KR20030094495A - 할로우 방전형 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

캐소드 전극과 애노드 전극의 매트릭스 구동이 용이하고, 방전 가스가 충진되는 캐소드 전극의 공동(cavity) 구조를 개선하여 방전 가스의 플라즈마 방전 효율을 향상시키는 할로우 방전형 디스플레이 장치에 관한 것으로서,

후면 기판 위에 라인 패턴으로 형성되는 베이스 전극과; 베이스 전극 위 각자의 화소 영역에 배치되며 미세 공동을 갖는 캐소드 전극과; 캐소드 전극을 제외한 후면 기판의 전면에 형성되는 절연층 및 캐소드 전극 위에 형성되는 유전층과; 절연층과 유전층 위에서 베이스 전극과 수직으로 교차하는 라인 패턴으로 형성되어 자신과 평행한 캐소드 전극 어레이를 둘러싸는 애노드 전극을 포함하며, 캐소드 전극의 미세 공동이 유전층에 대향하여 제 1의 폭으로 형성되는 입구부와, 입구부 하단에서 입구부보다 큰 제 2의 폭으로 형성되는 확장부로 이루어지는 할로우 방전형 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

할로우 방전형 디스플레이 장치{DISPLAY DEVICE USING HALLOW DISCHARGE}

본 발명은 할로우 방전형 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방전 가스가 충진되는 캐소드 전극의 공동(cavity) 구조를 개선하여 방전 가스의 플라즈마 방전 효율을 향상시키는 할로우 방전형 디스플레이 장치에 관한 것이다.

일반적으로 마이크로-할로우 캐소드(micro-hallow cathode)를 이용한 할로우 방전형 발광원은 캐소드의 미세 공동에 방전 가스를 충전시키고, 캐소드와 애노드의 전압 차에 의해 상기 공동에 플라즈마 방전을 일으켜 자외선을 방출하는 발광원으로 잘 알려져 있다.

이와 관련하여 미국특허 제 6,016,027호 및 미국특허 제 6,139,384호가 할로우 방전형 발광원을 기반으로 한 마이크로방전(microdischarge) 램프와 이의 제조 방법을 개시하고 있으며, 할로우 방전형 발광원을 플라즈마 디스플레이 패널, 전계 방출 표시장치 등 평판 디스플레이 장치의 발광원으로 적용하기 위한 노력이 진행되고 있다.

그러나 선행 특허에 개시된 할로우 방전형 발광원은 전체가 단일 셀로 동작하는데 초점이 맞추어져 있으므로, 선행 특허에 개시된 캐소드와 애노드를 매트릭스 전극화하여 디스플레이 장치로 적용하는데 어려움이 있으며, 다음에 설명하는 구조적인 한계로 인해 방전 효율이 낮은 단점이 있다.

도 4는 종래 기술에 의한 할로우 방전형 발광원의 부분 확대 단면도로서, 발광원(1)은 실리콘과 같은 반도체 물질로 이루어지며 원통 모양의 미세 공동(3)을 갖는 캐소드(5)와, 캐소드(5) 표면에 형성되는 유전층(7)과, 유전층(7) 표면에 형성되는 애노드 레이어(9)를 포함하며, 공동(3) 내부에는 네온, 헬륨, 아르곤 또는 이들의 혼합 가스로 이루어지는 방전 가스가 충진된다.

이로서 캐소드(5)와 애노드 레이어(9) 사이에 소정의 직류 또는 교류 전압을 인가하면, 캐소드(5)의 공동(3)에서 플라즈마 방전이 일어나는데, 종래의 발광원(1)은 플라즈마 방전 과정에서 공동(3)에 포획된 방전 가스의 전자 또는 여기된 방전 가스의 에너지가 충분히 소실될 때까지 공동(3)에 머무르지 못하고 공동(3)을 이탈하는 확률이 높다.

따라서 종래의 할로우 방전형 발광원(1)은 플라즈마 방전 효율이 낮아 화면의 휘도가 낮고, 높은 구동 전압이 요구되어 디스플레이 장치의 발광원으로 적용하는데 어려운 점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 캐소드 전극과 애노드 전극의 매트릭스 구동이 가능하고, 방전 가스의 전자 또는 여기된 방전 가스의 에너지가 충분히 소실될 때까지 공동에 머무르게 하여 플라즈마 방전 효율을 높이는 할로우 방전형 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 부분 단면도.

도 2는 도 1에 도시한 디스플레이 장치 중 후면 기판의 평면도.

도 3은 도 1의 부분 확대도.

도 4는 종래 기술에 의한 할로우 방전형 발광원의 부분 확대 단면도.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

후면 기판 위에 라인 패턴으로 형성되는 베이스 전극과, 베이스 전극 위 각자의 화소 영역에 배치되며, 전면 기판을 향해 일단이 개방된 미세 공동을 갖는 캐소드 전극과, 캐소드 전극을 제외한 후면 기판의 전면에 형성되는 절연층 및 상기 캐소드 전극 위에 미세 공동을 개방시키며 위치하는 유전층과, 절연층과 유전층 위에서 베이스 전극과 수직으로 교차하는 라인 패턴으로 형성되어 자신과 평행한 캐소드 전극 어레이를 둘러싸는 애노드 전극을 포함하며,

상기 캐소드 전극의 미세 공동이 유전층에 대향하여 제 1의 폭으로 형성되는 입구부와, 입구부 하단에서 입구부보다 큰 제 2의 폭으로 형성되는 확장부로 이루어지는 할로우 방전형 디스플레이 장치를 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 부분 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 디스플레이 장치 중 후면 기판의 평면도이다.

도시한 바와 같이, 디스플레이 장치는 내부 공간을 갖도록 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 전, 후면 기판(2, 4)을 포함하며, 후면 기판(4)에는 캐소드 전극(6)의 미세 공동(8)에 플라즈마 방전을 일으켜 자외선을 방출하는 구성이, 그리고 전면 기판(2)에는 자외선으로 형광막(10)을 여기시켜 소정의 이미지를 구현하는 구성이 제공된다.

보다 구체적으로, 상기 후면 기판(4)에는 다수의 베이스 전극(12)이 도면의 Y축 방향을 따라 라인 패턴으로 형성되고, 베이스 전극(12) 위 각자의 화소 영역에 미세 공동(8)을 갖는 캐소드 전극(6)이 위치하며, 캐소드 전극(6)을 제외한 후면 기판(4)의 전면으로 캐소드 전극(6)보다 높은 두께를 갖는 절연층(14)이 형성된다.

그리고 절연층(14) 위에는 다수의 애노드 전극(16)이 베이스 전극(12)과 수직하게 배열된 일련의 캐소드 전극 어레이를 둘러싸면서 도면의 X축 방향을 따라 라인 패턴으로 형성되어 베이스 전극(12)과 수직으로 교차하며, 베이스 전극(12)과 애노드 전극(16)의 교차 지점이 화소 영역을 이룬다.

이 때, 캐소드 전극(6) 위에는 유전층(18)이 형성되어 캐소드 전극(6)과 애노드 전극(16)을 전기적으로 절연시키며, 유전층(18)과 애노드 전극(16)에는 캐소드 전극(6)의 미세 공동(8)에 대응하는 홀부(18a, 16a)가 형성되어 미세 공동(8)을 개방시킨다.

바람직하게, 상기 캐소드 전극(6)은 실리콘과 같은 반도체 물질로 이루어지거나, 은(Ag) 페이스트를 스크린 인쇄하고 소성한 후막 도전체로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 유전층(18)은 실리콘 다이옥사이드, 글래스 또는 실리콘 나이트라이드로 이루어지고, 애노드 전극(16)은 크롬(Cr) 등의 금속 박막으로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 전면 기판(2)에는 자외선에 의해 여기되어 가시광을 방사하는 형광막(10)이 형성되고, 전, 후면 기판(2, 4)은 격벽(20)에 의해 일정한 셀 갭을 유지하면서 일체로 밀봉 조립되며, 전, 후면 기판(2, 4) 사이의 내부 공간에는 1∼900torr 압력의 방전 가스가 충진된다.

상기 방전 가스에는 아르곤, 아르곤과 크세논(1∼10부피%)의 혼합 가스, 네온, 헬륨과 네온(1∼40중량%) 및 크세논(1∼10부피%)의 혼합 가스, 헬륨과 크세논(1∼20부피%)의 혼합 가스 등이 사용될 수 있다.

상기 구성에 의해, 베이스 전극(12)과 애노드 전극(16) 사이에 소정의 직류 또는 교류 전압을 인가하면, 캐소드 전극(6)이 베이스 전극(12)과 동일 전위를 유지하여 캐소드 전극(6)과 애노드 전극(16) 사이의 전압 차에 의해 캐소드 전극(6)의 미세 공동(8)에서 플라즈마 방전이 일어나 자외선을 방출하고, 이 자외선이 형광막(10)을 여기시켜 가시광을 방사하도록 한다.

이와 같이 본 실시예에 의한 디스플레이 장치는 전술한 전극 구조를 통해 캐소드 전극(6)과 애노드 전극(16)의 매트릭스 구동이 가능해지며, 다음에 설명하는 캐소드 전극(6)의 미세 공동(8) 구조를 통해 플라즈마 방전 효율을 극대화시킨다.

도 3은 도 1의 부분 확대도로서, 캐소드 전극(6)은 캐소드 전극(6)의 높이 방향(도면의 Z축)을 따라 상, 하간의 직경 또는 폭이 서로 다른 미세 공동(8)을 형성한다.

즉, 캐소드 전극(6)의 미세 공동(8)은 도면의 Z축 방향을 따라 H1의 높이를 가지며, 유전층(18)이 위치하는 캐소드 전극(6)의 상측에서 A1의 직경을 갖는 입구부(8A)와, 입구부(8A) 하단에 위치하면서 A2의 직경을 갖는 확장부(8B)로 이루어지고, 입구부(8A)와 확장부(8B)는 일례로 원통 형상으로, 확장부(8B)의 직경(A2)이 입구부(8A)의 직경(A1)보다 크게 이루어진다.

이와 같이 입구부(8A)의 직경(A1)이 확장부(8B)의 직경(A2)보다 작게 이루어지면, 미세 공동(8)에서 플라즈마 방전이 이루어질 때, 방전 가스의 전자 또는 여기된 가스 원자들이 좁아진 입구부(8A)에 의해 미세 공동(8) 바깥으로 이탈하는 확률이 낮아지게 된다.

따라서 본 실시예에 의한 캐소드 전극(6)은 전술한 미세 공동(8) 구조에 의해 캐소드 전극(6)의 표면적이 증가하여 가스 반응율이 높아지며, 방전 가스의 전자 또는 여기된 가스 원자의 에너지가 소멸될 때까지 방전 가스를 미세 공동(8)에 머무르게 하여 방전 효율을 높인다.

바람직하게, 상기 미세 공동(8)의 입구부(8A)와 확장부(8B)는 다음의 조건을 만족하도록 형성된다.

0.5 ≤A1/A2 ≤0.9

이것은 A1/A2가 0.5 미만이면, 애노드 전극(16)의 전압이 미세 공동(8) 내부로 영향을 미치지 못하여 디스플레이 장치의 구동 전압이 올라가고, 플라즈마 방전에 의해 생성된 자외선이 미세 공동(8) 바깥으로 방출되는 영역이 좁아져 화면의 휘도가 낮아지며, A1/A2가 0.9를 초과하면, 방전 가스가 미세 공동(8) 바깥으로 이탈하는 확률이 높아져 방전 효율이 낮아지기 때문이다.

그리고 미세 공동(8)의 입구부(8A)와 확장부(8B)는 미세 공동(8)의 전체 높이 H1에 대하여 캐소드 전극(6)의 높이 방향을 따라 각각 H2와 H3의 높이를 가지며, 바람직하게 상기 입구부(8A)와 확장부(8B)는 다음의 조건을 만족하도록 형성된다.

0.05 ≤H2/H3 ≤0.5

이것은 H2/H3가 0.05 미만이면, 입구부(8A)의 높이가 충분하지 못하여 캐소드 전극(6)의 구조적인 안정성이 저하되며, H2/H3가 0.5를 초과하면, 확장부(8B)의 높이 감소로 캐소드 전극(6)의 방전 체적이 감소하여 플라즈마 방전 효율이 낮아지기 때문이다.

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.

이와 같이 본 발명에 따르면, 캐소드 전극과 애노드 전극의 매트릭스 구동이 용이하고, 플라즈마 방전 과정에서 방전 가스들을 미세 공동에 머무르게 하여 플라즈마 방전 효율을 향상시킨다. 그 결과 본 발명은 화면의 휘도를 높이고, 구동 전압을 낮추는 효과를 갖는다.

Claims (5)

1. 후면 기판 위에 라인 패턴으로 형성되는 베이스 전극과;

   상기 베이스 전극 위 각자의 화소 영역에 배치되며, 전면 기판을 향해 일단이 개방된 미세 공동을 갖는 캐소드 전극과;

   상기 캐소드 전극을 제외한 후면 기판의 전면에 형성되는 절연층 및 상기 캐소드 전극 위에 미세 공동을 개방시키며 위치하는 유전층과;

   상기 절연층과 유전층 위에서 베이스 전극과 수직으로 교차하는 라인 패턴으로 형성되어 자신과 평행한 캐소드 전극 어레이를 둘러싸는 애노드 전극과;

   상기 애노드 전극에 대향하는 전면 기판의 일면에 형성되는 형광막; 및

   상기 캐소드 전극의 미세 공동을 포함한 전, 후면 기판 사이의 내부 공간에 충진되는 방전 가스를 포함하며,

   상기 캐소드 전극의 미세 공동이,

   상기 유전층에 대향하여 제 1의 폭으로 형성되는 입구부와;

   상기 입구부 하단에서 입구부보다 큰 제 2의 폭으로 형성되는 확장부로 이루어지는 할로우 방전형 디스플레이 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 캐소드 전극이 제 1의 직경을 갖는 원통형의 입구부와, 제 2의 직경을 갖는 원통형의 확장부를 형성하는 할로우 방전형 디스플레이 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 유전층과 애노드 전극이 미세 공동의 입구부에 대응하는 원형의 홀부를 형성하여 캐소드 전극의 미세 공동을 개방시키는 할로우 방전형 디스플레이 장치.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 캐소드 전극이 다음의 조건을 만족하는 할로우 방전형 디스플레이 장치.

   0.5 ≤A1/A2 ≤0.9

   여기서, A1은 미세 공동 입구부의 직경을 나타내고, A2는 미세 공동 확장부의 직경을 나타낸다.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 캐소드 전극이 다음의 조건을 만족하는 할로우 방전형 디스플레이 장치.

   0.05 ≤H2/H3 ≤0.5

   여기서, H2는 캐소드 전극의 높이 방향에 따른 미세 공동 입구부의 높이를 나타내고, H3는 캐소드 전극의 높이 방향에 따른 미세 공동 확장부의 높이를 나타낸다.