KR20030092730A - Flat panel display - Google Patents

Abstract

PURPOSE: A flat panel display is provided to reduce the production time and simplify a manufacturing process by easily forming a cathode electrode by a sand blast method and easily forming drawing electrodes. CONSTITUTION: Metal cathode electrodes(310) are formed on a rear plate. An emitter emitting electrons is deposited on the cathode electrodes. A glass plate(320) with holes(340) formed by a sand blast method is installed on the emitter. Electron drawing electrodes(330) are formed around the holes formed on the glass substrate. The glass substrate is bonded with a cathode plate. A face plate panel(400) has fluorescent substances R, G, and B in stripe(410).

Description

평판 표시장치 {flat panel display}Flat panel display {flat panel display}

본 발명은 전자 방출 소자를 구비하는 평판 표시 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a flat panel display device having an electron emission element.

정보통신 기술의 발달과 더불어 멀티미디어 시대가 본격적으로 도래함에 따라 디스플레이의 중요성이 어느 때보다도 강조되고 있다. 이에 따라 경량, 박형, 저 소비 전력, 저 가격, 고 품질의 평판 디스플레이의 개발이 요구되고 있다.With the development of information and communication technology and the advent of the multimedia era, the importance of display is being emphasized more than ever. Accordingly, the development of a lightweight, thin, low power consumption, low price, high quality flat panel display is required.

현재 개발 혹은 양산 중인 평판 디스플레이는 PDP(Plasma Display Panel), LCD(Liquid Crystal Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display), FED(Field Emission Display), ELD(Electro Luminescent Display)등이다.Flat panel displays currently under development or production include Plasma Display Panel (PDP), Liquid Crystal Display (LCD), Vacuum Fluorescent Display (VFD), Field Emission Display (FED), and Electro Luminescent Display (ELD).

그러나 상기 언급한 평판 디스플레이 기술들도 디스플레이가 요구하는 조건과 관련해서 다음과 같은 근본적인 문제점을 가지고 있다.However, the aforementioned flat panel display technologies also have the following fundamental problems with respect to the display requirements.

최초의 사용 가능한 평면 디스플레이 기술이었던 패시브 매트릭스 LCD (passive-matrix LCD:PMLCD)는 인가된 전장에 의해 방향성이 결정되는 액정박막을 통해 편광된 빛이 통과하게 되므로 주변 광원으로부터의 방해를 피하기 위해 별도로 높은 광도의 후광을 필요로 한다. 특히 액정물질은 반응속도가 느리다는 고유한 특성을 지니며, 시야각 및 온도, 압력의 변화에 따라 통과된 빛의 광도나 색이 민감하게 변한다는 문제점을 안고 있다.Passive-matrix LCD (PMLCD), the first available flat-panel display technology, allows polarized light to pass through a liquid crystal thin film whose orientation is determined by the applied electric field, so that it is separately high to avoid interference from ambient light sources. Requires a halo of luminosity. In particular, the liquid crystal material has a unique characteristic that the reaction rate is slow, and has a problem that the intensity or color of the light passing through is sensitively changed depending on the viewing angle, temperature, and pressure.

오랫동안 연구되고 있는 액티브 매트릭스 LCD(active-matrix LCD:AMLCD)인 TFT-LCD의 경우, 각 색별로 필터가 요구되고 고해상도의 디스플레이를 위해서는 너무 많은 트랜지스터가 요구된다는 점과 적어도 한개의 트랜지스터가 불량하면 디스플레이 기능을 상실하게 되고 제조 비용이 비싸며 품질 조절이 어렵고 수율이 낮다는 등의 단점이 있다.TFT-LCD, an active-matrix LCD (AMLCD) that has been studied for a long time, requires a filter for each color and requires too many transistors for a high resolution display. There are disadvantages such as loss of function, high manufacturing cost, difficult quality control, and low yield.

또 ELD의 경우는 발광 효율이 특히 청색 파장 영역에서 낮으며 광도가 낮고 동작범위가 좁으며 완전한 색을 얻기 어려울 뿐만 아니라 구동 전압을 낮추기위해 전극들을 근접시킬 경우 전극들 간의 높은 용량성 때문에 리프레쉬 레이트(refresh rate)가 낮아질 수 있다는 것 등의 문제점이 있다.In addition, in the case of ELD, the luminous efficiency is particularly low in the blue wavelength range, the luminous intensity is low, the operating range is narrow, and it is difficult to obtain a perfect color, and the refresh rate (e.g. There is a problem such that the refresh rate can be lowered.

PDP의 경우는 광도를 높이기 위해서는 상당량의 가스가 필요하며 이것은 화소의 최소 크기 및 스크린의 최소 크기를 제한시키게 한다. 뿐만 아니라 발광이 화소로부터 3차원적으로 이루어지므로 비방향성(omnidirectional)출력 특성을 가져와 픽셀(pixel)사이의 크로스 토크(cross-talk)를 유발하게 될 가능성이 있으며 이를 피하기 위해서는 해상도 및 동작 범위가 크게 낮아진다는 단점이 있다.In the case of PDPs, a significant amount of gas is required to increase the brightness, which limits the minimum size of the pixels and the minimum size of the screen. In addition, since light emission is made three-dimensionally from a pixel, it may have an omnidirectional output characteristic, which may cause cross talk between pixels. There is a disadvantage of being lowered.

상기와 같은 문제점과 더불어 가격과 화질면에서 여전히 CRT(Cathode Ray Tube: 음극선관)는 여전히 어떤 평판 디스플레이들과 견주어도 경쟁력이 있으며 지금까지 가장 보편적으로 사용되고 있는 것으로서 성능 그 자체로서는 매우 우수한 디스플레이 장치로 고광도(High brightness),넓은 광조절 범위(High dynamic range),완전한 칼라,우수한 색순도,넓은 시야각(viewing angle),높은 해상도 등을 가지면서도 제작이 간단하다는 특징을 지니고 있다.In addition to the above problems, the CRT (Cathode Ray Tube) is still competitive with any flat panel display in terms of price and image quality, and is the most widely used display so far. It has high brightness, wide dynamic range, full color, excellent color purity, wide viewing angle, high resolution and simple manufacturing.

상기와 같은 일반적인 칼라 음극선관은 도 1에 도시된 바와같이, 크게는 전면 몸체인 대략 직사각형 형상의 패널부(1,Pannel)와 후면 몸체인 대략 통형인 네크부(14,Neck)와 상기 패널부(1)와 상기 네크부(14)를 연결하는 대략 깔대기형의 진공 케이싱인 펀넬부(2,Funnel)를 포함하고 있으며 상기 패널부(1)의 페이스 플레이트의 내면에 적색,녹색,청색으로 발광되는 형광면(4)이 도포되어 있고 상기 형광면(4)과 소정 간격을 유지하며 색 선별 전극인 다공의 박판 금속 소재인 섀도우 마스크(3)가 내장되어 설치된다. 또 상기 네크부(14)에는 적색,녹색,청색(R,G,B) 세개의 전자빔(6)을 발생시키는 전자총( 12)이 설치되어 이 전자빔(6)을 동일 평면상의 집중 경로를 따라 상기 섀도우 마스크(3)를 통하여 형광면(4)에 도달하게 한다.As shown in FIG. 1, the general color cathode ray tube as shown in FIG. 1 has a substantially rectangular panel portion 1 (Pannel), which is a front body, and a substantially cylindrical neck portion 14 (Neck), which is a rear body, and the panel portion. (1) and a funnel portion (2, Funnel), which is a substantially funnel-type vacuum casing connecting the neck portion 14, and emits red, green, and blue light on the inner surface of the face plate of the panel portion (1). The fluorescent surface 4 is coated, and a shadow mask 3, which is a porous thin metal material serving as a color selection electrode, is installed while maintaining a predetermined distance from the fluorescent surface 4. In addition, the neck portion 14 is provided with an electron gun 12 for generating three electron beams 6 of red, green, and blue (R, G, B), and moves the electron beam 6 along a coplanar path. The fluorescent surface 4 is reached through the shadow mask 3.

상기 전자총(12)은 화면 신호로 제어되는 전자빔(6)을 발사하며, 상기 전자빔(6)은 상기 네크부(14)와 상기 펀넬부(2)의 연결부 둘레에 있는 편향 요크(5)가 발생하는 편향자계의 영향으로 상하 좌우로 편향되면서 섀도우 마스크(3)에 형성되어 있는 빔통과용 홀(15)을 통과한후 형광면(4) 내의 각각의 해당 형광체들을 순차적으로 주사하며 분리 랜딩되어 정확한 색상으로 소정의 화상을 구현하게 된다.The electron gun 12 emits an electron beam 6 controlled by a screen signal, and the electron beam 6 generates a deflection yoke 5 around the connection portion between the neck portion 14 and the funnel portion 2. After deflecting up, down, left, and right under the influence of the deflecting magnetic field, the light passes through the beam passing hole 15 formed in the shadow mask 3, and then sequentially scans the respective phosphors in the fluorescent surface 4, and is separated and landing. The predetermined image is realized.

또한,상기 펀넬부(2)는 음극선관 전면 몸체인 상기 패널부(1)와 후면 몸체인 상기 네크부(14)를 연결하며 내부에는 음극선관이 동작중 외부 지자계의 영향을 적게 받도록 차폐 역할을 해주는 인너쉴드(9)와 그 인너쉴드(9)와 상기 섀도우 마스크(3)를 고정 스프링(16)에 의해 지지하는 프레임(7)과 그 프레임 어셈블리를 상기 패널부(1)에 결합되도록 해주는 스프링(8)과 안전성 확보를 위한 펀넬 외부를 감싸는 보강밴드(11)를 포함하고 있다.In addition, the funnel portion 2 connects the panel portion 1, which is a cathode ray tube front body, and the neck portion 14, which is a rear body, and has a shielding role inside so that the cathode ray tube is less affected by an external geomagnetic field during operation. The inner shield 9 and the inner shield 9 and the frame 7 supporting the shadow mask 3 by the fixing spring 16 and the frame assembly are coupled to the panel unit 1. It includes a spring (8) and a reinforcing band (11) surrounding the outside of the funnel to ensure safety.

상기의 구성을 가지는 CRT의 치명적인 약점인 큰 부피와 열전자 방출로 인해 생기는 열적인 문제들 때문에 현재 CRT의 시장 점유율이 점점 감소하고 있는 추세이다.The market share of the CRT is gradually decreasing due to the thermal problems caused by the large volume and the hot electron emission, which are the fatal weaknesses of the CRT having the above configuration.

따라서 CRT의 우수한 표시품질 특성과 평판소자의 경량, 박형의 특성을 가지는 진공기술을 기반으로 한 디스플레이 디바이스 연구가 이루어지고 있으며 어느 정도 진전을 보이고 있다.Therefore, research on display devices based on vacuum technology, which has excellent display quality characteristics of CRT, and lightweight and thin characteristics of flat panel devices, has been made, and some progress has been made.

상기와 같은 진공기술을 기반으로 한 기존의 CRT와 유사한 원리를 이용한 디스플레이로 종래 CRT의 광 시야각, 광 작동 온도 범위와 고 휘도 특성을 그대로 가지면서 박형이라는 장점을 가지고 있는 전계 방출형 디스플레이( FED : FieldEmission Display)에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다.A display using a principle similar to the conventional CRT based on the vacuum technology as described above, and having the advantages of a thin field while maintaining the wide viewing angle, optical operating temperature range, and high luminance characteristics of the conventional CRT (FED: Field Emission Display) is being actively developed.

전계 방출형 디스플레이(FED)는 발광체 제작 공정에 높은 반도체 제작 기술을 요구하며 고도의 고진공 기술이 함께 요구되는데 일반적인 특징들을 나열해보면 첫째로 캐소드와 게이트가 동일한 기판 상에서 형성될 수 있어 구조가 간단하고, 둘째로 냉음극 방식이므로 전력 소모가 낮으며, 셋째로 두 유리판 사이에 내부적인 지지대를 사용하므로 크기 제한을 받지 않으며, 넷째로 캐소드와 게이트 간의 매트릭스(matrix)에 의한 멀티플렉스 어드레싱(multiplex addressing)이 가능하다는 것이다. 그 외에도 고속 동작이 가능하며 시야각이 크고 고해상도,고광도 및 완전한 색 수행능력 등의 장점들을 가지고 있다.Field emission display (FED) requires high semiconductor manufacturing technology for the light emitting fabrication process, and high high vacuum technology is required. Listing general features, firstly, the cathode and gate can be formed on the same substrate, and the structure is simple. Secondly, because of the cold cathode method, power consumption is low. Third, the internal support between the two glass plates is used, so size is not limited. Fourth, multiplex addressing by the matrix between the cathode and the gate is performed. It is possible. In addition, it can operate at high speed, has a large viewing angle, high resolution, high brightness, and complete color performance.

하지만, 이런 진공 기술을 기반으로 한 평면형 디스플레이 디바이스의 제조에 필수적인 전자 방출 소자의 구성을 위해 수반되는 공정이 고비용을 요구하고, 대면적 적용에 어려움이 있어서 양산에 적용이 어려운 상황이다.However, the process involved for the construction of the electron-emitting device which is essential for the manufacture of a flat panel display device based on such a vacuum technology requires a high cost, and difficult to apply to a large area is difficult to apply to mass production.

따라서 평판 디스플레이 소자 개발에 있어서 저비용 고효율의 전계 방출 소자의 개발은 매우 중요하다.Therefore, the development of low cost and high efficiency field emission devices is very important in the development of flat panel display devices.

FED는 전자 방출원에 따라 마이크로팁(Microtip) FED와 면전 자원 FED로 구분되며 또한 전계 정도와 접속 방식에 따라 고전압과 저전압 그리고 2극관,3극관,4극관 등으로 세분류된다.FED is classified into microtip FED and face resource FED according to electron emission source. Also, FED is classified into high voltage, low voltage, dipole, triode and tetrapole according to electric field degree and connection method.

가장 일반적이고 상업화된 FED방식은 마이크로팁 FED로 도 2와 같이 구성되어 있으며 다음과 같은 동작을 한다.The most common and commercialized FED method is a microtip FED is configured as shown in Figure 2 and performs the following operation.

페이스 플레이트(Faceplate,100)인 패널(Panel) 유리기판위에 FED의애노드(Anode,110)로서 ITO( Indium Tin Oxide) 박막 전극이 형성되고 그 위에 형광체 R,G,B( 적,녹,청,170)를 스트라이프(stripe)형으로 도포하여 스크린(screen)이 형성되어 있다.An indium tin oxide (ITO) thin film electrode is formed on the panel glass substrate (Faceplate, 100) as an anode (110) of the FED, and phosphors R, G, B (red, green, blue, The screen is formed by applying 170 to a stripe shape.

상기 페이스 플레이트(100)와 마주보는 쪽의 배면 플레이트에는 비도전성 물질인 베이스 플레이트(base plate,120)가 있고 그 위에 FED의 캐소드(cathode)부인 행 방향 전극(raw electrode,130)와 열 방향 전극(column electrode,140)이 직교된 매트릭스(matrix) 상태로 형성되어 있다.The back plate facing the face plate 100 has a base plate 120 which is a non-conductive material, and has a row electrode 130 and a column electrode, which are cathode parts of the FED thereon. The column electrode 140 is formed in an orthogonal matrix state.

상기 행 방향 전극(130)과 열 방향 전극(140) 사이에는 전자가 방출되는 FEA(Field Emission Array) 에미터(Emitter)가 매트릭스 어드레싱(matrix addressing)되어있다.Between the row electrode 130 and the column electrode 140, a field emission array (FEA) emitter emitting electrons is matrix addressed.

FEA는 전자를 방출하는 에미터와 각각의 에미터로부터 방출되는 전자들의 교차를 방지하기 위한 목적으로 에미터와 에미터 사이에 두께가 약 1 ㎛ 되는 인슐레이터(insulator,160)가 설치되어 있다. 그리고 페이스 플레이트(100) 패널과 FEA가 배설된 배면 플레이트 사이에 스페이서(spacer,180)가 삽입되어 두 플레이트를 20~400 ㎛ 간격으로 유지시켜 주고 있으며 두 플레이트는 프릿 글라스(frit glass)로 실링(sealing)되어 10^-5torr 이상의 진공상태로 유지되고 있다.The FEA is provided with an insulator 160 having a thickness of about 1 μm between the emitter and the emitter for the purpose of preventing the intersection between the emitter emitting electrons and the electrons emitted from each emitter. A spacer 180 is inserted between the face plate 100 panel and the back plate on which the FEA is disposed to maintain the two plates at intervals of 20 to 400 μm, and the two plates are sealed with frit glass. sealing) and is maintained in a vacuum of 10 ^-5 torr or more.

캐소드부의 행 방향 전극(130)은 네거티브(negative) 전극으로 형성되어 있어 캐소드 전극(cathode electrode,130) 이라고도 부르며 , 열 방향 전극(140)은 파지티브 (positive) 전극으로 되어있고 에미터로부터 방출되는 전자가 캐소드 전극의 홀을 통하여 나오기 때문에 게이트 전극(gate electrode,140) 또는 전자를 인출시킨다는 의미에서 인출전극(140)이라고도 부른다.The row electrode 130 of the cathode is formed of a negative electrode, which is also called a cathode electrode 130, and the column electrode 140 is a positive electrode and is discharged from the emitter. Since electrons are emitted through the holes of the cathode electrode, the gate electrode 140 is also called the extraction electrode 140 in the sense of drawing out the electrons.

에미터 팁(150)에서 발생되는 전자방출의 균일성 확보를 위하여 캐소드 전극(130)과 에미터(150) 사이에 저항층이 설계되기도 한다. 에미터에서 방출되는 전자의 불균일성을 보완하고 에미터 팁(150)의 방출 전류를 줄여 안정성을 도모하기 위하여 1000~10000개의 에미터에서 전자가 나와 페이스 플레이트(100)의 스크린에 형성된 하나의 픽셀(pixel)을 향하여 나아가도록 구성되어 있다.In order to ensure uniformity of electron emission generated at the emitter tip 150, a resistive layer may be designed between the cathode electrode 130 and the emitter 150. In order to compensate for the non-uniformity of electrons emitted from the emitter and to reduce the emission current of the emitter tip 150 for stability, electrons are emitted from 1000 to 10,000 emitters, and a single pixel formed on the screen of the face plate 100 ( toward the pixel).

이러한 구성에 있어서, 캐소드 전극과 게이트 전극사이에 강한 전계를 인가함으로써 캐소드의 마이크로 팁 금속표면으로부터 양자역학적으로 튀어나오는 전자는 게이트 전극(140)에 의해 집속되고 애노드 전극(110)에 고전압을 걸어 가속화시켜서 애노드 전극의표면에 도포되어 있는 형광체에 충돌시켜 빛을 발하게 하는 원리를 이용하여 동작시키고 있다.In this configuration, electrons protruding quantum mechanically from the micro tip metal surface of the cathode by applying a strong electric field between the cathode electrode and the gate electrode are focused by the gate electrode 140 and accelerated by applying a high voltage to the anode electrode 110. It operates by using the principle of causing light to collide with the phosphor coated on the surface of the anode electrode.

이는 앞에서 설명한 바 있듯이 CRT와 동일한 원리이며 또한 CRT와 같이 애노드(110)와 캐소드 플레이트는 밀봉시켜 진공을 유지하고, 상하 플레이트 사이에 스페이서(180)라고 하는 물체를 삽입시켜 고진공속에서도 일정한 간격을 유지시킨다. 최근 상기한 전자 방출 소자는 전자를 방출하는 부분에 도 3a에 나와있는 전계의 집중을 유도하는 끝이 뾰족한 마이크로 팁(240)을 캐소드(210) 부분에 두고 있는데 이는 보다 복잡한 반도체 공정 기술들을 적용되어 제작되며 마이크로팁(240)의 균일성이 핵심이다.As described above, this is the same principle as the CRT, and like the CRT, the anode 110 and the cathode plate are sealed to maintain a vacuum, and an object called a spacer 180 is inserted between the upper and lower plates to maintain a constant gap even at high vacuum speeds. . Recently, the electron-emitting device has a sharp tip micro tip 240 at the cathode 210 which induces the concentration of the electric field shown in FIG. 3A to emit electrons. It is produced and uniformity of the microtip 240 is the key.

팁(240) 타입의 전자 방출 소자를 형성하기 위해서는 기판 위에 신호를 인가하는 하부 전극이 있고 그 위에 절연층(220)을 형성하고 패턴을 가진 마스크를 통하여 전자 인출 전극(230)을 형성한 후, 식각 공정에 의해 일정 크기의 구멍을 형성한 기판에 회전을 가하는 상태로 수직 방향의 박막 형성 특성이 우수한 E-beam이라 불리는 증착 장비를 이용하여 전자 인출 전극(230)에 경사를 갖는 희생층을 형성시키고, 기판쪽에 수직 방향으로 몰리브덴등의 금속을 E-beam을 이용하여 증착하여 원뿔 모양의 전자 방출 소자를 형성시키는 등 공정이 복잡하고 고비용의 장비를 필요로 한다.In order to form the tip 240 type electron emission device, there is a lower electrode for applying a signal on the substrate, and an insulating layer 220 is formed thereon, and the electron withdrawing electrode 230 is formed through a mask having a pattern. A sacrificial layer having an inclination is formed on the electron extraction electrode 230 by using an evaporation apparatus called an E-beam having excellent thin film formation characteristics in a vertical direction while applying rotation to a substrate on which a hole having a predetermined size is formed by an etching process. In addition, a process such as molybdenum or the like is deposited by using an E-beam in a direction perpendicular to the substrate to form a cone-shaped electron emission device, which requires complicated and expensive equipment.

또한 , 원뿔 모양의 전자 방출 소자 형성시 전자를 방출하는 첨단이 예리하게 형성이 되지 못할 경우 방출 전류의 저하 등 고른 전자 방출에 문제점이 있는 것으로 알려져 있다.In addition, it is known that there is a problem in even electron emission, such as a decrease in emission current, when a tip for emitting electrons is not formed sharply when forming a cone-shaped electron emission device.

상기 마이크로팁형의 원뿔을 형성하는 복잡한 공정을 해결하기 위하여 평면 형태의 에미터를 가지는 FED도 활발히 연구가 진행되고 있으며 이는 전자 방출 소자로서 전계에서 전자를 방출하는 특성을 지닌 카본(carbon)계열의 재료를 이용하는 방법이다.In order to solve the complex process of forming the micro-tip cone, FED having a planar emitter has been actively studied, which is a carbon-based material that emits electrons in an electric field as an electron emission device. It is a method using.

도 3b에 카본 계열의 재료를 전자 방출원으로 이용하여 구성한 전자 방출 소자가 나와있는데 보이는 바와 같이 구조가 간단하며 따라서 설비 투자비가 낮은 것이 특징이고 FED의 대면적화가 용이하다는 장점이 있으며 전체적인 구조는 팁형과 유사하지만 전자 방출 소자를 복잡한 공정이 요구되는 원뿔형 전자 방출원에서 카본 계열 소자를 이용하여 평면형으로 구성한 것을 볼 수 있다.3b shows an electron-emitting device constructed using carbon-based material as an electron emission source. As shown in FIG. 3b, the structure is simple, and therefore, the facility investment cost is low, and the large area of the FED is easy, and the overall structure is a tip type. However, the electron-emitting device can be seen to be formed in a planar shape using a carbon-based device in a conical electron emission source that requires a complicated process.

하지만 이것도 증착 방법으로 절연층(220)을 형상하고 반도체 식각 공법으로식각하여 인출 전극(230)의 홀을 식각 후 경사 증착법으로 전극을 형성하는 등 복잡한 공정이 요구되고 있다.However, this also requires a complicated process such as forming the insulating layer 220 by a deposition method and etching the semiconductor etching method to form an electrode by etching the hole of the lead-out electrode 230 and then forming the electrode by a gradient deposition method.

상기에서 카본 계열 재료로 이용하는 물질로는 Carbon nanotubes(CNTs) , Diamond like carbon(DLC) , Graphite nanofiber(GNF) , PdO , Graphite등의 물질을 이용한다.Carbon nanotubes (CNTs), Diamond like carbon (DLC), Graphite nanofiber (GNF), PdO, Graphite and the like are used as the material used as the carbon-based material.

상술한 대로 디스플레이 용으로 CRT의 장점인 고휘도, 저전력, 빠른 응답속도 , 광시야각을 가지고 있으면서 CRT에서 단점으로 지목되어 온 큰 부피를 작게 경량,박형으로 만드는 것이 가능하도록 하기 위해 많은 연구와 개발이 이루어지고 있으며 이에 부흥하는 FED의 실현을 위해서는 상기한대로 전자방출 소자의 구성이 중요하였다.As mentioned above, a lot of research and development has been carried out to make it possible to make the large volume small and light and thin, which has been the disadvantage of CRT, having high brightness, low power, fast response speed and wide viewing angle, which are advantages of CRT. As mentioned above, the configuration of the electron-emitting device was important for the realization of the FED.

이에 대해 종래에는 평면 디스플레이 전자 방출 소자에서 전자를 발생시키는 구조를 얻기 위해서는 고가의 장비를 이용하여 증착과 식각의 공정을 반복해서 시행함으로써 전자 방출 소자의 형성이 가능하였으므로 공정 절차가 복잡하고 그에 따른 비용이 과도하였으며 작업 효율 또한 떨어지는 문제점이 있었다.In the related art, in order to obtain a structure for generating electrons in a flat panel display electron emitting device, an electron emitting device was formed by repeatedly performing a process of deposition and etching using expensive equipment. This was excessive and there was a problem that the work efficiency was also lowered.

또한 , 원뿔형 전자 방출 소자 형성 시 전자를 방출하는 첨단이 예리하게 형성이 되지 못할 경우 방출 전류의 저하 등 고른 전자 방출에 문제점이 있다.In addition, there is a problem in even electron emission, such as a decrease in the emission current when the tip that emits electrons is not formed sharply when forming the conical electron emission device.

본 발명의 목적은 평면 디스플레이용 디바이스의 전자 방출 소자에서 캐소드 전극을 형성하는데 있어서 종래와 같은 복잡한 공정에서 전계 방출 소자를 제조하지 않고 캐소드 전극 위에 인출 전극이 형성된 유리기판을 부착하여 형성된 캐소드 플레이트를 갖는 전계 방출 소자를 제조함으로써 공정을 간소화 하면서 저비용 고효율의 전자 방출 소자의 제조를 가능하게 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to have a cathode plate formed by attaching a glass substrate on which a lead electrode is formed on a cathode without forming a field emission element in a complicated process as in the prior art in forming a cathode electrode in an electron emission element of a flat panel display device. By manufacturing the field emission device, it is possible to manufacture a low cost and high efficiency electron emission device while simplifying the process.

또한 본 발명에 있어서의 또 다른 목적은 카본 계열의 재료를 전자 방출원으로 이용할 경우 그 구조가 간단하고 설비 투자비가 낮고 공정 과정이 복잡하지 않아 FED의 대면적화를 용이하게 하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to facilitate the large area of the FED, because the structure of the carbon-based material as an electron emission source is simple, low equipment investment cost, complicated process.

도 1은 종래의 일반적인 음극선관의 단면도.1 is a cross-sectional view of a conventional general cathode ray tube.

도 2는 종래의 전계 방출형 디스플레이(FED)의 단면 측면도.2 is a cross-sectional side view of a conventional field emission display (FED).

도 3a는 종래의 전계 방출형 디스플레이에서 마이크로 팁형 FED의 부분 단면 측면도.3A is a partial cross-sectional side view of a micro tip FED in a conventional field emission display.

도 3b는 종래의 전계 방출형 디스플레이에서 면전 자원 FED의 부분 단면 측면도.3B is a partial cross-sectional side view of the face resource FED in a conventional field emission display.

도 4는 본 발명에 있어서 에미터의 형상을 나타낸 정면도.Figure 4 is a front view showing the shape of the emitter in the present invention.

도 5는 본 발명에 있어서 캐소드 플레이트의 정면 사시도와 측면도.5 is a front perspective view and a side view of the cathode plate in the present invention.

도 6은 본 발명에 있어서 평판 표시장치의 분해 사시도.6 is an exploded perspective view of the flat panel display according to the present invention;

본 발명은 평면 디스플레이 디바이스의 전자 방출 소자를 캐소드 전극 위에 인출 전극이 형성된 유리 기판을 부착하여 제조하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that an electron emitting device of a flat panel display device is attached by attaching a glass substrate on which a drawing electrode is formed on a cathode.

본 발명의 구성을 도 5를 참조하여 보면 다음과 같다.Looking at the configuration of the present invention with reference to FIG.

먼저 베이스플레이트(300) 위에 금속의 캐소드 전극(310)을 형성시킨 후 전자 발생원인 에미터를 형성한다.First, a metal cathode electrode 310 is formed on the base plate 300, and then an emitter which is an electron generation source is formed.

상기 에미터로 사용되는 물질은 전자 방출을 위해 종래의 팁이 높은 전계하에서 전자를 방출했던 것에 비해 훨씬 낮은 전계 하에서도 전자를 방출하면서 기계적, 화학적으로도 안정성을 가지는 카본 계열을 전자 방출 소자로 사용하는 것을 특징으로 한다.The material used as the emitter is a carbon-based electron emitting device that emits electrons even under a much lower electric field and has mechanical and chemical stability as an electron emission device, compared to a conventional tip that emits electrons under a high electric field. Characterized in that.

상기 탄소 계열 물질로는 Carbon nanotubes(CNTs), Diamond like carbon(DLC), Graphite nanofiber(GNF), Graphite등의 물질을 사용한다.As the carbon-based material, materials such as carbon nanotubes (CNTs), diamond like carbon (DLC), graphite nanofibers (GNF), and graphite are used.

또한 상기 에미터를 형성시키는 방법으로는 진공 증착 방법 또는 스크린 프린팅 방법으로 형성시키는데 상기 진공 증착 방법에는 PECVD방법, 고주파 가열 PECVD 방법 등을 사용할수 있고 스크린 프린팅 방법은 종래와 같이 에미터 물질을 혼합한 페이스트를 스크린 프린팅 방법으로 인쇄하여 형성시킨다.In addition, the emitter is formed by a vacuum deposition method or a screen printing method. The vacuum deposition method may be a PECVD method, a high frequency heating PECVD method, or the like. The paste is formed by printing by screen printing method.

상기 진공 증착 방법이란 금속 또는 비금속의 작은 조각을 진공 속에서 가열하여 그 증기를 물체면에 부착시키는 방법으로 고진공에 놓은 용기 속에 피복될 물체와 그 표면에 부착시키려는 물질을 넣어 둔 다음, 히터에 전류를 흘러서 가열함으로써 상기 부착시키고자 하는 물질의 원소를 증발시켜,피복될 물체 표면에 부착되게 하는 방식이다.The vacuum deposition method is a method in which a small piece of metal or nonmetal is heated in a vacuum to attach the vapor to an object surface, and the object to be coated and the material to be attached to the surface are placed in a container placed in a high vacuum, and then a current is applied to the heater. The flow of heat causes the element of the substance to be attached to be evaporated so as to adhere to the surface of the object to be coated.

상기와 같은 방법으로 에미터를 금속 전극위에 증착시킬 수 있게 된다.In this way it is possible to deposit the emitter on the metal electrode.

한편, 스크린 프린팅 방법이란 일정 점도를 가지는 페이스트를 이용하여 이것을 패터닝(patterning)된 마스크(mask) 메쉬(mesh)를 통과시켜 기판상에 도포하는 방법으로 페이스트를 마스크 전면에 골고루 분포시키는 코팅(coating)을 첫단계로 하고 스퀴지(squeegee)라는 마스크 위의 도포된 페이스트에 압력을 가하여 기판상에 증착시키는 공정의 2단계로 이루어져 있다.On the other hand, the screen printing method is a method of coating a paste evenly distributed over the entire mask by applying a paste having a predetermined viscosity and passing it through a patterned mask mesh to a substrate. The first step consists of two steps of depositing on a substrate by applying pressure to the applied paste on a mask called a squeegee.

스크린 프린팅 방법은 예전에는 문서나 인쇄등 프린터기의 주요기기로서 사용되어 왔으며 , 페이스트의 분포 시 균일한 높이와 미세한 간격조정에 용이한 특징을 가지고 있고 무엇보다 저렴한 공정 설비와 균일한 높이의 대면적 공정이 가능하다는 장점을 가지고 있다.Screen printing method has been used as a major device for printers such as documents and printing in the past, and it has the characteristics of uniform height and fine spacing when distributing paste. This has the advantage of being possible.

본 발명에서 에미터 막의 두께는 0.1㎛ 내지 50㎛ 로 한다. 상기 에미터 막의 두께를 0.1 ㎛ 이하로 할 경우에는 전자 발생원인 에미터에서 전자 방출이 어려워지며 상기 에미터 막의 두께를 50㎛ 이상으로 하게 될 경우에는 캐소드 플레이트와 애노드 플레이트 간의 거리 조절이 어려워 진공을 유지하는데 문제점이 발생하게 된다.In the present invention, the thickness of the emitter film is 0.1 μm to 50 μm. When the thickness of the emitter film is 0.1 μm or less, it is difficult to emit electrons from the emitter, which is the source of electron generation, and when the thickness of the emitter film is 50 μm or more, the distance between the cathode plate and the anode plate is difficult to control the vacuum. Problems with maintaining

상기 에미터의 형태는 원형 또는 타원형 또는 사각 모양 또는 모서리가 둥근 사각 모양,오각형,육각형,팔각형 등의 다양한 모양으로 형성할 수 있으며 심지어 스트라이프(stripe)모양의 형태로도 형성시킬 수 있다.The emitter may be formed in a variety of shapes such as round, oval or square, or rounded corners, pentagons, hexagons, octagons, and even strips.

도 4a와 도 4b는 본 발명에 있어서 상기 에미터의 몇 가지 형상을 도시한 것이다.4A and 4B illustrate some shapes of the emitter in the present invention.

도 4a는 타원형의 형상을 한 에미터의 형태를 보여주고 있으며 도 4b는 스트라이프 형상을 한 에미터의 형태를 보여주고 있는 정면도이다.FIG. 4A shows the shape of an elliptical emitter and FIG. 4B is a front view showing the shape of a striped emitter.

다시 도 5을 참조하여 보면, 금속의 캐소드 전극(310) 위에 상기와 같은 형상으로 에미터가 증착된 에미터 플레이트 위에 상기 에미터와 대응되게 샌드 블라스트(sand blast) 방법으로 형성시킨 구멍(340)이 형성되고 인출전극(330)이 형성된 유리판(320)을 올려놓고 접합함으로써 캐소드 플레이트를 완성한다.Referring to FIG. 5 again, the hole 340 formed on the metal cathode electrode 310 by the sand blast method corresponding to the emitter on the emitter plate in which the emitter is deposited in the above shape is formed. The cathode plate is completed by placing and bonding the glass plate 320 having the drawing electrode 330 formed thereon.

상기 샌드 블라스트 방법은 유리면에 기계적으로 모래를 뿌려서 흠집을 내는 방법으로 압축공기로 석영의 모래나 주철의 그릿(Grit)을 물품에 분무하여 흑피 등을 제거하는 방법을 말한다.The sand blasting method is a method of mechanically spraying sand on a glass surface and scratching the glass surface to remove black skin and the like by spraying the sand of quartz or grit of cast iron on the article with compressed air.

상기 샌드 블라스팅 시 블라스팅하는 각도와 시간에 따라 구멍(340)의 크기가 변하게 되며 구멍의 크기는 외경을 10㎛ 내지 1000㎛ 로 하고 내경을 1 ㎛ 내지 500 ㎛ 으로 형성함이 바람직하다.In the sand blasting, the size of the hole 340 is changed according to the angle and time of blasting, and the size of the hole is preferably 10 μm to 1000 μm and an internal diameter of 1 μm to 500 μm.

이와 같이 샌드 블라스트 방법을 이용하여 구멍(340)을 형성시킨 유리판(320) 위에 금속 도전성 도료를 도포하거나 진공 증착 방법으로 금속막을 형성하여 상기 유리판에 형성된 구멍 주위로 소정 형상의 전자 인출 전극(330,게이트 전극)을 형성시킬 수 있다.In this way, a metal conductive coating is applied on the glass plate 320 on which the holes 340 are formed by using the sand blast method, or a metal film is formed by a vacuum deposition method, and the electron extracting electrode 330 having a predetermined shape is formed around the hole formed in the glass plate. Gate electrode) can be formed.

이와 같이 샌드 블라스트 방법을 이용하여 구멍을 뚫고 인출 전극(330)을 형성시킨 유리판(320)은 상기 에미터 플레이트와 접합시에 에미터가 유리판에 형성된 각각의 구멍에 한가운데에 위치하도록 잘 배열하고 접합하여 캐소드 플레이트를 제조할 수 있다.As described above, the glass plate 320 having a hole formed using the sand blasting method and forming the lead electrode 330 is well arranged and bonded so that the emitter is positioned at the center of each hole formed in the glass plate when bonding with the emitter plate. To produce a cathode plate.

샌드 블라스트 방법에 의하여 구멍이 뚫리고 상기 구멍 주변으로 인출 전극을 갖는 유리판을 부착하는 방법은 도 6과 같이 배열하여 전면에 일체형으로 부착한다.The method of attaching a glass plate having a hole drilled by the sand blast method and having the lead electrode around the hole is arranged as shown in FIG. 6 and integrally attached to the front surface.

상기 샌드 블라스트 방법에 의하여 뚫린 구멍과 상기 구멍(340) 주변으로 인출 전극(330)을 형성시킨 유리판(320)을 캐소드 플레이트에 접합하는 방법으로는 프릿 테이프(frit tape)를 사용하거나 아노딕 본딩(anodic bonding)법을 이용하거나 프릿 페이스트(frit paste)와 열로써 부착한다.As a method of bonding the hole drilled by the sand blasting method and the glass plate 320 having the lead electrode 330 formed around the hole 340 to the cathode plate, a frit tape or anodical bonding ( Use anodic bonding or attach with frit paste and heat.

본 발명에 있어서 바람직한 실시예는 도 6과 같으며 금속의 캐소드 전극(310) 위에 상기한 대로 소정의 형상으로 에미터가 증착된 에미터 플레이트 위에 상기 에미터와 대응되게 샌드 블라스트 방법을 이용하여 구멍(340)을 형성시킨 유리판(320) 위에 금속 도전성 도료를 도포하거나 진공 증착 방법으로 금속막을 형성하여 상기 유리판에 형성된 구멍 주위로 소정 형상의 전자 인출 전극(330,게이트전극)을 형성한 유리판(320)을 접합함으로써 캐소드 플레이트가 완성된다.A preferred embodiment of the present invention is shown in FIG. 6 and is formed on the metal cathode electrode 310 by using a sand blasting method corresponding to the emitter on the emitter plate in which the emitter is deposited in a predetermined shape. A glass plate 320 having a predetermined shape of an electron extracting electrode 330 (gate electrode) formed around a hole formed in the glass plate by applying a metal conductive paint on the glass plate 320 having the 340 formed thereon or by forming a metal film by vacuum deposition. ), The cathode plate is completed.

상기 완성된 캐소드 플레이트와 유리 기판위에 FED의 애노드(Anode)로서 ITO( Indium Tin Oxide) 박막 전극이 형성되고 그 위에 형광체 R,G,B( 적,녹,청,410)를 스트라이프(stripe)형으로 도포하여 스크린(screen)이 형성되어 있는 페이스 플레이트 패널(400,Face Plate Panel) 사이에 스페이서(본 발명의 분해도이므로 도시하지 않음)가 삽입되어 있다.An indium tin oxide (ITO) thin film electrode is formed on the finished cathode plate and the glass substrate as an anode of the FED, and the phosphors R, G, and B (red, green, blue, and 410) are striped. A spacer (not shown since it is an exploded view of the present invention) is inserted between a face plate panel 400 on which a screen is formed by applying a coating.

본 발명의 또 다른 실시예로서는 캐소드 전극을 형성한 후 샌드 블라스트 방법으로 구멍이 뚫리고 인출 전극을 갖는 유리판을 캐소드 플레이트에 부착 후 E-beam이라 불리는 증착 장비를 이용하여 전자 인출 전극에 경사를 갖는 희생층을 형성시키고 가판 쪽에 수직 방향으로 몰리브덴등의 금속을 E-beam을 이용하여 증착하여 원뿔 모양의 에미터를 형성하고 희생층을 lift-off 공법으로 제거함으써 만든 캐소드 플레이트를 갖는 전계 방출 소자에도 적용될수 있다.In another embodiment of the present invention, after forming the cathode electrode, the sacrificial layer having the inclination to the electron extraction electrode using an evaporation equipment called E-beam after attaching a glass plate having holes and withdrawing electrodes by the sand blast method to the cathode plate Is also applied to the field emission device having a cathode plate formed by depositing a molybdenum or other metal in the direction perpendicular to the side of the substrate using an E-beam to form a conical emitter and removing the sacrificial layer by a lift-off method. Can be.

본 발명의 또 다른 실시예로서는 샌드 블라스트 방법으로 구멍이 뚫리고 인출 전극을 갖는 유리판이 부착된 플레이트 위에 포커싱 전극을 형성한 전계 방출 소자에도 적용될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the present invention can be applied to a field emission device in which a focusing electrode is formed on a plate having a glass plate having a drawing electrode with a hole pierced by a sand blast method.

본 발명은 평면 디스플레이 장치에서 종래의 캐소드 전극을 만들기 위해 절연층을 통상의 반도체 공정기술에 의한 증착 또는 식각법에 의하지 않고 샌드 블라스트 방법으로 비교적 쉽게 캐소드 전극을 형성시키고 인출 전극 또한 형성이 쉬워제조 공정이 간소화 될 뿐 아니라 생산 시간을 절감할 수 있어 양산 적용시 대면적화를 쉽게 달성할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, a cathode is easily formed by a sand blast method and an extraction electrode is easily formed by a sand blast method without using an insulating layer by a conventional semiconductor process technology to make a conventional cathode electrode in a flat panel display device. This not only simplifies the production time, but also reduces the production time.

또 다른 효과로는 종래의 평면 디스플레이용 전자 방출 소자에서는 전자를 발생시키는 구조를 얻기 위해 고가의 장비를 이용하여 증착과 식각의 공정의 반복을 통하여 전자 방출 소자의 형성이 가능한데 본 발명에서는 종래와 같은 복잡한 공정에서 전계 방출 소자를 제조하지 않고 캐소드 전극 위에 인출 전극(게이트 전극)이 형성된 유리 기판을 부착하여 형성된 캐소드 플레이트를 갖는 전계 방출 소자를 제조함으로써 상당한 비용의 절감을 가져올 수 있었고 고효율의 전자 방출 소자의 제조가 가능하다는 것이다.Another effect is that in the conventional electron emitting device for flat panel displays, the electron emitting device can be formed by repeating the deposition and etching process using expensive equipment to obtain a structure for generating electrons. In a complicated process, a field emission device having a cathode plate formed by attaching a glass substrate on which a drawing electrode (gate electrode) is formed on the cathode electrode without manufacturing a field emission device can be obtained, and a significant cost reduction can be achieved. It is possible to manufacture.

또한 기판 위에 금속 전극을 형성시킨후 그 위에 에미터 막을 형성시킬때 진공 증착 방법 또는 스크린 프린팅 방법으로 형성시키는데 이는 저렴한 공정 설비와 균일한 높이의 대면적 공정이 용이한 효과가 있다.In addition, when the metal electrode is formed on the substrate and then the emitter film is formed on the substrate, the metal electrode is formed by a vacuum deposition method or a screen printing method, which has an effect of easily inexpensive process equipment and large-area processing of uniform height.

Claims (13)

형광체가 도포되어 있는 페이스 플레이트 패널과;A face plate panel to which phosphor is applied; 배면 플레이트 상부에 캐소드 전극을 형성시키고 그 위에 전자를 방출하는 에미터를 증착시키고 상기 에미터 상부에 구멍이 있는 유리판이 설치되고 상기 유리판에 형성된 구멍 주변에 인출 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 평판 표시 장치.A flat panel display, characterized in that a cathode is formed on the back plate, an emitter emitting electrons is deposited thereon, and a glass plate with a hole is provided on the emitter, and an extraction electrode is formed around the hole formed in the glass plate. Device. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 캐소드 전극 위에 증착시킨 에미터는 Carbon nanotubes(CNTs), Diamond like carbon(DLC) , Graphite nanofiber(GNF), Graphite 등의 카본을 기반으로 하는 물질을 이용하여 제조한 것을 특징으로 하는 평판 표시장치.The emitter deposited on the cathode electrode is manufactured using a carbon-based material, such as carbon nanotubes (CNTs), Diamond like carbon (DLC), Graphite nanofiber (GNF), Graphite, and the like. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 캐소드 에미터가 증착방법에 의하여 제조된 팁 형태의 에미터로 된 것을 특징으로 하는 평판 표시장치.A flat panel display, characterized in that the cathode emitter is a tip-type emitter manufactured by a deposition method. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 캐소드 에미터가 증착방법에 의하여 제조된 평면 형태의 에미터로 된 것을 특징으로 하는 평판 표시장치.A flat panel display, characterized in that the cathode emitter is a flat emitter manufactured by a deposition method. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 인출 전극을 형성하고 있는 유리판이 부착된 플레이트 위에 포커싱 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 평판 표시 장치.And a focusing electrode on a plate with a glass plate on which the lead electrode is formed. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유리판 위에 뚫린 구멍은 샌드 블라스트 방법에 의하여 형성시키는 것을 특징으로 하는 평판 표시 장치.And a hole formed on the glass plate by a sand blasting method. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 구멍이 뚫리고 인출전극을 갖는 유리판을 캐소드 플레이트에 접합시에 프릿 테이프 내지는 아노딕 본딩법 내지는 프리트 페이스트와 열로써 부착함을 특징으로 하는 평판 표시 장치.And a frit tape, anodic bonding method or frit paste is attached to the glass plate having the hole and the lead electrode attached to the cathode plate by heat. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 페이스 플레이트 패널과 캐소드 플레이트와 스페이서 를 봉합시에 프릿 글라스(frit glass) 소재의 접착제를 사용함을 특징으로 하는 평판 표시 장치.A flat panel display using a frit glass adhesive when sealing a face plate panel, a cathode plate, and a spacer. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 구멍이 뚫리고 그 위에 인출전극이 형성된 유리판에 있어서 구멍의 크기가 외경을 10 ㎛ ~ 1000 ㎛ 이고 내경을 1 ㎛ ~ 500 ㎛ 으로 형성된 것을 특징으로 하는 평판 표시 장치.A flat panel display, wherein the size of the hole is 10 μm to 1000 μm and the inside diameter is 1 μm to 500 μm. 형광체가 도포되어 있는 페이스 플레이트 패널과;A face plate panel to which phosphor is applied; 배면플레이트 상부에 캐소드 전극을 형성시킨 후 구멍이 뚫리고 인출 전극을 갖는 유리판을 캐소드 플레이트에 부착후 상기 전자 인출 전극에 경사를 갖는 희생층을 형성시킨 후 에미터를 형성하는 캐소드 플레이트와;Forming a cathode on the rear plate and attaching a glass plate having holes and withdrawing electrodes to the cathode plate, forming a sacrificial layer having an inclination on the electron withdrawing electrode, and then forming an emitter; 상기 페이스 플레이트 패널과 캐소드 플레이트간에 일정 간격을 유지시켜 주는 스페이서를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 평판 표시장치.And a spacer for maintaining a predetermined distance between the face plate panel and the cathode plate. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 에미터는 몰리브덴등의 금속을 증착장비를 이용하여 증착하는 것을 특징으로 하는 평판 표시 장치.The emitter is a flat panel display, characterized in that for depositing a metal such as molybdenum using a deposition equipment. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 희생층은 증착장비를 이용하여 형성시킴을 특징으로 하는 평판 표시장치.And the sacrificial layer is formed using a deposition apparatus. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 에미터를 형성한 후 상기 희생층을 lift-off 공법으로 제거함을 특징으로 하는 평판 표시 장치.And removing the sacrificial layer by a lift-off method after forming the emitter.