KR0129676B1 - 전계방출형 캐소드 - Google Patents

전계방출형 캐소드

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KR0129676B1
KR0129676B1 KR1019930004822A KR930004822A KR0129676B1 KR 0129676 B1 KR0129676 B1 KR 0129676B1 KR 1019930004822 A KR1019930004822 A KR 1019930004822A KR 930004822 A KR930004822 A KR 930004822A KR 0129676 B1 KR0129676 B1 KR 0129676B1
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Abstract

표시밀도가 높고 FEC와 함께 만든 화로의 특성이 양호하고, 스태틱 구동을 할 수 있는 전계방출형 캐소드를 제공한다. Si단결정기판(1) 사에는 각 복수개이 제어선(3)과 데이타선(5)이 매트릭스를 구성하고 있고, 복수의 요소영역(6)이 형성되어 있다. 각 요소영역(6) 내에 있어서 Si단결정기판 (1) 상에는 회로요소(7)가 형성되고 그위에는 전계방출부(8)가 적층하여 형성되어 있다. 회로요수(7)는 데이타선(5)에 드레인이 접속되고 제어선(3)에 게이트가 접속된 스위칭소자인 트랜지스터(Tr1)와, 입력신호의 기억회로인 캐패시터(Cs)와, 전계방출부(8)에 입력신호를 증폭하여 부여하는 트랜지스터(Tr2)를 갖고 있다.
Si단결정기판(1) 위에 만들어지는 회로요소(7)의 특성은 양호하고 전계방출부(8)는 그 위에 적층하므로 밀도가 높아진다. 또 회로요소(7)는 캐피시터 Cs를 갖고 있으므로 스태틱 구동이 가능하다.

Description

전계방출형 캐소드
본 발명은 형광표시관이나 특히 그래픽 형광표시관에 적합한 전자원인 전계방출형 캐소드에 관한 것이다. 또, 본 발명은 형광표시관의 원리를 응용한 리소그래피(lithography)의 광원에 있어서 전자원으로서 유용하다.
(종래의 기술)
형광표시관등의 표시소자에 있어서 응용을 목표로 하여 각종 구조의 전계방출형 캐소드가 개발되고 있다. 예를 들면 그래픽 형광표시관에 있어서는, 전극을 XY매트릭스 구조로 하고, 양극쪽의 표시부에 있어서 점등ㆍ비점등을 선택하는 구성을 취할 수 있다. 즉, 전계방출형 캐소드의 이미터 전극열과 게이트 전극열, 그리드전극 및 애노드전극 중 두 전극을 서로 교차하는 매트릭상으로 구성한다. 그리고 표시화상에 따라 매트릭스의 교점을 선택하면, 이 교점에 대응한 전계방출소자로부터 전자가 방출되고, 이 전자가 애노드 전극의 형광체에 충돌하여 화소의 선택이 행해진다.
상술한 종래의 XY매트릭스 구조의 전계방출형 캐소드에는 다음과 같은 문제점이 있다.
(1) 다이나믹구동이므로 발광시간은 듀티비에 의존하고 주사화소가 많을수록 1화소의 발광시간은 짧게 되어 휘도가 저하된다.
(2) 다이나믹구동은 스태틱에 비하여 회로가 복잡하다.
(3) 외부회로의 형성에 의하여 외형의 대형화 또는 코스트의 증가가 발생된다. 여기서 본 출원인은 일본 특원평 2-95119호에서 다음과 같은 전자원을 제안하였다. 이 전자원에 있어서는 절연기판상에 XY매트릭스 배선을 형성하고 XY매트릭스 배6선으로 절연기판상에 구획된 복수의 요소영역 내에 박막트랜지스터(TFT)와 전계방출소자(FEC)를 병설하고 있다.
박막트랜지스터(TFT)에서 대전류를 얻기 위하여는 트랜지스터의 면적은 크게 하지 않으면 안되었다. 또 TFT를 사용한 FEC에 있어서는 FEC를 TFT상에 절연층을 통하여 형성하는 것을 TFT의 성능상 어렵고 양자는 병설되지 않을 수 없었다. 이들의 사정으로부터 본 출원인의 제안에 의한 TFT와 TEC를 조합시킨 전자원은 면적의 이용효율이 낮다고 하는 과제를 갖고 있었다.
또 전술한 종래의 전계방출형 캐소드 및 본 출원인의 제안에 의한 전자원에서는 글라스기판 등의 절연기판상에 설치한 Si에 FEC를 만들지만, 이와 같은 구조에서는 전자이동도가 낮고 TFT에 대하여 소망의 특성을 얻기 어렵다고 하는 과제를 갖고 있었다.
본 발명의 전계방출형 캐소드는 표시밀도가 높고, FEC와 함께 만드는 회로의 특성이 양호하며, 스태틱 구동하는 것도 가능한 전계방출형 캐소드를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
본 발명의 전계방출형 캐소드는 Si단결정 기판과 서로 교차하는 두방향에 대하여 상기 Si단결정 기판상에 적층하여 배설된 복수개씩의 매트릭스 배선과, 상기 매트릭스 배선에 의하여 구획된 상기 Si단결정 기판상의 복수의 요소영역 내에 각각 형성되고 스위칭 소자와 기억회로를 가짐과 동시에 입력쪽이 상기 매트릭스 배선에 접속된 회로요소와 상기 각 요소영역 내에 각각 형성되고, 상기 각 회로요소의 출력쪽에 접속된 전계방출부를 갖고 있다. 또, 본 발명에 의하면, 상기 회로요소를 상기 매트릭스 배선에 접속된 스위칭 소자와 상기 스위칭소자에 의하여 입력되는 신호를 기억하는 기억회로와 상기 기억회로에 기억된 신호를 증폭하여 상기 전계방출부에 부여하는 구동회로에 의하여 구성할 수도 있다.
본 발명의 1실시예에 관한 전계방출형 캐소드에 대하여 제 1 도 내지 제 7 도에 의하여 설명한다. 제 1도 내지 제 3도에 도시하는 바와 같이 Si단 결정기판(1)(이하, 단지 Si기판(1)이라고 한다)상에는 SiO2의 절연층(2)을 통하여 X방향으로 띠형상의 제어선(3)이 소정간격을 두고 병설되어 있다. 제어선(3) 상에는 SiO2의 절연층(4)을 통하여 Y방향으로 띠형상의 데이타선(5)이 소정간격을 두고 병설되어 있다. 제어선(3)과 데이타선(5)은 함께 Al의 박막으로 이루어지고, 서로 교차하는 매트릭스 배선으로 Si기판(1)상에 복수의 요소영역(6)을 구획하고 있다.
제1도 내디 제3도에 도시하는 바와 같이, 상기 Si기판(1)상에는, 각 요소영역(6)마다 회로요소(7)와 전계방출부(8)가 각각 설치되어 있다.
본 실싱예의 회로요소(7)는 제2도에 도시하는 바와 같이 스위칭소자로서의 트랜지스터(Tr1)와 기억회로로설의 캐패시터(CS)와, 출력신호를 증폭하여 전계방출부(8)에 부여하는 구동회로로서의 트랜지스터(Tr2)로 이루어진다.
양 트랜지스터(Tr1, Tr2)는 Si기판(1)상에 만들어진 MOS형 트랜지스터이다. 제2도 또는 제3도에 도시하는 바와 같이, 트랜지스터(Tr1)는 입력쪽인 드레인(D)이타선(5)에 접속되고, 게이트(G)가 제어선(3)에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tr1)의 소오스(S)는 캐패시터(Cs)의 일단부와 트랜지스터(Tr2)의 게이트(G)에 입력되어 있다. 캐패시터(Cs)의 타단부와 트랜지스터(Tr2)의 드레인(D)은 전원선(9)에 접속되어 있다. 그리고 트래지스터(Tr2)의 출력쪽인 소오스(S)는 전계방출부(8)의 받침전극(10)에 접속되어 있다.
역시 상기 트랜지스터(Tr1, TR2)의 드레인과 소오스는 Si기판(1)에 형성된 n+ 층이고, 게이트는 폴리실리콘 또는 고융점 금속(메탈실리사이드)으로 이루어진다.
전계방출부(8)는 상기 요소영역(6)마다 형성된 전계방출소자이고, 제3도에 도시하는 바와 같이 상술한 매트릭스 배선인 제어선(3) 및 데이타선(5)과 회로요소(7)상에 절연층(11)을 통하여 적층하여 설치되어 있다.
즉, 상기 절연층(11) 상에는 받침전극(10)이 설치되고, 그 위에 SiO2또는 Si3N4또는 Al2O3등의 절연층(12)이 형성되어 있다. 더욱이 이 절연층(12) 상에는 Nb층등의 게이트(13)가 형성되어 있다. 게이트(13) 및 절연층(12)에는 홀(14)이 형성되고, 그 홀(14) 내의 받침전극(10) 상에는 Mo(또는 Ti, W 등)으로 이루어지는 콘형상의 이미터(15)가 형성되어 있다.
다음에 이상의 구성에 있어서의 작용을 설명한다.
XY매트릭스를 구성하는 데이타선(5)과 제어선 (3)의 임의의 조합을 선택함으로써 매트릭스상의 임의의 교점에 있는 요소영역(6)의 트랜지스터(Tr1)를 로 하고 데이타선(5)에서 부여되는 표시신호를 트랜지스터(Tr1)를 통하여 캐패시터(Cs)에 기억할 수가 있다. 기억 후 이 신호를 트랜지스터(Tr2)를 경유하여 전계방출부(8)의 받침전극(10)에 인가하면 XY매트릭스 내의 소망의 위치에 있는 전계방출부(8)로부터 전자를 방출시킬 수 있다.
또, 구동회로인 트랜지스터(Tr2)의 제어에 의하여 전자의 방출량을 제어할 수 있으므로 휘도조정이나 계조(階調)표시를 행할 수가 있다.
제4도는 본 시시예의 전계방출캐소드(20)를 형광표시관(21)의 전자원으로서 용기(22) 내에 실제로 장착한 예를 도시하고 있다. 용기(22) 내의 전계방출캐소드(20)에 대향하는 위치에는 애노드전극(23)과 형광체층(24)으로 이루어지는 발광표시부로서의양극(25)이 구성되어 있다. 양극(25)의 구성은 단색표시의 경우에는 베타로 형성하면 좋다. 풀 컬러표시의 경우에는 제4도와 같이 적, 녹, 청의 각 색에 대응하는 표시 세그먼트(R, G, B)를 설치하고, 각 세르먼트(R, G, B)가 전계방출캐소드(20)의 각 요소영역(6)에 대응하도록 구성하면 좋다.
제5도는 본 실시예의 전계방출캐소드(20)에서 X쪽(제어선쪽)의 드라이버(30)와 Y 쪽(데이타선쪽)의 드라이버(31)를 전계방출캐소드(20)의 XY매트릭스부와 동일한 Si기판(1)상에 집적하여 형성하는 예를 도시한 것이다. 더욱이 드라이버 회로 이외의 화상신호처리 등을 위한 기타의 기능회로를 동일 Si기판상에 형성할 수도 있다.
종래의 그래픽 표시장치 중에는 글라스기판상에 드라이버 IC를 부착한 소위 칩온 글라스형의 표시관은 있었지만 ICD 단자와 표시소자의 단자를 접속하는 것이 용이하지 않았다. 제5도의 구조에 의하면, 공통의 기판으로서 Si기판(1)을 사용하고 있으므로 표시부의 주변에 해당하는 Si기판(1)의 외주부에 드라이버(30, 31)를 직접 만들어 넣을 수가 있다. 그리고 만들어 넣어진 드라이버(30, 31)와 상기 매트릭스 배선을 Si기판(1) 상에 배선패턴으로 접속할 수 있다.
제6도는 본 실시예의 회로요소(7)에 있어서 기억회로의 다른 구성예를 도시하고 있다. 이는 플립플롭회로를 사용한 래치회로방식이다.
제7도는 본 실시예의 회로요소(7)에 있어서 기억회로의 다른 구성예를 도시하고 있다. 이 예에서는 트랜지스터(Tr2)의 소오스측을 저항(32)을 통하여 접지함과 동시에 이 저항(32)의 앞에서 출력신호를 꺼내어 전계방출부(8)의 받침전극(10)에 접속하고 있다.
제8도는 본 실시예의 전계방출부(8)의 다른 구성예를 도시하고 있다. 이 예에서는 요소영역(6) 내의 회로요소(7)에 인접하는 부분에 전계방출부(8)를 형성하고 있다. 즉, 전계방출부(8)의 받침전극(10)은 Si기판(1)에 만들어져서 구동회로인 트랜지스터(Tr2)의 소오스에 접속되어 있다.
제9도는 본 실시예의 전계방출부(8)의 다른 구성예를 도시하고 있다. 이 예에 있어서도 요소영역(6) 내의 회로요소(7)에 딘접하는 부분에 전계방출부(8)가 형성되어 있지만 그 받침전극(10)은 Si기판(1)상에 형성된 Al 등의 금속박막에 의하여 구성되어 있다.
더욱 제8도 및 제9도에 있어서 제3도와 대응하는 부분에 대하여는 동일부호를 붙인다.
본 발명의 전계방출형 캐소드에 의하면 다음과 같은 효과가 얻어진다.
(1) 매트릭스 배선으로 구획되나 다수의 각 요소영역의 각각이 메모리기능을 갖고 있으므로 스태틱구동이 가능하다. 따라서 단색표시에서는 듀티사이클을 거의 1(풀 컬러의 경우에는 1/3)로 할 수 있고, 종래의 다이나믹구동에 비교하여 크게 할 수 있으므로 양극전압이 낮아도 고휘도가 얻어진다.
(2) 회로요소를 전계방출부밑에 집접하여 형성할 수 있으므로, 1화소분의 점계방출소자의 면적을 작게 할 수 있다.
(3) 글라스 기판상에 비결정성 Si 또는 폴리 Si를 사용하여 형성한 구동용의 IC가 알려져 있지만, 회로요소를 Si단결정 기판상에 형성한 본 발명이 전자이동도(mobility)를 100~1000배로 크게 할 수 있어 양호한 회로특성이 얻어진다.
(4) 컬러표시를 행하는 형광표시관에서는 양극의 표시부에 황화물계의 형광체를 사용하고 있다. 종래의 전자원인 열산화물 음극을 이 종류의 형광표시관에 사용하면 황화물계 가스가 발생하고 그 음극과 반응하여 방출이 저하되어 버린다. 그런데 본 발명은 전계방출소자를 응용하고 있으므로 형광체로부터의 황화물계 가스에 의하여 방출이 저하되는 일은 없다.
(5) 전계방출소자를 응용하고 있으므로 종래의 열전자 방출형의 음극에 비하여 고휘도 고분해능의 표시가 얻어지고, 저전력이며 수명이 길다.
제1도는 일실시예의 전체회로도.
제2도는 일실시예의 일요소영역에 있어서의 회로도.
제3도는 (a)는 일실시예의 단면도.
(b)는 평면도.
제4도는 일실시예를 응용한 형관표시관의 단면도.
제5도는 일실시예의 다른 구성예를 도시하는 평면도.
제6도는 일실시예에 있어서 기억회로의 다른 구성예를 도시하는 회로도.
제7도는 일실시예에 있어서 구동회로의 다른 구성예를 도시하는 회로도.
제8도는 일실시예에 있어서 전계방출부의 다른 구성예를 도시하는 단면도.
제9도는 일실시예에 있어서 전계방출부의 다른 구성예로 도시하는 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : Si단결정기판(Si 기판) 3 : 매트릭스 배선으로서의 제어선
5 : 매트릭스 배선으로서의 데이타선 6 : 요소영역
7 : 회로요소 8 : 전계방출부
20 : 전계방출 캐소드 Tr1: 스위칭소자로서의 트랜지스터
Cs : 기억회로로서의 캐패시터 Tr2: 구동회로로서의 트랜지스터

Claims (3)

  1. Si단결정 기판, 서로 교차하는 두 방향에 대하여 상기 Si단결정 기판상에 적층되어 배설된 복수개씩의 매트릭스 배선, 상기 매트릭스 배선에 의하여 구획된 상기 Si단결정 기판상의 복수의 요소영역 내에 각각 형성되며 스위칭 소자와 기억회로를 가짐과 동시에 입력쪽이 상기 매트릭스 배선에 접속된 회로요소 및 상기 각 요소영역 내에 각각 형성되며 상기 각 회로요소의 출력쪽에 접속된 전계방출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출형 캐소드.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 회로요소가 상기 매트릭스 배선에 접속된 스위칭소자, 상기 스위칭소자에 의하여 입력되는 신호를 기억하는 기억회로 및 상기 기억회로에 기억된 신호를 증폭하여 상기 전계방출부에 부여하는 구동회로에 의하여 구성된 것을 특징으로 하는 전계방출형 캐소드.
  3. 제 1항에 있어서, Si단결정 기판상의 매트릭스 주위영역에 드라이버 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
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