KR960016433B1 - 청정화기능을 갖는 전계방출 음극장치 및 그의 칭정화방법 - Google Patents

청정화기능을 갖는 전계방출 음극장치 및 그의 칭정화방법 Download PDF

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Abstract

없음

Description

청정화기능을 갖는 전계방출 음극장치 및 그의 칭정화방법
제1도는 종래의 전계방출 음극장치를 나타낸 사시도.
제2도는 제1도의 전계방출 음극장치의 일부를 나타낸 확대도.
제3도는 종래의 전계방출 음극장치의 있어서의 청정화 처리를 나타낸 도면.
제4도는 제3도의 청정화처리에 있어서 전계방출 음극장치에 나타나는 전위분포의 계산결과를 나타낸 도면.
제5도는 본 발명의 제1실시예에 의한 전계방출 음극장치에 있어서의 청정화처리를 나타낸 도면.
제6도는 본 발명의 제1실시예의 청정화처리의 원리를 나타낸 도면.
제7(A)-7(C)도는 본 발명의 제2실시예에 의한 전계방출음극장치에 있어서의 청정화처리를 나타낸 도면.
제8(A)-8(E)도는 본 발명의 제2실시예의 청정동작을 나타낸 타이밍도.
제9(A)-9(B)도는 본 발명의 제3실시예의 의한 전계방출음극장치에 있어서의 청정화처리를 나타낸 도면.
제10(A)-10(B)도는 본 발명의 제3실시예의 청정동작을 나타낸 타이밍도.
제11도는 본 발명의 제4실시예에 의한 전계방출 음극장치에 있어서의 청정화처리를 나타낸 도면.
제12도는 전계방출음극장치의 동작 제어개통도.
본 발명은 전계방출 음극장치에 관한 것이며 특히 복수의 캐소드를 매트릭스상으로 배열하여 되는 청정화 기능을 갖는 전계방출 음극장치 및 그의 청정화방법에 관한 것이다.
전계방출 음극장치는 도체 표면에 큰전계를 인가하여 음극표면에 있어서의 전위장벽을 변형시켜 도체중의 전자를 터널효과에 의해서 외부로 꺼낸다. 이때문에 전계방출 음극장치는 부의 전압이 인가되는 캐소드와 상기 캐소드에 근접하여 형성되며 이에 대전계를 인가하는 게이트전극으로 되는 전자선 발생원을 포함하여 방출된 전자선은 가속후에 애노드전극에 의해서 포착된다. 이와같은 구성의 전자선 발생원은 반도체 제조기술에서 일반적으로 사용되고 있는 미세가공기술에 의해서 수미크론정도의 크기로 형성할 수 있다. 다시말하면 미세가공 기술에 의해서 넓은 면적에 걸쳐서 매트릭스상으로 미세한 전자선발생원을 용이하게 형성하는 것이 가능하고 이와같은 구성의 전계방출 음극장치는 고속연산소자나 고속 및 고휘도의 표시판등으로 응용이 기대되고 있다.
제1도는 종래의 전계방출 음극장치(1)의 개략을 나타낸 사시도이다.
제1도를 참조하면 전계방출 음극장치(1)는 절연체층(11)을 절연성 기판(10)의 윗주면위에 형성하고 절연체층(11)의 아래주면위에는 제1방향으로 복수의 캐소드전극(12)을 상호 평행으로 형성하여 구성된다. 또 상기 절연체층(11)의 윗주면위에는 상기 제1방향과 실질적으로 직교되는 방향으로 복수의 게이트전극이 역시 상호평행으로 뻗어있도록 형성되어 있다. 또, 상기 절연체층(11)내에는 상기 캐소드전극(12)과 게이트전극(13)이 교차되는 부분에 대응하여 전자선발생원(14)이 형성되어 있다. 도시한 예에서 전자선발생원(14)은 복수개로 구성되어 있다. 또 제1도의 장치 전체는 도시하지 않은 진공용기중에 봉입되어 있다.
제2도는 제1도의 전자선발생원들중 하나를 확대하여 나타냈다. 제2도를 참조하면 전자선발생원(14)은 전형적으로 SiO2로 되는 절연체층(11)내에 상기 캐소드전극(12)과 게이트전극(13)의 교차부분에 형성된 관통공(11a)내에 형성되며, 원추상으로 예리하게 뾰족한 에미터팁(15)을 포함한다.
에미터팁(15)은 전형적으로는 Mo로 되고 캐소드전극(12)위에 형성되는 한편 게이트전극은 도시한 것과 같이 관통공(through hole)(11a)의 측벽으로부터 에미터팁(15)을 향하여 연장되어 있고 에미터팁(15)과의 사이에 좁은 갭을 형성한다.
그런데 표시모드에서 게이트전극(13)에 정의 전압을 또 캐소드전극(12)에 부의 전압을 인가함으로써 게이트전극(13)과 에미터팁(15)과의 사이에는 큰 전계가 형성된다.
이와같은 전계는 에미터팁(15) 표면의 전위장벽을 변형시켜 에미터팁(15)내의 전자가 터널효과에 의해서 상기 전위장벽을 통과하여 에미터팁(15)으로부터 방출되도록 한다.
이와같이 하여 표시모드시에 방출된 전자는 기판(10)에 대항하도록 설비된 애노드(제1도, 제2도에 도시하지 않음)에 인가된 정전압에 의해서 가속되어 애노드에 의해서 포착된다.
애노드 주변부에 형광물질을 코팅한 표시 판넬을 설비해두면 방출되는 전자선의 패턴에 따라서 가시화상이 표시판넬위에 형성된다.
예를들면 애노드를 투명 도전성재료에 의해 형성하고 이 애노드위에 형광물질을 코팅하면 된다.
그런데 이와같은 전계방출 음극장치에서는 에미터팁(15)에 가스등의 휘발성물질이 흡착될 경우, 전자선의 방출특성이 열화된다.
이때문에 전계방출 음극장치에서는 특히 에미터팁(15)의 클리닝 내지 청정화 처리를 소정의 주기로 또는 장치기동시마다 행하는 것이 바람직하다.
일반적으로 전자관에서는 전계방출 음극장치까지 포함시킨 진공용기중에 가스흡착을 위해 게터를 설비하지만 열전자를 사용하지 않는 전계방출 음극장치에서는 게터를 용기중에 설비하는 것만으로는 일반적으로 클리닝이 불충분하다.
실제로 제1도에 나타낸 전계방출 장치에서는 열전자 방출에 의해서 에미터팁의 청정화 처리를 행하려면 장치 전체를 외부열원에 의해서 가열해야 되지만 이와같은 구성을 전자기기중에 설비하는 것은 일반적으로 불가능하다.
제3도는 본원의 기초출원인 일본국 특원평 3-299343의 출원후에 공개된 일본국 특개평 4-22038에 기재된 전계방출 음극장치에서 청정모드시에 에미터팁(15)을 청정화하는 공정을 나타낸다.
제3도에서 기판(10)은 간략히 하기위하여 생략했다. 이 종래의 방법에서는 예를들어 인접하는 한쌍의 전자선발생원(14a,14b)간에 여기전압을 인가하면 전자선발생원(14a)에서 출발하여 전자선발생원(14b)에 도달하는 전자선이 형성되도록 한다. 그 결과 전자선발생원(14b)중의 에미터팁에 흡착되어 있었던 휘발성 오염물질이 전자선의 에너지에 의해서 기화되어 용기내에 설치된 게터에 의해서 흡수되도록 되어 있다.
구체적으로 제3도를 참조하여 청정모드시에 전자선발생원(14a)에서는 캐소드전극(12a)에 부의 전압이 인가되는 한편 인접하는 전자선 발생원(14b)에서는 캐소드전극(12b)에 정의 전압이 인가된다. 그 결과 캐소드전극(12a) 위에 형성된 에미터팁(15a)과 캐소드전극(12b) 위에 형성된 에미터팁(15b)과의 사이에 큰 전압이 가해져서 그 값이 에미터팁(15a)에서 전자의 전계방출을 여기시키기에 충분한 값이 되면 에미터팁(15a)으로부터 인접한 에미터팁(15b)을 향하여 전자빔이 형성되며, 그 형성된 전자빔의 에너지에 의해서 에미터팁(15b)위의 휘발성 물질이 기화된다.
한편 상기 제3도의 공지예에서는 이와같은 청정화 처리를 행할때에 애노드(도시안됨)에 인가되는 전압에 대해서는 언급하고 있지 않으나 일반적으로 애노드에는 정의 전압이 인가되는 것이 보통이다. 제4도는 청정 모드시에 제3도에 나타낸 전자선발생원의 애노드에 정의 전압을 인가한 경우의 전위분포를 나타낸 것으로, 제4도에서는 제3도의 좌우위치(15a,15b)를 반전시킨 것이며, 제4도의 계산에서는 게이트전극(13a,13b)이 둘다 접지되어 있는 것으로 가정한 것이다.
제4도에서 알 수 있는 바와 같이 애노드에 정의 전압이 인가되어 있는 상태하에서는 에미터팁(15a)에 정의 전압이 인가되더라도 에미터팁(15b)에서 방출된 전자는 주로 애노드전극에 끌려가므로 에미너팁(15a)에는 거의 도달하지 않는다. 다시말하면 청정모드시에 전자선발생원에 대향하도록 설비된 애노드전극에 인가되는 전압은 청정화처리의 효율에 본질적인 영향을 주는 것으로 생각된다.
본 발명은 상기 종래예에 비추어 신규하고 유용한 전계방출 음극장치 및 그 청정방법을 제공하는 것을 개괄적 목적으로 한다.
본 발명의 더 구체적인 목적은 효율좋게 클리닝을 행할 수 있는 전계방출 음극장치 및 청정화방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 캐소드전압을 인가받아 전계방출효과에 의해서 전자를 방출하는 캐소드와, 상기 캐소드에 근접하여 형성하고, 소정의 게이트전압을 인가받아 상기 캐소드에서 전자를 전계방출 효과에 의해서 방출시키는 게이트를 각각 갖는 복수의 전자선발생원으로 된 전자선발생원 어레이와 상기 전자선발생원 어레이의 캐소드에서 방출된 전자를 소정의 애노드 전압을 인가받아 포착하는 애노드로 된 전계방출 음극장치에 있어서, 청정모드시에 상기 전자선발생원의 캐소드에서 방출된 전자를 상기 전자선발생원 어레이를 향해 힘을 가해주는 전자반발수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 전계방출 음극장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 의하면 전자선발생원내의 캐소드로부터 방출된 전자가 전자반발수단에 의한 반발로 인해 전자선발생원 어레이내의 인접한 다른 캐소드에 도달하는 확률이 증가하게 되므로, 그에 의해 캐소드의 청정 효율이 증가된다.
본 발명의 또다른 목적은 캐소드 전압을 인가받아 전계방출 효과에 의해서 전자를 방출하는 캐소드와 상기 캐소드에 근접하여 형성되며, 또한 소정의 게이트전압을 인가받아 상기 캐소드에서 전자를 전계방출 효과에 의해서 방출시키는 게이트로 구성되는 전자선 발생원을 복수개 배열하여 형성된 전자선발생원 어레이와, 상기 전자선발생원어레이에 대항하여 형성되고, 소정의 정의 애노드전압을 인가받아 상기 전자선발생원 어레이중의 상기 캐소드에서 방출된 전자를 가속 및 포착하는 애노드를 구비한 전계방출 음극장치의 청정화 방법에 있어서, 상기 전자선발생원어레이중의 한쌍의 캐소드간에 소정의 여기전압을 인가하여 상기 한쌍의 캐소드를 연결함으로써 전자선을 형성하는 공정과, 상기 공정과 실질적으로 동시에 상기 애노드전극에 부의 전압을 인가하는 공정으로 되는 것을 특징으로 하는 전계방출 음극장치의 청정화방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 캐소드전압을 인가받아 전계방출 효과에 의해서 전자를 방출하는 캐소드와 상기 캐소드에 근접하여 형성되고 소정의 게이트전압을 인가받아 상기 캐소드에서 전자를 전계방출 효과에 의해서 방출시키는 게이트로 구성되는 전자선발생원을 복수개 배열하여 형성되는 전자선발생원 어레이와 복수의 애노드전극 요소들로 분할되며, 소정의 정의 애노드전압을 인가받아 상기 전자선발생원 어레이의 상기 캐소드에서 방출된 전자를 포착하는 애노드를 구비한 전계방출 음극장치의 청정화방법에 있어서, 상기 전자선발생원어레이 중에서 제1전자선발생원과 제2전자선발생원으로 된 한쌍의 전자선발생원을 선택하는 공정과, 상기 제1전자선 발생원내의 캐소드와 상기 제2전자선발생원내의 캐소드간에 소정의 여기전압을 인가함으로써 상기 한쌍의 캐소드를 연결하여 전자선을 형성하는 공정과, 상기 공정과 실질적으로 동시에 상기 애노드전극에 상기 제1전자선발생원으로부터 제2전자선발생원을 향하여 순차로 증가되도록 부의 전압(VH2-VH3)을 각각 인가하는 공정으로 된 것을 특징으로 하는 전계방출 음극장치의 청정화방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 의하면 비대칭전계가 애노드와 전자선발생원들간의 전계방출 음극장치에 설정되므로, 청정할 전자선발생원을 향하는 전자의 집중효과가 실질적으로 향상된다.
[실시예]
제5도는 본 발명의 제1실시예를 나타낸다.
제5도는 앞에 설명한 제3도에 대응하며 간략히 하기 위하여 기판(10)의 도시를 생략하였다. 또 도면중 제3도와 대응하는 부분에는 동일 참조부호를 부여하고 그 설명을 생략하겠다.
제5도를 참조하면 본 실시예에서는 청정모드시 에미터팁을 청정화처리하도록 기판(10)(도시안됨) 및 그위에 구성되는 절연층(11)에 대향하도록 배치된 애노드전극(16)에는 정의 전압 대신에 부의 전압을 인가한다.
즉 청정모드에서 청정화처리를 행할때에는 스위치(SW)를 ON하고, 제1캐소드전극(12a)에 부의 전압을 인가하고, 이와 동시에 제2캐소드전극(12b)에 정의 전압을 인가하여 전계방출 효과에 의해서 전자가 에미터팁(15A)에서 방출되어 하나의 에미터팁(15a)으로부터 다른 에미터팁(15b)에 도달하는 전자선을 형성한다.
본 실시예에 의하면 스위치(SW)가 ON되어 청정화처리를 행할때에는 애노드전극(16)에 부의 전압이 인가되므로 에미터팁(15a)에서 방출된 전자는 효율좋게 에미터팁(15b)에 도달하여 청정화가 효율적으로 실행된다. 통상의 동작시에는 즉, 표시모드에서 스위치(SW)가 OFF되어 애노드에는 정의 전압이 인가된다.
제6도는 에미터팁(15a)에 -1V, 에미터팁(15b)에 +1V의 전압을 인가하는 동시에 애노드전극(16)에 -1V의 전압을 인가한 경우의 전계방출 음극장치내에 형성되는 전위분포를 나타낸다. 제3도의 경우에서와 같이 제6도에서도 제5도의 좌우위치(15a,15b)를 반전시킨 것이다.
제6도의 계산예에서도 게이트전극(13a,13b)은 접지되어 있다고 가정한 것이다.
제6도에서 점선포물선으로 나타낸 바와같이 에미터팁(15a)에서 방출된 전자는 애노드에 대해서 급한 각도로 발사된 것이라도 애노드의 전계에서 반발을 받아 에미터팁(15b)의 방향으로 간다. 그중의 몇개는 게이트전극(13a,13b)에서 포착되지만 나머지는 에미터팁(15b)의 주변에 형성되는 큰 전계에 포착되어 에미터팁(15b)으로 인도된다.
제6도와 제4도를 비교하면 에미터팁(15a,15b)의 선단부 근방에서의 전위분포가 크게 변화되어 있는 것을 알 수 있다.
분명히 제6도에서 에미터팁(15b) 근방에 형성되어 있는 전위분포는 전자선을 에미터팁(15b) 선단부에 집속시키는데 매우 적합함을 알 수 있다.
애노드전극에 인가되는 부의 전압의 크기는 전계방출 음극장치의 구성에 의해서 변화되지만 본 실시예에서는 일반적으로 애노드전극에 인가되는 부위 전압의 크기를 에미터팁(15a)에 인가되는 전압보다도 커지도록 설정하는 것이 효과적이다.
다음에 본 발명의 제2실시예를 전계방출 음극장치(30)를 나타낸 제7도와 그의 제어 회로의 개통도인 제12도를 참조하여 설명하겠다.
본 실시예에서는 상기 여기전압을 인가받는 한쌍의 전자선발생원을 제1도에 나타낸 바와 같이 전자선발생원어레이의 일단으로부터 다른단까지 순차로 선택하여 선택된 한쌍의 전자선발생원에 대해서 여기전압을 인가하여 전자선을 형성한다.
상술한 전자선발생 어레이의 순차선택제어에 대해 제12도를 참조하여 설명한다.
전계방출음극장치(100)는 비데오신호가 공급되는 비데오처리기(101)와 협동하며, 비데오 처리기(101)는 비데오신호에 응답하여 수직 및 수평동기 신호를 생성하여 어드레스 주사회로(104)에 공급하고, 그에 의해 전계방출 음극장치(100)의 게이트가 선택된다. 또한 비데오처리기(101)는 바이나리 비트맵데이타를 생성하여 데이타회로(103)에 공급하고, 공급된 바이나리 비트맵데이타에 따라 전계방출 음극장치(100)의 에미터들 1-n을 작동시킨다.
그외에도 주사제어기(102)가 구비되어 있어, 그에 의해 어드레스데이타 공급에 의해 전계방출 음극장치(100)의 청정모드시에 데이타회로(103)와 어드레스주사회로(104)가 제어되어 전계방출 음극장치(100)내의 전자선발생원들이 연속적으로 선택된다. 청정모드동작시에 주사제어기(102)는 전계방출 음극장치(100)의 아노드에 부의 전압을 인가하도록 아노드스위치회로(105)를 작동시키며, 주사제어기(102)는 전자선발생원 어레이의 전자선발생원을 순차선택제어하는 프로세서로서 기능한다.
여기서 전계방출 음극장치(100)는 실시예들의 전계방출 음극장치(1,30,40)에 대응하는 것이다.
제7도(A)∼(C)를 참조하면 전계방출 음극장치(30)는 절연성기판(31)위에 형성된 절연층(32)과, 상기 절연성기판(31)과, 절연체층(32)의 경계에 형성된 캐소드전극(33a,33b,…)과, 상기 절연체층(32)내의 상기 캐소드전극(33a,33b.…)을 노출시키도록 형성되는 관통공(32a)과, 상기 관통공에 상응하여 형성된 에미터팁(34a,34b,…)과, 상기 절연체층(32)의 주면위에 형성된 게이트전극(35)과, 상기 에미터팁(34a,34b,…)에 대향하도록 형성된 애노드전극(36)으로 구성되며, 상기 에미터팁(34a,34b,…)복수의 군으로 배치되어 전자선발생원들(A,B,C,D,…)을 형성한다.
도시한 예에서는 전자선발생원(A)이 전자선발생원어레이의 일단부에 형성되어 있다.
제7도(A)의 상태에서는 전자선발생원(A)과 이에 인접하는 전자선발생원(B)이 선택되고 전자선발생원(A)으로부터 전자선발생원(B)으로 전자선이 조사되어 전자선발생원(B)의 에미터팁(34b)이 전자선에 의해 청정화된다. 제7도(A)의 상태에서 전자선발생원(B)이 청정화된 후의 상태는 제7도(B)에 나타낸 상태로 옮겨가고 전자선발생원(B)과 이에 인접한 전자선발생원(C)이 선택되어 전자선발생원(B)에서 전자선발생원(C)으로 전자선이 조사되어 그 결과 전자선발생원(C)의 에미터팁(34c)이 청정화된다.
또 제7도(C)의 상태에서는 전자선발생원(C)과 전자선발생원(D)이 선택되어 전자선발생원(C)으로부터 전자선발생원(D)으로 조사되는 전자선에 의해서 전자선발생원(D)의 에미터팁(34d)의 청정화가 행해진다.
이와같은 청정화 처리에 있어서 최초에 선택되는 전자선발생원(A)에는 전자를 전계방출 작용에 의해서 방출시키기 위하여 특히 큰부의 전압을 인가할 필요가 있는 것에 유의할 필요가 있다. 이것은 제7도(A)의 공정에서는 전자선발생원(A)에 대한 청정화처리가 행해지는 공정이 앞에 없었기 때문에 원하는 전자의 전계방출 작용을 얻기 위해서 큰 여기전압이 필요하지만 제7도(B)의 공정에서의 전계방출을 행하는 전자선발생원(B) 또는 제7도(C)의 공정에서는 전자방출을 행하는 전자선발생원(C)에 대해서는 앞서의 공정에서 이미 청정화가 행해져 있기 때문에 전자의 전계방출에 필요한 여기 전압이 낮아진다.
제8도(A)∼(E)는 상기 청정화 처리의 진행을 나타낸 타임챠트이고 제8도(A)는 상기 전자선발생원(A)에 인가되는 전압 및 그 타이밍을 제8도(B)는 상기 전자선발생원(B)에 인가되는 전압 및 그 타이밍을, 또 제8도(C)는 상기 전자선발생원(C)에 인가되는 전압 및 그 타이밍을 나타내고 있다.
마찬가지로 제8도(D)는 제n-1번째의 전자선원에 인가되는 전압 및 그 타이밍을, 또 제8도(E)는 제n번째의 전자선발생원에 인가되는 전압 및 그 타이밍을 나타낸다.
제8도(A) 및 (B)에 나타낸 것과같이 전자선원(A)에는 최초에 구간(t1)에서 부의 전압(Ve1)이 또 전자선발생원(B)에는 동일 타이밍에 정의 전압(Vx1)이 인가된다. 이 상태에서 잔자선이 전자선발생원(A)으로부터 전자선발생원(B)으로 조사된 후에 제8도의 (C) 및 (D)에 나타낸 것과같이 전자선발생원(B)에 구간(t3)에서 전압(Ve1)보다도 작은 부위 전압(Ve2)이 인가된다.
동시에 동일 타이밍에 전압(Vx1)보다도 작은 정의 전압(Vx2)이 전자선발생원(C)에 인가된다.
그결과 전자선발생원(B)으로부터 전자선발생원(C)에 도달하는 잔자선의 경로가 형성되어 전자선발생원(C)의 에미터팁이 청정화된다.
그다음 차례로 다음의 한쌍의 전자선발생원을 선택하고 선택된 전자선발생원간에 전압(Ve2, Vx2)을 인가함으로써 전자선발생원의 에미터팁이 차례로 청정화된다.
최종적으로 제8도의 (D) 및 (E)에 나타낸 것과같이 전자선발생원어레이의 다른단에 위치하는 상기 n-1번째의 전자선발생원에 정의 전압(Vx2)이 또 n번째의 전자선발생원에 부외 전압(Ve2)이 인가된다.
상기의 처리는 제8도중에 "제1사이클, 제2사이클"로 나타낸 것과같이 복수의 반복하여도 좋다. 그 경우에는 각 전자선발생원들(A,B,C,…)이 이미 1회이상 청정화처리를 받은 것을 감안하여 인가하는 부의 전압을 상기 부의 전압(Ve2)보다도 더 작은 크기의 부의 전압(Ve3)으로, 또 인가하는 정의 전압을 상기 정의 전압(Vx2)보다도 더 작은 크기의 정의 전압(Vx3)으로 설정한다.
이와같이 청정화의 진행과 동시에 인가되는 여기전압의 크기를 서서히 감소시킴으로써 에미터팁의 소모를 극소로 억제할 수 있게 된다. 본 실시예에서는 전자선발생원(A)을 청정화처리용 전자선발생원개시용으로서 전자선발생원어레이의 주변부에 특별히 형성해두면 특히 유리하다. 또 제어를 간단히 하기 위하여 청정화처리를 행하는 전자선발생원에 인가하는 전압을 Vx로 고정해도 좋다.
다음에 본 발명의 제3실시예를 제9도의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명하겠다.
제9도의 (A) 및 (B)중 앞에 설명한 부분에는 동일부호를 부여하고 그 설명을 생략하겠다. 제9도의 (A) 및 (B)에서는 전자선원을 캐소드전극에 부여한 반호에 의해서 구별한다.
제9도(A)를 참조하면 통상의 표시모드시에는 상호 독립하여 구동되는 복수의 전자선 발생원이 청정화모드시에 상호 인접하는 2전자선발생원(33a,33b)군으로 나뉜다. 제9도(A)의 상태에서는 전자선발생원군(33a)에 정의 전압이 전자선발생원군(33b)에 부의 전압이 인가된다.
또 동시에 애노드전극(36)에는 스위치(SW)를 ON시킴으로써 부의 전압이 인가된다.
이 상태에서 전자선발생원군(33b)으로부터 전자선 발생원군(33a)으로 전자선이 조사되어 전자선발생원군(33a)의 에미터팁이 청정화된다.
예를들면 전자선발생원군(33a)은 기수번호의 구동선에 대응하는 전자선발생원군을 또 전자선 발생원군(33b)은 우수번호의 구동선에 대응하는 전자선발생원군을 나타낸다.
제9도(A)의 처리후 제9도(B)의 처리시에 애노드전극(36)에 인가되는 부의 전압은 그대로 하고 전자선발생원군들에 인가되는 전압은 반전되어 전자선발생원군(33a)에는 부의 전압이 또 전자선발생원군(33b)에는 정의 전압이 인가된다. 이 상태에서 전자선발생원군(33a)에서 방출되는 전자선에 의해서 전자선발생원군(33b)의 에미터팁이 청정화된다.
또 제9도(A) 및 (B)의 처리를 교호로 반복함으로써 각 전자선발생원군이 에미터팁의 청정도가 서서히 향상된다.
제10도(A) 및 (B)는 제9도(A) 및 (B)의 처리를 교호로 반복하는 경우에 전자선발생원군(33a,33b)에 인가되는 전압을 나타내고 있다. 단 제10도(A)는 전자선발생원군(33a)에 인가되는 전압을 또 제10도(B)는 전자선 발생원군(33b)에 인가되는 전압을 나타낸다.
제10도(A) 및 (B)에서 알 수 있는 바와 같이 구간(t1)에서는 부의 전압(Ve1)이 전자선발생원군(33a)에, 또 정의 전압(Vx)이 전자선발생원군(33b)에 인가되고, 시간(t2)만큼 시간(t1)에서 떨어져 있는 다음구간(t3)에서는 정의 전압(Vx)이 전자선발생원군(33a)에 또 앞선부의 전압(Ve1)보다도 작은 부위 전압(Ve2)이 전자선발생원군(33b)에 인가된다. 상기 처리를 반복함으로써 부의 전압의 크기가 시간과 더불어 Ve3, Ve4, Ve5,……로 감소되고 Ve5에 도달하면 일정하게 유지된다.
이와같이 여기전압을 설정함으로써 에미터팁의 마모를 최소화하면서 최대의 청정화 효과를 얻을 수 있다. 또 전자선발생원군(33a,33b)에 포함되는 전자선발생원의 수는 도면에 도시하지 않은 게터의 능력에 따라서 적의 설정된다.
다음에 본 발명의 제4실시예를 제11도를 참조하여 설명하겠다. 제11도는 제4실시예에 의한 전계방출 음극장치(40)를 나타냈다.
제11도를 참조하면 전계방출 음극장치(40)는 절연막(42)을 형성한 절연성 기판(41)위에 형성되고 절연막(42)과 기판(41)의 경계에는 각 전자선발생원에 대응하여 캐소드전극(43a,43b)이 형성된다.
캐소드전극(43A,43b)에 대응하여 절연막(42)내에는 복수의 관통공이 형성되고, 이 관통공에 의해서 노출된 캐소드전극(43a,43b)의 표면에는 원주형상의 에미터팁(44)이 1이상 형성된다. 또 절연막(42)의 주면위에는 게이트전극(45)이 형성된다.
또 상기 기판(41)의 상부에는 제11도에 나타낸 바와같이 절연성기판(47)이 형성되고 절연성기판(47)위에는 상기 전자선발생원에 대면하는 쪽에 복수의 상호 전기적으로 분리된 애노드전극들(48a,48b,…)이 탑재되고, 애노드전극들(48a,38b,…) 및 절연성기판(47)은 전체로 애노드(46)를 형성한다.
제11도는 이와같은 구성의 전계방출 음극장치에 있어서 에미터팁(44)을 청정화하는 경우의 구성을 나타낸다.
도시한 예에서는 캐소드전극(43b)위에 형성된 에미터팁(44)에 부의 전압(Ve1)을 인가하는 한편 캐소드전극(43a)위에 형성된 에미터팁(44)에 정의 전압(Vx)을 인가하여 전자선이 전자선발생원군(43b)의 복수의 에미터팁으로부터 전자선발생원군(43a)의 복수의 에미터팁으로 조사되도록 하여 전자선발생원군(43a)의 에미터팁(44)을 청정화하는 공정을 나타냈다.
본 실시예에 있어서도 앞서의 실시예와 같이 애노드전극들(48a,48b,…)에는 부의 전압이 인가되지만 독특하게 애노드전원으로서 부의 전압(VH1, VH2, VH3)을 발생하는 3종류의 전원(VH1<VH2<VH3)이 마련되고, 일렬로 배열된 3개의 연속되는 애노드전극들(48f,48e,48d)과 마찬가지로 연속되는 애노드전극들(48c,48b,48a)에 상기 부의 전압(VH1, VH2, VH3)을 각각 차례로 인가한다. 그 결과, 애노드전극(48f)으로부터 애노드전극(48d)으로 향하여 또 애노드전극(48c)으로부터 애노드전극(48a)으로 향하여 증가되는 비대칭인 전위분포가 형성되고 그 결과 전자선발생원(43b)의 에미터팁(44)에서 방출된 전자빔 밀도가 최대인 궤도가 전자선발생원(43a)을 향하도록 굽어져 정의 전압을 인가받고 있는 에미터팁(44)에 의해 고효율로 전자가 포착된다.
전자(VH1, VH2, VH3)의 값은 예를들면 전극요소의 위치에 따라 대략 직선적으로 증대되도록 설정된다. 일예로서 VH1과 VH3는 크기가 20%정도 상이하게 설정된다.
상기 청정화처리는 전계방출 음극장치의 제조공정중 구체적으로는 전계방출 음극장치의 진공봉지공정에서 행한다. 봉지직후의 에미터팁 표면에는 휘발성 물질이다소간 흡착되어 있고 따라서 제품을 출하하기 전에 청정화 처리를 행할 필요가 있다.
이와같은 출하전처리에서는 제8도(A)에서 설명한 것과같은 청정화 처리목적으로 설비한 전자선발생원(A)에 큰 부위 전압(Ve1)을 인가하는 것이 효과적이다. 전계방출 음극장치가 전자기기에 조립되어 출하된 후에는 전자기기의 전원투입직후에 청정화처리를 실행하는 것이 바람직하다.
일반적으로 전자기기의 전원투입직후에는 여러가지 검사나 진단프로그램이 실행되고 그 사이에 청정화처리를 행함으로써 청정화에 소요되는 여분의 시간을 절약할 수 있다. 또 이와같은 청정화처리는 고온을 필요로 하지 않기 때문에 전자기기중의 다른 부분에 악영향을 미치는 일이 없다.
또 경시적인 에미터팁의 가스합착에 대처하기 위하여 전계방출 음극장치의 사용시간을 타이버로 모니터하여 소정시간이 경화되면 청정화처리가 기동되도록 구성할 수도 있다.
또 애노드전류의 감소를 모니터하여 애노드전류가 소정치 이하로 강하한 경우에 청정화처리의 필요성을 표시하는 경고등을 점등시키도록 구성하여도 좋다.
이상 본 발명을 실시예에 대해서 설명하였으나 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니고 특허청구의 범위에 기재된 요지내에서 여러가지 수정, 변경이 가능하다.
본 발명에 의하면 전자선에 의한 에미터팁의 청정모드시에 애노드전극에 부의 전압을 인가하여 전자선을 효율좋게 목적하는 에미터팁에 도달하게 할 수 있게 되어 효율적인 에미터팁의 청정화가 가능하다.
특히 수백∼1000본 정도의 캐소드라인수의 갖는 장치에서는 캐소드라인 즉 전자선발생원을 적당히 군화함으로써 청정화처리에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. 또 애노드전극을 복수의 전극요소로 분할하고 이들에게 크기가 순차로 변화하는 전압을 인가함으로써 비대칭인 전계분포를 형성한 경우에 전자선의 목적하는 에미터팁으로의 도달율이 더욱 향상될 수 있다. 또 전자선을 형성할때에 한쌍의 전자선발생원간에 인가되는 여기 전압을 청정화처리의 진행과 함께 감소시킴으로써 전자선발생원중의 에미터팁의 불필요한 마모를 회피할 수 있다.

Claims (15)

  1. 전계방출용 캐소드와 상기 캐소드 부근에 제공되는 게이트를 각각 포함하는 복수의 전자선발생원을 포함하며, 제1동작모드에서 상기 캐소드에 음의 전압을 인가하고, 상기 게이트에 정의 전압을 인가하여 전계방출효과에 의해 상기 캐소드로부터 전자를 방출하는 전자선발생원어레이와, 상기 전자선발생원 각각의 캐소드 부근에서 상기 복수의 전자선발생원에 대향하여 배치되며, 상기 제1동작모드에서 상기 전자선발생원어레이의 적어도 하나의 캐소드에 의해 방출되는 전자를 포획하도록 정의 전압을 인가받는 애노드를 포함하는 청정화 기능을 갖는 전계방출 음극장치에 있어서, 상기 애노드는 제2동작모드에서 상기 전자선발생원으로부터 발생원 전자를 상기 전자선발생원어레이를 향해 몰아주는 전자반발수단 역할을 하도록 상기 애느도에 부의 전압을 인가하기위한 전원과, 상기 전원에 의해 발생된 상기 부의 전압을 상기 애노드에 인가하기위해 상기 전자선발생원들을 청소할시에 동작되는 절환수단을 포함하는 것이 특징인 청정화기능을 갖는 전계방출 음극장치.
  2. 전계방출용 캐소드와 상기 캐소드 부근에 제공되는 게이트를 각각 포함하는 복수의 전자선발생원을 포함하며, 제1동작모드에서 상기 캐소드에 음의 전압을 인가하고, 상기 게이트에 정의 전압을 인가하여 전계 방출효과에 의해 상기 캐소드로부터 전자를 방출하는 전자선발생원어레이와, 상기 전자선발생원 각각의 캐소드 부근에서 상기 복수의 전자선발생원에 대향하여 배치되며, 상기 제1동작모드에서 상기 전자선발생원어레이의 적어도 하나의 캐소드에 의해 방출되는 전자를 포획하도록 정의 전압을 인가받는 애노드를 포함하는 전계방출 음극장치의 청정화방법에 있어서, (a) 제2동작모드에서 상기 전자선발생원어레이내의 상기 전자선발생원쌍의 캐소드쌍간에 소정의 여기전압을 인가함으로써 전자선을 형성하는 공정과, (b) 상기 형성공정(a)와 실질적으로 동시에 전자선발생원어레이의 제2동작모드에서 상기 애노드에 정의 전압대신 부의 전압을 인가하는 공정을 포함하는 것이 특징인 전계방출 음극장치의 청정화방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전자선발생원은 복수의 전자선발생원들을 각각 포함하는 복수의 군으로 분할되고, 상기 여기전압은 상기 복수의 군중에서 포함되는 제1전자선발생원군내의 캐소드들과 상기 복수의 군중에 포함되는 제2전자선발생원군내의 캐소드들간에 인가되는 것이 특징인 전계방출 음극장치의 청정화방법.
  4. 제2항에 있어서, (c) 상기 전자선발생원어레이의 일단에서 시작하여 다음단으로 진행하는 식으로 전자선발생원들의 인접쌍들을 순차로 선택하는 공정을 더 포함하며, 상기 공정(a)와 (b)는 상기 공정 (c)후에 수행되며, 상기 공정(a)의 여기전압은 상기 각 선택된 인접쌍의 전자선발생원들간에 인가되는 것이 특징인 전계방출 음극장치의 청정화방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 공정(c)는 (c1) 제1 및 제2전자선발생원들을 포함하는 제1전자선발생원쌍들을 선택하는 공정과, (c2) 제2전자선발생원 및 제3전자선발생원을 포함하는 제2전자선발생원쌍을 선택하는 공정을 포함하는 것이 특징인 전계방출 음극장치의 청정화방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 공정(c1)은 상기 공정(c2)전에 수행되며 상기 공정(c2)후 상기 공정(a)에 인가된 여기전압은 공정(c1)후 공정(a)에서 인가된 여기전압보다 낮은 것이 특징인 전계방출 음극장치의 청정화방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 공정(a)은 상기 여기전압이 점진적으로 감소되는 식으로 인접한 쌍들의 전자선 발생원들가에서 반복되는 것이 특징인 전계방출 음극장치의 청정화방법.
  8. 전계방출용 캐소드와 상기 캐소드와 상기 캐소드 부근에 제공되는 게이트를 각각 포함하는 전자선발생원을 포함하며, 제1동작모드에서 상기 캐소드에 음의 전압을 인가하고, 상기 게이트의 정의 전압을 인가하여 전계방출효과에 의해 상기 캐소드로부터 전자를 방출하는 전자선발생원어레이와, 상기 전자선발생원 각각의 캐소드부근에서 상기 복수의 전자선발생원에 대향하여 배치되며, 상기 제1동작모드에서 상기 전자선발생원어레이의 적어도 하나의 캐소드에 의해 방출되는 전자를 포획하도록 정의 전압을 인가받는 복수의 애노드를 포함하는 전계방출 음극장치의 청정화방법에 있어서, (a) 각각 제1전자선발생원과 제2전자선발생원을 포함하는 적어도 한쌍의 전자선발생원을 선택하는 공정과, (b) 제2동작모드에서 상기 제1전자선발생원내의 상기 캐소드와 상기 제2전자선발생원내의 캐소드간에 정의 여기전압을 인가함으로써 그들간에 전자선을 형성하는 공정과, (c) 상기 형성공정(b)과 실질적으로 동시에 전자선발생원어레이의 제1전자선발생원으로부터 제2전자선발생원을 향하는 방향을 증가하는 부의 전압들을 상기 애노드에 차례로 인가하는 공정을 포함하는 것이 특징인 전계방출 음극장치의 청정화방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 공정(a)는 상기 제1전자선발생원군이 상기 제1전자선발생원을 포함하는 복수의 전자선발생원들을 포함하고 또한 제2전자선발생원를 포함하는 복수의 전자선발생원들을 포함하는 식으로 제1전자선발생원군과 제2전자선발생원군을 선택하는 공정을 포함하며, 상기 공정(b)에서는 상기 제1전자선발생원군내의 복수의 캐소드군들과 상기 제2전자선발생원군내의 복수의 캐소드군들간에 전자선을 발생하는 것이 특징인 전계방출 음극장치의 청정화방법.
  10. 전계방출용 캐소드와 상기 캐소드와 상기 캐소드 부근에 제공되는 게이트를 각각 포함하는 복수의 전자발생원을 포함하며, 표시모드에서 상기 캐소드에 음의 전압을 인가하고, 상기 게이트에 정의 전압을 인가하여 전계방출효과에 의해 상기 캐소드로부터 전자를 방출하는 전자선발생원어레이와, 상기 전자선발생원 각각의 캐소드 부근에서 상기 복수의 전자선발생원에 대향하여 배치되며, 상기 표시모드에서 상기 전자선발생원어레이의 적어도 하나의 캐소드에 의해 방출되는 전자를 포획하도록 정의 전압을 인가받는 애노드를 포함하는 전계방출 음극장치에 있어서, 상기 애노드는 청소모드에서 상기 전자선발생원으로 부터 발생원 전자를 상기 전자선발생원어레이를 향해 몰아주는 전자반발수단 역할을 하도록 상기 애노드에 부의 전압을 인가하기 위한 전원과, 상기 전원에 의해 발생된 상기 부의 전압을 상기 애노드에 인가하기위해 상기 전자선발생원들을 청소할시에 동작되는 절환수단을 포함하는 것이 특징인 전계방출 음극장치.
  11. 전계방출용 캐소드와 상기 캐소드 부근에 제공되는 게이트를 각각 포함하는 복수의 전사선발생원을 포함하며, 제1동작모드에서 상기 캐소드에 음의 전압을 인가하고, 상기 게이트에 정의 전압을 인가하여 전계방출효과에 의해 상기 캐소드로부터 전자를 방출하는 전자선발생원어레이와, 상기 전자선발생원 각각의 캐소드 부근에서 상기 복수의 전자선발생원에 대향하여 배치되며, 상기 제1동작모드에서 상기 전자선발생원어레이의 적어도 하나의 캐소드에 의해 방출되는 전자를 포획하도록 정의 전압을 인가받는 애노드를 포함하는 전계방출 음극장치에 있어서, 상기 애노드는 상기 제1동작모드에서 상기 전자선발생원어레이를 사용하기 전에 청소모드에서 상기 전자선발생원으로부터 발생된 전자를 상기 전자선발생원어레이를 향해 몰아주는 역할을 하도록 상기 애노드에 부의 전압을 인가하기 위한 전원과 상기 전원에 의해 발생된 상기 부위 전압을 상기 애노드에 인가하기 위해 상기 전자선발생원들을 청소할시에 동작되는 절환수단으로된 전자반발수단을 포함하는 것이 특징인 전계방출 음극장치.
  12. 제2항에 있어서, 상기 제1동작모드는 표시모드이고 상기 제2동작모드는 청소모드인 것이 특징인 전계방출 음극장치의 청정화방법.
  13. 제2항에 있어서, 상기 제2동작모드는 상기 제1동작모드시에 전자선발생원어레이를 사용하기 전에 수행되는 청소모드인 것이 특징인 전계방출 음극장치의 청정화방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 제1동작모드는 표시모드이고 제2동작모드는 청소모드인 것이 특징인 전계방출 음극장치의 청정화방법.
  15. 제8항에 있어서, 상기 제2동작모드는 상기 제1동작모드시에 전자선발생원어레이를 사용하기 전에 수행되는 청소모드인 것이 특징인 전계방출 음극장치의 청정화방법.
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