KR100708716B1

KR100708716B1 - 전자 방출 발광 소자, 이를 이용한 평판 디스플레이 장치및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100708716B1
Application number: KR20050095486A
Authority: KR
Inventors: 손승현; 장상훈
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2007-04-17
Also published as: KR20070040122A

Abstract

본 발명의 목적은 구동전압을 낮출 수 있고, 발광효율을 향상시킬 수 있는 새로운 전자 방출 발광 소자와 이를 구비한 평판 디스플레이 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 재현성과 신뢰성을 가지면서 나노 갭을 형성할 수 있는 새로운 방법을 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 그루브가 형성되고 그루브가 형성된 부분이 서로 마주하여 소정의 공간을 형성하면서 소정의 간격으로 이격되어 배치된 제1기판 및 제2기판; 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 배치된 애노딕 본딩층; 상기 제1기판에 형성된 그루브의 일측에 배치된 제1전극; 상기 제2기판에 형성된 그루브의 일측에서 상기 제1전극과 대향되도록 배치된 제2전극; 상기 제1기판 및 제2기판에 형성된 그루브의 내면의 적어도 일부분에 배치된 제3전극; 및 상기 제3전극의 표면의 적어도 일부분에 배치된 형광체층을 포함하는 전자 방출 발광 소자와, 이를 구비한 평판 디스플레이 장치와, 전자 방출 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.

Description

전자 방출 발광 소자, 이를 이용한 평판 디스플레이 장치 및 그 제조 방법{Light emitting device using electron emission, flat display apparatus using the same and the method of manufacturing the same}

도 1은 종래의 SCE형 전자 방출 발광 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.

도 2는 도 1의 II 부분의 확대도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 발광 소자의 구성을 보여주는 도면.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 전자 방출 발광 소자를 제조하는 방법을 단계적으로 보여주는 도면.

도 6은 본 발명에 따른 전자 방출 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일례를 보여주는 도면.

도 7은 도 6의 VII-VII 선을 따라 취한 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10: 제1패널 11: 제1기판

12: 애노드 전극 13: 형광체층

20: 제2패널 21: 제2기판

22: 게이트 전극 23: 캐소오드 전극

24, 24': 전자 방출원 30: 전자 방출 발광 소자

31: 제1기판 32: 형광체층

33: 제2전극 34: 제1전극

35: 제3전극 36: 형광체층

37: 제2기판 38: 애노딕 본딩층

700: 평판 디스플레이 장치

본 발명은 전자 방출 발광 소자(light emitting device using electron emission), 이를 이용한 평판 디스플레이 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구동전압(driving voltage)을 낮고, 발광 효율(luminous efficiency)이 큰 전자 방출 발광 소자, 이를 이용한 평판 디스플레이 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

평판 디스플레이 장치의 일종인 플라즈마 디스플레이 패널(PDP; Plasma Display Panel)은 전기적 방전을 이용하여 화상을 형성하는 장치로서, 휘도나 시야각 등의 표시 성능이 우수하여 그 사용이 날로 증대되고 있다. 이러한 플라즈마 디스플레이 패널은 전극들의 배치 구조에 따라 대향 방전(facing discharge) 구조의 플라즈마 디스플레이 패널과 면 방전(surface discharge) 구조의 플라즈마 디스 플레이 패널로 분류될 수 있다. 대향 방전 구조의 플라즈마 디스플레이 패널은 쌍을 이루는 두 개의 유지전극이 각각 상부기판과 하부기판에 배치되어 방전이 기판에 수직인 방향으로 일어난다. 그리고, 면 방전 구조의 플라즈마 디스플레이 패널은 쌍을 이루는 두 개의 유지전극이 동일한 기판 상에 배치되어 방전이 기판에 나란한 방향으로 일어난다. 이러한 플라즈마 디스플레이 패널은 어느 경우에나 전극들에 인가되는 직류 또는 교류 전압에 의하여 상기 전극들 사이에서 가스 방전이 일어나게 되고, 이 방전 과정에서 발생되는 자외선에 의하여 형광체가 여기 되어 가시광을 발산하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래 플라즈마 디스플레이 패널에서는 방전가스가 이온화(ionization)되어 플라즈마 방전이 일어나는 과정에서 여기 상태(excited state)의 크세논(Xe*)이 안정화되면서 자외선이 발생하게 된다. 따라서, 종래 플라즈마 디스플레이 패널 및 평판 램프에서는 방전가스를 이온화시킬 수 있을 정도로 높은 에너지가 필요하게 되므로, 구동전압은 크고, 발광효율은 낮다는 문제점이 있다.

한편, 전자 방출을 이용하는 발광 소자에는 전자 방출원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다. 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 발광 소자로는, FEA(Field Emitter Array)형, SCE(Surface Conduction Emitter)형, MIM(Metal-Insulator-Metal)형 및 MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)형, BSE(Ballistic electron Surface Emitting)형 등이 알려져 있다.

이 중에서 SCE형 전자 방출 발광 소자는 FED, CRT(Cathode-Ray Tube) 및 PDP(Plasma Display Panel)와 같은 자발광 디스플레이다. 기본적인 구동 원리가 CRT와 같기 때문에 PDP보다 계조비가 높아 보다 자연스러운 색조 표현이 가능하다. 그리고 LCD의 단점으로 여겨지는 응답 속도는 CRT 수준으로 구현이 가능하여 스포츠 프로그램과 같은 빠른 움직임에도 잔상이 전혀 없다. 또한, 40인치 이상 대화면으로 구현하는 경우에도 CRT와는 비교가 안될 정도로 두께가 얇으며, 전반적으로 소비전력이 낮다는 것이 특징이 있어 차세대 디스플레이로 주목받고 있다.

도 1에는 미국공개특허 제2002/0028285호에 개시된 종래의 SCE를 구성하는 전자 방출 발광 소자의 개략적인 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 II 부분의 확대도가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 SCE를 구성하는 전자 방출 발광 소자는 소정의 간격으로 배치된 제1패널(10)과 제2패널(20)을 포함한다. 상기 제1패널(10)은, 투명 기판으로 만들어진 제1기판(11), 상기 제1기판(11)의 일면에 형성된 형광체층(12), 상기 형광체층(12)의 표면을 덮는 보호층(13) 및 상기 형광체층(12)과 일체로 형성된 애노드 전극(미도시)을 포함한다. 상기 제2패널(20)은, 제2기판(21), 상기 제2기판(21) 상에서 마주하여 배치된 캐소오드 전극(23)과 게이트 전극(22) 및 상기 캐소오드 전극(23)과 상기 게이트 전극(22) 사이에 배치된 전자 방출원(24)을 포함한다.

도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 캐소오드 전극(23)에 (-)전압을 인가하고, 게이트 전극(22)에 (+)전압을 인가하면 캐소오드 전극(23)에서 게이트 전극(22) 방향으로 전자가 방출된다. 방출된 전자는 애노드 전극에 인가된 높은 (+) 전압으로 생성된 전계에 의해 애노드 전극 방향으로 진행하게 되고, 애노드 전극과 일체로 설치된 형광체층(12)에 충돌하여 가시광선을 발생시킨다.

이상에서 설명한 것과 같은 구조를 가지는 종래의 전자 방출 발광 소자는 캐소오드 전극과 게이트 전극 사이의 나노 사이즈의 갭을 형성하고 그 사이에서의 전자 터널링 효과를 이용하여 전자가 방출되도록 한다. 그런데, 종래에는 나노 사이즈의 갭을 형성하는 공정이 박막에 전류를 흘려 임의의 크랙을 형성하는 방식으로 이루어져 왔다. 그런데 이러한 방식은 재현성(repeatability)이나 신뢰성에 문제가 있어 나노 갭을 형성하는 새로운 방법을 개발할 필요성이 크게 대두되어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명의 목적은 구동전압을 낮출 수 있고, 발광효율을 향상시킬 수 있는 새로운 전자 방출 발광 소자와 이를 구비한 평판 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 재현성과 신뢰성을 가지면서 나노 갭을 형성할 수 있는 새로운 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 그루브가 형성되고 그루브가 형성된 부분이 서로 마주하여 소정의 공간을 형성하면서 소정의 간격으로 이격되어 배치된 제1기판 및 제2기판; 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 배치된 애노딕 본딩층; 상기 제1기판에 형성된 그루브의 일측에 배치된 제1전극; 상기 제2기판에 형성된 그루브의 일측에서 상기 제1전극과 대향되도록 배치된 제2전극; 상기 제1기판 및 제2기판에 형성된 그루브의 내면의 적어도 일부분에 배치된 제3전극; 및 상기 제3전극의 표면 의 적어도 일부분에 배치된 형광체층을 포함하는 전자 방출 발광 소자를 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 제1기판 및 제2기판에 형성된 그루브들에 의해 형성된 공간은 진공으로 유지되고, 상기 형광체는 가속된 전자에 의해 여기 되어 가시광선을 발생시키는 형광체일 수 있다.

여기서, 상기 형광체는, SrTiO₃:Pr, Y₂O₃:Eu, Y₂O₃S:Eu 등을 포함하는 적색광용 형광체나, Zn(Ga, Al)₂O₄:Mn, Y₃(Al, Ga)₅O₁₂:Tb, Y₂SiO₅:Tb, ZnS:Cu,Al 등을 포함하는 녹색광용 형광체나, Y₂SiO₅:Ce, ZnGa₂O₄, ZnS:Ag,Cl 등을 포함하는 청색광용 형광체 등의 CL형 형광체 중에서 선택되는 형광체인 것이 바람직하다.

또는 여기서, 상기 제1기판 및 제2기판에 형성된 그루브들에 의해 형성된 공간은 여기가스로 채워지고, 상기 형광체는 가속된 전자에 의해 여기 되어 상기 여기가스에서 방출하는 자외선에 의해 여기 되어 가시광선을 발생시키는 형광체일 수 있다.

이 경우에는 상기 여기가스는, 크세논(Xe), 질소(N₂), 중수소(D₂), 이산화탄소(CO₂), 수소(H₂), 일산화탄소(CO), 크립톤(Kr), 공기를 포함하는 그룹에서 선택되는 가스를 포함하고, 상기 형광체는, Y(V, P)O₄:Eu⁺³ 등과 같은 적색광용 형광체 형광체나, Zn₂SiO₄:Mn, YBO₃:Tb 등과 같은 녹색광용 형광체나, BaMgAl₁₀O₁₇:Eu 등과 같 은 청색광용 형광체를 포함하는 PL형 형광체 중에서 선택되는 형광체인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제1전극 및 상기 제2전극의 표면 사이에는 1nm 이상 100nm이하의 나노 갭이 형성된 것이 바람직하다. 또는 여기서, 상기 제1전극 및/또는 상기 제2전극에는 그 표면에 전자 방출 물질층이 형성되어 있고, 상기 전자 방출 물질층과 마주하는 전극 또는 전자 방출 물질층 사이에는 1nm 이상 100nm이하의 나노 갭이 형성된 것이 바람직하다.

여기서, 상기 전자 방출 물질층은, 단일벽 카본 나노 튜브, 이중벽 카본 나노 튜브, 다층벽 카본 나노 튜브, 그래파이트 나노 화이버, 다이아몬드, 다이아몬드 라이크 카본, 나노 와이어 등의 일함수가 작은 소재를 포함하는 그룹에서 선택되는 소재를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 애노딕 본딩층은, 다결정 실리콘으로 만들어진 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제1기판 및/또는 제2기판의 외측에 형성된 형광체층을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 그루브가 형성된 제1기판 및 제2기판을 준비하는 단계(a); 상기 제1기판 및 제2기판에 각각 제1전극, 제2전극, 제3전극, 형광체층을 배치하는 단계(b); 상기 제1기판 또는 제2기판에 애노딕 본딩층을 형성하는 단계(c); 및 상기 애노딕 본딩층을 사이에 두고 상기 제1기판과 상기 제2기판의 그루브가 마주하여 공간을 형성하도록 제1기판 및 제2기판을 접합하는 단계 (d)를 포함하는 전자 방출 발광 소자의 제조 방법을 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 애노딕 본딩층은, 다결정 실리콘으로 박막을 형성하고 그 표면을 팔리싱하여 100nm 이하의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제1기판 및/또는 제2기판의 외측에 형광체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 보다 상세히 설명한다.

도 3에는 본 발명에 따른 전자 방출 발광 소자의 일 실시예의 구성을 개략적으로 보여주는 부분 단면도가 도시되어 있다.

도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 전자 방출 발광 소자(30)는 제1기판(31), 제2기판(37), 애노딕 본딩층(38), 제1전극(34), 제2전극(33), 제3전극(35) 및 형광체층(36)을 포함한다.

상기 제1기판(31) 및 상기 제2기판(37)에는 소정의 단면 형상을 가지는 그루브가 형성되어 있고, 상기 제1기판(31) 및 제2기판(37)은 서로 그루브가 형성된 부분이 마주하여 그루브들에 의해 소정의 공간을 형성하도록 배치된다. 상기 제1기판(31) 및 제2기판(37)에 형성된 그루브들은 도면에는 사각형 형상의 단면을 가지는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일례일 뿐이고 반드시 사각형 형상의 단면을 가지는 것으로 한정되지는 않는다.

상기 애노딕 본딩층(38)은 상기 제1기판(31) 및 제2기판(37) 사이에 배치되 어 상기 제1기판(31) 및 제2기판(37) 사이의 간격을 소정 간격으로 유지하는 기능을 하면서 동시에 상기 제1기판(31)과 제2기판(37)을 결합하는 기능을 한다. 바람직하게는 다결정 실리콘으로 만들어지고, 일측의 기판에 먼저 형성되고, 표면이 팔리싱(polishing)된 후 타측의 기판과 애노딕 본딩(anodic bonding)에 의해 접합된다.

여기서 애노딕 본딩이라 함은, 실리콘 기판(silicon substrate) 사이에서나, 실리콘과 유리를 접합할 때 사용되는 공지의 방식으로, 아주 팔리싱이 잘 이루어진 두 판을 힘을 주어서 접촉시킨 다음, 예를 들어 450?? 정도의 고온에서 높은 전압을 가함으로써 두 재료의 표면에서 화학작용이 일어나 접합되는 것을 의미한다. 애노딕 본딩은 접착 표면이 아주 평평하고 표면 조도가 작을수록 잘 이루어진다.

상기 제1전극(34)은 상기 제1기판(31)에서 상기 그루브와 인접하여 형성되고, 상기 제2전극(33)은 상기 제2기판(37)에서 상기 그루브와 인접하게 형성된다. 상기 제1전극(34) 및 제2전극(33)은 서로 마주보면서 그 사이에 수 nm 내지 100 nm 이하의 간격을 형성한다.

상기 제1전극(34) 및 제2전극(33)이 도면이 도시된 것과 같이 각각 제1기판(31) 및 제2기판(37)의 표면 높이와 같게 배치된 경우에는 상기 제1전극(34) 및 제2전극(33) 사이의 간격을 위와 같이 유지하기 위해, 상기 애노딕 본딩층(38)의 두께를 원하는 간격의 거리값으로 조절한다.

한편, 상기 제1전극(34) 및 제2전극(33)은 도면에 도시된 것과 달리 각각 상기 제1기판(31)의 표면 높이보다 낮거나 더 높게 형성되어 있을 수 있다. 이 경우 에는 제1전극(34) 및 제2전극(33)이 각각 제1기판(31) 및 제2기판(37)의 표면으로부터 더 높게 돌출되거나 더 낮게 함몰된 간격만큼 상기 애노딕 본딩층(38)의 두께를 조절하여 원하는 간격을 조절한다.

상기 제1전극(34) 및 제2전극(33)의 재료로는 전기전도성을 가지는 재료이면 어떤 것이라도 사용될 수 있다. 그러나, 제1전극(34) 또는 제2전극(33) 중 일방의 표면에서 타방을 향해 전자가 방출되어야 하기 때문에 가급적 일함수가 작은 텅스텐(W)과 같은 금속이 사용되는 것이 바람직하다.

또한, 전자 방출 효율을 더욱 향상시키기 위해 전자를 방출하는 쪽의 전극 표면에 별도의 전자 방출 물질층을 형성할 수 있다. 이때 사용되는 전자 방출 물질층의 소재로는 탄소계 물질로서 나노 단위의 미세 구조를 가지는 물질이 바람직한데, 예를 들어 단일벽 카본 나노 튜브(Single-Walled Carbon Nano Tube: SWCNT), 이중벽 카본 나노 튜브(Double-Walled Carbon Nano Tube), 다층벽 카본 나노 튜브(Multi-Walled Carbon Nano Tube: MWCNT), 그래파이트 나노 화이버(graphite nano fiber), 다이아몬드(diamond), 다이아몬드 라이크 카본(diamond-like carbon), 나노 와이어(nano wire) 등의 소재가 사용될 수 있다.

상기 제3전극(35)은 상기 그루브에 의해 형성되는 공간의 벽면을 따라 배치되고, 전기 전도성을 가지는 물질로 만들어진다. 상기 제3전극(35)은 상기 제1전극(34) 및 제2전극(33) 사이에서 전자 터널링 현상에 의해 전자가 방출될 때 이를 가속하는 기능을 한다. 한편, 상기 형광체층(36)은 상기 제3전극(35)의 표면에 일부분 이상 배치된다.

이상과 같은 구성을 가지는 전자 방출 발광 소자는 다음과 같이 작동될 수 있다.

먼저, 종래의 FED(Field Emission Display)와 유사한 방식으로 작동될 수 있다. 즉, 상기 제1전극(34) 및 제2전극(33) 중 일방 전극에는 (-) 전압 또는 0V를 인가하고, 타방 전극에는 (+) 전압을 인가한다. 이와 같이 전압을 인가하면 (-) 전압 또는 0V가 인가된 전극으로부터 타방 전극을 향해 전자 터널링 현상에 의해 전자가 방출된다. 이때, 상기 제3전극(35)에 위에서 (+) 전압이 인가된 전극보다 더 높은 (+) 전압을 인가하여 상기 제3전극(35)을 향해 방출된 전자가 이동하도록 한다. 상기 제3전극(35)을 향해 이동하는 전자는 상기 제3전극(35)에 의해 가속되고 상기 제3전극(35)의 표면에 부착된 형광체층(36)을 여기시킨다.

이 방식을 사용하기 위해서는 상기 형광체층(36)은 SrTiO₃:Pr, Y₂O₃:Eu, Y₂O₃S:Eu 등을 포함하는 적색광용 형광체나, Zn(Ga, Al)₂O₄:Mn, Y₃(Al, Ga)₅O₁₂:Tb, Y₂SiO₅:Tb, ZnS:Cu,Al 등을 포함하는 녹색광용 형광체나, Y₂SiO₅:Ce, ZnGa₂O₄, ZnS:Ag,Cl 등을 포함하는 청색광용 형광체 등의 CL(CathodeLuminescence)형 형광체 중에서 선택되는 형광체로 만들어져야 한다. 색상은 화소를 이루어 화상을 구현할 수 있도록 적절히 배열되어야 한다.

또한, 이 방식을 사용하기 위해서는 상기 그루브에 의해 형성되는 공간이 10^-7Torr 이상의 고진공으로 유지되어야 한다.

다른 방식으로는, 상기 그루브에 의해 형성되는 공간에 여기가스를 채우고 방출되는 전자가 상기 여기가스를 여기시켜 자외선을 방출하면, 자외선이 형광체층(36)을 여기시켜 가시광선을 발생하도록 하는 방식이다.

이 방식을 사용하기 위해서는 상기 형광체층(36)은 Y(V, P)O₄:Eu⁺³ 등과 같은 적색광용 형광체 형광체나, Zn₂SiO₄:Mn, YBO₃:Tb 등과 같은 녹색광용 형광체나, BaMgAl₁₀O₁₇:Eu 등과 같은 청색광용 형광체를 포함하는 PL(PhotoLuminescence)형 형광체 중에서 선택되는 형광체로 만들어져야 한다.

그리고, 상기 여기가스는 크세논(Xe), 질소(N₂), 중수소(D₂), 이산화탄소(CO₂), 수소(H₂), 일산화탄소(CO), 크립톤(Kr), 공기를 포함하는 그룹에서 선택되는 가스를 포함하는 것이 전자에 의해 여기 되어 자외선을 방출하기에 적합하다.

한편, N₂등의 장파장 자외선을 방출하는 기체를 여기가스로 이용하는 경우, 상기 제1기판 또는 제2기판의 외측에 추가로 제2형광체층(32)을 배치하는 것도 가능하다. 즉, 300nm 이상의 장파장 자외선은 유리를 통과할 수 있기 때문에 유리로 만들어지는 것이 바람직한 상기 제1기판(31) 또는 상기 제2기판(37)의 외측에 제2형광체층(32)을 형성하여 가시광선을 더 많이 발생하도록 할 수 있다. 외측에 제2형광체층(36)을 배치할 때는 상기 그루브에 의해 형성되는 공간 내부에는 형광체층이 없어도 되고, 발광효율을 높이기 위해 그루브 내측과 기판 외측 모두에 형광체층(32, 36)이 형성되는 것도 가능하다.

이하에서는 지금가지 설명한 전자 방출 발광 소자의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 4 및 도 5에는 본 발명에 따른 전자 방출 발광 소자를 제조하는 방법을 단계적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.

먼저, 도 4에 도시된 것과 같이 유리 등의 소재로 제작된 제1기판(31) 및 제2기판(37)에 그루브를 형성한다. 그루브를 형성할 때는 유리를 깎아서 만들 수도 있으나 취성 재료인 유리를 깎아서 만드는 경우 크랙이 발생할 수 있으므로 식각으로 형성하는 것이 더 바람직하다.

그 다음, 제1기판(31) 및 제2기판(37) 각각의 그루브와 인접하게 제1전극(34) 및 제2전극(33)을 각각 형성한다. 상기 제1전극(34) 및 제2전극(33)은 상기 제1기판(31) 및 제2기판(37)의 표면을 소정 두께 깎아낸 다음 그 면 위에 형성할 수도 있고, 상기 제1기판(31) 및 제2기판(37)의 면을 그대로 두고 그 위에 형성할 수도 있다.

상기 제1전극(34) 및 제2전극을 형성하는 공정과 동시에 또는 그 전후에 상기 그루브의 내벽면에 제3전극(35)을 형성한다. 상기 제1전극(34) 내지 제3전극(35)은 모두 전기 전도성을 가진 재료면 어떤 재료로도 형성할 수 있다. 다만, 제1전극(34) 또는 제2전극 중에서 전자가 방출되는 전극은 일함수가 작은 재료를 사용하는 것이 전자 방출 효율을 높일 수 있어 더욱 바람직하다.

상기 제1전극(34) 내지 제3전극(35)의 형성이 완료된 후에는 상기 제3전극(35)의 표면에 형광체층(36)을 형성한다. 상기 형광체층(36)은 앞서 설명한 것과 같이 본 발명에 따른 전자 방출 발광 소자(30)가 내부 공간을 진공으로 유지하고 FED와 같은 방식으로 작동할지, 또는 기체를 여기시켜 자외선을 발생시키는 방식으로 작동할 지에 따라 그 재료가 달라진다.

독립적으로 두 개의 기판에 각각 전극들과 형광체층(36)을 형성한 후에는 도 5에 도시된 것과 같이 일측 기판에 애노딕 본딩층(38)을 형성한다. 애노딕 본딩층(38)은 상기 제1기판(31) 및 제2기판(37) 사이에 배치되어 상기 제1기판(31) 및 제2기판(37) 사이의 간격을 소정 간격으로 유지하는 기능을 하면서 동시에 상기 제1기판(31)과 제2기판(37)을 결합하는 기능을 하기 위한 것이다. 또한, 상기 제1전극(34)과 제2전극 사이의 간격을 수 nm 내지 100 nm 정도로 조절하기 위한 것이기도 하다. 이에 따라 상기 애노딕 본딩층(38)은 일단 다결정 실리콘으로 형성된 후 애노딕 본딩 접합성의 향상을 위해 그 표면이 팔리싱 된다. 팔리싱을 하는 과정에서 상기 제1전극(34)과 제2전극(33) 사이의 간격이 원하는 범위 내에서 형성될 수 있도록 애노딕 본딩층(38)의 두께를 조절한다.

애노딕 본딩층(38)의 두께가 조절된 후에는 애노딕 본딩층(38)이 형성된 기판의 위에 타측 기판을 얼라인(align)하고 접합한다. 얼라인 할 때는 상기 그루브들이 서로 마주하여 내부 공간을 형성하도록 얼라인 한다. 이 상태에서 접합에 필요한 온도로 가열하여 애노딕 본딩층(38)에 의해 양 기판이 결합되도록 한다.

한편, 지금까지 설명한 공정에 따라 만들어진 전자 방출 발광 소자를 FED와 유사한 방식으로 작동시키기 위해서는 상기 내부 공간을 진공으로 유지하여야 한다. 이를 위해 내부의 기체들을 배기하고 상기 제1기판(31) 및 제2기판(37) 사이 의 다른 간격들을 밀봉하는 공정이 추가로 요구된다.

한편, 지금까지 설명한 공정에 따라 만들어진 전자 방출 발광 소자에서 내부에 여기가스를 채우고 이를 여기시켜 자외선을 발생시키는 방식으로 작동시키기 위해서는 상기 내부 공간에 여기 가스를 채우는 공정과 상기 제1기판(31) 및 제2기판(37) 사이의 다른 간격들을 밀봉하는 공정이 추가로 요구된다.

또한, 전자 방출 발광 소자에서 내부에 여기가스를 채우고 이를 여기시켜 자외선을 발생시키는 방식으로 작동시킬 때에 내부의 여기 가스를 장파장의 자외선을 발생시키는 질소 등의 가스로 채우는 경우에는 상기 제1기판(31) 또는 제2기판(37)의 외면에 추가적인 형광체층(36)을 더 형성하는 공정을 포함할 수도 있다. 장파장의 자외선은 기판의 재질이 유리 등인 경우 이를 통과할 수 있으므로 외부에도 형광체층(36)을 형성하여 휘도를 향상시킬 수 있다.

한편, 지금까지 설명한 것과 같은 구성을 가지는 전자 방출 발광 소자(30)는 소정의 면적을 가지는 면광원으로 사용될 수도 있다. 특히, 본 발명에 따른 전자 방출 발광 소자는 면광원으로 사용되어 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display: LCD)의 백라이트 유닛(Back Light Unit: BLU)으로 사용될 수 있다.

도 6에는 본 발명에 따른 전자 방출 발광 소자가 백라이트 유닛으로 기능하는 평판 디스플레이 장치의 구성을 보여주는 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 VII-VII 선을 따라 취한 부분 단면도가 도시되어 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 평판 디스플레이 장치 중 제1기판, 제1전극, 제2기판, 제2전극 등의 앞서 사용한 용어와 동일한 용어가 사용되지만, 앞에서 언급된 부재와 동일한 부재가 아니고 예를 들어 설명되는 LCD에 사용되는 부재들을 지칭하는 것이 부재번호의 기재에 의해 명확하게 구별이 가능하다.

도 6에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 평판 디스플레이 장치는 수발광형의 디스플레이 패널로서 액정 디스플레이 패널(700)과 상기 액정 디스플레이 패널(700)에 광을 공급하는 백라이트 유닛을 포함한다. 상기 액정 디스플레이 패널(700)에는 화상신호를 전달하는 연성인쇄회로기판(720)이 부착되어 있고, 상기 액정 디스플레이 패널(700)의 후방에 배치되는 백라이트 유닛과의 사이의 간격을 유지하기 위한 스페이서(730)가 배치된다.

상기 백라이트 유닛은 앞서 설명한 본 발명에 따른 전자 방출 발광 소자(30)로서, 연결케이블(104)을 통해 전원을 공급받고, 상기 전자 방출 발광 소자 전면의 제2기판을 통하여 가시광선(V)을 방출시켜, 방출된 가시광선(V)이 상기 액정 디스플레이 패널(700)에 공급되도록 한다.

도 7을 참조하여, 액정 디스플레이 장치의 구성과 작동 원리에 대해 설명한다.

도 7에 도시된 전자 방출 발광 소자(30)는 도 3에 도시된 전자 방출 발광 소자(30)와 동일한 전자 방출 발광 소자일 수 있다. 즉, 본 발명의 전자 방출 발광 소자(30)는 제1기판(31)과 제2기판(37)이 소정의 공간을 형성하면서 소정의 간격으로 배치됨으로써 이루어진다. 상기 제1기판(31) 및 제2기판(37)과 거기에 설치되는 부재들의 구성은 앞서 본 발명에 따른 전자 방출 발광 소자(30)의 구성을 설명하면서 언급한 내용과 동일하므로 여기서는 설명을 생략한다. 그리고, 본 발명에 따른 전자 방출 발광 소자(30)에서는 제1전극(34)과 제2전극(33) 사이에 형성된 전계에 의해 일측 전극으로부터 전자가 방출되어 제3전극(35)에 형성된 형광체층(36)에 부딪히면서 가시광선(V)이 발생된다. 발생된 가시광선(V)은 전면의 액정 디스플레이 패널(700)을 향해 진행한다.

한편, 상기 액정 디스플레이 패널(700)은 제1기판(505)을 구비하고, 상기 제1기판(505) 상에는 버퍼층(510)이 형성되고, 상기 버퍼층(510) 상에는 반도체층(580)이 소정의 패턴으로 형성된다. 상기 반도체층(580) 상에는 제1절연층(520)이 형성되며, 상기 제1절연층(520)상에는 게이트 전극(590)이 소정의 패턴으로 형성되고, 상기 게이트 전극(590) 상에는 제2절연층(530)이 형성된다. 상기 제2절연층(530)이 형성된 후에는, 드라이 에칭 등의 공정에 의해 상기 제1절연층(520)과 제2절연층(530)이 식각되어 상기 반도체층(580)의 일부가 노출되고, 상기 노출된 부분을 포함하는 소정의 영역에 소스 전극(570)과 드레인 전극(610)이 형성된다. 상기 소스 전극(570) 및 드레인 전극(610)이 형성된 후 제3절연층(540)이 형성되며, 상기 제3절연층(540) 상에 평탄화층(550)이 형성된다. 상기 평탄화층(550)상에는 소정의 패턴으로 제1전극(620)이 형성되고, 상기 제3절연층(540)과 상기 평탄화층(550) 일부가 식각되어 상기 드레인 전극(610)과 상기 제1전극(620)의 도전통로가 형성된다. 투명한 제2기판(680)은 상기 제1기판(505)과 별도로 제조되고, 상기 제2기판의 하면(680a)에는 칼라 필터층(670)이 형성된다. 상기 칼라 필터층(670)의 하면(670a)에는 제2전극(660)이 형성되고, 상기 제1전극(620)과 제2전극(660)의 서로 대향하는 면들에는 액정층(640)을 배향하는 제1배향층(630)과 제2배향층(650)이 형 성된다. 상기 제1기판(505)의 하면(505a)에는 제1편광층(500)이, 상기 제2기판의 상면(680b)에는 제2편광층(690)이 형성되고, 상기 제2편광층의 상면(690a)에는 보호필름(695)이 형성된다. 상기 칼라 필터층(670)과 상기 평탄화층(550) 사이에는 상기 액정층(640)을 구획하는 스페이서(560)가 형성된다.

상기 액정 디스플레이 패널(700)의 작동원리에 관해 간단히 설명하면, 상기 게이트 전극(590), 소스 전극(570), 드레인 전극(610)에 의해 제어된 외부신호에 의해 상기 제1전극(620)과 제2전극(660) 사이에 전위차가 형성되고, 상기 전위차에 의해 상기 액정층(640)의 배열이 결정되며, 상기 액정층(640)의 배열에 따라서 상기 백라이트 유닛(100)에서 공급되는 가시광선(V)이 차폐 또는 통과된다. 상기 통과된 광이 칼라 필터층(670)을 통과하면서 색을 띠게 되어 화상을 구현한다.

도 7에는 액정 디스플레이 패널(특히, TFT-LCD)을 예시하였으나, 본 발명의 평판 디스플레이 장치를 구성하는 디스플레이 패널이 이에 한정되는 것은 아니며, 또한 상기 수발광 소자로는 상기와 같은 액정 디스플레이 패널 외에도 다양한 수발광형 디스플레이 패널이 적용될 수 있다.

상기와 같은 전자 방출 소자를 백라이트 유닛으로 구비한 평판 디스플레이 장치는 그 백라이트 유닛의 휘도와 수명이 향상됨에 따라 상기 디스플레이 장치의 화상의 휘도 향상은 물론 수명 증대의 효과를 가져올 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 전자 방출에 의해 화상을 표시할 수 있는 새로운 형태의 전자 방출 발광 소자가 제공된다. 또한, 이 전자 방 출 발광 소자는 내부 공간을 진공으로 유지하는 지와 여기가스를 채우는 지에 따라 서로 다른 조성을 가지는 형광체층을 사용하여 다른 원리로 화상을 표시할 수 있다.

또한, 전자가 방출되는 제1전극 및 제2전극 사이의 간격을 애노딕 본딩층의 두께를 조절하여 필요한 간격으로 유지하는 새로운 방식의 전자 방출 발광 소자 제조 방법이 제공된다.

본 발명에 따른 전자 방출 발광 소자의 내부 공간에 여기 가스를 채우고 전자에 의해 여기 가스가 여기 되어 자외선을 발생하도록 한 다음 이 자외선에 의해 형광체가 가시광선을 발생하도록 하는 방식으로 작동될 수 있는데, 이 경우 기존의 플라즈마 디스플레이 패널에서 플라즈마 방전을 일으켜 자외선을 발생시키고 이 자외선으로 형광체층을 여기시켜 가시광선을 발생시키는 방식에 비해 에너지 효율 측면에서 매우 우수한 표시 소자를 제작할 수 있다.

한편, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 한다.

Claims

그루브가 형성되고 그루브가 형성된 부분이 서로 마주하여 소정의 공간을 형성하면서 소정의 간격으로 이격되어 배치된 제1기판 및 제2기판;

상기 제1기판 및 제2기판 사이에 배치된 애노딕 본딩층;

상기 제1기판에 형성된 그루브의 일측에 배치된 제1전극;

상기 제2기판에 형성된 그루브의 일측에서 상기 제1전극과 대향되도록 배치된 제2전극;

상기 제1기판 및 제2기판에 형성된 그루브의 내면의 적어도 일부분에 배치된 제3전극; 및

상기 제3전극의 표면의 적어도 일부분에 배치된 형광체층을 포함하는 전자 방출 발광 소자.
제1항에 있어서,

상기 제1기판 및 제2기판에 형성된 그루브들에 의해 형성된 공간은 진공으로 유지되고,

상기 형광체는 가속된 전자에 의해 여기 되어 가시광선을 발생시키는 형광체인 것을 특징으로 하는 전자 방출 발광 소자.
제2항에 있어서,

상기 형광체는,

SrTiO₃:Pr, Y₂O₃:Eu, Y₂O₃S:Eu 등을 포함하는 적색광용 형광체나, Zn(Ga, Al)₂O₄:Mn, Y₃(Al, Ga)₅O₁₂:Tb, Y₂SiO₅:Tb, ZnS:Cu,Al 등을 포함하는 녹색광용 형광체나, Y₂SiO₅:Ce, ZnGa₂O₄, ZnS:Ag,Cl 등을 포함하는 청색광용 형광체 등의 CL형 형광체 중에서 선택되는 형광체인 것을 특징으로 하는 전자 방출 발광 소자.
제1항에 있어서,

상기 제1기판 및 제2기판에 형성된 그루브들에 의해 형성된 공간은 여기가스로 채워지고,

상기 형광체는 가속된 전자에 의해 여기 되어 상기 여기가스에서 방출하는 자외선에 의해 여기 되어 가시광선을 발생시키는 형광체인 것을 특징으로 하는 전자 방출 발광 소자.
제4항에 있어서,

상기 여기가스는,

크세논(Xe), 질소(N₂), 중수소(D₂), 이산화탄소(CO₂), 수소(H₂), 일산화탄소(CO), 크립톤(Kr), 공기를 포함하는 그룹에서 선택되는 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 발광 소자.
제4항에 있어서,

상기 형광체는,

Y(V, P)O₄:Eu⁺³ 등과 같은 적색광용 형광체 형광체나, Zn₂SiO₄:Mn, YBO₃:Tb 등과 같은 녹색광용 형광체나, BaMgAl₁₀O₁₇:Eu 등과 같은 청색광용 형광체를 포함하는 PL형 형광체 중에서 선택되는 형광체인 것을 특징으로 하는 전자 방출 발광 소자.
제1항에 있어서,

상기 제1전극 및 상기 제2전극의 표면 사이에는 1nm 이상 100nm이하의 나노 갭이 형성된 것을 특징으로 하는 전자 방출 발광 소자.
제1항에 있어서,

상기 제1전극 또는 상기 제2전극에는 그 표면에 전자 방출 물질층이 형성되어 있고,

상기 전자 방출 물질층과 마주하는 전극 또는 전자 방출 물질층 사이에는 1nm 이상 100nm이하의 나노 갭이 형성된 것을 특징으로 하는 전자 방출 발광 소자.
제8항에 있어서,

상기 전자 방출 물질층은,

단일벽 카본 나노 튜브, 이중벽 카본 나노 튜브, 다층벽 카본 나노 튜브, 그 래파이트 나노 화이버, 다이아몬드, 다이아몬드 라이크 카본, 나노 와이어 등의 일함수가 작은 소재를 포함하는 그룹에서 선택되는 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 발광 소자.
제1항에 있어서,

상기 애노딕 본딩층은,

다결정 실리콘으로 만들어진 것을 특징으로 하는 전자 방출 발광 소자.
제1항에 있어서,

상기 제1기판 또는 제2기판의 외측에 형성된 형광체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 발광 소자.
그루브가 형성되고 그루브가 형성된 부분이 서로 마주하여 소정의 공간을 형성하면서 소정의 간격으로 이격되어 배치된 제1기판 및 제2기판;

상기 제1기판 및 제2기판 사이에 배치된 애노딕 본딩층;

상기 제1기판에 형성된 그루브의 일측에 배치된 제1전극;

상기 제2기판에 형성된 그루브의 일측에서 상기 제1전극과 대향되도록 배치된 제2전극;

상기 제1기판 및 제2기판에 형성된 그루브의 내면의 적어도 일부분에 배치된 제3전극; 및

상기 제3전극의 표면의 적어도 일부분에 배치된 형광체층을 포함하는 전자 방출 발광 소자와,

상기 전자 방출 발광 소자의 전방에 설치되어, 상기 전자 방출 발광 소자로부터 공급되는 광을 제어하여 화상을 구현하는 수발광 소자를 포함하는 디스플레이 패널을 구비하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 수발광 소자는 액정인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
그루브가 형성된 제1기판 및 제2기판을 준비하는 단계(a);

상기 제1기판에 제1전극, 제3전극 및 형광체층을 배치하고, 상기 제2기판에 제2전극, 제3전극 및 형광체층을 배치하는 단계(b);

상기 제1기판 또는 제2기판에 애노딕 본딩층을 형성하는 단계(c); 및

상기 애노딕 본딩층을 사이에 두고 상기 제1기판과 상기 제2기판의 그루브가 마주하여 공간을 형성하도록 제1기판 및 제2기판을 접합하는 단계(d)를 포함하는 전자 방출 발광 소자의 제조 방법.
제14항에 있어서,

상기 애노딕 본딩층은,

다결정 실리콘으로 박막을 형성하고 그 표면을 팔리싱하여 0nm 초과 100nm 이하의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 발광 소자의 제조 방법.
제14항에 있어서,

상기 제1기판 또는 제2기판의 외측에 형광체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 발광 소자의 제조 방법.