KR100469394B1 - Field emission device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전계 방출 소자에 관한 것으로, 특히 반사 방지막을 적용한 전계 방출 소자 제조방법에 관한 것이다. 발광되는 형광체로부터의 반사를 방지하기위한 상판의 금속-백으로는 전체 반사량의 20~30% 정도 밖에 차단할 수 없기 때문에 하판으로 반사되는 빛이 전극들과 유리 기판에 재반사되어 인접 화소의 형광체로 유입됨으로써 색이 번지거나 혼색되어 색순도가 저하되는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 유리 기판 상에 0.9~0.98의 가시광 흡수능을 가지는 반사 방지막을 50~500nm 두께로 형성하고 그 상부에 절연층을 형성하는 단계와; 상기 절연층 상부에 차례로 캐소드 전극, 에미터들, 절연층, 그리고 게이트 전극을 형성하여 하판을 구성하는 단계와; 상기 유리 기판과는 상이한 유리 기판 상에 차례로 에노드 전극, 형광체, 그리고 금속-백으로 이루어지는 상판을 구성하는 단계와; 상기 하판에 대향하여 상기 상판을 배치한 후 스페이서를 통해 진공 밀봉하는 단계를 포함하는 전계 방출 소자 제조방법을 통해서 형광체로부터의 반사광을 효과적으로 차단하도록 함으로써 인접한 화소에 대한 색 번짐을 방지하고 색순도를 개선하는 효과가 있다. 또한, 단순한 공정만을 부가하면되기 때문에 기존의 공정을 변화시키거나 재구성하는 비용과 노력이 필요 없어 최소한의 비용으로 색순도를 획기적으로 개선할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a field emission device, and more particularly, to a method for manufacturing a field emission device to which an antireflection film is applied. The metal-back of the top plate can block only 20-30% of the total reflection amount to prevent reflection from the emitted phosphor, so the light reflected by the bottom plate is reflected back to the electrodes and the glass substrate to the phosphor of the adjacent pixel. There is a problem in that the color is smeared or mixed color due to the color purity is reduced. Therefore, the present invention comprises the steps of forming an anti-reflection film having a visible light absorption ability of 0.9 ~ 0.98 on a glass substrate with a thickness of 50 ~ 500nm and an insulating layer thereon; Forming a lower plate by sequentially forming cathode electrodes, emitters, insulating layers, and gate electrodes on the insulating layer; Constructing a top plate composed of an anode electrode, a phosphor, and a metal-back on a glass substrate different from the glass substrate in turn; By disposing the upper plate facing the lower plate and then vacuum sealing through a spacer to effectively block the reflected light from the phosphor through the field emission device manufacturing method to prevent color bleeding to the adjacent pixels to improve color purity It works. In addition, since only a simple process is added, the cost and effort of changing or reconfiguring an existing process are not required, and thus, color purity can be improved at a minimum cost.
Description
본 발명은 전계 방출 소자 제조방법에 관한 것으로, 특히 반사 방지막을 적용하여 재반사되는 가시광을 줄이는데 적당하도록 한 전계 방출 소자 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a field emission device, and more particularly, to a method for manufacturing a field emission device adapted to reduce visible light reflected back by applying an antireflection film.
다양한 표시 소자의 요구에 따라 표시 소자는 급속한 발전을 거듭해오고 있다. 최근에는 전계방출(field emission)을 이용한 소자가 디스플레이 분야에 적용되면서, 크기 및 전력 소모를 감소시키면서도 높은 해상도를 제공할 수 있는 박막 디스플레이의 개발이 활발해지고 있다.Display elements have been rapidly developed in accordance with the demands of various display elements. Recently, as devices using field emission have been applied to display fields, development of thin film displays that can provide high resolution while reducing size and power consumption has been actively developed.
액정 디스플레이(LCD) 및 전계 방출 소자(FED)와 같은 박막 공정이 적용되는 디스플레이 소자는 기본적으로 매트릭스 구조의 전극들을 가지고 있다. 이 중에서 전계 방출 소자(FED)는 선택된 화소의 에미터로부터 발생되는 전자들이 형광체를 여기발광 시킴으로써 가시광의 빛을 외부로 표시하도록 되어 있다.Display devices to which thin film processes such as liquid crystal displays (LCDs) and field emission devices (FEDs) are applied basically have electrodes of a matrix structure. Among them, the field emission device FED is configured to display visible light to the outside by electrons generated from the emitter of the selected pixel by exciting the phosphor.
상기와 같은 전계 방출 소자의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the configuration of the field emission device as described above in detail with reference to the accompanying drawings as follows.
도 1a와 도 1b에서는, 매트릭스 형태로 구성되는 전계 방출 소자의 평면도와 상기 평면도의 한 부분(A-A')에 대한 단면도가 간략히 도시되는데, 이러한 종래의 전계 방출 소자는 유리 기판(10)상에 차례로 캐소드 전극(11), 에미터들(14, 15, 16), 절연층(12), 그리고 게이트 전극(13)이 형성되어 이루어지는 하판(baseplate)과; 유리 기판(20) 상에 차례로 에노드 전극(21), 형광체(phosphor)(22), 그리고 금속-백(Al)(23)이 형성되어 이루어지는 상판(face plate)과; 상기 유리 기판(20)이 상부를 향하도록 뒤집어진 상판을 상기 하판 상부에 적절히 이격 배치하고 그 공간을 진공 상태로 만드는 스페이서(30)로 이루어진다.In FIGS. 1A and 1B, a plan view of a field emission device configured in a matrix form and a cross-sectional view of a portion A-A 'of the plan view are briefly shown. Such a conventional field emission device may be formed on a glass substrate 10. A base plate on which the cathode electrode 11, the emitters 14, 15, 16, the insulating layer 12, and the gate electrode 13 are formed in order; A face plate on which the anode electrode 21, the phosphor 22, and the metal-back (Al) 23 are sequentially formed on the glass substrate 20; The upper plate inverted so that the glass substrate 20 faces the upper portion is formed of a spacer 30 that is properly spaced apart from the upper plate and makes the space in a vacuum state.
상기와 같은 구조로 이루어진 종래의 전계 방출 소자는 상기 에노드 전극(21)과 캐소드 전극(11) 사이에 에노드 전압(Va)를 가하고, 상기 게이트 전극(13)과 캐소드층(11) 간에 게이트 전압(Vg)을 가하면, 상기 캐소드층(11)과 연결된 에미터들(14, 15, 16)에서 전자들이 방출되고 가속되어(화살표), 상기 방출된 전자들이 상기 에미터들(14, 15, 16)과 마주보는 상판의 형광체(22)를 여기 발광시킨다. 상기 여기 발광된 형광체(22)로부터의 광은 투명한 도전체인 애노드 전극(21)과 유리 기판(20)을 통해 사용자에게 시각적으로 전달된다. 상기 상판의 금속-백(23)은 상기 형광체(22)로부터의 반사광을 제거하기위해 상기 형광체(22) 위에 예를 들어 알루미늄 박막을 도포하여 사용한다.In the conventional field emission device having the structure as described above, an anode voltage Va is applied between the anode electrode 21 and the cathode electrode 11, and a gate is formed between the gate electrode 13 and the cathode layer 11. When a voltage Vg is applied, electrons are emitted and accelerated (arrows) in emitters 14, 15 and 16 connected to the cathode layer 11 so that the emitted electrons are emitted to the emitters 14, 15 and 16. The fluorescent substance 22 of the upper plate facing the excitation is excited to emit light. Light from the excitation light-emitting phosphor 22 is visually transmitted to the user through the anode electrode 21 and the glass substrate 20, which are transparent conductors. The metal-back 23 of the upper plate is used by applying, for example, an aluminum thin film on the phosphor 22 to remove the reflected light from the phosphor 22.
상기 에미터들(14, 15, 16)은 각각 팁(tip)형 에미터(14), 카본 나노튜브형 에미터(15), 그리고 평면형 에미터(16)로 예시되어 있으며, 이는 박막형 디스플레이 소자들을 보편적으로 예시하기위해 전계 방출 소자에 적용될 수 있는 에미터들을 나열한 것이다. 당연히 이들 중 하나로도 전계 방출 소자를 구성할 수 있다.The emitters 14, 15, 16 are illustrated as tip type emitters 14, carbon nanotube type emitters 15, and planar type emitters 16, respectively, which are common to thin film display elements. To illustrate, we list the emitters that can be applied to field emission devices. Of course, one of these can also constitute a field emission device.
그러면, 이제 도 2를 참조하여 상기 에미터들(14, 15, 16)에 의해 여기 발광되는 형광체(22)의 반사광이 진행하는 방향을 보기로 한다.Then, the direction in which the reflected light of the phosphor 22 which is excited by the emitters 14, 15, and 16 is emitted will now be described with reference to FIG. 2.
도 2의 구성은 도 1b에 도시된 구성과 동일하며, 상기 형광체(22)로부터의반사광을 화살표를 이용하여 나타내고 있다.The configuration in FIG. 2 is the same as that shown in FIG. 1B, and the reflected light from the phosphor 22 is shown using an arrow.
상기 형광체(22)로부터의 반사광을 방지하기 위해서, 알루미늄 박막과 같은 금속-백(23)을 도포하여 사용하고 있지만, 이는 하판 방향으로 반사되는 가시광선의 20~30% 정도 만을 차단하는데 그치고 있다. 그 외의 70~80%의 광은 상기 도 2에 도시되는 화살표와 같이 상기 게이트 전극(13)을 투과하여 하부 유리 기판(10)에 반사된 후 인접한 다른 화소의 형광체에 유입되고, 게이트 전극(13)에도 다소간 반사되어 주변에 인접한 다른 화소의 형광체로 유입된다.In order to prevent the reflected light from the phosphor 22, a metal-back 23 such as an aluminum thin film is applied and used, but it only blocks about 20 to 30% of visible light reflected in the lower plate direction. Other 70-80% of the light is transmitted through the gate electrode 13 and reflected on the lower glass substrate 10 as shown by the arrow shown in FIG. 2, and then flows into the phosphor of another pixel adjacent to the gate electrode 13. ) Is somewhat reflected and flows into the phosphor of another pixel adjacent to the periphery.
즉, 발광되는 화소의 반사광이 인접 화소에 유입되기 때문에 혼색과 색순도 저하가 발생하게 된다.That is, since the reflected light of the emitted pixel flows into the adjacent pixel, mixed color and color purity decrease.
상기와 같은 종래의 기술에서, 발광되는 형광체로부터의 반사광을 방지하기위한 상판의 금속-백으로는 전체 반사량의 20~30% 정도 밖에 차단할 수 없기 때문에 하판으로 반사되는 반사광이 전극들과 유리 기판에 재반사되어 인접 화소의 형광체로 유입됨으로서 색이 번지거나 혼색되어 색순도가 저하되는 문제점이 있었다.In the conventional technique as described above, since the metal-back of the upper plate for preventing the reflected light from the emitted phosphor can block only about 20 to 30% of the total reflection amount, the reflected light reflected to the lower plate is applied to the electrodes and the glass substrate. As the light is re-reflected and introduced into the phosphors of the adjacent pixels, there is a problem that colors are blurred or mixed and color purity is reduced.
따라서, 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 하판에 반사되는 가시광을 흡수하는 반사 방지막을 하판의 기판 상에 형성함으로써 인접 화소로 반사되는 광을 차단하여 혼색을 방지하고 색순도를 높이기 위한 것이다.Accordingly, an object of the present invention for solving the conventional problems as described above is to form an anti-reflection film on the lower plate to absorb visible light reflected on the lower plate to block the light reflected to the adjacent pixels to prevent color mixing and color purity Is to increase.
또한, 본 발명의 목적은 기존의 제조 공정과 공정 순서를 변화시키지 않는 단순한 공정의 부가만으로 반사광에 의한 색순도 저하를 방지하는 것이다.It is also an object of the present invention to prevent color purity degradation due to reflected light only by the addition of a simple process that does not change the existing manufacturing process and process order.
도 1a는 종래의 전계 방출 소자 구조의 평면도이다.1A is a plan view of a conventional field emission device structure.
도 1b는 도 1a의 전계 방출 소자 구조에 대한 단면도이다.FIG. 1B is a cross-sectional view of the structure of the field emission device of FIG. 1A.
도 2는 종래의 전계 방출 소자의 기본 구조 및 광 반사를 도시한 것이다.2 shows the basic structure and light reflection of a conventional field emission device.
도 3a는 본 발명의 전계 방출 소자 구조의 일 실시예에 대한 평면도이다.3A is a plan view of one embodiment of the field emission device structure of the present invention.
도 3b는 도 3a의 전계 방출 소자 구조에 대한 단면도이다.3B is a cross-sectional view of the structure of the field emission device of FIG. 3A.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***
10: 기판 11: 캐소드 전극10: substrate 11: cathode electrode
12: 절연층 13: 게이트 전극12: insulating layer 13: gate electrode
14: 팁(tip)형 에미터 15: 카본 나노튜브형 에미터14: tip type emitter 15: carbon nanotube type emitter
16: 평면형 에미터 17: 반사 방지막16: planar emitter 17: anti-reflection film
18: 절연층 20: 기판18: insulating layer 20: substrate
21: 애노드 전극 22: 형광체21: anode electrode 22 phosphor
23: 금속-백(metal-back) 30: 스페이서23: metal-back 30: spacer
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전계 방출 소자를 제조하는 방법에 있어서, 유리 기판 상에 0.9~0.98의 가시광 흡수능을 가지는 반사 방지막을 50~500nm 두께로 형성하고 그 상부에 절연층을 형성하는 단계와; 상기 절연층 상부에 캐소드 전극, 에미터들, 절연층, 그리고 게이트 전극을 포함하는 전자방출부 구조를 형성하여 하판을 구성하는 단계와; 상기 유리 기판과는 상이한 유리 기판 상에 차례로 에노드 전극, 형광체, 그리고 금속-백으로 이루어지는 상판을 구성하는 단계와; 상기 하판에 대향하여 상기 상판을 배치한 후 스페이서를 통해 진공 밀봉하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to the present invention for achieving the above object, in the method for manufacturing a field emission device, forming an antireflection film having a visible light absorption of 0.9 ~ 0.98 to a thickness of 50 ~ 500nm on a glass substrate and forming an insulating layer thereon Wow; Forming a lower plate by forming an electron emission unit structure including a cathode, an emitter, an insulating layer, and a gate electrode on the insulating layer; Constructing a top plate composed of an anode electrode, a phosphor, and a metal-back on a glass substrate different from the glass substrate in turn; It characterized in that it comprises a step of vacuum sealing through a spacer after placing the upper plate facing the lower plate.
이와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.If described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention as follows.
도 3a와 도 3b에서는, 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 일 실시예에 대한 평면도와 상기 평면도의 한 부분(B-B')에 대한 단면도가 간략히 도시되는데, 이러한 본 발명의 전계 방출 소자는 유리 기판(10)상부에 차례로 반사 방지막(17), 절연층(18), 캐소드 전극(11), 에미터들(14, 15, 16), 절연층(12), 그리고 게이트 전극(13)이 형성되어 이루어지는 하판(base plate)과; 상기 에미터들(14, 15, 16)로부터 방출되는 전자들에 의해 여기 발광되고 이를 외부로 방출하기위해서 유리 기판(20) 상에 차례로 에노드 전극(21), 형광체(phosphor)(22), 그리고 금속-백(Al)(23)이 형성되여 이루어지는 상판(face plate)과; 상기 유리 기판(20)이 상부를 향하도록 뒤집어진 상판을 상기 하판 상부에 적절히 이격 배치하고 그 공간을 진공 상태로 만드는 스페이서(30)로 이루어진다.3A and 3B, a plan view of an embodiment of a field emission device according to the present invention and a cross-sectional view of a portion B-B 'of the plan view are briefly shown, which is a field emission device of the present invention. The antireflection film 17, the insulating layer 18, the cathode electrode 11, the emitters 14, 15, and 16, the insulating layer 12, and the gate electrode 13 are sequentially formed on the substrate 10. A base plate made of; The anode electrode 21, the phosphor 22, and then on the glass substrate 20 in order to be excited and emitted by the electrons emitted from the emitters 14, 15, 16 and to the outside A face plate on which a metal-back (Al) 23 is formed; The upper plate inverted so that the glass substrate 20 faces the upper portion is formed of a spacer 30 that is properly spaced apart from the upper plate and makes the space in a vacuum state.
상기 에미터들(14, 15, 16)은 각각 팁형 에미터(14), 카본 나노튜브형 에미터(15), 그리고 평면형 에미터(16)로 예시되어 있으며, 이는 박막형 디스플레이 소자들을 보편적으로 예시하기위해 전계 방출 소자에 적용될 수 있는 다수의 에미터들을 나열한 것이므로 당연히 이들 중 하나로도 본 발명의 전계 방출 소자를 구성할 수 있다.The emitters 14, 15, 16 are illustrated as tip type emitters 14, carbon nanotube type emitters 15, and planar type emitters 16, respectively, to universally illustrate thin film display elements. Since many emitters are listed that can be applied to the field emission device, one of them can constitute the field emission device of the present invention.
상기 하판을 이루는 유리 기판(10)과 캐소드 전극(11) 사이에 약 50~500nm의 반사 방지막(17)과 투명한 절연층(18)을 형성하여 상기 형광체(22)로부터의 반사광 중 유리 기판(11)을 통해 반사되는 가시광선(300~700nm)을 흡수하도록 하는데, 상기 절연층(18)은 상기 반사 방지막(17)과 캐소드 전극(11) 간의 절연을 위해 제공된다.An antireflection film 17 and a transparent insulating layer 18 having a thickness of about 50 to 500 nm and a transparent insulating layer 18 are formed between the glass substrate 10 and the cathode electrode 11 forming the lower plate, and the glass substrate 11 is reflected light from the phosphor 22. Absorption visible light (300 ~ 700nm) is reflected through the, the insulating layer 18 is provided for the insulation between the anti-reflection film 17 and the cathode electrode (11).
즉, 구성에 있어서, 종래의 유리 기판(10) 대신 반사 방지막(17)과 투명한 절연층(18)이 형성된 유리 기판(10) 상에 종래의 하판 형성 방법을 그대로 적용함으로써, 최소한의 노력과 비용으로 보다 높은 색순도를 얻어낼 수 있게 되는 것이다.That is, in the configuration, the conventional lower plate forming method is applied as it is to the glass substrate 10 on which the anti-reflection film 17 and the transparent insulating layer 18 are formed, instead of the conventional glass substrate 10, thereby minimizing effort and cost Higher color purity can be obtained.
본 발명은 전계 방출 소자를 이용한 표시장치를 구성함에 있어서, 색순도를 향상시키는 것에 초점을 맞추고 있으며, 상기 표시장치의 사용 대상은 사람이라는 것에 주목할 필요가 있다. 즉, 본 발명에서 주 대상으로 하는 반사광은 가시광선(300~700nm)이며, 이를 벗어나는 파장의 반사광은 실질적으로 표시장치를 이용하는 사람에게는 아무런 의미가 없다.The present invention focuses on improving color purity in constructing a display device using a field emission device, and it is worth noting that the object of use of the display device is a human. In other words, the reflected light, which is the main object of the present invention, is visible light (300 to 700 nm), and the reflected light having a wavelength outside this is substantially meaningless to a person using the display device.
따라서, 상기 반사 방지막(17)은 가시광을 흡수하기 위해서, 크롬(Cr),크롬-옥사이드(Cr-oxide)(검은 크롬(black Cr)), MgF2와 금속과 세라믹의 혼합물들(Al2O3-금속, SiO2-금속)이 사용될 수 있다. 상기 나열한 재료들은 전형적으로 가시광성 파장의 흡수력이 0.9~0.98(90~98%), 즉 투과율이 0.1(10%)로 알려져 있으며, 이들은 스퍼터 혹은 화학 기상 증착방법(CVD), 전기도금, 침적(dipping), 양극 산화법 등에의해 형성될 수 있다.Therefore, the anti-reflection film 17 is a mixture of chromium (Cr), chromium-oxide (black Cr), MgF 2 and a mixture of metal and ceramic (Al 2 O) to absorb visible light. 3 -metal, SiO 2 -metal) can be used. The materials listed above are typically known to have an absorption of visible wavelengths of 0.9-0.98 (90-98%), or transmittance of 0.1 (10%), which is known as sputter or chemical vapor deposition (CVD), electroplating, and deposition ( dipping), anodization and the like.
캐소드 전극(11)과의 절연을 위해 상기 반사 방지막(17) 상부에 형성되는 절연층(18)은 SiO2, SiNx, Al2O3와 같은 대부분의 세라믹 재료를 이용할 수 있고, 약 50~1000nm의 두께로 스퍼터나 화학 기상 증착 방법을 통해 형성될 수 있다.The insulating layer 18 formed on the anti-reflection film 17 to insulate the cathode electrode 11 may use most ceramic materials such as SiO 2 , SiNx, and Al 2 O 3, and may have about 50 nm to 1000 nm. It can be formed by sputtering or chemical vapor deposition method to a thickness of.
본 발명의 보다 효과적인 사용을 위해서, 상기 게이트 전극(13) 상부에 반사 방지막을 부가할 수 있지만, 서로 직교하도록 구성된 전극들 사이의 면적이 절반 정도에 불과하므로 상기 유리 기판(10) 상부에 형성되는 반사 방지막(17)의 효과에 비해 그 성능 향상이 미비한 반면, 그 제조 공정이 복잡해지기 때문에 실질적인 효용성은 크지 않다. 즉, 상기 반사 방지막(17)으로도 소기의 목적을 달성할 수 있으므로 복잡한 제조 공정을 통해 게이트 전극 상에 반사 방지막을 형성하는 것은 그 효과 면에서 바람직하지 않다.For the more effective use of the present invention, an anti-reflection film may be added on the gate electrode 13, but since the area between the electrodes configured to be orthogonal to each other is only about half, it is formed on the glass substrate 10. While the performance improvement is insignificant compared to the effect of the antireflection film 17, the practical utility is not large because the manufacturing process is complicated. That is, since the desired purpose can be achieved even with the anti-reflection film 17, it is not preferable to form the anti-reflection film on the gate electrode through a complicated manufacturing process in view of its effect.
상술한 바와 같이, 본 발명은 전계 방출 소자를 형성함에 있어서, 하판의 유리 기판과 게이트 전극 사이에 반사 방지막과 절연층을 추가로 형성하는 단순한 공정을 통해서 형광체 발광에 따른 반사광을 효과적으로 차단하도록 함으로써 인접한 화소에 대한 색 번짐을 방지하고 색순도를 개선하는 효과가 있다. 또한, 단순한 공정만을 부가하면되기 때문에 기존의 공정을 변화시키거나 재구성하는 비용과 노력이 필요 없어 최소한의 비용으로 색순도를 획기적으로 개선할 수 있는 효과가 있다.As described above, in forming the field emission device, the present invention provides a method for effectively blocking the reflected light due to phosphor emission through a simple process of further forming an antireflection film and an insulating layer between the glass substrate and the gate electrode of the lower plate. There is an effect of preventing color bleeding for the pixel and improving color purity. In addition, since only a simple process is added, the cost and effort of changing or reconfiguring an existing process are not required, and thus, color purity can be improved at a minimum cost.
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