KR100644985B1 - 메탈 백이 부착된 형광면 및 화상 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이 메탈 백이 부착된 형광면은, 페이스 플레이트 (1) 내면에 광 흡수층 (2)와 형광체층 (3)을 각각 가짐과 동시에, 상기 형광체층 (3) 상에 메탈 백층 (5)를 갖고, 상기 광 흡수층 (2)가, 금속 산화물에 환원성 금속을 첨가하여 이루어지는 산소 공급제를 함유한다. 산소 공급제의 입경은 1 내지 1O ㎛로 할 수 있다. 또한, 산소 공급제로서, Y2O2S와 같은 산소를 포함하는 형광체 모체에 Eu와 같은 활성화제가 첨가된 형광체 재료를 사용할 수가 있다. FED와 같은 화상 표시 장치에 있어서, 형광면에서의 가스의 발생 내지 방출을 저감하고, 전자 방출원의 수명을 향상시킬 수 있다.
메탈 백, 형광면, 화상표시장치, 가스 발생, 전자 방출원

Description

메탈 백이 부착된 형광면 및 화상 표시 장치{Phosphor Screen with Metal Back and Image Display}
본 발명은, 메탈 백 (metal back)이 부착된 형광면(phosphor screen), 및 메탈 백이 부착된 형광면을 갖는 화상 표시 장치에 관한 것이다.
종래부터, 플라즈마 디스플레이 패널 (PDP)이나 전계 방출 디스플레이 (FED) 등의 화상 표시 장치에 있어서, 메탈 백 방식의 형광면이 채용되고 있다. 이 형광면은, 페이스 플레이트(face plate) 내면에 형성된 광 흡수층 및 형광체층을 포함하는 형광체 스크린 위에, 메탈 백층이라 불리는 알루미늄 (Al) 등의 금속막이 형성된 구조를 갖는다.
이와 같은 같은 구조의 형광면을 형성하기 위해서는 예를 들면 이하에 나타내는 방법이 채용되고 있다. 즉, 유리 분말, 흑색 안료 등을 비히클 중에 분산시킨 페이스트상 조성물을, 페이스 플레이트 내면의 소정의 위치에 스크린 인쇄 하는 등의 방법으로 후막 (厚膜) 페이스트층을 형성하여 광 흡수층으로 한다 (예를 들면 일본 특허 공개 제2002-163928호 공보 참조).
그 후, 슬러리법 또는 인쇄법에 의해 형광체층을 형성하고, 또한 광 흡수층과 형광체층의 위에, 니트로셀룰로오스 등의 유기 수지를 포함하는 박막을 스핀법 등으로 형성하고, 그 위에 Al 등의 금속막을 진공 증착하고 소성 (베이킹)하여 유기물을 제거한다. 이렇게 해서 메틸 백층을 형성한 후, 또한 형광면을 400 내지 500 ℃에서 가열ㆍ소성 (베이킹)하는 방법이 행하여지고 있다 (예를 들면 일본 특허 공개 소 61-195540호 공보 참조).
그러나 이러한 방법으로 형성된 메탈 백이 부착된 형광면에서는 가열ㆍ소성 공정에서, 광 흡수층 내부가 산소가 부족한 분위기가 되기 때문에 비히클을 구성하는 수지나 분산제 등의 유기 성분이 연소하기 어렵고, 카본 등의 잔류물을 형성한다는 문제가 있었다. 또한, 유기 성분이 연소하여도 막 구조가 지나치게 치밀한 경우에는 연소 가스가 빠져나가는 통로가 없기 때문에 가스가 내포된다. 그 결과, 내포된 가스나 상기한 카본 등의 잔류물이 발생원이 되어, 그 후의 공정에서 형광면으로부터 가스가 발생하기 쉽고, 이것이 전자 방출원 (전자 소스)의 수명을 짧게 한다는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 메탈 백이 부착된 형광면 및 메탈 백이 부착된 형광면을 갖는 화상 표시 장치에 있어서, 형광면으로부터의 가스의 발생 내지 방출을 저감하고, 전자 방출원의 수명을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1의 양태는 메탈 백이 부착된 형광면으로서, 페이스 플레이트 (face plate) 내면에 광 흡수층과 형광체층을 각각 포함하고, 상기 형광체층 상에 메탈 백 층을 갖는 형광면으로, 상기 광 흡수층이, 금속 산화물에 환원성 금속을 첨가하여 이루어지는 산소 공급제를 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2의 양태는 화상 표시 장치로서, 페이스 플레이트, 상기 페이스 플레이트와 대향 배치된 리어 플레이트(rear plate), 상기 리어 플레이트 (rear plate) 상에 형성된 다수의 전자 방출 소자 및 상기 페이스 플레이트 상에 상기 리어 플레이트와 대향하여 형성되고, 상기 전자 방출 소자로부터 방출되는 전자선에 의해 발광하는 형광면을 구비하고, 상기 형광면이 상기한 메탈 백이 부착된 형광면인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서는, 광 흡수층이 금속 산화물에 환원성 금속이 첨가된 산소 공급제를 함유하고, 광 흡수층 중의 유기 성분의 저온도 영역 (400 내지 500 ℃) 에서의 연소성이 향상되어 있기 때문에, 가열ㆍ소성 (베이킹) 공정에서 광 흡수층에 포함되는 유기 성분이 쉽게 연소한다. 그 결과, 광 흡수층 중에서 가스의 발생 또는 방출원이 되는 카본 등의 잔류를 저감할 수가 있다. 그리고, 이렇게 해서 형광면에서의 가스의 발생 또는 방출이 억제되기 때문에, 전자 방출원의 수명이 연장되고, 장시간 동안 고휘도로 안정적인 표시가 가능한 화상 표시 장치를 실현할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 제1의 실시 양태인 메탈 백이 부착된 형광면의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2의 실시 양태인 메탈 백이 부착된 형광면을 구비한 FED의 단면도이다.
<발명을 실시하기 위한 형태>
다음으로, 본 발명의 실시의 형태를, 도면에 의하여 설명한다. 또한 본 발명은 이하의 실시 양태에 한정되는 것이 아니다.
도 1은 본 발명에 관한 메탈 백이 부착된 형광면의 제1의 실시 양태를 나타내는 단면도이다.
도면에 있어서, 부호 1은 페이스 플레이트를 구성하는 유리 기판을 나타낸다. 이 유리 기판 (1)의 내면에는 소정 패턴 (예를 들면 스트라이프상)의 광 흡수층 (2)가 형성되어 있다. 또한, 광 흡수층 (2)의 패턴의 사이에 적색 (R), 녹색 (G), 청색 (B)의 3색의 형광체층 (3)이 설치된다.
광 흡수층 (2)는 카본 블랙과 같은 흑색 안료를 포함하고, 또한 금속 산화물에 환원성 금속이 첨가된 산소 공급제를 함유한다. 여기서, 금속 산화물로서는 MnO2, BaO, Fe2O3, Al2O3, TiO2, ZrO2, Y2O2S 등이 예시되고, 이들 중에서 1종 또는 2종 이상을 선택하여 사용할 수가 있다. 그리고, 이러한 금속 산화물에 첨가되는 환원성 금속으로서는 그 금속 산화물에 대하여 환원성을 갖는 금속 또는 금속 이온이면 특별히 종류는 한정되지 않는다.
또한, 산소 공급제로서는 Y2O2S와 같은 산소를 포함하는 형광체 모체 (host material)에, 유로퓸 (Eu), 테르븀 (Tb)와 같은 희토류 원소를 비롯한 활성화제가 첨가된 형광체 재료를 사용할 수 있다. 활성화제인 희토류 원소의 종류는 특별히 한정되지 않으며 농도는 O.0001 (1×1O-4) 내지 1O 몰％로 하는 것이 바람직하다.
또한, 이러한 산소 공급제의 입경은 1 내지 1O ㎛로 하는 것이 바람직하다. 산소 공급제의 입경을 상기 범위로 설정한 경우에는 광 흡수층 중에 가스가 빠져나가는 통로가 되는 적당한 크기의 공극을 형성할 수 있기 때문에 형광면의 가열ㆍ소성 (베이킹) 공정에서 유기 성분의 연소에 의해 발생하는 가스가 빠져 나가기 쉽고, 따라서 가스의 잔류가 없는 형광면을 얻을 수 있다.
이러한 광 흡수층 (2)를 형성하기 위해서는 흑색 안료와 상기한 산소 공급제, 결착성의 무기 재료, 결합제인 수지 성분, 용매 및 첨가제 등을 포함하는 페이스트상 조성물을, 유리 기판 (1) 내면의 소정의 위치에 스크린 인쇄하고, 스트라이프상 등의 패턴을 형성하는 방법을 채용할 수 있다.
여기서, 결착성의 무기 재료로서는 저융점 유리, 물 유리, 세라믹 등을 들 수 있고, 특히 저융점 유리를 사용하는 것이 바람직하다. 저융점 유리로서는 예를 들면 조성식 (SiO2ㆍB2O3ㆍPbO), (B2O3ㆍBi2O3), (SiO2ㆍPbO) 또는 (B2O3ㆍPbO)로 표시되는 유리를 들 수 있다. 또한 결착성의 무기 재료의 입경은 5 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이러한 결착성의 무기 재료를 첨가함으로써 광 흡수층 (2)의 강도가 향상한다.
각 색의 형광체층 (3)을 형성하기 위해서는 ZnS계, Y2O3계, Y2O2S계 등의 형광체와 결합제인 수지 성분, 용매 및 첨가제 등을 포함하는 형광체 페이스트를, 소정의 위치에 스크린 인쇄하는 방법을 채용할 수 있다. 또한 형광체층 (3)의 패턴의 형성은 형광체를 포함하는 슬러리를 도포하고, 포토리소그래피법에 의해 패터닝 하는 방법 (슬러리법)에 의해 행할 수도 있다.
또한, 이러한 광 흡수층 (2)와 형광체층 (3)을 포함하는 형광체 스크린 (4)의 위에, Al과 같은 금속막을 포함하는 메탈 백층 (5)이 형성되어 있다.
메탈 백층 (5)를 형성하기 위해서는 예를 들면 형광체 스크린 (4)의 위에 스핀법으로 니트로셀룰로오스 등의 유기 수지를 포함하는 박막을 형성하고, 그 위에 Al 등의 금속막을 진공 증착하고, 또한 약 450 ℃의 온도로 소성하여 유기물을 제거하는 방법을 채용할 수 있다. 또한, 이하에 나타낸 바와 같이 전사 필름을 사용하여 메탈 백층 (5)를 형성할 수도 있다.
전사 필름은 베이스 필름 상에 이형제층 (필요에 따라서 보호막)을 통하여 Al 등의 금속막과 접착제층이 순서대로 적층된 구조를 갖고 있고, 이 전사 필름을 접착제층이 형광체 스크린에 접하도록 배치하여 가열ㆍ가압 처리를 행한다. 가압 방식으로서는 스탬프 방식, 롤러 방식 등이 있다. 이렇게 해서 전사 필름을 가열하면서 눌러, 금속막을 접착하고 나서 베이스 필름을 박리함으로써 형광면에 금속막이 전사된다. 계속해서 금속막이 전사된 페이스 플레이트에 가열 처리 (베이킹)을 실시하여 유기 물질을 분해하여 제거함으로써 메탈 백층 (5)가 형성된다.
이와 같이 구성되는 제1의 실시 양태의 메탈 백이 부착된 형광면에서는, 광 흡수층 (2)가 금속 산화물에 환원성 금속이 첨가된 산소 공급제를 함유하고 있고, 베이킹 공정에서 산소 공급제 중의 환원성 금속이, 그 자체가 산화되는 방향으로 가수(valence)가 변화하여 그에 따라 금속 산화물을 환원시키기 때문에, 금속 산화물 중의 산소가 방출된다. 그 결과, 광 흡수층 (2) 중의 유기 성분의 연소성이 향 상되고, 광 흡수층 (2)에 포함되는 유기 성분이 쉽게 연소한다. 따라서, 타고 남은 카본 등의 잔류물을 저감할 수 있다.
또한, 산소 공급제의 입경이 1 내지 1O ㎛로 조정되어 있기 때문에 광 흡수층 (2) 중에 가스가 빠져 나가는 통로가 되는 공극이 확보되고, 가열ㆍ소성 공정에서 유기 성분의 연소에 의해 발생하는 가스가 빠지기 쉽다. 따라서, 그 후의 공정에서 형광면에서의 가스의 발생이 억제되기 때문에 전자 방출원의 수명이 우수하고, 장시간 동안 고휘도로 안정된 화상 표시 장치를 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2의 실시 양태로서 메탈 백이 부착된 형광면을 애노드 전극으로 하는 FED의 구조를 도 2에 나타낸다. 이 FED에서는 상기한 제1의 실시 양태의 메탈 백이 부착된 형광면을 갖는 페이스 플레이트 (6)과, 매트릭스상으로 배열된 전자 방출 소자 (7)을 갖는 리어 플레이트 (8)이 1 mm 내지 수 mm 정도의 좁은 간극을 두고 대향 배치되고, 페이스 플레이트 (6)과 리어 플레이트 (8)과의 사이에, 5 내지 15 kV의 고전압이 인가되도록 구성되어 있다. 또한 도면 중 부호 (9)는 지지 프레임 (측벽)을 나타낸다.
이 FED에서는 페이스 플레이트 (6)과 리어 플레이트 (8)과의 간극이 매우 좁고, 이들 사이에서 방전에 의한 절연 파괴가 발생하기 쉽지만, 가스의 발생 및 방출이 생기기 어렵게 불에 의한 부풀림 (blister) 등이 없어 평활한 메탈 백층 (5)를 갖기 때문에, 방전의 발생이 억제되어 내압 특성이 대폭 향상한다.
다음으로, 본 발명을 FED에 적용한 구체적 실시예에 대해서 설명한다.
<실시예 1>
유리 기판상에, 이하의 조성을 갖는 흑색 페이스트를 스크린 인쇄하고, 스트라이프상의 패턴을 형성하였다. 계속해서, 이 패턴 사이에 적색 (R), 녹색 (G), 청색 (B)의 3색의 형광체를 포함하는 형광체 페이스트의 패턴을, 스크린 인쇄에 의해 형성하였다.
[흑색 페이스트의 조성]
흑색 안료 (카본 블랙) (입경 0.075 ㎛)ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ10 중량％
산소 공급제 (Y2O2S: Eu) (입경 5 ㎛)ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ1O 중량％
저융점 유리재 (SiO2ㆍB2O3ㆍPbO)ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ ㆍ15중량％
결합제 수지 (에틸셀룰로오스)ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ ㆍ5 중량％
용매 (부틸카르비톨아세테이트)ㆍㆍ ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ60 중량％
다음으로 450 ℃에서 2 시간 가열하고, 소성하여 스트라이프상의 광 흡수층 (두께 8 ㎛)과 그 사이에 배열ㆍ형성된 3색의 형광체층 (두께 7 ㎛)의 패턴을 포함하는 형광체 스크린을 형성하였다.
다음으로, 형광체 스크린 위에, 아크릴 수지를 주성분으로 하는 유기 수지 용액을 도포하고 건조하여 유기 수지층을 형성한 후, 그 위에 진공 증착에 의해 Al막을 형성하였다. 계속해서, 450 ℃의 온도에서 30 분간 가열ㆍ소성하여 유기 물질을 분해ㆍ제거하여 메탈 백층을 형성하였다.
계속해서 이렇게 하여 얻어진 메탈 백이 부착된 형광면을 갖는 패널을 사용 하여, FED를 제조하였다. 즉, 기판 상에 표면 전도형 전자 방출 소자를 매트릭스상으로 다수 형성한 전자 방출원 (전자 소스)을 배면 유리 기판에 고정하여 리어 플레이트로 하고, 이 리어 플레이트와 상기한 패널 (페이스 플레이트)을, 지지 프레임 및 스페이서를 통하여 대향 배치하여 플리트 유리에 의해 봉착하였다. 페이스 플레이트와 리어 플레이트의 간극은 2 mm로 하였다. 계속해서, 진공 배기, 밀봉 등 필요한 처리를 실시하여 FED를 완성하였다.
이렇게 하여 얻어진 FED의 전자 방출원의 수명을, 전자 방출 효율이 30 ％ 감소하기까지의 시간을 측정함으로써 조사하였다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
<실시예 2>
이하의 조성을 갖는 흑색 페이스트를 이용하여 광 흡수층의 패턴을 형성하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 메탈 백이 부착된 형광면을 제조하였다. 계속해서 이 메탈 백이 부착된 형광면을 갖는 패널을 사용하여 FED를 제조하여, 얻어진 FED의 전자 방출원의 수명을 실시예 1과 동일하게 측정하여 평가하였다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
[흑색 페이스트의 조성]
흑색 안료 (카본 블랙) (입경 0.075 ㎛)ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ10 중량％
산소 공급제 (Y2O2S: Eu) (입경 2 ㎛)ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 15 중량％
저융점 유리재 (SiO2ㆍB2O3ㆍPbO)ㆍ ㆍㆍ ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ15 중량％
결합제 수지 (에틸셀룰로오스)ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ ㆍㆍ ㆍㆍㆍㆍㆍ4 중량％
용매 (부틸카르비톨아세테이트)ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ ㆍㆍ ㆍㆍ56 중량％
<실시예 3>
이하의 조성을 갖는 흑색 페이스트를 사용하여 광 흡수층의 패턴을 형성하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 메탈 백이 부착된 형광면을 제조하였다. 계속해서, 이 메탈 백이 부착된 형광면을 갖는 패널을 사용하여 FED를 제조하고, 얻어진 FED의 전자 방출원의 수명을 실시예 1과 동일하게 측정하여 평가하였다. 측정 결과를 표 1에 나타내었다.
[흑색 안료 페이스트의 조성]
흑색 안료 (카본 블랙 (입경 0.075 ㎛)ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ10 중량％
산소 공급제 (Y2O2S: Eu, Tb) (입경 5 ㎛)ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ1O 중량％
저융점 유리재 (SiO2ㆍB2O3ㆍPbO)ㆍㆍㆍㆍㆍ ㆍㆍㆍㆍㆍ15 중량％
결합제 수지 (에틸셀룰로오스) ㆍㆍ ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ5 중량％
용매 (부틸카르비톨아세테이트)ㆍㆍㆍㆍ ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ60 중량％
또한, 비교를 위해 이하의 조성으로 산소 공급제를 함유하지 않는 흑색 페이스트를 이용하여 광 흡수층의 패턴을 형성하였다. 그리고 그 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 메탈 백이 부착된 형광면을 제조하고, 이 메탈 백이 부착된 형광면을 갖는 패널을 사용하고 FED를 제조하였다. 이렇게 해서, 비교예에서 얻어진 FED의 전자 방출원의 수명을, 실시예 1과 동일하게 측정하여 평가하였다. 측정 결과를 표 1에 나타내었다.
[흑색 페이스트의 조성]
흑색 안료 (카본 블랙) (입경 0.075 ㎛)ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ18 중량％
저융점 유리재 (SiO2ㆍB2O3ㆍPbO)ㆍㆍ ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ27 중량％
결합제 수지 (에틸셀룰로오스)ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ5 중량％
용매 (부틸카르비톨아세테이트)ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ50 중량％
Figure 112005045541895-pct00001
표 1의 결과로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1 내지 3에서 얻어진 메탈 백이 부착된 형광면을 구비한 FED는, 비교예에서 얻어진 것에 비하여, 전자 방출원의 수명이 대폭 향상되어 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 광 흡수층이 금속 산화물에 환원성 금속이 첨가된 산소 공급제를 함유하고, 광 흡수층 중의 유기 성분의 연소성이 향상되어 있기 때문에, 가열ㆍ소성 (베이킹) 공정에서 광 흡수층에 포함되는 유기 성분이 쉽게 연소한다. 그 결과, 가스 발생원이 되는 카본 등의 잔류를 저감할 수 있다. 그리고, 이와 같이 형광면에서의 가스의 발생 내지 방출이 억제되어 있기 때문에, 전자 방출원의 수명이 개선되어, 장시간 동안 고휘도로 안정된 화상 표 시 장치를 실현할 수 있다.

Claims (7)

  1. 페이스 플레이트(face plate) 내면에 광 흡수층과 형광체층을 각각 포함하고, 상기 형광체층상에 메탈 백층을 포함하는 형광면으로서, 상기 광 흡수층이 금속 산화물에 환원성 금속을 첨가하여 이루어지는 산소 공급제를 함유하는 것을 특징으로 하는 메탈 백(metal back)이 부착된 형광면.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산소 공급제가 1 내지 10 ㎛의 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 메탈 백이 부착된 형광면.
  3. 제1항에 있어서, 상기 산소 공급제가, 산소를 포함하는 형광체의 모체에 희토류 원소의 활성화제가 첨가된 것을 특징으로 하는 메탈 백이 부착된 형광면.
  4. 제2항에 있어서, 상기 산소 공급제가, 산소를 포함하는 형광체의 모체에 희토류 원소의 활성화제가 첨가된 것을 특징으로 하는 메탈 백이 부착된 형광면.
  5. 제3항에 있어서, 상기 산소 공급제에 있어서, 상기 활성화제의 농도가 0.0001 내지 10 몰％인 것을 특징으로 하는 메탈 백이 부착된 형광면.
  6. 제4항에 있어서, 상기 산소 공급제에 있어서, 상기 활성화제의 농도가 0.0001 내지 10 몰％인 것을 특징으로 하는 메탈 백이 부착된 형광면.
  7. 페이스 플레이트, 상기 페이스 플레이트 (face plate)와 대향 배치된 리어 플레이트 (rear plate), 상기 리어 플레이트 상에 형성된 다수의 전자 방출 소자 및 상기 페이스 플레이트 상에 상기 리어 플레이트와 대향하여 형성되고 상기 전자 방출 소자로부터 방출되는 전자선에 의해 발광하는 형광면을 구비하며, 상기 형광면이 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 메탈 백이 부착된 형광면인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
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