KR100367243B1 - 전자 방출 소자, 전자 소스 및 화상 형성 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

전자 방출 소자를 제조하기 위한 방법은 전극들 사이에, 전자 방출부를 갖는 도전성막을 포함한다. 상기 방법은 전극들 사이에 배치된 도전성막에 간극부를 형성하는 단계와, 극성 또는 극성기를 갖는 방향족 화합물을 가지며 방향족 화합물의 분압에 대한 물의 분압의 비가 100 이하인 분위기에서 전극들 사이에 전압을 인가하는 단계를 포함한다.

Description

전자 방출 소자, 전자 소스 및 화상 형성 장치의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRON EMISSION ELEMENT, ELECTRON SOURCE, AND IMAGE FORMING APPARATUS}

본 발명은 전자 방출 소자, 복수의 전자 방출 소자가 그 안에 배열되어 있는 전자 소스, 및 전자 소스를 사용하여 구성된 표시 장치와 같은 화상 형성 장치를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

공지된 전자 방출 소자는 대충 다음의 2가지 유형으로 분류된다. 열 전자 방출 소자와 냉음극 방출 소자가 있다. 냉음극 전자 방출 소자는 전계 방출형(이후, "FE"형이라고 함), 금속/절연층/금속형(이후, "MIM"형이라고 함), 및 표면 전도형 전자 방출 소자를 포함한다.

FE형의 한 예는 W.P. Dyke 및 W.W. Dolan, "Field Emission", Advance in Electron Physics, 8, 89(1956) 또는 C. A. Spindt, "Physical Properties of thin-film field emission cathodes with molybdenum cones", J. Appl. Phys., 47, 5248(1976)에 개시되어 있다.

MIM형의 한 예는 C.A. Mead, "Operation of Tunnel-Emission Devices", J. Appl. Phys., 32, 646(1961)에 개시되어 있다.

표면 전도형 전자 방출 소자의 한 예는 M.I. Elinson, Radio Eng. Electron Phys., 10, 1290(1965)에 개시되어 있다.

표면 전도형 전자 방출 소자는 전류가 절연 기판 상에 형성된 얇고 작은 막을 통해 막 표면과 평행하게 흐를 때 전자 방출이 일어나는 현상을 이용한 것이다. 표면 전도형 전자 방출 소자의 구성의 전형적인 예에서, 포밍(forming)이라고 하는 통전 처리와 그 후의 활성화 처리는 절연 기판 상에 제공된 한 쌍의 소자 전극을 연결하는 도전성 박막 내에 전자 방출부를 형성하는데 사용된다.

포밍은 전자 방출부를 형성하는데 사용된 박막의 양단부에 전압을 인가하여, 이러한 막을 국소적으로 파괴하고, 변형하거나 또는 수정하여, 높은 전기 저항을 갖는 균열(crack)을 형성하는 처리이다.

활성화는 유기 화합물을 갖는 진공 분위기에서 박막의 양단부에 전압을 인가하여, 균열 근처에 탄소막을 형성하는 처리이다. 전자들은 균열 근처로부터 방출된다.

상기 표면 전도형 전자 방출 소자는 간단한 구조를 갖고 제조하기가 쉽기 때문에, 다수의 이러한 소자가 큰 면적에 걸쳐 배열된다. 그러므로, 이러한 특성을 활용하기 위한 다양한 응용이 연구되어 왔다. 이 소자는 예를 들어, 하전 빔 소스, 또는 표시 장치와 같은 화상 형성 장치에 적용되었다.

다수의 표면 전도형 전자 방출 소자의 배열의 일례는 개별 소자의 양단부를 접속함으로써 다수의 행이 형성되는 방식으로 이러한 전자 방출 소자가 병렬로 배열되는 전자 소스이다(예를 들어, 일본 특개평 제1-031332호의 명세서 참조).

특히, 표시 장치와 같은 화상 형성 장치의 경우, 액정을 사용하는 평판형 표시 장치는 CRT 대용으로 최근에 인기를 끌고 있다. 불행히도, 이들 표시 장치는 자발적으로 전자를 방출하지 않아, 백라이트(backlight)를 가져야 한다. 그러므로, 광을 자발적으로 방출하는 표시 장치의 개발이 요구되고 있다. 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자가 그 안에 배치되어 있는 전자 소스와, 이 전자 소스로부터 방출된 전자를 이용하여 가시광을 발광시키는 형광체의 조합으로 이루어진 표시 장치인 화상 형성 장치는 대형 화면이라도 제조하기가 비교적 쉽고, 표시 품위가 우수한 자발적 발광형 표시 장치이다(예를 들어, 미국 특허 제5,066,883호의 명세서 참조).

전자 소스 또는 화상 형성 장치에 사용되는 전자 방출 소자의 경우, 더욱 안정하게 제어되는 전자 방출 특성 및 전자 방출 효율의 개선이, 선명한 표시 화상을 안정하게 제공하기 위해 요구된다.

화상 형성 부재와 같은 형광체를 사용하는 화상 형성 장치의 경우, 저전류를 사용하여 선명한 고품위의 화상을 형성하는 장치, 예를 들어 평면 텔레비젼은 안정 제어된 전자 방출 특성을 제공하고 전자 방출 효율을 더욱 개선시킴으로써 얻어진다. 저전류를 사용하게 되면 또한 화상 형성 장치를 구성하는 구동 회로의 가격을 낮출 것으로 기대된다.

본 발명의 목적은 높은 전자 방출 효율을 갖는 전자 방출 소자, 이러한 전자 방출 소자를 사용하는 전자 소스 및 화상 형성 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 구동에 의해 유도되는 전자 방출 특성의 경시 변화가 매우 적은 전자 방출 소자, 이러한 전자 방출 소자를 사용하는 전자 소스 및 화상 형성 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 구동에 의해 유도되는 방출 전류의 경시적인 저하가 적은 전자 방출 소자, 이러한 전자 방출 소자를 사용하는 전자 소스 및 화상 형성 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

도 1a 및 1b는 본 발명에 따른 평면형의 표면 전도형 전자 방출 소자의 한 구성예를 도시한 모식적 평면도 및 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 수직형의 표면 전도형 전자 방출 소자의 한 구성예를 도시한 모식적 평면도 및 단면도.

도 3a, 3b, 3c 및 3d는 본 발명에 따른 전자 방출 소자를 제조하기 위한 방법을 설명하는 공정도.

도 4a, 4b 및 4c는 본 발명에 따른 통전 포밍의 전압 파형의 예를 도시한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 활성화 공정을 행하기 위한 진공 장치의 개략 블럭도.

도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 활성화 공정에 사용되는 매스 필터 전극의 구조예를 도시한 모식도.

도 7a 및 7b는 본 발명에 따른 활성화 공정의 전압 파형의 예를 도시한 도면.

도 8은 전자 방출 특성을 측정하기 위한 측정 및 평가 장치의 개략 블럭도.

도 9는 도 8의 측정 및 평가 장치 내의 진공 챔버(샘플 챔버)의 개략 블럭도.

도 10은 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 전자 방출 특성을 도시한 도면.

도 11은 본 발명에 따른 단순 매트릭스 배치의 전자 소스의 예를 도시한 모식도.

도 12는 본 발명에 따른 화상 형성 장치의 표시 패널의 예를 도시한 모식도.

도 13a 및 13b는 표시 패널 내의 형광막의 예를 도시한 모식도.

도 14는 본 발명에 따른 화상 형성 장치에 NTSC 방식에 기초한 텔레비젼 신호에 응답하여 화상을 디스플레이하기 위한 구동 회로의 예를 도시한 블럭도.

도 15는 본 발명에 따른 래더형 배치의 전자 소스의 예를 도시한 모식도.

도 16은 본 발명에 따른 화상 형성 장치의 표시 패널의 예를 도시한 모식도.

도 17a, 17b, 17c 및 17d는 본 발명에 따른 전자 방출 소자를 제조하기 위한 방법을 설명하는 공정도.

도 18e, 18f, 18g 및 18h는 본 발명에 따른 전자 방출 소자를 제조하기 위한 방법을 설명하는 공정도.

도 19i, 19j, 19k 및 19l은 본 발명에 따른 전자 방출 소자를 제조하기 위한 방법을 설명하는 공정도.

도 20m 및 20n은 본 발명에 따른 전자 방출 소자를 제조하기 위한 방법을 설명하는 공정도.

도 21은 실시예 5 및 11에 따른 매트릭스 접속을 갖는 전자 소스 기판의 일부를 도시한 모식도.

도 22는 도 21의 선 22-22를 따라 절취한 단면 모식도.

도 23a, 23b, 23c 및 23d는 도 21의 전자 소스의 제조 공정도.

도 24e, 24f, 24g 및 24h는 도 21의 전자 소스의 제조 공정도.

도 25는 실시예 5 및 10에 따른 포밍 공정을 설명하는 도면.

도 26은 실시예 4 및 5에 따른 활성화 공정을 행하기 위한 진공 장치의 개략 블럭도.

도 27은 실시예 11에 따른 활성화 공정을 행하기 위한 진공 장치의 개략 블럭도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 기판

2, 3: 소자 전극

4: 도전성막

5: 탄소막

A, B: 간극

37: 가스 도입 라인

39: 도입 물질 소스

101: 화상 표시 패널

바람직하기로는, 전자 방출부를 형성하는데 사용되는 도전성막 내에 형성된 균열 근처에 탄소막을 형성하기 위한 활성화 처리 이후에, 유기 재료 및 이들의 분해물이 탄소 및 탄소 화합물의 더이상 원하지 않는 피착을 방지하기 위해 제거되었다. 이를 달성하기 위해, 예를 들어, 전자 방출 소자가 진공 분위기에서 가열된다. 그러나, 이 공정은 탄소막의 일부가 제거되어, 원하는 전자 방출량이 얻어지지 않을 수도 있다.

이 현상에 대한 열정적 연구를 통해, 발명자들은 탄소막의 결정성이 매우 중요하다는 것을 발견하였다. 즉, 이 현상은 탄소막이 흑연과 같은 많은 양의 결정 탄소를 포함하는 경우에는 일어나지 않는 반면, 수소를 갖는 많은 양의 비정질 탄소를 막이 포함하는 경우에는 일어난다는 것이다.

발명자의 연구에 의하면, 활성화 공정을 위한 대기 중의 물의 존재(물의 분압)는 구동 중의 경시 열화뿐만 아니라 얻어진 전자 방출 소자의 전자 방출량이나 전자 방출 효율의 저하에 밀접하게 상관한다는 것이 판명되었다. 즉, 유기 물질 이외에, 많은 양의 물이 활성화 공정에서의 대기 중에 있다면, 이 물은 탄소막이 형성되는 것을 방해하거나, 막의 결정성을 감소시킨다.

다음에, 본 발명의 양호한 실시예가 도시된다.

첫째, 본 제조 방법을 사용하여 제조된 전자 방출 소자의 기본 구성은 대충 평면형 및 수직형으로 분류된다. 평면형 전자 방출 소자가에 대해 설명하겠다.

도 1a 및 1b는 본 제조 방법을 사용하여 제조된 평면형 전자 방출 소자의 구성예를 도시한 모식도이다. 도 1a는 평면도이고, 도 1b는 종방향 단면도이다. 도 1a 및 도 1b에서, 참조 번호(1)은 기판, 참조 번호(2 및 3)은 전극들(소자 전극), 참조 번호(4)는 도전성막이고, 참조 번호(5)는 탄소막이다. 탄소막(5)은 도전성막들(4) 사이의 간극 A의 내부에 배치되어, 도면에 도시된 바와 같이 간극 A보다 좁은 간극 B를 형성한다.

기판(1)은 석영 유리, Na와 같은 감소된 양의 불순물을 함유하는 유리, 청색 플레이트 유리, 스퍼터링 방법을 사용하여 SiO₂를 적층함으로써 형성된 유리 기판, 또는 알루미나 등의 세라믹 또는 Si 기판을 포함한다.

대향하는 소자 전극들(2 및 3)은 예를 들어, 유리, 및 Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu 또는 Pd와 같은 금속 또는 합금 및 Pd, Ag, Au, RuO₂또는 Pd-Ag와 같은 금속 또는 금속 산화물 등으로 구성된 인쇄 도체; In₂O₃-SnO₂와 같은 투명 도전체; 및 폴리실리콘과 같은 반도체 재료로부터 적절하게 선택된 일반적인 도체 재료를 포함한다.

소자 전극 간격 L, 소자 전극 길이 W, 및 도전성막(4)의 형태는 이 소자가 적용되는 형태를 고려하여 설계된다. 소자 전극 간격 L은 양호하게는 수백㎚ 내지 수백 ㎛이고, 보다 더 양호하게는 수㎛ 내지 수십㎛이다. 소자 전극 간격 W는 전극의 저항값과 전자 방출 특성에 비추어서 수㎛ 내지 수백㎛이다. 소자 전극들(2 및 3)의 막 두께 d는 수십㎚ 내지 수㎛이다.

가능한 구성은 도 1a 및 1b에 도시된 것 뿐만 아니라, 도전성막(4)과, 대향하는 소자 전극(2 및 3)이 기판(1) 상에 이 순서로 적층된 것을 포함한다. 도전성막(4)을 주로 이루는 재료는 Pd, Pt, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W, 또는 Pb와 같은 금속, PdO, SnO₂, In₂O₃, PbO, 또는 Sb₂O₃와 같은 산화물, HfB₂, ZrB₂, LaB₆, CeB₆, YB4, 또는 GdB₄와 같은 붕화물, TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC, 또는 WC와 같은 탄화물, TiN, ZrN, 또는 HfN과 같은 질화물, Si 또는 Ge와 같은 반도체, 또는 탄소 중에서 적절하게 선택될 수 있다.

도전성막(4)은 우수한 전자 방출 특성을 얻기 위해 미립자로 이루어진 미립자막을 포함할 수 있다. 막 두께는 소자 전극들(2 및 3)의 스텝 커버리지, 소자 전극들(2 및 3) 사이의 저항값, 및 이후 설명되는 포밍 조건을 고려하여 적절하게 설정된다. 이것은 양호하게는 수 Å 내지 수백㎚이고, 보다 더 양호하게는 1 내지 50㎚이다. 저항값 Rs는 양호하게는 10²- 10⁷Ω/?이다. Rs는 폭 w와 길이 1인 박막의 길이 방향으로 측정된 저항 R이 Rs(1/w)이라고 가정했을 때 얻어진 값이다.

"미립자"라는 용어는 본 명세서에서 자주 사용되므로, 그것의 의미에 대해 설명하겠다.

작은 입자를 "미립자"라고 하고, 보다 더 작은 입자를 "초미립자"라고 한다. 수백개 정도 이하의 원자를 갖는 훨씬 더 작은 입자를 일반적으로 "클러스터"라고 한다.

그러나, 이 정의는 엄격한 것이 아니고, 어떤 성질에 주목하여 분류하느냐에 따라 변화한다. 어떤 경우에는, "미립자" 및 "초미립자"는 총체적으로 미립자라고 하고, 본 명세서의 설명은 이 정의에 기초한 것이다.

예를 들어, "Experimental Physics Lesson 14, Surface and Fine Grains" (edited by Koreo KINOSHITA, Kyoritsu Shuppan, published on September 1, 1986)은 여기에 사용된 "미립자"는 약 2 내지 3㎛와 약 10nm 사이의 직경을 갖고, 여기에 사용된 "초미립자"는 약 10nm와 2 내지 3nm 사이의 직경을 갖는다고 설명하고 있다. 그러나, 어떤 경우에는, 2가지 유형은 총체적으로 그리고 간단히 "미립자"라고 하고, 이 정의는 엄격한 것이 아니고, 단지 대략적인 기준이다. 약 수십 내지 수백개의 원자로 각각 구성된 미립자를 "클러스터"라고 한다(pp.195, lines 22 - 26).

또한, New-technology Develpopment Work Organization에 의한 "Hayashi Ultra Fine Particles Project" 에서의 "초미립자"의 정의에서는, 입자 크기의 하한선이 다음과 같이 훨씬 작다.

Creative-science and -technology Promotion Institute에 의한 "In the Ultra-fine Particles Project(1981-1986)"은 약 1 내지 100㎚의 입자 크기를 갖는 입자를 "초미립자"로 하기로 결정하였다. 다음에, 하나의 초미립자는 약 100 내지 10⁸개의 원자의 집합체이다. 원자의 척도에서는, 초미립자는 "매크로 입자" 정도로 크다("Ultra Fine Particles-Creative-science and -technology " edited by Chikara HAYASHI, Ryoji UEDA, and Akira TASAKI; Mita Shuppan; 1998, pp.2. lines 1-4). 수개 내지 수백개의 원자로 이루어진 초미립자 보다 작은 1개의 입자들을 "클러스터"라고 한다(ibid., pp.2, lines 12-13).

이들 일반적인 정의에 기초하여, 본 명세서에 사용된 "미립자"라는 용어는 다수의 원자 및 분자의 집합을 말하고, 입자 크기의 하한선은 약 수Å 내지 약 1㎚이고, 상한선은 약 수㎛이다.

또한, 탄소막(5)은 탄소 또는 탄소 화합물을 포함하고, 그것의 막 두께는 양호하게는 50㎚이하이고, 보다 더 양호하게는 30㎚이하이다.

위에 설명된 평면형 전자 방출 소자는 표면 전도형 전자 방출 소자이고, 선정된 전압이 소자 전극들(2 및 3) 사이에 인가되어 전자가 간극 B근처에서부터 방출되게 한다.

다음에, 수직형 전자 방출 소자에 대해 설명하겠다.

도 2는 본 발명에 따라 제조된 수직형 전자 방출 소자의 구성의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 1a 및 1b에서의 동일한 위치들은 도 2에서와 동일한 도면 참조 번호를 가진다. 도면 참조 번호(21)는 단차 형성부를 나타낸다. 기판(1), 소자 전극(2 및 3), 도전성막(4), 및 탄소막(5)은 각각 평면형 전자 방출 소자에서와 동일한 재료로 구성될 수 있다. 단차 형성부(21)는 진공 증착 방법, 인쇄 방법 또는 스퍼터링 방법을 사용하여 SiO₂와 같은 절연 재료로 구성될 수 있다.

단차 형성부(21)의 막 두께는 평면형 전자 방출 전극들 간의 소자 전극 간격 L에 대응하며, 수백 ㎚ 내지 수십 ㎛ 사이이다.

소자 전극(2 및 3)과 단차 형성부(21)가 형성된 후에, 도전성막(4)이 소자 전극(2 및 3) 위에 적층된다. 탄소막(5)은 도전성막(4) 사이의 간극A의 내부에 배치되어 도 2에 도시된 바와 같이 간극A보다 좁은 간극B를 형성한다.

상술한 수직형 전자 방출 소자는 표면 전도형 전자 방출 소자이며, 소자 전극(2 및 3) 사이에 소정의 전압이 인가됨으로써 전자들이 간극B의 부근에서 방출될 수 있도록 되어 있다.

본 발명에 따른 전자 방출 소자를 제조하는 데에 여러가지 방법이 사용될 수 있다. 이러한 방법의 일례가 도 3a 내지 3d를 참조하여 기술될 것이다. 이 도면에서는 도 1a 및 1b에서의 동일한 위치들이 도 3a 내지 3d에서와 동일한 도면 참조 부호를 가진다.

1) 소자 전극의 형성

기판(1)은 크린싱 용매, 순수(pure water) 및 유기 용매를 사용하여 충분히 세정되며, 소자 전극 재료는 진공 증착 방법 또는 스퍼터링 방법을 사용하여 기판(1)상에 퇴적되고, 소자 전극(2 및 3)은 예를 들면 포토리소그래피 기술(도 3a)을 사용하여 기판(1) 상에 형성된다.

2) 도전성막의 형성

기판(1)과 기판 상에 제공된 소자 전극(2 및 3)에 유기-금속 용액이 도포되어 유기-금속막이 형성된다. 유기-금속 용액은 주 원소로서 도전성막의 재료로서 사용되는 금속을 포함하는 유기 화합물의 용액이 될 수 있다. 이 유기 금속막은 가열 및 소성된 후에 박피 또는 에칭에 의해서 패턴되어 도전성막(4)(도 3b)을 형성한다. 유기-금속 용액을 도포하는 방법이 예로서 기술되어 있지만, 도전성막(4)의 형성법은 이것에 제한되지 않으며, 진공 증착 방법, 스퍼터링 방법, 화학 기상 증착 방법, 분산 도포법, 디핑 방법, 또는 스피너 방법들이 사용될 수 있다.

3) 포밍 처리

다음으로, 포밍 처리가 행해진다. 포밍 처리를 사용하는 방법의 일예로서 통전 처리 방법이 기술될 것이다. 전원(도시 생략)으로부터의 전력이 소정의 진공 분위기에서 소자 전극(2 및 3) 사이에 인가되면, 도전성막(4)(도 3c)의 위치에 간극A이 형성된다. 통전 포밍은 국부적으로 도전성막(4)내에 균열을 형성한다. 전압이 소자 전극(2 및 3)을 통하여, 통전 포밍에 의해서 내부에 균열이 형성된 도전성막(4)에 인가됨으로써, 전자들이 이들로부터 방출될 수 있다.

특히, 통전 포밍을 위한 전압 파형은 펄스가 바람직하다. 정전압으로서 설정된 피크값을 가진 펄스가 도 4a에 도시된 바와 같이 연속적으로 인가될 수 있으며, 또한 펄스는 도 4b에 도시된 바와 같이 그 피크 값을 증가시키면서 인가될 수 있다.

상수 값으로 설정된 피크값을 사용하는 방법이 기술될 것이다. 도 4a에서, T₁및 T₂는 전압 파형의 펄스폭 및 간격이다.

통상적으로, T₁은 1㎲ 내지 10ms 사이에 설정되고, T₂는 10㎲ 내지 100㎳ 사이에 설정된다. 삼각파의 피크 값(통전 포밍 동안의 피크 전압)은 전자 방출 소자의 형성에 따라 적절하게 선택된다. 이러한 조건 하에서, 전압은 예를 들면, 수초 내지 수십분 동안 인가된다. 펄스 파형은 삼각파형에 제한되지 않으며, 도 4c에 도시된 것과 같은 직사각형 파형 등의 원하는 파형이 사용될 수 있다.

이어서, 펄스의 피크값을 증가시키면서 펄스를 인가하는 방법에 대하여 설명한다. 도 4b에서, T₁및 T₂는 도 4a에 도시된 것과 유사하다. 삼각파의 피크값(통전 포밍동안의 피크값)은 예를 들면, 0.1V 스텝 정도씩 증가될 수 있다.

통전 포밍의 종료는 펄스 휴지 기간 동안 저 전압을 인가하고 전류를 측정하여 저항값을 검지함으로써 결정될 수 있다. 예를 들면, 약 0.1V의 전압이 인가될 때에 흐르는 소자 전류가 저항 값을 결정하기 위해서 측정되며, 저항이 1㏁ 이상인 것으로 결정되면, 통전 포밍은 종료된다.

4) 활성화

통전이 완료된 소자에 대하여 활성화 처리가 실시된다. 활성화 처리는 방출 전류 I_e를 증가시킨다.

활성화 처리는 통전 포밍에서와 같이, 예를 들어 유기 물질의 가스를 함유하는 분위기에서, 예를 들면 소자 전극(2 및 3)간에 펄스 전압을 반복적으로 인가함으로써 행해질 수 있다. 이 분위기는 예를 들면, 적절한 유기 물질의 가스를 이온 펌프를 사용하여 충분히 배기된 진공으로 도입함으로써 얻어질 수 있다. 유기 물질 가스의 바람직한 가스압력은 소자 형태, 진공 챔버의 모양, 또는 유기 물질의 종류에 따라 변하게 되므로, 적절하게 설정된다.

이러한 활성화로 인하여 분위기 중에 존재하는 유기 물질로부터 탄소 또는 탄소 화합물이 탄소막(5)으로서 도전성막(4) 간의 간극A 내측에 퇴적되어(도 3d), 방출 전류 I_e를 증가시킨다.

발명자의 연구 결과, 탄소막이 불안정한 결정 구조 및 수소를 함유하는 다량의 비정질 탄소를 포함하는 경우, 이하 기술되는 바와 같이, 안정화 공정에서의 가열로 탄소막의 다량의 퇴적량을 감소시켜 소자 전류 I_f및 방출 전류 I_e를 현저하게 감소시킨다는 것이 밝혀졌다.

활성화 처리는 포밍 처리 동안 도전성막 내에 형성된 균열부에 탄소막을 형성하기 위해서 유기 물질의 존재시에 전압을 인가하여 이 유기 물질을 분해하는 처리이다.

본 발명의 제조 방법의 특징 중의 하나는 활성화 처리동안 유기 물질로서 극성 또는 극성기를 가진 방향족 화합물을 사용하는 것이다.

일반적으로, 화합물을 구성하는 전체 원자에 대한 탄소 원자의 비에 있어서, 방향족 화합물은 지방족 화합물보다 더 큰 비를 갖는다. 또한 이 화합물은 낮은 반응성과, 지방족 화합물보다 더 양호한 열적 안정성을 갖는다. 활성화 처리는 유기 물질에 전압을 가하고 전자로 조사하거나, 혹은 유기 물질을 가열하여 분해, 중합, 혹은 탈수소와 같은 반응을 일으킴으로써 탄소를 형성하는 것으로 고려된다. 상기한 방향족 화합물의 특성으로 인하여, 탄소막에는 소량의 수소 원자만이 남게되고, 열적인 부반응은 발생될 가능성이 없게된다. 따라서, 수득한 탄소막의 결정 구조는 안정성이 예견된다. 결국, 방향족 화합물을 사용하는 활성화 처리는 소자들에 퇴적된 탄소막의 열적 및 화학적 안정성을 개선시킬 수 있으므로, 안정화 공정동안 소자 전류 I_f및 방출 전류 I_e의 감소를 막기 위해서 가열에 의해서 발생된 다량의 탄소막의 감소를 줄일 수 있다.

활성화 처리 동안 인가된 전압은 간극내에 강전계를 유도하고, 이 전계는 균열부에 부착된 유기 물질에 영향을 준다.

방향족 화합물은 그 방향족 링에 쉽게 분극화되는 π전자를 갖고 있으므로, 그 분자들은 전계가 분자들에 인가될 때에 쉽게 분극화되어 배향된다.

방향족 화합물이 극성을 가진 치환기를 갖고 있으면, 전계에 영향을 받는 이러한 분극화는 치환기의 전자 흡인성 혹은 공여체의 작용에 의해서 증폭된다.

이러한 증폭은 분자내의 특정한 위치에서의 결합을 차단하거나, 극성기로 인한 반응 위치를 제한하는 경향을 향상시켜, 중합 혹은 분해 등의 차후의 부반응을 일으켜, 생성된 탄소막의 결정성을 더욱 개선시킨다.

본 발명의 특징은 극성을 가진 방향족 화합물을 사용하는 것이다.

화합물의 극성은 일반적으로 쌍극자 모멘트 값의 크기에 의해서 설명된다. 화합물의 극성은 쌍극자 모멘트 값을 증가시키면 증가한다. 또한, 극성이 없는 화합물은 제로의 쌍극자 모멘트 값을 갖는다.

구체적으로, 극성이 있는 방향족 화합물은 톨루엔, o-크실렌, m-크실렌, 에틸벤젠, 페놀, 벤조산, 플루오로벤젠, 클로로벤젠, 브로모벤젠, 스티렌, 아닐린, 벤조니트릴, 니트로벤젠, p-톨루니트릴, m-톨루니트릴, o-톨루니트릴 및 피리딘을 포함한다.

본 발명의 특징은 극성기를 가진 방향족 화합물을 사용하는 것이다.

극성기는 전자 흡인성 및 전자 공여성 중 어느 하나를 가질 수 있다. 방향족 화합물의 치환기의 이러한 특성은 하메트 룰(Hammet rule)에 따른 α값으로 표시된다. 즉, 양의 α값은 전자 흡인성 치환기를 나타내고, 음의 α값은 전자 공여성 치환기를 나타낸다. 또한, 전자 흡인성 혹은 공여성 효과는 α값의 절대치를 증가시키면 증가한다.

본 발명에 따르면, 극성기는 메틸기, 에틸기, 아미노기, 히드록실기, 카르복실기, 시아노기, 니트로기, 아세틸기, 아미드기 및 비닐기를 포함한다.

본 발명은 극성 혹은 극성기를 가진 바람직한 방향족 화합물로서 시아노기를 가진 방향족 화합물을 사용할 수 있다. 특히, 이러한 방향족 화합물은 벤조니트릴 및 p-톨루니트릴을 포함한다.

시아노기는 다른 치환기보다 우수한 전자 흡인성을 가진 극성기이며 활성화 처리 동안 방향족 링으로부터의 탈착후에도 간단한 구조를 가지기 때문에, 활성화 처리 동안 부반응이 없으며, 탄소막의 높은 결정성을 제공하는 것으로 간주된다.

본 제조 방법의 다른 특징은 방향족 화합물의 분압에 대한 물의 분압의 비가 활성화 처리 동안 극성 또는 극성기를 가진 방향족 화합물을 포함하는 분위기에서 100 이하, 바람직하게는 10 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 이하, 특히 바람직하게는 0.001 이하라는 점이다. 예를 들면, 활성화 처리 전에 진공하에서 챔버를 가열함으로써 물이 제거된 경우에도, 본 발명은 이러한 동작에 매우 작은 시간만을 필요로 하며, 실질적으로 사용가능한 전자 방출 소자를 제공한다.

상술한 바와 같이, 활성화 처리 동안, 분위기 속에 존재하는 유기 물질로부터의 탄소 또는 탄소 화합물이 소자들에 퇴적되어 소자 전류 I_f및 방출 전류 I_e를 현저하게 변화시킨다. 그러나, 물은 일반적으로 탄소 재료가 고온에서 물과 반응하여 일산화탄소, 이산화탄소 및 메탄이 되므로 활성화 처리에 영향을 주는 것으로 추측된다.

활성화 처리 동안, 물의 분압은 유기 물질의 분압에 대해 증가되므로, 탄소막을 형성하는 물질의 반응이 방해를 받아, 소정의 시간이 지속되는 활성화에도 불구하고 충분한 양의 막이 얻어지지 않게 될 수 있다. 이 경우에, 퇴적된 탄소막은 불안정한 결정 구조 또는 수소를 포함하는 비정질 탄소를 포함할 수 있다. 이러한 퇴적물은 낮은 열적 혹은 화학적 안정성을 가지므로, 탄소막은 활성화 처리후의 안정화 처리 동안 가열에 의해서 혹은 소자의 구동에 의해서 쉽게 소실된다. 결국, 얻어진 전자 방출 소자의 초기 전자 방출량 또는 효율(소자 전류에 대한 방출 전류의 비로서 정의됨)이 저하하거나, 혹은 구동에 의해서 발생된 경시 열화가 진행될 수 있다.

일반적으로, 활성화 처리에 사용되는 분위기에서 바람직한 유기 물질의 분압은 유기 물질의 종류 혹은 증기압에 따라 변화한다.

활성화 처리 동안, 증기압의 크기에 따른 차이에도 불구하고, 활성화 처리 분위기에서 유기 물질의 분압이 증가하면, 흡착량이 증가하여 퇴적된 탄소막의 양을 증가시키는 한편, 소자 방출 효율을 감소시키면서 소자 전류 I_f로부터 누설 전류를 증가시킨다. 따라서, 활성화 공정 중의 일정 시간 안에 원하는 소자 전류가 얻어질 수 있는 경우에는, 바람직하게도 분위기 중의 유기물질의 분압이 최소화되어 흡착량이 감소하는 상태에서 활성화 공정이 실시된다.더 적은 분자량을 가진 메탄 또는 에틸렌과 같은 유기물질의 경우에는 증기압이 상대적으로 높다. 따라서, 활성화 공정 중에 분압이 과다하게 감소하는 경우에는, 소자 표면의 흡착량이 감소하여, 유기물질로부터 탄소막을 형성하는 반응을 위해 상대적으로 많은 시간이 필요하게 될 수 있거나 실제적으로 반응이 일어나지 않을 수 있다.

이와 달리, 활성화 공정에 사용되는 유기물질이 본 발명에 사용되는 방향족 화합물을 함유하고 상대적으로 큰 분자량과 낮은 증기압을 갖는 경우에는, 소자 기판에 대한 물질의 부착성, 및 분자의 응집성은 소자에 의하여 흡착되는 분자의 수를 증가시키도록 향상되는 경향이 있다. 그러나, 유기물질의 증기압이 과다하게 낮은 경우에는, 부착성 및 응집성이 더 현저하게 되어, 활성화 공정을 위한 분위기를 형성함에 있어서는 가스 도입 배관 내의 가스가 진공 챔버, 전자 소스 기판이 들어 있는 용기, 또는 배기관으로 도입되는 심각한 결과로 인하여, 유기물질의 도입이 방해되거나 도입/배기를 위하여 많은 시간이 필요하게 될 수 있다.

활성화 공정에 큰 분자량을 가진 유기물질이 사용되는 경우에는, 바람직하게도 분위기 내에서의 유기물질의 분압이 최소화되어 흡착량이 감소되는 상태에서 활성화 공정이 실시될 수 있다.

이러한 상태에서, 분압은 유기물질이 도입되는 진공 분위기의 백그라운드 압력(약 1.3×10^-5내지 1.3×10^-3Pa)의 값에 가깝고, 유기물질은 진공 분위기 속에 물이 있는 경우 그에 민감하다.

유기물질이 극성 또는 극성기를 가진 방향족 화합물인 경우에는, 큰 분자량과 극성으로 인하여 그 분자들은 상호 작용이 잘 일어나 부착성 및 응집성이 확고해진다. 따라서, 분위기 내의 유기물질의 분압은 바람직하게도 활성화 동안에 감소하는데, 물의 역효과가 고려되어야 한다.

그러나, 본 발명은 극성 또는 극성기를 가진 방향족 화합물을 유기물질로 사용함으로써 활성화 공정 동안에 물의 영향이 감소될 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 현상은 다음과 같이 설명될 수 있다.

(1) 방향족 화합물은 비교적 열적으로 안정되어 있기 때문에, 활성화 공정 동안에 소자 기판 상에 물이 존재하는 경우에도 물과의 반응성(가수분해 또는 부가반응)은 낮다.

(2) 극성 또는 극성기를 가진 방향족 화합물의 반응 동안에, 분극에 의해 영향을 받는 분자의 배향이 물과의 반응을 방해한다.

(3) 활성화 공정에 의해 형성되는 탄소막의 반응성이 낮다. 예컨대, 탄소막은 소량의 수소만을 함유하며, 막 내의 거의 모든 결합(bond)이 종단되어 있다.

결과적으로, 유기물질로서 극성 또는 극성기를 가진 방향족 물질을 사용하고, 활성화 공정의 분위기를 안정적으로 유지하기 위해 적당히 낮은 분압을 사용하며, 전술한 바와 같이 유기물질의 분압에 대한 분위기 내 물의 분압을 조절함으로써, 처음에 큰 전자 방출량과 효율을 가지며 구동에 의해 발생하는 그 후의 일시적 열화를 방지할 수 있는 고품위의 전자 방출 소자를 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 활성화 공정 동안에 극성 또는 극성기를 가진 방향족 화합물에 대한 물의 분압비는 4중극 질량 분석기(quadruple mass spectrometer)를 사용하여 측정될 수 있다. 물의 분압비를 줄이기 위하여, 활성화 공정 전의 소자, 및 유기물질이 도입되는 샘플 챔버(용기), 바람직하게는 유기물질을 도입하기 위한 배관 및 밸브와 같은 도입계조차도 흡착된 물의 양을 줄이기 위하여 진공 하에서 가열되는 것이 바람직하다. 특히, 전술한 전자 소스 기판을 구비한 표시 패널의 경우에, 패널은 대형 유리 기판으로 구성되며 낮은 진공 배기 컨덕턴스를 가지므로 패널 내부로부터 물을 제거하기가 어렵다. 따라서, 높은 온도에서 장시간 동안 진공 하에서 가열이 계속되어야 한다. 더우기, 전술한 공정 제어를 사용하여 배기 컨덕턴스가 향상되는 경우에도, 원하는 유기물질의 분압에 대한 물의 분압을 안정되게 감소시키기 위해서는, 선택적으로 물을 흡착하는 필터를 통한 후에 도입 가스를 사용하거나, 진공 분위기 안으로 유기물질을 도입할 때에 물 분자를 이온화하여 특정 방향으로 가속화해서 독립적으로 배기하는 공정을 제공하는 것이 매우 효과적이다.

도 5는 본 발명에 따른 활성화 공정에 사용되는 장치를 나타낸다. 화상 표시 장치(101)는 배기관(31)을 통해 진공 챔버(32)에 결합되어 있고, 게이트 밸브(33)를 통해 배기 장치(34)에도 접속되어 있다. 분위기 내의 압력 및 각 성분의 분압을 측정하기 위한 압력계(35) 및 4중극 질량 분석기(36)가 진공 챔버(32) 위에 장착되어 있다. 화상 표시 장치(101)의 용기(88)의 내부 압력을 직접 측정하는 것은 어려우므로, 진공 챔버(32)의 내부 압력을 측정하여 공정 조건을 제어한다. 분위기를 제어하기 위하여 챔버(32) 안으로 필요한 가스를 도입하기 위한 가스 도입 라인(37)도 진공 챔버(32)에 접속되어 있다. 도입 물질 소스(39)가 라인(37)의 다른 단부에 접속되어 있으며, 도입 물질은 소스(39) 안에 앰퓰 또는 봄베 형태로 저장된다. 물질이 도입되는 속도를 제어하기 위한 도입량 제어 수단(38), 및 가스로부터 물을 선택적으로 흡착하기 위한 필터(42)가 라인(37)의 도중에 설치되어 있다. 특히, 도입량 제어 수단(38)은 도입 물질의 종류에 따라 가스 흐름을 제어할 수 있는 저속 누출 밸브(니들 밸브)와 같은 밸브 또는 유량 제어기를 포함한다. 물을 선택적으로 흡착하는 필터(42)는 불활성 캐리어, 및 표면에 코팅되어 반응시 물을 흡착하는 MgCl₂또는 CaCl₂와 같은 재료를 포함할 수 있다.

이 장치에서, 매스 필터(40)가 가스 도입량 제어 수단(38) 앞에 제공되어 최적의 이온화 조건이 확보된 경우에, 배기 장치(41)는 분자량 18의 물 분자를 집중적으로 제거할 수 있다. 도 6a 및 6b는 매스 필터의 대표적인 구조를 나타낸다. 단극자 전극(도 6a) 또는 4극자 전극(도 6b)은 정밀하게 배치되어 있고, 시간에 따라 변하는 전압이 이들 각각에 인가되어 특정 축 주위에 4극자형 2차원 전장을 형성한다. 그 다음, 하전 입자들(질량 m, 전하 q)이 축에 가깝게 축을 따라 이동하여 m/q에 따라 서로 판별된다. 축 주위의 전기장을 시간적으로 변화시키기 위하여 중첩된 DC 및 AC 전압이 각 전극에 인가될 때, 축 가까이 축을 따라 이동하는 하전 입자들의 궤적은 m/q에 따라 안정하거나 불안정하게 된다. 이러한 입자 궤적은 매슈(Mathieu) 방정식의 해로 표시되며, 각 하전 입자(m, q)의 안정성에 대한 조건은 DC 및 AC 전압값(U, V)에 기초하여 해석적으로 주어진다. 따라서, 정해진 시간 스케쥴에 따라 U 및 V를 정밀하게 변화시킴으로써, 대전 입자들은 m/q의 크기에 기초하여 서로 판별될 수 있다. 대표적인 전극 형태는 (a) 단극자 전극과, (b) 광범위한 4극자 전장을 정밀하게 생성하는 4극자 전극을 포함한다. 배기 장치(41) 내의 이온 펌프가 특정 가속에 의해 판별된 물 분자를 배기시켜 가스 도입 라인(37) 앞의 물의 분압을 감소시킨다. 도 5는 앰퓰 및 봄베를 나타내고 있지만, 그 예들이 위에 열거되어 있는, 활성화 공정에 필요한 물질, 또는 활성화 가스에 따라 가스 도입 수단 중 하나 또는 둘이 적절히 사용될 수 있다. 필터(42) 및 매스 필터(40) 중 하나 또는 둘이 물을 제거하는 데 사용될 수 있다.용기(88)의 내부를 배기시키기 위해 도 5의 장치를 사용함으로써, 전술한 포밍 공정이 실시될 수 있다.

본 발명에 따르면, 활성화 공정의 전압 인가 방법은 전압값의 시간 변화, 전압 인가 방향 및 파형과 같은 조건을 포함한다.

전압값을 시간적으로 변화시키기 위하여, 전압값은 포밍과 마찬가지로, 시간에 따라 증가하거나, 고정 전압이 사용될 수 있다.

또한, 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이, 전압은 구동 방향(순방향)과 유사한 방향으로만 인가되거나(도 7a), 순방향, 역방향 교대로 인가될 수 있다(도 7b). 교대 전압 인가는 탄소막이 균열 주위에 대칭적으로 형성되므로 바람직하다.

파형에 관하여, 도 7a 및 7b는 구형파의 예를 나타내고 있지만, 사인파, 삼각파, 또는 톱니파와 같은 임의의 파형이 사용될 수 있다.

활성화 공정의 종료는 소자 전류 I_f와 방출 전류 I_e를 측정하면서 적절히 결정될 수 있다.

5) 안정화 공정

상기 공정들을 통해 얻은 전자 방출 소자들은 바람직하게 안정화 공정을 거친다. 이 공정은 진공 챔버로부터 유기물질을 배기시키고 이 분위기에서 전자 방출 소자에 전압을 인가한다. 바람직하게, 진공 챔버를 배기시키기 위한 배기 장치는 오일을 사용하지 않는데, 이는 장치로부터의 오일이 소자의 특성에 영향을 줄 수 있기 때문이다. 특히, 흡착 펌프 또는 이온 펌프와 같은 진공 배기 장치가 사용될 수 있다. 진공 챔버 내 유기 성분의 분압은 탄소 또는 탄소 화합물이 피착되는 것을 실질적으로 방지하기 위하여 1.3×10^-6Pa 이하, 특히 1.3×10^-8Pa 이하인 것이 바람직하다. 심지어, 진공 챔버를 배기시키는 데 있어서, 전체 진공 챔버는 챔버의 내벽 및 전자 방출 소자에 의해 흡착된 유기물질 분자가 쉽게 배기될 수 있도록 하기 위하여 가열되는 것이 바람직하다. 챔버는 80 내지 200℃, 양호하게 150 ℃ 이상에서 가능한 한 오랫동안 가열되는 것이 바람직하다. 그러나, 가열은 이 조건에 국한되지 않으며, 진공 챔버의 크기와 모양 및 전자 방출 소자의 구조와 같은 인자에 기초하여 선택된 조건을 사용할 수 있다. 챔버 내부의 압력은 최소화되어야 하며, 1.3×10^-5Pa 이하, 특히 1.3×10^-6Pa인 것이 바람직하다.

안정화 공정에 이은 구동을 위한 분위기로서, 구동의 종료시의 분위기가 유지되는 것이 바람직하다. 그러나, 분위기는 이에 국한되지 않으며, 유기물질이 충분히 제거된 한은 진공도의 약간의 감소에도 불구하고 충분히 안정적인 특성이 유지될 수 있다. 이러한 진공 분위기의 사용은 새로운 탄소 또는 탄소 화합물이 피착되는 것을 방지하여 소자 전류 I_f및 방출 전류 I_e를 안정화시킨다.

활성화 공정 후, 유기물은 안정화 공정 동안에 전압 인가 없이 진공 챔버로부터 간단히 배기될 수 있으며, 이어서 소자가 구동될 수 있다.

본 발명에 따른 전자 방출 소자 제조 방법에 따르면, 소자 전류 I_f및 방출 전류 I_e의 소량의 감소로 인한 안정화 처리 후에도 특성 유지가 가능한 소자들을 얻을 수 있다.

상기한 처리들을 통해 얻어진 본 전자 방출 소자의 기본 특성을 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한다.

도 8은 진공 처리 장치의 일부를 도시한 도면이다. 이 장치는 측정 및 평가 장치로서도 기능하며, 진공 챔버 내에 도 9에 도시한 바와 같이 구성된 측정 및 평가 장치를 포함한다. 이 도면에서, 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 동일한 부분들은 동일한 참조 부호를 부여한다.

도 9에서, 참조 부호 55는 진공 챔버이다. 전자 방출 소자는 진공 챔버(55)의 내측에 배치된다. 또한, 참조 부호 51은 소자 전압 V_f를 전자 방출 소자에 인가하기 위한 전원이고, 50은 도전성막(4)을 통해 소자 전극들(2, 3)간에 흐르는 소자 전류 I_f를 측정하기 위한 전류계이며, 54는 소자의 전자 방출부(5)로부터 방출된 방출 전류 I_e를 포착하기 위한 애노드 전극이고, 53은 전압을 애노드 전극(54)에 인가하기 위한 고전압 전원이며, 52는 전자 방출부(5)로부터 방출된 방출 전류 I_e를 측정하기 위한 전류계이다. 예를 들어, 애노드 전극(54)의 전압을 1 내지 10 kV로 설정하고 애노드 전극(54)과 소자간의 거리(H)를 2 내지 8 ㎜로 설정함으로써 측정을 행할 수 있다.

진공 챔버(55)의 내측에는, 원하는 진공 분위기에서의 측정 및 평가를 행하기 위해 진공 분위기에서의 측정에 필요한 진공 계량기(도시 생략)와 같은 장치가 설치되어 있다.

도 8은 터보 펌프 및 드라이 펌프로 이루어지는 통상적인 고 진공 장치의 배기 펌프를 도시하지만, 이 펌프는 이온 펌프로 이루어지는 초 고진공 장치로 구성될 수도 있다. 히터(도시 생략)는 전자 방출 소자 기판을 포함하는 이 도면에 도시된 진공 처리 장치를 완전히 가열할 수 있다. 가스는 가스 도입구를 통해 이 진공 장치의 진공 챔버 내로 도입될 수 있다. 가스 도입구를 통해 도입된 가스는, 수분 흡수 필터에 의해 수분이 제거된 다음에, 저속 누출 밸브(니들 밸브)를 거쳐 진공 챔버 내로 공급된다. 이와 같이, 가스 종류와 같은 유기 물질을 야기할 수 있는 진공 처리 장치를 사용함으로써, 상술한 통전 포밍(conductive forming) 공정 이후의 공정을 수행할 수 있다.

도 10은 도 8 및 도 9에 도시한 진공 처리 장치를 사용하여 측정한 방출 및 소자 전류 I_e와 I_f및 소자 전압 V_f간의 관계를 도시한 차트이다. 이 도면에서, 방출 전류 I_e는 소자 전류 I_f에 비해 현저히 낮으므로 임의의 단위로 값을 나타낸다. 세로축 및 가로축은 모두 선형 스케일을 취한다.

도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자 방출 소자는 방출 전류 I_e에 대해 다음의 세 가지 특성을 나타낸다.

첫째, 소정값 ("임계값"이라 함: 도 10에서의 V_th) 이상의 소자 전압이 이 소자에 인가될 때, 방출 전류 I_e는 급격히 증가한다. 반면, 임계 전압 V_th미만에서는, 방출 전류 I_e가 거의 검출되지 않는다. 즉, 이것은 방출 전류 I_e에 대해 명확한 임계 전압 V_th를 갖는 비선형 소자이다.

둘째, 방출 전류 I_e는 소자 전압 V_f에 대해 단조롭게 증가하므로, 소자 전압 V_f를 사용하여 방출 전류 I_e를 제어할 수 있다.

세째, 애노드 전극(54) (도 9 참조)에 의해 포착된 방출 전하량은 소자 전압 V_f가 인가되는 시간에 의존한다. 즉, 소자 전압 V_f가 인가되는 시간을 사용하여, 애노드 전극(54)에 의해 포착된 전하량을 제어할 수 있다.

상술한 바로부터 알 수 있듯이, 본 제조 방법에 따라 얻어진 전자 방출 소자는 입력 신호에 응답하여 전자 방출 특성을 용이하게 제어할 수 있다. 이러한 특성은, 복수의 전자 방출 소자가 내부에 배치되는 전자 소스 및 화상 형성 장치를 포함하는 각종 장치에 응용할 수 있다.

도 10은 소자 전류 I_f가 소자 전압 V_f에 대해 단조롭게 증가하는 (MI 특성) 예를 도시하지만, 전류 I_f는 전압 V_f에 따른 전압 제어식 네거티브 저항 특성 (VCNR 특성: 도시 생략)을 나타낼 수도 있다. 상기한 공정들을 제어함으로써 이들 특성을 제어할 수 있다.

다음에, 본 발명을 적용할 수 있는 전자 소스 및 그 응용에 대해 설명한다. 기판 상에 복수의 상기한 전자 방출 소자를 배열함으로써 전자 소스 또는 화상 형성 장치를 구성할 수 있다.

이들 소자는 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 래더형 배열에서는, 다수의 전자 방출 소자가 병렬 배열되어 양 단부에서 서로 접속되고, 다수의 전자 방출 소자 행이 제공되며 (행 방향), 이 행 방향의 배선에 대해 수직인 방향 (열 방향)으로 이 소자들 상에 제어 전극 ("그리드"라 함)이 배치되어 이 소자들로부터의 전자를 제어 및 구동한다. 다른 배열에서는, 복수의 전자 방출 소자가 매트릭스의 X 및 Y 방향에 배열되고, 동일한 행에 배치된 각각의 소자들의 전극들 중의 하나는 X 방향의 배선에 대해 공통 접속되는 반면, 동일한 행에 배치된 각 소자의 나머지 전극은 Y 방향의 배선에 대해 공통 접속된다. 이것을 소위 단순 매트릭스 배치라 한다. 먼저, 단순 매트릭스 배치에 대해 상세히 설명한다.

본 제조 방법에 따라 얻어진 전자 방출 소자는 상술한 세 가지 특성을 가진다. 즉, 전압이 임계값 이상일 때, 대향 소자 전극들간에 인가되는 펄스형 전압의 피크값 및 폭을 사용하여, 표면 전도형 전자 방출 소자로부터의 방출 전류를 제어할 수 있다. 반면, 임계 전압 미만일 때에는, 전자가 거의 방출되지 않는다. 이러한 특성으로 인해, 다수의 전자 방출 소자가 배열되어도, 입력 신호에 응답하여 적당한 표면 전도형 전자 방출 소자를 선택하여, 펄스형 전압을 개개의 소자들에 적당히 인가함으로써, 그로부터 방출된 전자의 양을 제어할 수 있다.

다음으로, 상기한 원리에 기초하여, 본 발명을 적용할 수 있는 복수의 전자 방출 소자를 배치함으로써 얻어진 전자 소스 기판에 대해 도 11을 참조하여 설명한다.

도 11에서, 참조 부호 71은 전자 소스 기판, 72는 X 방향 배선, 73은 Y 방향 배선이다. 참조 부호 74는 전자 방출 소자를 표시하며 75는 배선이다. 전자 방출 소자(74)는 평면형 또는 수직형일 수 있다.

(m) X 방향 배선(72)은 D_ox1, D_ox2, …, D_oxm으로 이루어지며, 진공 증착 방법, 프린팅 방법 또는 스퍼터링 방법을 사용하여 형성된 도전성 금속으로 구성될 수 있다. 배선의 재료, 두께 및 폭은 적절히 설계된다. (n) Y 방향 배선(73)은 D_oy1, D_oy2, …, D_oyn으로 이루어지며, X 방향 배선(72)과 마찬가지로 형성된다. 층간 절연층 (도시 생략)은 (m) X 방향 배선(72) 및 (n) Y 방향 배선(73)간에 제공되어 이들 배선을 전기적으로 분리한다 [(m) 및 (n)은 모두 양의 정수임].층간 절연층은 진공 증착 방법, 프린팅 방법 또는 스퍼터링 방법을 사용하여 형성된 SiO₂로 이루어진다. 이들 층의 두께와 재료 및 그 제조 방법은, 이들 층이 상부에 X 방향 배선(72)이 형성되어 있는 기판(71)의 표면의 전부 또는 일부에 형성되고, 또한 이들 층이 X 방향 배선(72)과 Y 방향 배선(73)간의 교차부에서의 전위차를 견딜 수 있도록, 적당히 설정된다. X 방향 배선(72) 및 Y 방향 배선(73)은 외부 단자로서 인출된다.

전자 방출 소자(74)를 구성하는 한 쌍의 소자 전극 (도시 생략)은, 도전성 금속으로 이루어지는 배선(75)을 사용하여, 각각 (m) X 방향 배선(72) 및 (n) Y 방향 배선(73)에 전기적으로 접속된다.

배선(72, 73), 배선(75) 및 한 쌍의 소자 전극의 재료에 대해서는, 부품의 전부 또는 일부가 동일해도 되고, 또는 각각의 부품이 서로 달라도 된다. 이들 재료는, 예를 들어 소자 전극의 상기한 재료들 중에서 적당히 선택된다. 만일 소자 전극 및 배선의 재료가 동일하면, 소자 전극에 접속된 배선은 소자 전극이라고 간주할 수 있다.

주사 신호 인가 수단 (도시 생략)은 X 방향 배선(72)에 접속되어 X 방향으로 배열된 전자 방출 소자(74)의 행들로부터 선택하기 위한 주사 신호를 인가한다. 한편, 변조 신호 발생 수단 (도시 생략)은 Y 방향 배선(73)에 접속되어, 입력 신호에 응답하여, Y 방향으로 배열된 전자 방출 소자(74)의 행들 각각을 변조시킨다. 각각의 소자에 인가된 구동 전압은 이 소자에 인가된 주사 신호 및 변조 신호간의 차분 전압으로서 공급된다.

이러한 구성에서는, 매트릭스 배선을 사용하여 개개의 소자들을 선택해서 이들을 독립적으로 구동한다.

도 12, 도 13a, 도 13b 및 도 14를 참조하여 단순 매트릭스 배치의 전자 소스를 사용하여 구성된 화상 형성 장치를 설명한다. 도 12는 화상 형성 장치의 표시 패널의 예를 도시한 도면이다. 도 13a 및 도 13b는 도 12의 화상 형성 장치에 사용되는 형광 스크린의 도면이다. 도 14는 NTSC TV 신호에 응답하여 표시를 제공하기 위한 구동 회로의 예를 도시한 블록도이다.

도 12에서, 참조 부호 71은 복수의 전자 방출 소자가 배열되어 있는 전자 소스 기판이고, 81은 전자 소스 기판(71)이 고정되는 배면판이며, 86은 유리 기판(83)의 내측 표면에 형성된 형광 스크린(84) 및 메탈백(85)을 포함하는 전면판(face plate)이다. 참조 부호 82는, 배면판(81)과 전면판(86)이 플릿(frit) 유리를 사용하여 접속되는 지지 프레임이다. 참조 부호 88은, 예를 들어 공기 또는 질소 내에서 400 내지 500℃로 10분 이상 베이킹함으로써 밀봉되는 봉입부를 표시한다.

참조 부호 74는 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같은 전자 방출 소자를 나타낸다. 참조 부호 72 및 73은 소자(74)의 한 쌍의 소자 전극 (도시 생략)에 접속된 X 방향 배선 및 Y 방향 배선을 나타낸다.

봉입부(88)는 상술한 바와 같이 전면판(86), 지지 프레임(82) 및 배면판(81)으로 이루어진다. 배면판(81)은 주로 기판(71)의 강도를 보강하기 위해 제공되므로, 기판(71) 자체가 충분한 강도를 갖고 있는 경우에는 배면판(81)을 생략할 수 있다. 즉, 전면판(86), 지지 프레임(82) 및 기판(71)이 봉입부(88)를 구성하는 방식으로 지지 프레임(82)이 기판(71) 상에 밀봉될 수 있다. 한편, "스페이서"라고 하는 지지체 (도시 생략)를 전면판(86)과 배면판(81)간에 설치하여 대기압에 대해 충분한 강도를 갖는 봉입부(88)를 구성할 수도 있다.도 13a 및 13b는 형광 스크린을 도시한 도면이다. 모노크롬 형광 스크린(84)은 형광체만으로 구성될 수 있다. 컬러 형광 스크린은 형광체의 배열에 따라, "블랙 스트라이프"(도 13a) 또는 "블랙 매트릭스"(도 13b)로 불리는 흑색 도전재(91) 및 형광체(92)로 구성될 수 있다. 블랙 스트라이프 또는 매트릭스는 요구된 삼원색 형광체의 각 형광체(92) 사이의 중간 영역을 어둡게 함으로써 혼색이 띄지 않게 하고, 외부의 광 반사에 의해 야기된 형광 스크린(84)의 컨트라스트의 감소를 억제하기 위하여 제공된다. 흑색 도전재(91)는 통상적으로 사용되고 있는 흑연으로 주로 이루어진 재료, 또는 광의 투과 및 반사를 억제하는 도전성 물질을 포함할 수 있다.

모노크롬이 사용되든지 또는 컬러 형광 스크린이 사용되든지, 형광체는 침전 방법 또는 인쇄법을 사용하여 유리 기판(83)에 도포될 수 있다. 메탈백(85)은 보통 형광 스크린(84)의 안쪽 표면에 제공된다. 메탈백은 내부 표면에 도포된 형광체로부터의 빔을 전면판(86)에 경면 반사에 의해 휘도를 향상시키기 위하여, 전자 빔 가속 전압을 인가하기 위한 전극으로서 작용하기 위하여, 그리고 봉입부내에서 발생된 음 이온의 충돌에 의해 야기된 손상으로부터 형광체를 보호하기 위하여 제공된다. 메탈백은 형광 스크린의 제작 후에, 형광 스크린의 내면측 표면의 평활화 처리(통상 필르밍(filming)이라 함)를 하고, 그런 다음 Al을 증착하기 위하여 증기 증착법을 사용하여 제작될 수 있다.

투명 전극(도시되지 않음)은 스크린(84)의 도전율을 더 향상시키기 위하여 형광 스크린(84)의 외부 표면 상에 제공될 수 있다.

컬러 형광 스크린에 있어서, 각 컬러 형광체를 각 전자 방출 소자에 대응시키기 위하여 상기 밀봉동안 충분한 얼라인먼트가 요구된다.

도 12에 도시된 화상 형성 장치는 예를 들어 다음과 같이 제조될 수 있다.

안정화 공정에서와 같이, 적당하게 가열하는 동안, 봉입부(88)는 1.3x10^-5Pa의 진공 및 충분히 적은 양의 유기 물질을 갖는 가스를 얻기 위하여 오일을 사용하지 않는 이온 펌프 또는 수착 펌프와 같은 배기 장치를 사용하는 배기관(도시되지 않됨)을 통하여 배기된 후, 밀봉이 행해진다. 봉입부(88)를 밀봉한 후에 얻어진 진공을 유지하기 위하여, 게터(getter) 공정이 실행될 수 있다. 이러한 공정에서, 봉입부(88)를 밀봉하기 직전 및 직후, 봉입부(88) 내의 선정된 위치에 배치된 게터(도시되지 않음)는 증착된 막을 형성하기 위하여 저항 또는 높은 주파수를 사용하여 가열된다. 게터는 통상적으로 주로 Ba로 구성되고, 증착된 막에 의해 영향을 받은 흡착으로 인해 예를 들어, 1.3×10^-3과 1.3×10^-5Pa 사이의 진공 상태를 유지한다. 소자의 포밍 처리 이후의 공정은 적당하게 설정될 수 있다.

단순 매트릭스 배치의 전자 소스를 사용하여 구성된 표시 패널 상에서 NTSC 텔레비젼 신호에 기초하여, 화상을 표시하기 위한 구동 회로의 한 구성예는 도 14와 관련해서 아래 기술될 것이다. 본 도면에서, 101은 화상 표시 패널, 102는 주사 회로, 103은 제어 회로, 104는 시프트 레지스터, 105는 라인 메모리, 106은 동기 신호 분리 회로, 107은 변조 신호 발생기, 및 V_x및 V_a는 DC 전압원이다.

표시 패널(101)은 단자(D_0x1내지 D_0xm), 단자(D_0y1내지 D_0yn) 및 고전압 단자(87)를 통해 외부 전기 회로에 접속된다. 단자(D_0x1내지 D_0xm)에는 표시 패널(101) 내에 제공된 전자 소스, 즉 (m)×(n) 매트릭스로 결합된 한 그룹의 전자 방출 소자를 한번에 한행씩 순차 구동하기 위한 주사 신호가 인가된다. 단자(D_0y1내지 D_0yn)에는 주사 신호에 의해 선택된 한 행에서 각각의 전자 방출 소자로부터 출력 전자 빔을 제어하기 위하여 변조된 신호가 인가된다. DC 전압원(V_a)은 예를 들어, 고전압 단자(87)에 10kV DC를 제공하고, 이러한 전압은 소자로부터 방출된 전자 빔에, 형광체를 여기하는 데에 충분한 에너지를 인가하기 위하여 사용된 가속 전압이다.

주사 회로(102)에 대해 설명하겠다. 이러한 회로는 내부에 m개의 스위칭 소자(도면에서, 이들 소자들은 S₁내지 S_m로 표시됨) 포함한다. 각 스위칭 소자는 DC 전압 전원(V_x)의 출력 전압 또는 0V(접지 레벨)를 선택하고, 표시 패널(101)의 단자(D_0x1내지 D_0xm)에 전기적으로 접속된다. 각각의 스위칭 소자(S₁내지 S_m)는 제어 회로(103)가 출력하는 제어 신호 Tscan에 기초하여 동작하고, 스위칭 소자, 예를 들어 FET를 함께 조합하여 구현될 수 있다.

이러한 실시예에 따르면, DC 전압원(V_x)은 전자 방출 소자의 특성(전자 방출 임계 전압)에 기초하여, 주사되지 않은 이들 소자들에 인가된 구동 전압이 이러한 임계 전압 이하가 되는 일정한 전압을 출력하도록 설정된다.

제어 회로(103)는 외부의 입력 화상 신호에 기초하여 적절한 표시를 제공하기 위하여 각 부분의 동작을 조정할 수 있다. 동기 신호 분리 회로(106)로부터 보내진 동기 신호 Tsync에 기초하여, 제어 회로(103)는 각 부에서 각 제어 신호(Tscan, Tsft 또는 Tmry)를 발생한다.

동기 신호 분리 회로(106)는 외부의 입력 NTSC 텔레비젼 신호로부터 동기 및 휘도 신호 성분들을 분리하고, 일반 주파수 분리(필터) 회로로 구성될 수 있다. 회로(106)에 의해 분리된 동기 신호는 수직 및 수평 동기 신호로 구성되고, 설명의 편의를 위해 Tsync 신호로서 표시된다. 텔레비젼 신호로부터 분리된 화상 휘도 신호 성분은 편의를 위해 DATA 신호로서 표시된다. DATA 신호는 시프트 레지스터(104)에 입력된다.

시프트 레지스터(104)는 시계열적으로 직렬로 입력된 DATA 신호를 각 화상 라인마다 병렬 데이타로 변환하고, 제어 회로(103)로부터 전송된 제어 신호 T_sft에 기초하여 동작한다(즉, 제어 신호 T_sft는 시프트 레지스터(104)의 시프트 클럭으로 간주됨). 시프트 레지스터(104)는 n개의 병렬 신호(Id1 내지 Idn)로서 화상 1 라인(n)분의 직렬/병렬 변환된 데이타(n개의 전자 방출 소자분의 구동 데이타에 대응함)를 출력한다.

라인 메모리(105)는 화상 1 라인분의 데이타를 필요 시간동안 기억하기 위한 기억 장치이고, 제어 회로(103)로부터 송신된 제어 신호 T_mry에 따라 적절하게 Id1 내지 Idn의 내용을 기억한다. 기억된 내용은 Id'1 및 Id'n으로서 출력되고 변조 신호 발생기(107)에 입력된다.

발생기(107)는 화상 데이타(Id'1 내지 Id'n)에 따라 각 전자 방출 소자를 구동 및 변조하기 위한 신호원이고, 출력 신호는 단자 (D_0y1내지 D_0yn)를 통해 표시 패널(101)내의 소자들에 인가된다.

상기 기술된 바와 같이, 본 발명이 적용될 수 있는 전자 방출 소자는 방출 전류 I_e에 대해 다음 기본 특성을 갖는다. 명확한 임계 전압 V_th의 존재로 인해, 전자들은 단지 V_th와 같거나 높은 전압이 인가될 때만 방출된다. 그런 전압값에서, 방출 전류는 소자들에 인가된 전압에 따라 변한다. 따라서, 만약 펄스형 전압이 이들 소자들에 인가되고, 예를 들어 전압이 전자 방출 임계치보다 더 낮다면, 전자 방출은 발생하지 않는다. 그러나, 이러한 임계치 이상이면, 전자 빔이 출력된다. 이러한 점에서, 출력 전자 빔의 강도는 펄스의 피크값(V_m)을 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 또한, 출력 전자 빔의 전체 전하량은 펄스의 폭(P_w)을 변화시킴으로써 제어될 수 있다.

따라서, 전압 변조 또는 펄스 폭 변조 방법이 입력 신호에 응답하여 전자 방출 소자를 변조시키는 방법으로 사용될 수 있다. 전압 변조 방법을 수행하기 위해, 변조 신호 발생기(107)는 일정 길이의 전압 펄스를 발생시키고 입력 데이타에 따라 적절하게 변하는 펄스의 피크값을 변조시킬 수 있는 회로를 포함할 수 있다. 펄스 폭 변조 방법을 수행하기 위해, 변조 신호 발생기(107)는 일정 피크값를 갖는 전압 펄스를 발생시키고 입력 데이타에 따라 적절하게 펄스 폭을 변조시킬 수 있는 회로를 포함할 수 있다.

시프트 레지스터(104) 및 라인 메모리(105)는 디지탈 또는 아날로그 신호 타입일 수 있다. 이러한 것은 화상 신호들을 소정 속도로 직렬/병렬로 변환 또는 저장만 할 수 있기 때문이다.

디지탈 신호 타입을 사용하기 위해, 동기 신호 분리 회로(106)로부터의 출력 신호(DATA)가 디지탈 신호로 변환되어야 한다. 그러나, 이것은 회로(106)의 출력부에 A/D 변환기를 제공함으로써 달성될 수 있다. 이러한 점에서, 변조 신호 발생기(107)에 이용되는 회로는 라인 메모리(105)로부터의 출력 신호가 디지탈 또는 아날로그인 가에 따라 다소 변화된다. 즉, 디지탈 신호를 이용하는 전압 변조 방법에 있어서, 발생기(107)는 예를 들어 D/A 변환 회로로 구성되고, 필요에 따라 추가적인 증폭 회로를 포함한다. 펄스 폭 변조 방법에 있어서, 변조 신호 발생기(107)는 예를 들어 고속 발진기, 발진기로부터 출력된 파형 수를 계수하는 계수기, 및 메모리로부터의 출력 값과 계수기로부터의 출력 값을 비교하는 비교기의 조합으로 구성된 회로를 포함한다. 또한, 증폭기는 비교기로부터 출력된 펄스폭 변조 신호의 값을 전자 방출 소자들에 대한 구동 전압의 값까지 증폭시키기 위해 필요에 따라 추가될 수 있다.

아날로그 신호를 사용하는 전압 변조 방법에 있어서, 변조 신호 발생기(107)는 예를 들어 연산 증폭기를 사용하는 증폭 회로로 구성될 수 있고, 필요에 따라 추가적인 레벨의 시프트 회로를 포함할 수 있다. 펄스 폭 변조 방법에 있어서, 회로(107)는 예를 들어 전압 제어식 발진(VCO) 회로로 구성될 수 있고, 전자 방출 소자들의 구동 전압 값까지 전압을 증폭시키도록 필요에 따라 추가의 증폭기를 포함할 수 있다.

전술된 바와 같이 구성될 수 있는 본 발명의 화상 형성 장치에서, 전자들은 챔버 외부 단자들(D_0xl내지 D_0xm및 D_0yl내지 D_0yn)을 통해 각각의 소자에 전압을 인가함으로써 전자 방출 소자들로부터 방사될 수 있다. 전자 빔을 가속시키기 위해서 고압 단자(87)를 통해 메탈백(85) 또는 투명 전극(도시되지 않음)에 고압이 인가된다. 가속된 전자들은 형광 스크린(84)에 충돌하여 빛을 방출함으로써 화상을 형성한다.

화상 형성 장치의 이러한 구성은 본 발명에 따른 화상 형성 장치의 일 실시예이고, 본 발명의 기술적 개념에 기초하여 다양한 방식으로 변화될 수 있다. NTSC 신호가 설명되었지만, 입력 신호는 이러한 실시형태에 제한되는 것은 아니며, 더 많은 주사 라인을 구성하는 PAL 또는 SECAM 방법 또는 TV 신호 방법(예를 들어, MUSE를 포함하는 고품위 TV 신호 방법)이 이용될 수 있다.

다음으로, 래더형 구성의 화상 형성 장치와 전자 소스에 대해 도 15 및 도 16을 참조하여 설명된다.

도 15는 래더형 구성의 전자 소스의 일실시예를 도시하는 도면이다. 이 도면에서, 참조 부호 110은 전자소스 기판이고, 참조 부호 111은 전자 방출 소자이다. 참조 부호 112는 소자(111)가 접속되는 공통 배선(D_x1내지 D_x10)을 표시하고, 이러한 배선들은 외부 단자로서 도출된다. 복수개의 소자(111)들은 X 방향으로 병렬로 기판(110) 상에 배열된다(이러한 것은 "소자 행(element row)"으로 표현된다). 복수의 소자 행이 전자 소스를 구성하도록 배열된다. 구동 전압은 각각의 소자 행을 따르는 공통 배선들 사이에 인가되어, 각각의 행이 독립적으로 구동되도록 한다. 즉, 전자 방출 임계치 이상의 전압이 전자 빔이 방출될 소자 행들에 인가되며, 이 임계치 보다 낮은 전압이 전자 빔이 방출되지 않을 소자 행들에 인가된다. 각각의 소자 행들 사이에 배치된 공통 배선들(D_x2내지 D_x9)은 예를 들어, D_x2및 D_x3와, D_x4및 D_x5와, D_x6및 D_x7와, D_x8및 D_x9가 각각 동일한 방식으로 집적되는 방법으로 구성될 수 있다.

도 16은 래더형 배열의 전자 소스를 포함하는 화상 형성 장치의 패널 구조의 예를 도시한 도면이다. 참조번호 120은 그리드 전극을 표시하고 있으며, 참조번호 121은 전자가 통과하는 개구이고, D_0x1내지 D_0xm은 챔버 외부 단자이고, G₁내지 G_n은 그리드 전극(120)에 접속된 챔버 외부 단자이다. 참조번호 110은 각각의 소자 행들 사이의 공통 배선들이 동일한 전자 소스 기판을 표시하고 있다. 도 16에서, 도 12 및 15에서와 동일한 위치는 동일한 참조번호를 갖는다. 본 장치와 도 12에 도시된 단순 매트릭스 배치의 화상 형성 장치 간의 주요한 차이는 전자 소스 기판(110)과 전면판(86) 사이에 그리드 전극(120)이 존재하는 것이다.

도 16에서, 그리드 전극(120)은 기판(110)과 전면판(86) 사이에 제공된다. 그리드 전극(120)은 전자 방출 소자(111)로부터 방출된 전자빔을 변조하며, 래더형 배치의 소자 행들에 직교되도록 스트라이프로 배열된 전극들을 통해 전자빔을 통과시키기 위해 각각의 소자들에 대응하는 원형 개구(121)를 포함한다. 그리드 전극의 형태 및 위치는 도 12에 도시된 것에 제한되지 않는다. 예를 들어, 다수의 통과 오프닝이 그물형으로 개구로서 제공되거나 그리드 전극이 각각의 전자 방출 소자 주위 또는 근방에 제공될 수 있다.

챔버 외부 단자들(D_0x1내지 D_0xm) 및 그리드 챔버 외부 단자들(G₁내지 G_n)이 제어 회로(도시 생략)에 전기적으로 접속된다.

본 예에 따른 화상 형성 장치에서, 화상 1 라인분의 변조 신호는 각각의 소자 행의 순차적인 구동(주사)과 동기하여 그리드 전극 열에 동시에 인가된다. 이러한 작동은 한 번에 한 라인의 화상을 표시하도록 각 전자빔의 형광체로의 조사를 제어할 수 있다.

상술한 화상 형성 장치는 텔레비전 방송의 표시 장치, 텔레비전 회의 시스템, 또는 컴퓨터 등의 표시 장치뿐만 아니라, 감광성 드럼을 사용하여 구성된 광 프린터로서도 사용될 수 있다.

본 발명이 실시예들을 참조로 하여 다음에서 상세히 설명될 것이다.

(제1 실시예)

본 실시예에서는, 도 1에 도시된 구성을 갖는 전자 방출 소자들이 본 발명에 따른 소자 제조 방법을 사용하여 제조되었다.

본 실시예에 따른 전자 방출 소자를 제조하기 위한 방법은 도 17a 내지 17d, 도 18e 내지 18h, 도 19i 내지 19l, 및 도 20m 내지 20n을 참조로 하여 공정 순서대로 설명될 것이다. 다음의 공정들 (a) 내지 (n)은 도 17a 내지 17d, 도 18e 내지 18h, 도 19i 내지 19l, 및 도 20m 내지 20n에 대응한다.

공정 (a)

석영 기판이 절연 기판(1)으로서 사용되었으며, 세정제, 순수, 및 유기 용제로 충분히 세척되었다. 스피너가 2,500 rpm에서 40초 동안 레지스트 재료(RD-2000 N; Hitachi Kasei Co., Ltd. 제조)를 도포하도록 사용되었으며, 다음에 레지스트가 프리베이킹을 위해 80℃에서 25분 동안 가열되었다.

공정 (b)

2 ㎛의 전극 간격(L) 및 500 ㎛의 전극 길이(W)를 갖는 소자 전극 형태에 대응하는 마스크가 레지스트와 접속하도록 사용되었다. 레지스트는 노광되었고, RD-2000N용 현상액을 사용하여 현상되었다. 다음에, 레지스트는 포스트베이킹을 위해 120 ℃에서 20분 동안 가열되었다.

공정 (c)

니켈 금속이 전극의 재료로서 사용되었다. 두께가 100 nm가 될 때까지 초 당 0.3 nm로 니켈을 증착하도록 저항 가열 증착기가 사용되었다.

공정 (d)

아세톤을 사용하여 박피를 실행하고, 니켈층은 순서대로 아세톤, 이소프로필 알코올 및 부틸 아세테이트로 세척되었다. 다음에, 니켈층이 건조되어 소자 전극들(2 및 3)이 형성되었다.

공정 (e)

Cr이 전표면에 걸쳐 증착되었다(두께 40 nm).

공정 (f)

스피너가 2,500 rpm에서 30초 동안 레지스트 재료(AZ1370; Hoechst Co., Ltd. 제조)를 도포하도록 사용되었으며, 다음에 레지스트가 프리베이킹을 위해 90 ℃에서 30분 동안 가열되었다.

공정 (g)

도전성 막 재료가 도포된 패턴을 갖는 레지스트가 노광을 실행하도록 사용되었다.

공정 (h)

레지스트가 현상제 MIF312를 사용하여 현상되었고 다음에 포스트베이킹을 위해 120 ℃에서 30 동안 가열되었다.

공정 (i)

기판은 크롬을 에칭하도록 (NH₄)Ce(N0₃)₆/HClO₄/H₂O=17 g/5 cc/100 cc의 조성을 갖는 용액에 담겨졌다.

공정 (j)

기판은 레지스트를 제거하도록 10분 동안 아세톤 내에서 초음파 교반되었다.

공정 (k)

스피너가 800 rpm에서 30 초 동안 ccp4230 (Okuno Seiyaku Inc.)을 도포하도록 사용되었으며, 다음에 이 층이 300 ℃에서 10분 동안 베이킹되어 팔라듐 산화물(PdO)의 미립자들(평균 입자: 7 nm)로 주로 구성되는 미립자형 도전성막(4)을 형성하였다.

공정 (l)

소정의 형태를 갖는 도전성막(4)이 소자 전극들(2 및 3) 사이의 중심에 가깝게 배치되는 방식으로 박피되었다. 도전성막(4)은 10 nm의 두께와 R_s= 5×10⁴Ω/?의 저항값을 갖는다.

공정 (m)

이러한 방식으로 제조된 소자들은 도 9의 측정 및 평가 장치 내에 설치되었으며, 이는 다음에 진공 펌프를 사용하여 배기되었다. 2.6×10^-5Pa의 진공도에 도달한 때에, 소자 전압(V_f)을 인가하기 위한 전원(51)이 통전처리(포밍)를 위해 각각의 소자 전극들(2 및 3)에 전압을 인가하는데 사용되었다. 본 실시예에 따르면, 도 4b에 도시된 전압 파형(삼각파가 아니라 구형파)을 인가하고, 각각 1 msec 및 10 msec의 펄스 폭(T₁) 및 펄스 간격(T₂)을 설정하여, 0.1V 공정에서 구형파의 피크값 (포밍 동안의 피크값)을 증가시킴으로써 포밍이 실행되었다. 게다가, 포밍 동안에, 0.1V 저항 측정 펄스가 저항을 측정하도록 펄스 간격(T₂)에 삽입되었다. 저항 측정 펄스를 사용하여 얻어진 측정값이 1 MΩ 이상에 도달했을 때 포밍이 종료되었고, 소자에 대한 전압의 인가가 동시에 종료되었다.

그 결과, 균열(A)이 도전성막(4) 내에 형성되었다.

복수의 소자들이 유사하게 처리되었다. 포밍 종료시의 펄스 전압(VF)은 모든 소자에 대해 약 5.0 V였다.

공정 (n)

소자들이 이러한 방식으로 제조된 후에, 톨루엔(쌍극자 모멘트: 0.36 Debye)이 1.3×10^-4Pa의 분압을 갖도록 실온에서 도 9의 장치의 진공 챔버(55)로 도입되었다.

톨루엔을 도입시키기 위해, 이를 보유하는 앰퓰(도시 생략)이 도 8에 도시된 바와 같은 도 9의 진공 챔버(55) 내에 제공된 가스 도입구에 접속되었다. 톨루엔이 앰퓰로부터 증발할 때, 물 흡수 필터가 이 가스로부터 수분을 제거하였다. 다음에, 저속 누출(니들)값의 개구가 챔버를 통해 흐르는 가스의 흐름 속도를 제어하도록 조정되었다. 톨루엔이 도입된 진공 챔버 내의 분위기에서의 물의 분압은 챔버에 접속된 4중극 질량 분석기를 사용하여 측정되었다. 측정된 값은 2.3×10^-4Pa였다.

다음에 활성화를 위해 소자 전극들 사이에 전압이 인가되었다. 활성화에 사용된 전압 파형은 ±10 V의 피크값, 100 μsec의 펄스 폭, 및 5 msec의 펄스 간격을 갖는 쌍극자 구형파(순방향 및 역방향 모두에 동일하게 인가됨)였다. 다음에, 구형파의 피크값이 ±10 V에서 ±14 V로 3.3 mV/sec로 점차 증가되었으며, 전압의 인가는 ±14 V에 도달하였을 때 종료되었다. 이 때에, 소자 전류값은 8 mA였다. 최종적으로 톨루엔이 배기되었다.

탄소막(5)이 도전성막(4) 상에 그리고 이 막(4) 내의 균열(A) 내부에 형성되었다.

또한, 다음의 안정화 공정이 실행되었다.

소자 및 진공 챔버(55)는 1.3×10^-6Pa로 진공 챔버(55) 내의 진공도를 설정하도록 200 ℃에서 10 시간 동안 가열되었다.

다음에, 이러한 방식으로 얻어진 소자들의 특성이 도 9에 도시된 바와 같이 구성된 장치를 사용하여 측정되었다.

특히, 1.3×10^-6Pa의 진공도에서, 애노드 전극(54)의 전압은 1 kV로 측정되었고, 애노드 전극(54)과 전자 방출 소자 사이의 거리(H)는 4 mm로 측정되었다. 소자들은 0.1 msec의 펄스 폭 및 60 Hz 주파수의 구형파를 제공하도록 +13.5 V의 전압을 인가함으로써 구동되었다.

측정 개시 1분후, 소자 전류 I_f0는 5.5 mA였고, 방출 전류 I_e0는 5.5 μA였으며, 전자 방출 효율 η은 0.10%였다.

게다가, 소정의 시간 동안의 구동 후에, 소자 전류 I_f는 3.5 mA였고, 방출 전류 I_e는 3.5 μA였으며, 전자 방출 효율 η은 0.10%였다. 소자의 잔존율 δ_f및 δ_e과 방출 전류는 모두 64%였다.

소자의 잔존율 δ_f및 δ_e및 방출 전류는 다음과 같이 정의되었다.

δ_f= I_f/ I_f0× 100 (%)

δ_e= I_e/ I_e0× 100 (%)

(제2 실시예)

공정들 (a) 내지 (m)이 제1 실시예와 같이 실행된 소자들이 다음의 공정 (n)으로 처리되었다.

공정 (n)

피리딘 (쌍극자 모멘트 : 2.2 Debye)이 1.3×10^-4Pa의 분압을 갖도록 실온에서 도입되었다. 이러한 공정에서, 피리딘은 제1 실시예에서와 같이 피리딘 가스로부터 수분을 제거하기 위해 물 흡수 필터를 통과한 후에 도입되었다. 피리딘이 내부에 도입된 진공 챔버 내의 물의 분압은 3.0×10^-4Pa였다. 다음에, 활성화를 위해 소자 전극들 사이에 전압이 인가되었다. 전압 인가 조건은 제1 실시예와 유사하였다. 활성화 공정 동안에 도달한 소자 전류값은 7.5 mA였다.

또한, 탄소막(5)이 도전성막(4) 상에 그리고 그 막(4) 내의 균열(A) 내부에 형성되었다.

활성화에 후속하는 공정은 제1 실시예와 동일한 방식으로 수행되었고, 획득된 전자 방출 소자의 특성이 평가되었다.

측정 개시 1분 후, 소자 전류 I_f0는 6.0㎃ 였고, 방출 전류 I_e0는 7.5㎂ 였으며, 전자 방출 효율 η은 0.125% 였다.

또한, 선정된 기간동안 구동된 후, 소자 전류 I_f는 3.8㎃ 였고, 방출 전류 I_e는 4.5㎂ 였으며, 전자 방출 효율 η은 0.12% 였다. 소자 전류 및 방출 전류의 잔류율 δ_f및 δ_e는 각각 63% 및 60%였다.

(제3 실시예)

제1 실시예에서와 같은 공정 (a) 내지 (m)이 수행된 후, 소자에는 다음의 공정(n)이 수행되었다.

공정(n)

1.3×10^-4Pa의 분압을 가지도록 벤조니트릴(쌍극자 모멘트: 3.9 Debye)이 실온에서 도입되었다. 제1 실시예에서와 같이, 이 공정에서 벤조니트릴은, 벤조니트릴 가스로부터 수분을 제거하기 위해 물 흡수 필터를 통과한 후 도입되었다. 벤조니트릴이 내부에 도입된 진공 챔버 내의 물의 분압은 2.1×10^-4Pa 였다. 그 다음, 소자 전극들 간에 활성화를 위한 전압이 인가되었다. 전압 인가 조건은 제1 실시예에서와 유사했다. 활성화 공정 동안 도달한 소자 전류값은 7.3㎃였다.

본 실시예에서도, 탄소막이 도전성막(4) 상에, 그리고 막(4)의 균열(A) 내부에 형성되었다.

활성화에 후속하는 공정들은 제1 실시예에서와 유사한 방식으로 수행되었으며, 획득된 전자 방출 소자의 특성이 평가되었다.

측정 개시 1분 후, 소자 전류 I_f0는 6.5㎃ 였고, 방출 전류 I_e0는 8.5㎂ 였으며, 전자 방출 효율 η은 0.131% 였다.

또한, 선정된 기간동안 구동된 후, 소자 전류 I_f는 4.6㎃ 였고, 방출 전류 I_e는 5.7㎂ 였으며, 전자 방출 효율 η은 0.12% 였다. 소자 전류 및 방출 전류의 잔류율 δ_f및 δ_e는 각각 71% 및 67%였다.

(제1 참조 실시예)

제1 실시예에서와 같이 공정(a) 내지 (m)이 수행된 소자에, 다음의 공정(n)이 수행되었다.

공정 (n)

실온에서, 1.3×10^-2Pa의 분압을 가지도록 n-헥산(쌍극자 모멘트: 0 Debye)이 도입되었다. 제1 실시예에서와 같이, 이 공정에서 n-헥산은, n-헥산 가스로부터 수분을 제거하기 위해 물 흡수 필터를 통과한 후 도입되었다. n-헥산이 내부에 도입된 진공 챔버 내의 물의 분압은 1.0×10^-3Pa 였다. 그 다음, 소자 전극들 간에 활성화를 위한 전압이 인가되었다. 전압 인가 조건은 제1 실시예에서와 유사했다. 활성화 공정 동안 도달한 소자 전류값은 8㎃였다.

본 참조 실시예에서도, 탄소막(5)이 도전성막(4) 상에, 그리고 막(4)의 균열(A) 내부에 형성되었다.

활성화에 후속하는 공정들은 제1 실시예에서와 유사한 방식으로 수행되었으며, 획득된 전자 방출 소자의 특성이 평가되었다.

측정 개시 1분 후, 소자 전류 I_f0는 2㎃ 였고, 방출 전류 I_e0는 1.5㎂ 였으며, 전자 방출 효율 η은 0.075% 였다.

또한, 선정된 기간동안 구동된 후, 소자 전류 I_f는 0.6㎃ 였고, 방출 전류 I_e는 0.5㎂ 였으며, 전자 방출 효율 η은 0.08% 였다. 소자 전류 및 방출 전류의 잔류율 δ_f및 δ_e는 각각 30% 및 33%였다.

(제2 참조 실시예)

제1 실시예에서와 같이 공정(a) 내지 (m)이 수행된 소자에, 다음의 공정(n)이 수행되었다.

공정 (n)

실온에서, 1.3×10^-3Pa의 분압을 가지도록 벤젠(쌍극자 모멘트: 0 Debye)이 도입되었다. 제1 실시예에서와 같이, 이 공정에서 벤젠은, 벤젠 가스로부터 수분을 제거하기 위해 물 흡수 필터를 통과한 후 도입되었다. 벤젠이 내부에 도입된 진공 챔버 내의 물의 분압은 5.0×10^-4Pa 였다. 그 다음, 소자 전극들 간에 활성화를 위한 전압이 인가되었다. 전압 인가 조건은 제1 실시예에서와 유사했다. 활성화 공정 동안 도달한 소자 전류값은 7.3㎃였다.

본 참조 실시예에서도, 탄소막(5)이 도전성막(4) 상에, 그리고 막(4)의 균열(A) 내부에 형성되었다.

활성화에 후속하는 공정들은 제1 실시예에서와 유사한 방식으로 수행되었으며, 획득된 전자 방출 소자의 특성이 평가되었다.

측정 개시 1분 후, 소자 전류 I_f0는 4.5㎃ 였고, 방출 전류 I_e0는 3.1㎂ 였으며, 전자 방출 효율 η은 0.069% 였다.

또한, 선정된 기간동안 구동된 후, 소자 전류 I_f는 2.0㎃ 였고, 방출 전류 I_e는 1.2㎂ 였으며, 전자 방출 효율 η은 0.06% 였다. 소자 전류 및 방출 전류의 잔류율 δ_f및 δ_e는 각각 44% 및 39%였다.

상술된 제1 내지 제3 실시예와 제1 및 제2 참조 실시예에 따르면, 극성 또는 극성기를 가지는 방향족 화합물을 함유하는 분위기 내에서 활성화 공정을 수행함으로써, 그 후에 안정화 공정을 행하더라도 다량의 전자를 방출하며 경시 열화가 적은 전자 방출 소자가 획득될 수 있다.

(제4 실시예)

본 실시예에 따르면, 도 16에 도시된 것과 같은 구성의 화상 표시 장치를 생성하기 위해 도 15에 도시된 것과 같은 래더형 전자 소스가 사용되었다.

제1 실시예에서와 유사한 제조 방법을 사용하여, 각각 복수의 소자를 포함하는 복수의 소자열이 전자 소스 기판(110) 상에 생성되었는데, 각각의 소자는 한 쌍의 소자 전극 사이에 도전성 막을 포함하며 한 쌍의 배선 전극(112) 사이에 접속된다. 그 다음, 전자 소스 기판(110)은 배면판(81)에 고정되었고, 각각 전자 통과 홀을 가지는 그리드 전극(120)이 배선 전극(112)에 직교하는 방향으로 전자 소스 기판(110) 상에 배치되었다. 또한, 전면판(86) - 글래스 기판(83)과 형광 스크린(84), 및 기판(83) 내부면의 메탈백(85)을 가짐, 도 12 참조 - 이 지지 프레임(82)을 통해 전자 소스 기판(110)보다 5㎜ 위에 형성되었고, 전면판(86)과 지지 프레임(82) 간의 접합점에 플릿 글래스가 도포되었으며, 배면판(81)은 봉입을 위해 410℃에서 10분 이상 베이킹되었다. 플릿 글래스는 전자 소스 기판(110)을 배면판(81)에 고정시키는 데에도 사용되었다.

형광 스크린(84)은 흑색 도전재(91) 및 형광체(92)로 이루어진 블랙 스트라이프 배열의 컬러 형광 스크린으로 구성되었다(도 13a 참조). 블랙 스트라이프가 제일 먼저 형성된 후, 각각의 컬러 형광체가 스트라이프 내의 간극에 도포되어 형광 스크린(84)을 형성했다. 글래스 기판 상에 형광체를 코팅하는 데에는 슬러리 기법(slurry method)이 사용되었다.

또한, 메탈백(85)이 형광 스크린(84)의 내부면에 제공되었다. 메탈백(85)은 형광 스크린 제조 후, 스크린의 내부면을 평활화 처리(통상 필르밍이라 함)하고 진공에서 그 위에 Al을 증착함으로써 형성되었다.

컬러 형광 스크린에 있어서, 각각의 컬러 형광체가 각각의 소자에 대응해야만 하므로, 상기 봉입 공정 동안 충분한 얼라인먼트이 수행되었다.

전술한 방식으로 완성된 글래스 챔버(봉입부)에 대해, 도 26에 도시된 배기 장치를 이용하여 포밍 이후의 공정들이 수행되었다.

도 26에 도시된 바와 같이, 봉입부 내부를 배기시키기 위해, 진공 챔버 및 봉입부는 하나의 배기관을 통해 함께 접속되었다. 그 다음, 봉입부의 내부는, 진공 챔버에 접속된 자기 부상 터보 펌프로 구성된 배기 장치를 이용하여 배기되었다.

일단 충분한 배기 상태에 도달한 후, 챔버 외부 단자(D_0x1내지 D_0xm)를 통해 소자 전극들 간에 전압이 인가되었고, 막 내에 전자 방출부를 형성하기 위해 전극들 간의 각각의 도전성 막에 균열을 형성하는 포밍이 수행되었다.

그 다음, 벤조니트릴(쌍극자 모멘트 : 3.9 Debye)을 포함하는 앰퓰로부터 증발된 가스가 물 흡수 필터 및 저속 누출(니들) 밸브를 통해 진공 챔버 및 글래스 챔버(봉입부) 내로 도입되었다. 벤조니트릴의 압력은 약 1.3×10^-3Pa였고, 진공 챔버에 접속된 4중극 질량 분석기(Q-Mass)를 이용하여 측정된 물의 분압은 5.0×10^-3Pa였다.

그 다음, 활성화 공정을 수행하기 위해, 챔버 외부 단자(D_0x1내지 D_0xm)를 통해 소자 전극들 간에 전압이 인가되었다.

활성화 공정을 위한 전압 인가 조건은 제1 실시예에서와 유사했다.

그 후에, 벤조니트릴은 배기되었다.

탄소막이 도전성 막 상에, 그리고 도전성 막 내의 균열 내부에 형성되었다.

최종적으로, 안정화 공정으로서 150℃에서 10시간 동안 베이킹 공정이 약 1.3×10^-4Pa의 진공 내에서 수행된 후, 제1 실시예에서와 같이 전압이 (순방향으로) 인가되었고, 봉입부를 밀봉하기 위해 배기관을 가열하고 용접하는 데에 가스 베이커가 사용되었다.

전술한 방법으로 완성된 본 실시예에 따른 화상 표시 장치에서, 전압이 챔버 외부 단자(D_0x1내지 D_0xm)를 통해 (순방향으로) 각 전자 방출 소자에 인가되어, 전자들이 방출되게 했다. 그리드 전극(120) 내의 전자 통과 홀(121)을 통과한 후, 고전압 단자(87)를 통해 메탈백 또는 투명 전극(도시되지 않음)에 인가된 수 ㎸ 이상의 고전압에 의해 방출된 전자들이 가속되었다. 그 다음, 전자들은 발광할 수 있는 형광 스크린(84)과 충돌한다. 이 경우에, 정보 신호에 대응하는 전압을 챔버 외부 단자(G₁내지 G_n)을 통해 그리드 전극(120)에 인가함으로써, 전자 통과 홀(121)을 통과하는 전자빔은 화상을 표시하도록 제어되었다.

본 실시예에 따르면, 50㎛ 직경의 전자 통과 홀(121)을 가지는 그리드 전극(120)은, 절연층인 SiO₂(도시되지 않음)를 통해 전자 소스 기판(110)보다 10㎛ 위에 배치되었다. 따라서, 6㎸의 가속 전압이 인가된 경우, 전자 빔의 턴 온 및 턴 오프는 50V 이하의 변조 전압을 이용하여 제어될 수 있었다.

또한, 표시된 화상의 콘트라스트도 양호해서, 수 시간의 표시 후에도 변하지 않았다.

(제5 실시예)

본 실시예에서는, 도 11에 도시된 것과 같은 구성의 단순 매트릭스 배치의 전자 소스를 사용하여, 도 12에 도시된 것과 같은 구성의 화상 표시 장치를 제조했다.

도 21은 본 실시예에 따른 전자 소스 기판의 일부를 도시한 평면도이며, 상기 전자 소스 기판은 각각 한쌍의 소자 전극 사이에 도전성막을 포함하고 매트릭스 형태로 서로 접속되어 있는 다수의 소자들을 포함한다. 도 22는 도 21의 22-22를 따라 절취한 단면도이다. 도 11, 12, 21 및 22에서 동일한 참조 부호를 가진 각각의 소자들은 동일한 소자이다. 이들 도면에서, 참조 부호 72는 도 11의 Dxn에 대응하는 X-방향 배선(또는 하부 배선이라 함)이고, 참조 번호 73은 도 11의 Dyn에 대응하는 Y- 방향 배선(또는 상부 배선이라 함), 참조 번호 4는 전자 방출부를 포함한 도전성막, 참조 번호 2 및 3은 소자 전극, 참조 번호 151은 층간 절연층이며, 참조 번호 152는 소자 전극(2)과 하부 배선(72)을 모두 전기적으로 접속하는데 사용되는 컨택트 홀이다.

먼저, 전자 소스 기판의 제조 방법을 도 23a 내지 도 23d 및 도 24e 내지 도 24h를 참조하여 공정 순서대로 하나씩 설명할 것이다. 이후의 공정 (a) 내지 (n)은 도 23a 내지 도 23d 및 도 24e 내지 도 24h에서 (a) 내지 (h)에 해당된다.

공정 (a)

진공 증착은, 세정된 소다 석회 글래스판과 그 위에 스퍼터링법을 이용하여 형성된 0.5㎛ 두께의 실리콘 산화막을 포함하는 기판(71) 상에, 50Å 두께의 Cr과 6,000Å 두께의 Au를 차례로 적층시키는데 사용되었다. 포토레지스트( AX1370/Hoechst Co. Ltd)는 스피너를 이용하여 회전식으로 공급된 후 소성되었다. 다음에는, 포토 마스크상이 노광 및 현상되어 하부 배선(72)의 레지스트 패턴을 형성하고, Au/Cr 증착막이 습식 에칭되어 소정 형태의 하부 배선(72)을 형성했다.

공정 (b)

그 다음, 1.0㎛ 두께의 실리콘 산화막으로 이루어진 층간 절연층(151)이 RF 스퍼터링법에 의해서 증착되었다.

공정 (c)

공정 (b)에서 증착된 실리콘 산화막에 컨택트 홀(152)을 형성할 수 있도록 포토레지스트 패턴이 형성되었다. 이 패턴은 컨택트 홀(152)을 형성하기 위해서 마스크로서 사용되어 층간 절연층(151)을 에칭했다. 이러한 에칭은 CH₄및 H₂가스를 사용하는 RIE(반응성 이온 에칭)법에 기초한 것이다.

공정(d)

포토레지스트(Hitachi Kasei Co.,Ltd에 의해서 제조된 RD-2000N-41)를 사용하여 소자 전극(2 및 3) 사이에는 간극(L)을 포함한 패턴을 형성하고, 진공 증착법을 사용하여 50Å 두께의 Ti와 1,000Å 두께의 Ni를 차례로 증착시켰다. 포토레지스트 패턴은 유기 용제를 사용함으로써 용해되어 Ni/Ti 증착막을 박피시켰다. 이러한 방법으로, 3㎛의 소자 전극 간격(L)과 300㎛의 소자 전극 폭(W)을 가진 소자 전극(2 및 3)이 형성되었다.

공정 (e)

소자 전극(3) 상에 상부 배선(73)의 포토레지스트 패턴을 형성한 후에, 그 위에 차례로 50Å 두께의 Ti와 5,000Å 두께의 Au를 증착시키고, 원치않는 부분을 박피에 의해 제거하여 소정 형태의 상부 배선(73)을 형성했다.

공정 (f)

1,000Å 두께의 Cr막(153)이 진공 증착법에 의해서 증착 및 패턴화되고, 그 위에 스피너를 이용하여 유기 Pd(Okuno Seiyaka Co., Ltd에 의해 제조된 ccp4230)를 코팅했다. 그 다음, 가열 및 소성 처리가 300℃에서 10분 동안 행해진다.

공정 (g)

Cr막(153)은 산 에칭제에 의해 에칭 및 박피되어 소정 패턴을 가진 도전성막(4)을 형성했다.

공정 (h)

컨택트 홀(152) 이외의 모든 부분에 레지스트를 도포하는 패턴이 형성되고, 그 위에 차례로 50Å 두께의 Ti와 5,000Å 두께의 Au가 진공 증착법에 의해서 형성되었다. 원치 않는 부분은 박피법에 의해서 제거되어 컨택트 홀(152)을 매립했다.

이러한 공정들은 절연 기판(71) 상에 하부 배선(72), 층간 절연층(151), 상부 배선(73), 소자 전극(2 및 3) 및 도전성막(4)을 형성하기 위해서 행해졌다.

그 다음, 상기 방식으로 생성되고 매트릭스 형태로 함께 접속된 다수의 도전성막(4)을 포함하는 전자 소스 기판(71)을 사용하여 화상 표시 장치가 제조되었다. 제조 과정은 도 12, 도 13a 및 도 13b를 참조하여 설명될 것이다.

먼저, 서로 매트릭스 형태로 접속된 다수의 도전성막(4)을 포함하는 전자 소스 기판(71)이 배면판(81)에 고정되었다. 그 다음, [글래스 기판(83), 및 상기 글래스 기판(83)의 내부 표면에 형광 스크린(84)과 메탈백(85)을 포함하는] 전면판(86)은 지지 프레임(82)을 통해서 기판(71) 상부에 5㎜를 배치하고, 플릿 글래스는 전면판(86)과 지지 프레임(82) 사이의 접합부와 배면판(81)으로 공급되고, 실링을 위해 410℃에서 10분 이상 대기중에서 소성되어 봉입부(88)를 생성했다(도 12). 플릿 글래스는 또한 기판(71)을 배면판(81)에 고정시키는데 사용되었다.

형광 스크린(84)은 흑색 도전재(91)와 형광체(92)로 구성된 블랙 스트라이프 배열을 가진 컬러 형광체 스크린으로 구성된다(도 13a). 블랙 스트라이프가 먼저 형성된 후, 각각의 컬러 형광체가 슬러리(slurry) 방식에 의해서, 스트라이프 내의 간극들로 공급되어 형광 스크린(84)을 형성했다.

또한, 메탈백(85)이 형광 스크린(84)의 내부 표면에 제공된다. 이 메탈백(85)은 형광 스크린(84)을 형성한 후에 스크린(84)의 내부 표면을 평활화한 다음, 그 위에 진공 상태에서 Al을 증착함으로써 형성되었다.

컬러 형광 스크린에서는 각각의 컬러 형광체가 각각의 소자에 대응해야 하므로 상기 실링 공정동안 충분한 얼라인먼트이 행해졌다.

상술한 바와 같이 완성된 봉입부(88)는, 약 1.3 × 10^-4Pa의 진공 상태가 될 때까지 도 26에 도시된 평가 장치를 사용하여 실시예 4와 같이 배기되었다. 그 다음, 매트릭스 형태로 서로 접속되어 있는 다수의 소자들(74) 각각의 소자 전극들(2 및 3) 사이에, 챔버 외부 단자(D_ox1내지 D_oxm및 D_Qy1내지 D_Qyn)를 통해서 전압이 인가되어, 도전성막(4)이 통전처리(포밍)되었다. 따라서, 소자 전극들(2) 사이의 각각의 도전성막(4)에 균열이 발생되어 각각의 막(4)에 전자 방출부(5)를 형성했다.

특히, 도 25에 도시된 바와 같이, Y-방향 배선(73)이 공통 전극(251)에 접속되고, X-방향 배선(72)중 하나에 접속된 전원(252)을 사용하여 실시예 1의 전압 펄스와 같은 전압 펄스를 다수의 소자들에 동시에 인가함으로써 포밍이 수행되었다. X-방향 배선에 접속된 다수의 소자들은 각각이 오프셋 위상을 가진 펄스들을 차례로 다수의 X-방향 배선에 인가(스크롤링)함으로써 동시에 형성될 수 있다. 도 25에서, 참조 번호 253은 전류 측정용 저항이고, 참조 번호 254는 전류 측정용 오실로스코프이다.

이러한 방법으로 형성된 전자 방출부(5)는 그 안에 분산된 미립자들을 포함하고, 이 미립자들은 평균 30Å의 입자 크기를 가진다.

이 때, 벤조니트릴(쌍극자 모멘트 : 3.9 Debye)은 약 1.3 × 10^-3Pa의 분압을 갖도록 봉입부(88)안으로 도입되었다. 벤조니트릴은 도 26에 도시된 평가 장치를 사용하여 실시예 4와 같이 도입되었다. 진공 챔버와 접속된 4중극 질량 분석기(Q-Mass)를 사용하여 측정한 물의 분압은 5.0 × 10^-3Pa였다. 그 다음, 전압이 챔버 외부 단자(D_ox1내지 D_oxm및 D_Qy1내지 D_Qyn)를 통해서 각 소자(74)의 소자 전극(2 및 3) 사이로 인가되어 활성화 공정을 행했다. 활성화 공정의 전압 인가 조건은 실시예 1과 동일하다. 그 다음, 벤조나이트릴이 배기되었다. 탄소막은 도전성막의 상부 및 막내의 균열부 내부에 형성되었다.

마지막으로, 안정화 공정으로서, 150℃에서 10시간 동안 1.3 × 10^-4Pa의 진공도로 소성이 행해진 후에, 전압이 실시예 1과 같이 (순방향으로) 인가되었고 가스 베이커가 봉입부(88)를 봉입하기 위해서 배기관을 가열 및 용접하는데 사용되었다.

상기 방법으로 완성된 본 실시예에 따르는 화상 표시 장치에서, (도시되지 않은) 신호 발생 수단은 주사 신호와 변조 신호를 챔버 외부 단자(D_ox1내지 D_oxm및 D_Qy1내지 D_Qyn)를 통해 각각의 전자 방출 소자들로 인가하여, 이들로부터 전자가 방출되게 했다. 그 다음, 수 kV 이상의 높은 전압을 고전압 단자(87)를 통해서 메탈백(85)이나 (도시되지 않은) 투명 전극으로 인가함으로써, 방출된 전자를 가속화하여 이들이 형광 스크린(84)에 충돌하도록 했다. 따라서, 스크린이 여기되어 발광하므로 영상이 표시된다.

따라서, 표시된 영상은, 수시간의 표시에도 불구하고 변화되지 않은, 양호한 콘트라스트를 가졌다.

(제6 실시예)

공정 (a) 내지 공정 (m)을 행한 소자들에 다음 공정 (n)이 행해진다.

공정 (n)

이들 소자들에 대해서, 약 1.3 × 10^-4Pa의 분압을 가질 수 있도록 실온에서 매스 필터를 통해 벤조니트릴이 도입되었다. 벤조니트릴은 물 흡수 필터 대신 매스 필터를 사용한다는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 도입되었다. 내부에 벤조니트릴이 도입된 진공 챔버내에서 물의 분압은 4중극 질량 분석기를 사용하여 측정되었다. 측정된 값은, 벤조니트릴의 분압의 10%인 1.3 × 10^-5Pa였다. 그 다음, 활성화를 위해서 소자 전극들 사이에 전압이 인가되었다.

활성화를 위해 사용된 전압 파형은 ± 10 V의 피크 전압, 100 ㎲ec의 펄스폭, 및 5 msec의 펄스 간격을 가지며 (순방향 또는 역방향으로 모두 인가가능한) 2극 구형파였다. 그 다음, 구형파의 피크 전압이 3.3 mV/sec에서 ±10 V에서부터 ±14 V까지 점차적으로 증가하고, 그 값이 ±14 V에 도달할 때 전압 인가가 종료되었다. 이 지점에서, 소자 전류값은 8mA였다. 마지막으로, 벤조니트릴이 배기되었다.

이 실시예에서는, 탄소막을 도전성막 상에 그리고 막의 균열부 내부에 형성하였다.

활성화 이후의 공정들은 제1 실시예와 동일한 방식으로 수행되었고, 획득된 전자 방출 소자의 특성을 평가하였다.

측정을 시작한 1분 후에, 소자 전류 I_f0는 5.5㎃였고, 방출 전류 i_e0는 6.5㎂였으며, 전자 방출 효율 η은 0.118%였다.

그 외에도, 선정된 시간동안 구동한 후에, 소자 전류 I_f는 3.9㎃였고, 방출 전류 I_e는 4.2㎂였으며, 전자 방출 효율 η은 0.108%였다. 소자 및 방출 전류의 잔존율 δ_f및 δ_e는 각각 71% 및 65%였다.

(제7 실시예)

제6 실시예에서는, 활성화 공정을 행하기 이전에, 배기가 수행되고 있는 동안, 도 9의 측정 및 평가 장치 내의 진공 챔버 및 도 8에 도시된 진공 쳄버 내로 활성화 가스를 도입하는데 사용되는 통로를 100℃의 온도에서 5시간 동안 가열하였다. 가스를 배기한 후에, 장치가 상온으로 내려갔을 때 측정한 진공은 2.6×10^-6Pa였다. 제6 실시예에서와 같이, 벤조니트릴을 도입하여 활성화 공정을 수행하였다. 활성화 공정 중에 4중극 질량 분석기를 이용하여 분위기를 측정하였을 때, 물 대 벤조니트릴의 분압비는 0.05였다.

이 실시예에서, 탄소막을 또한 도전성막 상에 그리고 이 막의 균열부 내부에 형성하였다.

활성화 이후의 공정을 제1 실시예와 동일한 방식으로 수행하였고, 획득된 전자 방출 소자들의 특성을 평가하였다.

측정 시작후 1분 후에, 소자 전류 I_f0는 5㎃였고, 방출 전류 i_e0는 7.5㎂였으며, 전자 방출 효율 η은 0.15%였다.

그 외에도, 선정된 시간동안 구동한 후에, 소자 전류 I_f는 4.4㎃였고, 방출 전류 I_e는 6.0㎂였으며, 전자 방출 효율 η은 0.15%였다. 소자 및 방출 전류의 잔존율 δ_f및 δ_e는 각각 76% 및 69%였다.

(제8 실시예)

공정 (a) 내지 공정 (m)이 실행되었던 소자에 대해 다음의 공정 (n)을 수행한다.

공정 (n)

약 1.3 ×10^-4Pa의 분압을 갖도록 벤조니트릴을 상온에서 도입하였다. 이 공정에서는, 물 흡수 필터 대신에 2단계의 매스 필터를 사용한다는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같이 벤조니트릴을 도입하였다. 벤조니트릴이 내부에 도입된 진공 챔버 내의 물의 분압을 4중극 질량 분석기를 이용하여 측정하였다. 물 대 벤조니트릴의 분압비는 0.001이였다. 다음으로, 활성화를 위해 소자 전극들 사이에 전압을 인가하였다. 전압 인가 조건은 제6 실시예와 유사하였다.

활성화 이후의 공정을 제1 실시예와 동일한 방식으로 수행하였고, 획득된 전자 방출 소자의 특성을 평가하였다.

측정 시작후 1분 후에, 소자 전류 I_f0는 5.9㎃였고, 방출 전류 i_e0는 7.8㎂였으며, 전자 방출 효율 η은 0.13%였다.

그 외에도, 선정된 시간동안 구동한 후에, 소자 전류 I_f는 4.3㎃였고, 방출 전류 I_e는 6.0㎂였으며, 전자 방출 효율 η은 0.14%였다. 소자 및 방출 전류의 잔존율 δ_f및 δ_e는 각각 73% 및 77%였다.

제6 실시예 내지 제8 실시예에 따르면, 유기물질 대 물의 분압비를 100 이하의 활성화 분위기로 설정함으로써, 그 후의 안정화 공정을 행하더라도, 다량의 전자를 방출하고, 경시적 열화가 적은 전자 방출 소자를 얻을 수 있었다.

(제9 실시예)

이 실시예에 따르면, 도 15에 도시된 바와 같이 구성된 래더형 전자 소스가 16에 도시된 바와 같이 구성된 화상 표시 장치를 생성하는데에 사용되었다.

제1 실시예와 유사한 제조 방법을 이용하여 전자 소스 기판(110) 상에 복수의 소자열을 생성하였는데, 상기 복수의 소자열 각각은 도전성막을 사이에 두고 한 쌍의 배선 전극(112) 사이에 접속된 복수의 소자들을 각각 포함한다. 그 다음, 전자 소스 기판(110)을 배면판(81)에 고정시키고, 그 내부에 전자 통과 홀(121)을 각각 갖는 그리드 전극(120)을 배선 전극(112)에 직교하는 방향으로 전자 소스 기판(110) 상에 배치하였다. 또한, 전면판(86)(유리 기판(83), 및 이 기판(83)의 내면 안의 형광 스크린(84) 및 메탈백(85)를 포함한다)을 지지 프레임(82)을 경유하여 전자 소스 기판(110)의 5mm 위에 배치하였고, 플릿 글래스를 전면판(86)과 지지 프레임(82) 및 배면판(81) 사이의 접합 부분에 도포하여, 대기 중에 410℃의 온도에서 10분 이상 소성하여 밀봉하였다. 플릿 글래스를, 전자 소스 기판(110)을 배면판(81)에 고정시키는 데에도 사용하였다.

형광 스크린(84)은 흑색 도전재(91) 및 형광체(92)로 이루어진 블랙 스트라이프 배열로 된 컬러 형광 스크린으로 구성된다(도 13a 참조). 블랙 스트라이프를 먼저 형성한 다음, 각각의 컬러 형광체를 스트라이프 형태로 간극부에 도포하여, 형광 스크린(84)을 형성하였다. 유리 기판 상에 형광체를 코팅하기 위해 슬러리 방법을 이용하였다.

또한, 메탈백(85)을 형광 스크린(84)의 내부 표면에 제공하였다. 스크린의 내부 표면을 평활화한 다음 그 위에 Al을 진공 상태에서 피착하여 형광 스크린을 생성한 후에 메탈백(85)을 생성하였다.

컬러 형광 스크린에서는 각각의 컬러 형광체는 각각의 소자에 대응해야 하기 때문에, 상기 밀봉 중에 충분한 얼라인먼트를 수행하였다.

도 5에 도시된 배기 장치를 이용하여, 포밍 공정 이후의 공정들을 상기한 방법으로 완성된 유리 챔버(봉입부)에 대해서 수행하였다.

도 5에 도시된 바와 같이, 봉입부의 내부를 비우기 위해, 진공 챔버(32) 및 봉입부(88)를 하나의 배기관(31)을 통해 서로 접속하였다. 그 다음, 봉입부(88)의 내부를 진공 챔버(32)에 접속된 자기 부상 터보 펌프로 이루어진 배기 장치(34)를 이용하여 배기하였다.

충분한 진공 상태에 도달하였으면, 챔버 외부 단자(D_ox1내지 D_oxm)를 통해 소자 전극들 사이에 전압을 인가하였고, 막 내에 전자 방출부를 형성하기 위해 포밍 공정을 수행하여 전극들 사이의 각각의 도전성막 내에 균열을 형성하였다.

그 다음, 내부에 벤조니트릴(쌍극자 모멘트: 3.9 Debye)을 갖는 앰퓰(ampoule)로부터 증발된 가스를 매스 필터(42) 및 저속 누출(니들) 밸브(38)를 통해서 진공 챔버(32) 및 봉입부(88)에 도입하였다.

챔버(32) 내의 분위기를 진공 챔버(32)에 접속된 4중극 질량 분석기를 이용하여 측정하였을 때, 벤조니트릴에 대한 물의 분압비는 0.017이였다.

활성화 공정의 전압 인가 조건은 제1 실시예와 유사하였다. 따라서, 벤조니트릴을 배기하였다. 도전성막상에 그리고 이 도전성막의 균열 내부에 탄소막을 형성하였다.

마지막으로, 안정화 공정으로서, 약 1.3×10^-4Pa의 진공도로 150℃의 온도에서 10시간동안 소성한 후에, 제1 실시예에서와 같이 전압을 인가하고(순방향으로 인가하였다), 봉입부를 밀봉하기 위해 배기관을 가열하여 용접하기 위해 가스 베이커를 사용하였다.

상기한 방법으로 완성된 이 실시예에 따른 화상 표시 장치에서는, 챔버 외부 단자(D_ox1내지 D_oxm)를 통해 각 전자 방출 소자에 전압을 인가(순방향으로 인가하였다)하여 전자를 방출시켰다. 그리드 전극(120) 내의 전자 통과 홀(121)을 통과한 후에, 방출된 전자는 고압 단자(87)를 통해 메탈백 또는 투명 전극(도시되어 있지 않음)에 인가된 수 ㎸ 이상의 고전압에 의해 가속화되었다. 그 다음 전자는 형광 스크린(84)에 충돌하고, 형광 스크린은 여기되어 발광하였다. 이 경우, 정보 신호에 대응하는 전압을, 챔버 외부 단자(G₁내지 G_n)를 통해 그리드 전극(120)에 인가함으로써, 전자 통과 홀(121)을 통과하는 전자 빔들이 화상을 표시하도록 제어되었다.

이 실시예에 따르면, 직경이 50㎛인 전자 통과 홀(121)을 갖는 그리드 전극(120)을 절연층인 SiO₂(도시되어 있지 않음)을 경유하여 전자 소스 기판(110)의 10㎛ 위에 배치하였다. 따라서, 6㎸의 가속 전압을 인가하였을 때, 50V 이하의 변조 전압을 이용하여 전자 빔의 턴-온 및 턴-오프를 제어할 수 있다.

그 외에도, 표시된 화상은 우수한 콘트라스트를 갖는데, 이는 수시간 동안 표시하는 경우에도 변하지 않고 유지되었다.

(제10 실시예)

이 실시예에 따르면, 도 11에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 단순 매트릭스 배치의 전자 소스를 이용하여, 도 12에 도시된 바와 같이 구성된 화상 표시 장치를 생성하는 예를 나타낸다.

제5 실시예에서와 유사하게, 공정 (a) 내지 (h)는 하부 배선(72), 층간 절연층(151), 상부 배선(73), 소자 전극(2 및 3), 및 도전성막(4)을 절연 기판(71) 상에 형성하도록 수행되었다.

그 다음, 상기한 방식으로 생성되고 매트릭스 형태로 서로 접속된 복수의 도전성막(4)을 포함하는 전자 소스 기판(71)을 이용하여 화상 표시 장치를 생성하였다. 생성 절차를 도 12, 도 13a 및 도 13b를 참조하여 설명한다.

먼저, 매트릭스 형태로 함께 접속된 복수의 도전성막(4)을 포함하는 전자 소스 기판(71)을 배면판(81)에 고정시켰다. 그 다음, 전면판(86)(유리 기판(83), 및 이 기판(83)의 내면 안의 형광 스크린(84) 및 메탈백(85)를 포함한다)을 지지 프레임(82)을 경유하여 기판(71)의 5mm 위에 배치하고, 플릿 글래스는 전면판(86)과 지지 프레임(82) 및 배면판(81) 사이의 접합부에 도포되고, 대기 중에 410℃로 10 분 또는 그 이상 소성되어 봉입하여 봉입부(88)를 생성했다(도 12). 플릿 글래스는 또한 기판(71)을 배면판(81)에 고정시키도록 이용되었다.

형광 스크린(84)은 흑색 도전재(91) 및 형광체(92)로 구성된 블랙 스트라이프 배열로 된 컬러 형광 스크린으로 구성된다(도 13a). 블랙 스트라이프가 먼저 형성되고, 그 다음 각각의 컬러 형광체가 스트라이프내의 간극에 인가되어, 슬러리 방법을 이용하여 형광 스크린(84)을 형성하였다.

또한, 메탈백(85)은 형광 스크린(84)의 내부면 내에 제공되었다. 메탈백(85)은 스크린(84)의 내부 표면을 평활화하여 진공하에서 그 위에 Al을 피착함으로써 형광 스크린(84)의 생성 후에 제조되었다.

컬러 형광 스크린에서는 각각의 컬러 형광체가 각 소자에 대응하여야 하기 때문에, 상술한 봉입 동안 충분한 얼라인먼트가 수행되었다.

상술한 것처럼 마감된 봉입부(88)는 진공이 약 1.3×10^-4Pa가 될 때까지 도 5에 도시된 평가 장치를 이용하여 제9 실시예와 같이 배기되었다. 순차적으로, 매트릭스 형태로 함께 접속된 복수의 소자(74) 중 각각의 소자 전극(2 및 3) 사이에 챔버 외부 단자(D_0x1내지 D_0xm및 D_0y1내지 D_0yn)를 통해 전압이 인가되어, 도전성막(4)이 제5 실시예에서와 유사한 통전 처리(포밍)되었다. 그러므로, 균열이 각 도전성막(4)내의 소자 전극(4) 사이에 형성되어, 각 막(4)내에 전자 방출부(5)를 형성하였다.

이러한 방식으로 생성된 전자 방출부(5)는 그 내부에 분산되어 주로 팔라디움 원소로 구성된 미립자를 포함하며, 미립자는 평균 입자 크기가 30Å이다.

다음으로, 벤조니트릴(쌍극자 모멘트: 3.9 Debye)이 봉입부(88)내로 도입되어 약 1.3×10^-3Pa의 분압을 갖는다. 벤조니트릴은 도 5에 도시된 평가 장치를 이용하여 제9 실시예에서와 같이 도입되었다. 진공 챔버내의 물의 분압이 챔버에 접속된 4중극 분석기를 이용하여 측정된 경우, 벤조니트릴에 대한 물의 분압비는 0.033이었다. 다음으로, 챔버 외부 단자(D_0x1내지 D_0xm및 D_0y1내지 D_0yn)를 통해 각각의 전자 방출 소자(74)의 소자 전극(2 및 3) 사이에 전압이 인가되어, 활성 공정을 수행했다.

활성 공정에 대한 전압 인가 조건은 제1 실시예와 유사하다. 그 다음, 벤조니트릴이 배기되었다.

탄소막은 도전성막 상에 및 막 내의 균열 내부에 형성되었다.

최종적으로, 안정화 공정인 소성 공정이 150 ℃에서 10시간 동안 약 1.3×10^-4Pa의 진공으로 수행된 후에, 제1 실시예와 같이 전압이 (순방향으로)인가되고, 가스 베이커가 봉입부(88)을 봉입하기 위해 배기관을 가열 및 용접하는데 사용되었다.

상술한 방식으로 마감된 이 실시예에 따른 화상 표시 장치에 있어서, 신호 생성 수단(도시 없음)은 챔버 외부 단자(D_0x1내지 D_0xm및 D_0y1내지 D_0yn)를 통해 각각의 전자 방출 소자로 주사 신호 및 변조 신호를 인가하여, 전자가 그로부터 방출되도록 하였다. 다음으로, 수 kV 또는 그 이상의 높은 전압이 고전압 단자(87)를 통해 메탈백 또는 투명 전극(도시 없음)에 인가되어, 이들이 형광 스크린(84)에 대해 충돌하도록 방출된 전자를 가속하였다. 그러므로, 스크린은 여기되어 광을 방출하여 화상을 표시하였다.

결과적으로, 표시된 화상은 양호한 콘트라스트를 가지며, 이는 수시간의 표시 후에도 변하지 않았다.

(실시예 11)

이 실시예에 따르면, 도 12에 도시된 것처럼 구성된 화상 형성 장치는 도 11에 도시된 것처럼 구성된 단순 매트릭스 배치의 전자 소스 및 도 27에 도시된 진공 배기 장치를 이용하여 생성된다.

공정 (a) 내지 (h)는 제5 실시예에서처럼 수행되어 절연 기판 상에 하부 배선, 층간 절연층, 상부 배선, 소자 전극 및 도전성막을 형성하였다. 절연 기판은 전면판, 배면판, 지지 프레임, 및 배기관으로 구성된 봉입부 내부에 고정되었다. 전면판 상의 형광 스크린과 같은 구성 부재는 2개의 배기관의 이용만 제외하고는 제5 실시예의 것과 동일하다.

다음으로, 봉입부로부터의 2개의 배기관(305 및 306)이 도 27에서의 진공 챔버(301 및 302)로 각각 접속되었다. 게이트 밸브(303 및 304)는 개방되고, 이 배기 장치는 봉입부 내부를 진공 챔버(301 및 302)를 통해 배기시키는데 이용되었다. 챔버(301 및 302)에 접속된 압력 측정기를 이용하여 측정된 압력은 약 1.3×10^-4Pa였다. 순차적으로, 챔버 외부 단자(D_0x1내지 D_0xm및 D_0y1내지 D_0yn)를 통해 각각의 전자 방출 소자의 소자 전극 사이에 전압이 인가되어, 제5 실시예에서 같이 도전성막을 통전 처리(포밍)하여, 전극들 사이의 각각의 도전성막 내에 균열을 형성함으로써 막 내의 전자 방출부를 형성하였다.

다음으로, 게이트 밸브(304)가 닫히고, 게이트 밸브(303)는 개방되어, 배기 장치를 이용하여 봉입부의 내부 및 진공 챔버(301 및 302)를 배기하였다. 다음으로, 저속 누출(니들) 밸브가 개방되어, 벤조니트릴을 봉입부내로 도입시켰다. 벤조니트릴은 앰퓰내에 보관되고, 앰퓰로부터 증발된 벤조니트릴 가스는 물 흡수 챔버 및 저속 누출(니들) 밸브를 통해 진공 챔버(301)내로 도입되어, 봉입부 및 챔버(302)로 흘렀다.

저속 누출(니들) 밸브의 개구는 벤조니트릴 도입양을 일정하게 유지하도록 조절되었다. 진공 챔버(301)내의 압력은 약 5.0×10^-3Pa이며, 진공 챔버(302)내의 압력은 약 8.0×10^-4Pa였다.

또한, 분위기가 진공 챔버(302)에 접속된 4중극 질량 분석기(Q-Mass)를 이용하여 측정된 경우, 물 대 벤조니트릴의 분압비는 0.08이었다.

다음으로, 챔버 외부 단자(D_0x1내지 D_0xm및 D_0y1내지 D_0yn)를 통해 각각의 전자 방출 소자의 소자 전극 사이를 활성화하기 위해 전압이 인가되었다.

활성 공정에 대한 전압 인가 조건은 제1 실시예와 유사하다. 다음으로, 저속 누출(니들) 밸브는 닫히고, 게이트 밸브(304)는 개방되어, 벤조니트릴을 배기시켰다. 탄소막이 도전성막 상에 그리고 막 내의 균열 내부에 형성되었다.

최종적으로, 활성 공정으로서, 약 1.3×10^-4Pa의 진공도로 200℃에서 12시간 소성 공정이 수행되었다. 제1 실시예에서와 같이 전압이 인가되고(순방향), 가스 베이커는 봉입부를 봉입하도록 2개의 배기관을 가열하여 용접하는데 이용되었다.

이러한 방식으로 완성된 본 발명에 따른 화상 형성 장치에 있어서, 신호 발생 수단(도시되지 않음)은 챔버 외부 단자(D_0x1내지 D_0xm및 D_0y1내지 D_0yn)를 통해 각각의 전자 방출 소자로 주사 신호 및 변조 신호를 인가하여, 전자가 그로부터 방출되도록 하였다. 다음으로, 수 kV 또는 그 이상의 높은 전압이 고전압 단자(87)를 통해 메탈백에 인가되어 전자 빔을 가속화했다. 다음으로, 빔은 형광 스크린에 대해 충돌하고, 스크린은 여기되어 광을 방출해서 화상을 표시했다.

결과적으로, 표시된 화상은 양호한 콘트라스트를 가지며, 이는 수 시간의 표시에도 변하지 않았다.

상술한 것처럼, 본 발명은 높은 전자 방출 효율을 갖는 전자 방출 소자 및 전자 소스를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 구동에 의한 전자 방출 특성의 경시적 변화가 매우 적은 전자 방출 소자 및 전자 소스를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 구동에 의한 방출 전류의 경시적인 저하가 적은 전자 방출 소자 및 전자 소스를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 고품위의 화상을 형성할 수 있는 화상 형성 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 휘도 및 콘트라스트의 경시적인 저하가 적은 화상 형성 장치를 제공할 수 있다.

Claims (19)

1. 전극들 사이에, 전자 방출부를 갖는 도전성막을 포함하는 전자 방출 소자를 제조하기 위한 방법에 있어서,

   상기 전극들 사이에 배치된 상기 도전성막에 간극부(gap)를 형성하는 단계; 및

   극성 또는 극성기(polar group)를 갖는 방향족 화합물을 가지며, 상기 방향족 화합물의 분압에 대한 물의 분압의 비가 100 이하인 분위기에서, 상기 전극들 사이에 전압을 인가하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 방향족 화합물의 분압에 대한 물의 분압의 비가 10 이하인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 방향족 화합물의 분압에 대한 물의 분압의 비가 0.1 이하인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 방향족 화합물의 분압에 대한 물의 분압의 비가 0.001 이하인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방향족 화합물은 시아노기(cyano group)를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방향족 화합물은 벤조니트릴(benzonitrile) 또는 p-톨루니트릴(tolunitrile)인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
7. 전극들 사이에, 전자 방출부를 갖는 도전성막을 포함하는 전자 방출 소자를 제조하기 위한 방법에 있어서,

   상기 전극들 사이에 배치된 상기 도전성막에 간극부를 형성하는 단계; 및

   습기(moisture)가 제거되고 극성 또는 극성기(polar group)를 갖는 방향족 화합물의 분위기에서, 상기 전극들 사이에 전압을 인가하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 방향족 화합물은 시아노기를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 방향족 화합물은 벤조니트릴 또는 p-톨루니트릴인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
10. 전극들 사이에, 전자 방출부를 갖는 도전성막을 포함하는 전자 방출 소자를 제조하기 위한 방법에 있어서,

    상기 전극들 사이에 배치된 상기 도전성막에 간극부를 형성하는 단계; 및

    습기가 제거된 챔버 내에서, 극성 또는 극성기를 갖는 방향족 화합물의 분위기에서 상기 전극들 사이에 전압을 인가하는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 방향족 화합물은 시아노기를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 방향족 화합물은 벤조니트릴 또는 p-톨루니트릴인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
13. 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 표면 전도형 전자 방출 소자인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
14. 기판 및 그 위에 배치된 복수의 전자 방출 소자를 포함하는 전자 소스를 제조하는 방법에 있어서,

    상기 전자 방출 소자는 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전자 소스 제조 방법.
15. 화상 형성 장치를 제조하는 방법에 있어서,

    기판 및 그 위에 배치된 복수의 전자 방출 소자를 포함하는 전자 소스, 및

    상기 전자 소스로부터의 전자 조사(irradiation)를 이용하여 화상을 형성하기 위한 화상 형성 부재를 포함하며,

    상기 전자 방출 소자는 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치 제조 방법.
16. 제5항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 표면 전도형 전자 방출 소자인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
17. 제6항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 표면 전도형 전자 방출 소자인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
18. 제7항 내지 9항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 표면 전도형 전자 방출 소자인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
19. 제10항 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 표면 전도형 전자 방출 소자인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.