KR100805955B1 - 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 방법 및 장치 - Google Patents

형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 방법 및 장치 Download PDF

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김휴석
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Abstract

본 발명은 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착에 관한 것으로서, 형광 파우더를 반응기에 공급하는 단계; 상기 반응기에 산화물 코팅을 위한 일정양의 피산화물 전구체를 공급하는 단계; 상기 피산화물 전구체 공급 시 촉매제를 공급을 시작하는 단계; 상기 피산화물 전구체의 공급을 중단하고, 퍼지 가스를 공급하여 상기 피산화물 전구체를 퍼지하는 단계; 상기 공급하던 퍼지 가스의 공급을 중단하고, 산화제를 상기 반응기로 공급하는 단계; 및 상기 산화제의 공급을 중단하고, 다시 퍼지 가스를 반응기로 공급하여 반응하지 않고 남아 있는 산화제와 반응부산물을 퍼지하여 형광 파우더의 표면에 산화물을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 방법 및 그 장치를 제공함으로써, 디스플레이용 형광 파우더 표면에 유전율이 우수한 산화막을 코팅함으로써, 형광 파우더의 구조적 결함을 줄여서 형광 파우더의 발광 특성효율을 향상시켜 주고, 수명시간이 향상되며, 초기 휘도가 증가하는 등의 효과가 있다.
형광 파우더, 산화물 코팅, 촉매제, 백라이트

Description

형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 방법 및 장치{Deposition Method and Apparatus for Coating Oxides on Phosphor Powders}
도 1은 종래 LCD 패널의 구성을 간략하게 보인 단면도.
도 2는 종래 LCD 패널의 백라이트에 적용되는 냉음극 형광램프의 구조를 간단하게 보인 예시도.
도 3은 종래 플라즈마 디스플레이(PDP)에서 단일 셀의 발광 구조를 간단하게 보인 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 형광체 분말의 산화물 코팅을 위한 증착 장치의 구성을 간략하게 보인 평면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 형광체 분말의 산화물 코팅을 위한 증착 과정을 보인 흐름도.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 피산화물 전구체, 촉매제 및 퍼지 가스 공급 과정을 보인 예시도.
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 산화체, 촉매제 및 퍼지가스 공급 과정을 보인 예시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 산화막 코팅 시 공압장치의 동작 과정을 보인 예시도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 산화막 코팅을 위한 가스의 공급 주기를 보인 그래프.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 산화막 코팅을 위한 가스의 공급 주기를 보인 그래프.
**도면에 사용된 주요부호에 대한 설명**
70 : 백라이트 100 : 혼합 가스
200 : 반응기 300 : 피산화물 전구체 공급수단
400 : 산화제 공급수단 500 : 퍼지 가스 공급수단
600 : 촉매 가스 공급수단 700 : 제어수단
800 : 공압수단 900 : 형광 파우더
본 발명은 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엘씨디(Liquid Crystal Display, LCD)와 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)의 표시 소자 등의 발광 소자에 이용되는 형광 파우더의 발광 특성 효율을 향상시키도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 평판 디스플레이는 기술적으로 형광체를 발광시켜 화면을 나타내는 자체 발광형(emissive type)과 백색광을 필터링하여 화상을 표현하는 LCD와 같은 비자체 발광형(Non-emissive type)으로 구분할 수 있다.
이중 비자체 발광형인 LCD 패널은 도 1에 도시된 바와 같이 반사판(10), 도광판(20), 확산판(30), 수직프리즘(40), 수평프리즘(50), 보호시트(60) 그리고 백라이트(70)로 구성되는데, 상기 LCD 패널은 자체로 발광하지 않고 패널 배면에 부착된 상기 백라이트(70)를 광원으로 이용한다.
상기 백라이트(70)는 차량 및 노트북 같은 소형의 14인치 이하는 2~3개의 냉음극 형광램프(CCFL)를 상기 도광판(20) 외곽에 설치해 조립하는 사이드라이트(side light) 방식을 주로 사용되며, 모니터와 TV용으로 사용되는 15∼18인치 백라이트 유닛은 밝기를 높이기 위해 상기 도광판(20) 외곽에 각 3개 이상의 냉음극 형광램프가 설치된다.
또한, 19인치 이상은 도광판(20) 방식으로는 충분한 밝기를 낼 수 없기 때문에 수십 개의 램프를 상기 확산판(30) 아래에 일정한 간격으로 배열한 직하형 방식이 사용된다.
따라서, LCD 패널과 관련하여 백라이트(70)와 도광판(20) 및 램프에 관련된 기술이 중요한데, 이는 백라이트(70)의 박형화와 밝기 및 소모 전력을 낮게 하는 기술이 요구되기 때문이다. 이를 위해 램프의 세관화와 발광휘도의 향상이 시도되고 있다.
도 2는 종래 백라이트에 적용되는 냉음극 형광램프의 구조를 간단하게 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 혼합된 가스(100), 전극(110), 전극을 연결해 주는 전선(120), 형광층(130), Hg 가스(140), 유리관의 밀봉(150)으로 구성되는데, 보통 박형화에 따라 10인치 패널은 직경 1.8㎜가 사용되며 8인치 이하 소형은 직경 1.6㎜가 사용되는데, 일반적으로 관경이 작을수록 휘도가 증가한다.
그러나, 세관화에 따라 점등의 지연과 고주파 점등시의 휘도저하 그리고 축방향에 대한 밝기의 불균일성 등의 문제점이 있었다. 즉, 백라이트(70)는 냉음극 형광램프의 휘도 저하뿐만 아니라 반사판(10), 도광판(20) 그리고 확산판(30) 등의 열화에 의한 휘도 감소에 따라 수명이 짧아지게 되는 문제점이 있었다.
한편, 통상적으로 PDP는 가스방전현상을 이용하여 화상을 표시하기 위한 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이 투명 전극(31), 유전체층(32), 전면 유리기판(33), 표면 방전 영역(34), 형광체(35), 격벽(36), 후면 유리기판(37), 자외선(38), 가시광(39)로 구성되며, 다른 평면 표시 장치에 비해 표시용량, 콘트라스트, 잔상, 시야각 등의 각종 표시능력이 우수하여, 음극선관(cathode ray tube, CRT)을 대체할 수 있는 표시 소자로, 40인치 이상의 대형 표시 장치에서 종래의 CRT를 대체할 표시 장치로서 각광받고 있다.
이러한 PDP는 전극에 인가되는 직류 또는 교류 전압에 의하여 전극 사이의 가스에서 방전이 발생하고, 여기에서 수반되는 자외선의 방사에 의하여 형광체를 여기시켜 발광하게 되는데, 상기 형광체는 플라즈마 방전 시 발생된 자외선에 의해 여기되어 적색, 녹색 또는 청색 중 어느 하나의 가시광선을 발생하게 되며, 적색(R) 형광체, 녹색(G) 형광체 및 청색(B) 형광체로 나뉘어 진다.
그러나, 상기 표면 방전영역(34)으로부터 나온 자외선(38)이 형광체(35)를 여기 시켜서 각 청색, 적색, 녹색형광체가 발광하게 되는데, 이때 상기 자외선(38) 이 청색 형광체에 직접적인 데미지를 주어 열악한 색 순도로 넓은 스펙트럼을 방출하며 낮은 수명을 가지는 문제점이 있었다.
또한, 상기 청색(BAM계) 형광체는 높은 효율 및 색순도 특성을 가지지만, BAM계의 형광체는 열화특성이 낮아 장기간 사용 시 휘도 및 색좌표 특성이 저하되는 문제점 이 있었고, 마찬가지로, 테리륨(Tb) 형광체는 높은 발광강도 및 열화특성을 갖지만 낮은 색순도 특성을 가지는 문제점이 있었다.
또한, 상기 녹색(G) 형광체는 잔광 특성이 불량하여 빠른 동영상의 구현시에 녹색 형광체의 끌림 현상이 발생하여 화질이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로서, 디스플레이용 형광 파우더 표면에 유전율이 우수한 산화막을 코팅함으로써, 형광 파우더의 구조적 결함을 줄여서 형광 파우더의 발광 특성효율을 향상시켜 주기 위한 형광 파우더의 코팅 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또 다른 목적으로, 형광 파우더 표면에 촉매를 이용한 원자층 증착법을 통하여 고온(200 ~ 500℃)이 아닌 상온에서 형광 파우더에 산화막을 코팅하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 방법은, 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 방법에 있어서, 형광 파우더를 반응기에 공급하는 단계; 상기 반응기에 산화물 코팅을 위한 일정양의 피산화물 전구체를 공급하는 단계; 상기 피산화물 전구체 공급 시 촉매제를 공급을 시작하는 단계; 상기 피산화물 전구체의 공급을 중단하고, 퍼지 가스를 공급하여 상기 피산화물 전구체를 퍼지하는 단계; 상기 공급하던 퍼지 가스의 공급을 중단하고, 산화제를 상기 반응기로 공급하는 단계; 및 상기 산화제의 공급을 중단하고, 다시 퍼지 가스를 반응기로 공급하여 반응하지 않고 남아 있는 산화제와 반응부산물을 퍼지하여 형광 파우더의 표면에 산화물을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 장치는 반응기: 피산화물 전구체 공급수단: 산화제 공급수단: 퍼지 가스 공급수단: 및 진공 수단을 구비한 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 장치에 있어서, 상기 반응기를 상하 또는 좌우로 진동을 주는 공압장치: 상기 반응기에 촉매 가스를 공급하는 촉매 가스 공급수단: 및 상기 반응기에 피산화물 전구체 공급 시 상기 공압장치 및 촉매 가스 공급수단의 구동을 제어하고, 상기 전체 구성요소들의 구동을 제어하여 형광 파우더의 표면에 산화물을 형성하도록 하는 제어부를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 구성을 첨부한 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 장치의 구성을 간략하게 보인 평면도로서, 이에 도시한 바와 같이 형광 파우더(900)에 대한 코팅 반응이 이루어지는 반응기(200): 상기 반응기(200)를 상하 또는 좌우 로 진동을 주는 공압장치(미도시): 상기 반응기(200)에 피산화물 전구체를 공급하는 피산화물 전구체 공급수단(300): 상기 반응기(200)에 산화제를 공급하는 산화제 공급수단(400): 상기 반응기(200)에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급수단(500): 상기 반응기(200)에 촉매 가스를 공급하는 촉매 가스 공급수단(600): 상기 반응기(200)에 연결된 진공 수단(미도시): 및 상기 반응기(200)에 피산화물 전구체 공급 시 상기 공압장치 및 촉매 가스 공급수단(600)의 구동을 제어하고, 상기 전체 구성요소들의 구동을 제어하여 형광 파우더(900)의 표면에 산화물을 형성하도록 하는 제어부(700)를 포함하여 구성한다.
이와 같이 구성한, 본 발명의 실시예에 따른 동작 과정을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 형광체 분말의 산화물 코팅을 위한 증착 과정을 보인 흐름도로서, 이에 도시한 바와 같이 먼저 형광체 파우더(900)를 반응기(200)에 공급하며(S100), 이때 공급하는 형광체 파우더(900)는 산화막 코팅이 가능한 디스플레이용 형광 파우더를 사용한다.
상기 형광 파우더(900) 공급을 완료하면 도 6a에 도시한 바와 같이 반응기(200)에 산화물 코팅을 위한 일정양의 피산화물 전구체를 공급을 시작하면 동시에 촉매제 공급도 시작을 한다(S200 ~ S300).
이때, 도 7에 도시한 바와 같이 상기 피산화물 전구체 공급 시 상기 반응기(200)를 상하, 또는 좌우로 진동하도록 제어수단(700)은 공압장치(800)를 제어한다(S400).
즉, 피산화물 전구체를 공급할 때는 상기 반응기(200)를 아래로 움직이도록 하고, 피산화물 전구체와 산화물을 퍼지 가스로 퍼지하는 과정에는 상기 반응기(200)를 위로 올라가도록 하는 과정을 통해 반응기(200)에 진동을 주도록 한다. 이는 반응기(200) 내부에 공급된 형광 파우더(900)와 공급된 가스들이 반응이 잘 일어나도록 하기 위함이다.
또한, 공급되는 상기 피산화물 전구체는 Si(OC2H5)4, Al(CH3)3, Hf[N(CH3)2]4, Zr[N(CH3)2]4, Ta(OC2H5)5, Mg(C5H5)₂중 어느 하나를 공급하며, 촉매제는 염기화합물로 아민계의 암모니아와 아민을 사용한다.
이후, 상기 피산화물 전구체의 공급을 중단하고, 퍼지 가스를 공급하여 상기 피산화물 전구체를 퍼지하는데(S500), 이때 공급되는 퍼지 가스는 아르곤(Ar), 질소(N2)네온(Ne), 헬륨(He) 등의 불활성 가스이다.
상기 퍼지 동작이 완료하면 도 6b에 도시한 바와 같이 상기 공급하던 퍼지 가스의 공급을 중단하고, 산화제를 상기 반응기(200)로 공급하며, 이때 공급되는 산화제는 H20, O3, O2 중 적어도 어느 하나를 공급한다(S600).
이후, 상기 산화제의 공급을 중단하고, 다시 퍼지 가스를 반응기(200)로 공급하여 반응하지 않고 남아 있는 산화제와 반응부산물을 퍼지하여 형광 파우더(900)의 표면에 산화물을 형성하며(S700), 이때 형성된 산화물은 유전성 물질의 하나인 SiO2, HfO2 Al2O3, ZrO2, Ta2O5, MgO 중 어느 하나이며, 산화물 형성이 완료되는 시점에 촉매제 공급 및 상기 공압장치(800)의 구동을 중단한다(S800).
또한, 상기와 같은 산화물 코팅 동작은 도 8에 도시한 바와 같이 도 6a 및 6b의 동작 과정에서 각각 1회씩 공급하는 피산화물->퍼지->산화제->퍼지의 과정을 1 주기(cycle)로 하는 경우와 도 9에 도시한 바와 같이 피산화물 공급 5회 반복->퍼지->산화제 공급 3회 반복->퍼지의 과정을 1 주기로 하는 경우 등 코팅 상황에 따라 산화물 코팅과정에서 가스의 공급 주기를 조절할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 방법 및 장치는, 디스플레이용 형광 파우더 표면에 유전율이 우수한 산화막을 코팅함으로써, 형광 파우더의 구조적 결함을 줄여서 형광 파우더의 발광 특성효율을 향상시켜 주고, 수명시간이 향상되며, 초기 휘도가 증가하는 등의 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 방법에 있어서,
    형광 파우더를 반응기에 공급하는 단계;
    상기 반응기에 산화물 코팅을 위한 일정양의 피산화물 전구체를 공급하는 단계;
    상기 피산화물 전구체 공급 시 촉매제 공급을 시작하는 단계;
    상기 피산화물 전구체의 공급을 중단하고, 퍼지 가스를 공급하여 상기 피산화물 전구체를 퍼지하는 단계;
    상기 공급하던 퍼지 가스의 공급을 중단하고, 산화제를 상기 반응기로 공급하는 단계; 및
    상기 산화제의 공급을 중단하고, 다시 퍼지 가스를 반응기로 공급하여 반응하지 않고 남아 있는 산화제와 반응부산물을 퍼지하여 형광 파우더의 표면에 산화물을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피산화물 전구체 공급 시
    상기 반응기를 상하, 또는 좌우로 진동하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 피산화물 전구체 및 산화제 공급 시
    가스 공급 주기를 조절하는 것을 특징으로 하는 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 피산화물 전구체는
    Si(OC2H5)4, Al(CH3)3, Hf[N(CH3)2]4, Zr[N(CH3)2]4, Ta(OC2H5)5, Mg(C5H5)₂중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 산화제는
    산화막을 형성시키기 위한 H20, O3, O2 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 퍼지 가스는
    아르곤(Ar), 질소(N2),네온(Ne), 헬륨(He) 등의 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 촉매제는
    염기화합물로 아민계의 암모니아와 아민을 사용하는 것을 특징으로 하는 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 산화물은
    유전성 물질 중 하나인 SiO2, HfO2 Al2O3, ZrO2, Ta2O5, MgO 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 산화물 형성 단계는
    산화물 형성이 완료되는 시점에 촉매제 공급을 중단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 방법.
  10. 반응기: 피산화물 전구체 공급수단: 산화제 공급수단: 퍼지 가스 공급수단: 및 진공 수단을 구비한 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 장치에 있어서,
    상기 반응기를 상하 또는 좌우로 진동을 주는 공압장치:
    상기 반응기에 촉매 가스를 공급하는 촉매 가스 공급수단: 및
    상기 반응기에 피산화물 전구체 공급 시 상기 공압장치 및 촉매 가스 공급수단의 구동을 제어하고, 상기 전체 구성요소들의 구동을 제어하여 형광 파우더의 표면에 산화물을 형성하도록 하는 제어부를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 형광 파우더의 산화물 코팅을 위한 증착 장치.
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KR20000008995A (ko) * 1998-07-20 2000-02-15 손욱 표면처리 형광체와 그 제조 방법 및 이를 이용한 플라즈마 표시패널의 형광층 형성방법
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