KR100740829B1 - 전계 방출 표시장치의 게터와 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부진공을 고진공 상태로 유지시킬 수 있도록 하는 전계 방출 표시장치의 게터를 제공하는데 있다.

본 발명의 전계 방출 표시장치는 하부기판과, 상기 하부기판에 형성된 다수개의 캐소드전극과, 상기 캐소드전극에 직교하는 다수의 게이트전극에 의한 표시영역인 다수의 전계방출어레이를 가지는 전계방출소자에서 가스를 흡착하는 게터가 상기 전계방출어레이 영역내에 위치하며, 상기 게터는 액티브 영역에 노출되지 않도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 결과적으로 본 발명에 따른 게터가 액티브 영역내의 캐소드전극 사이의 하부기판상에 위치한 장홈의 중심부에 형성되어 패널 내부를 고진공 상태로 유지할 수 있다. 또한, 스페이서를 제외한 모든 공간에 형성이 가능하므로 종래기술에서 배기튜브에 장착된 게터에 비하여 게터의 표면적이 월등히 커지게 되므로 아웃게싱(outgassing)되는 가스를 최대한 흡수하여 수명을 향상시킬 수 있고, 전계 방출로 인해 진공이 떨어지는 것을 사전에 막을 수 있다. 뿐만 아니라, 게터를 아래쪽에 설치함으로 인해 캐소드전극에서 나오는 전자와 가스들과의 충돌로 인해 야기되는 진공저하나 에미터 팁의 마모를 저하시킬 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 FED는 배기구가 형성되지 않으므로 그 만큼 전계 방출 어레이 및 유효표시화면 면적을 크게 할 수 있으므로 대면적화에 유리하다.

Description

전계 방출 표시장치의 게터와 그 제조방법{Getter of Field Emission Display and Method of Fabricating the same}

도 1은 종래 기술의 전계 방출 표시장치를 나타내는 단면도.

도 2는 도 1에 도시된 "A" 부분을 확대하여 나타낸는 단면도.

도 3은 종래의 전계 방출 표시장치의 제조방법에 있어서 진공공정의 수순을 단계적으로 나타내는 흐름도.

도 4는 도 1에 도시된 전계 방출 표시장치에 펌프가 연결된 상태를 나타내는 단면도.

도 5는 도 4에 도시된 배기구의 위치를 나타내는 평면도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 표시장치를 나타내는 단면도.

도 7는 본 발명의 실시예에 따른 전극구조 및 게터의 위치를 개략적으로 나타내는 평면도.

도 8은 도7에 도시된 전계 방출 표시장치에 게터의 위치를 나타내는 사시도.

도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 실시예에 따른 FED의 형성방법을 나타내는 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

2,51 : 상부기판 4,54 : 애노드전극

6,56 : 형광체 8 : 블랙 매트릭스

10,11 : 스페이서 12,52 : 하부기판

14,64 : 캐소드전극 16 : 에미터

17 : 장홈 18,58 : 게이트절연층

58a : 절연물질 20,60 : 게이트전극

60a : 전극물질 22 : 포커스절연층

24 : 포커스전극 30 : 전자

32,62 : 전계방출 어레이 34,36 : 프릿글라스

38 : 국부가열장치 40,41 : 게터

42 : 배기튜브 46 : 펌프

48 : 배기구 50 : 더미공간

본 발명은 전계 방출 표시장치에 관한 것으로, 특히 내부 진공상태를 고진공 상태로 유지시키도록 하는 전계 방출 표시장치의 게터에 관한 것이다.

최근, 음극선관(Cathode Ray Tube : CRT)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판 표시장치는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display : 이하 "FED"라 함 ) 및 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel : PDP) 등이 있다. FED는 첨예한 음극(에미터)에 고전계를 집중해 양자역학적인 터널(Tunnel)효과에 의하여 전자를 방출하는 냉음극을 이용하여 음극선관과 같이 전자빔에 의해 형광체를 여기시켜 발광하게 함으로써 화상을 표시하게 된다.

도 1을 참조하면, 애노드전극(4)이 형성된 상부 유리기판(2)과, 전계 방출 어레이(32)가 형성된 하부 유리기판(12)을 구비한 FED가 도시되어 있다. 상부 유리기판(2)과 하부 유리기판(12) 사이에는 전계 방출 높이를 마련하기 위한 스페이서(10)가 형성된다. 상부 유리기판(2)에는 콘트라스트를 향상시키기 위한 블랙 매트릭스(8)가 적·녹·청색의 서브 화소셀의 경계부에 형성되며, 블랙 매트릭스(8) 사이에는 적·녹·청색의 형광체(6)가 형성된다. 하부 유리기판(12)에 형성된 전계 방출 어레이(32)는 도 2에서 나타낸 바와 같이 캐소드전극(14), 에미터(16), 게이트절연층(18), 게이트전극(20), 포커싱절연층(22) 및 포커싱전극(24)으로 구성된다. 캐소드전극(14)은 게이트전극(20)과 직교되는 방향으로 하부 유리기판(12) 상에 형성되어 에미터(16)에 전류를 공급하게 된다. 에미터(16)는 원추형 팁 형태로 형성되어 캐소드전극(14)으로부터 공급되는 전류신호에 의해 전자(30)를 방출하게 된다. 게이트절연층(18)은 캐소드전극(14)과 게이트전극(20) 사이를 절연하는 역할을 한다. 게이트전극(20)은 전자를 인출시키기 위한 인출전극으로 이용된다. 포커싱 절연층(22)은 게이트전극(20)과 포커싱전극(24) 사이를 절연하는 역할을 한 다. 포커싱전극(24)은 에미터(16)로부터 인출된 전자를 접속하는 역할을 한다. 화상 또는 영상을 표시하기 위하여, 캐소드전극(14)에 부극성(-)의 캐소드전압이 인가되고 게이트전극(20)에 정극성(+)의 게이트 전압이 인가된다. 그러면 캐소드전극(14)과 게이트전극(20) 사이에 전계가 형성되면서 양자역학적인 터널링 현상에 의해 에미터(16) 끝단의 선단으로부터 전자(30)가 방출된다. 방출된 전자(30)는 게이트전극(20) 사이의 홀을 통과하여 부극성(-)의 포커스 전압이 인가되는 포커싱전극(24)`에 의해 접속된다. 포커싱전극(24)에 의해 접속된 전자는 정극성(+)의 애노드전압이 인가되는 애노드전극(4)쪽으로 가속되어 형광체(6)에 충돌된다. 이렇게 전자(30)가 형광체(6)에 충돌되면 형광체(6)는 여기되어 발광하여 적색·녹색·청색 중 어느 한 색의 가시광을 발생하게 된다.

FED는 그 구동특성 상 패널 내부의 전계 방출 공간이 10^-6 Torr 이상의 고진공 상태를 유지하여야 한다. 에미터(16)와 게이트전극(20) 사이는 서브 마이크론 정도로 간격을 두고 이격되어 에미터(16)와 게이트전극(20) 사이에 10⁷ V/㎝ 정도의고전계가 인가되는데, 에미터(16)와 게이트전극(20) 사이가 고진공으로 유지되지 않으면 에미터(16)와 게이트전극(20) 사이에 방전이 일어나거나 절연파괴가 일어날 수 있다. 또한, 전계 방출 공간이 고진공으로 유지되지 않으면 패널 내부에 존재하는 중성입자들이 전자(30)와 충돌하여 양이온을 발생시키게 된다. 이렇게 발생된 양이온들은 에미터(16)에 충돌하여 에미터(16)를 열화시키거나 전자(30)와 충돌하여 전자(30)의 가속 에너지를 감쇠시킴으로써 휘도를 낮추게 한다. 이를 방지하 기 위하여, FED의 제조공정에 있어서 패널 내부를 진공 상태로 만드는 진공 공정이 필요하게 된다.

도3 및 도 4를 참조하면, 하부 유리기판(12)의 일측에는 배기구(48)가 형성되며 배기구(48)에는 프릿글라스(Frit glass)(36)에 의해 배기튜브가 연결된다.(S1 단계) 이어서, 배기구(48)를 사이에 두고 스페이서(10)와 프릿글라스(34)가 상부 유리기판(2)과 하부 유리기판(12) 사이에 형성된다.(S2 단계) 이들 스페이서(10)와 프릿글라스(34)는 각각 가소결된다. 가소결시 프릿글라스(34) 내에 포함된 유기물 성분의 결합재(binder)는 번-아웃(burn-out)된다. 여기서, 프릿글라스(34)의 조성에 따라 다른 소결온도 특성을 가지므로 가소결을 위하여 적절한 온도를 선택하여 열처리하여야 한다. 가소결 후, 상부 유리기판(2)과 하부 유리기판(12)이 합착 및 정렬(align)되고 가소결 온도보다 높은 대략 450。C로 본 소결을 실시함으로써 상부 유리기판(2)과 하부 유리기판(12)이 완전히 합착된다.(S3 단계) 소결/합착공정 후, 배기튜브(42)내에 게터(40)를 장착하고 패널 내부의 수분(H₂O) 성분을 제거하기 위하여 패널을 가열하면서 펌프(46)를 이용하여 패널 내부의 가스를 외부 챔버로 배기시키게 된다.(S4 단계) 배기시 패널 내부의 진공도가 원하는 수준에 이르게 되면 배기튜브(42)에 인접하게 설치된 국부가열장치(38)를 이용하여 배기튜브(42)의 중간부를 잘라내는 편치-오프(pinch-off) 공정으로 패널과 외부챔버를 격리시키게 된다.(S5 단계) 이 때, 격리된 패널의 내부 진공도가 펀치-오프시 다시 떨어지기 때문에 게터(40)를 고온 활성화시켜 진공도를 다시 회복시키는 공정이 이어진다.(S6 단계)

통상, 게터(40)를 실장하는 방법으로는 기판 합착전에 미리 게터(40)를 패널 내부에 장착하는 방법과 기판 합착후 배기튜브(42) 내에 핀치-오프지점 바로 위에 게터(40)를 장착하는 방법이 있다. 게터(40)를 패널 내부에 미리 장착하는 방법은 전계 방출 어레이(32)에 근접하게 패널 내부에 게터를 실장하면 전계 방출 어레이(32)에 대한 가스 흡착효율이 비교적 높은 장점이 있다. 그러나 게터(40)를 패널 내부에 미리 장착하는 방법은 게터(40)를 상부 유리기판(2) 상에 접착시키기 때문에 상부 유리기판(2)에 접착된 게터(40)의 한 면이 가스를 흡착하지 못하게 되므로 가스 흡착효율을 어느 한계 이상으로 높일 수 없고 대기 분위기에서 행해지는 프릿글라스(34)의 본 소결시 게터(40)가 O₂ 나 C 등에 의해 오염될 수 있는 단점이 있다. 기판 합착후 게터(40)를 배기튜브(42)내에 장착하는 방법은 본소결 후에 게터(40)가 실장되기 때문에 오염이 최소화되는 반면 튜브 내의 제한공간 안에 게터(40)가 실장되므로 게터(40)의 표면적이 제한되어 가스 흡착효율이 낮은 문제점이 있다. 이와 같은 종래의 게터 실장방법들의 단점을 줄이기 위하여, 최근에는 배기튜브(42)를 통해서 실시하는 배기공정 대신 배기튜브를 사용하지 않고 패널의 합착공정을 진공 분위기에서 실시하여 공정수를 줄일 수 있는 베이큠-인-라인 실링(Vacuum-in-line-sealing) 공정의 개발이 활발히 진행되고 있다.

종래의 FED 소자는 패널 내부의 가스를 배출시키기 위한 배기구(48)가 형성되어야 하므로 유효표시화면의 크기가 줄어드는 문제점이 있다. 다시 말하여, 배기구(48)는 하부 유리기판(12)의 일측 가장자리에 형성된다. 이러한 배기구(48)의 직경에 3-4㎜ 정도의 폭을 가지는 더미공간(50)이 전계방출 어레이(32)와 프릿글라 스(34) 사이에 마련된다. 이에 따라, 종래의 FED는 더미공간(50)의 면적만큼 전계 방출 어레이(32)의 면적이 줄어들게 되므로 유효표시 화면의 크기가 줄어들게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 내부 진공상태를 고진공 상태로 유지시킬 수 있도록 하는 전계 방출 표시장치의 게터가 제공되는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치는 하부기판과, 상기 하부기판에 형성된 다수개의 캐소드전극과, 상기 캐소드전극에 직교하는 다수의 게이트전극에 의한 표시영역인 다수의 전계방출어레이를 가지는 전계방출소자에서 가스를 흡착하는 게터가 상기 전계방출어레이 영역내에 위치하며, 상기 게터는 액티브 영역에 노출되지 않도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 도6 내지 도9를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 6을 참조하면, 애노드 전극(54) 및 형광체(56)가 적층된 상부기판(51)과, 하부기판(52) 상에 형성되는 전계 방출 어레이(62)를 구비한 FED가 도시되어 있다. 전계 방출 어레이(62)는 다수개의 장홈(17)을 지닌 하부기판(52)상에 형성되는 캐소드전극(64)과,캐소드전극(64)상에형성되는 게이트절연층(58)과,게이트절연층(58)위에 캐소드전극(64)과 직교하게끔 형성되는 게이트전극(60)을 구비한다. 여기서, 캐소드전극(64)은 게이트전극(60)과 직교되는 방향으로 하부 유리기판(52) 상에 형성되어 에미터(도시하지 않음)에 전류를 공급하게 되며 게이트절연층(58)은 캐소드전극(64)과 게이트전극(60) 사이를 절연하는 역할을 한다. 그리고, 게이트전극(60)은 전자를 인출시키기 위한 인출전극으로 이용된다. 상부기판(51)과 하부기판(52) 사이에는 외부 대기압력에 견딜수 있도록 스페이서(11)가 설치된다.

도 7은 본 발명의 실시예를 따른 전극구조 및 게터의 위치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.

도 7을 참조하면, FED의 전극구조는 캐소드전극(64)과, 캐소드전극(64)과 나란하게 형성되는 장홈(17)과, 장홈의 위에 형성되는 게터(41)와, 캐소드전극(64)과 교차되게 형성되는 게이트전극(60)등이 포함된다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 FED의 하판구조를 상세히 나타낸 것이다. 도 8의 FED는 캐소드전극(64), 에미터(도시하지 않음), 게이트전극(도시하지 않음), 캐소드전극(64) 사이의 하부기판(52)에 형성되는 장홈(17)과, 장홈(17)의 중심부에 형성되는 게터(41)를 구비한다. 여기서, 게터(41)는 캐소드전극(64)층 사이의 하부기판상에 위치한 장홈(17)의 중심부에 액티브 영역에 노출되지 않는 상태로 형성되어 패널 내부의 가스를 흡착하는 역할을 한다. 이 게터(41)는 도시된 것처럼 캐소드전극(64)과 나란하게 형성되며, 패널의 스페이서를 제외한 모든 영역에 설치할 수 있다. 그러므로 게터(41)는 캐소드전극(64)과 같은 라인의 수만큼 형성될 수 있다. 이것은 종래 기술에 비하면 보다 많은 영역에 게터(41)를 설치할 수 있게 된다. 또한, 캐소드전극(64)층 아래에 설치함으로서 게터(41)가 진공저하의 원인이 되지 않게 함으로 인해 수명과 신뢰성을 높일 수 있다.

도 9a 내지 9d는 FED의 형성방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.

먼저, 9a와 같이 캐소드전극(64) 사이의 하부 유리기판(52)상에 에칭 등의 방법을 이용하여 단면이 반원인 장홈(17)이 형성되게 한다. 이것은 게터(41)가 공간에 노출되지 않도록 하기위한 것이다. 그리고 마스크를 이용하여 장홈(17)의 중심에 게터(41)가 형성된다. 상기 장홈(17)과 게터(41)를 형성한 하부 유리기판(13)상에 전극물질을 증착한 후 패터닝하면 도 9b와 같은 캐소드전극(64)이 형성된다. 그리고, 도 9c는 캐소드전극(64)과 하부 유리기판(52)상에 절연물질(58a)이 소정 두께 만큼 증착되도록 하고, 그 위에 다시 전극물질(60a)이 증착되도록 한다. 전극물질(60a)은 사진석판(Photolithograpy)에 의하여 도 9d와 같이 패터닝 되어 게이트전극(60)이 형성되며, 절연물질(58a)은 게이트전극(60)을 마스크로 이용하여 식각된다. 그러면 식각된 절연물질은 게이트절연층(58)으로 형성된다. 실제로 게터는 패널 제조시 단 한 번의 공정으로 내부의 진공을 유지하도록 하기 때문에 이후에는 순수한 게터만으로 내부 진공을 고진공으로 유지해야 하는데 이것은 게터의 물질과 양, 위치에 따라 상태가 달라질 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 게터는 종래 기술과 달리 액티브 영역내에 가능한 직접적으로 노출되지 않으면서 캐소드전극 사이의 하부기판상에 위치한 장 홈의 중심부에 보다 많이 형성된다.

결과적으로, 종래에 비해 많은 영역에 게터를 설치할 수 있고, 또한 캐소드전극층 아래에 형성됨으로 인해 진공저하의 원인이 되지않고, 아싱을 유발하지 않도록 하는 것이 가능하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치는 게터가 액티브 영역내의 캐소드전극 사이의 하부기판상에 위치한 장홈의 중심부에 형성되어 패널 내부를 고진공 상태로 유지할 수 있다. 또한, 스페이서를 제외한 모든 공간에 형성이 가능하므로 종래기술에서 배기튜브에 장착된 게터에 비하여 게터의 표면적이 월등히 커지게 되므로 아웃게싱(outgassing)되는 가스를 최대한 흡수하여 수명을 향상시킬 수 있다. 그리고, 게터를 아래쪽에 설치함으로 인해 캐소드전극에서 나오는 전자와 가스들과의 충돌로 인해 야기되는 진공저하와 에미터 팁의 마모를 저하시킬 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 FED는 배기구가 형성되지 않으므로 그 만큼 전계 방출 어레이 및 유효표시화면 면적을 크게 할 수 있으므로 대면적화에 유리함과 아울러 게터의 면적을 액티브 영역내에 보다 많이 설치해서 패널 내부를 항상 고진공으로 유지하는 것이 가능하고, 전계 방출로 인해 진공이 떨어지는 것을 사전에 막을 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발 명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (3)

1. 하부기판과,

   상기 하부기판에 형성된 다수개의 캐소드전극과,

   상기 캐소드전극에 직교하는 다수의 게이트전극에 의한 표시영역인 다수의 전계방출어레이를 가지는 전계방출소자에서 가스를 흡착하는 게터가 상기 전계방출어레이 영역내에 위치하며, 상기 게터는 액티브 영역에 노출되지 않도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 캐소드전극 사이의 하부기판에 장홈이 형성되고, 상기 게터가 장홈내에 형성되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시장치.

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