KR0147961B1 - 전계 방출 표시소자의 스페이서 및 그의 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계 방출 표시소자의 스페이서 및 그의 형성방법에 관한 것으로서, 스페이서가 큰 압축 응력에 의해서도 하부기판과 상부기판 사이의 거리가 일정하게 유지되도록 유리, 산화물 또는 질화물을 포함하는 세라믹 등과 같은 경도가 크고 절연성이 좋은 물질로 형성된 지지부와, 압축 응력에 의해 변형되어 스페이서의 크기가 일정하지 않아도 압축 응력이 집중되는 것을 방지하여 모든 스페이서에 고루 인가되도록 폴리이미드를 포함하는 폴리머, 또는, 알루미늄 등의 연성을 갖는 금속으로 형성된 완충부로 이루지며, 완충부가 형성되지 않은 지지부를 제거할 때 보호층에 의해 에미터가 노출되는 것을 방지한다. 따라서, 본 발명은 스페이서가 일정한 크기로 형성되지 않아 집중되는 압축 응력에 의해 스페이서가 휘어지거나 부러지지 않도록 하며, 또한, 스페이서에 의해 기판들이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Description

전계 방출 표시소자의 스페이서 및 그의 형성방법

제1도는 종래 기술에 따른 스페이서를 이용한 전계 발출 표시소자의 단면도

제2도는 본 발명에 따른 스페이서를 이용한 전계 방출 표시소자의 단면도

제3도(a) 내지 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 표시소자의 스페이서 형성방법을 도시하는 공정도

제4도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방법으로 형성된 전계 방출 표시소자의 스페이서의 단면도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

31 : 하부기판 33 : 캐소드전극

35 : 에미터 37 : 절연체

39 : 게이트전극 40 : 보호층

41 : 상부기판 43 : 애노드전극

45 : 형광체 46 : 공간

47 : 지지부 49 : 완충부

51 : 스페이서 53 : 경화물질층

본 발명은 전계 방출 표시소자의 스페이서 및 그의 형성방법에 관한 것으로서, 특히, 일정한 길이로 형성되지 않아 공간과 외부의 압력 차이에 의한 압축 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있는 전계 방출 표시소자의 스페이서 및 그의 형성방법에 관한 것이다.

일반적으로 표시소자와 압력센서 등은 진공 패키징을 필요로 한다. 상기 진공 패키징을 필요로 하는 표시소자로는 브라운관(CRT), 프라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel:이하, PDP라 칭함), 전계 방출 표시소자(Field Emission Display:이하, FED라 칭함) 및 진공 형광 표시소자(Vacu㎛ Fluorescent Display:이하, VFD라 칭함)등이 있다. 상기 표시소자 중 PDP는 네온 또는 제논 등의 동작 가스를 충진된 공간에서 방전시켜 발생되는 전자 및 양자들이 형광체와 충돌하여 화면을 나타내므로 수백 토르(torr)정도의 낮은 진공도가 요구된다. 그러나, 현재 가장 널리 사용되고 있는 CRT를 비롯한 FED 및 VFD 등은 발생된 전자가 형광체에 충돌하는 것에 의해 화면을 나타내므로 전자의 자유 이동 거리(mean free path)를 크게하기 위해서는 고진공을 필요로 한다. 특히, FED는 10^-6토르 정도의 높은 진공도가 필요하므로 고진공 패키징 기술이 필요한다.

그러나, 고진공 패키징된 FED는 내부와 외부의 압력 차이에 의해 표시소자를 구성하는 상부기판과 하부기판에 대략 1Kg/cm 정도의 압력이 작용하게 되는데, 이 압력은 FED를 구성하는 상부기판과 하부기판이 내부로 휘어지며 심한 경우에는 맞닿게 된다. 따라서, 상부기판과 하부기판 사이에 스페이서를 형성하여 상부기판과 하부기판이 휘어지는 것을 방지하고 일정 거리, 예를 들면 100∼200㎛를 유지하도록 한다.

제1도는 종래 기술에 따른 스페이서를 이용한 FED의 단면도이다.

상기 FED는 스트라이프(stripe)형상의 다수 개의 캐소드전극(13)이 형성된 하부기판(11)과, 상기 캐소드전극(13)과 교차하는 스트라이프 형상의 다수 개의 애노드드전극(23)이 형성된 상부기판(21)을 포함한다.

상부기판(21)은 시청자의 정면에 위치하며, 애노드전극(23)의 표면에 전자와 충돌에 의해 광을 내는 형광체(25)가 각각 형성되어 있다. 그러므로, 상부기판(21)과 애노드전극(23)은 투명한 물질로 형성된다.

하부기판(11)은 시청자의 배면에 위치하며, 캐소드전극(13)의 표면에 원추형으로 이루어져 전계의 발생에 의해 전자를 방출하는 다수개의 에미터(emitter:15)가 형성된다. 또한, 에미터(15)의 사이에 절연체(17)가 형성되며, 이 절연체(17)의 상부에 게이트전극(19)이 형성된다.

상기 상부기판(21)과 하부기판(11)은 형광체(25)와 에미터(15)가 마주하여 공간(26)을 이루도록 다수 개의 스페이서(spacer:27)에 의해 소정 간격, 예를 들면, 100∼200㎛정도가 이격되게 부착된다. 상기에서 스페이서(27)는 상부기판(21) 및 하부기판(11)의 모서리에서는 벽과 같은 형상을 갖고 가운데 부분에서는 원통 형상을 갖는 유리, 산화물 또는 질화물을 포함하는 세라믹 등과 같은 경도가 크고 절연성이 좋은 물질이나, 또는, 폴리이미드를 포함하는 폴리머등과 같은 절연물질로 이루어진다. 상기에서 스페이서(27)는 상부기판(21)과 하부기판(11)의 모서리를 부착시킬 뿐만 아니라 대화면인 경우에는 수백 내지 수천 개가 가운데 부분에 형성되어 공간(26)과 대기압 상태인 외부의 기압 차에 의해 상부기판(21)과 하부기판(11)이 접촉되는 것을 방지한다.

상술한 구조의 FED의 스페이서(27)는 하부기판(11)의 상부에 스크린프린팅(screenprinting)방법, 몰딩(molding)방법, 또는, 전면 도포 후 레이저 또는 포토리쏘그래피(photolithography) 방법으로 형성할 수 있다.

상기에서, 스크린프린팅 방법은 유리 분말을 주성분으로 하는 슬러리(slurry)를 다수 번의 스크린프린트하여 스페이서의 형상을 만든 후 소성하는 것이고, 몰딩(molding) 방법은 스페이서 형태의 틀(mold)을 이용하여 산화물이나 질화물로 형성하는 것이다. 또한, 하부기판의 전표면에 스페이서를 형성할 물질을 도포한 후 소정 부분을 제외한 나머지 부분에 도포된 물질을 레이저로 제거하여 스페이서를 형성한다. 그리고, 폴리머를 스핀코팅한 후 상기 레이저 대신 포토리쏘스래피 방법으로 소정 부분을 제거하여 스페이서를 형성할 수 있다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래 기술에 따른 스페이서는 일정한 길이로 형성하기 어려우며, 이에 의해 길이가 큰 스페이서에 압축 응력이 집중되어 그 스페이서가 폴리이미드와 같은 연성 물질로 형성되었을 경우 휘어지는 문제점이 있었다. 또한, 스페이서가 경도가 큰 물질로 형성되었다면 부러지거나 또는 기판들이 손상되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 압축 응력이 집중되지 않도록하여 스페이서가 휘어지거나 부러지는 것을 방지할 수 있는 전계 방출 표시소자의 스페이서를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 스페이서에 의해 기판들이 손상되는 것을 방지할 수 있는 전계 방출 표시소자의 스페이서를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 압축 응력이 집중되지 않고 상부기판과 하부기판의 이격 거리를 일정하게 유지하는 전계 방출 표시소자의 스페이서의 형성방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전계 방출 표시소자의 스페이서는 스트라이프 형상의 다수 개의 캐소드전극과 에미터가 형성되며 상기 에미터 사이에 절연층과 게이트전극이 형성된 하부기판과, 상기 캐소드전극과 교차하는 스트라이프 형상의 다수 개의 애노드전극과 형광체가 형성된 상부기판이 소정 간격 이격되게 유지시키는 스페이서를 포함하는 전계 방출 표시소자에 있어서, 상기 스페이서는 경도가 큰 물질로 형성되어 하부기판과 상부기판 사이의 거리를 일정하게 유지시키는 지지부와, 연성의 물질로 형성되며 압축응력에 변형되어 집중되는 압축 응력을 분산시키는 완충부로 이루어진다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전계 방출 표시소자의 스페이서의 형성방법은 스트라이프 형상의 다수 개의 캐소드전극과 에미터가 형성되며 상기 에미터 사이에 절연층과 게이트전극이 형성된 하부기판과, 상기 캐소드전극과 교차하는 스트라이프 형상의 다수 개의 애노드전극과 형광체가 형성된 상부기판이 소정 간격 이격되게 유지시키는 스페이서를 포함하는 전계 방출 표시장치에 있어서, 상기 하부기판의 상부에 상기 게이트전극의 상부에 도포되지 않고 상기 에미터가 노출되지 않도록 보호층으 형성하는 공정과, 상기 하부기판의 상부 전 표면에 경도가 크고 절연성이 좋은 물질을 페이스트 상태로 도포하여 지지부를 형성하는 공정과, 상기 지지부 상부의 소정 부분에 연성의 물질로 완충층을 형성하는 공정과, 상기 완충부를 마스크로 이용하여 지지부의 노출된 부분과 보호층을 순차적으로 제거하는 공정을 구비한다.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전계 방출 표시소자의 스페이서의 형성방법은 스트라이프 형상의 다수 개의 캐소드전극과 에미터가 형성되며 상기 에미터 사이에 절연층과 게이트전극이 형성된 하부기판과, 상기 캐소드전극과 교차하는 스트라이프 형상의 다수 개의 애노드전극과 형광체가 형성된 상부기판이 소정 간격 이격되게 유지시키는 스페이서를 포함하는 전계 방출 표시소자에 있어서, 상기 스페이서를 스크린 프린팅 방법에 의해 다수 개의 층을 도포하여 지지부를 형성하는 공정과, 상기 지지부를 이루는 다수 개의 층 중 최상층의 상부에 완충부를 형성하는 공정을 구비한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 스페이서를 이용한 FED의 단면도이다.

상기 FED는 스트라이프(stripe)형상의 다수 개의 캐소드전극(33)이 형성된 하부기판(31)과, 상기 캐소드전극(33)과 교차하는 스트라이프 형상의 다수 개의 애노드드전극(43)이 형성된 상부기판(41)과, 하부기판(31)과 상부기판(41) 사이에 공간(46)이 형성되게 소정 간격 이격되게 유지시키는 스페이서(51)를 포함한다.

상부기판(41)은 시청자의 정면에 위치하는 것으로 투명한 유리로 형성된다. 그리고, 애노드전극(43)은 상부기판(41)의 시청자와 반대쪽 표면에 투명한 전도성 물질인 인듐-주석-산화물(ITO)로 형성되며, 애노드전극(43)의 표면에 전자와 충돌에 의해 광을 내는 형광체(45)가 각각 형성되어 있다.

하부기판(31)은 시청자의 배면에 위치하는 것으로 유리 또는 실리콘 등의 반도체기판으로 형성된다. 그리고, 캐소드전극(33)은 전도성 금속으로 형성되며, 캐소드전극(33)의 표면에 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W)등이 원추형으로 이루어진 전자를 방출하는 다수 개의 에미터(emitter:35)가 형성된다. 또한, 에미터(35)의 사이에 절연체(37)가 형성되며, 이 절연체(37)의 상부에 게이트전극(39)이 형성된다. 상기 게이트전극(39)은 에미터(35)에서 전자의 방출을 용이하게 한다.

스페이서(51)는 형광체(45)와 에미터(35)가 마주하여 공간(46)을 이루도록 하부기판(31)과 상부기판(41)을 부착하여 사이가 소정간격, 예를 들면, 100∼200㎛정도 이격되도록 한다. 스페이서(51)는 상부기판(41) 및 하부기판(31)의 모서리에서는 벽과 같은 형상을 갖고 가운데 부분에서는 원통 형상으로 수백 내지 수천 개가 형성되어 공간(46)과 대기압 상태인 외부의 기압 차에 의해 상부기판(41)과 하부기판(31)이 접촉되는 것을 방지한다. 상기에서 스페이서(51)가 일정한 크기로 형성되기 어렵기 때문에 하부기판(31)과 상부기판(41)사이의 거리를 일정하게 유지시키는 지지부(47)와, 집중되는 압축응력을 분산시키는 완충부(49)로 이루어진다. 상기 지지부(47)는 큰 압축 응력에 의해서도 하부기판(31)과 상부기판(41) 사이의 거리가 일정하게 유지되도록 유리, 산화물 또는 질화물을 포함하는 세라믹 등과 같은 경도가 크고 절연성이 좋은 물질로 형성된다, 또한, 완충부(49)는 강한 압축 응력에 의해 변형되어 스페이서(51)의 크기가 일정하지 않아도 압축 응력이 집중되는 것을 방지하여 모든 스페이서(51)에 고루 인가되도록 폴리이미드를 포함하는 폴리머, 또는, 알루미늄 등의 연성을 갖는 금속으로 형성된다. 상기에서 완충부(49)는 지지부들(47) 크기의 최대 편차 보다는 크게 형성되어야 한다. 그러므로, 지지부(7)와 완충부(49)로 이루어진 스페이서(51)는 압축응력이 집중되지 않고 하부기판(31)과 상부기판(41) 사이를 일정 간격으로 유지시킬 수 있다.

제3도(a) 내지 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 표시소자의 스페이서 형성방법을 도시하는 공정도이다.

제3도(a)를 참조하면, 스트라이프 형상으로 형성된 다수 개의 캐소드전극(33), 이 캐소드전극(33)의 상부에 원추형의 에미터(35), 이 에미터(35) 사이에 절연체(37), 이 절연체(37)의 상부에 게이트전극(39)이 형성된 하부기판(31)의 상부에 보호층(40)을 형성한다. 상기에서 하부기판(31)을 유리 또는 실리콘 등의 반도체기판으로, 캐소드전극(33)을 전도성 금속으로, 에미터(35)를 몰리브덴(Mo) 또는 텡스텐(W)등으로 형성한다. 그리고, 보호층(40)을 에미터(35)와 식각 선택비가 다른 포토레이스트 또는 폴리이미드를 포함하는 폴리머로 게이트전극(39)의 상부에 도포되지 않고 에미터(36)가 노출되지 않도록 스핀 코팅하여 형성한다. 그리고, 상기 하부기판(31)의 상부 전 표면에 유리, 산화물 또는 질화물을 포함하는 세라믹 등과 같은 경도가 크고 절연성이 좋은 물질을 페이스트 상태로 만든 후 스크린 프린터 방법으로 100∼200㎛정도의 두께로 도포하여 지지부(47)를 형성한다. 그 다음, 상기 지지부(47)의 상부에 완충부(49)를 형성한다. 완충부(49)는 압축 응력에 의해 변형될 수 있는 연성의 물질, 예를 들면, 폴리이미드를 포함하는 폴리머, 또는, 알루미늄 등의 연성을 갖는 금속으로 도포 또는 증착한 후 소정 형상, 예를 들면, 원통 형상으로 패터닝하여 형성한다. 상기에서 완충부(49)는 압축 응력을 충분히 분산시키기 위해 지지부들(47)크기의 최대 편차 보다는 크게 형성한다.

제3도(b)를 참조하면, 완충부(49)를 마스크로 이용하여 지지부(47)의 노출된 부분을 제거한다. 상기에서, 지지부(47)의 노출된 부분의 제거는, 완충부(49)가 폴리이미드를 포함하는 폴리머로 형성되면 반응성 이온 식각 등의 건식식각을 이용하는 포토리쏘그래피 방법으로, 알루미늄 등의 연성을 갖는 금속으로 형성되면 레이저증발법으로 한다. 상기에서 완충부(49)가 알루미늄 등의 금속으로 형성되면 레이저 조사시 반사하므로 하부의 지지부(47)가 제거되지 않게 된다. 상기에서 보호층(40)은 지지부(47)의 노출된 부분인 스페이서로 사용하지 않을 부분을 제거시 에미터(35)가 손상되는 것을 방지한다.

제3도(c)를 참조하면, 스페이서(51)를 형성한 후 에미터(35)의 보호층(40)을 제거한다. 상기에서, 보호층(40)이 포토레이스트 또는 폴리이미드로 형성되어 에미터(35)와 식각 선택비가 다르므로 보호층(40) 제거시 에미터(35)가 손상되지 않는다.

제4도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방법으로 형성된 FED의 스페이서(51)의 단면도이다.

상기 FED의 스페이서(51)는 지지부(47)가 다수의 스크린 프린팅에 의한 다수의 경화물질층(53)으로 형성된다. 상기에서, 지지부(47)를 형성하는 다수의 경화물질층(53)은 스크린 프린팅을 용이하게 하기 위해 하부에서 상부로 갈수록 작은 직경을 갖도록 형성된다. 그리고, 지지부(47)을 이루는 최상의 경화물질층(53)의 상부에 포토레지스트 또는 폴리이미드를 포함하는 폴리머로 스크린 프린팅 방법에 의해 완충부(49)가 형성된다. 상기에서 완충부(49)는 압축 응력을 충분히 분산시키기 위해 지지부들(47) 크기의 최대 편차보다는 크게 형성되어야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 스페이서가 큰 압축 응력에 의해서도 하부기판과 상부기판 사이의 거리가 일정하게 유지되도록 유리, 산화물 또는 질화물을 포함하는 세라믹 등과 같은 경도가 크고 절연성이 좋은 물질로 형성된 지지부와, 압축 응력에 의해 변형되어 스페이서의 크기가 일정하지 않아도 압축 응력이 집중되는 것을 방지하여 모든 스페이서에 고루 인가되도록 폴리이미드를 포함하는 폴리머, 또는, 알루미늄 등의 연성을 갖는 금속으로 형성된 완충부로 이루지며, 보호층을 사용해 스페이서를 형성할 때 에미터 등이 오염되는 것을 방지한다.

따라서, 본 발명은 스페이서가 일정한 크기로 형성되지 않아 집중되는 압축 응력에 의해 스페이서가 휘어지거나 부러지지 않도록 하며, 또한, 스페이서에 의해 기판들이 손상되는 것을 방지할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (17)

1. 스트라이프 형상의 다수 개의 캐소드전극과 에미터가 형성되며 상기 에미터 사이에 절연층과 게이트전극이 형성된 하부기판과, 상기 캐소드전극과 교차하는 스트라이프 형상의 다수 개의 애노드전극과 형광체가 형성된 상부기판이 소정 간격 이격되게 유지시키는 스페이서를 포함하는 전계 방출 표시장치에 있어서, 상기 스페이서는 경도가 큰 물질로 형성되어 하부기판과 상부기판 사이의 거리를 일정하게 유지시키는 지지부와, 연성의 물질로 형성되며 압축응력에 변형되어 집중되는 압축 응력을 분산시키는 완충부로 이루어진 전계 방출 표시소자의 스페이서.
2. 제1항에 있어서, 상기 지지부는 유리, 산화물 또는 질화물을 포함하는 세라믹으로 형성된 전계 방출 표시소자의 스페이서.
3. 제2항에 있어서, 상기 지지부는 단일의 경화물질칭으로 이루어진 전계 방출 표시장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 지지부는 다수 개의 층으로 이루어진 전계 방출 표시소자.
5. 제1항에 있어서, 상기 완충부는 폴리이미드를 포함하는 폴리머, 또는, 알루미늄으로 형성된 전계 방출 표시소자의 스페이서.
6. 제5항에 있어서, 상기 완충부는 상기 지지부들 크기의 최대 편차 보다 크게 형성된 전계 방출 표시소자의 스페이서.
7. 스트라이프 형상의 다수 개의 캐소드전극과 에미터가 형성되며 상기 에미터 사이에 절연층과 게이트전극이 형성된 하부기판과, 상기 캐소드전극과 교차하는 스트라이프 형상의 다수 개의 애노드전극과 형광체가 형성된 상부기판이 소정 간격 이격되게 유지시키는 스페이서를 포함하는 전계 방출 표시장치에 있어서, 상기 하부기판의 상부에 게이트전극의 상부에 도포되지 않고 상기 에미터가 노출되지 않도록 보호층을 형성하는 공정과, 상기 하부기판과 상부 전 표면에 경도가 크고 절연성이 좋은 물질을 페이스트 상태로 도포하여 지지부를 형성하는 공정과, 상기 지지부 상부의 소정 부분에 연성의 물질로 완충층을 형성하는 공정과, 상기 완충부를 마스크로 이용하여 지지부의 노출된 부분과 보호층을 순차적으로 제거하는 공정을 구비하는 전계 방출 표시소자의 스페이서 형성방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 보호층을 상기 에미터와 식각 선택비가 다른 물질로 형성하는 전계 방출 표시소자의 스페이서 형성방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 보호층을 포토레지스트 또는 폴리이미드를 포함하는 폴리머로 형성하는 전계 방출 표시소자의 스페이서 형성방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 보호층을 스핀 코팅하여 형성하는 전계 방출 표시소자의 스페이서 형성방법.
11. 제7항에 있어서, 상기 지지부를 유리, 산화물 또는 질화물을 포함하는 세라믹으로 형성하는 전계 방출 표시소자의 스페이서 형성방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 지지부를 스크린 프린터 방법으로 단일의 경화물질층 또는 하부층에서 상부층으로 갈수록 작은 직경응 갖는 다수 개의 경화물질층으로 형성하는 전계 방출 표시소자의 스페이서 형성방법.
13. 제7항에 있어서, 상기 완충부를 폴리이미드를 포함하는 폴리머를 도포하여 형성하는 전계 방출 표시소자의 스페이서 형성방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 완충부를 마스크로 이용하여 상기 지지부의 노출된 부분을 반응성 이온 식각 등의 건식식각을 이용하는 포토리쏘그래피 방법으로 제거하는 전계 방출 표시소자의 스페이서 형성방법.
15. 제7항에 있어서, 상기 완충부를 알루미늄을 증착하여 형성하는 전계 방출 표시소자의 스페이서 형성방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 완충부를 마스크로 이용하여 지지부의 노출된 부분을 레이저 증발법으로 제거하는 전계 방출 표시소자의 스페이서 형성방법.
17. 제13항 또는 제15항에 있어서, 상기 완충부를 지지부들 크기의 최대 편차 보다 크게 형성하는 전계 방출 표시소자의 스페이서 형성방법.