KR20070114495A - 전자 방출 표시 디바이스 - Google Patents

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KR20070114495A
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이수경
유승준
박진민
강정호
이원일
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삼성에스디아이 주식회사
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  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)

Abstract

본 발명은 적색과 녹색 및 청색 형광층의 휘도 비를 제어할 수 있는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다. 본 발명의 전자 방출 표시 디바이스는 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판 위에 어레이를 이루며 배치되는 전자 방출 소자들과, 제2 기판의 일면에 형성되는 적색과 녹색 및 청색의 형광층들과, 형광층들의 일면에 위치하는 애노드 전극을 포함하며, 적색과 녹색 및 청색의 형광층들이 각자의 발광 효율에 비례하는 두께로 형성된다.
형광층, 기판, 전자방출소자, 애노드전극

Description

전자 방출 표시 디바이스 {ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스를 개략적으로 도시한 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 전도 에미션(SCE)형 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.
본 발명은 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적색과 녹색 및 청색 형광층의 휘도 비를 제어할 수 있는 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것이다.
일반적으로 전자 방출 소자(electron emission element)는 전자원의 종류에 따라 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식으로 분류할 수 있다.
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.
상기 전자 방출 소자들은 그 종류에 따라 세부적인 구조와 전자 방출 원리가 상이하지만, 기본적으로 전자 방출부와 전자 방출부의 전자 방출량을 제어하는 구동 전극을 구비하여 전자 방출부로부터 소정의 전자들을 방출시킨다.
전자 방출 소자는 제1 기판 위에 어레이를 이루며 배치되어 전자 방출 유닛을 형성하고, 형광층과 흑색층 및 애노드 전극 등으로 이루어진 발광 유닛이 제1 기판을 향한 제2 기판의 일면에 배치되어 전자 방출 유닛과 함께 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.
상기 전자 방출 표시 디바이스는 한 화소 영역에 위치하는 적색과 녹색 및 청색 형광층 각각의 발광량을 조절하여 화소별로 목적하는 색을 표시한다. 이때 적색과 녹색 및 청색 형광층 각각은 대응하는 서브픽셀의 전자 방출부로부터 전자들을 제공받아 전자빔 방출량에 상응하는 세기로 발광한다.
그런데, 적색과 녹색 및 청색 형광층들은 구성 물질이 서로 다르기 때문에 동일한 양의 전자들을 제공받더라도 발광 효율 및 휘도가 서로 다르게 나타난다.
일례로 특정 화소가 백색광을 표시하기 위해서는 이 화소 영역에 위치하는 적색과 녹색 및 청색 형광층이 동일한 휘도 비로 발광해야 하지만, 이 세가지 색상 의 형광층에 동일한 양의 전자들을 제공하는 경우, 전술한 형광층의 색상별 휘도 비 차이로 인해 정확한 백색광을 구현하지 못하게 된다.
이러한 관점에서 화이트 밸런스(white balance) 조정이 요구되는 것이며, 종래에는 주로 구동 회로부에서 적색과 녹색 및 청색 형광층에 대응하는 서브픽셀별로 전자 방출부들의 방출 전류량을 조절하여 화이트 밸런스 조정을 행하고 있다. 그러나 이러한 방법은 구동 회로를 복잡하게 만들어 회로 비용을 증가시키는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 구동 회로부에서 화이트 밸런스를 조정하지 않고도 적색과 녹색 및 청색 형광층들의 휘도 비를 용이하게 제어할 수 있는 전자 방출 표시 디바이스를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판 위에 어레이를 이루며 배치되는 전자 방출 소자들과, 제2 기판의 일면에 형성되는 적색과 녹색 및 청색의 형광층들과, 형광층들의 일면에 위치하는 애노드 전극을 포함하며, 적색과 녹색 및 청색의 형광층들이 각자의 발광 효율에 비례하는 두께로 형성되는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다.
상기 전자 방출 표시 디바이스는 적색과 녹색 및 청색 형광층들의 발광 효율 을 각각 ER, EG, EB라 하고, 상기 적색과 녹색 및 청색 형광층의 두께를 각각 tR, tG, tB라 할 때, 하기 조건을 동시에 만족하도록 형성될 수 있다.
Figure 112006037797148-PAT00001
Figure 112006037797148-PAT00002
또한, 적색과 녹색 및 청색의 형광층들 가운데, 발광 효율이 가장 낮은 형광층은 해당 형광체 입경의 대략 2배에 해당하는 두께를 가질 수 있다.
상기 전자 방출 표시 디바이스는 형광층들 사이에 위치하는 흑색층과, 흑색층에 대응하여 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하는 스페이서들을 더욱 포함할 수 있다.
상기 애노드 전극은 제1 기판을 향한 형광층들의 일면에 위치하는 금속막일 수 있다.
또한, 전자 방출 소자들은 전계 방출 어레이(FEA)형, 표면 전도 에미션(SCE)형, 금속-절연층-금속(MIM)형 및 금속-절연층-반도체(MIS)형 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스를 개략적으로 도시한 부분 단면도이다.
도면을 참고하면, 전자 방출 표시 디바이스는 소정의 간격을 두고 평행하게 대향 배치되는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 포함한다. 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 가장자리에는 밀봉 부재(6)가 배치되어 두 기판을 접합시키며, 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 소자들로 이루어진 전자 방출 유닛(100)이 제공되고, 제2 기판(4) 중 제1 기판(2)과의 대향면에는 형광층(8)과 흑색층(10) 및 애노드 전극(12)을 포함하는 발광 유닛(110)이 제공된다.
전자 방출 유닛(100)은 전계 방출 어레이(FEA)형, 표면 전도 에미션(SCE)형, 금속-절연층-금속(MIM)형 및 금속-절연층-반도체(MIS)형 중 어느 하나의 전자 방출 소자들로 이루어지며, 전자 방출부와 구동 전극들을 구비하여 서브픽셀 단위로 제2 기판(4)을 향해 임의의 전자들을 방출시킨다. 그리고 이 전자들에 의해 해당 서브픽셀의 형광층(8)이 여기되어 전자 방출량에 상응하는 세기의 가시광을 방출시킨다.
보다 구체적으로, 제2 기판(4)의 일면에는 형광층(8), 일례로 적색과 녹색 및 청색의 형광층들(8R,8G,8B)이 서로간 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(8) 사이로 화면의 콘트라스트 향상을 위한 흑색층(10)이 형성된다. 형광층(8)은 하나의 서브픽셀에 한 가지 색의 형광층(8R,8G,8B)이 대응하도록 배치된다.
그리고 형광층(8)과 흑색층(10) 위로 알루미늄(Al)과 같은 금속막으로 이루 어진 애노드 전극(12)이 형성된다. 애노드 전극(12)은 진공 용기 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받아 형광층(8)을 고전위 상태로 유지시키며, 형광층(8)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(2)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(4) 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높인다.
한편 애노드 전극은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전막으로 이루어질 수 있다. 이 경우 애노드 전극은 제2 기판(4)을 향한 형광층(8)과 흑색층(10)의 일면에 위치한다. 또한 애노드 전극으로서 전술한 금속막과 투명 도전막을 동시에 형성하는 구조도 가능하다.
그리고 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에는 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고 두 기판의 간격을 일정하게 유지시키는 스페이서들(14)이 배치될 수 있다. 스페이서들(14)은 형광층(8)을 침범하지 않도록 흑색층(10)에 대응하여 위치한다. 도 1에서는 편의상 하나의 스페이서를 도시하였다.
전술한 구성에서, 본 실시예의 적색과 녹색 및 청색의 형광층들(8R,8G,8B)은 발광 효율에 비례하는 두께로 형성된다.
형광층(8)의 발광 효율은 구성 물질에 따라 차이가 있지만, 적색 형광층(8R)이 옥사이드(Oxide)계 화합물로 이루어지고, 녹색 및 청색 형광층(8G,8B)이 설파이드(Sulfide)계 화합물로 이루어지는 경우, 녹색 형광층(8G)의 발광 효율(EG)이 가장 높고, 그 다음으로 적색 형광층(8R)의 발광 효율(ER)이 높으며, 청색 형광층(8B)의 발광 효율(EB)이 가장 낮은 결과를 보인다. (
Figure 112006037797148-PAT00003
)
상기 적색과 녹색 및 청색 형광층들(8R,8G,8B)의 발광 효율과 휘도 비는 발광원인 형광층의 두께를 조절함으로써 이루어질 수 있다. 즉, 형광층들(8)의 발광 효율은 형광층의 두께와 반비례하므로, 화이트 밸런스 조정을 위해서는 서로 다른 색의 형광층들(8R,8G,8B) 중 발광 효율이 낮은 형광층(8)은 두께를 작게 하여 발광 효율을 높이고, 발광 효율이 높은 형광층(8)은 두께를 크게 하여 발광 효율을 낮춘다.
이와 같은 원리에 의해 본 실시예의 전자 방출 표시 디바이스는 도면에 도시한 바와 같이, 발광 효율이 가장 낮은 청색 형광층(8B)은 두께를 가장 작게 형성하고, 발광 효율이 가장 높은 녹색 형광층(8G)은 두께를 가장 크게 형성한다. (
Figure 112006037797148-PAT00004
)
일례로, 발광 효율이 가장 낮은 형광층(8)은 그 두께를 형광체 입경의 대략 2배 정도로 형성하고, 발광 효율이 높은 형광층(8)일수록 그 두께를 형광체 입경의 2배 이상으로 크게 형성한다.
이와 같이 적색과 녹색 및 청색 형광층들(8R,8G,8B)은 발광 효율에 비례하는 두께를 가지므로, 본 실시예의 전자 방출 표시 디바이스는 서브픽셀별 발광 효율이 다르더라도 형광층(8)의 두께를 조절함으로써 형광층(8)의 발광 효율과 휘도 비를 조정할 수 있다.
따라서 본 실시예의 전자 방출 표시 디바이스는 구동 회로를 조작하지 않고도 형광층들(8)의 발광 효율과 휘도 비를 균일하게 하여 화이트 밸런스를 용이하게 조절할 수 있다.
상기한 구성의 전자 방출 표시 디바이스는 전자 방출 소자의 종류에 따라 전계 방출 어레이(FEA)형, 표면 전도 에미션(SCE)형, 금속-절연층-금속(MIM)형 및 금속-절연층-반도체(MIS)형 중 어느 한 가지 형으로 이루어진다.
도 2와 도 3을 참고하여 전술한 조건의 형광층(8)을 구비한 전계 방출 어레이형 전자 방출 표시 디바이스에 대해 설명하고, 도 4를 참고하여 전술한 조건의 형광층(8)을 구비한 표면 전도 에미션형 전자 방출 표시 디바이스에 대해 설명한다.
도 2와 도 3을 참고하면, 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스에서 전자 방출 유닛(100')은 제1 절연층(16)을 사이에 두고 서로 직교하는 방향을 따라 형성되는 캐소드 전극들(18) 및 게이트 전극들(20)과, 캐소드 전극(18)에 형성되는 전자 방출부들(22)을 포함한다.
캐소드 전극(18)과 게이트 전극(20)의 교차 영역을 서브픽셀 영역으로 정의하면, 캐소드 전극들(18) 위로 각 서브픽셀 영역마다 하나 이상의 전자 방출부(22)가 형성된다. 그리고 제1 절연층(16)과 게이트 전극(20)에는 각 전자 방출부(22)에 대응하는 개구부(161,201)가 형성되어 제1 기판(2') 상에 전자 방출부(22)가 노출되도록 한다.
전자 방출부(22)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터 사이즈 물질로 이루어질 수 있다. 전자 방출부(22)는 일례로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드 상 탄소, C60, 실리콘 나노와이어 또는 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.
그리고 게이트 전극들(20)과 제1 절연층(16) 위로 제3 전극인 집속 전극(24)이 형성된다. 집속 전극(24) 하부에는 제2 절연층(26)이 위치하여 게이트 전극(20)과 집속 전극(24)을 절연시키며, 집속 전극(24)과 제2 절연층(26)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(241,261)가 마련된다.
집속 전극은 전자 방출부(22)마다 이에 대응하는 하나의 개구부를 형성하여 각 전자 방출부(22)에서 방출되는 전자들을 개별적으로 집속하거나, 서브픽셀마다 하나의 개구부를 형성하여 하나의 서브픽셀에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속할 수 있다. 도 2에서는 두 번째 경우를 도시하였다.
제2 기판(4')에 제공되는 발광 유닛(110')은 전술한 조건의 형광층들(8)과 흑색층(10) 및 애노드 전극(12)을 포함한다. 발광 유닛(110')의 구성은 전술한 구성과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
전술한 구성의 전계 방출 어레이형 전자 방출 표시 디바이스는 외부로부터 캐소드 전극들(18), 게이트 전극들(20), 집속 전극(24) 및 애노드 전극(12)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다.
일례로 캐소드 전극들(18)과 게이트 전극들(20) 중 어느 한 전극들이 주사 구동 전압을 인가받아 주사 전극들로 기능하고, 다른 한 전극들이 데이터 구동 전 압을 인가받아 데이터 전극들로 기능한다. 그리고 집속 전극(24)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 일례로 0V 또는 수 내지 수십 볼트의 음의 직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(12)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 일례로 수백 내지 수천 볼트의 양의 직류 전압을 인가받는다.
그러면 캐소드 전극(18)과 게이트 전극(20)의 전압 차가 임계치 이상인 서브픽셀들에서 전자 방출부(22) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 집속 전극(24)의 개구부(241)를 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되고, 애노드 전극(12)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 서브픽셀의 형광층(8)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.
도 4를 참고하면, 표면 전도 에미션(SCE)형 전자 방출 표시 디바이스에서 전자 방출 유닛(100")은 제1 기판(2) 위에 서로 이격되어 위치하는 제1 전극들(28) 및 제2 전극들(30)과, 제1 전극(28)과 제2 전극(30) 위에 각각 형성되며 서로 근접하여 위치하는 제1 도전 박막들(32) 및 제2 도전 박막들(34)과, 제1 도전 박막(32)과 제2 도전 박막(34) 사이에 형성되는 전자 방출부들(36)을 포함한다.
상기 제1 전극(28)과 제2 전극(30)은 도전성을 갖는 다양한 재료가 사용 가능하며, 제1 도전 박막(32)과 제2 도전 박막(34)은 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 등의 도전성 재료를 이용한 미립자 박막으로 이루어질 수 있다. 전자 방출부(36)는 제1 도전 박막(32)과 제2 도전 박막(34) 사이에 제공된 미세 균열로 이루어지거나, 흑연형 탄소 또는 탄소 화합물 등으로 이루어질 수 있다.
그리고 제2 기판(4")에 제공되는 발광 유닛(110")은 전술한 조건의 형광층 들(8)과 흑색층(10) 및 애노드 전극(12)을 포함한다. 발광 유닛(110")의 구성은 전술한 구성과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
전술한 구조에서, 제1 전극들(28)과 제2 전극들(30)에 각각 전압을 인가하면, 제1 도전 박막(32)과 제2 도전 박막(34)을 통해 전자 방출부(36)의 표면과 수평한 방향으로 전류가 흐르면서 표면 전도형 전자 방출이 이루어지고, 방출된 전자들은 애노드 전극(12)에 인가된 고전압에 이끌려 제2 기판(4")으로 향하면서 대응하는 형광층(8)에 충돌하여 이를 발광시킨다.
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 따른 전자 방출 표시 디바이스는 형광층들을 발광 효율에 비례하는 두께로 형성하여 구동 회로의 조작 없이 적색과 녹색 및 청색 형광층들의 휘도 비를 용이하게 제어할 수 있다. 따라서 본 발명의 전자 방출 표시 디바이스는 화이트 밸런스를 용이하게 조절하여 표시 품질을 개선하는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과;
    상기 제1 기판 위에 어레이를 이루며 배치되는 전자 방출 소자들과;
    상기 제2 기판의 일면에 형성되는 적색과 녹색 및 청색의 형광층들과;
    상기 형광층들의 일면에 위치하는 애노드 전극을 포함하며,
    상기 적색과 녹색 및 청색의 형광층들이 각자의 발광 효율에 비례하는 두께로 형성되는 전자 방출 표시 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적색과 녹색 및 청색 형광층들의 발광 효율을 각각 ER, EG, EB라 하고, 상기 적색과 녹색 및 청색 형광층의 두께를 각각 tR, tG, tB라 할 때, 하기 조건을 동시에 만족하는 전자 방출 표시 디바이스.
    Figure 112006037797148-PAT00005
    Figure 112006037797148-PAT00006
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적색과 녹색 및 청색의 형광층들 가운데, 발광 효율이 가장 낮은 형광층이 해당 형광체 입경의 대략 2배에 해당하는 두께를 가지는 전자 방출 표시 디바 이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 형광층들 사이에 위치하는 흑색층과;
    상기 흑색층에 대응하여 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하는 스페이서들을 더욱 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    애노드 전극이 상기 제1 기판을 향한 상기 형광층들의 일면에 위치하는 금속막인 전자 방출 표시 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전자 방출 소자들이 전계 방출 어레이(FEA)형, 표면 전도 에미션(SCE)형, 금속-절연층-금속(MIM)형 및 금속-절연층-반도체(MIS)형 중 어느 하나인 전자 방출 표시 디바이스.
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