電界放出装置及びその製造方法
【課題】本発明は、電界放出装置及びその製造方法に関する。
【解決手段】本発明の電界放出装置は、絶縁基板と、電子引き出し電極と、二次電子放出層と、陰極板と、電界放出ユニットと、を含む。前記電子引き出し電極及び二次電子放出層は、前記絶縁基板の一つの表面に順次的に配置される。前記陰極板は、一つの第一絶縁隔離層によって前記電子引き出し電極と間隔をおいて絶縁的に配置される。前記陰極板の少なくとも一部が前記二次電子放出層と対向する。前記陰極板は、少なくとも一つの電子放出部を含む。前記電界放出ユニットは、前記陰極板の前記二次電子放出層と対向する一部表面に配置される。
【解決手段】本発明の電界放出装置は、絶縁基板と、電子引き出し電極と、二次電子放出層と、陰極板と、電界放出ユニットと、を含む。前記電子引き出し電極及び二次電子放出層は、前記絶縁基板の一つの表面に順次的に配置される。前記陰極板は、一つの第一絶縁隔離層によって前記電子引き出し電極と間隔をおいて絶縁的に配置される。前記陰極板の少なくとも一部が前記二次電子放出層と対向する。前記陰極板は、少なくとも一つの電子放出部を含む。前記電界放出ユニットは、前記陰極板の前記二次電子放出層と対向する一部表面に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放出装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電界放出装置は、電界放出電子部品であり、例えば電界放出表示装置（ＣＮＴ‐ＦＥＤ）などの重要な素子として利用されている。
【０００３】
従来の電界放出装置は、絶縁基板と、前記絶縁基板に配置された陰極と、前記陰極の上に配置された複数の電界放出体と、貫通孔を含む絶縁隔離層と、陽極と、を含む。前記絶縁隔離層は、前記絶縁基板に配置され、前記電界放出体は、前記絶縁隔離層の貫通孔によって露出される。前記陽極と陰極は、間隔おいて対向するように配置される。前記陽極と陰極の間に電圧を印加すると、その間に電場が形成される。これにより、前記電界放出体から電子が放出され、前記電子は、前記絶縁隔離層の貫通孔を通じて陽極に到達する。前記電界放出装置の内部が、真空環境である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記電界放出装置の内部の真空環境が、完全な真空環境ではないので、前記電界放出装置の内部に少量の気体分子が存在する。前記電界放出体から放出された電子が、前記真空環境で移動している少量の気体分子と衝突し、これにより前記気体分子が解離されてイオンになる。且つ、該イオンは、低電位である陰極の方向に運動する。この場合、前記電界放出体は、前記絶縁隔離層の貫通孔で露出しており、前記電界放出体は前記イオンに衝突されやすい。従って、前記電界放出体が破壊されるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、前記課題を解決するために、本発明は、電界放出体にイオンが衝突することを防止できる電界放出装置及びその製造方法を提供する。
【０００６】
本発明の電界放出装置は、絶縁基板と、電子引き出し電極と、二次電子放出層と、陰極板と、電界放出ユニットと、を含む。前記電子引き出し電極及び二次電子放出層は、前記絶縁基板の一つの表面に順次的に配置される。前記陰極板は、一つの第一絶縁隔離層によって前記電子引き出し電極と間隔をおいて絶縁的に配置される。前記陰極板の少なくとも一部が前記二次電子放出層と対向する。前記陰極板は、少なくとも一つの電子放出部を含む。前記電界放出ユニットは、前記陰極板の前記二次電子放出層と対向する一部表面に配置される。
【０００７】
前記電界放出ユニットは、複数の電界放出体を含み、各々の電界放出体は、電界放出部を含み、前記電界放出部は、前記二次電子放出層と対向し、前記電界放出部と前記二次電子放出層の間の最大距離が電子とガス分子の平均自由行程より小さい。
【０００８】
本発明の電界放出装置の製造方法は、絶縁基板を設置する第一ステップと、前記絶縁基板の一つの表面に電子引き出し電極及び二次電子放出層を順に形成する第二ステップと、前記絶縁基板の前記電子引き出し電極が形成された表面に、第二スルーホールを有する第一絶縁隔離層を形成し、前記第二スルーホールにより、前記二次電子放出層の表面の一部を露出させる第三ステップと、電子放出部を含む陰極板を設置する第四ステップと、前記陰極板の前記電子放出部に近い表面に、電界放出ユニットを形成する第五ステップと、前記陰極板を前記第一絶縁隔離層の前記絶縁基板と反対側の表面に固定し、前記第二スルーホールを前記電子放出部の一部と重畳させ、前記電界放出ユニットの少なくとも一部が前記二次電子放出層に対向する第六ステップと、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
従来の技術と比べて、本発明の電界放出装置において、前記電界放出ユニットは、前記陰極板の前記二次電子放出層と対向する一部表面に配置されており、電界放出表示装置などの陽極又はグリッド電極の電圧が前記電界放出装置の電子引き出し電極及び陰極の電圧より更に高いので、前記電子引き出し電極及び陰極の間の電場を、グリッド電極及び電子引き出し電極の間の電場又は陽極及び電子引き出し電極の間の電場に比べて、小さくすることができる。前記電界放出体から放出された電子が、前記真空環境で移動している少量の気体分子と衝突し、これにより前記気体分子が解離されてイオンになって、前記イオンは前記電子引き出し電極に向かって移動するので、前記電界放出体に前記イオンが衝突しない。これにより、前記電界放出装置の寿命が長くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係る電界放出装置の構造を示す図である。
【図２】図１のＩＩ‐ＩＩに沿って切断した断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ‐ＩＩＩに沿って切断した断面図である。
【図４】図１に示す電界放出装置の製造工程を示す図である。
【図５】本発明の実施例２に係る電界放出装置の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例３に係る電界放出装置の構造を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例４に係る電界放出装置の構造を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例５に係る電界放出装置の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１２】
（実施例１）
図１〜図３を参照すると、本実施例は、電界放出装置１００を提供する。前記電界放出装置１００は、絶縁基板１１０と、第一絶縁隔離層１１２と、陰極１１４と、電界放出ユニット１１６と、電子引き出し電極１１８と、二次電子放出層１２０と、第二絶縁隔離層１２１と、グリッド電極１２２と、を含む。前記電子引き出し電極１１８は、前記絶縁基板１１０の一つの表面（図示せず）に配置される。前記二次電子放出層１２０は、前記電子引き出し電極１１８の前記絶縁基板１１０と反対側の表面に配置される。前記陰極１１４は、第一絶縁隔離層１１２によって前記電子引き出し電極１１８と間隔をおいて対向して配置される。前記電子引き出し電極１１８は、前記陰極１１４及び前記絶縁基板１１０の間に配置されている。前記陰極１１４に一つの第一スルーホール１１４０が形成されている。前記陰極１１４の第一スルーホール１１４０は、前記電子引き出し電極１１８と対向するように配置される。前記電界放出ユニット１１６は、前記陰極１１４の前記電子引き出し電極１１８と対向する表面に配置される。前記グリッド電極１２２は、前記第二絶縁隔離層１２１によって前記陰極１１４と間隔をおいて配置される。前記電界放出ユニット１１６から放出された電子が、前記二次電子放出層１２０に衝突して二次電子が生じる。前記二次電子放出層１２０から放出された二次電子は、前記グリッド電極１２２の作用で前記陰極１１４の第一スルーホール１１４０から放出される。
【００１３】
前記絶縁基板１１０は、シリコン、ガラス、セラミックス、酸化珪素、ポリマーなどの絶縁材料からなる。前記絶縁基板１１０の形状は、円形、方形、矩形である。本実施例において、前記絶縁基板１１０は、厚さが１ｍｍであり、辺長が１０ｍｍの方形ガラス基板である。
【００１４】
前記電子引き出し電極１１８は、金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又は導電ペーストからなる導電層である。前記金属は、銅、アルミニウム、金、銀又は鉄である。前記導電ペーストは、金属粉末、低融点ガラス粉末及び接着剤を含む。ここで、前記金属粉末が銀の粉末であり、前記接着剤がテルピネオール又はエチルセルロースであることが好ましい。前記導電ペーストにおける前記金属粉の質量パーセンテージの含有量は５０％〜９０％であり、前記低融点ガラスパウダーの質量パーセンテージの含有量は２％〜１０％であり、前記接着剤の質量パーセンテージの含有量は１０％〜４０％である。前記絶縁基板１１０は、シリコンからなる場合、前記電子引き出し電極１１８は、ドープシリコンであることができる。本実施例において、前記電子引き出し電極１１８は、厚さが２０μｍの円形のアルミニウムフィルムである。前記アルミニウムフィルムは、マグネトロンスパッタリング方法によって前記絶縁基板１１０に堆積されている。
【００１５】
前記二次電子放出層１２０及び前記電子引き出し電極１１８は、積層されている。前記電子引き出し電極１１８は、前記二次電子放出層１２０と前記絶縁基板１１０の間に位置する。前記二次電子放出層１２０は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ベリリウム酸化物（ＢｅＯ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化ベリリウム（ＢｅＦ２）、セシウム酸化物（ＣｓＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、銀の酸素セシウム（ＡｇＯＣｓ）、アンチモニー・セシウム合金、銀のマグネシウム合金、ニッケル・ベリリウムの合金、銅のベリリウムの合金またはアルミニウム・マグネシウム合金からなる。前記二次電子放出層１２０の前記電界放出ユニット１１６に対向する表面は、凹凸構造を有する曲面であることができる。本実施例において、前記二次電子放出層１２０は、厚さが２０μｍの円形の酸化バリウムフィルムである。
【００１６】
前記陰極１１４の少なくとも一部が前記二次電子放出層１２０と対向する。前記陰極１１４は、銅、アルミニウム、金、銀などの金属、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又は導電ペーストからなる。前記陰極１１４は、少なくとも一つの孔を含む平板であり、又は、間隔をおいて配列する複数のストリップ状体からなるものである。この場合、前記第一スルーホール１１４０は、前記平板の孔又は前記複数のストリップ状体の間の隙間である。本実施例において、前記陰極１１４は、円形孔を有するアルミニウム導電層である。
【００１７】
前記第一絶縁隔離層１１２を、前記陰極１１４と前記電子引き出し電極１１８の間に配置することにより、前記陰極１１４と前記電子引き出し電極１１８を電気的に絶縁させる。前記第一絶縁隔離層１１２は、感光乳剤、ガラス、酸化物、セラミックス又は酸化珪素などの絶縁材料からなる。前記酸化物は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム又はビスマス酸化物である。前記第一絶縁隔離層１１２は、前記絶縁基板１１０、前記電子引き出し電極１１８又は前記二次電子放出層１２０に配置されることができる。前記第一絶縁隔離層１１２に少なくとも一つの第二スルーホール１１２０が形成されている。前記スルーホール１１２０によって前記二次電子放出層１２０の一部を露出させる。前記第一絶縁隔離層１１２も、少なくとも一つの孔を含む平板であり、又は、間隔をおいて配列する複数のストリップ状体からなるものである。この場合、前記第二スルーホール１１２０は、前記平板の孔又は前記複数のストリップ状体の間の隙間である。前記第一絶縁隔離層１１２の第二スルーホール１１２０は、前記陰極１１４の少なくとも一部に対向する。前記陰極１１４の少なくとも一部は、前記第二スルーホール１１２０によって前記二次電子放出層１２０と対向する。前記第一絶縁隔離層１１２の第二スルーホール１１２０は、前記陰極１１４の第一スルーホール１１４０の少なくとも一部と重畳する。前記第一スルーホール１１４０と第二スルーホール１１２０とが重畳した部分から、電子が放出されることができる。本実施例において、前記第一絶縁隔離層１１２は、ＳＵ−８感光乳剤からなり、その厚さが１００μｍである円環状物であり、前記第一絶縁隔離層１１２は、直接的に前記絶縁基板１１０に配置されている。前記陰極１１４の第一スルーホール１１４０が、前記第一絶縁隔離層１１２の第二スルーホール１１２０の内部領域に位置する。
【００１８】
前記グリッド電極１２２は、前記陰極１１４の前記前記絶縁基板１１０と反対側の表面に配置され、前記第二絶縁隔離層１２１によって前記陰極１１４と電気的に絶縁される。前記グリッド電極１２２は、均一的に分布された複数の微孔を有するネット状構造体である。前記グリッド電極１２２は、金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又は導電ペーストからなる。前記グリッド電極１２２の微孔の孔径が３μｍ〜１０００μｍである。前記グリッド電極１２２と前記陰極１１４の間の距離は、１０μｍより大きい。本実施例において、前記グリッド電極１２２は、ステンレス鋼ネットである。更に、前記ステンレス鋼ネットに二次電子放出材料を堆積させて、前記電界放出装置１００の電界放出電流密度を増強させることができる。
【００１９】
前記第二絶縁隔離層１２１は、前記前記グリッド電極１２２と前記陰極１１４の間に配置される。前記第二絶縁隔離層１２１の材料及び形成方法は前記第一絶縁隔離層１１２の材料及び形成方法と同じである。前記第二絶縁隔離層１２１は層状構造を有し、その形状と寸法が前記陰極１１４に対応する。前記第二絶縁隔離層１２１に少なくとも一つの第三スルーホール１２１２が形成されている。前記第三スルーホール１２１２の少なくとも一部は、第一スルーホール１１４０と第二スルーホール１１２０とに重畳する。更に、前記第二絶縁隔離層１２１の前記第三スルーホール１２１２に対応する壁に、二次電子放出材料を堆積することができる。この場合、前記第二絶縁隔離層１２１の厚さが５００μｍ〜１０００μｍである。これにより、前記第二絶縁隔離層１２１の前記第三スルーホール１２１２に対応する壁の二次電子放出材料の面積を増大させる。更に、前記第二絶縁隔離層１２１の前記第三スルーホール１２１２に対応する壁を凹凸構造に形成することにより、前記第二絶縁隔離層１２１の前記第三スルーホール１２１２に対応する壁の二次電子放出材料の面積を増大させることができる。
【００２０】
前記電界放出ユニット１１６は前記二次電子放出層１２０に対向して、前記陰極１１４の前記第二絶縁隔離層１２１と反対側の表面に配置される。好ましくは、前記電界放出ユニット１１６は、前記陰極１１４の第一スルーホール１１４０の近くに配置される。前記電界放出ユニット１１６は、複数の尖端を有する電界放出体１１６２を含む。前記電界放出体１１６２は、カーボンナノチューブ、ナノ炭素繊維又はシリコンナノラインである。各々の前記電界放出体１１６２は、一つの電界放出部１１６４を含んで、前記電界放出部１１６４は前記二次電子放出層１２０に向いている。各々の前記電界放出体１１６２の表面に保護層（図示せず）を形成することができる。前記保護層は、ジルコニウム炭化物、ハフニウム炭化物及びランタン六ホウ化物など抗イオン衝撃材料の一種又は数種からなる。本実施例において、前記電界放出ユニット１１６は、輪状カーボンナノチューブ導電ペーストであり、その外径が前記二次電子放出層１２０の直径と同じ、又は該直径よりも小さく、その内径が前記陰極１１４の第一スルーホール１１４０の直径と同じ、又は該直径よりも大きい。
【００２１】
前記電界放出部１１６４と前記二次電子放出層１２０の間の距離は、ガス分子及び自由電子の平均自由行程より小さい。従って、前記電界放出体１１６２から放出された電子は、前記電界放出部１１６４と前記二次電子放出層１２０の間のガス分子と衝突する前に前記二次電子放出層１２０に衝突する。これにより、前記電界放出体１１６２から放出された電子と、前記電界放出部１１６４と前記二次電子放出層１２０の間のガス分子とが衝突する可能性が下がる。即ち、前記ガス分子が電離される可能性が下がる。従って、前記電界放出体１１６２に、前記イオンが衝突し前記電界放出体１１６２が損傷することを防止できる。
【００２２】
ここで、ガス分子の平均自由行程
【数１】
が次の公式（１）を満足し、ガス分子及び自由電子の間の平均自由行程
【数２】
が次の公式（２）を満足する。
【００２３】
【数３】
【００２４】
【数４】
【００２５】
上記公式（１）において、ｋはボルツマン定数であり、且つｋは、次の公式（３）を満足する。
【００２６】
【数５】
【００２７】
ここで、Ｔは絶対温度であり、ｄはガス分子の有効直径であり、Ｐはガス圧力である。本実施例において、前記ガスは、窒素であり、その絶対温度Ｔは３００Ｋである。ガス圧力Ｐが１トルである場合、前記窒素のガス分子の平均自由行程
【数６】
が５０μｍであり、該ガス分子及び自由電子の間の平均自由行程
【数７】
が２８３μｍである。前記電界放出部１１６４と前記二次電子放出層１２０の間の距離が十分に小さい場合、前記電界放出装置１００は、低真空又は不活性ガス環境下の作業でも破損されない。本実施例において、前記電界放出部１１６４と前記二次電子放出層１２０の間の距離は、１０μｍ〜３０μｍであり、前記電界放出装置１００は、ガス圧力Ｐが９トル〜２７トルの低真空環境下で作業することができる。
【００２８】
前記電界放出装置１００を使用する場合、前記電子引き出し電極１１８に印加する電圧は、前記陰極１１４に印加する電圧より高い。前記グリッド電極１２２に印加する電圧は、前記電子引き出し電極１１８に印加する電圧より高い。本実施例において、前記陰極１１４に印加する電圧は、ゼロであり、前記電子引き出し電極１１８に印加する電圧は、１００Ｖであり、前記グリッド電極１２２に印加する電圧は、５００Ｖである。前記電界放出体１１６２は、前記電子引き出し電極１１８及び前記陰極１１４の間の電場の作用で、複数の電子を放出する。前記電界放出体１１６２からの電子が前記二次電子放出層１２０に衝突して、前記二次電子放出層１２０から複数の二次電子を放出させることができる。前記二次電子が、前記陰極１１４及び前記グリッド電極１２２の間の電場の作用で、前記電子放出部１１５０によって放出される。
【００２９】
図４を参照すると、前記電界放出装置１００の製造方法は、絶縁基板１１０を設置するステップ（ａ）と、前記絶縁基板１１０の一つの表面に電子引き出し電極１１８を形成するステップ（ｂ）と、前記電子引き出し電極１１８の前記絶縁基板１１０と反対側の表面に二次電子放出層１２０を形成するステップ（ｃ）と、前記絶縁基板１１０の前記電子引き出し電極１１８が形成された表面に、第二スルーホール１１２０を有する第一絶縁隔離層１１２を形成し、前記第二スルーホール１１２０により、前記二次電子放出層１２０の表面の一部を露出させるステップ（ｄ）と、電子放出部１１５０を含む陰極板１１５を設置するステップ（ｅ）と、前記陰極板１１５の前記電子放出部１１５０に近い表面に、電界放出ユニット１１６を形成するステップ（ｆ）と、前記陰極板１１５を前記第一絶縁隔離層１１２の前記絶縁基板１１０と反対側の表面に固定し、前記第二スルーホール１１２０を前記電子放出部１１５０の一部と重畳させ、前記電界放出ユニット１１６の少なくとも一部が前記二次電子放出層１２０に対向するステップ（ｇ）と、前記陰極板１１５の前記電子引き出し電極１１８と反対側の表面にグリッド電極１２２を設置するステップ（ｈ）と、を含む。
【００３０】
前記ステップ（ｂ）において、前記電子引き出し電極１１８は、電気めっき、化学めっき、真空めっき、マグネトロンスパッタリングなどの方法によって形成される。本実施例において、前記電子引き出し電極１１８は、マグネトロンスパッタリング方法によって前記絶縁基板１１０に形成された円形のアルミニウムフィルムである。
【００３１】
前記ステップ（ｃ）において、前記二次電子放出層１２０は、電気めっき、化学めっき、真空めっき、マグネトロンスパッタリング、コーティング、熱堆積などの方法によって形成される。本実施例において、前記二次電子放出層１２０は、コーティング方法によって前記電子引き出し電極１１８に形成された円形の酸化バリウムフィルムである。
【００３２】
前記ステップ（ｄ）において、前記第一絶縁隔離層１１２は、スクリーン印刷、スピンコーティング、厚膜技術などの方法によって形成される。前記第一絶縁隔離層１１２は、前記絶縁基板１１０、前記電子引き出し電極１１８又は前記二次電子放出層１２０に形成することができる。本実施例において、前記第一絶縁隔離層１１２は、スクリーン印刷によって絶縁基板１１０に形成されている。
【００３３】
前記ステップ（ｅ）において、前記陰極板１１５は、第二絶縁隔離層１２１及び陰極１１４を含む。前記第二絶縁隔離層１２１及び陰極１１４は積層されている。前記陰極１１４は、導電層又は絶縁層の外側に導電材料を被覆させて形成した自立構造の薄膜である。前記陰極板１１５は次の階段によって形成される。第一階段において、第三スルーホール１２１２を含む第二絶縁隔離層１２１を形成する。第二階段において、前記第二絶縁隔離層１２１の一つの表面に第一スルーホール１１４０を含む陰極１１４を積層する。
【００３４】
前記第一階段において、前記第二絶縁隔離層１２１は、少なくとも一つの孔を含む平板であり、又は、間隔をおいて配列する複数のストリップ状体からなるものである。この場合、前記第三スルーホール１２１２は、前記平板の孔又は前記複数のストリップ状体の間の隙間である。本実施例において、前記第二絶縁隔離層１２１は、前記第三スルーホール１２１２としての直通穴を有する輪形のガラス板である。
【００３５】
前記第二階段において、前記陰極１１４は、スクリーン印刷、電気めっき、ＣＶＤ、マグネトロンスパッタリング、回転コーティング又は熱堆積などの方法によって形成された導電層である。本実施例において、前記陰極１１４は、マグネトロンスパッタリング方法によって前記第二絶縁隔離層１２１に形成された輪形のアルミニウム層である。前記第一スルーホール１１４０及び第三スルーホール１２１２の少なくとも一部を重畳させることにより、前記電子放出部１１５０を形成する。本実施例において、前記第一スルーホール１１４０と第三スルーホール１２１２とを、完全に重畳させる。
【００３６】
前記ステップ（ｆ）において、前記電界放出ユニット１１６は、カーボンナノチューブ導電ペーストを印刷して形成し、又は化学気相堆積法によって形成する。本実施例において、前記電界放出ユニット１１６の形成方法は、前記陰極１１４に輪形の導電ペースト層を堆積するステップ（ｆ１）と、３００℃〜４００℃の温度で前記導電ペースト層を乾燥するステップ（ｆ２）と、３００℃〜４００℃の温度で前記導電ペースト層を焼結（ｂａｋｉｎｇ）するステップ（ｆ３）と、前記導電ペースト層を冷却して前記電界放出ユニット１１６を形成するステップ（ｆ４）と、を含む。
【００３７】
前記ステップ（ｆ１）において、前記カーボンナノチューブ導電ペースト層は、スクリーン印刷方法によって前記陰極１１４に堆積される。前記カーボンナノチューブ導電ペーストは、カーボンナノチューブ、低融点ガラス粉末及び有機基材を含む。本実施例において、前記カーボンナノチューブの直径が１ｎｍ〜１０ｎｍであり、その長さが５μｍ〜１５μｍである。前記低融点ガラス粉末の直径が１０ｎｍより小さい。前記有機基材は、テルピネオール、エチルセルロース及びセバシン酸ジブチルを含む。前記テルピネオール、エチルセルロース及びセバシン酸ジブチルの重量比が１８０：１１：１０である。
【００３８】
前記ステップ（ｆ２）において、前記有機基材を揮発させる。本実施例において、真空環境、３５０℃の温度で前記導電ペースト層を２０分間焼結する。
【００３９】
前記ステップ（ｆ３）において、前記低融点ガラス粉末が融化される。本実施例において、真空環境、４３０℃の温度で前記導電ペースト層を３０分間焼結する。
【００４０】
前記ステップ（ｆ４）において、前記融化されたガラス粉末を凝固させることにより、前記カーボンナノチューブを前記陰極１１４に固定させる。
【００４１】
更に、前記ステップ（ｆ）は、前記ステップ（ｆ４）の後、前記電界放出ユニット１１６を表面処理するステップ（ｆ５）を含むことができる。前記電界放出ユニット１１６を表面処理する方法は、プラズマエッチング、レーザーエッチング又は接着テープピーリングなどがある。本実施例において、前記電界放出ユニット１１６の表面を、接着テープによってピーリングすることにより、前記電界放出ユニット１１６のカーボンナノチューブを前記電界放出ユニット１１６の表面に対して垂直に配置し、均一的に分散させることができる。
【００４２】
更に、前記ステップ（ｆ）は、前記ステップ（ｆ５）後、前記電界放出ユニット１１６に保護層を被覆するステップ（ｆ６）を含むことができる。前記保護層は、ジルコニウム炭化物、ハフニウム炭化物及びランタン六ホウ化物など抗イオン衝撃材料の一種又は数種からなる。本実施例において、前記保護層は、前記電界放出ユニット１１６に露出した各々のカーボンナノチューブの表面を覆っている。
【００４３】
前記ステップ（ｇ）において、前記電子放出部１１５０及び第二スルーホール１１２０の少なくとも一部を、重畳させる。本実施例において、前記陰極板１１５を前記第一絶縁隔離層１１２の前記絶縁基板１１０と反対側の表面に固定する場合、前記電子放出部１１５０の全体が前記第二スルーホール１１２０の中に位置する。
【００４４】
前記ステップ（ｈ）において、前記グリッド電極１２２は、スクリーン印刷、電気めっき、ＣＶＤ、マグネトロンスパッタリング、コーティング、熱堆積方法によって形成され、又は、メタルメッシュを直接的に前記第二絶縁隔離層１２１に設置してなるものであることができる。本実施例において、前記グリッド電極１２２は、ステンレス鋼ネットを直接的に前記第二絶縁隔離層１２１に設置して形成したものである。
【００４５】
（実施例２）
図５を参照すると、本実施例は、電界放出装置２００を提供する。本実施例の電界放出装置２００は実施例１の電界放出装置１００と比べて、次の異なる点がある。本実施例の二次電子放出層２２０において、陰極２１４の第一スルーホール２１４０に対向する領域に、少なくとも一つの第一突出部２２０２が形成されている。前記陰極２１４の、前記二次電子放出層２２０の第一突出部２２０２に対向する領域に、少なくとも一つの第二突出部２１４２が形成されている。前記電界放出ユニット２１６は、前記陰極２１４の第二突出部２１４２に配置されて、且つ前記電界放出ユニット２１６の電界放出体２１６２は前記第一突出部２２０２に向いている。
【００４６】
前記第一突出部２２０２は、円錐体であるが、前記第二突出部２１４２は、前記第一突出部２２０２の周囲を囲う環形突出物である。前記第二突出部２１４２と前記第一突出部２２０２との対向する表面は、互いに平行する。前記電界放出ユニット２１６の電界放出体２１６２は、前記第一突出部２２０２の前記第二突出部２１４２に対向する表面に垂直に延伸する。
【００４７】
（実施例３）
図６を参照すると、本実施例は、電界放出装置３００を提供する。本実施例の電界放出装置３００は実施例１の電界放出装置１００と比べて、次の異なる点がある。本実施例において、第二絶縁隔離層３２１の厚さが５００μｍより大きい。前記第二絶縁隔離層３２１の第三スルーホール３２１２の壁に、二次電子放出材料が堆積されている。好ましくは、前記第三スルーホール３２１２の孔径が、陰極３１４からグリッド電極３２２に向かう方向に、次第に減少している。前記グリッド電極３２２は、円環状導電層である。前記円環状グリッド電極３２２の円孔の直径は、前記第三スルーホール３２１２の前記グリッド電極３２２に隣接する端部の直径と同じであることができる。
【００４８】
（実施例４）
図７を参照すると、本実施例は、電界放出装置４００を提供する。前記電界放出装置４００は、実施例１の電界放出装置１００と比べて、次の異なる点がある。前記電界放出装置４００は、更に一つの二次電子増強電極４２４及び一つの第三絶縁隔離層４２６を含む。前記二次電子増強電極４２４及び第三絶縁隔離層４２６は、前記第二絶縁隔離層４２１と前記グリッド電極４２２の間に、配置されている。前記二次電子増強電極４２４は、グリッド電極４２２と前記第三絶縁隔離層４２６によって電気的に絶縁される。
【００４９】
前記二次電子増強電極４２４は、導電層であり、その厚さは５００μｍより大きい。前記二次電子増強電極４２４は、第四スルーホール４２４０を含む。前記第四スルーホール４２４０は、陰極４１４の第一スルーホール４１４０に対応して配置される。前記二次電子増強電極４２４の第四スルーホール４２４０の壁に、二次電子放出材料層４２４２が堆積されている。前記二次電子増強電極４２４の第四スルーホール４２４０の壁が凹凸構造を有することができる。前記第三絶縁隔離層４２６も、第四スルーホール４２４０と対応する開口（図示せず）を有する。前記電界放出装置４００を使用する場合に、電子引き出し電極４１８に印加する電圧は、前記陰極４１４に印加する電圧より高い。前記二次電子増強電極４２４に印加する電圧は、電子引き出し電極４１８に印加する電圧より高い。前記グリッド電極４２２に印加する電圧は、前記二次電子増強電極４２４に印加する電圧より高い。
【００５０】
（実施例５）
図８を参照すると、本実施例は、電界放出装置５００を提供する。前記電界放出装置５００は、実施例１の電界放出装置１００と比べて、次の異なる点がある。更に、前記電界放出装置５００は、陽極５３０を含む。前記陽極５３０は、陰極５１４と間隔をおいて配置される。前記陰極５１４は、前記陽極５３０と電子引き出し電極５１８の間に配置される。グリッド電極５２２は、前記陰極５１４と前記陽極５３０の間に配置されている。前記陽極５３０は、導電層であり、酸化インジウムスズ、金属又はカーボンナノチューブからなる。本実施例において、前記陽極５３０は、酸化インジウムスズからなる。前記電界放出装置５００を使用する場合に、電子引き出し電極５１８に印加する電圧は、陰極５１４に印加する電圧より高い。グリッド電極５２２に印加する電圧は、前記電子引き出し電極５１８に印加する電圧より高い。前記陽極５３０に印加する電圧は、前記グリッド電極５２２に印加する電圧より高い。
【符号の説明】
【００５１】
１００、２００、３００、４００、５００ 電界放出装置
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０ 絶縁基板
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０ 二次電子放出層
１１８、２１８、３１８、４１８、５１８ 電子引き出し電極
１１２、２１２、３１２、４１２、５１２ 第一絶縁隔離層
１１２０ 第二スルーホール
１１６、２１６、３１６、４１６、５１６ 電界放出ユニット
１１４、２１４、３１４、４１４、５１４ 陰極
１１６２、２１６２ 電界放出体
１１６４、２１６４ 電界放出部
１２１、２２１、３２１、４２１、５２１ 第二絶縁隔離層
１２２、２２２、３２２、４２２、５２２ グリッド電極
１１４０、２１４０、４１４０ 第一スルーホール
１２１２、３２１２ 第三スルーホール
１１５０ 電子放出部
１１５ 陰極板
２１４２ 第二突出部
２２０２ 第一突出部
４２４０ 第四スルーホール
３２１４、４２４２ 二次電子放出材料層
４２６ 第三絶縁隔離層
４２４ 二次電子増強電極
５３０ 陽極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放出装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電界放出装置は、電界放出電子部品であり、例えば電界放出表示装置（ＣＮＴ‐ＦＥＤ）などの重要な素子として利用されている。
【０００３】
従来の電界放出装置は、絶縁基板と、前記絶縁基板に配置された陰極と、前記陰極の上に配置された複数の電界放出体と、貫通孔を含む絶縁隔離層と、陽極と、を含む。前記絶縁隔離層は、前記絶縁基板に配置され、前記電界放出体は、前記絶縁隔離層の貫通孔によって露出される。前記陽極と陰極は、間隔おいて対向するように配置される。前記陽極と陰極の間に電圧を印加すると、その間に電場が形成される。これにより、前記電界放出体から電子が放出され、前記電子は、前記絶縁隔離層の貫通孔を通じて陽極に到達する。前記電界放出装置の内部が、真空環境である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記電界放出装置の内部の真空環境が、完全な真空環境ではないので、前記電界放出装置の内部に少量の気体分子が存在する。前記電界放出体から放出された電子が、前記真空環境で移動している少量の気体分子と衝突し、これにより前記気体分子が解離されてイオンになる。且つ、該イオンは、低電位である陰極の方向に運動する。この場合、前記電界放出体は、前記絶縁隔離層の貫通孔で露出しており、前記電界放出体は前記イオンに衝突されやすい。従って、前記電界放出体が破壊されるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、前記課題を解決するために、本発明は、電界放出体にイオンが衝突することを防止できる電界放出装置及びその製造方法を提供する。
【０００６】
本発明の電界放出装置は、絶縁基板と、電子引き出し電極と、二次電子放出層と、陰極板と、電界放出ユニットと、を含む。前記電子引き出し電極及び二次電子放出層は、前記絶縁基板の一つの表面に順次的に配置される。前記陰極板は、一つの第一絶縁隔離層によって前記電子引き出し電極と間隔をおいて絶縁的に配置される。前記陰極板の少なくとも一部が前記二次電子放出層と対向する。前記陰極板は、少なくとも一つの電子放出部を含む。前記電界放出ユニットは、前記陰極板の前記二次電子放出層と対向する一部表面に配置される。
【０００７】
前記電界放出ユニットは、複数の電界放出体を含み、各々の電界放出体は、電界放出部を含み、前記電界放出部は、前記二次電子放出層と対向し、前記電界放出部と前記二次電子放出層の間の最大距離が電子とガス分子の平均自由行程より小さい。
【０００８】
本発明の電界放出装置の製造方法は、絶縁基板を設置する第一ステップと、前記絶縁基板の一つの表面に電子引き出し電極及び二次電子放出層を順に形成する第二ステップと、前記絶縁基板の前記電子引き出し電極が形成された表面に、第二スルーホールを有する第一絶縁隔離層を形成し、前記第二スルーホールにより、前記二次電子放出層の表面の一部を露出させる第三ステップと、電子放出部を含む陰極板を設置する第四ステップと、前記陰極板の前記電子放出部に近い表面に、電界放出ユニットを形成する第五ステップと、前記陰極板を前記第一絶縁隔離層の前記絶縁基板と反対側の表面に固定し、前記第二スルーホールを前記電子放出部の一部と重畳させ、前記電界放出ユニットの少なくとも一部が前記二次電子放出層に対向する第六ステップと、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
従来の技術と比べて、本発明の電界放出装置において、前記電界放出ユニットは、前記陰極板の前記二次電子放出層と対向する一部表面に配置されており、電界放出表示装置などの陽極又はグリッド電極の電圧が前記電界放出装置の電子引き出し電極及び陰極の電圧より更に高いので、前記電子引き出し電極及び陰極の間の電場を、グリッド電極及び電子引き出し電極の間の電場又は陽極及び電子引き出し電極の間の電場に比べて、小さくすることができる。前記電界放出体から放出された電子が、前記真空環境で移動している少量の気体分子と衝突し、これにより前記気体分子が解離されてイオンになって、前記イオンは前記電子引き出し電極に向かって移動するので、前記電界放出体に前記イオンが衝突しない。これにより、前記電界放出装置の寿命が長くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係る電界放出装置の構造を示す図である。
【図２】図１のＩＩ‐ＩＩに沿って切断した断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ‐ＩＩＩに沿って切断した断面図である。
【図４】図１に示す電界放出装置の製造工程を示す図である。
【図５】本発明の実施例２に係る電界放出装置の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例３に係る電界放出装置の構造を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例４に係る電界放出装置の構造を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例５に係る電界放出装置の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１２】
（実施例１）
図１〜図３を参照すると、本実施例は、電界放出装置１００を提供する。前記電界放出装置１００は、絶縁基板１１０と、第一絶縁隔離層１１２と、陰極１１４と、電界放出ユニット１１６と、電子引き出し電極１１８と、二次電子放出層１２０と、第二絶縁隔離層１２１と、グリッド電極１２２と、を含む。前記電子引き出し電極１１８は、前記絶縁基板１１０の一つの表面（図示せず）に配置される。前記二次電子放出層１２０は、前記電子引き出し電極１１８の前記絶縁基板１１０と反対側の表面に配置される。前記陰極１１４は、第一絶縁隔離層１１２によって前記電子引き出し電極１１８と間隔をおいて対向して配置される。前記電子引き出し電極１１８は、前記陰極１１４及び前記絶縁基板１１０の間に配置されている。前記陰極１１４に一つの第一スルーホール１１４０が形成されている。前記陰極１１４の第一スルーホール１１４０は、前記電子引き出し電極１１８と対向するように配置される。前記電界放出ユニット１１６は、前記陰極１１４の前記電子引き出し電極１１８と対向する表面に配置される。前記グリッド電極１２２は、前記第二絶縁隔離層１２１によって前記陰極１１４と間隔をおいて配置される。前記電界放出ユニット１１６から放出された電子が、前記二次電子放出層１２０に衝突して二次電子が生じる。前記二次電子放出層１２０から放出された二次電子は、前記グリッド電極１２２の作用で前記陰極１１４の第一スルーホール１１４０から放出される。
【００１３】
前記絶縁基板１１０は、シリコン、ガラス、セラミックス、酸化珪素、ポリマーなどの絶縁材料からなる。前記絶縁基板１１０の形状は、円形、方形、矩形である。本実施例において、前記絶縁基板１１０は、厚さが１ｍｍであり、辺長が１０ｍｍの方形ガラス基板である。
【００１４】
前記電子引き出し電極１１８は、金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又は導電ペーストからなる導電層である。前記金属は、銅、アルミニウム、金、銀又は鉄である。前記導電ペーストは、金属粉末、低融点ガラス粉末及び接着剤を含む。ここで、前記金属粉末が銀の粉末であり、前記接着剤がテルピネオール又はエチルセルロースであることが好ましい。前記導電ペーストにおける前記金属粉の質量パーセンテージの含有量は５０％〜９０％であり、前記低融点ガラスパウダーの質量パーセンテージの含有量は２％〜１０％であり、前記接着剤の質量パーセンテージの含有量は１０％〜４０％である。前記絶縁基板１１０は、シリコンからなる場合、前記電子引き出し電極１１８は、ドープシリコンであることができる。本実施例において、前記電子引き出し電極１１８は、厚さが２０μｍの円形のアルミニウムフィルムである。前記アルミニウムフィルムは、マグネトロンスパッタリング方法によって前記絶縁基板１１０に堆積されている。
【００１５】
前記二次電子放出層１２０及び前記電子引き出し電極１１８は、積層されている。前記電子引き出し電極１１８は、前記二次電子放出層１２０と前記絶縁基板１１０の間に位置する。前記二次電子放出層１２０は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ベリリウム酸化物（ＢｅＯ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化ベリリウム（ＢｅＦ２）、セシウム酸化物（ＣｓＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、銀の酸素セシウム（ＡｇＯＣｓ）、アンチモニー・セシウム合金、銀のマグネシウム合金、ニッケル・ベリリウムの合金、銅のベリリウムの合金またはアルミニウム・マグネシウム合金からなる。前記二次電子放出層１２０の前記電界放出ユニット１１６に対向する表面は、凹凸構造を有する曲面であることができる。本実施例において、前記二次電子放出層１２０は、厚さが２０μｍの円形の酸化バリウムフィルムである。
【００１６】
前記陰極１１４の少なくとも一部が前記二次電子放出層１２０と対向する。前記陰極１１４は、銅、アルミニウム、金、銀などの金属、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又は導電ペーストからなる。前記陰極１１４は、少なくとも一つの孔を含む平板であり、又は、間隔をおいて配列する複数のストリップ状体からなるものである。この場合、前記第一スルーホール１１４０は、前記平板の孔又は前記複数のストリップ状体の間の隙間である。本実施例において、前記陰極１１４は、円形孔を有するアルミニウム導電層である。
【００１７】
前記第一絶縁隔離層１１２を、前記陰極１１４と前記電子引き出し電極１１８の間に配置することにより、前記陰極１１４と前記電子引き出し電極１１８を電気的に絶縁させる。前記第一絶縁隔離層１１２は、感光乳剤、ガラス、酸化物、セラミックス又は酸化珪素などの絶縁材料からなる。前記酸化物は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム又はビスマス酸化物である。前記第一絶縁隔離層１１２は、前記絶縁基板１１０、前記電子引き出し電極１１８又は前記二次電子放出層１２０に配置されることができる。前記第一絶縁隔離層１１２に少なくとも一つの第二スルーホール１１２０が形成されている。前記スルーホール１１２０によって前記二次電子放出層１２０の一部を露出させる。前記第一絶縁隔離層１１２も、少なくとも一つの孔を含む平板であり、又は、間隔をおいて配列する複数のストリップ状体からなるものである。この場合、前記第二スルーホール１１２０は、前記平板の孔又は前記複数のストリップ状体の間の隙間である。前記第一絶縁隔離層１１２の第二スルーホール１１２０は、前記陰極１１４の少なくとも一部に対向する。前記陰極１１４の少なくとも一部は、前記第二スルーホール１１２０によって前記二次電子放出層１２０と対向する。前記第一絶縁隔離層１１２の第二スルーホール１１２０は、前記陰極１１４の第一スルーホール１１４０の少なくとも一部と重畳する。前記第一スルーホール１１４０と第二スルーホール１１２０とが重畳した部分から、電子が放出されることができる。本実施例において、前記第一絶縁隔離層１１２は、ＳＵ−８感光乳剤からなり、その厚さが１００μｍである円環状物であり、前記第一絶縁隔離層１１２は、直接的に前記絶縁基板１１０に配置されている。前記陰極１１４の第一スルーホール１１４０が、前記第一絶縁隔離層１１２の第二スルーホール１１２０の内部領域に位置する。
【００１８】
前記グリッド電極１２２は、前記陰極１１４の前記前記絶縁基板１１０と反対側の表面に配置され、前記第二絶縁隔離層１２１によって前記陰極１１４と電気的に絶縁される。前記グリッド電極１２２は、均一的に分布された複数の微孔を有するネット状構造体である。前記グリッド電極１２２は、金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又は導電ペーストからなる。前記グリッド電極１２２の微孔の孔径が３μｍ〜１０００μｍである。前記グリッド電極１２２と前記陰極１１４の間の距離は、１０μｍより大きい。本実施例において、前記グリッド電極１２２は、ステンレス鋼ネットである。更に、前記ステンレス鋼ネットに二次電子放出材料を堆積させて、前記電界放出装置１００の電界放出電流密度を増強させることができる。
【００１９】
前記第二絶縁隔離層１２１は、前記前記グリッド電極１２２と前記陰極１１４の間に配置される。前記第二絶縁隔離層１２１の材料及び形成方法は前記第一絶縁隔離層１１２の材料及び形成方法と同じである。前記第二絶縁隔離層１２１は層状構造を有し、その形状と寸法が前記陰極１１４に対応する。前記第二絶縁隔離層１２１に少なくとも一つの第三スルーホール１２１２が形成されている。前記第三スルーホール１２１２の少なくとも一部は、第一スルーホール１１４０と第二スルーホール１１２０とに重畳する。更に、前記第二絶縁隔離層１２１の前記第三スルーホール１２１２に対応する壁に、二次電子放出材料を堆積することができる。この場合、前記第二絶縁隔離層１２１の厚さが５００μｍ〜１０００μｍである。これにより、前記第二絶縁隔離層１２１の前記第三スルーホール１２１２に対応する壁の二次電子放出材料の面積を増大させる。更に、前記第二絶縁隔離層１２１の前記第三スルーホール１２１２に対応する壁を凹凸構造に形成することにより、前記第二絶縁隔離層１２１の前記第三スルーホール１２１２に対応する壁の二次電子放出材料の面積を増大させることができる。
【００２０】
前記電界放出ユニット１１６は前記二次電子放出層１２０に対向して、前記陰極１１４の前記第二絶縁隔離層１２１と反対側の表面に配置される。好ましくは、前記電界放出ユニット１１６は、前記陰極１１４の第一スルーホール１１４０の近くに配置される。前記電界放出ユニット１１６は、複数の尖端を有する電界放出体１１６２を含む。前記電界放出体１１６２は、カーボンナノチューブ、ナノ炭素繊維又はシリコンナノラインである。各々の前記電界放出体１１６２は、一つの電界放出部１１６４を含んで、前記電界放出部１１６４は前記二次電子放出層１２０に向いている。各々の前記電界放出体１１６２の表面に保護層（図示せず）を形成することができる。前記保護層は、ジルコニウム炭化物、ハフニウム炭化物及びランタン六ホウ化物など抗イオン衝撃材料の一種又は数種からなる。本実施例において、前記電界放出ユニット１１６は、輪状カーボンナノチューブ導電ペーストであり、その外径が前記二次電子放出層１２０の直径と同じ、又は該直径よりも小さく、その内径が前記陰極１１４の第一スルーホール１１４０の直径と同じ、又は該直径よりも大きい。
【００２１】
前記電界放出部１１６４と前記二次電子放出層１２０の間の距離は、ガス分子及び自由電子の平均自由行程より小さい。従って、前記電界放出体１１６２から放出された電子は、前記電界放出部１１６４と前記二次電子放出層１２０の間のガス分子と衝突する前に前記二次電子放出層１２０に衝突する。これにより、前記電界放出体１１６２から放出された電子と、前記電界放出部１１６４と前記二次電子放出層１２０の間のガス分子とが衝突する可能性が下がる。即ち、前記ガス分子が電離される可能性が下がる。従って、前記電界放出体１１６２に、前記イオンが衝突し前記電界放出体１１６２が損傷することを防止できる。
【００２２】
ここで、ガス分子の平均自由行程
【数１】
が次の公式（１）を満足し、ガス分子及び自由電子の間の平均自由行程
【数２】
が次の公式（２）を満足する。
【００２３】
【数３】
【００２４】
【数４】
【００２５】
上記公式（１）において、ｋはボルツマン定数であり、且つｋは、次の公式（３）を満足する。
【００２６】
【数５】
【００２７】
ここで、Ｔは絶対温度であり、ｄはガス分子の有効直径であり、Ｐはガス圧力である。本実施例において、前記ガスは、窒素であり、その絶対温度Ｔは３００Ｋである。ガス圧力Ｐが１トルである場合、前記窒素のガス分子の平均自由行程
【数６】
が５０μｍであり、該ガス分子及び自由電子の間の平均自由行程
【数７】
が２８３μｍである。前記電界放出部１１６４と前記二次電子放出層１２０の間の距離が十分に小さい場合、前記電界放出装置１００は、低真空又は不活性ガス環境下の作業でも破損されない。本実施例において、前記電界放出部１１６４と前記二次電子放出層１２０の間の距離は、１０μｍ〜３０μｍであり、前記電界放出装置１００は、ガス圧力Ｐが９トル〜２７トルの低真空環境下で作業することができる。
【００２８】
前記電界放出装置１００を使用する場合、前記電子引き出し電極１１８に印加する電圧は、前記陰極１１４に印加する電圧より高い。前記グリッド電極１２２に印加する電圧は、前記電子引き出し電極１１８に印加する電圧より高い。本実施例において、前記陰極１１４に印加する電圧は、ゼロであり、前記電子引き出し電極１１８に印加する電圧は、１００Ｖであり、前記グリッド電極１２２に印加する電圧は、５００Ｖである。前記電界放出体１１６２は、前記電子引き出し電極１１８及び前記陰極１１４の間の電場の作用で、複数の電子を放出する。前記電界放出体１１６２からの電子が前記二次電子放出層１２０に衝突して、前記二次電子放出層１２０から複数の二次電子を放出させることができる。前記二次電子が、前記陰極１１４及び前記グリッド電極１２２の間の電場の作用で、前記電子放出部１１５０によって放出される。
【００２９】
図４を参照すると、前記電界放出装置１００の製造方法は、絶縁基板１１０を設置するステップ（ａ）と、前記絶縁基板１１０の一つの表面に電子引き出し電極１１８を形成するステップ（ｂ）と、前記電子引き出し電極１１８の前記絶縁基板１１０と反対側の表面に二次電子放出層１２０を形成するステップ（ｃ）と、前記絶縁基板１１０の前記電子引き出し電極１１８が形成された表面に、第二スルーホール１１２０を有する第一絶縁隔離層１１２を形成し、前記第二スルーホール１１２０により、前記二次電子放出層１２０の表面の一部を露出させるステップ（ｄ）と、電子放出部１１５０を含む陰極板１１５を設置するステップ（ｅ）と、前記陰極板１１５の前記電子放出部１１５０に近い表面に、電界放出ユニット１１６を形成するステップ（ｆ）と、前記陰極板１１５を前記第一絶縁隔離層１１２の前記絶縁基板１１０と反対側の表面に固定し、前記第二スルーホール１１２０を前記電子放出部１１５０の一部と重畳させ、前記電界放出ユニット１１６の少なくとも一部が前記二次電子放出層１２０に対向するステップ（ｇ）と、前記陰極板１１５の前記電子引き出し電極１１８と反対側の表面にグリッド電極１２２を設置するステップ（ｈ）と、を含む。
【００３０】
前記ステップ（ｂ）において、前記電子引き出し電極１１８は、電気めっき、化学めっき、真空めっき、マグネトロンスパッタリングなどの方法によって形成される。本実施例において、前記電子引き出し電極１１８は、マグネトロンスパッタリング方法によって前記絶縁基板１１０に形成された円形のアルミニウムフィルムである。
【００３１】
前記ステップ（ｃ）において、前記二次電子放出層１２０は、電気めっき、化学めっき、真空めっき、マグネトロンスパッタリング、コーティング、熱堆積などの方法によって形成される。本実施例において、前記二次電子放出層１２０は、コーティング方法によって前記電子引き出し電極１１８に形成された円形の酸化バリウムフィルムである。
【００３２】
前記ステップ（ｄ）において、前記第一絶縁隔離層１１２は、スクリーン印刷、スピンコーティング、厚膜技術などの方法によって形成される。前記第一絶縁隔離層１１２は、前記絶縁基板１１０、前記電子引き出し電極１１８又は前記二次電子放出層１２０に形成することができる。本実施例において、前記第一絶縁隔離層１１２は、スクリーン印刷によって絶縁基板１１０に形成されている。
【００３３】
前記ステップ（ｅ）において、前記陰極板１１５は、第二絶縁隔離層１２１及び陰極１１４を含む。前記第二絶縁隔離層１２１及び陰極１１４は積層されている。前記陰極１１４は、導電層又は絶縁層の外側に導電材料を被覆させて形成した自立構造の薄膜である。前記陰極板１１５は次の階段によって形成される。第一階段において、第三スルーホール１２１２を含む第二絶縁隔離層１２１を形成する。第二階段において、前記第二絶縁隔離層１２１の一つの表面に第一スルーホール１１４０を含む陰極１１４を積層する。
【００３４】
前記第一階段において、前記第二絶縁隔離層１２１は、少なくとも一つの孔を含む平板であり、又は、間隔をおいて配列する複数のストリップ状体からなるものである。この場合、前記第三スルーホール１２１２は、前記平板の孔又は前記複数のストリップ状体の間の隙間である。本実施例において、前記第二絶縁隔離層１２１は、前記第三スルーホール１２１２としての直通穴を有する輪形のガラス板である。
【００３５】
前記第二階段において、前記陰極１１４は、スクリーン印刷、電気めっき、ＣＶＤ、マグネトロンスパッタリング、回転コーティング又は熱堆積などの方法によって形成された導電層である。本実施例において、前記陰極１１４は、マグネトロンスパッタリング方法によって前記第二絶縁隔離層１２１に形成された輪形のアルミニウム層である。前記第一スルーホール１１４０及び第三スルーホール１２１２の少なくとも一部を重畳させることにより、前記電子放出部１１５０を形成する。本実施例において、前記第一スルーホール１１４０と第三スルーホール１２１２とを、完全に重畳させる。
【００３６】
前記ステップ（ｆ）において、前記電界放出ユニット１１６は、カーボンナノチューブ導電ペーストを印刷して形成し、又は化学気相堆積法によって形成する。本実施例において、前記電界放出ユニット１１６の形成方法は、前記陰極１１４に輪形の導電ペースト層を堆積するステップ（ｆ１）と、３００℃〜４００℃の温度で前記導電ペースト層を乾燥するステップ（ｆ２）と、３００℃〜４００℃の温度で前記導電ペースト層を焼結（ｂａｋｉｎｇ）するステップ（ｆ３）と、前記導電ペースト層を冷却して前記電界放出ユニット１１６を形成するステップ（ｆ４）と、を含む。
【００３７】
前記ステップ（ｆ１）において、前記カーボンナノチューブ導電ペースト層は、スクリーン印刷方法によって前記陰極１１４に堆積される。前記カーボンナノチューブ導電ペーストは、カーボンナノチューブ、低融点ガラス粉末及び有機基材を含む。本実施例において、前記カーボンナノチューブの直径が１ｎｍ〜１０ｎｍであり、その長さが５μｍ〜１５μｍである。前記低融点ガラス粉末の直径が１０ｎｍより小さい。前記有機基材は、テルピネオール、エチルセルロース及びセバシン酸ジブチルを含む。前記テルピネオール、エチルセルロース及びセバシン酸ジブチルの重量比が１８０：１１：１０である。
【００３８】
前記ステップ（ｆ２）において、前記有機基材を揮発させる。本実施例において、真空環境、３５０℃の温度で前記導電ペースト層を２０分間焼結する。
【００３９】
前記ステップ（ｆ３）において、前記低融点ガラス粉末が融化される。本実施例において、真空環境、４３０℃の温度で前記導電ペースト層を３０分間焼結する。
【００４０】
前記ステップ（ｆ４）において、前記融化されたガラス粉末を凝固させることにより、前記カーボンナノチューブを前記陰極１１４に固定させる。
【００４１】
更に、前記ステップ（ｆ）は、前記ステップ（ｆ４）の後、前記電界放出ユニット１１６を表面処理するステップ（ｆ５）を含むことができる。前記電界放出ユニット１１６を表面処理する方法は、プラズマエッチング、レーザーエッチング又は接着テープピーリングなどがある。本実施例において、前記電界放出ユニット１１６の表面を、接着テープによってピーリングすることにより、前記電界放出ユニット１１６のカーボンナノチューブを前記電界放出ユニット１１６の表面に対して垂直に配置し、均一的に分散させることができる。
【００４２】
更に、前記ステップ（ｆ）は、前記ステップ（ｆ５）後、前記電界放出ユニット１１６に保護層を被覆するステップ（ｆ６）を含むことができる。前記保護層は、ジルコニウム炭化物、ハフニウム炭化物及びランタン六ホウ化物など抗イオン衝撃材料の一種又は数種からなる。本実施例において、前記保護層は、前記電界放出ユニット１１６に露出した各々のカーボンナノチューブの表面を覆っている。
【００４３】
前記ステップ（ｇ）において、前記電子放出部１１５０及び第二スルーホール１１２０の少なくとも一部を、重畳させる。本実施例において、前記陰極板１１５を前記第一絶縁隔離層１１２の前記絶縁基板１１０と反対側の表面に固定する場合、前記電子放出部１１５０の全体が前記第二スルーホール１１２０の中に位置する。
【００４４】
前記ステップ（ｈ）において、前記グリッド電極１２２は、スクリーン印刷、電気めっき、ＣＶＤ、マグネトロンスパッタリング、コーティング、熱堆積方法によって形成され、又は、メタルメッシュを直接的に前記第二絶縁隔離層１２１に設置してなるものであることができる。本実施例において、前記グリッド電極１２２は、ステンレス鋼ネットを直接的に前記第二絶縁隔離層１２１に設置して形成したものである。
【００４５】
（実施例２）
図５を参照すると、本実施例は、電界放出装置２００を提供する。本実施例の電界放出装置２００は実施例１の電界放出装置１００と比べて、次の異なる点がある。本実施例の二次電子放出層２２０において、陰極２１４の第一スルーホール２１４０に対向する領域に、少なくとも一つの第一突出部２２０２が形成されている。前記陰極２１４の、前記二次電子放出層２２０の第一突出部２２０２に対向する領域に、少なくとも一つの第二突出部２１４２が形成されている。前記電界放出ユニット２１６は、前記陰極２１４の第二突出部２１４２に配置されて、且つ前記電界放出ユニット２１６の電界放出体２１６２は前記第一突出部２２０２に向いている。
【００４６】
前記第一突出部２２０２は、円錐体であるが、前記第二突出部２１４２は、前記第一突出部２２０２の周囲を囲う環形突出物である。前記第二突出部２１４２と前記第一突出部２２０２との対向する表面は、互いに平行する。前記電界放出ユニット２１６の電界放出体２１６２は、前記第一突出部２２０２の前記第二突出部２１４２に対向する表面に垂直に延伸する。
【００４７】
（実施例３）
図６を参照すると、本実施例は、電界放出装置３００を提供する。本実施例の電界放出装置３００は実施例１の電界放出装置１００と比べて、次の異なる点がある。本実施例において、第二絶縁隔離層３２１の厚さが５００μｍより大きい。前記第二絶縁隔離層３２１の第三スルーホール３２１２の壁に、二次電子放出材料が堆積されている。好ましくは、前記第三スルーホール３２１２の孔径が、陰極３１４からグリッド電極３２２に向かう方向に、次第に減少している。前記グリッド電極３２２は、円環状導電層である。前記円環状グリッド電極３２２の円孔の直径は、前記第三スルーホール３２１２の前記グリッド電極３２２に隣接する端部の直径と同じであることができる。
【００４８】
（実施例４）
図７を参照すると、本実施例は、電界放出装置４００を提供する。前記電界放出装置４００は、実施例１の電界放出装置１００と比べて、次の異なる点がある。前記電界放出装置４００は、更に一つの二次電子増強電極４２４及び一つの第三絶縁隔離層４２６を含む。前記二次電子増強電極４２４及び第三絶縁隔離層４２６は、前記第二絶縁隔離層４２１と前記グリッド電極４２２の間に、配置されている。前記二次電子増強電極４２４は、グリッド電極４２２と前記第三絶縁隔離層４２６によって電気的に絶縁される。
【００４９】
前記二次電子増強電極４２４は、導電層であり、その厚さは５００μｍより大きい。前記二次電子増強電極４２４は、第四スルーホール４２４０を含む。前記第四スルーホール４２４０は、陰極４１４の第一スルーホール４１４０に対応して配置される。前記二次電子増強電極４２４の第四スルーホール４２４０の壁に、二次電子放出材料層４２４２が堆積されている。前記二次電子増強電極４２４の第四スルーホール４２４０の壁が凹凸構造を有することができる。前記第三絶縁隔離層４２６も、第四スルーホール４２４０と対応する開口（図示せず）を有する。前記電界放出装置４００を使用する場合に、電子引き出し電極４１８に印加する電圧は、前記陰極４１４に印加する電圧より高い。前記二次電子増強電極４２４に印加する電圧は、電子引き出し電極４１８に印加する電圧より高い。前記グリッド電極４２２に印加する電圧は、前記二次電子増強電極４２４に印加する電圧より高い。
【００５０】
（実施例５）
図８を参照すると、本実施例は、電界放出装置５００を提供する。前記電界放出装置５００は、実施例１の電界放出装置１００と比べて、次の異なる点がある。更に、前記電界放出装置５００は、陽極５３０を含む。前記陽極５３０は、陰極５１４と間隔をおいて配置される。前記陰極５１４は、前記陽極５３０と電子引き出し電極５１８の間に配置される。グリッド電極５２２は、前記陰極５１４と前記陽極５３０の間に配置されている。前記陽極５３０は、導電層であり、酸化インジウムスズ、金属又はカーボンナノチューブからなる。本実施例において、前記陽極５３０は、酸化インジウムスズからなる。前記電界放出装置５００を使用する場合に、電子引き出し電極５１８に印加する電圧は、陰極５１４に印加する電圧より高い。グリッド電極５２２に印加する電圧は、前記電子引き出し電極５１８に印加する電圧より高い。前記陽極５３０に印加する電圧は、前記グリッド電極５２２に印加する電圧より高い。
【符号の説明】
【００５１】
１００、２００、３００、４００、５００ 電界放出装置
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０ 絶縁基板
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０ 二次電子放出層
１１８、２１８、３１８、４１８、５１８ 電子引き出し電極
１１２、２１２、３１２、４１２、５１２ 第一絶縁隔離層
１１２０ 第二スルーホール
１１６、２１６、３１６、４１６、５１６ 電界放出ユニット
１１４、２１４、３１４、４１４、５１４ 陰極
１１６２、２１６２ 電界放出体
１１６４、２１６４ 電界放出部
１２１、２２１、３２１、４２１、５２１ 第二絶縁隔離層
１２２、２２２、３２２、４２２、５２２ グリッド電極
１１４０、２１４０、４１４０ 第一スルーホール
１２１２、３２１２ 第三スルーホール
１１５０ 電子放出部
１１５ 陰極板
２１４２ 第二突出部
２２０２ 第一突出部
４２４０ 第四スルーホール
３２１４、４２４２ 二次電子放出材料層
４２６ 第三絶縁隔離層
４２４ 二次電子増強電極
５３０ 陽極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板を設置する第一ステップと、
前記絶縁基板の一つの表面に電子引き出し電極及び二次電子放出層を順に形成する第二ステップと、
前記絶縁基板の前記電子引き出し電極が形成された表面に、第二スルーホールを有する第一絶縁隔離層を形成し、前記第二スルーホールにより、前記二次電子放出層の表面の一部を露出させる第三ステップと、
電子放出部を含む陰極板を設置する第四ステップと、
前記陰極板の前記電子放出部に近い表面に、電界放出ユニットを形成する第五ステップと、
前記陰極板を前記第一絶縁隔離層の前記絶縁基板と反対側の表面に固定し、前記第二スルーホールを前記電子放出部の一部と重畳させ、前記電界放出ユニットの少なくとも一部を前記二次電子放出層に対向させる第六ステップと、
を含むことを特徴とする電界放出装置の製造方法。
【請求項２】
絶縁基板と、電子引き出し電極と、二次電子放出層と、陰極板と、電界放出ユニットと、を含む電界放出装置であって、
前記電子引き出し電極及び二次電子放出層は、前記絶縁基板の一つの表面に順に配置され、
前記陰極板は、一つの第一絶縁隔離層によって前記電子引き出し電極と間隔をおいて絶縁的に配置され、
前記陰極板の少なくとも一部が前記二次電子放出層に対向し、
前記陰極板は、少なくとも一つの電子放出部を含み、
前記電界放出ユニットは、前記陰極板の前記二次電子放出層に対向する表面に配置されることを特徴とする電界放出装置。
【請求項３】
前記電界放出ユニットは、複数の電界放出体を含み、各々の前記電界放出体は、電界放出部を含み、前記電界放出部は、前記二次電子放出層と対向し、前記電界放出部と前記二次電子放出層の間の最大距離が電子とガス分子の平均自由行程より小さいことを特徴とする、請求項２に記載の電界放出装置。
【請求項１】
絶縁基板を設置する第一ステップと、
前記絶縁基板の一つの表面に電子引き出し電極及び二次電子放出層を順に形成する第二ステップと、
前記絶縁基板の前記電子引き出し電極が形成された表面に、第二スルーホールを有する第一絶縁隔離層を形成し、前記第二スルーホールにより、前記二次電子放出層の表面の一部を露出させる第三ステップと、
電子放出部を含む陰極板を設置する第四ステップと、
前記陰極板の前記電子放出部に近い表面に、電界放出ユニットを形成する第五ステップと、
前記陰極板を前記第一絶縁隔離層の前記絶縁基板と反対側の表面に固定し、前記第二スルーホールを前記電子放出部の一部と重畳させ、前記電界放出ユニットの少なくとも一部を前記二次電子放出層に対向させる第六ステップと、
を含むことを特徴とする電界放出装置の製造方法。
【請求項２】
絶縁基板と、電子引き出し電極と、二次電子放出層と、陰極板と、電界放出ユニットと、を含む電界放出装置であって、
前記電子引き出し電極及び二次電子放出層は、前記絶縁基板の一つの表面に順に配置され、
前記陰極板は、一つの第一絶縁隔離層によって前記電子引き出し電極と間隔をおいて絶縁的に配置され、
前記陰極板の少なくとも一部が前記二次電子放出層に対向し、
前記陰極板は、少なくとも一つの電子放出部を含み、
前記電界放出ユニットは、前記陰極板の前記二次電子放出層に対向する表面に配置されることを特徴とする電界放出装置。
【請求項３】
前記電界放出ユニットは、複数の電界放出体を含み、各々の前記電界放出体は、電界放出部を含み、前記電界放出部は、前記二次電子放出層と対向し、前記電界放出部と前記二次電子放出層の間の最大距離が電子とガス分子の平均自由行程より小さいことを特徴とする、請求項２に記載の電界放出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２４３５５７（Ｐ２０１１−２４３５５７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９３１９３（Ｐ２０１０−２９３１９３）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
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