KR100238708B1 - 플래트패널디스플레이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

전계방출형 캐소드어레이를 사용한 플래트패널디스플레이에 있어서, 플래트한 기판위에 형성된 캐소드어레이와, 볼록곡면형상의 유리판으로 이루어지는 화면과의 사이에 상기 기판에 대략 평행으로 배설된 플래트한 형광스크린을 구비하고, 상기 형광스크린과 상기 화면과의 사이의 공간 및 상기 형광스크린과 상기 기판과의 사이의 공간을 진공으로 한다.

도전성 기판위에 복수의 캐소드가 형성된 플래트패널디스플레이의 제조방법에 있어서, 상기 복수의 캐소드를 형성한 후, 상기 복수의 캐소드에 제1전압에서 제2전압까지의 전압을 인가함으로써, 상기 복수의 캐소드의 선단으로부터 전계증발을 일으키게 한다.

Description

플래트패널디스플레이의 제조방법{A MANUFACTURING METHOD OF A FLAT PANEL DISPLAY}

본원 발명은 플래트패널디스플레이 및 그 제조방법에 관한 것이며, 특히 전계방출형 캐소드어레이를 사용한 플래트패널디스플레이에 적용하기에 적합한 것이다.

종래, 미크론오더의 사이즈의 마이크로팁(microtip)으로 이루어지는 전계방출형 캐소드어레이를 사용한 플래트패널디스플레이로서 도 1에 도시한 바와 같은 것이 알려져 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 이 종래의 플래트패널디스플레이에 있어서는 도전성의 플래트한 실리콘(Si)기판(101) 위에 캐비티(102a)를 가진 2산화실리콘(SiO2)막(102)이 형성되어 있다. 캐비티(102a)의 주위의 부분에 있어서의 이 SiO2막(102) 위에는 몰리브덴(Mo)이나 니오브(Nb) 등으로 이루어지는 게이트전극(103)이 형성되어 있는 동시에, 캐비티(102a)의 내부의 Si 기판(101) 위에는 몰리브덴(Mo) 등으로 이루어지는 캐소드(104)가 형성되어 있다. 그리고, 이 캐소드 어레이가 형성된 Si 기판(101)에 평행으로 플래트한 유리판(105)위에 형광체(106)를 형성한 형광스크린이 대향하고 있으며, 이 형광스크린과 Si 기판(101)과의 사이의 공간이 진공으로 유지된 상태로 밀봉되어 있다.

그런데, 근년 플래트패널디스플레이의 대화면화(大畵面化)가 강하게 요구되고 있으나, 상술한 종래의 플래트패널디스플레이는 화면이 되는 형광체(106)가 형성된 유리판(105)만으로 대기압과 진공과의 차압(差壓)이 있게 되는 구조로 되어 있기 때문에, 단순히 대화면화하는 것은 유리판(105)의 강도상 곤란하다.

이 문제를 해결하기 위해, 통상의 텔레비전수상기의 브라운관과 같이 화면을 도 2에 도시한 바와 같이 구면형(球面形)으로 하여 대화면화하는 것을 생각할 수 있으나, 이와 같이하면 캐소드어레이와 형광스크린과의 사이의 거리가 큰 부분이 생기는 것은 피할 수 없다. 그런데, 전술한 종래의 플래트패널디스플레이에 있어서는 그 동작 원리상 캐소드어레이와 형광스크린을 근접하여 배치할 필요가 있으므로, 전술한 바와 같이 화면을 단순히 구면형상화하면 플래트패널디스플레이의 동작에 지장을 초래한다. 이것을 방지하기 위해 Si 기판도 구면형상으로 하여 이 Si 기판 위에 캐소드어레이를 형성하는 것도 고려할 수 있으나, 이것은 제조프로세스적으로 보아 실현이 매우 곤란하다.

그래서, 도 1에 도시한 플래트패널디스플레이에 있어서, 유리판(105)과 Si 기판(101)과의 사이에 지주를 등간격으로 배설하고, 이 지주로 대기압과 진공과의 차압을 지지하게 하는 것이 고려되고 있다. 그러나, 이와 같이하면 제조프로세스가 복잡하게 될 뿐만 아니라, 지주부분의 Si 기판(101)위에 캐소드(104)를 형성할 수 없게 되는 문제가 있다.

이상과 같은 이유로 인해 이제까지는 전계방출형 캐소드어레이를 사용한 플래트패널디스플레이를 대화면화하는 것은 곤란하였다.

한편, 미크론오더의 사이즈의 마이크로팁에 의한 전계방출형 캐소드어레이를 사용한 플래트패널디스플레이의 제조방법으로서, 도 3a∼도 3e에 도시한 것과 같은 것이 알려져 있다. 이 제조방법에 의하면, 도 3a에 도시한 바와 같이, 먼저 도전성 Si 기판(101)상에 예를 들면 열산화법이나 CVD 법이나 스퍼터링법에 의해 SiO2 막(102)을 형성한 후, 이 SiO2 막(102)상에 예를들면 스퍼터링법이나 전자빔 증착법에 의해 예를들 면 몰리브렌(Mo)막이나 니오브(Nb)막 등의 게이트 전극형성용 금속막(107)을 형성한다. 그 후, 이 금속막(107)상에 형성해야 할 게이트전극에 대응하는 형상의 레지스트패턴(108)을 리소그래피에 의해 형성한다.

다음에, 이 레지스트패턴(108)을 마스크로 하여 금속막(107)을 웨트에칭법 또는 드라이에칭법에 의해 에칭함으로써, 도 3b에 도시한 바와 같이 게이트전극(103)을 형성한다. 그 후, 레지스트패턴(108) 및 게이트전극(103)을 마스크로하여 SiO2 막(102)을 웨트에칭법 또는 드라이에칭법에 의해 에칭하여, 캐비티(102a)를 형성한다.

다음에, 레지스트패턴(108)을 제거한 후, 도 3c에 도시한 바와 같이 기판표면에 대해서 소정각도 경사진 방향으로부터 전자빔증착법에 의해 경사증착을 행함으로써, 게이트전극(103)상에 예를 들면 알루미늄(Al)이나 니켈(Ni)로 이루어지는 박리층(109)을 형성한다. 그 후, 기판표면에 대해 수직의 방향에서 캐소드형성용 재료로서 예를 들면 Mo를 전자빔증착법에 의해 증착한다. 이로써, 캐비티(102a)의 내부의 Si 기판(101)상에 마이크로팁으로 이루어지는 캐소드(에미터)(104)가 형성된다. 부호(110)는 박리층(109)상에 증착된 금속막을 표시한다.

다음에, 박리층(109)을 그 위에 형성된 금속막(110)과 함께 리프트오프법에 의해 제거하고, 도 3d에 도시한 상태로 한다. 그 후, 도 3e에 도시한 바와 같이 디스플레이의 화면이 되는 유리판(105)상에 형광체(106)를 형성한 것을 이 형광체(106)가 내측으로 향하게 하여 상기 캐소드어레이가 형성된 Si 기판(101)과 대향시켜서, 그들 간의 공간을 진공으로 유지된 상태로 밀봉한다. 이와 같이 해서, 목적하는 플래트패널디스플레이가 완성된다.

이 플래트패널디스플레이의 동작시에는 각 캐소드(104)에는 예를 들면 -50V 정도의 마이너스전압이 인가된다.

상기 종래의 플래트패널디스플레이의 제조방법에 있어서, 증착법에 의해 동시에 형성되는 다수(예를 들면, 수만개)의 캐소드(104)의 선단의 곡률반경을 모두 맞추는 것은 매우 어렵고, 이들 캐소드(104)의 선단의 곡률반경에 불균일이 생기는 것은 피하기 어렵다.

한편, 도 4에 도시한 바와 같이 일반적으로 캐소드의 선단의 곡률반경과 이 캐소드에 대한 허용인가전압과의 사이에는 일정한 관계가 있다. 도 4에 있어서, Vmin은 전류방사를 행하게 할 수 있는 최소전압(절대치)이며, Vmax는 방전을 발생시키지 않고 전류방사를 행하게 할 수 있는 최대전압(절대치)이다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 캐소드의 선단의 곡률반경이 커짐에 따라 전류방사를 하게 할 수 있는 전압은 커진다. 그래서, 예를 들면 수만개의 캐소드중에 하나만 다른 것보다 선단의 곡률반경이 작은 캐소드가 존재하면, 이들 캐소드에 서서히 마이너스전압을 인가할 때, 이 선단의 곡률반경이 다른 것보다 작은 캐소드에서만 전류방사가 시작된다. 그리고, 다른 캐소드로부터 전류방사가 시작될 때에는 허용인가전압을 초과해 버려서, 그 캐소드는 방전하여 선단이 둥글게 되어, 전류방사가 정지해버린다는 문제가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 각 캐소드와 전원과의 사이에 저항을 설치하여 일정한 전류이상의 방사가 일어나지 않도록 하는 방법도 제안되고 있으나, 이 방법은 제조프로세스적으로 보아 매우 곤란한 문제가 있다.

따라서, 본원 발명의 목적은 대화면화할 수 있는 플래트패널디스플레이를 제공하는데 있다.

본원 발명의 다른 목적은 캐소드어레이를 구성하는 모든 캐소드의 선단의 곡률반경을 높은 정밀도로 그리고 용이하게 맞출 수 있는 플래트패널디스플레이의 제조방법을 제공하는데 있다.

본원 발명의 한 특징에 의하면, 플래트한 기판위에 형성된 캐소드어레이와, 볼록곡면형상의 유리판으로 이루어지는 화면과, 캐소드어레이와 화면과의 사이에 기판에 대략 평행으로 배설된 플래트한 형광스크린을 구비하고, 형광스크린과 화면과의 사이의 공간 및 형광스크린과 기판과의 사이의 공간이 진공인 플래트패널디스플레이를 제공한다.

전술한 바와 같이 구성된 본원 발명의 플래트패널디스플레이에 의하면, 볼록곡면형상의 유리판에 의해 화면이 형성되어 있으므로, 플래트패널디스플레이를 대화면화할 수 있다. 또한, 형광스크린과 화면과의 사이의 공간 및 형광스크린과 기판과의 사이의 공간은 진공이므로, 형광스크린의 양측에는 실질적으로 차압이 없고, 따라서 대화면화를 위해 형광스크린을 대면적화해도 강도적으로 전혀 문제가 발생하지 않는다.

본원 발명의 다른 특징에 의하면, 도전성기판위에 복수의 캐소드가 형성된 플래트패널디스플레이의 제조방법에 있어서, 복수의 캐소드를 형성한 후, 복수의 캐소드에 제1전압에서 제2전압까지 증가시키며 인가함으로써, 복수의 캐소드의 선단으로부터 전계증발을 일으키도록 한 플래트패널디스플레이의 제조방법을 제공한다.

전술한 바와 같이 구성된 본원 발명의 플래트패널디스플레이의 제조방법에 의하면 캐소드어레이를 구성하는 복수의 캐소드의 선단의 곡률반경이 맞추어져 있지 않은 경우, 이들 캐소드에 제1전압에서 제2전압까지의 전압을 증가시키며 인가하면, 먼저 선단의 곡률반경이 가장 작은 캐소드의 선단부터 전계증발이 일어난다. 즉, 이 캐소드의 선단의 표면의 원자가 이온으로서 제거된다. 이 전계증발에 의해 이 캐소드의 선단의 곡률반경은 점차 커진다. 그리고, 이 캐소드의 선단의 곡률반경이 선단의 곡률반경이 두번째로 작은 캐소드의 곡률반경에 일치되면, 이들 캐소드로부터 전계증발이 일어나기 시작한다.

이와 같이, 선단의 곡률반경이 작은 캐소드로부터 순차 전계증발이 일어나고, 일정시간 경과후에는 캐소드어레이를 구성하는 모든 캐소드의 선단의 곡률반경이 동일해진다. 이로써, 캐소드어레이를 구성하는 모든 캐소드의 선단의 곡률반경을 고정밀도로 용이하게 맞출 수 있다. 그리고, 각 캐소드로부터의 전류방사의 균일화를 도모할 수 있다.

도 1은 종래의 플래트패널디스플레이의 단면도.

도 2는 종래의 플래트패널디스플레이에 있어서 화면을 구면형으로 한 예를 도시한 단면도.

도 3은 종래의 플래트패널디스플레이의 제조방법을 설명하는 단면도.

도 4는 캐소드 선단의 곡률반경과 캐소드에 대한 허용인가전압과의 관계를 도시한 그래프.

도 5는 본원 발명의 제1 실시예에 의한 플래트패널디스플레이의 단면도.

도 6은 본원 발명의 제2 실시예에 의한 플래트패널디스플레이의 제조방법을 설명하는 단면도.

본원 발명의 상기 및 기타의 목적, 특징 및 이점은 첨부도면을 참조하여 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

다음에, 본원 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

도 5는 본원 발명의 제1 실시예에 의한 플래트패널디스플레이를 도시한 단면도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 의한 플래트패널디스플레이에 있어서는 예를 들면 도전성의 플래트한 Si 기판(201)위에 캐비티(202a)를 가진 예를 들면 SiO2 막과 같은 절연막(202)이 형성되어 있다. 이 캐비티(202a)의 주위의 부분에 있어서의 이 절연막(202) 위에는 예를 들면 Mo나 Nb로 이루어지는 게이트전극(203)이 형성되어 있다. 또, 이 캐비티(202a)의 내부의 Si 기판(201)위에는 마이크로팁으로 이루어지는 캐소드(204)가 형성되어 있다. 그리고, 이들 다수의 캐소드(204)에 의해 캐소드어레이가 형성되어 있다.

이 실시예에 있어서는, 캐소드어레이가 형성된 Si 기판(201)에 대향하여 유리판(205)위에 형광체(206)를 형성한 형광스크린이 배설되어 있다. 또한, 이 형광스크린의 외측에 화면이 되는 구면형의 유리판(207)이 배설되어 있다. 그리고, 형광스크린과 캐소드어레이가 형성된 Si 기판(201)과의 사이의 공간 및 형광스크린과 화면이 되는 구면형의 유리판(207)과의 사이의 공간은 모두 진공으로 유지되어 있다. 이 경우, 형광스크린과 Si 기판(201)과의 사이의 공간과, 형광스크린과 구면형의 유리판 (207)과의 사이의 공간과의 진공도는 동일해도 되고, 상이해도 된다.

다음에, 전술한 바와 같이 구성된 제1 실시예에 의한 플래트패널디스플레이의 제조방법에 대하여 설명한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 먼저 Si 기판(201)위에 예를 들면 열산화법이나 CVD 법이나 스퍼터링법에 의해 SiO2 막과 같은 절연막(202)을 형성한 후, 이 절연막(202)위에 예를 들면 스퍼터링법이나 전자빔증착법에 의해 예를 들면 Mo나 Nb 등의 게이트전극형성용의 금속막을 형성한다. 다음에, 이 금속막 위에 형성할 게이트전극에 대응하는 레지스트패턴(도시하지 않음)을 리소그래피에 의해 형성한다.

다음에, 이 레지스트패턴을 마스크로 하여 금속막을 웨트에칭법 또는 드라이에칭법에 의해 에칭함으로써, 게이트전극(203)을 형성한다. 그 후, 레지스트패턴 및 게이트전극(203)을 마스크로 하여 절연막(202)을 웨트에칭법 또는 드라이에칭법에 의해 에칭하여 캐비티(202a)를 형성한다.

다음에, 레지스트패턴을 제거한 후, 기판표면에 대하여 소정각도 경사진 방향으로부터 전자빔증착법에 의해 경사증착을 함으로써, 게이트전극 위에 예를 들면 알루미늄(Aℓ)이나 니켈(Ni)로 이루어지는 박리층을 형성한다. 이 후, 기판표면에 대하여 수직방향으로부터 캐소드형성용의 재료로서 예를 들면 Mo를 전자빔증착법에 의해 증착한다. 이로써, 캐비티(202a) 내부의 Si 기판(201) 위에 캐소드(204)가 형성된다.

다음에, 박리층을 그 위에 형성된 금속막과 함께 리프트오프법에 의해 제거한다. 이 후, 유리판(205)위에 형광체(206)를 형성한 형광스크린을 캐소드어레이가 형성된 Si 기판(201)과 대향시키고, 다시 그 외측에 화면이 되는 구면형의 유리판(207)을 배치하고, 그들 사이의 공간을 진공으로 유지된 상태로 밀봉하여, 목적으로 하는 플래트패널디스플레이를 완성시킨다.

이상과 같이, 이 실시예에 의하면 화면이 구면형의 유리판(207)에 의해 형성되어 있으므로 플래트패널디스플레이를 대화면화할 수 있다. 더욱이, 형광스크린의 양측의 공간은 모두 진공이므로 이 형광스크린의 양측의 차압은 거의 없고, 따라서 차압에 의해 이 형광스크린에 힘이 가해지는 일은 사실상 없어진다. 이 때문에, 플래트패널디스플레이의 대화면화를 위해서 형광스크린을 대면적화해도 강도적으로 전혀 문제를 발생하지 않는다.

전술한 실시예에 있어서는, 구면형의 유리판(207)에 의해 화면이 형성되어 있으나, 화면을 반드시 구면형으로 할 필요는 없으며, 예를 들면 원통형, 기타 볼록곡면형상으로 하는 것도 가능하다.

다음에, 본원 발명의 제2 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

도 6a∼도 6c는 본원 발명의 제2 실시예에 의한 플래트패널디스플레이의 제조방법을 도시한 단면도이다.

이 실시예에 있어서는 도 3a∼도 3e에 도시한 종래의 플래트패널디스플레이의 제조방법과 마찬가지로, 도 6a에 도시한 바와 같이 예를 들면 도전성 Si 기판(301)상에 캐비티(302a)를 가진 예를 들면 SiO2 막과 같은 절연막(302), 게이트전극(303) 및 마이크로팁으로 이루어지는 캐소드(304)를 형성한다.

이와 같이하여 형성된 다수의 캐소드(304)중에서, 도 6a중 중앙의 캐소드의 선단의 곡률반경이 예를 들면 180Å이며, 다른 캐소드의 선단의 곡률반경이 예를 들면 200Å으로서, 중앙의 캐소드만이 다른 캐소드보다 선단의 곡률반경이 작은 것으로 한다.

이 실시예에 있어서는 먼저 모든 캐소드(304)와 전기적으로 접속된 도전성 Si 기판(301)에, 플래트패널디스플레이의 동작시에 캐소드(304)에 인가하는 전압(마이너스전압)과 반대극성, 즉 플러스의 전압 V을 인가하고, 이 전압 V을 OV부터 중앙의 캐소드의 선단의 곡률반경에 맞는 전압, 예를 들면 500V까지 서서히 증가시킨다. 또한, 이 전압 V을 인가하기 위한 전압인가수단은 적합하게는 플래트패널디스플레이에 내장된다.

전술과 같이하여 플러스의 전압 V을 캐소드어레이에 서서히 인가하면, 도 6a중 다른 것보다 선단의 곡률반경이 작은 중앙의 캐소드의 선단으로부터 우선적으로 전계증발이 일어나기 시작하여, 이 전계증발에 따라 그 선단의 곡률반경이 점차로 커져간다. 그리고, 도 6b에 도시한 바와 같이, 이 중앙의 캐소드의 선단의 곡률반경은 다른 캐소드의 선단의 곡률반경과 동일해진다. 즉, 모든 캐소드(304)의 선단의 곡률반경이 예를 들면 200Å에 맞추어진다. 그 후, 전압 V을 예를 들면 600V까지 증가시키면 모든 캐소드(304)로부터 전류방사가 일어나기 시작한다. 그래서, 이 시점에서 전압 V의 인가를 정지한다.

그 후, 도 6c에 도시한 바와 같이, 디스플레이의 화면이 되는 유리판(305) 상에 형광체(306)를 형성한 것을 이 형광체(306)가 내측에 오도록 하여 상기 캐소드어레이가 형성된 Si 기판(301)과 대향시키고, 그들 사이의 공간을 진공으로 유지된 상태로 밀봉한다. 이로써, 목적하는 플래트패널디스플레이가 완성된다.

또한, 이상은 다수의 캐소드(304)중에 하나만 선단의 곡률반경이 작은 것이 존재하는 경우이지만, 캐소드어레이를 구성하는 캐소드의 선단의 곡률반경이 맞지 않는 모든 경우에 같은 방법을 적용하는 것이 가능하다. 이 경우에도, 전술과 같이 캐소드어레이에 전압 V을 인가해 가면, 선단의 곡률반경이 작은 캐소드로부터 순차로 전계증발이 일어나기 시작하여, 최종적으로는 모든 캐소드의 선단의 곡률반경이 맞추어지게 된다.

전술과 같이, 이 실시예에 의하면 캐소드어레이에 플러스의 전압 V을 인가함으로써, 선단의 곡률반경이 작은 캐소드(304)로부터 우선적으로 전계증발을 일으키도록 하고 있으므로, 캐소드어레이를 구성하는 모든 캐소드(304)의 선단의 곡률반경을 고정밀도로 용이하게 맞출 수 있다. 이로써, 플래트패널디스플레이의 휘도의 불균일성을 없앨 수 있으며, 고품질의 플래트패널디스플레이를 실현할 수 있다.

그리고, 각 캐소드(304)에 플러스전압 V 을 인가하여 전계증발을 일으키도록 하고 있으므로, 이 캐소드(304)의 표면에 부착된 오염물질을 제거할 수 있다. 이로써, 캐소드(304)로부터 양호한 전류방사를 행하게 할 수 있다.

또한, 전술한 실시예에 의한 플래트패널디스플레이의 캐소드어레이는 전술한 실시예에서 설명한 것과 다른 방법에 의해 형성하는 것도 가능하다. 그리고, 캐소드어레이는 전술한 실시예와 다른 구조의 것이라도 된다.

또한, 전술한 실시예에 있어서는 플래트패널디스플레이의 기판으로서 Si 기판(301)을 사용하고 있으나, Si 기판(301)이외의 각종의 도전성기판을 사용하는 것도 가능하며, 예를 들면 유리기판이나 세라믹기판과 같은 절연기판상에 금속막과 같은 도체막을 전체면 또는 선택적으로 형성한 것을 사용하는 것도 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본원 발명의 플래트패널디스플레이에 의하면 화면이 볼록곡면형상의 유리판에 의해 형성되어 있으므로 플래트패널디스플레이를 대화면화할 수 있다. 더욱이, 형광스크린과 화면과의 사이의 공간 및 형광스크린과 기판과의 사이의 공간은 진공이므로 대화면화를 위해 형광스크린을 대면적화해도 강도적으로 전혀 문제가 발생하지 않는다.

본원 발명의 플래트패널디스플레이의 제조방법에 의하면, 복수의 캐소드의 선단으로부터 전계증발을 일으키게 하고 있으므로, 캐소드 제어를 구성하는 모든 캐소드의 선단의 곡률반경을 높은 정밀도로 그리고 용이하게 맞출 수 있다. 그리고, 예를 들면 플래트패널디스플레이를 제조하는 경우에는 디스플레이의 휘도의 균일화를 도모할 수 있다.

Claims (1)

1. 도전성기판위에 복수의 캐소드가 형성된 플래트패널디스플레이의 제조방법에 있어서,

   상기 복수의 캐소드를 형성한 후, 상기 복수의 캐소드에 제1전압에서 제2전압까지 증가시키며 인가함으로써, 상기 복수의 캐소드의 선단으로부터 전계증발을 일으키도록 한 것을 특징으로 하는 플래트패널디스플레이의 제조방법.