KR100258800B1 - 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서와 게이트 전극제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서와 게이트 전극 제조방법에 관한 것으로, 포토 센시티브 글래스를 화소단위의 격자형상으로 패터닝하는 단계와; 상기 격자형상의 포토 센시티브 글래스 위에 게이트 전극을 증착 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극 위에 또다른 포토 센시티브 글래스를 접합하는 단계를 포함한다.

따라서, 본 발명에 따른 스페이서 및 게이트 전극 제조방법은 스페이서와 게이트 전극을 한 공정에 의해 형성하며 , 특히 게이트 구멍을 형성하기 위한 공정을 생략할 수 있으므로 제조공정의 단순화를 가져올 수 있다.

Description

전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서와 게이트 전극 제조방법

본 발명은 전계효과 전자방출 표시소자(Field Emission Display)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극판과 음극판을 분리해주는 스페이서와 방출된 전자를 가속시키는 게이트 전극을 한 공정에 의해 제조할 수 있는 전계효과 전자방출 표시소자의 제조방법에 관한 것이다.

전계효과 전자방출 표시소자(Field Emission Display; 이하 FED로 약칭함.)는 캐소드에서 방출된 전자가 형광체에 충돌하여 발광함으로써 원하는 패턴 또는 문자나 기호를 표시하는 평판 디스플레이의 일종으로서, 최소한의 전력소모로 고해상도, 고휘도의 칼라패턴을 구현할 수 있는 장점이 있다.

이러한 FED는 전계집중을 위하여 전자를 방출하는 마이크로팁 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.

이러한 일반적인 FED의 구성이 도 1에 도시되어 있다.

하부기판(10) 위에는 절연층(18)에 의해 분리되는 행(column)전극의 캐소드 전극(12)과 열(row)전극의 게이트 전극(16)이 바둑판 형상으로 서로 교차되어 형성되며, 절연층(18) 사이마다 마이크로팁 형상의 에미터(emiter;14)가 캐소드 전극(12)과 일체로 형성되며, 그 상방의 게이트 전극(16)은 게이트 구멍(20)이 형성되어 개방되어 있다.

한편, 상부기판(40) 저면에는 투명전도막(ITO막)의 애노드 전극(42)과 형광막(44)이 형성되며, 상부기판(40)과 하부기판(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 형성된다.

또한, FED 패널의 최외각부는 봉착제(sealent; 도면상 미도시됨)에 의해 진공패키징되어 있다.

이와같은 구조로 이루어진 FED는 캐소드 전극(12)과 게이트 전극(16)에 적절한 양의 전압을 인가하면 에미터(14)의 날카로운 마이크로팁에 강한 전기장이 형성되어 양자 역학적 터널효과에 의해 전자가 방출된다. 방출된 전자가 수백볼트의 전압이 가해진 애노드 전극(42)에 끌려 형광체(44)에 충돌되면 형광물질의 최외곽전자들이 여기되고 천이되는 과정에서 발광하게 되는 것이다.

한편, 종래의 FED 제조방법은 다음과 같다. 통상적인 반도체공정을 이용하여 하부기판(10)상에 캐소드 전극(12), 절연층(18), 게이트 전극(16)을 증착한 구조에 게트 구멍(20) 및 캐비티(24)를 형성하고, 하부기판(10)을 회전시키면서 소정의 투사각을 갖는 전자빔 증착장치를 이용하여 몰리브덴(Mo)증기를 증착하여 상기 캐비티(24)의 내측에 마이크로팁 형상의 에미터(14)를 형성한다.

한편, 별도의 상부기판(40)상에 ITO 투명도전막으로 형성된 애노드 전극(42)을 형성하고 그 위에 형광체(44)를 도포하여 형성한 후, 상부기판(40)과 하부기판(10)이 서로 서로 일정한 간격으로 유지한 채 마주볼 수 있도록 하부기판(10)의 게이트 전극(16) 상면에 복수개의 스페이서(30)를 형성한 다음 그 위에 상부기판(40)을 접합하여 FED 패널을 형성한다. 한편, FED 패널의 가장자리를 봉착제(도면상 미도시됨)로 봉입한 후 내부에 진공이 형성될 수 있도록 배기시켜 고진공 패키징을 한다.

그런데 전술한 종래의 FED 패널 제조공정에 있어서, 게이트 전극(16) 형성 공정은 각각의 에미터(14)마다에 절연막(18)을 형성하고 그 절연막 위에 게이트 전극(16)을 증착하고 게이트 구멍(16)을 뚫어야 하는 등 공정이 매우 번거러우며, 게이트 전극(16) 형성 중에 에미터(14)가 손상될 우려가 있었다.

또한, 스페이서(30)는 통상적으로 폴리머를 스핀 코팅 또는 프린팅 공정으로 도포한 후 반도체 공정을 통해 식각하여 형성하는데 스페이서(30)의 높이를 충분하게 형성하기 위해서는 수차례 반복하여 폴리머 층을 형성해야 하므로 스페이서 형성 공정이 번거러워지는 문제가 있었다. 이와같은 공정의 번거러움으로 인해 스페이서 높이의 균일도가 떨어진다.

또한, FED 패널의 진공도를 양호하게 형성하기 위해서는 고진공 패키징 공정을 고온에서 수행해야 하는데 폴리머의 재료적 특성상 온도에 약하므로 폴리머가 손상되지 않는 온도 범위에서 진공 패키징 공정을 수행해야 하는 한계가 있으며, 이로인해 충분한 진공도를 형성하지 못하게 되는 문제가 있었다.

또한, 폴리머 재질의 스페이서(30)는 고진공에 따른 압력차에 따른 스트레스 등을 충분히 견뎌내지 못해 변형을 일으키는 단점이 있었다.

따라서, 종래에도 이와 같은 폴리머 재질의 스페이서의 문제점 및 단점들을 극복하기 위해서 스페이서(30)의 재질로 유리가루(glass podwer), 유리봉(glass bar), 유리볼(glass ball) 등을 이용하는 스페이서 제조방법이 제안되어 있다.

한편, 본 출원인이 출원한 대한민국 특허 제 95-4305호에는 스페이서의 재질로 포토 센시티브 글래스(photo sensitive glass)를 이용하는 스페이서 제조방법이 개시되어 있다.

선행출원된 발명에서 스페이서 재질로 이용되는 포토 센시티브 글래스는 노광 및 식각공정을 통해 소망하는 형상을 용이하게 패터닝할 수 있으며, 고온 공정에 견딜 수 있으므로 고진공을 형성하기 위한 고온공정도 무리없이 수행할 수 있는 장점이 있다.

따라서, 본 발명은 스페이서 재질로 포토 센시티브 글래스를 이용하여 전술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 스페이서와 게이트 전극 혹은 포커싱 전극을 1회의 공정으로 형성할 수 있는 스페이서 및 게이트 전극 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 및 게이트 전극 또는 포커싱 전극 제조방법에 있어서, 포토 센시티브 글래스를 화소단위의 격자형상으로 패터닝하는 단계와; 상기 격자형상의 포토 센시티브 글래스 위에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극 위에 포토 센시티브 글래스를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

도 1은 일반적인 FED의 구조를 도시한 단면도,

도 2a 내지 2b는 본 발명에 따른 상부기판 및 하부기판의 제조공정도,

도 3a 내지 3f는 본 발명에 따른 스페이서와 게이트 전극 제조공정도,

도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예를 보인 공정단면도.

〈 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 〉

10 ; 하부기판 12 ; 캐소드 전극

14 ; 에미터 16 ; 게이트 전극

18 ; 절연층 20 ; 게이트 구멍

24 ; 캐비티 (Cavity) 30 ; 스페이서(Spacer)

40 ; 상부기판 42 ; 애노드 전극

44 ; 형광체

52, 52', 52" ; 포토 센시티브 글래스(photo sensitive glass)

54 ; 포커싱 전극

이하 본 발명에 따른 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 및 게이트 전극 혹은 포커싱 전극 제조방법을 첨부된 도면과 함께 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 및 게이트 전극 형성 공정에 선행하는 공정을 간단히 설명하면 다음과 같다.

도 2a는 하부기판을 제조하는 공정을 도시한 공정 단면도로서, 하부기판(10)상에 캐소드 전극(12)을 증착하여 열(column)방향으로 패터닝하고, 이 캐소드 전극(12) 위에 SiO₂등과 같은 절연층(18)을 화학증착법으로 형성하며, 이 절연층(18)상에 다수의 캐비티(24)를 형성한다. 이어서, 캐비티(24)가 형성된 구조체를 회전시키면서 소정의 투사각을 갖는 전자빔 증착장치로 금속층을 형성하여 캐비티(24)의 내측에 날카로운 팁을 갖는 원추형 에미터(14)를 형성한다.

도 2b는 상부기판을 형성하기 위한 공정을 도시한 공정 단면도로서, 상부기판(40)상에 ITO투명도전막으로 형성된 애노드 전극(42)을 형성하고, 그 위에 형광체(44)를 도포하여 형성한다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 스페이서 제조 공정을 도시한 도면으로서, 도 3a를 참조하면, 상기 포토 센시티브 글래스(52)는 노광 및 식각공정을 통해 소망하는 형상을 용이하게 패터닝할 수 있는 재질이므로 소망하는 높이를 1 회의 패터닝 공정으로 재현성 높게 형성할 수 있으며, 고온 공정에 견딜 수 있으며, 고진공을 유지해야 하는 FED 패널 내부의 압력차에 따른 스트레스를 충분하게 견딜 수 있다. 고온 공정으로 진행되는 진공 패키징 공정 중 열변형을 고려하여 봉착제의 열팽창 특성과 비슷한 특성을 갖는 포토 센시티브 글래스(52)를 이용하는 것이 유리하며, 상하부기판은 소다라임 글래스(sodalime glass)가 바람직하다.

도 3b는 본 발명에 따른 노광 공정을 도시한 공정 사시도로서, 화소단위로 격자무늬의 패턴을 갖는 마스크를 이용하여 포토 센시티브 글래스(52) 전면에 노광 공정을 통해 마스크의 패턴을 전사(轉寫)하여 식각함으로써 포토 센시티브 글래스(52)가 격자무늬의 패턴을 갖도록 한다.

도 3c를 참조하면, 이와같은 격자무늬의 패턴을 갖는 다른 포토 센시티브 글래스(52')를 추가로 1 개 더 준비한다. 한편, 다른 포토 센시티브 글래스(52')는 격막의 교차되는 부분 혹은 격막의 일단을 제거하여 배기공정시 이웃하는 화소와 통기될 수 있도록 형성된다.(도 3c는 격막의 일단이 제거된 형상 임.)

도 3d를 참조하면, 상기 격자무늬의 패턴을 갖는 포토 센시티브 글래스(52) 위에 도전층을 프린팅 또는 스퍼터링 방법으로 증착하여 게이트 전극(16)을 형성한다. 이때, 도전층은 격막 상단에만 증착되므로 게이트 전극(16)도 격자무늬의 패턴을 갖게 되어 게이트 구멍(20)이 형성되며, 게이트 구멍(20)을 형성하기 위한 별도의 공정을 수행할 필요가 없다.

도 3e를 참조하면, 상기 게이트 전극(16) 위에 선행 공정을 통해 준비된 포토 센시티브 글래스(52')를 올려 놓고 정렬시켜 접합함으로서 스페이서(30) 및 게이트 전극(16) 제조를 완료한다.

도 3f를 참조하면, 상기 스페이서(30) 및 게이트 전극(16) 을 선행공정을 통해 준비한 하부기판(10)과 상부기판(40) 사이에 정렬시킨 후 접합하여 FED패널을 완성한다.

한편, 본 발명의 따른 스페이서의 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 4를 참조하면, FED소자의 전계방출 특성을 향상시키기 위해 포커싱 전극(54)이 형성된 구조를 제조하기 위한 것으로, 격자무늬의 패턴을 갖는 포토 센시티브 글래스를 3 개 제조하여 제 1 의 포토 센시티브 글래스(52) 위에는 게이트 전극(16)을 형성하고, 제 2 의 포토 센시티브 글래스(52') 위에는 포커싱 전극(54)을 형성하며, 그 위에 제 3 의 포토 센시티브 글래스(52")를 정렬하여 접합함으로써 제조한다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 스페이서 및 게이트 전극 제조방법은 스페이서와 게이트 전극을 한 공정에 의해 형성하며 , 특히 게이트 구멍을 형성하기 위한 공정을 생략할 수 있으므로 제조공정의 단순화를 가져올 수 있다.

또한, 게이트 전극을 별도로 형성하므로 게이트 전극 형성에 따른 에미터의 손상 염려가 발생되지 않게 된다.

또한, 포토 센시티브 글래스를 패터닝하여 스페이서를 형성하므로 소망하는 높이를 한 번의 공정으로 형성할 수 있으며, 스페이서의 균일도를 향상시킬 수 있으며, 고온 공정에서도 충분히 견딜 수 있으므로 고진공을 형성할 수 있다.

Claims (3)

1. 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법에 있어서,

   상기 포토 센시티브 글래스를 화소단위의 격자형상으로 패터닝하는 단계와;

   상기 격자형상의 포토 센시티브 글래스 위에 게이트 전극을 형성하는 단계와;

   상기 포토 센시티브 글래스를 화소단위의 격자형상으로 형성하여 상기 게이트 전극 위에 정렬하여 접합하는 단계를 포함하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 및 게이트 전극 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 게이트 전극 위에 접합되는 포토 센시티브 글래스는 이웃하는 화소와 통기될 수 있도록 격막이 교차되는 부분 혹은 격막의 일단이 부분적으로 제거되는 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 및 게이트 전극 제조방법.
3. 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법에 있어서,

   격자무늬의 패턴을 갖는 포토 센시티브 글래스를 3 개 형성하는 단계와;

   상기 제 1 의 포토 센시티브 글래스 위에는 게이트 전극을 형성하는 단계와;

   상기 제 2 의 포토 센시티브 글래스 위에는 포커싱 전극을 형성하는 단계와;

   그 위에 상기 제 3 의 포토 센시티브 글래스를 정렬하여 접합하는 단계를 포함하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 및 게이트 전극 제조방법.

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