KR100386798B1

KR100386798B1 - 전자 빔 장치와 화상 형성 장치

Info

Publication number: KR100386798B1
Application number: KR1020010069125A
Authority: KR
Inventors: 노무라이찌로; 야마노베마사또; 스즈끼히데또시; 다께다도시히꼬; 이와시끼다쯔야
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2003-06-09
Also published as: US20020101168A1; CA2126535C; EP0661725B1; AU6592794A; CN1066568C; ATE224097T1; US6348761B1; KR950020951A; DE69431341D1; CA2126535A1; EP0661725A1; CN1122049A; DE69431341T2; KR0153551B1; US6555957B1; KR100347282B1; US6459207B1

Abstract

대향 전극들 사이에 전자 방출 영역을 갖는 전자 방출 소자가 배치된 봉입부를 구비하는 전자 빔 장치에 있어서, 전자 방출 소자는 방출 전류가 소자 전압에 대해 고유하게 결정되는 특성을 나타낸다. 봉입부의 내부는 전자 방출 소자의 구조적 변화를 방지하기에 효과적인 분위기(atmosphere) 하에 유지된다. 화상 형성 장치는 전자원 및 화상 형성 부재가 배치되는 봉입부를 구비하고, 전자원은 상기 전자 방출 소자를 구비한다. 방출 전류는 방출되는 전자의 양의 변화가 매우 적으므로 안정하고, 선명한 화상이 높은 콘트라스트로 발생되며, 계조 제어가 용이하게 달성될 수 있다.

Description

전자 빔 장치와 화상 형성 장치{ELECTRON BEAM APPARATUS AND IMAGE-FORMING APPARATUS}

본 발명은 전자 빔 장치와, 이 전자 빔 장치가 이용되는 표시 장치 등의 화상 형성 장치에 관한 것이다.

지금까지, 열 전자원(thermal electron source)과 냉 음극 전자원(cold cathode electron source)이라는 두 가지 유형의 전자 방출 소자가 공지되어 있다. 냉 음극 전자원은 전계 방출형(이하 FE형이라 약칭함), 금속/절연층/금속형(이하 MIM이라 약칭함) 및 표면 전도형(이하 SCE이라 약칭함)등의 전자 방출 소자를 포함한다.

FE형 소자의 예는 첨단 전자 물리학, 8, 89 (1956), 더블류.피. 디크 돌란의 "전계 방출"과 응용 물리학 저널., 47, 5248 (1976), 씨.에이. 스핀트의 "몰리브데니움 콘(cone)을 사용한 박막 전계 방출 음극선의 물리적 성질"에 서술되어 있다.

MIM형 소자의 한 가지 예는 응용 물리학 저널., 32, 646 (1961), 씨.에이. 미드의 "터널 방출 증폭기"등에 서술되어 있다.

표면 전도형 전자 방출 소자의 한 가지 예는 엠.아이.엘린손의 무선 공학 전자 물리학., 10 (1965)에 서술되어 있다.

표면 전도형 전자 방출 소자는, 작은 면적을 갖는 박막이 기판 상에 형성되고 이 박막에 나란하게 전류가 인가될 때 그것으로 부터 전자가 방출되는 현상을 이용한다. 이와 같은 표면 전도형 전자 방출 소자에 대한 것과 같이, 예를 들면, 상술된 바와 같은 엘린손에 의한 SnO2의 박막을 이용하는 것, Au박막을 이용하는 것 [지. 디터 : "고체 박막", 9,317 (1972)], In2O3/SnO2의 박막을 이용하는 것 [엠.마트웰과 씨.지.폰스태드 : "IEEE 트랜잭션 ED 컨포런스", 519(1975)] 및 탄소박막을 이용하는 것 [히사시 아라끼 등 : "진공", Vol. 26, No. 1, p.22(1983)]등이 보고되고 있다.

이와 같은 표면 전도형 전자 방출 소자의 전형적인 구성으로서, 도 25는 상술한 논문에서 엠.마트웰이 제안한 소자의 구성을 도시한다. 도 25에서, 참조번호 (1)로 표시된 것은 절연 기판이다. 2는 예를 들면 H형태의 패턴으로 스퍼터링함으로써 형성된 금속 산화물 박막을 구비하는 전자 방출 영역을 형성하기 위한 박막이다. 전자 방출 영역(3)은 포밍(forming; 이하에 서술됨)이라고 하는 에너지 공급 공정에 의해 즉, 전류를 흘림으로써 형성된다. 4는 전자 방출 영역을 포함하는 박막이라고 불리울 것이다. 도면에서 L1과 W으로 가리켜진 치수는 각각 0.5 - 1mm과 0.1mm로 설정되어 있다. 전자 방출 영역(3)은 그 위치와 형태가 확실하지 않기 때문에 도식적으로 도시되어 있다.

이와 같은 표면 전도형 전자 방출 소자에서는, 박막(2)을 형성하는 전자 방출 영역이 전자의 방출을 시작하기 전에 전자 방출 영역(3)을 미리 형성하기 위해 포밍(forming)이라고 하는 에너지 공급 공정이 수행된다. "포밍"이라는 용어는 국부적으로 파괴, 변형 또는 성질을 바꿈으로써 전기적으로 고저항 상태로 변형된 전자 방출 영역(3)을 형성하기 위해 박막(2)을 형성하는 전자 방출 영역 양단에 예를 들면 1볼트/분의 속도로 매우 느리게 상승하는 전압 또는 DC전압을 인가하는 공정을 뜻한다. 전자 방출 영역(3)은 박막(2)을 형성하는 전자 방출 영역의 일부분에서 생성된 균열부분(crack) 근처로부터 전자를 방출한다.

형성 공정에 의해 형성된 전자 방출 영역(3)을 포함하는 전자 방출 영역 형성 박막(2)는 본 발명에서 전자 방출 영역을 포함하는 박막(4)으로 일컬어질 것이다. 형성 공정후의 표면 전도형 전자 방출 소자에서, 소자에 전류를 공급하기 위해 박막(4)을 포함하는 전자 방출 영역에 전압이 인가됨으로써, 전자 방출 영역(3)으로부터 전자가 방출된다.

상기 표면 전도형 전자 방출 소자는 구조가 간단하고 제조가 용이하므로, 큰 면적을 갖는 어레이에 다수의 소자가 형성될 수 있는 장점이 있다. 그래서, 이와 같은 장점을 이용하는 여러가지 응용이 연구되고 있다. 이와 같은 응용의 예는 충전된 빔원과 전자 빔 머시닝 장치와 같은 전자 빔 장치와 표시 장치이다.

다수의 표면 전도형 전자 방출 소자가 어레이로 형성되는 예로서, 소자의 양단이 어레이의 한 행을 형성하기 위해 각각의 리드에 의해 상호연결되어 있고 표면 전도형 전자 방출 소자가 나란하게 배열되어 있는 전자원이 있고, 어레이를 형성하기 위해 다수의 행이 배열되어 있다(일본 특허출원 공개 제 64-31332호를 참조). 화상 표시 소자와 같은 화상 형성 장치 분야에서, 특히, 액정을 사용하는 플랫형 표시 소자가 최근에 CRT 대신에 각광을 받고 있지만, 그들은 방출형이 아니고 백라이트(backlight) 또는 그와 같은 것을 필요로 하는 문제가 있다. 그래서 자기 발광형 표시장치의 연구가 요구되고 있다. 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자의 어레이를 갖는 전자원과 전자원으로부터 방출된 전자가 충돌할 때 가시광선을 복사(radiate)하는 형광재료가 서로 결합되어 표시 소자를 형성하는 화상 형성 장치는 비교적 제조가 용이하고 대형크기의 화면을 제공하면서 표시 질이 우수한 자기 발광 (self-luminous) 소자이다(즉, 미국 특허 제5,066,883호 참조).

다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 구비하는 종래의 전자원에서, 형광재료로 하여금 빛을 복사하게 하는 전자를 방출하는 바람직한 소자는, 나란히 배열된 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자의 양단 모두를 상호연결하는 배선(행 방향 배선이라고 함), 행 방향 배선에 수직인 방향(열 방향이라고 함)으로 놓이도록 형광재료 사이의 공간에 배치되어 있는 제어 전극(그리드라고 함), 및 행 방향 배선과 그리드에 인가된 적당한 구동 신호의 조합으로써 선택된다(일본 특허출원 공개 제1-283749호를 참조).

전자 방출 소자는 진공에서 처리되지만, 진공하에서 표면 전도형 전자 방출 소자의 전자 방출 특성의 세부사항은 아직 명확하지 않다.

지금부터 상술된 바와 같이 종래의 표면 전도형 전자 방출 소자 및 그것을 이용하는 화상 형성 장치에 유발된 문제에 대해 설명한다.

문제 1

만약 종래의 전자 방출 소자가 화상 형성 장치에서 또는 내부의 진공을 유지하기 위한 봉입부에서 놓여진채 구동되지 않는다면, 전자 방출 소자의 전기적 특성(전류-전압)은 변하고 소자로부터의 방출 전류가 일시적으로 증가된다. 방출 전류의 변화 속도는 소자가 구동되지 않는 동안인 시간 주기(즉, 대기시간) , 진공 분위기(vacuum atmosphere)(진공의 정도와 잔류 가스의 종류), 구동 전압 등에 달려 있다.

문제 2

종래의 전자 방출 소자에서, 만약 소자에 인가된 전압의 펄스 폭이 변한다면, 방출 전류가 변하고, 그래서 방출된 전자의 양을 펄스 폭으로 제어하기가 힘들다.

문제 3

종래의 전자 방출 소자에서, 만약 소자에 인가된 전압의 값이 변한다면, 그 전기적 특성이 변하고 또한 이에 대응하여 방출 전류가 변한다. 그래서 방출된 전자의 양을 전압 값으로 제어하기가 힘들다.

문제 4

문제 1을 갖는 종래의 전자 방출 소자가 화상 형성 장치에 사용될 때, 전자 빔의 세기가 변하기 때문에 형성된 화상의 명암과 선명도가 저하된다. 특히, 형성된 화상이 형광 화상일 때, 형광 화상의 밝기와 컬러가 변한다.

문제 5

문제 2와 3을 갖는 종래의 전자 방출 소자가 화상 형성 장치에 사용될 때, 소자에 인가된 전압과 펄스 폭으로 전자 빔의 세기를 제어하기가 힘들기 때문에 형성된 화상을 계조적으로 제어하기가 힘들게 된다. 특히, 형성된 화상이 형광 화상일 때, 형광 화상의 밝기와 컬러를 제어하기가 힘들다.

상술된 문제에 비추어, 본 발명의 목적은 소자가 구동되지 않는 동안의 시간 주기(즉, 대기시간)와 진공 분위기에 따라 방출된 전자의 양이 극히 적게 변하면서 방출 전류가 안정한 전자 방출 소자와 전자 빔 발생 회로를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 명암도가 높고 선명한 화상을 발생할 수 있는 화상 형성 장치 특히, 밝기가 적게 변하는 발광 화상을 형성할 수 있는 화상 형성 장치를 제공하는것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 제어를 계조적으로 수행할 수 있는 화상 형성 장치 특히, 발광 화상의 밝기와 컬러를 제어하기가 용이한 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 이하에 요약된 본 발명에 의해 달성된다.

본 발명의 한 특성에 따르면, 대향 전극들 사이에 전자 방출 영역을 갖는 전자 방출 소자가 배치된 봉입부를 구비하는 전자 빔 장치가 제공되는 데, 여기서 상기 전자 방출 소자는 방출 전류가 소자 전압에 대해 고유하게(uniquely) 결정되는 특성을 나타낸다.

본 발명의 다른 특성에 따르면, 대향 전극들 사이에 전자 방출 영역을 갖는 전자 방출 소자가 배치된 봉입부(enclosure)를 구비하는 전자 빔 장치가 제공되는 데, 여기서 상기 봉입부의 내부는 전자 방출 소자가 구조적으로 변하는 것을 방지하기 위한 분위기하에서 유지된다.

본 발명의 또 다른 특성에 따르면, 전자원과 화상 형성 부재가 배치되어 있는 봉입부를 구비하는 화상 형성 장치가 제공되는 데, 상기 장치는 입력 신호에 응답하여 화상을 발생하고, 상기 전자원은 대향 전극들 사이에 전자 방출 영역을 갖는 전자 방출 소자를 구비하고, 상기 전자 방출 소자는 방출 전류가 소자 전압에 대해 고유하게 결정되는 특성을 나타낸다.

본 발명의 또 다른 특성에 따르면, 전자원과 화상 형성 부재가 배치되어 있는 봉입부를 구비하는 화상 형성 장치가 제공되는 데, 상기 장치는 입력 신호에 응답하여 화상을 발생하고, 상기 전자원은 대향 전극들 사이에 전자 방출 영역을 갖는 전자 방출 소자를 구비하고, 상기 봉입부의 내부는 전자 방출 소자의 구조적 변형을 방지할 수 있는 분위기 하에서 유지된다.

도 1a와 도 1b는 본 발명의 실시예와 예(1 내지 3)에 따른 플래너형 표면 전도형 전자 방출 소자의 개략도.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예와 예(1 내지 3)에 따른 표면 전도형 전자 방출 소자의 연속하는 제조 공정 단계를 도시하는 단면도.

도 3은 본 발명에 사용하기 위한 측정 장치의 개략도.

도 4a와 도 4b는 파형의 형성을 도시하는 도표.

도 5는 소자 전류와 방출 전류의 활성화 공정 시간에 대한 의존성을 도시하는 그래프.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 표면 전도형 전자 방출 소자의 개략도.

도 7은 약 1x10^-6Torr정도의 진공하에서 전형적인 I-V특성을 도시하는 그래프.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 표면 전도형 전자 방출 소자에서 방출 전류 대 소자 전압(I-V 특성)을 도시하는 그래프.

도 9는 본 발명의 실시예와 예(4)에 따른 단일 매트릭스 어레이를 도시하는 것으로 전자원 기판에 대한 개략도.

도 10은 본 발명의 실시예와 예(4)에 따른 화상 형성 장치의 개략도.

도 11a와 도 11b는 본 발명의 실시예와 예(4)에 따른 화상 형성 장치의 형광 막에 대한 도면.

도 12은 예(4)에 따른 전자원 기판을 도시하는 개략 평면도.

도 13은 예(4)에 따른 전자원 기판을 도시하는 개략 평면도에서 A-A'선을 따라 절취한 단면도.

도 14a 내지 도 14d 및 도 15e 내지 도 15h는 예(4)에 따른 전자원 기판의 연속하는 제조 공정 단계를 도시하는 단면도.

도 16은 예(5)에 따른 표시 장치의 블럭도.

도 17 및 도 18은 예(6)에 따른 화상 형성 장치용 전자원 기판을 도시하는 개략도.

도 19와 도 22는 예(6)에 따른 화상 형성 장치의 패널 구성에 대한 사시도.

도 20과 도 23은 예(6)에 따른 화상 형성 장치를 구동시키기 위한 전자 회로의 블럭도.

도 21의 (a) 내지 도 21의 (f)와 도 24의 (a) 내지 도 24의 (i)는 예(6)에 따른 화상 형성 장치의 동작을 설명하는 타이밍도.

도 25는 종래의 표면 전도형 전자 방출 소자를 도시하는 개략도.

도 26은 종래의 표면 전도형 전자 방출 소자에서 대기 시간에 따른 방출 전류의 변화를 도시하는 그래프.

도 27은 종래의 표면 전도형 전자 방출 소자에서 펄스폭에 따른 방출 전류의 변화를 도시하는 그래프.

도 28은 종래의 표면 전조 전자 방출 소자에서 방출 전류 대 소자 전압(즉,소자 전압에 따른 방출 전류의 변화)의 특성을 도시하는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 기판

2, 4 : 박막

3 : 전자 방출 영역

5, 6 : 소자 전극

21 : 계단 형성부

30, 32 : 전류계

31 : 전원

34 : 애노드 전극

81 : 전자원 기판

82 : X방향 배선

83 : Y방향 배선

84 : 표면 전도형 전자 방출 소자

85 : 연결 리드

91 : 배면판

92 : 지지용 프레임

93 : 유리 기판

94 : 형광막

95 : 금속 후면

96 : 전면 판

98 : 봉입부

101 : 전도체

102, 103 : 형광 물질

142 : 접촉 구멍

1000 : 표시 패널

1001 : 디코더

1002 : 직/병렬 변환 회로

1003 : 라인 메모리

1004 : 변환 신호 발생 회로

1005 : 타이밍 제어 회로

1006 : 주사 신호 발생 회로

오랜시간 동안 집중적으로 연구한 결과, 본 발명자는 주로 표면 전도형 전자 방출 소자 표면의 상에 존재하는 유기 재료 양과 소자 둘레의 진공 분위기의 변화로 인해 방출 전류와 소자 전류가 변한다는 것과, 탄소 화합물 특히, 유기 재료의 부분적인 압력을 낮게 함으로서 특히 가능한 한 낮게 함으로써 방출 전류와 소자 전류를 변화시키지 않고 안정한 전자 방출 특성이 달성된다는 것에 기초하여 본 발명을 달성하였다.

본 발명의 바람직한 실시예는 이하에 서술될 것이다.

본 발명은 전자원과 화상 형성 장치의 응용은 물론, 표면 전도형 전자 방출 소자, 전자원 및 표면 전도형 전자 방출 소자를 이용하는 화상 형성 장치에 대한 신규한 구조및 제조 공정에 관한 것이다.

표면 전도형 전자 방출 소자의 기본 구조는 플래너형(planar type)과 수직형(vertical type)으로 나뉘어진다.

도 1a과 도 1b은 각각 본 발명에 따른 표면 전도형 전자 방출 소자의 기본 구조를 도시하는 평면 및 단면도이다. 본 발명에 따른 소자의 기본 구조에 대해서는 기술되지 않을 것이다.

도 1a과 도 1b에서, 참조번호 1로 명시된 것은 기판이고, 5와 6은 소자 전극이며, 4는 전자 방출 영역을 포함하는 박막이고 3은 전자 방출 영역이다.

기판(1)은 예를 들면, 석영 유리 즉, Na과 같은 적은 양의 불순물을 갖는 유리, 소다 석회 유리 및 스퍼터링에 의해 그 위에 적층된 SiO₂를 갖는 소다 석회 유리로 만들어진 유리 기판 또는 알루미나로 만들어진 세라믹 기판일 수 있다.

대향 관계로 배열된 소자 전극(5,6)은 전도성을 갖는 임의의 재료로 만들어질 수 있다. 전극 재료의 예는 Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu 및 Pd 또는 그 합금과 같은 금속이고, 프린팅된(printed) 전도체는 Pd, Ag, Au, RuO₂및 Pd-Ag 또는 그 산화물, 유리등과 같은 금속, In₂O₃와 같은 투명 전도체 및 다결정 실리콘과 같은 반도체를 구비한다.

소자 전극 간의 간격(L1)은 수백 Å 내지 수백 마이크론 범위이고, 소자 전극의 제조 공정 즉, 노출 머신과 에칭 방법의 성능과, 소자 전극 사이에 인가된 전압과 전자를 방출할 수 있는 전계의 세기와 같은 소자 변수에 대한 기초한 포토리소그래피 기술에 따라 정해진다. 바람직하게, 간격(L1)은 몇 마이크론 내지 수십 마이크론 범위이다.

소자 전극(5,6)의 길이(W1)와 막 두께(d)는 전극의 저항값, 상술된 바와 같은 X-와 Y-방향 배선 연결, 및 전체 전자빔을 형성하는 다수의 소자의 배열에 있어서의 문제를 고려하여 적절하게 설계된다. 종종, 소자 전극의 길이(W1)는 몇 마이크론 내지 수백 마이크론 범위이고, 소자 전극(5, 6)의 막 두께(d)는 수백 Å 내지 몇 마이크론 범위이다.

기판(1) 상에 배치된 대향하는 소자 전극(5,6) 사이 및 소자 전극(5,6) 상에 배치된 전자 방출 영역을 포함하는 박막(4)은 전자 방출 영역(3)을 포함한다. 전자 방출 영역을 포함하는 박막(4)은 도 1b에 도시된 구조에만 한정되는 것이 아니고, 소자 전극(5,6) 모두 위에 배치되지 않아도 된다. 이 경우는 박막(2)을 형성하는 전자 방출 영역과 대향 소자 전극(5,6)이 절연 기판(1) 상에 순서대로 적층될 때 생기는 결과이다. 선택적으로, 대향 소자 전극(5,6) 간의 전체 영역은 제조 공정에 따라 전자 방출 영역으로서의 기능을 할 수 있다. 전자 방출 영역을 포함하는 박막(4)은 바람직하게 몇 Å 내지 수천 Å, 바람직하게는 10 Å 내지 500 Å 범위의 두께를 갖는다. 막 두께는 소자 전극(5,6) 위의 스텝 커버리지(step coverage), 전자 방출 영역(3)과 소자 전극(5,6) 간의 저항값, 전자 방출 영역(3)의 분말 크기의 전도성 미세 입자, 및 에너지 공급 공정(이하에 기술함) 조건 등을 고려하여 적절하게 정해진다. 전자 방출 영역을 포함하는 박막(4)은 103 내지 107 Ω/□의 시트 저항값을 갖는다.

전자 방출 영역을 포함하는 박막(4) 재료의 특수한 몇 가지 예는, Pd, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W 및 Pb와 같은 금속, PdO, SnO₂, In₂O₃, PbO, Sb₂O₃와 같은 산화물, HfB₂, ZrB₂, LaB₆, CeB₆, YB₄및 GdB₃와 같은 붕화물, TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC 및 Wc와 같은 탄화물, TiN, ZrN, HfN과 같은 질화물, Si와 Ge와 같은 반도체, 탄소, AgMg 및 NiCu이다. 박막(4)은 우수한 전자 방출 특성을 제공하기 위해 바람직하게 미세한 입자의 막이다.

본 발명에서 사용된 "미세 입자 막"이라는 용어는 함께 응집된 다수의 미세 입자를 포함하는 막을 뜻하며, 미세한 입자가 개별적으로 분포되어 있을 뿐아니라 인접하거나 또는 서로 겹쳐있는(아일런드 상태(island state)를 포함) 미세구조(microstructures)를 갖는 막을 포함한다. 미세 입자의 그레인 크기는 수 Å 내지 수천 Å, 바람직하게 10 Å 내지 200 Å 범위이다.

전자 방출 영역(3)은 바람직하게 수 Å 내지 수천 Å, 바람직하게 10 Å 내지 500 Å 범위의 그레인 크기를 갖는 다수의 전도성 미세 입자로 만들어진다. 전자 방출 영역(3)의 두께는 전자 방출 영역을 포함하는 박막(4)의 두께와 에너지 공급 공정(이하에 서술됨)의 조건을 포함하는 제조공정에 달려있고, 적절한 범위로 정해진다. 전자 방출 영역(3)의 재료는 후술하는 박막 재료의 각 구성요소에 대한 전자 방출 영역을 포함하는 박막(4)의 재료 일부 또는 전부와 동일하다.

지금부터 본 발명의 표면 전도형 전자 방출 소자의 다른 유형으로 수직형 표면 전도형 전자 방출 소자에 대해 기술된다. 도 6은 본 발명에 따른 수직형 표면 전도형 전자 방출 소자의 기본 구조를 도시하는 개략도이다.

도 6에서, 기판(1), 소자 전극(5,6), 전자 방출 영역을 포함하는 박막(4) 및 전자 방출 영역(3)은 상술한 플래너형 표면 전도형 전자 방출 소자에 대해 사용된 것과 동일한 재료로 만들어진다. 계단 형성부(21)는 진공 증착, 프린팅, 스퍼티링등과 같은 것에 의해 SiO₂와 같은 절연재료로 형성된다. 계단 형성부(21)의 두께는 상술한 플래너형 표면 전도형 전자 방출 소자의 소자 전극 사이의 간격(L1)에 대응한다. 계단 형성부의 제조 공정, 소자 전극 사이에 인가된 전압과 전자를 방출할 수 있는 전계의 세기에 따라, 계단 형성부(21)의 두께는 보통 수 십 나노미터 내지 수십 마이크론 양호하게는 수십 나노미터 내지 수 마이크론 범위로 정해진다.

전자 방출 영역을 포함하는 박막(4)이 소자 전극(5,6)과 계단 형성부(21)를 제조한 후 형성되기 때문에, 박막(4)은 소자 전극(5,6) 상에 적층된다. 비록 도 6에 전자 방출 영역(3)이 선형인 것으로 도시되었지만, 영역(3)의 형태와 위치는 예시된 것에만 한정되는 것이 아니라, 제조 조건, 형성 공정에서의 에너지 공급 조건등에 달려 있다.

비록 전자 방출 영역을 포함하는 전자 방출 소자가 여러가지 방법으로 제조될 수 있지만, 그 제조 공정의 일예가 도 2에 도시되어 있다. 도 2의 참조번호(2)는 예를 들면 미세한 입자의 막으로 형성된 전자 방출 영역을 가리키고 있다는 것에 유의한다.

제조 공정은 도 1a과 도 1b 및 도 2a 내지 도 2c을 참조하여 순서대로 이하에 기술된다.

1) 절연 기판 (1)을 세제, 맑은 물 및 유기 용제로 충분히 세척한다. 그 후, 소자 전극 재료를 진공 증착, 스퍼터링 또는 소정의 다른 적절한 방법으로 기판(1) 상에 침착시킨다. 다음에, 포토리소그래피 기술(도 2a)에 의해 소자 전극(5,6)을 절연 기판(1)의 표면 상에 형성한다.

2) 절연 기판(1) 상에 제공된 소자 전극(5, 6) 사이에는, 소자 전극(5, 6)이 형성된 절연 기판(1) 상에 유기 금속 용액을 코팅하여 이 코팅을 계속 방치함으로써 유기 금속 박막이 형성된다. 유기 금속 용액은 주요한 원소로서 Pd, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W 및 Pb와 같은 소정의 상술한 금속을 포함하는 유기 화합물의 용액이다. 이 후, 유기 금속 박막은 베이킹을 위해 가열되어 박막(2)를 형성하는 전자 방출 영역을 형성하도록 리프트-오프(lift-off) 또는 에칭함으로서 패턴화된다(도 2b). 유기 금속 박막이 유기 금속 용액을 내부에 코팅함으로써 형성되지만, 이 형성 방법은 코팅에 한정되지 않으며, 유기 금속 박막은 진공 증착, 스퍼터링, 화학적 기상 성장법, 확산 코팅, 디핑(dipping) 및 스피닝(spinning)와 같은 소정의 다른 방법으로 형성될 수 있다.

3) 다음에, 포밍이라 불리는 에너지 공급 공정은 전원(도시되지 않음)으로부터 소자 전극(5 및 6) 사이에 펄스형 전압을 인가함으로써 수행된다. 이로 인해, 전자 방출 영역 형성 박막(2)은 전자 방출 영역(3)을 형성하도록 그 구조가 국부적으로 변경된다(도 2c). 에너지 공급 공정에 의해 변형 또는 변성되어 구조가 국부적으로 파괴되는 전자 방출 영역 형성 박막(2)의 일부는 전자 방출 영역(3)으로 칭한다. 상술한 바와 같이, 본 발명자는 전자 방출 영역(3)을 관찰함으로써 영역(3)이 전도성 미세 입자들로 이루어진다는 것을 발견하였다.

포밍 공정 또는 활성화 공정과 같은 전기적인 공정은 도 3에 도시된 측정(평가) 장치에서 실행된다. 이 측정 장치를 이하에 설명하겠다.

도 3은 도 1에 도시한 바와 같이 구성된 소자의 전자 방출 특성을 측정하기 위한 측정 장치의 개략도이다. 도 3에서, 1은 기판, 5 및 6은 소자 전극, 4는 전자 방출 영역을 포함하는 박막, 및 3은 전자 방출 영역이다. 또한, 31은 소자에소자 전압(Vf)을 인가하는 전원, 30은 소자 전극(5 및 6) 사이에 전자 방출 영역을 포함하는 박막(4)를 통해 흐르는 소자 전류(If)를 측정하기 위한 전류계(ammeter), 34는 소자의 전자 방출 영역(3)으로부터 방출된 방출 전류(Ie)를 포획하기 위한 애노드 전극, 33은 애노드 전극(34)에 전압을 인가하기 위한 고전압 전원, 및 32는 소자의 전자 방출 영역(3)으로부터 방출된 방출 전류(Ie)를 측정하기 위한 전류계이다.

전자 방출 소자의 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)를 측정하기 위해서, 전원(31) 및 전류계(30)는 소자 전극(5, 6)에 연결되고, 애노드 전극(34)은 전원(33)에 연결되며 전류계(32)는 전자 방출 소자 상에 배치된다. 전자 방출 소자 및 애노드 전극(34)은 진공 펌프 및 진공 게이지와 같이 부수적으로 필요한 유니트(도시되지 않음)로 제공되는 진공 장치내에 배치되므로, 소자는 소정의 진공하에서 측정되고 평가된다. 진공 펌프는 터보(turbo) 펌프 및 회전 펌프로 구성되는 표준 고진공 장치 시스템을 포함하며, 초 진공 장치 시스템은 흡착(sorption)펌프와, 진공으로 하기 위해 오일을 사용하는 이온 펌프를 포함하는 데, 이들 2개의 시스템은 선택적으로 전환된다. 더욱이, 진공 장치 내의 잔류 가스를 측정하기 위해 4배 질량 분광계(도시 없음)가 설치된다. 모든 진공 장치 및 전자원 기판은 가열기(도시되지 않음)에 의해 200 ℃까지 가열될 수 있다.

보통 애노드 전극에 인가된 전압을 1 kV 내지 10 kV의 범위가 되도록 설정함으로써 측정이 수행되며, 애노드 전극과 전자 방출 소자 사이의 간격(H)은 2mm 내지 8 mm 범위이다.

포밍 공정은 그 펄스 최대 값이 일정하게 유지되는 전압 펄스 또는 그 펄스 최대 값이 증가하는 전압 펄스를 인가함으로써 실행된다. 펄스 최대 값이 일정하게 유지되는 전압 펄스를 인가하는 경우에 사용된 전압 파형은 도 4a에 도시되어 있다.

도 4a에서, 전압 파형의 펄스 폭 및 간격을 나타내는 T1 및 T2는 1 마이크로초 내지 10 밀리초와 10 마이크로초 내지 100 밀리초의 범위로 각각 설정된다. 삼각파의 최대 값(즉, 포밍 동안의 최대 값)은 적절히 선택된다. 포밍 공정은 약 10^-5Torr 내지 10^-6Torr의 진공 분위기 하에서 수행된다.

펄스 최대 값이 증가하는 전압 펄스를 인가하는 경우에 사용된 전압 파형이 도 4b에 도시되어 있다.

도 4b에서, 전압 파형의 펄스 폭 및 간격을 나타내는 T1 및 T2는 1 마이크로초 내지 10 밀리초 및 10 마이크로초 내지 100 밀리초의 범위로 각각 설정된다. 예를 들면, 삼각파의 최대 값(즉, 형성하는 동안의 최대 값)은 0.1 V만큼 증가한다. 포밍 공정은 진공 분위기 하에서 수행된다.

예를 들면, 전자 방출 영역 형성 박막(2)을 국부적으로 파괴하거나 변형시키지는 않는 약 0.1 V의 전압을 인가하고, 펄스 간격(T2) 동안 소자 전류를 측정한 결과 저항 값이 약 1 M Ω을 초과할 때, 또는 소자로부터 전자를 실질적으로 방출하기 위해 인가되는 구동 전압까지 전압이 더 증가된 후에 포밍 공정은 종료된다. 포밍 공정은 둘 중 어떤 방법으로도 종료될 수 있다. 저항 값이 1 M Ω을 초과하는 전압을 포밍 전압(Vform)이라 칭하기로 한다.

비록 포밍 공정이 전자 방출 영역을 형성하는 상술한 단계에서 소자 전극 사이에 삼각파를 인가함으로써 수행되지만, 소자 전극 사이에 인가된 펄스는 삼각 파형에 제한되지 않고 구형 파형과 같은 소정의 다른 파형일 수 있다. 또한, 펄스의 최대 값, 폭 및 간격은 상술한 값에 제한되는 것이 아니라, 전자 방출 영역이 만족스럽게 형성되는 한 전자 방출 소자 등의 저항 값에 따라 소정의 값으로 선택될 수 있다.

4) 포밍 공정 후에, 양호하게는 소자는 소위 활성화 처리(activating process)를 할 수 있다. 활성화 처리는 정전압의 최대 값을 갖는 펄스가 포밍 처리에서와 같이 소자에 반복적으로 인가되는 처리를 의미하지만, 예를 들어 약 10^-4내지 10^-5Torr 정도의 진공 하에서 처리된다. 활성화 공정으로 인해, 진공 내에 존재하는 유기 재료로부터 탄소 및/또는 탄소 화합물이 침착되어 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)가 크게 변경된다.

특히, 활성화 공정은 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)를 측정하는 동안 수행되며, 방출 전류(Ie)가 포화될 때 종료된다. 도 5는 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)가 활성화 처리의 시간에 의존하는 예를 도시한다.

활성화 처리의 결과, 이 때의 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)의 시간 의존성 및 포밍 공정에 의해 변형되고 변성된 박막 근처에 형성된 코팅 막의 상태는 진공의 정도, 소자에 인가된 펄스 전압 등에 따라 변한다.

활성화 처리에서 인가된 전압은 종종 포밍 전압(Vform) 보다 큰 전압인 최대 값으로 설정된다. 예를 들면, 실제로 소자를 구동하기 위해 인가된 전압 근처의 값으로 설정된다.

FESEM 및 TEM에 의해 활성화 처리된 후, 소자의 표면 상태를 관측하면 포밍 처리에 의해 변형되어 변성된 영역(3)의 일부 및 주위 상에 탄소 및 탄소 화합물이 침착된 것으로 나타났다. 더 크게 확대해서 관측하면 탄소 및/또는 탄소 화합물은 미세 입자들 상에 그리고 주위에도 침착된 것으로 나타났다. 더욱이, 대향하는 소자 전극 사이의 간격에 따라, 임의 경우에는 탄소 및 탄소 화합물이 소자 전극상에 침착되었다. 침착막의 두께는 양호하게는 500 Å 이하, 더 양호하게는 300 Å 이하이다.

활성화 공정 중에 침착된 탄소 및 또는 탄소 화합물은 TEM 및 라만(Raman) 분광 광도계를 사용하여 분석한 결과 흑연(단결정과 다결정 형태를 포함) 및 비정질 탄소(비정질 탄소 및 다결정 흑연의 혼합물을 포함)로서 식별된다.

인가된 전압이 포밍 공정 중에 구동 전압 가까이 증가될 때, 활성화 공정은 필요없을 수 있다.

5) 이렇게 제조된 전자 방출 소자는 포밍 공정 및 활성화 공정에서 보다 높은 진공 분위기 하에서 구동된다. 여기서, 포밍 공정 및 활성화 공정에서 보다 높은 진공 분위기는 약 10^-6Torr 이상의 진공 분위기를 의미하고, 양호하게는 탄소 및/또는 탄소 화합물이 감지할 수 있을 정도의 양만큼 새롭게 침착되지 않는 정도의 진공 분위기인 초 고진공 분위기이다.

따라서, 탄소 및/또는 탄소 화합물이 침착되는 것을 더욱 억제시킬 수 있기 때문에 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)가 일정 레벨로 안정화된다.

상술한 바와 같이 구성되고 제조된 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 기본 특성은 도 7을 참조하여 이하에 서술된다.

도 7은 도 3에 도시한 측정 장치에 의해 정상적인 동작의 전압 범위에서 측정된 방출 전류(Ie)와 소자 전류(If)와 소자 전압(Vf) 간의 관계에 대한 전형적인 예를 도시한다. 도 7의 그래프는 방출 전류(Ie)가 소자 전류(If) 보다 훨씬 작기 때문에 임의의 단위로 도시되었다는 것을 유의한다. 도 7로부터 명확한 바와 같이, 본 발명의 전자 방출 소자는 방출 전류(Ie)와 관련하여 3가지 특성을 갖는다.

첫째, 소정의 값(도 7에서 임계 전압(Vth)이라 함)보다 더 큰 소자 전압이 인가될 때 방출 전류(Ie)는 갑자기 증가하지만, 임계 전압(Vth) 이하에서는 두드러지게 검출되지 않는다. 그러므로, 본 발명의 소자는 방출 전류(Ie)에 대해 일정한 임계 전압(Vth)를 갖는 비선형 소자이다.

둘째, 방출 전류(Ie)는 소자 전압(Vf)에 의존하므로, 방출 전류(Ie)는 소자 전압(Vf)에 의해 제어될 수 있다.

셋째, 애노드 전극(34)에 의해 포획된 방출 전하는 소자 전압(Vf)이 인가되는 동안의 시간에 의존한다. 그러므로, 애노드 전극(34)에 의해 포획된 전하의 양은 소자 전압(Vf)이 인가되는 동안 시간에 따라 제어될 수 있다.

다른 한편, 소자 전류(If)는 소자 전압(Vf)(도 7에 실선으로 나타냄)에 대해단조롭게 증가하는 특성(MI 특성이라 함)을 나타내거나, 소자 전압(Vf)에 대해 전압이 제어된 부성 저항 특성(VCNR 특성이라 함)을 나타낸다. 소자 전류의 이러한 특성은 제조 공정, 측정 조건 등에 의존한다. VCNR 특성이 나타나는 경계 전압은 Vp로 주어진다. 특히, 소자가 표준 진공 장치 시스템 내에서 포밍 처리될 때 소자 전류(If)의 VCNR 특성이 나타나고, 포밍 공정에서의 전기적 조건과 진공 장치 시스템의 분위기 조건 뿐아니라 포밍 처리되는 전자 방출 소자를 측정하는 데 사용된 진공 장치 시스템의 진공 분위기 조건, 전기적 측정 조건[예를 들어, 전자 방출 소자의 전류-전압 특성을 얻기 위하여 소자에 인가된 전압이 낮은 값에서 높은 값으로 소사(掃射)되는 소사율(sweep rate)], 및 전자 방출 소자가 진공 장치내의 대기 상태로 남는 동안의 시간에 따라 크게 변화된다는 것을 알았다. 소자 전류가 VCNR 특성을 나타낼 때, 방출 전류(Ie)도 MI 특성을 나타낸다.

예를 들면, 일본국 특허 출원 공개 제1-279542호에 기술되어 있는 바와 같이, 표준 진공 장치 시스템 내에서 소자를 포밍 처리하는 경우에, 소자에 인가된 전압이 낮은 값에서 높은 값으로 비교적 빠르게 소사될 때, 이제까지 소자 전류(If)의 특성은 단조롭게 증가하는 것으로 관찰되었다. 그러나, 합성 전류 값은 초 고진공 시스템에서 포밍 처리된 소자의 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)의 값과는 다르기 때문에 소자의 상태는 2가지 경우 모두 사이에서 다르다고 가정된다.

종래의 표면 전도형 전자 방출 소자의 특성을 이하에 설명하겠다. 전자 방출 소자는 종종 회전 펌프 및 터보 펌프와 같은 배기 장치를 사용하여 약 1 x 10^-5의 진공도로 진공 장치를 탈기시킨 후에 구동된다.

도 26은 종래의 전자 방출 소자가 구동되지 않을 때 결과적인 대기 시간(이 특성은 "대기 시간 의존 변화"로 칭함)에 따른 방출 전류(Ie) 및 소자 전류(If)의 변화를 개략적으로 도시한 것이다. 절대 값이 다르더라도, 방출 전류 및 소자 전류는 거의 비슷하게 변화된다.

도 26으로부터 명백한 바와 같이, 방출 전류 및 소자 전류는 각각 대기 시간(T) 이후에 일시적으로 증가된 후, 수 초 내지 수 분의 시상수 후 대기 이전의 값으로 복귀한다. 일시적인 증가(Is-I)의 크기는 대기 시간, 진공도, 진공 내에 존재하는 잔류 가스, 및 소자 구동 전압과 같은 여러가지 조건에 의존하고, 약 50 % 정도일 수 있다. 일반적으로, 전자 방출 소자로부터 방출된 전자의 양은 소자에 인가된 전압의 폭 또는 전압 값을 변화시킴으로써 변화되고 변조될 수 있다.

도 27은 종래의 표면 전도형 전자 방출 소자에서 방출 전류와 펄스 폭 간의 관계를 개략적으로 도시한 것이다. 도 27로부터 명백한 바와 같이, 방출 전류는 펄스 폭이 좁아짐에 따라 증가된다. 그러므로, 종래의 표면 전도형 전자 방출 소자에 있어서, 방출된 전자의 양은 펄스 폭에 비례하지 않으므로 제어되기 어렵다(이 특성은 "펄스 폭 의존 변화"로 칭함).

도 28은 종래의 표면 전도형 전자 방출 소자에서 방출 전류와 소자 전압 간의 관계를 개략적으로 도시한 것이다. 예시적인 방출 전류 대 소자 전압(즉, Ie-Vf 특성) 특성은 방출 전류가 포화될 때까지 소자에 100 밀리초 이하의 펄스 폭으로 삼각 전압을 계속적으로 인가함으로써 달성된다. 도 28에서, 방출 전류가 포화될 때까지 소자에 14V의 전압을 인가할 때의 결과인 Ie-Vf 특성이 도시되어 있고, 방출 전류가 포화될 때까지 소자에 12V의 전압을 인가할 때의 결과인 Ie-Vf 특성이 도시되어 있다.

도 28로부터 분명한 바와 같이, 방출 전류 대 소자 전압의 특성은 소자 전압에 따라 변하기 때문에 제어되기 어렵다. 이러한 변화는 소자 전압 의존 변화에 동일하게 적용된다.

본 발명은 상기 종래의 특성들을 참조하여 이루어졌다. 다시 말하면, 발명자는 방출 전류(Ie) 및 소자 전류(If)가 전자 방출 소자의 표면 상 및 소자 주위의 진공 분위기에 존재하는 유기 재료 양의 변화로 인해 변화된다는 것과, 방출 전류(Ie) 및 소자 전류(If)는 유기 재료의 분압을 가능한 한 낮게 감소시킴으로써 변화없이 소자 전압에 관해 거의 고유하게(uniquely) 결정되며 정상적인 동작 동안 전압 범위에서 단조 증가(MI) 특성을 나타낸다는 것을 처음 발견하였다. 여기서, 진공 분위기는 내부의 진공을 유지하기 위한 봉입부(또는 진공 장치)의 분위기에 동일하다.

또한, 방출 전류와 소자 전류의 변화는 소자의 제조 공정에 의존한다는 것을 발견하였다. 정상적인 동작 동안의 전압 범위는 전자 방출 소자의 재료, 구조 및 다른 특징에 따라 설정되며, 전자 방출 소자가 전계, 열 등에 의해 파괴되지 않는 범위를 의미한다.

그러므로, 발명자는 표준 진공 장치에서 동작될 때 다양한 종류의 불안정성을 갖는 전자 방출 소자가 초 고진공 시스템에 의해 탈기된 진공 장치에서 동작할 때, 극히 적은 상기 대기 시간 의존 변화, 펄스 폭 의존 변화 및 소자 전압 의존 변화를 갖는 전자 방출 특성을 나타낸다는 것을 발견하였고, 전자 방출 소자의 소자 전류는 상술한 일본국 특허 출원 공개 공보 제1-279542호에 개시된 전자 방출 소자와는 달리 전압 소사율과 같은 측정 조건에 의해 거의 영향을 받지 않는다는 것을 발견하였다.

질량 분광계로서 특성의 변화 원인을 연구한 결과, 진공 장치의 유기 재료의 분압은 양호하게는 1 x 10^-8Torr 이하이고, 더 양호하게는 1 x 10^-10Torr 이하이다. 또한, 진공 장치의 압력은 양호하게는 5 x 10^-6Torr 이하이고, 더 양호하게는 1 x 10^-7Torr 이하이며, 가장 양호하게는 1 x 10^-8Torr 이하이다. 진공 장치를 탈기시키기 위한 진공 배기장치는 장치로부터 발생되는 오일(oil)에 의해 소자 특성이 영향을 받지 않도록 오일을 사용하지 않는 유형이 바람직하다. 실제로 적합한 진공 배기 장치는, 예를들어, 흡착 펌프와 이온 펌프를 포함한다. 초 고진공 배기 시스템으로서 진공 장치를 탈기시킬 때, 소자 표면 상 및 진공 장치 상에 흡수된 유기 재료가 용이하게 배기되기 때문에 전자 방출 소자 및 진공 장치를 가열하면서 배기하는 것이 특히 양호하다. 가열 조건은 양호하게는 5시간 또는 그 이상으로 80 ℃ 내지 200 ℃의 온도 범위에서 설정되지만 이들 값에 제한되지는 않는다. 유기 재료의 분압은 주로 탄소와 수소로 구성된 유기 분자의 분압을 측정한 다음 측정된 분압을 가압함으로써 결정되며, 질량 분광계를 사용하여 분석한 결과 10 내지 200의 질량을 갖는다.

도 8은 상술한 본 발명의 표면 전도형 전자 방출 소자의 방출 전류와 소자 전압 간의 관계를 도시한다.

도 8로부터 명백한 바와 같이, 방출 전류는 소자 전압에 관하여 거의 유일하게 결정된 단조 증가(MI) 특성을 갖는다.

종래의 전자 방출 소자에서 상술한 여러가지 종류의 불안정성은 소자의 제조후 소량으로 존재하는 유기 분자에 의해 변화된 후 전자 방출 영역에서 관찰된 흑연 및 비정질 탄소의 미세 구조, 또는 유기 분자와 이의 변성된 물질이 전자 방출 특성에 흡수된 것에 기인한다. 그러므로, 매우 안정한 특성을 갖는 전자 방출 소자는 특성 변화에 원인이 있는 이러한 유기 재료를 제거함으로써 달성된다.

상술한 특성 변화의 원인은 유기 재료에 제한되지 않고, 소정의 탄소 화합물에 의해 이와 유사한 특성 변화가 유발될 수 있다.

충분히 상술한 바와 같이, 본 발명의 전자 방출 소자는 그 전자 방출 특성이 대기 시간과 진공 분위기에 따라 거의 변화되지 않는 매우 안정한 전자 방출 소자이다. 또한, 본 발명의 전자 방출 소자는 그 전자 방출 특성이 구동 전압(소자 전압)의 펄스 폭과 전압 값의 파형에 따라 변화되지 않기 때문에 방출된 전자들의 양을 제어하기가 용이한 전자 방출 소자이다.

표면 전도형 전자 방출 소자의 기본 구조 및 제조 공정이 상술되었지만, 본 발명은 발명의 원리에 따른 상기 실시예에 제한되지는 않으며, 특히 방출 전류가소자 전압에 대해 유일하게 결정된 단조 증가 특성을 나타내는 특징을 갖는 상술한 3가지 기본적인 특성을 갖는 소정의 다른 표면 전도형 전자 방출 소자는 전자 원과 표시 장치(이하에 설명)와 같은 화상 형성 장치에도 적용될 수 있다.

본 발명의 전자원 및 화상 형성 장치를 이하에 설명하겠다.

전자원 또는 화상 형성 장치는 본 발명의 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 기판 상에 배열함으로써 만들어질 수 있다. 전자 방출 소자는 여러가지 방법으로 기판 상에 배열될 수 있다. 한 가지 방법으로, 종래 기술과 관련하여 이전에 상술한 바와 같이, 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자는 나란하게(행 방향으로) 배열되어 전자 방출 소자의 행을 형성하도록 배선함으로써 그 양 단부내에서 상호 연결되는 데, 전자 방출 소자의 이 행은 다수로 배열되어 있고, 제어 전극(그리드라고 함)은 행 방향 배선에 수직방향(열 방향이라 함)으로 놓기 위해 소자의 구동 전압을 제어함으로써 상기 전자원 상의 공간에 배치된다. 이하에 상술된 다른 방법으로써, Y방향 배선의 n개 라인은 그 사이에 내부 절연층을 갖는 X방향 배선의 m개 라인에 배치되며, X방향 배선 및 Y방향 배선은 표면 전도형 전자 방출 소자의 각각의 소자 전극 쌍에 연결된다. 후자의 경우는 이하에 단일 매트릭스 어레이라고 불리울 것이다. 단일 매트릭스 어레이에 대해서는 상세히 설명하지 않겠다.

본 발명에 따른 표면 전도형 전자 방출 소자의 기본 특성 중 상술한 3가지 특징으로써, 단일 매트릭스 어레이의 표면 전도형 전자 방출 소자의 각각으로부터 방출된 전자는 또한 인가된 전압이 임계값보다 높을 때 대향 소자 전극 사이에 인가된 펄스형 전압의 최대 값 및 폭에 따라 제어된다. 한편, 임계 값보다 낮은 전압에서는 전자가 거의 방출되지 않는다. 이러한 특성에 기초하여, 다수의 전자 방출 소자가 어레이로 배치되더라도, 임의의 표면 전도형 전자 방출 소자를 선택할 수 있고, 각각 대응하는 소자에 펄스형 전압을 적절히 인가함으로써 입력 신호에 응답하여 그것으로부터 방출된 전자의 양을 제어할 수 있다.

상기 원리에 따라 배열된 전자원 기판(81)의 구조는 공통 실시예를 도시하는 도 9를 참조하여 이하에 서술될 것이다. 81은 전자원 기판, 82는 X방향 배선, 83은 Y방향 배선, 84는 표면 전도형 전자 방출 소자, 및 85는 연결 리드를 나타낸다. 표면 전도형 전자 방출 소자(84)는 플래너(planar) 또는 수직 형태일 수 있다.

도 9에서, 상술한 바와 같이 전자원 기판(81)은 유리 기판 또는 그와 같은것일 수 있다. 배열될 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자(84)와 각 소자의 설계형태는 응용에 따라서 적절하게 설정된다.

다음에, DX1, DX2, …, DXm으로 나타낸 X방향 배선(82)의 m개 라인은 전도성 금속 등으로 만들어지고 진공 증착, 프린팅, 스퍼터링 등에 의해 절연기판(81) 상에서 소정의 패턴으로 형성된다. 배선(82)의 재료, 막 두께 및 폭은 가능한 한 균일한 전압이 다수의 모든 표면 전도형 전자 방출 소자에 공급될 수 있도록 설정된다. 또한, DY1, DY2, …, DYn으로 나타낸 Y방향 배선(83)의 n개 라인은 전도성 금속 등으로 만들어지고 X방향 배선(82)과 같이 진공 증착, 프린팅, 스퍼터링 등에 의해 절연 기판(81) 상에 소정의 패턴으로 형성된다. 또한, 배선(83)의 재료, 막 두께 및 폭은 가능한 한 균일한 전압이 다수의 모든 표면 전도형 전자 방출 소자에 공급될 수 있도록 설정된다. 내부 절연층(도시되지 않음)은 배선(82, 83)을 전기적으로 서로 격리시켜 매트릭스 배선을 만들기 위하여 X방향 배선(82)의 m개라인과 Y방향 배선(83)의 n개 라인 사이에 삽입된다(m, n은 각각 양의 정수인 것에 주의).

도시되지 않은 내부 절연층은 SiO₂, 또는 X방향 배선(82)이 그 위에 형성된 절연 기판(81)의 전체 또는 일부 표면을 덮도록 진공 증착, 프린팅, 스퍼터링 등에 의해 소정의 형태로 형성되는 것으로 만들어진다. 내부 절연층의 두께, 재료 및 제조 공정은 X방향 배선(82)의 m 개 라인 및 Y방향 배선(83)의 n개 라인이 서로 교차되는 부분의 전위차를 견디도록 적절히 설정된다. X방향 배선(82) 및 Y 방향 배선(83)은 외부 단자를 제공하기 위해 리드 아웃(led out)된다.

더욱이, 배선에 유사하게 표면 전도형 전자 방출 소자(84)의 각 대향 전극(도시되지 않음)은 전도성 금속등으로 만들어지는 연결 리드(85)에 의해 X방향 배선(82)(DX1, DX2, …, DXm)의 m개 라인과 Y방향 배선(83)(DY1, DY2, …, DYn)의 n개 라인에 전기적으로 연결되어 진공 증착, 프린팅, 스퍼터링 등에 의해 형성된다.

X방향 배선(82)의 m개 라인, Y방향 배선(83)의 n개 라인, 연결 리드(85) 및 대향 소자 전극에 사용된 전도성 금속 또는 다른 재료는 구성 요소의 일부 또는 전부와 동일하거나 또는 서로 다를 수 있다. 특히, 필요하다면, 이들 금속은 Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu 및 Pd 또는 그 합금과 같은 금속으로부터 선택되고, 프린팅 전도체는 Pd, Ag, Au, RuO₂및 Pd-Ag 또는 그 산화물, 유리등과 같은 금속, In₂O₃-SnO₂과 같은 투명 전도체, 및 다결정체와 같은 반도체를 포함한다. 의도적으로, 표면 전도형 전자 방출 소자는 절연 기판(81) 상에 또는 내부 절연층(도시되지 않음) 상에 형성될 수 있다.

이후 상세히 설명되지만, X방향으로 배열된 X방향 배선(82)은 표면 전도형 전자 방출 소자(84)의 각 행을 주사하기 위해 입력 신호에 응답하여 주사 신호를 인가하는 주사 신호 발생기(도시되지 않음)에 전기적으로 연결되어 있다.

한편, Y방향 배선(83)은 Y방향으로 배열된 표면 전도형 전자 방출 소자(84)의 각 열을 변조하기 위해 입력 신호에 응답하여 변조 신호를 인가하는 변조 신호 발생기(도시되지 않음)에 전기적으로 연결되어 있다.

부수적으로는, 표면 전도형 전자 방출 소자의 각각에 인가된 구동 전압은 상기 소자에 모두 인가된 주사 신호와 변조 신호 사이에 차동 전압으로서 공급된다.

상기와 같이 제조된 전자원이 표시 및 다른 목적을 위해 사용되는 화상 형성 장치의 도 10, 도 11a 및 도 11b을 참조하여 설명하겠다. 도 10은 화상 형성 장치의 기본 구조를 도시하며, 도 11a과 도 11b은 각각은 형광막을 도시한다.

도 10에서, 81은 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자가 상기와 같이 그 위에 제조되는 전자원 기판, 91은 전자원 기판(81)이 고정되는 배면 판, 96은 유리 기판(93)의 내부 표면 상에 형광막(94)과 금속 후면(95)을 적층함으로써 제조된 전면 판, 및 92는 지지용 프레임을 나타낸다. 배면 판(91), 지지용 프레임(92) 및 전면 판(96) 사이의 접합 부분에 프릿(frit) 유리 등을 적층한 후, 접합 부분을 접합시키기 위해 10분 또는 그 이상 동안 400 ℃ 내지 500 ℃의 분위기 또는 질소 가스 내에서 베이킹시킴으로써, 봉입부(98)가 만들어진다.

도 10에서, 참조 번호(3)는 도 1의 전자 방출 영역을 나타내고, 참조 번호(82, 83)는 표면 전도형 전자 방출 소자의 각 소자 전극 쌍에 연결된 X 및 Y방향 배선을 나타낸다. 소자 전극과 동일한 재료로 배선이 만들어질 때, 소자 전극에 연결된 배선도 역시 소자 전극이라고 한다는 것을 주의하라.

봉입부(98)는 예시된 실시예에서 전면 판(96), 지지용 프레임(92) 및 배면 판(91)으로 이루어진다. 그러나, 기판(81)의 강도를 보강할 목적으로 배면 판(91)이 주로 제공되기 때문에, 기판(81) 자체가 충분한 강도를 가질 때 분리된 배면 판(91)을 생략할 수 있다. 이 경우, 지지용 프레임(92)은 기판(81)에 직접 접합되어 결합될 수 있으므로, 전면 판(96), 지지용 프레임(92) 및 기판(81)으로써 봉입부(98)를 만들 수 있다. 선택적으로, 스페이서(spacer)라고 하는 도시되지 않은 지지물은, 봉입부(98)가 분위기에 대해 충분한 강도를 가질 수 있도록 전면 판(96)과 배면 판(91) 사이에 배치될 수 있다.

도 11a 및 도 11b 각각은 형광막을 도시한다. 도 10의 형광막(94)은 흑백의 경우에 형광 물질만을 포함한다. 컬러 화상을 발생하는 경우에, 형광막은 흑색 전도체(101)와 형광물질(102)을 조합하여 형성되는 데, 상기 흑색 전도체는 이들 사이의 형광물질의 배열에 따라 흑색 스트라이프(stripe) 또는 흑색 매트릭스라고 불린다(도 11a 및 도 11b). 흑색 스트라이프와 흑색 매트릭스를 제공하는 것은 컬러 표시에 필요하고 컬러 혼합이 덜 눈에 띄게 하는 3원색에 대한 형광물질(103)간의 갭(gap)을 흑색으로 만들기 위한 것이고, 형광막(94) 상에 외부 빛을 반사함으로써 발생된 콘트라스트의 감소를 억제하기 위한 것이다. 흑색 스트라이프의 재료는 흔히 사용되는 주성분으로서 흑연을 포함하는 재료에 제한되지 않지만, 이 재료가 전도성이 있고 작은 광 투과율 값 및 반사율 값을 갖는 한 다른 임의의 재료일 수 있다.

형광물질은 화상이 흑백인지 컬러인지에 관계없이 침착 또는 프린팅법에 의해 유리 기판(93) 상에 코팅된다.

형광막(94)의 내부 표면 상에, 보통 금속 후면(95)이 배치된다. 금속 후면(95)은 형광물질로부터 안쪽의 전면 판(96)을 향해 방출되는 광을 미러 반사(mirror-reflecting)함으로써 밝기를 증가시키는 기능을 가지며, 전자 빔 가속 전압을 인가하는 전극의 역할을 하여 형광물질을 봉입부에 발생된 음 이온과 충돌하여 손상되지 않도록 보호한다. 형광막을 형성한 후, 금속 후면은 형광막(이 단계는 필르밍(filming)이라고 불리움)의 내부 표면을 매끄럽게 한 후 진공 증착으로써 그 위에 Al을 침착시킴으로써 제조될 수 있다. 형광막(94)의 전도성을 증가시키기 위해, 소정의 경우에 형광막(94)의 외부 표면 상에서 전면 판(96)이 투명 전극(도시되지 않음)을 구비할 수 있다.

상기 결합 이전에, 컬러의 경우 각 컬러인 형광 물질과 전자 방출 소자가 서로 정확하게 정렬되어야 하기 때문에 각 부분을 조심스럽게 정렬할 필요가 있다.

약 10^-6Torr의 진공을 만들기 위해 배기 튜브(도시되지 않음)를 통해 봉입부(98)를 탈기시킨 후 밀봉시킨다.

예를 들어, 먼저 포밍 공정은 그 펌프 시스템이 회전 펌프 및 터보 펌프로구성된 표준 진공 장치 시스템에 의해 배기 튜브(도시되어 있지 않음)를 통해 봉입부를 탈기하면서 봉입부의 외부로 연장하는 단자(Doxl 내지 Doxm 및 Doyl 내지 Doyn)을 통해 소자 전극(5 및 6) 사이에 전압을 인가함으로써 실행되고, 다음에 약 10-5 Torr의 진공하에서 활성화 공정이 수행된다. 그 후, 배기 시스템은 그 펌프 시스템이 이온 펌프 또는 오일을 사용하지 않는 펌프를 구비하는 초 고진공 장치 시스템으로 전환되어, 충분한 시간 동안 80 ℃ 내지 200 ℃의 온도에서 봉입부가 베이킹된다. 결과적으로, 전자 방출 영역(3)이 형성되어 있는 다수의 전자 방출 소자의 어레이를 구비하는 전자원이 완성된다.

초 고진공 장치 시스템으로의 전환과 베이킹은 각 표면 전도형 전자 방출 소자의 소자 전류(If)와 방출 전류(Ie)가 소자 전압에 관해 유일하게 결정되는 단조 증가(MI) 특성을 만족시키기 위한 것이며, 그 방법 및 조건에 있어서 상기 실시예에 제한되지 않다.

부수적으로, 봉입부를 밀봉하여 봉인한 후 봉입부(98) 내의 진공도를 유지하기 위하여, 봉입부가 게터링(gettering)될 수 있다. 이 처리는, 봉인 직전 또는 직후에, 게터(getter)의 증착막을 형성하도록 저항 열 또는 유도 열로 봉입부(98) 의 선정된 위치(도시되지 않음)에 배치된 게터를 가열함으로써 수행된다. 일반적으로, 게터는 주 성분으로서 Ba 등을 포함한다. 증착 막과 초 고진공 장치의 흡수 작용의 결합에 의해 1 x 10^-7Torr이상의 진공도로 봉입부(98)가 유지될 수 있다.

이렇게 완성된 본 발명의 화상 표시 장치에서, 봉입부의 외부로 연장하는 단자(Doxl 내지 Doxm 및 Doyl 내지 Doyn)을 통해 소정의 전자 방출 소자에 전압이 인가됨으로써 소자로부터 전자를 방출한다. 이와 동시에, 수 kV 또는 그 이상의 고전압은, 전자빔이 가속되어 형광막(94)에 충돌하도록 고전압 단자(Hv)를 통해 금속 후면(95) 또는 투명 전극(도시되지 않음)에 인가된다. 결국, 화상을 표시 하기 위해 형광물질이 여기되어 광이 복사된다.

상술한 정렬은 표시 및 다른 목적에 적합한 화상 형성 장치를 제조하는 데 필요한 최소한의 개요이다. 장치의 세부사항, 예를 들어, 성분의 재료는 상술한 것이 제한되지는 않지만, 필요하다면, 화상 형성 장치를 사용하는 데 적합도록 선택될 수 있다.

본 실시예의 화상 형성 장치는 대기 시간 의존 변화가 아주 작은 매우 안정한 화상 형성 장치이다. 또한, 이 화상 형성 장치는 계조 특성과 모든 색의 표시 특성이 우수하고, 높은 콘트라스트를 갖는다.

상술한 화상 형성 장치 이외에도, 본 발명은 봉입부에 배열된 전자 방출 소자로 구비하고 전자 빔 드로잉(drawing) 장치, 전자 빔 용접 장치 및 전자 빔 분석기와 같은 전자 빔 응용 장치에 더 응용할 수 있다.

예

여러가지 예들과 관련하여 이하에 본 발명이 보다 상세히 서술될 것이다.

[예 1]

이 예의 표면 전도형 전자 방출 소자의 기본 구조는 도 1a 및 도 1b의 평면 및 단면도에 도시한 것과 유사하다.

이 예의 표면 전도형 전자 방출 소자의 제조 공정은 기본적으로 도 2a 내지 도 2c에 도시한 것과 같다.

지금부터 도 1a과 도 1b 및 도 2a 내지 도 2c을 참조하여 이 예의 소자에 대한 기본 구조 및 제조공정에 대해 서술될 것이다.

도 1a 및 도 1b에서, 참조 번호(1)는 기판이고, 참조 번호(5 및 6)는 소자 전극이며, 참조 번호(4)는 전자 방출 영역을 포함하는 박막이고, 참조 번호(3)는 전자 방출 영역이다.

제조 공정은 도 1a과 도 1b 및 도 2a 내지 도 2c을 참조하여 연속적인 단계로 상세히 설명하겠다.

단계-a

0.5μ 두께인 실리콘 산화막이 기판(1)으로서의 세척된 소다 석회 유리 상에 스퍼터링에 의해 형성된다. 포토레지스트(히다찌 화학(주)가 제조한 RD-2000N-41)를 코팅함으로써 소자 전극(5, 6)과 그들 간의 갭(L1)을 한정하는 패턴이 형성되었다. 다음에 5 nm 두께인 Ti 막과 100 nm 두께인 Ni 막이 기판(1) 상에 진공 증착에 의해 순서대로 침착되었다. 포토레지스트 패턴은 침착된 Ni/Ti 막을 남겨두면서 리프트-오프(lift-off)에 의해 유기 용제에 의해 용해되었다. 이렇게 해서 3μ의 전극 갭(L1)과 300μ의 전극 폭을 갖는 소자 전극(5, 6)이 형성되었다.

단계-b

다음에, 박막(2)을 형성하는 전자 방출 영역을 소정 형태로 패턴화하기 위해, 일반적으로 사용되는 증착 마스크를 소자 전극 상에 코팅시키고, 마스크에 의해 패턴화될 100 nm 두께의 Cr막을 진공 증착으로 침착시켰다. 그 위에 유기성 Pd(오꾸노 제약 회사가 제조한 ccp 4230)를 스피너를 사용하여 회전하는 동안 침착시켜 10분 동안 300 ℃에서 베이킹하기 위해 가열시켰다. 이렇게 형성된, 주 성분 원소로서 미세한 pd 입자를 포함하는 전자 방출 영역은 두께가 10 nm이고 시트 저항 값이 3 x 10⁴Ω/□이었다. 여기서 사용된 "미세 입자 막"이라는 용어는, 상술한 바와 같이, 다수의 미세 입자들이 함께 응집된 막을 의미하고, 미세 입자들이 각각 분산되어 있을 뿐만 아니라 서로 인접하거나 중복된 미세 구조를 갖는 막을 포함한다[아일랜드(island) 상태를 포함].

다음에, Cr 막과 박막(2)을 형성하는 전자 방출 영역은 베이킹후 소정 패턴으로 형성되도록 산성 에칭제로서 에칭되었다.

상기 단계의 결과, 소자 전극(5, 6), 박막(2)을 형성하는 전자 방출 영역은이 기판(1) 상에 형성되었다.

단계-c

다음에, 이 소자를 진공 펌프에 의해 2 x 10^-5Torr의 진공도로 배기된 도 3의 측정 장치내에 위치시켰다. 이 후, 소자 전압(Vf)을 이 소자에 인가하기 위해 전원(31)로부터의 전압을 소자 전극(5, 6) 사이에 인가함으로써 에너지 공급 공정(포밍 공정)을 행하였다. 포밍 공정에 대한 전압 파형은 도 4b에 도시된다.

도 4b에서, T1 및 T2는 전압 파형의 펄스 폭 및 간격을 나타낸다. 이 예에서, 포밍 공정은 T1 및 T2를 0.5 x 10^-3초 및 10 x 10^-3초로 각각 설정함으로써 수행되며, 0.1 V 스템으로 삼각파의 최대 값(즉, 포밍 동안의 피크 전압)을 증가시킨다. 포밍 공정 동안, 저항을 측정하기 위해 0.1 V의 전압의 저항 측정 펄스를 간격(T2)에 삽입하였다. 포밍 공정은 저항 측정 펄스에 의해 측정된값이 약 1 MΩ을 초과할 때 종료되었다. 이와 동시에, 소자에 대한 전압 인가도 역시 종료되었다. 각 소자에 대한 포밍 전압(Vf)은 5.5 V이었다.

단계-d

다음에, 포밍 처리된 소자를 최대값이 14V인 구형파를 이용하여 활성화 처리하였다. 활성화 공정에서, 상술한 바와 같이, 소자 전류(If) 및 방출 전류(Ie)를 측정하면서 도 3의 형성 장치의 소자 전극 사이에 펄스 전압이 인가되었다. 이때, 도 3의 측정 장치의 진공도는 1.0 x 10^-5Torr이었다. 다음에 방출 전류는 1.5 μA에서 약 20분 후에 포화되는 경향이 있고, 활성화 처리도 종료된다.

다음에, 상부에 전자 방출 영역(3)이 형성된 전자 방출 소자가 제조되었다(도 2c).

상기 단계를 통해 제조된 표면 전도형 전자 방출 소자를 전자 현미경으로 관찰하면, 활성화 공정후 전자 방출 영역 상에 형성된 코팅된 막이 나타낸다. 더 크게 확대해서 FESEM으로 관찰하면, 코팅된 막은 금속성 미세 입자 주위와 사이에서도 형성된 것으로 보였다.

TEM과 분광 광도계를 사용하여 관찰한 결과, 흑연 및/또는 비정질 탄소로 구성된 탄소 코팅 막이 관찰되었다.

더욱이, 상기 단계를 통해 제조된 표면 전도형 전자 방출 소자에서, 실시예와 관련하여 상술한 대기 시간 의존 변화, 펄스 폭 의존 변화 및 소자 전압 의존 변화는 도 3의 측정 장치를 사용하여 측정되었다.

애노드 전극과 전자 방출 소자 사이의 간격은 4 mm로 설정되고, 애노드 전극의 전위는 1 kV로 설정되었다. 전자 방출 특성을 측정할 때 진공 장치의 진공도는 종래의 전자 방출 소자를 위한 고진공 배기 장치에 의해 약 2 x 10^-6Torr(유기 재료의 분압 : 5 x 10^-7Torr)로 설정되었고, 본 발명의 전자 방출 소자를 위한 초 고진공 배기 장치에 의해 약 1 x 10^-9Torr(유기 재료의 분압 : 1 x 10^-10Torr 보다 더 높다)로 설정되었다.

첫째, 이 예의 전자 방출 소자의 방출 전류 대 소자 전압의 특성(이 실시예와 관련하여 상술된 포화값)은 소자 전압(최대 값)이 14V 및 12V이고 펄스 폭이 1 밀리초인 삼각파를 인가하여 측정되었다. 결국, 도 8에 도시한 바와 같이, 방출전류는 거의 소자 전압에 대해 고유하게 결정되는 단조 증가 특성을 나타내었고, 소자 전압 의존 변화는 문제 범위 이하였다. 종래의 전자 방출 소자는 도 28에 도시된 특성을 나타내었다. 그러므로, 방출 전류는 소자 전압(소사 전압)의 최대 값의 12V와 14V사이에서 30% 이상 다르다. 또한 이 예의 전자 방출 소자의 방출 전류도 거의 소자 전압에 대해 고유하게 결정되는 단조 증가 특성을 나타내었다.

다음에, 이 예의 전자 방출 소자의 대기 시간 의존 변화는 소자 전압을 14V로 설정하고 펄스 폭을 100 x 10^-6초로 설정하며 대기 시간을 10분으로 설정하여 측정되었다. 결국, 대기 시간(도 26 참조) 후에 방출 전류의 증가율[(Is-I)/I x 100]은 3% 이하였다. 종래의 전자 방출 소자에서는 증가율은 약 35%였다.

또한, 이 예의 전자 방출 소자의 펄스 폭 의존 변화는 소자 전압을 14V로, 펄스 폭을 10 x 10^-6초 및 100 x 10^-6초로 설정함으로써 측정되었다. 결국, 최대의 방출 전류에서 펄스 폭 의존 변화는 2% 이하였다. 종래의 전자 방출 소자에 대한 대응하는 값은 약 20%였다.

상술한 바와 같이, 이 예의 전자 방출 소자는 전자 방출 특성의 변화가 작은 안정한 전자 방출 소자이며, 방출된 전자의 양은 구동 전압(소자 전압) 파형의 펄스 폭 및 전압 값으로 제어될 수 있다.

[예 2]

이 예의 전자 방출 소자는 오일을 사용하지 않는 초 고진공 배기 장치로서 배기되면서 소자 및 모든 측정 장치가 베이킹하기 위해 10시간 동안 100 ℃로 가열된다는 점에서 예 1의 소자와는 다르다. 이 때 장치의 진공도는 약 1 x 10^-8Torr였다(유기 재료의 분압 : 검출할 수 있는 한계 이하인 1 x 10^-10Torr 이상).

이 예의 전자 방출 소자는 대기 시간 의존 변화와 펄스 폭 의존 변화가 예 1의 전자 방출 소자보다 작은 안정한 전자 방출 소자였다.

[예 3]

예 1에서, 포밍 공정은 다음과 같이 수행되었다.

전압 파형은 구형파였고, 펄스 폭(T1) 및 펄스 간격(T2)은 0.5 x 10^-3초 및 10 x 10^-3초로 각각 설정되었고, 전압 값은 0.1 V씩 0 V에서 14 V까지 증가되었다.

전자 방출 특성을 측정하는 데 사용된 진공 장치는 진공 장치 내에서 약 7 x 10^-7Torr(유기 재료의 분압 : 1 x 10^-8Torr 이상)의 진공도를 달성하기 위해 오일을 사용하지 않는 초 고진공 배기 장치에 의해 배기되었다. 이러한 조건하의 전자 방출 특성을 측정한 결과, 이 예의 전자 방출 소자의 방출 전류 및 소자 전류는 거의 소자 전압에 대해 고유하게 결정되는 단조 증가 특성을 각각 나타내었다. 최대의 방출 전류에서 펄스 폭 의존 변화는 5 % 이하였다. 그러므로, 결과적인 전자 방출 소자는 종래의 전자 방출 소자보다 전자 방출 특성의 변화가 작은 안정한 전자 방출 소자였다. 또한, 방출된 전자의 양은 1.1 μA였다.

이 예의 전자 방출 소자는 전자 방출 특성의 변화가 작은 안정한 전자 방출 소자이며, 방출된 전자의 양은 구동 전압(소자 전압) 파형의 펄스 폭 및 전압 값으로 제어될 수 있다.

[예 4]

이 예는 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자가 단일 매트릭스 어레이로 배열된 화상 형성 장치에 관한 것이다.

도 12는 전자원 부분의 평면도를 도시하고, 도 13은 도 12의 A-A'선을 따라 절취한 단면도를 도시한다. 도 12, 도 13, 도 14a 내지 14d도, 및 도 15e 내지 도15h의 동일한 참조 번호는 동일한 부분을 가리킨다는 것에 유의해야 한다. 이들 도면에서, 81은 기판이고, 82는 도 9의 DXn에 대응하는 X 방향 배선(또는 하부 배선이라 함)이며, 83은 도 9의 DYn에 대응하는 Y 방향 배선(또는, 상부 배선이라 함)이고, 4는 전자 방출 영역을 포함하는 박막이고, 5 및 6은 소자 전극이고, 141은 내부 절연층이며, 142는 소자 전극(5)과 하부 배선(82) 사이를 전기적으로 연결하기 위한 접촉 구멍이다.

지금부터 도 14a 내지 도 14d 및 도 15e 내지 도 15h를 참조하여 연속적인 단계의 순서대로 제조공정이 상세히 서술된다.

단계-a

0.5 μ 두께인 실리콘 산화막을 기판(81)으로서의 세척된 소다 석회 유리 상에 그퍼터링에 의해 형성하였다. 다음에 50 Å 두께인 Cr 막 및 6000 Å 두께인 Au 막이 진공 증착에 의해 순서대로 기판(81) 상에 적층되었다. 그 위에 포토레지스트[호에치스트(Hoechst)사가 제조한 AZ1370]를 스피너를 사용하여 회전시키면서 코팅시킨 후 베이킹시켰다. 이후, 포토마스크 화상을 노출하고 현상함으로써 하부 배선(82)에 대한 레지스트 패턴이 형성되었다. 침착된 Au/Cr 막은 소정 패턴으로 하부 배선(82)를 형성하도록 습식 에칭에 의해 선택적으로 제거되었다(도 14a).

단계-b

다음에, 1.0 μ 두께인 실리콘 산화막으로 형성된 내부 절연층(141)을 RF 스퍼터링에 의해 전체 기판 상에 침착시켰다(도 14b).

단계-c

단계-b에서 침착된 실리콘 산화막에 접촉 구멍(142)를 형성하기 위한 포토레지스트 패턴을 코팅하고, 이 패턴을 마스크로 사용하여, 내부 절연층(141)을 접촉 구멍(142)를 형성하기 위해 선택적으로 에칭하였다. 이 에칭은 CF₄및 H₂의 가스 혼합물을 사용한 RIE(Reactive Ion Etching; 반응성 이온 에칭) 공정에 의해 실행되었다(도 14c).

단계-d

소자 전극(5, 6)과 이들 간의 갭(G)을 정의하는 패턴으로 포토레지스트[히다찌 화학(주)가 제조한 RD-2000N-4I]를 형성하였다. 다음에, 50 Å 두께인 Ti 막 및 1000 Å 두께인 Ni막을 진공 증착에 의해 순서대로 침착하였다. 포토레지스트 패턴을 리프트-오프에 의해 침착된 Ni/Ti 막을 남겨두면서 유기 용제에 의해 용해시킴으로써, 각각의 소자(5,6)는 3 μ의 전극 갭(G) 및 300 μ의 전극 폭(W1)을 갖고 형성되었다(도 14d).

단계-e

상부 배선(83)에 대한 포토레지스트 패턴이 소자 전극(5 및 6) 상에 형성되었다. 다음에, 50 Å 두께인 Ti 막 및 5000 Å 두께인 Au 막이 진공 증착에 의해 순서대로 침착되었다. 불필요한 포토레지스트 패턴은 상부 배선(83)을 형성하도록 리프트-오프에 의해 제거되었다(도 15e).

단계-f

도 15f도는 이 단계에서 전자 방출 소자의 전자 방출 영역 형성 박막(2)을형성하는 데 사용된 마스크의 부분 단면도이다. 마스크는 소자 전극과 그 주변 사이의 각 갭(G)를 덮는 구멍을 갖는다. 1000 Å 두께인 Cr 막(151)이 진공 증착에 의해 침착되고 마스크를 사용하여 패턴화되었다. 유기 Pd[ccp4230, 오꾸노 제약 (주)가 제조]가 스피너를 사용한 회전 시에 코팅된 후 베이킹기 위해 10분 동안 300 ℃로 가열되었다. 이렇게 형성되고 주 구성 원소로서 미세한 Pd입자를 구비하는 전자 방출 영역 형성 박막(2)은 100 Å의 두께와 4.2 x 104 Ω/□의 시트 저항 값을 가졌다. 여기서 사용된 미세 입자 막이라는 용어는, 상술한 바와 같이, 함께 응집된 다수의 미세 입자로 구성된 막을 의미하고, 미세 입자가 각각 분산되었을 뿐만 아니라 서로 인접하거나 중복된 미세 구조를 갖는 막을 포함한다(아일랜드 상태 포함). 그레인 크기는 상기 입자 조건하에서 미세 입자의 형태를 식별할 수 있는 직경을 의미한다(도 15f도).

단계-g

베이킹후 Cr막(151)과 전자 방출 영역 형성 박막(2)이 소정의 패턴으로 형성되도록 산 에칭제에 의해 에칭되었다.(도 15g)

단계-h

레지스트는 접촉 구멍(142) 이외의 표면을 덮도록 패턴으로 코팅되었다. 그 다음에 50 Å 두께인 Ti막과 5000Å 두께인 Au막은 진공 증착에 의해 순서대로 침착되었다. 불필요한 포토레지스트 패턴은 리프트-오프에 의한 침착물로 채워진 접촉 구멍(142)를 만들도록 제거되었다.(도 15h)

상기 단계의 결과, 하부 배선(82), 내부 절연층(141), 상부 배선(83), 전극소자(5, 6), 전자 방출 영역 형성 박막(2)등이 절연 기판(81) 상에 형성되었다.

도 10과 도 11a 및 도 11b을 참조하면, 지금부터 기술되는 것은 상기와 같이 제조된 전자원을 사용하여 만들어지는 표시 소자의 예이다.

상기 단계를 통해 다수의 플래너형 표면 전도형 전자 방출 소자가 상부에 제조되는 기판(81)은 후면 판(91)에 고정되어 있다. 그 다음에, 전면 판(95)[유리 기판(93)의 내부 표면에 적층된 형광판(94)와 금속 후면(95)을 포함한다]은 지지용 프레임(92)를 통해 기판(81)의 5mm 위에 배치되고, 전면 판(96), 지지용 프레임(92) 및 배면 판(91)간에 결합된 부분으로 프릿 유리(frit glass)를 도포한 후, 결합된 부분을 결합하기 위해 15분동안 400℃에서 분위기에서 베이킹되었다(도 10). 유리 혼합물은 또한 배면 판(91)에 기판(81)을 고정시키는 데 사용되었다.

도 10에서, 84로 표시된 것은 전자 방출 소자이고, 82, 83은 각각 X와 Y 방향 배선이다.

형광막(94)는 단색의 경우 단지 형광 물질만을 포함한다. 칼라 화상을 생성하기 위해, 이 예는 형광 물질의 스트라이프 패턴을 사용한다. 그러므로, 형광판(94)은 먼저 흑색 스트라이프를 형성한 후 흑색 스트라이프 간의 갭에 각각의 컬러를 갖는 형광물질을 코팅함으로써 제조되었다. 흑색 스트라이프는 흔히 사용되는 주 원소로서 흑연을 포함하는 재료를 사용하여 형성되었다. 형광물질은 슬러리(slurry)방법에 의해 유리 기판(93) 상에 코팅되었다.

형광막(94)의 내부 표면에는, 종종 금속 후면(95)이 배치된다. 형광막을 형성한 후에, 금속 후면(95)은 형광막[이 단계는 종종 필르밍(filming)이라 불림]의내부 표면을 매끄럽게 한 후 진공 증착으로서 그 위에 Al을 침착시킴으로써 제조되었다. 형광막(94)의 전도성을 증가하기 위해, 일부 경우에 전면 판(96)에는 형광막(94)의 외부 표면 상에 투명 전극(도시되지 않음)이 제공될 수도 있다. 금속 후면의 경우에만 충분한 전도성이 얻어지기 때문에 이러한 투명 전극은 이 예에서는 제공되지 않았다.

상기 결합 이전에, 컬러인 경우 각 컬러의 형광물질과 전자 방출 소자가 서로에 대해 상호 다르게 정확하게 정렬되어야 하기 때문에 각 부분의 정렬은 조심스럽게 수행되었다.

이렇게 완성된 유리 봉입부의 분위기는 배기 튜브(도시되지 않음)을 통해 진공 펌프에 의해 배기되었다. 충분한 진공도에 도달한 후, 전자 방출 영역 형성 박막(2)의 포밍 공정을 통해 전자 방출 영역(3)을 생성하기 위해 봉입부의 외부로 연장하는 단자(Dox1 내지 Doxm과 Doy1 내지 Doyn)을 통해 전자 방출 소자(84)의 전극(5와 6) 사이에 전압이 인가되었다. 포밍 공정에 사용된 전압 파형은 도 4b에 도시된 것과 같았다. 더 상세하게, 이 예에서는 포밍 공정은 T1과 T2를 각각 1x10^-3초와 10x10^-3초로 설정하고 약 1×10^-5Torr의 진공 분위기를 만듦으로써 실행되었다(도 15e).

그 다음에, 포밍 공정에서와 동일한 구형 파형에서 14V의 최대값까지 인가된 전압을 상승시킴으로써, 소자 전류(If)와 방출 전류(Ie)는 2×10^-5Torr의 진공도로 되었다.

이렇게 형성된 전자 방출 영역(3)은 주 구성 원소로서 파라듐을 포함하는 미세한 입자가 내부에 분산되어 30 Å의 평균 그레인 크기를 갖는 조건에서 형성되었다. 그 후, 배기 시스템은 그 펌프 시스템이 이온 펌프 또는 오일을 사용하지 않는 종류를 포함하는 초 고진공 장치 시스템으로 전환되고, 봉입부는 충분한 시간 동안 120℃에서 베이킹되었다. 베이킹 후 진공도는 약 1×10^-8Torr였다.

그 다음에, 배기 튜브(도시되지 않음)가 가열되고 봉입부를 밀봉하기 위해 가스 버너를 사용하여 함께 용융되었다.

마지막으로, 밀봉후 진공도를 유지하기 위해, 봉입부는 고주파 가열 방법에 의해 게터링되었다.

이렇게 완성된 본 발명의 화상 표시 장치에서, 신호 발생 수단(도시되지 않음)으로부터 소정의 전자 방출 소자로 봉입부의 외부로 연장하는 단자(Dox1 내지 Doxm과 Doy1 내지 Doyn)를 통해 주사 신호와 변조 신호가 인가되었다. 이와 동시에, 수 kV 또는 그 이상의 고전압은, 전자 빔이 가속되어 형광막(94)에 충돌할 수 있도록 고전압 단자(Hv)를 통해 금속 후면(95) 또는 투명 전극(도시되지 않음)에 인가되었다. 그로 인해 화상을 표시하기 위해 형광물질이 여기되어 광을 복사하였다.

이 실시예의 화상 형성 장치는 대기 시간 의존 변화가 작은 매우 안정한 화상 형성 장치였다. 또한, 이 화상 형성 장치는 계조 특성과 모든 컬러 표시 특성이 우수하고, 높은 콘트라스트를 가졌다.

[예 5]

도 16은 전자 빔에 상술된 표면 전도형 전자 방출 소자를 사용하는 표시 패널이 예를들어 TV 방송을 포함하는 다양한 화상 정보원으로부터 제공된 화상 정보를 표시 할 수 있도록 정렬되어 있는 표시 소자의 한 가지 예를 도시하는 블럭도이다.

도 16에서, 17100은 표시 패널, 17101은 표시 패널용 위한 구동 회로, 17102는 표시 제어 회로, 17103은 멀티플렉서, 17104는 디코더, 17105는 입력/출력 인터페이스, 17106은 CPU, 18107은 화상 발생 회로, 17108, 17109 및 17110은 화상 메모리 인터페이스, 17111은 화상 입력 인터페이스, 17112와 17113은 TV신호 수상기, 및 17114는 입력 유니트이다.

본 발명의 표시 장치는 비디오 정보와 음성 정보 모두를 포함하는 TV신호를 수신할때, 물론 표시 장치는 화상을 표시하고 이와 동시에 음성을 재생한다. 그러나, 본 발명의 특징에 직접적으로 관련되어 있지 않은 음성 정보를 수신, 분리, 재생, 처리, 저장 등을 하는 데 필요한 회로, 스피커등은 여기서 기술되지 않는다.

상기 부분의 기능은 화상 신호의 흐름을 따라 아래에 기술될 것이다.

우선, TV 신호 수상기(17113)는 예를들어 전자 파 또는 공간 광 통신 형태로 무선 전송 시스템을 통해 전송된 TV 화상 신호를 수신하기 위한 회로이다. 수신될 TV 신호의 형식은 특수한 것으로 한정되어 있지 않지만, 예를들면, 임의의 NTSC-, PAL- 및 SECAM-표준 형식일 수 있다. 상기 형식보다 많은 주사선을 갖는 다른 형식의 TV 신호(즉, MUSE-표준 형을 포함하는 소위 고화질 TV 신호)는 화면 크기와픽셀 수를 증가시키는 데 적당한 상기 표시 패널의 장점을 이용하는 데 적합한 신호원이다. TV 신호 수상기(17113)에 의해 수신된 TV 신호는 디코더(17104)로 출력된다.

그 다음에, TV 신호 수상기(17112)는 동축 케이블 또는 광섬유의 형태로 유선 전송 시스템을 통해 전송된 TV 화상 신호를 수신하기 위한 회로이다. TV 신호 수상기(17113)에서와 같이, TV 신호 수상기(17112)에 의해 수신된 TV 신호의 형식은 특수한 것으로 한정되어 있지 않다. 또한 수상기(17112)에 의해 수신된 TV 신호는 디코더(17104)로 출력된다.

화상 입력 인터페이스(17111)은 예를들어 TV 카메라 또는 화상 판독 주사기와 같은 화상 입력 장치로부터 공급된 화상 신호를 받아들이기(taking in) 위한 회로이다. 인터페이스(17111)에 의해 접수된 화상 신호는 디코더(17104)로 출력된다.

화상 메모리 인터페이스(17110)는 비디오 테이프 레코더(약칭 VTR)에 저장된 화상 신호를 받아들이기 위한 회로이다. 인터페이스(17110)에 의해 받아들인 화상 신호는 디코더(17104)로 출력된다.

화상 메모리 인터페이스(17109)는 비디오 디스크에 저장된 화상 신호를 받아들이기 위한 회로이다. 인터페이스(17109)에 의해 접수된 화상 신호는 디코더(17104)로 출력된다.

화상 메모리 인터페이스(17108)은 정지 화상 디스크와 같은 정지 화상 데이타를 저장하는 장치로부터 화상 신호를 받아들이기 위한 회로이다.인터페이스(17108)에 의해 접수된 화상 신호는 디코더(17104)로 출력된다.

입력/출력 인터페이스(17105)는 외부 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크에 표시 장치 또는 프린터 같은 출력 장치를 접속하기 위한 회로이다. 화상 데이타와 문자/그림 정보의 입력/출력 뿐만아니라 어떤 경우에 표시 장치의 CPU(17106)와 외부 간에 제어 신호 및 숫자 데이타의 입력/출력을 실행할 수 있다.

화상 발생기(17107)은 입/출력 인터페이스(17105)를 거쳐 외부로부터 입력된 화상 데이타와 문자/그림 정보 또는 CPU(17106)로부터 출력된 화상 데이타와 문자/그림 정보에 기초하여 표시 화상 데이타를 발생하기 위한 회로이다. 예를들면, 화상 발생 회로(17106)에 일체화되어 있는 것은 화상 데이타와 문자/그림 정보를 저장하기 위한 재 기록가능 메모리, 문자 코드에 대응하여 화상 패턴을 저장하기 위한 판독 전용 메모리, 화상 처리를 위한 프로세서, 및 화상을 발생하기 위한 다른 회로이다.

화상 발생 회로(17107)에 의해 발생된 표시 화상 데이타는 보통 디코더(17104)로 출력되지만 또한 어떤 경우 외부 컴퓨터 네트워크 또는 입력/출력 인터페이스(17105)를 거쳐 프린터로 출력될 수도 있다.

CPU(17106)는 주로 표시 화상의 발생, 선택, 및 편집에 관련된 작업과 표시 장치의 동작 제어를 수행한다.

예를들면, CPU(17106)는 필요하다면 표시 패널 상에 표시된 화상 신호중에 하나를 선택 또는 결합하기 위한 멀티플렉서(17103)로 제어 신호를 출력한다. 이 결합에서, 또한 CPU(17106)는 표시될 화상 신호에 따라 표시 패널 제어회로(17102)로 제어 신호를 출력함으로써 화상 표시 주파수의 동작, 주사 모드(즉, 인터레이스 또는 넌인터레이스), 화상당 주사선의 수를 적절히 제어한다.

더우기, CPU(17106)는 화상 데이타와 문자/그림 정보를 화상 발생 회로(17107)로 직접 출력하거나, 화상 데이타와 문자/그림 정보를 입력하기 위한 입력/출력 인터페이스(17105)를 거쳐 외부 컴퓨터 또는 메모리에 억세스한다. CPU(17106)가 상술된 것과 다른 목적을 위한 임의의 적절한 작업에 관련하여 사용될 수도 있는 것은 당연한 일이다. 예를들면, CPU(17106)는 개인용 컴퓨터 또는 워드 프로세서에서와 같이 정보를 생성 또는 처리하는 기능에 직접 관련될 수도 있다. 선택적으로, CPU(17106)는 상기 언급된 것처럼, 외부 장치와 협동하여 수치 계산 또는 다른 작업을 실행하기 위해 입력/출력 인터페이스(17105)를 거쳐 외부 컴퓨터 네트워크에 접속될 수도 있다.

입력 유니트(17114)는 사용자가 명령어, 프로그램, 데이타 등을 CPU(17106)로 입력할때 사용되고, 키보드, 마우스, 조이 스틱, 바코드 판독기, 및 음성 인식 장치같은 임의의 여러가지 입력 장치일 수도 있다.

디코더(17104)는 회로(17107)에서 나오는 여러가지 화상 신호 입력을 삼원색용 신호 또는 휘도신호, I 신호 및 Q 신호로 역-변환하기 위한 회로이다. 도면에 점선으로 표시된 것처럼, 디코더(17104)는 내부에 화상 메모리를 포함한다. 그 이유는 디코더(17104)가 예를 들면 역-변환하기 위한 화상 메모리를 필요로 하는 MUSE 표준형을 포함하는 TV 신호를 처리하기 때문이다. 게다가, 화상 메모리를 제공함으로써 정지 화상을 쉽게 표시하거나, 화상 발생 회로(17107)와 CPU(17106)에협동하여 박형, 내삽, 확대, 축소, 및 합성같은 화상 처리와 편집을 쉽게 실행할 수 있는 이점이 있다.

멀티플렉서(17103)는 필요하다면 CPU(17106)로부터 입력된 제어 신호 입력에 따라 표시 화상을 선택한다. 즉, 멀티플렉서(17103)는 디코더(17104)로부터 입력된 소정의 역-변환된 화상 신호 입력중 하나를 선택하고 구동 회로(17101)로 출력한다. 이 접속에서, 한 화상을 위한 표시 시간에서 두 개 이상의 화상 신호를 전환하여 선택함으로써, 다른 화상도 역시 멀티스크린 텔레비젼이라 칭하는 것과 함께 한 화면을 분할하여 정의된 복수의 각 영역으로 표시될 수 있다.

표시 패널 제어 회로(17102)는 CPU(17106)로부터 입력된 제어 신호에 따라 구동 회로(17101)의 작동을 제어하기 위한 회로이다.

표시 패널의 기본 작동에 관련된 기능으로써, 제어 회로(17102)는 예를들면, 표시 패널을 구동하는 전원(도시되지 않음)의 작동 순서를 제어하기 위한 신호를 구동 회로(17101)로 출력한다. 또한, 표시 패널을 구동하는 방법에 관련된 기능으로써, 제어 회로(17102)는 예를들면, 화상 표시 주파수와 주사 모드(즉, 인터레이스 또는 비인터레이스)를 제어하기 위한 신호를 구동 회로(17101)로 출력한다.

경우에 따라서, 제어 회로(17102)는 휘도, 콘트라스트, 톤 및 표시 화상의 선명도에 의해 화상 질을 조정하기 위한 제어 신호를 구동 회로(17101)로 출력할 수도 있다.

구동 회로(17101)는 표시 패널(17100)으로 인가된 구동 신호를 생성하기 위한 회로이다. 구동 회로(17101)는 멀티플렉서(17103)로부터 입력된 화상 신호와표시 패널 제어 회로(17102)로부터 입력된 제어 신호에 따라 작동된다.

도 16에 도시된 것처럼 배열된 여러가지 구성요소와 상술된 기능을 갖는, 표시 장치는 표시 패널(17100) 상에 다양한 화상 정보원으로부터 입력된 화상 정보를 표시할 수 있다. 더 상세하게, TV 방송 신호를 포함하는 여러가지 화상 신호는 디코더(17104)에 의해 역-변환되고 이들중 적어도 한 개가 필요에 따라 멀티플렉서(17103)에 의해 선택된 다음, 구동 회로(17101)로 입력된다. 한편, 표시 제어 회로(17102)는 표시될 화상 신호에 따라 구동 회로(17101)의 작동을 제어하기 위한 제어 신호를 낸다. 구동 회로(17101)는 화상 신호와 제어 신호 모두에 따라 표시 패널(17100)로 구동 신호를 인가한다. 그로 인해 화상이 표시 패널(17100) 상에 표시된다. 상기 언급된 일련의 동작은 CPU(17106)의 감독하에 제어된다.

디코더(17104), 화상 발생 회로(17107) 및 CPU(17106)에서 만들어진 화상 메모리의 도움으로 복수의 행으로부터 선택된 화상 정보를 간단하게 표시하는 것이외에, 이 표시 장치는 또한 표시될 화상 정보에 대해 확대, 축소, 회전, 이동, 에지 강조, 박형, 내삽, 컬러 변환, 및 화상 종횡비의 변환같은 화상 처리뿐아니라, 합성, 삭제, 결합, 교치, 및 삽입같은 화상 편집을 수행할 수 있다. 이 예의 설명이 상세하게 서술되지 않았지만, 상술된 화상 처리와 편집을 위한 회로뿐아니라 음성 정보 처리 및 편집 전용의 회로가 제공될 수도 있다.

따라서, 본 표시 장치의 단일 신호 유니트는 TV 방송을 위한 표시 장치, TV 회의를 위한 단말기, 정지와 운동 화상을 처리하는 화상 편집기, 컴퓨터 단말기,워드 프로세서를 포함하는 사무 자동화 단말기, 게임기 등의 기능을 가질수 있다 ; 그러므로, 매우 광범위한 산업분야와 가정 분야에 응용될 수 있다.

도 16은 전자 빔원이 표면 전도형 전자 방출 장치를 포함하는 표시 패널을 사용하는 표시 장치 구성의 일 예만을 도시하고, 본 발명은 예시된 구성에 제한되어 있지 않다는 것은 말할 필요도 없다. 예를 들어, 사용 목적상 필요하지 않는 도 16에 도시된 구성요소의 회로는 없어도 무방하다. 한편, 의도하는 사용 목적에 따라 다른 구성요소가 부가될 수도 있다. 본 발명의 표시 장치가 예를들면, TV 전화기 같은 것에 사용될때, 부수적인 구성요소, TV 카메라, 음성 마이크로폰, 조명기, 및 모뎀을 포함하는 송/수신 회로로 제공하는 것이 적합하다.

특히, 본 발명의 장치에서, 표면 전도형 전자 방출 장치를 포함하는 전자 빔원을 갖는 표시 패널의 두께가 쉽게 감소될 수 있기 때문에, 표시 장치는 짧은 깊이를 갖는다. 부가적으로, 표면 전도형 전자 방출 장치를 포함하는 전자 빔원을 갖는 표시 패널이 화면 크기를 쉽게 증가시키고 또한 고휘도와 우수한 뷰잉 각 특성을 제공할 수 있기 때문에, 이 표시 장치는 우수한 시청도로 좀 더 현실적이고 뚜렷한 화상을 표시 할 수 있다.

[예 6]

이 예는 다수의 표면 전도형 전자 방출 장치와 제어 전극(그리드)를 포함하는 화상 형성 장치에 관한 것이다.

이 예의 화상 형성 장치는 예4에서 사용된 것과 거의 동일한 공정으로 제조된다. 그러므로, 그것의 제조 공정은 여기서 기술하지 않는다.

먼저 기판 상에 배치된 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자와 전자원을 사용하는 표시 장치를 포함하는 전자원에 대해 서술된다.

도 17과 도 18은 기판 상에 배치된 다수의 표면 전도형 전자 방출 소자를 포함하는 전자원의 두 가지 예를 설명하기 위한 개략도이다.

도 17에서, S는 유리로 만들어진 절연 기판을 나타낸다. 예를들어, 점선으로 둘러싼 ES는 기판(S)상에 형성된 표면 전도형 전자 방출 소자를 나타내고, E1 내지 E10는 표면 전도형 전자 방출 소자를 상호연결하기 위한 배선 전극을 나타낸다. 표면 전도형 전자 방출 소자는 X방향(이 행은 이하 소자 행이라고 칭함)으로 연장하는 복수의 행으로 기판 상에 형성된다. 각 소자 행을 구성하는 표면 전도형 전자 방출 소자는 양쪽 상의 배선 전극에 의해 상호 나란하게 전기적으로 연결된다(예를들어, 제 1행의 소자가 그 양쪽 상의 배선 전극(E1과 E2)에 의해 상호 연결된다).

이 예의 전자원에서, 소자 행은 각각의 배선 전극 간에 고유 구동 전압을 인가함으로써 독립적으로 다르게 구동될 수 있다. 특히, 전자 방출 임계를 초과하는 고유 전압은 전자 빔이 방출될 상기 소자 행에 인가되고, 전자 방출 임계를 초과하지 않는 고유 전압(즉,0[V])은 전자빔이 방출되지 않을 상기 소자 행에 인가된다(다음 설명에서, 전자 방출 임계를 초과하는 고유 전압은 VE[V]로 주어진다.)

도 18에 도시된 전자원의 다른 예에서, S는 유리로 만들어진 절연 기판을 나타낸다. 예를들어, 점선으로 둘러싸인 ES는 기판(S)상에 형성된 표면 전도형 전자 방출 소자를 나타내고, E'1 내지 E'6은 표면 전도형 전자 방출 소자를 상호 연결하기 위한 배선 전극을 나타낸다. 도 17의 예에서와 같이, 이 예에서 표면 전도형 전자 방출 소자는 X방향으로 연장하는 복수의 행으로 기판이 형성되고, 각 소자 행의 표면 전도형 전자 방출 소자는 배선 전극에 의해 나란하게 전기적으로 상호연결된다. 게다가, 이 예에서, 예를들면, 배선 전극(E'2)은 제1 소자 행에서 전자 방출 소자의 한 종단 뿐만아니라 제2 장치 행에서 전자 방출 소자의 한 종단에도 상호연결을 제공하도록, 두개의 인접한 소자에서 전자 방출 소자가 만나는 종단은 단일 배선 전극에 의해 상호연결되어 있다. 도 18의 전자원은 표면 전도형 전자 방출 소자와 동일한 구성인 배선 전극이 사용될때, Y방향에서 소자 행 간의 공간은 도 17의 전자원에서 보다 작게 되는 이점이 있다.

도 18의 전자원에서, 또한 소자 행은 각 배선 전극 간에 고유 구동 전압을 인가함으로써 독립적으로 서로 다르게 구동될 수 있다. 상세하게, VE[V]의 전압은 전자가 방출될 상기 소자 행에 인가되고 0[V]의 전압은 전자가 방출되지 않을 상기 소자 행에 인가된다. 단지 제3 소자 행이 구동될때, 예를들면, 0[V]의 전위 전압은 배선 전극(E'1 내지 E'3)에 인가되고, VE[V]의 전위 전압은 배선 전극(E'4 내지 E'6)으로 인가된다. 결과적으로, VE -0 = VE[V]의 전압은 제3 소자 행으로 인가되고 반면에, 0-0 = 0[V] 또는 VE-VE = 0[V]의 전압은 다른 소자 행으로 인가된다. 제2와 제5 소자 행이 유사하게 구동될때, 예를들면, 0[V]의 전위 전압은 배선 전극(E'1,E'2 및 E'6)으로 인가되고, VE[V]의 전위 전압은 배선 전극(E'3, E'4 및 E'5)로 인가된다. 이러한 방법에서, 도 18에서와 같이 전원에서 임의의 원하는 소자 행을 선택적으로 구동하는 것이 가능하다.

편의상 총 12개의 표면 전도형 전자 방출 소자가 예시된 도 17과 도 18의 전자원에서 행당 X방향에 배열되면, 소자의 수는 더 큰 수로 배열될 수도 있기 때문에 12개로 한정되어 있지 않다. 또한, 5개의 소자 행이 Y방향에 배열되면, 소자 행의 수는 더 큰 수로 배열될 수 있으므로 5개로 한정되어 있지 않다.

이제 상기 전자원을 사용하는 플랫형(flat type) CRT의 예에 대해 서술한다.

도 19는 도 17의 전자원을 갖는 플랫형 CRT의 패널 구조를 도시한다. 도 19에서, VC는 유리로 만들어진 진공 용기를 나타내고, 진공 용기의 일부로써 FP는 표시 표면 상의 전면 판을 나타낸다. 예를들어 ITO로 만들어진 투명 전극이 전면 판(FP)의 내부 표면 상에 형성되고 적, 녹, 및 청의 형광물질이 모자이크 또는 스트라이프 패턴으로 투명 전극 상에 각각 코팅된다. 도면을 간단히 하기 위해, 투명 전극과 형광물질 모두 도 19에서 PH로 표시하였다. CRT의 분야에서 공지된 흑색 매트릭스 또는 흑색 스트라이프가 각 컬러인 형광물질 사이에 배치되거나 기술분야에 공지된 금속 후면층이 형광물질 위에 형성될 수도 있다. 전자 빔을 가속하기 위한 전압이 인가될 수 있도록 단자(EV)를 통해 진공 용기의 외부에 투명 전극이 전기적으로 접속된다.

또한, S는 진공 용기(VC)의 내부 하부 표면에 고정된 전자원 기판을 나타내고 상술된 도 17에 관련하여 상술한 바와 같이, 표면 전도형 전자 방출 소자가 기판 상에 배열된다. 이 예에서는, 나란하게 상호 접속된 200개의 소자를 포함하는 200개의 각 소자 행이 있다. 각 소자 행의 2개 배선 전극은 패널의 측면 상에 제공된 전극 단자(Dp1 내지 Dp200과 Dm1 내지 Dm200)에 교대로 접속되므로, 전기적인구동 신호가 배선 전극에 인가될수도 있다.

이렇게 완성된 유리 용기(VC)는(도 19) 배기 튜브(도시되지 않음)를 통해 진공 펌프에 의해 배기된다. 충분한 진공도에 도달한 후에, 포밍 처리하기 위한 용기의 외부로 연장하는 단자(Dp1 내지 Dp200과 Dm1 내지 Dm200)를 통해 각각의 전자 방출 소자(ES)로 전압이 인가된다. 포밍 처리하는 데 사용된 전압 파형은 도 4b에 도시된 것과 같다. 상세히 기술하자면, 이 예에서는 T1과 T2를 각각 1msec와 10msec로 설정하고 약 1×10^-5Torr의 진공 분위기를 생성함으로써 포밍 처리가 행해졌다(도 15e).

그 다음에, 포밍 처리에서와 같은 삼각 파형으로 14V의 최고값으로 인가된 전압을 상승시킴으로써 소자 전류(If)와 방출 전류(Ie)는 2×10^-5Torr의 진공도 이하에서 생성되었다.

이렇게 형성된 전자 방출 영역은 주요 구성 원소로서 파라듐을 포함하는 미세한 입자가 내부에 분산되어 있고 30 Å의 평균 그레인 크기를 갖는 조건으로 형성되었다. 그후에, 배기 시스템은 펌프 시스템이 이온 펌프와 오일을 사용하지 않는 종류를 포함하는 초 고진공 장치 시스템으로 전환되고, 용기는 충분한 시간동안 120℃에서 베이킹되었다. 베이킹후에 진공도는 약 1×10^-8Torr였다.

그 다음에, 배기 튜브(도시되지 않음)를 가스 버너를 사용하여 가열시켜 함께 용해시킴으로써 용기를 기밀 밀봉시킨다.

마지막으로, 밀봉후에 진공도를 유지하기 위해, 용기를 고주파 가열법에 의해 게터링함으로써 화상 형성 장치가 완성된다.

기판(S)와 전면판(FP)간에, 스트라이프 패턴으로 그리드 전극(GR)이 제공된다. 총 200개의 그리드 전극(GR)은 차례차례 수직으로 소자 행(즉, Y 방향으로)으로 독립적으로 서로 다르게 배치되고, 전자 빔을 통과시키기 위한 구멍(Gh)이 각각의 그리드 전극에 형성된다. 비록 원형 구멍(Gh)이 표면 전도형 전자 방출 소자와 관련하여 일대일로 형성된 것으로 도시되지만, 임의의 경우 다수의 메쉬(mesh)형 소자가 형성될 수도 있다. 그리드 전극은 단자(G1 내지 G200)를 통해 진공 용기의 외부와 전기적으로 접속된다. 그리드 전극이 표면 전도형 전자 방출 소자로부터 방출된 전자를 변조할 수 있는 한, 그리드 전극의 모양과 설정 위치는 항상 도 19에 도시된 것에만 한정되는 것은 아닌 것에 주목할 필요가 있다. 예를들어, 그리드 전극은 표면 전도형 전자 방출 소자의 주위 또는 부근에 배치된다.

이 표시 패널에서, 200 x 200의 XY 매트릭스는 표면 전도형 전자 방출 소자의 행 및 그리드 전극의 열로 구성된다. 그러므로, 소자 행을 하나씩 순차적으로 구동(주사)하고, 이와 동시에, 주사와 동기하여 그리드 전극의 행에 한 라인의 화상에 대한 변조 신호를 인가함으로써, 형광 물질에의 전자 빔의 조사가 라인마다 화상을 표시하도록 제어된다.

도 20은 도 19의 표시 패널을 구동시키기 위한 전기 회로를 블럭도의 형태로 도시한 것이다. 도 20을 참조하면, 도 19의 표시 패널은 참조 번호(1000)로 표시되고, 참조 번호(1001)는 외부로부터 인가된 합성 화상 신호를 디코딩하기 위한 디코더이고, 참조 번호(1002)는 직렬/병렬 변환기이며 참조 번호(1003)은 라인 메모리이고, 참조 번호(1004)는 변조 신호 발생 회로이며, 참조 번호(1006)은 주사 신호 발생 회로이다. 표시 패널(1000)의 전극 단자는 대응하는 전기 회로에 연결된다. 즉, 단자(EV)는 10 [KV]의 가속 전압을 발생시키기 위한 전압 원(HV)에 연결되고, 단자(G1 내지 G20O)은 변조 신호 발생 회로(1004)에 연결되며, 단자(1006)에 연결되고, 단자(Dm1 내지 Dm200)은 접지된다.

소자의 기능이 아래에 설명될 것이다. 디코더(1001)은 합성 화상 신호, 예를 들면 외부로부터 인가된 NTSC TV 신호를 디코딩하기 위한 회로이다. 그러므로, 디코더(1001)은 합성 화상 신호로부터 휘도 신호 성분 및 동기 신호 성분을 분리하고, 데이타 신호로서 전자의 성분을 직렬/병렬 변환 회로(1002)로 Tsynch 신호로서 후자의 성분을 타이밍 제어 회로(1005)로 출력한다. 바꾸어 말하면, 디코더(1001)은 표시 패널(1000)의 컬러 픽셀 어레이와 정합하여 RGB의 각 컬러 성분에 대한 휘도 데이타를 준비하고 이들을 직렬/병렬 변환 회로(1002)에 순차적으로 출력하고, 디코더는 또한 수직 동기 신호 및 수평 동기 신호를 추출하여 이들을 타이밍 제어 회로(1005)에 출력한다. 타이밍 제어 회로(1005)는 동기 신호 (Tsynch)에 기초한 소자의 동작 타이밍과 정합하기 위한 여러가지 타이밍 제어 신호를 발생한다. 특히, 타이밍 제어 회로(1000)는 직렬/병렬 변환 회로(1002)에 Tsp를, 라인 메모리(1003)에 Tmry를, 변조 신호 발생 회로(1004)에 Tmod를, 주사 신호 발생 회로(1006)에 Tscan를 출력한다.

직렬/병렬 변환 회로(1002)는 타이밍 제어 회로(1005)로부터의 타이밍 신호 Tap 입력에 따라 순차적으로 디코더(1001)로부터의 휘도 신호 데이타 입력을 샘플하고, 샘플된 신호를 라인 메모리에 200개의 병렬 신호(I1 내지 I200)로서 출력한다. 한 라인의 데이타가 완전히 직렬/병렬 변환된 때에, 타이밍 제어 회로(1005)는 기입 타이밍 제어 신호 (Tmry)를 라인 메모리(1003)에 출력한다. Tmry를 수신할 때, 라인 메모리(1003)은 I1 내지 I200의 내용을 저장하여 이 내용을 I'1 내지 I'200으로서 변조 신호 발생 회로(1004)에 출력한다. I'1 내지 I'200은 다음의 기입 타이밍 제어 신호 (Tmry)가 라인 메모리에 인가될 때까지 라인 메모리 내에 유지된다.

변조 신호 발생 회로(1004)는 라인 메모리(1003)으로부터의 화상 입력의 일 라인에 대한 휘도 데이타에 따라 표시 패널(1000)의 그리드 전극에 인가된 변조 신호를 발생하기 위한 회로이다. 변조 신호는 타이밍 제어 회로(1005)에 의해 발생된 타이밍 제어 신호(Tmod)와 동기하여 동시에 변조 신호 단자(G1 내지 G200)에 인가된다. 변조 신호는 그 전압이 화상의 휘도 데이타에 따라 변화되는 전압 변조 신호 또는 그 주기가 휘도 데이타에 따라 변화되는 펄스폭 변조 신호일 수 있다.

주사 신호 발생 회로(1006)는 표시 패널(1000)내의 표면 전도형 전자 방출 소자의 행을 선택적으로 구동시키기 위해 전압 펄스를 발생하기 위한 회로이다. 특히 주사 신호 발생 회로(1006)는 타이밍 제어 회로(1005)에 의해 발생된 타이밍 제어 신호 (Tscan)에 응답하여 내장된 스위칭 회로를 전환시켜, 정 전압원(DV)에 의해 발생되고 표면 전도형 전자 방출 소자의 전자 방출 임계값을 초과하는 적절한 구동 전압 VE[V], 또는 접지 레벨(즉, O[V])를 단자(DP1 내지 DP200)에 선택적으로 인가한다.

상술한 회로에서, 구동 신호는 도 21a 내지 도 21f의 타이밍 차트에 도시된 타이밍에서 표시 패널(1000)로 인가된다. 도 21a 내지 도 21d은 주사 신호 발생 회로(1006)로부터 표시 패널의 단자(DP1 내지 DP200)에 인가된 신호의 부분을 도시하다. 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, VE[V]의 진폭을 갖는 전압 펄스는 화상의 한 라인 표시 시간의 단위의 순서로 단자 (DP1, DP2, DP3…)에 연속적으로 인가된다. 한편, 단자(Dm1 내지 Dm200)은 항상 접지 레벨(O[V])에 연결된다. 그러므로, 소자 행은 전자 빔을 발생시키기 위해 제1행으로부터 연속적으로 구동 펄스에 의해 구동된다.

상기 구동 순차에 동기하여, 한 라인 화상에 대한 변조 신호는 점선으로 표시된 것과 같은 시간 관계로 변조 신호 발생 회로(1004)로부터 단자(G1 내지 G200)중의 한 단자에 동시에 인가된다. 그 다음, 변조 신호는 또한 한 프레임의 화상이 표시되도록 주사 신호의 쉬프팅과 동기하여 연속적으로 쉬프트된다. 상기 동작을 계속 반복함으로써, TV 이동 화면이 표시 될 수 있다.

도 17의 전자원을 갖는 평탄형 CRT의 설명에 이어, 도 18의 전자원을 갖는 평탄형 CRT가 이제 도 22를 참조하여 설명될 것이다.

도 22의 플랫형 CRT는 도 19의 플랫형 CRT의 전자원을 도 18의 전자원으로 대체함으로써 구성된다. 200 x 200의 XY 매트릭스는 표면 전도형 전자 방출 소자의 행 및 그리드 전극의 열로 유사하게 구성된다. 그러나, 표면 전도형 전자 방출 소자의 200개의 행이 기입 전극(E1 내지 E201)의 201개의 라인에 의해 각 행에 대해 나란하게 상호 연결됨에 따라, 진공 용기는 201개의 전극 단자(EX1 내지 EX201)을 구비한다.

이렇게 완성된 유리 용기(VC)(도 20)는 배기 튜브(도시 안됨)를 통하여 진공 펌프에 의해 배기되었다. 충분한 정도의 진공에 도달한 후에, 전압은 포밍 공정을 위해 용기의 외부로 연장하는 단자(EX1 내지 EX201)를 통해 각각의 전자 방출 소자(ES)에 인가되었다. 포밍 공정에 사용된 전압 파형은 도 4b에 도시한 것과 동일하였다. 특히, 포밍 공정은 본 예에서 T1 및 T2를 각각 1 msec 및 10 msec로 설정하고 약 1 x 10^-5Torr(도 15e)의 진공 분위기를 생성함으로써 수행되었다.

다음에, 포밍 공정에서의 것과 동일한 삼각 파형의 14 V의 최대 값까지 인가된 전압을 상승시킴으로써, 소자 전류 (If) 및 방출 전류(Ie)는 2 x 10^-5Torr의 정도로 진공하에서 발생되었다.

이렇게 형성된 전자 방출 영역은 주 성분 요소로서 파라듐을 포함하는 미세한 입자들이 내부에 분산되고 30 Å의 평균 입자 크기를 갖는 조건을 갖는다. 그 다음에, 배기 시스템은 초 고진공 시스템으로 전환되었는데, 그 펌프 시스템은 오일을 사용하지 않은 이온 펌프 등을 포함하고, 용기는 충분한 기간동안 120 ℃로 베이킹되었다. 베이킹 처리 후의 진공 정도는 약 1 x 10^-8Torr이었다.

다음에, 배기 튜브(도시 안됨)가 가열되었고 용기를 밀봉시키도록 가스 버너를 사용함으로써 함께 용융되었다.

마지막으로, 밀봉 후에 진공 정도를 유지하기 위해, 용기는 고주파 가열법에 의해 게터링되어서, 화상 형성 장치가 완성된다.

도 23은 표시 패널(1008)을 구동시키기 위한 전기 회로를 도시한다. 이 회로는 기본적으로 주사 신호 발생 회로(1007)를 제외하고 도 20에 도시한 것과 동일하다. 주사 신호 발생 회로(1007)은 정 전압원(DV)에 의해 발생되고 표면 전도형 전자 방출 소자의 전자 방출 임계값을 초과하는 적절한 구동 전압 VE[V] 또는 접지 레벨(즉, O[V])을 표시 패널의 단자에 선택적으로 인가한다. 구동 전압이 인가되는 타이밍은 도 24의 (b) 내지 도 24의 (e)의 타이밍 차트에 도시되어 있다. 표시 패널이 도 24의 (a)에 도시한 시간 관계로 표시 동작을 수행하기 위해서, 도 24의 (b) 내지 도 24의 (e)에 도시된 구동 신호가 주사 신호 발생 회로(1007)로부터 전극 단자(EX1 내지 EX4)에 인가된다. 결과적으로, 표면 전도형 전자 방출 소자의 행마다 연속적으로 구동되도록 도 24의 (f) 내지 도 24의 (h)에 도시한 각각의 전압이 공급된다. 그 구동 순차에 동기하여, 변조 신호는 도 24의 (i)에 도시한 시간 관계로 변조 신호 발생 회로(1004)로부터 출력되어, 화상이 연속적으로 표시 된다.

본 예의 화상 형성 장치는 고정 시간 의존 변화가 작고 발생된 화상이 예 4와 같이 매우 안정한 화상 형성 장치이었다. 또한, 화상 형성 장치는 계조 특성과 전색 표시 특성에 있어서 우수하였고 높은 콘트라스트를 가졌다.

상술한 바와 같은 본 발명의 표면 전도형 전자 방출 소자를 포함하는 전자 빔 장치에 따르면, 진공 장치내의 탄소 화합물의 양이 가능한 한 적게 감소되기 때문에, 전자 방출 소자의 방출 전류 및 소자 전류는 소자 전압에 대해 고유하게 결정되는 단조 증가 특성을 각각 나타낸다. 또한, 소자가 구동되지 않게 유지되는 동안의 시간의 주기(즉, 고정 시간) 및 진공 정도에 따라 방출되는 전자의 양의 변화가 적은 매우 안정한 전자 방출 특성이 얻어진다. 또한, 방출된 전자의 양은 구동 전압(소자 전압)의 펄스 폭 및 전압 값으로 제어될 수 있다.

부수적으로, 본 발명의 표면 전도형 전자 방출 소자를 포함하는 화상 형성 장치는 고정 시간 의존 변화가 보다 적게 되도록 안정한 표시 화상을 발생시킬 수 있고, 또한 우수한 계조 특성 및 콘트라스트로 전색 화상을 발생시킬 수 있다.

Claims

전자 빔 장치에 있어서,

전자 방출 영역을 갖는 전자 방출 소자가 배치된 봉입부(enclosure)로서, 그 내부의 잔류 탄소 화합물의 분압이 1 × 10^-8Torr 이하인 분위기로 유지되는 봉입부및

상기 전자 방출 소자에 펄스 폭 변조 신호(pulse width modulation signal)를 인가하기 위한 변조 신호 발생기

를 포함하는 전자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 한 쌍의 전극을 갖는 전자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 대향 전극을 갖는 전자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 표면 도전형 전자 방출 소자(surface conduction electron-emitting device)를 포함하는 전자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 방출 전류(emission current)가 소자 전압(device voltage)에 대해 유일하게 결정되는(uniquely determined) 특성을나타내는 전자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 소자 전류(device current)가 소자 전압에 대해 유일하게 결정되는 전자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 전자 방출 영역은 주 성분으로 탄소를 함유한 재료를 포함하는 전자 빔 장치.
제7항에 있어서, 상기 주 성분으로 상기 탄소를 함유한 재료는 흑연(graphite), 비정질 탄소(amorphous carbon) 또는 이의 혼합물인 전자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 분위기는 상기 주 성분으로 탄소를 함유한 재료가 상기 전자 방출 소자 상에 피착되는 것을 방지하는데 효과적인 전자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 분위기는 1 × 10^-6Torr 이하의 진공 분위기(vacuum atmosphere)인 전자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 분위기는 1 × 10^-8Torr 이하의 진공 분위기인 전자 빔장치.
제1항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 복수로 배치되는 전자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 전자 방출 소자로부터 방출된 전자 빔을 변조하는 변조 수단을 더 포함하는 전자 빔 장치.
제12항에 있어서, 상기 장치는 복수의 행을 포함하되, 각각의 행은 복수의 전자 방출 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 빔 장치.
제14항에 있어서, 각 행의 상기 복수의 전자 방출 소자는 배선(wirings)에 의해 양단부에서 평행하게 상호 접속되는(interconnected at their both ends in parallel by wirings) 전자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 장치는 복수의 전자 방출 소자, m개의 X-방향 배선, 및 n개의 Y-방향 배선을 포함하되, 상기 전자 방출 소자는 어레이 형태로 배치되고 각각의 소자는 X-방향 배선과 Y-방향 배선에 접속되는 전자 빔 장치.
입력 신호에 응답하여 화상을 형성하기 위한 화상 형성 장치에 있어서,

전자 방출 영역을 갖는 전자 방출 소자 및 화상 형성 부재가 배치되는 봉입부로서, 상기 봉입부의 내부는 잔류 탄소 화합물의 분압이 1 × 10^-8Torr 이하인 분위기로 유지되는 봉입부; 및

상기 전자 방출 소자에 펄스 폭 변조 신호를 인가하기 위한 변조 신호 발생기

를 포함하는 화상 형성 장치.
제17항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 한 쌍의 전극을 갖는 화상 형성 장치.
제17항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 대향 전극을 갖는 화상 형성 장치.
제17항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 표면 도전형 전자 방출 소자를 포함하는 화상 형성 장치.
제17항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 방출 전류가 소자 전압에 대해 유일하게 결정되는 특성을 나타내는 화상 형성 장치.
제17항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 소자 전류가 소자 전압에 대해 유일하게 결정되는 특성을 나타내는 화상 형성 장치.
제17항에 있어서, 상기 전자 방출 영역은 주 성분으로 탄소를 함유한 재료를 포함하는 화상 형성 장치.
제23항에 있어서, 상기 주 성분으로 탄소를 함유한 재료는 흑연, 비정질 탄소 또는 이의 혼합물인 화상 형성 장치.
제17항에 있어서, 상기 분위기는 상기 주 성분으로 탄소를 함유한 재료가 상기 전자 방출 소자 상에 피착되는 것을 방지하는데 효과적인 화상 형성 장치.
제17항에 있어서, 상기 분위기는 1 × 10^-6Torr 이하의 진공 분위기인 화상 형성 장치.
제17항에 있어서, 상기 분위기는 1 × 10^-8Torr 이하의 진공 분위기인 화상 형성 장치.
제17항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 복수로 배치되는 화상 형성 장치.
제17항에 있어서, 상기 장치는 상기 전자 방출 소자로부터 방출된 전자 빔을변조하는 변조 수단을 더 포함하는 화상 형성 장치.
제28항에 있어서, 상기 장치는 복수의 행을 포함하되, 각각의 행은 복수의 전자 방출 소자를 포함하는 화상 형성 장치.
제30항에 있어서, 각 행의 상기 복수의 전자 방출 소자는 배선에 의해 양단부에서 평행하게 상호 접속되는 화상 형성 장치.
제17항에 있어서, 상기 장치는 복수의 전자 방출 소자, m개의 X-방향 배선, 및 n개의 Y-방향 배선을 포함하되, 상기 전자 방출 소자는 어레이 형태로 배치되고 각각의 소자는 X-방향 배선과 Y-방향 배선에 접속되는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.