KR20070011807A - 전계 방출형 백라이트 유니트 및 이를 구비한 평판디스플레이 장치 - Google Patents

전계 방출형 백라이트 유니트 및 이를 구비한 평판디스플레이 장치 Download PDF

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KR20070011807A
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조영석
최용수
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 애노드 전계를 효과적으로 차폐하고 게이트 전극에 의한 전자 방출의 효율을 향상시키기 위하여, 서로 이격되어 대향되게 배치된 전면기판 및 배면기판, 상기 전면기판과 상기 배면기판 사이에 배치된 애노드 전극 및 형광체층, 상기 전면기판과 상기 배면기판 사이에 서로 이격되어 배치된 캐소드 전극들 및 게이트 전극들, 상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극의 서로 대향하는 면들 중 적어도 일면을 덮도록 배치된 전자방출층이 구비된 전계 방출형 백라이트 유니트 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

전계 방출형 백라이트 유니트 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치{Electron emission type backlight unit and flat panel display device using the same}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전계 방출형 백라이트 유니트의 단면도이다.
도 2는 도 1의 부분 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 전계 방출형 백라이트 유니트를 상기 제1실시예의 도 2에 대응되게 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 전계 방출형 백라이트 유니트를 상기 제1실시예의 도 2에 대응되게 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 전계 방출형 백라이트 유니트를 상기 제1실시예의 도 2에 대응되게 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 디스플레이 패널과 백라이트 유니트를 도시한 분리 사시도이다.
도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선을 따라 취한 부분 절개 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200, 300, 400, 500, 600: 백라이트 유니트
201. 301, 401, 501, 601: 전면기판
202, 302, 402, 502, 602: 배면기판
203, 303, 403, 503, 603: 캐소드 전극
204, 304, 404, 504, 604: 게이트 전극
205, 305, 405, 505, 605: 전자방출층
207, 307, 407, 507, 607: 형광체층
208, 308, 408, 508, 608: 애노드 전극
700: 액정 디스플레이 패널 718: 연성인쇄회로기판
본 발명은 전계 방출형 백라이트 유니트 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 애노드 전계를 효과적으로 차폐할 수 있고 게이트 전극에 의한 전자 방출의 효율을 향상시킬 수 있는 전계 방출형 백라이트 유니트 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치에 관한 것이다.
통상적으로 평판 디스플레이 장치(flat panel display device)는 크게 발광형과 수광형으로 분류될 수 있다. 발광형으로는 음극선관(cathode ray tube; CRT), 플라즈마 디스플레이 장치(plasma display panel; PDP) 및 전계방출 디스플레이 장치(field emission display; FED) 등이 있으며, 수광형으로는 액정 디스플레이 장치(liquid crystal display; LCD)가 있다.
이중에서, 액정 디스플레이 장치는 무게가 가볍고 소비전력이 적은 장점을 가지고 있으나, 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고 외부로부터 빛이 입사되어 화상을 형성하는 수광형 디스플레이 장치이므로, 어두운 곳에서는 화상을 관찰할 수 없는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 액정 디스플레이 장치의 배면에는 백라이트 유니트(backlight unit)가 설치되어 빛을 조사한다. 이에 따라, 어두운 곳에서도 화상을 구현할 수 있다.
종래의 백라이트 유니트로는 가장자리 발광형이 주로 이용되었는바, 광원으로서 선광원과 점광원을 사용하였다. 대표적인 선광원으로서는 양 단부의 전극이 관내에 설치되는 냉음극 형광램프(cold cathode fluorescent lamp; CCFL)가 있고, 점광원으로서는 발광 다이오드(light emitting diode; LED)가 있다.
냉음극 형광램프는 강한 백색광을 방출할 수 있고 고휘도와 고균일도를 얻을 수 있으며 대면적화 설계가 가능하다는 장점이 있지만, 고주파 교류신호에 의해 작동되고 작동 온도 범위가 좁다는 단점이 있다.
발광 다이오드는 휘도와 균일도 면에서 냉음극 형광램프에 비해 성능이 떨어지나, 직류신호에 의해 작동되고 수명이 길며 작동 온도범위가 넓고, 또한 박형화가 가능하다는 장점을 갖는다.
그러나 이러한 종래의 백라이트 유니트는 일반적으로 그 구성이 복잡하여 제조 비용이 높고, 광원이 측면에 배치되어 있어서 광의 반사와 투과에 따른 전력 소모가 크다는 단점이 있었다. 특히, 액정 디스플레이 장치가 대형화될수록 휘도의 균일성을 확보하기 힘든 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 상기 문제점들을 해소하기 위하여 평면 발광 구조를 가진 전계 방출형(electron emission type) 백라이트 유니트가 제안되고 있다. 이러한 전계 방출형 백라이트 유니트는 기존의 냉음극 형광램프 등을 이용한 백라이트 유니트에 비해 전력 소모가 적고, 또한 넓은 범위의 발광 영역에서도 비교적 균일한 휘도를 나타내는 장점이 있다.
종래의 전계 방출형 백라이트 유니트의 일 예가 대한민국 공개특허공보 특2003-0081866호에 개시되어 있다.
이러한 백라이트 유니트에 있어서, 전면기판에는 그 하면에 애노드 전극(anode electrode)과 형광체층이 차례로 적층되어 배치되고, 배면기판에는 그 상면에 캐소드 전극(cathode electrode)이 배치되고 이러한 캐소드 전극의 위에는 전자방출층들이 스트라이프 형태로 배치된 구조를 가지고 있다. 이러한 구조에서는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 전자 방출을 위한 고전압이 직접 인가되므로 국부적으로 아킹이 발생하기 쉽다. 이와 같이 국부적인 아킹이 발생하게 되면, 백라이트 유니트의 전면에 걸쳐 휘도의 균일성을 보장하기 힘들뿐만 아니라, 전극층들, 형광체층 및 전자방출층이 아킹에 의해 손상되어 백라이트 유니트의 수명이 짧아지게 되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래의 전계 방출형 백라이트 유니트의 서로 다른 일 예가 일본 공개특허번호 특개2003-16905호 및 대한민국 공개특허번호 특2004-0044101에 개시되어 있다.
이러한 백라이트 유니트에 있어서, 전면기판에는 그 하면에 애노드 전극 (anode electrode)과 형광체층이 차례로 적층되어 배치되고, 배면기판에는 그 상면에 캐소드 전극(cathode)과 게이트 전극(gate electrode)이 스트라이프 형태로 서로 나란히 교대로 배치되며 캐소드 전극 및 게이트 전극을 일부 또는 전부 덮도록 전자방출층이 적층된 구조를 가지고 있다. 이러한 구조에서는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에서 국부적 아킹이 발생하지는 않지만, 애노드 전극에 의해 발생하는 애노드 전계(anode field)가 게이트 전극과 캐소드 전극 사이에 형성되는 게이트 전계(gate field)에 영향을 주어 게이트 전극에 의한 전자 방출 제어를 어렵게 하고 애노드 전계에 의한 원치 않는 다이오드 발광을 일으키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 캐소드 전극, 게이트 전극 및 전자방출층의 구조를 개선함으로써 애노드 전계를 효과적으로 차폐할 수 있고 게이트 전극에 의한 전자 방출의 효율을 향상시킬 수 있는 전계 방출형 백라이트 유니트 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 게이트 전극과 캐소드 전극을 교대로 배치하고 이들 전극에 전압을 교대로 인가함으로써 불필요한 전자방출을 줄여 전력 소비를 낮추고 형광체의 열화를 방지하여 그 수명을 연장시킬 수 있는 전계 방출형 백라이트 유니트 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전자방출에 기여하지 못하는 전자방출층을 제거함으로써 전자방출층과 관련된 제조비용을 절감할 수 있는 전계 방출형 백라이트 유 니트 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적 및 그 밖의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서로 이격되어 대향되게 배치된 전면기판 및 배면기판, 상기 전면기판과 상기 배면기판 사이에 배치된 애노드 전극 및 형광체층, 상기 전면기판과 상기 배면기판 사이에 서로 이격되어 배치된 캐소드 전극들 및 게이트 전극들, 상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극의 서로 대향하는 면들 중 적어도 일면을 덮도록 배치된 전자방출층이 구비된 전계 방출형 백라이트 유니트를 제공한다.
여기서, 상기 애노드 전극 및 상기 형광체층은 상기 전면기판의 상기 배면기판을 향한 면에 순차적으로 적층되어 배치된 것이 바람직하다.
나아가, 상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극은 상기 배면기판의 상기 전면기판을 향한 면 상에 서로 나란하게 교대로 배치된 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
나아가, 상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극은 스트라이프 형태로 배치된 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
나아가, 상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극은 상기 배면기판의 평활면을 기준으로 같은 높이로 배치된 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
나아가, 상기 전자방출층은 상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극 중 적어도 한 전극의 측면을 덮도록 배치된 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 전자방출층은 상기 배면기판의 평활면을 기준으로 상기 전자방출층이 배치되는 전극과 같은 높이로 배치될 수도 있고, 애노드 전계의 영향을 받지 않도록 상기 전자방출층이 배치되는 전극 보다 높이가 낮게 배치될 수도 있다.
또한 이 경우, 상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극 중 적어도 한 전극의 위에는 애노드 전계 차폐를 위한 보조전극이 더욱 배치될 수도 있다.
나아가, 상기 전자방출층은 상기 배면기판의 평활면으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 배치될 수도 있다.
이 경우, 상기 배면기판과 상기 전자방출층 사이, 및 상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극 사이의 상기 전자방출층이 배치되어 있지 않은 영역에는 절연층이 더욱 배치된 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이러한 절연층은 배치되지 않아도 무방하다.
나아가, 상기 전자방출층은 탄소 나노 튜브를 포함하여 형성된 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 서로 이격되어 대향되게 배치된 전면기판 및 배면기판, 상기 전면기판과 상기 배면기판 사이에 배치된 애노드 전극 및 형광체층, 상기 전면기판과 상기 배면기판 사이에 서로 이격되어 배치된 캐소드 전극들 및 게이트 전극들, 상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극의 서로 대향하는 면들 중 적어도 일면을 덮도록 배치된 전자방출층이 구비된 전계 방출형 백라이트 유니트 및, 상기 전계 방출형 백라이트 유니트의 전방에 배치되어 상기 전계 방출형 백라이트 유니트 로부터 공급되는 광을 제어하여 화상을 구현하는 수발광 소자를 이용한 디스플레이 패널을 구비한 평판 디스플레이 장치를 제공한다.
여기서, 상기 애노드 전극 및 상기 형광체층은 상기 전면기판의 상기 배면기판을 향한 면에 순차적으로 적층되어 배치된 것이 바람직하다.
나아가, 상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극은 상기 배면기판의 상기 전면기판을 향한 면 상에 서로 나란하게 교대로 배치된 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
나아가, 상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극은 스트라이프 형태로 배치된 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
나아가, 상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극은 상기 배면기판의 평활면을 기준으로 같은 높이로 배치된 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
나아가, 상기 전자방출층은 상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극 중 적어도 한 전극의 측면을 덮도록 배치된 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 전자방출층은 상기 배면기판의 평활면을 기준으로 상기 전자방출층이 배치되는 전극과 같은 높이로 배치될 수도 있고, 애노드 전계의 영향을 받지 않도록 상기 전자방출층이 배치되는 전극 보다 높이가 낮게 배치될 수도 있다.
또한 이 경우, 상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극 중 적어도 한 전극의 위에는 애노드 전계 차폐를 위한 보조전극이 더욱 배치될 수도 있다.
나아가, 상기 전자방출층은 상기 배면기판의 평활면으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 배치될 수도 있다.
이 경우, 상기 배면기판과 상기 전자방출층 사이, 및 상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극 사이의 상기 전자방출층이 배치되어 있지 않은 영역에는 절연층이 더욱 배치된 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이러한 절연층은 배치되지 않아도 무방하다.
나아가, 상기 전자방출층은 탄소 나노 튜브를 포함하여 형성된 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
나아가, 상기 수발광 소자는 액정인 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전계 방출형 백라이트 유니트의 단면도이고, 도 2는 도 1의 부분 확대 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 제1실시예에 따른 백라이트 유니트(200)에는 전면기판(201)과 배면기판(202)이 서로 이격되어 대향되게 배치되어 있다.
또한, 전면기판(201)의 배면기판(202)을 향한 면에는 애노드 전극(207) 및 형광체층(208)이 배치되어 있다.
또한, 이러한 형광체층(208)는 전면기판(201)의 배면기판(202)을 향한 면에 배치되고, 이러한 형광체층(208)을 덮도록 애노드 전극(207)이 구비되어 있다. 여 기서, 이러한 애노드 전극(207)은 금속 박막으로 이루어지며 외부로부터 고전압을 인가 받아 전자빔을 가속시키는 기능을 담당할 뿐만 아니라 디스플레이 장치의 내전압 확보와 휘도 향상에 도움을 주는 역할을 한다.
한편, 형광체층(208)의 일 표면에는 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 전극이 더 구비될 수 있다. 이러한 투명 전극은 전면기판의 일 표면 전체를 덮도록 구비되거나 스트라이프 형태로 구비될 수 있다. 이 경우에는 상술한 금속 박막을 생략할 수 있으며, 생략할 경우 투명 전극이 애노드 전극이 되어 전자빔 가속에 필요한 전압을 인가 받는다.
여기에서는 형광체층(208)이 애노드 전극(207)과 전면기판(201) 사이에 배치되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 형광체층(208)과 애노드 전극(207)의 배치 순서가 바뀌더라도 무방하다. 즉, 도 2에 도시된 바와는 달리, 전면기판(201)의 배면기판(202)을 향한 면에 애노드 전극(207)이 배치되고, 이러한 애노드 전극(207)을 덮도록 형광체층(208)이 배치된 구조를 취할 수도 있다.
여기서, 형광체층(208)은 전자에 의해 여기되어 가시광을 방출하는 역할을 수행한다.
도 1을 참조하면, 내부공간(210)을 볼 수 있는데, 그 내부압력을10-6Torr 이하의 진공으로 유지해야 한다. 즉, 내부공간(210)이 고진공으로 유지되지 않으면 패널 내부 공간에 존재하고 있는 입자들과 전자방출층(205)에서 방출된 전자가 충돌하여 이온들이 발생하게 되고, 이러한 이온들에 의한 스퍼터링으로 형광체층 (208)이 열화되기도 하며, 또한 애노드 전극(207)에 의해 가속된 전자들이 잔류 입자들과 충돌하여 에너지를 잃게 되어 형광체층(208)에 충돌할 때 충분한 에너지를 전달하지 못하게 됨으로써, 발광 휘도의 효율이 떨어지기도 한다.
따라서, 배면기판(202)과 전면기판(201) 사이의 내부공간(210)을 고진공으로 밀봉하게 되며, 전면기판(201)과 배면기판(202)의 합착되는 단부를 따라 밀봉해야 한다. 이때 실링 글래스 프릿(sealing glass frit) 등과 같은 밀봉부재를 이용하여 밀봉부(206)를 형성하게 된다.
이하, 본 제1실시예에 따른 백라이트 유니트(200)의 구성을 보다 구체적으로 살펴본다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 유리 재질 등으로 형성된 배면기판(202)을 준비하고, 이러한 배면기판(202) 상에 Cr, Nb, Mo, W 또는 Al 등으로부터 선택된 하나 이상의 물질로서 캐소드 전극들(203)을 스트라이프 형태로 형성한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이러한 캐소드 전극(203)은 이외에도 전자를 원활하게 공급할 수 있는 범위 내의 다른 다양한 물질로서 곡선 또는 다각형 등의 다양한 형태로 형성될 수 있다.
다음으로는, 이러한 배면기판(202) 상에 ITO, IZO, In2O3 등의 투명 전도성 물질 또는 Mo, Ni, Ti, Cr, W 또는 Ag 등과 같은 금속 재질로서 복수의 게이트 전극들(204)을 상술한 캐소드 전극들(203)과 소정의 간격을 두고 나란히 교대로 스트라이프 형태로 형성한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이러한 게이트 전극들(204)은 이외에도 다양한 물질로서 곡선 또는 다각형 등의 다양한 형태로 형성될 수 있다. 또한, 본 제1실시예에서는 이러한 게이트 전극(204)은 배면기판(202)의 평활면을 기준으로 캐소드 전극(203)과 같은 높이로 형성된다.
다음으로는, 이러한 캐소드 전극(203) 및/또는 게이트 전극(204)을 덮도록 전자방출층(205)을 형성한다. 여기서, 이러한 전자방출층(205)은 캐소드 전극(203) 및 게이트 전극(204)의 서로 대향하는 측면을 덮도록 배치되는데, 이는 전자 방출이 캐소드 전극(203) 및 게이트 전극(204)의 상단부가 아닌 이들 두 전극(203, 204)의 대향하는 측면들에서 대부분 발생하기 때문에 이들 두 전극(203, 204)의 상단부와 같이 전자 방출에 기여하지 못하는 불필요한 전자방출층을 제거함으로써 전자방출층과 관련된 제조비용을 절감할 수 있기 때문이다..
또한, 본 제1실시예에서는 이러한 전자방출층(205)은 배면기판(202)의 평활면을 기준으로 캐소드 전극(203) 및 게이트 전극(204)과 같은 높이(h205)로 형성된다. 또한 여기서, 이러한 전자방출층(205)은 카본 나노튜브(CNT, carbon nanotube), 그라파이트, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(DLC), 훌러렌(C60) 등을 포함하는 일함수가 낮은 탄소계 물질로 이루어질 수 있고, 페이스트 상의 탄소계 물질을 후막 인쇄한 후, 건조, 노광, 현상 공정을 통해 패터닝을 행하여 형성할 수 있을 뿐 만 아니라, 화학 기상 증착법(CVD), 물리 기상 증착법(PVD) 등을 이용하여 형성할 수도 있다.
이와 같이 함으로써, 이러한 캐소드 전극(203)과 게이트 전극(204)에 교대로 전압이 인가될 경우, 이들 양 전극(203, 204)이 교대로 그 역할을 바꾸게 되어 캐소드 전극(203)에 배치되어 있는 전자방출층(205a)으로부터 게이트 전극(204)으로, 다음에 게이트 전극(204)에 배치되어 있는 전자방출층(205b)으로부터 캐소드 전극(203)으로 교대로 전자가 방출되게 되며 이는 일 방향의 전자 방출 구조를 갖는 경우에 비해 보다 안정적인 전자 방출이 이루어질 수 있게 한다.
또한 이와 같이 함으로써, 실질적으로 동일한 구동을 위하여 이들 두 전극(203, 204) 중 어느 하나의 전극에 소정의 구동전압이 인가되는 시간은 일 방향의 전자 방출 구조를 갖는 경우에 비해 절반으로 줄게 되며, 이는 실제적으로 전자방출층(205)의 수명을 향상시키고, 전자 방출의 안정성을 제고시키는 효과가 있다.
또한 이와 같이 함으로써, 일 방향 전자 방출 구조를 갖는 경우에 발생하는 실제 구동 전압이 인가되는 구간이 아닌 구간에서 원치 않는 전자가 방출되는 것을 방지하여 이러한 전자에 의한 스퍼터링으로 형광체가 열화되는 것을 방지하고, 이로 인해 형광체의 수명을 획기적으로 연장시킬 수 있다.
한편, 이러한 전자방출층(205)은 게이트 전극(204)을 제외한 캐소드 전극(203)에만 배치될 수도 있다.
또한, 이러한 전자방출층(205)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 백라이트 유니트(200)의 최좌측 및 최우측에 배치되어 있는 게이트 전극(204) 또는 캐소드 전극(203)의 좌측면 또는 우측면에는 위치상 전자 방출에 기여하지 못하므로 배치될 필요가 없다.
또한, 이러한 전자방출층(205)은 애노드 전계(anode field)에 의해 가속되어 가시광 방출에 적합한 형광체층에의 충돌 속도를 얻을 수 있도록 애노드 전극(207) 및 형광체층(208)의 적층구조로부터 소정의 거리(l200) 이내에 위치하여야 한다.
마지막으로, 배면기판(202)과, 애노드 전극(207) 및 형광체층(208)이 형성되어 있는 전면기판(201)을 서로 대향되게 배치하고, 이를 밀봉부재를 이용하여 밀봉부(206)를 형성하는데, 이러한 밀봉부재로는 실링 글래스 프릿가 사용될 수 있다.
이를 보다 구체적으로 살펴보면, 배면기판(202)의 모서리에 반죽 상태의 실링 글래스 프릿을 디스펜싱(dispensing)법 또는 스크린 프린팅(screen printing)법 등을 이용하여 도포한다. 다음에, 건조(drying) 공정 등을 거쳐 실링 글래스 프릿에 포함되어 있던 수분 등을 제거한다. 그 다음에, 배면기판(202)과 전면기판(201)을 정렬시킨 후 고온으로 실링 글래스 프릿을 소결시켜 밀봉을 완료하게 된다. 상기와 같이 밀봉이 완료된 후에는 배기구(미도시) 등을 통해 기판들(201, 202)의 내부공간(210)를 고진공으로 만들게 된다.
이하, 본 실시예의 전극 구조를 구비한 백라이트 유니트(200)가 작동되는 과정을 살펴본다.
먼저, 캐소드 전극(203)과 게이트 전극(204) 사이에 소정의 전압을 교대로 인가하게 되면 캐소드 전극의 역할을 하는 전극으로부터 전자가 발생하여, 이 전극에 배치되어 있는 전자방출층(205)을 통해 전자들이 방출되며, 이와 같이 방출된 전자들은 게이트 전극의 역할을 하는 전극쪽으로 이동하게 된다.
다음에, 이러한 전자들은 전면기판(201)에 배치되어 있는 애노드 전극(207) 에 의해 형성된 전계에 의해 가속되어 형광체층(208)에 충돌함으로써 형광체를 여기시키게 된다.
결국, 이와 같이 여기된 형광체가 기저상태로 되돌아가면서 가시광을 방출하게 되고, 이러한 가시광이 전면기판(201)을 통해 외부로 출사되어 빛을 조사하게 된다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 전계 방출형 백라이트 유니트를 상기 제1실시예의 도 2에 대응되게 도시한 부분 확대 단면도이다.
본 제2실시예에 따른 백라이트 유니트(300)는 제1실시예의 경우와 마찬가지로, 전면기판(301), 형광체층(308), 애노드 전극(307), 배면기판(302), 캐소드 전극(303), 게이트 전극(304) 및 전자방출층(305a, 305b: 305)을 구비한다.
그런데, 본 발명의 제2실시예가 제1실시예와 다른 점은, 캐소드 전극(303) 및 게이트 전극(304) 중 적어도 한 전극의 위에는 보조전극(303a, 304a)이 더욱 배치된다는 것이다. 여기서, 이러한 보조전극들(303a, 304a)은 캐소드 전극(303) 또는 게이트 전극(304)과 같은 재질로 형성될 수도 있고, 이와는 다른 재질로 형성될 수도 있다.
이와 같이 함으로써, 이러한 보조전극들(303a, 304a)에 의해 애노드 전계가 보다 완벽하게 차폐되어 게이트 전계가 강화 및 안정화 되고, 이로 인해, 전자 방출의 효율 및 안정성이 향상될 수 있다.
또한, 이러한 전자방출층(305) 및 전극들(303, 304)의 높이(h305)는 제1실시 예의 전자방출층의 높이(h205)와 동일 또는 유사하도록 형성된 것이 바람직하다. 따라서, 이러한 보조전극들(303a, 304a)의 높이 만큼 애노느 전계 차폐 효과가 향상될 수 있다.
또한, 캐소드 전극(303) 및/또는 게이트 전극(304)에 배치되는 전자방출층(305)은 애노드 전계에 의해 가속되어 가시광 방출에 적합한 형광체층(308)에의 충돌 속도를 얻을 수 있도록 애노드 전극(307) 및 형광체층(308)의 적층구조로부터 소정의 거리(l300) 이내에 위치하여야 한다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 전계 방출형 백라이트 유니트를 상기 제1실시예의 도 2에 대응되게 도시한 부분 확대 단면도이다.
본 제3실시예에 따른 백라이트 유니트(400)는 제1실시예의 경우와 마찬가지로, 전면기판(401), 형광체층(408), 애노드 전극(407), 배면기판(402), 캐소드 전극(403), 게이트 전극(404) 및 전자방출층(405a, 405b: 405)을 구비한다.
그런데, 본 발명의 제3실시예가 제1실시예와 다른 점은, 전자방출층(405)이 배면기판(402)의 평활면을 기준으로 캐소드 전극(403) 및 게이트 전극(404) 보다 높이가 낮도록 배치된다는 것이다.
또한, 이러한 전자방출층(405)의 높이(h405)는 제1실시예의 전자방출층의 높이(h205) 보다 높게 형성된 것이 바람직하다. 이에 따라, 이러한 캐소드 전극(403) 및 게이트 전극(404)은 각각 제1실시예의 대응하는 전극들(203, 204) 보다 높게 형성되게 된다.
이와 같이 함으로써, 애노드 전극(408)에서 발생하는 애노드 전계를 이들 두 전극(403, 404)이 보다 완벽하게 차폐하여 게이트 전극(404)에 의한 전자방출 제어효과를 획기적으로 향상시킬 수 있다.
또한 이와 같이 함으로써, 이러한 전자방출층(405)이 애노드 전극(408) 및 형광체층(409)의 적층구조와 이격된 거리(l400)를 최대한 좁힐 수 있고, 이로써 가시광의 방출에 실질적으로 기여하는 전자를 방출할 수 있는 전자방출층(405)의 면적을 극대화시킬 수 있다. 이에 의한 부수적 효과로서, 캐소드 전극(403) 및 게이트 전극(404)이 높게 형성됨에 따라 이들 전극의 단면적이 증가되게 되어 저항이 감소됨으로써 이러한 높이 방향과 수직한 방향으로 인가되는 캐소드 전압 및 게이트 전압에 대한 전압 강하 현상을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 전계 방출형 백라이트 유니트를 상기 제1실시예의 도 2에 대응되게 도시한 부분 확대 단면도이다.
본 제4실시예에 따른 백라이트 유니트(500)는 제1실시예의 경우와 마찬가지로, 전면기판(501), 형광체층(508), 애노드 전극(507), 배면기판(502), 캐소드 전극(503), 게이트 전극(504) 및 전자방출층(505a, 505b: 505)을 구비한다.
그런데, 본 발명의 제4실시예가 제1실시예와 다른 점은, 전자방출층(505)이 배면기판(502)의 평활면으로부터 소정의 거리(d500)만큼 이격되어 배치된다는 것이다.
또한, 이러한 전자방출층(505)은 캐소드 전극(503) 및 게이트 전극(504) 중 적어도 하나의 전면기판(501)쪽 단부 보다 낮은 위치까지 배치되어 있다.
또한, 이러한 전자방출층(505)의 높이(h505)는 적어도 제1실시예의 전자방출층의 높이(h205) 낮지 않도록 형성된 것이 바람직하다.
또한, 이 경우 상기와 같이 이격된 거리(d500)를 감안하여 캐소드 전극(503) 및 게이트 전극(504)을 높게 형성하는데, 이는 이들 전극(503, 504)에 배치되어 전자방출에 기여하는 전자방출층의 높이(h505)를 제1실시예의 전자방출층의 높이(h205) 보다 낮지 않도록 함으로써 소정의 전자 방출 효과를 얻기 위한 것이다.
즉, 배면기판(502)의 평활면으로부터 소정의 거리(d500)만큼 이격되어 전자방출층(505)이 배치됨으로써, 이러한 전자방출층(505)이 애노드 전극(507) 및 형광체층(508)의 적층구조와 이격된 거리(l500)를 최대한 좁힐 수 있고, 이로써 가시광의 방출에 실질적으로 기여하는 전자를 방출할 수 있는 전자방출층(505)의 면적을 극대화시킬 수 있다. 이에 의한 부수적 효과로서, 캐소드 전극(503) 및 게이트 전극(504)이 높게 형성됨에 따라 이들 전극의 단면적이 증가되게 되어 저항이 감소됨으로써 이러한 높이 방향과 수직한 방향으로 인가되는 캐소드 전압 및 게이트 전압에 대한 전압 강하 현상을 방지할 수 있다.
또한, 전자방출층(505)이 캐소드 전극(503) 및 게이트 전극(504) 중 적어도 하나의 전면기판(501)쪽 단부 보다 낮은 위치까지만 배치됨으로써, 애노드 전극(507)에서 발생하는 애노드 전계를 이들 두 전극(503, 504)이 보다 완벽하게 차폐 하여 게이트 전극(504)에 의한 전자방출 제어효과를 획기적으로 향상시킬 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이러한 전자방출층(505)은 캐소드 전극(503) 및 게이트 전극(504) 중 적어도 하나의 전면기판(501)쪽 단부까지 배치될 수도 있다.
또한, 배면기판(502)과 전자방출층(505) 사이, 및 캐소드 전극(503)과 게이트 전극(504) 사이의 전자방출층(505)이 배치되어 있지 않은 영역에는 절연층(509)이 더욱 배치될 수 있다.
이와 같이 함으로써, 배면기판(502) 상에 절연층(509)을 형성하고 이러한 절연층(509) 위에 다시 전자방출층(505)을 형성하는 공정을 적용할 수 있고, 이로써 이러한 절연층(509) 없이 캐소드 전극(503) 및/또는 게이트 전극(504)의 측면의 공간에 직접 전자방출층(505)을 형성하는 경우에 비해 전자방출층(505) 형성 공정이 훨씬 용이해질 수 있다.
또한 이와 같이 함으로써, 전자방출층(505) 아래의 배면기판(502)을 향한 부분에 강한 게이트 필드가 형성되게 되고, 이로써 보다 안정적인 전자 방출이 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 디스플레이 패널과 백라이트 유니트를 도시한 분리 사시도이고, 도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선을 따라 취한 부분 절개 단면도이다.
도 6에는 액정 디스플레이 장치의 액정 디스플레이 패널(700)과 액정 디스플레이 패널(700)에 광을 공급하는 전계 방출형 백라이트 유니트(600)가 도시되어 있 다.
도면을 참조하면, 액정 디스플레이 패널(700)에는 화상신호를 전달하는 연성인쇄회로기판(718)이 부착되어 있다. 또한, 이러한 액정 디스플레이 패널(700)의 후방에는 백라이트 유니트(600)가 배치되어 있다.
이러한 백라이트 유니트(600)는 전계 방출형 백라이트 유니트로서, 연결케이블(640)을 통해 전원을 공급 받고, 백라이트 유니트의 전면(651)을 통하여 가시광(650)을 방출시키며, 이와 같이 방출된 가시광(650)이 액정 디스플레이 패널(700)에 공급되도록 하는 역할을 수행한다.
이하, 도 7을 참조하여 이러한 백라이트 유니트(600)와 액정 디스플레이 패널(700)에 관하여 상세히 설명한다.
도 7에 도시된 백라이트 유니트(600)는 상술한 본 발명의 바람직한 실시예들 중 어느 하나에 따른 전계 방출형 백라이트 유니트가 될 수 있다.
도면을 참조하면, 도 1에서 도시된 전계 방출형 백라이트 유니트(200)가 그대로 적용되고 있다.
먼저, 외부의 전원이 인가되게 되면, 캐소드 전극(603)과 게이트 전극(604) 사이에서 전계가 형성되고, 캐소드 전극(603)에서 공급된 전자는 전자방출층(605)을 통해 방출되어, 이러한 전자들이 전면기판(601) 상의 애노드 전극(607)에 의해 형광체층(608)에 충돌하여 가시광(V)을 발생시켜 전면의 액정 디스플레이 패널(700)을 향해 출사시키게 된다.
한편, 이러한 액정 디스플레이 패널(700)은 제1기판(701)을 구비하고, 이러 한 제1기판(701) 상에는 버퍼층(706)이 형성되고, 이러한 버퍼층(706) 상에는 반도체층(707)이 소정의 패턴으로 형성된다. 또한, 이러한 반도체층(707) 상에는 제1절연층(708a)이 형성되며, 이러한 제1절연층(708a)상에는 게이트 전극(703)이 소정의 패턴으로 형성되고, 이러한 게이트 전극(703) 상에는 제2절연층(708b)이 형성된다. 이러한 제2절연층(708b)이 형성된 후에는, 드라이 에칭 등의 공정에 의해 제1절연층(708a)과 제2절연층(708b)이 식각되어 반도체층(707)의 일부가 노출되고, 이와 같이 노출된 부분을 포함하는 소정의 영역에 소스 전극(704)과 드레인 전극(705)이 형성된다. 이러한 소스 전극(704) 및 드레인 전극(705)이 형성된 후 제3절연층(708c)이 형성되며, 이러한 제3절연층(708c) 상에 평탄화층(709)이 형성된다. 또한, 이러한 평탄화층(709)상에는 소정의 패턴으로 제1전극(710)이 형성되고, 제3절연층(708c)과 평탄화층(709) 일부가 식각되어 드레인 전극(705)과 제1전극(710)의 도전통로가 형성된다.
또한, 투명한 제2기판(702)은 제1기판(701)과 별도로 제조되고, 제2기판(702)의 하면(702a)에는 칼라 필터층(712)이 형성된다. 이러한 칼라 필터층(712)의 하면(712a)에는 제2전극(711)이 형성되고, 제1전극(710)과 제 2전극(711)의 서로 대향하는 면들에는 액정층(713)을 배향하는 제1배향층(714a)과 제2배향층(714b)이 형성된다. 또한, 이러한 제1기판(701)의 하면(701a)에는 제1편광층(715a)이, 제2기판(702)의 상면(702b)에는 제2편광층(715b)이 형성되고, 이러한 제2편광층(715b)의 상면(715b’)에는 보호필름(716)이 형성된다. 또한, 칼라 필터층(712)과 평탄화층(709) 사이에는 액정층(713)을 구획하는 스페이서(717)가 형성된다.
이하, 액정 디스플레이 패널(700)의 작동원리에 관해 간단히 설명하면, 게이트 전극(703), 소스 전극(704) 및 드레인 전극(705)에 의해 제어된 외부신호에 의해 제1전극(710)과 제2전극(711) 사이에 전위차가 형성되고, 이러한 전위차에 의해 액정층(713)의 배열이 결정되며, 이러한 액정층(713)의 배열에 따라 백라이트 유니트(600)에서 공급되는 가시광(V)이 차폐 또는 통과된다. 결국, 상기와 같이 통과된 가시광이 칼라 필터층(712)을 통과하면서 색을 띠게 되어 화상을 구현한다.
한편, 도 7에는 TFT-LCD를 예로 하여 도시되었으나, 본 발명의 액정 디스플레이 패널이 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 다른 다양한 수광형 디스플레이 패널이 적용될 수 있다.
상기한 바와 같은 전계 방출형 백라이트 유니트를 구비한 액정 디스플레이 패널은 그 백라이트 유니트의 휘도와 수명이 향상되고, 소비 전력이 감소됨에 따라 디스플레이 패널의 휘도 향상 및 수명 증대 효과는 물론 소비 전력이 감소되는 효과를 가져올 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 캐소드 전극, 게이트 전극 및 전자방출층의 구조를 개선함으로써 애노드 전계를 효과적으로 차폐할 수 있고 게이트 전극에 의한 전자 방출의 효율을 향상시킬 수 있는 전계 방출형 백라이트 유니트 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 게이트 전극과 캐소드 전극을 교대로 배치하고 이들 전극에 전압을 교대로 인가함으로써 불필요한 전자방출을 줄여 전력 소비를 낮추고 형광체의 열화를 방지하여 그 수명을 연장시킬 수 있는 전계 방출형 백라이트 유니트 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 전자방출에 기여하지 못하는 전자방출층을 제거함으로써 전자방출층과 관련된 제조비용을 절감할 수 있는 전계 방출형 백라이트 유니트 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (25)

  1. 서로 이격되어 대향되게 배치된 전면기판 및 배면기판;
    상기 전면기판과 상기 배면기판 사이에 배치된 애노드 전극 및 형광체층;
    상기 전면기판과 상기 배면기판 사이에 서로 이격되어 배치된 캐소드 전극들 및 게이트 전극들;
    상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극의 서로 대향하는 면들 중 적어도 일면을 덮도록 배치된 전자방출층이 구비된 전계 방출형 백라이트 유니트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 애노드 전극 및 상기 형광체층은 상기 전면기판의 상기 배면기판을 향한 면에 순차적으로 적층되어 배치된 전계 방출형 백라이트 유니트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극은 상기 배면기판의 상기 전면기판을 향한 면 상에 서로 나란하게 교대로 배치된 전계 방출형 백라이트 유니트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극은 스트라이프 형태로 배치된 전계 방출형 백라이트 유니트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극은 상기 배면기판의 평활면을 기준으로 같은 높이로 배치된 전계 방출형 백라이트 유니트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전자방출층은 상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극 중 적어도 한 전극의 측면을 덮도록 배치된 전계 방출형 백라이트 유니트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전자방출층은 상기 배면기판의 평활면을 기준으로 상기 전자방출층이 배치되는 전극과 같은 높이로 배치된 전계 방출형 백라이트 유니트.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극 중 적어도 한 전극의 위에는 애노드 전계 차폐를 위한 보조전극이 더욱 배치된 전계 방출형 백라이트 유니트.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 전자방출층은 애노드 전계의 영향을 받지 않도록 상기 배면기판의 평활면을 기준으로 상기 전자방출층이 배치되는 전극 보다 높이가 낮게 배치된 전계 방 출형 백라이트 유니트.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 전자방출층은 상기 배면기판의 평활면으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 배치된 전계 방출형 백라이트 유니트.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배면기판과 상기 전자방출층 사이, 및 상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극 사이의 상기 전자방출층이 배치되어 있지 않은 영역에는 절연층이 더욱 배치된 전계 방출형 백라이트 유니트.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전자방출층은 탄소 나노 튜브를 포함하여 형성된 전계 방출형 백라이트 유니트.
  13. 서로 이격되어 대향되게 배치된 전면기판 및 배면기판, 상기 전면기판과 상기 배면기판 사이에 배치된 애노드 전극 및 형광체층, 상기 전면기판과 상기 배면기판 사이에 서로 이격되어 배치된 캐소드 전극들 및 게이트 전극들, 상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극의 서로 대향하는 면들 중 적어도 일면을 덮도록 배치된 전자방출층이 구비된 전계 방출형 백라이트 유니트 및, 상기 전계 방출형 백라이트 유니트의 전방에 배치되어 상기 전계 방출형 백라이트 유니트로부터 공급되는 광을 제어하여 화상을 구현하는 수발광 소자를 이용한 디스플레이 패널을 구비한 평판 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 애노드 전극 및 상기 형광체층은 상기 전면기판의 상기 배면기판을 향한 면에 순차적으로 적층되어 배치된 평판 디스플레이 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극은 상기 배면기판의 상기 전면기판을 향한 면 상에 서로 나란하게 교대로 배치된 평판 디스플레이 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극은 스트라이프 형태로 배치된 평판 디스플레이 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극은 상기 배면기판의 평활면을 기준으로 같은 높이로 배치된 평판 디스플레이 장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 전자방출층은 상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극 중 적어도 한 전극의 측면을 덮도록 배치된 평판 디스플레이 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전자방출층은 상기 배면기판의 평활면을 기준으로 상기 전자방출층이 배치되는 전극과 같은 높이로 배치된 평판 디스플레이 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 캐소드 전극 및 상기 게이트 전극 중 적어도 한 전극의 위에는 애노드 전계 차폐를 위한 보조전극이 더욱 배치된 평판 디스플레이 장치.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 전자방출층은 애노드 전계의 영향을 받지 않도록 상기 배면기판의 평활면을 기준으로 상기 전자방출층이 배치되는 전극 보다 높이가 낮게 배치된 평판 디스플레이 장치.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 전자방출층은 상기 배면기판의 평활면으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 배치된 평판 디스플레이 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 배면기판과 상기 전자방출층 사이, 및 상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극 사이의 상기 전자방출층이 배치되어 있지 않은 영역에는 절연층이 더욱 배치된 평판 디스플레이 장치.
  24. 제13항에 있어서,
    상기 전자방출층은 탄소 나노 튜브를 포함하여 형성된 평판 디스플레이 장치.
  25. 제 13 항에 있어서,
    상기 수발광 소자는 액정인 평판 디스플레이 장치.
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