KR20070083116A - 진공 용기와 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스 - Google Patents

진공 용기와 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스 Download PDF

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KR20070083116A
KR20070083116A KR1020060016408A KR20060016408A KR20070083116A KR 20070083116 A KR20070083116 A KR 20070083116A KR 1020060016408 A KR1020060016408 A KR 1020060016408A KR 20060016408 A KR20060016408 A KR 20060016408A KR 20070083116 A KR20070083116 A KR 20070083116A
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Abstract

본 발명은 게터 제작과 고정 작업을 용이하게 할 수 있도록 게터 구조를 개선한 진공 용기 및 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것이다. 본 발명에 따른 진공 용기는 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판과 제2 기판의 가장자리에 위치하여 두 기판을 접합시키는 밀봉 부재와, 제1 기판과 제2 기판 사이에 설치되는 게터를 포함하며, 게터는 소정의 폭과 길이를 가지는 베이스 프레임과, 베이스 프레임 일면에 서로 이격되어 위치하며 게터 물질을 보유하는 복수의 게터 용기들과, 제1 기판 또는 제2 기판으로부터 베이스 프레임을 지지하는 복수의 지지체들로 이루어진다.
진공용기, 게터, 게터용기, 지지체, 밀봉부재, 전자방출유닛, 발광유닛

Description

진공 용기와 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스 {VACUUM VESSEL AND ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 용기의 부분 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 게터의 확대 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 어레이형 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 어레이형 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.
본 발명은 게터를 구비한 진공 용기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제작 효율을 높이기 위하여 게터 구조를 개선한 진공 용기 및 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것이다.
일반적으로 전자 방출 소자(electron emission element)는 전자원의 종류에 따라 열음극(hot cathode)을 이용하는 방식과 냉음극(cold cathode)을 이용하는 방식으로 분류할 수 있다.
여기서, 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는 전계 방출 어레이(Field Emitter Array; FEA)형, 표면 전도 에미션(Surface-Conduction Emission; SCE)형, 금속-절연층-금속(Metal-Insulator-Metal; MIM)형 및 금속-절연층-반도체(Metal-Insulator-Semiconductor; MIS)형 등이 알려져 있다.
전자 방출 소자는 제1 기판에 어레이를 이루며 배치되어 전자 방출 디바이스(electron emission device)를 구성하고, 전자 방출 디바이스는 형광층과 흑색층 및 애노드 전극 등으로 이루어진 발광 유닛이 구비된 제2 기판과 결합하여 전자 방출 표시 디바이스(electron emission display device)를 구성한다.
전자 방출 디바이스는 전자 방출부와 구동 전극들을 구비하여 화소 단위로 제2 기판을 향해 의도한 양의 전자들을 방출시키고, 전자 방출 표시 디바이스는 전자 방출부에서 방출된 전자들로 형광층을 여기시켜 소정의 발광 또는 표시 작용을 한다.
상기 제1 기판과 제2 기판은 프릿(frit)과 같은 밀봉 부재에 의해 가장자리가 일체로 접합된 다음 전자의 방출과 이동이 원활하게 이루어질 수 있도록 내부가 배기되어 진공 용기를 구성한다. 진공 용기 내부에는 다수의 스페이서가 장착되어 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고 두 기판의 간격을 일정하게 유지시킨다.
그리고 배기 후 진공 용기 내부를 고진공 상태로 유지하기 위하여 게터 플래싱 공정을 진행한다. 게터 플래싱 공정은 게터 용기 안에 봉입한 게터 물질, 일례로 바륨이나 마그네슘 등과 같은 활성 금속을 증발시켜 진공 용기 내부의 잔류 가 스를 화학적으로 흡착 및 제거하는 공정을 의미한다.
보다 구체적으로, 제1 기판 또는 제2 기판에 설치된 게터 용기를 고주파 유도 가열 또는 레이저를 이용해 가열시키면, 게터 용기 안에 봉입되어 있던 활성 금속이 증발하여 막을 생성하고, 이 게터막에 잔류 가스(수소, 이산화탄소, 산소, 수증기 등)가 흡착되어 진공 용기 내부는 고진공으로 유지된다.
그런데 종래의 게터는 주로 하나의 게터 용기에 한 쌍의 지지체가 부착된 구조로 이루어져 있어 게터 제작과 고정 작업이 번거로워지는 문제가 있다. 즉 종래에는 요구되는 게터의 개수만큼 게터를 개별적으로 제작하고, 액티브 영역 외곽의 소정 부위에 접착제 등을 이용하여 이 게터를 개별적으로 부착해야 하는 제조상의 번거로움이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 게터 제작과 고정 작업을 용이하게 할 수 있도록 게터 구조를 개선한 진공 용기 및 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
소정의 간격을 두고 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판과 제2 기판의 가장자리에 위치하여 두 기판을 접합시키는 밀봉 부재와, 제1 기판과 제2 기판 사이에 설치되는 게터를 포함하며, 게터가 소정의 폭과 길이를 가지는 베이스 프레임과, 베이스 프레임 일면에 서로 이격되어 위치하며 게터 물질을 보유하는 복수의 게터 용기들과, 제1 기판 또는 제2 기판으로부터 베이스 프레임을 지지하는 복수의 지지체들을 포함하는 진공 용기를 제공한다.
상기 지지체는 베이스 프레임의 길이 방향에 따른 양 측면에 한 쌍으로 구비될 수 있으며, 게터 용기가 위치하는 부위마다 베이스 프레임의 양 측면에 구비될 수 있다.
상기 지지체는 베이스 프레임으로부터 경사진 수직부와, 베이스 프레임과 평행한 수평부로 구성되며, 수평부가 접착제에 의해 제1 기판과 제2 기판 중 어느 일 기판에 고정된다.
상기 베이스 프레임과 지지체들은 일체형으로 이루어질 수 있으며, 8.5 내지 9.0 ppm/℃의 열팽창 계수를 가지는 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
전술한 진공 용기와, 제1 기판의 액티브 영역에 위치하며 전자 방출 소자들로 이루어진 전자 방출 유닛과, 제2 기판의 액티브 영역에 위치하는 발광 유닛을 포함하며, 상기 게터가 제1 기판과 제2 기판 중 어느 일 기판의 액티브 영역 외측에 설치되는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다.
상기 전자 방출 소자는 전계 방출 어레이(FEA)형, 표면 전도 에미션(SCE)형, 금속-절연층-금속(MIM)형 및 금속-절연층-반도체(MIS)형 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 용기의 부분 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 게터의 확대 사시도이다.
도면을 참고하면, 진공 용기(100)는 소정의 간격을 두고 평행하게 대향 배치되는 제1 기판(10) 및 제2 기판(12)과, 제1 기판(10)과 제2 기판(12)의 가장자리에 위치하여 두 기판을 접합시키는 밀봉 부재(14)와, 밀봉 부재(14) 내측에 위치하는 게터(16)를 포함한다.
밀봉 부재(14)는 글래스 프릿과 유기 화합물의 혼합물을 압출 성형하여 만든 프릿 바(frit bar)로 이루어지거나 글래스 프레임의 상하면에 접착층이 위치하는 구조로 이루어질 수 있다. 두 경우 모두 소성 공정에서 프릿 바의 표면이 녹거나 접착층이 녹으면서 제1 기판(10)과 제2 기판(12)을 일체로 접합시킨다.
본 실시예에서 게터(16)는 소정의 폭과 길이를 가지는 베이스 프레임(18)과, 베이스 프레임(18) 위에 베이스 프레임(18)의 길이 방향을 따라 서로간 임의의 거리를 두고 설치되며 게터 물질(20)을 보유하는 2개 이상의 게터 용기들(22)과, 베이스 프레임(18) 측면에 설치되는 지지체들(24)을 포함한다.
증발형 게터의 경우 게터 용기(22) 내부에는 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 또는 탄탈륨(Ta) 등의 금속이나, 바륨-알루미늄(Ba-Al), 지르코늄-알루미늄(Zr-Al), 은-티타늄(Ag-Ti), 지르코늄-니켈(Zr-Ni) 등의 합금이 위치한다. 비증발형 게터의 경우 게터 용기(22) 내부에는 ST 101(지르코늄-알루미늄 합금), ST 707(지르코늄-바나듐 합금) 등이 위치한다.
지지체(24)는 베이스 프레임(18)의 길이 방향에 따른 좌우 측면에 한 쌍으로 구비되며, 베이스 프레임(18)의 길이 방향을 따라 복수개로 구비된다. 지지체(24) 는 일례로 게터 용기(22)가 위치하는 부위마다 베이스 프레임(18)의 좌우 측면에 위치할 수 있는데, 지지체(24)의 위치는 전술한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.
지지체(24)는 베이스 프레임(18)으로부터 경사지게 형성되는 수직부(241)와, 베이스 프레임(18)과 평행한 수평부(242)로 구성될 수 있다. 수평부(242)는 프릿과 같은 접착제에 의해 제1 기판(10) 또는 제2 기판(12)에 고정되며, 수직부(241)는 제1 기판(10) 또는 제2 기판(12)으로부터 베이스 프레임(18)과 게터 용기(22)를 일정 거리 이격시키는 역할을 한다.
이와 같이 게터 용기(22)가 지지체(24)에 의해 기판들로부터 이격되어 위치함에 따라, 게터 플래싱 과정에서 게터 용기(22)가 고온으로 가열되더라도 이 열이 특정 기판의 국부적인 열팽창을 유발하지 않으므로 진공 용기(100)의 크랙 발생을 효과적으로 예방할 수 있다.
베이스 프레임(18)과 지지체(24)는 일체형으로 이루어질 수 있다. 즉 베이스 프레임(18)과 지지체(24)가 될 부위를 포함하는 형상으로 단일 금속판을 절단하고, 프레스 가공을 통해 베이스 프레임(18)으로부터 지지체(24)의 수직부(241)를 굽힘 성형하고, 수직부(241)로부터 수평부(242)를 굽힘 성형하여 베이스 프레임(18)과 지지체(24) 전체를 일체로 형성할 수 있다.
또한 베이스 프레임(18)과 지지체(24) 및 게터 용기(22)는 제1 기판(10) 및 제2 기판(12)의 열팽창 계수와 유사한 대략 8.5 내지 9.0 ppm/℃의 열팽창 계수를 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우 게터(16)와 제1 및 제2 기판(10,12)의 열 팽창 계수 차이에 의한 게터(16)의 위치 이동 또는 장착 불량을 억제할 수 있다.
이와 같이 본 실시예의 게터(16)는 하나의 베이스 프레임(18)에 2개 이상의 게터 용기(22)를 장착함에 따라, 진공 용기(100) 제작시 한번의 로딩 공정으로 다수의 게터 용기(22)를 일괄 장착할 수 있다. 따라서 본 실시예의 진공 용기(100)는 게터(16)의 로딩 시간을 단축시켜 제조 효율이 높아지는 장점을 가진다.
전술한 실시예에서 진공 용기(100)는 제1 기판(10) 중 제2 기판(12)과의 대향면에 전자 방출 소자들이 어레이를 이루며 배치된 전자 방출 유닛이 제공되고, 제2 기판(12) 중 제1 기판(10)과의 대향면에 형광층과 애노드 전극 등을 포함하는 발광 유닛이 제공되어 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.
이때 전자 방출 유닛과 발광 유닛이 위치하는 영역을 액티브 영역이라 하면, 게터(16)는 액티브 영역 외곽에 위치하며, 요구되는 게터 용량에 맞추어 진공 용기(100) 내부에 하나 또는 2개 이상으로 구비된다.
상기 진공 용기(100)를 이용한 전자 방출 표시 디바이스의 일례로 도 3과 도 4를 참고하여 전계 방출 어레이(FEA)형에 대해 설명한다.
도 3과 도 4를 참고하면, 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스에서 전자 방출 유닛(101)은 제1 절연층(26)을 사이에 두고 서로 직교하는 방향을 따라 형성되는 캐소드 전극들(28) 및 게이트 전극들(30)과, 캐소드 전극(28)에 형성되는 전자 방출부들(32)을 포함한다.
캐소드 전극들(28)과 게이트 전극들(30)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극들(28) 위로 각 화소 영역마다 전자 방출부들(32)이 형성되고, 제1 절연층(26)과 게이트 전극들(30)에는 각 전자 방출부(32)에 대응하는 개구부(261,301)가 형성되어 제1 기판(10) 상에 전자 방출부(32)를 노출시킨다.
전자 방출부(32)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어질 수 있다. 전자 방출부(32)는 일례로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소, 훌러렌(C60), 실리콘 나노와이어 또는 이들의 조합 물질을 포함할 수 있으며, 그 제조법으로는 스크린 인쇄, 직접 성장, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.
다른 한편으로 전자 방출부는 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물로 이루어질 수 있다.
그리고 게이트 전극들(30)과 제1 절연층(26) 위로 제2 절연층(34)과 집속 전극(36)이 위치할 수 있다. 집속 전극(36)은 화소 영역마다 하나의 개구부(361)를 형성하여 하나의 화소 영역에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속하거나, 전자 방출부(32)마다 이에 대응하는 하나의 개구부를 형성하여 각 전자 방출부(32)에서 방출되는 전자들을 개별로 집속할 수 있다. 도 3에서는 첫번째 경우를 도시하였다.
발광 유닛(102)은 형광층(38), 일례로 서로간 임의의 거리를 두고 위치하는 적색과 녹색 및 청색의 형광층들(38R,38G,38B)과, 각 형광층(38) 사이에 위치하여 화면의 콘트라스트를 높이는 흑색층(40)을 포함한다. 형광층(38)은 캐소드 전극(28)과 게이트 전극(30)의 교차 영역마다 한가지 색의 형광층이 대응하도록 배치된 다.
그리고 형광층(38)과 흑색층(40) 위로 알루미늄(Al)과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(42)이 형성된다. 애노드 전극(42)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받아 형광층(38)을 고전위 상태로 유지시키며, 형광층(38)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(10)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(12) 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높인다.
한편 애노드 전극은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전막으로 이루어질 수 있다. 이 경우 애노드 전극은 제2 기판(12)을 향한 형광층(38)과 흑색층(40)의 일면에 위치한다. 또한 애노드 전극으로서 전술한 금속막과 투명 도전막을 동시에 형성하는 구조도 가능하다.
그리고 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 사이에는 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고 두 기판의 간격을 일정하게 유지시키는 스페이서들(44, 도 4 참고)이 배치된다. 스페이서들(44)은 형광층(38)을 침범하지 않도록 흑색층(40)에 대응하여 위치한다.
전술한 구성의 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스는 외부로부터 캐소드 전극들(28), 게이트 전극들(30), 집속 전극(36) 및 애노드 전극(42)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다.
일례로 캐소드 전극들(28)과 게이트 전극들(30) 중 어느 한 전극들이 주사 구동 전압을 인가받아 주사 전극들로 기능하고, 다른 한 전극들이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극들로 기능한다. 그리고 집속 전극(36)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 일례로 0V 또는 수 내지 수십 볼트의 음의 직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(42)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 일례로 수백 내지 수천 볼트의 양의 직류 전압을 인가받는다.
그러면 캐소드 전극(28)과 게이트 전극(30)의 전압 차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(32) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출된다. 방출된 전자들은 집속 전극(36)의 개구부(361)를 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되고, 애노드 전극(42)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 화소의 형광층(38)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.
상기에서는 전자 방출부가 진공 중에서 전계에 의해 전자를 방출하는 물질들로 이루어진 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이러한 전계 방출 어레이형에 한정되지 않고 표면 전도 에미션(SCE)형, 금속-절연층-금속(MIM)형 또는 금속-절연층-반도체(MIS)형 전자 방출 표시 디바이스에도 용이하게 적용 가능하다.
또한 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이와 같이 본 발명에 의한 진공 용기와 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스는 게터마다 3개 이상의 게터 용기를 구비함에 따라 한번의 로딩 공정으로 다수 의 게터 용기를 일괄 장착할 수 있으며, 그 결과 게터의 로딩 시간을 단축시켜 제조 효율을 높이는 효과를 갖는다.

Claims (8)

  1. 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 제1 기판 및 제2 기판과;
    상기 제1 기판과 제2 기판의 가장자리에 위치하여 두 기판을 접합시키는 밀봉 부재; 및
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 설치되는 게터를 포함하며,
    상기 게터가 소정의 폭과 길이를 가지는 베이스 프레임과, 베이스 프레임 일면에 서로 이격되어 위치하며 게터 물질을 보유하는 복수의 게터 용기들과, 상기 제1 기판 또는 제2 기판으로부터 베이스 프레임을 지지하는 복수의 지지체들을 포함하는 진공 용기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지체가 상기 베이스 프레임의 길이 방향에 따른 양 측면에 한 쌍으로 구비되는 진공 용기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지체는 상기 게터 용기가 위치하는 부위마다 상기 베이스 프레임의 양 측면에 구비되는 진공 용기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지지체는 상기 베이스 프레임으로부터 경사진 수직부와, 베이스 프레임과 평행한 수평부로 구성되며, 수평부가 접착제에 의해 상기 제1 기판과 제2 기판 중 어느 일 기판에 고정되는 진공 용기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 베이스 프레임과 상기 지지체들이 일체형으로 이루어지는 진공 용기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 프레임과 게터 용기들 및 지지체들이 8.5 내지 9.0 ppm/℃의 열팽창 계수를 가지는 진공 용기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 진공 용기와;
    상기 제1 기판의 액티브 영역에 위치하며 전자 방출 소자들로 이루어진 전자 방출 유닛; 및
    상기 제2 기판의 액티브 영역에 위치하는 발광 유닛을 포함하며,
    상기 게터가 상기 제1 기판과 제2 기판 중 어느 일 기판의 액티브 영역 외측에 설치되는 전자 방출 표시 디바이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전자 방출 소자들이 전계 방출 어레이(FEA)형, 표면 전도 에미션(SCE) 형, 금속-절연층-금속(MIM)형 및 금속-절연층-반도체(MIS)형 중 어느 하나로 이루어지는 전자 방출 표시 디바이스.
KR1020060016408A 2006-02-20 2006-02-20 진공 용기와 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스 KR20070083116A (ko)

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