KR19990018948A - 3극관형 전계 방출 표시소자 - Google Patents

Abstract

목적 : 흑연으로 음극을 형성하여 공정의 단순화와 음극의 물성 안정화를 도모하고, 낮은 전계에서도 전자 방출이 이루어지는 3극관형 전계 방출 표시소자를 제공한다.

구성 : 기판 글라스(2) 상에 소정의 패턴으로 적층 형성된 음전극(4)의 상면 소정 개소마다 흑연 분말 페이스트를 스크린 인쇄하여 흑연층(6)이 적층되게 하고, 이를 소성하여 고착화시킨 다음 상기 흑연층(6)을 제외한 음전극(4)의 상면으로 절연층(8)을 인쇄 도포하고 열처리하여 고착화 시킨 후에 다시 그 위로 은 페이스트를 인쇄 도포하고 열처리하여 소정 패턴의 그리드(10)가 배치되게 한 구성으로 된다.

효과 : 음전극에 부가되는 전자 방출 물질이 흑연 분말 페이스트로 스크린 인쇄됨에 따라 복잡하고 난해한 증착이나 레이저 엡레이션 등을 거치지 않고도 간단하게 형성되고, 이렇게 형성된 음전극은 물성이 안정적이어서 가스 이온이나 아크 등의 충격에도 내구성을 가지므로 사용 수명이 연장되는 한편 낮은 전계에서 충분히 전자 방출을 일으키게 된다.

Description

3극관형 전계 방출 표시소자

본 발명은 전계 방출 표시소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흑연을 음극소재로 하여 전자의 방출량이 많고 음극 형성 공정이 간편하게 되는 3극관형 전계 방출 표시소자에 관한 것이다.

전계 방출 표시소자는 상호 대향 배치되어 기밀스럽게 밀봉되는 글라스 사이로 음극과 형광체를 배열한 구성을 포함하는 것이며, 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 되는 영상표시소자이다.

이러한 전계 방출 표시소자는 구조에 따라 2극관과 3극관이 공지되어 있고, 3극관은 음극과 양극 사이로 그리드가 더 추가된 구성으로 되어 있다.

상기 전계 방출 표시소자는 대화면용 표시소자에 적합할 뿐만 아니라 전력소비가 작고 양질의 화상을 얻을 수 있는 이점이 있다.

전계 방출 표시소자에서 화면의 밝기는 음극으로부터 방출되는 전자의 량에 좌우되고 전자의 방출량이 큰 음극은 요철면에 의해 표면적이 극대화된 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 전압도높은 문제점이 있다.

한편, 마루오에 의해 제안된 미국 특허 제5,382,867호는 톱니모양의 표면을 가지는 음극 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 제5,430,348호는 다이아몬드 면으로 된 음극에 반전층을 형성한 구조를 개시하고 있고, 다른 한편으로 커마에 의해 제안된 미국 특허 제5,548,185호와 제5,601,966호는 아모르픽 다이아몬드 필름을 사용한 전계 방출 표시소자를 개시하고 있다.

다이아몬드는 탄소가 주성분으로 된 가장 안정적인 물질의 하나로 되는 것이고, 이것은 도 3으로 나타내고 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 다이아몬드 또는 다이아몬드에 유사한 카본을 음극으로 형성하려면 플라즈마 증착하여 소정 두께의 박막을 얻고, 이를 레이저 엡레이션으로 미세 가공해야 하기 때문에 상기 금속 박막과 마찬가지로 고난도의 공정을 거쳐야 하며, 특히 원자재 값이 비싸 전계 방출 표시소자의 보급을 어럽게 하는 요인으로 작용한다,

한편, 흑연은 상기 다이아몬드와 마찬가지로 흑연이 주성분으로 되는 물질이고, 도 4로 나타낼 수 있듯이 다이아몬드의 정방정계에 유사한 육각형의 (0001)면을 포함하고 있으나, 상기 (0001)면의 방향은 강한 이중 결합으로 되어 있고 그 면 사이는 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 (0001)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 지속적으로 행해질 수 있고, 어느 정도의 질소 불순물도 함유하고 있기 때문에 상기 부전자친화 현상이 야기되어 저전계 전자 방출도 기대할 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 흑연으로 음극을 형성하여 공정의 단순화와 음극의 물성 안정화를 도모함과 동시에 저전계 구동이 가능한 3극관형 전계 방출 표시소자를 제공함에 있다.

상기의 목적에 따라 본 발명은 양전극을 가지는 전면 글라스에 대향 배치되는 기판 글라스의 내측면 상에, 소정 패턴으로 음전극을 ITO 증착 또는 은 페이스트에 의한 인쇄 소성으로 적층 형성하고, 상기 음전극의 상면으로 흑연 분말 페이스트를 일정의 패턴으로 인쇄 도포하고 소성해서 흑연층이 상기 음전극의 상면에 적층 형성되게 한 다음, 상기 음전극의 주변으로 절연성 스페이서를 인쇄하여 소정 두께로 도포하고 열처리하여 고착화시킨 후에 다시 그 위로 은 페이스트를 인쇄도포하고 열처리하여 소정 패턴의 그리드가 배치되게 한 구성으로 된다.

상술한 구성의 본 발명에서 흑연 분말은 직경이 1∼5㎛인 구상 혹은 비늘상의 것이 사용되고, 페이스트상으로 조성하기 위하여 첨가되는 무기질 바인더의 비율은 흑연 분말에 대해 5∼30 중량%가 적당하다.

이와 같은 구성의 본 발명은 전자의 방출이 상기 흑연층을 통해 이루어지는 것이고, 이때 흑연층은 종래의 다이아몬드 박막이 가지고 있는 방사 특성을 고루 갖추고 있어서 휘도가 향상되는 효과가 있고, 또한 상기 흑연층은 스크린 인쇄에 의해 적층 형성되는 것이므로 공정이 간편 용이하며, 또 가스 이온 등의 충격을 받아 파손되는 면에 새롭게 노출되는 결정 조직도 파손되기 전과 동일한 결정으로 됨에 따라 음전극의 사용 수명이 연장되고, 흑연이 가지는 부전자친화 현상에 의해 저전압에서의 구동이 가능하게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 관련된 3극관형 전계 방출 표시소자의 기판 글라스 제조 공정을 설명하는 공정도.

도 2는 본 발명에 관련된 3극관형 평판표시소자의 구성을 나타내는 개략 측단면도.

도 3은 다이아몬드의 결정 구조도.

도 4는 흑연의 결정 구조도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 기판 글라스 4 : 음전극

6 : 흑연층 8 : 절연층

10 : 그리드 12 : 전면 글라스

14 : 형광체 16 : 양전극

상술한 구성의 본 발명을 첨부 도면에 따른 바람직한 실시 예로서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 관련된 3극관형 평판표시소자의 음극 형성예를 도시하는 공정도이다.

기판 글라스(2)의 상면에는 은 페이스트를 인쇄하여 음전극(4)이 소정의 라인 형태로 형성된다. 상기 은 페이스트는 스크린 인쇄 후에 열처리되어서 기판글라스(2) 상에 고착되는 것이며, 이렇게 형성된 음전극(4)의 상면에는 소정 개소마다 흑연층(6)이 형성 배열된다.

상기 흑연층(6)은 흑연 분말 페이스트를 스크린 인쇄하여 형성하는 것이며, 그 형태는 도트상 또는 스트라이프상의 임의 형상으로 된다.

흑연 분말은 1∼50㎛인 구형상 또는 비늘상의 것이 적용되고, 이것은 5∼30중량%의 무기질 바인더와 혼합되어서 페이스트로 사용된다.

소정의 패턴으로 형성 배열된 흑연층(6)은 소성시켜 고착화한 다음, 그 상면에 절연층(8)이 도포된다. 절연층(8)은 상기 흑연층(6)에 대응하는 부분이 막혀져 있는 스크린을 통해 글라스 성분의 페이스트를 스크린 인쇄하고 열처리함으로써 적층되는 것이다.

이렇게 적층된 상기 절연층(8)의 상방으로 그리드(10)가 인쇄 도포된다.

상기 그리드(10)는 은 페이스트를 스크린 인쇄하여 형성되는 것이며, 이것은 상기 음전극(4)과 직교하는 방향으로 배열되어서 열처리를 통해 고착화되는 것이다.

도 3은 본 발명에 관련된 3극관형 전계 방출 표시소자의 구조를 도시하고 있다.

기판 글라스(2)는 별도로 만들어진 전면 글라스(12)와 대향하도록 배치되어 봉합된다.

상기 전면 글라스(12)에서 상기 기판 글라스(2)와 대향하는 면에는 형광체(14)가 상면에 도포된 양전극(16)이 형성 배열되어 있다.

상기 양전극(16)은 ITO 증착에 의해 형성되는 것이고, 또 형광체(14)는 음극선관에 적용되는 통상의 것을 R, G, B의 순으로 라인 패터닝하여 인쇄 또는 전착법에 따라 도포 배열되는 것이다.

상술한 기판 글라스(2)와 전면 글라스(12) 사이는 절연성 스페이서 등에 의해 일정의 간격이 유지되게 한 채로 실링하고 내부를 진공화 하면서 봉합시켜 소망의 전계 방출 표시소자로 되는 것이다.

이렇게 제조된 전계 방출 표시소자에서, 음전극(4)과 그리드(10) 사이의 거리는 5∼200㎛이고, 그리드(10)와 양전극(16) 사이의 거리는 10∼2000㎛이다.

또 진공도에 있어서도 10^-6Torr로 족하고, 동작전압은 10⁶V/cm에서 구동되었다. 이와 같은 본 발명의 특성은 종래에 고융점 금속 박막을 음전극으로 이용한 스핀트 타입이 진공도 10^-8Torr로 되어야 하고, 동작전압도 10⁸V/cm로 되는 것에 비해 상당한 진전이 있는 것이다.

동작에 있어서 상기 음전극(4)에 도포된 흑연층(6)으로부터 방출되는 전자는 그리드(10)에 인가된 양전위에 이끌려 유인되고, 다시 전면 글라스(12)의 양전극(16)으로 인가된 양전위에 이끌려서 그 위로 도포된 형광체(14)로 충돌되어 이를 여기시키게 된다. 따라서 전자에 여기된 형광체(14)는 발광하게 되고, 그 빛은 전면 글라스(12)를 통해 외부에서 화상으로 볼 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 이러한 전계 방출 표시소자로서의 기능을 수행하는 것이면서도 전자는 흑연층(6)을 통해 방출되는 것이므로 그 방출량이 증대되어 휘도가 향상된다.

또, 동작 중에 금속 이온의 충격을 받아 흑연층(6)이 파손되더라도 새롭게 노출되는 파단면의 결정 조직이 동일한 것으로 현출되어 전자 방출 효과가 저하되지 않고 균질하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 스크린 인쇄가 가능한 흑연 분말로 전자방출 물질충을 형성함에 따라 이를 통한 전자의 방사량과 저전계 구동 등의 효과가 종래의 값비싼 다이아몬드 박막으로 된 것에 비견되는 것이면서도 그 형성 공정이 대단히 간편 용이하게 되어 제조에 소요되는 설비비 및 원가를 절감할 수 있는 효과를 가지는 한편, 가스 이온에 의한 파손을 입더라도 새롭게 노출되는 면의 전자 방사 특성이 변화되지 않아 사용 수명이 길어지게 되며, 또한 3극관형 전계 방출 표시소자의 내부 진공도를 현저하게 낮추더라도 저전압에서 구동되는 특성을 가지게 되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 기판 글라스(2) 상에 음전극(4)을 적층 형성하고 그 상면으로 페이스트상의 흑연 분말을 스크린 인쇄하여 소정 개소마다 흑연층(6)이 형성 배열되게 하며, 이를 소성하여 고착화한 다음 상기 흑연층(6)을 제외한 음전극(4)의 상면으로 절연층(8)을 소정 두께로 인쇄 도포하고 열처리하여 고착화시킨 후에, 다시 그 위로 은 페이스트를 인쇄 도포하고 열처리하여 소정 패턴의 그리드(10)가 배치되게 한구성을 포함하고 있는 3극관형 전계 방출 표시소자.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 흑연층(6)은 직경 1∼50㎛의 흑연 분말에 5∼30 중량%의 무기질 바인더와 혼합한 페이스트에 의해 형성되는 것임을 특징으로 하는 3극관형 전계 방출 표시소자.