KR102189353B1 - Fabrication of Field Emission Device using high UV transmittance anode structure and Method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자외광 고투과성 단결정 양극기판 기반 면발광 소자 및 그의 제작방법에 관한 것으로 스페이서에 의해 이격 배치되는 양극과 음극으로 구성되는 면발광소자에 있어서, 상기 양극은 사파이어 소재나 자외광 고투과성 투명소재로 이루어진 단결정 양극기판, 금속으로 스크린 프린팅을 이용해 전극 패터닝되어 형성되는 전극층, 형광체 박막; 을 포함하여 구성되고, 상기 음극은, ITO기판이 사용되는 음극기판, 상기 음극기판 일면에 인쇄되어 고정된 전계방출용 탄소나노튜브팁으로 구성되어 양극에 고품질의 형광층 박막의 성장과 자외광 투과도 증가를 확보할 수 있도록 한다.The present invention relates to a surface light emitting device based on a single crystal anode substrate having high transmittance of ultraviolet light, and a method of manufacturing the same, in the surface light emitting device comprising an anode and a cathode that are spaced apart by a spacer, wherein the anode is a sapphire material or a highly transparent ultraviolet light A single crystal anode substrate made of a material, an electrode layer formed by patterning an electrode using screen printing with metal, and a phosphor thin film; The cathode is composed of a cathode substrate using an ITO substrate, and a carbon nanotube tip for field emission fixed by being printed on one side of the cathode substrate, and the growth of a high-quality fluorescent layer thin film on the anode and ultraviolet light transmittance Make sure to secure an increase.

Description

자외광 고투과성 단결정 양극기판 기반 면발광 소자 및 그의 제작방법{Fabrication of Field Emission Device using high UV transmittance anode structure and Method thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field emission device using high UV transmittance anode structure and method thereof

본 발명은 면발광 소자의 및 그의 제작 방법으로, 자외광 투과도가 높은 사파이어 기판이나 고투과성 투명 기판으로 이루어진 단결정 양극 기판 위에 금속 전극형상을 형성한 자외광 면발광 소자를 제작하여 자외광 흡수 손실을 낮추어 양질의 발광층을 확보하는 높은 자외광 투과도를 갖는 단결정 기판 양극을 활용한 면발광 소자 및 그의 제작 방법에 관한 것이다. The present invention is a surface light emitting device and a method of manufacturing the same, by manufacturing an ultraviolet light surface light emitting device in which a metal electrode shape is formed on a sapphire substrate having high ultraviolet light transmittance or a single crystal anode substrate made of a highly transparent transparent substrate to reduce ultraviolet light absorption loss. The present invention relates to a surface light-emitting device using a single crystal substrate anode having a high ultraviolet light transmittance and a method of manufacturing the same.

자외광원(UV-A,B,C)은 반도체 식각공정용 노광용 광원, 살균 작용이나 광화학 반응을 이용한 환경분야, 의료용 살균, 또는 환경오염 물질의 분해나 수질 관리 등의 분야에 폭넓은 응용이 기대되고 있다.Ultraviolet light sources (UV-A, B, C) are widely applied in fields such as exposure light sources for semiconductor etching processes, environmental fields using sterilization or photochemical reactions, medical sterilization, or decomposition of environmental pollutants or water quality management. I am looking forward to it.

종래의 자외광원은 주로 수은램프 (발광파장 ~ 254nm)가 이용되고 있다. 그러나 수은 램프의 경우 고전압원이 필요하고, 동작개시 시간이 늦으며 수명이 짧은 여러가지 문제점을 갖고 있다. The conventional ultraviolet light source is mainly a mercury lamp (luminescence wavelength ~ 254nm) is used. However, a mercury lamp requires a high voltage source, has a delayed start-up time, and has a short lifespan.

최근 상용화 중인 자외광 LED(Light Emitting Diode)의 경우에도 210nm 까지의 단파장에서의 자외광의 발광이 보고되고 있지만, 자외광 LED의 가격은 매우 높은 편이며, 발광 출력이나 외부 양자 효율, 광추출 효율 등에 대하여 아직도 많은 개선이 필요한 상황이다. In the case of ultraviolet light emitting diodes (LEDs) that are commercially available recently, ultraviolet light emission at a short wavelength of up to 210 nm has been reported, but the price of ultraviolet light LEDs is very high, and luminous output, external quantum efficiency, and light extraction efficiency There is still a need for much improvement on the back.

자외광을 비롯하여 파장이 짧아질수록, 대부분의 광학재료에 대해서 높은 투과손실을 보인다. 이는 광학재료 중으로 자외광이 전파될 수 있는 침투깊이 (penetration depth)가 짧아지는 것을 의미한다. 따라서 자외광 파장의 응용에 있어서는 기존의 점광원에 대비하여 넓은 면적에 대한 조사가 가능한 면발광소자가 훨씬 적합하다고 할 수 있다. 하지만 이러한 연구는 부족한 상황이다. The shorter the wavelength including ultraviolet light, the higher the transmission loss for most optical materials. This means that the penetration depth through which ultraviolet light can propagate into the optical material is shortened. Therefore, in the application of ultraviolet light wavelength, it can be said that a surface light emitting device capable of irradiating a wide area compared to the conventional point light source is more suitable. However, such research is insufficient.

종래의 면발광소자로는 플라즈마 디스플레이 (Plasma display)나 Field Emission Device (FED)등 평판형 디스플레이와 Electroluminescence (EL) 소자 등을 예로 들 수 있다. 이러한 소자들의 공통점은 여러 가지 방법을 동원하여 발광에 필요한 에너지를 넓은 면적을 갖는 발광층에 공급하여 넓은 면적에서 발광이 일어나도록 하는 것이다. Conventional surface light emitting devices include flat-panel displays such as a plasma display or a field emission device (FED), and an electroluminescence (EL) device. The common point of these devices is that various methods are used to supply energy required for light emission to a light emitting layer having a large area so that light emission occurs in a large area.

자외광 소자에 대해서도 자외광을 효과적으로 활용할 수 있는 발광소자가 필요할 것으로 여겨져 다양한 자외광 발광소자의 제조 방법이 발명되었는데 공개특허공보 10-2012-0064866 '전계발광형 자외광 발광소자 및 그 제조방법', 등록특허공보 10-0991875 '전자 방출식 발광소자 및 발광방법', 등록특허공보 10-0312510 '카본 나노튜브를 이용한 전계방출소자' 등이 이와 같은 기술에 해당된다.It is believed that a light emitting device that can effectively utilize ultraviolet light is needed for an ultraviolet light device, and thus various methods of manufacturing an ultraviolet light emitting device were invented. Korean Patent Publication 10-2012-0064866'Electroluminescent ultraviolet light emitting device and its manufacturing method' , Patent Publication No. 10-0991875'Electron emission type light emitting device and light emitting method', and Patent Publication No. 10-0312510'Field emission device using carbon nanotubes' correspond to such technologies.

상기 '전계발광형 자외광 발광소자 및 그 제조방법'은 ITO가 코팅된 실리콘다이옥사이드 기판위에 ZnO 나노막대를 사용한 음극, ITO가 코팅된 실리콘다이옥사이드 기판위에 AIN 발광층을 사용한 양극의 구조에 면광원의 구현을 가능하게 하나, 기판 상에서 효율적인 자외광 흡수에는 한계가 있다.The'electroluminescent ultraviolet light emitting device and its manufacturing method' is a surface light source in the structure of a cathode using a ZnO nanorod on an ITO-coated silicon dioxide substrate, and an anode using an AIN emission layer on an ITO-coated silicon dioxide substrate. However, there is a limit to the efficient absorption of ultraviolet light on the substrate.

상기 '전자 방출식 발광소자 및 발광방법'은 음극구조, 양극구조, 형광층 및 저압 기제층으로 구성되어 희박한 기체 및 진공(가능한한 진공)을 사용하여 비교적 높은 발광 효율을 가지고 제작이 용이하나, 효율적인 자외광 흡수와 전극 패턴의 형상 및 두께 응용에 한계가 있다.The'electron emission type light emitting device and light emitting method' is composed of a cathode structure, an anode structure, a fluorescent layer and a low pressure base layer, and is easy to manufacture with relatively high luminous efficiency using a lean gas and vacuum (vacuum as possible). There is a limit to the effective absorption of ultraviolet light and the application of the shape and thickness of the electrode pattern.

상기 '카본 나노튜브를 이용한 전계방출소자'는 음극, 카본 나노튜브 이미터, 게이트전극, 보호층으로 구성되어 탄소나노튜브가 보호층에 의해 양극에 직접 노출되지 않아 양극에 고전압을 인가할 수 있으므로 고전압 형광체를 이용하는 표시소자에 적용할 수 있으나, 효율적인 자외광 흡수, 면발광 구현의 한계로 대면적 광원을 비롯한 응용에 제한이 있다. The'field emission device using carbon nanotubes' consists of a cathode, a carbon nanotube emitter, a gate electrode, and a protective layer, so that the carbon nanotubes are not directly exposed to the anode by the protective layer, so a high voltage can be applied to the anode. Although it can be applied to a display device using a high-voltage phosphor, applications including large-area light sources are limited due to the limitation of efficient ultraviolet light absorption and surface emission.

공개특허공보 10-2012-0064866 '전계발광형 자외광 발광소자 및 그 제조방법'Unexamined Patent Publication 10-2012-0064866'Electroluminescent ultraviolet light emitting device and its manufacturing method' 등록특허공보 10-0991875 '전자 방출식 발광소자 및 발광방법'Registered Patent Publication 10-0991875'Electron emission type light emitting device and light emitting method' 등록특허공보 10-0312510 '카본 나노튜브를 이용한 전계방출소자'Registered Patent Publication 10-0312510'Field emission device using carbon nanotubes'

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 단결정 양극기판을 사파이어나 자외광 고투과성 재료로 사용함으로써 자외광의 흡수손실을 낮추는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to improve the problems of the prior art, and to reduce the absorption loss of ultraviolet light by using a single crystal anode substrate as a material having sapphire or high transmittance of ultraviolet light.

또한 본 발명은 양극기판 일면이 스크린 프린팅에 의해 전극 패터닝되는 전극층을 형성함으로써 다양한 패턴의 형상 및 두께가 가능한 것을 목적으로 한다.In addition, it is an object of the present invention to form an electrode layer on which one surface of an anode substrate is electrode patterned by screen printing, thereby enabling various patterns and thicknesses.

또한 본 발명은 대면적으로 발광하는 면발광 소자를 제작하여 양질의 발광층을 확보하며 살균효율을 증가시키는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to secure a high-quality light-emitting layer by fabricating a surface-emitting device that emits light over a large area and to increase sterilization efficiency.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 스페이서에 의해 이격 배치되는 양극과 음극으로 구성되는 면발광소자에 있어서, 상기 양극은, 사파이어 소재와 자외광 고투과성 투명소재 중에서 선택된 어느 하나의 재질로 이루어진 단결정 양극기판; 상기 단결정 양극기판 일면이 스크린 프린팅에 의해 전극 패터닝되어 형성되는 전극층; 상기 전극층이 형성된 단결정 양극기판의 일면이 PSD(Pulsed Sputter Deposition)로 성장되어 형성된 형광체 박막; 을 포함하여 구성되고, 상기 음극은,In order to achieve the above object, the present invention is a surface light emitting device consisting of an anode and a cathode spaced apart by a spacer, wherein the anode is a single crystal made of any one material selected from a sapphire material and a transparent material having high transmittance to ultraviolet light. Anode substrate; An electrode layer formed by electrode patterning on one surface of the single crystal anode substrate by screen printing; A phosphor thin film formed by growing one surface of the single crystal anode substrate on which the electrode layer is formed in a pulsed sputter deposition (PSD); Consisting of including, the cathode,

ITO기판이 사용되는 음극기판; 상기 음극기판 일면에 인쇄되어 고정된 전계방출용 탄소나노튜브팁; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자외광 고투과성 단결정 양극기판 기반 면발광 소자를 기술적 요지로 한다.A negative electrode substrate using an ITO substrate; A carbon nanotube tip for field emission fixed by being printed on one surface of the negative electrode substrate; A surface light-emitting device based on a single crystal anode substrate having high transmittance to ultraviolet light, characterized in that it is configured to include, as a technical gist.

또한, 음극기판에 전계방출용 탄소나노튜브팁이 인쇄되고 고정되어 음극이 제작되는 음극제작단계: 단결정 양극기판의 일면이 전극 패터닝되어 전극층이 형성된 후 형광체 박막이 형성되어 양극이 제작되는 양극제작단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자외광 고투과성 단결정 양극기판 기반 면발광 소자 제작방법을 기술적 요지로 한다.In addition, a cathode manufacturing step in which a cathode is produced by printing and fixing a carbon nanotube tip for field emission on a cathode substrate: A cathode manufacturing step in which one surface of a single crystal anode substrate is patterned to form an electrode layer, and then a phosphor thin film is formed to produce an anode. ; A method of fabricating a surface light emitting device based on a single crystal anode substrate having high transmittance to ultraviolet light, characterized in that it comprises as a technical gist.

여기서, 상기 단결정 양극기판에 사파이어 기판과 자외광 고투과성 투명 기판 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 단결정 양극기판을 사용하며, 상기 단결정 양극기판의 일면에 금속전극이 인쇄된 후 AIN 형광체 박막이 형성되는 것을 특징으로 한다.Here, a single crystal anode substrate made of any one selected from a sapphire substrate and a transparent substrate having high transmission of ultraviolet light is used as the single crystal anode substrate, and an AIN phosphor thin film is formed after a metal electrode is printed on one surface of the single crystal anode substrate. do.

그리고, 상기 음극제작단계는, ITO 기판이 사용되는 음극기판 일면에 인쇄용 페이스트가 스크린프린팅을 통해 인쇄되어 전계방출용 탄소나노튜브팁이 형성되는 것을 특징으로 한다. In the negative electrode manufacturing step, the printing paste is printed on one surface of the negative electrode substrate using the ITO substrate through screen printing to form a carbon nanotube tip for field emission.

본 발명에 따른 높은 자외광 투과도를 갖는 단결정 기판 양극을 활용한 면발광 소자 및 그의 제작 방법에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.According to the surface light emitting device using the single crystal substrate anode having high ultraviolet light transmittance according to the present invention and a method of manufacturing the same, the following effects can be obtained.

첫째, 사파이어 소재와 자외광 고투과성 투명소재 중에서 선택된 어느 하나의 소재로 이루어진 단결정 양극기판을 사용함으로써 자외발광에 대한 투과도를 높이며 양질의 발광층 제작이 가능할 수 있다.First, by using a single crystal anode substrate made of any one material selected from a sapphire material and a transparent material having high transmittance of ultraviolet light, it is possible to increase the transmittance of ultraviolet light and produce a high-quality light emitting layer.

둘째, 전극층을 스크린 프린팅에 의해 전극 패터닝 하여 형성함으로써 패턴의 형상 및 두께에 따라 다양하게 응용 가능할 수 있다.Second, by forming the electrode layer by patterning the electrode by screen printing, it can be applied in various ways according to the shape and thickness of the pattern.

셋째, 면발광 소자를 제작함으로써 면광원의 구현과 대면적 광원의 구성을 용이하게 할 수 있다. Third, it is possible to easily implement a surface light source and configure a large area light source by fabricating the surface light emitting device.

도 1은 본 발명에 따른 자외광 고투과성 단결정 양극기판 기반 면발광 소자의 구성블록도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자외광 고투과성 단결정 양극기판 기반 면발광 소자의 구성을 보여주기 위한 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 형광체 박막 형성에 사용된 PSD(Pulse Sputter Deposition)의 모식도
도 4는 본 발명에 따른 양극 기판상의 전극 형성을 보여주기 위한 도면
도 5는 본 발명에 따른 전극층이 형성된 사파이어 기판 위에 형광체 박막(AIN막)을 형성한 단결정 양극기판을 보여주기 위한 도면 1 is a block diagram of a surface light emitting device based on a single crystal anode substrate having high transmittance to ultraviolet light according to the present invention.
2 is a diagram showing the configuration of a surface light emitting device based on a single crystal anode substrate having high transmittance of ultraviolet light according to an embodiment of the present invention
3 is a schematic diagram of PSD (Pulse Sputter Deposition) used to form a phosphor thin film according to an embodiment of the present invention
4 is a view for showing electrode formation on an anode substrate according to the present invention
5 is a view for showing a single crystal anode substrate in which a phosphor thin film (AIN film) is formed on a sapphire substrate on which an electrode layer is formed according to the present invention

이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명은 생략할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings, and when it is determined that a detailed description of a related known technology or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. will be.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention and may vary according to the intentions or customs of users and operators, and thus their definitions should be made based on the contents throughout the present specification describing the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 높은 자외광 투과도를 갖는 단결정 기판 양극을 활용한 면발광 소자는 도1에서와 같이 양극(100), 단결정 양극기판(110), 전극층(120), 형광체 박막(130), 음극(200), 음극기판(210), 탄소나노튜브팁(220)로 구성된다. A surface light emitting device using a single crystal substrate anode having a high ultraviolet light transmittance according to an embodiment of the present invention is an anode 100, a single crystal anode substrate 110, an electrode layer 120, and a phosphor thin film 130 as shown in FIG. , A negative electrode 200, a negative electrode substrate 210, consisting of a carbon nanotube tip 220.

양극(100)은 도 2에서와 같이 단결정 양극기판(110), 전극층(120), 형광체 박막(130)으로 구성된다.As shown in FIG. 2, the anode 100 includes a single crystal anode substrate 110, an electrode layer 120, and a phosphor thin film 130.

단결정 양극기판(110)은 사파이어 소재와 자외광 고투과성 투명소재 중에서 선택된 어느 하나의 소재로 이루어지고, 사파이어 소재의 기판을 사용할 경우 약 9eV의 밴드갭을 가져 자외발광에 대하여 고투과도를 가지게 하며 아세톤, 메탄올, 초순수물(DI water)에 각각 15분씩 초음파 세척한 후 물기를 제거하여 준비한다. The single crystal anode substrate 110 is made of any one material selected from a sapphire material and a transparent material having high transmittance to ultraviolet light, and when using a sapphire material substrate, it has a band gap of about 9 eV to have high transmittance to ultraviolet light and acetone. , Methanol, and ultrapure water (DI water) for 15 minutes each, after ultrasonic cleaning, and then prepare by removing water.

전극층(120)은 단결정 양극기판(110)의 일면이 은 페이스트를 재료로 스크린 프린팅에 의해 전극 패터닝되고 퍼니스를 이용해 150℃에서 90분간 열처리하여 형성되는데, 전극 패터닝에 사용되는 금속 페이스트는 은 페이스트 외에 알루미늄, 금, 니켈 과 같은 금속재료가 사용 가능하다. The electrode layer 120 is formed by electrode patterning on one surface of the single crystal anode substrate 110 using silver paste by screen printing and heat treatment at 150° C. for 90 minutes using a furnace. The metal paste used for electrode patterning is other than silver paste. Metal materials such as aluminum, gold and nickel can be used.

형광체 박막(130)는 도 3, 도 5에서와 같이 전극층(120)이 형성된 단결정 양극기판의 일면이 PSD(Pulsed Sputter Deposition)로 성장되어 형성되는데 PSD가 이루어지는 펄스 스퍼터 장치는 장치 내의 진공 챔버 상부의 샘플 홀더에 히터를 가지고, 진공 챔버 하부에 펄스 전원을 가지며, 진공 챔버 좌측에 아르곤과 반응하는 가스(질소)가 유입량이 조절되어 도입할 수 있고 유입구를 가지며 진공 챔버 우측에 진공 펌프가 설치되어 장치 내의 잔류 가스를 제거할 수 있도록 형성된 구조를 가진다. The phosphor thin film 130 is formed by growing one surface of a single crystal anode substrate on which the electrode layer 120 is formed in PSD (Pulsed Sputter Deposition) as shown in FIGS. 3 and 5. The device is equipped with a heater in the sample holder, a pulsed power supply in the lower part of the vacuum chamber, and the gas (nitrogen) reacting with argon in the left side of the vacuum chamber is controlled and introduced, and has an inlet, and a vacuum pump is installed on the right side of the vacuum chamber It has a structure formed to remove residual gas inside.

형광체 박막(130)이 성장되는 과정은 우선 펄스 스퍼터 장치의 상부에 전극층(120)이 형성된 단결정 양극기판(110)을 두고 이와 대향하여 하부에 알루미늄 타겟을 설치하고, 챔버 내의 진공도를 1.9x10-9Torr로 유지한 상태에서 단결정 양극기판(110)의 온도를 500℃로 유지하며 챔버 내에 아르곤 가스와 질소 가스를 주입하고 펄스 주파수는 50kHZ, off time은 2.0us로 설정된 상태에서 스퍼터링을 실시하여 단결정 양극기판(110) 및 전극층(120)의 위에 형광체 박막(AlN 박막)(130)이 형성된다.In the process of growing the phosphor thin film 130, first, the single crystal anode substrate 110 on which the electrode layer 120 is formed is placed on the upper part of the pulse sputtering device, and an aluminum target is installed at the lower portion thereof, and the vacuum degree in the chamber is 1.9x10 -9. While maintaining the Torr, the temperature of the single crystal anode substrate 110 is maintained at 500°C, argon gas and nitrogen gas are injected into the chamber, and sputtering is performed while the pulse frequency is set to 50 kHz and the off time is set to 2.0 us. A phosphor thin film (AlN thin film) 130 is formed on the substrate 110 and the electrode layer 120.

음극(200)은 도 2에서와 같이 음극기판(210), 탄소나노튜브팁(220), 탄소나노튜브팁 고정레이어(221)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the negative electrode 200 includes a negative electrode substrate 210, a carbon nanotube tip 220, and a carbon nanotube tip fixing layer 221.

음극기판(210)은 ITO(Indium Tin Oxide)를 Quartz기판에 코팅한 ITO기판을 사용한다. The negative electrode substrate 210 is an ITO substrate coated with ITO (Indium Tin Oxide) on a quartz substrate.

탄소나노튜브팁(220)은 음극기판(21)의 일면에 인쇄되어 고정되는데 우선 인쇄용 페이스트를 "다중벽 탄소나노튜브(MWCNT) : 알루미나 : 유기바인더 = 1 : 2 : 30"의 무게비로 혼합하여 제작한다. 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)는 이소프로필알코올을 24시간동안 초음파처리를 하여 분산시켜 준비하고, 유기바인더는 α-테르피네올과 에틸셀룰로스를 19:1의 무게비로 혼합하여 제작한다. 제작한 인쇄용 페이스트를 스크린프린팅 방법을 이용하여 ITO 기판 위에 인쇄한 후 퍼니스를 이용하여 390℃에서 30분간 열처리 하고 이후 표면처리 공정을 거치고 360℃에서 30분간 추가 열처리 과정을 통해 음극제작조건을 최적화하여 음극을 제작한다.The carbon nanotube tip 220 is printed and fixed on one side of the negative electrode substrate 21. First, a printing paste is mixed at a weight ratio of "multi-walled carbon nanotube (MWCNT): alumina: organic binder = 1: 2: 30". Make it. Multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) are prepared by dispersing isopropyl alcohol by sonicating for 24 hours, and organic binders are prepared by mixing α-terpineol and ethylcellulose at a weight ratio of 19:1. After printing the prepared printing paste on the ITO substrate using the screen printing method, heat treatment at 390°C for 30 minutes using a furnace, and then a surface treatment process and an additional heat treatment process at 360°C for 30 minutes to optimize the cathode manufacturing conditions. Prepare the cathode.

탄소나노튜브팁 고정레이어(221)는 탄소나노튜브팁(220)을 고정시키기 위해 음극기판(210)에 형성된 것으로 탄소나노튜브와의 접착과 기판과의 접착을 통하여 탄소나노튜브가 기판과 떨어지지 않도록 고정해주는 역할을 하는데, 탄소나노튜브팁 고정레이어(221) 형성에 사용되는 무기충전제 재료에는 유리소재(glss frit), 은 파우더, ITO(Indium Tin Oxide), 알루미나와 같이 다양한 재료가 적용 가능하며, 고른 전계방출을 유도하기 위해 이러한 무기충전제는 마이크로 혹은 나노 크기의 입자를 사용한다. The carbon nanotube tip fixing layer 221 is formed on the negative electrode substrate 210 to fix the carbon nanotube tip 220 so that the carbon nanotubes do not separate from the substrate through adhesion to the carbon nanotubes and the substrate. It plays a role of fixing, and various materials such as glass material (glss frit), silver powder, ITO (Indium Tin Oxide), and alumina can be applied to the inorganic filler material used to form the carbon nanotube tip fixing layer 221. In order to induce uniform field emission, these inorganic fillers use micro- or nano-sized particles.

본 발명의 실시예에서 도 2에서와 같이 양극(100)과 음극(200)은 스페이서(300)를 사이에 두고 대향하고 있으며 양극(100)과 음극(200) 사이의 공간인 공극은 진공분위기(<10-3Torr)로 유지되며 진공 유지는 본 발명의 면발광 소자의 작동을 위해 필수적이다. 이러한 진공은 패키징 기술을 사용하여 유지시킬 수 있고 임시적으로 챔버 내에서 진공을 유지하여 본 발명의 면발광 소자가 작동될 수 있다.In an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the anode 100 and the cathode 200 are opposed to each other with a spacer 300 therebetween, and the void, which is the space between the anode 100 and the cathode 200, is in a vacuum atmosphere ( <10 -3 Torr) and vacuum maintenance is essential for the operation of the surface light emitting device of the present invention. This vacuum can be maintained using packaging techniques and temporarily maintained in the chamber so that the surface light emitting device of the present invention can be operated.

본 발명의 실시예에서 도 4에서와 같이 단결정 양극기판(110)은 스크린 프린팅이 진행되는데 도 4의 (a)를 살펴보면 패턴 부분이 뚫려있는 스크린 마스크 위에 페이스트가 놓여지게 된다. 이후 도 4의 (b)에서와 같이 스퀴지를 마스크 방향으로 대고 밀어주면 스크린 마스크의 패턴 부분으로 페이스트가 통과하며 스크린 마스크 하부에 있던 기판 위에 패턴 부분만 페이스트가 형성되게 하여 원하는 모양으로 전극을 패터닝하는 것을 가능하게 한다.In the exemplary embodiment of the present invention, the single crystal anode substrate 110 is screen-printed as shown in FIG. 4, but looking at (a) of FIG. 4, the paste is placed on the screen mask in which the pattern portion is opened. Thereafter, when the squeegee is pushed in the direction of the mask as shown in (b) of FIG. 4, the paste passes through the pattern portion of the screen mask, and only the pattern portion is formed on the substrate under the screen mask, thereby patterning the electrode in a desired shape. Make it possible.

본 발명의 실시예에서 도 5에서와 같이 형광체 박막(AlN 박막)(130)이 성장되지 않은 전극 부분은 전압을 걸어주기 위해 사용되며 완성된 본 발명의 면발광 소자에 전압을 인가함으로써 음극(200)으로부터 양극(100)의 패터닝된 전극층(120) 쪽으로 전자를 유도하게 된다. 이 과정에서 양극(100)의 전극과 수직하지 않은 영역의 음극(200)에서 유도된 전자는 양극(100)의 전극쪽으로 휘어지면서 터널링 현상을 일으키게 되고 전극층(120)이 형성되지 않은 형광체 박막(130)에 전자가 충돌하게 된다. 이러한 방법에 의해 완성된 본 발명의 면발광 소자는 전극층(120)이 형성되지 않은 형광체 박막(130)에 대해 심자외 발광을 유도할 것이고 이에 의해 양극(100)에 형성된 형광체 박막(130)의 direct bandgap에 가까운 에너지의 빛을 방출하는 본 발명의 면발광 소자의 제작이 가능하다.In the embodiment of the present invention, the electrode portion in which the phosphor thin film (AlN thin film) 130 is not grown as shown in FIG. 5 is used to apply a voltage, and the cathode 200 is applied by applying a voltage to the completed surface light emitting device of the present invention. ) To the patterned electrode layer 120 of the anode 100. In this process, electrons induced from the cathode 200 in a region not perpendicular to the electrode of the anode 100 are bent toward the electrode of the anode 100 to cause a tunneling phenomenon, and the phosphor thin film 130 in which the electrode layer 120 is not formed. ), the electrons collide. The surface light emitting device of the present invention completed by this method will induce deep ultraviolet light emission for the phosphor thin film 130 on which the electrode layer 120 is not formed, and thereby direct the phosphor thin film 130 formed on the anode 100. It is possible to manufacture the surface light emitting device of the present invention that emits light of energy close to the bandgap.

1 : 전압회로
100 : 양극
110 : 단결정 양극기판
120 : 전극층
130 : 형광체 박막
200 : 음극
210 : 음극기판
220 : 탄소나노튜브팁
221 : 탄소나노튜브팁 고정레이어
300 : 스페이서1: voltage circuit
100: anode
110: single crystal anode substrate
120: electrode layer
130: phosphor thin film
200: cathode
210: negative substrate
220: carbon nanotube tip
221: Carbon nanotube tip fixed layer
300: spacer

Claims (4)

스페이서에 의해 이격 배치되는 양극과 음극으로 구성되는 면발광소자에 있어서,
상기 양극은,
사파이어 소재와 자외광 고투과성 투명소재 중에서 선택된 어느 하나의 재질로 이루어진 단결정 양극기판; 상기 단결정 양극기판 일면이 스크린 프린팅에 의해 전극 패터닝되어 형성되는 전극층; 상기 전극층이 형성된 단결정 양극기판의 일면이 PSD(Pulsed Sputter Deposition)로 성장되어 형성된 형광체 박막; 을 포함하여 구성되고,
상기 음극은,
ITO기판이 사용되는 음극기판; 상기 음극기판 일면에 인쇄되어 고정되고, 다중벽 탄소나노튜브, 알루미나, 유기바인더가 설정 무게비로 혼합되어 제작되는 전계방출용 탄소나노튜브팁; 상기 음극기판에 형성되어 상기 탄소나노튜브와의 접착과 기판과의 접착을 통하여 상기 탄소나노튜브가 상기 음극기판과 떨어지지 않도록 고정하게 되며, 마이크로 혹은 나노 크기의 입자로 이루어진 유리소재(glss frit), 은 파우더, ITO(Indium Tin Oxide), 알루미나 군(群) 중에서 선택된 어느 하나인 무기충전제 재료로 이루어지며, 고른 전계방출을 유도하는 탄소나노튜브팁 고정레이어;를 포함하여 구성되며,
상기 양극과 음극 사이의 공간인 공극이 10-3Torr이하의 진공분위기를 유지하는 것을 특징으로 하는 자외광 고투과성 단결정 양극기판 기반 면발광 소자.In the surface light emitting device consisting of an anode and a cathode that are spaced apart by a spacer,
The anode,
A single crystal anode substrate made of any one material selected from a sapphire material and a transparent material having high transmission of ultraviolet light; An electrode layer formed by electrode patterning on one surface of the single crystal anode substrate by screen printing; A phosphor thin film formed by growing one surface of a single crystal anode substrate on which the electrode layer is formed in a pulsed sputter deposition (PSD); It is composed including,
The cathode,
A negative electrode substrate using an ITO substrate; A carbon nanotube tip for electric field emission which is printed and fixed on one side of the negative electrode substrate and manufactured by mixing a multi-walled carbon nanotube, alumina, and an organic binder at a set weight ratio; A glass material (glss frit) made of micro- or nano-sized particles, formed on the negative electrode substrate to fix the carbon nanotubes so that they do not separate from the negative electrode substrate through adhesion to the carbon nanotubes and adhesion to the substrate, It is made of an inorganic filler material selected from silver powder, ITO (Indium Tin Oxide), and alumina group, and consists of a carbon nanotube tip fixing layer that induces uniform field emission, and includes,
A surface light emitting device based on a single crystal anode substrate having high transmittance of ultraviolet light, characterized in that a void, which is a space between the anode and the cathode, maintains a vacuum atmosphere of 10 -3 Torr or less. ITO 기판이 사용되는 음극기판 일면에 인쇄용 페이스트가 스크린프린팅을 통해 인쇄되어 전계방출용 탄소나노튜브팁이 형성되면서 음극이 제작되는 음극제작단계:
사파이어 기판과 자외광 고투과성 투명 기판 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 단결정 양극기판의 일면이 전극 패터닝되어 전극층이 형성된 후 형광체 박막이 형성되어 양극이 제작되되, 상기 단결정 양극기판의 일면에 금속전극이 인쇄된 후 AIN 형광체 박막이 형성되는 양극제작단계;를 포함하는 구성으로 이루어지고,
상기 양극제작단계는,
아세톤, 메탄올, 초순수물(DI water)에 각각 15분씩 초음파 세척한 후 물기를 제거한 단결정 양극기판을 사용하게 되고, 은, 알루미늄, 금, 니켈 군(群) 중에서 선택된 어느 하나의 금속이 사용되는 페이스트를 재료로 상기 단결정 양극기판의 일면에 대한 스크린 프린팅에 의해 전극 패터닝되고 퍼니스를 이용해 150℃에서 90분간 열처리하여 형성되는 전극층을 사용하게 되며, 상기 형광체 박막은 상기 전극층이 형성된 단결정 양극기판의 일면이 PSD(Pulsed Sputter Deposition)로 성장되어 형성되되, 펄스 스퍼터 장치의 상부에 전극층이 형성된 단결정 양극기판을 두고 이와 대향하여 하부에 알루미늄 타겟을 설치하고, 챔버 내의 진공도를 설정값으로 유지한 상태에서 단결정 양극기판의 온도를 고온으로 유지하며 챔버 내에 아르곤 가스와 질소 가스를 주입하고 펄스 주파수와 off time이 설정값으로 설정된 상태에서 스퍼터링을 실시하여 상기 단결정 양극기판 및 전극층 위에 사기 AIN 형광체 박막이 형성되도록 하고,
상기 음극제작단계는,
이소프로필알코올을 24시간동안 초음파처리를 하여 분산시켜 제작된 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT), 알루미나, α-테르피네올과 에틸셀룰로스를 설정된 무게비로 혼합하여 제작된 유기바인더를 설정된 무게비로 혼합하여 인쇄용 페이스트를 제작한 다음, 제작된 상기 인쇄용 페이스트를 스크린프린팅 방법을 이용하여 ITO 기판 위에 인쇄한 후 퍼니스를 이용하여 설정 온도값에서 설정시간 동안 열처리하고 이후 표면처리 공정을 거치고 설정 온도값서 설정시간 동안 추가 열처리 과정을 통해 음극제작조건을 최적화하여 음극을 제작하되,
상기 음극기판에 형성되어 상기 탄소나노튜브와의 접착과 기판과의 접착을 통하여 상기 탄소나노튜브가 상기 음극기판과 떨어지지 않도록 고정하는 탄소나노튜브팁 고정레이어를 마이크로 혹은 나노 크기의 입자로 이루어진 유리소재(glss frit), 은 파우더, ITO(Indium Tin Oxide), 알루미나 군(群) 중에서 선택된 어느 하나인 무기충전제 재료를 사용하여 제작하는 것을 특징으로 하는 자외광 고투과성 단결정 양극기판 기반 면발광 소자 제작방법.A negative electrode manufacturing step in which a printing paste is printed on one side of the negative electrode substrate where the ITO substrate is used through screen printing to form a carbon nanotube tip for field emission, and the negative electrode is manufactured:
One surface of a single crystal anode substrate made of any one selected from a sapphire substrate and a transparent substrate having high transmission of ultraviolet light is electrode patterned to form an electrode layer, and then a phosphor thin film is formed to form an anode, and a metal electrode is printed on one surface of the single crystal anode substrate. Consisting of a configuration including; an anode manufacturing step in which an AIN phosphor thin film is formed,
The positive electrode manufacturing step,
A paste with acetone, methanol, and ultrapure water (DI water) after ultrasonic cleaning for 15 minutes each, and then using a single crystal anode substrate that has been drained, and using any one metal selected from silver, aluminum, gold, and nickel groups. As a material, an electrode layer formed by electrode patterning by screen printing on one surface of the single crystal anode substrate and heat treatment at 150° C. for 90 minutes using a furnace is used, and the phosphor thin film is formed on one surface of the single crystal anode substrate on which the electrode layer is formed. A single crystal anode substrate with an electrode layer formed on the top of the pulse sputter device is placed on the top of the pulse sputter device, and an aluminum target is installed at the bottom, and the vacuum level in the chamber is maintained at the set value. Maintain the temperature of the substrate at a high temperature, inject argon gas and nitrogen gas into the chamber, and perform sputtering while the pulse frequency and off time are set to the set values to form a thin AIN phosphor thin film on the single crystal anode substrate and the electrode layer,
The negative electrode manufacturing step,
Multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), alumina, α-terpineol, and ethylcellulose prepared by dispersing isopropyl alcohol by ultrasonic treatment for 24 hours at a set weight ratio, and an organic binder produced at a set weight ratio. After preparing the printing paste, the prepared printing paste is printed on the ITO substrate using a screen printing method, and then heat-treated at a set temperature value for a set time using a furnace, and then subjected to a surface treatment process, and the set temperature value for a set time. An anode is manufactured by optimizing the anode manufacturing conditions through an additional heat treatment process,
A glass material comprising micro- or nano-sized particles of a carbon nanotube tip fixing layer formed on the negative electrode substrate and fixing the carbon nanotubes so that they do not separate from the negative electrode substrate through adhesion to the carbon nanotubes and adhesion to the substrate (glss frit), silver powder, ITO (Indium Tin Oxide), a method of fabricating a surface light emitting device based on a single crystal anode substrate having high transmittance to ultraviolet light, characterized in that it is manufactured using an inorganic filler material selected from the group of alumina . 삭제delete 삭제delete
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