KR100750889B1

KR100750889B1 - 디스플레이

Info

Publication number: KR100750889B1
Application number: KR1020017014371A
Authority: KR
Inventors: 사가와마사카즈; 오카이마코토; 미스타니후미카즈; 타카하히로시; 우에마코토
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼; 미쓰비시 가가꾸 가부시키가이샤
Priority date: 1999-05-17
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2007-08-22
Also published as: JP2000323016A; WO2000070642A1; KR20020013880A; TW460855B

Abstract

표면에 형광체층이 형성된 제 2 기판과, 상기 제 2 기판에 대향되게 배치되고 그 위에 전자총이 형성된 제 1 기판으로 구성되는 디스플레이에 있어서, 상기 전자총은 제 1 기판에 적층된 제 1 도전막 - 절연막 - 제 2 도전막으로 구성되며, 상기 절연막은 알콜성 히드록실기를 갖는 화합물 등의 유기용매 및 무기옥소산염이나 유기카르복실산염 중에서 선택된 적어도 하나의 용질을 함유하는 비수계 전해액을 이용하여 상기 제 1 도전막을 양극산화함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이가 개시된다. 본 장치에 따르면, MIM 다이오우드 구조의 전자총에서 터널링 절연체를 구성하는 절연막의 품질을 향상시킴으로써, 장치의 동작수명을 연장시킬 수 있다.

Description

디스플레이{DISPLAY}

본 발명은 디스플레이에 관한 것으로서, 특히 MIM(metal-insulator-metal) 터널 다이오우드 구조의 전자총을 이용한 디스플레이에 관한 것이다.

MIM 터널 다이오우드 구조의 전자총을 이용한 디스플레이에 관하여서는 아래의 문헌(i)에 개시되어 있다:

(i) M. Suzuki and T. Kusunoki: 디스플레이에 사용되는 MIM-음극어레이의 방출특성 및 빔 발산특성(Emission and Beam-Divergence Properties of an MIM-Cathode Array for Display Application), SID. 97 DIGEST (1997)

상기 문헌(i)에 개시되어 있는 MIM 다이오우드 구조의 전자총은 높은 효율과 양호한 방향성을 갖고 있으며, 터널링(또는 터널) 절연체의 두께가 단지 5.5nm밖에 되지 않고, 전자방출기의 역할을 하는 상부전극들은 열전자의 확산을 방지하기 위하여 6nm의 얇은 두께를 갖는 미세구조로 이루어져 있다는 점에서 주목할 만 하다.

상기 문헌(i)에 개시되어 있는 것과 같은 MIM 다이오우드 구조의 전자총들에 있어서는, 그 구성상 필수적으로, 10MV/cm 정도의 고전계가 터널링 절연체에 인가되며, 또한 작동 중, 대략 0.4mA/cm² 정도의 전류가 흐른다.

상기와 같은 험한 조건 하에서는, 터널링 절연체를 형성하는 절연막이 시간이 지남에 따라 열화되는 현상을 피할 수 없다.

터널 다이오우드 성능의 시간에 따른 변화를 살펴보면, 시간이 지남에 따라 다이오우드 전류가 떨어지고 결국에는 고장이 생기는 것을 발견할 수 있다.

이러한 현상이 발생하는 이유는 터널링 절연체를 형성하는 절연막에 입사된 열전자들 중의 일부가 절연막에서 전자덫(electron trap)에 의해 포획되어 고정 음전하로 변화되고, 이로 인하여 음극측의 전계가 약화되고 전자의 주입이 제한받게 되기 때문이다.

상기와 같은 열화가 시간에 따라 포화됨이 없이 계속 진행된다는 점에서, 고전계의 열전자들에 의하여 새로운 전자덫이 계속 형성된다는 것을 알 수 있다.

이 현상은 이제까지 MIM 다이오우드 구조의 전자총의 동작수명을 제한하는 주요한 요소이었다.

터널링 절연체를 형성하는 절연막은, 암모니아 수용액으로 중화되고 에틸렌 글리콜로 희석된 1~3 중량퍼센트의 타르타르산 용액을 전해액으로 하고 100μA/cm² 이하의 형성전류밀도를 갖는 양극산화법에 의하여 형성되어 왔다.

이 방법은 양호한 초기특성을 제공할 수는 있으나 그러한 특성을 장시간 유지하게 하는 데는 어려움이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 MIM 다이오우드 구조의 전자총에서 터널링 절연체를 형성하는 절연막의 품질을 개선하고 전자총의 동작수명을 연장시킬 수 있는 새로운 기술을 사용하여 구성되는 디스플레이를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 디스플레이는 표면에 형광체층이 형성된 제 2 기판과, 상기 제 2 기판에 대향되게 배치되고 그 위에 전자총이 형성된 제 1 기판으로 구성되는데, 여기서 상기 전자총은 제 1 기판에 적층된 제 1 도전막(하부전극) - 절연막 - 제 2 도전막(상부전극)으로 구성되며, 상기 절연막은 다음의 (a)~(c)에 기재된 비수계 전해액 중의 적어도 하나를 이용하여 상기 제 1 도전막을 양극산화함으로써 형성된다:

(a) 알콜성 히드록실기를 갖는 유기용매 및 무기옥소산염이나 유기카르복실산염(방향족 카르복실산염 또는 2개 이하의 알콜성 히드록실기를 함유하는 지방족 폴리카르복실산염으로 제한됨)로부터 선택된 적어도 하나의 용질을 함유하는 비수계 전해액;

(b) 비프로톤성 유기용매 및 무기옥소산염이나 유기카르복실산염으로부터 선택된 적어도 하나의 용질을 함유하는 비수계 전해액; 및

(c) 알콜성 히드록실기를 갖는 유기용매와 비프로톤성 유기용매로 구성된 혼합용매 및 무기옥소산염이나 유기카르복실산염으로부터 선택된 적어도 하나의 용질을 함유하는 비수계 전해액.

도 1 은 본 발명에 따른 디스플레이의 일실시예의 개략적 구성을 보여주는 분해 사시도이다.

도 2 는 도 1에 도시된 하부기판(제 1 기판)의 일실시예의 개략적 구성을 보여주는 도면이다.

도 3 은 도 1에 도시된 상부기판(제 2 기판)의 일실시예의 개략적 구성을 보여주는 도면이다.

도 4 는 도 2에 도시된 MIM 다이오우드 구조의 전자총 어레이의 개략적 구성을 보여주는 도면이다.

이하, 본 출원에 개시된 발명의 전형적인 실시예들에 대하여 개략적으로 간략히 설명하기로 한다.

본 발명은 디스플레이에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 디스플레이는 표면에 형광체층이 형성된 제 2 기판(상부기판)과, 상기 제 2 기판에 대향되게 배치되고 그 위에 전자총이 형성된 제 1 기판(하부기판)으로 구성되는데, 여기서 상기 전자총은 제 1 기판에 적층된 제 1 도전막 - 절연막 - 제 2 도전막으로 구성되며, 상기 절연막은 알콜성 히드록실기를 갖는 유기용매 및 무기옥소산염이나 유기카르복실산염(방향족 카르복실산염 또는 2개 이하의 알콜성 히드록실기를 함유하는 지방족 폴리카르복실산염으로 제한됨)로부터 선택된 적어도 하나의 용질을 함유하는 비수계 전해액을 이용하여 상기 제 1 도전막을 양극산화함으로써 형성된다.

본 발명에 따른 다른 디스플레이는 표면에 형광체층이 형성된 제 2 기판(상부기판)과, 상기 제 2 기판에 대향되게 배치되고 그 위에 전자총이 형성된 제 1 기판(하부기판)으로 구성되는데, 여기서 상기 전자총은 제 1 기판에 적층된 제 1 도전막 - 절연막 - 제 2 도전막으로 구성되며, 상기 절연막은 비프로톤성 유기용매 및 무기옥소산염이나 유기카르복실산염 중에서 선택된 적어도 하나의 용질을 함유하는 비수계 전해액을 이용하여 상기 제 1 도전막을 양극산화함으로써 형성된다.

본 발명에 따른 또다른 디스플레이는 표면에 형광체층이 형성된 제 2 기판(상부기판)과, 상기 제 2 기판에 대향되게 배치되고 그 위에 전자총이 형성된 제 1 기판(하부기판)으로 구성되는데, 여기서 상기 전자총은 제 1 기판에 적층된 제 1 도전막 - 절연막 - 제 2 도전막으로 구성되며, 상기 절연막은 알콜성 히드록실기를 갖는 유기용매와 비프로톤성 유기용매로 구성된 혼합용매 및 무기옥소산염이나 유기카르복실산염 중에서 선택된 적어도 하나의 용질을 함유하는 비수계 전해액을 이용하여 상기 제 1 도전막을 양극산화함으로써 형성된다.

이하, 본 발명의 실시예들에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

첨부된 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성요소는 각 도면들에서 동일한 도면부호로 표기하였고, 중복 설명을 피하기 위하여 이미 설명된 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략하였다.

도 1은 본 발명에 따른 디스플레이의 일실시예의 기본 구성을 개략적으로 보여주는 분해 사시도이다. 도 1을 살펴보면, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 표면에 MIM 미세전자총 어레이가 형성된 하부기판(3, 제 1 기판)과, 표면에 줄무늬의 형광체층이 형성된 상부기판(5, 제 2 기판)으로 구성되며, 상기 상부 및 하부기판은 유리틀(4)을 사이에 두고 서로 대향되게 설치된다. 도 1 에서 도면부호 6은 배출관을 나타낸다.

도 2는 도 1에 도시된 하부기판(3)의 일실시예의 개략적 구성을 보여주는 도면이다.

하부기판(3)은 유리(소다석회유리 등의)기판(11) 상에 X-축 방향으로 연장하여 줄무늬 형식으로 형성된 하부전극(12), 전계확산체(또는 층간절연체, 13), 상기 하부전극(12) 상에 형성된 터널링 절연체(14), 상기 터널링 절연체(14) 상에 Y-축 방향으로 연장하여 줄무늬 형식으로 형성된 버스전극(15), 및 상기 버스전극(15) 상에 형성된 상부전극(6)으로 구성된다.

상기 하부전극(12)과 버스전극(15)은 서로 실질적으로 직교하도록 배치되며, 상기 양 전극들(12,15)이 서로 겹쳐지는 부분에 전자방출지역(17)이 형성된다.

이 전자방출지역(17)에서, 버스전극(15)을 제거하고 상부전극(16)이 터널링 절연체(14)를 사이에 두고 하부전극(12)과 대향되게 위치하게 된다.

도 3은 도 1에 도시된 상부기판(5)의 일실시예의 개략적 구성을 보여주는 도면이다.

도 3에 도시된 상부기판(5)은 유리(소다석회유리 등의)기판(21)과 그 위에 Y-축 방향으로 연장하여 줄무늬 형식으로 형성된 적색, 녹색 및 청색의 형광체층으로 이루어진 형광줄무늬층(18), 및 상기 형광줄무늬층(18) 상에 형성된 메탈백 필름(19, Al film)으로 구성된다.

본 발명에 따른 디스플레이는 도 2에 도시된 터널링 절연체(14)가, 알콜성 히드록실기를 갖는 유기용매 및 무기옥소산염이나 유기카르복실산염(2개 이하의 알콜성 히드록실기를 함유하는 방향족 카르복실산염 또는 지방족 폴리카르복실산염으로 제한됨) 중에서 선택된 적어도 하나의 용질을 함유하는 비수계 전해액을 이용하여 하부전극(12)을 양극산화함으로써 형성되는 절연막으로 구성되어진다는 데 그 특징이 있다.

본 발명에 따른 디스플레이에 있어서, 도 2에 도시된 터널링 절연체(14)는 또한, 비프로톤성 유기용매 및 무기옥소산염이나 유기카르복실산염 중에서 선택된 적어도 하나의 용질을 함유하는 비수계 전해액을 이용하여 하부전극(12)을 양극산화함으로써 형성되는 절연막으로 구성될 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 디스플레이에 있어서, 도 2에 도시된 터널링 절연체(14)는, 알콜성 히드록실기를 갖는 유기용매와 비프로톤성 유기용매로 구성된 혼합용매 및 무기옥소산염이나 유기카르복실산염 중에서 선택된 적어도 하나의 용질을 함유하는 비수계 전해액을 이용하여 하부전극(12)을 양극산화함으로써 형성되는 절연막으로 구성될 수도 있다.

본 발명에서 전해핵을 형성하기 위한 용질로써 사용되는 무기산염으로는, 무기옥소산염을 사용하는 것이 바람직하다. 무기옥소산은 산소원자에 결합되어 양성자로 전해될 수 있는 수소원자를 갖는 무기산으로, 그 중심원자는 금속 또는 비금속 원소일 수 있다.

특히, 상기와 같은 무기옥소산 중에서도, 붕산, 인산, 황산, 텅스텐산, 몰리브덴산, 크롬산, 바나듐산 및 과레늄산(Perrhenic Acid) 중에서 선택된 하나 혹은 둘 이상의 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 전해핵을 형성하기 위한 용질로써 사용되는 유기카르복실산염은 카르복실기를 갖는 다양한 유기화합물염들 중에서 선택할 수 있다. 카르복실기의 수나 결합위치는 특별히 제한받지 않는다. 바람직하게는 방향족 카르복실산염 또는 지방족 폴리카르복실산염이 사용될 수 있다.

방향족 카르복실산으로는 벤젠고리(Benzene Ring), 응축된 벤젠고리, 비(非)벤젠 방향족 고리, 또는 이형 방향족 고리 등과 카르복실기의 화합물이 사용될 수 있다.

이종원자를 함유하고 있지 않는 방향족 카르복실산으로는 살리실산, 프탈산, 안식향산, 감마-레조실산, 톨루엔산, 쿠민산, t-부틸안식향산, 아니신산(Anisinic Acid), 2,4-크레소틴산(2,4-Cresotinic Acid), 시내몬산, N-메틸안트라닐산, 젠티스산(Gentisic Acid), 갈륨산, 및 p-히드록시안식향산 등이 그 좋은 예가 된다. 이형 방향족 카르복실산의 예로는 니코틴산, 2-프로인산(2-Froinic Acid), 2-테노인산(2-Tenoinic Acid), 및 히드라질안식향산 등이 있다.

이외에도, 본 발명에서 기대하는 잇점을 손상시키지 않는 한, 카르복실기 이외의 작용기를 갖는 방향족 카르복실산도 또한 사용될 수 있다. 예로써, 니트로안식향산, 안트라닐산, 모노메틸라미노안식향산 및 디메틸라미노안식향산 등과 같이 니트로기 또는 아미노기를 갖는 방향족 카르복실산들도 사용될 수 있다.

지방족 폴리카르복실산으로는 타르타르산, 시트르산, 타트론산(Tartronic Acid), 말산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디핀산(Adipic Acid), 피멜 산(Pimelic Acid), 수베린산, 아젤라산(Azelaic Acid), 세박산(Sebacic Acid), 디메틸말론산, 디에틸말론산, 디프로필말론산, 2-메틸글루타르산, 3,3-디메틸글루타르산, 3-메틸아디핀산, 말레이산(Maleic Acid), 푸마르산, 이타콘산, 시트라콘산, 2-메틸렌글루타르산, 2-메틸-2-펜타디카르복실산 등이 그 좋은 예가 된다.

알콜성 히드록실기를 갖는 용매가 전해액으로 사용되는 경우에 용질로 사용될 유기카르복실산염으로는, 2개 이하의 알콜성 히드록실기를 함유하는 방향족 카르복실산염 또는 지방족 폴리카르복실산염 중에서 선택하는 것이 바람직하다. 방향족 카르복실산염으로는 위에서 예시한 화합물들을 사용할 수 있다.

지방족 폴리카르복실산염은 그가 2개 이하의 알콜성 히드록실기와 2개의 카르복실기를 함유하는 지방족 화합물이기만 하면 그 구조상의 특별한 제한은 없다. 지방족 카르복실산을 사용하는 경우에는 탄소수가 3 에서 9 사이의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 사용되는 산은 그 분자구조상 불포화결합을 가질 수도 또, 가지지 않을 수도 있다.

이외에도, 본 발명에서 의도하는 효과를 손상시키지 않는 한, 카르복실기 이외의 작용기를 갖는 지방족 폴리카르복실산도 또한 사용될 수 있다.

본 발명에서 사용될 수 있는 지방족 폴리카르복실산으로는 시트르산, 타트론산, 말산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디핀산, 피멜산, 수베린산, 아젤라산, 세박산, 디메틸말론산, 디에틸말론산, 디프로필말론산, 2-메틸글루타르산, 3,3-디메틸글루타르산, 3-메틸아디핀산, 말레이산, 푸마르산, 이타콘산, 시트라콘산, 2-메틸렌글루타르산, 2-메틸-2-펜타디카르복실산 등이 있다.

상기에서 언급한 무기옥소산 중에서는 붕산, 인산, 황산, 텅스텐산, 몰리브덴산, 크롬산, 및 바나듐산이 바람직하며, 그 중 텅스텐산이 특히 바람직하다.

상기에서 언급한 유기카르복실산 중에서는 살리실산, 아디핀산, 아젤라산, 프탈산, 안식향산, 감마-레조실산, 말레이산, 푸마르산, 이타콘산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 디메틸말론산, 및 시트라콘산이 바람직하며, 그 중 살리실산, 아디핀산, 말레이산, 아젤라산, 및 프탈산이 특히 바람직하다.

상기한 무기산염이나 유기카르복실산염을 형성하기 위한 양이온은 특별히 제한되지 않는다. 예로써, 암모니아 이온, 알칼리 금속이온, 1가, 2가, 3가, 또는 4가의 알킬암모니아 이온, 인이온, 황이온 등이 사용될 수 있다. 이들 중, 암모니아 이온이나 1가, 2가, 3가, 또는 4가의 알킬암모니아 이온이 특히 바람직하다. 알킬암모니아 이온을 사용하는 경우, 알킬기의 크기는 용매의 용해도를 고려하여 선택될 수 있다. 보통의 경우, 탄소수가 1~4 인 알킬기가 선택된다.

상기한 용질들은 각각 독립적으로 사용되거나 또는 둘 이상의 어떠한 조합으로도 사용될 수 있다. 무기산염이나 유기카르복실산염 이외의 적절한 조합으로 용질들을 사용하는 것 또한 가능하다.

본 발명에서 사용되는 전해액에서의 용질의 농도는 대개 0.01 에서 30 중량퍼센트의 범위 내로 조절되고, 0.1 에서 15 중량퍼센트 범위가 바람직하다.

본 발명에서 전해액을 형성하기 위한 용매로는 알콜성 히드록실기를 갖는 용매 또는 비프로톤성 유기용매가 사용된다.

용매로써 사용되는 알콜성 히드록실기를 갖는 화합물의 특성은 특별히 제한받지 않는다. 바람직한 예로는 알콜성 히드록실기를 갖는 지방 알콜들이 있다. 그 예로는, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올 등의 모노히드릭 알콜; 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 등의 디히드릭 알콜; 세 개 또는 그 이상의 히드록실기를 갖는 폴리히드릭 알콜 등이 있다. 이외에도, 본 발명에서 기대하는 잇점을 손상시키지 않는 한, 그 분자구조상 알콜성 히드록실기 이외의 작용기를 갖는 용매도 또한 사용될 수 있다. 예로써, 메틸셀로솔브 또는 셀로솔브(Cellosolve) 같이 알콜성 히드록실기에 더하여 알콕시기를 갖고 있는 용매들도 또한 사용될 수 있다.

상기한 용매들은 각각 독립적으로 사용되거나 또는 둘 이상의 어떠한 조합으로도 사용될 수 있다. 본 발명의 전해액을 형성하기 위해서는, 알콜성 히드록실기를 갖는 용매로써 탄소수가 1~8인 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 용매로는 에틸렌글리콜이나 프로필렌글리콜 또는 그들의 혼합액이 있다.

본 발명에서 전해액을 형성하기 위하여 용매로 사용되는 비프로톤성 유기용매는 극성용매일 수도, 무극성용매일 수도 있다. 극성용매의 예로는 감마-부티로락톤(γ-butyrolactone), 감마-발레로락톤(γ-valerolactone), 및 델타-발레로락톤(δ-valerolactone) 등의 락톤용매; 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트 및 부틸렌카보네이트 등의 카보네이트 용매; N-메틸폼아미드(N-methylformamide), N-에틸폼아미드, N,N-디메틸폼아미드, N,N-디에틸폼아미드, N-메틸아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 및 N-메틸피롤이디논(N-methylpyrrolidinone)등의 아미드용매; 3-메톡시프로피오니트릴(3-methoxypropionitrile) 및 글루타로니트릴(glutaronitrile) 등의 니트릴용매; 및 트라이메틸포스페이트 및 트라이에틸포스페이트 등의 인산용매 등이 포함된다.

상기한 용매들은 각각 독립적으로 사용되거나 또는 둘 이상의 어떠한 조합으로도 사용될 수 있다. 본 발명에 있어서 특히 바람직한 용매로는 프로필렌카보네이트나 감마-부티로락톤 또는 그들의 혼합액이 있다.

본 발명에서 사용되는 전해액에서의 수분의 함유량은 0.1 에서 50 중량퍼센트의 범위가 바람직하다. 수분의 함유량은 0.1 에서 30 중량퍼센트의 범위가 더욱 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.1 에서 20 중량퍼센트, 또 더욱 바람직하게는 1 에서 15 중량퍼센트, 가장 바람직하게는 3 에서 15 중량퍼센트이다.

본 발명에서 사용되는 전해액을 준비하는데 있어서 수분을 첨가하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예로써, 본 발명의 전해액은 상기에서 언급한 바와 같이 수분을 함유하고 있는 용매(또는 용매의 혼합물)에 용질(또는 용질의 혼합물)을 용해하여 제조할 수도 있고, 또한 상기에서 언급한 바와 같은 용매(또는 용매의 혼합물)에 용질(또는 용질의 혼합물)을 용해한 후, 수분을 첨가함으로써 제조할 수도 있다. 또한, 산과 염기의 반응을 통하여 용질을 만드는 과정에서 부산물로 생성되는 수분을 이용하여 전해액을 만드는 것도 역시 가능하다. 상기의 방법들은 조합하여 사용될 수도 있다.

본 발명에서, 어떠한 조건하에서 제조된 전해액을 사용하여 제 1 도전막(하부전극)을 양극산화하여 절연막(터널링 절연체)을 형성하는가 하는데는 특별한 제한이 없다. 양극산화온도는 전해액이 안정적인 액체상태를 유지할 수 있는 범위내에서 설정되는데, 그 범위는 일반적으로 -20°C ~ 150°C 이고, 바람직하게는 10°C ~ 100°C 이다.

양극산화과정에서 전류와 전압을 조절하는 방법 역시 특별히 제한받지 않는다; 금속표면에 산화물층을 형성하는 데 사용되는 조건들이 적절한 조합을 통하여 적용될 수 있다. 일반적으로, 미리 정해진 형성전압(Vf)에 이르기까지는 일정한 전류하에서 산화물층이 형성되고, 이 형성전압에 도달한 이후에는 주어진 일정기간동안 일정한 전압하에서 양극산화가 진행되게 된다. 이 때, 전류밀도는 1μA/cm² ~ 100mA/cm² 의 범위 내에서 설정되고, 바람직하게는 1μA/cm² ~ 1mA/cm² 의 범위 내에서 설정된다. 형성전압은 대개 0.1V ~ 50V 의 범위 내에서 설정되고, 바람직하게는 0.1V ~ 20V 의 범위 내에서 설정된다.

제 1 도전막(하부전극)으로 사용되는 금속으로는, 소위 "밸브금속(valve metals)"이라고 불리는, 양극산화에 의하여 차단막을 형성할 수 있는 금속이 사용된다. 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금이 상기와 같은 특성을 갖는 금속으로 선호된다. 순수한 알루미늄은 열처리 과정에서 힐록(Hillock)을 형성하는 경향이 있으므로, 알루미늄 이외의 미량원소를 함유하는 합금이 배선 물질로 사용되기에 더욱 바람직하다.

첨가물질로는 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란타늄(La), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 가돌리늄(Gd), 홀뮴(Ho), 및 어븀(Er) 등의 희토류 원소들과 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 및 몰리브덴(Mo) 등의 "밸브금속"이 그 좋은 예가 될 수 있다. 실리콘(Si)과 구리(Cu) 또한 사용될 수 있다. 본 발명의 제 1 도전막으로는 네오디뮴을 함유한 알루미늄 합금이 특히 바람직하다.

제 2 도전막(상부전극)으로는, 섀도우마스크 증발(Shadow Mask Evaporation)에 의하여 형성된 이리듐(Ir), 백금(Pt), 금(Au) 등의 막이 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 디스플레이는 그 실시예들(실시예 1~8)과 비교예(비교예 1)를 참조하여 더욱 잘 설명할 수 있다.

먼저, 상기 실시예들에 있어서, 전자총은 다음과 같은 과정을 거쳐 형성되었다:

(1) 하부전극(제 1 도전막)을 형성하기 위하여 유리기판(11) 상에 포토리소그래피(Photolithography)에 의하여 Al-Nd(2 atom%)합금을 300nm 두께로 스퍼터링 증착하였다.

(2) 이후, 후에 터널링 절연체(14)가 될 부분을 방식제로 도포한 후, 상기 하부전극(12)의 표면에 산화알루미늄을 형성하여 두꺼운 전계확산체(13)를 형성하기 위하여, 암모늄 타르타레이트 용액과 에틸렌 글리콜의 혼합물로 이루어진 전해액(비교예 1)을 사용하여 상기 막을 양극산화하였다. 양극산화공정은 80V의 전압에 도달할 때까지는 일정한 전류(전류밀도: 30μA/cm²) 하에서 수행되었고, 그 이후에는 동일한 전류 하에서 한 시간동안 수행되었다.

(3) 비교예 1을 제외한 실시예들에서는, 얇은 터널링 절연체(14)를 형성하기 위하여, 표 1에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 비수계 전해액을 이용하여 하부전극(12) 표면의 전자방출지역(17) 상에 산화알루미늄을 증착하였다. 양극산화공정은 4V의 전압에 도달할 때까지는 일정한 전류(전류밀도: 10μA/cm²) 하에서 수행되었고, 그 이후에는 동일한 전류 하에서 두 시간동안 수행되었다.

(4) 마지막으로, 버스전극(15)과 상부전극(16)이 형성되었다. 버스전극(15)은 알루미늄과 몰리브덴의 다층막으로 구성되었으며, 상부전극(16)은 섀도우마스크 증발공정에 의하여 이리듐(Ir; 1nm), 백금(Pt; 2nm), 및 금(Au; 3nm)을 진공하에서 순차적으로 스퍼터링증착하여 형성하였다.

상기에서 설명된 (1) ~ (4) 의 공정에 따라 제조된 MIM 다이오우드 구조의 미세전자총은 1×10^-4Pa의 압력 하에서 진공챔버에 놓여져, 하부전극(12)은 접지되고 상부전극(16)에는 7.5V의 전압이 인가되었으며, 이 때 상부전극(16)으로부터의 전자의 방출이 확인되었다.

다이오우드의 전류밀도가 0.4mA/cm²가 되도록 초기전압을 설정하고, 그 상태에서 한 시간동안 전자총을 작동시켰으며, 그 동안의 다이오우드 전류의 변화를 기록하였다.

그 결과, 본 발명에 따른 전해액을 이용하여 하부전극(12)을 양극산화함으로써 형성된 터널링 절연체(12)를 갖는 MIM 다이오우드 구조의 미세전자총의 경우, 표 1에 나타난 바와 같이, 기존의 방법에서 사용되던 타르타르산과 에틸렌글리콜의 혼합물을 사용한 경우(비교예 1)보다 전류의 감소가 작게 나타남을 알 수 있었다.

[표 1]

	번호	용질	용질함량	수분함량	용매	한시간후의 전류비율
비교예	1	암모늄 타르타레이트 (Ammonium tartarate)	0.3 wt%	10 wt%	에틸렌글리콜	60 %
실시예	1	암모늄 살리실레이트 (Ammonium salicylate)	1 wt%	5 wt%	에틸렌글리콜	95 %
실시예	2	암모늄 아디페이트 (Ammonium adipate)	1 wt%	5 wt%	에틸렌글리콜	85 %
실시예	3	암모늄 말리에이트 (Ammonium maleate)	1 wt%	5 wt%	에틸렌글리콜	88 %
실시예	4	암모늄 아질레이트 (Ammonium azelate)	1 wt%	5 wt%	에틸렌글리콜	86 %
실시예	5	암모늄 프탈레이트 (Ammonium phthalate)	1 wt%	5 wt%	에틸렌글리콜	85 %
실시예	6	암모늄 텅스테이트 (Ammonium tungstate)	1 wt%	5 wt%	에틸렌글리콜	85 %
실시예	7	암모늄 살리실레이트 (Ammonium salicylate)	1 wt%	5 wt%	감마-부티로락톤	87 %
실시예	8	암모늄 살리실레이트 (Ammonium salicylate)	1 wt%	5 wt%	프로필렌카보네이트	90 %

위에서 보여진 바와 같이, 실시예 1 내지 8의 MIM 다이오우드 구조의 미세전자총의 터널링 절연체(14)는 낮은 전자덫밀도와 고전계를 가지며, 높은 동작전류 하에서도 전자덫의 형성을 최소화할 수 있어 뛰어난 수명특성을 보유하고 있다.

[실시예 9]

도 4에서 보여주고 있는 바와 같이 MIM 다이오우드 구조의 미세전자총 어레이(매트릭스)를 갖는 하부기판(3)이 앞에서 설명된 과정에 따라 제작되었다. 그 다음, 이 하부기판(3)과 줄무늬의 형광체층이 형성된 상부기판(5) 및 유리틀(4)을 유리접착제를 이용하여 융합하였으며, 진공챔버를 형성하기 위하여 배출관(6)을 부착하였다.

상기의 과정에서, 유리접착제는 대기압, 400°C의 온도 하에서 10분간 소결되었다. 진공챔버는 유확산펌프(Oil Diffusion Pump)를 사용하여 진공처리되었고, 이어서 300°C의 온도로 가열되었으며, 진공도가 7×10^-5Pa에 이르렀을 때, 배출관을 밀폐하여 디스플레이 장치를 완성하였다.

본 실시예의 디스플레이 장치를 시험함에 있어서는, MIM 다이오우드 구조의 미세전자총을 동작시키면서 디스플레이의 성능을 시험하는 점진적 모드(Progressive Mode)로 시험이 수행되었다. 이 때, 선택된 픽셀들에 해당하는 하부전극(12)에는 -3.0V의 스캔펄스를 인가하였고, 전자방출지역(17)으로부터의 전자방출을 촉진하기 위하여 상부전극(16)에는 (버스전극(15)을 통하여) 4.5V의 데이터펄스가 인가되었다. 방출된 전자는 양 기판사이의 간격(2 mm)에 인가된 3kV의 가속전압에 의하여 가속되어 형광줄무늬층(18)에 도달되고 거기서 발광하게 되었다.

반면에, 선택되지 않은 픽셀들에서는, -3.0V의 스캔펄스와 4.5V의 데이터펄스 중 하나만이 하부전극(12)이나 상부전극(16)(또는 버스전극(15))에 인가되었고, 따라서 전자방출지역(17)으로부터의 전자의 방출은 일어나지 않았다.

상기의 디스플레이 시험에서, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 뛰어난 디스플레이 성능을 보여주었다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 몇몇 실시예들과 이들과 연관한 내용에 대하여 기술하였으나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 사 상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변화, 수정, 대체, 또는 변경이 가능하다는 것은 명백하다.

본 출원에 개시된 본 발명의 대표적인 실시예들로부터 얻어질 수 있는 효과는 다음과 같이 요약할 수 있다.

본 발명은 MIM 다이오우드 구조의 전자총을 사용하는 디스플레이의 동작수명을 개선할 수 있다는 점에서 큰 산업상 이용가능성이 있다.

Claims

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삭제
표면에 형광체층이 형성된 제 2 기판과,

상기 제 2 기판에 대향하여 배치되고 그 위에 전자총이 형성된 제 1 기판을 구비하고,

상기 전자총은 상기 제 1 기판에 적층된 제 1 도전막 - 절연막 - 제 2 도전막으로 구성되어 있는 디스플레이에 있어서,

상기 절연막은 비프로톤성 유기용매 및 유기카르복실산염으로부터 선택된 적어도 하나의 용질을 함유하는 비수계 전해액을 이용하여 상기 제 1 도전막을 양극산화함으로써 형성되는 양극산화 생성물로부터 이루어지는 상기 전자총의 터널 절연막인 것을 특징으로 하는 디스플레이.
청구항 4 에 있어서,

상기 비프로톤성 유기용매는 감마-부티로락톤이거나 프로필렌카보네이트인 것을 특징으로 하는 디스플레이.
청구항 4 에 있어서,

상기 유기카르복실산은 살리실산, 아디핀산, 아젤라산, 프탈산, 안식향산, 감마-레조실산, 말레이산, 푸마르산, 이타콘산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 디메틸말론산, 및 시트라콘산 중에서 선택된 하나 혹은 둘 이상의 화합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
표면에 형광체층이 형성된 제 2 기판과,

상기 제 2 기판에 대향되게 배치되고 그 위에 전자총이 형성된 제 1 기판을 구비하고,

상기 전자총은 상기 제 1 기판에 적층된 제 1 도전막 - 절연막 - 제 2 도전막으로 구성되어 있는 디스플레이에 있어서,

상기 절연막은 알콜성 히드록실기를 갖는 유기용매와 비프로톤성 유기용매로 구성된 혼합용매 및 유기카르복실산염으로부터 선택된 적어도 하나의 용질을 함유하는 비수계 전해액을 이용하여 상기 제 1 도전막을 양극산화함으로써 형성되는 양극산화 생성물로부터 이루어지는 상기 전자총의 터널 절연막인 것을 특징으로 하는 디스플레이.
청구항 7 에 있어서,

상기 알콜성 히드록실기를 갖는 유기용매는 에틸렌글리콜이거나 프로필렌글리콜인 것을 특징으로 하는 디스플레이.
청구항 7 에 있어서,

상기 비프로톤성 유기용매는 감마-부티로락톤이거나 프로필렌카보네이트인 것을 특징으로 하는 디스플레이.
청구항 7 에 있어서,

상기 유기카르복실산은 살리실산, 아디핀산, 아젤라산, 프탈산, 안식향산, 감마-레조실산, 말레이산, 푸마르산, 이타콘산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 디메틸말론산, 및 시트라콘산 중에서 선택된 하나 혹은 둘 이상의 화합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이.