KR19990054461A - 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법에 관한 것으로, 스페이서가 고정될 위치에 형성되는 마스크홀의 크기가 구형 스페이서의 직경보다 작게 형성된 스크린 프린팅용 마스크를 형성하는 단계와, 스크린 프린팅 공정으로 고착제를 도포하여 스페이서가 고정될 위치에 고착제 도트를 기판상에 형성하는 단계와, 상기 스크린 프린팅용 마스크와 피치가 동일하며 마스크홀의 크기가 구형 스페이서의 직경보다 크게 형성된 스페이서 고정용 마스크를 고착제 도트가 형성된 기판상에 정렬하는 단계와, 구형의 스페이서를 상기 스페이서 고정용 마스크 상에 뿌려 마스크홀에 삽입하여 고착제 도트에 부착시키는 단계와, 상기 고착제 도트에 함유된 수분 및 바인더성분을 가열공정으로 제거하는 단계를 포함한다.

따라서, 본 발명에 따르면 간단한 스크린 프린팅방법으로 구형의 스페이서를 손쉽게 원하는 장소에 정확하게 고정시킬 수 있으며, 종래의 유전체 페이스트를 사용해서 형성하는 스페이서 제조공정에 비해서 소자의 오염을 줄일 수 있기 때문에 패널 제작시 수율(yeild)을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법

본 발명은 전계효과 전자방출 표시소자(Field Emission Display)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1차적으로 스페이서를 위치시키고자 하는 장소에 스크린 프린팅 방법으로 스페이서 고착제 도트를 형성시키고 2차적으로 스페이서가 통과할 수 있는 크기의 마스크홀이 뚫린 마스크를 사용해서 스크린 프린팅하여 스페이서를 원하는 장소에 정확하게 위치시킬 수 있는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 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.

캐소드 기판(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)에는 게이트 구멍(20)이 형성되어 개방되어 있다.

한편, 애노드 기판(40) 저면에는 투명전도막(ITO막)의 애노드 전극(42)과 형광막(44)이 형성되며, 애노드 기판(40)과 캐소드 기판(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 캐소드 기판(10)상에 캐소드 전극(12), 절연층(18) 게이트 전극(16)을 증착한 구조에 게이트 구멍(20) 및 캐비티(24)를 형성하고, 캐소드 기판(10)을 회전시키면서 소정의 투사각을 갖는 전자빔 증착장치를 이용하여 몰리브덴(Mo)을 증착하여 상기 캐비티(24)의 내측에 마이크로팁 형상의 에미터(14)를 형성한다.

한편, 별도의 애노드 기판(40)상에 ITO 투명도전막으로 형성된 애노드 전극(42)을 형성하고 그 위에 형광체(44)를 도포하여 형성한 후, 애노드 기판(40)과 캐소드 기판(10)이 서로 서로 일정한 간격으로 유지한 채 마주볼 수 있도록 캐소드 기판(10)의 게이트 전극(16) 상면에 복수개의 스페이서(30)를 형성한 다음 그 위에 애노드 기판(40)을 접합하여 FED 패널을 형성한다. 한편, FED 패널의 가장자리를 봉착제(70)로 봉입한 후 내부에 진공이 형성될 수 있도록 배기구(24)를 통해 배기시켜 고진공 패키징을 한다.

특히, 스페이서(30)는 형광체(44)가 도포된 애노드 기판(40) 혹은 에미터(14)가 형성되어 있는 캐소드 기판(10)의 소정 위치에 유전체 페이스트를 몇차례의 스크린 프린팅 공정으로 도포한 후 소성시켜 스페이서(30)를 형성한다. 스페이서(30)의 높이는 애노드 기판(40)과 캐소드 기판(10) 사이의 간격을 결정하기 때문에 스페이서(30)는 수백미크론에서 수천미크론의 높이를 갖는다.

그런데 전술한 종래의 스페이서 제조공정은 스페이서(30)를 스크린 프린팅 방법으로 형성하기 위해서는 스프린 프린팅 공정과 열처리 공정을 교대로 반복적으로 수차례 수행해야 하므로 공정에 많은 시간이 걸리고 이미 형성된 소자가 장시간의 주변환경(스크린 프린팅 및 열처리 환경)에 노출되기 때문에 소자가 오염되기 쉽다. 따라서 패널 제작시 소자의 오염으로 인해서 수율(yeild)이 많이 떨어지는 단점이 있었다.

따라서 본 발명은 전술한 종래의 단점을 해결하기 위한 것으로, 고착제와 구형의 스페이서를 순차적으로 스크린 프린팅 함으로써 구형의 스페이서를 원하는 장소에 정확하게 형성할 수 있으며, 패널의 진공도를 원활하게 유지할 수 있는 스페이서 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법에 있어서, 스페이서가 고정될 위치에 형성되는 마스크홀의 크기가 구형 스페이서의 직경보다 작게 형성된 스크린 프린팅용 마스크를 형성하는 단계와, 스크린 프린팅 공정으로 고착제를 도포하여 스페이서가 고정될 위치에 고착제 도트를 기판상에 형성하는 단계와, 상기 스크린 프린팅용 마스크와 피치가 동일하며 마스크홀의 크기가 구형 스페이서의 직경보다 크게 형성된 스페이서 고정용 마스크를 고착제 도트가 형성된 기판상에 정렬하는 단계와, 구형의 스페이서를 상기 스페이서 고정용 마스크 상에 뿌려 마스크홀에 삽입하여 고착제 도트에 부착시키는 단계와, 상기 고착제 도트에 함유된 수분 및 바인더성분을 가열공정으로 제거하는 단계를 포함하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법을 제공한다.

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 2c는 본 발명에 따른 스페이서 제조공정에 선행하는 공정을 간략히 도시한 공정도,

도 3a 내지 3e는 본 발명에 따른 스크린 프린팅 공정으로 스페이서를 고정시키는 공정을 도시한 공정 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 >

10 ; 캐소드 기판 30 ; 스페이서(Spacer)

32 ; 고착제 도트 40 ; 애노드 기판

42 ; 애노드 전극 44 ; 형광체

50 ; (스페이서 고정용)마스크 52 ; 마스크홀

60 ; (스크린 프린터용)마스크 62 ; 마스크홀

이하 본 발명에 따른 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법을 첨부된 도면과 함께 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조공정에 선행하는 공정을 간단히 설명하면 다음과 같다.

도 2a는 캐소드 기판을 제조하는 공정을 도시한 공정 단면도로서, 캐소드 기판(10)상에 캐소드 전극(12)을 증착하여 열(column)방향으로 패터닝하고, 이 캐소드 전극(12) 위에 SiO₂등과 같은 절연층(도면상 미도시됨.)을 증착법으로 형성하며, 이 절연층상에 게이트 전극(16)을 증착하여 상기 캐소드 전극(12)과 직교하는 방향으로 게이트 전극(16)을 패터닝하여 캐소드 전극(12)과 게이트 전극(16)이 절연층에 의해 분리되며 바둑판 형상으로 배열 형성된다.

도 2b는 홀과 캐비티 그리고 에미터를 형성하는 공정을 도시한 공정 단면도로서, 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. 이어서, 선행 공정에 의해 캐소드 기판(10)상에 캐소드 전극(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 날카로운 팁을 갖는 에미터(14)를 형성한다.

도 2c는 애노드 기판을 형성하기 위한 공정을 도시한 공정 단면도로서, 애노드 기판(40)상에 ITO투명도전막으로 형성된 애노드 전극(42)을 형성하고, 그 위에 형광체(44)를 도포하여 소정 형상으로 패터닝한다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 스페이서 제조 공정을 도시한 도면으로서, 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 애노드 전극(42) 및 형광체(44)가 패터닝된 애노드 기판(40)상에 스크린 프린팅용 마스크(60)를 정렬시킨다. 상기 마스크(60)상에 형성되는 마스크홀(62)은 스페이서(30)가 고정될 위치에 형성되며, 그 크기가 구형 스페이서(30)의 직경보다 작게 형성된다.

이어서, 상기 애노드 기판(40) 상에 스크린 프린팅 공정으로 고착제를 도포하여 지름이 50∼100㎛되는 고착제 도트(32)를 형성한다. 상기 고착제 도트(32)는 스페이서(30)가 고정될 예정인 위치에 형성된다. 상기 고착제 도트(32)의 재질은 진공 패키징을 위해 봉착제(70) 소결시 봉착제(70)의 소성변형이 일어날 때 동시에 스페이서(30)의 고착제(32)의 소성변형도 일어날 수 있도록 봉착제(70)의 재질과 동일한 것이 바람직하며, 통상적으로 봉착제(70)로서 프릿유리 등이 이용된다고 했을 때 상기 고착제 도트(32)의 재질도 프릿유리인 것이 바람직하다.

이어서, 도 3c 및 3d에 도시된 바와 같이, 고착제 도트(32)가 형성된 애노드 기판(40)상에 스페이서 고정용 마스크(50)를 정렬시킨다. 상기 스페이서 고정용 마스크(50)는 상기 스크린 프린팅용 마스크(60)의 피치와 동일하게 형성되며, 마스크홀(52)의 크기가 구형 스페이서(30)의 직경보다 크게 형성된다. 즉, 상기 마스크홀(52)의 지름은 구형의 스페이서(30) 지름의 1.1∼2배의 범위로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 마스크홀(52)의 지름은 상부가 하부보다 크게 테이퍼지도록 형성하여 스페이서(30)가 쉽게 삽입되도록 한다. 상기 마스크(50)의 두께는 구형의 스페이서(30) 지름의 1 ∼1.5배의 범위로 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 마스크(50)와 애노드 기판(40)의 긴밀한 접촉을 위해 마스크(50)를 자성재료로 형성하고 애노드 기판(40) 뒷면에 영구자석(도면상 미도시됨)을 부착하는 것도 가능하다.

이어서, 상기 구형의 스페이서(30)를 상기 스페이서 고정용 마스크(50) 상에 뿌린 후 스크린 프린터용 스퀴즈(squeeze)를 사용해서 구형의 스페이서(30)가 마스크홀(52)을 통해서 하나씩 들어가도록 한다. 또다른 방법으로는 스퀴즈 대신 압축공기를 사용해서 구형의 스페이서(30)를 마스크홀(52)에 넣을 수도 있다.

상기 구형상의 스페이서(30) 재질은 유리가 바람직하며 부도체인 재료도 사용 가능하다. 상기 마스크홀(52)에는 구형의 스페이서(30)가 들어가지 않는 곳도 생긴다. 따라서 미리 마스크홀(52)의 숫자를 많이 형성함으로써 이를 해결할 수 있다.

한편, 또다른 실시예로서 도트 형상으로 고착제를 고착시키는 것을 대신하여 스트라이프 형상으로 고착제를 도포한 후 스페이서(30)를 고정하는 것도 가능하다. 스트라이프 형상으로 고착제를 도포하면 폭이 30∼80㎛가지 줄일 수 있는 장점이 있다.

한편, 스크린 프린팅하기 전에 상기 애노드 기판(40)상에 형성된 소자의 오염을 방지하기 위해 마스크홀(52)을 제외한 부분에 포토레지스트 재질의 보호층(도면상 미도시됨)을 사진식각공정으로 형성한 다음 스크린 프린팅하는 것이 바람직하다.

전술한 공정에서는 애노드 기판상에 스페이서(30)를 형성하는 공정을 설명하고 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않고 스페이서(30)가 캐소드 기판(10) 상에 형성되는 것도 가능하다.

또한, 애노드 기판(40)상에 먼저 형광체(44)를 도포하여 패터닝한 후 스페이서(30)를 형성하는 방법뿐만이 아니라 애노드 기판(40)상에 먼저 전술한 바와 같은 제조공정으로 스페이서(30)를 형성한 후 형광체(44)를 도포하는 것도 가능하다.

이어서, 가열공정을 통해 고착제(32)에 함유된 수분 및 바인더를 제거하여 스페이서(30)를 고정시킨다.

이어서, 도 3e에 도시된 바와 같이, 어느 일측 기판에 스페이서(30)가 형성된 캐소드 기판(10)과 애노드 기판(40)을 정렬시킨 후 진공 패키징 공정으로 접합하여 FED 패널을 형성한다.

상기 진공 패키징 공정은 배기공정을 통해 패널의 진공을 유지하면서 이루어지며, 프릿유리 재질의 봉착제(70)를 약 400℃ 이상의 온도에서 소결하여 패널을 밀봉시킨다. 이때 소정 압력으로 애노드 기판(40)과 캐소드 기판(10)을 압착하게 되는데 프릿유리 재질로 이루어진 고착제(32)도 소결온도에서 소성변형이 일어나 패널간의 내부간격이 스페이서(30)와 동일하게 형성된다.

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 간단한 스크린 프린팅방법으로 스페이서를 손쉽게 원하는 장소에 정확하게 고정시킬 수 있다.

또한, 유리 재질로 이루어진 구형의 스페이서를 이용하면 종래의 유전체 페이스트를 사용해서 형성하는 스페이서 제조공정에 비해서 소자의 오염을 줄일 수 있기 때문에 패널 제작시 수율(yeild)을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (14)

1. 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법에 있어서, 스페이서가 고정될 위치에 형성되는 마스크홀의 크기가 구형 스페이서의 직경보다 작게 형성된 스크린 프린팅용 마스크를 형성하는 단계와, 스크린 프린팅 공정으로 고착제를 도포하여 스페이서가 고정될 위치에 고착제 도트를 기판상에 형성하는 단계와, 상기 스크린 프린팅용 마스크와 피치가 동일하며 마스크홀의 크기가 구형 스페이서의 직경보다 크게 형성된 스페이서 고정용 마스크를 고착제 도트가 형성된 기판상에 정렬하는 단계와, 구형의 스페이서를 상기 스페이서 고정용 마스크 상에 뿌려 마스크홀에 삽입하여 고착제 도트에 부착시키는 단계와, 상기 고착제 도트에 함유된 수분 및 바인더성분을 가열공정으로 제거하는 단계를 포함하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스페이서 재질은 유리볼(glass ball)인 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 고착제 도트의 재질은 봉착제의 재질과 동일한 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 고착제 도트의 재질은 프릿유리인 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 스페이서가 애노드 기판상에 형성되는 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 스페이서가 캐소드 기판상에 형성되는 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 스페이서는 애노드 기판상에 형광체를 도포한 후 형성되는 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 스페이서는 애노드 기판상에 형광체를 도포하기 전에 형성되는 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 스페이서 고정용 마스크의 마스크홀의 지름은 구형의 스페이서 지름의 1.1∼2배의 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 마스크홀의 지름은 상부가 하부보다 크게 테이퍼진 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 스페이서 고정용 마스크의 두께는 구형의 스페이서 지름의 1 ∼1.5배의 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 스페이서 고정용 마스크와 기판의 긴밀한 접촉을 위해 기판 뒷면에 영구자석이 부착되는 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 기판상에 형성된 소자의 오염을 방지하기 위해 스크린 프린팅 형성 전에 마스크홀을 제외한 부분에 보호층을 형성하는 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 고착제를 스트라이프 형상으로 스크린 프린팅해서 스페이서를 고정하는 것을 특징으로 하는 전계효과 전자방출 표시소자의 스페이서 제조방법.