KR100355218B1

KR100355218B1 - 전계방출 소자디바이스의 진공용기

Info

Publication number: KR100355218B1
Application number: KR1019990027406A
Authority: KR
Inventors: 야마우라다츠오; 이토시게오; 다나카겐타로
Original assignee: 후다바 덴시 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1998-07-09
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2002-10-11
Also published as: US6400074B1; JP2000030639A; JP3829482B2; TW428207B; FR2781081A1; FR2781081B1; KR20000011565A

Abstract

전계방출형 디바이스의 제조효율의 향상 및 긴 수명화.

전계방출소자가 형성되어 있는 캐소드측 기판(2)과, 전자방출방향으로 소정간격을 두고 배치된 애노드측 기판(1)을 구비하고 있는 진공용기에 있어서, 대향공간(10)내 또는 대향공간과 연속하는 공간으로, 적어도 배기부(6a)에서 가장 멀리 떨어진 위치를 포함하는 하나이상의 위치에 가스(수소)방출재(7)를 배치한다.

Description

전계방출 소자디바이스의 진공용기{VACUUM CONTAINER FOR FIELD EMISSION CATHODE DEVICE}

본 발명은 전자원으로서 전계방출소자(전계방출캐소드)가 내장되어 있는 전계방출소자의 진공용기에 관한 것이다.

최근, 유리등의 진공용기에 미소한 전계방출소자를 여러개 내장하여, 마이크로미터사이즈의 진공미세구조를 집적한 전계방출 전자기기가 진공 마이크로 일렉트로닉스로서 실용화되도록 하고 있다.

이러한 진공 마이크로일렉트로닉스기술의 응용으로서, 박형의 플랫패널구조의 전계방출표시장치, 촬상관, 및 리소그래피용 전자빔장치 등이 응용 전계방출디바이스로서 연구개발되고 있다.

전계방출소자를 사용한 박형의 플랫패널 표시장치는, 1개의 화소에 복수의 미소냉음극(에미터)을 대응시킨 것이다.

이 미소냉음극으로서는 선단이 예각으로 형성되어 있는 전계방출소자, MIM형 전자방출소자, 표면전도형 전자방출소자, PN접합형 전자방출소자 등을 이용한 각종의 것이 제안되어 있다.

이들중 가장 대표적인 것은, 닛케이 일렉트로닉스, No. 654(1996.1.29) p.89 -98 등에 기재되어 있는 것과 같은 전계방출 캐소드를 이용한 FED이고, 그 일례로서, 스핀트(Spindt)형이라고 불리는 전계방출소자(FEC)가 알려져 있다.

이 스핀트형의 전계방출소자는 도 10에 나타내듯이 캐소드기판(K)상에 에미터전극(E)이 여러개 설치되고, 그 위에 절연층(SiO₂)이 일면에 형성되어 있다.

절연층 위에 게이트전극(GT)이 증착등에 의하여 성막되고, 에미터전극(E)의 선단부에서 개방하는 홀을 형성하여 전자를 인출하도록 하고 있다.

캐소드전극(K)과 게이트전극(GT)사이에 전압(Vgk)을 가함으로써 에미터전극 (E)의 선단부에서 전자가 방출된다. 그리고, 그 전자가 캐소드전극(K)과 진공공간에서 대향하는 위치에 배치되는 애노드전극(A)에 인가되어 있는 애노드전압(Va)에 의해서 포착된다. 이러한 전계방출소자를 그룹으로서, 스트라이프 형상으로 형성되어 있는 게이트전극을 차례로 주사하면서, 캐소드전극의 각 스트라이프 형상 전극에 각각 화상신호를 공급함으로써, 애노드전극에 설치된 형광체가 발광하여 표시기로서의 동작이 행해진다.

도 11a, b는, 이러한 표시장치의 용기(외위기)의 사시도와 측면의 단면을 나타낸 것이다.

도면중, 1은 애노드측의 유리기판(이하, 애노드측기판), 2는 캐소드측의 유리기판(이하, 캐소드측 기판)을 나타내고, 이들 기판의 대향하는 공간에는 상기한 마이크로미터 사이즈의 전계방출소자와, 애노드전극이 각각의 기판 안쪽에 대향하여 형성되어 있다.

3은 게터실로 그 저면에 내부를 진공으로 빼기 위한 배기구멍(6a)이 설치되어 있다. 4는 게터를 나타내고, 통상은 증발형의 게터재료를 진공으로 뺀 후에 고온으로 분출함으로써 관내가스압을 낮게 유지할 수 있도록 이루어져 있다.

캐소드측 기판(2)과 애노드측 기판(1)이 미소간격, 약 250㎛∼수mm 이격 한 상태로 실유리(5)에 의해서 봉착되어 있고, 양기판은 일반적으로 서로 어긋나게 대향 배치되어 있다. 그 결과, 양쪽의 기판이 대향하지않는 부분에 상기한 전계방출소자의 캐소드전극 인출리드부, 및 게이트전극 인출리드부를 배치할 수 있다.

또한, 컬러표시를 하는 경우는 애노드측 기판(1)에도 돌출한 부분이 형성되도록 베어냄으로써, 도시되어 있지 않지만 이 부분에도 애노드전극 인 출부를 배치할 수 있다.

이와 같이, 캐소드측 기판(2)과 애노드측 기판(1)은 게터실(3)부분을 제외하고, 주변부분이 실유리(5)등에 의해서 봉착되어 있고, 게터실(3)은 도시되어 있지 않은 배기장치에 세트되어, 진공펌프로 내부의 기체를 배기하도록 되어 있다.

전계방출소자가 내장되어 있는 진공용기에 있어서는, 캐소드측 기판(2)과 애노드측 기판(1)이 미소간격으로 이격되어 배치되어 있지만, 그 사이의 공간을 높은 진공도로 하기 위해서, 일반적으로 게터실 안에는 증발형의 게터(4)가 배치되고, 게터(4)를 외부에서 고온으로 가열함으로써 게터를 증발시켜, 배기공정후에, 침투 및 내부의 전자재료등으로부터 발산하는 잔류가스를 흡착시키기 위한 게터미러가 게터실의 일면에 형성되도록 하고 있다.

그런데, 이러한 플랫형 표시장치의 경우는, 진공용기로서 아주 얇은 공간(t)을 갖고 있기 때문에, 진공펌프로 이 공간을 진공상태로 빼도 좁은 공간을 흐르는 기체의 유통 컨덕턴스가 나쁘기 때문에 진공상태로 빼는 것이 곤란하게 된다. 그리고 충분한 배기를 할 수 없는 경우, 잔류가스가 FEC 동작에 대하여 방출 저하를 야기한다.

또한, 진공공간의 체적에 비교하여 진공공간에 존재하는 전계방출소자 등을 형성하고 있는 재료의 비율이 높기 때문에, 이 재료의 내부, 및 표면에 부착하여 잔류가스(특히 수분)를 배출하여 내부를 소정의 진공도 이상이 되도록 진공도를 높이기 위해서는 장시간의 진공공정이 필요하게 되는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 문제점에 감안하여, 진공공간을 형성하기 위한 배기를 효율적으로 실행할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하고, 또, 전계효과소자 디바이스로서의 수명을 길게 하는 것이다.

이 때문에 전계방출소자디바이스의 진공용기로서, 유리기판으로 형성되어 있는 제 1 기판과 제 2 기판을 측벽부를 통하여 소정의 간격으로 대향시키고, 대향공간을 형성하도록 하여 진공용기를 형성한다. 그리고 이 진공용기에는 대향공간을 진공으로 빼기 위한 배기구멍이 형성됨과 동시에 배기처리후에 봉착되어 대향공간을 진공상태로 하는 배기부와, 대향공간내 또는 대향공간과 연속하는 공간으로 배기부에서 가장 멀리 떨어진 위치를 포함하는 하나이상의 위치에 배치되는 가스방출재를 구비하도록 한다.

특히, 제 1 기판에 전계 방출소자가 형성되고, 제 2 기판에 전계 방출소자에 대한 대향양극이 설치되어 있도록 한다.

또한 가스방출재는 Zr, Ti, Ta, V, Mg, Th 중 적어도 하나를 포함하는 수소화합금 또는 수소흡장재로 한다.

가스방출재가 배기부에서 가장 멀리 떨어진 위치에 배치되어 있음으로써, 배기처리시에 그 가스방출재로부터 방출되는 가스가 대향공간내의 가스(H₂O등)를 배기부측으로 몰아내는 작용을 하고, 이것에 의해서 컨덕턴스가 작더라도 양호하게 배기처리를 할 수 있다.

또한 가스방출재가 수소화합금 또는 수소흡장재 등의 수소방출재이기에, 가스방출재로부터의 가스가 배기를 곤란하게 하는 것은 아니다. 또한 반대로, 약간 잔류하고 있으면 산화방지로서 작용하여, 수명을 길게 한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태로서의 일례의 진공용기의 구조의 설명도,

도 2는 본 실시 형태의 수소방출재의 배치상태의 설명도,

도 3은 본 실시 형태의 수소방출재 및 홀더의 사시도,

도 4는 본 실시 형태의 수소방출재의 다른 배치형태의 설명도,

도 5는 본 실시 형태의 수소방출재의 배치형태예의 설명도,

도 6은 본 실시 형태의 수소방출재의 배치형태예의 설명도,

도 7은 본 실시 형태의 수소방출재의 배치형태예의 설명도,

도 8은 본 실시 형태의 수소방출재의 배치형태예의 설명도,

도 9는 본 실시 형태의 수소방출재의 배치형태예의 설명도,

도 10은 전계방출소자의 개요설명도,

도 11은 진공용기의 사시도와 측면단면도(종래 예).

부호의 설명

1: 애노드측 기판 2: 캐소드측 기판

3: 게터실 4: 게터

5: 실 유리 6: 배기관

6a: 배기구멍 10: 대향공간

11: 공간

도 1∼도 3에서 본 발명의 실시 형태로서의 일례를 설명한다.

도 1a는 본 예의 진공용기의 구조를 나타내고 있다.

상기 도 10에서 설명한 것과 같은 애노드(A) 및 캐소드(K)를 갖는, 애노드측 기판(1) 및 캐소드측 기판(2)은 주위에 실 유리(5)를 주성분으로 하는 페이스트가 도포되고, 소성하여 고착되는 것으로, 진공되어야 할 대향공간(10)을 갖는 진공용기를 형성한다.

여기서 애노드측 기판(1)과 캐소드측 기판(2)의 갭은 도시하지 않은 스페이서(spacer)에 의해 예컨대 200㎛로 되어 고착되게 된다.

또한 이러한 진공용기 형성시는, 도면에서 알 수 있듯이 게터실(3), 배기관(6)도 고착형성되고, 게터실에는 예컨대 Ba로 이루어지는 게터(4)가 배치된다.

또 배기관(6)(배기구멍6a)에서 가장 멀리 떨어진 위치로서 홀더(8)에 의하여 유지된 수소방출재(7)가 배치된다. 이 경우 도 2로부터 알 수 있듯이, 대향공간 (10)내에서 배기구멍(6a)에 가까운 단부의 반대측의 단부를 따라, 홀더(8)에 유지된 수소방출재(7)가 배치된다.

도 3a에 홀더(8)를, 또한 도 3b에 홀더(8)에 유지된 수소방출재(7)를 나타내고 있다.

홀더(8)는 도시하듯이 홈이 형성된 높이 약 150㎛의 유리로 되고, 이 홈에 수소방출재(7)가 끼워진다. 수소방출재(7)는 예컨대 ZrH₂를 소결한 와이어(예컨대 지름 약 100㎛)에 의해 형성되어 있다. 또한 홀더(8)의 측벽부에 개구부를 설치하여, 가스를 보다 방출하기 쉬운 구조로 해도 좋다.

이와 같이 수소방출재(7)를 유지한 홀더(8)가 도 1a, 도 2와 같이 배기관 (6)으로부터 먼 위치에 배치된 후에, 상기하였듯이 애노드측 기판(1)과 캐소드측 기판(2)이 고착된다.

도 1a와 같이 형성된 진공용기에 대해서는, 고온화 처리함과 동시에, 그 고온화에 의하여 탈리한 가스를 도시하지 않은 진공펌프로 배기관(6)으로부터 배기하여, 대향공간(10)을 진공으로 처리한다.

이 때 도 1a에 파선 화살표로 나타내듯이 배기구멍(6a)에서 가스가 배기되지만, 동시에 도 1a 및 도 2에 나타내듯이, 수소방출재(7)로부터 수소가 방출되고, 배기구멍(6a)쪽으로 흘러간다. 이 수소에 의해서, 대향공간(10)안의 가스는 배기구멍(6a)에 압출하도록 하고, 컨덕턴스가 작은 대향공간(10)내에 있더라도, 소위 불순물로서의 가스는 양호하게 배기된다.

또한, 수소방출재(7)로부터 방출된 수소도, 불순물로서의 가스에 이어서 배기된다.

그리고 충분히 배기되면, 도 1b에 나타내듯이 배기관(6)이 봉착되고, 대향공간(10)은 어느 레벨이상의 진공상태가 된다.

또한 그후 게터 분출(getter flush)처리 등을 하는 것으로, 잔류가스가 흡착됨으로써 진공도가 높아진다.

여기서, 배기관(6)이 봉착된 후에도, 수소방출재(7)로부터 어느 정도의 수소가 방출된다. 또한, 배기처리시에 수소방출재(7)로부터 방출된 수소의 일부는 배기되지 않고 대향공간(10)내에 잔류하는 것도 있다.

그렇지만, 잔류수소는 캐소드에 악영향을 주거나 방출을 저하시키지 않고, 반대로 이미터의 산화나 오염을 방지하는 작용이 있기 때문에, 수소의 잔류는 전계방출소자로서의 수명을 길게 한다.

또한, 본 예에서 수소방출재(7)는 대향공간(10)내의 일부분에만 배치되는 것이고, 예컨대 대향공간(10)의 전면에 박막 형상으로 배치되는 것이 아니기 때문에, 필요이상의 수소가 방출되지 않고, 따라서 잔류수소에 의한 악영향은 발생하지 않게 된다. 물론 상기와 같이 배기시의 H₂가스에 의한 환원효과는 수소방출재(7)가 대향공간(10)내의 일부분에만 배치되는 것이고, 또한 그 배치위치가 배기구멍(6a)에서 가장 멀리 떨어진 위치로 되어 있는 것으로 디바이스 전면에 걸쳐 효과적으로 얻을 수 있는 것이다.

또, 수소방출재(7)는 배기처리후에는 다른 가스, 예컨대 산소를 환원하는 게터로서도 작용하게 되고, 이 작용에 의해서 특히 이미터 전극의 산화를 방지하고 전계방출소자로서의 수명을 길게 한다.

또, 상기 예에서는 수소방출재(7)를, ZrH₂를 소결한 와이어로 하였지만, 예컨대 ZrH₂분말을 소량의 물(水) 유리로 페이스트화한 것을, 상기 홀더(8)의 홈에 충전하여 건조시킨 것을 이용하는 것도 생각할 수 있다.

또한, 마찬가지로 수소방출재(7)로서, 유리판이나 유리봉에 증착한 a-Si : H 막이나, a-Si : H입자를 이용하는 것도 생각할 수 있다.

그런데, 수소방출재(7)의 배치형태나 배치위치에 관해서는, 실시 형태로서의 각종 예를 생각할 수 있고, 그것들을 도 4 이하에 설명한다.

도 4는 수소방출재(7)를 프레임재(9)에 의해 고정배치하는 것이다.

즉 도시하듯이 대향공간(10)의 단부(배기구멍(6a)에서 가장 멀리 떨어진 단부)에, 예컨대 높이 100-150㎛의 프레임재(9)를 설치하고, 프레임재(9)와 대향공간 (10)의 측벽의 틈새 부분에 수소방출재(7)가 고정배치되도록 한 것이다.

이 경우, 프레임재(9)로서는 도 5에 나타내듯이 수소방출재(7)와 개략 같은사이즈의 직방체로 해도 좋고, 도 6에 나타내듯이 수소방출재(7)의 양단부를 규제하는 것으로 해도 좋다.

도 7은 배기구멍(6a)이 대향공간(10)내에서 1개의 코너부분에 형성되는 예이다. 이 경우, 수소방출재(7)는 대향공간(10)내의 다른 3개의 코너부분에 배치되는 것으로, H₂가스에 의한 환원효과를 높일 수 있다. 이 때문에, 배기구멍(6a)의 위치 이외의 3개의 코너부분에, 각각 프레임재(9)가 배치되고, 프레임재(9)와 코너벽부의 틈새 부분에 수소방출재(7)가 고정배치된다.

도 8은 배기구멍(6a)이 도면중, 좌우 2군데 설치되는 예이다. 이 경우, 배기구멍(6a)에서 가장 먼 위치로서, 도면중 상하측면의 중앙부분이 해당하게 되고, 이 부분에 ㄷ자 형상의 프레임재(9)가 배치되고, 프레임재(9)와 벽부의 틈새 부분에 수소방출재(7)가 고정배치된다. 이 배치상태에 의해, 2개의 배기구멍(6a,6a)에서 배기될 때, 방출수소에 의한 패널내전면에 걸쳐 환원효과를 높일 수 있다.

이상, 도 7, 도 8과 같은 배치위치상태는 물론 홀더(8)에 의해서 수소방출재 (7)를 유지하는 형태의 경우라도 가능해진다.

도 9는 배기구멍(6a)에서 가장 멀리 떨어진 위치로서, 대향공간(10)과 연속하는 공간(11)을 형성하고, 공간(11)내에 홀더(8)에 유지된 상태로 수소방출재(7)를 배치한다.

이 경우는, 불순가스의 압출효과는 물론, 수소방출재(7)를 대향공간(10)에 배치하지 않기 때문에, 표시 영역(애노드기판)로서의 데드스페이스를 절감할 수 있다는 이점이 얻어진다.

또한, 공간(11)은 봉착후에 게터실로서도 기능하게 된다.

이상, 각종 예를 설명해왔지만, 본 발명으로서는 보다 다양한 변형예를 생각할 수 있다.

또한 수소방출재(7)로서는 ZrH₂를 이용한 예를 들었지만, 이외에, TiH₂,TaH₂, VH₂,MgH₂,ThH₂등을 이용한 수소화합금, 수소흡장재로 해도 좋다.

이상 설명하였듯이 본 발명의 전계효과소자의 진공용기는 진공화를 위한 배기처리시에, 배기부에서 가장 멀리 떨어진 위치에 배치되는 가스방출재로부터의 가스(수소)가 대향공간내의 가스를 배기부측에 몰아내게 되기 때문에 매우 효율적으로 단시간에 양호한 배기처리를 할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 가스방출재로부터 방출되는 가스는, 배기시의 잔류분이나 봉착후의 방출분이 진공이어야 할 대향공간내에 남는 것도 생각할 수 있지만, 그 가스가 수소이기 때문에, 잔류분이 캐소드에 악영향을 주거나 방출을 저하시키지 않고, 반대로 이미터의 산화를 방지하는 작용에 의해서, 전계방출소자로서의 수명을 길게 할 수 있다.

또한, 가스방출재는 봉입후도 게터로 되는 작용도 생긴다는 것도 생각되므로, 이것도 전계방출소자로서의 수명을 길게 한다.

이상으로부터 본 발명은 전계방출소자의 진공용기로서의 제조의 효율화, 디바이스로서의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims

유리기판으로 형성되어 있는 캐소드측 기판,

유리기판으로 형성되어 상기 캐소드측 기판에 대향하도록 배치되어 있는 애노드측 기판,

상기 캐소드측 기판 및 상기 애노드측 기판을 소정의 간격으로 유지하여 대향공간을 형성하기 위한 측벽부,

상기 대향공간을 진공으로 빼기 위한 배기구멍이 형성됨과 동시에, 배기처리후에 봉착되어 상기 대향공간을 진공상태로 하는 배기부, 및

상기 대향공간내 또는 상기 대향공간과 연속하는 공간내에 적어도 상기 배기부에서 가장 멀리 떨어진 위치를 포함하는 하나이상의 위치에 배치되는 수소방출재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전계방출 소자디바이스의 진공용기.
제 1 항에 있어서, 상기 캐소드측 기판에 전계방출소자가 형성되고, 상기 애노드측 기판에 상기 전계방출소자에 대한 대향양극이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전계방출 소자디바이스의 진공용기.
제 1 항에 있어서, 상기 수소방출재는, Zr, Ti, Ta, V, Mg, Th중 적어도 하나를 포함하는 수소화합금 또는 수소흡장재인 것을 특징으로 하는 전계방출 소자디바이스의 진공용기.