KR20070111861A - 전자 방출 표시 디바이스 - Google Patents

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KR20070111861A
KR20070111861A KR1020060045221A KR20060045221A KR20070111861A KR 20070111861 A KR20070111861 A KR 20070111861A KR 1020060045221 A KR1020060045221 A KR 1020060045221A KR 20060045221 A KR20060045221 A KR 20060045221A KR 20070111861 A KR20070111861 A KR 20070111861A
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이수경
유승준
박진민
강정호
이원일
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 색 혼합을 억제하는 동시에 형광층의 발광 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 개구부를 가지며 위치하는 흑색층과, 흑색층의 개구부를 채우면서 이 개구부 주변의 흑색층 위에 걸쳐 위치하는 형광층들과, 형광층들과 흑색층의 일면에 위치하는 애노드 전극을 포함하며, 형광층과 흑색층이 하기 조건을 만족하도록 형성된다.
Figure 112006035119144-PAT00001
여기서, A는 흑색층의 개구부 면적을 나타내고, B는 형광층 면적을 나타낸다.
기판, 전자방출소자, 흑색층, 형광층, 애노드전극, 개구부

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 도 1에 도시한 전자 방출 표시 디바이스 중 발광 유닛의 부분 평면도이다.
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 색 혼합을 억제하는 동시에 형광층의 발광 효율을 높일 수 있는 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것이다.
일반적으로 전자 방출 소자(electron emission element)는 전자원의 종류에 따라 열음극(hot cathode)과 냉음극(cold cathode)을 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.
상기 발광 유닛은 제2 기판 상의 비발광 영역에 흑색층을 형성하고, 흑색층 사이의 발광 영역에 적색과 녹색 및 청색의 형광층을 형성한 다음, 형광층들과 흑색층 위로 금속 물질을 증기증착 또는 스퍼터링하여 애노드 전극을 형성하는 단계들을 통해 완성된다.
이때 흑색층은 서로 다른 색의 형광층들 사이에 위치하여 각 형광층에서 방 출된 가시광들이 섞이지 않도록 함으로써 화면의 콘트라스트를 높이는 역할을 한다.
전술한 구성에서 형광층의 점유 면적은 형광층의 발광 효율 및 색 혼합과 밀접한 관련이 있다. 즉, 적색과 녹색 및 청색 형광층 각각이 해당 화소 영역에서 적정 수준 이하의 면적으로 형성되면 화면의 휘도가 낮아지고, 반대로 해당 화소 영역에서 적정 수준 이상의 면적으로 형성되면 흑색층을 구비함에도 불구하고 색 혼합이 발생하여 화면의 콘트라스트가 저하되는 결과를 나타낸다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 가시광의 색 혼합을 억제하고, 형광층의 발광 효율을 안정적으로 확보함으로써 화면의 콘트라스트와 휘도 특성을 높일 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 개구부를 가지며 위치하는 흑색층과, 흑색층의 개구부를 채우면서 이 개구부 주변의 흑색층 위에 걸쳐 위치하는 형광층들과, 형광층들과 흑색층의 일면에 위치하는 애노드 전극을 포함하며, 형광층과 흑색층이 하기 조건을 만족하는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다.
Figure 112006035119144-PAT00002
여기서, A는 흑색층의 개구부 면적을 나타내고, B는 형광층 면적을 나타낸 다.
상기 형광층은 적색과 녹색 및 청색 형광층들을 포함할 수 있고, 제2 기판 상에 설정되는 화소 영역마다 하나의 흑색층 개구부와 한 가지 색 형광층이 위치할 수 있다.
또한, 형광층과 흑색층은 하기 조건을 만족하도록 형성될 수 있다.
Figure 112006035119144-PAT00003
또한, 흑색층의 개구부는 타원형과 다각형 및 이들이 조합된 형상 중 어느 하나로 이루어질 수 있고, 애노드 전극은 제1 기판을 향한 형광층들과 흑색층의 일면에 위치하는 금속막으로 이루어질 수 있다.
상기 전자 방출 표시 디바이스는 제1 기판과 제2 기판 사이에서 흑색층에 대응하여 위치하는 스페이서들을 더욱 포함할 수 있다.
상기 전자 방출 소자들은 전계 방출 어레이형, 표면 전도 에미션형, 금속-절연층-금속형 및 금속-절연층-반도체형 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 단면도이고, 도 2는 도 1에서 도시한 전자 방출 표시 디바이스 중 발광 유닛의 부분 평면도이다.
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.
그리고 형광층(8)과 흑색층(10) 위로 알루미늄(Al)과 같은 금속막으로 이루어진 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) 측 으로 반사시켜 화면의 휘도를 높인다.
한편 애노드 전극은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전막으로 이루어질 수 있다. 이 경우 애노드 전극은 제2 기판(4)을 향한 형광층(8)과 흑색층(10)의 일면에 위치한다. 또한 애노드 전극으로서 전술한 투명 도전막과 금속막을 동시에 형성하는 구조도 가능하다.
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. 도 1에서는 편의상 하나의 스페이서만을 도시하였다.
전술한 구성에서 형광층(8)은 제2 기판(4)에 설정되는 화소 영역(50)에 한 가지 색의 형광층(8R,8G,8B)이 대응하도록 위치한다. 즉, 제2 기판(4)에 설정되는 각각의 화소 영역(50)에는 하나의 형광층(8)과 이 형광층(8)을 배치하기 위한 흑색층(10)의 개구부(101)가 위치한다. 일례로, 도 2에서는 각 화소 영역(50)의 중심에 형광층(8)이 위치하는 형상으로 각각의 화소 영역(50)을 구분지어 도시하였다.
그리고 형광층(8)은 흑색층(10)에 형성되는 개구부(101)를 채우면서 이 개구부(101) 주변의 흑색층(10) 위에 걸치도록 형성된다. 즉, 형광층(8)은 흑색층(10)의 개구부(101)보다 큰 면적으로 형성된다.
형광층(8)이 흑색층(10)의 개구부(101) 면적과 동일한 면적으로 형성되면, 형광층(8) 형성시 흑색층(10)에 대해 약간의 정렬 오차가 발생하여도 형광층이 흑색층(10)의 개구부(101)를 채우지 못하는 부분이 발생하게 된다. 그 결과 제2 기 판(4) 일면에 형광층(8)으로 채워지지 못한 일종의 틈(open)이 발생하게 되어 제조 불량을 유발할 수 있다.
본 실시예에서 형광층(8)과 흑색층(10)은 하기 조건을 만족하도록 형성된다.
Figure 112006035119144-PAT00004
여기서, A는 흑색층(10)의 개구부(101) 면적을 나타내고, B는 형광층(8) 면적을 나타낸다.
각각의 화소 영역(50)에서 형광층(8)이 흑색층(10) 개구부(101)의 1.05배 이상의 면적으로 형성되어야 형광층(8)을 구성하는 형광체 입자들이 흑색층 개구부(101)의 가장자리를 빈틈없이 채울 수 있다. 그리고 형광층(8)이 흑색층 개구부(101)의 4.8배를 초과하는 면적으로 형성되면 이웃 화소 영역(50)의 흑색층 개구부를 침범하게 되어 색 혼합이 발생하게 된다.
보다 바람직하게, 본 실시예에서 형광층(8)과 흑색층(10)은 하기 조건을 만족하도록 형성된다.
Figure 112006035119144-PAT00005
각각의 화소 영역(50)에서 형광층(8)이 흑색층 개구부(101) 면적의 1.2배 이상의 면적으로 형성되면, 형광층(8)을 형성할 때 흑색층(10)에 대해 제2 기판(4)의 수평 및 수직 방향을 따라 ±5% 정도의 정렬오차가 발생하여도 형광층(8)이 흑색층 개구부(101) 전체를 빈틈없이 채울 수 있어 제조 불량을 억제할 수 있다.
또한, 각각의 화소 영역(50)에서 형광층(8)이 흑색층 개구부(101) 면적의 2.3배 이상으로 형성되면, 형광층(8)이 스페이서(14)가 위치하는 자리까지 넓게 위치하게 되므로 불필요한 면적이라 할 수 있다.
한편, 흑색층의 개구부는 도 2에 도시한 직사각형 외에 타원형, 다각형 또는 이들이 조합된 형상으로 이루어질 수 있다. 일례로 전자 방출부들이 각각의 화소 영역(50)에서 제1 기판(2)의 일 방향을 따라 일렬로 위치하는 경우, 형광층에는 대략 타원형의 전자빔 스폿이 형성되는데 이러한 전자빔 스폿 형상에 맞추어 흑색층의 개구부를 타원형으로 형성하면 형광층의 발광 균일도와 발광 효율을 높일 수 있다.
이와 같이 본 실시예의 형광층(8)은 흑색층 개구부(101)에 대한 형성 면적을 최적으로 확보하여 가시광들의 색 혼합을 억제하고, 빈틈 발생을 방지하여 발광 효율을 높일 수 있다. 이에 따라 본 실시예의 전자 방출 표시 디바이스는 화면의 콘트라스트와 휘도를 향상시킬 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 한가지 형으로 이루어진다.
도 3과 도 4를 참고하여 전술한 조건의 형광층(8)을 구비한 전계 방출 어레이형 전자 방출 표시 디바이스에 대해 설명하고, 도 5를 참고하여 전술한 조건의 형광층(8)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 형성될 수 있다. 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 전술한 조건의 형광층들(8)과 흑색층(10) 및 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(8), 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 전술한 조건의 형광층(8)들과 흑색층(10) 및 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 형광층의 면적을 최적화하여 가시광들의 색 혼합을 억제하고, 형광층의 발광 효율을 높일 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 전자 방출 표시 디바이스는 화면의 콘트라스트와 휘도를 높여 표시 품질을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 서로 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과;
    상기 제1 기판 위에 어레이를 이루며 배치되는 전자 방출 소자들과;
    상기 제2 기판의 일면에 개구부를 가지며 위치하는 흑색층과;
    상기 흑색층의 개구부를 채우면서 이 개구부 주변의 흑색층 위에 걸쳐 위치하는 형광층들; 및
    상기 형광층들과 흑색층의 일면에 위치하는 애노드 전극을 포함하며,
    상기 형광층과 흑색층이 하기 조건을 만족하는 전자 방출 표시 디바이스.
    Figure 112006035119144-PAT00006
    여기서, A는 흑색층의 개구부 면적을 나타내고, B는 형광층 면적을 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형광층이 적색과 녹색 및 청색 형광층들을 포함하고,
    상기 제2 기판 상에 설정되는 화소 영역마다 상기 하나의 흑색층 개구부와 한 가지 색 형광층이 위치하는 전자 방출 표시 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 형광층과 흑색층이 하기 조건을 만족하는 전자 방출 표시 디바이스.
    Figure 112006035119144-PAT00007
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흑색층의 개구부가 타원형과 다각형 및 이들이 조합된 형상 중 어느 하나로 이루어지는 전자 방출 표시 디바이스.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 애노드 전극이 상기 제1 기판을 향한 상기 형광층들과 흑색층의 일면에 위치하는 금속막으로 이루어지는 전자 방출 표시 디바이스.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에서 상기 흑색층에 대응하여 위치하는 스페이서들을 더욱 포함하는 전자 방출 표시 디바이스.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 방출 소자들이 전계 방출 어레이형, 표면 전도 에미션형, 금속-절연층-금속형 및 금속-절연층-반도체형 중 어느 하나인 전자 방출 표시 디바이스.
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