KR100455288B1 - 실리콘 발광소자를 이용한 평판형 표시장치 - Google Patents
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Abstract
n형 또는 p형의 실리콘에 기반을 둔 단일 기판에 실리콘 발광소자가 이차원 어레이로 배열되어 이루어진 실리콘 발광소자 패널과, 실리콘 발광소자 패널의 전면에 형성되어 실리콘 발광소자에서 발광된 광에 의해 여기되어 가시광 발광을 내는 형광체층;을 구비하며, 실리콘 발광소자는, 기판과의 p-n 접합 부위에서 양자 구속효과에 의한 전자와 정공 쌍의 소멸 결합에 의해 발광을 내도록 기판의 일면에 소정의 도판트에 의해 기판과 반대형으로 극도로 얕게 도핑된 도핑 영역과, 화상 신호에 따라 실리콘 발광소자가 발광을 내도록 하기 위해 기판에 패터닝된 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 표시장치가 개시되어 있다.
개시된 평판형 표시장치는, 가격이 싼 실리콘에 기반을 둔 기판을 모재로 사용하여 일련의 반도체 제조공정을 통해 실리콘 발광소자가 이차원 어레이로 배열되어 이루어진 저가형의 실리콘 발광소자 패널을 구비하므로, 평판형 표시장치를 형성하는데 있어서, 비용절감 효과가 매우 크며, 플라즈마 표시장치와는 달리 방전에 필요한 고전압이나 가스 밀봉등의 공정이 불필요하여 안정성과 신뢰도가 매우 높다.
Description
본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 발광소자를 이용한 평판형 표시장치에 관한 것이다.
음극선관을 이용한 표시장치는 성능면에서는 우수하지만, 대화면화에 따라 그 부피가 엄청나게 커지기 때문에, 부피는 작으면서 대화면화가 가능한 평판형 표시장치에 대한 기술개발 및 상용화가 빠르게 진전되고 있다.
대화면을 가지는 평판형 표시장치로 플라즈마 표시장치가 주목받고 있다. 플라즈마 표시 장치는, 표시 용량, 휘도, 콘트라스트 및 시야각 등의 표시 성능이 우수하여, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 표시 성능에 근접되는 평판형 표시장치로서 주목받고 있다.
이러한 플라즈마 표시장치는 전극의 구조에 따라 직류형(Direct Current type), 교류형(Alternative Current type) 및 직류형과 교류형의 혼합구조(Hybrid type)로 구분된다.
상기 직류형과 교류형의 차이점은 전극이 플라즈마에 직접 노출되느냐 또는 유전체층에 의해 간접적으로 노출되느냐에 의해 구분된다.
도 1은 일반적인 교류형 플라즈마 표시장치의 일 예를 보인 분리 사시도이다.
도면을 참조하면, 플라즈마 표시장치는 배면기판(6)과, 이 배면기판(6)의 면상에 소정 패턴으로 형성된 어드레스 전극(7)과, 배면기판(6) 상에 형성되어 어드레스 전극(7)을 매립하는 제1유전체층(5)을 구비한다.
어드레스 전극(7)들은 소정의 폭을 가지며 상호 나란한 스트라이프 상으로 형성된다.
배면기판(6)과 투명한 전면기판(1)은 약 0.1mm 간격(gap)으로 이격되도록 그 가장자리가 서로 봉합재(미도시)에 의해 밀봉되어 방전공간을 형성하게 된다. 상기 전면기판(1) 내면에는 어드레스 전극(7)들과 직교하는 방향으로 제1 및 제2전극(2a)(2b)이 한 조로 이루어진 복수개의 유지전극들이 형성되어 있다. 이 제1 및 제2전극(2a)(2b)은 투명전극으로 이루어진다. 이 제1 및 제2전극(2a)(2b) 상에는 라인 저항을 줄일 목적으로 좁은 폭으로 버스전극(2c)이 형성되어 있다.
상기 어드레스 전극(7)과 제1 및 제2전극(2a)(2b)이 교차하는 영역은 유효 표시 영역을 이룬다.
상기 전면기판(1)의 내면에는 제2유전체층(4)이 형성되어 제1 및 제2전극(2a)(2b)을 매립하게 된다. 그리고, 배면기판(6)과 전면기판(1) 사이에는 방전셀을 구획하는 격벽(8)들이 형성되어 있다. 상기 제2유전체층(4)의 상면에는MgO 등으로 이루어져 이차 전자를 방출하는 보호막(3)이 형성되어 있으며, 격벽(8)에 의해 구획된 방전공간에는 형광체층(9)이 형성되어 있다.
상기 방전공간에는 방전가스가 주입되는데, 이 방전가스는 네온(Ne), 제논(Xe), 아르곤(Ar) 가스의 혼합으로 이루어진다.
상기와 같이 구성된 플라즈마 표시장치에서 어드레스 전극(7)과 제1 및 제2전극(2a)(2b) 중의 한 전극에 소정의 펄스 전압이 인가되면, 이들 사이에 어드레스 방전이 일어나 방전공간의 내면에 벽전하가 형성되고, 이 발생된 벽전하는 방전공간의 표면에 충전된다. 이 상태에서 쌍을 이루는 제1 및 제2전극(2a)(2b) 중 다른 전극에 동일한 전압이 인가되며 제1 및 제2전극(2a)(2b) 사이에서 방전가스의 방전이 일어나 자외선이 발생되고, 이 자외선에 의해 형광체가 여기되어 가시광 발광을 한다.
그런데, 상기와 같이 플라즈마 표시장치는, 가스 충전 및 전기적인 방전을 위한 각종 부재나 공정들을 필요로하므로, 구조가 복잡하고 제작 공정이 복잡하여, 제조 단가가 높은 단점이 있다. 또한 플라즈마 표시장치는 높은 소비전력을 필요로 하며, 퍼짐 현상으로 인해 해상도가 낮고 반응시간이 낮은 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 플라즈마 표시장치의 단점을 감안하여 안출된 것으로, 가격이 싼 실리콘에 기반을 둔 기판을 모재로 사용하여 일련의 반도체 제조공정을 통해 실리콘 발광소자가 이차원 어레이로 배열되도록 제조된 실리콘 발광소자 패널을 구비한 저가격화가 가능한 평판형 표시장치를 제공하는데 그 목적이있다.
도 1은 일반적인 교류형 플라즈마 표시장치를 개략적으로 보인 사시도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 평판형 표시장치의 구조를 개략적으로 보인 단면도,
도 3은 풀-칼라 화상을 구현할 수 있는 본 발명에 따른 평판형 표시장치의 화소(pixel) 구조를 개략적으로 보인 평면도,
도 4는 도 2의 실리콘 발광소자 패널에서 하나의 실리콘 발광소자만을 발췌하여 나타낸 단면도,
도 5a는 도핑 영역을 비평형 확산에 의해 극도로 얕은 깊이로 형성할 때, p-n 접합 부위의 구조를 개략적으로 보인 도면,
도 5b는 비평형 확산에 의해 도 5a에 보여진 p-n 접합 부위에 표면의 길이 방향(longitudinal), 측 방향(lateral)으로 형성되는 양자 우물(quantum well: QW)의 에너지 밴드를 보인 도면,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 평판형 표시장치의 구조를 개략적으로 보인 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10,30...평판형 표시장치 11,31...실리콘 발광소자 패널
15R,15G,15B...형광체층 20...실리콘 발광소자
21...기판 23...제어막
24...p-n 접합부위 25...도핑영역
27,29...제1 및 제2전극
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 평판형 표시장치는, n형 또는 p형의 실리콘에 기반을 둔 단일 기판에 실리콘 발광소자가 이차원 어레이로 배열되어 이루어진 실리콘 발광소자 패널과; 상기 실리콘 발광소자 패널의 전면에 형성되어, 상기 실리콘 발광소자에서 발광된 광에 의해 여기되어 가시광 발광을 내는 형광체층;을 구비하며, 상기 실리콘 발광소자는, 상기 기판과의 p-n 접합 부위에서 양자 구속효과에 의한 전자와 정공 쌍의 소멸 결합에 의해 발광을 내도록, 상기 기판의 일면에 소정의 도판트에 의해 상기 기판과 반대형으로 극도로 얕게 도핑된 도핑 영역과; 화상 신호에 따라 상기 실리콘 발광소자가 발광을 내도록 하기 위해 상기 기판에 패터닝된 전극;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 실리콘 발광소자는 자외선 발광을 내며, 상기 형광체층은 상기 실리콘 발광소자에서 발광된 자외선에 의해 여기되어 가시광 발광을 내는 물질로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 실리콘 발광소자 패널은 각 화소 당 하나의 실리콘 발광소자가 대응하도록 마련될 수 있다.
이때, 상기 형광체층은, 각 실리콘 발광소자에서 발광된 광에 의해 여기되어 서로 다른 가시광 발광을 내도록, 각 화소당 세 종류 이상의 형광체층이 패터닝되어 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 실리콘 발광소자 패널은 각 화소 당 세 개 이상의 실리콘 발광소자가 대응하도록 마련될 수 있다.
이때, 상기 형광체층은 각 화소를 이루는 세 개 이상의 실리콘 발광소자 각각에서 발광된 광에 의해 여기되어 서로 다른 가시광 발광을 내도록, 각 화소당 세 종류 이상의 형광체층이 패터닝되어 이루어진 것이 바람직하다.
여기서, 상기 실리콘 발광소자는 상기 도핑 영역 형성시 마스크로서 기능을 하며, 상기 도핑 영역이 극도로 얕은 도핑 깊이로 형성되도록 하는 제어막;을 더 구비할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 평판형 표시장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 평판형 표시장치(10)의 구조를 개략적으로 보인 단면도, 도 3은 풀-칼라 화상을 구현할 수 있는 본 발명에 따른 평판형 표시장치의 화소(pixel) 구조를 개략적으로 보인 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 평판형 표시장치(10)는, n형 또는 p형의 실리콘에 기반을 둔 단일 기판(21)에 실리콘 발광소자(20)가 이차원 어레이로 배열되어 이루어진 실리콘 발광소자 패널(11)과, 상기 실리콘 발광소자 패널(11)의 전면에 형성되어 상기 실리콘 발광소자에서 발광된 광에 의해 여기되어 가시광 발광을 내는 형광체층(15R)(15G)(15B)을 포함하여 구성된다. 도 2에서 참조부호 17은 인접한 실리콘 발광소자(20)들 사이의 전기적인 절연을 위하여, 기판(21)을 소정 깊이로 식각하여 형성된 트렌치(trench)를 나타낸다. 이 트렌치에는 절연물질이 도포될 수도 있다.
도 3에서 P는 화소(pixel)를 나타낸다. 본 발명의 제1실시예에서, 하나의 화소(P)에는 각각 예컨대, 적색, 녹색, 청색 화상(R)(G)(B)을 형성하기 위한 3개의 실리콘 발광소자(20)가 대응된다. 도 3에서 R, G, B는 적색, 녹색, 청색 화상(R)(G)(B)을 형성하는 영역을 나타내며, 하나의 화소내에는 적색, 녹색, 청색 화상(R)(G)(B)을 형성하는 영역이 모두 존재한다. 여기서, 칼라 구현 방식에 따라 하나의 화소(P)에는 3개 이상의 실리콘 발광소자 또는 1개의 실리콘 발광소자가 대응되도록 구성될 수도 있다.
도 4는 도 2의 실리콘 발광소자 패널(10)에서 하나의 실리콘 발광소자(20)만을 발췌하여 나타낸 단면도이다.
상기 실리콘 발광소자(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(21)의 일면에 상기 기판(21)과 반대형으로 극도로 얕게 도핑 형성된 도핑 영역(25)을 구비하며, 그 도핑 영역(25)의 p-n 접합 부위(24)에서 양자 구속효과에 의해 전자와 정공 쌍의 소멸 결합이 일어나 발광을 낸다. 여기서, 상기 실리콘 발광소자(20)는 그 p-n 접합 부위(24)에서 전자와 정공 쌍의 소멸 결합뿐만 아니라, 전자와 정공 쌍의 생성 결합도 가능하므로, 수광소자로서 기능도 할 수 있다.
상기 실리콘 발광소자(20)에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 실리콘 발광소자(20)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 예컨대, n형으로 도핑된 실리콘에 기반을 둔 상기 기판(21)의 일면에 형성된 도핑영역(25)과, 상기 도핑영역(25)에 전기적으로 연결 가능하게 상기 기판(21)의 양면에 형성된 제1 및 제2전극(27)(29)을 포함하여 구성된다. 또한, 상기 실리콘 발광소자(20)는 도핑영역(25) 형성시 마스크로서 기능을 하며, 도핑영역(25)이 원하는 극도로 얕은(ultra-shallow) 두께로 형성되도록 하는 제어막(23)을 상기 기판(21)의 일면에 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 제어막(23)은 상기 도핑영역(25)을 형성한 후에 선택적으로 제거될 수도 있다. 도 2 및 도 4에서는 실리콘 발광소자 패널(11)에 상기 제어막(23)이 존재하는 예를 보여준다.
상기 기판(21)은 본 발명에 따른 평판형 표시장치에 있어서 실리콘 발광소자 패널(11)의 베이스가 되는 모재로 사용하는 것으로, 실리콘(Si)을 포함하는 소정의 반도체 물질 예컨대, Si, SiC 또는 다이아몬드로 이루어진 실리콘에 기반을 둔 반도체 기판으로서, n형 또는 p형으로 도핑되어 있다.
상기 도핑영역(25)은 소정의 도판트 예컨대, 붕소(boron) 또는 인(phosphorous)을 상기 제어막(23)의 개구를 통하여 상기 기판(21) 내로 비평형 확산 공정에 의해 주입시켜 상기 기판(21)과 반대형 예컨대, p+형으로 도핑 형성된 영역이다.
도핑시, 상기 도핑영역(25)의 상기 기판(21)과의 경계 부분 즉, p-n 접합 부위(24)에 양자 우물(quantum well), 양자 점(quantum dot) 및 양자 선(quantum wire) 중 적어도 어느 하나가 형성되어, 양자구속효과에 의해 높은 양자 효율로 광전 변환 효과 즉, 전자와 정공 쌍의 소멸 결합을 나타내도록, 상기 도핑영역(25)은 원하는 극도로 얕은 깊이로 도핑(ultra-shallow doping) 형성된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 p-n 접합 부위(24)에는 주로는 양자 우물이 형성되며, 양자 점이나 양자 선이 형성될 수도 있다. 또한, 상기 p-n 접합 부위(24)에는 상기 양자우물, 양자 점, 양자 선 중 두 가지 이상이 복합되게 형성될 수 도 있다. 이하에서는, 표현의 간략화를 위해 상기 p-n 접합 부위(24)에 양자 우물이 형성된 것으로 설명한다. 이하에서 p-n 접합 부위(24)에 양자 우물이 형성된 것으로 설명한다 해도, 이는 양자 우물, 양자 점 및 양자 선 중 적어도 어느 하나를 의미한다.
도 5a는 도핑 영역(25)을 비평형 확산에 의해 극도로 얕은 깊이로 형성할 때, p-n 접합 부위(24)의 구조를 보여준다. 도 5b는 비평형 확산에 의해 도 5a에 보여진 p-n 접합 부위(24)에 표면의 길이 방향(longitudinal), 측 방향(lateral)으로 형성되는 양자 우물(quantum well: QW)의 에너지 밴드를 보여준다. 도 5b에서 Ec는 전도대 에너지 준위, Ev는 가전자대 에너지 준위, Ef는 페르미 에너지 준위를 나타내며, 이러한 에너지 준위에 대해서는 반도체 관련 기술 분야에서는 잘 알려져 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.
도 5a 및 도 5b에 보여진 바와 같이, p-n 접합 부위(24)는 다른 도핑층이 교대로 형성된 양자 우물구조를 가지는데, 우물과 barrier는 대략 2nm, 3nm 정도가 된다.
이와 같이 p-n 접합 부위(24)에 양자 우물을 형성하는 극도로 얕은 도핑은 상기 제어막(23)의 두께 및 확산 공정 조건 등을 최적으로 제어함으로써 형성될 수 있다.
확산 공정 중 적정한 확산 온도 및 기판(21) 표면의 변형된 포텐셜(deformed potential)에 의해 확산 프로파일(profile)의 두께가 예컨대, 10-20 nm로 조절될 수 있으며, 이와 같이 극도로 얕은 확산 프로파일에 의해 양자 우물 시스템이 생성되게 된다. 여기서, 기판(21) 표면의 포텐셜은 초기 제어막(23)의 두께와 표면전처리에 의해 변형되고 공정이 진행됨에 따라 심화된다.
상기 제어막(23)은 도핑영역(25)이 극도로 얕은 도핑 깊이로 형성되도록 하는 적정 두께를 갖는 실리콘 산화막(SiO2)인 것이 바람직하다. 이 제어막(23)은 예를 들어, 기판(21)의 일면 상에 실리콘 산화막을 형성한 다음, 확산 공정을 위한 개구 부분을 포토리소그라피 공정을 이용하여 식각해냄으로써 마스크 구조로 형성된다.
확산 기술 분야에서 알려진 바에 의하면, 실리콘 산화막의 두께가 적정 두께(수천 Å)보다 두껍거나 저온이면, vacancy(빈자리)가 주로 확산에 영향을 미쳐 확산이 깊이 일어나게 되며, 실리콘 산화막의 두께가 적정 두께보다 얇거나 고온이면 Si self-interstitial(자기 틈새)이 주로 확산에 영향을 미쳐 확산이 깊이 일어나게 된다. 따라서, 실리콘 산화막을 Si self-interstitial 및 vacancy가 유사한 비율로 발생되는 적정 두께로 형성하면, Si self-interstitial과 vacancy가 서로 결합되어 도판트의 확산을 촉진하지 않게 되므로, 극도로 얕은 도핑이 가능해진다. 여기서, vacancy 및 self-interstitial과 관련한 물리적인 성질은 확산과 관련한 기술분야에서는 잘 알려져 있으므로, 보다 자세한 설명은 생략한다.
여기서, 상기 기판(21)이 p형으로 도핑되면, 상기 도핑영역(25)은 n+형으로 도핑된다.
상기 제1전극(27)은 도핑영역(25)이 형성된 기판(21)의 일면에 형성되고, 상기 제2전극(29)은 예컨대, 상기 기판(21)의 반대면에 형성된다. 도 2 및 도 4는 상기 제1전극(27)을 불투명 금속 재질로 도핑영역(25)의 외측 일부분에 컨택되도록 형성한 예를 보여준다. 상기 제1전극(27)은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극 재질을 사용하여 도핑영역(25)상에 전체적으로 형성될 수도 있다.
여기서, 본 발명의 제1실시예에 따른 평판형 표시장치(10)의 실리콘 발광소자 패널(11)에서 각 화소(P)별로 화상 신호에 따라 적절한 발광이 일어나 2차원적으로 화상을 디스플레이할 수 있도록, 상기 제1 및 제2전극(27)(29)은 실리콘 발광소자 패널(11)의 베이스가 되는 기판(21)에 적절히 패터닝된다.
상기와 같은 실리콘 발광소자(20)는 상기 도핑영역(25)의 기판(21)과의 p-n 접합 부위(24)에 전자와 정공 쌍의 소멸 결합이 일어날 수 있는 양자 우물이 형성되어 있으므로, 앞서 언급한 바와 같이 발광을 낸다.
즉, 상기 실리콘 발광소자(20)는 다음과 같이 발광을 낸다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2전극(27)(29)을 통해 전원(전압 또는 전류)이 가해지면, 캐리어들 즉, 전자와 정공은 상기 p-n 접합 부위(24)의 양자 우물에 주입되고, 양자 우물내의 부 밴드 에너지(subband energy) 레벨을 통해 재결합(소멸 결합)된다. 이때, 캐리어들이 결합되는 상태에 따라 소정 파장의 전장 발광(electro-luminescence :EL)이 발생하며, 발생되는 광량은 제1 및 제2전극(27)(29)을 통해 가해진 전원(전압 또는 전류)의 세기에 따라 가변된다.
따라서, 각 화소당 3개의 실리콘 발광소자(20)가 대응되도록, 실리콘 발광소자(20)가 이차원 어레이로 배열되어 이루어진 실리콘 발광소자 패널(11)을 이용하면, 제1 및 제2전극(27)(29)을 통해 가해진 화상 신호에 따라 각 화소별로 3개의실리콘 발광소자(20)로부터 적색, 녹색 및/또는 청색 화상(R)(G)(B) 또는 그 조합에 의한 칼라 화상을 구현하기 위한 적정 강도의 발광을 낸다.
이때, 실리콘 발광소자(20)에서의 발광 파장은 기판(21) 표면 (실제로는, 도핑 영역(24) 표면)에 형성되는 극소 결함(micro-defect)에 기인한 극소 캐버티(micro-cavity)에 의해 정해진다. 따라서, 제작 공정에 의해 극소 캐버티의 크기를 조절하면, 원하는 발광 파장대역의 실리콘 발광소자(20)를 얻을 수 있다.
여기서, 전장 발광(EL)의 강도는 기판(21) 표면에 형성되는 극소 결함에 기인한 극소 캐버티의 공진 파장과 잘 맞을 경우 증폭될 수 있다.
따라서, 제작 공정에 의해 극소 캐버티의 크기를 조절하면, 상기한 바와 같은 실리콘 발광소자를 이용하여, 상기 형광체층(15R)(15G)(15B)을 여기시킬 수 있는 요구되는 파장 영역의 발광 바람직하게는, 자외선 발광을 낼 수 있다.
여기서, 극소 캐버티는 도핑 영역(24) 표면에 형성된 미소 결함에 의한 변형된 포텐셜(deformed potential) 때문에 생긴다. 따라서, 변형된 포텐셜을 조절함으로써 양자 우물의 변형이 가능하며, 이에 따라 극소 캐버티가 정해지며, 극소 캐버티를 조절하면 원하는 특정 파장의 발광을 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 실리콘 발광소자(20)는 극도로 얕게 도핑된 도핑 영역(25)의 p-n 접합 부위(24)에서 전하분포 포텐셜의 국부적인 변화로 인하여 양자 구속 효과가 발생하며, 양자 우물내에 부밴드 에너지(subband energy) 레벨이 형성되어 있어, 높은 양자효율을 가진다.
여기서, 발광소자로서 기능을 하는 실리콘 발광소자(20)에 대해서는 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원 제02-1431호(발명의 명칭:실리콘 광소자 및 이를 적용한 발광디바이스장치)에 자세히 기재되어 있다. 따라서, 본 발명은 상기 특허출원에 기재된 내용을 인용하는 것으로 하고, 실리콘 발광소자(20)에 대한 보다 자세한 설명은 생략한다.
상기 실리콘 발광소자 패널(11)은 실리콘에 기반을 둔 단일 기판(21)에 일련의 반도체 제조공정을 통해 3개의 실리콘 발광소자(20)가 하나의 화소에 대응하도록 상기와 같은 실리콘 발광소자(20) 이차원 어레이를 형성함으로써 제조된다.
상기한 바와 같은 실리콘 발광소자 패널(11)은 그 모재로 가격이 아주 싼 실리콘 기판(21)을 이용하고, 일련의 반도체 제조공정을 통해 제조할 수 있기 때문에, 그 제조단가를 크게 낮출 수 있으며, 이에 따라 저가의 평판형 표시장치를 실현하는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 평판형 표시장치는 요구되는 화면 크기에 대응되도록, 실리콘에 기반을 둔 단일 기판(21)에 형성된 하나의 실리콘 발광소자 패널(11)로 구성되거나, 상기와 같은 실리콘 발광소자 패널(11) 복수 개를 조합하여 구성될 수도 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 실리콘에 기반을 둔 기판(21)에 상기와 같은 실리콘 발광소자(20)가 이차원 어레이로 형성되어 이루어진 실리콘 발광소자 패널(11)에서의 제1 및 제2전극(27)(29) 및 형광체층(15R)(15G)(15B)은 각 화소별로 화상 신호에 따라 발광이 일어나도록 기판(21)에 패터닝된다.
상기 형광체층(15R)(15G)(15B)은 실리콘 발광소자(20)로부터 발광된 광이 출력되는 윈도우 영역(제1전극에 의해 둘러싸인 도핑 영역 상면)을 포함하도록 실리콘 발광소자 패널(11)의 전면에 형성되어, 상기 실리콘 발광소자(20)에서 발광된 광에 의해 여기되어 가시광 발광을 내도록 되어 있다. 즉, 상기 형광체층(15R)(15G)(15B)은 각각 실리콘 발광소자(20)의 윈도우 영역 즉, 제1전극(27)에 의해 둘러싸인 도핑영역(25) 상에 적색, 녹색 및 청색 화상(R)(G)(B)을 디스플레이할 수 있도록 형성된다.
본 발명의 제1실시예에 따른 평판형 표시장치에서는, 각 화소(P)에 세 개의 실리콘 발광소자(20)가 대응되므로, 상기 형광체층(15R)(15G)(15B)은 각 화소(P)에 대응하는 실리콘 발광소자(20)의 수에 대응하는 세 종류의 형광체층(15R)(15G)(15B)이 패터닝되어 이루어진 것이 바람직하다. 즉, 본 실시예에 있어서, 각 화소(P)에는 세 개의 실리콘 발광소자(20) 및 그 실리콘 발광소자(20)의 윈도우 영역 즉, 제1전극(27)에 의해 둘러싸인 도핑 영역(25) 상에 실리콘 발광소자(20)에서 발광된 광에 의해 여기되어 적색 발광, 녹색 발광, 청색 발광을 내도록 형성된 형광체층(15R)(15G)(15B)이 포함된다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 평판형 표시장치(30)를 개략적으로 보인 단면도로, 각 화소(P)에 하나의 실리콘 발광소자(20)가 대응되는 구조의 실리콘 발광소자 패널(31)을 구비한다. 이 경우 형광체층(15R)(15G)(15B)은 각 화소(P)에 대응하는 하나의 실리콘 발광소자(20)의 윈도우 영역에 예컨대, 적색 발광, 녹색 발광, 청색 발광을 내도록 세 종류의 형광체층(15R)(15G)(15B)이 패터닝되어 이루어진 것이 바람직하다. 여기서, 도 6에서 도 2와 동일 참조부호는 그 기능 및 사용된물질이 실질적으로 동일한 부재이므로, 각 부재에 대한 반복되는 설명은 생략한다.
이때, 각 화소(P)별로 적색, 녹색, 청색 화상(R)(G)(B)을 형성하는데 하나의 실리콘 발광소자(20)를 이용하므로, 풀 칼라 화상을 구현하기 위해서는, 적색, 녹색, 청색 화상(R)(G)(B)은 순차로 디스플레이되어야 한다. 즉, 풀 칼라 화상이 디스플레이되는 1프레임 동안에 적색, 녹색, 청색 화상(R)(G)(B)은 각각 1/3프레임 동안씩 디스플레이되어야 한다.
상기한 바와 같이, 각 화소(P)당 서로 다른 가시광 발광 예컨대, 적색 발광, 녹색 발광, 청색 발광을 내도록 각 화소(P)당 세 종류 이상의 형광체층(15R)(15G)(15B)을 구비하는 본 발명의 실시예들에 따른 평판형 표시장치(10)(30)는 적색, 녹색, 청색 화상(R)(G)(B) 즉, 풀 칼라 화상을 디스플레이할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 평판형 표시장치는, 각 화소(P)에 하나의 실리콘 발광소자(20)가 대응되며, 실리콘 발광소자 패널(11)에서 이차원 어레이로 배치된 다수의 실리콘 발광소자(20)의 윈도우 영역에 동일한 재료의 형광체층이 위치되어 화상을 단색(흑백)으로 디스플레이하는 구조로 될 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 평판형 표시장치는, 실리콘 발광소자(20)를 플라즈마 표시장치에서 전기적인 방전에 의해 발생되는 것과 같은 자외선 발광을 내도록 마련하고, 상기 형광체층(15R)(15G)(15B) 재료로 플라즈마 표시장치에서 사용하는 형광 물질을 그대로 사용하도록 된 것이 바람직하다.
이 경우, 플라즈마 표시장치를 대체할 수 있는 본 발명에 다른 평판형 표시장치의 개발시에 형광체층(15R)(15G)(15B) 재료 개발에 대한 부담을 줄일 수 있는 이점이 있다.
여기서, 플라즈마 표시장치에서는 적색 발광 형광체로 이트륨 가도륨계 형광체가 주로 사용된다. 이러한 이트륨 가도륨계 적색 발광 형광체의 구체적인 예로는 (Y,Gd)BO3:Eu 가 있다.
또한, 플라즈마 표시장치에서는 녹색 발광 형광체로 아연 실리케이트계 형광체가 주로 사용된다. 이러한 아연 실리케이트계 녹색 발광 형광체의 구체적인 예로는 아연 오르토실리케이트(zinc orthosilicate)에 망간으로 부활된 Zn2SiO4:Mn이 있다.
또한, 플라즈마 표시장치에서는 청색 발광 형광체로 바륨 알루미네이트계 형광체가 주로 사용된다. 이러한 바륨 알루미네이트계 청색 발광 형광체의 구체적인 예로는 BaMgAl10O17: Eu+2, BaMgAl14O23: Eu+2, BaMgAl16O27: Eu+2등이 있는데, 그 중에서도 BaMgAl10O17: Eu+2가 가장 빈번하게 사용된다.
이러한 플라즈마 표시장치에 사용되는 적색, 녹색, 청색 발광 형광체는 본 발명에 따른 평판형 표시장치의 형광체층(15R)(15G)(15B)을 형성하는데 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 평판형 표시장치가 자외선 발광을 내는 실리콘 발광소자(20)에 그에 대응되는 재료로 된 형광체층(15R)(15G)(15B)을 구비하는 경우에는, 실리콘 발광소자 패널(11) 자체의 제조단가가 낮을 뿐만 아니라, 형광체층(15R)(15G)(15B) 재료 개발에 대한 부담이 줄어들기 때문에, 본 발명에 따른 평판형 표시장치의 제조단가를 현저히 낮출 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 평판형 표시장치는 상기 형광체층(15R)(15G)(15B) 및 실리콘 발광소자 패널(11) 전체를 보호하도록 형광체층(15R)(15G)(15B)에서 발광된 가시광을 투과시키는 투명 재질 예컨대, 유리재질 또는 투명 아크릴 재질로 된 보호층(미도시)을 더 구비할 수 있다. 상기 보호층은 가시광을 투과시키는 유리 또는 투명 아크릴 재질의 투명 기판으로 이루어질 수 있다. 이 투명 기판은 형광체층(15R)(15G)(15B)이 형성되어 있으며 화상을 디스플레이할 수 있도록 된 실리콘 발광소자 패널(11)의 전면에 결합되는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 평판형 표시장치는, 가격이 싼 실리콘에 기반을 둔 기판을 모재로 사용하여 일련의 반도체 제조공정을 통해 실리콘 발광소자가 이차원 어레이로 배열되어 이루어진 저가형의 실리콘 발광소자 패널을 구비하므로, 평판형 표시장치를 형성하는데 있어서, 비용절감 효과가 매우 크며, 플라즈마 표시장치와는 달리 방전에 필요한 고전압이나 가스 밀봉등의 공정이 불필요하여 안정성과 신뢰도가 매우 높다.
또한, 본 발명에 따른 평판형 표시장치에 광원소자로서 적용되는 실리콘 발광소자는 자외선 발광을 낼 수 있으므로, 형광체층을 기존의 플라즈마 표시장치에서 사용하는 물질을 사용할 수 있어 새로운 재료 개발에 대한 부담을 줄일 수 있어, 보다 저가형의 평판형 표시장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 평판형 표시장치는, 실리콘 발광소자의 자외선 발광 효율이 매우 높기 때문에, 플라즈마 표시장치보다 훨씬 효율적이다.
또한, 본 발명에 따른 평판형 표시장치는 반도체 소자인 실리콘 발광소자를 구동하여 화상을 디스플레이하는 것이기 때문에, 플라즈마 표시장치에 비해 요구되는 소비전력을 현저히 줄일 수 있으며, 반응시간도 매우 빠르며, 화소 단위로 실리콘 발광소자에서 발광이 일어나도록 제어할 수 있기 때문에 플라즈마 표시장치에서와 같은 퍼짐 현상으로 인한 해상도 저하를 줄일 수 있다.
Claims (7)
- n형 또는 p형의 실리콘에 기반을 둔 기판에 실리콘 발광소자가 적어도 이차원 어레이로 배열되어 이루어진 실리콘 발광소자 패널과; 상기 실리콘 발광소자 패널의 전면에 형성되어, 상기 실리콘 발광소자에서 발광된 광에 의해 여기되어 가시광 발광을 내는 형광체층;을 구비하며,상기 실리콘 발광소자는,상기 기판의 일면에 소정의 도판트에 의해 상기 기판과 반대형으로 양자 구속 효과에 의해 광전변환 효과를 내도록 도핑되고, 그 표면에 극소 결함에 기인한 극소 캐버티가 상기 형광체층을 여기시키는 발광 파장을 내도록 형성된 도핑 영역과; 화상 신호에 따라 상기 실리콘 발광소자가 발광을 내도록 하기 위해 상기 기판에 패터닝된 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 표시장치.
- 제1항에 있어서, 상기 실리콘 발광소자는 자외선 발광을 내며,상기 형광체층은 상기 실리콘 발광소자에서 발광된 자외선에 의해 여기되어 가시광 발광을 내는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 평판형 표시장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실리콘 발광소자 패널은 각 화소 당 하나의 실리콘 발광소자가 대응하도록 마련된 것을 특징으로 하는 평판형 표시장치.
- 제3항에 있어서, 상기 형광체층은, 각 실리콘 발광소자에서 발광된 광에 의해 여기되어 서로 다른 가시광 발광을 내도록, 각 화소당 세 종류 이상의 형광체층이 패터닝되어 이루어진 것을 특징으로 하는 평판형 표시장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실리콘 발광소자 패널은 각 화소 당 세 개 이상의 실리콘 발광소자가 대응하도록 마련된 것을 특징으로 하는 평판형 표시장치.
- 제5항에 있어서, 상기 형광체층은 각 화소를 이루는 세 개 이상의 실리콘 발광소자 각각에서 발광된 광에 의해 여기되어 서로 다른 가시광 발광을 내도록, 각 화소당 세 종류 이상의 형광체층이 패터닝되어 이루어진 것을 특징으로 하는 평판형 표시장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실리콘 발광소자는 상기 도핑 영역 형성시 마스크로서 기능을 하며, 상기 도핑 영역이 양자구속 효과에 의해 광전변환 효과를 내는 도핑 깊이로 형성되도록 하는 제어막;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 평판형 표시장치.
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