KR100373320B1 - 탄탈륨산화막을 이용한 교류 구동형 전계 발광소자 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 형광체 상/하부에 절연체가 둘러싼 이중절연 구조의 교류 구동형 전계 발광소자(electroluminescent devices, ELD)에서 뛰어난 발광특성을 갖는 소자를 만들기 위하여 탄탈륨 유기금속화합물을 전구체로 사용해 만든 탄탈륨산화물 박막을 이용해 전계 발광소자를 구현한다. 탄탈륨산화물 박막은 전구체 사이의 표면 화학반응을 이용해 성장시키고, 후속 열처리 공정을 통해 절연체의 전기적 특성을 향상시켰다. 이렇게 성장한 탄탈륨산화물은 전계에 대한 절연체 파괴세기와 유전율이 높기 때문에 전계 발광소자용 절연체로 이용하면 높은 전계에서의 안정성이 뛰어나고, 소자 구동에 필요한 전압을 낮출 수 있다는 장점을 갖는다. 또한, 염소원자가 존재하지 않는 전구체를 이용함으로써 염소원자 오염을 배제할 수 있으므로 특히, II-VI족 화합물황화물(CaS, SrS, MgS, ZnS)을 모재료로 사용하는 전계 발광소자의 수명과 휘도를 증가시킬 수 있다.

Description

탄탈륨산화막을 이용한 교류 구동형 전계 발광소자 제조방법{method for fabricting AC driving type electroluminescent devices using Ta2O5 layer}

본 발명은 디스플레이 소자 기술에 관한 것으로, 특히 평판 디스플레이의 하나인 교류 구동형 박막 전계 발광소자에 관한 것이다.

정보통신 분야의 급속한 발전으로 휴대가 가능하고 가벼운 평판 디스플레이에 대한 요구가 증대되고 있다. 교류 구동형 전계 발광소자는 대표적인 평판 디스플레이로서, 형광층 상하부를 절연층이 감싸고 있는 이중절연 구조를 취하고 있다. 고휘도, 고효율 전계 발광소자를 구현하기 위해서는 발광 특성이 뛰어난 형광체를 선택하는 것이 필수조건이지만, 그 상하부의 절연층은 소자수명과 구동전압에 큰 영향을 미치기 때문에 형광체 못지않게 중요한 소재라 할 수 있다. 특히, 절연층과 형광층 사이의 계면은 형광층을 여기/발광시키는 전자를 공급하고 보존하는 곳이므로 계면 상태에 따라 소자의 발광특성이 크게 변한다.

가장 먼저 상용화된 ZnS:Mn 전계 발광소자에 사용된 절연층으로는 신뢰성이높은 SiON, Al₂O₃, SiO₂를 이용해 제작한 절연박막과 Al₂O₃과 TiO₂를 번갈아 적층시킨 다층 절연박막(Al_xTi_yO(ATO))이 가장 대표적이다.

전자의 경우는 SiON, Al₂O₃의 높은 패킹(packing) 밀도로 인해 전계에 대한 안정성이 뛰어난 특성을 응용하여, 샤프(Sharp) 사에서 ITO(In_xSn_yO)/SiO₂/SiON/ZnS:Mn/SiON/Al₂O₃/상부전극 구조의 전계 발광소자를 제작하여 안정성과 내환경성이 뛰어난 소자를 구현한 바 있다. 그러나, 이러한 구조의 소자는 사용된 산화박막의 유전율이 낮아서 구동전압이 높다는 단점이 있었다.

그리고, ATO 절연체는 구동전압에 대한 파괴전압이 1.6∼2.6배 정도로 지금까지 보고된 절연체 중에서 가장 뛰어난 전계 안정성을 보여주고 있으며, 유전율이 18 정도로 상당히 높아서 전계 발광소자용 절연체로 플라나 시스템즈(Planar systems) 사에서 가장 널리 사용하고 있는 재료이다. 그러나, ATO는 한 픽셀(pixel)의 파괴가 주위 픽셀의 파괴를 유발하고, 염화금속 전구체를 이용하여 성장하기 때문에 박막 내에 염소 원자가 유입되는 단점도 지니고 있다.

한편, ATO 박막의 경우와 같이 서로 상보적인 두 가지 특성의 산화물을 2차원 평면에서 100Å 정도의 두께를 가지도록 번갈아 가면서 쌓아올린 다층구조 절연체를 만들려는 노력이 계속되고 있다. 이러한 구조에서 층 두께는 절연체 물성을 좌우하는 중요한 변수이다. 대표적인 다층 절연박막으로는 Kukli 연구팀에서 제작하여 그 전기적 특성을 보고한 Ta₂O₅/Al₂O₃, Ta₂O₅/ZrO₂, Ta₂O₅/HfO₂등이 있다[J. Electrochem. Soc. 144, 300; Appl. Phys. Lett. 68, 1996]. 그러나, 이러한 이중 절연박막은 실제 소자에 적용될 경우, 소자 구동하에서 절연막의 전기적 특성 및 물성이 일정하게 유지되지 못하고, 대면적으로 박막을 성장하기 어려운 단점이 있어 아직까지 그 신뢰성을 확보하지 못한 실정이다.

또한, ATO와는 다른 접근법으로는 두 종류의 산화물을 혼합하여 새로운 특성을 갖는 절연재료를 개발하려는 것이다. 이러한 예로는 Ta₂O₅-Y₂O₃, Ta₂O₅-WO₃, Ta₂O₅-Al₂O₃, Ta₂O₅-Nb₂O₅를 이용하여 새로운 절연 소재를 만들려는 시도가 있었다[미국특허 US 5,225,286, US 4,670,335]. 이와 같은 연구에 의해서 좋은 결과가 꾸준히 나오고는 있으나, 아직까지는 기존에 사용되는 전계 발광소자용 절연체(ATO, SiON, Al₂O₃등)에 비해 뛰어난 특성을 보여주지 못하고 있는 실정이다.

하기의 표 1은 이제까지 소개된 절연체 중 대표적인 절연체의 전계에 대한 안정성을 나타내는 파괴 전계세기, 구동전압을 결정하는 유전율, 그리고 두 수치의 곱에 대응되는 최대 축적전하량을 각각의 소재들에 대하여 정리한 것이다.

실제로 전계 발광소자용 절연체를 개발하기 위해서는 표 1에서 제시한 전기적 특성들이 일차적인 선택기준을 제공하지만 소자를 구성하는 절연체와 형광체, 절연체와 전극재료 사이의 재료적인 적합성 여부와 박막을 성장하는 방법도 중요하다.

Soininen의 미국특허 US 5,496,597을 참조하면, 알카리토황화물(alkaline-earth sulfide)계 형광체의 경우, 절연체로 염화금속 화합물 전구체를 사용하게 되면 박막 내부로 염소원자 오염이 유발하므로 염소원자를 함유하지 않는 유기금속화합물을 전구체로 사용하여 제작한 소자의 휘도와 수명이 증가함을 확인할 수 있다. 또한, 같은 종류의 산화물을 만들어도 사용한 박막 증착방법, 사용한 전구체, 실험조건이 바뀌면 다른 물성의 박막이 형성된다. 그 일례로, Al₂O₃를 스퍼터링(sputtering) 방법과 원자층증착(atomic layer deposition, ALD)법으로 형성하면, 파괴 전계세기가 각각 5MV/cm, 8MV/cm로 다르게 나타난다. 그리고, 박막을성장시킨 후 박막이 거치는 후속공정에 의해서도 박막의 특성이 변하게 된다.

상기 표 1에 잘 나타난 바와 같이 Ta₂O₅박막은 유전율이 25정도로 상대적으로 높고 전계에 대한 안정도도 좋은 편인데, 지금까지는 메모리 반도체용 유전체로의 응용이라는 관점에서 많은 연구가 이루어져 왔다. 최근까지는 메모리용 반도체로 SiO₂를 사용하였지만 고집적화에 부합하는 캐패시턴스를 얻기 위해서는 그 두께를 줄이는데 한계가 있으므로 유전율이 높은 물질이 요구되기 때문에 Ta₂O₅박막에 대한 연구를 많이 수행하여 왔다. 그 일례로, 포토 CVD(photo chemical vapor deposition)를 사용하여 5MV/cm 이상의 파괴 전계세기를 가지는 Ta₂O₅박막을 제작하였다[J.Y. Zhang et al, Appl. Phys. Lett. 1998, 73, 2299]. 그러나, 포토 CVD법으로 증착된 Ta₂O₅박막은 100Å 정도의 두께를 가지고 구동전압이 10V 이내이므로 전계 발광소자에서 요구되는 수천Å 두께와 200V 이상의 고전압 특성을 충족하기 어렵다.

본 발명은 형광체의 상/하부 절연막으로 유전율이 높고, 전계에 대한 안정성을 확보하면서, 염소에 의한 오염을 방지할 수 있는 절연체를 적용한 교류 구동형 전계 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따라 투명기판을 이용한 정상구조로 제조된 교류 구동형 전계 발광소자의 단면 구조도.

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따라 불투명기판을 기본으로 하여 반전구조로 제조된 교류 구동형 전계 발광소자의 단면 구조도.

도 2a 내지 도 2d는 반응성 표면반응의 메커니즘을 도시한 도면.

도 3은 Ta(OEt)₅와 H₂O를 전구체로 이용하여 원자층증착법으로 성장시킨 Ta₂O₅박막의 급속열처리(Rapid thermal Anneal) 온도에 따른 유전율 변화를 측정한 결과를 도시한 도면.

도 4는 급속열처리 온도에 따른 Ta₂O₅박막의 결정성 변화를 나타낸 특성도.

도 5는 Ta₂O₅박막의 열처리 온도에 따른 전류밀도-전계세기의 변화를 나타낸 특성도.

도 6은 각각의 방법으로 형성된 전계 발광소자(ELD)의 전압-휘도 곡선을 나타낸 특성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 유리기판 2 : 투명전극

3 : 하부 Ta₂O₅박막 4 : 형광층

5 : 상부 Ta₂O₅박막 6 : 금속전극

7 : 불투명기판 8 : 내화성 금속전극

9 : 화합물 A 10 : 화합물 B

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 기판 상에 제1 전극, 하부절연층, 형광층, 상부절연층 및 제2 전극의 적층 구조로 이루어진 교류 구동형 전계 발광소자 제조방법에 있어서, 상기 상부절연층과 상기 하부절연층 중 적어도 어느 하나의 층으로서 반응성 표면 화학반응 증착법을 사용하여 Ta₂O₅박막을 증착하는 제1 단계와, 상기 Ta₂O₅박막에 대해 400∼600℃ 온도에서 10∼300초 동안 급속열처리를 수행하는 제2 단계를 포함하는 교류 구동형 전계 발광소자 제조방법이 제공된다.또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판 상에 제1 전극, 하부절연층, 형광층, 상부절연층 및 제2 전극의 적층 구조로 이루어진 교류 구동형 전계 발광소자 제조방법에 있어서, 상기 상부절연층과 상기 하부절연층 중 적어도 어느 하나의 층으로서 반응성 표면 화학반응 증착법을 사용하여 Ta₂O₅박막을 증착하는 제1 단계와, 상기 Ta₂O₅박막에 대해 400∼600℃ 온도에서 30∼600분 동안 화로(furnace) 열처리를 수행하는 제2 단계를 포함하는 교류 구동형 전계 발광소자 제조방법이 제공된다.

본 발명에서는 최근에 고집적도 메모리용 반도체 소재로 각광을 받고 있는 Ta₂O₅박막을 반응성 표면 화학반응 증착법과 후속 열처리공정을 통하여 기존의 저유전율 절연체에 버금가는 높은 파괴 전계세기를 갖는 박막을 만들어서 이를 전계 발광소자용 절연체로 이용하여 전계발광 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 제안한다.

이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.

첨부된 도면 도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 교류 구동형 전계 발광소자의 단면 구조를 도시한 것으로, 도 1a는 투명기판을 이용한 정상구조를, 도 1b는 불투명 기판을 기본으로 한 반전구조를 각각 나타내고 있다.

도 1a를 참조하면, 정상구조는 유리기판(1)을 기초로 하여 투명전극(2), 하부 Ta₂O₅박막(3), 형광층(4), 상부 Ta₂O₅박막(5), 금속전극(6)의 적층으로 이루어진다. 도 1b를 참조하면, 반전구조는 불투명기판(7)을 기본으로 하여 내화성 금속전극(8), 하부 Ta₂O₅박막(3), 형광층(4), 상부 Ta₂O₅박막(5), 투명전극(2)의 적층 구조를 가진다.

유리기판(1)은 알카리금속 이온 불순물이 없는 유리를 사용하거나, 금속이온의 침투를 막을 수 있는 방어층(barrier layer)을 그 상부에 둔 일반 유리(soda lime glass)를 사용할 수 있다. 투명전극(2)은 통상적인 ITO(indium-tin-oxide)를 사용한다. 금속전극(6)은 전계 안정성이 뛰어난 알루미늄을 주로 사용하고, 내화성 금속전극(8)으로는 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W)을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 하부 Ta₂O₅박막(3) 및 상부 Ta₂O₅박막(5)을 제조하는 방법으로 본 발명에서는 기판 표면에서 전구체들 사이의 반응성 표면반응을 이용하여 한 층씩 박막을 성장시키는 방법을 이용하였다. 그 두께는 각각 50∼400 nm가 적당하다.

또한, 하부 Ta₂O₅박막(3) 및 상부 Ta₂O₅박막(5) 증착 직후 400∼600℃의 온도에서 10∼300초 동안 급속열처리(Rapid Thermal Anneal, RTA)를 실시하거나, 400∼600℃의 온도에서 30∼600분 동안 화로(furnace) 열처리를 실시한다. 한편, 도 1에 도시된 바와 같이 상부절연체까지 제작한 후에 500∼800℃ 온도에서 10∼300초 동안 급속열처리를 실시한다. 이러한 후속 열처리를 통해 절연체와 형광체의 계면 특성, 형광층의 결정성 향상을 이룰 수 있어 소자의 발광 특성을 개선하는데 도움이 된다.

첨부된 도면 도 2a 내지 도 2d는 반응성 표면반응의 메커니즘을 네 단계로 구분하여 도시하고 있다. 먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이 화합물 A(9)가 기판으로 공급되어 선택적인 표면 흡착이 일어나고, 다음으로 도 2b에 도시된 바와 같이 기상에 존재하는 화합물 A(9)를 펌핑하여 제거해준다.

계속하여, 도 2c에 도시된 바와 같이 화합물 B(10)가 공급되어서 표면의 화합물 A(9)와 표면 화학반응을 일으켜서 박막을 성장시키고, 도 2d에 도시된 바와 같이 여분의 화합물 B(10)를 제거한다. 이후, 상기와 같은 사이클(cycle)을 반복적으로 수행함으로써 원하는 두께의 박막을 형성한다. 이러한 반응 메커니즘을 이용한 대표적인 증착방법이 원자층증착(ALD)법이다. 이 방법이 갖는 장점은 박막을 한 층씩 성장하므로 매우 치밀하고, 결점이 적고, 화학 조성이 잘 맞는 박막을 성장할 수 있다는 것이다. 한편, 본 발명에서는 Ta(OEt)₅, Ta(Oi-Pr)₅, Ta[N(Et)₂]₅, Ta[N(Me)₂]₅, Ta[N(Me)(Et)]₅와 같은 유기금속화합물 전구체를 이용하여 Ta₂O₅박막을 증착함으로써 염소에 의한 박막의 오염을 방지한다.

이러한 반응성 표면반응 메커니즘을 이용하여 Ta₂O₅박막을 성장시키고, 적절한 열처리를 가하면 화학조성이 잘 일치하고, 결점이 없는 고품위 금속산화물 박막이 형성됨을 물성분석을 통하여 확인하였다.

첨부된 도면 도 3은 Ta(OEt)₅와 H₂O를 전구체로 이용하여 원자층증착법으로 성장시킨 Ta₂O₅박막의 급속열처리(60초) 온도에 따른 유전율 변화를 측정한 결과를도시한 것으로, 유전율(ε_r)은 550℃ 이하의 열처리 온도에서는 온도 증가에 따라 22∼25 정도로 거의 일정하지만 600℃, 700℃에서는 각각 31, 52로 급격하게 증가하였다. 이러한 증가는 열처리 온도에 따른 결정성 변화를 통해 이해할 수 있다. 첨부된 도면 도 4는 급속열처리 온도에 따른 Ta₂O₅박막의 결정성 변화를 나타낸 것으로, 550℃ 이하의 열처리 온도에서는 XRD 피크가 관측되지 않는 비정질 상태이지만 600℃ 이상에서는 다결정성 결정들이 형성된다. 결정성 Ta₂O₅박막은 비정질구조에 비해 유전율이 더 높다는 보고들이 있으므로 열처리 온도에 따른 유전율의 증가는 박막의 결정성 변화로 설명할 수 있다.

첨부된 도면 도 5는 Ta₂O₅박막의 열처리 온도에 따른 전류밀도-전계세기 곡선의 변화를 도시한 것으로, 초기 증착된 상태(as-deposited)에 비해 500℃, 550℃ RTA에서는 전계에 대한 누설전류가 크게 감소하지만 600℃, 700℃ RTA에서는 누설전류가 증가함을 보여준다. 이는 550℃ 이하의 RTA에서는 유전율은 일정하면서 누설전류가 감소함으로써 파괴 전계세기가 증가하므로 전계 발광소자용 절연체로써의 절연특성이 개선됨을 보여준다. 반면에 600℃ 이상의 RTA에서는 유전율이 커지므로 전계 발광소자의 구동 전압을 감소시킬 수 있다는 장점을 갖지만, 그에 따라 파괴 전계세기는 일반적으로 전계 발광소자에서 요구되는 2MV/cm 이하로 감소하므로 전계 발광소자용 절연체로 응용할 수 없을 정도로 전계안정성 특성이 저하된다. 따라서, 본 발명에 적용되는 Ta₂O₅박막 형성시 적절한 후속 급속열처리 온도는 400∼600℃라 할 수 있다.

한편, Ta의 전구체로 유기금속화합물 대신에 염화금속화합물인 TaCl₅를 이용하여 원자층증착법으로 Ta₂O₅박막을 성장시킨 경우에는 유전율은 24 정도로 비슷하게 나타나지만, 전계파괴 세기는 2.0MV/cm 이하로 전계에 대한 안정도가 크게 떨어짐을 확인할 수 있었다.

첨부된 도면 도 6은 각각의 방법으로 형성된 전계 발광소자(ELD)의 전압-휘도 곡선을 도시한 것으로, ELD1은 종래기술(Kukli 연구팀)에 따라 Ta(OEt)₅와 H₂O를 전구체로 이용하여 원자층증착법으로 성장시킨 230nm Ta₂O₅박막을 정상구조(상기 도 1a 참조)의 CaS:Pb 청색 전계 발광소자의 하부절연층으로 적용한 경우이며, ELD2는 본 발명을 적용하여 하부절연층으로 230nm Ta₂O₅박막을 증착한 직후에 480℃ 온도에서 4시간 동안 화로 열처리를 실시하고, 계속하여 형광층/상부절연층 형성 후에 550℃에서 60초 동안 후속 급속열처리를 실시한 경우이며, ELD3는 Al(CH₃)₃와 H₂O를 전구체로 이용하여 원자층증착법(증착온도 350℃)으로 성장시킨 190nm Al₂O₃박막을 역시 같은 소자의 하부절연층으로 적용한 경우를 각각 나타낸 것이다. 상기 각각의 청색 전계 발광 소자(ELD1, ELD2, ELD3)는 형광층 두께를 300nm로 하고, 형광체 내의 Pb 함유량은 0.6% 정도이고, 상부 절연체로는 220nm Al₂O₃박막을 사용하였다.

이를 참조하면, 우선 유전율이 낮은 Al₂O₃박막에 비해서 유전율이 높은 Ta₂O₅의 경우에 구동전압이 30V 이상 감소함을 알 수 있다(ELD1과 ELD3 비교). Al₂O₃와 Ta₂O₅박막의 두께가 각각 190nm, 230nm이므로 절연체 두께에 의한 구동전압 변화까지 생각하면 Ta₂O₅박막을 이용함으로써 초래되는 구동전압 감소효과는 더 증대되게 된다. 그리고, Ta₂O₅박막에서 열처리에 따른 효과는 ELD1과 ELD2 사이의 발광특성 차이로 비교할 수 있는데, 열처리에 따라 추가적으로 20V 정도의 구동전압 하강이 이루어지고 높은 최고 휘도를 얻을 수 있다(ELD2). 여기서, 구동전압 감소는 550℃에서의 열처리에 의해 유전율이 거의 변화하지 않으므로 열처리에 의한 계면상태가 효과적인 전자공급을 이룰 수 있도록 변화한 것에 기인한 것이라 유추된다.

현재 상용화된 전계 발광소자를 구동하기 위하여 150∼250V의 교류형 전원이 필요하다. 이러한 고전압 구동회로는 SOI(silicon-on-insulator)와 같은 절연 특성이 뛰어난 재료와 고전압 특성을 갖는 소자를 이용하여 제작해야 하므로, 요구되는 기판이 고가이고 제조공정이 복잡하고 어렵다. 따라서 구동전압을 낮추는 것은 전계 발광소자를 대량 생산하는 관점에서 매우 중요하다. 구동전압은 발광에 필요한 전계가 형광체에 가해질 때의 형광체와 절연체에 걸리는 전압의 합이므로 낮은 구동전압을 실현하기 위해서는 낮은 전압에서 형광체가 발광 임계전계에 도달하도록 하는 방법과 임계전계에서 절연체가 최소한의 전압 강하를 일으키도록 해야 한다. 전자의 경우는 임계전계가 낮은 새로운 형광소재 개발과 형광체 두께 감소로 해결된다. 하지만 현실적으로 발광효율이 높은 신소재 개발이 쉽지 않고, 전계발광 메커니즘에 의하면 발광 임계전계를 현재의 1.5∼2MV/cm에서 크게 줄이는 것도 어렵다. 그리고, 형광체의 두께감소는 휘도 감소를 동반하므로 고휘도 형광소재에서는가능하지만, 현재까지는 휘도가 부족한 형편이므로 실행할 수 없는 방법이다. 후자의 경우는 유전율이 높은 절연소재를 쓰면 구동전압을 낮출 수 있다. 본 발명은 기존에 상용화된 SiON(e_r= 6), ATO(e_r≒ 18) 등에 비해 유전율이 높은 Ta₂O₅(e_r≒ 25)을 절연체로 이용하여 전계 발광소자이 구동전압을 낮추려고 한다. 한편, 유전율이 1000 이상되는 PZT, BST와 같은 강유전체 물질들은 고전계에서 쉽게 절연파괴를 일으키고, 한 부위의 파괴가 다른 부위의 파괴를 유발하므로 전계 발광소자용 절연체로 사용할 수 없다.

이에, 본 발명에서는 최근에 고 집적도 메모리용 반도체 소재로 각광을 받고 있는 Ta₂O₅박막을 반응성 표면 화학반응 증착법과 후속 열처리공정을 통하여 기존의 저유전율 절연체에 버금가는 높은 파괴 전계세기를 갖는 박막을 만들어서 이를 전계 발광소자용 절연체로 이용하여 전계발광 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 제안한 것이다. 본 발명에 따라 성장된 Ta₂O₅박막은 4MV/cm 이상의 고전계에서도 견디고 국부적인 파괴가 주위로 전달되지 않으므로 전계 발광소자용 절연소재로 유망하다. Soininen의 미국특허 US 5,496,597에서와 같이 유기금속화합물 전구체를 이용해 Ta₂O₅박막을 제작하면, 알카리토황화물(SrS, CaS, MgS)을 모재료로 사용하는 형광체에 유용하게 적용될 수 있다. 마찬가지로 전계발광 소자에서 가장 널리 사용되는 ZnS계 형광체에도 적용할 수 있을 것이다. 이와 같이 염화금속화합물 대신에 유기금속화합물 전구체를 이용하고, 후속 열처리공정을 이용해 누설전류 크기를 크게 감소시킨다는 점에서 원자층 증착법을 이용해 Ta₂O₅박막을 만든 선행연구[K. Kukli et al, Thin Solid Film, 1995, 260, 135; J. Electrochem. Soc. 1995, 142, 1670]와는 차별성을 가진다. 실제로 상기 선행연구와 비교하여 본 발명에 의해 제작된 박막은 1MV/cm 전계하에서 누설전류가 10^-5배 정도 감소함을 확인할 수 있었다.

한편, 반응성 표면반응과 열처리공정을 이용해 양질의 절연체를 제조하는 방법은 기존에 전계 발광소자용 형광층 제작에 널리 이용되는 제조공정이므로 절연체/형광체/절연체 성장을 연이어서 수행할 수 있다. 이러한 연속공정 실현은 공정시간 감소와 전계 발광소자의 발광에 중요한 역할을 하는 절연체/형광체 계면을 보존 및 제어하기가 용이해진다. 일반적으로 계면이 대기에 노출되면 계면 특성저하를 일으키므로 다른 장치를 사용한 개별공정으로 소자를 만든다면 소자의 이동과 보관에 세심한 주위가 요구된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 일 실시예에서는 형광체의 하부절연층 및 상부절연층 각각에 Ta₂O₅박막을 적용하는 경우를 일례로 들어 설명하였으나, 본 발명은 하부절연층, 상부절연층 중 어느 하나에만 Ta₂O₅박막을 적용하는 경우에도 적용된다.

우선, 본 발명을 통해 형성된 전계 발광소자용 절연체 Ta₂O₅는 다음과 같은 특성을 갖는다. 첫째, 유전율이 25 정도로 지금까지 가장 좋은 절연특성을 보여준 ATO(ε_r≒18) 보다도 더 크기 때문에 소자의 구동전압을 낮출 수 있다. 둘째, 파괴 전계세기가 4MV/cm 정도로 전계에 대한 안정성이 뛰어나다. 셋째, 원자층증착법을 이용해 형광체와 그 상/하부의 절연체를 하나의 증착 장치에서 연속공정으로 성장시킬 수 있다. 넷째, 전구체로 염소원자가 없는 유기금속화합물을 이용하므로 소자 내의 염소원자의 오염을 근본적으로 방지함으로써 소자의 휘도와 수명을 증대시킬 수 있다. 한편, 구동전압 강하는 구동회로의 소형화, 고전압 구동회로 제조 단가 감소, 소비 전력 감소를 유도하여 제품의 경쟁력을 높이는 효과가 있다. 휘도와 수명 향상은 소자의 신뢰성을 높여 고품위 소자를 제작 가능하게 하는 효과가 있다. 연속 공정이 가능하다는 점은 전계발광 소자의 계면 특성을 양질의 상태로 제작할 수 있으므로 소자의 발광 특성을 개선하고, 제작 공정이 단순화되어 제조시간과 제조단가 감소 효과를 가져올 수 있다.

Claims (11)

1. 삭제
2. 기판 상에 제1 전극, 하부절연층, 형광층, 상부절연층 및 제2 전극의 적층 구조로 이루어진 교류 구동형 전계 발광소자 제조방법에 있어서,

   상기 상부절연층과 상기 하부절연층 중 적어도 어느 하나의 층으로서 반응성 표면 화학반응 증착법을 사용하여 Ta₂O₅박막을 증착하는 제1 단계와,

   상기 Ta₂O₅박막에 대해 400∼600℃ 온도에서 10∼300초 동안 급속열처리를 수행하는 제2 단계

   를 포함하는 교류 구동형 전계 발광소자 제조방법.
3. 기판 상에 제1 전극, 하부절연층, 형광층, 상부절연층 및 제2 전극의 적층 구조로 이루어진 교류 구동형 전계 발광소자 제조방법에 있어서,

   상기 상부절연층과 상기 하부절연층 중 적어도 어느 하나의 층으로서 반응성 표면 화학반응 증착법을 사용하여 Ta₂O₅박막을 증착하는 제1 단계와,

   상기 Ta₂O₅박막에 대해 400∼600℃ 온도에서 30∼600분 동안 화로(furnace) 열처리를 수행하는 제2 단계

   를 포함하는 교류 구동형 전계 발광소자 제조방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 상부절연층까지 적층이 이루어진 전체 구조물에 대해 500∼800℃의 온도에서 10∼300초 동안 급속열처리를 실시하는 제3 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 구동형 전계 발광소자 제조방법.
5. 제3항에 있어서,

   상기 상부절연층까지 적층이 이루어진 전체 구조물에 대해 500∼800℃의 온도에서 10∼300초 동안 급속열처리를 실시하는 제3 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 구동형 전계 발광소자 제조방법.
6. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 제1 전극이 투명전극이고 상기 제2 전극이 금속전극인 것을 특징으로 하는 교류 구동형 전계 발광소자 제조방법.
7. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 제1 전극이 금속전극이고 상기 제2 전극이 투명전극인 것을 특징으로 하는 교류 구동형 전계 발광소자 제조방법.
8. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 형광층은,

   SrS, MgS, CaS, ZnS 중 어느 하나의 II-VI족 화합물황화물을 모재료로 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 교류 구동형 전계 발광소자 제조방법.
9. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 Ta₂O₅박막은 50∼400 nm 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 교류 구동형 전계 발광소자 제조방법.
10. 제2항 또는 제3항에 있어서,

    상기 반응성 표면 화학반응 증착법은,

    Ta(OEt)₅, Ta(Oi-Pr)₅, Ta[N(Et)₂]₅, Ta[N(Me)₂]₅, Ta[N(Me)(Et)]₅중 적어도 어느 하나의 전구체를 사용한 원자층증착법인 것을 특징으로 하는 교류 구동형 전계 발광소자 제조방법.
11. 제2항 또는 제3항의 교류 구동형 전계 발광소자 제조방법에 따라 제조된 교류 구동형 전계 발광소자.