KR20060060471A - 화상 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스페이서를 내장하지 않고도 안정적인 진공 구조체를 형성할 수 있는 화상 표시장치에 관한 것으로서,

본 발명에 따른 화상 표시장치는 서로 대향 배치되는 제1 기판, 제2 기판 및 제1 기판과 제2 기판이 각각 갖는 최대 두께보다 작은 최대 두께를 가지면서 제2 기판의 내측에 부착되는 제3 기판을 포함하는 진공 구조체와, 제1 기판과 제3 기판 중 어느 한 기판 상에 형성되는 형광층과, 제1 기판과 제3 기판 중 다른 한 기판 상에 형성되는 전자 방출부를 포함한다.

캐소드기판, 애노드기판, 보강기판, 전자방출부, 형광층, 측벽, 진공구조체

Description

화상 표시장치 {IMAGE DISPLAY DEVICE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화상 표시장치의 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시한 측벽의 사시도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화상 표시장치의 단면도이다.

도 4는 도 3에 도시한 보강 기판의 부분 확대 사시도이다.

도 5는 배기홀을 설명하기 위해 도시한 본 발명의 실시예에 따른 화상 표시장치의 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 화상 표시장치를 전계 방출 표시장치에 적용한 경우를 도시한 부분 분해 사시도이다.

도 7은 본 발명에 따른 화상 표시장치를 전계 방출 표시장치에 적용한 경우를 도시한 부분 단면도이다.

본 발명은 화상 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스페이서를 내장하지 않고도 안정적인 진공 구조체를 유지할 수 있도록 기판 구조를 개선한 화상 표시장치에 관한 것이다.

형광층 발광에 전자를 이용하는 화상 표시장치는 통상적으로 그 내부에 전자 방출부와 형광층이 구비된 진공 구조체를 기본 구성으로 하며, 전자 방출부로부터 방출된 전자들로 형광층을 여기시켜 소정의 표시 작용을 하게 된다.

이러한 화상 표시장치는 전자원의 종류에 따라 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식으로 분류할 수 있다. 또한 진공 구조체의 형상에 따라 음극선관과 같이 벌브형 구조체를 이용하는 방식과, 형광 표시관 및 전계 방출 표시장치와 같이 전면 기판과 후면 기판이 임의의 간격을 두고 그 둘레가 접합된 후 내부 공간이 배기된 평판형 구조체를 이용하는 방식으로 분류할 수 있다.

상기에서 평판형 구조체를 이용하는 화상 표시장치는, 화면 크기가 커지고 내부 진공도가 높아짐에 따라 진공 구조체에 가해지는 압축력이 커지게 된다. 따라서 통상의 화상 표시장치는 진공 구조체 내부에 스페이서를 다수 설치하여 전면 기판과 후면 기판을 일정한 간격으로 유지시키면서 압축력에 의한 진공 구조체의 변형 또는 파손을 방지하고 있다.

스페이서가 내장된 진공 구조체를 제작하기 위해서는, ①유리 또는 세라믹 등을 가공하여 스페이서를 제작하고, ②스페이서를 전면 기판 또는 후면 기판 위에 부착시키고, ③스페이서를 사이에 두고 전면 기판과 후면 기판을 조립한 다음, 두 기판의 가장자리를 접합시키고, ④배기관을 통해 내부 공간을 배기시키는 과정이 요구된다.

그런데 최근의 화상 표시장치가 고해상도화 하면서 스페이서가 위치할 비발 광 영역의 폭이 좁아지고 있으며, 이에 대응하여 미세한 크기와 높은 종횡비를 갖는 스페이서가 요구되고 있다. 그러나 이 조건을 만족하는 스페이서는 그 제조가 용이하지 않을 뿐만 아니라 수천개의 미세 스페이서를 전면 기판 또는 후면 기판 위에 부착할 때에 공정상 많은 어려움이 있다.

또한 종래의 화상 표시장치는 배기관을 통해 구조체 내부를 배기시키는 과정에서 스페이서들로 인해 초기 진공도를 높일 수 없으며, 배기 과정에서 스페이서의 장착 불량이 일어날 수 있다. 화상 표시장치가 초기에 고진공을 확보하지 못하면, 진공 구조체 내부에 제공된 부재들의 가스 방출(outgassing)로 인해 진공도가 점차 낮아져 소자 특성이 저하된다. 또한 장착 불량이 일어난 스페이서는 형광층을 손상시키거나 전자빔 경로를 막아 화면 품질을 저하시킨다.

더욱이 전계 방출 표시장치의 경우, 유전물질로 제작된 스페이서는 표시장치 구동시 전자빔이 부딪히면서 대전될 수 있다. 대전된 스페이서는 스페이서 주위로 전자빔 경로를 왜곡시켜 정확한 색구현을 방해하며, 형광층을 고전위 상태로 유지시키는 애노드 전극의 전위가 스페이서를 타고 전자 방출부 측으로 유도되어 아크 방전을 일으킬 수 있다.

또한 스페이서의 높이로 결정되는 전면 기판과 후면 기판 사이의 간격은 스페이서의 제조상 한계로 인해 그 크기를 키우는데 일정한 한계가 있다. 이는 전술한 아크 방전이나 전자 방출부에 미치는 애노드 전계의 영향 등을 고려할 때 애노드 전압을 높이는데 한계로 작용한다. 통상 애노드 전압과 화면 휘도는 비례 관계에 있으며, 전술한 이유로 인해 종래의 화상 표시장치는 고휘도 구현에 어려움이 있다.

이와 같이 스페이서는 평판형 진공 구조체의 안정성을 확보하는데 유효한 부재이나, 화상 표시장치의 생산성을 저하시키는 주 원인이 되고 있으며, 화면 품질을 개선하는데 저해 요인으로 작용한다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 스페이서를 내장하지 않고도 안정적인 진공 구조체를 형성하여 제조를 용이하게 하고, 초기 진공도를 높이며, 전면 기판과 후면 기판 사이의 간격을 크게 하여 화면 품질을 향상시킬 수 있는 화상 표시장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

서로 대향 배치되는 제1 기판, 제2 기판 및 제1 기판과 제2 기판이 각각 갖는 최대 두께보다 작은 최대 두께를 가지면서 제2 기판의 내측에 부착되는 제3 기판을 포함하는 진공 구조체와, 제1 기판과 제3 기판 중 어느 한 기판 상에 형성되는 형광층과, 제1 기판과 제3 기판 중 다른 한 기판 상에 형성되는 전자 방출부를 포함하는 화상 표시장치를 제공한다.

상기 전자 방출부는 제3 기판 상에 형성되고, 제2 기판과 제3 기판의 전체 두께는 10mm 이상이 바람직하다.

상기 제2 기판은 그 외면에 격자형 돌기부를 형성할 수 있으며, 유리와 엔지니어링 플라스틱 중 어느 하나로 형성된다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

형광층이 제공되는 애노드 기판과, 애노드 기판보다 작은 두께를 가지며 애노드 기판과 임의의 간격을 두고 실질적으로 평행하게 배치되고 전자 방출부가 제공되는 캐소드 기판과, 캐소드 기판보다 큰 두께를 가지면서 캐소드 기판에 연결 설치되고 애노드 기판 및 캐소드 기판과 함께 진공 구조체를 형성하는 보강 기판을 포함하는 화상 표시장치를 제공한다.

상기 화상 표시장치는 애노드 기판과 캐소드 기판 사이의 가장자리 부위에서 이 기판들에 접합되는 측벽을 더욱 포함한다.

상기에서 전자 방출부는 냉음극 전자원으로 이루어진다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 표시장치의 단면도이다.

도면을 참고하면, 화상 표시장치는 내부 공간을 사이에 두고 실질적으로 평행하게 배치되는 캐소드 기판(2) 및 애노드 기판(4)과, 캐소드 기판(2)의 후면에 접합되어 캐소드 기판(2) 및 애노드 기판(4)과 함께 진공 구조체(6)를 형성하는 보강 기판(8)을 포함한다.

보다 구체적으로, 캐소드 기판(2)에는 전자 방출을 위한 구성, 즉 전자 방출 수단(10)이 제공되고, 애노드 기판(4)에는 전자에 의해 가시광을 방출하여 임의의 발광 또는 표시를 행하는 구성, 즉 발광 수단(12)이 제공된다.

상기 캐소드 기판(2)과 애노드 기판(4)은 양 기판 사이의 가장자리 부위에 도 2에 도시한 사각 프레임 모양의 측벽(14)을 위치시킨 상태에서 일체로 접합될 수 있다. 이로써 캐소드 기판(2)과 애노드 기판(4) 및 측벽(14)으로 둘러싸인 공간을 형성하며, 측벽(14)의 높이에 따라 캐소드 기판(2)과 애노드 기판(4)의 간격이 결정된다.

상기 측벽(14)은 저융점 유리인 프릿(frit)에 의해 캐소드 기판(2)과 애노드 기판(4)에 부착될 수 있다. 도면에서 부호 16이 캐소드 및 애노드 기판(2, 4)과 측벽(14)을 접합시키는 제1 프릿층을 나타낸다.

여기서 애노드 기판(4)은 진공 압축력에 견디는 충분한 두께, 일례로 10mm 이상의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 반면 캐소드 기판(2)은 애노드 기판(4)보다 작은 두께, 일례로 5mm 이하의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

캐소드 기판(2)은 전자 방출부와 더불어 전자 방출부로부터 전자를 방출시키기 위한 각종 구동 전극들이 마련되는 기판이므로, 전자 방출부와 구동 전극들 및 전극들간 절연을 위한 절연층 등을 형성하는 과정에서 여러번의 고온 열처리 과정을 거치게 된다. 이로써 온도 변화에 따른 캐소드 기판(2)의 열응력을 줄여 캐소드 기판(2)의 깨짐을 방지하고, 성막 특성을 높이기 위해서는 캐소드 기판(2)의 두께가 5mm 이하인 것이 바람직하다.

이러한 캐소드 기판(2)의 후면에는 캐소드 기판(2)에 가해지는 진공 압축력을 지지하는 보강 부재로서 보강 기판(8)이 부착된다. 보강 기판(8)은 캐소드 기판(2) 위에 모든 성막 공정이 완료된 후 캐소드 기판(2) 외측에 부착되어 캐소드 기판(2) 및 애노드 기판(4)과 함께 진공 구조체(6)를 형성한다.

캐소드 기판(2)과 보강 기판(8)은 전체 두께가 10mm 이상, 더욱 바람직하게 는 15mm 이상이 되도록 형성된다. 보강 기판(8)은 저융점 유리인 프릿에 의해 캐소드 기판(2)에 접합되며, 도면에서 부호 18이 캐소드 기판(2)과 보강 기판(8)을 접합시키는 제2 프릿층을 나타낸다.

이로써 애노드 기판(4)과 보강 기판(8)을 각각 제1 기판과 제2 기판이라 할 때, 캐소드 기판(2)은 제1 기판과 제2 기판이 각각 갖는 최대 두께보다 작은 최대 두께를 가지면서 제2 기판의 내측에 부착되는 제3 기판이라 할 수 있다.

상기 보강 기판(8)은 일정한 두께를 갖는 평판으로 이루어지거나, 도 3과 도 4에 도시한 바와 같이 그 외면에 사각 패턴의 오목부(18a)를 다수 형성하여 격자 모양의 돌기부(18b)를 갖는 형상으로 이루어질 수 있다.

도 3과 도 4에 도시한 격자형 보강 기판(8')은 바람직하게 돌기부(18b)에서 측정되는 최대 두께가 도 1에 도시한 평판형 보강 기판(8)의 두께와 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 격자형 보강 기판(8')은 캐소드 기판(2)과 이 보강 기판(8')의 전체 두께 중 그 최대치가 10mm 이상, 더욱 바람직하게 15mm 이상이 되도록 형성될 수 있다. 이러한 격자형 보강 기판(8')은 평판형 보강 기판(8)과 유사한 강도 특성을 가지면서 보강 기판(8')의 중량을 줄여 화상 표시장치의 무게를 줄이는 효과가 있다.

상기 보강 기판(8, 8')은 유리 또는 엔지니어링 플라스틱으로 형성될 수 있다. 엔지니어링 플라스틱은 수십만 내지 수백만의 분자량을 갖는 고분자 수지로서, 강도, 탄성, 내충격성, 내마모성, 내열성, 내한성, 내약품성 및 전기절연성이 뛰어나며, 여러 종류의 엔지니어링 플라스틱 가운데 열가소성 폴리아미드 수지가 보강 기판(8, 8')으로 사용될 수 있다.

또한, 진공 구조체(6)에는 내부 공간을 배기시키기 위한 배기홀이 구비되는데, 일례로 도 5에 도시한 바와 같이 배기홀(2a, 8a)은 캐소드 기판(2)과 보강 기판(8)에 제공될 수 있다. 배기홀(2a, 8a)은 캐소드 기판(2) 상에서 전자 방출을 위한 구성이 제공되지 않는 영역, 즉 비유효 영역에 위치한다.

상기 캐소드 기판(2)과 보강 기판(8) 및 배기관(20)의 결합 구조를 살펴보면, 캐소드 기판(2)의 외측에 캐소드 기판(2)의 배기홀(2a)과 내부가 이어지는 배기관(20)이 부착되고, 보강 기판(8)이 배기관(20)의 외측면과 접촉하면서 이를 둘러싸는 배기홀(8a)을 구비할 수 있다. 도면에서는 배기관(20) 단부가 개방된 구조를 도시하였으나, 배기관(20) 단부는 배기 후 밀봉된다.

전술한 구성의 진공 구조체(6)는, ①캐소드 기판(2)과 측벽(14) 및 애노드 기판(4)을 조립 및 접합시키고, ②캐소드 기판(2)의 외측에 보강 기판(8)을 부착시킨 다음, ③배기관(20)을 통해 내부 공간을 배기시키는 과정을 통해 완성된다. 이때 보강 기판(8)이 전술한 격자형인 경우에는 배기 과정에서 캐소드 기판(2)과 보강 기판(8')의 처짐량이 감소되어 캐소드 기판(2)과 애노드 기판(4)의 접합 부위에 가해지는 응력이 줄어드는 효과가 있다.

이와 같이 애노드 기판(4)의 두께와 보강 기판(8, 8')의 배치로 인해 진공 구조체는 그 내부에 스페이서를 구비하지 않고도 진공 압축력에 견디는 우수한 강도를 확보할 수 있다. 즉, 진공 구조체(6)는 전술한 구성으로 캐소드 기판(2)과 애노드 기판(4)의 간격을 균일하게 유지하고, 진공 압축력에 의한 변형 또는 파괴가 방지되는 효과를 갖는다.

따라서 본 실시예의 화상 표시장치는 제조가 용이하고, 고진공 확보에 유리하며, 캐소드 기판(2)과 애노드 기판(4)의 간격을 5mm 이상 크게 할 수 있어 휘도와 같은 화면 품질 향상에 유리하다.

전술한 진공 구조체(6)는 냉음극(cold cathode)을 전자원으로 사용하는 화상 표시장치, 예를 들어 전계 방출 표시장치(Field Emission Display; FED), 표면 전도 방출형 표시장치(Surface conduction Emission Display; SED) 및 금속/절연층/금속(Metal Insulator Metal; MIM)형 전자 방출 표시장치 등에 적합하다.

도 6과 도 7을 참고하여 전술한 화상 표시장치가 전계 방출 표시장치에 적용된 경우를 설명한다.

도면을 참고하면, 캐소드 기판(2) 위에는 캐소드 전극들(22)이 일방향(도면의 y 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(22)을 덮으면서 캐소드 기판(2) 전체에 절연층(24)이 형성된다. 절연층(24) 위에는 캐소드 전극(22)과 직교하는 방향(도면의 x 방향)을 따라 게이트 전극들(26)이 스프라이트 패턴으로 형성된다.

캐소드 전극(22)과 게이트 전극(26)의 교차 영역마다 게이트 전극(26)과 절연층(24)에는 개구부(26a, 24a)가 형성되어 캐소드 전극(22)의 일부 표면을 노출시키며, 노출된 캐소드 전극(22) 위로 전자 방출부(28)가 형성된다.

상기 전자 방출부(28)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 카본계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어진다. 전자 방출부 (28)로 사용 바람직한 물질로는 카본 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C₆₀ 및 실리콘 나노와이어 중 어느 하나 또는 이들의 조합 물질이 있으며, 전자 방출부(28)의 제조법으로는 스크린 인쇄, 화학기상증착, 스퍼터링 또는 카본 나노튜브의 직접 성장법 등이 적용될 수 있다.

한편, 도시는 생략하였으나 전자 방출부는 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물의 복합체로 이루어질 수 있다. 또한, 상기에서는 절연층(24)을 사이에 두고 게이트 전극(26)이 캐소드 전극(22) 상부에 위치하는 경우를 설명하였으나, 게이트 전극이 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극 하부에 위치하는 경우도 가능하다.

그리고 캐소드 기판(2)에 대향하는 애노드 기판(4)의 일면에는 형광층(30), 예를 들어 적색과 녹색 및 청색의 형광층이 임의의 간격을 두고 형성되고, 형광층(30) 사이로 화면의 컨트라스트 향상을 위한 흑색층(32)이 형성될 수 있다. 형광층(30)과 흑색층(32) 위로는 증착에 의한 금속막(예를 들어 알루미늄막)으로 이루어지는 애노드 전극(34)이 형성된다. 애노드 전극(34)은 전자빔 가속에 필요한 전압을 인가받으며, 화면의 휘도를 높이는 역할을 한다.

전술한 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(26)에 소정의 구동 전압을 인가하면, 두 전극간 전위 차에 의해 전자 방출부(28) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자가 방출되고, 방출된 전자들은 애노드 전극(34)에 인가된 고전압에 이끌려 애노드 기판(4)으로 향하면서 해당 화소의 형광층(30)에 충돌하여 이를 발광시킨다.

이때 진공 구조체(6)는 그 내부에 지지 구조를 마련하지 않고도 진공 압축력에 충분히 견디는 구조로 이루어짐에 따라, 캐소드 기판(2)과 애노드 기판(4)의 간격을 5mm 이상 크게 할 수 있다. 그 결과 애노드 전극(34)에 7kV 이상의 고전압을 인가할 수 있어 화면 휘도와 색재현율을 높일 수 있다.

상기에서는 화상 표시장치의 일례로 전계 방출 표시장치를 설명하였으나, 본 발명은 여기에 한정되지 않고 그 이외의 다른 화상 표시장치에도 적용 가능하다.

또한, 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 의한 화상 표시장치는 스페이서를 내장하지 않고도 진공 압축력에 견디는 안정된 진공 구조체를 제공한다. 따라서 본 발명에 의한 화상 표시장치는 제조가 용이하고, 고진공 확보에 유리하여 진공도 저하에 따른 소자 특성 저하를 예방할 수 있다. 또한 본 발명에 의한 화상 표시장치는 캐소드 기판과 애노드 기판의 간격을 확대시켜 애노드 전극에 고전압 인가가 가능하며, 그 결과 화면의 휘도와 색재현율을 높이는 등 화면 품질 향상에 큰 효과가 있다.

Claims (13)

1. 서로 대향 배치되는 제1 기판, 제2 기판 및 제1 기판과 제2 기판이 각각 갖는 최대 두께보다 작은 최대 두께를 가지면서 제2 기판의 내측에 부착되는 제3 기판을 포함하는 진공 구조체와;

   상기 제1 기판과 제3 기판 중 어느 한 기판 상에 형성되는 형광층; 및

   상기 제1 기판과 제3 기판 중 다른 한 기판 상에 형성되는 전자 방출부

   를 포함하는 화상 표시장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전자 방출부가 제3 기판 상에 형성되고, 상기 제2 기판과 제3 기판의 전체 두께가 10mm보다 크거나 같은 화상 표시장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제2 기판이 그 외면에 격자형 돌기부를 형성하는 화상 표시장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제2 기판이 유리와 엔지니어링 플라스틱 중 어느 하나로 형성되는 화상 표시장치.
5. 제2항에 있어서,

   상기 제3 기판과 제2 기판에 서로 관통되는 배기홀이 형성되는 화상 표시장치.
6. 형광층이 제공되는 애노드 기판과;

   상기 애노드 기판보다 작은 두께를 가지며, 상기 애노드 기판과 임의의 간격을 두고 실질적으로 평행하게 배치되고, 전자 방출부가 제공되는 캐소드 기판; 및

   상기 캐소드 기판보다 큰 두께를 가지면서 상기 캐소드 기판에 연결 설치되고, 상기 애노드 기판 및 캐소드 기판과 함께 진공 구조체를 형성하는 보강 기판

   을 포함하는 화상 표시장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 캐소드 기판과 보강 기판의 전체 두께가 10mm보다 크거나 같은 화상 표시장치.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 보강 기판이 일정한 두께를 가지는 화상 표시장치.
9. 제6항에 있어서,

   상기 보강 기판이 그 외면에 격자형 돌기부를 형성하는 화상 표시장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 캐소드 기판과 보강 기판의 전체 두께 최대치가 10mm보다 크거나 같은 화상 표시장치.
11. 제6항에 있어서,

    상기 보강 기판이 유리와 엔지니어링 플라스틱 중 어느 하나로 형성되는 화상 표시장치.
12. 제6항에 있어서,

    상기 애노드 기판과 캐소드 기판 사이의 가장자리 부위에서 이 기판들에 접합되는 측벽을 더욱 포함하는 화상 표시장치.
13. 제1항 또는 제6항에 있어서,

    상기 전자 방출부가 냉음극 전자원으로 이루어지는 화상 표시장치.

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