KR100326532B1 - 표시소자용 스페이서 부재의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스페이서 부재의 변형을 최소화함과 아울러 스페이서 부재의 반사율을 높이도록 한 표시소자용 스페이서 부재의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 표시소자용 스페이서 부재의 제조방법은 가열판 상에 설치된 하부전극과 상부전극 사이에 500 ℃ 이하의 연화점과 소성후에도 비정질 구조를 가지는 유전체 기판과 표시소자의 셀공간을 마련하기 위한 금속 스페이서 부재를 적층하는 단계와, 가열판을 소정 온도로 가열하여 금속 스페이서 부재와 유전체 기판을 가열함과 아울러 유전체 기판과 금속 스페이서 부재를 압착하는 단계와, 금속 스페이서 부재와 유전체 기판에 전계를 인가하여 정전기력에 의해 금속 스페이서 부재와 유전체 기판을 접합시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 스페이서 변형을 최소화시킴과 아울러 반사율을 높이게 된다.

Description

표시소자용 스페이서 부재의 제조방법{Method of Fabricating A Spacer Member For Flat Display Panel}
본 발명은 표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 스페이서 부재의 변형을 최소화함과 아울러 스페이서 부재의 반사율을 높이도록 한 표시소자용 스페이서 부재의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판 표시장치는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : LCD), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display : 이하 'FED'라 함) 및 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel : 이하 'PDP'라 함) 등이 있다.
PDP는 구조가 단순하기 때문에 제작이 용이하고 40″이상의 대형화에 유리할뿐 아니라 고휘도, 고발광효율, 메모리 기능, 높은 비선형성, 160°이상의 광시야각 등의 특성으로 차세대 대형 표시소자로 기대되고 있다. 이러한 PDP는 그 구동방식에 따라 크게 대향방전을 하게 되는 직류(DC)형과 면방전을 하게 되는 교류(AC)형으로 대별된다. 교류방식의 플라즈마 디스플레이 패널은 직류방식에 비하여 저소비전력과 라이프 타임이 큰 장점이 있다.
3전극 교류 방식의 면방전형 PDP는 도 1에서 알 수 있는 바, 크게 상판과 하판으로 이루어지며 상판은 상부 유리기판(2)에 형성되는 투명전극쌍(6)과, 투명전극쌍(6)에 나란하게 형성되는 버스전극쌍(10)과, 버스전극쌍(10)과 상부 유리기판(2) 상에 성막되는 유전체층(14)과, 유전체층(14) 상에 전면 형성되는 보호막(16)을 구비한다. 그리고 하판은 하부 유리기판(4) 위에 투명전극쌍(6)과 직교하도록 형성된 어드레스 전극(8)과, 하부 유리기판(4)과 어드레스 전극(8) 위에 전면 형성되는 유전체후막(5)과, 어드레스 전극(8)을 사이에 두고 유전체후막(5) 표면에서 수직으로 신장되는 격벽(12)을 구비한다. 격벽(12)과 유전체후막(5)에는 형광체(18)가 도포된다. 상판과 하판이 접합되면 방전셀은 기밀구조를 이루게 되고 방전셀에는 He, Xe 등의 방전가스가 주입된다. 유전체층(14)은 방전으로부터투명전극쌍(6) 및 버스전극쌍(10)을 보호함과 아울러 방전시에 벽전하를 축적하는 역할을 한다. 어드레스전극(8)은 투명전극(6) 및 버스전극쌍(10)에 인가되는 주사펄스에 동기되어 데이터가 공급됨으로써 하나의 투명전극(6)과 대향방전을 하게 되어 주사될 방전셀을 선택하게 된다. 선택된 방전셀에서는 투명전극쌍들(6)간에 교류전압이 인가되어 면방전을 하여 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마로부터 방출된 자외광이 형광체(18)를 발광시키게 된다.
격벽(12)은 상/하부 유리기판(2,4)과 함께 방전공간을 마련함과 아울러 인접한 방전셀간의 전기적·광학적 크로스토크(Crosstalk)를 방지하는 역할을 한다. 이를 위하여, 격벽(12)은 글래스-세라믹스(Glass-Ceramics) 재료로 이루어지고 폭은 대략 100μm이며, 높이는 150 μm 내외로 설계된다. 이 격벽(12) 폭을 감소시키게 되면 방전면적의 확대를 도모할 수 있으므로 휘도와 방전효율을 향상시킬 수 있다.
격벽 제조는 PDP의 제조공정에서 표시품질과 효율을 위한 가장 중요한 단계이며 패널이 대형화·고정세화 됨에 따라 격벽 형성 기술에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 격벽 제조방법은 스크린 프린팅(Screen printing)법, 샌드 블라스팅(Sand blasting)법, 첨가(Additing)법 및 금형(Mold)법 등이 사용되고 있다.
도 2a 내지 도 2d는 스크린 프린팅법에 의한 격벽의 제조방법을 수순별로 나타낸다. 먼저, 유전체후막(5)이 형성된 유리기판(4)에 패터닝된 스크린(도시하지 않음)을 정위치시킨 후, 스크린 위에 글라스 페이스트(20)를 도포 및 건조하게 된다. 글라스 페이스트(20)의 도포 및 건조가 반복되어 글라스 페이스트(20)가 원하는 격벽 높이에 도달하면 글라스 페이스트(20)는 소성되어 경화된다. 이러한 스크린 프린팅법은 공정이 간단하고 제조단가가 낮은 장점이 있으나, 매 인쇄시 스크린과 유리기판(4)의 정렬(Align), 글라스 페이스트(20)의 인쇄 및 건조를 되풀이하는 공정이 필요하게 되므로 제조시간이 많이 소요될뿐 아니라 반복작업시 스크린과 유리기판의 위치가 어긋나게 되면 격벽이 변형된다.
도 3a 내지 도 3f는 샌드 블라스팅법에 의한 격벽의 제조방법을 수순별로 나타낸다. 먼저, 유전체후막(5)이 형성된 유리기판(4)에 원하는 격벽 높이만큼 글라스 페이스트(20)가 도포되고 건조된다. 글라스 페이스트(20) 위에 포토 레지스터(Photo Resister)(22)가 도포된후, 포토 레지스터(22) 위에 마스크 패턴(24)이 형성된다. 이어서, 포토 레지스터(22)은 노광된 다음 현상되어 부분적으로 제거된다. 마스크 패턴(24)이 제거되고 샌드 블라스팅 장치를 이용하여 가압된 샌드입자가 건조된 글라스 페이스트(20) 쪽으로 분사된다. 이 때, 포토 레지스터(24) 이외의 글라스 페이스트(20)가 제거되어 방전공간이 되며, 남은 글라스 페이스트(20)가 격벽(12)으로 된다. 마지막으로, 포토 레지스터(22)가 제거되고 글라스 페이스트(20)가 소성되면 격벽(12)이 완성된다. 이와 같은 샌드 블라스팅법은 대면적의 기판에 격벽을 형성할수 있고 고정세화가 가능한 장점이 있지만 연마재(샌드입자)에 의해 제거되는 페이스트의 양이 많아 제료의 낭비와 제조비용이 클뿐 아니라 제조공정시 기판에 물리적 충격을 가하게 되므로 소성시에 기판의 균열이 발생하는 단점이 있다.
도 4a 내지 도 4e는 첨가법에 의한 격벽 제조방법을 수순별로 나타낸다. 먼저, 유전체후막(5)이 도포된 유리기판(4)의 상부에 포토 레지스터(26)가 도포된 후, 포토 레지스터(26) 위에 마스크 패턴(28)이 형성된다. 그리고 포토 레지스터(26)는 사진식각(Photolithographic)법에 의해 노광 및 현상되어 네가티브 패터닝된다. 이 때, 마스크 패턴(28)이 형성되지 않은 부분의 포토 레지스터(26)가 제거된다. 포토 레지스터(26)가 제거된 부분에 글라스 페이스트(30)가 충진된 후, 건조 및 연마된다. 마지막으로, 포토 레지스터(26)가 제거되고 글라스 페이스트(30)가 소성되면 격벽(12)이 완성된다. 그러나 첨가법은 미세한 형상의 격벽형성이 가능하고 대면적의 기판제작에 적합한 장점이 있으나, 100㎛ 이상의 높이를 가지는 포토 레지스터(26)가 도포될 때 시간이 많이 소요되며 포토 레지스터(26)와 글라스 페이스트(30)를 분리하는 과정에서 잔류물이 남게되는 문제점이 있다. 또한, 형성된 패턴이 허물어지거나 소성시에 격벽(12)에 균열이 발생하는 문제점이 있다.
도 5a 내지 도 5c는 금형법에 의한 격벽의 제조방법을 수순별로 나타낸다. 먼저, 유전체후막(5)이 형성된 유리기판(4) 위에 원하는 격벽 높이의 글라스 페이스트(32)가 도포된다. 이어서, 글라스 페이스트(32) 상에 격벽 형상의 홈이 형성된 금형(34)이 정위치되고 가압된다. 마지막으로, 금형(34)이 제거되고 글라스 페이스트(32)가 소성되면 격벽(12)이 완성된다. 여기서, 반고상화된 글라스 페이스트(32)를 눌러 대면적의 금형(34)의 홈들에 채워넣기 위해서는 높은 압력이 필요하다. 그러나 금형법을 이용한 격벽 제조방법은 금형(34)에 대한 인가압력 조정이 어렵고 격벽(12)이 고정세화 될수록 금형(34)과 글라스 페이스트(32)를 분리하기어려운 문제점이 있다.
한편, 종래의 격벽(12)은 주로 글라스-세라믹스 재료로 이루어지기 때문에 그 구조가 치밀하지 않고 다공질 구조가 된다. 이에 따라, 격벽(12) 내에 흡착되어 있던 원치 않는 기체 방출에 의한 아웃개싱(outgasing)이 일어나게 되며, 이는 방전시 오방전, 미스방전을 일으키는 주요한 원인이 되고 있다. 또한, 격벽(12)은 방전시 발생한 가시광 중 상당부분을 투과 또는 흡수하게 되므로 발광시 발광효율을 떨어 뜨리게 된다.
FED는 첨예한 음극(에미터)에 고전계를 집중해 양자역학적인 터널(Tunnel) 효과에 의하여 전자를 방출하는 냉음극을 이용하여 음극선관과 같이 전자선에 의해 형광체를 여기시켜 발광하게 함으로써 화상을 표시하게 된다.
도 6을 참조하면, FED는 하부 유리기판(50) 상에 적층된 음극(48) 및 저항체(44)와, 저항체(44) 위에 형성된 에미터팁(46)과, 음극(48) 위에 형성되는 절연층(42)과, 절연층(42) 위에 형성되는 게이트전극(40)과, 상부 유리기판(52)에 적층된 양극(54) 및 형광체(36)와, 상부 유리기판(52)과 하부 유리기판(50) 사이에 형성된 스페이서(38)를 구비한다. 음극(48)은 에미터팁(48)으로부터 방출된 전자를 양극(54) 쪽으로 가속시키게 된다. 저항체(44)는 음극(48)에 인가되는 과전류를 제한하게 된다. 절연층(42)은 음극(48)과 게이트 전극(40) 사이를 절연하는 역할을 한다. 게이트 전극(40)은 전자를 방출시키기 위한 인출전극으로 사용된다.
FED에 있어서, 전자 가속을 위해서는 음극(48)과 양극(54) 사이에 일정한 거리를 유지하여야 한다. 또한, 방출된 전자들의 자유행정을 높이고 에미터팁(48)의물리적·화학적 오염이나 손상을 방지하기 위하여 패널 내부는 소정 진공압 상태를 유지하여야 한다. 이에 따라, 상/하부 유리기판(52,50)과 스페이서(38)에 의해 마련된 패널 내부의 전자 방출공간에는 10-6Torr 이하의 높은 진공도를 유지하게 된다. 스페이서(38)는 진공상태를 유지하는 전자 방출공간과 외부 대기압 사이의 기압차에 의해 상/하부 유리기판(52,50)의 파손을 방지함과 아울러, 음극(48) 및 에미터팁(46)과 양극(54) 간의 거리를 일정하게 유지시키는 역할을 하게 된다. 따라서, 스페이스(38)는 압력차를 극복할 수 있도록 열적·기계적 변형이 작고 고강도 특성이 요구되고 있다. 스페이서(38)는 글라스-세라믹스 재료로 제작되지만 패널이 대면적화될수록 패널 내/외부의 기압차로 인하여 휨현상이 나타나게 된다. 이를 해결하기 위하여, 음극선관에 사용되는 고중량의 글라스를 주재료로 한 다수의 스페이서(38)가 패널 내부에 소정 간격으로 설치되고 있지만, 이 방법은 공정의 난이도가 상승되고 재료비가 커지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 스페이서 부재의 변형을 최소화함과 아울러 스페이서 부재의 반사율을 높이도록 한 표시소자용 스페이서 부재의 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 3전극 교류 방식의 면방전형 플라즈마 디스플레이 패널을 나타내는 사시도.
도 2a 내지 도 2d는 스크린 프린팅법에 의한 격벽의 제조방법을 단계적으로 나타내는 도면.
도 3a내지 도 3f는 샌드 블라스팅법에 의한 격벽의 제조방법을 단계적으로 나타내는 도면.
도 4a 내지 도 4e는 첨가법에 의한 격벽 제조방법을 단계적으로 나타내는 도면.
도 5a 내지 도 5c는 금형법에 의한 격벽의 제조방법을 단계적으로 나타내는 도면.
도 6은 전계 방출 표시장치를 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 표시소자용 스페이서 부재 및 그 제조방법을 나타내는 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
2,52 : 상부 유리기판 4,50,64 : 하부 유리기판
5,65 : 유전체후막 6 : 투명전극쌍
8 : 어드레스 전극 10 : 버스전극쌍
12,62 : 격벽 14 : 유전체층
16 : 보호막 18,36 : 형광체
20,30,32 : 글라스 페이스트 22,26 : 포토 레지스터
24,28 : 마스크 패턴 34 : 금형
38 : 스페이서 40 : 게이트전극
42 : 절연층 44 : 저항체
46 : 에미터팁 48 : 음극
70 : 스페이서 부재 72a,72b : 알루미나 기판
74 : 핫 플레이트 76a,76b : 카본 전극
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 표시소자용 스페이서 부재의 제조방법은 가열판 상에 설치된 하부전극과 상부전극 사이에 500 ℃ 이하의 연화점과 소성후에도 비정질 구조를 가지는 유전체 기판과 표시소자의 셀공간을 마련하기 위한 금속 스페이서 부재를 적층하는 단계와, 가열판을 소정 온도로 가열하여 금속 스페이서 부재와 유전체 기판을 가열함과 아울러 유전체 기판과 금속 스페이서 부재를 압착하는 단계와, 금속 스페이서 부재와 유전체 기판에 전계를 인가하여 정전기력에 의해 금속 스페이서 부재와 유전체 기판을 접합시키는 단계를 포함한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 7 을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시소자용 스페이서 부재의 제조방법을 나타낸다.
본 발명에 따른 스페이서 부재의 제조방법은 애노딕 본딩(Anodic Bonding)을 이용하여 스페이서 부재(70)를 유리기판(64)에 접합시키게 된다. 애노딕 본딩은 쉐도우 마스크(Shadow mask)를 음극선관(Cathod Ray Tube : CRT)의 전면유리 상에 지지하기 위한 금속레일을 전면유리에 접합시키는 등에 이용되는 접합방법으로서, 금속과 유리 사이에 고전계를 인가하여 금속과 유리의 계면에 강한 정전기력이 작용하게 한다.
스페이서 부재(70)는 도 1 및 도 6과 같은 PDP의 격벽(12), FED의 스페이서(38) 등의 표시소자용 스페이서로 이용된다. 이 스페이서 부재(70)는 전도성 금속재료(어떠한 전도성 금속재료라도 무방함)로 이루어지거나 또는 비정질 글라스, 글라스-세라믹스, 세라믹스 표면에 전도성 금속박막이 도포되어 제작된다.스페이서 부재(70)의 제조방법은 사진식각법에 의해 패터닝된 글라스 또는 세라믹스 기판에 전도성 금속박막을 도포하는 방법이 가능하며, 이 외에 도금법, 금형법 또는 기계적인 미세가공법 등에 의해 격벽 형상 또는 스페이서 형상으로 가공될 수 있다. 이 스페이서(70)는 표시소자에 따라 어떠한 형태로도 가공될 수 있다.
본 발명은 먼저, 핫 플레이트(Hot plate)(74) 또는 노(Furnace) 위에 절연용 하부 알루미나(Alumina) 기판(72b)을 놓고, 그 위에 하부 카본(Carbon) 전극판(76b)이 안착된다. 하부 카본 전극판(76b) 위에는 유리기판(64)이 안착된다. 유리기판(64) 상에는 전극(66)이 형성된 다음, 전극(66) 위에 유전체 후막(65)이 전면 도포되어 있다.
유전체 후막(65)은 애노딕 본딩이 원할하게 되도록 이동성 알칼리 이온(Na+,Ca+,K+,Li+등)을 포함하고 있으며, 알칼리 이온의 이동이 원할히 되도록 500 ℃ 이하의 연화점을 가지는 저융점 유전체 글라스이다. 이 유전체 후막(65)은 유리기판(64) 위에 대략 20 μm의 두께로 도포되고 소성된다. 소성후, 유전체 후막(65)의 표면조도(Surface Roughness)는 스페이서 부재(70)와의 균일한 접촉과 강한 정전접합이 되도록 50Å 이하가 되어야 한다. 또한, 유전체 후막(65)이 결정화되면 알칼리 이온의 이동이 어려워지게 되므로 유전체 후막(65)은 소성 후, 비정질 상태를 유지하여야 한다.
소성된 유전체 후막(65) 위에는 스페이서 부재(70)가 정렬되고, 스페이서 부재(70) 위에는 상부 카본 전극판(76a)이 놓여진다. 상부 카본 전극판(76a) 위에는 상부 알루미나 기판(72a)이 정렬되어 안착된다.
하부 카본 전극판(76b)에 부극성(-) 전압단자를 연결하고, 상부 카본 전극판(76a)에 정극성(+) 전압단자를 연결하여 4∼6 KV 정도의 직류 전압과 3∼7 mA의 전류를 인가하게 된다. 이 때, 알칼리 이온을 가속시키기 위하여 핫 플레이트(74)는 450∼500℃ 까지 가열되고, 스페이서 부재(70)와 유전체 후막(65)을 밀착시키기 위하여 상부 알루미나 기판(72a)에 소정 압력이 가해지게 된다. 그러면 유전체 후막(65) 내에 존재하는 Na+등의 알칼리 이온이 부극성 전계에 의해 스페이서 부재(70) 쪽으로 가속됨과 아울러, 스페이서 부재(70) 내의 음이온들이 유전체 후막(65) 쪽으로 가속된다. 이에 따라, 유전체 후막(65)과 스페이서 부재(70) 사이의 계면에는 디플레션층(Depletion layer)이 형성되어 강한 정전기력이 작용된다. 이 정전기력에 의해 접합계면에 물리적접촉(Physical contact)이 작용하게 됨과 동시에 외부에서 가해지는 가압력과 열에 의해 스페이서 부재(70)와 유전체 후막(65)은 강하게 결합된다. 애노딕 본딩 시간은 위와 같은 전압, 전류, 가열온도의 조건 하에서 40∼50분 정도가 소요된다.
한편, 스페이서 부재(70)와 유전체 후막(65)의 접합은 전술한 애노딕 본딩과 같이 강하게 접합되기는 어렵지만 스페이서 부재(70)와 유전체 후막(65) 사이에 실드 글라스(Sealed Glass)를 도포하고 소정압력과 열처리에 의해 실드 글라스를 소성시킴으로써 스페이서 부재(70)와 유전체 후막(65)을 접합시킬 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 표시소자용 스페이서 부재의 제조방법은 금속재질의 스페이서가 취성이 없고 금속재질의 스페이서 부재와 유리기판을 애노딕 본딩에 의해 정전접합시킴으로써 소자조립시 발생하는 열적·기계적 충격에 의한 무너짐, 칩핑(Chipping) 등의 스페이서 변형을 최소화시킴과 아울러 스페이서 부재를 금속재질로 제작함으로써 반사율을 높여 발광효율을 향상시킬 수 있게 된다. 나아가, 본 발명에 따른 표시소자용 스페이서 부재의 제조방법에 의해 제작된 스페이서 부재는 종래의 표시소자용 스페이서 부재로 이용되는 다공성 글라스-세라믹스 재료에 비하여 금속재질로 이루어지게 되므로 그 구조가 치밀하여 아웃개싱을 최소화시킬 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명의 스페이서를 PDP에 적용하게 되면 방전시 오방전, 미스방전 등을 최소화시킬 수 있게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (9)

  1. 가열판 상에 설치된 하부전극과 상부전극 사이에 500 ℃ 이하의 연화점과 소성후에도 비정질 구조를 가지는 유전체 기판과 표시소자의 셀공간을 마련하기 위한 금속 스페이서 부재를 적층하는 단계와,
    상기 가열판을 소정 온도로 가열하여 상기 금속 스페이서 부재와 상기 유전체 기판을 가열함과 아울러 상기 유전체 기판과 금속 스페이서 부재를 압착하는 단계와,
    상기 금속 스페이서 부재와 상기 유전체 기판에 전계를 인가하여 정전기력에 의해 상기 금속 스페이서 부재와 상기 유전체 기판을 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시소자용 스페이서 부재의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 기판은 표면조도가 50Å 이하인 것을 특징으로 하는 표시소자용 스페이서 부재의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서 부재는 플라즈마 디스플레이 패널의 방전높이를 유지시키기 위한 격벽인 것을 특징으로 하는 표시소자용 스페이서 부재의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서 부재는 전계 방출 표시장치의 전계 방출높이를 유지시키기 위한 스페이서인 것을 특징으로 하는 표시소자용 스페이서 부재의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서 부재는 임의의 스페이서 형상을 가지는 글라스기판 상에 도포된 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시소자용 스페이서 부재의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서 부재는 방전공간이나 전계 방출공간을 분리하도록 전도성 금속판 상에 요철 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 표시소자용 스페이서 부재.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열판은 450∼500℃의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 표시소자용 스페이서 부재의 제조방법.
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