KR20010025880A - 전계 방출 표시소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

전계 방출 표시소자의 제조방법은, 준비된 캐소드 기판과 애노드 기판의 봉착 위치에 인듐 페이스트를 도포하는 단계와, 인듐 페이스트를 소성하여 페이스트 내부의 유기물질을 제거하는 단계와, 캐소드 기판과 애노드 기판을 챔버 내부에 장착하는 단계와, 챔버 내부를 고진공 및 고온 분위기로 형성하여 캐소드 기판과 애노드 기판을 밀착시킴과 동시에 배기시키는 단계와, 챔버 내부를 서냉시킨 후 진공을 해제하고, 봉착된 캐소드 기판과 애노드 기판을 챔버 외부로 인출하는 단계를 포함한다.

상기 인듐은 다른 금속에 비해 녹는점이 낮고, 용융시 가스 발생이 극히 적기 때문에 진공 챔버 내부에서 캐소드 기판과 애노드 기판을 접합시킬 봉착 재료로 적합하다. 이로서 잔류 기체 발생을 최소화하면서 진공 챔버 내부에서 효과적으로 봉착 과정을 수행하여 표시소자 내부의 진공도를 높일 수 있다.

Description

전계 방출 표시소자의 제조방법 {Manufacturing method of field emission display}

본 발명은 전계 방출 표시소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 봉착 과정에서의 배기 시간을 단축시키며, 표시소자 내부의 진공도를 향상시켜 표시소자의 수명 특성과 동작 특성을 향상시킬 수 있는 전계 방출 표시소자의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 전계 방출 표시소자(FED;Field Emission Display)는 양자역학적인 터널링 효과를 이용하여 캐소드 전극에 형성된 에미터에서 전자를 방출시키고, 방출된 전자는 애노드 전극에 형성된 형광막에 충돌하여 이를 발광시킴으로써 소정의 화상을 구현하는 표시소자이다.

이러한 전계 방출 표시소자는 에미터를 포함하는 전자 방출용 냉음극 부분인 캐소드 기판과, 애노드 전극과 형광막을 포함하는 양극 부분인 애노드 기판을 스페이서 등과 함께 조립하여 제조되는데, 이 때, 표시소자의 내부는 10^-7∼10^-10토르(torr) 정도의 고진공을 유지하여야 한다.

고진공이 요구되는 이유는, 표시소자 내부의 잔류 기체가 에미터의 일함수(work function) 값을 변동시켜 전자방출 특성을 저하시키며, 강한 전계 도출에 의해 잔류 가스가 이온화되면서 방출 전자의 궤적을 변경시키거나 또는 양 이온에 의해 에미터 팁을 스퍼터링시킬 수 있고, 잔류 가스에 의해 형광막의 수명이 현저하게 저하되기 때문이다.

전계 방출 표시소자의 일반적인 고진공 실장 기술은 다음과 같다.

먼저, 캐소드 기판과 애노드 기판을 정렬 배치하고, 두 기판의 정합 부분에 글래스 프리트를 도포한다. 상기한 글래스 프리트는 대부분 유리가루나 SiO₂, B₂O₃, PbO 등을 주성분으로 한다.

그리고 각 글래스 프리트 별로 설정된 온도에 맞도록 대략 450∼600 ℃에 이르기까지 서서히 가열하고, 일정 온도가 되면 두 기판간에 봉합이 이루어진다. 그 후에 표시소자를 상온에 이르기까지 서서히 냉각한다.

이와 같이 일단 밀봉된 표시소자는 배기관을 이용하여 진공 장치와 연결되고, 고진공 상태에서 다시 수시간 동안 고온 열처리를 거쳐 잔류 오염 기체를 제거한다. 그리고 요구된 진공도에 이르면 표시소자를 상온으로 냉각하고, 배기관을 가열, 밀봉함으로써 진공 실장 공정을 완료한다.

그러나 전계 방출 표시소자는 캐소드 기판과 애노드 기판 사이의 간격이 극히 좁고, 스페이서에 의해 내부가 막힌 구조를 이루기 때문에, 배기가 잘 되지 않거나 배기 시간이 오래 걸리는 한계가 있다.

따라서 이와 같은 한계를 극복하고자, 진공 챔버 내부에서 캐소드 기판과 애노드 기판을 봉착시키는 방법이 연구되었다. 그러나 봉착 재료로 통상적인 글래스 프리트를 사용하는 경우, 진공속에서 상기 글래스 프리트가 용융될 때 가스를 발생시키므로, 이 때 발생된 가스가 표시소자 내부에 잔류하여 진공도를 오히려 저하시키는 문제를 유발한다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은 용융시 가스 발생이 극히 적은 봉착 재료를 이용하여 진공 챔버 내부에서 캐소드 기판과 애노드 기판을 봉착시킴으로써 배기 시간을 단축시키고, 표시소자의 진공도를 높여 표시소자의 동작 특성과 수명 특성을 향상시킬 수 있는 전계 방출 표시소자의 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 의해 완성된 전계 방출 표시소자의 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 전계 방출 표시소자의 제조방법을 나타낸 공정도.

도 3은 캐소드 기판의 단면도.

도 4는 애노드 기판의 단면도.

도 5는 인듐 페이스트의 인쇄 단계를 나타내는 개략도.

도 6∼도 7은 챔버 내부에 장착된 캐소드 기판과 애노드 기판의 개략도.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

준비된 캐소드 기판과 애노드 기판의 봉착 위치에 인듐 페이스트를 도포하는 단계와,

도포된 인듐 페이스트 내부의 유기물질을 제거하는 단계와,

상기 캐소드 기판과 애노드 기판을 챔버 내부에 장착하는 단계와,

상기 챔버 내부를 고진공 및 고온 분위기로 형성하여 캐소드 기판과 애노드 기판을 밀착시킴과 동시에 배기시키는 단계와,

상기 챔버 내부를 서냉시키고 진공을 해제하는 단계와,

봉착된 캐소드 기판과 애노드 기판을 챔버 외부로 인출하는 단계를 포함하는 전계 방출 표시소자의 제조방법을 제공한다.

상기한 인듐은 다른 금속에 비해 녹는점이 낮으면서 용융시 발생되는 가스가 극히 적기 때문에, 진공 챔버 내부에서 캐소드 기판과 애노드 기판을 접합시킬 봉착 재료로 적합하다. 이로서 표시소자 내부의 진공도를 효과적으로 향상시켜 표시소자의 동작 특성과 수명 특성을 향상시키는 장점을 갖는다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의해 완성된 전계 방출 표시소자의 단면도로서, 전계 방출 표시소자는 냉음극 부분인 캐소드 기판(10)과, 양극 부분인 애노드 기판(20) 및 이들을 일체로 봉착시키는 봉착재(30)를 포함한다.

보다 상세하게, 상기 캐소드 기판(10)은 하부 기판(12)과, 하부 기판(12) 표면에 스트라이프 패턴으로 형성되는 캐소드 전극(14)과, 캐소드 전극(14) 위에 형성되며 전자방출 물질로 이루어지는 에미터(16)를 포함하며, 상기 애노드 기판(20)은 투명한 상부 기판(22)과, 상부 기판(22)의 안쪽 표면에 캐소드 전극(14)과 수직한 스트라이프 패턴으로 형성되는 애노드 전극(24)과, 애노드 전극(24) 표면에 형성되는 형광막(26)을 포함한다.

상기 캐소드 전극(14)과 애노드 전극(24)의 교차 영역이 하나의 화소를 구성함에 따라, 각각의 화소 구동에 필요한 펄스 신호전압을 캐소드 전극(14)과 애노드 전극(24)에 인가하면, 이들 캐소드 전극(14)과 애노드 전극(24) 사이에 형성된 강한 전계에 의해 에미터(16)에서 전자(점선으로 도시)를 방출시키고, 방출된 전자는 형광막(26)에 충돌하여 이를 발광시킴으로써 소정의 화상을 표현하게 된다.

여기서, 본 실시예는 인듐을 주성분으로 하는 봉착재(30)를 제공한다. 상기 인듐은 다른 금속에 비해 녹는점이 낮고 용융시 가스를 거의 발생시키지 않기 때문에, 진공 챔버 내부에서 캐소드 기판과 애노드 기판을 접합시킬 봉착 재료로 적합한 특성을 갖는다.

도 2는 본 발명에 의한 전계 방출 표시소자의 제조방법을 나타낸 공정 순서도로서, 전계 방출 표시소자를 제작하기 위하여, 먼저 캐소드 기판과 애노드 기판을 제작한다.

도 3을 참고하여 캐소드 기판(10)의 제조방법을 살펴보면, 하부 기판(12)의 표면에 인듐 틴 옥사이드(ITO)를 증착하고 부분 에칭하거나, 은(Ag) 페이스트를 스크린 인쇄하여 스트라이프 패턴의 캐소드 전극(14)을 형성하고, 이후 애노드 전극과 교차할 부분에 그라파이트 또는 다이아몬드상 카본(DLC;Diamond-Like Carbon)을 증착하여 에미터(16)를 형성하며, 캐소드 전극(14) 사이사이로 격벽용 페이스트를 인쇄하고 열처리하여 하부 격벽(32a)을 형성한다.

그리고 애노드 기판(20)의 제조방법은, 도 4에서 도시하는 바와 같이, 상부 기판(22)의 표면에 인듐 틴 옥사이드를 증착하고 부분 에칭하여 스트라이프 패턴의 애노드 전극(24)을 형성하고, 애노드 전극(24) 표면으로 형광체 페이스트를 인쇄하고 열처리하여 형광막(26)을 형성하며, 이어서, 격벽용 페이스트를 애노드 전극(24) 사이사이로 인쇄하여 상부 격벽(32b)을 형성하는 과정으로 이루어진다.

다음으로, 캐소드 기판(10)과 애노드 기판(20)의 봉착을 위한 봉착 재료를 준비한다. 상기 봉착 재료는 상, 하부 기판을 구성하는 글래스보다 녹는점이 낮고, 용융시 가스 발생이 극히 적은 물질이 적합하며, 특히 본 실시예는 봉착 재료의 주성분으로 인듐을 사용한다.

상기 인듐은 상온 및 대기압 아래에서 녹는점이 156.8 ℃로서, 다른 금속에 비해 녹는점이 낮으며, 상기 녹는점에서 가스를 거의 발생시키지 않으므로 봉착 재료로 적합하다. 이러한 인듐을 주성분으로 하여 인쇄 작업에 용이한 점성을 가지도록 인듐 페이스트를 제조하며, 일례로 상기한 인듐 페이스트는 대략 인듐 분말 40 중량%와 스크린 오일 60 중량%로 이루어진다.

상기와 같이 제조된 인듐 페이스트(34)를 일례로 5에서 도시하는 바와 같이, 애노드 기판(20)이 부착될 캐소드 기판(10)의 둘레부에 소정의 폭으로 인쇄한다.

그리고 인듐 페이스트(34)가 인쇄된 캐소드 기판(10)을 소성로에 투입하고, 5∼30 분 동안 350∼450 ℃의 조건하에서 인듐 페이스트(34)를 소성하여 인듐 페이스트(34) 내부의 유기물질을 제거한다.

다음으로, 도 6에서 도시하는 바와 같이, 캐소드 기판(10)과 애노드 기판(20)을 챔버(40) 내부에 장착한다. 상기 챔버(40)는 캐소드 기판(20)과 애노드 기판(30)을 장착하기 위한 한쌍의 고정대(42)를 구비하며, 캐소드 기판(10)과 애노드 기판(20)이 일체로 접합될 수 있도록 한쌍의 고정대(42) 가운데 어느 하나는 상승 및 하강이 가능한 구조로 이루어진다.

상기한 캐소드 기판(10)과 애노드 기판(20)은 캐소드 전극(14)과 애노드 전극(24)이 수직으로 교차하면서 일정한 간격을 두고 서로 마주하도록 한쌍의 고정대(42)에 각각 장착되며, 일례로 도시하는 바와 같이, 한쌍의 고정대(42) 가운데 상승 및 하강이 가능한 상부 고정대(42a)에 애노드 기판(20)을 장착하고, 챔버(40)에 고정된 하부 고정대(42b)에 캐소드 기판(10)을 장착할 수 있다.

이와 같이 캐소드 기판(10)과 애노드 기판(20)을 챔버(40) 내부에 장착한 다음, 챔버(40)와 연결된 배기 장치(44)를 구동하여 챔버(40) 내부를 배기시킨다. 상기 배기 장치(44)는 로터리 펌프와 확산 펌프가 연결된 구조로 이루어질 수 있으며, 상기 배기 장치(44)를 구동하여 챔버(40) 내부를 10^-7∼10^-10토르(torr)가 될때까지 배기시킨다.

그리고 도시하지 않은 가열 히터를 이용하거나 램프의 빛을 집속시켜 캐소드 기판(10)에 도포된 인듐이 녹을때까지 챔버(40) 내부의 온도를 300∼500 ℃로 상승시키고, 인듐이 녹으면 도 7에서 도시하는 바와 같이, 애노드 기판(20)이 장착된 상부 고정대(42a)를 캐소드 기판(10) 방향으로 하강하여 애노드 기판(20)을 캐소드 기판(10)에 부착시킨다.

상기한 애노드 기판(20)의 하강으로 인하여 캐소드 기판(10)과 애노드 기판(20)은 용융된 인듐에 의해 가접합되고, 이후 챔버(40) 내부를 서냉시키면 용융된 인듐이 고착화된다. 이로서 캐소드 기판(10)과 애노드 기판(20)은 내부를 고진공으로 유지한 상태에서 일체로 봉착된다.

이 때, 상기한 인듐은 대기압에서의 녹는온도가 다른 금속에 비해 낮기 때문에 챔버 내부와 같은 진공 상태에서는 더욱 낮은 온도에서 녹게 되므로 온도 상승에 소요되는 전력 소모를 낮출 수 있으며, 용융시 가스를 거의 발생시키지 않기 때문에 챔버 내부의 진공도에 거의 영향을 미치지 않는다.

이와 같이 캐소드 기판(10)과 애노드 기판(20)의 봉착이 완료되면, 챔버(40) 내부의 진공을 해제시키고, 봉착된 캐소드 기판(10)과 애노드 기판(20)을 챔버(40) 외부로 인출시켜 이후의 공정을 수행한다. 이로서 도 1에서 도시하는 것과 같은 전계 방출 표시소자를 완성한다.

상기에서는 2극관 구조의 전계 방출 표시소자를 중심으로 제조 방법을 설명하였으나, 3극관 구조에 해당하는 캐소드 기판과 애노드 기판을 제작하고, 이후의 공정을 상술한 바와 같이 진행하는 것으로 3극관 구조의 전계 방출 표시소자 또한 용이하게 제작할 수 있다.

상기와 같이 인듐을 주성분으로 하는 봉착재를 사용함에 따라 본 실시예는 잔류 기체 발생을 최소화하면서 진공 챔버 내부에서 효과적으로 봉착 과정을 수행할 수 있으며, 표시소자 내부의 진공도를 효과적으로 높일 수 있다.

이로서 표시소자 내부의 진공도 향상으로 에미터의 전자방출 성능을 높여 화면의 휘도를 향상시키며, 각 전극들과 형광막의 수명 저하를 방지하여 표시소자의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.

또한 본 실시예는 기판에 배기홀을 형성할 필요가 없으므로 배기홀 형성 공정과 배기관의 절단 등과 같은 공정을 생략할 수 있어, 전계 방출 표시소자의 제조 공정을 보다 단순화시키는 장점을 갖는다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 의한 제조방법은 진공 챔버 내부에서 캐소드 기판과 애노드 기판을 봉착시킬 때, 잔류 기체 발생을 최소화하여 표시소자 내부의 진공도를 효과적으로 향상시킬 수 있다. 따라서 에미터의 전자방출 성능을 높이고, 각 전극들과 형광막의 수명 저하를 방지하여 표시소자의 동작 특성과 수명 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 준비된 캐소드 기판과 애노드 기판의 봉착 위치에 인듐 페이스트를 도포하는 단계와;

   도포된 인듐 페이스트 내부의 유기물질을 제거하는 단계와;

   상기 캐소드 기판과 애노드 기판을 챔버 내부에 장착하는 단계와;

   상기 챔버 내부를 고진공 및 고온 분위기로 형성하여 캐소드 기판과 애노드 기판을 밀착시킴과 동시에 배기시키는 단계와;

   상기 챔버 내부를 서냉시키고 진공을 해제하는 단계와;

   봉착된 캐소드 기판과 애노드 기판을 챔버 외부로 인출하는 단계를 포함하는 전계 방출 표시소자의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 챔버 내부를 고진공으로 형성하는 단계는, 챔버 내부가 10^-7∼10^-10토르(torr)가 되도록 배치 장치를 구동시키는 것으로 이루어지는 전계 방출 표시소자의 제조방법.