KR100362376B1 - 전자소자의 진공패키징을 위한 프릿유리 평탄화 장치 및 진공패키징 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자소자의 진공패키징 기술에 관한 것이다. 전자소자로는 평판표시소자, 각종 센서, 엑튜에이터 등이 포함되며 특히 자발광 평판표시소자인 전계발광 표시소자와 플라즈마 디스플레이의 패널의 진공패키징에 본 발명의 기술을 적용한다.

전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화장치는 프릿유리가 도포된 기판이 안착되는 안착수단과, 상기 안착수단에 대해 상대적인 운동을 하면서 상기 기판에 도포된 프릿유리를 압착하는 압착수단, 및 상기 안착수단과 압착수단 사이의 간격을 조절하여 상기 프릿유리의 압착정도를 조절하는 조절수단을 포함한다. 또한, 진공패키징 방법은 상기 상부기판과 하부기판 중 어느 하나의 기판에 프릿유리를 도포하는 제 1 단계와; 상기 기판에 도포된 프릿유리를 건조시키는 제 2 단계; 상기 건조된 프릿유리를 압착하여 상기 프릿유리의 두께를 조절함과 아울러 평탄화하는 제 3 단계; 및 상기 평탄화된 프릿유리를 예비소결하고 상기 두 기판을 정렬하며, 상기 프릿유리를 소결시켜 상기 두 기판을 실링하는 제 4 단계를 포함한다.

이러한 본 발명에 따르면, 프릿유리의 건조공정에 이어서 연속적으로 프릿유리의 평탄화공정을 수행하기 때문에 프릿유리의 두께를 쉽게 조절할 수 있으며, 상부기판과 하부기판을 수월하게 정렬할 수 있다. 또한, 프릿유리를 사용한 진공패키징 공정시 유리기판의 파손을 줄일 수 있으며, 국부적인 표면가열방법으로 프릿유리를 소결시켜 상부기판과 하부기판을 실링시킬 수 있다.

Description

전자소자의 진공패키징을 위한 프릿유리 평탄화 장치 및 진공패키징 방법 {Vacuum Packaging Method, and Sealant Flattening Apparatus for Vacuum Packaging of Electronic Devices}

본 발명은 전자소자의 진공패키징 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 두 개의 유리기판을 프릿유리를 사용해서 실링할 때 압착방법에 의해 프릿유리를 평탄화하여, 유리기판의 파손을 방지하고 상부기판과 하부기판을 정밀하게 정렬할 수 있도록 한 전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화장치 및 진공패키징 방법에 관한 것이다.

최근 종래의 브라운관(cathode ray tube: CRT)을 대체할 수 있는 평판표시소자로서, 전계발광 표시소자(Field Emission Display: FED)가 연구 개발되고 있다. 이 전계발광 표시소자는 전계 에미터를 가진 하부기판(lower plate)과 형광체(phosphor)를 가진 상부기판(upper plate)을 서로 평행하게 좁은 간격(2 mm 이내)으로 진공패키징(vacuum packaging)하여 제작하며, 하부기판의 전계 에미터로부터 방출된 전자를 상부기판의 형광체에 충돌시켜 형광체의 음극 발광(cathodoluminescence)으로 화상을 표시하는 장치이다.

이 전계발광 표시소자는 하부기판에 위치한 전계 에미터의 소자 구조, 에미터 물질, 또는 에미터 모양에 따라 전자 방출 효율이 크게 달라진다. 현재 전계발광 소자의 구조는 크게 캐소드(또는 에미터)와 애노드로 구성된 2극형(diode)과 캐소드(또는 에미터), 게이트, 애노드로 구성된 3극형(triode)으로 분류할 수 있다. 에미터 물질로는 주로 금속, 실리콘, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(diamond like carbon), 탄소 나노튜브(carbon nanotube) 등이 사용되며, 일반적으로 금속과 실리콘은 3극형 구조로, 다이아몬드 또는 탄소 나노튜브 등은 2극형 구조로 제작되고 있다. 2극형 전계 에미터는 주로 다이아몬드 또는 탄소 나노튜브를 박막(film) 형태로 형성하여 제작하며, 3극형에 비해서 전자 방출의 제어성 및 저전압 구동 측면에서 불리하지만 제작 공정이 간단하고 또한 전자 방출의 신뢰성이 높다는 장점을가진다.

도 1은 종래의 전계 에미터를 가진 전계발광 표시소자의 구성을 보여주는 개략도이다.

도 1을 참조하면, 하부기판(110)과 상부기판(120)은 스페이서(150)를 매개로 하여 일정한 간격으로 유지되며, 하부기판(110)과 상부기판(120)의 가장자리 부근에는 프릿유리(130)를 사용한 실링선이 형성된다. 하부기판(110) 상에는 띠 형태로 금속전극(112)이 배열되고, 이 금속전극(112)의 일부 위에는 전계 에미터(114)가 형성된다. 하부기판(110)과 마주보는 상부기판(120)에는 띠 형태로 투명전극(122)이 배열되고, 이 투명전극(122)의 일부 위에는 빨강색(R), 녹색(G), 파랑색(B)의 형광체(phosphor, 124)가 도포된다. 스페이서(150)는 진공상태에서 상부기판(120)과 하부기판(110)이 일정한 간격을 유지하도록 하는 지지대(support) 역할을 한다.

이와 같이 구성된 전계발광 표시소자에서, 상부기판과 하부기판의 진공패키징 기술은 전계발광 표시소자의 성능을 결정하는 가장 중요한 요인들 중 하나인 바, 진공패키징 기술의 중요성에 대해 설명하면 다음과 같다. 즉, 에미터(114)에서 전자가 방출되는 능력은 진공패키징된 패널 내부의 진공도에 의존된다. 따라서, 상부기판(120)과 하부기판(110) 및 실링선(130)으로 구성되는 공간인 패널 내부의 진공도를 높이기 위한 최적의 프릿유리 선택과 최적의 소결공정 개발이 중요하다.

또한, 칼라 전계발광 표시소자는 하부기판(110)에 있는 에미터(114)와 상부기판(120)에 있는 형광체(124)의 위치관계가 매우 중요하다. 따라서, 상부기판(120)에 형성된 형광체(124) 픽셀과 하부기판(110)에 형성된 에미터(114) 픽셀이 1대 1로 마주보게 대응되도록 진공패키징 해야 한다. 그 이유를 설명하면, 칼라 디스플레이의 경우 형광체(124)는 빨강색, 녹색, 파랑색의 형광체가 수백 미크론 크기의 픽셀 단위로 패터닝(patterning)되어 있는데, 픽셀 단위로 패터닝된 형광체 픽셀과 에미터 픽셀이 진공패키징 단계에서 상대적으로 어긋나게(shift) 배치되면 에미터(114)에서 방출된 전자가 마주보는 형광체(124) 뿐만 아니라 블랙메트릭스(black matrix)에 충돌되기 때문에 소자의 발광효율이 떨어진다. 더욱이 상부기판(120)과 하부기판(110)의 정렬이 수십 미크론 이상 크게 벗어날 경우는 에미터(114)에서 방출된 전자가 비스듬히 마주보는 주변의 다른 색을 갖는 형광체(124)까지 여기시키는 크로스토크(cross-talk) 현상이 발생하여 칼라 디스플레이의 색순도(color purity)가 나빠진다. 따라서 상부기판(120)과 하부기판(110)의 정렬시 기판의 어긋나는 정도를 대략 10 미크론 이하로 줄여야 한다. 상부기판과 하부기판의 정렬을 수월하고 효과적으로 수행하려는 선행특허는 Micron Display Technology사의 미국특허(USP 5,807,154)에 나타나 있다. 이 선행특허에는 두 기판을 정렬하고 접착제(adhesive)를 도포한 후 프레싱하고, 이어서 프릿유리를 도포하고 예비소결 및 소결시켜 실링하는 방법이 개시되어 있다.

도 2는 종래의 전계발광 표시소자의 진공패키징시 실링공정을 도시한 개략도이다.

먼저, (a)에 도시된 바와 같이 상부기판 혹은 하부기판(여기서는상부기판(220))에 프릿유리를 주성분으로 하는 실런트(230)를 도포한다. 실런트은 프릿유리와 비이컬(vehicle)을 주성분으로 이루어지며, 페이스트(paste) 상태로 디스펜싱법 혹은 스크린 프린팅법 등을 이용하여 도포할 수 있다. 이어서 (b)에 도시된 바와 같이 150℃ 부근에서 프릿유리를 건조시켜서 비이컬에 존재하는 수분을 제거한다. 어어서 (c)에 도시된 바와 같이 프릿유리를 예비 소결시켜 비이컬에 함유되어 있는 바인더를 태워 없앤다. 예비 소결은 일반적으로 360℃ 부근에서 30분 정도 산화성 분위기에서 이루어진다. 이후는 (d)에 도시된 바와 같이 하부기판(210)과 상부기판(220)을 정렬한다. 이 정렬 공정은 상부기판과 하부기판에 존재하는 형광체 픽셀과 에미터 픽셀이 1대 1로 대응하도록 마주보게 설치 및 고정하는 공정을 포함한다.

실런트의 소결은 (e)에 도시된 바와 같이, 상부기판과 하부기판을 실링하기 위해서 분말상태의 프릿유리 입자를 소결시켜 치밀화(densification)시키는 공정을 포함한다. 이런 이유로 프릿유리의 소결공정에는 상부기판과 하부기판이 가스의 이동을 막을 수 있을 만큼 확실하게 실링시키기 위하여 상부기판과 하부기판의 간격이 줄어드는 방향으로 외부에서 프레싱(pressing)하게 된다. 소결 후 상부기판과 하부기판의 최종적인 간격은 스페이서에 의해서 결정되는데, 스페이서는 일반적으로 다수개 설치되며 상부기판과 하부기판의 사이에 위치한다.

도 2에 도시된 바와 같은 종래의 진공패키징 기술은 실링공정시 상부기판(220)과 하부기판(210)의 정렬을 정확하게 조절 및 고정시키기가 어려웠는 바, 이를 도 3을 참조하면서 설명하면 다음과 같다.

프릿유리의 예비 소결 후 상부기판(320)과 하부기판(310)을 정렬할 때 프릿유리(330)의 두께가 균일하지 않기 때문에 상부기판과 하부기판을 나란하게 정렬시키기가 어려웠다. 즉, 예비 소결된 후의 프릿유리(330)의 표면은 높게 튀어나온 부분(330A)과 두께가 작은 낮은 부분(330B)이 존재하는데 진공실링을 위해서는 실런트의 낮은 부분의 높이가 스페이서(350)의 높이보다 반드시 커야 한다. 또한 상부기판(320)과 하부기판(310)의 정렬시 그 간격은 실런트의 두께가 가장 두꺼운 부분(330A)에 의해 결정된다. 즉, 프릿유리의 소결 직전 상부기판과 하부기판의 정렬 상태는 예비 소결된 프릿유리의 두께 균일도에 의존한다. 따라서, 예비 소결된 프릿유리의 두께 균일도가 증가하면 상부기판과 하부기판의 정렬을 쉽게할 수 있으며, 프릿유리의 소결시 생기는 정렬의 흐트러지는 현상도 줄일 수 있다.

도 4는 도 3에서 설명한 종래의 실링방법에서 나타나는 상부기판과 하부기판의 정렬시의 문제점을 해결하기 위해 제안되었던 종래기술의 한 예(대한민국 특허 공개번호: 1999-021792)를 도시한 도면이다. 도 4의 (a)는 예비 소결한 프릿유리의 형상을 보여주는 개략도이며, (b)는 프릿유리의 두께를 균일하게 만들기 위해 폴리셔(480)로 예비 소결된 프릿유리(430)를 연마하는 공정을 보여주는 개략도이며, (c)는 평탄화시킨 후의 프릿유리의 형상을 보여주는 개략도다.

도 4를 참조하면, 기판에 실런트를 도포 및 예비 소결한 후 상부기판과 하부기판을 정렬하기에 앞서 예비 소결된 실런트를 연마(polishing)시켜 프릿유리를 평탄화시킨다. 이 기술은 평탄화 공정을 거치기 때문에 실런트인 프릿유리의 두께가 스페이서의 높이와 비슷하도록 균일하게 조절할 수 있는 장점이 있다. 때문에 소결 공정시 상부기판과 하부기판의 거리를 거의 변화시키지 않고도 실링을 할 수 있고, 프릿유리의 소결시 정렬의 흐트러짐 현상을 현격히 줄일 수 있으며, 두 기판을 정렬시킨 후 고정시키기 위해서 두 기판에 프레싱을 할 때 유리기판에 걸리는 응력을 균일하게 분산시켜서 유리기판의 파손을 방지할 수 있다.

반면, 예비 소결 후 프릿유리를 평판화시키는 이 기술은 다음과 같은 문제점을 갖는다. 즉, 예비 소결된 프릿유리가 소정의 높은 경도를 갖기 때문에 단순한 압착방법으로는 예비 소결된 프릿유리를 평탄화할 수 없어서, 폴리셔(480)를 사용한 강한 기계적 연마(polishing) 방법을 사용해야 하는 문제점이 있다. 또한 프릿유리의 두께가 두꺼운 부분이 연마되어 제거될 때 생기는 프릿유리의 잔재(dust)가 주변의 화면 영역으로 흩뿌려져서 심각한 소자의 오염을 유발하는 문제점이 있다. 이러한 소자의 오염을 감소시키는 방법으로 실런트의 연마공정 직전에 소자부분에 감광성 재료 등으로 보호막을 형성시켰다가 평탄화 공정 후 제거하는 방법을 사용할 수도 있지만, 이는 공정이 까다롭고 복잡하다는 문제점이 있다.

또한, 상기한 문제점들을 방지하기 위해 건조 공정이 끝난 프릿유리를 예비 소결 직전에 연마하면, 건조한 후의 프릿유리는 수분이 증발된 상태이기 때문에 연마 공정시 생기는 전단응력(shear stress)에 의해서 프릿유리가 유리기판에서 박리되는 문제가 발생한다. 반면 프릿유리의 예비 소결공정 이후에 프릿유리를 폴리싱하면 실런트가 유리기판에서 박리되는 문제는 방지할수 있으나, 이미 굳어진 프릿유리의 연마를 위해서는 상술한 바와 같이 많은 문제가 발생한다.

전자소자(특히 전계발광 표시소자)의 제조에 있어서 진공패키징 공정은 거의 마지막 단계에 속하며 제품의 수율(throughput)에 결정적인 영향을 주기 때문에 매우 중요하다. 도 2와 도 3에 도시된 종래의 진공패키징 방법으로 전계발광 표시소자 패널을 제작하면 상부기판의 형광체 픽셀과 하부기판의 에미터 픽셀이 어긋나는 정도가 심하게 발생한다. 더욱이 종래 방법으로 제작한 프릿유리는 도 3에 도시된 바와 같이 두께가 불균일하기 때문에 상부기판과 하부기판의 정렬을 어렵게 하며, 프릿유리의 소결시 상부기판과 하부기판의 거리를 줄이기 위해 상부기판과 하부기판에 프레싱할 때(일반적으로 집게를 사용하거나 무게추를 사용해서 압축응력을 인가함), 상부기판과 하부기판의 유리기판에 걸리는 응력의 크기가 불균일해서 유리기판이 파손되는 문제가 발생하였다.

종래의 방법에서 프릿유리의 소결시 상부기판과 하부기판이 상대적으로 비틀어지는 이유는 프릿유리의 불균일한 두께 때문에 초기 상태에서 상부기판과 하부기판이 나란하게 정렬되지 못하기 때문이며, 또한 집게의 불균일한 압축응력 성분 등이 원인이 되기도 한다. 종래 기술로 제작한 전계발광 표시소자에서 상부기판의 형광체 픽셀과 하부기판의 에미터 픽셀이 1대 1로 마주보면서 대응하는 상태에서 조금이라도 벗어나면 디스플레이의 발광효율이 떨어지며, 색순도가 나빠지는 문제가 발생한다.

전계발광 표시소자는 CRT(Cathode Ray Tube)에 비해서 낮은 가속전압을 형광체 쪽에 인가하기 때문에 형광체의 발광효율이 낮아져 휘도가 낮은 것이 실용화의 문제점으로 지적되고 있다. 더욱이 에미터에서 방출된 전자가 마주보는 형광체를여기시키는 대신 에미터에서 방출된 전자의 일부가 형광체가 도포되어 있지 않는 부분인 블랙메트릭스를 때리게 되면 그만큼 발광효율이 더 떨어진다.

아울러, 상부기판과 하부기판의 어긋나는 정도가 수십 미크론 이상으로 크게 되면 에미터에서 방출된 전자의 일부가 주위의 다른 색을 갖는 형광체를 여기시키게 되어 칼라 디스플레이의 색순도를 떨어뜨린다. 고전압 형광체를 사용하는 CRT에서는 색순도의 문제가 없으나 이에 비해 전계발광 표시소자용 형광체는 저전압 형광체를 사용하기 때문에 색순도가 CRT용 형광체에 비해서 크게 뒤떨어지는 고유의 문제점을 안고 있다. 여기에다 프릿유리의 소결시 생긴 상부기판과 하부기판의 흐트러짐 현상으로 인해서 에미터에서 방출된 전자의 일부가 주변의 원치 않는 칼라를 갖는 형광체를 때리는 현상인 크로스토크가 발생하면 전계발광 표시소자는 더 이상 디스플레이로써 실용화되어 사용하기가 어렵게 된다.

또한 종래의 프릿유리의 진공패키징 방법에서는 국부적인 프릿유리의 가열로는 마주보는 두 기판인 상부기판과 하부기판을 실링할 수 없었기 때문에 레이저빔을 사용한 국부적인 가열방법으로 진공패키징을 하였는데, 여기에도 많은 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기판에 프릿유리를 도포하고 건조하는 단계와 건조된 프릿유리를 예비 소결하는 단계 사이에 상기 프릿유리를 평탄화하는 단계를 수행하도록 한 전자소자의 진공패키징 방법과, 이러한 진공패키징을 위한 실런트 평탄화 장치를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래의 전계발광 표시소자의 구성을 보여주는 개략도.

도 2는 종래의 전계발광 표시소자 진공패키징시 실링공정을 보여주는 개략도.

도 3은 종래의 전계발광 표시소자 진공패키징시 상부기판과 하부기판을 정렬할 때 문제점을 보여주는 개략도.

도 4는 종래기술에 따른 프릿유리의 평탄화공정을 보여주는 개략도.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화 장치의 구성을 보여주는 개략도.

도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 전자소자의 진공패키징 방법을 보여주는 개략도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

110, 210, 310, 410 : 하부기판

120, 220, 320, 520, 620 : 상부기판

130, 230, 330, 430, 530, 630 : 프릿유리

150, 350 : 스페이서

470, 670 : 받침대

480 : 폴리셔

560, 660 : 핫플레이트

565 : 이송부

570, 670 : 받침대

580, 680 : 압착부

580A : 압착부제

580B : 압착부홈

580C : 압착부홀

590 : 스토퍼

595 : 조절부

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화 장치는, 프릿유리를 사용해서 상부기판과 하부기판을 진공패키징하도록 한 전자소자의 진공패키징 장치에서 상기 프릿유리를 평탄화하는 장치에 있어서,상기 진공패키징 장치의 프릿유리 건조수단과 예비소결수단 사이에 위치하고,상기 상부기판과 하부기판 중 상기 프릿유리가 도포된 기판이 안착되는 안착수단과, 상기 안착수단에 대해 상대적인 운동을 하면서 상기 기판에 도포된 프릿유리를 압착하는 압착수단, 및 상기 안착수단과 압착수단 사이의 간격을 조절하여 상기 프릿유리의 압착정도를 조절하는 조절수단을 포함하여,상기 기판에 도포된 상기 프릿유리를 건조단계 후, 및 예비소결단계 전에 압착하여 상기 프릿유리의 두께를 조절함과 아울러 평탄화하는 것을 특징으로 한다.또한, 본 발명에 따른 전자소자의 진공패키징 방법은, 형광체가 도포된 상부기판과 전자 방출용 에미터가 설치된 하부기판을 구비한 전자소자의 상기 상부기판과 하부기판의 진공패키징 방법에 있어서, 상기 상부기판과 하부기판 중 어느 하나의 기판에 프릿유리를 도포하는 제 1 단계와; 상기 기판에 도포된 프릿유리를 건조시키는 제 2 단계; 상기 건조된 프릿유리를 압착하여 상기 프릿유리의 두께를 조절함과 아울러 평탄화하는 제 3 단계; 및 상기 평탄화된 프릿유리를 예비소결하고 상기 두 기판을 정렬하며, 상기 프릿유리를 소결시켜 상기 두 기판을 실링하는 제 4 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예에 따른 "전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화 장치 및 진공패키징 방법"을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화 장치의 개략도를 도시한 도면이다. 이 진공패키징을 위한 평탄화장치는 전자소자의 진공패키징 장치에서, 상부기판 또는 하부기판 중 하나의 기판에 프릿유리를 도포하고 건조하는 수단과 상기 프릿유리를 예비소결하고 두 기판을 실링하는 수단 사이에 추가된다.

도 5를 참조하면, 진공패키징을 위한 평탄화 장치는 크게 프릿유리가 도포된 기판의 안착수단을 갖는 안착부와, 상부기판에 도포된 프릿유리의 압착수단을 갖는 압착부, 및 프릿유리의 압착상태를 파악하여 압착수단의 동작을 조절하는 제어수단을 갖는 조절부를 포함한다.

이를 보다 상세하게 설명하면, 프릿유리(530)가 도포된 기판(본 실시예에서는 상부기판(520))이 안착되는 안착수단은 받침대(570)를 구비하며, 압착수단은 압착방법으로 받침대(570)에 안착된 프릿유리(530)를 평탄화시키는 압착부(580)를 구비하며, 제어수단은 프릿유리(530)의 두께를 조절할 수 있는 장치인 스토퍼(stopper, 590) 및 조절부(595)로 구성된다. 받침대(570)는 프릿유리(530)가 도포된 상부기판(520)을 나란하게 장착하는 역할을 하며 압착부(580)와 나란하게 배치된다. 스토퍼(590)는 압착부(580)와 상부기판(520)의 간격 혹은 압착부(580)와 받침대(570)의 간격을 조절하는데 사용되며, 간격측정센서 혹은 압력측정센서 또는 압력에 견디는 물질, 예를 들면 고체 물질이 사용될 수 있다. 간격측정센서가 스토퍼로 사용될 경우는 스토퍼(590)에서 측정된 자료를 조절부(595)로 계속적으로 피드백(feedback) 시킴으로써 압착부의 상하운동을 조절할 수 있기 때문에 프릿유리(530)의 두께를 조절할 수 있다. 반면, 스토퍼(590)의 재료로 고체 물질인 금속 혹은 유리구슬도 사용할 수 있는데, 이런 경우에는 프릿유리가 도포된 상부기판(520)을 받침대(570)에 장착한 후 소정의 압력으로 압착부(580)를 받침대(570)에 방향으로 접근시킬 때, 스토퍼(590)가 먼저 상부기판(520) 혹은 받침대(570)에 닿게 되어 더 이상의 압착작용은 억제되기 때문에 프릿유리(530)의 두께를 조절할 수 있다. 조절부(595)는 압착부(580)의 상하운동을 컨트롤하는 기능을 가지며, 스토퍼(590)와 연계하여 압착부(580)를 소정의 원하는 거리만큼 상부기판(520) 혹은 받침대(570)에 접근하게 하는 명령을 내린다. 더욱 바람직하게는 조절부(595)는 컴퓨터를 구비하며 소정의 프로그램을 탑재하여 압착부(580)의 상하운동을 조절하는 역할을 수행한다.

본 발명의 평탄화 장치는 추가로 핫플레이트(560)와 이송부(565)를 구비할 수도 있다. 핫플레이트(560)는 프릿유리를 건조시키는데 사용되며, 이송부(565)는 건조된 프릿유리(530)와 상부기판(520)을 받침대(570)로 이동시키는 데 사용된다. 또한 압착부(580)에는 압착부제(Pressing Assistant, 580A), 압착부홈(580B), 압착부홀(580C)이 설치될 수 있다. 압착부제(580A)는 프릿유리(520)와 압착부(580)의 소착(sticking)을 방지하는 목적으로 사용되며, 분말상의 무기재료, 코팅박막 혹은 액체상의 유기재료가 사용될 수 있다. 코팅박막의 재료로는 산화물, 질화물, 탄소함유 고경도 재료가 사용될 수 있다. 압착부홈(580B)은 프릿유리의 압착 공정시 프릿유리가 압착부에 소착되는 것을 방지하기 위하여 압착면에서 깊이 방향으로 50 미크론내지 5mm 범위의 홈을 갖는 구조를 갖는다. 압착부홈(580C)은 프릿유리의 압착 공정시 압착부와 프릿유리로 이루어진 공간에 압축된 공기가 바깥으로 빠져나가는 통로 역할을 한다. 압착부홀(580C)의 지름은 수 mm내지 수십 mm정도가 적당하며 1개로 제한될 필요는 없다. 또한 더욱 바람직하기로는 상기 받침대(570)에는 온도 가열장치가 부착되어 프릿유리의 온도를 압착에 적당한 조건으로 조절할 수 있도록 한다.

도 6은 본 발명에 의한 전자소자 진공패키징 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 전자소자 진공패키징 방법은 상부기판(620)에 프릿유리(630)를 도포하는 단계와 도포된 프릿유리를 건조하는 단계를 포함하며, 이어서 프릿유리를 압착하여 프릿유리의 두께를 균일하게 하는 평단화하는 단계를 추가로 가지며, 프릿유리에 함유된 바인더를 태워 없애는 예비 소결단계와, 상부기판과 하부기판을 정렬시키는 단계와, 프릿유리를 소결시켜 프릿유리를 매개로 하여 상부기판과 하부기판을 본딩시키는 단계를 순차적으로 포함한다.

프릿유리(630)의 도포는 상부기판(620)에 하는 것을 원칙으로 하지만, 에미터가 설치된 하부기판에 하여도 무방하다. 일반적으로 전계발광 표시소자의 경우, 화면 영역의 대략 수 밀리미터 바깥부분에 프릿유리가 도포된다. 도포되는 프릿유리(630)의 두께는 200 미크론 내지 2000 미크론 정도가 일반적이며, 최종적으로 제작되는 패널에서 상부기판과 하부기판 사이의 간격보다는 두꺼워야 한다. 프릿유리의 도포 방법은 디스펜싱법이 일반적이며, 스크린프린팅 혹은 다른 방법으로 도포할 수도 있다.

도 6의 (a)에서 프릿유리(630)의 건조는 50℃ 내지 300℃ 로 가열된 핫플레이트(Hot plate)에 수십초 내지 수백초 동안 프릿유리가 도포된 기판을 얹어 놓음으로써 할 수 있다. 또 다른 프릿유리의 건조방법으로는 건조용 로(furnace)를 사용하거나 뜨거운 공기를 프릿유리로 향하게 하는 방법을 이용할 수도 있다.

도 6의 (b)에서 압착방법에 의한 프릿유리의 평탄화공정은 본 발명의 핵심사항으로써 시기와 방법이 중요하다. 평탄화 공정은 프릿유리의 건조단계의 말기에 이어서 하는 것이 바람직하며, 그 방법은 도 5에 도시된 바와 같이 받침대(670)와 압착부(680)가 나란하게 구비된 전자소자 진공패키징 장치에 프릿유리(530, 630)가 도포된 상부기판(520, 620)을 받침대(570, 670)에 안착하고 압착부(580, 680)를 상하로 이동시켜 압착부로 하여금 프릿유리의 표면을 눌러서 평탄화시킨다. 프릿유리가 도포된 상부기판에 나란한 형상을 갖는 압착부가 프릿유리의 표면에 접촉되어 계속적으로 누르면, 건조된 프릿유리의 내부에 잔존하던 기공이 없어지면서 동시에 프릿유리의 두께는 감소하면서 표면이 평탄화된다.

본 발명의 실시예에 의하면 프릿유리를 디스펜싱법으로 1000 미크론 두께로 1밀리미터의 유리기판에 도포한 경우 130℃로 유지한 핫플레이트에 300초 동안 건조시켰을 때 프릿유리의 표면에서 수분은 거의 제거되었으며, 프릿유리의 내부에는 아직까지 상당량의 수분이 존재하는 것을 확인하였다. 상술한 바와 같이 도포한 프릿유리의 내부에는 수분이 잔존하고 표면에는 수분이 거의 제거된 상태에서 압착부를 프릿유리에 접촉시켰을 때 프릿유리도 박리되지 않고, 프릿유리가 압착부에 붙어 떨어지지 않는 것을 확인하였다. 상기 평탄화공정의 적당한 시기는 핫플레이터의 온도, 프릿유리의 두께 및 기타 공정 조건에 따라 변할 수 있지만, 프릿유리의 건조단계 말기에 연속적으로 프릿유리의 평탄화공정을 수행하는 것이 바람직하다.

상기 프릿유리의 평탄화공정시 압축부의 이동은 연속적이거나 혹은 단속적으로 진행되어도 무관하며, 본 기술의 사상은 여기에 국한되지 않고 건조된 프릿유리의 파손을 방지하면서 두께를 균일하게 하는 여타의 방법, 예를들면 압축부 혹은 받침대를 진동시키면서 이동시키는 방법 등도 포함한다. 또한 건조시킨 프릿유리가 압축부의 접촉면에 소착되어 파손되는 문제를 해결하기 위해서 접촉부에 요철을 갖도록 하는 방법과 코팅등의 표면처리를 함으로써 소착문제를 해결하는 방법도 포함한다. 또한, 압착방법에 의한 프릿유리의 평탄화 공정시 프릿유리의 손상을 방지하기 위하여 압착공정시 미소량만 압착시키고 다시 프릿유리의 건조공정을 거친후 다시 압착하는 방법을 이용할 수도 있다. 2회 이상 교대로 프릿유리의 건조공정과 압착공정을 수행하면 프릿유리의 파손을 방지하고 프릿유리의 두께를 정확하게 조절할 수 있는 장점이 있다.

프릿유리에 함유되어 있던 바인더는 상부기판과 하부기판을 정렬시키기 이전에 수행하는 것이 바람직하며, 평탄화 공정 이후의 공정은 종래의 진공패키징 방법과 비슷하다. 예비 소결은 프릿유리에 함유된 바인더가 산소와 반응해서 태워없어지는 온도에서 수행한다. 일반적인 예비 소결 온도는 대략 330℃로 알려져 있으며, 30분동안 유지시키면 바인더가 태워 없어지면서 프릿유리의 부피가 줄어들게 된다. 예비 소결을 위한 시간은 예비 소결 온도에 따라 변하며, 예비 소결 온도가 낮아질수록 예비 소결 시간은 길어진다. 예비 소결 온도는 사용된 바인더의 종류에 따라 달라지며 280℃에서 400℃까지의 범위를 갖는다.

전계발광 표시소자에서 상부기판과 하부기판의 정렬은 형광체 픽셀과 에미터 픽셀을 1대 1로 대응시키는 것을 목적으로 상부기판과 하부기판에 이미 형성시킨 정렬키를 일치시킴으로써 편리하게 달성할 수 있다. 상부기판과 하부기판에 존재하는 정렬키는 형광체 패턴과 에미터 픽셀을 설계하는 단계에서 미리 위치시키는 것이 바람직하며, 정렬키(Alignment Key)만 정확하게 위치시키면 자동으로 형광체 픽셀과 에미터 픽셀이 1대 1로 대응되도록 한다. 상부기판과 하부기판의 정렬은 X축, Y축, Z축, 회전(rotation) 및 경사(tilting)가 가능한 스테이지(stage)에 두 개의 기판을 장착시켜 한 개의 기판은 고정시키고 대향하는 나머지 기판을 상대적으로 움직여서 정렬하며 프릿유리를 매개로 두 개의 기판이 맞닿을 때까지 이동시킨다. 프릿유리를 매개로 두 개의 기판이 접촉된 상태에서까지 상부기판과 하부기판에 존재하는 정렬키가 원하는 정밀도로 잘 정렬되어 있으면 집게 등을 사용해서 두 개의 기판이 움직이지 못하도록 고정시킨다.

프릿유리의 소결공정은 상부기판과 하부기판을 프릿유리를 매개로 본딩되게 하는 단계로 고온 공정이 필요하다. 프릿유리의 소결 온도는 프릿유리의 예비 소결 온도보다 같거나 50℃ 정도 높은 것이 일반적이다. 프릿유리의 소결시간은 30분 내외이며, 소결시 분위기는 소자를 구성하는 에미터의 열화를 방지하기 위해서불활성가스 혹은 진공중에서 행하는 것이 좋다. 프릿유리의 소결 공정 중에는 이웃하는 프릿유리의 입자가 하나로 통합되기 때문에 프릿유리의 부피가 감소하게 된다. 따라서, 프릿유리의 소결중에는 상부기판과 하부기판의 간격이 가까워지는 방향으로 압축응력을 가해서 프릿유리의 부피가 감소하는 만큼 발생하는 기공들을 충분히 제거할 수 있을 만큼 큰 힘을 인가해 주어야한다. 일반적으로 사용하는 프릿유리의 소결은 400℃ 내외에서 30분 정도 유지시킴으로써 수행할 수 있다. 또 다른 프릿유리의 소결방법은 프릿유리에 국부적인 표면가열 하는 방법이 있다. 예를 들면 레이저빔(laser beam)을 프릿유리 부분에 조사(scanning)시켜서 프릿유리의 소결 온도에 도달시켜서 프릿유리를 소결시킬 수 있다. 이때 사용하는 레이저빔의 파장(wave length)은 유리기판에는 에너지 흡수가 거의 안되고, 프릿유리에는 에너지가 대부분 흡수되는 것이 바람직하기 때문에 적외선영역의 파장을 갖는 Nd-YAG 레이저 혹은 레이저 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다. 프릿유리는 열경화성과 열가소성(thermoplastic)의 두 가지 종류가 있는데, 어느 것을 사용해도 되지만 열가소성 프릿유리를 사용하는 것이 편리하다. 열가소성 프릿유리는 한 번 소결시킨 후 냉각시킨 프릿유리를 이후에 다시 소결온도로 가열하면 프릿유리가 다시 소성(plastic property)을 갖지만, 열경화성 프릿유리는 한번 소결시켰던 프릿유리를 다시 소결 온도까지 온도를 올려도 프릿유리는 더 이상 소성을 갖지 않는다.

위에서 바람직한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의한 전자소자의 진공패키징 장치 및 방법은, 진공패키징시 종래의 공정에 비하여 다음과 갖는 우수한 효과를 갖는다. 첫째, 프릿유리의 건조공정에 이어서 압착방법으로 평탄화공정을 하면 작은 응력으로 프릿유리의 평탄화를 실현할 수 있다. 둘째, 프릿유리의 예비 소결 이전에 평탄화를 시키기 때문에 예비 소결시킨 후의 프릿유리의 두께도 균일해져서 상부기판과 하부기판의 정렬시 두 기판의 정렬이 쉬워진다. 셋째, 프릿유리의 소결을 위해서는 두 기판의 정렬 후 기판에 압축응력을 인가해야 하는데, 이때 프릿유리의 두께가 균일하면 유리기판에 걸리는 응력이 균일하게 분포되어서 유리기판이 파손될 염려가 적어진다. 넷째로, 예비 소결 후 프릿유리의 두께가 균일하기 때문에 프릿유리의 소결시 상부기판과 하부기판이 접근하는 거리가 프릿유리의 두께가 불균일한 경우보다 작아도 되며, 소결 공정 이전에 정렬한 두 기판의 상태가 프릿유리의 소결시 비틀어질 가능성이 적어져서 정밀한 위치관계를 갖는 전자소자의 진공패키징을 달성할 수 있다. 다섯째, 프릿유리의 두께가 불균일한 경우 소결 공정 후 냉각시 유리기판에 불균일한 응력을 유발시키기 때문에 유리기판의 파손을 일으키는 반면, 본 발명의방법에 의하면 예비 소결 후 프릿유리의 두께가 균일하기 때문에 프릿유리의 소결 후 냉각시 유리기판의 파손을 크게 줄일 수 있다. 여섯째, 본 발명의 방법대로 평탄화공정을 수행한 프릿유리의 소결시는 프릿유리의 국부적인 표면가열 만으로도 상부기판과 하부기판의 본딩이 가능하기 때문에 레이저빔을 사용한 국부가열 방법으로 전자소자의 진공실링을 할 수 있다.

Claims (21)

1. 프릿유리를 사용해서 상부기판과 하부기판을 진공패키징하도록 한 전자소자의 진공패키징 장치에서 상기 프릿유리를 평탄화하는 장치에 있어서,

   상기 진공패키징 장치의 프릿유리 건조수단과 정렬수단 사이에 위치하고,

   상기 상부기판과 하부기판 중 상기 프릿유리가 도포된 기판이 안착되는 안착수단과, 상기 안착수단에 대해 상대적인 운동을 하면서 상기 기판에 도포된 프릿유리를 압착하는 압착수단, 및 상기 안착수단과 압착수단 사이의 간격을 조절하여 상기 프릿유리의 압착정도를 조절하는 조절수단을 포함하여,

   상기 기판에 도포된 상기 프릿유리를 건조단계 후, 및 정렬단계 전에 압착하여 상기 프릿유리의 두께를 조절함과 아울러 평탄화하는 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 압착 본체는 상기 프릿유리를 연속적으로 압착하여 상기 프릿유리를 평탄화하면서 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 압착 본체는 상기 프릿유리를 단속적으로 압착하여 상기 프릿유리를 평탄화하면서 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 압착수단은,

   상기 안착수단에 안착된 기판에 평행한 압착면을 가지고 상하 운동하면서 상기 압착면으로 상기 프릿유리를 압착하는 압착 본체와,

   상기 압착면에 설치되어 상기 압착면과 상기 프릿유리가 소착(sticking)되지 못하도록 하는 압착부제를 포함한 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 압착부제는,

   분말상의 무기재료, 코팅박막, 및 액체상의 유기재료 중 어느 하나를 사용하여 설치하는 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화 장치.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 압착 본체는,

   상기 프릿유리의 압착 공정시 상기 프릿유리가 압착 본체에 소착되지 않도록 상기 압착면을 제외한 면이 깊이방향으로 파져있는 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화 장치.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 압착 본체에는,

   상기 프릿유리의 압착 공정시 상기 압착 본체와 프릿유리로 이루어진 공간에 압착된 공기가 바깥으로 빠져나가는 통로인 홀이 적어도 하나 이상 형성된 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 프릿유리를 압착에 적당한 온도로 가열하는 온도가열수단을 더 포함한 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화 장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 프릿유리의 압착 공정시 상기 프릿유리의 소착을 억제하기 위하여 상기 안착수단 또는 압착수단을 진동시키는 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화 장치.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 조절수단은,

    상기 압착수단을 상기 안착수단 방향으로 접근시켜 상기 프릿유리를 압착시킬 때 소정의 압착 상태가 되면 상기 압착수단의 이동을 억제하는 스토퍼와,

    상기 프릿유리의 압착상태를 파악하여 상기 압착수단의 동작을 제어하는 조절부를 포함한 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화 장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 스토퍼는,

    상기 압착수단에 적어도 2개 이상이 설치된 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화 장치.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 스토퍼는,

    간격측정센서, 압력측정센서, 또는 압착에 강한 고체물질인 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화 장치.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 프릿유리가 도포된 기판을 건조시키는 핫플레이트와,

    상기 건조된 기판을 상기 핫 플레이트에서 상기 안착수단으로 이송하는 이송부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징을 위한 평탄화 장치.
14. 형광체가 도포된 상부기판과 전자 방출용 에미터가 설치된 하부기판을 구비한 전자소자의 상기 상부기판과 하부기판의 진공패키징 방법에 있어서,

    상기 상부기판과 하부기판 중 어느 하나의 기판에 프릿유리를 도포하는 제 1 단계와;

    상기 기판에 도포된 프릿유리를 건조시키는 제 2 단계;

    상기 건조된 프릿유리를 압착하여 상기 프릿유리의 두께를 조절함과 아울러 평탄화하는 제 3 단계; 및

    상기 평탄화된 프릿유리를 예비소결하고 상기 두 기판을 정렬하며, 상기 프릿유리를 소결시켜 상기 두 기판을 실링하는 제 4 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징 방법.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 제 2 단계의 건조과정과 제 3 단계의 평탄화과정을 번갈아가며 적어도 2번 이상 수행하는 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징 방법.
16. 제 14 항에 있어서,

    상기 제 1 단계는,

    상기 기판에 도포되는 프릿유리의 두께는 200 미크론 내지 2000 미크론인 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징 방법.
17. 제 14 항에 있어서,

    상기 제 2 단계는,

    상기 프릿유리를 50℃ 내지 300℃의 온도에서 건조시키는 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징 방법.
18. 제 14 항 또는 제 17 항에 있어서,

    상기 제 2 단계는,

    상기 프릿유리가 도포된 기판을 핫플레이트에 안착하여 상기 프릿유리를 건조시키는 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징 방법.
19. 제 14 항에 있어서,

    상기 제 2 단계의 건조과정을 수행 후, 상기 프릿유리의 내부에는 수분이 잔존하고 표면에는 수분이 거의 제거된 상태에서 상기 제 3 단계의 평탄화과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징 방법.
20. 제 14 항에 있어서,

    상기 제 4 단계의 소결은,

    레이저빔을 상기 프릿유리 부분에 레이저빔을 조사시켜 국부적인 가열로 두 기판을 실링하는 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징 방법.
21. 제 14 항에 있어서,

    상기 상부기판과 하부기판에는 정렬키가 설치된 것을 특징으로 하는 전자소자의 진공패키징 방법.