KR19990018947A - Dipole-type field emission display device - Google Patents

Abstract

목적 : 흑연으로 음극을 형성하여 공정의 단순화와 음극의 물성 안정화를 도모하고, 낮은 전계에서도 전자 방출이 이루어지는 전계 방출 표시소자를 제공한다.PURPOSE: To provide a field emission display device in which a cathode is formed of graphite to simplify the process, stabilize the properties of the cathode, and emit electrons even at a low electric field.

구성 : 기판 글라스(4) 상에 소정의 패턴으로 적층 형성된 음전극(10)의 상면으로 감광성 수지층(16)을 도포하여 상기 음전극(10)의 상면을 제외한 잔여 부분이 쉴드되게 한 다음, 흑연 분말(20)을 스퍼터링하여 상기 음전극(10)의 상면에 흑연 박막(14)이 증착되게 하고, 상기 음전극(10)의 주변으로 절연성 스페이서(6)를 인쇄법으로 형성한 구성으로 되어 있다.Composition: The photosensitive resin layer 16 is applied to the upper surface of the negative electrode 10 formed by laminating a predetermined pattern on the substrate glass 4 so that the remaining part except the upper surface of the negative electrode 10 is shielded, and then graphite powder (20) is sputtered so that the graphite thin film 14 is deposited on the upper surface of the negative electrode 10, and the insulating spacer 6 is formed around the negative electrode 10 by a printing method.

효과 : 음극을 흑연 분말의 스퍼터링에 의한 흑연 박막으로 형성함에 따라 복잡하고 난해한 증착이나 레이저 엡레이션 등을 거치지 않고도 간단하게 음극을 형성할 수 있고, 이렇게 형성된 음극은 물성이 안정적이어서 가스 이온이나 아크등의 충격에도 내구성을 가지므로 사용 수명이 연장되는 한편 낮은 전계에서 충분히 전자 방출을 일으키게 된다.Effect: As the cathode is formed into a graphite thin film by sputtering of graphite powder, the cathode can be simply formed without complicated and difficult deposition or laser ablation, and the cathode thus formed has stable physical properties such as gas ions or arc. Because of its durability against impacts, the service life is extended and electrons are sufficiently emitted at low electric fields.

Description

2극관형 전계 방출 표시소자Dipole-type field emission display device

본 발명은 전계 방출 표시소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흑연을 스퍼터링하여 음극으로 함에 따라 전자 비임의 방출량이 많고 음극 형성 공정을 간편히 한 전계 방출 표시소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission display device, and more particularly, to a field emission display device in which a large amount of electron beams are emitted and a cathode formation process is simplified by sputtering graphite into a cathode.

전계 방출 표시소자는 상호 대향 배치되어 기밀스럽게 밀봉되는 글라스 사이로 음극과 형광체를 배열한 구성을 포함하는 것이며, 상기 음극과 형광체는 각각 일정의 패턴을 이루게 되어 있다. 이러한 구성에서 상기 음극과 양극의 방출면 사이가 높은 전압 구배로 되게 하면 쇼트키 효과에 의한 직접 전자 방출이 일어나고, 발생된 전자 방출은 형광체를 여기시켜 빛을 발하게 되는 영상표시소자이다.The field emission display device includes a structure in which a cathode and a phosphor are arranged between glass which is disposed to face each other and is hermetically sealed, and the cathode and the phosphor form a predetermined pattern, respectively. In such a configuration, when the emission surface of the cathode and the anode has a high voltage gradient, direct electron emission occurs due to the Schottky effect, and the generated electron emission excites phosphors to emit light.

이러한 전계 방출 표시소자는 구조에 따라 2극관과 3극관이 공지되어 있고, 3극관은 음극과 양극 사이로 그리드가 더 추가된 구성으로 되어 있다.The field emission display device is known as a dipole and a triode according to its structure, and the triode has a configuration in which a grid is further added between the cathode and the anode.

상기 전계 방출 표시소자는 대화면용 표시소자에 적합할 뿐만 아니라 전력소비가 작고 양질의 화상을 얻을 수 있는 이점이 있다.The field emission display device is not only suitable for a large display device, but also has an advantage of low power consumption and high quality images.

전계 방출 표시소자에서 화면의 밝기는 음극으로부터 방출되는 전자의 량에 좌우되고 전자의 방출량이 큰 음극은 요철면에 의해 표면적이 극대화된 특징을 가진다.In the field emission display device, the brightness of the screen depends on the amount of electrons emitted from the cathode, and the cathode having a large emission amount of electrons has a feature of maximizing its surface area by the uneven surface.

초기에 전계 방출 표시소자의 음극은 기판 유리에 고융점 금속 박막을 형성하고 이를 에칭 처리하여 날카로운 팁이 형성되게 하여 왔으나, 이 방법은 정교하게 노광하고 에칭해야 하는 고난도의 공정을 거쳐야 하므로 넓은 화면을 가지는 전계 방출 표시소자에는 적당치 않다. 또 상기와 같이 하여 형성된 팁은 가스 이온이나 아크의 충격에 취약하여 사용 수명이 짧으며 동작 전압도 높은 문제점이 있다.Initially, the cathode of the field emission display device formed a high melting point metal thin film on the substrate glass and etched it to form a sharp tip. However, this method requires a very difficult process of exposing and etching delicately. Branches are not suitable for field emission display devices. In addition, the tip formed as described above is vulnerable to the impact of gas ions or arc has a short service life and high operating voltage.

한편, 마루오에 의해 제안된 미국 특허 제5,382,867호는 톱니모양의 표면을 가지는 음극 구조를 개시하고 있지만, 이것은 복잡하고 난해한 금속 박막의 팁을 톱니모양으로 하는 것이므로 여전히 정교한 노광과 에칭 작업을 거쳐야 한다.On the other hand, U.S. Patent No. 5,382,867 proposed by Maruo discloses a cathodic structure with a serrated surface, but this is a sawtooth of a complicated and difficult metal thin film, which still requires sophisticated exposure and etching operations. .

또 케인에 의해 제안된 미국 특허 제5,430,348호는 다이아몬드 면으로 된 음극에 반전층을 형성한 구조를 개시하고 있고, 다른 한편으로 커마에 의해 제안된 미국 특허 제5,548,185호와 제5,601,966호는 아모르픽 다이아몬드 필름을 사용한 전계 방출 표시소자를 개시하고 있다.U.S. Patent No. 5,430,348 proposed by Kane discloses a structure in which an inversion layer is formed on a diamond faced cathode, while U. S. Patent Nos. 5,548, 185 and 5,601, 966 proposed by Kerma are amorphous diamonds. A field emission display device using a film is disclosed.

다이아몬드는 탄소가 주성분으로 된 가장 안정적인 물질의 하나로 되는 것이고, 이것은 도 3으로 나타내고 있듯이 육각형 구조의 (111)면을 가지고 있는 결정체로 되어 있다. 그런데 상기 (111)면에 보론, 질소 등을 불순물로 도핑하면 NEA(Negative Electron Affinity) 현상이 발생하여 전도대의 에너지 레벨이 진공중의 자유전자가 가지는 에너지 레벨보다 높아져 자발적인 전자 방출이 일어나게되고 이 현상은 저전압 구동을 가능케 하는 특징이 있다.Diamond is one of the most stable materials mainly composed of carbon, which is a crystal having a (111) plane of a hexagonal structure as shown in FIG. However, when doping boron, nitrogen, etc. with impurities on the (111) plane generates NEA (Negative Electron Affinity) phenomenon, the energy level of the conduction band is higher than the energy level of free electrons in the vacuum, causing spontaneous electron emission. Has the feature of enabling low voltage driving.

그러나 다이아몬드 또는 다이아몬드에 유사한 카본을 음극으로 형성하려면 플라즈마 증착하여 소정 두께의 박막을 얻고, 이를 레이저 엡레이션으로 미세 가공해야 하기 때문에 상기 금속 박막과 마찬가지로 고난도의 공정을 거쳐야 하며, 특히 원자재 값이 비싸 전계 방출 표시소자의 보급을 어렵게 하는 요인으로 작용한다.However, in order to form a diamond or a carbon similar to diamond as a cathode, plasma deposition is required to obtain a thin film having a predetermined thickness, which must be finely processed by laser ablation. It acts as a factor that makes diffusion of the emission display element difficult.

한편, 흑연은 상기 다이아몬드와 마찬가지로 흑연이 주성분으로 되는 물질이고, 도 4로 나타낼 수 있듯이 다이아몬드의 결정에 유사한 육각형의 (0001)면을 포함하고 있으나, 상기 (0001)면의 방향은 강한 이중 결합으로 되어 있고 그 면사이는 약한 반데르발스 결합으로 되어 있어서 물리적으로 강한 이방성을 가지는 특성이 있다. 또한 상기 (0001)면으로는 전기, 열 등의 전도도가 양호하지만 그 직각 방향으로는 좋지 않고 게다가 상기 (0001)면 사이의 약한 결합상태로 인하여 쉽게 깨지는 단점이 있다.On the other hand, graphite is a material composed mainly of graphite like the diamond, and as shown in FIG. 4, it contains a hexagonal (0001) plane similar to diamond crystal, but the direction of the (0001) plane is a strong double bond. There is a weak van der Waals bond between the faces and has a physically strong anisotropy. In addition, the (0001) plane is good in conductivity, such as electricity, heat, but is not good in the right direction thereof, and also has the disadvantage of being easily broken due to the weak bonding state between the (0001) plane.

그러나 흑연 분말의 표면에는 강한 공유 결합을 하는 (0001)면의 모서리가 무수히 존재하고 있으며 이 모서리들은 천연적인 전자 방출 팁으로 이용될 수 있다.However, the surface of the graphite powder has a myriad of (0001) edges with strong covalent bonds, which can be used as natural electron emission tips.

게다가 흑연 분말은 외력을 받아 깨지더라도 그 파단면은 여전히 (0001)면의 새로운 모서리로 형성되어 일종의 자기 회복성을 가지므로 이를 통한 전자 방출도 지속적으로 행해질 수 있고, 어느 정도의 질소 불순물도 함유하고 있기 때문에 상기 NEA 현상이 야기되어 저전계 전자 방출도 기대할 수 있다.In addition, even if the graphite powder is broken under external force, its fracture surface is still formed as a new corner of the (0001) plane, which has a kind of self-healing property, and thus electron emission can be continuously performed, and it contains some nitrogen impurities. As a result, the NEA phenomenon can be caused and low field electron emission can be expected.

따라서 본 발명의 목적은 흑연으로 음극을 스퍼터링하여 공정의 단순화와 음극의 물성 안정화를 도모함과 동시에 저전계 구동이 가능한 2극관형 전계 방출 표시소자를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a dipole-type field emission display device capable of driving a low electric field while simplifying a process and stabilizing properties of a cathode by sputtering a cathode with graphite.

상기의 목적에 따라 본 발명은 양전극을 가지는 전면 글라스에 대향 배치되는 기판 글라스의 내측면 상에, 소정 패턴으로 음전극을 ITO 증착 또는 은 페이스트에 의한 인쇄 소성으로 적층 형성하고, 상기 음전극의 상면으로 감광성 수지층을 도포하여 상기 음전극의 상면을 제외한 잔여 부분이 쉴드되게 한 다음, 흑연 분말을 스퍼터링하여 상기 음전극의 상면에 흑연 박막이 증착되게 하고, 상기 음전극의 주변으로 스페이서를 인쇄법으로 형성한 구성으로 된다.In accordance with the above object, the present invention is formed by laminating a negative electrode in a predetermined pattern on the inner surface of the substrate glass disposed opposite to the front glass having the positive electrode by ITO deposition or printing firing by silver paste, and photosensitive to the upper surface of the negative electrode. The resin layer was applied to shield the remaining portions except the upper surface of the negative electrode, and then sputtered graphite powder to deposit a thin graphite film on the upper surface of the negative electrode, and a spacer was formed around the negative electrode by a printing method. do.

상술한 구성의 본 발명에서 흑연 박막은 1∼5㎛ 범위의 두께를 가지도록 증착된다.In the present invention having the above-described configuration, the graphite thin film is deposited to have a thickness in the range of 1 to 5 μm.

이와 같은 구성의 본 발명은 전자 비임이 상기 흑연 박막을 통해 방사되는 것이고, 이 때 흑연 박막은 종래의 다이아몬드 박막이 가지고 있는 방사 특성을 고루 갖추고 있어서 고휘도의 전계 방출 표시소자를 제공하게 됨과 아울러 간편한 스퍼터링 증착에 의해 적층 형성되는 것이므로 공정이 용이하며, 또 가스 이온 등의 충격으로 인해 파손되어 새롭게 노출되는 결정 조직도 파손된 것과 동일한 결정으로 됨에 따라 전계 방출 표시소자의 사용 수명이 연장되고, 흑연이 가지는 NEA현상에 의해 저전압에서의 구동이 가능하게 되는 장점이 있다.According to the present invention, the electron beam is radiated through the graphite thin film, wherein the graphite thin film has the radiation characteristics of the conventional diamond thin film, thereby providing a high luminance field emission display device and a convenient sputtering. Since it is formed by deposition by lamination, the process is easy, and the crystal structure newly broken due to the impact of gas ions, etc. also becomes the same crystal as the broken one, so that the service life of the field emission display device is extended, and NEA has graphite. There is an advantage in that driving at low voltage is possible by the phenomenon.

도 1은 본 발명이 적용된 2극관형 전계 방출 표시소자의 구성을 나타내는 개략 측단면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic side cross-sectional view showing the configuration of a bipolar tube type field emission display device to which the present invention is applied.

도 2는 도 1에 도시한 음전극으로의 흑연층 스퍼터링 예를 도시하는 설명도.FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of graphite layer sputtering to the negative electrode shown in FIG. 1; FIG.

도 3은 다이아몬드의 결정 구조도.3 is a crystal structure diagram of diamond.

도 4는 흑연의 결정 구조도.4 is a crystal structure diagram of graphite.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

2 : 전면 글라스 4 : 기판 글라스2: front glass 4: substrate glass

6 : 절연성 스페이서 8 : 양전극6 insulating spacer 8 positive electrode

10 : 음전극 12 : 형광체10 negative electrode 12 phosphor

14 : 흑연 박막 16 : 감광성수지층14 graphite thin film 16 photosensitive resin layer

18 : 스퍼터링 음극 20 : 흑연 분말18: sputtering cathode 20: graphite powder

상술한 구성의 본 발명을 첨부 도면에 따른 바람직한 실시 예로서 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention having the above-described configuration will be described in detail with reference to preferred embodiments according to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 전계 방출 표시소자의 구성을 나타내는 측단면도이며, 전면글라스(2)와 기판글라스(4)는 절연성 스페이서(6)에 의해 그 판 면이 소정의 패턴을 이루도록 다수 구획되어 있고, 이들 절연성 스페이서(6) 사이의 공간으로는 각각 대응하는 양전극(8)과 음전극(10)이 적층 형성되어 있다. 절연성 스페이서(6)는 글라스 성분의 페이스트에 의해 약 60㎛의 높이로 적층 형성된다.1 is a side cross-sectional view showing the configuration of a field emission display device according to an embodiment of the present invention, wherein the front glass 2 and the substrate glass 4 have a predetermined pattern by the insulating spacer 6. A plurality of compartments are formed, and corresponding positive electrodes 8 and negative electrodes 10 are stacked in a space between the insulating spacers 6, respectively. The insulating spacer 6 is laminated by a glass component paste at a height of about 60 mu m.

상기 전면글라스(2)의 양전극(8)은 ITO 증착 또는 은 페이스트에 의해 적층 배열되고, 그 위로는 형광체(12)가 소정의 패턴을 이루도록 도포되어 있으며, 이것에 대응하는 기판글라스(4)의 음전극(10)도 역시 ITO 증착 또는 은 페이스트에 의해 적층 배열되는 것이다.The positive electrode 8 of the front glass 2 is laminated by ITO deposition or silver paste, and a phosphor 12 is coated thereon so as to form a predetermined pattern. The negative electrode 10 is also laminated by ITO deposition or silver paste.

상기와 같은 구성에서 양전극(8)과 음전극(10)은 ITO 증착인 경우에 스페이서(6)의 적층 공정 이전에 행해지는 포토 레지스트법에 의한 증착으로, 또한 은페이스트인 경우에는 스페이서(6)의 적층 공정 이전에 스크린 인쇄하고 소성하여 형성되는 것이며, 그 다음 공정에서 상기 절연성 스페이서(6)가 전면글라스(2)와 기판글라스(4)의 소정 부위로 인쇄된 후에 소성을 통해 완성되는 것이다.In the above configuration, the positive electrode 8 and the negative electrode 10 are formed by the photoresist method performed before the lamination process of the spacer 6 in the case of ITO deposition, and in the case of the silver paste, It is formed by screen printing and baking before the lamination process, and after the insulating spacer 6 is printed to predetermined portions of the front glass 2 and the substrate glass 4 in the following process, it is completed by firing.

다음에 양전극(8)의 상면에는 형광체(12)가 통상의 방법으로 도포되는 한편, 상기 음전극(10)의 상면에는 흑연 박막(14)이 스퍼터링에 의해 적층 형성된다.Next, the phosphor 12 is coated on the upper surface of the positive electrode 8 by a conventional method, while the graphite thin film 14 is laminated on the upper surface of the negative electrode 10 by sputtering.

흑연 박막(14)의 스퍼터링은 도 2로 나타낸 바와 같이 음전극(10)의 상면으로 감광성 수지층(16)을 도포하고 노광하여 상기 음전극(10)의 상면을 제외한 잔여부분이 쉴드되게 한 다음, 스퍼터링 음극(18)에 흑연 분말(20)을 앉고 방전시켜 스퍼터링이 이루어지게 함으로써 전체면에 걸쳐 소정의 두께로 흑연 박막(14)이 증착 형성되게 하고, 이어서 상기 감광성 수지층(l6)이 외부로 노출될 때 까지 면 연마를 행하여 음전극(10)의 상면에만 흑연 박막(14)이 존재하고 있게 하는 공정으로 행해진다.Sputtering of the graphite thin film 14 is coated with a photosensitive resin layer 16 on the top surface of the negative electrode 10 and exposed as shown in FIG. 2 so that the remaining portion except the top surface of the negative electrode 10 is shielded, and then sputtered. By depositing and discharging the graphite powder 20 on the cathode 18 so that sputtering is performed, the graphite thin film 14 is deposited to a predetermined thickness over the entire surface, and then the photosensitive resin layer l6 is exposed to the outside. Surface polishing is performed until the graphite thin film 14 is present only on the upper surface of the negative electrode 10.

이와 같이 흑연 박막(14)의 형성이 종료된 기판 글라스(4)에는 상기 음전극(10)에 인접하는 사이로 글라스 성분의 절연성 스페이서(6 : 도 1 참조)가 인쇄법으로 적층 형성되고, 상기 전면 유리(2)와 대향되게 배치되어서 봉합(封合)된다.Thus, the insulating glass 6 (refer FIG. 1) of a glass component is laminated | stacked by the printing method in the board | substrate glass 4 in which the formation of the graphite thin film 14 was complete | finished, and the said front glass It is arrange | positioned facing (2) and sealed.

상기의 봉합에 의해 양전극(8)과 음전극(10)은 매트릭스상의 전극 패턴을 형성하게 됨과 동시에 상호 교차되는 부분은 대응하는 양전극(8)과 음전극(10)을 구획시켜 주는, 결연성 스패이서(6)로 둘러 싸이는 구성으로 된다.By the sealing, the positive electrode 8 and the negative electrode 10 form an electrode pattern on the matrix, and at the same time, the mutually intersecting portion partitions the corresponding positive electrode 8 and the negative electrode 10. 6) is surrounded by the configuration.

이에 따라 상기 음전극(10)으로 전계가 인가되었을 때에 흑연 박막(14)을 통해 방사되는 전자 비임이 대응하는 양전극(8)의 형광체(12)를 여기시켜서 소망의 빛이 발광하게 되는 것이며, 이 때 발생되는 전자 비임은 절연성 스페이서(6)에 의해 구획된 공간으로 충만하게 되어 주변 측으로의 유설이 방지된다.Accordingly, when an electric field is applied to the negative electrode 10, an electron beam radiated through the graphite thin film 14 excites the phosphor 12 of the corresponding positive electrode 8 to emit desired light. The generated electron beam is filled with the space partitioned by the insulating spacer 6 to prevent the leakage to the peripheral side.

또 전자 비임의 방사가 행해지는 흑연 박막(14)은 표면에 첨예부(尖銳部)가 다수 형성된 결정을 가지는 흑연 분말을 주성분으로 하고 있는 것이기 때문에 이부분을 통한 전자 비임의 방사량이 많아지게 되어 전계 방출 표시소자의 휘도가 좋아지게 된다.In addition, since the graphite thin film 14 to which the electron beam is radiated is mainly composed of graphite powder having crystals in which a large number of sharp parts are formed on the surface, the amount of radiation of the electron beam through this portion increases. The luminance of the emission display device is improved.

또 가스 이온 충격을 받아 표면이 파손되더라도 새롭게 노출되는 면의 결정구조에도 동일하게 첨예부가 다량 형성되어 있어서 전자 비임의 방사 특성이 저하되지 않으며, 상기 흑연으로부터 나타나는 NEA 현상에 의해 저전압에서도 구동이 가능하게 된다.In addition, even if the surface is damaged due to gas ion impact, a large amount of sharp parts are formed in the newly exposed surface crystal structure, so that the radiation characteristics of the electron beam are not deteriorated. do.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 흑연 분말을 스퍼터링하여 음극으로 형성되게 함에 따라 이를 통한 전자 비임의 방사량과 저전계 구동 등의 효과가 종래의 값비싼 다이아몬드 박막으로 된 것에 비견되는 것이면서도 그 형성 공정이 대단히 간편 용이하여 제조 원가를 절감할 수 있는 효과를 가지는 한편, 가스 이온에 의한 파손을 입더라도 새롭게 노출되는 면의 전자 비임 방사 특성이 변화되지 않아 사용 수명이 길어지게 되며, 또한 이로 인하여 전계 방출 표시소자의 내부 진공도를 낮추는 것도 가능하게 되는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the sputtering of the graphite powder to form the cathode, the effect of the radiation of the electron beam and the low electric field driving through it is comparable to that of the conventional expensive diamond thin film, but the formation process is very Simple and easy to have the effect of reducing the manufacturing cost, while the damage caused by the gas ions does not change the electron beam radiation characteristics of the newly exposed surface, the service life is long, and because of this field emission display device It is also possible to reduce the internal vacuum degree of.

Claims (2)

기판 글라스(4)의 내측면 상에 소정 패턴으로 음전극(10)을 ITO 증착 또는 은 페이스트에 의한 인쇄 소성으로 적층 형성하고, 상기 음전극(10)의 상면으로 감광성 수지층(16)을 도포하여 상기 음전극(10)의 상면을 제외한 잔여 부분이 쉴드되게 한 다음, 흑연 분말(20)을 스퍼터링하여 상기 음전극(10)의 상면에 흑연 박막(14)이 증착되게 하고, 상기 음전극(10)의 주변으로 절연성 스페이서(6)를 인쇄법으로 형성하여 되는 구성의 2극관형 전계 방출 표시소자.The negative electrode 10 is laminated on the inner surface of the substrate glass 4 in a predetermined pattern by ITO deposition or printing firing by silver paste, and the photosensitive resin layer 16 is coated on the upper surface of the negative electrode 10 to The remaining portion except the upper surface of the negative electrode 10 is shielded, and then the graphite powder 20 is sputtered so that the graphite thin film 14 is deposited on the upper surface of the negative electrode 10, and then to the periphery of the negative electrode 10. A dipole-type field emission display device having a structure in which an insulating spacer 6 is formed by a printing method. 제1항에 있어서, 상기 흑연 박막은 두께가 1∼5㎛ 범위 내의 것으로 됨을 특징으로 하는 2극관형 전계 방출 표시소자.The dipole-type field emission display device according to claim 1, wherein the graphite thin film has a thickness in the range of 1 to 5 mu m.