KR20090131169A - 전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출형 백라이트 유닛및 그 제조 방법 - Google Patents

전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출형 백라이트 유닛및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자 방출 소자(electron emission device), 이를 구비한 전자 방출형 백라이트 유닛 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 전극 간격의 조절만으로 전자 방출층의 간격이 조절되어 제조가 용이한 전자 방출 소자, 이러한 전자 방출 소자를 구비한 전자 방출형 백라이트 유닛 및 이러한 전자 방출 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 베이스 기판; 상기 베이스 기판상에서 일 방향을 따라 형성되는 제1 전극; 상기 베이스 기판상에서 상기 일 방향을 따라 상기 제1 전극과 소정 간격을 두고 나란하게 형성되는 제2 전극; 상기 제1 전극 상부에 형성되는 제1 전자 방출층; 및 상기 제2 전극 상부에 형성되는 제2 전자 방출층을 포함하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 상기 간격과, 상기 제1 전자 방출층과 상기 제2 전자 방출층 사이의 간격은 실질적으로 동일하도록 형성되는 전자 방출 소자를 제공한다.

Description

전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출형 백라이트 유닛 및 그 제조 방법{Electron emission device, electron emission type backlight unit, and method of fabricating electron emission device}
본 발명은 전자 방출 소자(electron emission device), 이를 구비한 전자 방출형 백라이트 유닛 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 전극 간격의 조절만으로 전자 방출층의 간격이 조절되어 제조가 용이한 전자 방출 소자, 이러한 전자 방출 소자를 구비한 전자 방출형 백라이트 유닛 및 이러한 전자 방출 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전자 방출 소자는 전자 방출원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다. 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는, FED(Field Emission device)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.
상기 FED형은 일함수(Work Function)가 낮거나 베타 함수가 높은 물질을 전자 방출원으로 사용할 경우 진공 중에서 전계 차이에 의하여 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한 것으로 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 등을 주된 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁(tip)구조물이나 그래파이트(graphite), DLC(Diamond Like Carbon) 등의 탄소계 물질 그리고 최근 나노 튜브(Nano Tube)나 나노 와이어(Nano Wire) 등의 나노 물질을 전자 방출원으로 적용한 소자가 개발되고 있다.
도 1에는 종래의 전자 방출 소자를 포함하는 전자 방출형 백라이트 유닛의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 전자 방출형 백라이트 유닛(100)은, 전자 방출 소자(101)와 전면 패널(102)을 구비한다. 상기 전면 패널(102)은 전면 기판(90), 상기 전면 기판(90)의 하면에 형성된 제3 전극(80), 상기 제3 전극(80) 상에 도포된 형광체층(70)을 구비한다.
상기 전자 방출 소자(101)는 상기 전면 기판(90)과 대향하여 평행하게 배치된 베이스 기판(10), 상기 베이스 기판(10)상에 스트라이프 형태로 형성된 제1 전극(20), 상기 제1 전극(20)과 평행하게 스트라이프 형태로 형성된 제2 전극(30), 상기 제1 전극(20)과 제2 전극(30)의 주위에 배치된 전자 방출층(40)(50)을 구비한다. 상기 제1 전극(20)과 상기 제2 전극(30)을 둘러싸는 전자 방출층(40)(50)들의 사이에는 전자 방출 갭(G)이 형성되어 있다.
상기 전면 패널(102)과 전자 방출 소자(101)의 사이에는 대기압보다 낮은 진공 공간(103)이 형성되며, 상기 전면 패널(102)과 전자 방출 소자(101)사이의 진공 상태에 의해 발생되는 압력을 지지하기 위해 상기 전면 패널(102)과 상기 전자 방출 소자(101)의 사이에는 소정 간격으로 스페이서(60)들이 배치된다.
이러한 구성을 가지는 종래의 전자 방출 소자에서는, 제1 전극(20)과 제2 전극(30) 사이에 형성되는 전계에 의해 상기 전자 방출층(40)(50)으로부터 전자가 방출된다. 제1 전극(20) 및 제2 전극(30) 중 음극으로 작용하는 전극 주위에 배치된 전자 방출층(40)(50)에서 전자가 방출된다. 방출된 전자는 초기에 양극으로 작용하는 전극을 향해 진행하다가 제3 전극(80)의 강한 전계에 이끌려 형광체층(70)을 향하여 가속되게 된다.
그런데, 종래의 전자 방출층(40)(50) 형성 방법은 제조 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 전자 방출층 형성의 최적 조건을 확립하기가 힘들고, 공정 중에 전자 방출층에 영향을 주어 최종 전자 방출 특성을 감소시키는 문제점이 존재하였다. 다시 말하면, 스크린 프린팅 또는 스핀 코팅과 같은 종래의 공정으로는 전자 방출층(40)(50) 사이의 간격을 전자 방출 소자의 구동에 최적화된 간격으로 형성할 수 없다는 문제점이 존재하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전극 간격의 조절만으로 전자 방출층의 간격이 조절되어 제조가 용이한 전자 방출 소자를 제공하는 것이다. 또한, 이러한 전자 방출 소자를 구비하여 낮은 구동 전압으로도 구동 가능한 전자 방출형 백라이트 유닛을 제공하는 것이다. 또한, 제조 공정이 단순화된 새로운 전자 방출 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 베이스 기판; 상기 베이스 기판상에서 일 방향을 따라 형성되는 제1 전극; 상기 베이스 기판상에서 상기 일 방향을 따라 상기 제1 전극과 소정 간격을 두고 나란하게 형성되는 제2 전극; 상기 제1 전극 상부에 형성되는 제1 전자 방출층; 및 상기 제2 전극 상부에 형성되는 제2 전자 방출층을 포함하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 상기 간격과, 상기 제1 전자 방출층과 상기 제2 전자 방출층 사이의 간격은 실질적으로 동일하도록 형성되는 전자 방출 소자를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 상기 간격은 1㎛ 이상 30㎛ 이하의 범위로 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 간격을 조절함으로써, 상기 제1 전자 방출층과 상기 제2 전자 방출층 사이의 간격이 조절 가능하도록 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 전자 방출층과 상기 제2 전자 방출층은 카바이드 유도 탄소와 탄소 나노 튜브 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제1 전자 방출층은 실질적으로 동일한 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 전극과 상기 제2 전자 방출층은 실질적으로 동일한 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
다른 측면에 관한 본 발명은, 제 1 항의 전자 방출 소자; 상기 전자 방출 소자의 전자 방출층에 대향하는 위치에 배치된 형광체층; 및 상기 형광체층을 향하여 전자 방출 소자에서 방출된 전자를 가속시키는 제3 전극을 포함하는 전자 방출형 백라이트 유닛을 제공한다.
또 다른 측면에 관한 본 발명은, 베이스 기판상에 소정 간격을 두고 나란하게 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제1 전극의 상부 및 상기 제2 전극의 상부에, 상기 제1 전극 또는 제2 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 상기 간격과 실질적으로 동일한 간격을 갖도록 제1 전자 방출층 및 제2 전자 방출층을 형성하는 단계를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 상기 간격이 1㎛ 이상 30㎛ 이하의 범위가 되도록 상기 제1 전극 및 제2 전극을 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 전자 방출층 및 제2 전자 방출층을 형성하는 단 계는, 상기 제1 전자 방출층 및 제2 전자 방출층 사이의 상기 간격이 1㎛ 이상 30㎛ 이하의 범위 내에서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 상기 간격과 동일하도록 상기 제1 전자 방출층 및 제2 전자 방출층을 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 전자 방출층 및 제2 전자 방출층을 형성하는 단계는, 상기 베이스 기판, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 덮도록 전자 방출층을 형성할 소재를 적층하고, 전자 방출층 소재를 패터닝하여 상기 제1 전극의 상부 및 상기 제2 전극의 상부에 전자 방출층을 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 전자 방출층 및 제2 전자 방출층을 형성하는 단계는, 후면 노광(back exposure)에 의해서 수행될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 전자 방출층 및 제2 전자 방출층을 형성하는 단계는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 마스크로 사용하여 전자 방출층을 형성할 소재를 부분적으로 경화시키는 노광 공정; 및 현상액을 사용하여 경화되지 않은 전자 방출층을 형성할 소재를 제거하는 현상 공정을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출형 백라이트 유닛 및 그 제조 방법에 의하면, 전극의 간격 조절만으로 전자 방출층 사이의 최적 간격을 형성함으로써, 전자 방출층을 형성하는 공정이 단순화될 수 있어 효율적이다. 또한, 형성된 카바이드 유도 탄소 박막층의 전자 방출 효율이 우수하여 에너지 소비를 감소시키고 전자 방출 표시 소자의 휘도를 향상시킬 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 2에는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 부분 절개 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 제1 전극과 제2 전극 사이에 작용하는 전기장과 전류 밀도의 상관 관계를 나타내는 그래프가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 전자 방출 소자(201)는 베이스 기판(110), 제1 전극(120), 제2 전극(130), 제1 전자 방출층(140) 및 제2 전자 방출층(150)을 포함한다.
상기 베이스 기판(110)은 소정의 두께를 가지는 판상의 부재로, 석영 유리, 소량의 Na과 같은 불순물을 함유한 유리, 판유리, SiO2가 코팅된 유리 기판, 산화 알루미늄 또는 세라믹 기판이 사용될 수 있다. 또한, 플렉서블 디스플레이 장치(flexible display apparatus)를 구현하는 경우에는 유연한 재질이 사용될 수도 있다.
상기 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)은 각각 복수 개가 교대로 서로 이격되어 상기 베이스 기판(110) 상에 일 방향으로 연장되도록 배치되고, 통상의 전기 도전 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, Al, Ti, Cr, Ni, Au, Ag, Mo, W, Pt, Cu, Pd 등의 금속 또는 그 합금으로 만들어질 수 있다. 또는, Pd, Ag, RuO2, Pd-Ag 등의 금속, 또는 금속 산화물과 유리로 구성된 인쇄된 도전체로 만들어질 수 있다. 또는, ITO, In2O3 또는 SnO2 등의 투명 도전체, 또는 다결정실리콘(polysilicon) 등의 반도체 물질로 만들어질 수 있다.
여기서, 상기 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이의 간격은 대략 1㎛ 내지 30㎛의 범위에 속하는 것이 바람직하다. 상기 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이의 간격에 대하여는 뒤에서 자세히 기술한다.
제1 전극(120)의 상부에는 제1 전자 방출층(140)이 형성되고, 제2 전극(130)의 상부에는 제2 전자 방출층(150)이 형성된다. 또한, 제1 전자 방출층(140)은 제1 전극(120)과 전기적으로 연결되도록 형성되고, 제2 전자 방출층(150)은 제2 전극(130)과 전기적으로 연결되도록 형성된다.
제1 전자 방출층(140) 및 제2 전자 방출층(150)은 전자 방출 물질로서 카바이드 유도 탄소를 포함하여 형성될 수 있다. 카바이드 유도 탄소는 카바이드 화합물을 할로겐족 원소 함유 기체와 열화학 반응시켜서 카바이드 화합물 내의 탄소를 제외한 나머지 원소를 추출하는 과정을 통해 제조될 수 있다.
카바이드 화합물은 SiC4, B4C, TiC, ZrCx, Al4C3, CaC2, TixTayC, MoxWyC, TiNxCy 및 ZrNxCy로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 카바이드 화합물일 수 있다. 그리고 할로겐족 원소 함유 기체는 Cl2, TiCl4 또는 F2 기체일 수 있다. 카바이드 유도 탄소를 포함하는 전자 방출층은 전자 방출 균일성이 뛰어나고 긴 수명을 가진다. 카바이드 유도 탄소는 구조적으로는 카본 나노 튜브와 반대의 형상을 가지는 구조이지만, 전계가 형성되는 경우에 이로부터 전자가 방출되는 특성을 가지는 점은 카본 나노 튜브와 마찬가지이다.
또는, 전자 방출층(140)(150)에 포함되는 전자 방출 물질로는 일함수가 작고, 베타 함수가 큰 카본 나노 튜브(Carbon Nano Tube: CNT)가 사용될 수도 있다. 카본 나노 튜브는 전자 방출 특성이 우수하여 저전압 구동이 용이하므로, 이를 전자 방출원으로 사용하는 장치의 대면적화에 유리하다. 또는, 전자 방출 물질로 그라파이트, 다이아몬드 및 다이아몬드 상 카본 등의 카본계 물질이나, 또는 나노 튜브, 나노 와이어, 나노 로드 등의 나노 물질이 사용될 수도 있다.
한편, 도 2에서는 본 발명에 따른 전자 방출 소자(201)의 구성을 설명하면서 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)의 상부에 각각 전자 방출층(140)(150)이 형성되어 있는 것으로 도시되어 있다. 이와 같이 구성하는 경우에는 제1 전극(120)과 제2 전극(130)을 서로 역할을 교대하여 구동할 수 있어 전자 방출 소자의 수명을 두 배 이상 증대시킬 수 있게 된다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 관한 전자 방출 소자(201)는 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이의 간격이, 제1 전자 방출층(140)과 제2 전자 방출층(150) 사이의 간격과 실질적으로 동일하도록 형성되는 것을 일 특징으로 한다. 나아가, 상기 간격은 1㎛ 이상 30㎛ 이하의 범위로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상세히, 종래의 전자 방출층 형성 방법은 제조 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 전자 방출층 형성의 최적 조건을 확립하기가 힘들고, 공정 중에 전자 방출층에 영향을 주어 최종 전자 방출 특성을 감소시키는 문제점이 존재하였다. 다시 말하면, 스크린 프린팅 또는 스핀 코팅과 같은 종래의 공정으로는 전자 방출층 사이의 간격 을 최적화된 간격으로 형성할 수 없다는 문제점이 존재하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 관한 전자 방출 소자(201)는 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이 간격의 조절만으로 제1 전자 방출층(140)과 제2 전자 방출층(150)의 간격이 조절되도록 하여, 제조가 용이한 전자 방출 소자를 제공하는 것을 일 특징으로 한다.
도 3에서 가로축은 제1 전극과 제2 전극 사이에 작용하는 전기장(eletric field)을 나타내며 그 단위는 단위 길이당 전압(V/㎛)이고, 세로축은 제1 전극과 제2 전극 사이에 작용하는 전류 밀도(current density)를 나타내며 그 단위는 단위 면적당 전류(㎂/㎠)이다.
도 3을 참조하면, 전기장(eletric field)이 4V/㎛ 이하인 범위에서는 최대 전류 밀도가 거의 0에 가까움을 알 수 있으며, 따라서 전기장(eletric field)이 최소한 4V/㎛ 이상은 되어야만 전자 방출 소자의 구동이 가능하다. 이때, 전기장(eletric field)은 제1 전극과 제2 전극 사이의 간격에 대한 구동 전압의 비(比)이다. 그런데, 전자 방출 소자를 구비한 백라이트 유닛에서 사용하는 구동 IC는 120V 용을 사용하는 것이 일반적이다. 따라서, 이와 같은 120V 용 구동 IC를 사용할 경우, 전기장(eletric field)이 4V/㎛ 이상 되기 위해서는 제1 전극과 제2 전극 사이의 간격이 1㎛ 이상 30㎛ 이하의 범위로 형성되어야 함을 알 수 있다.
만약 250V 용 구동 IC를 사용할 경우에는, 제1 전극과 제2 전극 사이의 간격이 30㎛일 때 전기장(eletric field)은 약 8.3V/㎛ 이 되고, 따라서 최대 전류 밀도는 700~800㎂/㎠가 되기 때문에, 백라이트 유닛의 구동은 가능할 것으로 보인다. 그러나, 이와 같이 고전압이 사용될 경우, 높은 전압으로 인한 아킹 현상이 발생하고, 소비전력이 증가하며, 전자 방출 소자의 수명이 단축되는 등의 문제점이 발생할 수 있을 것이다. 따라서, 제1 전극과 제2 전극 사이의 간격은 30㎛ 이하의 범위로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 현재의 기술 수준을 고려하였을 때, 제1 전극과 제2 전극 사이의 간격을 1㎛ 이하로 형성하는 것은 현실적으로 용이하지 아니하며, 실제로 1㎛ 이하로 형성 가능하다 하더라도 경제성 등을 고려하였을 때, 제1 전극과 제2 전극 사이의 간격은 1㎛ 이상으로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 제1 전자 방출층(140)과 상기 제2 전자 방출층(150) 사이의 간격(w3)은 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이의 간격(w3)과 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이의 간격(w3)이 30㎛로 형성될 경우, 제1 전자 방출층(140)과 상기 제2 전자 방출층(150) 사이의 간격(w3) 또한 30㎛로 형성될 수 있다.
상세히, 현재 메탈 패터닝(metal patterning)을 이용한 전극 사이의 간격 조절은 나노 스케일(nano scale)까지 조절 가능한 수준이다. 따라서 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이의 간격은 메탈 패터닝(metal patterning)을 통하여 1㎛ 이상 30㎛ 이하의 범위로 용이하게 형성될 수 있다. 이에 반하여, 스크린 프린팅 또는 스핀 코팅과 같은 종래의 공정으로는 전자 방출층 사이의 간격을 1㎛ 이상 30㎛ 이하의 범위로 형성하는 것이 용이하지 아니하였다.
따라서, 본 발명에서는 전자 방출층 형성용 물질을 양성(positive type) 광반응 페이스트로 제작하여 제1 전극(120) 및 제2 전극(130) 상에 전자 방출층을 형 성하고, 이를 후면 노광(back exposure) 및 현상하여 제1 전자 방출층(140) 및 제2 전자 방출층(150)을 형성한다.
이와 같이, 제1 전극(120) 및 제2 전극(130) 상에 전자 방출층 형성용 물질을 형성하고, 이를 후면 노광(back exposure)하여 제1 전자 방출층(140) 및 제2 전자 방출층(150)을 형성하기 때문에, 제1 전극(120)과 제1 전자 방출층(140)의 폭(w1)이 서로 실질적으로 동일하도록 형성되고, 제2 전극(130)과 제2 전자 방출층(150)의 폭(w2)이 서로 실질적으로 동일하도록 형성되고, 따라서 제1 전극(120) 및 제2 전극(130) 사이의 간격(w3)과 제1 전자 방출층(140) 및 제2 전자 방출층(150) 사이의 간격(w3)이 서로 실질적으로 동일하도록 형성되는 것이다.
이와 같은 본 발명에 의해서, 최적의 전극 간 간격 및 최적의 전자 방출층 간 간격을 갖는 전자 방출 소자를 제조할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이의 간격을 조절하는 것만으로 제1 전자 방출층(140)과 제2 전자 방출층(150) 사이의 간격을 조절할 수 있기 때문에 제조 공정이 매우 단순해지는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 별도의 희생층 공정이 불필요하기 때문에, 희생층 형성 및 제거 공정에서 발생하는 전자 방출층 표면의 오염을 방지하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 전극을 용이하게 형성할 수 있고, 박막 공정이 생략됨으로써, 스퍼터(sputter) 장비 등의 투자비 절감 효과를 얻을 수 있다. 또한, 전극의 상측 표면의 전체에 넓게 전자 방출 물질이 도포됨으로써, 전극과 전자 방출 물질 사이의 접합점이 증가하여 전자 방출 효율이 증가하는 효과를 얻을 수 있다.
도 4에는 도 2에 도시된 전자 방출 소자를 포함하는 전자 방출형 백라이트 유닛의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 4에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 전자 방출형 백라이트 유닛(200)은, 도 2에 도시된 전자 방출 소자(201)와 상기 전자 방출 소자(201)의 전방에 배치된 전면 패널(102)을 포함한다.
상기 전자 방출 소자(201)에 대해서는 도 2를 참조하여 설명하였으므로 여기에서는 그 설명을 생략한다.
상기 전면 패널(102)은 가시광선을 투과할 수 있는 전면 기판(90), 상기 전면 기판(90)에 배치되고 상기 전자 방출 소자(201)에서 방출된 전자에 의해 여기되어 가시광선을 발생시키는 형광체층(70) 및 상기 형광체층을 향하여 상기 전자 방출 소자(201)에서 방출된 전자를 가속시키는 제3 전극(80)을 포함한다.
상기 전면 기판(90)은 앞서 설명한 베이스 기판(110)과 동일한 재질로 만들어질 수 있고, 가시광선을 투과하는 성질을 가지는 것이 바람직하다.
상기 제3 전극(80)은 앞서 설명한 제1 전극(120)이나 제2 전극(130)과 동일한 재질로 만들어질 수 있다. 여기서, 제3 전극(80)은 애노드 전극의 역할을 수행할 수 있다.
상기 형광체층(70)은 가속된 전자에 의해 여기되어 가시광선을 방생시키는 CL(Cathode Luminescence)형 형광체로 만들어진다. 상기 형광체층(70)에 사용될 수 있는 형광체로는 예를 들어, 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 형광체가 있다. 물론 여기에 언급한 형광체들로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 전자 방출형 백라이트 유닛(200)이 정상적으로 작동하기 위해서는 상기 형광체층(70)과 상기 전자 방출 소자(201) 사이의 공간은 진공으로 유지되어야 한다. 이를 위해 상기 형광체층(70)과 상기 전자 방출 소자(201)의 사이 간격을 유지하는 스페이서(60)와 진공 공간을 밀봉하는 글라스 프리트(glass frit)(미도시)가 더 사용될 수 있다. 상기 글라스 프리트는 위 진공 공간의 주위에 배치되어 진공 공간을 밀봉하는 기능을 한다.
이상과 같은 구조를 가지는 전자 방출형 백라이트 유닛(200)은 다음과 같은 방식으로 동작한다. 상기 전자 방출 소자(201)에 배치된 제1 전극(120)에는 (-) 전압이 인가되고, 제2 전극(130)에는 (+) 전압이 인가되어, 상기 제1 전극(120) 및 제2 전극(130) 사이에 형성된 전계에 의해 제1 전자 방출층(140)에서는 제2 전극(130)을 향하여 전자가 방출된다. 이때, 상기 제3 전극(80)에 상기 제2 전극(130)에 인가된 (+) 전압보다 휠씬 더 큰 (+) 전압이 인가되면, 상기 제1 전자 방출층(140)에서 방출된 전자는 상기 제3 전극(80)을 향하여 가속된다. 전자는 제3 전극(80)과 인접한 형광체층(70)을 여기시켜 가시광선이 발생하게 된다. 이러한 전자의 방출은 상기 제2 전극(130)에 인가되는 전압에 의해 제어가 가능하다.
물론 제1 전극(120)에 반드시 (-) 전압이 인가되어야 하는 것은 아니며 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이에 전자 방출에 필요한 적절한 전위 차가 형성되기만 하면 된다.
또한, 제1 전자 방출층(140)과 제2 전자 방출층(150)이 서로 대향하는 구조로 형성되어 있기 때문에, 제1 전극(120)과 제2 전극(130)에 걸리는 (-) 전압과 (+) 전압을 교대로 인가함으로써 바이폴라(bipolar) 구동이 가능해지고, 따라서 전자 방출층의 수명이 증가하고, 백 라이트 유닛의 휘도가 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
도 4에 도시된 전자 방출형 백라이트 유닛(200)은 면광원으로서 TFT-LCD와 같은 수발광 표시 소자(non-emissive display device)의 백라이트 유닛(backlight unit)으로 사용될 수 있다. 또한, 단순히 면광원으로서 가시광선을 발생시키는 것이 아니라 화상을 구현하기 위해서, 또는 디밍(dimming) 기능을 갖는 백라이트 유닛을 구성하기 위해서는 상기 전자 방출 소자(201)의 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)이 서로 교차하도록 배치되는 것이 바람직하다. 이를 위해 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 중 하나가 주전극부와 가지전극부를 가지는 형태로 만들어져서 주전극부는 다른 전극과 서로 교차되고, 가지전극부는 주전극부로부터 돌출되어 다른 전극과 대향하도록 배치되며, 전자 방출층은 가지전극부 또는 가지전극부와 마주하는 부분에 형성되도록 만들어질 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 5a 내지 도 5e에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법을 단계적으로 보여주는 단면도들이 도시되어 있다.
먼저, 베이스 기판(110) 상에 전극 재료(125)를 적층한다(도 5a). 이 과정은 전극 재료가 금속인 경우 증착 등의 방법에 의해 이루어질 수 있다.
그 다음, 적층된 전극 재료를 패터닝하여 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)을 형성한다(도 5b).
그 다음, 베이스 기판(110) 및 전극(120)(130)을 덮도록 전자 방출층(140)(150)을 형성할 소재(145)를 적층한다(도 5c). 여기서, 전자 방출층(140)(150)을 형성할 소재(145)는 양성(positive type) 광반응 페이스트로 제작될 수 있다.
그 다음, 전자 방출층 소재(145)를 패터닝하여 제1 전극(120)의 상부 및 제2 전극(130)의 상부에 각각 제1 전자 방출층(140) 및 제2 전자 방출층(150)이 남도록 함으로써(도 5d), 전자 방출 소자를 완성한다(도 5e).
여기서, 전자 방출층 소재(145)를 노광하는 과정은 후면 노광(back exposure)에 의해서 수행될 수 있다. 이와 같이, 전자 방출층 소재(145)의 노광이 후면 노광(back exposure)에 의해서 수행될 경우, 제1 전극(120) 및 제2 전극(130) 이 마스크 역할을 수행함으로써, 별도의 마스크 공정이 불필요하게 되어, 전자 방출 소자의 제조 과정이 간단해지고 제조 비용이 감소하는 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이의 간격을 조절하는 것만으로 제1 전자 방출층(140)과 제2 전자 방출층(150) 사이의 간격을 조절할 수 있기 때문에 제조 공정이 매우 단순해지는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 별도의 희생층 공정이 불필요하기 때문에, 희생층 형성 및 제거 공정에서 발생하는 전자 방출층 표면의 오염을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
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 할 것이다.
도 1은 종래의 전자 방출형 백라이트 유닛의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 부분 절개 사시도.
도 3은 전기장과 전류 밀도의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 전자 방출 소자를 구비한 전자 방출형 백라이트 유닛의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법을 단계적으로 보여주는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 110: 베이스 기판 20, 120: 제1 전극
30, 130: 제2 전극 40, 50, 140, 150: 전자 방출층
60: 스페이서 70: 형광체층
80: 애노드 전극 90: 전면 기판
100, 200: 전자 방출형 백라이트 유닛
101, 201: 전자 방출 소자 102: 전면 패널

Claims (13)

  1. 베이스 기판;
    상기 베이스 기판상에서 일 방향을 따라 형성되는 제1 전극;
    상기 베이스 기판상에서 상기 일 방향을 따라 상기 제1 전극과 소정 간격을 두고 나란하게 형성되는 제2 전극;
    상기 제1 전극 상부에 형성되는 제1 전자 방출층; 및
    상기 제2 전극 상부에 형성되는 제2 전자 방출층을 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 상기 간격과, 상기 제1 전자 방출층과 상기 제2 전자 방출층 사이의 간격은 실질적으로 동일하도록 형성되는 전자 방출 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 상기 간격은 1㎛ 이상 30㎛ 이하의 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 간격을 조절함으로써, 상기 제1 전자 방출층과 상기 제2 전자 방출층 사이의 간격이 조절 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전자 방출층과 상기 제2 전자 방출층은 카바이드 유도 탄소와 탄소 나노 튜브 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제1 전자 방출층은 실질적으로 동일한 폭을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 전극과 상기 제2 전자 방출층은 실질적으로 동일한 폭을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  7. 제 1 항의 전자 방출 소자;
    상기 전자 방출 소자의 전자 방출층에 대향하는 위치에 배치된 형광체층; 및
    상기 형광체층을 향하여 전자 방출 소자에서 방출된 전자를 가속시키는 제3 전극을 포함하는 전자 방출형 백라이트 유닛.
  8. 베이스 기판상에 소정 간격을 두고 나란하게 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 전극의 상부 및 상기 제2 전극의 상부에, 상기 제1 전극 또는 제2 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 상기 간격과 실질적으로 동일한 간격을 갖도록 제1 전자 방출층 및 제2 전자 방출층을 형성하는 단계를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계는,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 상기 간격이 1㎛ 이상 30㎛ 이하의 범위가 되도록 상기 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 전자 방출층 및 제2 전자 방출층을 형성하는 단계는,
    상기 제1 전자 방출층 및 제2 전자 방출층 사이의 상기 간격이 1㎛ 이상 30㎛ 이하의 범위 내에서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 상기 간격과 동일하도록 상기 제1 전자 방출층 및 제2 전자 방출층을 형성하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 전자 방출층 및 제2 전자 방출층을 형성하는 단계는,
    상기 베이스 기판, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 덮도록 전자 방출층을 형성할 소재를 적층하고, 전자 방출층 소재를 패터닝하여 상기 제1 전극의 상부 및 상기 제2 전극의 상부에 전자 방출층을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 전자 방출층 및 제2 전자 방출층을 형성하는 단계는,
    후면 노광(back exposure)에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 전자 방출층 및 제2 전자 방출층을 형성하는 단계는,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 마스크로 사용하여 전자 방출층을 형성할 소재를 부분적으로 경화시키는 노광 공정; 및
    현상액을 사용하여 경화되지 않은 전자 방출층을 형성할 소재를 제거하는 현상 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
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