KR100258714B1 - 전계 방출용 음극을 갖는 평판 패널 디스플레이 - Google Patents

Abstract

전계 방출용 음극을 갖는 평판 패널 디스플레이로서, 낮은 전계와 낮은 진공 상태에서도 전자 방출 능력을 저하시키지 않고 작용토록 하고 또한, 구현하는 화상의 휘도는 증진시킬 수 있도록 하기 위해, 캐소드 어셈블리를 구성하는 기판의 일면으로는 복수의 캐소드 전극을 소정의 패턴을 유지하여 형성하고, 이 각 캐소드 전극의 일면으로는 흑연층을 소정의 패턴이 유지되도록 스크린 인쇄를 통해 형성한다. 또한, 기판 사이에 형성되는 진공 상태의 공간부에는 전자에 의해 여기되어 자외선을 방출하게 되는 방전가스를 주입한다. 이러한 평판 패널 디스플레이는, 저전계, 저진공 상태에서 전자 방출을 이루는 흑연층으로 인해 제품 성능 향상에 이점을 가질뿐더러, 제조 공정의 간단화로 제조비의 절감 및 제품의 대면적화에도 효과를 가진다.

Description

전계 방출용 음극을 갖는 평판 패널 디스플레이

본 발명은 평판 패널 디스플레이에 관한 것으로서, 보다 상세하게 말하자면 전계 방출용 음극을 흑연으로 구비하여 구성되는 2극관형 평판 패널 디스플레이에 관한 것이다.

평판 패널 디스플레이(flat panel display)는, 표시소자의 대표격인 음극선관과는 달리, 무게가 가볍고 부피가 작은 이점이 있어 여러 방면으로 그 연구가 활발히 진행되고 있다.

이에는 액정 표시장치(LCD)를 비롯하여 형광 표시관(VFD) 및 플라즈마 패널 디스플레이(PDP) 등이 포함되고 있는 바, 이의 다른 종류의 하나로는, 전계 방출 표시소자(FED; Field Emissin Display)를 들 수 있다.

이 전계 방출 표시소자는, 주지된 바와 같이 대화면용 표시소자로 적합할 뿐만 아니라 전력소비가 작고 양질의 화상을 얻을 수 있는 이점이 있어 차세대 영상 표시소자로 주목받고 있다.

공지된 상기 전계 방출 표시소자의 구성은, 소정의 간격을 두고 평행하게 배치된 기판에 캐소드 전극과 애노드 전극을 각기 일정한 패턴으로 형성하고, 각 픽셀(pixel)을 구분할 수 있도록 격벽을 형성하며, 여기에 캐소드 전극으로는 전계 방출용 음극을, 또한 애노드 전극으로는 형광체를 각각 도포하여, 이 기판들을 그 내부가 진공상태가 유지될 수 있도록 봉합함으로써 이루어지는 것이 일반적이다.

이와 같은 구조는 2극관형 전계 방출 표시소자의 구조로서, 상기 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 그리드 전극을 배치하게 되면 3극관형의 전계 방출 표시소자로 구성되게 된다.

한편, 전계 방출 표시소자에서, 구현되는 화면의 밝기는 전계 방출용 음극으로부터 방출되는 전자의 양에 좌우되며, 또한, 전자 방출량이 큰 음극은 그 표면적이 극대화된 특징을 보이고 있다.

종래에 이러한 전계 방출용 음극은, 원뿔형 등과 같이 그 상단부를 첨예하게 하여 형성되고 있는데, 이는 기판에 텅스텐, 몰리브덴 등의 고융점 금속 박막을 형성하고 이를 에칭 처리하여 날카로운 팁 모양을 갖도록 하여 형성된다.

그러나, 이러한 전계 방출용 음극은, 이온 충격에 의한 손상의 우려로 인해 고진공 상태(약,10^-8Torr 정도)의 환경을 요구함에 따라, 이의 환경이 유지되지 않을 때에는 그 수명을 짧게 할 확률이 많고 또한, 이 음극을 사용하여 전계 방출 표시소자를 구성할 때에는 기판 내부 공간을 고진공으로 유지시켜 주고 또한, 전자 방출에 필요한 전계를 높이 유지시켜 주기 위한 비용을 많이 들여 제작비의 상승을 초래하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 전자 방출에 필요한 구동 전계를 낮추고 기판 내부 공간부의 진공도를 낮춘 상태에서도 양호한 작용을 이룰 수 있도록 한 전계 방출용 음극을 갖는 평판 패널 디스플레이를 제공함에 있다.

이에 본 발명은 상기 목적을 실현하기 위하여,

제1 기판의 일면에 소정의 패턴을 가지고 형성되는 복수의 캐소드 전극과;

이 각 캐소드 전극의 일면에 소정의 패턴을 가지고 형성되는 박막의 음극과;

상기 캐소드 전극 사이로 소정의 높이를 가지고 형성되는 복수의 격벽과;

상기 제1 기판과 소정의 간격을 두고 배치되어 이 제1 기판과 함께 형성하는 내부 공간부를 진공 상태로 유지하도록 이 제1 기판에 결합되는 제2 기판과;

이 제2 기판의 일면으로 소정의 패턴을 가지고 형성되는 복수의 애노드 전극과;

이 각 애노드 전극의 일면에 소정의 패턴을 가지고 형성되는 형광층과;

이 형광층 사이에 소정의 높이를 가지고 형성되는 복수의 격벽과;

상기 공간부에 주입되는 소량의 방전 가스를 포함하는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 패널 디스플레이를 제안한다.

상기에서 음극은, 스크린 인쇄를 통해 형성되는 흑연층으로 이루어짐이 바람직하며, 다른 한편, 다이아몬드나 다이아몬드 상 카본으로 이루어져도 무방하다.

이러한 상기 평판 패널 디스플레이는, 상기 양 전극으로 교류 전압이 인가되면, 상기 음극에 전계에 가해져 이로부터 전자를 방출하고, 이 전자는 방전가스를 여기시키게 되는 바, 이 때, 발생된 자외선은 형광층을 타격하여 이를 발광시킴으로써 소정의 화상을 구현하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 평판 디스플레이의 도시한 부분 단면도이고,

도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 평판 디스플레이의 캐소드 어셈블리의 제조 단계를 설명하기 위해 도시한 도면이고,

도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 평판 디스플레이의 애노드 어셈블리의 제조 단계를 설명하기 위해 도시한 도면이고,

도 10는 흑연의 결정 구조도이다.

이하, 본 발명을 명확히 하기 위한 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출용 음극을 갖는 평판 패널 디스플레이를 도시한 부분 단면도로서, 이는 이 평판 패널 디스플레이의 픽셀 부분을 확대 도시한 것이다.

도시된 상기 전계 방출용 음극을 갖는 평판 패널 디스플레이 즉, 전계 방출 표시소자는, 일반적인 전계 방출 표시소자와 같이 전계가 가해지는 음극으로부터 전자를 방출하고 이를 이용하여 형광층을 발광시킴으로써, 사용자가 원하는 소정의 화상을 구현하게 된다.

이러한 작용을 위해, 상기 전계 방출 표시소자는, 각기 캐소드 어셈블리와 애노드 어셈블리의 구성에 포함되는 제1,2 기판(1,3)을 소정의 간격을 두고 평행하게 배치하여, 이 제1,2 기판(1,3)의 내부 공간부이 진공 상태로 유지될 수 있도록 이를 결합시켜 이루어지게 된다.

상기에서 제1,2 기판(1,3)은, 통상과 같이 유리로 이루어지게 되며 이 때, 제1 기판(1)에는 캐소드 어셈블리가 또한, 상기 제2 기판(3)에는 애노드 어셈블리가 형성되게 된다.

이를 구체적으로 살펴 보면, 우선, 상기 제1 기판(1)의 일면으로는 복수의 캐소드 전극(5)이 소정의 패턴으로 형성된다. 본 실시예에서는 이를 도 2에서와 같이 소정의 간격을 두고 배치되는 라인(line) 형태로 형성하게 되는데, 이는 은(Ag) 페이스트를 스크린 인쇄 또는 스퍼터링하고 에칭하여 형성함이 바람직하다.

또한, 상기에서 각 캐소드 전극(5) 사이에는 소정의 높이를 가지는 격벽(7)이 상기 캐소드 전극(5)과 평행한 형태로 형성되어 배열되고 있는데, 본 실시예에서는 이를 바람직하게 유리 성분의 격벽용 페이스트를 스크린 인쇄하여 형성한다.(도 3 참조)

또한, 상기한 각 캐소드 전극(5)의 일면으로는, 전계 방출용 음극으로서 작용하게 되는 흑연층(9)이 소정의 두께를 가지고 형성되는데, 이 흑연층(9) 역시 상기 캐소드 전극(5)과 마찬가지로 라인 형태로 형성된다.(도 4 참조)

한편, 상기한 흑연층(9)의 형성 방법으로서는, 흑연 페이스트를 상기 캐소드 전극(5) 일면에 스크린 인쇄하여 열처리하는 것이 바람직한데, 본 발명에서 이와 같이 상기 흑연층(9)을 전계 방출용 음극으로서 구비하게 되는 것은 흑연(graphite)이 다음과 같은 특징을 보유하고 있기 때문이다.

즉, 흑연은 도 10에 도시한 바와 같이, 다이아몬드의 정방정계에 유사한 육각형의 면을 포함하고 있는데, 이 면방향으로는 강한 이중 결합을 하고 면간에는 약한 반데르발스 결합을 하고 있어 물리적으로 강한 이방성을 갖고 있다.

또한, 흑연은 상기한 면방향으로는 전기,열 등의 전도도가 좋은 반면, 이 면의 직각방향으로는 전기, 열 등의 전도도가 나쁘고 이 면들 사이의 약한 결합에 따라 깨지기 쉬운 단점을 지니고 있다.

이러한 흑연의 특징에 있어, 흑연 분말의 표면에는 상기한 면의 모서리가 무수히 존재하게 되는데, 여기서 이 면의 모서리는 천연적인 전자 방출 팁으로 전자 방출하는 작용을 하게 된다.

이는, 상기한 면이 육각형 구조의 다이아몬드의 면과 마찬가지로, 엔 이 에이(NEA; Negative Electron Affinity) 현상에 의한 전자의 자발적인 방출을 저전계 인가시에도 용이하게 이룰 수 있기 때문이다.

이에 따라 흑연은 충분히 전게 방출용 음극으로서 사용 가능하며, 게다가 진공중에서 외력을 받아 깨지더라도 계속적으로 새로운 상기한 면의 모서리를 생성하는 일종의 자기 회복성(self-healing) 특성을 가지게 되어 그 수명을 오래하면서 지속적으로 전자 방출을 이룰 수 있게 된다.

이와 같이 하여, 상기 제1 기판(1)에는 캐소드 어셈블리가 형성되는 반면, 상기 제2 기판(3)에는 다음과 같은 구조로 애노드 어셈블리가 형성된다.

우선, 상기 제2 기판(3)의 일면으로는, 상기 캐소드 전극(5)이 마찬가지로 소정의 패턴 다시 말해, 소정의 간격으로 두고 라인 형태로 형성되는 복수의 애노드 전극(11)이 형성된다.(도 6 참조)

본 실시예에서 이 애노드 전극(11)은 바람직하게 인듐 틴 옥사이드(ITO; Indium Tin Oxide)를 스퍼터링하고 에칭하여 형성한다.

또한, 상기 각 애노드 전극(11)의 일면으로는 도 7를 통해 알 수 있듯이, 형광체가 인쇄되고 열처리되어 형성된 형광층(13)이 소정의 두께를 유지하여 형성되며, 이 형광층(13)의 각 사이로는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 캐소드 어셈블리에서 마찬가지로 소정의 높이를 지니는 격벽(15)이 각기 형성된다. 물론, 이 격벽(15)도 상기한 격벽(7)과 같이 유리 성분의 격벽용 페이스트가 스크린 인쇄되어 열처리됨으로써 이루어지게 된다.

여기서 상기 격벽(15)은, 상기 애노드 전극(11) 및 형광층(13)에 평행하게 배열되어 형성된다.

이와 같이 하여 상기 제2 기판(3)에는 애노드 어셈블리가 형성되며, 이러한 제1 기판(1)과 제2 기판(3)은 각기 도 5 및 도 9에 도시된 바와 같이 그 가장 자리 둘레부를 따라 봉착용 시일 프리트(19,21)를 도포하여 상기 캐소드 전극(5)과 애노드 전극(11)이 격자 상태로 교차 배치되도록 접합된 후, 봉착 공정을 통해 소정의 압력을 받으면서 열처리되고, 배기 공정을 통해 그 내부를 진공 상태로 유지된 다음, 기판(1,3) 사이의 내부 공간부에 소정의 방전 가스를 주입받아 사용자가 원하는 전계 방출 표시소자로 제조되게 된다.

여기서 상기 방전 가스는, 주지된 플라즈마 패널 디스플레이(PDP)에서 사용되고 있는 수은 가스나 혹은, 헬륨과 네온의 혼합 가스로 이루어짐이 바람직하다.

이처럼 제조된 상기 전계 방출 표시소자의 작용을 알아 보면 우선, 상기 캐소드 전극(5)과 애노드 전극(11) 사이에 교류 전압이 인가되면, 상기 흑연층(9)에 전계가 가해지게 되어 이로부터 전계 전자 방출이 일어나게 되고, 방출된 이 전자는 상기 애노드 전극(11)에 의해 가속되면서 상기 방전 가스를 여기시켜 자외선을 발생시키게 된다.

그러면, 이 자외선은, 상기 형광층(13)을 때려 이를 발광시키게 되는 바, 이때 발생된 빛이 상기 제2 기판(3) 측을 통해 나와 소정의 화상을 구현하게 된다.

이와 같이 상기 전계 방출 표시소자는, 기판 사이에 주입되어 있는 방전 가스를 상기 흑연층(9)으로부터 방출된 전자로 여기하여 상기 형광층(13)을 발광시키는 새로운 방식으로 화상을 구현하게 된다.

본 실시예에서는 상기 전계 방출 표시소자를 구성시, 상기 기판(1,3) 사이의 거리(Cell Gap)를 바람직하게 5∼50㎛로 하여 그 특성을 실험한 결과, 전계 방출용 음극이 고융점 금속 박막을 원추형으로 이룬 종래의 전계 방출 표시소자에 비해, 진공도를 10^-6Torr 로 유지하고, 전자 방출에 필요한 전계는 10⁶V/m 로 유지하면서도, 휘도는 2배 정도(200 Cd/㎠) 증진시키면서 유니포미티(uniformity) 특성도 향상시킬 수 있게 됨을 알 수 있었다.

한편, 본 발명은, 전계 방출용 음극을 상기한 흑연층(9)에 국한시키지 않고 주지된 전계 방출 표시소자에서 사용되는 다이아몬드나 다이아몬드 상 카본(DLC;Diamond Like Carbon)의 박막으로 구비하여 구성되는 것도 가능하다.

또한, 상기한 형광층(13)은, 저전압용 형광체가 아닌 칼라 음극선관용 형광체를 사용하여 구비하는 것도 가능하다.

즉, 상기 형광층(13)은, 상기 방전 가스의 종류에 따라 가령, 상기 방전 가스를 수은 가스로 사용하는 경우에는, 전자에 의해 수은 가스가 여기될 때, 대략 254㎚ 정도의 파장을 지닌 자외선이 발생되므로, 이에 칼라 음극선관용 형광체를 써서 마련하고, 이에 반면, 상기 방전 가스를 헬륨과 네온의 혼합 가스로 사용하는 경우에는, 전자에 의해 상기 혼합 가스가 여기될 때 대략 157㎚ 정도의 파장을 지닌 자외선이 발생되는 관계로, 플라즈마 디스플레이 패널용 형광체와 같은 저전압용 형광체를 써서 마련될 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허 청구의 범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

상기한 본 발명의 구성과 작용 설명을 통해 알 수 있듯이 본 발명은, 전계 방출용 음극의 개선과 기판 사이에 주입되는 방전 가스를 이용하게 되므로써, 다음과 같은 효과를 지니게 된다.

우선, 전계 방출용 음극을 흑연층으로 구성시, 이 흑연층이, 종래에 비해 저전계과 저진공 상태에서 전자를 방출할 수 있고 장수명의 특성을 가지므로, 이에 본 발명은, 이에 대한 이점으로 그 제품의 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 상기 흑연층의 형성을 간단한 공정인 스크린 인쇄법으로 이루게 되므로, 이에 본 발명은 상기 전계 방출용 음극을 스퍼터링과 에칭공정을 통해 이루는 종래에 비해 제조비를 절감하면서 제조할 수 있도록 하고 아울러, 이에 따라 장치의 대면적화를 이룰 수 있는 부수적인 효과도 갖게 된다.

또한, 본 발명은, 방전 가스도 이용하여 화상 구현을 이루게 됨에 따라 디스플레이의 휘도 및 유니포미티 특성에도 효과를 갖는다.

Claims (6)

1. 제1 기판의 일면에 소정의 패턴을 가지고 형성되는 복수의 캐소드 전극과;

   이 각 캐소드 전극의 일면에 소정의 패턴을 가지고 형성되는 박막의 음극과;

   상기 캐소드 전극 사이로 소정의 높이를 가지고 형성되는 복수의 격벽과;

   상기 제1 기판과 소정의 간격을 두고 배치되어 이 제1 기판과 함께 형성하는 내부 공간부를 진공 상태로 유지하도록 이 제1 기판에 결합되는 제2 기판과;

   이 제2 기판의 일면으로 소정의 패턴을 가지고 형성되는 복수의 애노드 전극과;

   이 각 애노드 전극의 일면에 소정의 패턴을 가지고 형성되는 형광층과;

   이 형광층 사이에 소정의 높이를 가지고 형성되는 복수의 격벽과;

   상기 공간부에 주입되는 소량의 방전 가스를 포함하는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 패널 디스플레이.
2. 제1항에 있어서, 상기 음극은, 스크린 인쇄를 통해 형성되는 흑연층으로 이루어짐을 특징으로 하는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 패널 디스플레이.
3. 제1항에 있어서, 상기 음극은, 다이아몬드 또는 다이아몬드 상 탄소로 이루어짐을 특징으로 하는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 패널 디스플레이.
4. 제1항에 있어서, 상기 캐소드 전극과 애노드 전극은, 각기 소정의 간격을 두고 형성되는 라인 형상으로 이루어져, 격자 형태로 대향 배치됨을 특징으로 하는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 패널 디스플레이.
5. 제1항에 있어서, 상기 방전 가스는, 수은 가스임을 특징으로 하는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 패널 디스플레이.
6. 제1항에 있어서, 상기 방전 가스는, 헬륨과 네온의 혼합 가스임을 특징으로 하는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 패널 디스플레이.

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