하며, 두 전극간 전압 차에 의해 전자 방출원 주위에 전계가 인가될 때 이로부터 전자가 방출되는 원리를 이용한다.

상기한 전계 방출 표시장치가 캐소드 전극, 게이트 전극 및 애노드 전극을 구비하는 3극관 구조로 이루어질 때, 도 6에 도시한 바와 같이 제1 기판(1) 위에 캐소드 전극(3)과 절연층(5) 및 게이트 전극(7)을 순차적으로 형성하고, 게이트 전극(7)과 절연층(5)에 개구부(9)를 형성한 다음, 개구부(9)에 의해 노출된 캐소드 전극(3) 위로 전자 방출원인 에미터(11)를 형성함과 아울러, 제2 기판(13) 위에 애노드 전극(15)과 형광층(17)을 형성한 구조가 공지되어 있다. 이 때, 캐소드 전극(3)과 게이트 전극(7)은 서로 직교하는 스트라이프 형상으로 이루어진다.

상기 구조에서는 예를 들어 캐소드 전극(3)과 게이트 전극(7)에 각각 0V와 수십 볼트의 (+)전압을, 그리고 애노드 전극(15)에 수백∼수천 볼트의 (+)전압을 인가하면, 캐소드 전극(3)과 게이트 전극(7)간 전압 차에 의해 에미터(11) 주위에 강한 전계가 인가되어 이로부터 전자가 방출되고, 방출된 전자들은 애노드 전극(15)에 인가된 고전압에 이끌려 해당 형광층(17)에 충돌함으로써 이를 발광시키게 된다.

그런데 전술한 구조에서는 에미터(11) 주위로 전자빔 집속에 기여하는 전극이 마련되지 않아 에미터(11)에서 방출된 전자들이 제2 기판(13)을 향할 때 임의의 경사각을 가지고 퍼지며 진행하게 되며, 도 7에 도시한 바와 같이 표시장치 구동시 에미터(11) 주위로 비교적 고른 분포의 등전위선들이 형성되어 에미터(11) 주위에 강한 전계를 만들지 못하고 있다.

따라서 종래에는 에미터(11)의 방출 전류량을 높이는데 한계가 있으며, 특정 화소의 에미터(11)에서 방출된 전자들 중 일부가 해당 화소의 형광층(17)에 온전하게 도달하지 못하고 이웃 화소의 형광층에 도달하는 등, 지정된 경로를 벗어나게 되어 화면의 색재현성과 해상도를 저하시킬 수 있다.

또한 전술한 구조에서는 캐소드 전극(3)이 통상 500∼3,000Å 두께를 갖는 ITO(Indium Tin Oxide) 박막으로 이루어지며, 공지의 포토리소그래피 공정을 이용해 전술한 스트라이프 형상으로 패터닝된다. 그런데 ITO 박막으로 이루어진 캐소드 전극(3)은 내부 저항이 크기 때문에 표시장치가 대형화할수록 캐소드 전극(3)에 전압 강하가 발생하고, 전압 강하가 일어난 화소들에서 전자 방출량이 저하되어 화면 휘도가 낮아지는 문제가 발생하게 된다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 캐소드 전극과 전자 방출원의 구조를 개선하여 전자 방출원의 방출 전류량을 높이면서 전자빔 집속 효과를 얻을 수 있고, 캐소드 전극의 전압 강하를 최소화할 수 있는 전자 방출 표시장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

서로 대향 배치되는 제1 및 제2 기판과, 제1 기판 위에 형성되며 제1 기판 상에 설정된 화소 영역에 대응하여 적어도 하나의 캐소드 홀을 갖는 캐소드 전극들과, 캐소드 홀보다 작은 면적을 가지면서 각각의 캐소드 홀 내에서 그 일측면이 캐소드 전극과 접촉하며 위치하는 전자 방출원들과, 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극들 위에 형성되며 캐소드 홀과 전자 방출원을 개방시키는 게이트 홀을 갖는 게이트 전극들과, 제2 기판 위에 형성되는 적어도 하나의 애노드 전극과, 애노드 전극의 어느 일면에 형성되는 형광층을 포함하는 전자 방출 표시장치를 제공한다.

상기 캐소드 전극들과 게이트 전극들은 서로 직교하는 스트라이프 패턴으로 형성된다. 상기 캐소드 전극은 1∼3㎛의 두께를 갖는 금속막으로 이루어지며, 전자 방출원과 같거나 이보다 큰 두께를 가지며 형성될 수 있다.

상기 캐소드 전극은 화소 위치에 맞추어 캐소드 전극의 길이 방향을 따라 한쌍의 캐소드 홀을 형성하고, 전자 방출원과 캐소드 홀의 평면 형상은 사각형으로 이루어질 수 있다. 이 때, 캐소드 전극은 한쌍의 게이트 홀 사이에 브릿지를 형성하며, 전자 방출원이 각각의 캐소드 홀 내에서 그 일측면이 브릿지와 접촉하며 위치할 수 있다.

상기 전자 방출원은 카본 나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀, 실리콘 나노와이어로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다.

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

도 1∼도 5는 본 발명에 따른 전자 방출 표시장치를 전계 방출 표시장치에 적용한 실시예를 나타낸 것으로서, 전계 방출 표시장치를 예로 하여 본 발명에 따른 전자 방출 표시장치에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 부분 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 전계 방출 표시장치의 결합 상태 단면도이다.

도면을 참고하면, 전계 방출 표시장치는 임의의 크기를 갖는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 내부 공간부가 형성되도록 소정의 간격을 두고 실질적으로 평행하게 배치하고, 이들을 하나로 접합시킴으로써 표시장치의 외관인 진공 용기를 구성하고 있다. 상기 제1 기판(2)에는 전계 형성으로 전자를 방출하는 구성이 제공되고, 제2 기판(4)에는 전자에 의해 가시광을 방출하여 소정의 이미지를 구현하는 구성이 제공된다.

먼저, 제1 기판(2) 위에는 소정의 패턴, 가령 스트라이프 형상을 취하는 캐소드 전극들(6)이 서로간 임의의 간격을 두고 제1 기판(2)의 일방향(도면의 Y축 방향)을 따라 복수로 형성되고, 캐소드 전극들(6)을 덮으면서 제1 기판(2)의 내면 전체에 절연층(8)이 형성된다. 절연층(8) 위에는 소정의 패턴, 가령 스트라이프 형상을 취하는 게이트 전극들(10)이 서로간 임의의 간격을 두고 캐소드 전극(6)과 직교하는 방향(도면의 X축 방향)을 따라 복수로 형성된다.

본 실시예에서 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극(6)에는 각각의 화소 영역마다 캐소드 전극(6)의 일부가 제거되어 이루어진 적어도 하나의 캐소드 홀(6a)이 형성되어 제1 기판(2)의 표면을 노출시킨다. 그리고 전자 방출원인 에미터(12)가 각각의 캐소드 홀(6a) 내에서 캐소드 홀(6a)보다 작은 면적을 가지면서 그 일측면이 캐소드 전극(6)과 접촉하며 위치한다.

즉, 본 실시예에서 에미터(12)는 캐소드 전극(6) 위에 형성되지 않고 제1 기판(2) 위에 형성되며, 그 일측면이 캐소드 전극(6)과 접촉하여 이와 전기적으로 연결된다. 그리고 캐소드 전극(6)과 접촉하지 않는 에미터(12)의 나머지 측면들은 캐소드 전극(6)과 일정한 간격을 두고 떨어져 위치한다.

본 실시예에서 에미터(12)는 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질, 가령 카본 나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀, 실리콘 나노와이어 중 어느 하나 또는 이들의 조합 물질로 이루어지며, 그 제조법으로는 스크린 인쇄, 화학기상증착(CVD) 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서 캐소드 홀(6a)은 각각의 화소 영역에서 캐소드 전극(6)의 길이 방향(도면의 Y축 방향)을 따라 한쌍으로 마련될 수 있으며, 두 캐소드 홀(6a) 사이에 위치하는 캐소드 전극 부위를 브릿지(6b)라 할 때, 에미터(12)는 각각의 캐소드 홀(6a) 내에서 그 일측면이 브릿지(6b)와 접촉하며 위치할 수 있다. 도면에서는 캐소드 홀(6a)과 에미터(12)가 사각 형상인 경우를 예로 하였으나, 캐소드 홀(6a)과 에미터(12)의 평면 형상은 여기에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.

상기 캐소드 전극(6)은 1∼3㎛ 두께를 갖는 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 은(Ag) 등의 금속막으로 이루어지며, 스퍼터링과 같은 박막 공정 또는 스크린 인쇄와 같은 후막 공정을 이용해 제작될 수 있다. 이러한 캐소드 전극(6)은 내부 저항이 극히 작기 때문에, 대면적 표시장치에 적용될 때에도 캐소드 전극(6)의 전압 강하를 최소화할 수 있다.

또한 캐소드 전극(6)은 그 두께 조절을 통해 에미터(12)에서 방출된 전자들을 집속시키는 기능을 가질 수 있다. 이러한 전자빔 집속 기능은 캐소드 전극(6)의 두께가 에미터(12)의 두께와 같거나, 도 4에 도시한 바와 같이 캐소드 전극(6)의 두께(t1)가 에미터(12)의 두께(t2)보다 클 때 실현되며, 에미터(12) 위로 전자빔 경로 상에 캐소드 전위를 형성하여 전자들이 퍼지지 않고 집속되도록 한다. 상기 에미터(12)가 대략 1∼2㎛ 두께로 형성될 때에 캐소드 전극(6)은 1∼3㎛ 두께로 형성되어 전술한 두께 조건을 만족하도록 한다.

상기 게이트 전극(10)과 절연층(8)에는 캐소드 홀(6a)과 에미터(12)를 개방시키는 게이트 홀(8a,10a)이 형성된다. 게이트 홀(8a,10a)은 캐소드 홀(6a)과 일대일로 대응 배치되거나, 화소 위치에 맞추어 하나씩 구비될 수 있다.

그리고 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 캐소드 전극(6)의 길이 방향(도면의 Y축 방향)을 따라 적색, 녹색 및 청색의 형광층(14)이 임의의 간격을 두고 형성되고, 형광층(14) 사이로 화면의 컨트라스트 향상을 위한 블랙 매트릭스(16)가 형성된다. 상기 형광층(14)과 블랙 매트릭스(16) 위에는 금속 박막(대표적으로 알루미늄 박막)으로 이루어진 애노드 전극(18)이 형성된다. 애노드 전극(18)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받으며, 메탈 백(metal back) 효과에 의해 화면의 휘도를 높이는 역할을 한다.

한편, 애노드 전극(20)은 금속 박막이 아닌 투명한 도전막, 예를 들어 ITO로 이루어질 수 있다. 이 경우 제2 기판(2) 위에 ITO로 이루어진 애노드 전극을 먼저 형성하고, 그 위에 형광층(14)과 블랙 매트릭스(16)를 형성하며, 필요에 따라 형광층과 블랙 매트릭스 위에 금속 박막을 형성하여 화면의 휘도를 높이는데 이용할 수 있다. 상기 ITO로 이루어진 애노드 전극은 형광층(14)과 동일한 스트라이프 형상으로 이루어질 수 있다.

이와 같이 구성되는 제1 및 제2 기판(2,4)은 게이트 전극(10)과 형광층(14)이 서로 교차하도록 마주한 상태에서 임의의 간격을 두고 그 둘레에 도포되는 프릿(frit)과 같은 실링 물질에 의해 접합되며, 그 사이에 형성되는 내부 공간을 배기시켜 진공 상태로 유지함으로써 전계 방출 표시장치를 구성한다. 이 때, 제1 및 제2 기판(2,4) 사이의 비화소 영역에는 다수의 스페이서(20)가 배치되어 양 기판의 사이 간격을 일정하게 유지시킨다.

상기한 구성의 전계 방출 표시장치는, 외부로부터 캐소드 전극(6), 게이트 전극(10) 및 애노드 전극(18)에 소정의 전압을 공급하여 구동하는데, 일례로 캐소드 전극(6)에는 0V, 게이트 전극(10)에는 수십∼수백 볼트의 (+)전압이, 애노드 전극(18)에는 수백∼수천 볼트의 (+)전압이 인가된다. 이로써 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 전압 차에 의해 에미터(12) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자가 방출되고, 방출된 전자들은 애노드 전극(18)에 인가된 고전압에 이끌려 해당 화소의 형광층(14)에 충돌하여 이를 발광시킴으로써 소정의 표시가 이루어진다.

도 5는 에미터 주위에 형성되는 등전위선을 도시한 개략도이다.

도면을 참고하면, 본 실시예의 전계 방출 표시장치는 전술한 캐소드 전극(6)과 에미터(12)의 형상 특성에 의해, 에미터(12)와 캐소드 전극(6) 사이, 즉 캐소드 홀(6a) 내에 조밀한 등전위선이 형성되어 종래와 동일한 구동 전압을 사용하면서도 에미터(12) 주위에 보다 강한 전계를 인가할 수 있다. 따라서 본 실시예의 전계 방출 표시장치는 에미터(12)의 방출 전류량을 높일 수 있어 화면 휘도를 높이는 장점이 예상된다.

또한 캐소드 전극(6)이 에미터(12)와 같거나 이보다 큰 두께를 가지며 형성됨에 따라, 도 5에 도시한 바와 같이 에미터(12) 위로 전자빔 경로 상에 캐소드 전위가 형성된다. 이 캐소드 전위는 제2 기판(4)을 향해 진행하는 전자들에 미는 힘을 가하여 전자들의 발산각을 줄임으로써 전자들을 집속시키는 역할을 한다. 그 결과, 본 실시예의 전계 방출 표시장치는 특정 화소의 에미터(12)에서 방출된 전자들을 해당 화소의 형광층(14)에 온전하게 도달시킬 수 있어 화면의 색재현성과 해상도를 높이는 장점이 예상된다.

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 발명에 의한 전자 방출 표시장치는, 캐소드 전극과 전자 방출원의 구조 개선을 통해 방출 전류량을 높이고, 전자빔 집속 효과를 얻을 수 있으며, 캐소드 전극의 두께와 재질 변경을 통해 캐소드 전극의 내부 저항을 최소화할 수 있다. 따라서 본 발명의 전자 방출 표시장치는 화면 휘도와 색재현성을 높이고, 대면적 제조시에도 캐소드 전극의 전압 강하를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시장치를 도시한 부분 분해 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시한 전자 방출 표시장치의 결합 상태 단면도이다.

도 3은 도 1에 도시한 전자 방출 표시장치 중 캐소드 전극과 게이트 전극의 부분 평면도이다.

도 4는 도 1에 도시한 전자 방출 표시장치 중 캐소드 전극의 변형예를 설명하기 위해 도시한 부분 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시장치에서 전자 방출원 주위에 형성되는 등전위선 분포를 도시한 개략도이다.

도 6은 종래 기술에 의한 전자 방출 표시장치의 부분 단면도이다.

도 7은 종래 기술에 의한 전자 방출 표시장치에서 전자 방출원 주위에 형성되는 등전위선 분포를 도시한 개략도이다.

Claims (7)

1. 서로 대향 배치되는 제1 및 제2 기판과;

   상기 제1 기판 위에 형성되며, 제1 기판 상에 설정된 화소 영역에 대응하여 적어도 하나의 캐소드 홀을 갖는 캐소드 전극들과;

   상기 캐소드 홀보다 작은 면적을 가지면서 각각의 캐소드 홀 내에서 그 일측면이 상기 캐소드 전극과 접촉하며 위치하는 전자 방출원들과;

   절연층을 사이에 두고 상기 캐소드 전극들 위에 형성되며, 상기 캐소드 홀과 전자 방출원을 개방시키는 게이트 홀을 갖는 게이트 전극들과;

   상기 제2 기판 위에 형성되는 적어도 하나의 애노드 전극; 및

   상기 애노드 전극의 어느 일면에 형성되는 형광층

   을 포함하는 전자 방출 표시장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 캐소드 전극들과 게이트 전극들이 서로 직교하는 스트라이프 패턴으로 형성되는 전자 방출 표시장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 캐소드 전극이 1∼3㎛의 두께를 갖는 금속막으로 이루어지는 전자 방출 표시장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 캐소드 전극이 상기 전자 방출원과 같거나 이보다 큰 두께를 가지며 형성되는 전자 방출 표시장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 캐소드 전극이 화소 위치에 맞추어 캐소드 전극의 길이 방향을 따라 한쌍의 캐소드 홀을 형성하고, 상기 전자 방출원과 캐소드 홀의 평면 형상이 사각형인 전자 방출 표시장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 캐소드 전극이 상기 한쌍의 게이트 홀 사이에 브릿지를 형성하며, 상기 전자 방출원이 각각의 캐소드 홀 내에서 그 일측면이 브릿지와 접촉하며 위치하는 전자 방출 표시장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 전자 방출원이 카본 나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀, 실리콘 나노와이어로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 전자 방출 표시장치.