KR100300312B1 - 전계방출용음극을갖는평판디스플레이와이의제조방법 - Google Patents

Abstract

전계 방출용 음극을 갖는 평판 디스플레이로서, 낮은 전계와 낮은 진공 상태에서도 전자 방출 능력을 저하시키지 않고 작용토록 하기 위해, 캐소드 어셈블리를 구성하는 기판의 일면으로는 복수의 캐소드 전극이 소정의 패턴을 유지하여 형성되고, 이 각 캐소드 전극의 일면으로는 흑연층이 스크린 인쇄를 통해 형성된다. 이러한 평판 디스플레이는, 저전압, 저진공 상태에서 구동 가능한 흑연층으로 인해 제품 성능 향상에 이점을 가질뿐더러, 제조 공정의 간단화로 제조비의 절감 및 제품의 대면적화에도 효과를 갖게 된다.

Description

전계 방출용 음극을 갖는 평판 디스플레이와 이의 제조방법

본 발명은 평판 디스플레이에 관한 것으로서, 보다 상세하게 말하자면 전계 방출용 음극을 흑연을 구비하여 3극관으로 구성되는 평판 디스플레이에 관한 것이다.

평판 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 포함되는 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, 애노드 전극으로는 형광체를 각각 도포하여, 이 기판들을 그 내부가 진공상태가 유지될 수 있도록 봉합함으로써 이루어지는 것이 일반적이다.

이와 같은 전계 방출 표시소자의 구성은 2극관형의 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 상단부가 첨예한 형태로 형성되고 있는데, 이는 기판에 텅스텐, 몰리브덴 등의 고융점 금속 박막을 형성하고 이를 에칭 처리하여 날카로운 팁 모양을 갖도록 형성하는 것이다.

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 초래할 문제점이 있다.

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

이에 따라 근래에는, 상기한 문제점을 방지하고자 전계 방출용 음극을, 팁 상이 아닌 면상으로 이루어 전계 방출 표시소자를 제조하는 기술이 제안되었는데, 이러한 기술에서는 다이아몬드 박막이나 혹은 다이아몬드 상 탄소(Diamond-like Carbon ; DLC) 박막으로 음극을 구성하고 있다.

그러나, 이러한 다이아몬드 또는 다이아몬드 상의 탄소 박막을 이용하여 전계 방출 표시소자를 구성할 때에는, 상기 박막의 특성에 의하여 저전압 구동으로 전계 방출 표시소자를 구현할 수 있다는 장점은 있으나, 상기 박막의 형성 공정에 의한 고가의 제조비 부담과 이에 따른 제품의 대형화 추구에 문제점을 안고 있다.

즉, 이러한 문제점은, 상기 다이아몬드 또는 다이아몬드 상 탄소 박막이, 플라즈마 증착을 통해 소정의 두께로 박막을 얻고 이를 레이저 엡레이션(laser ablation)으로 미세 가공하여 이루어지는 고난도의 공정을 거쳐 얻어지기 때문에 초래되게 된다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 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 디스플레이를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 전계 방출용 음극의 제조하는 방법 개선으로 저가의 제조 비용에 따른 제품의 대면적화를 가능하게 하도록 한 전계 방출용 음극을 갖는 평판 디스플레이를 제공함에 있다.

이에 본 발명은 상기 목적을 실현하기 위하여,

소정의 간격을 두고 그 내부를 진공 상태로 유지시켜 결합되는 제1,2 기판과;

이 제1,2 기판의 일측면에 각기 소정의 패턴을 가지고 형성되는 복수의 캐소드 전극 및 애노드 전극과;

상기 캐소드 전극의 일면에 소정의 두께를 가지고 형성되는 흑연층과;

상기 애노드 전극의 일면에 소정의 두께를 가지고 형성되는 형광층과;

상기 캐소드 전극 및 애노드 전극 사이에 형성되는 복수의 격벽과;

상기 제1,2 기판 중, 일측 기판에 형성된 격벽의 일면에 형성되는 그리드 전극을 포함하는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 디스플레이를 제안한다.

또한, 본 발명은 상기 목적을 실현하기 위하여,

제1 기판의 일면에 캐소드 전극을 소정의 패턴으로 형성하고, 이 캐소드 전극 사이로 소정의 높이를 지니는 격벽을 형성하고, 상기 캐소드 전극의 일면으로 흑연층을 형성하고, 상기 제1 기판의 가장자리 둘레를 따라 봉착용 프리트를 도포하여 캐소드 어셈블리를 제조하는 공정과;

제2 기판의 일면에 애노드 전극을 소정의 패턴으로 형성하고, 이 애노드 전극의 일면에 형광층을 형성하고, 상기 애노드 전극 사이로 소정의 높이를 지니는 격벽의 형성하고, 이 격벽의 일면으로 그리드 전극을 형성하고, 상기 제2 기판의 가장자리 둘레를 따라 봉착용 프리트를 도포하여 애노드 어셈블리를 제조하는 공정과;

상기 캐소드 전극과 애노드 전극이 대향 배치되도록 상기 제1,2 기판을 맞대고 소정의 압력을 가하면서 열처리하여 이를 봉착하는 공정과;

상기 제1,2 기판이 형성하는 내부 공간부를 진공 상태로 처리하는 공정이 포함된 전계 방출용 전극을 갖는 전계 방출용 평판 디스플레이의 제조 방법을 제안한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 평판 디스플레이를 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 10은 본 발명의 실시예에 따른 평판 디스플레이의 애노드 어셈블리의 제조 단계를 설명하기 위해 도시한 도면이고,

도 11은 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 디스플레이를 도시한 부분 단면도로서, 이는 이 평판 디스플레이의 픽셀 부분을 확대 도시한 것이다.

도시된 바와 같이, 상기 전계 방출용 음극을 갖는 평판 디스플레이 즉, 전계 방출 표시소자는, 각기 캐소드 어셈블리와 애노드 어셈블리로 구성되는 제1,2 기판(1,3)을 소정의 간격을 두고 평행하게 배치하여 이를 봉합한 다음, 이 제1,2 기판(1,3)의 내부 공간부를 진공 상태로 유지시켜 형성되어진다.

상기에서 제1,2 기판(1,3)은, 통상과 같이 유리로 이루어지며 이 때, 제1 기판(1)에는 캐소드 어셈블리가 또한, 상기 제2 기판(3)에는 애노드 어셈블리가 형성된다.

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

또한, 상기에서 각 캐소드 전극(5) 사이로는 소정의 높이를 가지는 격벽(7)이 상기 캐소드 전극(5)과 평행한 형태로 형성되어 배열되고 있는데, 본 실시예에서는 이를 바람직하게 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 형성되며, 이의 형성 방법으로서는, 흑연 페이스트를 상기 캐소드 전극(5) 일면에 스크린 인쇄하여 열처리하는 것이 바람직하다.(도 4 참조)

본 발명에서 이와 같이 상기 흑연층(9)을 전계 방출용 음극으로서 구비하게 되는 것은, 흑연(graphite)의 다음과 같은 특징 때문이다.

즉, 흑연은 도 11에 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 전계 방출용 음극으로서 사용 가능하게 되며, 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 6참조)

본 실시예에서 이 애노드 전극(11)은, 인듐 틴 옥사이드(ITO)를 스터러링하고 에칭하여 형성한다.

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

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

또한, 상기 각각의 격벽(15) 일면으로는 그리드 전극(17)이 소정의 두께를 유지하여 형성되는데, 이 역시 상기 격벽(15)에 평행한 상태로 형성된다.(도 9 참조)

이 때, 상기 그리드 전극(17)은, 상기 격벽(15)의 일면뿐만 아니라 도 1에 도시한 바와 같이 양측면에도 연장되어 형성되는 것도 가능하다.

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 10을 통해 알 수 있듯이 그 가장 자리 둘레부를 따라 봉착용 시일 프리트(19,21)를 도포하여 상기 캐소드 전극(5)과 애노드 전극(11)은 물론, 상기 양측 기판(1,3)에 형성된 격벽(7,15)이 격자 상태로 교차배치되면서 상기 그리드 전극(17)이 상기 제1 기판(1)측의 격벽(7)에 맞닿도록접합된 후, 봉착 공정을 통해 소정의 압력을 받으면서 열처리되고 이후 배기 공정을 통해 그 내부가 진공 상태로 유지되도록 함으로써 사용자가 원하는 3극관형 전계 방출 표시소자로 제조되게 된다.

이처럼 제조된 전계 방출 표시소자는, 상기 캐소드 전극(5)과 그리드 전극(17) 사이에 소정의 직류나 교류 전압이 인가되면, 상기 흑연층(9)에 전계가 가해지게 되므로써 이로부터 전계 전자 방출이 일어나 이 전가가 상기 애노드 전극(11)에 의해 가속되어 상기 형광층(13)을 때려 이를 발광하여 원하는 화상을 구현하게 된다.

물론, 상기 전계 방출 표시소자의 구동은, 상기한 방법으로만 구속되지 않고, 상기 캐소드 전극(5)과 애노드 전극(11) 사이에 소정의 직류나 교류의 전압을 가해 상기 흑연층(9)로부터 전자 방출이 일어나도록 하고 그 다음 상기 그리드 전극(17)에 소정의 (+) 전압을 인가하여 전자 방출을 차단하는 방법도 가능하다.

한편, 본 실시예에서는 상기 전계 방출 표시소자를 구성시, 상기 캐소드 전극(5)과 그리드 전극(17) 사이 거리를 바람직하게 5∼50㎛로, 또한, 그리드 전극(17)과 애노드 전극(11) 사이 거리는 바람직하게 10∼50㎛로, 또한, 형광층(13)과 흑연층(9) 사이 거리는 바람직하게 5∼50㎛로 유지한다.

아울러, 상기 제1,2 기판(1,3)이 형성하는 내부 진공도는, 상술한 흑연층(9)의 특성에 따라 10^-6Torr 로 유지하고, 동작에 필요한 전계는 10⁶V/m 로 유지한다.

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 사용하여 구성함에 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 해당 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 이루는 종래에 비해 제조비를 절감하면서 제조할 수 있도록 하고 아울러, 이에 따라 장치의 대면적화를 이룰 수 있는 부수적인 효과도 갖게 된다.

Claims (6)

1. (정정) 소정의 간격을 두고 그 내부를 진공 상태로 유지시켜 결합되는 제1,2 기판과;이 제1,2 기판의 일측면에 각기, 소정의 간격을 두고 형성되는 라인 형상으로 이루어져 격자 형태로 대향 배치되는 복수의 캐소드 전극 및 애노드 전극과;상기 각 캐소드 전극 위에 소정의 두께를 가지고 형성되는 면상의 흑연층과;상기 각 캐소드 전극 위에 소정의 두께를 가지고 형성되는 형광층과;상기 각 캐소드 전극 및 애노드 전극 사이에 형성되는 복수의 격벽; 및 상기 각 제 1,2 기판 중, 일측 기판에 형성된 격벽의 일면 및 양 측면에 형성되는 그리드 전극을 포함하는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 디스플레이.
2. (정정) 제 1 항에 있어서,상기 캐소드 전극이 은 페이스트를 스크린 인쇄 또는 스퍼터링하여 형성되는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 디스플레이.
3. (정정) 제 1 항에 있어서,상기 애노드 전극이 인듐 틴 옥사이드를 스퍼터링하고 에칭하여 형성되는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 디스플레이.
4. (정정) 제 1 항에 있어서,상기 흑연층이 흑연 페이스트를 스크린 인쇄하고 열처리하여 형성되는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 디스플레이.
5. (정정) 제 1 항에 있어서,상기 그리드 전극이 은 페이스트를 상기 격벽의 일면 및 양 측면에 인쇄하여 형성되는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 디스플레이.
6. (정정) 제1 기판의 일면에 캐소드 전극을 소정의 패턴으로 형성하고, 이 캐소드 전극 사이로 소정의 높이를 가지는 격벽을 형성하고, 상기 캐소드 전극 위에 소정의 두께를 가지는 면상의 흑연층을 형성하고, 상기 제1 기판의 가장자리 둘레를 따라 봉착용 프리트를 도포하여 캐소드 어셈블리를 제조하는 공정과; 제2 기판의 일면에 애노드 전극을 소정의 패턴으로 형성하고, 이 애노드 전극 위에 형광층을 형성하고, 상기 애노드 전극 사이로 소정의 높이를 가지는 격벽을 형성하고, 이 격벽의 일면 및 양 측면에 그리드 전극을 형성하고, 상기 제2 기판의 가장자리 둘레를 따라 봉착용 프리트를 도포하여 애노드 어셈블리를 제조하는 공정과;상기 캐소드 전극과 애노드 전극이 대향 배치되도록 상기 제1,2 기판을 맞대고 소정의 압력을 가하면서 열처리하여 상기 제1,2 기판을 봉착하는 공정;및 상기 제1,2 기판이 형성하는 내부 공간부를 진공 상태로 처리하는 공정을 포함하는 전계 방출용 음극을 갖는 평판 디스플레이의 제조 방법.