JP2007123268A - 真空容器及びこれを利用した電子放出ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】複数のガラスフレームの熱膨張係数の差によって発生する収縮または膨張を補償し、気密性に優れた真空容器及び、これを含む電子放出ディスプレイを提供する。
【解決手段】開示された電子放出ディスプレイは、互いに対向配置される第１基板及び第２基板と、第１基板に備えられる電子放出ユニットと、前記第２基板に備えられる発光ユニットと、第１基板及び第２基板との間に配置されて、真空の内部空間を形成する複数のフレームと、フレームの間に形成されて、フレームと共に真空の内部空間を形成する緩衝部材とを含んで成る。
【選択図】図１

Description

本発明は真空容器及び、これを利用した電子放出ディスプレイに関し、より詳しくは、真空の内部空間を備えるように両基板を接合させるシーリング（ｓｅａｌｉｎｇ）構造が改善された真空容器及び、これを利用した電子放出ディスプレイに関するものである。

一般に、電子放出素子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｍｅｎｔ）は電子源の種類によって熱陰極（ｈｏｔ ｃａｔｈｏｄｅ）を利用する方式と冷陰極（ｃｏｌｄ ｃａｔｈｏｄｅ）を利用する方式に分類できる。

ここで、冷陰極を利用する方式の電子放出素子としては、電界放出アレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ａｒｒａｙ;以下、‘ＦＥＡ’と言う）型、表面伝導エミッション（Ｓｕｒｆａｃｅ-Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ;以下、‘ＳＣＥ’と言う）型、金属-絶縁層-金属（Ｍｅｔａｌ-Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ-Ｍｅｔａｌ;以下、‘ＭＩＭ'と言う）型及び金属-絶縁層-半導体（Ｍｅｔａｌ-Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ-Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ;以下、‘ＭＩＳ’と言う）型などが知られている。

前記ＭＩＭ型とＭＩＳ型電子放出素子は、それぞれ金属/絶縁層/金属（ＭＩＭ）と金属/絶縁層/半導体（ＭＩＳ）構造からなる電子放出部を形成し、絶縁層を間において位置する二つの金属、又は金属と半導体との間に電圧を印加する時、金属や半導体から供給される電子がトンネリング（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）現象によって絶縁層を通過して上部金属に到達し、到達した電子の中で上部金属の仕事関数以上のエネルギーを有する電子が上部電極から放出される原理を利用する。

前記ＳＣＥ型電子放出素子は、一基板上に互いに対向して配置された第１電極と第２電極との間に導電薄膜を提供して、この導電薄膜に微細亀裂を提供することによって電子放出部を形成し、両電極に電圧を印加して導電薄膜の表面に電流が流れる時、電子放出部から電子が放出される原理を利用する。

前記ＦＥＡ型電子放出素子は、電子放出部とこの電子放出部の電子放出を制御する駆動電極として一つのカソード電極と一つのゲート電極を備え、電子放出部の物質として、仕事関数が低いか縦横比の大きい物質、一例としてモリブデン（Ｍｏ）またはシリコン（Ｓｉ）等を主材質とする先端の尖っているチップ構造物や、炭素ナノチューブと黒鉛及びダイアモンド状炭素のような炭素系物質を使用して、真空中で電界によって容易に電子が放出される原理を利用する。

一方、電子放出素子は、一基板にアレイをなして形成されて電子放出デバイスを構成し、電子放出デバイスは蛍光層とアノード電極などからなる発光ユニットが備えられた他の基板と結合して電子放出ディスプレイを構成する。

つまり、通常の電子放出デバイスは、電子放出部と共に走査電極とデータ電極で機能する複数の駆動電極を備えて、電子放出部と駆動電極の作用で画素別電子放出のオン／オフと電子放出量を制御する。そして、電子放出ディスプレイは、電子放出部から放出された電子で蛍光層を励起させて、所定の発光または表示作用をする。

電子放出ディスプレイは真空容器内に電子放出ユニットと発光ユニットを含むが、電子放出ユニットの円滑な作動のために真空容器の気密を維持することは必須である。

真空容器は、任意の間隔を間において平行に配置される複数の基板と、該複数の基板の間に配置されるガラスフレーム（ｇｌａｓｓ ｆｒａｍｅ）からなることができ、このガラスフレームは、前記基板にフリットで接合される。

ガラスフレームは一般に複数に分割されて、フリットで接合されて連結されるが、分割されたガラスフレームの長さが互いに異なる場合には、熱膨張係数が異なって焼成時に収縮または膨張によって基板のねじれを誘発することがあり、また、この複数のガラスフレームが指定された位置から離脱する問題がある。これは、真空容器の気密性を落とす原因となる。

したがって、本発明は、前記問題点を解消するためのもので、本発明の目的は、複数のガラスフレームの熱膨張係数の差によって発生する収縮または膨張を補償し、気密性に優れた真空容器及び、これを含む電子放出ディスプレイを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の実施形態によれば、基板と、前記基板に対向配置される他の基板と、前記基板の間に配置されて、真空の内部空間を備える複数のフレームと、前記複数のフレームの間に配置される緩衝部材を含む真空容器が提供される。

前記フレームは、一対の長辺フレームと一対の短辺フレームからなることができる。

前記緩衝部材は、前記長辺フレームの端部と前記短辺フレームの端部を連結することができ、垂直に交差する形状を有することができる。

前記フレームと前記緩衝部材は、同一な高さと幅を有して形成されてもよい。

前記緩衝部材はまた、四角柱または円柱形状を有してもよい。

前記フレームはガラスで形成され、前記緩衝部材はフリットで形成されることができる。

本発明の他の実施形態によれば、互いに対向配置される第１基板及び第２基板と、前記第１基板に備えられる電子放出ユニットと、前記第２基板に備えられる発光ユニットと、第１基板及び前記第２基板の間に配置されて、真空の内部空間を形成するフレームと、前記フレームの間に形成されて、前記フレームと共に真空の内部空間を形成する緩衝部材を含む電子放出ディスプレイが提供される。

前記緩衝部材はフリットで形成され、前記フレームはガラスで形成されることができる。

前記フレームは、一対の長辺フレームと一対の短辺フレームからなることができ、前記緩衝部材は、前記長辺フレームの端部と前記短辺フレームの端部を垂直で連結することができる。

前記フレームと前記緩衝部材が同一な高さと幅を有して形成されることができる。

前記電子放出ユニットは、電子放出部と、該電子放出部を制御するように互いに絶縁状態を維持するカソード電極及びゲート電極を含み、前記発光ユニットは蛍光層と、該蛍光層の間に配置される黒色層と、蛍光層及び黒色層の一面に形成されるアノード電極を含むことができる。

前記電子放出部が炭素ナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイアモンド状炭素、フラーレン（Ｃ_６０）及びシリコンナノワイヤーからなる群より選択した少なくとも一つの物質を含むことができる。

前記緩衝部材は四角柱形状または円柱形状を有してもよい。

本発明の実施形態による真空容器及び、これを利用した電子放出ディスプレイは、フレームと緩衝部材を利用して真空容器を構成することによって、フレームの収縮または膨張による基板のねじれ及びフレームの離脱を防止することができ、その結果、真空容器の気密性を向上させることができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は多様で相異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限られない。

図１は本発明の実施形態による真空容器を示す分解斜視図であり、図２は本発明の実施形態による真空容器の部分平面図である。

図面を参照すれば、本発明の実施形態による真空容器は、所定間隔をおいて互いに平行に対向配置される第１基板２と第２基板４を含む。第１基板２と第２基板４との間には、フレーム６と、該フレーム６を連結する緩衝部材８が配置され、前記基板２、４と共に密閉された真空の内部空間を形成する。

フレーム６は、一例として４個の単位フレームに分離形成することができ、この単位フレームは図１に示されているように、一対の長辺フレーム６１と一対の短辺フレーム６２で構成されて、第１基板２と第２基板４との間の周縁に沿って長方形に配置される。フレーム６は、一例としてガラス（ｇｌａｓｓ）材質で形成されることができる。

そして、複数の緩衝部材８は長辺フレーム６１の端部と短辺フレーム６２の端部を連結し、その結果、緩衝部材８はフレーム６の四つコーナー部に位置する。結局、第１基板２のコーナー部に位置する緩衝部材８の間に各フレーム６が配置される。

また、緩衝部材８は図２に示されているように、垂直で交差する形状（例えば、“エルボ”形状）を有して一側は長辺フレーム６１と連結され、他側は短辺フレーム６２と連結される。緩衝部材８とフレーム６の高さｈ及び幅ｗは同一に形成してもよい。

この緩衝部材８は焼成（ｆｉｒｉｎｇ）時に各フレーム６の熱膨張係数の差によって発生する収縮または膨張を自体的に吸収して、フレーム６の変形による基板のねじれ及び位置離脱を防止する。一例として、長辺フレーム６１が第１基板２のｘ軸方向に膨張して、短辺フレーム６２が第１基板のｙ軸方向に膨張する場合、緩衝部材８はこれらの変形に対応して第１基板のｘ軸及びｙ軸方向に収縮する。したがって、緩衝部材８は基本的に弾性と接着性がなければならないので、一例としてフリットで形成されてもよい。

緩衝部材を、フリットを原料として成形する場合、緩衝部材は“エルボ”形状を有する形枠に粉末形態のフリットを充填する段階と、形枠に充填されたフリット粉を高温で加熱した後、硬化させる段階を経て単一の成形体に完成される。この成形体に完成された緩衝部材がフレームの間に配置されて、基板の焼成時に溶けながらフレームの熱膨張を吸収する。

緩衝部材の形状及び材質は、前記説明したことに限定されず、コーナー部に位置して各フレームを連結し、フレームの変形が吸収できる性質を持つものであれば多様に変更できる。

そして、前記フレーム６と第１、２基板２、４の間には接着層９が部がされてフレーム６と基板を接合させる。接着層９としては、フリットを用いてもよい。

図３は本発明の実施形態による真空容器を含む電子放出ディスプレイの概略的な断面図であって、フレームが位置する所で切断した断面図であり、図４は本発明の実施形態による真空容器を含む電界放出アレイ（ＦＥＡ）型電子放出ディスプレイの断面図であり、図５は本発明の実施形態による真空容器を含む表面伝導エミッション（ＳＣＥ）型電子放出ディスプレイの部分断面図である。

図３に示されているように、本発明の実施形態による真空容器は電子放出ディスプレイ１に適用できる。このために、真空容器内部には電子を放出する電子放出ユニット１０と、電子によって可視光を放出する発光ユニット２０が提供される。

つまり、第１基板２には電子放出素子がアレイを構成して配置される電子放出ユニット１０が提供され、この電子放出ユニット１０は第１基板２と共に電子放出デバイスを構成する。電子放出デバイスは第２基板４及び第２基板４に提供される発光ユニットと結合して電子放出ディスプレイ１を構成する。

まず、電界放出アレイ（ＦＥＡ）型電子放出ディスプレイ１’について見てみると、図４に示されているように第１基板３２の上にはカソード電極３４が第１基板３２の一方向（図面のｙ軸方向）に沿って帯状パターンで形成され、カソード電極３４を覆いながら、第１基板３２全体に第１絶縁層３６が形成される。第１絶縁層３６の上にはゲート電極３８がカソード電極３４と直交する方向（図面のｘ軸方向）に沿って帯状パターンで形成される。

本実施形態において、カソード電極３４とゲート電極３８の交差領域ごとに一つ以上の電子放出部４０がカソード電極３４の上に形成され、第１絶縁層３６とゲート電極３８には各電子放出部４０に対応する開口部３６ａ、３８ａが形成されて第１基板３２上に電子放出部４０を露出させる。

電子放出部４０は真空中で電界が加えられると電子を放出する物質、例えば、炭素系物質またはｎｍサイズ物質からなる。電子放出部４０として好ましい物質は、炭素ナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイアモンド状炭素、フラーレン（Ｃ_６０）、シリコンナノワイヤーまたはこれらの組み合わせ物質がある。

そして、ゲート電極３８と第１絶縁層３６上には第２絶縁層４２と集束電極４４が形成される。第２絶縁層４２と集束電極４４もまた、第１基板３２上に電子放出部４０を露出させるそれぞれの開口部４２ａ、４４ａを形成するが、前記開口部４２ａ、４４ａは、一例として画素領域糖一つが備えられて、集束電極４４が一つの画素で放出される電子を包括的に集束する。

一方、前記では第１絶縁層３６を間においてゲート電極３８がカソード電極３４上部に位置する構造を説明したが、その反対の場合、つまり、カソード電極がゲート電極の上部に位置する構造も可能である。この構造では、電子放出部がカソード電極の一側と接触し、第１絶縁層上に形成されてもよい。

次に、第１基板３２に対向する第２基板４６の一面には蛍光層４８と共に画面のコントラスト向上のための黒色層５０が形成され、蛍光層４８と黒色層５０の上にはアルミニウムのような金属膜からなるアノード電極５２が形成される。

アノード電極５２は外部から電子ビーム加速に必要な高電圧の印加を受け、蛍光層４８で放射された可視光の中で第１基板３２に向かって放射された可視光を第２基板４６側に反射させて、画面の輝度を高める役割を果たす。

そして、第１基板３２と第２基板４６との間には複数のスペーサ５４が設置されて、両基板３２、４６の間隔を一定に維持する。

次に、表面伝導エミッション（ＳＣＥ）型電子放出ディスプレイ１”について説明する。

図５に示されているように、ＳＣＥ型電子放出ディスプレイ１”は、第１基板６２の上に第１電極６４と第２電極６６が所定の間隔で配置され、第１電極６４と第２電極６６にはそれぞれ表面の一部を覆いながら、互いに近接するように第１導電薄膜６８と第２導電薄膜７０が形成される。そして、第１導電薄膜６８と第２導電薄膜７０の間に、この導電薄膜と連結される電子放出部７２が形成され、電子放出部７２はこの導電薄膜６８、７０を通じて第１電極６４及び第２電極６６と電気的に連結される。

前述した構造において、第１電極６４と第２電極６６は導電性を有する多様な材料を使用することができ、第１導電薄膜６８と第２導電薄膜７０はニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の導電性材料を利用した微粒子薄膜で形成される。

電子放出部７２は黒鉛性炭素と炭素化合物などで形成するのが好ましい。また、電子放出部７２は、前述したＦＥＡ型電子放出ディスプレイと同様に炭素ナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイアモンド状炭素、フラーレン、シリコンナノワイヤーまたは、これらの組み合わせ物質で形成されてもよい。

図６は本発明の他の実施形態による真空容器の部分平面図であり、図７は本発明のまた他の実施形態による真空容器の部分平面図である。

図６及び図７を参照すれば、緩衝部材８'、８”は、その評壇面の形状が四角形からなる四角柱形状にまたは円形にされた円柱形態に形成されることができる。

緩衝部材８'、８”は各フレーム６の熱膨張係数の差によって発生する収縮または膨張を自体的に吸収して、フレーム６の変形による基板のねじれ及び位置離脱を防止するためのもので、その形態は図２、図６及び図７に示されているように多様に実現できる。

図６及び図７において、図２の構成と同様の部分に対しては同一符号を明記し、それについての詳しい説明は省略する。

本発明の実施形態による真空容器は、ＭＩＭ型及びＭＩＳ型電子放出ディスプレイだけでなく、蛍光表示管などにも適用できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これもまた本発明の範囲に属することは当然である。

本発明の実施形態による真空容器を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態による真空容器の部分平面図である。 本発明の実施形態による真空容器を含む電子放出ディスプレイの概略的な断面図である。 本発明の実施形態による真空容器を含む電界放出アレイ（ＦＥＡ）型電子放出ディスプレイの断面図である。 本発明の実施形態による真空容器を含む表面伝導エミッション（ＳＣＥ）型電子放出ディスプレイの部分断面図である。 本発明の他の実施形態による真空容器の平面図である。 本発明の他の実施形態による真空容器の部分平面図である。

符号の説明

１ 電子放出ディスプレイ
２ 第１基板
４ 第２基板
６ フレーム
８’、８” 緩衝部材
１０ 電子放出ユニット
３２ 第１基板
３２ カソード電極
３６ 第１絶縁層
３６ａ、３８ａ 開口部
３８ ゲート電極
４０、７０、７２ 電子放出部
５０ 黒色層
５２ アノード電極
６１ 長辺フレーム
６２ 短辺フレーム
６４ 第１電極
６６ 第２電極
６８ 第１導電薄膜
７０ 第２導電薄膜
ｈ 高さ
ｗ 幅

Claims (18)

1. 基板と、
   前記基板に対向配置される他の基板と、
   前記基板の間に配置されて、真空の内部空間を備えるフレームと、
   前記フレームの間に配置される緩衝部材とを含むことを特徴とする真空容器。
2. 前記フレームは、一対の長辺フレームと一対の短辺フレームからなることを特徴とする、請求項１に記載の真空容器。
3. 前記緩衝部材が前記長辺フレームの端部と前記短辺フレームの端部を連結することを特徴とする、請求項２に記載の真空容器。
4. 前記緩衝部材が垂直で交差する形状を有することを特徴とする、請求項３に記載の真空容器。
5. 前記フレームと前記緩衝部材が同一な高さと幅を有して形成されることを特徴とする、請求項４に記載の真空容器。
6. 前記緩衝部材は四角柱形状を有することを特徴とする、請求項３に記載の真空容器。
7. 前記緩衝部材は円柱形状を有することを特徴とする、請求項３に記載の真空容器。
8. 前記フレームはガラスで形成されることを特徴とする、請求項１に記載の真空容器。
9. 前記緩衝部材はフリットで形成されることを特徴とする、請求項１に記載の真空容器。
10. 互いに対向配置される第１基板及び第２基板と、
    前記第１基板に備えられる電子放出ユニットと、
    前記第２基板に備えられる発光ユニットと、
    前記第１基板及び前記第２基板の間に配置されて、真空の内部空間を形成する複数のフレームと、
    前記複数のフレームの間に形成されて、前記フレームと共に真空の内部空間を形成する緩衝部材とを含むことを特徴とする電子放出ディスプレイ。
11. 前記緩衝部材はフリットで形成され、前記フレームはガラスで形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の電子放出ディスプレイ。
12. 前記フレームは、一対の長辺フレームと一対の短辺フレームからなることを特徴とする、請求項１１に記載の電子放出ディスプレイ。
13. 前記緩衝部材が前記長辺フレームの端部と前記短辺フレームの端部を垂直に連結することを特徴とする、請求項１２に記載の電子放出ディスプレイ。
14. 前記フレームと前記緩衝部材が同一な高さと幅を有して形成されることを特徴とする、請求項１３に記載の電子放出ディスプレイ。
15. 前記電子放出ユニットは、電子放出部と、前記電子放出部を制御するように互いに絶縁状態を維持するカソード電極と、ゲート電極とを含み、
    前記発光ユニットは、蛍光層と、前記蛍光層の間に配置される黒色層と、前記蛍光層及び前記黒色層の一面に形成されるアノード電極とを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の電子放出ディスプレイ。
16. 前記電子放出部が炭素ナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイアモンド状炭素、フラーレン（Ｃ_６０）及びシリコンナノワイヤーからなる群より選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の電子放出ディスプレイ。
17. 前記緩衝部材は四角柱形状を有することを特徴とする、請求項１３に記載の電子放出ディスプレイ。
18. 前記緩衝部材は円柱形状を有することを特徴とする、請求項１３に記載の電子放出ディスプレイ。

Images