KR20000038603A - 전면발광형 형광표시관 - Google Patents

Abstract

냉전자를 방출하는 전계방출효과를 이용하여 캐소드를 구성하여 지지체가 필요없도록, 진공용기를 이루는 배면기판과 전면기판 및 사이드글래스와, 배면기판의 안쪽면에 형성되고 냉전자방출이 이루어지는 캐소드와, 전면기판에 소정의 패턴으로 형성되고 형광체가 도포되는 애노드와, 캐소드와 애노드 사이에 위치하도록 전면기판에 설치되는 그리드와, 캐소드와 애노드 및 그리드에 전원을 인가하기 위한 다수의 리드선을 포함하는 전면발광형 형광표시관을 제공한다.

캐소드는 배면기판의 안쪽면에 형성되는 캐소드전극과, 캐소드전극에 연결되어 소정의 간격으로 배열되어 형성되는 침형상의 집속전극과, 캐소드전극과 절연층을 통하여 절연되어 형성되고 집속전극에 근접하여 설치되는 게이트전극으로 이루어진다.

따라서 게이트전극에 고전압을 인가하고 캐소드전극을 통하여 집속전극에 저전압을 인가하면, 터널링효과에 의하여 집속전극에서 냉전자방출이 일어나므로, 지지체가 필요없어 구조가 간단해지고 유효화면영역이 넓어진다.

Description

전면발광형 형광표시관

본 발명은 전면발광형 형광표시관에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 필라멘트와 지지체의 구조를 사용하지 않고 전계방출형 캐소드를 사용하여 조립공정을 간단하게 한 전면발광형 형광표시관에 관한 것이다.

일반적으로 형광표시관(VFD)은 애노드상의 형광체에 전자를 충돌시켜 발광시키는 자발광 표시소자로서, 다색표시가 가능하고, 저전압으로 구동이 가능하여 반도체부품의 적용이 쉬우며, 고신뢰성을 갖고 있으므로 여러분야에서 여러 가지 용도로 사용된다.

상기와 같은 형광표시관은 표시부위에 따라 배면기판에 소정의 패턴으로 애노드전극을 형성하고 그 위에 형광체를 도포하여 발광된 빛을 투광성의 전면기판을 통하여 보도록 구성되는 일반형과, 투광성의 전면기판 내면에 소정의 패턴으로 애노드전극을 형성하고 그 위에 형광체를 도포하여 발광된 빛을 투광성의 전면기판을 통하여 보도록 구성되는 전면발광형(투과형)과, 일반형과 전면발광형을 조합하여 배면기판과 전면기판의 내면에 각각 소정의 패턴으로 애노드전극을 형성하고 그 위체 형광체를 도포하여 각각 발광되는 빛을 투광성의 전면기판을 통하여 함께 보도록 구성되는 양면발광형(적층형)으로 구분된다.

종래의 전면발광형 형광표시관은 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 진공용기를 형성하는 배면기판(2)과 전면기판(4) 및 사이드글래스(3)와, 상기 전면기판(4)에 소정의 패턴으로 형성되고 형광체가 도포되는 애노드(5)와, 상기한 애노드(5)에서 배면기판(2)쪽으로 소정의 간격을 두고 설치되는 열전자를 방출하는 필라멘트(12)로 이루어지는 캐소드(10)와, 상기한 애노드(5)와 필라멘트(12) 사이에 설치되고 상기한 필라멘트(12)에서 방출된 열전자를 가속 확산시키거나 차단시키며 금속 메시(mesh)로 이루어지는 그리드(8)와, 상기한 전면기판(4)에 설치되고 상기한 애노드(5) 및 그리드(8)에 전원을 인가하기 위한 다수의 리드선(9)을 포함하여 이루어진다.

상기한 애노드(5)는 상기한 전면기판(4)에 다수의 스트라이프가 형성되는 전극(6)을 알루미늄 등을 이용하여 형성하고, 상기한 전극(6)에 형광체(7)를 도포하는 것으로 이루어진다.

따라서 전면기판(4)에서는 상기한 전극(6)에 형성된 스트라이프쪽에 도포된 형광체(7)만 보이게 된다.

상기한 캐소드(10)는 상기한 전면기판(4)의 양쪽 모서리부분에 지지체(13)를 설치하고, 상기한 지지체(13)에 탄산염을 도포한 텅스텐선으로 이루어지는 필라멘트(12)를 소정의 장력을 갖도록 설치하는 것으로 이루어진다.

상기한 배면기판(2)의 안쪽면에는 상기한 필라멘트(12)에서 배면기판(2)쪽으로 방출된 열전자를 애노드(5)쪽으로 이동시키기 위하여 카본 등을 도포하여 도전층(16)이 형성된다.

상기와 같이 구성되는 전면발광형 형광표시관은 상기한 필라멘트(12)에 전압을 인가하면, 상기한 필라멘트(12)가 가열되면서 열전자가 방출되고, 방출된 열전자는 그리드(8)에 의하여 가속 확산되어 애노드(5)에 도포된 형광체에 충돌하여 형광체를 여기시켜 발광시키고, 이 발광된 빛이 전면기판(4)을 통하여 외부로 조사되는 것에 의하여 소정의 문자나 기호 등의 화상이 구현된다.

상기와 같이 구성되는 종래의 전면발광형 형광표시관은 필라멘트(12)에 전압을 인가하여 고온을 발생시켜 열전자를 방출하므 열팽창계수가 작은 텅스텐선에 탄산염을 도포한 필라멘트(12)를 소정의 장력을 갖도록 전면기판(4)에 고정된 지지체(13)에 고정하는 것으로 캐소드(10)를 구성해야 하고, 이에 따라서 제조공정 및 구조가 복잡하고 시간이 많이 소요되며 제조원가가 상승한다.

또 지지체(13)를 이용하여 필라멘트(12)를 열팽창이 발생하여도 이를 일정부분 흡수할 수 있도록 소정의 장력으로 지지하여야 하므로, 지지체(13)가 설치되는 부분만큼 표시영역이 감소하여 배면기판(2) 및 전면기판(4)의 크기에 비하여 표시영역이 작게 형성된다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 냉전자를 방출하는 전계방출효과를 이용하여 캐소드를 저온에서 동작시키므로 지지체가 필요없는 전면발광형 형광표시관을 제공하는 것이다.

본 발명의 전면발광형 형광표시관은 진공용기를 이루는 배면기판과 전면기판 및 사이드글래스와, 상기한 배면기판의 안쪽면에 형성되고 냉전자방출이 이루어지는 캐소드와, 상기한 전면기판에 소정의 패턴으로 형성되고 형광체가 도포되는 애노드와, 상기한 캐소드와 애노드 사이에 위치하도록 상기한 전면기판에 설치되는 그리드와, 상기한 캐소드와 애노드 및 그리드에 전원을 인가하기 위한 다수의 리드선을 포함하여 이루어진다.

상기한 캐소드는 상기한 배면기판의 안쪽면에 형성되는 캐소드전극과, 상기한 캐소드전극에 연결되어 소정의 간격으로 배열되어 형성되는 침형상의 집속전극과, 상기한 캐소드전극과 절연층을 통하여 절연되어 형성되고 상기한 집속전극에 근접하여 설치되는 게이트전극으로 이루어진다.

상기와 같이 캐소드를 형성하고 게이트전극에 고전압을 인가하고 캐소드전극을 통하여 집속전극에 저전압을 인가하면, 터널링효과(tunneling effect)에 의하여 집속전극에서 냉전자방출이 일어나므로, 지지체가 필요없어 구조가 간단해지고 유효화면영역이 넓어진다.

도 1은 본 발명에 따른 전면발광형 형광표시관의 일실시예를 나타내는 분해사시도.

도 2는 본 발명에 따른 전면발광형 형광표시관의 일실시예를 나타내는 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 캐소드의 일실시예를 나타내는 부분사시도.

도 4는 본 발명에 따른 캐소드의 다른 실시예를 나타내는 부분사시도.

도 5는 본 발명에 따른 캐소드를 형성하는 과정을 나타내는 공정도.

도 6은 종래의 전면발광형 형광표시관을 나타내는 분해사시도.

도 7은 종래의 전면발광형 형광표시관을 나타내는 단면도.

다음으로 본 발명에 따른 전면발광형 형광표시관의 가장 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 전면발광형 형광표시관의 일실시예는 진공용기를 이루는 배면기판(20)과 전면기판(22) 및 사이드글래스(24)와, 상기한 배면기판(20)의 안쪽면에 형성되고 냉전자방출이 이루어지는 캐소드(30)와, 상기한 전면기판(22)에 소정의 패턴으로 형성되고 형광체가 도포되는 애노드(26)와, 상기한 캐소드(30)와 애노드(26) 사이에 위치하도록 상기한 전면기판(22)에 설치되는 그리드(40)와, 상기한 캐소드(30)와 애노드(26) 및 그리드(40)에 전원을 인가하기 위한 다수의 리드선(42), (43)을 포함하여 이루어진다.

상기한 캐소드(30)는 상기한 배면기판(20)의 안쪽면에 형성되는 캐소드전극(32)과, 상기한 캐소드전극(32)에 연결되어 소정의 간격으로 배열되어 형성되는 침형상의 집속전극(34)과, 상기한 캐소드전극(32)과 절연층(36)을 통하여 절연되어 형성되고 상기한 집속전극(34)에 근접하여 설치되는 게이트전극(38)으로 이루어진다.

상기한 캐소드전극(32)은 ITO, 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴/티탄(Mo/Ti) 등을 스퍼터링법으로 증착하여 형성한다.

상기한 게이트전극(38)은 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al) 등을 스퍼터링법으로 증착하여 형성한다.

상기한 캐소드전극(32)과 게이트전극(38) 사이에 형성되는 절연층(36)은 실리콘산화막(SiOx)을 플라즈마화학증착법(PECVD;plasma enhanced chemical vapor deposition)법으로 형성하는 것으로 이루어진다.

상기한 집속전극(34)은 높은 전자 방출량에 견딜 수 있도록 고용융점이고, 낮은 일함수를 가지며, 진공상태에서 낮은 증기압을 보이는 물질을 사용하여 형성한다.

따라서 상기한 집속전극(34)으로는 주로 규소(Si), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al) 등의 내화성 금속을 사용한다.

또 상기한 집속전극(34)으로는 다이아몬드 또는 다이아몬드형상 탄소(Diamond Like Carbon) 등을 사용하는 것도 가능하다.

상기한 집속전극(34)은 스퍼터링법으로 증착되고, 사진식각공정을 이용하여 끝부분이 뾰족한 삼각형상으로 형성한다.

다음으로 배면기판(20)에 상기와 같이 이루어지는 캐소드(30)를 형성하는 공정을 도 5를 참조하여 설명한다.

먼저 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기한 배면기판(20)의 한쪽면에 차례로 캐소드전극(32)과 절연층(36) 및 게이트전극(38)을 도포하고, 게이트전극(38) 위에 포토레지스트(50)를 도포한 다음, 사진식각법을 이용하여 상기한 집속전극(34)을 형성하기 위한 구멍패턴(52)을 포토레지스트(50)층에 형성한다.

이어서 건식식각법을 이용하여 게이트전극(38)에 구멍패턴(52)을 형성하고, 건식식각 또는 습식식각법을 이용하여 상기한 절연층(36)을 게이트전극(38)의 구멍패턴(52)에 맞추어 식각한 다음, 산화피막법을 이용하여 게이트전극(38)의 표면을 산화시켜 희생층(54)을 형성한다.

그리고 콜리메이터 플레이트(collimator plate)(58)를 이용하는 스퍼터링법에 의하여 집속전극(34)을 형성하고, 희생층(54)을 식각하는 것으로 캐소드(30)가 형성된다.

이 때 콜리메이터 플레이트(58)의 벽면과 희생층(54)의 위에는 퇴적층(56)이 형성된다.

상기와 같은 공정으로 형성되는 캐소드(30)는 도 3에 나타낸 바와 같이 삼각형상의 단면으로 형성되고 뾰족한 끝부분이 선으로 이루어지도록 집속전극(34)을 형성하고 집속전극(34)의 뾰족한 끝부분 양옆으로 근접하여 위치하도록 게이트전극(38)을 형성하는 것도 가능하고, 도 4에 나타낸 바와 같이 원추형상으로 집속전극(34)을 형성하고 집속전극(34)의 뾰족한 끝부분 주위를 근접하여 감싸면서 위치하도록 게이트전극(38)을 형성하는 것도 가능하다.

상기에서는 집속전극(34)을 콜리메이터 플레이트(58)를 이용하는 스퍼터링법으로 형성하는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 집속전극(34)을 형성하기 위하여 전자빔증착기를 사용하는 스핀트(spindt)법 등 다양한 방법이 모두 가능하다.

그리고 상기와 같이 형성되는 본 발명에 따른 전면발광형 형광표시관에 있어서 캐소드(30)는 유사한 구성인 전계방출표시장치(FED)의 캐소드에 비하여 게이트전압이 낮으므로 캐소드(30)의 집적도가 낮아도 되어 제작이 매우 용이하다.

즉 전계방출표시장치의 게이트전압은 300V 정도인데 비하여 형광표시관의 게이트전압은 100V 정도로 낮다.

다음으로 상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 전면발광형 형광표시관의 작동에 대하여 설명한다.

먼저 리드선(42), (43)을 통하여 상기한 애노드(26) 및 그리드(40)와 캐소드(30)에 전압을 인가한다.

상기와 같이 캐소드(30)의 게이트전극(38)에 고전압을 인가하고 캐소드전극(32)을 통하여 집속전극(34)에 저전압을 인가하면, 터널링효과(tunneling effect)에 의하여 집속전극(34)에서 냉전자방출이 일어난다.

그리고 집속전극(34)에서 방출된 전자는 그리드(40)에 의하여 가속 확산되어 애노드(26)에 도포된 형광체(28)에 충돌하여 형광체(28)를 여기시켜 발광시키고, 이 발광된 빛이 전면기판(22)을 통하여 외부로 조사되는 것에 의하여 소정의 문자나 기호 등의 화상이 구현된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

상기와 같이 구성되고 작동되는 본 발명에 따른 전면발광형 형광표시관에 의하면, 전자의 방출이 저온에서 이루어지고 각 부품에 열에 의한 영향이 적다.

또 캐소드를 필라멘트와 지지체를 사용하지 않고 배면기판에 집속전극과 게이트전극을 형성하는 것으로 이루어지므로, 금속부품의 준비공정 및 필라멘트 용접공정이 필요없다.

따라서 봉착공정을 자동화하는 것이 가능하고, 조립공정이 간단해지며 생산성이 향상된다.

그리고 전체면에서 전자방출이 이루어지므로 패턴의 부분적인 얼룩발생이 방지된다.

더욱이 금속부품의 제거가 가능하여 표시영역의 크기를 전체면에 대하여 확대할 수 있으므로, 표시효율이 크게 증대된다.

그리고 필라멘트와 지지체를 사용하지 않으므로 제품의 두께를 축소하는 것이 가능하며, 박형의 형광표시관을 제조하는 것이 가능하다.

Claims (10)

1. 진공용기를 이루는 배면기판과 전면기판 및 사이드글래스와, 상기한 배면기판의 안쪽면에 형성되고 냉전자방출이 이루어지는 캐소드와, 상기한 전면기판에 소정의 패턴으로 형성되고 형광체가 도포되는 애노드와, 상기한 캐소드와 애노드 사이에 위치하도록 상기한 전면기판에 설치되는 그리드와, 상기한 캐소드와 애노드 및 그리드에 전원을 인가하기 위한 다수의 리드선을 포함하여 이루어지는 전면발광형 형광표시관.
2. 제1항에 있어서, 상기한 캐소드는 상기한 배면기판의 안쪽면에 형성되는 캐소드전극과, 상기한 캐소드전극에 연결되어 소정의 간격으로 배열되어 형성되는 침형상의 집속전극과, 상기한 캐소드전극과 절연층을 통하여 절연되어 형성되고 상기한 집속전극에 근접하여 설치되는 게이트전극으로 이루어지는 전면발광형 형광표시관.
3. 제2항에 있어서, 상기한 캐소드전극은 ITO, 알루미늄, 몰리브덴, 몰리브덴/티탄 중의 하나를 스퍼터링법으로 상기한 배면기판에 증착하여 형성하는 전면발광형 형광표시관.
4. 제2항에 있어서, 상기한 게이트전극은 니오븀, 몰리브덴, 탄탈륨, 알루미늄 중의 하나를 스퍼터링법으로 상기한 배면기판에 증착하여 형성하는 전면발광형 형광표시관.
5. 제2항에 있어서, 상기한 캐소드전극과 게이트전극 사이에 형성되는 절연층은 실리콘산화막을 플라즈마화학증착법법으로 형성하는 것으로 이루어지는 전면발광형 형광표시관.
6. 제2항에 있어서, 상기한 집속전극은 높은 전자 방출량에 견딜 수 있도록 고용융점이고 낮은 일함수를 가지며 진공상태에서 낮은 증기압을 보이는 물질을 사용하여 형성하는 전면발광형 형광표시관.
7. 제2항에 있어서, 상기한 집속전극은 규소, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀, 탄탈륨, 알루미늄 중의 하나를 콜리메이터 플레이트를 이용하는 스퍼터링법으로 형성하는 전면발광형 형광표시관.
8. 제2항에 있어서, 상기한 집속전극은 다이아몬드 또는 다이아몬드형상 탄소로 이루어지는 전면발광형 형광표시관.
9. 제2항에 있어서, 상기한 집속전극은 삼각형상의 단면으로 형성되어 뾰족한 끝부분이 선으로 이루어지도록 형성하고, 상기한 게이트전극은 상기한 집속전극의 뾰족한 끝부분 양옆으로 근접하여 위치하도록 형성하는 전면발광형 형광표시관.
10. 제2항에 있어서, 상기한 집속전극은 원추형상으로 형성하고, 상기한 게이트전극은 상기한 집속전극의 뾰족한 끝부분 주위를 근접하여 감싸면서 위치하도록 형성하는 전면발광형 형광표시관.