KR101002649B1 - 전자 방출 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자빔 퍼짐을 최소화하여 화면의 색 재현성을 높일 수 있도록 전자 방출원의 형상을 개선한 전자 방출 표시장치에 관한 것으로서,

전자 방출 표시장치는, 제1 기판 상에서 절연층을 사이에 두고 서로 교차하는 방향을 따라 형성되는 캐소드 전극들 및 게이트 전극들과; 게이트 전극과 절연층에 형성된 개구부에 의해 노출된 캐소드 전극 위에서 개구부보다 작은 면적을 가지며 형성되는 전자 방출원과; 애노드 전극의 어느 일면에 위치하고, 제1 방향에 따른 장변과 제2 방향에 따른 단변을 갖는 적색, 녹색 및 청색의 형광막들을 포함하며, 제1 기판을 평면에서 볼 때에 전자 방출원이 a < b의 조건을 만족한다. 여기서, a는 제1 방향에 따른 전자 방출원과 게이트 전극간 거리를 나타내고, b는 제2 방향에 따른 전자 방출원과 게이트 전극간 거리를 나타낸다.

전계방출, 표시장치, 전자방출원, 에미터, 캐소드전극, 게이트전극, 애노드전극, 형광막, 절연층

Description

전자 방출 표시장치 {ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE}

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

도 2와 도 3은 각각 도 1의 I-I선과 II-II선을 기준으로 절개한 전계 방출 표시장치의 결합 상태 단면도이다.

도 4는 도 1에 도시한 제1 기판의 부분 평면도이다.

도 5와 도 6은 각각 제1 방향과 제2 방향에 따른 전자빔 방출 궤적을 도시한 전계 방출 표시장치의 부분 단면도이다.

도 7∼도 9는 개구부와 에미터의 변형예들을 설명하기 위한 제1 기판의 부분 평면도이다.

도 10은 종래 기술에 의한 전계 방출 표시장치의 부분 단면도이다.

도 11은 도 10에 도시한 후면 기판의 평면도이다.

본 발명은 전자 방출 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자빔 퍼짐을 최소화하여 화면의 색 재현성을 높일 수 있도록 전자 방출원의 형상을 개선한 전자 방출 표시장치에 관한 것이다.

냉음극(cold cathode)을 전자 방출원으로 사용하는 전자 방출 표시장치로서 전계 방출 표시장치와 표면 도전형 전자 방출 표시장치 및 금속/절연층/금속형 전자 방출 표시장치가 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 표시장치로서, 전자 방출층인 에미터의 특성에 따라 표시장치의 전체 품질이 큰 영향을 받게 된다.

통상의 전계 방출형 표시장치는 후면 기판 위에 에미터와 더불어 에미터의 전자 방출을 제어하기 위한 전극들, 일례로 캐소드 전극과 게이트 전극을 형성하고, 후면 기판에 대향하는 전면 기판의 일면에 애노드 전극과 형광막을 형성한 구성으로 이루어진다.

도 10은 종래 기술에 의한 전계 방출형 표시장치의 부분 단면도이고, 도 11은 도 10에 도시한 후면 기판의 평면도이다.

도면을 참고하면, 후면 기판(1)에는 캐소드 전극(3)과 게이트 전극(5)들이 절연층(7)을 사이에 두고 서로 교차하는 방향을 따라 라인 패턴으로 형성되며, 캐소드 전극(3)과 게이트 전극(7)의 교차 영역마다 게이트 전극(7)과 절연층(5)에 개구부(9)가 형성된다. 그리고 이 개구부(9)에 의해 노출된 캐소드 전극(3) 표면으로 에미터(11)가 위치한다.

상기 후면 기판(1)에 대향하는 전면 기판(13)의 일면에는 애노드 전극(15)이 형성되고, 애노드 전극(15)의 일면에는 적색, 녹색 및 청색의 형광막들(17R, 17G, 17B)이 흑색막(19)을 사이에 두고 위치한다.

통상의 경우 상기 형광막들(17R, 17G, 17B)은 전면 기판(13)의 단축 방향(도면의 Y방향)을 따라 긴 장변을 갖는 라인 혹은 슬릿 패턴으로 이루어진다. 그리고 캐소드 전극(3)과 게이트 전극(7)의 교차 영역이 하나의 형광막에 대응 배치되어 서브-픽셀을 이루며, 적색과 녹색 및 청색 형광막(17R, 17G, 17B)에 대응하는 3개의 서브-픽셀이 모여 하나의 픽셀을 구성하게 된다.

상기한 구성에 있어서, 게이트 전극(7)과 절연층(5)에 형성되는 개구부(9)와과 이 개구부(9) 내부에 위치하는 에미터(11)는 주로 원형으로 이루어진다. 이와 같이 에미터(11)를 원형으로 제작하면, 캐소드 전극(3)과 게이트 전극(7)에 소정의 구동 전압을 인가하여 에미터(11)로부터 전자를 방출시킬 때, 에미션 효율이 우수하여 구동 전압을 낮출 수 있는 장점이 있다.

그런데 상기 개구부(9)와 에미터(11)가 원형인 구조에서는 에미터(11)가 그 가장자리를 따라 게이트 전극(7)과 동일한 간격을 두고 위치하므로 에미터(11)에서 전자빔이 방사상으로 퍼지며 진행하게 된다. 그 결과, 에미터(11)에서 방출된 전자빔들 중 일부는 해당 서브-픽셀에 대응하는 형광막이 아닌 타색 형광막에 도달하여 이를 발광시킴으로써 화면의 색 재현성을 저하시키게 된다.

따라서 전자빔 퍼짐을 억제하여 화면의 색 재현성을 높이기 위해서는 상기 개구부(9)와 이 개구부(9) 내부에 위치하는 에미터(11)를 보다 작게 형성하고, 전자빔 집속을 위한 전극들을 추가로 형성해야 한다. 그런데 이 경우는 표시장치의 구조를 복잡하게 하여 공정상 어려움을 배가시키므로 그 적용이 용이하지 않은 단점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 에미터에서 전자빔이 방출될 때에 해당 서브-픽셀에 대응하는 형광막이 아닌 타색 형광막을 향해 진행하는 전자빔 퍼짐을 최소화하여 화면의 색 재현성을 높일 수 있는 전자 방출 표시장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

임의의 간격을 두고 대향 배치되는 제1 및 제2 기판과, 제1 기판 상에 형성되는 캐소드 전극들과, 캐소드 전극들을 덮는 절연층 위에서 캐소드 전극과 교차하는 방향을 따라 형성되는 게이트 전극들과, 게이트 전극과 절연층에 형성된 개구부에 의해 노출된 캐소드 전극 위에서 개구부보다 작은 면적을 가지며 형성되는 전자 방출원과, 제2 기판 상에 형성되는 애노드 전극과, 애노드 전극의 어느 일면에 위치하고 제1 방향에 따른 장변과 제2 방향에 따른 단변을 갖는 적색, 녹색 및 청색의 형광막들을 포함하며, 제1 기판을 평면에서 볼 때에 전자 방출원이 다음의 조건을 만족하는 전자 방출 표시장치를 제공한다.

a < b

여기서, a는 제1 방향에 따른 전자 방출원과 게이트 전극간 거리를 나타내고, b는 제2 방향에 따른 전자 방출원과 게이트 전극간 거리를 나타낸다.

상기 개구부와 전자 방출원은 제2 방향에 따른 장변과 제1 방향에 따른 단변을 갖도록 형성되며, 바람직하게 캐소드 전극과 게이트 전극의 교차 영역에서 2개 이상의 개구부와 전자 방출원이 제1 방향을 따라 나란히 배치된다.

상기 개구부는 절연층에 형성되는 제1 개구부와, 게이트 전극에 형성되는 제2 개구부를 포함하며, 제2 개구부가 절연층 표면을 노출시키는 확장부를 더욱 포함한다. 상기 제1 개구부가 장방형으로 형성될 때에 제2 개구부의 확장부는 제1 개구부의 두 장변측 양쪽 모서리에 위치한다.

상기 전자 방출원은 카본계 물질로 이루어지며, 이 카본계 물질은 카본 나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드상 카본, C₆₀(fulleren) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진다.

상기 전자 방출 표시장치는 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치되며 전자빔 통과를 위한 홀들을 구비하는 그리드 전극을 더욱 포함하며, 그리드 전극은 제1 기판상에 설정된 서브-픽셀 영역에 일대일로 대응하는 홀들을 구비한다.

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 2와 도 3은 각각 도 1의 I-I선과 II-II선을 기준으로 절개한 전계 방출 표시장치의 결합 상태 단면도이다.

도면을 참고하면, 냉음극 전자 방출 표시장치의 하나인 전계 방출 표시장치 는 프릿과 같은 밀봉재(도시하지 않음)에 의해 가장자리가 접합되어 진공 용기를 구성하는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 포함한다. 상기 제1 기판(2)에는 전계 형성으로 전자를 방출하는 구성이 제공되며, 제2 기판(4)에는 전자에 의해 발광하여 소정의 이미지를 구현하는 구성이 제공된다.

보다 구체적으로, 제1 기판(2) 위에는 캐소드 전극(6)들이 일방향(도면의 Y방향)을 따라 라인 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극(6)들을 덮으면서 제1 기판(2)의 내면 전체에 절연층(8)이 위치한다. 절연층(8) 위에는 캐소드 전극(6)과 교차하는 방향(도면의 X방향)을 따라 게이트 전극(10)들이 위치하며, 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 교차 영역마다 게이트 전극(10)과 절연층(8)을 관통하는 개구부(12)가 형성된다.

그리고 개구부(12)에 의해 노출된 캐소드 전극(6) 표면에는 전자 방출원인 에미터(14)가 위치하는데, 본 실시예에서 에미터(14)는 개구부(12)보다 작은 면적으로 형성되어 제1 기판(2)의 면방향을 따라 절연층(8) 및 게이트 전극(10)과 소정의 간격을 두고 위치한다.

본 발명에서 상기 에미터는 카본계 물질, 가령 카본 나노튜브, 흑연, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀(fulleren) 또는 이들의 조합으로 이루어진다. 한편, 에미터의 형상과 구성 물질은 도면 및 전술한 실시예에 한정되지 않는다.

그리고 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 애노드 전극(16)이 형성되고, 애노드 전극(16)의 일면에는 적색, 녹색 및 청색의 형광막들(18R, 18G, 18B)이 흑색막(20)을 사이에 두고 위치한다. 상기 애노드 전극(16)은 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 전극으로 이루어진다.

한편, 상기 형광막들(18R, 18G, 18B)과 흑색막(20) 표면에는 메탈 백(metal back) 효과에 의해 화면의 휘도를 높이는 금속막(도시하지 않음)이 위치할 수 있으며, 이 경우 투명 전극을 구비하지 않고 금속막을 애노드 전극으로 사용할 수 있다.

상기 각각의 형광막(18R, 18G, 18B)은 제2 기판(4)의 단축 방향(도면의 Y방향)을 따라 장변을 갖는 라인 또는 슬릿 패턴으로 이루어지며, 도면에서는 일례로 제2 기판(4)의 장축 방향(도면의 X방향)을 따라 임의의 폭(W)을 가지면서 제2 기판(4)의 단축 방향(도면의 Y방향)을 따라 임의 길이(L)를 갖는 슬릿형 형광막을 도시하였다. 이하, 형광막(18R, 18G, 18B)의 길이 방향을 '제1 방향'으로 정의하고, 형광막(18R, 18G, 18B)의 폭 방향을 '제2 방향'으로 정의한다.

전술한 구조에서 상기 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 교차 영역이 하나의 형광막에 대응 배치되어 서브-픽셀을 이루며, 적색과 녹색 및 청색 형광막(18R, 18G, 18B)에 대응하는 3개의 서브-픽셀이 모여 하나의 픽셀을 구성한다.

여기서, 본 실시예에 의한 전계 방출 표시장치는 전자빔의 타색 침범을 최소화할 수 있도록 전술한 형광막(18R, 18G, 18B) 패턴을 고려하여 개구부(12)와 에미터(14)의 형상을 다음과 같이 구성한다. 도 4는 도 1에 도시한 제1 기판의 부분 평면도로서, 하나의 서브-픽셀 영역을 확대 도시하였다.

도면을 참고하면, 상기 개구부(12)는 제2 방향(도면의 X방향)에 따른 장변과 제1 방향(도면의 Y방향)에 따른 단변을 갖는 장방형으로 구성되고, 개구부(12) 내에 위치하는 에미터(14) 또한 개구부(12) 형상에 대응하는 장방형으로 이루어진다. 그리고 제1 기판을 평면에서 볼 때 상기 에미터(14)가 다음의 조건을 만족하도록 형성된다.

a〈 b

여기서, a는 제1 방향에 따른 에미터(14)와 게이트 전극(10)간 거리를 나타내고, b는 제2 방향에 따른 에미터(14)와 게이트 전극(10)간 거리를 나타낸다.

이와 같이 상기 에미터(14)는 형광막의 폭 방향(제2 방향)을 따라 측정되는 에미터(14)와 게이트 전극(10)간 거리(b)를 형광막의 길이 방향(제1 방향)을 따라 측정되는 에미터(14)와 게이트 전극(10)간 거리(a)보다 확대시킨 구성으로 이루어진다. 이는 표시장치 구동시 에미터(14)의 두 단변측 가장자리에 인가되는 전계 세기를 약화시켜 타색 침범을 유발하는 제2 방향으로의 전자빔 퍼짐을 억제하기 위한 것이다.

대신 본 실시예에서 상기 에미터(14)는 두 장변측 가장자리를 게이트 전극(10)과 가깝게 배치하여 두 장변측 가장자리에 인가되는 전계 세기를 강화시켜 에미션 효율을 높인다. 이 때, 에미터(14)의 장변측 가장자리가 단변측 가장자리보다 큰 길이를 가짐으로써 전자방출 면적이 확대되며, 각각의 서브-픽셀 영역에서 제1 방향을 따라 전술한 형상의 개구부(12)와 에미터(14)를 2개 이상 배치하여 에 미션 효율을 배가시킨다.

한편, 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에는 전자빔 집속을 위한 그리드 전극(22)이 위치할 수 있다. 그리드 전극(22)은 전자빔 통과를 위한 홀(22a)들을 갖는 금속 플레이트로서, 다수의 상부 스페이서(24)와 하부 스페이서(26)에 의해 제1, 2 기판(2, 4)과 일정한 간격을 유지하며 진공 용기 내부에 배치된다. 상기 홀(22a)들은 일례로 제1 기판(2) 상에 설정되는 서브-픽셀 영역에 일대일로 대응 배치된다.

상기한 구성에 의해, 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)에 소정의 구동 전압을 인가하면, 두 전극의 전압 차에 의해 에미터(14) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자가 방출된다. 방출된 전자들은 그리드 전극(22)에 인가된 (+)전압에 이끌려 제2 기판(4)으로 향하면서 그리드 전극(22)의 홀(22a)을 통과한 다음, 애노드 전극(16)에 인가된 고전압에 이끌려 해당 서브-픽셀에 대응하는 형광막에 도달하여 이를 발광시킴으로써 소정의 표시가 이루어진다.

이 때, 상기 에미터(14)는 a<b 형상 조건에 의해 에미터(14)의 두 단변측 가장자리에 인가되는 전계 세기를 약화시켜 제2 방향으로의 전자빔 방출과 이에 따른 전자빔 퍼짐을 억제하는 효과를 갖는다. 또한 상기 에미터(14)는 에미터(14)의 두 장변측 가장자리에 인가되는 전계 세기를 강화시켜 제1 방향으로의 전자 방출량을 늘임으로써 에미션 효율을 높이며, 형광막(18R, 18G, 18B) 내의 발광 충실도를 향상시킨다.

도 5와 도 6은 각각 제1 방향과 제2 방향에 따른 전자빔 방출 궤적을 도시한 전계 방출 표시장치의 부분 단면도이다.

전자빔 방출 실험에 사용된 전계 방출 표시장치는 하나의 서브-픽셀 영역에 제1 방향을 따라 2개의 에미터(14)를 배치한 구성으로 이루어지며, 도 5와 도 6에 도시한 전자빔 궤적 결과는 캐소드 전극(6)에 0V, 게이트 전극(10)에 120V, 그리드 전극(22)에 150V, 애노드 전극(16)에 4kV를 인가한 조건에서 측정된 것이다.

도시한 바와 같이, 에미터(14)에서 방출된 전자빔은 제2 방향으로의 전자빔 퍼짐이 억제되어 타색 침범을 최소화하면서 해당 서브-픽셀에 대응하는 형광막(18G) 내에 온전하게 도달하고 있음을 확인할 수 있다. 이로서 본 실시예에 의한 전계 방출 표시장치는 화면의 색 재현성을 높이며, 제1 방향을 따라 에미션 효율을 증대시켜 형광막의 발광 충실도를 높이는 장점을 갖는다.

한편, 상기에서는 개구부(12)와 에미터(14)가 장방형인 경우를 설명하였으나, 도 7에 도시한 바와 같이 개구부(28)와 에미터(30)는 제2 방향(도면의 X방향)에 따른 장변과 제1 방향(도면의 Y방향)에 따른 단변을 갖는 타원형으로 이루어질 수 있으며, 도 8에 도시한 바와 같이 하나의 서브-픽셀 영역에 2개 이상, 바람직하게 4개의 개구부(32)와 에미터(34)를 배치한 구성도 가능하다.

또한 도 9에 도시한 바와 같이, 에미터 코너부에 대한 게이트 전극의 영향력을 감소시켜 전자빔 퍼짐을 보다 효과적으로 억제하는 구성도 가능하다. 즉, 도 9를 참고하면, 개구부(36)는 절연층(8)에 형성되는 제1 개구부(36a)와, 게이트 전극(10)에 형성되는 제2 개구부(36b)로 나눌 수 있으며, 제2 개구부(36b)가 절연층(8) 표면을 노출시키는 확장부(38)를 더욱 형성한다.

상기 확장부(38)는 제1 개구부(36a)의 장변측 모서리에 위치하여 제2 개구부(36b)의 전체적인 평면 형상을 아령 모양으로 만드는데, 이와 같이 확장부(38)를 구비하여 제1 개구부(36a)의 장변측 모서리에서 에미터(14)와 게이트 전극(10)간 거리를 확대시키면, 에미터(14) 코너부에서의 전계 세기를 보다 약화시킬 수 있어 전자빔 퍼짐을 보다 효과적으로 억제할 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 실시예에 따르면, 에미터에서 전자빔이 방출될 때에 형광막의 폭 방향에 따른 빔퍼짐이 억제되어 타색 침범을 최소화한다. 따라서 본 실시예에 의한 전계 방출 표시장치는 화면의 색 재현성을 높이며, 형광막의 길이 방향을 따라 에미션 효율이 증대되어 형광막의 발광 충실도와 화면 휘도가 높아지는 효과가 있다.

Claims (12)

1. 임의의 간격을 두고 대향 배치되는 제1 및 제2 기판과;

   상기 제1 기판 상에 형성되는 캐소드 전극들과;

   상기 캐소드 전극들을 덮는 절연층 위에서 캐소드 전극과 교차하는 방향을 따라 형성되는 게이트 전극들과;

   상기 게이트 전극과 절연층에 형성된 개구부에 의해 노출된 캐소드 전극 위에서 개구부보다 작은 면적을 가지며 형성되는 전자 방출원과;

   상기 제2 기판 상에 형성되는 애노드 전극; 및

   상기 애노드 전극의 어느 일면에 위치하고, 제1 방향에 따른 장변과 제2 방향에 따른 단변을 갖는 적색, 녹색 및 청색의 형광막들을 포함하며,

   상기 제1 기판을 평면에서 볼 때에 상기 전자 방출원이 다음의 조건을 만족하는 전자 방출 표시장치.

   a < b

   여기서, a는 상기 제1 방향에 따른 전자 방출원과 게이트 전극간 거리를 나타내고, b는 상기 제2 방향에 따른 전자 방출원과 게이트 전극간 거리를 나타내고, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 직교한다.
2. 제1항에 있어서,

   상기 개구부가 제2 방향에 따른 장변과 제1 방향에 따른 단변을 가지며 형성되는 전자 방출 표시장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 개구부와 전자 방출원이 제2 방향에 따른 장변과 제1 방향에 따른 단변을 가지며 형성되는 전자 방출 표시장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 개구부와 전자 방출원이 장방형으로 형성되는 전자 방출 표시장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 개구부와 전자 방출원이 타원형으로 형성되는 전자 방출 표시장치.
6. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 캐소드 전극과 게이트 전극의 교차 영역에서 2개 이상의 개구부와 전자 방출원이 제1 방향을 따라 나란히 배치되는 전자 방출 표시장치.
7. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 개구부가 절연층에 형성되는 제1 개구부와, 게이트 전극에 형성되는 제2 개구부를 포함하며, 제2 개구부가 절연층 표면을 노출시키는 확장부를 더욱 포함하는 전자 방출 표시장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 제1 개구부가 장방형으로 형성되고, 상기 제2 개구부의 확장부가 제1 개구부의 두 장변측 양쪽 모서리에 위치하는 전자 방출 표시장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 전자 방출원이 카본계 물질로 이루어지는 전자 방출 표시장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 카본계 물질이 카본 나노튜브, 흑연, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본 및 C₆₀(fulleren) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 전자 방출 표시장치.
11. 제1항에 있어서,

    상기 전자 방출 표시장치가, 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치되며 전자빔 통과를 위한 홀들을 구비하는 그리드 전극을 더욱 포함하는 전자 방출 표시장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 그리드 전극이 제1 기판상에 설정된 서브-픽셀 영역에 일대일로 대응하 는 홀들을 구비하는 전자 방출 표시장치.

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