KR100560532B1 - 전계 방출 표시소자 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

발광 균일도 및 휘도를 향상시키기 위한 전계 방출 표시소자 및 제조 방법으로서, 전계 방출 표시소자는 제 1 및 제 2기판과, 제 1기판의 일면에 스트라이프 패턴으로 형성되는 캐소드 전극과, 제 1기판과 마주하는 제 2기판의 일면에 캐소드 전극과 수직한 스트라이프 패턴으로 형성되는 애노드 전극과, 애노드 전극과 교차하는 캐소드 전극의 화소 영역 내부에 다수개가 독립적으로 배치되면서 각각의 선단부를 형성하고, 전계 형성에 의해 전자를 방출하는 에미터와, 애노드 전극에 형성되며 전자를 제공받아 발광하는 형광막으로 이루어진다. 상기 에미터는 스크린 인쇄로 형성되며, 전압 인가시 에미터 표면에 부분적으로 노출된 입자들의 뾰족한 끝부분과 더불어, 에미터 각각에 형성된 선단부에 전계가 균일하게 집중되면서 전자를 방출시킨다. 이로서 제조 과정이 단순하고 대형 표시소자의 제작에 유리한 후막 공정으로 에미터를 형성하면서, 화면의 발광 균일도 및 휘도를 향상시킬 수 있다.

전계방출, 에프이디, 필드에미션, 에미터, 캐소드전극, 애노드전극, 스크린인쇄

Description

전계 방출 표시소자 및 그의 제조 방법 {Field emission display device and manufacturing method of the same}

도 1은 본 발명에 의한 전계 방출 표시소자의 단면도.

도 2는 캐소드 전극의 부분 확대도.

도 3은 본 발명에 의한 전계 방출 표시소자의 제조 방법을 나타낸 공정도.

도 4는 캐소드 전극 형성 단계를 나타낸 개략도.

도 5 ∼ 도 7은 에미터 압출부 형성 단계를 나타낸 개략도.

도 8은 에미터 페이스트 인쇄 단계를 나타낸 개략도.

도 9는 애노드 전극 형성 단계를 나타낸 개략도.

본 발명은 전계 방출 표시소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 후막 공정으로 에미터를 제작하면서도 단위 화소당 독립적으로 존재하며 각각의 선단부를 갖는 에미터를 형성하여 화면의 휘도 및 발광 균일도(uniformity)를 향상시킬 수 있는 전계 방출 표시소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전계 방출 표시소자(FED; Field Emission Display)는 에미터에 강한 전계를 형성하여 전자를 방출시키고, 방출된 전자는 진공속을 이동하여 애노드 전극에 형성된 형광막에 충돌, 형광막을 발광시킴으로써 소정의 화상을 구현하는 표시소자이다.

여기서 상기 에미터는 전계 방출 표시소자의 전자 방출원으로서, 표시소자의 구조에 따라 스핀트(spindt) 타입 또는 면 타입으로 형성되는데, 스핀트 타입 에미터는 선단이 뾰족한 콘(cone) 형상으로 주로 3극관 구조에 형성되며, 대게 실리콘이나 몰리브덴 등의 전자 방출 물질을 캐소드 전극 위에 적층시키는 박막 공정으로 제조된다.

이러한 스핀트 타입 에미터는 단위 화소당 수십 내지 수백개가 형성되어 에미터 어레이를 구성하며, 전압 인가시 각각의 에미터 선단부에 전계가 집중되면서 전자를 방출시킨다. 이로서 화면의 휘도 및 발광 균일도가 우수한 장점이 있으나, 제작 과정이 복잡하여 표시소자의 제조 비용을 상승시키고, 대형 표시소자의 제작에 불리한 한계가 있다.

한편, 면 타입 에미터는 주로 2극관 구조에 형성되며, 애노드 전극과 교차하는 캐소드 전극 위 화소 영역 전체에 형성되고, 실리콘이나 기타 금속에 비해 상대적으로 낮은 일함수를 갖는 물질로 형성되어 물리적으로 뾰족한 선단부를 형성하지 않아도 전압 인가시 에미터 표면 전체에서 전자를 방출시키게 된다.

이러한 면 타입 에미터는 주로 그라파이트, 다이아몬드상 카본(DLC; Diamond Like Carbon), 카본 나노튜브, 카본 파이버 등으로 이루어지며, 화학 기상 증착이나 레이져 어블레이션(laser ablation) 등의 박막 공정으로 제조되거나, 스크린 인 쇄와 같은 후막 공정으로 제조되는데, 이 가운데 후막 공정이 박막 공정에 비해 제작 과정이 단순하여 보다 저가의 공정으로 표시소자를 제작할 수 있으며, 대형 표시소자의 제작에 유리한 장점을 갖는다.

그러나 후막 공정으로 제작된 면 타입 에미터는, 에미터를 구성하는 각각의 입자들이 대부분 불규칙적으로 배치되어 입자들의 뾰족한 끝부분이 부분적으로 진공에 노출되는데, 전압 인가시 전계는 이와 같이 진공에 노출된 입자들의 뾰족한 끝부분에 주로 집중되고, 여기서 전자 방출이 이루어지므로, 한 화소내의 에미터 내부에서 전자 방출이 불균일하게 발생한다.

이와 같이 불균일하게 이루어지는 전자 방출로 인하여, 하나의 화소 내부 뿐만 아니라 화면 전체에 걸쳐 발광 균일도 및 휘도를 저하시키는 원인으로 작용한다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은 제조 과정이 비교적 용이한 후막 공정으로 에미터를 제작하면서도 단위 화소당 독립적으로 존재하며 각각의 선단부를 갖는 에미터를 형성하여 화면의 휘도 및 발광 균일도를 향상시키는 전계 방출 표시소자 및 그의 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

제 1 및 제 2기판과,

상기 제 1기판의 일면에 스트라이프 패턴으로 형성되는 캐소드 전극과,

상기 제 1기판과 마주하는 제 2기판의 일면에 캐소드 전극과 수직한 스트라이프 패턴으로 형성되는 애노드 전극과,

상기 애노드 전극과 교차하는 캐소드 전극의 화소 영역 내부에 다수개가 독립적으로 배치되면서 각각의 선단부를 형성하고, 전계 형성에 의해 전자를 방출하는 에미터와,

상기 애노드 전극에 형성되며, 전자를 제공받아 발광하는 형광막을 포함하는 전계 방출 표시소자를 제공한다.

또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

제 1기판에 캐소드 전극을 형성하는 단계와,

스크린 매쉬에 다수개의 에미터 압출부를 형성하는 단계와,

상기 스크린 매쉬를 제 1기판 위에 장착하는 단계와,

에미터 페이스트를 상기 스크린 매쉬 위에 도포하고 스퀴이즈로 압착하면서 각각의 에미터 압출부를 통하여 일정량의 에미터 페이스트를 상기 캐소드 전극 위 화소 영역에 독립적으로 방출시키는 단계와,

방출된 에미터 페이스트를 건조 및 소성하여 에미터 페이스트 내부의 유기 물질을 제거하는 단계와,

제 2기판에 애노드 전극과 형광막을 형성하는 단계와,

상기 제 1 및 제 2기판을 일체로 봉착시키는 단계를 포함하는 전계 방출 표시소자의 제조 방법을 제공한다.

상기한 스크린 매쉬는 캐소드 전극의 화소 영역 내부에 적어도 하나 이상의 에미터 압출부가 배치되도록 에미터 압출부를 형성하며, 에미터 압출부가 형성된 일면이 제 1기판을 향하도록 배치되고, 상기 에미터 압출부는 스크린 매쉬의 표면에서 멀어질수록 점진적으로 큰 직경으로 형성된다.

이로서 에미터는 캐소드 전극의 화소 영역 내부에 다수개가 독립적으로 형성되면서, 각각의 에미터는 스크린 매쉬에 형성된 에미터 압출부 형상에 따라 중앙이 소정의 높이로 돌출된 선단부를 갖게 된다.

따라서 전압 인가시, 에미터 표면에 부분적으로 노출된 입자들의 뾰족한 끝부분에 전계가 집중되어 전자 방출이 이루어질 뿐만 아니라, 에미터 각각에 형성된 선단부에 전계가 균일하게 집중되면서 전자를 방출시키게 되므로, 단위 화소 및 화면 전체에 걸쳐 발광 균일도를 향상시키고, 증가된 전자 방출량으로 인하여 화면의 휘도를 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 전계 방출 표시소자의 단면도로서, 전계 방출 표시소자는 일정한 간격을 두고 대향 배치되는 제 1 및 제 2기판(10, 20)과, 제 1기판(10)의 일면에 스트라이프 패턴으로 형성되는 캐소드 전극(12)과, 캐소드 전극(12)과 마주하는 제 2기판(20)의 일면에 캐소드 전극(12)과 수직한 스트라이프 패턴으로 형성되는 애노드 전극(22)과, 상기 캐소드 전극(12) 위에 배치되는 다수개의 에미터(14)와, 상기 애노드 전극(22) 표면에 형성되는 형광막(24)을 포함한 다.

상기 캐소드 전극(12)과 애노드 전극(22)의 교차 영역이 하나의 화소를 구성함에 따라, 각각의 화소 구동에 필요한 펄스 신호 전압을 캐소드 전극(12)과 애노드 전극(22)에 인가하면, 이들 캐소드 전극(12)과 애노드 전극(22) 사이에 형성된 강한 전계에 의해 해당 화소 영역 내의 에미터(14)에서 전자(점선으로 도시)를 방출시키며, 방출된 전자는 형광막(24)에 충돌하여 이를 발광시킨다.

상기한 에미터(14)는 낮은 전계에서도 전자를 용이하게 방출시킬 수 있도록 일함수가 낮은 물질, 일례로 그라파이트, 다이아몬드상 카본, 카본 나노튜브, 카본 파이버 등을 주성분으로 하며, 후막 공정으로 제조된다.

여기서, 본 실시예에 의한 전계 방출 표시소자는 캐소드 전극(12) 위의 단위 화소 영역 내에 다수개의 에미터(14)가 독립적으로 배치되면서, 각각의 에미터(14)는 중앙이 소정의 높이로 돌출 형성된 선단부를 갖는다.

상기한 에미터(14)는 일례로 도 2에서 도시하는 바와 같이, 사각 형상의 밑면과 일정 높이의 선단부를 갖는 형상으로 이루어지며, 각각의 에미터(14)는 일정한 간격을 두고 서로 분리된 상태로 존재한다.

이로서 전계 방출 표시소자의 작동시, 캐소드 전극(12)과 애노드 전극(22)에 소정의 전압을 인가하면, 각각의 에미터(14)에 형성된 선단부에 전계가 균일하게 집중되면서 단위 화소 전체에 걸쳐 균일한 전자 방출이 이루어진다. 이와 동시에 에미터(14)를 구성하는 입자들 가운데 진공에 부분적으로 노출된 입자들의 끝부분에서 전자 방출이 이루어지는 것은 물론이다.

따라서 본 실시예에 의한 전계 방출 표시소자는, 화소 영역 내에 다수개의 에미터(14)를 독립적으로 배치시키고, 각각의 에미터(14)가 일정 높이의 선단부를 형성함에 따라, 단위 화소 내의 전자 방출을 균일하게 하여 발광 균일도를 향상시키며, 전자 방출량을 증가시켜 화면의 휘도를 효과적으로 향상시킨다.

다음으로, 본 발명에 의한 전계 방출 표시소자의 제조 방법을 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 전계 방출 표시소자의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정 순서도이다.

전계 방출 표시소자를 제작하기 위하여, 먼저 도 4에서 도시한 바와 같이, 제 1기판(10) 위에 인듐 틴 옥사이드(ITO) 또는 은을 스퍼터링하고 이를 부분적으로 에칭하거나, ITO 또는 은 페이스트를 스크린 인쇄하여 스트라이프 패턴의 캐소드 전극(12)을 형성한다. 그리고 캐소드 전극(12) 사이사이로 격벽용 페이스트를 스크린 인쇄하고 열처리하여 하부 격벽(16)을 형성한다.

다음으로, 에미터(14) 형성을 위하여 스크린 매쉬를 특정 패턴으로 제판한다. 상기 스크린 매쉬는 스테인레스 스틸이나 폴리에스테르 또는 나일론 등의 극히 가느다란 강선들이 미세한 격자 형상으로 조직된 공지의 것을 사용하며, 여기에 포토리소그래피 공정을 이용하여 스크린 매쉬를 제판한다.

상기 스크린 매쉬를 제판하는 과정을 도 5∼도 7을 참고하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저 통상의 스크린 매쉬(30)를 준비하고, 스크린 매쉬(30)의 일면에 포지티브 타입의 제판 유제, 즉 포토레지스트 용액을 도포한 다음 건조하여 제 1포토레지스트 필름(32)으로 경화시킨다.

그리고 스크린 매쉬(30) 위에 다수개의 홀(34a)이 형성된 노광 마스크(34)를 장착하고, 도시하지 않은 노광 램프를 작동시켜 일정 시간 동안 노광을 행한다. 노광 작업에 의해 노광 마스크(34)에 형성된 홀(34a)을 통하여 빛(화살표로 도시)을 조사받은 제 1포토레지스트 필름(32)의 일부분은 화학 반응에 의해 용해도가 증가하게 된다.

이로서 노광 마스크(34)를 제거하고 제 1포토레지스트 필름(32)을 현상하면 용해도가 증가된 부분이 제거되면서 제 1포토레지스트 필름(32)은 도 6에서 도시한 바와 같이 다수개의 제 1에미터 압출용 홀(32a)을 형성한다.

그리고 도 7에서 도시한 바와 같이, 제 1포토레지스트 필름(32) 표면에 제 2포토레지스트 필름(36)을 형성하고, 이를 부분 노광 및 현상하여 제 1에미터 압출용 홀(32a) 상부에 제 1에미터 압출용 홀(32a)보다 큰 직경을 갖는 제 2에미터 압출용 홀(36a)을 형성한다.

한번의 제판 유제 도포로 형성되는 포토레지스트 필름의 두께가 대략 1∼2 ㎛이므로, 스크린 매쉬(30)에 형성되는 전체 포토레지스트 필름의 두께가 대략 10 ㎛ 정도가 될 때까지 상기한 과정, 즉 포토레지스트 필름의 형성과 부분 노광 및 현상 과정을 적어도 5회 이상 반복 실시한다.

이 때, 각각의 포토레지스트 필름에 형성되는 에미터 압출용 홀의 직경을 먼저 형성된 에미터 압출용 홀의 직경보다 점진적으로 크게 형성하여, 도 8에서 도시한 바와 같이 최종 스크린 매쉬(30)에 형성되는 다층 포토레지스트 필름(38)은 스크린 매쉬(30)의 표면에서 멀어질수록 점진적으로 큰 직경을 갖는 에미터 압출부(38a)를 형성한다.

이와 같이 스크린 매쉬(30)를 제판하여 다수개의 에미터 압출부(38a)를 형성하며, 단위 화소 영역 내에 적어도 하나 이상, 보다 바람직하게는 복수개의 에미터 압출부(38a)가 배치되도록 다층 포토레지스트 필름(38)을 패턴화한다.

다음으로, 패턴화된 스크린 매쉬(30)를 제 1기판(10) 위에 일정한 간격을 두고 장착한다. 특히, 상기 스크린 매쉬(30)는 스퀴이즈(40)의 이동을 원활하게 하고, 각각의 에미터가 에미터 압출부(38a) 형상대로 형성될 수 있도록 상기한 다층 포토레지스트 필름(38)이 형성된 일면이 제 1기판(10)을 향하도록 배치된다.

그리고 스크린 매쉬(30) 위에 에미터 페이스트(42)를 도포하고, 스퀴이즈(40)를 스크린 매쉬(30)의 일측단부터 반대편 일측단까지 이동시켜 에미터 페이스트(42)를 압착하면서 각각의 에미터 압출부(38a)를 통하여 일정량의 에미터 페이스트(42)를 캐소드 전극(12) 위로 압출시킨다.

이와 같이 캐소드 전극(12) 위로 인쇄된 에미터 페이스트(42)는 에미터 압출부(38a)의 형상에 따라 중앙부가 일정 높이를 갖는 선단부를 형성하게 되며, 인쇄된 각각의 에미터 페이스트(42)는 인접한 에미터 페이스트와 겹쳐지는 일 없이, 단위 화소 영역 내에 다수개가 독립적으로 배치된다.

이는 에미터 페이스트(42)의 인쇄 후, 형태가 흐트러지지 않고 선단부 형상을 유지하면서 인접한 에미터 페이스트와 겹쳐지지 않을 정도로, 에미터 페이스트(42)의 점도를 조절하는 것으로 용이하게 실현될 수 있다.

이상과 같이 캐소드 전극(12) 위에 에미터 페이스트(42)를 인쇄한 다음, 건 조 및 소성 과정을 거쳐 에미터 페이스트(42) 내부의 유기 물질을 제거한다.

에미터 페이스트(42)는 일례로 그라파이트를 주성분으로 하며, 인쇄에 적합한 점도를 가지도록 솔벤트와 바인더 등의 첨가제가 혼합되어 이루어지는데, 인쇄 공정 후 행해지는 건조 및 소성 과정에 의해 에미터 페이스트(42) 내부의 유기 물질이 제거되면서 최종 에미터(14)로 완성된다.

완성된 에미터(14)는 상술한 바와 같이 단위 화소 영역 내에 다수개가 독립적으로 배치되면서 각각의 에미터(14)는 일정한 높이를 갖는 선단부를 형성한다. 이러한 에미터(14)의 제작은 스크린 매쉬(30)의 패턴 형상을 조절하는 것으로 에미터(14)의 형상과 크기, 배치 간격 및 단위 화소 내의 에미터(14) 개수 등을 용이하게 조절할 수 있다.

이어서, 도 9에서 도시한 바와 같이, 투명한 제 2기판(20) 위에 앞서 설명한 캐소드 전극(12)과 동일한 제작 과정으로 스트라이프 패턴의 애노드 전극(22)을 형성하고, 애노드 전극(22) 위에 형광체 페이스트를 도포한 후 열처리하여 형광막(24)을 형성하며, 애노드 전극(22) 사이사이로 공지의 격벽용 페이스트를 인쇄한 다음 열처리하여 상부 격벽(26)을 형성한다.

마지막으로, 공지의 봉착 과정을 거쳐 제 1기판(10)과 제 2기판(20)을 일체로 봉착시키고, 표시소자 내부가 고진공이 되도록 배기시킨 다음, 표시소자를 밀봉함으로써 도 1에서 도시한 것과 같은 전계 방출 표시소자를 완성한다.

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.

이와 같이 본 발명은 화소 영역 내에 다수개의 에미터를 독립적으로 배치시키고, 각각의 에미터가 일정 높이의 선단부를 형성함에 따라 단위 화소 내의 전자 방출을 균일하게 하며 전자 방출량을 증가시켜 화면의 발광 균일도 및 휘도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.

또한 상기 에미터를 후막 공정으로 제작함으로써 표시소자의 제조 비용을 낮추고, 대형 표시소자의 제작에 보다 유리한 장점을 갖는다.

Claims (6)

1. 제 1 및 제 2기판과;

   상기 제 1기판의 일면에 스트라이프 패턴으로 형성되는 캐소드 전극과;

   상기 제 1기판과 마주하는 제 2기판의 일면에 캐소드 전극과 수직한 스트라이프 패턴으로 형성되는 애노드 전극과;

   상기 애노드 전극과 교차하는 캐소드 전극의 화소 영역 내부에 다수개가 독립적으로 배치되면서 각각의 선단부를 형성하고, 전계 형성에 의해 전자를 방출하는 에미터와;

   상기 애노드 전극에 형성되며, 전자를 제공받아 발광하는 형광막을 포함하는 전계 방출 표시소자.
2. 제 1기판에 캐소드 전극을 형성하는 단계와;

   스크린 매쉬에 다수개의 에미터 압출부를 형성하는 단계와;

   상기 스크린 매쉬를 제 1기판 위에 장착하는 단계와;

   에미터 페이스트를 상기 스크린 매쉬 위에 도포하고 스퀴이즈로 압착하면서 각각의 에미터 압출부를 통하여 일정량의 에미터 페이스트를 상기 캐소드 전극 위 화소 영역에 독립적으로 방출시키는 단계와;

   방출된 에미터 페이스트를 건조 및 소성하여 에미터 페이스트 내부의 유기 물질을 제거하는 단계와;

   제 2기판에 애노드 전극과 형광막을 형성하는 단계와;

   상기 제 1 및 제 2기판을 일체로 봉착시키는 단계를 포함하는 전계 방출 표시소자의 제조 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 스크린 매쉬에 에미터 압출부를 형성하는 단계는,

   스크린 매쉬에 제판 유제를 도포 및 건조하여 제 1포토레지스트막을 형성하고, 부분 노광 및 현상하여 제 1에미터 압출용 홀을 형성하는 단계와;

   상기 제 1포토레지스트막 표면에 제 2포토레지스트막을 형성하고, 부분 노광 및 현상하여 제 1에미터 압출용 홀 위에 제 1에미터 압출용 홀보다 큰 직경의 제 2에미터 압출용 홀을 형성하는 단계를 포함하는 전계 방출 표시소자의 제조 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 스크린 매쉬에 에미터 압출부를 형성하는 단계는,

   포토레지스트막을 적어도 5회 이상 반복 형성하고, 각각의 포토레지스트막에 에미터 압출용 홀을 형성하며, 상기 에미터 압출용 홀은 먼저 형성된 에미터 압출용 홀보다 점진적으로 큰 직경을 갖도록 형성되는 것으로 이루어지는 전계 방출 표시소자의 제조 방법.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 스크린 매쉬에 에미터 압출부를 형성하는 단계는,

   캐소드 전극의 화소 영역 내부에 적어도 하나 이상의 에미터 압출부를 형성하는 것으로 이루어지는 전계 방출 표시소자의 제조 방법.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 스크린 매쉬를 제 1기판 위에 장착하는 단계는,

   에미터 압출부가 형성된 일면이 제 1기판과 마주하도록 스크린 매쉬를 장착하는 것으로 이루어지는 전계 방출 표시소자의 제조 방법.

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