KR100238607B1 - 전자 방출 소자, 전자 소오스 및 영상 형성 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

전자 방출 소자는 기판에 형성된 한쌍의 소자 전극, 상기 소자 전극을 서로 연결하는 도전막, 상기 도전막에 형성된 전자 방출 영역을 구비한다. 상기 전자 방출 소자는 (1) 상기 도전막을 생성하기 위한 물질을 함유하는 잉크를 잉크젯(ink-jet) 장치에 의해 하나 또는 그 이상의 방울(drops)의 형태로 상기 기판의 선정된 위치에 인가하는 단계, (2) 상기 인가된 방울을 도전막으로 변화시키기 위해 상기 방울을 건조시키고 베이킹 처리하는 단계, 및 (3) 상기 한쌍의 소자 전극에 전압을 인가하여 상기 도전막에 전류가 흘러 전자 방출 영역을 생성하도록 하는 단계에 의해 제조된다. 상기 단계 (1) 및 (2)는 상기 단계 (1) 및 (2)에 의해 형성된 도전막이 상기 단계 (3)에 의해 발생된 주울(Joule) 열에 의해 전자 방출 영역을 생성하기에 적합한 잠상(latent image)을 가지도록 수행된다.

Description

전자 방출 소자, 전자 소오스 및 영상 형성 장치의 제조 방법

본 발명은 전자 방출 소자(electron-emitting vdevice), 전자 소오스(electron source) 및 전자 소오스를 포함하는 영상 형성 장치(image-forming apparatus)를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 잉크젯(ink-jet) 기법에 의해 상기 장치들을 제조하는 방법에 관한 것이다.

두가지 종류의 전자 방출 소자가 공지되어 있는데, 이들이 바로 열전자 방출형과 냉음극 전자 방출형이다. 이들 중에서, 열음극 방출형은 전계 방출형 (이하, "FE형"이라 함) 및, 금속/절연층/금속형 (이하, "MIN형"이라 함)의 전자 방출 소자 및 표면 도전성 전자 방출 소자를 포함하는 장치를 일컫는 것이다. FE형 장치의 예로는 1956년 "전자 물리의 발전"이란 학술지 8, 89에 W. P. Dyke와 W. W. Dolan에 의해 게재된 "전계 방출"이란 표제의 논문과 1976년 "응용 물리 학회"란 학술지 47, 5248에 C. A. Spindt에 의해 게재된 "몰리브덴 콘을 가진 박막 전계 방출 음극의 물리적 특성"이란 표제의 논문에 제안된 장치를 들 수 있다. MIM 장치의 예로는 1961년 "응용 물리 학회"란 학술지 32, 646에 C. A. Mead에 의해 게재된 "터넬 방출 장치의 동작"이란 표제의 논문을 비롯한 여러 논문에 개시된 것들을 들 수 있다.

표면 도전성 전자 방출 소자의 예를 들면, 1965년 "전파 공학"이란 학술지의 "전자 물리" 제10권, 제1290호에 M. I. Elinson에 의해 제안된 것을 들 수 있다.

표면 도전성 전자 방출 소자는 전류를 필름 표면과 평행으로 흐르게 할 때 기판에 형성된 적은 박막으로부터 전자가 방출된다는 현상을 이용하여 구현된다. Elinson 등은 이러한 종류의 장치에 대해 SnO₂박막을 사용하는 것을 제안한 바 있으며, Au 박막을 사용하는 것은 1972년 G. Dittmer 에 의한 "고상 박막"이란 표제의 논문에서 제안된 바 있다. 한편, In₂O₃/SnO₂박막과 탄소 박막을 사용하는 것은 각각 1975년 IEEE지 ED 회의 519호에 M. Hartwell과 C. G. Fonstad에 의해, 그리고 1983년 "진공"이란 학술지 제26권 제1호 페이지 22에 H. Araki 등에 의해 논의된 바있다.

첨부 도면 중 도 18은 M. Hartwell에 의해 제안된 전형적인 표면 도전성 전자 방출 소자를 개략적으로 도시하고 있다. 도 18에서, 참조 번호 1은 기판을 나타낸다. 참조 번호 4는 스퍼터링 기법에 의해 H형의 얇은 금속 산화막을 생성함으로써 일반적으로 마련되는 도전막을 나타내는데, 이 박막의 일부는 후술하는 바와 같은 "활성화 성형(energization forming)"이라 불리는 전류 전도 처리 공정에 의해 처리되었을 대 전자 방출 영역(5)로 바뀌게 된다. 도 18에서, 한쌍의 소자 전극이 0.5 ~ 1mm의 거리 L만큼 서로 떨어져 있으며, 도전막의 중심 영역은 그 너비 W'가 0.1mm로 되어 있다.

전술한 장치와는 별도로, 본 특허 출원의 출원인은 일본국 특허 공개 제7-235255호에 기재된 바와 같이 서로 다른 제조 단계로 기판 상에 한쌍의 소자 전극과 도전막을 배열함으로써 마련되는 표면 도전성 전자 방출 소자를 제안하였다. 도 19a 및 도 19b는 제안된 표면 도전성 전자 방출 소자를 개략적으로 나타내 주고 있다. 한쌍의 소자 전극(2, 3) 사이에 배열된 도전막은 원하는 방식으로 동작하는 전자 방출 영역을 생성하기 위해 바람직하게는 전자 도전성 미세 입자(fine particles)로부터 만들어진다. 예를 들어, 팔라디움 옥사이드 PdO의 미세 입자로부터 만들어진 필름이 도전막용으로 바람직하게 사용된다.

종래에는, 전자 방출 영역(5)는 장치의 도전막(4)에 "활성화 성형"이라 불리우는 전류 전도 처리를 행함으로써 표면 도전성 전자 방출 소자에서 생성된다. 활성화 성형 공정에서는, 일정한 DC 전압 또는 1V/min의 비율로 서서히 상승하는 Dc 전압이 도전막(4)의 정해진 대향 단부에 인가되어, 필름을 부분적으로 파괴시키고, 변형시키거나 변환시켜 전기적으로 극히 저항성을 띤 전자 방출 영역(5)를 생성하게 된다. 따라서, 전자 방출 영역(5)는 균열(fissure) 또는 틈을 포함하는 도전막(4)의 일부가 되어, 전자가 이 틈과 그 부근에서 방출되게 된다. 표면 도전성 전자 방출 소자는 일단 활성화 성형 처리를 거치게 되면, 장치를 통해 전류가 흐르도록 하기 위해 적절한 전압을 도전막(4)에 인가할 때마다. 그 전자 방출 소자(5)로부터 전자를 방출하게 된다.

그러나, 전자 방출 영역을 생성하는 전술한 활성화 성형 공정에 따르면, 공정을 만족스럽게 조절하기가 힘든데, 특히 도전막의 어디에서 전자 방출 영역이 생성되며 이 전자 방출 영역이 어떤 프로파일을 갖게 되는지의 측면에서 그러하다. 따라서, 다수의 전자 방출 소자가 활성화 성형 공정을 거칠 때, 생성된 전자 방출 영역은 도전막에서의 그 위치와 프로파일이 장치마다 달라지게 된다. 어떤 경우에, 전자 방출 영역은 소자 전극들 사이에서 구불구불한 것과 같은 프로파일을 나타낼 수 있다. 이러한 위치와 프로파일에 있어서의 변화는 장치의 전자 방출 성능에 영향을 주어, 방출 전류 Ie와 전자 방출 효율 (방출 전류 대 장치로 흐르는 전류 If의 비 또는 η = Ie/If)가 장치마다 변할 수 있다.

따라서, 다수의 전자 방출 소자가 영상 형성 장치를 형성하기 위해 기판에 배열되고 균일한 밝기로 만들기 위해 거기에 비디오 신호를 인가할 경우, 전자 방출 소자의 방출 전류는 장치마다 변할 수 있어, 장치의 성능에 손상을 주는 불규칙한 밝기를 갖는 영상이 나오게 된다.

특히, 전자 방출 소자의 전자 방출 영역이 크게 구불구불한 경우, 그 영역으로부터 방출되는 전자 비임의 직경이 확장되어 영상 형성 장치의 형광막 상에 크고 밝은 점(spot)이 생길 수 있다. 따라서, 화소들이 미세하게 정의된 영상을 표시하기 위해 높은 정도로 밀집되어 있는 경우, 구불구불한 형태의 전자 방출 영역을 갖는 전자 방출 소자로부터 방출된 전자 비임은 하나 또는 그 이상의 이웃 화소들을 부분적으로 비추게 되어, 표시된 영상의 품질을 심하게 저하시킬 수 있다.

본 특허 출원의 출원인은 이제까지 전술한 문제점을 피해갈 수 있는 다수의 기법을 제안한 바 있다. 예를 들어, 일본국 특허 공개 제1-112633호는 서로 다른 융점을 갖는 두개의 전자 도전성 부재로 된 도전막을 형성한 후 상기 두개의 서로 다른 전자 도전성 부재의 경계선을 따라 배치된 위치에서 전자 방출 영역을 형성함으로써 전자 방출 소자에서 전자 방출 영역의 위치를 조절하는 방법을 개시하고 있다. 일본국 특허 공개 제2-247940호는 전자 방출 영역을 생성하기 위한 위치에서 스텝 형성 부재(step-forming member)를 배열하고 이 스텝 형성 부재에 스텝을 만들기 위해 도전막을 형성하여, 이 스텝을 따라 전자 도전성 영역이 형성되는 기법을 개시하고 있다. 일본국 특허 공개 제8-96699호는 서로 다른 필름 두께를 가지는 한쌍의 소자 전극을 이용하여 큰 두께를 가지는 소자 전극의 모서리를 따라 전자 방출 영역을 형성하는 기법을 개시하고 있다. 마지막으로, 일본국 특허 공개 제7-325279호는 도전막을 레이저 비임으로 국부적으로 비추어 그 전기 저항성을 높임으로써 이 도전막의 일부의 조성을 변경하고, 이 도전막의 일부를 활성화 성형 기법에 의해 전자 방출 영역으로 환원시키는 기법을 개시하고 있다.

전술한 바와 같이, 전자 방출 영역을 활성화 성형에 의해 생성하는 과정에서 이 전자 방출 영역의 위치와 프로파일을 조절하기 위한 여러가지 방법이 제안된 바있다. 이러한 방법들 모두는 전자 방출 소자의 도전막의 일부를 변경하여, 레이저 비임을 사용하는 것과 같은 특수 목적의 기법이나 장치 상에 프로젝션(projection)을 생성하기 위한 특수 부재 또는 소자 전극의 하나에 형성된 날카로운 모서리를 사용하는 미세 처리 조작에 의해 이 도전막의 일부를 도전막의 나머지 부분과 조성적으로 구별시키도록 되어 있다.

본 발명의 목적은 전자 방출 소자, 다수의 이러한 장치를 포함하는 전자 소오스, 및 그러한 전자 소오스를 사용하는 영상 형성 장치를 적은 수의 제조 공정으로 그리고 낮은 비용으로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 높은 수율로 그리고 대량으로 전자 방출 소자를 제조하고, 다수의 그러한 장치를 포함하는 전자 소오스와 그러한 전자 소오스를 사용하는 영상 형성 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전자 방출에 대해 상당히 균일하게 동작하는 전자 방출 소자를 제조하고, 다수의 그러한 장치를 포함하는 전자 소오스와 그러한 전자 소오스를 이용하는 영상 형성 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전자 방출 영역의 형성을 위치적으로 조절할 수 있는 전자 방출 소자를 제조하는 방법과 다수의 그러한 장치를 포함하는 전자 소오스와 그러한 전자 소오스를 이용하는 영상 형성 장치에 대한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 기판 상에 형성된 한쌍의 소자 전극, 상기 소자 전극을 서로 연결하는 도전막 및 상기 도전막에 형성된 전자 방출 영역을 구비하는 전자 방출 소자를 제조하는 방법을 제공함으로써 전술한 목적이 이루어 지는데, 이 방법은 (1) 상기 도전막을 생성하기 위한 물질을 함유하는 잉크를 잉크젯(ink-jet) 장치에 의해 하나 또는 그 이상의 방울(drops)의 형태로 상기 기판의 선정된 위치에 인가하는 단계, (2) 상기 인가된 방울을 도전막으로 변화시키기 위해 상기 방울을 건조시키고 베이킹 처리하는 단계, 및 (3) 상기 한쌍의 소자 전극에 전압을 인가하여 상기 도전막에 전류가 흘러 전자 방출 영역을 생성하도록 하는 단계를 포함하며, 상기 단계 (1) 및 (2)는 상기 단계 (1) 및 (2)에 의해 형성된 도전막이 상기 단계 (3)에 의해 발생된 주울(Joule) 열에 의해 전자 방출 영역을 생성하기에 적합한 잠복성(latent)영상을 가지도록 수행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 기판 상에 형성된 한쌍의 소자 전극, 상기 소자 전극을 서로 연결하는 도전막 및 상기 도전막에 형성된 전자 방출 영역을 구비하는 전자 방출 소자를 제조하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 상기 도전막의 물질을 함유하는 용액을 잉크젯(ink-jet) 시스템에 의해 방울들(drops)의 형태로 상기 소자 전극을 서로 연결하는 영역에 인가함으로써 전자 방출 영역을 형성하기 위하여 도전막을 생성하는 단계, 및 전자 방출 영역을 형성하기 위하여 상기 도전막에 전자 방출 영역을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 전자 도전성 영역에 대한 상기 전자 방출 영역의 잠상이 잉크젯 시스템에 의해 상기 용액을 인가하는 상기 단계를 수행하는 동안 상기 도전막에서 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 기판; 한쌍의 마주 보는 소자 전극, 상기 소자 전극을 서로 연결하는 도전막 및 상기 도전막의 영역에 형성된 전자 방출 영역을 각각 구비하고 상기 기판에 배열되어 있는 다수의 전자 방출 소자; 및 상기 전자 방출 소자를 서로 연결하는 도선을 포함하는 전자 소오스를 제조하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 상기 전자 방출 소자가 전술한 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 한쌍의 마주 보는 소자 전극, 상기 소자 전극을 서로 연결하는 도전막 및 상기 도전막의 영역에 형성된 전자 방출 영역을 각각 구비하는 다수의 전자 방출 소자 및 상기 전자 방출 소자를 기판 상에서 서로 연결하는 도선을 배열함으로써 마련되는 전자 소오스; 및 상기 전자 소오스로부터 방출되는 전자 비임으로 비추어졌을 때 빛을 방출하도록 된 영상 형성 부재를 포함하고, 상기 전자 소오스와 상기 영상 형성 부재는 진공 엔벨로프(vacuum envelope)에 배열되어 있는 영상 형성 장치를 제조하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 상기 전자 소오스가 전술한 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전자 방출 소자에 있어서 전자 방출 영역의 형성 위치를 제어하기 위하여 잉크젯 시스템의 몇가지 장점을 이용한다.

하나 이상의 전자 방출 소자를 포함하는 제품의 제조 방법은 원가 절감이라는 측면에서 양호하게는 정밀 처리 동작(fine processing operation)을 채용하지 않는다. 예를 들어, 포토리소그래피(photolithography)와 같이 원하는 프로파일을 가지는 도전막을 생산하기 위하여 정밀 처리 기법을 사용하는 공지의 패턴화 동작은 잉크젯 장치에 의해 도전막의 전구체(precursor)를 포함하는 용액을 기판에 가하고 그후 이 인가된 물질을 건조시키고 가열하는 동작에 의해 대신할 수 있다. 그러나, 전자 방출 영역의 정확한 위치를 제어하기 위하여 잉크젯 장치의 사용이 정밀 처리 동작을 사용하면, 잉크젯 시스템의 장점을 잃게 될 수 있다. 더구나, 소자 전극 및 배선이 인쇄 또는 잉크젯 장치에 의해 전자 방출 소자 내에 형성될 수 있지만, 정밀 처리 동작의 경우와는 달리 이러한 기법에 의해서는 날카로운 모서리를 거의 만들 수 없다.

전술한 바와 같이, 전자 방출 영역의 형성 위치를 제어하는 공지의 어떠한 기법도 잉크젯 장치에 의하여 전자 방출 소자를 제조하는 방법에 적합하게 사용될 수 없다.

따라서, 전자 방출 소자에서 도전막, 소자 전극 및 배선을 제조하는 방법에 사용될 수 있는 전자 방출 소자에 있어서 전자 방출 영역의 형성 위치를 제어하는 방법에 대한 요청이 있었다.

이는 잉크젯 장치에 의해 큰 기판위에 다수의 전자 방출 소자를 배열함으로써 전자 소오스를 제조하는 분야에서 특히 두드러지게 요청되는데, 이는 이 제조 방법이 포토리소그래피를 사용한 패턴화 방법(patterning method)에 비해 공정의 수와 제조에 요구되는 설비의 측면에서 월등하기 때문이다. 본 발명은 이와 같은 견지에 기초하여 얻어진 것이다. 본 발명에 따르면, 잉크젯 장치에 의해 기판에 필름의 액상 물질을 한 방울 또는 그 이상을 인가함으로써 도전막을 제조하는 방법이 제공된다. 여기서 전자 방출 영역의 형성 위치를 제어하기 위하여 전자 방출 영역의 "잠상(latent image)"이 전술한 활성화 성형 처리(energization forming process)에 의해 형성된다.

기판에 인가된 이 방울은 전형적으로는 실질적으로 원형인 도전막을 형성한다. 이 원형 도전막 또는 금속 화합물인 그 전구체를 본 명세서에는 "도트(dot)"이라고 부른다. 도트는 한 방울 또는 여러 방울을 동일한 지점에 반복적으로 가하여 형성될 수 있다.

도21a 및 도21b는 본 발명의 목적을 위해 잉크젯 장치에 사용될 수 있는 두개의 다른 잉크젯 헤드(41)을 개략적으로 예시한 것이다. 이 헤드는 버블젯(BJ)에 특별히 적응되어 있다. 도21a는 하나의 방출 노즐(44)을 가지는 헤드를 도시한 것이며, 도21b는 가로로 배열된 다수의 방출 노즐(44)을 가지는 헤드를 도시한 것이다.

도전막 물질의 용액은 순간적으로 버블을 발생시키기 위하여 노즐(44)에 앞서 용액 도관(43)을 따라 배열된 가열기(42)에 의해 가열되는데, 이는 주어진 양의 물질 용액이 방울의 형태로 노즐로부터 방출되도록 만든다. 이 방울 각각의 무게는 수 나노그램으로부터 수십 나노그램이다.

선택적으로, 압전 소자의 변형 효과를 사용하여 용액의 방울을 방출시키는 피에조젯(piezo-zet) 시스템이 본 발명의 목적을 위해 사용될 수 있다.

도21a 및 도 21b에서, 참조 번호(45)는 헤드(41)에 물질 용액을 계속적으로 공급하기 위한 용액 저장 탱크(도시되지 않음)에 연결된 용액 공급 파이프를 나타낸다.

본 발명은 잉크젯 시스템에 의하여 전자 방출 소자 상에 도전막을 형성하기 위한 몇가지 다른 방법을 제공하는데, 이하 이를 설명한다.

본 발명의 제1 특징에 따르면, 소자 전극 쌍을 연결하고 여러가지 필름 두께를 가지는 도전막을 제조하기 위하여 다수의 도트들이 형성되어 비교적 작은 두께를 가지는 필름의 영역이 전자 방출 영역의 잠상으로 사용될 수 있도록 한다.

잠상은 도1a, 도1b, 도2a 및 도2b에 도시한 바와 같이 소자 전극 중의 어느 하나에 가깝게 배치될 수 있으며, 또는 도3a 및 도3b에 도시한 바와 같이 소자 전극 사이의 간극 중앙에 배치될 수도 있다.

여러가지 필름 두께를 가지는 도전막은 동일한 지점에 물질 용액의 방울을 가하는 횟수를 제어하거나 필름 형성 금속 화합물의 농도를 변화시킨 물질 용액의 방울을 가함으로써 형성될 수 있다.

농도가 동일한 필름 형성 금속 화합물의 방울들이 여러가지 필름 두께를 가지는 도전막에 대한 도2a의 도트(4-1 또는 4-2)를 형성하기 위하여 계속적으로 인가될 수 있지만, 도1a의 도트(4-1 및 4-2)에 의해 나타낸 서로 다른 농도를 가지는 방울들은 계속적으로 인가되어서는 안된다. 후자의 경우, 한 방울을 인가하여 도트(4-1 또는 4-2)를 형성하고, 이 도트의 방울을 건조시키거나 베이킹 처리(baking process)한 후에, 다른 하나의 도트는 나머지 한 방울을 인가하여 형성할 필요가 있다. 그 이유는 만약 두개의 서로 다른 농도를 가지는 방울이 앞의 방울이 충분히 건조되기 전에 연이어 인가되면, 이 두개의 방울이 서로 혼합되어 잠상을 만드는 물체를 손상시킬 수 있다. 또한, 서로 다른 농도를 가지는 방울들이 혼합되지 않도록 해야 한다는 이 원칙은 후술하는 모든 경우에 적용된다.

본 발명의 제2 특징에 따르면, 전자 방출 영역은 활성화 성형에 따른 도트의 프로파일로부터 생기는 전류 밀도의 차이를 사용함으로써 위치가 제어된다. 본 발명의 이 특징에 따라서, 소자 전극을 나누는 간극의 정중앙에 도트의 중심이 위치하도록 형성되지 않고, 소자 전극의 어느 한쪽에 치우치게 된다. 따라서, 도4a 및 도4b에 도시한 바와 같이, 도전막은 한 소자 전극의 모서리를 다른 한 소자 전극의 해당 모서리보다 더 많이 덮게 된다. 이 배열에 따르면, 필름이 적게 덮인 모서리가 필름이 더 많이 덮인 모서리보다 활성화 성형 처리에서 더 큰 전류 밀도를 가지므로 전자 방출 영역은 필름이 적게 덮인 모서리를 따라 형성되기 쉽다. 도전막의 필름 두께의 분포 패턴이 여러가지 파라미터에 관계되기 때문에 단순한 방식으로 정의될 수는 없지만, 적절하게 선택된 환경하에서 필름은 도트의 중앙부에서 더 두꺼우며 주변 영역에서는 보다 얇다. 따라서, 전자 방출 영역의 위치상의 배치는 이 도트 형성 처리를 위해 적합한 조건을 선택함으로써 정확하게 제어될 수 있다.

일련의 사전 연구 결과, 도전막이 소자 전극의 해당 모서리에서 다음 관계를 만족하는 넓이를 가진다면 전자 방출 소자의 전자 방출 영역이 쌍을 이루고 있는 소자 전극의 어느 한 전극을 따라 확실히 형성될 수 있다는 것을 알았다.

(w₁/w₂)≥2

여기서 w₁및 w₂는 소자 전극(2 및 3)의 해당 모서리에서의 도전막의 넓이를 나타낸다.

복수의 부분적으로 겹치는 도트들이 모서리를 따라 형성되는 경우, 필름이 덮인 정도가 소자 전극의 대향하게 위치한 모서리 사이에서 중대한 차이를 나타내지 않을 수도 있으나, 전자 방출 영역을 이 모서리의 어느 하나를 따라 형성하는 효과는 도트들이 겹친 영역들을 적절히 구별함으로써 실현될 수 있다.

본 발명의 제3 특징에 따르면, 전자 방출 영역은 전자 전도성 필름의 일부의 비저항을 증가시키고 비교적 큰 비저항을 가지는 그 부분을 잠상을 만드는데 사용함으로써 그 위치가 제어된다.

비교적 큰 비저항을 가지는 부분을 만드는 데 사용될 수 있는 기법으로는 산화되기 어려운 금속의 도트와 산화되기 쉬운 금속 산화물의 도트를 만들기 위해 산화되기 어려운 금속 용액의 방울과 산화되기 쉬운 금속 용액의 방울을 인가하는 방법, 열 분해 처리를 적절히 제어함으로써 금속과 금속 산화물의 도트를 만들기 위하여 동일한 금속의 열 분해도가 서로 다른 두 용액 방울을 인가하는 방법, 및 두 금속의 어느 것보다도 큰 비저항을 가지는 금속 합금이 영역에 생성되도록 부분적으로 중첩된 도트들을 생성하기 위하여 두개의 서로 다른 금속의 서로 다른 두개의 용액의 방울을 인가하는 방법 (예컨대, Ni 및 Cr의 도트가 겹치는 영역에서 Ni과 Cr보다 더큰 비저항을 가지는 니켈과 크롬의 합금 즉 니크롬을 만들수 있다)이 있다.

이하, 필름 두께 또는 필름 넓이를 감소시킴으로써 활성화 성형 처리에서 전자 방출 영역을 만들기 쉽도록 한 도전막의 영역은 "구조적 잠상(structural latent image)"이라고 부른다. 여기서 비저항을 증가시킴으로써 활성화 성형 처리에서 전자 방출 영역을 형성하기 쉽도록 한 도전막의 영역은 "조성적 잠상(compositional latent image)"이라고 부른다.

공지의 정밀 처리 기술을 사용하는 패턴화 처리에 의해 도전막의 일부를 잠상과 같이 나타나도록 만들 수 있으나, 본 발명에 따른 방법은 이 공지의 패턴화 처리에 비해 간단하며 공정의 수와 잠상을 만들기 위한 설비의 측면에서 비용이 적게 드는 이외에도 다음의 장점을 가진다.

본 발명의 제1 특징에 따라 도전막에 전자 방출 영역을 형성하기 위하여 기판 상의 도트들의 두께를 구별하는 동작 또는 본 발명의 제3 특징에 따라 도전막에 전자 방출 영역을 형성하기 위하여 다른 물질의 용액들의 방울을 인가하는 동작을 위해 정밀 처리를 수반하는 공지의 패턴화 기법이 사용되는 경우, 도전막의 일부 또는 전구체의 필름의 일부는 먼저 패턴화 처리를 받아야 하며, 이어서 리프트오프(lift-off) 처리를 위한 마스크를 그 위에 형성시키거나 그 위에 부가적으로 형성된 필름의 패턴화를 위해 에칭 처리가 수행되어야 한다. 전술한 일련의 동작이 성공적으로 수행되기 위해서는, 제1 필름이 기판에 매우 견고히 부착되어야 하며 제1 필름층 위에 형성된 제2 필름층이 선택적으로 에칭되어야 하는 것을 포함하는 다수의 요구사항이 충족되어야 하는데, 이는 도전막의 물질에 많은 제약을 준다. 이에 반하여, 본 발명에 따른 잉크젯 장치를 사용하는 방법은 이와 같은 제약을 받지 않으며 따라서 다양한 물질을 사용할 수 있게 해준다. 다시 말하면, 본 발명에 다른 방법은 도전막으로서 다양한 물질들의 조합에 적용가능하다.

제1a도 및 제1b도는 본 발명을 적용함으로써 구현되는 제1 전자 방출 소자의 개략도.

제2a도 및 제2b도는 본 발명을 적용함으로써 구현되는 제2 전자 방출 소자의 개략도.

제3a도 및 제3b도는 본 발명을 적용함으로써 구현되는 제3 전자 방출 소자의 개략도.

제4a도 및 제4b도는 본 발명을 적용함으로써 구현되는 제4 전자 방출 소자의 개략도.

제5a도 및 제5b도는 본 발명을 적용함으로써 구현되는 제5 전자 방출 소자의 개략도.

제6a도 및 제6b도는 본 발명을 적용함으로써 구현되는 제6 전자 방출 소자의 개략도.

제7a도 및 제7b도는 본 발명을 위한 활성화 성형에 사용될 수 있는 두 개의 서로 다른 펄스 전압 파형을 도시하는 그래프.

제8도는 본 발명의 방법에 의해 제조되는 전자 방출 소자의 전자 방출 성능을 평가하기 위해 사용될 측정 시스템(guaging system)을 개략적으로 도시한 도면.

제9도는 장치 전압Vf와 본 발명의 방법에 의해 제조되는 전자 방출 소자를 통해 흐르는 전류 If간의 관계와 장치 전압 Vf와 장치의 방출 전류 Ie 간의 관계를 함께 도시한 그래프.

제10도는 본 발명을 적용함으로써 구현되는 제1 전자 소오스의 개략도.

제11도는 제10도의 전자 소오스를 포함하는 영상 형성 장치를 개략적으로 부분 절개하여 도시한 사시도.

제12a도 및 제12b도는 본 발명을 적용함으로써 구현되는 영상 형성 장치 용으로 사용될 수 있는 형광막의 두개의 가능한 설계도.

제13도는 본 발명을 적용함으로써 영상 형성 장치를 제조하기 위한 진공 장치에 대한 개략적인 블록도.

제14도는 제10도의 전자 소오스를 활성화 성형 공정을 수행하기 위한 전원에 연결하기 위한 회로도.

제15도는 본 발명의 방법에 의해 제조되고 NTSC 신호와 맞는 영상 형성 장치를 구동하기 위해 사용될 수 있는 구동 회로의 회로도.

제16도는 본 발명을 적용함으로써 구현되는 제2 전자 소오스의 개략도.

제17도는 제16도의 전자 소오스를 포함하는 영상 형성 장치를 개략적으로 부분 절개하여 도시한 사시도.

제18도는 공지의 전자 방출 소자의 개략도.

제19a도 및 제19b도는 다른 공지의 전자 방출 소자의 개략도.

제20a도 내지 제20g도는 본 발명에 따라 전자 방출 소자를 제조하는 방법의 다양한 관계들을 도시하는 개략도.

제21a도 및 제21b도는 본 발명의 목적으로 사용될 수 있는 두개의 서로 다른 버블젯 헤드의 개략도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 기판 2, 3 : 소자 전극

4-1, 4-2 : 도트 5 : 전자 방출 영역

이하, 본 발명에 따른 방법을 사용하여 구현되는 전자 방출 소자를 예시하는 도1a 및 도1b 내지 도6a 및 도6b를 참조하여 본 발명을 설명한다.

도1a 및 도1b를 참조하면, 소자는 기판(1), 한 쌍의 소자 전극(2 및 3), 도전막(4(4-1 또는 4-2))와 전자 방출 영역(5)을 포함한다.

기판(1)로서 사용될 수 있는 물질로는 수정 유리(quartz glass), 낮은 레벨의 농도로 Na와 같은 불순물을 포함하는 유리, 소다 석회 유리, 스퍼터링에 의해 소다 석회 유리 상에 SiO₂층을 형성함으로써 실현되는 유리 기판 및 Si 기판은 물론이고 알루미늄과 같은 세라믹 물질을 들 수 있다.

대향하여 위치하는 소자 전극(2 및 3)이 임의의 전도성이 높은 물질로 만들어질 수 있지만, 양호한 후보 물질로는 Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu 및 Pd와 같은 금속 및 이들의 합금, Pd, Ag, Au, RuO₂, Pd-Ag와 유리로부터 선택된 금속 또는 금속 산화물로 만들어진 인쇄가능한 전도성 물질, In₂O₃-SnO₂와 같은 투명한 도전성 물질 및 폴리실리콘과 같은 반도체 물질을 도전성 물질 및 폴리실리콘과 같은 반도체 물질을 들 수 있다. 본 발명에 따른 표면 도전 전자 방출 소자(surface conduction electron-emitting device)를 지정하기 위하여 소자 전극을 분리하는 간격 L, 소자 전극의 길이 W, 및 기타의 인자들은 소자의 응용에 따라 결정될 수 있다. 소자 전극을 분리하는 간격 L은 양호하게는 수백 nm와 수백 ㎛ 사이이며, 더욱 양호하게는 수 ㎛ 와 수십 ㎛ 사이이다.

본 발명에 따른 표면 도전 전자 방출 소자는 도1a 및 도1b에 도시한 것과 다른 구성을 가질 수 있으며, 선택적으로는 도전막(4)와 기판(1)위에 대향하여 위치한 소자 전극(2 및 3)을 순서대로 적층함으로써 만들어질 수 있다.

도전막(4)는 양호하게는 우수한 전자 방출 특성을 제공하기 위하여 미세 입자(fine particles)들로 이루어진다. 도전막(4)의 두께는 기타 인자는 물론이고 소자 전극(2 및 3) 위를 도전막이 덮은 단계적 정도, 소자 전극(2 및 3) 사이의 전기 저항 및 후술하는 활성화 성형 처리를 위한 파라미터의 함수이며, 양호하게는 수백 pm와 수백 nm 사이이며 더욱 양호하게는 1 nm와 50 nm 사이이다. 도전막의 나머지 부분과 구분되는 필름 두께를 가지는 도전막의 일부에 구조적 잠상이 형성되는 경우, 그 부분의 필름 두께는 도전막의 다른 부분보다 작도록 만들어져야 하며, 동시에 앞에서 정의한 최저 한계값보다는 클 수 있어야 한다. 도전막(4)는 정규적으로 10²과 10⁷Ω/� 사이의 시트 저항 Rs를 보이는데, 여기서 Rs는 식 R=Rs(1/w)에 의해 정의되며, R은 두께 t, 넓이 w, 및 길이 1을 가지는 필름의 전기 저항이다. 필름의 비저항 ρ가 일정하여 필름에서의 위치에 따라 변하지 않는다면 Rs=ρ/t이다.

본 발명에 따른 전술한 임의의 방법에서, 잠상의 Rs는 본 발명의 제2 특징에 따른 방법 (비록 Rs가 잠상에서 본 발명의 제2 특징에 따른 방법을 위한 도전막의 다른 부분보다 클 수 있지만) 을 제외하고는, 도전막의 다른 부분보다 클 필요가 있으며 앞에서 정의한 최대 한계 값보다도 클 수 있다.

본 발명의 목적을 위해, 도전막(4)로서 사용될 수 있는 물질로는 Pd, Pt, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W 및 Pd와 같은 금속과 PdO, SnO₂, In₂O₃, PbO 및 Sb₂O₃와 같은 금속 산화물이 포함된다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "미세 입자 필름(fine particle film)"은 (소정의 조건 하에 섬구조(island structure)를 형성하기 위해) 분산될 수 있으며, 견고하게 배열되거나 서로 임의로 중첩된 다수의 미세 입자들로 이루어진 얇은 필름을 말한다. 본 발명이 목적을 위해 사용되는 미세 입자의 지름은 수백 pm과 수백 nm의 사이이며, 양호하게는 1 nm와 20 nm의 사이이다.

"미세 입자"라는 용어가 본 명세서에서 자주 사용되므로, 이하 이를 상세히 설명한다.

작은 입자를 "미세 입자"라고 부르며, 미세 입자보다 작은 입자는 "초미세 입자(ultrafine particle)"라고 부른다. "초미세 입자"보다 작으며 수백개의 원자로 이루어진 입자는 "군(cluster)"이라고 부른다.

그러나, 이러한 정의는 엄밀한 것이 아니며 각 용어의 범위의 취급되는 입자의 특정 태양에 따라 변화될 수 있다. "초미세 입자"도 본 특허 출원의 경우에 단지 "미세 입자"로서 부른다.

"실험 물리 과정 제14번 : 표면/미세 입자(The Experimental Physics Course No. 14 : Surface/Fine Particle)" (코레오 키노시타; 쿄리츠 출판, 1986년 9월 1일)는 다음과 같이 기술하고 있다.

"여기서 미세 입자는 2 내지 3㎛와 10nm의 사이의 지름을 가지는 입자를 말하며, 초미세 입자는 여기서 10nm와 2 내지 3nm 사이의 지름을 가지는 입자를 의미한다. 그러나, 이러한 정의는 전혀 엄밀한 것이 아니며 초미세 입자도 단순히 미세 입자라고 부를 수 있다. 따라서, 이러한 정의는 대략적인 것에 지나지 않는다. 2개 내지 수백 개의 원자로서 구성된 입자는 군이라고 부른다." (전갈서 p125, 제22-26행)

또한, 신기술 개발사(New Tehnology Development Corporation)의 "하야시의 초미세 입자 프로젝트(Ultrafine Particle Project)"는 입자 크기에 대한 보다 작은 최소 한계를 가지고 "초미세 입자"를 다음과 같이 정의한다.

"창조적 과학 및 기술 진흥 체계(the Creative Science and Technology Promoting Scheme) 하의 초미세 입자 프로젝트 (1981-1986)은 초미세 입자를 대략 1과 100nm 사이의 지름을 가지는 입자로서 정의한다. 이것은 초미세 입자가 대략 100 내지 10⁸개의 원자들의 덩어리인 것을 의미한다. 원자의 견지에서, 초미세 입자는 크거나 거대한 입자이다." (초미세 입자 - 창조적 과학 및 기술 : 치카라 하야시, 료지 우에다, 아키라 타자키 ; 마이타 출판, 1988, p2, 제1-4행) "초미세 입자보다 작으며 수개 내지 수백개의 원자로 이루어진 입자를 군이라고 부른다" (전갈서, p.2, 제12-13행)

전술한 일반적인 정의를 고려해보면, 본 명세서에서 사용되는 "미세 입자"라는 용어는 다수의 원자들의 덩어리 및/또는 수백 pm과 1 nm 사이에 최저 한계를 가지며 수 ㎛의 최대 한계를 가지는 지름의 분자를 의미한다.

비록 성능이 그 두께, 도전막(4)의 질(quality)과 물질, 및 이하 설명하는 활성화 성형 처리에 따라 변화되기는 하지만, 전자 방출 영역(5)는 도전막(4)의 일부에 형성되며 높은 저항의 전기적 균열을 포함한다. 전자 방출 영역(5)는 도전막(4)의 물질의 원소 전부 또는 일부를 포함할 수 있는 수백 pm 및 수십 nm 사이의 지름을 가지는 도전성 미세 입자를 내부에 포함할 수 있다. 또한, 전자 방출 영역(5)와 도전막(4)의 주변 영역은 탄소 또는 하나 또는 그 이상의 탄소 화합물을 포함할 수 있다.

이하, 다른 구성을 가지는 전자 방출 소자를 예시한 도1a 내지 6b와 전자 방출 소자를 제조하는 단계를 예시하는 도20a 내지 도20g를 참조하여 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법을 설명한다.

1) 세제와 순수(pure water)로 기판(1)을 철저히 세척한 후, 전극 쌍(2 및 3)을 기판 위에 형성한다 (도20b). 소자 전극을 만들기 위해 사용될 수 있는 방법으로서는 페이스트 상태의(pasty) 도전성 물질을 인쇄에 의해 기판에 가하여 원하는 프로파일을 만들어 굽는 방법, 금속 화합물의 용액을 잉크젯 장치에 의해 기판에 인가하여 원하는 프로파일을 만들고 가열하여 도전성 물질로 만드는 방법 및 진공 증착, 스퍼터링 등으로부터 선택된 적절한 기법에 의해 소자 전극을 위해 기판 상의 물질을 부착시키고 여기에 선정된 프로파일을 전형적으로는 포토리소그래피에 의해 부여하는 방법등이 있다. 이들 방법의 그 어느 것도 제조되는 소자의 응용과 기타 고려사항에 따라 선택적으로 사용될 수 있다.

2) 그 후, 도전막을 위한 물질은 잉크젯 장치와 같은 적절한 방울 인가 수단에 의해 하나 또는 그 이상의 방울로 된 물질의 형태로 기판에 가해진다 (하나 또는 그 이상의 방울로서 인가되는 물질을 본 명세서에서는 "도전막 형성 잉크"라고 부른다). 도전막 형성 잉크는 방울 인가 수단에 의해 기판에 인가될 수만 있다면 어떤 형태로든 사용될 수 있지만, 앞에서 열거한 금속 중의 하나 또는 금속 화합물의 용액(용매로서 물 또는 유기 용매를 사용하여) 과 같이 도전성 금속의 미세 입자를 포함하는 분산되기 쉬운 용액이 양호하게는 사용된다.

도전막이 금속, 합금 또는 금속 화합물로 만들어지는 경우, 비록 함유율의 적절한 범위가 사용한 금속 또는 금속 화합물의 유형에 따라 변화할 수 있지만, 도전막 형성 잉크의 금속 함유율은 양호하게는 0.01과 5 중량 % 사이가 된다. 함유율이 너무 낮은 경우, 원하는 필름 두께를 가지는 도전막을 생성하기 위해서는 다수의 잉크 방울이 기판에 인가되어야 하며, 결과적으로 긴 작동 시간을 소요하며 원하는 프로파일을 가지는 도전막을 생성하는 것을 어렵게 만든다. 함유율이 너무 높은 경우, 생성된 도전막은 균일하지 않은 필름 두께를 나타낼 수 있으며 소자의 전자 방출 성능의 정확한 제어를 어렵게 만든다.

우선, 구조적 잠상을 형성하는데 사용될 수 있는 기법을 설명한다.

도1a 및 도1b는 서로 부분적으로 중첩되는 서로 다른 필름 두께를 가지는 한 쌍의 도트의 형태로 구현된 도전막을 개략적으로 도시한 것이다. 더욱 두꺼운 필름 두께를 가지는 도트가 더 높은 금속 함유율을 가지는 잉크로부터 생성될 수 있도록 서로 다른 금속 함유율을 가지는 두개의 도전막 형성 잉크가 사용될 수 있다. 선택적으로, 이 도트들의 필름 두께는 동일한 잉크 방울을 인가하는 횟수를 다르게 함으로써 구분될 수 있다.

도20c 내지 도20e의 제조 단계는 도1a 및 도1b의 소자에 해당한다. 더 높은 금속 함유율을 가지는 잉크 방울(46-1)은 잉크젯 장치의 방출 노즐(44)로부터 소자 전극 중의 어느 하나를 부분적으로 덮도록 기판이나 소자 전극(2)로 방출된다 (도20c). 그런 다음, 이 방울은 구워져서 보다 두꺼운 필름 두께를 가지는 도전막의 도트(4-1)을 형성한다 (도20d).

이어서, 보다 낮은 금속 함유율을 가지는 잉크 방울(46-2)가 다른 소자 전극을 부분적으로 덮도록 기판9도20e)이나 소자 전극(3)으로 방출되어 이전의 방울(4-1)과 중첩된다 (도20f). 그러나, 잉크의 종류에 따라서는 개시 단계에서 첫번째 방울을 굽지 않고 건조시키기만 하고 두번째 방울을 인가한 후에 구워서 도전막을 형성할 수도 있다.

서로 다른 금속 함유율을 가지는 잉크를 인가하는 상기 과정은 본 발명의 기타 임의의 기법에 대해서도 적용할 수 있다.

도1a 및 도1b를 참조하면, 소자 전극(3)에 근접하여 위치한 도트는 보다 작은 필름 두께를 가지며, 전자 방출 영역 또는 구조적 잠상은 여기에 특히 도전막과 소자 전극의 두께의 비의 경우 작은 필름 두께를 나타내는 소자 전극(3)의 해당 모서리를 따른 영역 또는 이에 가까운 영역에 쉽게 형성될 수 있다. 도2a 및 도2b의 배열은 도1a 및 도1b의 배열과 유사하며 도전막이 넓은 폭을 나타내도록 형성된다는 점에서만 차이가 있다.

전자 방출 영역의 위치를 두꺼운 필름 부분과 얇은 필름 부분 사이의 필름 두께의 차이의 함수로서 제어하는 것에 대한 사전 연구 결과, 두꺼운 필름 부분이 얇은 필름 부분보다 두배 이상 두꺼운 필름 두께를 가지는 경우에 전자 방출 영역의 위치가 엄밀하게 제어될 수 있다는 것을 알았다. 그러나, 물질 및 기판의 프로파일, 소자 전극 및 도전막에 따라 2 : 1 보다 작은 비로서도 영역의 위치를 제어할 수 있기 때문에 상기한 차이가 전자 방출 영역의 제어에 대한 절대적인 조건인 것은 아니다.

도3a 및 도3b는 소자 전극을 분리하는 간극의 중앙선을 따라 배열된 작은 필름 두께의 도트를 가지는 전자 방출 소자를 도시한 것이다. 전술한 기법에 의해 도트를 형성할 수 있다.

도4a 및 도4b는 소자 전극을 분리하는 간극의 중앙선으로부터 소자 전극(2)쪽으로 그 중심이 편이된 비교적 큰 도트를 가지는 전자 방출 소자를 도시한 것이다. 도전막의 도트가 소자 전극(3)의 관련 모서리를 따라 작은 넓이를 가지므로, 전자 방출 영역은 이 모서리를 따라 형성될 가능성이 크다. 이 도트가 반지름 R을 가지며, 소자 전극을 분리하는 간극은 L이고, 도트의 중앙부는 소자 전극을 분리하는 간극의 중앙선으로부터 δL만큼 편이되어 있다고 하면, 소자 전극(2)의 관련 모서리를 따른 도전막의 넓이 w₁와 소자 전극(3)의 해당 모서리를 따른 도전막의 넓이 w₂는 다음 식과 같이 표현된다.

전자 방출 영역을 소자 전극(3)의 모서리를 따라 확실히 만들기 위한 조건은 (w₁/w₂)2이며, 다음 식과 같이 표현될 수 있다.

따라서, 상기 조건을 만족시키는 값이 δL로서 선택되어야 한다.

다수의 도트들이 소자 전극을 연결하는 선을 따라 부분적으로 중첩되는 방식으로 수직으로 배열되는 경우, 한쌍의 도트에 대해 상기 조건을 만족시키는 값이 δL로서 선택되어야 한다.

이하, 조성적 잠상을 형성하기 위해 사용될 수 있는 기법을 설명한다.

도5a 및 도5b는 소자 전극의 쌍을 연결하는 선을 따라 배열된 다수의 도트의 형태로 구현된 도전막을 개략적으로 도시한 것이다. 여기에서 도트들은 베이킹 처리 후에 도전막의 비교적 낮은 저항 부분(4-1)과 비교적 높은 저항 부분(4-2)이 된다. 전술한 바와 같이, 두 부분의 저항을 달리하기 위하여 여러가지 기법이 사용될 수 있다.

첫번째 기법에 따르면, 산화되기 어려운 금속을 함유하는 도전막 형성 잉크와 쉽게 산화되는 금속을 함유하는 잉크를 형성하는 도전막 형성 잉크를 사용하여 산화되기 어려운 금속으로 형성된 도전부(4-1) 및 산화되기 쉬운 금속의 산화물인 도전부(4-2)를 형성함으로써 도트를 형성한다. 예를들어, 산화되기 어려운 금속으로서 Pt, 산화되기 쉬운 금속으로서 Pd가 각각 선택되어 금속 Pt와 Pd의 산화물, 즉 PdO을 함유하는 도전막을 형성할 수 있다. 각각의 금속의 화합물을 포함하는 도전막 형성 잉크를 사용하여 도트가 형성될 수 있고, 금속 화합물은 이후에 산화성 대기 내에서 금속 및 금속 산화물로 열분해될 수 있다. 한편, 산화 용이한 금속이 Pd인 경우에, Pd 화합물은 산화성 대기 내에서 열분해되어 금속 Pd를 형성하고, 이는 이후에 산화 대기 내에서 열처리되어 PdO를 형성한다.

제2의 기법에 따르면, 각각 상이한 열분해 온도를 가지는 공통 금속의 상이한 화합물을 함유하는 도전막 형성 잉크가 사용되고 적절한 조건하에서 열처리되어 금속 및 금속의 산화물이 형성된다. 연장된 기간동안 열처리가 행하여지면 모든 잉크가 금속 산화물을 생성시키지만, 적절한 가열 조건을 선택하면 낮은 열분해 온도를 가진 금속 화합물이 금속 산화물로 변환되고 다른 화합물은 금속을 생성하도록 처리되고 생성된 금속이 산화되기 이전에 열처리가 종료될 수 있다.

제3의 기법에 따르면(장치의 형상이 도5a및 5b와 상이함), 환원제가 잉크젯 장치에 의하여 미리 소자 전극을 분리시키는 간극의 일부, 예를들어 소자 전극에 가까운 위치에 인가되고, 인가된 환원제를 덮도록 그 위에 도전막이 형성되고 열처리가 실행되어 환원제가 인가된 영역의 금속 화합물을 금속으로 환원시키고 그 이외의 필름 영역 내에서 금속 산화물을 형성시킨다. 그리하여, 도전막은 소자 전극에서 가까운 영역에서는 금속을 포함하고 그 가운데 영역에서는 조성적 잠상인 금속 산화물을 포함하게 된다.

제4의 기법에 따르면, 두가지 상이한 금속의 도트가 도6a 및 도6b에 도시된 바와 같이 부분적으로 중첩되는 방식으로 형성되어 도트들이 중첩되는 영역(이하에서는 "교차 영역"이라한다)에서 금속 합금이 생성되어, 교차 영역에서의 저항이 기타 영역보다 커지게 된다. 만족할 만한 정도로 전자 방출 영역의 위치를 제어하기 위하여, 교차 영역에서 생성된 합금의 고유 저항이 기타 영역의 고유 저항보다 두자리수 이상 크게 만들어진다.

3) 그 이후에, 소자는 "활성화 성형"이라 부르는 처리를 거치게 된다. 본 발명의 목적에 따라, 활성화 성형 처리는 전술한 처리를 통하여 형성된 도전막을 통하여 전류가 흐르도록 소자 전극에 전압을 인가하는 처리이다. 전원(도시되지 않음)으로부터 소자 전극(2, 3)으로 전압이 인가됨에 따라, 도전막(4) 내의 잠상 영역 내에 구조적으로 변형된 전자 방출 영역(5)가 형성된다. 환언하면, 활성화 성형 처리의 결과 도전 박막(4)가 국부적 그리고 구조적으로 파괴, 훼손 또는 변형되어 전자 방출 영역(5)가 형성된다. 도20g에서, 소자 전극(3)에 인접한 도전막이 얇은 영역에서 전자 방출 영역이 형성되는데, 잠상을 발생시키기 위하여 사용되는 기법에 따라 잠상의 위치나 구조는 도20g와 다를 수 있다.

도7a와 도7b는 활성화 성형에 사용될 수 있는 두 가지의 상이한 펄스 전압을 보여준다.

활성화 성형에 사용되는 전압은 양호하게는 펄스 파형을 가진다. 도7a에 도시된 바와 같이 일정한 높이 또는 일정한 피크 전압을 가진 펄스 전압이 사용될 수 있고, 또는 도7b에 도시된 바와 같이 증가하는 높이 또는 증가하는 피크 전압을 가진 펄스 전압이 사용될 수도 있다.

도7a에서, 펄스 전압은 펄스폭 T₁과 펄스 간격 T₂를 가지는데 펄스폭은 전형적으로 1 내지 10 ㎲이고 펄스 간격은 10 내지 100 ㎲이다. 삼각형 파형의 높이(활성화 성형 처리의 피크 전압)은 전자 방출 소자의 표면 상태의 프로파일에 따라 적절히 선택될 수 있다. 전압은 이상의 조건하에서 전형적으로 수초 내지 수십분간 인가된다. 그러나, 펄스 파형은 삼각형 또는 사각형으로 제한되지 않고 기타의 파형들이 사용될 수도 있다.

도7b는 펄스 높이가 시간에 따라 증가하는 펄스 전압을 도시한다. 도7b에서 펄스 전압은 도7a와 동일하게 펄스폭 T₁과 펄스 간격 T₂를 갖는다. 삼각형 파형의 높이(활성화 성형 처리의 피크 전압)은 단계마다 예를들어 0.1V의 비율로 높아진다.

활성화 성형 처리는 도전막(4)를 국부적으로 파괴 또는 변형시킬 수 없는 충분히 낮은 전압이 펄스 전압의 간격 T₂동안 인가되었을 때 소자 전극을 통한 전류의 흐름을 측정함으로써 종료된다. 일반적으로 활성화 성형 처리는 약 0.1V의 전압을 소자 전극에 인가할 때 도전 박막(4)를 통하여 흐르는 소자 전류의 전압이 1 MΩ이 되었을 때 종료된다.

4) 활성화 성형 처리 이후에, 소자는 활성화 처리를 거치게 된다. 활성화 처리에 의하여 소자 전류 If와 방출 전류 Ie가 크게 변하게 된다.

활성화 처리에서는 기체 상태의 유기재료 대기내에서 활성화 성형 처리와 같이 펄스 전압이 소자의 반복적으로 인가된다. 상기 대기는 오일 확산 펌프 또는 로터리 펌프를 사용하거나 이온 펌프를 사용하여 진공실을 진공화하고 진공 내에 유기재료 기체를 도입하여 진공실 내에 잔류하게 되는 유기질 기체를 이용하여 생성 될 수 있다. 유기 재료의 가스 압력은 처리될 전자방출 소자의 용도, 진공실의 프로파일, 유기재료의 유형 및 기타 요소들의 함수로서 결정된다. 활성화 처리에 적절히 이용될 수 있는 유기재료는 알칸, 알킨, 방향족 탄수화물, 알콜, 알데히드, 케톤, 아민 등의 지방족 탄수화물, 페놀, 탄산 및 설폰산 등의 유기산을 포함한다. 이들의 특정한 예로서, 메탄, 에탄, 프로판 등과 같이 일반식 C_nH_2n+2로 표현되는 포화 탄수화물, 에틸렌, 프로필렌, 톨루엔, 메타놀, 에타놀, 포름알데히드, 아세트알데히드, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸아민, 에틸아민, 페놀, 포름산, 초산 및 프로피오닉산 등의 일반식 C_nH_2n으로 표현되는 불포화 탄수화물 및 이들의 혼합물들이 포함된다. 활성화 처리의 결과, 탄소 또는 탄소 화합물은 대기 내에 존재하는 유기재료로부터 소자의 증착되어 소자 전류 If 및 방출 전류 Ie를 크게 변화시킨다.

활성화 처리는 소자 전류 If 및 방출 전류 Ie를 측정하여 적절한 시기에 종료된다. 활성화 처리를 위하여 사용되는 펄스폭, 펄스 간격, 펄스 전압의 높이는 적절히 선택된다.

본 발명의 목적을 위하여, 탄소 및 탄소 화합물은 그래파이트 및 비정질 탄소라 칭한다. 그래파이트는 소위 HOPG, PG, 및 GC를 포함하는데, HOPG는 거의 완벽한 결정 구조를 가지고, PG는 약 20nm 크기의 결정 입자를 포함하는 어느정도 변형된 결정 구조를 가지며, GC는 약 2nm의 크기의 결정 입자를 포함하는 더욱 변형된 결정 구조를 가진다. 비정질 탄소는 무정질 탄소, 무정질 탄소와 미세 그래파이트 결정의 혼합물이다. 이러한 탄소 또는 탄소 화합물의 증착 두께는 양호하게는 50nm이하이며, 더욱 양호하게는 30nm 이하이다.

5) 전술한 제조 처리에 의하여 얻어진 전자 방출 소자는 양호하게는 안정화 처리를 거치게 된다. 안정화 처리란 진공실 내에 잔류하는 유기물질을 제거하는 처리이다. 이 처리에서 사용되는 진공 및 배출 장비는 이러한 처리에 의하여 처리되는 장치의 성능에 악영향을 줄 수 있는 오일의 기화를 방지하기 위하여 오일을 사용하지 아니한다. 따라서, 흡착 펌프 또는 이온 펌프를 사용하는 것이 바람직하다.

활성화 처리에 오일 확산 펌프 또는 로타리 펌프가 사용되고 오일에 의하여 형성된 유기질 가스가 또한 사용되면, 유기질 가스의 분압이 어떠한 방법에 의하여든 최소화 되어야 한다. 진공실 내의 유기질 가스의 분압은 탄소 또는 탄소 화합물이 더 이상 증착되지 않도록 양호하게는 1.3x10^-6Pa 이하이어야 하고 더욱 바람직하게는 1.3x10^-6Pa 이하이어야 한다. 진공실은 진공실 내벽과 진공실 내의 전자 방출 소자에 흡수된 유기물 분자가 용이하게 제거될 수 있도록 진공실 전체를 가열한 후에 진공화되는 것이 바람직하다. 진공실은 80 내지 250℃의 온도, 양호하게는 150℃의 온도에서 가능한 한 오랜 기간동안 가열되는 동안 다른 다른 가열 조건은 진공실의 크기 및 프로파일 및 처리될 전자 방출 소자의 형상 등을 고려하여 선택될 수 있다. 진공실 내의 압력은 가능한 한 낮게 유지되어야 하며, 양호하게는 1x10^-5Pa, 더욱 양호하게는 1.3x10^-6Pa로 유지되어야 한다.

안정화 처리 후, 전자 방출 소자 또는 전자 소오스를 구동하기 위한 대기는 진공실 내의 유기물질이 충분하게 제거된 경우에는 전자 방출 소자 또는 전자 소오스의 안정성을 저해하지 아니하고 낮은 압력이 사용될 수는 있지만, 양호하게는 안정화 처리가 종료된 때의 압력과 동일하다.

그러한 대기를 사용함으로써, 탄소 또는 탄소 화합물의 추가적 증착이 효과적으로 억제되고 진공실 또는 기판에 의하여 흡수된 H₂O, O₂및 기타 물질이 제거되어 결과적으로 소자 전류 If 및 방출 전류 Ie를 안정화시킬 수 있다.

본 발명에 따라 전술한 처리에 의하여 제조된 전자 방출 소자의 성능을 도8 및 도9를 참조하여 설명한다.

제8도는 전술한 처리에 사용할 수 있는 진공실을 포함하는 진공 처리 장치의 개략적 블록도이다. 이는 또한 본 발명에서 고려되는 유형의 전자 방출 소자의 성능을 결정하기 위한 계측 시스템으로 사용될 수도 있다. 도8에서, 도1a 및 도1b 내지 도6a 및 도6b의 전자 방출 소자의 구성요소와 동일한 구성요소는 같은 참조 부호로서 표시된다. 도8을 참조하면, 계측 시스템은 진공실(11)과 진공 펌프(11)을 포함한다. 소자는 기판(1), 소자 전극쌍(2, 3), 도전막(4) 및 전자 방출 영역(5)를 포함한다. 또한, 계측 시스템은 소자에 소자 전압 Vf를 인가하기 위한 전원, 소자 전극(2 및 3) 사이의 도전막을 통하여 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류계(14), 소자의 전자 방출 영역으로부터 방출되는 전자에 의하여 생성되는 방출 전류 Ie를 수용하기 위한 애노드(15), 계측 시스템의 애노드(35)에 전압을 인가하기 위한 고전압원(16) 및 소자의 전자 방출 영역으로부터 방출되는 전자에 의하여 생성되는 방출 전류 Ie를 측정하기 위한 또 하나의 전류계(17)을 포함한다. 전자 방출 소자의 성능을 측정하기 위하여, 전자 방출 소자로부터 2mm 내지 8mm 사이의 거리(H) 만큼 떨어져 있는 애노드에 1 내지 10KV의 전압이 인가될 수 있다.

진공 게이지 및 기타 계측 시스템에 필요한 장비를 포함하는 도구들이 진공실(11) 내에 배치되어 진공실 내의 전자 방출 소자 또는 전자 소오스의 성능이 적절히 시험될 수 있다. 진공 펌프(12)에는 터보 펌프 또는 로타리 펌프를 포함하는 통상의 고진공 시스템 또는 이온 펌프를 사용하는 초진공 시스템이 사용될 수 있다. 전자 소오스를 보유하는 진공실은 (도시되지 않은) 히터에 의하여 가열될 수 있다. 따라서, 이 진공 처리 장치는 활성화 성형 처리 및 후속 처리를 포함하는 전술한 처리에 사용될 수 있다.

도9는 도8의 계측 시스템에 의하여 관측되는 소자 전압 Vf, 방출 전류 Ie 및 소자 전류 If 간의 관계를 개략적으로 나타낸 그래프이다. 도9에서는 Ie의 크기가 If보다 훨씬 작다는 점을 고려하여 Ie 및 If에 대하여 상이한 단위가 임의로 사용되었다. 그래프의 수직축 및 수평축은 모두 선형 스케일로 되어있다.

도9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자 방출 소자는 이하에서 설명하는 바와 같이 방출 전류 Ie에 있어서 세가지 현저한 특징을 가진다.

(ⅰ) 우선, 본 발명에 따른 전자 방출 소자는 인가되는 전압이 어떠한 준위(이하에서는 임계 전압이라 하고 도9에서는 Vth로 표시)를 초과할 때에 그 방출 전류 Ie가 급격히 증가하고, 인가 전압이 임계치 Vth보다 낮은 경우에 방출 전류 Ie가 거의 검출되지 않는다. 환언하면, 본 발명에 따른 전자 방출 소자는 방출 전류에 대하여 분명한 임계 전압 Vth를 가지는 비선형 소자이다.

(ⅱ) 둘째, 소자 전압 Vf에 대한 방출 전류 Ie의 의존도가 높기 때문에 소자 전압에 의하여 방출 전류가 효과적으로 제어될 수 있다.

(ⅲ) 셋째, 애노드(15)에 의하여 포획된 방출 전하는 소자 전압 Vf의 인가 시간에 대한 함수이다. 환언하면, 애노드(15)에 의하여 포획된 전하량은 소자 전압 Vf가 인가되는 시간에 의하여 효과적으로 제어될 수 있다.

이상과 같은 현저한 특징으로 말미암아, 본 발명에 따른 전자 방출 소자를 포함하는 전자 소오스의 전자 방출 동작 및 그러한 전자 소오스를 사용하는 영상 형성 장치의 동작이 입력 신호에 응답하여 용이하게 제어될 수 있다. 그러므로, 이러한 전자 소오스는 다양한 용도를 가지게 된다.

한편, 소자 저류 If는 소자 전압 Vf에 대하여 단조 증가하거나(도9에서는 실선으로 표시되었고, 이하에서 "M1 특성"이라 부르는 특성) 전압제어 부저항 특성(voltage-controlled-negative-resistance characteristic)에 따라 특정된 곡선(도시되지 않음)에 따라 변화한다(이하에서는 "VCNR 특성"이라 함). 소자 전류의 이러한 특성들은 제조 방법, 계측 조건 및 동작 환경을 포함하는 많은 변수들에 의하여 결정된다.

이하에서는 본 발명이 응용되는 전자 소오스의 또는 영상 형성 장치에 관하여 설명한다. 기판 상에 본 발명이 응용되는 다수의 전자 방출 소자를 배치함으로써 전자 소오스 또는 영상 형성 장치가 실현될 수 있다.

전자 방출 소자는 기판 상에 여러가지 상이한 모드로 배치될 수 있다.

예를들어, 다수의 전자 방출 소자가 한 방향으로 평행한 행을 이루어 배치될 수 있고(이하에서 행 방향이라 함), 각각의 소자는 각각의 대향 단부에서 도선에 의하여 연결되고, 행 방향과 수직인 방향(이하에는 열 방향이라 함)을 따라 사다리 꼴의 배열로 전자 방출 소자의 위의 공간에 배열된 제어 전극(이하에서 그리드라함)에 의하여 구동될 수 있다. 또는, 다수의 전자 방출 소자가 X 방향을 따른 행과 X 방향에 수직인 Y 방향을 따른 열을 따라 매트릭스를 이루도록 배치되고, 동일한 행의 전자 방출 소자는 각각의 소자의 하나의 전극을 통하여 하나의 공통 X 방향 도선에 접속되고 동일한 열의 전자 방출 소자는 각각의 소자의 다른 하나의 전극을 통하여 하나의 공통 Y 방향 도선에 접속된다. 이러한 배열은 단순 매트릭스 배열이라 지칭된다. 이하에서는 단순 매트릭스 배열을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 표면 도전 전자 방출 소자의 전술한 (ⅰ) 내지 (ⅲ)의 기본적 특징에 따라, 임계 전압 준위 이상의 전압으로 소자의 대향 전극들에 인가되는 펄스 파형의 파형 높이 및 파형 폭을 제어함으로써 전자 방출이 제어될 수 있다. 한편, 임계 전압 이하의 준위에서 소자는 거의 전자를 방출하지 않는다. 따라서, 장치 내에 배치된 전자 방출 소자의 수효에 관계없이 원하는 표면 도전 전자 방출 소자가 선택될 수 있고 각각의 선택된 소자에 펄스 전압을 인가함으로써 입력 신호에 응답하여 전자 방출을 제어할 수 있다.

도10은 전술한 특징들을 구현하기 위하여 본 발명에 따른 다수의 전자 방출 소자를 배열하여 이루어진 전자 소오스의 기판의 개략적 평면도이다. 도10에서 전자 소오스는 기판(21), X 방향 도선(22), Y 방향 도선(23), 전자 방출 소자(24) 및 접속 도선(25)를 포함한다.

Dx1, Dx2, … , Dxm으로 표시된 총 m개의 X 방향 도선(22)가 제공되는데, 이들은 진공 증착, 인쇄 또는 스퍼터링에 의하여 형성되는 도전성 금속으로 이루어진다. 이 도선들은 필요한 경우에 각각의 표면 도전 전자 방출 소자에 거의 동일한 전압이 인가될 수 있도록 그 재료, 두께 및 폭이 설계된다. Dy1, Dy2, … , Dyn으로 표시된 총 n개의 Y 방향 도선(23)가 배열되는데 이들의 재료, 두께 및 폭은 X 방향 도선과 유사하다. m개의 X 방향 도선(22) 및 n개의 Y 방향 도선(23)의 사이에는 도시되지 않은 층간 절연층이 배치되어 도선들을 전기적으로 상호 절연시킨다(m과 n은 모두 정수이다).

도시되지 않은 층간 절연층은 통상 SiO₂로 제조되고 진공 증착, 프리팅, 스퍼터링의 방법을 사용하여 절연 기판(1)의 표면 전체 또는 일부에 원하는 형상으로 형성된다. 예를들어, 층간 절연층은 기판의 전체 표면 또는 X 방향 도선(22)가 형성된 기판의 일부 표면 상에 형성될 수 있다. 층간 절연층의 두께, 재료 및 제조 방법은 교차점에서 발생하는 임의의 X 방향 도선(22)와 임의의 Y 방향 도선(23) 간의 전위의 차이를 견딜 수 있도록 선택된다. 각각의 X 방향 도선(22) 및 Y 방향 도선(23)들은 외부 단자를 형성하기 위하여 인출된다.

각각의 표면 도전 전자 방출 소자(24)의 대향하도록 배열된 전극쌍(도시되지 않음)은 도전 재료로 제작된 접속 도선(25)에 의하여 m개의 X 방향 도선 중 관련되는 하나의 도선과 n개의 Y 방향 도선 중 관련되는 하나의 도선에 접속된다.

도선(22) 및 도선(23)의 도전 금속 재료와 접속 도선(25) 및 소자 전극의 재료는 동일하거나 하나 또는 하나 이상의 공통 원소를 가진 재료로 이루어질 수 있다. 또는 이들은 상호 상이한 재료로 이루어질 수 있다. 이러한 재료들은 통상 소자 전극 재료로 나열된 재료들로부터 적절히 선택된다. 소자 전극 및 도선이 동일한 재료로 만들어지는 경우에는, 소자 전극에 직접 연결되는 도선들은 도선 및 소자 전극을 구분하지 아니하고 집합적으로 소자 전극이라 지칭될 수 있다.

X 방향 도선(22)는 표면 도전 전자 방출 소자(24)의 선택된 행에 스캔 신호를 인가하기 위한 스캔 신호 인가 수단(도시되지 않음)에 전기적으로 접속된다. 한편, Y 방향 도선(23)은 표면 도전 전자 방출 소자(24)의 선택된 열에 변조 신호를 인가하고 입력 신호에 따라 선택된 열을 변조하기 위한 변조 신호 발생 수단(도시되지 않음)에 전기적으로 접속된다. 각각의 표면 도전 전자 방출 소자에 인가되는 구동신호는 소자에 인가되는 스캔 신호 및 변조 신호의 전압차로서 표현된다.

전술한 바와 같은 단순 매트릭스 배선을 가지는 전자 소오스에서 각각의 전자 방출 소자는 독립적으로 동작하도록 선택되고 구동될 수 있다.

전술한 바와 같은 단순 매트릭스 배선을 가지는 전자 소오스에서 각각의 전자 방출 소자는 독립적으로 동작하도록 선택되고 구동될 수 있다.

전술한 바와 같은 단순 매트릭스 구조를 가지는 전자 소오스를 포함하는 영상 형성 장치가 도11, 도12a, 도12b 및 도14를 참고하여 설명한다. 도11은 영상 형성 장치가 부분적으로 절개된 상태의 개략적 사시도이고, 도12a 및 도12b는 도11의 영상 형성 장치에 사용되는 형광막의 두가지 가능한 형상을 도시하는 도면이고, 도14는 NTSC 텔레비전 신호를 발생시키기 위하여 사용되는 도11의 영상 형성 장치의 구동회로의 블록도이다.

도11은 영상 형성 장치의 디스플레이 패널의 기본적 형상을 도시하는데, 이는 다수의 전자 방출 소자가 장착된 전술한 유형의 전자 소오스 기판(21), 전자 소오스 기판(21)을 견고하게 고정시키는 후면 플레이트(31)·유리 기판(33)의 내측 표면상에 형광막(34) 및 금속 배면막(35)를 입혀 형성되는 전면 플레이트(36) 및 후면 플레이트(31)과 전면 플레이트(36)이 낮은 용융점을 가지는 프리트(frit) 유리에 의하여 접착되는 지지 프레임(32)를 포함한다.

참조부호 24는 도1a및 도1b의 소자의 전자방출 영역에 대응하는 부분을 나타낸다. 참조부호 22와 23은 관련된 전자 방출 소자(24)의 소자 전극쌍(2, 3)에 각각 접속되는 X 방향 및 Y 방향의 도선을 각각 나타낸다.

엔벨로프(37)은 전술한 실시예의 전면 플레이트(36), 지지 프레임(32) 및 후면 플레이트(31)에 의하여 형성되는데, 후면 플레이트(31)은 기판(21)을 강화하기 위한 목적으로 제공되므로 기판(21)이 충분히 강한 경우에는 생략될 수 있다. 이러한 경우에, 별도의 후면 플레이트(31)이 필요없어지고 기판(21)은 직접 지지 프레임에 접착되어 엔벨로프는 전면 플레이트(36), 지지 프레임(32) 및 기판(21)에 의하여 구성된다. 대기압에 대한 엔벨로프(37)의 전체적 강도는 전면 플레이트(36)과 후면 플레이트(31) 사이에 스페이서(도시되지 않음)라 부르는 다수의 지지 부재를 배치하여 강화될 수 있다.

도12a 및 도12b는 도11의 영상 형성 장치에 사용되는 형광막의 두가지 가능한 형태를 개략적으로 도시하는 도면이다. 디스플레이 패널이 흑백용인 경우에는 형광막이 한가지의 형광체로 이루어지고, 칼라용인 경우에는 흑색 도전 부재(41) 및 형광체들(42)를 포함하여야 하는데, 흑색 도전 부재는 형광체들의 배열에 따라 흑색 스트립 또는 흑색 매트릭스 부재라 부른다. 흑색 스트립 또는 흑색 매트릭스 부재는 형광체 주위를 검게 함으로써 상이한 삼원색의 형광체(42)가 덜 눈에 띄게하고 형광막(34)에 의하여 반사되는 외부광선이 디스플레이된 영상의 콘트라스트를 저하시키는 악영향을 감소시키기 위하여 칼라 디스플레이 패널에 배열된다. 흑색 스트립의 주요 성분으로는 그래파이트가 통상 사용되고, 낮은 광투과율 및 낮은 반사율을 가지는 기타 도전성 재료가 사용될 수도 있다.

흑백 또는 칼라 디스플레이에 관계없이 유리 기판(33) 상에 형광 재료를 인가하기 위하여 침전 또는 인쇄 기법이 이용될 수 있다. 형광막(34)의 내측 표면에는 통상의 금속 배면막(35)가 배치된다. 금속 배면막(35)는 형광체로부터 방출되어 엔벨로프 내측을 향하는 광선을 전면 플레이트로 향하게 하여 디스플레이 패널의 밝기를 높이기 위하여 사용되고, 전자 비임에 가속 전압을 인가하기 위한 전극으로도 사용되며, 엔벨로프의 내측에서 발생되는 음이온이 충돌할 때 형광체를 보호하기 위하여도 사용된다. 금속 배면막(35)는 통상 "필르밍(filming)"이라 부르는 처리에 의하여 형광막의 내측 표면을 평탄하게 하고 형광막을 형성한 후에 그 위에 알루미늄막을 증착하여 형성된다.

형광막(34)의 도전성을 높이기 위하여 형광막(34)의 외측면을 면하는 전면 플레이트(36) 상에 투명 전극(도시되지 않음)이 형성될 수 있다.

엔벨로프 내의 상기 목록의 부품들이 서로 접합시키기 이전에 칼라 디스플레이가 관련되면, 칼라 형광체와 전자 방출 소자의 각각의 셋을 정확히 정렬시키기 위해서는 주의를 기울여야 한다.

도11에 도시된 영상 형성 장치는 전형적으로 하기와 같은 방식으로 제조할 수 있다.

도13은 영상 형성 장치를 제조하도록 고안된 장치의 블록도이다. 영상 형성 장치(51)은 방출 파이프(52)를 통하여 진공실(53)에 접속되고, 나아가서는 게이트 밸브(54)를 통하여 방출 장치(55)에 접속된다. 진공실(53) 안에는 압력 게이지(56), 4극 질량 스펙트로미터(57), 및 진공실(53) 내부의 내부 압력과 공기의 성분별 부분 압력을 감지하기 위한 다른 기구들이 있다. 영상 형성 장치(51)의 엔벨로프(37)의 내부 압력을 직접 감지하는 것은 어려우므로, 장치의 처리 조건은 진공실(53)과 다른 측정 가능한 변수들을 관찰함으로써 제어된다.

진공실(53)에는 내부 압력을 제어하는데 필요한 가스를 진공실로 들여오기 위한 가스 공급 라인(58)이 접속되어 있다. 가스 공급 라인(58)의 반대쪽 끝은 진공실에 들어갈 물질의 공급원(60)에 접속되어 있다. 가스 도입율 제어 수단(59)이 물질의 공급율을 제어하기 위한 가스 도입 라인 상에 배치되어 있다. 가스 도입율 제어 수단은 사용할 가스의 종류에 따라 가스 누설율을 제어할 수 있는 저속 누설 밸브 또는 질량 흐름 제어기일 수 있다.

엔벨로프(37)의 내부는 도13에 도시된 수단에 의하여 진공화되고, 영상 형성 장치의 전자 방출 소자들은 활성화 성형된다. 상기 처리를 수행하기 위하여, Y-방향 도선(23)은 공통 전극(61)에 접속되고, 펄스 전압은 전원(62)로부터의 X-방향 도선(22) 중의 하나에 접속된 모든 전자 방출 소자에 인가된다. 펄스 파형과 활성화 성형 처리의 종료 시점은 전술한 바와 같은 하나의 전자 방출 소자에 대한 활성화 성형 동작에서와 같이 방출 소자를 처리하기 위한 구체적인 조건과 요건에 따라 적절히 결정할 수 있다. 복수의 X-방향 도선에 접속된 장치에 대한 활성화 성형 동작을 한꺼번에 수행하기 위하여, 펄스 전압이 복수의 X-방향 도선에 순차적으로 인가되어, 펄스의 위상을 시프트시킬 [스크롤할(scrolling)] 수 있다. 도14에서, 참조 부호(63 및 64)는 각각 저항 및 전류의 강도를 감지하기 위한 오실로스코프를 나타낸다.

활성화 성형 처리 완료 후에, 장치는 활성화 처리에 들어간다. 상기 처리에서, 엔벨로프(37)을 충분히 비운 후에, 가스 공급 라인(58)을 통하여 가스를 포함하는 유기 물질이 인입된다. 한편, 엔벨로프(37)을 기름 방출 펌프 또는 로터리 펌프를 사용하여 진공화하고, 진공 중에 남아 있는 잔여 유기 물질은 단일 전자 방출 소자에 대하여 전술한 바와 같이 이용될 수 있다. 필요하다면, 무기 물질도 엔벨로프내에 인입될 수 있다. 유기물질을 포함하는 것과 같은 대기중에서 각각의 전자 방출 소자에 전압이 인가됨에 따라, 탄소 또는 탄소 화합물 또는 그 양자의 혼합물이 각각의 전자 방출 소자의 전자 방출 영역 상에 피착되어 단일 전자 방출 소자에 대하여 전술한 바와 같은 방식으로 전자 방출율을 상당히 증가시킨다. 활성화 성형을 위한 도선 배치는 활성화 처리에서도 사용되어, 공통 방향 도선에 접속된 모든 전자 방출 소자에 전압이 안가되도록 할 수 있다.

활성화 처리 이후에, 전자 방출 장치는 바람직하게는 단일 전자 방출 소자에서와 마찬가지로 안정화 처리에 들어간다.

엔벨로프(37)이 가열 및 융용에 의하여 밀폐되었을 때, 그 내부의 분위기가 매우 낮은 농도의 유기 물질을 포함하도록 충분한 정도의 진공이 되었을 때까지, 전형적으로 이온 펌프와 수착 펌프를 포함하는 무유(無油) 배출 시스템(55)를 사용하여 엔벨로프(37)가 방출 파이프(52)에 의하여 비워진다. 엔벨로프(37)이 밀폐된 이후에, 그 내부의 진공도를 유지하기 위하여 게터 처리(getter process)가 수행될 수 있다. 게터 처리에서, 엔벨로프(37) 내에 (도시되지 않은) 소정의 위치에 배치된 게터가 저항 히터 또는 고주파 히터에 의하여 가열되어 엔벨로프(38)이 밀폐되기 직전 또는 직후에 증착에 의하여 필름을 형성한다. 게터는 전형적으로 Ba을 주성분으로 포함하고 증착된 필름의 흡수 효과에 의하여 엔벨로프(37) 내에 설정된 진공도를 유지할 수 있다.

이제, NTSC 텔레비전 신호에 따라 텔레비전 신호를 디스플레이하도록 간단한 매트릭스 배열로 된 전자 소오스를 포함하는 디스플레이 패널을 구동하기 위한 구동 회로에 대하여 도15를 참조하여 설명하겠다. 도15에서, 참조 번호(71)은 영상 형성 장치를 나타낸다. 그렇지 않으면, 회로는 주사 회로(72), 제어 회로(73), 쉬프트 레지스터(74), 라인 메모리(75), 동기 신호 분리 회로(76) 및 변조 신호 발생기(77)을 포함한다. 도15에서 Vx 및 Va는 DC 전압원을 나타낸다.

영상 형성 장치(71)은 단자(Dox1 내지 Doxm, Doy1 내지 Doyn) 및 고전압 단자(Hv)를 통하여 외부 회로에 접속되는데, 단지(Dox1 내지 Doxm)은 M개의 행과 N개의 열을 가진 매트릭스 형태로 배치된 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 포함하는 장치에서 전자 소오스의 (N개의 전자 방출 소자의) 행들을 하나씩 순차적으로 구동하기 위한 주사 신호를 수신하도록 고안된다.

반면에, 단자(Doy1 내지 Doyn)는 주사 신호에 의하여 선택된 행의 표면 전도형 전자 방출 소자 각각의 출력 전자 비임을 제어하기 위한 변조 신호를 수신하도록 고안된다. 고전압 단자(Hv)에는 DC 전압원(Va)에 의하여 전형적으로 10KV레벨의 DC 전압이 공급되는데, 이는 선택된 표면 전도형 전자 방출 소자의 형광체를 활성화 성형시킬 만큼 충분히 높은 것이다.

주사 회로(72)는 하기와 같은 방식으로 동작한다. 이 회로는 M개의 스위칭 장치를 포함하는데, (이 중에서 S1 및 Sm만이 도13에 구체적으로 표시되어 있다) 이들 각각은 DC 전압원 Vx의 출력 전압 또는 0V (접지 전위 레벨) 중의 하나를 취하고, 디스플레이 패널(71)의 단자(Dox1 내지 Doxm) 중의 하나에 접속된다. 각각의 스위칭 장치(S1 내지 Sm)는 제어 회로(73)에 의하여 공급되는 제어 신호(Tscan)에 따라 동작하고 FET와 같은 트랜지스터를 결합함으로써 만들 수 있다.

DC 전압원(Vx)는 전자 방출 소자 (전자 방출 소자 임계 전압)의 성능에 의하여 정의되는 임계 전압 레벨 하에서 현재 주사되고 있지 않은 장치에 인가되는 구동 전압을 유지하는 일정한 전압을 생성하도록 배열된다.

제어 회로(73)은 관련된 부품들의 동작을 조정하여 외부에서 공급된 비디오 신호에 따라 영상이 적절히 디스플레이되도록 한다. 제어 회로(73)은 이하에서 설명하는 바와 같이, 동기 신호 분리 회로(76)으로부터 공급된 동기 신호(Tsync)에 응답하여 제어 신호(Tscan, Tsft 및 Tmry)를 발생시킨다.

동기 신호 분리 회로(76)은 외부에서 공급된 NTSC 텔레비전 신호로부터 동기 신호 성분과 발광 신호 성분을 분리시키는데, 이는 잘 알려진 주파수 분리(필터) 회로를 사용하여 용이하게 실현할 수 있다. 동기 신호 분리 회로(76)에 의하여 텔레비전 신호에 의하여 추출된 동기 신호가 잘 알려져 있듯이 수직 동기 신호와 수평 동기 신호로 구성되었더라도, 본 명세서는 그 성분 신호들을 무시하고 편의상 간단히 Tsync로서 표시하기로 한다. 반면에, 쉬프트 레지스터(74)에 공급되는, 텔레비전 신호로부터 추출된 발광 신호는 DATA 신호로서 지정된다.

쉬프트 레지스터(74)는 제어 회로(73)으로부터 공급된 제어 신호(Tsft)에 따라 시간에 따라 순차적으로 공급된 DATA 신호에 대한 직렬/병렬 변환을 각각의 라인에 대하여 수행한다. (즉, 제어 신호(Tsft)는 쉬프트 레지스터(74)에 대한 쉬프트 클록으로서 동작한다.) 직렬/병렬 변환을 거친 (그리고 n개의 전자 방출 소자에 대한 구동 데이타의 셋을 대응하는) 라인에 대한 데이타 셋은 n개의 병렬 신호(Id1 내지 Idn)으로서 쉬프트 레지스터(74)로부터 내보내진다.

라인 메모리(75)는 제어 회로(73)으로부터 오는 제어 신호(Tmry)에 따라 필요한 시간 동안 라인을 위한 신호(Id1 내지 Idn)이라는 데이타의 셋을 저장하기 위한 메모리이다. 저장된 데이타는 I'd1 내지 I'dn으로서 내보내지고 변조 신호 발생기(77)에 공급된다.

사실, 상기 변조 신호 발생기(77)은 영상 데이타(I'd1 내지 I'dn)에 따라 표면 전도형 전자 방출 소자 각각의 동작을 적절히 구동하고 변조하는 신호원이고, 이 장치의 출력 신호들은 단자(Dov1 내지 Doyn)을 통하여 디스플레이 패널(71)에서 표면 전도형 전자 방출 소자에 공급된다.

전술한 바와 같이, 본 발명이 적용될 수 있는 전자 방출 소자는 방출 전류(Ie)의 관점에서 볼 때 다음과 같은 특징이 있다. 첫째로, 명확한 임계 전압 Vth가 있고, 이 임계 전압 Vth을 초과하는 전압이 인가될 때에만 장치가 전자를 방출한다. 둘째로, Vth의 값 및 인가 전압과 방출 전류의 관계는 전자 방출 소자의 재료, 구성 및 제조 방법에 따라 변하겠지만, 방출 전류(Ie)의 레벨은 임계 레벨 Vth를 초과하는 인가 전압의 변화에 따라 변화한다. 더욱 구체적으로는, 펄스형 전압이 본 발명에 따른 전자 방출 소자에 인가되면, 인가 전압이 임계 레벨 이하인 한 방출 전류가 발생되지 않는 반면에, 일단 인가 전압이 임계 레벨을 초과하면 전자 비임이 방출된다. 출력 전자 비임의 강도는 펄스형 전압의 피크 레벨(Vm)을 변경시킴으로써 제어할 수 있다. 또한, 전자 비임의 총 전하량은 펄스폭(Pw)을 변화시킴으로써 제어할 수 있다.

따라서, 입력 신호에 응답하여 전자 방출 소자를 변조하기 위하여 전압 변조 방법 또는 펄스폭 변조 중의 하나가 사용될 수 있다. 전압 변조에서는, 변조 신호 발생기(77)을 위하여 전압 변조형 회로가 사용되어 펄스형 전압의 피크 레벨이 입력 데이타에 따라 변조되는 반면에, 펄스폭은 일정하게 유지된다.

펄스폭 변조의 경우에는, 반면에, 변조 신호 발생기(77)을 위하여 펄스폭 변조형 회로가 사용되어 인가된 전압의 펄스폭이 입력 데이타에 따라 변조되는 반면에, 인가 전압의 피크 레벨은 일정하게 유지된다.

상기 설명에서 구체적으로 지적하지는 않았지만, 쉬프트 레지스터(74) 및 라인 메모리(75)는 소정 비율로 직렬/병렬 변환과 비디오 신호의 저장이 수행되는 한 디지탈 신호형 또는 아날로그 신호형일 수 있다.

만일 디지탈 신호형 장치를 사용하면, 동기 신호 분리 회로(76)의 출력 신호(DATA)는 디지탈화되어야 한다. 그러나, 그러한 변환은 동기 신호 분리 회로(76)의 출력에 A/D 변환기를 배치함으로서 용이하게 수행할 수 있다. 라인 메모리(75)의 출력 신호가 디지탈 신호인지 아날로그 신호인지 여부에 따라 변조 신호 발생기(77)에 상이한 회로를 사용한다는 것은 당연하다. 만일 디지탈 신호가 사용되면, 공지된 종류의 D/A 변환기를 변조 신호 발생기(77)에 사용하고, 필요하면 추가적으로 증폭 회로를 사용할 수 있다. 펄스폭 변조에 대하여는, 변조 신호 발생기(77)은 고속 오실레이터, 오실레이터에 의하여 발생된 파의 갯수를 세기 위한 카운터, 및 카운터의 출력과 메모리의 출력을 비교하기 위한 비교기를 결합하는 회로를 사용하여 만들 수 있다. 필요하다면, 증폭기를 부가하여 본 발명에 따른 표면 전도형 전자 방출 소자의 구동 전압 레벨을 변조 펄스폭을 갖는 비교기의 출력 신호 전압을 증폭할 수 있다.

반면에, 만일 전압 변조에 아날로그 신호가 사용되면, 변조 신호 발생기(77)에는 공지된 연산 증폭기(77)을 사용할 수 있고, 필요하다면 레벨 쉬프트 회로를 부가할 수 있다. 펄스폭 변조의 경우에, 필요하다면 표면 전도형 전자 방출 소자의 구동 전압까지의 전압 증폭을 위하여 추가의 증폭기를 사용할 수 있다.

본 발명이 적용될 수 있는, 디스플레이 패널(71) 및 전술한 바와 같은 구성을 같은 구동 회로를 포함하는 영상 형성 장치에서, 외부 단자(Dox1 내지 Doxm, 및 Doy1 내지 Doyn)를 통하여 전압이 인가됨에 따라 전자 방출 소자는 전자를 방출한다. 그 후, 방출된 전자 비임은 고전압 단자(Hv)를 통하여 금속 백(115) 또는 (도시되지 않은) 투명 전극에 고전압을 인가함으로써 가속된다. 가속된 전자들은 결국 형광 필름(114)에 충돌하고, 이는 다시 빛을 방출시켜 영상을 생성한다.

상기 영상 형성 장치의 구성은 본 발명이 적용될 수 있는 하나의 실시예일 뿐이고, 다양한 변경을 가할 수 있다. 그러한 장치와 사용할 수 있는 TV 신호 시스템은 특정의 것에 한정되지 않으며, NTSC, PAL 또는 SECAM과 같은 어떠한 시스템이라도 사용할 수 있다. 다수의 화소를 포함하는 대형 디스플레이 패널에 사용할 수 있기 때문에 다수의 주사선이 많은 TV 신호 (전형적으로는 MUSE 시스템과 같은 고화질 TV)에 특히 적합하다.

이제, 기판 상에 사다리형으로 배치된 복수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 포함하는 전자 소오스 및 그러한 전자 소오스를 포함하는 영상 형성 장치에 대하여 도16 및 도17을 참조하여 설명하기로 한다.

우선 사다리형 배열을 가진 전자 소오스를 도시하는 도16을 참조하면, 참조 번호(21)은 전자 소오스 기판을 나타내고, 참조 번호(81)은 기판 상에 배치된 전자 방출 소자를 나타내는 반면에, 참조 번호(82) 및 Dx1 내지 Dx10은 전자 방출 소자들을 접속시키기 위한 공통 도선을 나타낸다. 전자 방출 소자(82)는 기판(21) 상에 일렬로 배열되어 (이하, 장치 행) 각각 복수의 장치를 갖고 있는 복수의 장치행을 포함하는 전자 소오스를 형성한다. 각각의 장치 행의 표면 전도형 전자 방출 소자는 공통 도선의 쌍에 의하여 전기적으로 서로 병렬 접속되어 있어서, 공통 도선의 쌍에 적절한 구동 전압을 인가함으로써 독립적으로 구동할 수 있다. 더욱 구체적으로는, 전자 방출 임계 레벨을 초과하는 전압은 구동할 장치 행에 인가되어 전자를 방출시키는 반면에, 전자 방출 임계 레벨 이하의 전압이 나머지 장치 행에 인가된다. 한편, 2개의 인접한 장치 사이에 배치된 어떠한 2개의 공통 도선이라도 하나의 공동 도선을 공유할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 공통 도선(Dx2 내지 Dx9) 중에서 도선(Dx2 내지 Dx3)은 하나의 도선으로 대체될 수 있다.

도17은 사다리형으로 배열된 전자 방출 소자들을 갖는 전자 소오스가 포함된 영상 형성 장치의 디스플레이 패널을 개략적으로 도시한 도면이다. 도17에서, 디스플레이 패널은 전자가 통과할 수 있는 다수의 보어(84)가 있는 그리드 전극(83), 및 각각의 그리드 전극(86)에 접속된 외부 단자의 셋(85 또는 Dox1, Dox2, ..., Doxm)과 또 하나의 외부 단자의 셋(86 또는 G1, G2, ..., Gn)을 포함한다. 도17의 디스플레이 패널은 기판(21)과 정면 플레이트(36) 사이에 배치된 그리드 전극(83)을 가지고 있다는 점에서 도16의 간단한 매트릭스 구조로 되어 있는 전자 소오스와 다르다.

도17에서, 스트라입 형태의 그리드 전극(36)은 기판(21)과 정면 플레이트(36) 사이에, 표면 전도형 전자 방출 소자로부터 방출된 전자 비임을 변조하기 위한 사다리형 장치 행에 대하여 수직으로 배치되어 있는데, 이들 각각에는 전자 비임이 통과할 수 있도록 되어 있는 각각의 전자 방출 소자에 대응하는 통과공(through bore; 84)이 제공된다. 그러나, 도17에 스트라입 형태의 그리드 전극이 도시되어 있지만, 전극의 프로파일이나 위치는 이에 제한되지 않는다. 한편, 예를 들어 그리드 전극에는 메시 형태의 개구가 제공될 수 있고 표면 전도형 전자 방출 소자 주위 또는 가까이에 배치될 수 있다.

외부 전극(85) 및 그리드에 대한 외부 단자(86)은 (도시되지 않은) 제어 회로에 전기적으로 접속된다.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 영상 형성 장치는, 영상이 라인별로 디스플레이되도록 전자 방출 소자들을 행별로 구동하는 (주사하는) 동작과 동기되어 영상의 하나의 라인에 대한 그리드 전극의 행에 변조 신호를 인가함으로써 전자 비임 방출에 대하여 동작시킬 수 있다.

따라서, 전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 텔레비전 방송의 디스플레이 장치로서, 영상 회의용 단말 장치로서, 정지 영상 또는 동영상의 편집 장치로서, 컴퓨터 시스템의 단말 장치로서, 광전 드럼을 포함하는 광학 프린터로서, 및 많은 다른 용도로서 사용할 수 있기 때문에, 다양한 산업적 및 상업적 응용이 가능하다.

[실시예]

이하, 실시예에 의하여 본 발명에 대하여 설명하기로 한다.

[실시예 1]

이 실시예에서 준비된 전자 방출 소자 각각은 도1a 및 도1b에 개략적으로 도시된 바와 같은 구성을 갖는다. 전자 방출 소자를 만들기 위한 단계들에 대하여 이하 설명한다.

하기와 같은 전기 전도 필름 생성 잉크들이 이 실시예에서 사용되었다.

잉크 A: 2중량%의 금속 농도를 갖는 팔라듐 아세테이트 (palladium acetate) 수용액 (PAME).

잉크 B: 잉크 A를 물로 희석시켜 원래 잉크의 부피의 3배로 만들어서 얻은 잉크.

전자 소오스를 만들기 전에, 이 실시예에서 사용될 잉크젯 장치의 잉크 배출 성능은 다음과 같이 조절된다.

첫째, 압전 장치를 포함하는 2개의 잉크젯 장치가 상기 잉크로 각각 채워진다.

잉크는 필름 도트를 생성하기 위하여 이 실시예에서 전자 소오스 기판으로 사용된 것과 동일한 수정 조각에 주입되고, 그 후 대기중에서 10분간 300℃에서 열처리된다. 그 후, 각각의 플름 도트의 두께와 직경을 관찰하고, 잉크 A 및 B의 필름 도트가 두께가 각각 30nm와 10nm이고 직경은 공히 20㎛일 때까지 잉크젯 장치가 조절된다.

단계 1: 수정 기판을 완전히 세척하고 건조시킨 후, 진공 필름 형성 및 포토리소그래피 기법에 의하여 기판 상에 복수의 장치 전극 쌍과 이들을 접속시키는 도선의 매트릭스가 형성된다. 장치 전극들은 Ni로 만들어지고 두께가 100nm이다. 각각의 쌍의 장치 전극들은 20㎛의 두께(L)와 100㎛의 길이(W)만큼 분리된다.

단계 2: 관련된 잉크젯 장치에 의하여 도1a의 전자 전도 필름에 대한 각각의 장치 전극 쌍에 잉크 A의 도트가 형성된다. 잉크젯 장치는 도트의 중심이 장치 전극(2)로부터 장치 전극(3) 쪽으로 5㎛ 떨어지도록 조절되었다. 이러한 방식으로 수정 기판 상의 모든 장치 전극 쌍 각각의 위치에 도트가 형성되었다.

단계 3: 잉크 B의 도트가 유사한 방식으로 형성되었다. 도트의 중심은 장치 전극(3)으로부터 장치 전극(2) 쪽으로 5㎛ 떨어지도록 배치되어, 2개의 도트의 중심이 서로 10㎛ 떨어지게 된다.

단계 4: 그 후, 도트들은 대기에서 10분간 300℃로 가열되어 각각의 장치 전극 쌍 사이에 미세한 PdO 입자를 포함하는 전자 전도 필름(4)를 생성한다.

단계 5: 이 전자 전도 필름은 활성화 성형 처리를 거쳐 전자 방출 영역을 형성한다. 도7b에 도시한 바와 같아 점차적으로 증가하는 파 높이를 갖는 삼각 펄스 전압이 활성화 성형 처리에 사용된다. 모든 열-방향 도선들은 접지에 접속되었고 펄스 전압은 전자 소오스의 모든 전자 방출 소자 각각에 전자 방출 영역이 형성될 때까지 행-방향 도선 하나하나에 펄스 전압이 인가되었다.

전자 소오스를 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰하였을 때 각각의 전자 방출 소자에서 대응하는 장치 전극의 관련된 모서리를 따라가는 위치에, 필름 도트에 보다 적은 두께를 갖는 전자 방출 영역이 생성되었다는 것을 알 수 있었다.

단계 6: 다수의 전자 방출 영역을 포함하는 전자 소오스가 정면 플레이트, 후면 플레이트, 지지 프레임 및 다른 부분과 결합되어 도11에 도시한 바와 같은 영상 형성 장치를 생성하였다. 후속적으로, 전자 방출 소자들은 활성화 처리를 거친다. 진공/배출 장치 및 (도시되지 않은) 배출 파이프를 통하여 영상 형성 장치의 엔벨로프의 내부를 비운 후에, 아세톤이 엔벨로프 내부로 인입되고 내부 압력은 1.3×10^-1Pa로 조절된다. 그 후, 파 높이가 16V이고 펄스폭은 100㎲인 구형 펄스 전압이 각각의 외부 단자를 통하여 구동 회로에 의하여 모든 행-방향 도선에 인가되었다. 구동 회로는 전체 전자 소오스에 대하여 60Hz의 사이클이 되도록 약간 쉬프트되는 타이밍을 갖도록 주기적으로 행-방향 도선에 펄스가 인가되도록 배열되었다. 펄스 전압은 30분간 인가되었고, 그 후 엔벨로프의 내부는 다시 헌번 비워졌다.

단계 7: 전체 엔벨로프는 200℃에서 10시간 후에 내부 압력이 2.7×10^-5Pa로 떨어질 때까지 비워졌다. 그 후, 엔벨로프는 배출 동작을 계속하면서 점차적으로 냉각되었고, 마지막으로 배출 파이프가 가열, 용융되어 바(bar)에 의하여 밀봉되었다. 그 후, 미리 엔벨로프 내에 배치된 (도시되지 않은) 게터는 게터링 처리를 위하여 고주파 가열에 의하여 가열된다.

만들어진 영상 형성 장치는 그 후 고전압 단자를 통하여 금속 백에 5 kV의 전압을 인가함으로써 전자 소오스의 전자 방출 소자의 간단한 매트릭스 동작에 대하여 구동되고, 각각의 전자 방출 소자의 방출 전류를 관찰한다. 전자 방출 소자의 Ie는 12%의 분산을 보였다.

[비교 실시예 1]

이 실시예에서, 전자 소오스는 단계 3에서 도트들이 간단히 잉크 A에 의하여 생성되었다는 것을 제외하고는 실시예 1의 단계들에 따라 만들어졌고, 각각의 전자 방출 소자의 전자 방출 영역을 SEM을 통하여 관찰하였다. 전자 방출 영역은 장치 전극들을 분리시키는 거리의 약 절반만큼의 범위 내에서 구불구불하다는 것을 알 수 있었다. 영상 형성 장치가 전자 소오스를 사용하여 만들어졌고 전자 방출 성능을 위하여 시험되었다. 전자 방출 소자의 Ie는 16%의 분산을 보였다.

[실시예 2]

이 실시예에서 만들어진 전자 방출 소자들은, 장치 전극들이 140㎛ 떨어져 있고, 50㎛의 직경을 갖는 5개의 도트들이 장치 전극들을 접속하는 라인을 따라가는 각각의 행에 배치되었고 이 라인에 수직인 라인을 따라가는 각각의 열에 3개의 도트가 배치되었지만, 기본적으로는 도3a 및 도3b에 개략적으로 도시한 바와 같은 구성을 가지고 있다. 도트 중에서, 중앙 열의 3개의 도트는 잉크 B에 의하여 형성된 반면에, 나머지 모든 도트는 잉크 A로 형성하였다. 각각의 장치 전극의 대응하는 모서리를 따라가는 모서리 열의 잉크 A로 된 도트 각각의 중앙은 그 대응하는 모서리로부터 10㎛ 떨어져 배치되고, 내부에 배치된 잉크 A로 된 도트의 각각의 중앙은 그 대응하는 모서리로부터 25㎛ 분리되었다. 잉크 B로 된 도트들은 장치 전극들 사이의 중앙 라인을 따라 배치된다. 장치 전극들을 접속시키는 라인에 수직인 각각의 열의 임의의 인접하는 도트의 중앙은 서로로부터 25 ㎛ 떨어져 있다.

각각의 전자 방출 소자의 전자 방출 영역을 SEM으로 관찰하여 활성화 성형 처리의 결과를 보았다. 전자 방출 영역은 장치 전극들 사이의 중앙 라인을 따라 20㎛의 폭 내에서 또는 잉크 B에 의하여 형성된 도트 내에서만 구불구불하다는 것을 알 수 있었다.

영상 형성 장치는 실시예 1에서와 같은 전자 소오스를 사용하여 만들어졌고 그 전자 방출 성능을 보기 위하여 동작되었다. 전자 방출 소자의 Ie는 12%의 분산을 보였다.

[비교 실시예 2]

본 실시에에서는, 잉크 A만을 사용하여 모든 도트를 만든다는 것과 각 전자 방출 소자의 전자 방출 영역이 SEM을 통해 관찰된다는 것을 제외하고는 실시예 2에서 기술한 단계에 의해 전자 소오스를 얻는다. 상기 소자 전극들 사이의 거리의 약 절반의 범위 내에서 상기 전자 방출 영역이 구불구불하게 형성된다. 상기 전자 소오스를 사용하여 영상 형성 장치를 얻고, 상기 영상 형성 장치에 대해 전자 방출 성능을 테스트한다. 상기 전자 방출 소자의 Ie는 18%의 분산을 나타낸다.

실시예 2와 비교 실시예 2의 영상 형성 장치들의 명점(bright spot) 크기를 관찰하면, 실시예 2의 명점이 약 150㎛임에 비해 비교 실시예 2의 명점은 약 200㎛이다. 상기 50㎛의 차이는 전자 방출 영역의 구불구불한 정도를 나타내는 것일 수 있다.

[실시예 3]

본 실시예의 전자 방출 소자는 실시예 1의 전자 방출 소자와 실질적으로 동일한 구조를 갖는다. 잉크 B를 사용하여 모든 필름 도트를 얻는다는 것과, 얇은 필름 도트는 잉크 B 한 방울로 얻는 반면 두꺼운 필름 도트는 잉크 B 세 방울로 얻는 다는 것을 제외하면 실시예 1의 단계에 따른다.

전자를 방출하도록 동작시키고 SEM을 통해 관찰한 결과, 본 실시예의 전자 방출 소자와 실시예 1의 전자 방출 소자가 실질적으로 동일하다는 것을 발견하였다.

[실시예 4, 5]

잉크젯 장치로서 버블젯 프린터(상품명 : BC-01, 캐논)의 헤드부를 사용한 것을 제외하면 실시예 1과 실시예 2의 단계에 따른다. 얻어진 전자 방출 영역은 프로파일과 전자 방출 성능에 있어서 실시예 1과 실시예 2의 전자 방출 영역과 유사하다.

[실시예 6]

실시예 1에와 같이, 석영 기판 위에 소자 전극쌍과 도선이 형성된다. 이어서, 잉크 A의 도트 하나가 각 소자 전극쌍 위에 형성된다. 각 소자 전극쌍은 20㎛의 간격으로 격리되고, 잉크젯 장치는 각 소자 전극쌍 위에 40㎛의 지름을 갖는 도트를 생성하도록 제어된다.

소자 전극쌍의 모서리에 도전막 도트가 (w₁/w₂)2의 관계를 만족하도록 폭을 갖는 경우에는 전자 방출 소자의 전자 방출 영역이 상기 소자 전극쌍의 모서리를 따라서 형성될 수 있으므로, 상기 소자 전극들 사이의 중심선으로부터 상기 필름 도트의 중심이 소자 전극(2)의 방향으로 7.5㎛ 만큼 벗어나도록 배치된다. 기하학적으로, 상기 조건하에서는 (w₁/w₂)2.05이므로 상기 요구 조건이 만족된다. 상기 필름 도트가 전술한 것보다 적게 벗어나는 경우에는 전자 방출 영역의 위치 제어 성능이 감소한다. 반면, 상기 필름 도트가 전술한 것보다 더 많이 벗어나는 경우에는 w₂의 값이 급격히 감소하여 결과적으로 상기 전자 방출 영역의 길이와 전자 방출율을 감소시킨다. 따라서, 상기 필름 도트가 벗어나는 정도는 균형이 맞아야 한다. 실시예 1에서와 같이 SEM을 통해 관찰하면, 모든 전자 방출 소자에서 소자 전극(3)의 대응하는 모서리를 따라서 원하는 방식으로 형성된 전자 방출 영역이 나타난다. 전자 방출 테스트에서, 상기 전자 방출 소자의 Ie는 10%의 분산을 나타낸다.

[비교 실시예 3]

본 실시예에서는, 각 도트의 중심이 소자 전극들 사이의 중심에 놓인 것을 제외하고는 실시예 6의 경우와 같은 방식으로 영상 형성 장치를 얻는다. 전자 방출 영역은 상기 소자 전극 사이의 간격에서 크게 구불구불하게 형성되는 것으로 나타난다. 상기 전자 방출 소자의 Ie는 14%의 분산을 나타낸다.

[실시예 7]

각 소자 전극쌍의 간격이 30㎛이고 각 60㎛의 지름을 갖는 5개의 도트가 각 소자 전극쌍에 형성되는 것을 제외하고는 본 실시예는 실시예 6과 유사하다. 각 도트의 중심은 상기 소자 전극 사이의 간격의 중심선으로부터 11㎛ 만큼 벗어나도록 형성된다. 상기 5개의 도트는 상기 소자 전극쌍을 연결하는 선에 수직인 선을 따라 배열되고 인접하는 도트는 30㎛ 만큼의 간격으로 격리된다. 상기 도트에 의해 형성되는 도전막이 전체적으로 거의 동일한 정도로 상기 소자 전극의 소정의 모서리를 덮는 반면, 상기 도트들이 소자 전극(2)의 모서리를 따라 더 많이 중복되는 영역을 가지기 때문에 상기 모서리를 따라서는 필름 두께가 상이하다.

실시예 6에서와 같이 활성화 성형 처리 이후에 SEM을 통해서 관찰하면, 모든 전자 방출 소자에서 상기 소자 전극(3)의 소정의 모서리를 따라 원하는 방식으로 전자 방출 영역이 형성된 것이 나타난다. 상기 전자 방출 소자를 사용하여 영상 형성 장치를 얻고, 상기 영상 형성 장치에 대해 전자 방출 성능을 테스트한다. 상기 전자 방출 소자의 Ie는 8%의 분산을 나타낸다.

[실시예 8]

본 실시예의 전자 방출 소자는 각각 도5a와 도5b에 개략적으로 도시된 구조를 갖는다. 본 실시예에서는 후술하는 것과 같은 도전막 형성 잉크가 사용된다.

잉크 C : 금속 농도(metal concentration)가 2중량%인 테트라아민플라티눔(Ⅱ) 니트레이트[tetrammineplatinum (Ⅱ) nitrate] 수용액.

잉크 D : 잉크 A 와 동일. (PAME)

단계 1: 석영 기판을 완전히 세척 및 건조한 후, 복수의 백금(Pt)의 소자 전극쌍(2, 3)이 오프셋 인쇄(offset printing)에 의해 형성된다. 본 실시예에서 사용되는 잉크는 백금 수지산염 페이스트(Pt resinate paste)이다. 원하는 프로파일로 소자 전극을 형성한 후, 이를 대기중에서 70℃로 건조하고 580℃에서의 베이킹 과정(baking)을 통해 약 100nm의 두께를 갖고 30㎛의 극간 간격을 갖는 소자 전극을 제조한다. 각 전자 방출 소자는 독립적으로 형성되는 것으로서 매트릭스 배선을 갖지 않는다.

단계 2: 두 개의 잉크가 버블젯 프린터(상품명 : BC-01, 캐논)의 각각의 프린터 헤드부(잉크를 가지고 있지 않음)로 로딩되고, 상기 석영 기판에 인가된다. 이어서, 상기 인가된 잉크를 대기중에서 10분 동안 300℃로 가열함으로써 Pt와 PdO의 도트(4-1, 4-2)가 생성된다.

단계 3: 상기 전자 방출 소자는 도8에 개략적으로 도시된 구조를 갖는 진공 장치 내에 위치되고, 진공실 내부는 1.3×10^-4Pa 의 기압으로 진공화되며, 그 후 상기 장치에 펄스 전압을 인가하여 실시예 1에서와 같이 활성화 성형 처리를 수행한다.

단계 4: 이어서, 기체 공급 라인을 통해 상기 진공실에 아세톤(acetone)이 인입되어 기압이 1.3×10^-1Pa으로 된다. 이어서, 각 소자 전극쌍에 18V 크기, 100㎲의 펄스 폭(pulse width), 100ms의 펄스 구간(pulse interval)을 갖는 구형 펄스 전압을 인가함으로써 활성화 처리를 수행한다. 형광이 관찰되면 상기 펄스 전압의 인가를 종료 하는데, 이는 상기 활성화 처리를 개시한 후 30분이 경과한 때에 소자 전류의 증가가 포화 레벨이 이르렀다는 것을 나타낸다. 상기 진공실의 내부는 다시 진공화된다.

단계 5: 10시간 후에 기압이 2.7×10^-5Pa로 감소될 때까지 상기 진공실은 계속 진공화되고 가열기를 사용하여 상기 진공실을 가열하여 온도를 200℃로 유지시키며, 이어서 상기 가열기를 끄고 상기 진공실을 서서히 냉각시킨다.

제조된 각각의 전자 방출 소자에 대하여 16V 크기의 구형 펄스 전압을 인가함으로써 전자 방출 성능을 테스트한다. 전자 방출 소자와 애노드와의 간격은 4mm이고 애노드 전압은 1kV이다.

모든 전자 방출 소자에 대한 상기 테스트를 완료하고 나면, 상기 전자 방출 소자의 Ie는 7%의 분산을 나타낸다. 상기 테스트 후 SEM을 통해서 관찰하면, 각 전자 방출 소자에서 상기 소자 전극(3)의 소정의 모서리를 따라 전자 방출 영역이 형성된 것이 나타난다.

[비교 실시예 4]

본 실시예에서는, 잉크 D만을 사용하여 모든 도트를 만든다는 것을 제외하고는 실시예 8의 단계에 의해 전자 방출 소자를 얻는다. 상기 제조된 전자 방출 소자는 유사한 방법으로 테스트된다. 상기 전자 방출 소자의 Ie는 14%의 분산을 나타낸다. 상기 테스트 후 SEM을 통해 관찰하면, 전자 방출 영역이 비교 실시예 1에서와 같이 각 전자 방출 소자에서 크게 구불구불하게 형성되는 것으로 나타난다.

[실시예 9]

본 실시예에서 후술하는 것과 같은 도전막 형성 잉크가 사용된다.

잉크 D : 잉크 A와 동일. (PAME)

잉크 E : 12g의 물에 1.28g의 팔라디움 아세테이트-비스(N-부틸에탄올아민)[palladium acetate-bis(N-butylethanolamine)]을 용해시켜 얻은 수용액. (2중량%의 금속 농도)

두 잉크에 대한 열 분해 처리는 대기중에서 이들을 가열함으로써 임시로 관찰할 수 있다. PAME는 170℃ 근방에서 분해되어 금속 팔라디움을 생성하고 280℃ 근방에서 PdO를 생성하기 시작하는 반면, PADBE는 145℃ 근방에서 분해되어 금속 팔라디움을 생성하기 시작하고 255℃ 근방에서 완전히 PdO로 변환된다.

금속 Pd는 처음 물질에 관계없이 동일한 온도에서 PdO가 되는 것으로 가정된다. PdO를 생성시키는 온도에 있어서의 전술한 상이점은 상기 잉크들 중에서 소정의 잉크에 포함된 처음 물질인 Pd 복합물로부터 먼저 생성된 금속 Pd가 다른 잉크의 Pd 복합물로부터 나중에 생성된 금속 Pd보다 더 오랜 시간동안 열처리를 받는다는 사실과 서로 상이한 잉크로부터 생성된 금속 Pd들의 특성이 서로 미시적으로(microscopically) 상이하여 반응 속도가 서로 상이하게 된다는 사실에 기인하는 것일 수 있다.

완전히 세척 및 건조된 석영 기판 위에 복수의 Au 소자 전극쌍이 형성된다. 각 쌍에서 소자 전극은 서로 20㎛ 만큼 떨어져 있다.

잉크 E의 네 개의 도트(4-1)과 잉크 D의 네 개의 도트(4-2)가 실시예 8에서와 같이 각 소자 전극쌍 사이에 형성되고, 이어서 10분 동안 270℃로 열처리되어 도전막(4)를 형성한다. 본 실시예에서, 각 잉크의 네 도트들은 상기 소자 전극을 연결 하는 선에 수직인 선을 따라 배열되어 인접하는 도트들이 서로 부분적으로 겹쳐진다. 즉, 상기 도트들이 도2a에 도시된 것과 거의 유사하게 배열된다.

그리고 나서, 실시예 8에서와 같이 상기 도트들에 대하여 활성화 성형 처리와 활성화 처리를 수행한다. 다만, 아세톤 압력은 1×10^-2Pa이고 인가된 펄스 전압의 크기는 5V/min의 비율로 0V에서 14V로 상승하여 14V로 유지된다.

온도를 200℃로 유지한 상태에서 진공실을 10시간동안 진공화한 후, 가열기를 끄고 서서히 냉각시킨다.

상기 얻은 장치에 대해 전자 방출 성능을 테스트하면, 실시예 8에서와 유사한 결과를 얻는다. 상기 테스트 후 SEM을 통해서 관찰하면, 실시예 8에서와 같이 각 전자 방출 소자에서 상기 소자 전극(3)의 소정의 모서리를 따라 전자 방출 영역이 생성된 것이 나타난다.

[실시예 10]

본 실시예에서는, 다음의 도전막 형성 잉크가 사용된다.

잉크 D : 잉크 A와 동일. (PAME)

잉크 F : 12g의 물에 0.84g의 팔라디움 아세테이트-디(N-부틸에탄올아민) [palladium acetate-di(N-butylethanolamine)(PABE)]을 용해시켜 얻은 수용액.

대기중에서 수행된 열처리에서, 상기 PABE는 145℃에서 분해되어 금속 Pd를 생성시키고 245℃에서 전체가 PdO로 변환된다.

본 실시예에서 얻은 각 전자 방출 소자는 도3a에 도시된 것과 거의 유사한 구성을 갖는다. 즉, 중앙 열의 필름 도트가 잉크 F로 형성되고, 다른 열의 도트들은 잉크 D로 형성된다. 실시예 8에서와 마찬가지로, 각각의 도트는 잉크젯 장치를 사용하여 형성되어, 대기중에서 10분 동안 260℃로 열처리된다. 이어서, 상기 도트들에 대하여 활성화 성형 처리 및 활성화 처리를 수행하고, 전자 방출 성능을 테스트 하기 위해 진공실에 위치시킨 후 진공 상태를 실현하기 위하여 진공실을 진공화한다. 본 실시예에서 얻은 결과는 실시예 8과 유사하다.

상기 테스트 후, 각 장치를 SEM을 통해서 관찰하면 전자 방출 영역이 도전막의 거의 중심에 형성되어 있다.

[실시예 11]

본 실시예에서의 전자 방출 소자는 실시예 9의 전자 방출 소자와 거의 동일한 구성을 갖는다.

본 실시예에서는, 다음의 도전막 형성 잉크가 사용된다.

잉크 G : 금속 농도가 2중량%가 되도록 물에 팔라디움 아세테이트-모노부탄올아민(palladium acetate-monobutanolamine (PAMB)]을 용해시켜 얻은 수용액.

잉크 H : 금속 농도가 2중량%가 되도록 물에 팔라디움 아세테이트-비스[N,N-디에틸에탄올아민(N,N-diethylethanolamine)] (PADEE)를 용해시켜 얻은 수용액.

대기 중에서 열처리하여 팔라디움 복합물의 열분해 상태를 관찰하면, 상기 PAMB는 180℃에서 금속 Pd로 분해되고 이는 260℃에서 PdO로 변환되는 반면, 상기 PADEE는 140℃에서 금속 Pd로 분해되고 이는 230℃에서 PdO로 변환된다.

실시예 9에서와 같이 대기중에서 240℃로 10분 동안 열처리하여 도전막을 생성시킴으로써 전자 방출 소자를 얻는다. 활성화 성형 처리 및 활성화 처리를 수행한 후에, 이를 진공실에 두고 전자 방출 성능을 관찰하기 위해 진공화한다.

상기 테스트 결과는 실시예 9의 결과와 유사하다. SEM을 통해 관찰하면, 본 실시예의 각 소자는 실시예 9에서의 대응하는 소자와 유사하다.

[실시예 12]

본 실시예에서의 전자 방출 소자는 실시예 10의 전자 방출 소자와 거의 동일한 구성을 갖는다. 본 실시예에서는, 다음의 도전막 형성 잉크가 사용된다.

잉크 I : 금속 농도가 2중량%가 되도록 물에 팔라디움 아세테이트-모노프로 패놀아민(palladium acetate-monopropanolamine (PAMP)]을 용해시켜 얻은 수용액.

잉크 J : 금속 농도가 2중량%가 되도록 물에 팔라디움 아세테이트-비스[N,N-디메틸에탄올아민(N,N-dimethylethanolamine)] (PADME)를 용해시켜 얻은 수용액.

상기 잉크의 열분해 형태를 관찰하면, 상기 PAMP는 180℃ 근방에서 금속 Pd로 분해되고 이는 270℃에서 PdO로 변환되는 반면, PADME는 120℃에서 금속 Pd로 분해되고 이는 230℃에서 PdO로 변환된다. 실시예 10에서와 같이 전자 방출 소자를 얻고 대기중에서 240℃로 10분 동안 열처리한다. 실시예 9에서와 같이 활성화 성형 처리 및 활성화 처리를 수행한 후, 이를 진공실에 두고 소자의 전자 방출 성능을 관찰하기 위해 진공화한다.

상기 테스트 결과는 실시예 9의 결과와 유사하다. SEM을 통해 관찰하면, 본 실시예의 각 소자는 실시예 9에서의 대응하는 소자와 유사하다.

[실시예 13]

백금 수지산염 페이스트를 이용하여 오프셋 인쇄를 수행하고 70℃에서 건조함으로써 완전히 세척 및 건조된 석영 기판 위에 소자 전극쌍의 패턴이 형성된다. 그리고 나서, 580℃에서의 베이킹 과정을 통해 Pt로 구성된 복수의 소자 전극쌍을 형성한다.

이어서, 미세한 탄소 입자(분산성을 증가시키기 위하여 0.1중량% 이하의 표면 활성제를 더 포함)인 퍼너스 블랙(furnace black)(HAF, 30nm의 평균 입자 크기)의 1중량%의 수성 서스펜션이 잉크젯 장치에 로딩되고, 상기 기판에 상기 수성 서스펜션을 몇 방울 인가하여 각 소자 전극쌍을 교락(bridge)한다. 미세한 탄소 입자가 분산된 상기 용액은, 페이스트를 베이킹 처리하여 형성된 소자 전극으로 끌어당겨져 소량 흡수된다. 그리고 나서, 상기 용액이 100℃로 10분간 건조된다.

이어서, 70중량%의 물과 1중량%의 금속 농도를 갖는 30중량%의 이소프로패놀(IPA)+에틸렌 글리콜+폴리비닐 알코올(PVA)을 포함하는 용액에 팔라디움 아세테이트 모노에탄올아민(PAME)을 용해시켜 얻은 잉크 K가 잉크젯 장치에 의해 상기 기판으로 인가되고, 300℃에서 10분간 베이킹 처리된다. 상기 조건에서는, 탄소 입자를 갖는 상기 소자 전극 근방의 Pd 원자는 상기 탄소의 환원 효과(reducing effect)에 의해 산화되지 않고 금속 Pd로 남는다. 한편, 상기 소자 전극 사이의 간격의 중앙부에는 충분한 탄소 입자가 존재하지 않기 때문에 이 영역에 위치하는 Pd원자는 산화되어 PdO가 된다. 중앙부의 PdO는 소자 전극 근방의 금속 Pd보다 저항이 더 크고, 따라서 조성적 잠상을 생성한다.

실시예 8에서와 같이 진공실 내에서 활성화 성형 처리와 활성화 처리를 수행 한 후, 상기 소자를 고도의 진공 상태에 있는 진공실 내에 두고 소자의 전자 방출 성능을 관찰한다. 상기 전자 방출 소자의 Ie는 6%의 분산을 나타낸다. SEM을 통해서 관찰하면, 각 소자의 전자 방출 영역은 상기 소자 전극 사이의 중앙부에서 관찰되며 구불구불한 정도가 대단히 작다.

[실시예 14]

소다 석회 유리 기판이 사용되고 백금 탄소(platinum carbon) 미립자가 탄소 미립자 대신 사용된 것을 제외하고는 실시예 13의 단계를 따른다. 상기 백금 탄소는 30nm의 평균 입자 크기를 갖는 탄소 미립자에 염화 백금을 흡수시키고 이를 700℃로 4시간동안 건조시켜 얻는다.

이어서, 실시예 13에서와 같이 각 소자에 대해서 조성적 잠상을 갖는 도전막을 생성하도록 잉크 K의 잉크 방울을 상기 기판에 인가하고 이를 베이킹 처리하며, 그리고 나서 상기 소자에 대해 활성화 성형 처리와 활성화 처리를 수행한다. 전자 방출 소자의 Ie는 5%의 분산을 나타낸다. SEM을 통한 관찰 결과는 실시예 13에서와 유사하다.

[실시예 15]

본 실시예에서는 석영 기판이 사용되고, 포토리소그래피(photolithography)에 의해 소자 전극 또는 Au가 생성된다.

후술하는 도전막 형성 잉크가 사용된다.

잉크 L : 금속 농도가 2중량%가 되도록 물에 니켈 (Ⅱ) 아세테이트를 용해시켜 얻은 수용액.

잉크 M : 금속 농도가 2중량%가 되도록 물에 크롬 (Ⅲ) 아세테이트를 용해시켜 얻은 수용액.

단계 1: 도6a와 도6b에 개략적으로 도시된 구성을 갖는 소자들이 제공된다. 도6a와 도6b를 참조하면, 도트(4-1)과 도트(4-2)이 각각 잉크 L과 잉크 M으로부터 형성된다. 상기 도트(4-1)은 40nm 두께의 금속 Ni 필름을 갖고 상기 도트(4-2)은 10nm 두께의 금속 Cr 필름을 갖도록 잉크의 분사를 조절한다.

단계 2: 98%의 Ar과 2%의 H₂를 포함하는 대기중에서 400℃로 10시간동안 상기 소자를 열처리함으로써 상기 금속 복합물을 각각의 금속 필름으로 분해시킨다. 그리고 나서, 온도를 500℃로 올려서 1시간동안 유지시키고, 점차적으로 온도를 낮춤으로써 각 소자에서 상기 도트들이 교차하는 영역에서 Ni과 Cr의 합금을 생성시킨다.

단계 3: 실시예 8에서와 같이 상기 소자에 대해 활성화 성형 처리와 활성화 처리를 수행한 후, 200℃의 진공실에 상기 소자를 두고 상기 진공실을 고도로 진공화한다.

실시에 8에서와 같이 상기 얻은 소자에 대해 전자 방출 성능을 테스트하면, 전자 방출 소자의 Ie는 11%를 나타낸다. SEM을 통해 관찰하면, 구불구불한 정도가 작은 전자 방출 영역이 각 소자에서 두 도트가 교차하는 영역에 형성된다.

상기 전자 방출 영역의 구불구불한 정도가 작은 것은, Ni 80%와 Cr 20%의 합금은 전형적인 크롬 합금 복합물로서 Ni이나 Cr 보다 수천배 더 큰 저항을 갖고 따라서 활성화 성형 처리에서 전기적으로 활성화 성형될 때 대단히 많은 양의 열이 발생하게 되어 그 영역에만 전자 방출 영역이 생성되기 때문이다. 금속 Cr이나 금속 Ni은 각각 bcc 격자 구조와 fcc 격자 구조로 되어 있고, 상기 조성비의 합금의 구조는 Ni의 구조와 유사하게 되어, 상기 합금과 금속 Cr이 만나는 영역은 기계적 강도가 그다지 높지 못하다. 즉, 상기 합금과 금속 Cr이 만나는 영역에 의해 활성화 성형 처리에서 전자 방출 영역의 형성이 개시될 수 있다.

앞에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법과 잉크젯 장치를 사용함으로써 구조적 잠상 또는 조성적 잠상을 갖는 도전막을 얻을 수 있다. 본 발명의 방법에 의하면, 이후의 활성화 성형 처리에서 상기 도전막에 생성되는 전자 방출 영역이, 상기 소자 전극 사이의 중간이나 어느 하나의 소자 전극에 인접하는 것과 같이 원하는 위치에 배치될 수 있도록 제어될 수 있고, 전자 방출 영역의 구불구불한 정도가 최소화됨으로써 생성된 전자 방출 소자가 균일하게 전자를 방출한다. 또한, 영상 형성 장치에서 각 전자 방출 소자의 소자 전극이 서로 많이 격리되어 있는 경우에는, 상기 전자 방출 소자로부터 방출된 전자 비임에 의해, 상기 영상 형성 장치에 병치된 형광 필름 위에 작은 명점이 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 영상 형성 장치를 사용함으로써 미세한 영상을 만족스럽게 디스플레이할 수 있다. 또한, 상기 영상 형성 장치의 표시 스크린은 균일한 명도를 제공하므로 스크린에 디스플레이된 영상의 질을 보다 향상시킬 수 있다.

마지막으로, 잠상 형성을 위한 다른 기지의 기술과 비교하여, 잉크젯 장치를 사용함으로써 본 발명의 도전막을 제조하는 데에 사용할 수 있는 재료 선택을 폭을 넓힐 수 있다.

예를 들어, 잉크젯 기술을 사용하지 않는 패턴 형성법에 의해 실시예 1과 유사한 구성을 얻는 경우에는, 다음의 단계가 수행될 것이다. 즉, 얇은 필름이 먼저 형성되어 패턴화된 후, 그 위에 두꺼운 필름에 대한 패턴화 마스크가 형성되고, 이어서 유기 금속 용액을 인가하고 나서 베이킹 처리와 리프트오프(lift-off) 처리를 하여 패턴화를 이룬다. 먼저 얇은 필름을 형성하고 그 위에 패턴화 마스크를 형성하므로, 상기 얇은 필름은 기판에 대한 접착력이 대단히 좋아야 한다. 상기 필름 물질이 실시예 1에서와 같이 PdO와 같은 산화물인 경우에는, 상기 물질이 그러한 강한 접착력을 가질 것이고, 따라서 전술한 단계들이 성공적으로 수행된다. 또한, 상기 필름 물질이 금속 Pd인 경우에는, 환원 처리에 이은 패턴화 과정이 원하는 필름 패턴을 성공적으로 제공한다. 그러나, 필름 물질로서 Pt를 사용하는 경우에는, Pt는 산화가 어렵기 때문에 전술한 단계들이 채용될 수 없다. 이와는 반대로, 잉크젯 기술을 사용하면 적절한 유기 Pt 복합물을 패턴 형성 과정에 사용할 수 있다.

또한, 실시예 15에서와 같은 구성을 갖는 경우에는, 두 개의 도트가 각각의 산화물 형태로 제공되고 열분해에 의해 합금이 발생하므로 상기 도트들 사이의 교차 지점에서 상대적으로 낮은 온도로 합금을 생성할 수 있다. 반면, 필름 형성 및 패턴화 과정을 반복적으로 수행하는 종래의 처리에 의해 상기 합금을 얻는 경우에는, 예를 들어 먼저 NiO 필름을 형성하여 패턴화하고, 그리고 Cr 필름을 형성하고 NiO를 환원시켜 Ni를 형성한 후, 교차 영역에서 합금을 형성하여야 한다. 이러한 경우, 교차 영역에서, Ni와 Cr이 금속층으로서 적층되고, 합금을 형성함에 있어서 충분한 확산이 이루어져야 하므로, 시간이 오래 걸리고 고온에서 처리가 이루어져야 하는데, 기판의 열저항 특성에 의해 소정의 경우에는 이러한 것이 불가능할 수 있다.

Claims (24)

1. 기판 상에 형성된 한쌍의 소자 전극, 상기 소자 전극을 서로 연결하는 도전막 및 상기 도전막에 형성된 전자 방출 영역을 구비하는 전자 방출 소자를 제조하는 방법에 있어서, (1) 상기 도전막을 생성하기 위한 물질을 함유하는 잉크를 잉크젯(ink-jet)장치에 의해 하나 또는 그 이상의 방울(drops)의 형태로 상기 기판의 선정된 위치에 인가하는 단계, (2) 상기 인가된 방울을 도전막으로 변화시키기 위해 상기 방울을 건조시키고 베이킹(baking)하는 단계, 및 (3) 상기 한쌍의 소자 전극에 전압을 인가하여 상기 도전막에 전류가 흘러 전자 방출 영역을 생성하도록 하는 단계를 포함하며, 상기 단계 (1) 및 (2)에 의해 형성된 도전막이 상기 단계 (3)에 의해 발생된 주울(Joule) 열에 의해 전자 방출 영역을 생성하기에 적합한 잠상(latent image)을 가지도록 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 잠상은 상기 단계 (3)에서 전류가 상기 도전막으로 흐르게 될 때 높은 전류 밀도를 생성하는 영역에 형성된 구조적 잠상(structural latent image)인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 잠상은 상기 소자 전극들 사이의 도전막의 한 영역에 형성되며, 상기 도전막의 한 영역은 상기 도전막의 나머지 영역 보다 작은 필름 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 작은 필름 두께를 가지는 도전막의 영역은 상기 도전막의 영역과 나머지 영역에 대해 각각 다른 농도로 상기 도전막의 물질을 함유하는 잉크를 사용하여 잠상에 대해 형성되며, 높은 농도의 물질을 함유하는 잉크는 하나 또는 그 이상의 방울로 형태로 큰 필름 두께를 생성하기 위한 영역에 인가되고, 낮은 농도의 물질을 함유하는 잉크는 하나 또는 그 이상의 방울의 형태로 작은 필름 두께를 생성하기 위한 영역에 인가되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 작은 필름 두께를 가지는 도전막의 영역은 상기 영역과 상기 나머니 영역 간에 상기 도전막의 물질을 함유하는 잉크를 인가하는 횟수의 차를 구함으로써 잠상에 대해 형성되며, 상기 잉크를 상기 영역에 인가하는 횟수 보다 많은 횟수로 상기 나머지 영역에 상기 잉크를 인가하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잉크는 도트(dots)의 형태로 인가되고, 큰 필름 두께를 생성하기 위한 필름 도트(film dot(s))의 두께와 작은 필름 두께를 생성하기 위한 필름 도트의 두께의 비는 2와 같거나 큰 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제2항에 있어서, 상기 잠상은, 필름 도트를 형성하기 위해 상기 잉크의 한 방울 또는 여러 방울을 인가하되, 상기 필름 도트의 중심이 상기 소자 전극을 분리시키는 간격의 중심선으로부터 변위되어 있으며 상기 소자 전극 중의 하나의 관련 모서리를 덮는 필름 도트의 폭 W₁이 다른 소자 전극의 관련 모서리를 덮는 필름 도트의 폭 W₂보다 커서 적게 덮힌 폭 W₂를 갖는 소자 전극의 모서리를 따라 잠상을 형성하도록 인가함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 도트의 폭의 비는 공식 W₁/W₂ 2으로 표현되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 도트는 반경 R을 가진 원이며, 상기 소자 전극은 간격 L만큼 분리되어 있으며 상기 도트의 중심이 상기 간격의 중심선으로부터 간격 δL만큼 변위되어 있는 경우, 다음 식

   이 만족되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 잠상은 상기 도전막의 부분에서 생성되며, 상기 부분은 상기 소자 전극을 서로 연결하는 도전막의 나머지 부분의 물질 보다 큰 저항성을 갖는 물질로 되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 도전막의 부분은 금속 산화물(metal oxide)로 이루어져 있고, 상기 도전막의 나머지 부분은 금속으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 금속 산화물로 된 부분은 제1 금속 원소의 화합물을 함유하는 잉크를 인가함으로써 형성되고, 상기 도전막의 나머지 부분은 제2 금속 원소의 화합물을 함유하는 잉크를 인가함으로써 형성되며, 상기 제1 금속 원소는 상기 제2 금속 원소 보다 쉽게 산화되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 제1 금속 원소는 Pd이고, 상기 제2 금속 원소는 Pt인 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제11항에 있어서, 상기 금속 산화물로 되어 있고 큰 저항성을 가지는 도전막의 부분은 한 방울 또는 여러 방울의 형태로 제1 금속 화합물을 함유하는 잉크를 인가함으로써 형성되고, 상기 금속으로 이루어진 도전막의 나머지 부분은 한 방울 또는 여러 방울의 형태로 제2 금속 화합물을 함유하는 다른 잉크를 인가함으로써 형성되며, 상기 제1 금속 화합물은 상기 제2 금속 화합물 보다 낮은 열 분해 온도(thermal decomposition temperature)를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 제1 금속 화합물은 팔라디움 아세테이트-비스 (N-부틸에탄올아민), 팔라디움 아세테이트-디 (N-부틸에탄올아민), 팔라디움 아세테이트-비스 (N, N-디에틸에탄올아민) 및 팔라디움 아세테이트-비스 (N, N-디메틸에탄올아민)으로부터 선택되며, 상기 제2 금속 화합물은 팔라디움 아세테이트-모노에탄올아민, 팔라디움 아세테이트-모노부탄올 아민 및 팔라디움 아세테이트-모노프로파놀아민으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제11항에 있어서, 상기 도전막을 형성하기 위해 환원 물질(reducing substance)이 상기 영역의 부분에 배치되며, 상기 잉크를 함유하는 금속 화합물이 방울의 형태로 상기 영역에 인가되어 베이킹되어 상기 환원 물질이 놓여진 부분에 금속 화합물의 금속을 그리고 상기 영역의 나머지 부분에 상기 금속의 산화물을 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 환원 물질은 미세 입자의 형태로 된 탄소인 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제16항에 있어서, 상기 환원 물질은 미세 입자의 형태로 된 플라티눔 카본(platinum carbon)인 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환원 물질의 미세 입자를 함유하는 분산된 상태의 현탁액이 잉크젯 장치에 의해 상기 부분에 인가되는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제10항에 있어서, 상기 도전막은 제1 금속의 도트와 제2 금속의 도트로 형성되되, 상기 금속들의 합금이 상기 도트들의 중첩 (교차) 영역에 생성되고 상기 금속들의 양쪽 어느 것 보다 두 자리수의 크기 만큼 큰 저항성을 나타내어 잠상이 상기 교차 영역에 형성되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속은 각각 Ni와 Cr이며, 상기 교차 영역에 니크롬이 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 기판; 한쌍의 마주 보는 소자 전극, 상기 소자 전극을 서로 연결하는 도전막 및 상기 도전막의 영역에 형성된 전자 방출 영역을 각각 구비하고 상기 기판에 배열되어 있는 다수의 전자 방출 소자; 및 상기 전자 방출 소자를 서로 연결하는 도선을 포함하는 전자 소오스를 제조하는 방법에 있어서, 상기 전자 방출 소자가 상기 제1항 내지 제5항, 상기 제7항 내지 제18항, 상기 제20항 또는 상기 제21항 중 어느 한 항에 다른 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 한쌍의 마주 보는 소자 전극, 상기 소자 전극을 서로 연결하는 도전막 및 상기 도전막의 영역에 형성된 전자 방출 영역을 각각 구비하는 다수의 전자 방출 소자 및 상기 전자 방출 소자를 기판 상에서 서로 연결하는 도선을 배열함으로써 마련되는 전자 소오스; 및 상기 전자 소오스로부터 방출되는 전자 비임으로 비추었을 때 빛을 방출하도록 된 영상 형성 부재를 포함하고, 상기 전자 소오스와 상기 영상 형성 부재는 진공 엔벨로프(vacuum envelope)에 배열되어 있는 영상 형성 장치를 제조하는 방법에 있어서, 상기 전자 소오스는 상기 제22항의 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
24. 기판 상에 형성된 한쌍의 소자 전극, 상기 소자 전극을 서로 연결하는 도전막 및 상기 도전막에 형성된 전자 방출 영역을 구비하는 전자 방출 소자를 제조하는 방법에 있어서, 상기 도전막의 물질을 함유하는 용액을 잉크젯(ink-jet) 시스템에 의해 방울들(drops)의 형태로 상기 소자 전극을 서로 연결하는 영역에 인가함으로써 전자 방출 영역을 형성하기 위하여 도전막을 생성하는 단계, 및 전자 방출 영역을 형성하기 위하여 상기 도전막에 전자 방출 영역을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 도전성 영역에 대한 상기 전자 방출 영역의 잠상이 잉크젯 시스템에 의해 상기 용액을 인가하는 상기 단계를 수행하는 동안 상기 도전막에서 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.