KR20070036910A - 전자 방출 표시 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

전자 방출 표시 디바이스의 제조 방법 Download PDF

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KR20070036910A
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유승준
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이수정
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Abstract

본 발명의 전자 방출 표시 디바이스의 제조 방법에 관한 것으로서, 이 제조 방법은 기판에 애노드 전극을 형성하고, 상기 애노드 전극에 흑색을 형성하고, 상기 흑색층 사이에 적색, 녹색 및 청색 형광체를 각각 포함하는 적색, 녹색 및 청색 형광체 슬러리를 인쇄한 후, 소성하여 형광층을 형성하는 공정을 포함한다. 상기 적색, 녹색 및 청색 형광체는 적색, 녹색 및 청색 형광 물질을 각각 포함하고, 이 형광 물질의 표면에 형성된 SiO2를 포함하는 코팅층을 포함하고, 상기 녹색 형광체는 SrGa2S4를 포함한다.
본 발명의 전자 방출 표시 디바이스용형광체는 표면처리가 되어 있어 제조 공정시 장기간 안정화될 수 있어, 저장 안정성이 우수하고, 또한 적색, 녹색 및 청색 형광체를 모두 동일한 물질로 표면처리 할 수 있어 공정이 간단하다.
전자방출표시디바이스,표면처리SrGaS,패턴인쇄

Description

전자 방출 표시 디바이스의 제조 방법{METHOD OF PREPARING ELECTRON EMISSION DISPLAY DEVICE}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도.
[산업상 이용 분야]
본 발명은 전자 방출 표시 디바이스의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 간단한 공정으로, 발광 휘도 및 색순도 특성이 우수한 표시 디바이스를 제조할 수 있는 전자 방출 표시 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
[종래 기술]
일반적으로 전자 방출 디바이스(electron emission device)는 전자원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식으로 분류할 수 있다.
이 중에서, 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 디바이스로는 전계 방출 어레이형(Field Emitter Array: FEA), 표면 전도 에미션형(Surface-Conduction Emitter: SCE), 금속-절연층-금속(Metal-Insulator-Metal: MIM)형 및 금속-절연체- 반도체(Metal-Insulator-Semiconductor: MIS)형 및 BSE(Ballistic electron Surface Emitter)형 등이 알려져있다.
본 발명은 목적은 발광 휘도와 색순도가 우수한 형광체를 사용하여 휘도 및 색재현성이 우수한 전자 방출 표시 디바이스를 제조할 수 있는 전자 방출 표시 디바이스의제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1 기판 상부에 애노드 전극을 형성하고, 이 애노드 전극에 흑색층을 형성하고, 이 흑색층 사이에 적색, 녹색 및 청색 형광체를 각각 포함하는 형광체 조성물을 인쇄한 후, 소성하여 형광층을 형성하는 공정을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 있어서, 상기 적색, 녹색 및 청색 형광체는 적색, 녹색 및 청색 형광 물질을 각각 포함하고, 이 형광 물질의 표면에 형성된 SiO2 코팅층을 포함한다. 또한, 상기 녹색 형광체는 SrGa2S4:Eu가 바람직하다.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
전자 방출 표시 디바이스에서 형광막은 일반적으로 형광체 슬러리를 스핀 코팅하는 공정으로 주로 형성되었다.
형광체는 그냥 사용하는 경우 형광체 입자 사이의 분산이 나빠져서 형광체 사이의 핀홀이 다수 발생함에 따라, 최근에는 사용하는 형광체들의 접착력 특성을 조절하고, 형광체의 수명을 향상시키기 위하여 표면처리하여 사용하고 있다. 즉, 청색 형광체의 경우 형광체 자체의 접착력이 매우 강하여, 청색 형광막을 제조시 녹색 또는 적색 형광막 부분에 청색 형광체가 잔존하게 되는 문제가 있어, Ca2P2O7과 같은 물질로 표면처리를 하여 접착력을 약간 저하시켜 사용하였다.
또한, 녹색 또는 적색 형광체는 접착력을 향상시키기 위하여 SiO2와 같은 물질로 표면처리를 하여 사용하였다. 이와 같이 종래에는 슬러리를 이용한 스핀 코팅으로 형광막을 형성하는 공정을 이용함에 따라 예를 들어 적색 형광체 슬러리가 청색 형광막 위에 도포되었다가 제거되는 등의 과정을 거치므로 형광체를 입히는 색상의 순서에 따라 형광체의 표면 처리를 다르게 할 수밖에 없었다.
또한, 표면 처리되는 물질을 바인더를 사용하여 형광체 표면에 부착시키는데, 이때 적색 형광체의 경우 다른 형광체와 달리 아라비아 검(arabic gum)의 바인더를 추가로 사용하여야 하며, 이 아라비아 검이 형광막 형성시 사용되는 바인더와 반응하여 형광체 슬러리의 겔화 현상을 유도하여, 저장 안정성이 좋지 않은 문제점이 있었다.
아울러, 최근 휘도 및 색재현성이 우수하여 녹색 형광체로 주목받고있는 SrGa2S4:Eu 형광체의 경우 형광체 슬러리에 사용되는 바인더와 반응하여 스핀 코팅 공정을 사용할 수 없어 휘도 및 색재현성이 우수함에도 불구하고 전자 방출 표시 디바이스에실제 적용되기는 어려운 점이 있었다.
본 발명에서는 SrGa2S4:Eu 형광체를 사용하기 위하여, 형광막 형성 공정을 종래 스핀 코팅 공정 대신 패턴 인쇄 공정을 적용하여 상술한 문제점을 해결할 수 있었다. 또한 패턴 인쇄 공정을 사용함에 따라 적색, 녹색 및 청색 형광막이 서로 다른 색상의 형광막 위에 형성되었다가 제거되는 것이 아니므로, 사용되는 적색, 녹색 및 청색 형광체를 모두 동일한 물질로 표면 처리할 수 있었다. 따라서, 종래 각각 다른 표면 처리 물질로 표면 처리를 해야함에 따른 공정 상의 복잡함과 경제적인 문제를 해결할 수 있었다.
이하, 본 발명의 형광막 형성 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
기판에 애노드 전극을 형성한다. 이 기판은 일반적으로 전자 방출 표시 디바이스에서 상부에 위치하는 기판을 말하며, 일반적으로 투명한 유리 기판을 사용할 수 있다. 상기 애노드 전극은 일반적으로 인듐 틴 옥사이드(ITO), Al 금속 박막과 같은 금속 박막으로 형성될 수 있다.
상기 애노드에 흑색층을 형성한다. 이 흑색층은 형광막 패턴 사이에 외광의 반사를 감소시켜 디스플레이의 콘트라스트(contrast)를 향상시키는 역할을 한다.
흑색층을 형성하는 공정은 흑색층 조성물을 사용하여 전기 영동법, 스크린 인쇄, 스핀 코팅 등 어떠한 방법에 따라 실시하여도 무방하다. 상기 흑색층 조성물은 흑연과 같은 탄소 물질, 또는 크롬 산화물, 인듐, 주석, 인듐-주석, 구리, 안티몬, 티타늄, 망간, 코발트, 니켈, 아연, 납, 크롬 등의 금속과 SiO, SiO2, MgF2 및 SiNx(x는 1 이상의 정수) 등의 유전성 물질 등을 포함할 수 있다.
이어서, 상기 흑색층 사이에 형광체 슬러리를 패턴 인쇄하여 형광막을 형성 한다. 상기 형광막 형성 공정은 적색, 녹색 또는 청색 형광체를 각각 포함하는 형광체 슬러리를 사용하여 각각 실시하며, 종래 슬러리 인쇄 공정과 다르게 형성 순서는 상관이 없다.
종래 형광막은 형광체, 감광성 고분자, 광 가교제 및 분산제 등과 같은 기타 첨가제를 포함하는 형광체 조성물을 제조하고, 이 조성물을 흑색층 사이에 도포하고, 건조한 후, 마스크를 장착하고, 고압 수은등을 이용하여 노광한 다음 순수를 이용하여 현상하여 제조하였다.
상기 패턴 인쇄 공정은 흑색층 위에 적색, 녹색 및 청색 형광막 중 하나가 위치해야할 부분에만 그에 해당하는 형광체 페이스트를 도포한다. 이어서, 상기 형광체 페이스트를 소성한다. 소성 공정은 400 내지 480℃의 온도에서 실시한다. 소성 공정 온도가 480℃보다 높으면 형광막의 효율이 떨어지고, 400℃ 미만이면 잔탄의 문제가 있어 바람직하지 않다.
상기 형광체 페이스트는 형광체, 용매 및 바인더를 포함한다. 상기 용매로는 부틸카비톨 아세테이트 또는 터피네올을 사용할 수 있고, 상기 바인더로는 에틸 셀룰로오스를 사용할 수 있다.
이때 사용되는 적색, 녹색 및 청색 형광체는 모두 SiO2로 표면처리된 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 적색, 녹색 및 청색 형광체는 형광 물질과, 이 형광 물질의 표면에 형성된 SiO2 코팅층을 포함한다. 상기 표면 처리 공정은 SiO2를 SiO2용 용매에 용해시켜 SiO2 용액을 제조하고, 이 SiO2 용액에 종래 형광체로 사용 되던 형광 물질을 첨가하여 혼합하는 공정으로 실시한다. 이때, SiO2는 나노 입자 크기를 갖는 것이 바람직하며, 바람직한 평균 입자 크기는 1 내지 100nm이다. SiO2의 평균 입자 크기가 1nm보다 작으면, SiO2를 부착함에 따른 효과가 미미하여 바람직하지 않고, 100nm보다 크면 바람직한 효과 이외의 악영향을 나타낼 수도 있다.
이때, SiO2의 사용량은 형광 물질 중량의 0.01 내지 20 중량%가 바람직하고, 1 내지 10 중량%가 더욱 바람직하다. SiO2의 사용량이 0.01 중량% 미만이면, 분산이 충분하지 못할 뿐 아니라, 유리와의 접착력 또한 낮아져서 막형성에 불리하고, 20 중량%를 초과하는 경우에는 형광체 휘도에 영향을 주어 바람직하지 않다.
이 공정에 따라 표면에 SiO2가 부착된, 즉 표면처리된 형광체가 제조된다.
상기 형광 물질로는 종래 적색, 녹색 또는 청색 형광체로 사용되던 물질은 모두 사용할 수 있으나, 적색 형광 물질로는 Y2O2S:Eu, Y2O3:Eu, YVO4:Eu, Y(V,P)O4:Eu,(Y,Gd)BO2:Eu, SrTiO3:Pr 또는 이들의 혼합물을 대표적으로 사용할 수 있다.
또한, 청색 형광 물질로는 SrGa2S4:Ce, ZnS:Ag, Y2SiO5:Ce, Sr5(PO4)3Cl:Eu, ZnS:Ag, BaMgAl10O17:Eu 또는 이들의 혼합물을 대표적으로 사용할 수 있다.
상기 SiO2용 용매로는 물, 알코올 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 알코올로는 메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올 또는 이소프로필 알코올을 사용할 수 있다.
이 공정으로 제조된 본 발명의 전자 방출 소자의 형광체는 형광 물질과 이 형광 물질 표면에 부착된 SiO2를 포함한다. 이 형광체는 표면 처리로 인하여 안정화되어, 형광막을 형성시 제조되는 페이스트 타입의 조성물의 안정화가 오래 지속될 수 있어 향상된 저장 안정성을 나타낸다.
또한, 적색, 녹색 및 청색의 세 가지 색상의 형광체를 모두 동일하게 SiO2로 처리할 수 있어, 공정이 간단하다.
이러한 형광막이 형성된 본 발명의 전자 방출 표시 디바이스를 첨부된 도면을 참고하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 전자 방출 표시 디바이스의 부분 분해 사시도이다. 전자 방출 표시 디바이스는 내부 공간부를 사이에 두고 서로 평행하게 대향 배치되는 제1 기판(2)과 제2 기판(4)을 포함한다. 이 기판들 중 제1 기판(2)에는 전자 방출을 위한 구조물이 제공되고, 제2 기판(4)에는 전자에 의해 가시광을 방출하여 임의의 발광 또는 표시를 행하기 위한 구조물이 제공된다.
먼저, 제1 기판(2)에는 제1 전극인 캐소드 전극들(6)이 제2 기판(2)의 일방향(도면의 y축 방향)을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되고, 캐소드 전극들(6)을 덮으면서 제1 기판(2) 전체에 제1 절연층(8)이 형성된다. 제1 절연층(8) 위에는 제2 전극인 게이트 전극들(10)이 캐소드 전극(6)과 직교하는 방향(도면의 x축 방향)을 따라 스트라이프패턴으로 형성된다.
본 발명에서, 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)의 교차 영역을 화소 영역으로 정의하면, 캐소드 전극(6) 위로 각 화소 영역마다 하나 이상의 전자 방출부(12)가 형성되고, 제1 절연층(8)과 게이트 전극(10)에는 각 전자 방출부(12)에 대응하는 개구부(8a, 10a)가 형성되어 제1 기판(2) 상에 전자 방출부(12)가 노출되도록 한다.
전자 방출부(12)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 카본계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어진다. 전자 방출부(12)로 사용 바람직한 물질로는 카본 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본, C60, 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질이 있으며, 전자 방출부(12)의 제조법으로는 스크린 인쇄, 직접 성장, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.
도면에서는 전자 방출부들(12)이 원형으로 형성되고, 각 화소 영역에서 캐소드 전극(6)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열되는 구성을 도시하였다. 그러나 전자 방출부(12)의 평면 형상과 화소 영역당 개수 및 배열 형태 등은 도시한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.
한편, 상기에서는 제1 절연층(8)을 사이에 두고 게이트 전극(10)이 캐소드 전극(6) 상부에 위치하는 경우를 설명하였으나, 그 반대의 경우, 즉 캐소드 전극이 게이트 전극의 상부에 위치하는 경우도 가능하다. 이 경우에는 전자 방출부가 절연층 위에서 캐소드 전극의 측면과 접촉하며 위치할 수 있다.
그리고 게이트 전극(10)과 제1 절연층(8) 위로 제2 절연층(14)과 집속 전극(16)이 형성된다. 제2 절연층(14)과 집속 전극(16)에도 전자빔 통과를 위한 개구부(14a, 16a)가 마련되는데, 일례로 이 개구부(14a, 16a)는 화소 영역당 하나가 구비되어 집속 전극(16)이 한 화소에서 방출되는 전자들을 포괄적으로 집속하도록 한다. 이 때, 집속 전극(16)은 전자 방출부(12)와의 높이 차이가 클수록 우수한 집속 효과를 발휘하므로, 제2 절연층(14)의 두께를 제1 절연층(8)의 두께보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.
집속 전극(16)은 제1 기판(2) 전체에 형성되거나, 소정의 패턴으로 나뉘어 복수개로 형성되며, 후자의 경우 도시는 생략하였다. 또한, 집속 전극(16)은 제2 절연층(14) 위에 코팅된 도전막으로 이루어지거나, 개구부(16a)를 구비한 금속 플레이트로 이루어질 수 있다.
다음으로, 제1 기판(2)에 대향하는 제2 기판(4)의 일면에는 형광층(18), 일례로 적색과 녹색 및 청색의 형광층들(18R, 18G, 18B)이 임의의 간격을 두고 형성되고, 각 형광층(18) 사이로 화면의 컨트라스트 향상을 위한 흑색층(20)이 형성된다. 도 1에서는 형광층(18)과 흑색층(20)이 스트라이프패턴으로 형성된 경우를 도시하였으나, 형광층(18)은 제1 기판(2) 상에 설정되는 화소 영역들에 일대일로 대응하도록 개별적으로 위치할 수 있으며, 이 경우 흑색층(20)은 형광층(18)을 제외한 모든 비발광 영역 상에 형성된다.
형광층(18)과 흑색층(20) 위로는 알루미늄과 같은 금속막으로 이루어지는 애노드 전극(22)이 형성된다. 애노드 전극(22)은 외부로부터 전자빔 가속에 필요한 고전압을 인가받으며, 형광층(18)에서 방사된 가시광 중 제1 기판(2)을 향해 방사된 가시광을 제2 기판(4) 측으로 반사시켜 화면의 휘도를 높이는 역할을 한다.
한편, 애노드 전극은 금속막이 아닌 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명한 도전막으로 이루어질 수 있다. 이 경우 애노드 전극은 제2 기판을 향한 형광층과 흑색층의 일면에 위치하며, 소정의 패턴으로 구분되어 복수개로 형성될 수 있다.
전술한 제1 기판(2)과 제2 기판(4)은 그 사이에 스페이서들(24)을 배치한 상태에서 글래스 프릿과 같은 밀봉재에 의해 가장자리가 일체로 접합되고, 내부 공간부를 배기시켜 진공 상태로 유지함으로써 전자 방출 표시 디바이스를 구성한다. 이때 스페이서들(24)은 흑색층(20)이 위치하는 비발광 영역에 대응하여 배치된다.
상기 구성의 전자 방출 표시 디바이스는외부로부터 캐소드 전극(6), 게이트 전극(10), 집속 전극(16) 및 애노드 전극(22)에 소정의 전압을 공급하여 구동하는데, 일례로 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10) 중 어느 한 전극에는 주사 신호 전압이, 다른 한 전극에는 데이터 신호 전압이 인가되고, 집속 전극(16)에는 수 내지 수십 볼트의 (-)직류 전압이 인가되며, 애노드 전극(22)에는 수백 내지 수천 볼트의 (+)직류 전압이 인가된다.
따라서, 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10)간 전압 차가 임계치 이상인 화소들에서 전자 방출부(12) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들이 방출되고, 방출된 전자들은 집속 전극(16)을 통과하면서이로부터 척력을 인가받아 전자빔 다발의 중심부로 집속된 후 애노드 전극에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 형광층에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)?
SiO2를 물에 용해시켜 SiO2 용액을 제조하였다. 이 SiO2 용액과 적색, 녹색 및 청색 형광 물질을 각각, 그리고, 에틸 셀룰로오스 바인더를 혼합하여 적색, 녹색 및 청색 형광체 페이스트를 각각 제조하였다. 이때, 적색 형광 물질로는 Y2O3: Eu를 사용하였고, 녹색 형광 물질로는 SrGa2S4:Eu를 사용하였고, 청색 형광 물질로는 ZnS:Ag를 사용하였다.
상기 슬러리를 애노드 전극 및 흑색층이 차례대로 형성된 기판의 흑색층에 마스크를 사용하여 적색, 녹색 및 청색 형광막이 위치할 부분에 선택적으로 각각 도포한 후, 노광하여, 적색, 녹색 및 청색 형광막을 형성하였다.
본 발명의 전자 방출 표시 디바이스용 형광체는 표면처리가되어 있어 제조 공정시 장기간 안정화될 수 있어, 저장 안정성이 우수하고, 또한 적색, 녹색 및 청색 형광체를 모두 동일한 물질로 표면처리 할 수 있어 공정이 간단하다.

Claims (5)

  1. 전자 방출부가 형성된 제 1 기판과 이 제 1 기판과 임의의 간격을 두고 배치되어 상기 제 1 기판과 함께 진공 용기를 형성하는 제 2 기판을 포함하는 전자 방출 표시 디바이스의 제조 방법으로서,
    상기 제 2 기판에 애노드 전극을 형성하고,
    상기 애노드 전극에 흑색층을 형성하고,
    상기 흑색층에 적색, 녹색 및 청색 형광체를 각각 포함하는 적색, 녹색 및 청색 형광체 슬러리를 인쇄 및 노광하는
    공정을 포함하며,
    상기 적색, 녹색 및 청색 형광체는 적색, 녹색 및 청색 형광 물질 및 이 형광 물질 표면에 부착된 SiO2를 포함하고,
    상기 녹색 형광체는 SrGa2S4를 포함하는 것인
    전자 방출 표시 디바이스의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체는 상기 SiO2를 상기 형광 물질 중량의 0.01 내지 20 중량%의 양으로 포함하는 것인 전자 방출 표시 디바이스의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체는 SiO2를 용매에 용해하여 SiO2 용액을 제조하고,
    상기 SiO2 용액과 형광 물질을 혼합하는
    공정으로 제조된 것인 전자 방출 표시 디바이스의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 SiO2는 나노 크기의 평균 입자 크기를 갖는 것인 전자 방출 표시 디바이스의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 SiO2는 1 내지 100nm의 평균 입자 크기를 갖는 것인 전자 방출 표시 디바이스의 제조 방법.
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