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F E D (Field Emission Display)

F E D (Field Emission Display)서론1장. 디스플레이란 무엇인가2장. 평판디스플레이(FPD)의 등장본론3장. FED란 무엇인가4장. 전계 방출 이론5장. FED의 구조 및 원리6장. 전자 방출 에미터7장. 형광체8장. 상용화의 가능성결론9장. 전망1장. 디스플레이란 무엇인가?1-1. 정의• 화면에 문자나 도형의 형식으로 데이터를 효과적으로 표시하는 장치• 정보를 전달함으로써 인간과 기계를 연결시켜 주는 장치1-2. 디스플레이의 역사2장. 평판디스플레이(FPD)의 등장2-1. 등장 배경원조 디스플레이인 CRT는 화면이 커지는 대신 문제점이 발생따라서 차세대 디스플레이들이 개발되면서 FPD가 등장하게 됨2-2. FPD간의 비교3장. FED란 무엇인가?FED는 진공 마이크로 일렉트로닉스를 기반으로 개발되었다. 전계방출 현상은 1897년 Wood에 의해 뾰족한 형태의 팁에서 처음 발견 되었다. 그러나 약 30년이 지나서야 1928년 Fowler와 Nordheim에 의해 이론적으로 정립되었다. 양자역학의 터널링 현상으로 전계 방출 현상을 설명한 이후 1953년 팁자체의 morphology(형태)에 의한 전계 방출 영향에 대한 연구가 Dyke와 Dolan에 의해 처음으로 vacuum microelectronics 소자로의 응용이 제시되었다.3-1. 정의FED는 강한 전기장(>5kV/μm)에 의해 금속 및 반도체 표면으로부터 진공으로 나오는 tunneling 냉전자들을 RGB 형광체에 충돌시킴으로써 빛을 발광하게 하는 원리를 이용한 디스플레이 형태로서, 현재 monitor에 쓰여지고 있는 CRT의 장점(full color, full gray scale, 높은 휘도, fast response time. Large viewing angle, 넓은 동작온도 및 습도 범위)과 FPD의 장점(얇고 가벼움, magnetic radiation 및 x-ray 미발생)을 혼합해 놓은 차세대 가장 유망한 디스플레이중의 하나라 할 수 있다.• CRT 및 평판디스플레이(L차세대 평판 디스플레이로 평가 되고 있음.• 특히, FED는 다른 디스플레이와 비교하여 광효율이 높고 소비전력이 낮기 때문에 에너지 절약형 디지털 HDTV로 개발될 수 있으며, 향후 평판 디지털 HDTV가 각 가정마다 보급될 때 우려되는 전력 수급 문제를 회피할 수 있음.3-3. FED의 특성• 시야각은 상하좌우 180도 이상• 자체 발광형이기 때문에 백라이트가 필요 없다• 소비전력이 적고 얇고 경량이다• 저가 재료를 이용한 고성능 제품 가능• 사용하는 온도범위가 넓다 (-20~85℃)• 저전력 소모로 Full-color 표시의 동영상 구현이 가능4장. 전계 방출 이론5장. FED의 구조 및 원리5-1. 구조• 스페이서(spacer)에 의해 유지되는 작은 진공 갭을 가운데 두고 위쪽은 형광체(phosphor)로 도포된 아노드(ande) 판이며, 아래쪽은 캐소드(cathode)와 게이트(gate)로 구성되는 캐소드판(dathde plate)으로 구성 됨.• 캐스트판에는 행전극(row electrode)과 열전극(column electrode)이 있음.• 전계 방출 에미터 어레이(FEA) : FED의 심장부분이라 할 수 있으며 공간적으로 우수한 균일성을 보장하는 전자 방출원으로서의 역할• 스페이서 : FED에서 없어서 안 될 요소중의 하나. 외부 압력이 1기압이고 내부 압력은 10-6 Torr에서 얇고 가벼운 앞 뒷면을 형성하는 판을 지지하여 깨지거나 휘지 않도록 일정 간격 유지 하는 역할• 게터 : 진공장치나 소자에 들어있는 가스를 흡착작용에 의해 제거하는 물질일반적으로 상온의 게터는 가스를 흡착하기에 적합하지 않은 상태로 있으며, 열을 가하여 활성화를 시켜야 가스와 반응하게 됨• 형광체 : 형광체는 무기물질로서 activator라고 불리어 지는 불순물로 doping되어 있으며, 여기서 activator는 host lattice에 수ppm에서 1~2%까지 섞여 있고 co-activator라고 불려지는 charge compensator나 donors 등이 첨가 되. Spindt Tip 제조공정1) 반도체 소자 제조에 사용되는 도전성 높은 실리콘 웨이퍼를 준비한다.2) 열산화 기술을 이용하여 산화막을 원하는 두께(~1μm) 만큼 얻는다.3) 그 위에 0.2~0.4μm 두께의 몰리브덴 박막을 증착한다.4) 그 위에 전자에 민감한 감광막(photoresest), PMM(polymethyl-methacrylate), 또는 통상 사용되는 감광막을 1 μm 정도의 두께로 스핀 코팅 방법으로 형성한다.5) 마이크론 이하의 지름을 갖는 원형의 감광막 패턴이 생성되도록 사진 식각 공정을 수행한다. 원형 패턴의 개수는 하나에서 2.5×107 개/cm2 정도의 범위를 갖는다. 처음에는 Westerberg[5,6]에 의해 고안된 전자 투사 기법에 의해 사진 식각 공정이 행해졌다. 하지만 요즘에는 여타의 사진 식각 장비들을 사용해도 마이크론 크기의 원형 패턴을 쉽게 얻을 수 있다.6) 감광막을 현상하고 몰리브덴 박막을 식각함으로써 홀 패턴을 얻는다.7) 남은 감광막을 없애고 불산 또는 반응성 이온 식각법으로 실리콘 표면까지 산화막을 식각한다. 이때 비등방적으로 산화막을 식각하면 몰리브덴 막 밑의 언더컷을 줄일 수 있기 때문에 고밀도로 에미터 어레이를 제작할 때 유리하다.8) 진공 증착 장비에 기판을 장착하고 표면과 직각을 이루는 회전축에 대해 회전시킨다. 알루미늄 산화막을 열증착 방법으로 몰리브덴 표면에 증착한다. 이때 알루미늄 산화막이 홀의 안쪽 모서리에 증착됨에 따라 홀의 크기가 줄어들게 된다.9) 기판 표면에 대해 수직방향에 위치한 곳에 증착 물질을 두고 전자 빔 증착법으로 몰리브덴 증착한다. 홀의 지름이 줄어듬에 따라 홀 밑의 실리콘 위에 원추 모양의 몰리브덴 에미터가 만들어진다.홀의 크기, 산화막의 두께, 증착 변수 등을 조절하여 팁의 높이, 각도, 반지름 등에 대한 변화를 줄 수 있다.10) 알루미늄 산화막인 분리층을 식각함으로써 팁 형성중 생긴 게이트 전극 위의 몰리브덴을 기판으로부터 떼어낼 수 있다. 원추 모양의 몰리브덴 밑에노튜브를 합성하는 방법은 크게 2세대로 구분된다.1세대 방법으로는 전기방전법이 주류를 이루었으나, 이후 레이저증착법(laser vaporization), 열분해법(pyrolysis)이 제시되었다. 이들 방법은 탄소나노튜브 이외에도 다중벽의 경우 풀러렌, 나노입자, 비정질탄소 등이 다량 포함되어 있고 단중벽의 경우에는 이외에도 합성시 도입되었던 촉매 금속이 상당히 포함되어 있다. 이런 불순물은 탄소나노튜브의 정확한 물성을 예측하는데 방해가 될 뿐만 아니라 탄소나노튜브를 이용한 소자의 성능을 저하시키기도 한다. 따라서 이런 불순물을 제거시키기 위한 복잡한 정제과정을 거쳐야 하며 구조제어 및 수직배향 합성이 어려운 단점이 있다. 이러한 상황에서도 1996년에는 미국의 Smalley 그룹에서 레이저증착법에 의해 소량의 전이금속이 포함된 graphite power를 태워 고순도의 탄소나노튜브를 합성하여 하루 수 g의 생산하여 시판하고 있다.이에 반하여, 2세대 합성법들은 나노튜브의 대량생산을 목적으로 하고 있으며, 이러한 예로는 미국의 Oakridge National Laboratory에서 기상합성법, G. B. Tech/Rockheed Marteen의 HIPCO 기상합성법이 있으며, 최근에는 탄소나노튜브를 수직배향으로 합성할 수 있는 CVD(chemical vapor deposition)도 크게 부각되고 있다. 현재 RF 플라즈마 CVD법, 마이크로파 PeCVD법 Hot filament PECVD법, 열 CVD법 등이 활발히 연구되고 있는데, 이 방법들은 기존의 전기방전법이나 레이저증착법과 다르게 탄소나노튜브의 수직배향합성이 가능할 뿐만 아니라 저온합성, 고순도합성, 대면적 기판합성이 가능하며, 구조제어가 용이하다는 장점을 가지고 있다 7장. 형광체7-1. 형광체란?여러 형태의 에너지(방사선, 전자선, 자외선, 가시광, 열, 화학반응)를 받아들여 빛을 방출하는 물질을 형광체라 부른다.FED에 쓰이는 형광체 분류는 구동전압이 수십 kV 이상에서 구동되고 캐소드와 애노드 부분이 게이트 전극으로 흐르는 문제점을 가지고 있음.- 전자방출의 균일도와 신뢰성, 전자빔 발산, 고전압 구동 문제가 여전히 해결되지 못하고 있음.8-2. 해결 방법• 캐소드 기술에서 저전압 어드레싱이 가능하면서 값싼 공정으로 대면적에 제작할수 있는 박막형 또는 프린팅 가능한 캐소드 에미터 기술을 개발 해야 할 것임.• 전계방출의 물리적인 한계를 근본적으로 해결 할 수 있는 방법으로, CNT의 전계방출 전류를 TFT와 같은 반도체 소자로 제어하는 AM 캐소드 기술을 생각해 볼 수 있음.• 캐스드에서 나온 전자빔의 일부가 스페이서를 때리고, 전자빔을 맞은 스페이서에서는 2차 전자가 발생하게 되며, 이로 인해 스페이서에서는 2차 전자가 발생하게 되며, 또 애노드 부근의 스페이서는 양의 전하로 대전되어 스페이서와 이웃한 화소의 전자빔을 스페이서 방향으로 왜곡시켜 화질을 크게 떨어뜨림. 또한 전기적 아크를 유발하여 FED 패널의 성능과 수명을 저하 시킴- 2차 전자 발생이 낮고(2차 전자 발생 계수가 1 이하) 대전된 전하를 제거시킬 수 있을 정도의 전기 전도성을 갖는 스페이서 물질을 개발하는 것.(일부 업체 개발 성공)전자빔이 스페이서 쪽으로 가지 않도록 전자빔 제어를 완벽하게 할 수 있는 구조를 개발하는 것임.• 진공중 패키징 과정패키징 방법에서 진공속에서 activation후에 접합시키면 outgassing물질이Tip과 내부를 오염시키지 않는다- Bonding 대상의 계면에 완충층을 만들어 주어야 한다• FED의 진정한 경쟁력을 가지게 할 수 있는 것은 저전압 형광체의 개발임- 저전압 형광체가 개발되면 전자빔 집속, 스페이서, 전기적 아킹에 의한 캐소드의 불안정성/신뢰성 문제를 일시에 제거할 수 있어 FED의 경쟁력을 결정적으로 향상시킬 수 있음.- 그러나, 물질 개발은 쉬운 문제가 아니면, 현재 저전압용으로 산화물 형광체가 많이 연구되고 있지만 아직 1,000V정도의 가속 전압에서 발광효율이 높고 열화문제가 없는 형광체 물질을 개발하지 못하고 있음.• 탄소나02

공학/기술| 2007.12.13| 25페이지| 3,000원| 조회(334)

형광체, 평판디스플레이, FED, FPD, 방출

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