KR100431211B1 - 전자방출소자, 전자방출장치, 화상표시장치, 및 발광장치 - Google Patents

전자방출소자, 전자방출장치, 화상표시장치, 및 발광장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 특정한 용량 및 구동전압이 감소되고, 방출된 전자의 궤도를 제어함으로써 미세한 전자빔을 얻을 수 있는 전자방출소자를 제공한다. 전자방출부재의 전자방출부는 게이트의 높이와 양극의 높이 사이에 위치결정된다. 게이트와 음극 사이의 거리를 d로 표시하고; 소자의 구동시에 전위차를 V1으로 표시하고; 양극과 기판 사이의 거리를 H로 표시하고; 양극과 음극 사이의 전위차이를 V2로 표시하면, 구동시의 전계(E1=V1/d)는 (E2=V2/H)의 1 내지 50배 범위 내에 있도록 구성된다.

Description

전자방출소자, 전자방출장치, 화상표시장치, 및 발광장치{ELECTRON-EMITTING DEVICE, ELECTRON-EMITTING APPARATUS, IMAGE DISPLAY APPARATUS, AND LIGHT-EMITTING APPARATUS}
본 발명은 전자방출소자, 전자방출장치, 전자원, 및 화상형성장치에 관한 것이다. 본 발명은 텔레비젼방송디스플레이, 화상회의시스템에 이용하는 디스플레이 또는 컴퓨터디스플레이 등의 표시장치에 관한 것이고 또한 감광성 드럼 등을 사용하여 광프린터로서 설계된 화상형성장치에 관한 것이다.
[관련된 배경기술]
106V/cm이상의 강전계가 금속에 인가되는 경우, 금속의 표면으로부터 전자를 방출하는 필드방출(FE)형의 전자방출소자는 공지된 냉음극전자원의 하나로서 관심을 끌고 있다.
EF형 냉전자원이 실용화되면, 박편방출형화상표시장치가 실현될 수 있다. 또한, EF형 냉전자원은 화상표시장치의 전력소비 및 무게를 감소하도록 기여한다.
도 13은 기판(131), 에미터전극(132), 절연층(133), 에미터(135) 및 양극(136)을 형성하는 수직 FE타입의 냉전자원구조를 도시한다. 양극에 조사되는 전자빔의 형상은 도면번호(137)로 표시된다. 이 구조는, 개구가 절연층(133)에 형성되고 게이트전극(134)이 음극(132)에 형성되고, 원추형상을 가지는에미터(135)가 개구에 놓이도록, 스핀트형(Spindt type)으로 된다. 이 타입의 구조는, 예를 들면, "몰리브덴 원추를 가지는 박막필드방출음극의 물리적 특성", J. 응용 물리학 47권, 5248(1976)에 씨.에이.스핀트(C.A.Spindt)씨에 의해 개시되어 있다.
도 14는 기판(141), 에미터전극(142), 절연층(143), 에미터(145) 및 양극(146)을 형성하는 측면 FE구조를 도시하고 있다. 양극에 조사되는 전자빔의 형상은 도면부호(147)로 표시된다. 에미터의 극단부로부터 전자를 인출하는 게이트전극(144) 및 예각의 극단부를 가지는 에미터(145)는 기판과 평행하게 기판위에 배열되고, 콜렉터(양극)는 게이트전극위에 형성되고 에미터전극은 기판으로부터 이간되어 있다(미국특허번호 제 4,728,851호 공보, 동 제 4,904,895호 공보 등을 참조).
또한, 촉매금속에 대해 유기화학화합물의 열크랙킹을 행함으로써 좁은 갭에 퇴적된 섬유탄소를 이용한 전자방출소자가 일본국 특개평 8-115652호공보에 개시되어 있다.
상기 설명된 FE타입의 전자원중의 하나를 이용하는 화상표시장치에 있어서, 전자원과 인광체사이의 거리, 양극전압(Va) 및 소자구동전압(Vf)에 좌우하는 크기(이하, "빔직경"으로 칭함)를 가진 전자빔스폿을 얻는다. 빔직경은 1mm보다 작고 화상표시장치는 충분히 높은 해상력을 갖는다.
그러나, 최근에는, 화상표시장치의 보다 높은 해상력을 요구하는 경향이 있다.
또한, 표시화소의 수가 증가함에 따라서, 전자방출소자의 소자용량에 기인한 구동시의 전력소비가 증가된다. 따라서, 소자용량 및 구동전압을 감소하여 전자원방출소자의 효율성을 개선할 필요가 있다.
상기 설명한 전자원의 스핀트타입에서는, 게이트는 절연층이 개재되어 기판위에 적층됨으로써, 큰 용량과 다수의 에미터 사이에서 기생용량이 생성된다. 더욱이, 특수한 구조를 가지기 때문에, 구동전압은 수십에서 수백볼트로 높고 용량의 전력소비가 불리하게 크다.
또한, 전자빔이 인출되어 전개되므로, 빔의 전개를 제한하는 집속전극이 요구된다. 예를 들면, 일본국 특개평 7-6714호 공보에는 전자를 집속하는 전극을 배치함으로써 전자궤도를 변경하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 방법은 집속전극의 부가에 기인하여, 제조공정의 복잡성의 증가 및 전자방출효율성의 감소 등의 문제를 가지고 있다.
통상적인 수평FE전자원에서는, 음극으로부터 방출된 전자는 대향 게이트전극에 충돌하기 쉽다. 그러므로, 수평FE전자원의 구조는 효율성(게이트에 흐르는 전자전류와 양극에 도달하는 전자전류의 비)이 감소하고 양극위에서 빔형상의 전개가 상당하다는 문제점을 가진다.
[발명의 요약]
본 발명의 목적은, 상기 설명된 문제점을 감안하여, 특정한 용량이 감소되고 낮은 구동전압을 가지고, 방출된 전자의 궤도를 제어함으로써 더욱 미세한 전자빔을 얻을 수 있는 전자방출소자를 제공하는 데 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 의한 기본적인 전자방출소자의 예를 도시하는 도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 2실시예를 도시하는 도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 3실시예를 도시하는 도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 4실시예를 도시하는 도.
도 5a, 5b, 5c 및 5d는 본 발명의 제 1실시예의 제조단계를 도시하는 도.
도 6은 본 발명의 전자방출소자를 동작하는 구성을 도시하는 도.
도 7은 본 발명의 기본적인 전자방출소자의 동작특성을 도시하는 도.
도 8은 본 발명에 의한 복수의 전자원을 이용하는 순매트릭스회로(passive matrix circuit)의 구성의 예를 도시하는 도.
도 9는 본 발명의 전자원을 이용하는 화상형성패널의 구조의 예를 도시하는 도.
도 10은 본 발명의 전자원을 이용하는 화상형성패널을 위한 회로의 예를 도시하는 도.
도 11은 탄소 나노튜브(nanotube)의 구조를 개략적으로 도시하는 도.
도 12는 흑연 나노파이버의 구조를 개략적으로 도시하는 도.
도 13은 종래의 수직 FE구조를 도시하는 도.
도 14는 종래의 수평 FE구조의 예를 도시하는 도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1,131,141 : 기판 2: 전극
3: 음극 4: 전자방출부재
51: 산화팔라듐층 60: 진공장치
63: 등전위선 65: 펌프
81:전자원기판 82:X방향의 배선
83: Y방향의 배선 84: 전자방출소자
85: 도체 91: 후면판
92: 지지프레임 93: 유리기판
94: 인막 95: 메탈백(metal back)
96: 전면판 97: 엔벨로프
101: 표시패널 102: 주사회로
103: 제어회로 104: 레지스터
105: 라인메모리 106: 신호분리회로
107: 변조신호발생기 111: 표시패널
132,142: 에미터전극 133,143: 절연층
135,145: 에미터 137,147: 전자빔형상
134,144: 게이트전극 61,136,146: 양극
상기 설명한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 측면에 의하면,
기판에 표면 위에 배치된 제 1전극 및 제 2전극과;
제 1전극에 인가된 전위보다 높은 전위를 제 2전극에 인가하는 제 1전압인가수단과;
제 1전극 위에 배치된 전자방출부재와;
기판에 대면하도록 배치하여 전자방출부재로부터 방출된 전자가 도달하는 제 3전극과;
제 1 및 제 2전극에 인가된 각각의 전위보다 높은 전위를 제 3전극에 인가하는 제 2전압인가수단
을 포함하는 전자방출장치에 있어서,
제 2전극의 표면을 포함하고 기판의 표면에 대략 평행한 평면과 제3전극의 표면을 포함하고 기판의 표면에 대략 평행한 평면 사이에 상기 전자방출부재의 표면이 배치되는 전자방출장치를 제공한다. 제 2전극 및 제 1전극 사이의 거리가 d이고; 제 1전압인가수단에 의한 제 1전극 및 제 2전극 사이의 전위차가 V1이고; 제 3전극 및 기판 사이의 거리가 H이고; 제 2전압인가수단에 의해 제 3전극에 인가된 전위와 제 1전압인가수단에 의해 제 1전극에 인가된 전위 사이의 전위차가 V2인 경우이면, 전계(E1=V1/d)는 전계(E2=V2/H)의 1 내지 50배의 범위이내에 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면,
기판의 표면위에 배치된 제 1전극 및 제 2전극과;
제 1전극에 인가된 전위보다 높은 전위를 제 2전극에 인가되는 제 1전압인가수단과;
탄소를 주성분으로서 함유하고, 제 1전극위에 배치된 복수의 파이버와;
기판에 대면하도록 배치되어 파이버로부터 방출된 전자가 도달되는 제 3전극과;
제 1 및 제 2전극에 인가된 각각의 전위보다 높은 전위를 제 3전극에 인가하는 제 2전압인가수단
을 포함하는 전자방출장치에 있어서,
상기 파이버의 표면영역은, 제 2전극의 표면을 포함하고 기판의 표면에 대략 평행인 평면과, 제 3전극의 표면을 포함하고 기판의 표면에 대략 평행인 평면과의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자방출장치를 제공한다.
상기 설명한 구조에서는, 전계가 집중되는 곳은 에미터물질이 형성되는 영역의 한 측에 제한됨으로써, 방출된 전자를 인출전극(게이트전극)의 방향으로 먼저 인출할 수 있게 한 다음에, 인출전극위에 충돌할 가능성이 거의 없이 양극에 도달하게 한다. 그 결과, 전자방출효율성이 개선된다. 또한, 인출전극위에 전자 산란의 가능성이 거의 없으므로, 양극위에 형성된 빔스폿의 사이즈는, 인출전극위에서 산란하는 문제점을 가지는 종래의 소자의 사이즈보다 작다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면,
탄소를 주성분으로서 함유하는 파이버와;
탄소를 주성분으로서 함유하는 파이버로부터 전극의 방출을 제어하는 전극
을 포함하는 전자방출소자에 있어서,
상기 탄소를 주성분으로서 함유하는 파이버는 파이버의 축방향에 평행하지 않도록 복수의 적층된 그래핀(graphene)을 가지는 것을 특징으로 하는 전자방출소자를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면,
기판의 표면위에 배치되고 그 사이에 형성된 갭이 형성된 제 1전극 및 제 2전극과;
제 1전극위에 형성되고 탄소를 주성분으로서 함유하는 파이버
을 포함하는 전자방출소자에 있어서,
상기 제2전극은 탄소를 주성분으로서 함유하는 파이버로부터 전자의 방출을 제어하는 전극을 포함하고, 탄소를 주성분으로서 함유하는 상기 파이버는 그레핀을 함유하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자를 제공한다.
본 발명의 전자방출소자는 장시간동안 증가되는 비율로 저진공에서 전자를 안정하게 방출할 수 있다.
본 발명에 의하면, 발광부재는 전자방출장치의 양극 또는 상기 전자방출소자위에 설치되어, 저진공도에서 동작할 수 있고 안정하게 장시간동안 높은 루미넨스의 방출/표시를 행할 수 있는 발광소자와 화상표시장치 등을 형성한다.
[바람직한 실시예의 상세한 설명]
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 구성요소의 크기, 재료 및 구성요소의 상대적인 위치에 대해 이하에 셜명된 실시예는, 명세된 상세를 특별히 언급하는 것을 제외하고는, 본 발명의 기술적 범위에 제한하도록 의도된 것은 아니다.
FE소자의 동작전압(Vf)는, 푸아송방정식(Poisson equation)으로부터 얻은 에미터의 극단부에서 전계와, 전계의 일함수를 가지는 "파울러 노드하임 방정식(Fowler-Nordheim equation)이라고 칭하는 관계방정식에 의한 전자방출전류의 전류밀도와, 매개변수로서 이용되는 에미터부에 의해 일반적으로 결정된다.
보다 강한 전계는, 에미터의 극단부와 게이트전극 사이의 거리 D가 거리가 보다 짧거나 에미터의 극단부의 반경 (r)이 작은 경우에, 전자의 방출에 필요한 전계로서 얻는다.
한편, 양극위에 형성된 전자빔의 X방향으로 최대크기(Xd)(예를 들면, 최대크기는 도 13에 도시된 원형빔형상(137)의 중심으로부터 도달됨)는 단순한 계산으로 (Vf/Va)에 비례하는 형태로 표현된다.
상기 관계로부터 명백한 바와 같이, Vf의 증가에 의해 빔직경의 증가를 가져온다.
따라서, Vf를 감소시키기 위하여 곡률반경(r) 및 거리(D)를 최소화할 필요가 있다.
종래 구성의 빔형상에 대해 도 13 및 도 14를 참조하면서 설명한다. 도 13 및 도 14에서, 두 개의 구성요소에 대응하는 기판은, 도면부호(131) 및 (141)로 표시되며, 에미터전극은 도면부호(132) 및 (142)로 표시되며; 절연층은도면부호(133) 및 (143)로 표시되며; 에미터는 도면부호(135) 및 (145)로 표시되며; 양극은 도면부호(136) 및 (146)로 표시되며; 양극에 조사되는 전자빔형상은 도면부호(137) 및 (147)로 표시된다.
도 13을 참조하면서 상기 설명된 스핀트 타입의 경우에는, 에미터(135)와 게이트(134) 사이에 Vf가 인가될때에, 에미터(135)의 투영 극단부에서 전계강도가 증가되고, 이에 의해 전자는 극단부의 주위에 있는 원추형상의 에미터부분으로부터 인출되어 진공으로 들어간다. 에미터의 최단부에서의 전계는 에미터의 최단부의 형상에 의거하여 형성되어 그 위에 특정하게 한정된 영역을 가지고, 따라서 전자는 전위에 의해 한정된 에미터의 최단부영역으로부터 수직방향으로 인출된다.
동시에, 다른 전자는 다양한 각도로 방출된다. 보다 큰 각도에서 방출된 전자는 게이트의 방향으로 필연적으로 인출된다.
그 결과, 게이트가 원형의 개구를 가지도록 형성되면, 도 13에 도시된 양극(136)위의 전자분포는 대략 원형상의 전자빔(137)을 형성한다. 즉, 이와 같이 형성된 전자빔의 형상은 인출게이트의 형상과 상당히 유사하고 또한 게이트와 에미터 사이의 거리와 거의 같다.
전자가 일반적으로 한 방향을 따라서 인출되는 수평 FE전자원인 경우에는, 기판(141)(수평전계)의 표면에 대략 평행하고 매우 강한 전계는 에미터(145)와 게이트(144) 사이에서 생성되므로, 에미터(145)로부터 방출된 전자의 부분(145)은, 다른 전자가 게이트전극(144)에 인출되는 동안에, 게이트(144)위의 진공으로 인출된다.
도 14에 도시된 구성에서는, 양극(146)을 향하는 전계벡터는 전자의 방출을 초래하는 전계방향(에미터(145)로부터 게이트(144)로 향하는 전계방향)과 상이하다. 따라서, 양극(140)위의 방출전자에 의해 형성된 전자의 분포(빔스폿)가 증가된다.
또한, 에미터전극(145)로부터 인출된 전자의 전계(에미터구성의 전계강화효과를 무시하면서, 편의상 이하의 설명에서는, "수평전계"로 칭함) 및 양극을 향하는 전계(이하 설명에서는, "수직전계"로 칭함)에 대하여 설명한다.
또한 "수평전계"는, 도13 또는 도14에 도시된 구성에서 "기판(131),(141)의 표면에 대략 평행인 방향의 전계"로 표현할 수 있다. 특히, 도 14에 도시된 구성에 대해 "게이트(144) 및 에미터(145)의 대향방향의 전계"로 표현할 수 있다.
또한, "수직전계"는, 도 13 또는 14에서 도시되는 구성에서 "기판(131)(141)의 표면에 대략 수직인 방향의 전계"로서 표현할 수 있고, 즉 기판(131),(141)이 양극(136),(146)에 대향하는 방향의 전계"로서 표현할 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 도14에 도시된 구성에서는, 에미터로부터 방출된 전자는 수평전계에 의해 먼저 인출되고, 게이트의 방향으로 이동한 다음에, 수직전계에 의해 위쪽으로 이동하여 양극에 도달한다.
이러한 효과의 중요한 요소는, 수평전계와 수직전계의 강도의 비율 및 전자방출점의 상대적인 위치이다.
수평전계가 수직전계보다 한차수의 크기만큼 강한 경우에는, 에미터로부터 인출된 거의 모든 전자의 궤도는 수평전계에 의해 생성된 방사전위에 의해 점차적으로 굴곡됨으로써, 전자는 게이트의 방향으로 이동한다. 게이트에 충돌하는 전자의 일부는 산란하는 방식으로 다시 배출된다. 그러나, 배출후에, 반복하여 타원형궤도를 형성함으로써 게이트를 따라서 전개되면서, 또한 수직전계에 의하여 전자가 포획될 때까지 배출하는 경우에, 다수의 전자가 감소되면서, 전자는 산란되는 것을 반복한다. 산란된 전자가 게이트전위에 의해 형성된 등전위선( 상기 선은 "정체점"이라고 칭하기도 함)의 한계를 초과한 후에만, 전자는 수직전계에 의해 위쪽으로 이동한다.
수평전계 및 수직전계가 거의 동일한 강도인 경우에는, 인출된 전자에 대해 수평전계에 의해 부가된 구속력이 감소되어도, 전자의 궤도가 반경 전위에 의해 굴곡된다. 그러므로, 이러한 경우에는, 게이트에 대한 충돌없이 수직전계에 의해 포획되도록 전자가 이동하는 전자궤도가 나타난다.
전자가 에미터로부터 방출되는 전자의 방출위치는 게이트의 평면으로부터 양극의 평면의 방향으로 시프트하고(도 6참조), 수평전계 및 수직전계가 거의 동일한 강도, 즉 수직전계의 강도에 대한 수평전계의 강도의 비가 약 1대1인 경우에, 게이트에 충돌할 가능성이 실질적으로 없는 수직전계에 의해 포획되도록 방출된 전자가 궤도를 형성하는 것을 발견하였다.
또한, 전계비에 대한 연구에 의하면, 게이트전극(144) 및 에미터전극(145)의 극단부 사이의 거리가 d이고; 소자가 구동되는 경우에 게이트전극 및 에미터전극 사이의 전위차가 V1이고; 양극 및 기판(구성요소) 사이의 거리가 H이고; 양극과 음극(에미터전극) 사이의 전위차가 V2이면, 수평전계(E1=V1/d)가 수직전계 (E2=V2/H)보다 50배 이상 강한 경우에 인출된 전자가 게이트에 충돌하는 궤적이 형성된다는 것을 보여준다.
본 발명의 발명자는, 게이트전극(2)에서 산란이 거의 발생하지 않도록 높이 (s)(게이트전극(2)의 일부를 포함하고 기판(1)의 표면에 거의 평행한 평면과 전자방출부재(4)의 표면을 포함하고 기판(1)의 표면에 거의 평행한 평면과의 사이의 거리로서 정의함(도6참조))를 결정할 수 있는 것을 발견하였다. 높이(s)는 수직전계 및 수평전계(수직전계강도/수평전계강도)의 비율에 의존한다. 수직수평전계비를 낮게 하면, 높이(s)가 낮게 된다. 수평전계를 강하게 하면, 필연적으로 높이(s)가 높게 된다.
높이는 실제의 제조공정에서 10㎚ 내지 10㎛의 범위로 설정된다.
도 14에 도시된 종래의 구성에서는, 게이트(144) 및 에미터(142, 145)는 공통면을 따라서 서로 같은 높이로 형성되고, 수평전계는 수직전계보다 한차수의 크기만큼 강하게 함으로써, 게이트전극에 대한 충돌에 의해, 인출된 전자가 진공으로 들어가는 양을 상당히 감소시키는 경향이 있다.
또한, 종래의 구성에서는, 소자의 구조는 수평방향으로 전계의 강도를 증가시키도록 결정되므로, 양극(146)에 대한 전자분포는 넓게 전개된다.
상기 설명한 바와 같이, 양극(146)에 도달하는 전자의 분포를 제한하기 위해서는, (1) 구동전압(Vf)을 감소하고, (2) 전자를 단일 방향으로 인출하고, (3) 전자의 궤도를 고려할 필요가 있고, 게이트에서 산란이 발생하면, (4) 전자산란메커니즘(특히, 탄성적인 산란성)를 부가하여 고려할 필요가 있다.
그러므로, 본 발명은, 양극의 표면에 조사되는 전자의 분포를 미세하게 하고, 전자방출효율성이 개선된 (게이트전극에 흡수된 방출전자의 양이 감소된) 전자방출소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 신규한 전자방출소자의 구조에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1a는 본 발명에 의한 전자방출소자의 실시예를 도시하는 개략적인 평면도이다. 도 1b는 도 1a의 선 1B-1B를 따라서 취한 단면도이다. 도 6은 본발명의 전자방출소자위에 배치된 양극을 가지는 전자방출소자가 구동되는 상태에 있는 본 발명의 전자방출장치의 개략적인 단면도이다.
도 1a, 도 1b 및 도 6은 절연기판(1), 인출전극(2)(또한, "게이트전극" 또는 "제 2전극"으로 칭함), 음극(3)(또한 "제 1전극"으로 칭함), 음극(3)위에 형성된 전자방출물질(4)(또한 "전자방출부재" 또는 "에미터물질"로 칭함), 및 양극(61)(또한, "제 3전극"으로 칭함)을 도시한다.
본 발명의 전자방출장치에서는, 도 1a, 도 1b 및 도 6에서 도시하는 바와 같이, 음극(3) 및 게이트전극(2)가 서로 공간을 두고 떨어진 거리가 d이고; 전자방출소자가 구동되는 경우 전위차(음극(3)과 게이트전극(2) 사이의 전압)가 Vf이고; 전자방출소자가 배치된 기판(1)의 표면과 양극(61)의 사이의 거리가 H이고; 양극(61)과 음극(3) 사이의 전위차를 Va라고 하면, 소자를 구동하여 생성된 전계(수평전계)(E1=Vf/d)는 양극 및 음극사이의 전계(수직전계)(E2=Va/H)의 1 내지 50배 범위내에 설정된다.
따라서, 음극(3)으로부터 방출된 전자에 대한 게이트전극(2)에 충돌하는 전자의 비율이 감소된다. 이와 같은 방식으로, 방출된 전자빔이 넓게 전개되는 것을 방지할 수 있는 고효율성의 전자방출소자를 얻을 수 있다.
본 발명의 설명에서 언급되는 "수평전계"는 "기판(1)의 표면에 대략 평행한 방향의 전계"로서 표현될 수 있다. 즉, "게이트(2)가 음극(3)에 대향하는 방향의 전계"로 표현할 수 있다.
또한, 본 발명의 설명에서 언급되는 "수직전계"는 "기판(1)의 표면에 대략 수직하는 방향의 전계"로서 표현될 수 있다. 즉, "기판(1)이 양극(61)에 대향하는 방향의 전계"로 표현할 수 있다.
또한, 본 발명의 전자방출장치에서는, 전자방출부재(4)의 표면과 기판(1)의 표면에 대략 평행한 평면은 게이트전극(2)의 표면의 일부를 포함하고 기판(1)의 표면에 대략 평행한 평면으로부터 간격을 두고 떨어져 있다(도6참조). 다시 말하면, 본 발명의 전자방출장치에서는, 전자방출부재(4)의 표면을 포함하고 기판(1)의 표면에 대략 평행한 평면은, 양극(61)과 게이트전극(2)의 일부를 포함하고 기판표면에 대략 평행한 평면 사이에 배치된다 (도6 참조).
또한, 본 발명의 전자방출소자에서는, 전자방출부재(4)는 높이s(게이트전극의 표면의 일부를 포함하고 기판(1)의 표면에 대략 평행한 평면과 전자방출부재(4)의 표면을 포함하고 기판(1)의 표면에 대략 평행한 평면 사이의 거리로서 정의함)에 배치됨으로써 게이트전극(2)에서 산란이 실질적으로 생기지 않는다.
높이(s)는 수직전계와 수평전계의 비율(수직전계강도/수평전계강도)에 의존한다. 수직수평전계비가 낮게 되면, 높이(s)가 낮게된다. 측면전계가 강하게되면, 필요한 높이(s)는 높게 된다. 실제로, 높이는 10nm 이상 10㎛이하이다.
절연기판(1)의 실시예는 표면이 충분하게 세정된 이하의 기판이다. 즉, 석영유리; Na 등의 불순물의 함유량이 예를 들면 K로 일부치환되어 감소된 유리; SiO2가 소다석회유리 또는 실리콘기판 등의 위에 스퍼터링 등을 행함으로써 적층되는 방식으로 형성되는 적층판; 알루미나 등의 세라믹으로 이루어진 절연기판으로 이루어진 기판이다. 인출전극(2)과 음극(3)의 각각은 서로 대면하도록 증착 또는 스퍼터링의 일반적인 진공막형성기술 또는 광리소그래피 기술에 의해 기판(1)의 표면위에 형성되는 도전성부재이다. 전극(2) 및 (3)의 재료는, 예를 들면, 탄소, 금속, 금속질화물, 금속탄화칼슘, 금속붕소화물, 반도체, 반도체의 금속화합물로부터 선택된다. 전극(2) 및 (3)의 두께는 수십nm 내지 수십㎛의 범위내에 설정된다. 바람직하게는, 전극(2) 및 (3)의 재료는 탄소, 금속, 금속질화물 또는 금속탄화칼슘으로 형성된 내열성재료이다. 본 발명에 의한 전자방출소자를 구성하는 전극(2) 및 (3)의 재료는 기판(1)의 표면위에 배치된다. 인출전극(2) 및 음극(3)은 기판(1)의 표면을 포함하는 평면에 대략 평행한 방향을 따라서 간격을 두고 떨어져 있는 것은 말할 필요도 없다. 즉, 전자방출소자는 인출전극(2) 및 음극(3)이 서로 중첩하지 않도록 구성된다.
특히, 이하 설명된 섬유탄소가 성장하는 경우에는, 전도성을 가지는 실리콘, 예를 들면, 도핑된 폴리실리콘 등으로 형성되는 것이 바람직하다.
예를 들면, 전극의 작은 두께에 기인한 전압강하에 대한 우려가 있는 경우,또는 복수의 전자방출소자가 매트릭스형태로 이용되는 경우, 낮은 저항의 배선용 금속재료는, 전극의 방출에 영향을 끼치지 않는 조건하에서 적합한 배선부분을 형성하도록, 사용되어도 된다.
스퍼터링등의 통상적인 진공막형성방법에 의해 퇴적된 막이 반응성이온에칭(RIE) 등의 기술을 이용함으로써 에미터의 형태로 기능하도록 형성될 수 있다. 또는, 화학진공증착에서의 시드성장(seed growth)에 의한 바늘형상의 결정이나 위스커(whisker)를 성장함으로써 형성되어도 된다. RIE인 경우에는, 에미터형상의 제어는, 사용된 기판의 종류, 가스의 종류, 가스압(흐름속도), 에칭시간, 플라즈마를 형성하는 에너지 등에 의해 좌우된다. CVD의 형성공정시에, 에미터형상은 기판의 종류, 가스의 종류, 흐름속도, 성장온도 등을 선택함으로써 제어된다.
에미터(전자방출부재)를 형성하도록 이용되는 재료의 예로서는, TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC 및 WC, 비결정질의 탄소, 흑연, 다이아몬드 형상의 탄소, 분산된 다이아몬드를 함유하는 탄소, 탄소화합물등의 탄산칼슘이 있다.
본 발명에 의하면, 섬유탄소는 에미터의 재료(전자방출부재)로서 사용하는 것이 특히 바람직하다. 본 발명의 설명에서 언급된 "섬유탄소"는, "탄소를 주성분으로서 함유하는 기둥형상의 재료" 또는 "탄소를 주성분으로서 함유하는 필라멘트형상의 재료"로서 표현될 수 있다. 또한, "섬유탄소"는 "탄소를 주성분으로서 함유하는 파이버"로서 표현될 수 있다. 더욱 상세하게는, 본 발명에 의한 "섬유탄소"는 탄소 나노튜브(carbon nanotube), 그래파이트 나노파이버, 및 비결정탄소파이버를 포함한다. 특히, 그래파이트 나노파이버는 전자방출부재(4)로서 가장 바람직하다.
인출전극(2)과 음극(3) 사이의 갭과 구동전압(인출전극(2)과 음극(3) 사이에 인가된 전압)은, 상기 설명한 바와 같이, 사용된 음극재료로부터의 전자방출에 필요한 수평전계의 값이 화상을 형성하는데 필요한 수직전계보다 1 내지 50배 크게 결정될 수 있다.
인등의 광방출부재가 양극위에 형성되는 경우에, 필요한 수직전계는 10-1내지 10V/㎛범위 내에 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 양극 및 음극 사이의 갭이 2mm이고 양극 및 음극 사이에 10㎸가 인가되는 경우에, 수직전계는 5V/㎛이다. 이 경우에는, 사용된 에미터재료(전자방출부재)(4)는 5V/㎛ 이상의 전자방출의 전계값을 가진다. 갭과 구동전압은 선택된 전자방출의 전계값에 따라서 결정될 수 있다.
수 V/㎛의 전계의 한계값을 가지는 재료의 예는 섬유탄소이다. 도 11 및 12의 각각은 섬유탄소의 구성의 예를 도시하고 있다. 도 11 및 도 12의 각각에 있어서, 왼쪽부분에서는 광 마이크로스코프의 레벨(1,000배까지), 중앙 부분에서는 주사전자마이크로스코프의 레벨(30,000배까지), 및 오른쪽부분에서는 전송전자마이크로스코프의 레벨(1,000,000배까지)의 구성을 개략적으로 도시하고 있다.
도 11에서 도시되는 바와 같이 실린더로 형성된 그래핀구조(graphene structure)는 탄소 나노튜브로 칭한다(다층 실리더 그래핀 구조는 멀티월나노튜브(multiwall nanotube)로 칭함). 튜브의 단부가 개방되면 그 한계값이 최소화로 된다.
도 12에 도시된 섬유탄소는 비교적 저온에서 생성될 수 있다. 이러한 구성을 가지는 섬유탄소는 그래핀의 적층제로 구성된다. 따라서, "그래파이트 나노파이버"로 칭할 수 있고, 온도의 증가와 함께 증가된 비율을 가진 비결정구조를 가진다. 더욱 상세하게는, "그래파이트 나노파이버"는 그래핀이 수평방향(파이버의 축방향)으로 적층된 섬유재료를 표시한다. 즉, 도 12에 도시된 바와 같이, 그래파이트 나노파이버는, 복수의 그래핀이 파이버축에 평행하지 않도록 적층배치된 섬유재료이다.
한편, 탄소 나노튜브는, 그래핀이 수평방향(파이버축방향)의 주위에 원통형상으로 배치된 섬유재료이다. 즉, 그래핀은 파이버축에 대략 평행으로 배치된 섬유재료이다.
단일층의 그래파이트는 "그래핀" 또는 "그래핀 시트"라고 칭한다. 더욱 상세하게는, sp2혼성의 공유결합에 의해 서로 밀접한 정육각형을 형성하도록, 탄소원자가 배열된 탄소평면이 3.354Å의 거리만큼 떨어진 상태에서 한 개씩 겹쳐져 쌓이는 방식으로 그래파이트가 형성된다. 각 탄소평면은 "그래핀" 또는 "그래핀 시트"라고 칭한다.
각각의 타입의 섬유탄소는 대략 1 내지 10V/㎛의 전자방출한계값을 가지므로, 본 발명에 의한 에미터의 재료(전자방출부재)(4)로서 바람직하다.
특히, 그래파이트 나노파이버를 사용하는 전자방출소자는, 도 1 등에 도시된 본 발명의 소자구조에 제한되지 않으며, 낮은전계에서 전자를 방출하여 다수의 방출전자를 얻고, 용이하게 제조할 수 있어 안정한 전자방출특성을 가지는 전자방출소자로서 얻을 수 있다. 예를 들면, 이러한 전자방출소자는, 에미터로서 그래파이트 나노파이버를 형성하고 또한 에미터로부터 전자의 방출을 제어하는 전극을 형성함으로써, 얻을 수 있다. 또한, 그래파이트 나노파이버로부터 방출된 전자가 조사될 때에 광의 방출이 가능한 광방출부재가 사용되면, 램프 등의 광방출소자를 형성할 수 있다. 또한, 화상표시장치는, 상기 설명한 복수의 전자방출소자의 배열을 형성하고 인등의 광방출물질을 가지는 양극을 제조함으로써, 구성될 수 있다. 상기 설명한 그래파이트 나노파이버를 사용하는 잔자방출소자, 광방출소자 또는 화상표시장치에 있어서, 종래의 전자방출소자에서 요구되는 것과 같은 초고진공을 장치 또는 소자의 내부에 유지하지 않아도 전자를 안정하게 방출할 수 있다. 게다가, 전자가 낮은전계에 의해 방출되므로, 신뢰성이 개선된 소자 또는 장치를 용이하게 제조할 수 있다.
상기 설명한 섬유탄소는, 촉매(탄소의 분해를 촉진하는 재료)를 사용하여 탄화수소가스를 분해함으로써, 형성할 수 있다. 탄소 나노튜브와 그래파이트 나노파이버를 형성하는 공정은 촉매의 종류와 분해온도에 따라 상이하다.
촉매재료는 섬유탄소를 형성하는 시드로서 이용되고 Fe, Co, Pd, No 및 이들의 재료의 몇몇의 합금으로부터 선택된 재료이어도 된다.
특히, Pd 또는 Ni가 사용되면, 그래파이트 나노파이버는 저온(400℃이상)에서 형성할 수 있다. Fe 또는 Co를 사용하는 경우에 필요한 탄소 나노튜브의 형성온도는 800℃ 이상이다. 또한, Pd 또는 Ni를 사용함으로써 그래파이트 나노파이버재료를 생성하는 공정은, 저온에서 행할 수 있으며, 다른 구성요소에 대한 영향을 감소시키고 제조비용을 제한하는 측면에서 바람직하다.
또한, 산소가 저온에서 수소에 의해 환원될 수 있도록 존재하는 Pd의 특성이 이용되어도 된다. 즉, 산화팔라듐은 재료를 형성하는 시드로서 이용되어도 된다.
산화팔라듐을 사용하여 수소환원을 행하면, 통상적인 시드형성기술로서 종래 이용되는 금속막열집괴(metallic film thermal agglomeration) 또는 초미세입자가 형성/퇴적됨이 없이 초기의 집괴시드를 비교적 저온(200℃ 또는 200℃ 이하)에서 형성할 수 있다.
상기 설명한 탄화수소가스는, 예를 들면, 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 프로판, 또는 프로필렌이어도 된다. 또한, CO 또는 CO2가스 또는 에탄올 또는 아세톤 등의 유기용매의 증기가 몇몇의 경우에 이용되어도 된다.
본 발명의 소자에 있어서, 에미터(전자방출부재)가 존재하는 영역은, 전자방출에 기여함과 관계없이 "에미터영역"으로 칭한다.
"에미터영역"의 전자방출점의 위치 및 전자방출동작에 대하여 도 6 및 도 7을 참조하면서 설명한다.
음극(3) 및 인출전극(2) 사이의 수십 ㎛까지의 거리를 가지는 전자방출소자는 도6에 도시된 바와 같이 진공장치(60)에 설치된다. 충분히 높은 약 10Pa의 진공도는 배기펌프(65)에 의해 형성된다. 음극(3) 및 인출전극 보다 수 KV만큼 높은 전위(전압Va)이 전압원("제 2전압인가수단" 또는 "제 2전위인가수단")으로부터 양극(61)에 인가되고, 양극(61)의 표면이 높이 H로 되도록 배치되어, 도 6에 도시한 바와 같이, 기판의 표면으로부터 수mm이다. 전압 Va가 음극(3)과 양극(61)사이에 인가될 때에, 양극에 인가되는 전압은 접지전위로부터의 전압이어도 된다. 기판(1) 및 양극(61)은 그들의 표면이 서로 평행하도록 서로 상대적으로 위치결정된다.
전자방출소자의 인출전극(2) 및 음극(3) 사이에, 약 수십 V의 전압이 전원("제1전압인가수단" 또는 "제1전위인가수단")(도시되지 않음)으로부터 구동전압(Vf)으로서 인가된다. 전극(2)와 (3) 사이에 흐르는 소자전류(If)와 양극에 흐르는 전자방출전류(Ie)가 측정된다.
상기 동작시에, 등전위선(63)이 도6에 도시된 바와 같이 형성되고, 즉 기판(1)의 표면과 대략 평행한 전계(전계의 방향)가 형성되고, 상기 전계의 집중은, (64)에 의해 표시되는 바와 같이, 갭을 대면하고 양극에 가장 가까운 전자방출부재(4)의 일부의 위치에서 최소화되는 것으로 가정한다. 전자는, 전계의 집중이 최대화되는 전계집중점의 부근에서 전자방출재료의 일부로부터 주로 방출된다고 생각된다. 도 7에 도시한 바와 같이 Ie의 특성을 얻는다. 즉, Ie는 인가된 전압의 약 절반인 전압에서 급속하게 상승한다. If특성(도시되지 않음)은 Ie특성과 유사하지만, If의 값은 Ie의 값보다 대단히 작다.
본 발명에 의한 복수의 전자방출소자를 배열함으로써 얻은 전자원에 대하여도 8을 참조하면서 설명한다. 도 8은 본 발명에 의한 전자원기판(81), X방향의 배선(82), Y방향의 배선(83), 전자방출소자(84) 및 접속도체(85)를 도시한다.
X방향의 배선(82)은 m개의 도체(DX1), (DX2), ...(DXm)를 가지고, 예를 들면, 진공증착, 프린팅, 스퍼터링 등에 의해 형성된 도전성 금속으로 구성되어도 된다. 재료, 두께, 및 배선의 폭은 적합한 설계에 의해 선택된다. Y방향의 배선(83)은 n개의 도체 (DY1), (DY2)...(DYn)를 가지고, X방향의 배선(82)과 동일한 방식으로 형성된다. 층간절연층(도시되지 않음)은 이들의 도체(m과 n의 각각은 양의 정수임)를 전기적으로 분리하기 위해 X방향의 배선(82)의 m개의 도체와 Y방향의 배선(83)의 n개의 도체 사이에 형성된다.
층간절연층(도시되지 않음)은, 예를 들면, 진공증착, 프린팅, 스퍼터링 등에 의해 형성된 SiO2층이다. 예를 들면, 층간절연막은 X방향의 배선(82)이 형성된 기판의 표면의 일부 또는 전체에 걸쳐서 소망의 형상으로 형성되고, 막두께, 재료 및 제조방법은, 특히 X방향의 배선(82) 및 Y방향의 배선(83)의 도체의 교차점에서 전위차에 대하여 견딜수 있도록 선택된다. X방향의 배선(82) 및 Y방향의 배선(83)의 도체는 내부단자로서 외부방향으로 각각 연장된다.
전자방출소자(84)를 구성하는 한쌍의 전극(도시되지 않음)은, 도전성금속 등으로 이루어진 도체(85)를 접속함으로써, X방향의 배선(82)의 m개의 도체와 Y방향의 배선(83)의 n개의 도체에 전기적으로 접속된다. 배선(82) 및 배선(83)를 형성하는 재료, 접속도체(85)를 형성하는 재료 및 한쌍의 소자전극을 형성하는 재료는공통구성요소를 전체적으로 구성되거나 공통구성요소를 부분적으로 구성되거나, 상이한 구성요소로 구성되어도 된다. 예를 들면, 이들의 재료는 상기 설명한 소자전극재료로부터 선택된다. 소자전극의 재료와 배선재료가 동일하면, 소자전극에 접속된 배선도체는 소자전극으로 고려될 수 있다.
X방향으로 배치된 전자방출소자의 행을 선택하는 주사신호를 인가하는 주사신호인가수단(도시되지 않음)은 X방향의 배선(82)에 접속된다. 한편, 입력신호에 의해 Y방향으로 배치된 전자방출소자(84)의 열에 인가된 전압을 변조하는 변조신호발생수단이 Y방향의 배선(83)에 접속된다. 각각의 전자방출소자에 인가된 구동전압은 원소에 인가된 변조신호 및 주사신호사이의 차이에 대응하는 전압으로서 공급된다.
상기 설명한 구성에서는, 각각의 소자는, 독립적으로 구동되는 순매트릭스배선을 사용함으로써, 선택될 수 있다.
이러한 순매트릭스배열을 가지는 전자원을 사용함으로써 구성되는 화성형성장치에 대해 도 9를 참조하면서 설명한다. 도 9는 화상형성장치의 표시패널의 예를 개략적으로 도시한다. 도 9를 참조하면, 복수의 전자방출소자는 후면판(91)위에 고정된 전자원기판(81)에 배열된다. 전면판(96)은 유리기판(93), 이 유리기판(93)의 내부표면위에 광방출부재로서 형성된 인막(94), 메탈백(양극)(95) 등을 가지고 있다. 후면판(91)과 전면판(96)은 프릿유리 등을 사용함으로써 지지프레임(92)에 접속된다. 엔벨로프(97)는, 예를 들면, 대기, 진공에서 또는 10초 이상 동안 400 내지 500℃온도범위로 질소분위기에서 소성하여 밀봉결합함으로써,형성된다.
상기 설명한 바와 같이, 엔벨로프(97)는 전면판(96), 지지체프레임(92) 및 후면판(91)에 의해 구성된다. 후면판(91)은 기판(81)을 주로 강화하기 위하여 제공된다. 기판(81) 자체가 충분히 높은 강도를 가지면, 후면판(91)을 별도로 설치할 필요가 없다. 즉, 지지체프레임(92)은 기판(81)에 직접적으로 밀봉결합될 수 있고, 엔벨로프(97)는 프레임판(96), 지지체프레임(92) 및 기판(81)에 의해 형성될 수 있다. 스페이서로 칭하는 지지체부재(도시되지 않음)는 전면판(96)과 후면판(91) 사이에 설치되어, 엔벨로우프(97)가 대기압에서 견디기 위해 충분히 높은 강도를 가지도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 대하여 이하 상세하게 설명한다.
(실시예 1)
도 1a는 본 실시예에서 제조된 전자방출소자의 상면도를 도시한다. 도 1b는 도 1a의 선 1B-1B를 따라서 취한 단면도이다.
도 1a 및 도 1b는 절연기판(1), 인출전극(2)(게이트), 음극(3) 및 에미터재료(4)를 도시한다.
본 실시예의 전자방출소자의 제조공정에 대하여 이하 상세하게 설명한다.
(스텝 1)
석영기판을 기판(1)으로서 사용하였다. 기판을 충분하게 세정한 후에, 5nm 두께의 Ti막(도시되지 않음) 및 30nm 두께의 폴리-Si막(도핑된 비소)은 게이트전극(2) 및 음극(3)으로서 기판위에 스퍼터링함으로써 연속적으로 퇴적되었다.
다음에, 레지스트패턴은, 양의 포토레지스트(크레리언트주식회사로부터 구입가능한 AZ1500)를 사용하여 포토리소그래피에 의해 형성되었다.
다음에, 패턴화된 포토레지스트를 마스크로 사용하여 폴리Si(도핑된 비소)층 및 Ti층에 대해 건식에칭을 행하고, CF4가스를 사용하여 Ti층을 에칭함으로써, 그 사이에 5㎛의 갭을 가지는 음극(3) 및 인출전극(2)이 형성되었다(도 5a).
(스텝 2)
다음에, 약 100nm의 두께를 가지는 Cr이 전자빔(EB)증착에 의해 기판전체위에 퇴적되었다.
레지스트패턴은, 양의 포토레지스트(크레리언트회사로부터 구입가능한 AZ1500)를 사용한 포토리소그래피에 의해 형성되었다.
전자방출재료(4)가 형성된 영역(100㎛2)에 대응하는 개구는, 패턴화된 포토레지스트를 마스크로 사용하여 음극(3)위에 형성되었다. 개구에서의 Cr은 질산염 세륨 에칭용액을 사용함으로써 제거되었다.
레지스트를 제거한 후에, 이소프로필 알콜등을 Pd복합체에 첨가함으로써 제조된 복합체용액은 스핀코팅에 의해 기판전체에 대해 도포되었다.
용액을 도포한 후에, 300℃의 대기압분위기에서 열처리를 행하여, 약 10nm의 두께를 가지는 산화팔라듐층(51)이 형성되었다. 다음에, Cr은 질산염 세륨 에칭용액을 사용함으로써 제거되었다(도5b).
(스텝 3)
기판은 200℃에서 소성되고, 대기를 배기한 다음에, 질소로 희석된 2%수소의 흐름에서 열처리되었다. 이 단계에서, 약 3 내지 10nm의 직경을 가지는 입자(52)가 음극(3)의 표면위에 형성되었다. 이 단계에서 입자의 밀도는 약 1011내지 1012입자/cm2로 추정되었다(도5c).
(스텝 4)
다음에, 100분동안 500℃에서 질소로 희석된 0.1%에틸렌의 흐름에서 열처리를 행하였다. 열처리한 다음의 상태가 주사전자현미경으로 관찰한 바, 다수의 섬유화소는, Pd로 코팅된 영역에 굴곡 즉 벤딩을 형성되면서 파이버 처럼 연장되고 약 10 내지 25nm의 직경을 가지는 것을 발견하였다. 섬유탄소층의 두께는 약 500nm이었다(도 5d).
전자방출소자는 도 6에 도시된 진공장치(60)에 설치된다. 충분히 높은 약 2×10Pa인 진공이 배기펌프(62)에 의해 형성되었다. 도 6에 표시한 바와같이 소자로부터 H=2mm 만큼 이간된 음극(61)에 전압 (Va = 10kV)을 양극전압으로서 인가하였다. 또한, 양전압(Vf=20V)을 구동전압으로서 소자에 인가함으로써 생성된 소자전류 (If) 및 전자방출전류 (Ie)를 측정하였다.
전자방출소자의 If 및 Ie의 특성은 도7에 도시된 바와 같았다. 즉, 인가전압의 대략 1/2전압에서 Ie가 급속하게 상승하고, 대략 1㎂의 전류를 15V의 Vf값에서 전자방출전류로서 측정하였다. 한편, If의 특성은 Ie특성과 유사하지만 If의값은 Ie보다 1차수이상의 크기 만큼 작았다.
얻은 빔은, Y방향으로 긴변을 갖고 X방향으로 짧은변을 갖는 일반적인 직4각형의 형상이다. Vf가 15V로 고정되고 양극까지의 거리(H)가 2mm로 고정되는 상태에서, 전극 (2) 및 (3) 사이에 1㎛ 와 5㎛의 상이한 갭에 대해서 빔의 폭을 측정하였다. 표 1은 상기 측정의 결과를 나타내고 있다.
Va = 5 ㎸ Va = 10 ㎸
갭: 1 ㎛ x방향으로 60 ㎛y방향으로 170 ㎛ x방향으로 30 ㎛y방향으로 150 ㎛
갭: 5 ㎛ x방향으로 93 ㎛y방향으로 170 ㎛ x방향으로 72 ㎛y방향으로 150 ㎛
섬유탄소의 성장조건을 변경함으로써 구동을 위해 필요한 전계를 변화 시킬수 있었다. 특히, 산화팔라듐의 환원에 의해 형성된 Pd입자의 평균입자크기는, 그 후에 성장된 섬유탄소의 직경과 관련이 있다. Pd복합체 코팅의 Pd밀도 및 스핀코팅의 회전속도에 의해 Pd의 평균입자크기를 조절할 수 있었다.
도 12의 오른쪽부분에 도시된 바와 같이, 상기 전자방출소자의 섬유탄소는 투과형전자현미경으로 관찰한 바, 그래핀이 파이버축방향으로 적층된 구조를 알 수 있었다. 약 500℃의 저온에서 가열에 의해 형성된 그래핀 적층간격(Z축방향으로의 적층간격)이 명확하지는 않지만 0.4nm정도 이었다. 가열온도가 증가함에 따라서, 격자간격은 명확하게 된다. 700℃에서 가열에 의해 형성된 간격은 0.34nm이었고, 그래파이트에서는 0.335nm에 근접하였다.
(실시예 2)
도 2는 본 발명의 제 2실시예를 도시한다.
본 실시예에서는, 제 1실시예에서의 것과 대응하는 음극(3)이 두께 500nm를 가지고 또한 전자방출물질로서 제공된 섬유탄소가 두께 100nm를 가지는 것을 제외하고는, 제 1실시예와 동일한 방법으로 전자방출소자를 제조하였다. 제조된 전자방출소자에서 전류 If 및 Ie를 측정하였다.
상기 소자의 구성에 있어서, 전자의 방출점은 음극(3)의 두께가 증가함으로써 게이트전극에 대해 양극의 방향으로 절대적으로 상승하였다. 따라서, 전자가 게이트에 충돌하는 괘적이 감소됨으로써, 효율성이 감소하는 것과 빔이 두꺼워지는 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있었다.
또한, 상기 소자의 구성에 있어서, Vf=20V에서의 전자방출전류 (Ie)는 약 1㎂이었다. 한편, If의 특성은 Ie 특성과 마찬가지이지만, If의 값은 Ie의 값보다 2차정도의 크기만큼 작다.
본 실시예에서의 빔직경의 측정결과는 표 1에 나타낸 것과 거의 동일하였다.
(실시예 3)
도 3은 본 발명의 제 3실시예를 도시한다.
본 실시예에서는, 제 1실시예의 스텝 2에 대응하는 단계에서, 산화팔라듐(51)은 전극(2)과 전극(3) 사이의 갭 및 음극(3)에 형성되었다. 음극(3)으로부터 갭의 중간지점 부근의 위치까지 연장하도록 Pd산화물이 갭에 형성되었다. 본 실시예는, 스텝 2를 제외하고는, 제 1실시예와 동일하다.
본 실시예의 전자방출소자의 전계는, 갭이 감소되었기 때문에, 제1실시예의 전계보다 두배 만큼 강하므로, 구동전압을 약 8V까지 감소시킬 수 있었다.
(실시예 4)
도 4는 본 발명의 제 4실시예를 도시한다. 본 실시예에서는, 제 1실시예에 대해 상기 설명한 스텝 1 및 스텝 2은 이하 설명한 바와 같이 변경된다.
(스텝 1)
석영기판을 기판(1)으로서 이용하였다. 기판을 충분하게 세정한 후에, 5nm 두께의 Ti막 및 30nm 두께의 폴리-Si막(도핑된 비소)은, 음극(3)으로서 기판위에 스퍼터링함으로써 연속적으로 퇴적되었다.
다음에, 양의 포토레지스트(클레리언트회사로부터 구입가능한 AZ1500)를 사용하여 포토리소그래피에 의해 레지스트패턴을 형성하였다.
다음에, 패턴화된 포토레지스트를 마스크로서 사용하여, CF4가스에 의해 폴리Si(도핑된 비소)층 및 Ti층에 대해 건식에칭을 행하였다. 따라서, 음극(3)을 형성하였다.
다음에, 불화수소산 및 불화암모늄으로 형성된 혼합산을 사용함으로써 약 500nm의 깊이까지 석영기판을 에칭하였다.
계속해서, 5nm 두께의 Ti 막 및 30nm 두께의 Pt막은, 스퍼터링을 다시 행함으로써, 게이트전극(2)으로서 기판위에 연속적으로 퇴적되었다. 음극으로부터 포토레지스트를 제거한 후에, 레지스트패턴은 양의 포토레지스트(클레리언트 회사로부터 구입가능한 AZ1500)를 사용하여 레지스트패턴을 다시 형성하여 게이트전극을 형성하였다.
다음에, 패턴화된 포토레지스트를 마스크로서 사용하여, Ar에 의해 Pt층 및 Ti층위에 대해 건식에칭을 행하였다. 따라서, 전극 사이에 형성된 단차가 갭으로서 기능하도록 전극(2)이 형성되었다.
다음에, 레지스트패턴을 음극위에 형성하였고, 약 5nm의 두께를 가지는 Ni막을, 양호한 직선효과(straight-in effect)를 가지는 내열증착에 의해, 형성한 후에, 30분동안 350℃로 산화를 행하였다.
이 스텝 이후에는 제 1실시예와 동일한 스텝을 행하였다.
전극이 약 6V의 저전압에서 효과적으로 방출되도록 상기 설명한 소자의 구성에 의해 미세한 갭을 형성할 수 있게 한다.
전자방출물질(4)의 높이(막두께)가 게이트전극의 높이에 비례하여 증가하기 때문에, 전자가 전극방출물질(4)의 상부로부터 뿐만 아니라 중간부분으로부터도 인출되었다. 따라서, 본 실시예의 구성은, 게이트전극위에 전자가 충돌하는 것과 빔이 두꺼워지는 현상이 발생하는 것에 기인한 효율성의 감소를 방지하는 효과를 가진다.
(실시예 5)
제 1실시예에서 제조된 복수의 전자방출소자를 배치함으로써 얻은 전자원과 이 전자원을 사용한 화상형성장치에 대하여 도 8,9, 및 10을 참조하면서 설명한다.
도 8은 본발명에 의한 전자원기판(81), X방향의 배선(82), Y방향의 배선(83), 전자방출소자(84) 및 접속도체(85)를 도시한다.
복수의 전자방출소자를 배치함으로써 소자용량이 증가되고, 또한 도8에 도시된 매트릭스배선을 가지는 전자원은, 펄스폭 변조에 의해 생성된 짧은 펄스가 인가되는 경우에, 예를 들면, 용랑 구성요소에 의해 파형이 단조롭게되거나 왜곡되어, 필요한 계조레벨을 얻을 수 없다는 문제점을 가지고 있다. 그러므로, 본 실시예에서는, 층간절연층이 전자방출영역의 측면에 형성되어, 전자방출영역 이외의 영역에서 용량성분이 증가되는 것을 제한하는 구조가 채택된다.
도 8을 참조하면, X방향의배선(82)은, m개의 도체(DX1), (DX2), ...(DXm)를 가지고, 약 1㎛의 두께 및 300㎛의 폭을 가지고, 또한 증착에 의해 알루미늄의 배선재료로 형성된다. 재료, 막두께, 및 배선도체의 폭은 설계에 의해 선택된다. Y방향의 배선(83)은, n개의 도체(DY1), (DY2)...(DYn)를 가지고, 5㎛의 두께 및 100㎛의 폭을 가지며, 또한 X방향의 배선(82)과 동일한 방식으로 형성된다. 층간 절연층(도시되지 않음)은, X방향의 배선(82)의 m개의 도체와 Y방향의 배선(83)의 n개의 도체 사이에 형성되어 이들의 도체(m과 n의 각각은 양의 정수임)를 전기적으로 분리한다.
층간 절연층(도시되지 않음)은, 예를 들면, 스퍼터링등을 행함으로써 형성되어 0.8㎛의 두께를 가지고 형성된 SiO2층이다. 예를 들면, 층간절연막은 X방향의 배선(82)이 형성된 기판의 표면 일부 또는 전체에 걸쳐서 소망의 형상으로 형성된다. 상세하게는, 층간절연막의 두께는, X방향의 배선(82)과 Y방향의 배선(83)의 도체의 교차점에서 전위차에 대해 견딜수 있도록 결정된다. X방향의 배선(82)과 Y방향의 배선(83)의 도체는 각각, 외부단자로서 외부쪽으로 연장된다.
전자방출소자(84)를 구성하는 한쌍의 전극(도시되지 않음)은, 도전성금속 등으로 이루어진 도체(85)를 접속함으로써, X방향의 배선(82)의 m개의 도체와 Y방향의 배선(83)의 도체에 전기적으로 접속된다.
X방향으로 배치된 전자방출소자(84)의 행을 선택하는 주사신호를 인가하는 주사신호인가수단(도시되지 않음)은 X방향의 배선(82)에 접속된다. 한편, 입력신호에 의해 Y방향으로 배치된 전자방출소자(84)의 열에 인가된 전압을 변조하는 변조신호발생수단은 Y방향의 배선(83)에 접속된다. 각각의 전자방출소자에 인가된 구동전압은 구성요소에 인가된 변조신호와 주사신호 사이의 차이에 대응하는 전압으로서 공급된다. 본 발명에서는, Y방향의 배선(83)은 제1실시예에 대해 상기 설명한 전자방출소자의 게이트전극(2)에 접속되는 반면에, X방향배선은 구성요소의 음극(3)에 접속된다. 이 접속에 의해 본발명을 특징지우는 빔의 수렴효과를 실현한다.
상기 설명한 구성에서는, 독립적으로 구동되는 순매트릭스배선을 이용함으로서 각각의 구성요소가 선택될 수 있다.
이러한 순매트릭스배열을 가지는 전자원을 이용함으로써 구성된 화상형성장치에 대해 도 9를 참조하면서 설명한다. 도 9는 화상형성장치의 표시패널을 도시하는 도이다.
도 9를 참조하면, 도 8를 참조하면서 상기 설명한 복수의 전자방출소자를 가지는 전자원이 전자원기판(81)에 배치된다. 기판(81)은 후면판(91)위에 고정된다. 전면판(96)는 유리기판(93), 유리기판(93)의 내부표면위에 발광부재로서 형성된 인막(94), 메탈백(metal back)(95)등을 가진다. 후면판(91)과 전면판(96)은 프릿유리등을 이용함으로써 지지체프리임에 접속된다. 엔벨로프(97)는 10분 동안 대략 450℃의 온도로 진공에서 소성하여 밀봉 결합함으로써 형성된다. 전자방출소자(84)는 도 9에 도시된 전자방출영역에 대응한다. X방향의 배선(82)과 Y방향의 배선(83)은 본실시예의 전자방출 소자의 한쌍의 전극에 접속된다.
상기 설명한 바와 같이, 엔벨로프(97)는 전면판(96), 지지체프레임(92), 후면판(91)으로 구성된다. 스페이서로 칭하는 지지체부재(도시되지 않음)는 전면판(96)과 후면판(91) 사이에 설치되어 엔벨로프(97)가 대기압에서 견디기 위해 충분히 높은 강도를 가지게 한다.
인막의 제조후에, 인막의 내부표면을 평활하게 한 다음 진공증착에 의해 Al을 퇴적함으로써 메탈백(95)을 제조한다.
또한, 전면판(96)은 인막(94)의 외부표면에 형성된 투명전극(도시되지 않음)을 가짐으로써 인막(94)의 도전성을 개선한다.
주사회로(102)에 대하여 설명한다. 주사회로(102)는 M개의 스위칭소자를 포함한다(도면에 Sl 내지 Sm으로서 개략적으로 도시됨). 각각의 스위칭 소자(S1 내지 Sm)는 직류전압원 (Vx) 과 0(V)(접지레벨)로부터 출력전압중의 한 개를 선택한다. 스위칭소자 (S1) 내지 (Sm)는 각각 표시패널(101)의 단자 (Dx1) 내지 (Dxm)에 접속된다. 각각의 스위칭소자 (S1) 내지 (Sm)는, 제어회로(103)으로부터 출력된 제어신호 (Tscan)에 의거하여 동작하고, 전계효과트랜지스터(FET)등의 스위칭소자와 다른 구성요소의 조합으로 될 수 있다. 본 실시예에서는, 전자방출소자의 특성(전자방출의 한계전압)에 의거하여 주사되지 않는 소자에 인가되는 구동전압이 전자방출의 한계전압보다 낮도록 정전압을 출력하게 직류전압원Vx을 구성한다.
제어회로(103)는, 구성요소의 동작이 서로 일치하는 기능을 가짐으로써 외부에 공급된 입력신호에 의거하여 표시를 적합하게 행한다. 제어회로(103)는, 동기 신호분리회로(106)으로부터 공급된 동기신호(Tsync)에 의하여 구성요소에 대해 신호 (Tscan), (Tsft) 및 (Tmry)를 제어한다.
동기신호분리회로(106)는 외부에서 공급된 NTSC텔레비젼신호로부터 휘도 신호성분 및 동기신호성분을 분리하는 회로이다. 이 회로는 통상의 주파수분리(필터)회로 등을 사용함으로서 형성될 수 있다. 동기신호분리회로(106)에 의해 분리된 동기신호는 수직 동기신호 및 수평 동기신호로 형성된다. 그러나, 편의상, 도면에 Tsync로서 도시되어 있다. 텔레비젼신호로부터 분리된 화상휘도 신호성분은 편의상 DATA신호로서 도시된다. DATA신호는 시프트 레지스터(104)로 입력된다.
시프트 레지스터(104)는 시간 순서로 입력되는 DATA신호를 각각의 화상라인에 대해 직렬병렬변환하는 소자이다. 시프트 레지스터(104)는 제어회로(103)으로부터 공급된 제어신호 (Tsft)에 의거하여 동작한다. 즉, 제어신호 (Tsft)는 시프트 레지스터를 위한 시프트 클록으로 고려될 수 있다. N개의 전자방출소자를 구동하는 데이터에 대응하는 직렬병렬 변환후에 하나의 화상라인에 대응하는 데이터는 시프트 레지스터(104)로부터 N개의 병렬신호 (Id1) 내지 (Idb)로서 출력된다.
라인메모리(105)는 필요한 기간동안 한 개 화상라인에 대응하는 데이터를 저장하는 저장소자이다. 라인메모리(105)는 제어회로(103)으로부터 공급된 제어신호 (Tmry)에 의해 신호 (Id1) 내지 (Idn)의 내용을 저장한다. 저장된 내용은 (I'd1) 내지 (I'dn)으로서 출력되어 변조신호발생기(107)에 입력된다.
변조신호발생기(107)은 화상데이터항목 (I'd1) 내지 (I'dn)에 따라서 전자방출소자를 구동하는 신호를 적합하게 변조하는 신호원이다. 변조신호발생기(107)로부터의 출력신호는 단자 (Doy1) 내지 (Doyn)를 통하여 표시패털(111)의 전자방출소자에 인가된다.
상기 설명한 바와 같이, 본발명을 적용할 수 있는 전자방출소자는 방출전류(Ie)에 대해 이하 설명되는 기본적인 특성을 가진다. 즉, 전자방출에 대해 일정한 한계전압 (Vth)이 있다. Vth보다 높은 전압이 인가될 때에만 전자가 방출된다. 전자방출의 한계값보다 높은 전압이 전자방출소자에 인가되는 경우, 방출전류는 인가된 전압의 변경함에 따라 변동된다. 따라서, 펄스형태의 전압이 전자방출소자에 인가되는 경우에, 인가전압의 값이 전자방출의 한계값보다 낮은 경우에 전자가 방출되지 않지만, 인가된 전압의 값이 전자방출의 한계값보다 동일하거나 높거나 동일한 경우에 전자빔이 출력된다. 이 경우에는, 펄스의 첨두값 (Vm)을 변동 시킴으로써 전자빔의 강도를 제어할 수 있다. 또한, 출력전자빔의 전하의 총량은, 펄스폭(Pw)를 변경시킴으로써, 제어될 수 있다.
따라서, 전압변조방법, 펄스폭변조방법 등은 입력신호에 의해 전자방출소자를 변조하는 방법으로서 사용될 수 있다. 전압변조방법을 행하면, 일정한 주기를 가지는 전압펄스를 발생할 수 있고 또한, 입력데이터에 의해 펄스의 첨두값을 변조할 수 있는 전압변조타입의 회로를 변조신호발생기(107)로서 사용될 수 있다.
펄스폭변조방법을 행하면, 일정한 첨두값을 가지는 전압펄스를 발생할 수 있고 또한 입력데이터에 의해 전압펄스의 펄스폭을 변조할 수 있는 펄스폭 변조타입의 회로를 변조신호발생기(107)로서 사용될 수 있다. 본 실시예에서 사용된 시프트 레지스터(104) 와 라인메모리(105)는 각각 디지털신호타입으로 된다.
본 실시예에서는, 디지털/아날로그변환회로는, 예를 들면, 변조신호발생기(107)에 사용되고 또한 증폭회로 등이 필요에 따라 부가된다. 예를 들면, 펄스폭변조방법이 사용되는 경우에, 고속의 발진기, 이 발진기로부터 출력된 파형의 수를 계산하는 카운터, 이 카운터의 출력값과 상기 설명한 메모리의 출력값을 비교하는 비교기의 조합이, 변조신호발생기(107)로 사용된다.
상기 설명한 화상형성장치의 구성은 본발명을 적용할 수 있는 화상형성장치의 예이다. 다양한 수정 및 변형은 본발명의 기술사상에 의거하여 이루질 수 있다. 입력신호는 상기 설명한 NTSC신호로 제한되지 않는다. PAL시스템 및 SECAM시스템 및 보다 많은 주사라인에 대응하는 다른 TV신호(즉, MUSE시스템 및 다른 고선명TV시스템)에 따른 것을 또한 사용할 수 있다.
본 발명에 의해 이루어진 화상표시장치위에 화상이 표시되었다. 고 휘도의 고정세화상은 장시간동안 안정하게 화상표시장치위에 표시되었다.
본 발명에 의하면, 상기 설명한 바와 같이, 전자방출소자의 특정한 용량이 감소될 수 있고 구동전압이 또한 감소될 수 있다. 효율성이 개선된 전자원과 소형빔의 크기는, 이러한 전자방출소자을 사용함으로써, 실현될 수 있다.
고해상력을 가지는 화상형성장치, 즉 평탄화면의 컬러텔레비젼은, 본발명에 의한 전자방출소자를 이용함으로써, 실현될 수 있다.

Claims (39)

  1. A) 기판의 표면위에 배치된 제 1전극 및 제 2전극과;
    B) 상기 제 1전극에 인가된 전위보다 높은 전위를 상기 제 2전극에 인가하는 제 1전압인가수단과;
    C) 상기 제 1전극위에 배치된 전자방출부재와;
    D) 상기 기판에 대면하도록 배치되어, 상기 전자방출부재로부터 방출된 전자가 도달되는 제 3전극과;
    E) 상기 제 1 및 제 2전극에 인가된 각가의 전위보다 높은 전위를 상기 제 3전극에 인가하는 제 2전압인가수단과;
    를 포함하는 전자방출소자에 있어서,
    상기 전자방출부재의 표면은, 상기 제 2전극의 표면을 포함하고 상기 기판의 표면에 대략 평행한 평면과, 상기 제 3전극의 표면을 포함하고 상기 기판의 표면에 대략 평행한 평면과의 사이에 배치되고;
    상기 제 2전극 및 상기 제 1전극 사이의 거리가 d이고, 상기 제 1전압인가수단에 의해 상기 제 2전극과 상기 제 1전극 사이에 인가된 전위차가 V1이고, 상기 제 3전극과 상기 기판 사이의 거리가 H이고, 상기 제 2전압인가수단에 의해 상기 제 3전극에 인가된 전위와 상기 제 1전압인가수단에 의해 상기 제 1전극에 인가된 전위 사이의 전위차가 V2인 경우에는, 전계(E1=V1/d)는 전계(E2=V2/H)의 1 내지 50배의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1전극의 두께는 상기 제 2전극의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전자방출부재는 상기 제 1전극과 상기 제 2전극 사이에서 상기 제 1전극위의 위치로부터 상기 기판위의 위치까지 연장하는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 제 2전극과 상기 제 1전극 사이의 단차를 가지고, 상기 제 3전극은 상기 제 2전극보다 상기 제 1전극에 근접한 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전자방출부재는 탄소를 주성분으로서 함유하는 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    탄소를 주성분으로서 함유하는 상기 재료는 섬유탄소를 함유하는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 섬유탄소는 그래파이트 나노파이버, 탄소 나노튜브, 비정질탄소, 또는 이들의 재료중의 적어도 두 개의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 섬유탄소는 촉매입자에 의해 성장된 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 촉매입자는 Pd, Ni, Fe, Co 또는 이들의 금속중의 적어도 두 개의 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중의 어느 한 항에 있어서,
    복수의 상기 제 1전극 및 복수의 상기 제 2전극은 상기 기판의 표면에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 복수의 제 1전극 및 상기 복수의 제 2전극은 매트릭스형상의 배선에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 전자방출부재로부터 방출된 전자로 조사될 때에 발광할 수 있는 인은 상기 제 3전극위에 형성되는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  13. 화상표시장치는 제 12항에 기재된 전자방출장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  14. A) 탄소를 주성분으로서 함유하는 파이버와;
    B) 탄소를 주성분으로서 함유하는 상기 파이버로부터 전자의 방출을 제어하는 전극과;
    를 포함하는 전자방출장치에 있어서,
    탄소를 주성분으로서 함유하는 상기 파이버는 상기 파이버의 길이방향을 따르는 방향에 평행하지 않도록, 적층된 복수의 그래핀(graphene)을 가지는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  15. 상기 제 14항에 있어서, 상기 복수의 그래핀은 서로 대략 평행한 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  16. 제 14항에 있어서,
    음극을 부가하여 구비하고, 탄소를 주성분으로서 함유하는 상기 파이버는 상기 음극위에 설치되고 상기 음극에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    전자의 방출을 제어하는 상기 음극과 상기 전극은 단일의 기판위에 배치되고, 전자의 방출을 제어하는 상기 음극과 상기 전극 사이에 갭이 형성되는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 전자방출소자는 탄소를 주성분으로서 함유하는 복수의 상기 파이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  19. 발광장치는 제 14항 내지 제 18항 중의 어느 한 항에 기재된 전자방출소자와 광방출부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  20. 상기 복수의 전자방출소자의 몇몇으로부터 방출된 전자로 조사될 때에 광을 방출할 수 있는 광방출부재와 복수의 전자방출소자를 포함하는 화상표시장치에 있어서,
    상기 복수의 전자방출소자는 각각 제 14항 내지 제 18항 중의 어느 한 항에 기재된 전자방출소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  21. A) 기판의 표면위에 배치된 제 1전극 및 제 2전극과;
    B) 상기 제 1전극에 인가된 전위보다 높은 전위를 상기 제 2전극에 인가하는 제 1전압인가수단과;
    C) 상기 제 1전극위에 배치되고 탄소를 주성분으로서 함유하는 복수의 파이버와;
    D) 상기 기판에 대면하도록 배치되고 상기 파이버로부터 방출된 전자가 도달되는 제 3전극과;
    E) 상기 제 1 및 제 2전극에 인가된 각각의 전위보다 높은 전위를 상기 제 3전극에 인가하는 제 2전압인가수단과;
    를 포함하는 전자방출장치에 있어서,
    상기 파이버의 표면영역은, 상기 제 2전극의 표면을 포함하고 상기 기판의 표면에 대략 평행한 평면과, 상기 제 3전극의 표면을 포함하고 상기 기판의 표면에 대략 평행한 평면과의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 제 2전극과 상기 제 1전극 사이의 거리가 d이고, 상기 제 1전압인가수단에 의해 상기 제 2전극과 상기 제 1전극 사이에 인가된 전위차가 V1이고, 상기 제 3전극과 상기 기판 사이의 거리가 H이고, 상기 제 2전압인가수단에 의해 상기 제 3전극에 인가된 전위와 상기 제 1전극에 인가된 전위 사이의 전위차가 V2인 경우에는, 전계(E1=V1/d)는 전계(E2=V2/H)의 1 내지 50배의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  23. 제 21항에 있어서,
    탄소를 주성분으로서 가지는 상기 각각의 파이버는 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  24. 제 21항에 있어서,
    탄소를 주성분으로서 함유하는 상기 각각의 파이버는 상기 파이버의 축방향에 비평행하도록 적층된 복수의 그래핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  25. 제 21항에 있어서,
    상기 제 1전극의 재료보다 탄소의 퇴적을 가속화하는데 더욱 효과적인 재료는 탄소를 주성분으로서 가지는 상기 파이버와 상기 음극 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 탄소의 퇴적을 가속화하는데 효과적인 상기 재료는, Pd, Ni, Fe, Co, 또는 이들의 금속의 적어도 두 개의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  27. 제 25항에 있어서,
    탄소의 퇴적을 가속화하는데 효과적인 상기 재료는 상기 제 1전극위에 복수의 입자의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 복수의 입자는 1010개의 입자/cm2이상의 밀도로 상기 제 1전극위에 형성되는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  29. 제 21항에 있어서,
    상기 제 1전극의 두께는 상기 제 2전극의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  30. 제 21항 내지 제 29항 중의 어느 한 항에 있어서,
    복수의 상기 제 1전극과 복수의 상기 제 2전극은 상기 기판의 표면에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  31. 제 30항에 있어서,
    상기 복수의 제 1전극과 상기 복수의 제 2전극은 매트릭스상의 배선에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  32. 제 30항에 있어서,
    상기 파이버로부터 방출된 전자로 조사될 때에 발광할 수 있는 인이 상기 제 3전극위에 형성되는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  33. 화상표시장치는 제 32항에 기재된 전자방출장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  34. A) 기판의 표면위에 배치되고, 갭이 그 사이에 형성되어 있는 제 1전극 및 제 2전극과;
    B) 상기 제 1전극위에 설치되고, 탄소를 주성분으로서 포함하는 파이버와;
    를 포함하는 전자방출소자에 있어서,
    상기 제 2전극은 탄소를 주성분으로서 함유하는 상기 파이버로부터 전자가 방출되는 것을 제어하는 전극를 포함하고,
    탄소를 주성분으로서 함유하는 상기 파이버는 그래핀을 함유하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자.
  35. 제 34항에 있어서,
    상기 파이버의 극단부와 상기 기판의 표면 사이의 거리는 상기 제 2전극의 표면과 상기 기판의 표면사이의 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 전자방출소자.
  36. 제 34항에 있어서,
    상기 그래핀은 원통형의 그래핀으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자방출소자.
  37. 제 34항에 있어서,
    상기 전자방출소자는 탄소를 주성분으로서 함유하는 복수의 파이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출소자.
  38. 발광소자는 제 34항 내지 제 37항 중의 어느 한 항에 기재된 전자방출소자와 광방출부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  39. 복수의 전자방출소자의 몇몇으로부터 방출된 전자로 조사될 때에 광을 방출할 수 있는 단일의 광방출부재와 복수의 전자방출소자로 이루어진 화상표시장치에 있어서, 상기 복수의 전자방출소자의 각각은 제 34항 내지 제 37항 중의 어느 한 항에 기재된 전자방출소자로 구성된 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
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