KR20070041125A

KR20070041125A - 전자 방출 표시 디바이스

Info

Publication number: KR20070041125A
Application number: KR1020050096926A
Authority: KR
Inventors: 한삼일; 전상호
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2007-04-18

Abstract

본 발명은 화면의 휘도를 높이기 위하여 애노드 전극의 형상을 개선한 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판에 마련되는 전자 방출부들과, 제1 기판에 형성되어 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들과, 제2 기판의 일면에 형성되는 애노드 전극 및 애노드 전극 위에 형성되는 형광층들을 포함하며, 애노드 전극이 상기 형광층 형성 부위에 다수의 개구부들을 형성하는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다.

애노드전극, 제1기판, 제2기판, 전자방출부, 구동전극, 형광층

Description

전자 방출 표시 디바이스 {ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스 중 발광 유닛의 부분 평면도이다.

본 발명은 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화면의 휘도를 높이기 위하여 애노드 전극의 형상을 개선한 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 소자(electron emission element)는 전자원의 종류에 따라 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식으로 분류된다.

여기서, 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는 전계 방출 어레이(Field Emitter Array; FEA)형, 표면 전도 에미션(Surface-Conduction Emission; SCE)형, 금속-절연층-금속(Metal-Insulator-Metal; MIM)형 및 금속-절연층-반도체(Metal-Insulator-Semiconductor; MIS)형 등이 알려져 있다.

이러한 전자 방출 소자는 일 기판에 어레이를 이루며 형성되어 전자 방출 디바이스(electron emission device)를 구성하고, 전자 방출 디바이스는 형광층과 애노드 전극 등으로 이루어지는 발광 유닛이 구비된 다른 기판과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스(electron emission display device)를 구성한다.

즉 통상의 전자 방출 디바이스는 전자 방출부와 더불어 주사 전극들과 데이터 전극들로 기능하는 복수의 구동 전극들을 구비하여 전자 방출부와 구동 전극들의 작용으로 화소별 전자 방출의 온/오프와 전자 방출량을 제어한다. 그리고 전자 방출 표시 디바이스는 전자 방출부에서 방출된 전자들로 형광층을 여기시켜 소정의 발광 또는 표시 작용을 이루게 된다.

전술한 전자 방출 표시 디바이스에 있어서, ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 도전막으로 애노드 전극을 형성한 구조가 공지되어 있다. 이 애노드 전극은 전면 기판과 형광층 사이에 위치하며, 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받아 형광층을 고전위 상태로 유지시킨다. 또한, 애노드 전극은 형광층에 충돌한 전자들을 외부로 빼내어 형광층 표면이 대전되는 것을 방지하는 역할을 한다.

그런데 전술한 애노드 전극은 실질적으로 70 내지 80%의 낮은 광 투과율을 보이고 있으므로 종래의 전자 방출 표시 디바이스는 형광층에서 방사된 가시광이 애노드 전극을 통과하면서 휘도가 저하되는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 애노드 전극의 광 투과율을 높여 화면의 휘도를 높일 수 있는 전자 방출 표시 디바이스를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판에 마련되는 전자 방출부들과, 제1 기판에 형성되어 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들과, 제2 기판의 일면에 형성되는 애노드 전극 및 애노드 전극 위에 형성되는 형광층들을 포함하며, 애노드 전극이 상기 형광층 형성 부위에 다수의 개구부들을 형성하는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다.

상기 애노드 전극의 개구부들은 형광층을 구성하는 형광체 입경보다 크게 형성되어 형광층이 개구부들을 채우며 위치하도록 하거나, 형광층을 구성하는 형광체 입경보다 작게 형성되어 형광층이 개구부들을 사이에 두고 제2 기판과 이격되어 위치하도록 할 수 있다.

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도와 부분 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스 중 발광 유닛의 부분 평면도이다.

도면을 참고하면, 전자 방출 표시 디바이스는 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 대향 배치되는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 포함한다. 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 가장자리에는 밀봉 부재(도시하지 않음)가 배치되어 두 기판을 접합시키 며, 내부 공간이 대략 10^-6 torr의 진공도로 배기되어 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 및 밀봉 부재가 진공 용기를 구성한다.

상기 제1 기판(2) 중 제2 기판(4)과의 대향면에는 전자 방출 소자들이 어레이를 이루며 배치되어 전자 방출 디바이스(100)를 구성하고, 전자 방출 디바이스(100)가 제2 기판(4) 및 제2 기판(4)에 제공된 발광 유닛(110)과 결합되어 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.

먼저, 제1 기판(2) 위에는 제1 전극인 캐소드 전극들(6)이 제1 기판(2)의 일방향(도면의 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(6)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 제1 절연층(8)이 형성된다. 제1 절연층(8) 위에는 제2 전극인 게이트 전극들(10)이 캐소드 전극(6)과 직교하는 방향(도면의 x축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성된다.

본 실시예에서 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극(6) 위로 각 화소 영역마다 하나 이상의 전자 방출부(12)가 형성되고, 제1 절연층(8)과 게이트 전극(10)에는 각 전자 방출부(12)에 대응하는 개구부(81,101)가 형성되어 제1 기판(2) 상에 전자 방출부(12)가 노출되도록 한다.

전자 방출부(12)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어질 수 있다. 전자 방출부(12)는 일례로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C_60, 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질을 포함할 수 있다. 다른 한편으로 전자 방출부는 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물로 이루어질 수 있다.

도면에서는 전자 방출부들(12)이 원형으로 형성되고, 각 화소 영역에서 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열되는 구성을 도시하였다. 그러나 전자 방출부(12)의 평면 형상과 화소 영역당 개수 및 배열 형태 등은 도시한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.

또한, 상기에서는 게이트 전극들(10)이 제1 절연층(8)을 사이에 두고 캐소드 전극들(6) 상부에 위치하는 구조에 대해 설명하였으나, 게이트 전극들이 제1 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극들 하부에 위치하는 구조도 가능하다. 이 경우 전자 방출부는 제1 절연층 위에서 캐소드 전극의 측면에 형성될 수 있다.

그리고 게이트 전극(10)과 제1 절연층(8) 위로 제3 전극인 집속 전극(14)이 형성될 수 있다. 집속 전극(14) 하부에는 제2 절연층(16)이 위치하여 게이트 전극(10)과 집속 전극(14)을 절연시키며, 제2 절연층(16)과 집속 전극(14)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(161,141)가 마련된다. 도 1과 도 3에서는 화소 영역마다 하나의 개구부(141,161)가 구비되어 집속 전극(14)이 한 화소 영역에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속하는 구성을 도시하였다.

다음으로, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 도전막으로 이루어진 애노드 전극(22)이 형성되고, 애노드 전 극(22) 위로 형광층(18), 일례로 적색과 녹색 및 청색의 형광층들(18R,18G,18B)이 임의의 간격을 두고 위치한다. 그리고 각 형광층(18) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(20)이 형성된다.

애노드 전극(22)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받아 형광층(18)을 고전위 상태로 유지시키며, 형광층(18)은 제1 기판(2)에 설정되는 화소 영역에 한가지 색의 형광층(18R,18G,18B)이 대응하도록 형성된다.

본 실시예에서 애노드 전극(22)은 형광층(18) 형성 부위에 미세한 개구부들(221)을 형성하여 제2 기판(4)에서 애노드 전극(22)이 차지하는 면적을 감소시킨다. 따라서 애노드 전극(22)은 이 개구부들(221)에 의해 형광체 형성 부위에서 높아진 광 투과율을 가진다.

애노드 전극(22)의 개구부들(221)은 형광체 입경보다 큰 폭으로 형성되어 형광층(18)을 구성하는 형광체 입자들이 개구부(221)를 채우도록 할 수 있다. 반대로 애노드 전극(22)의 개구부들(221)은 형광체 입경보다 작은 폭으로 형성될 수 있으며, 이 경우 형광층(18)은 개구부(221)를 사이에 두고 애노드 전극(22)의 두께만큼 제2 기판(4)과 이격되어 위치한다.

도 1과 도 2에서는 일례로 형광층(18)을 구성하는 형광체 입자들이 개구부(221)를 채우며 위치하는 경우를 도시하였다. 그리고 도 3에서는 원형의 개구부들(221)을 도시하였으나, 개구부(221)는 원형 이외에 다각형, 슬릿 형상 등 다양한 모양으로 이루어질 수 있다.

한편, 형광층(18)과 흑색층(20) 위로는 알루미늄과 같이 광 반사율이 높은 금속으로 이루어진 금속 반사막(24)이 형성될 수 있다. 금속 반사막(24)은 형광층(22)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(2)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(4) 측으로 반사시켜 휘도를 높이는 역할을 한다.

상기 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에는 스페이서들(26, 도 2 참고)이 배치되어 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고, 두 기판의 간격을 일정하게 유지시킨다. 스페이서들(26)은 형광층(18)을 침범하지 않도록 흑색층(20)에 대응하여 위치한다.

상기 구성의 전자 방출 표시 디바이스는 외부로부터 캐소드 전극들(6), 게이트 전극들(10), 집속 전극(14) 및 애노드 전극(22)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다.

일례로 캐소드 전극들(6)과 게이트 전극들(10) 중 어느 한 전극들이 주사 구동 전압을 인가받아 주사 전극들로 기능하고, 다른 한 전극들이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극들로 기능한다. 그리고 집속 전극(14)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 일례로 0V 또는 수 내지 수십 볼트의 음의 직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(22)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 일례로 수백 내지 수천 볼트의 양의 직류 전압을 인가받는다.

그러면 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)간 전압 차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(12) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 집속 전극(14)의 개구부를 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되며, 애노드 전극(22)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 형광층(18)에 충돌함으 로써 이를 발광시킨다.

전술한 구동 과정에 있어서, 형광층(18)에서 방출된 가시광의 일부는 애노드 전극(22)을 통해 제2 기판(4)에 도달하지만, 나머지 일부는 애노드 전극(22)에 제공된 개구부(221)를 통해 직접 제2 기판(4)으로 전달되므로 애노드 전극(22)에 의한 휘도 손실을 최소화할 수 있다. 이때 애노드 전극(22)과 금속 반사막(24)이 형광층(18)에 충돌한 전자들을 외부로 인출시켜 형광층(18) 표면이 대전되는 것을 억제한다.

상기에서는 전자 방출부가 진공 중에서 전계에 의해 전자를 방출하는 물질들로 이루어진 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이러한 FEA형에 한정되지 않고, 애노드 전극과 형광층을 구비하는 통상의 전자 방출 표시 디바이스, 일례로 표면 전도 에미션(SCE)형, 금속-절연층-금속(MIM)형 및 금속-절연층-반도체(MIS)형 등 다른 타입의 전자 방출 표시 디바이스에도 용이하게 적용될 수 있다.

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 표시 디바이스는 제2 기판의 일면에 형성되는 애노드 전극에 개구부를 형성함으로써, 화면의 휘도를 높이고 형광층 표면 이 대전되는 것을 방지하는 효과가 있다.

Claims

서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과;

상기 제1 기판에 마련되는 전자 방출부들과;

상기 제1 기판에 형성되어 상기 전자 방출부의 전자 방출을 제어하는 구동 전극들과;

상기 제2 기판의 일면에 형성되는 애노드 전극; 및

상기 애노드 전극 위에 형성되는 형광층들을 포함하며,

상기 애노드 전극이 상기 형광층 형성 부위에 다수의 개구부들을 형성하는 전자 방출 표시 디바이스.
제1항에 있어서,

상기 애노드 전극의 개구부들이 상기 형광층을 구성하는 형광체 입경보다 크게 형성되어 형광층이 개구부들을 채우며 위치하는 전자 방출 표시 디바이스.
제1항에 있어서,

상기 애노드 전극의 개구부들이 상기 형광층을 구성하는 형광체 입경보다 작게 형성되어 형광층이 개구부들을 사이에 두고 상기 제2 기판과 이격되어 위치하는 전자 방출 표시 디바이스.
제1항에 있어서,

상기 형광층들을 덮으면서 형성되는 금속 반사막을 더욱 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
제1항에 있어서,

상기 형광층들 사이에 위치하는 흑색층과;

상기 흑색층에 대응하여 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하는 스페이서들을 더욱 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
제1항에 있어서,

상기 전자 방출부가 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀ 및 실리콘 나노와이어로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 전자 방출 디바이스.
제1항에 있어서,

상기 구동 전극들과 절연 상태로 유지되며 구동 전극들 상부에 위치하는 집속 전극을 더욱 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.