KR100268242B1 - 2극관형 전계 방출 표시소자 - Google Patents

Abstract

목적 : 흑연으로 음극을 형성하여 공정의 단순화와 음극의 물성 안정화를 도모하고, 낮은 전계에서도 전자 방출이 이루어지는 전계 방출 표시소자를 제공한다.

구성 : 기판 글라스(4) 상에 소정의 패턴으로 적층 형성된 음전극(10)의 상면으로 페이스트상의 흑연 분말을 스크린 인쇄하여 흑연층(14)이 적층되게 하고, 이를 소성하여 안정화시킨 다음, 전면 글라스(2)와 대향되게 겹쳐서 봉합한 구성으로 된다.

효과 : 음극을 페이스트상의 흑연 분말로 스크린 인쇄함에 따라 복잡하고 난해한 증착이나 레이저 업레이션 등을 거치지 않고도 간단하게 음극을 형성할 수 있고, 이렇게 형성된 음극은 물성이 안정적이어서 가스 이온이나 아크 등의 충격에도내구성을 가지므로 사용 수명이 연장되는 한편 낮은 전계에서 충분히 전자 방출을 일으키게 된다.

Description

2극관형 전계 방출 표시소자

본 발명은 전계 방출 표시소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흑연을 음극소재로 하여 전자 비임의 방출량이 많고 음극 형성 공정을 간편히 한 전계 방출 표시소자에 관한 것이다.

전계 방출 표시소자는 상호 대향 배치되어 기밀스럽게 밀봉되는 글라스 사이로 음극과 형광체를 배열한 구성을 포함하는 것이며, 상기 음극과 형광체는 각각 일정의 패턴을 이루게 되어 있다. 이러한 구성에서 상기 음극과 양극의 방출면 사이가 높은 전압 구배로 되게 하면 쇼트키 효과에 의한 직접 전자 방출이 일어나고, 발생된 전자 방출은 형광체를 여기시켜 빛을 발하게 되는 영상표시소자이다.

이러한 전계 방출 표시소자는 구조에 따라 2극관과 3극관이 공지되어 있고, 3극관은 음극과 양극 사이로 그리드가 더 추가된 구성으로 되어 있다.

상기 전계 방출 표시소자는 대화면용 표시소자에 적합할 뿐만 아니라 전력소비가 작고 양질의 화상을 얻을 수 있는 이점이 있다.

전계 방출 표시소자에서 화면의 밝기는 음극으로부터 방출되는 전자의 량에 좌우되고 전자의 방출량이 큰 음극은 요철면에 의해 표면적이 극대화된 특징을 가진다.

초기에 전계 방출 표시소자의 음극은 기판 유리에 고융점 금속 박막을 형성하고 이를 에칭 처리하여 날카로운 팁이 형성되게 하여 왔으나, 이 방법은 정교하게 노광하고 에칭해야 하는 고난도의 공정을 거쳐야 하므로 넓은 화면을 가지는 전계방출 표시소자에는 적당치 않다. 또 상기와 같이 하여 형성된 팁은 가스 이온이나 아크의 충격에 취약하여 사용 수명이 짧으며 동작 전압도 높은 문제점이 있다.

한편, 마루오에 의해 제안된 미국 특허 제 5,382,867호는 톱니모양의 표면을 가지는 음극 구조를 개시하고 있지만, 이것은 복잡하고 난해한 금속 박막의 팁을 톱니모양으로 하는 것이므로 여전히 정교한 노광과 에칭 작업을 거쳐야 한다.

또 케인에 의해 제안된 미국 특허 제 5,430,348호는 다이아몬드 면으로 된 음극에 반전층을 형성한 구조를 개시하고 있고, 다른 한편으로 커마에 의해 제안된 미국 특허 제 5,548,185호와 제 5,601,966호는 아모르픽 다이아몬드 필름을 사용한전계 방출 표시소자를 개시하고 있다.

다이아몬드는 탄소가 주성분으로 된 가장 안정적인 물질의 하나로 되는 것이고, 이것은 도 3으로 나타내고 있듯이 육각형 구조의 (111)면을 가지고 있는 결정체로 되어 있다. 그런데 상기 (111)면에 보론, 질소 등을 불순물로 도핑하면 NEA(Negative Electron Affinity) 현상이 발생하여 전도대의 에너지 레벨이 진공중의 자유전자가 가지는 에너지 레벨보다 높아져 자발적인 전자 방출이 일어나게 되고 이 현상은 저전압 구동을 가능케 하는 특징이 있다.

그러나 다이아몬드 또는 다이아몬드에 유사한 카본을 음극으로 형성하려면 플라즈마 증착하여 소정 두께의 박막을 얻고, 이를 레이저 업레이션으로 미세 가공해야 하기 때문에 상기 금속 박막과 마찬가지로 고난도의 공정을 거쳐야 하며, 특히 원자재 값이 비싸 전계 방출 표시소자의 보급을 어렵게 하는 요인으로 작용한다.

한편, 흑연은 상기 다이아몬드와 마찬가지로 흑연이 주성분으로 되는 물질이고, 도 4로 나타낼 수 있듯이 다이아몬드의 결정에 유사한 육각형의 (0001)면을 포함하고 있으나, 상기 (0001)면의 방향은 강한 이중 결합으로 되어 있고 그 면 사이는 약한 반데르발스 결합으로 되어 있어서 물리적으로 강한 이방성을 가지는 특성이 있다. 또한 상기 (0001)면으로는 전기, 열 등의 전도도가 양호하지만 그 직각 방향으로는 좋지 않고 게다가 상기 (0001)면 사이의 약한 결합상태로 인하여 쉽게 깨지는 단점이 있다.

그러나 흑연 분말의 표면에는 강한 공유 결합을 하는 (0001)면의 모서리가 무수히 존재하고 있으며 이 모서리들은 천연적인 전자 방출 팁으로 이용될 수 있다.

게다가 흑연 분말은 외력을 받아 깨지더라도 그 파단면은 여전히 (0001)면의 새로운 모서리로 형성되어 일종의 자기 회복성을 가지므로 이를 통한 전자 방출도 지속적으로 행해질 수 있고, 어느 정도의 질소 불순물도 함유하고 있기 때문에 상기 NEA 현상이 야기되어 저전계 전자 방출도 기대할 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 흑연으로 음극을 형성하여 공정의 단순화와 음극의 물성 안정화를 도모함과 동시에 저전계 구동이 가능한 2극관형 전계 방출 표시소자를 제공함에 있다.

상기의 목적에 따라 본 발명은 양전극을 가지는 전면 글라스에 대향 배치되는 기판 글라스의 내측면 상에, 소정 패턴으로 음전극을 ITO 증착 또는 은 페이스트에 의한 인쇄 소성으로 적층 형성하고, 상기 음전극의 상면으로 흑연분말과 흑연분말결합제의 혼합물을 페이스트상으로 하여 인쇄하고 소성해서 흑연층이 적층되게 한 구성으로 된다.

상술한 구성의 본 발명에서 흑연 분말은 입자 크기가 5~50㎛ 범위 내로 되는 구상(球狀) 또는 비늘상(鱗狀)의 것이 적용되고, 이것은 흑연 결합제로서 5~30%의 무기질 바인더와 혼합되어 페이스트상으로 사용된다.

이와 같은 구성의 본 발명은 전자 비임이 상기 흑연층을 통해 방사되는 것이고, 이 때 흑연층은 종래의 다이아몬드 박막이 가지고 있는 방사 특성을 고루 갖추고 있어서 고휘도의 전계 방출 표시소자를 제공하게 됨과 아울러 스크린 인쇄에 의해 적층 형성되는 것이므로 공정이 간편 용이하며, 또 가스 이온 등의 충격으로 인해 파손되어 새롭게 노출되는 결정 조직도 파손된 것과 동일한 결정으로 됨에 따라 전계 방출 표시소자의 사용 수명이 연장되고, 흑연이 가지는 NEA 현상에 의해 저전압에서의 구동이 가능하게 되는 장점이 있다.

제1도는 본 발명이 적용된 2극관형 전계 방출 표시소자의 구성을 나타내는 개략 측단면도.

제2도는 제1도에 도시한 음전극으로의 흑연층 도포예를 도시하는 설명도.

제3도는 다이아몬드의 결정 구조도.

제4도는 흑연의 결정 구조도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

2 : 전면 글라스 4 : 기판 글라스

6 : 절연성 스페이서 8 : 양전극

10 : 음전극 12 : 형광체

14 : 흑연층 16 : 망포

18 : 스텐실 20 : 슬릿

상술한 구성의 본 발명을 첨부 도면에 따른 바람직한 실시예로서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 전계 방출 표시소자의 구성을 나타내는 측단면도이며, 전면글라스(2)와 기판글라스(4)는 절연성 스페이서(6)에 의해 그 판 면이 소정의 패턴을 이루도록 다수 구획되어 있고, 이들 절연성 스페이서(6) 사이의 공간으로는 각각 대응하는 양전극(8)과 음전극(10)이 적층 형성되어 있다. 절연성 스페이서(6)는 글라스 성분의 페이스트에 의해 약 60㎛의 높이로 적층 형성된다.

상기 전면글라스(2)의 양전극(8)은 ITO 또는 은 페이스트에 의해 적층 배열되고, 그 위로는 형광체(12)가 소정의 패턴을 이루도록 도포되어 있으며, 이것에 대응하는 기판글라스(4)의 음전극(10)도 역시 ITO 또는 은 페이스트에 의해 적층 배열되는 것이다.

상기와 같은 구성에서 양전극(8)과 음전극(10)은 ITO인 경우에 절연성 스페이서(6)의 적층 공정 이전에 행해지는 포토 레지스트법에 의한 증착으로, 또한 은페이스트인 경우에는 절연성 스페이서(6)의 적층 공정 이전에 스크린 인쇄하고 소성하여 형성되는 것이며, 그 다음 공정에서 상기 절연성 스페이서(6)가 전면글라스(2)와 기판글라스(4)의 소정 부위로 인쇄된 후에 소성을 통해 완성되는 것이다.

다음에 양전극(8)의 상면에는 형광체(12)가 통상의 방법으로 도포되는 한편, 상기 음전극(10)의 상면에는 흑연층(14)이 스크린 인쇄법으로 도포된다.

흑연층(14)은 1~5μ의 입도를 가지는 구상(球狀) 또는 비늘상(鱗狀)으로 된 흑연 분말에 결합제를 투여하여 페이스트상으로 만든 것을 인쇄 도포하고 소성을 통해 고착 형성되는 것이다.

이와 같은 구성의 전자 방출 표시소자에서 흑연 분말과 혼합되는 결합제는 무기질 바인더가 적합하고, 이러한 종류의 무기질 바인더는 종래부터 여러가지 타입으로 공지되어 있다.

또 흑연층(14)의 스크린 인쇄법은 도 2로 도시한 바와 같은 방법으로 행해진다.

도 2에서 기판글라스(4)의 상면에는 망포(網布; 16)가 씌워진다. 이 망포(16)의 직조 단위는 μ로 되어 있고, 그 상면으로는 다시 스텐실(18)이 놓여져서 상기 망포(16)와 협동하여 스크린 인쇄를 행할 수 있게 된다.

스텐실(18)에는 상기 음전극(10)의 상면과 일치하는 μ단위의 폭으로 된 슬릿(20)이 형성되어 있다. 이 때문에 흑연 페이스트는 스텐실(18)의 상면에서 행해지는 스크라이빙에 의해 상기 슬릿(20)을 타고 흘러 내려 망포(16)를 관통하도록 가압됨으로써 상기 음전극(10)의 상면으로 소정의 흑연층(14)이 형성되는 것이다.

이와 같이 흑연층(14)의 형성이 종료된 기판 글라스(4)는 소성로를 거쳐 소성됨에 따라 상기 흑연층(14)은 안정화된다. 이렇게 흑연층(14)이 안정화된 기판 글라스(4)는 전면 글라스(2)와 대향하도록 겹쳐져서 봉합(封合)된다.

상기의 봉합에 의해 양전극(8)과 음전극(10)은 매트릭스상의 전극 패턴을 형성하게 됨과 동시에 상호 교차되는 부분은 대응하는 양전극(8)과 음전극(10)을 구획시켜 주는 절연벽체가 된다.

이에 따라 상기 음전극(10)으로 전계가 인가되었을 때에 흑연층(14)을 통해 방사되는 전자 비임이 대응하는 양전극(8)의 형광체(12)를 여기시켜서 소망의 빛이 발광하게 되는 것이며, 이 때 발생되는 전자 비임은 절연성 스페이서(6)에 의해 구획된 공간으로 충만하게 되어 주변 측으로의 유실이 방지된다.

또 전자 비임의 방사가 행해지는 흑연층(14)은 표면에 첨예부(尖銳部)가 다수 형성된 결정을 가지는 흑연 분말을 주성분으로 하고 있는 것이기 때문에 이 부분을 통한 전자 비임의 방사량이 많아지게 되어 전계 방출 표시소자의 휘도가 좋아지게 된다.

또 가스 이온 충격을 받아 표면이 파손되더라도 새롭게 노출되는 면의 결정구조에도 동일하게 첨예부가 다량 형성되어 있어서 전자 비임의 방사 특성이 저하되지 않으며, 상기 흑연으로부터 나타나는 NEA 현상에 의해 저전압에서도 구동이 가능하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 스크린 인쇄가 가능한 흑연분말로 형성함에 따라 이를 통한 전자 비임의 방사량과 저전계 구동 등의 효과가 종래의 값비싼 다이아몬드 박막으로 된 것에 비견되는 것이면서도 그 형성 공정이 대단히 간편 용이한 스크린 인쇄법으로 가능하게 되어 제조 원가를 절감할 수 있는 효과를 가지는 한편, 가스 이온에 의한 파손을 입더라도 새롭게 노출되는 면의 전자 비임 방사 특성이 변화되지 않아 사용 수명이 길어지게 되며, 또한 이로 인하여 전계 방출표시소자의 내부 진공도를 낮추는 것도 가능하게 되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 상호 대향 배치되는 1쌍의 기판 글라스 주변이 스페이서에 의해 밀봉 조합되고 상기 기판 글라스의 대향면에는 각각 양전극과 음전극이 소정의 패턴으로 형성됨과 아울러 상기 음전극의 상면에 흑연층이 도포되어 있는 구성으로 된 전계 방출 표시소자에 있어서, 상기 음전극의 흑연층(10)이 통상이 흑연분말과 흑연분말 결합제의 혼합물에 의한 페이스트상으로 인쇄되고 소성 처리를 통해 적층 형성된 구성을 특징으로 하는 2극관형 전계 방출 표시소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 흑연 분말은 입자 크기가 5~50㎛ 범위 내의 것으로 됨을 특징으로 하는 2극관형 전계 방출 표시소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 흑연 결합제는 무기질 바인더로서 5~30 중량%가 첨가되는 것임을 특징으로 하는 2극관형 전계 방출 표시소자.

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