KR20030025264A - 저온 방출 캐소드 및 평판 디스플레이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저온 방출 캐소드들에 기초한 평판 디스플레이 터미널들에 관한 것이다.

상기 본 발명의 목적은 고 방출 특성들을 갖는 저온 방출 캐소드를 이용하여 완전 컬러 공정 디스플레이 터미널을 발전시키는 것이다.

본 발명의 저온 방출막 캐소드는 유리로 이루어지며 상부에 위치된 나노결정 카본막 에미터를 갖는 절연 기판을 구비하며, 상기 에미터는 10^-9m 내지 10^-4m 범위내의 크기를 갖는 고온 물질의 분말 그레인들로 이루어진 모노층 형태로 구체화되며, 상기 그레인들은 나노결정 카본막으로 덮힌다. 본 발명의 평판 디스플레이 터미널은 정렬된 저온 방출 캐소드들의 시스템 중 하나상에서 평평한 유리판들을 구비하며, 상기 캐소드들은 나노결정 카본막으로 덮혀진 10^-9m 내지 10^-4m 범위내의 크기를 갖는 고온 저항성 물질의 분말 그레인들로 이루어진 모노층으로 코팅된 버스바(busbar) 형태로 구체화된다. 분말 그레인들은 실리콘, 다이아몬드, 실리콘 탄화물, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈륨, 티타늄 및 그들의 합금과 같은 족에 속하는 물질로 이루어진다. 그 판들은 한장의 유리 형태로 구체화된다.

적어도 하나의 그리드가 캐소드 및 애노드 사이에서 배열될 수 있다.

상기 발명은 디스플레이 터미널의 봉함 및 진공을 위한 표준 공정의 이용을 부가하고 값싼 유리 및 심지어 폴리머들을 이용하여 디스플레이 터미널의 캐소드조립품을 제조할 수 있게 한다.

Description

저온 방출 캐소드 및 평판 디스플레이{Cold emission cathode and flat display terminal}

디스플레이는 팁 형태의 실리콘, 몰리브덴 또는 다른 도전 물질로 제조되는 저온 방출 캐소드를 구비하는 것으로 공지되어 있다[I.Brodie, P.R.Schwoebel, Proceedings of the IEEE, 1994, v.82, n.7, p.1006]. 그러나 그러한 캐소드들은 매우 값이 비싸며 그들의 방출 특성들은 안정되지 못하다.

디스플레이는 상기 저온 방출 캐소드가 기판 및 기판상의 에미터 형태로 제조되며, 그 에미터는 레이저 스퍼터링 방법으로 제조된 비정질 다이아몬드 막으로 이루어지는 것으로 공지되어 있다[다이아몬드에 기초한 전계 방출 평판 디스플레이. 고체 기술, 1995년 5월, 71 페이지]. 비정질 다이아몬드 막들은 고전원 레이저에 의해 흑연 타겟으로부터 증발된 카본 저온 기판상에서 증착으로 제조된다. 그러한 막들에서의 고유한 결점은 방출 중심의 저밀도(전계 20V/micron 에서 평방미터당 ~10³)이며 256 색조의 등급들을 갖는 완전 컬러 모니터를 만들기에 불충분하다는 것이다. 또한 크기를 증가시키는데 난점, 비용, 복잡성과 같은 결점들을 언급할 수있다.

저온 방출막 캐소드는 기판 및 기판상의 에미터 형태로 제조되며, 그 에미터는 나노결정 카본(다이아몬드)막으로 이루어지는 것으로 공지되어 있다[96년 12월 3일자 미국 특허번호 06042900]. 그러한 캐소드는 나노결정 카본(다이아몬드)막에서 방출 중심의 밀도가 10⁵이상이고 방출 임계값이 5-8 V/micron 이며 전류가 1A/cm²이기 때문에 고품질 완전 컬러 모니터를 제조하는데 충분한 방출 특성들을 가진다. 그러나, 그러한 막들의 증착 기술은 유리기판을 사용하는 것을 제외하고는 700℃ 이상의 온도까지 기판들을 가열하는 것을 필요로 한다.

본 발명은 고효율 저온 방출 캐소드들 및 그에 기초한 완전 컬러 평판 디스플레이들의 기술분야에 관한 것이다.

본 발명은 저온 방출 캐소드를 기초로 한 다이오드 설계로 제조되는 평판 디스플레이의 설계를 보이는 도면으로 설명되며, 여기서 도 1은 캐소드의 개략적인것을 도시하는 것이고, 도 2는 행들에 따른 도면을 도시하며, 도 3은 열들에 따른 디스플레이의 도면을 도시하는 것이다.

제안된 발명의 목적은 기술 혁신적이며 값싼 제조 비용, 고 방출 특성들을 갖는 저온 방출막 캐소드의 발전에 있다.

디스플레이의 봉함 및 진공을 위한 모든 요건들을 충족시키는 기술 혁신적인 물질이며 가장 값싼 것이 유리라는 것은 중요하며, 또한 방법들에서도 유리를 식각하거나 그 위에 금속화(metallization)를 적용하는 것이 이미 개발되고 있으며 이러한 캐소드에 기초한 완전 컬러 디스플레이를 만드는데 유리를 이용하거나 또는 심지어 폴리머 기판들을 이용할 수 있다.

제안된 저온 방출막 캐소드에서, 유전체 기판 및 기판상의 나노결정 카본막 에미터로 구성하며, 상기 에미터는 나노결정 카본막으로 코팅된 고온 물질의 분말의 그레인들(grains)로 이루어진 모노층 형태로 제조된다. 분말의 그레인 크기는10^-9m 내지 10^-4m 범위내에서 선택된다.

상기 분말은 다음 물질들에서 선택된다: 실리콘, 다이아몬드, 실리콘 탄화물(silicon carbide), 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈륨, 티타늄 또는 그들의 합금. 금속층은 기판 및 에미터 사이에 넣어질 수 있다.

제안된 평판 디스플레이는 패널들 중 하나상에 위치되며 캐소드들이 상기 캐소드들상에 나노결정 카본막 에미터들을 갖는 평행한 도전 배선들 형태로 만들어지는 평행한 저온 방출 캐소드들의 시스템과 상기 패널의 반대편에 위치된 애노드들의 시스템 사이의 간극내에 평행한 유전체 패널들을 구비하며,

상기 에미터는 다음과 같은 물질들 중에서 선택된 고온 물질의 분말 그레인으로 된 모노층의 형태로 제조되며: 실리콘, 다이아몬드, 실리콘 탄화물, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈륨, 티타늄 또는 그들의 합금, 그리고 10^-9m 내지 10^-4m 범위내에서 분말의 그레인 크기를 가지며, 나노결정 카본막으로 코팅된다. 상기 패널들은 유리판들의 형태로 제조될 수 있다. 캐소드들(cathodes) 및 애노드들(anodes)는 열과 행의 시스템을 형성한다. 디스플레이는 다이오드(diode) 설계 또는 캐소드 및 애노드 사이에 위치된 부가적인 그리드들을 구성하는 것 중 어느 하나로 제조될 수 있다.

캐소드는 기판 위에 위치된 에미터를 갖는 기판(1)상에서 제조되며, 에미터는 나노결정 카본 함유막(3)으로 코팅된 그레인들의 모노층(2) 형태로 제조된다.

디스플레이는 두개의 유리 패널들(4 및 5)을 구비한다. 평행 도전 배선들(6)은 그 위에 위치되는 에미터들(7)을 갖고서 저온 방출 캐소드들로 동작하며 상기 패널들(4) 중 하나상에 위치되며, 에미터들은 나노결정 카본막으로 코팅된 분말 그레인들의 모노층의 형태로 제조된다. 애노드들(8)의 시스템이 반대편의 유리 패널(5)상에 위치하며, 애노드들은 인(phosphor) 층으로 코팅된다. 캐소드들 및 애노드들 간의 거리는 스페이서(10)의 크기에 의해 결정된다.

트라이오드(triode) 설계로 디스플레이를 제조할 때, 캐소드들 및 애노드들 사이에 하나의 그리드가 위치한다. 이러한 그리드의 주 기능은 방출 전류를 제어하는 것이다. 더욱 적은 하한에서 그리드 및 기판 표면 사이의 거리는 캐소드의 거칠기로 한정되며 더욱 높은 상한에서 제어 전압의 크기로 한정된다.

방출막의 증착이 600℃ - 900℃의 범위이내의 온동서 제조될 때, 분말의 가열은 고 방출막의 증착 기술의 조건에 따른다. 따라서, 분말 물질은 약 1000℃ 까지의 고온에서 견디는 저항 조건, 방출막의 고 점착, 수소 및 카본 함유 가스의 흐름에서 저 스퍼터링(sputtering) 및 화학 반응도를 고려하여 선택된다. 분말 입자들의 크기 및 분산은 그리드 및 캐소드 사이에서 적합한 최소 거리에 의해 그리고또한 기술 혁신적이고 경제적인 작업들에 의해 결정된다. 명백하게, 분말 입자들이 그리드 및 캐소드 사이 거리보다 명백히 더 작게 되어야 한다.

제안된 캐소드의 방출 특성들은 수행되어지고 있다. 실리콘 분말은 10 마이크론 이하의 입자 크기로 사용된다. 분말로된 박층은 기판 홀더의 표면을 따라서 분포되며 증착 공정이 수행된다. 전자를 주사하고 현미경 및 X-선 회절기를 통과하여 주사함으로써 나노결정 카본막의 분말 그레인 표면상에 존재를 검토하여 확인한다. 그 후, 제조된 분말은 은 반죽을 이용하여 실리콘 기판상에 적용된다. 그 후, 제조된 캐소드의 방출 특성들은 표준 테스팅 절차에 따른 인 스크린을 갖는 다이오드 테스터로 측정된다. 이들 데이터로부터 방출 임계값이 바로 마이크론 당 수 볼트라는 것이 도출된다. 인 발광 데이터로부터 전자 방출이 캐소드 표면을 따라 균일하게 분포되도록 도출된다. 10 mA/cm²이상의 전류 밀도가 달성된다.

제안된 장치는 저온 방출 캐소드를 사용한 디스플레이의 캐소드 조립품을 제조하는데 값싼 유리 및 심지어 폴리머들의 이용 및 디스플레이의 봉함 및 진공을 위한 표준 기술들의 이용을 가능케 한다.

Claims (8)

1. 저온 방출막 캐소드에 있어서,

   유전체 기판 형태로 상기 기판상에 위치하는 나노결정 카본막 에미터를 구비하며,

   상기 에미터는 나노결정 카본막으로 코팅된 고온 물질의 분말 그레인들로 이루어진 모노층 형태로 제조되며, 상기 분말의 그레인들은 10^-9m 내지 10^-4m 범위내의 크기를 갖는 저온 방출막 캐소드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 분말 그레인들은 실리콘, 다이아몬드, 실리콘 탄화물, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈륨, 티타늄 또는 그들의 합금 중 하나로 형성되는 저온 방출막 캐소드.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 유전체 기판은 유리로 형성되는 저온 방출막 캐소드.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판 및 에미터 사이에 금속층이 위치하는 저온 방출막 캐소드.
5. 평판 디스플레이에 있어서,

   패널들 중 하나상에 위치되며 캐소드들이 상기 캐소드들상에 나노결정 카본막 에미터들을 갖는 평행한 도전 배선들 형태로 만들어지는 평행한 저온 방출 캐소드들의 시스템과 상기 패널의 반대편에 위치된 애노드들의 시스템 사이의 간극내에 평행한 유전체 패널들을 구비하며,

   상기 에미터는 나노결정 카본막으로 코팅된 고온 물질의 분말 그레인들로 이루어진 모노층 형태로 제조되며, 상기 분말의 그레인들은 10^-9m 내지 10^-4m 범위내의 크기를 갖는 평판 디스플레이.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 패널들은 유리판 형태들로 형성되는 평판 디스플레이.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 분말 그레인들은 실리콘, 다이아몬드, 실리콘 탄화물, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈륨, 티타늄 또는 그들의 합금 중 하나로 형성되는 평판 디스플레이.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 캐소드 및 애노드 사이에 하나 이상의 그리드가 위치하는 평판 디스플레이.