KR20020038965A - 강유전체 소자의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

평 패널 표시 장치(20, 60, 130, 150, 200, 300, 350, 370, 400, 450, 500)의 강유전체 적층 초격자 재료(26, 66, 138, 162, 210, 310, 314, 380, 410, 442, 460, 472, 510)의 박막은 표시 화상에 선택적으로 영향을 주도록 활성화된다. 일 실시예(20, 60, 200, 300, 350, 370, 400, 450, 500)에서, 전압 펄스는 적층 초격자 재료가 인광체층(32, 72, 230, 330, 334, 382, 430, 470, 520)에 충돌하는 전자를 방출하게 함으로써, 인광체가 광을 방출하게 한다. 다른 실시예(130, 150)에서, 전위가 적층 초격자 재료(138, 162)에서 잔류 분극을 생성하여, 이 잔류 분극이 액정층(152)에서 전계를 발생시킴으로써, 액정을 투과하는 광의 투과율에 영향을 준다. 적층 초격자 재료는 알콕시카르복실레이트를 함유하는 본 발명의 액상 프리커서를 이용하여 형성된 금속 산화물이다. 박막의 분극률과 투명성을 강화하기 위해, 박막 두께는 50 내지 140nm가 바람직하다. 표시 소자는 화소간의 누화를 방지하고 급격한 분극 전환을 가능하게 하기 위해 바리스터 소자(154, 205, 326, [305, 306, 308], 375)를 구비할 수도 있다. 강유전체 박막(210, 310, 314, 380)에서의 경사 기능성은 전자 방출을 강화한다. 2개의 강유전체 재료(442, 410, 472, 460)중, 인광체층의 두 측면 상의 한 측면은 형광을 강화하기 위해 사용될 수 있다. 인광체층(520)은 방출을 강화하기 위해 유전체층(530)와 강유전체층(510) 사이에 샌드위치될 수 있다.

Description

강유전체 소자의 제조 방법{FERROELECTRIC FLAT PANEL DISPLAYS}

본 발명은 강유전체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

평 패널 표시 시스템중 하나의 넓은 카테고리에는 에너지가 부여되어 가시 광선을 발생하는 형광체층 또는 인광체층을 포함한다. 인광체는 흡수된 1차 에너지의 일부를 방출 형광체 조사선으로 변환시키는 형광체 재료이다(본 명세서에서 사용되는 "인광체"란 용어는 외부 여기로부터의 에너지를 변환하고 인광 현상 또는 형광 현상에 의해, 이러한 에너지를 가시 광선으로 변환하는 임의의 재료를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 "형광체"란 용어는 에너지를 흡수하여 발광하는 임의의 다른 재료나 소자 뿐만 아니라 "인광체"를 포함함).

예를 들면, 일렉트로루미네슨트(electroluminescent : EL) 표시 장치에서는, 인광체의 애빌런시 브레이크다운을 야기하는데 충분한 크기로 전계가 형광체층에 인가한다. 전자 전공 쌍의 재결합에 의해 생성되는 광은 인광체에 각종 불순물 이온을 첨가하여 파장 조정될 수 있다. 실질적으로 모든 평 패널 표시(flat panel display : FPD) 장치에서와 같이, 표시 패널은 화소의 X-Y 매트릭스로 구성된다. 구동 회로는 각 화소 위치에서 두개의 전극층 사이의 개별적인 전압차를 인가하도록 한다. 그러나, 박막 EL 장치의 형광체층으로부터 광 방출을 트리거하는데 요구되는 전압은 200-250V 정도로 높고, 이는 전환 소자로서 기능하는 구동 회로가 이러한 고전압을 견딜 수 있는 것이 요구된다. 이러한 고전압 소자의 제조에는 고가의 비용이 든다. 또한, 평 패널 표시 장치는 다수의 집적 회로 장치의 전압 레벨에서, 즉 3-10V 범위의 전압 레벨에서 동작하는 것이 바람직하다.

평 패널 전계 방출 표시 장치(field emission displays : FED)는 공지되어 있다. 전계 방출 표시 장치는 전형적으로 셀의 후면판 위에 형성된 미시적 전계이미터 캐소드 팁의 매트릭스와, 셀의 전면판에 인광체 코팅 애노드를 갖는 평탄 진공셀을 구비한다. 전계 이미터 팁은 적절한 전압이 인가되면 전자를 방출한다. 방출된 전자는 충분한 빔 전류 강도와 운동 에너지를 갖고 형광체층에 충돌하여 형광체층이 가시광을 발생하게 한다.

형광체층을 갖는 표시 장치는 표시 장치의 백라이팅(backlighting)이 제거될 수 있는 장점이 있다. 광의 컬러와 강도가 수정되지 않은 표시 장치에 전달되고, 시스템은 광학 화상을 생성하기 위해서 그것을 수정해야 하기 때문에 백라이팅이 비실용적으로 될 수 있다. 백라이팅된 표시 장치에서 컬러를 포함하는 전형적인 한 방법은 컬러 필터를 통해 광을 투과시키는 것이다. 그러나, 필터는 입사광의 70%까지 흡수하므로 비효율적이거나 강도가 낮다. 마찬가지로, 패널을 통해 광 투과율을 제어하여 화상을 형성하는 방법도 또한 비효율적이다. 통상적으로, FED 시스템 및 형광체 방출 시스템의 장점은, 형광체 재료가 큰 손실없이 재료에 부여되는 에너지에 근거하여 요구된 화상 강도를 생성하는 것이다. 따라서, 고휘도를 갖는 표시 장치가 만들어질 수 있다. 그러나, FED는 전형적으로 전자 방출을 위해 수십 내지 수백 볼트가 필요하므로, 다수의 애플리케이션에 이들 표시 장치를 사용하는 것은 어렵다. 또한, 전계 이미터 팁은, 팁의 저하를 방지하기 위해 매우 높은 진공 상태, 적어도 10^-5Torr이고, 통상 10^-8내지 10^-9의 진공 상태로 둘러싸일 필요가 있다. 전계 이미터 팁을 밀봉하는 적은 부피로 이러한 높은 진공을 유지하는 것은 어렵다. 또한, FED는 "평면 대 평면"의 기하학적 구조로 제조될 수없다.

강유전체 재료는 분극의 전환시 전자를 방출할 수 있는 것으로 알려져 있다. 강유전체는 분극축을 따라서 자발 분극 특성을 갖는다. 각 쌍극자의 단부가 그 분극축을 따라서 다음 쌍극자의 대향 단부와 쌍을 이룸에 따라 재료는 내부적으로 중성 상태를 유지한다. 이러한 축에 수직 성분을 갖는 임의의 경계면에서, 쌍극자는 쌍을 이루지 않고 재료에 의존하는 구속 전하가 존재하게 될 것이다. 이러한 비정상적으로 높은 에너지 상태의 결과로서, 자유 차폐 전하가 수집되어 표면을 중성화한다. 재료의 내부 분극을 변경함으로써 이들 전하 펄스의 배출 및/또는 전계 방출 펄스의 유도가 가능하다. 이러한 처리 과정은 아직 완전히 이해되지 않은 것이다. 처리 과정의 가장 보편적인 관점은 급속하게 유도된 내부 분극의 변화에 근거하여 재료의 표면으로부터 자유 차폐 전하를 배제함으로써 강유전체가 방출되는 것이다. 다른 가능성으로서, 자발 구속 전하에 의해 생성되는 상당히 큰 전계가 표면 위의 비강유전체층상에 존재하도록 야기되는, 실제적으로 전계 방출 처리에 의해 강유전체가 방출되는 것이다.

강유전체 방출 표시 장치의 한 가지 장점은, 특히, 전계 방출 표시 장치에서는 불가능한 "평면 대 평면"의 기하학적 구조로 제조될 수 있다는 것이다. 주요한 용도로는 평 패널 텔레비젼 스크린 및 컴퓨터 표시 장치 등을 들 수 있다.

형광체 평 패널 표시 장치에 사용되는 강유전체 전자 방출은 당 분야에 공지되어 있다. 이하 본 명세서의 전반에 내포되어 있는 바와 같이, 참고 문헌으로서 인용되는, 특히, 1995년 9월 26에 발행된 미국 특허 공보 제 5,453,661 호와, 1996년 4월 16일에 발행된 미국 특허 공보 제 5,508,590 호를 참조하기 바란다. 이들 참고 문헌에는 강유전체 방출 FDD가 개시되어 있다. 이들 특허 양자에는 강유전체 전자 이미터로서 납 지르코늄 티타네이트(PZT)와 납 지르코늄 란탄 티타네이트(PZLT)를 사용하는 것을 개시하고 있다.

평 패널 표시 시스템의 또다른 넓은 카테고리는 액정 표시 장치(LCD)이다. 평 패널 표시 장치의 액정층은 분자가 특정한 배치를 따르도록 배치된다. 이 배열은 외부 전계에 의해 변경될 수 있고, 이에 의해 액정층을 투과하는 광에 대한 액정 재료의 투과율의 대응 변화를 초래한다. 액정 분자는 외부의 인가 전압에 반응하기 때문에, 액정은 광학 스위치, 또는 광 밸브로서 사용될 수 있다. 전형적인 구성에서, 액정 표시 장치는 전면 유리판과 후면 유리판을 구비한다. 판 사이의 공간은 액정 중합체로 충전된다. 각종 형태의 액정 중합체가 사용된다. 액정 재료를 주로 분류하면 트위스트 뉴매틱 게스트-호스트(또는 하일마이어(Heilmeier)), 위상 변화 게스트-호스트 및 이중층 게스트-호스트가 있다. 사용된 액정의 형태는 광 벨브에 의해 영향을 받는 광 변조의 형태를 결정한다. 예를 들면, 트위스트 뉴매틱 재료는 광의 분극을 (통상 90도만큼) 재배향한다. 액정 분자와 함께 자체 정렬되는 염료가 존재하는 소위 게스트-호스트 재료는, 액정 분자의 배향에 응답하여 광을 흡수하거나 또는 투과하는 염료 특성의 결과로서 광을 변조한다. 위상 변화 게스트-호스트에서는, 액정 재료의 분자는 오프 상태에서 다수의 광을 차단하는 나선형 상태로 배치된다. 전압을 인가하여 분자를 배열하고 광을 투과시킨다. 이중층 게스트-호스트 액정은 두개의 셀의 분자배치 사이에서 90도의 배향으로 후면 대 후면으로 배치된 2개의 게스트-호스트 액정으로 이루어진다. 액정 표시 장치는, 백라이팅을 요구하는 투과 모드, 또는 높은 주위 광 조건 하에서 동작하는 반사 모드, 및 두개의 모드의 조합으로 동작하도록 배치될 수도 있다.

액정 표시 장치는 전형적으로 액정 재료의 화소가 매트릭스 형태로 배치되도록 사용된다. 매트릭스 표시 장치는 구동 방법의 관점에서 수동 형태와 능동 형태로 분류한다. 전형적인 수동 표시 장치에서, 투명 전극은 수직 어레이내의 두 대향하는 유리판 위에 패터닝된다. 전극의 반복 거리는 화소 크기에 대응한다. 전형적인 능동 매트릭스에서, 능동 구동 장치 또는 전환 장치는 표시 장치의 후면판 위의 각 화소에 설치된다. 구동기는 표시 장치의 에지에 전기적으로 접속되고, 외부 전기 신호에 의해 전환된다. 도전성 전극은 후면 유리 패널 위의 화소 형태를 따라 패터닝되나, 도전성 전극은 전면판 위의 연속막이다.

수동 표시 장치는 제조하기에 더 용이하나, 실질적으로 동작시키기에는 더욱 어렵다. 표시 장치의 양측면에는 도전선이 있고, 구동 회로는 더욱 복잡하다. 수동 표시 장치는 대향 유리판상의 신호의 다중화를 이용하는 것으로, 이는 교점, 즉, 지정되는 화소에서 조합하여, 로우 및 칼럼의 전극을 따라 전압 펄스를 반복적으로 혼합하여 투과시키는 것을 의미한다. 화소는 액정의 양측에 전압이 존재할 때, 온으로 된다. 수동 매트릭스의 하나의 문제점은 두개의 대향판에 대한 투명 도체가 패터닝되어야 하고, 수천개의 결선이 요구되는 것이다. 또한, 수동 표시 장치에 사용된 보다 요구되는 액정 재료의 응답 시간은 성능을 제한한다.

수동 표시 장치 고유의 다중화 구조의 한계는 각 화소의 뒤에 능동 구동 소자를 위치시킴으로써 극복할 수 있다. 능동 표시 장치에서, 각 화소의 스위치는 표시 장치의 전자 장치를 단순화한다. 전면 패널은 패터닝되지 않고 접지 전극으로서의 간단한 기능을 한다. 전압 불균일에 기인한 문제는 감소되거나 또는 제거된다. 트위스트 뉴메틱 결정 재료는 보다 요구되는 수퍼트위스티드 변동 재료 대신에 사용될 수 있다. 전형적인 능동 매트릭스형 액정 표시 장치는 캐패시터 및 다이오드 또는 트랜지스터 등의 비선형 저항 소자로 구성되는 기억 소자가 각 화소에 접속되는 구성을 갖는다. 비선형 저항 소자가 입력 신호에 따라서 구동하는 동안 캐패시터는 전하를 축적한다. 표시 장치는 입력 신호가 소실된 후에도 캐패시터에 축적된 전하에 의해 계속해서 동작하므로, 정적 구동(즉, 정적인 일정 신호)에 의해 얻어진 레벨과 대략으로 동일한 레벨로 콘트라스트를 유지한다.

다이오드와 MIM(금속-절연체-금속) 소자도 액정 표시 장치에서 또한 사용되지만, 박막 트랜지스터는 능동 구동 소자로서 가장 일반적으로 사용되고 있다.

박막 트랜지스터를 사용하는 능동 매트릭스에서, 게이트 전극에 인가되는 전압에 의해 온-오프 제어되는 전기 채널을 통해, 화상 정보(입력 신호)가 소스 전극에 인가되어 액정에 전송되고, 또한 액정의 캐패시턴스에 의해 전하로서 축적된다. 그러나, 각각의 액정 자체의 누설, 박막 트랜지스터의 누설 전류 및 다른 요인 때문에, 액정에 유지된 전하는 시간이 경과함에 따라 감소한다. 따라서, 표시된 화상의 콘트라스트도 마찬가지로 시간이 경과함에 따라 낮아진다. 박막 트랜지스터를 형성하는 처리 공정이 복잡하게 되어 수율이 낮아지므로 이러한 형태의 매트릭스의 제조 비용은 고가로 된다.

상기 문제를 해결하기 위하여, 능동 구동 소자로서 강유전체 매트릭스 구동기를 사용하는 것으로 당 분야에 공지되어 있다. 본 명세서에서 전적으로 내포되어 있는 바와 같이, 참고 문헌으로서 인용되고 있는 미국 특허 공보 제 5,635,949 호와 미국 특허 공보 제 4,021,798 호를 참조하기 바란다. 이에 의해 강유전체 소자가 트랜지스터, 다이오드 및 비선형 MIM 소자를 대체한다. 강유전체 재료를 사용하면, 비교적 간단한 구조와 감소된 제작 공정 수를 갖는 액정 재료로 전하를 유지함으로써 고화질의 화상을 형성할 수 있다.

액정 표시 화소의 능동 강유전체 구동 소자는 강유전체의 잔류 분극을 이용하며, 강유전체 재료에 전계를 인가한 후에도 잔류 분극은 정지하나, 잔류 분극에 의해 생성되는 전계는 재료에 존재한다. 대향 극성의 전계를 인가함으로써 잔류 분극은 감소하거나, 또는 제거되거나 반전된다. 능동 전환 소자의 강유전체 재료 부분에 전압을 인가한 후에, 내부 전계는 잔류 분극에 기인하여 강유전체 재료에 잔류한다. 내부 전계에 의해 표시 화소의 액정 부분에 잔류 전압이 인가된다. 액정부에 인가된 잔류 전압이 액정부를 투과하는 광의 투과율에 선택적으로 영향을 주는데 충분한 크기가 되도록 구동기가 설계될 수 있다. 그 결과, 선명하고 높은 콘트라스트를 가지는 화상을 생성할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 표시 장치의 강유전체 부분은, 액정부에서 큰 잔류 전계를유지하기 위하여 높은 잔류 분극률을 가져야 한다. 또한 강유전체 재료는 잔류 전계가 급속히 소멸되지 않기 위해 낮은 누설 특성을 가져야 한다.

예를 들면, LCD의 전자 이미터로서 또한 능동 매트릭스 소자로서 강유전체 재료를 평 패널 표시 장치에 모두 적용할 때에, 강유전체 특성은 평 패널 표시 장치의 강유전체 부분에서 비강유전체 부분으로 에너지를 전달하는데 이용된다. 양자의 적용시에, 에너지의 전달과 강유전체 부분의 기능 전체는 강유전체 부분의 분극률과 분극 전환에 따라 궁극적으로 달라진다. 또한 전형적인 평 패널 표시 장치를 동작하기 위해서는, 구동 시스템은 각 화소를 초당 100 내지 300회 주사한다. 당 분야에서는, LCD의 전자 이미터와 능동 매트릭스 전환 소자 양자의 강유전체 소자로서, 세라믹 강유전체 산화물, 즉 납 지르코늄 티타네이트(PZT)와 납 란탄 지르코늄 티타네이트(PLZT)를 사용하도록 제안되었다. PZT와 PLZT 양자는 다른 강유전체 재료보다 상대적으로 높은 분극률을 갖는다. 예를 들면, 포화 전계가 인가될 때, 300㎚ 이상의 두께를 갖는 PZT 캐패시터는 잔류 분극값 2Pr이, 약 35μc/㎠인 것을 대표적으로 나타낸다(예를 들면, 미국 특허 공보 제 5,519,234 호의 도 25를 참조). 오씨엘로 등에 의해 보고된 논문에서, 800㎚의 두께를 갖는 PZT 캐패시터의 2Pr값은 40 내지 50 μc/㎠로 측정되었다(Auciello et al. Appl. Phys. Lett.66(17). 2183 참조). 또한, PZT와 PLZT의 양자는, 약 수십 나노초로 급속하게 전환될 수 있다. 한편, 막 두께가 300㎚ 이하로 감소함에 따라 PZT와 PLZT의 분극률은 급격하게 떨어진다. 100㎚ 이하이면, PZT의 2Pr값은 0에 접근한다. 또한, 전압 전환 테스트가 실시되는 경우 PZT와 PELT는 피로 증상을 나타낸다.피로란 분극 전환의 결과로서 소망의 강유전체 특성의 열화를 의미한다. PZT와 PELT의 2Pr값은 약 10⁶분극 전환 사이클 이후에 초기값의 1/2로 떨어질 수 있다. PZT와 PELT는 통상 약 10^-6A/㎠의 높은 누설 전류를 표시한다.

따라서, 평탄 표시 장치의 구조 및 당 분야에서 공지된 것을 개선하는 구조를 이용하여 제조하는 방법을 발견하는 것이 바람직하다. 특히, PZT, PZLT 및 당 분야에서 공지된 다른 강유전체 화합물보다 우수한 제조 특성 또는 동작 특성을 갖는 액정부의 전자 이미터로서 또는 능동 구동 소자중의 일부로서 평 패널 표시 장치에서 사용되는 재료를 발견하는 것이 바람직하다. 평 패널 표시 장치의 화소 소자에 대해 향상된 구동 소자를 발견하는 것도 또한 바람직하다.

본 발명의 목적은 강유전체 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 적층 초격자 재료의 액상 프리커서를 제공하기 위한 본 발명의 일반화된 처리 과정에 대한 흐름도,

도 2는 본 발명에 따른 형광층 및 적층 초격자 재료로 이루어지는 강유전체 전자 이미터 소자를 구비하는 광학 표시 장치의 화소 부분을 도시한 단면도,

도 3은 도 2의 강유전체 전자 이미터상에 위치하는 링 형상으로 패터닝된 전극의 상면도,

도 4는 도 3의 강유전체 전자 이미터상에 위치하는 포크 형상으로 패터닝된 전극의 상면도,

도 5는 접촉 패드에 각각의 칼럼을 전기적으로 접속하고, 칼럼으로 배치된 하부 전극을 나타내는 평 패널 표시 장치의 전극 매트릭스를 개략적으로 도시한 상면도,

도 6은 접촉 패드에 각각의 로우를 전기적으로 접속하고, 로우로 배치된 링 형상의 상부 전극을 나타내는 평 패널 표시 장치의 전극 매트릭스를 개략적으로 도시하는 상면도,

도 7은 기판상에 하부 전극이 위치되고, 패터닝된 강유전체 적층 초격자 재표 박막이 하부 전극 위에 위치되며, 패터닝된 상부 전극이 대응하는 강유전체 박막에 위치하는 능동 매트릭스를 제조할 때의 중간 단계를 도시한 단면도,

도 8은 제 2 기판 위에 제 3 가속 전극층을 퇴적하고 나서, 제 3 전극 위에 인광체층을 형성하는 능동 매트릭스 형광 표시 장치를 제조할 때의 다른 중간 단계를 도시하는 단면도,

도 9는 도 7과 도 8의 두개의 기판을 결합할 때의 형광 평 패널 표시를 도시하는 도면,

도 10은 형광체층과 가속 전극을 제 2 기판에 형성하는 대신에, 제 2 전극과 강유전체 박막 상에 직접 형성하는 형광 표시 장치의 다른 실시예를 도시하는 도면,

도 11은 평 패널 표시 장치에 대한 로우/칼럼 스위치 매트릭스 어레이를 도시하는 도면,

도 12는 광학 평 패널 표시 장치의 강유전체 소자에 적층 초격자 재료의 박막을 형성하기 위한 본 발명에 따른 일반화된 처리 과정의 흐름도를 도시하는 도면,

도 13은 본 발명에 따른 액정 재료를 함유하는 광학 표시 장치의 화소 부분과 적층 초격자 재료를 구비하는 강유전체 매트릭스 구동 소자의 단면도,

도 14는 도 13에 도시된 광학 표시 장치의 하부 기판의 상면도,

도 15는 전계 강도, E(예를 들어, 단위는 ㎸/㎝)를 수평축에 나타내고, 전하 밀도, P(예를 들어, 단위는 μc/㎠)를 수직축에 나타내는 전형적인 강유전체 히스테리시스 곡선의 그래프를 도시하는 도면,

도 16은 강유전체 매트릭스 구동 소자를 포함하는 액정 평 패널 표시 장치에 대한 로우/칼럼 스위치 매트릭스 어레이를 도시하는 도면,

도 17은 강유전체 구동 소자를 갖고 또한 배리스터 소자를 더 구비하는 액정 표시 장치의 화소 부분의 바람직한 다른 실시예를 설명하는 도면,

도 18은 배리스터 소자와 강유전체 FGM 박막을 갖는 강유전체 전자 방출 표시 장치의 화소에 대한 바람직한 실시예를 도시하는 도면,

도 19는 제 2 스위치 전극과 결합된 배리스터 소자를 포함하는 강유전체 전자 방출 표시 장치의 화소에 대한 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 도시하는 도면,

도 20은 강유전체 박막과 가속 전극 사이에 배치되는 진공 가속 갭을 포함하는 화소에 대한 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 도면,

도 21은 강유전체 박막과 인광체층 모두를 제 1 스위치 전극과 제 2 스위치 전극 사이에 배치하는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 도면,

도 22는 기판에 근접하는 강유전체 박막과 화소의 관측 단부에 근접하는 강유전체 박막을 포함하는 화소를 도시하는 도면,

도 23은 기판에 근접하는 강유전체 박막과 화소의 관측 단부에 근접하는 강유전체 박막을 포함하는 화소를 도시하는 도면,

도 24는 기판에 근접하는 강유전체 박막과 화소의 관측 단부에 근접하는 강유전체 박막을 포함하는 화소를 도시하는 도면이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

32, 72, 230, 330, 334, 382, 430, 470, 520 : 인광체층

136, 26 : 적층 초격자 재료의 박막

152 : 액정 재료302, 202, 28, 134 : 기판

162, 210, 310, 314, 380 : 강유전체 박막

154, 205, 326 : 바리스터 소자

208, 320, 156, 308, 378 : 화상 전극

160, 208 : 비리스터 전극

206, 332, 158, 306, 376 : 비저항 박막

204, 304, 305, 374 : 전환 전극

404, 374, 204, 304 : 제 1 전환 전극

440, 384, 220, 324 : 제 2 전환 전극

210, 310, 314, 380 : 강유전체 FGM 박막

414 : 하부 접지444 : 상부 접지

454 : 하부 제 1 전환 전극466 : 하부 제 2 전환 전극

본 발명의 특징은 광학 표시 장치에 있어서 장치의 광학 소자의 동작에 선택적으로 영향을 미치는 광학 표시 장치의 강유전체 적층 초격자 재료를 사용하는 데 있다. 특히, 본 발명은 컴퓨터와 텔레비젼 등의 장치에 관찰 스크린으로서 유용한 평 패널 표시 장치에 관한 것이다.

본 발명의 다른 특징은, 적층 초격자 재료가 50 내지 400㎚ 범위의 두께를 갖는 박막으로서 퇴적될 수 있고, 바람직한 두께는 50 내지 140㎚의 범위이고, 가장 바람직한 두께는 100㎚이다.

본 발명의 일 실시예에서는, 광학 표시 장치는 형광체 재료를 포함하고, 적층 초격자 재료는 형광체 재료에 충돌하여 광을 방출하게 하는 전자를 방출한다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 광학 표시 장치는 액정 재료를 포함하고 있으며, 강유전체 적층 초격자 재료는 분극화되어 액정 재료에 전계를 인가함으로써 액정 재료를 통해 광의 투과율에 선택적으로 영향을 준다.

본 발명의 한 특징은 프라커서를 건조시켜 가열할 때 광학 표시 장치에 자발적으로 강유전체 적층 초격자 재료를 생성하기 위해 유효량의 금속 부분을 포함하는 프리커서를 사용하는데 있다. 프리커서는 금속-산소-금속 결합을 포함하는 분자 구조를 갖는 폴리옥시알킬화 금속 부분을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 특징은 적층 초격자 재료가 화학양론적으로 평형 상태의 양을 초과하는 소위 초격자 생성자 원소와 B 사이트 원소의 양을 포함할 수 있는 것이다. 이러한 원소의 초과량은 적층 초격자 재료의 특정의 소망하는 특성, 즉 낮은 임프린트(imprint)와 피로를 개선한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 적층 초격자 재료는 스트론튬 비스무스 탄탈레이트를 포함하고, 금속 비스무스와 탄탈중 적어도 하나는 과잉량으로 존재한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시에에서, 적층 초격자 재료는 스트론튬 비스무스 탄탈 니오베이트를 포함하고, 금속 비스무스, 탄탈 및 니오브중 적어도 하나는 과잉양으로 존재한다.

본 발명의 다른 특징은 광학 표시 장치의 강유전체 소자를 제조하는 방법이다. 강유전체 소자의 제조 방법은, 전반적으로 기판을 마련하고, 프리커서를 건조시켜 가열함으로써 강유전체 적층 초격자 재료를 자발적으로 형성하기 위해 금속 부분을 포함하는 프리커서를 마련하며, 프리커서를 기판에 도포하고, 프리커서를 건조시켜 상기 기판 위에 건조된 재료를 형성하며, 500℃ 내지 1000℃ 사이의 온도에서 건조 재료를 가열하여 금속을 포함하는 적층 초격자 재료를 생성하는 것을 포함한다. 프리커서의 바람직한 실시예는 초격자 생성자 또는 B 사이트 원소중 적어도 하나의 과잉량을 포함한다. 프리커서의 다른 바람직한 실시예는 스트론튬 비스무스 탄탈 또는 스트론튬 비스무스 탄탈 니오베이트를 형성하기 위해 유효한 양의 금속 분자를 포함한다. 이러한 프리커서의 바람직한 실시예는 비스무스, 탄탈 및 니오브중 적어도 하나의 과잉량을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 광학 표시 장치는 강유전체 경사 기능성 재료("FGM")나 기능적으로 경사진 재료의 박막을 포함한다. 하나의 기본 변형예에서, 전자 이미터로의 기능을 하며 강유전체 화합물과 유전체 화합물을 포함하는 FGM 박막에 있어서, 유전체 화합물은 강유전체 화합물의 절연 상수보다 작은 절연 상수를 갖는다. 강유전체 FGM 박막은 FGM 박막의 영역 사이에 있는 강유전체 화합물의 몰 농도 경사로 특징지워진다. 농도 경사는 점진적일 수도 있거나 또는 단계적일 수도 있다. 전형적으로, 강유전체 FGM 박막에는 유전체 화합물의 농도 경사가 있으며, 통상적인 개념으로는 강유전체 화합물의 경사 방향에 대향한다. 강유전체 FGM은 강유전체 화합물의 농도 경사 방향이 전자 방출 방향에 대해 양의 방향이고 FGM 박막의 분극률이 방출 표면 근처에서 가장 높도록 배향된다. 경사기능성의 결과로서, 강유전체 FGM 박막의 방출 표면에서의 전자 밀도는 유전체 화합물이 없을 때보다 높다. 따라서, 강유전체 FGM 박막에 인가된 전계에 대해서, 방출된 전자의 에너지 밀도는 상응하여 더 크게 된다.

제 2 기본 변형예에서, FGM 박막은 경사 기능성 강유전체("functional gradient ferroelectric : FGF") 박막이거나 혹은 기능적으로 경사진 강유전체 박막이다. FGF 박막에서, 복수의 강유전체 화합물의 농도는 박막 전체에 걸쳐 변화한다. 통상적으로, 유사한 결정 구조를 갖는 화합물 클래스에서 복수의 강유전체 화합물의 몰 농도는 FGF 박막에 걸쳐 변화된다. 상이한 화합물의 변화 농도는 박막에 대한 하나 이상의 금속 형태의 상대적인 양에 대한 변화의 결과이다. 예를 들면, 일반화된 화학양론적 공식 SrBi₂(Ta_1-xNb_x)₂O₉에 대응하는 상대적인 몰비에 있어서 FGF 박막은 금속 형태의 스트론튬, 비스무스, 탄탈 및 니오븀을 포함할 수 있으며, 여기서 x는 0≤x≤1의 범위에서 변화될 수도 있다. 일반화된 화학양론적 공식은 유사한 결정 구조를 갖는 강유전체 적층 초격자 재료의 클래스를 나타낸다. x값의 변화에 대응하는 탄탈과 니오브의 농도 경사는 강유전체 화합물의 경사 기능성을 나타낸다. "금속 형태"란 용어 및 이와 유사한 용어는 화학 원소의 주기율표로부터의 화학 원소에 대응하는 원자 형태를 지칭하는 것이다. 예를 들면, 티탄, 지르코늄, 탄탈, 니오브 및 란탄은 5가지의 상이한 금속 형태이다. FGM 박막이 FGF 박막인 본 발명에 따른 광학 표시 장치에서, 분극률은 경사에 상응하여 변화한다. 전자가 방출되는 표면에 최대 분극률이 존재하도록 FGF 박막이 배향된다.

강유전체 FGM 박막의 신규한 특징을 포함하는 본 발명의 실시예에서는, 강유전체 화합물을 함유하되, 티타네이트(예를 들면, BaTiO₃, SrTiO₃, PbTiO₃, PbZrTiO₃)등의 ABO₃형태 금속 산화물 페로브스카이트 또는 니오베이트(예를 들면, KNbO₃) 및 바람직하게는 적층 초격자 화합물에 한정되지 않는 적절한 강유전체 재료의 군으로부터 선택될 수 있다.

FGM 박막을 제조하는 본 발명의 방법은 경사 기능성를 형성하기 위해 복수의 프리커서 용액을 기판에 연속적으로 도포하는 방법을 포함한다. 프리커서 용액에서 금속 형태의 상대적인 농도는 소망하는 경사 기능성에 상응하여 변화한다.

본 발명에 의하면, 강유전체 FGM 박막은 집적 회로에 박막을 도포하기 위한 몇가지 기법을 사용하여 도포될 수도 있다. 박막 퇴적의 금속 유기 분해("metal organic decomposition : MOD") 기법에 적합한 금속 유기 프리커서를 사용하는 것이 바람직하다. MOP 방법은 프리커서 농도의 편리하고 정확한 제어를 행할 수 있다. 바람직하게, 멀티소스 화학 증착("CVD") 방법이 사용된다. 본 발명의 바람직한 방법에서, 기판에 도포되는 최종 프리커서 혼합물로의 개별적인 프리커서의 매스 플로우 레이트는 강유전체 FGM 박막에서 충분한 경사 기능성을 형성하기 위해 퇴적 처리 동안에 개별적으로 정확하게 변화된다.

본 발명의 중요한 특징은 광학 표시 장치에서의 배리스터 소자의 신규한 사용이다. 배리스터 소자를 통하는 비저항성 전류 흐름은, 배리스터에 인가된 전압에 따라, 강유전체 박막을 가로지는 전압 강하를 선택적으로 수정한다. 여기서 "수정"이란 용어는 배리스터에 입력된 전압은 배리스터에 의해 출력된 전압과 동일하지 않다는 것을 의미한다. 강유전체 박막을 가로지르는 전압은 강유전체 박막에 걸쳐 전계를 결정하므로, 분극 전환 동작을 결정한다. 상대적으로 저전압에서, 배리스터상의 저항은 상대적으로 높다. 그 결과, 저전압에서, 강유전체 박막을 가로지르는 전계는 반비례적으로 작다. 가변 전압원으로부터의 전압 진폭이 증가함에 따라, 배리스터 저항은 감소하나, 강유전체 박막을 가로지르는 전압 강하는 비선형적으로 증가한다. 그 결과, 전계는 상대적으로 급격하고 첨예하게 증가한다. 이로 인해, 배리스터는 이웃하는 표시 화소가 전압 신호에 의해 인식될 때, 표시 화소는 이웃하는 화소로부터의 "누화"를 억제시킨다. 본 발명의 배리스터는 더욱 첨예하고, 급격한 역전압 바이어스를 가능하게 하므로, 전자 이미터 기능을 하는 강유전체 박막 양단을 가로지르는 분극을 가능하게 한다. 분극 전환이 더욱 급격하게 됨으로써, 강유전체 박막 위의 표면 전자는 분극 변화를 조정하는 시간을 갖지 못하고 더 큰 에너지 강도에 의해 방출된다. 배리스터의 이러한 사용은 종래 기술의 LCD에서 강유전체 소자 대신에 다이오드와 비선형 저항 소자의 사용과 혼동되어서는 안 된다.

본 발명의 또 다른 특징은 복수의 강유전체 박막이 표시 화소에서 전자 이미터의 기능을 하는 구조인 것이다. 전형적으로 강유전체 박막은 형광체층과 대향하여 평행한 측에 대향한다. 이러한 구조는 전압 사이클의 각 위상 동안 전자 방출을 위해 교류 전압을 인가하는데 적합하다. 다른 실시예에서는, 강유전체 박막전자 이미터를 형광층의 한 측면 위에 위치시키고 유전체 박막을 대향측에 위치시킨다. 강유전체 박막에 대해 전극에 낮은 전환 전압을 인가하면 전자 방출이 야기된다. 유전체층의 전극에 높은 교류 전압을 인가하면 박막 전자 일렉트로루미네슨스("thin film electron luminescence : TFEL")를 야기한다.

(실시예)

1. 서론

본 발명은 광학 표시 장치 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 강유전체평 패널 표시 장치에 사용하기 위한 고성능 박막 적층 초격자 재료에 관한 것이다.

페로브스카이트 형상의 강유전체 적층 재료는 공지되어 있고, 현상 논리적 희귀 형상으로 보고되고 있다. "페로브스카이트 형상(perovskite-like)"이란 용어는 통상적으로 상호 접속된 정팔면체 산소의 수를 지칭한다. 단위 셀은, 산소 원자가 입방체 평면 중심에 점유하는 큰 A 사이트 금속과 입방체의 중심에 위치하는 작은 B 사이트 원소로 정의되는 입방체내에 위치하는 정팔면체 산소로 흔히 형성된다. 일부의 예에서는, 정팔면체 산소는 A 사이트 원소가 없을 때에 보존될 수 있다. "적층 초격자 재료" 또는 "적층 초격자 화합물"이란 용어는 이들 화학적 화합물의 고유한 구조적 특성을 나타낼 때 사용된다. 다른 적층 결정 재료가 존재하고 공지되어 있으나, 적층 초격자 화합물은, 층 또는 격자가 동일한 조성물을 동일하게 반복하지 않는 점에 특징이 있다. 그 대신에, 적층 초격자 재료는 단일의 결정 구조로 결합된 간단한 비강유전체층과 페로브스카이트 형상의 강유전체층을 교대로 형성한다. 또한, 적층 초격자 재료는 통상적으로 단결정으로 형성되지 않고, 대신에 이 재료는 다결정으로 된다. 다결정 상태에서, 재료의 구조는 입자 경계, 결함점, 변위 루프 및 다른 미세 구조 결함을 포함한다. 그러나, 각각의 입자내에서, 구조는 상호 의존하는 방식의 자발적으로 링크되는 하나 이상의 강유전체층과 하나 이상의 중간 비강유전체층을 주로 반복하는 유닛이다. 따라서, 적층 초격자 재료는 이종 구조(heterostructure)가 아니어야 한다. 즉, 적층 초격자 재료는 본질적으로 분리된 덩어리가 아니고, 공간적으로 연속적인 층 또는 격자로서, 이들은 단일 형태의 결정층이 본질적으로 반복되는 구조가 아니며, 각종 사이트를 점유하는 상이한 화학 원소를 갖는 구조이다. 그 대신에, 적층 초격자 재료는, 다른 형태의 층이 일체적으로 접속하여 단일 형태의 결정 구조를 형성하는 재료이다. 페로브스카이트 형상의 층은 실제로 페로브스카이트가 아님을 또한 명확히 해 둔다. "페로브스카이트 형상"이란 용어는 당업자에게 이미 익숙한 용어로서 대략적으로 강유전체층의 구조를 설명하기 위한 문헌에서 사용하고 있다.

본 발명의 적층 초격자 재료는 지. 에이. 스몰렌스키이(G.A. Smolenskii), 브이. 에이. 이스포브(V. A. Isupov), 에이. 아이. 아그라노브스카야(A. I. Agranovskaya)(Chapter 15 of the book,Ferroelectrics and Related Materials, ISSN 0275-9608, [V.3 of the series Ferroelectrics and Related Phonomena, 1984] edited by G. A. Smoleskii, especially sections 15.3-15를 참조)에 의해 발견되었다. 이 재료는 이러한 애플리케이션을 위해 이전에 사용한 임의의 재료보다도 강유전체 광학 표시 애플리케이션에 한층 더 적합하다. 이들 적층 초격자재료는, 자발적으로 적층 초격자, 즉 강유전체 페로브스카이트 형상의 초격자와 비강유전체 초격자와 같이 명백하게 상이한 부격자의 층을 교대로 형성하는 결정 격자를 구성하는 스트론튬, 칼슘, 바륨, 비스무스, 카드뮴, 납, 티탄, 탄탈, 하프늄, 텅스텐, 니오븀, 지르코늄, 비스무스, 스칸듐, 이트륨, 안티몬, 크롬 및 탈슘 등의 금속의 복합 산화물을 포함한다. 통상적으로, 각 적층 초격자 재료는 두 종류 이상의 상기 금속을 포함한다. 예를 들면, 스트론튬, 비스무스, 및 탄탈은 적층 초격자 재료인 스트론튬 비스무스 탄탈레이트(SrBi₂Ta₂O₉)를 포함한다.

한편으로는, PZT, PZLT 및 기타 관련 화합물을 포함하는 강유전체 캐패시터를 직접 회로에 사용하고, 다른 한편으로는, 적층 초격자 화합물을 포함하는 강유전체 캐패시터를 직접 회로에 사용하는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 미국 특허 공보 제 5,338,951 호와 미국 특허 공보 제 5,439,845 호를 참조하면 알 수 있다. PZT로 형성된 박막 캐패시터의 분극률과 잔류 분극이 다른 공지된 화합물을 사용하는 캐패시터보다 높다는 것은 집적 회로 분야에 공지되어 있다. 예를 들면, PZT캐패시터의 잔류 분극값 2Pr은 통상적으로 50-60μc/㎠ 정도 높다. 또한 미국 특허 공보 제 5,453,661 호에는, 전자 이미터로서 사용되는 PZT 또는 강유전체 박막은 고도로 배향된 다결정 구조를 갖는 것이 바람직하고, 이 결정 구조는 (001) 또는 C축 결정 배향을 갖는 것이 가장 바람직하다고 개시되어 있다.

이와 달리, 스트론튬 비스무스 탄탈 니오베이트 등의 적층 초격자 화합물로 제조된 캐패시터의 잔류 분극값은 통상적으로 10∼30μc/㎠ 범위에만 존재한다.평 패널 표시 장치의 강유전체 재료의 동작 기능은 강유전체 재료의 분극율에 따라 크게 달라진다. 따라서, 평 패널 표시 장치의 적층 초격자 화합물의 실용성은 우선 PZT, PLZT 및 다른 유사 화합물의 실용성에 비해 크게 떨어진다고 예상할 수 있었다.

그럼에도 불구하고, 저온 열처리를 이용하여 액상 프리커서 용액으로부터 적층 초격자 재료 및 이들 형성의 고유한 구조에 의해, 평 패널 표시 장치를 위해 강화된 실용성을 갖는 강유전체 박막을 제조할 수 있다.

바람직한 방법을 이용하여, 적층 초격자 호합물의 박막은, 막 두께가 40∼140㎚ 범위의 균일한 막 두께를 가지면서, 시판의 규모도 경제적이고 신뢰성있게 제조할 수 있다. 종래 기술에서는 전자 방출을 위한 임계 여기 전압은 막 두께가 감소함에 따라 감소한다는 것을 개시하므로, 장점이 있다. PZT 박막은 실제적으로 170㎚보다 얇게 형성할 수 있다. 따라서, 적층 초격자 재료의 초박막을 사용함으로써 저전압에서 높은 운동 에너지로 고강도 전자 빔의 방출을 강화시킬 수 있다. 이에 의해 충분한 빔 강도와 에너지의 적층 초격자 재료의 박막으로부터 전자를 방출하면, 박막상에서 1-10V 정도의 낮은 범위, 즉, 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 장치의 동작 전압 범위내에 있는 전위를 인가하여 통상적인 인광체에서 발광시키는 것이 가능하다.

특수한 액상 프리커서는 균일한 화학 조성물과 균일한 두께와, 종래에 생산된 강유전체 박막에 비해 작은 균열과 흠을 갖는 강유전체 재료의 초박막을 제조할 수 있다. 표시 장치는 매우 정밀한 공차내에서 평탄층 및 특정의 층들간의 균일한 거리를 요구하기 때문에 평 패널 표시 장치에서 일정한 두께로 제어한다는 점이 중요하다.

여기서 "박막"이란 용어는 모든 예에서 두께가 마이크론 이하의 막을 의미하고, 특히 본 발명의 강유전체 또는 절연막을 지칭하면서 사용할 때에는, 통상적으로 두께는 0.5 마이크론 이하이다.

적층 초격자 재료의 박막은 교류 여기 전압 또는 직류 여기 전압하에서 분극전환을 길게 유지할 수 있다. 박막은 10V에서 10¹²회의 전환 주기 이후에 안정된 방출 특성과 높은 잔류 분극을 나타낸다. 따라서, 적층 초격자 재료의 박막을 포함하는 평 패널 표시 장치는 실질적으로 무한 동작 수명을 갖는다.

실질적으로 무한 동작 수명에 대해 잔류 분극이 높고 전하 누설이 작은 적층 초격자 재료의 박막은 액정 표시 재료에서 높은 잔류 전계를 가질 수 있다.

초박막은 실질적으로 투명하기 때문에 광학 표시 장치에서 적층 초격자 재료의 초박막을 형성할 수 있는 능력에 또한 장점이 있다. 투명층은 전면에서 관측할 때 표시 스크린 화상을 방해하지 않거나, 또는 후면에서 관측할 때, 백라이팅의 통로를 방해하지 않기 때문에 중요하다.

또한, 종래 기술에 의해 개시된 고도로 배향되는 다결정 구조와는 달리, 본 발명의 적층 초격자 재료는 혼합 배향을 갖는 다결정 구조를 바람직하게 갖는다. 적층 초격자 결정의 "혼합 배향"이란 적어도 2개의 상이한 결정 방향이 재료에서 유효한 정도로 존재하는 것을 의미한다. 예를 들면, 혼합된 A축 및 C축 결정 방향을 갖는 적층 초격자 재료는 주로 C축, 또는 (001) 배향만을 갖는 재료보다 다소 양호한 강유전체 특성(예를 들면, 낮은 임프린트값(imprint value)을 갖는다.

본 발명은 특별한 액상 프리커서 용액과 이 용액을 이용하여 피로 방지 강유전체 평 패널 표시 장치를 제조하는 방법을 제공한다. 특별한 액상 프리커서 용액은 저온 어닐링 처리에 의해 상당하는 강유전체 재료를 형성할 수 있다. 저온 어닐링 처리에 의해 표시 장치의 다른 재료 및 전자 장치가 고온의 제조 단계를 배제하는 평 패널 표시 장치에 이들 재료를 광범위하게 사용될 수 있다.

특별한 액상 프리커서를 안정된 상태로 제공함으로써 이들 보존 기간은 비교적 장기간인 적어도 2개월 내지 6개월 동안이 된다. 이와 달리, 종래 기술에서 개시된 솔겔(sol-gel) 방법에 사용되는 용액은 화학적으로 불안정하며 실질적으로 보존 기간을 갖고 있지 않다. 프리커서의 안전성은 제품을 제조 동안의 비용 효과와 균일성에 기여한다.

2. 상세한 설명

본 발명의 바람직한 실시예를 도시된 도면을 참조하면서 한층 더 상세하게 이하 설명한다. 본 발명은, 다수의 상이한 형태로 구현되어 있지만, 본 명세서에서 설명된 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 그 대신에, 본 실시예를 제공함으로써 설명이 완벽해지고 본 발명의 범위를 당업자에게 충분히 전달할 수 있다. 도면에서, 층과 영역의 두께는 명료하게 하기 위해 실제보다 크게 설명하였다. 본 명세서 전반에 걸쳐서 참조 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

모든 종류의 적층 초격자 재료는 하기와 같은 평균적인 실험식으로 통상 요약될 수 있다.

공식(1)은 화학양론적으로 평형화된 초격자 형성 일부의 리스트를 지칭하는 것에 유의하여야 한다. 공식(1)은 단위 셀 구조를 표시하는 것도 아니며, 각각의 층에 재료를 할당하려고 시도하는 것도 아니다. 공식(1)에서, A1, A2,…Aj는, 유사 이온 반경의 다른 금속과, 스트론튬, 칼슘, 비스무스, 납 등의 원소 및 이들의 혼합물을 포함하는 페로브스카이트 형상의 팔면체 구조의 A 사이트 원소를 나타낸다. S1, S2…Sk는 바람직하게 비스무스만을 포함하나, 이트륨, 스칸듐, 란탄, 안티몬, 크롬 및 탈슘 등의 3가지 재료를 포함하는 초격자 생성자 원소를 나타낸다. B1, B2,…Bl는 타탄, 탄탈, 하프늄, 텅스텐, 니오브, 지르코늄 및 기타 원소 등의 원소로 된 페로브스카이트 형상 구조의 B 사이트 원소를 나타내고, Q는 바람직하게는 산소이지만, 불소, 염소 및 이들 원소의 혼성체인 옥시플루오라이드, 옥시클로라이드 등의 기타 원소로 되는 음이온을 나타낸다. 공식(1)의 위첨자는 각 원소의 원자가를 표시한다. 예를 들면, Q가 산소이면, q는 -2이다. 아래첨자는 실험식 화합물에서 특정 원소의 원자수를 표시한다. 단위 셀에 대해서는, 아래첨자는 단위 셀내에 있는 원소의 평균 원자수를 표시한다. 아래첨자는 정수 또는 분수가 될 수 있다. 즉, 공식(1)은, 단위 셀이 재료, 즉 Sr_.75Ba_.25Bi₂Ta₂O₉의 전체에 걸쳐서 평균적으로 변화하는 경우를 포함하는 것으로, A 사이트의 75%는 스트론튬원자가 점유하고 A 사이트의 25%는 바륨 원자가 점유한다. 화합물에 단일의 A 사이트 원소만 존재하는 경우, "Al" 원소로 표시되고 또한 W2…Wj는 모두 0으로 된다. 화합물에 단일의 B 사이트 원소만 존재하는 경우, B1으로 표시되고, 또한 y2…yl은 모두 0으로 되며, 초격자 생성자 원소에 대해서도 마찬가지이다. 본 발명은 A 사이트 또는 B 사이트와 초격자 생성자가 다수의 원소를 가질 수 있는 경우를 포함하도록 의도하였기 때문에 공식(1)을 보다 일반적인 형태로 기술하고 있지만 일반적인 경우는 1개의 A 사이트 원소, 1개의 초격자 생성자 원소, 및 1개 또는 2개의 B 사이트 원소가 있는 경우이다. Z의 값은 다음식에서 알 수 있다.

적층 초격자 재료는 공식(1)에 적합한 모든 재료를 함유하는 것이 아니고, 결정화되는 동안에 개개의 결정층중 한층에 자발적으로 형성하는 성분만을 함유한다. 이러한 자발적인 결정화는 성분의 혼합을 열 처리하거나 어닐링함으로써 전형적으로 조장할 수 있다. 강화된 온도에 의해 초격자 형성 부분의 배열을 페로브스카이트 형상의 팔면체 등의 열역학적으로 우수한 구조로 용이하게 형성한다. S1, S2…Sk에 적용되는 바와 같이 "초격자 생성자 원소"라는 용어는 적층 초격자 재료 전체에 걸쳐서 초격자 생성자 금속의 균일한 랜덤 분포와는 반대로, 이들 금속을 2개의 페로브스카이트 형상의 층 사이에 개재시킨 농축된 금속 산화층의 형태로 특히 안정화된 것을 지칭한다. 특히, 비스무스는, A 사이트 재료 또는 초격자 생성자로 기능할 수 있는 이온 반지름을 갖고 있으나, 화학양론적 임계 비율보다 적은 양으로 존재하면, 자발적으로 농축하여 넌페로브스카이트 형상(non-perovskite-like)의 비스무스 산화층이 된다.

공식(1)은 적어도 모두 3개의 스몰렌스키이 형태(Smolenskil-type)의 강유전체 적층 초격자 재료를 포함한다. 즉, 이들은 각각의 공식을 갖는다.

여기서 A는 페로브스카이트 형상의 초격자의 A 사이트 금속이고, B는 페로브스카이트 형상의 초격자의 B 사이트 금속이며, S는 비스무스 또는 탈슘 등의 3가지 초격자 생성 금속이고, m은 공식 전체의 전하를 평형화하는데 충분한 수이다. m이 분수인 경우, 전체적으로 평균적인 실험식은 복수의 상이한 페로브스카이트 형상의 층 또는 혼합된 페로브스카이트 형상의 층을 제공한다.

"적층 초격자 재료"이란 용어는 동형의 페로브스카이트 형상의 산소 팔면체층과 혼합 적층 초격자 재료를 반복하여 형성되는 양자의 적층 초격자 재료를 포함한다. 이에 의해 혼합 적층 초격자 재료는, 각각 이온 전하를 갖는 적어도 3개의 상호 접속층, 즉, (1) A 사이트 금속, B 사이트 금속, 또는 A 사이트 금속과 B 사이트 금속 모두를 포함하는 A/B층으로서, 페로브스카이트 형상의 산소 팔면체의 구조를 가지거나 혹은 갖지 않을 수 있는 상기 A/B층, (2) 초격자 생성층, (3) A 사이트 금속 및 B 사이트 금속의 양자를 함유하는 AB층으로서, 페로브스카이트 형상의 산소 팔면체 구조를 갖고 A/B층과 상이한 격자를 갖는 상기 AB층을 갖는 금속 산화물을 포함하는 것으로 정의한다. 혼합 적층 초격자 재료는 A/B 재료 이온 서브유닛 셀을 갖는 A/B층과, 초격자 생성자 이온 서브유닛 셀을 갖는 초격자 생성자층과, 페로브스카이트 형상의 팔면체 이온 서브유닛 셀은 갖는 페로브스카이트 형상의 AB층을 적어도 연속해서 포함하는 복수의 대조층을 갖는다. A/B층 및 페로브스카이트 형상의 AB층은, 모두 A 사이트 및/또는 B 사이트 금속으로서 사용하기에 적합한 금속을 포함하고 있음에도 불구하고, 이들 층은 서로 상이한 결정 구조를 갖는다. A/B층은 A 사이트 금속과 B 사이트 금속의 양자를 포함해야만 한다고 가정해서는 안 된다. 즉, A/B층은 A 사이트 금속만을 또는 B 사이트 금속만을 포함하여도 되며, 또한 페로브스카이트 형상의 격자를 반드시 가질 필요는 없다. 이들 재료의 유용한 특징은, 산소 분위기에서 가열될 때, 초격자 형성 금속의 비정질 또는 무질서의 단일 혼합물이 열역학적으로 우수한 적층 초격자를 자발적으로 생성하는 데 있다.

여기에서, 적층된 초격자 재료라는 용어는 도핑된 적층 초격자 재료를 또한 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 식(1)에 포함되는 재료중에 실리콘, 게르마늄, 우라늄, 지르코늄, 주석 또는 하프늄 등의 다양한 재료로 도핑된다. 예를 들면, 스트론튬 비스무스 탄탈레이트는,

상기 식으로 주어진 바와 같이 다양한 원소로 도핑되어도 된다. 여기서 x 및 y는 0과 1 사이의 수이고 바람직하게는 0≤x≤2, 0≤y≤0.2의 조건을 만족하고 M₁은 Ca, Ba, Mg, 또는 Pb이고, M₂는 Nb, Bi, 또는 Sb이고, M₃는 Si, Ge, U, Zr, Sn, 또는 Hf이고, 여기서 α는 0≤α≤0.05의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.상기 식에 포함되는 재료는 본 명세서에서 사용되는 적층 초격자 재료라는 용어에도 또한 포함된다.

마찬가지로, 비교적 소량인 제 2 성분을 적층 초격자 재료에 첨가하여도 되고, 이 결과에 의한 재료가 본 발명에 포함될 것이다. 예를 들면,

의 식으로 나타낸 바와 같이, 식 ABO₃의 팔면체 산소 재료의 소량을 스트론튬 비스무스 탄탈레이트에 첨가한다. 여기서, A는 Bi, Sr, Ca, Mg, Pb, Y, Ba, Sn, 및 Ln이고, B는 Ti, Zr, Hf, Mn, Ni, Fe 및 Co이고, x는 0과 1 사이의 수이고 바람직하게는, x는 0≤x≤0.2이다.

마찬가지로, 적층 초격자 재료도 소량의 ABO₃성분과 도펀트에 의해 수정될 수도 있다. 예를 들면,

의 식에 따른 재료가 본 발명에서 고려되고 있다. 여기서, A는 Bi, Sb, Y 및 Ln이고, B는 Nb, Ta 및 Bi이고, Me는 Si, Ge, U, Ti, Sn 및 Zr이며, x는 0과 1사이의 수이고, 바람직하게는 x는 0≤x≤0.2의 범위내에 있다.

기능적으로 경사진 재료로서 공지된 경사 기능성 재료(functional gradient material)("FGM")는 또한 적어도 하나의 특별한 화학종(chemical species)의 농도가 재료의 한 영역으로부터 다른 영역으로 변화하는 재료이다. 화학종은 화학 원소 또는 화학적 화합물이어도 된다. 농도 경사가 없는 재료에 대해 하나 이상의기능적인 이점을 얻기 위해 농도와 농도 경사가 소정의 정도 제어된다. 따라서, "경사 기능성"이란 용어는, 화학종의 농도 경사가 마찬가지의 농도 경사가 없는 재료와 비교할 때, 기능적 이점을 초래하는 재료이다. 재료 영역간의 농도 변화율, 즉 농도 경사는 점진적이거나 또는 이산적인 단계이어도 된다. 또한 경사는 균일하여도 되고 또는 균일하지 않아도 된다, 즉, 단위 길이 당 농도의 증가 변화비는, 재료 전체에 걸쳐 균일하여도 되고, 또는 공간적으로 증가나 감소하여도 된다. 전자 이미터로서 사용되는 강유전체 FGM 박막의 농도 경사는, 전형적으로 방출 표면에 수직하는 전자 흐름의 방향으로 배향됨으로써 최대 분극률의 영역은 방출 표면에 근접하게 된다. 즉, 방사를 위해 이용가능한 전자 농도의 증가 영역이 방출 표면에 근접하도록 배향된다. FGM 박막에서, 완만한 농도의 경사 기능성은 확산에 의해 얻을 수 있다. 즉, 고농도의 화학종을 재료의 한 영역에 퇴적한 다음, 화학종을 재료의 다른 영역내로 확산한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 액상 프리커서의 조성물을 변화시키고 계속해서 액상 프리커서를 기판에 도포하여 기판을 처리해서, 고상 강유전체 FGM 박막을 형성함으로써 농도 경사를 얻는다.

본 발명의 제 1 기본 실시예에서는, FGM 박막에서 강유전체 화합물과 유전체 화합물의 농도는 전자 방출의 방향에 수직인 방향으로 변화한다. 따라서, 두종류의 농도 경사가 FGM 박막에 존재한다. 강유전체 화합물의 경사는 방사 방향으로 정(+)인 반면, 유전체 화합물의 경사는 전자 방출 방향으로 부(-)이다. 제 2 기본 실시예에서는, 그러한 결정 구조를 갖는 강유전체 화합물을 형성하기 위해 상대적인 몰비로 다른 화학 원소와 함께 존재하는 하나 이상의 금속 원자의 농도 경사이다. 이와 같은 FGM 박막은 경사 기능성을 갖는 강유전체 "FGM" 박막이다.

본 발명의 FGM 박막의 측면 영역은, 극소의 두께 정도 또는 유한한 두께 정도의 영역이고, 측면 방향은 경사 방향에 수직인 평면이며, 즉 방사 표면에 평행한 평면이고, 화학종의 농도가 균일하다. 본 발명의 FGM은 2개의 측면만을 가질 수 있으므로, FGM 박막의 화학 조성물은, 단차 방식으로, 제 1 영역으로부터 제 2 영역으로 급격하게 변화한다. 주어진 조성물을 갖는 프리커서를 유한한 두께를 갖는 한 측면 영역을 형성한 다음에, 제 2 조성물을 갖는 프라커서가 제 2 측면의 영역을 형성하도록 사용될 때 이러한 구조를 얻는다. 2개 이상의 측면 영역으로 이루어진 FGM 박막이 보다 전형적이고 또한 바람직하며, 수직 방향으로 FGM 박막 전체의 농도 경사가 점진적인 것이 바람직하다. 혼합물에서 여러 종류의 프라커서의 개별적인 상대 농도가 점진적으로 변화되는 액상 프리커서 혼합물을 사용하여 박막을 퇴적시킴으로써 이러한 점진적인 농도 경사를 얻을 수 있다.

통상적으로, FGM 박막의 측면 영역을 형성하기 위해 사용되는 최종 액상 프리커서는 복수의 고체 화합물을 형성하는 프리커서 화합물을 함유하고, 결과적으로 형성된 측면 영역의 완전한 고체 구조는 정확하게 알 수 없다. 몇몇의 고체 화합물이 상이한 결정 구조를 갖는 경우, 예를 들면, 강유전체 SrBi₂Ta₂O₉의 프리커서를 유전체 CeO₂의 프리커서와 혼합하는 경우, 완전한 고체를 정확하게 알 수 없는 것은 전적으로 사실이다. 예를 들면, 하나의 특별한 화합물의 프리커서 화합물이 최종 프리커서의 몰 농도 전체의 90% 이상으로 존재할 정도로 우세하면, 구조는 도펀트를 포함하는 우세한 화합물로서 어느 정도는 관측될 수도 있다. 그러나, 최종 프라커서가 상당한 양의 복수의 화합물을 포함하는 경우, 결정 구조는 명확하지 않다. 측면 영역은, 프리커서에 대응하는 복수의 화학적 화합물의 결정 입자가 내부에 산재되는 이종 구조로 이루어질 수 있고, 또한 예상치 못한 기타 화학적 화합물, 결정 구조 및 비정질 재료가 초래될 수도 있다. 이에 반해서, 최종 프리커서가 마찬가지의 결정 구조를 갖는 화합물을 형성하는 프리커서 화합물을 포함하는 경우, 형성된 측면 영역은 결정 구조의 형태로 공지된 단일 구조로 이루어질 가능성이 크다. 예를 들면, 최종 프리커서가 일반화된 화학양론적 공식 PbZr_0.6Ti_0.4O₃에 대응하여 상대적인 비율로 금속 원자를 포함하는 프리커서 화합물을 포함하는 경우, 측면 영역은 B 사이트의 60%는 지르코늄으로 점유되고, B 사이트의 40%는 티타늄 원자로 점유되는 ABO₃형태의 페로브스카이트에 대해 동종의 결정 구조를 이룰 수 있다. 어느 경우든지, FGM 박막의 각 측면 영역의 결정학적인 분석만이 현존하는 실질적인 분자 구조와 결정 구조를 검증할 수 있다는 것이 통상적이다. 그럼에도 불구하고, 본 명세서에서는, 화학적 화합물 또는 화합물의 화학양론적 공식으로 나타내는 바와 같이 금속 원자의 상대적인 몰비를 참조하여 측면 영역의 조성을 설명할 수도 있으며, 또한 명료화하기 위해서, 측면 영역을 사용된 프리커서에 대응하는 하나 혹은 여러 개의 분자 화합물을 포함하는 것으로서 설명할 수도 있다. 결과적인 재료의 프리커서 제형과 화학양론적 공식이 확실하다고는 하지만, 상기 설명한 바와 같이, 주어진 측면 영역에 대해 명명된 화합물의 실질적인 존재는 항상 확실하지 않다는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 강유전체 화합물은 티타네이트(예를 들면, BaTiO₃, SrTiO₃, PbTiO₃, PbZrTiO₃) 또는 니오베이트(예를 들면, KNbO₃) 등의 ABO₃형태의 금속 산화물 페로브스카이트 및 바람직하게는 적층 초격자 화합물 등을 포함하나, 여기에 한정되지 않는 적합한 강유전체 재료의 군으로부터 선택될 수 있다.

본 명세서에서 "상향(upward)", "하향(downward)", "위에(above)" "상부(Top)", "상측(upper)", "아래에(below)", "하부(bottom)", 및 "하측(lower)" 등의 배향 용어는 도면을 참조하면서 사용하고 있다. "위에(above)" 및 "아래에(below)" 등의 용어 자체는 직접적인 접촉을 나타내지는 않는다. 그러나, "상에(on)" 또는 "상으로(onto)" 등의 용어는 기저층을 갖는 층들간의 직접적인 접촉을 나타낸다.

본 명세서에서 "화학양론적"이란 용어는, 적층 초격자 재료 등의, 재료의 고체막과 재료를 형성하는 프리커서의 양자에 적용될 수도 있다. 이 용어가 고체 박막에 적용되는 경우, 이 용어는, 최종 고체 박막의 각 원소의 상대적인 실제량을 나타내는 공식을 지칭한다. 이 용어가 프리커서에 적용되는 경우, 프리커서의 금속의 몰비를 나타낸다. "평형" 화학양론적인 공식은, 실제 사용시에 실온에서 결정에는 어느 정도의 결함이 항상 존재하지만, 결정 격자의 모든 사이트가 점유되어 재료의 완전한 결정 구조를 형성하는 각 원소에 대해 충분한 것이다. 예를 들면, SrBi₂TaNbO₉및 SrBi₂Ta_1.44Nb_0.56O₉는 평형 화학양론적인 공식이다. 이에 대해서, 완전한 결정 구조를 형성하기 위해 필요로 하는 것 이상의 과잉의 비스무스와 탄탈을 함유하고 있으므로, 스트론튬, 비스무스 및 탄탈의 몰비가 각각 1, 2.2, 및 2.3인 스트론튬 비스무스 탈레이트의 프리커서는 본 명세서에서 비평형 화학양론적인 공식 SrBi_2.2Ta_2.3O_10.5으로 표시된다. 본 개시 내용에서 금속 원소의 "과잉"이란, 모든 원자 사이트가 점유되고 임의의 금속의 양도 잔류하지 않는 상태에서 소망의 재료를 제조하기 위해 현존하는 다른 금속과 본딩하는데 요구되는 화학양론적으로 평형을 이루는 양보다 많은 양을 의미한다. 프리커서에 있는 과잉의 B 사이트 원소의 존재 및/또는 과잉의 초격자 생성자 원소의 존재는 결과적인 적층 초격자 재료의 강유전체 특성을 강화하는 것으로 간주되고 있다. 격자 생성자 또는 B 사이트 원소의 100 퍼센트까지의 과잉량은, 분극률, 보자력계, 극성 전환으로부터의 피로에 대한 저항, 누설 전류 등의 적층 초격자 재료의 강유전체 특성을 강화시키는 것으로 간주되고 있다. 통상적으로 약 20%까지의 초과량은 강유전체 특성을 강화시키기 위해 함유된다.

적층 초격자 재료층은 소망의 적층 초격자 재료를 생산하는 유효량의 복수의 금속 부분을 포함하는 액상 프리커서로부터 생산되는 것이 바람직하다. 박막을 형성하기 위해 용액을 기판에 도포한다. 박막으로부터 적층 초격자 재료를 생성하기 위해 이 막을 저온으로 어닐링 처리한다.

"프리커서"란 용어는 당 분야에서 종종 명확하지 않게 사용된다. 이 용어는, 최종 용액을 형성하기 위해 다른 재료와 혼합되어야 하는 단일의 금속을 포함하는 용액을 의미하거나, 또는 기판에 도포하기 위해 미리 준비된 여러 종류의 금속을 포함하는 용액을 의미할 수도 있다. 통상적으로 본 설명에서는, 문맥으로부터 의미가 명백하지 않은 경우에는, "초기 프리커서" 또는 "예비 프리커서"로서 최종 형태가 아닌 개별적인 프라커서를 지칭할 것이고, 또한 "최종 프리커서" 또는 단지 "프리커서"로서 도포하기 위해 미리 준비된 프리커서를 지칭할 것이다. 중간 단계에서 용액은 "중간 프리커서"로서 지칭될 수 있다.

단일의 프리커서 용액은 결정화 처리 동안 금속 부분의 휘발을 고려한 후에 적층 초격자 재료를 형성하는데 필요한 모든 금속 부분을 포함하는 것이 바람직하다.

다음의 반응에 따라서 제조되는 금속 알콕시카르복실레이트 프리커서를 사용하는 것이 바람직하다.

(9) 알콕시드…

(10) 카르복실레이트…및

(11) 알콕시카르복실레이트…

여기서, M은 전하 n을 갖는 금속 양이온이고, b는 0 내지 n의 범위에 있는카르복실산의 몰수이며, R'는 바람직하게는 4 내지 15의 탄소 원자를 갖는 알킬기이고, R은 3 내지 9의 탄소 원자를 갖는 알킬기이고, R"는 바람직하게는 대략 0 내지 16개의 탄소를 갖는 알킬기이며, a, b 및 x는 M과 M' 각각의 원자가 상태를 만족시키는 대응 치환기의 상대적인 양을 나타내는 정수이다. M과 M'는 스트론튬, 비스무스, 니오브, 탄탈로 구성되는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 상기 주어진 반응 처리의 예시적인 설명이 일반화되어 있으므로, 이에 제한되지는 않는다. 특정한 반응은 가해진 열량에 따라 의존할 뿐만 아니라, 사용된 금속, 알코올 및 카르복실산에 의존하여 발생한다.

프리커서 용액을 제조하는 처리 과정은 몇개의 상이한 단계를 포함한다. 제 1 단계는 A 사이트 금속 부분, B 사이트 금속 부분 및 초격자 생성자 금속 부분을 포함하는 복수의 폴리옥시알킬화 금속 부분을 준비하는 단계를 포함한다. "A 사이트 금속" 및 "B 사이트 금속"란 용어는 페로브스카이트 형상 격자에 사용하는데 적합한 금속을 지칭하고 있지만, 실제로 용액에서 A 사이트 및 B 사이트 위치를 점유하는 것을 의미하는 것은 아니라고 이해되어야 한다. 각 금속 부분은, 프리커서 용액의 결정화시에, 적층 초격자 재료를 제조하기에 유효한 양으로 결합된다. 결합 단계는, 통상적으로 비스무스인 초격자 생성자 원소의 과잉량을 바람직하게 적어도 첨가하여, 각각의 금속 부분이 용매에서 실질적으로 균질성을 갖도록 혼합하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 비스무스 부분 및 유사 금속 부분은 승화에 의해 휘발 손실되기 쉬운 것으로 간주되고 있다. 이와 달리, 적층 초격자 재료의 과잉 비스무스 산화물은 소망의 강유전체 특성을 강화시키는 것으로 간주되고 있다. 바람직한 프리커서의 설계에서는 최종적으로 혼합된 적층 초격자 재료의 화학양론적 관점에서 볼 때 프리커서의 비스무스를 소망하는 것보다 약 15 퍼센트까지 함유한다. 가장 바람직한 비스무스 초과 범위는 약 5 내지 10 퍼센트이다.

도 1은 평 패널 표시 장치의 적층 초격자 재료로 구성된 박막을 제조하기 위한 본 발명의 액상 프리커서 용액을 형성하는 일반화된 처리 공정(10)의 흐름도를 도시한다. 단계(12)에서 제 1 금속을 알코올과 카르복실산에 반응시켜 금속 알콕시카르복실레이트 초기 프리커서를 형성한다. 전형적인 제 2 단계(14)에서, 금속 카르복실레이트, 금속 알콕시드 및 알콕시카르복실레이트중 적어도 하나를 금속 알콕시카르복실레이트에 첨가한다. 단계(16)에서 금속-산소-금속 결합을 형성하고 화학 반응에 의해 생성되는 임의의 저비등점의 유기물을 기화시키는데 필요한 정도로 금속 알콕시카르복실레이트, 금속 카르복실레이트 및/또는 금속 알콕시드의 혼합물을 가열하여 교반한다. 최종 소망하는 금속 산화물의 금속-산화 결합의 적어도 50%를 이 단계(16)의 종료시까지 형성하는 것이 바람직하다. 단계(18)에서, 용액을 유기 용매로 희석하여 소망의 농도를 갖는 최종 프리커서를 생성한다. 용제 교환 단계는 프리커서 혼합물의 용제 부분을 교환하기 위하여, 동시에 또는 순차적으로 발생한다.

예를 들면, 화학 반응을 촉진하기 위하여, 알코올, 카르복실산 및 금속을 함유하는 화학 반응 혼합물을 약 70℃ 내지 200℃ 범위의 온도에서 하루 또는 이틀 동안 환류시킨다. 다음에, 화학 반응 혼합물을 100℃ 이상의 온도에서 증류하여용액으로부터 물과 쇼트 체인 에스테르를 제거한다. 알코올은 2-메톡시에탄올 또는 2-메톡시프로판올인 것이 바람직하다. 카르복실산은 2-에틸헥산노익엑시드인 것이 바람직하다. 화학 반응은 크실렌 또는 n-옥탄 용매에서 실행하는 것이 바람직하다. 반응 생성물은 리터 당 용액을 소망의 적층 초격자 재료의 0.01 내지 0.5몰의 범위내에서 생성되는 몰 농도까지 희석한다.

최종 용액을 몇 일 혹은 몇 주까지 사용하지 않는 경우에는, 용액을 실질적인 균일성이 되도록 건조 질소 또는 아르곤의 불활성 분위기에서 보관하는 것이 바람직하다. 저장시에 이러한 예방책을 위해, 용액을 확실히 방수 상태를 유지하고 알콕시 리간드에서 물이 생성될 수 있는 물에 의한 중합 반응 점성 겔링 및 금속 부분의 석출 등의 해로운 효과를 방지할 수 있다. 그러나, 프리커서가 바람직하게 카르복실레이트 리간드, 알콕시카르복실레이트와 본딩된 금속으로 구성된 경우에는, 건조 불활성 저장의 예비책이 엄격하게 필요한 것은 아니다.

프리커서 혼합, 증류, 용매 제어 및 농도 제어 단계를 명료하게 하기 위해 개별적으로 검토한다. 그러나, 이들 단계는 사용되는 특징의 액체에 따라서, 또는 사용자가 프리커서를 저장하려고 하는지 또는 사용하려고 하는지에 따라서 결합되고/되거나 설정될 수 있다. 예를 들면, 증류는 불필요한 부산물의 제거에 유용하고 또한 통상적으로 용매 농도 제어의 일부가 되므로, 두 기능은 종종 함께 행하여진다. 다른 예로서, 혼합과 용매 제어는, 소정의 순서로 프리커서 용액에 특정의 반응물과 용매를 첨가하는 등의 동일한 물리적 작용을 공유한다. 제 3 예로서, 혼합, 증류, 용매 및 농도 제어 등의 이들 단계중에서 임의의 단계는 프리커서를 제공하는 전체 처리 과정 동안 몇 번 반복되어도 된다.

본 발명에 따른 전자 방출의 평 패널 표시를 제조하는 처리 광정은, 상기 설명한 바와 같이, 프리커서 용액을 기판에 도포하고, 기판 위의 프리커서 용액을 처리하여 적층된 초격자 재료를 형성하는 것으로 이루어진 프리커서 용액의 제조를 포함한다. 처리 단계는 용액으로부터 유기 리간드를 제거하기 위해 산소 분위기에서 도포된 프리커서 용액을 충분한 온도로 가열하는 단계와 혼합된 적층 초격자 구조에 잔류하는 금속부를 결정화하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 액상 프리커서 용액을 사용함으로써 평 패널 표시에 사용되는 소망의 적층 초격자 재료로 구성된 고체 금속 산화 박막을 형성하는데 유용한 낮은 어닐링 온도 또는 결정 온도를 가능하게 한다.

강유전체 벌크 재료로부터 전자 방출되는 현상에 대한 지금까지의 이해에 의하면, 정상 상태에서, 강유전체는, 임의의 잔류 분극이 자유 전하 캐리어에 의해 즉시 보상되기 때문에, 주변 환경에 대해서는 중성인 것처럼 보인다. 따라서, 약 30μc/㎠ 이상의 표면 전하 밀도는 주변 환경에 영향을 미치지 않고 평형 상태로 존재할 수 있다. 그러나, 이러한 전하 평형은 짧은 과도 시간 동안 외란에 의해 영향을 받은 체적의 대향면에 과잉의 전하를 생성한다. 전하에 응답하여, 전자의 대응 운동보다 신속하고 재료내에서 분극을 변화시킬 수 있는 매커니즘에 의해 표면이 고전위로 된다. 특정한 조건하에서, 대전된 입자를 유리시킴으로써 가속시킬 수 있다. 바람직하게는, 방출 표면에서 과잉의 부(-)전하를 얻을 수 있도록 조건을 선택함으로써 전자가 방출된다. 전자는 재료의 에너지적으로 유리한 레벨로부터 인출된다. 이들 레벨은 결합 등에 의해 트랩된 전자의 전하를 선별할 수도 있다.

위상 시프트에 기인한 자발 분극의 신속한 변화 및/또는 강유전체 박막에 고전계 펄스를 인가하여 유도되는 자발 분극의 부분적 반전을 사용하는 것이 바람직하다. 위상 시프트는 방출 후에 강유전체 재료가 전압 펄스 이전의 초기 상태로 다시 완화된다는 장점을 제공한다. 따라서, 리세팅이 필요하지 않다. 강유전체 위상내의 반전은, 교번 극성을 갖는 펄스를 인가하거나, 또는 저연속 전위 레벨로부터 대향 극성까지 펄스화함으로써, 능동적인 리셋팅을 필요로 할 수도 있다. 방사 역학은, 위상 천이(1차, 2차), 핵 생성 운동과 자구벽 모션, 결정 입자 특성, 결함 농도 및 다른 알려진 인자를 고려한 재료 구성에 따라 크게 달라진다.

강유전체 전자 방출 평 패널 표시 장치는 평형적으로 제 1 및 제 2 전극 어레이를 구비하고 있으며, 이 전극 어레이는 서로 공간을 두고 떨어져서, 전극쌍에 소정의 전압이 인가될 때에 전극쌍이 전계를 생성하도록 전극쌍의 어레이를 규정한다. 평 패널 표시 장치는 각 전극쌍의 전극 사이에 강유전체 박막을 더 구비함으로써, 강유전체 박막은 전극쌍에 소정의 전압을 인가할 때, 각각의 전극쌍에 대한 전자 방출 경로에서 전자를 방출한다. 형광체층, 즉 인광체층은 각 전극쌍의 전자 방출 경로에 존재한다. 제 1 및 제 2 전극 어레이의 전극은 제 1 및 제 2 어레이를 따른 방향으로 연장되어 상면 또는 하면 전극쌍을 형성하여도 된다. 제 2 전극 어레이의 전극은 패터닝된 전극이므로 각 전극쌍으로부터의 전극 방출 경로는 대응하는 패터닝된 제 2 전극을 관통한다. 또는, 제 1 및 제 2 어레이 각각의 전극은 각각의 제 1 및 제 2 어레이에 대해 횡방향으로 연장되어, 측면 전극쌍을 형성한다. 이 경우에는, 각 전극쌍으로부터의 전자 방출 경로는 대응하는 전극쌍의 제 1 및 제 2 전극에 대해 가로지르게 된다.

도 2에는, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 평 패널 표시의 단면도가 예시되어 있다. 표시 장치(20)는 표시 구성 요소의 어레이를 포함하는 평 패널 표시 장치의 단일 표시 구성 요소(화소)로서 고려되어도 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 평 패널 표시 장치(20)는 공간적으로 떨어진 제 1 및 제 2 전극(22, 24)의 각각과 공간적으로 떨어진 제 1 및 제 2 전극(22, 24) 사이에 강유전체 박막(26)을 포함한다. 제 1 전극(22)을 기판(28) 위에 형성하는 것이 바람직하다. 강유전체 박막(26)은 적층 초격자 재료이다. 박막(26)은 스트론튬 비스무스 탄탈레이트, SrBi₂Ta₂O₉이나 스트론튬 비스무스 탄탈륨니오베이트, SrBi₂Ta_2-xNb_xO₉을 포함하는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예는 또한 비스무스, 탄탈 및 니오브중 적어도 하나가 화학양론적인 평형량을 초과하여 포함한다. 종래 기술의 기재 내용에 비해서, 적층 초격자 재료는 혼성 배향의 결정 구조를 바람직하게 갖는다. 강유전체층은 인접한 전극쌍 사이를 에칭하여 각각의 표시 구성 요소마다 이산적인 강유전체 영역을 생성하는 것이 바람직하다. 강유전체 박막(26)은 4000Å 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 500Å 내지 1400Å 범위의 두께를 갖는 것이 보다 바람직하다. 전자는 전극(22)과 전극(24) 사이에 대략 10 볼트 이하의 전압을 인가할 때에 전자 방출 경로(27)의 강유전체 박막(26)으로부터 방출된다. 인광체 등의 형광체층(32)을 전자 방출 경로(27)에 위치시킴으로써 방출 전자가 형광층에 충돌되고, 이에 의해 광학 효과, 즉 인광체층(32)에 의한 광 방출을 야기한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제 3 전극층은 강유전체 박막(26)으로부터 인광체층(32)으로 방출되는 전자를 가속시키기 위해 존재할 수도 있다. 지지 구조(36)는 인광체층(32)을 강유전체층(26)으로부터 공간적으로 떨어진 관계로 유지시킴으로써, 이들 사이에 갭(38)을 생성한다. 갭을 약 10^-3Torr 이하의 압력에서 진공 상태로 유지하는 것이 바람직하다. 이것은 약 10^-8내지 10^-9Torr의 높은 마이너스 진공을 요구하는 종래의 FED와는 대조를 이룬다. 이하 설명되는 다른 실시예에서는, 갭(38)은 존재하지 않고, 인광체층(32)을 강유전체 박막(26) 위에 직접 형성한다.

기판(28)은, 이 기판과 강유전체 적층 초격자 재료 박막(26)의 금속 산화물 사이의 가능한 파괴적인 상호 작용을 방지하는 확산 베리어로서 기능하고, 적절한 격자 정합을 수행하기 위하여 적절한 텝플레이트층을 퇴적한 임의의 박막이나 벌크 재료(MgO 또는 SrTiO₃등) 또는 다른 재료로 될 수 있다. 반도체(예를 들면, Si, GaAs)는 후자 형태의 가능한 기판 재료이다. 후자의 기판 재료 위에 전극층(22)을 퇴적하기 전에, 최적의 분극 히스테리시스와 감소되거나 또는 무시할 수 있는 분극 피로를 얻는데 유용한 에피택셜 전극층을 침전시키는데 필요한 온도에서 전극층(22)과 기판(28)의 상호 확산을 방지하기 위해서 확산 배리어가 필요하다. 전극층(22, 24)의 각각은 적층 초격자 재료의 구조와 마찬가지의 구조를 갖는 다수의 구성요소의 산화 재료(YBaCuO, LaSrCoO, RuO₂또는 다른 도전성 산화물)와 백금(또는 다른 금속) 박막으로 이루어진다. 가속 전극층(34)은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 안티몬 주석 산화물 등의 투명 도전성 재료로 이루어진다. 평 패널 표시의 전면에 위치하여 표면을 관측할 때에, 가속 전극(34)은 통상 능동 매트릭스에 인가되는 전압(어드레스 및 데이터)에 대해서 기준 전위를 유지한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 단위 화소 전극(22)은 고체 전극인 것이 바람직하다. 제 2 단위 화소 전극(24)은 도 3과 도 4에 도시된 바와 같은 패터닝된 전극이 바람직하다. 도 3과 도 4는 제 2 전극(24)의 다른 실시에의 상면도를 도시한다. 도 3은 링 전극(24a)을 도시한다. 도 4는 포크 전극(fork electrode)(24d)을 도시한다. 모든 경우에 있어서, 패터닝된 제 2 전극(22)은 전극 재료로 피복되지 않은 영역으로부터 전자 방출을 행하도록 하는 동안에 강유전체적층 초격자 재료를 가로질러 전압을 유지하는데 사용된다. 방출 영역이 패터닝에 의해 증가하므로, 더 많은 전자가 방출되고, 이에 의해 보다 밝은 표시를 나타낼 수 있다

평 패널 표시 장치의 매트릭스 어드레싱 시스템은, 하부 전극을 칼럼으로 접속하고, 상부 전극을 로우로 접속하거나, 또는 이와 반대로 접속하도록, 전형적으로 배치된다. 각각의 칼럼과 로우는 접촉 패드에 의해 활성화된다. 도 5는 접촉 패드(42)에 전기적으로 접속되고, 칼럼으로 배치된 하부 전극(22)을 도시하는강유전체 FPD의 상면도다. 도 6은 각 로우가 접촉 패드(44)에 전기적으로 접속되고, 로우로 배치된 상부 링 전극을 도시하는 강유전체 FDP의 상면도이다.

도 7은 하부 전극(22)을 기판(28) 위에 위치시키고, 패터닝된 강유전체 적층 초격자 재료 박막(26)을 하부 전극(22) 위에 위치시키며, 패터닝된 전극(24A)을 대응하는 박막(26) 위에 위치시키는 능동 매트릭스(50)의 제조시의 중간 단계를 도시하는 단면도이다. 도 8은 능동 매트릭스(50) 제조의 다른 중간 단계의 단면도이다. 도 8은 제 3 가속 전극층(34)을 퇴적시킨 다음, 제 3 가속 전극층(34) 위에 인광체층(32)을 형성시킨 제 2 기판(36)을 도시한다. 매트릭스는 멀티 컬러 표시를 제공하는 단일의 인광체 형태(즉, 파장 방출 스펙트럼) 또는 복수의 인광체 형태를 포함하여도 된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 표시 장치를 완성하는데 잘 알려진 기법을 이용하여 기판(36)을 기판(38)에 접합한다. 대기 압력 또는 다른 가스 환경이 사용된다 하더라도 적어도 10^-3Torr 진공하에서 상기 기판을 결합하는 것이 바람직하다. 따라서, 도 9의 평 패널 표시 장치(50)는 적절한 로우 접촉 패드(42)와 칼럼 접촉 패드(44)를 활성화할 때에 전자 방출 경로(27)를 따라서 인광체층(32) 위에 전자를 방출하는 적층 초격자 재료로 이루어진 강유전체 박막(26)을 구비한 복수의 표시 구성 요소를 포함한다.

도 10에서는 형광층(72)과 가속 전극(74)을, 제 2 기판에 형성하지 않고, 제 2 전극(64)과 강유전체 박막(66) 위에 직접 형성하는 다른 실시예를 도시한다. 투명 유리층 또는 유전체 캡슐층(76)을 다음에 퇴적한다. 도 10의 평 패널 표시장치(60)는 모든 층을 단일 기판 위에 형성하므로 고집적화된다. 또한, 도 10의 평 패널 표시 장치(60)는 진공을 필요로 하지 않는다. 도 9의 강유전체 박막(26)에 대해 도시된 바와 같이, 강유전체 박막(66)은 화소 전극 사이에서 에칭하여 제거되어도 되는 것으로 이해되야 한다. 전극(22)과 전극(64) 사이에 약 10 볼트 이하의 분극 전환 전압을 인가할 때에 강유전체 박막(66)으로부터 전자 방출 경로(27)에 전자를 방출하여도 된다. 인광체 등의 형광체층(72)을 전자 방출 경로에 위치시켜 방출된 전자가 인광체층(32)에 충돌하여 광학적 효과를 야기한다. 즉, 인광체층(72)에 의해 광 방출을 야기한다.

도 11은 평 패널 표시 장치(50, 60)에 대한 칼럼/로우 스위치 매트릭스 어레이의 도면을 도시한다. 이 스위치는 로우(81)의 스위치(82)와 칼럼(83)의 스위치(84)로 이루어진다. 스위치(82)는 접촉 패드(42)(도시되지 않음)와 전기적으로 접촉하고 스위치(84)는 접촉 패드(44)(도시되지 않음)와 전기적으로 접촉한다. 강 유전체 표시 장치(50, 60)는, 예를 들면 각각의 로우마다 전자 이미터용 단일의 스위치와 각각의 칼럼마다 전자 이미터용 단일의 스위치를 사용함으로써 전압원에 의해 활성화되어 있다. 도시된 제어의 구성에서는, 전극의 로우 전체를 동시에 선택한다. 대응하는 스위치를 이용하여 칼럼에 대해 전압원 Vcc에 접지 통로를 폐쇄함으로써 칼럼을 선택할 수 있다. 선택된 칼럼 각각의 화소(20)와 관련된 전자 이미터는, 대응하는 스위치(84)를 이용하여 적절한 로우에 대한 접지 경로를 폐쇄함으로써 활성화된다. 저항을 강유전체 박막(26)의 표면상의 2개의 도전성 전극 사이에 형성한다. 이것은, 해당 로우가 구동되는 동안, 강유전체의 캐패시턴스에 축적된 전하를 방출하게 한다. 이러한 스위치 매커니즘은 펄스 폭, 진폭 및 펄스 수를 포함하는 여러 방법의 전자 변조를 가능하게 한다.

강유전체는 상당한 운동 에너지를 갖는 전자를 방출할 수 있다. 주어진 표시 시스템을 최적화하기 위해서, 주어진 발광 재료나 장치에 대한 방출 전자 에너지를 조정할 필요가 있다. 방사성 강유전체 표시에 있어서, 이 에너지는 각종 기하학적 파라미터를 수정함으로써 영향을 받을 수 있다. 강유전체 표면으로부터 방출된 전자는 표면과 시스템 기하학적 구조에서 생성되어, 보상되지 않은 전하의 상호작용에 의해 생성된 전계로부터 에너지를 도출하는 것으로 간주되고 있다. 설명하는 표시 시스템에서는, 보상되지 않은 표면 합성 전하 밀도는 구동 펄스, 재료 종류, 재료의 초기 분극 상태 및 기타 인자에 따라 달라진다. 이들 파라미터는 독립적으로 제어하기 어렵다. 따라서, 표시를 위해, 보상되지 않은 전하와 이로 인한 전자 에너지로부터 야기된 전계를 용이하게 수정하기 위해서는, 시스템 기하학적 구조를 수정하는 것이 더욱 실용적일 수 있다. 방출 에너지는, 전자 흐름 경로에 대하여 종방향과 횡방향으로 기하학적 구조를 변경하여, 수정할 수 있다. 제 1 전극, 적층 초격자 재료의 박막. 진공갭 및 가속 전극을 구비한 전극 시스템에서는, 가속 전극을 방출면에 근접하여 이동시킴에 따라, 방출 전자의 에너지를 감소한다. 이것은 이미터와 가속 전극 사이에 전계가 존재하기 때문이다. 방출 전자의 에너지는 전계내에서 가로지르는 거리와 전계와의 곱에 비례한다. 종방향 공간이 감소됨에 따라서, 전자 에너지가 감소한다. 통상 제 2, 전면(즉, 상부) 전극은 화소를 형성하고 또한 강유전체 박막의 표면으로부터 전자가 해방할 수 있도록 패터닝된다. 전면 전극의 효과는 전자 전파 방향에 대해 가로지르는 축을 따라서 전계의 수직 성분을 규정하는 것이다. 전자 흐름 경로에 대해 가로지르는 노출 표면 영역을 증가하도록 전극을 패터닝함으로써 방출 전자의 개수를 증가시킬 수 있고, 이에 의해 방출 에너지를 증가시키는 것이 가능하다.

도 12는 본 발명에 따른 강유전체 전자 이미터로서 적층 초격자 재료의 박막을 포함하는 능동 매트릭스 발광평 패널 표시를 제공하기 위한 일반화된 처리(100)의 흐름도를 도시한다. 적층 초격자 재료의 박막을 제외하고, 전자 이미터를 갖는 형광 표시 장치의 구조와 제조 방법은 당 분야에 공지되어 있으므로, 여기서는 상세히 설명하지는 않는다.

단계(102)에서 통상적인 방법을 이용하여 기판(28)을 제조한다. 도 1을 참조하면서 상기 설명한 바와 같이 단계(104)에서 최종 프리커서를 제조한다. 단계(106)에서, 단계(104)로부터 얻은 혼합, 증류 및 조정된 프리커서 용액을, 단계(102)로부터 얻고 또한 박막 강유전체층(26)을 형성하기 위한 전극(22)의 최상위 표면을 나타내는 기판에 도포한다. 이와 달리, 프리커서를 패터닝되지 않은 전극층(22)에 도포함으로써, 다수의 층을 이후에 함께 패터닝한다. 바람직하게는, 프리커서를 스핀 온(spin-on) 처리에 의해 도포한다. 바람직한 프리커서 용액 농도는 0.01 내지 0.50M(몰/리터)이고, 바람직한 스핀 속도는 500RPM과 5000RPM 사이이다. 바람직하게 최종 액상 프리커서의 1 내지 2㎖를 주위 온도와 압력에서 전극(22)의 최상위 표면에 낙하한 다음 약 30초 동안 최고 2000 RPM까지 기판(28)을 스피닝하여 임의의 과잉 용액을 제거하고 박막 액체 잔류물을 잔류시킴으로써액상 프리커서를 도포할 수 있다. 가장 바람직한 회전 속도는 1500 RPM이다. 이와 달리, 액상 프리커서를 분무 퇴착 기술이나 화학 증착에 의해서 도포시켜도 된다.

단계(108)와 단계(112)에서, 프리커서를 열처리하여 적층 초격자 구조를 갖는 고체 금속 산화물을 형성한다. 이 열처리는, 단계(106)으로부터 야기되는 액상 프리커서막을 건조시켜 베이킹함으로써 실행된다. 스핀 온 처리와 분무 퇴적 처리는 일부의 용매를 제거하나, 일부의 용매는 코팅 후에도 존재한다. 건조 단계(108)에서 이 용매를 습식막으로부터 제거한다. 이와 동시에, 건조에 의해 박막의 유기 원소가 열 분해되고, 또한 박막으로부터 증발되어 제거된다. 이것에 의해 예비 결정의 비정질 상태에 있는 적층 초격자 재료(26)의 고체 박막이 생성된다. 이 건조막은 다음의 스핀 온 코팅을 지지하기에 충분히 경성이다. 건조 온도는 용매의 융점 이상이어야 하고, 바람직하게는 프리커서 용액의 유기물의 열 분해 온도 이상이어야 한다. 바람직한 건조 온도는, 150℃와 500℃ 사이이고 사용하는 특정한 프리커서에 따라 달라진다. 건조 단계는 단일의 온도에서의 단일의 건조 단계로 이루어지거나 또는 온도의 램프업(raup up)과 램프다운(raup down) 등의 여러 상이한 온도에서 다수 단계의 건조 처리가 이루어져도 된다. 다수 단계의 건조 처리는 상당히 급속한 온도 상승에 의한 과도한 부피 수축에 기인하여 발생할 수 있는 박막의 균열과 기포를 방지하는데 유용하다. 건조 단계(108)를 실행하기 위해 전기 가열판을 사용하는 것이 바람직하다. 단계(108)에서, 액체 박막으로부터 모든 유기 재료를 실질적으로 제거하고 건조 금속 산화 잔류물을 잔류시키기 위해, 충분한 시간 동안 150℃ 내지 500℃ 정도 온도의 건조 대기 분위기로 프리커서를 고온판 위에서 건조시킨다. 이 시간은 1분 내지 30분 정도가 바람직하다. 대기에서 약 2분 내지 10분의 기간 동안 400℃ 건조 온도가 가장 바람직하다. 건조 단계는 처리(100)로부터 도출되는 적층 초격자 재료의 최종 결정 조성물에 대해서 예측 가능하거나 또는 반복 가능한 전자 특성을 얻는데 필수적이다.

단계(110)에서는, 단계(108)로부터 얻은 결과 건조 프리커서의 잔류물의 소망한 두께가 아니면, 소망의 두께를 얻을 때까지 단계(106)과 단계(108)를 반복한다. 스핀 처리 등을 통한 단일의 피복 두께는, 다음의 가열 단계(108, 112 및 116) 동안 부피 수축에 기인한 균열을 방지하는데 매우 중요하다. 균열이 없는 막을 얻기 위해서는, 단일의 스핀 코팅복층은 건조 단계(108) 이후에 200㎚ 이하가 되어야 한다. 따라서, 200㎚보다 큰 막 두께를 얻기 위해서는, 다수의 코팅이 필요하다. 약 180㎚의 두께를 얻기 위해서는, 전형적으로 본 명세서에 개시된 파라미터 하에서 0.130M 용액으로 2회 코팅하는 것이 요구된다.

건조 단계(108)는 RTP(신속한 열처리) 베이크 단계(bake step)를 선택적으로 포함한다. 할로겐 램프, 적외선 램프, 또는 자외선 램프로부터의 복사는 RTP 베이크 단계를 위한 열원을 제공한다. RTP 베이크는, 20% 내지 100% 범위내의 산소 분위기에서 또는 1℃/sec 내지 200℃/sec의 램핑 레이트(ramping rate)와 5초 내지 300초의 홀딩 시간을 갖는 상태에서, 450℃ 내지 725℃ 사이의 온도로 행하는 것이 바람직하고, 700℃의 온도로 실행하는 것이 보다 바람직하다. 임의의 잔류 유기물을 RTP 처리시에 태워 없애거나 증발시킨다. 이와 동시에, RTP 베이커의 신속한 온도 상승은 핵 생성, 즉 고체막(26)에서 적층 초격자 재료의 무수한 소결정 입자의 생성을 촉진한다. 이들 소결정 입자는 더욱 많은 결정이 발생할 수 있는 핵으로서 작용한다. 베이크 처리시에 산소가 존재하는 것은 이들 소결정 입자를 형성하기 위한 필수적 요건이다. 바람직한 막 제조 처리는 각 스핀 온 코팅을 위한 RTP 베이킹을 포함한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 기판(28)을 코팅하고, 건조시켜, RTP 베이커 처리를 행한 다음에, 단계(110)에서 소망의 두께를 얻기 위해 필요한 만큼 자주 처리를 반복한다. 그러나, RTP 베이커 단계는 모든 코팅에 대해 필수적인 것은 아니다. 2회의 코팅마다 1회의 RTP 베이커 단계가 실용적이며, 일련의 코팅 처리의 최종 단계에서 1회의 RTP 베이커 단계만으로도 대부분의 적층 초격자 강유전체의 전자 특성을 개선하는데 상당히 효과적이다. 제한된 수의 특정한 프리커서/적층 초격자 재료 화합물을 위하여, 특히 화학량론적 관계를 초과하는 비스무스의 농도를 사용하는 경우, RTP 베이커 단계는 필요하지 않다.

소망의 막 두께를 일단 얻으면, 단계(112)에서 건조되고 또한 바람직하게 베이킹된 막이 어닐링되어 강유전체 적층 초격자 재료의 박막(26)을 형성한다. 어닐링 단계(112)를 이후의 어닐링과 구분하기 위해 제 1 어닐링으로 지칭한다. 제 1 어닐링을 노(furnace)내의 산소 분위기에서 행하는 것이 바람직하다. 산소 농도는 20% 내지 100%이고, 온도는 특정한 적층의 초격자 재료(26)의 결정 온도보다 높다. 제 1어닐링은 산소 분위기에서 30분 내지 2시간 동안 500℃ 내지 1000℃의 온도로 행하는 것이 바람직하다. 단계(112)에서 대략 80분 동안 750℃ 내지 850℃로 행하는 것이 바람직하고, 가장 바람직한 어닐링 온도는 800℃이다. 예시된어닐링 시간은 노의 내부로 또한 노의 외부로 열적인 램프(thermal raup)를 생성하기 위해 사용되는 시간을 포함한다. 단계(112)의 제 1 어닐링은, 노의 내부로 "푸쉬(push)"하기 위한 5분과 노의 외부로 "풀(pull)"하기 위한 5분을 포함하는 80분의 푸쉬/풀 처리를 사용하여, 산소 분위기에서 행하는 것이 바람직하다. 몇몇 제조의 경우에는, 적층 초격자 재료(26)로부터 원소가 증발하는 것을 방지하기 위해서, 또한 이미 적소에 있는 표시 구성 요소에 대한 손상을 포함하며, 기판에 대한 열 손상을 방지하기 위해서는, 700℃를 초과하지 않는 낮은 온도 어닐링을 사용하는 것이 필요할 수도 있다. 스트론튬 비스무스 탄탈 니오베이트의 저온도 어닐링은 5시간 동안 약 700℃에서 실시하고, 대부분의 다른 적층 초격자 재료에 대해서도 마찬가지의 범위이다. 5시간이 특수한 평 패널 장치에 대해 너무 길면, 저온도 제 1 어닐링의 시간을 단축하여도 된다. 그러나, 700℃에서 3시간 이하의 시간 동안 열 처리를 하는 경우, 불포화 히스테리시스 루프를 초래한다. 3시간 동안의 어닐링은 적절한 포화를 제공하고, 부가되는 어닐링은 분극률 2Pr을 증가시킨다. 또한, 산소의 존재는 제 1 어닐링 단계에서 중요하다. RTP 베이커 단계에 의해 생성되는 무수한 소립자는 성장하고, 양질의 결정화된 강유전체막은 산소가 풍부한 분위기하에서 형성된다.

단계(108)에서 선택적인 RTP 베이커를 참조해서 앞서 설명된 신속한 열처리(RTP)는 단계(108)의 통상적인 건조 처리와 단계(112)의 노어닐링중의 한쪽의 처리나 양쪽의 처리로 대체하여도 된다. 통상적으로, 이 공정은 확산로나 가열판의 대체로서 증수소 램프 등의 종래의 방사원으로부터의 자외선 방사를 이용하는 것을 포함한다. 그러한 경우, 적층 초격자 재료에서 가능한 산소 결핍 사이트를 보상하기 위해 산소 분위기에서 이러한 열처리를 수행하는 것이 더욱 바람직하다. 건조 및/또는 제 1 어닐링 단계에서 자외선광을 인가함으로써 혼합 배향을 갖는 적층 초격자 재료의 결정 성장을 촉진시킨다. 따라서, 이들 RTP에 의해 유도된 배향 결정으로부터 형성되는 초격자 재료는 우수한 전기적 성능을 나타낸다. 다른 열처리 선택으로서 단계(108)에서 액상 박막을 진공에 노출시켜서 건조하거나 또는 노 어닐링과 RTP 어닐링 절차의 결합에 의해 어닐링 처리를 행하는 것을 포함할 수도 있다.

단계(114)에서, 제 2 전극(114)을, 통상적으로 스퍼터링(sputtering)에 의해 표시 소자(50, 60)의 강유전체 박막상에 퇴적한다. 다음에, 이 장치는 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 포토레지스터를 도포한 후에 이온 에칭을 행하는 통상적인 포토에칭 처리에 의해 패터닝된다. 이 패터닝은 제 2 어닐링 단계(116) 전에 행하는 것이 바람직하며, 따라서 제 2 어닐링에 의해 평 패널 표시 소자(50, 60)로부터의 패터닝 응력을 제거하고 패터닝 처리에 의해 생성되는 임의의 결함을 보상한다. 단계(118)에서, 인광체층(32), 가속 전극(34) 및 캡슐 보호층(56)을 퇴적하는 공정과, 제 2 기판(36)을 기판(28)에 결합하는 공정을 포함하는 통상적인 방법에 의해 장치를 완성한다.

도 13에서, 본 발명의 또 다른 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 도 13은 구동 장치의 활성화 부분으로서 강유전체 적층 초격자 재료를 이용하여 능동 매트릭스 형태 LCD(액정 표시)의 한 화소 부분(130)의 단면도를 도시한다. 도 14는하부 기판(132)의 상면도이다. 하부 기판(132)은 다음과 같이 구성된다. 화상 정보를 수신하는 화상 전극(136)을 유리 기판(134)의 일부분 상에 형성한다. 대부분의 LCD는 백라이팅을 이용하기 때문에, 화상 전극은 인듐 주석 산화물(ITO)이나 안티몬 주석 산화물 등의 투명 도체를 구비한다. 적층 초격자 재료로 이루어진 강유전체 박막(138)을 화상 전극(136)과 유리 기판(134)상에 형성한다. 또한, 투명 금속의 화소 전극(142)을 화상 전극(136)과 강유전체 박막(138)의 일부분 위에 형성한다. 상부 기판(144)은 유리 기판(146)가, 투명 금속으로 제조되어 유리 기판(146)에 형성되는 주사 전극(148)을 포함한다. 액정층(152)을 하부 기판(132)과 상부 기판(144) 사이에 개재시켜 액정 표시의 단위 화소부를 구성한다.

전계의 기능으로서 적층 초격자 재료의 전하 밀도 특성에 대하여 도 15를 참조하면서 설명한다. 도 15의 전형적인 강유전체 히스테리시스 곡선의 그래프에서, 전계 강도 E(예를 들어, 단위는 ㎸/㎠)를 수평축에 나타내고 전하 밀도 P(예를 들어, 단위는 μc/㎠)를 수직축에 나타낸다. 전하 밀도 P는 전계 강도가 증가함에 따라 증가한다. 강유전체 재료에 전계 Eo를 인가한 후에는, 분극은 대응하는 포화 레벨 Ps에 도달한다. 전계가 제로 레벨까지 감소할 때, 잔류 분극 Pr은 재료에 잔류한다. 마찬가지로, 반대 방향의 잔류 분극 -Pr은 반대 방향의 전계 -Eo를 인가함으로써 강유전체 재료에서 생성될 수 있다. 보자력계 -Ec로 지칭되는 반대 극성을 갖는 전계를 인가함으로써 잔류 분극 Pr은 0으로 감소한다. 마찬가지로, 반대 극성을 갖는 전계 -Ec를 인가함으로써 잔류 분극 -Pr은 0으로 감소한다. 강유전체 적층 초격자 재료의 잔류 분극의 결과로서, 전계는 재료를 둘러싸는 부피에 가해진다. 잔류 분극 Pr 또는 -Pr에 따라서 발생하는 전계는 강유전체 재료에 직렬로 접속되는 액정 재료에 인가될 수 있다. 이에 의해 액정층(152)에 전압이 인가된다.

도 16은 칼럼과 로우로 배치된 액정화소의 매트릭스 어레이의 등가 회로를 도시한다. Pmm은 화소 전극(142)과 주사 전극(148)(도 4의 j×k 부분)의 양자에 인접하는 액정층(152)의 캐패시터 성분 C_LC와 강유전체 적층 초격자 재료 박막(138)의 캐패시턴스 성분 C_FE를 직렬로 접속하는 화소 성분을 표시한다. 각 로우의 화소 P₁₁-P_in, P_m1-P_mm의 주사 전극은 주사 라인 a₁-a_m에 접속한다. 각 칼럼의 화소 P₁₁-P_in, P_m1-P_mm의 화상 전극은 화상 라인 b₁-b_n에 접속된다. 당 분야에 알려진 바와 같이, 다른 주사 라인에 상이한 전압을 인가하여, 화소의 각 주사 라인에 소정의 전압을 인가함으로써, 또한 다른 화상 라인에 상이한 전압을 인가하면서 화소의 각 화상 라인에 소정의 전압을 인가함으로써 개개의 화소가 활성화된다. 강유전체 적층 초격자 재료로 구성된 박막(138)에 걸리는 전압 V_FE는 인가된 주사 전압 및 화상 전압의 함수와 캐패시턴스 C_FE, C_LC의 함수로 된다. 주사 동작을 행하는 동안, 내부 잔류 전계는 인가 전압 V_FE에 대응하는 잔류 분극 Pr에 기인하여 강유전체 박막(138)에 잔류한다. 내부 전계에 의해 전압 V_FE에 비례하는 전압 F_REM을 액정층(152)에 인가한다. 잔류 전압 V_REH의 광학 효과는 액정층(152)에 전계를 생성하도록 함으로써, 액정층을 투과하는 광에 대해 액정층(152)의 투과율에 영향을 미친다.

도 13 및 도 14에 도시된 바와 같은 액정 표시 장치(LCD)의 능동 매트릭스 구동기(130)의 강유전체 적층 초격자 재료로 구성된 박막(138)은, 실질적으로 도 12의 처리 흐름도(100)에 따라서 생성된다. 적층 초격자 재료의 박막(138)을 제외하고, 강유전체 능동 매트릭스 구동 소자의 구조와 제조 방법은 당 분야에서 공지되어 있다. 예를 들면, 본 명세서에서 참고 자료로 인용되는, 윌리엄 씨 오마라(William C. O'Mara)의 Liquid Crystal Flat Panel displays, Chanpman & Hall(1933)를 참고하기 바란다. 따라서, 여기서는 상세히 설명하지 않는다. 또한, 강유전체 전자 방출 형광 표시층(20, 50, 60)과 액정 표시 장치의 능동 매트릭스 구동기 장치(130)의 양쪽에 있는 강유전체 적층 초격자 박막도 마찬가지로 제공한다. 따라서 강유전체 박막의 제공에 대해 도 12를 참조한 상기 설명은 반복하지 않는다.

액정 표시 장치의 강유전체 구동 소자(130)에 대해서는, 도 12의 처리 공정(100)의 단계(102)에서, 유리 기판(134)은 종래의 방법을 사용하여 제조한다. 단계(102)에서, 크롬막을 도포하고, 화상 전극(136)을 통상적인 포토리소 에칭 기범에 의해 형성한다. 단계(104)에서 적층 초격자 재료의 액상 프리커서는 상기 도 1을 참조하면서 대략적으로 설명한 바와 같이 제공한다. 단계(106)에서,단계(104)로부터 혼합되고, 증류되며 조정된 프리커서 용액을 기판(134)의 표면 전체와 화상 전극(136)에 도포한다. 이와 달리, 패터닝되지 않은 화상 전극층(136)에 프리커서를 도포함으로써, 다수의 소자층이 이후에 함께 패터닝된다.

도 12를 참조하면서 상기 설명한 바와 같이 프리커서를 제조하고 스판 온 처리 공정에서 도포하는 것이 바람직하다. 상기 설명한 바와 같이 처리된 막을 또한 건조시켜, 베이킹하고, 어닐링한다.

단계(114)에서, 통상적으로 스퍼터링에 의해서, 화소 전극(142)을 표시 소자(130)의 강유전체 박막(130) 위에 퇴적시킨다. 화소 전극(142)은 강유전체 박막(138)의 손상과 오염을 방지하기 위하여 액상 퇴적법 또는 증착법을 사용하여 퇴적시키는 것이 바람직하다. 다음에, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 포토레지스터를 도포한 후 이온 에칭을 하는 공정으로 이루어진 종래의 포토에칭 처리에 의해 화소 전극을 패터닝한다. 이러한 패터닝은, 평 패널 표시 장치(130)로부터 패터닝 응력을 제거하고 패터닝 처리에 의해 생성되는 결함을 보정하도록 제 2 어닐링 단계(116) 전에 행하는 것이 바람직하다. 단계(118)에서, 특히, 기판(144)의 형성 및 액정층(152)의 봉입으로 이루어진 단계인 통상적인 방법을 사용하여 장치를 완성한다.

도 17은 강유전체 구동 소자를 갖고 비선형 저항 소자(154)를 더 구비하는 액정 표시의 화소 부분(150)의 다른 실시예를 도시한다. 비선형 저항 소자(154)는, 배리스터가 바람직하나, 강유전체 박막(138)에 인가되는 전압을 수정할 수 있는 다이오드, 트랜지스터 및 다른 소자도 또한 될 수 있다. 배리스터 소자(154)는 인접한 전극 사이에 "누화"를 방지하는 역할을 한다. 즉, 배리스터는 인접한 화소의 매트릭스 구동기에 전압을 가할 때 발생할 수 있는 화소의 소망하지 않은 활성화를 감소시킨다. 또한 배리스터는 여분의 "킥(kick)"을 강유전체 전환에 공급하여 액정 활동을 강화시키는 기능을 수행한다. 보다 기술적인 용어로 표현하면, 배리스터는 강유전체의 히스터리시스 곡선을 보다 박스 형상으로 만든다. 도 13의 구조와 마찬가지로, 화소 부분(150)은, 통상적인 유리 기판(134) 위에 형성되고, 주사 전극(148), 유리 기판(146) 및 액정층(152)을 포함한다. 배리스터 소자(154)는 화상 정보를 수신하는 화상 전극(156), 금속 산화물 비저항 박막(158) 및 배리스터 전극(160)으로 이루어진다. 적층 초격자 재료를 바람직하게 포함하는 강유전체 박막(138)은 배리스터 전극(160)과 유리 기판(134) 위에 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 투명 금속의 화소 전극(164)은 강유전체 박막(162)의 일부 위에 형성된다. 금속 산화물 비저항 박막(158)은 산화아연을 함유하는 것이 바람직하다. 산화아연 박막은 약 50㎚ 내지 500㎚ 범위의 두께를 갖고, 평균 입자 직경이 10㎚ 내지 300㎚ 범위를 갖는 결정 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다. 입자 직경이 10㎚ 미만이면, 통상적으로 전자 터널링 현상에 의해 바리스터에 대한 전자 성능 특성은 불안정하다. 한편, 박막 입자 직경이 30㎚ 이상이면, 박막 두께 방향에 평형한 평탄 결정 입자의 수가 대응하여 감소함으로써 안정된 임계 전압을 배리스터층상에서 얻을 수 없다. 박막 산화아연은 비스무스, 이트륨, 프라세오디뮴, 코발트, 안티몬, 망간, 실리콘, 크롬, 티탄, 칼슘, 니켈, 붕소, 알루미늄, 디스프로슘, 세슘, 세륨 및 철로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 원소의 산화물로 도핑하는 것이 바람직하다. 금속 산화물의 이들 화합은 바람직하게 박막에서 비저항 동작을 금지하는 이중 쇼트키 배리어를 갖는 고상 용액을 형성하도록 결합한다. 본 발명의 바람직한 형태는, 하나 이상의 다른 부재의 군과 결합하는 비스무스의 양을 포함하는 도펀트를 이용하는 것이며, 이트륨이 가장 바람직한 다른 부재이다. 이 도펀트는 금속 전체의 0.01 내지 10 몰% 범위의 농도를 갖는다. 3산화 2비스무스는 비스무스 도펀트의 바람직한 형태이고, 3산화 2비스무스는 3산화 2비스무스를 결합할 때에 사용하기 위한 이트륨 도펀트의 바람직한 형태이다.

본 발명은 강유전체 박막(162)이 존재하지 않고 배리스터 전극(160)이 화상 전극(164)에 일체화되는 것으로 간주한다. 즉, 배리스터는 액정 표시 장치와 함께 또한 사용될 수 있다.

고상 비저항 금속 산화물 재료는 액체 폴리옥시알킬화 금속 착물을 사용하는 액상 퇴적 처리시에 형성되는 것이 바람직하다. 바람직하게 폴리옥시알킬화 금속 착물은 본질적으로 내수성이 있다. 실질적으로 물이 존재하지 않으므로 액체 용액으로부터 금속의 침전 뿐만 아니라 용액의 중합이나 용액의 점성 겔화되어 있는 잠재적으로 해로운 결함을 방지할 수 있고, 미리 제조된 프리커서의 보관 수명이 1년 이상을 초과한 기간까지 상당히 연장된다. 프리커서는 아연 알콕시카르복실레이트 부분을 포함하도록 형성하는 것이 바람직하고, 알콕시카르복실레이트 부분은 4개 내지 8개 범위내에 있는 탄소수를 갖는 알코올과 4개 내지 10개의 범위내에 있는 탄소수를 갖는 카르복시레이트와 반응한 아연으로부터 도출되는 것을 특징으로한다. 프리커서 용액은 상기 설명한 소망의 도핑된 아연 산화물 재료를 산출하기에 충분한 비율로 화학양론적으로 평형을 이루는 각종 폴리옥시알킬화 금속의 혼합물을 함유한다. 비스무스 등의 휘발성 재료인 경우에는, 제조 과정 동안 휘발 손실을 보상하기 위해 휘발성 금속중의 약 5% 내지 10%의 몰 부분이 첨가되어야 한다.

도 18은 바리스터 소자(205)와 강유전체 경사 기능성 재료(ferroelectric functional gradient material : FGM) 박막(210)을 갖는 강유전체 전자 방출 표시 장치의 화소(200)에 대한 바람직한 실시예를 도시한다. 바리스터 소자(205)는 화소가 어드레싱될 때 인접 화소로부터 화소(200)에 누화되는 것을 방지한다. 또한 바리스터 소자(205)는, 바리스터 소자가 사용되지 않는 경우보다 한층 더 첨예하고 급격한 강유전체 박막(210)의 분극 전환을 위해 제공한다. 이는 강유전체의 히스테리시스 곡선이 보다 박스 형태로 되게 한다. 이것은 전자 방출을 강화함으로써 형광을 강화한다. 바리스터 소자(205)는, 기판(202)상에 형성되는 제 1 전환 전극(204)과, 금속 산화물 비저항 박막(206) 및 바리스터 전극(208)으로 이루어진다. 강유전체 박막(210)은 바리스터 전극(208)과 제 2 전환 전극(220) 사이에 배치된다. 분극 전환 사이클의 축적 위상 동안, 제 1 전환 전극(204)에 인가되는 전압 바이어스는 제 2 전환 전극(220)의 전압에 대해 정(+)이다. 이에 의해 전자 축적은 강유전체 박막(210)의 방출 표면(217)에서 발생한다. 분극 전환 사이클의 전자 방출 위상 동안, 전압 바이어스가 급격히 전환됨에 따라 제 1 전환 전극(204)의 바이어스가 제 2 전환 전극(220)의 전압에 대해 부(-)로 된다. 강유전체박막(210)의 분극이 갑자기 전환되고 방사 표면(217)에 축적된 전자는 가속기 전극(240)측으로 수직 상향으로 방출된다. 가속기 전극(240)은, 통상적으로 전자 방출 위상 동안 제 2 전환 전극(220)의 전압에 대해 정(+)인 전압으로 유지된다.

도 18 내지 도 21에서, 실선으로 표시된 수평 라인은 강유전체 분극률의 수직 상향으로 정(+)의 경사를 나타낸다. 도 18에서, 강유전체 박막(210)의 상부 방사 표면(217)에 인접한 측면 영역(216)은 측면 영역(214)보다 더 높은 강유전체 분극률을 갖고, 이 측면 영역(214)은 측면 영역(212)보다 더 높은 분극률을 갖는다.

제 2 전환 전극(220)에 인접하여 노출된 방출 표면(217)의 전자 밀도는, 방출 표면(217)의 하부에 위치한 강유전체 박막(210)의 분극 P에 따라 달라진다. 이 관계는,

(14) ▽p=-ρ_f

의 식으로 표시된다. 여기서, 분극 P는 단위가 전하/면적이고 ρ_f는 전하 밀도를 나타낸다. 분극 P는 강유전체 박막(210)의 강유전체 재료의 분극률과 재료에 축적되는 전하의 양에 따라 달라진다. 따라서, 강유전체 박막(210)의 두께에 대한 강유전체 분극률의 경사에 의해 전자 전하 밀도와 전자 방출의 대응값을 초래한다.

본 발명은 경사를 가진 강유전체나 또는 강유전체 FGM이 바리스터(205)와 함께 또는 바리스터(205)없이 다양한 광학 표시에 사용되어도 되는 것을 고려하고 있다. 바리스터가 없을 경우, 강유전체의 경사 특성에 의해 소자의 방출 표면에 근접하여 보다 많은 전자를 초래함으로써 전자 방출을 강화시킨다.

도 18에서 도 21에 대해서, 강유전체 FGM 박막은 적층 초격자 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 강유전체 FGM 박막에 함유되어 있는 강유전체 재료는 다른 금속 산화물, 예를 들면, ABO₃형태의 페로브스카이트를 포함할 수 있다. 또한 강유전체 재료는, 금속 플루오로 등의 비산화물 금속 화합물과 비금속 유기 화합물이어도 된다. 제 1 실시예에 따른 구조의 유전체 재료는 전형적으로 CeO₂등의 금속 산화물이나, 다른 집적 회로 재료에 부합할 수 있는 임의의 유전체 재료이어도 된다.

도 19는 강유전체 전자 방출 표시의 화소(300)가 제 2 전환 전극(320)과 관련있는 바리스터 소자(326)를 포함하는 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 도시한다. 바리스터 소자(326)는 제 2 전환 전극(324), 금속 산화물 비저항 박막(322) 및 바리스터 전극(320)으로 이루어진다. 또한 화소는 상기 설명한 재료로 제조되고 상기 설명한 바와 같이 구성되는 경사를 갖는 강유전체(310), 전환 전극(304) 및 기판(302)으로 이루어진다. 강유전체 박막(310)의 상부 방출 표면 근처의 측면 영역(316)이 방출 표면으로부터 더 먼 영역보다 높은 분극률을 갖는 것이 바람직하다. 바리스터 소자(326)는 인접 화소가 어드레싱될 때 인접 화소로부터 화소(300)에 누화되는 것을 방지한다. 또한, 바리스터 소자는, 배리스터가 사용되지 않은 경우보다 한층 더 첨예하고 급격한 강유전체 FGM 박막(310)의 분극 전환을 제공한다. 이것은 전자 방출을 강하시킨다.

도 20은 화소(350) 바람직하게 인광체층인 형광체층(334)과 강유전체 FGM 박막(314) 사이에 배치된 진공 가속갭(332)을 포함하는 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 도시한다. 본 실시예는 기판(303), 제 1 전환 전극(305), 금속 산화물 비저항 박막(306), 바리스터 전극(308), 제 2 전환 전극(321) 및 가속 전극(342)을 또한 포함한다. 이들을 형성하는 재료 및 처리 공정은 상기에서 설명되었다.

화소(360)를 도시하는 도 21은 제 1 전환 전극(374)와 제 2 전환 전극(384) 사이에 바리스터(375), 강유전체 박막(380) 및 인광체층(382)이 배치되어 있는 본 발명의 또 다른 실시예이다. 바리스터(375)는 금속 산화물 비저항 박막(376)과 바리스터 전극(378)을 포함한다. 강유전체 재료(380)는 강유전체 FGM 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 이 재료와 이들의 형성 방법은 상기에 설명하였다.

도 22는 기판(402)에 근접하는 강유전체 박막(410)과 화소의 관측 단부에 근접하는 강유전체 박막(442)을 포함하는 화소(400)를 도시한다. 제 1 전환 전극은 기판(404) 위에 배치된다. 강유전체 박막(410)은 제 1 전환 전극(404)과 하부 접지 전극(414) 사이에 배치된다. 강유전체 박막(442)은 제 2 전환 전극(440)과 상부 접지 전극(444) 사이에 배치한다. 바람직하게 인광체로 된 형광체층(430)은 상부 접지 전극(444)과 하부 접지 전극(414) 사이에 배치한다. 교류 전압은 전환 전극(440, 404)에 인가된다. 하부 전환 전극(404)에 인가된 바이어스가 접지에 대해 정(+)일 때는, 전자는 강유전체 박막(410)의 노출 방출 표면(443)에 축적되어 강유전체 박막(411)의 방출 표면(443)으로부터 방출된다. 방출된 전자는 인광체층(430)에 충돌하여, 광 방출을 야기한다. 이 재료와 이들의 형성 방법은 앞에서 설명되었다. 강유전체 박막(410, 442)은 앞서 설명한 바와 같은 강유전체 FGM이나 통상적인 강유전체 재료중 하나이어도 된다.

도 23은 기판(452)에 근접하는 강유전체 박막(460)과 화소의 관측단에 근접하는 강유전체 박막(472)을 포함하는 화소(450)를 도시한다. 제 1 하부 전환 전극(454)은 기판(452) 위에 배치한다. 강유전체 박막(460)은 하부 제 1 전환 전극(454)과 하부 제 2 전환 전극(466) 사이에 배치한다. 강유전체 박막(472)은 상부 제 1 전환 전극(480)과 상부 제 2 전환 전극(446) 사이에 배치한다. 바람직하게 인광체로 되는 형광체층(470)은 상부 제 2 전환 전극(446)과 하부 제 2 전환 전극(466) 사이에 배치한다. 상부 제 1 전환 전극(480)과 하부 제 2 전환 전극(466)은 제 1 어드레스 라인(즉, 도 11에 도시된 바와 같은 칼럼의 라인)과 전기적으로 접촉된다. 상부 제 2 전환 전극(446)과 하부 제 1 전환 전극(454)은 제 2 어드레스 라인(즉, 도 11에 도시된 바와 같은 로우 라인)과 전기적으로 접촉된다. 도 11에서와 같은 어드레스 구성의 로우와 칼럼에 교류 전압을 인가함으로써, 동일한 전압 바이어스가 전극(480, 466)에 인가되고, 반대 전압이 전극(446, 454)에 인가된다. 시간마다 위상이 반전되고, 전자는 방출 표면(467, 473)중 어느 한 표면으로부터 인광체층(470)에 방출된다. 이 재료와 이들의 형성 방법에 대해서는 앞에서 설명하였다. 강유전체 박막(460, 472)은 앞서 설명한 바와 같은 강유전체 FGM 재료 또는 통상적인 강유전체 재료이어도 된다.

도 24는 기판(502)에 근접하는 강유전체 박막(510)과 화소의 관측단에 근접하는 유전체 박막(530)을 포함하는 화소(500)를 도시한다. 하부 전환 전극(504)은 기판(202) 위에 배치한다. 강유전체 박막(510)은 하부 전환 전극(504)과 하부 접지 전극(514) 사이에 배치한다. 바람직하게 인광체층으로 되는 형광체층(520)은 강유전체 박막(510)과 하부 접지 전극(514)에 배치한다. 유전체 박막(530)은 인광체층(520)과 상부 전환 전극(540) 사이에 배치한다. 화소(500)는, 각 로우와 칼럼이 전기적으로 분리된 2개의 어드레싱 라인을 갖는 것을 제외하고, 도 11에 도시된 매트릭스와 마찬가지의 어드레스 매트릭스에 의해 어드레싱된다. 50 내지 200㎐ 범위의 주파수에서, 100 내지 300 볼트의 범위에 있는 높은 진폭의 교류 전압원이 전환 전극(540)에 인가된다. 이에 의해, 유전체-인광체 계면(525)에서 전자가 활성화되고 인광체층(520)은 광을 방출한다. 3 내지 10 볼트의 범위에서, 비교적 낮은 교류 전압이 하부 전환 전극(504)에 인가된다. 하부 전환 전극(504)에 인가된 바이어스가 접지에 대해 정(+)일 때, 전자는 강유전체 박막(510)의 노출 방출 표면(511)에 축적되고 극성이 반전될 때 인광체층(520)에 방출된다. 유전체 박막(530)은 통상적인 TFEL 표시 장치의 사용에 적합한 탄탈 산화물 등의 유전체 화합물을 함유하여도 된다. 또한, 다른 투명 유전체가 사용되어도 된다. 이 재료와 이들의 형성 방법은 앞에서 설명되었다. 강유전체 박막(510, 525)은 앞에서 설명한 바와 같은 강유전체 FGM 재료 또는 통상적인 강유전체 재료이어도 된다.

상기 다수의 실시예중 임의의 실시예가 조합되어도 되는 것으로 고려되고 있다. 예를 들면, 도 23과 도 24의 실시예는, 강유전체막(460, 472)중 어느 하나를 도 24의 실시예에 있는 (530) 등의 유전체 박막으로 대체함으로써, 조합할 수도 있다. 앞서 설명한 모든 실시예에서, 인광체층의 상부에 있는 층을 형성하는 임의의 재료도 투명해야 하는 것으로 이해되어야 한다.

강유전체 평 패널 표시, 특히, 강유전체 적층 초격자 재료를 포함하는 광학 표시 소자의 구조, 성분 및 제조 방법에 대해 설명하였다. 도면에서 도시되고 본 명세서에서 설명되는 특별한 실시예는 예시를 위한 것이고 하기의 청구항에서 설명될 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명은, 예를 들면, 명세서에서 설명하고 도 1 내지 도 24를 참조하면서 설명된 강유전체 박막은 임의의 적층 초격자 재료로 구성되어도 된다는 것으로 고려되고 있다. 도 17 내지 도 24의 신규한 구조와 장치를 참조하여 설명된 강유전체 박막은, 적층 초격자 재료 뿐만 아니라 임의의 적절한 강유전체 화합물을 포함하여도 되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 당업자라면 본 발명의 개념을 벗어나지 않고, 설명된 특정의 실시예를 다양하게 수정하여 사용할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 설명된 공정은 몇몇 예에서 상이한 순서로 실행될 수 있다는 것도 또한 명백하다. 또한 균등한 구조와 처리 공정은, 설명한 각종 구조와 처리 공정으로 대체될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 설명된 광학 표시 소자, 프리커서 제조 방법, 제조 방법에 나타나고/나타나거나 이들에 의해 구비되는 모든 신규한 특징과 신규한 특징의 결합을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 프리커서를 건조시켜 가열함으로써 강유전체 적층 초격자 재료를 자발적으로 형성하기 위해 금속 부분을 포함하는 프리커서를 마련하며, 프리커서를 기판에 도포하고, 프리커서를 건조시켜 상기 기판 위에 건조된 재료를 형성하며, 소정의 온도에서 건조 재료를 가열하여 금속을 포함하는 적층 초격자 재료를 생성함으로써, 강유전체 소자의 제조 방법을 제공할 수 있게 된다.

Claims (10)

1. 기판(28, 28B, 134, 208, 304, 308, 378, 404, 454, 504)을 제공하는 단계와, 상기 기판상에 강유전체 재료(26, 66, 138, 162, 210, 310, 314, 380, 410, 442, 460, 472, 510)를 형성하는 단계, 및 강유전체 소자를 완성하는 단계를 구비하는 광학 표시 장치(20, 60, 130, 150, 200, 300, 350, 370, 400, 450, 500)에서 강유전체 소자를 제조하는 방법으로서,

   상기 강유전체 재료를 형성하는 단계는,

   상기 프리커서를 건조시켜 가열할 때에 강유전체 적층 초격자 재료를 자발적으로 형성하기 위해 유효량의 금속 부분을 함유하는 프리커서를 제공하는 단계와,

   상기 프리커서를 상기 기판에 도포하는 단계와,

   상기 프리커서를 건조시켜 상기 기판 상에 건조된 재료를 형성하는 단계와,

   상기 건조된 재료를 500℃ 내지 1000℃ 사이의 온도에서 가열하여 상기 기판 상에 상기 금속 부분을 함유하는 상기 적층 초격자 재료의 박막을 생성하는 단계

   를 구비하는 것을 특징으로 하는 강유전체 소자의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 광학 표시 장치는 형광체층(32, 72, 230, 330, 334, 430, 470, 520)을 구비하는 것을 특징으로 하는 강유전체 소자의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 강유전체 소자는 액정 재료(152)를 구비하는 것을 특징으로 하는 강유전체 소자의 제조 방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 적층 초격자 재료의 박막은 400nm 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 강유전체 소자의 제조 방법.
5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 적층 초격자 재료의 박막은 140nm 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 강유전체 소자의 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 프리커서는 초격자 생성자 원소 및 B 사이트 원소로 구성되는 군으로부터 선택된 원소중 적어도 한 원소의 과잉량을 구비하는 것을 특징으로 하는 강유전체 소자의 제조 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 프리커서는 스트론튬 비스무스 탄탈레이트를 형성하기 위해 유효량의 금속 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 강유전체 소자의 제조 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 프리커서는 비스무스 및 탄탈중 적어도 한 원소의 과잉량을 구비하는 것을 특징으로 하는 강유전체 소자의 제조 방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 프리커서는, 스트론튬 비스무스륨 탄탈 니오베이트를 형성하기 위해 유효량의 금속 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 강유전체 소자의 제조 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 프리커서는 비스무스, 탄탈륨 및 니오븀중 적어도 한 원소의 과잉량을 구비하는 것을 특징으로 하는 강유전체 소자의 제조 방법.