KR100288082B1 - 전계방출소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계 방출 소자에 관한 것으로서, 미세한 팁으로부터 방출된 전자를 부화소 단위로 집속하기 위하여 애노드가 R, G, B 형광체의 하부에 각각 형성되어 있다. 이때, R, G, B 각각의 형광체 하부에 형성되어 있는 각각의 애노드를 교차 없이 연결하기 위해 적어도 하나의 애노드를 연결하는 연결부는 블랙 매트릭스의 하부에 형성되어 있다. 이러한 연결부는 애노드를 형성할 때 동시에 단일층으로 형성할 수 있다.

Description

전계 방출 소자

본 발명은 전계 방출 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 다수의 미세한 팁(tip)으로부터 방출되는 전자를 형광체가 형성되어 있는 기판으로 유도하여 화상을 표시하는 전계 방출 소자에 관한 것이다.

일반적으로 전계 방출 소자는 하부 기판(1)에 캐소드(2)가 형성되어 있으며, 캐소드(2) 상부에는 일정한 간격으로 개구부가 형성되어 있는 절연막(3) 및 게이트 전극(5)이 차례로 형성되어 있다. 개구부를 통하여 노출된 캐소드(2)의 상부에는 끝부분이 뾰족한 미세한 팁(tip)(4)이 형성되어 있다. 한편, 하부 기판(1)에 평행하게 대향하는 상부 기판(6) 전면에는 공통 전극으로서 애노드(7)가 형성되어 있고, 애노드(7)의 상부에는 각각의 캐소드(2)에 대응하여 R, G, B 형광체(8)가 각각 형성되어 있다(도 1 참조).

도 1은 개략적으로 도시한 것이지만, 실질적으로 캐소드(2)와 게이트 전극(5)은 R, G, B의 부화소를 단위로 하는 매트릭스 형태로 형성되어 있으며, 애노드(7)는 상부 기판(6)의 전면에 일체로 형성되어 있다.

여기서, 부화소란 R, G, B 각각의 색이 표시되는 영역이며, R, G, B의 부화소를 통하여 원하는 색이 표시되는 영역은 주화소라한다.

이러한 전계 방출 소자의 기본적인 동작은 캐소드(2)와 게이트 전극(5)에 수십 볼트의 전압 차가 발생하도록 전압을 인가하고 애노드(7)에 수백 내지 수천 볼트의 전압을 인가하여 미세한 팁(4)의 끝부분으로부터 전자를 방출시킨다. 이때, 상부 기판(6)의 애노드(7)로 유도된 전자는 상부 기판(6)의 R, G, B 각각의 형광체(8)에 충돌하여 이들을 발광시킨다.

그러나, 이러한 종래의 전계 방출 소자에서는 하부 기판에 형성되어 있는 캐소드 및 게이트 전극의 배선 구성이 복잡하여 제조 공정이 어려우며, R, G, B 형광체에 대하여 캐소드 및 게이트 전극의 정렬을 정확히 하기 위해서는 상부 기판과 하부 기판을 정확하게 정렬해야 하는 제조상의 어려움이 있다. 특히, 화질면에 있어서 방출된 전자는 해당하는 형광체를 단위로 발광시켜야 하는데, 미세한 팁과 게이트 전극의 미세한 전기장으로 인하여 방출된 전자는 해당하는 형광체가 있는 부화소로만 집속되지 않고 이웃하는 다른 형광체를 발광시키게 된다. 이로 인하여 해상도, 색상 및 색순도가 떨어지며, 이를 해결하기 위해서는 전력 소모가 크다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 전자빔을 소망하는 R, G, B의 부화소에 집중시켜 해상도를 높이는 구동 방식의 전계 방출 소자가 제안되었다.

도 2는 해상도를 높이기 위해 제안된 전계 방출 소자의 구조를 도시한 사시도로서, 전체적인 구성은 도 1과 동일하지만 상부 기판(6) 위에 애노드(7)가 주화소(P) 내부의 부화소(p)에 각각 형성되어 있는 R, G, B 형광체(8)에 대응하여 일대일로 각각 형성되어 있다.

여기서, 도면에는 상세하게 도시되지 않았지만, 이러한 전계 방출 소자에서는 애노드(7)와 캐소드(2)가 부화소(p)를 단위로 서로 교차하는 매트릭스 형태로 형성되어 있으며, 게이트 전극(5)은 일체로 형성되어 있다.

이러한 구조의 전계 방출 소자는 각각의 R, G, B 형광체(8)를 단위로 형성되어 있는 애노드(7)를 통하여 방출된 전자를 유도하기 때문에 해상도, 색상 및 색순도가 향상된다. 또한, 하부 기판의 전극 구조가 단순해짐에 따라 제조상의 어려운 문제점이 해결된다.

그러나, 이러한 전계 방출 소자에서는 하부 기판의 전극 구조가 단순해지는 반면, 상부 기판의 전극 구조가 복잡해진다. 즉, R, G, B 형광체 하부의 애노드(7)가 각각 분리되어 있고, 이들을 같은 색의 형광체의 단위로 애노드를 구동하기 위해서는 형광체 배열상 R, G, B의 애노드 중 적어도 하나는 나머지 애노드와 교차하도록 형성해야 한다. 즉, 도 1과 같은 구조에서 애노드는 단층의 배선 구조가 가능하지만 도 2와 같은 구조에서는 적어도 3층 이상의 배선 구조가 요구되기 때문에 제조 단계가 증가되고 공정 수율이 감소되고, 불량율 및 제조 단가가 상승하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 Futaba에서는 다음과 같은 구조를 제안하였다.

도 3은 Futaba에서 제안한 전계 방출 소자의 구조를 개략적으로 도시한 평면도로서, 도 1 및 도 2와 동일한 도면 부호는 동일한 기능을 가진다.

도 3에서 보는 바와 같이, Futaba에서 제안한 구조에는 캐소드(2)가 R, G, B의 형광체(도시하지 않음)와 동일한 패턴의 애노드(7)와 동일한 방향으로 형성되어 있으며, 두 개의 애노드(7)를 단위로 캐소드(2)는 하나씩 중첩되도록 형성되어 있다. 또한 게이트 전극(5)은 각각의 부화소(p)를 단위로 형성되어 있다.

여기서, 홀수 번째와 짝수 번째의 애노드(7)를 분리해서 신호를 인가하기 위하여 홀수 번째 애노드(7)는 홀수용 애노드 신호선(a1)에, 짝수 번째 애노드(7)는 짝수용 애노드 신호선(a2)에 각각 공통으로 연결되어 있다. 캐소드(2)는 캐소드용 신호선(c)을 통하여 각각 신호를 인가할 수 있으며, 게이트 전극(5)은 각각의 행에 대하여 홀수 번째와 짝수 번째를 분리하여 신호를 인가하기 위하여 홀수 번째 게이트 전극(5)은 홀수용 게이트 신호선(g1)에, 짝수 번째 게이트 전극(5)은 짝수용 게이트 신호선(g2)에 각각 공통으로 연결되어 있다.

이러한 구조에서는 서로 이웃하는 부화소(p)를 단위로 개별적으로 구동하여 방출된 전자를 유도할 수 있으므로 고해상도 및 좋은 색순도를 구현할 수 있다. 또한 애노드(7)의 연결을 이분화하여 동일한 층에 배선을 형성할 수 있어 제조 공정을 단순하게 하였다.

그러나, 이러한 전계 방출 소자의 구동 방식이 매우 복잡하여 구동 회로의 설계가 어렵고, 이에 따른 소비 전력이 증가하는 문제점이 있으며, 기존의 방식과 호환성이 없다.

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고해상도 및 저소비 전력의 장점을 가지는 동시에 단순한 전극 구조를 가지는 전계 방출 소자를 제공하는 것이다.

도 1, 도 2 및 도 3은 종래의 기술에 따른 전계 방출 소자의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자의 구조를 도시한 평면도이고,

도 5는 도 4에서 A-A'부분을 도시한 단면도이고,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자의 구조를 도시한 단면도이다.

이러한 본 발명에 따른 전계 방출 소자에는 다수의 주화소에 형성되어 있는 R, G, B 형광체와 각각 중첩되어 있는 R, G, B용 애노드 중 적어도 하나는 다수의 주화소를 구분하는 블랙 매트릭스(black matrix)의 하부에 형성되어 연결부를 통하여 서로 연결되어 있다.

여기서, 블랙 매트릭스는 대비비를 향상시키기 위하여 주화소 및 부화소(p)의 경계에 형성되어 있다.

이러한 본 발명에 따른 전계 방출 소자에서는 R, G, B 형광체의 하부에 각각 중첩된 애노드는 교차하는 부분없이 동일한 색의 형광체 하부에 형성되어 있는 애노드끼리 연결되어 있으므로 애노드의 배선 구조는 동일한 층에서 형성된다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자에서 R, G, B 형광체가 형성되어 있는 기판의 구조를 도시한 평면도이고, 도 5는 도 4에서 A-A' 부분을 도시한 단면도이다.

도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자의 한 기판의 구조는 투명한 절연 기판(60)의 상부에 행렬 형태의 주화소(P) 및 주화소(P) 안의 3개의 부화소(p)를 정의하는 블랙 매트릭스(90)가 형성되어 있으며, 각각의 주화소(P) 내의 부화소(p)에는 세로 방향으로 애노드(71, 72, 73)가 각각 형성되어 있다. 애노드(71, 72, 73)의 상부에는 R, G, B의 형광체(81, 82, 83)가 각각 동일한 패턴으로 형성되어 있다.

여기서, R 형광체(81)의 하부에 형성되어 있는 각각의 애노드(71)는 블랙 매트릭스(90)의 가장자리 위에 가로 방향으로 형성되어 있는 가로 연결부(11) 및 애노드(71)로부터 연장되어 있는 세로 연결부(12)로 이루어진 R용 연결부(10)를 통하여 일체로 연결되어 있다. B 형광체(83) 아래에 형성되어 있는 각각의 애노드(73)는 블랙 매트릭스(90)의 가장자리 아래에 가로 방향으로 형성되어 있는 가로 연결부(31) 및 애노드(73)로부터 연장되어 있는 세로 연결부(32)로 이루어진 B용 연결부(30)를 통하여 일체로 연결되어 있다. 마지막으로, G 형광체(82)의 하부에 형성되어 있는 각각의 애노드(72)는 블랙 매트릭스(90)의 가장자리 상부 및 하부에 가로 방향으로 형성되어 있는 가로 연결부(21), 애노드(72)로부터 연장되어 있는 제1 세로 연결부(22) 및 주화소(P)를 정의하는 세로 방향의 블랙 매트릭스(90)의 하부에 형성되어 있는 제2 세로 연결부(23)로 이루어진 G용 연결부(20)를 통하여 일체로 연결되어 있다.

이러한 본 발명에 따른 전계 방출 소자에서 애노드(71, 72, 73)는 서로 교차하는 부분 없이 단일층으로 형성되어 있는 R, G, B용 연결부(10, 20, 30)를 통하여 동일한 형광체의 하부에 형성되어 있는 애노드끼리 각각 연결되어 있다.

이 실시예에서는 G용 연결부(20)의 제2 세로 연결부(23)를 블랙 매트릭스(90)의 하부에 형성한 경우이며, 세 연결부 중 적어도 하나의 연결부 중 일부를 블랙 매트릭스의 하부에 형성하여 단층의 배선 구조로 형성할 수 있다.

여기서, 애노드(71, 72, 73)는 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 도전막으로 형성할 수 있다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 기판을 적용한 전계 방출 소자의 구조에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자의 구조를 도시한 단면도이다.

하부 기판(10) 위에 캐소드(20)가 형성되어 있고 캐소드(20) 상부에 다수의 개구부를 가지는 절연막(30) 형성되어 있다. 여기서 주화소(P) 및 부화소(p)를 정의하는 부분에서 절연막(30)은 다른 부분보다 넓은 폭으로 형성되어 있으며, 절연막(30)의 개구부인 캐소드(20)의 상부에는 끝이 뾰족한 다수의 미세한 팁(40)이 형성되어 있다. 절연막(30) 상부에는 게이트 전극(50)이 형성되어 있으며, 미세한 팁(40)에 대응하는 게이트 전극(50)에는 개구부가 형성되어 있다.

한편, 하부 기판(10)과 마주하는 상부 기판(60)에는 주화소(P) 및 부화소(p)를 정의하며 일정한 간격으로 블랙 매트릭스(90)가 형성되어 있으며, 각각의 부화소(p)에는 애노드(70) 및 형광체(80)가 차례로 형성되어 있다. 여기서, 애노드(70) 및 형광체(80)는 동일한 패턴으로 형성되어 있으며, 주화소(P) 경계의 블랙 매트릭스(90)는 연결부(100)를 덮고 있다.

여기서, 연결부(100)는 도면에 나타나지는 않았지만 주화소(P)에 형성되어 있는 3개의 애노드 중에 하나와 연결되어 있으며, 동일한 색의 형광체(80) 하부에 형성되어 있는 애노드(70)를 연결하기 위해 사용된다.

따라서, 본 발명에 따른 전계 방출 소자는 방출된 전자를 효율적으로 유도할 수 있으므로 고해상도 및 최적의 색순도를 가지며, 구동 방식이 간단하여 소비 전력을 줄일 수 있다. 간단한 배선 구조 및 단층의 애노드를 형성함으로써 제조 공정에서의 어려운 점을 해소하고 제조 단계를 줄임으로써 공정 수율을 향상시키고, 이에 따라 제조 원가를 절감할 수 있다.

Claims (6)

1. 기판,

   상기 기판 위에 주화소 안의 R, G, B 부화소에 형성되어 있으며, 상기 R, G, B 부화소 단위로 방출된 전자를 유도하는 다수의 애노드,

   상기 애노드 상부에 상기 애노드와 동일한 패턴으로 형성되어 있는 R, G, B 형광체,

   상기 기판 위에 상기 애노드와 동일한 층으로 형성되어 있으며, 서로 이웃하는 상기 주화소의 상기 애노드 중에 적어도 하나를 연결하는 연결부,

   상기 기판 위에 형성되어 행렬 형태의 상기 주화소 및 상기 R, G, B 부화소를 정의하며, 상기 주화소를 정의하는 일부는 상기 연결부를 덮고 있는 블랙 매트릭스를 포함하는 전계 방출 소자용 기판.
2. 제1 기판 위에 서로 평행하게 형성되어 있는 다수의 캐소드,

   상기 제1 기판 위에 형성되어 있으며 주화소에 일정한 간격으로 다수의 개구부가 군집되어 형성되어 있는 절연막,

   상기 절연막의 개구부 안으로 끝이 뾰쪽하게 상기 캐소드 위에 형성되어 있으며, 상기 캐소드를 통하여 전압을 인가받는 미세한 팁,

   상기 절연막 위에 형성되어 있으며, 상기 절연막의 상기 개구부를 공유하면서 상기 미세한 팁으로부터 전자를 방출케하는 게이트 전극,

   상기 제1 기판과 일정한 간격으로 마주하는 제2 기판,

   상기 제2 기판에 있으며, 상기 방출된 전자를 유도하는 부화소 단위로 유도하는 다수의 애노드,

   상기 제2 기판에 상기 애노드 위에 상기 애노드와 동일한 패턴으로 각각의 주화소 형성되어 있으며, 상기 유도된 전자의 충돌에 의해 빛을 발광하는 R, G, B 형광체,

   상기 제2 기판 위에 상기 애노드와 동일한 층으로 형성되어 있으며, 다수의 주화소에 동일한 색의 상기 형광체 하부의 상기 애노드 중 적어도 하나를 서로 연결하는 연결부,

   상기 제2 기판 위에 형성되어 행렬 형태의 상기 주화소 및 상기 R, G, B의 부화소를 정의하며, 일부는 상기 연결부를 덮고 있는 블랙 매트릭스를 포함하는 전계 방출 소자.
3. 제2항에서, 상기 애노드와 상기 캐소드는 매트릭스 형태로 형성되어 있는 전계 방출 소자.
4. 제3항에서, 상기 게이트 전극은 일체로 형성되어 있는 전계 방출 소자.
5. 제1항에서, 상기 애노드와 상기 연결부는 동일한 물질로 이루어진 전계 방출 소자.
6. 제5항에서, 상기 애노드와 상기 연결부는 ITO로 이루어진 전계 방출 소자.

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