JPH11162326A - 電界電子放出素子 - Google Patents
電界電子放出素子Info
- Publication number
- JPH11162326A JPH11162326A JP32353397A JP32353397A JPH11162326A JP H11162326 A JPH11162326 A JP H11162326A JP 32353397 A JP32353397 A JP 32353397A JP 32353397 A JP32353397 A JP 32353397A JP H11162326 A JPH11162326 A JP H11162326A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- emitter
- electrode
- base electrode
- emission device
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電界放射型の電子放出素子において、均一なエ
ミッション特性を得る。 【解決手段】絶縁基板1と、絶縁基板1上に形成された
ベース電極3と、ベース電極3上に形成されエッジ部分
から電子を放出するエミッタ6と、エミッタ6の外側に
所定の間隔を隔てて形成された絶縁層10と、絶縁層1
0の上部に形成され電子を引き出すための電圧を印加さ
れるゲート電極11とを備えた電界電子放出素子におい
て、エミッション時の異常放電や過剰電流を制御するた
めのフィードバック抵抗層9を形成した。抵抗層9はベ
ース電極3を構成するクロム電極の間隙に形成されたシ
リコン膜よりなり、クロム電極の幅と距離によりシリコ
ン膜の抵抗値を制御し得る構造とした。
ミッション特性を得る。 【解決手段】絶縁基板1と、絶縁基板1上に形成された
ベース電極3と、ベース電極3上に形成されエッジ部分
から電子を放出するエミッタ6と、エミッタ6の外側に
所定の間隔を隔てて形成された絶縁層10と、絶縁層1
0の上部に形成され電子を引き出すための電圧を印加さ
れるゲート電極11とを備えた電界電子放出素子におい
て、エミッション時の異常放電や過剰電流を制御するた
めのフィードバック抵抗層9を形成した。抵抗層9はベ
ース電極3を構成するクロム電極の間隙に形成されたシ
リコン膜よりなり、クロム電極の幅と距離によりシリコ
ン膜の抵抗値を制御し得る構造とした。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、平板形表示装置な
どにおいて電子源として用いられる電界電子放出素子に
関するものである。
どにおいて電子源として用いられる電界電子放出素子に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近、平板形表示装置などの電子源とし
て電界放射型の電子放出素子が研究開発されている。平
板形表示装置では、面積の比較的大きい発光面に対して
電子線を均一に照射することが要求されるので、この種
の用途に用いる電子放出素子では、多数の電界放射型の
陰極をアレイ状に配列することにより、冷陰極アレイと
して形成することが提案されている(Technica
l Digest ofIVMC 91,Nagaha
ma 1991,p.50(社)日本電子工業振興協
会、真空マイクロエレクトロニクス調査報告書I、19
92年3月、p.35〜39等参照)。
て電界放射型の電子放出素子が研究開発されている。平
板形表示装置では、面積の比較的大きい発光面に対して
電子線を均一に照射することが要求されるので、この種
の用途に用いる電子放出素子では、多数の電界放射型の
陰極をアレイ状に配列することにより、冷陰極アレイと
して形成することが提案されている(Technica
l Digest ofIVMC 91,Nagaha
ma 1991,p.50(社)日本電子工業振興協
会、真空マイクロエレクトロニクス調査報告書I、19
92年3月、p.35〜39等参照)。
【0003】図4は、このような従来の電界電子放出素
子の断面図である。図中、1は平板状のガラスからなる
絶縁基板、2はイオンエッチングの際のストップ層、3
はクロムからなるベース電極、5はシリコンからなる抵
抗層、6はタングステンからなるエミッタ、10は二酸
化珪素からなる絶縁層、11はクロムからなるゲート電
極である。なお、Gはエミッタ6とゲート電極11との
間に形成される空隙である。
子の断面図である。図中、1は平板状のガラスからなる
絶縁基板、2はイオンエッチングの際のストップ層、3
はクロムからなるベース電極、5はシリコンからなる抵
抗層、6はタングステンからなるエミッタ、10は二酸
化珪素からなる絶縁層、11はクロムからなるゲート電
極である。なお、Gはエミッタ6とゲート電極11との
間に形成される空隙である。
【0004】このような構成の電界電子放出素子は、以
下のようにして製造される。まず、図5(a)に示すよ
うに、ガラス板からなる絶縁基板1の上面に、アルミナ
(Al2 O3 )からなるイオンエッチングのストップ層
2を電子ビーム蒸着により形成し、続いてストップ層2
の上に、クロム(Cr)を用いてベース電極3となるベ
ース層を電子ビーム蒸着によって形成し、さらに、ベー
ス層の上に抵抗層5であるシリコン(Si)層、エミッ
タ層6であるタングステン(W)層、剥離層7であるア
ルミニウム(Al)層を順次スパッタリングにより蒸着
させて形成する。
下のようにして製造される。まず、図5(a)に示すよ
うに、ガラス板からなる絶縁基板1の上面に、アルミナ
(Al2 O3 )からなるイオンエッチングのストップ層
2を電子ビーム蒸着により形成し、続いてストップ層2
の上に、クロム(Cr)を用いてベース電極3となるベ
ース層を電子ビーム蒸着によって形成し、さらに、ベー
ス層の上に抵抗層5であるシリコン(Si)層、エミッ
タ層6であるタングステン(W)層、剥離層7であるア
ルミニウム(Al)層を順次スパッタリングにより蒸着
させて形成する。
【0005】次に、図5(b)に示すように、アルミニ
ウム層7まで形成した基板1に、スピンコーティングに
よってフォトレジストを塗布し、マスクを密着させて露
光することにより、エミッタの形(ここでは星形)をし
たフォトレジストパターン8を形成する。そして、この
フォトレジストパターン8を用いて、反応性イオンエッ
チング(RIE)により剥離層7であるアルミニウム層
のエッチングを行う(図5(c)参照)。
ウム層7まで形成した基板1に、スピンコーティングに
よってフォトレジストを塗布し、マスクを密着させて露
光することにより、エミッタの形(ここでは星形)をし
たフォトレジストパターン8を形成する。そして、この
フォトレジストパターン8を用いて、反応性イオンエッ
チング(RIE)により剥離層7であるアルミニウム層
のエッチングを行う(図5(c)参照)。
【0006】次に、剥離層7をマスクとして反応性イオ
ンエッチング(RIE)により、エミッタ層6であるタ
ングステン層、抵抗層5であるシリコン層をパターンニ
ングする。エミッタ層6であるタングステン層、抵抗層
5であるシリコン層を反応性イオンエッチングする際
に、条件を調整して等方性エッチングの傾向を持たせる
ことによって、剥離層7であるアルミニウム層をエミッ
タ層6であるタングステン層に比べてオーバーハングさ
せて、つまり、エミッタ層6と抵抗層5を剥離層7より
も小さく形成し、断面が略きのこ状となるように形成す
る(図5(d)参照)。この剥離層7とエミッタ層6と
の大きさの差の部分が、素子におけるエミッタ層6と電
子引き出し層であるゲート電極11との微小の空隙Gを
形成する(図2参照)。
ンエッチング(RIE)により、エミッタ層6であるタ
ングステン層、抵抗層5であるシリコン層をパターンニ
ングする。エミッタ層6であるタングステン層、抵抗層
5であるシリコン層を反応性イオンエッチングする際
に、条件を調整して等方性エッチングの傾向を持たせる
ことによって、剥離層7であるアルミニウム層をエミッ
タ層6であるタングステン層に比べてオーバーハングさ
せて、つまり、エミッタ層6と抵抗層5を剥離層7より
も小さく形成し、断面が略きのこ状となるように形成す
る(図5(d)参照)。この剥離層7とエミッタ層6と
の大きさの差の部分が、素子におけるエミッタ層6と電
子引き出し層であるゲート電極11との微小の空隙Gを
形成する(図2参照)。
【0007】次に、図5(e)に示すように、前記絶縁
基板1の上側から絶縁層10となる二酸化珪素(SiO
2 )、および電子引き出し層であるゲート電極11とな
るクロム層を電子ビーム蒸着させ、最後に、剥離層7で
あるアルミニウム層を溶解除去(リフトオフ)すること
により、電子放出素子を製造している(図5(f)参
照)。
基板1の上側から絶縁層10となる二酸化珪素(SiO
2 )、および電子引き出し層であるゲート電極11とな
るクロム層を電子ビーム蒸着させ、最後に、剥離層7で
あるアルミニウム層を溶解除去(リフトオフ)すること
により、電子放出素子を製造している(図5(f)参
照)。
【0008】最後にゲート部分とエミッタ部分を保護す
るためのレジストを塗布し、フォトリソ工程を経て、シ
リコン抵抗層上部のタングステンをエッチングにより除
去して最終形状を得る。
るためのレジストを塗布し、フォトリソ工程を経て、シ
リコン抵抗層上部のタングステンをエッチングにより除
去して最終形状を得る。
【0009】従来、このようにして形成されたエミッタ
は、形状のばらつきや、エミッタの表面状態によってエ
ミッション特性にばらつきを生じる。これを解決するた
めにフィードバック抵抗層の挿入が提案されている。上
述の構造においても、抵抗層を得るためにSi層を形成
しているが、膜厚が1μm以下と薄いため、十分な抵抗
値を得られていない。
は、形状のばらつきや、エミッタの表面状態によってエ
ミッション特性にばらつきを生じる。これを解決するた
めにフィードバック抵抗層の挿入が提案されている。上
述の構造においても、抵抗層を得るためにSi層を形成
しているが、膜厚が1μm以下と薄いため、十分な抵抗
値を得られていない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電界放出型
の電極は、マイクロ波真空管や薄型の表示装置などのい
わゆる真空マイクロエレクトロニクスデバイスの電子放
出エミッタとして必要不可欠の構成要素である。電界電
子放出素子のエミッタの特性を支配する要因は、従来よ
りファウラーノルドハイムの式に当てはまると言われて
おり、パラメータとしては、エミッタの材質(エミッタ
表面の仕事関数)、先端形状、エミッタ・ゲート間の距
離、温度などに影響される。
の電極は、マイクロ波真空管や薄型の表示装置などのい
わゆる真空マイクロエレクトロニクスデバイスの電子放
出エミッタとして必要不可欠の構成要素である。電界電
子放出素子のエミッタの特性を支配する要因は、従来よ
りファウラーノルドハイムの式に当てはまると言われて
おり、パラメータとしては、エミッタの材質(エミッタ
表面の仕事関数)、先端形状、エミッタ・ゲート間の距
離、温度などに影響される。
【0011】真空に放出される電子の電流密度は以下の
式で表される。 j=AF2 /φ・exp(−Bφ3/2 /F) , F
=βV ただし、A、Bは定数、βは電圧を電界に変換する定数
で電極の先端形状に依存する。φは電極の仕事関数、B
は温度に依存した定数である。
式で表される。 j=AF2 /φ・exp(−Bφ3/2 /F) , F
=βV ただし、A、Bは定数、βは電圧を電界に変換する定数
で電極の先端形状に依存する。φは電極の仕事関数、B
は温度に依存した定数である。
【0012】このエミッタが比較的低い印加電圧でエミ
ッションを可能としているのは、エミッタの先端形状を
先鋭化したことと、エミッタ・ゲート間の距離をミクロ
ンオーダーまで微小化したことが大きく寄与している。
従って、目的とするエミッタ特性を得るためには、半導
体プロセス技術で培われた薄膜微細加工技術によって達
成しうる微細構造が必要である。放出電流はエミッタの
先端の形状、仕事関数、電界強度によって決まる。しか
しながらプロセスのばらつきにより均一なエミッション
特性を得ることは難しかった。
ッションを可能としているのは、エミッタの先端形状を
先鋭化したことと、エミッタ・ゲート間の距離をミクロ
ンオーダーまで微小化したことが大きく寄与している。
従って、目的とするエミッタ特性を得るためには、半導
体プロセス技術で培われた薄膜微細加工技術によって達
成しうる微細構造が必要である。放出電流はエミッタの
先端の形状、仕事関数、電界強度によって決まる。しか
しながらプロセスのばらつきにより均一なエミッション
特性を得ることは難しかった。
【0013】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、電界放射型の電子
放出素子において、均一なエミッション特性を得ること
にある。
のであり、その目的とするところは、電界放射型の電子
放出素子において、均一なエミッション特性を得ること
にある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明にあっては、上記
の課題を解決するために、絶縁基板1と、前記絶縁基板
1上に形成されたベース電極3と、前記ベース電極3上
に形成されエッジ部分から電子を放出するエミッタ6
と、前記エミッタ6の外側に所定の間隔を隔てて形成さ
れた絶縁層10と、前記絶縁層10の上部に形成され電
子を引き出すための電圧を印加されるゲート電極11と
を備えた電界電子放出素子において、エミッション時の
異常放電や過剰電流を制御するためのフィードバック抵
抗層9を形成したことを特徴とするものである。ここ
で、前記抵抗層9は、例えば、ベース電極3を構成する
クロム電極の間隙に形成されたシリコン膜よりなり、前
記クロム電極の幅と距離によりシリコン膜の抵抗値を制
御し得る構造とし、その抵抗値は約10MΩ以上とする
ことが好ましい。
の課題を解決するために、絶縁基板1と、前記絶縁基板
1上に形成されたベース電極3と、前記ベース電極3上
に形成されエッジ部分から電子を放出するエミッタ6
と、前記エミッタ6の外側に所定の間隔を隔てて形成さ
れた絶縁層10と、前記絶縁層10の上部に形成され電
子を引き出すための電圧を印加されるゲート電極11と
を備えた電界電子放出素子において、エミッション時の
異常放電や過剰電流を制御するためのフィードバック抵
抗層9を形成したことを特徴とするものである。ここ
で、前記抵抗層9は、例えば、ベース電極3を構成する
クロム電極の間隙に形成されたシリコン膜よりなり、前
記クロム電極の幅と距離によりシリコン膜の抵抗値を制
御し得る構造とし、その抵抗値は約10MΩ以上とする
ことが好ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は本発明の電界電子放出素子
をアノード側から見た平面図である。図中、3はベース
電極、6はエミッタ、9はシリコン膜よりなる抵抗層、
11はゲート電極である。図1において、ゲート電極1
1の右半分を取り除いた場合の構造を図2に示した。ま
た、図1のA−A線についての断面構造を図3に示し
た。図中、1は平板状のガラスからなる絶縁基板、2は
イオンエッチングの際のストップ層、3はクロムからな
るベース電極、5はシリコンからなる抵抗層、6はタン
グステンからなるエミッタ、9はシリコンからなる抵抗
膜、10は二酸化珪素からなる絶縁層、11はクロムか
らなるゲート電極である。なお、Gはエミッタ6とゲー
ト電極11との間に形成される空隙である。
をアノード側から見た平面図である。図中、3はベース
電極、6はエミッタ、9はシリコン膜よりなる抵抗層、
11はゲート電極である。図1において、ゲート電極1
1の右半分を取り除いた場合の構造を図2に示した。ま
た、図1のA−A線についての断面構造を図3に示し
た。図中、1は平板状のガラスからなる絶縁基板、2は
イオンエッチングの際のストップ層、3はクロムからな
るベース電極、5はシリコンからなる抵抗層、6はタン
グステンからなるエミッタ、9はシリコンからなる抵抗
膜、10は二酸化珪素からなる絶縁層、11はクロムか
らなるゲート電極である。なお、Gはエミッタ6とゲー
ト電極11との間に形成される空隙である。
【0016】ベース電極3のパターンは、必要に応じて
蒸着時のメタルマスクでもよいし、製膜後のエッチング
でもよいが、図3に示すように、シリコン抵抗膜9をブ
リッジさせるための間隙を形成しておく。この間隙の幅
と間隔を制御することにより、シリコン抵抗膜9による
抵抗値を調整することができる。その他の製造プロセス
は従来例と同様である。なお、本発明においてはシリコ
ンなどの材料を限定するものではない。
蒸着時のメタルマスクでもよいし、製膜後のエッチング
でもよいが、図3に示すように、シリコン抵抗膜9をブ
リッジさせるための間隙を形成しておく。この間隙の幅
と間隔を制御することにより、シリコン抵抗膜9による
抵抗値を調整することができる。その他の製造プロセス
は従来例と同様である。なお、本発明においてはシリコ
ンなどの材料を限定するものではない。
【0017】次に、抵抗値を算出する。必要とされる抵
抗値は数十MΩとされる(参考文献:Emissio
n property and current fl
uctuation of starlike thi
n−film emitter array with
self−feedback function、
A.Kaneko,I.Sumita & H.Kim
ura,J.Matusura,Y.Kondo J.
Vac. Sci.Thenol. B 13(2)
Mar/Apr 1995、参考文献:電気情報通信
学会 TECHNICAL REPORT OF IE
ICE ED93−145、1993−12、参考文献
:自己フィードバック機能付き星形薄膜FEA(金子
彰、木材秀吉))。
抗値は数十MΩとされる(参考文献:Emissio
n property and current fl
uctuation of starlike thi
n−film emitter array with
self−feedback function、
A.Kaneko,I.Sumita & H.Kim
ura,J.Matusura,Y.Kondo J.
Vac. Sci.Thenol. B 13(2)
Mar/Apr 1995、参考文献:電気情報通信
学会 TECHNICAL REPORT OF IE
ICE ED93−145、1993−12、参考文献
:自己フィードバック機能付き星形薄膜FEA(金子
彰、木材秀吉))。
【0018】本発明においては、スパッタ成膜のシリコ
ン層9の比抵抗ρ=2×104 Ω・cmから膜厚1μm
で5μm口を考えると、その抵抗値は R=5×10-6×102 /(5×10-4×1×10-4)
×2×104=200MΩ 4箇所から給電されるので、総合抵抗は200/4=5
0MΩとなり、目標値を満足出来る。なお、この抵抗値
は抵抗層9の膜厚が一定のままでも、抵抗層9の幅と長
さを変化させることにより自由に設計できる。
ン層9の比抵抗ρ=2×104 Ω・cmから膜厚1μm
で5μm口を考えると、その抵抗値は R=5×10-6×102 /(5×10-4×1×10-4)
×2×104=200MΩ 4箇所から給電されるので、総合抵抗は200/4=5
0MΩとなり、目標値を満足出来る。なお、この抵抗値
は抵抗層9の膜厚が一定のままでも、抵抗層9の幅と長
さを変化させることにより自由に設計できる。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、絶縁基板と、前記絶縁
基板上に形成されたベース電極と、前記ベース電極上に
形成されエッジ部分から電子を放出するエミッタと、前
記エミッタの外側に所定の間隔を隔てて形成された絶縁
層と、前記絶縁層の上部に形成され電子を引き出すため
の電圧を印加されるゲート電極とを備えた電界電子放出
素子において、エミッション時の異常放電や過剰電流を
制御するためのフィードバック抵抗層を形成したもので
あるから、均一なエミッション特性を得ることができる
という効果がある。また、ベース電極を構成するクロム
電極の間隙に形成されたシリコン膜によりフィードバッ
ク抵抗層を形成し、前記クロム電極の幅と距離によりシ
リコン膜の抵抗値を制御し得る構造とすれば、ベース電
極を形成する際のパターンを変えるだけで所望の抵抗層
を形成することができる。
基板上に形成されたベース電極と、前記ベース電極上に
形成されエッジ部分から電子を放出するエミッタと、前
記エミッタの外側に所定の間隔を隔てて形成された絶縁
層と、前記絶縁層の上部に形成され電子を引き出すため
の電圧を印加されるゲート電極とを備えた電界電子放出
素子において、エミッション時の異常放電や過剰電流を
制御するためのフィードバック抵抗層を形成したもので
あるから、均一なエミッション特性を得ることができる
という効果がある。また、ベース電極を構成するクロム
電極の間隙に形成されたシリコン膜によりフィードバッ
ク抵抗層を形成し、前記クロム電極の幅と距離によりシ
リコン膜の抵抗値を制御し得る構造とすれば、ベース電
極を形成する際のパターンを変えるだけで所望の抵抗層
を形成することができる。
【図1】本発明の電界電子放出素子の平面図である。
【図2】本発明の電界電子放出素子のゲート膜を一部剥
離した平面図である。
離した平面図である。
【図3】本発明の電界電子放出素子の断面図である。
【図4】従来の電界電子放出素子の断面図である。
【図5】従来の電界電子放出素子の製造工程を示す断面
図である。
図である。
1 絶縁基板 2 ストップ層 3 ベース電極 5 抵抗層 6 エミッタ 9 シリコン抵抗膜 G 空隙 10 絶縁層 11 ゲート電極
Claims (4)
- 【請求項1】 絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成さ
れたベース電極と、前記ベース電極上に形成されエッジ
部分から電子を放出するエミッタと、前記エミッタの外
側に所定の間隔を隔てて形成された絶縁層と、前記絶縁
層の上部に形成され電子を引き出すための電圧を印加さ
れるゲート電極とを備えた電界電子放出素子において、
エミッション時の異常放電や過剰電流を制御するための
フィードバック抵抗層を形成したことを特徴とする電界
電子放出素子。 - 【請求項2】 前記抵抗層はベース電極を構成するク
ロム電極の間隙に形成されたシリコン膜よりなり、前記
クロム電極の幅と距離によりシリコン膜の抵抗値を制御
し得る構造としたことを特徴とする請求項1記載の電界
電子放出素子。 - 【請求項3】 ベース電極のパターンを変更すること
により前記抵抗層を形成したことを特徴とする請求項1
記載の電界電子放出素子。 - 【請求項4】 フィードバック抵抗層の抵抗値は約1
0MΩ以上であることを特徴とする請求項1記載の電界
電子放出素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32353397A JPH11162326A (ja) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | 電界電子放出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32353397A JPH11162326A (ja) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | 電界電子放出素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11162326A true JPH11162326A (ja) | 1999-06-18 |
Family
ID=18155772
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32353397A Pending JPH11162326A (ja) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | 電界電子放出素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11162326A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1758147A2 (en) * | 2005-08-26 | 2007-02-28 | Samsung SDI Co., Ltd. | Electron emission element, electron emission display, and method of manufacturing electron emission unit for the electron emission display |
EP1780759A2 (en) * | 2005-10-31 | 2007-05-02 | Samsung SDI Co., Ltd. | Electron emission device and electron emission display having the same |
EP1786020A2 (en) * | 2005-10-28 | 2007-05-16 | Samsung SDI Co., Ltd. | Electron emission device and display device using the same |
-
1997
- 1997-11-25 JP JP32353397A patent/JPH11162326A/ja active Pending
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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EP1758147A3 (en) * | 2005-08-26 | 2007-03-07 | Samsung SDI Co., Ltd. | Electron emission element, electron emission display, and method of manufacturing electron emission unit for the electron emission display |
JP2007066892A (ja) * | 2005-08-26 | 2007-03-15 | Samsung Sdi Co Ltd | 電子放出素子、電子放出表示装置および電子放出表示装置の製造方法 |
US7626323B2 (en) | 2005-08-26 | 2009-12-01 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Electron emission element, electron emission display, and method of manufacturing electron emission unit for the electron emission display |
JP4602295B2 (ja) * | 2005-08-26 | 2010-12-22 | 三星エスディアイ株式会社 | 電子放出表示装置および電子放出表示装置の製造方法 |
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