KR100248309B1

KR100248309B1 - Spacer for field emission device

Info

Publication number: KR100248309B1
Application number: KR1019960005168A
Authority: KR
Inventors: 정성재; 김민수
Original assignee: 김영남; 오리온전기주식회사
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 2000-03-15
Also published as: KR970063348A

Abstract

본 발명은 FED의 신규한 스페이서 구조를 개시한다.The present invention discloses a novel spacer structure of the FED.

종래에는 스페이서가 유효면의 화소간에 분산배치되었으므로 부득이 고가의 사진식각공정에 의해 제작될 수밖에 없었다.Conventionally, since spacers are distributedly arranged between pixels on an effective surface, it is inevitably produced by an expensive photolithography process.

본 발명에서는 측벽의 내측 또는 외측이나 양측에 림형태의 스페이서벽을 형성하여 기판의 자체강성으로 셀갭이 유지하도록 하여 FED의 제조공수와 원가를 크게 절감시키도록 하였다.In the present invention, by forming the rim-shaped spacer wall on the inner side or the outer side or both sides of the side wall to maintain the cell gap by the rigidity of the substrate to significantly reduce the manufacturing maneuver and cost of the FED.

Description

Spacer structure of field emission device

제1a도, 1b도는 FED의 일반적 구성을 보이는 단면도들,1a and 1b are cross-sectional views showing the general configuration of the FED,

제2a도 내지 2c도는 종래의 스페이서 형성방법을 보이는 순차적 단면도들,2a to 2c is a sequential cross-sectional view showing a conventional spacer forming method,

제3a도, 3b도는 종래의 인쇄방법의 문제점을 보이는 개략 단면도들,3a and 3b are schematic cross-sectional views showing a problem of the conventional printing method,

제4도는 본 발명 스페이서 구조의 기본적 원리를 설명하는 FED의 평면도.4 is a plan view of an FED illustrating the basic principles of the inventive spacer structure.

제5도는 본 발명에 의한 FED의 구성을 보이는 사시도.5 is a perspective view showing the configuration of the FED according to the present invention.

제6도는 본 발명의 스페이서 구조의 다른 실시예를 보이는 사시도이다.6 is a perspective view showing another embodiment of the spacer structure of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

P1, P2 : 기판 W : 측벽(side wall)P1, P2: Substrate W: Sidewall

W' : (측벽을 형성할) 봉합재 페이스트(sealant paste)W ': Sealant paste (to form the side wall)

1 : 스페이서 벽(spacer wall)1: spacer wall

본 발명은 전계방출소자(FED; Field Emission Device)에 관한 것으로, 특히 그 스페이서(spacer) 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a field emission device (FED), and more particularly to a spacer structure thereof.

FED는 브라운관의 평판화 연구과정에서 출현하게 된 평판표시소자로서, 제1a도에 도시된 바와 같이, 상,하부기판(P1, P2)에 서로 교차대향 하는 아노드(anode; A)와 캐소드(cathode; K)를 배열하고, 캐소드(K)에는 첨예부(sharp edge)를 가지는 에미터(emitter; E)를 설치하여 게이트 (gate; G)로 전계형성을 제어하도록 된 구성이다. 아노드(A)상에는 형광체(F)가 형성되어 형성된 전계에 의해 여기되어 발광됨으로써 화상을 표시한다.FED is a flat panel display device that emerged during the planarization research of CRT. As shown in FIG. 1A, the anode and the cathode (A) and the cathode (A1) which cross each other on the upper and lower substrates P1 and P2 The cathode K is arranged, and the cathode K is provided with an emitter E having a sharp edge to control the electric field formation by the gate G. Phosphor F is formed on the anode A and is excited by the electric field formed to emit light to display an image.

여기서 상부기판(P1)과 하부기판(P2)간의 셀갭(cell gap)은 100∼200㎛ 정도가 되는데, 이 셀갭은 스페이서(spacer; S)가 유지해 주게 된다. 단면에서 보면 이 스페이서(S)는 플라즈마 표시소자의 격벽(barrier)과 일견 유사해 보이나, FED에 있어서 화소간의 구획은 게이트(G)의 어퍼츄어(aperture; O)에 의해 이루어지며, 전계방출효과의 증대를 위해 각 화소의 어퍼츄어(O)에는 제1b도와 같이 각각 다수의 에미터(E)가 배열되는 것이 일반적이다.Here, the cell gap between the upper substrate P1 and the lower substrate P2 is about 100 to 200 μm, which is maintained by the spacer S. In cross section, the spacer S looks similar to the barrier of the plasma display device, but in the FED, the division between the pixels is made by the aperture O of the gate G, and the field emission effect is achieved. In general, a plurality of emitters E are arranged in the aperture O of each pixel as shown in FIG.

스페이서(S)는 일반적으로 폴리이미드(poly imide)나 산화물 또는 질화물등의 유전성 페이스트를 사진식각하거나 선별적 증착함으로써 구성된다.The spacer S is generally configured by photolithography or selective deposition of a dielectric paste such as polyimide, oxide or nitride.

제2도는 미국특허 제5,205,770호나 제5,232,549호 등에 개시된 가장 일반적인 사진식각에 의한 FED의 스페이서 형성방법을 도시하고 있는데, 먼저 제2a도와 같이 게이트(G)의 어퍼츄어(O) 내부의 에미터(E)등의 상부를 폴리이미드등의 충전층(L)으로 막고 그 상부에 절연층(D)을 균일하게 형성한다.FIG. 2 illustrates a method of forming a spacer of an FED by the most common photolithography disclosed in U.S. Patent Nos. 5,205,770 or 5,232,549. First, as shown in FIG. 2a, the emitter E inside the aperture O of the gate G is shown in FIG. The upper part of the ()) is blocked with a filling layer (L) such as polyimide, and the insulating layer (D) is uniformly formed thereon.

다음 사진식각법에 의해 이 절연층(D)을 선별적 식각하여 제2b도와 같이 스페이서(S)를 형성한 뒤, 제2c도와 같이 충전층(L)을 제거하게 된다.Next, the insulating layer D is selectively etched by a photolithography method to form a spacer S as shown in FIG. 2B, and then the filling layer L is removed as shown in FIG. 2C.

이러한 종래의 스페이서 형성방법은 그 과정이 매우 복잡할 뿐아니라, 화학적 식각방법이 사용되므로 여러가지 문제를 남기게 된다.The conventional spacer formation method is not only complicated, but also uses a chemical etching method, which leaves various problems.

즉 식각에 사용된 식각용액이 완전히 제거되지 않아 FE의 셀 내부를 오염시키게 되며, 더욱 큰 문제는 미세구조인 에미터(E)간에 충전된 충전층(L)이 완전히 제거되기 어려워 에미터(E)가 제 기능을 다하지 못하게 되므로, FED 전체화면의 균일한 작동이 보장되지 못하게 되는 것이다.In other words, the etching solution used for etching is not completely removed, which contaminates the inside of the cell of the FE. A bigger problem is that the filling layer (L) filled between the microstructure emitters (E) is difficult to be completely removed. ) Will not function properly, so the uniform operation of the entire FED screen will not be guaranteed.

이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 본 발명의 목적은 충전층의 충전이나 화학적 식각용액의 사용이 없이 FED의 스페이서를 형성할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.In view of such a conventional problem, an object of the present invention is to provide a method for forming a spacer of an FED without filling a packed layer or using a chemical etching solution.

이러한 목적의 달성을 위해 본 발명자는 가장 일반적인 후막(厚膜)형성방법인 인쇄방법을 FED의 스페이서 형성에 적용하지 못하는 이유를 고찰해 보았다.In order to achieve this object, the present inventors have considered the reason why the printing method, which is the most common thick film forming method, cannot be applied to the formation of the spacer of the FED.

스페이서(S)를 인쇄방법으로 형성하는 경우 인쇄면이 될 게이트(G)의 상면은 이에 형성된 어퍼츄어(O)내에 미세구조의 에미터(E)가 구비된 구성이므로, 그 상면에 실크스크린(silk screen)등의 가압인쇄를 하는 경우에는 에미터(E)의 팁(tip)이 손상되거나 인쇄슬러리(slurry)가 부착되고 어퍼츄어(O)의 막힘등 오염이 발생되어 인쇄방법의 사용은 불가능한 것으로 판명되었다.When the spacer S is formed by the printing method, since the upper surface of the gate G to be the printing surface is configured to include the emitter E having a fine structure in the aperture O formed thereon, the silk screen ( In the case of pressure printing such as silk screen, the tip of the emitter E is damaged or the printing slurry is attached and contamination such as clogging of the aperture O is generated. It turned out to be.

설사 이러한 오염을 효율적으로 방지할 수 있는 경우에도 인쇄방법은 유동상태의 인쇄슬러리를 사용하므로 다음과 같은 문제점이 발생된다.Even if such contamination can be effectively prevented, the printing method uses the printing slurry in the flow state, which causes the following problems.

즉 제3a도에 도시된 바와 같이 한 인쇄층(R1)을 인쇄하고 나면 이 인쇄층(R1)은 그 인쇄폭(d1)을 유지하는 것이 아니라 자중에 의해 유동되어 퍼짐으로써 형성폭(d2)만큼 분산되고, 이러한 퍼짐현상은 각 인쇄층(R; R1, R2, …)의 적층시마다 반복되어, 결국 제3b도에 도시된 바와 같이 인쇄가 완료된 스페이서(S)는 인쇄폭(d1)보다 큰 하부폭(db)을 가지도록 사다리꼴에 가까운 정규분포(Gaussian distribution) 형태로 형성된다.That is, after printing one printed layer R1 as shown in FIG. 3A, the printed layer R1 does not maintain its print width d1, but flows and spreads by its own weight, thereby forming the formed width d2. This spreading phenomenon is dispersed every time the printing layers R (R1, R2, ...) are laminated, and as a result, as shown in FIG. 3B, the printed spacer S has a lower portion larger than the printing width d1. It is formed in the shape of a Gaussian distribution close to the trapezoid to have a width db.

이러한 인쇄방법의 퍼짐특성에 따라 형성될 수 있는 스페이서(S)의 높이(h)와 하부폭(db)의 비는 2 : 1 정도가 되고, 유동성이 적은 인쇄 슬러리를 사용한다고 하더라도 최고 3 : 1 정도가 고작이다.The ratio of the height (h) to the lower width (db) of the spacer S, which can be formed according to the spreading characteristics of the printing method, is about 2: 1, even when a printing fluid with less fluidity is used. The degree is only good.

즉 상, 하부기판(P1, P2)간의 셀갭이 100∼200㎛ 정도인 경우 인쇄방법으로 형성할 수 있는 스페이서(S)의 하부폭(db)의 아무리 줄여도 33∼67㎛ 정도인 바, 이 스페이서(S)가 형성될 게이트(G)의 어퍼츄어(O)간의 피치(pitch)는 해상도에 따라 다르지만 대략 30∼50㎛ 정도로 인쇄방법으로 형성할 수 있는 스페이서(S)의 하부폭(db)보다 약간 작은 범위가 된다.In other words, when the cell gap between the upper and lower substrates P1 and P2 is about 100 to 200 µm, the spacers may be about 33 to 67 µm even if the lower width db of the spacer S that can be formed by the printing method is reduced. The pitch between the apertures O of the gate G on which the S is to be formed is different depending on the resolution, but is smaller than the lower width db of the spacer S, which can be formed by a printing method of about 30 to 50 μm. It's a little smaller.

이러한 인쇄공간의 제한은 결국 FED의 스페이서(S)는 인쇄방법으로는 형성될 수 없다는 일반적인 인식을 도출하게 된다.This limitation of the print space leads to a general recognition that the spacer S of the FED cannot be formed by the printing method.

이에 따라 종래의 FED의 스페이서(S)는 제2도를 통해 설명한 사진식각법을 통해 제조될 수 밖에 없어 복잡한 공정과 높은 제조원가에 의해 FED의 상용화가 크게 제한되고 있었다.Accordingly, since the spacer S of the conventional FED has to be manufactured through the photolithography method described with reference to FIG. 2, commercialization of the FED has been greatly limited due to complicated processes and high manufacturing costs.

그런데 여기서 본 발명자가 착안한 사실은 종래의 FED에 있어서는 기판(P1, P2)의 강성(剛性)을 전혀 고려하고 있지 않다는 점이다. 즉 유리계 재질인 기판(P1, P2)은 거시적으로 보아서는 강성이 낮고 취성(脆性)을 가져 손상되기 쉬운재질이지만, 미시적인 관점에서 보면 탄성이 작고 경도(硬度)가 높으므로 처짐이 작은 장점이 있다.By the way, the present inventors have focused on the fact that in the conventional FED, the rigidity of the substrates P1 and P2 is not considered at all. In other words, glass-based substrates (P1, P2) is a material that is low in rigidity and brittle and easily damaged from the macroscopic view, but from the microscopic point of view, the elasticity is small and the hardness is high, so the deflection is small. There is this.

이에 따라 본 발명자는 두께 2mm인 4" 사방의 두 기판(P1, P2)을 일반적인 FED의 측벽재질로 봉합하여 패널(panel)을 구성하고 이를 FED의 진공도로 배기하여 배기전후의 패널 중앙에서의 변형량을 측정하였다. 그 결과 최대변형량을 나타낼 패널 중앙에서의 변형량은 최대 10㎛ 이내의 범위에 불과함을 확인할 수 있었다. 이러한 측정은 나면(懶眠)상태의 기판(P1, P2)을 이용하여 단순히 정성적(定性的) 시험을 한 것이므로 각 전극(A, K, G)과 형광체(F)등의 기능층을 적층한 기판(P1, P2)의 변형량은 이와는 다를 것이나, 적어도 이 측정량보다는 낮으리라 예측된다.Accordingly, the present inventors formed a panel by sealing two substrates P1 and P2 having a thickness of 2 mm with a side wall material of a general FED to form a panel, and exhausting it with a vacuum of the FED to deform it at the center of the panel before and after exhausting. As a result, it was confirmed that the amount of deformation at the center of the panel, which would represent the maximum amount of deformation, was only within a range of up to 10 μm.This measurement was simply performed using the substrates P1 and P2 in the back state. Since the qualitative test was carried out, the amount of deformation of the substrates P1 and P2 in which the functional layers such as the electrodes A, K, and G and the phosphor F are laminated will be different, but at least lower than the measured amount. It is expected.

이러한 기초적인 실험에 의해 본 발명자는 기판(P1, P2)의 중간에 스페이서(S)를 형성함이 없이 측벽위치에서 양 기판(P1, P2)간의 간격을 설정하여도, 작은 면적의 FED에 있어서는 실용에 충분한 셀갭유지가 가능하다는 결론을 내리게 되었다.By this basic experiment, the present inventors set the distance between both substrates P1 and P2 at the sidewall position without forming the spacer S in the middle of the substrates P1 and P2. It was concluded that sufficient cell gap maintenance is possible.

이에 따라 본 발명은 측벽의 내측 또는 외측중의 적어도 일측을 따라 림(rim) 형태로 연장되는 스페이서벽을 설치하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the present invention is characterized by providing a spacer wall extending in the form of a rim along at least one of the inner side or the outer side of the side wall.

이와 같은 본 발명의 구체적 구성과 작용효과및 그 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.Such specific configurations, effects and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

제4도에서, 본 발명의 스페이서 구조는 양 기판(P1, P2)을 봉합하는 측벽(W)을 따라 그 내측 또는 외측이나 양측 모두에 스페이서벽(1)림형태로 형성한다. 여기서 스페이서벽(1)을 림형태로 구성하는 이유는 기판(P1, P2)을 4변지지하기 위한 것이며, 측벽(W)과 별도로 구성하는 이유는 측벽(W)은 유동성의 봉합재 페이스트(제5도 및 제6도의 W')를 도포하여 이를 소성(燒成)하여 구성하므로 정확한 셀갭의 설정이 어렵기 때문이다.In FIG. 4, the spacer structure of the present invention is formed in the shape of the spacer wall 1 on the inner side, the outer side, or both sides thereof along the sidewalls W for sealing both substrates P1 and P2. The reason why the spacer wall 1 is formed in the rim form is to support the substrates P1 and P2 in four sides, and the reason that the spacer wall 1 is formed separately from the sidewall W is that the sidewall W is formed of a fluid suture paste. This is because it is difficult to set an accurate cell gap because W ') of FIGS. 5 and 6 is coated and fired.

이러한 스페이서벽(1)은 바람직하기로 제5도에 도시된 바와 같이 측벽(W)의 외측에 형성된다. 이것은 측벽(W)내부의 유효면의 크기를 감소시키지 않기 위해서인바, 스페이서벽(1)은 별도로 구성된 고형(固形)의 구조체를 기판(P2)에 부착하여 구성할 수도 있으나 두께 100∼200㎛의 림형구조체를 제작 및 취급하는 것은 상당한 곤란성이 있으므로, 바람직하기로는 인쇄층의 적층으로 구성된다.This spacer wall 1 is preferably formed on the outside of the side wall W, as shown in FIG. This is because in order not to reduce the size of the effective surface inside the side wall (W), the spacer wall (1) may be formed by attaching a separately configured solid structure to the substrate (P2), but the thickness of 100 ~ 200㎛ Fabrication and handling of the rim structure is of considerable difficulty, and therefore preferably consists of lamination of printed layers.

그러나 인쇄층의 적층은 인쇄의 반복뿐아니라 수개층이 인쇄될때마다 소성하지 않으면 무너져 내리기 쉬우므로 다른 바람직한 구성으로는 합성수지를 소요두께의 시이트(sheet)로 형성하고 이를 림형태로 절단하여 구성할 수도 있다. 이러한 합성수지제의 스페이서벽(1)은 양기판(P1, P2)간의 간격만을 설정해주고 봉합재 페이스트(W')의 소성시 연소되어 소실되므로, 이후는 소성된 측벽(W) 자체가 스페이서 역할을 하게 된다.However, the lamination of the printing layer is not only repeated, but also easy to collapse if several layers are not fired every time the printing is carried out. As another preferable configuration, the synthetic resin may be formed into sheets of required thickness and cut into rims. have. Since the spacer wall 1 made of synthetic resin sets only the gap between the two substrates P1 and P2 and burns and disappears when the encapsulant paste W 'is fired, the fired sidewall W itself serves as a spacer. Done.

한편 시이트의 합성수지 자체를 시이트형 절연막의 구성등에 사용되는 내열성 수지로 형성하는 경우에는 스페이서벽(1)은 소성시 소실되지 않고 그대로 잔류하여 스페이서 역할을 수행하게 된다.On the other hand, when the synthetic resin itself of the sheet is formed of a heat resistant resin used for the composition of the sheet-type insulating film, etc., the spacer wall 1 does not disappear upon firing and remains as it is to serve as a spacer.

이와 같은 스페이서벽(1)은 제5도와 같이 측벽(W) 외측뿐아니라 내측 또는 제6도에 도시된 바와 같이 양측 모두에 형성될 수 있다. 이러한 양측의 스페이서벽(1; 1a, 1b)은 봉합체 페이스트(W')의 수납공간 역할을 하므로 측벽(W)의 균일한 형성에도 기능할 수 있게 된다.Such a spacer wall 1 may be formed on both sides as shown in FIG. 6 as well as the outside of the sidewall W as shown in FIG. 5. Since the spacer walls 1 (1a and 1b) on both sides serve as a storage space of the suture paste W ', the spacer walls 1;

이상과 같이 본 발명에 의하면 스페이서가 측벽위치에 형성되므로 복잡한 사진식각공정을 사용할 필요가 없어 FED의 제조원가와 공수를 크게 절감할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, since the spacer is formed at the sidewall position, there is no need to use a complicated photolithography process, thereby greatly reducing the manufacturing cost and man-hour of the FED.

Claims

A spacer structure for maintaining a cell gap between two substrates of a field emission device sealed by sidewalls, the spacer comprising: a spacer wall extending in a rim along the sidewall on the inside, the outside, or both sides of the sidewall; Spacer Countertop.

The spacer tank of a field emission device according to claim 1, wherein said spacer wall is formed by lamination printing on one substrate.

The spacer structure of a field emission device according to claim 1, wherein said spacer wall is formed by cutting a synthetic resin sheet in a rim shape.

The spacer structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the spacer wall is burned out and burned out upon firing of the sidewalls.

The spacer structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the synthetic resin sheet is formed of a heat resistant resin that does not burn upon firing of the sidewalls.