KR101009985B1 - 전자 방출 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자 방출 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그리드 플레이트를 포함하며, 상기 그리드 플레이트의 열팽창 계수는 제1기판 및 제2기판을 이루는 유리 기판의 열팽창 계수의 80 내지 120 %인 전자 방출 표시장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 그리드 플레이트와 제1기판의 열팽창 계수 차이에 의한 오정렬을 최소화하여 그리드 플레이트를 정확한 위치에 고정시킬 수 있으며, 이와 더불어 아크 방전 발생이 최소화되고, 아크 방전시에도 캐소드 전극과 게이트 전극의 손상을 방지할 수 있으므로, 애노드 전극에 보다 높은 전압을 인가할 수 있어 고휘도 및 고해상도의 전자 방출 표시장치를 용이하게 구현할 수 있다는 장점이 있다.
전자방출, 그리드 플레이트, 캐소드전극, 게이트전극, 에미터, 애노드전극, 형광층

Description

전자 방출 표시장치{FIELD EMISSION DISPLAY DEVICE}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 방출 표시장치의 부분 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 전자 방출 표시장치가 조립된 상태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 3은 니켈의 함량에 따른 니켈-철 합금의 열팽창 계수 변화를 나타낸 그래프이다.
[산업상 이용분야]
본 발명은 전자 방출 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에미터로부터 방출된 전자들을 집속시키는 금속의 그리드 플레이트(grid plate)를 구비한 전자 방출 표시장치에 관한 것이다.
[종래기술]
일반적으로 전자 방출 표시장치(FED; field emission display)는 양자역학적인 터널링 효과를 이용하여 캐소드 전극에 마련된 에미터로부터 전자를 방출시키 고, 방출된 전자를 애노드 전극에 마련된 형광층에 충돌시켜 이를 발광시킴으로써 소정의 영상을 구현하는 표시장치로서, 캐소드 전극과 게이트 전극 및 애노드 전극을 구비한 3극관 구조가 널리 사용되고 있다.
통상의 3극관 구조에서는 캐소드 전극과 게이트 전극을 구비하는 후면 기판과, 애노드 전극을 구비하는 전면 기판이 프릿(frit)과 같은 밀봉재에 의해 일체로 접합되어 진공 용기를 구성하며, 진공 용기 내부에는 다수의 스페이서가 장착되어 전, 후면 기판을 일정한 간격으로 유지시킨다.
그런데 상기한 구성의 전자 방출 표시장치는 진공 용기 내부에서 아크 방전이 발생하는 경우가 있는데, 아크 방전은 진공 용기 내부에서 발생하는 아웃개싱(outgassing) 등에 의해 순간적으로 많은 가스가 이온화되면서 일어나는 방전 현상에 기인한 것으로 추정되고 있다. 통상적으로 아크 방전은 애노드 전압이 높아짐에 따라 더욱 심하게 발생하며, 아크 방전시 애노드 전극과 게이트 전극이 전기적으로 단락되어 게이트 전극이 손상되는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 전, 후면 기판 사이에 금속 그리드 플레이트를 장착한 전자 방출 표시장치가 제안되었다. 그리드 플레이트는 아크 방전이 발생한 경우, 그 피해가 후면 기판에 마련된 전극들에 영향을 미치지 않도록 하며, 방출 전자의 집속을 향상시키는 역할을 한다.
그러나 상기 금속 그리드 플레이트의 열팽창 계수가 평판디스플레이의 전, 후면 기판에 사용되는 열강화 유리의 열팽창 계수와 큰 차이를 가질 경우에는 전자 방출 표시장치의 봉착, 배기 등의 공정에 있어서 여러가지 문제점이 발생하게 된 다. 구체적으로는 고온 공정의 제약이 있으며, 그리드 플레이트와 하판의 오정렬이 발생되기 때문에 배기 공정시 패널의 파손 등의 문제점이 발생하게 된다. 또한, 그리드 플레이트가의 오정렬(miss-alignment)로 인해 에미터에서 방출된 전자가 선택된 발광 영역이 아닌 근접된 영역의 형광층에 부딪히게 되어 색순도가 저하되는 문제가 발생한다.
따라서 이와 같은 문제점을 해결하고자 그리드 플레이트가 소성 공정시 오정렬되는 것을 감안하여 그리드 플레이트를 보상 설계하게 되는데, 보상 설계는 그 과정이 번거로울 뿐만 아니라 보상 설계를 통한 품질 관리에는 일정한 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전, 후면 기판과 유사한 열팽창 계수를 갖는 금속의 그리드 플레이트를 구비하여 그리드 플레이트와 전, 후면 기판의 열팽창 계수 차이에 의한 오정렬을 방지할 수 있는 전자 방출 표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 임의의 간격을 두고 대향 배치되면서, 진공 용기를 구성하는 제1 및 제2 기판; 상기 제1 기판 상에서 절연층을 사이로 서로 절연 상태로 제공되는 캐소드 전극들 및 게이트 전극들; 상기 캐소드 전극 상에 형성되며, 전자 방출 물질로 이루어지는 에미터들; 상기 제2 기판 상에 제공되는 적어도 하나의 애노드 전극; 상기 애노드 전극 상에 위치하는 적색, 녹색 및 청색의 형광층들; 및 상기 진공 용기 내부에 설치되고, 상기 에미터에서 방출된 전자들이 통과하는 홀들을 구비하는 그리드 플레이트(grid plate)를 포함하며, 상기 그리드 플레이트의 열팽창 계수는 상기 제1기판 및 제2기판을 이루는 유리기판의 열팽창 계수의 80 내지 120%인 전자 방출 표시장치를 제공한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 명세서에 사용된 도면은 본 발명의 그리드 플레이트를 포함하는 전자 방출 표시장치의 일 예를 나타내는 것일 뿐, 본 발명이 하기 도면의 구조에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 제1기판은 형광체층을 포함하는 전면 기판을 의미하며, 제2기판은 에미터를 포함하는 후면 기판을 의미한다.
도 1은 본 발명의 그리드 플레이트를 포함하는 전자 방출 표시장치의 일 예를 나타낸 부분 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 조립상태를 나타내는 부분 단면도이다.
도면을 참고하면, 전자 방출 표시장치는 임의의 간격을 두고 대향 배치되며 진공 용기를 구성하는 제1 및 제2 기판(2, 4)과, 전자빔 통과를 위한 다수의 개구부(6)를 형성하며 양 기판 사이에 배치되는 그리드 플레이트(8)을 포함한다. 제1기판(2)에는 전자 형성으로 전자를 방출하는 구성이 제공되고, 제2기판(4)에는 상기 제1기판(2)측에서 방출된 전자에 의해 가시광을 방출하여 이미지를 구현하는 구성이 제공된다.
보다 구체적으로, 제1기판(2) 위에는 게이트 전극(10)들이 일방향(도면의 Y 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 게이트 전극(10)들을 덮으면서 제1 기판(2)의 내면 전체에 절연층(12)이 위치한다. 절연층(12) 위에는 캐소드 전극(14)들이 게이트 전극(10)과 교차하는 방향(도면의 X 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되며, 게이트 전극(10)과 캐소드 전극(14)의 교차 영역마다 캐소드 전극(14)의 일측 가장자리에 전자 방출원인 에미터(16)가 위치한다.
본 발명에서 에미터(16)는 카본계 물질로 형성될 수 있으며, 상기 카본계 물질의 예로는 카본 나노튜브(carbon nanotube), 그라파이트(graphite), 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(diamond-like carbon), 또는 플러렌(C60;fulleren) 중에서 어느 하나 이상을 선택하여 형성될 수 있다.
상기 제1 기판(2) 상에는 대향 전극(18)이 위치할 수 있다. 대향 전극(18)은 절연층(12)에 형성된 비아 홀(12a)을 통해 게이트 전극(10)과 접촉하여 이와 전기적으로 연결되며, 캐소드 전극(14)들 사이에서 에미터(16)와 임의의 간격을 두고 위치한다. 대향 전극(18)은 에미터(16) 주위에 보다 강한 전기장이 인가되도록 하여 에미터(16)로부터 전자들을 양호하게 방출시키는 역할을 한다.
그리고 제1기판(2)에 대향하는 제2기판(4)의 일면에는 애노드 전극(20)이 형성되고, 애노드 전극(20)의 일면에 적색, 녹색 및 청색의 형광막들(22)과 이 형광막들(22) 사이에 배치되는 흑색막(24)으로 이루어진 형광 스크린(26)이 형성된다. 애노드 전극(20)은 인듐 틴 옥사이드(ITO)와 같은 투명 전극으로 구비되는 바, 이는 도면에서와 같이 상기 제2기판(4)의 전면(全面)에 하나의 전극으로 형성될 수도 있고, 상기 형광막들(22)의 패턴에 대응하여 복수개로 형성될 수도 있다. 형광 스 크린(26) 표면에는 메탈 백(metal back) 효과에 의해 화면의 휘도를 높이는 금속막(도시하지 않음)이 위치할 수 있으며, 이 경우 상기 투명 전극을 생략하고 금속막을 애노드 전극으로 사용할 수 있다.
또한, 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이에는 전자빔 집속을 위한 그리드 플레이트(8)가 위치한다. 그리드 플레이트(8)는 전자빔 통과를 위한 다수의 개구부(6)를 갖는 금속판으로 이루어지며, 제1 기판(2)에 보다 가깝게 위치한다. 그리드 플레이트(8)는 제2 기판(4)과 그리드 플레이트(8) 사이에 위치하는 상부 스페이서(28)들과, 제1 기판(2)과 그리드 플레이트(8) 사이에 위치하는 하부 스페이서(30)들에 의해 제1, 2 기판(2, 4)과 일정한 간격을 유지하며 진공 용기 내부에 배치된다.
여기서, 본 발명의 전자 방출 표시장치의 제1, 제2기판 재료로 사용되는 유리 기판은 열팽창 계수가 1.0 ×10-6 내지 10.0 ×10-6 /℃인 열강화 유리를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 그리드 플레이트(8)는 제1, 제2기판(2, 4)을 이루는 상기 유리 기판의 열팽창 계수의 80 내지 120 %인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 90 내지 110 % 인 것을 사용할 수 있고, 더 바람직하게는 95 내지 105 % 인 것을 사용할 수 있다. 상기 그리드 플레이트의 열팽창 계수가 유리 기판의 열팽창 계수의 80 % 미만이거나, 120 %를 초과하는 경우에는 오정렬의 우려가 있으며, 상기 그리드 플레이트와 유리기판의 열팽창 계수의 차이는 작을수록 좋다.
상기 그리드 플레이트의 열팽창 계수는 니켈-철 합금에 포함되는 니켈의 함량으로 조절할 수 있다. 열팽창 계수가 1.0 ×10-6 내지 10.0 ×10-6 /℃인 열강화 유리를 기준으로, 그리드 플레이트의 열팽창 계수가 상기 범위를 갖기 위해서는 니켈-철 합금에 포함된 니켈의 함량이 42 내지 52 중량%인 것을 사용할 수 있고, 바람직하게는 니켈의 함량이 45 내지 50 중량%인 것을 사용할 수 있으며, 더 바람직하게는 니켈의 함량이 47 내지 49 중량%인 것을 사용할 수 있다.
기존에 그리드 플레이트 또는 CRT용 섀도우 마스크(shadow mask)의 재료로서 많이 사용되는 36니켈-철 합금은 니켈의 함량이 36 중량%인 것으로서, 니켈-철 합금의 열팽창 계수가 평판디스플레이의 제1, 제2기판 재료로 사용되는 유리 기판의 열팽창 계수보다 매우 작기 때문에, 고온 공정에 적합하지 못하며, 그리드 플레이트와 하판의 오정렬이 발생되기 쉽다.
그러나 본 발명의 그리드 플레이트의 재질로서, 니켈 함량이 42 내지 52 중량%인 니켈-철 합금 재질을 사용하기 때문에, 상기 유리 기판의 열팽창 계수의 80 내지 120 %의 열팽창 계수를 갖게 되어 상기와 같은 고온 공정상의 문제나 오정렬의 염려가 없다.
본 발명의 그리드 플레이트는 니켈-철 합금을 주성분으로 하며, 이 외에도 물리적/기계적 성질 및 에칭성, 가공성을 위하여, 크롬, 코발트, 또는 티타늄 등의 금속을 더 포함할 수 있다. 상기 니켈-철 합금에 포함되는 크롬, 코발트, 또는 티타늄의 함량은 필요에 따라 조절할 수 있으며, 그 중에서도 크롬의 함량은 0.01 내 지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 전자 방출 표시장치에 사용되는 그리드 플레이트는 두께가 0.05 내지 0.2 mm인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 그리드 플레이트의 두께가 0.05 mm미만인 경우에는 기계적 조작(handling)이 어려우며, 0.2 mm를 초과하는 경우에는 미세홀의 가공이 어려운 문제가 있다.
상기 그리드 플레이트를 포함하는 본 발명의 전자 방출 표시장치는 게이트 전극의 위치에 따라 탑게이트 형태, 언더게이트 형태 또는 이의 변형된 형태로 제조될 수 있으며, 어느 특정한 구조의 전자 방출 표시장치에 국한되지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
제1 및 제2기판을 이루는 유리 기판으로는 열팽창 계수 8.6 ×10-6 /℃인 열강화 유리(PD-200)를 사용하였으며, 그리드 플레이트는 니켈 함량 42 중량%인 니켈-철 합금으로 제조하여, 도 1에 도시한 구성에 따라 전자 방출 표시장치를 제조하였다.
[실시예 2]
니켈 함량 45 중량%인 니켈-철 합금을 이용하여 그리드 플레이트를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 도 1에 도시한 구성에 따라 전자 방 출 표시장치를 제조하였다.
[실시예 3]
니켈 함량 47 중량%인 니켈-철 합금을 이용하여 그리드 플레이트를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 도 1에 도시한 구성에 따라 전자 방출 표시장치를 제조하였다.
[실시예 4]
니켈 42 중량%, 크롬 6 중량%, 및 철 52 중량%를 포함하는 니켈-크롬-철(Ni-Cr-Fe) 합금으로 그리드 플레이트를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 도 1에 도시한 구성에 따라 전자 방출 표시장치를 제조하였다.
[비교예 1]
니켈 함량 36 중량%인 니켈-철 합금을 이용하여 그리드 플레이트를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 도 1에 도시한 구성에 따라 전자 방출 표시장치를 제조하였다.
도 3은 니켈의 함량에 따른 니켈-철 합금의 열팽창 계수를 나타낸 그래프이다. 도 3에서 점선으로 표시된 부분은 열강화 유리의 열팽창 계수를 나타낸 것으로서, 약 8.6 ×10-6 /℃의 값을 나타낸다.
하기 표 1은 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에 사용된 그리드 플레이트의 열팽창 계수를 정리한 것이다.
[표 1]
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1
열팽창 계수
(/℃)		 6.9 ×10-6 7.7 ×10-6 8.2 ×10-6 7.5 ×10-6 4.0 ×10-6
실시예 1 내지 5에 의해 제조된 전자 방출 표시장치는 봉착, 배기 공정을 거치는 과정에서 오정렬이 발생하지 아니하였으나, 비교예 1에 의해 제조된 전자 방출 표시장치는 상기 봉착, 배기공정을 거치며 오정렬이 발생하여 파손된 부분이 발생하였다.
본 발명의 전자 방출 표시장치는 제1, 제2 기판과 유사한 열팽창 계수를 갖는 금속의 그리드 플레이트를 구비하여 그리드 플레이트와 전, 후면 기판의 열팽창 계수 차이에 의한 오정렬을 방지함으로써, 정렬 정밀도가 높아지고, 고온 공정이 가능하여 진공 봉착을 할 수 있고, 소자의 신뢰성을 높일 수 있다는 장점이 있다.

Claims (10)

  1. 임의의 간격을 두고 대향 배치되면서, 진공 용기를 구성하는 제1 및 제2 기판;
    상기 제1 기판 상에서 절연층을 사이로 서로 절연 상태로 제공되는 캐소드 전극들 및 게이트 전극들;
    상기 캐소드 전극 상에 형성되며, 전자 방출 물질로 이루어지는 에미터들;
    상기 제2 기판 상에 제공되는 적어도 하나의 애노드 전극;
    상기 애노드 전극 상에 위치하는 적색, 녹색 및 청색의 형광층들; 및
    상기 진공 용기 내부에 설치되고, 상기 에미터에서 방출된 전자들이 통과하는 홀들을 구비하는 그리드 플레이트를 포함하며,
    상기 그리드 플레이트는 열팽창 계수가 상기 제1기판 및 제2기판을 이루는 유리기판의 열팽창 계수의 80 내지 120%이고,
    상기 그리드 플레이트는 크롬, 코발트, 및 티타늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속을 더 포함하는 것인 전자 방출 표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 그리드 플레이트는 열팽창 계수가 상기 제1기판 및 제2기판을 이루는 유리기판의 열팽창 계수의 90 내지 110%인 전자 방출 표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 그리드 플레이트는 열팽창 계수가 상기 제1기판 및 제2기판을 이루는 유리기판의 열팽창 계수의 95 내지 105%인 전자 방출 표시장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 그리드 플레이트는 니켈의 함량이 42 내지 52 중량%인 니켈-철(Ni-Fe) 합금인 전자 방출 표시장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 그리드 플레이트는 니켈의 함량이 45 내지 50 중량%인 니켈-철(Ni-Fe) 합금인 전자 방출 표시장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 그리드 플레이트는 니켈의 함량이 47 내지 49 중량%인 니켈-철(Ni-Fe) 합금인 전자 방출 표시장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1기판 및 제2기판을 이루는 유리 기판의 열팽창 계수가 1.0 ×10-6 내지 10.0 ×10-6 /℃인 전자 방출 표시장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 그리드 플레이트는 0.05 내지 0.2 mm의 두께를 갖는 것인 전자 방출 표시장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 에미터는 카본나노튜브(CNT), 흑연(graphite), 다이아 몬드, 다이아몬드상 카본(DLC) 및 플러렌(C60)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 카본계 물질인 전자 방출 표시장치.
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