KR20020097290A

KR20020097290A - 디스플레이 소자들을 실링하는 방법

Info

Publication number: KR20020097290A
Application number: KR1020027015532A
Authority: KR
Inventors: 딘케네스에이; 찰라마라바브알; 위벨호어데이브; 암린크레이지
Original assignee: 모토로라 인코포레이티드
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2001-05-07
Publication date: 2002-12-31
Also published as: WO2001088942A1; EP1287541A1; AU2001261305A1; US6459198B1; KR100799092B1; JP2004515880A

Abstract

프릿 형태 요소를 갖는 고 진공 디스플레이(10)를 제조하는 방법 및 디스플레이는 2개의 주용한, 병렬로 이격된 유리면들(12,13) 및 그 사이에 연속적인 에지(15)를 포함한다. 개구(16)는 엔벨로프의 유리면들 중의 하나를 통해 형성된다. 플레이트(20)는 엔벨로프에서 개구보다 더 큰 영역으로 구비된다. 상기 개구보다 약간 더 작은 영역을 갖는 버튼(21)은 플레이트의 한 면상에 형성될 수 있다. 저온 용해 물질(25)은 버튼 주의의 플레이트 상에 배치되고, 엔벨로프는 실질적인 진공에 배치된다. 버튼은 개구에 놓이고, 플레이트는 엔벨로프 외부의 유리면에 인접하고, 저온 용해 물질은 개구내에 버튼을 실링하게 맞물리게 하는 열 및/또는 압력을 이용하여 용해된다.

Description

디스플레이 소자들을 실링하는 방법{A method for sealing display devices}

전계 방출 소자들을 통합한 평탄 디스플레이들은 최상의 성능 및 긴 작동 수명들을 위해 양호한 진공 상태들을 필요로 한다. 진공 실이 크게 제조되는 방법은 전체의 진공 상태들에 영향을 끼친다. 전계 방출 디스플레이들이 대부분의 어떤 다른 진공 생성물보다 더 넓은 표면적 대 진공 비율을 가지기 때문에, 양호한 진공을 생성하는 일은 다른 진공 소자들에서보다 훨씬 더 힘든다.

전계 방출 디스플레이들에서 실(seal)을 제조하기 위해 확립된 방법들을 이용하는 데에는 문제점들이 있다. 한 종래 기술의 실링 방법은 통상적으로 "튜브레이터 팁-오브(tubulator tip-off)" 방법으로 칭해지고, 일체 유리 엔클로저를 실링하는데 이용된다. 이 방법에서, 상기 팁-오브 동안 유리의 팁-오브 영역을 열로 용해하는 작용은 10^-5torr 또는 그 이상에서 엔클로저내의 초기 진공 레벨을 설정하는 압력을 만든다. 튜블러 스텀프(tubular stump)는 상기 디스플레이의 뒷편에 있고, 최종 생성물의 평탄 형태 요소를 감소시킨다.

두 번째 종래 기술의 실링 방법은 통상적으로 "일체 실"로서 칭해진다. 상기 디스플레이는 일반적으로 고온에서 프릿(frit) 또는 다른 수단을 이용하는 한 단계에서 실링되고, 실링 공정 동안 가스의 1 torr까지 디스플레이 엔벨로프 내에 침착될 수 있다. 이 가스는 플래시어블 게터들(flashable getter) 및 증발하기 어려운 게터들을 포함한 부가적인 게터링으로 제거되어야만 한다. 전계 방출에 필요한 레벨들까지 진동 엔벨로프가 클린(clean)해지도록 현저하게 소모된다.

따라서, 실링된 진공 엔벨로프와, 평탄 형태 요소를 갖고, 실링에서 가급적 낮은 압력을 만들어내고, 엔벨로프 내의 게터에 대한 활성화를 허용하는 전계 방출 디스플레이를 위한 상기 실링된 진공 엔벨로프를 제조하는 방법이 필요하게 된다.

본 발명은 실(seal) 및 전계 방출 소자들을 실링하는 방법에 관한 것으로, 특히 평평한 프로파일을 갖는 소자들에서의 고 진공실에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 실링된 전계 방출 소자 엔벨로프의 단면도.

도 2 내지 7은 실링 공정에서 연속하는 단계들을 도시하는 도면.

도 8은 본 발명에 따라 실링된 전계 방출 소자 엔벨로프에 대한 다른 실시예의 단면도.

도 9는 본 발명에 따라 실링된 전계 방출 소자 엔벨로프에 대한 다른 실시예의 단면도.

이제 도면들 및 특히 도 1을 살펴보면, 평탄 형태 요소를 갖는 고 진공 전계 방출 디스플레이(10)가 도시된다. 디스플레이(10)는 연속적인 에지(15)가 사이에 있는 두 개의 주요한, 병렬로 이격된 유리 면들(12,13)을 포함한다. 일반적으로,본 기술에 숙련된 자들에 의해 이해되는 바와 같이, 적당한 동작을 위해 비교적 고 진공을 필요로 하는 엔벨로프(11)내에 전자 소자가 장착된다. 디스플레이(10)는 화상들, 기록 등을 발생시키도록 전계 방출 소자(FED)와 같은 어떤 유형의 전자 소자를 포함한다. FED들이 본 기술에 널리 공지되어 있기 때문에, 본 예에서 유리 면(12)이 캐소드일 수 있고, 유리 면(13)이 화상들 들이 형성되는 애노드일 수 있고, 또는 상기 면들(12,13)이 역전될 수 있는 상태를 제외한, 구조 또는 동작에 대한 부가의 설명은 필요하지 않다고 생각한다. 또한, "유리"라는 용어가 양 면들(12,13)을 말하도록 이용되고 있지만, 어떤 재료(예를 들어, 질그릇, 반도체, 금속, 금속-질그룻 다층들 등)가 면들(12,13)을 위해 이용될 수 있고 적당한 진공 실(예를 들어, 약 2 ×10-13 torr ×리터/초보다 작은 리크율)을 제공하는 에지(15)를 위해 이용될 수 있으며, "유리"라는 용어는 이러한 물질들 모두를 통합한다고 본 기술에 숙련된 자들에 의해 이해될 것이다.

도 2를 참조하면, 본 실시 면(12)에서, 엔벨로프(11)에 의해 규정된 내부 용량에의 접근을 제공하도록 유리 면들 중의 하나를 통해 개구(16)가 형성된다. 다음에, 이 공정은 엔벨로프(11)내의 용량 배출 및 개구(16)의 실링을 필요로 한다. 이를 달성하기 위해, 덮개 소자 또는 플레이트(20)가 제공되고(도 3을 도시), 버튼(21)이 도 4에 도시된 바와 같이 한 면상에 형성된다. 여기서 이 바람직한 실시예에서, 플레이트(20) 및 버튼(21)이 일체로서 형성되나, 다른 구성들은 이하에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 발명될 수 있다. 일반적으로, 제조에서의 간단함을 위해, 개구(16)는 원형이고, 플레이트(20)는 개구(16)의 영역보다 더 넓은 영역을 가진다. 물론, 바란다면 개수들 및 플레이트들의 다른 형상들을 이용할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이 개구(16)내에 쉽게 배치될 수 있도록, 버튼(21)은 개구(16)의 영역보다 약간 더 작은 영역을 가진다. 여기서, 플레이트(20)/버튼(21)이 1mm보다 더 얇을 수 있고, 크기에서 5mm보다 작을 수 있고, 적절한 형태 요소를 제공하도록 애노드나 캐소드 중 어느 하나에 부착될 수 있다는 것에 주목해야 한다.

엔벨로프(11) 및 플레이트(20) 및 버튼(21)이 설명한 바와 같이 형성되면, 일반적으로 바람직한 조립 공정은 다음과 같다. 일반적으로 도 5에 도시된 바와 같이, 저온 용해 물질(25)이 버튼(21) 주위의 플레이트(20)상에 배치된다. 물질(25)은 정상 동작 온도들(예를 들어, 100℃)에서 고체이고, 유리 프릿의 완화점(예를 들어, 300℃) 이하의 용해점을 가진 임의의 초-고 진공 물질이다. 적어도 버튼(21)(및 또한 바람직한 실시예에서의 플레이트(20)는 저온 용해 물질(25)에 잘 젖고 고온들에서 젖은 상태를 유지하는 물질로부터 형성된다. 알맞게 반응한 물질들로는 예를 들어, 구리 및 금이다. 또한, 본 공정에서 만족스럽게 동작하는 저온 용해 물질(25)의 예들은 소망의 특성을 제공하도록 여러 물질들과 서로 다른 양들로 구성된 인듐 및 주석 합금들이다. 바람직한 실시예에서, 플레이트(20) 및 버튼(21)은 완전히 구리로 형성되고, 저온 용해 물질(25)은 인듐이다, 물질(25)(인듐)은 도 5에 도시된 바와 같이, 버튼(21)상의 링 또는 플레이트에 배치된다.

버튼 물질이 인듐 가용성 물질로 코티된 어떤 물질일 수 있다는 것에 주목해야 한다. 그러나, 용해된 인듐은 공용(eutectic)을 급속히 형성하고, 고온 공정에서 대부분의 얇고 두꺼운 막 물질들을 소모할 것이다. 따라서, 가용성 물질의 소모를 피하기 위해 고체 금속 버튼(21)/플레이트(20)을 이용하는 것이 바람직하다.

표면을 적시고, 인듐 금속의 기체를 배출하고, 버튼(21)/플레이트(20)의 구리의 기체를 배출하도록 진공에서 버튼(21)/플레이트(20)상에 인듐이 가열된다. 냉각될 때, 인듐 코팅된 버튼은 실링을 위해 준비된다. 고품질 실의 형성을 방해하하는 표면 산화물들의 형성을 방지하도록 실 전에 인듐 코팅된 버튼이 다시 진공으로부터 제거되지 않는다. 이 경우, 이러한 산화물들이 형성되고, 그들은 부착을 향상시키도록 실 전에 수소 플라즈마로 제거될 수 있다.

엔벨로프(11)에 대한 버트(21)의 최종 실이 고 진공에서 이루어진다. 이는 실에서 엔벨로프(11)의 고 진공을 보장한다. 일 실시예에서, 버튼(21)/플레이트(20) 및 인듐(25)은 157℃ 이상 가열된다. 용해된 인듐 및 버튼(21)은 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 유리면(12)의 개구(16)로 누려진다. 제조 공정에서 지연 등으로 인해, 표면막이 저감된 부착을 갖는 용해된 인듐상 있을 수 있다. 상기 용해된 인듐이 유리면(12)상에 눌려질 때, 클린 표면을 갖는 새로운 인듐이 매우 양호한 화학적 접합 및 용접 실을 제조하도록 이 막 아래에 압착된다. 회전, 진동 또는 전이에 의한 플레이트(20) 및 버튼(12)의 교반(agitation)은 초기 접촉 영역에서 표면막을 파괴하고 부착을 향상시키는데 도움이 된다. 인듐이 냉각중 응고될 때 접합이 완성된다.

플레이트(20) 및 버튼(21)을 포함하는 실이 위에 개시되어 있지만, 다수의 다른 실들이 발명될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 도 8을 참조하면, 도 1의 것과 비슷한 구성요소가 유사한 부호들로 나타나고 다른 실시예를 나타내기 위해 이 부호들에 악센트의 부호(prime)가 부가되는 다른 실시예의 일예를 도시한다. 엔벨로프(11')의 유리면(12')에 개구(16')가 형성된다. 플레이트(20')는 개구(16')의 영역보다 더 큰 영역으로 제공된다. 본 실시예에서, 플레이트(20')상에 버튼이 형성되지 않는다. 상술한 것과 유사한 저온 용해 물질(25')의 링은 플레이트(20')의 상부면 상에 배치된다. 조립 공정은 상술한 바와 같이 나아간다.

도 9를 참조하면, 도 1의 것과 비슷한 구성요소가 유사한 부호들로 나타나고 다른 실시예를 나타내기 위해 이 부호들에 악센트의 부호(prime)가 부가되는 다른 실시예의 일예를 도시한다. 개구(16")는 엔벨로프(11")의 유리면(12")에 형성된다. 플레이트(20")는 개구(16")의 영역보다 더 큰 영역으로 제공된다. 본 실시예에서, 버튼은 플레이트(20")상에 형성되지 않는다. 플레이트(20)의 상부 표면에 디플레션(24"; depression)이 형성된다. 디플레션(24")은, 예를 들어 개구(16")를 통해 엔벨로프(11")로 증발될 수 있는(상기한 설명 참조) 플래시어블 게터일 수 있는 게터링 물질 등을 포함할 수 있다. 상기 설명된 것과 유사한 저온 용해 물질(25")의 링은 디플레션(24")을 둘러싸고 있는 플레이트(20")의 상부 표면상에 배치된다. 조립 공정은 상기한 설명과 같이 나아간다.

진공 실은 인듐이 용해될 때(>157℃) 또는 인듐이 고형화될 때(<157℃)에 제조될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 저온 인듐(고체)으로 실링 공정을 수행하기 위하여, 이 공정은 양호한 접합을 형성하기 위해 표면막으로부터 클린 인듐을 압착하는 데에는 더 큰 힘을 필요로 한다는 것을 제외하고, 일반적으로 상기한 설명과같다. 인듐이 실온에서 크리프(creep)하기 때문에, 누군가 변형을 완료하도록 크리프에 대해 수분간 대기하는 경우 새로운 표면을 생성하기 위해 인듐에 가해지는 힘이 감소될 수 있다. 저온 실이 In-Sn 합금들, 다른 인듐 합금들, Sn 및 그의 합금들과 같은 인듐보다 다른 물질들, 및 다른 저 용해점 물질 및 혼합물들로 만들어질 수 있다.

바람직한 실시예에서, 엔벨로프(11)의 유리면(12)에 개구(16)가 형성된다. 엔벨로프(11)의 구성요소들, 즉 면들(12, 13) 에지(15) 및/또는 지지 프레임은 예를 들어 인접 대기 압력으로 불활성 분위기(Ar, N₂등)에서의 유리 프릿을 이용하여 함께 실링된다. 다음에, 임의의 외부 전자들과 함께 엔벨로프(11)는 초기 실 등을 손상시키기 않고 가급적 고온으로 진공(약 10^-6torr)에서 베이킹(baking)된다. 일반적으로, 10^-6torr 이하의 초기 진공 압력으로 실링된 엔벨로프(전자 튜브)를 얻는 것이 바람직하다. 바람직한 상태들은 수 시간동안 350℃보다 큰 압력을 포함한다. 고 진공으로부터 제거되지 않고, 상기 베이킹된 부분들은 상기 설명한 바와 같이 준비된 인듐 버튼을 포함한 위치에 전달된다. 플래시어블 게터는 개구(16)를 통해 엔벨로프(11)로, 예를 들어, RF 또는 전기열에 의해 증발된다. 증발 간격은 엔벨로프(11)에 최대의 다공성(porosity) 및 표면적을 주도록 조정된다. 본 특정 실시예에서, 게터링 링 또는 증발하기 어려운 게터를 엔벨로프(11)기 배치되게 요구하지 않는다.

다음에, 유도를 거쳐 인듐의 용해점에서 이미 가열되고 있는 플레이트(20)/버튼(21)은 상술한 바와 같이, 개구(16)에서 유리에 접촉된다. 엔벨로프(11)는 이 공정동안 실온일 수 있거나, 열 스트레인을 저감시기 위해 가열될 수 있다. 일반적으로, 실이 만들어질 때 온도가 찰 수록 엔벨로프(11)에서의 초기 압력이 낮아진다. 최소한, 디스플레이 기체배출 온도보다 더 낮은 적어도 200℃의 온도로 실이 만들어진다. 실이 만들어지면, 구성요소들의 온도는 가급적 빨리 저감된다. 다음에, 엔벨로프(11)가 진공실로부터 제거된다. 디스플레이(10)의 수명동안 인듐의 크리프를 최소화하도록 플레이트(20)의 주변 영역 및 외부에 에폭시 등과 같은 코팅이 인가될 수 있다.

따라서, 고 진공 실을 위해 10년이상 선반 수명(shelf life)을 준비한 평탄 형태 요소를 갖는 고 진공 전계 방출 디스플레이를 제조하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 비교적 쉽고 수행하기에 값비싸지 않으며, 상기 디스플레이는 극히 평탄 형태 요소로 제조될 수 있다. 실링된 엔벨로프(전자 튜브)는 10^-6torr 이하의 초기 진공 압력 및 2×10^-15torr.l/sec보다 적은 리크율로 달성된다.

개시된 실링 공정에 부가적인 이점들이 있다. 실 전, 그러나 구성요소들을 베이킹하는 진공 후, 전계 소자(또는 다른 전기 구조물)는 전자 빔 충격에 의해 구성요소들을 가스 제거하도록 동작될 수 있다. 전자 스크럽(electron scrub)은 생성물 동작동안 겪을 수 있는 것보다 더 높은 애노드 전압들 및 전류로 바람직하게 수행될 수 있다. 부가하여, 수소와 같은 반응성 가스들은 전계 이미터들을 클린시키도록 도입되고, 산소, 불소, 염소 및 유황 함유 종들 등과 같은 오염물질들들을 제거할 수 있고, 남은 수소는 H2의 높은 배경 부분 압력으로 실링함으로써 디스플레이로 직접 실링될 수 있다. 또한, 물질 실은 임의의 유리 형태로 이용될 수 있는데, 그 이유는 열팽창 계수와 정합할 필요가 없기 때문이다. 이 새로운 실 방법에 대한 부가적인 이점은, 상기 물질이 비파괴적으로 제거될 수 있다는 것이다.

본 발명에 대한 특정 실시예들을 도시하지 설명하였지만, 본 분야에 숙련된 자들에 의해 다른 변경들 및 개선들을 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명이 도시된 특정 형태들에 제한되지 않고, 첨부된 청구범위가 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않는 모든 변경들을 커버한다는 것을 이해하기를 바란다.

Claims

평탄 형태 요소를 갖는 고 진공 소자를 제조하는 방법에 있어서,

2개의 주요한, 병렬로 이격된 유리면들 및 그 사이의 연속적인 에지를 포함한 엔벨로프를 제공하는 단계,

상기 엔벨로프의 상기 유리면들 중의 하나를 통해 개구를 형성하는 단계,

상기 엔벨로프에서의 상기 개구보다 더 큰 영역을 갖는 플레이트를 제공하는 단계,

상기 플레이트의 표면 상에 저온 용해 물질을 배치하는 단계,

상기 엔벨로프를 실질적인 진공에 놓는 단계, 및

상기 플레이트가 상기 엔벨로프 외부의 상기 유리면들 중의 하나에 인접하고 상기 저온 용해 물질이 상기 유리면들 중의 하나와 상기 플레이트를 실링하게 맞물리도록 상기 개구 위에 상기 플레이트를 배치하는 단계를 포함하는 고 진공 소자 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 개구 위에 상기 플레이트를 실링하게 맞물리게 하기 전에, 상기 엔벨로프 내의 구성요소들의 낮은 기체배출 속도들을 보장하는 온도에서 상기 엔벨로프 및 모든 내부의 부분들을 베이킹(baking)하는 단계를 더 포함하는, 고 진공 소자 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 배치하는 단계 동안 상기 플레이트 및 저온 용해 물질을 가열하는 단계를 더 포함하는, 고 진공 소자 제조 방법.
평탄 형태 요소를 갖는 고 진공 디스플레이를 제조하는 방법에 있어서,

2개의 주요한, 병렬로 이격된 유리면들 및 그 사이의 연속적인 에지를 포함한 엔벨로프를 제공하는 단계로서, 상기 엔벨로프는 디스플레이를 포함하고 상기 유리면들 중의 첫 번째는 상기 디스플레이의 페이스 플레이트(face plate)를 형성하는, 상기 엔벨로프를 제공하는 단계,

상기 엔벨로프의 상기 유리면들 중의 두 번째를 통해 개구를 형성하는 단계,

상기 엔벨로프에서의 상기 개구보다 더 큰 영역을 갖고, 한 면상에 상기 개구보다 약간 더 작은 영역을 갖는 일체 성형된 융기 버튼을 포함하는 플레이트를 형성하는 단계,

상기 버튼 주위의 상기 플레이트 상에 저온 용해 물질을 배치하는 단계,

1시간 이상 350℃보다 더 큰 온도로 상기 엔벨로프 및 상기 디스플레이를 베이킹하는 단계,

상기 엔벨로프를 10^-6torr 이하의 진공에 놓는 단계, 및

상기 개구에 상기 버튼을 배치하는 단계로서, 상기 플레이트는 상기 엔벨로프 외부의 상기 유리면들 중의 하나에 인접하고 상기 저온 용해 물질은 상기 개구 내에 상기 버튼을 실링하게 맞물리게 하는, 상기 배치하는 단계를 포함하는 고 진공 디스플레이 제조 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 배치하는 단계동안 상기 버튼 및 저온 용해 물질을 가열하는 단계를 더 포함하는, 고 진공 디스플레이 제조 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 일체 성형된 융기 버튼을 갖는 상기 플레이트를 형성하는 단계는 상기 저온 용해 물질에 잘 젖고 상기 가열하는 단계 동안 젖은 상태를 유지하는 물질로 플레이트 및 버튼을 형성하는 단계를 포함하는, 고 진공 디스플레이 제조 방법.
평탄 형태 요소를 갖는 고 진공 디스플레이에 있어서,

2개의 주요한, 병렬로 이격된 유리면들 및 그 사이의 연속적인 에지와 상기 유리면들 중 하나를 통해 연장하고 규정된 개구를 포함한 엔벨로프,

상기 엔벨로프에서의 상기 개구보다 더 큰 영역을 갖는 플레이트, 및

상기 플레이트의 한 면상에 배치된 저온 용해 물질의 링을 포함하고,

상기 플레이트는 상기 엔벨로프 외부의 상기 유리면들 중의 하나에 인접하도록 상기 개구 위에 배치되고, 상기 저온 용해 물질은 상기 개구 위의 상기 플레이트를 실링하게 맞물리게 하는, 고 진공 디스플레이.
제 7 항에 있어서,

상기 플레이트는 상기 저온 용해 물질에 잘 젖고, 가열동안 젖은 상태를 유지하는 물질을 포함하는, 고 진공 디스플레이.
제 7 항에 있어서,

상기 플레이트 상의 상기 저온 용해 물질은 인듐 및 주석 중의 하나를 포함하는, 고 진공 디스플레이.
제 7 항에 있어서,

디플레션은 게터링 물질을 함유하는, 고 진공 디스플레이.