KR100699164B1 - 화상형성장치 - Google Patents

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KR100699164B1
KR100699164B1 KR1020050056172A KR20050056172A KR100699164B1 KR 100699164 B1 KR100699164 B1 KR 100699164B1 KR 1020050056172 A KR1020050056172 A KR 1020050056172A KR 20050056172 A KR20050056172 A KR 20050056172A KR 100699164 B1 KR100699164 B1 KR 100699164B1
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요이치 안도
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 고저항막으로 피복된 대전방지스페이서를 사용할 때 스페이서에 인접하는 전자방출소자로부터 방출되는 전자빔에서 궤도의 어긋남을 방지해서 양호한 화상표시를 행할 수 있는 화상형성장치를 제공한다. 스페이서(3)를 배치하는 행방향배선(5)의 표면에 미립자막을 형성함으로써 표면형상을 제어하고, 스페이서(4)가 행방향배선(5)과 접촉하지 않는 비접촉부(16)의 접촉부(15a), (15b) 근방의 전자방출영역(14a), (14b)으로부터 전자방출을 실현하고, 스페이서(3)의 비접촉부(16)에 전자를 조사해서 전위를 저하시켜서, 양호한 등전위선(17)을 형성한다.

Description

화상형성장치{IMAGE FORMING APPARATUS}
도 1은 본 발명의 화상형성장치의 바람직한 실시형태의 표시패널의 구성을 나타내는 사시도
도 2A 및 도 2B는 도 1의 표시패널의 부분확대개략도 및 행방향배선과 스페이서의 접촉면의 개략도
도 3A, 도 3B 및 도 3C는 스페이서와 행방향배선의 전기적 접촉의 설명도
도 4A 및 도 4B는 스페이서와 행방향배선의 전기적 접촉의 설명도
도 5A 및 도 5B는 본 발명의 화상형성장치의 다른 바람직한 실시형태의 표시패널의 구성을 나타내는 개략도
도 6A 및 도 6B는 도 5A 및 도 5B의 표시패널에 있어서, 소자전극을 같은방향으로 형성했을 경우의 구성을 나타내는 개략도
도 7A 및 도 7B는 도 5A 및 도 5B의 표시패널에 있어서, 스페이서를 형성하지 않았을 경우의 구성을 나타내는 개략도
도 8은 도 5A 및 도 5B의 표시패널에 있어서의, 초속도벡터에 의한 조사위치의 보정의 설명도
도 9A 및 도 9B는 본 발명의, 스페이서와 행방향배선의 접촉상태의 다른 실시형태를 나타내는 도면
도 10A 및 도 10B는 종래의 화상형성장치에 있어서의, 스페이서 표면의 전위분포에 의한 전자빔의 편향의 설명도
<부호에 대한 상세한 설명>
1: 리어플레이트 2: 페이스플레이트
3: 스페이서 4: 측벽
5: 행방향배선 6: 열방향배선
7: 층간절연층 8: 전자방출소자
9: 전자원기판 10: 형광막
11: 메탈백 12: 스페이서고정블록
14a, 14b: 전자방출영역 15a, 15b: 접촉부
16: 비접촉부 17: 등전위선
18: 전자빔궤도 20: 등전위선
41: 물리적 접촉길이 42: 전기적 접촉길이
43: 갭길이 51: 기체
52: 고저항막 53: 소정 조사위치
54a~54d, 55a~55d: 소자전극 56a~56d: 도전성박막
57a~57d: 초속도벡터
(기술 분야)
본 발명은, 예를 들면 표시패널 등으로서 사용되는 화상형성장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 복수의 전자방출소자 및 상기 전자방출소자를 구동하기 위한 배선을 가지는 제 1의 기판, 및 상기 배선보다 고전위로 규정된 전극을 가지는 제 2의 기판 사이에 상기 배선을 따라 스페이서를 끼운 화상형성장치에 관한 것이다.
(배경 기술)
일반적으로, 전자원측의 제 1의 기판과 표시면측의 제 2의 기판을 간격을 두고 대향 배치한 화상형성장치에서는, 내대기압성을 얻기 위해서, 제 1의 기판과 제 2의 기판 사이에 절연재료로 구성된 스페이서를 끼우고 있다. 그러나, 이 스페이서가 대전해서 스페이서 근방의 전자궤도에 영향을 미쳐서, 발광위치 어긋남을 일으키게 한다는 문제를 발생시키고 있었다. 이것은, 예를 들면 스페이서 근방 화소의 발광 휘도 저하나 색번짐 등의 화상 열화의 원인이 된다.
종래, 상기 스페이서의 대전 방지를 위해서, 고저항막으로 피복된 스페이서를 사용하는 것이 알려져 있다.
구체적으로는, 고저항막으로 피복된 리브형상의 스페이서를 제 1의 기판의 배선을 따라 끼워서 고저항막이 이 배선과 제 2의 기판의 전극에 전기적으로 접속되도록 한 것이나, 이 고저항막으로 피복된 스페이서의 상하에 스페이서전극을 배치해 두고, 고저항막을 이 스페이서전극을 개재해서 배선과 전극 사이에 끼워서 전기적으로 접속하도록 한 것이 알려져 있다(예를 들면, 일본국 특개평 8-180821호 (미국특허 제 5760538호)공보 참조).
또, 고저항막으로 피복된 스페이서의 제 1의 기판측 및 제 2의 기판측의 측면에 각각 도전성의 중간층(스페이서전극)을 배치하고, 이 중간층(스페이서전극)에 의해 전자빔궤도를 제어하는 것도 제안되어 있다(예를 들면, 일본특개평 10-334834호(미국특허 제 6184618호)공보 참조).
그러나, 본 발명자 등이 검토한바, 고저항막을 스페이서전극의 배치 없이 제 1의 기판의 배선과 제 2의 기판의 전극에 전기적으로 접속한, 일본특개평 8-180821호 공보에 기재된 화상형성장치에 대해서는, 스페이서의 대전이 충분히 해소되지 않기도 하고, 스페이서 표면의 전위분포가 의도하지 않는 분포 상태를 나타내는 경우가 있는 것을 새롭게 발견했다.
상기 현상이 생기는 원인은, 표시장치의 제조공정에 의존하는 부분이 많아, 한마디로 말할 수 없지만, 예를 들면, 제 1의 기판의 배선과 제 2의 기판의 전극 사이에 예기치 못한 일그러짐 등이 생기고 있는 경우나, 이들의 위에 이물이 존재하는 경우, 또 배선이나 전극에 의도하지 않는 버(burr)가 생기고 있는 경우가 있었다. 따라서, 스페이서의 고저항막과 배선이나 전극과의 접촉이 연속적으로 되지 않아, 이들과 부분적으로 접촉하지 않는 개소가 발생해서, 충분한 전기적 접속을 취할 수 없었다. 특히, 염가의 제조방법으로 제작된 배선에서는, 표면 형상이 부분적으로 다른 일이 있어, 상술의 전기적인 접속불량이 발생하기 쉽다.
상기와 같은 경우, 스페이서의 대전이 충분히 해소되지 않을 뿐만 아니라, 스페이서 표면의 전위분포에 불규칙한 변화가 생겨, 전자빔궤도가 설계대로 되지 않는다고 하는 문제를 일으킨다. 또, 전자빔은 제 1의 기판으로부터 제 2의 기판을 향해 가속되므로, 그 궤도변화는 제 2의 기판측에 비해 제 1의 기판측에서의 편향력에 의하는 것이 현저하게 나타난다.
제 1의 기판측에서의 스페이서 표면의 전위분포에 의한 전자빔의 편향에 대해서 도 10을 사용해서 구체적으로 설명한다.
도 10A는 고저항막으로 피복된 박판 형상의 스페이서(3)를 제 1의 기판의 배선(5)을 따라 배치했을 때에, 고저항막과 제 1의 기판의 배선(5)이 의도하지 않는 부분접촉이 되었을 경우의 스페이서(3)의 표면의 전위분포를 나타낸 도면이며, 도 10B는 도 10A의 등가회로도이다. 또, 도면 중의 (11)은 제 2의 기판의 전극, (17)은 등전위선이다.
도 10A 및 도 10B에 나타내는 바와 같이, C점과 A점 간의 저항을 R1이라고 하면, 비접촉부인 B점에서는, D점과 B점 간의 대응하는 저항이 R1이 되고, A점과 B점 사이의 저항인 R2에 의해 생기는 전압강하분만큼 A점에 비해 B점에서의 전위가 증가한다. 따라서, B점 근방의 전자방출소자로부터 방출되는 전자빔의 궤도는 A점 근방의 전자방출소자로부터 방출되는 전자의 궤도와는 다른 거동을 나타내고, 그 결과, A점과 B점에서는 화상이 다르게(일그러지게) 된다.
한편, 역시 일본국 특개평8-180821호 공보 및 일본국 특개평10-334834호 공보에 기재되어 있는, 고저항막으로 피복된 스페이서의 상하에 스페이서전극을 배치해 두고, 고저항막을 이 스페이서전극을 개재해서 제 1의 기판의 배선과 제 2의 기판의 전극에 접속한 화상형성장치에 대해서는, 스페이서전극이 스페이서의 측면에 노출되는 영역 근방에 전계분포를 일으킨다. 이 전계분포는 스페이서의 길이방향 (배선에 평행한 방향)으로도 거의 균일하지만, 스페이서전극이 노출되어 있지 않는 경우에 비해 강하게 나타나므로, 스페이서를 설치할 때의 얼라인먼트의 어긋남에 의해 인접하는 전자방출소자로부터 방사되는 전자빔의 도달위치가 크게 교란되기 쉬워질 뿐만 아니라, 방전의 원인도 되어, 화상의 품위를 큰 폭으로 떨어뜨리기 쉬운 것을 알 수 있었다. 이것을 방지하기 위해서는, 스페이서전극이 스페이서의 측면에 노출되지 않게 하든가, 스페이서를 정밀도 좋게 설치하지 않으면 안되어, 모두 코스트업의 원인이 된다.
(발명의 요약)
전술한 것을 고려해서, 본 발명의 목적은 대전방지고저항막으로 피복된 판 형상 스페이서가 사용되는 경우에 스페이서에 인접한 전자방출소자로부터 방출된 전자빔의 불규칙한 어긋남을 방지하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은 스페이서의 설치위치가 다소 어긋나더라도 인접하는 전자방출소자로부터 방출된 전자빔의 도달위치의 어긋남을 억제하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 동일한 구성의 스페이서를 다양한 장치형태에 적응할 수 있도록 하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 화상형성장치는,
전자의 조사에 의해 발광하는 발광부재 및 제 1의 전위로 규정되는 전극을 가지는 페이스플레이트;
복수의 전자방출소자 및 상기 전자방출소자에 접속되고 상기 제 1의 전위와 다른 제 2의 전위로 규정되는 복수의 배선을 가지는 리어플레이트; 및
상기 배선과 상기 전극 사이에 이 배선과 부분적으로 접촉해서 배치되어 이 배선 및 이 전극과 전기적으로 접속되고, 상기 리어플레이트에 면하는 단부면이 저항성을 가지는 스페이서;
를 가지는 화상형성장치로서,
상기 배선과 상기 스페이서 사이의 접촉부 주변에는 이 스페이서와 이 배선 사이의 비접촉부의 배선에, 이 스페이서에 전자를 방출하는 전자방출영역이 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
(바람직한 실시형태의 상세한 설명)
이하, 본 발명을 도면에 근거해서 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 화상형성장치의 바람직한 실시형태의 표시패널의 구성을 나타내는 사시도이며, 도 1은 또한 일부의 구성을 잘라내서 표시되는 도면이다. 도 2A에 도 1의 표시패널의 부분확대개략도를, 도 2B에 도 2A에 있어서의 행방향배선(5)과 스페이서(3) 간의 접촉면의 개략도를 나타낸다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 표시패널은, 제 1의 기판인 리어플레이트(1)와 제 2의 기판인 페이스플레이트(2)를 소정의 간격을 두고 대향시키고, 양자 사이에 판형상의 스페이서(3)를 끼우는 동시에, 주위를 측벽(4)에 의해 밀봉해서, 내부를 진공분위기로 한 것으로 되어 있다.
리어플레이트(1) 상에는, 행방향배선(5), 열방향배선(6), 층간절연층(7)(도 2A 참조) 및 전자방출소자(8)를 형성한 전자원기판(9)이 고정되어 있다.
도시된 전자방출소자(8)는 한 쌍의 소자전극 간에 전자방출부를 가지는 도전성박막이 접속된 표면전도형 전자방출소자이다. 본 실시형태의 표시패널은, 이 표면전도형의 전자방출소자(8)를 N×M개의 매트릭스 형상으로 배치되고, M 본의 행방향배선(5)과 N본의 열방향배선(6)으로 매트릭스배선을 형성한 멀티전자빔원을 가지고 있다. 행방향배선(5)이 층간절연층(7)을 개재해서 열방향배선(6) 상에 위치하고 있고, 행방향배선(5)에는 인출단자(Dx1)~(Dxm)를 개재해서 주사신호가 인가되고, 열방향배선(6)에는 인출단자 (Dy1)~(Dyn)를 개재해서 변조신호(화상신호)가 인가된다.
행방향배선(5) 및 열방향배선(6)은 은페이스트를 스크린인쇄법에 의해 도포함으로써 형성할 수가 있다. 또, 행방향배선(5)과 열방향배선(6)을 포토리소그래픽법에 의해 형성할 수도 있다.
행방향배선(5) 및 열방향배선(6)의 재료로서는, 상기 은페이스트 외에 다른 도전재료를 사용할 수가 있다. 예를 들면, 스크린인쇄법에 의해 행방향배선(5) 및 열방향배선(6)을 형성하는 경우에는, 금속과 유리페이스트를 혼합한 도포재료를 사용할 수가 있고, 도금법을 사용해서 금속을 석출시킴으로써 행방향배선(5) 및 열방향배선(6)을 형성하는 경우에는, 도금욕재료를 사용할 수가 있다.
페이스플레이트(2)의 하면(리어플레이트(1)와의 대향면)에는, 형광막(10)이 형성되어 있다. 본 실시형태의 표시패널은 컬러표시이기 때문에 형광막(10)에는 적(R), 록(G), 청(B)의 3원색의 형광체가 각각 도포되어 있다. 각 색의 형광체는, 스트라이프형상으로 도포되어 있고, 이 스프라이프형상의 형광체 사이에는 흑색의 도전체(블랙스트립)가 배치되어 있다. 흑색의 도전체를 배치하는 이유는, 전자빔의 조사 위치에 다소의 어긋남이 있어도 표시색에 어긋남이 생기지 않도록 하는 것, 외광의 반사를 방지해서 표시콘트라스트의 저하를 막는 것, 전자빔에 의한 형광막의 차지업(charge-up)을 방지하는 것 등이다. 흑색의 도전체로서는, 흑연을 주성분으로 한 재료를 사용할 수가 있지만, 상기의 목적에 적합한 것이면 다른 재료를 사용할 수도 있다. 또, 3 원색의 형광체의 도포방법은 상기 스트라이프형상뿐만이 아니라, 델타형상 배열이나, 그 이외의 배열로 할 수도 있다.
상기 형광막(10)의 표면에는, 도전성부재인 메탈백(가속전극)(11)이 배치되어 있다. 이 메탈백(11)은 전자방출소자(8)로부터 방출되는 전자를 가속해서 끌어올리기 위한 것으로, 고압단자(Hv)로부터 고전압이 인가되어 상기 행방향배선(5)에 비해 고전위로 설정되어 있다. 표면전도형 전자방출소자를 사용한 표시패널의 경우, 통상 행방향배선(5)과 메탈백(11) 간에는 5~20kV정도의 전위차가 형성된다.
행방향배선(5) 상에는, 행방향배선(5)과 평행하게 판형상의 스페이서(3)가 장착되어 있다. 이 스페이서(3)는 행방향배선(5) 상에 놓여진 상태에서 양단이 스페이서고정블록(12)에 장착되어 지지를 받고 있다. 스페이서고정블록(12)에 의해 스페이서(3)를 고정하면, 전자의 운동에너지가 적고, 전자궤도가 전기장의 영향을 받기 쉬운 전자방출소자(8) 근방의 전기장의 혼란을 적게 할 수가 있다.
스페이서(3)는 표시패널에 내대기압성을 갖게 하기 위해서 통상 등간격으로 복수 배치되고, 리어플레이트(1)와 페이스플레이트(2) 사이에 끼워진다. 리어플레이트(1)는 전자방출소자(8)와 이 전자방출소자(8)를 구동하기 위한 행방향배선(5) 및 열방향배선(6)이 배치된 전자원기판(9)을 가진다. 페이스플레이트(2)에는 형광 막(10) 및 메탈백(11)이 배치되어 있다. 스페이서(3)의 상하면은 메탈백(11)과 행방향배선(5)에 각각 압접되어 있다. 또, 리어플레이트(1)와 페이스플레이트(2)의 주변부 사이에는, 측벽(4)이 끼워져 있고, 리어플레이트(1)와 측벽(4)의 접합부 및 페이스플레이트(2)와 측벽(4)의 접합부는 각각 프릿유리 등에 의해 밀봉되어 있다.
스페이서(3)에 대해 더 상세히 설명하면, 스페이서(3)는, 리어플레이트(1)측의 행방향배선(5) 및 열방향배선(6)과 페이스플레이트(2)측의 메탈백(11) 사이에 인가되는 고전압에 견딜만큼의 절연성을 가지고, 또한 스페이서(3)의 표면에의 대전을 방지하는 정도의 도전성을 가진다. 본 발명에 있어서, 스페이서(3)는 적어도 리어플레이트(1)에 면하는 단부면이 저항성을 가지고 있고, 바람직하게는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 절연성재료로 구성된 기체(51)와 그 표면을 피복하는 고저항막(52)으로 구성되어 있다.
스페이서(3)의 기체(51)의 재료로서는, 예를 들면 석영유리, Na 등의 불순물 함유량을 감소시킨 유리, 소다라임유리, 알루미나 등의 세라믹스 등을 들 수 있다. 이 기체(51)의 재료는, 그 열팽창율이 전자원기판(9), 리어플레이트(1), 페이스플레이트(2) 등의 재료와 동일 또는 가까운 것이 바람직하다.
스페이서(3)의 표면을 피복하는 고저항막(52)에는, 고전위측의 메탈백(11)에 인가되는 가속전압(Va)을 고저항막(52)의 저항값으로 나눈 전류가 흐르게 되고, 이것에 의해 스페이서(3) 표면에의 대전이 방지된다. 이 때문에, 고저항막(52)의 저항값은 대전 및 소비전력으로부터 바람직한 범위로 설정된다. 고저항막(52)의 시트저항은 대전방지의 관점으로부터 1O14Ω/□ 이하가 바람직하고, 1Ol2Ω/□ 이하인 것이 보다 바람직하고, 1011Ω/□ 이하인 것이 가장 바람직하다. 고저항막(52)의 시트저항의 하한은 스페이서(3)의 형상과 스페이서(3)에 인가되는 전압(행방향배선(5)과 메탈백(11) 사이의 전위차)에 의해 좌우되지만, 소비전력을 억제하기 위해서, 시트저항의 하한이 1O5Ω/□ 이상인 것이 바람직하고, 고저항막(52)의 시트저항이 1O7Ω/□ 이상인 것이 보다 바람직하다.
박막의 형태는 고저항막(52)을 구성하는 재료의 표면에너지 및 기체(51)와의 밀착성이나 기체(51)의 온도에 따라서 다르지만, 통상 두께10nm 이하의 박막은 섬형상으로 형성되어, 저항이 불안정하고, 재현성이 부족하다. 한편, 막두께가 1㎛이상에서는 막응력이 커져 막박리의 위험성이 높아지고, 또한 성막시간이 길어지기 때문에 생산성이 나빠진다. 따라서, 기체(51) 상에 형성되는 고저항막(52)의 두께는 10nm~1㎛의 범위가 바람직하고, 보다 바람직하게는, 막두께는 50~500nm이다. 시트저항은 ρ/t (ρ:비저항, t:막두께)이며, 상기 시트저항과 막두께의 바람직한 범위를 고려해서, 고저항막(52)의 비저항ρ는 0.1~108Ωcm인 것이 바람직하다. 시트저항과 막두께의 더 바람직한 범위를 실현하기 위해서, 비저항ρ는 102~106Ωcm로 하는 것이 바람직하다.
고저항막(52)으로서는, 예를 들면 금속산화물을 사용할 수가 있고, 금속산화물 중에서도, 크롬, 니켈, 동의 산화물이 바람직하다. 이러한 산화물은 2차 전자방출효율이 비교적 낮기 때문에 전자방출소자(8)로부터 방출된 전자가 스페이서(3)에 닿아도 대전하기 어렵다. 이러한 금속산화물 이외에, 탄소는 2차 전자방출효율이 낮기 때문에, 바람직한 재료이다. 특히, 비정질카본은 고저항이기 때문에 고저항막(52)으로서 비정질카본을 사용할 경우 적절한 스페이서(3)의 표면저항을 얻기 쉽다.
고저항막(52)으로서 알루미늄과 천이금속의 질화물은 천이금속의 조성을 조정함으로써 양호한 도전체로부터 절연체까지 넓은 범위로 저항값을 제어할 수 있는 동시에, 표시패널의 제조공정에 있어서의 저항값의 변화가 적고, 안정되어 있으므로 매우 적합한 재료이다. 천이금속원소로서는 Ti, Cr, Ta 등을 들 수가 있다.
상기 질화물막은 질소가스분위기를 이용한, 스퍼터링, 전자빔증착, 이온도금, 이온어시스트증착법 등의 박막형성수법에 의해 형성할 수가 있다. 상기 금속산화물막은 산소가스분위기를 이용한 박막형성수법으로 형성할 수가 있다. 그 외, CVD법, 알콕시드도포법에 의해서도 금속산화막을 형성할 수가 있다. 카본막은 증착법, 스퍼터법, CVD법, 플라스마CVD법으로 제작되고, 비정질카본막은 성막중의 분위기에 수소가 포함되도록 하든지, 성막가스에 탄화수소가스를 사용함으로써 얻을 수 있다.
스페이서(3)는, 상기한 바와 같이, 리어플레이트(1)와 페이스플레이트(2) 간에 끼워져 있고, 그 표면을 피복하고 있는 고저항막(52)은 리어플레이트(1)측의 배선(본 실시형태에서는 행방향배선(5))과 페이스플레이트(2)측의 도전성부재(본 실시형태에서는 메탈백(11))에 압접되어, 각각 전기적으로 접속되어 있다. 스페이서(3)와 행방향배선(5)과의 전기적 접속은, 도 2A에 나타내는 바와 같이, 행방향배선 (5)과 열방향배선(6)의 교차부가 다른 개소로부터 열방향배선(6)의 두께만큼 페이스플레이트(2)측으로 돌출되어 있기 때문에 이 돌출부분과 고저항막(52)이 접촉함으로써 행해지고 있다. 즉, 고저항막(52)과 행방향배선(5)의 전기적 접속은, 도 2B에 나타내는 바와 같이, 행방향배선(5)과 열방향배선(6)의 교차부가 접촉부(15a), (15b), 그 이외의 개소가 비접촉부(16)가 되도록 이 교차부의 간격에서 행해지고 있다.
도 2A 및 도 2B에 나타내는 등전위선(17)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 스페이서(3)에는 비접촉부(16)에도 고저항막(52)이 존재하기 때문에 비접촉부(15a), (15b) 근방에 있어서 스페이서(3)의 전위가 상승한다. 이것은, 먼저 도 10에 의해 설명한 바와 같이, 메탈백(11)으로부터 접촉부(15a), (15b)로 흐르는 전류의 경로 가운데, 비접촉부(16)를 개재하는 전류경로의 저항값이 비접촉부(16)를 개재하지 않는 전류경로(예를 들면, 접촉부(15a), (15b) 의 직상부분으로부터의 전류 경로)의 저항값보다 크므로, 이 증가저항값에 의해 전위가 상승하기 때문에 생긴다.
본 발명자는, 어떤 조건하에서는, 비접촉부(16)의 접촉부(15a), (15b)근방에 있어서 행방향배선(5)으로부터 스페이서(3)를 향해 전자가 방출되는 것을 알아냈다. 즉, 행방향배선(5)의 표면 형상을 제어함으로써, 행방향배선(5)의 일부에 전자방출특성을 갖게 할 수가 있는 것이다.
구체적으로는, 표면의 거칠음을 제어해서, 적당한 전계증배계수β를 가지도록 한다. 전계증배계수β는 클수록 전자방출하기 쉽지만, 소망하지 않는 부분(스페이서(3)의 배치장소 이외)에서의 전자방출을 막기 위해서, 어느 정도 이하로 억제 할 필요가 있다. 전계증배계수 β의 제어방법에는, 행방향배선(5)을 인쇄법으로 형성할 때의 소성온도를 변경하거나, 페이스트의 재료를 변경하거나, 페이스트 속에 미립자를 분산시키거나, 행방향배선(5)을 형성한 후에 미립자막을 도포하거나 하는 방법이 취해진다.
그 중에서, 탄소재료나 산화주석, 산화크롬 등을 주성분으로 하는 도전성 초미립자가 유기용매에 분산된 재료를 도포하는 방법은, 안정된 표면형상 및 전계층배계수 β를 얻을 수 있기 때문에 매우 적합하다.
최적 전계증배계수β는 가속전압, 스페이서(3)의 형상, 스페이서(3)와 행방향배선(5) 사이의 물리적 접촉길이, 스페이서(3)와 행방향배선(5) 사이의 갭길이, 행방향배선(5)의 표면상태 등에 의해 정해지는 「정상상태의 전계(후술)」에 의해 결정된다. 즉, 전계증배계수β는 스페이서(3) 근방의 소망하는 위치에서는 안정되게 전자를 방출하지만, 그 외의 장소에서는 전자를 방출하지 않는 값이 선택된다.
이와 같이, 최적전계증배계수β의 결정에는 많은 파라미터가 관여하기 때문에, 한마디로 말할 수 없지만, 대체로 100~1000 정도가 매우 적합하다.
이와 같이, 비접촉부(16)의 접촉부(15a), (15b)근방에 있어서, 행방향배선(5)으로부터 스페이서(3)를 향해서 전자를 조사함으로써, 물리적 접촉면적보다 넓은 범위에서 「전기적 접촉」을 확보할 수가 있다.
상기 상태를, 도 3A 내지 도 3C를 참조해서 설명한다.
도 3A는 초기 상태, 즉 비접촉부(16)에 있어서 행방향배선(5)으로부터 스페이서(3)를 향해서 전자가 조사되기 이전의 전위분포를 나타내는 도면이며, 도면 중 (17)은 등전위선이다. 다음에 도 3B와 같이, 접촉부(15a), (15b)근방에 있어서 전자 조사가 시작되고, 전자 조사된 부분은 전자의 에너지가 충분히 적기 때문에 부대전을 일으켜 전위가 감소한다.
도 3C에서는 전자방출이 정상상태가 되고, 전자가 가까스로 방출되는 전계를 유지하고 있다(정상상태의 전계).
이상 설명한 바와 같이, 전자를 방출하지 않는 도 3A에 비해, 전자방출의 결과 정상상태가 된 도 3C에서는, 마치 접촉면적이 커진 것과 같이 전위가 감소하고 있는 것을 알 수 있다.
본 발명에 관한 스페이서(3)에 있어서의 리어플레이트(1) 근방의 등전위선(17)을 개략적으로 도 2A에 점선으로 나타낸다. 도 2B는 행방향배선(5)과 스페이서(3)의 접촉상태를 나타내는 개략도이며, 물리적 접촉부(15b)는 물리적 접촉부(15a)보다 작다. 또, (14a), (14b)는 전자방사영역을 개략적으로 나타내고 있고, 서로 거의 같지만, 물리적 접촉부(15a)는 물리적 접촉부(15b)와 다르다.
전자방출상태를 실제로 관찰하는 것은 어렵지만, 열심히 연구한 결과, 스페이서 피조사면의 사후 관찰에 의해 전자방사영역을 추정할 수 있는 것을 알아냈다. 구체적으로는, 물리적 접촉부에는 압흔이 있고, 그 근방에 변색영역이 인정되었다. 별도로, 전자총으로 스페이서를 조사했는데, 같은 변색을 나타낸 것으로부터 상기 물리적 접촉부 근방의 변색은 전자 조사에 의한 것이라고 생각된다.
한층 더 상세하게 접촉부를 관찰한 결과, 이하의 특징을 볼 수 있었다.
도 4A는 상기 물리적 접촉면적이 큰 경우의 개략도, 도 4B는 상기 물리적 접 촉면적이 작은 경우의 개략도이다. 도 4A 및 도 4B에 있어서, (41)은 물리적 접촉길이(압흔영역), (42)는 전기적 접촉길이(변색영역), (43)은 변색영역의 최외부에 있어서의 스페이서(3)와 행방향배선(5)의 갭길이이다. 도 4A와 도 4B를 비교하면, 물리적 접촉길이(41)에 차이가 있음에도 불구하고, 전기적 접촉길이(42)와 갭길이(43)는 거의 일치하고 있는 것을 알 수 있다. 또 도 4A 및 도 4B는 실제의 전자빔의 도달위치도 서로 유사하고, 이 도달위치는 이 전기적 접촉길이(42)를 전위규정접촉부라고 가정해서 전자빔 시뮬레이션한 결과와 일치했다.
비교실험으로서 미립자막을 도포하지 않은 행방향배선을 사용해서 전자빔 도달위치에 차이가 있는 부분을 관찰했는데, 전기적 접촉길이(42)에 차이가 있는 것이 확인되고, 각각 이 전기적 접촉길이(42)를 전위규정접촉부라고 가정해서 전자빔 시뮬레이션한 결과와 일치했다.
즉, 미립자의 도포에 의해 비접촉부(16)의 접촉부(15a), (15b) 근방에 있어서, 행방향배선(5)으로부터 스페이서(3)를 향하는 전자방출을 제어해서, 빔 위치를 제어했다. 환언하면, 도 4A 와 도 4B는 스페이서(3)와 행방향배선(5)의 물리적 접촉상태가 서로 다르더라도, 양자 사이의 전기적 접촉상태는 거의 동등한 상태로 하는 것이 가능해지기 때문에, 스페이서(3)와 행방향배선(5)의 물리적 접촉상태의 제어가 완화된다.
이상으로부터, 각 접촉포인트에 있어서, 도 4A 및 도 4B의 전기적 접촉길이(42)를 서로 일치시킴으로써 양호한 전자빔제어를 할 수 있는 것을 알 수 있다.
전기적 접촉길이(42)는 가속전압, 스페이서형상, 물리적 접촉길이(41), 갭길 이(43), 행방향배선(5)의 표면상태 등에 의해 정해지는 정상상태의 전계에 의해 결정된다고 생각되지만, 아직 불명한 점도 많아, 이론 계산에 의한 설계에는 현재 도달하지 않았다. 그러나, 변색영역을 관찰하면서 실험적으로 각 파라미터를 결정하는 것은 가능하다.
도 9A는 도 1의 X방향으로부터 본 스페이서(3)와 행방향배선(5)의 접촉상태에 있어서, 행방향배선(5)이 스페이서(3)의 두께보다 안쪽에서 급격하게 상승하는 형태를 표시하고, 도 9B는 스페이서(3)의 저면이 평탄하지 않은 형태를 표시한다. 도 9A 및 도 9B의 형태에 있어서도 본 발명을 적용함으로써, 물리적 접촉보다 변동이 적은 「전기적 접촉」을 실현할 수가 있다.
또, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 열방향배선(6)은 등간격으로 배치되어 있기 때문에, 상기 접촉부(15a), (15b)와 비접촉부(16)는 등간격으로 형성되어 있고 또한 전자방출소자(8)는, 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 2개의 행방향배선(5)사이와 2개의 열방향배선(6) 사이에 있기 때문에 스페이서(3)에 인접하는 전자방출소자(8)는 모두 비접촉부(16)에 인접하는 위치에 있어, 이 전자방출소자(8)로부터 방출되는 전자빔은 모두 비접촉부(16)에 대응하는 스페이서(3)의 표면전위의 영향을 균일하게 받게 되어 있다.
도 5B에 개략적으로 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 전자방출소자(8)의 소자전극은, 스페이서(3)에 인접하는 것(54b와 55b 및 54c와 55c)를 제외하고, 한 쌍의 소자전극(54a)와 (55a), 및 (54d)와 (55d)의 갭의 길이방향이 열방향배선(6)과 평행하게 배치되어 있다. 스페이서(3)에 인접하는 전자방출소자의 소자전극(54b)와 (55b), 및 (54c)와 (55c)에 있어서, 소자전극갭의 길이방향이 열방향배선(6)에 대해 θ의 각도를 가지고 배치되어 있다. 또, 도 5A에 점선으로 나타내는 전자빔궤도(18)와 같이, 전자방출소자로부터 방출되는 전자는 전자방출부에서는 스페이서(3)으로부터 멀어지도록 비상하고, 스페이서(3)의 저면 근방의 위치로부터 스페이서(3)에 가까워지도록 비상해서, 최종적으로 소망하는 소정 조사위치(19)에 도달하고 있다. 도 5A는 도 5B에 있어서의 5A-5A단면에 상당한다. 이러한 이유를 자세하게 설명한다.
[전자방출부 근방]
도 5B에 개략적으로 나타내는 바와 같이, 전자는 부전위의 소자전극(55a)~(55d)으로부터 정전위의 소자전극(54a)~(54d)을 향해 초속도(57a)~(57d)를 가지고 방출된다. 스페이서(3)에 인접하는 전자방출소자의 소자전극(54b)와 (55b), (54c)와 (55c)에 있어서, 각 소자전극갭의 길이방향이 열방향배선(6)에 대해 θ의 각도를 가지고 배치되어 있다. 따라서, 스페이서(3)에 인접하는 전자방출소자로부터 방출된 전자에 있어서, 스페이서(3)로부터 멀어지는 성분(Y방향 성분)을 가진 초속도벡터(57b), (57c)로 방출되기 때문에 전자방출부 근방에서는 스페이서(3)로부터 멀어지도록 궤도를 취한다. 한편, 스페이서(3)에 인접하고 있지 않은 전자방출소자로부터 방출된 전자의 초속도벡터(57a), (57d)는 스페이서(3)로부터 멀어지는 성분을 가지고 있지 않기 때문에 스페이서(3)와 평행한 궤도를 취한다.
스페이서(3)에 인접하는 전자방출소자의 소자전극(54b)와 (55b), (54c)와 (55c)를 θ의 각도를 가지지 않고 구성했을 경우(즉 초속도벡터(57b), (57c)를 초 속도벡터 (57a), (57d)와 동일하게 했을 경우)의 전자빔궤도(18) 및 초속도벡터(57a)~(57d)를 도 6A 및 도 6B에 나타낸다. 도 6A는 도 6B에 있어서의 6A-6A단면에 상당한다.
도 6B에 나타내는 바와 같이, 전자의 초속도벡터(57a)~(57d)는 서로 동일하지만, 도 6A에 나타내는 바와 같이, 스페이서(3)가 형성하는 전위분포(20)에 의해 전자빔 최종도달위치는 ΔS만큼 스페이서(3)쪽으로 이동된다.
또, 도 5와 같은 소자전극 구성에서, 스페이서(3)를 없앴을 경우의 전자빔궤도(18) 및 초속도벡터(57a)~(57d)를 도 7A 및 도 7B에 나타낸다. 도 7A는 도 7B에 있어서의 7A-7A단면에 상당한다.
도 7B에 나타내는 바와 같이, 전자의 초속도벡터(57a), (57d)와 초속도벡터(57b), (57c)가 다르기 때문에, 초속도벡터(57b)와 (57c)로 방출된 전자빔 최종도달위치는 ΔY만큼 본래의 소정 조사위치(53)로부터 멀어진다.
도 8을 참조해서 ΔY에 대해 상세하게 설명한다.
도 8은 전자의 방출점과 도달점을 나타내는 개략도로, 화살표(57a), (57b)의 시점이 방출점, 종점이 도달점을 나타낸다. 도 8은 페이스플레이트(2)의 윗쪽으로부터 페이스플레이트(2)를 통해서 본 사시도에 상당한다.
부호 L은 곡진량(편향량)으로 불리우고, 초속도벡터(57a), (57b)의 크기에 의존한다. 초속도벡터(57a), (57b)의 크기가 서로 같으면 곡진량(편향량)L은 서로 같다. 즉, 소자 간의 인가전압이 서로 같으면 곡진량 L은 대략 같다. 따라서, 도 8의 화살표(57a), (57b)의 길이는 서로 같다. 이 때,
ΔY=L×sinθ
이다. 또, X방향에도 변이량이 존재하고,
ΔX=L×(1-cosθ)
이다.
θ가 충분히 작으면, ΔY에 대해서 ΔX는 충분히 작고, 예를 들면 θ=10˚에서는 ΔX/ΔY는 0.09 이하이다.
[스페이서(3)의 저면 근방 대응위치]
도 2에서 설명한 바와 같이, 스페이서(3)의 고저항막(52)이 행방향배선(5)과 열방향배선(6) 간의 교차부마다 행방향배선(5)과 「전기적 접촉」을 하고 있는 결과, 도 2B에 나타내는 비접촉부(16)의 전위가 상승해서, 도 5A에 나타내는 바와 같이, 스페이서(3)의 저면 근방에서 위로 볼록한 형상의 등전위선(20)을 발생시키고, 전자빔(18)은 스페이서(3)에 가까워지도록 비상한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 빔궤도 설계에 있어서는, 스페이서(3)에 의해 생긴 ΔS를 각도 θ에 의해 ΔY만큼 보상한다고 하는 사상이다.
실제의 설계에서는, 예를 들면 정전계계산과 전자빔궤도 시뮬레이션으로부터 전자가 소정의 조사위치(53)에 도달하는 각도 θ와 접촉상태를 결정한다. 또, 실측 데이터에 근거하는 조건 결정도 가능하다.
[실시예]
(실시예 1)
본 실시예에서 설명한 표시패널에 있어서, 스페이서(3)의 기체(51)로서 아사 히유리(주)제의 PD200를 사용하고, 고저항막(52)으로서 질화텅스텐·게르마늄합금화합물(WGeN)을, 텅스텐타겟과 게르마늄타겟을 질소가스 속에서 동시에 스퍼터링해서 성막했다. 이 때 스페이서(3)의 기체(51)를 회전시키면서 성막함으로써 표면 전면에 걸쳐 막두께가 200nm, 시트저항이 2.5×1012Ω/□가 되었다. 스페이서(3)의 두께는 300㎛, 높이(Z방향길이)를 2.4 mm로 했다.
세정한 소다라임유리의 표면에 두께 O.5㎛의 SiO2층을 스퍼터링해서, 리어플레이트(1)를 형성했다. 이 리어플레이트(1) 상에 스퍼터성막법과 포트리소그래피법에 의해 표면전도형 전자방출소자의 소자전극을 형성했다. 재질은 두께 5nm의 Ti, 두께 100nm의 Ni를 적층한 것이다. 또, 소자전극의 간격은 2㎛, 스페이서(3)에 인접하는 소자전극의 각도θ를 6.1°로 했다.
다음에, Ag페이스트를 소정의 형상으로 인쇄하고, 480℃에서 소성함으로써 열방향배선(6)을 형성했다. 이 열방향배선(6)은 전자원형성영역의 외부까지 연장되어 도 1에 있어서의 전자원구동용 배선(Dy1)~(Dyn)이 된다. 이 열방향배선(6)의 폭은 100㎛, 두께는 약 10㎛, 간격은 300㎛로 했다.
다음에, PbO를 주성분으로 하고, 유리 바인더를 혼합한 페이스트를 사용해서 인쇄법에 의해 층간절연층(7)을 형성했다. 층간절연층(7)은 상기 열방향배선(6)으로부터 행방향배선(5)을 전기적으로 절연하고, 그 두께는 약 20㎛가 되도록 형성했다.
이어서, 상기 절연층(7) 상에 열방향배선(6)의 경우와 같은 수법으로 폭이 300㎛, 두께가 약 10㎛, 간격이 920㎛의 행방향배선(5)을 형성했다. 이 행방향배선(5)은 전자원형성영역의 외부까지 연장되어 도 1에 있어서의 전자원구동용 배선(Dx1)~(Dxm)가 된다.
다음에, 소자전극(54a)~(54d), (55a)~(55d)를 형성한 리어플레이트(1) 상에 스퍼터링법에 의해 Cr막을 형성하고, 포트리소그래피법에 의해 도전성박막(56a)~(56d)의 형상에 대응하는 개구부를 Cr막에 형성했다. 이어서, 유기 Pd화합물의 용액(ccp-4230:오쿠노제약(주)제)을 도포하고, 대기 중에서 300℃, 12분 간의 소성을 행해서 PdO 미립자막을 형성한 후, 상기 Cr막을 습식에칭에 의해 제거해서 리프트오프에 의해 소정의 형상의 도전성박막(56a)~(56d)을 형성했다.
마지막으로 행방향배선(5) 상에 미립자막을 형성했다. 이 미립자막은 대전방지막도 겸해 리어플레이트(1) 전면에 걸쳐 형성했다.
미립자막으로서는 산화주석에 산화안티몬을 도프한 산화물 미립자를 에탄올과 이소프로판올의 조성비 1:1의 혼합액에 분산시킨 것을 사용했다. 고형물의 질량농도는 약 0.1 질량%로 했다. 미립자의 크기는, 5~15nm였다.
도포방법으로서는 스프레이법을 사용했다. 스프레이장치를 사용해서 액압 0.025 MPa, 에어압 1.5 Kg/cm2, 기판(1) 헤드 간 거리 50mm, 헤드이동속도 0.8m /sec의 조건에서 도포를 행했다. 도포 후, 380℃에서 10분 간 고온에서 소성했다. 이 미립자막의 두께는 30nm, 시트저항은 1010Ω/□였다.
본 발명에 있어서 도전성 미립자의 재료는 산화주석에 한정되지 않고, 탄소 재료나, 산화크롬 등도 바람직하게 사용할 수 있다.
이상과 같이 해서 제작한 표시패널에 있어서, 메탈백(11)에의 인가전압을 15kV, 행방향배선(5)과 열방향배선(6) 간의 인가전압은 14V로 해서 화상표시를 행했는데, X방향의 빔어긋남(ΔX)은 검지한계 이하로, 양호한 화상을 표시할 수가 있었다.
또, 스페이서(3)를 사후 관찰했는데, 물리적 접촉길이(41)에는 0~100㎛의 변동이 있었지만, 변색영역으로부터 추정되는 전기적 접촉길이(42)는 110㎛이며, 이 110㎛의 전기적 접촉길이(42)의 최외부의 갭(43)은 약 3㎛였다.
본 발명에 의하면, 배선 상의 전자방출영역으로부터의 전자방출에 의한 이 배선과 스페이서와의 「전기적 접촉상태」를 실현함으로써, 이 배선과 스페이서와의 물리적 접촉상태의 변동을 완화할 수 있고, 전자빔의 도달 위치의 위치어긋남을 억제해서 양호한 표시화상을 유지하면서 배선과 스페이서의 조립마진을 넓힐 수가 있다. 따라서, 양호한 화상표시의 화상형성장치를 높은 수율로 제공할 수가 있다.

Claims (6)

  1. 전자의 조사에 의해 발광하는 발광부재 및 제 1의 전위로 규정되는 전극을 가지는 페이스플레이트;
    복수의 전자방출소자 및 이 전자방출소자에 접속되고 상기 제 1의 전위와 다른 제 2의 전위로 규정되는 복수의 배선을 가지는 리어플레이트; 및
    상기 배선과 상기 전극 사이에 이 배선과 부분적으로 접촉해서 배치되고, 이 배선 및 이 전극과 전기적으로 접속되고, 상기 리어플레이트에 면하는 단부면이 저항성을 가지는 스페이서;
    를 가지는 화상형성장치로서,
    상기 배선과 상기 스페이서 사이의 접촉부 주변에는 이 배선과 이 스페이서 사이의 비접촉부의 배선에, 이 스페이서에 전자를 방출하는 전자방출영역이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전자방출영역은 상기 배선에 위치한 도전성 미립자로 이루어진 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 도전성 미립자의 입자크기는 5nm 내지 15nm의 범위인 것을 특징으로 하 는 화상형성장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 배선은 은으로 이루어지고, 상기 도전성 미립자는 산화안티몬이 산화주석에 도프되어 있는 산화물 미립자로 이루어진 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 배선과 상기 스페이서와의 접촉부는 상기 배선과 평행한 방향을 따라서 일정한 간격으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 스페이서에 인접한 전자방출소자는 일정한 간격으로 배치된 접촉부 사이의 비접촉부에 대응하는 위치에 배치되고, 상기 스페이서에 인접한 상기 전자방출소자는 상기 스페이서에 인접하지 않은 전자방출소자와는 다른 초기속도벡터로 전자를 방출하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
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