KR100361502B1 - 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치는 그 내면부에 형광체가 코팅되어 있으며 애노드 기능을 갖는 상판과; 상판과 일정간격을 가지고 대향하도록 배치되었으며, 그 내면부에 전자 방출부가 형성되어 있으며 캐소드 기능을 갖는 하판과; 상판과 하판을 지지하는 원형의 스페이서와; 상판과 하판 사이의 공간을 밀봉시키는 프릿을 포함한다.

여기서, 스페이서는 상판 표면에 고정된 상부 지지부와, 상부 지지부에 대향하고 하판 표면에 고정된 하부 지지부와, 상부 지지부와 하부 지지부 사이에 서로 직교하도록 일정 구조의 절연체들을 고정시킨 경사 지지부와, 상부 지지부 및 하부 지지부의 양단을 수직 방향으로 지지하는 수직 지지부를 갖는다.

경사 지지 부는 광 섬유로 제조되었으며 원형, 타원형 또는 파이프 형상을 가진 구조를 특징으로 하며 경사 지지 부의 개개의 절연체들은 상기 상하판의 중앙으로 갈수록 개수가 증가하도록 배치한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 페이서의 접합 및 배열 특성과 진공 배기시 효율을 향상시킬 수 있으며 추가적인 코팅이나 금속막 도포가 필요없이 스페이서 설치시 발생되는 차징 및 아킹 문제를 해결할 수 있다.

Description

탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치{The apparatus of FED's spacer using elastic force}

본 발명은 전계 방출형 디스플레이 장치의 스페이서 구조 분야에 관한 것으로서, 특히 전계 방출형 디스플레이의 스페이서 구조를 기존의 1차원, 2차원적으로 배열된 기둥이나 막대 모양의 스페이서와 달리 원형이나 타원형등의 절연체들을 갖는 스페이서의 경사 지지 부를 스페이서의 상하부 지지 부와 세로 방향으로 고정시킴에 의하여 탄성력을 이용하여 외부 대기압을 견딤과 동시에 배기 속도 및 배기 효율을 향상시키고 방전 및 표면 전하 축적이 되지 않도록 설계된 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치에 관한 것이다.

제1도의 (a)및(b)는 일반적인 전계 방출형 디스플레이의 기본 원리를 나타낸 도면으로서 기본 구성은 종래의 진공관과 같은 3극 튜브지만 열음극(hot cathode)을 이용하지 않고 첨예한 음극(Emitter)(100)에 고전계(Electric Field)를 집중 -즉, 소정의 라인의 음극전극(140)을 접지 전위로 하고 게이트 라인 중 어느 하나의 전극(160)에 +100V 정도의 전압을 인가하면 두 전극이 교차하는 부분의 이미터 팁(170)들의 첨두에는 고전계가 형성-하여 양자 역학적인 터널링 효과에 의하여 전자를 방출시키는 냉음극(cold cathode)을 이용하고 있다.

이때 전자가 방출되기 위한 게이트 전극(160)의 전압은 게이트 홀(150)의 크기가 작아질수록 낮아지며, 이미터 팁(170)의 재료 특성에 따라 달라진다.

여기서 음극 전극(140)과 게이트 전극(160)은 전기적으로 절연층(130 )에 의해 독립되어져 있으며 각각 수평 또는 수직방향으로 라인형태를 갖고 위에서 보았을 때 가로지르도록 형성되어 있고, 게이트 전극에는 게이트 홀(150)이 형성되어지고 각각의 홀에 대응하여 음극 전극 상에 이미터 팁(170)이 형성되어 있다.

여기서 상기 음극 전극들과 게이트 전극들에 순차적으로 전압을 인가해 줌으로서 두 전극이 교차하는 지점의 이미터들로부터 전자빔이 방출되어 마주보고 있는 형광체를 발광시킴으로서 각각의 화소를 순차적으로 발광시키는 것이 가능해진다. 형광체가 도포된 양극 전극에는 수kV 이상의 고압이 인가되어 상기 이미터에서 방출된 전자를 가속시켜 대응하는 형광체에 충돌하도록 되어있다.

개별 화소의 휘도 및 칼라 구현은 상기 이미터 전극와 상기 게이트 전극간에 걸어주는 전압의 차에 의해 방출되는 전류량이 달라지는 원리를 이용하여 휘도를 조절할 수 있으며. 인접한 레드, 그린, 검정 세개의 화소의 휘도 조절을 통하여 칼라 구현이 가능해진다.

제2도는 일반적인 전계 방출형 디스플레이의 패널 상태의 단면도를 나타낸 것으로서 반사 보호막(201), 블랙 매트릭스(202), 형광체(203)등을 갖는 상판(200)과; 게터(211), 절연체(212), 이미터 팁(213), 음극 전극(214), 게이트 전극(215)등을 갖는 하판(210)과; 스페이서(220)와; 프릿(230)을 구비한다.

전계 방출형 디스플레이 페널 내부는 고진공으로 유지되어야 하므로 상판(200)과 하판(210) 사이의 간격유지를 위해 스페이서(220)를 설치하며 외부는 프릿(240) 등으로 봉인한 후 배기과정을 통하여 내부를 진공상태로 만든다. 통상 전계 방출형 디스플레이 내부는 음극선관에서보다 더 낮은 고진공상태(~)를 필요로 하는데 이는 이미터 팁등 진공 방전에 취약한 구조물들이 통상 1~2mm이내로 가까운 상하판 사이에 설치되기 때문이다.

상기 상판과 하판 사이에는 스페이서를 설치하게 되는데, 이것은 외부 대기압과 전계 방출형 디스플레이 내부 진공상태의 압력의 차이에 의한 상기 상판과 하판의 변형을 방지함과 동시에, 상기 상판에 인가되는 고전압(10kV)에 대해 상기 하판을 보호하기 위해 전기적으로 절연체의 물질이어야 함으로, 통상적으로 유리 혹은 세라믹을 사용하여 설치한다.

그러나, 설치된 상기 스페이서의 영향에 의해서 상기 캐소드(214)로부터 방출된 전자빔의 흐름이 상기 스페이서 근처에서 왜곡되는 현상이 발생된다. 또한 비록 상기 스페이서가 전기적으로 절연체인 물질로 만들어 졌을지라도, 전자들이 상기 스페이서와 충돌 혹은 기타 영향에 의해 상기 스페이서가 전기적으로 대전이 되어 전계 방출형 디스플레이 내부의 전계분포를 국부적으로 왜곡시키기도 한다. 이러한 스페이서 대전 현상은 최종적으로 전기적인 아킹(arcing) 현상을 유발시키기도 하여, 전계 방출형 디스플레이 내부 요소들에 치명적인 결함을 가져오게 된다.

상기 스페이서 주변의 전자흐름의 왜곡현상은 디스플레이된 영상의 왜곡이라는 결과를 초래하게 되어, 특히 상기 스페이서 주변의 화면에서 어둡거나 밝은 영상을 관측할 수 있게 되어 결과적으로 상기 스페이서의 형상을 화면에서 보여지도록 하는 단점이 있다.

이러한 결과로 인해 스페이서 대전을 방지하기 위한 몇가지 시도가 있었는데, 예를 들면 스페이서 표면을 코팅처리한다거나, 전도성의 전극띠를 스페이서 표면에 코팅하여 대전된 전하를 외부로 빠져나가도록 하는 방법들이 있다.

이러한 방법들은 스페이서의 구조를 더욱 복잡하게 할 뿐만 아니라, 제작하기에도 어렵고 추가적인 공정이 필요하므로 전계 방출형 디스플레이의 가격이 고가인 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 스페이서 구조를 원형이나 타원형등의 절연체들로 구성하도록 함으로서 그 탄성력을 이용하여 외부 대기압을 견딤과 동시에 배기 속도 및 배기 효율을 향상시키고 방전 및 표면 전하 축적이 되지 않도록 설계된 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

제1도는 일반적인 전계 방출형 디스플레이의 기본 원리를 나타낸 도면.

제2도는 일반적인 전계 방출형 디스플레이의 패널 구조를 나타낸 도면.

제3도는 본 발명에 따른 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치를 나타낸 도면.

제4도는 본 발명에 따른 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치의 스페이서의 구조를 세부적으로 나타낸 도면.

제5도는 본 발명에 따른 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치의 스페이서의 설치 전과 설치 후의 상태를 나타낸 도면.

제6도는 본 발명에 따른 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치의 스페이서의 양 끝단과 중앙의 높이를 자세히 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

300:상판 301:반사 보호막

302:형광체 303:애노드 전극

304:블랙 매트릭스 310:하판

311:케소드 전극 312:게이트 전극

313:이미터 팁 314:절연체

320:스페이서 321:상부 지지 부

322:하부 지지 부 323:경사 지지 부

324:수직 지지 부 330:프릿

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치는 그 내면부에 형광체가 코팅되어 있으며 애노드 기능을 갖는 상판과;

상기 상판과 일정간격을 가지고 대향하도록 배치되었으며, 그 내면부에 전자 방출부가 형성되어 있으며 캐소드 기능을 갖는 하판과;

상기 상판과 하판을 지지하는 원형의 스페이서와;

상기 상판과 하판 사이의 공간을 밀봉시키는 프릿을 포함하는 점을 그 특징으로 한다.

여기서, 상기 스페이서는 상기 상판 표면에 고정된 상부 지지부와, 상기 상부 지지부에 대향하고 상기 하판 표면에 고정된 하부 지지부와, 상기 상부 지지부와 하부 지지부 사이에 서로 직교하도록 일정 구조의 절연체들을 고정시킨 경사 지지부와, 상기 상부 지지부 및 하부 지지부의 양단을 수직 방향으로 지지하는 수직 지지부를 갖는 점을 그 특징으로 한다.

여기서, 상기 경사 지지 부는 광 섬유로 이루어진 점을 그 특징으로 한다.

또한, 상기 경사 지지 부는 원형, 타원형 또는 파이프 형상을 가진 구조를 특징으로 하며 상기 경사 지지 부의 개개의 절연체들은 상기 상하판의 중앙으로 갈수록 그 절연체들 사이의 간격이 좁아지도록 배치한 점을 그 특징으로 한다.

그리고, 상기 상부 지지 부와 하부 지지 부가 가는 전도성 금속으로 이루어졌으며 상기 경사 지지 부의 절연체를 상기 상하판의 중앙으로 갈수록 상기 수직 지지 부의 높이보다 더 높게 설치된 것을 그 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제 3도는 본 발명에 따른 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전계 방출형 디스플레이 장치는 음극인 캐소드 전극(311)과, 양극인 게이트 전극(312)과, 전자를 방출하는 이미터 팁(313)및 절연체(314)등으로 형성되는 필드 이미터가 형성되어 있는 하판(310)과; 양극인 애노드 전극(303)과, 형광체(302)와, 반사 보호막(301),블랙 매트릭스(304)등이 형성되어 있는 상판(300)과; 상기 상판(300)과 하판(310) 사이에 일정한 간격을 유지키 위하여 상기 상판의 수평 부분을 지지하는 상부 지지 부(321)와, 상기 하판의 수평 부분을 지지하는 하부 지지 부(322)와, 상기 상부 지지부 및 하부 지지부와 서로 직교하도록 일정 구조의 절연체들을 세로 방향으로 고정하여 외부 대기 압력에 대항하는 경사 지지 부(323)와, 상기 상부 지지부 및 하부 지지부의 양 끝단과 결합하여 수직 방향을 지지하는 수직 지지부(324)를 갖는 스페이서(320)와; 상기 상하판 사이의 공간을 밀봉시키는 프릿(330)으로 구성되어 있다.

여기서, 상기 캐소드 전극(311)과 게이트 전극(312)을 통하여 일정 전기장을 걸어 주면 상기 이미터 팁(313)에 있는 일정 포텐셜 에너지에 갖혀 있는 전자들은 상기 전기장에 의해 포텐셜 에너지 간격이 좁아지게 되어 방출시키는 양을 조절할 수 있다.

상기 이미터 팁(313)에서 나온 전자들은 상기 상판(300)의 애노드 전극(303)에 의하여 가속되고 상기 상판(300)의 형광체(302)에 충돌하여 빛을 발하게 한다.

상기 스페이서의 상부 지지 부(321)는 상기 상판(300)의 블랙 매트릭스(304) 영역 내에 위치하고, 상기 스페이서의 하부 지지 부(322)는 상기 하판의 게이트 전극(312)영역에 위치하게 되어 전계 방출형 디스플레이 동작시 상기 스페이서가 전혀 보이지 않도록 설치한다. 상기 변형되는 원형의 경사 지지 부 또한 수직 방향의 상기 블랙 매트릭스(304) 영역 내에 위치하게 된다. 상기 원형의 탄성을 가진경사 지지 부는 상기 상판과 하판의 외부 대기 압력을 받게 되는데 각각의 원형의 경사 지지 부가 가지는 탄성력에 의하여 대기압을 충분히 지지할 수 있게 된다. 이때 경사 지지 부는 형상이 타원형으로 변하게 된다. 상기 경사 지지 부는 가늘면서도 강도가 충분할 뿐만 아니라 표면에 전하가 축적될 여지를 완전히 없애 버린 광 섬유로 만든다.

제4도는 본 발명에 따른 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치의 스페이서의 구조를 세부적으로 나타낸 도면이다.

도4를 참조하면, 본 발명에 따른 전계 방출형 디스플레이 장치의 스페이서는

상부 지지 부(410)와, 하부 지지 부(420)와, 상기 상부 지지 부 와 하부 지지 부 사이에 서로 지교하도록 원형 절연체들을 고정 배열한 경사 지지 부(430)와, 수직 지지 부(450)로 구성된다.

여러 개의 둥근 원형으로 제작한 광 섬유로 이루어진 경사 지지 부(430)를 상기 상부 지지 부(410) 및 하부 지지 부(420)에 접합하게 되면, 상기 경사 지지 부는 스프링과 같은 효과를 가지게 된다. 즉 일정 대기압에 대해 탄성을 가지면서 대기압을 지탱해 줄 수 있는 것이다. 광 섬유로 제작된 원형의 절연체들은 프릿 유리(440)를 이용하거나 특수한 방법을 이용하여 상기 상하부 지지 부에 접합된다.

상기 상부 지지 부와, 하부 지지 부 및 경사 지지 부 모두 전계 방출형 디스플레이 장치의 블랙 매트릭스 영역에 충분히 포함될 수 있는 두께를 가져야 한다. 즉 최대 지름이 0.1mm이하이어야 한다.

상기 상부 지지 부(410)와 하부 지지 부(420)는 0.06mm정도의 얇은 금속 도선으로 제작되었으며, 양 끝단에는 상기 수직 지지 부(450)에 고정되게 된다.

상기 원형의 광 섬유로 제작된 경사 지지 부(430)가 상기 수평의 마주보는 상부 지지 부 및 하부 지지 부와 용접됨으로서, 기계적인 강도 및 전기적인 절연을 동시에 만족하게 되어 최적의 스페이서를 구현할 수 있게 된다. 상기 상부 지지 부 및 하부 지지 부를 금속 도선으로 사용함으로서 3중 접합에서 나타나는 전자의 방출을 억제하여 아킹 발생을 차단한다.

제5도는 본 발명에 따른 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치의 스페이서의 설치 전과 설치 후의 상태를 나타낸 도면이다.

도5를 참조하면, 상판(510)과 하판(530)을 지지하는 수직 지지 부(520)는 전계 방출형 디스플레이 장치의 상하판 간격과 동일한 높이를 지니는 금속 또는 프릿으로 제작한다.

제6도는 본 발명에 따른 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치의 스페이서의 양 끝단과 중앙의 높이를 자세히 나타낸 도면이다.

도6을 참조하면, 원형의 경사 지지 부(610)는 전계 방출형 디스플레이 장치에 장착되기 전에는 도6의 (a)에서와 같이 전계 방출형 디스플레이 장치의 상하판의 간격에 비하여 높다. 따라서, 스페이서의 수직 지지 부(620)의 높이가 2mm라면 상기 스페이서의 경사 지지 부(610)의 지름은 3~5mm정도로 한다. 스페이서가 설치된 후 대기압에 의하여 원형의 경사 지지 부는 도6의 (b)에서와 같이 타원형(611)으로 형상이 변화하면서 탄성력으로 대기압을 지지하게 된다. 이때 상기 상하판의 높이는 수직 지지 부(620)의 높이와 같아지게 된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한전계 방출형 디스플레이 장치는 그 스페이서의 구성을 광 섬유와 금속 도선을 사용하여 이상적으로 고정 배치함에 의하여 전계 방출형 디스플레이 장치의 특성 변화 없이 스페이서의 접합 및 배열 특성과 진공 배기시 효율을 향상시킬 수 있으며 추가적인 코팅이나 금속막 도포가 필요없이 스페이서 설치시 발생되는 차징 및 아킹 문제를 해결할 수 있다.

Claims (7)

1. 그 내면부에 형광체가 코팅되어 있으며 애노드 기능을 갖는 상판과;

   상기 상판과 일정간격을 가지고 대향하도록 배치되었으며, 그 내면부에 전자 방출부가 형성되어 있으며 캐소드 기능을 갖는 하판과;

   상기 상판과 하판을 지지하는 원형의 스페이서와;

   상기 상판과 하판 사이의 공간을 밀봉시키는 프릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 스페이서는 상기 상판 표면에 고정된 상부 지지부와, 상기 상부 지지부에 대향하고 상기 하판 표면에 고정된 하부 지지부와, 상기 상부 지지부와 하부 지지부 사이에 서로 직교하도록 일정 구조의 절연체들을 고정시킨 경사 지지부와, 상기 상부 지지부 및 하부 지지부의 양단을 수직 방향으로 지지하는 수직 지지부를 갖는 것을 특징으로 하는 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 경사 지지 부는 광 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 경사 지지 부는 원형, 타원형 또는 파이프 형상인 것을 특징으로 하는 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 경사 지지 부의 절연체들은 상기 상하판의 중앙으로 갈수록 그 절연체들 사이의 간격이 좁아지도록 배치한 것을 특징으로 하는 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 상부 지지 부와 하부 지지 부는 가는 전도성 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 경사 지지 부의 절연체를 상기 상하판의 중앙으로 갈수록 상기 수직 지지 부의 높이보다 더 높게 설치된 것을 특징으로 하는 탄성력을 이용한 스페이서를 채용한 전계 방출형 디스플레이 장치.