KR100258715B1 - 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, 다양한 방향으로 화상을 구현할 수 있도록 하기 위하여, 캐소드 어셈블리를 구성하는 기판의 일면으로는 복수의 투명한 캐소드 전극을 소정의 패턴을 유지하여 형성하고, 이 각 캐소드 전극의 일면으로는 흑연층을 소정의 패턴이 유지되도록 스크린 인쇄를 통해 형성한다. 또한, 애노드 어셈블리를 구성하는 기판에 형광층과 함께 소정의 패턴을 가지고 형성되는 복수의 애노드 전극 역시 투명한 재질로 구비한다. 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 가지고, 형광층에서 발광된 빛이 투명한 캐소드 전극 및 애노드 전극 모두를 통해 기판 양측으로 나아가게 되어 이에 사용자는 다양한 방향에서 화상을 볼 수 있는 이점을 갖는다.

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 내부를 고진공으로 유지시켜 주기 위한 비용을 많이 들여 제작비의 상승을 초래하는 문제점이 있다.

또한, 상기한 음극은, 전술한 바 있듯이 그 제조 공정이 스퍼터링(sputtering), 사진석판술(photolithography), 에칭 등의 고난도 박막 공정을 통해 이루어지게 되므로, 그 제조 비용을 많이 들게 할 뿐만 아니라 이에 따른 디스플레이 대형화도 어렵게 하는 문제점을 안고 있다.

아울러, 상기한 음극을 갖는 전계 방출 표시소자는, 사용자가 기판의 일측 방향에서만 구현되는 화상을 볼 수 있도록 하는 구조로 이루어지고 있는데, 이러한 구조는 다양한 기능을 원하는 사용자의 욕구에 못미치는 실용성의 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 전계 방출용 음극의 개선에 따라 저전계 구동, 장수명 등의 제품 특성의 향상을 가져올 수 있는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 패널 디스플레이를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 전계 방출용 음극으로부터 방출된 전자가 형광체를 타격하여 발광되는 빛이 기판의 양방향으로 나갈 수 있도록 하여 사용자가 다양한 방향에서 구현 화상을 볼 수 있도록 하는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 디스플레이를 제공함에 있다.

이에 본 발명은 상기 목적을 실현하기 위하여,

제1 기판의 일면에 소정의 패턴을 가지고 형성되는 복수의 투명한 캐소드 전극과;

이 각 캐소드 전극의 일면에 소정의 패턴을 가지고 형성되는 흑연층과;

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 투명한 애노드 전극과;

이 각 애노드 전극의 일면에 소정의 패턴을 가지고 형성되는 형광층과;

이 형광층 사이로 소정의 높이를 가지고 형성되는 복수의 격벽을 포함하는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 패널 디스플레이를 제안한다.

상기에서 캐소드 전극과 애노드 전극은, 각기 인듐 틴 옥사이드(ITO;Indium Tin Oxide)로 이루어짐이 바람직하며, 또한, 이들은 각기 소정의 간격을 두고 배치되는 라인(line) 형태로 형성되어 격자 형태로 대향 배치된다.

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 흑연층 패턴을 설명하기 위해 도시한 도면이고,

도 10 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 평판 디스플레이의 애노드 어셈블리의 제조 단계를 설명하기 위해 도시한 도면이고,

도 14는 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, 통상의 전계 방출 표시소자의 구성이, 전계 방출용 음극에서 나온 전자가 형광체를 타격하여 빛을 발광하고 이 빛이 형광체가 배치된 일기판 측만을 통과하여 소정의 화상을 구현하는 디스플레이로 이루어지는 것과는 달리, 형광체에서 발광된 빛이 이 형광체가 배치된 기판측만이 아닌 반대측 기판으로도 통과하여 소정의 화상을 구현할 수 있는 이른바, 양면 발광형 디스플레이로서 구성된다.

이러한 전계 방출 표시소자 역시 기본적으로, 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. 이 캐소드 전극(5)은, 빛을 통과시킬 수 있는 투명성 재질로 이루어지는데, 본 실시예에서는 이를 도 2에서와 같이 소정의 간격을 두고 배치되는 라인(line) 형태로 형성하고, 그 재질로는 인듐 틴 옥사이드를 사용하여 이를 스퍼터링하고 에칭하여 형성한다.

또한, 이 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 작용하는 흑연층(9)이 소정의 두께를 가지고 형성되는 바, 이 흑연층(9) 역시 상기 캐소드 전극(5)과 마찬가지로 라인 형태로 형성된다.(도 4 및 도 6 참조)

여기서 상기 흑연층(9)의 형성 패턴은, 상기한 라인 형태로 국한되지 않고 도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이 다양한 패턴으로 이루어짐이 가능하다.

가령, 도 8에 도시한 바와 같이 상기 흑연층(9)은, 상기 캐소드 전극(5)의 일측 전면에 도포되는 박막층으로도 형성될 수 있는데, 이 때, 상기 흑연층(9)은, 빛이 투과 가능한 정도로 반투명하게 형성된다.

이와 같은 반투명한 박막의 흑연층(9)은, 스퍼터링법이나 전착법으로 형성하는 것이 바람직하다.

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 14에 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 형성되는 바, 이 애노드 전극(11) 역시 상기 캐소드 전극(5)과 마찬가지로 빛을 통과시킬 수 있는 투명한 재질의 전극으로 이루어진다.(도 10 참조)

본 실시예에서는 이에 따라 상기 애노드 전극(11)을, 인듐 틴 옥사이드를 스퍼터링하고 에칭하여 형성하고 있다.

또한, 상기한 각 애노드 전극(11)의 일면으로는 도 11을 통해 알 수 있듯이, 형광체가 인쇄되고 열처리되어 형성된 형광층(13)이 소정의 두께를 유지하여 형성되며, 이 형광층(13)의 각 사이로는 도 12에 도시된 바와 같이 상기 캐소드 어셈블리에서와 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 상기 제1 기판(1)과 제2 기판(3)은 각기 도 5 및 도 13에 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 대향되어 접합된 후, 봉착 공정을 통해 소정의 압력을 받으면서 열처리되고, 배기 공정을 통해 그 내부가 진공 상태로 유지됨으로써 사용자가 원하는 2극관형 전계 방출 표시소자로 제조되게 된다.

이처럼 제조된 전계 방출 표시소자는, 상기 캐소드 전극(5)과 애노드 전극(11) 사이에 소정의 직류나 교류 전압이 인가되면, 상기 흑연층(9)에 전계가 가해져 이로부터 전계 전자 방출이 일어나 이 전자가 상기 애노드 전극(11)에 의해 가속되어 상기 형광층(13)을 때려 이를 발광하게 된다.

그런데, 이 때 발광된 빛은, 상기 캐소드 전극(5) 및 애노드 전극(11)이 모두 투명한 재질로 이루어짐에 따라, 상기 제1 기판(1)측은 물론, 제2 기판(3)으로도 나가게 된다.

즉, 상기 전계 방출 표시소자는, 기판의 일방향이 아닌 양방향 모두로 형광층(9)에서 발광된 빛을 내보면서 사용자가 원하는 화상을 구현할 수 있게 되는 것이다.

따라서, 사용자는 제1 기판(1) 또는 제2 기판(3) 측 방향 모두나 어느 한쪽 방향에서 디스플레이되는 화상을 볼 수 있게 된다.

또한, 이러한 상기 전계 방출 표시소자의 작용시, 상기 흑연층(9)이 상기한 바 있듯이 반투명의 박막층으로 이루어지는 경우에는, 이 흑연층(9)이 상기 제1 기판(1)에 입사되는 외광의 반사율을 저하시켜서 전계 방출 표시소자의 컨트라스를 향상시킬 수 있는 효과를 발휘하게 된다.

본 실시예에서는 이러한 전계 방출 표시소자를 구성시, 상기 기판(1,3) 사이의 거리(Cell Gap)를 바람직하게 5∼50㎛로 하고, 구동 전압 ±200∼400V(AC)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 양호한 작용을 보이게 되는 것을 알 수 있었다.

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 음극을 흑연층으로 사용하고 캐소드 전극 및 애노드 전극은, 빛을 통과시킬 수 있는 투명 재질로 이루어짐에 따라 다음과 같은 효과를 지니게 된다.

우선, 상기 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 박막공정으로 이루어지는 종래에 비해 제조비를 절감하면서 제조할 수 있도록 하게 되고 아울러, 이에 따라 장치의 대면적화를 이룰 수 있는 부수적인 효과도 갖게 된다.

또한, 본 발명은 형광층에서 발광된 빛이 기판의 양측 모두로 나가면서 화상을 구현하게 되므로 본 발명을 사용하는 사용자는, 다양한 방향에서 이를 볼 수 있어 사용 만족도를 한층 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (4)

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

   이 각 캐소드 전극의 일면에 소정의 패턴을 가지고 형성되는 흑연층과;

   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 투명한 애노드 전극과;

   이 각 애노드 전극의 일면에 소정의 패턴을 가지고 형성되는 형광층과;

   이 형광층 사이로 소정의 높이를 가지고 형성되는 복수의 격벽을 포함하는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 패널 디스플레이.
2. 제1항에 있어서, 상기 캐소드 전극은, 인듐 틴 옥사이드로 이루어짐을 특징으로 하는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 패널 디스플레이.
3. 제1항에 있어서, 상기 애노드 전극은, 인듐 틴 옥사이드로 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.

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