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JP2000082384A - Electron emitting device, electron source, image forming apparatus, and method of manufacturing electron emitting device - Google Patents

Electron emitting device, electron source, image forming apparatus, and method of manufacturing electron emitting device

Info

Publication number
JP2000082384A
JP2000082384A JP25434798A JP25434798A JP2000082384A JP 2000082384 A JP2000082384 A JP 2000082384A JP 25434798 A JP25434798 A JP 25434798A JP 25434798 A JP25434798 A JP 25434798A JP 2000082384 A JP2000082384 A JP 2000082384A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electron
emitting device
voltage
thin film
conductive thin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP25434798A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisami Nakamura
久美 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP25434798A priority Critical patent/JP2000082384A/en
Publication of JP2000082384A publication Critical patent/JP2000082384A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気的な耐熱温度が高い電子放出素子を提供
する。 【解決手段】 基板上に、一対の素子電極と、素子電極
間に電子放出部を有する導電性薄膜が形成された表面伝
導型電子放出素子において、導電性薄膜が白金族元素か
ら成り、基板上の少なくとも導電性薄膜と接する表面
に、SiO2 を主たる成分とし、かつ、酸化ビスマスを
含有した下びき膜を有する。
(57) [Problem] To provide an electron-emitting device having a high electric heat resistance temperature. SOLUTION: In a surface conduction electron-emitting device in which a pair of device electrodes and a conductive thin film having an electron-emitting portion between the device electrodes are formed on a substrate, the conductive thin film is made of a platinum group element, At least on the surface in contact with the conductive thin film has a subbing film containing SiO 2 as a main component and containing bismuth oxide.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、表面伝導型電子放
出素子、該電子放出素子を用いた電子源、該電子源を用
いた画像形成装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface conduction electron-emitting device, an electron source using the electron-emitting device, and an image forming apparatus using the electron source.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、電子放出素子としては大別し
て熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた2種類
のものが知られている。冷陰極電子放出素子には電界放
出型(以下、「FE型」という。)、金属/絶縁層/金
属型(以下、「MIM型」という。)や表面伝導型電子
放出素子等がある。FE型の例としてはW.P.Dyke & W.
W.Dolan,“Field Emission”,Advance in Electoron Ph
ysics,8,89(1956)、あるいは、C.A.Spindt,“Physical
Properties of Thin-Film Field Emission Cathodes wi
th Molybdenium cones”,J.Apply.Phys.,47,5248(1976)
等に開示されたものが知られている。MIN型の例とし
てはC.A.Mead,“Operation of Tunnel-Emission Device
s”,J.Apply.Phys.,32,646(1961)等に開示されたものが
知られている。表面伝導型電子放出素子型の例として
は、M.I.Elinson,Recio Eng.ElectronPhys.,10,1290(19
65)等に開示されたものがある。表面伝導型電子放出素
子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行
に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用
するものである。この表面伝導型電子放出素子として
は、前記エリンソン等によるSnO2 薄膜を用いたも
の、Au薄膜によるもの[G.Dittmer:“Thin Solid Film
s”,9,317(1972)]、In2 3 /SnO2 薄膜によるも
の[M.Hartwell and C.G.Fonstad:“IEEE Trans.ED Con
f.”519(1975)]、カーボン薄膜によるもの[荒木久他:
真空、第26巻、第1号、22頁(1983)]等が報
告されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, two types of electron-emitting devices using a thermionic electron-emitting device and a cold-cathode electron-emitting device have been known. The cold cathode electron emitting device includes a field emission type (hereinafter, referred to as “FE type”), a metal / insulating layer / metal type (hereinafter, referred to as “MIM type”), a surface conduction type electron emitting device, and the like. An example of the FE type is WPDyke & W.
W. Dolan, “Field Emission”, Advance in Electoron Ph
ysics, 8, 89 (1956), or CASpindt, “Physical
Properties of Thin-Film Field Emission Cathodes wi
th Molybdenium cones ”, J. Apply.Phys., 47, 5248 (1976)
And the like are known. CAMead, “Operation of Tunnel-Emission Device” is an example of the MIN type.
s ”, J. Apply. Phys., 32, 646 (1961) and the like. Examples of surface conduction electron-emitting devices include MIElinson, Recio Eng. ElectronPhys., 10, 1290 ( 19
65). The surface conduction electron-emitting device utilizes the phenomenon that electron emission occurs when a current flows in a small-area thin film formed on a substrate in parallel with the film surface. Examples of the surface conduction electron-emitting device include a device using an SnO 2 thin film by Elinson et al. And a device using an Au thin film [G. Dittmer: “Thin Solid Film”.
s ”, 9,317 (1972)], using an In 2 O 3 / SnO 2 thin film [M. Hartwell and CGFonstad:“ IEEE Trans.ED Con
f. ”519 (1975)], based on carbon thin film [Hisashi Araki et al .:
Vacuum, Vol. 26, No. 1, p. 22 (1983)] and the like.

【0003】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な例としてM.ハートウェルの素子構成を図16に模式
的に示す。同図において1は基板である。4は導電性薄
膜で、H型形状のパターンに、スパッタで形成された金
属酸化物薄膜等からなり、後述の通電フォーミングと呼
ばれる通電処理により電子放出部5が形成される。尚、
図中の素子電極間隔Lは、0.5〜1mm、Wは、0.
1mmに設定されている。従来、これらの表面伝導型電
子放出素子においては、電子放出を行う前に導電性薄膜
4を予め通電フォーミングと呼ばれる通電処理によって
電子放出部5を形成するのが一般的であった。即ち、通
電フォーミングとは前記導電性薄膜4両端に直流電圧あ
るいは非常にゆっくりとした昇電圧例えば1V/分程度
を印加通電し、導電性薄膜を局所的に破壊、変形もしく
は変質せしめ、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部
5を形成することである。尚、電子放出部5は導電性薄
膜4の一部に亀裂が発生しその亀裂付近から電子放出が
行われる。前記通電フォーミング処理をした表面伝導型
電子放出素子は、上述導電性薄膜4に電圧を印加し、素
子に電流を流すことにより、上述電子放出部5より電子
を放出せしめるものである。
A typical example of these surface conduction electron-emitting devices is M. FIG. 16 schematically shows an element configuration of the Hartwell. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a substrate. Reference numeral 4 denotes a conductive thin film, which is formed of a metal oxide thin film or the like formed by sputtering in an H-shaped pattern, and the electron emitting portion 5 is formed by an energization process called energization forming described later. still,
In the figure, the element electrode interval L is 0.5 to 1 mm, and W is 0.
It is set to 1 mm. Conventionally, in these surface conduction electron-emitting devices, the electron-emitting portion 5 is generally formed by applying an energization process called energization forming to the conductive thin film 4 before emitting electrons. That is, the energization forming means applying a DC voltage or a very slowly increasing voltage, for example, about 1 V / min, to both ends of the conductive thin film 4 and energizing the conductive thin film 4 to locally destroy, deform, or alter the conductive thin film, and electrically. This is to form the electron-emitting portion 5 in a high-resistance state. In the electron emitting portion 5, a crack is generated in a part of the conductive thin film 4, and electrons are emitted from the vicinity of the crack. The surface conduction type electron-emitting device that has been subjected to the energization forming process causes the electron-emitting portion 5 to emit electrons by applying a voltage to the conductive thin film 4 and causing a current to flow through the device.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本出願人は、例えば特
開平7−235255号公報に開示されているように、
電子放出部を含む導電性薄膜を、素子電極とは別の適当
な材質により形成するのが好ましいことを報告してい
る。この導電性薄膜の材料としては、Pd等の白金族の
金属またはその酸化物が好ましく用いられる。しかしな
がら、水素ガス等、該導電性薄膜の凝集を促進するガス
を含む特定の雰囲気の下では、電気的な耐熱温度が40
0℃以下になってしまい、製造工程上の制約となる場合
があった。なお、本明細書において、「電気的な耐熱温
度」とは、導電性薄膜の凝集が進行し、導通がとれなく
なる温度のことをさす。
SUMMARY OF THE INVENTION The present applicant has disclosed, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-235255,
It has been reported that it is preferable to form a conductive thin film including an electron-emitting portion using an appropriate material different from the device electrode. As a material of the conductive thin film, a platinum group metal such as Pd or an oxide thereof is preferably used. However, under a specific atmosphere containing a gas that promotes aggregation of the conductive thin film, such as hydrogen gas, the electric heat resistant temperature is 40 ° C.
In some cases, the temperature was 0 ° C. or lower, which was a constraint on the manufacturing process. Note that, in this specification, the “electrically heat-resistant temperature” refers to a temperature at which the aggregation of the conductive thin film progresses and conduction cannot be achieved.

【0005】本発明は、電気的な耐熱温度が高い電子放
出素子を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide an electron-emitting device having a high electric heat resistance temperature.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するために鋭意検討を行って成されたものであ
り、下述する構成のものである。即ち、本発明の表面伝
導型電子放出素子は基板上に、一対の素子電極と、該素
子電極間に電子放出部を有する導電性薄膜が形成された
表面伝導型電子放出素子において、該導電性薄膜が白金
族元素から成り、前記基板上の少なくとも前記導電性薄
膜と接する表面に、SiO2 を主たる成分とし、かつ、
酸化ビスマス粒子を含有した下びき膜を有することを特
徴とする電子放出素子である。
Means for Solving the Problems The present invention has been made by intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and has the following configuration. That is, the surface conduction electron-emitting device of the present invention is a surface conduction electron-emitting device in which a pair of device electrodes and a conductive thin film having an electron-emitting portion are formed between the device electrodes. The thin film is made of a platinum group element, and at least a surface of the substrate in contact with the conductive thin film contains SiO 2 as a main component, and
An electron-emitting device comprising a subbing film containing bismuth oxide particles.

【0007】また、該導電性薄膜は、白金族元素−P
d,Pt,Ruが好ましいが、Pdが特に好ましい。
Further, the conductive thin film is made of a platinum group element -P
d, Pt, and Ru are preferred, and Pd is particularly preferred.

【0008】上記白金族化合物としては、焼成可能な錯
体または塩であれば特に制約されないが、水溶液中で安
定なアミン錯体などが好ましい。
The platinum group compound is not particularly limited as long as it is a complex or a salt which can be fired, but an amine complex which is stable in an aqueous solution is preferred.

【0009】また、下びき膜は、SiO2 膜を主たる成
分とし、内部に含まれる酸化ビスマス粒子のうち、導電
性薄膜と接する表面に存在する酸化ビスマス粒子は、導
電性薄膜に含まれる金属全体を100mol%とした場
合、1〜10mol%となることが、好ましい。
The undercoating film has a SiO 2 film as a main component, and among the bismuth oxide particles contained therein, the bismuth oxide particles present on the surface in contact with the conductive thin film are formed of the entire metal contained in the conductive thin film. Is preferably 1 to 10 mol% when the value is 100 mol%.

【0010】更に、本発明は電子源、及び画像形成装置
を包含する。
Further, the present invention includes an electron source and an image forming apparatus.

【0011】本発明の電子源は、入力信号に応じて電子
を放出する電子源であって、上記の電子放出素子を基体
上に複数個配置したもので、好ましくは、個々の素子の
両端を配線に接続した電子放出素子の行を複数もち、更
に、変調手段を有することを特徴とする。更に好ましく
は、基体に互いに、電気的に絶縁されたm本のX方向配
線とn本のY方向配線とに、該電子放出素子の一対の素
子電極とを接続した電子放出素子を複数個配列したこと
を特徴とするものである。
An electron source according to the present invention is an electron source that emits electrons in response to an input signal. The electron source includes a plurality of the above-described electron-emitting devices arranged on a substrate. It is characterized in that it has a plurality of rows of electron-emitting devices connected to the wiring and further has modulation means. More preferably, a plurality of electron-emitting devices in which a pair of device electrodes of the electron-emitting device are connected to m X-direction wires and n Y-direction wires that are electrically insulated from each other on the base are arranged. It is characterized by having done.

【0012】本発明の画像形成装置は、入力信号にもと
づいて、画像を形成するものであって、少なくとも、画
像形成部材と上記の電子源より構成されたことを特徴と
するものである。
The image forming apparatus of the present invention forms an image based on an input signal, and is characterized by comprising at least an image forming member and the above-mentioned electron source.

【0013】[作用]本発明の電子放出素子の導電性微
粒子膜4と基板1との間に酸化ビスマス粒子7を含む下
びき膜6を設けることにより、電気的な耐熱温度が高く
なる。これは、Biが導電性微粒子膜と基板との間のバ
ッファー層的な機能を果たし、微粒子膜の形状を安定化
しているのではないかと推定される。この作用はBiの
融点の低温性(271.3℃)または電子配置構造(最
深項4 3/2 )に起因しているのではないかと推定して
いる。
[Operation] By providing the subbing film 6 containing the bismuth oxide particles 7 between the conductive fine particle film 4 and the substrate 1 of the electron-emitting device of the present invention, the electric heat resistance temperature is increased. This is presumed that Bi functions as a buffer layer between the conductive fine particle film and the substrate and stabilizes the shape of the fine particle film. It is presumed that this action is due to the low temperature (271.3 ° C.) of the melting point of Bi or the electron configuration (the deepest term 4 S 3/2 ).

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】本実施形態による表面伝導型電子放出素子
の基本的構成には大別して、平面型及び垂直型の2つが
ある。まず、平面型表面伝導型電子放出素子について説
明する。
The basic structure of the surface conduction electron-emitting device according to the present embodiment is roughly classified into two types: a plane type and a vertical type. First, the flat surface conduction electron-emitting device will be described.

【0016】図1は、本発明の表面伝導型電子放出素子
の1例を示す模式図である(本発明の特徴を最も良く表
す図を挙げる)。図1において、1は基板、2、3は素
子電極、4は電子放出部形成材料(微粒子膜)、5は電
子放出部、6は下びき膜、7は下びき膜中に析出したB
iO粒子である。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a surface conduction electron-emitting device according to the present invention (a diagram showing the features of the present invention best). In FIG. 1, 1 is a substrate, 2 and 3 are device electrodes, 4 is an electron-emitting portion forming material (fine particle film), 5 is an electron-emitting portion, 6 is a subbing film, and 7 is B deposited in the subbing film.
iO particles.

【0017】基板1としては、石英ガラス、Na等の不
純物含有量を減少したガラス、青板ガラス、青板ガラス
にスパッタ法等により形成したSiO2 を積層したガラ
ス基板及びアルミナ等のセラミックス及びSi基板等を
用いることができる。
Examples of the substrate 1 include quartz glass, glass having a reduced impurity content such as Na, blue plate glass, a glass substrate obtained by laminating SiO 2 on a blue plate glass by sputtering or the like, ceramics such as alumina, and a Si substrate. Can be used.

【0018】対向する素子電極2,3の材料としては、
一般的な導体材料を用いることができる。これは例えば
Ni,Cr,Au,Mo,W,Pt,Ti,Al,C
u,Pd等の金属或は合金及びPd,Ag,Au,Ru
2 ,Pd−Ag等の金属或は金属酸化物とガラス等か
ら構成される印刷導体、In2 3 −SnO2 等の透明
導電体及びポリシリコン等の半導体導体材料等から適宜
選択することができる。
Materials for the opposing element electrodes 2 and 3 include:
General conductor materials can be used. This is, for example, Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, C
metals or alloys such as u, Pd and Pd, Ag, Au, Ru
Appropriately selected from a printed conductor composed of a metal or metal oxide such as O 2 or Pd-Ag and glass, a transparent conductor such as In 2 O 3 —SnO 2 and a semiconductor conductor material such as polysilicon. Can be.

【0019】素子電極間隔L、素子電極長さW、導電性
薄膜4の形状等は、応用される形態等を考慮して、設計
される。素子電極間隔Lは、好ましく、数百nmから数
百μmの範囲とすることができ、より好ましくは、数μ
mから数十μmの範囲とすることができる。素子電極長
さWは、電極の抵抗値、電子放出特性を考慮して、数μ
mから数百μmの範囲とすることができる。素子電極
2,3の膜厚dは、数十nmから数μmの範囲とするこ
とができる。
The element electrode interval L, the element electrode length W, the shape of the conductive thin film 4, and the like are designed in consideration of the applied form and the like. The element electrode interval L is preferably in the range of several hundred nm to several hundred μm, more preferably several μm.
m to several tens of μm. The length W of the device electrode is several μm in consideration of the resistance value of the electrode and the electron emission characteristics.
m to several hundred μm. The film thickness d of the device electrodes 2 and 3 can be in the range of several tens nm to several μm.

【0020】尚、図1に示した構成だけでなく、基板1
上に、導電性薄膜4、対向する素子電極2,3の順に積
層した構成とすることもできる。
In addition to the structure shown in FIG.
A configuration in which the conductive thin film 4 and the opposing device electrodes 2 and 3 are stacked in this order may be adopted.

【0021】導電性薄膜4には、良好な電子放出特性を
得るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが
好ましい。その膜厚は、素子電極2,3へのステップカ
バレージ、素子電極2,3間の抵抗値及び後述するフォ
ーミング条件等を考慮して適宜設定されるが、通常は、
0.1nmの数倍から数百nmの範囲とするのが好まし
く、より好ましくは1nmより50nmの範囲とするの
が良い。その抵抗値は、Rsが102から107Ω/□
の値である。本願明細書において、フォーミング処理に
ついては、通電処理を例に挙げて説明するが、フォーミ
ング処理はこれに限られるものではなく、膜に亀裂を生
じさせて高抵抗状態を形成する処理を包含するものであ
る。
As the conductive thin film 4, it is preferable to use a fine particle film composed of fine particles in order to obtain good electron emission characteristics. The film thickness is appropriately set in consideration of the step coverage for the device electrodes 2 and 3, the resistance value between the device electrodes 2 and 3, a forming condition described later, and the like.
It is preferably in the range of several times 0.1 nm to several hundred nm, more preferably in the range of 1 nm to 50 nm. The resistance value of Rs is 102 to 107Ω / □.
Is the value of In the specification of the present application, the forming process will be described by taking an energizing process as an example, but the forming process is not limited to this, and includes a process of forming a crack in a film to form a high resistance state. It is.

【0022】本発明においては、導電性薄膜4を構成す
る材料は、白金族元素−Pd,Pt,Ruが好ましく、
特にPdが好ましい。
In the present invention, the material constituting the conductive thin film 4 is preferably a platinum group element -Pd, Pt, Ru.
Particularly, Pd is preferable.

【0023】ここで述べる微粒子膜とは、複数の微粒子
が集合した膜であり、その微細構造は、微粒子が個々に
分散配置した状態あるいは微粒子が互いに隣接、あるい
は重なり合った状態(いくつかの微粒子が集合し、全体
として島状構造を形成している場合も含む)をとってい
る。微粒子の粒径は、0.1nmの数倍から数百nmの
範囲、好ましくは、1nmから20nmの範囲である。
なお、本明細書では頻繁に「微粒子」という言葉を用い
るので、その意味について説明する。小さな粒子を「微
粒子」と呼び、これよりも小さなものを「超微粒子」と
呼ぶ。「超微粒子」よりもさらに小さく原子の数が数百
個程度以下のものを「クラスター」と呼ぶことは広く行
われている。しかしながら、それぞれの境は厳密なもの
ではなく、どの様な性質に注目して分類するかにより変
化する。また「微粒子」と「超微粒子」を一括して「微
粒子」と呼ぶ場合もあり、本明細書中での記述はこれに
沿ったものである。「実験物理学講座14 表面・微粒
子」(木下是雄 編、共立出版 1986年9月1日発
行)では次のように記述されている。「本稿で微粒子と
言うときにはその直径がだいたい2〜3μm程度から1
0nm程度までとし、特に超微粒子というときは粒径が
10nm程度から2〜3nm程度までを意味することに
する。両者を一括して単に微粒子と書くこともあってけ
っして厳密なものではなく、だいたいの目安である。粒
子を構成する原子の数が2個から数十〜数百個程度の場
合はクラスターと呼ぶ。」(195ページ22〜26行
目)付言すると、新技術開発事業団の“林・超微粒子プ
ロジェクト”での「超微粒子」の定義は、粒径の下限は
さらに小さく、次のようなものであった。「創造科学技
術推進制度の“超微粒子プロジェクト”(1981〜1
986)では、粒子の大きさ(径)がおよそ1〜100
nmの範囲のものを“超微粒子”(ultrafine
particle)と呼ぶことにした。すると1個の
超微粒子はおよそ100〜108個くらいの原子の集合体
ということになる。原子の尺度でみれば超微粒子は大〜
巨大粒子である。」(「超微粒子−創造科学技術−」株
主税、上田良二、田崎明 編;三田出版 1988年2
ページ1〜4行目)「超微粒子よりさらに小さいもの、
すなわち原子が数個〜数百個で構成される1個の粒子
は、ふつうクラスターと呼ばれる」(同書2ページ12
〜13行目)上記のような一般的な呼び方をふまえて、
本明細書において「微粒子」とは多数の原子・分子の集
合体で、粒径の下限は0.1nmの数倍から1nm程
度、上限は数μm程度のものを指すこととする。
The fine particle film described here is a film in which a plurality of fine particles are aggregated, and has a fine structure in a state where the fine particles are individually dispersed and arranged, or in a state where the fine particles are adjacent to each other or overlapped (some fine particles are formed). To form an island-like structure as a whole). The particle size of the fine particles is in the range of several times to several hundred nm of 0.1 nm, preferably in the range of 1 nm to 20 nm.
In this specification, the term “fine particles” is frequently used, and the meaning will be described. Small particles are called "fine particles" and smaller ones are called "ultra fine particles". It is widely practiced to call a “cluster” smaller than “ultrafine particles” and having a few hundred atoms or less. However, each boundary is not strict and changes depending on what kind of property is focused on. Further, “fine particles” and “ultrafine particles” may be collectively referred to as “fine particles”, and the description in this specification is in line with this. "Experimental Physics Course 14: Surfaces and Particles" (edited by Kinoshita Yoshio, published by Kyoritsu Shuppan, September 1, 1986) states as follows. "When we say fine particles in this paper, the diameter is about 2-3 μm to 1
It is assumed to be up to about 0 nm, and particularly when it is referred to as ultrafine particles, it means that the particle size is from about 10 nm to about 2 to 3 nm. It is not exactly strict because both are collectively written as fine particles, but it is a rough guide. When the number of atoms constituting a particle is two to several tens to several hundreds, it is called a cluster. (P. 195, lines 22-26) In addition, the definition of "ultrafine particles" in the Hayashi / Ultrafine Particle Project of the New Technology Development Corporation is that the lower limit of particle size is even smaller, as follows: there were. "Creative Science and Technology Promotion System" Ultra Fine Particle Project "(1981-1
986), the size (diameter) of the particles is approximately 1 to 100
In the range of nm, “ultrafine particles” (ultrafine)
participant). Then one of the ultra-fine particles is made to the fact that the aggregate of approximately 10 0 to 10 8 or much of the atom. Ultrafine particles are large on an atomic scale.
Giant particles. ("Ultrafine Particles-Creative Science and Technology-" Shareholder Tax, Ryoji Ueda and Akira Tazaki; Mita Publishing 1988 2
Lines 1 to 4) "Things smaller than ultrafine particles,
In other words, a single particle composed of several to several hundred atoms is usually called a cluster. "
-13th line) Based on the above general term,
In the present specification, the term “fine particles” refers to an aggregate of a large number of atoms and molecules, and the lower limit of the particle size is from several times 0.1 nm to about 1 nm, and the upper limit is about several μm.

【0024】電子放出部5は、導電性薄膜4の一部に形
成された高抵抗の亀裂により構成され、導電性薄膜4の
膜厚、膜質、材料及び後述する通電フォーミング等の手
法等に依存したものとなる。電子放出部5の内部には、
0.1nmの数倍から数十nmの範囲の粒径の導電性微
粒子が存在する場合もある。この導電性微粒子は、導電
性薄膜4を構成する材料の元素の一部、あるいは全ての
元素を含有するものとなる。電子放出部5及びその近傍
の導電性薄膜4には、炭素及び炭素化合物を有すること
もできる。
The electron-emitting portion 5 is constituted by a high-resistance crack formed in a part of the conductive thin film 4, and depends on the thickness, film quality, material, and the method of energization forming and the like to be described later. It will be. Inside the electron emission unit 5,
In some cases, conductive fine particles having a particle size ranging from several times 0.1 nm to several tens nm are present. The conductive fine particles contain some or all of the elements of the material constituting the conductive thin film 4. The electron emitting portion 5 and the conductive thin film 4 in the vicinity thereof can also contain carbon and a carbon compound.

【0025】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。図2は、本発明の表面伝導型電子放出素
子を適用できる垂直型表面伝導型電子放出素子の一例を
示す模式図である。
Next, a vertical surface conduction electron-emitting device will be described. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a vertical surface conduction electron-emitting device to which the surface conduction electron-emitting device of the present invention can be applied.

【0026】図2においては、図1に示した部位と同じ
部位には図1に付した符号と同一の符号を付している。
21は、段差形成部である。基板1、素子電極2及び
3、導電性薄膜4、電子放出部5は、前述した平面型表
面伝導型電子放出素子の場合と同様の材料で構成するこ
とができる。段差形成部21は、真空蒸着法、印刷法、
スパッタ法等で形成されたSiO2 等の絶縁性材料で構
成することができる。段差形成部21の膜厚は、先に述
べた平面型表面伝導型電子放出素子の素子電極間隔Lに
対応し、数百nmから数十μmの範囲とすることができ
る。この膜厚は、段差形成部の製法、及び、素子電極間
に印加する電圧を考慮して設定されるが、数十nmから
数μmの範囲が好ましい。導電性薄膜4は、素子電極2
及び3と段差形成部21作成後に、該素子電極2,3の
上に積層される。電子放出部5は、図2においては、段
差形成部21に形成されているが、作成条件、フォーミ
ング条件等に依存し、形状、位置ともこれに限られるも
のでない。また、段差形成部21の表面には下びき膜6
が形成されている。図においては、下引き膜6は、段差
形成部21の全体に形成されているが、電子放出部5を
形成する部位にあればよい。
In FIG. 2, the same parts as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those shown in FIG.
21 is a step forming part. The substrate 1, the device electrodes 2 and 3, the conductive thin film 4, and the electron-emitting portion 5 can be made of the same material as in the case of the above-described flat surface conduction electron-emitting device. The step forming part 21 is formed by a vacuum deposition method, a printing method,
It can be made of an insulating material such as SiO 2 formed by a sputtering method or the like. The film thickness of the step forming portion 21 corresponds to the device electrode interval L of the flat surface conduction electron-emitting device described above, and can be in the range of several hundred nm to several tens μm. This film thickness is set in consideration of the manufacturing method of the step forming portion and the voltage applied between the device electrodes, but is preferably in the range of several tens nm to several μm. The conductive thin film 4 includes the element electrode 2
After the steps 21 and 22 and the step forming portion 21 are formed, they are laminated on the device electrodes 2 and 3. Although the electron emitting portion 5 is formed in the step forming portion 21 in FIG. 2, the shape and the position are not limited to this depending on the forming conditions, forming conditions and the like. The undercoat film 6 is provided on the surface of the step forming portion 21.
Are formed. In the figure, the undercoat film 6 is formed on the entire step forming portion 21, but may be provided at a portion where the electron emitting portion 5 is formed.

【0027】上述の表面伝導型電子放出素子の製造方法
としては様々な方法があるが、その一例を図3に模式的
に示す。以下、図1及び図3を参照しながら製造方法の
一例について説明する(図3においても、図1に示した
部位と同じ部位には図1に付した符号と同一の符号を付
している。)。
There are various methods for manufacturing the above-mentioned surface conduction electron-emitting device. One example is schematically shown in FIG. Hereinafter, an example of the manufacturing method will be described with reference to FIGS. 1 and 3 (in FIG. 3, the same portions as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1). .).

【0028】基板1を洗剤、純水および有機溶剤等を用
いて十分に洗浄し、基板上の少なくとも導電性薄膜4と
接する表面に、下びき膜6を形成する。下びき膜6の主
成分であるSiO2 膜は液体コーティング剤を用いて、
塗布・浸漬法あるいは溶液の液滴を付与する等という形
で形成するのが簡便である。この液体コーティング剤内
に、Bi化合物を含有する水溶液、もしくはBiOを混
合したものを基板1に塗布あるいは浸漬乃至は溶液の液
滴を付与するという工程により生成する(図3
(a))。
The substrate 1 is sufficiently washed with a detergent, pure water, an organic solvent or the like, and a subbing film 6 is formed on at least the surface of the substrate in contact with the conductive thin film 4. The SiO 2 film which is a main component of the undercoat film 6 is formed by using a liquid coating agent.
It is convenient to form it by a coating / dipping method or by applying a droplet of a solution. An aqueous solution containing a Bi compound or a mixture of BiO is applied to the substrate 1 or immersed in the liquid coating agent or formed by applying a droplet of the solution (FIG. 3).
(A)).

【0029】その後、真空蒸着法、スパッタ法等により
素子電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィー技
術を用いて基板1上に素子電極2,3を形成する(図3
(b))。素子電極の下に下びき膜はあってもなくても
良いが、ない場合は素子電極作成後に下びき膜を形成し
ても良い。
Thereafter, after the device electrode material is deposited by a vacuum deposition method, a sputtering method or the like, the device electrodes 2 and 3 are formed on the substrate 1 by using, for example, a photolithography technique (FIG. 3).
(B)). The undercoat film may or may not be provided under the device electrode. If not, the undercoat film may be formed after the device electrode is formed.

【0030】素子電極2,3を設けた基板1に、有機金
属溶液を塗布して、有機金属薄膜を形成する。有機金属
溶液には、前述の導電性膜4の材料の金属を主元素とす
る有機金属化合物の溶液を用いることができる。有機金
属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等に
よりパターニングし、導電性薄膜4を形成する(図3
(c))。ここでは、有機金属溶液の塗布法を挙げて説
明したが、導電性薄膜4の形成法はこれに限られるもの
でなく、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆積法、
分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法等を用いる
こともできる。
An organic metal solution is applied to the substrate 1 provided with the device electrodes 2 and 3 to form an organic metal thin film. As the organic metal solution, a solution of an organic metal compound containing the metal of the material of the conductive film 4 as a main element can be used. The organic metal thin film is heated and baked, and patterned by lift-off, etching, or the like to form a conductive thin film 4 (FIG. 3).
(C)). Here, the method of applying the organometallic solution has been described, but the method of forming the conductive thin film 4 is not limited to this, and a vacuum evaporation method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method,
A dispersion coating method, a dipping method, a spinner method, or the like can also be used.

【0031】つづいて、フォーミング工程を施す。この
フォーミング工程の方法の一例として通電処理による方
法を説明する。素子電極2,3間に、不図示の電源を用
いて、通電を行うと、導電性薄膜4の部位に、構造の変
化した電子放出部5が形成される(図3(d))。通電
フォーミングによれば導電性薄膜4に局所的に破壊、変
形もしくは変質等の構造の変化した部位が形成される。
該部位が電子放出部5を構成する。通電フォーミングの
電圧波形の例を図4に示す。
Subsequently, a forming step is performed. As an example of a method of the forming step, a method by an energization process will be described. When an electric current is applied between the device electrodes 2 and 3 using a power supply (not shown), an electron-emitting portion 5 having a changed structure is formed at the portion of the conductive thin film 4 (FIG. 3D). According to the energization forming, a portion where the structure such as destruction, deformation or alteration is locally formed in the conductive thin film 4 is formed.
This portion constitutes the electron emission section 5. FIG. 4 shows an example of the voltage waveform of the energization forming.

【0032】電圧波形は、パルス波形が、好ましい。こ
れにはパルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印
加する図4(a)に示した手法とパルス波高値を増加さ
せながら、電圧パルスを印加する図4(b)に示した手
法がある。図4(a)におけるT1 及びT2 は電圧波形
のパルス幅とパルス間隔である。通常T1 は1μsec
〜10msec、T2 は、10μsec〜10msec
の範囲で設定される。三角波の波高値(通電フォーミン
グ時のピーク電圧)は、表面伝導型電子放出素子形態に
応じて適宜選択される。このような条件のもと、例え
ば、数秒から数十分間電圧を印加する。パルス波形は三
角波に限定されるものではなく、矩形波など所望の波形
を採用することができる。図4(b)におけるT1 及び
2 は、図4(a)に示したのと同様とすることができ
る。三角波の波高値(通電フォーミング時のピーク電
圧)は、例えば0.1V/ステップ程度づつ、増加させ
ることができる。通電フォーミング処理の終了は、パル
ス間隔T2 中に、導電性薄膜2を局所的に破壊、変形し
ない程度の電圧を印加し、電流を測定して検知すること
ができる。例えば0.1V程度の電圧印加により流れる
素子電流を測定し、抵抗値を求めて、1MΩ以上の抵抗
を示した時、通電フォーミングを終了させる。
The voltage waveform is preferably a pulse waveform. The method shown in FIG. 4A in which a pulse having a pulse peak value of a constant voltage is continuously applied and the method shown in FIG. 4B in which a voltage pulse is applied while increasing the pulse peak value are used. There is. T 1 and T 2 in FIG. 4 (a) is a pulse width and the pulse interval of the voltage waveform. Normally T 1 is 1 μsec
〜1010 msec, T 2 is 10 μsec〜1010 msec
Is set in the range. The peak value of the triangular wave (peak voltage at the time of energization forming) is appropriately selected according to the form of the surface conduction electron-emitting device. Under such conditions, for example, a voltage is applied for several seconds to several tens minutes. The pulse waveform is not limited to a triangular wave, and a desired waveform such as a rectangular wave can be adopted. T 1 and T 2 in FIG. 4B can be the same as those shown in FIG. 4A. The peak value of the triangular wave (peak voltage during energization forming) can be increased by, for example, about 0.1 V / step. The end of the energization forming process can be detected by applying a voltage that does not locally destroy or deform the conductive thin film 2 during the pulse interval T2, and measuring the current. For example, an element current flowing by applying a voltage of about 0.1 V is measured, and a resistance value is obtained. When the resistance value indicates 1 MΩ or more, the energization forming is terminated.

【0033】フォーミングを終えた素子には活性化工程
と呼ばれる処理を施すのが好ましい。活性化工程とは、
この工程により、素子電流If、放出電流Ieが、著し
く変化する工程である。活性化工程は、例えば、有機物
質のガスを含有する雰囲気下で、通電フォーミングと同
様に、パルスの印加を繰り返すことで行うことができ
る。この雰囲気は、例えば油拡散ポンプやロータリーポ
ンプなどを用いて真空容器内を排気した場合に雰囲気内
に残留する有機ガスを利用して形成することができる
他、イオンポンプなどにより一旦十分に排気した真空中
に適当な有機物質のガスを導入することによっても得ら
れる。このときの好ましい有機物質のガス圧は、前述の
応用の形態、真空容器の形状や、有機物質の種類などに
より異なるため場合に応じ適宜設定される。適当な有機
物質としては、アルカン、アルケン、アルキンの脂肪族
炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコール類、アルデ
ヒド類、ケント類、アミン類、フェノール、カルボン、
スルホン酸等の有機酸類等を挙げることが出来、具体的
には、メンタ、エタン、プロパンなどCnH2n+2で表さ
れる飽和炭化水素、エチレン、プロピレン、などCnH
2n等の組成式で表される不飽和炭化水素、ベンゼン、ト
ルエン、メタノール、エタノール、ホルムアルデヒド、
アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メ
チルアミン、エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、
プロピオン酸等あるいはこれらの混合物が使用できる。
この処理により、雰囲気中に存在する有機物質から、炭
素あるいは炭素化合物が素子上に堆積し、素子電流I
f、放出電流Ieが、著しく変化するようになる。活性
化工程の終了判定は、素子電流Ifと放出電流Ieを測
定しながら、適宜行う。なおパルス幅、パルス間隔、パ
ルス波高値などは適宜設定される。
It is preferable to perform a process called an activation step on the element after the forming. The activation step
In this step, the element current If and the emission current Ie change significantly. The activation step can be performed, for example, by repeatedly applying a pulse in an atmosphere containing a gas of an organic substance, similarly to the energization forming. This atmosphere can be formed by using an organic gas remaining in the atmosphere when the inside of the vacuum vessel is evacuated using, for example, an oil diffusion pump or a rotary pump, or is sufficiently evacuated once by an ion pump or the like. It can also be obtained by introducing a gas of an appropriate organic substance into a vacuum. The preferable gas pressure of the organic substance at this time varies depending on the above-described application form, the shape of the vacuum vessel, the type of the organic substance, and the like, and is appropriately set according to the case. Suitable organic substances include alkanes, alkenes, aliphatic hydrocarbons of alkynes, aromatic hydrocarbons, alcohols, aldehydes, kents, amines, phenols, carvone,
Examples thereof include organic acids such as sulfonic acid. Specific examples thereof include saturated hydrocarbons represented by CnH 2n + 2 such as mentha, ethane, and propane, ethylene, propylene, and the like.
Unsaturated hydrocarbon represented by a composition formula such as 2n , benzene, toluene, methanol, ethanol, formaldehyde,
Acetaldehyde, acetone, methyl ethyl ketone, methylamine, ethylamine, phenol, formic acid, acetic acid,
Propionic acid or the like or a mixture thereof can be used.
By this treatment, carbon or a carbon compound is deposited on the device from organic substances existing in the atmosphere, and the device current I
f, the emission current Ie changes remarkably. The end of the activation step is determined as appropriate while measuring the device current If and the emission current Ie. The pulse width, pulse interval, pulse crest value, and the like are set as appropriate.

【0034】炭素及び炭素化合物とは、例えばグラファ
イト(いわゆるHOPG′,PG(,GC)を包含す
る、HOPGはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、P
Gは結晶粒が200Å程度で結晶構造がやや乱れたも
の、GCは結晶粒が20Å程度になり結晶構造の乱れが
さらに大きくなったものを指す。)、非晶質カーボン
(アモルファスカーボン及び、アモルファスカーボンと
前記グラファイトの微結晶の混合物を指す)であり、そ
の膜厚は、50nm以下の範囲とするのが好ましく、3
0nm以下の範囲とすることがより好ましい。
Carbon and carbon compounds include, for example, graphite (so-called HOPG ', PG (, GC); HOPG has a substantially complete graphite crystal structure;
G indicates that the crystal grain is about 200 ° and the crystal structure is slightly disordered, and GC indicates that the crystal grain is about 20 ° and the disorder of the crystal structure is further increased. ) And amorphous carbon (refer to amorphous carbon and a mixture of amorphous carbon and the microcrystals of graphite), and the thickness thereof is preferably in the range of 50 nm or less.
It is more preferable to set the range to 0 nm or less.

【0035】このような工程を経て得られた電子放出素
子は、安定化工程を行うことが好ましい。この工程は、
真空容器内の有機物質を排気する工程である。真空容器
を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイルが
素子の特性に影響を与えないように、オイルを使用しな
いものを用いるのが好ましい。具体的には、ソープショ
ンポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げること
が出来る。前記活性化の工程で、排気装置として油拡散
ポンプやロータリーポンプを用い、これから発生するオ
イル成分に由来する有機ガスを用いた場合は、この成分
の分圧を極力低く抑える必要がある。真空容器内の有機
成分の分圧は、上記の炭素及び炭素化合物がほぼ新たに
堆積しない分圧で1.3×10-6Pa以下が好ましく、
さらには1.3×10-8Pa以下が特に好ましい。さら
に真空容器内を排気するときには、真空容器全体を加熱
して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着した有機物
質分子を排気しやすくするのが好ましい。このときの加
熱条件は、80〜250℃好ましくは150℃以上で、
できるだけ長時間処理するのが望ましいが、特にこの条
件に限るものではなく、真空容器の大きさや形状、電子
放出素子の構成などの諸条件により適宜選ばれる条件に
より行う。真空容器内の圧力は極力低くすることが必要
で、1×10-5Pa以下が好ましく、さらに1.3×1
-6Pa以下が特に好ましい。
It is preferable that the electron-emitting device obtained through such a step be subjected to a stabilizing step. This step is
This is a step of exhausting the organic substance in the vacuum container. It is preferable to use a vacuum exhaust device that does not use oil so that the oil generated from the device does not affect the characteristics of the element. Specifically, a vacuum exhaust device such as a sorption pump or an ion pump can be used. In the activation step, when an oil diffusion pump or a rotary pump is used as an exhaust device and an organic gas derived from an oil component generated from the oil diffusion pump or the rotary pump is used, the partial pressure of this component needs to be suppressed as low as possible. The partial pressure of the organic component in the vacuum container is preferably 1.3 × 10 −6 Pa or less as a partial pressure at which the carbon and the carbon compound hardly newly deposit.
Further, the pressure is particularly preferably 1.3 × 10 −8 Pa or less. Further, when evacuating the inside of the vacuum vessel, it is preferable to heat the entire vacuum vessel to facilitate evacuating the organic substance molecules adsorbed on the inner wall of the vacuum vessel and the electron-emitting device. The heating conditions at this time are 80 to 250 ° C, preferably 150 ° C or more,
It is desirable to perform the treatment as long as possible, but the treatment is not particularly limited to this condition, and the treatment is performed under conditions appropriately selected according to various conditions such as the size and shape of the vacuum vessel and the configuration of the electron-emitting device. The pressure in the vacuum vessel needs to be as low as possible, preferably 1 × 10 −5 Pa or less, and more preferably 1.3 × 1 −5 Pa.
0 -6 Pa or less is particularly preferred.

【0036】安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、真空度自体は多少低下しても十分安定な
特性を維持することが出来る。このような真空雰囲気を
採用することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の
堆積を抑制でき、また真空容器や基板などに吸着したH
20,02なども除去でき、結果として素子電流If、放
出電流Ieが、安定する。
It is preferable that the atmosphere at the time of driving after the stabilization process is performed is the same as that at the end of the stabilization treatment. However, the present invention is not limited to this, as long as the organic substances are sufficiently removed. Even if the degree of vacuum itself is slightly reduced, sufficiently stable characteristics can be maintained. By adopting such a vacuum atmosphere, the deposition of new carbon or a carbon compound can be suppressed, and H
Such as 2 0,0 2 also be removed, resulting in the device current If, the emission current Ie are stabilized.

【0037】上述した工程を経て得られた本発明を適用
可能な電子放出素子の基本特性について図5、図6を参
照しながら説明する。
The basic characteristics of the electron-emitting device to which the present invention can be applied obtained through the above steps will be described with reference to FIGS.

【0038】図5は、真空処理装置の一例を示す模式図
であり、この真空処理装置は測定評価装置としての機能
をも兼ね備えている。図5においても、図1に示した部
位と同じ部位には図1に付した符号と同一の符号を付し
ている。図5において、55は真空容器であり、56は
排気ポンプである。真空容器55内には電子放出素子が
配されている。即ち、1は電子放出素子を構成する基体
であり、2及び3は素子電極、4は導電性薄膜、5は電
子放出部である。51は、電子放出素子に素子電圧Vf
を印加するための電源、50は素子電極2,3間の導電
性薄膜4を流れる素子電流Ifを測定するための電流
計、54は素子の電子放出部より放出される放出電流I
eを捕捉するためのアノード電極である。53はアノー
ド電極54に電圧を印加するための高圧電源、52は素
子の電子放出部5より放出される放出電流Ieを測定す
るための電流計である。一例として、アノード電極の電
圧を1kV〜10kVの範囲とし、アノード電極と電子
放出素子との距離Hを2mm〜8mmの範囲として測定
を行うことができる。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a vacuum processing apparatus. This vacuum processing apparatus also has a function as a measurement and evaluation apparatus. Also in FIG. 5, the same parts as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. In FIG. 5, 55 is a vacuum vessel, and 56 is an exhaust pump. An electron-emitting device is provided in the vacuum vessel 55. That is, 1 is a substrate constituting an electron-emitting device, 2 and 3 are device electrodes, 4 is a conductive thin film, and 5 is an electron-emitting portion. 51 is a device voltage Vf applied to the electron-emitting device.
, A current meter 50 for measuring a device current If flowing through the conductive thin film 4 between the device electrodes 2 and 3, and an emission current I 54 emitted from an electron emission portion of the device.
This is an anode electrode for capturing e. Reference numeral 53 denotes a high-voltage power supply for applying a voltage to the anode electrode 54, and reference numeral 52 denotes an ammeter for measuring an emission current Ie emitted from the electron emission section 5 of the device. As an example, the measurement can be performed with the voltage of the anode electrode in the range of 1 kV to 10 kV and the distance H between the anode electrode and the electron-emitting device in the range of 2 mm to 8 mm.

【0039】真空容器55内には、不図示の真空計等の
真空雰囲気下での測定に必要な機器が設けられていて、
所望の真空雰囲気下での測定評価を行えるようになって
いる。排気ポンプ56は、ターボポンプ、ロータリーポ
ンプからなる通常の高真空装置系と更に、イオンポンプ
等からなる超高真空装置系とにより構成されている。こ
こに示した電子源基板を配した真空処理装置の全体は、
不図示のヒーターにより加熱できる。従って、この真空
処理装置を用いると、前述の通電フォーミング以降の工
程も行うことができる。
In the vacuum vessel 55, equipment necessary for measurement in a vacuum atmosphere such as a vacuum gauge (not shown) is provided.
The measurement and evaluation can be performed in a desired vacuum atmosphere. The exhaust pump 56 is composed of a normal high vacuum device system including a turbo pump and a rotary pump, and an ultra high vacuum device system including an ion pump and the like. The entire vacuum processing apparatus equipped with the electron source substrate shown here is
It can be heated by a heater (not shown). Therefore, by using this vacuum processing apparatus, the steps after the energization forming described above can also be performed.

【0040】図6は、図5に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ie、素子電流Ifと素子電圧V
fの関係を模式的に示した図である。図6においては、
放出電流Ieが素子電流Ifに比べて著しく小さいの
で、任意単位で示している。なお、縦・横軸ともリニア
スケールである。
FIG. 6 shows emission current Ie, device current If, and device voltage V measured using the vacuum processing apparatus shown in FIG.
It is the figure which showed the relationship of f typically. In FIG.
Since the emission current Ie is significantly smaller than the element current If, it is shown in arbitrary units. The vertical and horizontal axes are linear scales.

【0041】図6からも明らかなように、本発明を適用
可能な表面伝導型電子放出素子は、放出電流Ieに関し
て対する三つの特徴的性質を有する。
As is apparent from FIG. 6, the surface conduction electron-emitting device to which the present invention can be applied has three characteristic properties with respect to the emission current Ie.

【0042】即ち、 (i) 本素子はある電圧(しきい値電圧と呼ぶ、図7中の
Vth)以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流I
eが増加し、一方しきい値電圧Vth以下では放出電流
Ieがほとんど検出されない。つまり、放出電流Ieに
対する明確なしきい値電圧Vthを持った非線形素子で
ある。
(I) When an element voltage of a certain voltage (referred to as a threshold voltage, Vth in FIG. 7) or more is applied to the element, the emission current I suddenly increases.
e increases, while the emission current Ie is hardly detected below the threshold voltage Vth. That is, it is a nonlinear element having a clear threshold voltage Vth with respect to the emission current Ie.

【0043】(ii) 放出電流Ieが素子電圧Vfに単調
増加依存するため、放出電流Ieは素子電圧Vfで制御
できる。
(Ii) Since the emission current Ie depends monotonically on the device voltage Vf, the emission current Ie can be controlled by the device voltage Vf.

【0044】(iii) アノード電極54に捕捉される放出
電荷は、素子電圧Vfを印加する時間に依存する。つま
り、アノード電極54に捕捉される電荷量は、素子電圧
Vfを印加する時間により制御できる。以上の説明より
理解されるように、本発明を適用可能な表面伝導型電子
放出素子は、入力信号に応じて、電子放出特性を容易に
制御できることになる。この性質を利用すると複数の電
子放出素子を配して構成した電子源、画像形成装置等、
多方面への応用が可能となる。
(Iii) The emission charge captured by the anode electrode 54 depends on the time during which the device voltage Vf is applied. That is, the amount of charge captured by the anode electrode 54 can be controlled by the time during which the device voltage Vf is applied. As understood from the above description, the surface conduction electron-emitting device to which the present invention can be applied can easily control the electron emission characteristics in accordance with the input signal. Utilizing this property, an electron source constituted by arranging a plurality of electron-emitting devices, an image forming apparatus, etc.
Application to various fields becomes possible.

【0045】図6においては、素子電流Ifが素子電圧
Vfに対して単調増加する(以下、「MI特性」とい
う。)例を実線に示した。素子電流Ifが素子電圧Vf
に対して電圧制御型負性抵抗特性(以下、「VCNR特
性」という。)を示す場合もある(不図示)。これら特
性は、前述の工程を制御することで制御できる。本発明
を適用可能な電子放出素子の応用例について以下に述べ
る。本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子の複数
個を基板上に配列し、例えば電子源あるいは、画像形成
装置が構成できる。電子放出素子の配列については、種
々のものが採用できる。一例として、並列に配置した多
数の電子放出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子
の行を多数個配し(行方向と呼ぶ)、この配線と直交す
る方向(列方向と呼ぶ)で、該電子放出素子の上方に配
した制御電極(グリッドとも呼ぶ)により、電子放出素
子からの電子を制御駆動するはしご状配置のものがあ
る。これとは別に、電子放出素子をX方向及びY方向に
行列状に複数個配し、同じ行に配された複数の電子放出
素子の電極の一方を、X方向の配線に共通に接続し、同
じ列に配された複数の電子放出素子の電極の他方を、Y
方向の配線に共通に接続するものが挙げられる。このよ
うなものは所謂単純マトリクス配置である。まず単純マ
トリクス配置について以下に詳述する。本発明を適用可
能な表面伝導型電子放出素子については、前述したとお
り(i)乃至(iii)の特性がある。即ち、表面伝導型電子放
出素子からの放出電子は、しきい値電圧以上では、対向
する素子電極間に印加するパルス状電圧の波高値と幅で
制御できる。一方、しきい値電圧以下では、殆ど放出さ
れない。この特性によれば、多数の電子放出素子を配置
した場合においても、個々の素子に、パルス状電圧を適
宜印加すれば、入力信号に応じて、表面伝導型電子放出
素子を選択して電子放出量を制御できる。
In FIG. 6, an example in which the element current If monotonically increases with respect to the element voltage Vf (hereinafter, referred to as "MI characteristic") is shown by a solid line. The element current If is equal to the element voltage Vf.
May exhibit a voltage control type negative resistance characteristic (hereinafter, referred to as “VCNR characteristic”) in some cases (not shown). These characteristics can be controlled by controlling the aforementioned steps. An application example of an electron-emitting device to which the present invention can be applied will be described below. By arranging a plurality of surface conduction electron-emitting devices to which the present invention is applicable on a substrate, for example, an electron source or an image forming apparatus can be configured. Various arrangements of the electron-emitting devices can be adopted. As an example, each of a large number of electron-emitting devices arranged in parallel is connected at both ends, a large number of rows of electron-emitting devices are arranged (referred to as a row direction), and a direction perpendicular to the wiring (referred to as a column direction). There is a ladder-like arrangement in which electrons from the electron-emitting devices are controlled and driven by control electrodes (also referred to as grids) disposed above the electron-emitting devices. Separately, a plurality of electron-emitting devices are arranged in a matrix in the X and Y directions, and one of the electrodes of the plurality of electron-emitting devices arranged in the same row is commonly connected to a wiring in the X direction. The other of the electrodes of the plurality of electron-emitting devices arranged in the same row is
One that is commonly connected to the wirings in the directions is given. This is a so-called simple matrix arrangement. First, the simple matrix arrangement will be described in detail below. The surface conduction electron-emitting device to which the present invention can be applied has the characteristics (i) to (iii) as described above. That is, when the electrons emitted from the surface conduction electron-emitting device are equal to or higher than the threshold voltage, they can be controlled by the peak value and the width of the pulse voltage applied between the opposing device electrodes. On the other hand, when the voltage is equal to or lower than the threshold voltage, it is hardly emitted. According to this characteristic, even when a large number of electron-emitting devices are arranged, if a pulse-like voltage is appropriately applied to each of the devices, a surface-conduction electron-emitting device is selected according to an input signal to emit electrons. You can control the amount.

【0046】以下この原理に基づき、本発明を適用可能
な電子放出素子を複数配して得られる電子源基板につい
て、図7を用いて説明する。図7において、71は電子
源基板、72はX方向配線、73はY方向配線である。
74は表面伝導型電子放出素子、75は結線である。
尚、表面伝導型電子放出素子74は、前述した平面型あ
るいは垂直型のどちらであってもよい。
Hereinafter, based on this principle, an electron source substrate obtained by disposing a plurality of electron-emitting devices to which the present invention can be applied will be described with reference to FIG. In FIG. 7, reference numeral 71 denotes an electron source substrate, 72 denotes an X-direction wiring, and 73 denotes a Y-direction wiring.
74 is a surface conduction electron-emitting device, and 75 is a connection.
Incidentally, the surface conduction electron-emitting device 74 may be either the above-mentioned flat type or vertical type.

【0047】m本のX方向配線72は、Dx1,Dx2,
…,Dxmからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等
を用いて形成された導電性金属等で構成することができ
る。配線の材料、膜厚、巾は、適宜設計される。Y方向
配線73は、Dy1,Dy2, …,Dynのn本の配線よりな
り、X方向配線72と同様に形成される。これらm本の
X方向配線72とn本のY方向配線73との間には、不
図示の層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に分
離している(m,nは、共に正の整数)。
The m X-directional wirings 72 include Dx1, Dx2,
, Dxm, and can be made of a conductive metal or the like formed by a vacuum deposition method, a printing method, a sputtering method, or the like. The material, thickness, and width of the wiring are appropriately designed. The Y-direction wiring 73 includes n wirings Dy1, Dy2,..., Dyn, and is formed in the same manner as the X-direction wiring 72. An interlayer insulating layer (not shown) is provided between the m X-directional wirings 72 and the n Y-directional wirings 73 to electrically separate them (m and n are both Positive integer).

【0048】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等を用いて形成されたSiO2 等で構成
される。例えば、X方向配線72を形成した基板71の
全面或は一部に所望の形状で形成され、特に、X方向配
線72とY方向配線73の交差部の電位差に耐え得るよ
うに、膜厚、材料、製法が、適宜設定される。X方向配
線72とY方向配線73は、それぞれ外部端子として引
き出されている。
The interlayer insulating layer (not shown) is made of SiO 2 or the like formed by a vacuum deposition method, a printing method, a sputtering method, or the like. For example, it is formed in a desired shape on the entire surface or a part of the substrate 71 on which the X-directional wiring 72 is formed. The material and manufacturing method are appropriately set. The X-direction wiring 72 and the Y-direction wiring 73 are respectively drawn out as external terminals.

【0049】表面伝導型放出素子74を構成する一対の
電極(不図示)は、m本のX方向配線72とn本のY方
向配線73と導電性金属等からなる結線75によって電
気的に接続されている。
A pair of electrodes (not shown) constituting the surface conduction electron-emitting device 74 are electrically connected to the m X-directional wires 72 and the n Y-directional wires 73 by a connection 75 made of a conductive metal or the like. Have been.

【0050】配線72と配線73を構成する材料、結線
75を構成する材料及び一対の素子電極を構成する材料
は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であって
も、またそれぞれ異なってもよい。これら材料は、例え
ば前述の素子電極の材料より適宜選択される。素子電極
を構成する材料と配線材料が同一である場合には、素子
電極に接続した配線は素子電極ということもできる。
The material forming the wiring 72 and the wiring 73, the material forming the connection 75, and the material forming the pair of element electrodes may be partially or entirely the same or different from each other. Good. These materials are appropriately selected, for example, from the above-described materials for the device electrodes. When the material forming the element electrode is the same as the wiring material, the wiring connected to the element electrode can also be called an element electrode.

【0051】X方向配線72には、X方向に配列した表
面伝導型放出素子74の行を、選択するための走査信号
を印加する不図示の走査信号印加手段が接続される。一
方、Y方向配線73には、Y方向に配列した表面伝導型
放出素子74の各列を入力信号に応じて、変調するため
の不図示の変調信号発生手段が接続される。各電子放出
素子に印加される駆動電圧は、当該素子に印加される走
査信号と変調信号の差電圧として供給される。
A scanning signal applying means (not shown) for applying a scanning signal for selecting a row of the surface conduction electron-emitting devices 74 arranged in the X direction is connected to the X-direction wiring 72. On the other hand, a modulation signal generating means (not shown) for modulating each column of the surface conduction electron-emitting devices 74 arranged in the Y direction according to an input signal is connected to the Y-direction wiring 73. The driving voltage applied to each electron-emitting device is supplied as a difference voltage between a scanning signal and a modulation signal applied to the device.

【0052】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とす
ることができる。
In the above configuration, individual elements can be selected and driven independently using simple matrix wiring.

【0053】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図8と図9及び
図10を用いて説明する。図8は、画像形成装置の表示
パネルの一例を示す模式図であり、図9は、図8の画像
形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図10
は、NTSC方式のテレビ信号に応じて表示を行なうた
めの駆動回路の一例を示すブロック図である。
An image forming apparatus constructed using such an electron source having a simple matrix arrangement will be described with reference to FIGS. 8, 9 and 10. FIG. FIG. 8 is a schematic view showing an example of a display panel of the image forming apparatus, and FIG. 9 is a schematic view of a fluorescent film used in the image forming apparatus of FIG. FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a drive circuit for performing display according to an NTSC television signal.

【0054】図8において、71は電子放出素子を複数
配した電子源基板、81は電子源基板71を固定したリ
アプレート、86はガラス基板83の内面に蛍光膜84
とメタルバック85等が形成されたフェースプレートで
ある。82は、支持枠であり該支持枠82には、リアプ
レート81、フェースプレート86が低融点のフリット
ガラスなどを用いて、接合される。74は、表面伝導型
電子放出素子である。72,73は、表面伝導型電子放
出素子の一対の素子電極と接続されたX方向配線及びY
方向配線である。外囲器88は、上述の如く、フェース
プレート86、支持枠82、リアプレート81で構成さ
れる。リアプレート81は主に基板71の強度を補強す
る目的で設けられるため、基板71自体で十分な強度を
持つ場合は別体のリアプレート81は不要とすることが
できる。即ち、基板71に直接支持枠82を封着し、フ
ェースプレート86、支持枠82及び基板71で外囲器
88を構成しても良い。一方、フェースプレート86、
リアプレート81間に、スペーサーとよばれる不図示の
支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強
度をもつ外囲器88を構成することもできる。
In FIG. 8, reference numeral 71 denotes an electron source substrate on which a plurality of electron-emitting devices are arranged; 81, a rear plate on which the electron source substrate 71 is fixed; 86, a fluorescent film 84 on the inner surface of a glass substrate 83;
And a face plate on which a metal back 85 and the like are formed. Reference numeral 82 denotes a support frame to which a rear plate 81 and a face plate 86 are joined by using low melting point frit glass or the like. Reference numeral 74 denotes a surface conduction electron-emitting device. Numerals 72 and 73 denote X-directional wiring and Y connected to a pair of device electrodes of the surface conduction electron-emitting device.
Directional wiring. The envelope 88 includes the face plate 86, the support frame 82, and the rear plate 81 as described above. Since the rear plate 81 is provided mainly for the purpose of reinforcing the strength of the substrate 71, if the substrate 71 itself has sufficient strength, the separate rear plate 81 can be unnecessary. That is, the support frame 82 may be directly sealed to the substrate 71, and the envelope 88 may be configured by the face plate 86, the support frame 82, and the substrate 71. On the other hand, the face plate 86,
By providing a support (not shown) called a spacer between the rear plates 81, an envelope 88 having sufficient strength against atmospheric pressure can be formed.

【0055】図9は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光
膜84は、モノクロームの場合は蛍光体のみから構成す
ることができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配
列によりブラックストライプあるいはブラックマトリク
スなどと呼ばれる黒色導電材91と蛍光体92とから構
成することができる。ブラックストライプ、ブラックマ
トリクスを設ける目的は、カラー表示の場合、必要とな
る三原色蛍光体の各蛍光体92間の塗り分け部を黒くす
ることで混色等を目立たなくすることと、蛍光膜84に
おける外光反射によるコントラストの低下を抑制するこ
とにある。ブラックストライプの材料としては、通常用
いられている黒鉛を主成分とする材料の他、導電性があ
り、光の透過及び反射が少ない材料を用いることができ
る。ガラス基板93に蛍光体を塗布する方法は、モノク
ローム、カラーによらず、沈澱法、印刷法等が採用でき
る。蛍光膜84の内面側には、通常メタルバック85が
設けられる。メタルバックを設ける目的は、蛍光体の発
光のうち内面側への光をフェースプレート86側へ鏡面
反射させることにより輝度を向上させること、電子ビー
ム加速電圧を印加するための電極として作用させるこ
と、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダメージ
から蛍光体を保護すること等である。メタルバックは、
蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理(通
常、「フィルミング」と呼ばれる。)を行い、その後A
lを真空蒸着等を用いて堆積させることで作製できる。
フェースプレート86には、更に蛍光膜84の導電性を
高めるため、蛍光膜84の外面側に透明電極(不図示)
を設けてもよい。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a fluorescent film. The fluorescent film 84 can be composed of only a phosphor in the case of monochrome. In the case of a color fluorescent film, it can be composed of a black conductive material 91 called a black stripe or a black matrix and a fluorescent material 92 depending on the arrangement of the fluorescent materials. The purpose of providing the black stripes and the black matrix is to make the mixed portions inconspicuous by making the painted portions between the phosphors 92 of the necessary three primary color phosphors black in the case of color display, An object of the present invention is to suppress a decrease in contrast due to light reflection. As a material for the black stripe, a material which is conductive and has little light transmission and reflection can be used in addition to a commonly used material mainly containing graphite. As a method of applying the phosphor on the glass substrate 93, a precipitation method, a printing method, or the like can be adopted regardless of monochrome or color. Usually, a metal back 85 is provided on the inner surface side of the fluorescent film 84. The purpose of providing the metal back is to improve the brightness by mirror-reflecting light toward the inner surface side of the phosphor emission toward the face plate 86 side, to act as an electrode for applying an electron beam acceleration voltage, The purpose is to protect the phosphor from damage due to collision of negative ions generated in the envelope. The metal back is
After the formation of the fluorescent film, a smoothing treatment (usually called “filming”) of the inner surface of the fluorescent film is performed, and then A
1 can be produced by depositing using vacuum evaporation or the like.
In order to further increase the conductivity of the fluorescent film 84, a transparent electrode (not shown) is provided on the face plate 86 on the outer surface side of the fluorescent film 84.
May be provided.

【0056】前述の封着を行う際には、カラーの場合は
各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、
十分な位置合わせが不可欠となる。
When performing the above-mentioned sealing, in the case of color, it is necessary to make each color phosphor correspond to an electron-emitting device.
Sufficient alignment is essential.

【0057】図8に示した画像形成装置の製造方法の一
例を以下に説明する。図11はこの工程に用いる装置の
概要を示す模式図である。画像形成装置131は、排気
管132を介して真空チャンバー133に接続され、さ
らにゲートバルブ134を介して排気装置135に接続
されている。真空チャンバー133には、内部の圧力及
び雰囲気中の各成分の分圧を測定するために、圧力計1
36、四重極質量分析器(Q−mass)137等が取
り付けられている。画像表示装置131の外囲器88内
部の圧力などを直接測定することは困難であるため、該
真空チャンバー133内の圧力などを測定し、処理条件
を制御する。真空チャンバー133には、さらに必要な
ガスを真空チャンバー内に導入して雰囲気を制御するた
め、ガス導入ライン138が接続されている。該ガス導
入ライン138の他端には導入物質源140が接続され
ており、導入物質がアンプルやボンベなどに入れて貯蔵
されている。ガス導入ラインの途中には、導入物質を導
入するレートを制御するためのガス導入制御装置(導入
制御手段)139が設けられている。ガス導入制御装置
139としては具体的には、スローリークバルブなど逃
す流量を制御可能なバルブや、マスフローコントローラ
ーなどが、導入物質の種類に応じて、それぞれ使用が可
能である。図11の装置により外囲器88の内部を排気
し、フォーミングを行う。この際、例えば図12に示す
ように、Y方向配線73を共通電極141に接続し、X
方向配線72の内の一つに接続された素子に電源142
によって、同時に電圧パルスを印加して、フォーミング
を行うことができる。パルスの形状や、処理の終了の判
定などの条件は、個別素子のフォーミングについての既
述の方法に準じて選択すればよい。また、複数のX方向
配線に、位相をずらせたパルスを順次印加(スクロー
ル)することにより、複数のX方向配線に接続された素
子をまとめてフォーミングすることも可能である。図中
143は電流測定用抵抗を、144は、電流測定用のオ
シロスコープを示す。フォーミング終了後、活性化工程
を行う。外囲器88内は、十分に排気した後に有機物質
がガス導入ランイ138から導入される。あるいは、個
別素子の活性化方法として記述のように、まず油拡散ポ
ンプやローターポンプで排気し、これによって真空雰囲
気中に残留する有機物質を用いても良い。また、必要に
応じて有機物質以外の物質も導入される場合がある。こ
の様にして形成した、有機物質を含む雰囲気中で、各電
子放出素子に電圧を印加することにより、炭素あるいは
炭素化合物、ないし両者の混合物が電子放出部に堆積
し、電子放出量がドラスティックに上昇するのは、個別
素子の場合と同様である。このときの電圧の印加方法
は、上記フォーミングの場合と同様の結線により、一つ
の方向配線につながった素子に、同時の電圧パルスを印
加すればよい。活性化工程終了後は、個別素子の場合と
同様に、安定化工程を行うことが好ましい。外囲器88
を加熱して、80〜250℃に保持しながら、イオンポ
ンプ、ソープションポンプなどのオイルを使用しない排
気装置135により排気管132を通じて排気し、有機
物質の十分少ない雰囲気にした後、排気管をバーナーで
熱して溶解させて封じきる。外囲器88の封止後の圧力
を維持するために、ゲッター処理を行なうこともでき
る。これは、外囲器88の封止を行う直前あるいは封止
後に、抵抗加熱あるいは高周波加熱等を用いた加熱によ
り、外囲器88内の所定の位置(不図示)に配置された
ゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッ
ターは通常はBa等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作
用により、外囲器88内の雰囲気を維持するものであ
る。
An example of a method for manufacturing the image forming apparatus shown in FIG. 8 will be described below. FIG. 11 is a schematic diagram showing an outline of an apparatus used in this step. The image forming apparatus 131 is connected to a vacuum chamber 133 via an exhaust pipe 132, and further connected to an exhaust apparatus 135 via a gate valve. The vacuum chamber 133 has a pressure gauge 1 for measuring the internal pressure and the partial pressure of each component in the atmosphere.
36, a quadrupole mass spectrometer (Q-mass) 137 and the like are attached. Since it is difficult to directly measure the pressure inside the envelope 88 of the image display device 131, the processing conditions are controlled by measuring the pressure inside the vacuum chamber 133 and the like. A gas introduction line 138 is connected to the vacuum chamber 133 in order to introduce necessary gas into the vacuum chamber and control the atmosphere. An introduction substance source 140 is connected to the other end of the gas introduction line 138, and the introduction substance is stored in an ampoule or a cylinder. In the middle of the gas introduction line, there is provided a gas introduction control device (introduction control means) 139 for controlling the rate at which the introduced substance is introduced. Specifically, as the gas introduction control device 139, a valve such as a slow leak valve that can control the flow rate to be released, a mass flow controller, or the like can be used according to the type of the substance to be introduced. The inside of the envelope 88 is evacuated by the apparatus shown in FIG. 11 to perform forming. At this time, for example, as shown in FIG.
A power supply 142 is applied to an element connected to one of the
Accordingly, forming can be performed by applying a voltage pulse at the same time. Conditions such as the shape of the pulse and the determination of the end of the processing may be selected according to the above-described method for forming the individual elements. In addition, by sequentially applying (scrolling) a pulse with a phase shifted to a plurality of X-direction wirings, it is possible to form elements connected to the plurality of X-direction wirings collectively. In the figure, reference numeral 143 denotes a current measuring resistor, and 144 denotes a current measuring oscilloscope. After the forming is completed, an activation step is performed. After sufficiently exhausting the inside of the envelope 88, the organic substance is introduced from the gas introduction line 138. Alternatively, as described in the method of activating the individual elements, first, an exhaust may be performed by an oil diffusion pump or a rotor pump, and thereby, an organic substance remaining in a vacuum atmosphere may be used. In addition, substances other than organic substances may be introduced as necessary. By applying a voltage to each electron-emitting device in an atmosphere containing an organic substance formed in this manner, carbon or a carbon compound, or a mixture of both, is deposited on the electron-emitting portion, and the amount of emitted electrons is drastic. Is similar to the case of the individual element. At this time, the voltage may be applied by applying the same voltage pulse to the elements connected to one direction wiring by the same connection as in the above-described forming. After completion of the activation step, it is preferable to perform a stabilization step as in the case of the individual element. Envelope 88
Is heated and maintained at 80 to 250 ° C., and is exhausted through an exhaust pipe 132 by an exhaust device 135 that does not use oil, such as an ion pump and a sorption pump. Heat with a burner to dissolve and seal. In order to maintain the pressure after the envelope 88 is sealed, a getter process may be performed. This is because the getter disposed at a predetermined position (not shown) in the envelope 88 is heated by heating using resistance heating, high-frequency heating, or the like immediately before or after the envelope 88 is sealed. This is a process for forming a deposited film. The getter is usually composed mainly of Ba or the like, and maintains the atmosphere in the envelope 88 by the adsorption action of the deposited film.

【0058】次に、単純マトリクス配置の電子源を用い
て構成した表示パネルに、NTSC方式のテレビ信号に
基づいたテレビジョン表示を行う為の駆動回路の構成例
について、図10を用いて説明する。図10において、
101は画像表示表示パネルであり外囲器88に対応す
る。102は走査回路、103は制御回路、104はシ
フトレジスタである。105はラインメモリ、106は
同期信号分離回路、107は変調信号発生器、Vxおよ
びVaは直流電圧源である。表示パネル101は、端子
Dox1乃至Doxm 、端子Doy1 乃至Doyn 、及び高圧端
子Hvを介して外部の電気回路と接続している。端子D
ox1 乃至Doxm には、表示パネル内に設けられている電
子源、即ち、M行N列の行列状にマトリクス配線された
表面伝導型電子放出素子群を一行(N素子)ずつ順次駆
動する為の走査信号が印加される。端子Dy1乃至Dynに
は、前記走査信号により選択された一行の表面伝導型電
子放出素子の各素子の出力電子ビームを制御する為の変
調信号が印加される。高圧端子Hvには、直流電圧源V
aより、例えば10kVの直流電圧が供給されるが、こ
れは表面伝導型電子放出素子から放出される電子ビーム
に蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与する為
の加速電圧である。走査回路102について説明する。
同回路は、内部にM個のスイッチング素子を備えたもの
で(図中、S1乃至Smで模式的に示している)ある。
各スイッチング素子は、直流電圧源Vxの出力電圧もし
くは0V(グランドレベル)のいずれか一方を選択し、
表示パネル101の端子Dx1乃至Dxmと電気的に接続さ
れる。S1乃至Smの各スイッチング素子は、制御回路
103が出力する制御信号Tscanに基づいて動作す
るものであり、例えばFETのようなスイッチング素子
を組み合わせることにより構成することができる。
Next, an example of the configuration of a drive circuit for performing television display based on an NTSC television signal on a display panel configured using electron sources arranged in a simple matrix arrangement will be described with reference to FIG. . In FIG.
Reference numeral 101 denotes an image display panel, which corresponds to the envelope 88. 102 is a scanning circuit, 103 is a control circuit, and 104 is a shift register. 105 is a line memory, 106 is a synchronization signal separation circuit, 107 is a modulation signal generator, and Vx and Va are DC voltage sources. The display panel 101 is connected to an external electric circuit via terminals Dox1 to Doxm, terminals Doy1 to Doyn, and a high voltage terminal Hv. Terminal D
ox1 to Doxm are provided for sequentially driving electron sources provided in the display panel, that is, a group of surface conduction electron-emitting devices arranged in a matrix of M rows and N columns, one row (N element) at a time. A scanning signal is applied. To the terminals Dy1 to Dyn, a modulation signal for controlling an output electron beam of each element of the surface conduction electron-emitting device in one row selected by the scanning signal is applied. A DC voltage source V is connected to the high voltage terminal Hv.
From a, a DC voltage of, for example, 10 kV is supplied, which is an accelerating voltage for applying sufficient energy to the electron beam emitted from the surface conduction electron-emitting device to excite the phosphor. The scanning circuit 102 will be described.
This circuit includes M switching elements inside (in the drawing, S1 to Sm are schematically shown).
Each switching element selects either the output voltage of the DC voltage source Vx or 0 V (ground level),
It is electrically connected to terminals Dx1 to Dxm of the display panel 101. Each of the switching elements S1 to Sm operates based on the control signal Tscan output from the control circuit 103, and can be configured by combining switching elements such as FETs, for example.

【0059】直流電圧源Vxは、本例の場合には表面伝
導型電子放出素子の特性(電子放出しきい値電圧)に基
づき走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子
放出しきい値電圧以下となるような一定電圧を出力する
よう設定されている。制御回路103は、外部より入力
する画像信号に基づいて適切な表示が行なわれるように
各部の動作を整合させる機能を有する。制御回路103
は、同期信号分離回路106より送られる同期信号Ts
yncに基づいて、各部に対してTscanおよびTs
ftおよびTmryの各制御信号を発生する。同期信号
分離回路106は、外部から入力されるNTSC方式の
テレビ信号から同期信号成分と輝度信号成分とを分離す
る為の回路である。同期信号分離回路106により分離
された同期信号は、垂直同期信号と水平同期信号より成
るが、ここでは説明の便宜上Tsync信号として図示
した。前記テレビ信号から分離された画像の輝度信号成
分は便宜上DATA信号と表した。該DATA信号はシ
フトレジスタ104に入力される。
In the case of the present embodiment, the DC voltage source Vx uses a drive voltage applied to an unscanned element based on the characteristics (electron emission threshold voltage) of the surface conduction electron-emitting element. It is set to output a constant voltage that is equal to or lower than the voltage. The control circuit 103 has a function of matching the operation of each unit so that appropriate display is performed based on an image signal input from the outside. Control circuit 103
Is the synchronization signal Ts sent from the synchronization signal separation circuit 106.
Tscan and Ts for each part based on the sync
ft and Tmry control signals are generated. The synchronization signal separating circuit 106 is a circuit for separating a synchronization signal component and a luminance signal component from an NTSC television signal input from the outside. The synchronizing signal separated by the synchronizing signal separating circuit 106 includes a vertical synchronizing signal and a horizontal synchronizing signal, but is shown here as a Tsync signal for convenience of explanation. The luminance signal component of the image separated from the television signal is referred to as a DATA signal for convenience. The DATA signal is input to the shift register 104.

【0060】シフトレジスタ104は、時系列的にシリ
アルに入力される前記DATA信号を、画像の1ライン
毎にシリアル/パラレル変換するためのもので、前記制
御回路103より送られる制御信号Tsftに基づいて
動作する(即ち、制御信号Tsftは、シフトレジスタ
104のシフトクロックであるということもでき
る。)。シリアル/パラレル変換された画像1ライン分
(電子放出素子N素子分の駆動データに相当)のデータ
は、Id1乃至IdnのN個の並列信号として前記シフ
トレジスタ104より出力される。
The shift register 104 is for serially / parallel converting the DATA signal input serially in time series for each line of an image, and is based on a control signal Tsft sent from the control circuit 103. (Ie, the control signal Tsft can be said to be a shift clock of the shift register 104). The data for one line of the image subjected to the serial / parallel conversion (corresponding to drive data for N electron-emitting devices) is output from the shift register 104 as N parallel signals Id1 to Idn.

【0061】ラインメモリ105は、画像1ライン分の
データを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であ
り、制御回路103より送られる制御信号Tmryに従
って適宜Id1乃至Idnの内容を記憶する。記憶され
た内容は、I′d1乃至I′dnとして出力され、変調
信号発生器107に入力される。変調信号発生器107
は、画像データI′d1乃至I′dnの各々に応じて表
面伝導型電子放出素子の各々を適切に駆動変調する為の
信号源であり、その出力信号は、端子Doy1 乃至Doyn
を通じて表示パネル101内の表面伝導型電子放出素子
に印加される。
The line memory 105 is a storage device for storing data for one line of an image for a required time only, and stores the contents of Id1 to Idn as appropriate according to a control signal Tmry sent from the control circuit 103. The stored contents are output as I'd1 to I'dn and input to the modulation signal generator 107. Modulation signal generator 107
Is a signal source for appropriately driving and modulating each of the surface conduction electron-emitting devices in accordance with each of the image data I'd1 to I'dn, and the output signal thereof is supplied to terminals Doy1 to Doyn.
Is applied to the surface conduction electron-emitting device in the display panel 101.

【0062】前述したように、本発明を適用可能な電子
放出素子は放出電流Ieに対して以下の基本特性を有し
ている。即ち、電子放出には明確なしきい値電圧Vth
があり、Vth以上の電圧を印加された時のみ電子放出
が生じる。電子放出しきい値以上の電圧に対しては、素
子への印加電圧の変化に応じて放出電流も変化する。こ
のことから、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、
例えば電子放出閾値以下の電圧を印加しても電子放出は
生じないが、電子放出閾値以上の電圧を印加する場合に
は電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値V
mを変化させることにより出力電子ビームの強度を制御
することが可能である。また、パルスの幅Pwを変化さ
せることにより出力される電子ビームの電荷の総量を制
御することが可能である。従って、入力信号に応じて、
電子放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式、
パルス幅変調方式等が採用できる。電圧変調方式を実施
するに際しては、変調信号発生器107として、一定長
さの電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適
宜パルスの波高値を変調するような電圧変調方式の回路
を用いることができる。
As described above, the electron-emitting device to which the present invention can be applied has the following basic characteristics with respect to the emission current Ie. That is, a clear threshold voltage Vth is required for electron emission.
And electron emission occurs only when a voltage higher than Vth is applied. For a voltage equal to or higher than the electron emission threshold, the emission current also changes according to the change in the voltage applied to the device. From this, when applying a pulsed voltage to this element,
For example, when a voltage lower than the electron emission threshold is applied, electron emission does not occur, but when a voltage higher than the electron emission threshold is applied, an electron beam is output. At this time, the pulse peak value V
By changing m, the intensity of the output electron beam can be controlled. In addition, it is possible to control the total amount of charges of the output electron beam by changing the pulse width Pw. Therefore, according to the input signal,
As a method of modulating the electron-emitting device, a voltage modulation method,
A pulse width modulation method or the like can be adopted. When implementing the voltage modulation method, a circuit of a voltage modulation method that generates a voltage pulse of a fixed length and modulates the peak value of the pulse appropriately according to input data is used as the modulation signal generator 107. be able to.

【0063】パルス幅変調方式を実施するに際しては、
変調信号発生器107として、一定の波高値の電圧パル
スを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルス
の幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いる
ことができる。シフトレジスタ104やラインメモリ1
05は、デジタル信号式のものをもアナログ信号式のも
のをも採用できる。画像信号のシリアル/パラレル変換
や記憶が所定の速度で行なわれれば良いからである。
When implementing the pulse width modulation method,
As the modulation signal generator 107, a pulse width modulation type circuit that generates a voltage pulse having a constant peak value and appropriately modulates the width of the voltage pulse according to input data can be used. Shift register 104 and line memory 1
05 can use either a digital signal type or an analog signal type. This is because the serial / parallel conversion and storage of the image signal may be performed at a predetermined speed.

【0064】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路106の出力信号DATAをデジタル信号化
する必要があるが、これには106の出力部にA/D変
換器を設ければ良い。これに関連してラインメモリ10
5の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かにより、
変調信号発生器107に用いられる回路が若干異なった
ものとなる。即ち、デジタル信号を用いた電圧変調方式
の場合、変調信号発生器107には、例えばD/A変換
回路を用い、必要に応じて増幅回路などを付加する。パ
ルス幅変調方式の場合、変調信号発生器107には、例
えば高速の発振器および発振器の出力する波数を計数す
る計数器(カウンタ)及び計数器の出力値と前記メモリ
の出力値を比較する比較器(コンパレータ)を組み合せ
た回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパル
ス幅変調された変調信号を表面伝導型電子放出素子の駆
動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加すること
もできる。
When the digital signal type is used, it is necessary to convert the output signal DATA of the synchronizing signal separation circuit 106 into a digital signal. For this purpose, an A / D converter may be provided at the output section of the synchronization signal 106. In connection with this, the line memory 10
Depending on whether the output signal of 5 is a digital signal or an analog signal,
The circuit used for modulation signal generator 107 is slightly different. That is, in the case of the voltage modulation method using a digital signal, for example, a D / A conversion circuit is used as the modulation signal generator 107, and an amplification circuit and the like are added as necessary. In the case of the pulse width modulation method, the modulation signal generator 107 includes, for example, a high-speed oscillator, a counter for counting the number of waves output from the oscillator, and a comparator for comparing the output value of the counter with the output value of the memory. (Comparator) is used. If necessary, an amplifier for amplifying the voltage of the pulse width modulated signal output from the comparator to the drive voltage of the surface conduction electron-emitting device can be added.

【0065】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器107には、例えばオペアンプなど
を用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフ
ト回路などを付加することもできる。パルス幅変調方式
の場合には、例えば、電圧制御型発振回路(VOC)を
採用でき、必要に応じて表面伝導型電子放出素子の駆動
電圧まで電圧増幅するための増幅器を付加することもで
きる。このような構成をとり得る本発明を適用可能な画
像表示装置においては、各電子放出素子に、容器外端子
Dox1 乃至Doxm 、Doy1 乃至Doyn を介して電圧を印
加することにより、電子放出が生ずる。高圧端子Hvを
介してメタルバック85、あるいは透明電極(不図示)
に高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速された電
子は、蛍光膜84に衝突し、発光が生じて画像が形成さ
れる。
In the case of the voltage modulation method using an analog signal, an amplification circuit using, for example, an operational amplifier can be used as the modulation signal generator 107, and a level shift circuit and the like can be added as necessary. In the case of the pulse width modulation method, for example, a voltage-controlled oscillation circuit (VOC) can be employed, and an amplifier for amplifying the voltage up to the drive voltage of the surface conduction electron-emitting device can be added as necessary. In the image display apparatus to which the present invention can be applied, the electron emission is generated by applying a voltage to each electron-emitting device via the external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn. Metal back 85 via high voltage terminal Hv or transparent electrode (not shown)
To apply a high voltage to accelerate the electron beam. The accelerated electrons collide with the fluorescent film 84 and emit light to form an image.

【0066】次に、はしご型配置の電子源及び画像形成
装置について図13及び図14を用いて説明する。
Next, a ladder-type arrangement of the electron source and the image forming apparatus will be described with reference to FIGS.

【0067】図13は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図13において、110は電子源基
板、74は電子放出素子である。112、Dx1〜Dx10
は、電子放出素子74を接続するための共通配線であ
る。電子放出素子74は、基板110上に、X方向に並
列に複数個配されている(これを素子行と呼ぶ)。この
素子行が複数個配されて、電子源を構成している。各素
子行の共通配線間に駆動電圧を印加することで、各素子
行を独立に駆動させることができる。即ち、電子ビーム
を放出させたい素子行には、電子放出しきい値以上の電
圧を、電子ビームを放出しない素子行には、電子放出し
きい値以下の電圧を印加する。各素子行間の共通配線D
x2〜Dx9は、例えばDx2,Dx3を同一配線とすることも
できる。
FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of a ladder-type arrangement of electron sources. In FIG. 13, reference numeral 110 denotes an electron source substrate, and 74 denotes an electron-emitting device. 112, Dx1 to Dx10
Is a common wiring for connecting the electron-emitting devices 74. A plurality of electron-emitting devices 74 are arranged on the substrate 110 in parallel in the X direction (this is called an element row). A plurality of the element rows are arranged to constitute an electron source. By applying a drive voltage between the common wires of each element row, each element row can be driven independently. That is, a voltage equal to or higher than the electron emission threshold is applied to an element row that wants to emit an electron beam, and a voltage equal to or lower than the electron emission threshold is applied to an element row that does not emit an electron beam. Common wiring D between each element row
For x2 to Dx9, for example, Dx2 and Dx3 can be the same wiring.

【0068】図14は、はしご型配置の電子源を備えた
画像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図で
ある。120はグリッド電極、121は電子が通過する
ため空孔、122はDox1 ,Dox2 ,…,Doxm よりな
る容器外端子である。123は、グリッド電極120と
接続されたG1,G2,…Gnからなる容器外端子、1
24は各素子間の共通配線を同一配線とした電子源基板
である。図14においては、図8、図13に示した部位
と同じ部位には、これらの図に付したのと同一の符号を
付している。ここに示した画像形成装置と、図8に示し
た単純マトリクス配置の画像形成装置との大きな違い
は、電子源基板110とフェースプレート86の間にグ
リッド電極120を備えているか否かである。図14に
おいては、基板110とフェースプレート86の間に
は、グリッド電極120が設けられている。グリッド電
極120は、表面伝導型放出素子から放出された電子ビ
ームを変調するためのものであり、はしご型配置の素子
行と直交して設けられたストライプ状の電極に電子ビー
ムを通過させるため、各素子に対応して1個ずつ円形の
開口121が設けられている。グリッドの形状や設置位
置は図14に示したものに限定されるものではない。例
えば、開口としてメッシュ状に多数の通過口を設けるこ
ともでき、グリッドを表面伝導型放出素子の周囲や近傍
に設けることもできる。容器外端子122およびグリッ
ド容器外端子123は、不図示の制御回路と電気的に接
続されている。本例の画像形成装置では、素子行を1列
ずつ順次駆動(走査)していくのと同期してグリッド電
極列に画像1ライン分の変調信号を同時に印加する。こ
れにより、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画
像を1ラインずつ表示することができる。
FIG. 14 is a schematic diagram showing an example of a panel structure in an image forming apparatus having a ladder-type electron source. Reference numeral 120 denotes a grid electrode, 121 denotes a hole through which electrons pass, and 122 denotes an external terminal made of Dox1, Dox2,..., Doxm. Reference numeral 123 denotes an external terminal composed of G1, G2,... Gn connected to the grid electrode 120;
Reference numeral 24 denotes an electron source substrate in which the common wiring between the elements is the same wiring. In FIG. 14, the same portions as those shown in FIGS. 8 and 13 are denoted by the same reference numerals as those shown in these drawings. A major difference between the image forming apparatus shown here and the image forming apparatus having the simple matrix arrangement shown in FIG. 8 is whether or not a grid electrode 120 is provided between the electron source substrate 110 and the face plate 86. In FIG. 14, a grid electrode 120 is provided between the substrate 110 and the face plate 86. The grid electrode 120 is for modulating the electron beam emitted from the surface conduction electron-emitting device, and allows the electron beam to pass through a stripe-shaped electrode provided orthogonally to the ladder-type arrangement element row. One circular opening 121 is provided for each element. The shape and installation position of the grid are not limited to those shown in FIG. For example, a large number of passage openings may be provided in a mesh shape as openings, and a grid may be provided around or near the surface conduction electron-emitting device. The outer container terminal 122 and the outer grid container terminal 123 are electrically connected to a control circuit (not shown). In the image forming apparatus of the present embodiment, a modulation signal for one line of an image is simultaneously applied to the grid electrode columns in synchronization with sequentially driving (scanning) the element rows one by one. This makes it possible to control the irradiation of each electron beam to the phosphor and display an image one line at a time.

【0069】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力
信号については、NTSC方式を挙げたが入力信号はこ
れに限られるものではなく、PAL,SECAM方式な
ど他、これよりも、多数の走査線からなるTV信号(例
えば、高品位TV)方式をも採用できる。
The configuration of the image forming apparatus described here can be variously modified based on the technical idea of the present invention. As for the input signal, the NTSC system has been described, but the input signal is not limited to this. For example, a PAL or SECAM system or a TV signal (for example, a high-definition TV) comprising a larger number of scanning lines than this is used. Can also be adopted.

【0070】本発明の画像形成装置は、テレビジョン放
送の表示装置、テレビ会議システムやコンピューター等
の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて構成された光
プリンターとしての画像形成装置等としても用いること
ができる。
The image forming apparatus of the present invention can be used not only as a display device for television broadcasting, a display device such as a video conference system or a computer, but also as an image forming device as an optical printer using a photosensitive drum or the like. Can be used.

【0071】[0071]

【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳し
く説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の目的が達成される範囲内での各要素
の置換や設計変更がなされたものをも包含する。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to specific examples, but the present invention is not limited to these examples, and each element within a range in which the object of the present invention is achieved. This also includes those in which substitutions or design changes have been made.

【0072】[実施例1]本発明にかかわる基本的な表
面伝導型電子方式素子の構成は、図1と同様である。
Example 1 The basic structure of a surface conduction type electronic device according to the present invention is the same as that shown in FIG.

【0073】以下、図1を用いて本発明に関わる素子の
基本的な構成及び製造法を説明する。
Hereinafter, the basic structure and manufacturing method of the device according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0074】図1において1は基板、2と3は素子電
極、4は導電性微粒子膜、5は電子放出部、6は下びき
膜、7は酸化ビスマス粒子である。
In FIG. 1, 1 is a substrate, 2 and 3 are device electrodes, 4 is a conductive fine particle film, 5 is an electron-emitting portion, 6 is a subbing film, and 7 is bismuth oxide particles.

【0075】以下、順をおって製造方法の説明を図1に
基づいて説明する。
Hereinafter, the manufacturing method will be described in order with reference to FIG.

【0076】1)基板1として青板ガラスを用い、脱
脂、洗浄後、SiO2 流体コーティング剤(東京応化工
業製OCD)にエチレンジアミン四酢酸−ビスマス(E
DTA−Bi錯体)水溶液を添加した溶液をスピンナー
により回転塗布した。その後400℃で1時間焼成し、
膜厚約1000Åの下びき膜6を形成した。
1) Using a soda lime glass as the substrate 1, after degreasing and washing, an ethylenediaminetetraacetic acid-bismuth (E) was added to a SiO 2 fluid coating agent (OCD manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.).
The solution to which the (DTA-Bi complex) aqueous solution was added was spin-coated with a spinner. Then bake at 400 ° C for 1 hour,
A subbing film 6 having a thickness of about 1000 Å was formed.

【0077】2)基板1表面上に素子電極2,3を形成
した。素子電極の材料としては導電性を有するものであ
ればよいが、本実施例ではTi/Niとし、膜厚はTi
/Ni=5/00nmとした。電極間隔は5μmとし
た。
2) Device electrodes 2 and 3 were formed on the surface of the substrate 1. Any material may be used as the material of the device electrode, as long as it has conductivity. In this embodiment, the material is Ti / Ni, and the film thickness is Ti.
/ Ni = 5/00 nm. The electrode spacing was 5 μm.

【0078】3)微粒子を形成したくないところに、膜
厚100nmのCr膜を設け、その後ディッピング法ま
たはスピナー法で有機パラジウム(CCP4230 奥
野製薬(株)社製)をスピンナーで回転塗布、300℃
−20分間の加熱焼成を行った。その後エッチャントに
よりCrマスクを除去して所望の導電性微粒子膜4を形
成した。
3) A Cr film having a thickness of 100 nm is provided in a place where fine particles are not to be formed, and thereafter, organic palladium (CCP4230 manufactured by Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.) is spin-coated with a spinner at 300 ° C.
The heating and firing were performed for -20 minutes. Thereafter, the Cr mask was removed by an etchant to form a desired conductive fine particle film 4.

【0079】4)次に、真空容器中で素子電極2,3間
に電圧を印加し、導電性微粒子膜4を通電処理(フォー
ミング処理)することにより、電子放出部5を作製し
た。フォーミング処理の電圧波形を図4に示す。本実施
例では電圧波形のパルス幅T1を1ミリ秒、T2 を10
ミリ秒とし、三角波の波高値(フォーミング時のピーク
電圧)を漸増させ、フォーミング処理は約1×10-6
orrの真空雰囲気下で行った。なお、フォーミング処
理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値が、約1MΩ以
上になった時とし、同時に素子への電圧の印加を終了し
た。
4) Next, a voltage was applied between the device electrodes 2 and 3 in a vacuum vessel, and the conductive fine particle film 4 was subjected to an energizing process (forming process) to produce an electron-emitting portion 5. FIG. 4 shows a voltage waveform of the forming process. In this embodiment, the pulse width T 1 of the voltage waveform is 1 millisecond, and T 2 is 10
In milliseconds, the peak value of the triangular wave (peak voltage during forming) is gradually increased, and the forming process is performed at about 1 × 10 −6 T
This was performed under a vacuum atmosphere of orr. The forming process was terminated when the measured value of the resistance measurement pulse became about 1 MΩ or more, and the application of the voltage to the element was terminated at the same time.

【0080】5)以上のようにして作製された素子につ
いてその電子放出特性を測定した。本電子放出素子の電
極2および3の間に素子電圧を印加し、素子電流If、
放出電流Ieを測定したところ、Ifが1mA、Ieが
0.5μAとなり、電子放出効率η=Ie/If(%)
は0.05%であった。
5) The electron emission characteristics of the device manufactured as described above were measured. A device voltage is applied between the electrodes 2 and 3 of the electron-emitting device, and a device current If,
When the emission current Ie was measured, If was 1 mA and Ie was 0.5 μA, and the electron emission efficiency η = Ie / If (%)
Was 0.05%.

【0081】こうして作製した素子と、比較としてBi
Oを含まない下びき膜を形成した素子とについて電気的
な耐熱温度測定を行った。測定はH2/N2=2%/98
%混合ガス中の大気圧還元雰囲気下で、素子を加熱しな
がら電気抵抗値を測定することによって行った。これら
の導電性薄膜の電気的な耐熱温度を測定した結果を図1
5に示す。
The device thus fabricated was compared with Bi for comparison.
Electrical resistance to heat was measured for the element having a subbing film containing no O. The measurement was H 2 / N 2 = 2% / 98
The measurement was performed by measuring the electric resistance value while heating the element under an atmospheric pressure reducing atmosphere in a% mixed gas. FIG. 1 shows the results of measuring the electrical heat-resistant temperatures of these conductive thin films.
It is shown in FIG.

【0082】図15から明らかなように、温度変化によ
る電気抵抗値変化の現象としては、まず室温では還元雰
囲気によるPdO→Pdの還元が進行するため、電気抵
抗値が低下する。その後、金属の温度特性による電気抵
抗値のわずかな上昇が続く。そしてある温度以上になる
と、導電性薄膜の凝集と思われる現象によって、電気抵
抗値が急激に高くなる。
As is apparent from FIG. 15, the phenomenon of the change in the electric resistance value due to the temperature change is as follows. First, at room temperature, the reduction of PdO → Pd in the reducing atmosphere proceeds, so that the electric resistance value decreases. Thereafter, a slight increase in the electrical resistance value due to the temperature characteristics of the metal continues. At a certain temperature or higher, the electrical resistance value sharply increases due to a phenomenon considered to be aggregation of the conductive thin film.

【0083】図15より、電気抵抗値が急激に上昇しは
じめる温度を見ると、Biを添加した素子の方がその温
度が高くなった。即ち、電気的な耐熱温度が高くなって
いることが示された。
Referring to FIG. 15, the temperature at which the electric resistance value suddenly starts to increase is higher in the element to which Bi is added. That is, it was shown that the electrical heat resistance temperature was high.

【0084】[実施例2]実施例1と同様にして得られ
た下びき膜、及び、素子電極2,3を形成した石英基板
1上に、実施例1と同様にしてPtからなる導電性微粒
子膜6を形成した。
[Example 2] On the undercoat film obtained in the same manner as in Example 1, and on the quartz substrate 1 on which the device electrodes 2 and 3 were formed, a conductive film made of Pt was formed in the same manner as in Example 1. A fine particle film 6 was formed.

【0085】さらに実施例1と同様なフォーミング処理
を行うことによって電子放出部5を形成した。
Further, an electron emitting portion 5 was formed by performing the same forming process as in the first embodiment.

【0086】こうして作製した素子と、比較としてBi
Oを含まない下びき膜を形成した素子とについて実施例
1と同様にして、電気的な耐熱温度測定を行ったとこ
ろ、実施例1と同様の効果が得られた。
The device thus fabricated was compared with Bi as a comparison.
Electrical resistance to heat was measured in the same manner as in Example 1 for an element having an undercoat film containing no O, and the same effect as in Example 1 was obtained.

【0087】[実施例3]実施例1と同様にして得られ
た下びき膜、及び、素子電極2,3を形成した石英基板
1上に、実施例1と同様にしてPtからなる導電性微粒
子膜6を形成した。さらに実施例1と同様なフォーミン
グ処理を行うことによって、電子放出が見られることを
確認した。アノード電極54の代わりに、前述した蛍光
膜とメタルバックを有するフェースプレートを真空装置
内に配置した。こうして電子源からの電子放出を試みた
ところ、蛍光膜の一部が発光し、素子電流Ieに応じて
発光の強さが変化した。こうして本素子が発光表示素子
として機能することがわかった。
Example 3 A conductive film made of Pt was formed on a quartz substrate 1 on which an under electrode film and an element electrode 2 and 3 were formed in the same manner as in Example 1. A fine particle film 6 was formed. Further, by performing the same forming processing as in Example 1, it was confirmed that electron emission was observed. Instead of the anode electrode 54, a face plate having the above-described fluorescent film and metal back was arranged in a vacuum device. When the electron emission from the electron source was attempted in this way, a part of the fluorescent film emitted light, and the intensity of light emission changed according to the device current Ie. Thus, it was found that this element functions as a light-emitting display element.

【0088】[実施例4]実施例1と同様にして得られ
た電子放出素子を複数ならべてマトリクス状に形成した
電子源に、リアプレート81、支持枠82、フェースプ
レート86を接続し、真空封止して、図9に示した画像
形成装置を作製した。図10に示した駆動回路を用い
て、NTSC方式のテレビ信号に応じて表示を行った。
[Embodiment 4] A rear plate 81, a support frame 82, and a face plate 86 are connected to an electron source in which a plurality of electron-emitting devices obtained in the same manner as in Embodiment 1 are formed in a matrix, and a vacuum is applied. After sealing, the image forming apparatus shown in FIG. 9 was manufactured. Display was performed using the driving circuit shown in FIG. 10 according to an NTSC television signal.

【0089】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型電子放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネ
ルの薄型化が容易なため、表示装置の奥行きを小さくす
ることができる。それに加えて、表面伝導型電子放出素
子を電子ビーム源とするディスプレイパネルは大画面化
が容易で輝度が高く、視野角特性にも優れるため、本表
示装置は臨場感にあふれ、迫力に富んだ画像を視認性良
く表示することが可能である。
In the present display device, in particular, it is easy to reduce the thickness of a display panel using a surface conduction electron-emitting device as an electron beam source, so that the depth of the display device can be reduced. In addition, the display panel using a surface conduction electron-emitting device as an electron beam source is easy to enlarge the screen, has high brightness, and has excellent viewing angle characteristics, so this display device is full of a sense of reality and full of power. Images can be displayed with good visibility.

【0090】本実施例における表示装置は、NTSC方
式のテレビ信号に応じたテレビ画像を良好に安定して表
示することができた。
The display device of this embodiment was able to display a television image according to the NTSC television signal in a favorable and stable manner.

【0091】[0091]

【発明の効果】以上説明したように、少なくとも導電性
薄膜4と接する表面に、酸化ビスマスを含む下びき膜を
有することにより、電気的な耐熱温度を高めることがで
きるために、製造工程上の制限を緩和することが可能と
なる。具体的には、素子を製造する際の安定化工程や画
像形成装置製造の際に耐熱感度付近まで真空容器を加熱
して容器内の有機物質を排気することができる。
As described above, the provision of the undercoating film containing bismuth oxide on at least the surface in contact with the conductive thin film 4 makes it possible to increase the electrical heat resistance temperature. Restrictions can be relaxed. Specifically, the organic material in the container can be evacuated by heating the vacuum container to near the heat resistance in the stabilization step when manufacturing the element or when manufacturing the image forming apparatus.

【0092】したがって、素子の耐熱温度によって制限
されるような温度制御や工程を省くことによる製造コス
トの低減が図られたり、ベーキング(加熱)温度の高温
化による素子特性の安定化や長寿命などの効果も奏す
る。
Therefore, the manufacturing cost can be reduced by omitting the temperature control and the steps which are limited by the heat-resistant temperature of the element, and the stabilization of the element characteristics and the long life due to the high baking (heating) temperature can be achieved. Also has the effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態及び実施例による表面伝導型
電子放出素子の構成を示す模式的平面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view showing a configuration of a surface conduction electron-emitting device according to an embodiment and an example of the present invention.

【図2】本発明の実施形態による垂直型表面伝導型電子
放出素子の構成を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a vertical surface conduction electron-emitting device according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施形態及び実施例による表面伝導型
電子放出素子の製造方法を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic view illustrating a method of manufacturing a surface conduction electron-emitting device according to embodiments and examples of the present invention.

【図4】本発明の実施形態及び実施例による表面伝導型
電子放出素子の製造に際して採用できる通電フォーミン
グ処理における電圧波形の一例を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a voltage waveform in an energization forming process that can be employed in manufacturing a surface conduction electron-emitting device according to an embodiment and an example of the present invention.

【図5】測定評価機能を備えた真空処理装置の一例を示
す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a vacuum processing apparatus having a measurement evaluation function.

【図6】本発明の実施形態及び実施例による表面伝導型
電子放出素子についての放出電流Ie、素子電流Ifと
素子電圧Vfの関係の一例を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing an example of the relationship between the emission current Ie, the device current If, and the device voltage Vf for the surface conduction electron-emitting device according to the embodiment and the example of the present invention.

【図7】本発明の実施形態及び実施例による単純マトリ
クス配置した電子源を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic view showing an electron source arranged in a simple matrix according to the embodiment and the example of the present invention.

【図8】本発明の実施形態及び実施例による画像形成装
置の表示パネルを示す模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a display panel of an image forming apparatus according to an embodiment and an example of the present invention.

【図9】蛍光膜一例を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of a fluorescent film.

【図10】画像形成装置にNTSC方式のテレビ信号に
応じて表示を行なうための駆動回路の一例を示すブロッ
ク図である。
FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of a driving circuit for performing display in the image forming apparatus in accordance with an NTSC television signal.

【図11】本発明の実施形態による画像形成装置の製造
装置の概念図である。
FIG. 11 is a conceptual diagram of an apparatus for manufacturing an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施形態によるフォーミングのため
の装置の概念図である。
FIG. 12 is a conceptual diagram of an apparatus for forming according to an embodiment of the present invention.

【図13】本発明の実施形態による梯子配置の電子源の
一例を示す模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating an example of an electron source having a ladder arrangement according to an embodiment of the present invention.

【図14】本発明の実施形態による画像形成装置の表示
パネルの一例を示す模式図である。
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating an example of a display panel of the image forming apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図15】本発明の表面伝導型電子放出素子及び従来の
表面伝導型電子放出素子の電気的な耐熱温度の一例を示
すグラフである。
FIG. 15 is a graph showing an example of the electrical withstand temperature of the surface conduction electron-emitting device of the present invention and a conventional surface conduction electron-emitting device.

【図16】従来の表面伝導型電子放出素子の一例を示す
模式図である。
FIG. 16 is a schematic view showing an example of a conventional surface conduction electron-emitting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2,3 素子電極 4 導電性薄膜 5 電子放出部 6 下びき膜 7 酸化ビスマス粒子 21 段差形成部 50 素子電極2・3間の導電性薄膜4を流れる素子電
流Ifを測定するための電流計 51 電子放出素子に素子電圧Vfを印加するための電
源 53 アノード電極54に電圧を印加するための高圧電
源 54 素子の電子放出部より放出される放出電流Ieを
捕捉するためのアノード電極 55 素子の電子放出部5より放出される放出電流Ie
を測定するための電流計 56 真空装置 57 排気ポンプ 71 電子源基板 72 X方向配線 73 Y方向配線 74 表面伝導型電子放出素子 75 結線 81 リアプレート 82 支持枠 83 ガラス基板 84 蛍光膜 85 メタルバック 86 フェースプレート 87 高圧端子 88 外囲器 91 黒色導電材 92 蛍光体 93 ガラス基板 101 表示パネル 102 走査回路 103 制御回路 104 シフトレジスタ 105 ラインメモリ 106 同期信号分離回路 107 変調信号発生器 VxおよびVa 直流電圧源 110 電子源基板 112 Dx1〜Dx10 は、前記電子放出素子を配線する
ための共通配線 120 グリッド電極 121 電子が通過するため空孔 122 Dox1 , Dox2 、…Doxm よりなる容器外端子 123 グリッド電極120と接続されたG1,G2
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2, 3 Device electrode 4 Conductive thin film 5 Electron emission part 6 Undercoat film 7 Bismuth oxide particles 21 Step formation part 50 Current for measuring device current If flowing through conductive thin film 4 between device electrodes 2 and 3 A total of 51 A power supply for applying the device voltage Vf to the electron-emitting device 53 A high-voltage power supply for applying a voltage to the anode electrode 54 An anode electrode 55 for capturing the emission current Ie emitted from the electron-emitting portion of the device 55 A device Emission current Ie emitted from the electron emission portion 5
56 Vacuum device 57 Exhaust pump 71 Electron source substrate 72 X-directional wiring 73 Y-directional wiring 74 Surface conduction electron-emitting device 75 Connection 81 Rear plate 82 Support frame 83 Glass substrate 84 Fluorescent film 85 Metal back 86 Face plate 87 High voltage terminal 88 Envelope 91 Black conductive material 92 Phosphor 93 Glass substrate 101 Display panel 102 Scanning circuit 103 Control circuit 104 Shift register 105 Line memory 106 Synchronization signal separation circuit 107 Modulation signal generator Vx and Va DC voltage source 110 Electron source substrate 112 Dx1 to Dx10 are connected to the common wiring for wiring the electron-emitting devices 120 Grid electrode 121 Holes 122 for passing electrons 122 Doxm outside terminals 123 Doxm Connected to grid electrode 120 G1 G2

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、一対の素子電極と、該素子電
極間に電子放出部を有する導電性薄膜が形成された電子
放出素子において、 該導電性薄膜が白金族元素から成り、 前記基板上の少なくとも前記導電性薄膜と接する表面
に、SiO2 を主たる成分とし、かつ、酸化ビスマス粒
子を含有した下びき膜を有することを特徴とする電子放
出素子。
1. An electron-emitting device in which a pair of device electrodes and a conductive thin film having an electron-emitting portion between the device electrodes are formed on a substrate, wherein the conductive thin film is made of a platinum group element. An electron-emitting device comprising an undercoat film containing SiO 2 as a main component and containing bismuth oxide particles on at least a surface in contact with the conductive thin film.
【請求項2】 前記白金族元素がPdであることを特徴
とする請求項1に記載の電子放出素子。
2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the platinum group element is Pd.
【請求項3】 前記下びき膜内部に含まれる酸化ビスマ
ス粒子のうち、前記導電性薄膜と接する表面に存在する
酸化ビスマス粒子が、前記導電性薄膜に含まれる金属全
体を100mol%とした場合、1〜10mol%の範
囲であることを特徴とする請求項1または2に記載の電
子放出素子。
3. The bismuth oxide particles present on the surface in contact with the conductive thin film out of the bismuth oxide particles contained in the undercoat film, wherein the total metal contained in the conductive thin film is 100 mol%. 3. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the content is in a range of 1 to 10 mol%.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
電子放出素子を複数備え、更に、該複数の電子放出素子
から放出される電子線を情報信号に応じて変調する変調
手段を備えることを特徴とする電子源。
4. A device comprising a plurality of electron-emitting devices according to claim 1, further comprising a modulating means for modulating an electron beam emitted from said plurality of electron-emitting devices in accordance with an information signal. An electron source, comprising:
【請求項5】 請求項4に記載の電子源を備えることを
特徴とする画像形成装置。
5. An image forming apparatus comprising the electron source according to claim 4.
【請求項6】 基板上に、一対の素子電極と、該素子電
極間に電子放出部を有する導電性薄膜が形成された電子
放出素子の製造方法において、 前記基板上の少なくとも導電性薄膜と接することになる
表面に、SiO2 を主たる成分とし、かつ、酸化ビスマ
ス粒子を含有した下びき膜を形成するステップを有する
ことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
6. A method for manufacturing an electron-emitting device in which a pair of device electrodes and a conductive thin film having an electron-emitting portion between the device electrodes are formed on a substrate, wherein the device is in contact with at least the conductive thin film on the substrate. A method for manufacturing an electron-emitting device, comprising a step of forming a subbing film containing SiO 2 as a main component and containing bismuth oxide particles on a surface to be formed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6803707B2 (en) 2000-05-08 2004-10-12 Canon Kabushiki Kaisha Electron source having an insulating layer with metal oxide particles
KR100535964B1 (en) * 2001-10-11 2005-12-09 캐논 가부시끼가이샤 Methods of manufacturing electron-emitting device, electron source, and image forming apparatus
WO2013163182A1 (en) 2012-04-23 2013-10-31 Honda Motor Co., Ltd. Mold for vehicle bumper fascia and associated molding technique

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