KR0160007B1 - 전계 방출 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 전계 발생 표시장치는 일측면에 애노드전극 및 형광체가 형성된 상부기관과 일측면에 상기 애노드전극과 교차되게 형성된 캐소드전극 및 에미터가 형성된 제 1 하부기관이 서로 대향하여 스페이서에 의해 주공간이 형성되는 전계 방출표시장치에 있어서, 상기 제 1 하부기판의 하부에 형성된 제 2 하부기판과, 상기 제 1 하부기판의 캐소드전극이 형성되지 않은 부분에 연직방향으로 제 2 하부기판을 관통하여 다수 개가 형성된 제 1배기구들과, 상기 제 2 하부기판의 타측면과 상기 제 1 배기구들에 의해 주공간과 공간적으로 연결되는 보조공간을 형성하는 보조기판과, 상기 보조기판의 소정 부분에 형성된 게터와, 상기 보조기판의 일측면에 형성된 제 2 배기구와, 상기 제 2 배기구를 통하여 잔류가스가 배기된 후 밀봉되는 배기튜브를 포함한다. 따라서, 본 발명은 합부기판의 기계적 강도를 향상시켜 주공간 내부의 존재하는 가스분자의 배기가 용이하며 배기튜브를 밀봉하는 과정에서 발생되는 가스를 제거하여 진공도를 향상시킬 수 있다.

Description

전계 방출 표시장치
본 발명은 방출 장치에 관한 것으로서, 특히, 배기시 기체 유동의 컨덕턴스(conductance)를 증가시켜 진공도를 향상시킬 수 있는 전계 방출 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 표시소자와 압력센서 등은 진공 패키징을 필요로 한다. 상기 진공 패키징을 필요로 하는 표시소자에는 브라운관(CRT), 프라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : 이하, 'PDP'라 칭함), 전계 방출 표시장치(Field Emission Dis play : 이하, 'FED'라 칭함) 및 진공 형광 디스플레이(Vacuum Fluorescent Display : 이하, 'VFD라 칭함) 등이 있다. 상기 표시소자중 PDP는 네온 등의 불활성 가스를 충진된 공간에서 방전시켜 발생되는 전자 및 양자들이 형광체와 충돌하여 화면을 나타내므로 수백 토르(torr)정도의 낮은 진공도가 요구된다. 그러나, 현재 가장 널리 사용되고 있는 CRT를 비롯한 FED 및 VFD등은 발생된 전자가 형광체에 충돌하는 것에 의해 화면을 나타내므로 전자의 자유 이동 거리(mean free path)를 크게 하기 위해서는 10-6토르 정도의 높은 진공도가 필요하다. 그러므로, 고진공을 필요로 하는 표시소자는 이 표시소자 내에 잔류하는 가스 분자를 배기하고 패키징하는 공정이 필수적이다. 배기 공정에 이용되는 가장 일반적인 방법은 표시소자와 진공펌프 사이에 유리로 이루어진 배기튜브를 연결시켜 표시소자 내의 가스 분자를 배기시킨후 표시소자와 배기튜브를 분리하기 위해 이 배기튜브를 반용융 상태로 가열하여 봉입하고 냉각시킨다. 이 과정에서 미량의 가스가 발생되는 데, 이때 발생된 미량의 가스는 CRT와 같이 진공을 유지시켜야할 부분의 체적이 큰 경우에는 진공도에 큰 영향을 주지 않으나 FED와 같이 상부기판과 하부기판의 간격이 100∼200㎛ 정도의 폭을 가져 대화면에 비해 내부 체적이 매우 작은 경우에는 진공도의 저하에 큰 영향을 주게 된다. 따라서, FED와 같이 진공패키징의 체적이 작은 경우에는 가스의 양을 줄이면서 봉입하는 것이 중요하다.
제1도는 종래기술에 따른 FED의 단면도이다. 상기 FED는 스트라이프(stripe)형상의 다수 개인 캐소드(cathode)전극(13)이 형성된 하부기판(11)과, 상기 캐소드전극(13)과 교차하는 스트라이프 형상의 다수개의 애노드(anode)전극(23)이 형성된 상부기판(21)을 포함한다.
상부기판(21)은 시청자의 정면에 위치하는 것으로 투명한 유리로 형성된다. 그리고, 애노드전극(23)들은 상부기판(21)의 시청자와 반대쪽 표면에 투명한 전도성 물질인 인듐-주석-산화물(ITO)로 형성되며, 애노드전극(23)의 포면에 전자와 충돌에 의해 광을 내는 형광체(25)가 각각 형성되어 있다.
하부기판(11)은 시청자의 배면에 위치하는 것으로 유리 또는 실리콘 등의 반도체기판으로 형성된다. 그리고, 캐소드전극(13)은 전도성 금속으로 형성되며, 캐소드전극(13)의 표면에 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W)등이 원추형으로 이루어진 전자를 방출하는 다수 개의 에미터(emittrr:15)가 형성된다. 또한, 에미터(15)의 사이에 절연체(17)가 형성되며, 이 절연체(17)의 상부에 게이트(gate)전극(19)이 형성된다. 상기 게이트전극(19)은 에미터(15)에서 전자의 방출을 용이하게 한다. 또한, 하부기판(11)은 캐소드전극(13)이 형성되지 않은 소정 부분에 구멍(29)이 형성되며, 이 구멍(29)에 가스를 배출한 후 밀봉하는 배기튜브(31)가 삽입된다.
상기 상부기판(21)과 하부기판(11)은 형광체(25)와 에미터(15)가 서로 대향하여 공간(26)을 이루도록 스페이서(spacer:27)에 의해 소정 간격, 예를 들면, 100∼200㎛정도가 이격되게 부착된다. 그리고, 상부기판(21)과 하부기판(11)사이의 공간(26)이 밀봉되록 모서리에 유리 등으로 이루어진 밀봉제(28)가 도포된다. 상기에서 공간(26)은 상부기판(21)과 하부기판(11)을 부착하고 밀봉제(28)로 밀봉한 후 배기튜브(31)로 FED의 구멍(29)과 진공펌프(도시되지 않음)를 연결한 후 이 진공 펌프를 이용하여 상기 공간(26)내의 잔류 가스를 배출하여 진공시킨다. 그리고, 공간(26)내부가 진공을 유지하면서 FED와 진공 펌프가 분리되도록 배기튜브(31)를 가열하면서 회전 및 신장하여 자른다.
스페이서(27)는 상부기판(21) 및 하부기판(11)의 모서리에서는 벽과 같은 형상을 갖고 가운데 부분에서는 원통 형상을 갖는 유리 또는 폴리이미드 등의 절연물로 이루어진다. 상기에서 스페이서(27)는 상부기판(21)과 하부기판(11)의 모서리를 부착시킬 뿐만 아니라 대화면인 경우 가운데 부분에 다수 개가 형성되어 공간(26)과 대기압 상태인 외부의 기압 차에 의해 상부기판(21)과 하부기판(11)이 접촉되는 것을 방지한다. 또한, 캐소드전극(13) 및 애노드전극(23)은 길게 연장되어 공간(26)의 외부에 위치하는 회로(도시되지 않음)에 연결된다.
상술한 FED는 외부회로로부터 소정의 캐소드전극(13)에 음(-)전압이, 소정의 애노드전극(23)에 양(+)전압이 인가되면 전압이 인가된 캐소드전극(13)과 애노드전극(23)이 교차되어 전계가 발생되는 부분의 에미터(15)에서 전자가 방출된다. 이 때, 에미터(15)에서 전자의 방출이 용이하도록 게이트 전극(19)에 소정의 양(+)전압이 인가된다. 그리고, 상기 방출된 전기는 애노드전극(23)에 의해 가속되어 형광체(25)와 충돌되며, 전자와 충돌된 형광체(25)는 발광하여 화상을 나타낸다.
상술한 구조의 FED는 에미터가 원추형의 금속으로 이루어지고 게이트전극을 갖는 트라이오드형(triode type)이라 지칭되는 데, 이와는 다르게, 에미터 전자의 방출이 용이한 박막의 다이아몬드로 이루어져 별도의 게이트전극이 필요하지 않는 다이오드형(diode type)도 가능하다.
그러나, 상술한 일반적인 FED는 상부기판과 하부기판사이가 미세하여 기체 분자의 컨덕스가 작고 외부의 압력 등에 의해 하부기판이 손상되며 배기튜브를 봉입하는 과정에서 발생되는 가스로 인하여 진공도가 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 실리콘 웨이퍼를 하부기판 재료로 사용하고, 에미터가 원추형의 실리콘일 경우, 제 1 하부기판에 제 2 하부기판을 부착하여 하부기판의 기계적 강도를 향상시키고 주공간 내부에 존재하는 가스분자의 배기를 용이하게 하며 배기튜브를 밀봉하는 과정에서 발생되는 가스를 제거하여 진공도가 좋은 전계 방출 표시장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치는 일측면에 애노드전극 및 형광체가 형성된 상부기판과 일측면에 상기 애노드전극과 교차되게 형성된 캐소드전극 및 에미터가 형성된 실리콘 웨이퍼 재료의 제 1 하부기판이 서로 대향하여 스페이서에 의해 주공간이 형성되는 전계 방출 표시장치에 있어서, 상기 제 1 하부기판의 하부에 형성된 제 2 하부기판과, 상기 제 1 하부기판의 캐소드 전극이 형성되지 않은 부분에 연직방향으로 제 2 하부기판을 관통하여 다수개가 형성된 제 1 배기구들과, 상기 제 2 하부기판의 타측면과 상기 제 1배기구들에 의해 주공간과 공간적으로 연결되는 보조공간을 형성하는 보조기판과, 상기 보조기판의 소정 부분에 형성된 게터와, 상기 보조기판의 일측면에 형성된 제 2배기구와, 상기 제 2배기구를 통하여 잔류가스가 배기된 후 밀봉되는 배기튜브를 포함한다.
제1도는 종래기술에 따른 전게 방출 표시장치의 단면도.
제2도는 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
51 : 제1하부기판 53 : 캐소드전극
55 : 에미터 57 : 절연체
59 : 게이트전극 61 : 상부기판
63 : 애노드전극 65 : 형광체
66 : 주공간 67 : 스페이서
68 : 밀봉제 69 : 제1배기구
71 : 보조기판 73 : 제2배기구
75 : 배기튜브 77 : 보조공간
79 : 게터 81 : 제 2 하부기판
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에 따른 FED의 단면도이다. 상기 FED는 상부기판(61)과 제 1 하부기판(51)이 서로 대항하여 스페이서(67)을 매개로하여 구성하는 주공간(66)과 제 2 하부기판(81)과 보조기판(71)이 서로 대향하여 구성하는 보조공간(77)을 포함한다.
상부기판(61)은 투명한 유리로 형성되며 시청자의 정면에 위치한다. 그리고, 애노드전극(63)은 상부기판(61)의 시청자와 반대쪽 표면에 투명한 전도성 물질인 인듐-주석-산화물(ITO)로 형성되며, 애노드전극(63)의 표면에 전자와 충돌에 의해 발광하는 형광체(65)가 각각 형성되어 있다.
제 1 하부기판(51)은 시청자의 배면에 위치하는 것으로 실리콘 웨이퍼 등의 반도체기판으로 형성된다. 그리고, 캐소드전극(53)은 실리콘 웨이퍼에 n도핑 또는 p도핑을 하여 형성한다. 캐소드전극(53)의 표면에 실리콘 원추형으로 이루어져 전자를 방출하는 다수 개의 에미터(55)가 형성된다. 또한, 에미터(55)의 사이에 절연에(57)가 형성되며, 이 절연체(57)의 상부에 게이트전극(59)이 형성된다. 상기 게이트전극(59)은 에미터(55)에서 전자의 방출을 용이하게 한다. 또한, 실리콘 웨이퍼 재료의 제 1 하부기판(51)은 캐소드전극(53)이 형성되지 않는 소정 부분에 연직방향으로 제 2 하부기판(81)을 관통하여 다수개의 제 1 배기구(69)가 형성되어 가스분자들이 보조공간(77)으로 배기된다. 상기 상부기판(61)과 제 1 하부기판(51)은 형광체(65)와 캐소드전극(53)이 서로 대향되어 주공간(66)을 이루도록 스페이서(67)에 의해 소정 간격, 예를 들면, 100~200um정도가 이격되게 부착된다. 상기에서 주공간(66)의 잔류가스는 제 1배기구(69)를 통하여 보조공간(77)으로 배출되어 전진공된다.
스페이서(67)는 상부기판(61) 및 제 1 하부기판(51)의 모서리에서는 벽과 같은 형상을 갖고 가운데 부분에서는 원통 형상을 갖는 유리 또는 폴리이미드 등의 절연물로 이루어진다, 상기에서 스페이서(67)는 상부기판(61)과 제 1 하부기판(51)의 모서리를 부착시킬 뿐만 아니라 대화면인 경우 가운데 부분에 다수 개가 형성되어 주공간(66)과 대기압 상태인 외부의 기압 차에 의해 상부기판(61)과 제 1 하부기판(51)이 접촉되는 것을 방지한다. 또한, 캐소드전극(53) 및 애노드전극(63)은 길게 연장되어 주공간(66)의 외부에 위치하는 회로(도시되지 않음)에 연결된다.
제 2 하부기판(81)은 제 1 하부기판(51)의 하부에 부착되는 것으로 유리로 형성된다. 이 제 2 하부기판(81)은 제 1 하부기판(51)의 하부에 부착되는 것으로 유리로 형성된다. 이 제 2 하부기판(81)은 제 1 하부기판(51)과 동일한 크기로 형성되어 제 1 하부기판(51)의 기계적 강도를 높임으로써 외부의 압력 등에 의해 제 1 하부기판(51)이 손상되는 것을 방지하고 제 1배기구(69)를 다수 개 형성할 수 있으므로 주공간(66)의 진공도를 향상시킬 수 있다.
보조기판(71)은 제 2 하부기판(81)의 하부에 소정 형상, 예를 들면 '', 을 갖고 유리 등의 절연물로 형성되어 FED의 평판화와 진공도의 향상을 도모하는 것으로 1㎜~2㎝의 두께로 형성된다. 또한, 보조기판(71)의 상부와 제 2 하부기판(81) 타측면은 서로 대향되어 보조공간(77)을 이룬다. 상부기판(61), 제 1 하부기판(51), 제 2 하부기판(81) 및 보조기판(71) 사이의 주공간(66) 및 보조공간(77)은 진공도를 향상시키고 위하여 모서리에 유리등으로 이루어진 밀봉제(68)가 도포된다. 상기에서, 보조기판(71)은 일측면에 제 2배기구(73)이 형성되며, 이 제 2배기구(73)를 통하여 잔류가스를 배기한 후 밀봉하는 배기튜브(75)가 삽입된다.
그리고, 게터(getter:79)는 보조기판(71)의 소정부분에 형성되어 배기튜브(75)를 밀봉시 발생되는 가스를 제거한다. 게터(79)는 바륨(Ba)또는 티타늄(Ti)을 사용하는 증발성 게터와 지르코늄-알루미늄(Zr-Al)합금 또는 지르코늄-바나듐-철(Zr-V-Fe)합금을 사용하는 비증발성 게터가 있다.
상기에서, 주공간(66) 및 보조공간(77)은 상부기판(61), 제 1 하부기판(51), 제 2 하부기판(81) 및 보조기판(71)을 부착하고 밀봉제(68)로 밀봉한 후 주공간(66)내의 잔류가스를 제 1배기구(69)를 통하여 보조공간(77)으로 배기한다. 이 배기된 잔류가스를 배기튜브(75)로 제 2배기구(73)와 진공펌프(도시되지 않음)를 연결한 후 이 진공펌프를 작동시켜 보조공간(77)내의 잔류가스를 배기하여 진공시킨다. 이때, 제 2 하부기판(81)에 의해 제 1 하부기판(51)의 기계적 강도가 증가하므로 제 1배기구(69)가 다수 개 형성된다. 따라서, 다수개의 제 1배기구(69)에 의해 주공간(66)내 기체의 유동컨덕스가 증가되어 진공도가 향상된다. 그리고, 주공간(66) 및 보조공간(77) 내부가 진공을 유지하면서 보조공간(77)과 진공펌프가 분리되도록 배기튜브(75)를 가열하면서 회전 및 신장하여 자른다. 이때, 발생되는 가스는 게터(79)에 의해 제거된다. 상술한 FED는 에미터가 원추형의 실리콘으로 이루어지고 게이트전극을 갖는 트라이오드형(triode type)이라 지칭된다.
상술한 본 발명에 따르에 따르면, 하부기판의 기계적 강도를 향상시켜 주공간 내부의 존재하는 가스분자의 배기가 용이하며 배기튜브를 밀봉하는 과정에서 발생되는 가스를 제거하여 진공도를 향상시킬 수 있는 잇점이 있다.

Claims (11)

  1. 일측면에 애노드전극 및 형광체가 형성된 상부기판과 일측면에 상기 애노전극과 교차되게 형성된 캐소드전극 및 에미터가 형성된 제 1 하부기판이 서로 대향하여 스페이서에 의해 주공간이 형성되는 전계 방출표시장치에 있어서, 상기 제 1 하부기판의 하부에 형성된 제 2 하부기판과, 상기 제 1 하부기판의 캐소드전극이 형성되지 않은 부분에 연직방향으로 제 2 하부기판을 통하여 다수개가 형성된 제 1배기구들과, 상기 제 2 하부기판의 타측면과 상기 제 1배기구들에 의해 주공간과 공간적으로 연결되는 보조공간을 형성하는 보조기판과, 상기 보조기판의 소정 부분에 형성된 게터와, 상기 보조기판의 일측면에 형성된 제 2배기구와, 상기 제 2배기구를 통하여 잔류가스가 배기된 후 밀봉되는 배기튜브를 포함하는 전계 발생 표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제 1 하부기판의 재료로 실리콘 웨이퍼를 사용한 전계 발생 표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제 2 하부기판이 유리로 형성된 전계 방출 표시장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보조기판의 유리로 형성된 전계 방출 표시장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 보조공간은 주공간보다 큰 연직길이를 갖는 전계 방출 표시장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 보조공간의 연직길이가 1㎜~2㎝인 전계 방출 표시장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 게터(79)가 증발성 물질로 형성된 전계 방출 표시장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 게터(79)가 바륨(Ba)또는 티타늄(Ti)으로 형성되는 전계 방출 표시장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 게터(79)가 비증발성 물질로 형성된 전계 방출 표시장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 게터(79)가 지르코늄-알루미늄(ZR-Al)합금 또는 지르코늄-바다듐-철(Zr-V-Fe)합금으로 형성된 전계 방출 표시장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 배기튜브가 유리로 형성된 전계 방출 표시장치.
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