KR100470282B1 - 다층세라믹기판을가지는모자이크식일렉트로루미네선스디스플레이 - Google Patents

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사르노프 코포레이션
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Abstract

일렉트로루미네선스(EL) 디스플레이는 전방 세라믹 표면과 후방 세라믹 표면을 가지는 세라믹 기판 상에 형성된다. 상기 세라믹 기판은 구조적 지지대, 전기적 접지 및 열 소산을 제공하는 금속 코어를 포함한다. EL 셀(20)은 상기 전방 세라믹 표면(31) 상에 배치되고 상기 EL 셀(20)을 구동하기 위한 구동기 회로(10)는 상기 후방 세라믹 표면(31) 상에 배치된다. 상기 구동기 회로(10)는 상기 EL 셀 뒤에 직접 배치된다. 접속기(27)는 상기 세라믹 기판과 EL 셀을 통해 다른 구동기 회로로 연장된다. 상기 구동기 회로를 상기 EL 셀에 가깝게 위치시킴으로써, 상기 구동기로부터 상기 EL 셀까지의 구동 라인은 짧아서 높은 리프레시 속도와 낮은 저항 손실을 허용한다. 각각의 구동기 회로는 하나의 EL 셀 또는 EL 셀 그룹을 구동시킬 수 있다. 또한 도성 합금 전극에 결합된 EL 디스플레이 셀은 전계 방출 디바이스(110) 또는 저전력 전자 빔(140)에 의해 구동될 수 있다.

Description

다층 세라믹 기판을 가지는 모자이크식 일렉트로루미네선스 디스플레이{TESSELLATED ELECTROLUMINESCENT DISPLAY HAVING A MULTILAYER CERAMIC SUBSTRATE}
본 발명은 일반적으로 일렉트로루미네선스(EL : electroluminescent) 디스플레이에 관한 것으로서, 특히 다층 세라믹 기판 상에 형성된 EL 디스플레이에 관한 것이다.
EL 디스플레이 기술, 특히 완전 칼라(full-color) 디스플레이는 이들의 밝기에서 EL 셀의 커패시턴스가 리프레시되는 속도에 의존하는 매우 중요한 제한을 가진다. 리프레시 속도는 1/(제곱근(RC))에 비례하고 구동 라인의 RC 시정수에 의해 제한된다.
종래의 디스플레이에서, IC 구동기는 디스플레이 패널의 에지에 배치되고 패널의 선택된 행에서의 모든 화소를 구동한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 IC 구동기(36a-36h)는 디스플레이 영역의 주변에 배치된다. 스캐너(37)는 구동기(36a-36h)을 제어한다. 구동기(36a-36h)에 의해 구동된 선택 라인(26) 및 레지스터(12)에 의해 구동되는 데이터 라인(30)은 각각의 화소 셀(32)에 대한 접근을 제공한다. 화소 셀(32)은 각각의 선택 라인(26)과 데이터 라인(30)의 교차점에 배치된다. 디스플레이를 어드레싱하기 위해, 구동기(36a-36h) 중 하나가 선택 라인(26)을 구동시키는 동안 디스플레이 데이터의 행은 시프트 레지스터(12)로부터 공급된다. 디스플레이 데이터는 선택된 행의 화소를 활성화시킨다. 각각의 화소와 연관된 커패시턴스는 리프레시 주기까지 화소가 광을 방출하는데 필요한 디스플레이 전압을 유지한다. 이런 식으로, 전체 디스플레이는 행 대 행으로 어드레싱된다.
각각의 화소 셀(32)의 전극은 직렬로 접속되고, 그 결과 소정 행 또는 열로 주어진 모든 셀의 저항은 직렬로 접속된다. 이것은 최대 가능한 리프레시 속도를 제한하여 디스플레이의 밝기를 제한하는 큰 RC 시정수를 형성한다. 이것은 특히 인듐-주석-산화물 박막(투명 전극)으로 이루어진 라인을 구동할 때 나쁘다. 전형적으로, 이런 막은 대략 5X/스퀘어의 면저항을 가진다. 그러므로 폭이 10밀리미터이고 길이가 10인치인 긴 라인은 대략 1000 오옴의 저항을 가질 것이다. 다른 약점은 디스플레이 패널의 크기가 증가함에 따라 데이터와 선택 라인의 전자 그리드가 증가한다는 것이다.
리프레시 속도를 증가하여 디스플레이의 밝기를 증가시키는 한가지 방법은 이상적으로 한번에 한번 병렬로 화소를 구동하는 것이다(이것은 "능동 구동"으로 공지되어 있다). 그러나, 이런 구성은 화소당 2개의 트랜지스터를 요구하기 때문에 극도로 비싸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 EL 셀(26)은 2개의 트랜지스터(14와 20)에 의해 구동된다. 데이터 라인(18)과 선택 라인(16)은 EL 셀(26)을 구동하는데 사용된다. 전류원(28)은 EL 셀(26)과 트랜지스터(20)를 통해 접지로 흐르는 전류를 공급한다. 또한 이런 구성은 구동 트랜지스터 배치를 위해 상당한 디스플레이 영역의 사용을 요구한다.
대안적 구성은 단일 구동기로 소그룹의 화소를 구동하는 것이다. 그러나, 이것은 디스플레이의 에지 뿐만 아니라 디스플레이 중간에 있는 다수의 점에서 전극과 콘택을 형성하는 능력을 요구한다. 종래의 EL 패널(유리 기판 상의)은 이런 능력을 가지지 않는다. 더욱 효율적 구성은 직렬방식이 아닌 병렬로 단일 구동기로부터 다수의 셀 그룹(또는 더욱 완전한 행 또는 열)을 구동하는 것이다.
도 1(종래 기술)은 일반적 EL 디스플레이의 블록도이다.
도 2(종래 기술)는 각 EL 셀의 능동 구동을 사용하는 일반적 EL 디스플레이의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 세라믹 기판 상에 배치된 EL 디스플레이를 포함하는 구조의 단면도이다.
도 4는 EL 셀과 구동기 회로 사이의 접속부를 도시하는 도 3에 도시된 것과 같은 구조의 단면도이다.
도 5는 세라믹 기판의 금속 코어내에 형성된 피드스루를 도시하는 도 3에 도시된 바와 같은 구조의 일부에 대한 단면도이다.
도 6은 세라믹 기판을 통해 EL 셀에 접속되는 다수의 구동기 회로를 도시하는 도 3에 도시된 것과 같은 구조의 단면도이다.
도 7은 대규모 디스플레이를 형성하기 위한 세라믹 기판의 타일링을 설명하는 도 3에 도시된 것과 같은 다층 구조의 투시도이다.
도 8은 세라믹 기판 상의 EL 셀 배치와 세라믹 기판에 인접하기 위한 에지 접속기를 도시하는 도 3에 도시된 것과 같은 구조의 평면도이다.
도 9a와 도 9b(종래 기술)는 세라믹 기판상에 형성된 일반적 EL 디스플레이의 측면도이다.
도 9c와 도 9d는 세라믹 기판 상에 EL 셀을 형성하는 층을 도시하는 도 3에 도시된 것과 같은 구조의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전계 방출 구동 EL 디스플레이의 단면도이다.
도 11은 전계 방출 소자를 도시하는 도 10에 도시된 것과 같은 구조의 일부에 대한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전자 빔 구동 EL 디스플레이의 단면도이다.
본 발명은 세라믹 기판을 포함하는 EL 디스플레이에 관한 것이다. EL 셀은 세라믹 기판 상의 전면에 배치되고 구동기 회로는 세라믹 기판의 후면에 배치된다. 접속기는 세라믹 기판을 통해 연장되고 EL 셀들을 다수의 구동기 회로에 결합한다. 이것은 세라믹 기판의 전방 표면의 전체 영역이 EL 셀을 배치하는데 사용될 수 있게 한다. 구동기 회로는 세라믹 기판의 후방 표면 상의 어느 곳이나 배치될 수 있다. 이런 배치는 구동 라인의 길이를 짧게 하여 각각의 EL 셀 구동에 연관된 RC 시정수를 감소시킨다. 감소된 RC 시정수는 리프레시 속도를 증가시켜 디스플레이의 밝기를 증가시킨다.
더욱이, 세라믹 기판 상에 배치된 EL 디스플레이는 이들의 에지를 따라 수 개의 세라믹 기판을 인접시킴으로써 다른 세라믹 기판과 결합될 수 있다. 이것은 확장된 디스플레이 영역을 형성한다.
본 발명의 제 2 실시예에서, EL 디스플레이는 전계 방출 소자에 의해 구동된다. 이런 디스플레이는 도성 합금(cermet) 백 전극과 상기 도성 합금 백 전극에 결합된 박막 인광체 층을 포함하는 EL 소자를 가진다. 제어 회로는 선택적으로 전자를 방출하는 전계 방출 소자를 제어한다. 상기 전계 방출 소자로부터 방출되는 전자는 진공 공간을 가로지르며, 도성 합금 백 전극에 콘택한다. 상기 도성 합금 백 전극에 콘택하는 전자는 EL 디스플레이의 일부가 광을 방출하도록 한다.
본 발명은 첨부 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 고려함으로써 쉽게 이해될 수 있다.
종래 기술의 EL 디스플레이와 연관된 문제점은 새로운 전자 패키징 기술을 사용함으로써 방지된다. "금속상에서 저온으로 구어진 세라믹(LTCC-M : Low-Temperature Cofired Ceramic on Metal)" 기술은 세라믹 기판을 형성하는데 사용된다. 상기 세라믹 기판은 금속 코어와 상기 금속 코어의 양쪽에 형성된 다층 세라믹을 포함한다. 상기 세라믹 기판은 기판을 통해 세라믹 기판의 전면에 배치된 EL 셀로부터 기판의 후면에 배치된 구동기 회로까지의 접속부의 루트를 정하는 능력을 제공한다.
세라믹 기판을 통한 접속부의 루트를 정하기 위해, 상기 금속 코어를 통과하는 피드스루가 사용된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 피드스루(30)는 하부 세라믹 층(32)에 배치된 IC 구동기 칩(10)이 상부 세라믹 층(31)에 배치된 한 쌍의 EL 디스플레이 셀(20)에 접속되도록 한다. 인듐-주석-산화물 층(21)은 상기 EL 셀(20)을 위한 투명 상부 전극을 제공한다. 상기 세라믹 다층(31과 32)은 저온에서 함께 구어진 세라믹 다층 구조로부터 형성되고, 바람직하게 실리콘에 매칭되는 열팽창 특성을 가진다.
도 5는 피드스루(30)의 단면도이다. 도 3에 도시된 상기 상부 세라믹 층(31)과 하부 세라믹 층(32)은 도 5에 도시되지 않는다. 상기 금속 코어(24)는 다른 금속으로 대체될 수 있지만 바람직하게는 Cu/Mo/Cu 금속 혼합물이다. 개구부는 작은 직경을 홀을 뚫을 수 있는 레이저 또는 드릴 장비를 사용하여 상기 금속 코어(24)내에 형성된다. 상기 금속 코어(24)내의 홀은 완전히 매립되고 니켈 도금되는데, 니켈 도금은 일반적 니켈 전기 도금을 통해 달성된다. 도 5에 도시된 예에서, 2개의 유전체 유리층(26과28)이 상기 금속 코어(24) 상에 형성된다. 그러나 다수 또는 소수의 유전체 유리 층이 형성될 수 있다. 상기 유전체 유리 층은 상기 금속 코어의 한쪽에 녹은 유리를 배치하고 반대쪽에 진공을 인가함으로써 형성된다. 이것은 유전체 층(26)을 형성하도록 홀을 통해 유리를 끌어낸다. 상기 과정은 유전체 층(28)을 형성하기 위해 반복된다. 두꺼운 막의 도전성 채움 잉크는 상기 도전성 채움 층(30)을 형성하는데 사용된다. 상기 도전성 채움 잉크는 미리 선택된 유리 가루와 유기 매체와 함께 미세하게 분할된 도전성 금속 가루를 혼합함으로써 형성된다. 상기 도전성 채움 잉크는 DFL 절연된 홀을 채우기 위해 상기 금속 코어에 부가되고 유기 재료를 제거하여 도전성 절연 피드스루(30)를 얻도록 상기 금속 가루를 소결하기 위해 구워진다.
상기 금속 코어(24)는 상기 금속 코어(도 3에 도시된)에 형성되는 상기 세라믹 다중층(31과 32)을 지지한다. 이런 전체 구조는 세라믹 기판으로서 참조된다. 상기 금속 코어(24)는 많은 중요한 기능을 제공한다. 그것은 전체 어셈블리에 대한 기계적 세기와 구조적 지지를 제공한다. 상기 세라믹 다층(31과 32)은 오히려 깨지기 쉽고 큰 크기의 디스플레이를 지지할 수 없다. 또한 상기 금속 코어(24)는 발생된 열의 효율적 확산을 위한 내장형 흡열부이기 때문에 전기적 차폐와 접지와 뛰어난 열적 관리를 제공한다. LTCC-M 기술을 고려한 부가적 정보는 구워진 세라믹-금속 회로 보드에서의 측면 수축 감소 방법으로 명명된 미국 특허 제5,277,724호와 세라믹 회로 보드 지지용 기판을 위한 전기적 피드스루로 명명되고 1995년 1월 27일에 제출된 일련번호 08/379,264의 계류중인 미국 특허 출원 에서 찾을 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 LTCC-M 기술은 상기 세라믹 기판 후면 상의 IC 구동 칩(10)의 배치를 허용한다. EL 디스플레이 셀(20)은 상기 세라믹 기판의 전면 상에 배치된다. 상기 IC 구동 칩(10)은 상기 세라믹 기판을 통해 직접 상기 EL 셀(20)에 접속된다. 상기 IC 구동 칩(10)과 상기 EL 셀(20)의 이런 집적을 달성하기 위해, 전력, 어드레스 및 데이터 배선(97)은 도 6에 도시된 바와 같은 세라믹-금속-세라믹 샌드위치의 측면 에지에 배치될 수 있다. 다층 세라믹내에 삽입된 다층 회로는 회로 밀도를 추가로 증가하여 경로 길이(도면에 도시 안됨)를 감소하는데 사용될 수 있다. 상기 세라믹 층(31과 32)은 일반적 다층 회로 보드의 경로와 유사한 삽입 회로 경로(도면에 도시 안됨)를 포함한다.
도 4는 상기 EL 디스플레이 영역을 상세히 설명한다. 상기 인광체 층(24)은 2개의 유전체 층(23) 사이에 샌드위치된다. 예를 들면, 인듐-주석-산화물로 형성된 투명 상부 전극(21), 및 하부 전극(22)은 각각의 EL 셀에 필요한 접속부를 제공한다. 전기적 통로들(27)는 전기적으로 상기 상부 전극(21)을 IC 구동기(10)에 접속하고 하부 전극(22)을 다층 세라믹(31)과 다층 세라믹(32)내의 회로 경로에 접속시킨다. 도 7에 도시된 열적 통로들(41)은 상기 EL 디스플레이 셀(20)로부터 멀리 흡열부를 제공하는 상기 금속 코어(24)를 향해 열을 전달한다.
도 9a 내지 도 9d는 상기 EL 디스플레이가 상기 세라믹 기판 상에 형성되는 방법을 설명한다. 상기 EL 셀은 상기 세라믹 기판의 전면 상에 형성되고 여러 층을 포함한다. 도 9a는 세라믹 기판(86) 상에 형성된 일반적 EL 디스플레이를 도시한다. 그것은 프린트 하부 도체(85), 절연체(84), 인광체 층(83), 광학적 제 2 절연체(82) 및 상부 도체(81)를 포함한다. 각각의 층(81-85)은 1마이크로미터 두께 범위에 있다.
세라믹 기판 상에 EL 디스플레이를 형성할 때의 한가지 어려움은 상기 EL 스택의 얇은 절연체 층에 결함을 초래하는 기판 표면의 거칠기 경향을 가진다는 것이다. 예를 들면, 울퉁불퉁한 부분(80)은 도 9b의 하부 절연체 층을 관통하는 것으로 도시된다. 울퉁불퉁한 부분(80) 근처의 상기 하부 도체(85)와 상기 인광체 층(83) 사이에 약간의 절연물이 있다. 미크로미터의 상당한 울퉁불퉁함은 상기 절연체 층(84)을 관통하기에 충분하여 동작동안 전기적 절연 파괴를 초래하여 디스플레이를 쓸모 없도록 한다. 세라믹 표면은 전형적으로 이런 크기 이상의 거칠기를 가지고, 그래서 과거에는 TFEL 스택을 지지하는데 부적절하였다.
본 발명은 종래 기술의 문제점에 대한 2가지 해결책을 제공한다. LTCC-M 기판 상에 EL 디스플레이를 제조하는 단계와 같이, 상기 상부 세라믹 층(86)의 표면은 정밀한 마무리로 연마되고, 필요하다면 평탄화 층 유리로 코팅된다. 상기 연마는 단지 거칠기 문제를 해결하는데 충분하다. 그렇지 않으면, 유리층(예를 들어 BPSG)은 스핀 또는 화학 기상 증착(CVD)에 의해 부가될 수 있다. 이런 층의 부가 기술은 실리콘 소자를 코팅하기 위한 반도체 산업에 공지되어 있지만, 세라믹 코팅에서는 일반적으로 사용되지 않는다. 이런 유리층은 미크로미터 등급에서 평탄하다. 얻어지는 구조는 도 9c에 도시되어 있는데, 연마된 세라믹 층(86)과 CVD 유리층(87)을 가진다. 예상할 수 있듯이, 상기 연마 또는 유리 코팅이 없으면, EL 디스플레이는 빨리 연소되려는 경향이 있다. 그러나, 연마와 도 9c에 도시된 바와 같은 기판상의 CVD BPSG 층을 사용하여, 상기 디스플레이는 결함없이 상대적으로 긴 주기 동안 동작한다.
도 9c에 도시된 것의 대안적 시도는 도 9d에 도시되어 있다. 상기 절연층(84)은 두꺼운 절연체(84')로 대체된다. 이런 층이 상당한 미크로미터 두께라면, 약간 울퉁불퉁한 부분(80')은 절연체를 관통하지 않는다. EL 디스플레이의 동작에서, 전압은 상부와 하부 도체 사이에 인가된다. 광방출은 상기 인광체에 걸친 전압에 관련된다. 그러나, 이런 전압의 일부는 절연체에 걸쳐 강하(drop)되고, 인광체에 걸쳐 사용 가능한 전압을 감소시킨다. 상기 절연체에 걸쳐 강하된 전압의 크기는 절연체 두께가 증가할 때 증가한다. 절연체(84')에 걸친 전압 강하를 최소화하기 위하여, 절연체는 높은유전 상수를 가지는 재료로 제조되어야 한다.
LTCC-M 기판 상에 제조된 EL 소자를 위하여, 상기 절연체 막은 구어질 때 높은유전 상수를 갖는 세라믹을 형성하는 그린 테이프로 형성될 수 있다. 이런 세라믹은 바륨 티탄산염의 상당한 분획 또는 높은유전 상수를 갖는 유사한 재료를 포함함으로써 제조될 수 있다. 매우 높은 유전 상수는 요구되지 않는다. 상기 절연체(84)의 두께를 1 미크로미터 대신에 약 25 미크로미터까지 증가시키는 것은 단지 약 25에서 300배까지의 상기 유전 상수의 증가를 요구한다. 이것은 전형적인 현재 절연체에 의해 제공되는 것과 같은 동일한 전압 강하를 회복하기에 충분하다.
상기 세라믹 기판의 후면에 있는 구동기 회로(10)는 세라믹 기판(도 4 참조)의 전면상에 형성된 EL 디스플레이 셀(20)을 구동시킨다. 상기 구동기는 인광체가 광을 방출하도록 상기 인광체 층에 걸쳐 전압을 공급한다. 하나의 구성에서, 상기 상부 전극(21)은 접지에 접속된다. 상기 개별 EL 셀은 하부 전극에 충분한 전압을 제공함으로써 구동된다. 상기 2개의 전극은 전압을 유지하고 계속해서 인광체를 여기하는 커패시터로서 기능한다. 새로운 전압이 상기 하부 전극에 인가될 때 상기 인광체의 밝기는 리프레시 주기까지 쇠퇴된다.
본 발명은 상기 EL 디스플레이 셀(20)에 가능한 가깝게 상기 IC 구동 칩(10)을 배치할 수 있어 상기 구동 라인의 길이를 최소화하는 능력을 제공한다. 이러한 능력은 상기 구동 라인의 상대적으로 높은 저항(전형적으로, 약 5000 오옴으로부터 약 5 오옴까지)을 감소시키며 또한 상기 라인의 커패시턴스를 덜 확장시켜 결국에는 RC 시정수를 감소시킨다. 보수적 평가는 적어도 400 내지 500 ㎐까지 리프레시 주파수를 증가시켜 종래의 EL 디스플레이에 관련한 대략 10의 계수만큼 밝기를 증가시킨다는 것을 보여준다. 상기 시스템의 전력 효율은 또한 이런 변화로 증가한다. 상기 피드스루(30)의 도전 재료는 종래 기술에 사용된 긴 구동 라인 보다 더 낮은 저항을 가진다. 이런 저항 감소는 또한 연관된 IR 손실을 감소시켜 디스플레이에 의해 발생되는 열량을 감소시킨다.
상기 IC 구동기를 상기 디스플레이의 EL 셀에 접속하는 여러 방법이 있다. 하나의 IC 구동기는 최대 리프레시 속도를 위해 각각의 셀(능동 어드레싱에서와 같이)에 대해 상기 상부 전극에 접속될 수 있고 하나는 하부 전극에 접속될 수 있다. 그러나, 이런 구성은 구동기와 상호 접속부에 대해 최대 요구를 가진다. 다른 수단에서, 각각의 IC 구동기는 단일 행 또는 열("일반적" 어드레싱에서와 같이)만을 구동할 수 있다. 구동기 대 EL 셀의 구성은 사용된 어드레싱을 규정한다. 예를 들면, 하나의 구동기가 EL 셀의 하나의 행에 대해 제공된다면 일반적 행 대 행 어드레싱이 적당하다. 그러나, 하나의 구동기가 N x N 그룹의 EL 그룹에 대해 제공된다면 어드레싱에 기초된 그룹이 필요하다.
디스플레이 어드레싱은 전형적 행/열 모드에 제한되지 않는다. EL 셀의 그룹은 각각의 IC 구동기에 결합될 수 있다. 상기 세라믹 기판을 통과하는 전기적 통로들은 신호 처리 회로로부터 화소의 소그룹까지, 또는 디스플레이의 완전한 능동 구동을 위해 도 6에 도시된 바와 같은 개별 화소에 조차 직접 접속을 제공한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 IC 구동기(10)는 상호 접속부(95)를 통해 개별 EL 셀(20)에 접속된다. 금속 열 채널(29)과 열 확산기(25)는 IC 구동기의 수가 증가할 때 필요로 되는 흡열부를 제공한다. 그라운드 접속부(98)는 연속적 그라운드 평면을 형성하기 위하여 상기 상부 전극에 접속된다. 다수의 테이퍼링된 상호 접속부(95)는 전기적 통로들에 의해 상기 구동기 소자에 상기 디스플레이 엘리먼트를 접속하기 위해 적층되고, 함께 구어진 세라믹 층을 통해 제공된다. 상기 IC 구동기(10)를 위한 접속부는 표준 플립-칩 접속기(도시 안됨)에 의해 제공된다. 파워, 데이터, 및 어드레스 배선(97)은 상기 세라믹 기판의 에지상에 제공된다. 구리 또는 알루미늄(경량을 위해)으로 제조된 열 확산기(25)는 열적 접착제를 통해 상기 세라믹과 소자의 후면에 부착된다. 상기 후면 열 확산기(25)는 연속적(상기 배치된 소자가 세라믹과 수평이라면) 또는 IC 구동기(10)를 수용하기 위해 창으로 절단될 수 있다.
상기 세라믹 기판의 전면에 있는 EL 디스플레이 셀과 상기 세라믹 기판의 후면에 있는 IC 구동기는 둘 다 밀봉되어야 하고, 그렇지 않으면 상기 환경으로부터 보호되어야 한다. 상기 EL 디스플레이는 저융점 온도 유리에 의해 오버글레이즈(overglazed)될 수 있다. 상기 응용에 의존하여, 상기 후면상의 칩-보드(COB : Chip-on-Board) 전기 회로는 균일하게 코팅된 "글로브-토핑(glob-topped)(매우 저가의 소자를 위해) 또는 용접 밀봉체에 밀봉된다. 용접 밀봉체는 상기 상호 접속부가 하부 도체층을 통해 제조될 수 있어 어떤 라인이 용접 밀봉을 통해 공급될 필요를 제거하기 때문에 특히 LTCC-M 기술로 달성하기에 쉽고 값싸다.
LTCC-M 기판의 상당한 안정성 때문에, 개별 디스플레이 소자를 타일링함으로써 매우 큰(벽 크기) 디스플레이 패널을 형성할 수 있다. 더 큰 개별 디스플레이 소자는 20ㅀ사선 크기로 형성될 수 있다. 더 큰 개별 디스플레이 소자를 위하여, 상기 처리 장비는 다소 비싸게 될 수 있고, 그러므로 더욱 더 작은 개별 디스플레이 소자를 타일링하는 것이 더욱 유용하다. 도 7은 개별 디스플레이 소자가 대규모 디스플레이를 형성하도록 배치되는 방법을 도시한다. 도 7에서, 제 1 개별 디스플레이 소자(100)는 IC 구동 칩(10)과 다수의 EL 디스플레이 셀(20)을 포함한다. 단지 상기 개별 디스플레이 소자(100)의 일부가 편리를 위해 도시된다. 개별 디스플레이 소자(101과 102)는 확대된 디스플레이를 형성하기 위해 타일로 인접된다.
도 8은 EL 디스플레이 셀(20)과 접속기(50)를 포함하는 단일의 타일 디스플레이를 도시한다. 상기 접속기(50)는 숄더 범프가 될 수 있거나 또는 도전성 엘라스토머로부터 제조될 수 있다. 인위 구조의 타일링을 방지하기 위하여, EL 디스플레이 셀의 에지로부터 상기 타일의 에지까지 거리(d2)는 각각의 EL 디스플레이 셀 사이의 공간인 1/2 거리(d1)와 동일하거나 미만이어야 한다. 이것은 개별 디스플레이 소자가 인접될 때 디스플레이의 평탄한 변화가 하나의 개별 디스플레이 소자로부터 다음 소자까지 발생하는 것을 보장한다.
개별 디스플레이 장치들의 타일링은 상기 LTCC-M 기술에 의해 달성될 수 있으며, 세라믹 기판은 차원적으로 극히 안정하기 때문에, 세라믹 기판은 기계적으로 이음이 없는 구성을 달성하기 위해 완전한 평탄함으로 연마될 수 있고, 상기 EL 디스플레이 셀은 타일의 에지 근처에 배치될 수 있다.
수 개의 개별 디스플레이 소자가 큰 디스플레이를 형성하기 위해 인접될 때, 약간의 제어 회로가 필요하다. 일반적 광 센서와 다이내믹 밝기 등가 회로(도시 안됨)는 상기 완성된 구조에 집적될 수 있다. 이런 소자는 상기 큰 디스플레이에 걸친 밝기가 균일하여 개별 디스플레이 소자 사이의 밝기 변화에 의해 영향을 받지 않도록 보장한다. 또한, 내장 구동 시스템내에 프로그램 가능한 제어 장치를 결합함으로써, 각각의 개별 디스플레이 소자는 밝기, 및 색채에서 그것의 이웃에 매칭하도록 조절될 수 있고, 그 결과 타일링 인위 구조를 추가로 제거한다. 이런 타일링 디스플레이는 각각의 개별 디스플레이 소자와 각각의 개별 디스플레이에 대해 표준 매트릭스 패널에서와 같이 화소를 어드레싱하는 병렬 어드레싱 구성을 사용한다.
이런 시도의 현재 평가는 디스플레이 패널이 인치당 40 내지 80 화소의 화소 밀도로 제조될 수 있다는 것을 보여준다(이것은 플라즈마 디스플레이와 균등하거나 훨씬 낫다). 다중 개별 디스플레이 소자를 사용하는 디스플레이는 측면에서 수 피트에 도달할 수 있어 마침내 막 우수성과 극장 크기를 얻는다.
본 발명의 제 2 실시예가 이제 개시된다. 제 2 실시예는 기판의 한쪽에 배치된 EL 셀과 상기 EL 디스플레이 셀을 구동하기 위해 기판 뒤에 배치된 전계 방출 소자를 포함한다.
진보하고 있는 평면 패널 디스플레이 기술들 중, 박막 일렉트로루미네선스(TFEL : Thin Film Electroluminescent) 및 전계 방출 소자(FED : Field Emissive Device)는 둘 다 유망한 자가 루미넌트 디스플레이이다. 그러나, TFEL은 색상 디스플레이의 제조에 방해가 되는 청색 인광체(덜 효과적인)를 형성한다는 밝기 제한을 가진다. 밝기 문제에 대한 전형적 해결책은 더 나은 재료와 고전압 능동 매트릭스를 형성하기 위하여 CMOS와 DMOS 트랜지스터 기술을 사용하는 새로운 급진적인 시도를 요구한다. 그러나, 이것은 고수율 처리를 요구하고 위험하다.
FED는 디스플레이 기술로서 선전되었지만, 여전히 오랜 수명, 밝기, 완전한 색상 디스플레이를 제조하는데는 성공하지 못했다. 전자 방출 구조는 패턴화된 전자 방출 팁(tip) 또는 무작위 분포된 방출점을 형성하기 위해 거친 위상 표면의 형성을 요구한다. 표준 캐소드 일렉트로루미네선스 인광체가 광을 방출하기 위한 에너지 레벨 요구는 충분히 높은데, 전자의 냉각 방출에 기인하여 방출 팁은 매우 짧은 수명 시간을 갖는 경향이 있다. 실용적인 FED 패널은 독특한 저에너지 인광체를 사용하지만, 상기 기술의 실용성은 상기 과정에서 방출 팁을 파괴하지 않고 완전한 색상 이미지를 형성하기 위해 표준 인광체를 사용하는 능력에 달려있다는 것이 증명되었다.
본 발명의 제 2 실시예는 전계 방출 소자로부터 전자 방출에 의해 루미네센서되도록 자극되는 TFEL 소자이다. 이런 기술 결합은 고속으로 리프레시될 수 있어 EL 인광체로부터의 고레벨 밝기를 형성하고, 전계 에미터로부터 상대적으로 저전력 방출을 요구하고, 현존하는 재료의 능력내에서 각각의 팁으로부터 요구된 방출을 감소하는 디스플레이를 형성한다. 이런 디스플레이는 CRT와 비교할 수 있는 밝기 레벨의 완전한 색상을 제공한다고 기대될 수 있다. 전자 광학이 없기 때문에, 화소 영역은 중첩할 수 있어 CRT와 유사하게 묘사되는 이미지를 제공한다. 이런 디스플레이의 해상도는 미크론 레벨 디자인 규칙에서 IC류 방법으로 제조되는 FED에 의해 제어되고, 극도의 고해상도 디스플레이 잠재성을 제공한다.
또한 광자 방출을 자극하는 TFEL 구조에 걸친 전계 전위를 증가하기 위해 전자 빔을 사용하는 개념은 CRT에 적용가능하다. 저전력 전자 빔은 빔 위치와 크기에 대응하는 루미네이션 스폿을 제공하는 TFEL 막의 국부 자계 밀도를 증가하는데 사용될 수 있다. 이런 시도는 상당히 감소된 전자 빔 에너지 요구 때문에 상당히 높은 해상도 CRT를 제조하기 위한 잠재성을 가진다. 빔 에너지가 증가할 때, 확산 또는 스폿 크기는 증가한다. 현재 그것은 고해상도, 고밝기의 CRT를 제조하기 위해 스폿 크기와 형태를 한정하고 제한하기 위해 매우 정교한 전자 광학을 취한다. 저에너지 전자 빔을 사용하는 능력은 고해상도 CRT의 실행과 제조성의 주요한 개선을 제공할 수 있다.
도 10은 본 발명의 전계 방출 일렉트로루미네선스(FE-EL) 디스플레이를 도시한다. 상기 FE-EL 패널은 기판(102) 상의 비패턴화된 ITO 전극(101)으로 이루어진다. 증착된 절연체(103과 104)는 박막 인광체 층(105)(전형적인 현재 TFEL 디스플레이의)의 양면에 형성된다. 알루미늄 산화물 또는 유사한 재료로 이루어진 도성 합금 백 전극(106)은 상기 증착된 절연체(104) 상에 형성된다. 상기 전극(101과 106), 증착된 절연체(103과 104) 및 인광체 층(105)의 결합은 EL 스택으로 참조된다. 전계 방출 소자(FED)(110)는 상기 도성 합금 백 전극(106)의 뒤에 배치된다. FED(110)와 도성 합금 백 전극(106) 사이의 공간은 진공을 형성하도록 비워진다.
상기 FED는 도 11에 도시된 바와 같이 LTCC-M 상에 배치된다. 상기 전계 방출 소자(110)는 패턴화된 방출 팁(120)의 표면 또는 위상적으로 구조화된 낮은 일함수 재료를 포함한다. 또한 이런 소자는 특정 화소 영역을 어드레싱하고 어드레싱과 리프레시 속도를 제어하기 위해 전극(124)을 포함한다. 상기 방출 팁(120)은 전면 세라믹 다층(121) 상에 형성된다. 제어 전극(124)은 상기 후면 세라믹 다층(123) 상에 배치된다. 상기 금속 코어(122)는 제 1 실시예에서 이미 개시된 바와 같이 구조적, 전기적 및 열적 기능을 제공한다. 상기 세라믹 기판을 통과하는 전기적 통로들(125)은 FED 방출 팁과 FED 구동기의 직접 접속을 허용한다. 이것은 라인이 용접 밀봉체를 통과할 필요가 없기 때문에 전체 FED 소자의 양호한 용접 밀봉을 허용한다.
전위는 단지 전위가 루미넌스 임계값(대략 150 볼트) 이하로 초래하도록 이런 EL 스택에 걸쳐 인가된다. 이런 전위는 EL 스택상에서 10,000 ㎐ 리프레시까지 제공하도록 주기화된다. 디스플레이 영역에 걸쳐 연속적 전기적 콘택을 제공하는 동안 상기 도성 합금 백 전극(106)은 FED 팁(120)으로부터의 방출에 응답하여 짧은 주기동안 전하의 국부 형성을 허용한다. 상기 TFEL 인광체(105)는 인광체가 양전압 과도 현상을 겪을 때마다(예를 들면, FED가 전위의 국부적인 증가를 형성할 때마다) 광펄스를 방출한다. 상기 표준 EL 재료는 리프레시 속도가 증가할 때 증가하는 광출력을 제공하는 10 ㎑까지의 리프레시 속도를 취급할 수 있다. (10 ㎑ 이상의 리프레시 속도는 인광체를 포화시켜, 전기항복 및 광 방출의 손실을 야기한다.) 10 ㎑ 속도에서, 3000 ft-L까지의 밝기가 관찰된다.
상기 EL 스택의 ITO 전극(101)을 애노드로 사용함으로써, 전자는 상기 FED(110)의 에미터로부터 상기 도성 합금 백 전극(106)까지 이동하고 상기 EL 스택에 걸쳐 전위계(50 볼트로 기대되는)를 제공한다. 상기 FED(110)는 루미넌스 임계값 이상의 TFEL 스택의 선택된 영역을 야기하고 전자 전계가 가능한 오래 유지되는 광을 방출하도록 하는 상기 도성 합금 백 전극(106)상의 전자 전계 밀도를 발생한다. 이런 화소의 "온(on)" 시간 동안 상기 EL 스택 양단의 10 ㎑ 주기화된 전위는 상기 인광체(105)가 일련의 전압 과도 형상을 겪도록 리프레시 신호로서 기능한다. 다음에 그레이 레벨 제어는 리프레시 사이클의 수를 제어함으로써 확립될 수 있고, 이런 경우에 FED가 "온" 전압 신호를 특정 영역에 제공하는 시간 길이에 의해 제어된다. 상기 10 ㎑ 리프레시는 다수의 그레이 레벨이 표시될 수 있게 한다.
도 12는 상기 EL 디스플레이를 구동하는 저전력 전자 빔 소스(140)의 사용을 설명한다. 일반적 제어 소자(141)는 저전력 전자 빔의 위치를 제어하기 위해 제공된다. 도성 합금 백 전극(106)은 인광체 층의 루미넌스 임계값 이하의 전위로 충전된다. 전자 빔 소스(140)에 의해 인가된 전자는 도성 합금 백 전극(106)과 접촉한다. 이것은 TFEL 스택의 선택된 영역을 루미넌스 임계값 이상으로 가져가고 상기 인광체(105)가 광을 방출하도록 한다. 이것은 그것의 저에너지 때문에 상대적으로 더 미세한 크기를 제공하고, 그러므로 고해상도 디스플레이를 제공하는 저전력 전자 빔(140)의 사용을 허용한다.
이상에서는 본 발명의 양호한 일 실시예에 따라 본 발명이 설명되었지만, 첨부된 청구 범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게는 명백하다.

Claims (11)

  1. 제 1 평면 표면과 상기 제 1 평면 표면에 평행한 제 2 평면 표면을 가지는 세라믹 기판;
    상기 제 1 평면 표면 상에 배치된, 하위 전극과 상위 전극을 가지는 다수의 디스플레이 셀들로서, 여기서 상기 다수의 디스플레이 셀들 중 일부는 상기 제 1 평면 표면의 에지에 인접하게 배치되며, 상기 제 1 평면 표면의 에지와 상기 디스플레이 셀들 중 일부 사이의 간격은 상기 제 1 평면 표면의 내부에 배치되는 인접한 디스플레이 셀들 사이 간격의 1/2 미만인 다수의 디스플레이 셀들;
    상기 제 2 평면 표면 상에 배치되고, 상기 다수의 디스플레이 셀을 병렬로 구동하기 위한 다수의 구동기 회로로서, 상기 다수의 구동기 회로 중 적어도 일부는 상기 디스플레이 셀들 중 선택된 셀들의 뒤에 직접 배치되어 있는 다수의 구동기 회로들;
    상기 세라믹 구조를 통해 연장되어 있으며, 상기 기판의 모서리로부터 이격되어 있는 다수의 통로들(vias)로서, 상기 다수의 통로들 중 일부는 상기 디스플레이 셀들 중 일부의 뒤에 직접 배치되어 있는 다수의 통로들; 및
    상기 다수의 구동기 회로들 중 일부를 상기 상위 및 하위 전극들에 연결하기 위해 상기 다수의 통로들을 통해 연장되어 있는 다수의 접속기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 세라믹 기판은 상기 제 1 및 제 2 평면 표면에 수직한 에지 표면을 포함하며, 상기 에지 표면은 상기 세라믹 기판을 제 2 세라믹 기판과 전기적으로 접속하기 위한 접속기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 세라믹 기판은 상기 제 2 세라믹 기판의 에지 표면에 대해 상기 세라믹 기판의 상기 에지 표면을 인접함으로써 상기 제 2 세라믹 기판에 전기적으로 접속되며, 상기 각각의 에지 표면은 전기적 접속기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 다수의 구동기 회로로부터 상기 다수의 셀들로의 신호 분배를 제공하는 2개의 세라믹 층 사이에 배치된 금속 코어 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  5. 제 1항에 있어서, 상위 유전 층과 하위 유전 층 사이에 샌드위치된 인광체 층을 더 포함하며, 상기 샌드위치된 인광체 층은 상기 상위 전극과 상기 하위 전극 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 하위 유전 층의 두께는 1마이크로미터에서 25마이크로미터 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 상위 전극은 각각의 상기 디스플레이 셀들 위에 있는 전극인 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 드라이버 구동기는 상기 적어도 하나의 디스플레이 셀들에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 각 드라이버 구동기는 상기 디스플레이 셀들 중 적어도 2개에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 세라믹 기판에 연결되어 있는 열 확산기; 및
    상기 드라이버 구동기들에 의해 발생된 열을 상기 기판으로부터 열 확산기로 전달하기 위해 상기 세라믹 기판을 상기 열 확산기에 연결하는 다수의 열 채널들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디스플레이 셀들은 일렉트로루미네선스 디스플레이인 것을 특징으로 하는 디스플레이.
KR1019970708753A 1995-06-07 1996-06-07 다층세라믹기판을가지는모자이크식일렉트로루미네선스디스플레이 KR100470282B1 (ko)

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