KR20000010173A

KR20000010173A - 전계방출소자용 스페이서 및 그 형성방법

Info

Publication number: KR20000010173A
Application number: KR1019980030933A
Authority: KR
Inventors: 류연수
Original assignee: 손욱; 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2000-02-15

Abstract

본 발명은 전계 방출 소자의 전면 기판과 배면 기판 사이에 배치되어 두 기판이 일정한 간격을 유지하도록 하여주는 전계 방출 소자의 스페이서 및 그 형성 방법을 기재한다. 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 스페이서 및 그 형성 방법은, 스페이서로 만들려는 유리판 상에 포토리소그래피법으로 패터닝하여 일정한 간격의 결합용 홈을 갖는 스페이스바(Glass Bar)를 형성하고, 이들 스페이스바들을 왁스를 사용하여 서로 접착한 후 Anode/Cathode Plate 접촉면을 폴리슁(Polishing)하면 원하는 두께의 스페이서를 만든 다음, 두 스페이서바(Glass Bar)가 결합되는 홈에는 미리 유리 페이스트(Glass Paste)를 바르고, 서로 뒤집어서 끼운 다음, 도가니(Furnace) 또는 레이저를 사용하여 가열(Firing)하여 접합함으로써 매트릭스 형태의 스페이스바 어레이(Spacer Bar Array)를 만든다.

Description

전계방출소자용 스페이서 및 그 형성 방법

본 발명은 전계 방출 소자(Field Emission Display)에 관한 것으로, 상세하게는 전계 방출 소자의 전면 기판과 배면 기판 사이에 배치되어 두 기판이 일정한 간격을 유지하도록 하여주는 전계 방출 소자의 스페이서 및 그 형성 방법에 관한 것이다.

전계 방출 소자(FED)는 군사용, View Finder 등에 이용되고 있으며 넓은시야각, 좋은 해상도, 저 소비전력(Low Power), 온도 안정성 등 CRT에 비해서 장점이 많기 때문에 향후 PC, PDA 단말기, 의료기기, 자동차 항법 장치(Car Navigation), HDTV 등에 널리 사용될 예정이다.

Field Emission Display(FED)는 개략적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 마이크로팁(Micro Tip)(6)이 형성된 음극판(Cathode Plate; 배면기판)(1)과 형광체(7)가 도포된 양극판(Anode Plate; 전면기판)(2)으로 구성된다. 음극판(1) 상에는 음극(8)과 절연층(9), 마이크로팁(6) 및 게이트(5)가 구비되어 있고, 양극판(2) 상에는 음극판(1)과 양극판(2) 사이의 간격을 유지하기 위한 스페이서(3)가 구비되며, 두 기판의 가장자리는 내부 공간을 진공공간으로 밀봉하기 위하여 프릿 글래스(4)로 밀봉되어 있다.

FED를 구현하기 위한 핵심 기술들로는 고성능 FEA 기술, 저전압 형광체 기술, 고 진공 실장 기술들이 있다. FED는 마이크로팁에서 방출된 전자들의 평균자유행정을 늘리기 위해 고진공 상태에서 동작되어야 하며 스크린의 면적이 증가하게 되면 이러한 고 진공하에서 휨 현상이 일어나므로 일정한 거리마다 스페이서(3)를 위치시켜야 한다. 고 진공 실장시 스페이서(3)의 재질, 모양, 높이 등은 매우 중요하다.

종래에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 양극판(2) 상에 유리 페이스트(Glass Paste)를 다층으로 인쇄하여 스페이서(Spacer)(3)를 형성하였다. 종래의 기술에 의하여 스페이서(3)의 높이를 200μm로 하기 위해서는 스크린 프린팅 및 경화(Curing) 공정을 7번 정도 반복하여 실시하여야 하므로 많은 시간이 소요되었다. 또한, 경화(Curing) 중 페이스트가 흘러 내리거나 정렬 오차로 인하여 스페이서의 Apect Ratio (높이/폭)를 1 이상으로 하기가 매우 어려웠다. 또한, 스크린 프린팅(Screen Printing) 중 정밀한 정렬(Align)이 어려워 불량이 많이 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안한 것으로, 재질, 모양 및 높이가 개선되어 스크린의 면적이 증가할수록 고진공 하에서 일어나기 쉬운 두 기판의 휨 현상을 방지하는 전계 방출 소자의 스페이서 및 그 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 FED의 개략적 구조를 보여주는 수직 단면도,

도 2는 도 1에서의 스페이서(Spacer) 확대 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 스페이서(Spacer)의 단면도 및 평면도,

도 4는 본 발명에 따른 스페이서의 조립 방법을 설명하기 위한 도면,

도 5는 도 4의 조립 방법에 따라 조립된 스페이서의 평면도,

도 6은 도 5의 스페이서가 채용된 FED의 수직 단면도,

그리고 도 7은 유리 에칭(Glass Etching) 후의 형상을 보여주는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 음극판(Cathode Plate) 2. 양극판(Anode Plate)

3. 스페이서(Spacer) 4. 프리트 글래스(Frit Glass)

5. 게이트(Gate) 6. 몰리브덴 팁(Mo Tip)

7. 형광체(Phosphor) 8. 음극

9. 절연층

11. 음극판(Cathode Plate) 12. 양극판(Anode Plate)

13. 스페이서(Spacer) 14. 프리트 글래스(Frit Glass)

15. 게이트(Gate) 16. 몰리브덴 팁(Mo Tip)

17. 형광체(Phosphor) 18. 음극

19. 절연층

21. 결합용 홈 22. 가스 유동용 홈

100. 제1스페이서바 200. 제2스페이스바

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 스페이서는, 일정한 간격으로 결합용 홈이 구비된 제1스페이서바들; 및 상기 제1스페이서바와 교차하는 방향으로 결합되되, 상기 제1스페이서바의 홈에 대응하는 결합용 홈에 의해 결합되는 제2스페이서바들;을 구비하되, 상기 제1스페이서바들 및 상기 제2스페이서바들이 매트릭스 형태로 결합된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1스페이서바들 및 제2스페이서바들은 유리로 형성되고, 상기 제1스페이서바들 및 제2스페이서바들은 각각 상기 결합용 홈들 사이에 가스의 유동성을 보장하기 위한 홈들이 더 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 스페이서 형성 방법은, (가) 유리판을 식각하여 각각 일정한 간격으로 결합용 홈이 구비된 제1스페이서바들 및 제2스페이서바들을 형성하는 단계; (나) 상기 제1 및 제2스페이서바의 홈에 페이스트를 바른 후 이 스페이서바들을 서로 뒤집어 상기 홈끼리 맞춰 끼운 후 가열하여 격자형 스페이서를 형성하는 단계; 및 (다) 상기 격자형 스페이서바를 제작하고자 하는 전계 방출 소자의 양극판 상에 접착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 (가) 단계는 상기 유리판 상에 포토레지스트를 이용한 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 이루어지고, 상기 유리판은 HF 계열의 식각액을 사용하여 식각하는 것이 바람직하며, 상기 (가) 단계 및 상기 (나) 단계 사이에, 상기 제1스페이서바 및 제2스페이서바들의 가장자리를 폴리슁(polishing)하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 (나) 단계에서 상기 페이스트로는 유리 페이스트를 사용하고, 상기 가열은 도가니 혹은 레이저를 이용하여 가열하는 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 스페이서 및 그 형성 방법을 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 스페이서는 도 3에 도시된 바와 같은 구조를 갖는다. 여기서, (a)는 스페이서의 상부 평면도이고, (b)는 스페이서의 정면도이며, (c)는 스페이서의 하부 평면도이다. 즉, 스페이서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 각각 일정한 간격으로 결합용 홈(21)이 구비된 제1스페이서바(100) 및 제2스페이스바(200)가, 도 5에 도시된 바와 같이, 매트릭스 형태로 결합되어 형성된다. 이 때 결합시에는 각각 홈끼리 결합된다. 그리고 제1스페이서바들(100) 및 제2스페이서바들(200)은 각각 유리로 형성된다. 특히, 제1스페이서바들(100) 및 제2스페이서바들(200)의 결합용 홈(21)들 사이에는 가스의 유동성을 보장하기 위한 홈들(22)이 형성되는 것이 바람직하다. 이는 전계 방출 소자의 두 기판 사이에 형성되는 공간을 진공으로 만들 때 공기의 유통 경로가 된다.

다음에, 이상과 같은 구조의 전계 방출 소자의 스페이서는 다음과 같은 방법으로 형성된다.

먼저, 스페이서로 만들려는 유리판 상에 포토레지스트를 코팅한 후 패터닝하여 도 3에 도시된 바와 같은 스페이스바(Glass Bar)를 형성한다. 포토레지스트가 제거된 부분의 유리를 HF계열의 식각액을 사용하여 선택적으로 제거한 후, 잔류 포토레지스트를 제거하면 도 7에 도시된 바와 같은 모양의 스페이서바들이 형성된다. 이렇게 제작된 스페이스바들을 왁스를 사용하여 서로 접착한 후 Anode/Cathode Plate 접촉면을 폴리슁(Polishing)하면 원하는 두께의 스페이서를 만들 수 있다.

두 스페이서바(Glass Bar)가 결합되는 홈에는 미리 유리 페이스트(Glass Paste)를 바른 후, 도 4에 도시된 바와 같이 서로 뒤집어서 끼운 다음, 도가니(Furnace) 또는 레이저를 사용하여 가열(Firing)하여 접합한다. 이와 같이 하면, 도 5에 도시된 바와 같은 스페이스바 어레이(Spacer Bar Array)(매트릭스)를 만들 수 있다.

다음에, 이렇게 제작된 스페이서를 유리 페이스트를 사용하여 양극판(Anode Plate)에 접착한 후 레이저나 도가니(Furnce)를 사용하여 가열(Firing)하면 FED용 스페이서를 형성할 수 있다.

이상과 같은 방법을 제작된 FED는 기존의 CRT와 유사한 방식으로 동작한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 음극(18)으로부터 전자들이 방출되어 투명한 전면 기판(12) 상에 형성되어 있는 형광체(17)에 충돌함으로써 광을 발생하게 된다. CRT의 경우 단 하나의 전자총을 가지며, 스크린 까지의 거리가 멀어 스크린의 크기가증가할수록 튜브의 부피와 무게도 증가하게 된다. 반면에, FED에 있어서는 각각의 픽셀이 별도의 전자총들을 갖는데 이들은 마이크로 팁의 어레이들로 구성된다. 게이트(15)에 걸리는 정전압에 의해 이들 전자총으로부터 전자가 방출되어 보다 강한 정전압이 걸려있는 형광체(17) 쪽으로 가속되어 충돌한다. Fowler-Nordheim 이론에 의하면 방출전류는 방출전류의 일함수에 강하게 의존한다. 또한, 방출표면의 청결도와 균일도도 매우 중요하다. 즉, FED 공정에 이용되는 재료들은 최상의 청결도를 유지하여야 한다. 기존의 형광체 재료인 황이 방출 소자에 도포되면 팁의 손상이 일어나므로 FED용 저전압형광체로서 황성분이 없는 형광 재료들이 거론되고 있다. 한편, 대부분의 FED는 고진공 수준(10^-7torr 정도) 상태로 유지됨으로써 방출전자들의 평균자유행정을 늘리고, 팁의 물리 화학적 오염이나 손상을 방지할 수 있어야 한다. 스크린의 면적이 증가하게 되면 이러한 고 진공하에서 휨현상이 일어나므로 일정한 거리마다 스페이서를 위치시켜야 하며 그 높이는 보통 200μm정도로 하며 고전압용 형광체를 사용하는 경우 수㎜로 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 스페이서 형성 방법은, 스페이서로 만들려는 유리판 상에 포토리소그래피법으로 패터닝하여 일정한 간격의 결합용 홈을 갖는 스페이스바(Glass Bar)를 형성하고, 이들 스페이스바들을 왁스를 사용하여 서로 접착한 후 Anode/Cathode Plate 접촉면을 폴리슁(Polishing)하면 원하는 두께의 스페이서를 만든 다음, 두 스페이서바(Glass Bar)가 결합되는 홈에는 미리 유리 페이스트(Glass Paste)를 바르고, 서로 뒤집어서 끼운 다음, 도가니(Furnace) 또는 레이저를 사용하여 가열(Firing)하여 접합함으로써 매트릭스 형태의 스페이스바 어레이(Spacer Bar Array)를 만든다. 따라서, 다음과 같은 장점들이 있다.

첫째, 스페이서의 제작이 매우 용이해진다.

둘째, 스페이서의 위치 정렬이 용이하고 정확도를 높일 수 있다.

셋째, 스페이서 형성 공정의 시간을 크게 줄일 수 있다.

넷째, 스페이서의 Aspect Ratio(높이/폭)를 크게 할 수 있다.

다섯째, 스페이서의 높이 조절이 용이하다.

여섯째, 스페이서바의 상하에 있는 홈을 통하여 진공 배기가 용이해진다.

Claims

일정한 간격으로 결합용 홈이 구비된 제1스페이서바들; 및

상기 제1스페이서바와 교차하는 방향으로 결합되되, 상기 제1스페이서바의 홈에 대응하는 결합용 홈에 의해 결합되는 제2스페이서바들;을

구비하되, 상기 제1스페이서바들 및 상기 제2스페이서바들이 매트릭스 형태로 결합된 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 스페이서.
제1항에 있어서,

상기 제1스페이서바들 및 제2스페이서바들은 유리로 형성된 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 스페이서.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1스페이서바들 및 제2스페이서바들은 각각 상기 결합용 홈들 사이에 가스의 유동성을 보장하기 위한 홈들이 더 형성된 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 스페이서.
(가) 유리판을 식각하여 각각 일정한 간격으로 결합용 홈이 구비된 제1스페이서바들 및 제2스페이서바들을 형성하는 단계;

(나) 상기 제1 및 제2스페이서바의 홈에 페이스트를 바른 후 이 스페이서바들을 서로 뒤집어 상기 홈끼리 맞춰 끼운 후 가열하여 격자형 스페이서를 형성하는 단계; 및

(다) 상기 격자형 스페이서바를 제작하고자 하는 전계 방출 소자의 양극판 상에 접착하는 단계;를

포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 스페이서 형성 방법.
제4항에 있어서,

상기 (가) 단계는 상기 유리판 상에 포토레지스트를 이용한 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 스페이서 형성 방법.
제4항 또는 제5항에 있어서,

상기 (가) 단계에서 상기 유리판은 HF 계열의 식각액을 사용하여 식각하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 스페이서 형성 방법.
상기 (가) 단계 및 상기 (나) 단계 사이에, 상기 제1스페이서바 및 제2스페이서바들의 가장자리를 폴리슁(polishing)하는 단계;를

더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 스페이서 형성 방법.
제4항에 있어서,

상기 (나) 단계에서 상기 페이스트로는 유리 페이스트를 사용하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 스페이서 형성 방법.
제4항에 있어서,

상기 (나) 단계에서 상기 가열은 도가니 혹은 레이저를 이용하여 가열하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 스페이서 형성 방법.