KR0144589B1 - 전계 방출 디스플레이의 진공 밀봉 방법 - Google Patents

Abstract

전계방출 디스플레이의 진공밀봉 공정중 디스플레이 내부를 고진공으로 만들고 유지하기 위해 봉합체를 경계로 내외부에 압력차이가 있도록 만들어 줌으로써, 디스플레이 내부의 안쪽인 밀봉이 되는 쪽으로 곡률을 갖게하여, 진공 밀봉 작업이 용이하고, 유리관 선택의 폭도 넓어진다.

Description

전계 방출 디스플레이의 진공 밀봉 방법.

제1도는 본 발명의 진공밀봉 방법을 이용한 전계방출 디스플레이의 봉합물 부근의 측면도

제2도는 본 발명의 진공 밀봉 방법을 이용한 전계방출 디스플레이의 하부기판 유리를 나타내기 위한 정면도

제3도는 본 발명의 진공 밀봉 방법을 이용한 전계방출 디스플레이의 하부기판 유리의 측면도

제4도는 본 발명의 진공 밀봉 방법을 이용하여 전계방출 디스플레이의 소자내부의 진공을 최종적으로 뽑아내는 유리관이 설치되어 있는 상태를 나타내기 위한 정면도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:상부기판2:열 산화막(I.T.O)

3:봉합체4:하부기판유리

4A:구멍5:스페이서(spacer)

6:폐 유리관7:봉합 유리(frit glass)

8:진공을 뽑기위한 연결 유리관

본 발명은 전계방출소자(FED)의 진공 밀봉(Vacuum packaging)방법에 관한 것이며, 특히, 전계방출소자의 진공밀봉시, 봉합체의 형상을 내부가 곡률을 가진 형상으로 함으로써, 소자내부를 용이하게 고진고으로 만들 수 있으며, 밀봉작업에 사용되는 유리관을 폭넓게 선택할 수 있으며, 작업을 용이하게 할 수 있는 전계방출소자의 진공밀봉 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전계 방출 디스플레이의 봉합물의 모양 조절에 관하여는 아직 발표된 것이 없으나, 전계 방출 디스플레이는 아니지만 일반적인 표시소자에서 보통의 진공 밀봉의 경우는 먼저 초음파를 이용하여 유리 기판에 구멍을 뚫고 양쪽 끝이 개봉된 유리관을 연결한 후 상부 및 하부 기판을 밀봉물로 밀봉한 후 진공을 뽑고 있다.

전자음극선관의 경우와는 다르게 전계방출 디스플레이와 같이 진공이 뽑혀져야 되는 체적이 작고, 고진공을 유지해야하는 경우는 고진공 자체를 만들거나 유지하는 것 자체가 큰 문제가 된다. 따라서 전계방출 디스플레이에 진공밀봉방법을 적용하는데 있어서는, 그 공정이 기존의 제작 방법과 다른 점이 있으므로 봉합물이 안쪽으로 곡률을 갖는 것과 동시에 진공을 뽑는 공정에 대하여도 기존과는 다른 방법이 고안되어야 한다.

따라서, 전계방출 디스플레이 제작시 봉합체의 모양을 안쪽으로 곡률을 갖게하면 진공을 만드는데 도움이된다. 그러나 기존의 방법처럼 먼저 하부기판에 구멍을 낸 후 공정을 진행하면 봉합체가 안쪽으로 곡률을 갖게 하는 것이 불가능하다. 또 진공을 뽑을 때 소자에 부착되는 유리관의 크기와 선택에 있어서도 제약을 받는다. 즉 구멍의 크기가 제한되는 상황에서는 부착되는 연결유리관의 크기도 역시 제한을 받게된다.

따라서 처음에 한쪽이 막힌 유리관을 미리 붙이지 않고 봉합물이 안쪽으로 곡률을 갖게 만들면 나중에 진공을 뽑기위해 하부기판에 구멍을 만드는 것이 어렵게된다.

그러므로 본 발명은 상술한 문제점을 극복하기위해 소자내부를 진공으로 밀봉하기 전에 하부기판 유리에 구멍을 낸후 한쪽이 막힌 유리관을 접합시킴으로써 봉합체가 안쪽으로 곡률을 갖는 것이 가능함과 동시에 용이하게 진공을 뽑을수 있는 전계방출 디스플레이의 진공밀폐방법을 제공하는것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 폐(閉) 유리관은 열처리 중, 봉합체를 경계로 내외부의 압력 차이를 만들어 줌으로써 그 압력 차이가 안쪽으로서 곡률을 만들어 준다. 즉 1차 소성에서 먼저 봉합체를 고상으로 만들고 2차 소성을 진공 중에서 실시함으로써 봉합물이 안쪽으로 곡률을 갖게된다. 상기 공정에서 중요한 것은 밀봉이 되는 부분과 외부가 차단되어 압력차를 주어야한다는 것이다. 그때의 압력 차이는 깁스-톰슨 효과를 만족시키는 곡률을 만들어주기 때문에 그러한 압력 차이를 유지할 수 있는 것이 중요하다. 이때 이와같은 봉합체가 안쪽으로 곡률을 갖게하는 공정은 분위기 조절이 가능한 노(가스 및 진공)에서 작업함으로써 연속적인 작업이 가능하다. 봉합체의 모양을 조절한 후, 폐유리관의 끝을 절단하고 진공을 뽑기위해, 상기 유리관보다 직경이 큰 연결 유리관을 여기에 끼운다. 다음에 상기, 연결 유리관과 기존의 폐유리관을 용융 접합 시킨다. 상기 연결 유리관에 대해서는 용접 공정중 지지대 역할을 할 수 있는 것이 이미 마련되어 있기 때문에(끝이 절단된 폐유리관) 그 연결 유리관의 선택 폭(길이, 직경 등)이 넓어진다. 연결관 선택시 그 다음 단계인 진공 밀봉시 구멍을 메우는 것도 중요하다. 왜냐하면 두께가 다른 부분과 다르기 때문에, 이부분에 응력이 집중이되어 기계적 성질이 좋지않고 그 부분의 깁스 프리 에너지 (Gibbs Free energy)가 높아지고 또한 밀봉 부분의 조성이 다른 하부기판 유리와 달라 확산이 유도되면서 진공도를 떨어뜨리는 조직으로 변할 수 있기 때문이다. 본 발명의 방법을 사용하면 진공을 뽑을 때 끼우는 연결 유리관의 크기나 조성들을 선택 연결시킨 후 밀봉되는 구멍의 화학적 기계적 상태도 조절이 가능한 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면으로 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

제1도는 본 발명의 진공밀봉 방법을 이용한 전계방출 디스플레이의 봉합물 부근의 측면도로서, 그 제조공정을 살펴보면, 전계방출 디스플레이의 구성요소인 상부기판(1)에 양극전극인 투명전극을 열산화막인 ITO(2)로 증착하고 그 상부에 전전압요 형광물질인 형광체를 증착하여 상부기판을 완성한다. 하부기판(4)은 전자방출능력이 있는 도시되지 않은 박막형 다이나몬드나 실리콘 팁으로 이미터 전극에 이미터를 형성하고 절연막과 게이트를 형성하여 3극으로 만들수도 있으며, 상부기판과 하부기판 사이에 스페이서(5)의 격막을 형성한다. 이렇게 상하부기판을 각각 제작하여 봉합체를 이용하여 가장자리를 밀봉한다.

기본적으로 봉합체가 안쪽으로 곡률을 갖게하기위해서는 봉하베를 경계로 내외부에 압력차가 생겨야한다. 평행 상태에서는 다음과 같은 깁스-톰슨 식(Gibbs-Thomson Eq.)을 만족하면 된다.

△P=γ/ρ P:압력, △P=P₂-P₁

P₁:스페이서가 있는 부분의 압력

P₂:밀봉 바깥 부분의 압력

ρ:곡률 반경γ:표면 장력

보합체는 위의 식을 만족시키는 곡률 반경(ρ)를 갖게되는데, 이와같이 스페이서가 있는부와 밀봉 바깥부 사이에 압력 차를 주고 진공을 뽑기 위해서는 다음의 공정을 따른다. 즉, 제2도에 도시된 하부기판유리 부근을 참조로 하여 설명하면, 먼저 하부 기판(4)에 초음파를 이용하여 구멍(4A)을 만든다. 다음에 상기 구멍(4A)을 불산(HF)을 이용하여 세척을 한다. 상기 세척의 목적은 진공도를 높이기 위한 것과 잔류 응력 제거의 목적이 있다. 즉 초음파 가공 이후 그 면에 존재하는 유리 입자들은 고진공을 만드는데 치명적일 뿐만이 아니라, 그 입자들이 발광체나 팁(tip)에 부착되어, 전계방출 디스플레이의 작동에 영향을 미친다. 또한 이 분말이 완전 밀봉 후에도 존재하게되면 그 분말 주위에 응력 집중이 생긴다. 또 이러한 분말 이외에도 초음파 가공 자체에 의한 잔류 응력이 존재하게된다. 따라서 이와같이 잔류 응력 제거 및 진공도를 높이기 위하여 세척 작업은 필요 불가결하다. 제2도 및 제3도는 하부기판 유리의 정면도와 측면도로서, 한쪽 끝이 막히 폐유리관(6)을 밀봉 유리(frit glass)인 봉합 유리(7)를 이용하여 접합시키고 제1도에 도시된 봉합체(3)가 안쪽으로 곡률을 갖게 만든다. 그 후 진공을 뽑기위하여, 제4도에 도시된 연결 유리관(8)을 폐유리관(6)에 연결 접합시킨 후 진공을 뽑는다.

봉합체가 안쪽으로 곡률을 갖게되면 고진고을 만드는데 효과가 있다. 즉, 진공도가 10^-7torr에서는 주로 분자 운동(molecular flow)영역에 들어가고 이때는 분자간의 충돌보다는 분자와 벽과의 충돌이 중요하게된다. 분자가 벽과의 충돌 후 그 분자는 충돌 전의 행로와 무관하게 다시 운동하게되는데 이때는 코사인(cosine) 법칙에 따라 그 벽에 수직인 부분으로의 분자의 충돌 후의 운동이 그 확률이 가장 높다. 따라서 봉합체(3)안쪽으로 곡률을 갖게 만들면 봉합체(3) 쪽에서 기체분자가 충돌 후 내부쪽으로 운동하여 후에 진공을 만드는데 큰 도움을 준다. 그러나 본 발명과 같이 먼저 하부기판 유리(4)에 폐유리관(6)을 부착시키지 않으면 봉합물의 모양 조절 이후 진공을 뽑기가 어려워진다. 즉, 진공을 뽑기위한 구멍을 만들어야한다. 초음파를 사용하는 경우는 이미 팁(tip)이 접합된 상태이므로 기게적 충격이 심해지므로 이 상태에서는 적용이 불가능하다. 다른 가능한 방법으로 하부기판을 국부적으로 레이저를 이용하여 가열함으로써 점성을 가지게하여 길게 빼는 방법이 있으나 이 방법 역시 열 응력의 발생 및 점성을 띤 하부 유리판 모양 조절의 난이성 때문에 적용이 쉽지않다.

따라서, 최초공정시 부착시키는 폐유리관은 그 길이가 길기 때문에 지지대가 필요없이 작업이 용이하고 진공을 뽑는 단계에서는, 상기 유리관을 진공을 뽑기위한 다른 유리관에 접할할 때 다른 유리관을 끼워서 접합을 하기 때문에 그 다른 유리관 선택의 폭이 넓어지고 작업이 용이한 장점이 있다.

Claims (2)

1. 전계장출 디스플레이의 상부기판에 열산화막을 증착시키는 단계와, 상기 상부기판과 하부기판 유리사이에 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 상부기판과 하부기판 가장자리에 봉합체를 형성하는 단계와, 상기 하부기판 유리의 소정 부분에 진공을 뽑기위한 구멍을 형성하는 단계와, 상기 하부기판 상에 폐유리관을 형성하는 단계와, 상기 폐유리관에 연결유리관을 끼워 용융접합 시켜서 진공을 뽑는 단계를 포함하는 전계방출 디스플레이의 진공 밀봉 방법
2. 제1항에 있어서, 하부기판 유리의 소정부분에 구멍을 만드는 단계후에, 상기 구멍을 불산(HF)으로 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 디스플레이의 진공 밀봉 방법