KR20050030435A - 전계 방출 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1, 2 기판과 유사한 열팽창 계수를 갖는 금속의 메쉬 그리드를 구비하여 메쉬 그리드와 제1, 2 기판의 열팽창 계수 차이에 의한 미스-얼라인을 방지하는 전계 방출 표시장치에 관한 것으로서,

제1 기판 상에서 절연층을 사이로 서로 절연 상태로 제공되는 캐소드 전극들 및 게이트 전극들과; 캐소드 전극 상에 형성되며, 전자 방출 물질로 이루어지는 에미터들과; 제2 기판 상에 제공되는 적어도 하나의 애노드 전극과; 애노드 전극 상에 위치하는 적색, 녹색 및 청색의 형광층들과; 제1, 2 기판 사이에 배치되고 에미터에서 방출된 전자들이 통과하는 홀들을 구비하는 메쉬 그리드를 포함하며, 메쉬 그리드가 Cr을 2.0∼10.0 중량% 함유하는 철-니켈계 합금으로 이루어지는 전계 방출 표시장치를 제공한다.

Description

전계 방출 표시장치{FIELD EMISSION DISPLAY DEVICE}

본 발명은 전계 방출 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전, 후면 기판과 유사한 열팽창 계수를 가지면서 에미터로부터 방출된 전자들을 집속시키는 금속의 메쉬 그리드를 구비한 전계 방출 표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 전계 방출 표시장치(FED; field emission display)는 양자역학적인 터널링 효과를 이용하여 캐소드 전극에 마련된 에미터로부터 전자를 방출시키고, 방출된 전자를 애노드 전극에 마련된 형광층에 충돌시켜 이를 발광시킴으로써 소정의 영상을 구현하는 표시장치로서, 캐소드 전극과 게이트 전극 및 애노드 전극을 구비한 3극관 구조가 널리 사용되고 있다.

통상의 3극관 구조에서는 캐소드 전극과 게이트 전극을 구비하는 후면 기판과, 애노드 전극을 구비하는 전면 기판이 프릿(frit)과 같은 밀봉재에 의해 일체로 접합되어 진공 용기를 구성하며, 진공 용기 내부에는 다수의 스페이서가 장착되어 전, 후면 기판을 일정한 간격으로 유지시킨다.

그런데 상기한 구성의 전계 방출 표시장치는 진공 용기 내부에서 아크 방전이 발생하는 경우가 있는데, 아크 방전은 진공 용기 내부에서 발생하는 아웃개싱(outgassing) 등에 의해 순간적으로 많은 가스가 이온화되면서 일어나는 방전 현상에 기인한 것으로 추정되고 있다. 통상적으로 아크 방전은 애노드 전압이 높아짐에 따라 더욱 심하게 발생하며, 아크 방전시 애노드 전극과 게이트 전극이 전기적으로 단락되어 게이트 전극이 손상되는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 전, 후면 기판 사이에 금속의 메쉬 그리드를 장착한 전계 방출 표시장치가 제안되었다. 메쉬 그리드는 아크 방전이 발생한 경우, 그 피해가 후면 기판에 마련된 전극들에 영향을 미치지 않도록 하며, 방출 전자의 집속을 향상시키는 역할을 한다. 종래의 메쉬 그리드는 통상 인바(INVAR) 재질로 이루어지며, 본 발명의 출원인은 대한민국 공개특허공보 2001-081496호에 메쉬 그리드의 장착 구조를 개시하였다.

상기한 선출원 특허의 내용을 개략적으로 살펴보면, 메쉬 그리드는 홀더에 의해 전면 기판에 설치되고, 메쉬 그리드의 절개부에는 요철형 스페이서의 돌출부가 삽입되어 양 기판이 스페이서에 의해 일정한 간격으로 지지된다. 또한 메쉬 그리드는 도전 페이스트를 통해 그리드 단자와 연결되어 전자빔 집속에 필요한 전압을 인가받는다.

그런데 상기한 구성의 전계 방출 표시장치에 의하면, 금속의 메쉬 그리드를 전면 기판의 애노드 전극과 얼라인 조정하고, 소성 공정을 거쳐 메쉬 그리드를 고정한 다음, 후면 기판의 캐소드 전극과 얼라인 조정할 때에, 소성 공정시 발생하는 금속과 유리 기판의 열팽창 계수 차이로 인해 메쉬 그리드와 후면 기판이 미스-얼라인되는 문제가 발생한다.

이와 같이 메쉬 그리드가 미스-얼라인되면, 에미터에서 방출된 전자는 선택된 발광 영역이 아닌 근접된 영역의 형광층에 부딪히게 되어 색순도가 저하되는 문제가 발생한다. 따라서 종래에는 메쉬 그리드가 소성 공정시 미스-얼라인되는 것을 감안하여 메쉬 그리드를 보상 설계하게 되는데, 보상 설계는 그 과정이 번거로울 뿐만 아니라 보상 설계를 통한 품질 관리에는 일정한 한계가 있다.

또한, 전계 방출 표시장치는 구동시 게이트 전극과 메쉬 그리드에 각각 펄스 전압과 DC 전압을 인가하는데, 전술한 장착 구조의 메쉬 그리드에서는 진동에 의해 노이즈가 발생할 수 있으며, 메쉬 그리드 자체의 하중에 의해 처짐 현상이 발생할 수 있는 문제를 안고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전, 후면 기판과 유사한 열팽창 계수를 갖는 금속의 메쉬 그리드를 구비하여 메쉬 그리드와 전, 후면 기판의 열팽창 계수 차이에 의한 오정렬을 방지할 수 있는 전계 방출 표시장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 메쉬 그리드의 개선된 장착 구조를 제공함과 아울러, 후면 기판과의 부착력이 강화된 메쉬 그리드를 구비하여 메쉬 그리드의 진동에 의한 노이즈 발생을 최소화할 수 있는 전계 방출 표시장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

밀봉재에 의해 접합되어 진공 용기를 구성하는 제1 및 제2 기판과, 제1 기판 상에서 절연층을 사이로 서로 절연 상태로 제공되는 캐소드 전극들 및 게이트 전극들과, 캐소드 전극 상에 형성되는 에미터들과, 제2 기판 상에 제공되는 적어도 하나의 애노드 전극과, 애노드 전극 상에 위치하는 적색, 녹색 및 청색의 형광층들과, 진공 용기 내부에 설치되고, 에미터에서 방출된 전자들이 통과하는 홀들을 구비하는 메쉬 그리드를 포함하며, 메쉬 그리드가 Cr을 2.0∼10.0 중량% 함유하는 철-니켈계 합금으로 이루어지는 전계 방출 표시장치를 제공한다.

바람직하게, 메쉬 그리드는 Ni을 40.0∼44.0 중량%, Fe을 49.38∼53.38 중량%, Cr을 2.0∼10.0 중량%, Mn을 0.2∼0.4 중량%, C를 0.07 중량% 이하, Si을 0.3 중량% 이하 및 기타 불가피한 불순물을 함유한다.

상기 메쉬 그리드는 하면에 절연막이 도포되고, 프릿에 의해 게이트 전극들 위에 고착되며, 메쉬 그리드의 각 홀은 각 형광층의 색상과 일대일로 대응한다. 또한, 메쉬 그리드에는 스페이서의 설치 위치를 표시하는 스페이서 홀더가 제공되며, 스페이서 홀더는 스페이서의 단부가 삽입되는 홀 형태로 제공된다.

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

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 부분 단면도이다.

도면을 참고하면, 전계 방출 표시장치는 프릿과 같은 밀봉재에 의해 일체로 접합되어 진공 용기를 구성하는 제1 및 제2 기판(2, 4)과, 제1 기판(2)의 일면에 제공되는 라인 패턴의 캐소드 전극(6)과, 절연층(8)을 사이로 캐소드 전극(6)과 수직으로 교차 형성되는 라인 패턴의 게이트 전극(10)과, 제2 기판(4)의 일면에 제공되는 애노드 전극(12)을 포함한다.

상기 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)이 교차하는 화소 영역에는 게이트 전극(10)과 절연층(8)을 관통하는 복수의 게이트 홀(14)이 마련되고, 게이트 홀(14)에 의해 노출된 캐소드 전극(6) 표면에는 전자 방출 물질로 이루어진 에미터(16)가 위치한다.

본 발명에서 에미터(16)는 카본계 물질, 가령 카본 나노튜브(carbon nanotube), 흑연, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(DLC; diamond like carbon), C₆₀(fulleren) 또는 이들의 조합으로 이루어지며, 본 실시예에서는 카본 나노튜브를 적용하고 있다.

상기 애노드 전극(12)은 제2 기판(4)의 내면 전체에 형성되거나, 캐소드 전극(6)과 동일한 방향의 라인 패턴으로 이루어질 수 있다. 편의상 애노드 전극(12)이 라인 패턴인 경우는 도시를 생략하였다. 이러한 애노드 전극(12)의 일면에는 에미터(16)에서 방출된 전자가 충돌할 때에 발광하여 가시광을 내는 적색, 녹색 및 청색의 형광층(18)이 제공된다.

아울러, 진공 용기 내부에는 본 발명에 의한 금속의 메쉬 그리드(20)가 설치된다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 메쉬 그리드의 부분 정면도이고, 도 3은 도 2의 I-I선 단면도이다.

도면을 참고하면, 본 실시예에서 메쉬 그리드(20)는 형광층(18)의 각 색상 단위로 개구된 홀(20a)들을 구비하며, 메쉬 그리드(20)의 하면에는 일련의 홀(20a)들 사이로 스크린 프린팅 등의 후막 공정에 의해 형성된 절연막(22)이 제공된다.

상기 구성의 메쉬 그리드(20)는 프릿(24)에 의해 게이트 전극(10) 위에 고정 설치되며, 메쉬 그리드(20)에는 스페이서(26)가 설치되어 제2 기판(4)과 메쉬 그리드(20)를 지지한다. 이 때, 스페이서(26)의 설치 위치를 표시하기 위해 메쉬 그리드(20)에는 스페이서(26)의 단부가 삽입되는 홀 형태의 스페이서 홀더(20b)가 구비된다.

본 실시예에서 메쉬 그리드(20)는 Cr을 2.0∼10.0 중량% 함유하는 철-니켈계 합금으로 이루어지며, 종래 메쉬 그리드의 재질인 인바(INVAR)보다 낮은 열팽창 계수를 갖는다. 참고로, 인바의 열팽창 계수는 대략 1.2×10^-6 /℃이다. 특히 본 실시예에서 메쉬 그리드(20)는 유리 재질인 제1, 2 기판(2, 4)의 열팽창 계수(9.0∼10.0×10^-6 /℃)와 유사 또는 동일한 열팽창 계수를 갖는다.

보다 구체적으로, 메쉬 그리드(20)는 Ni을 40.0∼44.0 중량%, Fe을 49.38∼53.38 중량%, Cr을 2.0∼10.0 중량%, Mn을 0.2∼0.4 중량%, C를 0.07 중량% 이하, Si을 0.3 중량% 이하 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 철-니켈계 합금으로 이루어지며, 9.1∼9.8×10-6 /℃의 열팽창 계수를 나타낸다.

이와 같이 메쉬 그리드(20)가 종래의 인바보다 낮은 열팽창 계수를 갖는 철-니켈계 합금으로 이루어짐에 따라, 메쉬 그리드(20)는 다음에 설명하는 소성 공정시 발생하는 열 응력을 줄이는데 효과적이며, 제1, 2 기판(2, 4)과 열팽창 계수가 유사하여 제1 기판(2)에 고착시 얼라인 변화를 최소화할 수 있다.

또한 전술한 메쉬 그리드(20)는 다음에 설명하는 전소성(pre-firing) 공정을 통해 메쉬 그리드(20) 표면에 산화 피막을 형성하는데, 이 산화 피막은 메쉬 그리드(20)와 절연막(22)의 젖음성을 향상시켜 제1 기판(2)에 대한 메쉬 그리드(20)의 접착력을 강화시키는 역할을 한다. 더욱이 산화 피막은 흑색막으로서, 전계 방출 표시장치 구동시 메쉬 그리드(20)에 의한 빛 반사를 최소화하여 화면의 콘트라스트를 향상시킨다.

이와 같이 게이트 전극(10) 위에 금속 메쉬 그리드(20)가 설치된 전계 방출 표시장치는, 메쉬 그리드(20)가 진공 용기 내의 아크를 비교적 잘 방지하고, 아크 방전시 진공 용기 내의 이온들이 제1 기판(2)에 형성된 전극들과 에미터(16)에 손상을 주기 전에 메쉬 그리드(20)에 포집되어 외부로 빠지게 함으로써 아크에 의한 전극의 기계적 손상과 전기적 손상을 방지한다.

다음으로, 전술한 전계 방출 표시장치의 제조 방법에 대해 설명한다.

먼저, 통상의 방법을 이용하여 제1 기판(2)에 캐소드 전극(6), 절연층(8), 게이트 전극(10) 및 에미터(16)를 형성한다.

그리고 전술한 성분의 철-니켈계 합금을 이용하여 도 2와 도 3에 도시한 형상의 메쉬 그리드(20)를 제작한다. 메쉬 그리드(20)의 홀(20a) 패턴은 하나의 형광층(18) 색상에 하나의 홀(20a)이 대응하도록 형성되며, 또한 메쉬 그리드(20)에는 일련의 홀(20a) 사이로 스페이서(26)의 단부가 삽입되는 스페이서 홀더(20b)를 형성한다.

한편, 메쉬 그리드(20) 내에는 잔류 응력이 남아있을 가능성이 있고, 잔류 응력이 남아있는 메쉬 그리드(20)를 그대로 사용하게 되면 소성 공정 중에 메쉬 그리드(20)가 뒤틀리는 현상이 발생할 수 있다.

따라서 전처리 공정으로서 800∼1,000℃의 수소 분위기에서 전소성(pre-firing) 공정을 거치는데, 이렇게 하면, 메쉬 그리드(20) 내에 남아있는 잔류 응력을 제거하여 메쉬 그리드(20)의 평탄성을 유지할 수 있고, 전소성 공정시 메쉬 그리드(20) 표면에 산화 피막이 형성되어 절연막(22)과 메쉬 그리드(20)의 접착력을 향상시킬 수 있다.

그리고 전소성이 완료된 메쉬 그리드(20)의 하면에 절연막(22)을 스크린 프린팅 등의 후막 기술을 이용하여 도포한 후, 500∼600℃로 소성하여 결정화시키고, 절연막(22)이 형성된 메쉬 그리드(20)의 후면에 점성이 있는 프릿(24)을 도포한다. 이어서, 메쉬 그리드(20)의 홀(20a)들과 에미터(16)를 얼라인 조정하여 제1 기판(2)의 게이트 전극(10) 위에 메쉬 그리드(20)를 위치시키고, 스페이서(26)의 단부에 프릿(미도시)을 도포하여 스페이서(26)를 스페이서 홀더(20b)에 삽입시킨다.

다음으로, 프릿(24)을 400∼600℃에서 소성하여 제1 기판(2)의 게이트 전극(10) 위에 메쉬 그리드(20)를 완전히 고착시키고, 스페이서(26)를 메쉬 그리드(20)에 고착시킨다.

이 때, 메쉬 그리드(20)가 제1, 2 기판(2, 4)과 유사한 열팽창 계수를 갖는 철-니켈계 합금으로 이루어짐에 따라, 전술한 소성 공정시 메쉬 그리드(20)와 제1 기판(2)의 열팽창 계수 차이에 의한 미스-얼라인을 최소화하여 메쉬 그리드(20)를 정확한 위치에 고정시킬 수 있다.

이와 같이 제1 기판(2)의 제작이 완료되면, 애노드 전극(12) 및 형광층(18)을 형성한 제2 기판(4)을 제1 기판(2)과 함께 통상의 방법으로 패키징하여 표시장치 제작을 완료한다.

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, 메쉬 그리드와 제1 기판의 열팽창 계수 차이에 의한 오정렬을 최소화하여 메쉬 그리드를 정확한 위치에 고정시킬 수 있다. 그리고 메쉬 그리드는 산화 피막을 통해 절연막과의 젖음성이 개선되어 제1 기판에 대한 접착력이 강화되며, 산화 피막이 흑색으로 이루어짐에 따라, 표시장치 구동시 메쉬 그리드에 의한 빛 반사를 최소화하여 화면의 콘트라스트를 향상시킨다.

또한 본 발명에 따르면, 메쉬 그리드가 제1 기판에 부착됨으로써 메쉬 그리드 하중에 의한 처짐과, 진동에 의한 노이즈 발생을 원천적으로 차단할 수 있다. 이와 더불어 아크 방전 발생이 최소화되고, 아크 방전시에도 캐소드 전극과 게이트 전극의 손상을 방지할 수 있으므로, 애노드 전극에 보다 높은 전압을 인가할 수 있어 고휘도 및 고해상도의 전계 방출 표시장치를 용이하게 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 부분 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 메쉬 그리드의 부분 정면도이다.

도 3은 도 2의 I-I선 단면도이다.

Claims (7)

1. 임의의 간격을 두고 대향 배치되며, 밀봉재에 의해 접합되어 진공 용기를 구성하는 제1 및 제2 기판과;

   상기 제1 기판 상에서 절연층을 사이로 서로 절연 상태로 제공되는 캐소드 전극들 및 게이트 전극들과;

   상기 캐소드 전극 상에 형성되며, 전자 방출 물질로 이루어지는 에미터들과;

   상기 제2 기판 상에 제공되는 적어도 하나의 애노드 전극과;

   상기 애노드 전극 상에 위치하는 적색, 녹색 및 청색의 형광층들과;

   상기 진공 용기 내부에 설치되고, 상기 에미터에서 방출된 전자들이 통과하는 홀들을 구비하는 메쉬 그리드를 포함하며,

   상기 메쉬 그리드가 Cr을 2.0∼10.0 중량% 함유하는 철-니켈계 합금으로 이루어지는 전계 방출 표시장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 메쉬 그리드가 Ni을 40.0∼44.0 중량% 함유하는 전계 방출 표시장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 메쉬 그리드가 Mn을 0.2∼0.4 중량%, C를 0.07 중량% 이하, Si를 0.3 중량% 이하 함유하는 전계 방출 표시장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 메쉬 그리드가 하면에 절연막이 도포되고, 프릿에 의해 상기 게이트 전극들 위에 고착되는 전계 방출 표시장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 메쉬 그리드의 각 홀은 상기 각 형광층의 색상과 일대일로 대응하는 전계 방출 표시장치.
6. 제1항 또는 제5항에 있어서,

   상기 메쉬 그리드에는 스페이서의 설치 위치를 표시하는 스페이서 홀더가 제공되는 전계 방출 표시장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 스페이서 홀더는 상기 스페이서의 단부가 삽입되는 홀 형태로 제공되는 전계 방출 표시장치.