KR20050077960A - 전계 방출 표시장치 - Google Patents

Abstract

타색발광을 최소화하고 색재현율을 크게 향상시킬 수 있도록, 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 제1기판 및 제2기판과, 제1기판 상에 절연층을 사이에 두고 서로 교차하는 패턴으로 형성되는 게이트 전극 및 캐소드 전극과, 게이트 전극과 교차하는 부분의 캐소드 전극 위에 형성되는 에미터와, 제2기판 상에 형성되는 애노드 전극과, 애노드 전극의 일면에 형성되고 각 에미터의 위치에 각각 대응하여 십자 도트형상으로 녹색(G), 청색(B), 적색(R)의 형광체를 소정의 패턴으로 배열하여 형성하는 형광막과, 형광막의 각 형광체 십자 도트형상 사이에 형성되는 블랙매트릭스를 포함하는 전계 방출 표시장치를 제공한다.

Description

전계 방출 표시장치 {Field Emission Display Device}

본 발명은 전계 방출 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 형광체를 십자형상으로 도포하고 도트 방식으로 구성하여 발광효율을 높이므로 색재현성 품위가 향상된 전계 방출 표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 전계 방출 표시장치(FED;Field Emission Display)는 양자역학적인 터널링 효과를 이용하여 캐소드 전극에 형성된 에미터로부터 전자를 방출시키고, 방출된 전자를 애노드 전극에 형성된 형광막에 충돌시켜 발광시키는 것에 의하여 소정의 영상을 구현하는 평판 표시장치로서, 캐소드 전극과 게이트 전극 및 애노드 전극으로 이루어지는 3극관 구조가 널리 사용되고 있다.

종래 3극관 구조의 전계 방출 표시장치는 제1기판과 제2기판을 밀봉재에 의해 일체로 접합하여 진공용기를 구성하고, 제1기판 상에 절연층을 사이에 두고 다수의 게이트 전극과 캐소드 전극을 서로 교차하는 방향으로 배열하여 스트라이프 패턴으로 형성하고, 캐소드 전극과 연결되도록 전자를 방출하는 에미터를 형성하고, 제2기판 상에 ITO 박막 등의 투명 전극으로 애노드 전극을 형성하고, 애노드 전극 위에 블랙매트릭스를 사이에 두고 녹색(G)과 청색(B) 및 적색(R)의 형광막을 교대로 배열하여 스트라이프 패턴으로 형성한다.

최근에는 상기 에미터로 선단이 뾰족한 종래의 스핀트(spindt)타입을 대신하여 캐소드 전극 위에 평탄하게 형성되는 면타입 구조가 주로 사용되고 있다. 이러한 면타입 에미터는 저전압(대략 10∼100V) 구동조건에서 전자를 양호하게 방출하는 카본계 물질을 이용하여 형성되며, 종래 스핀트타입의 에미터와 비교하여 제조공정이 비교적 단순하고 대면적 표시장치의 제작에 유리한 장점을 갖는다.

상기와 같이 구성되는 전계 방출 표시장치는 캐소드 전극과 게이트 전극에 소정의 구동전압을 인가하고, 애노드 전극에 수백∼수천V의 (+)전압을 인가하면, 캐소드 전극과 게이트 전극의 전압 차에 의해 에미터 주위에 전계가 형성되며 이에 의하여 전자가 방출되고, 방출된 전자가 고전압이 인가된 애노드 전극쪽으로 이동하여 대응하는 형광막에 충돌하여 발광시키는 것에 의하여 소정의 영상 표시가 이루어진다.

상기에서 형광막과 블랙매트릭스가 일정한 폭을 가진 스트라이프 패턴으로 형성되므로, 에미터에서 방출된 전자빔의 크기가 형광막과 블랙매트릭스의 폭보다 크게 되면 원하지 않는 색을 발광시키게 된다. 이로 인하여 색재현율이 감소하여 화질 전체의 품위가 손상된다. 예를들면 도 4에 나타낸 바와 같이, 적색(R) 형광체가 발광할 때에 청색(B)이나 녹색(G) 형광체도 부분적으로 발광한다.

이는 도 5에 나타낸 바와 같이, 에미터에서 방출되는 전자빔이 중앙부에서 좌우로 빔퍼짐이 발생하여 대략 십(+)자 형상을 이루기 때문으로 파악된다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 점에 착안하여 이루어진 것으로서, 에미터에서 방출되는 전자빔의 형상에 대응되는 형상으로 형광막의 형광체를 도포하는 것에 의하여 타색발광을 최소화하고 색재현율을 크게 향상시킨 전계 발광 표시장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 제안하는 전계 방출 표시장치는 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 제1기판 및 제2기판과, 상기 제1기판 상에 절연층을 사이에 두고 서로 교차하는 패턴으로 형성되는 게이트 전극 및 캐소드 전극과, 상기 게이트 전극과 교차하는 부분의 캐소드 전극 위에 형성되는 에미터와, 상기 제2기판 상에 형성되는 애노드 전극과, 상기 애노드 전극의 일면에 형성되고 상기 각 에미터의 위치에 각각 대응하여 에미터에서 방출되는 전자빔의 형상에 대응되는 도트형상으로 녹색(G), 청색(B), 적색(R)의 형광체를 소정의 패턴으로 배열하여 형성하는 형광막과, 상기 형광막의 각 형광체 도트형상 사이에 형성되는 블랙매트릭스를 포함하여 이루어진다.

상기 형광막을 구성하는 녹색(G), 청색(B), 적색(R)의 형광체는 십(+)자형상 도트로 이루어진다.

상기 형광막에서 삼각형을 이루며 인접하여 배치되는 녹색(G), 청색(B), 적색(R)의 형광체 도트 3개가 하나의 화소를 이루도록 구성한다.

다음으로 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 일실시예는 도 1∼도 3에 나타낸 바와 같이, 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 제1기판(20) 및 제2기판(22)과, 상기 제1기판(20) 상에 절연층(25)을 사이에 두고 서로 교차하는 패턴으로 형성되는 게이트 전극(24) 및 캐소드 전극(26)과, 상기 게이트 전극(24)과 교차하는 부분의 캐소드 전극(26) 위에 형성되는 에미터(28)와, 상기 제2기판(22) 상에 형성되는 애노드 전극(32)과, 상기 애노드 전극(32)의 일면에 형성되고 상기 각 에미터(28)의 위치에 각각 대응하여 상기 에미터(28)에서 방출되는 전자빔의 형상에 대응되는 도트형상으로 녹색(G), 청색(B), 적색(R)의 형광체를 소정의 패턴으로 배열하여 형성하는 형광막(34)과, 상기 형광막(34)의 각 형광체 도트형상 사이에 형성되는 블랙매트릭스(35)를 포함하여 이루어진다.

또 상기 제1기판(20)과 제2기판(22) 사이에는 다수의 빔통과공(42)이 소정의 패턴으로 배열되어 형성되는 그리드 플레이트(40)를 더 설치하는 것도 가능하다.

상기 게이트 전극(24) 및 캐소드 전극(26)은 스트라이프 패턴으로 형성하며, 서로 직교하는 방향으로 배열하여 형성한다. 예를 들면 상기 게이트 전극(24)은 도 1의 Y축 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성하고, 상기 캐소드 전극(26)은 도 1의 X축 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성한다.

상기 게이트 전극(24) 및 캐소드 전극(26)의 사이에는 제1기판(20)의 전체 면적에 걸쳐서 절연층(25)을 형성한다.

상기 게이트 전극(24)과 캐소드 전극(26)이 교차하는 영역마다 캐소드 전극(26)의 한쪽 가장자리에 전자 방출원인 상기 에미터(28)를 형성한다.

상기 에미터(28)는 균일한 두께로 형성되는 면전자원으로서, 대략 10∼100V정도의 저전압 구동조건에서 전자를 양호하게 방출하는 카본계 물질을 이용하여 형성한다.

상기 에미터(28)를 형성하는 카본계 물질로는 그라파이트(graphite), 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(DLC;Diamond Liked Carbon), 카본 나노튜브(CNT;Carbon Nanotube), C₆₀(fulleren) 등에서 선정하여 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용 가능하다. 특히 카본 나노튜브는 끝단의 곡률 반경이 수∼수십nm 정도로 극히 미세하여 1∼10V/㎛ 정도의 낮은 전계에서도 전자를 양호하게 방출하므로 이상적인 전자 방출원으로 알려져 있다.

상기에서는 에미터(28)를 카본계 물질을 이용한 면전자원으로 형성하는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 콘(cone)형이나 웨지(wedge)형, 박막필름에지(thin film edge)형 등 다양한 형상의 에미터를 적용하는 것도 가능하다.

또 상기에서는 제1기판(20)에 게이트 전극(24)을 형성하고 그 위에 절연층(25)을 사이에 두고 캐소드 전극(26)을 형성하는 것으로 설명하였지만, 제1기판(20)에 캐소드 전극(26)을 형성하고 그 위에 절연층을 사이에 두고 게이트 전극(24)을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우에는 캐소드 전극(26)과 게이트 전극(24)의 교차영역에 게이트 전극(24)과 절연층(25)을 관통하는 홀을 형성하고, 이 홀에 의해 노출된 캐소드 전극(26) 표면에 에미터(28)를 형성한다.

그리고 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 일실시예는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 이웃하는 상기 캐소드 전극(26) 사이에 각각의 에미터(28)와 소정의 간격을 두고 게이트 전극(24)의 전계를 절연층(25) 위로 끌어올리기 위하여 대향 전극(30)을 형성하는 것도 가능하다.

상기 대향 전극(30)은 절연층(25)에 형성되는 비어홀(via hole)(31)을 통하여 게이트 전극(24)과 접촉하여 전기적으로 연결되므로, 게이트 전극(24)에 소정이 구동전압이 인가되어 에미터(28)와의 사이에 전자 방출을 위한 전계를 형성할 때에, 게이트 전극(24)의 전압을 에미터(28) 주위로 끌어올려 에미터(28)에 보다 강한 전계가 인가되도록 하여 에미터(28)로부터 양호하게 전자가 방출되도록 하는 역할을 한다.

상기 제2기판(22)에 형성되는 애노드 전극(32)은 ITO 박막 등과 같이 광투과율이 우수한 투명전극으로 형성한다.

상기 제2기판(22)에 형성되는 형광막(34)은 게이트 전극(24) 방향(도 1에서 Y축 방향)을 따라 적색(R) 형광체(34R), 녹색(G) 형광체(34G), 청색(B) 형광체(34B)를 소정의 간격을 두고 차례로 교대로 배열하여 이루어진다.

또 상기 각각의 형광체(34R), (34G), (34B) 사이에는 콘트라스트 향상을 위하여 블랙매트릭스(50)를 형성한다.

상기 각각의 형광체(34R), (34G), (34B)는 도트형상을 스트라이프 패턴으로 배열하여 형성한다.

상기 각각의 형광체(34R), (34G), (34B)는 각각의 도트를 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 에미터(28)에서 방출되는 전자빔의 형상(도 5 참조)에 대응되는 십(+)자 형상으로 형성한다.

상기에서는 형광막(34)을 이루는 도트형상을 십자 형상으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 상기 에미터(28)에서 방출되는 전자빔의 형상에 대응되는 원형상 타원형상 등 다양한 형상으로 형성하는 것이 가능하다.

상기 형광막(34)에서 삼각형을 이루며 인접하여 배치되는 적색 형광체(34R), 청색 형광체(34B), 녹색 형광체(34R)의 도트 3개가 하나의 화소(pixel)를 이루도록 구성한다.

그리고 상기 형광막(34)과 블랙매트릭스(50) 위에는 알루미늄 등으로 이루어지는 금속박막층(36)을 형성하는 것도 가능하다. 상기 금속박막층(36)은 내전압특성과 휘도향상에 도움을 준다.

상기와 같이 구성되는 제1기판(20)과 제2기판(22)은 캐소드 전극(26)과 십자형상의 형광체 도트가 스트라이프 패턴으로 배열된 형광막(34)이 직교하도록 마주한 상태에서 소정의 간격을 두고 실링물질(밀봉재)에 의해 접합되며, 그 사이에 형성되는 내부 공간은 배기시켜 진공상태를 유지한다.

상기에서 삼각형을 이루는 3개의 도트가 하나의 화소를 구현하도록, 형광막(34)과 그리드 플레이트(40), 에미터(28)의 위치 정렬을 정확하게 행하여 제1기판(20)과 제2기판(22)의 접합을 행하는 것이 매우 중요하다.

그리고 제1기판(20)과 제2기판(22)의 간격을 일정하게 유지시키기 위하여 스페이서(38)를 제1기판(20)과 제2기판(22)의 사이에 소정의 간격으로 배열하여 설치한다. 상기 스페이서(38)는 화소의 위치 및 전자빔의 경로를 피하여 설치하는 것이 바람직하다.

또 상기 스페이서(38)는 상기 제1기판(20)과 제2기판(22) 사이에 설치되는 그리드 플레이트(40)를 지지하는 역할도 담당한다.

다음으로 상기와 같이 구성되는 본 발명에 다른 전계 방출 표시장치의 작동과정을 설명한다.

먼저 외부로부터 게이트 전극(24), 캐소드 전극(26), 그리드 플레이트(40), 애노드 전극(32)에 소정의 전압을 인가하여 구동시킨다. 이 때 각 전극에 인가하는 전압은 예를 들면 게이트 전극(24)에는 수∼수십V의 (+)전압, 캐소드 전극(26)에는 수∼수십V의 (-)전압, 그리드 플레이트(40)에는 수십∼수백V의 (+)전압, 애노드 전극(32)에는 수백∼수천V의 (+)전압으로 설정한다.

상기와 같이 각 전극에 전압이 인가되면, 게이트 전극(24)과 캐소드 전극(26)의 전압 차에 의하여 에미터(28) 주위에 전계가 형성되어 에미터(28)로부터 전자가 방출되고, 방출된 전자는 그리드 플레이트(40)에 인가된 (+)전압에 이끌려 제2기판(22)쪽으로 향하면서 그리드 플레이트(40)의 빔통과공(42)을 통과한 다음, 애노드 전극(32)에 인가된 고전압에 이끌려 해당 화소의 형광막(34)에 충돌하여 발광시키는 것에 의하여 소정의 영상을 구현한다.

이 때 에미터(28)에서 방출되는 전자빔의 형상(도 5 참조)과 형광막(34)을 구성하는 형광체 도트의 형상이 1:1로 서로 대응되므로, 자색발광효율이 크게 증가하고, 색재현율이 향상된다. 종래 전계 방출 표시장치의 경우에는 음극선관의 색재현율에 비하여 50% 정도 수준의 색재현율을 나타내지만, 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 경우에는 음극선관 색재현율에 근접하는 수준의 색재현율을 나타낸다.

상기에서는 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치에 의하면, 에미터에서 방출되는 전자빔의 형상에 대응되는 형상으로 형광체의 도트를 형성하므로, 타색발광이 최소화되고, 자색발광율이 크게 향상된다. 따라서 색재현율이 향상되므로 화질의 품위가 좋아진다.

도 1은 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 일실시예를 나타내는 부분확대 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 일실시예를 나타내는 부분확대 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 일실시예에 있어서 제2기판에 형성한 형광막을 나타내는 부분확대 단면도이다.

도 4는 종래 전계 방출 표시장치에 있어서 적색 형광체의 발광시 타색발광이 발생하는 상태를 촬영한 사진이다.

도 5는 종래 전계 방출 표시장치에 있어서 에미터에서 방출되는 전자빔의 형상을 촬영한 사진이다.

Claims (5)

1. 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 제1기판 및 제2기판과,

   상기 제1기판 상에 절연층을 사이에 두고 서로 교차하는 패턴으로 형성되는 게이트 전극 및 캐소드 전극과,

   상기 게이트 전극과 교차하는 부분의 캐소드 전극 위에 형성되는 에미터와,

   상기 제2기판 상에 형성되는 애노드 전극과,

   상기 애노드 전극의 일면에 형성되고 상기 각 에미터의 위치에 각각 대응하여 상기 에미터에서 방출되는 전자빔의 형상에 대응되는 도트형상으로 녹색, 청색, 적색의 형광체를 소정의 패턴으로 배열 도포하여 형성하는 형광막과,

   상기 형광막의 각 형광체 도트형상 사이에 형성되는 블랙매트릭스를 포함하는 전계 방출 표시장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제2기판에 형성되는 형광막은 적색 형광체, 녹색 형광체, 청색 형광체를 도트형상으로 소정의 간격을 두고 차례로 교대로 스트라이프 패턴으로 배열하여 형성하는 전계 방출 표시장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 각각의 형광체는 각각의 도트를 상기 에미터에서 방출되는 전자빔의 형상에 대응되는 십자 형상으로 형성하는 전계 방출 표시장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 형광막에서 삼각형을 이루며 인접하여 배치되는 적색 형광체, 청색 형광체, 녹색 형광체의 도트 3개가 하나의 화소를 이루도록 구성하는 전계 방출 표시장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 에미터는 그라파이트, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, 카본 나노튜브, C₆₀ 중에서 선정하여 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 면전자원을 형성하는 전계 방출 표시장치.