KR100464311B1 - 환원성 다공질 필터를 장착한 전계 방출 표시 장치 - Google Patents

환원성 다공질 필터를 장착한 전계 방출 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 밀봉시 음극판의 산화를 억제하는 환원성 다공질 필터를 장착한 전계 방출 표시 장치(Field Emission Display; FED)를 기재한다. 본 발명에 따른 환원성 다공질 필터를 장착한 FED 장치는 음극판(cathode plate)의 불활성 가스 주입구가 있는 내측면에 환원성 다공질 필터를 장착하여 패널 봉합시 프릿으로부터 발생되는 아웃개스로부터 산화성 가스를 제거하여 음극 및 팁이 산화되는 것을 억제함으로 봉합시의 열처리에서도 전계 방출 팁의 전계 방출 특성을 유지할 수 있다.

Description

환원성 다공질 필터를 장착한 전계 방출 표시 장치{Field Emission Display mounting the reductive mesh filter}
본 발명은 전계 방출 표시 장치(Field Emission Display; FED)에 관한 것으로, 상세하게는 전계 방출 표시 장치에서 패널(panel)의 배기홀(hole) 부근에 환원성 물질이 코팅(coating)된 다공질 필터(filter)를 장착하여 배기홀 부근에서 흘러들어가는 산화 물질들을 환원시켜 음극판(cathode plate)의 산화를 억제하는 환원성 다공질 필터를 장착한 전계 방출 표시 장치에 관한 것이다.
FED 패널(panel)은 고진공에서 작동하는 전자 소자이다. 전자 방출원인 음극판(cathode plate)과 빛을 내는 형광체가 도포되어 있는 양극판(anode plate)을 봉합한 후 내부를 진공 배기하여 고진공으로 유지해야 한다. 그런데 봉합 과정은 400℃ 이상의 고온에서 이루어지기 때문에 음극판(cathode plate)의 금속(metal)이 산화되기 쉬우며, 특히, 음극 팁(cathode tip)의 산화는 전계 방출 특성에 아주 민감한 영향을 미친다. 이 것을 방지하기 위한 여러 방법 중의 하나가 패널을 진공 중에서 봉합(sealing)하는 것이다. 주위의 산소를 펌핑(pumping)하여 산화되는 소스(source)를 제거한다. 그러나 이 방법 역시 봉합(sealing)을 위해 사용되는 프릿(frit)에서 발생하는 산화성 기체들을 완전히 제거하지는 못한다. 이 산화성 기체들을 제거하기 위해 진공 밀봉 중 패널 내부로 불활성 가스(inert gas)를 흘려주어 플러슁(flushing)하는데, 유리 패널(glass panel)이 가열된 상태에서 나온 산화성 기체들은 음극 금속(cathode metal)들을 쉽게 산화시킨다. 특히, 불활성 가스(inert gas)가 흘러 들어가거나 나오는 홀(hole) 주위에는 튜브(tube)를 붙이기 위한 다량의 프릿(frit)이 존재하기 때문에 특히 쉽게 산화된다. 도 1을 참조하면, Ar 인입홀(inlet hole)인 제1홀(hole)(1) 주위인 A 영역이 가장 많이 산화되어 색이 변하였고, 가장 먼 쪽의 배출홀(outlet hole)인 제4홀(4) 주위의 영역 B가 그 다음으로 많이 산화된 것을 볼 수 있다. 이 것은 Ar 가스(gas)가 흘러 들어가면서 프릿(frit)에서 발생한 산화성 기체를 밀고들어 갔으며, 제2홀(2)과 제3홀(3) 쪽으로 Ar이 상대적으로 많이 빠져나가 제4홀(4) 쪽에서 확산된 산화성 기체들을 밀어내지 못한 이유로 생각된다. 이처럼 홀(hole) 주위가 많이 산화되는 것을 방지하며 프릿(frit)에서 발생된 산화성 기체들을 기계적, 화학적으로 제거하는 방법이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안한 것으로, 환원성 다공질 필터를 가스 입출구에 장착하여 패널 밀봉시 전극이 산화되는 것을 방지하기 위한 환원성 다공질 필터를 장착한 전계 방출 표시 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 환원성 다공질 필터 없이 밀봉(sealing)된 Cu 패널(panel)의 산화 상태를 보여주는 도면이며,
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 따른 전계 방출 표시 장치에 장착된 환원성 메쉬 필터(mesh filter)의 정면도 및 단면도이고,
도 3a는 도 2a 및 도 2b의 환원성 다공질 필터를 이용하여 밀봉(sealing)된 FED 패널(panel)의 평면도이며,
그리고 도 3b는 도 3a의 A-A' 라인을 따라 절개한 절개부의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1. 제1홀(Ar inlet) 2. 제2홀(Ar outlet)
3. 제3홀(Ar outlet) 4. 제4홀(Ar outlet)
A, B: 산화된 영역
11. Pt coated hole 12. 세라믹(ceramic)
21. 분위기 가스 입구(ambient gas inlet)
22. 환원성 메쉬 필터(mesh filter)
23. 봉합(sealing)용 측면 프릿(side frit) 24. 음극판(cathode plate)
25. 양극판(anode plate) 26. 주변 가스 출구(ambient gas outlet)
27. Ar 유출입용 튜브(tube) 28. 튜브(tube) 고정용 프릿(frit)
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 환원성 다공질 필터를 장착한 전계 방출 표시 장치는, 서로 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 형성된 음극들 및 양극들이 대향면 상에 형성되어 일정한 간격으로 배치된 음극판 및 양극판; 상기 음극판의 가장자리에 복수개 형성된 가스 출입용 홀들; 상기 홀들에 대응하도록 상기 음극판의 외측면에 부착된 튜브들; 및 상기 홀들에 대응하도록 상기 음극판의 내측면에 장착된 환원성 다공질 필터들;을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 환원성 다공질 필터들은 Al2O3혹은 세라믹으로 형성되고, 상기 환원성 다공질 필터들의 다공질 판의 구멍 내벽에 Pt, Pd 혹은 500℃ 이상에서 견디는 무기 촉매로 이루어진 환원성 물질들이 코팅되며, 상기 환원성 물질은 PVD법, CVD법 혹은 전기영동법 중 어느 한 방법으로 코팅되며, 상기 환원성 다공질 필터들의 다공질 판의 구멍은 50~500μm 의 직경을 갖도록 형성되며, 상기 환원성 다공질 필터들의 다공질 판의 구멍들 간의 간격을 상기 구멍들의 총 면적이 상기 다공질 판 전체 면적의 50% 이상이 되도록 형성된 것이 바람직하다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 환원성 다공질 필터를 장착한 전계 방출 표시 장치를 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 환원성 다공질 필터를 장착한 전계 방출 표시 장치는 FED 패널의 배기홀 부근에 환원성 물질이 코팅된 다공질 필터를 장착하여 배기홀 부근에서 흘러 들어가는 산화 물질들을 환원시켜 음극판(cathode plate)의 산화를 억제한 것에 특징이 있다. 즉, 패널에 흡배기를 위한 유리 튜브(tube)를 붙이기 위한 각 홀 주위의 음극판(cathode plate)의 산화를 방지하기 위해 홀 내부에 프릿(frit)에서 발생된 산화성 기체를 환원시키기 위한 세라믹 메쉬 필터(ceramic mesh filter)를 장착하는 것을 특징으로 한다.
도 2a 및 도 2b는 각각 세라믹 메쉬 필터(ceramic mesh filter)의 평면도와측단면도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 메쉬 필터(mesh filter)는 아웃개싱(outgassing)이 적은 Al2O3나 이와 같은 세라믹 물질(12)로 만들어지고, 그 다공질 판의 구멍은 50~500μm 의 직경의 홀(11)들이 어레이(array) 형태로 뚫어져 있다. 홀과 홀 사이의 거리는 총 개구영역(open area)이 전체 면적의 1/2 이상이 되도록 조절된다. 예를들어, 100μm의 정사각형 홀이 뚫려있는 경우에는 홀들 간의 간격이 100μm 보다 작게 만든다. 이것은 홀들의 개구영역(open area)을 크게 하여 불활성 가스(inert gas)의 흐름(flow)이 방해받는 것을 방지하기 위한 것이다. 홀(11)의 내벽에는 다른 물질을 환원시키는 환원성 촉매 물질이 코팅되어 진다. 이러한 환원성 촉매 물질로는 Pt, Pd 등의 금속성 촉매와 500℃ 이상의 온도에 견디는 무기물 촉매가 있다. 환원성 물질은 스퍼터링(sputtering)법, 증착(evaporation)법 등의 PVD법과, CVD법 및 전기영동(electrophoretic)법들 중 적어도 어느 한 방법에 의해 수 천 Å의 두께로 코팅된다.
이와 같은 메쉬 필터(mesh filter)(22)는, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 음극 패널(cathode panel)의 내벽에 부착된다. 음극 패널(cathode panel)에는 불활성 가스(inert gas)의 유입 및 유출을 위해 홀(21, 26)들이 뚫려있고, 이 홀들을 후에 닫아주기 위해 음극 패널(cathode panel) 외벽에 유리 튜브(glass tube)(27)가 프릿(frit)(28)에 의해 고정된다. 음극판 내벽에는 홀(11)의 위치에 메쉬 필터(mesh filter)(22)가 밀착된다. 메쉬 필터(22)는 패널 측면(panel side)에 접착되는 측면 유리 바(side glass bar)에 끼워서 고정한다.
환원성 다공질 필터(22)는 도 3b에 도시된 바와 같이 배기 및 분위기 기체유출입을 위해 뚫려있는 구멍(21, 26)의 진공이 유지되야 할 패널 면을 가로막도록부착된다. 이 필터(22)는 상판과 하판을 붙이는 측면 바(side bar)(23)에 고정된다. 기체 유출입 구멍들에는 튜브(27)가 프릿 페이스트(frit paste)(28)에 의해 부착되어 있다. 패널을 봉합하기 위해 패널은 대기압에서 고온(400℃ 이상)으로 가열된다. 패널이 가열되면 프릿(frit)이 녹기 시작하고 프릿(frit)으로부터 산화성 기체들이 나오기 시작한다. 패널의 4면에서 나오는 산화성 기체들은 패널 내부로 흘러들어가는 불활성 가스(inert gas)에 의해 패널 내부로 들어가지 못하지만, 홀의 튜브를 고정시킨 프릿에 의한 산화성 기체는 불활성 가스(inert gas) 주입 구멍과 배출 구멍에서 흘러들어간다. 흘러들어간 산화성 기체는 환원성 다공성 필터의 구멍 내벽에 코팅된 환원 촉매들과 반응하여 환원된다. 환원된 기체들은 패널 내부로 들어갔다가 일정시간 체류한 후 다른 구멍들을 통해 빠져나간다. 기체들은 이미 환원되었기 때문에 패널 내부의 금속 박막들을 산화시키지 않는다. 상대적으로 패널의 온도가 올라갈수록 촉매의 반응성도 증가하기 때문에 고온에서도 염려없이 사용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 환원성 다공질 필터를 장착한 FED 장치는 음극판(cathode plate)의 불활성 가스 주입구가 있는 내측면에 환원성 다공질 필터를 장착하여 패널 봉합시 프릿으로부터 발생되는 아웃개스로부터 산화성 가스를 제거하여 음극 및 팁이 산화되는 것을 억제함으로 봉합시의 열처리에서도 전계 방출 팁의 전계 방출 특성을 유지할 수 있다. 만약, 팁이 산화되면 FED 장치의구동 전압은 수 십 V 이상으로 증가되어야 하며 따라서 구동 회로의 크기가 커지고 가격이 비싸진다. 또한, 본 발명에 따른 전계 방출 표시 장치를 사용하면 환원성 기체에 민감한 양극판(anode plate)의 형광체에 아무런 영향을 미치지 않고도 음극판(cathode plate)의 산화를 억제할 수 있어 고휘도의 표시 장치(display)를 구현하는데 용이하며, 또한 고진공 시스템을 사용함에 따르는 고 비용의 부담없이 저진공 시스템에서도 진공 봉합이 가능하게 된다.
이러한 환원성 다공질 필터는 FED 뿐 만 아니라 장치의 내부를 진공으로 유지하는 VFD, PDP 등에 적용될 수 있다. 즉, VFD, PDP 등의 패널의 분위기 가스 유출입 구멍에 부착하여 봉합시 전극의 산화를 방지할 수 있다.

Claims (7)

  1. 서로 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 형성된 음극들 및 양극들이 대향면 상에 형성되어 일정한 간격으로 배치된 음극판 및 양극판;
    상기 음극판의 가장자리에 복수개 형성된 가스 출입용 홀들;
    상기 홀들에 대응하도록 상기 음극판의 외측면에 부착된 튜브들; 및
    상기 홀들에 대응하도록 상기 음극판의 내측면에 장착된 환원성 다공질 필터들;을 구비한 것을 특징으로 하는 환원성 다공질 필터가 장착된 전계 방출 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 환원성 다공질 필터들은 Al2O3혹은 세라믹으로 형성된 것을 특징으로 하는 환원성 다공질 필터가 장착된 전계 방출 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 환원성 다공질 필터들의 다공질 판의 구멍 내벽에 환원성 물질들이 코팅된 것을 특징으로 하는 환원성 다공질 필터가 장착된 전계 방출 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 환원성 물질은 Pt, Pd 혹은 500℃ 이상에서 견디는 무기 촉매로 이루어진 것을 특징으로 하는 환원성 다공질 필터가 장착된 전계 방출 표시 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 환원성 물질은 PVD법, CVD법 혹은 전기영동법 중 어느 한 방법으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 환원성 다공질 필터가 장착된 전계 방출 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 환원성 다공질 필터들의 다공질 판의 구멍은 50~500μm 의 직경을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 환원성 다공질 필터가 장착된 전계 방출 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 환원성 다공질 필터들의 다공질 판의 구멍들 간의 간격을 상기 구멍들의 총 면적이 상기 다공질 판 전체 면적의 50% 이상이 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 환원성 다공질 필터가 장착된 전계 방출 표시 장치.
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