KR0172632B1 - 전자 원 및 전자 빔 장치 - Google Patents

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KR0172632B1
KR0172632B1 KR1019940037234A KR19940037234A KR0172632B1 KR 0172632 B1 KR0172632 B1 KR 0172632B1 KR 1019940037234 A KR1019940037234 A KR 1019940037234A KR 19940037234 A KR19940037234 A KR 19940037234A KR 0172632 B1 KR0172632 B1 KR 0172632B1
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electron source
electron emission
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beam apparatus
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히데아끼 미쯔다께
나오또 나까무라
요시히사 사노
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미따라이 하지메
캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

전자원 또는 전자 빔 장치는 전자 방출 소자와 전자 방출 소자의 상부에 배치된 차폐 부재를 포함하며, 전자 방출 소자는 통전될 때 전자 방출 소자가 배치되어 있는 기판과 평행한 전계 성분을 발생하고, 차폐 부재는 전자 방출 소자로부터 방출되는 전자를 통과시키는 반면, 전자 방출 소자쪽으로 비상하는 하전 입자를 차단한다.

Description

전자원 및 전자 빔 장치
제1a도 내지 제1c도는 본 발명에 따른 전자원의 예를 도시하는 기본적인 개략도.
제2a도 내지 제2d도는 제1도에 도시된 전자원의 제조 방법을 설명하기 위한 연속 단계를 도시한 도면.
제3도는 포밍 처리에 인가된 전압 파형의 일예를 도시한 챠트.
제4도는 전자 방출 소자의 전자 방출 특성을 측정하고 평가하기 위한 장치의 개략도.
제5도는 전자 방출 소자의 전류 대 전압 특성을 도시한 그래프.
제6도는 다수의 전자 방출 소자들이 간단한 매트릭스 배선 패턴으로 정렬되어 결합된 전자원의 개략도.
제7도는 본 발명의 화상 형성 장치의 구조의 한 예를 도시한 일부 절결 사시도.
제8a도 및 제8b도는 화상 형성 장치내의 형광막의 구성예를 도시한 도면.
제9도는 본 발명에 따른 화상 표시 소자의 구성예를 도시하는 블럭도.
제10도는 실시예 1로서 도시된 전자원의 부분 사시도.
제11a도 및 제11b도는 전자원의 부분 단면도.
제12a도 및 제12b도는 실시예 2로서 도시된 전자원의 개략 사시도 및 개략 단면도.
제13도는 실시예 3으로서 도시된 화상 형성 장치의 구성예를 도시한 일부 절결 사시도.
제14도는 제13도에 도시된 화상 형성 장치의 부분 사시도.
제15도는 제13도에 도시된 화상 형성 장치의 단면도.
제16도는 실시예 3의 변형으로서 화상 형성 장치의 부분 사시도.
제17도는 제16도에 도시된 화상 형성 장치의 단면도.
제18도는 실시예 4로서 도시된 전자원의 부분 평면도.
제19도는 제18도에 도시된 전자원의 부분 단면도.
제20a도 내지 제20m도는 제18도에 도시된 전자원의 연속적인 제조 단계를 설명하기 위한 단면도.
제21도는 제18도에 도시된 전자원의 제조 단계에 이용된 마스크를 부분적으로 도시하는 도면.
제22도는 실시예 5로서 도시된 전자원의 부분 사시도.
제23도는 제22도에 도시된 전자원을 이용하여 구성된 화상 형성 장치의 단면도.
제24a도 내지 제24b도는 제22도에 도시된 전자원의 부분 단면도.
제25도는 실시예 6으로서 도시된 전면판의 부분 사시도.
제26도는 실시예 5로서 도시된 화상 형성 장치의 부분 단면도.
제27도는 종래 기술의 전자원의 구성을 도시하는 개략도.
제28도는 종래 기술의 전자 방출 소자의 구성을 도시하는 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판 3 : 전자 방출 영역
4 : 도전막 5, 6 : 소자 전극
9 : 차폐 부재 10 : 전자 통과 홀
74 : 전자 방출 소자 81 : 전자원
82 : 배면판 83 : 지지 프레임
88 : 형광막 89 : 메탈 백
90 : 전면판 91 : 엔클로저
본 발명은 전자원(electron source)와 전자원을 이용하는 전자 빔 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전자를 이용하는 화상 형성 장치(image-forming apparatus)에는 그 내부에 진공 분위기를 유지하기 위한 엔클로저(enclosure), 전자를 방출하기 위한 전자원 및 전자원을 위한 구동 회로, 전자의 충돌에 따라 광을 방출하는 형광 물질과 같은 화상 형성 부재와, 화상 형성 부재쪽으로 전자를 가속하기 위한 고전압원이 필요하다. 박막형 화상 표시 소자와 같은 평면 엔클로저를 이용하는 화상 형성 장치들에서는 대기압력에 대해 내구력을 가진 구조를 제공하도록 지지 포스트(support post)(스페이서(spacers))가 이용된다.
이러한 화상 형성 장치에 있어서, 엔클로저내에서 전자가 비상하도록 가속되는 경우, 진공 분위기내에 잔류하는 잔류 가스 등과 형광 물질들이 이온화되며, 생성된 양이온은 가속 전극에 의해 가속되어 전자원쪽으로 비상하게 된다. 만일, 양이온이 전자원에 충돌하는 경우, 특히, 전자 방출 영역을 갖는 전자 방출 소자에 있어, 전자원은 열화된다. 따라서, 전자원의 수명을 늘이고, 신뢰성을 향상시키기 위해서는 하전 입자가 전자 방출 소자에 직접적으로 충돌하는 것을 막는 것이 중요하다.
전술하는 현상으로 인해 발생되는 전자원의 열화를 방지하기 위한 예로서, 미합중국 특허 제4,155,028호에는 전자계 편향 시스템이 개시된다. 제27도에는 개시된 시스템의 개략적인 구조를 도시하는데, 이 시스템은 열음극(hot cathode)를 구비한 전자 방출 소자(3011), 제1 그리드(3012), 제2 그리드(3013) 및 가속 전극(3014)를 구비한다. 제1 및 제2 그리드(3012 및 3013)는 그들 사이에 정의되는 소정의 각으로 연장되도록 배열되며, 전자 방출 소자로부터의 전자를 끌어 당기기에는 충분하지만, 양이온을 생성하는 데는 불충분한 전위가 제공된다. 제27도에서 실선(3015)은 전자 방출 소자(3011)로부터 방출되는 전자의 각 경로를 나타낸다. 전자 경로는 제2 그리드(3013) 근처에서 편향되어 가속 전극(3014)쪽으로 수직으로 진행한다. 한편, 가속 전극(3014)에 의해 생성된 양이온은 전자보다 더 큰 질량을 가지므로 제2 그리드(3013) 근방에서는 보다 작게 편향되어 점선(3016)으로 표시된 경로를 따라 진행한다. 따라서, 양이온은 전자 방출 소자(3011)에 직접 도달하지 않는다. 그러므로, 미합중국 특허 제4,155,028호에 있어서, 전자 방출 소자에 대해 경사지게 배열된 다수의 제어 전극을 사용함으로써 전자 방출 소자의 열화가 방지된다.
화상 형성 장치의 전자원에 사용되는 전자 방출 소자로서, 전술한 바와 같이 열음극 소자 이외에 냉음극(cold cathod) 소자가 또한 알려져 있다. 냉음극 소자는 전계 방출형(이후에 FE로 표시), 금속/절연층/금속형(이후에 MIM으로 표시), 표면 전도형형 등의 전자 방출 소자를 포함한다.
FE 전자 방출 소자의 예로는 예를 들면, 더블유. 피. 다이크 및 더블유. 더블유. 돌란(W.P Dyke and W.W. Dolan)의 Field Emission, Advance in Electron Physics, 8, 89, (1956)과 씨. 에이. 스핀드트(C.A. spindt)의 Physical Properties of Thin-film Field Emission Cathodes with Molybdenum Cones, J. Appl. Phys., 47, 5248(1976)에 개시된다.
MIM 전자 방출 소자의 예는 예를 들면, 씨. 에이. 미드(C.A. Mead)의 The Tunnel-emission Amplifier, J. Appl. Phys., 32, 646 (1961)에 개시된다.
표면 전도형 전자 방출 소자의 예는 예를 들면, 엠. 아이. 엘린슨(M. I. Elinson)의 Radio Eng. Electron Phys., 10, 1290 (1965)에 개시된다.
표면 전도형 전자 방출 소자는 작은 영역을 가진 박막이 기판상에 형성되고 전류가 막 표면과 평행하게 흐르도록 제공되는 경우, 전자가 막으로부터 방출되는 현상을 이용한다. 이러한 표면 전도형 전자 방출 소자로서, 예를 들면, 전술한 엘린슨에 의한 SnO2박막을 사용하는 것, Au 박막[G. Dittmer: Thin Solid Films, 9, 317(1972)]을 사용하는 것, In2O3/SnO2박막[M. Hartwell and C.G. Fonstad: IEEE Trans. ED Conf., 519(1975)] 을 사용하는 것, 탄소 박막[Hisashi Araki et. al.: Vacuum, Vol. 26, No. 1, 22(1983)]을 이용하는 것 등잉 알려져 있다.
이러한 표면 전도형 전자 방출 소자의 전형적인 예로서, 전술한 바와 같은 엠. 하트웰[M. Hartwell]에 의해 보고된 소자 구성이 제28도에 개시된다. 제28도에 있어서, 참조 번호 (3101)로 표시된 것은 절연 기판이고, 참조 번호 (3102)로 표시된 것은 예를 들면, H형 패턴으로 스퍼터링(sputtering)에 의해 형성된 금속산화 도전 박막을 포함하는 전자 방출 영역을 형성하기 위한 박막이다. 전자 방출 영역(3103)은 이후에 설명될 포밍(forming)이라 불리우는 통전(energizing)처리에 의해 형성된다.
이러한 표면 전도형 전잔 방출 소자에 있어서, 전자 방출을 개시하기 전에, 전자 방출 영역 형성 박막(3102)은 전통적으로 전자 방출 영역(3103)을 형성하기 위한 포밍 처리로 불리우는 통전 처리가 제공된다. 포밍(forming)이란 전자 방출 영역 형성 박막에 전압을 인가함으로써 그러한 영역이 국부적으로 파괴 또는 변형(destory, deform 또는 denature)되어 전기적으로 높은 저항 상태로 변환된 전자 방출 영역을 형성하도록 하는 단계를 의미한다. 전자 방출 영역(3103)은 전자 방출 영역 형성 박막(3102)의 일부에 형성된 균열(crack) 등을 포함하며, 전자는 균열 근방에서 방출된다. 이하, 포밍 처리에서 형성된 전자 방출 영역을 포함하는 전자 방출 영역 형성 박막(3102)은 박막(3104)을 포함하는 전자 방출 영역이라 부르기로 한다. 포밍 처리 후의 표면 전도형 전자 방출 소자에 있어서, 박막(3104)를 포함하는 소자에 전류를 공급하기 위해 전자 방출 영역에 전압이 인가되어, 전자 방출 영역(3103)으로부터 전자가 방출된다.
다수의 표면 전도형 전자 방출 소자들이 어레이로 형성되는 예로서, 표면 전도형 전자 방출 소자들은 평행하게 배열되며, 이 소자들의 양 단부는 병렬로 각각 배선함으로써 상호 결합되어 어레이의 하나의 행을 형성하며, 다수의 행은 배열되어 어레이를 형성하는 전자원을 들 수 있다(예를 들면, 동일한 제목으로 동일 양수인에게 양도된 일본국 특허 출원 공개 공보 소 제64-31332호를 참조).
한편, 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자의 어레이를 가진 전자원과 화상 형성 부재로서 전자원으로부터 방출되는 전자의 충돌에 따라 가시 광선을 방사하는 형광 물질을 조합하여 다양한 화상 형성 장치가 구성된다(예를 들면, 동일한 양수인에게 양도된 미합중국 특허 제5,066,883호를 참조). 이러한 형태의 화상 형성 장치는 자기 발광체(self-luminous; 즉 방출형)로서 대형 스크린을 비교적 쉽게 제조할 수 있으며, 양호한 화질을 가지기 때문에 보다 보편화될 것이며, CRT들을 대체할 것으로 예상된다.
예를 들면, 동일한 양수인에게 양도된 일본국 특허출원 공개 공보 제2-257551호에 개시된 화상 형성 장치에 있어서, 일렬로 정렬되는 표면 전도형 전자 방출 소자를 병렬로 각각 상호 결합하는 배선(즉, 행방향으로의 배선)과 전자원과 형광 물질 사이의 공간에 배치되어 행방향 배선과 수직 방향(즉, 열방향)으로 연장하는 제어 전극(소위, 그리드)에 적절한 구동신호를 공급함으로써, 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자중 소망의 소자가 선택된다.
특히, 간단한 구조를 가진 표면 전도형 전자 방출 소자와 같은 냉음극 소자를 이용하는 화상 형성 장치를 구현하기 위하여, 본 발명자들은 표면 전도형 전자 방출 소자가 다수의 행방향 배선과 다수의 열방향 배선에 의해 적절하게 상호 결합 되어, 매트릭스 패턴으로 행방향 및 열방향으로 배열되고, 적절한 구동 신호가 행방향 배선과 열방향 배선에 공급되어 표면 전도형 전자 방출 소자들중 소망의 소자들이 선택되며, 그로부터 방출되는 전자의 양이 제어되는 간단한 매트릭스 어레이의 전자원을 구성하는 시스템을 연구했다.
[제1 문제]
간단한 매트릭스 어레이의 전자원을 이용하는 전술하는 화상 형성 장치는 또한 전자원 특히, 전자 방출 소자의 전자 방출 영역에 하전 입자들이 충돌할 가능성이 있다는 위험을 수반한다. 또한, 전자원 특히, 전자 방출 소자의 전자 방출 영역이 보이는 바와 같이 가속 전극으로부터 직접 노출되기 때문에 우연한 방전이 발생하는 경우 전자원을 열화시킬 위험이 있다.
[제2 문제]
본 발명자들은 간단한 매트릭스 어레이의 전자원을 이용하는 상기 화상 형성 장치를 검토한 결과, 화상 형성 부재로서, 형광 물질상의 광 방출 위치(형광 물질에 전자가 충돌하는 위치) 및 광 방출 부분의 형태가 설계 값과 차이가 있음이 발견되었다. 특히, 컬러 화상용의 화상 형성 부재를 이용하는 경우, 광 방출 부분의 편차로 인해 어떤 경우에는 휘도 감소 및 컬러 시프트(shift)가 발견되었다. 전술하는 현상은 전자원 및 화상 형성 부재 사이에 배치된 지지 프레임 또는 지지 포스터(스페이서)에서, 또는 화상 형성 부재의 주변 모서리에서 발생됨을 확인할 수 있다.
전술하는 문제점과 관련하여, 본 발명의 목적은 전자 방출 소자, 특히, 표면 전도형 전자 방출 소자와 같은 냉음극 소자를 이용하는 신규한 화상 형성 장치를 제공하는 것으로서, 신규한 화상 형성 장치는 간단한 구조로써, 원하는 소자의 선택과 선택된 소자로부터 방출되는 전자의 양을 쉽게 제어할 수 있으며, 광 방출의 위치에서 소정의 편차가 발생하지 않는, 긴 수명과 높은 신뢰성을 제공할 수 있다.
전술하는 두가지 문제에 대한 상세한 분석결과로부터, 제2 문제, 즉, 광 방출 부분의 위치 및 형태의 변경은 또한 전자원으로부터 방출된 전자에 의한 것임을 알았다.
특히, 전자원으로부터 방출된 전자가 화상 형성 부재인 형광 물질에 충돌하는 한편, 가능성이 낮긴 하지만, 그들은 진공에서 잔류하는 가스와 충돌한다. 그러한 충돌에 의해 산란된 입자들중 일부(예를 들면, 이온, 2차 전자 및 중성 입자들)가 화상 형성 장치의 소정 부분에 충돌할 가능성이 있으며, 이 부분에서 절연 물질이 노출되어 노출된 부분이 전기로 충전될 가능성이 있음을 알 수 있다. 그 다음 이러한 충전으로 노출 부분 근처의 전계가 변경되어 전자 경로를 변경시킴으로써, 형광 물질로부터 방출된 광의 위치 및 형태가 변경되는 것으로 생각된다.
형광 물질로부터 방출되는 광의 위치 및 형태가 변화되는 상황을 관찰해 보면, 양전하들이 일차적으로 상기 노출 부위에 누적됨을 알 수 있다. 이러한 사실은 산란된 입자들중 양이온의 증착 또는 산란된 입자들이 상기 노출 부위에 충돌하는 경우에 발생되는 이차 전자의 방출로 인해 발생하는 것으로 생각된다.
전술하는 문제를 해결하기 위한 수단 및 이러한 수단의 동작은 이후에 상세히 설명될 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 실시 형태는 전자원에 관련되며, 이러한 전자원은 통전될 때 전자 방출 장치가 배치되어 있는 기판 표면과 평행한 전계 성분을 발생시키는 전자 방출 소자와, 상기 전자 방출 소자의 상부에 배치되어 있으며, 상기 전자 방출 소자로부터 방출되는 전자를 통과시키지만, 상기 전자 방출 소자쪽으로 비상하는 하전 입자를 차단하는 차폐 부재를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 형태는 전자 빔 장치에 관련되며, 전자 빔 장치는 통전될 때 전자 방출 소자가 배치되어 있는 기판 표면과 평행한 전계 성분을 발생시키는 전자 방출 소자와, 상기 전자 방출 소자 상에 배치되어 있으며, 상기 전자 방출 소자로부터 방출되는 전자를 통과시키나, 상기 전자 방출 소자쪽으로 비상하는 하전 입자를 차단하는 차폐 부재와, 상기 전자 방출 소자로부터 방출되는 빔이 조사(irradiation)되는 조사형 부재를 포함한다.
본 발명에 따르면, 화상 형성 장치가 제공되는데, 화상 형성 장치내에서, 차폐 부재는 전자원과 화상 형성 부재 사이에 배치되어 화상 형성 부재의 측면으로부터 전자원쪽으로 비상하도록 가속되는 입자(주로 양이온)가 주로 전자원에 증착되거나 충돌하지 못하도록 함으로써 전자원의 열화 및 원하지 않는 전하의 누적을 피할 수 있다. 상술된 구성은 전자 소스외의 다른 부분에 전자가 누적되는 것을 방지하는데 효과적이다. 이 때문에, 대기 압력을 견딜 수 있는 구조를 제공하는 데 사용되는 지지 부재(스페이서)와 같은 다른 부분의 절연 표면을 커버하는 방식과 같이 차폐 부재의 형태 및 위치를 결정하는 것만이 필요하다.
특히, 본 발명은 최적 형태를 가지는데, 이러한 최적 형태로 인해, 전계가 기판 표면과 평행하게 발생되기 때문에, 표면 전도형 전자 방출 소자와 같은 전자 방출 영역이 기판 표면 상부에 평행하게 배열된 한 쌍의 소자 전극들 사이에 형성된 형태의 전자 방출 소자에서, 방출된 전자의 경로는 전자 방출 영역에 수직한 방향으로부터 한 쌍의 소자 전극에 의해 발생된 전계의 방향으로 편향되며, 화상 형성 장치내에서 생성된 양이온은 가속되어, 전자원과 화상 형성부재 사이에 공급된 고전압에 의해 발생되고 이들 성분들과는 수직인 전계를 따라 실질적으로 비상하게 된다.
다시 말하면, 본 발명의 화상 형성 장치에 있어서, 전자 방출 소자의 전자 방출 영역으로부터 방출되는 전자는 전자 방출 영역과 수직한 방향으로부터 한 쌍의 소자 전극에 의해 생성된 전계의 방향으로 편향되게 비상하도록 힘을 받게 되기 때문에 전자는 예를 들면, 바로 위로부터 전자 방출 영역을 커버하는 차폐 부재로서의 차폐 전극에 의해 차단되지 않고 형광 물질로 형성된 화상 형성 부재쪽으로 이동할 수 있게 되며, 전자 방출 영역은 화상 형성 부재로부터 발생된 양이온에 대해 차폐 전극에 의해 보호될 수 있다. 또한, 우연한 방전이 발생하더라도, 전자원의 열화는 방지될 수 있다. 따라서, 본 발명에 있어서, 제27도에 도시된 바와 같이, 전자를 편향시키기 위한 그리드(grid)가 부가적으로 필요하지 않다.
따라서, 부가적인 복잡한 구조를 필요로 하지 않는 본 발명의 특징은 근본적으로 간단한 어레이를 가진 전자원을 이용하는 화상 형성 장치에 특히 적합하며, 이러한 화상 형성 장치에 있어서, 본 출원인에 의해 이미 제안된 바와 같이, 표면 전도형 전자 방출 소자의 대향 소자 전극 쌍들은 특히, 표면 전도형 전자 방출 소자는 매트릭스 패턴으로 행방향 및 열방향으로 배열되도록 다수의 행방향 배선 및 다수의 열방향 배선에 의해 바람직하게 상호 연결된다.
본 발명은 또한, 표면 전도형 전자 방출 소자 외에도 임의의 유형의 냉음극 소자에도 또한 이용가능하며, 여기서, 전자의 경로는 전자 방출 소자의 바로 위 또는 전자 방출 소자의 수직 방향으로부터 편향된다. 이러한 다른 전자 방출 소자의 예로는 동일 양수인에게 양도된 일본국 특허 출원 공개 번호 제63-274047호에 개시된 바와 같이, 전자원이 형성되는 기판의 표면상에 형성된 한 쌍의 대향 전극을 가진 전계 효과 전자 방출 소자이다.
본 발명은 또한 간단한 매트릭스 어레이와는 다른 전자원을 이용하는 화상 형성 장치에도 적용가능하다. 이와 같은 전자 화상 형성 장치의 한 예는 동일한 양수인에 의해 출원된 일본국 특허 출원 공개 제2-257551호에 개시된 바와 같이, 제어 전극들을 사용하여 표면 전도형 전자 방출 소자들중에 소망의 소자가 선택되는 화상 형성 장치를 변형함으로써 얻어지는데, 이러한 변형은 본 발명의 차폐 전극을 표면 전도형 전자 방출 소자를 가진 전자원 또는 제어 전극으로부터 알 수 있는 바와 같이 형광 물질을 가진 전면판(face plate)으로서 동일 면에 부가하는 것이다.
본 발명의 취지에 따르면, 본 발명은 표시소자에 적합한 화상 형성 장치에 한정되는 것이 아니라 감광 드럼, 발광 다이오드 등을 포함하는 광학 프린터에 발광 다이오드를 대신하는 발광원으로 이용될 수 있다. 이 경우, 화상 형성 장치는 선형 발광원뿐만 아니라 m개의 행방향 배선과 n개의 열방향 배선을 적절하게 선택함으로써, 2차원 발광원으로 이용될 수 있다.
부가적으로, 본 발명의 취지에 따르면, 본 발명은 또한, 전자원으로부터 방출된 전자가 조사되는 조사 부재가 예를 들면, 전자 현미경으로 표현된 바와 같은 화상 형성 부재이외의 경우에도 이용가능하다. 따라서, 본 발명은 또한 조사 부재의 형태를 특정화하지 않고 전자 빔 발생기의 형태로 구현될 수 있다.
본 발명은 전자원, 전자 빔 발생기 및 전술된 냉음극 소자를 이용하는 화상 형성 장치에 관한 것이다. 특히, 표면 전도형 전자 방출 소자들은 냉음극 소자로서 바람직하게 이용된다.
FE 소자에 있어서, 전자 방출 부분의 정점의 형태를 정밀하게 제어하는 것이 필요하다. 이러한 필요성으로 인해 소자의 제조 단가가 증가되고, 제조 공정이 제한되어 대규모 면적의 장치를 제조하기가 어렵다. 한편, 표면 전도형 전자 방출 소자는 간단한 구조를 가지므로, 커다란 면적의 장치라도 쉽게 제조될 수 있다. 따라서, 특히, 최근 값싸고 커다란 스크린 표시 소자가 크게 요구되는 냉음극 소자로서 적합하다.
또한, 본 발명에서 바람직하게는, 표면 전도형 전자 방출 소자는 FE 소자(약 100V) 보다는 더 낮은 전압(20V 이하)을 인가함으로써 구동될 수 있다. 구동 전압이 높아질수록 소자 전극들에 의해 형성되는 전계가 더 강해지고 소자의 수직 방향으로부터 전자 궤도의 편향이 다음과 같이 더 커지기 때문이다.
따라서, 이후에 설명될 실시예 1에서와 같이 차폐 부재의 개구 위치는 전자 방출 소자의 위치로부터 상당히 멀어질 것이다. 다수의 전자 방출 소자가 병렬로 제공되는 경우, 소자에는 더 긴 간격이 제공되어야 하며, 이로 인해 고밀도 배열의 소자를 구현하기 어려울 것이다.
또한, 본발명자들은 양호한 특성을 가지며, 대형 스크린을 구현하는데 적합하도록 전자 방출 영역을 형성하거나 미립자막으로부터 표면 전도형 전자 방출 소자의 전자 방출 영역을 둘러싸는 영역을 형성하는 것이 바람직함을 알았다.
따라서, 본 발명의 실시 형태 및 실시예에 대한 다음의 설명에 있어서, 미립자막을 이용하여 형성된 다중 전자 빔 소스로서 표면 전도형 전자 방출 소자를 가진 화상 형성 장치는 본 발명의 화상 형성 장치의 바람직한 예로서 개시된다.
먼저, 본 발명에 따른 전자원의 구성예가 제1a도 내지 제1c도에 도시되는데, 제1a도는 평면도이고, 제1b도 및 제1c도는 단면도이다. 이들 도면에 있어서, 참조 번호 (1)은 기판이며, 참조 번호 (5) 및 (6)은 소자 전극이며, 참조 번호 (4)는 전자 방출 영역을 포함하는 도전막이고, 참조 번호 (3)은 전자 방출 영역이며, 참조 번호(9)는 바로 위로부터 전자 방출 영역을 커버하는 차폐 부재이다. 따라서, 제1a도 내지 제1c도는 전자원의 한 예를 도시하는데, 여기서, 기판(1)에 평행하게 배치된 소자 전극(5 및 6) 사이의 전자 방출 영역(3)을 포함하는 도전막(4)과 차폐 부재(9)를 가진 표면 전도형 전자 방출 소자는 일체형 구조로 정렬된다.
제1a도 내지 제1c도에 도시된 전자원의 제조 방법의 예가 연속적인 제조단계를 도시하는 제2a도 내지 제2d도(제1a도의 1B-1B 선을 따라 취한 단면도)를 참조하여 이후에 설명될 것이다. 다음의 단계(a) 내지 단계(d)는 각기 제2a도 내지 제2d도에 대응한다.
단계 a: 기판(1)을 세제, 증류수 또는 유기 용매로 충분히 세척한다. 그 다음 진공 증착(vacuum evaporation), 스퍼터링(sputtering) 또는 임의의 다른 적절한 방법으로 기판(1) 상부에 소자 전극 재료를 증착한다. 그 다음, 광 식각 기법(photolithography technique)으로 소자 전극(5 및 6)을 기판(1)의 표면상부에 형성한다.
기판(1)은 예를 들면, 수정 유리, 나트륨과 같은 불순물이 감소된 유리, 소다 석회 유리 및 스퍼터링에 의해 상부에 SiO2가 적층된 소다 석회 유리로 이루어진 유리 기판 또는 예를 들면, 알루미나로 이루어진 세라믹 기판으로 이루어질 수 있다.
소자 전극(5 및 6)은 전도성을 가진 소정의 물질로 이루어질 수 있다. 전극 재료의 예로는 Ni, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu 및 Pd 와 같은 금속 또는 그들의 합금, Pd, Ag, Au, RuO2및 Pd-Ag와 같은 금속 또는 그들의 산화물, 유리 등을 포함하는 인쇄형 도체 및 In2O3-SnO2와 같은 투명 도체 및 폴리 실리콘과 같은 반도체가 있다.
단계 b: 기판(1) 상부에 제공된 소자 전극(5 및 6) 사이에서, 기판 상부에 유기 금속 용액을 코팅하여 유기 금속 박막을 형성한다. 그후에, 유기 금속 박막에 열을 가하여 굽는다(baking). 그후에 리프트 오프(lift-off) 또는 에칭에 의해 패턴화하여 전자 방출 영역 형성 박막(2)을 형성한다.
유기 금속 용매는 일차 성분으로 Pd, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W 및 Pb와 같은 전술한 금속들중 임의의 금속을 함유하는 유기 화합물의 용액이다.
유기 금속 박막을 본 예에서는 유기 금속 용액을 코팅하여 형성하지만, 이러한 형성 방법은 코팅으로만 제한되지 않고, 진공 증착, 스퍼터링, 화학적 기상 증착, 분산(dispersion) 코팅, 디핑(dipping) 및 회전(spinning)과 같은 다른 임의의 방법으로 형성될 수 있다.
단계 c: 전자 방출 영역 형성 박막(2)를 위한 보호 층(7)을 Cr로 형성한다. 그 다음, 희생 (sacrifice)층(8) 및 차폐 부재(9)를 그 상부에 연속적으로 적층한다. 이 경우, 차폐 부재(9)의 양단부가 기판(1) 상에 형성되도록 희생층(8) 및 차폐 부재(9)의 크기 및 형태가 선택된다. 차폐 부재(9)는 바람직하게는 도체이며, 예를 들면, 박막 형태의 Al 금속으로 이루어진다.
단계 d: 박막(2)와 차폐 부재(9) 사이의 갭(gap)을 형성하기 위해 희생층(8)을 에칭 제거한다. 그 다음, 박막(2)를 보호하는 보호층(7)을 에칭 단계에서 제거한다. 최종적으로, 포밍이라 불리우는 통전 처리를 수행하여 전원(도시되지 않음)으로 소자 전극(5 및 6) 사이에 전압을 인가한다. 따라서, 전자 방출 영역 형성 박막(2)의 구조가 국부적으로 변경되어 전자 방출 영역(3)이 형성된다. 전술한 바와 같이 형성된 전자 방출 영역(3)은 전도성 미립자들을 포함한다.
전자 방출 영역을 포함하는 도전막(4)의 재료의 실제 예로는 Pd, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W 및 Pb와 같은 금속, PdO, SnO2, In2O3, PbO, Sb2O3와 같은 산화물, HfB2, ZrB2, LaB6, CeB6, YB4및 GdB4와 같은 붕화물, TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC 및 WC와 같은 탄화물, Si 및 Ge와 같은 반도체 및 탄소로 이루어진다. 도전막(4)는 기본적으로 미립자막이다.
전술하는 단계를 통해 제조된 전자원에 있어서, 전자 방출 영역을 포함하는 도전막(4)에 전압을 인가함으로써 전자 방출 영역(3)으로부터 전자가 방출되며, 그 결과 소자 표면을 따라 전류가 흐른다. 전자 방출 영역(3) 부근에서 소자 전극(5 및 6)에 의해 형성된 수평 전계로 인해, 방출된 전자에는 전자 방출 영역(3)에 바로 위 또는 수직한 방향으로부터 편향된 경로를 따라 비상하도록 힘이 가해진다. 따라서, 전자는 바로 위로부터 전자 방출 영역(3)를 커버하도록 배치되어 있는 차폐 부재(9)에 의해 차단되지 않는다. 이 점에서, 차폐 부재(9)는 차폐 부재의 전위를 조절하도록 전압 공급 수단에 관련되는 것이 바람직하다.
본 발명의 전자원을 제조하기 위한 방법으로 전술하는 것으로만 한정되는 것은 아니며, 전술하는 제조 단계의 일부분이 필요에 따라서는 변경될 수 있다.
본 발명의 전자원을 평가하는 방법이 제4도를 참조하여 설명될 것이다.
제4도는 제1a도 내지 제1c도에 도시된 바와 같이 구성된 전자원의 전자 방출 특성을 측정하기 위한 측정/평가 장치의 개략도이다. 제4도에 있어서, 참조 번호(1)은 기판이고, 참조 번호(5) 및 (6)은 소자 전극이며, 참조 번호 (4)는 전자 방출 영역을 포함하는 도전막이고, 참조 번호 (3)는 전자 방출 영역이며, 참조 번호 (9)는 차폐 부재이다. 또한, 참조 번호 (41)은 전자원에 소자 전압 Vf를 공급하는 전원이고, 참조 번호 (40)은 소자 전극 (5 및 6)들 사이에 도전막(4)를 포함하는 전자 방출 영역을 통해 흐르는 소자 전류 If를 측정하기 위한 전류계이며, 참조 번호 (44)는 전자원의 전자 방출 영역(3)으로부터 방출되는 방출 전류 Ie를 포착하기 위한 애노드 전극이고, 참조 번호(43)은 애노드 전극(44)에 전압을 공급하기 위한 고전압원이며, 참조 번호(42)는 전자원의 전자 방출 영역(3)으로 방출되는 방출전류 Ie를 측정하기 위한 전류계이다. 소자 전류 If 및 전류 소스의 방출 전류 Ie를 측정하기 위해, 전원(41) 및 전류계(40)이 소자 전극(5 및 6)에 연결되며, 전원(53) 및 전류계(42)에 연결된 애노드 전극(44)는 전자원 상부에 배치된다. 전자원 및 애노드 전극(44)는 배출 펌프 및 진공 게이지(guage)와 같은 부가적인 필수 장치(도시되지 않음)와 관련되는 진공 장치내에 배치되며, 전자원은 소망의 진공도에서 측정되고 평가된다.
애노드 전극에 인가되는 전압을 1kV 내지 10kV 범위로 설정하고, 애노드 전극과 전자 방출 소자간의 거리를 2mm 내지 8mm 범위로 설정하여 측정을 수행하였다.
제5도에는 제4도에 도시된 측정/평가 장치에 의해 측정된 방출전류 Ie 및 소자 전류 If와 소자 전압 Vf 간의 관계의 전형적인 예가 도시된다. 제5도의 그래프는 If 및 Ie의 값들이 서로 상당히 다르기 때문에 임의의 단위로 도시된다.
이하, 본 발명의 전자 빔 발생기 및 화상 형성 장치가 개시될 것이다.
제6도에는 다수의 전자 방출 소자(74)가 간단한 매트릭스 배선 패턴으로 배열되고 연결된 전자원의 개략도가 도시된다. 제6도에 있어서, 참조 번호 (71)은 유리 기판 또는 그와 유사한 것으로 형성된 기판이다. 예를 들면, 기판(71) 상부에 정렬되는 전자 방출 소자의 수, 설계시 각 장치의 형태 및 기판이 전자원으로 이용되는 엔클로저의 일부를 구성하는 경우 엔클로저 내의 진공을 유지하기 위한 조건에 따라 기판(71)의 크기 및 두께가 적절하게 설정된다. 본 발명의 주요 특징으로서 차폐 부재는 도면을 간략화하기 위해 이후에 설명될 제6도 및 제7도에는 개시되지 않았으나, 전자 방출 소자(74) 각각은 제1a도 및 제1c도에 도시된 바와 같이 전술하는 차폐 부재를 포함한다.
그 다음, DX1, DX2, ...., DXm으로 표시된 X축 방향 배선(72)의 m개의 선은 예를 들면, 도전 금속으로 이루어지며, 진공 증착, 프린팅, 스퍼터링 등과 같은 공정에 의해 기판(71) 상부에 원하는 패턴으로 형성된다. 배선(72)의 재료, 막 두께 및 폭은 가능한한 균일한 전압이 모든 전자 방출 소자에 공급되도록 선택된다. 또한, DY1, DY2, ...., DYn으로 표시된 Y축 방향 배선(73)의 n개의 선은 예를 들면, 도전 금속으로 이루어지며, 진공 증착, 프린팅, 스퍼터링 등과 같은 공정에 의해 기판(71) 상부에 원하는 패턴으로 형성된다. 배선(73)의 재료, 막 두께 및 폭은 가능한한 균일한 전압이 모든 전자 방출 소자에 공급되도록 선택된다. 층간 절연층(도시되지 않음)은 X축 방향 배선(72)의 m개의 선들과 Y축 방향 배선(73)의 n개의 선들 사이에 삽입되어, 배선(72 및 73)을 전기적으로 분리시키며, 매트릭스 배선 패턴을 이룬다. 여기서, m, n은 양의 정수이다. 도시되지 않은 층간 절연층은 예를 들면, SiO2로 이루어지며, 진공 증착, 프린팅, 스퍼터링 또는 그와 유사한 공정에 의해 X축 방향 배선(72)이 형성된 기판(71)의 전체 또는 전체 표면을 커버하도록 원하는 형태로 형성된다. 층간 절연층의 두께, 재료 및 제조 공정은 X축 방향 배선(72)의 m 개의 선들 및 Y축 방향 배선(73)의 n개의 선들이 서로 교차하는 부분에서의 전위차를 견딜 수 있도록 적절하게 선택된다.
또한, 전자 방출 소자(74)의 (제6도에는 도시되지 않았으나, 제1a도 내지 제1c도 도시된 전술하는 부재 (5 및 6)에 대응하는) 대향 전극은 금속으로 이루어지며, 진공 증착, 프린팅, 스퍼터링, 또는 이와 유사한 공정에 의해 형성된 리드선(lead; 75)들을 각각 접속함으로써 X축 방향 배선(71)의 m개들의 선들과 Y축 방향 배선(73)의 n개의 선들에 전기적으로 결합된다.
X축 방향 배선(72)은 행마다 X축 방향으로 정렬된 전자 방출 소자(74)의 행을 선택적으로 주사하도록 주사 신호를 공급하는 주사신호 발생 수단(도시되지 않음)에 전기적으로 결합된다. 한편, Y축 방향 배선(73)은 열마다 Y축 방향으로 정렬된 전자 방출 소자(74)의 열을 선택적으로 변조하도록 변조 신호를 공급하는 변조 신호 발생 수단(도시되지 않음)에 전기적으로 연결된다. 부가적으로, 각각의 전자 방출 소자에 공급되는 구동 전압은 장이 소자에 공급되는 주사 신호 및 변조 신호 사이의 편차 전압으로 제공된다.
제6도에 도시된 전자원을 이용하는 전자 빔 발생기의 응용으로, 화상 형성 부재가 전자에 의해 조사되는 부재로서 이용되는 화상 형성 장치는 제7도 제8a도 및 제8b도를 참조하여 이후에 설명될 것이다. 제7도는 화상 형성 장치의 기본 구조를 도시하며, 제8a도 및 제8b도는 화상 형성 장치에 사용된 형광막의 패턴을 도시한다. 제7도에 도시된 바와 같이, 참조 번호 (81)은 제6도에 도시된 바와 같이 구성된 전자원이고, 참조 번호 (82)는 전자원(81)가 고정되는 배면판이며, 참조 번호 (90)은 유리 기판(87)의 내측 표면상에 형광막(88) 및 메탈 백 (89)을 적층하여 제조된 전면판이며, 참조 번호 (83)은 지지 프레임이다. 배면판(82) 및 전면판(90)은 용융 유리 등과 같은 것을 이용하여 용접 밀폐 방법으로 지지 부재와 결합되어 엔클로저(91)를 형성한다.
도시된 실시예에 있어서, 전술한 바와 같이, 엔클로저(91)는 전면판(90), 지지 프레임(83) 및 배면판(82)에 의해 이루어진다. 그러나, 배면(82)이 주로 전자원(81)의 강도를 보강할 목적으로 제공되기 때문에, 전자원(81) 그 자체가 충분한 정도의 강도를 가지는 경우 별개의 배면판(82)는 필요하지 않게 된다. 이 경우, 지지 프레임(83)은 용접 밀봉 기법으로 전자원(81)와 직접 결합되어, 전면판(90), 지지 프레임(83)및 전자원(81)에 의해 엔클로저(91)를 이룬다.
형광막(88)은 모노크롬(monochrom)의 경우 형광 물질만을 포함하지만, 컬러 화상을 생성하는 경우, 형광막은 블랙 도체(92) 및 형광 물질(93)의 조합으로 형성되며, 블랙 도체는 블랙 스트라이프(black stripe)라 불리우거나, 블랙 도체(92) 또는 형광 물질이 제8a도 내지 제8b도에 도시된 바와 같이 블랙 도체들 사이에 정렬되는 방법에 따른 블랙 매트릭스라 불리운다. 블랙 스트라이프 또는 블랙 매트릭스를 제공함으로써 컬러 표시 장치에서 요구되는 삼원색을 위한 형광 물질(93)들 사이에 갭을 블랙으로 만들어, 색상 혼합(color mixing)이 보다 덜 두드러지며, 형광막(88)에 의한 외부 광의 편향으로 인해 발생하는 콘트라스트(contrast)의 감소가 억제된다. 블랙 스트라이프의 재료로는 본기술 분야에 통상적으로 이용되는 기본 성분으로 그라파이트(graphite)를 함유하는 물질로 제한되는 것이 아니며, 도체이고 보다 작은 값의 광 전달성 및 광 굴절률을 가지는 다른 임의의 물질이 이용될 수 있다.
형광 물질은 화상이 단색화되든 컬러화되든 상관없이 침전 또는 프린팅 방법에 의해 유리 기판(87)상에 도포된다.
형광막(88)의 내부 표면상에 메탈 백(89)이 통상 배치된다. 메탈 백(89)은 형광 물질로부터 내측으로 방출되며, 전면판(90)을 향하는 거울 반사광에 의한 조사를 증가시키는 기능을 하며, 전자 빔을 가속하기 위한 전압을 공급하는 전극으로서 작용하고, 엔클로저에서 생성된 음이온과의 충돌로 인해 형광 물질이 손상되는 것을 방지하는 기능을 가진다. 메탈 백은 형광막이 형성된 후에 형광막의 내부 표면을 균일(smoothing)하게 하고(이 단계는 통상 필르밍(filming)단계로 불린다), 그 다음 예를 들면, 진공 증착에 의해 그의 상부에 Al을 증착시킴으로써 제조될 수 있다다. 형광막(88)의 도전성을 증가시키기 위해, 전면판(90)는 어떤 경우에 있어서, 형광막(88)의 외측 표면상에 배치된 투명 전극(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
전술하는 용접 밀봉전에, 각 컬러의 형광 물질과 전자 방출 소자들은 서로에 대응하여 정밀하게 위치되어야 하기 때문에, 컬러 표시 장치의 경우에는 각 부분들의 배열에 세심한 주의가 필요하다.
엔클로저(91)는 배출 튜브(도시되지 않음)를 통해 배출되어 약 10-6Torr의 진공도를 생성하며, 그 다음 용접 밀봉된다.
부가적으로, 용접 밀봉된 후에 엔클로저(91)내의 진공도를 유지하기 위하여, 엔클로저에는 게터링(gettering)이 수행될 수 있다. 이러한 공정은 밀봉 바로 전 또는 후에 게터의 증착막을 형성하도록 저항성 가열 또는 고주파 가열로 엔클로저(91)내에 선정된 위치(도시되지 않음)에 배치된 게터를 가열함으로써 수행된다. 이러한 게터는 통상 기본 성분으로 Ba를 함유한다. 엔클로저(91)의 내부는 증발막의 흡수작용으로 1 x 10-5내지 1 x 10-7Torr 범위의 진공도로 유지될 수 있다.
따라서, 완성된 본 발명의 화상 형성 장치에 있어서, 전압은 엔클로저의 외부로 연장하는 단자 Dox1 내지 Doxm과 Doy1 내지 Doyn을 통해 전자 방출 소자들중 소망의 소자에 제공되어, 그로부터 전자를 방출한다. 유사하게, 수 kV 또는 그 이상의 고전압이 고전압 단자 Hv를 통해 메탈 백(89) 또는 투명 전극(도시되지 않음)에 제공되어, 전자 빔이 가속되어 형광막(88)에 충돌됨으로써, 형광 물질이 여기되어 화상을 표시하는 광을 방출한다. 이 때, 전면판(90) 근처에서 발생된 양이온은 공급된 고전압에 의해 형성되는 z-방향 전계를 따른 경로를 따라 비상하도록 힘기 가해진다. 따라서, 전자 방출 소자(74)의 각 전자 방출 영역쪽으로 비상하는 양이온은 제1a도 내지 제1c도에 도시된 바와 같이 각 전자 방출 소자에 제공되는 차폐 부재(9)에 의해 차단될 수 있다.
일반적으로, 전자 방출 소자의 한 쌍의 소자 전극들 사이에 공급된 전압은 12 내지 16 V 범위에 있으며, 메탈 백 또는 투명 전극 및 전자 방출 소자 사이의 거리는 2 내지 8 mm 범위에 있으며, 메탈 백 또는 투명 전극 및 전자 방출 소자 사이에 인가되는 고전압은 1 내지 10 kV 범위에 있게 된다. 바람직하게는, 차폐 부재(9)는 전자 방출 소자에 보다 가까이 배치되며, 그의 전위는 차폐 부재가 제공되지 않는 경우, 차폐 부재의 위치에 인가되는 전위와 실질적으로 동일하도록 설정된다. 그러나, 차폐 부재의 전위가 전술하는 조건을 벗어나더라도, 차폐 부재에 의해 방출된 전자가 차단되지 않는 한 본 발명의 장점은 손실되지 않는다. 또한, 차폐 부재(9)가 방출된 전자를 차단하지 않는 한, 전자 방출 영역의 바로 위를 커버할 뿐만 아니라, 도전막(4) 및 소자 전극(5 및 6)을 포함하는 전자 방출 영역의 바로 위 영역의 일부 또는 전부를 커버하도록 차폐 부재가 배치될 수 있다.
전술하는 장치는 화상 표시 및 다른 목적에 적합한 화상 형성 장치를 제조하는데 필요한 최소한의 개요이며, 예를 들어, 성분의 재료 및 위치와 같은 장치의 상세한 내용은 전술한 것으로 한정되는 것은 아니고, 원하는 경우, 화상 형성 장치의 응용에 적합하게 선택될 수 있다.
본 발명은 실시예를 참조하여 이후에 상세하게 설명될 것이다.
[실시예 1]
제10도에는 실시예 1의 전자원의 개략적인 부분 사시도가 도시된다. 제10도내의 선 11a - 11a 및 선 11b - 11b을 따라 각각 절취한 단면도는 제11a도 및 제 11b도에 도시된다. 제6도, 제10도, 제11a도 및 제11b도에 있어서, 동일한 참조 번호는 동일한 부재를 표시한다. 도면을 참조하면, 참조 번호 (71)은 절연 기판이고, 참조 번호 (73)은 절연 기판(71) 상부에 선정된 패턴으로 형성된 Y축 방향 배선이며, 참조 번호 (72)는 막두께가 50 ㎛이고 Y축 방향 배선(73) 상부에 예를 들면 프린팅으로 형성된 X축 방향 배선이며, 이들 배선 사이에는 층간 절연층(도시되지 않음)이 제공되며, 참조 번호 (74)는 전자 방출 소자이다.
전자 방출 소자(74)는 제1a도 내지 제1c도를 참조하여 설명된 바와 같이, 평행하게 배치된 소자 전극(5 및 6) 사이에 전자 방출 영역(3)을 포함하는 도전막(4)를 가진 표면 전도형 전자 방출 소자를 구비한다. 다수의 전자 방출 소자(74)는 제10도에 도시된 바와 같이, 리드선(75)를 연결함으로써 X축 방향 배선(72)와 Y축 방향 배선(73)에 전기적으로 연결된다.
또한, 참조 번호(9)는 차폐 부재로서, 도전 박막 플레이트(예를 들면, Al)로 형성되며, X CNF 방향 배선(72)상에 배치되며, 그들 사이에SMS 절연층(도시되지 않음)이 삽입된다. 차폐 부재(9)는 그내부에 형성된 전자 통과 홀(10)를 가지며, 전자 방출 소자(74)의 바로 위 영역을 커버하지만 전자 방출 소자의 전자 방출 영역으로부터 방출되는 전자의 경로와는 간섭을 일으키지 않는다. 특히, 차폐 부재(9)에 형성된 전자 통과 홀(10)은 각기 30㎛ 반경을 가진 원이며, 대응 전자 방출 영역 바로 위의 위치로부터 40㎛ 편향된 위치(제11b 도에 S2로 표시)에 그의 중심을 가진다.
이 실시예의 전자원의 제조 공정은 연속단계의 순서로 간략하게 설명될 것이다.
1) 세척된 소다 석회 유리 상에 스퍼터링에 의해 기판(71)로서 0.5㎛ 두께의 실리콘 산화막을 형성한다. 50Å 두께인 Cr막과 6000Å 두께의 Au막의 순서로 진공 증착에 의해 기판(71)에 적층시킨다. 회전기(spinner)를 이용하여 포토 레지스트(훽스트사의 AZ1370)를 도포하여 굽는다. 그 이후에 포토 마스크 상(image)을 노출시켜 현상하여, Y축 방향 배선(73)용의 레지스트 패턴을 형성한다. 습식 에칭으로 증착된 Au/Cr막을 원하는 패턴으로 선택적으로 제거한다.
2) 그 다음, RF 스퍼터링으로 1.0㎛ 두께인 실리콘 산화막으로 형성된 층간 절연층(도시되지 않음)을 기판 상부에 증착시킨다.
3) Y축 방향 배선(73)과 소자 전극들 사이의 전기적 연결을 위한 전술하는 실리콘 산화막 내의 접촉 홀(도시 안됨)을 형성하기 위한 포토레지스트 패턴을 그들 상부에 도포하고, 그것을 마스크로 이용하여, 층간 절연층을 선택적으로 에칭하여 접촉 홀을 형성한다. 이러한 에칭은 RIE(CF4및 H4가스 혼합물을 이용하는 반응성 이온 에칭)에 의해 수행된다. 포토레지스트(히타치 화학의 RD-2000N)는 패턴으로 형성되어 소자 전극(5 및 6)과 그들 사이의 갭을 규정한다. 50Å 두께인 Ti막과 1000Å 두께인 Ni막의 순서로 진공 증착에 의해 그들 상부에 증착시킨다. 포토레지스트 패턴은 리프트 오프에 의해 증착된 Ni/Ti막을 남겨놓도록 유기 용매에 의해 용해되어 소자 전극(5,6)이 형성된다.
5) 은(silver)인 X축 방향 배선(72)를 스크린 프린팅으로 50㎛ 두께를 가진 원하는 패턴으로 형성한다.
6) 소자 전극과 그 근처 사이에 갭을 각각 커버하는 개구를 가지고 형성된 마스크를 이용하여, 두께가 1000Å 인 Cr막을 진공 증착으로 증착하고 패턴화한다. 유기 Pd(오쿠노 제약의 ccp-4230)를 회전기를 이용하여 회전중에 그 상부에 도포시키고 10분 동안 300℃로 가열하여 굽는다. 그에 따라, 기본 구성 요소로서 Pd 미립자를 포함하는 박막을 형성하는 전자 방출 영역이 형성된다.
7) 굽고난 후에 박막을 형성하는 Cr막 및 전자 방출 영역을 산성 용매로 에칭하여 원하는 패턴으로 전자 방출 영역 형성 박막을 제공한다.
8) 전체 표면에 걸쳐 레지스트를 도포하고, 마스크를 이용하여 노출하며, 그 다음 접촉 홀에 대응하는 영역에서만 레지스트가 제거되는 저항 패턴을 형성한다. 다음으로 50 Å 두께인 Ti 막과 5000 Å 두께인 Au막의 순서로 진공 증착에 의해 그들 상에 증착시킨다. 레지스트 패턴 상에 리프트 오프에 의한 증착으로 채워진 접촉 홀을 남겨놓고 불필요한 증착을 제거한다.
전술한 단계의 결과로, Y축 방향 배선(73), 층간 절연층(도시되지 않음), X축 방향 배선(72), 소자 전극(5 및 6), 전자 방출 영역 형성 박막 등을 절연 기판(71)상에 형성하여, 포밍 처리에 들어가지 않고 전자원을 제공한다.
결국, 도전 박막 플레이트(예를 들면, Al)로 형성되는 차폐 부재(9)를 선정된 위치의 X축 방향 배선(72)상에 배치하며, 그들 사이에는 절연층(도시되지 않음)이 삽입된다.
지금부터는 제7도, 제8a도 및 제8b도를 참조하여 포밍 처리에 들어가지 않고 전술하는 바와 같이 제조된 전자원을 이용하여 이루어진 표시 장치의 예가 설명될 것이다.
먼저, 전자원(81)은 포밍 처리를 거치지 않고, 배면판(82)상에 고정된다. 그 다음, 전면판(90)(화상 형성 부재로서 형광막(88)과 유리 기판(87)의 내측 표면상에 적층된 메탈 백(89)을 포함)은 지지 프레임(83)을 통해 전자원(81) 상부에 5mm로 배치된다. 전면판(90), 지지 프레임(83) 및 배면판(82) 사이의 결합 부분에 용융 유리를 공급한 후에, 어셈블리는 결합영역(제7도 참조)을 용접 밀봉하도록 10분 이상으로 400℃ 내지 500℃의 온도로 대기에서 굽는다. 용융 유리는 또한, 전면판(82)에 전자원(81)을 고정시키는데 이용될 수 있다.
한편, 화상 형성 부재로서 형광 물질(88)이 단지 모노크롬의 경우에서 형광 물질만을 포함하지만, 이 실시예에서는 스트라이프 패턴의 형광 물질과 블랙 도체(제8a도 및 제8b도 참조)를 이용하여 제조되었다. 이러한 블랙 도체의 스트라이프는 통상적으로 본 기술 분야에 이용되는 기본 성분으로 그라파이트를 함유하는 물질을 이용하여 형성된다. 형광 물질은 슬러리(slurry)방법에 의해 유리 기판(87)상에 도포된다.
형광막(88)을 형성한 후에, 메탈 백(89)은 형광막의 내측 표면을 균일하게 하여 형광막의 내부 표면상에 형성된다. 형광막(88)의 도전성을 향상시키기 위해, 전면판(90)은 어떤 경우에 형광막(88)의 외측 표면 상에 투명 전극(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 그러나, 그와 같은 투명 전극은 이러한 실시예에서는 제공되지 않은데 그 이유는 메탈 백만으로도 충분한 도전성이 얻어지기 때문이다. 전술하는 용접 밀봉을 하기 전에, 각 부분에 대한 정렬이 상당한 주의하에서 이루어지는데 그 이유는 각 컬러 내의 형광 물질과 전자 방출 소자는 컬러 표시 장치에서, 서로 상대적으로 정밀하게 위치되어야 하기 때문이다.
따라서, 완성된 유리 엔클로저내의 대기는 진공 펌프 내지 배출 튜브(도시 안됨)에 의해 배출된다. 충분한 진공도에 도달한 후에, 전압이 엔클로저의 외방으로 연장하는 단자 Dox1 내지Doxm 전극과 Doy1 내지 Doym를 통해 전자 방출 소자의 전극(5 및 6) 사이에 제공되어 박막(2)를 형성하는 전자 방출 영역의 통전 처리(포밍)를 통해 전자 방출 영역(3)을 생성한다. 포밍 처리에 이용되는 전압 파형은 제3도에 도시된 바와 같다.
제3도를 참조하며, T1및 T2는 각기 전압 파형의 펄스 폭 및 펄스 간격을 나타낸다. 이러한 실시예에서, T1및 T2는 각기 1msec 및 10msec로 설정되었으며, 삼각파의 정상값(즉, 포밍 처리중의 피이크 전압)은 5V로 설정된다. 그 다음, 포밍 처리가 약 1 x 10-6Torr의 진공 대기에서 60초 동안 수행된다.
다음에, 약 10-6Torr의 진공도에서, 배출 튜브(도시되지 않음)는 가스 버너를 이용하여 가열되고 함께 용융되어 엔클로저를 용접 밀봉한다.
마지막으로, 밀봉 후에, 엔클로저내에서 원하는 진공도를 유지하기 위해, 엔클로저에는 게터링이 수행된다.
이렇게 완성된 화상 표시 소자에 있어서, 주사 신호 및 변조 신호가 각 신호 발생 수단(도시되지 않음)으로부터 엔클로저의 외방으로 연장하는 단자 Dox1 내지 Doxm 및 Doy1 내지 Doyn을 통해 전자 방출 소자들중 소망의 소자에 제공되며, 그 결과, 그로부터 전자가 방출하게 된다. 동시에, 고전압이 고전압 단자 Hv를 통해 메탈 백(89)에 제공되어, 전자 빔이 형광막(88)에 충돌하도록 가속된다. 그에 따라 막(88)을 이루는 형광물질이 여기되어 화상을 표시하는 광을 방출한다. 고전압 단자 Hv에 공급된 전압은 5 kV로 설정되었고, 차폐 부재(9)에 공급된 전압은 50 V로 설정되었으며, 한 쌍의 소자 전극들(5 및 6) 사이에 공급된 전압은 14 V로 설정된다.
전술하는 상태하에서, 소자 전극(5 및 6)에 의해 전자 방출 영역 근처에 형성된 수평전계로 인해, 각각의 전자 방출 영역(3)으로부터 방출된 전자는 전자 방출 영역에 수직 또는 바로 위 방향으로부터 편향된 경로를 따라 비상하도록 힘이 가해짐으로써, 차폐 부재(9)에 의해 차단되지 않는다. 한편, 전면판(90) 근처의 양이온은 공급된 고전압에 의해 형성된 수직 전계를 따른 경로를 따라 비상하도록 힘이 가해져서 차폐 부재(9)에 의해 차단될 수 있다. 따라서, 양이온으로 인한 전자 방출 영역의 손상이 발생되지 않게 된다.
이러한 실시예에 있어서, 차폐 부재(9)가 전자 방출 영역(3)에 부가하여 소자 전극(5 및 6)의 일부의 바로 위 영역(제1a도 내지 제1c도 참조), 결합 리드선(75) 및 배선(72 및 73)을 커버하기 때문에, 전술한 부재의 손상이 발생되지 않는다. 또한, 노출된 절연 표면(71)의 일부를 커버하여 이러한 위치에서 전기 충전이 발생되지 않는다. 전자 통과 홀(10)의 형태 및 위치를 변경함으로써 전자 빔이 형성되어 원하는 방향으로 편향될 수 있음을 알 수 있다.
[실시예 2]
제12a도 및 제12b도는 실시예 2의 화상 형성 장치를 도시하는 것으로, 제12a도는 장치의 일부를 도시하는 사시도이며, 제12b도는 제12a도의 12B - 12B 선을 따라 취한 단면도이다. 이러한 실시예 2의 화상 형성 장치는 제12a도에 도시된 바와 같이 전자원을 각기 구성하는 4개의 기판(81a 내지 81d)는 서로 조합하여 완전한 하나의 전자원을 이룬다는 점에서 실시예 1의 장치와 다르다. 배면판(82), 지지 프레임(83) 및 전면판(90)와 같은 전자원과는 다른 성분들은 실시예 1에서와 동일하다.
제12a도에 도시된 12B - 12B 단면은 제10도의 11A - 11B 단면과 동일한 방향으로 도시된다. 각 전자원(81a-81b)는 기본적으로 제10도, 제11a도, 및 제11b도에 도시된 전자원과 동일한 구조를 가진다. 제12b도에 도시된 바와 같이, 예를 들면, X 방향 배선(72d)상에 절연층(도시되지 않음)과 함께 배치되며, 또한, 기판(71d)상에 형성된 차폐 부재로서의 전극 플레이트(9d)는 전자 방출 소자(74d)로부터 방출되는 전자가 그것을 통과하도록 하는 전자 통과 홀(10d)를 가진다. 실시예 1에서, 차폐 부재(9a-9d)는 전자 통과 훌(10a-10d)를 가짐으로써 전자 방출 소자(74a-74d) 바로 위의 각 영역, 특히 전자 방출 영역을 커버하지만, 전자 방출 소자의 전자 방출 영역으로부터 방출되는 전자의 각 경로를 간섭하지 않는다. 특히, 각기 차폐 부재(9a-9d)에 형성된 전자 통과 홀(10a-10d)은 각기 30㎛인 반경을 가지며, 대응 전자 방출 영역의 바로 위로부터 40㎛ 편향된 위치에 그의 중심을 가진원이다.
실시예 1과 함께 전술한 바와 같이 구성된 이러한 실시예의 화상 표시 소자에 있어서, 주사 신호와 변조 신호는 각 신호 발생 수단(도시되지 않음)으로부터, 엔클로저의 외방으로 연장하는 단자 Dox1 내지 Doxm 및 Doy1 내지 Doyn을 통해 전자 방출 소자들중의 소망의 소자에 제공되어 그들로부터 전자를 방출시킨다. 동시에, 고전압이 고전압 단자 Hv를 통해 메탈 백(89)에 제공됨으로써, 전자 빔이 가속되어 형광막(88)에 충돌한다. 따라서, 막(88)을 이루는 형광 물질이 여기되어 화상을 표시하기 위한 광을 방출한다. 고전압 단자 Hv에 공급된 전압은 5kV로 설정되며, 차폐 부재(9a-9d)에 공급된 전압은 100V로 설정되며, 한 쌍의 소자 전극(5 및 6)사이에 인가되는 전압은 14V로 설정된다.
실시예 1에서와 유사한 장점이 실시예 2에서도 얻어진다. 부가적으로, 이 실시예에서, 대형 스크린 상에 화상을 표시할 수 있는 화상 형성 장치는 다수의 전자원과 다수의 차폐 전극 부재를 이용하여 구현될 수 있다.
이러한 실시예는 하나의 전자원상에 다수의 차폐 전극 부재를 갖도록 변형될 수 있다.
[실시예 3]
이 실시예는 동일 양수인에 의해 출원된 일본국 특허 출원 공개 제2-257551호에 개시된 바와 같은 변조 기능을 가진 제어 전극을 이용하여, 표면 전도형 전자 방출 소자중의 소망의 소자를 선택하는 형태의 화상 형성 장치에 관한 것이다. 여기서, 본 발명의 차폐 부재는 제어 전극으로 도시된 바와 같이 표면 전도형 전자 방출 소자를 가진 전자원과 동일한 면에 부가된다.
이러한 실시예의 화상 형성 장치의 개략적인 사시도가 제13도에 도시된다. 또한, 제14도에서는 제13도의 부분 확대 사시도가 도시되며, 제15도에는 제13도의 15-15 선을 따라 취해진 단면이 도시된다.
도면을 참조하며, 참조 번호 (201)은 절연 기판이고, 참조 번호 (202) 및 (203)은 각기 예를 들면, 프린팅에 의해 절연 기판(201) 상부에 형성된 양극과 음극 배선이며, 참조 번호 (204)는 전자 방출 소자이다. 전자 방출 소자(204)는 표면 전도형 전자 방출 소자를 가지며, 표면 전도형 전자 방출 소자는 제1a도 내지 제1c도를 참조하여 전술한 바와 같이, 평행하게 배열된 소자 전극(5 및 6) 사이에 전자 방출 영역(3)을 포함하는 도전막(4)을 가진다. 다수의 전자 방출 소자(204)는 리드선(205)를 연결함으로써 50㎛ 두께를 가진 양극 배선(202)와 50㎛ 두께를 가진 음극 배선(203)에 전기적으로 접속된다.
또한, 참조 번호 (209)는 차폐 부재로서, 도전 박막 플레이트(예를 들면, Al)로 형성되며, 절연층을 가지고 양극 배선(202) 및 음극 배선(203) 상부에 배치된다. 차폐 부재(209)는 그 내부에 형성된 전자 통과 홀(210)를 가지며, 전자 방출 소자(204)의 바로 위 영역을 커버하지만, 전자 방출 소자(204)로부터 방출되는 전자의 경로에 간섭을 일으키지는 않는다. 특히, 차폐 부재(209)에 형성된 전자 통과 홀(210)은 각기 30㎛ 반경을 가지며, 대응 전자 방출 영역 바로 위의 위치로부터 40㎛ 편향된 위치에 중심을 가진 원형이다.
졀연 기판(201) 및 기판 상부에 형성된 성분은 전자원(211)로서 함께 표시될 것이다.
참조 번호 (207)은 양극 배선(202) 및 음극 배선(203)에 수직한 방향으로 전자원(211)과 전면판(220)(이후에 도시) 사이의 중앙에 배치된 스트라이프형 제어 전극이며, 참조 번호 (208)은 전자 방출 소자(204)와 일대일로 대응하는 각각의 제어 전극(207)에서 규정되는 전자 통과 홀이다. 제어 전극(207)은 지지 플레이트(215)상에 형성되며, 전자원(211) 및 전면판(220) 사이의 중간에 지지 포스트(214)에 의해 지지된다.
참조 번호 (212)는 배면판으로 전자원(211)가 고정되며, 참조 번호(220)은 유리 기판(217)의 내측 표면에 적층된 형광막(218)과 메탈 백(219)를 포함한다. 화상 형성 부재로서 본 명세서에 개시된 형광막(218)은 실시예 1에서의 형광막(88)과 유사하다.
이러한 실시예의 화상 형성 장치에 있어서, 배면판(212), 지지 프레임(213) 및 전면판(220)은 용융 유리를 이용하여 용접 밀봉식으로 결합되어 엔클로저(221)를 구성한다.
특히, 전자원(211)는 포밍 처리를 거치지 않으며, 배면판(212)상에 고정된다. 그 다음, 지지 플레이트(215)는 지지 포스트(214)를 통해 전자원(211) 상부에 고정 배치된다. 또한, 전면판(220)는 지지 프레임(213)을 통해 전자원(211) 상부로부터 5mm로 배치된다. 전면판(220), 지지 프레임(213) 및 배면판(212) 사이의 결합 부분에 용융 유리를 공급한 후에, 에셈블리는 결합영역을 용접 밀봉하도록 10분 또는 그 이상으로 400℃ 내지 500℃의 온도로 대기 또는 질소 대기에서 굽는다. 용융 유리는 또한, 배면판(212)에 전자원(211)를 고정시키며, 지지 플레이트(215)를 전자원(211)에 고정시키는데 이용된다.
단자 Da1 내지 Dam을 통한 양의 전극 배선(202), 단자 Db1 내지 Dbn을 통한 음의 전극 배선(203), 단자 G1 내지 Gn을 통한 제어 전극(207), 단자 Sv를 통한 차폐 전극(209) 및 고전압 단자 Hv를 통한 메탈 백(219), 엔클로저의 외방으로 연장하는 모든 단자는 각 전압 공급 수단(도시되지 않음)에 연결된다.
전술하는 용융 용접전에, 각 컬러내의 형광 물질과 전자 방출은 컬러 표시 장치의 경우에 있어서, 서로에 관련하여 정밀하게 위치되어야 하므로 각 부분의 정렬은 상당이 주의하여 수행되어야 한다. 제어 전극 및 전자 방출 소자는 또한 주의하여 서로에 관련하여 정밀하게 위치된다.
그의 따라 완성된 유리 엔클로저내의 대기는 진공 펌프에 의해 배출 튜브(도시되지 않음)를 통해 배출된다. 충분한 진공도에 도달한 후에, 엔클로저의 외방으로 연장하는 단자 Da1 내지 Dam 및 Db1 내지 Dbn을 통해 소자 전극들 간에 전압이 공급하여 실시예 1에서와 같이 전자 방출 소자(204)의 통전 처리(포밍 처리)를 통해 전자 방출 영역을 생성한다.
그 후, 약 10-6Torr의 진공도에서, 배출 튜브(도시되지 않음)는 가스 버너를 이용하여 가열되고 함께 용융되어 엔클로저를 용접 밀봉한다. 밀봉 후에 엔클로저 내에 원하는 진공도를 유지하기 위하여, 엔클로저에는 게터링 단계가 제공된다.
그에 따라 완성된 화상 표시 소자에 있어서, 필요한 전압 파형을 가진 주사 신호는 각 신호 발생 수단(도시되지 않음)으로부터 엔클로저의 외방으로 연장하는 단자 Da1 내지 Dam 및 Db1 내지 Dbn을 통해 전자 방출 소자(204)들중 소망의 소자에 제공되어 그로부터 전자를 방출시키며, 필요한 전압 파형을 가진 변조 신호는 신호 발생 수단(도시되지 않음)으로부터 엔클로저의 외방으로 연장하는 단자 G1 내지 Gn을 통해 필요한 하나 이상의 제어 전극(207)에 공급되어 전자 통과 홀(208)을 통과하는 전자의 양을 제어한다. 동시에, 고전압은 고전압 단자 Hv를 통해 메탈 백(219)에 공급되며, 전자 통과 홀(208)을 통과한 전자 빔을 가속시켜 형광막(218)에 충돌하도록 한다. 따라서, 막(281)을 형성하는 형광 물질이 여기되어 화상을 표시하기 위한 광을 방출한다.
전자원(211)의 전자 방출 소자(204)와 메탈 백(219)간의 거리는 5mm로 설정되고, 고전압 단자 Hv에 공급된 전압은 5kV로 설정되었고, 차폐 부재(9) 또는 전극 (209)에 공급된 전압은 100V로 설정되었으며, 전자 방출 소자(204)의 한 쌍의 소자 전극들 사이에 공급된 전압은 14V로 설정된다.
실시예 1과 유사한 장점이 실시예 3에서도 얻어진다. 부가적으로, 이 실시예에서, 차폐 전극(209)와 전자 방출 소자(204) 사이의 전위 분포는 제어 전극(207)에 공급된 변조 전압을 고려하지 않고 차폐 전극(209)을 제공함으로써 실질적으로 균일하게 유지될 수 있다. 따라서, 방출된 광속(light flux)의 위치 및 형태가 보다 안정된 화상 표시 장치가 구현될 수 있다.
이 실시예의 변형은 제16도의 부분확대 사시도 및 제17도의 단면도에 도시된 바와 같이, 전면판(220)및 제어 전극(207) 사이에 차폐 부재(209)를 배열함으로써 얻어진다. 이러한 변형에서, 차폐 전극(209)와 전면판(220) 사이의 전위 분포는 제어 전극(207)에 공급된 변조 전압에 관계없이 차폐 전극(209)의 제공으로 실질적으로 균일하게 유지될 수 있다. 그 결과, 실시예 1에서와 같은 장점 이외에도, 전면판(220) 근처에서 생성되는 양이온이 확실하게 차단될 수 있다.
[실시예 4]
다음에는 실시예 4가 설명되는데, 실시예 4에서는 제7도에 도시된 형태의 화상 형성 장치가 제1a도 내지 제1c도에 도시된 바와 같은 차폐 부재를 구비하는 다수의 전자 방출 소자를 포함하는 제6도에 도시된 형태의 전자원을 이용하여 제조된다. 제18도는 전자원의 일부의 평면도이며, 제19도는 제18도의 19-19 선을 따라 취한 단면도이다. 제7도, 제18도 및 제19에 있어서, 동일한 참조 번호는 동일한 부재를 나타낸다. 도면을 참조하면, 참조 번호 (71)은 절연 기판, 참조 번호(72)는 X축 방향 배선, 참조 번호 (73)은 Y축 방향 배선, 참조 번호 (4)는 전자 방출 영역을 포함하는 도전막, 참조 번호 (5 및 6)은 소자 전극, 참조 번호 (141)은 층간 절연층이며, 참조 번호 (142)는 소자 전극(5) 및 X축 방향 배선(72) 사이의 전기적 접속을 위한 접촉 홀이다.
전자원의 제조 공정은 제20a도 내지 제20m도를 참조하여 연속 수순으로 상세하게 설명될 것이다. 다음의 단계(a) 내지 (m)은 각기, 제20a도 내지 제20m도에 대응함을 알 수 있다.
단계 a: 세척된 소다 석회 유리 상에 스퍼터링에 의해 기판(71)로서 0.5㎛ 두께의 실리콘 산화막을 형성한다. 50Å 두께인 Cr막과 6000Å 두께의 Au막의 순서로 진공 증착에 의해 기판(71)에 적층시킨다. 회전기(spinner)를 이용하여 회전 중에 포토레지스트(훽스트사의 AZ1370)를 도포하여 굽는다. 이후에 포토 마스크 상을 노출하고 현상하여, X축 방향 배선(72)용의 레지스트 패턴을 형성한다. 습식 에칭으로 증착된 Au/Cr막을 원하는 패턴으로 선택적으로 제거한다.
단계 b: 이어서, RF 스퍼터링으로 1.0 ㎛ 두께인 실리콘 산화막으로 형성된 층간 절연층을 기판 상부에 증착시킨다.
단계 c: 전술하는 단계(b)에서 증착된 실리콘 산화막에 접촉 홀(142)를 형성하기 위한 포토레지스트 패턴을 그의 상부에 도포하고, 마스크로 그것을 이용하여, 층간 절연층을 선택적으로 에칭하여 접촉 홀(141)을 형성한다. 이러한 에칭은 CF4및 H2혼합 가스를 이용하는 RIE(반응성 이온 에칭)에 의해 수행된다.
단계 d: 포토레지스트(히타치 화학의 RD-2000N-41)는 패턴으로 형성되어 소자 전극과 그들 사이의 갭을 규정한다. 50Å 두께인 Ti막과 1000Å 두께인 Ni막의 순서로 진공 증착에 의해 그들 상부에 증착시킨다. 리프트 오프로 증착된 Ni/Ti막을 남겨놓도록 포토레지스트 패턴을 유기 용매에서 용해한다. 그에 따라, 3㎛ 전극 갭과 300㎛ 전극폭을 가진 소자 전극(5 및 6)이 형성된다.
단계 e: Y축 방향 배선(73)을 위한 포토레지스트 패턴을 소자 전극(5 및 6)상에 형성한다. 50Å 두께인 Ti막과 5000Å 두께인 Au막의 순서로 진공 증착에 의해 그들 상부에 증착시킨다. 포토레지스트 패턴 상부의 불필요한 증착을 리프트 오프로 제거하여 원하는 패턴으로 Y축 방향 배선(73)을 형성한다.
단계 f: 제21도는 전자 방출 소자의 박막(2)를 형성하는 전자 방출 영역을 형성하기 위해 이 단계에서 사용되는 마스크의 일부의 평면도이다. 마스크는 소자 전극과 그 부근 사이의 각 갭(L1)을 커버하는 개구를 가진다. 두께가 1000Å인 Cr막(151)을 진공 증착으로 증착하고 마스크를 이용하여 패턴화한다. 유기 Pd(오쿠노제약의 ccp-4230)를 스피너를 이용하여 회전중에 그 상부에 도포시킨 후 10분 동안 300℃로 가열하여 굽는다.
그에 따라, 형성된 기본 구성요소로서 Pd 미립자를 포함하는 박막을 형성하는 전자 방출 영역은 약 100Å 두께 및 5 x 104Ω/□인 판 저항(sheet resistance)을 가진다. 여기서, 미립자막 은, 함께 집합된 다수의 미립자를 포함하는 막을 말하는 것으로 미립자들이 별개로 분산된것 뿐만 아니라 서로 중첩하거나 이웃하여, 하나의 직경을 가진 입자들이며 전술하는 입자 조건에서 구별될 수 있는 형태를 가진 미세 구조를 가진 막을 포함한다.
단계 g: 굽는 단계후에 Cr 막(151)을 산성 용매로 에칭하여 원하는 패턴으로 전자 방출 영역 형성 박막(2)을 제공한다.
단계 h: 접촉 홀(142)과는 다른 표면을 커버하도록 패턴으로 레지스트를 도포한다. 50Å 두께인 Ti막과 5000Å 두께인 Au막의 순서로 진공 증착에 의해 그들 상부에 증착시킨다. 레지스트 패턴 상에 불필요한 증착을 제거하여, 리프트 오프에 의해 증착으로 채워진 접촉 홀(142)을 남겨놓는다.
단계 i: Cr 박막으로 형성된 보호층(131)을 형성하여 전자 방출 영역 형성 박막(2)을 커버한다.
단계 j: 양의 포토레지스트(훽스트 사의 AZ1350J)를 회전 코터(spin coater)를 이용하여 5㎛ 두께로 도포하고, 패턴화하여, 희생층(132)을 형성하며, 이 희생층(132)은 전술하는 단계(i)에서 제거되어 빈 공간을 제공한다.
단계 k: 차페 부재(9)로서 작용하는 Al 박막을 형성하여, 0.5㎛의 폭(S1)을 갖도록 패턴화한다. 패턴화 단계는 차폐 부재(9)를 각기 소자 전극(5 및 6)에 접속하도록 이루어진다.
단계 l: 희생층(132)을 형성하는 포토레지스트를 산소 및 CF4혼합 가스를 이용하는 RIE 공정으로 에칭한다.
단계 m: 보호층(131)을 형성하는 Cr 박막을 습식 에칭에 의해 제거한다.
전술한 단계의 결과로, X축 방향 배선(72), 층간 절연층(141), Y축 방향 배선(73), 소자 전극(5 및 6), 전자 방출 영역 형성 박막(2), 차폐 부재(9)등을 절연 기관(71)상에 형성한다.
포밍 처리를 거치지 않고 제조된 전자원은 제7도에 도시된 엔클로저(91)내에 설치되며, 그 후 포밍 처리가 제공된 후 엔클로저를 용접밀봉하며, 엔클로저 내부를 게터링하여 실시예 1에서와 같이 제7도에 도시된 형태의 화상 표시 장치를 구성한다.
실시예 1에서와 같이, 전술한 바와 같이 구성된 화상 표시 장치에 있어서, 주사 신호와 변조 신호는 각 신호 발생 수단(도시되지 않음)으로부터, 엔클로저의 외방으로 연장하는 단자 Dox1 내지 Doxm 및 Doy1 내지 Doyn을 통해 전자 방출 소자들중의 소망의 소자에 제공되어 그들로부터 전자를 방출시킨다. 동시에, 고전압이 고전압 단자 Hv를 통해 메탈 백(89)에 제공되며, 그에 따라, 전자 빔이 가속되어 형광막(88)에 충돌한다. 이로 인해 막(88)을 이루는 형광 물질은 여기되어 화상을 표시하기 위한 광을 방출한다. 고전압 단자 Hv에 공급된 전압은 5kV로 설정되며, 한 쌍의 소자 전극(5 및 6)사이에 인가되는 전압은 14V로 설정된다. 또한, 차폐 부재(9)에 접속된 소자 전극(5 및 6)중의 하나가 더 높은 전위를 갖도록 설정된다. 실시예 1에서와 유사한 장점이 실시예 4에서도 얻어진다.
이러한 실시예의 하나의 변형은 각 차폐 부재(9)에 접속된 배선과 전압을 배선에 공급하는 수단을 부가적으로 제공하여 차폐 부재(9)의 전위를 조절함으로써 얻어진다. 이러한 변형으로, 실시예 1에서와 같은 장점은 10V 전압을 차폐 부재에 제공함으로써 얻어진다.
이러한 실시예의 또 다른 변형은 차폐 부재(9)를 도전막(4) 또는 소자 전극(5 및 6) 전체를 포함하는 전자 방출 영역 전체를 커버하도록 형성함으로써 얻어진다.
이러한 변형은 또한 실시예 1과 같은 장점을 제공할 수 있다.
이러한 실시예의 또 다른 변형은 기판상에 다수의 전자 방출 소자를 형성하고 X축 방향 배선 및 Y축 방향 배선 사이에 X축 Y축 방향 배선이 교차하는 영역만을 커버하도록 절연층을 형성하여, 소자 전극이 접촉 홀을 이용하지 않고 절연 기판상에 직접 형성된 X축 및 Y축 방향 배선과 전기적으로 접속함으로써 얻어진다.
[실시예 5]
다음의 설명은 실시예 5에 관한 것으로, 제7도에 도시된 형태의 화상 형성 장치는 제22도 및 제23도에 도시된 전자원을 이용하여 제조된다. 제22도는 전자원의 일부의 개략적인 사시도이며, 제23도는 그의 수직 단면도이다. 또한, 제22도의 24A-24A선 및 24B-24B선을 따라 각기 취해진 단면은 각각 제24a도 및 제24b도에 도시된다. 제7도, 제22도, 제23도, 제24a도 및 제24b도에서, 동일한 참조 번호는 동일한 부재를 나타낸다. 도면을 참조하면, 참조 부호 (171)은 전자원을 포함하는 기판(71) 및 형광막을 포함하는 전면판(90) 사이의 간격을 유지하기 위해 제공되는 스페이서이고, 참조 번호(9)는 스페이서(171)에 고정된 로드(rod)형 차폐 부재이다. 스페이서(171)은 각기 X축 방향 배선(72)상에 배치된다. 차폐 부재(9)는 전자 방출 소자(74) 바로 위 영역을 커버하지만, 전자 방출 소자(74)의 각 전자 방출 영역으로부터 방출되는 전자의 경로와 간섭을 일으키지 않도록 위치 및 크기가 선택된다. 특히, 80㎛ 폭(제24a도에 S3로 표시) 및 80㎛ 높이(제24a 도에 S4로 표시)의 차폐 부재(9)는 전자 방출 소자 바로 위로부터 200㎛ 이격된 위치에 형성된다. 전자 방출 소자가 형성된 기판(71)의 표면과 전면판(90) 사이의 거리는 5mm로 설정된다.
스페이서(171) 및 차폐 부재(9)는 전자 경로 근처의 전위를 안정화시키기 위해 적어도 약간은 도전성을 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 이러한 실시예에 있어서, 이들 성분은 소다 유리의 표면상에 도전막을 스프레이 코팅하여 각기 제조된다. 또한, 전압 공급 수단(도시되지 않음)은 임의의 전압을 공급하도록 스페이서(171) 및 차폐 부재(9)에 접속된다.
차폐 부재(9)는 사전에 스페이서(171)와 일체형으로 형성되거나, 어셈블리 단계에서 스페이서와 결합될 수 있다.
실시예 1에서와 같이, 본 실시예의 전자원을 이용하여 실시예 1과 유사한 방법으로 완성된 화상 표시 장치에 있어서, 주사 신호와 변조 신호는 각 신호 발생 수단(도시되지 않음)으로부터, 엔클로저의 외방으로 연장하는 Dox1 내지 Doxm 및 Doy1 내지 Doyn을 통해 전자 방출 소자들중의 소망의 소자에 제공되어 그들로부터 전자를 방출시킨다. 동시에, 고전압이 고전압 단자 Hv를 통해 메탈 백(89)에 제공되며, 그에 따라 전자 빔이 가속되어 형광막(88)에 충돌한다. 막(88)을 이루는 형광 물질은 그로 인해 여기되어 화상을 표시하기 위한 광을 방출한다. 고전압 단자 Hv에 공급된 전압은 5kV로 설정되며, 한 쌍의 소자 전극(5 및 6)사이에 인가되는 전압은 14V로 설정된다. 실시예 1에서와 유사한 장점이 이실시예 5에서도 얻어진다.
이러한 실시예의 하나의 변형은 각 차폐 부재(9)에 접속된 배선과 전압을 배선에 공급하는 수단을 부가적으로 제공하여 차폐 부재(9)의 전위를 조절함으로써 얻어진다. 이러한 변형으로, 실시예 1에서와 같은 장점은 200V 전압을 차폐 부재에 제공함으로써 얻어진다.
[실시예 6]
다음의 설명은 실시예 6에 관한 것으로, 제7도에 도시된 형태의 화상 형성 장치는 제25도에 도시된 바와 같이 전면판(90) 내지 스페이서(191)상에 제공된 차폐 부재가 실시예 1의 전자원(제10도 참조)내에서 차폐 부재(9)로 이용된 것을 제외하고는 실시예 1과 유사한 방법으로 제조되었다. 제25도는 차폐 부재(9)가 제공된 전면판(90)의 일부의 개략적인 사시도이며, 제26도는 전면판(90)과 마주보도록 대향 관계로 위치된 전자원 기판(71)의 단면을 포함하여, 제25도의 선 26-26을 따라 절취한 단면도이다. 제7도, 제25도 및 제26도에 있어서, 동일한 참조 번호는 동일한 부재를 나타낸다.
차폐 부재(9)는 메쉬(mesh) 형태로 Al과 같은 도전성 물질로 이루어지며, 전면판(90)과의 소정 간격을 유지하는 스페이서(191)에 의해 지지된다. 차폐 부재(9)는 적어도 전자 방출 소자(74)의 바로 위 영역을 커버하지만, 전자 방출 소자(74)의 각 전자 방출 영역으로부터 방출되는 전자의 경로에 완전히 간섭을 일으키지 않도록 메쉬 위치 및 메쉬 크기가 선택된다. 차폐 부재(9)는 전자원 기판(71) 및 전면판(90) 사이의 간격의 10%에 대응하는 거리로 전면판(90)로부터 이격된 위치에 위치된다. 또한, 전압이 DC 전원(도시되지 않음)으로부터 차폐 부재(9)에 공급되어, 차폐 부재(9)의 전위는 전면판(90)에 공급된 전위와 동일하거나, 그보다 약 10% 낮게 된다.
실시예 1에서 보는 바와 같이, 전술하는 구성을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 완성된 화상 표시 소자에 있어서, 주사 신호와 변조 신호는 각 신호 발생 수단(도시되지 않음)으로부터, 엔클로저의 외방으로 연장하는 Dox1 내지 Doxm 및 Doy1 내지 Doyn을 통해 전자 방출 소자들중의 소망의 소자에 제공되어 그들로부터 전자를 방출시킨다. 동시에, 고전압이 고전압 단자 Hv를 통해 메탈 백(89)에 제공되며, 그에 따라, 전자 빔이 가속되어 형광막(88)에 충돌한다. 그로 인해 막(88)을 이루는 형광 물질이 여기되어 화상을 표시하기 위한 광을 방출한다. 실시예 1에서와 유사한 장점이 실시예 6에서도 얻어진다.
[실시예 7]
제9도는 화상 표시 소자의 일예를 도시한 블럭도로서, 실시예 1 내지 6에서 제조된 표시 장치(표시 패널)중의 소정 장치는 예를 들면, TV 방송을 포함하는 다양한 화상 정보 원으로부터 제공되는 화상 정보를 표시할 수 있도록 설계된다. 제9도에 있어서, 참조 번호 (100)은 표시 패널, 참조 번호 (101)은 표시 패널을 위한 구동기, 참조 번호 (102)는 표시 패널 제어기, 참조 번호 (103)은 멀티플렉서, 참조 번호 (104)는 디코더, 참조 번호 (105)는 입/출력 인터페이스, 참조 번호(106)은 CPU, 참조 번호 (107)은 화상 발생기, 참조 번호 (108), (109), 및 (110)는 화상 메모리 인터페이스, 참조 번호 (111)은 화상 입력 인터페이스, 참조 번호 (112) 및 (113)은 TV 신호 수신기, 참조 번호 (114)는 입력부이다. (본 발명의 표시 장치가 신호, 예를 들면, 비디오 정보 및 음성 정보를 포함하는 TV 신호를 수신하는 경우, 표시 장치는 화상을 표시하고 동시에 음성을 재생한다. 그러나, 본 발명의 특징과 직접적으로 관련이 없는 음성 정보의 수신, 재생, 처리, 저장등에 필요한 회로, 스피커 등과 같은 것은 여기서 설명되지 않을 것이다.)
전술하는 부분의 기능은 화상 신호의 흐름을 따라 이후에 설명될 것이다.
먼저, TV 신호 수신기(113)는 예를 들면, 전자파 또는 공간 광 통신 형태로 무선 송신 시스템을 통해 전송되는 TV 화상 신호를 수신하는 회로이다. 수신되는 신호의 유형으로는 특정한 유형으로 한정되지는 않지만 예를 들면, NTSC-, PAL- 및 SECAM-표준의 임의의 형식이 될 수 있다. 전술하는 형태보다 더 큰 주사 선수를 가진 또 다른 형태의 TV 신호(예를 들면, 소위 MUSE-표준형을 포함하는 고화질 TV 신호)가 스크린 크기 및 픽셀의 수의 증가를 위해 적당한 전술하는 표시 패널의 장점을 이용하는데 적합한 신호이다. TV 신호 수신기(113)에 의해 수신된 TV신호는 디코더(104)로 출력된다.
그 후, TV 신호 수신기(112)는 동축 케이블 또는 광섬유 형태로 유선 전송시스템을 통해 전송되는 TV 화상 신호를 수신하는 회로이다. TV 신호 수신기(113)에서와 같이, TV 신호 수신기(112)에 의해 수신되는 TV 신호 유형은 특정한 유형으로 한정되는 것은 아니다. 수신기(112)에 의해 수신되는 TV 신호는 또한 디코더(104)로 출력된다.
화상 입력 인터페이스(111)은 예를 들면, TV 카메라 또는 화상 기록 주사기와 같은 화상 입력 장치로부터 제공 되는 화상 신호를 수신하기 위한 회로이다. 인터페이스(111)에 의해 얻어진 화상 신호는 디코더(104)로 출력된다.
화상 메모리 인터페이스(110)은 비디오 테이프 레코더(이후에 VTR로 약칭)에 저장된 화상 신호를 수신하는 회로이다. 인터페이스(110)에 의해 얻어진 화상 신호는 디코더(104)로 출력된다.
화상 메모리 인터페이스(109)는 비디오 디스크에 저장된 화상 신호를 수신하는 회로이다. 인터페이스(109)에 의해 얻어진 화상 신호는 디코더(104)로 출력된다.
화상 메모리 인터페이스(108)은 소위 정지 화상 디스크와 같은 정지 화상 데이타를 저장하는 장치로부터 화상 신호를 수신하기 위한 회로이다. 인터페이스(108)에 의해 얻어진 화상 신호는 디코터(104)로 출력된다.
입/출력 인터페이스(105)는 표시 장치를 외부 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크 또는 프린터와 같은 출력 장치에 연결하는 회로이다. 이것으로 인해, 화상 데이타 및 문자/도형 정보의 입/출력 뿐만 아니라 표시 장치 내의 CPU(106)과 동일한 경우의 외부와의 사이에 제어 신호 및 수치 데이타의 입/출력을 수행할 수 있다.
화상 발생기(107)은 입/출력 인터페이스(105)를 통한 외부로부터의 화상 데이타 및 문자/도형 정보 입력 또는 CPU(106)으로부터의 화상 데이타 및 문자/도형정보를 근거로 하여 표시 화상 데이타를 발생하는 회로이다. 화상 발생기(107)에 합체되는 것으로는 예를 들면, 화상 데이타 및 문자/도형 정보를 저장하기 위한 재 기록가능 메모리, 문자 코드에 대응하는 화상 패턴을 저장하는 판독 전용 메모리, 화상 처리용의 처리기 및 화상 생성을 위해 필요한 다른 회로들이 있다.
화상 발생기(107)에 의해 발생된 표시 화상 데이타는 동상 디코더(104)로 출력되지만, 어떤 경우에는 입/출력 인터페이스(105)를 통해 외부 컴퓨터 네트워크 또는 프린터로 출력될 수 있다.
CPU(106)는 기본적으로 표시 장치의 동작 제어 및 표시 화상의 생성, 선택 및 편집에 관련된 작업을 수행한다.
예를 들면, CPU(106)은 제어 신호를 멀티플렉서(103)에 출력하여 원하는 바대로 표시 패널상에 표시될 화상 신호중의 하나 또는 조합을 선택한다. 이에 관련하여, CPU(106)는 또한 표시될 화상 신호에 따라 표시 패널 제어기(102)에 제어 신호를 출력함으로써, 화상 표시 주파수, 주사 모드(예를 들면, 격행 또는 순차 주사 모드), 화상당 주사선수 등으로 표시 장치의 동작을 적절하게 제어한다.
또한, CPU(106)은 화상 데이타 및 문자/도형 정보를 직접 화상 발생기(107)에 출력하거나, 화상 데이타 및 문자/도형 정보를 입력하는 입/출력 인터페이스(105)를 통해 외부 컴퓨터 또는 메모리를 액세스한다.
CPU(106)은 전술하는 것과는 다른 목적을 위한 임의의 적절한 작업에 관련하여 이용될 수 있다. 예를 들면, CPU(106)은 퍼스널 컴퓨터 또는 워드 프로세서와 같이 정보를 발생하거나 처리하는 기능에 직접 관련될 수 있다.
또한, CPU(106)은 전술한 바와 같이 입/출력 인터페이스(105)를 통해 외부 컴퓨터에 접속되어, 외부 장비와 협력하여 수치 연산 및 다른 작업을 수행할 수 있다.
입력부(114)는 사용자가 명령, 프로그램, 데이타 등을 CPU(106)에 입력하는 경우 이용되며, 키보드, 마우스, 바코드 판독기 및 음성 인식 장치와 같은 다양한 입력 장치가 이용될 수 있다.
디코더(104)는 회로(107 내지 113)으로부터 입력되는 다양한 화상 신호를 삼원색, 또는 휘도 신호, I 신호 및 Q 신호를 위한 신호로 역변환하는 회로이다. 도면에 점선으로 도시된 바와 같이, 디코더(104)는 바람직하게는 화상 메모리를 내부에 포함한다. 이것은 디코더(104)가 또한 예를 들면, 역 변환용 화상 메모리가 필요한 MUSE 표준형을 포함하는 TV 신호들을 처리해야 하기 때문이다. 또한, 화상 메모리를 제공함으로써 정지 화상을 표시하기가 쉽고, 화상 발생기(107) 및 CPU(106)과 합동으로 화상의 추림(thinning-out), 보간, 확장, 축소 및 합성과 같은 화상 처리 및 편집을 쉽게 수행할 수 있는 장점이 있다.
멀티플렉서(103)은 CPU(106)으로부터의 제어 신호 입력에 따라 표시 화상을 원하는 바와 같이 선택한다. 한편, 멀티플렉서(103)은 디코더(104)로부터의 역변환된 화상 신호 입력중 원하는 신호 입력을 선택하여 구동기(101)로 출력한다. 이것과 관련하여, 하나의 화상을 위한 표시 시간중에 둘 이상의 화상 신호를 전환하여 선택함으로써, 상이한 화상이 소위 다중 스크린 텔레비젼과 같이 하나의 스크린을 분할하여 정의되는 다수의 영역에 별개로 표시될 수 있다.
표시 패널 제어기(102)는 CPU(106)으로부터의 제어 신호 입력에 따라 구동기(101)의 동작을 제어하는 회로이다.
표시 패널의 기본 동작에 관련한 기능으로, 제어기(102)는 구동기(101)로 예를 들면, 표시 패널을 구동하는 전원(도시되지 않음)의 동작 수순을 제어하는 신호를 출력한다.
또한, 표시 패널을 구동하는 방법에 관련한 기능으로, 제어기(102)는 구동기(101)로 예를 들면, 화상 표시 주파수 및 주사 모드(예를 들면, 격행 또는 순차 주사 모드)를 제어하기 위한 신호를 출력한다.
경우에 따라, 제어기(102)는 구동기(101)로 화상의 휘도, 콘트라스트(contrast), 톤(tone) 및 샤프니스(sharpness) 형태로 화질의 조정을 위한 제어 신호를 출력할 수 있다.
구동기(102)는 표시 패널(100)에 제공되는 구동 신호를 발생하는 회로이다. 구동기(101)은 멀티플렉서(103)으로부터의 화상 신호 입력과 표시 패널 제어기(102)로부터의 제어 신호 입력에 따라 동작된다.
제9도에 도시된 바와 같이 배열된 다양한 성분과 전술한 바와 같은 기능을 가짐으로써, 표시 장치는 다양한 화상 정보원으로부터의 화상 정보를 표시 패널(100)상에 표시할 수 있다. 특히, TV 방송 신호를 포함하는 다양한 화상 신호는 디코더(104)에 의해 역변환되며, 그들중의 적어도 하나가 멀티플렉서(103)에 의해 선택되어 구동기(101)로 입력된다. 한편, 표시 패널 제어기(102)는 표시될 화상 신호에 따라 구동기(101)의 동작을 제어하는 제어 신호를 발생한다. 구동기(101)은 화상 신호 및 제어 신호 모두에 따라 표시 패널(100)로 구동 신호를 제공한다. 그에 따라, 화상이 표시 패널(100)상에 표시된다. 전술하는 일련의 동작은 CPU(106)의 감시하에서 제어된다.
디코더(104)에 설치된 화상 메모리, 화상 발생기(107) 및 CPU(106)의 도움으로 다수의 항목으로부터 선택된 화상 정보를 단순히 표시하는 것 이외에도, 본 발명의 표시 장치는 표시될 화상 정보상에서, 확대, 축소, 회전, 이동, 모서리 강조, 추림, 보간, 컬러 변환 및 화상 종횡비(image aspect radio)의 변환과 같은 화상 처리 뿐만 아니라, 합성, 삭제, 결합, 대체 및 삽입과 같은 화상 편집 기능을 수행할 수 있다. 비록, 본 실시예의 설명에는 특정하지 않았으나, 화상 처리 및 편집을 위한 전술한 회로뿐만 아니라 음성 정보의 처리 및 편집을 위한 회로가 제공될 수 있다.
따라서, 본 발명의 표시 장치의 하나의 유닛은 TV 방송용의 표시 장치, TV화상 회의 단말, 정지 및 동화상을 처리하는 화상 편집기, 워드 프로세서를 포함하는 사무 자동화 단말, 게임기 등과 같은 다양한 기능을 가질 수 있기 때문에 매우 폭 넓은 산업 및 공업 분야에 이용될 수 있다.
말할 필요도 없이, 제9도는 단지 본 발명에 따른 표시 장치의 구성의 일 실시예를 도시한 것으로, 본 발명은 도시된 구성으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 사용목적에 따라 불필요한 제9도에 도시된 성분의 회로는 제거될 수 있다. 반면, 사용 목적에 따라, 다른 성분이 부가될 수 있다. 본 발명의 표시 장치는 예를 들면, TV 전화와 함께 이용되는 경우, 부가적인 성분으로, TV 카메라, 음성 마이크로폰, 발광체, 및 모뎀을 포함하는 송/수신 회로가 바람직하게 제공될 수 있다.
본 발명의 표시 장치에서, 특히, 본 발명에 따른 표시 패널은 박형화가 용이 하므로 표시 장치의 깊이를 작게 할 수 있다. 부가적으로, 표시 패널은 스크린 크기를 쉽게 증가시킬 수 있고 높은 휘도와 뛰어난 시야각 특성을 제공할 수 있기 때문에 양호한 시인성(viewability)으로 보다 현장감 있고 박진감 넘치는 화상을 표시 할 수 있다.
[다른 실시예]
본 발명은 또한 표면 전도형 전자 방출 소자와는 다른 임의의 형태의 냉음극 장치에도 이용가능하며, 이 경우, 전자의 경로는 전자 방출 소자의 바로 위 또는 수직 방향으로부터 편향된다. 그와 같은 다른 전자 방출 소자의 한 예로는 동일 양수인에 의해 출원된 일본국 특허 출원 공개 공보 제63-274047호에 개시된 바와 같이, 전자원이 만들어지는 기판의 표면상에 형성된 한 쌍의 대향 전극을 가진 전계 효과 전자 방출 소자가 있다.
본 발명의 취지에 따르면, 본 발명은 표시 장치용으로 적합한 화상 형성 장치로 한정되는 것이 아니라, 발광 다이오드를 대신하는 발광원으로, 감광 드럼, 발광 다이오드 등을 포함하는 광학 프리터에도 이용될 수 있다. 이 경우, 화상 형성 장치는 선형 발광원뿐만 아니라 m개의 향방향 배선과 n개의 열방향 배선을 적절하게 선택하여 2차원 발광원으로 이용될 수 있다.
부가적으로, 본 발명의 취지에 따르면, 본 발명은 또한 전자원으로부터 방출된 전자가 조사되는 조사 부재가 예를 들면, 전자 현미경으로 표시되는 것과 같이 화상 형성 부재와는 다른 것인 경우에도 이용가능하다. 따라서, 본 발명은 조사 부재의 유형을 특정화하지 않고 전자 빔 발생기 형태로 이용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 화상 형성 장치가 제공되는데, 여기서, 차폐 전극은 전자원 및 화상 형성 장치내의 화상 형성 부재 사이에 배치되어 화상 형성 부재의 측면으로부터 전자원으로 비상하도록 가속되는 입자(주로 음이온)가 주로 전자원상에 증착되거나 충돌하는 것을 방지하며, 그에따라, 전자원의 열화 및 원치않는 전하의 누적을 피할 수 있다. 전술하는 배치는 또한 전자원 이외의 부분에 전하가 누적되는 것을 방지하는데도 효과적이다. 이러한 목적을 위해서는, 대기 압력을 견디기 위한 구조를 제공하는데 이용되는 지지 부재(스페이서)와 같은 다른 부분의 절연 표면을 커버하는 식으로 차폐 부재의 형태 및 위치를 결정하는 것만이 필요하다.
한편, 본 발명의 화상 형성 장치에 있어서, 전자 방출 소자의 전자 방출 영역으로 방출되는 전자는 전자 방출 영역과 수직인 방향에 대해 한 쌍의 소자 전극에 의해 발생되는 전계의 방향으로 편향하여 비상하도록 힘을 받기 때문에, 전자는 예를 들면, 바로 위로부터 전자 방출 영역을 커버하는 차폐 부재인 차폐 전극에 의해 차단되지 않고 형광 물질로 형성된 화상 형성 부재쪽으로 비상할 수 있으며, 전자 방출 영역은 화상 형성 부재로부터 발생된 양이온으로부터 차폐 전극에 의해 보호 될 수 있다. 또한, 비록, 우연한 방전이 발생하더라도, 전자원의 열화는 방지될 수 있다. 따라서, 본 발명에 있어서, 제27도에 도시된 바와 같은 전자를 편향시키기 위한 그리드가 부가적으로 필요하지 않다.
따라서, 부가적이고 복잡한 구조가 필요 없는 본 발명은 간단한 매트릭스 어레이의 전자원을 이용하는 화상 형성 장치에 특히 적합한데, 여기서, 출원인에 의해 이전에 제안된 바와 같이, 표면 전도형 전자 방출 소자의 대향 소자 전극쌍들은 다수의 행방향 배선과 다수의 열방향 배선에 의해 적절하게 상호 접속하여, 표면 전도형 전자 방출 소자들이 매트릭스 패턴내의 행방향 및 열방향으로 놓여지도록 배열된다.

Claims (38)

  1. 표면을 갖고 있는 기판, 상기 표면 상에 나란히 배치되어 있는 고전위 전극과 저전위 전극 사이에 전자 방출 영역을 갖고 있는 전자 방출 소자, 및 상기 전자 방출 소자쪽으로 비상하는(flying) 양이온을 차단하는 차폐 부재를 구비하는 전자원에 있어서, 상기 차폐 부재는 상기 전자 방출 소자로부터 방출되는 전자를 통과시키는 개구(openging)를 갖고 있으며 상기 전자 방출 소자의 바로 위 영역을 커버하고, 상기 개구는 상기 전자 방출 영역에 수직한 방향으로부터 상기 고전위 전극측쪽으로 다음식으로 표시된 거리 δ(㎛)만큼 편향되며,
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자 방출 소자와 상기 차폐 부재가 일체형 구조로 기판상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자원.
  3. 제2항에 있어서, 상기 차폐 부재는 상기 전자 방출 소자의 상부에 적층되는(laminate) 것을 특징으로 하는 전자원.
  4. 제1항에 있어서, 상기 차폐 부재는 도전성 부재인 것을 특징으로 하는 전자원.
  5. 제4항에 있어서, 상기 차폐 부재는 절연 부재를 사이에 두고 상기 전자 방출 소자의 상부에 적층되는 것을 특징으로 하는 전자원.
  6. 제4항에 있어서, 상기 차폐 부재는 고정된 전위 이하로 유지되는 부재인 것을 특징으로 하는 전자원.
  7. 제6항에 있어서, 상기 차폐 부재는 상기 전자 방출 소자로부터 방출되는 전자의 경로를 변화시키기 위한 전계 성분을 발생하는 부재인 것을 특징으로 하는 전자원.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전계 성분이 상기 전자를 축전하기 위한 전계 성분인 것을 특징으로 하는 전자원.
  9. 제7항에 있어서, 상기 전계 성분이 상기 전자를 편향시키기 위한 전계 성분인 것을 특징으로 하는 전자원.
  10. 제1항에 있어서, 상기 차폐 부재는 상기 전자 방출 소자의 전자 방출 영역을 커버하도록 배치되어 있는(positioned) 것을 특징으로 하는 전자원.
  11. 제10항에 있어서, 상기 차폐 부재는 상기 전자 방출 소자의 전극들도 커버하도록 배치되어 것을 특징으로 하는 전자원.
  12. 제10항에 있어서, 상기 차폐 부재는 상기 전자 방출 소자가 배치되어 있는 기판 표면도 커버하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자원.
  13. 제1항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 표면 전도형 전자 방출 소자(electron-emitting device)인 것을 특징으로 하는 전자원.
  14. 제1항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 전계 효과 전자 방출 소자(field-effect electron-emitting device)인 것을 특징으로 하는 전자원.
  15. 제1항에 있어서, 상기 전자원은 다수의 전자 방출 소자를 포함하며, 상기 차폐 부재는 상기 다수의 전자 방출 소자로부터 방출되는 전자를 통과시키지만, 상기 다수의 전자 방출 소자쪽으로 비상하는 양 이온을 차단하는 것을 특징으로 하는 전자원.
  16. 제15항에 있어서, 상기 다수의 전자 방출 소자는 각기 행방향 배선과 열방향 배선에 결합되어 매트릭스 패턴으로 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 전자원.
  17. 제15항에 있어서, 상기 전자원은 다수의 행의 전자 방출 소자와 - 각행은 행방향으로 나란히 배치되어 병렬로 상호 접속되어 있는 다수의 전자 방출 소자를 포함함 - 열방향으로 나란히 연장되도록 배치되어 있는 다수의 제어 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자원.
  18. 제17항에 있어서, 상기 다수의 전자 방출 소자, 상기 차폐 부재, 및 상기 제어 전극은 이 순서대로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전자원.
  19. 제17항에 있어서, 상기 다수의 전자 방출 소자, 상기 제어 전극 및 상기 차폐 부재는 이 순서대로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전자원.
  20. 표면을 갖고 있는 기판, 상기 표면 상에 나란히 배치되어 있는 고전위 전극과 저전위 전극 사이에 전자 방출 영역을 갖고 있는 전자 방출 소자, 상기 전자 방출 소자쪽으로 비상하는(flying) 양이온을 차단하는 차폐 부재 - 상기 차폐 부재는 상기 전자 방출 소자로부터 방출되는 전자를 통과시키는 개구를 갖고 있음 -, 및 상기 전자 방출 소자로부터 방출되는 전자 빔이 조사되는 조사 부재(irradiated member)를 구비하는 전자 빔 장치에 있어서, 상기 차폐 부재는 상기 전자 방출 소자의 바로 위 영역을 커버하며, 상기 개구는 상기 전자 방출 영역에 수직한 방향으로부터 상기 고전위 전극측쪽으로 편향되며,
  21. 제20항에 있어서, 상기 차폐 부재는 상기 전자 방출 소자의 상부에 적층되는 것을 특징으로 하는 전자 빔 장치.
  22. 제20항에 있어서, 상기 차폐 부재는 도전성 부재인 것을 특징으로 하는 전자 빔 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 차폐 부재는 절연 부재를 사이에 두고 상기 전자 방출 소자의 상부에 적층되는 것을 특징으로 하는 전자 빔 장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 차폐 부재는 고정된 전위 이하로 유지되는 부재인 것을 특징으로 하는 전자 빔 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 차폐 부재는 상기 전자 방출 소자로부터 방출되는 전자의 경로를 변경하기 위하 전계 성분을 발생하는 부재인 것을 특징으로 하는 전자 빔 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 전계 성분은 상기 전자를 축전하기 위한 전계 성분인 것을 특징으로 하는 전자 빔 장치.
  27. 제25항에 있어서, 상기 전계 성분은 상기 전자를 편향시키기 위한 전계 성분인 것을 특징으로 하는 전자 빔 장치.
  28. 제20항에 있어서, 상기 차폐 부재는 상기 전자 방출 소자의 전자 방출 영역을 커버하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 빔 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 차폐 부재는 상기 전자 방출 소자의 전극들도 커버하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 빔 장치.
  30. 제28항에 있어서, 상기 차폐 부재는 상기 전자 방출 소자가 배치되어 있는 기판 표면도 커버하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 빔 장치.
  31. 제20항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 표면 전도형 전자 방출 소자인 것을 특징으로 하는 전자 빔 장치.
  32. 제20항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 전계 효과 전자 방출 소자인 것을 특징으로 하는 전자 빔 장치.
  33. 제20항에 있어서, 상기 전자 빔 장치는 다수의 전자 방출 소자를 포함하며, 상기 차폐 부재는 상기 다수의 전자 방출 소자로부터 방출되는 전자를 통과시키지만, 상기 다수의 전자 방출 소자쪽으로 비상하는 양 이온을 찬단하는 것을 특징으로 하는 전자 빔 장치.
  34. 제33항에 있어서, 상기 다수의 전자 방출 소자는 각기 행방향 배선과 열방향 배선에 결합되어 매트릭스 패턴으로 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 빔 장치.
  35. 제33항에 있어서, 상기 전자 빔 장치는 다수의 행의 전자 방출 소자와 - 각 행은 행방향으로 나란히 배열되어 병렬로 상호 접속되어 있는 다수의 전자 방출 소자를 포함함 - 열방향으로 나란히 연장되도록 배치되어 있는 다수의 제어 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 빔 장치.
  36. 제35항에 있어서, 상기 다수의 전자 방출 소자, 상기 차폐 부재 및 상기 제어 전극은 이 순서대로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 빔 장치.
  37. 제35항에 있어서, 상기 다수의 전자 방출 소자, 상기 제어 전극 및 상기 차폐 부재는 이 순서대로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전자원.
  38. 제20항에 있어서, 상기 조사 부재는 화상 형성 부재인 것을 특징으로 하는 전자 빔 장치.
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