KR100261542B1 - 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법에 관한 것으로, 스페이서가 고정될 위치에 최소 종횡비를 2 : 1 이상으로 하는 직사각 형상의 마스크 홀이 각각 엇갈리게 형성된 감광성 글래스 재질의 스페이서 고정용 마스크를 형성하는 단계와, 종횡비가 1 : 1로 구성되는 사각기둥 형상의 감광성 글래스 재질의 스페이서를 제작하는 단계와, 마스크를 기판상에 정렬하는 단계와, 기판상에 정렬된 마스크의 홀에 스크린 프린팅 방법으로 고착제를 도포하고, 1 : 1의 종횡비를 갖는 스페이서를 마스크 홀에 다단으로 적층시켜 스페이서의 전체 종횡비를 2 : 1 이상으로 형성하는 단계와, 고착제를 건조시켜 스페이서를 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 스페이서 고정용 마스크와 스페이서를 감광성 글래스 재질로 구성함으로써, 마스크 홀은 식각과 열처리 공정을 통해 향상된 식각율을 얻을 수 있게 되고, 고착제를 도포하고 스페이서를 산란하는 스크린 프린팅 과정의 반복을 통해 스페이서를 형성함으로써, 원하는 종횡비를 저렴한 비용으로 용이하게 형성할 수 있으며, 우수한 압축강도 및 진공(Out gasing)에도 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법

본 발명은 전계효과 전자방출 표시소자(Field Emission Display: 이하, FED로 약칭함.)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극판과 음극판을 분리해주는 스페이서를 식각공정을 이용한 감광성 글래스를 사용하여 제작함으로써, 스페이서를 원하는 장소에 정확하게 위치시키고, 그 종횡비를 일정비율 이상으로 유지시킬 수 있게 한 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법에 관한 것이다.

전계효과 전자방출 표시소자는 캐소드에서 방출된 전자가 형광체에 충돌하여 발광함으로써 원하는 패턴 또는 문자나 기호를 표시할 수 있도록 설계된 것으로, 작동방식이 기존 브라운관과 유사하면서도 평판으로 되어 있어 차세대 디스플레이로 불리우며, 전력소모가 적고 고휘도의 칼라패턴을 구현할 수 있는 장점이 있다.

이러한 FED는 전계집중을 위하여 전자를 방출하는 마이크로팁(Microtips) 형상의 캐소드를 형성하며, 그 위에 전계유도를 위한 게이트 및 형광체가 도포된 애노드를 형성하여 다수의 마이크로팁으로부터 전자방출을 유도하여 발생된 전자를 형광체에 충돌시킴으로써 형광체가 자극을 받아 형광체의 최외곽전자들이 여기되고 천이되는 과정에서 발생된 빛을 이용하여 이미지를 구현하게 된다.

도 1에는 이러한 FED의 기본적인 구성이 도시되어 있다. 이것은, 캐소드 기판(10) 위에 절연층(18)에 의해 분리되는 행(Column)전극의 캐소드 전극(12)과 열(Row)전극의 게이트 전극(16)이 서로 교차되어 형성되며, 절연층(18) 사이마다 마이크로팁 형상의 에미터(14)가 캐소드 전극(12)과 일체로 형성되고, 그 상방의 게이트 전극(16)에는 게이트 홀(20)이 형성되어 개방되어 있다.

한편, 애노드 기판(40) 저면에는 투명도전막(ITO)의 애노드 전극(42)과 형광체44)가 형성되며, 애노드 기판(40)과 캐소드 기판(10)이 다수의 스페이서(30)를 매개로하여 에미터(14)의 마이크로팁 형상이 형광체(44)를 향하도록 서로 마주보게 형성되어 미소면적에 저전압만을 인가하여도 에미터(14)의 선단에서 전자가 방출되도록 형성되어 있으며, FED 패널의 최외각부는 봉착제(60)에 의해 진공 패키징 되어 있다.

이와같은 구조로 이루어진 FED는 캐소드 전극(12)과 게이트 전극(16)에 적절한 양의 전압을 인가하면 에미터(14)의 마이크로팁에 강한 전기장이 형성되어 양자 역학적 터널효과에 의해 전자가 방출된다. 방출된 전자가 수백볼트의 전압이 가해진 애노드 전극(42)에 끌려 형광체(44)에 충돌하면 형광체(44)상에 발광이 되는 것이다.

한편, 종래의 FED 제조방법은 다음과 같다. 통상적인 반도체 공정을 이용하여 캐소드 기판(10)상에 캐소드 전극(12), 절연층(18), 게이트 전극(16)을 증착한 구조에 게이트 홀(20) 및 캐비티(22)를 형성하고, 캐소드 기판(10)을 회전시키면서 소정의 투사각을 갖는 전자빔 증착장치를 이용하여 몰리브덴(Mo)증기를 증착함으로써 캐비티(22)의 내측에 마이크로팁 형상의 에미터(14)를 형성한다.

또한, 별도의 애노드 기판(40)상에 ITO 투명도전막으로 형성된 애노드 전극(42)을 형성하고 그 위에 형광체(44)를 도포한 후, 애노드 기판(40)과 캐소드 기판(10)이 서로 일정한 간격으로 유지된 상태에서 대향될 수 있도록 캐소드 기판(10)의 게이트 전극(16) 상면에 다수개의 스페이서(30)를 형성한 다음 그 위에 애노드 기판(40)을 접합하여 FED 패널을 형성한다. 그리고, FED 패널의 가장자리를 봉착제(60)로 봉입하고 내부에 진공이 형성될 수 있도록 배기구(24)를 통해 배기시켜 고진공 패키징을 한다.

한편, FED에서 스페이서의 제조방법은 여러 가지가 있는데 대표적인 하나의 예를 들면, 형광체(44)가 도포된 애노드 기판(40) 혹은 에미터(14)가 형성되어 있는 캐소드 기판(10)의 소정 위치에 유전체 페이스트(Dielectric paste)를 수차례의 스크린 프린팅(Screen printing) 공정으로 도포한 후 소성시켜 스페이서(30)를 형성한다. 도 2에서는 이와같은 방법으로 스페이서(30)를 형성한 것을 나타내고 있으며, 여기서 스페이서(30)는 애노드 기판(40)과 캐소드 기판(10) 사이의 간격을 결정하게 되므로, 수백 미크론에서 수천 미크론의 높이를 갖도록 형성된다.

이외에도 광유리를 사용하는 방법, 폴리머를 사용하는 방법, 감광성 글래스를 이용하는 방법 등이 있으나 실험 단계에 그치고 있는 실정이며, 아직까지 FED가 상용화되지 못한 관계로 어떤 방법이 가장 좋은지는 알 수 없다. 또한, 스페이서로 요구되는 조건을 보면, 절연체로 구성되어야 하고 진공에 영향이 미치지 않아야 하며, 압축응력에 강해야 하고, 제작이 용이함과 동시에 제조비용이 적게 들어야 한다.

그러나, 상술한 바와 같은 방법들은 구체적인 효과의 검증이 아직 이루어지지 않음으로써, 실현 불가능 하거나 제작비가 많이 드는 단점이 있을 수도 있다. 또한, 종횡비가 문제가 될 수도 있고, 사이즈 또는 강도에서 문제가 발생할 수도 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명은 감광성 글래스 재질의 마스크와 스페이서를 제작하고 고착제와 함께 순차적으로 스크린 프린팅함으로써 원하는 장소에 정확하게 위치되면서, 종횡비를 일정 이상으로 유지되게 하고, 제작이 용이함과 동시에 제조비용도 저렴하며 진공에 미치는 영향력이 적을 뿐만 아니라 뛰어난 강도를 유지할 수 있는 스페이서 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법에 있어서, 스페이서가 고정될 위치에 최소 종횡비를 2 : 1 이상으로 하는 직사각 형상의 마스크 홀이 각각 엇갈리게 형성된 감광성 글래스 재질의 스페이서 고정용 마스크를 형성하는 단계와, 종횡비가 1 : 1로 구성되는 사각기둥 형상의 감광성 글래스 재질의 스페이서를 제작하는 단계와, 마스크를 기판상에 정렬하는 단계와, 기판상에 정렬된 마스크의 홀에 스크린 프린팅 방법으로 고착제를 도포하고, 1 : 1의 종횡비를 갖는 스페이서를 마스크 홀에 다단으로 적층시켜 스페이서의 전체 종횡비를 2 : 1 이상으로 형성하는 단계와, 고착제를 건조시켜 스페이서를 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한, 본 발명에 의하면, 감광성 글래스 재질의 스페이서 고정용 마스크와 스페이서를 사용하여 고착제를 도포하고 스페이서를 산란하는 스크린 프린팅 과정의 반복을 통해 스페이서를 형성함으로써, 원하는 종횡비를 얻을 수 있게 되며, 제작이 용이함과 동시에 제조비용도 저렴하고 진공에 미치는 영향력이 적을 뿐만 아니라 압축응력에 대해서도 우수한 특성을 보이게 됨으로써 스페이서로서 요구되는 조건들을 충족시킬 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 FED의 구조를 나타낸 단면도,

도 2는 종래 스크린 프린팅 방법으로 제작된 스페이서를 나타낸 단면도,

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 스페이서 제조공정에 선행하는 공정을 나타낸 공정도,

도 4는 FED 제조공정에서 스페이서의 제작에 사용되기 위한 본 발명에 따른 글래스 마스크를 나타낸 사시도,

도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 스페이서 제조 공정도,

도 6은 본 발명에 따른 글래스 마스크를 통해 기판에 도포된 스페이서의 분포상태를 나타낸 사시도,

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

10: 캐소드 기판(Cathode) 12: 캐소드 전극(Cathode electrode)

14: 에미터(Emiter) 16: 게이트 전극(Gate electrode)

18: 절연층 20: 게이트 홀(Gate hole)

22: 캐비티(Cavity) 24: 배기구

30: 스페이서(Spacer) 40: 애노드 기판(Anode)

42: 애노드 전극(Anode electrode) 44: 형광체(Color phosphors)

50: 글래스 마스크(Glass mask) 52: 마스크 홀(Mask hole)

60: 봉착제(Sealant)

이와같은 본 발명의 특징적인 구성 및 이에따른 작용효과는 후술하는 첨부된 도면을 참조한 실시예의 상세한 설명을 통해 더욱 명확해 질 것이다.

먼저, 본 발명에 따른 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조공정에 선행하는 공정을 간단히 설명하면 다음과 같다.

도 3a는 캐소드 기판을 제조하는 공정을 도시한 공정 단면도로서, 캐소드 기판(10)상에 캐소드 전극(12)을 증착하여 열(Column)방향으로 패터닝하고, 이 캐소드 전극(12) 위에 SiO₂등과 같은 절연층(도시안됨)을 증착법으로 형성하며, 이 절연층상에 게이트 전극(16)을 증착하여 캐소드 전극(12)과 직교하는 방향으로 게이트 전극(16)을 패터닝하여 캐소드 전극(12)과 게이트 전극(16)이 절연층에 의해 분리되며 격자 형상으로 배열 형성된다.

도 3b는 홀과 캐비티 그리고 에미터를 형성하는 공정을 도시한 공정 단면도로서, 게이트 전극(16)의 일단에 다수의 게이트 홀(20)을 형성하고, 이에 의해 노출된 절연층(18)을 제거하여 캐비티(22)를 형성한다. 이어서, 선행 공정에 의해 캐소드 기판(10)상에 캐소드 전극(12), 절연층(18), 게이트 전극(16), 게이트 홀(20) 및 캐비티(22)가 형성된 구조체를 회전시키면서 소정의 투사각을 갖는 전자빔 증착장치로 금속층을 형성하여 캐비티(22)의 내측에 날카로운 팁을 갖는 에미터(14)를 형성한다.

도 3c는 애노드 기판을 형성하기 위한 공정을 도시한 공정 단면도로서, 애노드 기판(40)상에 ITO 투명도전막으로 형성된 애노드 전극(42)을 형성하고, 그 위에 형광체(44)를 도포하여 소정 형상으로 패터닝한다.

도 4는 FED 제조공정에서 스페이서의 제작에 사용되기 위한 본 발명에 따른 마스크를 나타낸 것으로, 이는 선택적 식각률이 최대 20 : 1에서 40 : 1 까지 가능한 감광성 유리를 사용하여 제작되고, 마스크 홀(52)의 위치는 계산된 응력에 따라 선정하여 스페이서가 고정될 각각의 위치에 지그재그 방향으로 엇갈리게 형성된다. 따라서, 이를 노광한 다음 열처리와 불산을 이용한 식각공정을 통해 원하는 사이즈의 사각홀을 제작한다. 이때, 마스크 홀(52)은 종횡비를 최소 2 : 1 이상으로 하고 길이는 수 밀리미터(mm) 이상으로하여 사각 형상으로 제작한다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 스페이서 제조과정을 나타낸 것이다.

먼저, 전술한 바와 같이 구성된 스크린 프린팅용 스페이서 고정용 마스크(50)를 애노드 전극(42) 및 형광체(44)가 패터닝된 애노드 기판(40)상에 정렬시킨다. 여기서, 스페이서(31)를 마스크 홀(52)에 삽입하는 과정이 어려운데, 대표적인 방법은 도 5a에 도시된 바와 같이 종횡비가 1 : 1인 스페이서(31)를 사각의 마스크 홀(52)에 삽입한 다음 고착제가 도포된 스페이서(32,33)를 또 다시 스크린 프린팅하여 도 5b와 도 5c에 도시된 것과 같이 종횡비를 계속적으로 높이는 방법이 있다.

첫 번째 스페이서(31)는 마스크(50)와 동일한 재질의 감광성 글래스를 이용하여 종횡비가 1 : 1 로 구성된 사각기둥 형상으로 제작되며, 그 길이는 마스크 홀(52) 길이의 2/3 정도로 유지한다. 그리고, 마스크 홀(52)에 스페이서(31)를 삽입하기 전에 고착제(도시안됨)를 먼저 도포한다. 이때, 마스크(50)의 사각홀(52)과 스페이서(31)의 길이비를 3 : 2 정도로 하면서 스페이서(31)의 길이를 2mm 이상으로 하면, 스크린 프린팅이 매우 쉬워질 수 있다. 또한, 첫 번째 스페이서(31)와 두 번째 혹은 세 번째 스페이서(32,33)가 적층될 때 수직으로 일치되지 않을 수도 있으나, 스페이서(30)가 무너지거나 형광체(44)에는 영향을 미치지 않게 된다. 또한, 도시된 바와 같이, 마지막 스페이서로는 유리구슬(33)을 사용할 수도 있다.

또다른 스페이서 삽입방법으로, 스페이서들의 일측면을 금속으로 코팅하고 마스크 홀(52)의 반대측에 마그네틱(도시안됨)을 밀착시킨 후 스페이서(30)를 제조하는 방법이 있으며, 본 발명에서는 두방법 모두 가능하고 이러한 방법으로 최대 종횡비를 4 : 1 정도로 유지함이 바람직하다.

한편, 상술한 공정에서는 애노드 기판(40)상에 스페이서(30)를 형성하는 공정을 설명하고 있으나, 스페이서(30)가 캐소드 기판(10)상에 형성되게 하는 것도 가능할 것이다.

그리고, 도 5d에 도시된 바와 같이, 스페이서(30)와 스페이서 고정용 마스크(50)가 동시에 있는 상태에서 건조와 예비소결을 거치고, 하부기판과 정렬한 다음 최종소결 함으로써 고착제에 함유된 수분 및 바인더를 제거하여 스페이서(30)를 고착시킨 후, 진공 패키징 공정으로 접합하여 FED 패널을 형성한다.

이와같은 진공 패키징 공정은 배기공정을 통해 패널의 진공을 유지하면서 이루어지며, 프릿유리 재질의 봉착제(60)를 약 400℃ 이상의 온도에서 소결하여 패널을 밀봉시킨다. 이때, 소정 압력으로 애노드 기판(40)과 캐소드 기판(10)을 압착하게 되는데, 프릿유리 재질로 이루어진 고착제도 소결온도에서 소성변형이 일어나 패널간의 내부간격이 스페이서(30)와 동일하게 형성된다.

도 6에서는 위에서 설명된 과정에 따라 글래스 마스크를 통해 기판에 형성된 스페이서의 분포상태를 도시하고 있다.

이상은 본 발명을 바람직한 실시예와 관련하여 설명한 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이와 같은 것에 한정되지 않으며 청구된 범위내에서 요지의 변경없이 수정 및 변경을 가할 수 있을 것이다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 스페이서 제조방법에 의하면, 스페이서 고정용 마스크와 스페이서를 감광성 글래스 재질로 구성함으로써, 마스크 홀은 식각과 열처리 공정을 통해 향상된 식각율을 얻을 수 있게 되고, 고착제를 도포하고 스페이서를 산란하는 스크린 프린팅 과정의 반복을 통해 스페이서를 형성함으로써, 원하는 종횡비를 저렴한 비용으로 용이하게 형성할 수 있으며, 우수한 압축강도를 얻을 수 있고 진공(Out gasing)에도 아무런 문제가 발생되지 않게 된다.

Claims (8)

1. 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법에 있어서,

   스페이서가 고정될 위치에 최소 종횡비를 2 : 1 이상으로 하는 직사각 형상의 마스크 홀이 각각 엇갈리게 형성된 감광성 글래스 재질의 스페이서 고정용 마스크를 형성하는 단계와,

   종횡비가 1 : 1로 구성되는 사각기둥 형상의 감광성 글래스 재질의 스페이서를 제작하는 단계와,

   상기 마스크를 기판상에 정렬하는 단계와,

   상기 기판상에 정렬된 마스크의 홀에 스크린 프린팅 방법으로 고착제를 도포하고, 1 : 1의 종횡비를 갖는 상기 스페이서를 상기 마스크 홀에 다단으로 적층시켜 스페이서의 전체 종횡비를 2 : 1 이상으로 형성하는 단계와,

   상기 고착제를 건조시켜 스페이서를 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 마스크 홀은 불산으로 식각하여 형성된 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 스페이서의 일측면을 금속으로 코팅하여 상기 마스크 홀의 반대측에 마그네틱을 밀착시킨 후 스페이서를 고정시키는 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 스페이서를 다단으로 적층함에 있어 마지막 스페이서는 감광성 유리 재질의 볼을 사용한 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   스페이서 전체의 종횡비가 4 : 1 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 스페이서가 애노드 기판상에 형성되는 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 스페이서가 캐소드 기판상에 형성되는 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방츨 표시소자의 스페이서 제조방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 고착제의 재질은 같은 온도에서 소결되도록 실링용 봉착제와 동일한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.

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