KR0164258B1 - 필드에미션 디스플레이소자의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

필드에미션 디스플레이의 진공 밀봉 공정 중 봉합체의 밀봉이 될 부분을 기준으로 봉합체가 오목한 곡률의 형상을 갖게 하기 위해, 불활성 분위기에서 1차 소결을 하고, 진공중에서 2차 소결을 하여, 봉합체 내부의 안쪽으로 곡률을 가지게 함으로써, 기체 분자들이 봉합체의 벽의 내주면과 충돌한 후, 밀봉이 될 부분의 중심 부위로 운동하게 되어, 소자내부를 고진공으로 할 수 있다.

Description

필드에미션 디스플레이소자의 제조 방법

제1도는 본 발명의 필드에미션 디스플레이 소자의 봉합체 부분을 상세하게 나타내기 위한 측단면도.

제2도는 본 발명의 필드에미션 디스플레이 소자의 정면도.

제3도는 봉합체 부근에서 기체 분자가 격벽과 충돌 한 후의 행로에 관한 확률을 표시하기 위한 도해도.

제4도는 표면장력을 이용한 진공실링 방법의 상세한 설명 도해도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 상부기판 2 : 열 산화막(I.T.O)

3 : 봉합체 4 : 하부기판

5 : 스페이서(spacer) 6 : 벽

7 : 기체분자 운동 확률원 8 : 접합물질

9 : 봉합체

본 발명은 필드에미션 디스플레이(FED) 소자의 제조 방법에관한 것이며, 특히, 필드에미션 디스플레이 소자의 내부를 밀봉하기 위한 봉합체의 형상을 상기 내부를 고진공으로 만드는데 적합하도록 형성하는 필드에미션 디스플레이 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

필드에미션 디스플레이(FED) 소자의 진공 밀봉(vacuum packaging) 공정에 있어서, 소자내부를 고진공으로 하고 유지하기 위해서는 봉합체의 모양을 조절할 필요가 있다.

일반적인 전자 음극선관(CRT)에 있어서는, 봉합해야 할 부피가 크기 때문에 진공을 제조할 때, 봉합체의 형상에는 큰 영향을 받지 않는다. 그러나, 필드에미션 디스플레이(FED) 소자와 같은 평판표시소자에 있어서는, 체적이 작고 고진공을 유지해야 하기 때문에, 고진공을 만들거나 유지시키는 자체가 큰 문제가 된다.

따라서, 필드에미션 디스플레이 소자의 제조시 봉합체의 모양을 조절하지 못하면, 진공 밀봉시, 불균일한 모양 때문에 봉합체 벽과 충돌하는 기체분자의 행로가 불규칙하게 되어 소자내부를 진공을 만드는데 있어서 큰 어려움이 야기되는 문제점이 있다.

필드에미션 디스플레이 소자의 봉합체의 모양에 관해서는 발표된 바가 없으며, 다만 밀레론(Milleron)의 미국 특허 제3038731(1962년)에는 깁스-톰슨(Gibbs-Thomson)의 방정식을 이용한 봉합기술이 기재되어 있다. 그러나, 여기서도 봉합부가 어떤 특정한 곡률을 가지지 않고 오히려 바깥부분이 특정한 곡률을 가지는 것에 대해 기재되어 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 필드에미션 디스플레이 소자의 봉합체 안쪽으로 곡률을 가지게 하여, 기체 분자가 봉합체 벽의 내주면과 충돌한 후, 벽 주위에 머무르게 하지 않고 진공 소자의 내부의 중심 부위로 이동하게 하여 펌핑 작업에 의하여 기체 분자들이 용이하게 진공 소자의 외부로 빠져 나가게함으로써 고진공을 만드는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 필드에미션 디스플레이 소자의 제조 방법에 있어서, 하부기판 유리에 스크린 프린터를 이용하여 봉합체를 도포하고, 상기 하부기판을 상부기판에 조립하여, 불활성 분위기에서 1차 소결을 한 후, 다시 2차 소결을 함으로써, 봉합체의 내부를 기준으로 오목한 곡률의 형상을 가지게 하는 필드에미션 디스플레이 소자의 제조 방법을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면으로 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 방법은 필드에미션 디스플레이 소자의 제조 공정 중에서 진공 밀봉 공정에 해당한다. 상기 디스플레이 소자의 제조 공정의 일례는 다음과 같다.

상부 기판 상에 애노드 전극을 형성하고, 하부 기판 상에 캐소드 전극을 형성한다. 다음에, 상기 캐소드 전극 상에 다수의 전자 방출용 팁을 형성하고, 상기 전자 방출용 팁들 사이에 절연체 및 게이트 전극을 순차적으로 형성한다. 끝으로, 상기 상부 기판 및 하부 기판을 대향 배치하고, 그 가장 자리를 봉합체로 밀봉한다.

제1도는 본 발명의 필드에미션 디스플레이 소자의 봉합체 부근을 상세하게 나타내기 위한 측 단면도로서, 그 제조공정을 살펴보면 표면에 열산화막(ITO,2)이 증착된 상부기판(1)을 형성하고, 상기 상부기판(1)과 하부기판(4) 사이에는 스페이서(5)를 형성하고, 상기 하부기판(4) 상에는 스크린 프린터를 이용하여 제2도에 도시된 바와같이 봉합체(3)를 도포시킨다. 이때, 하부기판(2)에 도포된 봉합체는 각각의 모서리에서 곡률을 가진 형상이 되게 한다.

상기 상부기판(1)과 하부기판(4)을 조립한 후에는, 온도 약 400℃ 정도의 불활성 분위기에서 1차 소결을 하는데, 이때의 소결은 각각의 유리를 건조시킨다는 목적도 있다. 1차 소결한 다음에는 10^-3torr 정도의 진공에서 약 400℃로 2차 소결을 하는데, 이 경우 스페이서가 있는 부분의 내부압력은 높아지게 되고 이때의 압력은 다음과 같다.

여기서, 400℃의 정도에서 압력은 2내지 3기압이 되고 소결온도에서 봉합체가 연화(softening)된 후 깁스-톰슨(Gibbs-Thomson) 방정식에 따라 진공이 만들어지는 소자의 내부를 기준으로 오목한 곡률의 형상을 가진다. 이때, 봉합체의 압력차 때문에 봉합체는 바깥으로 밀리게 되는데 밀리는 정도에 따라 봉합체와 유리사이의 마찰력과 봉합체의 점성은 함수 관계를 가지게 된다. 본 발명은, 상술한 깁스-톰슨 식을 이용한 것으로서, 봉합체를 경계로, 내외부에 압력차가 생기며, 평형상태에서 다음의 식을 만족하게 된다.

즉, △P = γ/e P : 압력 △P = P₁-P₂

P₁= 스페이서가 있는 부분의 압력

P₂= 밀봉 바깥부분의 압력

e = 곡률 반경 γ : 포면장력

여기서, 봉합체는 상기식을 만족하는 곡률반경 e를 가지게 된다. 여기서 곡률반경은 스페이서의 높이에 의해 영향을 받을 수 있으나, 소결온도를 높여 표면장력을 줄임으로써 곡률 반경조정이 가능하다.

즉, 스페이서의 높이에 따라 곡률이 영향을 받게 되는데, 특히, 그 높이가 깁스-톰슨식에 의해 구해진 곡률 반경의 두배 값보다 클 경우에는 봉합체의 표면장력을 조절할 필요가 생기는데, 그 한 방법으로, 소결온도를 높여서, 곡률 반경을 조절할 수 있다.

제3도는 기체분자가 벽과의 충돌 후의 행로에 관한 확률을 표시하는 원을 나타낸 것으로서, 여기서, 확률은 원점 0에서 운동 기체분자가 벽과의 충돌 후 도시된 바와같이 원호와 만나는 점 사이의 길이(0 - 7)에 비례하게 된다. 봉합체가 진공이 만들어지는 소자의 내부를 기준으로 오목한 곡률의 형상을 갖게되면 먼저 고진공을 만드는데 효과가 있다. 진공도가 10^-7torr에서는 주로 분자 운동(molecular flow) 영역에 들어가고 이때는 분자간의 충돌보다는 분자와 벽(6)과의 충돌이 중요하게 된다. 분자가 벽(6)과의 충돌 후 그 분자는 충돌 전의 행로와 무관하게 다시 운동하게 되는데 이때는 코사인(cosine) 법칙에 따라, 벽에 수직인 부분으로 운동할 수 있는 확률이 가장 높게 된다(제3도 참조). 따라서 봉합체가 상기 형상을 갖는 경우 기체 분자들이 봉합체의 벽의 내주면과 충돌 후 진공이 만들어지는 소자의 내부의 중심 부위로 운동하게 되어, 후에 진공을 만드는데 큰 도움을 준다. 부가적으로 내부 쪽으로 곡률을 만들 때 봉합체가 외부로 밀리면서 봉합체 자체의 점성 및 봉합체와 유리 사이의 마찰력이 생기므로 어느정도 봉합체의 밀도를 증가시킬 수가 있다. 이것은 봉합체 내부에서 기체 분자가 공동 (Void) 형성의 기회를 갖는 것도 어느정도 제거할 수 있어 고진공 유지에 도움을 줄 수 있다.

제4도는 표면장력을 이용한 진공밀봉 방법의 원리(미국 특허 제3038731호, Millerron)를 설명한 도해도로서, 깁스-톰슨 식을 이용한 진공 봉합 방법에 관한것인데, 접합이 될 물질(8) 사이에 봉합체(9)가 형성되어 있는데, 이 경우에는 진공이 만들어지는 소자에서 봉합체가 상기 소자의 외부를 기준으로 오목한 곡률의 형상을 갖는다. 즉 상기 특허에서는 그 진공 밀봉 방법이 필드에미션 디스플레이(FED)와 같이 고진공을 요하는 진공 장치에의 적용에 있어서는 진공도를 높이는 점에 있어서 한계가 있다. 상기 밀봉 방법은 진공 밀봉 방법 중, 표면 장력을 이용한 밀봉의 한 방법으로 분류되고 있다.

이상, 본 발명의 필드에미션 디스플레이 소자의 제조 방법에서는, 봉합체가 상기 소자의 내부를 기준으로 오목한 곡률의 형상을 가지게 되므로 소자내부를 고진공으로 만드는데 효과가 있다.

즉, 진공이 만들어지는 소자에서 그 내부를 기준으로 봉합체가 오목한 곡률의 형상인 경우 봉합체의 벽의 내주면과 기체 분자들이 충돌한 후, 기체 분자들이 상기 소자의 내부의 중심 부위로 운동하게 됨으로써, 이동된 기체 분자들을 진공 펌프의 펌핑 작업에 의하여 제거하면서 소자 내부를 고진공으로 만들 수 있다.

Claims (5)

1. 상부 기판 상에 애노드 전극을 형성하는 단계; 하부 기판 상에 캐소드 전극을 형성하는 단계; 상기 캐소드 전극상에 다수의 전자 방출용 팁을 형성하는 단계; 상기 전자 방출용 팁들 사이에 절연체 및 게이트 전극을 순차적으로 형성하는 단계; 그리고 상기 상부 기판 및 하부 기판을 대향 배치하고 그 가장 자리를 봉합체로 밀봉하는 단계를 포함하는 필드 에미션 디스플레이 소자의 제조 방법에 있어서, 필드에미션 디스플레이의 상부기판과 하부기판사이에 스페이서를 설치하고, 상기 하부기판상에 봉합체를 스크린 프린팅하여 도포시키는 단계; 상기 하부기판과 상부기판을 접합시켜 조합한후 불활성 분위기에서 1차 소결을 하는 단계; 그리고 상기 1차 소결후, 진공중에서 2차 소결을 하여, 봉합된 상기 상부 및 하부 기판들 사이의 내부를 기준으로 오목한 곡률의 봉합체를 형성하는 단계를 포함하는 필드에미션 디스플레이 소자의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 불활성 분위기에서 1차 소결을 할 때의 온도는 400℃ 정도인 것을 특징으로 하는 필드에미션 디스플레이 소자의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 진공에서 2차 소결을 할 때의 온도는 400℃ 정도인 것을 특징으로 하는 필드에미션 디스플레이 소자의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 하부기판에 스크린 프린팅하여 봉합체를 도포시킬 때 하부기판 각각의 모서리도 곡률을 가지게 하는 것을 특징으로 하는 필드에미션 디스플레이 소자의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 스페이서의 높이가 깁스-톰슨식의 곡률 반경의 두배 값보다 큰 경우, 소결온도를 높여서 곡률 반경을 조절하는 것을 특징으로 하는 필드에미션 디스플레이 소자의 제조 방법.