KR20030012154A - 전계방출 디스플레이장치 및 이의 제조방법과 전계방출디스플레이장치의 노말 게이트 구조 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 장치는 하면에 형광층이 형성되는 페이스 플레이트와; 상기 페이스 플레이트에 연결되어 밀폐용기를 형성하는 백 플레이트와; 상기 백 플레이트의 상면에 형성되고 전자의 방출원이 접촉되는 캐소드 전극과; 상기 캐소드 전극의 상면에 감광성 절연 재질로 형성되고 상기 전자의 방출원에 대응되는 게이트 홀을 갖는 절연층과; 상기 절연층에 연접되고 상기 게이트 홀에 대응되는 전극홀을 갖는 게이트 전극층을 포함하여 이루어진다.

Description

전계방출 디스플레이장치 및 이의 제조방법과 전계방출 디스플레이장치의 노말 게이트 구조 형성방법{FIELD EMISSION DISPLAY DEVICE AND METHOD OF THE SAME AND METHOD OF FORMING NORMAL GATE STRUCTURE IN THE SAME}

본 발명은 평판 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전계방출 디스플레이장치 및 이의 제조방법과 전계방출 디스플레이장치의 노말 게이트 구조 형성방법에 관한 것이다.

일반적으로 평판 디스플레이 장치(FPD;Flat Panel Display)는 두 기판 사이에 사이드 벽을 세워 밀폐된 용기를 제조하고, 이 용기의 내부에 적절한 소재를 배치하여 원하는 화면을 표시하는 장치로서, 최근들어 멀티미디어의 발달과 함께 그중요성이 증대되고 있다.

이에 부응하여 액정디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등과 같은 여러 가지의 평면형 디스플레이가 개발되어 실용화되고 있으며, 특히 시야각, 고속응답, 고휘도, 고정세, 소비전력, 박형 등의 관점에서 만족스러운 디스플레이 장치인 전계방출 디스플레이(Field Emission Display; 이하 FED라 한다)는 차세대 디스플레이로 주목받고 있다.

이러한 전계방출 디스플레이는 음극선관(CRT)과 동일하게 전자선에 의한 형광체 발광을 이용함에 따라, 음극선관(CRT)의 뛰어난 특성을 유지하면서도 화상의 뒤틀림이 없이 저소비전력의 평면형 디스플레이로 구현할 수 있는 가능성이 높다.

일반적으로, FED는 종래의 진공관과 같이 3극관이지만 열음극(Hot Cathod)을 이용하지 않고 첨예한 음극 즉, 에미터(Emitter)에 고전계를 집중하여 양자역학적인 터널(Tunnel) 효과에 의해 전자를 방출하는 냉음극을 이용하고 있다. 그리고, 에미터로부터 방출된 전자는 캐소드 전극 및 애노드 전극 사이에 인가된 전압에 의해 가속되어 양극에 형성된 형광층에 충돌됨으로써 형광체를 발광시키게 된다.

이러한 FED는 내부가 진공으로 되어서 양 기판 사이에 형성되는 내부 압력과 외부 대기압사이의 압력 차이로 인해 다른 디스플레이보다 두 기판 사이의 간격을 유지하기가 어려우므로, 통상 용기 내부에 디스플레이의 셀갭을 유지하도록 하는 스페이서를 적어도 하나 이상으로 배치하게 된다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 FED의 절연층을 갖고, 특히 절연층에 스페이서를 고정한 전계방출 디스플레이장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 전계방출 디스플레이장치의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 절연층의 상부에 게이트 전극이 위치하는 구조를 형성하는 전계방출 디스플레이장치의 노말 게이트 구조 형성방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전계방출 디스플레이장치를 도시한 측단면도.

도 2는 본 발명에 따른 전계방출 디스플레이장치의 제조과정을 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 전계방출 디스플레이장치의 노말 게이트 구조를 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면.

상기와 같은 본 발명의 목적들을 달성하기 위해서 다음과 같은 장치 및 방법들을 제공한다.

본 발명의 목적을 실현하기 위한 장치는, 하면에 형광층이 형성되는 페이스 플레이트와; 상기 페이스 플레이트에 연결되어 밀폐용기를 형성하는 백 플레이트와; 상기 백 플레이트의 상면에 형성되고 전자 방출원이 접촉되는 캐소드 전극과; 상기 캐소드 전극의 상면에 감광성 절연 재질로 형성되고 상기 전자 방출원에 대응되는 게이트 홀을 갖는 절연층과; 상기 절연층에 연접되고 상기 게이트 홀에 대응되는 전극홀을 갖는 게이트 전극층을 포함하여 이루어진다.

본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 제조방법은, 백 플레이트에 박막으로 된 캐소드 전극을 형성하는 단계와; 상기 캐소드 전극의 상부에 감광성 유리 페이스트를 프린팅하고, 건조시킨 후, 노광 및 에칭을 거쳐 경화시켜서 원하는 절연층을 형성하는 단계와; 상기 절연층의 위에 은 페이스트를 인쇄하고, 노광, 에칭 및 경화하여 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극의 상부에 포토 레지스트를 도포하고, 도포된 포토 레지스트의 위에 패터닝된 마스크를 위치시킨 후 노광및 에칭하여 구멍에 해당하는 위치에 게이트 홀이 형성되도록 하며, 상기 게이트 홀의 내부에 CNT 페이스트를 도포하여 에미터를 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트를 제거하는 단계로 이루어진다.

본 발명의 노말 게이트 구조 형성방법은, 백 플레이트의 캐소드 전극에 CNT를 형성하는 단계와; 게이트 전극이 형성된 절연층을 별도로 형성하는 단계와; 상기 캐소드 전극의 상부에 상기 절연층을 정렬하는 단계로 이루어진다.

이하, 첨부도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 전계방출 디스플레이장치를 도시한 측단면도이다.

도면에서 알 수 있듯이, 본 발명의 전계방출 디스플레이장치는, 페이스 플레이트(1)와, 이 페이스 플레이트(1)와 소정의 간격을 두고 평행하게 배치되는 백 플레이트(3)가 결합되어 이루어진 밀폐용기로 형성되는 바, 이의 밀폐용기 형성시, 상기 페이스 플레이트(1)와 백 플레이트(3) 사이에는 통상 사이드 글라스(5)가 개재된다.

이러한 밀폐용기에 있어, 상기 페이스 플레이트(1)에는, 애노드 전극(7)의 하부로 R,G,B 형광층(9)이 배치되고, 이 형광층(9) 사이에는 블랙 매트릭스(11)가 배치되어 있다. 이에 반해 상기 백 플레이트(3)에는, 상기 형광층(9)을 타격하여 소정의 빛을 발하게 하는 전자 방출원으로서 에미터(emitter)(13)가 캐소드 전극(15) 상에 소정의 패턴을 유지하여 형성되어 있다.

캐소드 전극(15)의 상부에는 절연층(17)이 배치되는 바, 좀 더 바람직하게는 빛의 의해 노광 및 에칭이 가능한 감광성 절연재질로 된 절연층(17)이 배치되며,이러한 절연층(17)에는 에미터 별로 게이트 전극 홀이 형성된다.

이러한 절연층(17)의 상부에는 Al, Cr, Ag을 재질로 하는 게이트 전극층(19)이 형성된다.

만일 전계방출 디스플레이장치가 4극관 구조일 경우, 게이트 전극층(19)의 상부에는 포커싱 그리드(21)가 형성될 수 있다. 이 포커싱 그리드(21)는 게이트 전극층의 상부에 절연층(21a)을 더 형성하고, 절연층(21a)의 상부에 Al, ITO(인듐 틴 옥사이드)를 증착한 포커싱 전극(21b)을 형성하여 이루어진다.

상술한 절연층들은 노광 및 에칭이 가능한 감광성 유리를 사용할 수 있다.

이와 같은 구조의 전계방출 디스플레이장치에는 셀갭을 유지하기 위한 스페이서(23)가 설치되는 것이 바람직하며, 특히 페이스 플레이트(1)와 백 플레이트(3) 사이에 설치될 수 있으나, 좀 더 바람직하기로는 포커싱 그리드(21)를 관통하는 스페이서 홀을 형성하고 이 스페이서 홀에 스페이서(23)를 삽입하여서, 스페이서(23)의 일측단이 게이트 전극층(19)의 상면에 밀착되고 스페이서(23)의 타측단이 페이스 플레이트(1)의 블랙 매트릭스(11)에 접촉되도록 한다.

감광성 유리에 노광 및 에칭을 이용하여 포커싱 홀을 형성함에 있어 스페이서(23)가 세워질 위치에 해당하는 곳을 노광 및 에칭하여 스페이서 홀을 형성한다. 이렇게 스페이서 홀을 형성할 경우 스페이서(23)를 고정하기 위한 접착제가 별도로 사용되지 않아도 된다.

이하 감광성 절연재질로 된 절연층을 갖는 디스플레이 장치의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 백 플레이트에 캐소드 전극을 형성하는 단계(31)에서, Al으로 박막을 형성하여 캐소드 전극을 형성한다.

그리고 절연층 형성단계(33)에서, 감광성 유리 페이스트를 스크린 인쇄법을 이용하여 캐소드 전극 위에 프린팅하고, 건조시킨 후, 노광 및 에칭을 거쳐 경화시켜서 원하는 절연층을 형성한다.

여기서 사용되는 스크린은 200 또는 250 메쉬(mesh)로 된 스크린을 이용하고, 건조조건은 130℃로 10분동안 실시하며, 노광은 500mJ/㎠의 에너지를 발산하는 빛을 이용하여 실시하고, 에칭은 Na₂CO₃가 0.4% 함유된 용액에서 실시하며, 경화는 560℃로 30분간 실시한다.

이와 같은 절연층은 2~3회 반복하여 두께를 적절하게 조절한다.

이렇게 형성된 절연층의 위에 게이트 전극을 형성하는 단계(35)에서는, 325 메쉬로 된 스크린으로 은 페이스트를 스크린 인쇄하고, 85℃에서 15분간 건조시키며, 500mJ/㎠의 에너지를 발산하는 빛을 이용하여 노광하고, Na₂CO₃가 0.4% 함유된 용액에서 에칭을 실시하며, 520℃에서 20분간 경화시켜 게이트 전극을 형성한다.

마지막으로 에미터 형성단계(37)는, 전자의 방출원으로 통상 CNT(Carbon Nano Tube; 이하, CNT라 칭함)를 사용하게 되는데, 상술한 절연층에 형성된 구멍의 내측 바닥면에 해당하는 캐소드 전극의 상면에 형성하게 된다. 이를 위하여 포토 레지스트를 도포하고, 도포된 포토 레지스트의 위에 패터닝된 마스크를 위치시킨 후 노광 및 에칭하여 구멍에 해당하는 위치에 게이트 홀이 형성되도록 하며, 그 게이트 홀의 내부에 CNT 페이스트를 도포하여 에미터를 형성하고 나서 포토 레지스트를 제거한다.

한편, 본 발명의 특징에 따라 전계방출 디스플레이의 노말 게이트(Normal Gate) 구조를 다음과 같이 형성할 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 캐소드 전극에 CNT를 형성하는 작업과, 절연층을 제조하는 작업을 별도로 진행한다.

먼저, CNT를 형성하는 단계(51)는, 백 플레이트(50)의 상면에 Ag, Al, Cr 등으로 배선전극(53)을 형성한 후, 배선전극(53)의 상면에 인쇄 및 식각 등의 방법을 이용하여 CNT(55)를 도트별로 형성한다.

그리고 절연층을 형성하는 단계(71)는, 별도의 작업으로 절연층을 제조하기 위해서, 감광성 유리(73) 위에 원하는 모양의 개구부가 형성된 크롬 재질의 마스크 패턴(75)을 배치하고, 마스크 패턴을 통해 감광성 유리를 자외선(290nm 내지 330nm)에 노광시킨다.

노광공정 후 감광성 유리(73)를 열처리(400℃ 내지 600℃)함으로써 자외선에 노출된 부분을 결정화시킨 후, 열처리된 감광성 유리(73)의 결정화된 부분을 에칭하여 게이트 홀(73a)을 완성시킨다.

게이트 홀(73a)이 완성된 감광성 유리의 상면에 게이트 전극(77)을 Ag, Al, Cr 등을 이용하여 형성하되, 게이트 홀에 대응되는 전극홀(77a)이 형성되도록 한다.

이렇게 제작된 게이트 구조를 게이트 홀과 CNT가 대응되도록 캐소드 전극의상부에 정렬(91)시킨다.

이와 같은 방법으로 노말 게이트 구조를 형성하면, 캐소드 전극의 상면에 도포되는 CNT 형성 및 CNT의 높이를 조절할 수 있다.

또한 게이트 홀은 감광성 유리의 두께를 이용하므로 전극 높이를 일정하게 조절할 수 있으며, 전극간 절연성 개선 및 파티클 잔존이 없으므로 전극간 단락으로 인한 불량율을 감소할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 전계방출 디스플레이장치는 포커싱 그리드를 감광성 유리로 제작할 때 스페이서 고정용 스페이서 홀을 형성함으로써, 스페이서 고정을 위한 별도의 치구를 사용할 필요없이 포커싱 그리드 자체가 스페이서 고정용 치구 역할을 하며, 또한 스페이서 고정을 위한 접착제를 사용할 필요가 없게 되고, 아울러 스페이서가 고정용 홀에 위치하므로, 스페이서의 정렬에도 유리하다.

전계방출 디스플레이장치의 제조방법은 감광성 유리를 이용하여 절연층을 인쇄함으로써, 절연층의 두께를 더욱 정밀하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 차후 감광성 페이스트로 다른 미세 피치의 절연층 및 전극층으로 활용할 수 있게 되며, 장치 제조시 공정이 단순화되고 박막설비가 불필요하게 된다.

전계방출 디스플레이장치의 노말 게이트 구조 형성방법은 백 플레이트의 캐소드 전극에 형성되는 CNT의 형성 및 높이 조절이 용이하고, 게이트 홀은 글라스 두께를 이용하므로 전극 높이를 일정하게 조절할 수 있으며, 전극간 절연성 개선 및 파티클을 줄일 수 있어 전극간 쇼트를 방지할 수 있게 된다.

Claims (11)

1. 하면에 형광층이 형성되는 페이스 플레이트와;

   상기 페이스 플레이트에 연결되어 밀폐용기를 형성하는 백 플레이트와;

   상기 백 플레이트의 상면에 형성되고 전자 방출원이 접촉되는 캐소드 전극과;

   상기 캐소드 전극의 상면에 감광성 절연 재질로 형성되고 상기 전자 방출원에 대응되는 게이트 홀을 갖는 절연층과;

   상기 절연층에 연접되고 상기 게이트 홀에 대응되는 전극홀을 갖는 게이트 전극층

   을 포함하는 전계방출 디스플레이장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 감광성 절연 재질이 감광성 유리인 것을 특징으로 하는 전계방출 디스플레이장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 감광성 유리가 상기 게이트 전극층의 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출 디스플레이장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 게이트 전극층의 상부에 포커싱 그리드가 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출 디스플레이장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 포커싱 그리드는,

   상기 게이트 전극층의 상부에 형성되는 감광성 유리 재질의 절연층과, 상기 절연층의 상부에 형성되어 상기 전자 방출원에서 방출된 전자의 흐름을 제어하는 포커싱 전극으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계방출 디스플레이장치.
6. 제 1항 내지 제 5항에 있어서, 상기 페이스 플레이트와 백 플레이트 사이의 셀갭을 유지하는 스페이서를 포함하는 전계방출 디스플레이장치.
7. 제 6항에 있어서 상기 스페이서는 상기 포커싱 그리드 또는 감광성 유리를 관통하여 상기 페이스 플레이트와 백 플레이트 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 전계방출 디스플레이장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 스페이서가 관통되는 홀은 상기 감광성 유리에 게이트 홀을 노광 및 에칭할 때 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출 디스프레이장치.
9. 백 플레이트에 박막으로 된 캐소드 전극을 형성하는 단계와;

   상기 캐소드 전극의 상부에 감광성 유리 페이스트를 프린팅하고, 건조시킨 후, 노광 및 에칭을 거쳐 경화시켜서 원하는 절연층을 형성하는 단계와;

   상기 절연층의 위에 은 페이스트를 인쇄하고, 노광, 에칭 및 경화하여 게이드 전극을 형성하는 단계와;

   상기 게이트 전극의 상부에 포토 레지스트를 도포하고, 도포된 포토 레지스트의 위에 패터닝된 마스크를 위치시킨 후 노광 및 에칭하여 구멍에 해당하는 위치에 게이트 홀이 형성되도록 하며, 상기 게이트 홀의 내부에 CNT 페이스트를 도포하여 에미터를 형성하는 단계와;

   상기 포토레지스트를 제거하는 단계

   를 포함하는 전계방출 디스플레이의 제조방법.
10. 전계방출 디스플레이 장치에서 노말 게이트 구조를 형성하는 방법에 있어서,

    백 플레이트의 캐소드 전극에 CNT를 형성하는 단계와;

    게이트 전극이 형성된 절연층을 별도로 형성하는 단계와;

    상기 캐소드 전극의 상부에 상기 절연층을 정렬하는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 디스플레이의 노말 게이트 구조 형성방법.
11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,

    상기 게이트 전극이 형성된 절연층을 별도로 형성하는 단계는 감광성 유리를 에칭하여 게이트 홀을 갖는 절연층을 형성하는 단계와, 상기 감광성 유리에 게이트 전극을 형성하는 단계로 이루어지는 전계방출 디스플레이의 노말 게이트 구조 형성방법.