KR100506075B1 - 고 종횡비 스페이서가 채용된 고전압 전계 방출 표시 장치및 그 제조방법 - Google Patents

고 종횡비 스페이서가 채용된 고전압 전계 방출 표시 장치및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정보전달 매체의 중요부분인 표시 장치에 관한것으로서, 상세하게는 평판표시소자의 일종으로 고 종횡비 스페이서가 채용된 고전압 전계 방출 표시 장치 및 그 제조 방법(Field Emission Display Devices using high Aspect Ratio Spacer for high voltage screen and Manufacturing Method thereof)을 기재한다. 본 발명에 따른 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시장치는 일정한 간격으로 원통 기둥 모양의 굵은 부위를 갖는 고 종횡비의 스페이서를 스페이서 홀더가 아닌 측면 유리 프레임에 직접 고정하여 배치하되 가로 방향 뿐 만 아니라 세로 방향으로도 배치한 구조를 가진다.

Description

고 종횡비 스페이서가 채용된 고전압 전계 방출 표시 장치 및 그 제조 방법{Field emission display devices using high aspect ratio spacer for high voltage screen and manufacturing method thereof}
본 발명은 정보전달 매체의 중요부분인 표시 장치에 관한것으로서, 상세하게는 평판표시소자의 일종으로 고 종횡비 스페이서가 채용된 고전압 전계 방출 표시 장치 및 그 제조 방법(Field Emission Display Devices using high Aspect Ratio Spacer for high voltage screen and Manufacturing Method thereof)에 관한 것이다.
표시장치는 대표적인 응용 분야로서 개인용 컴퓨터의 모니터와 텔레비젼 수상기 등에 주로 적용되고 있으며, 최근에는 새로운 응용분야가 광범위하게 창출되고 있다. 현존하는 표시장치는 브라운관, 일명 CRT 표시장치와 최근 급속한 기술발전을 보이고 있는 평판표시소자로 크게 분류할수 있다.
특히, 최근 주목을 받고있는 평판표시소자로서는 액정표시장치(LCD:Liquid Crystal Display), 플라즈마 표시장치(PDP:Plasma Display Panel), 형광표시장치(VFD:Vacuum Fluorescent Display), 전계방출형 표시장치(FED:Field Emission Display)등이 활발하게 연구개발 되어지고 있다.
이러한 평판표시소자들 중에서도 전계 방출 표시 장치는 향후 고정세 대형 표시 장치로서 저소비전력 및 고휘도를 갖는 차세대 표시장치에 적용될 수 있는 대표적인 평판 표시 소자라 할 수 있으며, 전세계적으로 활발한 연구개발이 진행되고 있어서, 현재, 이의 실용화를 준비하는 단계에 있다. 그러나 전계방출 표시장치의 실용화를 위해서는 아직까지 많은 기술들의 제반 문제점을 극복하여야 하며, 이의 제조공정이 대량생산이 가능할수 있도록 공정의 단순화가 필요하고, 또한 장수명을 가질수 있는 신뢰성 확보가 필요한 문제점들을 가지고 있다.
전계방출형 표시장치의 실용화에 대한 연구는 크게 양극 스크린 판(anode screen plate)에 인가되는 전압이 3kV 이상인 고전압 FED 및 3kV 이하인 저전압 FED로 분류하여 개발되어 지고 있다. 고전압 FED의 경우 양극판(anode plate)에 고전압이 인가되며, 양극 스크린(anode screen)에 고전압용 형광체를 사용하여 발광 휘도가 매우 양호한 특징을 가지고 있다.
그러나, 진공 영역의 전자 방출원인 마이크로팁(micro-tip)이 집적된 음극판(cathode plate)과 양극 스크린판(anode screen plate)과의 간격이 1∼2mm 이상이 요구되어지며, 이 간격을 유지하기 위한 스페이서(spacer)를 형성시키기 위해서는 양극 스크린(anode screen)에서의 고정세 형광체 패턴 사이의 매우 미세한 간격, 즉 40∼70㎛의 선폭 내에 스페이서가 형성되어야 하므로 재료의 선정 및 구조적 제한이 따르는 문제점을 가지고 있다.
또한 스페이서는 고진공 내압에 견딜수 있는 충분한 강도를 가짐과 동시에 양극판과 음극판 사이에 1mm 이상의 간격(gap) 유지를 위해서 높은 종횡비(aspect ratio)의 스페이서 개발이 필요하다. 고정세의 표시장치 개발에 필요한 스페이서의 폭은 70㎛이하가 요구되지만 스페이서 폭이 70㎛ 이하일 경우 스페이서가 휘는 문제점이 발생되며 이것을 극복하지 못하면 고정세 전계방출 표시 장치의 실용화가 어려운 실정이다.
도 1은 기존의 전계 방출 표시 소자의 개략적 구조를 나타내는 투시 평면도이다. 도시된 바와 같이, 기존의 전계 방출 표시소자에서는 스페이서(10)가 음극판(1)과 양극 스크린판(11) 사이의 일정한 간격을 유지하기 위하여 양극 스크린판(11)의 활용영역(active area)(19)의 양쪽 가장자리에 설치된 스페이서 홀더(15)에 끼워져 고정용 접착제(14)에 의해 고정된다. 도 2는 이러한 스페이서(10)가 스페이서 홀더(15)에 고정된 모습을 확대하여 보여준다.
이와 같이, 스페이서는 별도의 스페이서 고정 홀더(holder) 사용에 의해서 아래와 같은 문제점이 발생된다.
첫째, 스페이서 홀더(Spacer holder)를 고정시키기 위해서는 진공영역 내에서 별도의 영역이 필요하여, 영상 표시의 고정세화를 위한 화소(pixel) 영역의 확장이 어렵다.
둘째, 스페이서 홀더(Spacer holder) 고정시 열소성에 필요한 접착제가 별도로 사용되며, 고진공 패키징(packaging)후 이 접착제에서 아웃개싱(outgassing)이 유발되어 FED 패널(panel)의 진공도 저하를 초래하고 이는 패널의 수명을 단축시킨다.
셋째, 별도의 스페이서 홀더(spacer holder)를 장착함에 따라 비용(cost)이 증가하는 문제점이 초래된다.
또한, 스페이서 두께가 70㎛ 이하로 되면서 스페이서가 일직선을 유지하지 못하고 휘는 문제점이 발생되어 고정세 영상표시에 적용하기 힘든 문제점이 발생되고, 스페이서는 개별로 설치되므로 패널 제작 공정에 긴 시간이 소요되며, 스페이서 제작 공정에는 별도의 열소성공정이 필요하므로 공정 단계가 증가한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안한 것으로, 저소비 전력 및 고휘도를 갖는 고정세 대형 표시 장치로의 활용에 필수적인 고강도의 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시 장치는, 소정 거리 이상의 일정한 간격으로 서로 대향되게 배치된 양극판 및 음극판; 상기 음극판에 형성된 스트라이프상의 음극들; 상기 음극들과 상기 음극들에 의해 노출된 상기 음극판 상에 일정한 간격으로 형성된 홀들을 갖도록 적층된 절연층; 상기 절연층의 홀들에 의해 노출된 음극 상에 형성된 마이크로팁들; 상기 절연층 상에 상기 음극들과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 상기 홀들에 대응하는 개구부를 갖도록 형성된 게이트들; 상기 양극판 상에 상기 음극과 나란한 방향의 스트라이프 상으로 형성된 양극들; 상기 양극들 상에 도포된 형광체층; 상기 양극판과 음극판 사이의 간격을 유지하기 위한 소정값 이상의 종횡비를 갖는 고 종횡비 스페이서들; 및 상기 양극판과 음극판 사이를 밀봉하는 측면 프레임;을 구비하고, 상기 양극판 및 음극판의 간격에 따라 상기 마이크로팁들에서 전자를 방출할 수 있도록 하는 강전계를 인가하여 구동하는 전계 방출 표시소자에 있어서, 상기 측면 프레임들에 상기 스페이서들을 끼우기 위한 홈들에 형성되고, 상기 측면 프레임의 내측에서 상기 마이크로팁들이 배치된 활용 영역 외측 사이의 상기 양극판 상에 상기 스페이서들을 고정시키기 위하여 절연체 패턴들이 형성되어 상기 스페이서들이 상기 측면 플레임의 홈 및 상기 절연체 패턴 사이에 끼워진 상태로 고정된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 양극판, 음극판 및 측면 프레임은 각각 유리로 형성되고, 상기 유리 프레임의 상하부에 도포된 프릿 분말에 의해 상기 음극판 및 양극판의 가장자리가 용융접합되어 밀봉되는 동시에 상기 고 종횡비 스페이서들이 상기 측면 유리 프레임의 홈들에 끼워진 상태에서 용융 접합되고, 상기 음극판 및 양극판을 1mm 이상의 간격을 갖도록 형성되며, 상기 고 종횡비 스페이서들은 유리 혹은 세라믹으로 형성되며, 그 종횡비는 높이:폭이 10:1 이상이며, 상기 양극들이 형성되지 않은 블랙 매트릭스 영역 상에 상기 양극들과 나란한 방향으로 배치되며, 상기 게이트들이 형성되지 않은 절연층 상에 상기 게이트들과 나란한 방향으로 더 배치되며, 상기 고 종횡비 스페이서들은 일정한 간격으로 상기 고 종횡비 스페이서의 두께 보다 굵은 원통 기둥 모양의 굵은 부분을 가지며, 일정한 간격으로 높이 방향으로 요철부를 갖도록 형성되며, 상기 고 종횡비 스페이서들의 측면에는 전하가 축적되는 것을 방지하기 위한 금속 배선이 더 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시 장치의 제작 방법은, 소정 거리 이상의 일정한 간격으로 서로 대향되게 배치된 유리 양극판 및 유리 음극판; 상기 음극판에 형성된 스트라이프상의 음극들; 상기 음극들과 상기 음극들에 의해 노출된 상기 음극판 상에 일정한 간격으로 형성된 홀들을 갖도록 적층된 절연층; 상기 절연층의 홀들에 의해 노출된 음극 상에 형성된 마이크로팁들; 상기 절연층 상에 상기 음극들과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 상기 홀들에 대응하는 개구부를 갖도록 형성된 게이트들; 상기 양극판 상에 상기 음극과 나란한 방향의 스트라이프 상으로 형성된 양극들; 상기 양극들 상에 도포된 형광체층; 상기 양극판과 음극판 사이의 간격을 유지하기 위한 소정값 이상의 종횡비를 갖는 고 종횡비 스페이서들; 및 상기 양극판과 음극판 사이를 밀봉하는 측면 유리 프레임;을 구비하고, 상기 양극판 및 음극판의 간격에 따라 상기 마이크로팁들에서 전자를 방출할 수 있도록 하는 강전계를 인가하여 구동하는 전계 방출 표시소자를 제작하는 방법에 있어서, 상기 측면 프레임의 내측에서 상기 마이크로팁들이 배치된 활용 영역 외측 사이의 상기 양극판 상에 상기 스페이서들을 고정시키기 위하여 절연체 패턴들을 형성하는 단계; 상하부에 프릿이 도포된 상기 측면 유리 프레임들이 사전에 열소성된 상태에서 상기 스페이서들을 끼우기 위한 홈들을 형성하는 단계; 및 상기 스페이서들이 상기 측면 유리 프레임의 홈 및 상기 절연체 패턴 사이에 고정되도록 조립된 상태에서 상기 양극판 및 음극판을 열소성하여 상기 측면 유리 프레임의 상하부에 도포된 프릿들을 용융시켜 상기 스페이서들을 접합시키는 동시에 상기 양극판 및 음극판의 가장자리를 밀봉하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 음극판 및 양극판을 1mm 이상의 간격을 갖도록 형성되고, 상기 고 종횡비 스페이서들은 유리 혹은 세라믹으로 형성되며, 상기 고 종횡비 스페이서들의 종횡비는 높이:폭이 10:1 이상이며, 상기 고 종횡비 스페이서들은 일정한 간격으로 상기 고 종횡비 스페이서의 두께 보다 굵은 원통 기둥 모양의 굵은 부분을 갖는 동시에 일정한 간격으로 높이 방향으로 요철부를 갖도록 형성되며, 상기 고 종횡비 스페이서들의 측면에는 전하가 축적되는 것을 방지하기 위한 금속 배선을 더 형성하는 것이 바람직하다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시 장치 및 그 제작 방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시장치의 개략적 구성을 보여주는 수직 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시장치는 서로 대향하는 음극판(1)과 양극 스크린판(11) 사이에 고 종횡비(high aspect ratio)를 갖는 스페이서(10)가 고정세의 화소(pixel)들 사이에 배치되어 고해상도의 화상을 표시하면서도 고진공 상태의 내부 공간을 유지할 수 있도록 두 전극판(1, 11) 사이의 간격을 유지하는 역할을 하고 있다. 고정세 화소들은 음극판(1) 상에 스트라이프 상으로 형성된 음극(2) 라인들 상에 어레이 형태로 형성된 마이크로 팁(4)들과 이에 대응하여 양극판(11) 상에 스트라이프 상으로 형성된 양극(13) 라인들 상에 도포된 형광체(13)들에 의해 형성된다. 즉, 마이크로팁(2)들에서는 방출되는 전자들이 형광체(13)에 충돌함으로써 빛이 생성된다. 이러한 전자 방출을 위해서는 마이크로팁(4)들을 음극(2) 라인과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 배치된 게이트(7)들이 절연층(3) 상에 형성된다. 이 절연층(3)의 홀(6) 내에 마이크로팁(4)이 배치되고, 게이트(7)에는 이 홀(6)에 대응하는 개구부(8)가 형성되어 전자들이 방출될 수 있도록 한다.
특히, 특징부인 스페이서(10)들은 도 4a에 도시된 바와 같이 배치된다. 즉, 스페이서(10)는 활용영역(active area) 즉 화소영역(19) 외곽의 양극판(11) 상에 형성된 측면 유리 프레임(side glass frame)(17)에 의해 도 4b에 도시된 바와 같이 고정된다. 도 4b는 도 3에서 A-A'라인 즉 도 4a에서 하나의 스페이서를 따라 절개한 부분의 단면도이다. 또한, 도 4c는 도 4a의 화소영역의 일부를 확대하여 나타내는 도면으로서 스페이서(10)의 배치관계를 보다 확실하게 보여준다. 이를 참조하면 스페이서(10)들은 전극들 사이에 배치됨을 명확히 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 전계 방출 표시장치에 채용된 스페이서들의 조립 형상을 나타내는 평면도이다. 도시된 바와 같이, 스페이서(10)는 가로 방향 뿐 만 아니라 세로 방향으로도 배치되는 교차 배치가 이루어져서 두 전극판(1, 11)의 내부 간격을 더욱 견고하게 유지한다. 그리고 스페이서(10)는 측면 유리 프레임(17)에 미리 열소성된 프릿(preglazed frit)(16)에 의해 고정된다.
도 6은 본 발명의 전계 방출 표시장치에 채용된 스페이서들의 외형을 나타낸 사시도이다. 도시된 바와 같이, 스페이서(10)의 측면에는 스페이서에 전하가 충전되는 것을 억제하기 위한 도전성 금속 전극(100)이 형성되어 있다.
도 7은 본 발명의 전계 방출 표시장치에 채용된 스페이서들을 조립하기 위하여 화소 영역 외곽의 양극판 상에 배치된 측면 유리 프레임(17)의 형상을 나타내는 사시도이다. 도시된 바와 같이, 측면 유리 프레임(17)에는 스페이서(10)를 끼워 고정하기 위한 고정용 홈(18)이 형성되어 있고, 접착제로서 프릿(16)(preglazed frit)이 상하부에 미리 열소성되어 있다. 이와 같은 측면 유리 프레임(17)에 고정된 스페이서(10)들의 배치 모습이 도 8에 나타나 있다.
도 9는 본 발명의 전계 방출 표시장치에 채용된 스페이서들이 교차 배치된 형상을 나타내는 사시도이다. 이 도면은 도 4a, 도 4c 및 도 5에서 스페이서들이 교차 조립된 부분을 상세하게 나타내고 있으며, 도 4c에 도시된 바와 같이, 스페이서(10)에는 일정한 개수의 화소 간격으로 원통형의 굵은 부위(10a)가 있어서 두 전극판의 간격 유지 강도를 높이고 있으며, 또한 스페이서(10)는 일정한 간격의 요철부가 형성된 구조를 갖는다. 이들 원통형 굵은 부위(10a)는 조립시 도 4a에 도시된 바와 같이 전극들이 형성되지 않는 부분이 교차하는 영역에 배치된다.
도 10은 본 발명의 전계 방출 표시장치에 채용되는 스페이서들이 조립되는 경우 스페이서의 내부 고정 방식을 나타내는 평면도이다. 도시된 바와 같이, 스페이서(10)는 조립시 내부의 양극 스크린 판(screen plate)(11) 위에 스페이서(10)의 좌우 이동을 억제시키는 절연체 패턴(20)이 형성되어 있어서 외각 측면 유리 프레임(17)의 움직임에 의한 스페이서의 휨 현상을 억제시킬 수 있다. 도 11은 이러한 스페이서의 내부 고정 패턴인 절연체 패턴(20)이 형성된 양극판의 평면도이고, 도 12는 내부 고정 패턴 즉 절연체 패턴(20)에 의해 스페이서(10)가 조립된 양극판(11)을 나타낸 평면도이며, 도 13은 내부 고정 패턴(20)에 의해 스페이서(10)이 조립된 형상을 보여주는 사시도이다.
이상과 같이 구성된 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시장치의 제조공정은 다음과 같다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 유리 기판(1) 위에 음극(2), 절연체층(3) 및 게이트용 크롬층(7)을 형성한다. 이 때, 음극(2) 및 게이트(7)는 중간에 절연체층(3)을 사이에 두고 서로 대향 직각이 되면서 x-y 매트릭스(matrix) 형상의 다수의 선전극 형태로 형성되게 된다.
다음에, 감광성 물질인 포토레지스트를 사용하여 마이크로팁(4)이 형성될 부분에 원형의 개구부(8)을 패터닝(patterning)하여 마스크(미도시)를 형성한다. 이 때, 개구부(8)의 직경은 1.2㎛ 정도로 형성시킨다.
다음에, 크롬층(7)의 개구부 패턴을 RIE(Reactive Ion Etching) 장비를 사용하여 건식 식각법으로 에칭한다. 크롬층(7)의 에칭 가스로서는 Cl2와 O2를 사용한다. 그리고 절연체층(3)의 홀(6)을 습식식각으로 형성한다.
다음에, 알루미늄을 사용하여 리프트-오프(lift-off)용 분리층(미도시)을 기판을 회전시키면서 전자빔 증착기로 기판 표면에서 전자빔이 일정각도(θ≤15。)를 갖도록 하여 경사층착을 수행하면서 게이트 홀의 직경이 0.2㎛ 정도로 줄어드는 두께가 될 때까지 증착시킨다.
다음에, 몰리브데늄 팁을 형성시키는 공정으로서 진공증착기 안에서 진공상태를 유지시킨 상태에서 전자빔 증착용 몰리브데늄 소스(source)를 사용하여 기판이 회전하는 상태에서 수직방향의 증착을 수행한다. 이와 같이 하면, 알루미늄의 분리층(미도시) 상에 불필요한 몰리브데늄층이 증착됨과 동시에 절연층(3)의 홀(6) 내부에 매우 예리한 선단을 갖는 몰리브데늄 팁(4)이 형성된다.
다음에, 알루미늄 분리층을 리프트 오프(lift-off) 공정을 사용하여 엣칭공정을 수행하면 전계방출용 마이크로 팁(4)이 집적된 음극판(1)의 제작이 완성된다.
그 다음 양극 스크린판(11)의 제작이 다음과 같이 이루어진다.
먼저, 선전극 패턴의 양극(12)을 포토리소그래피 공정을 사용하여 형성한다. 양극 재료는 스크린 위에 형성되므로 투명한 재질이 사용되며 대표적인 물질로서는 인듐틴옥사이드(ITO)를 사용하고 있다. 양극 사이에 블랙 매트릭스(black matrix)를 형성시킨 다음, 도 11에 도시된 바와 같이, 고정세 스페이서(10)가 고정되는 내부 스페이서 고정용 절연체층 패턴(20)을 스크린 프린팅(screen printing) 방식으로 형성한 후 레이저를 이용하여 70∼40㎛ 폭으로 트리밍(trimming)하여 형성시킨다.
다음에 양극판(11) 상에 CRT(cathode ray tube) 제조 공정에서 사용되는 슬러리(slurry) 공정을 사용하여 R(red), G(green), B(blue)의 칼라 형광체층(13)을 형성하여 스크린을 만든다.
다음에, 양극판(11)의 활용 영역(active area) 외각에 스페이서(10)가 조립될 측면 유리 프레임(side glass frame)(17)을 도 12에 도시된 바와 같이 위치시킨다. 이 때 스페이서(10)를 도 13에 도시된 바와 같이 내부 스페이서 고정용 절연체 패턴(20)의 홈에 조립한 후에 측면 유리 프레임(side glass frame)(17)에 조립하고 도 7에 도시된 바와 같이 직사각형의 모서리 부분에 프릿 페이스트(frit paste)(16)로 고정시켜 건조하면 밀봉(sealing)을 위한 양극판(anode plate)이 완성된다. 여기서, 스페이서(10)의 숫자는 패널 대각 크기가 4인치 이상의 크기일 때 최소 약 7 line 정도로 약 10㎜ 간격으로 형성 한다. 이 때 스페이서(10)의 재질은 세락믹 또는 유리 재질로 구성되며 두께는 약 70∼40㎛ 정도로 제작한다.
이렇게 제작된 전계 방출 어레이(field emitter array)들이 형성된 음극판(1)과 형광체 스크린이 형성된 유리 양극판(anode plate)(11)을 조립한 후 열용융 공정으로서 저융점 유리 분말(glass powder)을 사용하여 진공 용기를 구성하고 가열 배기 장치를 사용하여 전계 방출 표시소자의 내부를 고진공, 약 10-6∼10-7 torr 까지 배기시킨다. 이 때 진공도 향상 및 표시소자 내부의 진공도 유지를 위하여 배기 공정중 약 320∼340℃ 정도까지 가열시키면서 표시소자 내부로부터 발생될 수 있는 각종 잔류 가스들을 방출시키면서 배기 공정을 수행한다.
다음에, 표시 소자 내부가 10-6∼10-7 torr 정도의 진공도에 도달되면 유리 배기관을 열융착시켜서 표시소자의 내부가 고진공 상태가 유지될 수 있도록 한 후에 추가적으로 표시소자 내부에 남아있는 잔류가스들을 흡착할 수 있는 Ba 게터막(getter film)을 고주파 유도 가열장치를 사용하여 표시소자 내부에 플래슁(flashing)시켜서 형성시키게 되면 전계방출형 표시소자가 완성된다.
이상과 같이 제작된 전계방출형 표시소자를 구동시키기 위해서는 먼저 음극과 게이트 전극 간에 약 70V ∼100V 정도의 전압을 인가하고 음극(2)과 양극(anode)(12) 간에 약 3kV 정도의 전위차를 유지시키면 마이크로 팁(4)으로부터 전자들이 방출되어 진공영역을 통과하여 양극(12) 위의 형광체층(13)의 스크린에 충돌되면서 원하는 부분이 빛을 발하기 시작한다. 여기서, 음극, 게이트는 일정 간격 및 선폭을 갖는 선전극 형태로서 서로 절연체(3)를 사이에 두고 대향되어 마주보는 X-Y 매트릭스(matrix) 구조를 갖고 있으므로 선택된 영역만이 빛을 발하게 된다. 이 때 전계 방출 어레이(field emitter array)가 형성된 유리 음극판(1)과 형광체 스크린이 형성되어있는 양극판(anode plate)(11) 사이의 간격은 고정세 스페이서(10)에 의해서 일정 간격을 유지할수 있게되며, 이 때의 유지간격은 약 1㎜ 정도로 형성된다. 여기서, 마이크로 팁(4)에서 전자가 방출되기 시작하는 게이트 전극의 전압은 마이크로 팁(4)의 선단 직경이 약 ≤ 400Å 정도의 차이 및 게이트 전극에 형성되어 있는 개구부(8) 단면과 마이크로팁 선단과의 거리(약 0.5㎛)의 차이에 의해서 주로 결정되어 진다.
그리고 마이크로팁(4)으로부터의 전자방출에 의한 전류밀도의 균일성은 마이크로팁(4)의 선단 직경 및 게이트(7)의 개구부(8) 단면과 마이크로팁 선단과의 거리 차에 의해서 크게 좌우 되게 된다. 여기서 전자 방출 전류밀도의 균일성은 바로 양극(anode) 위의 형광체 스크린에서의 휘도차로서 나타나게 되므로 전자방출에 의한 전류밀도의 영역별 균일성 확보가 매우 중요한 요소로서 표시소자의 표시품질을 좌우하게 된다. 또한 표시소자의 내구성 측면에서 신뢰성을 갖는 전계방출표시소자를 제작하기 위해서는 패널 내부가 고진공이 유지됨에 따른 외압이 작용하므로 충분한 강도를 갖는 스페이서의 설치가 매우 중요하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시장치는 일정한 간격으로 원통 기둥 모양의 굵은 부위를 갖는 고 종횡비의 스페이서를 스페이서 홀더가 아닌 측면 유리 프레임에 고정하여 배치하되 가로 방향 뿐 만 아니라 세로 방향으로도 배치한 구조를 가짐으로써 다음과 같은 장점을 갖는다.
1. 고정세 FED를 제작하기 위해서는 진공영역 내부에서 화소(pixel)가 차지하는 부분을 넓혀야 하는데, 이 때 별도의 스페이서 홀더(spacer holder)를 사용하지 않음으로서, 동일한 표시 장치 크기에서도 화소 영역을 넓힐 수 있는 장점이 있다.
2. FED 패널의 일부 어셈블리에 스페이서를 함께 조립하고 열처리에 의한 밀봉(thermal sealing)을 수행하므로 별도의 스페이서 고정 공정이 불필요하다.
3. 스페이서 고정을 위한 별도의 접착제를 사용하지 않으므로서 접착제에 의한 아웃개싱(out gassing)이 없으므로 FED 패널 내부의 진공도 유지가 가능하여 패널의 수명을 충분히 확보할 수 있다.
4. 스페이서 중간 중간에 원통형상의 기둥구조를 가짐으로서 스페이서 두께가 80㎛ 이하의 고정세 스페이서를 형성하더라도 스페이서에서의 휨 현상을 극복할 수 있다.
5. 별도의 스페이서 홀더를 사용하지 않으므로 FED 제작 비용을 줄일 수 있다.
6. 스페이서 조립시 내부의 스크린 판(screen plate) 위에 스페이서의 좌우 이동을 억제시키는 절연체 패턴이 형성되어 있으므로 외각 측면 유리 프레임의 움직임에 의한 스페이서의 휨 현상을 억제할 수 있다.
도 1은 종래의 전계 방출 표시 장치에 채용된 스페이서의 배치 관계를 나타내는 투시 평면도,
도 2는 도 1에서 스페이서 홀더에 스페이스가 조립된 모습을 상세하게 나타내는 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 고 종횡비 스페이서가 채용된 전계 방출 표시 장치의 개략적 구조는 나타내는 수직 단면도,
도 4a는 도 3의 고 종횡비 스페이서가 채용된 전계 방출 표시 장치의 투시 평면도,
도 4b는 도 3의 A-A'라인을 따라 절개한 부분을 보여주는 수직 단면도,
도 4c는 도 4a에서 활용 영역의 스페이서 배치 관계를 확대하여 보여주는 도면,
도 5는 도 3의 전계 방출 표시장치에 채용된 스페이서들의 조립 형상을 나타내는 평면도,
도 6은 도 3의 전계 방출 표시장치에 채용된 스페이서들의 외형을 나타낸 사시도,
도 7은 도 3의 전계 방출 표시장치에 채용된 스페이서들을 조립하기 위하여 화소 영역 외곽의 양극판 상에 배치된 측면 유리 프레임의 형상을 나타내는 사시도,
도 8은 도 7의 측면 유리 프레임에 고정된 스페이서들의 배치 모습을 나타낸 사시도,
도 9는 도 3의 전계 방출 표시장치에 채용된 스페이서들이 교차 배치된 형상을 나타내는 사시도,
도 10은 도 3의 전계 방출 표시장치에 채용되는 스페이서들이 조립되는 경우 스페이서의 내부 고정 방식을 나타내는 평면도,
도 11은 도 3의 전계 방출 표시장치의 양극판에 스페이서의 내부 고정 패턴인 절연체 패턴이 형성된 모습을 나타낸 평면도,
도 12는 도 11의 내부 고정 패턴 즉 절연체 패턴에 의해 스페이서가 조립된 양극판을 나타낸 평면도,
그리고 도 13은 도 11의 내부 고정 패턴에 의해 스페이서가 조립된 형상을 보여주는 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1. 음극판 10.스페이서(Spacer)
2. 음극 11. 양극 스크린판
3. 절연층 12.양극
4. 마이크로팁 전자총 13.칼라 형광체층
5. 진공영역 14. Spacer 고정용 접착제
6. 홀(hole) 15. 스페이서 홀더(Spacer holder)
7. 게이트 16. Preglazed frit
8. 게이트 개구부 17. Side glass frame
9. 방출 전자 18. Spacer 고정용 홈
19. 활용영역(Active area) 즉, 화소 영역(pixel area)
20. 스페이서 지지용 절연체 패턴

Claims (17)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 소정 거리 이상의 일정한 간격으로 서로 대향되게 배치된 양극판 및 음극판;
    상기 음극판에 형성된 스트라이프상의 음극들과; 상기 음극들과 상기 음극들에 의해 노출된 상기 음극판 상에 일정한 간격으로 형성된 홀들을 갖도록 적층된 절연층과; 상기 절연층의 홀들에 의해 노출된 음극 상에 형성된 마이크로팁들과; 상기 절연층 상에 상기 음극들과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 상기 홀들에 대응하는 개구부를 갖도록 형성된 게이트들과; 상기 양극판 상에 상기 음극과 나란한 방향의 스트라이프 상으로 형성된 양극들과; 상기 양극들 상에 도포된 형광체층과; 상기 양극판과 음극판 사이의 간격을 유지하기 위한 소정값 이상의 종횡비를 갖는 고 종횡비 스페이서들; 및 상기 양극판과 음극판 사이를 밀봉하는 측면 프레임;을 구비하고, 상기 양극판 및 음극판의 간격에 따라 상기 마이크로팁들에서 전자를 방출할 수 있도록 하는 강전계를 인가하여 구동하는 전계 방출 표시소자에 있어서,
    상기 측면 프레임들에 소정 간격으로 형성되어 상기 스페이서들의 측단부가 끼워지는 홈들; 및
    상기 측면 프레임들로 둘러싸인 상기 양극판의 내부 영역 중 상기 마이크로팁들에 대응되는 활용 영역들 사이에 형성되고, 상기 스페이서들의 상단부가 끼워지도록 하여 고정시키는 절연체 패턴들; 을 포함하고,
    상기 고 종횡비 스페이서들은 상기 양극들이 형성되지 않은 블랙 매트릭스 영역 상에 상기 양극들과 나란한 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고 종횡비 스페이서들은 상기 게이트들이 형성되지 않은 절연층 상에 상기 게이트들과 나란한 방향으로 더 배치된 것을 특징으로 하는 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 고 종횡비 스페이서들은 일정한 간격으로 상기 고 종횡비 스페이서의 두께 보다 굵은 원통 기둥 모양의 굵은 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 고 종횡비 스페이서들은 일정한 간격으로 높이 방향으로 요철부를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 고 종횡비 스페이서들의 측면에는 전하가 축적되는 것을 방지하기 위한 금속 배선이 더 형성된 것을 특징으로 하는 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시장치.
  11. 소정 거리 이상의 일정한 간격으로 서로 대향되게 배치된 유리 양극판 및 유리 음극판;
    상기 음극판에 형성된 스트라이프상의 음극들;
    상기 음극들과 상기 음극들에 의해 노출된 상기 음극판 상에 일정한 간격으로 형성된 홀들을 갖도록 적층된 절연층;
    상기 절연층의 홀들에 의해 노출된 음극 상에 형성된 마이크로팁들;
    상기 절연층 상에 상기 음극들과 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 상기 홀들에 대응하는 개구부를 갖도록 형성된 게이트들;
    상기 양극판 상에 상기 음극과 나란한 방향의 스트라이프 상으로 형성된 양극들;
    상기 양극들 상에 도포된 형광체층;
    상기 양극판과 음극판 사이의 간격을 유지하기 위한 소정값 이상의 종횡비를 갖는 고 종횡비 스페이서들; 및
    상기 양극판과 음극판 사이를 밀봉하는 측면 유리 프레임;을 구비하고, 상기 양극판 및 음극판의 간격에 따라 상기 마이크로팁들에서 전자를 방출할 수 있도록 하는 강전계를 인가하여 구동하는 전계 방출 표시소자를 제작하는 방법에 있어서,
    상기 측면 프레임의 내측에서 상기 마이크로팁들이 배치된 활용 영역 외측 사이의 상기 양극판 상에 상기 스페이서들을 고정시키기 위하여 절연체 패턴들을 형성하는 단계;
    상하부에 프릿이 도포된 상기 측면 유리 프레임들이 사전에 열소성된 상태에서 상기 스페이서들을 끼우기 위한 홈들을 형성하는 단계; 및
    상기 스페이서들이 상기 측면 유리 프레임의 홈 및 상기 절연체 패턴 사이에 고정되도록 조립된 상태에서 상기 양극판 및 음극판을 열소성하여 상기 측면 유리 프레임의 상하부에 도포된 프릿들을 용융시켜 상기 스페이서들을 접합시키는 동시에 상기 양극판 및 음극판의 가장자리를 밀봉하는 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시장치의 제작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 음극판 및 양극판을 1mm 이상의 간격을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시장치의 제작 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 고 종횡비 스페이서들은 유리 혹은 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시장치의 제작 방법.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 고 종횡비 스페이서들의 종횡비는 높이:폭이 10:1 이상인 것을 특징으로 하는 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시장치의 제작 방법.
  15. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 고 종횡비 스페이서들은 일정한 간격으로 상기 고 종횡비 스페이서의 두께 보다 굵은 원통 기둥 모양의 굵은 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시장치의 제작 방법.
  16. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 고 종횡비 스페이서들은 일정한 간격으로 높이 방향으로 요철부를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시장치의 제작 방법.
  17. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 고 종횡비 스페이서들의 측면에는 전하가 축적되는 것을 방지하기 위한 금속 배선을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 고 종횡비 스페이서를 채용한 전계 방출 표시장치의 제작 방법.
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