KR100370251B1 - 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형스페이서를 갖는 전계방출형 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 전계 방출형 디스플레이 장치는 그 내면부에 형광체가 코팅되어 있으며 애노드 기능을 갖는 상판과; 그 내면부에 전자 방출을 위한 팁이 형성되어 있으며 캐소드 기능을 갖는 하판과; 상판과 하판을 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 포함한다. 또한, 상기 스페이서는 스페이서의 높이방향으로 일정 금속 전극을 설치하며 스페이서의 높이가 일정하지 않으며 스페이서의 배치간격이 각 픽셀마다 또는 여러개의 픽셀마다 한 개씩 있고 그 스페이서는 스크린 인쇄법을 이용하여 제작된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 전계 방출형 디스플레이의 특성 변화 없이 스페이서의 접합 및 배열 특성을 향상시킬 수 있으며 대형화가 용이하고, 다중 포커스를 가능하게 하여 전자빔과 스페이서의 충돌을 최소화한다.

또한 스페이서 표면에 차징된 전자들은 스페이서 내에서 새롭게 설치된 포커스 전극을 통해 사라지게 되어, 표면 전하 축적에 의해 발생되는 문제점들이 사라지게 된다.

Description

일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 전계 방출형 디스플레이 장치{The apparatus of FED which is sustained single-body spacer per some unit pixel}

본 발명은 전계 방출형 디스플레이(FED:Field Emission Display)의 스페이서 구조에 관한 것으로서, 특히 전계 방출형 디스플레이의 스페이서 구성을 일체형 3차원 구조로 함으로서 전계 방출 소자의 특성 변화없이 스페이서의 접합 및 배열 특성을 향상시킬 수 있으며, 대형화가 용이하고, 다중 포커스를 가능하게 하여 전자빔과 스페이서의 충돌을 최소화하여 스페이서 표면에 차징된 전자들을 스페이서 내에 새롭게 설치된 포커스 전극을 통해 사라지게 되어, 표면전하 축적에 의해 발생되는 문제점을 사라지게 하는 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 전계 방출형 디스플레이 장치에 관한 것이다.

멀티미티어의 발달과 함께 중요한 역할을 하는 디스플레이에 대한 관심과 그중요성이 증가하고 있다. 이에 부응하여 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 등 여러가지 평면형 디스플레이가 개발, 실용화되고 있지만 시야각, 고속응답, 고휘도, 소비전력, 박형 등의 관점에서 아직까지 만족하는 디스플레이는 얻을 수 없으며 박형, 중량, 소비전력 등의 문제를 제외하면 음극선관(CRT:Cathode Ray Tube)가 가장 이상에 가깝다.

최근, 차세대 디스플레이로 주목을 받고 있는 전계 방출형 디스플레이는 음극선관과 동일한 전자선에 의한 형광체 발광을 이용하고 있어, 음극선관의 뛰어난 특성을 유지하면서 화상의 뒤틀림이 없이 저소비전력의 평면형 디스플레이를 구현할 수 있는 가능성이 높다.

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 반든다. 통상 전계 방출형 디스플레이 내부는 음극선관에서보다 더 낮은 고진공상태(~)를 필요로 하는데 이는 이미터 팁등 진공 방전에 취약한 구조물들이 통상 1~2mm이내로가까운 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, 스페이서의 제작 및 배열이 용이할 뿐만 아니라 아킹/배기시에도 문제없이 사용할 수 있는 패널 크기와 일치하는 그물 형상 또는 구멍뚫린 마스크 형상의 일체형으로 제작된 절연 물질을 상/하판 내부에 삽입할 수 있도록 제작한 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 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 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 전계 방출형 디스플레이 장치를 나타낸 도면.

제4도는 본 발명에 따른 일정 단위 픽셀 마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 전계 방출형 디스플레이 장치에서의 각 픽셀 또는 몇개의 픽셀 단위로 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서의 일 실시예를 나타낸 도면.

제5도는 제4에 도시한 스페이서의 형태와는 달리 높이가 다르게 설계된 스페이서의 여러구조의 일 실시예를 나타낸 도면.

제6도는 본 발명에 따른 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 전계 방출형 디스플레이 장치에서 일체형 스페이서를 전계 방출형 디스플레이 장치에 설치한 것을 나타낸 도면.

제7도는 본 발명에 따른 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 전계 방출형 디스플레이 장치의 한 개의 픽셀 내에서 스페이서의 구조 및 전자의 운동 방향등을 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

300:상판 301:반사 보호막

302:형광체 303:애노드 전극

310:하판 311:캐소드 전극

312:게이트 전극 313:이미터 팁

314:절연체 320:스페이서

321:중간 전극 330:프릿

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 전계 방출형 디스플레이 장치는 그 내면부에 형광체가 코팅되어 있으며 애노드 기능을 갖는 상판과;

상기 상판과 일정 간격을 가지고 대향하도록 배치되었으며, 그 내면부에 전자 방출을 위한 팁이 형성되어 있으며 캐소드 기능을 갖는 하판과;

상기 상판과 하판 사이에 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서와;

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

여기서, 바람직하게는 상기 스페이서는 상기 스페이서의 높이방향에 일정 금속 전극이 설치된 점을 그 특징으로 한다.

여기서, 상기 스페이서의 높이가 일정하지 않은 점을 그특징으로 한다.

여기서, 상기 스페이서는 스크린 인쇄법을 이용하여 제작된 점을 그 특징으로 한다.

여기서, 상기 스페이서는 가장 큰 압력이 가해지는 가운테 부분에만 설치된 점을 그 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제 3도는 본 발명에 따른 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 전계 방출형 디스플레이 장치를 나타낸 도면이다.

도3를 참조하면, 본 발명에 따른 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 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)등이 형성되어 있는 상판(300)과; 상기 상판(300)과 하판(310) 사이에 일정한 간격을 유지키 위한 스페이서(320)와; 상기 스페이서(320)에 의해 접합된 두 판 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 전자들은상기 전기장에 의해 포텐셜 에너지 간격이 좁아지게 되어 방출시키는 양이 조절될 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.

그런데 상기 상판과 하판 사이에는 진공으로 되어 있으므로 대기압에 의한 압력을 통하여 상기 프릿(330)이 깨질 수 있으므로 상기 스페이서(320)는 필수적이다. 이때, 상기 스페이서(320)에 의한 대전 현상때문에 아킹의 발생과 2차 전자 방출에 의한 화면상에 상기 스페이서가 보이는 현상등의 문제점을 제거하기 위하여 상기 스페이서(320)에는 그 사이사이에 중간 전극(321)을 끼어 넣는다.

상기 중간 전극(321)의 역할은 첫째, 팁에서 방출된 전자빔이 스페이서의 표면에 충돌하지 않도록 전계를 인가하여 잔자의 방향을 바꾸어 주는 역할을 한다.

둘째, 팁에서 방출된 전자빔이 스페이서의 표면에 차징된 전하를 금속 전극을 통해 제거시키는 역할을 하는 것이다.

제 4도는 본 발명에 따른 일정 단위 픽셀 마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 전계 방출형 디스플레이 장치에서의 각 픽셀 또는 몇개의 픽셀 단위로 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

본 발명에서 제시하는 스페이서의 제작 방법은 저융점 글라스 페이스트를 스크린 인쇄법으로 인쇄 및 건조하는 과정을 여러 번 반복하여 원하는 높이의 스페이서를 만드는 방법이다. 일정 높이의 스페이서가 제작되면 금속 전극 설치를 목적으로 스페이서의 상단에 금속을 코팅하여 전극으로 사용한다.

상기의 제작방법 뿐만 아니라 샌드 블라스트법이나, 감광성 페이스트 법 등으로 스페이서를 제작할 수도 있다. 이와 같은 방법은 플라즈마 디스플레이의 격벽을 만드는 과정과 유사하다.

도 5는 도 4에 도시한 스페이서의 형태와는 달리 높이가 다르게 설계된 스페이서의 여러구조의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

각 픽셀 또는 몇 개의 픽셀 단위로 높이가 다르게 스페이서를 만듦으로서 일체형 스페이서를 사용하였을 시 제기되는 배기의 어려움을 해결할 수 있는 장점이 있다. 또한 높이가 낮은 쪽의 스페이서의 위치를 기준으로 금속 전극을 도금함으로서 스페이서 표면에 축적된 전자를 쉽게 외부로 빼낼 수 있게 하는 효과도 있다.

금속 전극은 스페이서를 스크린 인쇄법으로 제작하는 과정에서 금속 물질을 박막 증착하여 형성한다. 이 금속 박막의 효과는 스페이서 설치로 인해 발생하는 아킹이 발생하지 않도록 해주는 효과를 나타낸다. 또한 일정 높이마다 금속을 코팅할 수가 있으므로, 다중 전극 설치가 가능하게 되어 전자빔을 포커싱 하기가 쉬워지는 장점이 있다. 한개 또는 여러 개의 금속 전극을 설치하여 얻는 효과는 전자빔의 포커싱, 스페이서 표면에 차징된 전하의 배출, 아킹의 방지등 여러가지 장점이 있다. 각 스페이서의 폭은 상판의 블랙 매트릭스의 폭과 같거나 얇도록 설계한다.

제 6도는 본 발명에 따른 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 전계 방출형 디스플레이 장치에서 일체형 스페이서를 전계 방출형 디스플레이 장치에 설치한 것을 나타낸 도면이다.

도6의(a)에서 보는 바와 같이 일체형 스페이서는 진공 배기시 상판과 하판에 가장 큰 압력이 가해지는 가운데 부분에만 설치할 수도 있고, 도6의(b)에서와 같이 전계 방출형 디스플레이 장치의 전 영역에 걸쳐 골고루 설치할 수도 있다.

도7은 본 발명에 따른 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 전계 방출형 디스플레이 장치의 한 개의 픽셀 내에서 스페이서의 구조 및 전자의 운동 방향등에 대한 일 실시예를 나타낸 도면이다.

도7을 참조하면, 하판(710)의 캐소드 전극(712)과 게이트 전극(713)에 의한 전기장에 의하여 이미터 팁(711)에서 전자들이 튀어 나오고 그 전자들은 상판(700)의 애노드 전극(701)에 의해 가속되어 형광체(702)에 충돌하게 되는데 스페이서(720)의 가운테 영역에 금속으로 도포되어 있는 중간 전극(722)은 스페이서 표면에 차징된 전하를 제거하는 역할을 하게 된다. 상기 이미터 팁들(711)에서 나온 전자의 대부분은 상기 형광체(702)를 향해 직진하지만, 일부 전자는 상기 스페이서(720)와 충돌하게 되는데, 가운데 설치된 금속전극(722)에 일정 전압을 걸어줌으로서 전자의 방향을 바꿔주는 역할을 하게된다. 상기 스페이서(720) 중 오른쪽 스페이서는 개방된 형태로 제작되어 있는데, 이것은 진공 배기시 공기의 흐름을 위한 것이다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 전계 방출형 디스플레이 장치는 전계 방출형 디스플레이의 스페이서의 구성을 일체형 3차원 구조로 함으로서 전계 방출형 디스플레이의 특성 변화 없이 스페이서의 접합 및 배열 특성을 향상시킬 수 있으며 대형화가 용이하고, 다중 포커스를 가능하게 하여 전자빔과 스페이서의 충돌을 최소화한다.

또한 스페이서 표면에 차징된 전자들은 스페이서 내에서 새롭게 설치된 포커스 전극을 통해 사라지게 되어, 표면 전하 축적에 의해 발생되는 문제점들이 사라지게 된다.

Claims (5)

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

   상기 상판과 일정 간격을 가지고 대향하도록 배치되었으며, 그 내면부에 전자 방출을 위한 팁이 형성되어 있으며 캐소드 기능을 갖는 하판과;

   상기 상판과 하판 사이에 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 형성되고 높이방향에 일정 금속 전극이 설치된 일체형 스페이서와;

   상기 상판과 하판 사이의 공간을 밀봉시키는 프릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 전계 방출형 디스플레이 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 스페이서의 높이가 일정하지 않은 것을 특징으로 하는 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 전계 방출형 디스플레이 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 스페이서는 스크린 인쇄법을 이용하여 제작된 것을 특징으로 하는 일정 단위 픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 전계 방출형 디스플레이 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 스페이서는 가장 큰 압력이 가해지는 가운테 부분에만 설치된 것을 특징으로 하는 일정 단위픽셀마다 지지할 수 있도록 제작된 일체형 스페이서를 갖는 전계 발출형 디스플레이 장치.
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