KR20080053827A - 면광원 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

Abstract

온도가 다른 복수의 영역을 구비하는 단일 공정 로를 포함하는 면광원 제조 장치로서, 상기 로는 제1온도로 광원 몸체를 소성하는 소성 영역과, 상기 제1온도 보다 낮은 제2온도로 광원 몸체를 배기하는 진공 배기 영역과, 상기 제2온도 보다 낮은 제3온도로 광원 몸체에 방전 가스를 주입하는 방전 가스 주입 영역을 포함하는 면광원 제조 장치를 제공한다. 또한, 제1온도로 광원 몸체를 소성하는 단계와, 상기 제1온도 보다 낮은 제2온도로 광원 몸체를 진공 배기하는 단계와, 상기 제2온도 보다 낮은 제3온도로 광원 몸체에 방전 가스를 주입하는 단계를 포함하는 면광원 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 복수의 고온 공정을 위하여 다수의 로에서 수행되던 면광원 제조 공정을 하나의 단일 로에서 통합적으로 수행할 수 있으며, 면광원의 열충격성 및 내구성을 증진시킬 수 있다.

면광원, 제조 공정, 열이력

Description

면광원 제조 장치 및 제조 방법{APPARATUS FOR FABRICATING SURFACE LIGHT SOURCE, AND FABRICATING METHOD OF SURFACE LIGHT SOURCE}

도 1은 기존의 면광원 제조 공정을 도시한 순서도.

도 2는 도 1의 공정에 따른 공정별 온도 변화 그래프.

도 3은 도 1의 공정에 이용된 제조 장치의 모식도.

도 4는 본 발명에 따른 면광원 제조 방법을 도시한 순서도.

도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 면광원 제조 장치의 모식도.

도 6은 본 발명에 따른 또 다른 면광원 제조 장치의 모식도.

도 7은 본 발명의 면광원 제조 방법에 따른 공정별 온도 변화 그래프.

도 8a 내지 8e는 본 발명에 따른 공정별 면광원의 형태를 보인 모식적 단면도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

210: 소성부 220: 진공 배기부

230: 방전가스 주입부 310, 320: 기판

325a: 가스 주입팁 325b: 배기팁

330: 밀봉 부재

본 발명은 면광원 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것으로, 공정이 단순화되고 공정 중 온도의 상승과 하강이 반복되지 않는 새로운 면광원 제조 방법 및 이를 구현할 수 있는 제조 장치에 관한 것이다.

액정표시장치는 다른 발광형 디스플레이와 달리 자체적으로 빛을 내지 못하기 때문에 별도로 백라이트를 필요로 한다.

액정표시장치에 사용되는 백라이트에는 다양한 광원이 사용되고 있으며, 세관형 벌브 내부에 냉음극을 봉입한 냉음극 형광램프(CCFL), 냉음극 대신 열음극을 채용한 열음극 형광램프(HCFL), 복수의 세관형 밸브 외부에 공통 전극을 채용한 외부전극 형광램프(EEFL) 등이 있다. 최근에는 세관형 벌브 대신에 평판형 기판으로 방전 공간을 형성한 면광원 장치(FFL)가 제안되고 있다.

백라이트용 광원은 소비 전력이 낮으면서 발광 효율이 우수하여야 하며, 휘도가 높고 휘도 균일성이 확보되어야 한다.

냉음극 형광램프는 발광 효율이 떨어지는 단점이 있고, 외부전극 형광램프는 소비 전력이 큰 문제가 있다. 열음극 형광램프는 소비 전력이 낮고 방광 효율이 우수하지만 백라이트에 사용되기 위해서는 복수의 램프가 필요하여 제조상의 어려움이 있다. 반면, 평판형 면광원 장치의 경우 광원 몸체에 다수의 방전 채널을 형성하여 제조 공정 자동화 및 대량 생산이 용이하고, 대면적화가 유리하다.

기존에 평판형 면광원 장치의 제조 공정은 도 1에 도시한 바와 같이, 평판형 기판의 소성, 두 기판 봉착, 봉착된 기판의 진공 배기 및 봉착된 기판 내부에 방전 가스를 주입하는 단계를 거쳤다.

가시광에 대하여 투광성을 갖는 기판 표면에 형광체를 도포하고, 형광체에 포함된 바인더(binder)를 열분해시켜 제거하기 위해 고온에서의 소성 공정(도 2의 I 단계)을 거친다. 이러한 소성 공정은 약 580℃ 의 온도로 진행된다. 그 다음, 상온에서 두 기판의 접합을 통해 밀폐된 방전 공간을 형성하기 위하여 상온에서 적어도 하나의 기판의 가장자리에 프릿(frit)을 도포하고 두 기판을 합본한 후 배기팁(tip) 및 게터팁을 부착한다. 그 다음 약 480℃ 의 온도에서 프릿을 녹여 두 기판을 봉착시킨다(도 2의 II 단계). 그 다음, 봉착된 기판의 일면에 형성되어 있던 게터팁에 게터를 삽입하고 게터팁을 상온에서 밀봉시킨 후, 두 기판에 의하여 형성되는 내부 공간을 진공 상태로 배기시킨다. 배기 공정은 약 380℃ 의 온도로 진행된다(도 2의 III 단계).

그 다음, 상온에서 배기팁을 실링한 후 게터 플래싱(flashing) 과정을 통해 게터 내의 수은을 방전 공간 내로 주입시킨다. 마지막으로, 두 기판에 의하여 형성된 내부 공간에 방전 가스를 균일하게 확산시키기 위하여 약 400℃ 의 온도에서 수은 확산 과정을 거치게 된다(도 2의 IV 단계).

이상의 각 단계는 도 3에 도시한 바와 같은 제조 시스템(100)에서 각각 별개로 구분되어 있는 소성로(110), 기판봉착로(120), 진공배기로(130) 및 방전가스확산로(140)를 통해 수행되는데, 각각의 로(furnace)를 통과하는 과정에서 기판(또는 기판이 합본된 몸체)는 도 2의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 상온에서 고온으로 다시 고온에서 상온으로 변화되는 열이력(thermal history)을 경험할 수밖에 없다. 이와 같이 온도의 가변이 급격하게 이루어지는 제조 상황에서는 최종적인 제품의 열충격에 대한 저항성 및 이물질에 대한 내식성 등이 취약하게 되는 문제가 있다.

또한, 각 공정별로 고온에서 상온으로 냉각 과정이 요구되기 때문에 다수의 로를 사용할 수밖에 없어 제조 시스템 내지 장치의 대형화를 피할 수 없으며 이러한 결과로 제조 공정이 복잡해지고 에너지 낭비에 따른 생산 비용이 증가하는 문제가 있다.

특히, 액정표시장치의 대형화 추세에 따라 백라이트 내지 면광원 장치의 대형화 및 박형화가 요구되고 있는데, 기존의 제조 공정 및 제조 시스템으로는 내구성과 제품 특성이 우수한 백라이트 또는 면광원 장치를 제조하는데 한계가 있다.

본 발명의 목적은 온도의 상승과 하강이 반복적이지 않은 단순화된 면광원 제조 공정을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 대면적화 및 초박형화가 가능한 면광원 제조 방법을 제공하는 것이다.

뿐만 아니라, 본 발명의 또 다른 목적은 열이력이 단순하고 연속적인 공정이 가능한 면광원 제조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1측면에 따르면, 온도가 다른 복수의 영역을 구비하는 단일 공정 로(furnace)를 포함하는 면광원 제조 장치로서, 상기 로는 제1온도로 광원 몸체를 소성하는 소성 영역과, 상기 제1온도 보다 낮은 제2온도로 광원 몸체를 배기하는 진공 배기 영역과, 상기 제2온도 보다 낮은 제3온도로 광원 몸체에 방전 가스를 주입하는 방전 가스 주입 영역을 포함하는 면광원 제조 장치를 제공한다.

상기 공정 로는 상기 제3온도 보다 낮은 제4온도로 광원 몸체를 예열하는 예열부를 더 포함할 수 있다. 상기 소성 영역에는 불활성 가스 주입부가 포함될 수 있다.

본 발명은 또한, 적어도 세 개의 공정 온도에서 공정을 수행하는 단일의 배치 로(batch furnace)를 포함하는 면광원 제조 장치로서, 상기 배치 로는 제1온도로 광원 몸체를 소성하는 소성 공정과, 상기 제1온도 보다 낮은 제2온도로 광원 몸체를 배기하는 진공 배기 공정과, 상기 제2온도 보다 낮은 제3온도로 광원 몸체에 방전 가스를 주입하는 방전 가스 주입 공정을 단일 로 내에서 수행하는 것을 특징으로 하는 면광원 제조 장치를 제공한다.

본 발명의 제2측면에 따르면, 제1온도로 광원 몸체를 소성하는 단계와, 상기 제1온도 보다 낮은 제2온도로 광원 몸체를 진공 배기하는 단계와, 상기 제2온도 보다 낮은 제3온도로 광원 몸체에 방전 가스를 주입하는 단계를 포함하는 면광원 제조 방법을 제공한다.

상기 각 단계는 온도의 상승 구간 없이 연속적으로 진행되며, 특히 상기 소성 단계와 배기 단계는 동시에 진행될 수도 있다.

상기 소성 단계 이전에 제1기판과 제2기판이 상호 봉착되어 내부에 밀폐된 공간을 형성하고 있는 광원 몸체를 로에 투입하는 단계를 더 포함한다. 상기 광원 몸체는 상온에서 제1기판과 제2기판을 접합하고, 예열에 의하여 두 기판이 봉착된다. 상기 제1기판과 제2기판은 상기 제1온도에서 연화되지 않는 물질로 상호 접합되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 고온과 상온을 번갈아 가면서 여러 단계를 거치던 면광원 제조 공정을 하나의 단일 로에서 통합적으로 수행할 수 있으며, 제조 장치의 규모를 줄일 수 있고, 최종 생산된 제품의 열충격성 및 내구성을 증진시키며, 대형화 및 박형화된 면광원을 대량으로 생산할 수 있다.

본 발명은 고온에서 두 개의 기판, 예를 들어 상판과 하판을 프릿을 매개로 접합시킨 후 후속 공정을 진행하는 방식과 달리, 상온에서 접합 부재로 봉착된 기판을 단계적인 고온 공정을 통해 열이력의 급격한 변화없이 연속적인 공정에 의해 최종 면광원 제품으로 완성한다.

따라서, 본 발명에 따른 면광원 제조 방법은 도 4에 도시한 바와 같이 실질적으로 3개의 고온 공정, 즉 기판 소성 단계, 진공 배기 단계 및 방전 가스 주입 단계만을 포함한다. 뿐만 아니라 각각의 단계는 온도의 상승과 하강이 반복되지 않으며, 최초 제1온도의 공정으로부터 온도가 감소하는 제2온도 및 제3온도의 공정 순서로 진행되어 최종 제품에 급격한 열이력에 따른 잔류 응력이나 내부 미세 균열 형성을 방지할 수 있다. 또한, 면광원 제조를 위한 장치적인 측면에서 하나의 단일 공정로만을 사용하여 전체 고온 공정을 연속적인 단계로 수행할 수 있다. 도 5a를 참조하면 본 발명에 따른 면광원 제조 장치를 모식적으로 도시한 것으로 하나의 장치(200) 내에 세 개의 고온 공정부를 포함하고 있으며, 소성부(210), 진공 배기구(220) 및 방전가스 주입부(230)로 구성된다. 각각의 공정부는 각 공정 단계에 적합한 가열 수단(미도시)을 별도로 구비하고 있거나, 혹은 전체 공정부와 연계되어 있는 하나의 가열 수단과 각각의 공정부 온도를 제어할 수 있는 수단을 구비할 수도 있다.

본 발명에 따른 제조 장치는 도 5a에 도시한 바와 같이 다수의 소성부가 순차적으로 형성되어 연속 공정(in-line process)을 수행할 수도 있으며, 도 5b에 도시한 바와 같이 하나의 배치(batch) 타입 장치로서 시간의 경과에 따라 소성, 배기, 방전가스확산 공정을 단일 영역 내에서 수행할 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 면광원 제조 장치는 도 6에 도시된 바와 같이 기판 예열부(205)를 추가할 수도 있다. 이 기판 예열부(205)는 후술하는 바와 같이 상온 접합 부재에 의하여 기접합된 기판의 시효 봉착을 위한 것으로서 후속적인 고온 공정 보다 비교적 낮은 온도에서 예열을 통해 기판의 접합부를 시효 경화시키는데 이용된다.

본 발명에 따른 면광원 제조 방법을 도 7의 공정 시간에 따른 온도 변화 그래프 및 도 8a 내지 8e에 도시한 각 단계별 기판 구조를 참조하여 설명한다.

먼저, 상온 접합 부재를 이용하여 두 기판을 접합한다. 상기 접합 부재는 예를 들어 두 기판의 가장자리에 도포할 수도 있고, 별도의 밀봉 부재를 기판의 가장자리에 배치하고 밀봉 부재와 기판을 접합하는 수단으로 이용할 수도 있다. 본 발 명에서는 상부 기판과 하부 기판의 접합에 기존과 같은 프릿을 이용하지 않기 때문에 고온 공정의 온도 제한을 받지 않으며, 결과적으로 공정 및 장치의 단순화를 기할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 상온 접합 부재는 예를 들어 상온에서 접합성을 가지는 시효경화성 물질이 바람직하며, 예를 들어 자외선경화제 등을 이용할 수 있을 것이다. 구체적으로 본 발명의 실시예에서는 실리카졸(silica sol)과 이소프로판올(isopropanol) 혼합물을 접합 부재로 이용하였으나, 상온에서 접합성이 있고 시효경화성을 구비하면서 고온에서 연화되지 않는 물질이라면 반드시 상기 혼합물에 한정될 필요는 없고, 불산(HF) 등을 이용할 수도 있다. 상기 접합 부재는 접합된 기판 내부에 봉입되는 방전 가스와 반응성이 없는 물질이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 기판은 예를 들어 도 8a 또는 8b에 도시한 바와 같은 평판형 기판을 이용할 수 있다. 또한, 도 8c에 도시한 바와 같이 부분적으로 방전 채널이 성형된 굴곡형 기판을 사용할 수도 있다. 본 발명에서 사용하는 기판 중 적어도 하나는 도 8b에 도시한 바와 같이 배기구 또는 가스주입구(게터 삽입구)로 이용되도록 두 개의 팁(325a, 325b)을 구비하는 것이 바람직하다.

접합된 기판은 시효 경화를 위하여 예열 단계(I')를 거칠 수 있다. 사용된 접합 부재에 따라서 예열 단계(I')는 생략될 수도 있다. 예열 온도는 사용된 물질에 따라 다르나 예를 들어 상온 내지 약 80℃ 정도의 온도에서 일정 시간 유지한다. 예열 단계는 도 5에 도시한 장치의 경우에는 별도의 공정 로 또는 챔버에서 수행될 수 있고, 도 6의 장치의 경우에는 하나의 공정 로에서 수행될 수 있다.

기판의 접합 전에 기판의 일면에 도 8d에 도시한 바와 같이 형광체(315)를 도포한다. 봉착된 기판은 제1온도로 상승시켜 소성 공정을 통해 형광체의 유기 성분을 열분해시킨다. 제1온도는 예를 들어 500 ~ 600℃의 온도로 유지할 수 있다. 소성 단계(I)에 있어서 기판에 형성된 하나의 배기관을 통해 Ne 또는 Ar과 같은 불활성 가스를 투입하고 다른 배기관을 통해 진공 배기할 수도 있다. 이러한 경우에는 소성 공정과 배기 공정이 동시에 수행된다.

이와 달리 진공배기 단계(II)를 제1온도 보다 낮은 제2온도에서 별도의 과정으로 수행할 수도 있다. 제2온도는 예를 들어 350 ~ 550℃의 온도로 유지할 수 있다. 소성 단계와 진공배기 단계를 동시에 또는 연속적으로 고온에서 수행함으로써 소성을 촉진시킬 수 있고 진공배기 시간을 단축시킬 수 있다.

봉착된 기판 내부의 진공 배기를 마친 후에는 동일한 공정 로 내에서 이중 팁의 하나를 팁-오프 시켜 밀봉한 후 다른 배기관에 방전 가스를 주입한다. 방전 가스 주입 단계(III)는 사용되는 가스에 따라 달라질 수 있으나 예를 들어 제2온도 보다 낮은 제3온도에서 수행할 수 있다. 제3온도는 예를 들어 300 ~ 450℃의 온도로 유지할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 방전 가스로 수은을 사용하였으며, 이 경우 한쪽 팁에 수은 게터를 삽입한 후 제3온도에서 수은을 확산시켜 봉착된 기판 내부에 수은이 균일하게 확산되도록 하였다.

이상의 공정은 단일 공정 로 안에서 수행되며, 도 8e는 최종 완성된 면광원 제품의 단면을 모식적으로 도시한다. 식별변호 330은 밀봉 부재 내지 스페이서를 도시한다.

본 발명은 프릿을 매개로 기판을 접합하지 않으므로 공정 온도의 설정에 있어서 프릿 연화점을 초과할 수 있어 공정 설계가 용이하다. 그 결과, 소성 공정과 배기 공정을 연속적으로 수행할 수 있다. 또한, 기존에 적어도 4개의 공정 로가 필요했던 면광원 제조 공정을 각 개별 공정을 통합하여 하나의 공정 로에서 전체 공정을 모두 통합할 수 있다. 또한 상온에서 상부 기판과 하부 기판을 봉착할 수 있기 때문에 기존의 4 개 공정의 온도조건에서 3개 공정의 온도 조건으로 공정을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 열이력의 급격한 변화를 막을 수 있어 제품 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.

이상에서, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 고온과 상온을 번갈아 가면서 여러 단계를 거치던 면광원 제조 공정을 하나의 단일 로에서 통합적으로 수행할 수 있으며, 제조 장치의 규모를 줄일 수 있고, 최종 생산된 제품의 열충격성 및 내구성을 증진시키며, 대형화 및 박형화된 면광원을 생산할 수 있다. 뿐만 아니라, 공정 자동화가 용이하며 대량 생산에 적합하다.

Claims (17)

1. 온도가 다른 복수의 영역을 구비하는 단일의 공정 로(furnace)를 포함하는 면광원 제조 장치로서,

   상기 로는 제1온도로 광원 몸체를 소성하는 소성 영역과, 상기 제1온도 보다 낮은 제2온도로 광원 몸체를 배기하는 진공 배기 영역과, 상기 제2온도 보다 낮은 제3온도로 광원 몸체에 방전 가스를 주입하는 방전 가스 주입 영역을 포함하는

   면광원 제조 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 공정 로는 상기 제3온도 보다 낮은 제4온도로 광원 몸체를 예열하는 예열부를 더 포함하는 면광원 제조 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 소성 영역에는 불활성 가스 주입부가 포함되어 있는 면광원 제조 장치.
4. 적어도 세 개의 공정 온도에서 공정을 수행하는 단일의 배치 로(batch furnace)를 포함하는 면광원 제조 장치로서,

   상기 배치 로는 제1온도로 광원 몸체를 소성하는 소성 공정과, 상기 제1온도 보다 낮은 제2온도로 광원 몸체를 배기하는 진공 배기 공정과, 상기 제2온도 보다 낮은 제3온도로 광원 몸체에 방전 가스를 주입하는 방전 가스 주입 공정을 단일 로 내에서 수행하는 것을 특징으로 하는

   면광원 제조 장치.
5. 제1온도로 광원 몸체를 소성하는 단계와,

   상기 제1온도 보다 낮은 제2온도로 광원 몸체를 진공 배기하는 단계와,

   상기 제2온도 보다 낮은 제3온도로 광원 몸체에 방전 가스를 주입하는 단계를 포함하는

   면광원 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 각 단계는 단일 공정 로(furnace)에서 수행되는 면광원 제조 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 각 단계는 온도의 상승 구간 없이 연속적으로 진행되는 면광원 제조 방법.
8. 제5항에 있어서, 상기 소성 단계 이전에 광원 몸체의 예열 단계를 더 포함하는 면광원 제조 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 예열 단계는 제3온도 보다 낮은 제4온도에서 수행되는 면광원 제조 방법.
10. 제5항에 있어서, 상기 소성 단계에서 불활성 가스를 광원 몸체에 주입하는 면광원 제조 방법.
11. 제5항에 있어서, 상기 배기 단계에서 광원 몸체의 배기관을 밀봉하는 단계를 포함하는 면광원 제조 방법.
12. 제5항에 있어서, 상기 방전 가스로는 수은을 주입하는 면광원 제조 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 방전 가스 주입 단계는

    수은 게터를 광원 몸체에 투입하는 단계와,

    광원 몸체에 수은을 주입(flushing)하는 단계와,

    광원 몸체에 수은을 확산시키는 단계를 포함하는

    면광원 제조 방법.
14. 제5항에 있어서, 제1기판과 제2기판이 상호 봉착되어 내부에 밀폐된 공간을 형성하고 있는 광원 몸체를 투입하는 단계를 더 포함하는 면광원 제조 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 광원 몸체는 상온에서 제1기판과 제2기판을 접합하고, 예열에 의하여 두 기판이 봉착되는 면광원 제조 방법.
16. 제14항에 있어서, 상기 제1기판과 제2기판은 상기 제1온도에서 연화되지 않는 물질로 상호 접합되어 있는 면광원 제조 방법.
17. 제5항에 있어서, 상기 소성 단계와 배기 단계는 동시에 수행되는 면광원 제조 방법.

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