KR100279304B1 - 전자원 및 이를 구비한 화상 생성 장치와, 이들의 활성화 방법 - Google Patents
전자원 및 이를 구비한 화상 생성 장치와, 이들의 활성화 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 전자원은 특히 표면 전도형 전자 방출 소자의 하나 이상의 전자 방출소자와 전자 방출 소자에 활성화 물질을 공급하는 수단을 포함하고 있다. 활성화물질 공급 수단은 바람직하게 활성화 물질원과 활성화 물질원의 활성화 물질을 기화시키는 가열기 또는 전자 빔 발생기를 포함하고 있다. 전자원은 화상 생성 부재(예를 들어, 형광체)와 결합되어 화상 생성 장치를 구성한다. 활성화 물질 공급 수단은 원 위치에서 전자 방출 소자의 활성화 또는 재활성화에 사용된다.
Description
제1(a)도 내지 제1(c)도는 본 발명의 목적에 사용할 수 있는 표면 전도형 전자 방출소자의 개략도.
제2도는 본 발명의 목적에 사용할 수 있는 다른 표면 전도형 전자 방출 소자의 개략도.
제3도는 본 발명의 목적에 사용할 수 있는 또다른 표면 전도형 전자 방출 소자의 개략도.
제4(a)도 내지 제4(e)도는 본 발명의 목적에 사용할 수 있으며 서로 다른 제조 단계를 도시하는 또 다른 표면 전도형 전자 방출 소자의 개략도.
제5(a)도 내지 제5(d)도는 표면 전도형 전자 방출 소자, 이러한 소자를 구비한 전자원 및 이러한 전자원을 구비한 화상 생성 장치를 제조하며 그들 성능을 계측하는데 사용할 수 있는 전압 파형을 개략으로 도시한 그래프.
제6도는 표면 전도형 전자 방출 소자의 전자 방출 성능을 측정하기 위한 계측 시스템의 블럭도.
제7도는 표면 전도형 전자 방출 소자 또는 전자원의 소자 전압 Vf와 소자 전류 If및, 소자 전압 Vf와 방출 전류 Ie간의 전형적인 관계를 나타내는 그래프.
제8도는 본 발명에 따른 전자원의 일 실시예의 개략도.
제9(a)도는 본 발명에 따른 화상 생성 장치의 일 실시예의 개략도.
제9(b)도는 본 발명에 따른 화상 생성 장치 내에 배열된 게터의 개략도.
제10(a)도 및 제10(b)도는 본 발명에 따른 화상 생성 장치의 표시 패널의 형광막에 대한 가능한 두가지 구성을 도시하는 개략도.
제11도는 NTSC 시스템 텔레비젼 신호에 따라 화상을 표시하는 화상 생성장치의 구동 회로에 대한 블럭도.
제12도는 본 발명에 따른 전자원의 다른 실시예에 대한 개략도.
제13도는 본 발명에 따른 화상 생성 장치의 다른 실시예에 대한 개략도.
제14(a)도 내지 제14(d)도는 [실시예 1]의 표면 전도형 전자 방출 소자에 대한 개략도.
제15(a)도 내지 제15(j)도 및 제15(k)도는 여러 제조 단계시의 [실시예 1]의 표면 전도형 전자 방출 소자에 대한 개략도.
제16(a)도, 제16(b)도 및 제16(c)도는 여러 제조 단계시의 [실시예 3]의 표면 전도형 전자 방출 소자에 대한 개략도.
제17(a)도 내지 제17(c)도는 [실시예 4]의 표면 전도형 전자 방출 소자에 대한 개략도.
제18(a)도 내지 제18(f)도는 여러 제조 단계시의 [실시예 5]의 전자원에 대한 개략도.
제19도는 [실시예 5]의 화상 생성 장치를 제조하는데 사용할 수 있는 처리 장치에 대한 개략적인 블럭도.
제20도는 [실시예 7]의 전자원 일부에 대한 개략도.
제21도는 [실시예 7]의 전자원 일부에 대한 개략도.
제22(a)도 내지 제22(g)도는 여러 제조 단계시의 [실시예 7]의 전자원에 대한 개략도.
제23(a)도 및 제23(b)도는 [실시예 7]의 전자원과 화상 생성 장치에 대한 개략도.
제24도는 본 발명에 따른 매트릭스 구성의 전자원으로서 통전 포밍과 활성화 단계를 위한 배선 방법과 그 성능을 계측하기 위한 실시를 나타내는 전자원의 개략도.
제25도는 [실시예 7]의 화상 생성 장치에 대한 개략도.
제26도는 [실시예 9]의 화상 생성 장치를 사용한 응용을 나타내는 블럭도.
제27도는 공지의 표면 전도형 전자 방출 소자에 대한 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판 2,3 : 소자 전극
4 : 전기 전도성 박막 5 : 전자 방출 영역
7 : 박막 저항 가열기 8 : 활성화 물질원
[발명의 배경]
[발명의 분야]
본 발명은 전자원과 화상 생성 장치에 관한 것으로, 보다 상술하자면 전자원의 성능 저하를 억제시켜 성능을 회복시킴으로써 전자원을 활성화 상태로 유지시키는 수단을 갖추고 있는 전자원 및 그 전자원을 구비한 화상 생성 장치와 상기 수단을 전자원에 제공하는 방법에 관한 것이다.
[관련 배경 기술]
전자-방출 소자로서는 두가지 형이 공지되어 있는데, 즉 열음극 전자-방출형과, 냉음극 전자-방출형이 있다. 물론, 냉음극 방출형은 전계 방출형(이하 FE형으로 기술함) 소자와, 금속/절연층/금속형(이하 MIM형으로 기술함) 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 emission”과 C.A. Spindt에 의한 J Appl. Phys., 47, 5284(1976)의 “PHYSICAL Properties of thin-film field emission cathodes with molybdenum cones”에서 제시된 것들을 들 수 있다.
MIM 소자의 예로서는 C.A. Mead에 의한 J. Appl. Phys., 32, 646(1961)의 “The tunnel-emission amplifier”를 포함하는 논문에서 기재된 것들을 들 수 있다.
표면 전도형 전자-방출 소자의 예로서는 M.I. Elison에 의해 Radio Eng. Electron Phys., 10(1065)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. Edison은 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.
제27도는 M. Hartwell에 의해 제안된 전형적인 표면 전도형 전자-방출 소자를 개략으로 도시하고 있다. 제27도에서, 참조 번호 (1)은 기판을 나타내고, 참조번호(4)는 통상적으로 스퍼터링에 의해 H형의 금속 산화물 박막을 형성하여 준비되어진 전기 전도성 박막을 나타내며, 이 박막 중 일부가 결국에는 이후 기술될 “통전포밍(energization forming)”으로 참조되는 전기적으로 통전 처리를 받을 때 전자-방출 영역(5)이 된다. 제27도에서, 한쌍의 소자 전극을 분리시키는 금속 산화물막의 소규모 수평 영역은 길이 L이 0.5 내지 1 [mm]이고 폭 W′가 0.1 [mm]이다.
종래에는, 표면 전도형 전자-방출 소자에서 이 소자의 전기 전도성 박막(4)에 대해 “통전 포밍”으로서 참조되는 통전 예비 처리를 행함으로써 전자-방출 영역(5)을 형성시켰다. 통전 포밍 처리의 경우, 전형적으로 1 v/min.의 비율로 상승하는 일정 DC 전압 또는 저속 상승 DC 전압을 전기 전도성 박막(4)의 소정의 대향 단부에 인가하여, 박막을 부분적으로 파괴, 변형 또는 변질시켜 전기적으로 높은 저항성을 갖는 전자-방출 영역(5)을 형성시킨다 이 때문에, 전자-방출 영역(5)은 전형적으로 균열부(fissure) 또는 균열부들을 포함하는 전기 전도성 박막(4)의 일부분이 되어, 전자들이 이 균열부들로부터 방출될 수가 있다.
고려 중에 있는 현재 이용가능한 전자 방출 소자들은, 밝고 선명한 화상을 안정하게 제공하는 화상 생성 장치를 실현하기 위해 전자 방출의 성능 및 효율을 개선시킬 여지를 갖고 있다. 여기서 말하는 효율이란 방출 소자의 쌍을 이루는 소자 전극들에 전압이 가해질 때 표면 전도형 전자 방출 소자를 통해 흐르는 전류(이하 “소자 전류” 또는 If라 칭함) 대 소자로부터 진공실 내로 방출되는 전자에 의해 형성되는 전류(이하 “방출 전류” 또는 Ie라 칭함)의 비를 일컫는다 이상적인 전자방출 소자는 작은 소자 전류에 대해 큰 방출 전류를 나타낸다. 전자 방출 소자가 그 전자 방출 성능을 엄격하게 제어하여 효율을 개선시키면, 다수의 이러한 전자 방출 소자와 화상이 형성되어지는 형광 부재를 배열시킴으로써 실현된 화상 생성 장치는 이 장치가 매우 평편하게 제조될 경우 에너지 소모를 감소시키면서 고화질을 제공할 수 있을 것이다. 다음에 이러한 화상 생성 장치의 구동 회로도 저가로 제조할 수 있는데, 이것은 이 장치의 전자 방출 소자의 에너지 소모율이 낮기 때문이다.
그러나, 상기 Hartwell이 제안한 전자 방출 소자가 항상 안정한 전자 방출 및 효율을 만족스럽게 행하는 것은 아니므로, Hartwell의 소자를 사용하여 고선명화상을 안정적으로 제공하는 화상 생성 장치를 실현하는 것은 매우 곤란한 것으로 여겨져 왔다.
집중적인 연구 노력의 결과로서, 본 발명의 발명자들은, 상술한 통전 포밍에 의해 표면 전도형 전자-방출 장치 내에 전자-방출 영역을 형성한 후에 유기 물질을 함유한 분위기에서 표면 전도형 전자-방출 장치에 일정 전압을 인가하면, 소자의 If와 Ie가 현저하게 증가된다는 것을 발견하였다. 이러한 동작을 “활성화(activation)”라 칭한다.
If와 Ie가 증가하는 상기 현상은 전압 인가의 결과로서 전자-방출 영역의 부근에서 생성된 탄소 또는 탄소 화합물의 활성화된 박막 형태의 침착물에 의한 것이다.
전자 방출 소자가 장기간 동안 전자 방출을 행하면, 전자 방출 영역 부근의 침착물이 점차적으로 분해되고 부식되어져 소자의 전자 방출 성능이 저하되지만, 이러한 저하는 활성화 처리 중에 적당한 파라미터를 선택함으로써 억제시킬 수 있다. 이것은 침착물의 결정성이 부식율에 영향을 주는데 결정성은 또한 활성화 처리의 파라미터에 의해 영향을 받기 때문이다. 침착물로서 텅스텐과 같은 고융점을 갖는 금속을 사용하는 것이 침착물의 부식을 억제하는데 효과적이다.
그럼에도 불구하고, 표면 전도형 전자 방출 소자를 화상 생성 장치 또는 그와 유사한 용도에 사용하려면 소자의 성능을 더욱 개선시켜 성능 저하를 방지시키고 서비스 수명을 연장시킬 필요가 있다.
상기한 문제와 그외 다른 문제에 비추어 보아, 본 발명의 목적은 개선된 표면 전도형 전자 방출 소자를 제공하는데 있다.
또한, “활성화 처리”시에는 탄소와 금속 화합물을 화상 생성 장치 내로 도입시키기 위한 장비를 갖춘 대형의 진공 장치를 사용할 필요가 있다. 진공 용기(밀봉용기)를 갖는 대형 화상 생성 장치를 이러한 진공 장치로 활성화 처리를 행할 경우에는 진공 장치는 진공 용기의 내부를 탈기시켜 탄소 및/또는 금속 화합물을 진공용기 내로 도입시키기 위한 배기 파이프를 포함해야 하는데, 이것은 전체 공정을 더욱 복잡하게 하고 시간이 많이 들게 되므로, 특히 상기 화합물이 큰 분자 중량을 가질 경우 화상 생성 장치의 제조 비용이 증가되어진다. 따라서, 본 발명의 목적은 또한 축소형 진공 장치와 단순화된 제조 공정을 사용함으로써 상기한 문제점들을 극복할 수 있는 방법을 제공하는데도 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 전자원 및 이러한 전자원을 구비한 화상 생성 장치의 전자 방출 성능의 저하를 억제시키고 그 전자 방출 성능을 회복시키는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 전자 방출 소자를 구비한 전자원이 제공되어 있으며, 전자원은 전자 방출 소자에 활성화 물질을 제공하기 위한 수단을 갖추고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 따르면, 또한 전자 방출 소자를 구비한 전자원과 상기 전자원으로부터 나온 전자 빔이 조사되어져 화상이 형성되는 화상 생성 부재를 갖고 있는 화상 생성 장치가 제공되어 있으며, 상기 화상 생성 장치는 전자 방출 소자에 활성화물질을 공급하기 위한 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 따르면, 또한 전자 방출 소자와 활성화 물질원을 구비한 전자원을 활성화시키는 방법이 제공되어 있으며, 상기 방법은 활성화 물질원으로부터의 활성화 물질을 기화시켜 전자 방출 소자에 공급시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 따르면, 또한 전자 방출 소자를 구비한 전자원과 상기 전자원으로 부터 나온 전자 빔이 조사되어져 화상이 형성되어지는 화상 생성 부재를 갖고 있는 화상 생성 장치를 활성화시키는 방법이 제공되어 있으며, 상기 방법은 활성화 물질원으로부터의 활성화 물질을 기화시켜 전자 방출 소자에 공급시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
[바람직한 실시예의 설명]
본 발명은 전자원과 이 전자원을 구비한 화상 생성 장치의 전자 방출 성능의 저하를 억제시키고 그 전자 방출 성능을 회복시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 전자원과 이 전자원을 구비한 화상 생성 장치를 제조하는 공정에서 “활성화 단계”에 사용되어 이 단계를 단순화시킬 수 있다. 또한, 상기 방법은 화상 생성 장치의 전자원과 전자 방출 소자의 전자 방출 성능이 시간이 지남에 따라 저하되는 것을 억제시키며 상기 방출 성능을 일시적으로 회복시키는데 사용될 수 있다.
지금부터, 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 첨부된 도면을 참조하여 기술하고자 한다.
제1(a)도 내지 제1(c)도는 본 발명에 따른 전자원의 표면 전도형 전자 방출 소자의 단면도로서, 제1(a)도는 평면도이며, 제1(b)도 및 제1(c)도는 1B-1B와 1C-1C 라인을 따라 각각 절취한 단면도이다.
제1(a)도 내지 제1(c)도를 참조해보면, 기판(1), 한쌍의 소자 전극(2 및 3), 전기 전도성 박막(4), 전자 방출 영역(5), 박막 저항 가열기(7) 및 활성화 물질원(8)이 도시되어 있으며, 이들 중 박막 저항 가열기(7)는 소자 전극들 중 하나의 전극, 즉 전극(2)과 활성화 물질을 공급하는 전극(6) 사이에 배치되어 있다. 소자 전극(2 및 3)과, 전자 방출 영역(5)을 포함한 전기 전도성 박막(4)이 표면 전도형 전자 방출 소자를 구성하는 반면에, 박막 저항 가열기(7), 활성화 물질원(8) 및 전극(2 및 6)은 활성화 물질 공급 수단을 구성한다.
기판(1)으로서 사용될 수 있는 물질로서는 석영 유리, Na와 같은 불순물을 감소된 농도 레벨로 함유하는 유리, 소다 석회 유리, 소다 석회 유리 상에 스퍼터링에 의해 SiO2층을 형성시켜 구현한 유리 기판, 알루미늄과 같은 세라믹 물질 및 Si를 포함할 수 있다.
대향으로 배열되어 있는 소자 전극(2 및 3)과 활성화 물질을 공급하는 전극(6)이 임의의 고전도성 물질로 제조될 수 있지만, 바람직한 후보 물질로서는 Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu 및 Pb과 같은 금속 및 이들의 합금과, Pd, Ag, RuO2, Pd-Ag 및 유리 중에서 선택된 금속 또는 금속 산화물로 이루어진 프린트가능 전도 물질과, In2O3- SnO2와 같은 투명 전도 물질과 폴리실리콘과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있다.
소자 전극들을 분리하는 거리 L, 소자 전극과 활성화 물질을 공급하는 전극의 길이 W1내지 W3, 전기 전도성 박막(4)의 형상(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 마이크로미터에서 수십 마이크로미터이다.
소자 전극(2 및 3)의 길이 W1및 W2는 전극의 저항과 소자의 전자-방출 특성에 따라 수 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터인 것이 바람직하다. 소자 전극(2 및 3)의 박막 두께 d는 수십 나노미터와 수 마이크로미터 사이의 범위 내에 있다.
본 발명의 따라 사용될 수 있는 표면 전도형 전자-방출 소자는 제1(a)도 내지 제1(c)도에서 도시된 것과는 다른 구성을 가질 수 있으며, 선택적으로, 기판(1) 상에 전자-방출 영역을 포함한 박막(4)을 형성한 후, 이 박막(4) 상에 대향 배치되는 한쌍의 소자 전극(2 및 3)을 형성하여 준비할 수 있다.
전기 전도성 박막(4)은 우수한 전자-방출 특성을 제공하기 위해 미립자막인 것이 적합하다. 전기 전도성 박막(4)의 두께는 소자 전극(2 및 3) 상의 전기 전도성 박막의 계단 피복력(step coverage)과, 소자 전극(2 및 3) 간의 전기 저항과, 후술된 포밍 처리(forming operation)의 파라미터 및 그 외 요인들의 함수로서 결정되며, 0.1 나노미터 내지 수백 나노미터인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1 나노미터 내지 50 나노미터 사이이다. 전기 전도성 박막(4)은 명목상 102내지 107Ω/cm2의 저항 Rs를 나타낸다. Rs는 R = Rs(1/W)로 정해진 저항이며, 여기서 t, w 및 1은 박막의 두께, 폭 및 길이인 것에 주목할 필요가 있다. R은 길이 1의 방향을 따라 측정한 저항값이다.전기 전도성 박막(4)은 Pd, Pt, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W 및 Pb와 같은 금속과; Pdo, SnO2, In2O3, PbO 및 Sb2O3등과 같은 산화물과; HfB2, ZrB2, LaB6, CeB6, YB4및 GdB4와 같은 붕화물과; TiC, ZrC, HfC, TaC 및 WC 등과 같은 탄화물과; TiN, ZrN 및 HfN 등과 같은 질화물과; Si 및 Ge와 같은 반도체와; 탄소 중에서 선택된 물질로 이루어진 미립자로 제조된다.
본 원에서 사용된 “미립자막”이란 용어는(일정 조건 하에서 섬 모양을 갖도록) 조밀하지 않게 분산되거나, 밀접하게 배열되거나 상호 임의적으로 중첩될 수 있는 대다수의 미립자로 구성된 박막을 일컫는다. 본 발명의 목적에 사용될 수 있는 미립자의 직경은 0.1나노미터 내지 수백 나노미터 사이이며, 바람직하게는 1나노미터 내지 20 나노미터 사이이다.
본 원에서 “미립자”란 용어가 자주 사용되므로, 이하에서 보다 깊이있게 기술하고자 한다.
작은 입자를 “미립자”라 칭하며, 미립자보다 작은 입자를 “초미립자”라 칭한다. “초미립자”보다 작은 입자와 수백 원자로 구성된 입자를 “클러스터(cluster)”라 칭한다.
그러나, 이러한 정의(definition)는 엄격한 것은 아니고, 각 용어의 범주는 처리해야할 입자의 특정 양상에 따라 달리 할 수 있다. “초미립자”를 단순히 본 발명의 경우에서와 같이 “미립자”로 나타낼 수 있다.
“The Experimental Physics Course No. 14: Suface/Fine Particle”(ed., Koreo Kinoshita; Kyoritu Publication, September 1, 1986)에서는 다음과 같이 기재되어 있다.
“여기서 기술된 미립자는 2∼3 ㎛ 내지 10 nm 사이의 직경을 갖는 입자를 가리키며, 초미립자는 10 nm 내지 2∼3 nm 사이의 직경을 갖는 입자를 가리킨다. 그러나, 이러한 정의는 엄격한 것은 아니고 초미립자를 단순히 미립자라 칭할 수 있다. 따라서, 이러한 정의는 제한적인 것이 아니다. 2 내지 수백개 입자로 구성된 입자를 클러스터라 칭한다. “(Ibid., p. 195, 11.22 - 26) 또한, “The New Technology Development Corporation의 “Hayashi′s Ultrafine Particle Project”에서는 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 100 nm 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 구성된 미립자보다 작은 입자를 총괄하여 클러스터라 칭한다(Ibid : p.2, 11.12-13).
상기 일반적인 정의를 고려해 보면, 본 원에서 사용된 “미립자”란 용어는 하한 0.1 nm 내지 1 nm에서 상한 수 마이크로미터까지의 범위 내에 있는 직경을 갖는 대다수의 원자 및/또는 분자의 집합체로 볼 수 있다.
전자-방출 영역(5)은 그 성능이 전기 전도성 박막(4)의 두께 및 물질과, 후술될 통전 포밍 처리에 따라 좌우되지만, 전기 전도성 박막(4)의 일부분으로서 전기적으로 높은 저항의 균열부를 포함하고 있다. 전자-방출 영역(5)은 그 내부에 0.1 나노미터의 수배 내지 수십 나노미터 사이의 직경을 갖는 미립자를 포함할 수 있다. 이러한 미립자의 물질은 전자-방출 영역을 포함하는 박막(4)을 준비하는데 사용될 수 있는 물질들 전부 또는 일부 중에서 선택될 수 있다. 전자-방출 영역(5)과 이 영역(5)을 둘러싸고 있는 박막(4) 중 일부는 탄소와 탄소 화합물을 함유할 수 있다.
활성화 물질이 탄화물인 경우, 활성화 물질원은 베이킹 또는 베이킹되지 않은 중합된 화합물이나 또는 탄화수소 화합물 등의 유기 화합물을 흡수한 베이킹 또는 베이킹되지 않은 다공성 물질이 바람직하다.
본 발명의 목적에 사용될 수 있는 중합된 화합물로서는 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 부티랄, 3,5-디메틸페놀, 폴리비닐 클로라이드를 들 수 있다. 이들 물질 중 임의의 물질을 사용하여 200 내지 300℃ 온도로 베이킹시킨 후 이것이 실온에서 진공 상태로 유지되면 유기 화합물 가스가 거의 발생되지 않을 수 있다. 흡수용으로 사용할 수 있는 탄소 화합물의 예로서는 방향족 탄화수소 화합물과 올레핀 화합물을 들 수 있다.
활성화 물질이 금속 화합물이며 활성화 처리를 전자 방출 영역 상에 W 또는 Wb 등의 고융점 금속을 침착시킴으로써 행할 경우, 활성화 물질원으로 사용될 수 있는 물질들로서는 불화물(fluorides), 염화물(chlorides), 브롬화물(bromides) 및 옥화물(iodides) 등의 금속 할로겐 화합물과; 메틸레이트(methylates), 에틸레이트(ethylates) 및 벤질레이트(benzylates) 등의 금속 알킬레이트(metal alkylates)와; 아세틸아세토네이트(acetylacetonates), 디피발로일메타네 이트(dipivaloylmethanates) 및 헥사플루오로아세틸아세토네이트(hexafluoroacetylacetonates) 등의 금속 베타-디케토네이트(metal β-diketonates)와; 알릴 착화물(allyl complexes) 및 시크롤펜타디에닐 착화물(cyclopentadienyl complexs) 등의 금속 에닐 착화물(metal enyl complexes)과, 벤젠착화물 등의 아렌(arene) 착화물과, 금속 카보닐(metal carbonyls)과; 금속 알콕사이드(metal alkoxides)와; 상기 물질들 중 임의 물질을 결합시켜 얻어진 화합물을 들 수 있다. 특정 예로서는 NbF5, NbCl5, Nb(C5H5)(CO)4, Nb(C5H5)2Cl2, OsF4, Os(C3H7O2)3, Os(CO)5, Os(CO)12, Os(C5H5)2, ReF5, ReCl5, Re(CO)10, ReCl(CO)5, Re(CH3)(CO)5, Re(C5H5)(CO)3, Ta(C5H5)(CO)4, Ta(OC2H5)5, Ta(C5H5)2Cl2, Ta(C5H5)2H3, WF6, W(CO)6, W(C5H5)2Cl2, W(C5H5)2H2및 W(CH3)6를 들 수 있다.
이들 중 W(CO)6(텅스텐 헥사카보닐)이 바람직한데, 그 이유로서는 고융점을 갖는 금속인 텅스텐을 형성할 수 있으며 비교적 용이하게 처리할 수 있기 때문이다.
상기 전자 방출 소자의 경우, 활성화 물질원(8)은 박막 저항 가열기(7) 상에 형성되어 있으며, 이 가열기(7)는 소자 전극(2)과 활성화 물질을 공급하는 전극(6)에 전압이 인가되어 가열기(7)를 통해 전류가 흐르게 됨에 따라 활성화 물질원(8)의 활성화 물질이 가열되어 기화되도록 설계되어 있다. 기화된 물질은 최종적으로 전자방출 영역 부근에 공급된다. 박막 저항 가열기(7)는 Au, Pt 또는 Ni 등의 금속이나 SnO2-In2O3(ITO) 등의 전기 전도성 산화물로 제조될 수 있다. 가열기를 박막 대신에, 와이어(wire) 형태로 실현할 수도 있다.
상기 전자 방출 소자의 경우, 소자 전극들 중 하나는 박막 저항 가열기에 전기를 공급하는 전극(활성화 물질을 공급하기 위한 전극)으로서도 동작한다. 그러나, 선택적으로, 소자 전극들과는 독립적으로 활성화 물질을 공급하는 한쌍의 전극들을 배치시킬 수도 있다. 이와는 다르게, 전자 방출 소자의 횡방향측 상에 활성화 물질원과 박막 저항 가열기를 배치시킬 수 있다. 이들 구성 성분들의 위치 배열은 활성화 물질이 전자 방출 영역 부근에 효율적으로 공급될 수 있는 한 적절하게 변형될 수 있다.
본 발명의 목적상, 제1(b)도의 형상을 각각 갖고 있는 소자 대신에 제1(a)도의 라인 1B-1B를 따라 절취한 단면도인 제2도에서 도시된 형상을 각각 갖고 있는 계단형(step type) 표면 전도형 전자 방출 소자를 사용할 수 있다. 제2도에서, 참조번호(10)는 전형적으로 전기 절연 물질로 제조된 계단 형성 부재를 나타낸다.
본 발명에 따른 활성화 물질원으로부터 활성화 물질을 공급하는 방법은, 박막 저항 가열기에 전류를 통과시켜 가열시키는 것 대신에, 전자 방출 소자로부터 방출된 전자 빔을 사용하여 활성화 물질원을 조사시켜 활성화 물질을 전자 방출 영역부근에 공급하도록 변형시킬 수 있다. 제3도는 이러한 변형 방법을 위한 전자원의 배치를 도시한 것이다. 따라서 활성화 물질을 공급하는 전극(6)에는 한쌍의 소자전극(2 및 3)과, 전자 방출 영역(5)을 포함한 전기 전도성 박막(4)을 구비한 대응하는 표면 전도형 전자 방출 소자의 애노드의 전압보다 높은 전압이 가해져 전자 방출 영역(5)으로부터 방출된 전자들을 흡인하여 이들이 활성화 물질원(8)과 충돌하게 됨으로써 활성화 물질이 전자 방출 소자 부근에 공급하게 된다.
지금부터, 제1(a)도 내지 제1(c)도 및 제4(a)도 내지 제4(e)도를 참조하여 상기한 구성을 갖는 표면 전도형 전자 방출 소자의 제조 방법에 대해 기술하기로 한다.
1) 기판(1)을 청정제와 정제수로 완전히 세정시킨 후, 한쌍의 장치 전극(2 및 3), 및 활성화 물질을 공급하는 전극(6)용 물질을 진공 증착, 스퍼터링 또는 임의 다른 기술에 의해 기판(1) 상에 (제1(a)도의 라인 1B-1B를 따라 절취한 단면도인 제4(a)도에서 도시된 바와 같이) 침착시킨 후, 포토리소그래피 기술 등에 의해 이들을 패턴화시킨다(제4(b)도).
2) 한쌍의 전극(2 및 3) 및 활성화 물질 공급 전극(6)이 놓여있는 기판(1)상에 유기 금속 용액을 도포시켜 소정의 시간동안 도포된 용액을 방치시킴으로써 유기 금속 박막을 형성시킨다. 유기 금속 용액은 전기 전도성 박막(4)용으로 상기에서 열거된 금속 중 임의의 것을 주성분으로서 함유할 수 있다. 그 후, 유기 금속박막을 리프트-오프(lift-off) 또는 에칭과 같은 적당한 기술을 이용하여 가열, 베이킹 및 패터닝 처리하여 전기 전도성 박막(4)을 형성한다. (제1(a)도의 라인 1B-1B를 따라 절취한 단면도인 제4(c)도.) 비록 상기 기술에서는 유기 금속 용액을 도포시켜 박막을 형성하였지만, 전기 전도성 박막(4)은 진공 증착, 스퍼터링, 화학 증기상 증착, 분산 도포, 침전, 스피너(spinner) 또는 임의 다른 기술로 형성될 수 있다.
3) 다음에, 박막 저항 가열기(7)와 활성화 물질원(8)을 형성한다. 전기전도성 박막(4)을 형성하는데 사용할 수 있는 방법을 박막 저항 가열기(7)에서도 사용할 수 있다. 후속하여, 가열기(7) 상에 활성 물질원(8)을 형성시키고, 필요할 경우 베이킹과 같은 다른 처리를 행한다(제1(a)도의 라인 1C-1C를 따라 절취한 단면도인 제4(d)도).
4) 그 후, 소자 전극(2 및 3)에 대해 “포밍”이라 불리우는 처리를 행한다. 여기서, 포밍의 선택으로서 통전 포밍 처리에 대해 기술하기로 한다. 보다 상술하자면, 전기 전도성 박막(4)의 구조와 다른 변형된 구조를 나타내는 전자-방출 영역(5)이 전기 전도성 박막(4)의 소정 영역에 형성될 때까지 전원(도시 안됨)에 의해 소자 전극(2와 3) 사이에 전압이 가해진다. (제1(a)도의 라인 1B-1B를 따라 절취한 단면도인 제4(e)도.) 제6(a)도 내지 제6(d)도는 통전 포밍에서 사용될 수 있는 서로 다른 펄스 전압을 도시하고 있다.
통전 포밍에 사용되는 전압은 펄스 파형을 갖는 것이 바람직하다. 제5(a)도에서 도시된 바와 같이 일정 높이 또는 일정 피크 전압을 갖는 펄스 전압이 연속으로 인가되거나, 또는 제5(b)도에서 도시된 바와 같이 높이와 피크 전압이 증가하는 펄스 전압이 인가될 수 있다.
제5(a)도에서, 펄스 전압은 펄스 폭 T1과 펄스 간격 T2를 가지며, 이들은 전형적으로 1 μsec. 내지 10 msec.와 10 μsec. 내지 100 msec. 사이이다. 삼각파의 높이(통전 포밍 처리를 위한 피크 전압)는 표면 전도형 전자-방출 소자의 형상에 따라 적정하게 선택될 수 있다. 전압은 전형적으로 진공 하에서 수초 내지 수십 분 동안 인가된다. 그러나, 펄스 파형은 삼각파 또는 구형파에 한정되지 않고 임의 다른 파형을 사용할 수 있다.
제5(b)도에서는 펄스 높이가 시간에 따라 증가하는 펄스 전압을 나타내고 있다. 제5(b)도에서, 펄스 전압은 제5(a)도의 조건과 거의 동일한 펄스 폭 T1과 펄스 간격 T2를 갖는다. 그러나, 삼각파의 높이(통전 포밍 처리를 위한 피크 전압)는 예를들어 스텝당 0.1 V의 비율로 상승한다.
통전 포밍 처리는, 전기 전도성 박막(4)을 국부적으로 파괴 또는 변형시킬 수 없는 충분히 낮은 펄스 전압 또는 약 0.1 V 전압이 통전 포밍을 위한 펄스 사이에서 소자에 인가될 때 소자 전극을 흐르는 전류를 측정함으로써 종료되게 된다. 전형적으로, 통전 포밍 처리는 약 0.1 V의 펄스 전압이 소자 전극에 인가되는 동안 전기 전도성 박막(4)에 흐르는 소자 전류에서 1 MΩ 이상의 저항이 관찰되면 종료되어진다.
5) 통전 포밍 처리 후에, 전자 방출 소자에 대해 활성화 처리를 행한다.
활성화 처리시에, 극히 적은 농도로 탄소 화합물 또는 금속 화합물(활성화 물질)이 존재하는 진공실 내의 소자에 펄스 전압을 반복적으로 인가시킨다. 이러한 처리의 결과로서, 전자 방출 영역 상에 탄소, 탄소 화합물 또는 금속 화합물이 침착되어져 소자 전류 If와 방출 전류 Ie가 현저하게 변화되어진다. 활성화 단계는 소자전류 If와 방출 전류 Ie를 관찰하면서 행하며, 방출 전류 Ie가 예를 들어 포화 레벨에 도달할 때 종료된다.
활성화 물질은 이전 단계에서 형성된 박막 저항 가열기(7)에 전류를 통과시켜 활성화 물질원(8)의 활성화 물질을 기화시키거나 또는 진공 장치에 적합한 물질공급 수단으로부터 적당한 물질을 도입시킴으로써 공급될 수 있다.
활성화 물질로서 탄소 화합물을 사용하면, 오일 사용을 포함하는 확산 펌프나 회전 펌프를 갖춘 배기 시스템으로부터 진공실 내로 확산하는 오일 성분을 이용할 수 있다. 이와는 다르게, 이온 펌프를 갖춘 초고진공 시스템에 의해 장치의 내부를 탈기시킨 후 진공실 내로 탄소 화합물을 도입시킬 수 있다.
활성화 처리의 목적에 적합하게 사용될 수 있는 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 프로판 등과 같은 일반식 CnH2n+2로 표현된 포화 탄화수소, 에틸렌 및 프로필렌과 같은 일반식 CnH2n+2으로 표현된 불포화 탄화수소, 벤젠, 톨루엔, 메탄올, 에탄올, 포름알데히드, 아세트알데히드, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸아민, 에틸아민, 페놀, 포름산, 아세트산 및 프로피온산을 포함할 수 있다.
활성화 물질로서 금속 화합물을 사용할 경우, 활성화 물질원을 참조할 때 상기에서 열거된 금속 화합물 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
이러한 활성화 단계에서 전자 방출 소자에 인가된 전압의 펄스 파형은 제5(c)도에서 도시된 바와 같이 직사각형일 수 있다. 이와는 다르게, 제5(d)도에서 도시된 바와 같이 극성이 교대로 변화되는 교번 직사각형의 펄스 파형을 사용할 수 있다.
6) 다음에 통전 포밍 처리와 활성화 처리시에 처리되어진 전자 방출 소자에 대해 안정화 처리를 행하는 것이 바람직하다. 이것은 전자원 상에 배열된 활성화 물질원(8)에 존재하는 물질을 제외하고 진공실에 남아있는 임의의 활성화 물질을 전형적으로 흡수를 통해 제거시키는 처리이다. 이러한 처리시에 사용되어질 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, 흡수 펌프와 이온 펌프를 사용하는 것이 바람직한 선택일 수 있다.
진공실 내의 활성화 물질의 부분 압력은 1 × 10-6pa 이하로 하는 것이 바람직하며, 탄소나 탄소 화합물이 더이상 침착되지 않는 1 × 10-8pa 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 진공실은 진공실의 내벽과 진공실의 전자 방출 소자에서 흡수된 유기 분자들을 용이하게 제거시키기 위해서 탈기 중에 가열하는 것이 바람직하다. 진공실은 대부분의 경우 5시간 이상 동안 80 내지 250℃로 가열하는 것이 바람직한데, 진공실의 크기 및 형상과 진공실의 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 × 10-6pa 이하가 보다 바람직하다.
안정화 처리 후에, 전자 방출 소자 또는 전자원을 구동시키는 분위기는 안정화 처리를 원료했을 때의 분위기와 동일한 것이 바람직하지만, 진공실 내의 활성화물질이 충분히 제거되었으면 전자 방출 소자 또는 전자원의 안정한 동작에 손상을 주지 않고 보다 낮은 압력을 사용할 수도 있다.
진공과 같은 분위기를 사용함으로써, 부가적인 탄소 또는 탄소 화합물의 침착 형성을 효율적으로 억제시킬 수 있으며 밀봉 용기(진공실)의 내벽면과 기판의 외면에서 흡수된 H2O, O2및 다른 물질들을 제거시킬 수 있으므로 소자 전류 If와 방출 전류 Ie가 안정화 되어진다.
상술한 바와 같이, 전자 방출 영역 상에 침착된 탄소, 탄소 화합물 또는 금속은 부식될 수 있어 소자의 전자 방출 성능을 저하시키지만, 이러한 소자의 성능 저하는 박막 저항 가열기에 전류를 통과시켜 활성화 물질원으로부터 활성화 물질이 과대하게 공급되지 않도록 활성화 물질을 감소된 비율로 제어가능하게 공급시킴으로써 방지될 수 있다. 이와는 다르게, 소자의 성능을 주기적으로 검사할 수 있으며, 또한 검출된 성능 저하가 무시할 수 없는 정도이면 성능을 회복시키기 위해 전자 방출 영역에 활성화 물질을 공급하여 소자에서의 실질적인 성능 저하를 없앨 수 있다.
제3도의 전자 방출 소자를 상술한 방법으로 사실상 준비하였지만 활성화 단계는 활성화 물질을 도입하는 기술에만 한정된다. 이러한 전자 방출 소자의 경우, 소자의 성능 저하를 방지시킬 수 있으며 소자로부터 방출된 전자들 중 일부를 활성화 물질원으로 공급하여 이들 일부 전자들이 활성화 물질과 충돌하게 됨으로써 활성화 물질이 전자 방출 영역에 추가로 공급될 수 있으므로 저하된 소자의 성능을 회복시킬 수 있다.
본 발명을 적용할 수 있는, 상기 처리에 의해 준비된 전자 방출 소자의 성능에 대해서는 제6도 및 제7도를 참조하여 기술하고자 한다.
제6도는 상기 처리에 사용될 수 있는 진공 처리 장비를 구비한 개략적인 블럭도이다. 이 장치는 고려 중인 형태의 전자-방출 장치의 성능을 결정하기 위한 계측 시스템으로서도 사용될 수 있다. 제6도를 참조해 보면, 참조 번호(16)은 진공실을 나타내고, 참조 번호(17)은 진공 펌프를 나타낸다. 진공실(16) 내에 전자-방출소자가 배치되어 있다. 이 소자는 기판(1), 한쌍의 장치 전극(2 및 3), 박막(4) 및 전자-방출 영역(5)를 구비하고 있다. 이외에도, 계측 시스템은 소자에 소자 전압 Vf를 인가시키기 위한 전원(11), 소자 전극(2와 3) 간의 박막(4)을 통해 흐르는 소자 전류 If를 측정하기 위한 전류계(12), 소자의 전자-방출 영역으로부터 방출된 전자에 의해 발생된 방출 전류 Ie를 포착하기 위한 애노드(15), 계측 시스템의 애노드(15)에 전압을 인가시키기 위한 고전압원(14) 및 소자의 전자-방출 영역(5)으로부터 방출된 전자에 의해 발생된 방출 전류 Ie를 측정하기 위한 다른 전류계(13)를 포함하고 있다. 전자-방출 장치의 성능을 측정하기 위해, 1 내지 10 KV의 전압을 애노드에 인가할 수 있으며, 이 애노드는 전자-방출 소자와 2 내지 8 mm인 거리 H 만큼 이격되어 있다.
대기를 측정하는데 필요한 장비의 압력 게이지와 다른 부품을 포함한 기구(instruments)를, 전자-방출 소자 또는 전자원의 성능을 원하는 분위기 중에서 적절하게 테스트하기 위해 진공실(16) 내에 배치시킨다. 진공 펌프(17)는 터보(turbo) 펌프나 회전 펌프 등을 구비한 통상의 고진공 시스템과, 이온 펌프들을 구비한 초고진공 시스템을 갖출 수 있다. 전자원 기판을 내포하고 있는 진공실 전체는 가열기(도시되지 않음)에 의해 가열될 수 있다. 비록 제6도 및 제7도에서 도시되지 않았지만, 계측 시스템은 또한 활성화 물질을 공급하는 전극에 전압을 인가시키는 전원을 구비하므로써, 필요할 때마다 전원(11)로부터 소자 전극에 전압이 인가될 때 활성화 물질 공급 전극에 선택 전압을 제어가능하게 공급할 수 있다. 요약하자면, 상술한 진공 장치로 통전 포밍 단계부터의 단계들을 행할 수 있다.
제7도는 제6도의 계측 시스템에 의해 전형적으로 측정되어진 소자 전압 Vf와 방출 전류 Ie, 및 소자 전압 Vf와 소자 전류 If간의 관계를 개략적으로 도시한 그래프이다. Ie가 If의 크기보다 훨씬 더 작은 크기를 갖는다는 사실에 비추어 제7도에서는 Ie와 If에 대해 임의로 다른 단위(unit)를 사용한 것에 주목할 필요가 있다. 그래프의 수직 및 수평축은 직선을 나타낸다는 것에 주목해야 한다.
제7도에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 목적에 사용될 수 있는 전자-방출소자는 이후 기술될 방출 전류 Ie에 대하여 현저한 3가지 특징을 갖고 있다.
(i) 첫째로, 본 발명에 따른 전자-방출 소자는 인가된 전압이 소정 레벨(이후부터 임계 전압으로 지칭되며 제7도에서 Vth로 표시되어 있음)을 초과할 때 방출 전류 Ie가 갑작스럽고 급격하게 증가하는 반면에, 인가된 전압이 임계 전압 Vth이하일 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 소자이다.
(ii) 둘째로, 방출 전류 Ie가 소자 전압 Vf에 크게 좌우되므로, 방출 전류 Ie는 소자 전압 Vf에 의해 사실상 제어될 수 있다.
(iii) 셋째로, 애노드(15)에서 포착되어진 방출된 전하는 소자 전압 Vf의 인가 지속 시간의 함수이다. 환언하자면, 애노드(15)에서 포착된 전하량은 소자 전압 Vf가 인가되어지는 시간에 의해 사실상 제어된다.
상기의 현저한 특징들 때문에, 본 발명의 목적에 사용될 수 있는 표면 전도형 전자-방출 소자의 전자-방출 동작은 입력 신호에 따라 용이하게 제어될 수 있다.
따라서, 이와 같은 제어 능력을 이용하여, 상기 다수의 전자 방출 소자를 배열시켜 전자원을 실현할 수 있으므로, 이러한 전자원은 화상 생성 장치 또는 기타 여러가지에 응용될 수 있다.
제7도를 참조해 보면, 소자 전류 If는 소자 전압 Vf에 대해 단조적으로 증가한다(이하에서 “MI 특성”으로 기술함). 그러나, 전압-제어-부성-저항 특성(이하에서 “VCNR 특성”으로 기술함)으로 고유한 곡선(도시되지 않음)을 나타내도록 변화될 수 있다. 소자 전류의 이러한 특성들은 상기 단계들을 제어가능하게 행함으로써 제어될 수 있다. VCNR 특성은 활성화 물질이 활성화 물질 공급 수단에 의해 전자방출 영역에 과도하게 공급될 때 뚜렷질 수 있다.
절연 기판 상에 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 배열시켜 이들을 적절하게 배선시킴으로써 선형 또는 평면의 전자원을 실현할 수 있다. 따라서, 이러한 전자원을 사용함으로써 화상 생성 장치를 제조할 수 있다.
전자-방출 소자들은 기판 상에 다수의 모드로 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 배선에 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 수직하며, 동일 행 상의 전자-방출 소자들은 각 소자의 전극 중 하나에 의해 공통의 X-방향 배선에 접속되며, 한편 동일 열 상의 전자-방출 소자는 각 소자의 다른 전극에 의해 공통의 Y-방향 배선에 접속된다. 후자의 구성을 단순한 매트릭스 구성이라 칭한다. 지금부터, 단순한 매트릭스 구성에 대해 상세히 기술하기로 한다.
본 발명을 적용시킬 수 있는 표면 전도형 전자-방출 소자의 상술된 기본적인 세가지 특징 (i) 내지 (iii)에 비추어, 임계 전압 레벨 이상으로 소자의 대향 전극에 인가된 펄스 전압의 펄스 파 높이와 펄스 파 폭을 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, 원하는 표면 전도형 전자-방출 소자들을 선택할 수 있으며 선택된 소자 각각에 펄스 전압을 인가시킴으로써 입력 신호에 응답하여 전자-방출을 제어시킬 수 있다.
제8도는 상기 특성의 특징을 이용하기 위해, 본 발명을 적용시킬 수 있는 다수의 전자-방출 소자를 배열함으로써 구현된 전자원의 기판에 대한 평면을 개략적으로 도시하고 있다. 제8도에서, 전자원은 기판(21), X-방향 배선(22), Y-방향 배선(23), 활성화 물질 공급 배선(26), 표면 전도형 전자-방출 소자(24), 결선(25) 및 박막저항 가열기 및 활성화 물질원으로 구성된 활성 물질 공급 수단(27)을 구비하고 있다. 표면 전도형 전자-방출 소자(24)들은 상술된 평면형 또는 계단형 중 어느 하나일 수 있다.
X-방향 배선(22)이 전체 m개 제공되어 있으며, 배선(22)은 Dx1, Dx2, …, Dxm으로 표시되며 진공 증착, 프린팅 또는 스퍼터링에 의해 생성된 전기 전도성 금속으로 제조된다. 이들 배선들의 물질, 두께 및 폭은 적절하게 설계된다. Y-방향배선(23)들은 전체 n개 배열되어 있으며 Dy1, Dy2, …, Dyn으로 표시되며 물질, 두께 및 폭은 X-방향 배선과 동일하다. 또한 활성화 물질 공급 배선(26)이 전체 m개 제공되어 있으며, 이들 배선은 Ax1, Ax2, …, Axm으로 각각 표시되며 X 및 Y 방향 배선과 동일하게 배열되어 있다. m개의 X 방향 배선(22) 및 m개의 활성화 물질공급 배선(26)과, n개의 Y 방향 배선 사이에 층간 절연층(도시되지 않음)이 배치되어 이들 배선들을 서로 전기적으로 절연시킨다(여기서, m 및 n은 모두 정수).
층간 절연층(도시되지 않음)은 전형적으로 SiO2으로 제조되며 X 방향 배선(22)과 활성화 물질 공급 배선(26)을 포함한 절연 기판(21)의 표면 전체 또는 표면일부 상에 형성되어 진공 증착, 프린팅 또는 스퍼터링에 의해 원하는 형상이 나타난다. 층간 절연층의 두께, 물질 및 제조 방법은 X-방향 배선(22) 및 활성화 물질 공급 배선(26) 중 임의 것과 Y-방향 배선 중 임의 것 사이의 교차점에서 관찰할 수 있는 전위차에 견뎌낼 수 있도록 선택된다. X-방향 배선(22), 활성화 물질 공급 배선(26) 및, Y-방향 배선(23) 각각은 외부 단자를 형성하도록 인출되어진다.
표면 전도형 전자-방출 소자(24) 각각의 대향 배열된 전극(도시되지 않음)은 m개의 X-방향 배선(22) 중 관련된 배선과 n개의 Y-방향 배선(23) 중 관련된 배선에 전기 전도성 금속으로 제조된 각각의 결선에 의해 접속되어진다.
소자 전극의 전기 전도성 금속 물질과, 배선(22 및 23)과 결선(25)의 전기 전도성 금속 물질은 동일하거나 공통 원소를 성분으로 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.
X-방향 배선(22)은 표면 전도형 전자-방출 장치(24) 중 선택된 행에 주사 신호를 인가시키기 위한 주사 신호 인가 수단(도시되지 않음)에 전기적 접속된다. 반면에, Y-방향 배선(23)은 표면 전도형 전자-방출 소자(24) 중 선택된 열에 변조 신호를 인가시켜 선택된 열을 입력 신호에 따라 변조시키기 위한 변조 신호 발생 수단(도시되지 않음)에 전기적 접속된다. 각각의 표면 전도형 전자-방출 소자에 인가해야 할 구동 신호는 소자에 인가되는 주사 신호와 변조 신호의 전압차로서 표현된다.
상기 구성에 의하면, 각각의 소자는 단순한 매트릭스 배선 구성에 의해 독립적으로 동작하도록 선택 및 구동될 수 있다.
반면에, 활성화 물질 공급 수단은 선택된 X 방향 배선(22)과 대응하는 활성화 물질 공급 배선(26) 사이에 적정 전압이 인가될 때 라인마다 활성화 물질을 공급하도록 구동될 수 있다.
지금부터, 상술된 단순한 매트릭스 구성의 전자원을 갖는 화상 생성 장치에 대해 제9(a)도, 제10(a)도, 제10(b)도 및 제11도를 참조하면서 기술하기로 한다. 제9(a)도는 화상 생성장치의 일부를 절단한 개략 사시도이며, 제10(a)도 및 제10(b)도는 제9(a)도의 화상 생성 장치에 사용될 수 있는 형광막의 가능한 두가지 구성을 나타내는 개략도이며, 제11도는 NTSC 텔레비젼 신호에 의해 동작하는 화상 생성 장치의 구동 회로에 대한 블럭도이다.
우선 화상 생성 장치의 표시 패널의 기본 구성을 나타내는 제9(a)도를 참조해보면, 다수의 전자-방출 소자를 포함하고 있는 상술된 형의 전자원 기판(21)과, 전자원 기판(21)을 견고하게 보유시키는 배면판(31)과, 유리 기판(33)의 내면 상에 형광막(34)과 금속 백(35)을 적층시켜 준비된 정면판(36) 및, 프릿 유리(frit glass)에 의해 배면판(31)과 정면판(36)을 결합시키는 지지 프레임(32)을 구비하고 있다. 참조번호(37)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.
제9(a)도에서, 참조 번호(24)는 각각의 전자-방출 소자를 나타낸다. 참조 번호(22 및 23)는 각 전자-방출 소자의 각 소자 전극에 접속된 X-방향 배선과 Y-방향배선을 나타낸다.
상기 실시예에서 밀봉 용기(37)가 정면판(36), 지지 프레임(32) 및 배면판(31)으로 형성되었지만, 배면판(31)은 주로 기판(21)을 보강하기 위해 제공되는 것이기 때문에 기판(21)이 그 자체로 충분히 강하다면 배면판(31)을 생략할 수 있다. 만일 이러한 경우, 독립된 배면판(31)을 필요로 하지 않아 지지 프레임(32)이 기판(21)에 직접 결합되므로 밀봉 용기(37)는 정면판(36), 지지 프레임(32) 및 기판(21)으로 구성된다. 밀봉 용기(37)의 전체 강도는 정면판(36)과 배면판(31) 사이에 스페이서(도시되지 않음)라 칭하는 다수의 지지 부재를 배열하여 증가시킬 수 있다.
제10(a)도 및 제10(b)도는 형광막에 대한 가능한 두가지 구성을 나타낸다. 표시 패널이 흑색 화상 및 백색 화상을 나타내는데 사용될 경우 형광막(34)은 단일의 형광체만을 구비하지만, 칼라 화상을 표시하기 위해서는 흑색 전도 부재(38)와 형광체(39)를 구비해야 하는데, 흑색 전도 부재는 형광체의 구성에 따라 흑색 스트라이프 또는 흑색 매트릭스의 부재로서 불리워진다. 칼라 표시 패널에 대해 흑색 스트라이프 또는 흑색 매트릭스 부재를 설치하여, 서로 다른 3원색의 형광체(39)가 덜 구분되게 만들고 주변 영역을 흑색화시킴으로써 외부광에 의해 표시된 화상의 콘트라스트가 감소되는 악영향을 약화시킬 수 있다. 흑색 스트라이프의 주 성분으로서 통상 흑연을 사용하지만, 낮은 광 투과도와 반사도를 갖는 다른 전도 물질을 사용할 수 있다.
흑색 및 백색 또는 칼라 표시에는 상관없이 유리 기판 상에 형광 물질을 도포시키는데는 침전 또는 프린팅 기술을 적당하게 사용한다. 통상의 금속 백(35)은 형광막(34)의 내면 상에 배열된다. 금속 백(35)은 형광체로부터 방출되어 밀봉 용기의 내측으로 전달되는 광선을 정면판(36)쪽으로 되돌아가게 함으로써 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. 금속 백(35)은 형광막(34)를 형성한 후 형광막(34)의 내면을 평탄화시키고(통상 “필르밍”이라 칭하는 처리시에) 진공 증착에 의해 형광막(34) 상에 Al막을 성막함으로써 준비된다.
형광막(34)의 전도율을 증가시키기 위해 정면판(36) 상에 형광막(34)의 외면에 대향하여 투명 전극(도시되지 않음)을 형성시킬 수 있다.
칼라 표시를 포함할 경우, 상기 열거된 밀봉 용기의 부품들을 서로 결합시키기 전에, 칼라 형광체와 전자-방출 소자 셋트 각각을 정확하게 배열하는 데에 주의해야 한다.
제9(a)도에서 도시된 화상 생성 장치는 전형적으로 후술되는 바와 같이 준비된다.
밀봉 용기(37)는 오일의 사용을 포함하지 않는 이온 펌프 또는 흡수 펌프와 같은 적절한 진공 펌프에 의해 내부의 대기가 충분히 낮은 레벨의 유기 물질을 함유하는 10-5Pa의 진공도로 감소될 때까지 상기 안정화 처리의 경우에서와 같이 가열되는 동안 탈기되어진 후 용접 밀봉 및 기밀 밀봉된다. 밀봉된 후 밀봉 용기(37)내부에서 달성된 진공도를 유지하기 위해 게터(getter)처리를 행할 수 있다. 게터 처리시에, 밀봉 용기(37)의 밀봉 직전 또는 직후에 밀봉 용기(37) 내의 소정된 위치에 배열시킨 게터를 저항 가열기 또는 고주파 가열기에 의해 가열시켜 증착에 의한 막이 형성된다. 게터는 전형적으로 주 성분으로서 Ba를 함유하고 증착막의 흡수 효과에 의해 1.3 × 10-4내지 1.3 × 10-5의 진공도를 유지할 수 있다. 표면 전도형 전자 방출 소자에 대해 행해지는 통전 포밍 처리시의 단계들은 상술된 바와 같이 적당하게 행해질 수 있다.
게터 처리를 후술된 바와 같이 다수회 반복할 경우, 이 단계에서 소모되어질 양을 초과하는 양의 게터가 밀봉 용기(37)의 내부에 배열되어지게 된다. 예를 들어, 게터(28)은 제9(b)도에서 도시된 바와 같이 밀봉 용기(37)와 전자원 기판(21) 사이에 배치될 수 있다. 기화된 게터 물질이 전자원 기판 상에 침착되어 그 곳에 게터 막이 형성되는 것을 방지시키기 위해 보호벽(29)을 배치할 수 있다.
지금부터, NTSC 텔레비젼 신호에 따라 텔레비젼 화상을 표시하기 위해 단순한 매트릭스 배열로 되어 있는 전자원을 포함하는 표시 패널을 구동시키기 위한 구동 회로에 대해 제11도를 참조하여 설명하기로 한다. 제11도에서 참조 번호(41)는 표시 패널을 나타낸다. 이외에, 상기 구동 회로는 주사 회로(42), 제어 회로(43), 시프트 레지스터(44), 라인 메모리(45), 동기 신호 분리 회로(46) 및 변조 신호 발생기(47)을 포함한다. 제11도에서 Vx 및 Va는 DC 전압원을 나타낸다.
표시 패널(41)은 단자 Dox1 내지 Doxm, Doy1 내지 Doyn 및 고전압 단자 Hv를 통해 외부 회로에 접속되고, 단자 Dox1 내지 Doxm은 M개의 행과 N개의 열을 갖는 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 Doy1 내지 Doyn은 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 10 KV 레벨 근방의 DC 전압이 DC 전압원 Va에 의해 공급되고, 이 전압은 선택된 표면 전도형 전자-방출 소자의 형광체를 통전시키기에 충분히 높은 것이다.
주사 회로(42)는 다음과 같은 방식으로 동작한다. 주사 회로는 M개의 스위칭 소자(제11도에는 소자 S1 및 Sm만이 상세하게 도시됨)를 포함하고, 이들 각각은 DC 전압원 Vx의 출력 전압 또는 0[V](접지 전위 레벨)을 취하고 표시 패널(41)의 단자 Dox1 내지 Doxm 중의 하나와 접속된다. 스위칭 소자 S1 내지 Sm 각각은 제어 회로(43)로부터 공급된 제어 신호 Tscan에 따라 동작하고 FET와 같은 트랜지스터를 결합함으로써 준비될 수 있다.
이 회로의 DC 전압원 Vx는 표면 전도형 전자-방출 소자의 성능으로 인해 주사되지 않은 소자에 인가된 임의의 구동 전압(또는 전자-방출에 대한 임계 전압)이 임계 전압 이하로 감소되도록 정전압을 출력하도록 설계되어 있다.
제어 회로(43)는 화상이 외부적으로 공급된 비디오 신호에 따라 적절히 표시될 수 있도록 관련된 소자들의 동작을 조정한다. 또한 회로(43)는 아래에 설명되는 동기 신호 분리 회로로부터 공급된 동기 신호 Tsync에 응답하여 제어 신호 Tscan, Tsft 및 Tmry를 발생시킨다.
동기 신호 분리 회로(46)는 외부적으로 공급된 NTSC 텔레비젼 신호로부터 동기 신호 성분 및 휘도 신호 성분을 분리하고 공지된 주파수 분리(필터) 회로를 이용하여 용이하게 구현시킬 수 있다. 동기 신호 분리 회로(46)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(44)에 공급되는 휘도 신호는 DATA 신호로서 표시된다.
시프트 레지스터(44)는 제어 회로(43)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(44)의 시프트 클럭으로서 동작한다.] 직렬/병렬 변환이 행해진(N개의 전자-방출 소자의 구동 데이터 셋트에 대응하는) 라인의 데이타 셋트가 N개의 병렬 신호 Idl 내지 Idn으로서 시프트 레지스터(44)에서 출력된다.
라인 메모리(45)는 제어 회로(43)에서 나온 제어 신호 Tmry에 따라 필요한 시간 주기 동안 신호 Idl 내지 Idn인 라인의 데이타 셋트를 저장하는 메모리이다. 저장된 데이타는 Id′1 내지 Id′n으로서 출력되어 변조 신호 발생기(47)에 공급된다.
상기 변조 신호 발생기(47)는 실제로는 화상 데이타 Id′1 내지 Id′n 각각에 따라 표면 전도형 전자-방출 소자의 각각 동작을 적절히 구동하고 변조하는 신호원이고, 이 소자의 출력 신호는 단자 Doy1 내지 Doyn을 통해 표시 패널(41) 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, 분명한 임계 전압 Vth가 존재하며 소자는 Vth를 초과하는 전압만이 인가되는 전자를 방출한다. 둘째, 방출 전류 Ie의 레벨은 임계 전압 Vth 이상으로 인가된 전압 변화의 함수로서 변화한다. 보다 구체적으로 말하면, 펄스형 전압이 본 발명에 따른 전자-방출 소자에 인가될 때, 인가된 전압이 임계 레벨 미만인 한 방출 전류는 실제로 발생되지 않고, 반면에 일단 인가된 전압이 임계 레벨 이상으로 상승하면 전자 빔이 방출된다. 여기서 주목하여야 할 것은 출력 전자 빔의 강도는 펄스형 전압의 피크 레벨 Vm을 변경시킴으로써 제어될 수 있다. 부가적으로, 전자 빔의 전하의 총량은 펄스 폭 Pw을 변화시킴으로써 제어될 수 있다.
그러므로, 입력 신호에 응답하여 전자-방출 장치를 변조시키는데 전압 변조방법 또는 펄스 폭 변조 방법을 사용할 수 있다. 전압 변조의 경우, 전압 변조형회로가 변조 신호 발생기(47)로서 사용되어, 펄스형 전압의 피크 레벨이 입력 데이타에 따라 변조되는 한편, 펄스 폭은 일정하게 유지된다.
반면에, 펄스 폭 변조의 경우에는 펄스 폭 변조형 회로가 변조 신호 발생기(47)로서 사용되어, 인가된 전압의 펄스 폭은 입력 데이타에 따라 변조되는 반면, 인가된 전압의 피크 레벨은 일정하게 유지된다.
상기에서 특정하게 언급되지 않았지만, 시프트 레지스터(44) 및 라인 메모리(45)는 직렬/병렬 변환 및 비디오 신호의 저장이 주어진 속도로 행해지는 한 디지털 또는 아날로그 신호형으로 될 수 있다.
디지탈 신호형 소자가 사용된다면, 동기 신호 분리 회로(46)의 출력 신호 DATA는 디지탈화될 필요가 있다. 그러나, 이러한 변환은 동기 신호 분리 회로(46)의 출력에 A/D 변환기를 배열함으로써 용이하게 수행될 수 있다. 물론 라인 메모리(45)의 출력 신호가 디지탈 신호인지 또는 아날로그 신호인지에 따라 변조 신호발생기(47)로서 다른 회로를 사용할 수 있다. 디지탈 신호를 사용한 경우, 공지된 형의 D/A 변환기를 변조 신호 발생기(47)로서 사용할 수 있고 필요한 경우, 증폭기 회로를 부가적으로 사용할 수 있다. 펄스 폭 변조의 경우에는, 변조 신호 발생기(47)는 고속 발진기, 상기 발진기에 의해 발생된 파의 수를 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(47)로서 사용할 수 있고, 필요한 경우 레벨시프트 회로를 부가할 수 있다. 펄스 폭 변조의 경우, 공지된 전압 제어형 발진 회로(VCO)를, 필요한 경우, 표면 전도형 전자-방출 소자의 구동 전압까지 전압을 증폭시키는 다른 증폭기와 함께 사용할 수 있다.
본 발명을 적용시킬 수 있는 상술한 구성을 갖는 화상 생성 장치의 경우에, 전자-방출 소자는 전압이 외부 단자 Dox1 내지 Doxm 및 Doy1 내지 Doyn에 의해 인가될 때 전자를 방출시킨다. 다음에, 발생된 전자 빔은 고전압 단자 Hv에 의해 금속 백(35) 또는 투명 전극(도시 안됨)에 고전압을 인가함으로써 가속화된다. 가속화된 전자가 최종에는 형광막(34)과 충돌하여, 글로우(glow)하게 됨으로써 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 사다리형으로 배열된 다수의 표면 전도형 전자-방출 소자를 포함하는 전자원 및 이러한 전자원을 포함하는 화상 생성 장치에 대해 제12도 및 제13도를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저 제12도를 참조하면, 참조 번호(51)는 전자원 기판을 표시하고, 참조 번호(52)는 기판 상에 배열된 표면 전도형 전자-방출 소자를 표시하며, 참조 번호(53)는 표면 전도형 전자-방출 소자를 연결시키는 공통 배선 Dx1 내지 Dx10을 표시한다. 전자-방출 장치(52)는 각각 다수의 소자를 갖는 다수의 소자 행을 포함하는 전자원을 형성하기 위해 기판(51) 상에(이후 소자 행이라고 하는) X 방향을 따르는 행으로 배열된다. 각 소자 행의 표면 전도형 전자-방출 소자는 이들이 적절한 구동전압을 한쌍의 공통 배선에 인가함으로써 독립적으로 구동될 수 있도록 한쌍의 공통 배선에 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 배선을 공유할 수 있다. 때문에, 공통 배선 Dx2 내지 Dx9 중에서, Dx2 및 Dx3는 2개의 배선 대신에 단일의 공통 배선을 공유할 수 있다.
참조 번호(54)는 전형적으로 박막 저항 가열기와 활성화 물질원으로 구성된 활성화 물질을 공급하는 수단을 나타내며, 상기 수단 각각은 대응하는 전자 방출 소자(52)에 근접하여 배치된다. 활성화 물질을 공급하는 상기 수단(54) 각각은 관련된 공통 배선(Dx1, Dx3, …, Dxm) 중 하나와, 활성화 물질을 공급하는 공급 배선(55)(Ax1, Ax2, …, Axm) 중 관련된 것에 연결되어 활성화 물질에 전압이 공급될 때 전자 방출 소자에 활성화 물질이 공급될 수 있다.
제13도는 전자-방출 소자의 사다리형 구성을 갖는 전자원을 포함한 화상 생성 장치의 표시 패널의 개략 사시도이다. 제13도에서, 표시 패널은 전자들이 통과하게 되는 다수의 구멍(62)을 갖고 있는 그리드 전극들(61)과, G1, G2, …, Gn으로 표시되며 각각의 그리드 전극(61)에 연결된 외부 단자 셋트(64)와 함께 Dox1, Dox2, …, Doxm으로 표시된 외부 단자 셋트(63)와, Aox1, Aox2, …, Aox(m/2)로 표시된 활성화 물질을 공급하기 위한 외부 단자(65)를 구비한다. 제13도에서는 제9(a)도와 제12도와 동일한 소자들은 동일 참조 부호를 사용하였음에 주목할 필요가 있다. 제13도에서 도시된 화상 생성 장치는, 제13도의 장치가 전자원 기판(51)과 정면판(36) 사이에 배열된 그리드 전극(61)을 갖는다는 점에서 제9(a)도의 단순한 매트릭스 구성을 갖는 화상 생성 장치와는 다르다.
제13도에서, 스트라이프형 그리드 전극(61)은 기판(51)과 정면판(36) 사이에서 표면 전도형 전자-방출 소자로부터 방출된 전자 빔을 변조시키도록 사다리형 소자행에 대해 수직으로 배열되어 있으며, 그리드 전극 각각은 전자 빔이 통과할 수 있는 각각의 전자-방출 소자에 대응한 관통 구멍(62)을 갖고 있다. 그러나, 스트라이프형 그리드 전극이 제13도에 도시되어 있지만, 전극의 형상 및 위치는 이것에만 제한되지 않는다. 예를 들어, 이들은 다르게는 망형 구멍을 구비할 수 있고 표면 전도형 전자-방출 소자 주위 또는 가까이에 배열될 수 있다.
외부 단자(63) 및 그리드용 외부 단자는 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.
상기 화상 생성 장치의 전자 방출 소자 각각이 절연 기판 상에 배열되고 대응하는 전자 방출 소자에 근접 위치되어 있는 활성화 물질 공급 수단을 구비하고 있지만, 상기 수단은 전자 방출 소자와는 독립적으로 제공되며 화상 생성 장치의 진공 밀봉 용기의 내부 또는 외부에 배치되어 이것에 결합된 활성화 물질을 공급하기 위한 다른 수단으로 대치되거나 또는 다른 수단과 함께 사용될 수 있다.
매트릭스 또는 사다리형 구성에는 관계없이, 화상 생성 장치는 밀봉 용기를 용접 밀봉시킨 후 반복적으로 게터 처리를 행하고 상기한 방법 중 임의 방법으로 활성화 물질을 공급함으로써 안정화 단계의 종료 후에 성능의 품질을 저하시키기 않고 안정하게 동작할 수 있게 된다.
그러므로, 본 발명에 따른 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 여러가지로 동작할 수 있기 때문에 여러 분야의 산업 및 상업에 응용할 수 있다.
[실시예들]
지금부터, 본 발명을 실시예를 들어 설명하고자 한다.
[실시예 1]
제14(a)도 내지 제14(d)도는 이 실시예의 전자원을 개략적으로 도시한 것이다. 제14(a)도 내지 제14(d)도에서 도시된 바와 같이, 이 실시예의 표면 전도형 전자 방출 소자는 한쌍의 전극(2 및 3)과, 전자 방출 영역(5)을 포함한 전기 전도성 박막(4)으로 구성되며, 활성화 물질 공급 수단은 한쌍의 전극(2 및 6), 박막 저항 가열기(7) 및 활성화 물질원(8)으로 구성된다. 이 실시예의 구성이 제1(a)도 내지 제1(c)도의 구성과 동일하지만, 이 실시예의 구성은 활성화 물질을 공급하는 한쌍의 수단이 전자 방출 영역의 각각의 횡방향 측을 따라 배치되어 있다는 점에서 제1(a)도 내지 제1(c)도의 구성과는 다르다.
제14(a)도는 이 실시예의 구성에 대한 개략 평면도이고, 제14(b)도, 제14(c)도 및 제14(d)도는 라인 14B-14B, 14C-14C 및 14D-14D를 따라 각각 절취한 개략 단면도이고, 소자 전극(3)과 활성화 물질 공급 전극(6)은 절연층(9)에 의해 서로 전기적으로 절연되어 있다.
이 실시예의 전자원을 제조하는데 사용된 공정에 대해 제15(a)도 내지 제15(j)도와 제15(k)도를 참조하면서 기술하고자 한다.
[단계 (a)]
석영 기판(1)을 완전히 세정시켜 건조시킨 후, 기판 상에 스피너(spinner)에 의해 포토레지스터(RD-2000N-41 : Hitachi chemical Co., Ltd.에서 구입가능)를 도포시킨 다음 25분간 80℃에서 베이킹 사전(pre-baking) 처리를 행하여 포토레지스트 층(71)을 형성시켰다(제15(a)도).
[단계 (b)]
기판을 포토마스크를 사용하여 노광시켜 한쌍의 소자 전극의 패턴을 형성시키고 노출된 포토레지스트를 광화학적으로 현상시켰다. 그 후에, 소자 전극의 형상에 대응하는 형상을 갖는 구멍(72)이 형성되었으며 포토레지스터에 대해 20분간 120℃에서 베이킹 사후(post-baking) 처리를 행하였다 (제15(b)도 즉 제14(a)도의 라인 14B-14B를 따라 절취한 단면).
[단계 (c)]
진공 증착에 의해 100 nm의 막 두께로 Ni막(73)을 형성시켰다(제15도 즉 제14(a)도의 라인 14B-14B를 따라 절취한 도면).
[단계 (d)]
레지스트를 아세톤에 용해시키고 소자 전극(2 및 3)을 리프트-오프에 의해 형성시켜 아세톤, 이소프로필알코올(IPA)과 부틸 아세테이트로 세정시켰다. 그 후에, 형성된 소자 전극들을 포함한 기판을 건조시켰다 (제15(d)도 즉 제14(a)도의 라인 14B-14B를 따라 절취한 단면).
[단계 (e)]
스퍼터링에 의해 600 nm의 두께로 SiO2막을 형성시켰으며 나중에 CF4및 H2로 에칭될 포토레지스트를 사용하여 절연층(9)의 패턴을 형성시켜 절연층(9)을 형성시켰다 (제15(e)도 즉 평면도).
[단계 (f)]
상기 단계 (a) 내지 (d)에 후속하여, 활성화 물질 공급 전극(6)을 형성하였다 (제15(f)도 즉 평면도).
[단계 (g)]
스퍼터링에 의해 ITO(In2O3-SnO2)막을 형성시켰다. 그 위에 스피너에 의해 포토레지스트(AZ-1370 : Hoechst사로부터 구입가능)를 도포시켜 30분간 90℃에서 베이킹 사전 처리를 행하였다. 그 후에, 포토마스크를 사용하여 포토레지스트를 노광시킨 후, 광화학적으로 현상시키고 20분간 120℃에서 베이킹 후 처리를 행하였다. 그 다음에, 포토레지스트를 포토마스크를 사용하여 건식 에칭시킴으로써 ITO의 박막 저항 가열기(7)가 제조되었다. 이 박막은 Rs100 Ω/cm2의 전기 저항을 나타내었다 (제15(g)도 즉 평면도).
[단계 (h)]
진공 증착에 의해 50 nm의 막 두께를 갖는 Cr 막(74)을 형성시킨 후 그 위에 스피너를 이용하여 포토레지스터(AZ-1370)를 도포시키고 상술된 베이킹 사전 처리를 행하여 포토레지스트 층(75)을 형성시켰으며, 이 층(75)을 이후에 노광시키고, 광화학적으로 현상시키고 베이킹 사후 처리를 행하여 형성될 활성화 물질원의 형상에 대응하는 형상을 갖는 구멍(76)을 형성시켰다 (제15(h)도 즉 14(a)도의 라인 14C-14C를 따라 절취한 단면).
[단계 (i)]
이후에 소자를 30초 동안 에칭제 중에 침전시켜 상기 구멍 아래의 Cr 막을 제거시켰다. 에칭제는 (NH4)Ce(NO3)6/HCIO4/H2O = 17g/5 cc/100cc 조성을 갖는다. 이후에 레지스트를 아세톤에 용해시켜 형성시켰다 (제15(i)도 즉 제14(a)도의 라인 14C-14C를 따라 절취한 단면).
[단계 (j)]
스피너에 의해 소자에 3 %의 폴리비닐아세테이트를 함유한 메틸에틸케톤 용액을 도포시켜 10분간 60℃에서 가열시켜 건조시켰다. 다음에, Cr 마스크를 상기 에칭제를 사용하여 제거시켰으며 리프트-오프에 의해 활성화 물질원(8)을 위한 폴리비닐아세테이트 막을 형성시켰다 (제15(j)도, 즉 제14(a)도의 라인 14C-14C를 따라 절취한 단면).
[단계 (k)]
상기 단계 (h) 내지 (i)에 후속하여 형성되어질 전기 전도성 박막의 형상에 대응하는 형상의 구멍을 갖는 Cr 마스크를 형성시켰다.
[단계 (l)]
스피너에 의해 Cr 막에 Pd 아민 착화물의 부틸아세테이트 용액을 도포시키고 10분간 300℃에서 베이킹시켰다. 다음에, Cr 막을 제거시켜, 주성분으로서 팔라듐 산화물(Pdo)을 함유한 미립자로 주로 구성되며 약 10 nm의 막 두께를 갖는 전기 전도성 박막(4)을 형성하였다. 전기 전도성 박막은 Rs = 5 × 104Ω/cm2의 전기 저항을 나타내었다 (제15(k)도 즉 제14(a)도의 라인 14B-14B를 따라 절취한 단면).
상기 실시예의 경우, 소자 전극을 분리시키는 거리는 L = 2 ㎛이고, 폭은 W1= 500 ㎛이었다.
[단계 (m)]
다음에 준비한 소자를 나중에 2.7 × 10-5Pa의 압력 레벨까지 탈기시킬 제6도의 진공 시스템의 진공실 내에 배치시켰다 그 후에, 소자 전극(2 및 3)에 전원(11)으로부터의 펄스 전압을 인가하여 통전 포밍 처리를 행하였다. 이러한 처리시에, 제14(a)도에서 도시된 활성화 물질 공급 전극(6)의 전위는 소자 전극(2)의 전위와 동일하게 되었으며 박막 저항 가열기(7)에는 전압이 인가되지 않았다.
인가된 펄스 전압의 파형은 파 높이가 점차적으로 증가하는 삼각파 펄스이었다. 펄스 폭 T1= 1 msec와 펄스 간격 T2= 10 msec를 사용하였다. 통전 포밍 처리 중에, 0.1 V의 여분의 펄스 전압을 포밍 펄스 전압의 간격에 삽입시켜 전기 전도성 박막의 저항을 측정하였으며 포밍 처리는 저항이 1 MΩ을 초과할 때 종료시켰다. 펄스 전압의 피크 값은 포밍 처리가 종료할 때 5.0 V이었다. 이러한 통전 포밍 처리의 결과로서 전기 전도성 박막(4) 중에 전자 방출 영역(5)이 형성되었다.
[단계 (n)]
후속하여, 진공실 내의 전자원에 대해 진공실 내로 아세톤을 도입시켜 진공실 내의 아세톤의 부분 압력을 약 1.3 × 10-2Pa로 유지시키는 활성화 처리를 행하였다. 다음에 진공실 내의 소자 전극(2 및 3)에 펄스 전압을 인가시켰다. 상기 단계(m)의 경우에서와 같이 이러한 처리 동안은 제14(a)도에서 도시된 박막 저항 가열기(7)에는 전압이 인가되지 않았다. T1= 100 μsec의 펄스 폭과 T2= 10 msec의 펄스 간격을 갖는 직각형의 펄스 전압을 사용하였다. 펄스 전압의 파 높이는 10 V에서 14 V로 3.3 mV/sec의 비율로 점차로 증가하였다.
그 후에, 펄스 전압 인가를 중지시키고 진공실 내부에 남아있는 아세톤을 제거시켰다. 이러한 처리의 결과로서, 전자 방출 영역(5) 부근에 탄소 또는 탄소 화합물이 침착되었다.
다음에 준비된 전자원의 성능에 대해서 동일한 시스템을 사용하여 테스트하였다. 진공실(16)의 내부 압력은 1.3 × 10-6Pa 이하로 유지시켰으며 애노드는 소자로부터 거리 H = 4 mm만큼 이격되었다. 14 V의 파고, T1= 100 μsec의 펄스 폭 및 10 msec의 펄스 간격을 갖는 직각형의 펄스 전압을 소자 전극(2)와 소자 전극(3) 사이에 인가하였다. 동일하게, 5 V의 파고, T1= 50 μsec의 펄스 폭 및 10 msec의 펄스 간격을 갖는 직각형의 펄스 전압을 소자 전극(2)과 활성 물질 공급 전극(6) 사이에 인가시켰다. 두 펄스 전압은 이들 전압이 동시에 턴온되지 않도록 타이밍이 조절되어 인가되었다.
측정 동작의 개시 시간은 τ = 0으로 정의되며 소자 전류 If(τ) 및 방출 전류 Ie(τ)를 측정하였다. If와 Ie의 감소 비율은 평가하기 위해 다음과 같이 정의된다.
이 실시예에서, If(0) = 1.8 mA 및 Ie(0) = 0.9 μA이다. 따라서, η(τ) = Ie(τ)/If(τ), η(0) = 0.05 %. 따라서, 1시간 후 감소 비율은 δIf(1시간) = 50 %와 δIe(1시간) = 5 %이었다.
[실시예 2]
제14(a)도 내지 제14(d)도에서 도시된 구성을 갖는 전자원을 [실시예 1]의 경우에서와 같이 준비하였으며 그 성능에 대해 테스트하였다. 전자원은 소자 전극(2)과 활성화 물질 공급 전극(6) 사이에 어떠한 전압도 인가시키지 않고 동작하도록 구동시켰다. 동작 개시시의 성능은 [실시예 1]의 전자원의 것과 동일하였지만, If와 Ie의 감소비는 각각 δIf(1시간) = 20 %이고 δIe(1시간) = 25 %이었다.
그 후에, 소자 전극(2)과 활성화 물질 공급 전극(6) 사이에 펄스 전압을 인가시켜 박막 저항 가열기(7)를 가열시키는 동안, 소자 전극(2와 3) 사이에 다른 펄스전압을 인가시켜 전자원을 동작하도록 구동시켰다. 소자 전극(2)과 활성화 물질 공급 전극(6) 사이에 인가된 펄스 전압은 5 V의 파고와 200 μsec의 펄스 폭을 갖는 직각형의 펄스 전압이었다. 두 펄스 전압은 이들이 동시에 턴온되지 않도록 타이밍 조절되어 인가되었다. 3분간의 연속 동작 후에, 전압 인가를 중지시켰다.
다음에, 활성화 물질원을 냉각시키기 위해 5분간 대기한 후, 전자원 구동 동작을 재개시켜 전자원의 전자 방출 성능이 회복된 것을 입증하는 If= 1.5 mA와 Ie= 0.8 μA 값을 얻었다.
[실시예 3]
이 실시예의 준비한 전자원은 [실시예 1]의 전자원의 구성과 거의 동일한 구성을 갖는다. 따라서, [실시예 1]에 대응하는 제조 단계에서 다른 제조 단계에 대해서만 제16(a)도, 제16(b)도 및 제16(c)도를 참조하면서 이하에서 기술하기로 한다.
[실시예 1]의 단계 (a) 내지 (g)를 행하였다. 이후에, 다음 단계들을 행하였다.
[단계 (h)]
스피너에 의해 포토레지스트(AZ-1370)를 그 위에 도포시키고 30분간 90℃에서 베이킹 사전 처리를 행하여 포토레지스트 층(74)을 형성시킨 후, 이 층(74)을 노광시키고, 광화학적으로 현상시키고 베이킹 후 처리를 행하여 형성될 활성화 물질원의 형상에 대응하는 형상을 갖는 구멍(76)을 형성시켰다 (제16(a)도 즉 제14(a)도의 라인 14C-14C를 따라 절취한 단면).
[단계 (i)]
스피너에 의해 그 위에 2 %의 폴리비닐알코을(PVA)을 함유한 수성용액을 도포시키고 10분간 60℃에서 가열시켜 건조시킴으로써 PVA 층(77)을 형성시켰다(제16(b)도, 즉 제14(a)도의 라인 14C-14C를 따라 절취한 단면).
[단계 (j)]
다음에 포토레지스트를 아세톤에 용해시키고 PVA 층에 대해 패터닝 처리를 행하여 리프트-오프에 의해 원하는 패턴을 형성시킨 후, 300℃에서 가열 및 베이킹시킴으로써 활성화 물질원(8)을 형성시켰다(제16(c)도, 즉 14(a)도의 라인 14C-14C를 따라 절취한 단면). 다음에, [실시예 1]의 단계 (k) 내지 (n)을 후속 행하여 미립자 Pdo의 전기 전도성 박막(4)을 형성시킨 후, 통전 포밍 처리와 활성화 처리를 행하였다.
[실시예 1]의 경우에서와 같이 성능을 테스트하여, 개시시에 If(0) = 1.7 mA와 Ie(0) = 1.4 μA를 관찰하여 η(0) = 0.085 %의 전자 방출 효율을 얻었다. 1시간후의 감소 비율은 δIf(1시간) = 7 %이고 δIe(1시간) = 8 %이었다.
[실시예 4]
제17(a)도는 이 실시예에서 준비된 전자원의 평면도를 개략적으로 도시한 것으로, 기판(1), 한쌍의 소자 전극(2 및 3), Pdo 미립자로 이루어진 전자 방출 영역(5)을 포함한 전기 전도성 박막(4), 활성화 물질 공급 전극(6) 및 폴리비닐아세테이트로 이루어진 활성화 물질원(8)을 구비하고 있다. 이 실시예의 전자원의 경우, 표면 전도형 전자 방출 소자는 소자 전극(2 및 3)과, 전자 방출 영역(5)을 포함한 전기 전도성 박막(4)으로 구성되었으며, 반면에 활성화 물질 공급 수단은 전극(6)과 활성화 물질원(8)으로 구성되었다.
이 실시예에서는 소자 전극을 분리하는 거리 L = 10 μm, 소자 전극의 폭 W1= 300 μm로 선택하였다.
이 실시예의 전자원은 후술될 바와 같이 준비되었다.
[단계 (a)]
[실시예 1]의 단계 (a) 내지 (d)를 행하여 기판(1) 상에 한쌍의 소자 전극(2 및 3)과 활성화 물질 공급 전극(6)을 형성시켰다.
[단계 (b)]
[실시예 1]의 단계 (h) 내지 (j)를 행하여 활성화 물질 공급 전극(6) 상에 폴리비닐아세테이트로 이루어진 활성화 물질원(8)을 형성시켰다.
[단계 (c)]
[실시예 1]의 단계 (k) 내지 (n)을 행하여 Pdo 미립자의 전기 전도성 박막(4)을 형성시킨 후 통전 포밍 처리에 의해 전자 방출 영역(5)을 형성시켰다. 이후에 준비된 전자원에 대해 활성화 처리를 행하였다.
준비된 전자원을 그 성능에 대해 제5(c)도에서 도시된 바와 같은 직각형의 펄스 전압을 공급하여 테스트하였다. 펄스 파 높이는 16 V이었으며 펄스 폭 및 펄스간격은 각각 T1= 100 μsec와 T2= 10 msec이었다. 소자는 애노드에서 거리 H = 4 mm만큼 이격되었으며, 이들 간의 전위차는 Va = 1 KV와 동일하였다.
성능을 테스트한 결과, 개시시에 If(0) = 1.3 mA와 Ie(0) = 1.1 μA가 관찰되어 전자 방출 효율 η(0) = 0.085 %를 얻었다 1시간 후의 감소 비율은 δIf(1시간) = 20%와 δIe(1시간) = 25 %이었다.
그 후, 애노드에 전압 Va를 인가시키는 것을 중지하였으며, 활성화 물질 공급 전극(6)에 100 V의 전압을 인가시키면서 소자 전극(2와 3) 사이에 3분간 상기 펄스 전압을 인가시켰다. 다음에, 활성화 물질 공급 전극으로의 전압 인가를 중지시켰으며 애노드로의 전압 Va = 1 KV의 인가를 재개하여 다시 한번 전자원의 성능을 테스트한 결과 If= 1.1 μA와 Ie= 1.0 μA를 얻었다. 따라서, 전자원의 전자 방출성능이 회복된 것이 입증되었다.
이러한 전자원의 일부에서의 회복가능한 전자 방출 성능은 전자 방출 영역(5)으로부터 방출된 전자들이 활성화 물질 공급 전극(6)에 의해 일부분이 흡인되어 활성화 물질원(8)과 충돌하게 됨으로써 에너지가 활성화 물질원(8)에 공급되어지고, 폴리비닐아세테이트의 분자들이 분해되고, 생성된 물질들이 방출되고, 활성화 처리의 경우에서와 같이 전자 방출 영역 부근에 탄소 또는 탄소 화합물이 침착되어 탄소 또는 탄소 화합물의 침착물 중 부식된 부분을 옵셋시키기 때문이다.
[실시예 5]
이 실시예에서는 전자원과 형광 물질의 화상 표시 부재를 구비한 화상 생성장치를 준비하였다. 전자원은 기판 상에 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 배열시키고 이들을 사다리형으로 배선시킴으로써 형성되었다. 제12 및 제13도는 이 실시예의 전자원과 화상 생성 장치를 각각 도시한 것이다.
지금부터, 이 실시예의 화상 생성 장치를 제조하는데 사용한 단계들에 대해서 제18(a)도 내지 제18(f)도를 참조하면서 후술하기로 한다.
[단계 (A)]
소다석회 유리판을 완전히 세정한 후, 스퍼터링에 의해 그 위에 0.5 μm의 실리콘 산화물막을 형성시켜 기판(51)을 형성시킨 후, 포토레지스트(RD-2000N-41 : Hitachi chemical Co., Ltd.로부터 구입가능) 패턴을 형성시켰으며, 상기 패턴은 소자 전극으로서도 작용하는 공통 배선(53)과 활성화 물질 공급 전극으로서도 작용하는 활성화 물질 공급 배선(55)을 위한 구멍을 갖고 있다. 이후에 진공 증착에 의해 두께 5 nm와 100 nm의 Ti 및 Ni를 순차로 침착시켰다. 포토레지스트 패턴을 유기 용매로 용해시킨 후 리프트-오프 기술을 이용하여 Ni/Ti 침착막을 처리하여 소자 전극(2 및 3)으로서 작용하는 공통 배선(53)과 활성화 물질 공급전극으로서 작용하는 활성화 물질 공급 배선(55)을 형성시켰다. 각 소자 전극 쌍의 소자 전극 간의 거리 L은 3 μm이었다(제18(a)도).
[단계 (B)]
스퍼터링에 의해 600 nm의 두께로 SiO2막을 형성시킨 후 포토레지스트에 의해 절연막 상에 패턴을 형성시킨 후, 포토레지스트를 CF4및 H2에 의해 건식 에칭시켜 각 소자마다 절연층(9)을 형성시켰다(제18(b)도).
[단계 (C)]
각 소자마다 ITO의 박막 저항 가열기(7)를 [실시예 1]의 단계(g)의 경우에서와 같이 형성하였다(제18(c)도).
[단계 (D)]
[실시예 1]의 단계 (h) 내지 (j)에 후속하여 폴리비닐아세테이트 막의 활성화 물질원(8)을 박막 저항 가열기(7) 상에 형성시켰다(제18(d)도).
[단계 (E)]
진공 증착에 의해 300 nm의 두께로 Cr 막을 형성시킨 후 통상의 포토리소그래피에 의해 전기 전도성 박막의 패턴에 대응하는 구멍(56)을 형성시켜 Cr 마스크(57)를 형성시켰다(제18(e)도).
[단계 (F)]
Pd 아민 착화물 용액(ccp 4230: Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.)을 스피너에 의해 Cr 막에 도포시켜 공기 중에서 12분간 300℃에서 베이킹시켰다. 그 결과, 주성분으로서 Pdo를 함유하는 미립자의 전기 전도성 박막을 형성시켰으며 이 막의 두께는 7 nm이었다(제18(f)도).
이후에 Cr 마스크를 습식 에칭시켜 제거시키고 Pdo 박막을 리프트-오프시켜 전기 전도성 박막(4)을 원하는 패턴으로 형성시켰다. 전기 전도성 박막의 전기 저항은 Rs = 2 × 104Ω/cm2이었다.
상술한 방법으로 준비된 전자원을 사용하여 화상 형성 장치를 준비했다. 이것에 대해서는 제13도를 참고하여 설명하기로 한다.
전자원 기판(51)을 배면판(31) 상에 고정한 후, 기판(51) 상에 지지 프레임(82)을 삽입한 채 정면판[36 : 유리 기판(33)의 내면 상에 있는 형광막(34)과 금속 백(35)을 포함함]을 배치하여 용기(밀봉 용기)를 형성하였다. 계속해서, 프릿 유리(frit glass)를 정면판(36), 지지 프레임(32) 및 배면판(31)의 접촉 영역에 제공하고 400℃에서 10분 이상 질소 분위기 중에서 베이킹하여 용기(밀봉 용기)를 용접 밀봉했다. 또, 프릿 유리에 의해 기판(51)을 배면판(31)에 고정시켰다.
화상 생성 장치가 흑백의 화상을 위한 것이라면 형광막(34)이 단지 형광 물질로 구성되지만, 이 실시예의 형광막(34)은 흑색 스프라이프(black stripe)를 형성시켜 간극을 적, 녹, 청의 스트라이프형 형광 부재로 채움으로써 준비되었다. 흑색 스트라이프는 주성분으로서 흑연을 함유하는 일반 물질로 제조되었다. 형광 물질을 유리 기판(33) 상에 도포시키는데 슬러리 기술(slurry technique)을 사용하였다.
통상의 금속 백(35)은 형광막(34)의 내면 상에 배치되었다. 형광막을 준비한 후 금속 백은 평탄화 처리(smoothing operation : 보통 “박막 필르밍(filming)”이라고도 함)를 형광막의 내면 상에 행한 후 그 위에 진공 증착 기법을 통해 알루미늄 층을 형성시킴으로써 준비되었다.
형광막(34)의 외면 상에 그 전도율을 향상시키기 위해 투명 전극(도시되지 않음)을 배치할 수 있지만, 형광막이 단지 금속 백을 사용하여도 충분한 정도의 전도율을 나타내기 때문에 이 실시예에서는 투명 전극을 사용하지 않고 있다.
상기 결합 작업 동안, 3 원색의 형광 부재와 대응하는 전자 방출 소자는 정확하게 정렬되었다. 제13도에서 도시된 바와 같이, 전자원 기판(51), 배면판(31), 정면판(36) 및 그리드 전극(61)이 주의깊게 결합되었으며 외부 단자(63), 외부 그리드전극 단자(64) 및 활성화 물질 공급 전극용 단자(65)는 전기 접속되었다. 참조 번호(62)는 전자들이 관통할 수 있는 구멍을 나타낸다.
후속하는 제조 단계와 측정 동작은 제19도에 도시된 바와 같은 진공 시스템에서 행해졌다.
화상 생성 장치(81)의 진공 용기(밀봉 용기, 82)는 진공 시스템의 진공실(85)에 배기 파이프(84)를 통해 연결되었다. 진공실(85)은 진공 펌프 유닛(89)에 의해 게이트 밸브(88)를 통해 탈기되었으며 진공 용기(82)의 내부의 분위기는 진공실(85)내에 배치된 압력 게이지(86)에 의해 모니터되었다. 진공실(85) 내에 4극 질량(Q-질량) 분광계(87)도 배치시켜 진공실 내의 가스의 부분 압력을 측정하였다.
진공 용기(82)의 내부를 압력 게이지(86)의 판독치가 1.3 × 10-4Pa 이하로될 때까지 탈기시킨 후, [실시예 1]의 경우에서와 같이 전기 회로(도시 안됨)를 통해 각 소자에 펄스 전압을 인가시킴으로써 전자원의 전자 방출 소자에 대해 통전 포밍 처리를 행하였다. 펄스 전압은 각 소자의 애노드와 캐소드를 외부 단자(63)를 통해 전원에 접속시킴으로써 인가되었다. 소자의 박막 저항 가열기(7)에는 전압이 인가되지 않았다.
후속하여, 화상 생성 장치에 대해 활성화 처리를 행하였다. 진공실(85)은 또한 활성화 물질의 가스를 도입하는 밸브(90)를 통해 활성화 물질을 함유하는 앰플(ampule)에도 연결되었다. 이 실시예의 경우에는 활성화 물질로서 아세톤을 사용했다. 압력 게이지의 판독치가 1.3 × 10-2Pa로 될 때까지 밸브(90)와 게이트 밸브(88)를 조절시켜 아세톤을 진공실(85) 내로 도입시켰다. 그 후에, 화상 생성 장치에 한 행마다 펄스 전압을 인가시켜 통전 포밍 처리를 행하였다. 펄스는 [실시예 1]에서 사용한 펄스의 파형과 동일한 파형을 가졌다.
활성화 처리의 종료 후에, 아세톤 공급을 중단시키고 게이트 밸브(88)를 완전히 개방 상태로 만들어 진공 용기(82)의 내부를 탈기시켜 진공 용기(82)의 온도를 약 200℃로 유지시켰다. 5 시간 후에 내부 압력이 1.3 × 10-4Pa에 도달하였으며 진공실 내부에 아세톤에 남아있지 않는다는 것을 Q-질량 분광계(87)를 통해 확인하였다.
다음에, 가열기를 턴오프시켜 화상 생성 장치를 냉각시켰다. 그후에, 전자원(83)은 화상 표시 부재(형광막)의 표면 전체가 글로우하여 배기 파이프(84)가 버너에 의해 밀봉되기 사전 화상 생성 장치가 동작 중인 것이 입증될 때까지 전자 방출을 행하였다. 마지막으로, 화상 생성 장치(81) 내에 배치된 게터를 고주파 가열에 의해 가열시켜 증착막을 형성시켰다. 게터는 주성분으로서 Ba를 함유하였으며 게터 물질의 증착막의 흡수 효과에 의해 진공 용기(82) 내부를 진공 상태로 유지시키도록 설계되었다.
이 실시예의 화상 생성 장치 상에 화상을 표시시키기 위해, 소자 행들에 한행마다 전원으로부터 전압을 인가시켜 “한 행을 선택”하여 그 행의 모든 소자들이 전자 빔을 방출시켰다. 각 소자의 전자 빔 방출은 소자 행들에 대해 수직으로 가해지는 그리드 전극의 전위를 제어함으로써 발생되거나 발생되지 않으므로 전자 빔에 의해 원하는 픽셀들을 조사시켜 광을 방출시킬 수 있다.
화상 생성 장치의 성능을 측정하기 위한 측정 동작 중에 전자 빔이 방출을 행할 필요가 없기 때문에 그리드 전극에는 전압을 인가시키지 않았으므로 소자 행들에만 한 행마다 전압이 인가되었다. 각 소자에 인가된 전압은 14 V의 파고, 100μsec의 펄스 폭 및 10 msec의 펄스 간격을 갖는 제5(c)도에서 도시된 바와 같은 직각형의 펄스 전압이었다. 각 소자 행에 인가된 펄스 전압의 타이밍은 소자 행에 인가되는 펄스 전압의 온 주기가 임의 다른 행에 인가되는 펄스 전압의 온 주기와 일치되지 않도록 제어되었다.
화상 생성 장치의 박막 저항 가열기와 활성화 물질원을 구비하는 활성화 물질 공급 수단 각각에도 직각형의 펄스 전압을 인가하였다. 활성화 물질 공급 수단 각각에 인가된 전압은 5 V의 파고, 50 μsec의 펄스 폭 및 10 msec의 펄스 간격을 갖는 직각형의 펄스 전압이었다. 이들 두 펄스는 이들이 절반 주기만큼 서로 변위되도록 타이밍이 조절되었다. 소자의 전자 방출 성능은 너무 큰 펄스 폭을 주로 사용할 경우 활성화 물질이 과도하게 공급되기 때문에 불만족스럽게 변형될 수 있다. 따라서, 펄스 폭 및 다른 중요한 요인들은 화상 생성 장치의 설계를 변형시킬 경우 활성화 물질이 적당한 비율로 공급되도록 엄격하게 선택해야 한다.
성능을 테스트한 결과, 소자마다 평균값으로서, 동작 개시시에 If(0) = 1.8mA와 Ie(0) = 2.4 μA가 관찰되어 전자 방출 효율 η(0) = 0.013 %를 얻었다. 동작후 1시간 후의 감소 비율은 δIf(1시간) = 5 %, δIe(1시간) = 7 %이었다.
[실시예 6]
화상 생성 장치를 [실시예 5]의 경우에서와 같이 준비하였으며 활성화 물질공급 수단에 전압을 인가시키지 않고 동작 구동시켰으며, 장치의 성능을 평가하였다. 이외의 동작 조건들은 [실시예 5]의 것과 동일하였다. 배기 파이프를 밀봉할시에 과대한 게터량이 배열되어 사용하지 않았다.
성능을 테스트한 결과, 동작 개시시에 If(0) 및 Ie(0)은 [실시예 5]의 대응 부분과 거의 동일하였다. 동작 1시간 후의 감소비는 δIf(1시간)은 22 %, δIe(1시간) = 24 %이었다.
그 후, 정면판에 인가된 전압 Hv를 제거시키고 활성화 물질 공급 수단에 펄스 전압을 인가시켜 소자를 동작 구동시켰다. 소자에 인가된 전압은 성능 테스트시의 것과 동일하였으며 5 V의 파고, 200 μsec의 펄스 폭 및 10 msec의 펄스 간격을 갖는 직각형의 펄스 전압을 활성화 물질 공급 수단에 인가시켰다. 이들 두 펄스들을 이들이 절반 주기만큼 서로 변위되어지도록 타이밍이 조절되었다. 이러한 전압 인가 동작을 3분간 행한 후 화상 생성 장치의 성능을 다시 한번 테스트하기 전에 다른 게터 처리를 하기 위해 나머지 게터 중 일부를 고주파 가열에 의해 가열시켰다. 그 후 If= 1.6 mA 및 Ie= 2.2 μsec가 얻어져 소자의 성능 회복이 입증되었다.
[실시예 7]
이 예에서는, 기판상에 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자들을 배치하여 이들을 단순한 매트릭스 구성을 형성하도록 배선시킨 전자원과, 형광체의 화상 생성부재를 구비한 화상 생성 장치를 유리 진공 용기 내에 하우징시켰다. 전자원은 X 방향 및 Y 방향을 따르는 각 행 및 열에서 100개 소자를 구비하였다.
이 실시예의 화상 생성 장치는 제20도 내지 제22(g)도를 참조하여 후술하는 바와 같이 제조되었다.
제20도는 이 실시예의 전자원 일부에 대한 개략 평면도이다. 제21도는 제20도의 라인 21-21을 따라 절단한 개략 단면도이다. 이들 도면에서, 참조 번호(24)는 한쌍의 소자 전극과, 전자 방출 영역을 포함한 전기 전도성 박박을 구비한 표면 전도형 전자 방출 소자를 나타내고, 참조 번호(22 및 23)는 하부 배선(X 방향 배선) 및 상부 배선(Y 방향 배선)을 나타낸다.
[단계 (A)]
소다 석회 유리판(soda lime glass plate)을 완전히 세정시킨 후, 그 위에 스퍼터링에 의해 0.5 μm 두께의 실리콘 산화막을 형성시켜 기판(21)을 제조하였으며, 기판(1) 상에 Cr과 Au를 5 nm와 600 nm의 두께로 각각 순차적으로 적층시킨 후 그 위에 적층막을 회전시키면서 포토레지스트(AZ1370: Hoechst사로부터 입수가능)를 스피너를 이용하여 형성시키고 베이킹시켰다. 그 후에, 포토마스크상을 노광시키고 광화학적으로 현상시켜 하부 배선(22)을 위한 레지스트 패턴을 형성한 후 침착된 Au/Cr 막을 습식 에칭시켜 하부 배선(22)를 형성하였다(제22(a)도).
[단계 (B)]
층간 절연층(93)로서, RF 스퍼터링에 의해 실리콘 산화물막을 두께 1.0 μm로 형성하였다(제22(b)도).
[단계 (C)]
단계 (B)에서 침착된 실리콘 산화물막 중에 접촉 구멍(94)를 형성시키기 위한 포토레지스트 패턴을 준비하였으며, 이후에 포토레지스트 패턴을 마스크로서 사용하여 층간 절연층(93)을 에칭시켜 접촉 구멍(94)를 형성하였다. 에칭 처리 동안, CF4및 H2가스를 이용하는 RIE(반응성 이온 에칭) 기술을 사용하였다(제22(c)도).
[단계 (D)]
그 후에, 한쌍의 소자 전극(2 및 3)과 소자 전극을 분리하는 간극 G를 위한 포토레지스트 패턴(RD-2000N-41: Hitachi Chemical Co., Ltd.로부터 입수가능)을 형성한 후 그 위에 진공 증착에 의해 Ti와 Ni를 순차적으로 5 nm와 100 nm의 두께로 침착시켰다. 이 포토레지스트 패턴을 유기 용매로 용해하였으며, Ni/Ti 침착막을 리프트-오프 기술을 이용하여 처리하여 간격 G가 3 μm이고, 폭 W가 300 μm인 서로 분리되어 있는 소자 전극 쌍을 형성하였다(제22(d)도).
[단계 (E)]
소자 전극(2, 3) 상에 상부 배선(23)을 위한 포토레지스트 패턴을 형성한 후, Ti와 Au를 진공 증착에 의해 5 nm와 500 nm의 두께로 순차적으로 침착시키고 나서 리프트-오프 기술을 이용하여 불필요한 영역을 제거시켜 소정의 형상을 갖는 상부 배선(23)을 형성하였다(제22(e)도).
[단계 (F)]
다음에, 전기 전도성 박막(4)을 [실시예 1]의 단계 (K)의 경우에서와 같이 형성하였다(제22(f)도).
[단계 (G)]
다음에, 접촉 구멍(94)을 제외한 표면 전체에 포토레지스트를 도포시키기 위한 패턴을 준비하였으며, Ti 및 Au를 진공 증착에 의해 5 nm와 500nm 두께로 순차 침착시켰다. 리프트-오프 기술을 이용하여 불필요한 영역을 제거시켜 접촉 구멍(94)을 매립시켰다.
상술한 방법으로 준비된 전자원을 사용하여 화상 형성 장치를 준비했다. 이것에 대해서는 제23(a)도 및 제23(b)도를 참고하여 설명하기로 한다.
[단계 (H)]
전자원 기판(21)을 배면판(31) 상에 고정한 후, 기판(21) 위로 5 mm 위치에 지지 프레임(32)을 삽입한 채[36 : 유리 기판(33)의 내면 상에 있는 형광막(34)과 금속 백(35)을 포함함]을 배치하고, 계속해서, 프릿 유리(frit glass)를 정면판(36), 지지 프레임(32) 및 배면판(31)의 접촉 영역에 제공하고 400℃에서 10분 이상 질소 분위기 중에서 베이킹하여 용기(밀봉 용기)를 용접 밀봉했다. 또, 프릿 유리에 의해 기판(21)을 배면판(31)에 고정시켰다.
화상 생성 장치가 흑백의 화상을 위한 것이라면 형광막(34)이 단지 형광체로 구성되지만, 이 실시예의 형광막(34)은 흑색 스프라이프(black stripe)를 형성시켜 3원색의 스트라이프형 형광 부재로 채움으로써 준비되었다. 흑색 스트라이프는 주성분으로서 흑연을 함유하는 일반 물질로 제조되었다. 형광 물질을 유리 기판(33) 상에 도포시키는데 슬러리 기술(slurry technique)을 사용하였다.
금속 백(35)은 형광막(34)의 내면 상에 배치되었다. 형광막을 준비한 후 금속 백은 평탄화 처리(smoothing operation : 보통 “박막 필르밍(filming)”이라고도 함)를 형광막의 내면 상에 행한 후 그 위에 진공 증착 기법을 통해 알루미늄 층을 형성시킴으로써 준비되었다.
형광막(34)의 외면 상에 그 전도율을 향상시키기 위해 투명 전극(도시되지 않음)을 배치할 수 있지만, 형광막이 단지 금속 백을 사용하여도 충분한 정도의 전도율을 나타내기 때문에 이 실시예에서는 투명 전극을 사용하지 않고 있다.
상기 결합 작업 동안, 각 구성 부품들은 칼라 형광 부재와 전자방출 소자간에서 정확한 위치 대응 관계가 보장되도록 주의깊게 정렬되었다.
제25도에서 도시된 바와 같이, 용기(진공 용기, 37)는 연결 파이프(106)를 통해 유리 용기(105)를 구비하고 있으며 유리 용기(105) 내에는 활성화 물질원(8)이 배열되었다. 이 실시예의 경우, 활성화 물질원(8)은 n-도디케인(n-dodecane)을 흡수하는 흡수 펌프의 흡수제로서 일반적으로 사용된 형의 분자 시브(molecular sieve)로 제조되었다. 연결 파이프(106)는 경우에 따라 개방 및 폐쇄되는 밸브(40)를 갖추고 있다.
[단계 (I)]
다음에 화상 생성 장치는(실시예 5)의 경우에서와 같이 제19도에서 도시된 진공 시스템에 의해 탈기되었다. 제24도에서 도시된 바와 같이, Y방향 배선(23)은 공통 배선에 연결되어 통전 포밍 처리가 한 행마다 행해졌다. 제24도에서, 참조 번호(101)는 Y 방향 배선(23)을 공통으로 연결시키는 공통 전극을 나타내고, 참조 번호(102)는 전원을 나타내며, 참조 번호(103)는 전류를 측정하는 저항을 나타내고, 참조 번호(104)는 전류를 모니터하기 위한 오실로스코프를 나타낸다.
통전 포밍 처리 중에[실시예 1]의 펄스 전압의 파형과 동일한 파형을 갖는 펄스 전압을 사용하였다. 통전 포밍 처리 중에, 0.1 V의 여분의 펄스 전압을 포밍펄스 전압의 간격에 삽입시켜 전자 방출 영역의 저항을 측정하였으며 통전 포밍 처리를 저항이 1 MΩ을 초과할 경우 종료하였다.
[단계 (J)]
후속하여, 활성화 처리를 행하였다. 밸브(40)를 개방시키고 He-Ne 레이저의 조사에 의해 유리 용기(105)를 가열시켜 활성화 물질을 공급함으로써 활성화 물질원이 n-도디케인을 진공 용기(37) 내로 방출시켰다. 전압은 상기 단계(I)의 경우에서와 같이 한 행마다 소자에 인가되었다. 처리 동안의 나머지 조건들은[실시예 5]의 것들과 동일하였다.
[단계 (K)]
활성화 처리의 종료 후에, 밸브(40)를 폐쇄시키고 진공 용기의 내부를[실시예 5]의 경우에서와 같이 탈기시켰다. 그 후에, 화상 생성 장치의 동작을 다시 검사하였으며 배기 파이프를 밀봉시켰다. 최종 단계에서 화상 생성 장치에 대해 게터 처리를 행하였다.
이후에 이 실시예의 화상 생성 장치의 성능을 테스트하였다. 화상 생성 장치의 성능을 측정하는 측정 동작시에, 통전 포밍 및 활성화 처리의 경우에서와 같이 배선을 그와 같이 연결시킴으로써 소자 행에만 한 행마다 전압을 인가시켰지만, 화상을 화면 상에 표시해야할 경우에는 단순 매트릭스 구성을 이용하여 각각의 전자방출 소자를 전자 방출에 대해 독립적으로 구동시킬 수 있다.
제5(c)도에서 도시된 바와 같은 직각형의 펄스 전압을 X 방향 배선에 인가시켰다. 펄스 전압은 14 V의 파고, 100 μsec의 펄스 폭 및 10 msec의 펄스 간격을 가졌다. 임의의 인접 위치된 X 방향 배선에 인가된 펄스 전압의 위상은 100 μsec만큼 또는 펄스 폭과 동일한 값만큼 시프트되었다.
전자원과 정면판의 금속 백 사이에 4 KV의 전압을 인가시켜 전자 빔을 가속화시켰다.
이 실시예의 화상 생성 장치에서는 진공 시스템 내로 활성화 물질을 도입시키는데 대형이며 부피가 큰 장치를 필요로 하지 않으므로 단순한 제조 장치와 단순화된 제조 방법을 사용할 수 있다.
[실시예 8]
[실시예 7]의 활성화 단계까지의 단계들을 행하였다. 진공 용기(37)와 유리용기(105)를 연결시키는 파이프(106)는 파이프를 개폐시키기 위한 밸브(40)를 갖추고 있다. 진공 용기(37)의 내부를 탈기시키고, 밸브(40)를 폐쇄시킨 후, 배기 파이프(제19도의 84)를 버너에 의해 밀봉시켰다. 다음에, 고주파 가열에 의해 게터 처리를 행하였지만, 과대한 양의 게터가 내부에 남게되어 게터 처리를 이용하지 않았다.
화상 생성 장치를 동작 구동시켜[실시예 6]의 경우에서와 같이 전자 방출성능 저하를 확인하였다. 따라서, 장치의 성능은 연결 파이프(106) 상의 밸브(40)를 개방시키고, 활성화 처리의 경우에서와 같이 레이저로 유리 용기를 조사하여 가열시키고, 진공 용기 내로 n-도드케인을 공급시키고 활성화 처리의 경우에서와 같이 전자 방출 소자에 전압을 공급시킴으로써 회복되었으며, 화상 생성 장치의 성능을 다시 한번 테스트하기 전에 다른 게터 처리를 위해 고주파 가열에 의해 나머지 게터의 일부분을 가열시켰다. 성능을 다시 한번 테스트한 결과, 화상 생성 장치는 원래의 성능으로 회복된 것이 확인되었다.
[실시예 9]
유리 용기(105)를 W(CO)6을 포함하여 제조한 것을 제외하고는 [실시예 8]의 경우에서와 같이 화상 생성 장치를 준비하였다. 상기 실시예들의 경우에서와 같이 활성화 처리를 행한 후, 밸브(40)를 폐쇄시키고, 진공 용기를 200℃로 가열시켜 진공용기(37)의 내부를 탈기시켰다. 이러한 조건 하에서, 질소 가스를 유리 용기(105)내로 도입시켜 용기(105)의 가열을 방지시키면서 진공 용기를 탈기시켰다.
탈기를 완료하였을 때, 배기 파이프를 버너에 의해 밀봉시킨 후 게터 처리를 행하였다.
[실시예 7]의 경우에서와 같이 준비된 화상 생성 장치의 성능을 테스트하였다. 측정 동작 개시시에, If(0) = 1.8 mA와 Ie(0) = 2.0 μA가 관찰되어 η(0) = 0.11%가 입증되었다.
그러나, 이후에 화상 생성 장치의 성능은 탄소 화합물 침착을 가진 대응하는 부분의 성능과 다른 변화를 나타내었다. 측정 동작 개시 후에 첫번째 30분 후에 If와 Ie모두 감소되는 것으로 관찰되었지만, 감소 비율은 [실시예 8]의 장치와 비교하여 그 후에 현저하게 감소되었다.
이것은 탄소 또는 탄소 화합물 침착물을 갖는 소자가 가열될 때 쉽사리 침착물이 분해되어 전자 방출 결과 기화되어버려 결국에는 전자를 더이상 방출시킬 수 없을 정도로 전기 전도성 박막이 변형되어지기 때문에, 이 실시예의 소자 각각이 고 융점의 텅스텐(W) 침착물을 구비하여 쉽사리 분해되지도 않고 변형되지도 않기 때문이다. 초기 단계에서 관찰된 성능 저하는 화상 생성 장치의 진공 용기 내에 존재하는 H2및 CO가 W 침착물막의 표면에서 흡수되어 전자 방출을 저지시킴에 의한 것으로 볼 수 있다.
전자 방출 성능의 초기의 감소가 끝난 경우, 정면판과 금속 백 사이에 전압을 인가시키는 전원을 턴오프시켰다. 그 후에, 밸브(40)를 개방시키고 유리 용기(105)를 활성화 처리의 경우에서와 같이 소자에 펄스 전압을 인가시키기 전에 30초동안 가열시킨 후, 밸브를 다시 폐쇄시키고 게터 처리를 반복하였다.
그 후에, 장치의 성능을 다시 테스트한 결과 상당히 회복되었으며 전자 방출성능의 초기 감소가 첫번째 측정시의 것에 비해 거의 절반인 것으로 나타났다. 이것은 W 침착물의 세정 표면을 다시 형성하였기 때문일 수 있다. 성능 감소의 원인이 분명하지는 않지만, 매우 소량의 가스가 흡수로 인해 화상 생성 장치의 용기 중에 남아있기 때문일 수 있다.
이 실시예에서는, 활성화 물질로서 금속 화합물을 사용할 경우 본 발명이 효과적이다라는 것이 입증되었다. 이 실시예의 화상 생성 장치를 사용하면, 활성화물질을 진공 시스템 내로 도입시키는데 대형이며 부피가 큰 장치를 필요로 하지 않으므로 단순한 제조 장치와 단순화된 제조 방법을 사용할 수 있다.
제26도는 [실시예 9]의 화상 생성 장치를 이용하여 실현되고 여러 신호원으로부터 나온 입력 신호들에 따라 각종의 비디오 데이타 및 텔레비젼 전송 화상을 표시하도록 설계된 표시 장치의 블럭도이다.
제26도를 참조해 보면, 화상 생성 장치 즉, 표시 패널(111), 표시 패널 구동회로(112), 표시 패널 제어기(113), 멀티플렉서(114), 디코더(115), 입력/출력 인터페이스 회로(116), CPU(117), 화상 생성 회로(118), 화상 메모리 인터페이스 회로(119, 120, 121), 화상 입력 인터페이스 회로(122), TV 신호 수신 회로(123, 124) 및 입력장치(125)를 포함하고 있다. (만일 표시 장치가 화상과 음성 신호로 구성되는 텔레비젼 신호를 수신하는데 사용되면, 도면에서 도시된 회로와 함께 음성 신호를 수신, 분리, 재생, 처리 및 기억하기 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(124)는 전자기파나 공간 광 통신망을 이용한 무선전송 시스템을 통해 전송되는 TV 화상 신호를 수신하기 위한 회로이다. 사용되는 TV 신호 시스템은 특정 형태에 국한되지 않으며, 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.
둘째, TV 신호 수신 회로(123)은 동축 케이블이나 광 섬유를 사용하는 유선전송 시스템을 통해 전송되는 TV 화상 신호를 수신하기 위한 회로이다. TV 신호수신 회로(124)와 같이, 여기서 사용되는 TV 신호 시스템도 특정 형태로 제한되지 않으며 이 회로에 의해 수신되는 TV 신호는 디코더(115)로 전송된다.
화상 입력 인터페이스 회로(122)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 메모리 인터페이스 회로(121)은 비디오 테이프 레코더(이후 VTR로 칭함)에 저장된 화상 신호를 검색하기 위한 회로로서, 검색된 화상 신호는 또한 디코더(115)로 전송된다.
화상 메모리 인터페이스 회로(120)는 비디오 디스크에 저장된 화상 신호를 검색하기 위한 회로로서, 검색된 화상 신호는 또한 디코더(115)로 전송된다.
화상 메모리 인터페이스 회로(119)는 소위 정지 디스크 같은 정지 화상 데이타를 저장하는 장치에 저장되어 있는 화상 신호를 검색하는 회로로서, 검색된 화상신호는 또한 디코더(115)로 전송된다.
입력/출력 인터페이스 회로(116)는 표시 장치와 컴퓨터, 컴퓨터망 또는 프린터 같은 외부 출력 신호원을 접속하기 위한 회로이다. 이 회로는 화상 데이타와 문자 및 그래픽 데이타의 입출력 작업과, 경우에 따라 표시 장치의 CPU(117)와 외부출력 신호원 사이에서 제어 신호와 수치 데이타에 대한 입력/출력 작업을 수행한다.
화상 생성 회로(118)은 입력/출력 인터페이스 회로(116)를 통해 외부의 출력신호원으로부터 또는 CPU(117)로부터의 문자 및 그래픽 데이타와 화상 데이타에 근거하여 표시 화면 상에 표시될 화상 데이타를 생성시키기 위한 회로이다. 이 회로는 화상 데이타와 문자 및 그래픽 데이타를 저장하는 재로드가능 메모리, 주어진 문자 코드에 대응하는 화상의 패턴을 저장하는 판독 전용 메모리, 화상 데이타를 처리하는 처리기 및 화면 화상을 생성시키는데 필요한 기타 회로 소자를 포함하고 있다.
화상 생성 회로(118)에 의해 생성된 표시를 위한 화상 데이타는 디코더(115)로 전송되고, 경우에 따라서는, 입력/출력 인터페이스 회로(116)를 통해 컴퓨터망 또는 프린터 같은 외부 회로로 전송될 수 있다.
CPU(117)은 표시 장치를 제어하고, 표시 화면 상에 표시될 화상을 생성, 선택 및 편집하는 작업을 수행한다.
예를 들면, CPU(117)은 제어 신호를 멀티플렉서(114)로 전송하여, 표시 화면상에 표시될 화상에 대한 신호를 적절히 선택하고 조합한다. 동시에, CPU는 표시패널 제어기(113)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, CPU(117)는 화상 데이타와 문자 및 그래픽 데이타를 화상 생성 회로(118)로 직접 전송하고, 또한 입력/출력 인터페이스 회로(116)를 통해 외부 컴퓨터 및 메모리를 액세스하여 외부 화상 데이타와 문자 및 그래픽 데이타를 얻는다. CPU(117)은 퍼스널 컴퓨터의 CPU 또는 워드 프로세서 같이 데이타를 생성 및 처리하는 작업을 포함하여 표시 장치의 다른 작업에도 관여하도록 설계될 수 있다. 또한, CPU(117)은 입/출력 인터페이스 회로(116)을 통해 외부의 컴퓨터망에 접속되어 외부 컴퓨터망과 협력하면서 계산 및 기타 작업들을 수행할 수 있다.
입력 장치(125)는 오퍼레이터가 입력 장치에 제공한 데이타 및 명령어와 프로그램을 CPU(117)로 입력하는데 사용된다. 사실상, 입력 장치는 키보드, 마우스, 죠이스틱, 바코드 판독기 및 음성 인식 장치 뿐만 아니라 이들의 결합체 등의 여러가지 다양한 입력 장치 중에서 선택할 수 있다.
디코더(115)는 상기 회로(118 내지 124)를 통해 입력된 여러 화상 신호를 3원색 신호, 밝기 신호, 그리고 I 및 Q 신호로 변환하는 회로이다. 디코더(115)는 신호변환용의 화상 메모리를 필요로 하는 MUSE 시스템의 신호들과 같은 텔레비젼 신호를 처리하기 위한 제26도에 점선으로 도시한 화상 메모리를 포함하는 것이 바람직하다. 화상 메모리의 제공으로, 정지 화상의 표시 뿐만 아니라 화상 생성 회로(118) 및 CPU(117)와 협동하여 디코더(115)에서 선택적으로 수행되는 프레임에 대한 솎아냄(thinning out), 보간, 확대, 축소, 합성 및 편집등의 작업이 용이해진다.
멀티플렉서(114)는 CPU(117)가 제공하는 제어 신호에 따라 표시 화면 상에 표시될 화상을 적절하게 선택하는데 사용된다. 환언하면, 멀티플렉서(114)는 디코더(115)로부터의 변환된 소정의 화상 신호를 선택하여 이를 구동 회로(112)에 출력한다. 또한, 멀티플렉서는 단일 프레임을 표시하는 시간 주기 내에서 한 집합의 화상신호로부터 다른 집합의 화상 신호로 전환함으로써 표시 화면을 다수의 프레임으로 분할시켜 상이한 신호를 동시에 표시할 수 있다.
표시 패널 제어기(113)는 CPU(117)으로부터 전송된 제어 신호에 따라 구동회로(112)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(112)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(112)에 출력한다.
경우에 따라서는, 이 표시 패널 제어기는 또한 표시 화면 상에 표시될 화상의 품질을 밝기, 콘트라스트, 색조 및 샤프니스(Sharpness)에 대해 제어하기 위한 신호를 구동 회로(112)에 출력시킨다.
구동 회로(112)는 표시 패널에 인가되는 구동 신호를 생성하기 위한 회로이다. 구동 회로는 상기 멀티플렉서(114)로부터 입력되는 화상 신호와 상기 표시 패널 제어 장치(113)로부터 입력되는 제어 신호에 따라 동작한다.
본 발명에 따르고 상기한 구성을 가지며 제26도에 도시된 표시 장치는 표시패널 상에 각종의 화상 데이타 원으로부터 제공되는 각종 화상을 표시할 수 있다. 보다 상세히 기술하자면, 텔레비젼 화상 신호와 같은 화상 신호는 디코더(115)에 의해 역변환된 후, 멀티플렉서(114)에 의해 선택되어 구동 회로(112)에 출력된다. 반면, 표시 제어기(113)는 표시 패널 상에 표시될 화상에 대한 화상 신호에 따라 구동 회로(112)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 발생시킨다. 다음에, 구동 회로(112)은 화상 신호와 제어 신호에 따라 구동 신호를 표시 패널로 공급한다. 따라서, 화상이 표시 패널 상에 표시된다. 상술한 모든 동작은 CPU(117)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 여러가지 화상 처리 작업과, 화상들의 합성, 소거, 접속, 대체 및 삽입하는 등의 편집 작업을 수행할 수 있는데, 이러한 작업들은 디코더(115)에 포함된 화상 메모리, 화상 생성 회로(118) 및 CPU(117)가 이러한 작업에 관여할 때 행해진다. 비록 상기 실시예에서 설명하지는 않았지만, 상기 표시 장치는 음성 신호 처리와 편집 작업 전용의 회로를 추가로 구비할 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 상술한 구성을 갖는 표시 장치는 산업 및 상업 분야에 폭 넓은 응용할 수 있는데, 이것은 표시 장치가 텔레비젼 방송용의 표시 장치, 원격지간 화상 회의용의 단말 장치, 정지 및 동 화상(picture)용의 편집 장치, 컴퓨터시스템용의 단말 장치, 워드 프로세서 같은 OA 장치, 게임기 및 기타 여러 가지로 동작할 수 있기 때문이다.
물론 제26도는 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 배치시켜 제조한 전자원이 구비된 표시 패널을 포함하는 표시 장치의 가능한 구성 중 단지 한 예를 도시하는 것으로서 본 발명이 이것에만 제한되는 것이 아니라는 것은 말할 것도 없다. 예를 들면, 용도에 따라 제26도의 회로 구성 소자 중 일부를 생략하거나 부가할 수도 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 의하면, 전자 방출 소자의 성능 저하를 효과적으로 억제시킬 수 있거나 전자 방출 소자의 초기 성능을 회복시킬 수 있으므로 이러한 전자 방출 소자를 구비한 화상 생성 장치의 서비스 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 화상 생성 장치를 제조하는데 사용된 진공 시스템 내로 활성화 물질을 도입시키는데 대형이며 부피가 큰 장치를 필요로 하지 않으므로 단순한 제조 장치와 단순화된 제조 방법을 사용할 수 있다.
Claims (36)
- 공통 기판(1) 상에 배열된 하나 또는 하나 이상의 전자 방출 소자(2-5)을 포함하고, 각 전자 방출 소자는 한 쌍의 전극(2, 3), 상기 한 쌍의 전극에 접속된 전도성 박막(4), 및 상기 박막에 형성되어 상기 한 쌍의 전극 사이에 위치된 균열부를 갖는 전자 방출 영역(5)을 갖는 전자원에 있어서, 상기 기판 상에 배열된 활성화 물질 공급원(2, 6-8)이 상기 각 전자 방출 영역에서 제2 성분으로 변환될 수 있는 기화 가능한 활성화 물질(8)을 포함하고, 상기 제2 성분은 탄소이거나 상기 전도성 박막의 용융점 보다 높은 용융점을 갖는 금속인 것을 특징으로 하는 전자원.
- 제1항에 있어서, 상기 활성화 물질은 유기 성분인 것을 특징으로 하는 전자원.
- 제2항에 있어서, 상기 활성화 물질 공급원은 상기 활성화 물질(8)이 흡수되는 다공성 재료체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자원.
- 제1항에 있어서, 상기 활성화 물질은 금속 화합물인 것을 특징으로 하는 전자원.
- 제4항에 있어서, 상기 금속 화합물은 Nb, Os, Re, Ta, 또는 W 중 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 전자원.
- 제1항에 있어서, 상기 활성화 물질 공급원은 상기 활성화 물질(8)을 기화시키기 위한 기화 수단(2, 6, 7; 2, 3, 5, 6)을 갖는 것을 특징으로 하는 전자원.
- 제6항에 있어서, 상기 기화 수단(2, 6, 7)은 상기 활성화 물질(8)을 가열하여 이를 가스로 방출하기 위한 가열 수단(2, 6, 7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자원.
- 제7항에 있어서, 상기 가열 수단은 상기 활성화 물질(8)에 인접 배치된 저항기(7) 및 상기 저항기를 통해 전류를 통과시키기 위한 수단(2, 6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자원.
- 제6항에 있어서, 상기 기화 수단은 상기 활성화 물질과 전자가 충돌하게 하는 수단(2, 3, 5, 6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자원.
- 제1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 전자 방출 영역(5)에 탄소 또는 탄소 화합물이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전자원.
- 밀봉 엔벨로프(37); 공통 기판(1) 상에 배열되며, 상기 엔벨로프 내에 밀봉되는 복수의 전자 방출 소자(24) - 각 전자 방출 소자는 한 쌍의 전극(2, 3), 상기 한 쌍의 전극에 접속된 전도성 박막(4), 및 상기 박막에 형성되어 상기 한 쌍의 전극 사이에 위치된 균열부를 갖는 전자 방출 영역(5)을 가짐-; 및 상기 복수의 전자 방출 소자에 상대적으로 배열되어 상기 복수의 전자 방출소자로부터 방출된 전자의 조사시에 화상을 형성하는 화상 생성 부재(34)를 포함하는 화상 생성 장치(24, 34, 37)에 있어서, 상기 기판 상에 배열되거나, 상기 엔벨로프 내에 설치된 활성화 물질 공급원(2, 6-8)이 상기 각 전자 방출 영역에서 제2 성분으로 변환될 수 있는 기화 가능한 활성화 물질(8)을 포함하고, 상기 제2 성분은 탄소이거나 상기 전도성 박막의 용융점 보다 높은 용융점을 갖는 금속인 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
- 제11항에 있어서, 상기 활성화 물질은 유기 성분인 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 활성화 물질 공급원은 상기 활성화 물질(8)이 흡수되는 다공성 재료체를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
- 제11항에 있어서, 상기 활성화 물질은 금속 화합물인 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
- 제14항에 있어서, 상기 금속 화합물은 Nb, Os, Re, Ta, 또는 W 중 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
- 제11항에 있어서, 상기 활성화 물질 공급원은 상기 활성화 물질(8)을 기화시키기 위한 기화 수단(2, 6, 7; 2, 3, 5, 6)을 갖는 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 기화 수단(2, 6, 7)은 상기 활성화 물질(8)을 가열하여 이를 가스로 배출하기 위한 가열 수단(2, 6, 7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 가열 수단은 상기 활성화 물질(8)에 인접 배치된 저항기(7) 및 상기 저항기를 통해 전류를 통과시키기 위한 수단(2, 6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 기화 수단은 상기 활성화 물질과 전자가 충돌하게 하는 수단(2, 3, 5, 6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 각 전자 방출 영역(5)에 탄소 또는 탄소 화합물이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
- 제11항에 있어서, 게터가 설치되는 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
- 제16항에 있어서, 게터가 설치되는 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
- 제20항에 있어서, 게터가 설치되는 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
- 제11항 내지 제20항, 제21항 내지 제23항중 어느 한 항에 있어서, 상기 화상 형성 부재는 형광체인 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
- 공통 기판(1) 상에 배열된 복수의 전자 방출 소자(2-5)을 제공하고, 각 전자방출 소자가 한 쌍의 전극(2, 3), 상기 한 쌍의 전극에 접속된 전도성 박막(4), 및 상기 박막에 형성되어 상기 한 쌍의 전극 사이에 위치된 균열부를 갖는 전자 방출영역(5)을 갖는 제1항 내지 제9항중 어느 한 항에 따른 전자원의 제조 방법에 있어서, 상기 활성화 물질을 상기 전자원(1-8)의 상기 기판(1) 상에 설치하여, 상기 활성화 물질 공급원(2, 6-8)을 제공하는 단계를 포함하는 전자원의 제조 방법.
- 공통 기판(1) 상에 배열된 복수의 전자 방출 소자(2-5)을 제공하고, 각 전자방출 소자가 한 쌍의 전극(2, 3), 상기 한 쌍의 전극에 접속된 전도성 박막(4), 및 상기 박막에 형성되어 상기 한 쌍의 전극 사이에 위치된 균열부를 갖는 전자 방출영역(5)을 갖는 제10항에 따른 전자원의 제조 방법에 있어서, 상기 활성화 물질을 상기 전자원(1-8)의 상기 기판(1) 상에 설치하여, 상기 활성화 물질 공급원(2, 6-8)을 제공하는 단계를 포함하는 전자원의 제조 방법.
- 공통 기판(1) 상에 배열된 복수의 전자 방출 소자(2-5)을 제공하고, 각 전자 방출 소자는 한 쌍의 전극(2, 3), 상기 한 쌍의 전극에 접속된 전도성 박막(4), 및 상기 박막에 형성되어 상기 한 쌍의 전극 사이에 위치된 균열부를 갖는 전자 방출 영역(5)을 갖는 제11항 내지 제20항, 제21항 내지 제23항중 어느 한 항에 따른 화상 생성 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 활성화 물질을 상기 화상 생성 장치(24, 34, 37)의 상기 기판(1) 상에 배치하고 상기 화상 생성 장치의 엔벨로프(37) 내에 상기 활성화 물질 공급원(2, 6-8)을 설치하여, 상기 활성화 물질 공급원(2, 6-8)을 제공하는 단계를 포함하는 화상 생성 장치의 제조 방법.
- 공통 기판(1) 상에 배열된 복수의 전자 방출 소자(2-5)을 제공하고, 각 전자방출 소자는 한 쌍의 전극(2, 3), 상기 한 쌍의 전극에 접속된 전도성 박막(4), 및 상기 박막에 형성되어 상기 한 쌍의 전극 사이에 위치된 균열부를 갖는 전자 방출 영역(5)을 갖는 제24항에 따른 화상 생성 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 활성화 물질을 상기 화상 생성 장치(24, 34, 37)의 상기 기판(1) 상에 배치하고 상기 화상 생성 장치의 엔벨로프(37) 내에 상기 활성화 물질 공급원(2, 6-8)을 설치하여, 상기 활성화 물질 공급원(2, 6-8)을 제공하는 단계를 포함하는 화상 생성 장치의 제조 방법.
- 제1항에 따른 전자원 또는 제11항에 따른 화상 생성 장치의 성능의 저하를 억제하거나 그 성능을 회복하는 방법에 있어서, 상기 활성화 물질 공급원의 상기 활성화 물질(8)을 기화하는 단계; 각 전자 방출 영역(5)에 상기 기화된 활성화 물질을 공급하는 단계; 및 상기 전자 방출 영역(5)을 상기 기화되어 공급된 활성화 물질에 노출시키면서 상기 각 전자 방출 소자(5) 상에 상기 제2 성분을 피착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제29항에 있어서, 상기 활성화 물질의 기화 단계는 상기 활성화 물질 공급원의 상기 활성화 물질을 가열하여 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제30항에 있어서, 상기 가열 단계는 상기 활성화 물질에 인접하여 배치된 저항기를 통해 전류를 통과시켜 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제30항에 있어서, 상기 가열 단계는 상기 활성화 물질을 광으로 조사하여 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제29항에 있어서, 상기 활성화 물질의 기화 단계는 상기 활성화 물질 공급원의 상기 활성화 물질과 전자가 충돌하게 하여 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제29항에 있어서, 상기 기화된 활성화 물질의 공급 단계는 각 전자 방출 소자(2-5)가 구동되면서 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제29항에 있어서, 상기 활성화 물질을 공급하여 상기 제2 성분을 피착하는 단계들에 이어 게터가 활성화되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제34항에 있어서, 상기 활성화 물질을 공급하여 상기 제2 성분을 피착하는 단계들에 이어 게터가 활성화되는 것을 특징으로 하는 방법.
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