KR20070103911A - 진공 용기와 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스 - Google Patents

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KR20070103911A
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Abstract

본 발명은 게터 물질의 확산 경로를 확대시켜 게터 성능을 높이고 게터 물질이 액티브 영역으로 확산되는 것을 방지할 수 있는 진공 용기 및 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다. 본 발명에 따른 진공 용기는 소정의 간격을 두고 대향 배치되며 액티브 영역이 설정되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판과 제2 기판의 가장자리에 위치하는 밀봉 부재와, 액티브 영역의 외측에서 제1 기판과 제2 기판 사이에 설치되는 게터를 포함한다. 이때 게터는 액티브 영역을 향한 일측이 밀봉 부재를 향한 일측보다 높게 위치하는 게터 용기와, 게터 용기를 지지하는 지지체를 포함한다.
게터, 지지체, 게터플래싱, 진공용기, 전자방출부, 발광유닛, 형광층

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 진공 용기의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 어레이형 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 어레이형 전자 방출 표시 디바이스의 부분 단면도이다.
본 발명은 진공 용기와 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고진공 확보를 위해 진공 용기 내부에 장착되는 게터와 이 게터를 지지하는 지지체에 관한 것이다.
일반적으로 전자 방출 소자(electron emission element)는 전자원의 종류에 따라 열음극(hot cathode)을 이용하는 방식과 냉음극(cold cathode)을 이용하는 방 식으로 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 기판 위에 어레이를 이루며 배치되어 전자 방출 유닛을 형성하고, 형광층과 흑색층 및 애노드 전극 등으로 이루어진 발광 유닛이 제1 기판을 향한 제2 기판의 일면에 배치되어 전자 방출 유닛과 함께 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.
제1 기판과 제2 기판은 밀봉 부재에 의해 가장자리가 일체로 접합된 다음 전자의 방출과 이동이 원활하게 이루어질 수 있도록 내부가 배기 후 밀봉되어 진공 용기를 구성한다. 이때 전자 방출 유닛과 발광 유닛이 제공되어 실제 화상 표시가 이루어지는 영역을 액티브 영역이라 하면, 액티브 영역 외측으로 제1 기판 또는 제2 기판에 게터가 설치된다.
게터는 기체 분자들과 반응할 수 있는 재료로 만들어진 화학적 진공 펌프로서, 진공 용기의 배기와 밀봉 후 고주파 유도 가열 등의 방법으로 활성화된다. 이로써 활성화된 게터가 용기 내부의 잔류 기체들을 화학적으로 흡착하여 진공도를 높인다. 이러한 게터는 증발형과 비증발형으로 구분된다.
그런데 종래의 진공 용기는 액티브 영역 외측에 게터를 설치하고 있음에도 불구하고 액티브 영역과 게터가 서로 마주보며 공간적으로 연결되어 있기 때문에, 게터를 활성화시키는 과정에서 확산된 게터 물질의 일부가 액티브 영역으로 확산되어 액티브 영역에 게터막이 형성될 수 있다.
게터막이 제1 기판 상의 구동 전극들에 형성되는 경우에는 구동 전극들이 도전성 게터막에 의해 전기적으로 단락되어 구동 불량이 발생하며, 게터막이 제2 기판 상의 형광층에 형성되는 경우에는 형광층의 발광 효율이 저하되어 표시 불량으로 이어질 수 있다.
또한 종래에는 게터 물질을 보유하는 게터 용기가 제1 기판 또는 제2 기판 위에 고정되어 다른 일 기판을 향해 게터 물질을 확산시키는 구조로 이루어진다. 그런데 이 구조에서는 제1 기판과 제2 기판 사이의 작은 갭으로 인해 게터 물질의 확산 경로가 넓지 못하므로 게터 효율을 높이는데 한계로 작용한다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 게터 활성화 과정에서 게터 물질이 액티브 영역으로 확산되는 것을 차단할 수 있도록 게터 구조를 개선한 진공 용기 및 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 게터 물질의 확산 경로를 확대시켜 게터 효율을 높일 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 배치되며 액티브 영역이 설정되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판과 제2 기판의 가장자리에 위치하는 밀봉 부재와, 액티브 영역의 외측에서 제1 기판과 제2 기판 사이에 설치되는 게터를 포함하며, 게터가 액티브 영역을 향한 일측이 밀봉 부재를 향한 일측보다 높게 위치하는 게터 용기와, 게터 용기를 지지하는 지지체를 포함하는 진공 용기를 제공한다.
상기 게터 용기 중 액티브 영역을 향한 일측과 밀봉 부재를 향한 일측의 높이 차이는 0.1mm 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 지지체는 계단 모양으로 소정의 단차를 갖도록 형성되어 게터 용기를 경사지게 고정시키며 액티브 영역을 향해 위치하는 제1 지지부와, 제1 지지부의 반대측에 위치하며 단부에 복수의 개구부를 형성하는 제2 지지부를 포함할 수 있다.
상기 제1 지지부는 그 단부에 제1 기판 및 제2 기판에 대해 경사지게 위치하는 확산 차단부를 형성할 수 있으며, 제2 지지부는 제1 지지부로부터 둔각의 경사각을 두고 위치할 수 있다.
상기 제1 지지부와 제2 지지부는 일체형 금속편으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
전술한 구성의 진공 용기와, 제1 기판의 액티브 영역에 위치하며 전자 방출 소자들로 구성되는 전자 방출 유닛과, 제2 기판의 액티브 영역에 위치하고 형광층들과 애노드 전극을 구비하는 발광 유닛을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스를 제공한다.
상기 전자 방출 소자들은 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 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 용기의 부분 단면도이다.
도면을 참고하면, 진공 용기는 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) 내측에서 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 사이에 위치하는 게터(16)를 포함한다.
밀봉 부재(14)는 글래스 프릿과 유기 화합물의 혼합물을 압출 성형하여 만든 프릿 바(frit bar)로 이루어지거나, 글래스 바(glass bar)의 윗면과 아랫면에 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.
제1 기판(10) 중 제2 기판(12)과의 대향면에는 전자 방출 소자들이 어레이를 이루며 배치되어 전자 방출 유닛(100)을 형성하고, 제2 기판(12) 중 제1 기판(10)과의 대향면에는 형광층과 애노드 전극을 포함하는 발광 유닛(110)이 제공되어 진공 용기와 함께 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다.
전자 방출 유닛(100)과 발광 유닛(110)이 위치하는 영역을 액티브 영역이라 하면, 게터(16)는 액티브 영역의 외곽에 위치하며, 요구되는 게터 용량에 맞추어 진공 용기 내부에 하나 또는 복수개로 구비된다.
본 실시예에서 게터(16)는 게터 물질(18)을 보유하며 액티브 영역을 향한 일측이 밀봉 부재(14)를 향한 다른 일측보다 높게 위치하는 게터 용기(20)와, 게터 용기(20)를 지지하고 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 중 어느 일 기판에 고정되는 지지체(22)를 포함한다.
증발형 게터의 경우, 게터 용기(20) 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.
게터 용기(20)는 그 밑면이 제1 기판(10) 또는 제2 기판(12) 위에 이 기판과 나란하게 위치하지 않고, 전술한 바와 같이 액티브 영역을 향한 일측이 밀봉 부재(14)를 향한 다른 일측보다 높게 위치한다. 즉 게터 용기(20)는 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 사이에서 이 기판들과 비스듬하게 위치한다.
따라서 도 3을 참고하면 게터 플래싱 과정에서 게터 용기(20)에 담겨진 게터 물질이 비산하여 게터막(24)을 형성할 때, 게터 물질의 확산 경로가 확대되어 진공 용기 내부의 잔류 가스를 보다 효과적으로 감소시킬 수 있다.
한편, 제1 기판(10)과 제2 기판(12)의 간격과 게터 용기(20)의 크기 및 게터 물질의 확산 경로 등을 고려할 때 액티브 영역을 향한 게터 용기(20)의 일측과 밀 봉 부재(14)를 향한 다른 일측의 높이 차이는 0.1mm 이상이 바람직하다.
게터 용기(20)를 고정시키는 지지체(22)는 다음의 구성으로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서 지지체(22)는 소정의 단차를 갖도록 계단 모양으로 형성되어 게터 용기(20)를 경사지게 고정시키는 제1 지지부(26)와, 제1 지지부(26) 반대측에 위치하며 단부에 복수의 개구부(281)를 형성하여 게터 물질의 확산을 가능하게 하는 빗살 모양의 제2 지지부(28)로 이루어진다.
제1 지지부(26)는 액티브 영역을 향해 위치하고, 제2 지지부(28)는 밀봉 부재(14)를 향해 위치한다. 게터 용기(20)는 용접과 같은 방법을 통해 그 밑면 중 적어도 두 곳의 부위가 제1 지지부(26)에 고정된다.
제1 지지부(26)는 게터 물질이 액티브 영역으로 확산되는 것을 방지할 수 있도록 그 단부에 제1 기판(10) 또는 제2 기판(12)과 경사지게 위치하는 확산 차단부(30)를 형성할 수 있다. 제2 지지부(28)는 제1 지지부(26)로부터 소정의 경사각, 일례로 둔각의 경사각을 두고 위치할 수 있다.
지지체(22)는 단일 금속편을 전술한 제1 지지부(26)와 제2 지지부(28) 모양대로 굽힘 가공한 성형품으로 이루어질 수 있다. 이 경우 제1 지지부(26)와 제2 지지부(28)는 진공 용기의 두께 방향을 따라 가해지는 외압에 의해 변형되고 이 외압에 저항하는 소정의 탄성을 가지므로, 진공 용기 내부에 게터(16) 장착시 지지체(22)가 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 사이에서 이탈되지 않고 견고하게 위치할 수 있다.
제1 지지부(26)와 제2 지지부(28)는 진공 용기의 일 방향을 따라 길게 형성되어 2개 이상의 게터 용기(20)를 고정시킬 수 있다.
이와 같이 본 실시예의 진공 용기는 게터 용기(20)를 경사지게 배치하여 게터 물질의 확산 경로를 확대시킴에 따라 게터 성능을 높이고, 별도의 확산 차단막을 구비하지 않고도 제1 지지부(26)와 확산 차단부(30)를 통해 액티브 영역을 향한 게터 물질의 확산을 차단할 수 있다.
상기 진공 용기를 이용한 전자 방출 표시 디바이스의 일례로 도 4와 도 5를 참고하여 전계 방출 어레이(FEA)형에 대해 간략하게 설명한다.
도 4와 도 5를 참고하면, 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스에서 전자 방출 유닛(100')은 제1 절연층(32)을 사이에 두고 서로 직교하는 방향을 따라 형성되는 캐소드 전극들(34) 및 게이트 전극들(36)과, 캐소드 전극(34)에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들(38)을 포함한다.
캐소드 전극들(34)과 게이트 전극들(36)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극들(34) 위로 각 화소 영역마다 전자 방출부들(38)이 형성되고, 제1 절연층(32)과 게이트 전극들(36)에는 각 전자 방출부(38)에 대응하는 개구부(321,361)가 형성되어 제1 기판(10) 상에 전자 방출부(38)를 노출시킨다.
전자 방출부(38)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어질 수 있다. 전자 방출부(38)는 일례로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드 상 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(36)과 제1 절연층(32) 위로 제2 절연층(40)과 집속 전극(42)이 위치할 수 있다. 집속 전극(42)은 화소 영역마다 하나의 개구부(421)를 형성하여 하나의 화소 영역에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속하거나, 전자 방출부(38)마다 이에 대응하는 하나의 개구부를 형성하여 각 전자 방출부(38)에서 방출되는 전자들을 개별로 집속할 수 있다. 도 4에서는 첫번째 경우를 도시하였다.
발광 유닛(110')은 형광층(44), 일례로 서로간 임의의 거리를 두고 위치하는 적색과 녹색 및 청색의 형광층들(44R,44G,44B)과, 각 형광층(44) 사이에 위치하여 화면의 콘트라스트를 높이는 흑색층(46)을 포함한다. 형광층(44)은 캐소드 전극(34)과 게이트 전극(36)의 교차 영역마다 한가지 색의 형광층이 대응하도록 배치된다.
그리고 형광층(44)과 흑색층(46) 위로 알루미늄(Al)과 같은 금속막으로 이루어진 애노드 전극(48)이 형성된다. 애노드 전극(48)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받아 형광층(44)을 고전위 상태로 유지시키며, 형광층(44)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(44)과 흑색층(46)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(50, 도 5 참고)이 배치된다. 스페이서들(50)은 형광층(44)을 침범하지 않도록 흑색층(46)에 대응하여 위치한다.
전술한 구성의 전계 방출 어레이(FEA)형 전자 방출 표시 디바이스는 외부로부터 캐소드 전극들(34), 게이트 전극들(36), 집속 전극(42) 및 애노드 전극(48)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다.
일례로 캐소드 전극들(34)과 게이트 전극들(36) 중 어느 한 전극들이 주사 구동 전압을 인가받아 주사 전극들로 기능하고, 다른 한 전극들이 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극들로 기능한다. 그리고 집속 전극(42)은 전자빔 집속에 필요한 전압, 일례로 0V 또는 수 내지 수십 볼트의 음의 직류 전압을 인가받으며, 애노드 전극(48)은 전자빔 가속에 필요한 전압, 일례로 수백 내지 수천 볼트의 양의 직류 전압을 인가받는다.
그러면 캐소드 전극(34)과 게이트 전극(36)의 전압 차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(38) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출된다. 방 출된 전자들은 집속 전극(42)의 개구부(421)를 통과하면서 전자빔 다발의 중심부로 집속되고, 애노드 전극(48)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 화소의 형광층(44)에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.
상기에서는 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 게터 용기를 경사지게 배치함에 따라 게터 물질의 확산 경로를 확대시켜 진공 용기 내부의 잔류 가스를 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
또한 본 발명에 의한 진공 용기와 이를 이용한 전자 방출 표시 디바이스는 별도의 확산 방지막을 설치하지 않고도 게터 지지체를 이용하여 활성 금속이 액티브 영역으로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 액티브 영역의 게터막 형성에 의한 구동 전극들간 단락이나 표시 불량을 예방할 수 있다.

Claims (8)

  1. 소정의 간격을 두고 대향 배치되며 액티브 영역이 설정되는 제1 기판 및 제2 기판과;
    상기 제1 기판과 제2 기판의 가장자리에 위치하는 밀봉 부재; 및
    상기 액티브 영역의 외측에서 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 설치되는 게터를 포함하며,
    상기 게터가,
    상기 액티브 영역을 향한 일측이 상기 밀봉 부재를 향한 일측보다 높게 위치하는 게터 용기; 및
    상기 게터 용기를 지지하는 지지체를 포함하는 진공 용기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 게터 용기 중 상기 액티브 영역을 향한 일측과 상기 밀봉 부재를 향한 일측의 높이 차이가 0.1mm 이상인 진공 용기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지체가,
    계단 모양으로 소정의 단차를 갖도록 형성되어 상기 게터 용기를 경사지게 고정시키며 상기 액티브 영역을 향해 배치되는 제1 지지부와;
    상기 제1 지지부의 반대측에 위치하며 단부에 복수의 개구부를 형성하는 제2 지지부를 포함하는 진공 용기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 지지부가 그 단부에 상기 제1 기판 및 제2 기판에 대해 경사지게 위치하는 확산 차단부를 형성하는 진공 용기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 지지부가 상기 제1 지지부로부터 둔각의 경사각을 가지며 위치하는 진공 용기.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 지지부와 제2 지지부가 일체형 금속편으로 이루어지는 진공 용기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 진공 용기와;
    상기 제1 기판의 액티브 영역에 위치하며 전자 방출 소자들로 구성되는 전자 방출 유닛; 및
    상기 제2 기판의 액티브 영역에 위치하고 형광층들과 애노드 전극을 구비하는 발광 유닛
    을 포함하는 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.
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