KR19990054929A - 유리기판 사이의 접합을 이용한 전계방출표시소자 진공 실장 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고진공 장치 내에서의 유리기판 사이의 접합을 이용한 전계방출표시소자의 진공 실장(Vacuum Packaging)에 관한 것으로, 종래의 배기용 관을 사용하는 경우에 발생하는 여러 가지 문제점, 즉, 봉입시 발생하는 미세한 가스에 의해서도 패널 내부의 진공도가 크게 영향을 받게 되며, 또한 배기용 관의 일부가 전계방출표시소자에 남아 패널의 두께가 두꺼워지게 되고, 관의 길이와 구멍 크기에 의해서 가스 배기가 방해를 받는 등의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 전계방출표시소자 진공실장(Vacuum Packaging) 장치 및 방법은 배기를 할 수 있는 구멍이 미리 형성되어 있는 전계방출표시소자를 고진공 장치 내부에 장착하고, 고온 배기를 통해 전계방출표시소자 패널 내부의 가스분자를 모두 배기한 후, 유리 기판 조각을 전계방출표시소자의 구멍에 맞닿게 하고 일정한 온도에서 직류 전압을 인가하여 유리-유리 접합을 수행하므로써, 전계방출표시소자의 진공 실장이 이루어진다.

이로써, 전계방출표시소자의 진공실장이 용이하게 달성될 수 있고, 소자 패널 사이의 진공도가 향상되는 등 우수한 특성의 전계방출표시소자를 제공할 수 있다.

Description

유리기판 사이의 접합을 이용한 전계방출표시소자 진공 실장 장치 및 방법

본 발명은 유리기판 조각 사이의 접합을 이용한 고진공 장치 내에서의 전계방출표시소자 진공 실장 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것으로, 배기를 할 수 있는 구멍이 미리 형성되어 있는 전계방출표시소자를 고진공 장치 내부에 장착하고, 고온 배기를 통해 전계방출표시소자 패널 내부의 가스분자를 모두 배기한 후, 유리 기판 조각을 전계방출표시소자의 구멍에 맞닿게 하고 일정한 온도에서 직류 전압을 인가하여 유리-유리 접합을 수행함으로써 전계방출표시소장의 진공 실장을 달성한다.

현재까지 전계방출표시소자의 진공 실장 기술로는 음극관 진공 실장 방법이 기본적으로 이용되고 있다. 배기용 관을 이용해 소자 내부에 존재하던 가스분자를 소자의 외부로 배기한 후 소자를 펌핑장치와 분리하기 위해 배기용 관을 절단하고 실링을 하게 된다. 이와 같은 공정을 봉입 공정이라고 하는데, 봉입 공정은 두 단계로 나눌 수 있다. 첫 단계는 펌프를 동작시킨 상태에서 봉입할 부분의 배기용 관을 국부적으로 가열해 반 용융 상태로 녹이는 공정이고, 다음 단계는 소자내의 기밀을 유지하도록 배기용 세관을 절단하고 실링하는 공정이다. 봉입시 배기용 관은 일단 고체 상태에서 반 용융 상태로 되었다가 다시 고체 상태로 돌아오기 때문에 이 과정에서 소량의 가스가 발생한다.

종래의 음극관 진공 실장에 사용되는 배기용 관(tube)을 이용하여 전계방출표시소자를 진공 실장할 때에는, 전계방출표시소자는 음극관과 비교해 내부 체적이 매우 작기 때문에 음극관에서는 큰 문제가 되지 않는 전술한 바와 같은 봉입시 발생하는 미세한 가스에 의해서도 패널 내부의 진공도가 크게 영향을 받게된다. 또한 전계방출표시소자에서 요구되는 내부 진공도는 10^-6torr 이상 이어야 하는데, 배기용 세관이 봉해지는 순간 발생한 가스중 진공 실장 전계방출표시소자 측에서 발생한 가스는 더 이상 배기되지 못하므로 소자 내부의 진공도를 감소시키게 된다. 또한, 배기용 관의 일부가 전계방출표시소자에 남아 패널의 두께가 두꺼워지게 되고, 배기용 관의 길이에 의해서 가스 배기가 방해 받는 등 여러 가지 문제점들이 발생한다.

본 발명은 전술한 것과 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고진공도가 유지되는 고진공 장치 내부에서 고온 배기를 통해 전계방출표시소자 패널 내부의 가스분자를 모두 배기한 후 유리 기판 조각을 전계방출표시소장의 구멍에 맞닿게 하고 직류 전압을 인가하여 유리-유리 접합을 수행하므로써 전계방출표시소자를 용이하게 진공실장 할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 진공실장 장치를 이용하므로써, 전계방출표시소자의 진공실장을 용이하게 달성할 수 있고, 소자 패널 사이의 진공도가 향상되는 등 우수한 특성의 전계방출표시소자를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 유리기판 사이의 접합을 이용한 전계방출표시소자 진공 실장을 위한 고진공 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의한 전계방출표시소자 진공 실장을 위한 고진공 장치를 이용한 유리기판 사이의 접합 순서도를 도시한다.

도 3 는 본 발명에 따라 유리기판 사이의 접합을 이용한 전계방출표시소장의 진공 실장을 위한 고진공 장치에 의하여 제작된 진공 실장된 전계방출표시소자를 도시한다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 진공 쳄버(chamber) 2 : 연결관

3 : 진공 펌프 4 : 온도 조절 장치

5 : 온도 조절 장치 6 : 소자 가열장치

7 : 유리기판 조각 가열장치 8 : 온도 센서(thermal couple)

9 : 온도 센서(thermal couple) 10 : 전계방출표시소자 고정대

11 : 유리기판 조각 고정대 12 : 유리기판 조각 고정대 구동 받침대

13 : 직류 전압 공급 장치 14 : 전계방출표시소자

15 : 전극용 금속 박막 16 : 실리콘 박막

17 : 유리 기판 조각

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 유리기판 조각 사이의 접합을 이용한 고진공 장치 내에서의 전계방출표시소자 진공 실장 장치는, 진공 쳄버, 고진공 배기를 할 수 있는 진공 펌프, 상기 쳄버와 진공펌프를 연결해주는 연결관, 고온 배기공정과 동시에 전계방출표시소자와 접합될 유리 기판 조각을 가열할 수 있는 가열 장치, 기판의 온도를 알 수 있는 온도 센서, 온도 센서로부터 온도를 읽어들여 가열장치에 적정한 전력을 공급하는 온도 조절 장치, 전계방출표시소자와 접합될 유리 기판 조각에 직류 전압을 인가할 수 있는 직류 전압 공급 장치, 전계방출표시소자를 고정해 주는 전계방출표시소자 고정대, 접합될 유리 기판 조각을 장착할 수 있는 유리 기판 조각 고정대 및 상기 유리기판 조각 고정대를 구동하기 위한 받침대로 구성된다. 전술한 진공 펌프로는 로타리 펌프, 터보 펌프 또는 크라이오 펌프등이 사용될 수 있으나 그에 한정되지는 아니한다.

또한 상기 장치를 이용하여 유리기판 사이를 접합하므로써 전계방출표시소자를 진공 실장하는 방법은, 전계방출표시소자에 배기를 할 수 있는 구멍을 미리 형성하는 공정과, 전계방출표시소자의 배기용 구멍이 형성된 캐소드 뒷면에 전극용 금속 박막을 형성하는 공정과, 금속 박막위에 접합에 관여하는 실리콘 박막을 형성하는 공정과, 전계방출표시소자와 구멍을 실장할 유리 기판 조각을 고진공 장치 내부에 장착하는 공정과, 350℃∼400℃ 정도의 온도에서 고진공 장치를 10^-8∼3×10^-8torr 정도의 진공도로 배기하는 공정과, 250℃∼300℃ 정도의 유리-유리 접합온도를 유지하는 공정과, 유리 기판 조각을 전계방출표시소자의 구멍에 맞닿게 하는 공정과, 200~400V직류 전압을 인가함으로써 유리-유리 접합을 수행하는 공정으로 이루어진다. 위에서 배기용 구멍을 형성하기 위하여 직접 드릴을 이용하거나, 아크를 이용할 수 있으며, 상기 아크를 이용한 구멍 형성 방법은 수산화칼륨(KOH)수용액에 유리 기판을 넣고 10V정도의 직류전압이 인가된 바늘형 전극을 유리 기판 표면 가까이 접근시키면, 유리기판과 수산화칼륨 수용액 사이에서 불꽃(arc)이 발생하면서 유리에 구멍이 생긴다.

이와 같은 본 발명에 의한 유리기판 조각 사이의 접합을 이용한 고진공 장치 내에서의 전계방출표시소장의 진공 실장 장치 및 방법에 대해 첨부도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 전계방출표시소자 진공실장 방법에서는 전계방출표시소자의 배기용 구멍이 형성된 캐소드 뒷면에 전극용 금속 박막을 형성하고, 그 금속 박막 위에 접합에 관여하는 실리콘 기판을 형성한 후 고진공 장치 내에서 고온 배기를 통해 전계방출표시소자 패널 내부의 가스분자를 모두 배기시킨다. 그런 다음, 접합할 유리 기판 조각을 상기 실리콘 박막에 서로 맞닿게 하고 일정 온도에서 일정 직류 전압을 인가하면 실리콘 박막-유리 계면에서 접합이 형성되므로써, 전계방출표시소자의 진공 실장이 달성된다.

유리 기판은 나트륨이나 리듐과 같은 이온화 경향이 큰 금속 원소들을 포함하고 있는 재료들로 제조된다. 실리콘 박막과 유리 기판 쌍을 맞닿게 한 후, 일정 이상의 온도로 증가시키면 유리 기판 내부의 금속 원소는 이온화 되어 정전하를 가진 이온 상태로 존재하게 된다. 이 때, 외부에서 유리 기판에 음극의 직류 전압을 인가하고 실리콘 박막에 양극의 직류 전압을 인가하면 실리콘-유리 양단에 걸리는 전계에 의하여 유리기판 조각내의 이온화된 급속 이온은 음극으로 이동하게 되고 실리콘 박막내의 전자는 양극으로 이동하게 되어, 실리콘-유리 경계면에 공간 전하 영역이 형성된다. 이 공간 전하에 의하여 강한 정전력이 발생하게 되고, 이 힘에 의해 유리 기판 내의 산소 원자가 유리 표면으로 당겨져 유리-실리콘 경계면에서 실리콘과 Si-O 원자 결합을 이루게 되어 실리콘과 유리 기판사이에 접합이 일어나게 된다.

이하에서는 본 발명에 의한 유리기판 조각 사이의 접합을 이용한 전계방출표시소자 진공 실장 장치의 한 실시예를 도 1을 참고하여 상세하게 설명한다.

상기 장치는 도 1 에 도시한 바와 같이 진공을 유지할 수 있는 진공 쳄버(1), 고진공 배기를 할 수 있는 진공 펌프(3), 쳄버와 진공펌프를 연결해주는 연결관(2), 고온 배기공정과 동시에 전계방출표시소자(14)와 접합될 유리 기판 조각(17)을 가열할 수 있는 가열 장치(6)(7), 기판의 온도를 알 수 있는 온도 센서(8)(9), 온도 센서(8)(9)로부터 온도를 읽어들여 가열장치에 적정한 전력을 공급하는 온도 조절 장치(4)(5) 및 전계방출표시소자(14)와 접합될 유리 기판 조각(17)에 직류 전압을 인가할 수 있는 직류 전압 공급 장치(13)으로 이루어진다.

또한, 상기 장치는 전계방출표시소자(14)를 고정해 주는 전계방출표시소자 고정대(10)와 접합될 유리 기판 조각을 장착할 수 있는 유리 기판 조각 고정대(11) 및 유리 기판 조각 고정대(11)를 상·하로 구동하는 받침대(12)를 추가로 구비한다.

다음으로 상기 장치를 이용하여 전계방출표시소자를 진공 실장하는 방법에 관하여 도 2를 참고하여 설명한다.

도 2a 에 도시한 바와 같이 배기용 구멍이 형성된 캐소드(cathode) 뒷면에 전극용 금속 박막(15)이 형성되어 있고, 그 금속 박막 위에 접합에 관여하는 실리콘 박막(16)이 형성되어 있는 전계방출표시소자(14)를 전계방출표시소자 고정대(10)에 장착하고, 배기용 구멍을 실장할 유리 기판 조각(17)을 유리 기판 조각 고정대(11)에 장착한다. 진공쳄버(1) 내부가 10^-8∼ 3×10^-8torr 정도의 진공도를 가지도록 진공 펌프(3)를 이용해 진공 쳄버(1) 내부를 배기한 후, 가열 장치(6)(7)를 이용한 350℃∼400℃ 온도에서의 고온 배기를 통하여 전계 방출표시소자 패널 내부의 가스분자를 모두 배기한다.

다음으로, 도 2b 에 도시한 바와 같이 온도 조절 장치(4)(5)를 이용하여 온도를 서서히 감소시켜 250∼300℃ 정도의 유리-유리 접합온도를 유지하면서, 상·하 이동가능한 받침대(12)를 이용해 유리 기판 조각 고정대(11)를 위로 이동시키므로써, 접합될 유리 기판 조각(17)을 전계방출표시소자의 구멍에 맞닿게 한다. 그런 다음 유리 기판 조각(17)에는 음극을 연결하고 전극용 금속 박막(15)에는 양극을 연결하여 직류 전압 공급 장치(13)를 이용해 200∼400V의 직류전압을 인가하면 전술한 바와 같이 유리-유리 경계면이 Si-O원자결합에 의하여 접합되므로써, 전계방출표시소자의 진공 실장을 달성할 수 있다.

도 3은 본 발명에 의한 유리기판 조각 사이의 접합을 이용한 고진공 장치 내에서의 전계방출표시소장의 진공 실장 방법을 통하여 종래에서와 같은 배기용 관을 사용하지 않고 용이하게 배기 공정과 실장 공정이 이루어진 전계방출표시소자(14)를 도시하고 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 고진공 장치 내에서 전계방출표시소자를 진공 실장시키기 위하여 유리기판 조각 사이의 접합을 이용하므로써, (1) 배기용 세관을 사용하지 않기 때문에 배기에 결정적인 영향을 미치는 배기 컨덕턴스를 향상시킬 수 있으며, 이러한 배기 컨덕턴스 향상은 배기시간이 단축되는 장점을 가진다. (2) 일반적으로 종래의 전계방출표시소자의 진공실장에서는 배기용 세관의 봉입시 생기는 가스의 영향으로 진공도가 10 내지 100배 정도 악화되는 것으로 알려져 있으나, 본 발명은 고체상태에서의 진공실장방법이므로 가스의 발생이 없으며, 따라서 진공도가 향상된다. (3) 또한, 전계방출표시소자는 일정 이상의 내부 진공도를 유지하기 위하여 패널 내부에 게터(getter)를 장착하여야 하는데, 종래의 진공실장 방법에 의하면 게터 장착을 위하여 별도의 구멍을 뚫는 등의 추가공정이 필요하지만, 본 발명에 의하면 접합될 유리기판에 직접 게터(getter)를 장착한 후 실장함으로써 공정이 단순해진다는 장점을 가진다.

Claims (11)

1. 쳄버(1)와,

   상기 쳄버를 고진공 상태로 만드는 진공펌프(3),

   상기 쳄버내부의 일측에 배치되어 있는 전계방출표시소자 수용부로서, 상기 수용부는 양 패널중 하나에 배기용 구멍이 형성되어 있는 전계방출표시소자(14)를 가열하기 위한 소자 가열장치(6)와, 전계방출표시소자를 지지하기 위한 고정대(10)를 포함하는 전계방출표시소자 수용부와,

   상기 전계방출표시소자 수용부에 대향하여 상기 쳄버내에 배치되며, 전계방출표시소자의 상기 배기용 구멍에 접합될 유리기판 조각(17)을 지지하는 유리기판 조각 고정대(11)와, 상기 유리기판 조각 고정대를 상기 전계방출표시소자 수용부방향으로 구동하기 위한 고정대 구동 받침대(12) 및 상기 유리기판 조각을 가열하기 위한 유리기판 조각 가열장치(7)를 포함하는 유리기판 조각 수용부와,

   상기 소자 가열장치(6)와 전계방출표시소자 고정대(10)에 연결되어, 상기 소자의 온도를 측정하고 소자 가열장치를 통하여 소자를 소정온도로 조절하는 소자 온도 조절장치(5)와,

   상기 유리기판 조각 가열장치(7)와 유리기판 조각 고정대(11)에 연결되어, 유리기판 조각의 온도를 측정하고 유리기판 조각 가열장치를 통하여 유리기판 조각을 소정온도로 조절하는 유리기판 조각온도 조절장치(4), 및

   상기 전계방출표시소자에는 양극(+)이, 접합되어야 하는 유리기판 조각에는 음극(-)이 연결되어 소자 및 유리기판 조각에 직류전압을 공급하기 위한 전원공급장치(13),로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계방출표시소자 진공 실장 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 장치가 상기 전계방출표시소자 고정대(10)에 부착되어 전계방출표시소자(14)의 온도를 측정하기 위한 센서(8) 및 상기 유리기판 조각 고정대(11)에 부착되어 유리기판 조각(17)의 온도를 측정하기 위한 센서(9)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출표시소자 진공 실장 장치.
3. 상기 제 1 항 또는 2 항에 의한 장치를 사용하여 전계방출표시소자를 진공실장하는 방법으로서,

   상기 전계방출표시소자의 양 패널중 하나에 배기를 할 수 있는 배기용 구멍을 미리 형성하는 공정과,

   상기 전계방출표시소자의 배기용 구멍이 형성된 캐소드 뒷면에 상기 배기용 구멍을 둘러싸는 전극용 금속 박막을 형성하는 공정과,

   상기 금속 박막상에 접합에 관여하는 실리콘 박막을 형성하는 공정과,

   상기 전계방출표시소자 및 구멍을 실장하기 위한 유리 기판 조각을 진공쳄버 내부에 장착하는 공정과,

   상기 쳄버내부가 10^-8∼3×10^-8torr의 진공도를 가지도록 상기 쳄버내부를 배기하고, 350℃∼400℃의 온도에서 상기 전계방출표시소자 패널 내부의 가스분자 및 유리기판 조각 내부의 가스분자를 모두 고온 배기하는 공정과,

   상기 전계방출표시소자와 유리기판 조각의 온도를 서서히 감소시켜 250~300℃ 정도의 유리-유리 접합온도를 유지하는 공정과,

   상기 유리 기판 조각을 전계방출표시소자의 배기용 구멍에 맞닿게 하는 공정과,

   상기 전계방출표시소자측과 접합될 유리기판 조각 사이에 200∼400V의 직류 전압을 인가함으로써 유리-유리 접합을 수행하는 공정,으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계방출표시소자 진공 실장 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 드릴을 이용한 방법 및 아크를 이용한 방법중에서 선택되는 한 방법에 의하여 상기 배기용 구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출표시소자 진공 실장 방법.
5. 재 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 배기용 구멍을 1 내지 4개 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출표시소자 진공 실장 방법.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 전계방출표시소자 및 유리기판 조각을 상기 전계방출표시소자 고정대 및 유리기판 조각 고정대에 각각 고정시키므로써 쳄버내에 장착하는 것을 특징으로 하는 전계방출표시소자 진공 실장 방법.
7. 제 3 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 전계방출표시소자 고정대를 이용하여 상기 전계방출표시소자의 전극용 금속 박막에 양극(+)을 인가하고, 유리기판 조각 고정대를 이용하여 유리기판 조각에 음극(-)을 인가하는 것을 특징으로 하는 전계방출표시소자 진공 실장 방법.
8. 제 3 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 전계방출표시소자 고정대 및 유리기판 조각 고정대에 온도 센서를 장착하여 전계방출표시소자 캐소드 뒷면 및 유리기판 조각의 온도를 측정하고, 상기 온도조절장치 및 가열장치를 이용하여 전계방출표시소자 및 유리기판 조각을 소정 온도로 조절하는 것을 특징으로 하는 전계방출표시소자 진공 실장 방법.
9. 제 3 항에 있어서, 상기 유리-유리 접합시 전계방출표시소자와 유리 기판 조각의 온도를 같게 유지하는 것을 특징으로 하는 전계방출표시소자 진공 실장 방법.
10. 제 3 항에 있어서, 상기 진공펌프로 로타리 펌프, 터보 펌프, 크라이오 펌프에서 선택되는 하나의 펌프를 이용하는 것을 특징으로 하는 전계방출표시소자 진공 실장 방법.
11. 제 3 항에 있어서, 상기 유리기판 조각 고정대 구동 받침대를 전계방출표시소자쪽으로 구동하므로써, 유리 기판 조각 고정대상에 놓여진 유리기판 조각을 상기 전계방출표시소자의 배기용 구멍에 맞닿게 하는 것을 특징으로 하는 전계방출표시소자 진공 실장 방법.