KR20100126670A

KR20100126670A - 전계 방출 디스플레이

Info

Publication number: KR20100126670A
Application number: KR1020107017204A
Authority: KR
Inventors: 치우-홍 후; 라체자르 코미토프
Original assignee: 라이트랩 스웨덴 에이비
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2010-12-02
Also published as: EP2079095B1; TW200947505A; ATE541303T1; WO2009086895A3; JP2011509510A; EP2079095A1; US20110018427A1; CN101952929A; US8162711B2; WO2009086895A2

Abstract

본 발명은 전계 방출 디스플레이를 제조하는 방법에 관한 것이며, 배기처리된 챔버 내에 전자 방출 수용체를 배치하는 단계, 상기 전자 방출 수용체 인근에 파장 변환 물질을 배치하는 단계, 그리고 상기 배기처리된 챔버 내에 전자 방출 소스를 배치하는 단계를 포함하며, 상기 전자 방출 소스는 상기 전자 방출 수용체를 향해 전자들을 방출하도록 되며, 상기 전자 방출 소스는, 기판을 제공하는 단계, 상기 기판 상에 다수의 ZnO 나노 구조들을 형성하는 단계, 상기 다수의 ZnO 나노 구조들 각각은 제 1 말단과 제 2 말단을 가지며, 상기 제 1 말단은 상기 기판에 연결되며, 상기 ZnO 나노 구조들을 전기적으로 서로 절연시키는 전기적 절연체를 배치하는 단계, 상기 ZnO 나노 구조들의 선택물(selcetion)의 상기 제 2 말단에 전기 전도성 부재를 연결하는 단계, 상기 전기 전도성 부재 상에 지지 구조체를 배치하는 단계, 및 상기 기판을 제거하여 상기 ZnO 나노 구조들의 상기 제 1 말단을 노출시키는 단계에 의해 형성된다. 본 발명의 장점들은 예컨대 전계 방출 디스플레이의 증가된 수명을 들 수 있는데, 이는 높이 비정렬되는 나노 구조들의 개수가 적어질 것이기 때문이다. 또한, 고가의 식각 공정, 그라인딩 공정 혹은 이와 유사한 공정을 이용하여 나노 구조들을 높이 정렬할 필요가 없기 때문에, 보다 저렴한 최종 제품을 얻을 수 있다. 본 발명은 또한, 대응 전계 방출 디스플레이에 관한 것이다.

Description

전계 방출 디스플레이{FIELD EMISSION DISPLAY}

본 발명은 전계 방출 디스플레이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 전계 방출 디스플레이에 관한 것이다.

근래들어, 다양한 전자 디바이스들과 함께 이용되는 새로운 유형의 평판 디스플레이(flat panel display)가 적극적으로 개발되어 왔다. 현재의 주된 관심사는 액정 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 및 유기 발광 다이오드 (organic light-emitting diode : OLDE) 디스플레이이다. 하지만, 또 다른 전도 유망한 방법은 전계 방출 기술을 이용하여 디스플레이 기기를 제공하는 것인바, 즉 전계 방출 디스플레이(field emission display : FED)가 그것이다.

전계 방출 디스플레이는, 종래의 음극선관(cathode-ray tube : CRT)에서 이용되었던 기술과 유사한 기술을 이용하는바 즉, 광 방출 매체로서 인광층(phosphor layer)이 코팅된 디스플레이 패널을 이용하며, 여기서 상기 인광층은 전계 방출 전극에서 방출된 전자들에 의해 폭격된다. 하지만, FED 와 CRT의 차이점은 FED 만이 수 밀리미터의 두께를 갖는다는 점이며 또한, 하나의 전자총(electron gun)을 이용하는 대신에, 전계 방출 디스플레이는 각각의 인광점(phosphor dot) 뒤편에 위치한 섬세한 금속 팁(metal tip) 혹은 탄소 나노튜브의 대규모 어레이를 이용하여 전계 방출이라고 알려진 과정을 통해 전자들을 방출한다. LCD와 비교되는 FED의 장점들 중 하나는, 방출기(emitter)들 중 20％가 오류인 경우라 하더라도, FED는 LCD처럼 데드 픽셀(dead pixel)을 디스플레이하지 않는다. 더 나아가, 전계 방출 디스플레이는 에너지 효율적이며 그리고 현존하는 LCD 및 플라즈마 디스플레이 기법보다 더 적은 전력을 소모하는 평판 디스플레이 기술을 제공할 수 있다. 또한, 전계 방출 디스플레이는 총 부품수가 더 적기 때문에 더 적은 비용으로 제조될 수 있다.

전계 방출 디스플레이의 일례 및 전계 방출 디스플레이를 제조하는 방법은 US 2006/0226763에 개시되어 있는바, 상기 문서의 전계 방출 디바이스는 기판, 상기 기판 위에 형성된 캐소드, 및 상기 캐소드에 전기적으로 연결된 전자 방출기를 포함한다. 상기 문서에 개시된 전계 방출 디스플레이에 따르면, 전자들을 방출하기 위한 전극은 예컨대, 다수의 탄소 튜브들(carbon tubes), 탄소 구체들(carbon spheres) 등등의 형태인 탄소 입자들(carbon particles)을 포함한다.

하지만, 상기 문서에 개시된 방법을 이용하여 전극을 형성하는 경우, 전극을 구성하는 탄소 튜브들의 높이에 대한 정확한 정렬이 제공되지 못하는바, 이는 탄소 튜브들 각각이 독립적으로 성장하기 때문이며, 따라서 탄소 튜브들은 서로 다른 높이를 갖게 된다. 탄소 튜브들 각각의 서로 다른 높이는, 균일하고(homogeneous) 그리고 안정한(stable) 전자 방출을 획득하는데 어려움을 야기하며 또한, 높은 전류 밀도를 획득하는데 어려움을 야기한다. 다수개의 탄소 튜브들의 높이를 정렬하기 위해서 추가 공정 단계들을 포함시키는 것은, 이러한 추가 공정 단계들이 최종 제품의 제조 단가를 상승시킬 것이기 때문에 바람직하지 않다.

따라서, 종래 기술에 따른 문제점들을 적어도 경감시키는 개선된 전계 방출 디스플레이가 필요하며, 좀더 상세하게 본 발명은, 전계 방출 전극의 높이 정렬로 인한 종래 기술의 문제점을 최소화시킬 수 있는 전계 방출 디스플레이에 관한 것이다.

본 발명의 일 양상에 따르면, 본 발명의 이러한 목적은 전계 방출 디스플레이를 제조하는 방법에 의해 달성되는바, 상기 방법은 배기처리된(evacuated) 챔버 내에 전자 방출 수용체(electron-emission receptor)를 배치하는 단계, 상기 전자 방출 수용체 인근에 파장 변환 물질을 배치하는 단계, 그리고 상기 배기처리된 챔버 내에 전자 방출 소스를 배치하는 단계를 포함하며, 상기 전자 방출 소스는 상기 전자 방출 수용체를 향해 전자들을 방출하도록 되며, 그리고 상기 전자 방출 소스는, 기판을 제공하는 단계, 상기 기판 상에 다수의 ZnO 나노 구조들을 형성하는 단계, 상기 다수의 ZnO 나노 구조들 각각은 제 1 말단과 제 2 말단을 가지며, 상기 제 1 말단은 상기 기판에 연결되며, 상기 ZnO 나노 구조들을 전기적으로 서로 절연시키는 전기적 절연체를 배치하는 단계, 상기 ZnO 나노 구조들의 선택물(selcetion)의 상기 제 2 말단에 전기 전도성 부재(electrical conductive member)를 연결하는 단계, 상기 전기 전도성 부재 상에 지지 구조체를 배치하는 단계, 및 상기 기판을 제거하여 상기 ZnO 나노 구조들의 상기 제 1 말단을 노출시키는 단계에 의해 형성된다.

본 명세서에서, 나노 구조(nanostructure) 라는 용어는 100 나노미터(nm) 혹은 그 이하의 치수를 하나 이상 갖는 입자를 의미한다고 이해된다. '나노 구조' 라는 용어는 나노 튜브, 나노 구체(nanosphere), 나노 로드(nanorod), 나노 파이버(nanofiber) 및 나노 와이어(nanowire)를 포함하며, 나노 구조는 나노 네트워크의 일부가 될 수도 있다. 또한, '나노 구체'라는 용어는 최대 3:1의 어스팩트 비율(aspect ratio)을 갖는 나노 구조를 의미하며, '나노 로드'라는 용어는 최대 200nm의 최장 치수를 가지며 3:1 에서 20:1 까지의 어스펙트 비율을 갖는 나노 구조를 의미한다. '나노 파이버'라는 용어는 200nm 보다 큰 최장 치수를 가지며 20:1 보다 큰 어스펙트 비율을 갖는 나노 구조를 의미하며, 그리고 '나노 와이어'라는 용어는 1000nm 보다 큰 최장 치수를 갖는 나노 파이버를 의미한다.

나노 구조에 관한 또 다른 정의는 '어스펙트 비율' 이라는 용어를 포함하는바, 이 용어는 물체의 최장축에 대한 물체의 최단축의 비율을 의미하는 것이며, 여기서 상기 축들은 수직일 필요는 없다. '단면의 폭(width of a cross-section)' 이라는 용어는 단면의 최장 치수를 의미하며, 그리고 단면의 높이는 상기 폭에 수직인 치수를 의미한다. '나노 네트워크' 라는 용어는 상호연결된 다수개의 개별 나노 구조들을 의미한다. 또한, 배기처리된 챔버(evacuated chamber)의 벽면들은 적어도 부분적으로 전자-방출 수용체(electron-emission receptor)(예를 들면, 파장 변환 물질로 코팅된)로 구성된다. 또한, 배기처리된 챔버는, 전자 소스로부터 전자 수용체로 전자들의 방출을 용이하게 하기 위하여, 챔버의 내부가 저 진공(low vaccum)이 되도록 배기되어야 한다.

파장 변환 물질은 인광체(phosphor), 신틸레이터(scintillator), 및 인광체와 신틸레이터의 혼합물 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 인광체와 신틸레이터 둘다는, 파장 변환 물질에 의해 수신된 빛의 대역폭을 "스트레칭(stretching)" 하는데 이용되는 물질이다. 인광체는, 인광 현상(phosphorescence phenomenon)(빛에 노출되거나 혹은 전자와 같은 활성화된(energized) 입자에 노출된 이후에 발광을 유지하는 현상)을 나타내는 물질이다. 이와 유사하게, 신틸레이터는 고에너지(이온화) 전자기 혹은 하전 입자 방사선(charged particle radiation)을 흡수하고 이후 이에 응답하여, 스토크 천이된(stokes-shifted) 파장에서(파장이 길어짐) 광자(photon)를 형광 발광하여 이전에 흡수한 에너지를 방출하는 물질이다. 본 발명은 서로 다른 인광체 및/또는 신틸레이터의 혼합을 허용한다. 또한, 파장 변환 물질은 형광 물질(fluorescent material), 유기 형광 물질(organic fluorescent material), 무기 형광 물질(inorganic fluorescent material), 함침 인광체(impregnated phosphor), 인광체 입자(phosphor particle), 인광체 물질, YAG:Ce 인광체, 혹은 전자기 방사선(electromagnetic radiation)을 불빛 및/또는 가시광으로 변환시킬 수 있는 다른 물질을 포함한다.

종래기술에 따른 전극에서는, 다수개의 나노 구조들 각각의 제 1 말단(end)은 일반적으로 높이 정렬이 되어 있지 않으며, 따라서 상기 전극이 전계 방출 디스플레이에서 이용되는 경우, 균일하면서 안정적인 전계 방출을 획득하는데 어려움을 야기하였으며 및/또는 높은 전류 밀도를 얻는데 어려움을 야기하였다. 하지만, 본 발명에 따르면, 소정의 표면 구성을 갖는 기판 상에 다수개의 나노 구조들을 형성함으로써, 그리고 전극의 활성 방출 말단(active emisssion end)으로서 초기에 상기 기판에 연결되는 나노 구조들의 말단을 이용함으로써(이후 기판은 제거됨), 균일하며 그리고 안정적인 전자 방출이 가능해진다. 이는, 대다수의 나노 구조들의 제 1 말단이 소정의 라인을 따라 높이 정렬될 것이기 때문이며, 여기서 상기 소정의 라인은 기판의 상기 소정의 표면 구성에 기인한다.

나노 구조의 높이 정렬 특성 때문에, 본 발명에 따른 전계 방출 전극이 배열되어 있는 전계 방출 소자의 수명이 증가할 수 있는데, 이는 더 적은 개수의 나노 구조들이 높이 비정렬(non-height-aligned)될 것이기 때문이다. 종래 기술에 따른 전계 방출 전극에서 나타나는 높이 비정렬은, 나노 구조들이 전자 수용체에 더 가깝에 연장된("extending closer") 부분에서 전자 방출이 집중되게 할 것인바, 여기서 상기 전자 수용체는 전계 방출 전극에서 방출된 전자들을 수용하도록 구성된다. 또한, 종래기술에 따른 고가의 식각 공정, 그라인딩 공정 혹은 이와 유사한 공정을 이용하여 나노 구조들을 높이 정렬할 필요가 없기 때문에, 보다 저렴한 최종 제품을 얻을 수 있다.

또한, 산화 아연(ZnO)의 사용은 여러 장점들을 나타내는바, 이는 ZnO의 실온 음극선 발광 스펙트럼(room temperature cathodoluminescence spectra)이 약 380nm에서 강력한 강도 피크(intensity peak)를 가지며 그리고 +/- 20nm 범위에서 80％의 광 함량(light content)을 갖기 때문이다. 본 발명의 또 다른 특징으로서, 전계 방출 디스플레이에서 캐소드로서 이용되는 경우, ZnO의 사용은 놀라운 결과들을 나타내는바, 이는 상당히 낮은 저온에서 ZnO 나노 구조들을 성장시킬 수 있기 때문이다. 유럽 특허 출원 EP2006/0116370은 이러한 방법의 일례를 제공한다.

바람직하게는, 다수의 나노 구조들을 형성하는 단계는, 다수개의 금속 혹은 금속 산화물 나노 입자들을 기판 상에 배열하는 단계, 그리고 상기 다수개의 금속 혹은 금속 산화물 나노 입자들이 성장하여 나노 구조들을 형성하는 것을 허용하는 단계를 포함한다. 상기 금속 혹은 금속 산화물 나노 입자들은 해당 업계에 공지된 서로 다른 방법들을 이용하여 형성/배열될 수 있다. 이러한 방법들은 예컨대, 화학기상증착법(CVD) 혹은 플라즈마-강화 화학기상증착법(PECVD)과 같은 CVD법의 변형들 중 하나를 포함할 수 있다. 하지만, 현재 또는 미래의 다른 방법들 역시도 고려될 수 있으며 이들 방법들은 본 발명의 범위내에 속한다. 동일한 사항이 나노입자들을 성장시키는데도 적용된다. 해당 기술분야에는 상이한 방법들이 공지되어 있는바, 예컨대, 기상-액상-고상(Vapor-Liquid-Solid : VLS) 합성(synthesis) 혹은 저온 성장법 등을 포함하는 방법들이 공지되어 있다. 예시적인 저온 성장법이 유럽 특허 출원 2006/0116370에 개시되어 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 기판은 본질적으로 평탄하다(essentially flat). 하지만, 평탄한 기판이 일직선(straight)일 필요는 없다. 대신에, 상기 기판은, 본 발명에 따른 전계 방출 전극이 배치되는 전계 방출 소자의 유형에 의존하여, 전계 방출 전극을 위해 설정되는 특정 요건들에 따라 형성될 수 있다.

바람직하게는, 절연체, 반-절연체(semi-insulator), 혹은 약 절연체(poor insulator)를 포함하는 그룹으로부터 전기적 절연체가 선택될 수 있다. 예를 들어 서로 다른 유연성(flexibility) 및/또는 탄력성(elasticity)을 갖는 가령, 폴리머, 수지(resin), 고무 혹은 실리콘(silicone)과 같은 상이한 유형의 절연 화합물들이 이용될 수 있다. 하지만, 다른 화합물도 이용가능하며, 이들 화합물도 본 발명의 범위에 속한다. 저온 성장법 덕분에, 절연 물질의 선택 범위를 확장하는 것이 가능해지는바, 이는 성장 공정 동안에 열(heat)이 큰 문제가 되지 않을 것이기 때문이다. 따라서, 전계 방출 전극에 대한 원하는 특성에 따라 절연 화합물을 선택하는 것이 가능해진다.

본 발명의 대안 실시예에서, 상기 방법은 나노 구조들의 노출된 제 1 말단을 식각하는 공정을 더 포함한다. 나노 구조들의 노출된 제 1 말단을 식각함으로써, 날까로운 팁(tip)을 얻는 것이 가능해지는바, 이는 전자들의 방출을 더욱 강화시킨다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 전기적 결합 부재(electrical connective member)를 제공하는 단계는, 그 각각이 나노 구조들의 서로 다른 선택물(selection)에 연결되는 다수개의 전기적 결합 부재들을 제공하는 단계를 포함하며, 따라서 전극의 서로 다른 섹션들(sections)은 개별적으로 어드레스될 수 있다. 전극의 서로 다른 섹션들이 개별적으로 어드레스될 수 있게 함으로써, 예컨대, 디스플레이 스크린에서 상기 전계 방출 전극을 이용하는 것이 가능해지는바, 여기서 상기 다른 섹션들 각각은 픽셀에 대응한다. 또한 전계 방출 광 소스에서 상기 전계 방출 전극을 이용하는 것이 가능해지는바, 상기 전계 방출 광 소스에서 상기 다른 섹션들에 대한 개별 제어는 상이하게 채색된 광의 혼합을 오직 하나의 광 소스만을 이용하여 허용할 수 있다. 이러한 전계 방출 광 소스는 예컨대, 넓은 파장 스펙트럼을 갖는 백색광을 방출하기 위해 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 전계 방출 디스플레이가 제공되는바, 이는 전자-방출 수용체(electron-emission receptor), 상기 전자-방출 수용체 인근에 위치한 파장 변환 물질 및 전자-방출 소스를 포함하며, 상기 전자-방출 소스는, 제 1 말단과 제 2 말단을 갖는 다수개의 ZnO 나노 구조들, 상기 ZnO 나노 구조들을 전기적으로 서로 절연시키기 위한 전기적 절연체, ZnO-나노 구조들의 선택물(selection)의 제 2 말단에 연결되는 전기 전도성 부재 및 전기 전도성 부재 상에 배치되는 지지 구조체를 포함하며, 여기서 ZnO-나노 구조의 상기 제 1 말단은 잘 정의된 기판(well defined surface)으로부터 ZnO-나노 구조가 성장하는 것이 허용되는 말단이며 그리고 ZnO-나노 구조의 제 1 말단은 노출된다.

본 발명의 이러한 양상은 예컨대, 높이 정렬되지 않은 나노 구조들이 더 적어질 것이라는 사실 때문에 전계 방출 디스플레이의 수명이 증가된다라는 장점을 포함하여, 전계 방출 디스플레이를 제조하기 위한 전술한 방법에 따르는 유사한 장점들을 제공한다. 또한, 고가의 식각 공정, 그라인딩 공정 혹은 이와 유사한 공정을 이용하여 나노 구조들을 높이 정렬할 필요가 없기 때문에, 보다 저렴한 최종 제품을 얻을 수 있다. 전계 방출 디스플레이는 본 발명에 따른 방법을 이용하여 제조되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전계 방출 디스플레이에서 이용되는 전극은, 가령, 나노 발전기(nanogenerator)와 같은 압전 장치(piezoelectric arrangement)에서 활성 부품으로도 활용될 수 있다. 적절한 나노 발전기는 예컨대 "Direct-Current Nanogenerator Driven by Ultra sonic Wave", Science 316, 102(207); DOI: 10.11226/science. 1139266, Hudong Wang, et al. 에 개시되어 있다.

본 발명의 전술한 양상들 및 다른 양상들은 이제, 본 발명의 바람직한 실시예들을 도시하고 있는 첨부된 도면들을 참조하며 좀더 상세히 설명될 것이다.
도1은 본 발명에 따른 전계 방출 디스플레이에서 이용되는 전계 방출 전극을 제조하기 위한 기본 단계들을 예시한 순서도이다.
도2a 내지 도2g는 도1의 방법 단계들을 따라 제조되는 전계 방출 전극을 예시한 블록도이다.
도3은 본 발명에 따른 전계 방출 디스플레이의 단면도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 도시하고 있는 첨부된 도면들을 참조하며, 본 발명이 더욱 상세히 설명될 것이다.

하지만, 본 발명은 서로 다른 많은 형태들로 구체화될 수 있으며, 본 명세서에 개시된 실시예만으로 제한되도록 해석되어서는 않된다. 이와 달리, 이들 실시예들은 본 발명의 기술적 사상에 대한 완전하고도 철저한 이해를 위해서 제공되는 것이며 그리고 해당 기술분야의 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 온전히 전달하기 위해서 제공되는 것이다. 도면들에서 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소를 나타낸다.

이제 도면들 특히 도1을 참조하면, 본 발명에 따른 전계 방출 디스플레이에서 이용가능한 전계 방출 전극을 제조하는 방법의 순서도가 도시되어 있다. 도1과 병행하여, 도2a 내지 도2g는 도1에 예시된 해당 제조 단계에서의 전계 방출 전극(100)을 도시한다. 따라서, 이하에서는 도1 및 도2a 내지 도2g를 함께 참조하여 설명할 것이다.

먼저, 단계 S1(도2a)에서는, 기판(102)이 제공되는바, 상기 기판 상에는 다수의 ZnO 나노 입자(104)들이 랜덤하게 또는 소정의 순서에 따라 배치된다. 기판(102) 상에 ZnO 나노 입자(104)들을 배치하는 방법은 예컨대, 화학기상증착법(CVD) 혹은 플라즈마 강화 화학기상증착법(PECVD)과 같은 화학기상증착법의 변형들을 포함한다. 또한, 서로 다른 금속 혹은 금속 산화물 나노입자들이, ZnO 나노 입자(104)들을 대신하여 혹은 ZnO 나노 입자(104)들과 함께 기판(102) 상에 배치될 수도 있으며, 이러한 것 역시 본 발명의 범위 내에 속한다. 기판(102)의 표면은 본질적으로 평탄한 것이 바람직한바, 즉 매우 낮은 정도의 거칠기(roughness)를 갖는 것이 바람직하다. 예시된 실시예에서 상기 기판(102)은 일직선이지만, 본 발명에 따르면, 가령, 기정의된 형상에 따라 곡선화되는 것과 같이, 상기 기판(102)은 임의의 다른 소정 형태들을 가질 수도 있다.

단계 S2(도2b)에서, 다수의 ZnO 나노 입자들(104)은 소정환경에 놓이게 되는바, 상기 환경에서 나노 입자들(104)이 성장하여 ZnO 나노 구조(106)들을 형성한다. 서로 다른 성장 방법들이 해당 기술분야에 공지되어 있으며, 바람직하게는 저온 성장법이 이용된다. 다른 성장법들은 예컨대, 기상-액상-고상(Vapor-Liquid-Solid : VLS) 합성(synthesis)을 포함한다. ZnO 나노 구조들(106)은 바람직하게는 나노 튜브, 나노 로드 혹은 나노 와이어이다. 하지만, 본 발명에 속하는 다른 유형의 나노 구조들은 예컨대, 나노 구체, 나노 파이버를 포함한다.

단계 S3(도2c)에서, 통상적으로는 ZnO 나노 구조들(106)의 형성이 완료된 이후에, ZnO 나노 구조들(106)을 전기적으로 서로 절연시키기 위한 절연 물질(108)이 제공된다. 전기적 절연체(108)는 바람직하게는, 절연체, 반-절연체(semi-insulator), 혹은 약 절연체(poor insulator)를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 또한, 절연체(108)는 단단한 절연체 혹은 유연한 절연체 중 하나가 되도록 선택될 수 있다. 따라서, 상이한 특징들을 최종 제품에 부여할 수 있다. 서로 다른 수지들(resins), 폴리머들, 혹은 고무 물질들이 전기적 절연체(108)로서 유용하게 이용될 수 있다. 바람직하게는, 나노 구조(106)의 소부분(small portion)은, 절연체(108) 위로 올라오는 것이 허용된다. 즉, 절연체(108)는 나노 구조(106)의 주위 및 나노 구조들 사이에 배치되지만, 기판(102)으로부터 벗어나 있는 상기 말단(앞에서 제 2 말단 이라고 지칭되었음)을 완전히 덮지는 않는다.

단계 S4(도2d)에서, 적어도 하나의 전기 전도성 부재(110)가 절연체의 최상부 위에 배치되며 그리고 기판(102)으로부터 벗어나 있는 나노 구조들(106)의 선택물(slection)의 상기 말단과 접촉한다. 예시된 실시예에서, 전계 방출 전극(100)는 3개의 전기 전도성 부재(110)를 포함하지만, 임의 개수의 전기 전도성 부재(110)가 이용가능하며 그리고 본 발명의 범위에 속한다. 예시된 실시예에서, 3개의 전기 전도성 부재들(110) 각각은, 다수의 나노 구조들(106)의 상이한 부분에 연결된다. 예를 들어, 상기 전계 방출 전극(100)을 발광 모듈(lighting module)에서 이용하는 경우, 오직 하나의 전기 전도성 부재(110)만을 이용하는 것이 적절할 수 있는바, 완전한 발광 모듈을 배치하여 빛을 방출하는 것이 통상적으로 바람직하기 때문이다. 하지만, 상기 전계 방출 전극(100)을 전계 방출 디스플레이에서 이용하는 경우에는, 전계 방출 전극(100)의 서로 다른 섹션들(sections)을 개별적으로 어드레스할 수 있는 것이 바람직하다.

단계 S5(도2e)에서, 전기 전도성 부재(110) 상에 즉, 전기 전도성 부재(110)의 최상부 위에 지지 구조체(112)가 배치된다. 상기 지지 구조체(112)는 절연체(108)와 마찬가지로, 단단하거나 혹은 유연한 것이 되도록 선택된다. 즉, 유연한 전계 방출 전극(100)을 갖는 것이 바람직할 수도 있는데, 이 경우에는 유연한 절연체(108)와 유연한 지지 구조체(112) 둘다를 구비할 필요가 있다. 하지만, 본 발명에 따른 전극이 사용되는 구조에 따라, 절연체(108)와 지지 구조체(112)의 상이한 조합들이 허용되는 경우도 가능하며, 이 또한, 본 발명의 범위에 속한다.

단계 S6(도2f)에서, 기판(102)이 제거되며 따라서, 예전에 기판(102)에 연결되었던 나노 구조들(106)의 말단이 노출된다. 기판을 제거하는 다양한 방법들이 해당 기술분야에 공지되어 있는바, 예컨대 기판이 소프트 기판(예를 들어, 플라스틱으로 만들어진 기판)인 경우, 적절한 용제(solvent)를 이용하여 상기 소프트 기판을 용해시킬 수 있다. 상기 기판이 본질적으로 평탄했기 때문에, 나노 구조들(106)은 이제 본질적으로 높이 정렬되며, 여기서 상기 높이 정렬은 기판(102)의 평탄도(flatness)에 의존한다.

마지막으로, 선택적이며 그리고 부가적인 단계 S7(도2g)에서, 노출된 말단/팁(tip)이 식각되어 날카로운 팁이 제공된다. 가령, 전계 방출 디스플레이 혹은 전계 방출 발광(lighting) 시스템과 같은 전계 방출 장치에서 전계 방출 전극이 이용되는 경우에, 이러한 날카로운 팁이 유용하다. 따라서, 종래기술에서 이용되었던 해로운(destructive) 높이 정렬 단계들을 포함하지 않고서도, 본질적으로 높이 정렬된 ZnO 나노 구조들을 구비한 전계 방출 전극(100)이 제공된다. ZnO 나노 구조들의 노출된 팁(앞에서 제 1 말단이라 지칭됨)의 높이 정렬은 높은 전류 밀도를 허용하며 그리고 균일하고 그리고 안정적인 전자 방출을 얻을 수 있게 한다. 이는, 대다수 나노 구조들의 제 1 말단이 소정 라인을 따라 높이 정렬될 것이라는 사실 때문이며, 여기서 상기 소정 라인은 기판의 소정의 표면 구성에 기인한다.

이제, 전계 방출 디스플레이(300)의 단면도를 도시하는 도3을 참조하면, 전계 방출 디스플레이(300)는, 3개의 전계 방출 전극(100)들을 포함하며, 그리고 본 발명에 따른 신규한 방법에 따라 제조된다. 또 다른 가능한 전계 방출 장치는 전계 방출 발광(lighting) 모듈을 포함한다. 전계 방출 디스플레이(300)는 또한, 애노드(302), 상기 애노드(302) 부근에 위치한 인광층(304)(예컨대, 투명 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide : ITO) 층 혹은 이와 유사한 것들) 및 전계 방출 전극(100)을 제어하고 그리고 전계 방출 디스플레이(300)의 일반적인 제어를 위한 제어 로직(미도시)을 포함한다. 일반적으로, 제어 로직은 전계 방출 디스플레이(300)에 전력을 제공하기 위한 전원을 포함한다. 또한, 전계 방출 디스플레이(300)는 예컨대 유리, 플라스틱 혹은 석영인 투명 커버(306)를 포함하는바, 이는 밀폐되게 봉인된 전계 방출 디스플레이에게 뚜껑(lid)을 제공하며, 이에 의해서 전계 방출 디스플레이(300)가 동작하는데 필요한 진공 환경이 제공될 수 있다.

전계 방출 전극(100)은 돌출부(310)를 갖는 배후 구조(back structure)(308) 상에 배치되며, 돌출부(310) 상에는 게이트 전극으로서 유용한 전기적 커넥터(312)가 각각 제공된다. 동작중에, 상기 게이트 전극(312)은 전계 방출 전극(100)에 의해 방출되는 전자들(314)이 전계 방출 전극(100)으로부터 좀더 용이하게 방출되도록 한다. 즉, 전계 방출 전극(100)과 애노드(302) 사이에 전위차가 발생하는 때에, 전계 방출 전극(100)으로부터의 전자들(314)이 상기 인광층(304)에 충돌하며 그리고 상기 인광층(304)이 빛(316)을 방출하게 야기하는바, 상기 빛(316)은 가시 파장의 범위 내인 것이 바람직하며 예컨대 백색광(white light)이다. 하지만, 상기 인광층을 분할하는 것도 또한 가능한바 즉, 전자들(314)을 받아들여서 서로 다른 색상들을 나타내도록 된 상이한 인광체 물질들로 구성된 서로 다른 섹션들을 포함하도록 상기 인광층을 분할하는 것도 가능하다.

또한, 해당 기술분야의 당업자라면, 본 명세서에 개시된 바람직한 실시예만으로 본 발명이 제한되지 않음을 능히 이해할 것이다. 이와 반대로, 첨부된 청구항들의 범위 내에서 많은 변형예들 및 수정예들이 가능하다. 예를 들어, 앞서 언급한 바와 같이, 상기 전극은, 전계 방출 디스플레이 혹은 전계 방출 발광 소스와 같은 전계 방출 장치에서 유용할 뿐만 아니라, 압전 장치에서 활성 구성요소로서 또한 이용될 수 있다.

100 : 전계 방출 전극 104, 106 : 나노 구조들
108 : 절연체 110 : 전기 전도성 부재
112 : 지지 구조체 300 : 전계 방출 디스플레이
302 : 애노드 304 : 인광층
306 : 투명 커버 308 : 배후 구조
310 : 돌출부 312 : 전기적 커넥터

Claims

전계 방출 디스플레이를 제조하는 방법으로서,
배기처리된(evacuated) 챔버 내에 전자 방출 수용체(electron-emission receptor)를 배치하는 단계와;
상기 전자 방출 수용체 인근에 파장 변환 물질을 배치하는 단계와; 그리고
상기 배기처리된 챔버 내에 전자 방출 소스를 배치하는 단계 -상기 전자 방출 소스는 상기 전자 방출 수용체를 향해 전자들을 방출하도록 되며-
를 포함하며,
상기 전자 방출 소스는,
기판을 제공하는 단계;
상기 기판 상에 다수의 ZnO 나노 구조들을 형성하는 단계, 상기 다수의 ZnO 나노 구조들 각각은 제 1 말단과 제 2 말단을 가지며, 상기 제 1 말단은 상기 기판에 연결되며;
상기 ZnO 나노 구조들을 전기적으로 서로 절연시키는 전기적 절연체를 배치하는 단계;
상기 ZnO 나노 구조들의 선택물(selcetion)의 상기 제 2 말단에 전기 전도성 부재(electrical conductive member)를 연결하는 단계;
상기 전기 전도성 부재 상에 지지 구조체를 배치하는 단계; 및
상기 기판을 제거하여 상기 ZnO 나노 구조들의 상기 제 1 말단을 노출시키는 단계
에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이를 제조하는 방법.
제1항에 있어서,
다수의 ZnO 나노 구조들을 형성하는 상기 단계는,
다수의 금속 혹은 금속 산화물 입자들을 상기 기판 상에 배치하고 그리고 상기 다수의 금속 혹은 금속 산화물 입자들이 상기 나노 구조들을 형성하도록 성장하는 것을 허용하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이를 제조하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
전기적 결합 부재(electrical connective member)를 제공하는 상기 단계는,
그 각각이 상기 나노 구조들의 서로 다른 선택물(different selcetion)에 연결되는 다수의 전기적 결합 부재들을 제공하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이를 제조하는 방법.
제3항에 있어서,
상기 다수의 전기적 결합 부재는 개별적으로 어드레스 가능한 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이를 제조하는 방법.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 본질적으로 평탄(essentially flat)한 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이를 제조하는 방법.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기적 절연체는 절연체, 반-절연체(semi-insulator), 약 절연체(poor insulator)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이를 제조하는 방법.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 나노 구조들의 노출된 상기 제 1 말단을 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이를 제조하는 방법.
전계 방출 디스플레이로서,
전자 방출 수용체(electron-emission receptor);
상기 전자 방출 수용체 인근에 배치된 파장 변환 물질; 및
전자 방출 소스(electron-emission source)
를 포함하여 이루어지며,
상기 전자 방출 소스는,
제 1 말단과 제 2 말단을 구비한 ZnO 다수의 나노 구조들;
상기 ZnO 나노 구조들을 전기적으로 서로 절연시키도록 배치되는 전기적 절연체;
상기 ZnO 나노 구조들의 선택물(selection)의 상기 제 2 말단에 연결되는 전기 전도성 부재(electrical conductive member); 및
상기 전기 전도성 부재 상에 배치된 지지 구조체
를 포함하며,
상기 ZnO 나노 구조의 상기 제 1 말단은 잘 정의된 기판(well defined surface)으로부터 상기 ZnO 나노 구조가 성장하는 것이 허용되는 말단이며 그리고 상기 ZnO 나노 구조의 상기 제 1 말단은 노출되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이.
제8항에 있어서,
그 각각이 상기 나노 구조들의 서로 다른 선택물(different selcetion)에 연결되는 다수의 전기적 결합 부재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이.
제9항에 있어서,
상기 다수의 전기적 결합 부재들은 개별적으로 어드레스 가능한 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이.
제10항에 있어서,
상기 전계 방출 전극의 서로 다른 섹션들(sections)을 제어하기 위한 제어 로직을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자 방출 소스는 나노 발전기와 같은 압전 장치인 것을 특징으로 하는 전계 방출 디스플레이.