KR20020057639A - 전계방출형 표시소자 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전계방출형 표시소자는, 발광층은 불연속성을 갖는 절연체가 전도성 입자를 둘러싸도록 하되, 전도성 입자와 절연체는 다층으로 적층 형성된다.

여기서, 전도성 입자와 절연체는 다층으로 적층 형성됨에 있어, 절연체 타케트와 금속 타케트를 동시에 플라즈마를 형성시키고, 회전가능한 스퍼터링 장치의 기판홀더에 시편을 올려놓은 후 기판홀더를 회전시킴으로서 다층막으로 형성된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 상호 스퍼터링법으로 전도성 미립자를 고르게 분산시키면서 다층막을 이루는 발광층을 형성하여 고온공정이 필요없도록 하면서 대면적화가 가능한 유리기판의 사용이 가능하도록 하고, 더불어 저전압 구동으로 안정적이면서 높은 방출전류가 가능한 장점이 있다.

Description

전계방출형 표시소자{Field emission display}

본 발명은 전계방출형 표시소자에 관한 것으로서, 특히 상호 스퍼터링법으로 전도성 미립자를 고르게 분산시키면서 다층막을 이루는 발광층을 형성하여 고온공정이 필요없도록 하면서 대면적화가 가능한 유리기판의 사용이 가능하도록 하고, 더불어 저전압 구동으로 안정적이면서 높은 방출전류가 가능한 전계방출형 표시소자에 관한 것이다.

일반적으로, 전계방출형 표시소자에 이용되는 평면형 에미터의 경우에는 균일한 방출특성을 갖으며 이는 반도체 제조공정인 미세 가공 기술을 이용하여 마이크로미터(㎛) 단위의 작은 진공소자로 제작되어 진다.

종래에는 도 1에 도시된 바와같이, 적층형태의 수직구조를 가지고 있다.

즉, 기판(1)위에 하부전극(2)을 실장하고, 상기 하부전극(2)의 위로는 도전층(3)을 형성한다.

그리고, 상기 도전층(3)에는 절연체(4a)로 전도성입자(도체나 반도체)(4b)가 둘러쌓인 발광층(4)을 형성하고, 상기 발광층(4)의 위로는 상부전극(5)을 형성하므로서 에미터부의 제조가 완성된다.

이후, 상기 에미터부가 있는 음극기판(cathode)에 대하여 애노드전극(6)과 형광체(7)가 있는 상판을 배치하면 평면형의 전계방출형 표시소자가 완성되는 것이다.

이때, 상기 하부전극(2)으로부터 공급되는 전자는 도전층(3)을 통과한 후 발광층(4)으로 유입되는데, 상기 발광층(4)으로 유입된 전자는 분산되어 있는 전도성입자(4b)를 매체로 가속된 후 절연체(4a)를 터널링하면서 이동하여 최종적으로 얇은 상부전극(5)을 관통한 다음 진공 중으로 직진성을 가지면서 방출되는 것이다.

더불어, 상기 방출된 전자는 애노드전극(6)에 걸린 전압에 의해 다시 가속된 후 형광체(7)를 여기 발광시키므로서, 화상을 형성할수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기 발광층(4)의 제조는 요철부가 있는 실리콘(Si) 다결정과 그 위에 절연층으로 하는 경우, 다공질 다결정 실리콘으로 하는 경우, 그리고 절연층 기지 내에 미세 입자를 석출시키는 경우 등이 있다.

한편, 상기와 같은 평면형 전계방출형 표시소자는 제조하기가 용이하며 직진성이 있기 때문에 스페이서가 필요없는 장점이 있을뿐만 아니라, 상부전극(5)으로표면오염에 강하고 일함수가 낮은 재료를 사용할 경우에는 진공도에 대한 둔감한 평면형 소자를 제작할수 있는 잇점이 있다.

그러나, 종래에 있어, 전도성이자(4b)를 절연체(4a)가 둘러싸는 발광층(4)의 조직을 제조하기 위해서는 고온공정이 반드시 필요로 하는 단점이 있다.

일예로, 실리콘 다결정의 경우 증착공정 중의 온도가 약 400℃ 이상이 요구되고, 다공성 다결정 실리콘의 경우에는 다공성을 위한 양극산화한 후 약 700℃ 이상에서 산화시켜야만 절연체(4a)인 SiO₂가 다결정 실리콘을 둘러싸는 조직이 되며, 절연층 기지내에 전도성입자(4b)를 석출시키는 경우에는 약 700℃ 이상의 고온공정이 반드시 필요로 하는 불편함이 따랐다.

더불어, 상기와 같은 고온공정으로 인해 종래의 평면형 전계방출소자는 실리콘 기판을 사용하여야 하고, 상기 실리콘 기판의 사용에 따라 소자의 대면적화는 불가능한 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 여건을 감안하여 창출된 것으로서, 상호 스퍼터링법으로 전도성 미립자를 고르게 분산시키면서 다층막을 이루는 발광층을 형성하여 고온공정이 필요없도록 하면서 대면적화가 가능한 유리기판의 사용이 가능하도록 하고, 더불어 저전압 구동으로 안정적이면서 높은 방출전류가 가능한 전계방출형 표시소자를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 전계방출형 표시소자의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자에 적용되는 다층막 발광층의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자의 발광층을 다층막으로 형성하기 위한 스퍼터링 장치를 개략적으로 나타낸 도면.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자는, 발광층은 불연속성을 갖는 절연체가 전도성 입자를 둘러싸도록 하되, 상기 전도성 입자와 절연체는 다층으로 적층 형성되는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 전도성 입자와 절연체는 다층으로 적층 형성됨에 있어, 절연체 타케트와 금속 타케트를 동시에 플라즈마를 형성시키고, 회전가능한 스퍼터링 장치의 기판홀더에 시편을 올려놓은 후 기판홀더를 회전시킴으로서 다층막으로 형성되는 점에 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 상호 스퍼터링법으로 전도성 미립자를 고르게 분산시키면서 다층막을 이루는 발광층을 형성하여 고온공정이 필요없도록 하면서 대면적화가 가능한 유리기판의 사용이 가능하도록 하고, 더불어 저전압 구동으로 안정적이면서 높은 방출전류가 가능한 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.

참고로 이하에 참조되는 도면에 대하여는 설명의 편의상 종래와 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자에 적용되는 다층막 발광층의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와같이, 하부전극(2)으로부터 공급된 전자를 도전층(3) 및 발광층(4)을 통해 분산시킨 후 이를 가속시켜 상부전극(5)을 통해 진공 중으로 직진성을 가지면서 방출시키고, 상기 방출된 전자를 다시 애노드전극(6)에 걸린 전압에 의해 가속시켜 형광체(7)를 여기 발광시키는 평면형 전계방출형 표시소자에 있어서, 상기 발광층(4)은 불연속성을 갖는 절연체(10)가 전도성입자(10)를 둘러싸도록 하되, 상기 전도성입자(10)와 절연체(20)는 다층으로 적층 형성된다.

이때, 상기 발광층(4)의 다층막 제조는, 도 3에 도시된 바와같이, 절연체 타케트(a)와 금속 타케트(b)를 동시에 플라즈마(c)에 형성한 후, 회전가능한 스퍼터링장치의 기판홀더(d)에 시편(e)을 올려놓는다. 이후, 상기 기판홀더(d)를 회전시키면, 다층막을 이루는 발광층(4)이 제조된다.

여기서, 상기 스퍼터링 장치의 증착조건에 따라 전도성입자(10)의 평균직경은 약 10∼500Å 정도의 미세결정이 되며, 발광층(4)의 두께는 약 0.1∼1㎛ 정도가 된다.

또한, 상기 전도성입자(10)의 조성은 절연체(20)에 대하여 약 5∼40% 정도면 양호하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 대한 작용을 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 부연 설명하면 다음과 같다.

먼저, 세정공정을 통해 유리재질의 기판(1)을 적용하되, 상기 기판(1)에 Cr, Mo, Al 등 도체박막을 증착 후 습식 또는 건식 에칭으로 하부전극(2)의 패턴을 형성한다.

여기서, 상기 하부전극(2)의 두께는 약 500∼5000Å 정도로 함이 좋다.

이후, 다결정 실리콘을 사용하는 전도층(3)을 상기 하부전극(2)의 위로 형성한다.

즉, 기상화학 증착이나 스퍼터링으로 다결정 실리콘을 성막하므로서 약 0.5∼10㎛의 두께를 갖는 전도층(3)을 형성한다.

그리고, 상기 전도층(3)의 위로는 전도성입자(10)와 절연체(20)가 다층막을 이루는 발광체(4)를 성막시킨다.

이때, 스퍼터링 장치의 증착조건에 따라 상기 전도성입자(10)의 평균직경은 약 10∼500Å 정도의 미세결정이 되며, 발광층(4)의 두께는 약 0.1∼1㎛ 정도가 되고, 더불어 전도성입자(10)의 조성은 절연체(20)에 대하여 약 5∼40% 정도 이다.

더불어, 상기 발광층(4)의 기지 재료로는 SiO₂이외에 Al₂O₃, Cr₂O₃, CuO, Ta₂O₅등의 절연체(20)도 가능하며, 이때 그 방출특성은 동등의 효과를 창출할 수 있도록 하였다.

그리고, 상기 전도성입자(10)는 스퍼터링 가능한 거의 모든 금속(Fe, Au, Ag, Cu, Mo, Cr, Nb 등) 및 반도체(Si, Ge 등)로서 재료의 제한은 없도록 하였다.

이후, 상기 발광층(4)의 위로는 산화에 강하며 일함수가 낮은 재료인 Au, Al, Ni, Pt 등을 증착한 후 리프트 오프(lift-off)법으로 상부전극(5)의 패턴을 형성하므로서 에미터부의 제조가 완성된다.

여기서, 상기 상부전극(5)의 두께는 전자의 평균자유행로보다 작은 두께인 약 50∼200Å정도로 함이 좋다(즉, 상기의 두께보다 두꺼우면 발광층(4)을 지나는 전자가 상부전극(5)을 뚫지 못하고 산란되어 진공 중으로 방출되지 못하기 때문이다).

그리고, 상기 도전층(3)에는 절연체(4a)로 전도성입자(도체나 반도체)(4b)가둘러 쌓인 발광층(4)을 형성하고, 상기 발광층(4)의 위로는 상부전극(5)을 형성하므로서 에미터부의 제조가 완성된다.

이에 따라, 상기 에미터부가 있는 음극기판(cathode)에 대하여 애노드전극 (6)과 형광체(7)가 있는 상판을 배치하면 평면형의 전계방출소자가 완성될 수 있게 되는 것이다.

따라서, 상기 하부전극(2)으로 부터 공급되는 전자는 도전층(3)을 통과한 후 다층막을 이루는 발광층(4)으로 유입되는데, 상기 발광층(4)으로 유입된 전자는 분산되어 있는 다층의 전도성입자(10)를 매체로 가속된 후 다층의 절연체(20)를 터널링하면서 이동하여 최종적으로 얇은 상부전극(5)을 관통한 다음 진공중으로 직진성을 가지면서 방출되는 것이다.

즉, 상기 상부전극(5)에 약 50V 정도의 전압을 인가하면, 상기 발광층(4)을 통과한 전자의 방출이 직진성 있게 이루어지며, 음극기판의 표면에서 방출된 전자는 수 kV의 애노드전압에 의하여 가속되어 형광체(7)에 부딪히게 되는 것이다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 전계방출형 표시소자에 의하면, 상호 스퍼터링법으로 전도성 미립자를 고르게 분산시키면서 다층막을 이루는 발광층을 형성하여 고온공정이 필요없도록 하면서 대면적화가 가능한 유리기판의 사용이 가능하도록 하고, 더불어 저전압 구동으로 안정적이면서 높은 방출전류가 가능한 장점이 있다.

Claims (2)

1. 발광층은 불연속성을 갖는 절연체가 전도성 입자를 둘러싸도록 하되, 상기 전도성 입자와 절연체는 다층으로 적층 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출형 표시소자.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전도성 입자와 절연체는 다층으로 적층 형성됨에 있어, 절연체 타케트와 금속 타케트를 동시에 플라즈마를 형성시키고, 회전가능한 스퍼터링 장치의 기판홀더에 시편을 올려놓은 후 기판홀더를 회전시킴으로서 다층막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출형 표시소자.