KR100191447B1 - 전자 방출 소자, 전자원 및 화상 생성 장치와 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전자 방출 소자는 대향 배치된 한 쌍의 소자 전극과, 소자 전극을 전지 접속하며 전자 방출 영역을 일부분으로서 갖고 있는 전도성막을 구비한다. 전도성막은 전도성막의 주성분 물질의 융점보다 높은 융점을 갖는 금속 산화물을 주성분으로서 함유한 금속 산화물 피복층으로 부분적으로 또는 전체적으로 피복되어 있다. 전도성막은 또한 탄소, 탄소 화합물 또는 그 혼합물을 구비한 피착층을 갖고 있다.

Description

전자 방출 소자, 전자원 및 화상 생성 장치와 그 제조 방법

제1a도 및 제1b도는 본 발명에 따른 평면형(plan type) 전자 방출 소자를 개략적으로 도시한 평면도 및 단면도.

제2a도 내지 제2c는 본 발명에 따른 전자 방출 소자에서 금속 산화물 피복층으로 피복되는 전도성막을 각기 다른 3가지 가능한 모드로 도시한 단면도.

제3도는 본 발명에따른 계단형(setp type) 전자 방출 소자를 개략적으로 도시한 단면도.

제4a도 내지 제4d도는 제1a도 및 제1b도의 전자 방출 소자의 각기 다른 제조 단계를 도시한 단면도.

제5a도 내지 제5c는 본 발명의 목적을 위해 통전화 포밍시에 사용될 수 있는 각기 다른 3종류의 전압 펄스 파형을 도시한 그래프.

제6도는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 성능을 평가하는데 사용되는 계측 시스템의 개략도.

제7a도 및 제7b도는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의소자 전압 Vf와 방출 전류 Ie간의 관계와 함께 소자 전압 Vf와 소자 전류 If간의 가능한 각기 다른 2종류의 관계를 도시한 그래프.

제8도는 본 발명의 전자 방출 소자와 필적할만한 공지된 전자 방출 소자의 방출 전류 Ie가 시간에 따라 변화하는 것을 도시한 그래프.

제9도는 본발명에 따르면 매트릭스 배선 구성을 갖는 전자원의 개략도.

제10도는 본 발명에 따른 매트릭스 배선 구성의 전자원을 구비한 화상 생성 장치에 사용할 수 있는 표시 패널 일부를 절단한 개략 투시도.

제11a도 및 제11b도는 본 발명의 목적을 위해 표시 패널에 사용할 수 있는 형광막에 대한 가능한 두가지의 설계 구성도.

제12도는 제10도의 표시 패널을 구동시키는데 사용할 수 있는 구동 회로의 회로 다이어그램.

제13도는 본 발명에 따르면 사다리형(ladder-type) 배선 구성을 갖는 전자원의 개략 평면도.

제14도는 본 발명에 따른 사다리형 배선 구성의 전자원을 구비한 화상 생성 장치에 사용할 수 있는 표시 패널 일부를 절단한 개략 투시도.

제15도는 본 발명에 따른 매트릭스 배선 구성의 전자원의 일부에 대한 개략 평면도.

제16도는 제15도의 라인 16-16을 따라 절취한 전자원에 대한 개략적인 횡단면도.

제17a도 내지 제17i도는 제15도의 전자원의 각기 다른 제조 단계를 도시한 개략적인 부분 단면도.

제18도는 본 발명에 따른 화상 생성 장치의 개략적인 블록 다이어그램.

제19도는 본 발명에 따른 화상 장치에서 방출되는 전자의 가능한 궤적을 도시하는 부분 단면도.

제20a도 및 제20b는 본 발명의 목적을 위해 LB막을 형성하기 위한 장치의 개략적인 투시도.

제21a도 내지 제21c도는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 전자 방출 영역 및 그 부근에서의 전도성막, 금속 산화물 피복층 및 피착된 탄소에 대한 각기 다른 가능한 위치 관계를 나타내는 개략적인 부분 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2,3 : 한 쌍의 소자 전극 4 : 전도성막

5 : 전자 방출 영역 6 : 금속 산화물 피복층

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 전자 방출 소자, 전자원과 전자원을 구비한 화상 생성 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이러한 전자 방출 소자, 전자원 및 화상 생성 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.

전자 방출 소자로서는 두가지 형이 공지되어 있는데, 즉 열 전자 방출형과, 냉음극 전자 방출형이 있다. 물론, 냉음극 방출형은 전계 방출형(이하 FE형으로 기술함)소자와, 금속/절연층/금속형(이하 MIM형으로 기술함) 전자방출 소자 및 표면 전도형 전자 방출 소자를 포함하는 소자를 일컫는 것이다. FE형 소자의 예로서는 W.P. Dyke W.W. Dolan에 의한 Advance in Electron Physics, 8, 89(1956)의 Field emission과 C.A. Spindt에 의한 J. Appl. Phys., 47, 5284(1976)의 PHYSICAL Properties of thin-film field emssion cathodes with molybdenum cones에서 제시된 것들을 들 수 있다.

MIM 소자의 예로서는 C. A. Mead에 의한 J. Appl. Phys., 32, 646(1961)의 the tunnel-emission amplifier를 포함하는 논문에서 기재된 것들을 들 수 있다.

표면 전도형 전자 방출 소자의 예로서는 M.I. Elison에 의해 Radio Eng. Electron Phys., 10(1965)에서 제안된 것을 들 수 있다.

표면 전도형 전자 방출 소자는 기판 상에 형성된 소규모 박막으로부터, 이 박막 표면과 평행하게 전류를 강제적으로 흐르게 함으로써 전자들이 방출되어지는 현상을 이용하여 구현된 것이다.

Elison은 이러한 형의 소자의 경우 SnO₂박막을 사용하였지만, [G. Dittmer: Thin Solid Films, 9, 317(1972)]에서는 Au 박막을 이용한 반면에, [M. Hartwell and C.G. Fonstad; IEEE Trans. ED Conf., 519(1975)]와 [H. Araki et al: Vacuum, Vol. 26, No. 1, P. 22(1983)]에서는 In₂O₃/SnO₂와 탄소 박막을 사용하였다.

표면 전도형 전자 방출 소자는 통상적으로 기판 상에 한 쌍의 소자 전극을 배열하고, 금속 또는 금속 산화물로 제조된 전도성막에 의해 소자 전극을 브릿지한 후 통전화 포밍(energization forming)이라 칭하는 전류 도통 처리를 행하여 전도성막을 전기적으로 처리함으로써 전자 방출 영역을 형성시켜 준비된다. 통전화 포밍 처리시에, 일정한 DC 전압이나 통상적으로 1 v/min의 비율로 서서히 증가하는 DC 전압을 전도성 박막의 대향 단부에 인가하여 그 박막을 부분적으로 파괴, 변형 또는 변질시킴으로써 전기적으로 고저항인 전자방출 영역이 생선된다. 전자 방출 영역은 하나 이상의 균열부가 형성되어 그곳으로부터 전자들이 방출될 수 있는 전도성막의 일부이다.

상술된 표면 전도형 전자 방출 소자는 특히 단순한 구조를 가져 단순하게 제조될 수 있으므로, 어려움 없이 대면적 상에 이러한 소자들을 대다수 배열할 수 있다는 장점을 지닌다. 사실상, 표면 전도형 전자 방출 소자의 이러한 장점을 충분히 이용하는 다수의 연구가 행해져 왔다. 예를 들어, 표시 장치를 포함하여 여러 종류의 화상 생성 장치가 제안되어 있다.

대다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 배열시킨 것에 대한 예로서는 표면 전도형 전자 방출 소자를 다수의 평행 소자 행이 형성되도록 배열시키고 각 행의 소자의 양단(소자 전극)을 각 와이어(공통 와이어로서도 참조됨)에 접속시킴으로써 실현된 전자원이 있다(이러한 구성을 사다리형 구성이라고도 칭함)(일본 공개 특허원 제1-31332, 1-213749 또는 2-257552호를 참조). 표시 장치의 경우, 액정을 이용하는 표시 장치와 동일하지만 백 라이트의 사용을 필요로 하지 않는 방출형인 평면 패널 표시 장치가 제안되어 있다. 이러한 표시 장치는 대다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 구비한 전자원과 전자원에 의해 전자 빔이 조사될 때 가시광을 방출시키는 형광체를 결합시켜 구현될 수 있다(미국 특허 제5,066,883호 참조).

그러나, 전자원 및 화상 생성 장치에 사용되는 공지된 전자 방출 소자는 뚜렷하고 선명한 화상을 안정하게 생성시킬 수 있는 화상 생성 장치를 제공하기 위해서는 전자 방출 효율과 그 외의 전자 방출 특성을 개선시킬 필요가 있다. 전자 방출 효율은 한쌍의 소자 전극에 전압이 인가될 때 소자로부터 진공 내로 방출되는 전자에 의해 발생된 전류(방출 전류 Ie)에 대한 표면 전도형 전자 방출 소자를 흐르는 전류(소자 전류 If)의 비를 기수한 것으로, 소자 전류는 가능한 적게 유지되는 반면에 방출 전류는 가능한 대량으로 되는 것이 바람직하다. 만일 표면 전도형 전자 방출 소자에서 안정하게 제어가능한 전자 방출 특성과 개선된 전자 방출 효율이 달성되면, 이러한 소자를 사용함으로써 저전력 소모율로 고화질의 화상을 생성시키는 형광체의 화상 형성 부재를 구비한 화상 생성 장치를 구현할 수 있다. 이러한 화상 생성 장치는 평면 텔레비젼 수상기가 될 수 있으며 이러한 화상 생성 장치의 구동 회로 및 기타 부품을 저가로 제조할 수 있다.

그러나, 공지된 전자 방출 소자는 안정한 전자 방출 특성 및 전자 방출 효율면에서 만족되지 않으므로 이러한 전자 방출 소자를 구비한 화상 생성 장치의 동작 안정성도 역시 불만족스럽다.

따라서, 장기간동안 우수한 전자 방출 특성을 나타내는 전자 방출 소자가 요구되어 진다.

[발명의 이루고자 하는 기술적 과제]

본 발명의 발명자들이 예의 검토한 바, 표면 전도형 전자 방출 소자의 전자 방출 특성이 저하되는 주요 원인 중 하나는 동작을 위한 구동시 소자의 전도성막이 변화되기 때문이라는 것을 발견하였다. 상술된 바와 같이, 표면 전도형 전자 방출 소자는 냉음극형 전자 방출 소자로서, 소자를 동작시키기 위해 소자에 전압을 인가시켜 구동시킬 때 전도성막에는 비교적 큰 전류 If가 흘러 전자 방출 영역이나 그 부근에서 열이 발생되어 그곳의 온도가 상승된다. 따라서, 소자가 장기간동안 동작하도록 구동될 때에는 전자 방출 영역이나 그 부근에서 발생된 열에 의해 전도성막이 국부적으로 용융되어 차후에 응고되어지는 것으로 추정할 수 있다.

표면 전도형 전자 방출 소자의 성능 저하를 억제시키고 그 수명을 연장시키기 위해서는 전도성막을 고융점 및 동시에 저 증기압을 갖는 물질로 제조하는 것이 바람직하다.

그러나, 반면에, 전도성막으로서 고융점의 물질을 사용하면 상술된 전자 방출 영역을 형성하는 처리(통전화 포밍)시에 큰 전력 소모를 필요로 하며, 제조된 표면 전도형 전자 방출 소자의 전자 방출 특성이 불량해질 수 있다.

또한, 표시 장치는 형성하기 위해 기판 상에 배열되고 공통 와이어에 접속된 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자에 대해 동시에 통전화 포밍을 행할 때에 대량의 전력이 소모되어진다. 그러면, 이러한 대전력에 적응하기 위해서는 통전화 포밍 처리시 대전류 용량을 갖는 와이어를 선택해야만 한다. 또한, 와이어에 인가되는 전압은 와이어의 전기 저항으로 인해 현저하게 강화되어져 소자에는 변화된 유효 전압이 인가되어질 수 있으므로 통전화 포밍 처리를 균일하게 행하는 것이 곤란해진다.

상술된 모든 문제점이 임의 수단에 의해 해결되어지더라도 전도성막으로서 W, Mo, Nb 또는 Ir 등의 고융점 금속을 사용하면, 이러한 금속 중 임의 것이 대방출 전류를 달성하는데 불리한 비교적 큰 일 함수를 갖는다라는 문제가 여전히 존재한다.

따라서, 통전화 포밍시 큰 전력을 소모하지 않으며, 가열될 경우 국부적으로 거의 용융 및 응고되지 않으며, 대방출 전류를 제공하는 전도성막이 여전히 요구되어지고 있다.

상술한 문제를 감안하여 볼 때, 본 발명의 목적은 장기간동안 우수한 전자 방출 특성을 나타내는 표면 전도형 전자 방출 소자, 이러한 소자를 구비한 전자원 및 이러한 전자원을 구비한 화상 생성 장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 이러한 표면 전도형 전자 방출 소자, 전자원 및 화상 생성 장치를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 제1 실시 양상에 따르면, 대향 배치된 한 쌍의 소자 전극과 상기 소자 전극을 전기적으로 접속시키며 전자 방출 영역을 일부분으로서 갖고 있는 전도성막을 구비한 전자 방출 소자가 제공되어 있으며, 상기 전도성막은 이 전도성막의 물질과는 다른 금속 산화물을 주성분으로서 함유하고 있는 금속 산화물 피복층으로 부분적으로 또는 전체적으로 피복되어 있으며, 금속 산화물, 즉 금속 산화물 피복층의 주성분은 전도성막의 주성분보다 낮은 일 함수를 가지며 높은 융점을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 금속 산화물 1 내지 20nm의 두께를 갖는 층으로서 전도성막 상에 배치되는 것이 바람직하다.

또는, 상기 금속 산화물은 전도성막의 공극을 전도성막의 체적의 10 내지 50%만큼 충전시키도록 전도성막 상에 배치될 수 있다.

상기 금속 산화물 피복층은 보조 성분으로서 금속의 카보네이트를 함유하는 것이 바람직하다.

상기 금속 산화물은 상기 전도성막의 주성분보다 높은 온도에서 1.3×10^-3Pa의 증기압을 나타내는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2실시 양상에 따르면, 본 발명의 제1실시 양상에 따른 전자 방출 소자와 그 구동 수단을 구비한 전자원이 제공되어 있다.

상기 전자원은 하나 또는 그 이상의 소자 행을 가지며, 그들 각각은 평행하게 접속된 다수의 전자 방출 소자를 구비하는 것이 바람직하다.

또는 상기 전자원은 다수의 소자 행을 가지며, 그들 각각은 상호 접속된 다수의 전자 방출 소자를 구비하며, 상기 소자는 매트릭스형으로 배열되어 있다.

본 발명의 제3실시 양상에 따르면, 본 발명에 따른 전자원과, 상기 전자원으로부터 방출된 전자 빔이 조사될 때 화상을 생성하도록 설계된 화상 형성 부재를 구비한 화상 생성 장치가 제공된다.

상기 화상 형성 부재는 형광체인 것이 바람직하다.

본 발명의 제4실시 양상에 따르면, 본 발명의 제1 내지 제3실시 양상 각각에 따른 전자 방출 소자, 전자원 및 화상 생성 장치를 제조하는 방법이 제공되며, 전도성막을 피복하기 위한 금속 산화물 피복층의 형성 단계는 용액을 함유한 금속 알콕사이드(metal alkoxide)를 도포하여 금속 알콕사이드 박막을 형성하는 단계와, 금속 알콕사이드를 열분해시켜(pyrolyzing) 금속 산화물 피복층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제5실시 양상에 따르면, 본 발명이 제1 내지 제3실시 양상 각각에 따른 전자 방출 소자, 전자원 및 화상 생성 장치를 제조하는 방법이 제공되어 있으며, 전도성막을 피복시키기 위한 금속 산화물 피복층의 형성 단계를 지방산의 금속염이나 장쇄 아민 금속 착물(long chain amine metal complex)의 단분자 적층막(monomolecular built-up film)을 형성하는 단계와, 상기 단분자 적층막을 열분해시켜 산화물 피복층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

[발명의 구성 및 작용]

본 발명에 따른 표면 전도형 전자 방출 소자는 평면도(plan type) 또는 계단형(step type)으로 구성될 수 있다.

우선, 평면형의 표면 전도형 전자 방출 소자에 대해 기술하기로 한다.

제1a도 및 제1b도는 본 발명에 따른 평면형의 전자 방출 소자의 개략적인 평면과 횡단면을 도시한 것이다.

제1a도 및 제1b도를 참조해 보면, 소자는 기판(1), 한쌍의 소자 전극(2 및 3), 전도성막(4), 전자 방출 영역(5) 및 산화물 피복층(6)을 구비하고 있다. 제1a도 및 제1b도의 소자의 경우에, 산화물 피복층을 전도성막(4)의 표면상에 형성된 층이다.

이하 기술될 바와 같이, 본 발명에 따른 소자의 전자 방출 영역(5)은 제21a도 내지 제21c 중 어느 하나에서 개략적으로 도시된 구성을 갖지만, 소자의 부품 중 일부는 제1a도, 제1b도, 제3도, 제4d도, 제5도 및 제19도에서 생략하였다.

기판(1)으로서 사용될 수 있는 물질로서는 석영 유리, Na와 같은 불순물을 감소된 농도 레벨로 함유하는 유리, 소다 석회 유리(soda lime glass), 소다 석회 유리 상에 스퍼터링에 의해 SiO2 층을 형성시켜 구현한 유리 기판, 알루미나와 같은 세라믹 물질 및 Si를 포함할 수 있다.

대향으로 배열되어 있는 저전위측 및 고전위측 소자 전극(2 및 3)은 임의의 고전도성 물질로 제조될 수 있지만, 바람직한 후보 물질로서는 Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu 및 Pd와 같은 금속 및 그들의 합금과; Pd, Ag, RuO₂, Pd-Ag 및 유리 중에서 선택된 금속 또는 금속 산화물로 이루어진 프린트 가능 전도성 물질과; In₂O₃-SnO₂와 같은 투명 전도성 물질과; 폴리실리콘과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있다.

소자 전극들을 분리하는 거리 L, 소자 전극의 길이 W, 전도성막(4)의 형성(contour) 및 본 발명에 따른 표면 전도형 전자 방출 소자를 설계하는 다른 요인들은 소자의 용도에 따라 결정될 수 있다. 소자 전극들(2 및 3)을 분리하는 거리 L은 수백 나노미터와 수백 마이크로미터 사이인 것이 바람직한데, 보다 바람직하게는 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터이다.

소자 전극(2 및 3)의 길이 W는 소자 전극의 저항과 소자의 전자 방출 특성에 따라 수 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터인 것이 바람직하다. 소자 전극(2 및 3)의 막 두께 d는 수십 나노미터와 수 마이크로미터 사이의 범위 내에 있다.

본 발명의 따른 표면 전도형 전자 방출 소자는 제1a도 내지 제1b에서 도시된 것과는 다른 구성을 갖을 수 있으며, 선택적으로, 기판(1) 상에 전도성막(4), 산화물 피복층(6) 및 대향 배치되는 한 쌍의 소자 전극(2 및 3)을 순차 적층시켜 준비될 수 있다.

전도성막(4)은 우수한 전자 방출 특성을 제공하기 위해 미립자로 이루어진 것이 적합하다. 전도성 박막(4)의 두께는 소자 전극(2 및 3) 상의 전도성 박막의 스텝 커버리지(step coverage)와, 소자 전극(2 및 3) 간의 전기 저항과, 후술될 포밍 처리(forming operation)의 파라미터와 다른 요인들의 함수로서 결정되며, 수백 피코미터 내지 수백 나노미터인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1 나노미터 내지 50 나노미터 사이이다. 전도성막(4)은 명목상 10₂내지 10₇Ω/□간의 시트 저항 R_S를 나타낸다. R_S는 R=RS(1/W)로 정해진 저항이며, 여기서 t, w 및 1은 박막의 두께, 폭 및 길이이며, R은 박막의 종방향을 따라 측정한 저항인 것에 주목할 필요가 있다. 여기서는, 통전화 포밍 처리를 전류 도통 처리에 대해서 기술하였지만, 통전화 포밍 처리는 이것에만 국한되지 않고 고전기 저항을 나타내는 영역을 발생시키도록 전도성막중에 하나 이상의 균열부를 형성시킬 수 있는 임의 처리를 본 발명의 목적에 따라 적당히 사용될 수 있다는 것에 주목해야 한다.

본 발명의 목적을 위해, 전도성막(4)은 고융점의 금속 산화물의 피복층으로 피복될 수 있도록 비교적 저전력으로 전자 방출 영역을 발생시킬 수 있는 물질로 제조되는 것이 바람직하다. 본 발명의 목적에 사용될 수 있는 전도성 물질로서는 Ni, Au, PdO, Pd 및 Pt가 있다.

본 원에서 사용된 미립자막이란 용어는(일정 조건하에서 섬 모양을 갖도록) 조밀하지 않게 분산되거나, 밀접하게 배열되거나 서로 또한 랜덤하게 중첩될 수 있는 대다수의 미립자로 구성된 박막을 일컫는다. 본 발명의 목적에 사용될 수 있는 미립자의 직경은 수백 피코미터 내지 수백 나노미터 사이이며, 바람직하게는 1 나노미터 내지 20 나노미터 사이이다.

본 원에서 미립자란 용어가 자주 사용되므로, 이하에서 보다 깊이있게 기술하고자 한다.

작은 입자를 미립자라 칭하며, 미립자보다 작은 입자를 초미립자라 칭한다. 초미립자보다 작으면 수백개의 원자로 구성된 입자를 클러스터(cluster)라 칭한다.

그러나, 이러한 정의(definitions)는 엄격한 것은 아니고, 각 용어의 범주는 처리되는 입자의 특정 양상에 따라 달리 할 수 있다. 초미립자를 단순히 본 발명의 경우에서와 같이 미립자로 나타낼 수 있다.

The Experimental Physics Course No. 14: Surface/Fine Particle(ed., Koreao Kinoshita; Kyoritu Publication, September 1, 1986)에서는 다음과 같이 기재되어 있다.

여기서 기술된 미립자는 2∼3㎛ 내지 10nm 사이의 직경을 갖는 입자를 가리키며, 초미립자는 10nm 내지 2∼3nm 사이의 직경을 갖는 입자를 가리킨다. 그러나, 이러한 정의는 엄격한 것은 아니고 초미립자를 단순히 미립자라 칭할 수 있다.

따라서, 이러한 정의는 제한적이지 않다. 2 내지 수백개 원자로 구성된 입자를 클러스터라 칭한다.(Ibid., p. 195, 11.22-26)

또한, The New Technology Development Corporation의 Hayashi's Ultrafine Particle Project에서는 입자 크기에 대해 보다 낮은 한계를 사용하여 다음과 같이 기재하고 있다.

the Creative Science and Technology Promoting Scheme의 초미립자 프로젝트(1981-1986)에서는 초미립자를 약 1 내지 100nm 사이의 직경을 갖는 입자로서 정의하고 있다. 이것은 초미립자가 약 100 내지 10⁸원자의 집합체인 것을 의미한다. 원자의 관점에서 보면, 초미립자는 거대한 또는 매우 거대한 입자이다.(Ultrafine Particle-Creative Science and Technology: ed., Chikara Hayashi, Ryoji Ueda, Akira Tazaki; Mita Publication, 1988, p. 2, 11.1-4). 수 내지 수백 원자로 구성되며 초미립자보다 작은 입자를 총괄하여 클러스터라 칭한다(Ibid : P.2, 11.12-13).

상기 일반적인 정의를 고려해 보면, 본 원에서 사용된 미립자란 용어는 하한 수백 피코미터 내지 1nm에서 상한 수 마이크로미터까지의 범위 내에 있는 직경을 갖는 대댜수의 원자 또는 분자의 집합체로 볼 수 있다.

전도성막(4)으로서 사용될 수 있는 상기 열거된 물질 중, PdO가 가장 바람직한데, 이것은 대기 중에서 유기 Pd 화합물을 하소(calcining)시켜 미립자막을 용이하게 형성시킬 수 있으며, 비교적 저전기 전도율을 가지며, 반도체이므로 상기 정해진 저항 RS를 얻기 위한 막 두께에 대해 넓은 프로세서 마진을 가지며, 전자 방출 영역을 형성시킨 후 전도성막의 전기 저항을 감소시키기 위해 Pd로 용이하게 환원될 수 있기 때문이다. 그러나, 본 발명의 장점은 PdO를 포함한 상기 열거된 물질에만 제한적이지는 않다.

전자 방출 영역(5)은 전도성막(4)의 일부분으로서 형성되며 전기적으로 높은 저항의 균열부를 포함하는데, 그 성능은 전도성막(4)의 두께, 품질 및 물질과, 후술될 통전 포밍 처리에 따라 좌우된다. 전자 방출 영역(5)은 그 내부에 수백 피코미터 내지 수십 나노미터 사이의 직경을 가지며 전도성막(4)의 물질 원소를 부분 또는 전부를 함유할 수 있는 전도성 미립자를 포함할 수 있다. 또한, 전도성막(4)의 전자 방출 영역(5)과 그 부근 영역은 탄소 및/또는 하나 이상의 한 탄소 화합물을 함유할 수 있다. 또한, 전자 방출 영역(5)은 산화물 피복층(6)의 원소를 전부 도는 일부 함유할 수 있다. 전자 방출 영역은 낮은 일 함수를 가져 대방출 전류를 발생시키는 물질로 제조되는 것이 바람직하다.

금속 산화물 피복층(6)은 주성분으로서 하나 이상의 한 산화 금속을 함유하여 전도성막(4)의 물질보다 높은 융점을 갖고 있다. 이것은 열에 의한 전도성막(4)의 물질의 용해와 차후의 응고에 의해 전도성막(4)의 전자 방출 특성이 저하되는 것을 방지시키기 위한 것이다.

제2a도 내지 제2c도는 금속 산화물 피복층(6)으로 피복되는 전도성막(4)을 각기 다른 3가지 가능 모드로 도시한 단면이다. 금속 산화물 피복층(6)은 제2a도에서 도시된 바와 같이 전도성막(4)의 미립자 중의 공극(void)에 형성될 수 있다. 또는, 금속 산화물 피복층(6)은 제2b도에서 도시된 바와 같이 전도성막 상에 형성된 박막일 수 있거나, 또는 금속 산화물 피복층(6)은 제2c도에서 도시된 바와 같이 전도성막(4)의 미립자를 완전히 피복하는 층일 수 있다. 금속 산화물 피복층을 형성하는 3 종류 모드 전부는 본 발명의 목적에 유효하다.

본 발명에 따르면, 전도성막(4)은 고융점의 금속 산화물 피복층(6)으로 피복되어 있으므로, 전자 방출 소자를 장기간 동안 전자를 안정하게 방출 동작시킬 수 있도록 동작 구동시킬 때 전도성막의 전자 방출 영역에 근접한 영역이 열에 의해 용융과 후속 응고되는 것이 방지된다.

금속 산화물 피복층(6)은 제2a도에서 도시된 바와 같이 전도성막(4)의 미립자 중의 공극에 형성되면, 전도성막에 함유된 금속에 대해 금속 산화물 피복층에 함유된 금속 원소의 몰 퍼센트는 50%보다 높지 않은 것이 바람직하다. 몰 퍼센트가 50% 이상으로 되면, 전도성막(4)의 전도율이 손상을 입을 수 있어서 통전화 포밍 처리에 큰 전력이 필요로 될 수 있다. 한편 몰 퍼센트가 만약 10%보다 작게 되면 열에 의한 용융 및 후속의 응고로 인해 전도성막의 전자 방출 특성의 저하 가능성을 충분히 억제시킬 수 없기 때문에, 몰 퍼센트는 10%보다 작아야 바람직하다.

금속 산화물 피복층이 제2b도에서 도시된 바와 같이 전도성막(4) 상에 형성된 박막이면, 이 박막은 20nm보다 크지 않은 막 두께를 갖는 것이 바람직하다. 금속 산화물 피복층이 상기 수치를 초과하는 두께를 갖는다면, 소자가 동작 구동될 때 소자의 등전위 표면과 그 부근을 변화시켜 결국에는 전기 부하를 방전시킬 정도로 전기적으로 과충전될 수 있어서 소자의 손상을 초래할 수가 있다. 금속 산화물 피복층을 형성한 후에 통전화 포밍 처리를 행하면, 처리에 필요한 전력이 너무 많게 되어 소자에서 불만족스러운 전자 방출 특성이 발생되어 통전화 포밍 처리를 완전 무결하게 행할 수 없다. 또한, 전도성막이 전도성 산화물로 형성된 후 환원 가스에 의해 화학적으로 환원되어 전도성막의 전기 저항이 낮아지면, 환원 처리는 만족스럽게 진행될 수 없다.

한편, 피복층의 막 두께가 상기 수치 이하이면, 열 융해와 후속의 응고로 인한 전도성막의 전자 방출 저하 가능성을 만족스럽게 억제시킬 수 없기 때문에 막 두께는 1nm보다 작게 되지 않는 것이 바람직하다.

금속 산화물 피복층(6)이 제2c에서 도시된 바와 같이 전도성막(4)의 미립자를 완전히 피복시키는 층인 경우, 상기 두 요건을 만족하는 한 금속 산화물 피복층에 대해 적당한 값을 선택할 수 있다. 금속 산화물 피복층은 5nm 두께를 가지며 전도성막(4)의 공극을 약 30%까지 점유하는 것이 바람직하다.

제2a도 내지 제2c도에서 도시되지는 않았지만, 금속 산화물 피복층이 전자 방출 영역(5) 상에 형성되면, 금속 산화물 피복층으로서 낮은 일 함수를 갖는 금속 산화물을 선택함으로써 낮은 구동 전압으로 대방출 전류를 얻을 수 있다.

금속 산화물 피복층의 일 함수는 전자 방출 소자의 성능에 여러모로 영향을 미친다. 전자 방출 소자를 구동시켜 전자를 방출시키기 위해서 제6도에서 도시된 바와 같이 전자 방출 소자의 상측에 애노드(54)를 배치시켜 애노드를 통해 전자 방출 소자에 고전압을 인가한다. 이로써, 전도성막(4)의 저전위측 및 고전위측과 애노드(54)로 인해 전자 방출 영역 부근에 복합 등전위면에 나타난다. 제19도에서 개략으로 도시된 바와 같이, 전자 방출 영역(5)에서 방출된 일부 전자들은 이들이 애노드(54)에 직접 도달되기 전에 통상적으로 참조 번호(2001)로 표시된 궤적을 그리며, 나머지 전자들은 통상적으로 참조 번호(2002)로 표시된 궤적을 그리면서 전도성막(4)의 고전 위측에 충돌한다. 전도성막(4)의 고전위측에 충돌하는 전자들 중 일부는 탄성적으로 반사 및 산란되어, 애노드(54)에 도달하기 전에 참조 번호(2003)로 도시된 궤적을 그리게 되며, 나머지 전자들은 전도성막(4)에 의해 흡수되어 진다. 애노드에 도달하는 전자들은 방출 전류 Ie로서 관찰되며 전도성막(4)의 고전위측에 의해 흡수되어진 전자들은 소자 전류 If의 일부로서 관찰된다. 전자 방출 소자를 효율적으로 동작시키기 위해서는 η=Ie/If의 전자 방출 효율이 큰 값을 나타내는 것이 바람직하다.

큰 전자 방출 효율을 얻기 위해서는 전도성막(4)의 고전위측에 충돌하는 전자들 중 보다 많은 전자들이 탄성적으로 반사되어 산란되어야 할 필요가 있는데, 통상적으로 참조 번호(2002)로 표시된 궤적을 그리게 된다. 전도성막 등과 같이 전자들을 탄성적으로 반사 및 산란시키는 물체의 경우, 물체의 전자 반사율은 단지 물체의 성분 요소에 의해서만 결정되는 것이 아니라 물체의 일 함수에 의해서도 결정되는데, 이 일 함수는 반사율을 증가시키기 위해서는 작게해애 한다. 따라서, 전자 방출 영역으로부터 방출된 전자들이 탄성적으로 산란될 확률은 낮은 일 함수를 갖는 물질로 전도성막을 피복함으로써 증가할 수 있다.

또한, 금속 산화물 피복층(6)으로서 사용되는 금속 산화물은 낮은 증가압을 나타낼 필요가 있다. 금속 산화물이 높은 증기압을 발생시키면, 전자 방출 소자가 진공중에서 동작 구동되어 금속 산화물이 서서히 증발되어짐으로써 결국에는 금속 산화물 피복층이 상실되기 때문에 전자 방출 소가 적절하고 안정하게 동작할 수 없게 된다. 일반적으로 말하자면, 금속 산화물 피복층으로 사용되는 금속 산화물은 특정의 온도-증기압 관계를 갖는 한 약 1.3×10^-3Pa(10^-5Torr)의 증기압을 나타내는 것들 중에서 선택될 수 있다. 전도성막(4)으로서 Pd(1370K에서 1.3×10^-3의 증기압을 발생시킴)를 사용하면, 본 발명의 목적에 사용할 수 있는 금속 산화물로서는 Al₂O₃(2037K), BeO(1995K), La₂O₃(1690K), TiO₂(1919K), ThO₂(1919K), Y₂O₃(2234K), HfO₂(2415K), ZrO₂(2203K), Bao(1459K), CaO(1858K), MgO(1714K), SrO(1687K), FeO(1521K) 및 WO₂(1783K)가 있다(상기 산화물 Thin Film Mandbook(Ohm Publishing Co., Ltd.)의 P 917에서 인용된 것임).

이들 중 BeO, CaO, MgO, ThO₂, Y2O₃, HfO₂, SrO 및 ZrO₂가 고융점과 낮은 일 함수를 갖기 때문에 바람직하다. 상기금속 중 임의의 것을 함유하는 합성 산화물도 본 발명의 목적에 유효하게 사용할 수 있다. 비록 금속 산화물 중 일부가 대기 중에서 불안정하며 독성을 가질 수 있더라도, 이러한 불안정성 및 독성은 본 발명에는 관계가 없다. 따라서, 환경과 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 사용 목적에 따라 적절한 물질을 선택해야 한다. 금속 산화물 피복층은 금속의 카보네이트를 함유할 수 있으므로, 그 함유량은 금속 산화물의 함유량 이하로 유지해야 한다.

본 발명의 목적을 위해 상술된 금속 산화물을 구비한 금속 산화물 피복층을 생성하는데 사용될 수 있는 기술들로서는 진공 증발(전자 빔 증발, 내열 증발 및 레이저 증발을 포함), 스퍼터링, 화학 기상 증착(CVD), 유기 금속 화합물 용액을 도포시키는 방법 및 랭뮬러-브로드켓(Langmuir-Blodgett, LB) 기술에 의한 금속 화합물의 피착 형성과 이 금속 화합물을 열분해시켜 금속 산화물로 만드는 방법이 있다.

유기 금속 화합물 용액을 도포시키는 기술은 여러 가지로 행해질 수 있다. 예를 들엉, 기판 상에 침지 코팅 또는 스핀 코팅 등과 같은 간단한 수단에 의해 금속 알콕사이드 용액을 도포시킬 수 있다. 금속 알콕사이드M(OR)x는 유기용매에 용해되고 각종 금속 M과 결합될 수 있는 다수의 알콕사이드 그룹이 존재하기 때문에, 이러한 기술을 사용하여 각종의 금속 산화물을 형성할 수 있으며 금속 알콕사이드는 본 발명의 목적에 적합한 물질을 제공한다.

금속 알콕사이드는 용매에 용해될 필요가 있으므로, 알콕사이드 그룹과 동일한 탄소 원자수를 갖는 알콜 ROH를 통상 사용한다. 대부분의 금속이 각각의 알콕사이드를 형성하지만, 용매에 거의 용해되지 않거나 극도로 반응하는 것들은 본 발명의 목적에는 적합하지 않다. 알콕사이드 그룹의 가용성 및 반응성을 그 그룹의 크기(size)에 따라 변화될 수 있으며 CH³또는 C²H⁵등의 소형 알킬 그룹 R을 갖는 다수의 알콕사이드 그룹은 용매에 용해되지 않는다. 한편 대형 알킬 그룹 R이 포함되면, 이것을 구비하는 알콕사이드 그룹은 증가된 용매 가용성을 나타낼 수 있으나 열분해 후의 반응 생성물 중에 탄소 원자가 불순물로서 남아있을 수 있다. 상기한 사실에 비추어, 이소프로필 그룹(ⁱPr), 이소부틸 그룹(ⁱBu), 2급 부틸 그룹(^SBu) 및 3급 부틸 그룹(^tBu)이 바람직하며 본 발명의 목적에는 이소부틸 그룹이 가장 바람직하다.

상술된 도포 기술은 진공 증발, 스퍼터링 및 CVD와는 달리 대형 진공 시스템의 사용을 필요로 하지 않고 금속 산화물을 피착시키는데 사용될 수 있으므로 특히 유리하다.

랭뮬러-브로드켓(LB) 기술은 금속 유기 화합물을 피착시키는 다른 방법을 제공한다. LB기술에 의하면, 친수성 및 소수성 분자의 친수성 및 소수성을 이용하여 단분자 막을 물 위에 형성시킨 후 기판 상으로 이동시켜 기판 상에 다수의 단분자막을 순차 적층시킴으로써 단분자 적층막(LB막)을 형성시킬 수 있다.

본 발명의 목적에 사용할 수 있는 전형적인 막 형성 분자들은 분자 중에 소수성 그릅(-CH_n-) 및 친수성 그룹(-COOH)을 갖는 장쇄 지방산을 포함하며, 이들 중 16 내지 22 탄소 원자를 갖는 것이 분자 중에서의 소수성 그룹과 친수성 그룹의 매칭 반응성 때문에 물/공기 계면 상에 단분자막을 형성하는데 바람직하다. 이러한 장쇄 지방산의 예로서는 16개의 탄소 원자를 갖는 팔미트산 CH₃(CH₂)₁₄COOH, 17개의 탄소 원자를 갖는 마가르산 CH₃(CH₂)₁₅COOH, 18개의 탄소 원자를 갖는 스테아르산 CH₃(CH₂)₁₆COOH, 19개의 탄소 원자를 갖는 노나데가산 CH₃(CH₂)₁₇COOH, 20개 탄소 원자를 갖는 아리키드산 CH₃(CH₂)₁₈COOH, 21개의 탄소 원자를 갖는 헤네이코사산 CH₃(CH₂)₁₉COOH, 및 22개의 탄소 원자를 갖는 베헤산 CH₃(CH₂)₂₀COOH가 있다. 전형적으로 이들 지방산 중 선택된 것은 클로로포름 또는 벤젠 등과 같은 휘발성 용매에 0.5 내지 0.5mM/리터의 농도로 용해되어 수면 상에 액적 상태로 떨어지도록 되어 단분자막이 형성된다.

이들 지방산의 각종 금속염은 LB 기술에 의해 막을 형성하는데도 사용될 수 있다. 이러한 단분자막을 형성하기 위해, 금속 이온을 0.001mM/리터 내지 5.0mM/리터의 농도로 함유하고 있는 그 아래에 있는 물의 표면 상에 지방산 용액에 확산시킨다. 비교적 큰 원자를 갖는 금속염의 단분자막, 예를 들어, 알루미늄이 3가인 경우 지방산의 알루미늄염의 안정하더라도, 이러한 막은 막이 대단한 강성을 나타내기 때문에 통상의 LB 기술에 의해서는 형성될 수 없다. 이러한 경우, 막 형성시에는 가동벽형(Miyata type) 용기(through)가 큰 도움이 될 것이다. 통상의 LB 기술에서는 전형적으로 제20a도 및 제20b에서 도시된 장치를 사용하며, 이 장치의 경우 기판을 수직으로 이동시켜 기판 상에 단분자막을 순차로 형성시킨다. 보다 많이 막이 형성될 때는 플로트(float)를 이동시켜 수면 상의 단분자막 중 현상되는 표면적을 감소시킴으로써 표면 압력을 일정한 레벨로 유지시킨다. 한편, 가동벽 기술에 의하면, 기판이 수직으로 이동하여 막을 기판 상에 적층시킬 때 기판은 용기 폭과 동일한 폭을 가지며 용기의 주변벽은 수면 상의 단분자막 중 현상되는 표면적을 감소시키도록 이동된다.

통상, Cd, Ca 및 Ba 등의 2가의 금속 중에서 금속을 선택할 경우에는 단분자막을 형성하는데 지방산의 금속염이 양호하다. 이러한 지방산의 금속염 중 임의의 LB 막은 통상의 LB 기술에 의해 형성될 수 있다. 일가의 금속을 사용하면, 미셀(micelle)이 형성되어 결국에는 수중에 용해될 수 있다.

LB 기술에 의해 LB막 형상에 사용될 수 있는 화합물은 이들이 분자 중에 소수성 그룹 및 친수성 그룹을 모두 갖고 있는 경우에는 지방산에만 제한적이지 않다.

LB기술에 의해 막을 형성하는데 사용될 수 있는 화합물의 예로서는 소수성 그룹(-CHn-) 및 찬수성 그룹(-NH₂-) 모두를 갖는 장쇄 아민(예를 들어, 옥타데실 아민)과, 매칭 반응성을 나타내는 소수성 그룹과 친수성 그룹 모두를 갖고 있는 중합체(예를 들어, 폴리이미드)가 있다. 이러한 유기 화합물이 염 또는 착물의 형태로 금속을 함유하도록 제조될 때 그 친수성과 소수성을 유지하면, 금속을 함유한 유기 화합물의 단분자막을 순차로 형성시켜 탄화 수소가 분해 및 기화될 때 상기에서 얻어진 적층막을 열분해시킴으로써 금속 산화물막을 형성시킬 수 있다. 암(Amm)씨 등은 이트륨 아라키데이트와 카드뮴 아라키데이트의 적층막을 형성시켜 각각의 막을 열분해시킴으로써 이트륨 산화물과 카드뮴 산화물을 생성시켰다[D.T. Amm, D.J. Johnson, t. Laursen and S. K. Gupta. Appl. Phys. Lett. 61. 522(1992) and D. T. Amm, D. J. Johnson, N. Matsuura, T. Laursen G. Palmer, Thin Solid Films, 242, 74(1994)]. 테일러(Taylor)씨 등은 스테아레이트의 적층막을 열분해시켜 아연 산화물을 합성적으로 생성하였다[D. M. Taylor and T. N. Lambi, Thin Solid Films, 243, 384(1994)].

본 발명에 따르면, 금속 산화물 피복층(6)을 금속 산화물을 합성적으로 생성하는 상기 방법을 적용시켜 전도성막(4) 상에 형성시킨다. 보다 상세히 기술하자면, 지방산의 금속염 또는 장쇄 아민/금속 찬물의 단분자막의 희망 개수를 기판 상에 순차로 적층시킨 후 열분해시킴으로써 희망의 막 두께를 갖는 금속 산화물층을 형성한다.

이 방법은 특히 금속 산화물층의 막 두께를 정확하게 제어하는데 유리하다.

LB 기술을 사요함에 있어서는 단분자막이 확산되는 그 아래에 있는 물의 PH값과 이것에 사용되는 PH 조절제(완충액)를 제어하는 것에 유의해야 한다. 지방산의 금속염 형성은 반응 시스템의 PH값에 크게 좌우되며 상기 PH값은 함유된 금속에 따라 변화된다. 금속염을 형성하는 분자수에 대한 현상된 지방상의 전체 분자수의 비가 낮은 것은 바람직하지 않은데, 이것은 이 비가 낮을수록, 적층막 중의 금속 농도가 낮게 되어 형성된 금속 산화물의 농도도 낮게 되기 때문이다. 그 아래에 있는 물의 PH값은 함유된 금속에 따라 선택해야 한다. 완충액으로서 포스페이트, 보레이트 및 카보네이트가 널리 사용되지만, 임의 금속을 함유하지 않는 완충액을 사용하는 것이 본 발명의 목적에는 바람직한데, 이는 이것이 금속을 함유하면, 금속 및 현상된 지방산이 바람직하지 않게 서로 쉽사리 반응하여 금속염을 생성하기 때문이다. 또한, 열분해 후 부식 가스가 생성되는 것을 방지시키기 위해서는 유기 화합물 종류의 완충액을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 목적에 바람직하게 사용되는 유기 화합물로서는 트리(하이드록시메틸) 아미노메탄, 글리신 및 아세트산이 있지만, 열분해에 악영향을 미치지 않는 다른 화합물도 사용할 수 있다. 전도성막(4)이 형성되어 있는 기판 상에 금속 산화물 피복층을 형성하는 과정을 상세히 기술하면 다음과 같다.

우선, 전도성막(4)이 형성되어진 기판을 LB막을 형성하기 전에 소수성을 위해 예비처리를 행한다. 소수성을 위해 기판의 표면을 처리하는 공지된 기술로서는 헥사메틸디실라잔의 이용을 포함한 기상 흡수 기술과 LB 방법에 의해 옥타데실레아민막의 단층을 형성하는 기술이 있지만, 소수성을 위해 기판 표면을 처리하는 임의 다른 적당한 기술도 본 발명의 목적에 따라 사용될 수 있다. 만일 기판이 상당히 오염되어 있으면, 기판을 사전에 친수성으로 만드는 반도체 공정에서 널리 사용되는 UV/O₃처리에 의해 통상적으로 오염을 제거시킬 수 있다. 다음에, 지방산의 금속 염층이나 장쇄 아민/금속 착물층이 LB 기술에 의해 예비 처리된 기판 상에 형성된다. 상술된 바와 같이, 본 발명의 목적에 사용될 수 있는 지방산으로서는 16 내지 22개의 탄소 원자를 갖는 것이 있다. 본 발명의 목적에 사용될 수 있는 장쇄 아민으로서는 그들의 이성체(isomers)가 있다. 본 발명의 목적에 사용할 수 있는 금속 화합물로서는 Mg, Ca, Ba, Y, Al와 Ti의 클로라이드 및 아세테이트가 있다. 용해된 금속의 농도는 전형적으로 0.01mM/리터 내지 10mM/리터 사이이다. 상술된 바와 같이, 그 아래에 있는 물의 PH값은 금속염의 형성을 가속화시키기 위해서는 적당한 완충액에 의해 조절해야만 한다. 이후에 얻어진 지방산의 금속염 적층막을 대기 중에서 20 내지 60분 간 300 내지 600℃에서 열 처리하여 금속 산화물 피복층(6)을 형성한다.

반면, 상기 열거된 고융점의 금속 산화물 대부분은 전기적으로 절연 상태를 갖는다.

전도성막(4) 및 전자 방출 영역(5)이 상당히 두꺼운 전기 절연 금속 산화물막으로 피복되어 있으면, 전자 방출 영역으로부터 전자들이 방출되는 것을 방해하여 전자 방출 소자의 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 또한, 상술된 바와 같이, 전도성막은 전자 방출 영역으로부터 방출되어 전도성막에 충돌하는 전자들에 의해 전기적으로 과충전되어 소자의 동작 중에 문제를 발생시킬 수 있다.

금속 산화물은 알칼린 금속 또는 알칼린 토금속을 도핑함으로써 전도성으로 만들수 있으므로, 이와 같이 유도된 전도성은 이것이 진공 중에서 고온에 노출될 경우 불안정하게 될 수 있다.

전도성 금속 산화물을 사용할 경우, 생성된 금속 산화물 피복층의 전도성은 전도성막의 전도성에 대해 무시할 수 없게 되어 통전화 포밍의 처리시에 대전력을 소모하게 한다.

상기한 문제에 비추어 볼 때, 금속 산화물 피복층(6)은 이것이 전기 절연성이면 1nm 내지 20nm 사이의 두께를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 만일 두께가 상기 규정된 범위 내에 속하면, 금속 산화물 피복층은 전자 방출 소자의 동작에 악영향을 미치지 않아 소자 성능의 저하 가능성을 효과적으로 억제시킨다. 그러나, 상기 언급된 피라미터는 반드시 절대적인 것이 아니며 금속 산화물의 형태 및 밀도와 다른 조건에 따라 변화될 수 있다는 것에 주목해야 한다.

지금부터, 계단형의 전자 방출 소자에 대해 기술하고자 한다.

제3도는 본 발명에 따른 계단형의 전자 방출 소자의 개략적인 횡단면을 도시한다.

제3도에서는, 제1a도 및 제1b도의 소자의 것과 동일한 부품에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙였다. 참조 번호(21)는 계단-형성부를 나타낸다. 소자는 기판(1), 소자 전극(2 및 3), 전도성 박막(4) 및 전자 방출 영역(5)을 구비하며, 이들은 상술된 평면형의 표면 전도형 전자 방출 소자와 동일한 물질로 제조되며, 또한 계단-형성부(21)는 진공 증착, 프린팅 또는 스퍼터링에 의해 생성된 SiO₂등의 절연 물질로 제조되며 상술된 평면형의 표면 전도형 전자 방출 소자의 소자 전극 간의 거리 L에 대응하거나, 수백 나노미터 내지 수십 마이크로미터 사이의 높이를 갖는다. 계단-형성부(21)의 높이는 수십 나노미터 내지 수 마이크로미터 사이가 적합하지만, 사용된 계단-형성부의 제조 방법과 소자 전극에 인가되는 전압의 함수로서 선택된다.

소자 전극(2 및 3)과 계단-형성부(21)를 형성한 후, 전도성 박막(4)을 소자 전극(2 및 3) 상에 적층시킨다. 제3도에서 전자 방출 영역(5)은 계단-형성부(21) 상에 형성되었지만, 그 위치 및 형상은 그것이 준비되는 조건에 따라 정해지며, 통전화 포밍조건 및 다른 관련 조건들은 도시된 것에만 제한적이지는 않다.

제1a도 및 제1b도에서 도시된 구성을 갖는 표면 전도형 전자 방출 소자를 제조하기 위한 각종의 방법들을 고려할 수 있다. 제4a도 내지 제4d는 이러한 방법들 중 전형적인 방법을 개략적으로 도시하고 있다. 제4a도 내지 제4d도에서는, 제1a도 및 제1b도의 소자의 것과 동일 또는 유사한 부품들을 동일한 참조 부호를 붙였다.

1) 기판(1)을 세정제, 정제수 및 유기 용매로 완전히 세정시킨 후, 한 쌍의 소자 전극(2 및 3)을 위한 물질을 진공 증착, 스퍼터링 또는 임의 다른 기술에 의해 기판(1)상에 피착시킨 후, 포토리소그래피에 의해 이들 소자를 형성시킨다(제4a도).

2) 한 쌍의 전극(2 및 3)이 놓여있는 기판(1) 상에 유기 금속 용액을 도포시켜 소정의 시간동안 도포된 용액을 방치시킴으로써 유기 금속 박막을 형성시킨다. 유기 금속 용액은 전도성 박막(4)용으로 상기에서 열거된 금속 중 임의의 것을 주성분으로서 함유할 수 있다. 그 후, 유기 금속 박막을 가열, 및 하소시킨 후 리프트-오프(lift-off) 또는 에칭과 같은 적당한 기술을 이용하여 패터닝 처리하여 전도성 박막(4)을 형성시킨다(제4b도). 비록 상기 기술에서는 유기 금속 용액을 사용하여 박막을 형성하였지만, 전도성 박막(4)은 진공 증착, 스퍼터링, 화학 기상 증착(CVD), 분산 도포, 침전, 스피터(spinner) 또는 임의 다른 기술로 형성될 수 있다.

3) 다음에 전도성 박막(4)이 형성되어 있는 기판(1) 상에 기화될 물질로서 전도성 박막(4)의 물질보다 높은 융점을 갖는 금속 산화물을 사용하여 전자 빔 즈알에 의해 금속 산화물 피복층(6)을 형성시킨다(제4c도). 금속 산화물이 형성된 금속 산화물 피복층(6)의 주성분이지만, 금속 산화물 피복층은 그 일부로서 금속 카보네이트 또는 하이드록사이드를 더 포함할 수 있다. 그런, 본 발명의 목적에 사용될 수 있는 이러한 금속 카보네이트 또는 하이드록사이드는 가열시에 대응하는 산화물로 전환되며 그 산화물의 융점(또는 승화점)이 준비된 전자 방출 소자의 동작에 중요하므로 어떠한 문제도 일으키지 않는다는 것이 주목해야 한다. 본 발명의 목적을 위해, 금속 산화물 피복층(6)은 전도성 박막(4)을 양호하게 피복하거나 전도성 박막(4)에 내포될 수 있어서 고전도성을 갖는 한 특별히 패턴화시킬 필요는 없지만, 금속산화물 피복층(6)은 제2처리 단계에서 상술된 패터닝 처리를 받기 전의 전도성 박막으로 형성되어 전도성 박막(4)과 금속 산화물 피복층(6) 모두를 동시에 적절하게 패턴화시킬 수 있다. 소자 전극(2 및 3)와 전력원 또는 구동 회로(도시 안됨)를 전기 접속시키는데 사용되는 소자의 임의 영역은 금속 산화물 피복층(6)으로 피복되지 않아야 한다는 것은 물론이다.

금속 산화물 피복층(6)을 형성하는데 사용되는 기술은 전자 빔 증발에만 제한적이지 않고 진공 증발, 스퍼터링 및 CVD를 포함한 다른 기술 중에서 선택될 수 있다. 대표면적을 갖는 전자원을 제조하는 경우, LB 기술에 의해 화합물 용액을 도포시킨 후 그 용액을 가열 처리함으로써 유기 금속 화합물막을 형성할 수 있다. 금속 산화물 피복층(6)은 후술될 통전화 포밍 처리 후에 적절히 선택되는 물질과 프로세싱 공정을 이용함으로써 형성할 수 있다.

4) 후속하여, 소자에 대해 통전 포밍이라 칭하는 처리를 행한다. 통전화 포밍은 이하에서 전류 도통 처리에 대해 기술하였지만, 전도성 박막(4)에 간극을 형성하여 전기적으로 고저항 상태를 만드는 임의 기술을 본 발명의 목적을 위한 통전화 포밍에 사용할 수 있다.

소자 전극(2 및 3) 사이에 전력원(도시 안됨)에 의해 전류를 도통시켜 전도성 박막(4)의 구조를 변경시킴으로써 전도성 박막(4) 중에 전자 방출 영역(5)을 형성시킨다(제4d도). 통전화 포밍의 결과로서, 전도성 박막(4)의 일부가 국부적으로 파괴, 변형 또는 변질되어 전자 방출 영역(5)이 형성된다. 통전화 포밍 처리 전에 금속 산화물 피복층(6)이 형성되면, 이것도 또한 국부적으로 파괴, 변형 또는 변질될 수 있다.

제5a도 및 제5b도는 통전 포밍에서 사용될 수 있는 전압 파형을 도시하고 있다.

통전 포밍에 사용되는 전압은 펄스 파형을 갖는 것이 바람직하다. 제5a도에서 4도시된 바와 같이, 일정 높이 또는 일정 피크 전압을 갖는 펄스 전압이 연속적으로 인가되거나, 또는 제5b도에서 도시된 바와 같이 파고와 피크 전압이 증가하는 펄스 전압이 인가될 수 있다.

제5a도에서, 펄스 전압은 펄스 폭 T1과 펄스 간격 T2를 가지며, 이들 각각은 전형적으로 1μsec. 내지 10msec.와 10μsec. 내지 100msec. 사이이다. 심각파의 높이(통전 포밍 처리를 위한 피크 전압)는 표면 전도형 전자 방출 소자의 형상에 따라 적정하게 선택될 수 있다. 이 전압은 전형적인 1.3×10^-3Pa 또는 그 이하의 진공 하에서 수초 내지 수십 분 동안 소자 전극에 인가된다. 그러나, 펄스 파형은 삼각파만에 한정되지 않고 구형파 또는 임의 다른 파형을 사용할 수 있다는 것에 주목해야 한다. 또한 펄스 파고, 펄스 폭 및 펄스 간격은 상기 수치에만 제한적이지 않고 전자 방출 영역의 형상을 양호하게 형성하는 임의 다른 수치를 선택할 수 있다.

제5b도에서는 펄스 높이가 시간에 따라 증가하는 펄스 전압을 나타내고 있다. 제5b도에서, 펄스 전압은 제5a도의 조건과 거의 동일한 펄스 폭 T1과 펄스 간격 T2를 갖는다. 그러나, 심각파의 높이(통전 포밍 처리를 위한 피크 전압)는 서서히 상승한다.

통전 포밍 처리는, 전도성 박막(4)을 국부적으로 파괴 또는 변형시킬 수 없는 충분히 낮은 펄스 전압 또는 약 0.1V 전압이 펄스 전압의 간격 T2 동안 소자에 인가될 때 소자 전극을 흐르는 전류를 측정함으로써 종료될 것이다. 전형적으로, 통전 포밍 처리는 약 0.1V의 펄스 전압이 소자 전극에 인가되는 동안 전기 전도성 박막(4)에 흐르는 소자 전류에 1㏁ 이상의 저항이 관찰되면 종료되어진다.

5) 통전 포밍 처리 후에, 전자 방출 소자에 대해 활성화 처리(activation process)를 행한다. 활성화 처리란 소자 전류 If와 방출 전류 Ie를 현저히 변화시키는 처리를 말한다.

활성화 처리시에, 통전화 포밍 처리에서와 같이 유기 물질 가스의 대기 중에서 소자에 펄스 전압을 반복적으로 인가시킨다. 이러한 대기는 진공실을 오일 확산 펌프나 회전 펌프에 의해 탈기시킨 후 진공실 내에 남아있는 유기 가스를 이용하거나, 또는 진공실을 이온 펌프에 의해 충분히 탈기시킨 후 진공실 내로 유기 물질 가스를 도입시켜 생성될 수 있다. 유기 물질의 가스 압력은 처리될 전자 방출 소자의 형상, 진공실의 형상, 유기 물질의 종류 및 기타 요인의 함수로서 정해진다.

활성화 처리의 목적에 적합하게 사용될 수 있는 유기 물질들로서는 알칸, 알켄 및 알킨과 같은 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 알코올, 알데히드, 케톤, 아민, 페놀과 같은 유기산, 탄산 및 설폰산을 포함할 수 있다. 특정 예로서는 메탄, 에탄 및 플로판 등과 같은 일반식 C_nH_2n+2로 표현되는 포화 탄화수소; 에틸렌 및 프로필렌과 같은 일반식 C_nH_2n으로 표현되는 불포화 탄화수소; 벤젠; 톨루엔; 메탄올; 에탄올; 포름 알데히드; 아세트 알데히드; 아세톤; 메틸 에틸케톤; 메틸 아민; 에틸 아민; 페놀; 포름산; 아세트산 및 프로피온산을 포함 할 수 있다. 활성화 처리 결과로서, 대기 중에 존재하는 유기 물질 중에서 탄소 또는 탄소 화합물이 소자 상에 피착되어 소자 전류 If와 방출 전류 Ie를 현저하게 변화시킨다.

금속 산화물 피복층을 형성하며 활성화 처리에 의해 탄소 또는 탄소 화합물의 피착막을 형성하는 단계를 실행하는 순서는 준비된 소자 상에 어느 층이 상측에 있는가에 따라 역으로 될 수 있다.

상술된 활성화 처리시에 소자 전극 간에 전압을 인가시키므로, 금속 산화물 피복층의 형성 전에 활성화 처리를 행하면 이러한 처리 중에 약간이지만 응고가 발생되어 방출 전류 Ie가 감소되지만, 이러한 방출 전류 Ie의 감소는 매우 작다. 금속 산화물 피복층은 탄소 또는 탄소 화합물의 피착층 상에 배치되므로, 금속 산화물 피복층이 낮은 일 함수를 갖는다면 전자 방출 효율을 개선시키는 효과는 분명해질 수 있다. 반대로, 활성화 처리를 막 형성 후에 행하면, 활성화 처리로 인한 방출 전류에서의 약간의 감소를 효과적으로 방지할 수 있다.

활성화 처리를 종료하는 시점은 소자 전류 If와 방출 전류 Ie를 관찰함으로써 적절하게 결정한다. 활성화 처리에 사용되는 펄스 전압의 펄스 폭, 펄스 간격 및 펄스 파고느 적절하게 선택될 것이다.

본 발명의 목적을 위해, 탄소와 탄소 화합물은 흑연(즉 HOPG, PG 및 GE, 이 중 HOPG는 거의 완전한 흑연 결정 구조를 가지며, PG는 평균 결정 입자 크기가 20nm인 다소 왜곡된 결정 구조를 가지며, GC의 결정 구조는 평균 결정 입자 크기가 2nm로 더 왜곡되어 있다)과, 비결정 탄소(비정질 탄소와, 비정질 탄소와 흑연의 미결정 입자의 혼합물을 참조)를 포함하며, 피착된 막의 두께는 50nm 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하기로는 30nm이하이다.

6) 통전화 포밍 처리와 활성화 처리시에 처리되어진 전자 방출 소자에 대해 안정화 처리를 행하는 것이 바람직하다. 이것은 진공실에 남아있는 임의의 유기 물질을 제거시키는 처리이다. 이러한 처리시에 사용되는 진공 및 배기 장비는 처리 중에 취급하는 소자의 성능에 악영향을 끼칠 수 있는 어떠한 기화 오일도 발생하지 않도록 하기 위해 오일을 사용하지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 흡착 펌프와 이온 펌프를 사용하는 것이 바람직한 선택일 수 있다.

활성화 처리시에 오일 확산 펌프나 회전 펌프를 사용하고 오일에 의해 생성된 유기 가스를 활용하면, 유기 가스의 부분압을 임의 수단에 의해 최소화시켜야 한다. 진공실 내의 유기 가스의 부분압을 임의 수단에 의해 최소화시켜야 한다. 진공실 내의 유기 가스의 부분 압력은 탄소나 탄소 화합물이 더 피착되지 않으면 1.3×10^-6Pa 이하로 하는 것이 바람직하며, 1.3×10^-8Pa 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 진공실은 진공실의 내벽과 진공실의 전자 방출 소자에서 흡수된 유기 분자들을 용이하게 제거시키기 위해서 진공실 전체를 가열시킨 후 탈기시키는 것이 바람직하다. 진공실은 가능한 장시간 동안 80℃ 또는 그 이상으로 가열시키는 것이 바람직하며, 250℃ 또는 그 이상으로 가열하는 것이 보다 바람직한데, 진공실의 크기 및 형상과 진공실 내의 전자 방출 소자의 구성과 기타 상황을 고려하여 다른 가열 조건을 선택할 수 있다. 진공실의 압력은 가능한 낮게 해야할 필요가 있으며 1×10^-5Pa 이하가 바람직하며, 1.3×10^-6Pa 이하가 보다 바람직하지만, 다른 레벨의 압력을 적절히 선택할 수 있다.

안정화 처리 후에, 전자 방출 소자 또는 전자원을 구동시키는 분위기는 안정화 처리를 완료했을 때의 분위기와 동일한 것이 바람직하지만, 진공실 내의 유기 물질이 충분히 제거되었으면 전자 방출 소자 또는 전자원의 안정한 동작에 손상을 주지 않는 한 보다 낮은 압력을 사용할 수도 있다.

이러한 낮은 압력의 분위기를 사용함으로써, 임의 부가적인 탄소 또는 탄소 화합물의 침착 형성을 효율적으로 억제시킬 수 있으며 진공실과 기판에서 흡수된 H₂O, O₂및 다른 물질들을 효과적으로 제거시킬 수 있으므로 소자 전류 If와 방출 전류 Ie가 안정화되어진다.

상기 처리에 의해 준비된 표면 전도형 전자 방출 소자의 성능에 대해서는 제6도 및 제7도를 참조하여 기술하고자 한다.

제6도는 고려 중인 형태의 전자 방출 장치의 성능을 결정하기 위한 계측 시스템으로서도 사용될 수 있는 진공실을 구비한 장치의 개략적인 블록도이다. 제6를 참조해 보면, 제1a도 및 제1b도와 동일 또는 유사한 부품은 동일 부호를 붙였다. 계측시스템은 진공실(55)과 진공 펌프(56)를 포함한다. 전자 방출 소자는 진공실(55)내에 배치되어 있다. 이 소자는 기판(1), 한 쌍의 소자 전극(2 및 3), 전도성 박막(4) 및 전자 방출 영역(5)를 구비하고 있다. 이외에도 계측 시스템은 소자에 소자 전압 Vf를 인가시키기 위한 전원(51), 소자 전극(2와 3) 간의 박막(4)을 통해 흐르는 소자 전류 If를 측정하기 위한 전류계(50), 소자의 전자 방출 영역으로부터 방출된 전자에 의해 발생된 방출 전류 Ie를 포착하기 위한 애노드(54), 계측 시스템의 애노드(54)에 전압을 인가시키기 위한 고전압원(53) 및 소자의 전자 방출 영역(5)으로부터 방출된 전자에 의해 발생된 방출 전류 Ie를 측정하기 위한 다른 전류계(52)를 포함하고 있다. 전자 방출 장치의 성능을 측정하기 위해, 1 내지 10KV의 전압을 애노드에 인가할 수 있으며, 이 애노드는 전자 방출 소자와 2 내지 8nm인 거리 H만큼 이격되어 있다.

표면 전도형 전자 방출 소자 및 애노드(54)와 다른 부품들을 진공 게이지와 다른 필요한 기구를 갖고 있는 진공실(55) 내에 배치시켜 진공실 내에서의 전자의 성능을 희망의 진공도 하에서 적절히 테스트할 수 있다. 진공 펌프(56)는 터보(turbo) 펌프나 회전 펌프 등을 구비한 통상의 고진공 시스템과, 이온 펌프들을 구비한 고진공 시스템을 갖출 수 있다. 전자 방출 소자를 내포하고 있는 기판과 진공실(55) 전체를 가열기(도시되지 않음)에 의해 가열시킬 수 있다. 상기 진공 처리 장치를 통전화 포밍 처리와 후속 처리에 사용할 수 있다.

제7a도는 제6도의 계측 시스템에 의해 전형적으로 측정되어진 소자 전압 Vf와 방출 전류 Ie, 및 소자 전압 Vf와 소자 전류 If 간의 관계를 개략적으로 도시한 그래프이다. Ie가 If의 크기보다 훨씬 더 작은 크기를 갖는다는 사실에 비추어, 제7a도에서는 Ie와 If에 대해 임의로 다른 단위(unit)를 사용한 것에 주목할 필요가 있다. 그래프의 수직축 및 수평축은 직선을 나타낸다는 것에 주목해야 한다.

제7a도에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자 방출 소자는 이후 기술될, 방출 전류 Ie에 대하여 현저한 3가지 특징을 갖고 있다.

(ⅰ) 첫째로, 본 발명에 따른 전자 방출 소자는 인가된 전압이 소정 레벌(이후부터 임계 전압으로 지칭되며 제7a도에서 Vth로 표시되어 있음)을 초과할 때 방출 전류 Ie가 갑작스럽고 급격하게 증가하는 반면에, 인가된 전압이 임계 전압 Vth 이하일 경우에는 방출 전류 Ie는 사실상 검출되지 않는다. 달리 말하자면, 본 발명에 따른 전자 방출 소자는 방출 전류 Ie에 대해 명백한 임계 전압 Vth를 갖는 비선형 소자 이다.

(ⅱ) 둘째로, 방출 전류 Ie가 소자 전압 Vf에 크게 좌우되므로, 방출 전류 Ie는 소자 전압 Vf에 의해 사실상 제어될 수 있다.

(ⅲ) 셋째로, 애노드(54)에서 포착되어진 방출된 전하는 소자 전압 Vf의 인가 지속시간이 함수이다. 환언하자면, 애노드(54)에서 포착된 전하량은 소자 전압 Vf가 인가되어지는 시간에 의해 사실상 제어된다.

상기의 현저한 특징들 때문에, 본 발명에 따른 표면 전도형 전자 방출 소자의 전자 방출 성능은 입력 신호의 함수로서 용이하게 제어될 수 있다. 따라서, 이러한 전자 방출 소자는 다수의 전자 방출 소자를 배열시켜 구현한 전자원과 이러한 전자원을 구비한 화상 생성 장치를 포함하여 기타 여러 가지에 응용될 수 있다.

소자 전류 If는 제7a도의 굵은 선으로 도시된 바와 같이 소자 전압 Vf에 대해 단조 증가하거나(이하에서 MI 특성으로 기술함) 또는 전압-제어-부성-저항 특성(이하에서 VCNR 특성으로 기술하지만, 도시하지 않음)에 대해 고유한 곡선(도시되지 않음)을 나타내도록 변화될 수 있다. 소자 전류의 이러한 특성들은 소자의 제조 방법, 측정하는 조건 및 동작 환경을 포함하여 여러 요인에 따라 정해진다. 소자 전류 If가 소자 전압 Vf에 대해 VCNR 특성을 나타내면, 방출 전류 Ie는 소자 전압 Vf에 대해 MI 특성을 나타낸다.

제8도는 본 발명의 전자 방출 소자가 소자에 일정 펄스 전압을 인가하여 동작 구동시킬 때 방출 전류가 시간에 따라 변화하는 것을 개략적으로 도시한 것이다. 제8도에서, 굵은 선은 본 발명의 소자 성능을 나타내며 파선은 어떠한 금속 산화물 피복 충도 포함하지 않는 비교를 위한 소자의 성능을 나타낸다. 제8도로부터 본 발명에 따른 전자 방출 소자에서는 고레벨의 전자 방출 성능이 유지된다는 것을 알 수 있다. 이와 같이 유지된 성능은 전자 방출 영역(5) 및 그 부근에서의 전도성막(4)의 물질의 응고에 의한 전도성막(4)의 어떠한 저하라도 억제시키는 금속 산화물 피복층(1)을 배치시킨 결과라고 추론할 수 있다.

본 발명에 따른 전자 방출 소자의 현저한 특성으로 인해, 본 발명에 따른 다수의 전자 방출 소자를 구비한 전자원과 이러한 전자원을 구비한 화상 생성 장치의 전자 방출 동작은 입력 신호의 함수로서 용이하게 제어될 수 있어서, 전자 방출 소자가 장기간 동안 전자를 안정하게 방출시킬 수 있기 때문에 선명한 화상을 제공할 수 있다. 따라서, 이러한 전자원 및 화상 생성 장치는 여러 용도에 사용할 수 있다.

지금부터, 본 발명을 적용시킬 수 있는 전자 방출 소자 사용에 대한 일부 실시예에 대해서 기술하기로 한다. 본 발명에 따르면, 다수의 전자 방출 소자를 배열시켜 전자원을 구현할 수 있다.

전자 방출 소자들은 기판 상에 다수의 모드를 배열될 수 있다.

예를 들어, 다수의 전자 방출 소자는 한 방향을 따르는 평행한 행(이후에서는 행-방향으로 기술함)으로 배열될 수 있으며, 각각의 소자는 그들 대향단에서 와이어에 의해 접속되며 행-방향과 수직인 방향(이후에서는 열-방향으로 기술함)을 따라 전자 방출 소자 상에 일정 간격으로 배열된 제어 전극(이하 그리드로 기술함)에 의해 동작되도록 구동되어진다. 이와는 다르게, 다수의 전자 방출 소자들은 X-방향을 따르는 행과 Y-방향을 따르는 열로 배열되어 매트릭스로 구성되며, X-방향과 Y-방향은 서로 수직이며, 동일 행 상의 전자 방출 소자들은 각 소자의 전극 중 하나에 의해 공통의 X-방향 와이어에 접속되며, 한편 동일 열 상의 전자 방출 소자는 각 소자의 다른 전극에 의해 공통의 Y-방향 와이어에 접속된다. 후자의 구성을 단순한 매트릭스 구성이라 칭한다. 지금부터, 단순한 매트릭스 구성에 대해 상세히 기술하기로 한다.

본 발명을 적용시킬 수 있는 표면 전도형 제어 방출 소자의 상술된 기본적인 세가지 특징(ⅰ) 내지 (ⅲ)에 맞추어, 임계 전압 레벨 이상으로 소자의 대향 전극에 인가된 펄스 전압의 펄스 파고와 펄스 파폭을 제어함으로써 전자 방출을 제어시킬 수 있다. 반면에, 소자는 임계 전압 레벨 이하에서는 실제로 어떠한 전자도 방출시키지 않는다. 따라서, 장치 내에 배열된 전자 방출 소자의 수에는 관계없이, 희망의 표면 전도형 전자 방출 소자들을 선택할 수 있으며 선택된 소자 각각에 펄스 전압을 인가시킴으로써 입력 신호에 응답하여 전자 방출을 제어시킬 수 있다.

제9도는 상기 특성의 특징을 이용하기 위해, 본 발명을 적용시킬 수 있는 다수의 전자 방출 소자를 배열함으로써 구현된 전자원의 기판에 대한 평면을 개략적으로 도시하고 있다. 제9도에서, 전자원은 상술된 유리 기판인 기판(1)을 구비하며, 기판(1)상에 배치된 전자 방출 소자(104)의 개수와 구성은 전자원의 용도에 따라 정해질 수 있다.

X-방향 와이어(102)가 전체 m개 제공되어 있으며, 와이어(102)는 Dx1, Dx2, …, Dxm으로 표시되며 진공 증착, 프린팅 또는 스퍼터링에 의해 생성된 전도성 금속으로 제조된다. 이들 와이어들의 물질, 두께 및 폭은, 필요한 경우 표면 전도형 전자 방출 소자에 거의 동일한 전압을 인가할 수 있도록 적절하게 구성된다. Y-방향 와이어(103)들은 전체 n개 배열되어 있으며 Dy1, Dy2, …, Dyn으로 표시되며, 이들의 물질, 두께 및 폭은 X-방향 배선과 동일하다. m개의 X방향 와이어(102)와, n개의 Y방향 와이어(103) 사이에 층간 절연층(도시되지 않음)이 배치되어 이들 와이어들을 서로 전기적으로 절연시킨다(여기서, m 및 n은 모두 정수).

층간 절연층(도시되지 않음)은 전형적인 SiO₂으로 제조되며 절연 기판(1)의 표면 전체 또는 표면 일부 상에 형성되어 진공 증착, 프린팅 또는 스퍼터링에 의해 희망하는 형상이 나타난다. 예를 들어 층간 절연층은 X 방향 와이어(102)가 형성된 기판(1)의 표면의 전체 또는 일부 상에 형성될 수 있다. 층간 절연층의 두께, 물질 및 제조 방법은 X-방향 와이어(102) 중 임의 것과 Y-방향 와이어(103) 중 임의 것 사이의 교차점에서 관찰할 수 있는 전위차에 견뎌낼 수 있도록 선택된다. X-방향 와이어(102) 및 Y-방향 와이어(103) 각가은 외부 단자를 형성하도록 인출되어진다.

표면 전도형 전자 방출 소자(104) 각각의 대향 배열되어 쌍을 이루는 전극(도시되지 않음)은 m개의 X-방향 와이어(102) 중 관련된 것과 n개의 Y-방향 와이어(103) 중 관련된 것에 전도성 금속으로 제조된 각각의 결선(105)에 의해 접속되어진다.

소자 전극의 전도성 금속 물질과, 와이어(102 및 103)로부터 연장하는 결선(105)의 전도성 금속 물질은 동일하거나 공통 원소를 성분으로서 함유할 수 있다. 이와는 다르게, 이들은 서로 다른 물질일 수 있다. 이들 물질들은 소자 전극용으로 상기에서 열거된 후보 물질 중에서 적당하게 선택될 수 있다. 소자 전극과 결선이 동일 물질로 제조되면 이들은 결선과 구별없이 소자 전극으로 집합적으로 칭할 수 있다.

전자 방출 소자(104)는 기판(1) 상이나 층간 절연층(도시 안됨) 상에 형성될 수 있다는 것에 주목해야 한다.

X-방향 와이어(102)는 표면 전도형 전자 방출 소자(104) 중 선택된 행에 주사 신호를 인가시키기 위한 주사 신호 인가 수단(도시되지 않음)에 전기 접속된다.

반면에, Y-방향 와이어(103)는 표면 전도형 전자 방출 소자(104) 중 선택된 열에 변조 신호를 인가시켜 선택된 열을 입력 신호에 따라 변조시키기 위한 변조 신호 발생 수단(도시되지 않음)에 전기 접속된다. 각각의 표면 저도형 전자 방출 소자에 인가해야할 구동 신호는 소자에 인가되는 주사 신호와 변조 신호의 전압차로서 표현된다는 것에 주목해야 한다.

지금부터, 상술된 단순 매트릭스 구성의 전자원을 갖는 화상 생성 장치에 대해 제10도 내지 제12도를 참조하면서 기술하기로 한다. 제10도는 화상 생성 장치의 일부를 절단한 개략 사시도이며, 제11a도 및 제11b도는 제10도의 화상 생성 장치에 사용될 수 있는 형광막에 대한 가능한 두가지 구성을 나타내는 개략도이며, 제12도는 NTSC 텔레비젼 신호에 의해 동작하는 제10도의 화상 생성 장치의 구동 회로에 대한 블록 다이어그램이다.

우선 화상 생성 장치의 표시 패널의 기본 구성을 나타내는 제10도를 참조해 보면, 다수의 전자 방출 소자를 포함하고 있는 상술된 형의 전자원 기판(1)과, 전자원 기판(1)을 강고하게 보유시키는 배면판(111)과, 유리 깊나(113)의 내면 상에 형광막(114)과 메탈 백(115)을 적층시켜 준비된 면판(116) 및, 프릿 유리(frit glass)에 의해 배면판(111)과 면판(116)이 결합되어지는지지 프레임(112)을 구비하고 있다. 참조 번호(118)는 밀봉 용기(envelope)를 나타내는데, 이 밀봉 용기는 대기 또는 질소 중에서 10분 이상 간 400 내지 500℃로 베이킹되어 용접 밀봉 및 기밀 밀봉되어진다.

제10도에서, 참조 번호(102 및 103)는 관련된 전자 방출 소자(104)의 한 쌍의 소자 전극(2 및 3)에 접속되며 외부 단자 Dx1 내지 Dxm 및 Dy1 내지 Dyn 중 적절한 것을 갖고 있는 X-방향 와이어와 Y-방향 와이어를 나타낸다.

상기 실시예에서 밀봉 용기(118)가 면판(116),지지 프레임(112) 및 배면판(111)으로 형성되었지만, 배면판(111)은 주로 기판(1)을 보강하기 위해 제공되는 것이기 때문에 기판(1)이 그 자체로 충분히 강하다면 배면판(111)을 생략할 수 있다. 만일 이러한 경우, 별도의 배면판(111)을 필요로 하지 않아 기판(1)이지지 프레임(112)에 직접 결합되므로 밀봉 용기(118)는 면판(116),지지 프레임(112) 및 기판(111)으로 구성된다. 밀봉 용기(118)의 전체 강도는 면판(116)과 배면판(111) 사이에 스페이서(도시되지 않음)라 칭하는 다수의지지 부재를 배열하여 증가시킬 수 있다.

표시 패널이 흑색 화상 및 백색 화상을 나타내는데 사용될 경우 형광막(114)은 단일의 형광체만을 구비하지만, 칼라 화상을 표시하기 위해서는 블랙 전도성 부재(121)와 형광체(122)를 구비해야 하는데, 블랙 전도성 부재는 형광체의 배치에 따라 블랙 스트라이프(제11a도) 또는 블랙 매트릭스의 부재(제11b도)로서 불리워진다. 블랙 스트라이프 또는 블랙 매트릭스의 부재는 칼라 표시 패널에서 서로 다른 3원색의 형광체(122)가 덜 구분되게 만들어지고 표시된 화상의 콘트라스트가 형광막(114)에 의해 반사된 외부 광에 의해 감소되는 악영향을, 주위 영역을 블랙화시킴으로써 약화시키기 위해 배열된 것이다. 블랙 스트라이프의 주 성분으로 통상 흑연을 사용하지만, 낮은 광 투과도와 반소도를 갖는 다른 전도성 물질을 사용할 수 있다.

흑색 및 백색 또는 칼라 표시에는 상관없이 유리 기판(113) 상에 형광 물질을 도포시키는데는 침전 또는 프린팅 기술을 적당하게 사용한다. 통상의 메탈 백(115)은 형광막(114)의 내면 상에 배열된다. 메탈 백(115)은 형광체로부터 방사되어 밀봉용기의 내측으로 전달되는 광선을 면판(116)쪽으로 되돌아가게 함으로서 표시 패널의 휘도를 증가시키고, 전자 빔에 가속 전압을 인가시키기 위한 전극으로서 사용하고, 밀봉 용기의 내부에서 발생된 음이온이 형광체에 부딪힐 때 초래될 수 있는 형광체의 손상을 보호하기 위해서 제공된 것이다. 메탈 백(115)은 형광막(114)을 형성한 후 형광막(114)의 내면에 평탄화시키고(통상 필르밍이라 칭하는 처리시예) 진공 증착에 의해 형광막(114) 상에 A1막을 형성시킴으로써 준비된다.

형광막(114)의 전도율을 증가시키기 위해 면판(116) 상에 형광막(114)의 외면에 대향하여 투명 전극(도시되지 않음)을 형성시킬 수있다.

칼라 표시를 포함할 경우, 상기 열거된 밀봉 용기의 부품들을 서로 결합시키기 전에 칼라 형광체와 전자 방출 소자 셋트 각각을 정확하게 배열시키는 것에 주의를 기울여야 한다.

밀봉 용기(118)는 상기 안정화 처리의 경우에서와 같이 적절하게 가열시키면서 용접 밀봉시킬 때 내부의 대기가 충분히 낮은 농도의 유기 물질을 함유하는 10^-5Pa의 진공도로 감소될 때까지 상기 안정화 처리의 경우에서와 같이 그 내부를 적절히 가열시키면서 통상 이온 펌프 또는 흡착 펌프를 구비한 무오일 배기 시스템을 사용하여 배기 파이프(도시 안됨)을 통해 탈기시킨다. 밀봉 용기가 밀봉된 후 밀봉 용기(118)의 내부에서 달성된 진공도를 유지하기 위해 게터(getter) 처리를 행할 수 있다.

게터 처리시에, 밀봉 용기(118)의 밀봉 직전 또는 직후에 밀봉 용기(118) 내의 소정된 위치(도시 안됨)에 배열시킨 게터를 저항 가열기 또는 고주파 가열기에 의해 가열시킴으로써 증착에 의한 막이 형성된다. 게터는 전형적으로 주 성분으로서 Ba를 함유하고 증착막의 흡착 효과에 의해 10^-3내지 10^-5의 진공도를 유지할 수 있다.

포밍 처리 후 화상 생성 장치의 표면 전도형 전자 방출 소자를 제조하는 공정은 목적으로 하는 용도의 특정 요건에 부응하도록 적절하게 설계될 수 있다.

지금부터, NTSC 텔레비젼 신호에 따라 텔레비젼 화상을 표시하기 위해 단순 매트릭스 구성의 전자원을 포함하는 표시 패널을 구동시키기 위한 구동 회로에 대해 제12도를 참조하여 설명하기로 한다. 제12도에서, 참조 번호(201)는 화상 생성 장치를 나타낸다. 이외에, 상기 구동 회로는 주사 회로(202), 제어 회로(203), 시프트 레지스터(204), 라인 메모리(205), 동기 신호 분리 회로(206) 및 변조 신호 발생기(207)을 포함한다. 제12도에서 Vx 및 Va는 DC 전압원을 나타낸다.

화상 생성 장치(201)는 단자 Dx1 내지 Dxm, Dy1 내지 Dyn 및 고전압 단자 Hv를 통해 외부 회로에 접속되고, 단자 Dx1 내지 Dxm은 m개의 행과 n개의 열을 갖는 매트릭스 형태로 배열된 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 포함하는 장치 내의 전자원의(n개의 소자의) 행을 하나씩 순차적으로 구동시키기 위한 주사 신호를 수신하도록 설계되어 있다.

한편, 단자 Dy1 내지 Dyn은 주사 신호에 의해 선택된 행의 표면 전도형 전자 방출 소자의 각각의 출력 전자 빔을 제어하기 위한 변조 신호를 수신하도록 설계되어 있다. 고전압 단자 Hv에는 전형적으로 약 10Kv 레벨의 DC 전압이 DC 전압원 Va에 의해 공급되고, 이 전압은 선택된 표면 전도형 전자 방출 소자의 형광체를 통전시키기에 충분히 높은 것이다.

주사 회로(202)는 다음과 같은 방식으로 동작한다. 주사 회로는 M개의 스위칭 소자(제13도에는 소자 S1 및 Sm만이 상세하게 도시됨)를 포함하고, 이들 각각은 DC 전압원 Vx의 출력 전압 또는 0[V](접지 전원 레벨)을 취하고 표시 패널(201)의 단자 Dx1 내지 Dxm 중의 하나와 접속된다. 스위칭 소자 S1 내지 Sm 각각은 제어 회로(203)로부터 공급된 제어 신호 Tscan에 따라 동작하고 FET와 같은 트랜지스터를 결합함으로써 준비될 수 있다.

제어 회로(203)는 화상이 외부적으로 공급된 비디오 신호에 따라 적절히 표시될 수 있도록 관련된 소자들의 동작을 조정한다. 또한 회로(203)는 아래에 설명되는 동 기 신호 분리 회로(206)로부터 공급된 동기 신호 Tsync에 응답하여 제어 신호 Tscan, Tsft 및 Tmry를 발생시킨다.

동기 신호 분리 회로(206)는 외부적으로 공급된 NTSC 텔레비젼 신호로부터 동기 신호 성분 및 휘도 신호 성분을 분리하고 널리 공지된 주파수 분리(필터) 회로를 이용하여 용이하게 구현시킬 수 있다. 동기 신호 분리 회로(206)에 의해 텔레비젼 신호로부터 추출된 동기 신호가 잘 알려진 바와 같이 수직 동기 신호와 수평 동기 신호로 구성되어 있지만, 이것은 성분 신호에 관계없이 편의상 여기서는 Tsync로 표시하기로 한다. 한편, 텔레비젼 신호로부터 나와 시프트 레지스터(204)에 공급되는 휘도 신호는 DATA 신호로도 표시된다.

시프트 레지스터(204)는 제어 회로(203)로부터 공급된 제어 신호 Tsft에 따라 시계열 방식으로 직렬로 공급되는 DATA 신호에 대해 직렬/병렬 변환을 각 라인마다 행한다. [바꾸어 말하면, 제어 신호 Tsft는 시프트 레지스터(204)의 시프트 클럭으로 동작한다.] 직렬/병렬 변환이 행해진(n개의 전자 방출 소자의 구동 데이터 셋트에 대응하는) 라인의 데이터 셋트가 n개의 병렬 신호 Id1 내지 Idn으로서 시프트 레지스터(204)에서 출력된다.

라인 메모리(205)는 제어 회로(203)에서 나온 제어 신호 Tmry에 따라 필요한 시간 주기 동안 신호 Id1 내지 Idn인 라인의 데이터 셋트를 저장하는 메모리이다. 저장된 데이터는 Id'1 내지 Id'n으로서 출력되어 변조 신호 발생기(207)에 공급된다.

상기 변조 신호 발생기(207)는 실제로는 표면 전도형 전자 방출 소자의 각각 동작을 적절히 구동하고 변조하는 신호원이고, 이 소자의 출력 신호는 단자 Dy1 내지 Dyn을 통해 표시 패널(201) 내의 표면 전도형 전자 방출 소자에 공급된다.

상술한 바와 같이, 본 발명을 적용시킬 수 있는 전자 방출 소자는 방출 전류 Ie에 대해 다음의 특징을 갖는다. 첫째, 분면한 임계 전압 Vth가 존재하여 소자는 Vth를 초과하는 전압만이 인가될 때 전자를 방출시킨다. 둘째, 방출 전류 Ie의 레벨은 임계 전압 Vth 이상으로 인가된 전압 변화의 함수로서 변화하지만, Vth값과 인가된 전압과방출 전류 간의 관계는 전자 방출 소자의 물질, 구성 및 제조 방법에 따라 변화될 수 있다. 보다 구체적으로 말하면, 펄스형 전압이 본 발명에 따른 전자 방출 소자에 인가될 때, 인가된 전압이 임계 레벨 미만인한 방출 전류는 실제로 발생되지않고, 반면에 일단 인가된 전압이 임계 레벨 이상으로 상승하면 전자 빔이 방출된다. 여기서 주목하여야 할 것은 출력 전자 빔의 강도는 펄스형 전압의 피크 레벨 Vm을 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 부가적으로, 전자 빔의 전하의 총량은 펄스 폭 Pw을 변화시킴으로써 제어될 수 있다.

그러므로, 입력 신호에 응답하여 전자 방출 장치를 변조시키는데 전압 변조 방법 또는 펄스 폭 변조 방법을 사용할 수 있다. 전압 변조의 경우, 전압 변조형 회로가 변조 신호 발생기(207)로서 사용되어, 펄스형 전압의 피크 레벨이 입력 데이터에 따라 변조되는 한편, 펄스 폭은 일정하게 유지된다.

반면에, 펄스 폭 변조의 경우에는 펄스 폭 변조형 회로가 변조 신호 발생기(207)로서 사용되어, 인가된 전압의 펄스 폭은 입력 데이터에 따라 변조되는 반면, 인가된 전압의 피크 레벨은 일정하게 유지된다.

상기에서 특정하게 언급되지 않았지만, 시프트 레지스터(204) 및 라인 메모리(205)는 직렬/병렬 변환 및 비디오 신호의 저장이 주어진 속도로 행해지는 한 디지털 또는 아날로그 신호형으로 될 수 있다.

디지털 신호형 소자가 사용된다면, 동기 신호 분리 회로(206)의 출력 신호 DATA는 디지털화될 필요가 있다. 그러나, 이러한 변환은 동기 신호 분리 회로(206)의 출력에 A/D 변환기를 배열함으로써 용이하게 수행될 수 있다. 물론 라인 메모리(205)의 출력 신호가 디지털 신호인지 또는 아날로그 신호인지에 따라 변조 신호 발생기(207)로서 다른 회로를 사용할 수 있다. 디지털 신호를 사용한 경우, 공지된 형의 D/A 변환기를 변조 신호 발생기(207)로서 사용할 수 있고 필요한 경우, 증폭기 회로를 부가적으로 사용할 수 있다. 펄스 폭 변조의 경우에는, 변조 신호 발생기(207)는 고속 발진기, 상기 발진기에 의해 발생된 파의수를 계수하는 카운터 및 카운터의 출력과 메모리의 출력을 비교하는 비교기를 결합한 회로를 사용함으로써 구현될 수 있다. 필요한 경우, 변조된 펄스 폭을 갖는 비교기의 출력 신호의 전압을 본 발명에 따른 표면 전도형 전자 방출 소자의 구동 전압의 레벨까지 증폭시키는 증폭기를 부가할 수 있다.

한편, 전압 변조에 아날로그 신호를 사용한 경우, 공지된 연산 증폭기를 포함하는 증폭기 회로를 변조 신호 발생기(207)로서 사용할 수 있고, 필요한 경우 레벨 시프트 회로를 부가할 수 있다. 펄스 폭 변조의 경우, 공지된 전압 제어형 발진 회로(VCO)를, 필요에 따라 표면 전도형 전자 방출 소자의 구동 전압까지 전압을 증폭시키는 다른 증폭기와 함께 사용할 수 있다.

본 발명을 적용시킬 수 있는 상술한 구성을 갖는 구동 회로와 표시 패널(201)을 구비한 화상 생성 장치의 경우에, 전자 방출 소자는 전압이 외부 단자 Dx1 내지 Dxm 및 Dy1 내지 Dyn에 의해 인가될 때 전자를 방출시킨다. 다음에, 발생된 전자 빔은 고전압 단자 Hv에 의해 메탈 백(115) 또는 투명 전극(도시 안됨)에 고전압을 인가함으로써 가속화된다. 가속화된 전자가 최종에는 현광막(114)과 충돌하여, 발광을 일으켜 NTSC 텔레비젼 신호에 따른 화상을 생성시킨다.

화상 생성 장치의 상술한 구성은 본 발명을 적용시킬 수 있는 예에 불과하며 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 이러한 장치에 사용될 TV 신호 시스템은 특정한 것에 제한되지 않고, NTSC, PAL 또는 SECAM과 같은 임의의 시스템을 사용할 수 있으며, 다수의 픽셀을 포함하는 대형 표시 패널에 사용될 수 있기 때문에(전형적으로 MUSE 시스템과 같은 고선명도 TV 시스템의) 많은 수의 주사선을 포함하는 TV 신호에 특히 적합하다.

지금부터, 기판 상에 사디리형으로 배열된 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 포함하는 전자원 및 이러한 전자원을 포함하는 화상 생성 장치에 대해 제13도 및 제14도를 참조하여 설명하기로 한다.

먼저 사다리형 구성을 갖는 전자원을 개략적으로 도시한 제13도를 참조하면, 참조 번호(1)는 전자원 기판을 표시하고, 참조 번호(104)는 기판 상에 배열된 표면 전도형 전자 방출 소자를 표시하며, 참조 번호(304)는 표면 전도형 전자 방출 소자를 연결시키며 외부 단자 D1 내지 D10을 구비한 공통 와이어를 표시한다. 전자 방출 소자(104)는 각각 다수의 소자를 갖는 다수의 소자 행을 포함하는 전자원을 형성하기 위해 기판(1) 상에 (이후 소자 행이라고 하는) 행으로 배열된다.

각 소자 행의 표면 전도형 전자 방출 소자는 이들이 적절한 구동 전압을 한 쌍의 공통 와이어에 인가함으로써 독립적으로 구동될 수 있도록 한 쌍의 공통 와이어(304)[예를 들어, 외부 단자 D1 및 D2에 접속된 공통 와이어(304)]에 의해 서로 평행하게 전기적으로 접속된다. 보다 구체적으로 말하면, 전자 방출 임계 레벨을 초과하는 전압은 전자를 방출하도록 구동될 소자 행에 인가되는 반면에, 전자 방출 임계 레벨 아래의 전압은 나머지 소자 행에 인가된다. 이와는 다르게, 2개의 인접한 소자 행들 사이에 배열된 임의의 2개의 외부 단자는 단일의 공통 와이어를 공유할 수 있다. 때문에, 공통 와이어(304)에 접속된 외부 단자 중, 외부 단자 쌍 D2와 D3, D4와 D5, D6과 D7, D8과 D9는 2개의 와이어 대신에 단일의 공통 와이어를 공유할 수 있다.

제14도는 전자 방출 소자의 사디리형 구성을 갖는 전자원을 포함한 화상 생성 장치의 표시 패널의 개략 투시도이다. 제14도에서, 표시 패널은 전자들이 통과하게 되는 다수의 구멍(303)을 갖고 있는 그리드 전극들(302)과, 각각의 그리드 전극(302)에 연결된 외부 단자 셋트 G1, G2, …, Gn와 함께 외부 단자 셋트 Dx1 내지 Dxm를 구비한다. 각 소자 행을 연결시키는 공통 와이어(304)는 기판(1) 상에서 전자 방출 소자와 일체로 형성된다.

제10도 및 제13도와 동일한 제14도의 표시 패널 성분들은 동일 참조부호를 사용하였음에 주목할 필요가 있다. 제14도에서 도시된 표시 패널은 주로 제14도의 장치가 기판(1)과 면판(116) 사이에 배열된 그리그 전극(302)을 갖는다는 점에서 제10도의 단순한 매트릭스 구성의 전자원을 갖는 표시 패널과는 다르다.

제14도에서, 스트라이프형 그리드 전극(302)은 기판(1)과 면판(116) 사이에서 표면 전도형 전자 방출 소자(104)로부터 방출된 전자 빔을 변조시키도록 사다리형 소자 행에 대해 수직으로 배열되어 있으며, 그리도 전극 각각은 전자 빔이 통과할 수 있는 각각의 전자 방출 소자에 대응한 관통 구멍(303)을 갖고 있다. 그러나, 스트라이프형 그리드 전극이 제14도에 도시되어 있지만, 전극의 형상 및 위치는 이것에만 제한되지 않는다. 예를 들어, 그리드 전극(302)은 망형 구멍(303)을 구비할 수 있고 표면 전도형 전자 방출 소자(104) 주위 또는 가까이에 배열될 수 있다.

외부 단자 D1 내지 Dm 및 그리드용 외부 단자 G1 내지 Gn은 제어 회로(도시 안됨)에 전기적으로 접속된다.

상술한 구성을 갖는 화상 생성 장치는 한 행씩 전자 방출 소자를 구동(주사)하는 동작과 동기하여 화상의 단일 라인 마다 그리드 전극의 행에 변조 신호를 동시에 인가함으로써 전자 빔이 조사되도록 동작될 수 있으므로 화상이 한 라인씩 표시될 수 있다.

그러므로, 본 발명에 따르고 상술한 구성을 가지는 표시 장치는 텔레비젼 방송용 표시 장치, 원격지간 화상 회의용 단말 장치, 정지 및 동 화상용 편집 장치, 컴퓨터 시스템용 단말 장치, 감광성 드럼을 포함하는 광 프린터 및 기타 여러 가지로 동작할 수 있기 때문에 여러 분야의 산업 및 상업에 응용할 수 있다.

지금부터, 본 발명을 실시예에 들어 설명하고자 한다. 그러나, 본 발명은 이것에만 제한적이지 않고 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 한 개개의 구성 요서 및 전체 걸계를 변형 및 수정가능하다는 것에 주목해야 한다.

[실시예 1]

제1a도 및 제1b도는 이 실시예에서 준비된 전자 방출 소자를 개략적으로 도시한다.

이 실시예의 전자 방출 소자를 제조하는데 사용된 공정에 대해 제4a도 내지 제4d도를 참조하면서 기술하고자 한다.

단계-a:

rkr 실시예에서, 소다 석회 유리 기판을 완전히 세정시킨 후, 그 위에 스퍼터링에 의해 0.5㎛ 두께의 실리콘 산화물막을 형성시켜 기판(1)을 형성하였으며, 이 기판 상에는 한 쌍의 소자 전극(2 및 3)의 패턴에 대응하는 구멍을 갖는 포토레지스터 패턴(RD-2000N-41 : Hitachi chemical Co., Ltd.에서 구입 가능)을 형성시켰다. 다음에, 진공 증착에 의해 5nm와 100nm 두께의 Ti막 및 Ni막을 순차로 형성하였다. 그후, 포토레지스트를 유기 용매로 용해시켜 Ni/Ti막을 리프트-오프시킴으로써 한 쌍의 소자 전극(2 및 3)을 형성시켰다. 이들 소자 전극은 10㎛의 간격 L만큼 이격되어 있으며 300㎛의 폭 w을 가졌다.

단계-b:

전도성 박막(4)을 형성하기 위해, Cr막의 마스크를 진공 증착에 의해 두께 100nm로 소자 상에 형성시킨 후 전도성 박막의 패턴에 대응하는 패턴을 포토리소그래피에 의해 형성시켰다. 그 후, 스피너에 의해 Cr막에 유기 Pd용액(액체 4230 : Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.로부터 구입가능)을 도포시킨 후 대기 중에서 10분간 300℃로 하소시켰다. 그 후, Cr 마스크를 습식 에칭에 의해 제거시켜 리프트-오프에 의한 희망 형상을 갖는 전도성 박막(4)이 얻어졌다(제4b도). 전도성 박막(4)은 주성분으로서 PdO를 함유한 미립자막으로서 막 두께는 10nm이며 전기 저항은 Rs=2×10⁴Ω/?이었다.

단계-c:

상기 소자를 다른 시점에서 세정 및 건조시킨 후, 제6도에서 도시된 계측 시스템의 진공실(55) 내에 배치시켰으며 시스템의 진공실(55)을 진공 펌프 장치(56)에 의해 1.3×10^-6Pa의 압력으로 탈기시킨 후, 금속 산화물 피복층(6)을 증기원으로서 마그네슘 산화물을 사용하여 전자 빔 증발에 의해 형성시켰다(제4c도). 금속 산화물 피복층의 두께는 2nm로 하였다(진공 증발을 위한 장비는 제6도에서 도시되어 있지 않는다는 것에 주목한다).

실험 중에, 마그네슘 산화물을 실리콘 기판 상에 피착시켜 그 피착물을 X-선 광전 분광 기술로 검사하여 마그네슘 산화물의 박막이 형성되었으며 박막에는 약 20%의 카보네이트가 함유된 것을 발견하였다.

단계-d:

진공실(55) 내의 소자를 보존시키기 위해 소자 전극(2 및 3) 간에 전력원(51)으로부터 펄스 전압을 인가시켜 전기적 포밍 처리를 행하여 전도성 박막(4) 중에 전자 방출 영역(5)을 형성시켰다(제4d도).

인가된 전압은 삼각 펄스 전압이 아니라 제5b도에서 도시된 바와 같이 시간에 따라 피크값이 서서히 증가하는 구형 펄스 전압이었다. 펄스 폭 T1=1msec와 펄스 간격 T2=10msec를 사용하였다. 전기적 포밍 처리 중에, 0.1V의 여분의 펄스 전압(도시 안됨)을 포밍 펄스 전압의 간격에 삽입시켜 전자 방출 소자의 저항을 측정하였으며 저항이 1㏁을 초과한 때 전기적 포밍 처리를 종료시켰다.

포밍 전력 소모율(통전화 포밍 처리 중 최대 소자 전류를 얻기 위한 전력 소모율)은 약 700mw이었다. 금속 산화물 피복층(6)이 형성되지 않은 것을 제외하고는 상기한 방식으로 준비한 다른 소자와 비교해 보면, 포밍 전력 소모율은 이 실시예의 소자가 약 1.3배 컸다.

그 후, 소자를 5시간 동안 150℃로 가열시켜 전도성막의 PdO를 Pd로 환원시켰다. 마그네슘 산화물 MgO는 이 가열 중에 환원되지 않았다.

단계-e:

후속하여, 진공실에 입구 밸브(도시 안됨)를 통해 n-헥산을 도입시켜 진공실의 내부에서 1.3×10^-3Pa의 압력을 발생시켰다. 그 후, 파고 14V, 펄스 폭 T1=1msec, 펄스 간격 T2=10msec의 구형 펄스 전압을 인가시켜 활성화 처리를 행하였다.

활성화 처리 중에, 소자의 방출 전류 Ie를 측정하였으며, 활성화 처리 개시 30분 후 전자 방출 효율 η(=Ie/If)이 피크치에 도달하면 펄스 전압의 인가와 n-헥산의 도입을 중단시켜 활성화 처리를 종료시켰다.

준비된 전자 방출 소자의 전자 방출 성능을 상기 계측 시스템에 의해 측정하였다.

이 실험 동안 애노드와 전자 방출 소자의 간격은 5mm만큼 이격시켰으며 이들 간의 전위차는 1kv로 유지시켰다. 측정을 하기 위해 진공실의 내부 압력은 1.3×10^-4Pa로 유지시켰으며 14V의 파고를 갖는 펄스 전압을 소자에 인가시켰다.

금속 산화물 피복층(6)이 형성되지 않은 것을 제외하고는 상술된 방식으로 준비된 상기 다른 소자와, 이 실시예의 소자의 방출 전류 Ie의 시간에 따른 변화를 비교해 보면, 이 실시예의 소자의 방출 전류 Ie는 제8도에서 개략적으로 도시된 바와 같이 시간에 따라 거의 변화하지 않았다. 제8도의 라인은 상대적인 용어로 표면되었으며 2개 소자의 방출 전류는 실험의 개시시에는 동일하지 않았다는 것을 주목해야 한다.

실험 후, 두 전자 방출 소자의 전자 방출 영역을 고해상도 주자 전자 현미경(SEM)을 통해 관찰한 바 전도성막의 미립자가 비교용 소자의 전자 방출 영역이나 그 부근에서 다수의 점으로 응고되어 있는 반면에, 이 실시예의 소자의 전도성 막에서는 이러한 응고가 나타나지 않았다는 것을 발견하였다.

상기 소자들과 별도로, 두께 0.5, 1, 3.5, 5, 10, 20 및 30nm의 금속 산화물 피복층을 갖는 소자를 준비하여 동일한 실험을 행하였다.

이들 중, 두께 20nm 이상의 금속 산화물 피복층을 갖는 소자에 대해서는 통전화 포밍 처리를 거의 행할 수 없었다. 비록 다수의 소자들을 이러한 금속 산화물 피복층의 두께로 반복적으로 준비하였지만, 이들 중 대부분은 어떠한 전자 방출 영역도 나타나지 않았다. 5nm 두께의 금속 산화물 피복층을 갖는 소자는 약 0.1w의 포밍 전력 소모율을 나타내었으며 이 실시예의 소자보다 낮은 방출 전류를 발생시켰다. 그러나, 상기 단계-e에서 성능을 관찰하기 위해 25V의 펄스 파고를 사용하였을 때는 이 실시예의 소자와 같이 전자 방출을 안정하게 행하였다. 1nm 두께의 금속 산화물 피복층을 갖는 소자는 이 실시예의 소자와 동일한 Ie 레벨을 나타내었지만 Ie가 시간에 따라 더욱 현저하게 변화하였다. 0.5nm 두께의 금속 산화물 피복층을 갖는 소자는 비교용으로 준비한 소자와 비교해 보면, Ie의 시간에 따른 변화에 대한 어떠한 개선도 나타내지 않았다. 30nm 두께의 금속 산화물 피복층을 갖는 소자는 펄스 전압 파고가 40V로 증가할 때까지는 전자를 방출시키지 않았다.

3.5nm 또는 그 이상의 막 두께를 갖는 소자에서 관찰된 Ie의 시간에 따른 감소는 2nm 두께의 막을 갖는 소자보다 훨씬 적었다. 반면, η=Ie/If의 값은 막 두께가 3.5nm에서 10nm로 증가된 때 서서히 증가하였다. 본 발명의 발명자들은, 이것은 MgO가 낮은 일 함수를 가지므로 막 두께에 따라 탄성 산란 효과가 증가하기 때문인 것으로 추정하였다.

방출 전류는 막 두께 20nm를 갖는 소자에서 종종 불안정하였다. 이것은 금속 산화물 피복층이 두껍고 급속 산화물 피복층에 충돌하는 전자들이 전도성막 내로 만족스럽게 유입될 수 없어서 과충전 상태를 일으킴으로써 방출된 전자들이 악영향을 받아 불안정한 궤적을 그리기 때문일 수 있다.

상기한 관찰로부터, 주로 MgO로 제조된 금속 산화물 피복층은 3.5 내지 10nm 사이의 막 두께를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 전도성막(4)으로서 스퍼터링에 의해 형성된 Pd, Ni, Pt 및 Au막과, 금속 산화물 피복층(6)으로서 전자 빔 증발 또는 CVD에 의해 형성된 Al₂O₃, Y₂O₃및 ZrO₂를 결합하여 사용하여 소자를 준비하여 그들의 성능을 측정한 바 동일한 결과를 얻었다.

[실시예 2]

실시예 1에서와 같이 이 실시예의 소자를 위해 단계-a 및 단계-b를 행한 후, 소자를 실시예 1의 단계-d를 참조하여 상술된 통전화 포밍 처리 및 환원 처리를 행하였다. 그 후, 금속 산화물 피복층(6)을 실시예 1의 단계-c에 후속하여 소자 상에 형성시킨 후 실시예 1의 단계-e의 활성화 처리를 행하였다.

제21a도는 이 실시예의 소자 구성을 개략으로 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 기판(1), 한 쌍의 소자 전극(2 및 3) 및 주로 MgO로 제조된 금속 산화물 피복층(6)으로 피복되어진 전도성막(4)을 구비하고 있다. 활성화 처리의 결과로서 탄소(7)가 전자 방출 영역이나 그 주변에 피착되었다. 제21a도에서 탄소(7)는 금속 산화물 피복층(6)을 완전히 피복시키지 않으며 금속 산화물 피복층(6)의 표면은 랜덤하게 각기 다른 여러 영역에서 노출되어 있는 것에 주목해야 한다.

실시예 1의 소자와 같이 테스트를 행하였을 때, 이 실시예의 소자의 방출 전류 Ie는 시간에 따라 거의 변화하지 않았다. 실험 후, 전자 방출 소자의 전자 방출 영역을 SEM을 통해 관찰한 바 실시예 1의 것과 동일한 결과를 얻었다.

실시예 1의 경우에서와 같이, 상기 소자들과 별도로, 두께 0.5, 1, 3.5, 5, 10, 20 및 30nm의 금속 산화물 피복층을 갖는 소자를 준비하여 동일한 실험을 행하였다. 30nm 두께의 금속 산화물 피복층을 갖는 소자만이 낮은 레벨의 Ie를 나타내었다. 20nm 두께의 금속 산화물 피복층을 갖는 소자에서는 이 실시예의 소자의 Ie의 약 절반인 Ie 레벨을 나타내었다. 1, 3.5, 5 및 10nm 두께의 금속 산화물 피복층을 갖는 소자들은 이 실시예의 소자와 거의 동일하게 동작하였다. 0.5nm 두께의 금속 산화물 피복층을 갖는 소자에서는 Ie의 시간에 따른 변화를 억제시키는 어떠한 상당한 효과도 나타내지 않았다.

또한, 전도성막(4)으로서 스퍼터링에 의해 형성된 Pd, Ni, Pt 및 Au막과, 금속 산화물 피복층(6)으로서 전자 빔 증발 또는 CVD에 의해 형성된 Al₂O₃, Y₂O₃및 ZrO₂를 결합하여 사용하여 소자를 준비하여그들의 성능을 측정한 바 동일한 결과를 얻었다.

[실시예 3]

실시예 2에서와 같이 단계-a, 단계-b, 단계-d 및 단계-c를 행한 후, 제5c도에서 도시된 바와 같이극성이 교대하는 구형의 펄스 전압을 인가시켜 활성화 처리를 행하였다. 두 극성의 펄스 폭은 T1=1msec이며, 정(+) 극성과 부(-) 극성 간의 펄스 간격은 T2'=10msec이었다.

활성화에 의해 실시예 2의 소자의 고전위측 상에 비교적 대량의 탄소(7)가 피착되었지만, 제21b도에서 개략적으로 도시된 바와 같이 이 실시예의 양측 상에서 거의 동일한 양의 탄소가 피착되었다.

이 실시예의 소자 성능은 실시예 2의 소자의 성능과 동일하였다.

[실시예 4]

이 실시예어서는 실시예 1의 공정을 단계-b까지 행한 후 단계-d의 통전화 포밍 처리와 단계-e의 활성화 처리를 행하였다. 후속하여, 금속 산화물 피복층(6)을 다음과 같이 단계-c에서 형성하였다.

단계-c:

계측 시스템의 진공실을 1.3×10^-6Pa까지 탈기시킨 후, 산소를 도입시킴으로써 내부 압력을 1.3×10^-3Pa까지 상승시켰다. 증기원으로서 Y₂O₃를 사용하여 금속 산화물 피복층을 전자 빔 증발에 의해 형성하였다. 금속 산화물 피복층의 두께는 2nm로 하였다. 실험 중에, Y₂O₃막을 동일 조건 하에서 실리콘 기판 상에 형성하여 X-선 광전자 분광 기술을 통해 검사한 바 화학양론적 조성을 갖는 Y₂O₃박막이 형성되어진 것을 발견하였다. 이 실시예의 전자 방출 소자는 제21b도에서 도시된 바와 같이 구성을 갖는다. 이 실시예의 소자에서는 주로 Y₂O₃로 제조된 금속 산화물 피복층(6)을 전도성막(4)과 활성화 처리에 의해 피착된 탄소(7) 상에 형성하였다.

얻어진 전자 방출 소자에 대해서 실시예 1 및 2에서와 같이 측정하였다.

이 실시예의 소자는 비교적 낮은 소자 전압 Vf에 대해 상당히 큰 방출 전류 Ie를 발생시키므로, 평가를 위해 10V의 파고를 갖는 구형의 펄스 전압을 인가하였다. 방출 전류 Ie는 시간에 따라 거의 변화하지 않았다.

이 실시예의 소자가 비교적 낮은 파고의 펄스 전압으로 구동될 수 있는 이유로서는 전자 방출 영역이 소자의 상부 상에 낮은 일 함수를 갖는 금속 산화물 피복층(6)이 형성되어 있으므로 전자 방출 소자를 증가된 비율로 방출시킬 수 있으며 전자들이 전도성막 상에 탄성으로 산란되는 것이 개선될 수 있기 때문이다.

후속하여, 실시예 2의 경우에서와 같이 상기 소자들과는 별도로, 0.5, 1, 3.5, 5, 10, 20 및 30nm의 두께의 금속 산화물 피복층을 갖는 소자를 준비하여 동일한 실험을 행하였다.

30nm 두께의 금속 산화물 피복층을 갖는 소자만이 낮은 레벨의 방출 전류를 나타내었다. 20nm 두께의 금속 산화물 피복층을 갖는 소자에서는 종종 불안정한 Ie를 나타내었다. 3.5nm 내지 10nm 두께를 갖는 소자의 Ie의 시간에 따른 변화는 2nm 두께의 금속 산화물 피복층을 갖는 소자에 비해 훨씬 더 적었으며 η=Ie/If의 값은 실시예 1의 경우에서와 같이 금속 산화물 피복층의 두께에 따라 서서히 증가하였다. 1nm 두께의 금속 산화물 피복층을 갖는 소자의 Ie의 시간에 따른 변화는 비교적 컸다. 0.5nm 두께의 금속 산화물 피복층을 갖는 소자에서는 Ie의 시간에 따른 변화를 억제시키는 어떠한 상당한 효과도 나타나지 않았다.

또한, 전도성막(4)용으로 스퍼터링에 의해 형성된 Pd, Ni, Pt 및 Au막과, 금속 산화물 피복층(6)용으로 전자 빔 증발 또는 CVD에 의해 형성된 Al₂O₃, Y₂O₃및 ZrO₂를 결합 사용하여 소자를 준비하여 그들의 성능을 측정한 바 동일한 결과를 얻었다. 3.5 내지 10nm의 두께를 가지며 낮은 일 함수를 갖는 MgO 및 ZrO₂를 함유한 금속 산화물 피복층을 갖는 소자에서 큰 Ie가 얻어졌다.

[실시예 5]

이 실시예에서는 실시예 1의 공정 중 단계-b까지 행하고 그 후 다음과 같이 단계-c에서 금속 산화물 피복층(6)을 형성시켰다.

단계-c:

약 3 중량%의 마그네슘 이소프로폭사이드를 함유한 이소프로파놀 용액을 스피너에 의해 소자에 도포한 후, 20분간 대기 중에서 410℃로 하소시켰다. 실험 중에, 실리콘 기판을 동일 조건하에서 단계-c의 처리를 행하였으며 X-선 광전 분광 기술을 통해 검사한 바 10nm 두께의 MgO 박막이 형성된 것을 발견하였다. 이 막에는 마그네슘 카보네이트 MgCO₃가 적은 농도로 함유되었다.

다음에 단계-d 및 단계-e가 후속되었다. 통전화 포밍 처리의 전력 소모율은 60mw이었다. 후속 활성화 처리를 위해 아세톤을 진공실 내로 도입시켜 1.3×10^-2Pa의 압력을 생성시켰다.

이 실시예의 소자와, MgO막 두께를 변화시키고 전도성막으로서 각기 다른 물질을 사용함으로써 얻어진 소자에 대해측정한 결과는 실시예 1의 것과 동일하였다.

[실시예 6]

이 실시예에서는 실시예 1의 단계-a에 후속하여, 상술된 유기 Pd 화합물 용액과 실시예 5에서 사용된 마그네슘 이소프로폭사이드의 이소프로파놀 용액의 혼합물을 스피너에 의해소자에 도포시킨 후 대기 중에서 베이킹시켰다. 혼합비는 전체 금속 원소(Pd 및 Mg)에 대해 Mg의 몰비가 20%로 유지되도록 조절하였다. 후속하여 실시예 1의 단계-d 및 단계-에서와 같이 통전화 포밍 처리 및 활성화 처리를 행하였다. 통전화 포밍 처리의 전력 소모율은 약 70mw이었다. 이 실시예의 소자에서 얻어진 측정 결과는 실시예 1의 것과 동일하였다.

실험 중에 서로 다른 Mg 몰비를 갖는 소자를 준비하였다. Mg의 몰비가 10%보다 낮은 경우에는 방출 전류의 시간에 따른 변화를 억제시키는 효과는 관찰되지 않았다. Mg 몰비가 증가함에 따라, 통전화 포밍 처리의 전력 소모율도 상승되었으며, 일부 경우에서는 Mg 몰비가 50%를 초과하였을 때는 포밍 처리를 행할 수 없었다.

이 실시예의 공정을 후속함으로써 준비한 전자 방출 소자의 경우, 전도성막이 미립자의 공극은 금속 산화물 물질과 전도성막 중에 함유된 Pd에 대한 Mg의 비에 따라 통상적으로 제2a도 또는 제2c도에서 도시된 바와 같이 금속 산화물 물질로 충전시켰다. 전자 방출 영역 및 그 부근은 제21c도에서 도시된 바와 같이 형성되며, 여기서 4+6 심볼은 금속 산화물 물질을 내포하고 있는 전도성막을 나타낸다.

[실시예 7]

이 실시예에서는, 금속 산화물 피복층(6)으로서 바륨이소프로폭사이드를 사용하여 주로 BaO로 제조되는 금속 산화물 피복층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 5에서와 같이 소자를 준비하였다. 이 실시예의 소자 성능은 실시예 4의 소자의 성능과 동일하였다.

[실시예 8]

이 실시예에서는, 금속 산화물 피복층(6)으로서 알루미늄이소프로폭사이드를 사용하여 주로 Al₂O₃로 제조되는 금속 산화물 피복층을 형성한 것을 제외하고는 실시에 1에서와 같이 소자를 준비하였다. 이 실시예의 소자 성능은 실시예 5의 소자의 성능과 동일하였다.

[실시예 9]

이 실시예에서는, 금속 산화물 피복층(6)으로서 티타늄이소프로폭사이드를 사용하여 주로 TiO로 제조되는 금속 산화물 피복층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 5에서와 같이 소자를 준비하였다. 이 실시예의 소자 성능은 실시예 5의 소자의 성능과 동일하였다.

[실시예 10]

이 실시예에서는, 금속 산화물 피복층(6)으로서 지르코늄이소프로폭사이드를 사용하여 주로 ZrO₂로 제조된 금속 산화물 피복층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 5에서와 같이 소자를 준비하였다. 이 실시예의 소자 성능은 실시예 5의 소자의 성능과 동일하였다.

[실시예 11]

이 실시예어서는, 실시예 1의 단계-a 및 단계-b를 행하여 실시예 1의 단계-d에서와 같이 통전화 포밍 처리를 행하였다. 후속하여, 주로 Al₂O₃로 제조된 금속 산화물 피복층(6)을 실시예 6에서와 같이 형성하였으며 실시예 5의 단계-e에서와 같이 활성화 처리를 행하였다.

이 실시예의 소자 성능은 실시예 5의 소자의 성능과 동일하였다.

[실시예 12]

이 실시예에서는 실시예 1의 단계-a 및 단계-b를 행하였다.

단계-c:

기판(1) 상에 한 쌍의 소자 전극(2 및 3)과 전도성막(4)을 형성시킨 후, 기판(1)의 표면을 UV/O₃로 처리하여 친수성으로 만든 후 통상의 LB 기술에 의해 옥타데실레아민의 단분자막의 단층을 형성함으로써 소수성으로 전환시켰다. 그 후, 마그네슘 아라키디에이트의 30개 층을 순차로 적층시켰다.

보다 상술하자면, 단분자막을 0.5mM/리터의 Mg²⁺이온 농도가 얻어질 때까지 현상시키는 그 아래에 있는 물 중에 마그네슘 클로라이드 6 하이드레이트를 용해시킨 후 그 아래에 있는 물의 PH값을 트리(하이드록시메틸) 아미노메틴아세테이트에 의해 조절하여 9.0으로 유지시켰다. 2.0mM/리터의 클로로포름 아라키디에이트를 그 아래에 있는 물의 표면 상에 적가시켜 계면 상의 마그네슘 아라키디에이트의 단분자막을 현상시키며, 이것을 표면압력을 25mN/m으로 유지시키면서 통상의 LB 기술(수직 침수 기술)에 의해 기판(1) 상에서 반복적으로 행한다.

다음에, 축적된 막을 20분 간 대기 중에서 410℃로 열처리하여 열분해에 의해 금속 산화물 피복층(6)이 형성된다. 실험 중에, 실리콘 기판을 동일 조건 하에서 단계-c의 처리를 행하여 기판 상에 금속 산화물 피복층을 형성시킨 후 편광 해석법 및 X-선 광전 분광 기술에 의해 검사한 바 4.5nm 두께의 MgO 박막이 형성된 것을 발견하였다.

다음에는 소자에 대해 실시예 1의 단계-d를 참조하여 상술된 통전화 포밍 처리 및 환원 처리를 행하였다. 후속하여, 소자에 대해 실시예 1의 단계-e의 활성화 처리를 행하였다.

이 실시예의 소자 성능은 실시예 1의 소자의 성능과 동일하였다. 전자 방출 소자의 전자 방출 영역을 SEM을 통해 관찰한 바 실시예 1의 결과와 동일한 결과를 얻었다.

[실시예 13]

이 실시예에서는, 소자를 칼슘 산화물의 금속 산화물 피복층(60)을 다음과 같이 단계-c부터의 공정을 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 5에서와 같이 준비하였다.

0.1mM/리터의 Ca²⁺이온 농도가 얻어질 때까지 칼슘 클로라이드 2 하이드레이트를 그 아래에 있는 물 중에 용해시킨 후 TRIS-아세테이트에 의해 그 아래에 있는 물의 PH값을 조절하여 9.5로 유지시켰다. 3.0mM/리터의 클로로포름 스테아레이트를 그 아래에 있는 물의 표면 상에 적가한 후, 실시예 12에 대응하는 공정을 후속 행하여 금속 산화물 피복층(6)을 형성시켰다.

이 실시예의 소자의 성능은 실시예 1의 소자의 성능과 동일하였다.

[실시예 14]

이 실시예에서는, 소자를 이트륨 산화물 Y₂O₃의 금속 산화물 피복층(6)을 다음과 같이 단계-c부터의 공정을 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 12에서와 같이 준비하였다.

0.1mM/리터의 Y³⁺이온 농도가 얻어질 때까지 이트륨 클로라이드를 그 아래에 있는 물 중에 용해시킨 후 수용성 암모니아에 의해 그 아래에 있는 물의 PH값을 조절하여 8.0로 유지시켰다. 3.0mM/리터의 클로로포름 아라키디에이트를 그 아래에 있는 물의 표면 상에 적가한 후, 실시예 12에 대응하는 공정을 후속 행하여 금속 산화물 피복층(6)을 형성시켰다. 그러나, 열 처리 온도는 500℃인 것에 주목해야 한다.

이 실시예의 소자의 성능은 실시예 1의 소자의 성능과 동일하였다.

[실시예 15]

이 실시예에서는, 소자를 알루미늄 산화물 Al₂O₃의 금속 산화물 피복층(6)을 다음과 같이 단계-c부터의 공정을 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 12에서와 같이 준비하였다.

0.1mM/리터의 알루미늄 이온 농도가 얻어질 때까지 알루미늄 설파이트 2 하이드레이트를 그 아래에 있는 물 중에 용해시킨 후 염화수소에 의해 그 아래에 있는 물의 PH값을 조절하여 4.8로 유지시켰다. 3.0mM/리터의 클로로포름 스테아레이트를 그 아래에 있는 물의 표면 상에 적가한 후, 실시예 12에 대응하는 공정을 후속 행하여 금속 산화물 피복층(6)을 형성시켰다. 그러나, LB막을 형성하는데 가동벽형 용기를 사용한 것에 주목해야 한다.

이 실시예의 소자의 성능은 실시예 1의 소자의 성능과 동일하였다.

[실시예 16]

이 실시예에서는, 소자를 란탄 산화물 La₂O₃의 금속 산화물 피복층(6)을 다음과 같이 단계-c부터의 공정을 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 12에서와 같이 준비하였다.

0.1mM/리터의 La³⁺이온 농도가 얻어질 때까지 란타 클로라이드 7 하이드레이트를 그 아래에 있는 물 중에 용해시킨 후 글리신-염화수소에 의해 그 아래에 있는 물의 PH값을 조절하여 6.6로 유지시켰다. 3.0mM/리터의 클로로포름 스테아레이트를 그 아래에 있는 물의 표면 상에 적가한 후, 실시예 12에 대응하는 공정을 후속 행하여 금속 산화물 피복층(6)을 형성시켰다.

이 실시예의 소자의 성능은 실시예 1의 소자의 성능과 동일하였다.

[실시예 17]

이 실시예에서는, 소자를 티타늄 산화물 TiO₂의 금속 산화물 피복층(6)을 다음과 같이 단계-c부터의 공정을 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 12에서와 같이 준비하였다.

0.1mM/리터의 티타늄 옥살레이트 이온 농도가 얻어질 때까지 포타슘 옥살레이트 2 하이드레이트를 그 아래에 있는 물 중에 용해시킨 후 염화수소에 의해 그 아래에 있는 물의 PH값을 조절하여 4.0로 유지시켰다. 3.0mM/리터의 옥타데실레아민 클로로포름 용액을 그 아래에 있는 물의 표면 상에 적가한 후, 실시예 10에와 같이 옥타데실레아모늄-티타늄 옥살레이트 착물을 축적시킨 후 가열 처리하여 금속산화물 피복층(6)을 형성하였다. 그러나 열 처리 온도 600℃인 것에 주목해야 한다.

이 실시예의 소자의 성능은 실시예 1의 소자의 성능과 동일하였다.

[실시예 18]

이 실시예에서는, 실시예 1의 단계-a, 단계-b 및 단계-d를 행하여 소자를 준비한 후 금속 산화물 피복층(6)을 실시예 10의 단계-c에 따라 형성한 후 활성화 처리를 위한 단계-e를 행하였다.

이 실시예의 소자의 성능은 실시예 1의 소자의 성능과 동일하였다.

[실시예 19]

이 실시예에서는, 기판상에 배열된 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자들을 배치하여 구현하였으며 단순한 매트릭스 구성을 갖는 전자원을 구비한 제10도의 화상 생성장치를 준비하였다.

제15도는 이들 실시예에서 준비한 전자원 일부의 평면도이며, 제15도는 라인 16-16을 따라 절취한 횡단면도이다.

제15도는 제16도에서, 참조 번호(1)는 기판을 나타내고, 참조 번호(102 및 103)는 각각 X 방향 와이어(하부 와이어) 및 Y 방향 와이어(상부 와이어)를 나타낸다. 이외에, 소자 전극(2 및 3), 전도성 박막(4), 금속 산화물 피복층(6), 층간 절연층(401) 및, 소자 전극(3)과 와이어(102)를 전기 접속시키는 접속 구멍(402)이 도시되어 있다.

지금부터, 전자원을 제조하는데 사용된 방법을 제17a도 내지 제17i도를 참조하여 전자 방출 소자에 대해 설명하기로 한다. 다음의 제조 단계, 즉 단계-a 내지 단계-i는 제17a도 내지 제17i도에 각각 대응한다.

단계-a:

소다 석회 유리판(soda lime glass plate)을 완전히 세정시킨 후, 그 위에 스퍼터링에 의해 0.5㎛ 두께의 실리콘 산화물막을 형성시켜 기판(1)을 제조하였으며, 기판(1) 상에 Cr과 Au를 5nm와 600nm의 두께로 각각 순차적으로 적층시킨 후 그 위에 적층막을 회전시키면서 포토레지스크(AZ1370 : Hoechst사로부터 입수가능)를 스피터를 이용하여 형성시키고 베이킹시켰다. 그 후에, 포토마스크 상을 노광시키고 광화학적으로 현상시켜 하부 와이어(102)용 레지스터 패턴을 형성한 후 피착된 Au/Cr막을 습식 에칭시켜 실제로 희망의 형상을 갖는 하부 와이어(102)를 형성하였다.

단계-b:

층간 절연층(401)으로서, RF 스퍼터링에 의해 실리콘 산화물막을 두께 1.0㎛로 형성하였다.

단계-c:

단계-b에서 피착된 실리콘 산화물막 중에 접속 구멍(402)를 형성시키기 위한 포토레지스트 패턴을 준비하였으며, 이후에 포토레지스트 패턴을 마스크로서 사용하여 충간 절연층(401)을 에칭시켜 실제로 접속 구멍(402)를 형성하였다. 에칭 처리 동안, CF₄및 H₂가스를 이용하는 RIE(반응성 이온 에칭) 기술을 사용하였다.

단계-d:

그 후에, 한쌍의 소자 전극(2 및 3)을 위한 포토레지스트 패턴(RD-2000N-41: Hitachi Chemical Co., Ltd.로부터 입수가능)을 형성한 후 그 위에 진공 증착에 의해 Ti와 Ni를 순차적으로 5nm와 100nm의 두께로 피착시켰다. 이 포토레지스트 패턴을 유기 용매 중에 용해하였으며, Ni/Ti 피착막을 리프트-오프 기술을 이용하여 처리하여 한 쌍의 소자 전극을 형성하였다.

단계-e:

소자 전극(2, 3) 상에 상부 와이어(103)를 위한 포토레지스트 패턴을 형성한 후, Ti와 Au를 진공 증착에 의해 5nm와 500nm의 두께로 순차적으로 피차기키고 나서 리프트-오프 기술을 이용하여 포토레지스트의 불필한 영역 모두를 제거시켜 소정의 형상을 갖는 상부와이어(103)를 형성하였다.

단계-f:

다음에, 진공 증착에 의해 100nm의 두께로 Cr막(403)을 형성시킨 후 구멍을 갖는 마스크를 사용하여 전도성 박막(4)의 윤곽을 위한 희망의 형상을 형성하도록 패턴화시켰다. Pd화합물 용액(ccp 4230 : Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.)을 스피너에 의해 Cr막에 도포시켜 10분간 300℃에서 베이킹시켜 PdO 미립자로 제조되며 10nm의 막 두께를 갖는 전도성 박막(4)을 형성시켰다.

단계-g:

실시예 1의 단계-c에서와 같이 증발에 의해 금속 산화물(MgO)을 피착시켜 금속 산화물 피복층(6)을 형성하였다.

단계-h:

PdO 미립자의 전도성막의 임의 불필요 부분 및 금속 산화물 피복층(6)과 함께 Cr막(403)을 에칭제를 사용하여 습식 에칭시켜 제거함으로써 희망의 형상을 갖는 패턴을 형성하였다. 전도성 박막(4)의 전기 저항은 Rs=5×10⁴Ω/? 정도이었다.

단계-i:

접속 구멍(402)을 제외한 표면 전체에 레지스트를 도포하여 레지스트 패턴을 형성하고 Ti 및 Au를 5nm 및 500nm 두께로 순차 피착시켰다. 이후에, 리프트-오프 기술을 사용하여 임의 불필요 영역을 제거시켜 접속 구멍을 매립시켰다.

상기 단계의 결과로서, 하부 와이어(102), 층간 절연층(401), 상부 와이어(103), 한 쌍의 소자 전극(2 및 3), 전도성 박막(4) 및 금속 산화물 피복층(6)이 각 소자마다 기판(1) 상에 형성되어 통전화 포밍 처리되어진 전자원이 형성되었다.

다음에는 통전화 포밍 처리를 행하지 않고 준비한 전자원을 사용하여 후술될 단계를 행하여 화상 생성 장치를 준비하였다. 이것에 대해서는 제10도 및 제11a도를 참조하여 기술하고자 한다.

전자원 기판(1)을 배면판(111) 상에 고정한 후,지지 프레임(112)을 삽입한 채 면판[116 : 유리 기판(113)의 내면 상에 있는 형광막(114)과 금속 백(115)을 포함함]을 배치하고, 계속해서, 프릿 유리(frit glass)를 면판(116),지지 프레임(112) 및 배면판(111)의 접촉 영역에 제공하고 400℃에서 10분간 대기 중에서 베이킹하여 용기를 용접 밀봉시켰다. 또, 프릿 유리에 의해 기판(1)을 배면판(111)에 고정시켰다.

화상 생성 장치가 흑백의 화상을 위한 것이라면 형광막(114)은 단지 형광체로 구성되지만, 이 실시예의 형광막(114, 제11a도)은 블랙 스프라이프(blacek stripe)를 제1 위치에 형성시켜 원색의 스트라이프형 형광 부재(112)로 간극을 채움으로써 준비되었다. 블랙 스트라이프는 주성분으로 흑연을 함유하는 일반 물질로 제조되었다. 형광 물질을 유리 기판(113) 상에 도포시키는데 슬러리 기술(slurry technique)을 사용하였다.

메탈 백(115)은 형광막(114)의 내면 상에 배치되었다. 형광막(114)을 준비한 후, 메탈 백은 평탄화 처리[smoothing operation : 보통 필르망(filming) 이라고도 함]를 형광막의 내면 상에 행한 후 그 위에 진공 증착 기법을 통해 알루미늄 층을 형성시킴으로써 준비되었다.

형광막(114)의 전도율을 향상시키기 위해 형광막(114)의 외면 상에 투명 전극을 배치할 수 있지만, 메탈 백(115)이 충분한 정도의 전도율을 제공하기 때문에 이 실시예에서는 투명 전극을 사용하지 않고 있다.

상기 결합 작업 동안, 각 구성 부품들은 칼라 형광 부재(122)와 전자 방출 소자(104)간에서 정확한 위치 대응 관계가 보장되도록 주의깊게 정렬시켰다.

다음에 화상 생성 장치를 진공 처리 시스템 내에 배치시키고, 외부 단자 Dx1 내지 Dxm 및 Dy1 및 Dyn을 통해 각각의 전자 방출 소자(104)의 소자 전극(2 및 3)에 펄스 전압을 인가시킴으로써 통전화 포밍 처리를 행하여 전자 방출 소자 각각마다 전자 방출 영역(5)을 발생시킬 때 진공실을 배기 파이프(도시 안됨)을 통해 1.3×10^-3Pa 미만의 감소된 내부 압력으로까지 탈기시켰다. 사용된 펄스 전압은 1msec의 펄스 폭과 10msec의 펄스 간격을 갖는 구형펄스이었다. 밀봉 용기의 내부 압력은 이 처리에 의해 더욱 감소시켰다.

그 후, 밀봉 용기(118) 내로 압력이 1.3×10^-3Pa로 상승될 때까지 n-헥산을 도입시켰다. 활성화 처리를 위해 통전화 포밍 처리시에 사용된 것과 동일한 펄스 폭과 펀스 간격의 구형 펄스를 소자에 인가시켜 소자 전류 If와 방출 전류 Ie를 측정하였다. 펄스 파고는 14V이었다.

활성화 처리 후, 밀봉 용기(118) 전체를 2시간 동안 190℃로 가열시키면서 밀봉 용기(118)를 탈기시켰으며, 내부 압력이 약 1.3×10^-6Pa로 감소되었을 때 배기 파이프(도시 안됨)를 가스 버너에 의해 가열 용융시켜 밀봉 용기를 기밀 밀봉시켰다. 최종으로, 밀봉 용기(118)에 배치된 게터(도시 안됨)를 고주파 가열에 의해 가열시켜 게터 처리를 행하였다.

준비한 표시 패널(201, 제10도)을, 신호 발생 수단(도시 안됨)으로부터 주사 신호 및 변조 신호를 외부 단자 Dx1 내지 Dxm 및 Dy1 내지 Dyn을 통해 전자 방출 소자(104)에 인가시켜 소자가 전자들을 방출시키며 또한 수 kv 또는 그 이상의 고전압을 고전압 단자 Hv를 통해 메탈 백(115)에 인가하여 전자 빔들이 가속화되어 형광막(114)과 충돌되어짐으로써 여기 및 발광되어 화상을 표시하도록 동작 구동시켰다.

이 실시예의 화상 생성 장치는 안정하게 동작하여 장시간 동안 선명한 화상이 생성되었다.

[실시예 20]

제18도는 본 발명에 따른 방법과 상기 실시예에서 준비된 표시 패널도(제10도)을 사용하여 구현되며 텔레비젼 전송 및 다른 화상원을 포함한 각종 정보원으로부터 나온 가시 정보를 제공하도록 설계된 표시 장치의 블록 다이어그램이다.

제18도에는, 표시 패널(201), 표시 패널 구동 회로(1001), 표시 패널 제어기(1002), 멀티플렉서(1003), 디코더(1004), 입력/출력 인터페이스 회로(1005), CPU(1006), 화상 생성 회로(1007), 화상 입력 메모리 인터페이스 회로(1008, 1009, 1010), 화상 입력 인터페이스 회로(1011), TV 신호 수신 회로(1012, 1013) 및 입력 장치(1014)가 도시되어 있다.

만일 표시 장치가 화상과 음성 신호로 구성되는 텔레비젼 신호를 수신하는데 사용되면, 도면에서 도시된 회로와 함께 음성 신호를 수신, 분리, 재생, 처리 및 이억하기 위한 회로, 스피커 및 기타 장치가 필요하다. 그러나, 이러한 회로와 소자들은 본 발명의 범위를 벗어나므로 이들에 대한 설명은 생략하기로 한다.

지금부터, 상기 장치 내에서의 화상 신호의 흐름을 따라 장치의 구성 소자에 대해 설명하기로 한다.

우선, TV 신호 수신 회로(10103)는 전자기파 및/또는 공간 광 통신망을 이용한 무선 전송 시스템을 통해 전송되는 TV 화상 신호를 수신하기 위한 회로이다.

사용되는 TV 신호 시스템은 특정 형태에 국한되지 않고, NTSC, PAL 또는 SECAM 같은 어떠한 시스템도 실행 가능하게 사용될 수 있다. 이 회로는 특히 아주 많은 수의 픽셀을 포함하는 대형 표시 패널용으로 사용될 수 있기 때문에(MUSE 시스템과 같은 고선명 TV 시스템인) 상당히 많은 수의 주사선을 포함하는 TV 신호에 적합하다.

TV 신호 수신 회로(1013)에 의해 수신된 TV 신호는 디코더(1004)로 전송된다.

TV 신호 수신 회로(1012)는 동축 케이블 및/또는 광 섬유를 사용하는 유선 전송 시스템을 통해 전송되는 TV 화상 신호를 수신하기 위한 회로이다. TV 신호 수신 회로(1013)와 같이, 여기서 사용되는 TV 신호 시스템도 특정 형태로 제한되지 않으며 이 회로에 의해 수신되는 TV 신호는 디코더(1014)로 전송된다.

화상 입력 인터페이스 회로(1011)은 TV 카메라 또는 촬상 스캐너(image pick-up scanner) 같은 화상 입력 장치로부터 전송된 화상 신호를 수신하기 위한 회로이다. 이 회로도 또한 수신한 화상 신호를 디코더(1004)로 전송한다.

화상 입력 메모리 인터페이스 회로(1010)는 비디오 테이프 레코더(이후 VTR로 칭함)에 저장된 화상 신호를 검색하기 위한 회로로서, 검색된 화상 신호는 또한 디코더(1004)로 전송된다.

화상 입력 메모리 인터페이스 회로(1009)는 비디오 디스크에 저장된 화상 신호를 검색하기 위한 회로로서, 검색된 화상 신호는 또한 디코더(1004)로 전송된다.

화상 입력 메모리 인터페이스 회로(1008)는 소위 스틸(still) 디스크 같은 정지 화상 데이터를 저장하는 장치에 저장되어 있는 화상 신호를 검색하는 회로로서, 검색된 화상 신호는 또한 디코더(1004)로 전송된다.

입력/출력 인터페이스 회로(1005)는 표시 장치와 컴퓨터, 컴퓨터망 또는 프린터 같은 외부 출력 신호원을 접속하기 위한 회로이다. 이 회로는 화상 데이터와 문자 및 그래픽 데이터의 입출력 작업과, 경우에 따라 표시 장치의 CPU(1006)와 외부 출력 신호원 사이에서 제어 신호와 수치 데이터에 대한 입력/출력 작업을 수행한다.

화상 생성 회로(1007)은 입력/출력 인터페이스 회로(1005)를 통해 외부의 출력 신호원으로부터 또는 CPU(1006)로부터의 문자 및 그래픽 데이터와 화상 데이터에 근거하여 표시 화면 상에 표시될 화상 데이터를 생성시키기 위한 회로이다. 이 회로는 화상 데이터와 문자 및 그래픽 데이터를 저장하는 재로드가능 메모리, 주어진 문자코드에 대응하는 화상의 패턴을 저장하는 판독 전용 메모리, 화상 데이터를 처리하는 프로세서 및 화면 화상을 생성시키는데 필요한 기타 회로 소자를 포함하고 있다.

화상 생성 회로(1007)에 의해 생성된 표시를 위한 화상 데이터는 디코더(1004)로 전송되고, 경우에 따라서는. 입력/출력 인터페이스 회로(1005)를 통해 컴퓨터망 또는 프린터 같은 외부 회로로 전송될 수 있다.

CPU(1006)은 표시 장치를 제어하고, 표시 화면 상에 표시될 화상을 생성, 선택 및 편집하는 작업을 수행한다.

예를 들면, CPU(1006)은 제어 신호를 멀티플렉서(1003)로 전송하여, 표시 화면 상에 표시될 화상에 대한 신호를 적절히 선택하고 조합한다. 동시에, CPU는 표시 패널 제어기(1002)에 대한 제어 신호를 발생시켜, 화상표시 주파수, 주사 방법(예컨대, 비월 주사 또는 비비월 주사), 프레임 당 주사선의 수 등에 대한 표시 장치의 동작을 제어한다. 또한, CPU는 화상 데이터와 문자 및 그래픽 데이터를 화상 생성 회로(1007)로 직접 전송하고, 또한 입력/출력 인터페이스 회로(1005)를 통해 외부 컴퓨터 및 메모리를 액세스하여 외부 화상 데이터와 문제 및 그래픽 데이터를 얻는다.

CPU(1006)는 퍼스널 컴퓨터의 CPU 또는 워드 프로세서 같이 데이터를 생성 및 처리하는 작업을 포함하여 표시 장치의 다른 작업에도 관여하도록 설계될 수 있다.

또한, CPU(1006)은 입력/출력 인터페이스 회로(1005)을 통해 외부의 컴퓨터망에접속되어 외부 컴퓨터망과 협력하면서 계산 및 기타 작업들을 수행할 수 있다.

입력 장치(1014)는 오퍼레이터가 입력 장치에 제공한 데이터 및 명령어와 프로그램을 CPU(1006)로 입력하는데 사용된다. 사실상, 입력 장치는 키보드, 마우스, 죠이스틱, 바코드 판독기 및 음성 인식 장치 뿐만 아니라 이들의 결합체 등의 여러 가지 다양한 입력 장치 중에서 선택할 수 있다.

디코더(1004)는 상기 회로(1007 내지 1013)를 통해 입력된 여러 화상 신호를 3원색 신호, 밝기 신호, 그리고 I 및 Q 신호로 역변환하는 회로이다. 디코더(1004)는 신호 변환용의 화상 메모리를 필요로 하는 MUSE 시스템의 신호들과 같이 텔레비젼 신호를 처리하기 위해 제22도에서 점선으로 도시한 화상 메모리를 포함하는 것이 바람직하다.

화상 메모리의 제공으로, 정지 화상의 표시 뿐만 아니라 화상 생성 회로(1007) 및 CPU(1006)와 협동하여 디코더(1004)에서 선택적으로 수행되는 프레임에 대한 솎아냄(thinning out), 보간, 확대, 축소, 합성 및 편집 등의 작업이 용이해진다.

멀티플렉서(1003)는 CPU(1006)가 제공하는 제어 신호에 따라 표시 화면상에 표시될 화상을 적절하게 선택하는데 사용된다. 환언하면, 멀티플렉서(1003)는 디코더(1004)로부터의 변환된 소정의 화상 신호를 선택하여 이를 구동 회로(1001)에 출력한다. 또한, 멀티플렉서는 단일 프레임을 표시하는 시간 주기 내에서 한 집합의 화상 신호로부터 다른 집합의 화상 전환함으로써 표시 화면을 다수의 프레임으로 분할시켜 상이한 신호를 동시에 표시할 수 있다.

표시 패널 제어기(1002)는 CPU(1006)으로부터 전송된 제어 신호에 따라 구동 회로(1001)의 동작을 제어하기 위한 회로이다.

특히, 표시 패널 제어기는 표시 패널의 기본 동작을 규정하기 위해 표시 패널을 구동시키는 전력원(도시되지 안음)의 동작 시퀀스를 제어하기 위한 신호를 구동 회로(1001)에 출력시킨다. 이 제어기는 또한 표시 패널의 구동 모드를 규정하기 위해, 화상 표시 주파수와 주사 방식(예컨대, 비월 주사 또는 비비월 주사)을 제어하기 위한 신호를 구동 회로(1001)에 출력한다. 경우에 따라서는, 이 표시 패널 제어기는 또한 표시 화면 상에 표시되는 화상의 품질을 밝기, 콘트라스트, 색조 및 샤프니스(Sharpness)에 대해 제어하기 위한 신호를 구동 회로(1001)에 출력시킨다. 필요한 경우, 표시 패널 제어기(1002)는 표시되는 화질을 화상의 휘도, 콘트라스트, 색조 및/또는 샤프니스에 대해 제어하는 신호를 구동 회로(1001)에 출력시킨다.

구동 회로(1001)는 표시 패널(201)에 인가되는 구동 신호를 생성하기 위한 회로이다.

구동 회로는 상기 멀티플렉서(1003)로부터 입력되는 화상 신호와 상기 표시 패널 제어기(1002)로부터 입력되는 제어 신호에 따라 동작한다.

본 발명에 따르고 상기한 구성을 가지며 제22도에서 도시된 표시 장치는 표시 패널상에 각종의 화상 데이터 원으로부터 제공되는 각종 화상을 표시할 수 있다. 보다 상세히 기술하자면, 텔레비젼 화상 신호와 같은 화상 신호는 디코더(1004)에 의해 역변환된 후, 멀티플렉서(1003)에 의해 선택되어 구동 회로(1001)에 출력된다. 반면, 표시 패널 제어기(1002)는 표시 패널(201) 상에 표시될 화상에 대한 화상 신호에 따라 구동 회로(1001)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 발생시킨다. 다음에, 구동 회로(1001)는 화상 신호와 제어 신호에 따라 구동 신호를 표시 패널(201)로 공급한다. 따라서, 화상이 표시 패널(201) 상에 표시된다. 상술한 모든 동작은 CPU(1006)에 의해 총괄적으로 제어된다.

상술한 표시 장치는 이 장치에 제공된 다수의 화상 중에서 특정의 화상들을 선택하여 표시할 수 있을 뿐만 아니라, 화상의 확대, 축소, 회전, 엣지 강조, 솎아냄, 보간, 색 변환 및 종횡비의 변경 등을 포함하는 여러 가지 화상 처리 작업과, 화상들의 합성, 소거, 접속, 대체 및 사입하는 등의 편집 작업을 수행할 수 있는데, 이러한 작업들은 디코더(1004)에 포함된 화상 메모리, 화상 생성 회로(1007) 및 CPU(1006)가 이러한 작업에 관여할 때 행해진다. 비록 상기 실시예에서 설명하지는 않았지만, 상기 표기 장치는 음성 신호 처리와 편집 작업 회로를 추가로 구비할 수도 있다.

따라서, 본 발명에 따르며 상술한 구성을 갖는 표시 장치는 산업 및 상업 분양에 폭넓은 응용할 수 있는데, 이것은 표시 장치가 텔레비젼 방송용의 표시 장치, 원격지간 화상 회의용의 단말 장치, 정지 및 동 화상(picture)용의 편집 장치, 컴퓨터 시스템용의 단말 장치, 워드 프로세서 같은 OA장치, 게임기 및 기타 여러 가지로 동작할 수 있기 때문이다.

물론 제18도는 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자는 배치시켜 제조한 전자원이 구비된 표시 패널을 포함하는 표시 장치의 가능한 구성 중 단지 한 예를 도시한 것으로 본 발명이 이것에만 제한되는 것이 아니라는 것은 말할 것도 없다. 예를 들면, 특정의 용도에 따라 제18도 회로 구성 소자 중 일부를 생략할 수 있다.

이와 반대로, 용도에 따라 구성 소자를 부가시킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 표시 장치를 화상 전화에 이용하려면, 텔레비젼 카메라, 마이크로 폰, 발광 장치 및 모뎀을 포함한 송신/수신 회로 같은 부품을 적절하게 부가할 수 있다.

본 발명에 따른 화상 생성 장치는 표면 전도형 전자 방출 소자를 구비한 전자원 자체가 큰 깊이를 필요로 하지 않으므로 매우 평편하게 제조될 수 있다. 또한, 표시 패널은 대형으로 제조할 수 있으며 휘도가 증가되고 시청각을 광각으로 할 수 있으므로 생동감있는 화상을 표시할 수 있다.

상기에서 상세히 기술된 바와 같이, 본 발명은 장기간 동아 전자 방출을 탁월하게 행할 수 있는 전자 방출 소자를 제공한다.

따라서, 대면적을 지니며 대다수의 전자 방출 소자를 구비한 전자원을 제공할 수 있다. 이러한 전자원을 구비한 화상 생성 장치는 휘도가 뛰어나며 고콘트라스트 능력을 갖기 때문에 표시되는 화질을 장기간 동안 현저하게 개선시킬 수 있다.

그러므로, 본 발명에 따르면 선명하고 양호한 콘트라스트의 화상을 표시할 수 있는 대형의 평면 표시 장치를 실현할 수 있다.

Claims (23)

1. 전자 방출 소자에 있어서, 대향 배치된 한 쌍의 소자 전극과, 상기 소자 전극을 전기 접속하며 전자 방출 영역이 일부 형성되어 있는 전도성막을 포함하며, 상기 전도성막은 상기 전도성막의 주성분 물질보다 높은 융점의 금속 산화물을 주성분으로서 함유한 금속 산화물 피복층으로 부분적으로 또는 전체적으로 피복되어 있으며, 또한 탄소, 탄소 화합물 또는 그 혼합물을 포함한 피착층을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속 산화물 피복층은 상기 전도성막 상에 층으로서 형성되며 1nm보다 작지 않으며 20nm보다 크지 않은 두께를 갖는 것으로 특징으로 하는 전자 방출 소자.
3. 제2항에 있어서, 상기 금속 산화물 피복층은 3.5nm보다 작지 않으며 10nm보다 크지 않은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
4. 제1항에 있어서, 상기 금속 산화물 피복층은 금속 원소의 몰비에 대해 10% 내지 50%의 비율로 적어도 상기 전도성막의 물질 공극에 포함되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
5. 상기 금속 산화물 피복층의 주성분인 상기 금속 산화물은 상기 전도성막의 주성분 물질보다 낮은 일 함수를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
6. 제1항에 있어서, 상기 금속 산화물은 상기 전도성막의 주성분 물질이 1.3×10^-3Pa의 증기압을 발생시키는 온도보다 높은 온도에서 상기와 동일한 증기압을 발생시키는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
7. 제1항에 있어서, 상기 금속 산화물은 적어도 Be, Mg, Sr, Ba, Y, La, Th, Ti, Zr, Hf, W, Fe 및 Al 중에서 선택된 금속의 산화물인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
8. 제1항에 있어서, 상기 금속 산화물 피복층은 금속 원소의 몰비에 대해 50%보다 크지 않은 비율로 상기 금속의 카보네이터를 함유하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
9. 전자원에 있어서 기판 상에 배치된 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 다수의 전자 방출 소자와, 상기 전자 방출 소자들을 접속시키는 와이어와, 상기 전자 방출 소자를 구동시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자원.
10. 제9항에 있어서, 상기 기판 상에 배치된 상기 다수의 전자 방출 소자를 하나 또는 다수개 행 포함하는 것을 특징으로 하는 전자원.
11. 제10항에 있어서, 매트릭스 배선 구성을 형성하도록 배선되어 있는 상기 다수의 전자 방출 소자를 다수개 행 포함하는 것을 특징으로 하는 전자원.
12. 제10항에 있어서, 사다리형 배선 구성을 형성하도록 배선되어 있는 상기 다수의 전자 방출 소자를 다수개 행 포함하는 것을 특징으로 하는 전자원.
13. 화상 생성 장치에 있어서, 적어도 제9항에 따른 전자원과 진공 용기 내에 포함된 화상 형성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 화상 부재는 형광체인 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
15. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 전도성막에 금속 알콕사이드 용액을 도포시키는 단계와, 상기 금속 알콕사이드를 열분해 시켜 금속 산화물을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 금속 알콕사이드는 알킬 그룹으로서 이소프로필 그룹, 2급 부틸 그룹 또는 3급 부틸 그룹을 함유하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 금속 알콕사이드는 적어도 Be, Mg, Sr, Ba, Y, La, Th, Ti, Zr, Hf, W, Fe 및 Al 중에서 선택된 금속을 함유하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
18. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법에 있어서, 지방산의 금속염 또는 장쇄 아민/금속 찬물의 랭뮬러-브로드겟[Langmuir-Blodgett(LB)]막을 형성하는 단계와, 상기 LB막을 열분해시켜 금속 산화물을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 지방산의 금속염은 아라키드산 또는 스테아르산의 금속염인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
20. 제18항에 있어서, 상기 장쇄 아민/금속 착물은 옥타데실암모늄-금속 옥살레이트 착물인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
21. 제18항에 있어서, 상기 지방산의 금속염 또는 상기 장쇄 아민/금속 착물은 적어도 Be, Mg, Sr, Ba, Y, La, Th, Ti, Zr, Hf, W, Fe 및 Al 중에서 선택된 금속을 함유하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
22. 제9항에 따른 전자원을 제조하는 방법에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 상기 전도성막에 금속 알콕사이드 용액을 도포하는 단계와, 상기 금속 알콕사이드를 열분해시켜 금속 산화물을 형성하는 단계로 제조되는 것을 특징으로 하는 전자원의 제조 방법.
23. 제13항에 따른 화상 생성 장치를 제조하는 방법에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 상기 전도성막에 금속 알콕사이드 용액을 도포하는 단계와, 상기 금속 알콕사이드를 열분해시켜 금속 산화물을 형성하는 단계로 제조되는 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치의 제조 방법.