KR20020018570A - 전자방출소자, 전자원 및 화상형성장치의 제조방법 - Google Patents

전자방출소자, 전자원 및 화상형성장치의 제조방법 Download PDF

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KR20020018570A
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Abstract

본 발명은, 기체위에 형성된 한 쌍의 전극사이에 고분자막을 형성하는 단계와, 가열에 의해 고분자막에 도전성을 부여하는 단계 및 한 쌍의 전극사이에 전위차를 인가하는 단계를 포함하는 전자방출소자의 제조방법을 제공한다.

Description

전자방출소자, 전자원 및 화상형성장치의 제조방법{ELECTRON-EMITTING DEVICE, ELECTRON SOURCE AND METHOD FOR MANUFACTURING IMAGE-FORMING APPARATUS}
본 발명은 전자방출소자, 다수의 전자방출소자가 배치된 전자빔 및 이러한 전자원을 사용함으로써 구성된 디스플레이 등의 화상형성장치를 형성하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 기체, 기체위에 형성된 한 쌍의 전극 및 전극사이에 접속하고 좁은 갭을 가지는 막을 포함하는 전자방출소자를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
종래에는, 2종류의 소자, 즉 열전자방출소자와 냉음극전자방출소자가 전자방출소자로서 공지되어 있다. 냉음극전자방출소자는 전계방출형, 금속/절연체/금속형 및 표면도전형 전자방출소자 등이 있다.
표면도전형 전자방출소자의 구성 및 제조방법은, 일본국 특개평 제 7-235255호 공보 및 일본국 특허번호 제 2903295호 공보에 개시되어 있다.
이하에, 상기 공보에 개시된 표면도전형 전자방출소자를 간단하게 설명한다.
도 8의 단면도에서 도시한 바와 같이, 표면도전형 전자방출소자는, 기체(1)위에 대향하여 배치된 한 쌍의 소자전극(2),(3)과, 전자방출부(85)를 가지고 전극 사이에 접속된 도전성막(84)을 포함한다.
전자방출부(85)는, 도전성막(84)의 일부가 파괴, 변형 또는 변질함으로써 형성된 부분과, "활성화"라 칭하는 공정에 의해 갭근처와 갭내의 도전성막위에 형성된 탄소 및/또는 탄소화합물을 주성분으로 하는 퇴적물(86)과를 포함한다. 또한, 퇴적물은 상기한 갭보다 좁은 갭부분에 서로 대향하여 구성된다.
활성화공정은, 유기물질을 포함하는 분위기에서, 소자에 펄스형의 전압을 소정의 시간동안 인가함으로써 행해진다. 이 경우에, 도 8에 도시한 형태가 형성되고, 소자를 통하여 흐르는 전류(소자전류 If)와 진공으로부터 방출된 전류(방출전류 Ie)가 점차적으로 증가함으로써, 더욱 양호한 전자방출특성을 얻을 수 있다.
상기한 복수의 전자방출소자가 형성된 전자원을 사용하고, 형광체로 구성된 화상형성부재와 이러한 전자원을 조합함으로써, 평탄디스플레이패널 등의 화상형성장치를 구성할 수 있다.
한편, 일본국 특개평 9-237571호 공보에는, 상기한 활성화공정을 행하는 대신에, 도전성막위에 열경화성수지, 전자빔네거티브레지스트 또는 폴리아크릴로니트릴 등의 유기물질을 도포하는 공정과 탄소화를 행하는 공정과를 포함하는 전자방출소자의 제조방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기한 소자에서, 도전성막을 통전함으로써 갭을 형성하는 공정(포밍(forming)이라 칭함)을 사용하는 것이 필수적이고, 도전성막의 재질 및 두께를 선택하고, 따라서 포밍이 바람직하게 달성될 수 있다.
보다 상세하게는, 포밍을 위해 요구된 전력을 감소시키고 양호한 갭을 생성하기 위하여, 도전성막으로서 산화팔라듐의 양호한 미립자막을 사용하는 것이 제안되었다.
또한, 포밍에 의해 형성된 갭에 의해 적절한 전자방출을 얻기가 어렵고, 상기한 활성화공정을 행하거나 유기고분자막을 도포 및 통전을 행하는 공정을 행함으로써, 탄소 또는 탄소화합물이 포밍에 의해 형성된 갭내의 좁은 갭부분에 서로 대향하도록 하는 기술이 있다.
따라서, 종래의 디바이스는 다음의 2개의 문제점을 수반한다.
1) 양호한 미립자막이 도전성막 등으로서 사용되는 경우에, 고정밀도를 가지는 막의 두께 및 재료를 형성하는 것이 항상 용이하지 않으므로, 평탄디스플레이패널 등의 복수의 전자방출소자를 형성하는 경우에, 균일성은 감소한다.
2) 유기물질을 포함하는 분위기를 생성하는 단계와 고정밀도를 가지는 도전성막위에 고분자막을 형성하는 단계 등의 부가적인 단계가, 양호한 전자방출특성을가지는 좁은 갭부분을 형성하기 위하여 요구되므로, 단계의 처리가 복잡하게 된다.
상기한 문제를 해결하기 위하여, 소자제조공정을 단순화할 수 있고, 전자방출특성을 개선할 수 있는, 전자방출소자 및 이러한 소자의 제조방법이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 장기간동안 고효율을 가지고 전자를 방출할 수 있는 전자방출소자를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 제조단계에서, 종래의 막형성공정이 간단하게 될 수 있고, 따라서 공정의 단순화에 기인하여 비용을 절감할 수 있는 전자방출소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 본 발명에 의한 전자방출소자 및 제조방법을 이용함으로써, 복수의 전자방출소자가 배치된 전자원 또는 화상형성장치의 제조를 허용하는 것이고, 또한 대면적을 가지는 고화질이 장기간동안 표시될 수 있는 화상형성장치를 실현하는 것이다.
본 발명에 따르면, 기체위에 형성된 한 쌍의 전극사이에 고분자막을 형성하는 단계와, 가열에 의해 고분자막에 도전성을 부여하는 단계와, 한 쌍의 전극사이에 전위차를 인가하는 단계와를 포함하는 전자방출소자의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 기체위에 형성된 한 쌍의 전극사이에 고분자막을 형성하는 단계와, 고분자막을 가열함으로써 고분자막의 전기저항을 감소하는 단계와, 한 쌍의 전극사이에 전위차를 인가하는 단계와를 포함하는 전자방출소자의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 기체위에 형성된 한 쌍의 전극사이에 고분자막을 형성하는 단계와, 적어도 한 쌍의 고분자막에 전자빔을 조사하는 단계와, 한 쌍의 전극사이에 전위차를 인가하는 단계와를 포함하는 전자방출소자의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 기체위에 형성된 한 쌍의 전극사이에 고분자막을 형성하는 단계와, 적어도 한 쌍의 고분자막위에 광을 조사하는 단계와, 한 쌍의 전극사이에 전위차를 인가하는 단계와를 포함하는 전자방출소자의 제조방법을 제공한다.
도 1a은 본 발명의 방법에 의해 제조된 전자방출소자를 도시하는 개략적인 평면도.
도 1b는 도 1a의 선1B-1B를 따르는 개략적인 도.
도 2a, 2b, 2c는 본 발명의 표면도전형 전자방출소자의 제조방법의 일실시예를 도시하는 개략적인 단면도.
도 3a, 3b, 3c는 본 발명의 방법에 의해 제조된 전자방출소자의 다른 실시예를 도시하는 개략적인 단면도.
도 4a, 4b, 4c는 본 발명의 방법에 의해 제조된 전자방출소자의 또 다른 실시예를 도시하는 개략적인 단면도.
도 5는 측정평가기능을 가지는 진공장치의 일실시예를 도시하는 개략도.
도 6a, 6b, 6c, 6d, 6e는 단순매트릭스배치(Passive matrix arrangement)의 전자원을 제조하는 공정의 일실시예를 도시하는 개략도.
도 7은 본 발명의 방법에 의해 제조되고 단순매트릭스배치를 가지는 화상형성장치의 표시패널의 일실시예를 도시하는 개략도.
도 8은 종래의 전자방출소자의 개략적인 단면도.
도 9는 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 전자방출소자의 전자방출특성을 도시하는 개략적인 그래프.
〈도면부호에 대한 간단한 설명〉
1 : 기체 2,3 : 소자전극
4 : 고분자막 5 : 갭
50,52 : 전류계 51,53 : 전원
54 : 애노드전극 62 : X방향배선
63 : Y방향배선 64 : 절연층
71 : 전면 72 : 지지프레임
73 : 고압단자 84 : 도전성막
85 : 전자방출부 86 : 퇴적물
제 1발명은, 기체위에 형성된 한 쌍의 전극사이에 고분자막을 형성하는 단계와, 가열에 의해 고분자막에 도전성을 부여하는 단계와, 한 쌍의 전극사이에 전위차를 인가하는 단계와를 포함하는 전자방출소자의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 제 1발명에서는, 가열에 의해 고분자막에 도전성에 부여하는 단계는, 고분자막의 적어도 일부에 전자빔을 조사하는 단계 또는 고분자막의 적어도 일부에 광을 조사하는 단계를 포함해도 되고, 또한 광은 광원으로서 크세논램프로부터 방출된 광 또는 광원이나 레이저로서 할로겐램프로부터 방출된 광이어도 되고, 또한 고분자막은 방향족 고분자막이어도 되고, 또한 고분자막을 형성하는 단계는 잉트제트방식을 이용해도 된다.
제 2발명은 기체위에 형성된 한 쌍의 전극사이에 고분자막을 형성하는 단계와, 고분자막을 가열함으로써 고분자막의 전기저항을 감소시키는 단계와, 한 쌍의전극사이에 전위차를 인가하는 단계와를 포함하는 전자방출소자의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 제 2발명에서는, 고분자막을 가열함으로써 고분자막의 전기저항을 감소시키는 단계는 고분자막의 적어도 일부에 전자빔을 조사하는 단계 또는 고분자막의 적어도 일부에 광을 조사하는 단계를 포함해도 되고, 광은 광원으로서 크세논램프로부터 방출된 광 또는 광원이나 레이저빔으로서 할로겐램프로부터 방출된 광이어도 되고, 또한 고분자막을 형성하는 단계는 잉트제트방식을 이용해도 된다.
제 3발명은, 기체위에 형성된 한 쌍의 전극사이에 고분자막을 형성하는 단계와, 적어도 한 쌍의 고분자막에 전자빔을 조사하는 단계와, 한 쌍의 전극사이에 전위차를 인가하는 단계와를 포함하는 전자방출소자의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 제 3발명에서는, 고분자막에 전자빔을 조사하는 단계는 고분자막의 적어도 일부에 도전성을 부여하는 단계 또는 고분자막의 전기저항을 감소시키는 단계를 포함해도 되고, 고분자막은 방향족 고분자막이어도 되고, 또한 고분자막을 형성하는 단계는 잉트제트방식을 이용해도 된다.
제 4발명은, 기체위에 형성된 한 쌍의 전극사이에 고분자막을 형성하는 단계와, 적어도 한 쌍의 고분자막에 광을 조사하는 단계와, 한 쌍의 전극사이에 전위차를 인가하는 단계와를 포함하는 전자방출소자의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 제 4발명에서는, 고분자막에 광을 조사하는 단계는 고분자막의 적어도 일부에 도전성을 부여하는 단계 또는 고분자막의 전기저항을 감소시키는 단계를 포함해도 되고, 광은 광원으로서 크세논램프로부터 방출된 광 또는 광원이나 레이저빔으로서 할로겐램프로부터 방출된 광이어도 되고, 고분자막은 방향족 고분자막이어도 되고, 또한 고분자막을 형성하는 단계는 잉트제트방식을 이용해도 된다.
제 5발명은, 복수의 전자방출소자를 가지는 전자원의 제조방법에 관한 것이고, 여기서 전자방출소자는 제 1 내지 제 4발명중의 어느 하나에 의해 제조되는 것이다.
제 6발명은, 복수의 전자방출소자를 포함하는 전자원과 전자원으로부터 방출된 전자의 조사에 의해 화상을 형성하는 화상형성부재를 가지는 화상형성장치의 제조방법에 관한 것이고, 여기서 전자원은 상기한 제조방법에 의해 제조된다.
본 발명에서 고분자는, 탄소원자사이에 결합을 포함하는 고분자를 의미한다.
열이 탄소원자사이의 결합을 포함하는 고분자에 가해지는 경우에, 탄소원자사이의 결합이 분해 및 재결합되고, 이에 의해 도전성이 생성된다. 이 방법에서 도전성을 가지는 고분자는 "열분해고분자"라 칭한다.
본 발명에서 "열분해고분자(Pyrolytic Polymer)" 는 열을 가함으로써 부여된 도전성에 고분자를 의미하지만, 열이외의 요인에 의해 얻은 고분자, 예를 들면 가열에 의한 분해/재결합에 부가하여 광자에 의한 분해/재결합 또는 전자빔에 의한 분해/재결합에 의해 얻은 고분자는, 열분해고분자로서 또한 칭한다.
열분해고분자에서, 원래의 고분자의 탄소원자 사이에 공역이중결합이 증가함으로써 도전성이 증가하는 것을 해석할 수 있고, 열분해의 진행의 정도에 독립적으로 도전성이 상이하다.
또한, 도전성이 탄소원자사이의 분해/재결합에 의해 생성되도록 채택된 고분자, 즉 탄소원자사이에 이중결합이 생성되도록 채택된 고분자로서, 방향족고분자가 공지되어 있다. 특히, 방향족폴리이미드는 높은 도전성을 가지는 열분해고분자가 상대적으로 낮은 온도에서 성취될 수 있는 고분자이다.
일반적으로, 방향족폴리이미드가 자체적으로 절연체이지만, 폴리페닐렌 옥시아디아졸 및 폴리페닐렌 비닐렌 등의 고분자로서 열분해를 행하기 전부터 도전성을 가지는 고분자가 있다. 이들 고분자는 전기저항을 감소시키기 위하여 열분해에 의한 도전성을 더 증가시키므로, 본 발명에 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 고분자막을 형성하는 단계와, 열분해를 행하는 단계와, 통전에 의해 갭을 형성하는 단계에 의해 전자방출소자를 형성할 수 있으므로, 제조방법은, 도전성막을 형성하는 단계와, 포밍을 행하는 단계와, 유기물질을 포함하는 분위기를 생성하는 단계(또는 도전성막위에 고분자막을 형성하는 단계)와, 통전에 의해 탄소나 탄소화합물사이에 갭부분을 형성하는 단계와를 포함하는 종래의 방법에 비해서 간단하게 할 수 있다. 또한, 열분해고분자는 열을 가함으로써 단단한 탄소물질로 변화시키므로, 내열성이 또한 개선된다. 따라서, 종래의 도전성막의 성능에 제한되는 전자방출특성을 강화할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 의한 전자방출소자의 구조를 도시하는 개략적인 도이고, 도 1a는 선 1B-1B를 따라서 본 평면도이고, 도 1b는 선 1B-1B를 따라서 본 단면도이다.
도 1a 및 도 1b에서는, 소자는 기체(1), 소자전극(2),(3), 고분자막(4) 및 갭(5)을 포함한다. 또한, 본 발명에서는, 고분자막(4)은 다음에 설명할 열분해고분자를 포함하므로, "열분해고분자막"으로 또한 칭한다. 또한, 본 발명에서는, "고분자막", "열분해고분자막" 및 "탄소를 주성분으로 하는 막"은 동일한 의미를 가진다. 또한, 탄소를 주성분으로 하는 막(4)은, 소자전극(2),(3)사이의 기체(1)위에 배치되고, 소자전극위에 배치된다. 또한, 도 1에서는, 탄소를 주성분으로 하는 막(4)은 기체위에 서로 수평하게 대향하고 갭(5)에 의해 서로 분리되게 개략적으로 도시하였지만, 그들은 부분적으로 서로 접속되어 있다. 즉, 한 쌍의 전극사이에 전기적으로 접속하는 탄소를 주성분으로 하는 한 쌍의 막에 형성된 갭의 측면이 채택될 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 고분자막(4)은 탄소를 주로 함유하고, 또한 질소를 함유한다. 또한, 고분자막(4)은 수소 또는 붕소를 함유해도 되고, 또한, 은 등의 금속을 함유해도 된다. 탄소를 주성분으로 하는 막에서, 탄소이외의 구성요소의 함유량이 전극(2),(3)에 인접한 영역보다 갭(5)에 인접한 영역에서 감소되는 것이 중요하다.
기체(1)로서는 유리기판을 사용할 수 있다. 대향한 소자전극(2),(3)의 재료는 일반적인 도전재료, 즉 금속재료 또는 산화물도전체의 막이어도 된다.
상기한 바와 같이, 고분자막(4)은 탄소원자사이에 결합을 가지는 고분자이다.
갭(5)은 고분자막(4)에 형성된 균열형상의 갭이고, 전류를 생성하기 위하여 적절한 전계의 인가에 의해 생성된 전극의 터널인 영역이고, 또한 터널전자의 일부는 산란에 의한 방출전자이다.
따라서, 고분자막(4)의 적어도 일부에 도전성이 부여되는 것이 바람직하다.그 이유는, 고분자막(4)이 절연성이면, 전위차가 소자전극(2),(3)사이에 형성되는 경우에, 전계는 갭(5)에 인가되지 않고, 이에 의해 전자가 방출되지 않기 때문이다. 바람직하게는, 적어도 소자전극(2)(소자전극(3)) 및 갭(5)을 접속하기 위하여 존재하는 한, 적절한 전계를 갭(5)에 인가할 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에서 전자방출소자를 제조하는 방법의 실시예를 도시한다. 이하, 전자방출소자를 제조하는 방법의 실시예로서는, 도 1a 및 도 1b와 도 2a 내지 도 2c에서의 참조부호를 설명한다.
(1) 기체(1)를 세제, 순수 및 유기용제 등을 사용하여 완전히 세정하였다. 다음에, 증착, 산란 등에 의해 소자전극재료를 기체위에 배치한 후에, 소자전극(2),(3)은 예를 들면, 포토리소그래피 기술을 사용하여 기체(1)위에 형성되었다(도 2a). 여기서, 백금 등의 귀금속이 소자전극재료로 사용되는 것이 바람직하지만, 다음에 설명하는 바와 같이, 레이저조사공정이 행해지면, 필요에 따라, 산화주석, 산화인듐(ITO) 등의 투명도전체로서 산화물도전체의 막이 사용되어도 된다.
(2) 고분자막(4)은, 소자전극(2),(3)이 형성된 기체(1)위의 소자전극(2),(3)사이에 형성된다(도 2b).
고분자막(4)을 형성하는 방법으로서, 회전도포법, 인쇄법 또는 디핑법 등의 다양한 공지의 방법을 사용할 수 있다. 특히, 소망의 고분자막(4)의 구성을 패턴수단을 이용하지 않고 형성할 수 있으므로, 인쇄방법이 바람직하다. 그들 중에서, 잉크제트방식의 인쇄법은 전자방출소자가 고밀도로 배치된 전자원의 제조에 효과적이고, 이는 수백㎛이하의 미세구성을 직접적으로 형성할 수 있기 때문에 평탄디스플레이패널에 적용할 수 있다.
고분자막(4)이 잉트제트방식에 의해 형성되는 경우에, 고분자재료의 용액이 액적으로서 도포되고 다음에 건조된다. 필요에 따라, 소망의 전구체고분자의 용액이 액적으로서 도포되고, 다음에 가열에 의해 고분자화된다.
본 발명에서는, 방향족고분자가 고분자재료로서 사용되는 것이 바람직하지만, 방향족고분자는 용매에 용해되는 것이 어려우므로, 미리 전구체를 도포하는 방법을 사용하는 것이 효과적이다. 실시예와 마찬가지로, 잉크제트방식에 의해 방향족 폴리이미드를 위한 전구체로서 폴리아믹산용액을 도포하고, 또한 폴리이미드막은 가열에 의해 형성된다.
또한, 고분자의 전구체를 용해하는 용매로서는, 예를 들면, N-메틸피롤리돈, N,N-디메틸아세토아미드, N,N-디메틸포름알데히드 또는 디메틸술폭사이드 등을 사용해도 되고, 또한 n-부틸셀로솔브 또는 트리에탄올아민 등을 첨가해도 된다. 그러나, 용매가 본 발명에 적용될 수 있는 한, 용매는 상기한 용매에 한정되지 않는다.
(3) 다음에, 고분자막(4)은 열분해고분자를 형성하기 위하여 열분해처리를 행한다. 열분해처리는, 고분자에서 탄소사이의 결합의 분해/재결합을 행함으로써 도전성을 생성하는 처리이다.
도전성 열분해고분자를 형성하는 방법은, 산화가 발생하지 않는 환경하에(예를 들면, 불활성가스환경 또는 진공하에) 분해온도보다 높은 온도로 특정고분자를가열함으로써 달성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 방향족고분자, 특히 방향족폴리이미드가 열분해온도를 초과하는 온도에서, 전형적으로 700℃ 내지 800℃이상의 온도에서 가열함으로써 고분자로서 높은 열분해온도를 가지지만, 높은 도전성을 가지는 열분해고분자를 얻을 수 있다.
그러나, 본 발명에서와 마찬가지로, 열분해고분자가 전자방출소자를 구성하는 재료로서 사용되는 경우에, 오븐 또는 가열판에 의해 전체적으로 고분자를 가열하는 방법이, 다른 구조적인 부재의 내열성의 관점에서 제한되게 행하여도 된다. 특히, 기체에 대하여는, 석영유리기판 또는 세라믹기판 등의 특히 높은 내열성을 가지는 기판에 한정되지 않고, 대면적의 디스플레이패널을 위한 기판에 적용하는 것을 고려하는 경우에, 가격이 매우 높아진다.
그래서, 본 발명에서는, 열분해처리를 행하는 보다 바람직한 수단으로서는, 전자빔의 조사 또는 광의 조사를 사용할 수 있고, 광조사는 광원 또는 레이저빔인 크세논램프 또는 할로겐램프로부터 방출된 광을 이용한다. 이러한 전자빔조사 또는 광조사에 의해, 고분자막(4)은 국소적으로 가열되고, 이에 의해 높은 내열성을 가지는 고가의 기판을 이용하지 않고 열분해고분자를 얻을 수 있다. 이 경우에, 열 이외의 요인이, 예를 들면 전자빔을 사용하는 분해/재결합 또는 광자를 이용하는 분해/재결합이, 열을 이용하는 분해/재결합에 부가되어도 된다.
이하, 실제의 열분해처리를 설명한다.
(전자빔조사를 행하는 경우)
전자빔을 조사하는 경우에, 소자전극(2),(3)과 고분자막(4)이 형성된 기체(1)를, 전자건이 장착된 진공용기에 세트한다. 열분해처리는 전자건으로부터 고분자막(4)으로 전자빔을 조사함으로써 행해진다. 이 경우에, 전자빔의 조사조건은, 예를 들면, 가속전압 Vac는 0.5kV이상 10kV이하이고, 전류밀도ρ는 0.01mA/mm2이상 1mA/mm2이하인 것이 바람직하다. 또한, 이 경우에는, 소자전극(2),(3)사이에 저항값을 모니터함으로써, 소망의 저항값을 얻은 경우에 조사가 완료된다.
(레이저빔조사를 행하는 경우)
레이저빔이 조사되는 경우에, 전극(2),(3)과 고분자막(4)이 형성된 기체(1)를 스테이지위에 배치하고, 고분자막(4)에 레이저빔을 조사함으로써 열분해처리를 행한다. 이 경우에, 고분자막(4)의 산화(버닝)(burning)를 방지하기 위하여 불활성가스환경 또는 진공하에서 레이저를 조사하지만, 레이저빔조사는 레이저조사조건에 좌우하여 대기에서 행해져도 된다.
레이저빔조사조건은 적절하게 선택될 수 있다. 레이저조사는, 예를 들면, 펄스YAG레이저의 제 2고주파(파장632mm)를 이용함으로써, 또한 소자전극(2),(3)사이의 저항값을 모니터함으로써 행해지고, 소망의 저항값을 얻는 경우에 조사를 완료할 수 있다.
또한, 고분자막(4)과 소자전극(2),(3)의 광학적 흡수파장을 상이하게 하기 위한 구조재료를 선택함으로써, 또한 고분자막(4)의 흡수파장에 일치하는 파장을가지는 레이저빔을 조사함으로써, 고분자막(4)만을 실질적으로 가열할 수 있다. 그러므로, 이것이 보다 바람직하다.
(기타 레이저조사를 행하는 경우)
레이저외의 광을 조사하는 경우에, 소자전극(2),(3)과 고분자막(4)이 형성된 기체(1)를 스테이지위에 배치하고, 또한 광이 고분자막(4)과 그 주위에 조사된다. 이 경우에, 고분자막(4)의 산화(버닝)를 방지하기 위하여 불활성가스하에서 또는 진공하에서 광을 조사하지만, 레이저빔조사는 레이저조사조건에 좌우하여 대기하에서 행해져도 된다.
크세논램프 또는 할로겐램프는 광원으로서 사용되어도 되고, 국소적인 광조사를 행하기 위하여 집광수단에 의해 집광함으로써, 고분자막의 열분해온도를 달성하기 위하여 요구된 800℃이상의 온도로 고분자막을 가열하는 것이 가능하다.
크세논광은 가시광으로부터 적외선광까지 대략 연속적으로 포함하고, 특히 1㎛파장의 근처에서 적외선영역의 파장밴드에서 복수의 가파른 피크강도를 가지는 반면에, 할로겐광은 주로 가시광을 포함한다. 따라서, 광원이 고분자막 또는 전극의 재료에 따라 선택되는 것이 바람직하다.
조사된 광은 고분자막에 의한 광을 직접적으로 흡수함으로써 고분자막의 온도를 상승하도록 작용하고, 또한 어떤 경우에는, 고분자막 근처의 전극에 조사된 광에 의해 전극을 워밍하도록 작용하고, 이에 의해 열전도에 의해 고분자막을 가열한다. 이들 작용의 선택은 전극과 고분자막의 재료에 의해 결정된다.
또한, 기판의 재료에 좌우하여, 기판은 열적으로 변형될 수 있다. 이것을회피하기 위하여, 광을 펄스변조함으로써, 기판의 과도한 가열을 억제할 수 있다. 펄스변조의 조건은 발생된 열량, 기판의 열도전성 및 열방사량에 따라 적절하게 설정될 수 있다. 또한, 펄스변조는 동일한 이유로 상기한 레이저빔조사에 또한 효과적이다.
또한, 조사될 광에 대하여는, 전극(2),(3)을 구성하는 재료의 광흡수력보다 크고 폴리머(4)를 구성하는 재료의 광흡수력을 선택함으로써, 고분자막(4)만이 가열되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 전극(2),(3)사이의 저항값이 모니터되고, 소망의 저항값을 얻은 경우에 광조사가 완료되는 것이 바람직하다.
광에 의한 가열은 집광영역을 확장함으로써 비교적 용이하게 넓은 영역에 광조사를 행할 수 있으므로, 고분자막은 패널 등의 대면적에도 효과적으로 가열될 수 있다.
상기한 바와 같이, 고분자막(4)은 광원 또는 레이저빔으로서 크세논램프 또는 할로겐램프로부터 방출된 광을 이용하는 전자빔조사 또는 광조사에 의해 열분해고분자로 변화되지만, 전체의 고분자막(4)이 열분해를 행해야 할 필요는 없다. 고분자막(4)의 일부만이 열분해를 행하는 경우에, 다음의 단계를 행한다.
(4) 전자방출부를 구성하는 갭(5)은, 열분해를 행한 고분자막(4)위에 형성된다(도 2c).
갭(5)의 형성은, 소자전극(2),(3)사이에 전압(전류를 흐르게 함)을 인가함으로써 달성된다. 또한, 바람직하게는, 인가될 전압은 펄스전압이다. 이러한 전압인가처리(통전처리)에 의해, 고분자막(4)의 일부는 구조를 변화시키기 위해 국소적으로 파괴, 변형 또는 변질되고, 이에 의해 갭(5)이 형성된다.
또한, 통전처리는, 열분해처리와 동시에, 즉 전자빔조사 또는 광조사를 행하면서, 소자전극(2),(3)사이에 전압펄수를 연속적으로 인가함으로써, 행해질 수 있다. 어떤 경우에도, 이 공정은, 감압분위기하에서, 바람직하게는 1.3×10-3Pa이하의 압력을 가지는 분위기에서, 행해지는 것이 바람직하다.
본 공정의 통전처리에서는, 전압펄스를 인가함으로써, 고분자막(4)의 저항값에 해당하는 전류가 흐른다. 따라서, 고분자막(4)이 극히 낮은 저항을 가지는 경우에는, 즉 고분자막이 열분해를 양호하게 행한 막인 경우에는, 본 공정에서 통전처리는 큰 전력이 필요하다. 비교적 작은 에너지로 통전처리를 행하기 위해서는, 열분해의 진행의 정도를 조정하거나 또는 고분자막(4)의 일부만을 열분해를 행하여도 된다.
본 발명에 의한 전자방출소자가 진공하에서 구동되는 것을 고려하는 경우에, 진공하에서 절연체를 노광하는 것은 바람직하지 않다. 그래서, 광원 또는 전자빔인 크세논램프 또는 할로겐램프로부터 방출된 광을 이용하는 상기 전자빔조사 또는 광조사는, 고분자막의 실질적인 전체표면을 개질(도전성을 부여)하는 것이 바람직하다.
도 3a 내지 도 3c는 열분해고분자로 변화시키는 고분자막(4)의 표면을 도시하고, 도 3a는 통전처리를 행하기 전의 상태를 도시하고, 도 3b는 통전처리를 개시한 직후의 상태를 도시하고, 도 3c는 통전처리가 완료된 후의 상태를 도시한다.
우선, 열분해를 행한 고분자막(4)의 표면영역(4')은, 통전처리를 행하고, 이에 의해 갭(5')이 형성된다(도 3b). 전자는 형성된 갭(5')을 통하여 터널이 생기고, 전자를 방출하기 위하여 열분해고분자의 막표면의 대향하는 표면에 대하여 산란되면서, 열분해를 아직 행하지 않은 밑에 있는 고분자영역은 열분해를 점차적으로 행하고, 최종적으로, 갭(5)은 고분자막(4)의 전체두께를 통하여 형성된다(도 3c).
또한, 열분해고분자의 영역이 막의 두께의 중간부분 또는 기판에 인접하는 쪽에 있는 경우에도, 갭(5)은 최종적으로 고분자막(4)의 전체두께를 통하여 형성된다.
도 4a 내지 도 4c는 기체의 표면에 평행한 방향으로 열분해고분자로 변화하는 고분자막(4)의 일부를 도시하는 개략적인 평면도이고, 도 4a는 통전처리에 앞선 상태를 도시하고, 도 4b는 통전처리를 개시한 직후의 상태를 도시하고, 도 4c는 통전처리가 완료된 후의 상태를 도시한다.
우선, 열분해를 행한 고분자막(4)의 표면영역(4')은 통전처리를 행하고, 이에 의해 좁은 갭(5')이 형성된다(도 4b). 전자는 형성된 갭(5')을 통하여 터널이 생기고, 전자를 방출하기 위하여 열분해고분자의 막표면의 대향한 표면에 대하여 산란하면서, 열분해를 아직 행하지 않은 밑에 있는 고분자영역은 열분해를 점차적으로 행하고, 최종적으로, 갭(5)이 기판의 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 고분자막(4)의 전체두께를 통해서 형성된다(도 4c).
또한, 상기한 바와 같이, 많은 경우에, 열분해가 부분적으로 행해진 고분자막(4)이 사용되는 경우에, 양호한 전자방출특성을 얻을 수 있다. 이유가 분명하지는 않지만, 열분해를 행하지 않은 고분자가 열확산에 의해 갭(5)의 근처로 이동하는 것을 채택하므로, 전자방출에 보다 적합한 갭이 형성되어 유지되고, 따라서 구동에 의해 변질되기 어려운 구조를 제공한다고 추측할 수 있다.
도 9에 도시한 바와 같이, 상기한 공정에 의해 얻은 전자방출소자는 한계전압(Vth)을 가지고, 따라서 한계전압보다 작은 전압이 전극(2),(3)사이에 인가되면 전자가 실질적으로 방출되지 않지만, 한계전압보다 큰 전압이 인가되는 경우에, 소자로부터의 방출전류(Ie), 전극(2),(3)사이에 흐르는 소자전류(If)가 생성된다.
이러한 특성에 기인하여, 본 발명에 의한 복수의 전자방출소자가 매트릭스패턴에 동일한 기판위에 배치된 전자원을 형성할 수 있고, 또한 소망의 소자를 선택적으로 구동하는 단순매트릭스(Passive matrix)구동을 달성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 전자방출소자를 이용하여 전자원을 형성하고, 화상형성부재에 전자원을 조합함으로써, 예를 들면 대표면의 평탄패널디스플레이 등의 화상형성장치를 형성할 수 있다.
[실시예]
본 발명의 실시예를 이하에 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[제 1실시예]
제 1실시예에 의한 전자방출소자로서, 도 1a 및 도 1b에 도시한 타입의 전자방출소자가 도 2a 내지 도 2c에 도시한 제조방법과 마찬가지의 방법을 사용함으로서 형성된다. 이하, 제 1실시예에 의한 전자방출소자를 제조하는 방법은 도 1a, 도 1b 및 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명한다.
석영유리기판은 기체(1)로서 사용되고, 기체(1)는 순수, 유기용매 등을 사용하여 완전히 세정된다. 다음에, 백금으로 구성된 소자전극(2),(3)은 기체(1)위에 형성된다(도 2a). 이 경우에는, 소자전극사이의 거리(L)는 10㎛로 선택되고, 소자전극의 폭은 500㎛로 선택되고, 또한 소자전극의 두께는 100㎛로 선택된다.
다음에, 이와 같은 방법에 의해 제조된 기판에, 방향족 폴리이미드의 전구체인 폴리아믹산용액(일립화성공업(주) 제조 : PIX-L110)용액과, 수지비율 3%로 N-메틸피롤리돈/트리에탄올 아민용매에 의해 희석된 용액을 회전도포한다. 다음에, 소성을 위하여 진공조건하에서 온도를 350℃로 상승시키고, 이에 의해 폴리이미드를 얻는다. 이 경우에, 폴리이미드의 막두께는 30nm로 선택된다.
폴리이미드막은 포토리소그래피기술에 의해 소자전극(2),(3)사이에 300㎛×300㎛의 걸쳐진 직사각형 구성을 형성하기 위하여 패턴되고, 이에 의해 소망의 구성을 가지는 고분자막이 형성된다(도 2b).
다음에, 소자전극(2),(3)과 고분자막(4)이 형성된 기체(1)는, 전자건이 장착되고 적절한 공기배출이 행해지는 진공용기에 세트된다. 다음에, 가속전압(Vac) 10kV와 전류밀도(ρ) 0.1mA/mm2를 가지는 전자빔은, 고분자막(4)의 전체표면에 조사된다. 이 경우에, 소자전극(2),(3)사이의 저항을 측정하고, 저항이 1㏀으로 감소되는 경우에 전자빔조사를 중지한다.
다음에, 전자빔조사를 행한 소자전극(2),(3)과 고분자막(4)이 형성된 기체(1)는 도 5에 도시한 진공소자에 전송된다.
여기서, 도 5에서, (51)은 소자에 전압을 인가하는 전원을 나타내고; (50)은 소자전류(If)를 측정하는 전류계를 나타내고; (54)는 소자에 의해 발생된 방출전류(Ie)를 측정하는 애노드전극을 나타내고; (53)은 애노드전극(54)에 전압을 인가하는 고전압전원을 나타내고; (52)는 방출전류를 측정하는 전류계를 나타낸다. 전자방출소자의 소자전류(If) 및 방출전류(Ie)의 측정시에, 전원(51) 및 전류계(50)는 소자전극(2),(3)에 접속되고, 전원(53)과 전류계(52)에 접속된 애노드전극(54)은 상기 전자방출소자에 배치된다. 또한, 전자방출소자 및 애노드전극(54)은, 진공소자를 위해 필요한 배기펌프(도시하지 않음)와 진공계(도시하지 않음)를 포함하는 진공장치에 설치되고, 따라서 소망의 진공하에서 전자방출소자의 측정평가를 행할 수 있다. 또한, 애노드전극과 전자방출소자 사이의 거리(H)는 4mm로 선택되고, 진공소자의 압력은 1×10-6Pa로 선택된다.
도 5에 도시한 장치계를 이용함으로써, 갭(5)은 전압 25V, 펄스폭 1msec 및 펄스간격 10msec를 가지는 양극성구형펄스를 인가함으로써 고분자막(4)에 형성된다.
상기한 공정에 의해, 제 1실시예의 전자방출소자를 제조하였다.
다음에, 도 5의 진공소자에서 애노드전극(54)에 1kV의 전압을 인가하면서 제1실시예의 전자방출소자의 소자전극(2),(3)사이에 22kV의 구동전압이 인가되는 경우에, If가 0.6mA이고 Ie가 4.2㎛이고 또한 안정한 전자방출특성을 장기간동안 유지하는 것을 발견하였다.
최종적으로, 제 1실시예의 전자방출소자를 절단하고 투과형 전자현미경(TEM)에 의해 갭(5)근처의 절단면을 관찰하는 경우에, 도 1b 및 도 3c에서 도시한 구성과 마찬가지인 것이 확인되었다.
[제 2실시예]
제 2실시예에 의한 전자방출소자는, 제 1실시예의 전자방출소자의 구성과 마찬가지의 구성을 기본적으로 가진다.
제 1실시예에서와 마찬가지로, 백금으로부터 형성된 소자전극(2),(3)이 형성된 석영유리기판에, 폴리페닐렌옥시사디아졸 전구체인 폴리페닐렌하이드라지드의 3%N-메틸피롤리돈/n-부틸 셀로소브용액을 스핀코터에 의해 회전도포하였다. 다음에, 소성을 행하기 위하여 진공하에서 온도를 310℃로 상승시키고, 이에 의해 두께 30nm를 가지는 폴리페닐렌 옥시사디아졸막을 얻었다.
폴리페닐렌 옥시사디아졸막은, 포토리소그래피기술에 의해 소자전극(2),(3)사이에 걸쳐서 300㎛×300㎛ 직사각형구성을 형성하기 위하여 패턴되었고, 이에 의해 소망의 구성을 가지는 고분자막을 형성하였다.
다음에, 제 1실시예와 마찬가지의 조건하에 전자빔이 고분자막(4)의 전체표면에 조사된 후에, 기체는 도 5에 도시한 진공소자로 전송된다.
또한, 제 1실시예와 마찬가지로, 도 5의 장치계를 사용하고 소자전극(2),(3)사이에 전압 22V, 펄스폭 1msec 및 펄스간격 10msec를 가지는 양극성구형전압을 인가함으로써, 고분자막(4)에 갭(5)이 형성되고, 이에 의해, 제 2실시예의 전자방출소자가 형성된다.
다음에, 도 5의 진공장치에 애노드전압 1kV를 인가하면서, 구동전압 20V를 제 2실시예의 전자방출소자의 소자전극(2),(3)사이에 인가하고 이 때에 흐르는 소자전류(If)와 방출전류(Ie)를 측정하는 경우에, If는 0.8mA이고 Ie는 3.5㎛이고 또한 안정한 전자방출특성이 장기간동안 유지되는 것을 발견하였다.
최종적으로, 제 2실시예의 전자방출소자가 절단되고 투과형 전자현미경(TEM)에 의해 갭(5)근처의 단면을 관찰하는 경우에, 도 1b 및 도 3c에서 도시한 구성과 마찬가지인 것이 확인되었다.
[제 3실시예]
제 3실시예에 의한 전자방출소자는 제 1실시예 및 제 2실시예의 전자방출소자의 구성과 마찬가지인 구성을 기본적으로 가진다.
제 1실시예와 마찬가지로, 백금을 함유하는 소자전극(2),(3)과 폴리이미드막을 함유하는 고분자막(4)이 형성된 석영유리기체(1)는, 전자건이 장착되고 적절한 공기배출이 행해지는 진공용기에 배치된다. 다음에, 가속전압(Vac) 7kV와 전류밀도(ρ) 0.1mA/mm2을 가지는 전자빔을 고분자막(4)의 전체표면에 조사하면서, 전압 25V, 펄스폭 1msec 및 펄스간격 10msec을 가지는 양극성구형펄스를 소자전극(2),(3)에 인가하였다. 이 경우에, 소자전극(2),(3)사이에 흐르는 전류는 점차적으로 증가하고, 또한 전류가 대략 2.5mA로 증가한 후에는, 전류가 갑자기 감소하므로, 전자빔조사가 중지된다.
다음에, 소자를 픽업하고 절단하여 투과형 전자현미경(TEM)으로 갭(5)근처의 단면을 관찰한 경우에, 도 3b에서 도시한 구성과 마찬가지인 것이 확인되었다.
또한, 도 5의 장치계를 사용함으로써, 전압 25V, 펄스폭 1msec, 펄스간격 10msec를 가지는 양극성구형펄스를 마찬가지로 형성된 소자의 소자전극(2),(3)사이에 다시 인가한다.
상기 공정을 통하여, 제 3실시예의 전자방출소자를 제조하였다.
다음에, 도 5의 진공장치에 애노드전압 1kV를 인가하면서, 제 3실시예의 전자방출소자의 소자전극(2),(3)사이에 구동전압 22V을 인가하고, 이 때에 흐르는 소자전류(If)와 방출전류(Ie)를 측정하는 경우에, If는 1.0mA이고 Ie는 5.3㎛이고 또한 안정한 전자방출특성이 장기간동안 유지되는 것을 발견하였다.
최종적으로, 제 3실시예의 전자방출소자를 절단하여 투과형 전자현미경(TEM)으로 갭(5)근처의 단면을 관찰하는 경우에, 도 3c에서 도시한 구성과 마찬가지인 것이 확인되었다.
[제 4실시예]
제 4실시예에 의한 전자방출소자는, 상기한 실시예의 전자방출소자의 구성과 마찬가지의 구성을 기본적으로 가진다.
기체(1)로서 석영유리기판을 사용하였고, 순수, 유기용매 등을 사용하여 기체를 완전히 세정하였다. 다음에, ITO로 구성된 소자전극(2),(3)은 기체(1)위에형성되었다. 이 경우에, 소자전극사이의 거리(L)는 10㎛로 선택되고, 소자전극의 폭은 500㎛로 선택되고, 또한 소자전극의 두께는 100㎛로 선택된다.
제 1실시예에서와 마찬가지로, 폴리이미드막으로 구성된 고분자막(4)은 이 방법으로 제조된 기체위에 형성되었다.
다음에, ITO로 구성된 소자전극(2),(3)과 폴리이미드막으로 구성된 고분자막(4)이 형성된 기체(1)는, 스테이지(대기압하에)에 세트되고, 고분자막(4)에 Q스위치펄스 Nd: YAG레이저(펄스당 펄스폭 100nm, 반복주파수 10kHz, 에너지 0.5mJ, 빔직경 10㎛)의 제 2고주파(SHG: 파장 632nm)를 조사하였다. 이 경우에, 제 2고주파를 소자전극(2)으로부터 소자전극(3)으로 향하는 방향을 따라서 폭 10㎛의 고분자막(4)에 조사하였다. 또한, 소자전극(2),(3)사이의 저항을 측정하였고, 또한 저항이 10㏀로 감소되는 경우에, 전자빔조사가 중지된다.
여기서, 소자를 픽업하고 투과형 전자현미경(TEM)으로 관찰한 경우에, 도 4a에 도시한 구성과 마찬가지의 구성이 확인되었다.
다음에, 제 1실시예와 마찬가지로, 도 5의 장치계를 사용하고 전극(2),(3)사이에 전압 25V, 펄스폭 1msec, 펄스간격 10msec을 가지는 양극성구형파를 인가함으로써, 갭(5)이 고분자막(4)위에 형성되고, 이에 의해 제 4실시예의 전자방출소자를 제조한다.
다음에, 도 5의 진공장치에 애노드전압 1kV를 인가하면서 제 4실시예의 전자방출소자의 소자전극(2),(3)사이에 구동전압 22V을 인가하고, 이 때에 흐르는 소자전류(If)와 방출전류(Ie)를 측정하는 경우에, If는 0.8mA이고 Ie는 4.2㎛이고 또한안정한 전자방출특성이 장기간동안 유지되는 것을 발견하였다.
최근에, 제 4실시예의 전자방출소자를 투과형 전자현미경(TEM)에 의해 관찰한 경우에, 도 4c에 도시한 구성과 마찬가지의 구성이 확인되었다.
[제 5실시예]
제 5실시예에서는, 본 발명에 의한 전자방출소자가 매트릭스패턴에 배치된 전자원 및 화상형성장치가 제조되었다.
도 6a 내지 도 6e는 제 5실시예의 전자원을 제조하는 공정을 설명하는 개략도이고, 도 7은 제 5실시예의 화상형성장치를 도시하는 개략도이다.
도 6a 내지 도 6e는 제 5실시예의 전자원의 일부를 확대한 도이고, 도 1a 및 도 1b에서와 마찬가지인 소자는 동일한 참조번호에 의해 표시된다. (62)는 X방향배선을 나타내고; (63)은 Y방향배선을 나타내고; (64)는 층사이의 절연층을 나타낸다. 또한, 도 6a 내지 도 6e에서, 기체(1)는 도면에서 생략한다.
도 7에서는, 도 1a, 도 1b 및 도 6a 내지 도 6e에서와 마찬가지의 소자는 동일한 참조번호로 표시된다. (71)은 기체위에 형광막과 Al메탈백(metal back)이 적층된 전면을 나타내고; (72)는 기체(1)에 전면(71)을 부착하는 지지프레임을 나타내고; (73)은 고전압단자를 나타낸다. 기체(1), 전면(71) 및 지지프레임(72)은 진공밀폐용기를 구성한다.
이하, 제 5실시예는 도 6a 내지 도 6e 및 도 7을 참조하여 설명한다.
높은 스트레인점을 가지는 유리기판(아사히유리 주식회사 제품; PD200: 경화점 830℃, 어닐링점 620℃, 스트레인점 570℃)위에, 스퍼터링법에 의해 두께 100nm의 ITO막을 퇴적하고, ITO막으로 구성된 소자전극(2),(3)은 포토리소그래피기술을 사용하여 형성된다(도 6a). 전극(2),(3)사이의 거리는 10㎛로 선택된다.
다음에, 스크린인쇄법에 의해 Ag페이스트를 인쇄하고, X방향배선(62)은 열소성에 의해 형성된다(도 6b).
다음에, 절연페이스트는 스크린인쇄법에 의해 X방향배선(62)과 Y방향배선(63)사이의 접합에 해당하는 위치에 인쇄되고, 절연층(64)은 열소성에 의해 형성된다(도 6c).
또한, 스크린인쇄법에 의해 Ag페이스트를 인쇄하고, Y방향배선(63)은 열소성에 의해 형성되고, 이에 의해 기체(1)위에 매트릭스배선을 형성한다(도 6d).
매트릭스배선이 형성된 기체(1)의 소자전극(2),(3)을 걸치는 위치에서, 폴리이미드의 전구체인 폴리아믹산의 3% N-메틸피롤리돈/트리에탄올 아민용액을 소자전극사이의 중앙을 중심으로 해서 도포한다. 이것은 진공하에서 350℃의 온도로 소성되고, 이에 의해 직경 100㎛와 두께 300nm를 가지는 원형폴리이미드막으로 구성된 고분자막(4)을 얻는다(도 6e).
다음에, ITO로 구성된 소자전극(2),(3), 매트릭스배선(62),(63) 및 폴리이미드막으로 구성된 고분자막(4)이 형성된 기체(1)를 스테이지(대기압하에)위에 세트하고, 각각의 고분자막(4)에, Q스위치펄스 Nd: YAG레이저(펄스당 펄스폭 100nm, 반복주파수 10kHz, 에너지 0.5mJ 및 빔직경 10㎛)의 제 2고주파(SHG)를 조사하였다. 이 경우에, 제 2고주파는 소자전극(2)으로부터 소자전극(3)으로 향하는 방향을 따라서 폭 10㎛를 가지는 고분자막(4)에 조사되고, 이에 의해 고분자막(4)의 일부에열분해를 처리한 도전성영역을 형성한다.
이 방법으로 제조된 기체(1)와 전면(71)은 서로 대향하여 배치되고(형광막과 메탈백이 서로 대향하여 형성된 표면), 지지프레임(72)을 개재하여 배치되고, 또한 밀봉접착은 400℃의 온도에서 프릿유리를 사용하여 행한다. 또한, 3개의 컬러(RGB; 적색, 녹색, 청색)가 스트라이프패턴으로 배치된 막은 형광막으로서 사용하였다.
공기는 기체(1), 전면(71) 및 지지프레임(72)에 의해 구성된 밀폐용기의 내부로부터 배기관(도시하지 않음)을 개재하여 진공펌프에 의해 배기되고, 또한, 진공을 유지하기 위하여, 비증발형 게터를 밀폐용기내에서 행한 가열처리(도시하지 않음)(게터의 활성화처리)후에, 배기관을 가스버너에 의해 용착함으로써 용기를 밀봉한다.
최종적으로, X방향배선 및 Y방향배선을 통하여 소자전극(2),(3)사이에 전압 25V, 펄스폭 1msec, 펄스간격 10msec을 가지는 양극성구형펄스를 인가함으로써 고분자막(4)에 갭(5)이 형성되고, 이에 의해 제 5실시예의 전자원 및 화상형성장치를 제조하였다.
이 방법으로 완성된 화상형성장치에서는, X방향배선 및 Y방향배선을 통하여 선택된 소망의 전자방출소자에 전압 22V을 인가하고 또한 고전압단자(73)를 통하여 메탈백에 전압 8kV을 인가하는 경우에, 장시간동안 밝기가 양호한 화상을 형성할 수 있다.
[제 6실시예]
제 6실시예에서는, 제 1실시예의 전자빔 대신에, 크세논광조사를 제외하고는 마찬가지의 조건하에서 전자방출소자를 형성하기 위하여 크세논광을 조사하였다.
제 6실시예에서 크세논광조사는 다음과 같이 행하였다.
제 1실시예에서와 마찬가지의 방식으로 소자전극(2),(3)과 고분자막(4)이 형성된 기체(1)는 스테이지(대기압하에)위에 세트되고, 고분자막(4)의 일부를 개질하기 위하여 고분자막(4)에 크세논광을 조사하고, 이에 의해 처리된 열분해를 가지는 도전성영역이 형성된다.
광원인 크세논램프는 1.5W(비율)를 가진다. 광의 파장은 실질적으로 가시영역으로부터 적외선영역까지 연속적인 밴드를 포함하지만, 특히, 광은 800nm 내지 1㎛의 파장의 근처에서 근적외선밴드에서 센 광방출강도를 가진다. 또한, 제 6실시예에서 사용된 고분자막은 가시영역으로부터 적외선영역까지 넓은 파장밴드를 통해서 광을 흡수할 수 있고, 특히, 막은 적외선밴드 근처에서 높은 광흡수특성을 가진다.
광원으로부터 방출된 광은, 광원뒤에 배치된 포물면반사기에 의해 수렴되고 광학섬유의 다발로 구성된 광가이드에 입사된다. 입력말단에서 광은 대략 400W미만을 가진다. 또한, 광은 광가이드를 통하여 스테이지에 가이드되고, 또한, 광은 후면에 조사되도록 광가이드의 말단에 부착된 집속렌즈에 의해 직경 5mm를 달성하도록 수집할 수 있다.
이 경우에, 소정의 간격에서 셔터를 개폐함으로써 광이 펄스변조되도록 광가이드의 입사말단에 셔터를 설치한다. 펄스변조상태는 기간 100ms에서 개방하고기간 200ms에서 폐쇄하도록 설정된다. 최적의 광전압 및 펄스조건은 고분자막의 재료, 전극의 재료 및 구성에 좌우하여 조정되어야 한다.
조사된 광은 고분자막의 온도를 상승시키도록 고분자막에 의해 직접적으로 흡수되고, 고분자막 근처의 전극에 조사된 광에 의해 전극이 워밍되고, 또한 전극으로부터 열조건이 고분자막의 온도를 상승시킨다. 이 방법에서, 고분자막이 가열된다.
이 경우에, 소자전극(2),(3)사이에 전압 1V가 인가되고, 저항이 모니터되고, 또한 저항의 변화가 작은 경우에, 광조사가 중지된다. 요구된 조사시간이 대략 2분인 것을 발견하였다.
또한, 할로겐램프가 광원으로서 사용되는 경우에, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 고분자막의 광흡수특성은 전극의 광흡수특성과 상이하므로, 펄스인가조건은 특성에 따라 설정되어야 한다.
제 1실시예에서와 마찬가지로, 이 방법으로 제조된 제 6실시예의 전자방출소자에서, 안정한 전자방출특성이 장기간동안 유지된다.
본 발명의 전자방출소자에 따르면, 전자방출은 장기간동안 높은 효율로 행해지고, 또한 그 제조처리에서, 막형성의 공정수가 하나로 감소하므로, 공정은 단순화되어 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 전자방출소자 및 그 제조방법을 이용함으로써, 전자방출소자를 복수배열한 전자원 또는 화상형성장치를 제조할 수 있고, 대면적을 가지고 밝은 양호한 화질의 화상을 장기간동안 표시할 수 있는 화상형성장치를 실현할 수 있다.

Claims (30)

  1. 기체위에 형성된 한 쌍의 전극사이에 고분자막을 형성하는 단계와;
    가열에 의해 상기 고분자막에 도전성을 부여하는 단계와;
    상기 한 쌍의 전극사이에 전위차를 인가하는 단계와;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 가열에 의해 상기 고분자막에 도전성을 부여하는 단계는, 상기 고분자막의 적어도 일부에 전자빔을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 가열에 의해 상기 고분자막에 도전성을 부여하는 단계는, 고분자막의 적어도 일부에 광을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 광은 광원인 크세논램프로부터 방출된 광인 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  5. 제 3항에 있어서, 광은 광원인 할로겐램프로부터 방출된 광인 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  6. 제 3항에 있어서, 광은 레이저빔인 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 고분자막은 방향족 고분자막인 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 고분자막을 형성하는 단계는 잉트제트방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  9. 기체위에 형성된 한 쌍의 전극사이에 고분자막을 형성하는 단계와;
    상기 고분자막을 가열함으로써 상기 고분자막의 전기저항을 감소시키는 단계와;
    한 쌍의 전극사이에 전위차를 인가하는 단계와;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 고분자막을 가열함으로써 상기 고분자막의 전기저항을 감소시키는 단계는, 상기 고분자막의 적어도 일부에 전자빔을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 고분자막을 가열함으로써 상기 고분자막의 전기저항을 감소시키는 단계는, 상기 고분자막의 적어도 일부에 광을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서, 광은 광원인 크세논램프로부터 방출된 광인 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  13. 제 11항에 있어서, 광은 광원인 할로겐램프로부터 방출된 광인 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  14. 제 11항에 있어서, 광은 레이저빔인 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  15. 제 9항에 있어서, 고분자막을 형성하는 단계는 잉트제트방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  16. 기체위에 형성된 한 쌍의 전극사이에 고분자막을 형성하는 단계와;
    상기 고분자막의 적어도 일부에 전자빔을 조사하는 단계와;
    상기 한 쌍의 전극사이에 전위차를 인가하는 단계와;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 고분자막에 전자빔을 조사하는 단계는, 상기 고분자막의 적어도 일부에 도전성을 부여하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 고분자막에 전자빔을 조사하는 단계는, 상기 고분자막의 전기저항을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  19. 제 16항에 있어서, 상기 고분자막은 방향족 고분자막인 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  20. 제 16항에 있어서, 고분자막을 형성하는 단계는 잉트제트방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  21. 기체위에 형성된 한 쌍의 전극사이에 고분자막을 형성하는 단계와;
    상기 고분자막의 적어도 일부에 광을 조사하는 단계와;
    상기 한 쌍의 전극사이에 전위차를 공급하는 단계와;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 고분자막에 광을 조사하는 단계는, 상기 고분자막의 적어도 일부에 도전성을 부여하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  23. 제 21항에 있어서, 상기 고분자막에 광을 조사하는 단계는, 상기 고분자막의 전기저항을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  24. 제 23항에 있어서, 광은 광원인 크세논램프로부터 방출된 광인 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  25. 제 23항에 있어서, 광은 광원인 할로겐램프로부터 방출된 광인 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  26. 제 23항에 있어서, 광은 레이저빔인 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  27. 제 21항에 있어서, 상기 고분자막은 방향족 고분자막인 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  28. 제 21항에 있어서, 고분자막을 형성하는 단계는 잉트제트방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자의 제조방법.
  29. 복수의 전자방출소자를 가지는 전자원의 제조방법에 있어서,
    상기 전자방출소자는 제 1항 내지 제 28항 중 어느 하나에 기재된 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 전자원의 제조방법.
  30. 복수의 전자방출소자를 포함하는 전자원과, 상기 전자원으로부터 방출된 전자의 조사에 의해 화상을 형성하는 화상형성부재를 가지는 화상형성장치의 제조방법에 있어서,
    상기 전자원은 제 29항에 기재된 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 화상형성장치의 제조방법.
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