KR20050041708A - 평판 디스플레이 장치 - Google Patents

평판 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20050041708A
KR20050041708A KR1020030076965A KR20030076965A KR20050041708A KR 20050041708 A KR20050041708 A KR 20050041708A KR 1020030076965 A KR1020030076965 A KR 1020030076965A KR 20030076965 A KR20030076965 A KR 20030076965A KR 20050041708 A KR20050041708 A KR 20050041708A
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박진민
이수정
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삼성에스디아이 주식회사
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    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
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    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/54—Screens on or from which an image or pattern is formed, picked-up, converted, or stored; Luminescent coatings on vessels
    • H01J1/62—Luminescent screens; Selection of materials for luminescent coatings on vessels
    • H01J1/63—Luminescent screens; Selection of materials for luminescent coatings on vessels characterised by the luminescent material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09K11/641—Chalcogenides
    • C09K11/642—Chalcogenides with zinc or cadmium

Abstract

본 발명은 평판 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 이 평판 디스플레이 장치는 제 1 기판; 상기 제 1 기판 위에 형성되는 전자 방출부; 상기 제 1 기판과 임의의 간격을 두고 배치되어 상기 제 1 기판과 함께 진공 용기를 형성하는 제 2 기판; 및 상기 제 2 기판 위에 형성되어 상기 전자 방출부에서 방출된 전자에 의해 발광하며, 상기 제 1 기판과 마주하는 상기 제 2 기판의 일면에 형성되는 애노드 전극과 상기 애노드 전극 위에 임의의 패턴을 가지고 형성되는 형광막을 포함하는 발광부를 포함하고, 상기 형광막의 막 밀도와 형광체의 평균 입경의 비율인 하기 수학식 1로 표현되는 k 값이 0.16 내지 0.23이다.
[수학식 1]
k=S/(D·n)
(상기 수학식 1에서, S는 막 밀도(mg/cm2)이고, D는 형광체 분말의 입경이며, n은 형광막 수이다)
본 발명은 막 밀도와 형광체의 평균 입경의 비율인 k 값을 결정함에 따라 최적 막 밀도를 결정하여 발광 효율이 우수한 평판 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

Description

평판 디스플레이 장치{FLAT PANEL DISPLAY DEVICE}
[산업상 이용 분야]
본 발명은 평판 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광 휘도가 우수한 평판 디스플레이 장치에 관한 것이다.
[종래 기술]
일반적으로 평판 디스플레이 장치는 2매의 기판 상에 전자를 방출할 수 있는 캐소드부와 상기 전자에 의해 발광하는 애노드부를 각기 배치하여 임의의 화상을 구현할 수 있도록 구성된다.
이러한 평판 디스플레이 장치의 기본 구조에 따라 상기 평판 디스플레이 장치의 하나인 전계 방출 표시 장치(FED; Field Emission Display) 역시, 2매의 기판 중 하나의 기판인 캐소드 기판 상에 전자 방출원인 냉음극 전자원으로 배치하고, 다른 기판인 애노드 기판 상에는 전자빔의 타격에 의해 여기(勵起)되어 임의의 색을 구현하는 형광층을 배치하여 구성된다.
상기 구성에 따라 전계 방출 표시 장치는, 상기 전자 방출원에서 방출된 전자에 의해 상기 형광층이 발광하게 됨으로써 임의의 화상을 구현하게 되는데, 이 때, 상기 형광층을 구성하는 형광체는 통상 비전도성 입자로 이루어지기 때문에 상기 전계 방출 표시 장치의 작용시, 상기 형광층이 발광하는 과정에서 상기 형광체의 표면에는 전하가 축적될 확률이 높다.
이에 따라 종래의 전계 방출 표시 장치에서는 상기한 축적 전하로 인해 전자빔의 형광층에 도달되는 과정에 문제(임의의 형광체에 축적된 전하가 이 형광체로 전자빔이 주사될 때, 이 전자빔이 상기 형광체에 제대로 도달되지 못하도록 방해를 함)가 발생되어 그 결과, 해당 전계 방출 표시 장치는 원하는 휘도 특성을 얻기가 어려웠다.
휘도를 향상시키기 위한 방법으로 미국 특허 제 6,180,029 호에는 입경 사이즈가 작고 입자 분포가 좋으며 구형의 결정성 형광체에 관한 내용이 기술되어 있다. 또한 미국 특허 제 6.344,233 호에는 슬러리법으로 형광막을 형성하여 형광체 오염을 방지하여 해상도를 향상시키는 내용이 기술되어 있다. 그러나 이러한 방법들로도 만족할만한 효과를 얻지 못하여 여전히 휘도 향상 등의 연구가 진행되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 발광 휘도가 우수한 형광막을 갖는 평판 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제 1 기판; 상기 제 1 기판 위에 형성되는 전자 방출부; 상기 제 1 기판과 임의의 간격을 두고 배치되어 상기 제 1 기판과 함께 진공 용기를 형성하는 제 2 기판; 및 상기 제 2 기판 위에 형성되어 상기 전자 방출부에서 방출된 전자에 의해 발광하며, 상기 제 1 기판과 마주하는 상기 제 2 기판의 일면에 형성되는 애노드 전극과 상기 애노드 전극 위에 임의의 패턴을 가지고 형성되는 형광막을 포함하는 발광부를 포함하고, 상기 형광막의 막 밀도와 형광체 분말의 평균 입경의 비율인 하기 수학식 1로 표현되는 k 값이 0.16 내지 0.23인 평판 디스플레이 장치를 제공한다.
[수학식 1]
k=S/(D·n)
(상기 수학식 1에서, S는 막 밀도(mg/cm2)이고, D는 형광체 분말의 입경이며, n은 형광막 수이다)
이하 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 평판 디스플레이 장치의 발광 휘도를 향상시키기 위한 것으로서, 본 발명에서는 형광막을 형성하는데 사용되는 형광체 분말의 입경에 대하여 막 밀도(screen weight)와 휘도의 상관 관계를 조사한 결과 최대의 휘도를 나타내는 막 밀도 조건은 형광체 분말의 입경과 일정한 비율로 비례한다는 사실을 발견하여 이를 이용하였다. 상기 막 밀도는 형광막 형성시 형광체 분말의 입경에 따라 최대의 발광 휘도를 나타내는 값을 의미한다.
막 밀도가 형광체 분말의 입경과 일정한 비율로 비례함을 나타내는 비례 상수, 즉 막 밀도와 형광체의 평균 입경의 비율을 k라 하면, 이 k 값은 하기 수학식 1로 표시될 수 있다.
[수학식 1]
k=S/(D·n)
(상기 수학식 1에서, S는 막 밀도(mg/cm2)이고, D는 형광체 분말의 입경이며, n은 형광막 수이다)
즉, 상기 수학식 1을 간단하게 나타내면, 하기 수학식 1a로 표시할 수도 있다.
k = 막 밀도/형광체 분말 입경
즉, 본 발명의 특징은 평판 디스플레이 장치가 최대 발광 휘도를 나타낼 수 있는 특정 k 값을 갖는 형광막을 포함하는 평판 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 발명의 평판 디스플레이 장치는 제 1 기판, 이 제 1 기판 위에 형성되는 전자 방출부, 상기 제 1 기판과 임의의 간격을 두고 배치되어 상기 제 1 기판과 함께 진공 용기를 형성하는 제 2 기판 및 상기 제 2 기판 이에 형성되어 상기 전자 방출부에서 방출된 전자에 의해 발광하는 발광부를 포함한다. 이 발광부가 상기 제 1 기판과 마주하는 상기 제 2 기판의 일면에 형성되는 애노드 전극과 이 애노드 전극 위에 임의의 패턴을 가지고 형성되는 형광막을 포함한다. 이 형광막의 k 값이 0.16 내지 0.23, 바람직하게는 0.18 내지 0.20을 나타내어 본 발명의 평판 디스플레이 장치는 우수한 휘도를 나타낼 수 있다.
일반적으로 저전압 및 중전압에서 구동되는 평판 디스플레이 장치의 캐소드 전극에 형성되는 형광막은 형광체 입자가 적절한 두께로 균일하게 적층되어야 하며, 이는 저전압 및 중전압에서 형광체가 충분히 여기되기 어렵고 또한 형광체가 일정 수준 이상 적층될 경우 발광된 형광빛이 형광막을 뚫고 통과하기 어렵기 때문이다. 또한, 만약 형광체가 일정 수준 이하로 적층될 경우 형광막에 핀홀(pinhole)이 발생되어 휘도 저하에 근본적인 원인이 될 수 있다. 따라서, 형광체의 적층 두께는 평판 디스플레이 장치의 발광 휘도를 크게 좌우하게 된다.
일반적으로 저전압 및 중전압에서 구동되는 평판 디바이스의 경우는 형광체 입자가 약 1-2층으로 적층되는 것이 바람직하다고 알려져 있다. 또한 형광체가 상판 전 영역에 균일하게 도포되야 하는 것은 디바이스의 휘도 균일도 및 품질과 연관되므로 매우 중요하다고 할 수 있다.
형광체 분말의 입경을 D, 적층되는 층의 수를 n이라 하면, 형광막의 두께 T는 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
T=p X D X n
상기 수학식 2에서, p는 막 형성시 형광체 분말의 충진도와 관계되는 비례 상수임.
또한 단위 면적당 형광막의 질량을 의미하는 막 밀도(mg/cm2)를 S라 하면, 일정한 형광막 면적에서 S는 막 두께 T에 비례하므로, S는 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
S=p' X T
상기 수학식 3에서, p': 비례 상수임.
상기 수학식 1 및 2로부터, S를 다시 나타내면 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
S=pp' X D X n
상기 수학식 4에서, pp'=k라 하면 k는 하기 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 1]
k=S/(D·n)
(상기 수학식 1에서, S는 막 밀도(mg/cm2)이고, D는 형광체 분말의 입경이며, n은 형광막 수이다)
상기 수학식 1로부터 주어진 형광체 분말의 입경에서 최대의 발광 휘도를 나타내는 k 값을 계산하여 보면 막 두께 및 막 밀도와 관계없이 거의 일정한 값을 가지게 된다. 따라서, 형광막의 본 발명의 k 값인 0.16 내지 0.23, 바람직하게는 0.18 내지 0.20를 가지면 형광체의 입경, 형광막의 두께 등의 조건에 상관없이 우수한 휘도를 나타낼 것을 알 수 있다.
본 발명의 평판 디스플레이 장치를 도 1에 나타낸 전계 방출 표시 장치 단면도를 참조하여 설명하면, 다음과 같다. 물론 본 발명의 평판 디스플레이 장치가 도 1에 나타낸 전계 방출 표시 장치에 한정되는 것은 아니다.
도시된 바와 같이, 상기 전계 방출 표시 장치는 임의의 크기를 갖는 제 1 기판(또는 캐소드 기판)(2)과 제 2 기판(또는 애노드 기판)(4)을 내부 공간부가 형성되도록 소정의 간격을 두고 실질적으로 평행하게 배치하고 이들을 서로 결합시켜 장치의 외관인 진공 용기(6)를 형성하고 있다.
상기 진공 용기 내로 제 1 기판(2) 상에는 전자를 방출할 수 있는 전자 방출부의 구성이, 상기 제 2 기판(4) 상에는 상기 전자 방출부에서 방출된 전자에 의해 발광됨으로써 소정의 이미지를 구현할 수 있는 발광부의 구성이 형성된다. 이 발광부의 구성은 일례로 다음과 같이 이루어질 수 있다.
먼저 상기 전자 방출부의 구성으로는 상기 제 1 기판(2) 상에 형성되는 캐소드 전극(8), 이 캐소드 전극(8) 위에 형성되는 절연층(10), 이 절연층(10) 위에 형성되는 게이트 전극(12) 및 상기 절연층(10)과 게이트 전극(12)에 관통 형성된 홀(10a), (12a) 내로 배치되면서 상기 캐소드 전극(8) 위에 형성되는 전자 방출원(14)을 들 수 있다.
상기에서 캐소드 전극(8)은 소정의 패턴 가령, 스트라이트 형상을 취하여 상기 제 1 기판(2)의 일 방향을 따라 형성되며, 상기 절연층(10)은 상기 캐소드 전극(8)을 덮으면서 상기 제 1 기판(2)상에 전체적으로 배치된다.
또한, 상기 절연층(10) 위에는, 상기 절연층(10)에 형성된 구멍(10a)과 관통되는 구멍(12a)을 갖는 게이트 전극(12)이 복수로 형성되는 바, 이 게이트 전극(12)은 상기 캐소드 전극(8)과 직교하는 방향으로 임의의 간격을 두고 스트라이프 형상을 유지하여 형성된다.
여기에 상기 전자 방출원(14)이 상기 구멍(10a),(12a) 내로 상기 캐소드 전극(8) 위에 형성되는 바, 이 때, 이 전자 방출원(14)은 평탄한 형상으로 이루어지며 그 재질은 탄소계 물질, 즉, 탄소 나노튜브, C60(Fulleren), 다이아몬드, DLC(diamond like carbon), 그라파이트 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 선택될 수 있는데, 본 실시예에서는 탄소 나노튜브가 적용되고 있다.
물론, 상기 전자 방출원의 재질이나 형상은 상기한 예로 한정되는 것은 아니고, 다른 한편으로 몰리브덴과 같은 금속 재질로 원추형의 형상을 이루면서 형성될 수 있다. 즉, 본 발명에 있어 상기 전자 방출원(14)이 재질이나 형상은 특정한 경우로 구애받지 않는다.
이에 상기와 같이 구성되는 전자 방출부는, 상기 진공 용기(6)의 외부로부터 상기 캐소드 전극(8) 및 게이트 전극(12)에 인가되는 전압에 의해 상기 캐소드 전극(8)과 게이트 전극(12) 사이에 형성되는 전계 분포에 따라 상기 전자 방출원(14)으로부터 전자를 방출하게 된다.
이러한 전자 방출부의 구성에 비해, 상기 발광부의 구성은, 상기 제 2 기판(4)의 일면(상기 제1 기판과 마주하는 면)에 형성되는 애노드 전극(16)과, 이 애노드 전극(16) 위에 형성되는 R,G,B 형광막(18)을 포함하여 이루어진다.
상기에서 애노드 전극(16)은 인듐 틴 옥사이드(ITO)와 같은 투명한 재질로 구비되어 상기 캐소드 전극(8)의 길이 방향과 나란한 방향으로 길게 배치되는 스트라이프 패턴을 유지하여 상기 제 2 기판(4) 상에 임의의 간격을 두고 복수로 형성되며, 상기 형광막(18)은 상기 애노드 전극(16) 상에 전기 영동법, 스핀인쇄, 스핀 코팅 등의 제조 방법을 통해서 형성된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
분말 입경이 4.4㎛인 ZnS:Ag,Al 청색 형광체를 이용하여 통상의 방법으로 평판 디스플레이 장치의 형광막을 제조하였다.
(실시예 2)
분말 입경이 7㎛인 형광체를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(실시예 3)
분말 입경이 9.3㎛인 형광체를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
상기 실시예 1 내지 3으로 제조된 형광막의 최대의 발광 휘도를 나타내는 형광막의 두께 및 k 값을 하기 표 1에 나타내었다.
D(분말 입경)(㎛) S(단위 면적당 형광막 질량) T(형광막 두께)(㎛) n(적층된 층 수) k값
4.4 1.244mg/cm2 6.2 1.5 0.187
7.0 2.033mg/cm2 9.7 1.5 0.193
9.3 2.632mg/cm2 10.4 1.5 0.189
표 1과 같이 서로 다른 입경을 갖는 형광체에 대하여 최대의 발광 휘도를 나타내는 k는 거의 일정한 값을 나타내며, 이로부터 단위 면적당 형광막 질량, 즉 최적 막 밀도를 계산할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 1 내지 3의 분말 입경이 다른 ZnS:Ag,Al 청색 형광체를 이용하여 통상의 방법으로 평판 디스플레이 장치의 형광막을 다양한 상대 휘도를 나타내도록 제조하고, 그 상대 휘도값에 따른 k 값의 변화를 하기 표 2 내지 3에 각각 나타내었다.
D(분말 입경)(㎛) S(단위 면적당 형광막 질량) 휘도(a.u.) k 값
4.4 1.244mg/cm2 138.7 0.187
4.4 1.487mg/cm2 138.3 0.211
4.4 1.667mg/cm2 133.7 0.223
4.4 1.936mg/cm2 123.2 0.244
4.4 2.176mg/cm2 117.0 0.261
4.4 2.477mg/cm2 107.2 0.282
D(분말 입경)(㎛) S(단위 면적당 형광막 질량) 휘도(a.u.) k 값
7 1.447mg/cm2 59.4 0.159
7 1.743mg/cm2 62.8 0.178
7 2.033mg/cm2 64.0 0.193
7 2.225mg/cm2 63.1 0.199
7 2.565mg/cm2 61.7 0.216
7 3.490mg/cm2 54.0 0.277
D(분말 입경)(㎛) S(단위 면적당 형광막 질량) 휘도(a.u.) k 값
9.3 1.767mg/cm2 755.5 0.158
9.3 2.065mg/cm2 768.9 0.171
9.3 2.284mg/cm2 770.8 0.176
9.3 2.632mg/cm2 773.5 0.189
9.3 3.439mg/cm2 758.9 0.221
9.3 4.787mg/cm2 746.3 0.303
상기 표 2 내지 4에 나타낸 것과 같이, 상대 휘도가 최대인 경우 k 값이 0.16 내지 0.23의 범위에 속함을 알 수 있다. 따라서, k 값으로부터 단위 면적당 형광막 질량, 즉 최적 막 밀도를 계산하여 그 막 밀도로 형광막을 제조하여 발광 효율이 우수한 평판 디스플레이 장치를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 막 밀도와 형광체의 평균 입경의 비율인 k 값을 결정함에 따라 최적 막 밀도를 결정하여 발광 효율이 우수한 평판 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 평판 디스플레이 장치를 도시한 부분 단면도.

Claims (4)

  1. 제 1 기판;
    상기 제 1 기판 위에 형성되는 전자 방출부;
    상기 제 1 기판과 임의의 간격을 두고 배치되어 상기 제 1 기판과 함께 진공 용기를 형성하는 제 2 기판; 및
    상기 제 2 기판 위에 형성되어 상기 전자 방출부에서 방출된 전자에 의해 발광하며, 상기 제 1 기판과 마주하는 상기 제 2 기판의 일면에 형성되는 애노드 전극과 상기 애노드 전극 위에 임의의 패턴을 가지고 형성되는 형광막을 포함하는 발광부를 포함하고,
    상기 형광막의 막 밀도와 형광체의 평균 입경의 비율인 하기 수학식 1로 표현되는 k 값이 0.16 내지 0.23인 평판 디스플레이 장치.
    [수학식 1]
    k=S/(D·n)
    (상기 수학식 1에서, S는 막 밀도(mg/cm2)이고, D는 형광체 분말의 입경이며, n은 형광막 수이다)
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 k 값이 0.16 내지 0.23인 평판 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 형광막은 1 내지 2층의 다층 구조인 평판 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 평판 디스플레이 장치가 전계 방출 표시 장치인 평판 디스플레이 장치.
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