KR19980084877A

KR19980084877A - Fed의 진공패키징방법

Info

Publication number: KR19980084877A
Application number: KR1019970020798A
Authority: KR
Inventors: 조영래; 오재열; 김희수; 문제도; 정효수
Original assignee: 이우복; 사단법인 고등기술연구원연구조합
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 1998-12-05

Abstract

본 발명은 FED 제조공정에 관한 것으로, 애노드전극 및 형광체가 형성된 상부기판과, 캐소드전극, 에미터 및 게이트 전극이 형성된 하부기판중 어느 하나의 실링부(B)에 프릿유리를 도포하여,상기 프릿유리를 건조 및 예비소결시켜 프릿유리에 존재한 수분과 바인더를 제거하는 단계와; 상부기판의 형광체와 하부전극의 에미터가 서로 마주보도록 스패이서를 매개로 정렬하는 단계와; 상기 실링부(B)에 열을 집중시킬 수 있도록 발열체가 배열된 로에 FED 패널을 장입하여 프릿유리가 소결될 수 있도록 가열하는 단계;를 포함하는 FED 진공패키징 방법을 제공한다.

따라서 FED의 진공패키징 공정시 프릿유리를 소결시키기 위해 FED 패널의 실링부(B)만 집중적으로 가열함으로써 에미터나 게이트 전극의 열화현상을 억제할 수 있으며, 소결시간을 단축하여 생산수율을 향상시킬 수 있는 효과를 가져올 수 있다.

Description

FED의 진공패키징 방법

본 발명은 필드 에미션 디스플레이(Field Emission Display; 이하 FED로 약칭함.)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공패키징 공정을 개선하여 프릿유리 소결시 에미터의 손상을 방지할 수 있는 FED의 진공패키징 방법에 관한 것이다.

FED는 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 FED의 구조가 도 1 에 도시되어 있다.

하부기판(10)상에 캐소드전극(12)과 게이트 전극(16)이 절연층(18)에 의해 분리되어 형성되며 도면상 표현되지 않았지만 서로 교차되어 바둑판 형상을 이루며, 절연층(18) 사이마다 팁형상의 에미터(14)가 캐소드전극(12)과 일체로 형성되며, 그 상방의 게이트 전극(16)은 게이트 구멍(20)이 형성되어 개방되어 있다.

한편, 상부기판(40) 저면에는 투명전도막의 애노드전극(42)과 형광체(44)가 형성되며, 상부기판(40)과 하부기판(10)이 다수의 스페이서(30)를 매개로하여 에미터(14)의 팁형상이 형광체(44)를 향하도록 서로 마주보게 형성되어 소위, FED 패널(100)을 이루며, 상부기판(40)과 하부기판(10) 사이에는 주공간(50)이 형성되어 있다.

또한, FED 패널(100)의 최외각부는 상부기판(40)과 하부기판(10) 사이에 매개되는 프릿유리(60)에 의해 진공패키징되어 있다.

이와같은 구조로 이루어진 FED는 캐소드전극(12)에서 전계집중이 이루어지며, 게이트 전극(16) 및 애노드전극(42)에서 전계유도가 이루어져 에미터(14)의 날카로운 팁을 통해 전자가 방출되어 형광체(44)에 충돌되면 형광물질의 최외곽전자들이 여기되고 천이되는 과정에서 발광하게 되는 것이다.

한편, 도 2는 종래의 진공패키징 공정을 도시한 공정단면도로서, 상부기판(40) 또는 하부기판(10) 중 어느 하나 혹은 양쪽의 최외곽부에 페이스트(paste)상태의 프릿유리(60)를 디스펜싱(dispensing)법 또는 스크린프린팅(screen-printing)법 등을 이용하여 소정두께로 도포한다. 이어서 건조(drying)와 예비소결과정(pre-sintering)을 거쳐서 프릿유리(60)에 포함되어 있던 수분과 바인더(binder) 성분을 제거한다.

이와같이 처리된 상부기판(40)과 하부기판(10)이 형광체(44)와 에미터(14)가 서로 마주보게하여 스페이서(30)를 매개로하여 주공간(50)이 형성되게 정렬시킨 다음 로(furnace ; 1)에 장입한다.

이어서, 400℃ 이상의 고온에서 상기 FED 패널(100)을 일정시간 유지시킴으로써 프릿유리(60)를 소결시킨다. 이어서, 배기관을 녹여서 밀폐시켜 FED 패널(100)의 진공패키징(vacumm packaging)공정이 완료된다.

그런데 이와같은 종래의 FED패널의 진공패키징 공정은 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 도 2에 도시된 바와 같이, 로(1) 내부에는 발열체(2)가 균일하게 설치되어 있어 로(1)에 장입된 FED 패널(100)은 발열체(2)에 의해 균일하게 가열되며, 프릿유리(60)를 소결시키기 위해서는 약 400℃의 고온에서 1시간 이상 유지해야 한다.

그런데 이와같이 프릿유리(60)를 소결시키는 동안 FED 패널(100)의 화면부(A) 특히 열적으로 약한 에미터가 열화(degradation)된다. 더우기 금속팁을 에미터(14)로 채용한 경우 금속팁이 산화되는 문제 뿐만 아니라 금속팁의 날카로운 부분이 무디어져 전계방출 특성이 저하되는 문제가 발생된다. 한편, 에미터로 다이아몬드박막(diamond thin film) 혹은 DLC(diamond like carbon)박막을 채용하는 경우에도 프릿유리(60)를 소결하기 위해 400℃이상으로 가열하게 되면 흑연화가 진행되어 에미션 특성이 저하된다.

둘째, 전술한 바와 같이 FED 패널(100)을 약 400℃ 이상의 고온에서 유지시키는 동안 게이트 전극(16)의 게이트 구멍(20)이 변형되거나 축소되어 게이트 전극(16)과 캐소드전극(12) 사이에 단락을 유발시켜 에미션 특성이 저하되는 또 다른 문제점을 야기한다.

셋째, 종래의 진공패키징 공정은 고온에서 이루어지므로 통상적으로 대기중에서 실링작업을 한 후 배기관(24)을 통해 패널(100) 내부에 진공을 형성해야하는 공정의 복잡함과 공정시간이 많이 소요되는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, FED 패널을 로에 장입하여 프릿유리를 소결시키는 동안 로의 발열체가 프릿유리가 존재한 영역주변에만 집중적으로 조사되도록 함으로써 프릿유리를 제외한 다른 부분 예컨대, 에미터 및 게이트 전극은 소결온도 보다 낮은 온도를 유지하도록하여 에미션 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 FED의 진공패키징 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 실링부(B)의 국부적인 가열방법을 통해 주변 온도를 낮게 유지함으로써 고진공의 챔버내에서 진공패키징 공정이 가능하도록하여 실링 및 배기공정을 한꺼번에 할 수 있어서 진공패키징 공정을 단순화할 수 있는 FED의 진공패키징 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 FED 제조공정에 있어서, 애노드전극 및 형광체가 형성된 상부기판과, 캐소드전극, 에미터 및 게이트 전극이 형성된 하부기판중 어느 하나 혹은 양쪽에 실링부(B)에 프릿유리를 도포하여 실링부(B)를 형성하고 상부기판의 형광체와 하부기판의 에미터가 서로 마주보도록 정렬하는 단계와; 상기 프릿유리를 건조 및 예비소결시켜 프릿유리에 존재한 수분과 바인더를 제거하는 단계와; 상기 실링부(B)에 열을 집중시킬 수 있도록 발열체가 배열된 로에 FED 패널을 장입하여 프릿유리가 소결될 수 있도록 가열하는 단계;를 포함하는 FED 진공패키징 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 발열체에서 생긴 열을 실링부(B)에 집속시킬 수 있도록 열의 진행방향을 유도하는 반사경이 부가되는 것을 특징으로 한다.

또한, 실링부(B)에 조사되는 열의 흡수를 원활하도록 하기 위해 실링부(B) 상면에 중간층이 마련되는 것이 바람직하다.

또한, FED 패널의 프릿유리가 도포된 실링부(B)와 화면부(A)의 온도차를 조절할 수 있도록 로 내부에 소정의 속도로 순환되는 기체를 주입하는 것이 바람직하다.

이와같이 본 발명의 FED 패널 진공패키징 방법에 따르면, 프릿유리 소결시 프릿유리가 존재한 실링부(B)는 약 400℃ 이상의 고온을 유지하게 되는 반면, 그 외 지역인 화면부(A)는 소결온도보다 약 50℃ 정도 낮은 상태를 유지한 채 진공패키징 공정이 진행된다. 따라서, 화면부(A)의 에미터나 게이트 전극은 열에 의해 손상받는 정도가 훨씬 줄어들게 되며, 특히 에미터가 금속 또는 다이아몬드 박막이나 DLC인 경우에도 산화 또는 흑연화 되는 것을 최소화 할 수 있어 진공패키징 공정으로 인한 에미션 특성의 저하를 최소화할 수 있다. 또한, 진공패키징 공정을 고진공이 유지된 챔버내에서 실시함으로써 별도의 배기공정 없이 실링공정과 배기공정을 한 번에 할 수 있기 때문에 공정의 단순화 및 시간을 단축할 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 FED 구조의 일예를 도시한 단면도,

도 2는 종래의 FED의 진공패키징 공정을 도시한 공정단면도,

도 3은 본 발명에 따른 FED의 진공패키징 공정을 도시한 공정단면도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 ; 하부기판 12 ; 캐소드전극

14 ; 에미터 16 ; 게이트 전극

18 ; 절연층 20 ; 게이트 구멍

22 ; 캐비티 (Cavity)24 ; 배기관

30 ; 스페이서(Spacer) 40 ; 상부기판

42 ; 애노드전극 44 ; 형광체

50 ; 주공간 60 ; 프릿유리

70 ; 중간층100 ; FED 패널

200 ; 로(Furnace) 210 ; 발열체

220 ; 반사경

이하 본 발명에 따른 FED의 진공패키징 방법을 첨부된 도면과 함께 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 FED의 진공패키징 공정을 도시한 공정단면도이다.

먼저, FED의 진공패키징 공정에 선행하는 제조공정을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

하부기판(10)상에 캐소드전극(12)을 증착하여 열(column)방향으로 패터닝하고, 이 캐소드전극(12) 위에 SiO₂등과 같은 절연층(18)을 화학증착법으로 형성하며, 이 절연층(18)상에 게이트 전극을 증착하여 상기 캐소드전극(12)과 직교하는 방향으로 게이트 전극(16)을 패터닝하여 캐소드전극(12)과 게이트 전극(16)이 절연층(18)에 의해 분리되어 바둑판 형상으로 형성된다.

이어지는 공정으로 상기 게이트 전극(16) 상면에 스페이서(30)를 형성하기 위해 절연층(18)을 증착한 후 통상적인 포토리소그래피공정을 통해 스페이서(30)를 패터닝하여 형성한다.

한편, 게이트 전극(16)의 일단에 다수의 게이트 구멍(20)을 형성하고, 그 게이트 구멍(20)에 의해 노출된 절연층(18)을 제거하여 캐비티(22)를 형성한다.

이렇게 하부기판(10)상에 캐소드전극(12), 절연층(18), 게이트 전극(16), 게이트 구멍(20) 및 캐비티(22)가 형성된 구조체를 회전시키면서 소정의 투사각을 갖는 전자빔 증착장치로 금속층을 형성하여 캐비티(22)의 내측에 날까로운 팁을 갖는 에미터(14)를 형성한다.

이어지는 공정으로 별도의 상부기판(40)상에 ITO투명도전막으로 형성된 애노드전극(42)을 형성하고, 그 위에 형광체(44)를 도포하여 형성한다.

전술한 공정에 의해 형성된 하부기판(10)과 상부기판(40)을 서로 마주보도록 정렬하여 진공패키징하기 위해 하부기판(10) 또는 상부기판(40) 중 어느 하나의 최외각부 즉, 실링부(B)에 페이스트 상태의 프릿유리(60)를 스페이서(30)의 높이보다 약간 더 높게 도포한 후 건조 및 예비소결을 통해 프릿유리(60) 내부에 존재하던 수분과 바인더를 제거한다.

이어서, 상기 하부기판(10)의 에미터(14)와 상부기판(40)의 형광체(44)가 서로 마주보도록 정렬시키면 스페이서(30)에 의해 주공간(50)이 형성된 FED 패널(100)이 이루어진다.

이어지는 공정에서 이와같이 제조된 FED 패널(100)은 로(200)에 장입되어 진공패키징 공정이 수행된다.

여기서, 진공패키징 공정을 수행하기 위한 로(200)는 발열체(210)가 로 내부에 균일하게 설치되지 않고 장입되는 FED 패널(100)의 실링부(B)에 집중될 수 있도록 설치되어 있다. 또한, 각 발열체(210)마다 주변에 발열체(210)에서 발생된 열을 어느 한 방향(실링부(B))으로 집속시킬 수 있도록 반사경(220)이 설치되어 있다.

따라서, FED 패널(100)을 로(200)에 장입한 후 도 3에 도시된 화살표 방향으로 일정한 압력으로 고정시킨 상태에서 발열체(210)에서 발생된 열이 실링부(B)에 집속되어 약 400℃ 이상을 유지할 수 있도록 가열한다.

이때, 상기 실링부(B)가 약 400℃ 이상으로 유지되는 동안 프릿유리(60)는 소결되며, 실링부(B)를 제외한 화면부(A)는 상기 실링부(B)보다 수십도 이상 낮은 상태를 유지한 채로 진공패키징 공정이 완료된다.

이어서 종래의 방법처럼 게터(도시되지 않음)를 활성화시켜 패널(100)을 더욱 고진공으로 만든다.

한편, 발열체(210)에서 발생된 열이 실링부(B)에만 집속되므로 국부적인 가열로 인해 실링부(B)와 화면부(A)의 경계부분의 열경사가 심해 FED 패널(100)이 손상되는 것을 방지하기 위해 실링부(B) 상면에 중간층(70)을 부가적으로 형성하는 것이 유리하다.

상기 중간층의 재질로는 열전도성이 우수한 알루미늄이 바람직하며, 알루미늄 호일(hoil)을 패널의 바깥면 전체면에 부착시키거나 혹은 열이 국부적으로 집속되는 실링부(B)와 그 경계면을 포함하는 범위에 부착되는 것도 가능하다.

또한, FED 패널(100)의 프릿유리(60)가 도포된 실링부(B)와 화면부(A)의 온도차를 조절할 수 있도록 로의 내부에 기체를 주입여 기체를 순환하는 것도 바람직하다.

상기 기체의 재질로는 따뜻한 상태의 공기, 아르곤가스 또는 질소 등이 바람직하며, 상기 기체들은 실링부와 화면부의 열전달을 차단하는 역할을 하게 되어 그 주입양을 조절함으로써 실링부(B)와 화면부(A)의 온도차를 조절하게 된다.

한편, 본 발명에 따르면 배기관이 없는 FED 패널(100)을 제조할 수 있다. 즉, 발열체(210)에서 발생된 열이 실링부(B)에만 집속되므로 진공패키징 공정의 전체온도를 낮출 수 있게 됨에 따라 고진공이 유지된 챔버내에서 진공패키징 공정이 가능하게 된다. 이는 종래의 진공패키징 공정이 높은 온도 때문에 대기중에서 진행함에 따라 별도의 배기작업을 해야하는 것에 비해 패널(100) 내부의 진공을 유지한 체로 실링부(B)를 소결시킬 수 있으므로 별도의 배기작업이 필요 없을 뿐만 아니라 배기관(24)을 형성할 필요가 없게 된다. 따라서 박형의 FED 패널(100)을 제작할 수 있다.

이하 본 발명에 따른 FED의 진공패키징 공정의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 진공패키징 공정은 프릿유리(60) 소결시 프릿유리(60)가 존재한 실링부(B)는 약 400℃ 이상의 고온을 유지하게 되는 반면, 그 외 지역인 화면부(A)는 프릿유리(60)의 소결온도보다 약 50℃ 정도 낮은 상태를 유지한 채 진행된다. 따라서, 화면부(A)의 에미터(14)나 게이트 전극(16) 주변은 소결온도인 400℃보다 상대적으로 낮은 온도에 노출되므로 종전보다 열에 의해 손상받는 정도가 훨씬 줄어들게 된다.

특히 에미터(14)가 금속팁으로 형성된 경우 소결온도인 400℃에서 일정시간 노출되면 산화반응이 일어나 에미터(14)의 특성을 저하시키게 되는데 본 발명에서는 소결온도보다 약 50℃ 정도 낮은 상태에 노출되므로 산화현상을 현격히 줄일 수 있다.

또한, 에미터(14)가 다이아몬드 박막이나 DLC인 경우에도 소결온도 보다 낮은 온도에 노출되므로 흑연화 되는 것을 최소화 할 수 있게 된다.

또한, FED 패널(100)의 진공패키징 공정을 고진공이 유지된 챔버내에서 한 번에 수행할 수 있으므로 공정시간의 단축 및 공정을 단순화 시키는 효과를 가져오게 된다. 즉, 실링과 동시에 배기공정까지 할 수 있다.

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 따르면, FED의 진공패키징 공정시 프릿유리를 소결시키기 위해 FED 패널의 실링부(B)만 집중적으로 가열함으로써 에미터나 게이트 전극의 열화현상을 억제할 수 있으며, 공정시간을 단축하여 생산수율을 향상시킬 수 있는 효과를 가져올 수 있다.

Claims

FED 제조공정에 있어서, 애노드전극 및 형광체가 형성된 상부기판과, 캐소드전극, 에미터 및 게이트 전극이 형성된 하부기판중 어느 하나 혹은 양쪽에 실링부(B)에 프릿유리를 도포하여, 실링부(B)를 형성하는 단계와;

상기 프릿유리를 건조 및 예비소결시켜 프릿유리에 존재한 수분과 바인더를 제거하는 단계와;

상부기판의 형광체와 하부전극의 에미터가 서로 마주보도록 스페이서를 매개로 정렬하는 단계와;

상기 실링부(B)에 열을 집중시킬 수 있도록 발열체가 설치된 로에 FED 패널을 장입하여 프릿유리가 소결될 수 있도록 가열하는 단계;를 포함하는 FED의 진공패키징 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 발열체에서 생긴 열을 실링부(B)에 집속시킬 수 있도록 열의 진행방향을 유도하는 반사경이 부가되는 것을 특징으로 하는 FED의 진공패키징 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 실링부(B)에 조사되는 열의 흡수를 원활하도록 하기 위해 패널 바깥면에 중간층이 마련되는 것을 특징으로 하는 FED의 진공패키징 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 중간층이 알루미늄 호일인 것을 특징으로 하는 FED의 진공패키징 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 중간층이 패널 바깥면의 전체면에 부착되는 것을 특징으로 하는 FED의 진공패키징 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 중간층이 패널 바깥면의 실링부와, 화면부와의 경계면을 포함하는 소정폭으로 부착되는 것을 특징으로 하는 FED의 진공패키징 방법.
상기 제 1 항에 있어서, 상기 FED 패널의 프릿유리가 도포된 실링부(B)와 화면부(A)의 온도차를 조절할 수 있도록 로 내부에 기체를 주입시켜 기체를 순환시키는 것을 특징으로 하는 FED의 진공패키징 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 기체는 공기, 아르곤가스, 질소가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 FED의 진공패키징 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 공정을 고진공의 챔버내에서 수행함으로써 실링공정과 배기공정을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 FED의 진공패키징 방법.