KR20060060480A - 화상 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스페이서를 내장하지 않고도 전자 방출부와 형광층이 위치하는 영역을 균일한 간격으로 유지시키는 진공 구조체를 구비한 화상 표시장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 화상 표시장치는 전자 방출부가 제공되는 제1 기판과, 형광층이 제공되며 제1 기판의 전방에 배치되어 제1 기판과 함께 제1 영역을 형성하는 제2 기판과, 제1 기판의 후방에 배치되어 제1 기판과 함께 제2 영역을 형성하고 배기관이 접합되는 보강 부재를 구비하는 진공 구조체를 포함한다. 이때 제1 기판은 진공 구조체 내부에서 제1 영역과 제2 영역이 서로 연통되도록 하는 적어도 하나의 배기구를 형성하고, 이 배기구는 제1 기판의 두께 방향을 따라 제2 기판으로부터 멀어질수록 작은 크기로 형성된다.

진공구조체, 보강부재, 배기구, 배기관, 측벽, 전자방출부, 형광층

Description

화상 표시장치 {IMAGE DISPLAY DEVICE}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 화상 표시장치의 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시한 화상 표시장치를 후방에서 바라본 사시도이다.

도 3은 도 1에 도시한 제1 기판의 부분 확대 사시도이다.

도 4는 도 1에 도시한 제1 기판의 부분 확대도이다.

도 5는 본 발명의 제2 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 표시장치는 전계 방출 표시장치에 적용한 경우를 도시한 부분 단면도이다.

본 발명은 화상 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스페이서를 내장하지 않고도 전자 방출부와 형광층이 위치하는 영역을 균일한 간격으로 유지시키는 진공 구조체를 구비한 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.

그런데 최근의 화상 표시장치가 고해상도화 하면서 스페이서가 위치할 비발광 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 스페이서의 높이로 결정되는 전면 기판과 후면 기판 사이의 간격은 스페이서의 제조상 한계로 인해 그 크기를 키우는데 일정한 한계가 있다. 이는 전계 방출 표시장치의 경우, 오프(off)되어야 할 화소의 전자 방출부에서 애노드 전계의 영향으로 전자가 방출되는 등의 표시 불량을 일으킨다. 통상 애노드 전압과 화면 휘도는 비례 관계에 있으며, 전술한 이유로 인해 종래의 전계 방출 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 높여 가스 방출에 의한 진공도 열화를 보상하며, 전면 기판과 후면 기판 사이의 간격을 확대하여 화면 품질을 높일 수 있는 화상 표시장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화상 표시장치는 전자 방출부가 제 공되는 제1 기판과, 형광층이 제공되며 제1 기판의 전방에 배치되어 제1 기판과 함께 제1 영역을 형성하는 제2 기판과, 제1 기판의 후방에 배치되어 제1 기판과 함께 제2 영역을 형성하고 배기관이 접합되는 보강 부재를 구비하는 진공 구조체를 포함한다. 이때 제1 기판은 진공 구조체 내부에서 제1 영역과 제2 영역이 서로 연통되도록 하는 적어도 하나의 배기구를 형성하고, 이 배기구는 제1 기판의 두께 방향을 따라 제2 기판으로부터 멀어질수록 작은 크기로 형성된다.

상기 배기구는 원형의 평면 형상을 가지며, 제2 기판으로부터 멀어질수록 직경이 감소하는 형상으로 이루어진다. 제1 기판 중 보강 부재와의 대향면과 배기구를 형성하는 경사면의 사이각을 θ라 할 때, 배기구는 70°< θ < 90°의 조건을 만족한다.

상기 보강 부재는 제1 기판을 향해 볼록한 부분 구면을 형성하는 중앙부와, 제1 기판을 향해 오목한 곡률을 가지면서 중앙부와 제1 기판을 연결하는 몸체부로 이루어질 수 있다.

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

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 화상 표시장치의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 화상 표시장치를 후방에서 바라본 사시도이다.

도 1과 도 2를 참고하면, 화상 표시장치는 측벽(6)을 사이에 두고 서로 대향 배치되어 제1 영역(100)을 형성하는 제1 기판(2) 및 제2 기판(4)과, 제1 기판(2)의 후방에 부착되어 제1 기판(2)과 함께 제2 영역(200)을 형성하는 보강 부재(8)로 이 루어진 진공 구조체(10)를 구비한다.

제1 영역(100)과 제2 영역(200)은 진공 구조체(10) 내부에서 제1 기판(2)에 의해 나뉘어진 공간을 의미하며, 진공 구조체(10) 내부의 제1 기판(2)에는 제1 영역(100)과 제2 영역(200)이 서로 연통되도록 하는 배기구(2a)가 형성된다.

보다 구체적으로, 제1 기판(2)에는 전자 방출을 위한 구성, 즉 전자 방출 수단(12)이 제공된다. 제2 기판(4)에는 전자에 의해 가시광을 방출하여 임의의 발광 또는 표시를 행하는 구성, 즉 발광 수단(14)이 제공된다.

상기 제1 기판(2)과 제2 기판(4)은 양 기판 사이의 가장자리 부위에 사각 프레임 모양의 측벽(6)을 위치시킨 상태에서 일체로 접합된다. 이로써 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 및 측벽(6)으로 둘러싸인 제1 영역(100)이 형성되고, 측벽(6)의 높이에 따라 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 간격이 결정된다. 측벽(6)은 저융점 유리인 프릿(frit)에 의해 양 기판에 접합되며, 도면에서 부호 16이 측벽(6)을 양 기판에 접합시키는 제1 프릿층을 나타낸다.

여기서 제2 기판(4)은 진공 압축력에 견디는 충분한 두께, 일례로 10mm 이상의 두께로 형성된다. 반면 제1 기판(2)은 제2 기판(4)보다 작은 두께, 일례로 5mm 이하의 두께로 형성된다.

제1 기판(2)은 전자 방출부와 더불어 전자 방출부로부터 전자를 방출시키기 위한 구동 전극들이 마련되는 기판이므로, 전자 방출부와 구동 전극들 및 구동 전극들간 절연을 위한 절연층 등을 형성하는 과정에서 여러번의 고온 열처리 과정을 거치게 된다. 이로써 온도 변화에 따른 제1 기판(2)의 열응력을 줄여 제1 기판(2) 의 깨짐을 방지하고 성막 특성을 높이기 위해서는 제1 기판(2)의 두께가 5mm 이하인 것이 바람직하다.

이러한 제1 기판(2) 후면에는 제1 기판(2)을 대신하여 진공 구조체(10)의 외형을 이루는 보강 부재(8)가 부착되며, 제1 기판(2)과 보강 부재(8)로 둘러싸인 제2 영역(200)이 형성된다. 제2 영역(200)은 제1 영역(100)보다 큰 체적, 바람직하게 2배 이상의 큰 체적을 갖도록 형성된다. 보강 부재(8)는 프릿에 의해 제1 기판(2)에 부착되며, 도면에서 부호 18이 제1 기판(2)과 보강 부재(8)를 접합시키는 제2 프릿층을 나타낸다.

상기 보강 부재(8)는 강도 특성을 고려하여 그 최소 두께가 제1 기판(2)의 두께보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 보강 부재(8)에는 구조체 내부를 배기시키는데 사용되는 배기관(20)과, 배기 후 잔류 가스를 흡착하여 제거하기 위한 게터(22)가 제공된다.

이와 같이 진공 구조체(10)는 보강 부재(8)에 의해 제1 기판(2) 후방에 제1 영역(100)과 연통되는 제2 영역(200)을 형성하여 내부 체적이 확대됨에 따라, 제1 영역(100)에 스페이서를 구비하지 않고도 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 간격을 일정하게 유지시키며, 안정된 구조를 확보할 수 있다.

또한 본 실시예의 진공 구조체(10)는 내부 체적이 확대되어 초기 진공도를 대략 10^-6 Torr 이상으로 높일 수 있다. 초기 진공도를 높이면 제품 사용시 전자 방출 수단(12) 또는 발광 수단(14)을 구성하는 물질들에서 가스 방출이 일어나 진공 도가 낮아지더라도 높은 초기 진공도가 이를 보상하여 진공도 열화와 이에 따른 소자 특성 저하를 예방할 수 있다.

도 1과 도 2에서는 보강 부재(8)가 2개 이상의 상반된 곡면, 즉 제1 기판(2)을 향해 오목한 곡면과 제1 기판(2)을 향해 볼록한 곡면이 조합되어 이루어진 경우를 도시하였다.

본 실시예에서 보강 부재(8)는 제1 기판(2)을 향해 볼록한 부분 구면을 형성하는 중앙부(8a)와, 제1 기판(2)을 향해 오목한 곡률을 가지면서 중앙부(8a)와 제1 기판(2)을 연결하는 몸체부(8b)로 이루어진다. 이러한 보강 부재(8)는 제1 기판(2)을 향한 몸체부(8b)의 오목한 곡률로 인해 제2 영역(200)의 체적을 충분히 확보하면서 제1 기판(2)을 향한 중앙부(8a)의 볼록한 곡률로 인해 진공 구조체(10)의 전장(depth)이 커지는 것을 막는 효과가 있다.

이러한 보강 부재(8)는 진공 압축력에 의한 응력을 분산시키는데 효과적이며, 안정적인 진공 구조체(10)를 형성하는데 도움을 준다. 이때 배기관(20)은 진공 구조체(10)의 전장을 최소화할 수 있도록 중앙부(8a)의 중심에 위치한다.

전술한 진공 구조체(10)는 ①제1 기판(2)과 제2 기판(4)에 각각 전자 방출 수단(12)과 발광 수단(14)을 형성하고, ②프릿을 이용해 제2 기판(4), 측벽(6), 제1 기판(2) 및 보강 부재(8)를 일체로 접합시키고, ③배기관(20)을 배기 장치(도시하지 않음)와 연결하여 구조체 내부를 배기시키고, ④배기관(20) 끝단을 밀봉하는 과정을 통해 완성된다. 구조체 조립후 제1 영역(100)에 채워져 있던 공기와 기타 불순 가스는 배기 과정에서 제1 기판(2)의 배기구(2a)를 통해 제2 영역(200)을 거 쳐 구조체 외부로 배기된다.

도 3은 제1 기판의 부분 확대 사시도이고, 도 4는 도 3의 단면도이다.

도 1과 도 3 내지 도 4를 참고하면, 본 실시예에서 제1 기판(2)은 제1 기판(2)의 두께 방향을 따라 제2 기판(4)으로부터 멀어질수록 작은 크기를 갖는 배기구(2a)를 형성한다. 일례로 배기구(2a)는 원형의 평면 형상을 가지며, 제2 기판(4)으로부터 멀어질수록 직경이 감소하는 깔때기 모양으로 이루어진다.

이와 같이 제2 기판(4)을 향한 배기구(2a)의 직경이 보강 부재(8)를 향한 배기구(2a)의 직경보다 크게 이루어짐에 따라, 배기 과정에서 제1 영역(100)의 압력이 제2 영역(200)의 압력보다 크게 되어 배기가 쉽게 일어나며, 배기구(2a)에서 유속이 빨라지게 되어 제1 영역(100)의 공기를 용이하게 빼낼 수 있다. 또한 제1 영역(100)으로의 외기 유입을 막아 진공도 유지가 용이해진다.

바람직하게 제1 기판(2)은 다음의 조건을 만족하는 배기구(2a)를 형성한다.

70°< θ < 90°

여기서, θ는 제1 기판(2) 중 보강 부재(8)와의 대향면과 배기구(2a)를 형성하는 경사면의 사이각, 즉 배기구(2a)의 경사각을 나타낸다.

배기구(2a)의 경사각이 70° 이하이면 경사면이 커지면서 유동 박리 현상이 발생되어 오히려 제1 영역(100)의 공기가 제2 영역(200)으로 빠져나가는데 방해를 받게 된다. 따라서 배기구(2a)의 경사각은 70°를 초과하면서 90° 미만으로 설정된다.

상기 보강 부재(8)는 전술한 형상 이외에 도 5에 도시한 형상으로 이루어질 수 있다. 도 4를 참고하면, 보강 부재(24)는 제1 기판(2)의 후면과 일정한 거리를 두고 이와 평행하게 배치되는 대향부(24a)와, 대향부(24a)의 가장자리로부터 제1 기판(2)을 향해 연장되어 제1 기판(2) 후면에 부착되는 스커트부(24b)로 이루어진다. 이때 제2 영역(200)이 제1 영역(100)보다 큰 체적을 가질 수 있도록 스커트부(24b)가 측벽(6)보다 큰 높이로 형성되는 것이 바람직하다.

전술한 진공 구조체(10, 10')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, 제1 기판(2) 위에는 캐소드 전극들(26)이 제1 기판(2)의 일방향(도면의 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(26)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 절연층(28)이 형성된다. 절연층(28) 위에는 캐소드 전극(26)과 직교하는 방향(도면의 x축 방향)을 따라 게이트 전극들(30)이 스트라이프 패턴으로 형성된다.

상기 게이트 전극(30)과 절연층(28)에는 캐소드 전극(26)과 게이트 전극(30)의 교차 영역마다 개구부(30a, 28a)가 형성되어 캐소드 전극(26)의 일부 표면을 노출시키고, 노출된 캐소드 전극 위로 전자 방출부(32)가 형성된다.

상기 전자 방출부(32)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 카본계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어진다. 전자 방출부(32)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(32)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(28)을 사이에 두고 게이트 전극(30)이 캐소드 전극(26) 상부에 위치하는 경우를 설명하였으나, 게이트 전극이 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극 하부에 위치하는 경우도 가능하다.

그리고 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 형광층(34), 예를 들어 적색과 녹색 및 청색의 형광층이 임의의 간격을 두고 형성되고, 형광층(34) 사이로 화면의 컨트라스트 향상을 위한 흑색층(36)이 형성된다. 형광층(34)과 흑색층(36) 위로는 증착에 의한 금속막(예를 들어 알루미늄막)으로 이루어지는 애노드 전극(38)이 형성된다. 애노드 전극(38)은 전자빔 가속에 필요한 전압을 인가받으며, 화면의 휘도를 높이는 역할을 한다.

전술한 캐소드 전극(26)과 게이트 전극(30)에 소정의 구동 전압을 인가하면, 두 전극간 전압 차에 의해 전자 방출부(32) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자 가 방출되고, 방출된 전자들은 애노드 전극(38)에 인가된 고전압에 이끌려 제2 기판(4)으로 향하면서 해당 화소의 형광층(34)에 충돌하여 이를 발광시킨다.

이때 진공 구조체는 그 내부에 지지 구조를 마련하지 않고도 진공 압축력에 충분히 견디는 구조로 이루어짐에 따라, 제1 기판(2)과 제2 기판(4)의 간격을 5mm 이상으로 크게 할 수 있다. 그 결과 애노드 전극(38)에 10kV 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 특성 저하를 예방할 수 있다. 또한 본 발명에 의한 화상 표시장치는 전술한 배기구 형상에 의해 진공 구조체의 배기 시간을 단축시키고, 진공도 유지 효과가 우수한 장점을 갖는다.

Claims (9)

1. 전자 방출부가 제공되는 제1 기판과, 형광층이 제공되며 제1 기판의 전방에 배치되어 제1 기판과 함께 제1 영역을 형성하는 제2 기판과, 제1 기판의 후방에 배치되어 제1 기판과 함께 제2 영역을 형성하고 배기관이 접합되는 보강 부재를 구비하는 진공 구조체를 포함하며,

   상기 제1 기판은 상기 진공 구조체 내부에서 상기 제1 영역과 제2 영역이 서로 연통되도록 하는 적어도 하나의 배기구를 형성하고, 이 배기구는 제1 기판의 두께 방향을 따라 상기 제2 기판으로부터 멀어질수록 작은 크기로 형성되는 화상 표시장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 배기구는 원형의 평면 형상을 가지며, 상기 제2 기판으로부터 멀어질수록 직경이 감소하는 화상 표시장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제1 기판 중 상기 보강 부재와의 대향면과 상기 배기구를 형성하는 경사면의 사이각을 θ라 할 때, 배기구가 다음의 조건을 만족하는 화상 표시장치.

   70°< θ < 90°
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1 기판과 제2 기판 사이의 가장자리 부위에서 이 기판들에 접합되는 측벽을 더욱 포함하는 화상 표시장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제2 기판과 보강 부재가 상기 제1 기판보다 큰 두께를 가지는 화상 표시장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제2 영역의 체적이 상기 제1 영역 체적의 2배보다 크거나 같은 화상 표시장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 보강 부재가 상기 제1 기판을 향해 볼록한 부분 구면을 형성하는 중앙부와, 제1 기판을 향해 오목한 곡률을 가지면서 중앙부와 제1 기판을 연결하는 몸체부를 포함하는 화상 표시장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 보강 부재가 상기 제1 기판의 후면과 임의의 거리를 두고 평행하게 배치되는 대향부와, 대향부의 가장자리로부터 제1 기판을 향해 연장되는 스커트부를 포함하는 화상 표시장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 전자 방출부가 냉음극(cold cathode) 전자원으로 이루어지는 화상 표시장치.

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