KR100477722B1 - 표면 발광형 전계 방출 표시소자 - Google Patents

Abstract

목적 : 본 발명은 다이아몬드와 유사한 물성을 가지는 흑연을 음극 소재로 이용한 표면 발광형 전계 방출 표시소자를 제공하는 것이다.

구성 : 본 발명은 형광체(8)가 상면에 도포된 양전극(6)을 둘러싸고 있는 절연체 (10)의 상면으로 흑연분말 페이스트를 인쇄하고 소성화여 형성되는 흑연층으로 음전극(12)이 배치되는 구성으로 된다.

효과 : 음전극을 증착이나 레이저 엡레이션 등에 의존하지 않고 간단하게 형성할 수 있고, 이로 인해 공정이 간편하게 되어 제품 원가가 저감되며 진공 중에서 가스 이온의 충격을 받아 그 표면이 파손되더라도 새롭게 노출되는 면의 결정 구조가 파손되기 전과 동일한 결정으로 되어 전자 방출량이 저하되지 않아 사용 수명이 길어지게 된다.

Description

표면 발광형 전계 방출 표시소자

본 발명은 전계 방출 표시소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간편한 공정으로 제조될 수 있도록 개선된 새로운 구조를 가진 표면 발광형 전계 방출 표시소자에 관한 것이다.

전계 방출 표시소자는 상호 대향 배치되어 기밀스럽게 밀봉되는 글라스 사이로 음극과 형광체를 배열한 구성을 표함하는 것이 일반적이나, 표면 발광형 전계 방출 표시소자는 기판 글라스 상에 양극과 형광체가 배열되고, 그 주위가 절연체로 둘러싸이게 함과 동시에 상기 절연체의 상면에 음극을 배치하고 상기 전면 글라스와 기판 글라스를 대향되게 봉합시킨 2극관, 또는 상기 절연체의 중간에 그리드가 개삽된 3극관으로 되어 있으며, 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 된다.

이러한 표면 발광형 전계 방출 표시소자는 일반적인 전계 방출 표시소자에 비해 주요 구성부가 기판 글라스로 집약되어 있음에 따라 제조 공정이 간편하게 되는 이점을 가지고 있다.

전계 방출 표시소자는 그 구조적 특징에 불구하고 화면의 밝기가 음극으로부터 방출되는 전자의 량에 좌우되고 전자의 방출량이 큰 음극은 요철면에 의해 표면적이 극대화되는 특징을 가진다.

초기에 전계 방출 표시소자의 음극은 기판에 텅스텐, 몰리브덴 등의 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 전계 방출 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 제5,382,867호는 톱니모양의 표면을 가지는음극 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 제5,548,185호와 제 5,601,966호는 아모르픽 다이아몬드 필름을 사용한 전계 방출 표시소자를 개시하고 있다.

다이아몬드는 탄소가 주성분으로 된 가장 안정적인 물질의 하나로 되는 것이고, 이것은 도 4로 나타낸고 있듯이 정방정계(正方 晶系; tetragonal )의 (111)면을 가지고 있는 결정체로 되어서 강한 2중 결합을 하고 있고 그 끝부분의 끊어진 결합이 전자의 방출 통로로 이용될 수 있다.

즉, 상기 (111)면에 보론, 질소 등을 불순물로 도핑하면 부전자친화(Negative Electron Affinity)현상이 발생하여 전도대의 에너지 레벨이 진공 중의 자유전자가 가지는 에너지 레벨보다 높아져 자발적인 전자 방출이 일어나게 되고 이 현상은 저전압 구동을 가능케 하는 특징이 있다.

그러나 다이몬드 또는 다이아몬드에 유사한 카본을 음극으로 형성하려면 플라즈마 증착하여 소정 두께의 박막을 얻고, 이를 레이저 엡레이션으로 미세 가공 해야 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 5로 나타낼 수 있듯이 다이아몬드의 결정에 유사한 육각형의 (0001)면을 포함하고 있으나, 상기 (0001)면의 방향은 강한 이중 결합으로 되어 있고 그 면사이는 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 (001)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 기속적으로 행해질 수 있고, 어느 정도의 질소 불순물도 함유하고 있기 때문에 상기 부전자친화 현상이 야기되어 저전계 방출도 기대할 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 다이아몬드와 유사한 물성을 가지는 흑연을 음극 소재로 이용한 표면 발광형 전계 방출 표시소자를 제공함에 두고 있다.

상기의 목적에 따라 본 발명은 형광체가 상면에 도포된 양전극을 둘러싸고 있는 절연체의 상면으로 흑연분말과 흑연분말 결합제를 인쇄하고 소성하여 형성되는 흑연층으로 음전극이 배치되게 한 표면 발광형 전계 방출 표시소자로 구성된다.

또, 상기의 구성에서 흑연층의 상면에는 투명 도전막 혹은 은 페이스트로 되는 음전극 패턴이 피복될 수 있다.

상기 흑연분말 결합제는 무기질 바인더가 적당하고 이 종류의 무기질 바인더는 여러 가지 타입의 것이 공지되어 있다.

이와 같이 음전극을 흑연 분말과 흑연분말 결합제의 혼합물로 함에 따라 증착이나 레이저 엡레이션 등을 거치지 않고도 간단하게 음극을 형성할 수 있고, 이로 인해 공정이 간편하게 되어 제품 원가가 저감되며 진공 중에서 가스 이온의 충격을 받아 그 표면이 파손되더라도 새롭게 노출되는 면의 결정 구조가 파손되기 전과 동일한 결정으로 되어 전자 방출량이 저하되지 않게 됨으로써 결과적으로 사용 수명이 길어지게 된다.'

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

도 1 은 2극과 타입의 표면 발광형 전계 방출 표시소자에 본 발명이 적용된 예를 나타내는 측단면도이며, 전면유리(2)와 대치하고 있는 기판(4)에는 소정 개소마다 양전극(6)이 일정의 스트라이프 또는 도트 패턴을 이루도록 배열된다.

이들 양전극(6)은 은 페이스트를 이용한 인쇄로 혹은 ITO증착을 통해 형성되는 것이며, 그 상면에는 형광체(8)가 도포되어 화소를 구성하는 한편 그 주위는 절연체(10)로 둘러 쌓여진다. 상기 절연체(10)는 글라스 성분의 페이스트를 인쇄법으로 도포하여 적층되는 것이며, 이것에 의해 상기 각 양전극(6)의 주위에는 구획된 공간이 형성된다.

그리고 상기 절연체 (9)의 상면에는 음전극(12)이 적층된다. 음전극(12)은 흑연분말과 흑연분말 결합제로 이루어진 페이스트상의 물질이며, 인쇄 후의 소성 처리를 통해 고착되는 것이며, 더 상세하게는 상기 음전극(12)을 형성하는 흑연층이 직경 1~50㎛의 흑연 분말에 5~30 중량%의 무기질 바인더와 혼합한 페이스트를 스크린 인쇄하여 형성되는 것이다.

도 2는 상기 음전극(12)의 패턴예를 나타내는 평면도이며, 도시한 바와 같이 음전극(12)은 스트라이프상으로 연장 배열되어서 그 내부가 상기 형광체(8)의 주위를 둘러 싼 형태로 되게 설치되는 것이다.

또, 필요하다면 상기 음전극(12)의 상면으로 IOT를 증착하여 투명 전극층으로 피복 보호되게 할 수도 있다.

상기 음전극(12)의 소성이 끝나면 기판 글라스(4)에 전면 글라스(2)를 대향 배치시키고 주위를 밀봉한 다음 진공으로 되게 봉합한다.

이와 같은 구성의 본 발명은 동작에 있어서 전계가 인가된 음전극(12)으로부터 방출되는 전자는 인접하는 양전극(6)에 전계가 인가되었을 때에 유인되면서 형광체(8)와 충돌함에 따라 이를 여기시켜 발광되게 작용한다.

이렇게 하여 형광체(8)에서 발광된 빛은 전체로서 화상이나 표식으로 되어 상기 전면 글라스(2)를 통해 외부에서 볼 수 있게 되는 것이다.

상술한 본 발명은 2극관 타입의 표면 발광형 전계 방출 표시소자로 한정되는 것은 아니며, 도 3의 도시와 같이 3극관 타입의 표면 발광형 전계 방출 표시소자에도 적용될 수 있다.

도 3에 예시한 3극관 타입 표면 발광형 전계 방출 표시소자는 2극관 타입에 비해 상기 절연체(10)의 중간에 그리드(14)가 개삽된 구조에 차이가 있을 뿐이고, 상기 그리드(14)는 IOT증착에 의한 투명 도전막 또는 금속 박막이나 은 페이스트 등에 의해 형성되는 것이다.

이러한 구조에서, 절연체(10)는 적어도 2회에 걸쳐 인쇄 도포된다.

또, 음전극(12)으로부터 방출되는 전자는 이 실시예에서는 그리드(14)에 의해 제어되어 형광체(8)로 인도되기 때문에 변화되는 동적 화상으로 표시될 수 있다.

상술한 구성에서 흑연분말 결합제에 흑연분말이 혼합된 페이스트상의 물질을 스크린 인쇄법으로 도포 형성하여 되는 음전극(12)은 진공 중에서 발생되는 가스 이온 충격을 받아 파손되더라도 새롭게 노출되는 면의 결정 조직이 파손되기 전과 동일한 결정 조직으로 나타나게 되어 전자 방출 효과가 저하되는 일이 없으므로 결과적으로 사용 수명이 연장되는 작용을 한다.

또, 각 흑연분말의 표면에 형성되어 있는 요철면을 통해 전자의 방출이 이루어짐으로써 그 방출량이 증대되어 화면의 휘도도 향상된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 종래에 고융점금속을 증착 또는 레이저 엡레이션 하여 형성하였던 음전극을, 취급이 용이하고 물성이 안정된 흑연을 주성분으로 하여 형성한 것이므로 가스 이온에 대한 충격을 받아 파손되어도 전자 방출 효과가 저하되는 일이 없어 사용 수명이 길어지는 장점과, 흑연을 페이스트상으로 하여 스크린 인쇄하고 소성하는 간단하고 용이한 공정으로 음극을 형성할 수 있게 되어 제품의 생산비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 2극관 타입 표면 발광형 전계 방출 표시소자의 구성을 나타내는 개략 측단면도.

도 2는 도 1의 평면도.

도 3은 본 발명이 적용된 3극관 타입 표면 발광형 전계 방출 표시소자의 구성을 나타내는 개략 측단면도.

도 4는 전계 방출 표시소자의 음극 소재로 사용되는 다이아몬드의 결정 구조도.

도 5는 흑연의 결정 구조도.

* 도면의 주용부분에 대한 부호의 설명*

2 : 전면 글라스, 4: 기판 글라스, 6 : 양전극, 8 : 형광체, 10 : 절연체 , 12 : 음전극, 14 : 그리드.

Claims (3)

1. 형광체 (8)가 상면에 도포된 양전극(6)을 둘러싸고 있는 절연체(10)의 상면으로 흑연분말 페이스트를 인쇄하고 소성하여 형성되는 흑연층으로 음전극(12)이 배치되게 한 표면 발광형 전계 방출 표시소자.
2. 제 1항에 있어서, 상기 음전극(12)을 형성하는 흑연층의 상면이 투명 도전막 혹은 은 페이스트층으로 피복 보호되게 한 것을 특징으로 하는 표면 발광형 전계 방출 표시소자.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 음전극(12)을 형성하는 흑연층은 직경 1~50㎛의 흑연 분말에 5~30 중량%의 무기질 바인더와 혼합한 페이스트로 되는 것임을 특징으로 하는 표면 발광형 전계 방출 표시소자.

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