KR20070103909A - 전자 방출 표시 디바이스 - Google Patents

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KR20070103909A
KR20070103909A KR1020060035831A KR20060035831A KR20070103909A KR 20070103909 A KR20070103909 A KR 20070103909A KR 1020060035831 A KR1020060035831 A KR 1020060035831A KR 20060035831 A KR20060035831 A KR 20060035831A KR 20070103909 A KR20070103909 A KR 20070103909A
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강정호
유승준
박진민
이수경
이원일
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 애노드 전극의 광 반사 효율을 높일 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 형광층들 및 흑색층과, 형광층들과 흑색층의 일면에 위치하는 금속의 애노드 전극을 포함한다. 이때 애노드 전극은 하기 조건을 만족하도록 형성된다.
Figure 112006027632774-PAT00001
여기서, A는 상기 애노드 전극과 형광층의 간격을 나타낸다.
애노드전극, 기판, 전자방출소자, 형광층, 흑색층

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 실시예의 전자 방출 표시 디바이스와 비교예의 전자 방출 표시 디바이스에서 애노드 전압 크기에 따른 화면의 휘도 변화를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.
도 5는 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 광 반사 기능을 갖는 금속의 애노드 전극을 구비한 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.
상기한 전자 방출 표시 디바이스에서 알루미늄(Al)과 같은 금속막이 애노드 전극으로 사용될 수 있다. 이 금속의 애노드 전극은 형광층과 흑색층을 덮도록 형성되며, 형광층에서 방사된 가시광 중 제1 기판을 향해 방사된 가시광을 제2 기판 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높인다.
그런데 형광층은 대략 수 마이크로미터(㎛) 크기의 형광체 입자들이 적층된 형태로 이루어지고, 애노드 전극은 전자 투과도 등을 고려해 대략 수천 옴스트롱(Å)의 얇은 두께로 형성되어야 하므로, 형광층 표면에 알루미늄을 직접 증착하는 경우에는 애노드 전극이 형광층 입자들의 거칠기에 직접적인 영향을 받을 뿐만 아니라 광 반사 효과를 구현하지 못하여 화면의 휘도를 높일 수 없게 된다.
따라서 종래에는 이러한 현상을 방지하기 위하여 제2 기판의 형광층과 흑색층 위에 소성에 의해 기화되는 고분자 물질로 중간막을 형성하고, 중간막 위에 금속, 일례로 알루미늄을 증착한 다음 소성을 통해 중간막을 제거하여 애노드 전극을 형성하고 있다.
이와 같은 방법을 통해 형성되는 애노드 전극은 중간막 표면에 끊어짐 없이 매끄럽게 증착되고, 소성 후에는 중간막이 제거되어 형광층 및 흑색층과 소정의 간격을 두고 위치하게 된다. 이때 형광층과 애노드 전극의 간격이 애노드 전극의 광 반사 효율에 중요한 영향을 미친다.
그런데 종래의 전자 방출 표시 디바이스는 애노드 전극과 형광층의 간격이 최적화되지 못하여, 애노드 전극의 광 반사 효율을 극대화하지 못하고 있다. 그 결과 종래의 전자 방출 표시 디바이스는 애노드 전극의 낮은 광 반사 기능으로 인해 화면의 휘도와 색재현율을 높이는데 일정한 한계를 갖고 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 애노드 전극과 형광층의 간격을 최적화하여 애노드 전극의 반사 효율을 높임으로써 화면의 휘도와 색재현율을 향상시킬 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 형광층들 및 흑색층과, 형광층들과 흑색층의 일면에 위치하는 금속의 애노드 전극을 포함하며, 애노드 전극이 하기 조건을 만족하는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다.
Figure 112006027632774-PAT00002
여기서, A는 상기 애노드 전극과 형광층의 간격을 나타낸다.
상기 애노드 전극은 흑색층과 접촉하며 위치하거나, 흑색층과 0.3㎛ 내지 3㎛의 간격을 두고 위치할 수 있다.
상기 애노드 전극은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 은(Ag), 티타늄(Ti) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 물질로 이루어질 수 있고, 100Å 내지 2000Å의 두께로 형성될 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 부재(6)가 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 화소 단위로 제2 기판(4)을 향해 임의의 전자들을 방출시킨다. 그리고 이 전자들에 의해 해당 화소의 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 화소 영역에 한가지 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 보조 애노드 전극으로서 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전막(도시하지 않음)이 제2 기판(4)을 향한 형광층(8)과 흑색층(10)의 일면에 형성될 수 있다.
상기 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. 도면에서는 편의상 하나의 스페이서만을 도시하였다.
전술한 구성에서 금속의 애노드 전극(12)은 형광층(8) 위에 직접 금속 물질을 증착한 형태로 존재하지 않고, 형광층(8)과 흑색층(10) 위에 중간막(도시하지 않음)을 형성하고, 중간막 위에 금속을 증착한 다음 이를 소성하여 중간막 물질을 기화시키는 과정을 통해 형성될 수 있다. 이러한 과정을 통해 완성된 애노드 전극(12)은 형광층(8) 및 흑색층(10)과 소정의 간격을 두고 위치하게 된다.
한편, 중간막은 형광층(8) 위에만 제공될 수 있으며, 이 경우 애노드 전극(12)은 흑색층(10) 위에 직접 금속 물질을 증착한 형태로 존재하여 흑색층(10)과 접촉하며 위치한다. 도면에서는 애노드 전극(12)이 흑색층(10)과 접촉하는 경우를 도시하였다.
본 실시예에서 애노드 전극(12)은 형광층(8)과의 간격을 최적화하여 광 반사 효율을 높인다. 이를 위해 본 실시예의 애노드 전극(12)은 하기 조건을 만족하도록 형성된다.
Figure 112006027632774-PAT00003
여기서, A는 애노드 전극(12)과 형광층(8)의 간격을 나타낸다.
도 2는 애노드 전극(12)과 형광층(8)의 간격이 0.3㎛ 내지 3㎛의 범위를 만족하는 실시예의 전자 방출 표시 디바이스와, 0.3㎛ 미만인 비교예의 전자 방출 표시 디바이스에 있어서 애노드 전압(kV) 크기에 따른 화면의 휘도(cd/m2) 변화를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 2를 참고하면, 실시예의 전자 방출 표시 디바이스가 동일한 애노드 전압 조건에서 비교예의 전자 방출 표시 디바이스보다 높은 휘도를 구현함을 알 수 있다. 이와 같은 결과는 실시예의 전자 방출 표시 디바이스에서 애노드 전극(12)이 비교예의 전자 방출 표시 디바이스보다 형광층(8)에서 방사된 광을 효율적으로 반사시키고 있음에 기인한다.
한편, 형광층(8)과 애노드 전극(12)의 간격이 3㎛를 초과하면 발광 유닛(110) 제조 공정에서 중간막의 부풀음에 의해 애노드 전극(12)이 쉽게 파손되므로, 형광층(8)과 애노드 전극(12)의 간격은 3㎛를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
따라서 상기 수식을 만족하는 애노드 전극(12)은 형광층(8)과의 간격을 최적 화하여 반사 효율을 최대화함으로써 화면의 휘도와 색재현율을 상승시킨다. 그리고 애노드 전극(12)은 형광층(8)과 적정 거리를 유지하여 형광층(8)에 손상을 주지 않으므로, 형광층(8) 손상에 따른 발광 효율 저하를 방지할 수 있다.
한편, 전술한 중간막이 형광층(8)과 흑색층(10) 위에 형성되어 애노드 전극(12)이 흑색층(10)과 접촉하지 않는 경우, 애노드 전극(12)은 형광층(8) 및 흑색층(10)과 동일한 간격을 두고 형성될 수 있다. 즉, 애노드 전극(12)은 흑색층(10)과도 0.3㎛ 내지 3㎛의 간격을 두고 위치할 수 있다.
상기 애노드 전극(12)은 알루미늄(Al) 이외에 크롬(Cr), 은(Ag), 티타늄(Ti) 또는 몰리브덴(Mo) 등 광 반사 효율이 높은 금속 물질로 이루어질 수 있고, 대략 100Å 내지 2000Å의 두께로 형성될 수 있다.
이와 같이 본 실시예의 전자 방출 표시 디바이스는 애노드 전극(12)의 반사 효과를 높임에 따라 화면의 휘도와 색재현율을 높이는 등 표시 품질을 개선할 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 3과 도 4를 참고하여 전술한 조건의 애노드 전극(12)을 구비한 전계 방출 어레이형 전자 방출 표시 디바이스에 대해 설명하고, 도 5를 참고하여 전술한 조건의 애노드 전극(12)을 구비한 표면 전도 에미션형 전자 방출 표시 디바이스에 대해 설명한다.
도 3과 도 4를 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 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극들(18) 위로 각 화소 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, 다이아몬드상 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 전극(24)은 전자 방출부(22)마다 이에 대응하는 하나의 개구부를 형성하여 각 전자 방출부(22)에서 방출되는 전자들을 개별적으로 집속하거나, 화소 영역마다 하나의 개구부를 형성하여 하나의 화소 영역에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속할 수 있다. 도 3에서는 두 번째 경우를 도시하였다.
제2 기판(4')에 제공되는 발광 유닛(110')은 형광층들(8)과 흑색층(10) 및 전술한 조건의 간격을 갖는 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 전압을 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 화소 영역들에서 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 화소 영역의 형 광층(8)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.
도 5를 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 형광층들(8)과 흑색층(10) 및 전술한 조건의 간격을 갖는 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 의한 전자 방출 표시 디바이스는 형광층과 애노드 전극의 간격을 최적화하여 애노드 전극의 반사 효율을 높이고, 애노드 전극에 의한 형광층의 손상을 억제한다. 따라서 본 발명에 의한 전자 방출 표시 디바이스는 화면의 휘도와 색재현율을 높여 표시 품질을 향상시키는 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 형광층들 및 흑색층과;
    상기 형광층들과 흑색층의 일면에 위치하는 금속의 애노드 전극을 포함하며,
    상기 애노드 전극이 하기 조건을 만족하는 전자 방출 표시 디바이스.
    Figure 112006027632774-PAT00004
    여기서, A는 상기 애노드 전극과 형광층의 간격을 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 애노드 전극이 상기 흑색층과 접촉하며 위치하는 전자 방출 표시 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 애노드 전극이 상기 흑색층과 0.3㎛ 내지 3㎛의 간격을 두고 위치하는 전자 방출 표시 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 애노드 전극이 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 은(Ag), 티타늄(Ti) 및 몰리브 덴(Mo)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 물질로 이루어지는 전자 방출 표시 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 애노드 전극이 100Å 내지 2000Å의 두께로 형성되는 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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