KR0171997B1 - 전계 방출 표시소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계 방출 소자에 관한 것으로서, 하부기판의 소정 부분에 형성된 배기구의 내측이 소정 곡률(r)을 갖도록 하므로서 배기구의 내측 반경이 외측 반경 보다 곡률 반경(r) 정도가 더 크게되어 가스의 컨덕턴스가 향상되며 고진공에서 코사인 법칙에 따라 운동하는 가스 분자들이 배기구의 측면에 충돌하여 배기 튜브를 통해 외부로 배출될 가능성이 커지고, 배기구 내측의 응력 집중 및 표면적이 감소된다. 따라서, 가스 분자들의 컨덕턴스를 향상시키고 배기구의 측면에 충돌되는 가스 분자들을 외측으로 반사시키므로 배기를 용이하게 할 수 있으며, 또한, 배기구 내측에 응력이 집중되는 것을 방지하고 표면적을 감소하여 불순물이나 구성 성분 중 확산계수가 높은 물질이 확산되는 것을 감소시켜 진공도가 저하되는 것을 감소시킬 수 있다.

Description

전계 방출 표시소자

제1도는 일반적인 전계 방출 표시소자의 단면도.

제2도는 제1도의 전계 방출 표시소자에서 발췌되어 도시된 종래 기술에 따른 배기구의 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 전계 방출 표시소자의 배기구를 발췌하여 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 하부기판 13 : 캐소드전극

15 : 에미터 17 : 절연체

19 : 게이트전극 21 : 상부기판

23 : 애노드전극 25 : 형광체

26 : 공간 27 : 스페이서

29,29-1,29-2 : 배기구 30 : 배기 튜브

본 발명은 전계 방출 표시소자에 관한 것으로서, 특히, 내부쪽에 곡률을 갖도록 형성되어 가스의 컨덕턴스(conductance)를 증가시켜 진공도를 향상시킬 수 있는 배기구를 갖는 전계 방출 표시소자에 관한 것이다.

일반적으로 표시소자와 압력센서 등은 진공 패키징을 필요로 한다. 상기 진공 패키징을 필요로 하는 표시소자로는 브라운관(CRT), 프라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel:이하, PDP라 칭함), 전계 방출 디스플레이(Field Emission Display:이하, FED라 칭함) 및 진공 형광 딧플레이(Vacuum Fluorescence Display:이하, VFD라 칭함) 등이 있다. 상기 표시소자 중 PDP는 네온 등의 동작 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 VFD 등은 발생된 전자가 형광체에 충돌하는 것에 의해 화면을 나타내므로 전자의 자유 이동 거리(mean free path)를 크게하기 위해서는 10^-6토르 정도의 높은 진동도가 필요하다. 그러므로, 고진공을 필요로 하는 표시소자는 이 표시소자 내에 잔류하는 가스 분자를 배기 튜브를 통해 외부로 배기하고 패키징하는 공정이 필수적이다. 배기공정에 이용되는 가장 일반적인 방법은 표시소자의 배기구와 진공펌프 사이에 유리로 이루어진 배기 튜브를 연결시켜 표시소자 내의 가스 분자를 배기시킨 후 표시소자와 배기 튜브를 분리하기 위해 이 배기튜브를 반용융 상태로 가열하여 봉입하고 냉각시킨다. 이 과정에서 미량의 가스가 발생되는데, CRT와 같이 진공을 유지시켜야할 체적이 큰 경우에는 진공도에 별 영향을 주지 않으나 FED와 같이 100∼200㎛ 정도의 폭을 가져 대화면에 비해 내부체적이 매우 작은 경우에는 진공도의 저하에 큰 영향을 주게된다. 따라서, FED와 같이 체적이 작은 경우에는 가스의 양을 줄이면서 봉입하는 것이 중요하다.

제1도는 일반적인 FED의 단면도이다.

상기 FED는 스트라이프(stripe) 형상의 다수개의 캐소드전극(13)이 형성되는 하부기판(11)과, 상기 캐소드전극(13)과 교차하는 스트라이프 형상의 다수개의 애노드전극(23)이 형성된 상부기판(21)을 포함한다.

상부기판(21)은 시청자의 정면에 위치하는 것으로 투명한 유리로 형성된다 .그리고, 애노드전극(23)은 상부기판(21)의 시청자와 반대쪽 표면에 투명한 전도성 물질인 인듐-주석-산화물(ITO)로 형성되며, 애노드전극(23)의 표면에 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 다수개의 에미터(emitter:15)가 형성된다. 또한, 에미터(15)의 사이에 절연체(17)가 형성되며, 이 절연체(17)의 상부에 게이트전극(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 배기구(29)가 형성되며, 이 배기구(29)의 외부에 가스를 배출한 후 밀봉하는 배기 튜브(30)가 부착된다.

상기 상부기판(21)과 하부기판(11)은 형광체(25)와 에미터(15)가 마주하여 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 밀봉되도록 모서리는 유리 등으로 이루어진 밀봉제(28)가 도포된다. 상기에서 공간(26)은 상부기판(21)과 하부기판(11)을 부착하고 밀봉제(28)로 밀봉한 후 배기 튜브(30)로 FED의 배기구(29)의 진공 펌프(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 배기 튜브(30)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 다수개가 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.

제2도는 제1도의 FED에서 발췌되어 도시된 종래 기술에 따른 배기구(29-1)의 단면도이다.

상기에서 배기구(29-1)는 상기 FED의 내측 및 외측의 모서리가 하부기판(11)의 평면에 대해 직각을 갖는다. 배기구(29-1)는 하부기판(11)의 캐소드전극(13)이 형성되지 않은 소정 부분에 반지름이 R의 크기로 형성된다. 그리고, 배기구(29-1)의 외측에 배기 튜브(30)의 일측이 연결되어 있으며, 이 배기구(29-1)와 배기 튜브(30)는 밀봉제(28)에 의해 부착 및 밀봉되어 있다. 상기 배기 튜브(30)는 진공장치에 의해 내부의 가스를 외부로 배출시키는 것으로 진공시킨 후 상기 FED와 진공장치를 분리시키면서 밀봉되어 있다.

상기에서 배기구와 배기 튜브를 통해 FED 내부의 가스를 배기하여 고진공 상태로 만드는데, 가스는 고진공 상태에서 코사인 법칙(cosine law)에 따라 분자 흐름(molecular flow)의 상태로 흐르게 된다. 그러므로, 가스의 흐름은 가스 분자들 사이의 충돌 보다는 벽과의 충돌에 더 큰 영향을 받는다. 즉, 가스 분자가 벽에 충돌하면 충돌 각도와 무관하게 벽과 수직하는 방향으로 반사되는 확률이 가장 높다. 그러므로, 배기구 내측의 크기는 가스 분자의 충돌과 반비례하며 배기력과 비례한다.

그러나, 상술한 종래의 배기구는 모서리가 배기시키는 배기튜브와 직각을 이루므로 가스 분자들이 충돌시 수직으로 반사되므로 배기가 어려운 문제점이 있었다. 또한, 모서리 부분에 직각을 이루므로 표면적이 증가되며 응력이 집중되어 불순물이나 구성 성분 중확산계수가 높은 물질이 확산되어 진공도가 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 배기구와 배기 튜브가 연결되어야 하므로 이 배기구의 내측의 크기를 크게 형성하는데 한계가 있는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 배기구 내부의 반경을 배기 튜브보다 크게하여 가스 분자의 컨덕턴스를 크게하고 배기할 때 충돌되는 가스 분자들을 외측으로 반사시켜 배기를 용이하게 할 수 있는 배기구를 갖는 전계 방출 표시소자를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 모서리 부분에 응력 집중을 방지하고 표면적을 감소하여 진공도를 향상시킬 수 있는 배기구를 갖는 전계 방출 표시소자를 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전계 방출 표시소자는 스트라이프 형상의 다수개의 캐소드전극과 에미터가 형성되며 상기 에미터 사이에 절연층과 게이트전극이 형성되고 상기 캐소드전극이 형성되지 않은 부분에 배기구가 형성된 하부기판과, 상기 캐소드전극과 교차하는 스트라이프 형상의 다수개의 애노드전극과 형광체가 형성된 상부기판이 소정 간격 이격되게 유지시키는 스페이서를 포함하는 전계 방출 표시장치에 있어서, 상기 배기구의 내측이 소정 곡률 반경(r)을 가져 상기 내측 반경의 크기가 외측 반경(R)보다 곡률 반경만큼 더 크게 형성된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명에 따른 전계 방출 표시소자의 배기구(29-2)를 발췌하여 도시한 단면도이다. 상기에서 제1도와 동일한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 사용한다.

상기 배기구(29)는 내측이 소정 곡률 반경(r)을 갖고 외측이 하부기판(11)의 평면에 대해 직각을 갖는다. 배기구(29)는 하부기판(11)의 캐소드전극(도시되지 않음)이 형성되지 않은 소정 부분에 형성되며, 외측에 배기 튜브(30)의 일측이 연결된다. 상기 배기구(29)의 외측의 반경(R)과 배기 튜브(20)의 반경은 동일하며 서로 일치되게 부착되는 것이 바람직하다. 그리고, 배기구(29)와 배기튜브(30)는 프릿 유리(frit glass) 등의 밀봉제(28)에 의해 밀봉된다. 상기 배기 튜브(30)는 진공장치에 의해 내부의 가스를 외부로 배출시키는 것으로 진공시킨 후 상기 FED와 진공장치를 분리시키면서 밀봉되어 있다.

상기에서 배기구(29)의 내측이 소정의 곡률 반경(r)을 가지므로 FED 내부의 가스를 배기하여 고진공 상태로 만들 때 벽에 충돌되어 반사되는 가스 분자들이 외측으로 운동되게 한다. 즉, 가스는 고진공 상태에서 코사인 법칙에 따라 분자의 흐름 상태로 운동한다. 따라서, 가스 분자들은 소정 곡률 반경(r)을 갖는 배기구(29)를 이루는 하부기판(11)의 측면에 충돌하면 상기 측면과 수직하는 방향으로 반사되어 배기구(29)의 외측으로 운동할 확률이 가장 높다. 그러므로, 가스 분자들은 배기 튜브(30)를 통해 외부로 배출되기 쉽다. 또한, 배기구(29)의 내측 반경의 크기는 가스 분자의 유동의 컨덕턴스에 영향을 주는데, 상기 배기구(29)는 내측 반경의 크기가 외측 반경(R)보다 곡률 반경(r) 정도가 더 크게되어 가스의 컨덕턴스를 향상시킨다.

또한, 배기구(29)의 내측이 소정의 곡률 반경(r)은 배기구(29) 내측의 표면적을 감소시키므로 불순물이나 구성 성분 중 확산계수가 높은 물질의 확산에 의한 FED 내부의 진공도 저하를 감소시킨다. 상기에서, 곡률진 부분의 표면적(S)은 반경이 곡률 반경(r)인 구의 표면적의 절반과 동일하다. 따라서, 곡률진 부분의 표면적(S)은,

이 된다.

그러나, 상기 배기구(29)의 내측이 곡률지지 않은 경우의 표면적(S1)은,

이 된다. 그러므로, 상기 식(1)과 식(2)를 이용하여 배기구(29)가 곡률진 경우의 표면적(S)와 곡률지지 않은 경우의 표면적(S1)을 비교하면,

이 된다. 상기에서, 배기구(29)가 곡률진 경우의 표면적(S)이 곡률지지 않은 경우의 표면적(S1)보다 작기 위해서는 상기 식(3)이 1보다 작아야 한다. 즉,

이 되어야 한다. 따라서,

이어야 한다.

또한, 상기에서 배기구(29)를 형성하는 소정 곡률 반경(r)을 갖는 하부기판(11)의 측면이 압축 응력에 파괴되지 않고 견딜 수 있어야 한다. 그러므로, 곡률 반경(r)은,

이 되어야 한다. 상기에서 T는 하부기판(1)의 두께이고, t은 압축 응력에 의해 견딜 수 있는 하부기판(11)의 임계 두께이다. 상기에서 T와 t인 안전 계수 α에 비례하여 T=αt이 된다. 그러므로, 곡률 반경(r)은,

가 되어야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 배기구의 내측이 소정 곡률(r)을 갖도록 하므로서 배기구의 내측 반경이 외측 반경 보다 곡률 반경(r) 정도가 더 크게되어 가스의 컨덕턴스가 향상되며 고진공에서 코사인 법칙에 따라 운동하는 가스 분자들이 배기구의 측면에 충돌하여 배기 튜브를 통해 외부로 배출될 가능성이 커지고, 배기구 내측의 응력 집중 및 표면적이 감소된다.

따라서, 본 발명은 가스 분자들의 컨덕턴스를 향상시키고 배기구의 측면에 충돌되는 가스 분자들을 외측으로 반사시키므로 배기를 용이하게 하는 잇점이 있다. 또한, 배기구 내측에 응력이 집중되는 것을 방지하고 불순물이나 구성 성분 중 확산계수가 높은 물질이 확산되는 것을 감소시켜 진공도가 저하되는 것을 감소시킬 수 있는 잇점이 있다.

Claims (2)

1. 스트라이프 형상의 다수개의 캐소드전극과 에미터가 형성되며 상기 에미터 사이에 절연층과 게이트전극이 형성되고 상기 캐소드전극이 형성되지 않은 부분에 배기구가 형성된 하부기판과, 상기 캐소드전극와 교차하는 스트라이프 형상의 다수개의 애노드전극과 형광체가 형성된 상부기판이 소정 간격 이격되게 유지시키는 스페이서를 포함하는 전계 방출 표시장치에 있어서, 상기 배기구의 내측이 소정 곡률 반경(r)을 가져 상기 내측 반경의 크기가 외측 반경(R)보다 곡률 반경 만큼 더 크게 형성된 전계 방출 표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 배기구 내측의 소정 곡률이 r4R인 전계 방출 표시장치.