KR19990072667A - 전자방출소자,전자소스및화상형성장치의제조방법 - Google Patents

Abstract

전자 방출 소자를 제조하기 위한 방법은 전극 사이에 전자 방출부를 갖는 도전막을 포함한다. 상기 방법은 전극들 사이에 위치한 도전막내에 간극을 형성하는 단계와 극성 또는 분극성기를 갖는 방향족 화합물을 가지며 물(water) 대 방향족 화합물의 분압비가 100 또는 그 미만인 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 구성되는 디스플레이와 같은 화상 형성 장치를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

공지된 전자 방출 소자는 대충 다음의 2가지 유형으로 분류된다. 열 전자 방출 소자와 냉 전자 방출 소자가 있다. 냉 전자 방출 소자는 전계 방출형(이후, "FE"라고 함), 금속/절연층/금속형(이후, "MIM"형이라고 함), 및 표면 전도 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 전도 전자 방출 소자는 전류가 절연 기판 상에 형성된 얇고 작은 막을 통해 막 표면과 평행하게 흐를 때 전자 방출이 일어난다는 현상을 이용한 것이다. 표면 전도 전자 방출 소자의 구성의 전형적인 예에서, 포밍이라고 하는 전도 처리와 후속 활성화가 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 높은 전기 저항을 갖는 크랙을 형성하기 위해 이러한 막을 국소적으로 파괴하고, 변형하거나 또는 수정한다.

활성화는 유기 화합물을 갖는 진공 분위기에서 박막의 양단부에 전압을 인가하여 크랙 근처에 탄소막을 형성한다. 전자들은 크랙 근처로부터 방출된다.

표면 전도 전자 방출 소자는 간단한 구조를 갖고 제조하기가 쉽기 때문에, 많은 수의 이러한 소자가 큰 영역에 걸쳐 배열된다. 그러므로, 다양한 응용이 이러한 특성을 이용하여 연구되어 왔다. 이 소자는 예를 들어, 충전 빔 소스 또는 디스플레이와 같은 화상 형성 장치에 적용되었다.

많은 수의 표면 전도 전자 방출 소자의 배열의 한 예는 많은 수의 행이 개별 전극의 양단부를 접속함으로써 형성되는 방식으로 평행하게 이러한 소자가 배열되는 전자 소스이다(예를 들어, 일본 특개평 제1-031332호의 명세서 참조).

특히, 디스플레이와 같은 화상 형성 장치를 위해, 액정을 사용하는 평면 디스플레이는 CRT 대용으로 최근에 인기를 끌고 있다. 불행히도, 이들 디스플레이는 자발적으로 전자를 방출하지 않고, 이들은 후광을 가져야 한다. 그러므로, 광을 자발적으로 방출하는 디스플레이의 개발이 요구되고 있다. 많은 수의 표면 전도 전자 방출 소자가 그 안에 배열되어 있는 전자 소스와 전자 소스로부터 방출된 전자를 이용하여 가시 복사선을 방출하는 형광체의 조합을 포함하는 화상 형성 장치는 대형 화면 조차도 제조하기가 비교적 쉽고 고등급의 디스플레이를 갖는 우수한 자발적 발광 디스플레이이다(예를 들어, 미국 특허 제5,066,883호의 명세서 참조).

전자 소스 또는 화상 형성 장치를 위해 사용되는 전자 방출 소자를 위해, 안정 제어되는 전자 방출 특성의 추가 설비 및 전자 방출 효율의 개선이 선명한 디스플레이 화상을 안정하게 제공하기 위해 요구된다.

화상 형성 부재와 같은 형광체를 사용하는 화상 형성 장치를 위해, 저전류를 사용하고 선명한 고등급의 화상을 형성하는 그러한 장치는 예를 들어, 평면 텔레비젼이 안정 제어 전자 방출 특성을 제공하고 전자 방출 효율을 더욱 개선시킴으로써 얻어진다. 저전류를 사용하게 되면 또한 화상 형성 장치를 구성하는 구동 회로의 가격을 낮추는 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 구동함으로써 유도되는 전자 방출 특성이 아주 약간 일시적으로 변화되는 전자 방출 소자, 이러한 전자 방출 소자를 사용하는 전자 소스 및 화상 형성 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 구동함으로써 유도되는 방출 전류의 아주 작은 일시적 감소만 되는 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 평면 표면 전도 전자 방출 소자의 구성의 예를 도시한 회화적 평면 및 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 수직 표면 전도 전자 방출 소자의 구성의 예를 도시한 회화적 평면 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 도전 형성을 위한 전압 파형의 예를 도시한 도면.

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

도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 활성화 공정을 위해 사용되는 매스 필터 전극의 구조예를 도시한 화상도.

도 7a 및 7b는 본 발명에 따른 활성화 공정을 위한 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 간단한 매트릭스 배열 내의 전자 소스의 예를 도시한 화상도.

도 12는 본 발명에 따른 화상 형성 장치의 디스플레이 패널의 예를 도시한 화상도.

도 13a 및 13b는 디스플레이 패널 내의 형광막의 예를 도시한 화상도.

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

도 15는 본 발명에 따른 래더 배열 내의 전자 소스의 예를 도시한 화상도.

도 16은 본 발명에 따른 화상 형성 장치의 디스플레이 패널의 예를 도시한 공정도.

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 소스의 일부를 도시한 화상도.

도 22는 도 21의 선 22-22를 따라 절취하여 본 회화적 단면도.

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 위한 진공 장치의 개략 블럭도.

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

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 기판

2, 3: 소자 전극

4: 도전막

5: 탄소막

A, B: 간극

37: 가스 도입 라인

39: 도입 물질 소스

101: 화상 형성 장치

바람직하기로는, 전자 방출부를 형성하는데 사용되는 도전막 내에 형성된 크랙 근처에 탄소막을 형성하기 위한 활성화 실행 이후에, 유기 물질들 및 이들의 분해된 산물이 탄소 및 탄소 화합물의 더이상 원하지 않는 피착을 방지하기 위해 제거되었다. 이것을 달성하기 위해, 예를 들어, 전자 방출 소자가 진공 분위기에서 가열된다. 그러나, 이 공정은 소정량의 방출된 전자가 얻어지는 것을 방지하기 위해 탄소막의 일부를 제거할 수 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 포함하는 경우에는 일어난다는 것이다.

발명자의 연구에 의하면, 활성화 공정을 위한 대기 내의 물의 존재(그것의 부분 입력)는 구동 중의 일시적 저하 뿐만 아니라 얻어진 전자 방출량의 감소와 전자 방출 소자의 효율에 밀접하게 상관한다는 것이 판명되었다. 즉, 유기 물질 이외에, 많은 양의 물이 활성화 공정을 위해 대기 내에 있다면, 이 물은 탄소막이 형성되거나 막의 결정성을 감소시키는 것을 방해한다.

다음에, 본 발명의 양호한 실시예가 도시된다.

첫째, 본 제조 방법을 사용하여 제조된 전자 방출 소자의 기본 구성은 대충 평면 및 수직형으로 분류된다. 평면 전자 방출 장치가 설명될 것이다.

도 1a 및 1b는 본 제조 방법을 사용하여 제조된 평면 전자 방출 소자의 구성예를 도시한 화상도이다. 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 도전막이고, 참조 번호(5)는 탄소막이다. 탄소막(5)는 도전막들(4) 사이의 간극 A의 내부에 배치되어 도면에 도시된 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 또는 Si와 같은 세라믹 기판을 포함한다.

반대되는 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, RuO₂, 또는 Pd-Ag 금속 산화물로부터 적절하게 선택된 일반적인 도전성 물질; In₂O₃-SnO₂와 같은 투명 도체; 및 폴리실리콘과 같은 반도체 물질을 포함한다.

소자 전극 간격 L, 소자 전극 길이 W, 및 도전막의 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 저항값과 전극의 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 도전막(4)과 반대되는 소자 전극(2 및 3)이 기판(1) 상에 이 순서로 적층된 것을 포함한다. 도전막(4)을 주로 이루는 물질은 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 탄소로부터 적절하게 선택될 수 있다.

도전막(4)은 우수한 전자 방출 특성을 얻기 위해 미세 입자로 이루어진 미세 입자막을 포함할 수 있다. 막 두께는 소자 전극들(2 및 3)의 공정 커버리지, 소자 전극들(2 및 3) 사이의 저항값, 및 이후 설명되는 형성 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 1의 박막 방향에서 측정된 저항 R이 Rs(1/w)이라고 가정했을 때 얻어진 값이다.

"미세 입자"라는 용어는 본 명세서에서 자주 사용되고, 그것의 의미가 설명된다.

작은 입자를 "미세 입자"라고 하고, 보다 더 작은 입자를 "초미세 입자"라고 한다. 수백개 이하의 원자를 갖는 훨씬 더 작은 입자를 일반적으로 "클러스터"라고 한다.

그러나, 이 정의는 엄격한 것이 아니고 분류를 위해 주목될 특성에 따라 변화한다. 어떤 경우에는, "미세 입자" 및 "초미세 입자"는 총체적으로 미세 입자라고 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 본 명세서에 사용된 "미세 입자"는 약 2 내지 3㎛와 약 10㎛ 사이의 직경을 갖고, 본 명세서에 사용된 "초미세 입자"는 약 10㎛와 2 내지 3㎛ 사이의 직경을 갖는다. 그러나, 어떤 경우에는, 2가지 유형은 총체적으로 그리고 간단히 "미세 입자"라고 하고, 이 정의는 엄격한 것이 아니고, 단지 대략적인 기준이다. 약 10 내지 100개의 원자로 각각 구성된 미세 입자를 "클러스터"라고 한다(pp.195, lines 22 - 26).

또한, New-technology Develpopment Work Organization에 의한 "Hayashi Ultra Fine Particles Project" 에서의 "초미세 입자"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 "초미세 입자"로 하기로 결정하였다. 다음에, 단일의 초미세 입자는 약 100 내지 10⁸개의 원자의 집합이다. 원자에 대해서는, 초미세 입자는 "매크로 입자"로 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 초미세 입자 보다 작은 단일 입자들을 "클러스터"라고 한다.(ibid., pp.2 lines 12-13).

이들 일반적인 정의에 기초하여, 본 명세서에 사용된 "미세 입자"라는 용어는 많은 수의 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 평면 전자 방출 소자는 표면 전도 전자 방출 소자이고, 선정된 전압이 소자 전극들(2 및 3) 사이에 인가되어 전자가 간극 B근처에서부터 방출되게 한다.

다음에, 수직 전자 방출 소자가 설명될 것이다.

도 2는 본 발명에 따라 제조된 수직 전자 방출 소자의 구성의 일례를 나타내는 화상도이다. 도 1a 및 1b에서의 동일한 위치들은 도 2에서 동일한 도면 참조 번호를 가진다. 도면 참조 번호(21)는 단차 형성부를 나타낸다. 기판(1), 소자 전극(2) 및 (3), 도전막(4), 및 탄소막(5)는 각각 평면 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 평면 전자 방출 전극들 간의 소자 전극 간격 L에 대응하며, 수백 ㎚ 내지 수십 ㎛사이 이다.

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

상술한 수직 전자 방출 소자는 표면 도전성 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 및 3d를 참조하여 기술될 것이다. 이 도면에서는 도 1a 및 1b에서의 동일한 위치들이 도 3a 및 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 물질은 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) 도전막의 형성

기판(1)과 기판 상에 제공된 소자 전극(2) 및 (3)에 유기-금속 용액이 가해져 유기-금속막이 형성된다. 유기-금속 용액은 주 소자로서 도전막의 재료로서 사용되는 금속을 포함하는 유기 화합물의 용액이 될 수 있다. 이 유기 금속막은 가열 및 소성된 후에 박리 또는 에칭에 의해서 패턴되어 도전막(4)(도 3b)을 형성한다. 유기-금속 용액을 인가하는 방법이 예로서 기술되어 있지만, 도전막(4)의 형성은 이것에 제한되지 않으며, 진공 증착 방법, 스퍼터링 방법, 화학 기상 증착 방법, 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, 도전막(4)(도 3c)의 위치에 간극A이 형성된다. 통전 포밍은 국부적으로 도전막(4)내에 균열을 형성한다. 전압이 소자 전극(2) 및 (3)을 통하여 도전막(4)과 통전 포밍에 의해서 내부에 형성된 균열에 전압이 인가됨으로, 전자들이 이들로부터 방출된다.

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 10㎲사이에 설정되고, T₂는 10㎲ 내지 100㎳사이에 설정된다. 촙핑 파의 피크 값(통전 포밍 동안의 피크 전압)은 전자 방출 소자의 형성에 따라 적절하게 선택되며, 전압은 예를 들면, 수초 내지 수십분 동안 인가된다. 펄스 파형은 촙핑 파형에 제한되지 않으며, 도 4c에 도시된 것과 같은 직사각형 파형의 소망의 파형이 사용될 수 있다.

이어서, 펄스의 피크값을 증가시키면서 펄스를 인가하는 방법에 대하여 설명한다. 도 4b에서, T₁및 T₂는 도 4a에 도시된 것과 동일하다. 촙핑파의 피크값(통전 포밍동안의 피크값)은 예를 들면, 0.1-V 처리에 의해서 증가될 수 있다.

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

4) 활성화

통전이 완료된 소자에 대하여 활성화 처리가 실시된다. 활성화 처리는 방출 전류Is를 증가시킨다.

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

이러한 활성화로 인하여 분위기에 존재하는 유기 물질로부터의 탄소 또는 탄소 화합물이 탄소막(5)으로서 도전막(4)(도 3d)간의 간극A 내측에 퇴적되어 방출 전류Ie를 증가시킨다.

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

활성화 처리는 포밍 처리 동안 도전막 내에 형성된 균열에 탄소막을 형성하기 위해서 유기 물질의 존재시에 전압을 인가하여 이 유기 물질을 분해하는 것이다.

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

일반적으로, 탄소 원자 대 화합물을 구성하는 원자의 비에 있어서, 방향족 화합물은 알리파틱 화합물보다 더 큰 비를 갖는다. 또한 이 화합믈은 낮은 반응성과 알리파틱 화합물보다 더 양호한 열적 안정성을 갖는다. 활성화 처리는 유기 물질에 전압을 가하고 전자로 조사하거나, 혹은 유기 물질을 가열하여 분해, 중합, 혹은 탈수와 같은 반응을 일으킴으로써 탄소를 형성하도록 고려된다. 상기한 방향족 화합물의 특성으로 인하여, 탄소막에는 소량의 수소 원자만이 남게되고 열적인 측면 반응은 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 강력한 자기장을 유도하고 이들 자기장은 균열에 부착된 유기 물질에 영향을 준다.

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

방향족 화합물이 분극성을 가진 치환기를 갖고 있으면, 자기장에 영향을 받는 이러한 분극화가 치환기의 전자 수용체 혹은 공여체 특성에 의해서 확대된다.

이러한 확대는 분자내의 특정한 위치에서의 결합을 차단하거나. 분극기로 인한 반응 위치를 제한하는 경향을 향상시켜, 중합 혹은 분해 등의 차후의 측면 반응을 일으켜 생성된 탄소막의 결정성을 더욱 개선시킨다.

본 발명의 특징은 분극성을 가진 방향족 화합물을 사용하는 것이다.

화합물의 분극성은 일반적으로 다이폴 모멘트 값의 크기에 의해서 설명된다. 화합물의 분극성은 다이폴 모멘트 값을 증가시키면 증가한다. 또한, 분극성이 없는 화합물은 제로의 다이폴 모멘트 값을 갖는다.

구체적으로, 분극성이 있는 방향족 화합물은 톨루엔, o-자일렌, m-자일렌, 에틸벤존, 페놀, 벤조산, 플루오로벤젠, 클로로벤젠, 블로모벤젠, 스티렌, 아닐린, 벤조니타일, 니트로벤젠, p-톨루니타일, m-톨루니타일, o-톨루니타일, 및 필리딘을 포함한다.

본 발명의 특징은 분극기를 가진 방향족 화합물을 사용하는 것이다.

분극기는 전자 산화 및 환원 특성중 어느 하나를 가질 수 있다. 방향족 화합물의 치환기의 이러한 특성은 하메트 룰(Hammet rule)에 따른 α값으로 표시된다. 즉, 양의 α값은 전자 수용체 치환기를 나타내고, 음의 α값은 전자 공여체 치환기를 나타낸다. 또한, 전자 수용 혹은 공여 효과는 절대 α값을 증가시키면 증가한다.

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

본 발명은 극성 혹은 분극성기를 가진 바람직한 방향족 화합물로서 시안기를 가진 방향족 화합물을 사용할 수 있다. 특히, 이러한 방향족 화합물은 벤조니타일 및 p-톨루니타일을 포함한다.

시안기는 활성화 처리 동안 측면 반응이 없으며, 이것이 다른 치환기보다 우수한 전자 회수 특성을 가진 분극기이며 활성화 처리 동안 방향족 링으로부터의 탈착후에도 간단한 구조를 가지기 때문에 탄소막의 높은 결정성을 제공하는 것으로 간주된다.

본 제조 방법의 다른 특징은 방향족 화합물의 부분 압력에 대한 물의 부분 압력의 비가 극성 또는 분극성기를 가진 방향족 화합물을 포함하는 분위기에서 활성화 처리 동안 100 이하, 바람직하게는 10 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 이하, 특히 바람직 하게는 0.001 이하라는 점이다. 예를 들면, 진공하에서 챔버를 가열하므로써 활성화 처리에 앞서서 물이 제거된 경우에도 본 발명은 이러한 동작에 매우 작은 시간만을 필요로하며, 실질적으로 가용한 전자 방출 소자를 제공한다.

상술한 바와 같이, 활성화 처리 동안, 분위기 속에 존재하는 유기 물질 중의 탄소 또는 탄소 화합물이 소자들에 퇴적되어 소자 전류 I_f및 방출 전류 I_e를 현저하게 변화시킨다. 그러나, 물은 일반적으로 탄소 물질이 고온에서 물과 반응하여 일산화 탄소, 2산화 탄소, 및 메탄이 되므로 활성화 처리에 영향을 주는 것으로 가정한다.

활성화 처리 동안, 물의 부분 압력은 유기 물질의 부분 압력과 관련하여 증가되므로, 탄소막을 형성하는 물질의 반응이 소정의 시간이 지속되는 활성화에도 불구하고 소정량의 막이 얻어지는 것을 방지하는데 장애가 될 수 있다. 이 경우에, 퇴적된 탄소막은 불안정한 결정 구조를 포함하는 비정질 탄소 혹은 수소를 포함할 수 있다. 이러한 퇴적은 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 최초 전자 방출 양 또는 효율(소자 전류에 대한 방출 전류의 비로서 정의됨)이 저하하거나, 혹은 구동에 의해서 발생된 일시적 열화가 향상될 수 있다.

일반적으로, 활성화 처리에 사용된 분위기에서 유기 물질의 바람직한 부분 압력은 유기 물질의 형태 혹은 증기 압력에 따라 변화한다.

활성화 처리 동안, 증기 압력의 크기에 따른 차이에도 불구하고, 활성화 처리 분위기에서 유기 물질의 부분 압력이 증가하면, 흡수가 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 유기물의 부분압이 최소화되어 흡착이 감소하는 상태에서 활성화 공정이 실시된다. 더 적은 분자량을 가진 메탄 또는 에틸렌과 같은 유기물의 경우에는 증기압이 상대적으로 높다. 따라서, 활성화 공정 중에 부분압이 과다하게 감소하는 경우에는 소자 표면에 의한 흡착이 감소하여, 유기물로부터 탄소막을 형성하는 반응을 위해 상대적으로 많은 시간이 필요하게 될 수 있거나 실제적으로 반응이 일어나지 않을 수 있다.

이와 달리, 활성화 공정을 위해 사용되는 유기물이 본 발명에 사용되는 방향족 화합물을 함유하고 상대적으로 큰 분자량과 낮은 증기압을 갖는 경우에는 소자 기판에 대한 기판의 부착 및 분자의 응집은 소자에 의하여 흡착되는 분자의 수를 증가시키도록 향상되는 경향이 있다. 그러나, 유기물의 증기압이 과다하게 낮은 경우에는 부착 및 응집이 더 현저하게 되어, 활성화 공정을 위한 분위기를 형성함에 있어서는 가스 도입 파이프 내의 가스가 진공 챔버, 전자 소스 기판이 들어 있는 용기 또는 배기 파이프로 도입되는 심각한 결과로 인하여 유기물의 도입이 방해되거나 도입/배기를 위하여 많은 시간이 필요하게 될 수 있다.

활성화 공정에 큰 분자량을 가진 유기물이 사용되는 경우에는 바람직하게도 분위기 내에서의 유기물의 부분압이 최소화되어 흡착이 감소되는 상태에서 활성화 공정이 실시될 수 있다.

이러한 상태에서는 부분압이 유기물이 도입되는 진공 분위기의 배경 압력(약 1.3×10^-5내지 1.3×10^-3Pa)의 값에 가깝고, 유기물은 진공 분위기 속에 물이 있는 경우 그에 민감하다.

유기물이 극성 또는 분극성기를 가진 방향족 화합물인 경우에는 큰 분자량과 극성으로 인하여 그 분자들은 상호 작용이 잘 일어나 부착 및 응집이 확고해진다. 따라서, 분위기 내 유기물의 분압은 바람직하게도 활성화 동안에 감소하지만, 물의 역효과가 고려되어야 한다.

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

(1) 방향족 화합물은 상대적으로 열적으로 안정되어 있기 때문에, 활성화 공정 동안에 소자 기판 상에 물이 존재하는 경우에도 물과의 반응성은 낮다.

(2) 극성 또는 분극성기를 가진 방향족 화합물의 반응 동안에 극성에 의해 영향을 받는 분자의 방향이 물과의 반응을 방해한다.

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

결과적으로, 유기물로서 극성 또는 분극성기를 가진 방향족 물질을 사용하고, 활성화 공정의 분위기를 안정적으로 유지하기 위해 적당한 낮은 분압을 사용하며, 전술한 바와 같이 유기물의 분압에 대한 분위기 내 물의 분압을 조절함으로써, 처음에 큰 전자 방출량과 효율을 가지며 구동에 의해 발생하는 연속적인 시간적 저하를 방지할 수 있는 고급의 전자 방출 소자를 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 활성화 공정 동안에 극성 또는 분극성기를 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 유기물이 도입되는 샘플 챔버(용기), 바람직하게는 유기물을 도입하기 위한 파이프 및 밸브와 같은 도입 시스템조차도 바람직하게 흡착된 물의 양을 줄이기 위하여 진공 하에서 가열된다. 특히, 전술한 전자 소스 기판을 구비한 디스플레이 패널의 경우에 패널은 대형 유리 기판으로 구성되며 낮은 진공 배기도를 가지므로 패널 내부로부터 물을 제거하기가 어렵다. 따라서, 장시간 동안 높은 온도에서 가열이 계속되어야 한다. 더우기, 전술한 공정 제어를 사용하여 배기도가 향상되는 경우에도 선택적으로 물을 흡착하는 필터를 통한 후에 도입 가스를 사용하거나, 물 분자를 이온화하여 독립적인 배기 동안에 이들을 특정 방향으로 가속시키기 위하여 진공 분위기 안으로 유기물을 도입함으로써 원하는 유기물의 분압에 대한 물의 분압을 안정되게 감소시킬 수 있는 역할을 하는 공정을 제공하는 것이 매우 효과적이다.

도 5는 본 발명에 따른 활성화 공정에 사용되는 장치를 나타낸다. 화상 형성 장치(101)는 배기 파이프(31)를 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 형성 장치(101)를 위한 용기(88)의 내부 압력을 직접 측정하는 것은 어려우므로, 진공 챔버(32)의 내부 압력은 공정 조건을 제어하기 위해 측정된다. 분위기를 조절하기 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 조절하기 위한 도입량 제어 수단 및 가스로부터 물을 선택적으로 흡착하기 위한 필터(42)가 라인(37)의 중간에 제공되어 있다. 특히, 도입량 제어 수단(38)은 도입 물질의 유형에 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 물질을 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 농축 방식으로 제거할 수 있다. 도 6a 및 6b는 매스 필터의 대표적인 구조를 나타낸다. 단일 전극(도 6a) 또는 4중극 전극(도 6b)은 정확히 배치되어 있고, 시간에 따라 변하는 전압이 이들 각각에 인가되어 특정 축 주위에 4중극 2차원 전장을 형성한다. 그 다음, 대전 입자들(질량 m, 전하 q)이 축에 가깝게 축을 따라 이동하여 m/q에 따라 서로 분리된다. 중첩된 DC 및 AC 전압이 축 주위의 전기장을 시간적으로 변화시키기 위하여 각 전극에 인가될 때, 축 가까이 축을 따라 이동하는 대전 입자들의 궤적은 m/q에 따라 안정적이거나 비안정적이 된다. 이러한 입자 궤적은 매슈(Mathieu) 방정식의 해로 표시되며, 각 대전 입자(m, q)의 안정도에 대한 조건은 DC 및 AC 전압값(U, V)에 기초하여 분석적으로 주어진다. 따라서, 정해진 시간 스케쥴에 따라 U 및 V를 정확히 변화시킴으로써, 대전 입자들은 m/q의 크기에 기초하여 서로 분리될 수 있다. 대표적인 전극 형태는 (a) 단일 전극과, (b) 광범위한 4중극 전장을 정확히 생성하는 4중극 전극을 포함한다. 배기 장치(41) 내의 이온 펌프가 특정 가속에 의해 분리된 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 형성 공정이 실시될 수 있다.

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

전압값을 시간적으로 변화시키기 위하여, 전압값은 형성에 있어서와 같이 시간에 따라 증가하거나, 일정 전압이 사용될 수 있다.

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

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

활성화 공정의 종료는 소자 전류(If)와 방출 전류(Ie)를 측정하면서 적절히 결정될 수 있다.

5) 안정화 공정

상기 공정들을 통해 얻은 전자 방출 소자들은 바람직하게도 안정화 공정을 거친다. 이 공정은 진공 챔버로부터 유기물을 배기시키고 이 분위기에서 전자 방출 소자에 전압을 인가한다. 바람직하게도, 진공 챔버를 배기시키기 위한 배기 장치는 오일을 사용하지 않는데, 이는 장치의 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 유기물 분자가 쉽게 배기될 수 있도록 하기 위하여 가열되는 것이 바람직하다. 챔버는 80 내지 200℃, 특히 150 이상으로 가능한 한 오랫동안 가열되는 것이 바람직하다. 그러나, 가열은 이 조건에 국한되지 않으며, 진공 챔버의 크기와 형성 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, 유기물이 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(If) 및 방출 전류(Ie)를 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 도전막(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 고 진공 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 도입 포트를 통해 이 진공 장치의 진공 챔버 내로 도입될 수 있다. 가스 도입 포트를 통해 도입된 가스는, 수분 흡수 필터에 의해 수분이 제거되며, 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 방축 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 도시한다. 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. 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. 먼저, 단순 매트릭스 배열에 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 도전 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 도전 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. (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) 및 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 방향에 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 방향에 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 배열의 전자 소스를 사용하여 구성된 화상 형성 장치를 설명한다. 도 12는 화상 형성 장치의 디스플레이 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 금속 백(85)을 포함하는 전면판(face plate)이다. 참조 부호 82는, 배면판(81)과 전면판(86)이 프릿(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 가리킨다. 참조 부호 72 및 73은 소자(74)의 한 쌍의 소자 전극 (도시 생략)에 접속된 X 방향 배선 및 Y 방향 배선을 가리킨다.

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. 모노크롬 형광 스크린(84)은 단지 인으로 구성될 수 있다. 칼라 형광 스크린은 인의 배열에 의존하는 "블랙 스트립"(도 13a) 또는 "블랙 매트릭스"(도 13b)로 불리는 인(92) 및 블랙 도전 물질(91)로 구성될 수 있다. 블랙 스트립 또는 매트릭스는 요구된 제1 칼라 인의 인(92)사이의 중간을 어둡게 함으로써 눈에 띄지 않는 칼라 혼합물을 만들고, 외부의 광 반사에 의해 야기된 형광 스크린(84)과 대조하여 감소를 억제하기 위하여 제공된다. 블랙 도전 물질(91)은 통상적으로 사용되고 전송 및 반사를 억제하는 흑연 또는 도전 물질로 주로 구성되는 물질을 포함할 수 있다.

모노크롬 또는 칼라 형광 스크린이 사용되는 지의 여부에 따라 인은 침전 방법 또는 인쇄법을 사용하여 유리 기판(83)에 인가될 수 있다. 금속백(85)은 보통 형광 스크린(84)의 안쪽 표면에 제공된다. 금속백은 내부 표면에 인가된 인으로부터 빔의 전면판(86)에 반사에 의해 조명을 향상시키기 위하여, 전자 빔 가속 전압을 인가하기 위한 전자로서 동작하기 위하여, 그리고 봉입부내에서 발생된 음 이온을 충돌시켜 야기된 손상에서 인을 보호하기 위하여 제공된다. 금속백은 형광 스크린(보통 "피막"으로 간주됨)의 안쪽 표면을 부드럽게 하고, 그런 다음 Al을 증착하기 위하여 증기 증착법을 사용하여 형광 스크린을 생산한 후에 생산될 수 있다.

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

칼라 형광 스크린에 있어서, 각 칼라 인을 각 전자 방출 소자에 대응하기 위하여 상기 밀봉동안 충분한 정렬이 요구된다.

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

안정화 공정에서와 같이, 적당하게 가열하는 동안, 봉입부(88)는 밀봉한 후에 1.3×10^-5Pa의 진공 및 유기 물질의 매우 적은 양을 갖는 가스를 얻기 위하여 오일을 사용하지 않는 이온 펌프 또는 수착 펌프와 같은 배기 소자를 사용하는 배기 파이프(미 도시됨)을 통하여 배기된다. 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 위치된 게터(미 도시됨)는 증착된 막을 형성하기 위하여 저항 또는 높은 주파수를 사용하여 가열된다. 게터는 통상적으로 주로 Ba로 구성되고, 증착된 막에 의해 영향을 받은 흡수로 인해 예를 들어, 1.3×10^-3과 1.3×10^-5Pa사이의 진공 상태를 유지한다. 소자 형성 공정 및 연속적인 공정은 적당하게 설정될 수 있다.

단순한 매트릭스 배치로 전자 소스를 사용하여 구성된 표시 패널 상에서 NTSC 텔레비젼 신호에 기초하여, 화상을 표시하기 위한 구동 회로의 구성의 일예는 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 동기화 신호 분리 회로, 107은 변조된 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)에 한번에 한열씩 연속적으로 구동하기 위한 주사 신호를 인가하기 위하여, 전자 소스는 표시 패널(101) 즉, (m)×(n) 매트릭스로 결합된 한 그룹의 전자 방출 소자에 제공된 다. 주사 신호에 의해 선택된 한 열에서 각각의 전자 방출 소자로부터 출력 전자 빔을 제어하기 위하여 변조된 신호가 단자(D_0y1내지 D_0yn)에 인가된다. DC 전압원(V_a)은 예를 들어, 고전압 단자(87)에 10kV DC를 제공하고, 이러한 전압은 인을 여기하기 위하여 소자로부터 방출된 전자 빔에 충분한 에너지를 인가하기 위하여 사용된 가속 전압이다.

주사 회로(102)가 설명될 것이다. 이러한 회로는 (m) 스위칭 소자(화상 도면에서, 이들 소자들은 S₁내지 S_m에 도시됨) 내부를 포함한다. 각 스위칭 소자는 DC 전압 전원(V_x)에서 출력 전압 또는 0V(접지 레벨)를 선택하고 표시 패널(101)의 단자(D_0x1내지 D_0xm)에 전기적으로 접속된다. 각각의 스위칭 회로(S₁내지 S_m)는 제어 회로(103)에 의해 제어 신호 Tscan 출력을 기초하여 동작하고, 스위칭 소자, 예를 들어 FET를 함께 조합하여 구현될 수 있다.

이러한 실시예에 따라, 전자 방출 소자(전자 방출 임계 전압)의 특성에 기초하여, DC 전압원(V_x)은 주사되지 않은 이들 소자들에 인가된 구동 전압이 이러한 임계 전압 이하이거나 같도록 일정한 전압을 출력하기 위하여 설정된다.

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

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

시프트 레지스터(104)는 시간에 따라 직렬로 입력된 DATA 신호를 각 화상 라인에 대한 병렬 데이타로 변환하고, 제어 회로(103)(즉, 제어 신호(Tsft)는 시프트 레지스터(104)에 대해 시프트 클럭으로 간주됨)로부터 전송된 제어 신호 Tsft에 기초하여 동작한다. 시프트 레지스터(104)는 (n) 병렬 신호(Id1 내지 Idn)로서 한개의 화상 라인(n) 전자 방출 소자에 대해 구동 데이타를 대응하는)에 대해 직렬/병렬 변환된 데이타를 출력한다.

라인 메모리(105)는 요구된 시간의 양에 대해 한개의 화상 라인에 대한 데이타를 저장하는 저장 소자이고, 제어 회로(103)로부터 송신된 제어 신호(Tmry)에 따라 적절하게 Id1 내지 Idn의 내용을 저장한다. 저장된 내용은 Id'1 및 Id'n으로서 출력되고 변조된 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 발명에 적용될 수 있는 전자 방출 소자는 방출 전류(I_e)에 대해 다음 기본 특성을 갖는다. 클리어 임계 전압(V_th)의 존재로 인해, 전자들은 단지 V_th와 같거나 높은 전압이 인가될 때 만 방출된다. 그런 전압값에서, 방출 전류는 소자들에 인가된 전압으로 변한다. 따라서, 만약 펄스 전압이 이들 소자들에 인가되고, 예를 들어 전압이 전자 방출 임계보다 더 낮다면, 전자 방출은 발생하지 않는다. 그러나, 이러한 임계 이상으로, 전자 빔 출력된다. 이러한 점에서, 출력 전자 빔의 밀도는 펄스의 피크값(V_m)을 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 또한, 출력 전자 빔 내의 전체 변화양은 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 현수된 펄스의 피크값을 변조시킬 수 있는 회로를 포함할 수 있다. 펄스 폭 변조 방법을 수행하기 위해, 변조 신호 발생기(107)는 일정 첨두 값을 갖는 전압 펄스를 발생시키고 입력 데이타에 따라 적절하게 현수된 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, 동기화 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, 소정의 추가적인 증폭 회로를 포함한다. 펄스 폭 변조 방법에 있어서, 변조 신호 발생기(107)는 예를 들어 신속한 발진기, 발진기로부터 파형 출력 수를 계산하는 계수기, 및 메모리로부터의 출력 값과 계수기로부터의 출력 값을 비교하는 비교기의 조합으로 구성된 회로를 포함한다. 또한, 증폭기는 비교기로부터 전자 방출 소자들에 대한 구동 전압의 값까지 펄스 폭 변조 신호 출력의 전압을 증폭시키기 위해 필요에 따라 추가될 수 있다.

아날로그 신호를 사용하는 전압 변조 방법에 있어서, 변조 신호 발생기(107)는 예를 들어 동작 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 별도의 챔버 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 금속백(85) 또는 투명 전극(미 도시됨)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 일면으로 제한되는 것은 아니며, 더 많은 주사 라인을 구성하는 PAL 또는 SECAM 또는 TV 신호 방법(예를 들어, MUSE를 포함하는 고등급 TV 신호 방법)이 이용될 수 있다.

다음으로, 래더 타입 구성의 화상 형성 장치와 전원이 도 15 및 도 16을 참조하여 설명된다.

도 15는 래더 타입 구성의 전원의 일실시예를 도시하는 화상 도면이다. 이 도면에서, 참조 부호 110은 전원 기판이고, 참조 부호 111은 전자 방출 소자이다. 참조 부호 112는 소자(111)가 접속되는 공통 전선(D_x1내지 D_x10)을 표시하고, 이러한 전선들은 외부 단자로서 도출된다. 복수개의 소자(111)들은 X 방향으로 병렬로 기판(110) 상에 배열된다(이러한 것은 "소자 행(element row)"로 표현된다). 복수의 소자 행이 전자 소스를 구성하도록 배열된다. 구동 전압이 각각의 소자 행을 따르는 공통 배선들 사이에 구동 전압이 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 배열 내의 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 여분의 챔버 단자이고, G₁내지 G_n은 그리드 전극(120)에 접속된 여분의 챔버 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 간단한 매트릭스 배열의 화상 형성 장치 간의 주요한 차이는 전자 소스 기판(110)과 면판(86) 사이에 그리드 전극(120)의 존재하는 것이다.

도 16에서, 그래드 전극(120)은 기판(110)과 면판(86) 사이에 제공된다. 그리드 전극(120)은 전자 방출 소자(111)로부터 방출된 전자빔을 변조하며 래더형 배열의 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 바로 제한되지 않는다. 예를 들어, 다수의 통로 개구가 그물형으로 개구로서 제공되거나 그리드 전극이 각각의 전자 방출 소자 주위 또는 근방에 제공될 수 있다.

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

본 예에 따른 화상 형성 장치에서, 하나의 화상 라인에 대한 피변조 신호는 각각의 소자 행의 순차적인 구동(주사)와 함께 그리드 전극 열에 동시에 인가된다. 이러한 작동은 한 번에 하나의 화상을 표시하도록 각각의 인광체의 조사를 전자빔으로 제어할 수 있다.

상술한 화상 형성 장치는 텔레비전 방송, 텔레비전 회의 시스템, 또는 컴퓨터를 위한 디스플레이뿐만 아니라 감광성 드럼을 사용하여 구성된 광학 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 소자를 제조하기 위한 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 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. 다음에, 레지스트는 포스트베이킹을 위해 120 ℃에서 20 분 동안 가열되었다.

공정 (c)

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

공정 (d)

아세톤이 박피법을 실행하도록 사용되었고, 니켈층은 순서대로 아세톤, 이소프로필 알코올, 및 부틸 아세테이트로 세척되었다. 다음에, 니켈층이 건조되어 소자 전극들(2 및 3)이 형성되었다.

공정 (e)

Cr이 전면에 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)

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

공정 (j)

기판이 레지스트를 제거하도록 10 분 동안 아세톤 내에서 초음파 교란되었다.

공정 (k)

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

공정 (l)

소정의 형태를 갖는 도전막(4)이 소자 전극들(2 및 3) 사이의 중심에 가깝게 배치되는 방식으로 박피되었다. 도전막(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 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, 0.1-V 공정에서 구형파의 피크값 (포밍 동안의 피크값)을 증가시킴으로써 포밍이 설행되었다. 게다가, 포밍 동안에, 0.1-V 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 도전막(4) 내에 형성되었다.

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

공정 (n)

소자들이 이러한 방식으로 제조된 후에, 톨루엔(다이폴 모멘트: 0.36 Debye)이 1.3×10^-6Pa의 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 도입 포트에 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 분위기 내의 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 μsec.의 펄스 폭, 및 5 msec.의 펄스 간격을 갖는 다이폴 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.

카본막(5)이 도전막(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)를 내의 전공도를 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 msec.의 펄스 폭 및 60 Hz 주파수의 구형파를 제공하도록 +13.5 V의 전압을 인가함으로써 구동되었다.

측정의 개시 후 1분 동안, 소자 전류(I_f0)는 5.5 mA였고, 방출 전류(I_e0)는 5.5 μA였으며, 전자 방출 효율(η)은 0.10%였다.

게다가, 소정의 시간 주기 동안의 구동 후에, 소자 전류(I_f)는 3.5 mA였고, 방출 전류(I_e)는 3.5 μA였으며, 전자 방출 효율(η)은 0.10%였다. 소자의 오차율(δ_f및 δ_e)과 방출 전류는 모두 64%였다.

소자의 오차율(δ_f및 δ_e) 및 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. 그 내부에 도입된 피리딘을 포함하는 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, 카본막(5)이 도전막(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 60%였다.

(제3 실시예)

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

공정(n)

실온에서, 1.3×10^-4Pa의 분압을 가지도록 벤조니트릴(쌍극자 모멘트: 3.9 Debye)이 도입되었다. 제1 실시예에서와 같이, 이 공정에서 벤조니트릴은, 벤조니트릴 기체로부터 수분을 제거하기 위해 흡수 필터를 통과한 후 도입되었다. 벤조니트릴이 도입된 진공 챔버 내의 부분 수압은 2.1×10^-4Pa 였다.

그 다음, 소자 전극들 간에 활성화를 위한 전압이 인가되었다. 전압 인가 조건의 제1 실시예에서와 유사했다. 활성화 공정 동안 도달한 소자 전류값은 7.3㎃였다.

본 실시예에서도, 탄소막이 도전성막(4) 상에, 그리고 막(4)의 크랙(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 벤젠(쌍극자 모멘트: 3.9 Debye)이 도입되었다. 제1 실시예에서와 같이, 이 공정에서 벤젠은, 벤젠 기체로부터 수분을 제거하기 위해 흡수 필터를 통과한 후 도입되었다. 벤젠이 도입된 진공 챔버 내의 부분 수압은 1.0×10^-3Pa 였다. 그 다음, 소자 전극들 간에 활성화를 위한 전압이 인가되었다. 전압 인가 조건의 제1 실시예에서와 유사했다. 활성화 공정 동안 도달한 소자 전류값은 8㎃였다.

본 실시예에서도, 탄소막(5)이 도전성막(4) 상에, 그리고 막(4)의 크랙(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: 3.9 Debye)이 도입되었다. 제1 실시예에서와 같이, 이 공정에서 벤젠은, 벤젠 기체로부터 수분을 제거하기 위해 흡수 필터를 통과한 후 도입되었다. 벤젠이 도입된 진공 챔버 내의 부분 수압은 5.0×10^-4Pa 였다. 그 다음, 소자 전극들 간에 활성화를 위한 전압이 인가되었다. 전압 인가 조건의 제1 실시예에서와 유사했다. 활성화 공정 동안 도달한 소자 전류값은 7.3㎃였다.

본 실시예에서도, 탄소막(5)이 도전성막(4) 상에, 그리고 막(4)의 크랙(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.

제1 내지 제3 실시예와 제1 및 제2 참조 실시예에 따르면, 극성 또는 극성 원자단을 가지는 방향족 화합물을 함유하는 분위기 내에서 활성화 공정을 수행함으로써, 후속하는 안정화 공정에도 불구하고 다량의 전자를 방출하며 일시적인 저하는 거의 없는 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 통로 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 금속 백(metal back)을 가짐, 도 12 참조 - 이 지지 프레임을 통해 전자 소스 기판(110) 보다 5㎜ 위에 형성되었고, 전면판(86)과 지지 프레임(82) 간의 접합점에 프릿 글래스가 도포되었으며, 배면판(81)은 봉입을 위해 410℃에서 10분 이상 베이킹되었다. 프릿 글래스는 전자 소스 기판(110)을 배면판(81)에 고정시키는 데에도 사용되었다.

형광 스크린(84)은 흑색 도전성 재료(91) 및 인광 물질(92)로 이루어진 블랙 스트라이프 배열 내의 칼라 형광 스크린으로 구성되었다(도 13a 참조). 블랙 스트라이프가 제일 먼저 형성된 후, 각각의 칼라 인광 물질이 스트라이프 내의 간극에 도포되어 형광 스크린(84)을 형성했다. 글래스 기판 상에 인광 물질을 코팅하는 데에는 슬러리 기법(slurry method)이 사용되었다.

또한, 금속 백(85)이 형광 스크린(84)의 내부면에 제공되었다. 금속 백(85)은 형광 스크린 제조 후, 스크린의 내부면을 평활화(smoothening, 통상적으로 "filming"이라 함)하고 진공에서 Al을 증착함으로써 형성되었다.

형광 스크린에 있어서, 각각의 칼라 인광 물질이 각각의 소자에 대응해야만 하므로, 상기 봉입 공정 동안 충분한 정렬이 수행되었다.

전술한 방식으로 완성된 글래스 챔버(봉입부)에 대해, 도 26에 도시된 배기 장치를 이용하여 형성 공정 및 후속 공정들이 수행되었다.

도 26에 도시된 바와 같이, 글래스 챔버 내부를 배기시키기 위해, 진공 챔버 및 봉입부는 하나의 배기관을 통해 함께 접속된다. 그 다음, 봉입부의 내부는, 진공 챔버에 접속된 자력 공관 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 크랙을 형성하는 공정이 수행되었다.

그 다음, 벤조나이트릴을 포함하는 앰퓰로부터 증발된 기체가 흡수 필터 및 저속 유출(니들) 밸브를 통해 진공 챔버 및 글래스 챔버(봉입부) 내로 도입되었다. 벤조니트릴의 압력은 약 1.3×10^-3Pa였고, 진공 챔버에 접속된 4중극 질량 분광계(Q-mass)를 이용하여 측정된 부분 수압은 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 크랙 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 기체 베이커가 사용되었다.

전술한 방법으로 완성된 본 실시예에 따른 화상 표시 장치 내에서, 전압이 챔버 외부 단자(D_0x1내지 D_0xm)를 통해 (순방향으로) 인가되어, 전자들이 방출되게 했다. 그리드 전극(120) 내의 전자 통로 홀(121)을 통과한 후, 고전압 단자(87)를 통해 금속 백 또는 투명 전극(도시되지 않음)에 인가된 수 ㎸ 이상의 고전압에 의해 방출된 전자들이 가속되었다. 그 다음, 전자들은 발광할 수 있는 형솽 스크린과 충돌한다. 이 경우에, 정보 신호에 대응하는 전압을 챔버 외부 단자(G₁내지 G_n)을 통해 그리드 전극(120)에 인가함으로써, 전자 통로 홀(121)을 통과하는 전자빔은 화상을 포시하도록 제어될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 50㎛ 직경의 전자 통로 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 배열 내의 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 도전막을 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 도전막, 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 콘택 홀이다.

먼저, 전자 소스 기판의 제조 방법을 도 23a 내지 도 23d 및 도 24e 내지 도 24h을 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, 정제된 소다 석회 글래스판과 그 위에 스퍼터링법을 이용하여 형성된 0.5㎛ 두께의 실리콘 산화막을 포함하는 기판(71) 상에, 50Å 두께의 Cr과 6,000Å 두께의 Al을 차례로 적층시키는데 사용된다. 포토레지스트( AX1370/Hoechst Co. Ltd)는 스피너를 이용하여 회전하도록 공급된 후 소성된다. 다음에는, 포토 마스트 영상이 노출 및 현상되어 하부 배선(72)의 레지스트 패턴을 형성하고, Au/Cr 증착막이 습식 에칭되어 소정 형태의 하부 배선(72)을 형성한다.

공정 (b)

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

공정 (c)

공정 (b)에서 증착된 실리콘 산화막에 콘택 홀(152)을 형성할 수 있도록 포토레지스트 패턴이 형성된다. 이 패턴은 콘택 홀(152)을 형성하기 위해서 마스크로 사용되어 층간 절연층(151)을 에칭한다. 이러한 에칭은 CH₄및 H₂가스를 사용하는 RIE(반응성 이온 에칭)법에 기반을 둔다.

공정(d)

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

공정 (e)

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

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 코팅한다. 그 다음, 가열 및 소성 처리가 300℃에서 10분 동안 행해진다.

공정 (g)

Cr막(153)은 산성 에칭제에 의해 에칭 및 박피되어 소정 패턴을 가진 도전막(4)을 형성한다.

공정 (h)

콘택 홀(152) 이외의 모든 부분으로 레지스트를 공급하도록 하는 패턴이 형성되고, 그 위에 차례로 50Å 두께의 Ti와 5,000Å 두께의 Au가 진공 증착법에 의해서 형성된다. 원치 않는 부분은 박피법에 의해서 제거되고어 콘택 홀(152)을 매립한다.

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

그 다음, 상기 방법으로 생성되고 모두 매트릭스 형태로 제조된 다수의 도전막(4)을 포함하는 전자 소스 기판(71)을 사용하여 영상 디스플레이 장치가 제조된다. 제조 과정은 도 12, 도 13a 및 도 13b를 참조하여 설명될 것이다.

먼저, 서로 매트릭스 형태로 접속된 다수의 도전막(4)을 포함하는 전자 소스 기판(71)이 배면판(81)에 고정된다. 그 다음, [글래스 기판(83) 및 상기 글래스 기판(83)의 내부 표면에 형광체 스크린(84)과 금속 백(85)을 형성하는] 전면판(86)은 서포트 프레임(82)을 통해서 기판(71) 상부에 5㎜를 배치하고, 플릿 글래스는 전면판(86)과 서포트 프레임(82) 사이의 접합부와 배면판(81)으로 공급되어 실링을 위해 410℃에서 10분 이성 대기중에서 소정되어 봉입부(88)를 생성한다. 플릿 글래스는 또한 기판(71)을 배면판(81)에 고정시키는데 사용된다.

형광체 스크린(84)은 흑도체(91)와 인광체(92)로 구성된 블랙 스트라이프 배열을 가진 칼라 형광체 스크린으로 구성된다(도 13a). 블랙 스트라이프가 먼저 형성된 후, 각각의 컬러 인광체가 슬러리(slurry) 방식에 의해서 스트라이프 내의 간극들로 공급되어 형광체 스크린(84)을 형성한다.

또한, 금속 백(84)이 형광체 스크린(84)의 내부 표면에 제공된다. 이 금속 백(84)은 형광체 스크린(84)을 형성한 후에 스크린(84)의 내부 표면을 완만하게 한 다음 그 위에 진공 상태에서 Al을 증착하므로써 형성된다.

컬러 형광체 스크린에서는 각각의 인광체가 각각의 소자에 대응하므로 상기 실링 공정동안 완전한 정렬이 행해졌다.

상술한 바와 같이 완전한 봉입부(88)는, 약 1.3 × 10^-4Pa의 진공 상태가 될 때까지 도 26에 도시된 평가 장치를 사용하여 실시예 4와 같이 검사된다. 그 다음, 매트릭스에서 서로 접속되어 있는 다수의 소자들(74) 각각의 소자 전극들(2 및 3) 사이에, 도전막94)을 도전 처리(포밍)하는 여분의 챔버 단자(D_ox1내지 D_oxm및 D_Qy1내지 D_Qyn)를 통해서 전압이 인가된다. 따라서, 소자 전극들(2) 사이의 각각의 도전막(4)에 균열이 발생되어 각각의 막(4)에 전자 방출부(5)를 형성한다.

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 인가하므로써 포밍이 수행된다. X-방향 배선에 접속된 다수의 소자들은 각각이 오프셋 펄스를 가진 펄스들을 차례로 다수의 X-방향 배선에 인가(스크롤링)하므로써 동시에 형성될 수 있다. 도 25에서, 참조 번호 253은 전류 측정 저항이고 참조 번호 254는 전류 측정 오실로스코프이다.

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

이 때, 벤존니트릴 (다이폴 모멘트 : 3.9 Debye)은 약 1.3 × 10^-3Pa의 분압을 갖도록 봉입부(88)안으로 도입된다. 벤존니트릴은 도 26에 도시된 평가 장치를 사용하여 실시예 4와 같이 도입된다. 진공 챔버와 접속된 4중극 질량 분석기(Q-Mass)를 사용하여 측정한 물의 분압은 5.0 × 10^-3Pa이다. 그 다음, 전압이 여분의 챔버 단자(D_ox1내지 D_oxm및 D_Qy1내지 D_Qyn)를 통해서 각 소자(74)의 소자 전극(2 및 3) 사이로 인가되어 활성화 공정을 행한다. 활성화 공정의 전압 인가 조건은 실시예 1과 동일하다. 그 다음, 벤조나이트릴이 배기된다. 카본막은 도전막의 상부 및 막내의 균열부 내부에 형성된다.

마지막으로, 안정화 공정으로서, 150℃에서 10시간 동안 1.3 × 10^-3Pa의 진공 상태에서 소성이 행해진 후에, 전압이 실시예 1과 같이 (전방으로) 인가되고 개스 베이커가 봉입부(88)를 봉입하기 위해서 배기 파이프를 가열 및 용접하는데 사용된다.

상기 방법으로 완성된 본 실시예에 따르는 영상 디스플레이 장치에서, (도시되지 않은) 신호 발생 수단은 스캔 신호와 변조 신호를 여분의 챔버 단자(D_ox1내지 D_oxm및 D_Qy1내지 D_Qyn)를 통해 각각의 전자 방출 소자들로 인가하여 이들로부터 전자가 방출되게 한다. 그 다음 수 kV 이상의 높은 전압을 고전압 단자(87)를 통해서 금속 백(84)이나 (도시되지 않은) 투명 전극으로 인가하므로써 방출된 전자를 가속화하여 이들이 형광체 스크린(84)에 충돌하도록 한다. 따라서, 스크린이 여기되어 발광하므로 영상이 디스플레이된다.

따라서, 디스플레이된 영상은, 수시간의 디스플레이에도 불구하고 변화되지 않은, 양호한 콘트레스트를 갖는다.

(제6 실시예)

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

공정 (n)

이들 소자들에 대해서, 약 1.3 × 10^-3Pa의 분압을 가질 수 있도록 실온에서 매스 필터를 통해 벤조나이트릴이 도입된다. 벤조나이트릴은 수분 흡수 필터 대신 매스 필터를 사용한다는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 도입된다. 내부에 벤조나이트릴이 도입된 진공 챔버내에서 물의 분압은 4중극 질량 분석기를 사용하여 측정된다. 측정된 값은, 벤조나이트릴의 분압의 10%인 1.3 × 10^-5Pa이다. 그 다음, 활성화를 위해서 소자 전극들 사이에 전압이 인가된다.

활성화를 위해 사용된 전압 파형은 ± 10 V의 피크 전압, 100 ㎲ec의 펄스폭, 및 5 ㎲ec의 펄스 간격을 가지며 (전방 또는 후방으로 모두 인가가능한) 2극 사각파이다. 그 다음, 사각파의 피크 전압이 3.3 mV/sec에서 ±10 V에서 ±14 V로 점차적으로 증가하고, 그 값이 ±14 V에 도달하면 전압 인가가 종료된다. 이 지점에서, 소자 전류값은 8mA이다. 마지막으로, 벤조나이트릴이 배기된다.

이 실시예에서는, 탄소막을 도전막 상에 그리고 막의 간극 내부에 형성하였다.

활성화 이후의 공정들은 제1 실시예와 동일한 방식으로 수행하였고, 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 효율η은 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 잔류비율 δf 및 δe는 각각 71% 및 65%였다.

(제7 실시예)

제6 실시예에서는, 활성화 공정를 행하기 이전에, 배기이 수행되고 있는 동안, 도 9의 측정 및 평가 장치 내의 진공 쳄버 및 도 8에 도시된 진공 쳄버 내로 활성화 가스를 도입하는데 사용되는 통로를 100℃의 온도에서 5시간 동안 가열하였다. 가스를 배기한 후에, 장치가 상온으로 되었을 때 측정한 진공은 2.6×10^-6Pa였다. 제6 실시예에서와 같이, 벤조나이트릴(benzonitrile)을 도입하고 활성화 공정을 수행하였다. 활성화 공정 중에 4중극 질량 분석기를 이용하여 분위기를 측정하였을 때, 물 대 벤조나이트릴의 부분 압력비는 0.05였다.

이 실시예에서, 탄소막을 또한 도전막 상에 그리고 이 막의 간극 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 효율η은 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 잔류비율 δf 및 δe는 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 부분 압력을 갖도록 벤조나이트릴을 상온에서 도입하였다. 이 공정에서는, 물 흡수 필터 대신에 2-공정 매스 필터를 사용한다는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같이 벤조나이트릴을 도입하였다. 벤조나이트릴이 도입된 진공 쳄버 내의 물의 부분 압력을 4중극 질량 분석기를 이용하여 측정하였다. 물 대 벤조나이트릴의 부분 압력비는 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 특정을 평가하였다.

측정 시작후 1분 후에, 소자 전류 I_f0는 5.9㎃였고, 방출 전류 i_e0는 7.8㎂였으며, 전자 방출 효율η은 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 잔류비율 δf 및 δe는 각각 73% 및 77%였다.

제6 실시예 내지 제8 실시예에 따르면, 물 대 유기물의 부분 압력비를 100 이하의 활성화 분위기로 설정함으로써, 다음의 활성화 공정에도 불구하고 다량의 전자를 방출하고 일시적 저하가 거의 없는 전자 방출 소자를 얻을 수 있다.

(제9 실시예)

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

제1 실시예와 유사한 제조 방법을 이용하여 전자 소스 기판(110) 상에 복수의 소자 칼럼을 생성하는데 이용되는데, 상기 복수의 소자 칼럼 각각은 도전막을 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 통로 홀(121)을 각각 갖는 격자 전극(120)을 배선 전극(112)에 직교하는 방향으로 전자 소스 기판(110) 상에 배치하였다. 또한, 대향판(86)(기판(83)의 내부면에 유리 기판(83) 및 형광 스크린(84) 및 금속 백(85)를 포함한다)을 지지 프레임(82)을 경유하여 전자 소스 기판(110)의 5mm 위에 배치하였고, 플릿 유리를 대향판(86)과 지지 프레임(82)과 배면판(81) 사이의 접합 부분에 도포하여 410℃의 온도에서 10분 이상 소성하여 밀봉하였다. 프릿 유리를 전자 소스 기판(110)을 배면판(81)에 고정시키는 데이도 사용하였다.

형광 스크린(84)는 블랙 통전 재료(91) 및 인광체(92)로 이루어진 블랙 스트라이프 배열로된 칼라 형광 스크린으로 구성된다(도 13a 참조). 블랙 스트라이프를 먼저 형성한 다음 각각의 칼라 인광체를 스트라이프 형태로 간극에 도포하여 형광 스크린(84)을 형성하였다. 유리 기판 상에 인광체를 코팅하기 위해 슬러리 방법을 이용하였다.

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

칼라 형광 스크린을 위해 상기 밀봉 중에 충분한 얼라인먼트를 수행하였고, 각각의 칼라 인은 각각의 소자에 대응해야 한다.

도 5에 도시된 배기 장치를 이용하여, 형성 공정 및 다음의 공정들을 상기한 방법으로 완성된 유리 쳄버(봉입부)에 대해서 수행하였다.

도 5에 도시된 바와 같이, 봉입부의 내부를 비우기 위해, 진공 쳄버(32) 및 봉입부(88)를 하나의 배기 파이프(31)를 통해 서로 접속하였다. 그 다음, 봉입부(88)의 내부를 진공 챔버(32)에 접속된 자기 부상 터보 펌프(magnetic levitation turbo pump)로 이루어진 배기 장치(34)를 이용하여 배기하였다.

충분한 진공 상태에 도달하였으면, 부가-챔버 단자 D_ox1내지 D_oxm을 통해 소자 전극들 사이에 인가하였고, 막 내에 전자 방출부를 형성하기 위해 전극들 사이의 각각의 도전막 내에 간극을 형성하였다.

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

챔버(32) 내의 분위기를 진공 챔버(32)에 접속된 4중극 질량 분석기를 이용하여 측정하였을 때 벤조나이트릴에 대한 물의 부분 압력비는 0.017이였다.

활성화 공정의 전압 인가 조건은 제1 실시예와 유사하였다. 따라서, 벤조나이트릴을 배기하였다. 도전막상에 그리고 이 도전막의 간극 내부에 탄소막을 형성하였다.

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

상기한 방법으로 완성된 이 실시예에 따른 화상 디스플레이 장치에서는, 부가-챔버 단자 D_ox1내지 D_oxm을 통해 각 전자 방출 소자에 전압을 인가(순방향으로 인가하였다)하여 전자를 방출시켰다. 방출된 전자는 격자 전극(120) 내의 전자 통과 홀(121)을 통과한 후에, 고압 단자(87)을 통해 금속 백 또는 투명 전극(도시되어 있지 않음)에 인가된 수 ㎸ 이상의 고전압에 의해 가속화되었다. 그 다음 전자는 형광 스크린(84)에 충돌하고, 발광하도록 여기되었다. 이 경우, 정보 신호에 대응하는 전압을, 부가-챔버 단자 G₁내지 G_n을 통해 격자 전극(120)에 인가함으로써, 전자 통과 홀(121)을 통과하는 전자 빔들이 화상을 디스플레이하도록 제어되었다.

이 실시예에 따르면, 직경이 50㎛인 전자 통과 홀(121)을 갖는 격자 전극(120)을 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, 디스플레이된 화상은 우수한 콘트라스트를 갖는데, 이는 수시간 동안 디스플레이를 하는 경우에도 변하지 않고 유지된다.

(제10 실시예)

이 실시예에 따르면, 도 11에 도시된 바와 같은 배열을 갖는 단순 매트릭스의 전자 소스를 12에 도시된 바와 같이 구성된 화상 디스플레이 장치를 생성하는 실시예를 도시하는데 사용 하였다.

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

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

먼저, 매트릭스로 함께 접속된 복수의 도전막(4)을 포함하는 전자 소스 기판(71)을 배면판(81)에 고정시켰다. 그 다음, 대향판(86)(유리 기판(83) 및 기판(83)의 내부 표면 내의 형광 스크린(84) 및 금속 백(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 접합에 도포되고, 대기 중에 410℃로 10 분 또는 그 이상 소성되어 봉입하여 봉입부(88)를 생성한다(도 12). 플릿 글래스는 또한 기판(71)을 배면판(81)에 고정시키도록 이용된다.

형광 스크린(84)은 블랙 도전 재료(91) 및 인광 물질(92)로 구성된 블랙 스트라이프 구조의 칼라 형광 스크린을 포함한다(도 13a). 블랙 스트라이프는 먼저 형성되고, 각각의 칼라 인광 물질은 다음으로 스트라이프내의 간극에 인가되어 슬러리 방법을 이용하여 형광 스크린(84)을 형성한다.

또한, 금속 백(85)은 형광 스크린(84)의 내부 표면내에 제공된다. 금속 백(85)은 스크린(84)의 내부 표면을 평활화함에 의해 형광 스크린(84)의 생성 후에 제조되고 다음으로 진공하에서 그 위에 Al을 피착한다.

칼라 형광 스크린으로 인해 상술한 봉입 동안 충분한 정렬이 수행되고, 각각의 칼라 인광 물질은 각 소자에 대응하여야 한다.

상술한 것처럼 마감된 봉입부(88)는 진공이 약 1.3×10^-4Pa가 될 때까지 도 5에 도시된 계산 장치를 이용하는 제9 실시예와 같이 소진된다. 순차적으로, 매트릭스 형태로 함께 접속된 복수의 소자(74) 중 각각의 소자 전극(2 및 3) 사이에 전압이 인가되어, 부가 챔버 단자(D_0x1내지 D_0xm및 D_0y1내지 D_0yn)를 통해 도전막(4)을 제5 실시예와 유사한 통전 공정(포밍)을 격게한다. 그러므로, 크랙(crack)이 각 도전막(4)내의 소자 전극(4) 사이에 형성되어 각 막(4)내에서 전자 방출부(5)를 형성한다.

이러한 방식으로 생성된 전자 방출부(5)는 그 내부에 분산된 미세 입자를 포함하며 주로 팔라디움 원소로 구성되고, 미세 입자는 평균 입자 크기가 30Å이다.

다음으로, 벤조나이트릴(쌍극 모멘트: 3.9Debye)가 봉입부(88)내로 도입되어 약 1.3×10^-3Pa의 분압을 갖는다. 벤조나이트릴은 도 5에 도시된 계산 장치를 이용한 제9 실시예에서와 같이 도입된다. 진공 챔버내의 물의 분압이 챔버에 접속된 4중극 분석기를 이용하여 측정되는 경우, 벤조나이트릴에 대한 물의 분압비는 0.033이다. 다음으로, 부가 챔버 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 수행한다.

활성 공정에 대한 전압 인가 조건은 제1 실시예와 유사하다. 순차적으로, 벤조나이트릴은 배기된다.

탄소막은 도전막 상에 및 막내의 크랙내에 형성된다.

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 가열을 위해 이용되고, 봉입부(88)을 봉입하기 위해 배기 파이프를 용접한다.

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

결과적으로, 디스플레이된 화상은 양호한 콘트라스트를 가지며, 이는 수시간의 디스플레이 후에도 변하지 않는다.

(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 소개 장치를 이용하여 생성된다.

공정 (a) 내지 (h)는 제5 실시예에서처럼 수행되어 절연 기판 상에 하부 배선, 층간 절연층, 상부 배선, 소자 전극, 및 도전막을 형성한다. 절연 기판은 전면판, 배면판, 지지프레임, 및 배기 파이프로 구성된 봉입부 내부에 고정된다. 전면판 상의 형광 스크린과 같은 구성 부재는 2개의 배기 파이프의 이용만 제외하고는 제5 실시예의 것과 동일하다.

다음으로, 봉입부로부터의 배기 파이프(305 및 306)가 도 27에서 진공 챔버(301 및 302)로 각각 접속된다. 게이트 밸브(303 및 304)는 개방되고, 이 소개 장치는 봉입부 내부를 진공 챔버(301 및 302)를 통해 배기시키는데 이용된다. 챔버(301 및 302)에 접속된 압력 측정기를 이용하여 측정된 압력은 약 1.3×10^-4Pa이다. 순차적으로, 부가 챔버 단자(D_0x1내지 D_0xm및 D_0y1내지 D_0yn)를 통해 각각의 전자 방출 소자의 소자 전극 사이에 전압이 인가되어 제5 실시예에서 같이 도전막을 통전 공정(포밍)을 격도록하여, 전극들 사이에 각각의 도전막내에 크랙을 형성하고 막내의 전자 방출부를 형성한다.

다음으로, 게이트 밸브(304)가 닫히고 게이트 밸브(303)은 개방되어 소개 장치를 이용하여 봉입부의 내부 및 진공 챔버(301 및 302)를 배기한다. 다음으로, 저속 누출(니들) 밸브가 개방되어 벤조나이트릴을 봉입부내로 도입시킨다. 벤조나이트릴은 앰퓰내에 보관되고, 앰퓰로부터 증발된 벤조나이트릴 가스는 물 흡수 챔버 및 저속 누출(니들) 밸브를 통해 진공 챔버(301)내로 도입되어 봉입부 및 챔버(302)로 흐른다.

저속 누출(니들) 밸브의 개구는 벤조나이트릴 도입양을 상수로 유지하도록 조절된다. 진공 챔버(301)내의 기압은 약 5.0×10^-3Pa이며, 진공 챔버(302)내의 압력은 약 8.0×10^-4Pa이다.

또한, 분위기가 진공 챔버(302)에 접속된 4중극 질량 분석기(Q-mass)를 이용하여 측정되는 경우, 물 대 벤조나이트릴의 분압비는 0.08이다.

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

활성 공정에 대한 전압 인가 조건은 제1 실시예와 유사하다. 다음으로, 저속 누출(니들) 밸브는 닫히고 게이트 밸브(304)는 개방되어 벤조나이트릴을 배기시킨다. 탄소막이 도전막과 막내의 크랙 내부에 형성된다.

최종적으로, 활성 공정에서, 약 1.3×10^-4Pa의 진공에서 200℃로 12시간 소성 공정이 수행된다. 제1 실시예에서와 같이 전압이 인가되고(순방향), 가스 베이커는 가열을 위해 이용되고 봉입부를 봉입하도록 2개의 배기 파이프를 용접한다.

본 발명에 따른 화상 형성 장치에 있어서, 신호 발생 수단(도시 없음)은 부가 챔버 단자(D_0x1내지 D_0xm및 D_0y1내지 D_0yn)를 통해 각각의 전자 방출 소자로 주사 신호 및 변조 신호를 인가하여, 전자가 그로부터 방출되도록 한다. 다음으로, 수 kV 또는 그 이상의 높은 전압이 고전압 단자(87)를 통해 금속 백에 인가되어 전자 빔을 가속한다. 다음으로, 빔은 형광 스크린에 대해 충돌하여 광을 방출하여 화상을 디스플레이한다.

결과적으로, 디스플레이된 화상은 양호한 콘트라스트를 가지며, 이는 수 시간의 디스플레이에도 변하지 않는다.

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

또한, 본 발명은 구동에 의해 전자 방출 특성이 거의 일시적 변화를 격지 않는 전자 방출 소자 및 전자 소스를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 구동에 의해 방출 전류면에서 거의 일시적 변화를 격지 않는 전자 방출 소자 및 전자 소스를 제공할 수 있다.

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

또한, 본 발명은 루미넌스 및 콘트라스트의 일시적 감소를 줄일 수 있는 화상 형성 장치를 제공할 수 있다.

Claims (15)

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

   상기 전극들 사이에 위치한 상기 도전막내에 간극(gap)을 형성하는 단계; 및

   극성 또는 분극성기(polar group)를 갖는 방향족 화합물을 가지며, 물(water) 대 상기 방향족 화합물의 분압비가 100 또는 그 미만인 분위기에서 상기 전극들 사이에 전압을 인가하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 물 대 상기 방향족 화합물의 분압비가 10 또는 그 미만인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 물 대 상기 방향족 화합물의 분압비가 0.1 또는 그 미만인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 물 대 상기 방향족 화합물의 분압비가 0.001 또는 그 미만인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방향족 화합물이 시안기(cyano group)을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방향족 화합물이 벤조나이트릴(benzonitrile) 또는 p-톨루나이트릴(tolunitrile)인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
7. 전극들 사이에 전자 방출부를 갖는 도전막을 포함하는 전자 방출 소자를 제조하기 위한 방법에 있어서,

   상기 전극들 사이에 위치한 상기 도전막내에 간극을 형성하는 공정; 및

   극성 또는 분극성기(polar group)를 갖는 방향족 화합물을 가지며, 습기가 제거된 분위기에서 상기 전극들 사이에 전압을 인가하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 방향족 화합물이 시안기를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 방향족 화합물은 벤조나이트릴 또는 p-톨루나이트릴인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
10. 전극들 사이에 전자 방출부를 갖는 도전막을 포함하는 전자 방출 소자를 제조하기 위한 방법에 있어서,

    상기 전극들 사이에 위치한 상기 도전막내에 간극을 형성하는 공정; 및

    극성 또는 분극성기를 갖는 방향족 화합물의 분위기에서 습기가 제거된 챔버내의 상기 전극들 사이에 전압을 인가하는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 방향족 화합물은 시안기를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 방향족 화합물은 벤조나이트릴 또는 p-톨루나이트릴인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자 제조 방법.
13. 제1항 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는 표면 도전형 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 소스로부터 전자 조사(irradiation)를 이용하여 화상을 형성하기 위한 화상 형성 부재를 포함하되, 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.