KR100475174B1 - 전계방출 표시소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 게이티드 필드 에미터(gated field emitter)와, 씨알티(Cathode Ray Tube)에 적용되는 평면 전극(flat mask)을 이용한 전계방출 표시소자에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전계방출 표시소자는 전계에 의해서 전자가 방출되는 필드 에미터와, 상기 필드 에미터가 설치되는 캐소드 플레이트와, 상기 캐소드 플레이트와 소정 간격으로 이격되어 대면하고 있으며 형광체 스크린이 형성된 애노드 플레이트와, 상기 캐소드 플레이트와 애노드 플레이트가 소정 간격으로 이격되도록 하는 프레임과, 상기 애노드 플레이트에 형성된 전극 지지체에 의해 지지되고, 다수의 전자빔 통과홀이 형성되어 있으며, 애노드 플레이트와 0.5mm~20mm 간격으로 이격되어 설치된 평면 전극이 포함되어 구성됨으로써, 종래의 전계방출 표시소자(FED)와 달리 패널 내부의 고진공 유지와 애노드 플레이트의 고전압 인가에 대한 문제점이 해결되고, 전체 패널(panel)의 구조도 단순해지기 때문에 제작공정이 간단해지고, 생산성이 향상되어 저렴한 비용으로 제품화할 수 있는 장점이 있다.

Description

전계방출 표시소자{FIELD EMISSION DISPLAY}

본 발명은 전계방출 표시소자에 관한 것으로, 특히 게이티드 필드 에미터(gated field emitter)와, 씨알티(Cathode Ray Tube)에 적용되는 평면 전극(flat mask)을 이용한 전계방출 표시소자에 관한 것이다.

정보통신 기술의 발달과 더불어 멀티미디어 시대가 도래함에 따라 디스플레이의 중요성이 어느 때보다 강조되고 있으며, 이에 따라 경량, 박형, 저소비전력, 저가격의 평판 디스플레이 개발이 요구되고 있다.

이러한 평판 표시장치에는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel)등이 있다.

최근, 씨알티(CRT)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다.

평판 표시장치로서, 전계방출 현상을 이용한 소자를 디스플레이 분야에 적용하여 슬림 씨알티(slim CRT)를 개발하려는 시도가 본격적으로 이루어지고 있는데, 이것은 박형이면서도 기존의 씨알티(CRT)와 같은 우수한 특성의 화질을 제공하고 생산비용이 저렴한 장점이 있다.

도 1은 종래의 전계방출 표시소자(Field Emission Display)의 개략도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 종래의 전계방출 표시소자(일본 특개평 8-250032)는 필드 에미터(field emitter)(7)와 게이트 전극(6)과 캐소드 전극(3)이 형성되는 캐소드 플레이트(Cathode Plate)(2)와, 형광체 스크린(4)이 형성되는 애노드 플레이트(Anode Plate)(1)와, 상기 캐소드 플레이트(2)와 애노드 플레이트(1) 사이의 간격을 균일하게 유지시켜 주는 다수의 스페이서(Spacer)(8)와, 상기 캐소드 플레이트(2)와 애노드 플레이트(1) 사이의 공간이 진공으로 유지되도록 모서리 부분을 따라 실링(sealing)되는 프릿 글라스(frit glass)(5)로 이루어진다.

상기 캐소드 플레이트(2)에 형성된 캐소드 전극(3)은 상기 캐소드 전극(3)의 상측에 형성된 필드 에미터(7)에 전류를 공급하며, 상기 게이트 전극(6)은 전자를 인출시키기 위한 인출전극으로 이용된다.

또한, 상기 필드 에미터(7)는 상기 애노드 플레이트(1)의 화소 단위와 일대일로 대응되도록 캐소드 플레이트(2)의 전면에 걸쳐 공간적으로 설치된다.

상기 게이트 전극(6)에 전압이 인가되면 필드 에미터(7) 주위에 전기장이 형성되고, 상기 필드 에미터(7)에서는 전기장에 의하여 전자가 방출된다.

즉, 상기 필드 에미터(7)는 전자총의 기능을 하게된다.

상기 필드 에미터(7)에서 방출된 전자는 상기 애노드 플레이트(1)와 캐소드 플레이트(2)사이에 인가된 전압에 의하여 애노드 플레이트(1)쪽으로 이동되며, 상기 애노드 플레이트(1)에 형성된 형광체 스크린(4)과 충돌한다.

이러한 충돌에 의하여 발생된 빛을 이용하여 디스플레이의 화면을 구성하게 된다.

상기와 같은 종래의 전계방출 표시소자는 씨알티(CRT)와는 달리 캐소드 플레이트(2)와 애노드 플레이트(1) 사이의 간격이 1.5mm 내외로서 좁은 공간에서 디스플레이 작동에 필요한 고전압이 인가될 수 없어 형광체 스크린(4)의 수명이 짧고 고품위의 화질을 구현할 수 없는 단점이 있다.

또한, 종래의 전계방출 표시소자는 고진공상태가 장시간 유지되기가 매우 어려워 제품의 대형화가 어렵고, 디스플레이 장치의 신뢰성이나 고품위의 화질을 구현할 수 없는 단점이 있다.

또한, 캐소드 플레이트(2)와 애노드 플레이트(1) 사이의 간격이 균일하게 유지되고, 진공상태가 유지될 수 있도록 다수의 스페이서(spacer)(8)가 장착되어야 하는데, 미세 구조물인 스페이서(8)의 제작 및 스페이서(8)의 장착방법이 매우 까다로운 단점이 있다.

또한, 동작 중에 전자가 스페이서(8)에 충돌하면 스페이서 차징(spacer charging)현상이 발생되기 때문에 전자빔이 왜곡되어 고품질의 화질을 달성하기 어려운 단점이 있다.

도 2는 종래의 화상표시장치의 단면도이다.

도 2의 발명은 일본 특개평(6-1339952)의 발명으로서, 도 2를 참조하여 설명하면, 형광체 스크린(4)이 형성된 용기 모양의 애노드 플레이트(1)와, 캐소드 전극(3)이 형성된 캐소드 플레이트(2)와, 전자빔 발생수단으로 열 음극(15)과, 상기 전자빔을 제어하기 위한 전자빔 제어수단(14)과, 상기 전자빔 발생수단을 고정하기 위한 고정 수단(17a,17b)과, 상기 전자빔 제어수단(14)과 캐소드 전극(3)의 간격을 일정하게 유지하기 위한 절연 스페이서(16a,16b)로 구성된다.

상기 열 음극(15)에서 전자가 발생되면 여러장의 평판전극으로 구성된 전자빔 제어수단(14)에서 전자빔이 제어된다.

수평 혹은 수직방향으로 제어된 전자빔은 상기 애노드 플레이트(1)에 형성된 형광체 스크린(4)과 충돌하여 빛을 발생, 화면을 구성하게 된다.

상기와 같이 구성되는 발명은 전자빔을 제어하기 위하여 여러장의 평판전극을 일정한 간격으로 분리하여 설치하여야 하는데 이러한 공정은 매우 복잡하여 생산 수율이 낮아지는 단점이 있다.

또한, 제품이 크면 클수록 전극을 설치하는 일이 더욱 어려워지며, 생산비의 증가로 인하여 양산이 어려운 단점이 있다.

본 발명에 따른 전계방출 표시소자는 종래의 전계방출 표시소자(FED)와 달리 캐소드 플레이트와 애노드 플레이트 사이의 간격을 넓게 형성하여 디스플레이 작동에 필요한 고전압이 인가될 수 있도록 하여 고휘도(high brightness)의 화면과 디스플레이의 수명을 확보하는데 그 목적이 있다.

또한, 캐소드 플레이트와 애노드 플레이트 사이의 간격을 넓게 형성하여 디스플레이 작동에 필요한 고진공상태가 장시간 유지되도록 하여 디스플레이 장치의 신뢰성이나 고품위의 화질을 구현하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명에 따른 전계방출 표시소자는 종래의 전계방출 표시소자가 가지는 스페이서의 장착에 따른 문제점을 해결하고, 전체 패널의 구조를 단순화하여 생산성을 향상하고 저렴한 비용으로 제품화 할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전계방출 표시소자는 전계에 의해서 전자가 방출되는 필드 에미터와, 상기 필드 에미터가 설치되는 캐소드 플레이트와, 상기 캐소드 플레이트와 소정 간격으로 이격되어 대면하고 있으며 형광체 스크린이 형성된 애노드 플레이트와, 상기 캐소드 플레이트와 애노드 플레이트가 소정 간격으로 이격되도록 하는 프레임과, 상기 애노드 플레이트에 형성된 전극 지지체에 의해 지지되고, 다수의 전자빔 통과홀이 형성되어 있으며, 애노드 플레이트와 0.5mm~20mm 간격으로 이격되어 설치된 평면 전극이 포함되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전계방출 표시소자의 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

참고로, 이하의 설명에서 전계방출 표시장치의 구성요소들 중 종래와 동일하거나 유사한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 병기하며, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명에 따른 평면 전극을 적용한 전계방출 표시소자의 단면도이다.

본 발명에 따른 평면 전극을 적용한 전계방출 표시소자는 도 3에 도시된 바와 같이, 전계에 의해서 전자가 방출되는 필드 에미터(7)와, 상기 필드 에미터(7)가 설치되는 캐소드 플레이트(2)와, 상기 캐소드 플레이트(2)와 소정 간격으로 이격되어 대면하고 있으며 형광체 스크린(4)이 형성된 애노드 플레이트(1)와, 상기 캐소드 플레이트(2)와 애노드 플레이트(1)가 프레임(12)에 의해 소정의 간격으로 이격되어 있다.

또한, 상기 애노드 플레이트(1)에 형성된 전극 지지체(11)에 의해 지지되고, 다수의 전자빔 통과홀이 형성되어 있으며, 애노드 플레이트(1)와 0.5mm~20mm 간격으로 이격되어 설치된 평면 전극(13)이 포함된다.

즉, 상기 전극 지지체(11)는 일측이 상기 애노드 플레이트(1)와 고정되고 타측은 상기 평면 전극(13)과 용접되어 고정되어 상기 애노드 플레이트(1)와 상기 평면 전극(13)이 0.5mm~20mm 간격으로 지지 고정되도록 위치하고 있다.

보다 상세히 설명하면, 상기 필드 에미터(7)는 직진성이 우수하고 저렴한 공정으로 제조하기 용이한 평면형 에미터가 사용되며, 또한 집속전극 구조를 가지는 팁(Tip)형태의 에미터나 비에스디(BSD; Ballistic Surface electron emitter Display)에미터, 엠아이엠(MIM; Metal/Insulator/Metal)에미터, 에스씨이(SCE; Surface Conduction Electron)에미터 등이 사용된다.

또한, 직진성이 좋지 않은 경우에는 전자의 직진성이 향상되도록 집속전극 구조가 적용된다.

즉, 팁(Tip)형태의 에미터가 사용될 경우에는 전자빔의 비행거리가 멀어질수록 전자빔의 퍼짐현상이 일어나므로 빔의 퍼짐을 막아주는 집속 전극이 사용된다.

바람직하게는, 상기 필드 에미터(7)는 직진성이 좋은 3극 구조인 게이티드 필드 에미터(gated field emitter)가 적합하다.

또한, 상기 필드 에미터(7)가 형성되어 있는 상기 캐소드 플레이트(2)는 상기 애노드 플레이트(1)와 대면하고 있으며, 상기 프레임(frame)(12)에 의해 소정의 간격으로 이격되어 있다.

또한, 상기 프레임(12)은 일정한 폭과 높이를 지니고 있으며, 상기 캐소드 플레이트(2)와 상기 애노드 플레이트(1)의 모서리 부분을 따라 사각틀 형태로 상기 캐소드 플레이트(2)와 상기 애노드 플레이트(1)사이에 삽입된다.

보다 바람직하게는, 상기 프레임(12)의 내측의 모서리부분은 전계 집중을 막기 위하여 굴곡으로 완곡하게 형성된다.

상기 프레임(12)의 양측은 프릿 글라스(frit glass)(5)에 의해 상기 캐소드 플레이트(2)와 상기 애노드 플레이트(1)와 융착, 실링(sealing)된다.

이와 같이, 실링을 함으로써 상기 캐소드 플레이트(2)와 상기 애노드 플레이트(1) 사이의 공간이 진공으로 유지된다.

상기 캐소드 플레이트(2)의 두께(d)와 애노드 플레이트(1)의 두께(c)는 캐소드 플레이트(2)와 애노드 플레이트(1) 사이의 공간이 고진공으로 유지되고, 디스플레이 기기의 견고성을 감안하여 10mm이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 캐소드 플레이트(2)와 애노드 플레이트(1)의 간격(b)은 애노드 플레이트(1)에 고전압이 인가될 수 있도록 하고, 패널 내부공간의 전도성(Conductance)과 고진공 유지를 위하여 3mm~50mm인 것이 바람직하다.

또한, 상기 캐소드 플레이트(2)와 평면 전극(13)의 간격(e)은 필드 에미터(7)에서 방출되는 전자빔의 직진성을 고려하여 30mm이하가 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 프레임(12)은 상기 캐소드 플레이트(2)와 상기 애노드 플레이트(1)와 동일한 재질로서, 열에 의해 팽창 혹은 수축하는 정도가 동일한 물질이 적합하다.

상기 평면 전극(13)은 형광체 스크린(4)과 소정의 간격으로 이격되어 수평하게 위치하며, 상기 전극 지지체(11)에 용접되어 지지된다.

상기 평면 전극(13)에 굴곡이 형성된 경우에는 전자가 어느 한 부분으로 집중적으로 몰리는 현상이 발생되기 때문에 본 발명에 따른 전계방출 표시소자가 제대로 작동되는 것이 불가능하다.

따라서, 상기 평면 전극(13)이 상기 필드 에미터(7)와 상기 형광체 스크린(4)과 수평이 되도록 설치하는 것이 중요하다.

또한, 상기 평면 전극(13)은 전자빔을 선별하는 기능과 전자를 애노드 플레이트(1)방향으로 끌어당기는 기능을 하며, 형광체 스크린(4)과 충돌한 전자의 후방산란을 차단하는 기능도 하게 되는 것으로서, 금속 재질이 적합하다.

후방산란이란 형광체 스크린(4)에 충돌한 전자빔이 반사되어 다른 형광체 스크린(4)에 충돌하여 색순도를 떨어뜨리고 디스플레이의 품위 및 콘트라스트를 떨어뜨리는 것을 말한다.

상기 평면 전극(13)은 형광체 스크린(4)과 거리가 가까울수록 전자의 후방산란을 차단하는데 바람직하나, 제조상의 어려움이 있다.

따라서, 상기 평면 전극(13)이 전자의 후방산란을 효과적으로 차단하기 위해서 애노드 플레이트(1)와 평면 전극(13)의 간격(a)은 0.5~20mm이하인 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 평면 전극(13)은 플랫 텐션 마스크(flat tension mask)가 적합하다.

상기 플랫 텐션 마스크는 애노드 플레이트(1)의 형광체 스크린(4)으로부터 소정의 간격을 두고 형성되며, 플랫 텐션 마스크는 플랫 마스크가 균일하게 인장되어 설치되는 것을 말한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 평면 전극을 적용한 전계방출 표시소자의 동작을 설명하면 다음과 같다.

게이트(미도시)에 전계가 형성되면 필드 에미터(7)에서 전자가 방출된다.

상기 게이트는 신호조절(signal modulation)을 하며, 낮은 전압이 인가되는 것이 바람직하다.

방출된 전자는 진공 매질을 통하여 애노드 전극과 동일한 전압이 인가되는 평면 전극(13)을 통과하고, 애노드 플레이트(1)에 형성된 형광체 스크린(4)과 충돌하여 형광체 스크린(4)을 발광시켜 화면이 구성된다.

여기서 필드 에미터(7)는 화소 단위와 일대일로 대응되는 것으로서, 상기 필드 에미터(7)에서 방출된 전자는 평면 전극(13)에서 선별되어 형광체 스크린(4)과 정확히 충돌하게 된다.

본 발명에 따른 평면 전극을 이용한 전계방출 표시소자는 종래의 전계방출 표시소자(FED)와 달리 스페이서가 필요하지 않기 때문에 스페이서의 장착에 따른 미세 구조물인 스페이서의 제작 및 스페이서의 장착에 대한 문제점이 해결되는 장점이 있다.

또한, 스페이서가 필요하지 않아 전체 패널(panel)의 구조가 단순해지고 제작공정도 간단해지기 때문에, 생산성이 향상되어 저렴한 비용으로 제품화 할 수 있는 장점이 있다.

또한, 캐소드 플레이트와 애노드 플레이트 사이의 간격을 종래의 전계방출 표시소자에 비하여 훨씬 용이하게 넓힐 수 있기 때문에 패널 내부의 공간이 넓어져 전도성(conductance)가 좋아지고 고진공을 유지할 수 있어 제품의 신뢰성을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 캐소드 플레이트와 애노드 플레이트 사이의 간격이 넓어지기 때문에 애노드 전극에 고전압을 쉽게 인가할 수 있어 고휘도(high brightness)의 화면이 되도록 할 수 있다.

또한, 고전압의 인가로 인하여 형광체 스크린의 수명이 확보되고 디스플레이의 수명이 보장되는 장점이 있다.

도 1은 종래의 전계방출 표시소자(Field Emission Display)의 개략도.

도 2는 종래의 화상표시장치의 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 평면 전극을 적용한 전계방출 표시소자의 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 ; 애노드 플레이트 2 ; 캐소드 플레이트

3 ; 캐소드 전극 4 ; 형광체 스크린

5 ; 프릿 글라스 6 ; 게이트 전극

7 ; 필드 에미터 8 ; 스페이서

11 ; 전극 지지체 12 ; 프레임

13 ; 평면 전극 14 ; 전자빔 제어수단

15 ; 열 음극 16a, 16b ; 절연 스페이서

17a, 17b ; 고정수단

Claims (5)

1. 전계에 의해서 전자가 방출되는 필드 에미터와,

   상기 필드 에미터가 설치되는 캐소드 플레이트와,

   상기 캐소드 플레이트와 소정 간격으로 이격되어 대면하고 있으며 형광체 스크린이 형성된 애노드 플레이트와,

   상기 캐소드 플레이트와 애노드 플레이트가 소정 간격으로 이격되도록 하고 내측 모서리 부분이 굴곡이 형성된 프레임과,

   상기 애노드 플레이트에 형성된 전극 지지체에 의해 지지되고, 다수의 전자빔 통과홀이 형성되어 있으며, 애노드 플레이트와 0.5mm~20mm 간격으로 이격되어 설치되며 상기 애노드 플레이트와 동일 전압이 인가되는 평면 전극이 포함되는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 캐소드 플레이트의 두께는 10mm이상인 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 애노드 플레이트의 두께는 10mm이상인 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 캐소드 플레이트와 애노드 플레이트의 간격은 3mm~50mm인 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 캐소드 플레이트와 평면 전극의 간격은 30mm이하인 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.