KR20030004410A

KR20030004410A - 칼라 디스플레이 튜브용 스크린의 제조방법

Info

Publication number: KR20030004410A
Application number: KR1020027015537A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 덴엥겔센; 이보 엠. 엠. 두르링거; 히데오 키쿠찌; 마사하루 와타나베
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2003-01-14
Also published as: EP1374269A1; CN1460276A; JP2004519827A; US6642664B2; WO2002075765A1; US20020192362A1

Abstract

칼라 디스플레이 튜브(1)에 사용하기 위한 스크린(6)을 제조하는 공정에서 노출 공정으로 언급되는 광감응 공정 단계가 블랙 매트릭스 패턴과 형광체 층을 스크린(6)을 형성하기 위한 디스플레이 윈도우(3)에 도포하기 위해 사용된다. 노출공정의 강인성은 다른 무엇보다도 디스플레이 윈도우(3) 상의 미세한 광 분포 형태에 달려 있다. 향상된 편향 각을 가진 칼라 디스플레이 튜브(1) 또는 실제로 평평한 외부 표면을 가진 튜브에서 노출 공정이 더욱 더 중요해지고 있다는 것이 나타난다. 본 발명에 따르면, 이러한 문제는 노출 공정에 사용된 광감응 물질에 표백 염료를 첨가함으로써 해결될 수 있다. 미세한 광 분포의 중앙에서 표백 염료의 작용은 주위 부분에서 보다 훨씬 강하다. 그 결과 미세한 광 분포의 기울기가 더욱 급해지고 따라서 노출 공정에서 훨씬 더 강인해지는 콘트라스트의 증가를 가져온다.

Description

칼라 디스플레이 튜브용 스크린의 제조방법{METHOD OF PRODUCING A SCREEN FOR A COLOR DISPLAY TUBE}

상기 기술분야에서 기술된 것과 같은 칼라 디스플레이 튜브용 스크린을 제조하는 방법이 다니엘 덴 엥겔센의 "CRT의 제조"(SID Seminar Lecture Notes, 롱비치, 캘리포니아, 2000년 5월 15일 및 19일)에 개시되어 있다. 이 간행물은 칼라 디스플레이 튜브의 디스플레이 윈도우상에 블랙 매트릭스와 전자 발광 물질을 도포하는 방법은 개시하고 있다. 칼라 디스플레이 튜브의 스크린을 제조하는 이러한 친숙한 방법은 주요한 공정단계에 대한 다음의 설명에 의해 요약될 수 있다.

먼저, 블랙 매트릭스 층이 도포된다. 디스플레이 윈도우는 광 레지스트 층을 구비하고 마스크가 삽입되며 상기 층은 세 개의 연속적인 단계로 노출되어 (나중의 공정 단계에서) 형광체에 의해 채워질 모든 영역이 노출된다. 마스크를 제거한 후에 국부적으로 경화된 도트(dot)는 물로 현상되고 흑연(graphite) 층이 도포된다. 국부적으로 경화된 도트는 에칭 공정에 의해 제거되고, 그 결과 형광체가 도포될 영역을 개방된 상태로 두는 흑연 패턴이 된다.

스크린 제조 공정의 두 번째 부분에서, 디스플레이 윈도우는 광감응 형광체 부유층(suspension layer)을 구비한다. 그런 다음 섀도 마스크가 삽입되고 상기 층은 제 1의 칼라의 형광체를 구비할 디스플레이 윈도우 상에 있는 영역만을 밝게 하는 방법으로 노출되고, 그럼으로써 상기 층을 노출된 위치에서 불용성이 되도록 한다. 이 단계 후에 상기 층은 현상되어 단지 형광체만이 적합한 위치에 남는다. 이러한 공정은 다른 형광체 칼라를 위해 반복된다.

최근의 노출 공정에서는, 광원이 디스플레이 윈도우 방향으로 빛을 내고 디스플레이 윈도우 상에 있는 섀도 마스크의 구멍 뒤에서 미세한 광 분포를 일으킨다. 미세한 광 분포 형태는 노출 공정의 강인성(robustness)을 결정한다.

실제로 평평한 튜브 및 슬림 튜브, 즉 예를 들어 120°또는 그 이상과 같은 더 큰 편향 각을 가진 칼라 디스플레이 튜브와 같은 칼라 디스플레이 튜브에서의새로운 경향은 노출 공정을 훨씬 더 어렵게 만든다. 특히 유럽 특허 EP-A-0968514에 개시된 것과 같은, 총 피치 조정부(gun pitch modulation)를 구비한 완전 평면 칼라 디스플레이 튜브에 대해서는, 노출 공정이 훨씬 더 중요해질 것이다. 중요한 노출공정은 제조 설비에서 더 낮은 수율을 가져오고, 화상 성능의 저하를 보이는 칼라 디스플레이 튜브를 가져오는데, 모두 블랙 매트릭스 구조의 구멍 크기의 넓이(spread)가 크다는 것에 기인된 것이다.

본 발명은 칼라 디스플레이 튜브의 디스플레이 윈도우 상에 블랙 매트릭스 내의 구멍의 구조와 상기 구멍에 전자 발광 물질(electroluminescent material)을 구비하는 스크린을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 상기 블랙 매트릭스와 상기 전자 발광 물질을 도포하는 공정 단계를 포함하고, 상기 공정 단계에서는 디스플레이 윈도우상의 광감응 물질(photosensitive material)이, 광원에 의해 방출되고 렌즈 시스템과 섀도 마스크를 거쳐 지나간 광에 노출되고, 상기 섀도 마스크는 디스플레이 윈도우에 매달려 있고, 상기 렌즈 시스템은 상기 광원과 상기 섀도 마스크 사이에 위치되어 상기 스크린으로 방사되는 광원으로부터 나오는 광의 미세한 광 분포(microscopic light distribution)를 상기 스크린 상에 실현시킨다.

또한 본 발명은 그러한 스크린을 구비한 디스플레이 윈도우와 칼라 디스플레이 튜브에 관한 것이다.

도 1은 칼라 디스플레이 튜브의 단면도.

도 2는 종래 기술의 노출 테이블에 대한 도식적인 종단면도.

도 3a 및 도 3b는 다른 편향 각을 가진 칼라 디스플레이 튜브의 마스크에서 스크린까지의 거리에 대한 영향을 보여주는 도면.

도 4는 다른 편향 각에 대한 미세한 광 분포를 보여주는 도식적인 도면.

도 5a 및 도 5b는 미세한 광 분포 및 블랙 매트릭스 공정과 형광체 공정을 위한 공정 레벨을 도시하는 도면.

도 6은 표백 염료를 가지지 않은 미세한 광 분포와 표백 염료를 가진 미세한광 분포의 예를 보여주는 도면.

도 7은 표백 염료의 투과율을 시간의 함수로서 보여주는 도면.

도 8 및 도 9는 레지스터 층의 하부에서 다른 세기 레벨의 광세기에 대한 표백 염료의 영향을 보여주는 도면.

본 발명의 목적은 더욱 강인한 노출 공정에 의해 야기된 미세한 광 분포에 대한 광감응 시스템의 향상된 응답으로 스크린을 제조하는 방법을 제공함으로써 종래 기술의 방법에 대한 단점을 해결하기 위한 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은 광감응 물질이 적어도 하나의 상기 공정 단계를 위한 콘트라스트 강화제로서 기능을 하는 표백 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 달성된다.

본 발명은 미세한 광 분포의 기울기가 급할수록, 노출 공정의 강인성이 현저하게 증가될 수 있다는 고찰에 기초를 둔다. 본 발명의 목적은 노출공정에서 블랙 매트릭스 또는 형광체를 도포하기 위해 사용되는 광감응 층에 표백 염료를 첨가함으로써 달성될 수 있다. 칼라 디스플레이 튜브를 위한 노출 공정에서 표백 염료의 원리적인 작용은 아래에서 기술될 것이다. 종래의 노출 공정에서 섀도 마스크에 있는 구멍에 상응하는 노출된 영역을 결정하는 미세한 광 분포는 특정 형태를 가지는데, 즉 중앙은 피크를 갖고 주위 영역은 특정 경사의 기울기를 갖는 형태를 가진다. 이제 광감응 층에 첨가된 표백 염료를 가진 광감응 층이 광에 노출될 때, 기술된 바와 같이 미세한 광 분포를 일으키고, 노출 공정 동안 표백 염료가 표백시킬 것이며, 그 결과 그의 투과율은 증가될 것이다. 미세한 광 분포는 이러한 표백 공정이 노출된 영역의 중앙에서는 상대적으로 빠르게 일어나게 하고 노출된 영역의 모서리 방향으로 갈수록 더욱 느리게 일어나도록 한다. 따라서, 노출 공정 중에 표백 염료를 포함하는 광감응 층의 평균 투과율은 노출된 영역의 주위 영역에서 보다 중앙에서 더 높다. 이것은 증가된 경사를 가진 미세한 광 분포가 효과적으로 되는 결과를 낳게 되는데, 즉 노출공정의 공정 레벨을 보다 더 잘 한정하는 것을 가능하게 하는 강화된 콘트라스트를 가진다. 이것은 결과적으로 더욱 강인한 공정이 되도록 하고 보다 나은 질의 칼라 디스플레이 튜브가 되도록 한다.

표백 염료는 잘 알려져 있다는 것을 주목할 필요가 있는데, 예를 들어 반도체 소자의 제조공정에서 사용된 표백염료가 미국특허 제 5,275,921호에 개시되어 있다. 이러한 공정은 칼라 디스플레이 튜브를 위한 노출 공정과는 완전히 다르다. 반도체 소자의 공정을 형성하는 패턴에서는, 기판 상의 광감응 층을 노출시키기 위해 사용된 마스크가 기판과 매우 근접해 있다. 이러한 공정의 문제점은 기판으로부터의 반사에 의해 일어난다. 미국특허 제 5,275,921호에서, 표백 염료가 기판으로부터의 반사를 줄이기 위해, 그리고 상기 패턴의 노출된 부분과 노출되지 않은 부분 사이의 양호한 콘트라스트를 얻기 위해 사용된다. 그러한 이유로 반도체 산업에서, 표백 염료는 광감응 층의 상부에 분리된 층으로 도포된다.

칼라 디스플레이 튜브를 위한 노출 공정에서 표백 염료를 사용하는 것은 노출된 영역, 즉 섀도 마스크에 있는 구멍을 거쳐 노출된 디스플레이 윈도우상의 영역 중 중앙 부분과 주위 부분에 대한 표백염료의 미분적인 효과(differential effect)에 기초를 둔다. 이러한 미분적인 효과는 단지 미세한 광 분포의 형태가 중앙에서 피크를 이루고 주위 영역으로 갈수록 점점 경사가 작아지기 때문에 발생한다. 따라서 이러한 미분적인 효과는 노출된 영역과 노출되지 않은 영역 사이의 향상된 콘트라스트를 가진 것이 아니라 노출된 영역 내에서 콘트라스트 강화로 이루어져야 한다. 표백 염료와 광감응 물질은 하나의 공정단계로 도포되는 것이 바람직한데, 왜냐하면 이것은 공장에서 주요한 수정 없이 제조공정으로 도입할 수 있도록 해 주기 때문이다. 이중 층 시스템은 표백 염료를 도포하고 건조하기 위해 제조라인에서 추가적인 포지션을 필요로 할 것이다. 이러한 사실에도 불구하고, 이중 층 시스템은 콘트라스트 강화를 위한 가능성 중 하나로서 배제되어서는 안 된다.

바람직한 실시예에서, 표백 염료는 블랙 매트릭스가 도포되는 공정 단계를 위한 광감응 물질에 첨가된다.

스크린을 제조할 때, 먼저 블랙 매트릭스 층이 도포된다. 이러한 블랙 매트릭스 구조에 있는 구멍은 칼라 디스플레이 튜브의 휘도(luminance)에 직접적으로 관련된 매트릭스의 투과를 결정한다. 형광체 패턴이 상기 블랙 매트릭스 층의 상부에 도포되고, 형광체 도트는 형광체 패턴의 위치설정(positioning)에서의 허용공차(tolerance)를 보상하기 위하여 블랙 매트릭스에 있는 구멍보다 약간 더 크다. 이러한 이유로, 양질의 스크린을 얻기 위해서는 블랙 매트릭스를 도포하기 위한 강인화 공정이 가장 중요하다.

다른 실시예에서는 표백 염료가 수용성이고 광감응 물질을 가진 용액을 형성하는 것을 특징으로 한다.

블랙 매트릭스 공정에 사용되는 대부분의 광감응 물질은 수용성이다. 따라서, 제조 공정은 첨가된 표백 염료가 광감응 물질을 가진 용액을 형성하고, 또한 수용성일 때 촉진된다.

또 다른 실시예에서는 상기 표백 염료가 1,2-나프토퀴논-(2)-디아지드-5-술폰산 나트륨 염, 1,2-나프토퀴논-(2)-디아지드-4-술폰산 나트륨 염, 4-디아조디페닐아민 하이드로젠-술페이트 및 1-메틸-4-[2-(4-포르밀페닐)에테닐]피리디늄 메토술페이트에 의해 형성된 그룹의 물질을 포함한다. 이들 4개의 표백 염료는 칼라 디스플레이 튜브에서 사용하는데 양호한 특성을 보이고 수용성이며, 바람직하게 사용되는 물질들이다.

또 다른 실시예에서는, 표백 염료가 광감응 물질을 가진 에멀젼을 형성하는 것을 특징으로 한다. 단일 층 시스템을 만드는 다른 방법은 하나의 층에 광감응 층과 표백염료를 결합하는 것으로 이루어진다. 표백 염료의 입자는 광감응 물질에 용해되지 않지만 에멀젼을 형성한다.

또 다른 실시예에서는, 에멀젼이 건조된 후 표백 염료가 응고된다.

이러한 종류의 표백 염료는 제조공정에서 광감응 층과 표백 염료가 단일 층 시스템으로 도포되지만, 건고 공정 중에 표백 염료가 응고되기 시작하여 표백 염료와 광감응 층이 분리됨으로써, 결과적으로 이중 층이 된다는 장점을 가진다.

또 다른 실시예에서는, 표백 염료가 광에 노출될 때, 그 투과율을 10%에서80%로 증가시키기 위해 필요한 시간 간격이 5 내지 30초 사이인 것을 특징으로 한다.

칼라 디스플레이 튜브용 스크린을 제조하기 위해 사용된 최근의 공정에서, 광감응 물질을 노출시키기 위한 시간은 약 10초에서 30초 사이이다. 미세한 광 분포의 중앙 영역과 주위 영역에 대한 미분적인 효과를 가지는 표백 염료를 구비하기 위해서는, 노출공정에 필요한 속도와 동일한 속도로 변색시키는(discolorize) 표백염료를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 본 발명의 방법을 사용하여 제조된 스크린을 구비하는 칼라 디스플레이 튜브와 디스플레이 윈도우에 관한 것이다.

본 발명의 이러한 관점 및 다른 관점은 후술할 도면과 실시예로부터 명백해질 것이고 그들을 참조로 하여 한정함이 없는 예를 통해 설명될 것이다.

도 1에 도시된 칼라 디스플레이 튜브(1)는 디스플레이 윈도우(3), 펀넬 형상(funnel shaped) 부분(4) 및 목(5)을 가진 진공의 유리 엔벌로프(2)를 포함한다. 디스플레이 윈도우(3)의 내부면 상에, 예를 들어 여러 칼라(빨간색, 초록색 및 청색과 같은)로 휘도를 발하는 형광체의 라인들로 이루어진 패턴을 구비하는 스크린(6)이 배열된다. 형광체 패턴은 전자 총(10)에 의해 발생된 세 개의 전자빔(7, 8, 9)에 의해 여기된다. 전자빔(7, 8, 9)이 시스템 적으로 스크린(6)을 주사하도록 전자빔(7, 8, 9)은 스크린으로 가는 도중에 편향 유닛(11)에 의해 편향된다. 전자는 스크린(6)에 충돌하기 전에 디스플레이 윈도우(3)에 현가되고 섀도 마스크(13)를 포함하는 칼라 선택 전극(12)을 통과한다. 섀도 마스크(13)는 전자가 적합한 칼라의 형광체에만 충돌하도록 전자빔을 가로지른다. 섀도 마스크(13)는 기다란 구멍 또는 와이어 마스크를 가진 구멍난 마스크일 수 있다.

스크린(6)은 일반적으로 사진 노출 공정에 의해 제조된다. 가장 최근의 칼라 디스플레이 튜브(1)에서, 스크린(6)은 블랙 매트릭스 구조를 가지고 전자 발광 물질은 블랙 매트릭스에 의해 자유롭게 놓여진 구멍 안에 도포된다. 또한 블랙 매트릭스 구조가 없는 칼라 디스플레이 튜브(1)를 구비하는 것도 가능하다.

블랙 매트릭스는 디스플레이 윈도우(3)의 내면에 증착된 광감응(photosensitive) 물질을 노출시킴으로써 제조된다. 블랙 매트릭스 층이 도포된 후, 세 개의 칼라를 위한 세 개의 연속적인 단계로 이루어진 다른 광감응 공정이 형광체를 블랙 매트릭스 구조에 의해 자유롭게 놓여진 디스플레이 윈도우(3)의 영역으로 도포하기 위하여 사용된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 노출 테이블(20)은 디스플레이 윈도우(3)의 내면에 광감응 물질을 노출시키기 위한 표준장비이다. 하우징(21)의 하부에는 광원(22)이 위치된다. 노출 테이블(20)은 구멍(25)을 구비한 지지체(24)에 의해 위치된 렌즈 시스템(23)을 구비한다. 광원(22)에서 오는 광은 광감응 물질을 노출시키기 위하여 렌즈 시스템(23)을 통해 지나가고, 노출 테이블(20)의 상단에 있는 구멍(29)을 통해 그리고 섀도 마스크(13)를 통해 디스플레이 윈도우(3)의 내면 쪽으로 이동한다.

제조공정에서, 렌즈 시스템(23)은 편향 유닛(11)을 시뮬레이션한다. 칼라 디스플레이 튜브(1)가 작동 중일 때, 전자빔은 스크린(6) 전체를 가로질러 편향되고 섀도 마스크(13)에 있는 구멍을 통과한 후에 형광체에 충돌한다. 전자빔의 이러한 궤적은 스크린(6)의 제조공정동안 전자빔에 의해 시뮬레이션 되어져야 하고, 이것은 렌즈 시스템(23)의 기능인 것이다.

슬림 칼라 디스플레이 튜브로 언급되는 증가된 편향 각을 가진 칼라 디스플레이 튜브(1)에서, 노출 공정은 더욱 어려워진다. 이것에 대해 도 3 및 도 4에서 설명된다. 도 3a 와 3b는 만약 편향 각 Φ가 증가되면, 전자빔 방향의 마스크와 스크린까지의 거리 q'에 어떤 영향이 있는지를 도식적으로 보여준다. 도 3a는 예를 들어 105°와 같은 표준 편향 각 Φ를 가진 칼라 디스플레이 튜브(1)에 대한 상황을 보여주는 반면, 도 3b에서는 예를 들어 120°와 같은 증가된 편향 각 Φ를 가진 칼라 디스플레이 튜브(1)를 보여준다. 증가된 편향 각 Φ를 가진 칼라 디스플레이 튜브(1)에 대한 노출공정에서, 광원(22)은 디스플레이 윈도우(3)의 방향으로 이동되어야 한다. 광원(22)과 디스플레이 윈도우(3) 사이의 거리 L이 감소되어 스크린(6)의 주위 부분으로 향하는 광 빔(34, 35)이 광 빔(31, 32)을 가진 표준 칼라 디스플레이 튜브(1)에 비해 더 큰 각도로 섀도 마스크(13)를 통과하도록 한다. 노출공정에서 광 빔은 작동중인 칼라 디스플레이 튜브의 전자빔에 대한 궤적을 나타낸다는 것을 주목해야 한다. 따라서, 더 큰 편향 각 Φ는 섀도 마스크(13)의 임의의 굴곡과 더불어, 전자빔 방향의 마스크에서 스크린까지의 거리 q'가 증가되도록 해 준다.

게다가 도 4에 도시된 바와 같이, 더 큰 편향 각 Φ는 더 큰 각도에서 광을 더 강하게 가리는 섀도 마스크(13)의 두께 때문에, 섀도 마스크(13)에 있는 구멍의 유효 크기를 감소시킨다.

다른 무엇보다도, 미세한 광 분포는 광 회절과 광원(22)의 절반 가림(half shadowing)에 의해 결정되기 때문에, 마스크에서 스크린까지의 거리 q'의 증가와 섀도 마스크(13)에 있는 구멍의 유효 크기의 감소는 모두 미세한 광 분포를 더 플랫하게(flatter) 한다.

유럽특허 EP-A-0968514호에 개시된 총 피치 조정부(gun pitch modulation)를구비한 칼라 디스플레이 튜브(1)에서, 마스크에서 스크린까지의 거리는 주위 영역에서 추가적으로 증가되고, 노출 공정을 훨신 더 중요하게 만든다.

광감응 물질(또한 레지스터로 언급됨)은 노출 공정이 시작되는 임의의 최소한의 광세기를 필요로 한다. 이러한 최소한의 세기는 공정 레벨이라고 말한다. 이러한 레벨에서 광감응 물질에 있는 폴리머 분자의 교차결합이 시작된다.

비선형 레지스터에서는 단지 광세기 만이 중요하다. 이러한 종류의 레지스터는 일반적으로 블랙 매트릭스가 도포되는 공정을 위해 사용된다. 비선형 레지스터의 예로는 PVP-DAS(폴리비닐 피롤리돈-4,4'-디아지도스틸벤-2,2'-디소듐 설포네이트) 및 PAD-DAS(폴리-아크릴아미드 코-디아세톤아미드-4,4'-디아지도스틸벤-2,2'-디소듐 설포네이트)가 있다.

광감응 물질의 화학 조성과 농도 이외에, 또한 공정 레벨은 형광체 또는 블랙 매트릭스가 도포되는 공정동안에 층 두께, 온도, 습도 및 가스 환경에 달려있다.

도 5a 및 도 5b는 블랙 매트릭스와 형광체를 위한 노출공정을 각각 설명하고 있다. 이들 도면은 섀도 마스크(13)에 있는 구멍(40) 아래의 미세한 광 분포(41, 42)를 보여준다. 보통 블랙 매트릭스(46)에 있는 구멍(45)은 섀도 마스크(13)에 있는 구멍(40)보다 작다. 이것은 미세한 광 분포(41)가 주어졌을 때, 공정레벨 I_p가 미세한 광 분포(41)에서 비교적 높아야 한다는 것을 의미한다. 블랙 매트릭스에서 얻어진 구멍크기(45)는 W_m으로 표시된다. 블랙 매트릭스(46)의 도포 후에, 형광체가섀도 마스크(13)에 있는 상응하는 구멍(45)보다 더 큰 도트(dot)(47)를 제공하는 패턴에 따라 도포된다. 그 결과 형광체 패턴이 블랙 매트릭스 패턴(46)에 있는 구멍(45)을 오버랩한다. 그러한 이유로 블랙 매트릭스 패턴에 대한 형광체 패턴의 허용공차(tolerance)는 감수할 만 하다. 섀도 마스크(13)에 있는 구멍 크기(40)보다 더 큰 형광체 도트 크기 W_p(47)를 가진 형광체 패턴을 얻기 위하여, 형광체가 도포되는 공정에 대한 공정레벨은 미세한 광 분포에서 비교적 낮아야 한다.

공정레벨에 의해 나누어진 피크 세기로서 노출 공정의 콘트라스트가 정의되고, 이것은 (I_t+ I_p)/ I_p의 공식으로 표현될 수 있다. 블랙 매트릭스 공정을 위한 공정 레벨이 형광체 공정을 위한 공정 레벨보다 더 높기 때문에, 블랙 매트릭스 공정의 콘트라스트가 더 작다. 여러 전형적인 콘트라스트의 값은, 블랙 매트릭스 공정에 대해서는 1.5이고 형광체 공정에 대해서는 5이다.

정량적인 방법으로 노출 공정의 성능을 표현하기 위한 중요한 파라미터는 윈도우 성장 인자(window growth factor)이다. 이러한 윈도우 성장 인자는 광의 량이 변할 때 블랙 매트릭스의 구멍크기의 변화를 나타낸다. 윈도우 성장 인자는 광세기가 1%증가할 때 ㎛ 단위의 구멍크기의 증가를 나타내는 ㎛/%의 단위로 표현되거나, 1% 의 광세기 변화에 대한 구멍크기의 변화를 %로 나타내는 무차원의 수로 표현된다. 형광체 공정에 대해서는, 도트 성장 인자가 유사한 방법으로 정의될 수 있다.

윈도우 성장 인자와 도트 성장 인자가 작을수록, 노출공정은 더욱 강인해지는 것은 명백하다. 광세기의 변화는 형광체의 도트 크기(47) 또는 매트릭스(46)의구멍 크기(45)에는 큰 변화를 일으키지 않으며, 이들 파라미터를 조절하는 것이 더욱 더 용이해진다.

도 5a 및 5b에서 점선으로 표시된 각각의 미세한 광 분포(43, 44)는 각각 광세기가 증가될 때 블랙 매트릭스의 구멍 크기(45)에 대한 영향이 형광체의 도트 크기(47)에 대한 영향보다 더 크다는 것을 보여준다. 일반적으로, 공정 레벨이 미세한 광 분포에서 더 높아질 때 광세기 변화의 영향은 더 커지는데, 즉 다시 말해 콘트라스트가 작을수록 노출공정의 강인성(robustness)은 더욱 약해진다는 것이다.

증가된 편향 각 및/또는 총 피치 조정을 가지는 칼라 디스플레이 튜브(1)에서, 미세한 광 분포는 더 플랫해진다. 이것은 공정 레벨 I_p가 변하지 않기 때문에 더욱 낮은 콘트라스트가 되도록 한다. 결과적으로, 윈도우 성장 인자는 증가할 것이고 노출공정은 중요해질 것이다.

노출 공정의 강인성을 향상시키기 위하여, 콘트라스트를 증가시키는 것이 필요하고, 이것은 경사가 증가된 미세한 광 분포와 그 결과로서의 윈도우 성장 인자 및/또는 도트 성장 인자의 더 낮은 값에 의해 실현될 수 있다. 본 발명은 표백 염료를 광감응 물질에 첨가함으로써 콘트라스트를 증가시키는 화학적인 방법을 개시한다.

표백 염료의 주요한 작용은 이것이 발광하는 방사(luminous radiation)에 노출되었을 때, 표백 염료의 투과 및 그 결과로서의 광감응 물질의 투과가 증가한다는 사실에 의해 결정된다. 표백 염료의 흡착 스펙트럼은 자외선 영역에 위치되어야 하는 것이 바람직하다. 광세기가 더 클 때 표백 속도도 또한 더 높다. 미세한 광분포 형태는 중앙에서 광세기가 높고 모서리 쪽으로 광세기가 감소되는 것을 보여준다. 그 결과, 표백 염료는 중앙에서 더 강한 표백 효과를 보여줄 것이고, 블랙 매트릭스에 있는 구멍의 주위 부분에서 더 약한 표백효과를 보여줄 것이다. 이것은 기울기가 증가하고, 그 결과 콘트라스트가 증가하는 미세한 광 분포가 된다.

광-표백 공정에서 상당한 광이 손실되기 때문에, 블랙 매트릭스 공정을 결정하는 레지스트의 노출(irradiation)을 위해 충분한 광세기를 가지도록 광세기가 증가되어야 한다.

표백 공정은 도 6에 의해 더욱 명확하게 설명될 수 있다. 도 6에서 3가지 상황에 대한 미세한 광 분포가 도시된다. 미세한 광 분포와 광세기의 단위는 임의의 단위를 가진다. 표준으로 언급되고 곡선(50)으로 표시되는 제 1의 상황은 레지스트가 표백 염료를 포함하지 않는 블랙 매트릭스 공정에 대한 미세한 광 분포이다. 이러한 상황에서 공정 레벨은 I_p,1이고 블랙 매트릭스에 있는 구멍 크기는 MW₁이다.

곡선(51)은 표백 염료가 없지만, 표준 곡선(50)에 대해 광세기가 50% 증가된 상황을 보여준다. 이러한 상황에서 공정 레벨은 I_p,1이 동일할 때, 블랙 매트릭스에 있는 구멍 크기 MW₂는 더욱 커질 것이고, 이것은 바람직하지 않다. 따라서, 블랙 매트릭스에 있는 구멍의 크기를 동일한 레벨 MW₁로 유지하기 위하여, 공정 레벨은 레벨 I_p,2로 상승되어야 한다. 단지 광세기의 증가만이 순수하게 결과로 나타나고, 콘트라스트는 변하지 않으며 노출공정의 강인성은 증가되지 않는다.

곡선(52)은 임의의 표백 염료가 사용되는 상황을 보여준다. 이러한 예에서블랙 매트릭스에 있는 동일한 구멍 크기 MW₁은 광세기가 50% 증가될 때 공정레벨 I_p,1에서 달성될 수 있다. 이것은 50% 더 높은 콘트라스트를 가진 노출공정, 미세한 광 분포의 더 가파른 기울기 및 그로 인한 더 강인한 노출공정을 일으킨다.

표백 염료의 다른 중요한 면은 광에 노출되었을 때 표백시키는 속도이다. 표백 염료는 노출된 영역의 중앙과 주위 부분 사이의 미분적인 영향(differential effect)을 도입해야 하기 때문에, 표백 속도는 노출시간과 거의 동일해야 한다. 만약 표백 공정이 노출시간보다 훨씬 더 짧게 되는 표백 속도라면, 표백 염료는 노출공정의 주요한 부분동안 고도로 투과되는 반면, 표백공정이 노출시간보다 훨씬 더 길게 되는 표백 속도의 경우에서는 표백염료가 실질적으로 낮은 투과 상태만으로 된다. 따라서, 노출 공정동안 표백 염료의 투과율이 현저하게 변할 때 표백 염료가 단지 작용할 수 있다. 그러한 표백 염료의 예가 도 7에 도시되어 있는데, 여기서 표백 염료의 투과율은 약 20초 동안 10%에서 80%로 증가하는데, 즉 블랙 매트릭스 공정에서의 노출 시간인 약 30초와 비교될 수 있는 속도로 증가한다는 것을 보여준다. 도 7에 도시된 데이터는 티. 요네자와(T. Yonezawa) 등의 "수용성 콘트라스트 강화 물질 - 새로운 광-표백 가능한 염료"{Proc. SPIE Regional Technical Conference on Photo-polymers, Ellenville, N. Y., 183(1988)}로부터 얻어진다. 이 도면에서 사용된 표백 염료는 0.27㎛의 층 두께를 갖고 3.3mW/cm²의 복사 밀도(radiation density)로 노출되는 SPC-염료(스티릴-피리디늄)이다.

표백 염료는 여러 방법으로 레지스트에 첨가될 수 있다. 표백 염료가 수용성인 것이 바람직한데, 이는 표백 염료가 블랙 매트릭스 공정의 수용성 레지스트와 혼합될 수 있도록 하기 위한 것이다. 그러한 레지스트와 표백 염료의 혼합물은 표준 노출 공정이 공장에서 사용될 수 있도록 해준다. 이러한 단일 층의 시스템에 대해, 많은 적절한 표백 염료, 예를 들어 1,2-나프토퀴논-(2)-디아지드-5-술폰산 나트륨 염, 1,2-나프토퀴논-(2)-디아지드-4-술폰산 나트륨 염, 4-디아조디페닐아민 하이드로젠-술페이트 및 1-메틸-4-[2-(4-포르밀페닐)에테닐]피리디늄 메토술페이트와 같은 것들을 들 수 있다.

표백 염료가 레지스트의 상부에 도포되는 이중층의 시스템에서는, 표백 염료가 수용성의 물질이어야 한다. 표백 염료를 포함하는 그러한 제 2의 층을 도포하는 것은 제조 라인에서 적어도 하나의 여분의 포지션(position)을 필요로 하므로 산업적인 면에서 보면 그렇게 매력적이지는 않다. 다른 가능성은 표백염료 및 레지스트를 에멀젼의 형태로 도포하는 것이다. 이러한 에멀젼은 레지스트 층의 건조공정 중에 응고될 것이고, 그런 다음 어떠한 추가적인 공정 단계도 필요로 하지 않는 이중 층 시스템이 형성된다.

시뮬레이션의 결과인 다음의 예는, 표백 염료를 레지스트에 첨가하는 것에 대한 장점을 더 한층 설명하는데 기여한다. 광감응 물질에 대한 이러한 예에서, PVP-DAS 레지스트가 선택되는데, 이것은 자외선은 흡수하지만 표백은 되지 않는 것(non-bleaching)으로 가정한다.

표백 염료 없는 레지스트가 사용되는 상황의 종래 기술에서는, 레지스트 성분 DAS를 흡수하는 자외선에 대해 다음 파라미터가 사용된다.

[DAS] : DAS의 농도 = 0.2[mol/l]

ε_DAS: DAS의 흡광계수(extinction coefficient)=9000[l/(mol·cm)]

1 ㎛ 두께의 레지스트 층이 레지스트 층의 입구에서 자외선-세기 레벨 I₀으로 노출된다고 가정한다. 레지스트 층의 하부에서의(유리 인터페이스에서의) 광원의 세기는 다음 식에 의해 계산될 수 있다.

[수학식 1]

I_h: 유리 인터페이스에서의 세기[W/cm²]

h: 레지스트 층의 두께[cm]

앞서 언급된 ε_DAS,[DAS] 및 h의 값으로, 유리 표면에서의 세기는 다음과 같다.

[수학식 2]

본 발명에 따른 표백 염료가 첨가되는 레지스트 층에 대해서는 상기 세기에 관한 식은 수정되어야 한다. 표백 염료는 노출 공정 동안 투과율이 증가하는 것을 보일 것이고, 이는 표백 염료 자체의 투과율 및 광원의 세기에 의존한다. x 축은 레지스트 층의 거리를 측정한다. 레지스트 층의 입구에서 x=0이고 레지스트 층의 말단부, 즉 레지스트-유리 인터페이스에서 x=h이다. 표백제의 분해는 다음과 같이표현될 수 있다.

[수학식 3]

[B]_x,t: 표백제의 농도[mol/l]

α: 상수 =83.488[mol·cm²/(W·s·l)]

λ:파장 = 0.365ｘ10^-4[cm]

φ_B: 표백제의 양자 효율(quantum efficiency)[-]

ε_B: 표백제의 흡광계수[l/(mol·cm)]

I_x,t: 자외선 세기[W/cm²]

레지스트 층의 하부에서의 자외선 세기는 다음의 식을 따른다.

[수학식 4]

이 식에서의 적분은, [B]가 레지스트 층의 상부에서 하부로 갈수록 감소되기 때문에 필요하다. 간단히 하기 위하여, PVP-DAS 레지스트는 표백되지 않는 것으로 가정하고, ε_DAS·[DAS]는 시간에 대해 일정하다. 수학식 (3) 및 (4)를 사용하여 유리-인터페이스에서의 세기를 시간의 함수로 계산할 수 있다.

도 8에서 표백의 영향을 보여준다. 레지스트 층의 하부에서의 세기 대 노출시간이 세 개의 세기 레벨 I₀(0.20, 0.10 및 0.05 mW/cm²)에 대해 플롯된다. 라인(61, 62, 63)은 표백 염료를 가진 레지스트의 거동을 보여주는 반면, 라인(64, 65, 66)은 표백 염료가 없는 레지스트의 거동을 보여준다. 표백 염료에 대해, 다음의 특성들이 (임의적으로) 선택된다.

[B]_x,0= 0.05[mol/l]

φ_B= 0.5[-]

ε_B= 100000[l/(mol·cm)]

레지스트 층에 첨가된 표백 염료를 사용한 이러한 노출 공정의 예에서, 층의 하부에서의 세기는 시간에 대해 (거의) 선형적으로 증가한다. 교차 결합(cross-linking)에 유용한 층의 하부에서의 자외선 세기는 표백 염료의 (필연적인) 자외선 흡착에 의해 감소한다.

만약 표백 염료를 가진 시스템에 대한 세기 I₀가 t=0에서의 층의 하부에서(즉, 유리 인터페이스에서)의 자외선 세기, 즉 표백제가 없는 시스템과 동일한 자외선 세기를 얻기 위해 증가된다면, 도 8의 라인(61, 62 및 63)은 도 9에 도시된 것과 같은 라인(67, 68 및 69)으로 변한다.

공식 (3)과 (4)로부터, 표백제의 높은 양자 효율이 양호한 표백 효과를 얻는데 유익하다는 것을 알 수 있다. 게다가, 표백 염료의 농도가 높을수록 표백 염료를 더욱 효과적으로 만들지만, 층의 하부에서의 자외선 세기(교차 결합에 유용한)는 감소한다. 또한, 흡광계수가 증가될 때 자외선 세기가 다소 감소되지만 표백은 더욱 효과적으로 된다. 따라서 두 가지의 상황에서 레지스트 층의 입구에서의 자외선 세기는 증가되어야 한다.

요약하면, 칼라 디스플레이 튜브(1)에서 사용하기 위한 스크린(6)의 제조공정에서, 노출공정으로서 언급되는 광감응 공정 단계는 스크린(6)을 형성하기 위해 블랙 매트릭스 패턴과 형광체 층을 디스플레이 윈도우에 도포하는데 사용된다. 이러한 노출공정의 강인성은 다른 무엇보다도 디스플레이 윈도우(3) 상의 미세한 광 분포 형태에 의존한다. 편향 각이 증가된 칼라 디스플레이 튜브(1)에서 또는 실제로 편평한 외부 표면을 가진 튜브에서 노출공정은 더욱 더 중요해지고 있다는 것이 나타난다. 본 발명에 따르면, 이러한 문제점은 노출공정에 사용된 광감응 물질에 표백 염료를 첨가함으로써 해결될 수 있다. 이러한 표백 염료는 주위 부분에서 보다 미세한 광분배의 중앙에서 더욱 강하게 작용한다. 그 결과 미세한 광 분포의 기울기는 더욱 커지고 노출공정에서의 콘트라스트는 증가되므로, 상기 공정을 훨씬 더 강인하게 해 준다.

본 발명은 광감응 공정 단계가 블랙 매트릭스 패턴과 형광체 층을 스크린을 형성하기 위한 디스플레이 윈도우에 도포하는 칼라 디스플레이 튜브용 스크린을 제조하는 공정에서 적용가능하다.

Claims

칼라 디스플레이 튜브(1)의 디스플레이 윈도우(3) 상에 블랙 매트릭스에서의 구멍의 구조와 상기 구멍에 전자 발광 물질(electroluminescent material)을 구비하는 스크린(6)을 제조하는 방법으로서,

상기 방법은 상기 블랙 매트릭스와 상기 전자 발광 물질을 도포하는 공정 단계를 포함하고, 상기 공정 단계에서는 디스플레이 윈도우(3)상의 광감응 물질(photosensitive material)이 광원(22)에 의해 방출되고 렌즈 시스템과 섀도 마스크(13)를 거쳐 지나간 광에 노출되고 , 상기 섀도 마스크(13)는 디스플레이 윈도우(3)에 현가되어 있고 상기 렌즈 시스템은 상기 광원(22)과 상기 섀도 마스크(13) 사이에 위치되어 상기 스크린(6)으로 방사되는 광원(22)으로부터 나오는 광의 미세한 광 분포(microscopic light distribution)를 상기 스크린(6)상에 실현시키는 스크린을 제조하는 방법에 있어서,

상기 광감응 물질은 적어도 하나의 상기 공정 단계를 위한 콘트라스트 강화제(contrast enhancer)로서 기능을 하는 표백 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 스크린의 제조 방법.
제 1항에 있어서,

상기 표백 염료는 상기 블랙 매트릭스가 도포되는 상기 공정단계를 위한 상기 광감응 물질에 첨가되는 것을 특징으로 하는, 스크린의 제조 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 표백 염료는 수용성이고 상기 광감응 물질을 가진 용액을 형성하는 것을 특징으로 하는, 스크린의 제조 방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 표백 염료는 1,2-나프토퀴논-(2)-디아지드-5-술폰산 나트륨 염, 1,2-나프토퀴논-(2)-디아지드-4-술폰산 나트륨 염, 4-디아조디페닐아민 하이드로젠-술페이트 및 1-메틸-4-[2-(4-포르밀페닐)에테닐]피리디늄 메토술페이트에 의해 형성된 그룹의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스크린의 제조 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 표백 염료는 상기 광감응 물질을 가진 에멀젼을 형성하는 것을 특징으로 하는, 스크린의 제조 방법.
제 5항에 있어서,

상기 표백 염료는 상기 에멀젼이 건조된 후 응고되는 것을 특징으로 하는, 스크린의 제조 방법.
제 1항 또는 제2항 또는 제3항 또는 제5항 또는 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 표백 염료가 광에 노출될 때, 그 투과율을 10%에서 80%로 증가시키기 위해 필요한 시간 간격이 5 내지 30초 사이인 것을 특징으로 하는, 스크린의 제조 방법.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 사용하여 제조된 스크린(6)을 구비하는 칼라 디스플레이 튜브(1).
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 사용하여 제조된 스크린(6)을 구비하는 디스플레이 윈도우(3).