KR20020057638A - 전계방출형 표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전계방출형 표시소자는, 형광체의 주위에는 동작상태에서 고진공 상태가 항상 유지될 수 있도록 형광체 및 캐소드전극에서 발생하는 잔류가스를 효율적으로 흡착하는 흡착층이 소정의 두께로 실장되고, 흡착층과 애노드전극의 사이에는 흡착층을 선택적으로 성장시키기 위한 촉매전이금속이 증착된 구조로 형성된다.

또한, 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자의 제조방법은, 고온에서도 변형이 없는 고온용 유리기판을 세정한 후 이에 형광체에 전압을 인가할수 있는 투명전극인 애노드전극을 코팅하고, 애노드전극에는 성장 촉매제인 천이금속을 스퍼터링이나 진공증착법으로 증착하며, 천이금속이 증착된 유리기판에 소정의 온도를 갖는 열분해법으로 혼합가스를 열분해한 후 그 열분해된 탄소를 통한 촉매천이금속의 확산으로 흡착제를 성장시켜 흡착층을 실장하고, 유리기판에는 실장된 흡착층으로 부터 잔류가스가 흡착될수 있도록 고전압 형광체를 인쇄법으로 평탄하게 코팅하며, 평탄화된 형광체의 표면 위에는 흡착층을 약간 덮도록 형광체보호막을 증착한 후 패턴을 형성하면서 열처리를 통해 유리기판과 형광체를 밀착시키는 공정을 포함한다.

Description

전계방출형 표시소자 및 그 제조방법{FED and manufacturing method thereof}

본 발명은 전계방출형 표시소자(FED; Field Emission Display)에 관한 것으로서, 특히 전계방출형 표시소자의 상판에 형성된 형광체의 주위에 흡착층을 형성하여 형광체의 주위 휘도를 향상시킴은 물론 전계방출형 표시소자의 동작상태에서 형광체와 캐소드로부터 발생하는 잔류가스(H₂O, CO₂, H₂, Ar분자 등)를 효율적으로 흡착할 수 있는 전계방출형 표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전계방출형 표시소자는 도 1에 도시된 바와같이, 진공 갭을 유지하기 위한 스페이서(1)가 가운데 있고, 위쪽에는 애노드 플레이트(유리기판)(2), 아래쪽에는 백플레이트(3)로 구성된다.

상기 애노드플레이트(2)에는 애노드전극(2a)이 코팅되어 있고, 상기 애노드전극(2a)에는 흑연재료의 블랙매트릭스(4)와 R(Red), G(Green), B(Blue)의 포스퍼 도트들이 배열된 형광체(5) 및 형광체보호막(metal back; Al)(6)이 형성되어 있으며, 상기 백플레이트(3)에는 전자방출원인 캐소드전극(7)과 게이트전극(8)이 절연층(9)을 통해 절연되어 있다.

이때, 전계방출형 표시소자의 고진공 유지기술에 있어 종래에는 패널 제작시, 블랙매트릭스(black matrix)(4) 주변부에 게터(getter)(10)를 실장하거나 별도의 게터 방을 패널 외부에 설치하는 등의 방법을 이용하여 왔다.

그러나, 종래에는 전계방출형 표시소자의 동작 중 발생하는 잔류가스를 충분히 흡수하지 못하는 문제가 있고, 대면적의 패널에서 발광영역 중심부까지 고진공을 유지하기에는 불충분하였다.

즉, 도 1에 도시된 바와같이, 스페이서(1)나 블랙매트릭스(4)를 게터(10)의 재료로 대체하려는 시도가 있었으나, 이는 원가상승 및 제조공정 상 스페이서(1)나 블랙매트릭스(4) 각각의 기본적인 특성을 유지하면서 원하는 모양으로 성형하기가 용이하지 않은 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 여건을 감안하여 창출된 것으로서, 전계방출형 표시소자의 상판에 형성된 형광체의 주위에 소정의 두께로 흡착층을 형성하여 두므로서, 형광체의 주위 휘도를 향상시킴은 물론 전계방출소자의 동작상태에서 형광체와 캐소드로 부터 발생하는 잔류가스(H₂O, CO₂, H₂, Ar분자 등)를 효율적으로 흡착하면서 고진공을 유지할 수 있는 전계방출형 표시소자 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1의 a는 종래 팁형 전계방출형 표시소자의 구조를 보인 평면도, b는 그 단면 개략도.

도 2의 a는 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자에 있어서, 형광체 한 화소의 평면도를 개략적으로 나타낸 도면이고, b는 그 단면을 개략적으로 나타낸 도면.

도 3의 a∼e는 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자의 제조방법을 나타낸 공정도.

도 4는 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자의 구조를 보인 평면도이고, b는 그 단면을 개략적으로 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예로 형광체 한 화소의 단면을 개략적으로 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예로 형광체 한 화소의 단면을 개략적으로 나타낸 도면.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자는, 형광체의 주위에는 동작상태에서 고진공 상태가 항상 유지될 수 있도록 형광체 및 캐소드전극에서 발생하는 잔류가스를 효율적으로 흡착하는 흡착층이 소정의 두께로 실장되고, 상기 흡착층과 애노드전극의 사이에는 흡착층을 선택적으로 성장시키기 위한 촉매전이금속이 증착된 구조로 형성되는 점에 그 특징이 있다.

여기서 상기 흡착층은, 상기 잔류가스를 흡수할 수 있도록 미세기공을 갖는 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그라파이트 파이버 (graphite fiber), 비정질 탄소 등의 탄소계 미립자인 점에 그 특징이 있다.

또한 상기 흡착층은, 형광체보다 면적을 넓게 하되 그 두께는 형광체보다 낮게 실장되는 점에 그 특징이 있다.

또한 상기 흡착층은, 캐소드전극으로부터 방출된 전자빔 중 제일 바깥쪽 전자빔이 흡착층에 가려져 다른 화소의 형광체를 여기 발광시키는 현상을 방지하도록 형광체의 두께보다 높게 실장되는 점에 그 특징이 있다.

또한 상기 흡착층은, 캐소드로부터 방출되는 전자빔이 흡착층의 부전압에 의해 형광체의 안쪽으로 모이도록 하여 색흐려짐 없이 휘도를 증가시키면서 형광체의 발광효율을 높일수 있도록 그 두께를 형광체의 두께보다 높게 실장하되, 상기 흡착층에 전압을 가할수 있도록 애노드전극을 별도로 분리시킨 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자의 제조방법은,

고온에서도 변형이 없는 고온용 유리기판을 세정한 후 이에 형광체에 전압을 인가할수 있는 투명전극인 애노드전극을 코팅하고,

상기 애노드전극에는 성장 촉매제인 천이금속을 스퍼터링이나 진공증착법으로 증착하며,

상기 천이금속이 증착된 유리기판에 소정의 온도를 갖는 열분해법으로 혼합가스를 열분해한 후 그 열분해된 탄소를 통한 촉매천이금속의 확산으로 흡착제를 성장시켜 흡착층을 실장하고,

상기 유리기판에는 실장된 흡착층으로 부터 잔류가스가 흡착될 수 있도록 고전압 형광체를 인쇄법으로 평탄하게 코팅하며,

상기 평탄화된 형광체의 표면 위에는 흡착층을 약간 덮도록 형광체보호막을 증착한 후 패턴을 형성하면서 열처리를 통해 유리기판과 형광체를 밀착시키는 공정을 포함하는 점에 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 전계방출형 표시소자의 상판에 형성된 형광체의 주위에 소정의 두께로 흡착층을 형성하여 두므로서, 형광체의 주위 휘도를 향상시킴은 물론 전계방출소자의 동작상태에서 형광체와 캐소드로 부터 발생하는 잔류가스(H₂O, CO₂, H₂, Ar분자 등)를 효율적으로 흡착하면서 고진공을 유지할 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.

도 2의 a는 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자에 있어서, 형광체 한 화소의 평면도를 개략적으로 나타낸 도면이고, b는 그 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3의 a∼e는 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자의 제조방법을 나타낸 공정도이며, 도 4는 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자의 구조를 보인 평면도이고, b는 그 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2 및 도 4에 도시된 바와같이, 진공 갭을 유지하기 위한 스페이서(1)가 가운데 있고 위쪽에는 애노드전극(2a), R(Red), G(Green), B(Blue)의 포스퍼 도트들이 배열된 형광체(5) 및 형광체보호막(6)이 형성된 유리기판(2)이 구성되고 아래쪽에는 전자방출원인 캐소드전극(7)과 게이트전극(8)이 절연층(9)을 통해 절연된백플레이트(3)로 구성되는 전계방출형 표시소자에 있어서, 상기 형광체(5)의 주위에는 동작상태에서 고진공 상태를 항상 유지할 수 있도록 형광체(5) 및 캐소드전극 (7)에서 발생하는 잔류가스를 효율적으로 흡착하는 흡착층(20)을 소정의 두께로 실장하고, 상기 흡착층(20)과 애노드전극(2a)의 사이에는 흡착층(20)을 선택적으로 성장시키기 위한 촉매전이금속(30)을 증착시킨 구조를 이루고 있다.

다른 일면에 따라, 상기 흡착층(20)은 탄소나노튜브, Graphite fiber, 비정질 탄소 등으로 그 기공 입경이 약 1000Å 이하인 미세기공을 갖는 탄소계 미립자를 사용하고, 바람직하게는 촉매천이금속(30)으로 부터 성장이 이루어지는 탄소나노튜브를 사용함이 가장 좋으며, 상기 탄소나노튜브는 잔류가스를 효율적으로 흡수할수 있도록 그 두께를 약 2∼10㎛로 함이 좋다.

도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자의 제조방법을 설명하면 먼저, 고온에서도 변형이 없는 고온용 유리기판(2)을 세정한 후 이에 형광체(5)에 전압을 인가할수 있는 투명전극인 애노드전극(2a)을 약 500∼10000Å 정도로 코팅하고, 상기 애노드전극(2a)에는 성장 촉매제인 천이금속(30)을 스퍼터링이나 진공증착법으로 약 50∼1000Å 정도로 증착하며, 상기 천이금속(30)이 증착된 유리기판(2)에 소정의 온도(800∼900℃)를 갖는 열분해법으로 혼합가스(C₂H₂+H₂)를 열분해한 후 그 열분해된 탄소를 통한 촉매천이금속(30)의 확산으로 흡착제를 성장시켜 흡착층(20)을 실장하고, 상기 유리기판(2)에는 실장된 흡착층(20)으로부터 잔류가스가 흡착될수 있도록 약 10㎛의 두께를 갖는 고전압 형광체(5)를 인쇄법으로 평탄하게 코팅하며, 상기 평탄화된 형광체(5)의 표면 위에는 흡착층(20)을 약간 덮도록 약 1000Å 이하로 형광체보호막(6)을 증착한 후 패턴을 형성하면서 열처리를 통해 유리기판(2)과 형광체(5)를 밀착시키는 공정으로 진행된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 대한 작용을 첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하여 부연 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3a에서와 같이 고온에서도 변형이 없는 고온용 유리기판(2)을 세정한 후 이에 형광체(5)에 전압을 인가할수 있는 투명전극인 애노드전극(2a)을 약 500∼10000Å 정도로 코팅한다.

여기서, 상기 애노드전극(2a)은 유리기판(2) 전체에 코팅하여 사용하여도 되나, 아크방전으로 인한 패널손상을 줄이기 위하여 캐소드전극(7)을 따라 패턴되어도 무방하다.

이후, 도 3b에서와 같이 상기 애노드전극(2a)에 성장 촉매제인 천이금속(30)을 스퍼터링이나 진공증착법으로 약 50∼1000Å 정도로 증착하되, 상기 천이금속 (30)의 결정입자 크기는 흡착층(20)의 크기를 결정하기 때문에 그 증착이 약 200∼500Å 정도가 되도록 함이 좋고, 이를 위해 포토리소법으로 패턴된 천이금속을 열분해 공정 전에 미리 800℃와 NH₃분위기 하에서 약 10∼20분 정도 표면 에칭을 하여 원하는 결정립 크기를 얻을 수 있도록 한다.

다음으로, 도 3c에서와 같이 상기 천이금속(30)이 증착된 유리기판(2)에 소정의 온도(800∼900℃)를 갖는 열분해법으로 혼합가스(C₂H₂+H₂)를 열분해한 후 그 열분해된 탄소를 통한 촉매천이금속(30)의 확산으로 부터 흡착제를 성장시켜 흡착층 (20)을 실장한다.

즉, 흡착제의 제조는 아크방전, 열분해법, 플라즈마 분해법 등이 있고, 상기 흡착층(20)의 제조방법으로는 흡착제를 유기용제와 혼합하여 인쇄하는 인쇄법, 전착법 등이 있으며, 이외에 기판 상에 성장시킬수 있는 방법으로 탄화수소와 수소 혼합가스를 열분해하는 열분해법, 이를 플라즈마로 분해하는 기상화학증착법(CVD) 등이 있는 바, 상기 흡착층(20)은 카본 나노튜브, Graphite fiber, 비정질 탄소 등으로 그 기공 입경이 약 1000Å 이하인 미세기공을 갖는 탄소계 미립자를 사용하고, 바람직하게는 촉매천이금속(30)으로 부터 성장이 이루어지는 카본 나노튜브를 사용함이 가장 좋다.

따라서, 혼합가스(C₂H₂+H₂)를 800∼900℃의 온도에서 약 15∼40sccm 정도 공급한 후 탄화수소를 열분해하여 탄소를 얻도록 하고, 상기 탄소가 촉매천이금속 (30)이 있는 면에서만 확산되어 흡착층(20)인 탄소나노튜브의 성장이 이루어지도록 한다.

여기서, 상기 탄소나노튜브의 성장속도는 1시간에 약 120㎛정도로서 탄소나노튜브의 두께를 조절하게 되며, 상기 탄소나노튜브의 두께는 잔류가스를 효율적으로 흡수할수 있도록 약 2∼10㎛로 함이 좋다.

이때, 패턴되지 않은 영역이나 탄소나노튜브 성장 측면에 반응성 불순물이 묻어 있다면, 약 800℃의 온도에서 수소를 흘려 이러한 불순물을 산화시켜 더욱 깨끗한 형상의 탄소나노튜브를 유리기판(2) 위에 원하는 형상으로 실장할수 있도록 하였다.

그리고, 도 3d에서와 같이 상기 유리기판(2)에는 실장된 흡착층(20)으로부터 잔류가스가 흡착될수 있도록 약 10㎛의 두께를 갖는 고전압 형광체(5)를 인쇄법으로 평탄하게 코팅한다.

여기서, 상기 흡착층(20)의 두께는 형광체(5)의 두께보다 낮게 하되 그 면적은 흡착층(20)이 형광체(5) 보다 넓게(약 2배 정도) 함이 좋고, 더불어 상기 형광체(5)를 패턴하는 방법으로는 인쇄법 이외에 포토리소법으로 하여도 무방하며, 상기 형광체(5)의 입자 크기가 약 2∼5㎛정도 이므로 이 위에 형광체보호막(6)을 증착하면 균일하게 되지 않기 때문에 레진(resin) 계통의 락커(lacqer)를 사용하여 평탄화시키는 것이 바람직하고, 그 표면 거칠기는 약 200∼500Å 정도로 한다.

이후, 도 3e에서와 같이 상기 평탄화된 형광체(5)의 표면 위에는 흡착층(20)을 약간 덮도록 약 1000Å 이하로 형광체보호막(6)을 증착한 후 리프트-오프법의 패턴형성방법으로 패턴을 형성한다.

이때, 상기 패턴이 형성된 상기의 소자를 약 300∼600℃의 온도에서 열처리를 행하면, 레진 성분은 휘발되고 형광체보호막(6)이 형광체(5)의 표면을 덮게 되므로서, 상기 형광체(5)와 유리기판(2)의 밀착이 이루어진 전계방출소자의 상판 구성이 완성된다.

따라서, 상기 완성된 전계방출소자의 상판을 도 4에 도시된 바와같이 캐소드전극(7)을 갖는 백플레이트(3)과 대향시킨 후 봉합(sealing)하면, 하나의 발광소자인 전계방출형 표시소자가 만들어지게 되는 것이다.

그러므로, 상기 백플레이트(3)에 형성된 게이트전극(8)에 인가된 전압으로 부터 전자가 진공중으로 방출되면, 애노드전압에 의해 가속된 후 형광체(5)를 발광시키게 되는 것이다.

이때, 소자 동작중에 형광체(5)에서 발생한 잔류가스는 그 주위에 실장되어 있는 흡착층(20)으로 부터 효율적으로 흡수가 이루어지는 바, 상기 전계방출형 표시소자의 진공상태를 항상 높게 유지될수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기 전계방출형 표시소자의 유리기판(2)과 백플레이트(3)를 봉합하는 공정에 있어, 흡착층(20)이 실장된 유리기판(2)이 이미 대기중에 노출되어 있기 때문에 상기 흡착층(20)의 표면 또한 불순물 가스에 의해 오염될 가능성이 많다.

이에, 상기 봉합공정 바로 전에 흡착층(20)의 표면을 활성화시키므로서, 상기 흡창층(20)으로 이미 흡착된 불순물 가스를 흡착층(20)으로 부터 분리시키는 것이 바람직하다.

이때, 상기 불순물 가스의 분리 방법으로는 흡착층(20)의 표면을 자외선이나 레이저 등을 조사하여 이루어지도록 하였다.

또한, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예로 형광체 한 화소의 단면 개략도를 보인 도면으로서, 이는 흡착층(20)의 두께(약 20∼100㎛)를 형광체(5)의 두께(약 10㎛) 보다 높게 실장시킨 것이다.

즉, 흡착층(20)의 두께를 형광체(5)의 두께보다 약 5∼10배 정도 높게 하므로서 형광체(5)가 흡착층(20)의 내벽 표면 장력에 의해 곡률을 이루도록 하였으며,이때 상기 형광체(5)가 평탄화처리가 되어 있는 관계로 발광 특성에는 아무런 영향을 미치지 않도록 하였다.

다시말해, 본 발명의 제 1 실시예는 흡착층(20)의 실장 높이를 높여 잔류가스의 흡착율을 향상시킬뿐만 아니라 고진공을 유지할수 있게 되는 바, 캐소드전극 (7)으로부터 방출된 전자빔 중 제일 바깥쪽 전자빔이 흡착층(20)에 가려져 다른 화소의 형광체를 여기 발광시키는 현상(색흐려짐, cross-talk)을 방지하는 효과가 있는 것이다.

한편, 도 6은 본 발명의 제 2 실시예로 형광체 한 화소의 단면 개략도를 보인 도면으로서, 이는 흡착층(20)의 두께를 본 발명의 제 1 실시예에서와 같이 형광체(5)의 두께보다 높게 하되, 상기 흡착층(20)에 전압을 가할수 있도록 애노드전극 (2a)을 별도로 분리시킨 구조를 이루고 있다.

즉, 상기 애노드전극(2a)은 긴 스트라이프(stripe) 모양으로 패턴되어 있으므로서 애노드전극(2a) 및 흡착층(20)의 전압을 각각 조절할 수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기 흡착층(20)에 가해지는 전압은 애노드전극(2a)에 가해지는 전압보다 작은 약 100V 전후이면 충분하다.

다시말해, 본 발명의 제 2 실시예는 캐소드(7)로 부터 방출되는 전자빔이 흡착층(20)의 부(-)전압에 의해 형광체(5)의 안쪽으로 모이게 되는 바, 색흐려짐없이 휘도를 증가시킬수 있을뿐만 아니라 상기 형광체(5)의 발광효율을 높일수 있게 되는 것이다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자 및 그 제조방법에 의하면, 전계방출형 표시소자의 상판에 형성된 형광체의 주위에 소정의 두께로 흡착층을 형성하여 두므로서, 형광체의 주위 휘도를 향상시킴은 물론 전계방출소자의 동작상태에서 형광체와 캐소드로 부터 발생하는 잔류가스(H₂O, CO₂, H₂, Ar분자 등)를 효율적으로 흡착하면서 고진공을 유지할 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

1. 형광체의 주위에는 동작상태에서 고진공 상태가 항상 유지될 수 있도록 형광체 및 캐소드전극에서 발생하는 잔류가스를 효율적으로 흡착하는 흡착층이 소정의 두께로 실장되고, 상기 흡착층과 애노드전극의 사이에는 흡착층을 선택적으로 성장시키기 위한 촉매전이금속이 증착된 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출형 표시소자.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 흡착층은, 상기 잔류가스를 흡수할 수 있도록 미세기공을 갖는 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그라파이트 파이버 (graphite fiber), 비정질 탄소 등의 탄소계 미립자인 것을 특징으로 하는 전계방출형 표시소자.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 흡착층은, 형광체보다 면적을 넓게 하되 그 두께는 형광체보다 낮게 실장되는 것을 특징으로 하는 전계방출형 표시소자.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 흡착층은, 캐소드전극으로부터 방출된 전자빔 중 제일 바깥쪽 전자빔이 흡착층에 가려져 다른 화소의 형광체를 여기 발광시키는 현상을 방지하도록 형광체의 두께보다 높게 실장되는 것을 특징으로 하는 전계방출형 표시소자.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 흡착층은, 캐소드로부터 방출되는 전자빔이 흡착층의 부전압에 의해 형광체의 안쪽으로 모이도록 하여 색흐려짐 없이 휘도를 증가시키면서 형광체의 발광효율을 높일수 있도록 그 두께를 형광체의 두께보다 높게 실장하되, 상기 흡착층에 전압을 가할수 있도록 애노드전극을 별도로 분리시킨 것을 특징으로 하는 전계방출형 표시소자.
6. 고온에서도 변형이 없는 고온용 유리기판을 세정한 후 이에 형광체에 전압을 인가할수 있는 투명전극인 애노드전극을 코팅하고,

   상기 애노드전극에는 성장 촉매제인 천이금속을 스퍼터링이나 진공증착법으로 증착하며,

   상기 천이금속이 증착된 유리기판에 소정의 온도를 갖는 열분해법으로 혼합가스를 열분해한 후 그 열분해된 탄소를 통한 촉매천이금속의 확산으로 흡착제를 성장시켜 흡착층을 실장하고,

   상기 유리기판에는 실장된 흡착층으로 부터 잔류가스가 흡착될 수 있도록 고전압 형광체를 인쇄법으로 평탄하게 코팅하며,

   상기 평탄화된 형광체의 표면 위에는 흡착층을 약간 덮도록 형광체보호막을 증착한 후 패턴을 형성하면서 열처리를 통해 유리기판과 형광체를 밀착시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출형 표시소자의 제조방법.