KR20030088302A - 전계방출 표시소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스페이서에 의한 전계 왜곡을 방지할 수 있는 전계방출 표시소자에 관한 것이다.

본 발명의 전계방출 표시소자는 상부기판과 하부기판 사이를 이격시키는 스페이서를 구비하는 전계방출 표시소자에 있어서, 하부기판과 접촉되는 스페이서의 하면에 형성됨과 아울러 하면과 연결되도록 측면 일부분에 설치되는 그라운드전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

전계방출 표시소자{FIELD EMISSION DISPLAY}

본 발명은 전계방출 표시소자에 관한 것으로, 특히 스페이서에 의한 전계 왜곡을 방지할 수 있는 전계방출 표시소자에 관한 것이다.

최근들어, 음극선관(Cathode Ray Tube : CRT)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판표시장치에는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : LCD), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display : 이하 "FED"라 함) 및 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel : PDP), 일렉트로 루미네센스(Electro-Luminescence : EL) 등이 있다. 표시품질을 개선하기 위하여, 평판표시장치의 휘도, 콘트라스트 및 색순도를 높이기 위한 연구개발이 활발이 진행되고 있다.

이중 FED는 음극선관(CRT)과 동일하게 형광체의 발광을 이용한 표시소자이다. 이에 따라, FED는 음극선관(CRT)의 뛰어난 특성을 유지하면서도 화상의 뒤틀림 없는 저 소비전력의 평면형 디스플레이로 구현될 가능성이 높다.

일반적으로 FED는 종래의 음극선관(CRT)과 같은 3극관이지만 열음극(Hot Cathod)을 이용하지 않고 첨예한 음극 즉, 이미터(Emitter)에 고전계를 집중하여 양자역학적인 터널(Tunnel) 효과에 의해 전자를 방출하는 냉음극을 이용하고 있다. 그리고, 이미터로부터 방출된 전자는 양극 및 음극간에 인가된 전압에 의해 가속되어 양극에 형성된 형광체막에 충돌됨으로써 형광체를 발광시키게 된다.

도 1 및 도 2는 종래의 전계방출 표시소자를 나타내는 사시도 및 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 FED는 상부기판(2) 및 하부기판(8)과, 상부기판(2) 및 하부기판(8) 사이의 진공공간을 유지하는 스페이서(40)와, 하부기판(8) 상에 형성되는 전계방출 어레이(30)를

전계방출 어레이(30)는 도 3과 같이 하부기판(8) 상에 형성되는 캐소드전극(10)과, 캐소드전극(10) 상에 형성되는 게이트 절연층(14) 및 에미터(22)와, 게이트 절연층(14) 상에 형성되는 게이트전극(16)과, 전자를 집속하는 포커싱전극(20)과, 상기 게이트전극(16)과 포커싱전극(18)을 절연시키는 포커싱 절연층(18)을 구비한다.

게이트 절연층(14)은 캐소드전극(10)과 게이트전극(16) 사이를 절연하게 된다. 스페이서(40)는 상부 유리기판(2)과 하부 유리기판(8) 사이의 고진공 상태를유지할 수 있도록 상부 유리기판(2)과 하부 유리기판(8)을 지지한다.

캐소드전극(10)과 게이트전극(16)에 전압이 인가되면 강한 전계가 형성되며, 형성된 전계에 의해 에미터(22)로부터 양자역학적 터널링 현상에 의해 전자들(24)이 방출된다. 이때, 게이트 전극(16)은 전자를 인출시키기 위한 인출전극으로 이용된다. 방출된 전자(24)는 진공갭을 지나 애노드전극(4) 뒤에 위치한 적색·녹색·청색의 형광체(6)에 충돌하여 형광체(6)를 여기시킨다. 매트릭스 배열된 적색·녹색·청색의 형광체(6)에 의해 컬러풀한 화상이 구형된다.

게이트전극(16) 상에는 전자빔(24)을 포커싱하기 위한 포커싱전극(20)이 형성된다. 포커싱전극(20)과 게이트전극(16) 사이에는 포커싱 절연층(18)이 형성된다. 포커싱전극(20)에는 부극성(-)의 포커스전압이 인가되어 전자빔(30)을 목표 형광체(6)로 집속시킨다. 포커싱 절연층(18)은 포커싱전극(20)과 게이트전극(16)을 절연시킨다.

이러한 FED에서 높은 색순도와 휘도를 가지는 패널을 제작하기 위해서는 에미터(22)에서 방출된 전자가 그에 대응되는 형광체에 가속되어 충돌하여야만 한다. 만약 전자가 그 에미터에 해당하는 형광체와 충돌하지 못하고 인접한 형광체와 충돌하게 되면 인접한 형광체가 발광하게 되므로 색순도가 떨어지게 된다. 또한, 해당 형광체에서는 그만큼 휘도가 감소하여 어둡게 나타난다. 따라서, FED에서 전자빔은 캐소드전극 면에 수직하게 방출되어 해당 형광체만을 여기시켜야 한다.

이러한 전자빔은 근본적으로 등전위면에 수직하게 이동하는 힘을 받게 된다. 서로 평행하게 마주보고 있는 캐소드전극과 애노드전극 사이에 전압이 인가되면 상부기판과 하부기판 사이에는 두 기판과 평행한 등전위면이 형성되므로 전자빔은 하부기판과 수직하게 움직이게 된다. 그러나, 실제 FED에서는 이와 같은 전자빔의 이동을 방해하는 요소들이 작용하는데, 그 중에서 가장 대표적인 것이 스페이서(40)에 의한 전자빔의 왜곡이다. 종래의 FED에서 스페이서(40)는 전계를 유지하기 위해서 절연체로 형성되지만 전자빔의 확산으로 인하여 스페이서(40)가 대전된다. 다시 말하여, 스페이서(40)는 이차전자 방출계수가 "1"보다 크기 때문에 1개 이상의 전자가 방출되어 정극성(+)으로 대전되는 절연체이므로 전자빔(24)과 충돌된 스페이서(40)는 정극성으로 대전된다. 스페이서(40)가 대전되면 스페이서(40) 주변의 전계가 왜곡되어 원하는 휘도 또는 화상이 표시되지 못한다.

이와 같이 스페이서(40)의 대전을 방지하기 위하여 스페이서(40)의 옆면에 이차전자 방출계수가 낮은 물질을 증착하거나 스페이서(40)의 옆면에 전도성 박막을 증착하거나 또는 스페이서의 옆면에 금속전극의 띠를 형성시키는 방안이 제안된 바 있다.

한편, 공정 미스로 인하여 스페이서(40)와 하부기판(8) 사이에 미세 간격이 존재하게 되면 도 4에 도시된 바와 같이 이 미세 간격에 전계가 집중되어 아킹(arcing)이 발생하기 쉬워진다. 이는 스페이서(40)와 진공 간의 유전율 차이에 의해 전계가 집중된 것이다. 이러한 전계 집중을 방지하기 위하여 하부기판(8)과 접촉하는 스페이서(40)의 하면에 그라운드전극(42)을 형성하는 방안이 제안되었다. 스페이서(40) 하면에 그라운드전극(42)을 형성하는 경우 도 5에 도시된 바와 같이 스페이서(40)와 하부기판 사이의 미세 간격에서 전계의 집중이 일어나지 않게된다. 이에 따라, 우리가 원하고자하는 화상을 쉽게 구현할 수 있다. 나아가, 스페이서(40) 상에 대전 방지용 전도성 박막으로 형성된 그라운드전극()을 형성하면 스페이서(40)에 대전된 입자들이 외부로 빠져 나갈 수 있게 된다.

그러나, 상기와 같이 스페이서(40)의 하면에 그라운드전극(42)을 형성하는 경우 공정 상에서 그라운드전극(42)의 일부가 끊어지는 경우가 발생하게 된다. 스페이서(40)의 하단부에 그라운드전극(42)을 형성할 때 불순물이 부착되면 불순물에 의해 도 6에 도시된 바와 같이 그라운드전극(42)이 단절되는 경우가 발생한다. 또는 스페이서(40)를 상부기판 상에 형성시키는 경우에서 하단부의 그라운드전극(42) 일부가 손상되거나 스페이서(40) 일부 물질이 파손되는 경우에도 그라운드전극(42)이 손상을 받게 된다. 이와 같이 스페이서(40)의 그라운드전극(42)의 일부가 손상을 받게 되면 외부에서 그라운드전위를 가하여 주더라도 스페이서(40)의 일부분에만 그라운드전위가 가해지고 나머지 영역은 플로팅전위를 가지게 된다. 이런 경우, 의도하였던 그라운드전극(42)의 효과를 기대할 수 없으며 스페이서(40) 주위에서의 전계집중 발생 가능성이 높아지게 된다. 뿐만 아니라, 스페이서(40)에 대전된 입자를 제거하지 못하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 스페이서에 의한 전계 왜곡을 방지할 수 있는 전계방출 표시소자를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 전계방출 표시소자를 나타내는 사시도.

도 2는 종래의 전계방출 표시소자를 나타내는 단면도.

도 3은 도 2에 도시된 전계방출부를 나타내는 단면도.

도 4는 도 1에 도시된 스페이서에 의한 전계 왜곡을 나타내는 도면.

도 5는 종래의 다른 전계방출 표시소자의 스페이서를 나타내는 도면.

도 6은 도 5에 도시된 스페이서 하면의 단락 현상을 나타내는 도면.

도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전계방출 표시소자를 나타내는 도면.

도 8은 도 7에 도시된 스페이서를 나타내는 단면도.

도 9는 도 7에 도시된 스페이서를 나타내는 사시도.

도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전계방출 표시소자의 스페이서를 나타내는 단면도.

도 11은 도 10에 도시된 스페이서를 나타내는 사시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

2 : 상부기판4 : 애노드전극

6 : 형광체8 : 하부기판

10 : 캐소드전극14 : 게이트절연층

16 : 게이트전극18 : 포커싱 절연층

20 : 포커싱 전극22 : 에미터

24 : 전자30 : 전자빔

30 : 전계방출 어레이40, 50, 60 : 스페이서

52, 62, 64 : 전극

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 전계방출 표시소자는 상부기판과 하부기판 사이를 이격시키는 스페이서를 구비하는 전계방출 표시소자에 있어서, 하부기판과 접촉되는 스페이서의 하면에 형성됨과 아울러 하면과 연결되도록 측면 일부분에 설치되는 그라운드전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 상부기판과 접촉되는 상기 상부기판의 상면에 형성됨과 아울러 상기 상면과 연결되도록 상면의 측면 일부분에 설치되는 상부전극을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 그라운드전극에 기저전압이 공급되는 것을 특징으로 한다.

상기 상부기판 상에 애노드전압이 인가되는 애노드전극을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 상부전극에 애노드전압이 공급되는 것을 특징으로 한다.

이하 도 7 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 7 및 도 8을 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스페이서를 포함하는 전계방출 표시소자를 나타내는 도면이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 스페이서(50)는 상부기판(2)과 하부기판(8) 사이에 설치되어 상부기판(2)과 하부기판(8) 사이의 진공공간을 유지한다.

본 발명에 따른 다른 구성요소들에 대한 설명은 종래기술과 동일하므로 도 3을 참조하여 설명하면. 상부기판(2)에는 애노드전극(6) 및 형광체(4)가 형성된다.

하부기판(8)에는 캐소드전극(10)과, 캐소드전극(10) 상에 형성되는 게이트 절연층(14) 및 에미터(22)와, 게이트 절연층(14) 상에 형성되는 게이트전극(16)과, 전자를 집속하는 포커싱전극(20)과, 상기 게이트전극(16)과 포커싱전극(18)을 절연시키는 포커싱 절연층(18)을 구비한다.

게이트 절연층(14)은 캐소드전극(10)과 게이트전극(16) 사이를 절연하게 된다. 스페이서(40)는 상부 유리기판(2)과 하부 유리기판(8) 사이의 고진공 상태를 유지할 수 있도록 상부 유리기판(2)과 하부 유리기판(8)을 지지한다.

캐소드전극(10)과 게이트전극(16)에 전압이 인가되면 강한 전계가 형성되며, 형성된 전계에 의해 에미터(22)로부터 양자역학적 터널링 현상에 의해 전자들(24)이 방출된다. 이때, 게이트 전극(16)은 전자를 인출시키기 위한 인출전극으로 이용된다. 방출된 전자(24)는 진공갭을 지나 애노드전극(4) 뒤에 위치한 적색·녹색·청색의 형광체(6)에 충돌하여 형광체(6)를 여기시킨다. 매트릭스 배열된 적색·녹색·청색의 형광체(6)에 의해 컬러풀한 화상이 구형된다.

게이트전극(16) 상에는 전자빔(24)을 포커싱하기 위한 포커싱전극(20)이 형성된다. 포커싱전극(20)과 게이트전극(16) 사이에는 포커싱 절연층(18)이 형성된다. 포커싱전극(20)에는 부극성(-)의 포커스전압이 인가되어 전자빔(30)을 목표 형광체(6)로 집속시킨다. 포커싱 절연층(18)은 포커싱전극(20)과 게이트전극(16)을 절연시킨다.

스페이서(50)는 하부기판(8)과 접촉되는 영역에 스페이서(50)를 감싸도록 그라운드전극(52)이 설치된다. 이 그라운드전극(52)은 스페이서(50) 옆면의 일부분(52A)과 하면(52B)에 설치된다. 이와 같은 그라운드전극(52) 구조를 가지는 스페이서(50)는 종래와 대비하여 볼 때, 증착 공정시 먼지 등의 불순물의 영향으로 인한 전극 단락의 현상을 방지할 수 있다. 또한, 패키징(packaging) 공정시 스페이서(50)의 하면이 손상을 입더라도 스페이서(50)의 옆면에 형성된 전극은 정상적으로 구동될 수 있으므로 스페이서(50)의 옆면에 형성된 그라운드전극(52A)에 의해 그라운드전압이 정상적으로 인가될 수 있다.

이에 따라, 도 9에 도시된 바와 같이 스페이서(50) 주위에 전계 왜곡이 일어나지 않게 된다. 따라서, 우리가 원하고자하는 화상을 쉽게 구현할 수 있음과 아울러 나아가, 스페이서(50) 상에 대전 방지용 전도성 박막으로 형성된 그라운드전극(52)을 통해 스페이서(50)에 대전된 입자들이 외부로 빠져 나갈 수 있게 된다.

도 10 및 도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스페이서를 포함하는 전계방출 표시소자를 나타내는 도면이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 스페이서(60)는 상부기판(2)과 하부기판(8) 사이에 설치되어 상부기판(2)과 하부기판(8) 사이의 진공공간을 유지한다.

상부기판(2)에는 도시되지 않은 애노드전극 및 형광체가 형성된다.

하부기판(8)에는 도시되지 않은 캐소드전극 및 에미터 등이 형성된다.

본 발명의 제2 실시 예의 다른 구성요소들은 제1 실시 예와 동일하므로 이하 설명을 생략하기로 한다.

스페이서(60)는 상부기판(2)과 접촉되는 부위에 스페이서(60)를 감싸도록 상부전극(64)을 설치함과 아울러 하부기판(8)과 접촉되는 부위에 스페이서(60)를 감싸도록 그라운드전극(62)을 설치한다. 이때, 그라운드전극과 상부전극(62, 64)은 스페이서(60) 측면의 일부분(62A, 64A)은 물론 하면과 상면(62B, 64B)에 설치된다. 이와 같은 구조의 전극을 가지는 스페이서(60)는 종래와 대비하여 볼 때 옆면에 전극이 형성되므로 증착 공정시 먼지 등의 불순물의 영향으로 인하여 스페이서(60)의 하면에서 전극 단락이 되더라도 옆면의 전극은 정상적으로 구동될 수 있으므로 단락 현상을 방지할 수 있다. 또한, 패키징(packaging) 공정시 스페이서(60)의 하면이 손상을 입더라도 정상적으로 구동될 수 있다.

스페이서(60)에 형성된 그라운드전극(62)에는 그라운드전압이 인가되며, 상부전극(64)에는 애노드전압이 인가된다. 이 그라운드전위와 애노드전위의 전압차에 의해 스페이서(60)의 상부와 하부에 같은 크기이면서 반대 방향의 전계 효과가 발생된다. 이에 따라, 도 11에 도시된 바와 같이 스페이서(60) 주위에 전계 왜곡이 일어나지 않게 된다. 따라서, 우리가 원하고자하는 화상을 쉽게 구현할 수 있음과 아울러 나아가, 스페이서(60) 상에 대전 방지용 전도성 박막으로 형성된 그라운드전극(52)을 통해 스페이서(60)에 대전된 입자들이 외부로 빠져 나갈 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전계방출 표시소자는 스페이서의 상부와하부 일부분에 해당하는 옆면과 밑면에 그라운드전극을 형성시킨다. 이에 따라, 본 발명에 따른 전계방출 표시소자는 불순물에 의해 하면 전극이 단락되더도 스페이서 옆면의 그라운드전극에 그라운드전압이 정상적으로 인가될 수 있다. 다시 말하면, 본 발명에 따른 전계방출 표시소자는 스페이서 주위에 발생하는 전계왜곡을 방지할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 전계 방출 표시소자는 그라운드전극을 통해 스페이서에 대전된 입자들을 외부로 보내므로 스페이서가 대전되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전계방출 표시소자는 스페이서에 의한 전계의 왜곡을 방지하여 원하는 휘도 및 화상을 표시할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (5)

1. 상부기판과 하부기판 사이를 이격시키는 스페이서를 구비하는 전계방출 표시소자에 있어서,

   상기 하부기판과 접촉되는 상기 스페이서의 하면에 형성됨과 아울러 상기 하면과 연결되도록 측면 일부분에 설치되는 그라운드전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부기판과 접촉되는 상기 상부기판의 상면에 형성됨과 아울러 상기 상면과 연결되도록 상면의 측면 일부분에 설치되는 상부전극을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 그라운드전극에 기저전압이 공급되는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부기판 상에 고전압이 인가되도록 형성되는 애노드전극을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.
5. 제 2 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 상부전극에 애노드전압이 공급되는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자.