KR20010001391A - 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에미터의 손상과 팁영역의 오염을 최소화하도록 한 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법은 전자를 방출하는 다수 개의 팁이 형성된 기판 위에 절연물질을 인쇄하여 절연층을 형성하는 단계와, 절연층 위에 전자의 행로를 제어하기 위한 포커싱전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 에미터의 손상과 팁영역의 오염을 최소화할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 전계 방출 표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 에미터의 손상과 팁영역의 오염을 최소화하도록 한 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 음극선관(Cathode Ray Tube : CRT)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판 표시장치는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : LCD), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display : 이하 "FED"라 함) 및 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel : PDP) 등이 있다.
FED는 첨예한 음극(에미터)에 고전계를 집중해 양자역학적인 터널(Tunnel) 효과에 의하여 전자를 방출하는 냉음극을 이용하여 음극선관과 같이 전자선에 의해 형광체를 여기시켜 발광하게 함으로써 화상을 표시하게 된다.
도 1을 참조하면, 애노드전극(4) 및 형광체(6)가 적층된 상부 유리기판(2)과, 하부 유리기판(8) 상에 형성되는 전계방출 어레이(32)를 구비한 FED가 도시되어 있다. 전계방출 어레이(32)는 하부 유리기판(8) 상에 형성되는 캐소드전극(10) 및 저항층(12)과, 저항층(12) 상에 형성되는 에미터(22) 및 게이트 절연층(14)과, 게이트 절연층(14) 상에 형성되는 게이트전극(16)과, 게이트전극(16) 상에 형성되는 포커싱 절연층(18)과, 포커싱 절연층(18) 상에 형성되는 포커싱전극(20)이 포함된다. 캐소드전극(10)은 에미터(22)에 전류를 공급하게 되며, 저항층(12)은 캐소드전극(10)으로부터 에미터(22) 쪽으로 인가되는 과전류를 제한하여 에미터(22)에 균일한 전류를 공급하는 역할을 하게 된다. 게이트절연층(14)은 캐소드전극(10)과 게이트전극(16) 사이를 절연하게 된다. 게이트전극(16)은 전자를 인출시키기 위한 인출전극으로 이용된다. 포커싱전극(20)은 인출된 전자의 행로를 제어하는 역할을 하게 된다. 포커싱 절연층(18)은 포커싱전극(20)과 게이트전극(16) 사이를 절연하게 된다.
캐소드전극(16)에 부극성(-), 애노드전극(4)에 정극성(+)의 애노드전압(VA)이 인가되고 게이트전극(16)에 정극성(+)의 게이트 전압(VG)이 인가되면 에미터(22)로부터 전자빔(30)이 방출되어 애노드전극(4) 쪽으로 가속된다. 이 때, 부극성(-)의 포커스전압(VF)이 인가되는 포커싱전극(20)에 의해 방출된 전자빔(30)은 목표 애노드전극(4) 및 형광체(6) 쪽으로 집속된다. 전자빔(30)이 형광체(6)에 충돌하여 형광체(6)를 여기시키게 되면 적색·녹색·청색 중 어느 한 색의 가시광이 발생된다.
위에서 알 수 있는 바, 포커싱전극(20)은 특정 화소(Pixel) 또는 부화소(Sub-pixel) 내의 에미터(22)로부터 방출된 전자빔(30)이 목표 형광체(6)에 충돌하도록 전자빔의 비행경로를 제어하는 역할을 하게 된다. 다시 말하여, 포커싱전극(20)은 방출된 전자빔(30)이 게이트전극(16) 쪽으로 누설되거나 목표 애노드전극(4)이 아닌 인접한 애노드전극(4) 쪽으로 비행하여 색순도 또는 휘도를 떨어 뜨리게 되는 것을 방지하게 된다.
방출면적이 5″이하의 FED에 있어서는 위와 같은 포커싱에 의존하지 않고도 정상적인 동작이 가능하지만, 고밀도·고화질로 갈수록, 특히 10″이상으로 대면적화될수록 색순도가 떨어지는 것을 방지하기 위하여 포커싱이 반드시 필요하게 된다.
포커싱전극(20)은 도 1과 같이 대략 60μm의 폴리이미드(Polyimide)를 포커싱 절연층(18)으로 이용하여 포커싱전극(20)과 게이트전극(16)의 높이차를 유지하게 하는 것이 일반적이다. 이 외에도, 도 2와 같이 포커싱전극(20)을 게이트전극(16)과 동일 평면 상에 형성하는 인플레인(in plane) 구조와, 도 3과 같이 서로 다른 정극성(+) 전압이 인가되는 상/하부 게이트전극들(16UPPER,16LOWER)이 형성된 더블 게이트 포커싱(Double Gate Focusing) 구조가 있다. 그러나 도 2 및 도 3과 같은 포커싱 구조는 방출되는 전자빔(30)의 각도를 좁히는데 있어서 한계가 있다. 다시 말하여, 일반적인 식각공정에 의해서는 게이트전극(16)에서 포커싱전극(20) 까지의 높이를 수십 μm 정도로 높게하기가 곤란하다. 이에 따라, 도 2 및 도 3의 포커싱 구조는 방출되는 전자가 비행하는 거리, 즉 포커싱 거리(게이트전극에서 포커싱전극까지의 거리)가 짧기 때문이다.
이에 따라, 포커싱전극(20)은 하부 유리기판(8)으로부터 되도록 높게 설치되어야 한다. 특히, 높은 진공도를 유지해야 하는 기밀구조 하에서 소자 내에 흡착되어 있던 원치 않는 기체 방출에 의한 아웃개싱(outgasing)이 최소화되는 동시에 포커싱전극(20)을 높게 설치하여야 한다. 포커싱전극(20)을 높게 설치하기 위하여, 광민감성(Photo-sensitive) 폴리이미드를 이용하여 포커싱 절연층(18)을 형성하고 있다.
도 4a 내지 도 4d는 폴리이미드를 이용한 포커싱 절연층의 제조방법을 단계적으로 나타낸다.
도 4a와 같이 캐소드전극(10), 저항층(12), 게이트 절연층(14), 게이트전극(16) 및 에미터(22)를 하부 유리기판(8) 상에 형성하여 전계 방출 어레이(32)를 마련한다. 이와 같은 전계 방출 어레이(32) 상에 도 4b와 같이 대략 50∼60 μm의 두께로 감광성 폴리이미드(34)가 도포된다. 여기서, 감광성 폴리이미드(34)는 팁영역(23) 내에도 충진되며, 표면이 평탄하게 되어야만 후공정에서 포커싱전극(20)이 균일한 높이로 증착될 수 있다. 도 4c에서, 도포된 감광성 폴리이미드(34)는 화소 또는 부화소 단위로 건식 또는 습식 에칭되어 페터닝된다. 패터닝된 감광성 폴리이미드는 포커싱 절연층(18)이 된다. 그 다음, 화소 내로 전극물질이 증착되는 것을 방지하면서 진진성을 가진 증착기(evaporator)를 이용하여 전극물질을 포커싱 절연층(18)의 상단부에 진공 증착시키게 된다. 이 때, 전극물질은 하부 유리기판(8)에 대하여 수직으로 증착된 후, 약 70∼80° 기울여 증착된다. 이에 따라, 전극물질은 포커싱 절연층(18)의 상면과 상단부 측면에 증착된다. 증착된 전극물질은 포커싱전극(20)이 된다.
그러나 감광성 폴리이미드(34)가 팁영역(23)내에까지 모두 도포되기 때문에 폴리이미드 에칭시 에미터(22)가 손상되기 쉽고 팁영역(23) 내의 유기물이 쉽게 제거되지 않는 문제점이 있다. 이는 폴리이미드의 특성에 기인한 것으로, 폴리이미드는 저항층 재료로서 비저항이 큰 장점이 있는 반면에, 습식에칭이 어려운 특성이 있다. 이와 같은 특성에 기인하여 건식에칭을 하게 되면 에미터(22)가 손상될 수 있으며, 또한 종래의 포커싱 절연층의 제조방법으로는 유기물이 쉽게 제거되지 않는 단점으로 인하여 진공도를 높은 수준으로 유지시키기 어려운 단점이 있다.
또한, 폴리이미드(34) 내에 포함된 유기물은 패널이 완성된 상태에서 아웃개싱의 원인으로 작용하여 에미터(22)를 산화시킴으로써 에미터(22)의 수명을 단축시키게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 에미터의 손상과 팁영역의 오염을 최소화하도록 한 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 전계 방출 표시장치를 나타내는 단면도.
도 2는 인 플레인 포커싱 방식의 전계 방출 표시장치를 나타내는 도면.
도 3은 더블 게이트 포커싱 방식의 전계 방출 표시장치를 나타내는 도면.
도 4a 내지 도 4d는 도 1에 도시된 포커싱 절연층의 제조방법을 단계적으로 나타내는 도면.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법을 단계적으로 나타내는 도면.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법을 단계적으로 나타내는 도면.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법을 단계적으로 나타내는 도면.
〈 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 〉
2 : 상부 유리기판 4 : 애노드전극
6 : 형광체 8 : 하부 유리기판
10 : 캐소드전극 12 : 저항층
14 : 게이트 절연층 16,16UPPER,16LOWER: 게이트전극
18,44 : 포커싱 절연층 20,48 : 포커싱전극
22 : 에미터 23 : 팁영역
32 : 전계 방출 어레이 34 : 감광성 폴리이미드
40 : 절연세라믹 페이스트 42,46 : 금속층
50 : 블랙 매트릭스 56 : 포토레지스트 후막
58 : 포커싱 부분 60 : 포커싱 절연층 물질
62 : 전극물질
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법은 전자를 방출하는 다수 개의 팁이 형성된 기판 위에 절연물질을 인쇄하여 절연층을 형성하는 단계와, 절연층 위에 전자의 행로를 제어하기 위한 포커싱전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 5a 내지 도 7d를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법을 단계적으로 나타내는 도면이다.
도 5a와 같이 캐소드전극(10), 저항층(12), 게이트 절연층(14), 게이트전극(16) 및 에미터(22)를 하부 유리기판(8) 상에 형성하여 전계 방출 어레이(32)를 마련한다. 이와 같은 전계 방출 어레이(32) 상에 도 5b와 같이, 게이트전극(16) 부분만 뚫린 스크린(도시하지 않음)을 정렬시킨 후, 게이트전극(16) 상에 소정두께의 절연세라믹 페이스트(40)를 인쇄 및 건조시키게 된다. 게이트전극(16) 상에 인쇄되는 절연세라믹 페이스트(40)의 두께는 스크린 프린트법으로 제작가능한 마진을 가진 70∼100μm 정도가 된다. 여기서, 절연세라믹 페이스트(40)는 SiO2, Al2O3등의 산화물계 세라믹 물질을 포함하게 되며 그 외 산화물계 세라믹 물질의 점도를 유지시키는 바인더(Binder) 등이 포함된다. 또한, 절연세라믹 페이스트(40)는 감광성 유리 페이스트도 가능하다. 이 절연세라믹 페이스트(40)는 저항이 큰 산화물로 이루어짐으로써 게이트전극과 포커싱전극을 절연시키는 포커싱 절연층(44)이 된다. 이와 같이 포커싱 절연층(44)이 완성되면 도 5c와 같이 절연세라믹 페이스트(40) 상에 스크린을 정렬시킨 후, 수십 μm 두께로 Al, Cr, Mo, Nb, Ag, Ni 등의 금속층(42)을 인쇄 및 건조시키게 된다. 이 금속층(42)은 포커싱 절연층(44)의 상면에만 형성된다. 이온 보조 증착 시스템(Ion-Assisted Evaporation System)을 이용하여 유리기판(8)을 θ만큼 기울여 포커싱 절연층(40)의 상단부 측면에 금속층(46)을 증착시키게 된다. 도 5c 및 도 5d에 있어서, 포커싱 절연층(44)의 상면과 상단부 측면에 형성된 금속층들(42,46)은 포커싱전극(48)이 된다.
포커싱 절연층(44)은 절연세라믹 페이스트(40)를 스크린 프린트하여 게이트 상에만 도포되므로 종래의 제조방법에서 포토레지스터를 스핀코팅한 다음 원하는 부분을 남겨놓고 에칭하는 식각공정이 필요없게 된다. 또한, 포커싱 절연층(44)이 스크린 프린트됨으로써 팁영역(23)의 오염을 방지할 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법을 단계적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 도 6a와 같이 70∼100 μm 정도의 두께로 포토레지스트 후막(56)이 전계 방출 어레이(32) 상에 전면 도포된다. 그리고 도 6b와 같이 게이트전극(16)이 노출되도록 게이트전극(16) 부분의 포토레지스트 후막(56)이 에칭되어 제거된다. 포토레지스트 후막(56)이 제거된 포커싱 부분(58)에는 도 6c와 같이 산화물계 세라믹 물질을 포함하는 절연세라믹 페이스트(60)를 충진한 후, 건조시키게 된다. 절연세라믹 페이스트(60)가 완전히 충진되면 포토레지스트 후막(60)을 건식 또는 습식 에칭하여 제거하게 된다. 포토레지스트 후막(56)이 제거된 후, 유리기판(8)을 θ만큼 기울이면서 포커싱 절연층(44) 상면과 상단부 측면에 전극물질을 증착시켜 포커싱전극(48)을 형성하게 된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법을 종래와 대비하여 설명하면, 종래에는 전계 방출 어레이(32) 상에 도포된 폴리이미드가 에칭에 의해 쉽게 제거되지 않는 특성이 있으므로 팁영역(23)을 오염시키고 에미터(22)를 산화시키는 등의 문제점이 나타나게 되는 반면, 본 발명에서는 에칭이 쉬운 특성을 가진 포토레지스트를 에칭하게 됨으로써 팁영역(23)의 오염이나 에미터(22)의 산화를 방지할 수 있게 된다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법을 단계적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 70∼100 μm 정도의 두께로 포토레지스트 후막(56)이 전계 방출 어레이(32) 상에 전면 도포된 후, 도 7b와 같이 게이트전극(16)이 노출되도록 포토레지스트 후막(56)이 제거된다. 포토레지스트 후막(56)이 제거된 포커싱 부분(58)에는 포커싱 절연층(44)을 형성하기 위하여 도 7c와 같이 절연세라믹 페이스트(60)가 충진 및 건조된다. 준비된 시편이 담긴 구리 도금액 속에 포커싱 절연층 물질(60)이 충진된 전계 방출 어레이(32)를 침전시킨 다음, 전기도금 또는 무전해도금을 실시하여 전극물질(62)을 5∼10 μm 정도로 성장시키게 된다. 이 때, 에미터(22) 또는 팁영역(23)은 포토레지스트 후막(56)에 의해 도금액으로부터 보호된다. 마지막으로, 도 7d와 같이 포토레지스트 후막(60)이 건식 또는 습식 에칭되어 제거된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법은 게이트전극 상에만 선택적으로 산화물계 절연물질이 스크린 프린트되거나, 폴리이미드 대신 에칭이 용이한 포토레지스트 후막이 도포된 후, 포커싱 절연층과 포커싱전극이 형성됨으로써 에미터의 손상과 팁영역의 오염을 최소화할 수 있게 된다. 나아가, 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법은 스크린 프린트법을 이용하여 포커싱 절연층과 포커싱전극을 형성함으로써 공정을 단축하고 식각공정이 생략될 수 있게 될 뿐 아니라 재료낭비를 최소화시키고 수율을 높일 수 있게 된다. 본 발명에 따른 전계 방출 표시장치의 제조방법은 에미터 형상에 상관없이 적용될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.
Claims (6)
- 전자를 방출하는 다수 개의 팁이 형성된 기판 위에 절연물질을 인쇄하여 절연층을 형성하는 단계와,상기 절연층 위에 상기 전자의 행로를 제어하기 위한 포커싱전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연물질은 절연세라믹 페이스트 및 감광성 유리페이스트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 포커싱전극을 형성하는 단계는 상기 절연층 상에 전극물질을 인쇄하는 단계와,상기 절연층의 상단부 측면 상에 상기 전극물질을 증착하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법.
- 전자를 방출하는 다수 개의 팁이 형성된 기판 위에 소정 두께의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와,상기 포토 레지스트 패턴 내에 절연물질을 충진시켜 절연층을 형성하는 단계와,상기 절연층 위에 상기 전자의 행로를 제어하기 위한 포커싱전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 포커싱전극을 형성하는 단계는 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와,상기 절연층 위에 전극물질을 증착시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 포커싱전극은 전극물질을 상기 절연층 위에 성장시키는 도금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시장치의 포커싱 소자의 제조방법.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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