KR0170822B1 - 전자 방출 소자 및 그 제조 방법과 전자원 및 화상 형성 장치 - Google Patents

전자 방출 소자 및 그 제조 방법과 전자원 및 화상 형성 장치 Download PDF

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Abstract

전자 방출 소자는 한쌍의 대향 배치된 전극과 상기 전극 사이에 배치되며 고 저항 영역을 포함하는 전기 전도성막을 구비한다. 고저항 영역은 탄소를 주성분으로 하는 피막을 갖고 있다. 이 전자 방출 소자는 플랫 패널형의 화상 형성 장치의 전자원으로서 사용될 수 있다.

Description

전자 방출 소자 및 그 제조 방법과 전자원 및 화상 형성 장치
본 발명은 전자원 및 이 전자원을 포함하는 표시 장치와 같은 화상 형성 장치에 관한 것으로, 구체적으로 신규한 전자원 및 이 전자원을 포함하는 표시장치와 같은 화상 형성 장치뿐만 아니라 신규한 표면 전도형 전자 방출 소자에 관한 것이다.
종래, 전자 방출 소자로서 열전자형(thermoelectron type) 및 냉음극형(cold cathode type)의 2종류가 공지되어 있다. 물론, 냉음극형은 전계 방출형(이하, FE형이라 칭함), 금속/절연층/금속형(이하 MIM형이라 한다), 및 표면 전도형을 포함한다.
FE 전자 방출 소자의 예는, 더블류(W). 피(P). 디케(DyKe) 및 더블류(W). 더블류(W). 돌란(Dolan), "전계 방출(Field emission)", 전자 물리학의 진보(Advance In Electron Physics, 8, 89(1956) 및 시(C). 에이(A). 스핀트(Spindt), "몰리브디늄 콘을 가진 박박 전계 방출 음극의 물리적 특성(PHYSICAL Properties of thin-film field emission Cathodes with molybdnum Cones)", 제이(J). 응용물리학, 47, 5284(1976) 등에 개시되어 있다.
MIM 형 소자의 예는, 시(C). 에이(A). 미드(mead), "터널 방출 증폭기(The tunnel-emission amplifier)", 제이(J). 응용 물리학, 32, 646(1961) 등에 개시되어 있다. 표면 전도형 전자 방출 소자의 예는 엠(M). 아이(I). 엘린슨(Elinson), 라디오 엔지(Radio Eng.) 전자 물리학, 10(1965) 등에 개시되어 있다.
SCE형 소자는 전류가 막면에 평행하게 흐르도록 할 때 전자가 기판 상에 형성된 소 박막으로부터 방출되는 현상을 이용함으로써 실현된다. 이 표면 전도형 전자 방출 소자로서는, 상기 엘린슨 등에 의한 SnO2박막을 이용한 것, Au 박막에 의한 것[지(G). 디트머(Dittmer) : "얇은 고체 필름(Thin solid Films)", 9, 317(1972)], In2O3/SnO2박막에 의한 것[엠(M), 하트웰(Hartwell) 및 시(C). 지(G). 폰스테드(Fonstad) : "IEEE Trans. ED Conf.", 519(1975)] 및 탄소 박막에 의한 것[에이치(H). 아라끼등: "진공(vacuum)", 제26권, 제1호, 22페이지(1983)]등이 보고되고 있다.
도 27은 엠(M) 하트웰에 의해 제안된 전형적인 표면 전도형 전자 방출 소자를 도시하고 있다. 도 27에서, 도면 참조 부호(1)는 기판이며, 도면 참조 부호(2)는 전기 전도형 박막인데, 스퍼터링에 의해 형성된 H형상의금속 산화물 박막 등으로 이루어지며, 후술하는 "전기 포밍(electric forming)"이라고 불리우는 통전 처리에 의해 전자 방출 영역(3)이 형성된다. 도 27에서, 한쌍의 소자 전극을 분리시키는 금속 산화물 막의 얇은 수평 영역은 길이(L)가 0.5 내지 1 mm이고, 폭(w)은 0.1 mm이다. 여기서 전자 방출 영역(3)은 그 위치 및 윤곽을 정확히 알 수 없으므로 단지 개략적으로 도시되어 있음에 주의한다.
상술한 바와 같이, 표면 전도형 전자 방출 소자의 전도성 박막(2)은 전자 방출 영역(3)을 형성하기 위해 통상적으로 "전기 포밍(electric forming)"이라고 불리우는 통전 예비 처리가 행해진다. 전기 포밍 처리에서는 직류전압 또는 통상 1 V/분의 속도로 상승하는 느리게 상승하는 전압이 전도성 막(2)의 소정의 대향 단부에 인가되어 이 박막을 국부적으로 파괴, 변형 또는 변질시킴으로 전기적으로 고저항 상태의 전자 방출 영역(3)이 형성된다. 따라서, 전자 방출 영역(3)은 통상 그 내부에 균열을 포함하는 전도막(2)의 일부이므로 그 균열로부터 전자들이 방출될 수 있다. 전기 포밍에 의해 형성된 전자 방출 영역을 포함하는 박막(2)은 이하 전자 방출 영역을 포함하는 박막(4)으로 칭한다. 전기 포밍 처리를 한 표면 전도성 전자 방출 소자는, 전자 방출 영역을 포함하는 박막(4)에 적절한 전압을 인가하여, 소자에 전류가 흐르도록 할 때마다 전자 방출 영역(3)으로부터 전자를 방출시킨다.
그러나, 상술한 구성의 종래의 표면 전도형 전자 방출 소자에 있어서는 이하 기술하는 여러가지 문제점을 수반한다.
상술한 표면 전도형 전자 방출 소자는, 구조가 간단하고 제조도 용이하므로, 큰 어려움없이 큰면적에 걸쳐 다수의 소자를 배열 형성할 수 있는 이점이 있다. 그래서, 표면 전도형 전자 방출 소자의 이러한 장점을 살린 여러가지 응용이 연구되고 있다. 예를 들면, 하전빔원 및 전자 표시 장치등을 들 수 있다. 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 포함하는 전형적인 예로서는, 래더형(ladder-like) 형태를 나타내도록 병렬의 행으로 소자를 배치하고, 소자들 각각을 전자원을 형성하도록 소정의 대향 단부에서 열로 배열된 배선(공통 배선)과 각각 결선한 것을 들 수 있다(일본국 특허 공개 공보 제64-31332호, 제1-283749호 및 제1-257552호). 전자 표시 장치 등의 표면 전도형 전자 방출 소자를 포함하는 표시 장치 및 다른 화상 형성 장치에 있어서는, 근래에, CRT 대신에 액정 표시 패널을 포함하는 플랫 패널형 표시 장치가 인기를 얻고 있지만, 이러한 장치에는 문제점이 있다. 문제점 중의 하나는 이 장치가 소위 방출형이 아니므로 액정 표시 패널을 발광시키기 위해 디스플레이에 광원이 추가로 설치되지 않으면 안된다는 점이다. 따라서 방출형 표시 장치의 개발이 산업계에서 요망되고 있다. 상기한 문제점을 해소할 수 있는 방출형 전자 표시 장치는 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 배치한 광원과, 이 전자원으로부터 방출된 전자에 의해 가시광을 발광하는 형광체를 조합하여 사용함으로써 실현될 수 있다(예를 들면, 미합중국 특허 제5,066,883호 참조).
또한, 매트릭스 형태로 배열된 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 포함하는 종래의 광원에 있어서는, 전자 방출에 이어서 형광체의 광방출을 위해, 병렬로 표면 전도형 전자 방출 소자의 각 행을 접속하는 적절한 행지향 배선, 병렬로 표면 전도형 전자 방출 소자의 각 열을 접속하는 열 지항 배선, 및 표면 전도형 전자 방출 소자의 열 방향 또는 소자의 행 방향에 수직한 방향을 따라 전자원 및 형광체를 분리시키는 공간내에 배열된 제어 전극(또는 그리드)에 구동 신호를 인가함으로써 소자가 선택된다(예를 들면, 일본국 특허 공개 공보 제1-283749호). 그러나, 상기 전자원, 및 이 전자원을 포함하는 화상 형성 장치에 사용되는 표면 전도형 전자 방출 소자의 진공 중의 동작에 대해서는 거의 알려지지 않고 있으므로, 안정된 전자 방출 특성을 가지며, 제어 방식으로 효율적으로 동작될 수 있는 표면 전도형 전자 방출 소자를 제공하는 것이 바람직하다. 여기서 표면 전도형 전자 방출 소자의 효율은 진공중으로 방출된 전자에 의해 생성되는 전류(이하, 방출 전류(Ie)라 칭함)에 대한 표면 전도형 전자 방출 소자의 전극 쌍 사이에 흐르는 전류(이하 소자 전류(If)라 칭함)의 전류비로서 정의된다. 이는 작은 소자 전류와 큰 방출 전류를 갖는 것이 바람직하다.
본 기술 분야에 오랫동안 종사하고 있는 본 발명의 발명자들은 표면 전도형 전자 방출 소자의 전자 방출 영역 상과 그 근방에 과도하게 피착되어 있는 오염물이 소자의 성능을 악화시킬 수 있는데, 이러한 오염물은 주로 소자에 사용되는 진공 배기 시스템의 오일의 변질에 기인한 것으로 전자 방출 영역이 모양, 물질 및 조성과 관련하여 제어된다면 이러한 성능 악화는 방지할 수 있다고 강력히 믿고 있다.
따라서, 형광체의 화상 형성 부재를 통상 포함하는 절전형 고품질 화상 형성 장치는 안정된 전자 방출 특성과 제어 방식으로 효율적으로 동작될 수 있는 표면 전도형 전자 방출 소자를 제공한다면 실현될 수 있다. 이러한 향상된 화상 형성 장치는 플랫형 텔레비젼 세트일 수 있다. 저 에너지 소비형 화성 형성 장치는 값싼 구동 회로 및 다른 관련 소자를 필요로 한다.
상기한 상황에 비추어, 본 발명의 목적은 낮은 소자 전류 레벨 및 높은 방출 전류의 안정한 전자 방출 특성을 갖고 있으며 제어 방식으로 효율적으로 동작될 수 있는 신규한 고효율 전자 방출 소자와, 상기한 전자 방출을 포함하는 신규한 전자원 등을 제조하는 신규한 방법 및 상기 전자원을 사용하여 표시 장치 등의 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 특징에 따르면, 본 발명의 상기 목적 및 다른 목적은 한쌍의 대향 배치된 전극과, 이 전극들 사이에 배치되어 있고 고저항 영역을 포함하는 전기 전도성 막을 포함하는 전자 방출 소자를 제공함으로써 이루어지며, 상기 고저항 영역은 탄소를 주성분으로 하는 피막을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 한쌍의 대향 배치된 전극과, 이 전극들 사이에 배치되며 고저항 영역을 포함하는 전기 전도성 막을 포함하는 전기 방출 소자를 제조하는 방법에 있어서, 상기 소자를 활성화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 입력 신호의 함수에 따라 전자를 방출하는 전자 방출 소자를 포함하는 전자원에 있어서, 상기 전자 방출 소자가 상기 기술된 방법으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전자원 및 입력 신호의 함수에 따라 화상을 형성하는 화상 형성 부재를 포함하는 화상 형성 장치에 있어서, 상기 전자원이 상술한 방법으로 형성된 전자 방출 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 양호한 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명 보다 상세히 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 플랫(flat)형 표면 전도형 전자 방출 소자의 기본 구성을 나타내는 개략적인 평면도 및 측단면도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 표면 전도형 전자 방출 소자의 제조 방법의 다른 단계들을 나타내는 개략적인 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 표면 전도형 전자 방출 소자의 특성 평가를 위한 측정 평가 시스템의 블럭도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발병에 따른 표면 전도형 전자 방출 소자에 행해지는 통전 처리(electrically energizing process)동안 관측되는 전압 파형을 나타내는 그래프.
도 5는 소자 전류와 활성화 처리(activation process) 시간 간의 관계를 나타내는 그래프.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 활성화 처리 전후의 표면 전도형 전자 방출 소자의 한 실시예를 나타내는 개략적인 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 표면 전도형 전자 방출 소자의 한 실시예의 소자 전압과 방출 전류간의 관계와 소자 전압과 소자 전류간의 관계를 나타내는 그래프.
도 8은 이후에 기술할 실시예 2에 사용되는 본 발명에 따른 전자원의 한 실시예의 기판, 특히 기판의 간단한 매트릭스 구성의 개략적인 평면도.
도 9는 도 8의 전자원의 실시예의 기판의 개략적인 사시도.
도 10a 및 도 10b은 도 8의 실시예에서 달리 사용될 수 있는 2개의 다른 형광층의 확대 개략 평면도.
도 11은 이후에 기술하는 실시예 1에 사용되는 전자원의 평면도.
도 12는 이후에 기술하는 실시예 3의 활성화 처리를 위한 시스템의 블럭도.
도 13은 이후에 기술하는 실시예 2에 사용되는 본 발명에 따른 화상 형성 장치의 실시예의 전자원의 기판에 대한 확대 개략 부분 평면도.
도 14는 선 A-A'를 따라 절취한 도 13의 기판의 확대 개략 측단면도.
도 15a 내지 도 15d 및 도 16e 내지 도 16h는 도 13의 기판 및 그 기판을 제조하는 방법의 다른 단계들을 나타내는 개략적인 부분 측단면도.
도 17 및 도 18은 실시예9의 화상 형성 장치에 달리 사용되는 전자원의 2개의 다른 기판의 개략적인 평면도.
도 19 및 도 22는 실시예 9의 화상 형성 장치에 달리 사용되는 2개의 다른 패널의 개략적인 사시도.
도 20 및 도 23은 실시예 9의 화상 형성 장치를 구동하는데 달리 사용되는 2개의 다른 전자 회로의 블럭도.
도 21a 내지 도 21f 그리고 도 24a 내지 도 24i는 실시예 9의 화상 형성 장치를 달리 구동하는데 사용되는 2개의 다른 타이밍 챠트 세트.
도 25는 실시예 10의 표시 장치의 블럭도.
도 26은 본 발명에 따른 스텝형 표면 전도형 전자 방출 소자의 실시예의 개략적인 측면도.
도 27은 종래의 표면 전도형 전자 방출 소자의 개략적인 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판
3 : 전자 방출 영역
4 : 박막
5,6 : 소자 전극
30 : 전류계
31 : 전원
33 : 고전압원
34 : 애노드
81 : 기판
82 : X 방향 배선
83 : Y 방향 배선
85 : 접속배선
91 : 배면판
92 : 지지 프레임
93 : 유리 기판
95 : 금속 백(metal back)
1001 : 디코드 회로
1002 : 직렬/병렬 변환회로
1003 : 라인 메모리
1004 : 변조 신호 발생 회로
1005 : 타이밍 제어 회로
1006 : 주사 신호 발생 회로
25100 : 표시 패널
25101 : 표시 패널 구동 회로
25102 : 표시 패널 제어 회로
25103 : 멀티플랙서
25104 : 디코더
25105 : 입력/출력 인터페이스 회로
25106 : CPU
25107 : 화상 발생 회로
25108,25109,25110 : 화상 메모리 인터페이스 회로
25111 : 화상 입력 인터페이스 회로
25112,25113 : TV 신호 수신 회로
25114 : 입력부
이하 본 발명의 양호한 실시예에 관하여 설명한다.
본 발명은 신규한 표면 전도형 전자 방출 소자 및 그 제조 방법과, 상기 소자를 포함하는 신규한 전자원 그리고 이 전자원을 포함하는 표시 장치 및 이 장치의 응용인 화상 형성 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 표면 전도형 전자 방출 소자는 플랫형 또는 스텝형 중 어느 하나에 의해 실현될 수 있다. 먼저 플랫형 표면 전도형 전자 방출 소자에 대해 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 플랫형 표면 전도형 전자 방출 소자의 기본 구성을 나타내는 개략적인 평면도 및 측단면도이다.
도 1a 및 도 1b에서, 상기 소자는 기판(1), 한쌍의 소자 전극(5, 6), 전자 방출 영역(3)을 포함하는 박막(4)으로 구성되어 있다. 기판(1)에 사용될 수 있는 재료는 석영 유리, Na 등의 불순물 함유량을 감소시킨 유리, 청판(soda lime) 유리, 청판 유리 상에 스퍼터링법에 의해 SiO2층을 형성시킨 유리 기판, 알루미나와 같은 세라믹 물질을 포함한다.
대향 배치된 소자 전극(5, 6)은 높은 도전성 재료이면 어떤 재료라도 관계가 없지만, 양호한 후보 물질은 Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu 및 Pb 등의 금속 그리고 이들의 합금과 Pd, Ag, RuO2, Pd-Ag 및 유리로부터 선택된 금속 또는 금속 산화물로 이루어진 인쇄가능한 도전 재료, In2O3-SnO2와 같은 투명 도전 재료 및 폴리 실리콘 등의 반도체 재료등을 포함한다.
소자 전극을 분리시키는 간격(L1), 소자 전극의 길이(W1), 전기 전도성 박막(4)의 윤곽 및 본 발명에 따른 표면 전도형 전자 방출 소자의 설계를 위한 다른 요소는 소자의 응용에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 텔레비젼 세트등의 화상 형성 장치에 사용되면, 정밀한 크기 요구도를 충족시키면서 텔레비젼 세트의 화면에 대한 충분한 밝기를 보장하기 위해 만족할 만한 방출 전류를 제공하는 것이 요구되지만 텔레비젼 세트가 고품위형인 경우 매우 작은 각 화소의 크기에 대응하는 크기를 갖지 않으면 안된다.
소자 전극(5, 6)을 분리시키는 거리(L1)는 수백 나노미터와 수백 마이크로미터 사이가 바람직하고, 특히 소자 전극에 인가되는 전압 및 전자 방출에서 얻을 수 있는 전계 강도에 따라 수 마이크로미터와 수십 마이크로미터간이 적당하다.
소자 전극(5, 6)의 길이(W1)는 전극의 저항값 및 소자의 전자 방출 특징에 따라 수 마이크로미터 및 수백 마이크로미터가 적당하다. 소자 전극(5, 6)의 막 두께(d)는 수십 나노미터와 수마이크로미터 사이이다.
본 발명에 따른 표면 전도형 전자 방출 소자는 도 1a 및 도 1b에 도시한 구성 이외의 구성을 가질 수 있으며, 또한 기판(1) 상에 전자 방출 영역을 포함하는 박막(4)과 박막상에 대향 배치되는 한 쌍의 소자 전극(5, 6)을 적층하여 형성할 수도 있다.
전기 전도성 박막(4)은 우수한 전자 방출 특성을 제공하도록 미세한 입자로 된 막이 바람직하다. 전기 전도형 박막(4)의 두께는 소자 전극(5, 6) 상의 박막의 스텝된 범위(stepped coverage), 소자 전극(5, 6) 간의 전기 저항값 및 다른 요소등과 관련하여 이후 기술하는 포밍 작업에 대한 파라미터의 함수로써 결정되지만, 1 나노미터 내지 수백 나노미터 사이, 특히 1 나노미터 내지 50 나노미터 사이가 적당하다. 박막(4)은 통상 103내지 107Ω/□의 단위 면적당 저항값을 나타낸다.
전자 방출 영역을 포함하는 박막(4)은 Pd, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W 및 Pb와 같은 금속, PdO, SnO2, In2O3, PbO 및 Sb2O3등의 산화물, HfB2, ZrB2, LaB6, CeB6, YB4및 GdB4등의 붕화물, TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC 및 WC 등의 탄화물, TiN, ZrN 및 HfN 등의 질화물, Si 및 Ge 등의 반도체, 및 탄소로부터 선택된 재료의 미립자로 이루어진다.
여기서 사용되는 "미립자 막"이라는 용어는 다수의 미립자로 구성된 박막이며, 그 미세구조로서 미립자가 개개로 분산 배치된 상태일 뿐만 아니라, 미립자가 서로 인접 또는 무작위로 중첩된 상태(특정한 조건에서 아일랜드 구조를 형성)의 막을 칭한다.
본 발명의 목적에 사용되는 미립자의 직경은 1 나노미터 내지 수백 나노미터, 특히 1 나노미터 내지 20 나노미터 사이이다.
전자 방출 영역은 전기 전도형 박막(4)의 일부분이며, 전지 전도형 박막(4)의 두께 및 재료 그리고 이후 기술할 전기 포밍 처리에 의존하지만 전기적으로 높은 저항성 균열을 포함한다. 또한 이것은 수옹스트롬 내지 수백 옹스트롬의 직경을 가진 전기 전도성 미립자를 포함할 수 있다. 전자 방출 영역(3)의 재료는 전자 방출 영역을 포함하는 박막(4)을 형성하는데 사용될 수 있는 재료의 전체 또는 그 일부분으로부터 선택될 수 있다. 박막(4)은 탄소 및/또는 전자 방출 영역(3) 및 그 인접 영역의 탄소 화합물을 포함한다.
이하 다른 프로파일을 가진 본 발명에 따른 표면 전도형 전자 방출 소자 또는 스텝형 표면 전도 전자 방출 소자에 대하여 설명한다.
도 26은 스텝형 표면 전도형 전자 방출 소자의 개략적인 사시도로서, 그 기본 구성을 나타낸다.
도 26에 도시된 바와 같이, 소자는 기판(1), 한쌍의 소자 전극(265, 266) 및 전자 방출 영역(263)을 포함하는 박막(264)을 포함하는데, 이들 구성 요소들은 상술한 플랫형 표면 전도형 전자 방출 소자와 같은 재료로 구성되고, 진공 피착, 인쇄 또는 스퍼터링법에 의해 발생되는 SiO2등의 절연 물질로 이루어진 스텝 포밍섹션(step-forming section)(261)을 또한 구비하는데, 이 섹션(261)은 상술한 플랫형 표면 전도형 전자 방출 소자의 소자 전극을 분리시키는 간격(L1)에 대응하는 막 두께를 갖고, 이 막 두께는 통상 사용되는 스텝 포밍 섹션을 제조하는 방법, 소자 전극에 인가되는 전압 및 전자 방출에서 얻는 전계 강도의 함수로서 선택되기는 하지만 수십나노미터 내지 수십마이크로미터 및 수십나노미터 내지 수십마이크로미터 사이가 적당하다.
전자 방출 영역을 포함하는 박막(264)이 소자 전극(265, 266) 그리고 스텝형 섹션(261) 후에 형성되므로, 양호하게 소자 전극(265, 266) 상에 놓일 수 있다. 전자 방출 영역(263)이 도 26에서 직선형 아우트라인을 갖는 것으로 되어 있지만, 그 위치 및 윤곽은 그것이 형성되는 조건, 전기 포밍 조건 및 다른 관련된 조건에 의존하여 직선형 아우트라인만으로 한정되지 않는다.
전자 방출 영역(3)을 포함하는 전자 방출 소자의 제조를 위한 여러가지 방법이 강구될 수 있으며, 도 2a 내지 도 2c는 통상적인 방법의 일예를 나타낸다.
이제부터 도 1a 및 도 1b 그리고 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 본 발명에 따른 플랫형 표면 전도형 전자 방출 소자의 제조 방법을 설명한다.
1) 기판(1)을 세제, 순수 및 유기용제에 의해 충분히 세정후, 진공 증착법, 스퍼터링법등에 의해 소자 전극재료를 피착한 후, 포토리소그래픽기술에 의해 기판면 상의 한쌍의 소자 전극(5,6)을 형성한다(도 2a).
2) 기판(1)상에 설치된 한쌍의 소자 전극(5,6) 사이에, 소자 전극(5,6)을 형성한 기판 상에 유기 금속 용액을 도포하여 소정의 시간 주기 동안 방치하는 것에 의해, 유기 금속 박막을 형성한다. 또한, 여기서 사용되는 유기 금속 용액이라고 하는 것은 Pd, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W 및 Pb를 포함하는 상술한 금속의 그룹으로부터 선택된 금속을 주원소로 하는 유기 화합물의 용액이다. 이후, 유기 금속 박막을 가열 소성처리하고 리프트 오프(lift-off) 또는 에칭 등의 적절한 기술을 이용하여 패터닝하여, 전자 방출 영역을 형성하는 박막(2)을 형성한다(도 2b). 또한, 여기서는, 유기 금속 용액의 도포법에 의해 설명했으나, 진공 증착법, 스퍼터링법, 화학적 기상 피착법, 분산 도포법, 디핑법(dipping), 스피너(spinner)법 등에 의해 형성되는 경우도 있다.
3) 이어서, "포밍"이라고 불리우는 통전처리를 소자 전극(5,6) 사이에 전압을 전원(도시 생략)에 의해 펄스 형태, 또는 승전압에 의한 통전 처리가 행해지면, 전자 방출 영역을 형성하는 박막(2)의 영역에 구조가 피착한 전자 방출 영역(3)이 형성된다(도 2c). 이 통전 처리에 의해 박막(2)을 국부적으로 파괴, 변형 또는 변질시켜, 구조가 변한 영역을 전자 방출영역(3)이라 한다.
소자에 대해 행해지는 포밍 작업 및 활성화 작업을 포함하는 전기적 처리에의 나머지 모든 단계는 도 3과 관련하여 이하에 기술되는 측정 평가 시스템을 사용함으로써 수행된다.
도 3은 도 1에 예시한 구성을 갖는 전자 방출 소자의 특성을 측정하기 위한 측정 평가 시스템의 개략적인 블럭도이다. 도 3에서, 소자는 기판(1), 한쌍의 소자 전극(5,6), 전자 방출 영역(3)을 포함하는 박막(4)을 포함한다. 이와 달리, 측정 평가 시스템은 소자 전극(5, 6) 간의 전자 방출 영역(3)을 포함하는 박막(4)을 통해 흐르는 소자 전류(If)를 측정하기 위한 전류계(30), 소자 전압(Vf)을 소자에 인가하기 위한 전원(31), 소자의 전자 방출 영역으로 부터 방출되는 방출 전류(Ie)를 포착하기 위한 애노드(34), 측정 평가 시스템의 애노드(34)에 전압을 인가하기 위한 고전압원(33) 및 소자의 전자 방출 영역(3)으로부터 방출되는 방출 전류(Ie)를 측정하기 위한 다른 전류계(32)를 포함한다.
소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)를 측정하기 위해, 소자 전극(5,6)은 전원(31) 및 전류계(30)에 접속되고, 애노드(34)는 소자 상부에 배치되어 전류계(32)를 통해 전원(33)에 접속된다. 테스트될 전자 방출 소자 및 애노드(34)가 진공 챔버 내에 설치되고, 이 진공 챔버 내에는 배기 펌프, 진공 게이지, 및 진공 챔버의 동작에 필요한 다른 기기가 구비되어, 소망의 진공 조건하에서 소자의 측정 평가를 행해질 수 있다. 또한, 상기 배기 펌프에는 터보 펌프 또는 로터리 펌프로 이루어진 통상적인 고진공 시스템이나 자기 레비테이션(levitation) 터보 펌프 또는 건식 펌프 등의 오일을 사용하지 않는(oil-free) 펌프를 포함하는 오일을 사용하지 않는 고 진공 시스템, 및 이온 펌프를 포함하는 초 고진공 시스템이 제공될 수 있다.
측정 평가 시스템의 진공 챔버는, 니들 밸브를 통해 활성화 작업이 진공 챔버 내에서 수행될 수 있도록 진공 펌프 내에 가스 형태로 유기물질을 공급하는 하나 이상의 유기 물질을 포함하는 앰풀(ampoule) 또는 가스 펌프에 연결된다. 공급 레이트(rate)는 진공 게이지를 통해 챔버 내의 진공도를 감시하는 니들 밸브 및 배기 펌프의 제어에 의해 조절될 수 있다.
진공 챔버 및 전자원의 기판은 히터(도시 생략)에 의해 대략 200 ℃까지 가열될 수 있다.
소자의 성능을 측정하기 위해, 1 내지 10 KV의 전압이 애노드에 인가되며, 애노드는 2 내지 8 mm의 거리(H) 만큼 전자 방출 소자로 부터 이격되어 있다.
포밍 작업 동안, 일정 펄스 전압 또는 상승하는 펄스 전압이 인가될 수 있다. 일정한 펄스 전압을 사용하는 동작을, 일정한 펄스 파고를 가진 펄스 전압을 나타내는 도 4a와 관련하여 설명한다.
도 4a에서, 펄스 전압은 펄스 폭 T1 및 펄스 간격 T2을 갖는데, 이들은 각각 1 내지 10 마이크로초 및 10 내지 100 마이크로초 사이이다. 삼각파의 높이(전기 포밍 작업용 피크전압)는 전압이 진공 상태에서 인가되면 적절히 선택될 수 있다.
도 4b는 펄스 파고가 시간과 함께 증가하는 펄스 전압을 나타낸다. 도 4b에서, 펄스 전압은 각각 1 내지 10마이크로초 및 10 내지 100 마이크로초 간의 폭 T1 및 펄스 간격 T2을 갖는다. 삼각파의 파고(전기 포밍 작업용 피크 전압)는 예를 들면 진공 상태에서 스텝당 0.1V의 비율로 증가된다.
전기 포밍 작업은 대략 0.1V의 전압이 박막을 국부적으로 파괴 또는 변형시키도록 소자 전극에 인가될 때 전자 방출 영역을 형성하는 박막(2)을 통해 흐르는 소자 전류에 대해 1 MΩ 이상의 저항값이 관측될 때 종료될 것이다. 전기 포밍 작업이 종료될 때 관측되는 전압을 포밍 전압(Vf)이라 한다.
상술한 바와 같이 전기 포밍 동작으로 전자 방출 영역을 형성하기 위해 삼각파 펄스 전압을 소자 전극에 인가하는 동안 펄스 전압이 구형 등의 다른 파형을 가질 수 있고 펄스 간격은 이들이 소자 저항값 및 전자 방출 영역을 형성하기 위한 요구 조건에 상응하는 다른 값의 함수로서 선택되는 경우 상술한 값과 다른 값으로 될 수 있다. 또한, 포밍 전압은 재료 및 소자의 구성 그리고 다른 관련 요소에 의해 결정되므로, 일정한 파고를 가진 펄스 전압을 인가하는 것보다 증가하는 파고를 가진 펄스 전압을 인가하는 것이 바람직한데, 그 이유는 소망의 에너지 레벨이 소자에 대한 소망의 전자 방출 특성을 향상시키도록 각 소자에 대해 쉽게 선택될 수 있기 때문이다.
4) 전기 포밍 동작 후에 소자는 활성화 처리의 지배를 받게 되는데, 여기서는 일정한 파고를 갖는 펄스 전압이 포밍 동작의 경우에서와 같이 소망의 진공도에서 소자에 반복적으로 인가되어, 결국 탄소 또는 탄소 화합물이 진공 상태에서 존재하는 유기 물질로부터 소자 상에 피착되어 소자의 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)가 현저하게 변한다(이하 활성화 처리라고 함). 유기 물질은 진공 상태에서 유지되는 방식으로 유기 물질을 포함하는 터보 펌프 또는 로터리 펌프에 배열하여 어떤 오일 없이 소자를 포함하는 진공 챔버 속으로 하나 이상의 소정의 탄소 화합물을 공급함으로써 진공 상태로 공급될 수 있다.
진공 챔버 속으로 공급되는 탄소 화합물은 유기 물질이 바람직하다. 활성화 처리는 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)를 측정할 때 방출 전류(Ie)가 포화점에 도달할 때 종료된다. 도 5는 통상 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)가 활성화 처리의 기간에 따르는 방법을 나타내고 있다. 활성 처리에서, 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)의 시간 의존성은 진공도 및 소자에 인가되는 펄스 전압의 함수에 따라 변하고, 그 윤곽 및 박막의 변형 부분의 상태는 포밍 처리를 행하는 방법에 따르는 것에 주의할 필요가 있다. 도 5에서, 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)의 시간 의존성은 통상적인 고 저항 활성화 처리 및 통상적인 저저항 활성화 처리로써 예시되어 있다. 두가지 경우에 있어서, 방출 전류(Ie)가 활성화 처리의 지속 시간에 따라 증가함으로 소자는 그 응용에 요구되는 방출 전류(Ie)의 레벨에 접근하게 됨을 알 수 있다.
본 발명의 목적을 위해 적절히 사용될 수 있는 유기 물질은 포밍 처리에 의해 변형되거나 변질된 소자의 영역(3)에서 효과적으로 흡수되는 온도에서 0.2 hPa 보다 크고 5,000 hPa 보다 작으며, 바람직하게는 10 hPa 보다 크고 5,000 hPa보다 작은 증기압을 나타낸다.
활성화 처리는 유기 물질 공급 및 소자의 온도 제어의 관점에서 볼 때 정상 온도에서 행해지는 것이 바람직하다.
20 ℃에서 활성화 처리가 행해지면, 본 발명의 목적에 적절히 사용될 수 있는 유기 물질은 0.2 hpa 보다 크고 5,000 hpa 보다 작은 증기압을 나타낼 필요가 있다.
본 발명의 목적에 사용될 수 있는 유기 물질은 알칸, 알켄 및 알킨 등의 지방족 탄화 수소, 방향족 탄화수소, 알콜, 알데히드 케톤, 아민 및 페닐산, 카르본산 등의 유기산 그리고 술폰산 뿐만 아니라 요구되는 증기압을 발생시킬 수 있는 그들의 유도체를 포함한다.
본 발명의 목적에 적절히 사용되는 몇몇의 특정한 유기 물질은 부타디엔, n-헥산, 1-헥산, 벤젠, 톨루엔, o-크릴렌, 벤조니트릴, 클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 메탄올, 에탄올, 이소프로필, 알코올, 포름 알데히드, 아세트 알데히드, 프로판올, 아세톤, 에틸, 메틸, 케톤, 디에틸 케톤, 메틸아민, 에틸아민, 에틸렌 디아민, 페놀, 포름산, 아세트산 및 프로피온산을 포함한다.
활성화 처리는 유기 물질의 증기압이 20 ℃의 진공 챔버에서 5,000 hpa를 초과하는 경우 과도한 시간 소모로 인해 본 발명에 따른 전자 방출 소자용으로 실용적이지 못하게 된다.
한편 진공 챔버내의 유기 물질의 증기압이 20 ℃인 진공 챔버에서 0.2 hpa 이하로 떨어지는 경우, 이하 기술하는 스텝(5)의 추가 탄소 및/또는 탄소 화합물을 피착시키는 동작이 실용적이지 못하며, 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)가 일정 레벨에 도달하기 어렵게 된다. 상기와 같은 경우에, 방출 전류는 소자 변화를 드라이빙(driving)하기 위한 구동 전압의 펄스 폭에 따라 가변적일 수 있다(이 현상을 이하 펄스 폭 의존성이라 함). 이 현상은 활성화 처리후 거의 제거되는 소자의 전자 방출 영역 내 및 그 근방의 영역상에 남아 있는 오일 성분 등의 유기 물질의 잔여물을 흡수하는데 기여할 수 있다. 상기한 현상이 존재하면, 소자에 인가되는 펄스 전압의 펄스 폭을 제어함에 의해 전자 방출 소자의 전자 방출율을 제어하는 소위 펄스 변조 또는 기술 그리고(이하 기술하는 바와 같이) 간단한 매트릭스의 형태로 배열되는 전자 방출 소자를 포함하는 디스플레이 매체 상에 화상의 계조적 표시를 더이상 실행할 수 없게 된다. 또한, 다수의 전자 방출 소자가 이후 기술하는 바와 같은 플랫형 표시 패널의 경우에서와 같이 좁은 공간에 배열되는 경우, 활성화에 사용되는 오일 성분등의 흡수력이 높은 유기 물질이 좁은 공간내에 골고루 분산되지 않거나 활성화 처리 후에 제거되지 않아서 소자의 펄스폭 의존성에 악영향을 미칠 수 있다.
상술한 이유로 인해, 활성화 처리시의 유기 물질의 증기압은 20 ℃에서 0.2 hpa 내지 5,000 hpa가 바람직하다.
유기물질의 국부 공급 압력은 통상적인 배기 소자가 사용되는 경우 10-2내지 10-7토르가 바람직하다.
유기 물질의 증기압을 Pro 그리고 국부 공급 압력을 Pr로 가정하면, 국부 공급압력 Pr은 Prox10-8보다 큰 것이 좋으며 포함되는 유기 물질의 함수로서 결정되는 것이 좋다.
유기 물질의 국부 공급 압력이 상기 레벨 이하이면, 활성화 처리시 과도하게 시간이 소모되게 되어 본 발명에 따른 전자 방출 소자용으로 실용적이지 못하다.
활성화 처리는 처리시에 사용되는 펄스 전압이 포밍전압 Vform 보다 훨씬 높으면 고저항 활성 처리라고 하며, 처리에 사용되는 펄스 전압이 포밍 전압 Vform 보다 훨씬 낮으면 저 저항 활성화 처리라고 한다. 특히, 다음에서 정의되는 소자의 전압 제어 부성 저항을 나타내는 개시 전압 Vp가 상기 차이에 대한 참조예를 제공한다. 고저항 활성화 처리에 의해 활성화되는 전자 방출 소자는 성능의 관점에서 볼 때 저저항 활성화 처리에 의해 활성화되는 것보다 바람직하다. 구체적으로 활성화 처리는 소자의 동작 전압에 의해 본 발명에 따른 전자 방출 소자에 따라 행해지는 것이 바람직하다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 전자 방출 소자가 FESEM 또는 TEM를 통해 관찰할 때 고 및 저 저항 활성화 처리는 처리되는 방법을 개략적으로 나타내고 있다. 도 6a 및 도 6b 각각은 고 저항 활성화 처리 및 저 저항 활성화 처리에 의해 처리되는 소자의 개략적인 단면도를 나타낸다. 고 저항 활성화 처리(도 6a)에서, 탄소 및/또는 탄소 화합물은 전기 포밍에 의해 변형되는 영역(3) 위에 국부적으로 소자의 고전위측 상에 뚜렷하게 피착되어 있는데 반해 소자의 저 전위측 상에는 약하게 피착되어 있다. 큰 배율을 가진 현미경으로 관찰한바, 탄소 및/또는 탄소 화합물의 피착이 소자의 몇몇의 미립자 부근에서 발견되었다. 그러나 몇몇의 경우에 전극이 서로 근접되게 배치되는 경우에는 소자 전극 상에서 발견되었다. 증착된 막의 두께는 500 옹스트롬 이하, 특히 3,000 옹스트롬 이하가 바람직하다.
TEM 또는 로만(Roman) 현미경을 통해 관찰하면, 증착된 탄소 및/또는 탄소 화합물이 대개 그래파이트(graphite)(단결정 및 다결정) 및 비결정 탄소(또는, 비결정 탄소와 다결정 그래파이트의 혼합물) 상태로 발견되었다.
한편, 저 저항 활성화 처리(도 6b)에 있어서, 탄소 및/또는 탄소 화합물의 증착은 전기 포밍에 의해 변형되는 영역(3)에서만 발견되었다. 큰 배율을 가진 현미경을 통해 관찰하면, 탄소 및/또는 탄소 화합물의 증착은 소자의 몇몇의 미립자의 부근에서 발견되었다.
도 5는 저 저항 활성화 처리에 의한 소자 및 고 저항 활성화 처리 보다 높은 본 발명에 따른 소자의 방출 전류를 발생시키는 것을 나타낸다.
5) 전기 포밍 처리 및 활성화 처리시에 처리되는 전자 방출 소자는 활성화 처리 진공도 보다 높은 진공도로 동작하도록 구동된다. 여기서, 활성화 처리시의 진공도 보다 높은 진공도는 10-6이상의 진공도, 바람직하게는 탄소 및 탄소 화합물이 소자에 추가적으로 피착될 수 없는 초 고진공을 의미한다.
따라서, 이것에 의해 그 이상의 탄소 및 탄소 화합물의 증착을 제어할 수 있어서, 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)가 일정하게 안정된다.
이제부터 본 발명에 따라 상술한 방식으로 형성된 전자 방출 소자의 몇몇의 기본 특징에 대하여 도 7을 참조하여 이하에 설명한다.
도 7은 도 3의 측정 평가 시스템에 의해 통상 관측되는 소자 전압(Vf) 및 방출 전류(Ie) 그리고 소자 전류(If) 간의 관계를 개략적으로 나타내는 그래프를 도시한다. 여기서 다른 유닛은 방출 전류(Ie)가 소자 전류(If) 보다 훨씬 작은 크기를 갖고 있다는 사실에 비추어 도 7의 방출 전류(Ie) 및 소자 전류(If)로서 임의로 선택된 것이다. 도 7로 부터 알수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 전자 방출 소자는 이하 기술하는 방출 전류(Ie)와 관련하여 3가지 뚜렷한 특징이 있다.
첫째로, 본 발명에 따른 전자 방출 소자는 이 소자에 인가되는 전압이 특정한 레벨(이하 임계전압이라 하며, 도 7에 Vth로 표시)을 초과할 때 방출 전류(Ie)가 급격하게 증가함을 나타낸다. 반면에, 방출 전류(Ie)는 인가 전압이 임계갑(Vth)보다 낮은 경우에는 실질적으로 검출할 수 없다. 달리 말하면, 본 발명에 따른 전자 방출 소자는 방출 전류(Ie)에 대한 명확한 임계 전압(Vth)을 가진 비 선형 소자이다.
둘째로, 방출 전류(Ie)가 소자 전압(Vf)에 크게 의존하기 때문에, 방출 전류(Ie)는 소자 전압(Vf)에 의해 효과적으로 제어될 수 있다.
세째로, 애노드(34)에 의해 포착되는 방출 전하는, 소자 전압(Vf)의 인가 시간의 함수이다. 즉, 애노드(34)에 의해 포착되는 전하의 양은 소자 전압(Vf)이 인가되는 시간에 의해 효과적으로 제어될 수 있다.
상술한 뚜렷한 특징으로 인해, 본 발명에 따른 복수의 전자 방출 소자를 포함하는 전자원의 전자 방출 동작 및 상기 전자원을 포함하는 화상 형성 장치의 전자 방출 동작이 입력 신호에 응답하여 쉽게 제어될 수 있음을 알 수 있다. 따라서 이러한 전자원 및 화상 형성 장치는 다양하게 응용될 수 있다.
한편, 소자 전류(If)는 소자 전압(Vf)에 대하여 단조 증가(도 7에 실선으로 표시한 바와 같이, 이하 이 특성은 MI 특성이라 칭함), 또는 전압 제어 부성 저항 특성(도 5에 파선으로 표시한 바와 같이 이하 이 특성을 VCNR 특성이라 칭함)에 대한 특정한 형태를 나타내도록 변화한다. 이러한 소자 전류의 특성은 제조 방법, 그것이 측정 평가되는 조건 및 소자를 동작시키는 환경을 포함하는 요소의 수에 따른다. VCNR 특성에 대한 기준 전압은 경계 전압(Vp)이라 한다.
따라서, 소자 전류(If)의 VCNR 특성은 전기 포밍 처리의 전기 조건, 진공 시스템의 진공 조건, 특히 전기 포밍 처리 후에 진공 측정 평가 시스템에서 전자 방출 소자의 성능이 측정될 때 측정 평가 시스템의 진공 및 전기 조건(예를 들어, 소자의 전류-전압 특성을 판정하기 위해 전자 방출 소자에 인가되는 전압이 저에서 고로 스위프되는 스위프, 즉 스위프 레이트(sweep rate)), 및 전자 방출 소자의 소자 전류가 상술한 3가지 특징은 상실하지 않았지만, 특정 평가 동작 전에 진공 시스템에 남겨진 전자 방출 소자의 시간 기간을 포함하는 다수의 요소의 함수에 따라 뚜렷하게 변한다.
이제부터, 본 발명에 따른 전자원에 대하여 설명한다.
전자원 및 그에 따른 화상 형성 장치는 기판 상에 본 발명에 따른 복수의 전자 방출 소자를 배치함으로써 실현될 수 있다. 전자 방출 소자는 다수의 다른 모드로 기판상에 배치될 수 있다. 가령, 광원과 관련하여 전술한 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자가 특정 방향(이하 행 방향이라 한다)을 따라 행으로 배열될 수 있는데, 각 소자는 그 대향 단부에서 배선에 의해 접속되며, 행 방향에 수직한 방향(이하, 열 방향이라 칭함)을 따라 전자 방출 소자 상부의 공간에 배치된 제어 전극(이하, 그리드 또는 변조 수단이라 칭함)에 의해 동작하도록 구동되며, 또는 다르게는 이하에 기술하는 바와 같이, X 방향 배선의 전체 및 Y 방향 배선의 전체가 각 표면 전도형 전자 방출 소자의 소자 전극 쌍이 X 방향 배선 중 하나 및 Y 방향 배선 중 하나에 각각 접속되도록 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자와 함께 X 방향 배선과 Y 방향 배선 간에 배치된 층간 절연층에 배치된다. 후자의 배열 상태를 간단한 매트릭스 배열이라 한다.
이제부터 간단한 매트릭스 배열에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 표면 전도형 전자 방출 소자의 3가지 간단한 특성에 대하여, 간단한 매트릭스 배열을 가진 표면 전도형 전자 방출 소자 각각은 임계 전압 레벨 이상으로 소자의 대향 전극에 인가되는 펄스 전압의 파고 및 펄스 폭을 제어함으로써 전자 방출을 제어할 수 있다. 한편, 소자는 임계 전압 레벨 이하에서는 어떤 전자도 방출하지 않는다. 따라서, 전자 방출 소자의 수에 관계없이, 소망의 표면 전도형 전자 방출 소자가 선택되어 선택된 소자들 각각에 펄스 전압을 인가함으로써 입력 신호에 응답하여 전자 방출이 제어될 수 있다.
도 8은 상기 특징을 사용함으로써 실현되는 본 발명에 따른 전자원의 기판에 대한 개략적인 평면도이다. 도 8에서, 전자원은 기판(81), X방향 배선(82), Y 방향 배선, 표면 전도형 전자 방출 소자(84) 및 접속 배선(85)을 포함한다. 표면 전도형 전자 방출 소자는 플랫형 또는 스텝형 중 어느 하나일 수 있다.
도 8에서, 전자원의 기판(81)은 유리기판일 수 있으며, 기판에 배치되는 표면 전도형 전자 방출 소자의 수 및 구성은 전자원의 응용에 따라 적절하게 결정될 수 있다.
도면에 DX1, DX2, …, DXm 등으로 표시되어 있는 m개의 X 방향 배선(82) 전체가 제공되어 있는데, 이들은 기상 증착, 인쇄 또는 스퍼터링에 의해 형성된 도전성 금속으로 이루어진다. 이들 배선은 재료, 두께 및 폭에 대해 지정되어 있는데, 필요한 경우에는 실질적으로 동일한 전압이 표면 전도형 전자 방출 소자에 인가될 수 있다. DY1, DY2…DYn으로 표시되어 있는 n개의 Y 방향 배선 전체는 재료, 두께 및 폭에 있어서 X 방향 배선과 유사하다. 층간 절연층(도시 생략)은 m개의 X 방향 배선과 n개의 Y 방향 배선 사이에 배치되어 매트릭스를 형성하는 m개의 X 방향 배선 및 n개의 Y 방향 배선을 서로 전기적으로 분리시킨다(여기서, m 및 n은 정수).
층간 절연층(도시생략)은 통상 SiO2로 이루어지며, 진공 증착, 인쇄 또는 스피터링을 통해 소망의 윤곽을 나타내도록 절연 기판(81)의 전표면 또는 일부상에 형성된다. 층간 절연층의 두께, 재료, 및 제조 방법은 배선 교차점에서 X 방향 배선(82)과 Y 방향 배선(83) 간의 어떤 전위차도 견딜수 있도록 선택된다. X 방향 배선(82) 및 Y 방향 배선(83) 각각은 외부 단자를 형성하도록 외부로 인출되어 있다.
표면 전도형 전자 방출 소자(84)의 각각의 대향 배열 전극(도시생략)은 진공 증착, 인쇄 또는 스퍼터링에 의해 형성되며 도전성 금속으로 이루어진 각 접속 배선(85)에 의해 m개의 X 방향 배선(82) 중 관련된 하나의 배선 및 n개의 Y 방향 배선(83) 중 관련된 하나에 접속된다.
소자 전극의 전기 전도성 금속 재료 및 m개의 X 방향 배선(82) 및 n개의 Y 방향 배선(83)으로부터 연장하는 접속 배선(85)의 전기 전도성 금속 재료는 동일하거나 또는 성분에 있어서 공통 요소를 포함할 수 있는데, 접속 배선의 전기 전도성 금속 재료는 대략 소자 전극의 금속 재료에 따라 선택된다. 소자 전극 및 접속 배선이 동일 재료인 경우 접속 배선을 식별하지 않고 공통적인 소자 전극이 될 수 있다. 표면 전도형 방출 소자는 기판(81) 또는 층간 절연층(도시 생략)상에 직접 배열될 수 있다.
X 방향 배선(82)은 표면 전도형 전자 방출 소자(84)의 선택된 행에 주사 신호를 인가하여 입력 신호에 따라 선택된 행을 주사하기 위해 주사 신호 발생 수단(도시생략)에 전기적으로 접속된다.
한편, Y방향 배선(83)은 표면 전도형 전자 방출 소자(84)의 선택된 열에 변조 신호를 인가하여 입력 신호에 따라 선택된 열을 변조하기 위해 변조 신호 발생 수단(도시생략)에 전기적으로 접속된다.
각 표면 전도형 전자 방출 소자에 인가되는 구동 신호는 주사 신호 및 소자에 인가되는 변조 신호의 전압차로서 표시된다.
이제부터, 본 발명에 따른 간단한 매트릭스 배열을 가진 전자원을 포함하는 화상 형성 장치를 도 9, 도 10a 및 도 10b과 관련하여 설명한다. 이 장치는 표시 장치 일 수 있다. 먼저 화상 형성 장치의 표시 패널의 기본 구성을 나타내는 도 9를 참조하면, 이 화상 형성 장치는 상술한 형태의 전자원 기판(81), 전자원 기판(81)을 견고하게 지지하는 배면판(91), 유리기판(93)과 지지 프레임(92)의 내측면에 형광막(94) 및 금속 백(metal back, 95)을 설치함으로써 형성되는 면판(96)을 포함한다. 외장(98)은 프리트(frit) 유리가 상기 배면판(91), 상기 지지 프레임(92) 및 상기 면판(96)에 채용될 때 장치를 위해 형성된다. 이들 부재는 대기 또는 질소속에서 400 내지 500 ℃로 소성되어 서로 결합된다.
도 9에서, 도면 참조 부호(84)는 각 전자 방출 소자의 전자 방출 영역을 나타내고, 도면 참조 부호(82, 83)는 각각 전자 방출 소자의 각 소자 전극에 접속되는 X 방향 배선 및 Y방향 배선을 나타낸다.
외장(98)이 상기 개시된 실시예의 면판(96), 지지프레임(92) 및 배면판(91)으로 이루어지는 경우, 기판(81)이 자체로 너무 강하면 배면판은 없어도 된다. 상기한 경우에, 독립된 배면판(91)은 필요치 않으면, 외장(98)이 면판(6), 지지프레임(92) 및 기판(81)로 구성되도록 기판(81)이 지지프레임(92)에 직접 결합될 수 있다. 외장(98)의 전체 강도는 면판(96)과 배면판(91)사이에 스페이서(도시생략)라고하는 다수의 지지부재를 배열함에 의해 증가될 수 있다.
도 10a 내지 도 10b은 형광막(94)을 형성하는 2개의 가능한 형광체의 배열을 개략적으로 나타내고 있다. 형광막(94)는 표시 패널이 흑 및 백색 화상용인 경우 단지 형광체만을 포함하게 되므로, 컬러 화상을 표시하기 위해 흑색 전도성 부재(101) 및 형광체를 포함할 필요가 있는데, 그중 흑색 전도성 부재(101)를 흑색 스트라이프 또는 형광체의 배열에 따른 흑색 매트릭스 부재라고 한다. 흑색 스트라이프 또는 흑색 매트릭스의 부재는 3개의 다른 원색의 형광체(102)를 식별하기 곤란하게 하고 외부광의 표시된 화상의 콘트라스트를 감소시키는 역효과로 인해 주위 영역를 검게함으로써 히미해지도록 컬러 표시 패널 위해 배열된다. 흑색 스트라이프의 주요 성분으로서 통상 그래파이트가 사용되지만, 저 광 투과성 및 반사성을 가진 다른 전도성 재료가 대신 사용될 수 있다.
흑색 및 백색 또는 컬러 표시와 관계없이 유리기판 상에 형광 물질을 도포하기 위해 침전 또는 인쇄 기술이 적절히 사용된다.
통상의 금속 백(95)은 형광막(94)의 내측면에 배열된다. 금속 백(95)은 형광체로부터 방출되어 외장의 내측으로 지향되는 광선이 면판(96)을 향해 다시 복귀하게 하여 표시 패널의 휘도를 향상시키고, 전자빔에 가속전압을 인가하기 위한 전극으로서 금속 백을 사용하며, 외장 내측에서 발생되는 음이온이 형광체와 충돌할 때 야기될 수 있는 손상에 대비하여 형광체를 보호하도록 제공된다. 이것은 형광막(94)의 내측면을 평탄하게 하고(통상 "포밍"이라고 하는 동작), 형광막(94)를 형성한 후에 진공 증착에 의해 내측면 상에 Al막을 형성함으로써 형성된다.
투명한 전극(도시생략)은 형광막(94)의 도전성을 향상시키기 위해 형광막(94)의 외측면과 면하는 면판(96)상에 형성될 수 있다.
컬러 디스플레이를 포함하는 경우, 상술한 외장의 구성 요소가 서로 결합되기 전에 컬러 형광체 및 전자 방출 소자의 각 세트를 정확히 정렬되는지에 주의를 요한다.
외장(98)은 대략 10-6의 진공도로 배기 파이프(도시 생략)에 의해 진공 상태로 되어 밀봉된다.
배기 파이프(도시 생략)를 통해 소망의 진공도로 외장을 진공 상태로 한후에, 포밍 동작을 위해 외부 단자 Dx1 내지 Dxm 및 Dy1 내지 Dyn을 통해 각 소자의 소자 전극에 전압이 인가되고, 소자의 전자 방출 영역(3)을 형성하도록 활성화 처리를 위해 진공 조건하에서 소망의 유기 물질이 공급된다.
가장 바람직하게는, 외장내의 진공 시스템이 이온 펌프등의 초 고진공 시스템으로 전환되는 동안 3 내지 15시간 동안에 80˚ 내지 200 ℃에서 소성 동작이 행해진다. 초 고진공 시스템으로의 전환 및 소성 동작은 소자 전류(Ie) 및 방출 전류(Ie) 양자에 대한 표면 전도형 전자 방출 소자의 만족스러운 단조 증가 특성(MI 특성)을 보장하기 위함이며, 이 목적은 다른 조건하에서 몇몇의 다른 수단에 의해 달성될 수도 있다. 외장내에 진공도를 유지하기 위해 외장(98)을 밀봉한 후에 게터(getter) 동작이 행해질 수 있다. 이 게터 동작은 증기 증착막을 형성하기 위해 저항성 가열 또는 고주파 가열에 이해 외장(98)을 밀봉한 직전 및 직후에 외장(98)내의 소정 위치에 배열되는 게터(도시생략)를 가열하는 동작이다. 통상 게터는 주성분으로서 Ba을 포함하며, 형성된 증기 증착 막은 통상 그 흡수 효과로 인해 1 x 10-5내지 10-7토르 정도로 외장 내측을 유지시킨다.
상술한 구성에 따른 본 발명의 화상 형상 장치는 전자 방출 소자가 전자를 방출하도록 외부 단자 Dox1 내지 Doxm 및 Doy1 내지 Doyn에 의해 각 전자 방출 소자에 전압을 인가함으로써 동작된다. 한편, 전자빔을 가속하여 이들이 형광막(94)과 충돌하도록 고전압 단자(HV)를 통해 금속 백(85) 또는 투명 전극(도시 생략)에 고전압이 인가된다. 이어서 형광막(94)이 광을 방출하여 의도한 화상을 표시한다.
본 발명에 따른 화상 형성 장치에 적절히 사용되는 표시 패널의 구성을 필수적인 구성 요소와 관련하여 나타냈지만, 구성 요소의 재료는 상술한 것에 한정되지 않으며 장치의 응용에 따라 다른 재료가 적절히 사용될 수 있다. 상기 화상 형성 장치에 대한 입력 신호는 NTSC신호, 및 PAL 및 SECAM 등의 다른 통상적인 텔레비젼 시스템의 신호에 제한되지 않으며, 다수의 주사선을 가진 텔레비젼 시스템 (MUSE 및 다른 고 품위 시스템)의 신호는 장치에 따라 호환가능할 수 있다.
본 발명의 기본적인 개념은 텔레비젼용의 표시 장치의 제공 뿐만 아니라 텔레비젼 회의, 컴퓨터 시스템 및 다른 응용을 제공하도록 이용될 수 있다. 또한 광감지 드럼을 포함하는 광학 프린터에 사용되는 화상 형성 장치가 본 발명에 따라 실현될 수 있다.
이제부터 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
이 실시예에 사용되는 소자의 예는 도 1a의 평면도 및 도 1b의 측면도로 예시한 것과 동일한 기본 구성을 갖는다. 4개의 동일한 소자가 기판(1)상에 형성되어 있다. 도 11의 도면 참조 부호는 도 1a 및 도 1b의 것과 동일한 구성 요소를 각각 나타낸다.
소자의 제조 방법은 도 2a 내지 도 2c에 예시한 것과 기본적으로 동일하다. 소자의 예의 기본 구성 및 그 제조 방법은 도 1a 및 도 1b 그리고 도 2a 내지 도 2c와 관련하여 이하 설명한다.
도 1a 및 도 1b에서, 전자 방출 소자의 형성된 예는 기판(1), 한쌍의 소자 전극(5, 6), 전자 방출 영역(3)을 포함하는 박막(4)을 포함한다.
소자를 제조하는데 사용되는 방법을 도 1a 및 도 1b 그리고 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 상기예에 대하여 행해진 실험과 관련하여 이하에 기술한다.
단계 A :
청판을 깨끗하게 세정한 후 두께 0.5 미크론의 실리콘 산화막을 스퍼터링법으로 형성한 기판(1)상에, 포토레지스트(RD-2000N-41: 日立化成社製)의 패턴을 소자 전극(5,6)과 소자을 분리시키는 갭(G)에 대해 형성하여, 진공 증착법에 의해 막두께 50 Å의 Ti와 막두께 1000 Å의 Ni를 순차 피착시켰다. 포토레지스트 패턴을 유기 용제로 용해하여, Ni/Ti 피착막을 리프트 오프하고, 간격(L1)은 서로 3 미크론 만큼 분리시키고 폭(W1)은 300 미크론을 갖는 소자 전극(5,6)을 형성했다.
단계 B:
막두께 1000 Å의 Cr막을 진공 증착에 의해 피착 및 패터닝 하고, 그 후에 유기 Pd(ccp4230 : 奧野製藥(株)社製)를 스피너에 의해 막을 회전시키는 동안 도포 하고 300 ℃에서 10분간의 가열 소성처리를 하여, 주성분으로서 Pd를 포함하는 미립자로된 전자 방출 영역을 형성하고 두께는 100 Å이고 단위 면적당 전기 저항성이 2 x 104Ω/□인 박막(2)을 생성하였다. 또한 여기서 설명하는 미립자막이라는 것은 상술한 바와 같이, 복수의 미립자가 집합된 막이며, 그 미세구조로서, 미립자가 개개로 분산배치된 상태일 뿐만 아니라, 미립자가 서로 인접, 또는 서로 중첩된 상태(특정 조건하에서는 아일랜드 구조를 형성)의 막을 향하며, 이미립자의 직경이라고 하는 것은, 상기 상태에서 입자 형상이 인식가능한 미립자에 대한 직경을 말한다.
단계 C :
Cr막 및 소성후의 박막(2)을 산성 부식제(acidic etchant)에 의해 에칭하여 소막의 패턴을 형성했다.
이상의 단계에 의해, 기판(1)상에, 소자 전극(5,6), 전자 방출 영역을 형성하는 박막(2)을 형성했다.
단계 D :
이어서, 도 3의 측정 평가시스템을 설치하여, 그 내측을 배기 펌프에 의해 진공 상태로 하여 2 x 10-5토르의 진공도에 도달한 후, 소자에 소자 전압(vf)를 인가하기 위한 전원(31)으로부터 3개의 소자중, 2개의 소자 소자 전극(5,6)간에 각각 소자 전압(vf)을 인가하고, 통전처리(포밍처리)했다. 통전 처리의 전압 파형을 도 4b에 도시한다.
도 4b에서, 도면 참조 부호(T1) 및 (T2)는 전압 파형의 펄스폭과 펄스폭 간격이고, 본 실시예에서는 T1을 1 밀리초, T2를 10 밀리초로 하고, 인가된 펄스 전압의 파고(포밍 동작시의 피크 전압)는 0.1V 스텝으로 승압하며, 포밍처리를 행했다. 또, 포밍 처리 동안에는 0.1 V의 전압으로, T2간에 저항 측정 펄스를 삽입하여 저항을 측정했다. 또 포밍 처리의 종료는, 저항 측정 펄스에서의 측정값이 약 1M옴 이상으로 된 때에 소자로의 전압 인가를 종료했다. 각각의 소자의 포밍 전압(Vf)은, 5.1V, 5.0V, 5.0V 및 5.15V였다.
단계 E :
포밍 처리한 두 쌍의 소자가 활성화 처리되었으며, 여기서 소자들의 각 쌍에 4V 및 14V의 파고를 갖는 구형파 전압이 각각 인가되었다. 이후에 저 저항 활성화처리, 즉 4V에서 활성화 처리한 소자 예를 A, 고저항 활성화 처리, 즉 14V에서 활성화 처리한 소자 예를 소자 B로 칭한다. 활성화 처리시에, 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)를 관찰하면서, 상술한 펄스 전압을 도 3의 측정 평가 시스템 내의 각각의 소자의 소자 전극에 인가하였다. 또한, 이때, 도 3의 측정 평가 시스템내의 진공도는 1.5 x 10-5토르였다. 각 소자에 대해 약 30분간 활성화 처리를 계속했다.
다음에, 각각의 수자 상에 전자 방출 영역을 형성하여 완전한 전자 방출 소자를 제조하였다.
선행의 단계들을 통해 제조한 표면 전도형 전자 방출 소자의 특성 및 상태를 파악하기 위해, 상술한 도 3의 측정 평가 시스템을 사용하여 소자 A 및 B의 전자 방출 성능을 관찰하였다.
상기 관찰에서, 애노드 및 전자 방출 소자간의 거리를 4 mm, 애노드 전극의 전위를 1KV, 전자 방출 특성 측정시의 진공 시스템내의 진공도를 1 x 10-6토르로 했다. 소자 A 및 B 각각의 전극(5, 6) 간에 14V의 소자 전압을 인가하여, 그때 흐르는 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)를 측정했다. 소자 A에서는, 측정 개시 직후에 10 mA 정도의 소자 전류(If)가 흐르기 시작 했으나, 점차 감소되었고, 그것에 따라 방출 전류(Ie)도 또한 감소를 나타냈다. 한편, 소자 B에서는, 측정 초기로부터, 안정된 전자 전류(If), 방출 전류(Ie)가 관찰되어, 소자 전압 14V에서는 소자 전류(If)가 2.0 mA, 방출 전류(Ie)가 1.0 μA로 되어, 전자 방출 효율 θ=Ie/If(%)는 0.05% 였다. 이상으로부터, 소자 A는, 소자 전류(If)가 측정 초기에는 현저하게 크고 불안정하지만, 소자 B에서는 측정초기부터 안정되고 또한 효율 θ가 좋은 전자 방출 소자 임을 알았다.
또, 소자 B에 대하여, 활성화 처리의 진공도를 1.5 x 10-5토르로 유지했을 때, 소자에 0.005 Hz 정도의 삼각파로 전압을 스위프하면서, 소자 전류 (If)와 방출 전류(Ie)를 측정하면, 도 7에 점전으로 표시한 소자 전류(If)를 얻는다. 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 소자 전류(If)는 약 5V 전후까지 단조 증가 한 후, 5V 이상에서 전압 제어 부성 저항을 나타낸다. 이때, 소자 전류(If)가 최대에서 도달하는 소자 전압을 Vp라고 하며, 예에 대해서는 5V였다. 또, 10V 이상에서는 소자 전류(If)는 최대의 소자 전류의 수분의 1mA 정도였다.
전자 현미경으로 관찰한 소자 A, B의 상태는, 도 6b 및 도 6a에 도시한 것과 동일하다. 도 6b 및 도 6a 간의 비교로부터, 소자 A에서는 소자 전극간의 박막의 변질 부분 영역에 피막이 형성되어 있는 것을 알았다. 한편, 소자 B에서는 활성화 처리시의 소자로의 전압의 인가 방향에 따라, 특히 변질 부분의 일부로부터 고전위측에 주로 피막이 형성되었다. 또한, 고배율의 FESEM으로 관찰하면, 이 피막은 금속 미립자의 주위 및 미립자 간에도 형성되어 있는 것 같았다.
또한, TEM 또는 로만 현미경을 통해 관찰하면, 그래파이트와 비정질 탄소로 이루어진 탄소 피막이 관찰되었다.
이러한 관찰로부터, 포밍 처리에 의해 발생된 소자 A의 박막 영역이 상술한 전압 제어형 부성 저항을 나타내는 전압(vp)이하의 전압에 의해 활성화되었기 때문에 탄소가 상기 영역에 형성되어, 측정 전압에서 박막 변질부의 고전위 측과 저전위측간에 형성된 탄소 피막은 구동 초기로부터 큰 소자 전류가 소자 B의 소자 전류보다 몇 배 이상의 레이트로 흐르도록 하는 전류 경로를 제공하는 것으로 생각된다.
한편, 고저항 활성화 처리를 행한 소자 B에서는, 상술한 전압 제어형 부성 저항을 나타내는 전압(Vp)이상에서 활성화 되었기 때문에, 탄소 피막이 형성된다면 전기적으로 단절되어, 구동 초기부터 안정된 전류가 흐르는 것을 보장할 것이다.
이상으로부터 안정되고 효율이 좋은 소자 전류(If)와 방출 전류(Ie)를 갖는 전자 방출 소자가 고저항 활성화 처리에 의해 형성된다.
실시예 2
본 실시예는 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 단순 매트릭스 배열한 화상 형성 장치의 예이다.
도 13은 장치의 전자 원의 가판에 대한 확대 개략 부분 평면도이다. 도 14는 A-A' 선을 따라 절취한 도 13의 기판의 확대 개략 측단면도이다. 도 13, 도 14, 도 15a 내지 도 15d 그리고 도 16e 내지 도 16h의 참조 부호는 각각 도면 전반에 걸쳐 동일한 구성 요소를 표시하고 있다. 도면 참조 부호(81, 82, 83) 각각은 기판, 외부 단자 Dxm에 대응하는 x 방향 배선(하부 배선), 및 외부 단자 Dyn에 대응하는 Y방향 배선(상부 배선)을 나타낸다. 한편, 도면 참조 부호(4)는 전자 방출 영역을 포함하는 박막을 나타내고, 도면 참조 부호(5,6)는 한 쌍의 소자 전극이며, 도면 참조 부호(141, 142)는 층간 절연층 및 소자 전극 및 하부 배선(82)을 접속하기 위한 접촉홀이다.
소자의 예를 제조하는 방법을 도 15a 내지 도 15d 및 도 16e 내지 도 16h를 참조하면서 소자에 대해 행해지는 실험과 관련하여 이하 설명한다.
단계 A :
청판을 완전히 세정한 후에 두께 0.5 미크론의 실리콘 산화막을 스퍼터링 법으로 형성한 기판(81)상에, 포토레지스트 (AZ 1370 : 헤키스트(Hoechst)사 제조)를 스피너에 의해 회전 도포 및 소성한 후, 포토-마스크 상(image)을 노광 및 현상하여, 하부배선(82)의 레지스트 패턴을 형성하고, Au/Cr 피착막을 습식 에칭하여, 소망의 하부 배선(82)을 형성한다(도 15a).
단계 B :
이어서, 막두께 1.0 미크론의 실리콘산화막으로 이루어진 층간 절연층(141)을 RF 스퍼터링법에 의해 피착한다(도 15b).
단계 C :
상기 단계 B에서 피착된 실리콘 산화막에 접촉홀(142)을 형성하기 위한 포토레지스트 패턴을 만들고, 이것을 마스크로서 층간절연층(141)을 에칭하여 접촉홀(142)을 형성한다. 에칭은 CF4및 H2가스를 이용한 RIE(반응성 이온 에칭)법이 채용되었다(도 15c).
단계 D :
그후, 포토 레지스트(CRD-2000 N : 日立化成社製) 패턴을 소자 전극 쌍(5 및 6)과 소자 전극간 갭(G)에 대해 형성하고, 진공 증착법에 의해 막두께 50 Å의 Ti, 막두께 1000 Å의 Ni를 순차 피착했다. 포토레지스트 패턴을 유기 용제로 용해하고, Ni/Ti 피착막을 리프트 오프하여, 300 미크론의 폭을 가지며 3미크론 간격(G) 만큼 서로 분리된 한 쌍의 소자 전극(5 및 6)을 형성했다(도 15d).
단계 E :
소자전극(5,6) 상에 상부 배선(83)을 위한 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 두께 5 nm의 Ti, 두께 500 nm의 Au를 순차적으로 진공 증착에 의해 피착시키고, 리프트 오프에 의해 불필요한 부분을 제거하여 소망의 프로파일(profile)을 갖는 상부 배선(83)을 형성했다(도 16e).
단계 F :
소자의 전자 방출 영역을 형성하기 위해 박막(2)의 마스크를 준비하였다. 이 마스크를 사용하여, 막두께 1,000 Å의 Cr 막(151)을 진공 증착에 의해 피착.패터닝 작업을 행하였다. 이후에 유기 Pd(CCP4230 : 奧野製藥(株)社製)를 스피너에 의해 회전 도포 하여, 300 ℃에서 10분간의 가열 소성 처리를 했다. 또, 이렇게 하여 형성된 주원소로서 Pd로 이루어진 미립자로 이루어진 전자 방출 영역의 박막(2)의 막두께는 8.5 nm이고, 단위 면적당 전기 저항값은 3.9 x 104Ω/□였다. 또한 여기서 기술하는 미립자막이라는 것은, 상술한 바와 같이 복수의 미립자가 집합한 막이고, 그 미세 구조로서, 미립자가 개개로 분산 배치된 상태일 뿐만 아니라, 미립자가 서로 인접, 또는 서로 중첩된 상태(특정 조건에서는 아일랜드 구조 형성)의 막을 가르키며, 그 입자의 직경 이라는 것은 상기 상태에서 입자 상태가 인식 가능한 미립자에 대한 직경을 말한다(도 16f).
단계 G :
Cr 막(151) 및 소성 처리된 전자 방출 영역을 형성하는 박막(2)을 산성 부식제를 사용함으로써 에칭하여 소망의 패턴을 형성했다.(도 16g).
단계 H:
다음에, 접촉홀(142)을 제외한 전체 표면 영역에 포토레지스트를 도포하기 위해 패턴을 준비하고, 진공 증착에 의해 막두께 5nm의 Ti, 막두께 500 nm의 Au를 순차 피착했다. 리프트 오프에 의해 불필요한 부분을 제거함으로써, 접촉홀(142)을 매몰했다.
상기의 단계에 의해, 기판(81)상에 하부 배선(82), 층간 절연층(141), 상부 배선(83), 한쌍의 소자 전극(5 및 6), 전자 방출 영역을 형성하는 박막(2)을 형성했다(도 16h).
이어서, 상기와 같이 형성한 전자원 기판을 이용하여, 전자원 및 표시 장치를 구성한 예를 도 8 및 도 9를 이용하여 설명한다.
상술한 처리에 따라 형성된 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 갖고 있는 기판(81)이 배면판(91)에 견고하게 끼워진후, 면판(유리기판(93)상에 형광막(94) 및 금속 백(95)을 형성함으로써 준비됨)이 이들 사이에 지지프레임(92)을 개재하여 기판(81)상부에 5 nm로 배열된다. 면판(96), 지지프레임(92) 및 배면판(91)의 접합부에 프리트 유리를 도포한 후, 대기 중에서 400 ℃로 10분 동안 소성함에 의해 서로 결합된다. 또, 기판(81)은 프리트 유리에 의해 배면판(91)에 견고하게 결합된다.
도 9에 있어서, 도면 참조 부호(84)는 전자 방출 소자를 나타내고, 도면 참조 부호(82, 83)각각은 각각 X 방향 및 Y 방향의 배선이다.
형광막(94)은, 화상 형성 장치가 흑색, 백색 화상 용인 경우 형광체로만 이루어지나, 본 실시예에서는, 형광체는 먼저 흑색 스트라이프를 배열하고, 그 사이 극간부에 각색 형광체를 도포하여, 형광체(94)를 제조했다. 흑색 스트라이프의 재료로서는 통상 자주 사용되는 그래파이트를 주성분으로하는 재료를 사용했다. 유리 기판(93)에 형광체를 도포하는 방법은 슬러리(slurry)법을 이용했다.
또, 형광막(94)의 내측면에는 통상 금속 백(95)이 설치된다. 금속 백은 형광막 제조후, 형광막의 내면측 표면의 평활화처리, 소위 필밍(filming) 처리를 행하고, 그후, Al막을 진공 증착하여 제조했다.
면판(96)에는, 또한 형광막(94)의 도전성을 높이기 위해, 형광막(94)의 외면측에 투명 전극(도시생략)이 설치되는 경우도 있지만, 본 실시예에서는 금속 백만으로 충분한 전도성이 얻어지므로 생략했다.
상술한 결합 작업 전에는 각 전자 방출 소자와 형광체가 주의깊게 정렬되어야 한다.
이상과 같이하여 완성한 유리 용기내의 분위기를 배기 파이프(도시생략)를 통해 진공 상태로 하여, 충분한 진공도를 이룬다. 이후에, 외부 단자 Dox1 내지 Doxm 및 Doy1 내지 Doyn을 통해 전자 방출 소자(84)의 소자 전극(5, 6)간에 전압을 인가하여, 전자 방출 소자(84)의 박막(20)을 포밍처리했다. 포밍 처리의 전압 파형은 도 4b와 동일하다.
도 4b에서, T1을 1밀리초, T2를 10밀리초로 하여 약 1 x 10-5토르의 진공 분위기 하에서 전기 포밍 작업을 행했다.
이와 같이 형성된 전자 방출영역(3)은, 팔라듐 원소를 주성분으로하는 미립자가 분산 배치된 상태로 되고, 그 미립자의 평균 직경은 30 Å이었다.
이어서, 포밍 작업시에 사용되는 전압의 파형과 동일한 구형파 파형을 가진 전압의 파고 14V가 각 소자에 인가되는 경우의 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)를 관찰하면서 고저항 활성화처리를 행했다.
전자 방출 영역(3)을 가진 최종 전자 방출 소자(84)는 포밍 및 활성화처리 후 제조되었다.
이어서, 대략 10-6토르 정도의 진공도까지 오일을 사용하지 않는 초 고진공 장치를 사용하여 배기하고, 배기 파이프(도시 생략)를 가스 버너로 가열하여 용착하고 외장의 밀봉을 행했다.
마지막으로, 밀봉후 진공도를 유지하기 위해 고주파 가열법으로 게터 처리를 행했다.
상기 화상 형성 장치의 전자 방출 소자는 외부 단자 Dx1 내지 Dxm 및 Dy1 내지 Dyn을 통해 신호 발생 수단(도시 생략)으로부터 주사 신호 및 변조 신호를 인가함으로써 전자를 방출하게 되었고, 방출된 전자는 고전압 단자(HV)를 통해 금속백(95) 및 투명 전극에 5KV의 고전압을 인가함으로써 가속되어 형광막(94)이 광을 방출하여 화상을 형성하도록 통전될 때까지 형광막(94)과 충돌한다. 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)는 도 7에 실선으로 도시한 바와 같이 개시 단계로부터 안정된 동작을 하는 소자임이 입증되고 있다. 방출 전류(Ie)는 텔레비젼 세트의 100 fL 내지 150 fL의 밝기의 조건에 일치하였다.
실시예 3
전자 방출 소자의 예가 실시예 1의 경우와 같이 제작되었다.
제작된 전자 방출 소자 각각은 300 μm의 소자폭(W2)을 갖고 있고, 소자의 전자 방출 영역의 박막(2)은 두께가 10 nm 이며, 단위 면적당 전기 저항값은 5 x 104Ω/□ 이다. 한편 이 소자는 실시예 1에 대응하는 것이다.
이어서, 도 3에 도시하는 측정 평가 시스템이 위치 설정되고, 내측은 자기 레비테이션 펌프에 의해 2 x 10-8토르의 진공도로 진공 상태로 되었다. 이어서, 소자를 전기적으로 통전시키기 위해(전기 포밍 처리) 소자 전극(5,6)에 전압이 인가되었다. 도 4b는 전기 포밍 처리에 사용되는 전압 파형을 나타낸다.
도 4b에서, 도면 참조 부호(T1, T2) 각각은 펄스 폭 및 인가된 펄스 전압의 펄스 간격으로서, 각각 실험동안 1 밀리초 및 10 밀리초였다. 인가된 펄스 전압의 파고(포밍 작업시의 피크 전압)는 0.1V의 스텝으로 계단식으로 증가되었다. 소자의 전류 저항을 측정하기 위해 각 T2동안, 0.1V의 저항 측정 펄스 전압이 삽입되었다. 포밍 작업 및 소자에 대한 전압 인가는 저항 측정 펄스 전압을 위한 게이지가 약 1 MΩ의 저항값을 나타낼 때 종료되었다. 이 실험에서, 포밍 전압(Vform)에 대한 게이지의 눈금은 5.1V 였다.
형성된 샘플 소자는 20분 동안 약 1 x 10-5토르의 압력까지 아세톤을 포함하는 대기(20 ℃에서 233 hPa의 증기압)중에서 활성화 처리되었다. 도 4c는 활성화처리시에 소자에 인가되는 전압 파형을 나타낸다.
도 4c에서, 도면 참조 부호(T3, T4)는 각각 펄스폭 및 전압파의 펄스간격으로서, 실험 동안 각각 10 마이크로초 및 10밀리초였다. 구형파의 파고는 14 V 였다.
그후, 측정 평가 시스템의 진공 챔버는 약 1 x 10-8토르까지 더 진공 상태로 되었다.
실험 동안, 활성화 처리에 사용되는 유기 물질이 니들 밸브를 포함하는 공급 시스템(도 12)을 통해 도입되었고, 진공 챔버의 내측압은 실질적으로 일정한 레벨로 유지되었다.
이어서, 소자의 특성은 측정 평가 시스템의 애노드에 1 KV의 전압을 인가하여 측정하였다. 측정 평가 시스템에서는 소자가 4 mm의 거리 H만큼 애노드로부터 분리되어 있고 진공 챔버의 내측은 1 x 10-8토르로 유지되었다.
소자 전압이 14 V인 경우, 소자 전류 및 방출 전류가 각각 2 mA 및 1 μA로서 전자 방출 효율 θ가 0.05 %로 입증되었다. 표1은 전압이 14 V, 펄스 간격이 16.6 msec, 그리고 펄스폭이 30 μsec., 100 μsec., 및 300 μsec였을 때의 소자의 펄스폭 의존성을 나타낸다.
실시예 4
소자의 예는 활성 처리시 아세톤 대신에 n-도데칸(dodecan)(20 ℃에서 0.1 hPa의 증기압을 가짐)을 사용한 것 이외에는 실시예 3과 동일한 조건에서 형성되었다.
형성된 소자중 하나를 상술한 실시예 3의 경우와 같이 If 및 Ie를 테스트 했을 때, 소자 전류 및 방출 전류 각각이 14 V의 소자 전압에 대해 2.2 mA 및 1 μA으로 나타나 전자 방출 효율 θ가 0.045 %임이 입증되었다. 표1은 실시예 3과 동일 조건에서 테스트했을 때의 소자의 특성을 나타낸다.
실시예 5
소자의 예는 아세톤 대신에 활성화 처리가 포름알데히드(formaldehyde)(20 ℃에서 4.370 hPa의 증기압을 가짐)로 2시간 동안 행해진 것 외에는 실시예 3과 동일한 조건에서 형성되었다.
형성된 소자중 하나의 If 및 Ie를 실시예 3의 경우에서와 같이 테스트한 경우, 소자 전류 및 방출 전류가 각각 14 V의 전압에 대해 1 mA 및 0.2 μA로서 전자 방출 효율 θ가 0.02 %로 입증되었다.
실시예 6
소자의 예는 활성화처리 동안 아세톤 대신에 n-헥산 (hexane)(20 ℃에서 160 hPa의 증기압을 가짐)을 사용한 것 외에는 실시예 3의 것과 동일한 조건에서 형성되었다.
형성된 소자중 하나의 If 및 Ie는 14 V의 소자 전압에 대해 1.8 mA 및 0.8 μA으로 전자 방출 효율 θ가 0.044 %로 입증되었다.
표1은 실시예 3의 것과 동일한 조건에서 테스트했을 때 소자의 펄스폭 의존성을 나타낸다.
실시예 7-a
소자의 예는 활성화 처리시 아세톤 대신에 n-언데칸(undecane)(20 ℃에서 0.35 hPa의 증기압을 가짐)을 사용한 것 이외에는 실시예 3의 것과 동일한 조건에서 형성되었다.
형성된 소자중 하나의 If 및 Ie를 실시예 3의 경우와 같이 테스트 한 경우, 소자 전류 및 방출 전류가 각각 14 V의 소자 전압에 대해 1.5 mA 및 0.6 μA로서 전자 방출 효율 0.04 %로 입증되었다. 표1은 실시예 3과 같은 조건에서 테스트 했을 때의 소자의 펄스폭 의존성을 나타낸다.
실시예 7-b
소자의 예는 측정평가 시스템 내로 유기 물질을 도입하지 않고 오일 분위기의 진공/배기 시스템(로터리 펌프 및 터보 펌프에 직접 접속되며 5 x 10-7토르의 진공도를 발생시킬 수 있음)에서 활성처리가 행해지는 것 외에는 실시예 1의 것과 동일한 조건에서 형성되었다.
형성된 소자중 하나의 If 및 Ie를 실시예 1의 경우와 같이 테스트한 바, 소자 전류 및 방출 전류 각각이 14 V의 소자 전압에 대해 2.2 mA 및 1.1 μA로서 전자 방출 효율 θ가 0.045 %로 입증되었다. 표1은 실시예 3의 것과 동일한 조건에서 테스트 했을 때의 소자의 펄스폭 의존성을 나타낸다.
실시예 8
이 실시예에서는, 단순 매트릭스 배열로 배치된 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 포함하는 화상 형성 장치를 실시예 2의 경우와 같이 형성했다.
먼저 실시예 2와 같이 전자원을 포함하는 유리 용기를 제작하여 오일을 사용하지 않는 진공 펌프에 의해 배기 펌프(도시 생략)를 통해 1 x 10-6토르의 진공도로 진공화시켰다.
그후에, 전자 방출 소자(84)의 박막(2)에 전기 포밍 작업을 행하였다. 전기 포밍 작업 시에 각 소자의 전자 방출 영역(3)을 형성하도록 외부 단자 Dox1 내지 Doxm 그리고 Doy1 내지 Doyn을 통해 전자 방출 장치(84)의 소자 전극(5.6)에 전압이 인가되었다. 포밍 작업에 사용되는 전압은 도 4b에 도시한 것과 동일한 파형을 갖는다.
상기 처리에서 형성되어진 각 소자의 전자 방출 영역(3)에서 주성분으로서 팔라듐을 포함하는 미립자가 분산 배치되어 있는 것이 관측되었다. 미립자의 평균 입자 크기는 30 옹스트롬이다.
그후, 소자의 활성화 처리시 1 x 10-3토르의 압력까지 아세톤을 유리 용기에 도입하고 외부 단자 Dox1 내지 Doxm 및 Doy1 내지 Doyn 중 적절한 단자를 통해 각 전자 방출 소자(84)의 소자 전극(5.6)에 전압이 인가되었다. 도 4c는 활성화 처리에 사용되는 전압 파형을 나타낸다.
이어서, 용기에 포함되어 있는 아세톤이 진공 상태로 되면서 최종적인 전자 방출 소자를 형성한다.
그다음에, 장치의 소자가 대략 1 x 10-6토르 정도의 진공 상태에서 10시간 동안 120 ℃에서 소성되고, 가스버너에 의해 외장을 배기 파이프(도시 생략)를 용융 밀폐하여 밀봉했다.
마지막으로, 밀봉 작업후 장치내의 진공도를 유지하기 위해 고주파 가열기법으로 장치를 게터 처리했다. 기상 증착을 통해 외장 내측에 막을 형성하도록 외장을 밀봉하기 전에 소정의 위치(도시 생략)에 주소자로서 Ba를 포함하는 게터를 배열했다.
상기 화상 형성 장치의 전자 방출 소자는 외부 단자 Dx1 내지 Dxm 및 Dy1 내지 Dyn을 통해 신호 발생 수단(도시 생략)으로부터 주사 신호 및 변조 신호를 인가함에 의해 전자를 방출하게 되었는 바, 형광막이 광을 방출하여 화상을 형성하도록 통전될 때까지 전자가 형광막(94)에 충돌하도록 고전압 단자(HV)를 통해 금속 백(95) 또는 투명 전극(도시 생략)에 7 KV의 고전압을 인가함으로써 방출된 전자를 가속시켰다.
실시예 9
이 실시예는 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자 및 제어 전극(그리드)를 포함하는 화상 형성 장치에 관한 것이다.
이 실시예에서 다루어지는 장치는 실시예 2의 화상 형성 장치와 관련한 상술한 방식에 따라 형성될 수 있으므로, 동일한 제작 방법에 대해서는 더이상 설명하지 않는다.
본 장치의 구성은 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 배열하여 형성된 장치의 전자원에 관하여 설명된다.
도 17 및 도 18은 실시예 9의 화상 형성 장치에 달리 사용되는 전자원의 2개의 다른 기판에 대한 개략 평면도를 나타낸다.
먼저, 도 17에서, 도면 참조 부호(S)는 통상 유리로 이루어지는 절연체 기판이며, 도면 참조 부호(ES)는 기판(S)상에 배치된 표면 전도형 전자 방출 소자를 나타내고 점원으로 표시되어 있으며, 도면 참조 부호(E1 내지 E10)는 X방향(이하 소자 열이라 한다)을 따라 기판상에 열로 배열된 표면 전자 방출 소자를 배선하기 위한 배선 전극을 나타낸다. 각 소자 열의 표면 전도형 전자 방출 소자는 한쌍의 배선 전극에 의해 서로 병렬로 전기적으로 접속된다(가령, 제1 소자 열의 소자들은 배선 전극(E1 및 E10)에 의해 서로 병렬로 접속됨).
상술한 전자원을 포함하는 상기 실시예의 장치에 있어서, 전자원은 관련 배선 전극에 적절한 구동 전압을 개별적으로 인가함으로써 임의의 구동 열을 구동시킬 수 있다. 구체적으로, 전자 방출 임계 레벨을 초과하는 전압이 전자를 방출하도록 구동되는 소자 열에 인가되고, 전자 방출 임계 레벨 이하의 전압(즉, OV)이 나머지 소자 열에 인가된다(전자 방출 임계 레벨을 초과하는 구동 전압은 이하 VE[V]라 칭함).
도 18은 상기 실시예에 사용될 수 있는 다른 전자원을 나타낸다. 도면 참조 부호(S)는 통상 유리로 되는 절연 기판이며, 도면 참조 부호(ES)는 기판(S)상에 배열된 표면 전도형 전자 방출 소자를 나타내며 점선으로된 원으로 표시되어 있고, 도면 참조 부호(E'1 내지 E'6)는 표면 전도형 전자 방출 소자로서 X 방향을 따라 기판상에 배열된 방출 소자를 배선하기 위한 배선 전극을 나타낸다. 각 소 자열의 표면 전도형 전자 방출 소자는 한쌍의 배선 전극에 의해 서로 병렬로 접속되어 있다. 또한, 이와 다른 전자원에서는, 단일의 배선 전극이 양자의 열로서 작용할 수 있도록 임의의 인접한 2개의 소자 사이에 배열된다. 가령, 공통 배선 전극(E'2)은 제1 소자 열 및 제2 소자 열 양자로서 작용한다. 배선 전극의 이러한 구성은 도 17의 배열과 비교할 때 표면 전도형 전자 방출 소자의 임의의 인접한 2개의 열을 분리시키는 공간이 현저히 절감될 수 있다는 점에서 유리하다.
상술한 전자원을 포함하는 상술한 실시예의 장치에서는, 전자원이 관련된 배선 전극에 적절한 구동 전압을 개별적으로 인가함으로써 임의의 구동 열을 구동시킬 수 있다. 특히, VE[V]가 전자를 방출하도록 구동되는 소자 열에 인가되고, OV가 나머지 소자 열에 인가된다. 가령, 배선 전극(E'1) 내지 (E'3)에 OV를 인가하고 배선 전극(E'4) 내지(E'6)에 VE[V]를 인가하여 제3의 열의 소자만을 동작 구동시킬 수 있다. 결국, VE-O=VE[V]가 제3의 열의 소자에 인가되고, O[V], O-O=O[V] 또는 VE-VE=O[V]가 나머지 열의 모든 소자에 인가된다. 이와 유사하게, 제2 및 제5의 열의 소자는 배선 전극(E'1), (E'2) 및 (E'6)에 O[V]를 인가하고 배선 전극(E'3), (E'4) 및 (E'5)에 VE[V]를 동시에 인가함으로써 동작 구동될 수 있다. 이 경우에, 상기 전자원의 임의의 소자 열의 소자가 선택 구동될 수 있다.
각 소자의 열이 도 17 및 도 18의 전자원의 X방향을 따라 배열된 12개의 표면 전도형 자가 방출 소자를 갖지만, 소자의 열로 배열되는 소자의 수는 이에 제한되지 않으며, 보다 많은 수의 소자가 배열될 수 있다. 또한, 전자원의 각각에는 5개의 소자의 열이 있지만 이에 제한되지 않으며, 보다 많은 수의 소자의 열이 배열될 수 있다.
상술한 형태의 전자원을 포함하는 패널형 CRT에 대하여 이하 설명한다.
도 19는 도 17에 예시한 바와 같은 전자원을 포함하는 패널형 CTR의 개략적인 사시도이다. 도 19에서, 도면 참조 부호(VC)는 화상 표시를 위해 면판(FP)를 갖는 유리 진공 용기를 나타낸다. 투명한 전극은 면판(PH)의 내측면상에 배열되고, 적, 녹, 청의 형광 부재는 서로의 간섭없이 모자이크 또는 스트라이프의 형태로 투명 전극 상에 인가된다. 설명을 간단히 하기 위해, 투명 전극 및 형광 부재를 도 19에서 PH로 표시했다. CRT 분야에 공지되어 있는 검은색 매트릭스 또는 검은색 스트라이프는 형광 매트릭스 또는 스트라이프가 차지하지 않는 투명 전극의 흑색 영역을 차지하도록 배열될 수 있다. 이와 유사하게, 임의의 공지된 형태의 금속 백 층이 형광 부재 상에 배열될 수 있다. 전자 빔을 가속시키기 위해 투명 전극은 단자(EV)를 통해 진공 용기의 외측에 전기적으로 접속되어 전압이 인가된다.
도 19에서, 도면 참조 부호(S)는 진공 용기(VC)의 밑에 견고하게 결합되는 전자원의 기판인데, 용기상에서는 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자가 도 17에서 설명한 바와 같이 배열된다. 특히, 각각이 200개의 소자를 갖고 있고 있으므로, 기판상에는 총 200개의 소자 열이 배열된다. 각 소자의 열에는 한쌍의 배선 전극이 제공되고, 장치의 배선 전극은 전기 구동 신호가 진공 용기의 외측으로부터 소자에 인가되도록 하는 다른 방식으로 패널의 각 대향측면에 배열되는 전극 단자 Dp1 내지 Dp200 및 Dm1 내지 Dm200에 접속된다.
가공처리된 유리용기(VC)에 의한 실험에서(도 19), 용기는 진공 펌프에 의해 배기 파이프(도시 생략)를 통해 충분한 정도의 진공도까지 진공되고, 그 후에 전자 방출 소자(ES)가 전기 포밍 처리되는데, 전기 포밍 처리시에는 외부 단자 Dp1 내지 Dp200 및 Dm1 내지 Dm 200을 통해 소자에 전압이 인가되었다. 포밍 작업시 사용되는 전압은 도 4b에 도시한 것과 동일한 파형을 갖는다. 이 실험에서, 도면 참조 부호(T1, T2)는 각각 1밀리초 및 10 밀리초였고, 전기 포밍 처리는 약 1 x 10-5토르 정도의 진공 상태에서 행해졌다.
그후, 소자를 활성화처리 했는데, 이때에는 1 x 10-4토르의 압력까지 유리 용기에 아세톤을 도입하고 외부 단자 Dp1 내지 Dp200 및 Dm1 내지 Dm200을 통해 전자 방출 소자(ES)에 전압이 인가되었다. 이어서 최종의 전자 방출 소자를 형성하기 위해 용기에 포함된 아세톤을 완전히 배기했다.
상술한 처리에서 형성된 각 소자의 전자 방출 영역에서는 주성분으로서 팔라듐을 포함하는 미립자가 분산 배치된 것이 관측되었다. 미립자의 평균 입자 크기는 30 옹스트롬이었다. 이어서, 실험을 위해 사용된 진공 시스템이 오일을 사용하지 않는 이온 펌프를 포함하는 초 고진공 시스템으로 전환 되었다. 그후, 장치의 소자가 대략 1 x 10-6토르의 진공도에서 충분한 진공 시간 주기 동안 120 ℃에서 소성되었다.
그후에, 가스 버너에 의해 배기 파이프(도시생략)를 용융 폐쇄하여 외장을 밀봉했다.
마지막으로, 밀봉 처리후에 장치내의 진공도를 유지하기 위해 고주파 가열기법에 의해 장치를 게터 처리하여 화상 형성 장치의 형성 작업을 완료했다.
기판(S)과 면판 사이에는 스트라이프형 그리드 전극(GR)이 배열된다. 이들 사이에는 소자의 열의 전극에 수직한 방향(또는 Y 방향)으로 배열된 전체 200개의 그리드 전극(GR)이 제공되며, 각 그리드 전극은 전자빔을 통과시키는 소정수의 개구(Gh)를 갖는다. 구체적으로, 원형 개구(Gh)가 통상 각 표면 전도형 전자 방출 소자를 위해 제공되지만, 그물 형태로 개구를 구성할 수도 있다. 그리드 전극은 각 전기 단자 G1 내지 G200을 통해 진공 용기의 외측에 전기적으로 접속된다. 그리드 전극이 표면 전도형 전자 방출 소자로부터 방출된 전자 빔을 잘 변조 시킬 수만 있다면 도 19의 것과 형태 및 위치에서 달리 배열될 수도 있음에 주의한다. 가령, 이들은 표면 전도형 전자 방출 소자의 부근에 배열될 수도 있다.
상술한 표시 패널은 200 x 200의 X-Y 매트릭스를 형성하도록 200개의 소자의 열로 배열된 표면 전도형 전자 방출 소자 및 200개의 그리드 전극을 포함한다. 이러한 구성으로 인해, 화상은, 형광막 상에서의 전자빔의 조사를 제어하도록 열 대 열 방식에 따라 표면 전도형 전자 방출 소자를 구동(조사)하는 동작에 따라 화상의 단일 라인을 위해 그리드 전극에 변조 신호를 인가함으로써 라인 대 라인 방식에 따라 화면상에 표시된다.
도 20은 도 19의 표시 패널을 구동하는데 사용되는 전기 회로의 블럭도이다. 도 20에서, 회로는 도 19의 표시 패널(1000)과, 외부로부터 전송된 복합 화상 신호를 디코딩하기 위한 디코드 회로(1001)와, 직렬/병렬 변환 회로(1002)와, 라인 메모리(1003)와, 변조 신호 발생 회로(1004)와, 타이밍 제어 회로(1005) 및 주사 신호 발생 회로(1006)를 포함한다. 표시 패널(1000)의 전기 단자는 관련 회로에 접속된다. 특히, 10[KV]의 가속 전압을 발생하기 위해 단자(EV)가 전압원(HV)에 접속되고, 단자(G1 내지 G200)는 변조 신호 발생 회로(1004)에 접속되고, 단자(Dp1 내지 Dp200)는 주사 신호 발생 회로(1006)에 접속되며, 단자(Dm1 내지 Dm200)는 접지된다.
이하 회로의 각 소자의 동작 방법을 기술한다. 디코드 회로(1001)는 NTSC 텔레비젼 신호, 분리 밝기 신호 및 수신된 복합 신호로부터의 동기 신호 등의 입력 복합 화상 신호를 디코딩하는 회로이다. 입력 복합 화상 신호는 데이타 신호로서 직렬/병렬 변환회로(1002)로 송출되고 수신된 복합 신호는 Tsync 신호로서 타이밍 제어 회로로 전송된다. 다시 말해, 디코드 회로(1001)는 표시 패널(1000)의 컬러 화소의 배열에 대응하는 RGB의 원색의 밝기를 재 조정하여 이들을 직렬/병렬 변환회로(1002)로 전송한다. 또는 이 디코드 회로는 수직 및 수평 동기 신호를 추출하여 이들을 타아밍 제어 회로(1005)로 전송한다. 타이밍 제어 회로(1005)는 상기 동기 신호 Tsync와 관련하여 다른 소자의 동작 타이밍을 정합하기 위해 여러가지 타이밍 제어 신호를 발생시킨다. 구체적으로 이 제어 회로는, Tsp 신호를 직렬/병렬 변환 회로(1002)로, Tmry 신호를 라인 메모리(1003)로, Tmod 신호를 변조 신호 발생 회로(1004) 및 Tscan 신호를 주사 신호 발생 회로(1005)로 전송한다.
직렬/병렬 변환 회로(1002)는 타이밍 신호 Tsp에 따라 디코드 회로(1001)로 부터 수신한 밝기 신호 데이타를 샘플링하여 이들을 200개의 병렬 신호 (I1) 내지 (I2)로서 라인 메모리(1003)에 전달한다. 직렬/병렬 변환 회로(1002)가 화상의 단일 라인에 대한 데이타 세트의 직렬/병렬 변환 동작을 완료하면, 타이밍 제어 회로 (1005)가 기입 타이밍 제어 신호 Tmry를 라인 메모리(1003)로 전송한다. 신호 Tmry를 수신하면, 신호(I1) 내지 I200)의 내용을 저장하여 이들을 신호(I'1) 내지 (I'200)로서 변조 회로 발생 회로(1004)로 전송하고 다음의 타이밍 제어 신호 Tmry를 수신할 때까지 이들을 유지한다.
변조 신호 발생 회로(1004)는 라인 메모리(1003)로부터 수신한 화상의 신호 라인의 밝기 데이타에 따라 표시 패널(100)의 그리드 전극에 인가되는 변조 신호를 발생시킨다. 발생된 변조 신호는 타이밍 제어 회로(1005)에 의해 발생된 타이밍 제어 신호 Tmod에 대응하여 변조 신호 단자(G1) 내지 (G200)에 동시에 인가된다. 통상 변조 신호는 소자에 인가되는 전압이 화상의 밝기에 따른 데이타에 따라 변조되는 전압 변조 모드로 동작하지만, 소자에 인가되는 펄스 전압의 길이가 화상의 밝기에 따른 데이타에 따라 변조되는 펄스폭 변조 모드로 동작될 수도 있다.
주사 신호 발생 회로(1006)는 표시 패널(1000)의 표면 전도형 전자 방출 소자의 소자 열을 구동하기 위해 전압 펄스를 발생시킨다. 이 회로는 표면 전도형 전자 방출 소자에 대한 임계 레벨을 초과하는 일정 전압원(DV)에 의해 발생되는 구동 전압 VE[V] 또는 접지 전위 레벨 0[V]중 어느 하나를 단자(Dp1) 내지 (Dp200)의 각각에 인가하도록 타이밍 제어 회로(1005)에 의해 발생된 타이밍 제어 신호 Tscan에 따라 스위치 회로를 턴온 및 턴오프 하도록 동작한다.
상술한 회로의 정합 동작의 결과로, 구동 신호는 도 21a 내지 21f도에 그래프로 나타낸 타이밍으로 표시 패널(1000)에 인가된다. 도 21a 내지 도 21d은 주사 신호 발생 발생 회로(1006)로 부터 표시 패널의 단자(Dp1) 내지 (Dp200)에 인가되는 신호의 일부를 나타낸다. VE[V]의 크기를 가진 전압 펄스는 화상의 단일라인을 표시하기 위해 시간 주기 내에서 순차적으로 Dp1, Dp2, Dp3 ···에 인가됨을 알 수 있다. 한편, 단자(Dm1) 내지 (Dm200)가 일정하게 접지되어 O[V]로 유지되므로, 소자의 열이 순차적으로 전압 펄스에 의해 구동되어 제1의 열로부터 전자빔을 발생시킨다.
이러한 동작과 함께, 변조 회로 발생 회로(1004)가 도 21f에 점선으로 도시한 타이밍으로 화상의 각 라인을 위해 단자(G1) 내지 (G200)에 변조 신호를 인가한다. 변조신호는 전체 화상이 표시될때까지 주사신호의 선택에 따라 순차 선택된다. 상기 동작을 계속 반복함에 의해 동화상이 텔레비젼 화면에 표시된다.
이제까지 도 17의 전자원을 포함하는 플랫형 CRT를 설명하였으나, 이루부터는 도 18의 전자원을 포함하는 패널형 CRT를 도 22와 관련하여 기술한다.
도 22의 패널형 CRT는 도 19의 CRT의 전자원을 200개의 전자 방출 소자의 열의 X-Y 매트릭스 및 200개의 그리드 전극을 포함하는 도 18에 예시한 하나로 대체함으로써 실현된다. 표면 전도형 전자 방출 소자의 200개의 열이 각각 201개의 배선 전극 (E1) 내지 (E201)에 각각 접속되므로, 진공용기 내에는 전체 201개의 전극 단자(EX1) 내지 (EX201)가 제공된다.
최종적인 유리 용기(VC)를 사용한 실험에서(도 22), 진공펌프를 사용하여 배기펌프(도시생략)를 통해 충분한 진공도로 용기를 진공 상태로 한 후, 전자 방출 소자(ES)를 전기 포밍 처리 했는데, 포밍 처리시에는 소자에 외부 단자(EX1) 내지 (EX201)에 의해 전압이 인가되었다. 포밍 처리시에 사용된 전압은 도 4b에 도시한 것과 동일한 파형을 갖는다. 이 실험에서, 도면 참조 부호(T1, T2)는 각각 1 밀리초 및 10 밀리초였고, 전기 포밍처리는 약 1 x 10-5토르 정도의 진공으로 행해졌다.
그후, 소자를 활성화처리 했는데, 이때에는 1 x 10-4토르의 압력까지 아세톤을 유리 용기로 도입하여 외부 단자(Dp1) 내지 (Dp200) 및 (Dm1) 내지 (Dm200)을 통해 전압을 전자 방출 소자(ES)에 인가했다. 그후 용기에 수용되어 있던 아세톤을 배기하여 최종 전자 방출 소자를 형성했다.
상술한 처리에서 형성된 각 소자의 전자 방출 영역에서는 주성분으로서 팔라듐을 포함하는 미립자가 분산배치된 것이 관측되었다. 이 미립자의 평균 입자 크기는 30Å였다. 이어서, 실험용으로 사용된 진공시스템을 오일을 사용하지 않는 이온 펌프를 포함하는 초 고진공 펌프로 스위치 했다. 그 후, 장치의 소자를 약 1 x 10-6토르 정도의 진공상태에서 충분한 시간 주기 동안 120 ℃로 소성했다.
이후, 가스버너에 의해 배기 파이프(도시생략)를 용융 밀폐하여 외장을 밀봉했다.
마지막으로, 밀봉처리후 장치의 진공도를 유지하기 위해 고주파 가열법으로 장치를 게터 처리하여 화상 형성 장치의 동작을 완료했다.
도 23은 표시 패널(1008)을 구동시키기 위한 구동회로의 블럭도이다. 이 회로는 주사 신호 발생 회로(1007)를 제외하고 도 20의 것과 근본적으로 동일한 구성을 갖는다. 주사 신호 발생 회로(1007)는 일정 전압원(DV)에 의해 발생되는 표면 전도형 전자 방출 소자에 대한 임계 레벨을 초과하는 구동 전압(VE[V]) 또는 접지 전위 레벨(O[V]) 중의 어느 하나를 표시 패널의 단자 각각에 인가한다. 도 23a 및 도 23은 특정한 신호가 표시 패널에 인가되는 타이밍을 나타낸다. 표시 패널은 도 24b 내지 도 24e에 도시한 구동 신호가 주사 신호 발생 회로(1007)로부터 전극 단자(EX1) 내지 (EX4)에 인가될 때 도 24a에 도시한 타이밍으로 화상을 표시하도록 동작하므로, 도 24f 내지 도 24h에 도시한 전압이 주사 신호 발생 회로를 구동하도록 표면 전도형 전자 방출 소자의 대응 열에 순차 인가된다. 이러한 동작에 따라, 변조 신호 발생 회로(1004)에 의해 변조 신호가 화면상에 화상을 표시하도록 도 24i에 도시한 타이밍으로 발생된다.
이 실시예로 실현되는 형태의 화상 형성 장치는 매우 안정된 동작을 하며 우수한 계조 및 콘트라스트를 가진 풀컬러 화상을 나타낸다.
실시예 10
도 25는 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자 및 표시 패널을 배열하고 다른 신호원으로부터 입력되는 입력 신호에 따라 텔레비젼 전송 화상 및 다양한 시간 데이타를 표시하도록 설계된 전자원을 포함하는 표시 장치의 블럭도이다. 도 25에서, 장치는 표시 패널(25100), 표시 패널 구동 회로(25101), 표시 패널 제어회로(25102), 멀티플랙서(25103), 디코더(25104), 입력/출력 인터페이스 회로(25105), CPU(25106), 화상 발생 회로(25107), 화상 메모리 인터페이스 회로(25108, 25109, 25110), 화상 입력 인터페이스 회로(25111), TV 신호 수신 회로(25112, 25113) 그리고 입력부(25114)를 포함한다. (표시 장치가 비디오 및 오디오 신호, 회로, 스피커로 구성되는 텔레비젼 수신용으로 사용되나, 다른 소자는 도면에 도시한 회로에 따라 오디오 신호를 수신, 분리, 재생, 처리 및 기억용으로 요구된다. 그러나 상기 회로 및 소자는 본 발명의 영역에서 제외됨).
이제부터 장치의 소자를 화상 데이타의 흐름에 따라 설명한다.
먼저, TV 신호 수신 회로(25113)는 전자기파를 사용하는 무선 송신 시스템 및/또는 공간 광학 원격 전기통신망을 통해 전달되는 TV 화상 신호를 수신하는 회로이다. 사용되는 TV 신호 시스템은 특정한 것으로 제한되지 않으며, NTSC, PAL 또는 SECAM 등의 임의의 시스템이 TV 신호 시스템과 함께 사용될 수 있다. 이것은 특히 다수의 주사 라인(통상 MUSE 시스템 등의 고품위 TV 시스템)을 포함하는 TV 신호용으로 적당한데, 그 이유는 이것이 다수의 픽셀을 포함하는 큰 표시 패널용으로 사용될 수 있기 때문이다. TV 신호 수신 회로(25113)에 의해 수신되는 TV 신호는 디코더(25104)로 전송된다.
이어서, TV 신호 수신 회로(25112)는 동축케이블 및/또는 광섬유를 사용하는 유선 송신 시스템을 통해 전송된 TV 화상 신호를 수신하는 회로이다. TV 신호 수신 회로(25113)와 같이, 사용되는 TV 신호 시스템은 특정한 것에 제한되지 않으며, 회로에 수신되는 TV 신호는 디코더(25104)로 전송된다.
화상 입력 인터페이스 회로(25111)는 TV 카메라 또는 촬상(image pick-up) 스캐너 등의 화상 입력 장치로부터 전송된 화상 신호를 수신하는 회로이다. 이것은 또한 디코더(25104)로 수신된 화상 신호를 전송한다.
화상 메모리 인터페이스 회로(25110)는 비디오 테이프 레코더(이하 VTR 이라함)에 기억된 화상신호를 검색하는 회로이며 검색된 화상 신호는 디코더(25104)로 전송된다.
화상 메모리 인터페이스 회로(25109)는 비디오 디스크에 기억된 화상 신호를 검색하는 회로이며, 검색된 화상 신호는 디코더(25104)로 전송된다.
화상 메모리 인터페이스 회로(25108)는 소위 스틸 디스크 등의 스틸 화상 데이타를 기억하는 장치에 기억되는 화상 신호를 검색하는 회로이며, 검색된 화상 신호는 디코더(25104)에 전송된다.
입력/출력 인터페이스 회로(25105)는 표시 장치와, 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 프린터 등의 외부 출력 신호원을 접속시키는 회로이다. 이것은 문자 및 그래픽에 따라 화상 데이타, 그리고 제어 신호 및 표시 장치의 CPU(25106)와 외부 출력 신호원 간의 수치 데이타에 대한 입력/출력 동작을 행한다.
화상 발생 회로(25107)는 입력/출력 인터페이스 회로(25105)를 통해 외부 입력 신호원으로부터의 문자 및 그래픽 입력에 대한 화상 데이타 및 데이타 또는 CPU(25106)으로부터 입력되는 것들에 따라 화면상에 표시될 화상 데이타를 발생하는 회로이다. 이 회로는 문자 및 그래픽에 따른 데이타 및 화상 데이타를 기억하기 위한 재기록 가능(reloadable) 메모리, 소정의 문자코드에 대응하는 화상패턴을 기억하기 위한 판독 전용 메모리, 화상데이타 및 화상의 발생에 필요한 다른 회로 성분을 처리하는 프로세서를 구비한다.
표시를 위해 회로에서 발생되는 화상 데이타는 디코더(25104)로 송출되며, 또한 입력/출력 인터페이스 회로(25105)를 통해 컴퓨터 네트워크 또는 프린터 등의 외부 회로로 송출될 수 있다.
CPU(25106)는 표시 화면에 표시될 화상을 생성, 선택 및 편집하는 동작을 수행한다. 예를 들어, CPU(25106)는 제어 신호를 멀티플랙서(25103)로 송출하고, 화면상에 표시되는 화상 신호를 적절히 선택 또는 결합시키며, 동시에 표시 패널 제어기(25102)에 대한 제어 신호를 발생하며, 화상 표시 주파수, 주사 방법(즉, 비월주사 또는 비-비월주사), 프레임당 주사라인의 수 등과 관련하여 표시 장치의 동작을 제어한다.
또한, CPU(25106)는 화상 발생 회로(25107)로 문자 및 그래픽에 대한 데이타 및 화상 데이타를 직접 송출하고, 외부 화상 데이타 및 문자 및 그래픽 데이타를 얻도록 입력/출력 인터페이스 회로(25105)를 통해 외부 컴퓨터 및 메모리를 액세스한다. CPU(25106)는 개인용 컴퓨터 또는 워드 프로세서의 CPU와 같이 데이타 발생 및 처리의 동작을 포함하는 표시 장치의 다른 동작에 참여하도록 설계될 수 있다. 또한, CPU(25106)는 다른 연산 및 다른 동작을 이들과 협조적으로 수행하도록 입력/출력 인터페이스 회로(25105)를 통해 외부 컴퓨터 네트워크에 접속될 수 있다.
입력부(25114)는 오퍼레이터가 제공하는 명령, 프로그램 및 데이타를 CPU(25106)로 전송하기 위해 사용된다. 사실, 이것은 키보드, 마우스, 조이스틱, 바코드 판독기 및 음성 인식 장치뿐만이 아니라 이들의 임의의 조합 등의 다양한 입력 장치로부터 선택될 수 있다.
디코더(25104)는 상기 회로(25107) 내지 (25113)를 통해 입력된 여러 화상 신호를 3원색, 휘도 신호 및 I 및 Q 신호에 대한 신호로 다시 변환하기 위한 회로이다. 양호하게, 디코더(25104)는 도 25에 점선으로 표시한 바와 같이 신호 변환용 화상 메모리를 필요로 하는 MUSE 시스템 등의 텔레비젼 신호를 처리하는 화상 메모리를 포함한다. 화상 메모리를 제공함으로써, 화상 발생 회로(25107) 및 CPU(25106)와 협동적으로 디코더(25014)에 의해 선택적으로 수행되도록 프레임을 씨닝 아웃(thinning out), 보간, 확장, 감소, 합성 및 편집과 같은 동작 뿐만 아니라 스틸 화상의 표시를 용이하게 한다.
멀티플랙서(25103)는 CPU(25106)에 의해 제공되는 제어 신호에 따라 화면상에 표시될 화상을 적절히 선택하는데 사용된다. 다시말해, 멀티플랙서(25103)는 디코더(25014)로부터 입력되는 특정한 변환 화상 신호를 선택하여 이들을 구동회로(25101)로 송출한다. 또한 이것은 단일 프레임을 표시하기 위한 시간 주기 내에서 화상 신호 세트로부터 다른 화상 신호 세트로 동시에 스위칭 함으로써 다른 화상을 표시하기 위해 화면을 복수의 프레임으로 분할 할 수 있다.
표시 패널 제어기(25102)는 CPU(25106)로부터 전송된 제어 신호에 따라 구동회로(25101)의 동작을 제어하는 회로이다.
또한 이것은 표시 패널의 기본 동작을 정의하기 위해 표시 패널을 구동용 전원(도시생략)의 동작 순서를 제어하는 구동 회로(25101)에 신호를 전송하도록 동작한다. 또한, 표시 패널을 구동하는 모드를 정의하기 위해 화상 표시 주파수 및 주사 방법(즉, 비월 주사 또는 비-비월주사)을 제어하는 구동회로(25101)에 신호를 전송한다.
또한 이것은 휘도, 콘트라스트, 색조 및 예리한 정도(sharpness)와 관련하여 화면에 표시되는 화상의 질을 제어하는 구동 회로(25101)에 신호를 송출한다.
구동 회로(25101)는 표시 패널(25101)에 인가되는 구동 신호를 발생하는 회로이며, 상기 멀티플랙서(25103)로부터 입력되는 화상 신호에 따라 동작하고 표시 패널 제어기(25102)로부터 입력되는 신호를 제어한다.
상술한 구성으로 도 25에 도시한 본 발명에 따른 표시 장치는 다양한 화상 데이타원으로부터 제공되는 다양한 화상을 표시 패널(25100)상에 표시할 수 있다. 구체적으로, 텔리비젼 화상 신호 등의 화상 신호는 디코더(25104)에 의해 다시 변환된 다음 구동 회로(25101)로 송출되기 전에 멀티플랙서(25103)에 의해 선택된다. 한편, 표시 제어 회로(25102)는 표시 패널(25100)상에 표시되는 화상에 대한 화상 신호에 따라 구동 회로(25101)의 동작을 제어하는 제어 신호를 발생시킨다. 이어서 구동 회로(25101)는 화상 신호 및 제어 신호에 따라 표시 패널(25100)에 구동 신호를 인가한다. 이와 같이 화상이 표시 패널(25100)상에 표시된다. 상술한 모든 동작은 CPU(25106)에 의해 상호 협조적으로 제어된다.
상술한 표시 장치는 이 장치에 제공되는 다수의 화상으로부터 특정 화상을 선택, 표시할 수 있을 뿐만 아니라 화상의 확장, 감소, 회전, 에지 강조, 씨닝 아웃, 보간, 색의 변경 및 외관비(aspect ratio) 수정 등을 포함하는 다양한 화상 처리 동작 및 디코더(25104)에 포함되는 화상 메모리에 화상을 합성, 제거, 연결, 대체 및 삽입 등의 편집 동작을 수행할 수 있으며, 화상 발생 회로(25107) 및 CPU(25106)가 상기 동작에 참여할 수 있다. 상기 실시예와 관련하여 기술하지 않았지만, 오디오 신호 처리 및 편집 동작만을 위한 추가 회로가 제공될 수 있다.
이와 같이 상술한 구성을 갖는 본 발명의 표시 장치는 텔레비젼 방송을 위한 표시 장치, 비디오 원격회의용 단말장치, 스틸 및 동화상을 위한 편집 장치, 컴퓨터 시스템용 단말 장치, 워드프로세서 등의 OA 장치, 게임머신 등 많은 다른 방식에서도 적용될 수 있으므로 다양한 산업 및 상업적 응용을 가질 수 있다.
도 25가 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 배열함으로서 제작된 전자원이 제공된 표시 패널을 포함하는 표시 장치의 가능한 구성의 일례만을 도시하고 있음은 말할 필요가 없으며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 도 25의 회로 소자 중 몇몇은 생략되거나 추가 소자가 응용에 따라 더 배열될 수 있다. 가령, 본 발명에 따른 표시 장치가 전화용으로 사용되는 경우 텔레비젼 카메라, 마이크로폰, 발광장비 및 모뎀을 포함하는 송신/수신 회로 등의 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 표시 장치는 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 배열하여 형성하였기 때문에 깊이의 면에서 축소가 가능한 전자원이 제공되는 표시 패널을 포함하고 있으므로, 전체적으로 장치를 박형으로 할 수 있다. 또한, 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 배열함에 의해 제조된 전자원을 포함하는 표시 패널이 향상된 휘도를 가진 큰 화면을 갖고 넓은 시야각을 제공하도록 채용될 수 있으므로, 임장감(presence)의 면에서 관찰자에 인상적인 장면을 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 한쌍의 대향 배치된 소자 전극과 기판상에 배열된 전자 방출 영역을 포함하는 박막을 구비한 표면 전도형 전자 방출 소자를 제조하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 적어도, 한쌍의 전극을 형성하는 단계와, (전자 방출 영역포함) 박막을 형성하는 단계와, 전기 포밍 처리를 행하는 단계 및 활성화 처리를 행하는 단계로 이루어지며, 포밍 단계와 활성화 처리 단계가 분리된 단계로 행해지고 상기 전자 방출 영역의 근방에 그래파이트 혹은 비정질 탄소, 혹은 이들의 혼합물로 이루어지는 탄소를 주성분으로 하는 피막을 제어하여 피복했기 때문에, 종래 진공중에서 불명했던 전자 방출 특성의 제어가 가능하게 되었다.
보다 바람직하게는, 상기 활성화 처리는 박막에 탄소를 주성분으로하는 피막을 피복하는 단계, 전자 방출 소자의 한쌍의 전극에 전압 제어형 부성저항 레벨을 초과하는 전압을 인가하는 단계를 포함하므로써, 전자 방출 영역의 일부로부터 고전위측에 탄소를 주성분으로하는 피막으로 피복하는 것에 의해 전자 방출 소자의 구동 초기부터 특성이 안정되고, 또한 소자 전류가 작고, 효율이 높은 전자 방출 소자의 형성이 가능하게 된다.
본 발명에 따르면, 입력 신호에 따라 전자를 방출도록 설계되고 기판 상에 상술한 형태의 복수의 전자 방출 소자를 구비한 전자원에 있어서, 전자 방출 소자가 행으로 배열되고, 각각의 상기 소자는 대향 단부에서 와이어에 접속되며, 변조 수단이 이들에 대해 제공되거나, 다르게는 전자 방출 소자들의 소자 전극 쌍들이 절연된 m개의 X방향 배선과 절연된 n개의 Y방향 배선에 각각 접속되고, 전자 방출 소자는 복수의 소자를 갖는 행으로 배열된다. 이러한 배열에서, 본 발명에 따른 전자원은 저비용 고효율로 제조될 수 있다. 부가적으로, 본 발명에 따른 전자원은 고효율의 에너지 절약 방식으로 동작하여 그 주변부에 위치한 회로 상에 지워진 부담을 완화시킨다.
또한, 본 발명에 따르면, 입력 신호에 따라 화상을 형성하는 화상 형성 장치는 적어도, 화상 형성 부재 및 본 발명에 따른 전자원을 구비한다. 이러한 장치는 제어 방식으로 전자의 방출을 행하므로 효율 및 안정성을 보장할 수 있다. 예를 들어, 화상 형성 부재가 형광 부재인 경우 화상 형성 장치는 저에너지 소비 레벨로 고품위의 화상을 표시할 수 있는 플랫 컬러 텔레비젼 세트를 이룰 수 있다.
소자 전류(mA) 방출 전류(μA)
펄스폭 30 ㎲ 100 ㎲ 300 ㎲ 30 ㎲ 100 ㎲ 300 ㎲
실시예 3아세톤 1.8 2.0 2.0 0.9 0.9 1.0
실시예 6n-헥산 1.7 1.7 1.8 0.7 0.7 0.8
실시예 7-an-언데칸 1.4 1.4 1.5 0.5 0.6 0.6
실시예 4n-도데칸 2.6 2.4 2.2 1.4 1.2 1.0
실시예 7-b오일 2.9 2.5 2.2 1.7 1.4 1.1

Claims (47)

  1. 한쌍의 대향 배치된 전극과 이들 전극 사이에 배열되며 고 저항 영역을 포함하는 전기 전도성막을 구비하는 전자 방출 소자에 있어서,
    상기 고 저항 영역은 탄소를 주성분으로 하는 피막을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄소를 주성분으로 하는 피막은 상기 고 저항 영역 부근에 제공되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탄소를 주성분으로 하는 피막은 상기 고저항 영역의 일부로부터 상기 전기 전도성막 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탄소를 주성분으로 하는 피막은 상기 고저항 영역으로부터 상기 전극 중 하나에 제공되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 탄소를 주성분으로 하는 피막은 상기 고저항 영역으로부터 상기 전극 중 고전위를 가진 전극에 인접한 전기 전도성막의 일부에 제공되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전기 전도성막은 전기 도전성 미립자로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전기 전도성 미립자는 금속 또는 금속 산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전기 전도성 미립자의 적어도 일부는 상기 피막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고 저항 영역은 전기 전도성 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전기 전도성 미립자의 적어도 일부는 상기 피막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전극의 적어도 일부는 탄소를 주성분으로 하는 상기 피막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 탄소를 주성분으로 하는 피막은 주로 그래파이트(graphite), 비정질 탄소(amorphous carbon) 또는 그 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 소자의 전자 방출 전류는 상기 전극에 인가된 전압에 대해 단조 증가 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  14. 입력 신호에 따라 전자를 방출하는 전자 방출 소자를 구비하는 전자원에 있어서,
    상기 전자 방출 소자는 청구항 제1항 내지 청구항 13항 중 어느 한 항에 따른 소자인 것을 특징으로 하는 전자원.
  15. 제14항에 있어서,
    복수의 행으로 배열되고 대향 단부에서 배선에 각각 접속된 복수의 상기 전자 방출 소자와, 상기 전자 방출 소자로부터 방출되는 전자 빔을 변조하기 위한 변조 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자원.
  16. 제14항에 있어서,
    행으로 배열되어 있으며 상호 전기적으로 절연되어 있는 m개의 X방향 배선 및 n개의 Y 방향 배선에 각각 접속되어 있는 복수의 상기 전자 방출 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자원.
  17. 전자원과 입력 신호에 따라 화상을 형성하는 화상 형성 부재를 구비하는 화상 형성 장치에 있어서,
    상기 전자원은 청구항 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 전자 방출 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전자원은 복수의 행으로 배열되고 대향 단부에서 배선에 각각 접속된 복수의 상기 전자 방출 소자와, 상기 전자 방출 소자로부터 방출되는 전자빔을 변조하는 변조 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 전자원은 행으로 배열되며 서로 전기적으로 절연되어 있는 m개의 X방향 배선 및 n개의 Y방향 배선에 각각 접속되는 복수의 상기 전자 방출 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 전자원의 방출 전류 및 소자 전류는 상기 소자에 인가되는 전압에 대해 단조 증가 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 화상 형성 장치의 내측은 탄소를 주성분으로 하는 상기 피막에 추가의 피복을 할 수 없을 정도의 진공도로 유지되는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  22. 한쌍의 대향 배치된 전극과 상기 전극 사이에 배치된 전기 전도성막을 포함하는 전자 방출 소자를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 제조 방법은 소자 활성화 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 활성화 공정은 탄소를 주성분으로 하는 피막을 상기 전기 도전성막에 피복하는 공정인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 활성화 공정은 전극 사이에 진공 상태로 배열된 전기 전도성막에 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 전압은 펄스 형태로 인가되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 전압은 전압 제어 부성 저항 레벨 이상인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 전압은 전자 방출 소자를 구동하기 위한 구동 전압인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 활성화 공정은 도입된 탄소 화합물을 포함하는 분위기 중에서 전극 사이에 배열된 전기 전도성막에 전압을 인가하는 단계를 포함하는 전자 방출 소자 제조 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 전압은 펄스 형태로 인가되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 전압은 전압 제어 부성 저항 레벨 이상인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 전압은 전자 방출 소자를 구동하기 위한 구동 전압인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
  32. 제28항에 있어서,
    상기 탄소 화합물은 유기 가스인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 유기 가스는 활성화 공정시의 온도 및 분위기에서 5000 hPa 보다 높지 않은 증기압을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 유기 가스는 20 ℃에서 5,000 hPa 보다 높지 않은 증기압을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 유기 가스는 활성화 공정시의 온도 및 분위기에 있어서 0.2 hPa 내지 5,000 hPa 사이의 증기압을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 유기 가스는 20 ℃에서 0.2 hPa 내지 5,000 hPa 사이의 증기압을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
  37. 제22항에 있어서,
    상기 제조 방법은 포밍 공정(forming process)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 포밍 공정은 전극 사이에 배치된 전기 전도성 막에 고 저항 영역을 포밍하는 단계인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
  39. 제22항에 있어서,
    상기 활성화 공정은 상기 포밍 공정 후에 행해지는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
  40. 입력 신호에 따라 전자를 방출하기 위한 전자 방출 소자를 포함하는 전자원에 있어서,
    상기 전자 방출 소자는 청구항 제22항 내지 청구항 제39항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 전자원.
  41. 제40항에 있어서,
    복수의 행으로 배열되고 대향 단부에서 배선에 각각 접속된 복수의 상기 전자 방출 소자와, 상기 전자 방출 소자로부터 방출되는 전자 빔을 변조하기 위한 변조 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자원.
  42. 제40항에 있어서,
    행으로 배열되어 있으며 상호 전기적으로 절연되어 있는 m개의 X방향 배선 및 n개의 Y 방향 배선에 각각 접속되는 복수의 상기 전자 방출 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자원.
  43. 전자원 및 입력 신호에 따른 화상을 형성하는 화상 형성 부재를 구비하는 화상 형성 장치에 있어서,
    상기 전자원은 청구항 제22항 내지 청구항 제39항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 전자 방출 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 전자원은 복수의 열로 배열되고 대향 단부에서 배선에 각각 접속된 복수의 상기 전자 방출 소자와, 상기 전자 방출 소자로부터 방출된 전자빔을 변조하기 위한 변조 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  45. 제43항에 있어서,
    상기 전자원은 열로 배열되며 상호 전기적으로 절연되어 있는 m개의 X방향 배선 및 n개의 Y 방향 배선에 각각 접속되는 복수의 상기 전자 방출 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  46. 제43항에 있어서,
    상기 전자원의 방출 전류 및 소자 전류는 상기 소자에 인가되는 전압에 대해 단조 증가형 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  47. 제43항에 있어서,
    상기 화상 형성 장치의 내측은 탄소를 주 성분으로 하는 상기 피막에 추가의 피복을 만들 수 없는 정도의 진공도로 유지되는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
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